(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（第１および第２の電圧変換回路５１，５２）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内の水温検出回路５３がこれらの部位での水温を検出する。検出された水温Ｔが、所定の基準水温（基準水温Ｔｃ）よりも低い低水温状態のときには、出力電流Ｉoutの増加が許容された状態で、第１および第２の電圧変換回路５１，５２のうちの１つの電圧変換回路のみが選択的に動作するように、これら第１および第２の電圧変換回路５１，５２を互いに周期的動作（交互動作）させる。【選択図】  図１
2006278297.tif 000002
【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、
その少なくとも１つが、電界効果型トランジスタを有すると共に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するようにして構成され、それぞれが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する複数の電圧変換回路と、
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複数の電圧変換回路を並列動作させる一方、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、前記複数の電圧変換回路のうち、前記電界効果型トランジスタを有している電圧変換回路を含む一部の電圧変換回路が選択的に動作するように、前記複数の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】
前記制御回路は、前記低水温状態のとき、前記一部の電圧変換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
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、前記低水温状態のとき、前記一部の電圧変換回路のうちの一の電圧変換回路のみが選択的に動作するように、各電圧変換回路を互いに周期的動作させる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電圧変換装置。
【請求項４】
前記複数の電圧変換回路が、いずれも前記電界効果型トランジスタを有すると共に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ている
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電圧変換装置。
【請求項５】
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する
ことを特徴とする請求項１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】
前記スイッチング素子または前記整流素子の少なくとも一方が、前記電界効果型トランジスタである
ことを特徴とする請求項５に記載の電圧変換装置。
【請求項７】
前記スイッチング素子および前記整流素子が、いずれも前記電界効果型トランジスタである
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】
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７のいずれか１項に記載の電圧変換装置。
【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、
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、
その少なくとも１つが、電界効果型トランジスタを有すると共に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するようにして構成され、それぞれが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する複数の電圧変換回路と、
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複数の電圧変換回路を並列動作させる一方、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、前記複数の電圧変換回路のうち、前記電界効果型トランジスタを有している電圧変換回路を含む一部の電圧変換回路が選択的に動作するように、前記複数の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１０】
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、
その少なくとも１つが、電界効果型トランジスタを有すると共に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するようにして構成され、それぞれが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する複数の電圧変換回路を構成し、
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複数の電圧変換回路を並列動作させる一方、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、前記複数の電圧変換回路のうち、前記電界効果型トランジスタを有している電圧変換回路を含む一部の電圧変換回路を選択的に動作させる
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、その少なくとも１つが、電界効果型トランジスタを有すると共に水タンクまたは水経路の少なくとも一方に隣在するようにして構成され、それぞれが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する複数の電圧変換回路と、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複数の電圧変換回路を並列動作させる一方、検出水温が基準水温よりも低い低水温状態のときには、複数の電圧変換回路のうち、電界効果型トランジスタを有している電圧変換回路を含む一部の電圧変換回路が選択的に動作するように、複数の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、複数の電圧変換回路のうちの一部の電圧変換回路が選択的に動作し、この一部の電圧変換回路に対して回路電流が集中する。この一部の電圧変換回路には、電界効果型トランジスタを有する電圧変換回路が含まれることから、この電界効果型トランジスタにおいて、電流集中に起因した電力損失の増加が生じ、これにより素子における発熱量も増加する。したがって、この一部の電圧変換回路内の電界効果型トランジスタにおいて発熱量が増加し、さらにこの一部の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、これらの部位に伝導する熱量も増加し、水温が上昇する。
【００１４】
本発明の電圧変換装置では、上記制御回路が、低水温状態のとき、上記一部の電圧変換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ように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、低水温状態のとき、上記一部の電圧変換回路のうちの一の電圧変換回路のみが選択的に動作するように、各電圧変換回路を互いに周期的動作させるようにすることが好ましい。このように構成した場合、回路電流が常に一の電圧変換回路のみに集中し、より集中の度合いが高まることから、電界効果型トランジスタにおける電力損失の増加量が、２つの電力変換回路を同時に動作させた場合よりも大きくなり、素子における発熱量がより増加する。
【００１６】
本発明の電圧変換装置では、上記複数の電圧変換回路が、いずれも上記電界効果型トランジスタを有すると共に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ように構成することが好ましい。このように構成した場合、各電圧変換回路において電界効果型トランジスタの割合が増えることから、全体として電力損失の増加量がより大きくなり、装置全体の発熱量もより増加する。
【００１７】
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するように構成することが可能である。この場合において、スイッチング素子または整流素子の少なくとも一方を、上記電界効果型トランジスタであるように構成してもよく、両者を電界効果型トランジスタとすることが好ましい。このように構成した場合、各電圧変換回路において電界効果型トランジスタの割合が増えることから、全体として電力損失の増加量がより大きくなり、装置全体の発熱量もより増加する。
【００１８】
