JP5461779B2 - 燃料電池装置及び制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池と電源を備える燃料電池装置及び複数の電力変換器を有する装置を制御する制御プログラムに関する。

近年、燃料電池と、二次電池やキャパシタ等の電源とを組合せた燃料電池装置が種々開発されている。燃料電池と電源とを組み合わせることによって、負荷変動時において、電源が燃料電池の出力を補い、燃料電池への負荷を軽減し、燃料電池の過渡応答を低減させ、燃料電池装置から安定した出力を得ることができる。ここで、従来の燃料電池装置の一構成例を図１４に示す。

図１４に示す燃料電池装置は、電力変換器を介して燃料電池と、電源として二次電池が負荷へ並列に接続されている。なお、二次電池への充電は、燃料電池の出力により電力変換器と充電制御手段とを介して行われる。負荷が燃料電池の最大出力以下の場合は、負荷へ電力を供給すると共に二次電池の充電を行い、負荷の消費電力が特定出力を上回ったとき二次電池から負荷へ電力を供給している。（例えば、特許文献１参照）
特開２００３−３３１９３０号公報

ここで、二次電池の出力は、ダイオードのみを介して電力変換器の出力端へ接続されているだけなので、二次電池の出力制御が行われず、負荷へ確実に電力供給がなされない場合がある。例えば、負荷へ二次電池の出力が供給されるのは、二次電池の出力電圧が電力変換器の出力電圧より高いときだけとなる。すなわち、二次電池がある程度放電していて二次電池出力電圧が低下している場合は、二次電池の出力がダイオードを通過することができないため燃料電池の出力を補うことができず、燃料電池装置から安定した出力を得ることができない場合があった。

また、二次電池の出力電圧が電力変換器の出力電圧より高い、あるいは一致している場合や、二次電池を他の電力変換器に接続することで二次電池による出力電圧を燃料電池による出力電圧よりも高いあるいは一致させた場合であって、負荷へ二次電池による出力が供給され得る場合であっても、燃料電池による出力信号と二次電池による出力信号の位相差が０°の場合、それぞれのリプル電圧の山と山、谷と谷が重なり合い、リプル電圧の振幅が増幅されるため、燃料電池装置からの出力電圧の変動が大きくなってしまう場合があった。

そこで、本発明は以上の点に鑑みて成されたものであり、負荷変動の追従性が良好であって、安定した出力を得ることができる燃料電池装置及び複数の電力変換器を有する装置を制御する制御プログラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための、本発明の第１の特徴は、負荷に対して電力を供給する燃料電池装置であって、燃料電池と、電源と、燃料電池の出力端が入力される第１の電力変換器と、電源の出力端が入力される第２の電力変換器と、第１の電力変換器の出力端が接続される第１の入力端と、第２の電力変換器の出力端が接続される第２の入力端を有するとともに、負荷と第１の入力端との間の第１の接続経路を接続するあるいは遮断する設定と、負荷と第2の入力端との間の第２の接続経路を接続するあるいは遮断する設定を行う接続経路設定器と、一端が接続経路設定器と負荷との間に接続され他端が接地され、第１の電力変換器及び／あるいは第２の電力変換器より供給される電力を充放電する蓄電器と、第１の電力変換器の動作と第２の電力変換器の動作との位相に位相差をもたせるとともに第１の接続経路及び第２の接続経路を接続する制御信号を接続経路設定器に送り、第1の電力変換器あるいは第２の電力変換器の出力電圧を制御する制御器とを有する燃料電池装置であることを要旨とする。

かかる特徴によれば、燃料電池の出力端と電源の出力端の両方にそれぞれ第１の電力変換器と第２の電力変換器を設けているため、それぞれの出力を制御することができる。よって、燃料電池と電源のどちらの出力電圧が高いかに関わらず、燃料電池および電源のどちらからも負荷に対して電力を供給することができるため、負荷変動の追従性が良好であり、かつ燃料電池装置から安定した出力を得ることができる。

本発明の第２の特徴は、制御器は、第１の電力変換器あるいは第２の電力変換器のいずれか一方の動作周波数を他方の動作周波数の２倍以上に制御する燃料電池装置であることを要旨とする。

