(57)【要約】【課題】高効率の電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムを提供すること。【解決手段】スイッチングトランスを含み、スイッチング方式で燃料電池の出力電圧を昇圧する昇圧コンバータ３と、前記昇圧コンバータ３が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータ回路５と、制御器と、を備え、前記制御器は、前記燃料電池の出力電圧に基づいて、前記昇圧コンバータ３の動作周波数を変化させる電力変換装置を提供する。これにより、燃料電池の出力電圧に基づいて高周波昇圧トランスの磁束密度が飽和しないように昇圧コンバータを動作させるので、信頼性の高い電力変換装置となる。【選択図】図１
2014103761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を含む燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池から出力される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置であって、
スイッチングトランスを含み、スイッチング方式で前記燃料電池の出力電圧を昇圧する昇圧コンバータと、
前記昇圧コンバータが出力する直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、制御器と、を備え、
前記制御器は、前記燃料電池の出力電圧に基づいて、前記昇圧コンバータの動作周波数を変化させる電力変換装置。
【請求項２】
前記制御器は、前記燃料電池の出力電圧が高くなる方へ変化したときは、前記昇圧コンバータの動作周波数を高くする方へ変化させ、前記燃料電池の出力電圧が低くなる方へ変化したときは、前記昇圧コンバータの動作周波数を低くする方へ変化させる請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記制御器は、前記燃料電池の出力電力が小さくなる方へ変化したときは、前記昇圧コンバータの動作周波数を高くする方へ変化させ、前記燃料電池の出力電力が大きくなる方へ変化したときは、前記昇圧コンバータの動作周波数を低くする方へ変化させる請求項１記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記制御器は、前記昇圧コンバータの動作周波数を変化させる時は、複数段階で変化させる請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記制御器は、前記燃料電池が無負荷出力時には、無負荷出力でない場合よりも、前記昇圧コンバータの動作周波数を高くする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記制御器は、前記燃料電池の定格出力時の出力電圧で、前記スイッチングトランスのコア磁束密度が飽和せずに使用できる限界の周波数を、前記昇圧コンバータの最低動作周波数とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記昇圧コンバータは、電流共振回路を含み、電流共振型のソフトスイッチング方式で駆動される請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電力を商用周波数の交流電力に変換して系統に電力を注入する電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電力変換装置について図面を参照しながら説明する。図４は従来の電力変換装置の構成の一例を示すブロック図である。
【０００３】
図４に示すように、電力変換装置は、例えば燃料電池５１から直流電力を入力し、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流に変換して系統５２に交流電力を供給している。
【０００４】
そして、電力変換装置は、入力電圧Ｖｉｎを昇圧する昇圧コンバータ５３と、昇圧された電圧の高周波成分を除去する中間段コンデンサ５４と、出力電流を正弦波に波形成形するインバータ回路５５と、インバータ回路５５の出力から高周波ノイズを除去するフィルタ５６とを備え、系統５２に接続されている。
【０００５】
このとき、昇圧コンバータ５３は、入力電圧を平滑する平滑コンデンサ５３１、スイッチング素子Ｑ５３３〜Ｑ５３６を４石使用したフルブリッジ構成のコンバータ回路５３２と、コンバータ回路５３２の出力に一次側が接続された高周波昇圧トランス５３７と、高周波昇圧トランス５３７の二次側には、コイル５３９とコンデンサ５４０で構成された電流共振回路５３８が接続され、電流共振回路５３８の出力に接続された整流回路５４１とで構成されている。
【０００６】
