(57)【要約】【課題】  構成を複雑化することなく、低温下においても燃料電池を短時間に始動させることが可能な電圧変換装置、燃料電池発電システムおよび発電方法を提供する。【解決手段】  ＤＣ−ＤＣコンバータ５を、水タンク２または水経路ＷＬの少なくとも一方に隣在させる。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ５内の温度検出回路５７が、これらの部位での水温を検出する。さらに、過電流保護回路５８が、この検出水温に基づいて所定の基準水温（基準水温Ｔ２）を設定する。検出された水温が基準水温Ｔ２よりも低い低水温状態のときには、ＤＣ−ＤＣコンバータ５内の電圧変換回路を、低効率状態に設定する。水タンク２や水経路ＷＬにおける水温を上昇させることができ、構成を複雑化することなくとも、低温下において、燃料電池１を簡易かつ短時間に始動させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、水を貯蔵する水タンクと、前記燃料電池と前記水タンクとの間で前記水を循環させる水経路とを含んで構成された燃料電池発電システムに対して適用され、前記燃料電池から供給された電圧を変換して負荷を駆動する電圧変換装置であって、
前記水タンクまたは前記水経路の少なくとも一方における前記水の温度を検出する温度検出手段と、
前記水タンクまたは前記水経路の少なくとも一方に隣在し、前記燃料電池から供給された入力電圧を異なる電圧の出力電圧に変換して前記負荷を駆動する電圧変換回路と、
前記温度検出手段によって検出された検出水温が所定の基準水温よりも高い高水温状態のときには前記電圧変換回路を高効率状態とする一方、前記検出水温が前記基準水温よりも低い低水温状態のときには前記電圧変換回路を低効率状態とするように、前記電圧変換回路を制御する制御回路と
を備えたことを特徴とする電圧変換装置。
【請求項２】
前記電圧変換回路は、
前記入力電圧をスイッチングすることにより交流電圧を生成するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子により生成された交流電圧を変圧する変圧器と、
前記変圧器により変圧された交流電圧を整流する整流素子を含むと共に前記整流素子に基づいて前記出力電圧を生成する出力回路とを有し、
前記制御回路は、前記低水温状態のときには、前記出力回路の出力過電流垂下点が前記高水温状態のときの出力過電流垂下点よりも大きくなるように設定すると共に前記電圧変換回路の負荷を増加させ、前記スイッチング素子および前記整流素子での電力損失がより大きくなるように制御することにより、前記電圧変換回路を前記低効率状態にする
ことを特徴とする請求項１に記載の電圧変換装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記検出水温に応じて、前記低効率状態における出力過電流垂下点が徐々に変化するように制御する
ことを特徴とする請求項２に記載の電圧変換装置。
【請求項４】
前記制御回路は、前記検出水温に応じて、前記低効率状態における出力過電流垂下点が多段階に変化するように制御する
ことを特徴とする請求項２に記載の電圧変換装置。
【請求項５】
前記スイッチング素子および前記整流素子のうちの少なくとも一方は、電界効果型トランジスタにより構成されている
ことを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の電圧変換装置。
【請求項６】
前記温度検出手段は、サーミスタを含んで構成されている
ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の電圧変換装置。
【請求項７】
前記温度検出手段は、前記サーミスタと並列接続された抵抗器をさらに含んで構成されている
ことを特徴とする請求項６に記載の電圧変換装置。
【請求項８】
燃料電池と、
水を貯蔵する水タンクと、
前記燃料電池と前記水タンクとの間で前記水を循環させる水経路と、
前記水タンクまたは前記水経路の少なくとも一方における前記水の温度を検出する温度検出手段と、
前記水タンクまたは前記水経路の少なくとも一方に隣在し、前記燃料電池から供給された入力電圧を異なる電圧の出力電圧に変換して負荷を駆動する電圧変換回路と、
前記温度検出手段によって検出された検出水温が所定の基準水温よりも高い高水温状態のときには前記電圧変換回路を高効率状態とする一方、前記検出水温が前記基準水温よりも低い低水温状態のときには前記電圧変換回路を低効率状態とするように、前記電圧変換回路を制御する制御回路と
を備えたことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項９】
燃料電池と、水を貯蔵する水タンクと、前記燃料電池と前記水タンクとの間で前記水を循環させる水経路とを含んで構成された燃料電池発電システムに対して適用される発電方法であって、
前記水タンクまたは前記水経路の少なくとも一方における前記水の温度を検出して検出水温を求め、
前記燃料電池から供給された入力電圧を異なる電圧の出力電圧に変換して負荷を駆動する電圧変換回路を構成すると共にこの電圧変換回路を前記水タンクまたは前記水経路の少なくとも一方に隣在させ、
前記検出水温が所定の基準水温よりも高い高水温状態のときには前記電圧変換回路を高効率状態とする一方、前記検出水温が前記基準水温よりも低い低水温状態のときには前記電圧変換回路を低効率状態とする
ことを特徴とする発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば燃料電池自動車に好適に用いられる電圧変換装置、燃料電池発電システムおよび発電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池を動力源とする燃料電池自動車の開発が活発に行われている。この燃料電池は、例えば水素などの燃料ガスと例えば酸素などの酸化剤ガスとを反応させることにより、発電させるものである。また、これら燃料ガスおよび酸化剤ガスは、例えば燃料電池スタック内においてイオン伝導性膜を挟んで配置された２つ電極に、それぞれ供給されるようになっている。
【０００３】
一般に、燃料ガスおよび酸化剤ガスにはそれぞれ、イオン伝導成膜の劣化に起因して反応が起こらなくなるのを防止するため、水蒸気が混合されるようになっている。このように、燃料電池を用いた発電システムにおいては、水の供給が必要となる。そのため、一般にはこれらのガスを加湿する水タンクが設けられ、燃料電池スタックに水が供給されるようになっている。
【０００４】
ここで、低温下で（例えば、寒冷地や冬場などに）燃料電池自動車を始動させる場合、水タンクや、この水タンクと燃料電池スタックとの間を循環させる水経路における水分が凍結してしまい、発電ができなくなってしまうことがある。そこで従来は、ヒータなどの加熱手段を用いて水分を解凍させるようにしていたが、解凍するのに時間がかかることから、燃料電池が発電できるようになるまで、すなわち燃料電池自動車が始動できるようになるまでには、長時間を要していた。
