JPH07123609A - Feeding system for fuel cell - Google Patents
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- JPH07123609A JPH07123609A JP5287658A JP28765893A JPH07123609A JP H07123609 A JPH07123609 A JP H07123609A JP 5287658 A JP5287658 A JP 5287658A JP 28765893 A JP28765893 A JP 28765893A JP H07123609 A JPH07123609 A JP H07123609A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、負荷急変時における燃
料電池の急激な電流変動を抑制するためのバックアップ
装置を備えた燃料電池給電システムに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell power supply system provided with a backup device for suppressing rapid current fluctuations in a fuel cell when the load suddenly changes.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図７は、この種の燃料電池給電システム
の従来技術を示している。図において、燃料電池１の正
極には平滑用リアクトル２の一端が接続され、その他端
は、バックアップ用の電力変換器（便宜上、第２の電力
変換器とする）３を構成するトランジスタ３１及びダイ
オード３２の接続点（電力変換器３の一方の入力端子）
に接続されている。また、燃料電池１の負極は電力変換
器３の他方の入力端子に接続されている。電力変換器３
の出力端子間には、バックアップ用のバッテリ５と、そ
の電圧検出器４と、平滑用コンデンサ６と、電力変換器
（便宜上、第１の電力変換器とする）７とが互いに並列
に接続され、電力変換器７の出力側には負荷８が接続さ
れている。なお、電力変換器７のトランジスタ７１に対
し並列に、または直流端子間には、必要に応じてスナバ
回路（図示せず）が接続される。2. Description of the Related Art FIG. 7 shows a conventional technique of this type of fuel cell power supply system. In the figure, one end of a smoothing reactor 2 is connected to the positive electrode of a fuel cell 1, and the other end thereof is a transistor 31 and a diode that constitute a backup power converter (for convenience, referred to as a second power converter) 3. 32 connection points (one input terminal of the power converter 3)
It is connected to the. The negative electrode of the fuel cell 1 is connected to the other input terminal of the power converter 3. Power converter 3
A backup battery 5, its voltage detector 4, a smoothing capacitor 6, and a power converter (for convenience, referred to as a first power converter) 7 are connected in parallel between the output terminals of A load 8 is connected to the output side of the power converter 7. A snubber circuit (not shown) is connected as needed in parallel to the transistor 71 of the power converter 7 or between the DC terminals.
【０００３】電圧検出器４によるバッテリ５の電圧検出
値は、制御回路９に入力されている。この制御回路９に
は燃料電池１の出力側に設けられた電流検出器１０によ
る電流検出値も入力されており、制御回路９の出力信号
により電力変換器３のトランジスタ３１が制御されるよ
うになっている。また、電流検出器１０による電流検出
値は別の制御回路１１にも入力されており、その出力信
号により燃料電池１に供給するガス量が調節され、発電
電力が制御されるようになっている。The detected voltage value of the battery 5 by the voltage detector 4 is input to the control circuit 9. A current detection value by a current detector 10 provided on the output side of the fuel cell 1 is also input to the control circuit 9, and the transistor 31 of the power converter 3 is controlled by the output signal of the control circuit 9. Has become. The current detection value of the current detector 10 is also input to another control circuit 11, and the output signal thereof adjusts the amount of gas supplied to the fuel cell 1 to control the generated power. .
【０００４】このような回路構成において、定常時に
は、トランジスタ３１がオンのときに燃料電池１の直流
電圧が平滑用リアクトル２に印加され、このリアクトル
２にエネルギーが蓄積される。次に、トランジスタ３１
がオフに転じると、平滑用リアクトル２に蓄えられてい
たエネルギー並びに燃料電池１からのエネルギーはダイ
オード３２を介して平滑用コンデンサ６に放出される。
平滑用コンデンサ６は電力を平滑し、電力変換器７に直
流電力を供給する。電力変換器７は、供給された直流電
力を交流電力あるいは直流電力に変換し、負荷８に供給
する。すなわち、定常時には、トランジスタ３１がオ
ン、オフを繰り返すことにより、燃料電池１は電力変換
器７に直流電力を供給し、電力変換器７は負荷８に交流
電力あるいは直流電力を供給している。In such a circuit configuration, in the steady state, the DC voltage of the fuel cell 1 is applied to the smoothing reactor 2 when the transistor 31 is on, and energy is accumulated in the reactor 2. Next, the transistor 31
When is turned off, the energy stored in the smoothing reactor 2 and the energy from the fuel cell 1 are released to the smoothing capacitor 6 via the diode 32.
The smoothing capacitor 6 smoothes the power and supplies DC power to the power converter 7. The power converter 7 converts the supplied DC power into AC power or DC power and supplies it to the load 8. That is, in a steady state, the fuel cell 1 supplies DC power to the power converter 7, and the power converter 7 supplies AC power or DC power to the load 8 by repeatedly turning on and off the transistor 31.
【０００５】そして、負荷急変時には、電流検出器１０
が燃料電池１の出力電流ＩFCを検出し、制御回路１１を
介して燃料電池１に供給するガス量を制御しているが、
ガス量制御の応答速度は数十秒程度と遅い。このため、
燃料電池１の出力電流ＩFCに急激な変動が起こり、燃料
電池１の寿命を短くする恐れがある。そこで、燃料電池
１の電流変動を許容値以下に抑えるため、燃料電池１の
出力側にはバックアップ装置として電力変換器３及びバ
ッテリ５等が並列に接続されている。When the load changes suddenly, the current detector 10
Detects the output current I FC of the fuel cell 1 and controls the amount of gas supplied to the fuel cell 1 via the control circuit 11.
The response speed of gas amount control is as slow as several tens of seconds. For this reason,
The output current I FC of the fuel cell 1 may change abruptly and the life of the fuel cell 1 may be shortened. Therefore, in order to suppress the current fluctuation of the fuel cell 1 to be equal to or less than the allowable value, the power converter 3 and the battery 5 are connected in parallel as a backup device on the output side of the fuel cell 1.