さらに、インバータ回路５５は、パワー・スイッチング素子Ｑ５４２〜Ｑ５４５を４石使用したフルブリッジ構成からなる。
【０００７】
通常、電力の供給元である燃料電池の場合、電力変換装置への入力電圧は比較的低電圧である。そのため、入力電圧を高電圧へと電圧変換する昇圧コンバータ５３を備えた電力変換装置を用いることが一般的である。
【０００８】
なお、昇圧コンバータ５３を電流共振形のソフトスイッチング方式で動作させコンバータ回路５３２のパワー・スイッチング素子Ｑ５３３〜Ｑ５３６がスイッチングする際のスイッチング損失を低減させている。
【０００９】
すなわち、電流共振回路５３８は、直列に接続されたコイル５３９とコンデンサ５４０で構成された電流共振回路で構成されており、コイル５３９のインダクタンスをＬとし、コンデンサ５４０のキャパシタンスをＣとすると、電流共振回路５３８の共振周波数は、
ｆｑ  ＝  １／（２π√ＬＣ）                                            （１）で表され、コンバータ回路５３２の高周波スイッチング動作を共振周波数ｆｑでスイッチングすることにより、コンバータ回路５３２ではパワー・スイッチング素子Ｑ５３３〜Ｑ５３６のターン・オンの際、電流共振回路５３８により電流が緩やかに立ち上がり、オフになる前に零になるいわゆる零電流スイッチングが達成され、スイッチング損失は小さくなる。
【００１０】
さらに、高周波昇圧トランス５３７は下記の式に基づいて設計されている。
【００１１】
ｅ１：高周波昇圧トランス５３７の入力電圧  ［Ｖ］
ｅ２：高周波昇圧トランス５３７の出力電圧  ［Ｖ］
ｎ１：高周波昇圧トランス５３７の１次巻線  ［ターン］
ｎ２：高周波昇圧トランス５３７の２次巻線  ［ターン］
ｅ２＝（ｎ２÷ｎ１）×ｅ１  ［Ｖ］                                    （２）
ｉ１：高周波昇圧トランス５３７の入力電流  ［Ａ］
ｉ２：高周波昇圧トランス５３７の出力電流  ［Ａ］
ｉ２＝（ｎ１÷ｎ２）×ｉ１  ［Ａ］                                    （３）
ｆｏｎ：高周波昇圧トランス５３７の動作周波数  ［Ｈｚ］
△Ｂ：高周波昇圧トランス５３７の使用磁束密度  ［Ｔ］
Ａｅ：高周波昇圧トランス５３７の実効断面積  ［ｃｍ＾２］
ｎ１＝（ｅ１÷ｆｏｎ÷２）÷（△Ｂ×Ａｅ）×１００００  ［ターン］    （４）
ｆｏｎ＝ｅ１×１００００÷（△Ｂ×Ａｅ×ｎ１×２）  ［Ｈｚ］          （５）
高周波昇圧トランス５３７の設計上の制約は、高周波昇圧トランス５３７の使用磁束密度△Ｂ［Ｔ］の値である。使用磁束密度△Ｂ［Ｔ］は使用される高周波昇圧トランスコアの損失と温度上昇のほか、磁束が飽和した場合に急激にインダクタンスが減少するためである。
【００１２】
使用可能な磁束密度は、実効飽和磁束密度（Ｂｍｓ）から実効飽和残留磁束密度（Ｂｒｍｓ）の範囲内であるが、実際にはコアの発熱などを考慮するとつぎのように設定する必要がある。
【００１３】
高周波昇圧トランスコアの発熱は何度まで許容して良いかを設計する、そのときの高周波昇圧トランスコアの損失は何ワットに相当するか、つぎにその損失になるのは使用磁束密度が何［Ｔ］のときか、という手順で△Ｂを設定する。
【００１４】
よって、高周波昇圧トランスの磁束密度が飽和しないように、電流共振回路５３８の共振周波数ｆｑは、高周波昇圧トランスの動作周波数ｆｏｎより低くする。
【００１５】
一般的に、昇圧コンバータを電流共振形のソフトスイッチング方式で動作させる場合、電流共振回路の直列に接続されたコイルとコンデンサを小容量の物を使用して価格を低減させるため、電流共振回路の共振周波数ｆｑは高い周波数が設定される為、よって、高周波昇圧トランスの△Ｂ×Ａｅは小さくてなるので、高周波昇圧トランスは小さくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００５―２２４０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従来の売電を実施しない燃料電池システムにおいては電力負荷追従制御で出力電力を可変していたが、近年、売電を実施する燃料電池システムや、蓄電池と連系する燃料電池システムが普及し定格出力一定運転が主流となり、燃料電池システムは定格出力時のさらなる高効率化が求められ、定格出力時の電力変換装置から発生する電力損失を低減する必要があった。
【００１８】
なお、燃料電池は出力電力が小さい時は燃料電池の出力電圧は高いので、昇圧コンバータの入力電圧Ｖｉｎと、高周波昇圧トランスの入力電圧ｅ１は高くなる。また、燃料電池は定格出力時の出力電力が大きい時は燃料電池の出力電圧は低いので、昇圧コンバータの入力電圧Ｖｉｎと、高周波昇圧トランスの入力電圧ｅ１は低くなる。
【００１９】