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。
【００１９】
本発明の燃料電池発電システムは、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、その少なくとも１つが、電界効果型トランジスタを有すると共に水タンクまたは水経路の少なくとも一方に隣在するようにして構成され、それぞれが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する複数の電圧変換回路と、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複数の電圧変換回路を並列動作させる一方、検出水温が基準水温よりも低い低水温状態のときには、複数の電圧変換回路のうち、電界効果型トランジスタを有している電圧変換回路を含む一部の電圧変換回路が選択的に動作するように、複数の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。
【００２０】
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、その少なくとも１つが、電界効果型トランジスタを有すると共に水タンクまたは水経路の少なくとも一方に隣在するようにして構成され、それぞれが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する複数の電圧変換回路を構成し、上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複数の電圧変換回路を並列動作させる一方、検出水温が基準水温よりも低い低水温状態のときには、複数の電圧変換回路のうち、電界効果型トランジスタを有している電圧変換回路を含む一部の電圧変換回路を選択的に動作させるようにしたものである。
【発明の効果】
【００２１】
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、電界効果型トランジスタを有している電圧変換回路を含む一部の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、低水温状態と判断されたときにはこの一部の電圧変換回路を選択的に動作させるようにしたので、この一部の電圧変換回路に対して回路電流を集中させ、電界効果型トランジスタにおける発熱量を増加させることにより水温を上昇させることができるので、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】
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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および補機６３と、インバータ７と、モータ８とを備えている。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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、この入力直流電圧Ｖinとは異なる電圧の出力直流電圧（出力電圧）Ｖoutへと変換し、負荷であるヒータ６１、補機用バッテリ６２および補機６３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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、入力端子Ｔ１，Ｔ２と出力端子Ｔ３，Ｔ４との間にそれぞれ並列接続された第１の電圧変換回路５１および第２の電圧変換回路５２と、この第１の電圧変換回路５１に接続された第１の制御ＩＣ５８と、第２の電圧変換回路５２に接続された第２の制御ＩＣ５９と、この第１の制御ＩＣ５８に接続された第１の過電流保護回路５５と、第２の制御ＩＣ５９に接続された第２の過電流保護回路５６と、第１および第２の電圧変換回路５５，５６の両者に接続された電圧変換動作制御回路５７と、これら第１および第２の過電流保護回路５５，５６および電圧変換動作制御回路５７に接続された基準電圧制御回路５４と、この基準電圧制御回路５４に接続された水温検出回路５３とを備えている。入力端子Ｔ１，Ｔ２は、前述のように燃料電池１、ＤＣ−ＤＣコンバータ４およびインバータ７に接続され、出力端子Ｔ３は、出力ラインＬＯを介して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および補機６３に接続され、出力端子Ｔ４は、接地ラインＬＧを介して上記した負荷に接続されている。
【００３２】
第１および第２の電圧変換回路５１，５２は、いずれも入力端子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（出力電圧）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。ここで、これら第１および第２の電圧変換回路５１，５２は、本発明における「複数の電圧変換回路」、「電界効果型トランジスタを含んだ電圧変換回路」および「一部の電圧変換回路」の一具体例に対応する。また、後述するように、これら第１および第２の電圧変換回路５１，５２では、低温時にはどちらか一方に回路電流が集中すると共に、交互に電圧変換動作を行うようになっている。このような第１および第２の電圧変換回路５１，５２に対する制御は、水温検出回路５３、基準電位制御回路５４、第１および第２の過電流保護回路５５，５６、電圧変換動作制御回路５７、ならびに第１および第２の制御ＩＣ５８，５９によって行われる。以下、まず第１の電圧変換回路５１および第２の電圧変換回路５２について詳細に説明する。
【００３３】
まず、第１の電圧変換回路５１について説明する。
【００３４】
第１の電圧変換回路５１は、１次側高圧ラインＨ１と１次側低圧ラインＬ１との間に設けられたスイッチング回路５１１と、１次側巻線ＣＡ１およびこれと磁気結合する２次側巻線ＣＢ１，ＣＣ１を有するトランス５１２と、トランス５１２の２次側に設けられた整流回路５１３と、この整流回路５１３に接続された平滑回路５１４とを備えている。第１の電圧変換回路５１はさらに、電流検出トランス５１５と、この電流検出トランス５１５に接続された電流電圧変換回路５１６とを備えている。
【００３５】
スイッチング回路５１１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Ｓ１１〜Ｓ１４）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Ｓ１１，Ｓ１２の一端同士（スイッチングトランジスタＳ１１のソースおよびスイッチングトランジスタＳ１２のドレイン）が互いに接続されると共にスイッチングトランジスタＳ１３，Ｓ１４の一端同士（スイッチングトランジスタＳ１３のソースおよびスイッチングトランジスタＳ１４のドレイン）が互いに接続され、これら一端同士が互いにトランス５１２の１次側巻線ＣＡ１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Ｓ１１，Ｓ１３の他端（ドレイン）同士が互いに１次側高圧ラインＨ１を介して入力端子Ｔ１に接続されると共に、スイッチングトランジスタＳ１２，Ｓ１４の他端（ソース）同士が互いに１次側低圧ラインＬ１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Ｓ１１〜Ｓ１４のゲートには、後述する第１の制御ＩＣ５８内のスイッチング駆動回路５８２からスイッチング信号ＬＳ１１〜ＬＳ１４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Ｓ１１〜Ｓ１４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Ｓ１１〜Ｓ１４は、本発明における「スイッチング素子」および「電界効果型トランジスタ」の一具体例に対応する。
【００３６】
スイッチング回路５１１では、スイッチングトランジスタＳ１１，Ｓ１４がオンすることにより、１次側高圧ラインＨ１から順にスイッチングトランジスタＳ１１、１次側巻線ＣＡ１およびスイッチングトランジスタＳ１４を通って１次側低圧ラインＬ１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Ｓ１２，Ｓ１３がオンすることにより、１次側高圧ラインＨ１から順にスイッチングトランジスタＳ１３、１次側巻線ＣＡ１およびスイッチングトランジスタＳ１２を通って１次側低圧ラインＬ１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。
【００３７】
