(57)【要約】【課題】瞬時電圧に比例した電流を出力するよう出力制御した燃料電池システムを提供する。【解決手段】商用電源に接続され、燃料電池１１からの直流電力を交流電力に変換し、商用電源とともに負荷側に交流電力を供給する直流交流変換手段１２と、直流交流変換手段１２から負荷側に出力される電流波形を計測する出力電流計測手段１５と商用電源での電圧波形を計測する電源電圧波形計測手段１６と、正常時の電源電圧波形を記憶し、瞬時の電圧波形とを比較する瞬時電圧波形比較手段１７と、燃料電池１１、直流交流変換手段１２、出力電流計測手段１５、電源電圧波形計測手段１６、瞬時電圧波形比較手段１７の動作を制御する運転制御手段１４とを備え、運転制御手段１４は、瞬時電圧波形比較手段１７により瞬時電圧低下を検出した場合、瞬時電圧に比例した電流を出力するよう出力制御する。【選択図】図１
2010015742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、商用電源に接続され、前記燃料電池からの直流電力を交流電力に変換し、前記商用電源とともに負荷側に交流電力を供給する直流交流変換手段と、その直流交流変換手段から負荷側に出力される電流波形を計測する出力電流計測手段と前記商用電源での電圧波形を計測する電源電圧波形計測手段と、正常時の電源電圧波形を記憶し、瞬時の電圧波形と正常時の電源電圧波形を比較する瞬時電圧波形比較手段と、前記燃料電池、前記直流交流変換手段、前記出力電流計測手段、前記電源電圧波形計測手段および前記瞬時電圧波形比較手段の動作を制御する運転制御手段とを備え、前記運転制御手段は、前記瞬時電圧波形比較手段により瞬時電圧低下を検出した場合、その瞬時電圧に比例した電流を出力するよう出力制御する燃料電池システム。
【請求項２】
前記運転制御手段は、前記瞬時電圧波形比較手段により瞬時電圧歪みを検出した場合、瞬時電圧歪みに応答せず、正常時の電圧波形を基になめらかな電流波形を出力するよう出力制御する請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記直流交流変換手段から出力できない電力を消費する余剰電力消費手段を備え、前記瞬時電圧波形比較手段により瞬時電圧低下あるいは瞬時停電を検出した場合、前記運転制御手段が、前記余剰電力消費手段により電力を消費して引き続き運転を継続する請求項１記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を用いて発電を行う燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池システムとしては、瞬時電圧低下や電圧歪みが発生した場合、出力電流を計測しながら出力電流を正弦波に近づけるように出力制御する燃料電池システムがあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図５は、従来の燃料電池システムを示すブロック図である。
【０００４】
図５において、都市ガスのようなメタン等の炭化水素を含む燃料を原料として燃料電池１で発電が行われる。直流交流変換手段２は商用電源に接続され、燃料電池１からの直流電力を交流電力に変換し、商用電源とともに家庭内負荷３に交流電力を供給する。運転制御手段４は起動から発電までの一連の動作を制御する。
【０００５】
また出力電流計測手段５は直流交流変換手段２の出力端に接続され、直流交流変換手段２より出力される交流電力の出力電流を計測する。また商用電源電圧計測手段６は商用電源での電圧波形を計測する。
【０００６】
ここで運転制御手段４は、商用電源電圧計測手段６により商用電源での電圧波形を逐一計測し、瞬時電圧低下や電圧歪み等の異常が発生した場合は、出力電流計測手段５により直流交流変換手段２から出力される出力電流を逐一計測しながら出力電流を正弦波形に近づけるように出力制御していた。
【特許文献１】特開２００７−２４２３３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような従来の構成では、正弦波形に近づける具体的な方策、例えば出力電流波形のレベルについての記述がないという課題を有していた。
【０００８】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、瞬時電圧低下を検出した場合であっても継続運転が可能な燃料電池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】
【０００９】