よって、昇圧コンバータの動作周波数は、上記の式（５）に基づいて高周波昇圧トランスの入力電圧ｅ１から制限されるので、燃料電池の出力電力が小さい時の高い出力電圧から、高い周波数が設定される為、定格出力時のスイッチング損失が大きいという課題があった。
【００２０】
また、定格出力時のスイッチング損失を低減の為に、昇圧コンバータの動作周波数を低く設定する為には、上記の式（５）に基づいて高周波昇圧トランスのコアを大きくする必要があり、価格を上昇させるという課題があった。
【００２１】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、高周波昇圧トランスを大型化することなく、安価で高効率の電力変換装置とそれを用いた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】
【００２２】
前記従来の課題を解決するために、本発明の電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムは、水素を含む燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池から出力される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置であって、スイッチングトランスを含み、スイッチング方式で前記燃料電池の出力電圧を昇圧する昇圧コンバータと、前記昇圧コンバータが出力する直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、制御器と、を備え、前記制御器は、前記燃料電池の出力電圧に基づいて、前記昇圧コンバータの動作周波数を変化させる。
【００２３】
これによって、燃料電池の出力電圧に基づいて高周波昇圧トランスの磁束密度が飽和しないように昇圧コンバータを動作させるので、信頼性の高い電力変換装置となる。
【００２４】
さらに、効率が最も必要となる定格出力時のスイッチング損失が低減され、高周波昇圧トランスを大型化することなく、安価で高効率の電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムである。
【００２５】
また、本発明の電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムは、前記制御器は、前記燃料電池の出力電圧が高くなる方へ変化したときは、前記昇圧コンバータの動作周波数を高くする方へ変化させ、前記燃料電池の出力電圧が低くなる方へ変化したときは、前記昇圧コンバータの動作周波数を低くする方へ変化させる。
【００２６】
これによって、燃料電池の出力電圧に基づいて高周波昇圧トランスの磁束密度が飽和しないように昇圧コンバータを動作させるので、信頼性の高い電力変換装置となる。
【００２７】
さらに、効率が最も必要となる定格出力時のスイッチング損失が低減され、高周波昇圧トランスを大型化することなく、安価で高効率の電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムである。
【００２８】
また、本発明の電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムは、前記制御器は、前記燃料電池の出力電力が小さくなる方へ変化したときは、前記昇圧コンバータの動作周波数を高くする方へ変化させ、前記燃料電池の出力電力が大きくなる方へ変化したときは、前記昇圧コンバータの動作周波数を低くする方へ変化させる。
【００２９】
これによって、燃料電池の出力電力に基づいて高周波昇圧トランスの磁束密度が飽和しないように昇圧コンバータを動作させるので、信頼性の高い電力変換装置となる。
【００３０】
さらに、効率が最も必要となる定格出力時のスイッチング損失が低減され、高周波昇圧
トランスを大型化することなく、安価で高効率の電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムである。
【００３１】
さらにまた、本発明の電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムは、前記昇圧コンバータは、電流共振回路を含み、電流共振型のソフトスイッチング方式で駆動させる。
【００３２】
これによって、燃料電池の出力電力に基づいて高周波昇圧トランスの磁束密度が飽和しないように昇圧コンバータを動作させるので、信頼性の高い電力変換装置となる。
【００３３】