【０００５】
そこで、燃料電池自動車が短時間で始動できるようにするため、例えば特許文献１には、上記した水タンクとは別に容量が小さく加熱機能または保温機能を備えた予備タンクを設け、低温での始動時にはヒータによって予備タンク内の水分を解凍させ、燃料電池へ供給するようにした技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１４９９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、このような加熱手段としてのヒータは、一般にＤＣ−ＤＣコンバータによって駆動されることで、発熱するようになっている。このＤＣ−ＤＣコンバータは、直流の入力電圧をスイッチング素子よりなるスイッチング回路によってパルス電圧に変換したのち、このパルス電圧をトランスによって降圧または昇圧し、このトランスの出力電圧を整流回路および平滑回路等によって再び直流電圧に変換するという機能を有する、電圧変換装置である。
【０００８】
ここで、上記特許文献１では、予備タンクの容量が小さいとはいえ、やはりヒータによって加熱しなければならならず、短時間で始動できるようにするには、ヒータを多数設けたり、大型化したりする必要が生じる。したがって、このＤＣ−ＤＣコンバータも多数設けたり大型化したりすることで、大電力化する必要が生じる。また、上記特許文献１では、新たに加熱機能や保温機能を備えた予備タンクを設ける必要がある。
【０００９】
ところが、このように新たに予備タンクを設けたり、ヒータを増加または大型化（ＤＣ−ＤＣコンバータを増加または大型化）したりした場合、自動車全体の重量が増加し、燃費が悪化しまうこととなる。また、部品点数の増加や各部品の大型化などにより、製造コストが高くなってしまうことにもなる。
【００１０】
このように、従来の技術では、低温下においても短時間で始動させることが可能な燃料電池発電システムを簡易に構築するのが困難であった。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、構成を複雑化することなく、低温下においても燃料電池を短時間に始動させることが可能な電圧変換装置、燃料電池発電システムおよび発電方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の電圧変換装置は、燃料電池と、水を貯蔵する水タンクと、これら燃料電池と水タンクとの間で水を循環させる水経路とを含んで構成された燃料電池発電システムに対して適用され、燃料電池から供給された電圧を変換して負荷を駆動するものであって、水タンクまたは水経路の少なくとも一方における水の温度を検出する温度検出手段と、水タンクまたは水経路の少なくとも一方に隣在し、燃料電池から供給された入力電圧を異なる電圧の出力電圧に変換して負荷を駆動する電圧変換回路と、温度検出手段によって検出された検出水温が所定の基準水温よりも高い高水温状態のときには電圧変換回路を高効率状態とする一方、検出水温が基準水温よりも低い低水温状態のときには電圧変換回路を低効率状態とするように、電圧変換回路を制御する制御回路とを備えたものである。
【００１３】
本発明の電圧変換装置では、水タンクまたは水経路の少なくとも一方において、水の温度が検出される。そして得られた検出水温と所定の基準水温との比較により、これらの部位が高水温状態であるか、あるいは低水温状態であるかが判断される。検出水温が基準水温よりも低い低水温状態のときには、電圧変換回路が低効率状態に設定され、この回路から熱が発生する。電圧変換回路が上記水タンクまたは水経路の少なくとも一方に隣在していることから、発生した熱がこれらの部位に伝導し、水温が上昇する。
【００１４】
本発明の電圧変換装置では、上記電圧変換回路が、入力電圧をスイッチングすることにより交流電圧を生成するスイッチング素子と、このスイッチング素子により生成された交流電圧を変圧する変圧器と、この変圧器により変圧された交流電圧を整流する整流素子を含むと共にこの整流素子に基づいて出力電圧を生成する出力回路とを有し、上記制御回路が、低水温状態のときには、出力回路の出力過電流垂下点が高水温状態のときの出力過電流垂下点よりも大きくなるように設定すると共に電圧変換回路の負荷を増加させ、スイッチング素子および整流素子での電力損失がより大きくなるように制御することにより、電圧変換回路を低効率状態にするように構成することが可能である。
【００１５】
本発明の電圧変換装置では、上記制御回路が、検出水温に応じて、低効率状態における出力過電流垂下点が徐々に変化するように制御し、あるいは検出水温に応じて、低効率状態における出力過電流垂下点が多段階に変化するように制御する構成とすることが好ましい。このように構成した場合、低水温状態から高水温状態まで水温を上昇させた際の積算発熱量が増加し、より水温が上昇する。
【００１６】
本発明の電圧変換装置では、スイッチング素子および整流素子のうちの少なくとも一方を、電界効果型トランジスタにより構成することが好ましい。このように構成した場合、低水温状態のときに、電界効果型トランジスタにより構成された素子での電力損失が増加、すなわちその素子での発熱量がより大きくなる。
【００１７】
本発明の電圧変換装置では、上記温度検出手段は、例えば、サーミスタを含んで構成することが可能である。この場合において、温度検出手段が、上記サーミスタと並列接続された抵抗器をさらに含むようにしてもよい。
【００１８】
本発明の燃料発電システムは、燃料電池と、水を貯蔵する水タンクと、これら燃料電池と水タンクとの間で水を循環させる水経路と、水タンクまたは水経路の少なくとも一方における水の温度を検出する温度検出手段と、水タンクまたは水経路の少なくとも一方に隣在し、燃料電池から供給された入力電圧を異なる電圧の出力電圧に変換して負荷を駆動する電圧変換回路と、温度検出手段によって検出された検出水温が所定の基準水温よりも高い高水温状態のときには電圧変換回路を高効率状態とする一方、検出水温が基準水温よりも低い低水温状態のときには電圧変換回路を低効率状態とするように、電圧変換回路を制御する制御回路とを備えたものである。
【００１９】