【０００６】図８は、図７の回路の動作波形を示してい
る。時刻ｔ0において負荷が急増すると、電力変換器７
の入力電流ＩOが増大し、バッテリ５に蓄えられていた
エネルギーが放出することにより電流ＩBが流れる。次
に、電圧検出器４がバッテリ電圧を、電流検出器１０が
燃料電池１の出力電流ＩFCを各々検出する。これによ
り、制御回路１１を介して燃料電池１に供給されるガス
量を制御すると共に、制御回路９を介してトランジスタ
３１のオン、オフ期間を制御し、燃料電池１の出力電流
ＩFCをある時間をかけて徐々に立ち上げる。FIG. 8 shows operation waveforms of the circuit of FIG. When the load suddenly increases at time t 0 , the power converter 7
The input current I O of the current increases and the energy stored in the battery 5 is released, so that the current I B flows. Next, the voltage detector 4 detects the battery voltage and the current detector 10 detects the output current I FC of the fuel cell 1. As a result, the amount of gas supplied to the fuel cell 1 is controlled via the control circuit 11, and the on / off period of the transistor 31 is controlled via the control circuit 9 to obtain the output current I FC of the fuel cell 1. Start up gradually over time.
【０００７】時刻ｔ1においてＩFC＝ＩOとなった後、燃
料電池１のエネルギーを平滑用コンデンサ６に放出しな
がら、バッテリ５を充電する。そして、電圧検出器４に
より初期のバッテリ電圧に達したことが検出されると、
トランジスタ３１のオン、オフ期間を制御して燃料電池
１の出力電流ＩFCを電力変換器７の入力電流ＩOと一致
させ、時刻ｔ2においてバッテリ５の充電を完了させ
る。従って、時刻ｔ2以後は電流ＩBが０となる。図８に
示すように、この従来技術では、電力変換器７の入力電
流ＩOを燃料電池１の出力電流ＩFCとバッテリ５を流れ
る電流ＩBとにより分担させている。After I FC = I O at time t 1 , the battery 5 is charged while releasing the energy of the fuel cell 1 to the smoothing capacitor 6. When the voltage detector 4 detects that the initial battery voltage is reached,
The ON / OFF period of the transistor 31 is controlled so that the output current I FC of the fuel cell 1 matches the input current I O of the power converter 7, and the charging of the battery 5 is completed at time t 2 . Therefore, the current I B becomes 0 after the time t 2 . As shown in FIG. 8, in this conventional technique, the input current I O of the power converter 7 is shared by the output current I FC of the fuel cell 1 and the current I B flowing through the battery 5.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術におい
て、バックアップ用の電力変換器３には定常時、負荷急
変時に関わらず燃料電池１の出力電流ＩFCが流れるため
発生損失が大きくなり、装置が大形化すると共に電力変
換効率も低いという問題がある。In the above-mentioned conventional technique, the output current I FC of the fuel cell 1 flows through the backup power converter 3 irrespective of the steady state and the sudden load change. However, there is a problem in that the power conversion efficiency is low with the increase in size.
【０００９】第１の発明は上記問題点を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、バックアッ
プ用の電力変換器（第２の電力変換器）の発生損失を低
減して効率を向上させるようにした燃料電池給電システ
ムを提供することにある。また、第２の発明は、上記目
的に加えて、負荷側の電力変換器（第１の電力変換器）
の入力側配線インダクタンスを小さくし、この電力変換
器に設けられるスナバ回路の容量を小さくして一層の効
率向上を図った燃料電池給電システムを提供することに
ある。The first aspect of the present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to reduce the loss generated in a backup power converter (second power converter) and improve efficiency. It is to provide a fuel cell power supply system which is improved. In addition to the above object, a second invention is a power converter on the load side (first power converter).
It is an object of the present invention to provide a fuel cell power supply system in which the input side wiring inductance is reduced and the capacity of the snubber circuit provided in this power converter is reduced to further improve efficiency.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明は、燃料電池と、その出力電流を検出し
て燃料電池の発電電力を制御する制御回路と、燃料電池
から出力される直流電力を入力として負荷に電力を供給
する第１の電力変換器と、バックアップ用の充放電可能
なバッテリと、このバッテリの充放電を制御するように
電力変換動作するバックアップ用の第２の電力変換器
と、第２の電力変換器を制御する制御回路とを備えた燃
料電池給電システムにおいて、第２の電力変換器の出力
側を平滑用リアクトルを介して第１の電力変換器の入力
側に接続すると共に、第２の電力変換器の制御回路は、
第２の電力変換器の出力電流、第１の電力変換器の入力
電流及びバッテリの出力電圧を入力としてこれらに基づ
き第２の電力変換器を制御することによりバッテリを充
放電させ、第１の電力変換器の入力電流を燃料電池の出
力電流と第２の電力変換器の出力電流とによって分担さ
せるものである。In order to achieve the above object, the first aspect of the present invention is directed to a fuel cell, a control circuit for detecting the output current of the fuel cell and controlling the generated power of the fuel cell, and outputting from the fuel cell. A first power converter that supplies power to a load by using direct current power as an input, a backup chargeable / dischargeable battery, and a backup second battery that performs a power conversion operation to control charge / discharge of the battery. In a fuel cell power supply system including a power converter and a control circuit for controlling the second power converter, the output side of the second power converter is input to the first power converter via a smoothing reactor. And the control circuit of the second power converter is connected to
The output current of the second power converter, the input current of the first power converter, and the output voltage of the battery are used as inputs, and the second power converter is controlled based on these inputs to charge and discharge the battery, The input current of the power converter is shared by the output current of the fuel cell and the output current of the second power converter.
