(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電流を出力する燃料電池と、
前記燃料電池から出力された直流電流を交流電流へ変換するパワーコンディショナと、
前記燃料電池から出力された電流値を被計測電流として計測する直流電流センサと、
を備え、
前記直流電流センサは、
前記燃料電池の出力側に接続され、前記燃料電池から出力された直流電流を前記被計測電流として入力する一次導体と、
前記一次導体がコイル状に巻きつけられる磁性体からなるコア部材と、
前記被計測電流によって発生し前記コア部材によって集磁された磁束の変化を検出する二次導体と、
前記コア部材に交流磁界を印加する印加手段と、
を有し、前記二次導体の出力に基づいて前記被計測電流を計測し、
前記印加手段は、
前記パワーコンディショナに接続され、前記パワーコンディショナから出力された交流電流を前記一次導体に入力させる回路と、
前記交流電流の入力と前記被計測電流の入力とを切り替える切替手段と、
を有する、
燃料電池システム。
【請求項２】
直流電流を出力する燃料電池と、
交流電流を出力する系統電源と、
前記燃料電池から出力された電流値を被計測電流として計測する直流電流センサと、
を備え、
前記直流電流センサは、
前記燃料電池の出力側に接続され、前記燃料電池から出力された直流電流を前記被計測電流として入力する一次導体と、
前記一次導体がコイル状に巻きつけられる磁性体からなるコア部材と、
前記被計測電流によって発生し前記コア部材によって集磁された磁束の変化を検出する二次導体と、
前記コア部材に交流磁界を印加する印加手段と、
を有し、前記二次導体の出力に基づいて前記被計測電流を計測し、
前記印加手段は、
前記系統電源に接続され、前記系統電源から出力された交流電流を前記一次導体に入力させる回路と、
前記交流電流の入力と前記被計測電流の入力とを切り替える切替手段と、
を有する、
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、直流電流センサ及び直流電流計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電流センサとして、変流器（ＣＴ：Current  Transformer）を用いるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１記載の電流センサは、変流器を用いて一次電流を下げて二次側に出力させることで電流を測定する電流センサであり、コア（鉄心）に導体を巻回し形成されたコイルから二次電流を取り出す構造を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２６０００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１記載の電流センサにあっては、コアが磁性体からなるため、同一方向の直流電流を計測し続けるとコアに磁化が残留し、正確な計測の妨げとなるおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、経時的な残留磁化によって生じる測定誤差を抑制することができる直流電流センサ及び直流電流計測方法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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る燃料電池システムは、直流電流を出力する燃料電池と、前記燃料電池から出力された直流電流を交流電流へ変換するパワーコンディショナと、前記燃料電池から出力された電流値を被計測電流として計測する直流電流センサと、
を備え、前記直流電流センサは、前記燃料電池の出力側に接続され、前記燃料電池から出力された直流電流を前記被計測電流として入力する一次導体と、前記一次導体がコイル状に巻きつけられる磁性体からなるコア部材と、前記被計測電流によって発生し前記コア部材によって集磁された磁束の変化を検出する二次導体と、前記コア部材に交流磁界を印加する印加手段と、を有し、前記二次導体の出力に基づいて前記被計測電流を計測し、前記印加手段は、前記パワーコンディショナに接続され、前記パワーコンディショナから出力された交流電流を前記一次導体に入力させる回路と、前記交流電流の入力と前記被計測電流の入力とを切り替える切替手段と、を有する。
【０００７】
