JPH0475428A - 燃料電池直流並列運転システム - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、燃料電池の直流出力を直−流電源装置により
電圧変換して負荷に給電する燃料電池エネルギーシステ
ムに関し、特に”負荷変動に応じて商用電源あるいはエ
ンジン発電機等を人力とする整流器出力と負荷分担を行
なわせることにより、燃料電池工不ルキー／ステムの創
設費用の低減を図る燃料電池直流並列運転／ステムに関
するものである。

［従来の技術］ 燃料電池は水素と酸素との電気化学反応により直流電力
を発生することから、直流負荷に対しては直接給電する
ことも可能である。しかし、一般的には燃料電池出力の
電圧変換が必要な場合か多（、その場合には燃料電池の
直流出力を入力とする直流電源装置により電圧変換して
、負荷に対する給電を行なっている。このような燃料電
池と、この燃料電池の出力を入力とする直流電源装置と
からなる燃料電池電源において、負荷の消費電力か時間
とともに変化するとき、負荷消費電力のピーク値に合わ
せてその出力容量を定めると、燃料電池電源は出力にか
なりの余力を残したままの部分負荷での運転時間が長く
なり、実質的な出力電力量に比べて燃料電池電源の創設
費用が高価になってしまうという問題かある。

そこで、燃料電池電源の出力容量を、変動する負荷の消
費電力のピーク値に合わせるのではなく、例えば消費電
力の最小値以下あるいはピーク値と最小値の間の値に選
び、即ち負荷の平均的な消費電力に適合した燃料電池電
源を選定して燃料電池電源は常時はぼ定格出力で運転し
、燃料電池電源の出力を超える部分については別系統の
直流出力の電源、例えば商用電源あるいはエンジン発電
機を入力とする整流器の出力から給電し、これにより燃
料電池エネルギーシステムの創設費用の低減を図ること
が考えられ、本出願人は、先の出願（特願平１−２１７
７７１号）にて、第７図および第８図に示す燃料電池直
流並列運転システムを提案した。

この従来例について第７図から説明すると、本システム
は、燃料電池Ｉとその出力を入力とし直流電源装置主回
路２−１および出力電圧定電圧制御回路２−２を有する
直流電源装置２からなる燃料電池電源３と、商用電源４
を整流する整流器５とを備え、それらの出力を並列接続
して負荷１００に給電している。この従来例では、直流
電源装置２と整流器５との負荷分担制御を行なうために
燃料電池直流並列運転システムに負荷電流／電力検出手
段６を設置して負荷電流あるいは電力に対応する信号Ｉ
Ｌを検出し、直流電源装置出力電流／電力設定手段８に
送出する。これを受けて直流電源装置出力電流／電力設
定手段８ては、信号１１と燃料電池電源３の定格出力電
流あるいは電力に対応する値Ｉ　ＬＭＡＸとを比較し、
ＩＬがＴ　ＬＭＡＸよりも大きければＩ　ＬＭＡＸを、
ＩＬかＩＬい、よりも小さければＩｔ、を直流電源装置
出力電圧制御用信号出力手段９に送出する６直流電源装
置出力電圧制御用信号出力手段９では、直流電源装置出
力電流／電力検出手段７から送出されてくる直流電源装
置２の出力電流あるいは電力に対応する信号１１と直流
電源装置出力電流／電力設定手段８から送出される信号
Ｉｔ、あるいはＩいＡＸとを比較し、その誤差に応じた
信号ｖＱを出力電圧定電圧制御回路２−２に送出し、直
流電源装置主回路２−１０出力電圧を変化させる。

次に、第８図について説明する。この第８図は、上記従
来例の直流電源装置出力電圧制御用信号出力手段９の出
力信号ＶＱにより直流電源装置２の出力電圧を変化させ
るための出力電圧定電圧制御回路２−２の一例を示して
いる。

この出力電圧定電圧制御回路２−２は、演算増幅器１１
と抵抗１２．１３からなる誤差増幅器の入力の一方に、
出力電圧設定部を形成する抵抗１４、ツェナータイオー
ト１５からなる基準電圧を逆流阻止用タイオード１６を
介して入力し、他方の入力に直流電源装置２の出力電圧
を抵抗１７１８て分圧して入力し、誤差増幅器の出力を
パルス幅変調回路を含む駆動制御回路１ｏに送出するこ
とにより直流電源装置２の出力電圧の安定化を図ってい
る。また、直流電源装置出力電圧制御用信号出力手段９
の出力信号■。を逆流阻止用タイオード１９を介して出
力電圧設定部に接続することにより、出力信号ＶＱによ
り直流電源装＠２の出力電圧を変化させる構成としてい
る。従って、出力信号ＶＱのレベルを上げることにより
直流電源装置主回路２−２の出力電圧を上昇させること
かてき、これにより直流電源装＠２の負荷電流あるいは
電力の分担の割合を増加することかできる。

さらに、直流電源装置出力電流／電力検出手段７、直流
電源装置出力電圧制御用信号出力手段９出力電圧定電圧
制御回路２−２．直流電源装置主回路２−１からなるフ
ィードバックループか構成されているので、直流電源装
置出力電流／電力検出手段７から送出されてくる直流電
源装置２の出力電流あるいは電力に対応する信号Ｉｄを
、直流電源装置出力電流／電力設定手段８から送出され
る信号ＩＬあるいはＩＬい、と等しくすることか可能と
なる。即ち、直流電源装置２の出力電流あるいは電力を
、直流電源装置出力電流／電力設定手段８て設定した値
に対応する電流あるいは電力に合わせることができる。

以上のように構成され、動作することから、負荷電流あ
るいは電力が燃料電池電源３の定格出力電流あるいは電
力以下の場合は、全ての負荷電流あるいは電力を燃料電
池電源３から供給し、負荷電流あるいは電力が燃料電池
電源３の定格出力電流あるいは電力を超える場合は、燃
料電池電源３からは少なくともその定格出力電流あるい
は電力で給電することかできる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしなから、上記従来の技術における燃料電池直流並
列運転システムにおいては、燃料電池電源が１台で構成
されているため、負荷の消費電力に応じた燃料電池電源
が必要となり、品種が多くなる問題がある。例えば、消
費電力に対応して５０ＫＷ、１００ＫＷ、２’０ＯＫＷ
、５００ＫＷ。