【００１１】この第１の発明において、第２の電力変換
器の制御回路は、第１の電力変換器の入力電流と、この
入力電流が入力される遅れフィルタの出力値との差分に
基づいて、第２の電力変換器の出力電流指令値を生成す
る電流演算器を備えることが望ましい。In the first invention, the control circuit of the second power converter is based on the difference between the input current of the first power converter and the output value of the delay filter to which the input current is input. , It is desirable to include a current calculator that generates an output current command value of the second power converter.
【００１２】第２の発明は、第２の電力変換器の出力側
を平滑用リアクトルを介して第１の電力変換器の入力側
に接続すると共に、第１の電力変換器の入力端子間に検
出用コンデンサを接続し、第２の電力変換器の制御回路
は、第２の電力変換器の出力電流、検出用コンデンサを
流れる電流、燃料電池の出力電流及びバッテリの出力電
圧を入力としてこれらに基づき第２の電力変換器を制御
することによりバッテリを充放電させ、第１の電力変換
器の入力電流を燃料電池の出力電流と第２の電力変換器
の出力電流とによって分担させるものである。According to a second aspect of the invention, the output side of the second power converter is connected to the input side of the first power converter via a smoothing reactor, and the output terminal of the second power converter is connected between the input terminals of the first power converter. The detection capacitor is connected, and the control circuit of the second power converter receives the output current of the second power converter, the current flowing through the detection capacitor, the output current of the fuel cell and the output voltage of the battery as input to them. Based on this, by controlling the second power converter, the battery is charged and discharged, and the input current of the first power converter is shared by the output current of the fuel cell and the output current of the second power converter. .
【００１３】この第２の発明において、第２の電力変換
器の制御回路は、検出用コンデンサを流れる電流、燃料
電池の出力電流及び第２の電力変換器の出力電流から得
た第１の電力変換器の等価的な入力電流と、この入力電
流が入力される遅れフィルタの出力値との差分に基づい
て、第２の電力変換器の出力電流指令値を生成する電流
演算器を備えることが望ましい。In the second aspect of the present invention, the control circuit of the second power converter has the first power obtained from the current flowing through the detection capacitor, the output current of the fuel cell and the output current of the second power converter. A current calculator may be provided that generates an output current command value of the second power converter based on a difference between an equivalent input current of the converter and an output value of the delay filter to which the input current is input. desirable.
【００１４】[0014]
【作用】第１の発明において、負荷急変時には第１の電
力変換器の入力電流の急変が検出され、第２の電力変換
器の動作によりバッテリに蓄えられていたエネルギーを
第１の電力変換器側へ放出する。燃料電池の出力電流と
第１の電力変換器の入力電流とが等しくなった後は、燃
料電池からのエネルギーは第１の電力変換器のほか第２
の電力変換器を介してバッテリを充電する。そして、バ
ッテリの電圧が初期の値に達するとバッテリの充電が終
了し、第２の電力変換器に電流が流れなくなる。すなわ
ち、第２の電力変換器にはバッテリの充放電時のみ通電
され、流れる電流は負荷急変時の補償電流（バッテリの
放電電流）と充電電流のみであるため、発生損失が小さ
くなる。In the first aspect of the present invention, when the load suddenly changes, the sudden change of the input current of the first power converter is detected, and the energy stored in the battery by the operation of the second power converter is transferred to the first power converter. Release to the side. After the output current of the fuel cell and the input current of the first power converter become equal, the energy from the fuel cell is transferred to the second power in addition to the power of the first power converter.
Charge the battery via the power converter. Then, when the voltage of the battery reaches the initial value, the charging of the battery ends, and the current stops flowing in the second power converter. That is, the second power converter is energized only when the battery is charged and discharged, and the flowing current is only the compensation current (battery discharging current) and the charging current when the load changes suddenly, so the generated loss is small.
【００１５】第２の発明においては、第１の電力変換器
の入力端子に電流検出器を設けなくても、第２の電力変
換器の出力電流、検出用コンデンサを流れる電流及び燃
料電池の出力電流に基づき第１の電力変換器の入力電流
を等価的に検出することができる。これにより、第１の
電力変換器の入力端子の配線インダクタンスを小さく
し、電力変換器に設けられるスナバ回路として小容量の
ものを使用することができ、スナバ回路の発生損失を小
さくして電力変換効率を高めることができる。According to the second aspect of the invention, the output current of the second power converter, the current flowing through the detecting capacitor and the output of the fuel cell are provided without providing a current detector at the input terminal of the first power converter. The input current of the first power converter can be equivalently detected based on the current. As a result, the wiring inductance of the input terminal of the first power converter can be reduced, and a small-capacity snubber circuit can be used as the snubber circuit provided in the power converter. The efficiency can be increased.
【００１６】[0016]
【実施例】以下、図に沿って各発明の実施例を説明す
る。まず、図１は第１の発明の実施例を示している。な
お、図７と同一の構成要素には同一の番号を付してあ
り、以下では異なる部分を中心に説明する。図におい
て、３Ａは平滑用コンデンサ６の両端に接続された第２
の電力変換器であり、この電力変換器３Ａはトランジス
タ３３，３４を直列接続して構成されている。トランジ
スタ３３，３４の接続点である出力端子は、平滑用リア
クトル１３を介して平滑用リアクトル２の他端、すなわ
ち第１の電力変換器７Ａの一方の入力端子に接続されて
いる。また、平滑用リアクトル２の他端と燃料電池１の
負極との間には、平滑用コンデンサ１２が接続されてい
ると共に、燃料電池１の負極は電力変換器３Ａの他方の
出力端子にも接続されている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, FIG. 1 shows an embodiment of the first invention. It should be noted that the same components as those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and different parts will be mainly described below. In the figure, 3A is a second capacitor connected to both ends of the smoothing capacitor 6.