トランス５１２の１次側巻線ＣＡ１は、その一端がスイッチングトランジスタＳ１１，Ｓ１２の一端同士と接続され、その他端がスイッチングトランジスタＳ１３，Ｓ１４の一端同士と接続されている。また、２次側巻線ＣＢ１，ＣＣ１の一端同士（センタタップ）は互いに接続され、出力ラインＬＯ１上において整流回路５１３内のチョークコイル５１４Ｌを介して出力端子Ｔ３に導かれている一方、それらの他端はそれぞれ、整流回路５１３における整流用トランジスタＤ１１，Ｄ１２の一端（ドレイン）と接続されている。つまり、第１の電圧変換回路５１はセンタタップ型のものである。このトランス５１２は、スイッチング回路５１１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ＣＢ１，ＣＣ１の他端から互いに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ＣＡ１と２次側巻線ＣＢ１，ＣＣ１との巻数比によって定まる。また、トランス５１２は、本発明における「変圧器」の一具体例に対応する。
【００３８】
整流回路５１３は、一対の整流素子（整流用トランジスタＤ１１，Ｄ１２）からなる両波整流型のものである。また、これらの整流素子はいずれも、例えばＭＯＳ−ＦＥＴなどの電界効果型トランジスタにより構成されている。具体的には、これら電界効果型トランジスタのドレインがそれぞれ２次側巻線ＣＢ１，ＣＣ１の他端に接続されて整流用トランジスタＤ１１，Ｄ１２のドレインを構成する一方、これら電界効果型トランジスタのソース同士が互いに接地ラインＬＧ１上で接続されて整流用トランジスタＤ１１，Ｄ１２のソースを構成している。また、整流用トランジスタＤ１１，Ｄ１２のゲートには、後述する第１の制御ＩＣ５８内のスイッチング駆動回路５８２からスイッチ信号ＬＳＤ１１，ＬＳＤ１２がそれぞれ供給され、整流素子として動作するようにスイッチ動作が個別に制御されるようになっている。つまり、この整流回路５１３はソースコモン接続の構造を有しており、トランス５１２の交流出力電圧の各半波期間をそれぞれ整流用トランジスタＤ１１，Ｄ１２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、これら整流用トランジスタＤ１１，Ｄ１２は、本発明における「整流素子」および「電界効果型トランジスタ」の一具体例に対応する。
【００３９】
平滑回路５１４は、チョークコイル５１４Ｌと平滑コンデンサ５１４Ｃとを含んで構成されている。チョークコイル５１４Ｌは出力ラインＬＯ１に挿入配置されており、その一端は２次側巻線ＣＢ１，ＣＣ１の一端同士（センタタップ）に接続され、その他端は平滑コンデンサ５１４Ｃの一端、および出力ラインＬＯ１を介して出力端子Ｔ３に接続されている。平滑コンデンサ５１４Ｃは、出力ラインＬＯ１上のチョークコイル５１４Ｌの他端と接地ラインＬＧ１との間に接続されている。また、出力ラインＬＯ１の端部には、出力端子Ｔ４が設けられている。平滑回路５１４はこのような構成により、整流回路５１３で整流された直流電圧を平滑化し、出力直流電圧Ｖoutを生成するようになっている。なお、整流回路５１３および平滑回路５１４は、本発明における「出力回路」の一具体例に対応する。
【００４０】
電流検出トランス５１５は、１次側低圧ラインＬ１に挿入配置された１次側巻線ＣＤ１と、一端が接地接続されて１次側巻線ＣＤ１と磁気結合する２次側巻線ＣＥ１とを有する。電流検出トランス５６はこのような構成により、１次側低圧ラインＬ１に流れる電流に対応した検出電流Ｉ１を２次側巻線ＣＥ１で検出するようになっている。
【００４１】
電流電圧変換回路５１６は、電流検出トランス５１５の２次側巻線ＣＥ１の一端（接地側とは反対側）にアノードが接続された整流ダイオードＤ５６１Ｄと、２次側巻線ＣＥ１の他端（接地側）と整流ダイオードＤ５６１Ｄのカソードとの間に接続された抵抗器５１６Ｒとを有する。電流電圧変換回路５１６はこのような構成により、電流検出トランス５１５で検出した検出電流Ｉ１を整流ダイオード５１６Ｄで半波整流し、これにより得られた直流でパルス形状の検出電圧Ｖｃ１を出力するようになっている。
【００４２】
なお、これら電流検出トランス５１５および電流電圧変換回路５１６の配置は図２に示したものには限られず、例えば１次側高圧ラインＨ１に挿入配置するようにしてもよく、また、スイッチングトランジスタＳ１１，Ｓ１２の一端同士（スイッチングトランジスタＳ１１のソースおよびスイッチングトランジスタＳ１２のドレイン）から１次側巻線ＣＡ１を介してスイッチングトランジスタＳ１３，Ｓ１４の一端同士（スイッチングトランジスタＳ１３のソースおよびスイッチングトランジスタＳ１４のドレイン）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、電流電圧変換回路５１６を、いわゆる全波整流回路により構成すればよい。さらに、これら電流検出トランス５１５および電流電圧変換回路５１６をトランス５１２の２次側、具体的には、接地ラインＬＧ１または出力ラインＬＯ１に挿入配置するようにしてもよく、その場合、電流電圧変換回路５１６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。
【００４３】
次に、第２の電圧変換回路５２について説明する。なお、図２に示した第２の電圧変換回路５２の構成要素において、第１の電圧変換回路５１の構成要素と対応するものについては、第１の電圧変換回路５１についての符号に「１０」または「１」を加えた符号を付し、適宜説明を省略する。
【００４４】
第２の電圧変換回路５２は、第１の電圧変換回路５１と同様の回路構成であり、１次側高圧ラインＨ２と１次側低圧ラインＬ２との間に設けられたスイッチング回路５２１と、１次側巻線ＣＡ２およびこれと磁気結合する２次側巻線ＣＢ２，ＣＣ２を有するトランス５２２と、トランス５２２の２次側に設けられた整流回路５２３と、この整流回路５２３に接続された平滑回路５２４とを備えている。第２の電圧変換回路５２はさらに、電流検出トランス５２５と、この電流検出トランス５２５に接続された電流電圧変換回路５２６とを備えている。
【００４５】
スイッチング回路５２１、トランス５２２、整流回路５２３、平滑回路５２４、電流検出トランス５２５および電流電圧変換回路５２６は、それぞれ、第１の電圧変換回路におけるスイッチング回路５１１、トランス５１２、整流回路５１３、平滑回路５１４、電流検出トランス５１５および電流電圧変換回路５１６と同様の構成および機能を有している。例えば、スイッチング回路５２１は、４つのスイッチングトランジスタＳ２１〜Ｓ２４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り、これにより入力直流電圧Ｖinをほぼ矩形波状の単相交流電圧に変換するようになっている。また、トランス５２２はセンタタップ型の構成であり、スイッチング回路５２１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、２次側巻線ＣＢ２，ＣＣ２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。また、整流回路５２３は、一対の整流素子（例えばＭＯＳ−ＦＥＴなどの電界効果型トランジスタにより構成される整流用トランジスタＤ２１，Ｄ２２）からなるソースコモン接続の両波整流型のものであり、トランス５２２の交流出力電圧の各半波期間をそれぞれ、後述する第２の制御ＩＣ５９内のスイッチング駆動回路５９２から供給されるスイッチ信号ＬＳＤ２１，ＬＳＤ２２に基づいて整流用トランジスタＤ２１，Ｄ２２が個別に整流し、直流電圧を得るようになっている。また、平滑回路５２４は、チョークコイル５２４Ｌと平滑コンデンサ５２４Ｃとを含んで構成され、整流回路５２３で整流された直流電圧を平滑化し、出力端子Ｔ３，Ｔ４の間に直流出力電圧Ｖoutを出力するようになっている。また、電流検出トランス５２５は、１次側低圧ラインＬ２に流れる電流に対応した検出電流Ｉ２を２次側巻線ＣＥ２で検出するようになっており、電流電圧変換回路５２６は、整流ダイオードＤ５６２Ｄおよび抵抗器５１６Ｒを有し、検出電流Ｉ２を整流ダイオード５２６Ｄで半波整流し、これにより得られた直流の検出電圧Ｖｃ２を出力するようになっている。
【００４６】
なお、スイッチングトランジスタＳ２１〜Ｓ２４は本発明における「スイッチング素子」および「電界効果型トランジスタ」の一具体例に対応し、トランス５２２は本発明における「変圧器」の一具体例に対応し、整流用トランジスタＤ２１，Ｄ２２は本発明における「整流素子」および「電界効果型トランジスタ」の一具体例に対応する。また、整流回路５２３および平滑回路５２４は、本発明における「出力回路」の一具体例に対応する。
【００４７】
次に、水温検出回路５３、基準電圧制御回路５４、第１の過電流保護回路５５、第２の過電流保護回路５６、電圧変換動作制御回路５７、第１の制御ＩＣ５８および第２の制御ＩＣ５９について詳細に説明する。
【００４８】
水温検出回路５３は、サーミスタ５３１と抵抗器５３２とを有する。抵抗器５３２の一端は電源Ｖccに接続され、その他端は接続点Ｐ１でサーミスタ５３１の一端に接続され、サーミスタ５３１の他端は接地されている。つまり、接続点Ｐ１には、これら抵抗器５３２およびサーミスタ５３１によって分圧された電源電圧Ｖcc（分圧電圧）が印加されるようになっている。また、サーミスタ５３１は温度に応じてその抵抗値が変化する特性を有し、温度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、水温検出回路５３はこのような構成により、水タンク２または水経路ＷＬの少なくとも一方における水の温度（水温Ｔ）に応じて接続点Ｐ２の電位を変化させることで、この水温Ｔ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５３１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、この水温検出回路５３は、本発明における「温度検出手段」の一具体例に対応する。