本発明の発電方法は、燃料電池と、水を貯蔵する水タンクと、これら燃料電池と水タンクとの間で水を循環させる水経路とを含んで構成された燃料電池発電システムに対して適用されるものであって、水タンクまたは水経路の少なくとも一方における水の温度を検出して検出水温を求め、燃料電池から供給された入力電圧を異なる電圧の出力電圧に変換して負荷を駆動する電圧変換回路を構成すると共にこの電圧変換回路を前記水タンクまたは前記水経路の少なくとも一方に隣在させ、検出水温が所定の基準水温よりも高い高水温状態のときには電圧変換回路を高効率状態とする一方、検出水温が基準水温よりも低い低水温状態のときには電圧変換回路を低効率状態とするようにしたものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の電圧変換装置、燃料電池発電システムまたは発電方法によれば、電圧変換回路を水タンクまたは水経路の少なくとも一方に隣在させると共にこれらの部位での水温を検出し、低水温状態のときには電圧変換回路を低効率状態に設定するようにしたので、これらの部位における水温を上昇させることができ、構成を複雑化することなくとも、低温下において燃料電池を短時間に始動させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、単に実施の形態という。）について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施の形態に係る燃料電池発電システムの全体構成を表すものである。この燃料電池発電システムは、燃料電池１で生成された電力をＤＣ−ＤＣコンバータ５およびインバータ７に供給することで、ＤＣ−ＤＣコンバータ５の負荷およびモータ８に対する駆動を行うものである。なお、本発明の一実施の形態に係る発電方法は、本実施の形態に係る燃料電池発電システムによって具現化されるので、以下、併せて説明する。
【００２３】
この燃料電池発電システムは、燃料電池１と、水タンク２と、二次電池３と、ＤＣ−ＤＣコンバータ４（第１のＤＣ−ＤＣコンバータ）と、ＤＣ−ＤＣコンバータ５（第２のＤＣ−ＤＣコンバータ）と、このＤＣ−ＤＣコンバータ５の負荷であるヒータ６１、補機用バッテリ６２、補機６３および追加負荷６４と、インバータ７と、モータ８とを備えている。
【００２４】
燃料電池１は、例えば図示しない水素（Ｈ2）などの燃料ガスと例えば図示しない酸素（Ｏ2）などの酸化剤ガスとの反応に基づいて発電するものである。また、これら燃料ガスおよび酸化剤ガスは、例えば図示しない燃料電池スタック内において、図示しないイオン伝導性膜を挟んで配置された２つ電極にそれぞれ供給されるようになっている。また、この燃料電池１には、水タンク２から水経路ＷＬを介して、水が供給されるようになっている。この燃料電池１へ供給される水は、燃料ガスおよび酸化剤ガスを加湿し、イオン伝導性膜の劣化に起因して反応が起こらなくなるのを防止するために用いられる。このようにして燃料電池１で生成された電力は、ＤＣ−ＤＣコンバータ５およびインバータ７へ供給される。
【００２５】
二次電池３は、この燃料電池発電システムの始動時に用いられ、燃料電池１が始動するまでの間の補助電源として機能するものである。二次電池３は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、または電気二重層コンデンサなどにより構成される。また、この二次電池３から供給された電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４によって電圧変換されると共に安定化され、ＤＣ−ＤＣコンバータ５およびインバータ７へ供給される。このようにして燃料電池発電システムの始動時には、燃料電池１の代わりに二次電池３からＤＣ−ＤＣコンバータ４を介してＤＣ−ＤＣコンバータ５およびインバータ７へ電力が供給されるようになっている。
【００２６】
インバータ７は、燃料電池１から（または始動時には、ＤＣ−ＤＣコンバータ４から）供給された直流電圧を交流電圧に変換し、モータ８へ供給するものである。このようにして生成された交流電圧によって、モータ８が駆動される。例えば、この燃料電池発電システムが燃料電池自動車に適用される場合、車両の駆動ユニットや燃料電池発電システム用のコンプレッサーが駆動される。
【００２７】
ＤＣ−ＤＣコンバータ５は、燃料電池１から（または始動時には、ＤＣ−ＤＣコンバータ４から）入力端子Ｔ１，Ｔ２を介して供給された入力直流電圧Ｖinを、異なる電圧の出力直流電圧Ｖoutへと変換し、負荷であるヒータ６１、補機用バッテリ６２、補機６３および追加負荷６４を駆動するのものである。これらの負荷は、ＤＣ−ＤＣコンバータ５の出力端子Ｔ３，Ｔ４からそれぞれ、出力ラインＬＯおよび接地ラインＬＧを介して接続されている。
【００２８】
ヒータ６１は、低温下での（例えば、寒冷地や冬場などでの）始動時に、水タンク２内や水経路ＷＬ内の水を加熱して水温を上昇させるためのものであり、発生した熱Ｑ１を伝導させることができるような位置に配置されている（隣在している）。このヒータ６１は、例えばシーズヒータなどにより構成される。補機用バッテリ６２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ５から供給される電力を貯蔵すると共に、その電力に基づいて補機６３を駆動するためのバッテリである。この補機６３としては、例えば、エアコン、ヘッドライト、パワーウインド、パワーステアリング、またはラジオなどが挙げられる。また、追加負荷６４は、後述するように低温時にのみ駆動される負荷であり、例えばヒータ６１と同様のヒータにより構成される。この追加負荷６４についてはその他の負荷を利用することもできるが、追加負荷６４をヒータにより構成することにより、追加負荷６４を加熱手段として機能されることもできるのでより好適である。この追加負荷６４では、ＤＣ−ＤＣコンバータ５の制御出力端子ＴＳから供給されるスイッチ信号ＬＳ０により例えばリレーや電界効果型トランジスタなどからなるスイッチ素子Ｓ０が駆動されることで、ＤＣ−ＤＣコンバータ５との接続が制御されるようになっている。
【００２９】
ここで、このＤＣ−ＤＣコンバータ５は、ヒータ６１と共に低温時に水タンク２内や水経路ＷＬ内の水を加熱する加熱手段としても機能しており、ＤＣ−ＤＣコンバータ５において発生した熱Ｑ２が水タンク２または水経路ＷＬの少なくとも一方に伝導できるような位置に配置されている（隣在している）。詳細は後述するが、このように配置されていることで、低温時において、これらの部位における水温をより早く上昇させることができるようになっている。なお、このＤＣ−ＤＣコンバータ５は、本発明に係る「電圧変換装置」の一具体例に対応する。
【００３０】
図２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ５の回路構成を表すものである。このＤＣ−ＤＣコンバータ５は、スイッチング回路５１と、トランス５３と、整流回路５４と、平滑回路５５とからなる電圧変換回路を有している。この電圧変換回路は、入力端子Ｔ１，Ｔ２から供給される入力直流電圧Ｖinを、異なる電圧（図２の例の場合、より低い電圧）の出力直流電圧Ｖoutへと変換する回路であり、ＤＣ−ＤＣコンバータ５の主要機能をなすものである。
【００３１】