This power converter 3A is configured by connecting transistors 33 and 34 in series. An output terminal, which is a connection point of the transistors 33 and 34, is connected via the smoothing reactor 13 to the other end of the smoothing reactor 2, that is, one input terminal of the first power converter 7A. A smoothing capacitor 12 is connected between the other end of the smoothing reactor 2 and the negative electrode of the fuel cell 1, and the negative electrode of the fuel cell 1 is also connected to the other output terminal of the power converter 3A. Has been done.
【００１７】なお、電力変換器７Ａの入力側に表された
１６は配線インダクタンスである。また、この実施例で
は、電力変換器７Ａのトランジスタ７１に並列にスナバ
回路７２が接続されている。更に、１４，１５は何れも
電流検出器であり、これらによる電流検出値及び電圧検
出器４によるバッテリ５の電圧検出値が制御回路９Ａに
入力され、その出力信号により、バックアップ用の電力
変換器３Ａのトランジスタ３３，３４を制御するように
構成されている。Reference numeral 16 shown on the input side of the power converter 7A is a wiring inductance. Further, in this embodiment, a snubber circuit 72 is connected in parallel with the transistor 71 of the power converter 7A. Further, 14 and 15 are both current detectors, and the current detection value by these and the voltage detection value of the battery 5 by the voltage detector 4 are input to the control circuit 9A, and the output signal thereof causes a backup power converter. It is configured to control the 3A transistors 33, 34.
【００１８】このような回路構成において、定常時に
は、燃料電池１の直流電力は平滑用リアクトル２を介し
て平滑用コンデンサ１２に放出される。これらの平滑用
リアクトル２及び平滑用コンデンサ１２は電力を平滑す
る働きをし、電力変換器７Ａに直流電力を供給する。一
方、負荷急変時には、電流検出器１０が燃料電池１の出
力電流ＩFCを検出し、制御回路１１を介して燃料電池１
に供給するガス量を調節して発電電力を制御するが、前
記同様にガス量制御の応答速度は数十秒程度と遅いた
め、燃料電池１の出力電流に急激な変動が起こる。そこ
で、燃料電池１の電流変動を許容値以下に抑えるため、
バッテリ５や電力変換器３Ａ等からなるバックアップ装
置が以下のように動作する。In such a circuit configuration, the DC power of the fuel cell 1 is discharged to the smoothing capacitor 12 via the smoothing reactor 2 in a steady state. The smoothing reactor 2 and the smoothing capacitor 12 function to smooth power, and supply DC power to the power converter 7A. On the other hand, when the load suddenly changes, the current detector 10 detects the output current I FC of the fuel cell 1, and the fuel cell 1 is detected via the control circuit 11.
Although the amount of gas supplied to the fuel cell is adjusted to control the generated electric power, the response speed of the gas amount control is as slow as several tens of seconds in the same manner as described above, so that the output current of the fuel cell 1 rapidly changes. Therefore, in order to suppress the current fluctuation of the fuel cell 1 to the allowable value or less,
The backup device including the battery 5 and the power converter 3A operates as follows.
【００１９】図２は図１の回路の動作波形を示してい
る。また、図３は図１の制御回路９Ａ内の電流演算器を
示し、図４はこの電流演算器の動作波形を各々示してい
る。なお、図３に示した電流演算器は、バッテリ電圧を
調節するＶB調節回路９１と、遅れフィルタ９２と、リ
ミッタ９３とから構成されている。FIG. 2 shows operating waveforms of the circuit of FIG. 3 shows a current calculator in the control circuit 9A of FIG. 1, and FIG. 4 shows operation waveforms of this current calculator. The current calculator shown in FIG. 3 includes a V B adjusting circuit 91 that adjusts the battery voltage, a delay filter 92, and a limiter 93.
【００２０】まず、図２に示す時刻ｔ0において負荷が
急増したとすると、図１における電流検出器１５が電力
変換器７Ａの入力電流ＩOを検出し、制御回路９Ａ内の
電流演算器を介してトランジスタ３３のオン、オフ期間
を制御し、バッテリ５を放電させてそれまでに蓄えられ
ていたエネルギーを放出することにより電流ＩAFが流れ
る。トランジスタ３３がオンの時には、バッテリ５に蓄
えられていたエネルギーを平滑用リアクトル１３に蓄え
ながら平滑用コンデンサ１２に放出する。次に、トラン
ジスタ３３がオンからオフに転じると、平滑用リアクト
ル１３に蓄えられていたエネルギーが平滑用コンデンサ
１２に放出される。[0020] First, when the load suddenly increases at time t 0 shown in FIG. 2, the current detector 15 detects the input current I O of the power converter 7A in FIG. 1, the current computing unit of the control circuit 9A The current I AF flows by controlling the on / off period of the transistor 33 through the discharge of the battery 5 and discharging the energy stored up to that point. When the transistor 33 is on, the energy stored in the battery 5 is stored in the smoothing reactor 13 and discharged to the smoothing capacitor 12. Next, when the transistor 33 turns from on to off, the energy stored in the smoothing reactor 13 is released to the smoothing capacitor 12.
【００２１】このとき、電流演算器は、図３、図４に示
すように、電流検出器１５によって検出した電力変換器
７Ａの入力電流ＩOから、遅れフィルタ９２を介すこと
により作られる電流ＩO1を減算し、次にＶB調節回路９
１の出力を減算し、更にリミッタ９３を介して電流ＩAF
の指令値ＩAF *を作る。そして、この指令値ＩAF *に実際
値が一致するように制御回路９Ａが電力変換器３Ａを制
御する。なお、ＶB調節回路９１の入力は、バッテリ電
圧指令値ＶB *と電圧検出器４によるバッテリ電圧検出値
ＶBとの偏差である。At this time, the current calculator, as shown in FIG. 3 and FIG. 4, is made by passing the input current I O of the power converter 7A detected by the current detector 15 through the delay filter 92. I O1 is subtracted, and then V B adjustment circuit 9
The output of 1 is subtracted, and the current I AF is further passed through the limiter 93.