かかる特徴によれば、負荷変動の追従性が良好であって、かつ燃料電池装置の出力電圧を安定化し、確実に負荷へ電力を供給することができる。

本発明の第３の特徴は、燃料電池と第１の電力変換器の間に接続される電流検出器を備え、制御器が、燃料電池の出力電圧と電流検出器の検出値により燃料電池の出力値を演算し、燃料電池の出力値が燃料電池の最大許容出力値よりも小さいと第１の接続経路を接続するとともに第２の接続経路を遮断し、燃料電池の出力値が燃料電池の最大許容出力値よりも大きいと第１の接続経路及び第２の接続経路を接続する燃料電池装置であることを要旨とする。

かかる特徴によれば、負荷の消費電力の大きさに対して燃料電池の出力に余裕がる場合は、電源から負荷への電力供給路を遮断することができるため、電源の電力消費を抑えることができる。そして、負荷変動の追従性が良好であって、かつ燃料電池装置の出力電圧を安定化することができる。

本発明の第４の特徴は、制御器は、第１の電力変換器の出力電圧が下降している動作期間の間、第１の電力変換器の動作周波数よりも高い周波数で、第２の電力変換器を動作させる燃料電池装置であることを要旨とする。

かかる特徴によれば、燃料電池の出力電圧の低下を電源で補うことができるため、負荷変動の追従性が良好であって、かつ燃料電池装置の出力電圧を安定化することができる。

本発明の第５の特徴は、第２の電力変換器を複数有し、複数の第２の電力変換器のそれぞれの位相がずれている燃料電池装置であることを要旨とする。第２の電力変換器が一台の場合は、第１の電力変換器が送る信号の位相と第２の電力変換器が送る信号の位相は１８０°であることが好ましいが、第２の電力変換器が更に一台増えた場合は、第１の電力変換器が送る信号の位相と一台目の第２の電力変換器が送る信号の位相が１２０°、第１の電力変換器が送る信号の位相と二台目の第２の電力変換器が送る信号の位相が２４０°であることが望ましく、更に第２の電力変換器が一台増えた場合には、第１の電力変換器が送る信号の位相と一台目の第２の電力変換器が送る信号の位相が９０°、第１の電力変換器が送る信号の位相と二台目の第２の電力変換器が送る信号の位相が１８０°、第１の電力変換器が送る信号の位相と三台目の第２の電力変換器が送る信号の位相が２７０°であることが望ましい。制御系や信号の遅れなどを考慮してそれぞれの場合に数十度以下の位相差の余裕を持たせても良い。

かかる特徴によれば、リプル電圧の振幅がより平滑化され、負荷変動の追従性が良好であって、かつ燃料電池装置の出力電圧を安定化することができる。

本発明の第６の特徴は、燃料電池と、電源と、燃料電池の出力端が入力される第１の電力変換器と、電源の出力端が入力される第２の電力変換器と、第１の電力変換器の出力端が接続される第１の入力端と第２の電力変換器の出力端が接続される第２の入力端を有するとともに、負荷と第１の入力端との間の第１の接続経路を接続するあるいは遮断する設定と負荷と第2の入力端との間の第２の接続経路を接続するあるいは遮断する設定を行う接続経路設定器と、一端が接続経路設定器と負荷との間に接続され、他端が接地され、第１の電力変換器及び第２の電力変換器より供給される電力を充放電する蓄電器とを備え、負荷に対して電力を供給する燃料電池装置を制御する制御プログラムであって、コンピュータを、第１の電力変換器が送る信号の位相と第２の電力変換器が送る信号の位相に位相差をもたせる位相差設定部と、第１の接続経路及び第２の接続経路を接続する制御信号を接続経路設定器に送る接続経路設定部と、第1の電力変換器あるいは第２の電力変換器の出力電圧を制御する出力電圧制御部として機能させるための制御プログラムであることを要旨とする。

かかる特徴によれば、本制御プログラムを燃料電池装置に適用した場合に、負荷変動の追従性が良好であって、かつ燃料電池装置の出力電圧を安定化させるように制御することができる。

本発明によれば、複数の電力変換器の動作を制御することによって、負荷変動の追従性が良好であって、燃料電池装置から安定した出力を得ることができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を説明する。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明による燃料電池装置の概略を示す図である。