スイッチング回路５１は、入力直流電圧Ｖinをほぼ矩形波状の単相交流電圧に変換する単相スイッチング回路であり、また、４つのスイッチング素子（スイッチングトランジスタＳ１〜Ｓ４）をフルブリッジ接続してなるフルブリッジ型のスイッチング回路である。具体的には、スイッチングトランジスタＳ１，Ｓ２の一端同士（スイッチングトランジスタＳ１のソースおよびスイッチングトランジスタＳ２のドレイン）が互いに接続されて接続点Ｐ１を構成すると共に、スイッチングトランジスタＳ３，Ｓ４の一端同士（スイッチングトランジスタＳ３のソースおよびスイッチングトランジスタＳ４のドレイン）が互いに接続されて接続点Ｐ２を構成し、これら接続点Ｐ１，Ｐ２は互いにトランス５３の１次側巻線５３１を介して接続されている。また、スイッチングトランジスタＳ１，Ｓ３の他端（ドレイン）同士が互いに接続されて接続点Ｐ３を構成すると共に、スイッチングトランジスタＳ２，Ｓ４の他端（ソース）同士が互いに接続されて接続点Ｐ４を構成している。接続点Ｐ３は入力端子Ｔ１に接続され、接続点Ｐ４は後述する電流検出回路５６内のカレントトランス５６０の１次側巻線５６１を介して入力端子Ｔ２に接続されている。また、これらスイッチングトランジスタＳ１〜Ｓ４のゲートには、後述する制御ＩＣ５９からスイッチング信号ＬＳ１〜ＬＳ４がそれぞれ供給され、スイッチング動作が個別に制御されるようになっている。これらスイッチングトランジスタＳ１〜Ｓ４はいずれも、例えばＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor）などの電界効果型トランジスタにより構成されている。なお、スイッチングトランジスタＳ１〜Ｓ４は、本発明における「スイッチング素子」の一具体例に対応する。
【００３２】
スイッチング回路５１では、スイッチングトランジスタＳ１，Ｓ４がオンすることにより、１次側高圧ラインＬ１Ｈから順にスイッチングトランジスタＳ１、１次側巻線５３１およびスイッチングトランジスタＳ４を通って１次側低圧ラインＬ１Ｌに至る第１の電流経路に電流が流れる一方、スイッチングトランジスタＳ２，Ｓ３がオンすることにより、１次側高圧ラインＬ１Ｈから順にスイッチングトランジスタＳ３、１次側巻線５３１およびスイッチングトランジスタＳ２を通って１次側低圧ラインＬ１Ｌに至る第２の電流経路に電流が流れるようになっている。
【００３３】
トランス５３の１次側巻線５３１は、その一端がスイッチングトランジスタＳ１，Ｓ２の一端同士と接続点Ｐ１で接続され、その他端がスイッチングトランジスタＳ３，Ｓ４の一端同士と接続点Ｐ２で接続されている。また、２次側巻線５３２，５３３の一端はそれぞれ接続点Ｐ７（センタタップ）で互いに接続され、それらの他端はそれぞれ、整流回路５４における整流ダイオード５４１，５４２のアノードと接続点Ｐ５，Ｐ６で接続されている。また、接続点Ｐ７は接地ラインＬＧを介して出力端子Ｔ４に導かれている。つまり、この電圧変換回路はセンタタップ型のものである。このトランス５３は、スイッチング回路５１によって変換された交流電圧を降圧または昇圧（この例では、降圧）し、一対の２次側巻線５３２，５３３の他端（接続点Ｐ５，Ｐ６）から、互いに１８０度位相が異なる交流電圧を出力するようになっている。なお、この場合の降圧または昇圧の度合いは、１次側巻線５３１と２次側巻線５３２，５３３との巻数比によって定まる。また、トランス５３は、本発明における「変圧器」の一具体例に対応する。
【００３４】
整流回路５４は、一対の整流素子（整流ダイオード５４１，５４２）から構成される両波整流型のものである。整流ダイオード５４１のアノードは、２次側巻線５３２の他端と接続点Ｐ５で接続され、整流ダイオード５４２のアノードは、２次側巻線５３３の他端と接続点Ｐ６で接続されている。また、これら整流ダイオード５４１，５４２のカソード同士は、接続点Ｐ８で互いに接続されると共に、出力ラインＬＯに接続されている。つまり、この整流回路５４はカソードコモン接続の構造を有しており、トランス５３の交流出力電圧の各半波期間をそれぞれ整流ダイオード５４１，５４２によって個別に整流して直流電圧を得るようになっている。なお、整流ダイオード５４１，５４２は、本発明における「整流素子」の一具体例に対応する。
【００３５】
平滑回路５５は、チョークコイル５５１と平滑コンデンサ５５２とを含んで構成されている。チョークコイル５５１は、出力ラインＬＯに挿入配置されており、その一端は整流ダイオード５４１，５４２のカソード同士と接続点Ｐ８で接続され、その他端は平滑コンデンサ５５２の一端および出力ラインＬＯの出力端子Ｔ３と接続点Ｐ９で接続されている。平滑コンデンサ５５２は、出力ラインＬＯ（具体的には、接続点Ｐ９）と接地ラインＬＧ（具体的には、接続点Ｐ１０）との間に接続されている。また、出力ラインＬＯの端部には、出力端子Ｔ４が設けられている。平滑回路５５はこのような構成により、整流回路５４で整流された直流電圧を平滑化して直流出力電圧Ｖoutを生成するようになっている。
【００３６】
なお、整流回路５４および平滑回路５５は、本発明における「出力回路」の一具体例に対応する。
【００３７】
ここで、このＤＣ−ＤＣコンバータ５はまた、前述の水タンク２または水経路ＷＬの少なくとも一方における水の温度（水温）を検出する温度検出回路５７を有しており、さらに、電流検出回路５６と、過電流保護回路５８と、制御ＩＣ５９とからなる電圧変換回路（具体的には、スイッチング回路１におけるスイッチングトランジスタＳ１〜Ｓ４）に対する制御回路を有している。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ５は、電圧変換回路の負荷の大きさを調整することにより間接的に電圧変換回路を制御する負荷調整回路５２を有している。
【００３８】
電流検出回路５６は、カレントトランス５６０と、ダイオード５６３と、抵抗器５６４とから構成されている。カレントトランス５６０の１次側巻線５６１は、１次側低圧ラインＬ１Ｌに挿入配置（具体的には、入力端子Ｔ２と接続点Ｐ４との間に配置）されており、２次側巻線５６２の一端は接地される一方、その他端はダイオード５６３のアノードに接続されている。また、ダイオード５６３のカソードは抵抗器５６４の一端に接続され、これらダイオード５６４のカソードおよび抵抗器５６４の一端は互いに、後述する制御ＩＣ５９内の比較器５９１の反転入力端子へ接続されている。なお、抵抗器５６４の他端は、２次側巻線５６２の一端と共に接地されている。電流検出回路５６はこのような構成（半波整流回路の構成）により、カレントトランス５６０の１次側巻線５６１を流れる、出力電流Ｉoutに比例した検出電流Ｉ１を検出すると共に、この検出電流Ｉ１に対応する検出信号パルスＰＬＳを制御ＩＣ５９へ出力するようになっている。
【００３９】