ＩＭＷ等の出力の燃料電池電源が必要となる。このため
、燃料電池電源の品種が多くなり、１品種当りの台数が
少なくなって、量産化によるコストの低減が図れないと
いう欠点があった。燃料電池電源の品種を少な（するた
めには、複数台の燃料電池電源を並列接続することが考
えられるが、単に並列接続したたけでは燃料電池電源間
での負荷分担か不平衡となり、燃料電／ｌｉ２電源の寿
命に差が生しることになる。また、システムの据え付は
時なとには、各燃料電池電源および整流器のそれぞれに
ついて動作試験を定格出力まで行う必要かあるが、一般
に試験用負荷の容量か十分てはないことから、試験用負
荷の容量に合わせて各燃料電池電源および整流器を個別
に運転停止するがあるいは各出力の給電線を個別に切り
離すなどが必要となり、試験を効率よく迅速に行なうこ
とができないという問題かあった。

本発明は、上記問題点や欠点を解決するために創案され
たもので、燃料電池電源の品種を統合し、量産化により
コストの低減を図るとともに、各燃料電池電源および整
流器それぞれの負荷分担を簡単に操作できる燃料電池直
流並列運転システムを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するための本発明の燃料電池直流並列
運転システムの構成は、 燃料電池とこの燃料電池の出力を入力とし出力電圧定電
圧制御回路を有するスイッチング電源装置とからなる燃
料電池電源を少なくとも２台以上と、 商用電源あるいは他の発電源より出力される交流電力を
整流する整流器と、 前記２台以上の燃料型／ｌ！！電源と前記整流器が負荷
に供給する電流あるいは電力を検８しこれに対応するデ
ィジタル信号を出力する電流／電力信号発生手段と、 前記燃料電池電源の各々か負荷に供給する電流あるいは
電力を検出しこれに対応するディジタル信号を出力する
燃料電池電源出力電流／電力信号発生手段と、 前記電流／電力信号発生手段あるいは前記燃料電池電源
出力電流／電力信号発生手段から出力されるディジタル
信号を受けて、このディジタル信号から前記燃料電池電
源の各々に所定の負荷電流あるいは電力を分担させるた
めの負荷分担設定用ディジタル信号を形成し、この負荷
分担設定用ディジタル信号と、前記燃料電池電源出力電
流／電力信号発生手段あるいは前記電流／電力信号発生
手段から出力されるディジタル信号とを比較してその差
に応じたディジタル信号を出力するディジタル信号比較
手段と、 前記ディジタル信号比較手段から出力されるディジタル
信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換手段とを備え
、 前記２台以上の燃料電池電源の各々の出力と前記整流器
の出力とを並列に接続して負荷に給電する構成とし、 前記Ｄ／Ａ変換手段からのアナログ信号出力を、前記出
力電圧定電圧制御回路に設けた出力電圧設定部に加える
ように接続し、 前記スイッチング電源装置の出力電圧を、前記燃料電池
直流並列運転システムか負荷に供給する電流あるいは電
力の変動もしくは前記整流器の出力電圧の変動に応じて
制御することにより前記燃料電池電源の出力の負荷分担
の割合を制御するように構成したことを特徴とする。

１作用］ 本発明は、燃料電池と、この燃料電池の出力を人力とし
出力電圧の定電圧制御回路を有するスイッチング電源装
置とからなる燃料電池電源を、少なくとも２台以上並列
に接続して均等な負荷分担を行う構成としてその並列運
転を可能にし、これらの出力をさらに商用電源あるいは
他の発電源からの交流出力を整流する整流器の出力に並
列に接続して、燃料電池電源群が定格を超えるときなと
に商用電源あるいは他の発電源の間で負荷分担を行い、
高価な燃料電池電源の創設費用の低減を図るとともに、
各燃料電池電源の接続個数でその種々の規模の負荷の消
費電力に対応できるようにして、燃料電池電源の品種を
統合し、量産化によるコストの低減を可能にする。また
、出力電圧定電圧制御回路に対する制御にディジタル信
号処理の技術を取り入れることにより、負荷分担の実現
を容易にし、かつ負荷分担割合の設定の操作を簡単にし
、試験や保守を迅速・容易に行えるようにする。

［実施例コ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は本発明筒１の実施例を説明する図であって、並
列接続した２台の燃料電池電源の出力電圧（スイッチン
グ電源装置の出力電圧と言い替えてもよい）の−制御方
法を示した燃料電池直流並列運転システムのブロック図
である。本実施例において、第７図の従来例と同符号の
ものは同一機能のものである。本実施例は、燃料電池（
ＦＣ）１００１とその出力を入力としスイッチング電源
装置主回路２１−１および出力電圧定電圧制御回路２１
−２を有するスイッチング電源装置２１とからなる燃料
電池電源３０１と、燃料電池（Ｆ　Ｃ）１００２とその
出力を入力とするスイッチング電源装置主回路２２−１
および出力電圧定電圧制御回路２２−２を有するスイッ
チング電源装置２２とからなる燃料電源３０２と、商用
電源４を整流する整流器５とを備え、それぞれの出力を
並列接続して負荷１００に給電する構成とする。ここで
、本実施例では、燃料電池電源３０１，３０２と整流器
５の負荷分担、即ちスイッチング電源装置２１２２と整
流器５の負荷分担を行なうために、スイッチング電源装
置２１，２２のの出力電圧を制御する手段として、負荷
１００への給電線に接続され負荷電流あるいは電力を検
出してこれに対応するディジタル信号を出力する電流／
電力信号発生手段６０と、燃料電池電源３０Ｌ　　３０
２の出力線に接続され燃料電池電源３０１．３０２の各
々が負荷１００に供給する電流あるいは電力を検出しこ
れに対応するディジタル信号を出力する燃料電源電源出
力電流／電力信号発生手段７０７１と、電流／電力信号
発生手段６０から出力されるディジタル信号を受けて、
このディジタル信号と前記燃料電池電源の台数（２台）
とから前記燃料電池電源の各々３０１，３０２に所定の
負荷電流あるいは電力を分担させるための負荷分担設定
用ディジタル信号を形成し、この負荷分担設定用ディジ
タル信号と前記燃料電源電源出力電流／電力信号発生手
段７０，７１から出力されるディジタル信号とを比較し
てその差に応じたディジタル信号を出力するディジタル
信号比較手段９１と、ディジタル信号比較手段９１から
出力されるディジタル信号をアナログ信号に変換するＤ
／へ変換手段９２とを備え、Ｄ／Ａ変換手段９２からの
アナログ信号出力を、前記スイッチング電源装置の出力
電圧定電圧制御回路２１−２．２２−２に設けた出力電
圧設定部に加えるように接続する。この出力電圧定電圧
制御回路２１−２．２２−２は、第８図の従来例と同様
に構成することかできるので、本実施例においても第８
図と同一回路構成のものを用いるものとする。