上記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、瞬時電圧波形比較手段を備えることにより、正常時の電源電圧波形を記憶し、瞬時の電圧波形を比較し、瞬時電圧低下を検出した場合、瞬時電圧に比例した電流を出力するように出力制御するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の燃料電池システムによれば、瞬時電圧低下や電圧歪みが生じた場合でも、過電流を出力することがないので、燃料電池システムを停止せずに発電を継続することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
第１の発明は、燃料電池と、商用電源に接続され、燃料電池からの直流電力を交流電力に変換し、商用電源とともに負荷側に交流電力を供給する直流交流変換手段と、その直流交流変換手段から負荷側に出力される電流波形を計測する出力電流計測手段と商用電源での電圧波形を計測する電源電圧波形計測手段と、正常時の電源電圧波形を記憶し、瞬時の電圧波形と正常時の電源電圧波形を比較する瞬時電圧波形比較手段と、燃料電池、直流交流変換手段、出力電流計測手段、電源電圧波形計測手段および瞬時電圧波形比較手段の動作を制御する運転制御手段とを備え、運転制御手段は、瞬時電圧波形比較手段により瞬時電圧低下を検出した場合、その瞬時電圧に比例した電流を出力するよう出力制御するものである。
【００１２】
この構成により、過電流を出力することがなくなるので、燃料電池システムを停止することがなくなり、不要停止による起動エネルギー等の損失を削減することができ、安定して発電を継続することができる。
【００１３】
第２の発明は、特に第１の発明の燃料電池システムにおいて、運転制御手段が、瞬時電圧波形比較手段により瞬時電圧歪みを検出した場合、瞬時電圧歪みに応答せず、正常時の電圧波形を基になめらかな電流波形を出力するよう出力制御するものである。
【００１４】
この構成により、安定して良質の発電を継続することができる。
【００１５】
第３の発明は、特に第１の発明の燃料電池システムにおいて、直流交流変換手段から出力できない電力を消費する余剰電力消費手段を備え、瞬時電圧波形比較手段により瞬時電圧低下あるいは瞬時停電を検出した場合、運転制御手段が、余剰電力消費手段により電力を消費して引き続き運転を継続するものである。
【００１６】
この構成により、瞬時電圧低下に比例した電流出力をしている際でも、燃料電池で発電される直流電力を内部で調整して消費することができるので、安定して発電を継続することができる。
【００１７】
以下本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成図である。
【００１８】
図１において、都市ガスのようなメタン等の炭化水素を含む燃料を原料として燃料電池１１で発電が行われる。直流交流変換手段１２は商用電源に接続され、燃料電池１１からの直流電力を交流電力に変換し、商用電源とともに負荷１３に交流電力を供給する。
【００１９】
出力電流計測手段１５は、直流交流変換手段１２の出力端に接続され、直流交流変換手段１２から負荷側に出力される電流波形を計測する。
【００２０】
電源電圧波形計測手段１６は商用電源での電圧波形を計測する。瞬時電圧波形比較手段１７は正常時の電源電圧波形を記憶し、瞬時の電圧波形と比較する。運転制御手段１４は、燃料電池１１、直流交流変換手段１２、出力電流計測手段１５、電源電圧波形計測手段１６、瞬時電圧波形比較手段１７の動作を制御する。
【００２１】
ここで運転制御手段１４は、瞬時電圧波形比較手段１７により瞬時電圧低下を検出した場合、瞬時電圧に比例した電流を出力するよう出力制御するものである。
【００２２】
図２において、（ａ）は瞬時電圧低下を検出した場合の商用電源での電源電圧波形を示し、（ｂ）、（ｃ）はその場合の直流交流変換手段１２から出力される電流波形を示す。
【００２３】
ここで図２（ａ）に示すように、瞬時電圧低下が発生した場合、通常では発電指令値（ここでは１０００Ｗ）は一定であるので、Ｐ（電力）＝Ｖ（電圧）×Ｉ（電流）の関係より、電圧低下によりそれを補うように過電流が発生することになる。図２（ｂ）がそれにあたる。過電流が発生すると直流交流変換手段１２は内部回路の保護のため出力停止することになる。
【００２４】
しかし本発明においては、瞬時電圧波形比較手段１７により正常時の電源電圧波形を記憶しておき、正常時の電源電圧波形と瞬時の電圧波形と比較することにより、瞬時電圧低下した場合の低下の割合を検出する。
【００２５】
ここで２０％減少した瞬時電圧低下が発生したと判断した場合、図２（ｃ）に示すように、直流交流変換手段１２からの出力電流も、瞬時電圧に比例して２０％減少した電流波形を出力するよう制御する。
【００２６】