図１に示すように、燃料電池装置１は、負荷９へ電力を供給するものとし、図示しない燃料供給器からの燃料の供給によって発電する燃料電池２と、燃料電池２に直列に接続され燃料電池２の出力を基に所定電圧に調整し電力を出力する第１の電力変換器３と、電源４と、電源４に直列に接続され電源４の出力を基に所定電圧に調整し電力を出力する第２の電力変換器５と、燃料電池２と第１の電力変換装置３との間に直列に接続され、燃料電池２の出力電流を検出する電流検出器６と、電源４と第２の電力変換装置５との間に直列に接続され、電源４の出力電流を検出する電流検出器１１と、負荷９と第１の電力変換器３との接続経路、負荷９と第２の電力変換器５との接続経路をそれぞれ接続するあるいは遮断する設定を行う接続経路設定器７と、一端が接続経路設定器７と負荷９との間に接続され他端が接地され、第１の電力変換器及び第２の電力変換器より供給される電力を充放電する蓄電器１０と、第１の電力変換器が送る信号の位相と第２の電力変換器が送る信号の位相に位相差をもたせるとともに第１の接続経路及び第２の接続経路を接続する制御信号を接続経路設定器に送り、第1の電力変換器あるいは第２の電力変換器の出力電圧を制御する制御器８より構成した。

燃料電池２には、水素−酸素を燃料とするＰＥＦＣ（固体高分子形燃料電池）を用いた。燃料電池２は、燃料電池の種類によらず、ＤＭＦＣ（ダイレクトメタノール形燃料電池）やＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）、ＭＣＦＣ（溶融炭酸塩形燃料電池）、ＰＡＦＣ（リン酸形燃料電池）等も用いることができる。

電源４は、鉛蓄電池やニッケル水素二次電池やリチウムイオン二次電池等に代表される繰り返し充放電が可能な二次電池や、コンデンサやキャパシタや電気二重層コンデンサ等の電圧の印加によって電荷・静電エネルギーを蓄え電気容量を得る蓄電器を用いることが可能である。負荷９の動作電圧や最低動作電圧や負荷特性等によって、適切な二次電池あるいは蓄電器の種類を選択し、必要に応じて二次電池あるいは蓄電器を直列接続し第２の電力変換器へ出力する電圧を調整することが可能である。ここでは、３直列接続した容量が１１００ｍＡｈのリチウムイオン二次電池を電源４として用いた。

電流検出器６は燃料電池２に直列に接続し、燃料電池２の出力電流を検出する。電流検出器６は、図示しないが、燃料電池２に直列に接続された電流検出用のシャント抵抗とシャント抵抗の両端の電圧電位差を増幅するアンプから構成し、電流検出器６の出力を制御器８に入力できるように接続した。

電流検出器１１は電源４に直列に接続し、電源４の出力電流を検出する。電流検出器１１は、図示しないが、電流検出器６と同様に電源４に直列に接続された電流検出用のシャント抵抗とシャント抵抗の両端の電圧電位差を増幅するアンプから構成し、電流検出器１１の出力を制御器８に入力できるように接続した。

制御器８は、動作周波数が２０ＭＨｚで、外部回路の電圧を検出できるＡＤ変換機能を有し、記憶装置を有するマイコンを用いた。制御器８は、燃料電池２の出力電圧及び電源４の出力電圧及び第１の電力変換器３の出力電圧及び第２の電力変換器５の出力電圧を検出し、それらの検出値および電流検出器６から入力された検出値を基に、接続経路設定器７の接続状態を制御する。

場合によっては、制御器８は、燃料電池２の出力電圧及び電源４の出力電圧及び第１の電力変換器３の出力電圧及び第２の電力変換器５の出力電圧を検出し、それらの検出値および電流検出器６から入力された検出値を基に、第１の電力変換器３や第２の電力変換器５の動作も制御することも可能である。

第１の電力変換器３および第２の電力変換器５には、スイッチング制御によって出力電圧を制御する非絶縁昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータを用いた。図２に第１の電力変換器と第２の電力変換器の内部構成の概略を示した燃料電池装置の概略図を示す。第１の電力変換器及び第２の電力変換器は、固定抵抗器とデジタルポテンショスタット等で構成した電圧分割抵抗器３０６および電圧分割抵抗器５０６における電圧の分割比によって出力電圧が定められ、制御器８からの信号によって電圧分割抵抗器３０６および電圧分割抵抗器５０６が制御され、第１の電力変換器３及び第２の電力変換器５の出力電圧が制御される。

第１の電力変換器３及び第２の電力変換器５の昇圧のスイッチング動作は、発振器が内蔵されたＰＷＭ（パルス幅変調）モジュール３０９及び発振器が内蔵されたＰＷＭモジュール５０９が電圧分割抵抗器３０６および電圧分割抵抗器５０６から得られる電圧値を基に制御を行っている。