以上のように構成した第１の実施例の動作および作用を
述へる。

本実施例は、２台の燃料電池電源３０１，３０２の出力
を並列に接続し、これらを常に均等の割合て負荷分担す
るように制御して、並列運転を可能にし、これらの出力
と整流器Ｓの出力を並列に接続して、燃料電池電源３０
１，３０２群の定格を超える負荷への出力電流または電
力を商用電源４側に負荷分担させ、燃料電池１００１，
１００２を常に定格またはそれに近い状態で運転できる
ようにするものである。ここで、燃料電池電＃３０１．
３０２群と整流器５側（商用電源４側）の負荷分担の割
合、および２台の燃料電池電源３０１．３０２の間の均
等な分担割合での並列運転は、各スイッチング電源装置
主回路２１−１．２２−１の出力電圧をそれぞれ出力電
圧定電圧制御回路２１２．２２−２で増減させることに
より、制御される。しかも、その出力電圧定電圧制御回
路２１２．２２−２に対する制御の処理かディジタル制
御技術を用いて行われる点に特徴がある。

即ち、その動作を述べると以下のようになる。

まず、電流／電力信号発生手段６０において、負荷電流
あるいは電力を検出し、このアナログ信号をディジタル
信号にＡ／Ｄ変換して、負荷電流あるいは電力に対応す
るディジタル信号をディジタル信号比較手段９１に送出
する。燃料電池電源出力電流／電力信号発生手段７０．
７１では、前記燃料電池電源３０１，３０２の各々の出
力電流あるいは電力を検出しディジタル信号に変換した
後、このディジタル信号をディジタル信号比較手段９１
に送出する。ディジタル信号比較手段９１では、前記電
流／電力信号発生手段６０からのディジタル信号を受け
、このディジタル信号と前記燃料電池電源の台数とから
前記燃料電池電源３０１３０２の各々に所定の負荷電流
あるいは電力を分担させる負荷分担設定用ディジタル信
号を形成し、即ち、電流／電力信号発生手段６０からの
ディジタル信号を■。とすると（但し、１．は燃料電池
電源３０１と３０２か供給可能な電流あるいは電力に対
応じたディジタル信号とする）、並列接続された燃料電
池電源か２台であることから負荷分担設定用ディジタル
信号■。／２を形成し、この負荷分担設定用ディジタル
信号と、前記燃料電池電源出力電流／電力信号発生手段
７０，７１から出力されるディジタル信号とを比較して
その差に応じたディジタル信号を出力する。例えば、燃
料電池電源出力電流／電力信号発生手段７０゜７１から
出力されるディジタル信号か負荷分担設定用ディジタル
信号Ｉ、／２よりも小さいときは、ディジタル信号比較
手段９１の対応する出力のディシタル信号をそれぞれ１
単位増やし、その逆に大きいときは、それぞれ１単位減
らしてＤ／Ａ変換手段９２へ送出する。Ｄ／Ａ変換手段
９２では、ディジタル信号比較手段９１から出力された
ディジタル信号をアナログ信号に変換し、このアナログ
信号を対応するそれぞれのスイッチング電源装置２１　
２２の出力電圧定電圧制御回路２１−２゜２２−２に設
置すだ出力電圧設定部に加える。

次に、第８図に示す各スイッチング電源装置２１．２２
、出力電圧定電圧制御回路２１−２．２２−２の動作は
、両方とも同様であることから、始めにＤ／Ａ変換手段
９２からアナログ信号を受け、スイッチング電源装置２
１の出力電圧を変化させる出力電圧定電圧制御回路２１
−２の動作について述べる。演算増幅器１１と抵抗１２
．１３からなる誤差増幅器の入力の一方に、出力電圧設
定部を形成する抵抗１４．ツェナーダイオード１５から
なる基準電圧が逆流阻止用ダイオード１６を介して入力
され、他方の入力にスイッチング電源装置主回路２１−
１の出力電圧が抵抗１７．１８て分圧されて入力され、
その誤差増幅器の出力がパルス幅変調回路を含む駆動制
御回路１０に送出されることにより、スイッチング電源
装置２１の出力電圧の安定化か図られる。また、Ｄ／Ａ
変換手段９２の出力か逆流阻止用タイオード１９を介し
て出力電圧定電圧制御回路２１〜２の出力電圧設定部に
接続されることにより、Ｄ／Ａ変換手段９２から送出さ
れるアナログ信号てスイッチング電源装置主回路２１−
１の出力電圧を変化させることができ、このアナログ信
号のレベルを上下することによりスイッチング電源装置
２１の出力電圧を上昇あるいは下降させ、これによって
スイッチング電源装置２１の負荷電流あるいは電力の分
担の割合を増減することかできる。

さらに、燃料電池電源出力電流／電力信号発生手段７０
．ディジタル信号比較手段９１．Ｄ／Ａ変換 スイッチング電源装置主回路２１−１からなるフィード
バックループが構成されているのて、燃料電池電源出力
電流／電力信号発生手段７０から送出されてくる燃料電
池電源３ｏ１，即ちスイッチング電源装置２１の出力電
流あるいは電力に対応するディジタル信号を、前述の負
荷分担設定用ディジタル信号Ｉ。／２に等しくすること
が可能となる。即ち、燃料電池電源３ｏ１　（スイッチ
ング電源装置２１）の出力電流あるいは電力を、負荷電
流あるいは電力の１／２に合わせることができる。

上述したのと同様の動作がスイッチング電源装置２２に
おいても行なわれ、スイッチング電源装置２２（燃料電
池電源３ｏ２）の出力電流あるいは電力を、負荷電流あ
るいは電力の１／２に合わせることができる。従って、
負荷電流あるいは電力が燃料電池電源３０１と３０２の
供給可能な電流あるいは電力以下の場合、燃料電池電源
３０１と燃料電池電源３０２で１７２ずつ負荷分担でき
る。