【００４９】
基準電圧制御回路５４は、比較器５４１と、抵抗器５４２〜５４４とを有する。比較器５４１の反転入力端子は接続点Ｐ１に接続され、その非反転入力端子には基準電圧Ｒｅｆ１が供給され、その出力端子は接続点Ｐ２に接続されている。また、抵抗器５４２の一端は電源Ｖccに接続され、その他端は接続点Ｐ２に接続されている。抵抗器５４３の一端は接続点Ｐ２に接続され、その他端は第１の過電流保護回路５５におけるＮＰＮトランジスタ５５１のベースに接続されている。抵抗器５４４の一端は接続点Ｐ２に接続され、その他端は第２の過電流保護回路５６におけるＮＰＮトランジスタ５５１のベースに接続されている。さらに、接続点Ｐ２は、電圧変換動作制御回路５７の入力端子Ｔinに接続されている。基準電圧制御回路５４はこのような構成により、水温検出回路５３から供給される接続点Ｐ１の電位に基づいて、第１および第２の過電流保護回路５５，５６における基準電圧Ｖ１，Ｖ２の大きさをそれぞれ制御すると共に、入力信号ＳＩＧ０（接続点Ｐ２の電位＝比較器５４１の出力信号）を電圧変換動作制御回路５７へ供給するようになっている。
【００５０】
第１の過電流保護回路５５は、ＮＰＮトランジスタ５５１と、抵抗器５５２〜５５４と、比較器５５５とを有する。ＮＰＮトランジスタ５５１のベースは基準電圧制御回路５４の抵抗器５４３を介して接続点Ｐ２に接続され、そのエミッタは接地されている。また、抵抗器５５２，５５３は互いに並列接続されており、それぞれの一端同士は接続点Ｐ３１に接続され、抵抗器５５２の他端はＮＰＮトランジスタ５５１のコレクタに接続され、抵抗器５５３の他端は接地されている。抵抗器５５４の一端は電源Ｖccに接続され、その他端は接続点Ｐ３１に接続されている。また、比較器５５５の非反転入力端子は接続点Ｐ３１に接続され、その反転入力端子には電流電圧変換回路５１６における検出電圧Ｖc1が供給され、その出力端子は第１の制御ＩＣ５８内の制御パルス生成回路５８１に接続されている。
【００５１】
このような構成により第１の過電流保護回路５５は、基準電圧制御回路５４から供給される接続点Ｐ２の電位（比較器５４１の出力信号）に基づいて比較器５５５の非反転入力端子へ供給される基準電圧Ｖ１を生成すると共に、比較器５５５が生成された基準電圧Ｖ１と電流電圧変換回路５１６から供給される検出電圧Ｖc1との電位の大小を比較し、第１の制御ＩＣ５８への出力信号Ｖs1を出力するようになっている。具体的には、比較器５４１の出力信号が「Ｌ」レベルのときには、ＮＰＮトランジスタ５５１がオフ状態となることから、基準電圧Ｖ１は、直列接続された抵抗器５５４と抵抗器５５３とにより定まる一方、逆に比較器５４１の出力信号が「Ｈ」レベルのときには、ＮＰＮトランジスタ５５１がオン状態となることから、基準電圧Ｖ１は、抵抗器５５４と、互いに並列接続された抵抗器５５２，５５３との直列接続により定まるようになっている。そしてこのようにして設定された基準電圧Ｖ１が検出電圧Ｖc1よりも大きいとき（定格電圧状態）には、比較器５５５が「Ｈ」レベルの出力信号Ｖs1を出力する一方、逆に基準電圧Ｖ１が検出電圧Ｖc1よりも小さいとき（過電圧状態）には、比較器５５５が「Ｌ」レベルの出力信号Ｖs1を出力するようになっている。このようにして第１の過電流保護回路５５は、基準電圧Ｖ１と検出電圧Ｖc1との電位の大小を比較することにより、第１の電圧変換回路５１が定格電圧状態であるか過電圧状態であるかを判断し、出力信号Ｖs1を第１の制御ＩＣ５８へ出力するようになっている。
【００５２】
第１の制御ＩＣ５８は、制御パルス生成回路５８１と、スイッチング駆動回路５８２とを有する。制御パルス生成回路５８１は、第１の過電流保護回路５５内の比較器５５５から出力される出力信号Ｖs1に基づいて制御パルスの幅（ディーティ比）を設定し、スイッチング回路５１１内のスイッチングトランジスタＳ１１〜Ｓ１４の制御パルス、および整流回路５１３内の整流用トランジスタＤ１１，Ｄ１２の制御パルスを生成するものである。具体的には、比較器５５５からの出力信号Ｖs1が「Ｌ」レベル（出力過電流状態）となったときには、スイッチング信号ＬＳ１１〜ＬＳ１４およびスイッチ信号ＬＳＤ１１，ＬＳＤ１２のパルス幅を小さくする（デューティ比を小さくする）ようになっている。また、スイッチング駆動回路５８２は、生成されたこれらの制御パルスに基づいてスイッチング信号ＬＳ１１〜ＬＳ１４およびスイッチ信号ＬＳＤ１１，ＬＳＤ１２を出力し、実際にそれぞれスイッチングトランジスタＳ１１〜Ｓ１４および整流用トランジスタＤ１１，Ｄ１２を駆動するものである。
【００５３】
このスイッチング駆動回路５８２はまた、後述する電圧変換動作制御回路５７からの電圧変換動作制御信号Ｌon1に応じて、第１の電圧変換回路５１の電圧変換動作を制御する機能も有する。具体的には、電圧変換制御信号Ｌon1が「Ｈ」レベル信号であるときには第１の電圧変換回路５１を動作させる一方、電圧変換制御信号Ｌon1が「Ｌ」レベル信号であるときには、スイッチング信号ＬＳ１１〜ＬＳ１４およびスイッチ信号ＬＳＤ１１，ＬＳＤ１２のパルス幅＝０（デューティ比＝０）として第１の電圧変換回路５１の電圧変換動作を停止させるようになっている。
【００５４】
第２の過電流保護回路５６は、第１の過電流保護回路５５と同様の回路構成であり、ＮＰＮトランジスタ５６１と、抵抗器５６２〜５６４と、比較器５６５とを有している。また、この第２の過電流保護回路５６は、第１の過電流保護回路５５と同様の機能も有しており、基準電圧制御回路５４から供給される接続点Ｐ２の電位（比較器５４１の出力信号）に基づいて比較器５６５の非反転入力端子へ供給される基準電圧Ｖ２を生成すると共に、比較器５６５が生成された基準電圧Ｖ２と電流電圧変換回路５２６から供給される検出電圧Ｖc2との電位の大小を比較し、第２の制御ＩＣ５９への出力信号Ｖs2を出力するようになっている。このようにして第２の過電流保護回路５６は、基準電圧Ｖ２と検出電圧Ｖc2との電位の大小を比較することにより、第２の電圧変換回路５２が定格電圧状態であるか過電圧状態であるかを判断し、出力信号Ｖs2を第２の制御ＩＣ５９へ出力するようになっている。
【００５５】
第２の制御ＩＣ５９は、第１の制御ＩＣ５８と同様の回路構成であり、制御パルス生成回路５９１と、スイッチング駆動回路５９２とを有している。また、この第２の制御ＩＣ５９は、第１の制御ＩＣ５８と同様の機能も有している。具体的には、第２の過電流保護回路５６内の比較器５６５から出力される出力信号Ｖs2に基づいて、スイッチング回路５２１内のスイッチングトランジスタＳ２１〜Ｓ２４の制御パルス、および整流回路５２３内の整流用トランジスタＤ２１，Ｄ２２の制御パルスの幅（ディーティ比）を設定すると共に、これら制御パルスに基づいてスイッチング信号ＬＳ２１〜ＬＳ２４およびスイッチ信号ＬＳＤ２１，ＬＳＤ２２を出力し、それぞれスイッチングトランジスタＳ２１〜Ｓ２４および整流用トランジスタＤ１２，Ｄ２２を駆動するようになっている。また、第１の制御ＩＣ５８と同様に、後述する電圧変換動作制御回路５７からの電圧変換動作制御信号Ｌon2に応じて、第２の電圧変換回路５２の電圧変換動作を制御するようになっている。
【００５６】
電圧変換動作制御回路５７は、第１の電圧変換回路５１および第２の電圧変換回路５２の電圧変換動作を制御する回路である。具体的には、第１の電圧変換回路５１または第２の電圧変換回路５２の温度が所定の基準温度よりも高いかどうかを常に監視し、所定の基準温度よりも高い高温状態となったときには、スイッチング駆動回路５８２またはスイッチング駆動回路５９２を介してその電圧変換回路の動作を停止させるように制御するものである。
【００５７】
図３は、電圧変換動作制御回路５７の回路構成を表すものである。この電圧変換動作制御回路５７は、第１の温度検出回路５７１および第２の温度検出回路５７２と、第１の温度検出回路５７１に接続された第１の過熱保護回路５７３と、第２の温度検出回路５７２に接続された第２の過熱保護回路５７４と、これら第１および第２の過熱保護回路５７３，５７４に接続された論理回路５７５とを有する。
【００５８】
第１の温度検出回路５７１は、水温検出回路５３と同様の回路構成および機能を有しており、ＮＴＣサーミスタからなるサーミスタ５７１Ｔと抵抗器５７１Ｒとを有する。抵抗器５７１Ｒの一端は電源Ｖccに接続され、その他端は接続点Ｐ４１でサーミスタ５７１Ｔの一端に接続され、サーミスタ５７１Ｔの他端は接地されている。第１の温度検出回路５７１はこのような構成により、第１の電圧変換回路５１の温度Ｔ１に応じて接続点Ｐ４１の電位を変化させることで、この温度Ｔ１を検出するようになっている。
【００５９】
また、第２の温度検出回路５７２も、水温検出回路５３および第１の温度検出回路５７１と同様の回路構成および機能を有しており、ＮＴＣサーミスタからなるサーミスタ５７２Ｔと抵抗器５７２Ｒとを有する。抵抗器５７２Ｒの一端は電源Ｖccに接続され、その他端は接続点Ｐ４２でサーミスタ５７２Ｔの一端に接続され、サーミスタ５７２Ｔの他端は接地されている。第２の温度検出回路５７２はこのような構成により、第２の電圧変換回路５２の温度Ｔ２に応じて接続点Ｐ４２の電位を変化させることで、この温度Ｔ２を検出するようになっている。