Command value I AF * of. Then, the control circuit 9A controls the power converter 3A so that the actual value matches the command value I AF * . The input of the V B adjusting circuit 91 is the deviation between the battery voltage command value V B * and the battery voltage detection value V B by the voltage detector 4.
【００２２】また、図１の電流検出器１０は燃料電池１
の出力電流ＩFC（図２参照）を検出し、制御回路１１を
介して燃料電池１に供給するガス量を調節することによ
りその発電電力を制御し、時刻ｔ0以後、電流ＩFCをあ
る時間かけて徐々に立ち上げる。時刻ｔ1において電流
ＩAFが零になった後は、電圧検出器４によるバッテリ電
圧の検出値が初期の電圧に達するまで、電力変換器３Ａ
内の他方のトランジスタ３４をオン、オフさせ、燃料電
池１からのエネルギーを電力変換器７Ａに供給しながら
バッテリ５を充電する。The current detector 10 shown in FIG.
Of detecting the output current I FC (see Fig. 2) to control the generated power by adjusting the amount of gas supplied to the fuel cell 1, the time t 0 after, certain current I FC via the control circuit 11 Start up gradually over time. After the current I AF becomes zero at time t 1 , the power converter 3A continues until the detected value of the battery voltage by the voltage detector 4 reaches the initial voltage.
The other transistor 34 therein is turned on and off, and the battery 5 is charged while supplying energy from the fuel cell 1 to the power converter 7A.
【００２３】バッテリ５の充電時、トランジスタ３４が
オンの時に燃料電池１の直流電圧が平滑用リアクトル１
３に印加され、平滑用リアクトル１３にエネルギーが蓄
積される。次に、トランジスタ３４がオンからオフに転
じると、平滑用リアクトル１３に蓄えられていたエネル
ギー並びに電力変換器７Ａに供給する以外の燃料電池１
からのエネルギーは、トランジスタ３３に逆並列に接続
されたダイオードを介して平滑用コンデンサ６に放出さ
れる。平滑用コンデンサ６は電力を平滑する働きをし、
バッテリ５を充電する。電圧検出器４により、バッテリ
電圧が初期の電圧に達したことが検出されると、トラン
ジスタ３４はオフする。When the battery 5 is being charged and the transistor 34 is on, the DC voltage of the fuel cell 1 is smoothed by the reactor 1.
3, and energy is accumulated in the smoothing reactor 13. Next, when the transistor 34 turns from on to off, the fuel cell 1 other than the energy stored in the smoothing reactor 13 and the power converter 7A is supplied.
Energy is discharged to the smoothing capacitor 6 via a diode connected in antiparallel to the transistor 33. The smoothing capacitor 6 functions to smooth the electric power,
The battery 5 is charged. When the voltage detector 4 detects that the battery voltage has reached the initial voltage, the transistor 34 turns off.
【００２４】これにより、図２の時刻ｔ2以後、電流Ｉ
AFは流れなくなり、バッテリ５の充電が完了する。図２
から明らかなように、この実施例では、電力変換器７Ａ
の入力電流ＩOを燃料電池１の出力電流ＩFCと電力変換
器３Ａの出力電流ＩAFとにより分担させている。As a result, after the time t 2 in FIG.
AF stops flowing, and charging of the battery 5 is completed. Figure 2
As is clear from this, in this embodiment, the power converter 7A
Input current I o is shared by the output current I FC of the fuel cell 1 and the output current I AF of the power converter 3A.
【００２５】本実施例において、定常時または負荷急変
時には、燃料電池１及びバッテリ５から電力変換器７Ａ
にエネルギーを供給し、電力変換器７Ａのトランジスタ
７１をオン、オフして負荷８に交流電力あるいは直流電
力を供給するが、トランジスタ７１がオンからオフに変
化すると、トランジスタ７１には、配線インダクタンス
１６とトランジスタ７１のターンオフ時のｄｉ／ｄｔに
よって決まる電圧がトランジスタ７１の電圧を高める方
向に印加される。そこで、トランジスタ７１に印加され
る電圧を許容値以下に抑えるため、これに並列に、ある
いは電力変換器７Ａの直流端子間にスナバ回路７２が接
続されている。配線インダクタンス１６に蓄えられたエ
ネルギーは、このスナバ回路７２によって吸収、消費さ
れることになる。In this embodiment, at the time of steady state or sudden load change, the fuel cell 1 and the battery 5 are connected to the power converter 7A.
Is supplied to the load 8 to supply AC power or DC power to the load 8 by turning on / off the transistor 71 of the power converter 7A. When the transistor 71 changes from ON to OFF, the wiring inductance 16 A voltage determined by di / dt when the transistor 71 is turned off is applied in a direction to increase the voltage of the transistor 71. Therefore, in order to suppress the voltage applied to the transistor 71 to an allowable value or less, a snubber circuit 72 is connected in parallel with it or between the DC terminals of the power converter 7A. The energy stored in the wiring inductance 16 is absorbed and consumed by this snubber circuit 72.
【００２６】以上のようにこの実施例によれば、バック
アップ用の電力変換器３Ａにはバッテリ５の充放電時の
み電流ＩAFが流れるため、発生損失が小さい。従って、
電力変換器３Ａとしては小形小容量かつ安価なもので済
み、装置の電力変換効率も向上する。特に、バックアッ
プによる補償時間は通常、数十秒あれば十分であるた
め、電力変換器３Ａの冷却体にファン等を使用する必要
がなく、部品点数の削減による保守性の向上及び低価格
化が同時に達成されることになる。As described above, according to this embodiment, since the current I AF flows through the backup power converter 3A only when the battery 5 is charged and discharged, the loss generated is small. Therefore,
The power converter 3A need only be small, small-capacity and inexpensive, and the power conversion efficiency of the device can be improved. In particular, since the compensation time due to backup is usually sufficient for several tens of seconds, it is not necessary to use a fan or the like for the cooling body of the power converter 3A, and it is possible to improve maintainability and reduce costs by reducing the number of parts. It will be achieved at the same time.