また、負荷電流が燃料電池電源３０１と３０２の供給可
能な電流あるいは電力を超える場合に対処するため、電
流／電力信号発生手段６０からのディジタル信号あるい
は負衝分担設定用ディジタル信号に上限を設けておくこ
とにより、燃料電池電源３０１と燃料電池電源３０２て
均等に負荷分担させ、燃料電池電源３０１．３０２の分
担する負荷電流あるいは電力を超える分は、整流器５に
分担させることができる。なお、Ｄ／Ａ変換手段９２の
入力に上限を設定しておくこと、あるいはＤ／Ａ変換手
段９２のアナログ信号出力をツェナーダイオードでクラ
ンプすることなどによっても、負荷電流が燃料電池電源
３０１と３０２の供給可能な電流あるいは電力を超える
ことに対処てきる。

第１の実施例は、以上のように構成され動作することか
ら、電流／電力信号発生手段６０からのディジタル信号
に上限を設けその値を燃料電池電源３０１，３０２の定
格出力電流あるいは電力の和に対応するディジタル信号
とすることなどにより、負荷電流あるいは電力が２台の
燃料電池電源３０１、３０２の定格出力電流あるいは電
力の和以上の場合は、全ての負荷電流あるいは電力を２
台の燃料電池電源３０１，３０２から１７２ずっ供給し
、負荷電流あるいは電力か２台の燃料電池電源３０１　
３０２の定格出力電流あるいは電力の和を超える場合は
、燃料電池型＃、３０１，３０２からは少なくともそれ
ぞれの定格出力電流あるいは電力を供給することかでき
る。従って、創設費用の高価な燃料電池１００１，１０
０２を定格運転またはそれに近い状態で稼働できる規模
とすることかでき、その有効利用を図ることかできる。

以上に加えて、本実施例ではディジタル制御技術を用い
て負荷１００への出力電流の負荷分担を制御することか
ら、種々の設定や条件等を容易に変更することかできる
ので、簡単にしかも迅速に負荷分担の割合を変更したり
負荷分担を商用電源４側へ移行したりすることかでき、
動作試験の容易な負荷分担制御方法を提供することかで
きる。

また、上記説明では負荷電流か変化したときたけ燃料電
池型［３０１３０２が所定の負荷分担を行なうためにス
イッチング電源装置２１．２２の出力電圧を変えるよう
に制御するかのように見えるかもしれないが、もし仮に
負荷電流が一定であったとしても、商用電源４の電圧変
動等により整流器５の出力電圧か」−昇し整流器５の出
力電流か増加しようとするときにも、燃料電池電源３０
１３０２か所定の負荷分担を行なうためにスイ、チング
ミ源装置２１．２２の出力電圧を上げるように制御する
ことも勿論行なわれる。

さらに、上記説明では燃料電池電源か２台の場合につい
て述へたが、Ｎ個の燃料電池電源出力電流／電力信号発
生手段を設け、それぞれの出力をディジタル信号比較手
段９１に送出すること、ディジタル信号比較手段９１お
よびＤ／Ａ変換手段９２をそれぞれ燃料電池電源Ｎ台に
対応した機能・構成とすることにより、燃料電池電源Ｎ
台による燃料電池直流並列運転システムとすることか可
能となることも明らかである。

なお、上記説明では電流／電力信号発生手段６０と燃料
電池電源出力電流／電力信号発生手段７０．７１の検出
対象である電流あるいは電力を、同じものを検出する場
合について示したが、必ずしも電流／電力信号発生手段
６０と燃料電池電源出力電流／電力信号発生手段７０．
７１との検出対象を一致させる必要なない。例えば、電
流／電力信号発生手段６０てはアナログの電力を検出し
これに対応するディジタル信号を出力し、デイ／タル信
号比較手段９１において、なんらかの方法（例えば、ス
イッチング電源装置２１あるいはスイッチング電源装置
２２の出力電圧を第１図には図示されていない手段で検
出してきて、この出力電圧に対応するディジタル信号で
電流／電力信号発生手段６０からのディジタル信号を割
るなど）で電流に対応するディジタル信号に変換すれば
、燃料電池電源出力電流／電力信号発生手段７０゜７１
では電流を検出しても問題がないからである。

第２図は本発明の第２の実施例を説明する図てあって、
第１図の第１の実施例と同符号のものは同一機能のもの
である。この第２の実施例が第１の実施例と異なるのは
、ディジタル信号比較手段において、負荷分担設定用デ
ィジタル信号を形成する方法が異なっている点である。

即ち、本実施例においては、燃料電池電源出力電流／電
力信号発生手段７０．７１から出力されるディジタル信
号を受けて、このディジタル信号と前記燃料電池電源の
台数とから燃料電池電源の各々３０１，３０２に所定の
負荷電流あるいは電力を分担させるための負荷分担設定
用ディジタル信号を形成し、この負荷分担設定用ディジ
タル信号と電流／電力信号発生手段６０から出力される
ディジタル信号とを比較してその差に応したディジタル
信号を出力するようにディジタル信号比較手段９０１を
構成する。

