JPH02287807A - 燃料電池用電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 し産業上の利用分野Ｊ この発明は、燃料電池の直流電力を交流電力に変換して
商用系統に電力を供給する燃料電池用電力変換装置（こ
関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は昭和５７年電気学会全国大会論文集５９４ペー
ジに示された従来の燃料電池用電力変換装置を示す回路
図である。図において、（１）は燃料電池、（２）及び
（３Ｊはこの燃料電池（１）に並列接続された開閉器及
び放電用抵抗、（４）は燃料電池（１）の出力の遮断器
、（５）はこの遮断器（４）に直列接続された開閉器、
（６）及び（７）はこの開閉器（５）に並列接続された
充電用抵抗及び開閉器、（８）は上記開閉器（５）の出
力に接続された昇圧チョッパ、（９）及び（３）はこの
昇圧チョッパの出力に接続された開閉器及び放電用抵抗
、Ｑｌ）は上記昇圧チョッパの出力に接続されたコンデ
ンサ、σηは直流入力端がこのコンデンサ四に並列接続
されたインバータ、弼はこのインバータα】）の交流出
力端と系統時とを連系する遮断器である。

次（こ動作について説明する。この燃料電池用電力変換
装置の動作のタイムチャートを示す第４図を参照して説
明する。時刻ｔ、以前は停止状態にあり、燃料電池（１
）への燃料の供給は停止されており、開閉器（幻及び（
９）が閉路されて夫々燃料電池（１）及びコンデンサ（
１０を抵抗（３）及び（石を介して放電している。時刻
ｔ１より燃料電池（１）を起動する場合に、開閉器＋２
１　、　（９）を閉略し、遮断器（４）及び開閉器（７
）を閉略する。燃料の供給を開始すると燃料電池（１）
の電圧（ＥＢ）は上昇し、コンデンサＱＱの電圧（Ｅｏ
）は抵抗（６）及び昇圧チョッパク８）のりアクドル（
８ａ）とダイオード（８ｃ）を介して充電され、上昇し
ていく。燃料電池（１）の電圧が定格値以上に上昇し、
かつコンデンサ（ＩＱの電圧が燃料電池（１）の電圧ま
で充電される時刻ｔ２にて開閉路（７）を閉略するとと
もに、開閉器（５）を閉路する。その後、昇圧チョッパ
（８）をオンして、コンデンサσＱの電圧を燃料電池（
１）の電圧レベルからインバータａ漫の定格直流電圧ま
で昇圧する。

ここで、昇圧チョッパ（８）は、スイッチング素子とし
て図示されているトランジスタ（８ｂ）をオンすると、
リアクトル（８ａ）を介して燃料電池（１）の出カフ毬
流が増加し、次にトランジスタ（８ｂ）をオフすると、
リアクトル（８ａ）に蓄積された上記出力電流の増加分
はダイオード（８ｃ）を介してコンデンサＣＩＧを充電
するように動作し、ＥＣ＞ＥＢの関係になる。

昇圧比Ｅ　ｃ　／　Ｅ　Ｂはトランジスタ（８ｂ）のオ
ン、オフ時間比率を制御することにより、任意に調整で
きる。この昇圧チョッパ（８）を利用することにより、
燃料電池（１）の電圧が、燃料供給量の変動あるいは系
統側へ出力する電力量の変動により変動して低下した場
合にもインバータＱυの直流入力電圧を一定に維持でき
る。時刻ｔ３にてコンデンサｔＪＱの″電圧がインバー
タロυの定格直流電圧に達すると、インバータσυをオ
ンしてインバータｑυの交流出力端に交流電圧を発生さ
せる。時刻ｔ、からｔ４までは系統ｑ３の電圧にインバ
ータσυの出力電圧を同期させる期間であり、両者の大
きさ、位相が一致すると遮断器四を閉路して系統との連
系運転ｌこ移行する。

時刻ｔ５は運転を停止するタイミングであり、インバー
タロ及び昇圧チョッパ（８）をオフするとともに燃料電
池（１）への燃料の供給を停止する。また遮断器（４］
及び□□□、開閉器（５）は閉略され、その代りに開閉
器（２）及び（９）は閉路され、燃料電池（１）とコン
デンサ叫は放電する。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の燃料電池用電力変換装置は以上のように構成され
ているので、開閉器や充、放電用抵抗の使用個数が多い
ために、装置が高価であり、かつ装置の寸法が大きくな
り、また燃料電池（１）の起動からインバータＵの運転
開始までの時間が長いなどの課題があった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされた
もので、装置を安価にでき、装置を小型化できるととも
に燃料電池（１）の起動からインバータ■）の運転開始
までの時間を短縮できる燃料電池用電力変換装置を得る
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る燃料電池用電力変換装置は、燃料電池（
１）及びコンデンサ（１１ｃＩの放電のための抵抗を共
用し、この抵抗にスイッチング素子を直列接続してコン
デンサαＱの両端に備え、燃料′覗池（］）と昇圧チョ
ッパ（８）間ｌこ従来の装置崖で備えられていた開閉器
や；窩断器を省略したものである。

〔作用〕

この発明における燃料電池用電力変換装置は、燃料電池
（１）の燃料の供給量を制御して起動するとともに、コ
ンデンサ（８）が仮りに過充電された場合には放電用抵
抗に直列接続されたスイッチング素子をオン、オフ制御
してコンデンサ（８）の電圧をＤ〒定値に制御する。