【００２７】次に、第２の発明の実施例を説明する。上
記第１の発明の実施例によれば、バックアップ用の電力
変換器３Ａの発生損失を小さくして装置の効率向上等を
図ることができるが、次のような不都合がある。すなわ
ち、図１の実施例においては、電流検出器１５が電力変
換器７Ａの入力端子に接続されるため、配線インダクタ
ンス１６が大きくなる。これに伴い、スナバ回路７２が
吸収、消費しなければならないエネルギーが大きくなる
ため、スナバ回路７２が大形かつ大容量のものとなり、
変換効率が低下するという新たな問題を生じる。第２の
発明は、上記問題点に鑑みてなされたものである。Next, an embodiment of the second invention will be described. According to the first embodiment of the present invention, it is possible to reduce the loss generated in the backup power converter 3A to improve the efficiency of the device, but there are the following disadvantages. That is, in the embodiment of FIG. 1, since the current detector 15 is connected to the input terminal of the power converter 7A, the wiring inductance 16 becomes large. As a result, the snubber circuit 72 has a large amount of energy that must be absorbed and consumed, which makes the snubber circuit 72 large and has a large capacity.
A new problem arises that the conversion efficiency decreases. The second invention has been made in view of the above problems.
【００２８】図５は第２の発明の実施例を示している。
図１と同一の構成要素には同一の番号を付してその説明
は省略し、以下異なる部分を中心に説明する。この実施
例では、平滑用コンデンサ１２に並列に検出用コンデン
サ１７を接続すると共に、図１における電流検出器１５
を除去し、前記検出用コンデンサ１７に直列に小容量の
電流検出器１８を接続する。そして、電流検出器１４，
１８の他に燃料電池１側の電流検出器１０の出力も制御
回路９Ｂに入力するようにした。この回路の動作波形は
図２と同一であるため省略する。また、図６は図５の制
御回路９Ｂ内の電流演算器の構成を示す。この電流演算
器の動作波形も図４と同一であるため省略する。FIG. 5 shows an embodiment of the second invention.
The same components as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Hereinafter, different portions will be mainly described. In this embodiment, the detecting capacitor 17 is connected in parallel with the smoothing capacitor 12, and the current detector 15 in FIG.
And a small capacity current detector 18 is connected in series with the detection capacitor 17. Then, the current detector 14,
In addition to 18, the output of the current detector 10 on the fuel cell 1 side is also input to the control circuit 9B. The operation waveforms of this circuit are the same as those in FIG. Further, FIG. 6 shows the configuration of the current calculator in the control circuit 9B of FIG. The operation waveform of this current calculator is also the same as that in FIG.
【００２９】まず、負荷急変時には、電流検出器１８が
検出用コンデンサ１７に流れる電流ＩCを、電流検出器
１０が燃料電池１の出力電流ＩFCを、電流検出器１４が
電力変換器３Ａの出力電流ＩAFを各々検出する。そし
て、制御回路９Ｂ内の電流演算器を介してトランジスタ
３３のオン、オフ期間を制御し、バッテリ５を放電させ
てそれまでに蓄えられていたエネルギーを放出すること
により、電流ＩAFが制御される。First, when the load changes suddenly, the current detector 18 outputs the current I C flowing through the detection capacitor 17, the current detector 10 outputs the output current I FC of the fuel cell 1, and the current detector 14 outputs the power converter 3A. Each output current I AF is detected. Then, the current I AF is controlled by controlling the on / off period of the transistor 33 via the current calculator in the control circuit 9B to discharge the battery 5 and discharge the energy stored up to that point. It
【００３０】このとき、制御回路９Ｂ内の電流演算器
は、図６に示すように、電流ＩCをＫ倍してなる（Ｋ×
ＩC）と電流ＩFCと電流ＩAFとを加算することにより、
等価的にＩOを検出する。つまり（Ｋ×ＩC）＋ＩFC＋Ｉ
AF＝ＩOの演算を制御回路９Ｂ内で行なう。ここで、定
数Ｋは、平滑用コンデンサ１２の容量をＣ12、検出用コ
ンデンサ１７の容量をＣ17とすると、 Ｋ＝１＋（Ｃ12／Ｃ17） によって表される。At this time, the current calculator in the control circuit 9B multiplies the current I C by K as shown in FIG. 6 (K ×
I C ), current I FC and current I AF
Equivalently detects an I O. In other words, (K × I C ) ＋ I FC ＋ I
AF = IO is calculated in the control circuit 9B. Here, constant K, C 12 a capacitance of the smoothing capacitor 12 and the capacitance of the detecting capacitor 17, C 17, represented by K = 1 + (C 12 / C 17).
【００３１】更に、等価検出したＩOから、遅れフィル
タ９２を介すことにより作られる電流ＩO1を減算し、次
にＶB調節回路９１の出力を減算し、最後に、リミッタ
９３を介して電流ＩAFの指令値ＩAF *を作る。そして、
この指令値ＩAF *に基づいて電力変換器３Ａを制御す
る。前記図２に示したように、電流ＩAFが時刻ｔ1にお
いて零になった後に、電圧検出器４によるバッテリ電圧
の検出値が初期の電圧に達するまで、トランジスタ３４
のオン、オフにより燃料電池１からのエネルギーを電力
変換器７Ａに供給しながらバッテリ５が充電される。そ
して、バッテリ電圧が初期の電圧に達するとトランジス
タ３４はオフし、図２における時刻ｔ2以後、電流ＩAF
は流れなくなり、バッテリ５の充電が完了する。Further, the current I O1 generated by passing through the delay filter 92 is subtracted from the equivalently detected I O , then the output of the V B adjusting circuit 91 is subtracted, and finally, via the limiter 93. A command value I AF * of the current I AF is created. And
The power converter 3A is controlled based on this command value I AF * . As shown in FIG. 2, after the current I AF becomes zero at the time t 1 , the transistor 34 is operated until the detected value of the battery voltage by the voltage detector 4 reaches the initial voltage.