このように構成した第２の実施例の動作および作用を述
へる。

ます、電流／１！力信号発生手段６０において、負荷電
流あるいは電力を検出し、このアナログ信号をディジタ
ル信号にＡ／Ｄ変換して、負荷電流あるいは電力に対応
するディジタル信号をデイ／タル信号比較手段９０１に
送出する。燃料電池電源出力電流／電力信号発生手段７
０．７１では、前記燃料電池電源３０１，３０２の各々
の出力電流あるいは電力を検出しディジタル信号に変換
した後、このディジタル信号をディジタル信号比較手段
９０１に送出する。ディジタル信号比較手段９０１ては
、前記燃料電池電源出力電流／電力信号発生手段７０．
７１からのディジタル信号を受け、このディジタル信号
と前記燃料電池電源の台数とから前記燃料電池電源３０
１．３０’２の各々に所定の負荷電流あるいは電力を分
担させる負荷分担設定用゛ディジタル信号を形成し、即
ち、燃料型ｌｉｉ！電源出力電流／電力信号発生手段７
０．７１からのディジタル信号をそれぞれＩ　Ｄｌ、　
ｌ　Ｄ２とすると、並列接続された燃料電池電源が２台
であることから負荷分担設定用ディジタル信号２１Ｄ１
゜２１Ｄ２を形成し、この負荷分担設定用ディジタル信
号と前記電流／電力信号発生手段６０から出力されるデ
ィジタル信号Ｉ。とを比較してその差に応じたディジタ
ル信号を出力する。こうすることにより、後述するフィ
ードバックループがあるため２　１　Ｄｌ’ｌ　ｏ、　
２　１　Ｄ２＝　Ｔ　ｏとなり、ＩＤ１＝ＩＤ２＝　Ｉ
　、／　２となる。但し、Ｔｏは燃料電池電源３０１と
３０２が供給可能な電流あるいは電力に対応じたディジ
タル信号とする。Ｄ／Ａ変換手段９２ては、ディジタル
信号比較手段９０１から出力されたディジタル信号をア
ナログ信号に変換し、このアナログ信号を対応するそれ
ぞれのスイッチング電源装置２１．２２の出力電圧定電
圧制御回路２１−２．２２−２に設けた出力電圧設定部
に加える。

次に、第８図に示す各スイッチング電源装置２１．２２
、出力電圧定電圧制御回路２１−２．．２２−２の動作
は、両方とも同様であることから、始めに、Ｄ／Ａ変換
手段９２からアナログ信号を受け、スイッチング電源装
置２１の出力電圧を変化させる出力電圧定電圧制御回路
２１−２の動作について述べる。演算増幅器１１と抵抗
１２，１３からなる誤差増幅器の入力の一方に、出力電
圧設定部を形成する抵抗１４．ツェナータイオート１５
からなる基準電圧が逆流阻止用タイオード１６を介して
入力され、他方の入力にスイッチング電源装置主回路２
１−１の出力電圧が抵抗１７１８で分圧されて入力され
、その誤差増幅器の出力がパルス幅変調回路を含む駆動
制御回路１０に送出されることにより、スイッチング電
源装置２１の出力電圧の安定化が図られる。また、Ｄ／
Ａ変換手段９２の出力か逆流阻止用ダイオード１９を介
して出力電圧定電圧制御回路２１−２の出力電圧設定部
に接続されることにより、Ｄ／Ａ変換手段９２から送出
されるアナログ信号でスイッチング電源装置主回路２１
−１の出力電圧を変化させることができ、このアナログ
信号のレベルを上下することによりスイッチング電源装
置２１の出力電圧を上昇あるいは下降させ、これによっ
てスイッチング電源装置２１の負荷電流あるいは電力の
分担の割合を増減することができる。

さらに、燃料電池電源出力電流／電圧信号発生手段７０
．ディジタル信号比較手段９０１．Ｄ／Ａ変換手段９２
．出力電圧定電圧制御回路２１２、スイッチング電源装
置主回路２１−１からなるフィードバックループが構成
されているので、燃料電池電源出力電流／電力信号発生
手段７０から送出されてくる燃料電池電源３０１即ちス
イッチング電源装置２１の出力電流あるいは電力に対応
するディジタル信号Ｉ　Ｄｉ、　Ｉ　Ｄ２を負荷分担設
定用ディジタル信号Ｉ。／２に等しくすることか可能と
なる。即ち、燃料電池電源３０１　（スイ・、チングミ
源装置２１）の出力電流あるいは電力を、負荷電流ある
いは電力の１／２に合わせることができる。

上述したのと同様の動作がスイッチング電源装置２２に
おいても行なわれ、スイッチング電源装置２２（燃料電
池電源３０２）の出力電流あるいは電力を、負荷電流あ
るいは電力の１７２に合わせることができる。従って、
負荷電流あるいは電力が燃料電池電源３０１と３０２の
供給可能な電流あるいは電力以下の場合、燃料電池電源
３０１と燃料電池電源３０２で１／２ずつ負荷分担する
ことができる。

なお、電流／電力信号発生手段６０からのディジタル信
号に上限を設けておくこと、Ｄ／Ａ変換手段９２の入力
に上限を設定してお（こと、あるいはＤ／Ａ変換手段９
２のアナログ信号出力をツェナータイオートでクラップ
することなとによっても、負荷電流か燃料電池電源３０
１と３０２の供給可能な電流あるいは電力を超えること
に対処できる。これらの対処により、燃料電／ｌ！２電
源３０１と燃料電池電源３０２で均等に負荷分担させ、
燃料電池電源３０１，３０２の分担する負荷電流あるい
は電力を超える分は、整流器５に分担させることかでき
る。

第２の実施例は、以上のように構成され、動作すること
から、電流／電力信号発生手段６０からのディジタル信
号に上限を設けその値を燃料電池電源３０１　３０２の
定格出力電流あるいは電力の和に対応するディジタル信
号とすることなとにより、負荷電流あるいは電力か２台
の燃料電池電源３０１，３０２の定格出力電流あるいは
電力の相思下の場合は、全ての負荷電流あるいは電力を
２台の燃料電池電源３０１．３０２から１／２ずつ供給
し、負荷電流あるいは電力を２台の燃料電池電！３０１
，３０２の定格出力電流あるいは電力の和を超える場合
は、燃料電池電源３０１３Ｏ２からは少なくともそれぞ
れの定格出力電流あるいは電力で給電することかできる
。従って、本実施例も第１の実施例と同様に作用するこ
とかできる。

また、上記説明では燃料電池電源３０１と３０２に負荷
電流あるいは電力の１／２ずつを分担させることとした
が、必すしも均等分担にこたわる必要はない。燃料電池
電［３０１と３０２の出力容量が異なる場合、例えば燃
料電池電源３０１か１００ＫＷ、３０２か５０ＫＷとす
ると、燃料電池電源３０１に負荷電流あるいは電力の２
／３を、３０２に１／３を分担させるように負荷分担設
定用ディジタル信号を形成してもよい。

さらに、上述したディジタル信号比較手段９１あるいは
９０１におけるディジタル信号の計算処理にパソコンを
用いて、負荷分担設定用ディジタル信号を形成する際に
パソコンのキーボードから必要な情報を入力することに
より燃料電池電源３０１．３０２および整流器５の負荷
分担を容易に変えることかでき、システムの据え付は時
などに各燃料電ｌ−１Ｉ２電源および整流器それぞれの
動作試験か迅速・容易に実施できる。