さらに、効率が最も必要となる定格出力時のスイッチング損失が低減され、高周波昇圧トランスを大型化することなく、安価で高効率の電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムである。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムは、燃料電池の出力電力に基づいて高周波昇圧トランスの磁束密度が飽和しないように昇圧コンバータを動作させるので、信頼性の高い電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムとすることができる。
【００３５】
また、定格出力一定運転される、売電を実施する燃料電池システム・蓄電池と連系する燃料電池システムにおいて、効率が最も必要となる定格出力時のスイッチング損失が低減され、高周波昇圧トランスを大型化することなく、安価で高効率の電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態１における電力変換装置のブロック図
【図２】本発明の実施の形態２における電力変換装置のブロック図
【図３】本発明の実施の形態３における電力変換装置のブロック図
【図４】従来の電力変換装置のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００３７】
第１の発明は、水素を含む燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池から出力される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置であって、
スイッチングトランスを含み、スイッチング方式で前記燃料電池の出力電圧を昇圧する昇圧コンバータと、
前記昇圧コンバータが出力する直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、制御器と、を備え、
前記制御器は、前記燃料電池の出力電圧に基づいて、前記昇圧コンバータの動作周波数を変化させる電力変換装置。
【００３８】
上記構成において、電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムは、
高周波昇圧トランスを大型化することなく、安価で高効率の電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムとすることができる。
【００３９】
第２の発明は、特に、第１の発明において、前記制御器は、前記燃料電池の出力電圧が高くなる方へ変化したときは、前記昇圧コンバータの動作周波数を高くする方へ変化させ、前記燃料電池の出力電圧が低くなる方へ変化したときは、前記昇圧コンバータの動作周波数を低くする方へ変化させる、第１の発明に記載の電力変換装置である。
【００４０】
上記構成において、電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムは、
高周波昇圧トランスを大型化することなく、安価で高効率の電力変換装置とそれを用いた
燃料電池システムとすることができる。
【００４１】
第３の発明は、特に、第１の発明において、前記制御器は、前記燃料電池の出力電力が小さくなる方へ変化したときは、前記昇圧コンバータの動作周波数を高くする方へ変化させ、前記燃料電池の出力電力が大きくなる方へ変化したときは、前記昇圧コンバータの動作周波数を低くする方へ変化させる、第１の発明に記載の電力変換装置である。
【００４２】
上記構成において、電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムは、
高周波昇圧トランスを大型化することなく、安価で高効率の電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムとすることができる。
【００４３】
第４の発明は、特に、第１〜３の発明において、前記制御器は、前記昇圧コンバータの動作周波数を変化させる時は、複数段階で変化させる、第１〜３の発明のいずれか１項に記載の電力変換装置である。
【００４４】
上記構成において、電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムは、
高周波昇圧トランスを大型化することなく、安価で高効率の電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムとすることができる。
【００４５】
第５の発明は、特に、第１〜３の発明において、前記制御器は、前記燃料電池が無負荷出力時には、無負荷出力でない場合よりも、前記昇圧コンバータの動作周波数を高くする、第１〜３の発明のいずれか１項に記載の電力変換装置である。
【００４６】
上記構成において、電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムは、
高周波昇圧トランスを大型化することなく、安価で高効率の電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムとすることができる。