このことにより図２（ｂ）に示すような過電流の発生を防止するものである。ここで２０％減少した瞬時電圧低下について説明したが、１００％減少つまり瞬時停電が発生した場合でも同様に、瞬時電圧に比例して出力電流は０％つまり出力停止ということになる。
【００２７】
かかる構成によれば、過電流を出力することがなくなるので、燃料電池システムを停止することがなくなり、不要停止による起動エネルギー等の損失を削減することができ、安定して発電を継続することができる。
【００２８】
また運転制御手段１４は、瞬時電圧波形比較手段１７により瞬時電圧歪みを検出した場合、瞬時電圧歪みに応答せず、正常時の電圧波形を基になめらかな電流波形を出力するよう出力制御するものである。
【００２９】
図３において、（ａ）は瞬時電圧歪みが発生した場合の商用電源での電源電圧波形を示し、（ｂ）、（ｃ）はその場合の直流交流変換手段１２から出力される電流波形を示す。ここで図３（ａ）に示すように瞬時電圧歪みが発生した場合、通常では前述したとおり、発電電力指令値は一定であり、Ｐ＝Ｖ×Ｉの関係から図３（ｂ）のような過電流が発生することになる。ここでも過電流が発生すると直流交流変換手段１２は内部回路の保護のため出力停止することになる。
【００３０】
しかし本発明においては、瞬時電圧波形比較手段１７により正常時の電源電圧波形を記憶しておき、正常時の電源電圧波形と瞬時の電圧波形を比較することにより、瞬時電圧歪みの振幅、時間等を検出する。
【００３１】
ここで図３（ｃ）に示すように瞬時電圧歪みが発生している期間は、瞬時電圧歪みに応答せず、正常時の電圧波形をもとになめらかな電流波形を出力するよう制御するものである。このことにより、図３（ｂ）に示すような過電流を防止するものである。
【００３２】
かかる構成によれば、安定して良質の発電を継続することができる。
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２における燃料電池システムの構成図である。図４において図１と同じ構成要素については同一符号を用い、説明を省略する。
【００３３】
図４において、余剰電力消費手段１８は、燃料電池１１の出力端に接続され、直流交流変換手段１２から出力できない電力を消費するものである。
【００３４】
ここで、運転制御手段１４は、瞬時電圧波形比較手段１７により瞬時電圧低下あるいは瞬時停電を検出した場合、余剰電力消費手段１８により電力を消費して引き続き運転を継続するものである。
【００３５】
例えば図２（ａ）、（ｃ）で示すように、２０％減少した瞬時電圧低下が発生した場合は、２０％減少した出力電流となるが、その減少した２０％分の電力を余剰電力消費手段１８において消費するものである。
【００３６】
瞬時停電の場合は、１００％減少した瞬時電圧低下にあたり、発電電力指令値の全ての電力を余剰電力消費手段１８にて消費することになる。
【００３７】
余剰電力消費手段１８にて一時的に内部にて消費しなければならない理由として、燃料電池１１での発電は化学反応であるので、瞬時に発電量を変えることができないことによるものである。
【００３８】
かかる構成によれば、瞬時電圧低下に比例した電流出力をしている際でも、燃料電池で発電される直流電力を内部で調整して消費することができるので、安定して発電を継続することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の燃料電池システムは、瞬時停電が発生した場合は、瞬時電圧に比例した電流を出力する出力制御するもので、燃料電池システムが過電流を出力して、不要停止することを防止するものであり、燃料電池を用いて安全で経済的な発電が行われるのに有用である。これはまた他の電池方式や動力源を用いた発電システムにも応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池システムのブロック図
【図２】同燃料電池システムの瞬時電圧低下の場合の電源電圧波形と出力電流波形を示す波形図
【図３】同燃料電池システムの瞬時電圧歪みの場合の電源電圧波形と出力電流波形を示す波形図
【図４】本発明の実施の形態２における燃料電池システムのブロック図
【図５】従来の燃料電池システムのブロック図
【符号の説明】
【００４１】
１１    燃料電池
１２    直流交流変換手段
１３    負荷
１４    運転制御手段
１５    出力電流計測手段
１６    電源電圧波形計測手段
１７    瞬時電圧波形比較手段
１８    余剰電力消費手段
【図１】
2010015742.tif 000003
【図２】
2010015742.tif 000004
【図３】
2010015742.tif 000005
【図４】
2010015742.tif 000006
【図５】
2010015742.tif 000007