【００６０】
第１の過熱保護回路５７３は、比較器Ｃｏｍ１と、抵抗器５７３Ｒとを有する。比較器Ｃｏｍ１の反転入力端子は接続点Ｐ４１に接続され、その非反転入力端子には基準電圧Ｒｅｆ２１が供給され、その出力端子は接続点Ｐ５１に接続されている。また、抵抗器５７３Ｒの一端は電源Ｖccに接続され、その他端は接続点Ｐ５１に接続されている。第１の過熱保護回路５７３はこのような構成により、第１の温度検出回路５７１から供給される接続点Ｐ４１の電位に基づいて、入力信号ＳＩＧ１（接続点Ｐ５１の電位＝比較器Ｃｏｍ１の出力信号）を論理回路５７５へ供給するようになっている。
【００６１】
また、第２の過熱保護回路５７４は、第１の過熱保護回路５７３と同様の回路構成および機能を有しており、比較器Ｃｏｍ２と、抵抗器５７４Ｒとを有する。比較器Ｃｏｍ２の反転入力端子は接続点Ｐ４２に接続され、その非反転入力端子には基準電圧Ｒｅｆ２２が供給され、その出力端子は接続点Ｐ５２に接続されている。また、抵抗器５７４Ｒの一端は電源Ｖccに接続され、その他端は接続点Ｐ５２に接続されている。第２の過熱保護回路５７４はこのような構成により、第２の温度検出回路５７２から供給される接続点Ｐ４２の電位に基づいて、入力信号ＳＩＧ２（接続点Ｐ５２の電位＝比較器Ｃｏｍ２の出力信号）を論理回路５７５へ供給するようになっている。
【００６２】
論理回路５７５は、アンド回路ＡＮＤ１〜６と、これらアンド回路ＡＮＤ１〜６の出力側に接続されたオア回路ＯＲ１，ＯＲ２とを有する。アンド回路ＡＮＤ１の第１の入力端には第１の過熱保護回路５７３から負論理の入力信号ＳＩＧ１が入力され、その第２の入力端には第２の過熱保護回路５７４から負論理の入力信号ＳＩＧ２が入力され、その第３の入力端には入力端子Ｔｉｎから負論理の入力信号ＳＩＧ０が入力され、その出力端はオア回路ＯＲ１の第１の入力端に導かれている。アンド回路ＡＮＤ２の第１の入力端には第１の過熱保護回路５７３から負論理の入力信号ＳＩＧ１が入力され、その第２の入力端には第２の過熱保護回路５７４から正論理の入力信号ＳＩＧ２が入力され、その第３の入力端には入力端子Ｔｉｎから負論理の入力信号ＳＩＧ０が入力され、その出力端はオア回路ＯＲ１の第２の入力端に導かれている。アンド回路ＡＮＤ３の第１の入力端には第１の過熱保護回路５７３から負論理の入力信号ＳＩＧ１が入力され、その第２の入力端には第２の過熱保護回路５７４から負論理の入力信号ＳＩＧ２が入力され、その第３の入力端には入力端子Ｔｉｎから正論理の入力信号ＳＩＧ０が入力され、その出力端はオア回路ＯＲ１の第３の入力端およびオア回路ＯＲ２の第１の入力端に導かれている。アンド回路ＡＮＤ４の第１の入力端には第１の過熱保護回路５７３から正論理の入力信号ＳＩＧ１が入力され、その第２の入力端には第２の過熱保護回路５７４から負論理の入力信号ＳＩＧ２が入力され、その第３の入力端には入力端子Ｔｉｎから負論理の入力信号ＳＩＧ０が入力され、その出力端はオア回路ＯＲ２の第２の入力端に導かれている。アンド回路ＡＮＤ５の第１の入力端には第１の過熱保護回路５７３から正論理の入力信号ＳＩＧ１が入力され、その第２の入力端には第２の過熱保護回路５７４から負論理の入力信号ＳＩＧ２が入力され、その第３の入力端には入力端子Ｔｉｎから正論理の入力信号ＳＩＧ０が入力され、その出力端はオア回路ＯＲ１の第３の入力端に導かれている。アンド回路ＡＮＤ６の第１の入力端には第１の過熱保護回路５７３から負論理の入力信号ＳＩＧ１が入力され、その第２の入力端には第２の過熱保護回路５７４から正論理の入力信号ＳＩＧ２が入力され、その第３の入力端には入力端子Ｔｉｎから正論理の入力信号ＳＩＧ０が入力され、その出力端はオア回路ＯＲ２の第４の入力端に導かれている。また、オア回路ＯＲ１の出力端からは、電圧変換動作制御信号Ｌon1が出力端子Ｔout1へ導かれており、オア回路ＯＲ２の出力端からは、電圧変換動作制御信号Ｌon2が出力端子Ｔout2へ導かれている。
【００６３】
論理回路５７５はこのような構成により、図４に示したような真理値表５７０を構成し、入力信号ＳＩＧ０〜ＳＩＧ２に基づいて電圧変換動作制御信号Ｌon1，Ｌon2を、それぞれスイッチング駆動回路５８２，５９２へ供給するようになっている。ここで、入力信号ＳＩＧ０〜ＳＩＧ２は、前述のようにそれぞれ、水温Ｔ、第１の電圧変換回路５１の温度Ｔ１、および第２の電圧変換回路５２の温度Ｔ２を表しており、「Ｌ」レベル信号が低水温状態または通常温度状態を示し、「Ｈ」レベル信号が高水温状態または高温状態を示している。また、電圧変換動作制御信号Ｌon1，Ｌon2は、前述のようにそれぞれ、第１の電圧変換回路５１における電圧変換動作の制御信号、および第２の電圧変換回路５２における電圧変換動作の制御信号であり、「Ｌ」レベル信号は動作させる制御信号を、「Ｈ」レベル信号は停止させる制御信号を示している。なお、真理値表５７０の内容の詳細については、後述する。
【００６４】
なお、これら基準電圧制御回路５４、第１および第２の過電流保護回路５５，５６、電圧変換動作制御回路５７、ならびに第１および第２の制御ＩＣ５８，５９は、本発明における「制御回路」の一具体例に対応する。また、これらの回路の代わりに（あるいはこれらの回路に加えて）、例えばマイコンなどにより構成し、スイッチング回路５１１，５１２内のスイッチングトランジスタＳ１１〜Ｓ１４、Ｓ２１〜Ｓ２４の動作、および整流回路５１３，５２３内の整流用トランジスタＤ１１，Ｄ１２，Ｄ２１，Ｄ２２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。
【００６５】
次に、図４〜図８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５は、第１および第２の過電流保護回路５５，５６がそれぞれ生成した基準電圧Ｖ１，Ｖ２と、電流電圧変換回路５１６，５２６から供給される検出電圧Ｖc1,Ｖc2のパルス波形との関係を表したものであり、図６は、出力電圧Ｖoutと出力電流Ｉoutとの関係を表したものであり、図７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。また、図８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ５の動作をタイミング図で表したものであり、（Ａ）は水温Ｔを、（Ｂ）〜（Ｄ）はそれぞれ、電圧変換動作制御回路５７への入力信号ＳＩＧ０〜ＳＩＧ２を、（Ｅ），（Ｆ）はそれぞれ、第１および第２の電圧変換回路５１，５２への電圧変換動作制御信号Ｌon1，Ｌon2を示している。
【００６６】
まず、図４〜図７を参照して、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Ｔ）が、基準電圧制御回路５４により設定されている所定の基準水温（基準水温Ｔｃ）よりも高い高水温状態のときの動作について説明する。
【００６７】
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。
【００６８】
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、第１および第２の電圧変換回路５１，５２の両者によって、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（出力電圧）Ｖoutへと変換される。そしてこの出力電圧Ｖout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。
【００６９】
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。
【００７０】
第１の電圧変換回路５１では、スイッチング回路５１１において、スイッチング駆動回路５８２から供給されるスイッチング信号ＬＳ１１〜ＬＳ１４に応じて、スイッチングトランジスタＳ１１，Ｓ１４がオン状態でスイッチングトランジスタＳ１２，Ｓ１３がオフ状態の期間と、スイッチングトランジスタＳ１２，Ｓ１３がオン状態でスイッチングトランジスタＳ１１，Ｓ１４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５１１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５１２の１次側巻線ＣＡ１へ供給される。トランス５１２では、このパルス電圧が変圧され、その２次側巻線ＣＢ１，ＣＣ１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、スイッチング駆動回路５８２から供給されるスイッチ信号ＬＳＤ１１，ＬＳＤ１２に応じて整流回路５１３の整流用トランジスタＤ１１，Ｄ１２により整流され、平滑回路５１４のチョークコイル５１４Ｌおよび平滑コンデンサ５１４Ｃ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直流電圧Ｖoutが補機用バッテリ６２および補機６３へと供給され、駆動される。
【００７１】