制御器８は、第１の電力変換器３と第２の電力変換器５の動作の間合いを調整し、それぞれの動作周波数は一致させ、動作の位相差を１８０°となるように制御するようにした。

これによって、第１の電力変換器３と第２の電力変換器５の動作周波数と出力電圧を一致させ、それぞれの動作の位相差を１８０°とし、接続経路設定器７と負荷９との間に蓄電器１０を配置することで、負荷追従性が高く、安定した出力が得られる燃料電池装置の構成を得た。

＜実施の形態２＞
図３及び図４は本発明の第２の実施の形態にかかり、図１及び図２及び実施の形態１に示した燃料電池装置１の制御器８における制御において、位相差を変化させたときの燃料電池装置１の出力電圧波形と、第１の電力変換器３と第２の電力変換器５のそれぞれのスイッチング素子３０３及びスイッチング素子５０３のスイッチング制御波形である。

図３は、制御器８における制御において、第１の電力変換器３と第２の電力変換器５の動作周波数を一致させ、位相差を０°として同期させ、燃料電池装置１を運転したときの燃料電池装置１の出力電圧波形と、第１の電力変換器３及び第２の電力変換器５のスイッチング素子３０３とスイッチング素子５０３への制御信号波形を示す。第１の電力変換器３と第２の電力変換器５との位相差を０°として同期させるために、スイッチング素子３０３とスイッチング素子５０３への制御信号波形の立ち上がりを一致させた。このとき、第１の電力変換器３および第２の電力変換器５のみの出力電圧波形のリプル電圧の振幅に対して、燃料電池装置１の出力電圧波形は、それぞれの電力変換器のリプル電圧の山と山、谷と谷が重なり合い、リプル電圧の振幅が約２倍近くまで大きくなった。

図４は、制御器８における制御において、第１の電力変換器３と第２の電力変換器５の動作周波数を一致させ、位相差を１８０°として同期させ、燃料電池装置１を運転したときの燃料電池装置１の出力電圧波形と、第１の電力変換器３及び第２の電力変換器５のスイッチング素子３０３とスイッチング素子５０３への制御信号波形を示す。第１の電力変換器３と第２の電力変換器５との位相差を１８０°として同期させるために、スイッチング素子３０３への制御信号波形の立ち上がり時にスイッチング素子５０３への制御信号波形が立ち下がるように制御した。このとき、燃料電池装置１の出力電圧波形は、それぞれの電力変換器のリプル電圧の山と谷が重なり合う箇所が存在することになる。これによって、リプル電圧の振幅が平滑化され、燃料電池装置１から出力電圧のノイズが低減され、安定化した出力を得ることができた。

また、第１の電力変換器３或いは第２の電力変換器５のいずれか一方のスイッチング素子への制御信号波形に対して、他方の電力変換器のスイッチング素子への制御信号波形を完全に反転させることで、最もノイズを低減することができるので、各々電力変換器の動作周波数やインダクタンスなどを調整し、スイッチング素子への制御信号波形を完全に反転できるようにすることが最も望ましい。

＜実施の形態３＞
図５は本発明の第３の実施の形態にかかり、図１及び図２及び実施の形態１に示した燃料電池装置１の制御器８における制御手順を示すフローチャートである。本形態では、制御器８が、制御器８が検出した各々の検出値を基に接続経路設定器７の接続経路を適宜変更して制御するものである。具体的には、次の通りである。

燃料電池装置１の初期状態は接続経路設定器７が図７ａに示す通り、全ての接続が開状態で（Ｓ１）、負荷９が起動する信号を制御器８が検出すると（Ｓ２）、制御器８は第２の電力変換器５を起動させ（Ｓ３）、図７ｂのように接続経路設定器７において第２の電力変換器５の出力端と負荷９とを接続する（Ｓ４）。ここで、燃料電池２に燃料を供給し発電を開始させ（Ｓ５）、第１の電力変換器３を起動させると共に、第１の電力変換器３と第２の電力変換器５の動作を１８０°の位相差を保つように制御し（Ｓ６）、第１の電力変換器３と第２の電力変換器５の出力電圧を電圧分割抵抗器３０６の抵抗値を変化させることで一致させ（Ｓ７）、図７ｄのように接続経路設定器７において第１の電力変換器３の出力端と第２の電力変換器５の出力端と負荷９とを接続する（Ｓ８）。Ｓ９において、負荷９の動作が停止したことを検出すると、第１の電力変換器３と第２の電力変換器５を停止させ、図７ａのように切替器７において全ての接続を解除する（Ｓ１０）。