し発明の実施例」 以下、この発明の一実施例を図について説明する。陣は
放電抵抗であって、スイッチング素子として図示されて
いるトランジスタＣ！υに直列接続され、この直列体は
コンデンサα０に並列接続されている。（４）は開閉器
であってこのトランジスタ？υに並列接続されている。

この１ｌｉｌＪ作について、第２図に示すタイムチャー
トを参照して説明する。時刻ｔ、以前は停止状態であり
、開閉器（イ）は閉略されている。時刻ｔ１ｉこて開閉
器（イ）を閉略するとともに燃料電池（１）の燃料の供
給を開始して燃料電池（１）の電圧（Ｅａ）を立上げる
。

コンデンサσＱは昇圧チョッパ（８）のリアクトル（８
ａ）及びダイオード（８ｃ）を介して充電される。′直
池竜圧（１）がある程度、確立する時刻ｔ２にて昇圧ヂ
ョツパ（８）をオンし、コンデンサαＱの電圧を昇圧さ
せる。

このコンデンサＱＱの電圧がインバータσυの定格直流
入力電圧値を越えると、昇圧チョッパ（８）の動作を一
時停止させ、トランジスターυをスイッチングして抵抗
四を介して放電させる。ここで注意すべき点は燃料電池
（１）から出力側をみると、リアクトル（８ａ）とコン
デンサＣＩＱでり、Ｃ負荷になっており、燃料電池（１
）の電圧（ＥＢ）は急峻に立上るとこのり。

Ｃ共振によりコンデンサσｑの電圧は非常に高い値に上
昇し、装置を過電圧破壊する恐れがある。

従って燃料の供給量は徐々に増加させるように調整する
必要がある。コンデンサ（１１の電圧が定常値になる時
刻ｔ、でインバータσυをオンし、系統との同期制御に
入る。インバータσυの交流出力電圧と系統μｓの電圧
が大きさ、位相とも一致した時刻ｔ４にて遮断器□□□
を閉路し、系統との連系運転に移行する。次に時刻１Ｌ
ｉにて停止する場合には、開閉器（イ）を閉略し、遮断
器（６）を開略し、インバーター、昇圧チョッパ（８）
、スイッチング素子（財）を停止するとともに燃料電池
（１）の燃料の供給も停止させる。

コンデンサσＱは抵抗（イ）及び開閉器（イ）を通って
放電する。また燃料電池（１）はりアクドル（８ａ）及
びダイオード（８ｃ）を介して抵抗（イ）及び開閉器（
イ）を通って放電する。

従来の装置において燃料電池（１）と昇圧チョッパ（８
〕の間に遮断器（４）を備えたものを示したが、これは
昇圧チョッパ（８）あるいはインバータ四が直流短絡故
障を生じた場合に直流過電流が生じるが、この過電流に
よる燃′＃４電池（１）の破壊を防止する目的で設けら
れている。しかしこの過電流の上昇はリアクトル（８ａ
）で制限されるため、このリアクトル（８ａ）に比較的
大きなインダクタンスをもたせ、かつこの直流過゛１流
を速やかに検出して燃料電池（１）の燃料の供給を直ら
に停止すれば、上記遮断器（４）を省略しても燃料電池
（１）の破壊を防げる。

なお、上記実施例では放電のためのスイッチ手段として
高速にスイッチング動作するトランジスタｔ２υと、開
閉器に）を並列接続体を備えたものを示したが、開閉器
（イ）は、仮りにトランジスタＱυの制御回路（図示し
ていない）の電源が低下するなど異常になってトランジ
スタンυをオンできない場合にでも開閉器翰で確実に放
電させるため、備えてあり、いわゆるバックアップ手段
として機能させているものであって本質的にはトランジ
スタｅυのみであってもよく、上述の開閉器（イ）の動
作をトランジスタ？υで兼用させてもよい。

また、上記実施例ではスイッチング素子（８ｂ）　。

シυをトランジスタで礪成したものを示したが、その他
の自己消弧形スイッチング素子（ＧＴＯ，ＢＩＭＯ３゜
ＩＧＢＴなど）であってもよく、上記実施例と同様の効
果を奏する。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、燃料電池（１）及び
インバータの直流側コンデンサ四の共通の放電抵抗四を
備え、スイッチング素子（財）によりコンデンサσｑの
電圧を高速に制御するようにしたので、装置が安順にで
き、また、インバータα刀の始動時間を短縮できるもの
が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による燃料電池用電力変換
装置の回路図、第２図は第１図の１ｕカ変換装置の起動
、停止動作を示すタイムチャート、第３図は従来の燃料
電池用電力変換装置（イの回珀図、第４図は第３図の電
力変換装置の起動、停止動作を示すタイムチャートであ
る。 （１）は燃料電池、＋２１　、　（５１、（７）　、　
（９）　、（イ）は開閉器、（４）、四は遮断器、Ｌ３
１　、　ｔ３′＋　、μ）は放電抵抗、（８）は昇圧チ
ョッパ、ｕＣＪはコンデンサ、Ｑ］Ｊはインバータ、シ
υはスイッチング素子。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃料電池の出力を受けこの燃料電池の電圧を昇圧する昇
   圧チョッパと、この昇圧チョッパの出力を平滑するコン
   デンサと、このコンデンサに平列接続され、直流電力を
   交流電力に変換するインバータと、上記コンデンサに並
   列に接続された放電抵抗とスイッチング素子との直列体
   を備え、始動時に上記燃料電池の電圧が上昇すると、上
   記昇圧チョッパを介して、上記コンデンサの電圧を立上
   げると共に、上記コンデンサの電圧を上記スイッチング
   素子により所定値に制御するようにしたことを特徴とす
   る燃料電池用電力変換装置。