この際、出力電流Ｉoutは、電流検出トランス５１５によって検出電流Ｉ１として間接的に常に監視されており、電流電圧変換回路５１６によって検出電流Ｉ１が検出電圧Ｖc1へと変換され、第１の過電流保護回路５５へ出力される。また、水温検出回路５３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Ｐ１の電位が設定される。そして基準電圧制御回路５４では、設定された接続点Ｐ１の電位に基づいて、第１の過電流保護回路５５における比較器５５５の非反転入力端子へ供給される基準電圧Ｖ１が設定される。比較器５５５では、このようにして設定された基準電圧Ｖ１の電位と、電流電圧変換回路５１６から出力される検出電圧Ｖc1の電位とが比較される。
【００７２】
ここで、水温検出回路５３では、水温Ｔが高水温状態となっていることから、サーミスタ５３１の両端の電圧値が小さくなり、接続点Ｐ１の電位が基準電圧Ｒｅｆ１の電位よりも低くなるように設定されている。したがって、比較器５４１の出力信号が「Ｈ」レベルとなり、第１の過電流保護回路５５におけるＮＰＮトランジスタ５５１がオン状態となることから、前述のように基準電圧Ｖ１が、抵抗器５５４と、並列接続された抵抗器５５２，５５３との直列接続により定まることとなる。
【００７３】
このようにして比較した結果、図５に示したように、この高水温状態での基準電位Ｖ１Ｈよりも検出電圧Ｖc1の電位が低い場合（検出電圧のパルス波形ＰＬＳ１）には、出力電流Ｉoutが通常電流状態であるので、比較器５５５の出力信号Ｖs1が「Ｈ」レベルとなる。このときには、第１の制御ＩＣ５８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）からなるスイッチング信号ＬＳ１１〜ＬＳ１４およびスイッチ信号ＬＳＤ１１，ＬＳＤ１２がそれぞれ出力され、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Ｓ１１〜Ｓ１４および整流用トランジスタＤ１１，Ｄ１２の動作が制御される。
【００７４】
一方、基準電位Ｖ１Ｈよりも検出電圧Ｖc1の電位が高くなった場合（検出電圧のパルス波形ＰＬＳ２：図５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５５５の出力信号Ｖs1が「Ｌ」レベルとなる。このときには、第１の制御ＩＣ５８によって、スイッチング信号ＬＳ１１〜ＬＳ１４およびスイッチ信号ＬＳＤ１１，ＬＳＤ１２における制御パルスの幅がそれぞれ小さくなる（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６のグラフＧ１における符号Ｐ１０１で示したように、第１の電圧変換回路５１が出力電流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、垂下するように制御がなされる。なお、この出力過電流垂下点Ｉp（図６の符号Ｐ１０１における出力電流：ＩＯＨ）は、図７に示したように、水温Ｔが基準水温Ｔｃ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。
【００７５】
一方、第２の電圧変換回路５２においても、第１の電圧変換回路５１と同様の動作により、入力直流電圧Ｖinに基づいて出力直流電圧（出力電圧）Ｖoutが生成され、補機用バッテリ６２および補機６３へと供給されることで、駆動される。
【００７６】
また、この第２の電圧変換回路５２においても、出力電流Ｉoutは電流検出トランス５２５によって検出電流Ｉ２として間接的に常に監視されており、電流電圧変換回路５２６によって検出電流Ｉ２が検出電圧Ｖc2へと変換され、第２の過電流保護回路５６へ出力される。そして基準電圧制御回路５４では、設定された接続点Ｐ１の電位に基づいて、第２の過電流保護回路５６における比較器５６５の非反転入力端子へ供給される基準電圧Ｖ２が設定される。比較器５６５では、このようにして設定された基準電圧Ｖ２の電位と、電流電圧変換回路５２６から出力される検出電圧Ｖc2の電位とが比較される。
【００７７】
ここで、高水温状態では、上記のように比較器５４１の出力信号が「Ｈ」レベルとなることから、第２の過電流保護回路５６におけるＮＰＮトランジスタ５６１もオン状態となり、基準電圧Ｖ２は、抵抗器５６４と、並列接続された抵抗器５６２，５６３との直列接続により定まる。
【００７８】
このようにして、第２の電圧変換回路５２においても、第１の電圧変換回路５１と同様にして、スイッチング信号ＬＳ２１〜ＬＳ２４およびスイッチ信号ＬＳＤ２１，ＬＳＤ２２の制御パルス幅（デューティ比）がそれぞれ制御され、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Ｓ２１〜Ｓ２４および整流用トランジスタＤ２１，Ｄ２２の動作が制御される。そして、基準電位Ｖ２Ｈよりも検出電圧Ｖc2の電位が高くなった場合には、第２の制御ＩＣ５９によって、スイッチング信号ＬＳ２１〜ＬＳ２４およびスイッチ信号ＬＳＤ２１，ＬＳＤ２２における制御パルスの幅がそれぞれ小さくなる（デューティ比を小さくなる）ように設定される。すなわち、第２の電圧変換回路５２が出力電流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、垂下するように制御がなされる。
【００７９】
また、電圧変換動作制御回路５７ではこのとき、第１および第２の温度検出回路５７１，５７２によって、それぞれ第１の電圧変換回路５１の温度Ｔ１および第２の電圧変換回路５２の温度Ｔ２が常に監視されている。具体的には、これらの温度Ｔ１，Ｔ２に応じて、それぞれ接続点Ｐ４１，Ｐ４２の電位が設定される。そして第１および第２の過熱保護回路５７３，５７４ではそれぞれ、設定された接続点Ｐ４１，Ｐ４２の電位に基づいて、論理回路５７５へ出力される入力信号ＳＩＧ１，ＳＩＧ２が設定される。ここで、温度検出回路５７１，５７２では、温度Ｔ１，Ｔ２が通常温度状態である限り、サーミスタ５７１Ｔ，５７２Ｔの両端の電圧値が小さくなり、接続点Ｐ４１，Ｐ４２の電位がそれぞれ基準電圧Ｒｅｆ２１，Ｒｅｆ２２の電位よりも低くなるように設定されている。したがってこの場合は、比較器Ｃｏｍ１，Ｃｏｍ２の出力信号（入力信号ＳＩＧ１，ＳＩＧ２）はいずれも「Ｌ」レベルとなる。また、上記のように、高水温状態では比較器５４１の出力信号が「Ｈ」レベルとなることから、入力端子Ｔinを介して入力される入力信号ＳＩＧ０も「Ｈ」レベルとなる。
【００８０】
したがってこの場合、図４の真理値表５７０に示したように、第１および第２の電圧変換回路５１，５２への電圧変換動作制御信号Ｌon1，Ｌon2はいずれも「Ｈ」レベルとなることから、第１の電圧変換回路５１および第２の電圧変換回路５２はいずれも電圧変換動作を行う、すなわち動作状態となっている。
【００８１】
また、第１および第２の電圧変換回路５１，５２の温度Ｔ１，Ｔ２の少なくとも一方が高温状態であるときには、逆にサーミスタ５７１Ｔ（またはサーミスタ５７２Ｔ）の両端の電圧値が大きくなり、接続点Ｐ４１（または接続点Ｐ４２）の電位が基準電圧Ｒｅｆ２１（または基準電圧Ｒｅｆ２２）の電位よりも高くなる。よってこの場合は入力信号ＳＩＧ１（またはＳＩＧ２）が「Ｈ」レベルとなり、電圧変換動作制御信号Ｌon1（または電圧変換動作制御信号Ｌon2）が「Ｌ」レベルとなることから、第１の電圧変換回路５１（または第２の電圧変換回路５２）が電圧変換動作を行わない、すなわち停止状態となる。なお、このようにして停止状態となった後は、温度Ｔ１（または温度Ｔ２）が通常温度状態まで下がって入力信号ＳＩＧ１（またはＳＩＧ２）が「Ｌ」レベルとなれば、第１の電圧変換回路５１（または第２の電圧変換回路５２）が再び動作状態に戻ることとなる。
【００８２】
このようにして、電圧変換動作制御回路５７によって、第１および第２の電圧変換回路５１，５２の温度Ｔ１，Ｔ２に応じた電圧変換動作の制御がなされ、高水温状態の場合には、温度Ｔ１，Ｔ２が通常温度状態である限り、第１の電圧変換回路５１および第２の電圧変換回路５２のいずれもが電圧変換動作を行うこととなる。
【００８３】
次に、図４〜図８を参照して、水温Ｔが所定の基準水温（基準水温Ｔｃ）よりも低い低水温状態のとき、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。
【００８４】
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。
【００８５】
ＤＣ−ＤＣコンバータ５において、第１の電圧変換回路５１および第２の電圧変換回路５２では、高水温状態のときと基本的に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（出力電圧）Ｖoutへと変換される。そしてこの出力電圧Ｖoutによって補機用バッテリ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。このようにしてヒータ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。
【００８６】