なお、この電流検出回路５６の配置は図２に示したものには限られず、例えば入力端子Ｔ１と接続点Ｐ３との間の経路内に挿入配置するようにしてもよく、また、接続点Ｐ１から１次側巻線５３１を介して接続点Ｐ２に至る経路内に挿入配置するようにしてもよい。後者の場合、電流検出回路５６を、いわゆる全波整流回路により構成すればよい。さらに、電流検出回路５６をトランス５３の２次側、具体的には、接地ラインＬＧ（接続点Ｐ７，Ｐ１０の間）または出力ラインＬＯ（接続点Ｐ８，Ｐ９の間）に挿入配置するようにしてもよく、その場合、電流検出回路５６を抵抗または電流センサを用いて構成するようにしてもよい。
【００４０】
温度検出回路５７は、サーミスタ５７１と抵抗器５７２とから構成されている。これらサーミスタ５７１および抵抗器５７２は互いに並列接続され、それらの一端は後述する過電流保護回路５８における抵抗器５８０の一端と接続点Ｐ１１で接続される一方、それらの他端は接地されている。サーミスタ５７１は温度に応じてその抵抗値が変化する特性を有することから、上記した水温に応じて、その両端の電圧値が変化するようになっている。したがって、温度検出回路５７はこのような構成により、水タンク２または水経路ＷＬの少なくとも一方の水温に応じて接続点Ｐ１１の電位を変化させることにより、これらの水温を検出するようになっている。なお、本実施の形態のサーミスタ５７１は、温度が低くなるほど抵抗値が大きくなるＮＴＣサーミスタにより構成されている。また、抵抗値５７２は後述するように、その接続点Ｐ１１の変化の態様を調整するためのものである。また、温度検出回路５７は本発明における「温度検出手段」の一具体例に対応し、抵抗器５７２は本発明における「抵抗器」の一具体例に対応する。
【００４１】
過電流保護回路５８は、電圧変換回路の出力電流Ｉoutが所定の基準値（定格電流値）以下となるよう保護するために用いられる基準電圧を生成する回路であり、具体的には、温度検出回路５７から供給された接続点Ｐ１１の電位に基づいて、後述する制御ＩＣ５９内の比較器５９１における基準電圧Ｖ２を生成する回路である。この過電流保護回路５８は、温度検出回路５７と共に接続点Ｐ１１の電位を設定する抵抗器５８０と、電源電圧Ｖccを分圧する抵抗器５８１Ａ〜５８１Ｃと、基準電圧Ｖ２の上限値を設定する上限値設定回路５８２と、基準電圧Ｖ２の下限値を設定する下限値設定回路５８３と、基準電圧Ｖ２を生成して出力する基準電圧出力回路５８４と、抵抗器５８５Ａ，５８５Ｂとから構成されている。上限値設定回路５８２は増幅器５８２Ａとダイオード５８２Ｂとから構成され、下限値設定回路５８３は増幅器５８３Ａとダイオード５８３Ｂとから構成され、基準電圧出力回路５８４は増幅器５８４Ａと、ダイオード５８４Ｂと、抵抗器５８４Ｃとから構成されている。
【００４２】
抵抗器５８０の一端は、温度検出回路５７内のサーミスタ５７１および抵抗器５７２の一端と接続点Ｐ１１において互いに接続されている。抵抗器５８１Ａの一端は電源Ｖccに接続され、その他端は接続点Ｐ１２において抵抗器５８１Ｂの一端に接続されている。抵抗器５８１Ｂの他端は接続点Ｐ１３において抵抗器５８１Ｃの一端に接続され、抵抗器５８１Ｃの他端は接地されている。増幅器５８２Ａの反転入力端子は接続点Ｐ１１およびダイオード５８２Ｂのアノードに接続され、その非反転入力端子は接続点Ｐ１２に接続され、その出力端子はダイオード５８２Ｂのカソードに接続されている。増幅器５８３Ａの反転入力端子は接続点Ｐ１４およびダイオード５８３Ｂのカソードに接続され、その非反転入力端子は接続点Ｐ１３に接続され、その出力端子はダイオード５８３Ｂのアノードに接続されている。増幅器５８４Ａの反転入力端子は接続点Ｐ１４でダイオード５８４Ｂのカソードに接続され、その非反転入力端子は接続点Ｐ１１に接続され、その出力端子はダイオード５８４Ｂのアノードと接続されている。抵抗器５８４Ｃの一端は接続点Ｐ１４に接続され、その他端は接続点Ｐ１５において、抵抗器５８５Ａ，５８５Ｂの一端と、制御ＩＣ５９内の比較器５９１の非反転入力端子に接続されている。
【００４３】
過電流保護回路５８では、接続点Ｐ１１の電位に基づいて基準電圧出力回路５８４によって基準電圧Ｖ２が生成され、出力される。また、抵抗器５８１Ａ〜５８１Ｃによって電源電圧Ｖccが分圧され、上限値設定回路５８２により基準電圧Ｖ２の上限値（接続点Ｐ１２の電位）が設定される一方、下限値設定回路５８３により基準電圧Ｖ２の下限値（接続点Ｐ１３の電位）が設定される。抵抗器５８０および温度検出回路５７から設定される接続点Ｐ１１の電位がこれら上限値と下限値との間（接続点Ｐ１２の電位と接続点Ｐ１３の電位との間）にある場合には、そのまま接続点Ｐ１１の電位に基づいて基準電圧Ｖ２が生成される。一方、接続点Ｐ１１の電位がこれら上限値と下限値との間にない場合には、上限値設定回路５８２および下限値設定回路５８３によって、それぞれ上限値または下限値となるように設定され、そのようにして変更された電位が基準電圧Ｖ２として出力される。
【００４４】
制御ＩＣ５９は、電流検出回路５６から出力される検出信号パルスＰＬＳの電位Ｖ１と過電流保護回路５８から出力される基準電圧Ｖ２の電位とを比較する比較器５９１と、この比較器５９１からの出力信号に基づいてスイッチング回路１内のスイッチングトランジスタＳ１〜Ｓ４の制御パルスを生成する制御パルス生成回路５９２と、生成されたこの制御パルスに基づいてスイッチング信号ＬＳ１〜ＬＳ４を出力し、実際にスイッチングトランジスタＳ１〜Ｓ４を駆動するスイッチング駆動回路５９３とから構成されている。比較器５９１は、検出信号パルスＰＬＳの電位Ｖ１が基準電圧Ｖ２の電位よりも小さい（通常電流状態）ときには、「Ｈ」レベル信号を出力する一方、逆に検出信号パルスＰＬＳの電位Ｖ１が基準電圧Ｖ２の電位よりも大きい（出力過電流状態）ときには、「Ｌ」レベル信号を出力するようになっている。また、制御パルス生成回路５９２は、比較器５９１からの出力信号に応じて、制御パルスの幅（ディーティ比）を設定するようになっている。具体的には、比較器５９１の出力信号が「Ｌ」レベル（出力過電流状態）となったときには、制御パルスの幅を小さくする（デューティ比を小さくする）ようになっている。
【００４５】
負荷調整回路５２は、前述のように電圧変換回路の負荷の大きさを調整する回路であり、具体的には、スイッチ素子Ｓ０へスイッチ信号ＬＳ０を供給することにより、電圧変換回路と追加負荷６４との接続を制御する回路である。この負荷調整回路５２は、過電流保護回路５８から出力される基準電圧Ｖ２の電位に基づいてスイッチ素子Ｓ０の制御パルスを生成する制御パルス生成回路５２３と、生成されたこの制御パルスに基づいてスイッチ信号ＬＳ０を出力し、実際にスイッチ素子Ｓ０を駆動するスイッチング駆動回路５２３とから構成されている。制御パルス生成回路５２２の入力端子は接続点Ｐ１５に接続され、スイッチング駆動回路５２３の出力端子はＤＣ−ＤＣコンバータ５の制御出力端子ＴＳに接続されている。このような構成により負荷調整回路５２では、基準電圧Ｖ２の電位が下限値に設定されているときには、スイッチ素子Ｓ０をオフ状態とするようなスイッチ信号ＬＳ０を出力する一方、基準電圧Ｖ２の電位が下限値よりも大きいときには、スイッチ素子Ｓ０をオン状態とするようなスイッチ信号ＬＳ０を出力するようになっている。