本発明に係る燃料電池システムでは、印加手段によりコア部材に交流磁界が印加される。このため、例えば、直流電流センサが常に同一方向に流れる被直流電流を計測し続けることでコア部材に残留磁化が発生した場合であっても、発生した残留磁化を消磁することができる。よって、経時的な残留磁化によって生じる測定誤差を抑制することが可能となる。
【０００８】
このように構成することで、計測していないタイミングで交流電流を一次導体に入力させてコア部材に交流磁界を印加させることができる。
【０００９】
このように構成することで、燃料電池から出力された直流電流を計測することができるとともに、燃料電池から出力されパワーコンディショナによって変換された交流電流を用いてコア部材を消磁することが可能となる。よって、簡易な構成で燃料電池から出力された直流電流の測定誤差を抑制することができる。
【００１０】
本発明に係る燃料電池システムは、直流電流を出力する燃料電池と、交流電流を出力する系統電源と、前記燃料電池から出力された電流値を被計測電流として計測する直流電流センサと、を備え、前記直流電流センサは、前記燃料電池の出力側に接続され、前記燃料電池から出力された直流電流を前記被計測電流として入力する一次導体と、前記一次導体がコイル状に巻きつけられる磁性体からなるコア部材と、前記被計測電流によって発生し前記コア部材によって集磁された磁束の変化を検出する二次導体と、前記コア部材に交流磁界を印加する印加手段と、を有し、前記二次導体の出力に基づいて前記被計測電流を計測し、前記印加手段は、前記系統電源に接続され、前記系統電源から出力された交流電流を前記一次導体に入力させる回路と、前記交流電流の入力と前記被計測電流の入力とを切り替える切替手段と、を有する。
このように構成することで、燃料電池から出力された直流電流を計測することができるとともに、系統電源から出力された交流電流を用いてコア部材を消磁することが可能となる。よって、簡易な構成で燃料電池から出力された直流電流の測定誤差を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、経時的な残留磁化によって生じる測定誤差を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る直流電流センサを備える燃料電池システムの構成概要図である。
【図２】本発明に係る直流電流センサの構成概要図である。
【図３】本発明に係る直流電流センサの動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
本実施形態に係る直流電流センサは、例えば、燃料電池の直流電流を計測するために好適に採用されるものである。図１は、本実施形態に係る直流電流センサを備える燃料電池システムの構成概略図である。図１に示すように、燃料電池システムは、燃料電池２を備えている。燃料電池２は、直流電源（ＤＣ電源）であって、外部負荷（家庭内負荷）９へ電力を供給するものである。燃料電池２としては、例えば、原燃料が改質されて生成された改質ガスを用いて発電を行う固体高分子形の燃料電池が用いられる。
【００１７】
燃料電池２には、パワーコンディショナ（ＰＣＳ：Power  Conditioning  Subsystem）３が接続されおり、燃料電池２から出力された電力はパワーコンディショナ３へ供給される。パワーコンディショナ３は、燃料電池２の出力電力を家庭等で用いることができるように調整する装置であって、昇圧器３０及び変換器３１を備えている。昇圧器３０は、燃料電池２から出力された電力を昇圧する機能を有している。また、変換器３１は、昇圧器３０に接続されており、昇圧器３０から出力された直流電力を交流電力へ変換する機能を有している。そして、このパワーコンディショナ３は、その出力側が外部負荷９に接続されている。このように構成されるため、燃料電池２の電力は、パワーコンディショナ３の昇圧器３０により昇圧され、変換器３１により交流電力に変換されて、外部負荷９へ供給される。なお、外部負荷９には、交流電源である系統電源８が接続されており、系統電源８からの電力と燃料電池２からの電力とを併用可能に構成されている。
【００１８】
ここで、外部負荷９の消費電力が急激に減少した場合、燃料電池２は急激な出力変更を行うことが困難であるため、燃料電池２の発電電力が外部負荷９の消費電力を上回り、余剰電力が発生する場合がある。余剰電力については、系統用電源側へ逆潮流させる手法も考えられるが、ここでは、発生した余剰電力を消費するために余剰ヒータ４が設けられている。この余剰ヒータ４は、パワーコンディショナ３内部の電力制御器３３の出力側に接続され、余剰電力の発生に伴って作動される。余剰ヒータ４としては例えば電熱ヒータ等が用いられる。