ここで、このＤＣ−ＤＣコンバータ５において高水温状態と異なるのは、図５〜図７に示したように、第１および第２の電圧変換回路５１，５２の出力過電流垂下点Ｉpが高水温状態のときよりも大きくなると共に、図８（Ｅ），（Ｆ）に示したように、第１の電圧変換回路５１と第２の電圧変換回路５２とが交互に選択的に動作する点である。そして詳細は後述するが、このように動作することにより、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。具体的には、低水温状態においては、ＤＣ−ＤＣコンバータ５では、以下のような動作がなされる。
【００８７】
まず、水温Ｔが低下している場合、水温検出手段５３におけるサーミスタ５３１の抵抗値が上昇することから、その両端の電圧値が大きくなり、接続点Ｐ１の電位が基準電圧Ｒｅｆ１の電位よりも高くなる。したがって、比較器５４１の出力信号が「Ｌ」レベルとなり、ＮＰＮトランジスタ５５１，５６１がオフ状態となることから、基準電圧Ｖ１が抵抗器５５４と抵抗器５５３との直列接続により定まり、基準電圧Ｖ２が抵抗器５６４と抵抗器５６３との直列接続により定まることとなる。したがって、例えば図５の矢印Ｘ１で示したように、第１および第２の過電流保護回路５５，５６でそれぞれ生成される基準電位Ｖ１，Ｖ２も、Ｖ１Ｈ，Ｖ２ＨからそれぞれＶ１Ｈ，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、図５の符号Ｐ１０２で示したように、検出電圧Ｖc1，Ｖc2のパルス波形ＰＬＳ３の電位に対応する電流値まで、検出電流Ｉ１，Ｉ２や出力電流Ｉoutの増加が許容され、図６のグラフＧ２における矢印Ｘ２および符号Ｐ１０２、ならびに図７のグラフＧ３に示したように、第１および第２の電圧変換回路５１，５２の出力過電流垂下点Ｉpも、ＩＯＨからＩＯＬまで上昇する。
【００８８】
また、このとき電圧変換動作制御回路５７では、比較器５４１の出力信号が「Ｌ」レベル、すなわち論理回路５７５への入力信号ＳＩＧ０が「Ｌ」レベルとなる（図８（Ｂ））ことから、図４の真理値表５７０から分かるように、この燃料電池発電システムの始動時、すなわち初期状態（図８におけるタイミングｔ０；ＳＩＧ０＝ＳＩＧ１＝ＳＩＧ２＝「Ｌ」）では、電圧変換動作制御信号Ｌon1が「Ｈ」レベルとなる一方，Ｌon2が「Ｌ」レベルとなることから、第１の電圧変換回路５１は動作状態となり、第２の電圧変換回路５２は停止状態となる（図８（Ｅ），（Ｆ））。
【００８９】
このようにして、タイミングｔ０において、第１の電圧変換回路５１は、その出力過電流垂下点ＩpがＩＯＨからＩＯＬまで上昇した状態で動作する一方、第２の電圧変換回路５２は停止状態となる。つまり、第１の電圧変換回路５１のみが、出力電流Ｉoutの増加が許容された状態で選択的に動作することから、ＤＣ−ＤＣコンバータ５内において、第１の電圧変換回路５１に対して回路電流が集中することとなる。また、この第１の電圧変換回路５１は、電界効果型トランジスタ（スイッチングトランジスタＳ１１〜Ｓ１４および整流用トランジスタＤ１１，Ｄ１２）を含んでいることから、これらの素子において電流集中に起因した電力損失Ｐlossの増加が生じ、これにより素子における発熱量も増加する。具体的には、例えば以下の表１にまとめたように、電力損失Ｐlossが増加する。ここで、表１は、高水温状態および低水温状態における、第１および第２の電圧変換回路５１，５２それぞれの状態、出力電流Ｉout、電界効果型トランジスタでの電力損失Ｐloss（ＦＥＴ）、ならびにこれらの第１および第２の電圧変換回路５１，５２での合計値の一例をまとめたものであり、電力損失Ｐloss（ＦＥＴ）については、スイッチング素子（スイッチングトランジスタＳ１１〜Ｓ１４，Ｓ２１〜Ｓ２４）の場合と、整流素子（整流用トランジスタＤ１１，Ｄ１２，Ｄ２１，Ｄ２２）の場合とで分けてまとめている。なお、この場合の例では、高水温状態では、第１および第２の電圧変換回路５１，５２はいずれも出力電流Ｉout＝１１０Ａであり、低水温状態では、第１および第２の電圧変換回路５１，５２のうちの一方（動作状態にある電圧変換回路）は、出力電流Ｉout＝２２０Ａであるものとする。また、電力損失Ｐloss（ＦＥＴ）は、いずれの場合についても、それぞれについての比率で示している。
【００９０】
【表１】
2006278297.tif 000003
【００９１】
表１から分かるように、高水温状態では、第１および第２の電圧変換回路５１，５２はいずれも出力電流Ｉout＝１１０Ａであることから、電力損失Ｐloss（ＦＥＴ）は、スイッチング素子および整流素子のいずれの場合についても、第１の電圧変換回路：第２の電圧変換回路：合計＝１：１：２となる。
【００９２】
一方、低水温状態では、上記のように動作状態にある電圧変換回路の出力電流Ｉout＝２２０Ａ、および停止状態にある電圧変換回路の出力電流Ｉout＝０Ａとなる。ここで、電界効果型トランジスタでの電力損失Ｐloss（ＦＥＴ）は、以下の式（１）および式（２）で示されるように（式（１）；スイッチング素子の場合、式（２）；整流素子の場合）、そのソース・ドレイン間を流れる電流の２乗に比例して増加する。したがって、表１に示したように、スイッチング素子および整流素子のいずれの場合についても、第１の電圧変換回路：第２の電圧変換回路：合計＝４：０：４となり、低水温状態での発熱量は、高水温状態での発熱量の２倍に増加することとなる。
Ｐloss（ＦＥＴ）∝（Ｉout／ｎ）2      …（１）
Ｐloss（ＦＥＴ）∝（Ｉout）2          …（２）
ここで、ｎは、２次側巻線ＣＢ１（ＣＢ２），ＣＣ１（ＣＣ２）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ＣＡ１（ＣＡ２）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Ｓ１１〜Ｓ１４（Ｓ２１〜Ｓ２４）のソース・ドレイン間を流れる電流を表している。
【００９３】
このようにして、ＤＣ−ＤＣコンバータ５では、動作状態にある第１の電圧変換回路内の電界効果型トランジスタ（スイッチングトランジスタＳ１１〜Ｓ１４および整流用トランジスタＤ１１，Ｄ１２）において、発熱量が高水温状態のときよりも増加し、さらにＤＣ−ＤＣコンバータ５（第１の電圧変換回路５１）が水タンク２または水経路ＷＬの少なくとも一方に隣在していることから、これらの部位に伝導する熱量Ｑ２も増加し、図８（Ａ）に示したように、水温が徐々に上昇する。
【００９４】
その後は、第１の電圧変換回路５１での発熱量が増加することから、タイミングｔ１において、この第１の電圧変換回路５１の温度Ｔ１が所定の基準温度よりも高い高温状態となると、前述のように入力信号ＳＩＧ１が「Ｈ」レベルとなり、電圧変換動作制御信号Ｌon1が「Ｌ」レベルとなると共に電圧変換動作制御信号Ｌon2が「Ｈ」レベルとなる（図４）ことから、第１の電圧変換回路５１が停止状態となる一方、第２の電圧変換回路５２は停止状態から動作状態となる。このようにして、タイミングｔ１〜ｔ２においては、第２の電圧変換回路５２のみが出力電流Ｉoutの増加が許容された状態で選択的に動作し、ＤＣ−ＤＣコンバータ５内において、第２の電圧変換回路５２に対して回路電流が集中することとなる。したがって、このタイミングｔ１〜ｔ２においては、上記した第１の電圧変換回路５１の場合と同様にして、動作状態にある第２の電圧変換回路内の電界効果型トランジスタ（スイッチングトランジスタＳ２１〜Ｓ２４および整流用トランジスタＤ２１，Ｄ２２）において、発熱量が高水温状態のときよりも増加し、さらにＤＣ−ＤＣコンバータ５（第２の電圧変換回路５２）が水タンク２または水経路ＷＬの少なくとも一方に隣在していることから、これらの部位に伝導する熱量Ｑ２も増加し、図８（Ａ）に示したように、水温がさらに上昇することとなる。
【００９５】
さらにその後は、図８に示したように、タイミングｔ２〜ｔ３では再び第１の電圧変換回路５１のみが動作状態となり、タイミングｔ３〜ｔ４では第２の電圧変換回路５２のみが動作状態となり、タイミングｔ４〜ｔ５では第１の電圧変換回路５１のみが動作状態となり、タイミングｔ５〜ｔ６では第２の電圧変換回路５２のみが動作状態となり、タイミングｔ６〜ｔ７では第１の電圧変換回路５１のみが動作状態となり、タイミングｔ７〜ｔ８では第２の電圧変換回路５２のみが動作状態となり、タイミングｔ８以降では第１の電圧変換回路５１のみが動作状態となり、といったように、第１および第２の電圧変換回路５１，５２のうちの１つの電圧変換回路のみが選択的に動作するように、これら第１および第２の電圧変換回路５１，５２が互いに周期的動作（交互動作）していき、水温Ｔがさらに上昇していく。なお、このような交互動作が切り替わる時間間隔が徐々に短くなっているのは、それぞれの電圧変換回路の停止状態においても水温Ｔは上昇していることから、第１および第２の電圧変換回路５１，５２の温度Ｔ１，Ｔ２がそれぞれ元の温度まで下がりきらないうちに再び動作状態となるためである。
【００９６】