【００４６】
なお、これら過電流保護回路５８、制御ＩＣ５９および負荷調整回路５２を、これらの代わりに（あるいはこれらに加えて）、例えばマイコンなどにより構成し、スイッチング回路１内のスイッチングトランジスタＳ１〜Ｓ４、およびスイッチ素子Ｓ０の動作をソフトウェアによって制御するようにしてもよい。
【００４７】
次に、図３〜図５を参照して、以上のような構成の燃料電池発電システムの動作を、その特徴部分であるＤＣ−ＤＣコンバータ５の動作を中心にして説明する。ここで、図３は、過電流保護回路５８が生成した基準電圧Ｖ２と検出信号パルスＰＬＳとの関係を表したものであり、図４は、出力電圧Ｖoutと出力電流Ｉoutとの関係を表したものである。また、図５は、出力過電流垂下点Ｉpと、水タンク２または水経路ＷＬの少なくとも一方の水温Ｔとの関係の一例を表したものである。
【００４８】
まず、水温Ｔが所定の基準水温（基準水温Ｔ２）よりも高い高水温状態のとき（図５参照）の動作について説明する。
【００４９】
燃料電池１で生成された電力は、ＤＣ−ＤＣコンバータ５およびインバータ７へと供給される。インバータ７では、この供給された直流電圧が交流電圧へと変換され、モータ８へ供給される。そしてこの交流電圧によってモータ８が駆動されることで、その動力を用いて負荷が駆動される。
【００５０】
一方、ＤＣ−ＤＣコンバータ５では、燃料電池１から供給された入力直流電圧Ｖinは、これと異なる電圧（図２の例では、より低い電圧）である出力直流電圧Ｖoutへと変換される。そしてこの出力直流電圧によって、負荷である補機用バッテリ６２および補機６３が駆動される。なお、このときは後述するようにスイッチ素子Ｓ０がオフ状態となることから、追加負荷６４とＤＣ−ＤＣコンバータ５との間は切断され、追加負荷６４は駆動されないようになっている。
【００５１】
具体的には、このＤＣ−ＤＣコンバータ５では、以下のような電圧変換動作がなされる。
【００５２】
まず、スイッチング回路５１では、制御ＩＣ５９からのスイッチング信号ＬＳ１〜ＬＳ４に応じて、スイッチングトランジスタＳ１，Ｓ４がオン状態でスイッチングトランジスタＳ２，Ｓ３がオフ状態の期間と、スイッチングトランジスタＳ２，Ｓ３がオン状態でスイッチングトランジスタＳ１，Ｓ４がオフ状態の期間とが交互に切り換えられる。このようなスイッチング動作により、スイッチング回路５１では、入力直流電圧Ｖinに基づいて交流のパルス電圧が生成され、トランス５３の１次側巻線５３１へ供給される。トランス５３では、このパルス電圧が変圧され、その２次側巻線５３２から、変圧されたパルス電圧が出力される。そしてこの変圧されたパルス電圧は、整流回路５４の整流ダイオード５４１，５４２により整流され、平滑回路５５のチョークコイル１５および平滑コンデンサ１６により、その整流された電圧波形が平滑化される。このようにして、出力電流Ｉoutおよび出力電圧Ｖoutが負荷へと供給され、駆動される。
【００５３】
この際、電流検出回路５６によって、出力電流Ｉoutは、検出電流Ｉ１を用いて間接的に常に監視されている。この検出電流Ｉ１に基づいた検出信号パルスＰＬＳは、制御ＩＣ５９内の比較器５９１へ供給される。また、温度検出回路５７では、水タンク２または水経路ＷＬの少なくとも一方の水温Ｔに応じて、接続点Ｐ１１の電位が設定される。そして過電流保護回路５８では、設定された接続点Ｐ１１の電位に基づいて、制御ＩＣ５９内の比較器５９１の基準電圧Ｖ２が設定される。このとき、水温Ｔが所定の基準水温Ｔ２よりも高い高水温状態の場合には、接続点Ｐ１１の電位は、下限値設定回路５８４により設定されている基準電圧Ｖ２の下限値（接続点Ｐ１３の電位）よりも低くなるようになっている。したがって、この高水温状態のときには、基準電圧Ｖ２は常に下限値に設定される。
【００５４】
負荷調整回路５２では、このようにして設定された基準電圧Ｖ２の電位が下限値となっていることから、スイッチ素子Ｓ０がオフ状態となるようなスイッチ信号ＬＳ０が出力され、追加負荷６４とＤＣ−ＤＣコンバータ５との間が切断される。このようにして、高水温状態のときには追加負荷６４が駆動されないよう、電圧変換回路の負荷の大きさが調整される。
【００５５】
また、制御ＩＣ５９内の比較器５９１では、このようにして設定された基準電圧Ｖ２の電位と、電流検出回路５６から出力される検出信号パルスＰＬＳの電位Ｖ１とが比較される。そして図３に示したように、この高温状態での基準電位Ｖ２Ｈよりも検出信号パルスＰＬＳの電位Ｖ１が低い場合（検出信号パルスＰＬＳ１）には、出力電流Ｉoutが通常電流状態であるので、比較器５９１の出力信号が「Ｈ」レベルとなる。このときには、制御パルス生成回路５９２によって、この通常電流状態を維持するような制御パルスの幅（ディーティ比）が設定され、スイッチング駆動回路５９３からスイッチング信号ＬＳ１〜ＬＳ４が出力され、通常電流状態を維持するように、各スイッチングトランジスタＳ１〜Ｓ４の動作が制御される。
【００５６】
一方、基準電位Ｖ２Ｈよりも検出信号パルスＰＬＳの電位Ｖ１が高くなった場合（検出信号パルスＰＬＳ２：図中の符号Ｐ１０１で示したように、それぞれの電位が同電位となり、高くなりかけた場合）には、出力電流Ｉoutが出力過電流状態であるので、比較器５９１の出力信号が「Ｌ」レベルとなる。このときには、制御パルス生成回路５９２によって、制御パルスの幅が小さくなる（デューティ比を小さくなる）ように設定される。したがって、図４のグラフＧ１における符号Ｐ１０１で示したように、電圧変換回路は出力電流ＩＯＨでの出力過電流垂下状態となり、出力電圧Ｖoutの値がＶＯＨよりも低下し、垂下する。このようにして、制御パルスの幅を小さくなる（デューティ比を小さくなる）ことで、出力電流Ｉoutの出力過電流状態が回避され、通常電流状態となるように制御がなされる。なお、前述のように、高水温状態のときには基準電圧Ｖ２が常に下限値に設定されることから、この出力過電流垂下点Ｉp（図４の符号Ｐ１０１における出力電流：ＩＯＨ）も、図５に示したように、水温Ｔが基準水温Ｔ２よりも高い高水温状態のときには、常に下限値ＩＯＨに設定される。
【００５７】
次に、水温Ｔが所定の基準水温（基準水温Ｔ２）よりも低い低水温状態のとき（図５参照）、特に、このような低水温状態においてこの燃料電池発電システムを始動する際の動作について説明する。
【００５８】
まず、この燃料電池発電システムの始動時には、燃料電池１が始動するまでの間、二次電池３が、補助電源として機能する。具体的には、二次電池３から供給された電圧がＤＣ−ＤＣコンバータ４によって電圧変換されると共に安定化され、ＤＣ−ＤＣコンバータ５およびインバータ７へ供給される。
【００５９】