【００４７】
第６の発明は、特に、第１〜５の発明において、前記制御器は、前記燃料電池の定格出力時の出力電圧で、前記スイッチングトランスのコア磁束密度が飽和せずに使用できる限界の周波数を、前記昇圧コンバータの最低動作周波数とする、第１〜５の発明のいずれか１項に記載の電力変換装置である。
【００４８】
上記構成において、電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムは、
高周波昇圧トランスを大型化することなく、安価で高効率の電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムとすることができる。
【００４９】
第７の発明は、特に、第１〜６の発明において、前記昇圧コンバータは、電流共振回路を含み、電流共振型のソフトスイッチング方式で駆動される、第１〜６の発明のいずれか１項に記載の電力変換装置である。
【００５０】
上記構成において、電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムは、
高周波昇圧トランスを大型化することなく、定数バラツキ（容量許容差）が小さく、温度特性の良い、コンデンサと、定数バラツキ（容量許容差）が小さく、温度特性と直流重畳特性の良い、コイルが不要で、安価で高効率の電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムとすることができる。
【００５１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電力変換装置のブロック図である。
【００５２】
図１において、電力変換装置は、水素を含む燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する
燃料電池１から出力される直流電力を入力し、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流に変換して系統２に交流電力を供給している。
【００５３】
そして、電力変換装置は、入力電圧Ｖｉｎを昇圧する昇圧コンバータ３と、昇圧された電圧の高周波成分を除去する中間段コンデンサ４と、出力電流を正弦波に波形成形するインバータ回路５と、インバータ回路５の出力から高周波ノイズを除去するフィルタ６とを備え、系統２に接続されている。
【００５４】
このとき、昇圧コンバータ３は、入力電圧を平滑する平滑コンデンサ３１、スイッチング素子Ｑ３３〜Ｑ３６を４石使用したフルブリッジ構成のコンバータ回路３２と、コンバータ回路３２の出力に一次側が接続された高周波昇圧トランス３７と、高周波昇圧トランス３７の二次側には、コイル３９とコンデンサ４０で構成された電流共振回路３８が接続され、電流共振回路３８の出力に接続された整流回路４１とで構成されている。
【００５５】
さらに、インバータ回路５は、パワー・スイッチング素子Ｑ４２〜Ｑ４５を４石使用したフルブリッジ構成されている。
【００５６】
コンバータ回路３２は、４個のパワー・スイッチング素子Ｑ３３〜Ｑ３６で構成されたフル・ブリッジ・コンバータ回路で構成されており、４個のパワー・スイッチング素子Ｑ３３〜Ｑ３６を高周波スイッチングで動作させ、燃料電池１の直流電圧Ｖｉｎを高周波交流に変換している。また、高周波昇圧トランス３７の一次側に高周波交流が印加されるため、高周波昇圧トランス３７の二次側に高周波交流が発生する。
【００５７】
なお、コンバータ回路３２は、ハーフ・ブリッジ・コンバータ回路もしくは、プッシュプル・コンバータ回路で構成されても同じ動作を実現できる。
【００５８】
なお、昇圧コンバータ３を電流共振形のソフトスイッチング方式で動作さしコンバータ回路３２のパワー・スイッチング素子Ｑ３３〜Ｑ３６がスイッチングする際のスイッチング損失を低減さしている。
【００５９】
すなわち、電流共振回路３８は、直列に接続されたコイル３９とコンデンサ４０で構成された電流共振回路で構成されており、コイル３９のインダクタンスをＬとし、コンデンサ４０のキャパシタンスをＣとすると、電流共振回路３８の共振周波数は、
ｆｑ  ＝  １／（２π√ＬＣ）                                            （１）で表され、コンバータ回路３２の高周波スイッチング動作を共振周波数ｆｑでスイッチングすることにより、コンバータ回路３２ではパワー・スイッチング素子Ｑ３３〜Ｑ３６のターン・オンの際、電流共振回路５３８により電流が緩やかに立ち上がり、オフになる前に零になるいわゆる零電流スイッチングで、スイッチング損失は小さくなる。
【００６０】
整流回路４１は、４個のダイオードで構成されたブリッジ・ダイオード回路で構成されており、電流共振回路３８で発生する高周波交流電流が入力されるため、整流回路４１の出力に昇圧された直流電圧が発生する。