なお、ディジタル信号比較手段９１，９０１にパソコン
を用い、電流／電力信号発生手段６０、燃料電池電源出
力電流／電力信号発生手段７０７１にＡ／Ｄ変換ホード
を、Ｄ／Ａ変換手段９２にＤ／Ａ変換ホードを用いれば
上述したディジタル制御を実現できることはいうまでも
ない。また、スイッチング電源袋＠２１．２２のレキュ
レーションか良すぎると、出力電流の変化に対する出力
電圧の変化が小さくなり負荷分担を行なうことか難しく
なるので、その場合にはＤ／Ａ変換手段９２の出力での
変化量の最小単位を考慮してスイッチング電源装置２１
．２２に出力電圧の出力電流依存性をもたせた特性とす
る必要かあることもいうまでもない。

第３図は本発明の第３の実施例を説明する図であって、
第１図の第１の実施例と同符号のものは同一機能のもの
である。第３図の第３の実施例か第１の実施例と異なる
のは、燃料電池直流並列運転システムか負荷１００に供
給する電流あるいは電力の検出手段を燃料電池電源３０
１，３０２の出力電流あるいは電力と整流器５の出力電
流あるいは電力を個別に検出し、これらを加算して電流
／電力信号発生手段とした点にある。即ち、６１は整流
器５の出力電流あるいは電力を検出しこれに対応するデ
ィジタル信号を出力する手段であり、６２はそのディジ
タル信号と前述の燃料電池電源出力電流／電力信号発生
手段７０．７１からのディジタル信号とを加算して負荷
電流あるいは負荷の消費電力を検出したディジタル信号
として前述のディジタル信号比較手段９１へ送出する加
算器である。このように構成しても、上述した第１図の
第１の実施例と同様の動作を行い、同様に作用すること
は明らかである。また、前述の加算器６２において加算
するまでアナログ信号により処理し、加算器出力におい
てＡ／Ｄ変換してもよい。

要は燃料電池直流並列運転システムか負荷に供給する′
ｖｉ、流あるいは電力を検出しこれに対応するディジタ
ル信号を出力することがてきる電流／電力信号発生手段
であればよい。但し、ディジタル信号比較手段９１とし
てパソコンを用いるときは、加算器６２の機能もパソコ
ンに持たせた方か構成は簡単である。

第４図は本発明の第４の実施例を説明する図であって、
第１図の第１の実施例と同符号のものは同一機能のもの
である。第４の実施例が第１の実施例と異なるのは、２
台の燃料電池電源３０１３０２が各々運転中であるか否
かを判別し運転状態を示すディジタル信号を出力する運
転状態判別手段１０１を新たに設け、この運転状態判別
手段１０１からのディジタル信号と電流／電力信号発生
手段６０から出力されるディジタル信号を受けて、この
ディジタル信号と前記燃料電池電源の運転台数とから前
記燃料電池電源の各々３０ｉ３０２に所定の負荷電流あ
るいは電力を分担させるための負荷分担設定用ディジタ
ル信号を形成しようとするものである。

このように構成しても、上述した第１の実施例と同様の
動作を行い、同様に作用するが、それを以下に簡単に述
へる。

電流、／電力信号発生手段６０において、負荷電流ある
いは電力を検出し、このアナログ信号をディジタル信号
にＡ／Ｄ変換して、負荷電流あるいは電力に対応するデ
ィジタル信号をディジタル信号比較手段９１に送出する
。燃料電池電源出力電流／電力信号発生手段７０．７１
では、前記燃料電池電源毎々の出力電流あるいは電力を
検出しディジタル信号に変換した後、このディジタル信
号をディジタル信号比較手段９１に送出する。運転状態
判別手段１０１では、燃料電池電源３０１３０２か各々
運転中か否かを判別し運転状態を示すディジタル信号を
ディジタル信号比較手段９１に送出する。ディジタル信
号比較手段９１ては、前記電流／電力信号発生手段６０
からのディジタル信号を受け、このディジタル信号と前
記運転状態判別手段１０１から出力されたディジタル信
号により判別した燃料型／ｌ１２電源の運転台数とから
前記燃料電池電源３０１．３０２の各々に所定の負荷電
流あるいは電力を分担させる負荷分担設定用ティ７タル
信号を形成し、この負荷分担設定用ディジタル信号と、
前記燃料電／ｌｌ！電源出力電流／電力信号発生手段７
０．７１から出力されるディジタル信号とを比較してそ
の差に応じたデイ７タル信号を出力する。Ｄ／Ａ変換手
段９２ては、ディジタル信号比較手段９１から出力され
たディジタル信号をアナログ信号に変換し、このアナロ
グ信号を対応するそれぞれのスイッチング電源装置の出
力電圧定電圧制御回路２１−２，２１２に設けた出力電
圧設定部に加える。以降は前述の第１図と同様に動作す
る。

なお、上述したディジタル信号の処理にパソコンを用い
て、燃料電池電源の運転台数の他、各燃料電池電源３０
１，３０２の出力容量も考慮して、それぞれに所定の負
荷を分担させるように負荷分担設定用ディジタル信号を
形成することも勿論可能である。

第５図は本発明の第５の実施例を説明する図であって、
第４図の第４の実施例と同符号のものは同一機能のもの
である。第５の実施例か第４の実施例と異なるのは、前
記燃料電池直流並列運転システムか負荷に供給する電流
あるいは電力を検出しこれに対応するディジタル信号を
出力する電流／電力信号発生手段と、前記燃料電池電源
か各々運転中であるか否かを判別し運転状態を示すディ
ジタル信号を出力する運転状態判別手段と、前記電流／
電力信号発生手段と前記運転状態判別手段と燃料電池電
源出力箱／Ｊｔ／電力信号発生手段とから出力されるデ
ィジタル信号を受は前記燃料電池電源３０１，３０２の
各々に所定の負荷電流あるいは電力を分担させるための
負荷分担設定用ディジタル信号を形成し、この負荷分担
設定用ディジタル信号と前記燃料電池電源出力電流／電
力信号発生手段７０．７１から出力されるディジタル信
号とを比較してその差に応じたディジタル信号を出力す
るディジタル信号比較手段と、前記ディジタル信号比較
手段から出力されるディジタル信号をアナログ信号に変
換するＤ／Ａ変換手段とを燃料電池電源毎に設けた点に
ある。即ち、燃料電池電源３０１の出力電圧制御用とし
て電流／電力信号発生手段６０−１、運転状態判別手段
１０１１、燃料電池電源出力電流／電力信号発生手段７
０、ディジタル信号比較手段９１−１、Ｄ　／　Ａ変換
手段９２−１を設け、燃料電池電源３０２の出力電圧制
御用として電流／電力信号発生手段６０２、運転状態判
別手段］、　０１−２、燃料電池電源出力電流／電力信
号発生手段７１、ディジタル信号比較手段９１−２、Ｄ
／Ａ変換手段９２−２を設けたものである。このように
各スイッチング電源装置の出力電圧を制御する手段を燃
料電池電源毎に設けた構成にしても、上述の第４の実施
例と同様の動作を行い、同様に作用することは明らかで
ある。