ＤＣ−ＤＣコンバータ５では、高水温状態のときと同様の電圧変換動作がなされ、ＤＣ−ＤＣコンバータ３から供給された入力直流電圧Ｖinが、これと異なる電圧（図２の例では、より低い電圧）である出力直流電圧Ｖoutへと変換される。そしてこの出力直流電圧Ｖoutによって、定常的な負荷である補機用バッテリ６２および補機６３に加え、低水温状態における負荷であるヒータ６１も駆動される。このようにヒータ６１が駆動されることで、ヒータ６１で発生した熱Ｑ１により水タンク２または水経路ＷＬの少なくとも一方における水が加熱され、その水温Ｔが上昇することとなる。
【００６０】
ここで、本実施の形態の燃料電池発電システムでは、このような低水温状態においては、追加負荷６４とＤＣ−ＤＣコンバータ５との間が接続され、さらに追加負荷６４も駆動されるようになることから、ＤＣ−ＤＣコンバータ５における電圧変換回路の負荷が増加するようになっている。したがって、ヒータ６１に加え、このＤＣ−ＤＣコンバータ５も、これら水タンク２または水経路ＷＬの少なくとも一方における水に対する加熱手段として機能するようになっている。
【００６１】
具体的には、水温Ｔが低下している場合、温度検出手段５７におけるサーミスタ５７１の抵抗値が上昇することから、その両端の電圧が高くなり、接続点Ｐ１１の電位も高くなる。したがって、例えば図３の矢印Ｘ１で示したように、過電流保護回路５８で生成される基準電位Ｖ２もＶ２ＨからＶ２Ｌまで上昇し、高水温状態のときよりも、過電流状態か否かを規定する基準が緩和される。よって、符号Ｐ１０２で示したように、検出信号パルスＰＬＳ３の電位Ｖ１に対応する電流値まで、検出電流Ｉ１や出力電流Ｉoutの増加が許容され、図４のグラフＧ２における矢印Ｘ２および符号Ｐ１０２で示したように、出力過電流垂下点Ｉpも、ＩＯＨからＩＯＬまで上昇する。
【００６２】
また、基準電位Ｖ２の電位が下限値よりも大きくなることから、スイッチ素子Ｓ０がオン状態となるようなスイッチ信号ＬＳ０が出力され、追加負荷６４とＤＣ−ＤＣコンバータ５との間が接続される。したがって、低水温状態のときには、高水温状態のときと比べて追加負荷６４の分、電圧変換回路の負荷が増加するように設定される。
【００６３】
このようにして、低水温状態のときには高水温状態のときと比べて出力過電流垂下点Ｉpが上昇することから、電圧変換回路内の各素子（スイッチングトランジスタＳ１〜Ｓ４、トランス５３の１次側巻線５３１および２次側巻線５３２，５３３、整流ダイオード５４１，５４２、チョークコイル５５１など）を流れる電流が増加し、さらに、電圧変換回路の負荷も高水温状態のときと比べて増加することから、これらの素子での発熱による電力損失が増加し、電圧変換回路が低効率状態となる。
【００６４】
特に、整流ダイオード５４１，５４２では、流れる電流に比例して電力損失が増加し、発熱量も増加する。さらに、スイッチングトランジスタＳ１〜Ｓ４のような電界効果型トランジスタでは、以下の式（１）で示されるように、ソース・ドレイン間を流れる電流の２乗に比例して電力損失Ｐlossが増加することから、より発熱量が増加する。
Ｐloss（ＦＥＴ）∝（Ｉout／ｎ）2      …（１）
ここで、ｎは、２次側巻線３２，３３の巻数が等しい（＝Ｎ２）と仮定した場合における、Ｎ２に対する１次側巻線３１の巻数Ｎ１の巻数比（Ｎ１／Ｎ２）である。したがって、（Ｉout／ｎ）は、１次側を流れる電流、すなわちスイッチングトランジスタＳ１〜Ｓ４のソース・ドレイン間を流れる電流を表している。
【００６５】
このように、電圧変換装置内の各素子での発熱量が増加し、また、ＤＣ−ＤＣコンバータ５が水タンク２または水経路ＷＬの少なくとも一方と隣在していることから、これらの水温Ｔが上昇し、加熱手段がヒータ６１のみである従来例と比べて、燃料電池１が短時間に始動しやすくなる。
【００６６】
また、過電流保護回路５８では、上限値設定回路５８２によって基準電圧Ｖ２の上限値も設定されていることから、例えば図５に示したように、水温Ｔがこの基準電圧Ｖ２の下限値に対応する所定の基準水温Ｔ１よりもさらに低い場合には、基準電圧Ｖ２は、常に上限値（接続点Ｐ１２の電位）に設定されることとなる。一方、水温Ｔが基準水温Ｔ１と基準水温Ｔ２との間である場合には、基準電圧Ｖ２はこの水温Ｔの値に応じて、上限値と下限値との間で徐々に変化することとなる。したがって、例えば図５のグラフＧ３，Ｇ４に示したように、低水温状態では、出力過電流垂下点Ｉpも、水温Ｔが基準水温Ｔ１よりもさらに低い場合には上限値ＩＯＬに設定される一方、水温Ｔが基準水温Ｔ１と基準水温Ｔ２との間である場合には、水温Ｔの値に応じて、上限値と下限値との間で徐々に変化することとなる。このように、出力過電流垂下点Ｉpが、低水温状態と高水温状態とを区別する基準水温Ｔ２よりも低い水温のときから徐々に減少していくように構成した場合、基準水温Ｔで急峻に変化させた場合（後述する図６（Ａ））と比べ、水温を上昇させる際における電圧変換回路での積算発熱量が、より増加する。
【００６７】
なお、図５中のグラフＧ３は、温度検出手段５７が図２に示した構成（サーミスタ５７１と抵抗器５７２とにより構成）した場合のものであり、グラフＧ４は、温度検出手段５７をサーミスタ５７１のみにより構成した場合のものである。このように、温度検出手段５７をサーミスタ５７１とそれに並列接続された抵抗器５７２とにより構成することで、水温Ｔに応じて、出力過電流垂下点Ｉpを直線的に変化させることができる。
【００６８】
また、例えば図６（Ａ），（Ｂ）に示したように、水温Ｔに応じて、出力過電流垂下点Ｉpを、基準水温Ｔ２で急峻に変化させたり（図６（Ａ））、多段階に変化させたり（図６（Ｂ））するように構成してもよい。図６（Ａ）のように構成した場合、図５に示した例に比べて水温を上昇させる際の電圧変換回路での積算発熱量が減少することとなるが、加熱手段がヒータ６１のみから構成されている従来例よりは、依然として発熱量が大きい。また、図６（Ｂ）のように構成した場合には、図５の場合と同様に、水温を上昇させる際の電圧変換回路での積算発熱量を増加させることができる。なお、水温Ｔに対する出力過電流垂下点Ｉpの特性が例えば図５や図６に示したようになるよう、例えばマイクロコンピュータに水温情報を入力することにより基準電圧Ｖ２を作成するように構成してもよい。
【００６９】
以上のように、本実施の形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ５を水タンク２または水経路ＷＬの少なくとも一方に隣在させると共に、ＤＣ−ＤＣコンバータ５内の温度検出回路５７がこれらの部位での水温を検出し、検出された水温が、過電流保護回路５８によって設定される所定の基準水温（基準水温Ｔ２）よりも低い低水温状態のときには、ＤＣ−ＤＣコンバータ５内の電圧変換回路を低効率状態に設定するようにしたので、水タンク２や水経路ＷＬにおける水温を上昇させることができ、構成を複雑化することなくとも、低温下において、燃料電池１を短時間に始動させることが可能となる。