【００６１】
電流共振回路３８のコイル３９のインダクタンスとコンデンサ４０のキャパシタンスの値から決定される共振周波数ｆｑと、コンバータ回路３２を駆動するスイッチング周波数ｆｓを一致させて零電流スイッチングで動作できた時、昇圧コンバータ３の電力変換効率は最大となる。
【００６２】
尚、整流回路４１の昇圧された直流電圧出力を入力とするインバータ回路５は、４個のパワー・スイッチング素子Ｑ４２〜Ｑ４５で構成されたフル・ブリッジ・インバータ回路
で構成されており、４個のパワー・スイッチング素子Ｑ４２〜Ｑ４５をスイッチングで動作さし、整流回路４１の昇圧された直流電圧出力を商用周波数の交流に変換している。
【００６３】
以上のように構成された電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムについて、以下その動作、作用を説明する。
【００６４】
燃料電池１は、出力電力が小さい時は燃料電池１の出力電圧は高い。よって昇圧コンバータの入力電圧Ｖｉｎ（Ｈ）が高く、高周波昇圧トランス３７の入力電圧ｅ１（Ｈ）も高くなる。
【００６５】
また、燃料電池１は、出力電力が大きい時は燃料電池１の出力電圧は低い。よって昇圧コンバータの入力電圧Ｖｉｎ（Ｌ）が低く、高周波昇圧トランス３７の入力電圧ｅ１（Ｌ）も低くなる。
【００６６】
なお、昇圧コンバータ３は周波数が高いと、スイッチング回数が多くなりスイッチング損失が大きく、昇圧コンバータ３は周波数が低いと、スイッチング回数が少なくなりスイッチング損失が小さくなる。
【００６７】
さらに、高周波昇圧トランス３７は下記の式に基づいて動作している。
【００６８】
ｅ１：高周波昇圧トランス３７の入力電圧  ［Ｖ］
ｅ２：高周波昇圧トランス３７の出力電圧  ［Ｖ］
ｎ１：高周波昇圧トランス３７の１次巻線  ［ターン］
ｎ２：高周波昇圧トランス３７の２次巻線  ［ターン］
ｅ２＝（ｎ２÷ｎ１）×ｅ１  ［Ｖ］                                    （２）
ｉ１：高周波昇圧トランス３７の入力電流  ［Ａ］
ｉ２：高周波昇圧トランス３７の出力電流  ［Ａ］
ｉ２＝（ｎ１÷ｎ２）×ｉ１  ［Ａ］                                    （３）
ｆｏｎ：高周波昇圧トランス３７の動作周波数  ［Ｈｚ］
△Ｂ：高周波昇圧トランス３７の使用磁束密度  ［Ｔ］
Ａｅ：高周波昇圧トランス３７の実効断面積  ［ｃｍ＾２］
ｎ１＝（ｅ１÷ｆｏｎ÷２）÷（△Ｂ×Ａｅ）×１００００  ［ターン］    （４）
ｆｏｎ＝ｅ１×１００００÷（△Ｂ×Ａｅ×ｎ１×２）  ［Ｈｚ］          （５）
これによって、高周波昇圧トランス３７の入力電圧ｅ１が高いと、高周波昇圧トランス３７の動作周波数ｆｏｎの値は高くなり、
高周波昇圧トランス３７の入力電圧ｅ１が低いと、高周波昇圧トランス３７の動作周波数ｆｏｎの値は低くなる。
【００６９】
さらに、高周波昇圧トランス３７の使用磁束密度△Ｂ［Ｔ］は使用される高周波昇圧トランスコアの損失と温度上昇のほか、磁束が飽和した場合に急激にインダクタンスが減少する。
【００７０】
使用可能な磁束密度は、実効飽和磁束密度（Ｂｍｓ）から実効飽和残留磁束密度（Ｂｒｍｓ）の範囲内で、実際にはコアの発熱などを考慮する必要がある。
【００７１】
よって、高周波昇圧トランスの磁束密度が飽和しないように、電流共振回路３８の共振周波数ｆｑは、高周波昇圧トランスの動作周波数ｆｏｎより低くする。
【００７２】
ここで、制御器は、前記燃料電池１の出力電圧が高くなる方へ変化したとき、もしくは前記燃料電池１の出力電力が小さくなる方へ変化したときは、前記昇圧コンバータ３の動
作周波数を高くする方へ変化させ、
前記燃料電池１の出力電圧が低くなる方へ変化したとき、もしくは前記燃料電池１の出力電力が大きくなる方へ変化したときは、前記昇圧コンバータ３の動作周波数を低くする方へ変化させる。
【００７３】
これによって、前記燃料電池１の出力電力が大きいときに昇圧コンバータ３のスイッチング回数が少なくなりスイッチング損失が小さくなり、高周波昇圧トランス３７の磁束密度を前記燃料電池１の出力に応じて有効に使用するので、高周波昇圧トランス３７を大型化することなく、安価で高効率の電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムとすることができる。
【００７４】
さらに、電流共振回路３８の共振周波数ｆｑは前記燃料電池１の出力電力が大きいときに低くなり、
なお、電流共振回路３８の共振周波数ｆｑが低くなると直列に接続されたコイル３９とコンデンサ４０の容量は大きくなり、共振周波数ｆｑに対する部品の定数バラツキの影響が小さくなる。
【００７５】