これによって、第１の電力変換器３と第２の電力変換器５の動作周波数と出力電圧を一致させ、それぞれの動作の位相差を１８０°とし、接続経路設定器７と負荷９との間に蓄電器を配置することで、負荷追従性が高く、燃料電池装置の出力リプル電圧が低減された安定した出力を得ることができた。

＜実施の形態４＞
図６は本発明の第４の実施の形態にかかり、図１及び図２及び実施の形態１に示した燃料電池装置１の制御器８における制御手順を示すフローチャートである。本形態では、制御器８が、制御器８が検出した各々の検出値を基に接続経路設定器７の接続経路を適宜変更して制御するものである。具体的には、次の通りである。

燃料電池装置の初期状態は接続経路設定器７が図７ａに示す通り、全ての接続か開状態で（Ｓ１）、負荷９が起動する信号を制御器８が検出すると（Ｓ２）、制御器８は第２の電力変換器を起動させ（Ｓ３）、図７ｂのように接続経路設定器７において第２の電力変換器５の出力端と負荷９とを接続する（Ｓ４）。ここで、燃料電池２に燃料を供給し発電を開始させ（Ｓ５）、第１の電力変換器３を起動させると共に、第１の電力変換器３と第２の電力変換器５の動作を１８０°の位相差を保つように制御し（Ｓ６）、第１の電力変換器３と第２の電力変換器５の出力電圧を電圧分割抵抗器３０６の抵抗値を変化させることで一致させ（Ｓ７）、図７ｄのように接続経路設定器７において第１の電力変換器３の出力端と第２の電力変換器５の出力端と負荷９とを接続する（Ｓ８）。Ｓ１１において燃料電池出力が最大許容出力値よりも大きい場合は、Ｓ８の制御フローへ移行する。また、Ｓ１１において燃料電池出力が最大許容出力値よりも小さい場合は、図７ｃに示すように接続経路設定器７において第２の電力変換器５の出力端を遮断する（Ｓ１２）。ここで、図８に、燃料電池の出力特性をあらわすグラフを示す。図８に示すように、燃料電池は、最大出力値Ｐｍａｘの３０〜９０％の範囲で出力することが好ましい。また、最大許容出力値とは、燃料電池の最大出力値と最小出力値の中間値よりも大きい値で設定される。燃料電池２の出力電力の検出は、制御器８が直接検出した燃料電池２の出力電圧値と電流検出器６が検出した検出値を基に演算を行う。燃料電池２の最大出力値Ｐｍａｘは事前に測定を行い、その値を制御器８の記憶装置に記憶しておく。制御器８に記憶されたＰｍａｘの値と検出値を基に演算した値とを比較する。Ｓ１３において、負荷９の動作が停止していなければ、Ｓ１１の制御フローへ移行する。Ｓ１３において、負荷９の動作が停止したことを検出すると、第１の電力変換器３と第２の電力変換器５を停止させ、図７ａのように接続経路設定器７において全ての接続を解除する（Ｓ１４）。

これによって、第１の電力変換器３と第２の電力変換器５の動作周波数と出力電圧を一致させ、それぞれの動作の位相差を１８０°とし、接続経路設定器７と負荷９との間に蓄電器を配置し、負荷９の消費電力の大きさに対して燃料電池２の出力余裕がある場合は、電源４から負荷９への電力供給経路を遮断することで、電源４の電力消費を抑え、負荷追従性が高く、燃料電池装置の出力リプル電圧が低減された安定した出力を得ることができた。

＜実施の形態５＞
図９は本発明の第５の実施の形態にかかり、図１及び図２及び実施の形態１に示した燃料電池装置１の制御器８における制御において、第１の電力変換器３の出力電圧と第２の電力変換器５の出力電圧を一致させ、位相差及びスイッチング素子への制御信号をパルス周波数変調制御させたときの燃料電池装置１の出力電圧波形と、第１の電力変換器３と第２の電力変換器５のそれぞれのスイッチング素子３０３及びスイッチング素子５０３のスイッチング制御波形である。パルス周波数変調制御させたのはスイッチング素子５０３へのスイッチング制御信号である。制御器８における制御において、第１の電力変換器３と第２の電力変換器５の基本の動作周波数を一致させ、位相差を１８０°として同期させ、第２の電力変換器のスイッチング素子５０３へのスイッチング制御信号の発生を半分に抑制した。