【００７０】
また、低水温状態のときには、高水温状態のときよりも出力過電流垂下点Ｉpを増加させると共に電圧変換回路の負荷を増加させ、電圧変換回路の各素子での電力損失を増加させるようにしてので、上記のように電圧変換回路を低効率状態とすることができる。特にスイッチング回路５１のスイッチング素子（スイッチングトランジスタＳ１〜Ｓ４）および整流回路５４の整流素子（整流ダイオード５４１，５４２）では、略流れる電流に比例して電力損失が増加するので、より発熱量を増加させることができる。さらに、スイッチングトランジスタＳ１〜Ｓ４を電界効果型トランジスタにより構成したので、ソース・ドレイン間を流れる電流の２乗に比例して電力損失を増加させることができ、さらに発熱量を増加させることができる。
【００７１】
また、低温時のみにＤＣ−ＤＣコンバータ５を低効率状態とするので、定格電力値を変更する必要はなく、このようなＤＣ−ＤＣコンバータを多数設けたり、大型化したりする必要はない。また、従来からの加熱手段であるヒータ６１についても、多数設けたり、大型化したりする必要がない。よって、部品点数などを増加する必要はないので、製造コストが高くなったり、全体の重量を増加させることない。よって、従来の構成を保持しつつ、上記したような効果を得ることができる。
【００７２】
さらに、出力過電流垂下点Ｉpを、低水温状態と高水温状態とを区別する基準水温Ｔ２よりも低い水温のときから徐々に減少していくように構成したので、基準水温Ｔで急峻に変化させた場合と比べて、水温を上昇させる際における電圧変換回路での積算発熱量をより増加させることでき、水タンク２や水経路ＷＬにおける水温をより短時間に上昇させることが可能となる。
【００７３】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。すなわち、上記実施の形態では、燃料電池発電システムおよびＤＣ−ＤＣコンバータ５の構成を具体的に挙げて説明したが、これらの構成はこれに限定されるものではなく、他の構成としてもよい。
【００７４】
例えば、上記実施の形態では、スイッチング回路５１のスイッチング素子を、電荷効果型トランジスタからなるスイッチングトランジスタＳ１〜Ｓ４により構成した場合について説明してきたが、例えばバイポーラトランジスタやＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolor Transistor）など、電界効果型トランジスタ以外の他のスイッチング素子により構成するようにしてもよい。このように構成した場合、電界効果型トランジスタにより構成した場合に比べ、素子での電力損失、すなわち素子での発熱量が減少するが、従来と比べ、燃料電池１を簡易かつ短時間に始動させることは可能である。
【００７５】
また、上記実施の形態では、整流回路５４における整流素子を、整流ダイオードにより構成した場合の例について説明してきたが、例えばこの整流素子を、スイッチング回路５１のスイッチング素子と同様に、電荷効果型トランジスタを用いて構成してもよい。このように構成した場合、上記実施の形態における効果に加え、ＤＣ−ＤＣコンバータ５全体での発熱量を増加させ、より短時間に水温を上昇させることが可能となる。
【００７６】
また、上記実施の形態では、水温Ｔの温度検出手段を、サーミスタ５７１を含んだ温度検出回路５７により構成した場合の例について説明してきたが、例えば上記のように出力過電流垂下点Ｉpが２段階または多段階に変化するように構成した場合にはサーモスタットなどにより構成してもよく、また、水温Ｔを直接的または間接的のいずれによって検出するように構成してもよい。
【００７７】
また、上記実施の形態では、負荷調整回路５２の制御によって新たな負荷である追加負荷６４をＤＣ−ＤＣコンバータ５に接続させることにより、電圧変換回路の負荷を増加させる場合の例について説明してきたが、例えばそのような追加負荷６４を設けず、ヒータ６１や補機６３自身の負荷の大きさを増加させることにより、電圧変換回路の負荷を増加させるように構成してもよい。
【００７８】
また、上記実施の形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ５をいわゆるフルブリッジ型により構成した場合について説明してきたが、例えばいわゆるハーフブリッジ型やチョッパ型、フォワード型、フライバック型などの種々の構成のものに適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る燃料電池発電システムの全体構成を表す機能ブロック図である。
【図２】図１に示した第２のＤＣ−ＤＣコンバータの構成を表す回路図である。
【図３】基準電圧と検出信号パルスとの関係を説明するための電圧対時間の特性図である。
【図４】出力過電流垂下点を説明するための出力電圧対出力電流の特性図である。
【図５】出力過電流垂下点の変化態様の一例を表す出力過電流垂下点対水温の特性図である。
【図６】出力過電流垂下点の変化態様の他の例を表す出力過電流垂下点対水温の特性図である。
【符号の説明】
【００８０】
１…燃料電池、２…水タンク、３…二次電池、４…第１のＤＣ−ＤＣコンバータ、５…第２のＤＣ−ＤＣコンバータ、５１…スイッチング回路、５２…負荷調整回路、５２２…制御パルス生成回路、５２３…スイッチング駆動回路、５３…トランス、５３１…１次側巻線、５３２，５３３…２次側巻線、５４…整流回路、５４１，５４２…整流ダイオード、５５…平滑回路、５５１…チョークコイル、５５２…平滑コンデンサ、５６…電流検出回路、５７…温度検出回路、５７１…サーミスタ、５７２…抵抗器、５８…過電流保護回路、５９…制御ＩＣ、５９１…比較器、５９２…制御パルス生成回路、５９３…スイッチング駆動回路、６１…ヒータ、６２…補機用バッテリ、６３…補機、６４…追加負荷、７…インバータ、８…モータ、ＷＬ…水経路、Ｖin…入力直流電圧、Ｖout…出力直流電圧、Ｉout…出力電流、ＬＯ…出力ライン、ＬＧ…接地ライン、Ｑ１，Ｑ２…熱、Ｔ１，Ｔ２…入力端子、Ｔ３，Ｔ４…出力端子、ＴＳ…制御出力端子、Ｌ１Ｈ…１次側高圧ライン、Ｌ１Ｌ…１次側低圧ライン、Ｓ０…スイッチ素子、Ｓ１〜Ｓ４…スイッチングトランジスタ、ＬＳ０…スイッチ信号、ＬＳ１〜ＬＳ４…スイッチング信号、Ｉ１…検出電流、Ｖ１…検出電圧、Ｖ２，Ｖ２Ｌ，Ｖ２Ｈ…基準電圧、Ｖcc…電源電圧、ＰＬＳ，ＰＬＳ１〜ＰＬＳ３…検出信号パルス、Ｐ１〜Ｐ１５…接続点、ＶＯ…定格出力電圧、ＩＯＨ…定格出力電流、ＩＯＬ，ＩＯＬ１，ＩＯＬ２…低温時出力電流、Ｔ１，Ｔ２…基準水温、Ｉp…出力過電流垂下点。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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