そして、例えばタイミングｔ９において、水温Ｔが所定の基準水温Ｔｃよりも高くなり、高水温状態となると（図８（Ａ））、前述のように論理回路５７５への入力信号ＳＩＧ０は「Ｈ」レベルとなり（図８（Ｂ））、第１および第２の電圧変換回路５１，５２の温度Ｔ１，Ｔ２が高温状態とならない限りは入力信号ＳＩＧ１，ＳＩＧ２がいずれも「Ｌ」となることから（図８（Ｃ），（Ｄ））、図４の真理値表５７０により、第１および第２の電圧変換回路５１，５２がいずれも動作状態となる（図８（Ｅ），（Ｆ））。なお、このときは、前述のようにその出力過電流垂下点Ｉpは、ＩＯＬからＩＯＨまで低下し、元の状態に戻ることとなる（図６，図７）。また、タイミングｔ１０〜ｔ１１に示したように、例えば第１の電圧変換回路５１が高温状態となった場合には（図８（Ｃ））、図４の真理値表５７０により、第１の電圧変換回路５１が停止状態となる（図８（Ｅ））。
【００９７】
このようにして、ＤＣ−ＤＣコンバータ５内における第１の電圧変換回路５１または第２の電圧変換回路５２における電界効果型トランジスタでの発熱量が増加し、また、ＤＣ−ＤＣコンバータ５（第１および第２の電圧変換回路５１，５２）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。
【００９８】
以上のように、本実施の形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ５（第１および第２の電圧変換回路５１，５２）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内の水温検出回路５３がこれらの部位での水温を検出し、検出された水温Ｔが、設定される所定の基準水温（基準水温Ｔｃ）よりも低い低水温状態のときには、出力電流Ｉoutの増加が許容された状態で第１および第２の電圧変換回路５１，５２のうちの１つの電圧変換回路のみが選択的に動作するように、これら第１および第２の電圧変換回路５１，５２を互いに周期的動作（交互動作）させ、ＤＣ−ＤＣコンバータ５内において、１つの電圧変換回路に対して回路電流を集中させるようにしたので、動作状態にある電圧変換回路内の電界効果型トランジスタにおける発熱量を高水温状態のときよりも増加させ、伝導する熱量Ｑ２も増加させることにより水温Ｔを上昇させることができるので、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。
【００９９】
また、低温時のみに、ＤＣ−ＤＣコンバータ５において上記したような周期的動作（交互動作）を行うので、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。
【０１００】
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。例えば、上記実施の形態では、電圧変換回路が２つの場合で説明してきたが、３つ以上の任意の数により構成することが可能である。
【０１０１】
例えば、上記実施の形態では、スイッチング素子および整流素子が、いずれも電界効果型トランジスタにより構成されている場合（スイッチングトランジスタＳ１１〜Ｓ１４，Ｓ２１〜Ｓ２４および整流用トランジスタＤ１１，Ｄ１２，Ｄ２１，Ｄ２２）の例について説明してきたが、これらのうちの少なくとも１つの素子が電界効果型トランジスタにより構成されていればよい。このように構成した場合、上記実施の形態と比べて、その素子での電力損失、すなわち素子での発熱量が減少するが、従来と比べて燃料電池１を簡易かつ短時間に始動させることは可能である。
【０１０２】
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５３１を含んだ温度検出回路５３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。
【０１０３】
また、上記実施の形態では、第１および第２の電圧変換回路５１，５２がいずれも上記したような選択的動作を行うようになっている場合の例について説明してきたが、全ての電圧変換回路がこのような選択的動作を行う必要はなく、電界効果型トランジスタを含むと共に水経路ＷＬの少なくとも一方に隣在している電圧変換回路のうちの少なくとも１つがこのような選択的動作を行うように構成すればよい。
【０１０４】
また、上記実施の形態では、第１および第２の電圧変換回路５１，５２が互いに周期的動作（交互動作）を行っている場合の例について説明してきたが、必ずしもこのような周期的動作（交互動作）を行う必要はなく、常に特定の電圧変換回路のみが選択動作することにより回路電流を集中させるように構成してもよい。
【０１０５】
また、上記実施の形態では、第１および第２の電圧変換回路５１，５２がいずれも水タンク２または水経路ＷＬの少なくとも一方に隣在している場合の例について説明してきたが、電界効果型トランジスタを含むと共に上記したような選択的動作を行う電圧変換回路のうちの少なくとも１つが、水タンク２または水経路ＷＬの少なくとも一方に隣在しているように構成すればよい。
【０１０６】
また、上記実施の形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ５内の第１および第２の電圧変換回路５１，５２を、いずれも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】
【０１０７】
【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】図２に示した電圧変換動作制御回路の構成を表す回路図である。
【図４】図３に示した論理回路の真理値表を表す特定図である。
【図５】基準電圧と検出電圧のパルス波形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６】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７】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８】第２のＤＣ−ＤＣコンバータの動作を説明するためのタイミング図である。
【符号の説明】
【０１０８】
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…第１の電圧変換回路、５２…第２の電圧変換回路、５１１，５２１…スイッチング回路、５１２，５２２…トランス、５１３，５２３…整流回路、５１４，５２４…平滑回路、５１５，５２５…電流検出トランス、５１６，５２６…電流電圧変換回路、５３…水温検出回路、５３１…サーミスタ、５４…基準電圧制御回路、５４１…比較器、５５…第１の過電流検出回路、５６…第２の過電流検出回路、５５１，５６１…ＮＰＮトランジスタ、５５５，５６５…比較器、５７…電圧変換動作制御回路、５７０…真理値表、５７１…第１の温度検出回路、５７２…第１の過熱保護回路、５７３…第２の温度検出回路、５７４…第２の過熱保護回路、５７１Ｔ，５７３Ｔ…サーミスタ、５７５…論理回路、５８…第１の制御ＩＣ、５９…第２の制御ＩＣ、５８１，５９１…制御パルス生成回路、５８２，５９２…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、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（出力電圧）、Ｉout…出力電流、ＬＯ１，ＬＯ２，ＬＯ…出力ライン、ＬＧ１，ＬＧ２，ＬＧ…接地ライン、Ｑ１，Ｑ２…熱、ＣＬ…冷風、Ｔ１，Ｔ２…入力端子、Ｔ３，Ｔ４…出力端子、Ｈ１，Ｈ２…１次側高圧ライン、Ｌ１，Ｌ２…１次側低圧ライン、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐ４１，Ｐ４２，Ｐ５１，Ｐ５２…接続点、Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ２１〜Ｓ２４…スイッチングトランジスタ、ＬＳ１１〜ＬＳ１４，ＬＳ２１〜ＬＳ２４…スイッチング信号、ＣＡ１，ＣＡ２…１次側巻線、ＣＢ１，ＣＢ２，ＣＣ１，ＣＣ２…２次側巻線、Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ２１，Ｄ２２…整流用トランジスタ、ＬＳＤ１１，ＬＳＤ１２，ＬＳＤ２１，ＬＳＤ２２…スイッチ信号、５１４Ｌ，５２４Ｌ…チョークコイル、５１４Ｃ，５２４Ｃ…平滑コンデンサ、Ｃｏｍ１，Ｃｏｍ２…比較器、ＡＮＤ１〜６…アンド回路、ＯＲ１，ＯＲ２…オア回路、Ｒｅｆ１，Ｒｅｆ２１，Ｒｅｆ２２，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ１Ｌ，Ｖ２Ｌ，Ｖ１Ｈ，Ｖ２Ｈ…基準電圧、ＶＯ…定格出力電圧、ＩＯＨ…定格出力電流、ＩＯＬ，ＩＯＬ１，ＩＯＬ２…低温時出力電流、Ｔｃ…基準水温、Ｉp…出力過電流垂下点、Ｉ１，Ｉ２…検出電流、Ｖc1，Ｖc2…検出電圧、Ｖs1，Ｖs2…比較器の出力信号、Ｌon1，Ｌon2…電圧変換動作制御信号、ＳＩＧ０〜ＳＩＧ２…入力信号、Ｖcc…電源電圧、ｔ０〜ｔ１１…タイミング。
【図１】
2006278297.tif 000004
【図２】
2006278297.tif 000005
【図３】
2006278297.tif 000006
【図４】
2006278297.tif 000007
【図５】
2006278297.tif 000008
【図６】
2006278297.tif 000009
【図７】
2006278297.tif 000010
【図８】
2006278297.tif 000011