【００１９】
また、燃料電池システム１は、余剰ヒータ４が発生する熱を回収する排熱回収系を備えている。この排熱回収系は、家庭用の水が貯留される貯湯タンク７、貯湯タンク内の水を循環経路内に循環させる水ポンプ６、水ポンプ６の下流側に設けられた熱交換器５を備えている。熱交換器５は、余剰ヒータ４の熱を循環経路内の循環水が授受できるように構成されている。このため、貯湯タンク７内の水は、水ポンプ６により循環経路を循環し、熱交換器５により余剰ヒータ４の熱を回収して再び貯湯タンク７内に貯留される。なお、この排熱回収系は電源として燃料電池２を利用している。また、排熱回収系として、放熱ファン等を備えても良い。
【００２０】
以上の燃料電池システム１の構成機器類は、電装機器類であるシステム制御装置１１により動作が制御される。システム制御装置１１は、燃料電池システム１に備わるセンサ類や、利用者の利用状況等に応じて構成機器類の制御（例えば、燃料供給ポンプ１０の制御）を行う。なお、システム制御装置１１は、パワーコンディショナ３のＰＣＳ制御装置３２と双方向の通信を行っており、システムの制御に必要な各部の電流値、及び電力値の情報を得ている。パワーコンディショナ３では、燃料電池の電流値を計測する電流センサ３６、パワーコンディショナ３の出力電流値を計測する電流センサ３５、系統電源８の電流値を計測する電流センサ１２、余剰ヒータ４への電流値を計測する直流電流センサ３４等が用いられ、ＰＣＳ制御装置３２にて各部位の電流値から電力値を求め、交流出力ならびに余剰ヒータ出力の制御を行っている。
【００２１】
図２は、直流電流センサ３４の構成を示す概要図である。図２に示すように、直流電流センサ３４は、一次巻き線及び二次巻き線を有する変流器を備えている。直流電流センサ３４は、燃料電池２から出力され余剰ヒータ４へ供給される直流電流（被計測電流）Ｉ１を入力する巻き線（一次導体）４１、巻き線４１がコイル状に巻かれたコア部材４０、コア部材４０に取り付けられる巻き線（二次導体）４２を備えている。コア部材４０は、底面の対向する方向に沿って中央部に貫通孔が形成された略円柱状を呈し、磁性体を含んで構成される。コア部材４０は、直流電流Ｉ１が巻き線４１に流れることにより発生する磁束を集磁する機能を有している。巻き線４２は、集磁された磁束の変化を検出電流Ｉ２として検出する機能を有している。このため、巻き線４２の検出電流Ｉ２の大きさに基づいて、直流電流Ｉ１の大きさを計測できる構成とされている。
【００２２】
また、直流電流センサ３４は、系統電源８に接続された回路（印加手段）４３を備えている。そして、直流電流センサ３４の巻き線４１には、スイッチ（印加手段、切替手段）ＳＷが取り付けられており、巻き線４１への入力を変更可能に構成されている。ここでは、スイッチＳＷがＳ１とされるときには、巻き線４１には直流電流Ｉ１が入力され、スイッチＳＷがＳ２とされるときには、巻き線４１には回路４３からコア部材４０の消磁用の交流電流Ｉ３が入力される。交流電流が巻き線４１に入力されると、コア部材４０に交流磁界が印加される。この交流磁界は、コア部材４０の磁化を飽和させ得る振幅を有することが好適である。印加された交流磁界を除々に零に近づけることにより、コア部材４０の残留磁化は消磁される。
【００２３】
次に、本実施形態に係る直流電流センサ３４の動作について説明する。図３は、本実施形態に係る直流電流センサ３４の交流磁界印加動作（印加ステップ）を示すフローチャートである。図３に示す制御処理は、例えば、燃料電池が起動されたタイミング、燃料電池が停止されたタイミング等、直流電流Ｉ１の計測前（被計測電流入力ステップの前）に実行される。または、直流電流Ｉ１の計測後（巻き線４２に流れる電流Ｉ２を計測する二次導体計測ステップ及び電流Ｉ２に基づいて直流電流Ｉ１の電流値を計測する電流計測ステップの後）に実行される。なお、図３に示す制御処理は、ＰＣＳ制御装置３２により実行される。
【００２４】