第６図は本発明の第６の実施例を説明する図であって、
第１図の第１の実施例と同符号のものは同一機能のもの
である。第６の実施例が第１の実施例と異なるのは、前
記燃料電池直流並列運転システムが給電する負荷を２シ
ステムとしたこと、それぞれの負荷に対応するために商
用電源を整流する整流器を２システム備えたこと、燃料
電池直流並列運転／ステムが負荷に供給する電流あるい
は電力の検出手段を各負荷システムへの負荷電流を個別
に検出し、これらを加算して電流／電り信号発生手段と
した点にある。即ち、負荷として１００−１と１００−
２の２ンステムを対象とし、それぞれの負荷に対応して
商用電源を整流する整流器を５−１．５−２の２システ
ム備え、これらの整流器と燃料電池電源３０１，３０２
の２台とを逆流防止のため（整流器５−１か負荷１００
２に、整流器５−２か負荷１００−１に給電することを
避けるため）のタイオード３１．１３１２を介して接続
して燃料電池直流並列運転システムを構成し、燃料電池
直流並列運転システムか負荷に供給する電流あるいは電
力を検出しこれらに対応するディジタル信号を出力する
電流／電力信号発生手段を、負荷１００−１，１００−
２−＼のそれぞれの給電線に接続した電流検出手段６０
−１６０−２とこれらの出力を加算する加算器６３とに
より構成したものである。このように構成しても、前述
した第１の実施例と同様の動作を行い、同様に作用する
ことは明らかである。なお、整流器５−１と５−２の出
力電圧特性と、整流器５１５−２および燃料電池電源３
０１，３０２を並列接続する給電線のインピータンスに
よる電圧降下配分の設計条件等によっては逆流防止か図
られるのて、逆流防止用のタイオードは省略することも
でき、燃料電池直流並列運転システムを構成する際に必
ずしもタイオー）”３１１，３１２を必要とはしない。

なお、以上の各実施例における商用電源４は、エンジン
発電機等の他の発電源てあってもよい。

また、負荷と整流器を２システム設ける構成は、第１か
ら第５の実施例にも同様に適用することかできる。この
ように、本発明はその主旨に沿って種々に応用され、種
々の実施態様を取り得るものである。

［発明の効果］ 以上の説明で明らかなように、本発明の燃料電池直流並
列運転システムによれば、燃料電池の直流出力をスイッ
チング電源装置により電圧変換して負荷に給電する燃料
電池電源を、変動する負荷の電源に適用する場合、負荷
電流あるいは電力か並列接続された複数台の燃料電池電
源の定格以内ならば複数台の燃料電池電源か全負荷を分
担し、総合の定格を超える場合は、複数台の燃料電池電
源は少なくともそれぞれの定格骨を負荷分担することか
できるため、負荷の消費電力に適合した燃料電池電源を
選定して燃料電池工不ルキーンステムの創設費用を低減
することができるとともに、複数台の燃料電池電源を並
列接続した構成とすることができるため、燃料電池電源
の品種を統合し、量産化によりコストを低減することか
可能となる。