The battery 5 is charged while the energy from the fuel cell 1 is supplied to the power converter 7A by turning on and off. When the battery voltage reaches the initial voltage transistor 34 is turned off, the time t 2 after in FIG. 2, current I AF
No longer flows, and charging of the battery 5 is completed.
【００３２】この実施例によれば、第１の電力変換器で
ある電力変換器７Ａの入力電流ＩOを求める手段とし
て、電力変換器７Ａの入力端子に電流検出器を接続しな
くてもよいため、電力変換器７Ａの入力端子の配線イン
ダクタンス１６を低減することができ、これに伴ってス
ナバ回路７２は小形小容量のもので足りることになる。
従って、スナバ回路７２の発生損失も低減され、装置の
変換効率が向上する。更に、平滑用コンデンサ１２に並
列に接続される検出用コンデンサ１７の容量は平滑用コ
ンデンサ１２の数分の一から数十分の一程度でよく、検
出用コンデンサ１７の電流を検出する電流検出器１８と
しては、平滑用コンデンサ１２を流れる電流に対し上記
容量比程度の僅かな電流を流し得る電流検出器であれば
足りるため、定格電流が小さい小容量のものを使用で
き、小形化及び低価格化が可能である。According to this embodiment, as a means for obtaining the input current I O of the power converter 7A which is the first power converter, it is not necessary to connect a current detector to the input terminal of the power converter 7A. Therefore, the wiring inductance 16 of the input terminal of the power converter 7A can be reduced, and accordingly, the snubber circuit 72 having a small size and a small capacity is sufficient.
Therefore, the generated loss of the snubber circuit 72 is also reduced, and the conversion efficiency of the device is improved. Further, the capacity of the detecting capacitor 17 connected in parallel to the smoothing capacitor 12 may be a fraction of the smoothing capacitor 12 to several tenths, and a current detector for detecting the current of the detecting capacitor 17 As the current detector 18, a current detector capable of passing a small amount of current in the above capacity ratio with respect to the current flowing through the smoothing capacitor 12 is sufficient. Therefore, a small-capacity device having a small rated current can be used, which is small in size and low in price. Is possible.
【００３３】[0033]
【発明の効果】以上のように、第１の発明によれば、バ
ックアップ用の第２の電力変換器はバッテリの充放電時
にのみ通電されるため、発生損失が小さくなり、電力変
換器の小形小容量化が可能になると共に、電力変換効率
が向上する。特に、負荷急変時の補償時間は通常数十秒
あれば十分であるため、バックアップ用電力変換器の冷
却体にファン等を使用する必要がなく、部品点数の削減
により保守性の向上及び低価格化を同時に達成すること
ができる。As described above, according to the first aspect of the present invention, since the second backup power converter is energized only when the battery is charged and discharged, the generated loss is small and the power converter is small in size. The capacity can be reduced and the power conversion efficiency is improved. In particular, tens of seconds is usually enough to compensate for sudden changes in load, so there is no need to use a fan for the cooling body of the backup power converter, and the number of parts is reduced to improve maintainability and lower costs. Can be achieved at the same time.
【００３４】第２の発明によれば、上記効果に加えて、
第１の電力変換器の入力端子に電流検出器を接続しなく
てもよいため、配線インダクタンスの低減により電力変
換器のスナバ回路の小容量化が可能になり、発生損失が
低減する。従って、装置の変換効率を一層向上させるこ
とができる。また、検出用コンデンサの容量も小さくて
済み、このコンデンサの電流を検出する電流検出器にも
小容量、低価格なものを使用することができる。According to the second invention, in addition to the above effects,
Since it is not necessary to connect the current detector to the input terminal of the first power converter, the snubber circuit of the power converter can be downsized by reducing the wiring inductance, and the generated loss is reduced. Therefore, the conversion efficiency of the device can be further improved. Further, the capacity of the detecting capacitor can be small, and the current detector for detecting the current of this capacitor can also have a small capacity and a low price.
【図１】第１の発明の実施例を示す回路構成図である。FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing an embodiment of the first invention.
【図２】図１の動作を示す電流波形図である。FIG. 2 is a current waveform diagram showing the operation of FIG.
【図３】第１の発明の実施例における電流演算器の回路
構成図である。FIG. 3 is a circuit configuration diagram of a current calculator in the embodiment of the first invention.
【図４】図３の動作を示す電流波形図である。FIG. 4 is a current waveform diagram showing the operation of FIG.
【図５】第２の発明の実施例を示す回路構成図である。FIG. 5 is a circuit configuration diagram showing an embodiment of the second invention.
【図６】第２の発明の実施例における電流演算器の回路
構成図である。FIG. 6 is a circuit configuration diagram of a current calculator in the embodiment of the second invention.
【図７】従来の技術を示す回路構成図である。FIG. 7 is a circuit configuration diagram showing a conventional technique.
【図８】図７の動作を示す電流波形図である。8 is a current waveform chart showing the operation of FIG. 7. FIG.