図３に示すように、最初に、ＰＣＳ制御装置３２が、直流電流センサ３４が計測中であるか否かを判定する（Ｓ００）。Ｓ００の処理において、直流電流センサ３４が計測中である場合には、図３に示す制御処理を終了する。一方、直流電流センサ３４が計測中でない場合には、スイッチ切替処理へ移行する（Ｓ１０）。Ｓ１０の処理では、ＰＣＳ制御装置３２が、スイッチＳＷをＳ１からＳ２に切り替える。これにより、直流電流Ｉ１の入力回路から交流電流Ｉ３の回路４３に入力が切り替わる。そして、系統電源８から交流電流Ｉ３がコア部材４０へ供給される（Ｓ１２）。一定時間（例えば５〜１０秒程度）の間、コア部材４０に交流電流Ｉ３が入力され、コア部材４０の残留磁化が消磁された後に、ＰＣＳ制御装置３２がスイッチＳＷをＳ２からＳ１に切り替える。これにより、交流電流Ｉ３の回路４３から直流電流Ｉ１の入力回路に入力が切り替わる（Ｓ１４）。Ｓ１４の処理が終了すると、図３に示す制御処理を終了する。図３に示す制御処理を実行することにより、直流電流Ｉ１の計測前あるいは計測後に交流磁界がコア部材４０に印加され、コア部材４０の残留磁化が消磁される。
【００２５】
以上、本実施形態に係る直流電流センサ３４によれば、回路４３及びスイッチＳＷにより、コア部材４０に交流磁界を印加することができる。このため、例えば、直流電流センサ３４が常に同一方向に流れる直流電流Ｉ１を計測し続けることでコア部材４０に残留磁化が発生した場合であっても、発生した残留磁化を消磁することができる。よって、経時的な残留磁化によって生じる測定誤差を抑制することが可能となる。
【００２６】
また、本実施形態に係る直流電流センサ３４によれば、直流電流Ｉ１を計測していないタイミングで交流電流Ｉ３を巻き線４１に入力させてコア部材４０に交流磁界を印加させることができる。
【００２７】
また、本実施形態に係る直流電流センサ３４によれば、燃料電池２から出力された直流電流Ｉ１を計測することができるとともに、系統電源８から出力された交流電流Ｉ３を用いてコア部材４０を消磁することが可能となる。このように、燃料電池システム１は、直流電源である燃料電池２のみならず系統電源８から入力可能な構成とされているため、交流電流Ｉ３を容易に入力することができる。このため、燃料電池システム１に用いられる直流電流センサ３４にあっては、交流磁界を用いた消磁方法を簡易な構成で採用することが可能となる。よって、簡易な構成で燃料電池２から出力された直流電流Ｉ１の測定誤差を抑制することができる。
【００２８】
また、本実施形態に係る直流電流センサ３４を用いた直流電流計測方法によれば、直流電流Ｉ１の入力前又は計測終了後にコア部材４０に交流磁界が印加される。このため、例えば、直流電流センサ３４が常に同一方向に流れる直流電流Ｉ１を計測し続けることでコア部材４０に残留磁化が発生した場合であっても、発生した残留磁化を適切なタイミングで消磁することができる。よって、経時的な残留磁化によって生じる測定誤差を抑制することが可能となる。
【００２９】
本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではない。
【００３０】
例えば、本発明に係る直流電流センサとして、上記実施形態では、燃料電池２から余剰ヒータ４へ電流を供給する供給路に配置された直流電流センサ３４を例に説明したが、燃料電池２とパワーコンディショナ３とを接続する回路に配置された電流センサ３６であってもよい。
【００３１】
また、上記実施形態に係る直流電流センサ３４の回路４３として、系統電源８に接続されたものを説明したが、回路４３がパワーコンディショナ３の出力先に接続されており、パワーコンディショナ３によって変換された交流電流を巻き線４１に入力する構成としてもよい。
【００３２】
また、上記実施形態では、交流磁界の印加手段における切替手段としてスイッチＳＷを例に説明したが、入力電流を切り替えるものであれば何でもよい。また、上記実施形態では、交流磁界の印加手段として、回路４３及びスイッチＳＷを説明したが、交流磁界をコア部材４０に印加できるものであれば何でもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１…燃料電池システム、２…燃料電池、３…パワーコンディショナ、８…系統電源、３４…直流電流センサ、４０…コア部材、４１…巻き線（一次導体）、４２…巻き線（二次導体）、４３…回路（印加手段）、ＳＷ…スイッチ（印加手段、切替手段）。
【図１】
0005536499.tif 000002
【図２】
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【図３】
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