これによって、ある程度リプル電圧の振幅が平滑化され、燃料電池装置１から燃料電池装置１の出力電圧のノイズが低減された安定した出力が得られると共に、電源４からの出力が抑制され電源４の消費電力が抑制できる。

また、第１の電力変換器３の出力電圧と第２の電力変換器５の出力電圧を一致させ、図１０に示すように、第２の電力変換器のスイッチング素子５０３へのスイッチング制御信号の周波数を高め、第１の電力変換器３の出力電圧が下降傾向にある期間に第２の電力変換器のスイッチング動作を集中的に行った。これによって、燃料電池装置１の出力電圧を一定に保つことができ、負荷追従性が高く、燃料電池装置の出力リプル電圧が低減された安定した出力を得ることができた。

＜実施の形態６＞
図１１は本発明の第６の実施の形態にかかる燃料電池装置を示す概略図である。負荷９への供給電圧が電源４の出力電圧範囲内であって、第１の電力変換器３の出力電圧が電源４より小さく負荷９の最低駆動電圧よりも高い場合は、第２の電力変換器の替わりに切替器１２を用いても良い。切替器１２の切替のタイミングを、第１の電力変換器３の出力電圧が下降傾向の期間に電源４の出力端と負荷９とが接続される経路を形成できるように制御器８による制御を行った。これによって、燃料電池装置１の出力電圧を一定に保つことができ、負荷追従性が高く、燃料電池装置の出力リプル電圧が低減された安定した出力を得ることができた。

＜実施の形態７＞
図１２は本発明の第７の実施の形態にかかる燃料電池装置を示す概略図である。実施の形態６と同様に、負荷９への供給電圧が電源４の出力電圧範囲内であって、第１の電力変換器３の出力電圧が電源４より小さく負荷９の最低駆動電圧よりも高い場合は、第６の実施の形態における切替器１２の機能を接続経路設定器１３に担わせても良い。接続経路設定器１３の切替のタイミングを、第１の電力変換器３の出力電圧が下降傾向の期間に電源４の出力端と負荷９とが接続される経路を形成できるように制御器８による制御を行った。これによって、燃料電池装置１の出力電圧を一定に保つことができ、負荷追従性が高く、燃料電池装置の出力リプル電圧が低減された安定した出力を得ることができた。

尚、本発明は、燃料電池装置を前提に説明してきたが、燃料電池装置だけではなく複数の電力変換器を有する装置を制御する制御プログラムにも適用可能である。

具体的には、図１３に示すように、コンピュータを、第１の電力変換器が送る信号の位相と第２の電力変換器が送る信号の位相に位相差をもたせる位相差設定部２２と、第１の接続経路及び第２の接続経路を接続する制御信号を接続経路設定器に送る接続経路設定部２３と、第１の電力変換器あるいは第２の電力変換器の出力電圧を制御する出力電圧制御部２４として機能させるための制御プログラム２１である。

本発明の実施の形態１に係る燃料電池装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態１に係る燃料電池装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態２に係る燃料電池装置の出力特性及び動作特性を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る燃料電池装置の出力特性及び動作特性を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る燃料電池装置の制御フローチャートである。 本発明の実施の形態４に係る燃料電池装置の制御フローチャートである。 本発明の実施の形態３乃至実施の形態４係る切替器の接続経路の概略図である。 本発明の実施の形態４に係る燃料電池の出力特性を示すグラフである。 本発明の実施の形態５に係る燃料電池装置の出力特性及び動作特性を示す図である。 本発明の実施の形態５に係る燃料電池装置の動作特性を示す図である。 本発明の実施の形態６に係る燃料電池装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態７に係る燃料電池装置の概略構成図である。 本発明の制御プログラムの概略構成図である。 従来の燃料電池装置の一構成例を示す図である。