また、負荷分担をディジタル制御で行なうことから制御
手段としてパソコンなとのディジタル処理手段を用いる
ことかでき、各燃料電池電源および整流器の負荷分担の
比率をディジタル操作で容易に変えることができるよう
になり、各燃料電池電源および整流器の動作チエ、りを
ンステム据え付は時などいつでも容易・迅速に実施する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示すブロック図、第２
図は本発明の第２の実施例を示すブロック図、第３図は
本発明の第３の実施例を示すブロック図、第４図は本発
明の第４の実施例を示すブロック図、第５図は本発明の
第５の実施例を示すプロ、り図、第６図は本発明の第６
の実施例を示すブロック図、第７図は従来例の燃料電池
直流並列運転ンステムのブロック図、第８図は従来例の
直流電源装置あるいは本発明の実施例のスイッチング電
源装置の出力電圧定電圧制御回路の一例を示す回路構成
図である。 １　燃料電池、４．４−１．４−２・・商用電源、５、
　５−１．　５−２　　整流器、１０・・・パルス幅変
調回路を含む駆動制御回路、１１・・演算増幅器、１２
．１３，１４，１７．１８・・・抵抗、１５・・ツェナ
ータイオード、１６．１９・・・タイオード、２１２２
　スイッチング電源装置、２１−１　２２１・・スイッ
チング電源装置主回路、２１．−２．２２−２・・出力
電圧定電圧制御回路、６０−電流／電力信号発生手段、
６０−１，６０−２　負荷ノステムーつの電流／′電力
信号発生手段、６１　整流器出力電流７／電力信号発生
手段、６２．　６３加算器、７０．７１　　燃料電池電
源出力電流／電力信号発生手段、９１．９１−１．．９
１−２．９０１　ディジタル信号比較手段、９２．９２
−１９２−２．・Ｄ／Ａ変換手段、１００，１．００−
１１００−２・負荷、１０１．１０１−１．１０１２・
運転状態判別手段、３０１，３０２・燃料電池電源、３
１１．３１２　　タイオート、１００１　１００２　　
・燃料電池。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃料電池とこの燃料電池の出力を入力とし出力電
   圧定電圧制御回路を有するスイッチング電源装置とから
   なる燃料電池電源を少なくとも２台以上と、 商用電源あるいは他の発電源より出力される交流電力を
   整流する整流器と、 前記２台以上の燃料電池電源と前記整流器が負荷に供給
   する電流あるいは電力を検出しこれに対応するディジタ
   ル信号を出力する電流／電力信号発生手段と、 前記燃料電池電源の各々が負荷に供給する電流あるいは
   電力を検出しこれに対応するディジタル信号を出力する
   燃料電池電源出力電流／電力信号発生手段と、 前記電流／電力信号発生手段から出力されるディジタル
   信号を受けて、このディジタル信号から前記燃料電池電
   源の各々に所定の負荷電流あるいは電力を分担させるた
   めの負荷分担設定用ディジタル信号を形成し、この負荷
   分担設定用ディジタル信号と、前記燃料電池電源出力電
   流／電力信号発生手段から出力されるディジタル信号と
   を比較してその差に応じたディジタル信号を出力するデ
   ィジタル信号比較手段と、 前記ディジタル信号比較手段から出力されるディジタル
   信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換手段とを備え
   、 前記２台以上の燃料電池電源の各々の出力と前記整流器
   の出力とを並列に接続して負荷に給電する構成とし、 前記Ｄ／Ａ変換手段からのアナログ信号出力を、前記出
   力電圧定電圧制御回路に設けた出力電圧設定部に加える
   ように接続し、 前記スイッチング電源装置の出力電圧を、前記燃料電池
   直流並列運転システムが負荷に供給する電流あるいは電
   力の変動もしくは前記整流器の出力電圧の変動に応じて
   制御することにより前記燃料電池電源の出力の負荷分担
   の割合を制御するように構成したことを特徴とする燃料
   電池直流並列運転システム。
2. （２）請求項１記載の燃料電池直流並列運転システムに
   おいて、 ディジタル信号比較手段を、燃料電池電源出力電流／電
   力信号発生手段から出力されるディジタル信号を受けて
   、このディジタル信号から前記燃料電池電源の各々に所
   定の負荷電流あるいは電力を分担させるための負荷分担
   設定用ディジタル信号を形成し、この負荷分担設定用デ
   ィジタル信号と、電流／電力信号発生手段から出力され
   るディジタル信号とを比較してその差に応じたディジタ
   ル信号を出力する構成とすることを特徴とする燃料電池
   直流並列運転システム。
3. （３）請求項１または２に記載の燃料電池直流並列運転
   システムにおいて、 電流／電力信号発生手段が、加算手段を備え、商用電源
   あるいは他の発電源より出力される交流電力を整流する
   整流器が負荷に供給する電流あるいは電力と各燃料電池
   電源が負荷に供給する電流あるいは電力とを検出し、該
   整流器が負荷に供給する電流に前記各燃料電池電源が負
   荷に供給する電流あるいは電力を加算して、前記各燃料
   電池電源と整流器が負荷に供給する電流あるいは電力に
   対応するディジタル信号を出力することを特徴とする燃
   料電池直流並列運転システム。
4. （４）請求項１ないし３のいずれかに記載の燃料電池直
   流並列運転システムにおいて、 ディジタル信号比較手段が、２台以上の燃料電池電源の
   各々について運転中か否かを判別し運転状態を示すディ
   ジタル信号を出力する運転状態判別手段を備え、このデ
   ィジタル信号で示される前記燃料電池電源の運転台数か
   ら該燃料電池電源の各々に所定の負荷電流あるいは電力
   を分担させるための負荷分担設定用ディジタル信号を形
   成することを特徴とする燃料電池直流並列運転システム
   。
5. （５）燃料電池とこの燃料電池の出力を入力とし出力電
   圧定電圧制御回路を有するスイッチング電源装置とから
   なる燃料電池電源を少なくとも２台以上と、 商用電源あるいは他の発電源より出力される交流電力を
   整流する整流器とを具備し、 前記２台以上の燃料電池電源の各々の出力と前記整流器
   の出力とを並列に接続して負荷に給電する構成とし、 前記２台以上の燃料電池電源と前記整流器が負荷に供給
   する電流あるいは電力を検出しこれに対応するディジタ
   ル信号を出力する電流／電力信号発生手段と、 前記燃料電池電源各々が負荷に供給する電流あるいは電
   力を検出しこれに対応するディジタル信号を出力する燃
   料電池電源出力電流／電力信号発生手段と、 前記２台以上の燃料電池電源の各々について運転中か否
   かを判別し運転状態を示すディジタル信号を出力する運
   転状態判別手段と、 前記電流／電力信号発生手段あるいは前記燃料電池電源
   出力電流／電力信号発生手段から出力されるディジタル
   信号を受けて、このディジタル信号と前記運転状態を示
   すディジタル信号で示される前記燃料電池電源の運転台
   数とから該燃料電池電源の各々に所定の負荷電流あるい
   は電力を分担させるための負荷分担設定用ディジタル信
   号を形成し、この負荷分担設定用ディジタル信号と、前
   記燃料電池電源出力電流／電力信号発生手段あるいは前
   記電流／電力信号発生手段から出力されるディジタル信
   号とを比較してその差に応じたディジタル信号を出力す
   るディジタル信号比較手段と、前記ディジタル信号比較
   手段から出力されるディジタル信号をアナログ信号に変
   換するＤ／Ａ変換手段とを前記各燃料電池電源毎に具備
   し、前記Ｄ／Ａ変換手段からのアナログ信号出力を、前
   記スイッチング電源装置の出力電圧定電圧制御回路に設
   けた出力電圧設定部に加えるように接続し、 前記スイッチング電源装置の出力電圧を、負荷に供給さ
   れる電流あるいは電力の変動もしくは前記整流器の出力
   電圧の変動に応じて制御することにより前記燃料電池電
   源の出力の負荷分担の割合を制御するように構成したこ
   とを特徴とする燃料電池直流並列運転システム。
6. （６）前記請求項１ないし５のいずれかに記載する燃料
   電池直流並列運転システムにおいて、負荷が複数の系統
   に分かれており、 前記各負荷に対応して商用電源あるいはその他の発電源
   より出力される交流電力を整流する整流器が設けられ、 前記各負荷へ供給される電流または電力の検出に際して
   は加算手段を設けて前記各系統別の検出値を加算してそ
   の検出を行い、 少なくとも２台以上を並列に接続した燃料電池電源の出
   力は逆流阻止手段を介して前記各負荷へ供給することを
   特徴とする燃料電池直流並列運転システム。