１ 燃料電池 ２，１３ 平滑用リアクトル ３Ａ，７Ａ 電力変換器 ４ 電圧検出器 ５ バッテリ ６，１２ 平滑用コンデンサ ８ 負荷 ９Ａ，９Ｂ，１１ 制御回路 １０，１４，１５，１８ 電流検出器 １６ 配線インダクタンス １７ 検出用コンデンサ ３３，３４，７１ トランジスタ ７２ スナバ回路 ９１ ＶB調節回路 ９２ 遅れフィルタ ９３ リミッタ1 Fuel Cell 2,13 Smoothing Reactor 3A, 7A Power Converter 4 Voltage Detector 5 Battery 6,12 Smoothing Capacitor 8 Load 9A, 9B, 11 Control Circuit 10, 14, 15, 18 Current Detector 16 Wiring Inductance 17 detecting capacitor 33,34,71 transistor 72 the snubber circuit 91 V B regulation circuit 92 lag filter 93 limiter
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｍ 7/48 Ｎ 9181−5Ｈ ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display location H02M 7/48 N 9181-5H
Claims (4)
料電池の発電電力を制御する制御回路と、燃料電池から
出力される直流電力を入力として負荷に電力を供給する
第１の電力変換器と、バックアップ用の充放電可能なバ
ッテリと、このバッテリの充放電を制御するように電力
変換動作するバックアップ用の第２の電力変換器と、第
２の電力変換器を制御する制御回路とを備えた燃料電池
給電システムにおいて、 第２の電力変換器の出力側を平滑用リアクトルを介して
第１の電力変換器の入力側に接続すると共に、 第２の電力変換器の制御回路は、第２の電力変換器の出
力電流、第１の電力変換器の入力電流及びバッテリの出
力電圧を入力としてこれらに基づき第２の電力変換器を
制御することによりバッテリを充放電させ、第１の電力
変換器の入力電流を燃料電池の出力電流と第２の電力変
換器の出力電流とによって分担させることを特徴とする
燃料電池給電システム。1. A fuel cell, a control circuit for detecting an output current of the fuel cell to control power generated by the fuel cell, and a first power converter for supplying power to a load by using DC power output from the fuel cell as an input. , A backup chargeable / dischargeable battery, a backup second power converter that performs a power conversion operation to control charging / discharging of the battery, and a control circuit that controls the second power converter In the fuel cell power supply system including, the output side of the second power converter is connected to the input side of the first power converter via the smoothing reactor, and the control circuit of the second power converter is The output current of the second power converter, the input current of the first power converter, and the output voltage of the battery are used as inputs, and the second power converter is controlled based on these inputs to charge and discharge the battery, Power change Fuel cell power supply system for causing the input current of the vessels is shared by the output current and the output current of the second power converter of the fuel cell.
電力変換器の入力電流と、この入力電流が入力される遅
れフィルタの出力値との差分に基づいて、第２の電力変
換器の出力電流指令値を生成する電流演算器を備えた請
求項１記載の燃料電池給電システム。2. The control circuit of the second power converter, based on the difference between the input current of the first power converter and the output value of the delay filter to which the input current is input, the second power converter. The fuel cell power supply system according to claim 1, further comprising a current calculator that generates an output current command value of the converter.
料電池の発電電力を制御する制御回路と、燃料電池から
出力される直流電力を入力として負荷に電力を供給する
第１の電力変換器と、バックアップ用の充放電可能なバ
ッテリと、このバッテリの充放電を制御するように電力
変換動作するバックアップ用の第２の電力変換器と、第
２の電力変換器を制御する制御回路とを備えた燃料電池
給電システムにおいて、 第２の電力変換器の出力側を平滑用リアクトルを介して
第１の電力変換器の入力側に接続すると共に、第１の電
力変換器の入力端子間に検出用コンデンサを接続し、 第２の電力変換器の制御回路は、第２の電力変換器の出
力電流、検出用コンデンサを流れる電流、燃料電池の出
力電流及びバッテリの出力電圧を入力としてこれらに基
づき第２の電力変換器を制御することによりバッテリを
充放電させ、第１の電力変換器の入力電流を燃料電池の
出力電流と第２の電力変換器の出力電流とによって分担
させることを特徴とする燃料電池給電システム。3. A fuel cell, a control circuit for detecting the output current of the fuel cell to control the power generated by the fuel cell, and a first power converter for supplying power to a load by using the DC power output from the fuel cell as an input. , A backup chargeable / dischargeable battery, a backup second power converter that performs a power conversion operation to control charging / discharging of the battery, and a control circuit that controls the second power converter In the fuel cell power supply system including, the output side of the second power converter is connected to the input side of the first power converter via a smoothing reactor, and the output terminal of the second power converter is connected between the input terminals of the first power converter. The detection capacitor is connected, and the control circuit of the second power converter receives the output current of the second power converter, the current flowing through the detection capacitor, the output current of the fuel cell and the output voltage of the battery as inputs. Based on this, by controlling the second power converter, the battery is charged and discharged, and the input current of the first power converter is shared by the output current of the fuel cell and the output current of the second power converter. And fuel cell power supply system.
コンデンサを流れる電流、燃料電池の出力電流及び第２
の電力変換器の出力電流から得た第１の電力変換器の等
価的な入力電流と、この入力電流が入力される遅れフィ
ルタの出力値との差分に基づいて、第２の電力変換器の
出力電流指令値を生成する電流演算器を備えた請求項３
記載の燃料電池給電システム。4. The control circuit of the second power converter includes a current flowing through the detection capacitor, an output current of the fuel cell, and a second
Of the second power converter based on the difference between the equivalent input current of the first power converter obtained from the output current of the first power converter and the output value of the delay filter to which this input current is input. 4. A current calculator for generating an output current command value.
The fuel cell power supply system described.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5287658A JPH07123609A (en) | 1993-10-22 | 1993-10-22 | Feeding system for fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5287658A JPH07123609A (en) | 1993-10-22 | 1993-10-22 | Feeding system for fuel cell |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07123609A true JPH07123609A (en) | 1995-05-12 |
Family
ID=17720060
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5287658A Withdrawn JPH07123609A (en) | 1993-10-22 | 1993-10-22 | Feeding system for fuel cell |
Country Status (1)
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