符号の説明

１…燃料電池装置、２…燃料電池、３…第１の電力変換器、４…電源、５…第２の電力変換器、６…電流検出器、７…接続経路設定器、８…制御器、９…負荷、１０…蓄電器、１１…電流検出器、１２…切替器、１３…接続経路設定器、３０１…コンデンサ、３０２…インダクタ、３０３…スイッチング素子、３０４…整流素子、３０５…コンデンサ、３０６…分割抵抗値、３０７…電圧リファレンス、３０８…比較器、３０９…ＰＷＭモジュール、５０１…コンデンサ、５０２…インダクタ、５０３…スイッチング素子、５０４…整流素子、５０５…コンデンサ、５０６…分割抵抗値、５０７…電圧リファレンス、５０８…比較器、５０９…ＰＷＭモジュール、２１…制御プログラム、２２…位相差設定部、２３…接続経路設定部、２４…出力電圧制御部

Claims (5)

1. 負荷に対して電力を供給する燃料電池装置であって、
   燃料供給器と、
   前記燃料供給器からの燃料供給によって発電する燃料電池と、
   電源と、
   前記燃料電池の出力端が入力される第１の電力変換器と、
   前記電源の出力端が入力される第２の電力変換器と、
   前記第１の電力変換器の出力端が接続される第１の入力端と、前記第２の電力変換器の出力端が接続される第２の入力端を有するとともに、前記負荷と前記第１の入力端との間の第１の接続経路を接続するあるいは遮断する設定と、前記負荷と前記第２の入力端との間の第２の接続経路を接続するあるいは遮断する設定を行う接続経路設定器と、
   一端が前記接続経路設定器と前記負荷との間に接続され、他端が接地され、前記第１の電力変換器及び／あるいは前記第２の電力変換器より供給される電力を充放電する蓄電器と、
   前記第１の電力変換器の動作と前記第２の電力変換器の動作の位相に位相差をもたせるとともに前記第１の接続経路及び前記第２の接続経路を接続する制御信号を前記接続経路設定器に送り、前記第１の電力変換器あるいは前記第２の電力変換器の出力電圧を制御する制御器とを有し、
   前記制御器は、前記第１の電力変換器の出力電圧が下降している動作期間の間、前記第２の電力変換機の動作周波数を、前記第１電力変換器の動作周波数より高く設定することを特徴とする燃料電池装置。
2. 前記制御器は、前記第１の電力変換器あるいは前記第２の電力変換器のいずれか一方の出力電圧値を他方の出力電圧値に略一致させることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。
3. 前記燃料電池と前記第１の電力変換器の間に接続される電流検出器を備え、
   前記制御器が、前記燃料電池の出力電圧と前記電流検出器の検出値により前記燃料電池の出力値を演算し、
   前記燃料電池の出力値が前記燃料電池の最大許容出力値よりも小さいと、前記第１の接続経路を接続するとともに前記第２の接続経路を遮断し、
   前記燃料電池の出力値が前記燃料電池の最大許容出力値よりも大きいと、前記第１の接続経路及び前記第２の接続経路を接続することを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の燃料電池装置。
4. 前記第２の電力変換器を複数有し、
   前記複数の第２の電力変換器のそれぞれの位相がずれていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の燃料電池装置。
5. 燃料供給器からの燃料供給によって発電する燃料電池と、電源と、前記燃料電池の出力端が入力される第１の電力変換器と、前記電源の出力端が入力される第２の電力変換器と、前記第１の電力変換器の出力端が接続される第１の入力端と前記第２の電力変換器の出力端が接続される第２の入力端を有するとともに、負荷と前記第１の入力端との間の第１の接続経路を接続するあるいは遮断する設定と前記負荷と前記第２の入力端との間の第２の接続経路を接続するあるいは遮断する設定を行う接続経路設定器と、一端が前記接続経路設定器と前記負荷との間に接続され、他端が接地され、前記第１の電力変換器及び／あるいは前記第２の電力変換器より供給される電力を充放電する蓄電器とを備え、前記負荷に対して電力を供給する燃料電池装置を制御する制御プログラムであって、
   コンピュータを、
   前記第２の電力変換器の動作周波数を、前記第１の電力変換器の出力電圧が下降している動作期間の間、前記第１電力変換器の動作周波数より高く設定することで、前記第１の電力変換器が送る信号の位相と前記第２の電力変換器が送る信号の位相に位相差をもたせる位相差設定部と、
   前記第１の接続経路及び前記第２の接続経路を接続する制御信号を前記接続経路設定器に送る接続経路設定部と、
   前記第１の電力変換器あるいは前記第２の電力変換器の出力電圧を制御する出力電圧制御部として機能させるための制御プログラム。

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