これによって、定数バラツキ（容量許容差）が小さく、温度特性の良い、コンデンサ４０と、定数バラツキ（容量許容差）が小さく、温度特性と直流重畳特性の良い、コイル３９が不要で、さらに、配線の長さや不均衡に影響も受けなく、安価で高効率の電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムとすることができる。
【００７６】
なお、前記制御器は、前記昇圧コンバータ３の動作周波数を変化させる時は、複数段階で変化さることも出来る。
【００７７】
つまり、前記燃料電池１の出力に応じて段階的に、前記昇圧コンバータ３の動作周波数を変化させるので、制御が簡単になり前記制御器に高機能の演算装置が不要となる。
【００７８】
なお、燃料電池１は、無負荷出力時は、無負荷出力で無い場合よりも、燃料電池１の出力電圧は特に高くなるので、無負荷出力時のみ前記昇圧コンバータ３の動作周波数を高くしておいても良い。
【００７９】
さらに、前記制御器に、前記燃料電池１の定格出力時の出力電圧で、前記スイッチングトランスのコア磁束密度が飽和せずに使用できる限界の周波数を、前記昇圧コンバータ３の最低動作周波数として設定しておくことも出来る。
【００８０】
これによって、燃料電池の出力に基づいて高周波昇圧トランスの磁束密度が飽和しないように昇圧コンバータを動作させるので、高周波昇圧トランスのインダクタンスが急激に低下して昇圧コンバータに過電流が流れることはなくなり、また、コアの発熱も低減されるので、信頼性の高い電力変換装置となる。
【００８１】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態１における電力変換装置のブロック図である。
【００８２】
図２において、昇圧コンバータは、複数で構成され、昇圧コンバータの出力が直列に接続構成されている。なお、動作は実施の形態１と同一である。
【００８３】
これによって、高周波昇圧トランスを大型化することなく、電流共振回路の動作周波数を決定する定数バラツキ（容量許容差）が小さく、温度特性の良い、コンデンサと、定数バラツキ（容量許容差）が小さく、温度特性と直流重畳特性の良い、コイルが不要で、さ
らに、配線の長さや不均衡に影響も受けない、安価で高効率の電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムとすることができる。
【００８４】
さらに、燃料電池の出力に基づいて高周波昇圧トランスの磁束密度が飽和しないように昇圧コンバータを動作させるので、高周波昇圧トランスのインダクタンスが急激に低下して昇圧コンバータに過電流が流れることはなくなり、また、コアの発熱も低減されるので、信頼性の高い電力変換装置となる。
【００８５】
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態１における電力変換装置のブロック図である。
【００８６】
図３において、昇圧コンバータは、複数で構成され、昇圧コンバータの出力が並列に接続構成される。なお、動作は実施の形態１と同一である。
【００８７】
これによって、高周波昇圧トランスを大型化することなく、電流共振回路の動作周波数を決定する定数バラツキ（容量許容差）が小さく、温度特性の良い、コンデンサと、定数バラツキ（容量許容差）が小さく、温度特性と直流重畳特性の良い、コイルが不要で、さらに、配線の長さや不均衡に影響も受けない、安価で高効率の電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムとすることができる。
【００８８】
さらに、燃料電池の出力に基づいて高周波昇圧トランスの磁束密度が飽和しないように昇圧コンバータを動作させるので、高周波昇圧トランスのインダクタンスが急激に低下して昇圧コンバータに過電流が流れることはなくなり、また、コアの発熱も低減されるので、信頼性の高い電力変換装置となる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
以上のように、本発明にかかる電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムは、高効率の昇圧コンバータにより、省エネルギーが要望される、分散型電源システムの技術分野において有用である。
【符号の説明】
【００９０】
１，５１  燃料電池
２，５２  系統
３，５３  昇圧コンバータ
４，５４  中間段コンデンサ
５，５５  インバータ回路
６，５６  フィルタ
３１，５３１  平滑コンデンサ
３２，５３２  コンバータ回路
３７，５３７  高周波昇圧トランス
３８，５３８  電流共振回路
３９，５３９  コイル
４０，５４０  コンデンサ
４１，５４１  整流回路
【図１】
2014103761.tif 000003
【図２】
2014103761.tif 000004
【図３】
2014103761.tif 000005
【図４】
2014103761.tif 000006