(57)【要約】【課題】瞬断と長時間の電力供給の両方に対応しつつ、小型化を実現することが可能な出力変換装置を提供する。【解決手段】出力変換部２０は、燃料電池１と二次電池２とを有する電力供給部からの直流電力を交流電力に変換して配電系統２５０に出力する。停電検知装置１０は、電力系統の異常を検知する。燃料電池出力検知装置１１は燃料電池の状態を検知する。切替部１２は、燃料電池１および二次電池２のそれぞれと出力変換部２０との接続を切り替える。制御器１８は、停電検知装置１０および燃料電池出力検知装置１１の検知結果に基づいて、切替部１２を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と二次電池とを有する電力供給部からの直流電力を交流電力に変換して電力系統に出力する出力変換部と、
前記電力系統の異常を検知する異常検知部と、
前記燃料電池の状態を検知する状態検知部と、
前記燃料電池および前記二次電池のそれぞれと前記出力変換部との接続と切断を切り替える切替部と、
前記異常検知部および前記状態検知部の検知結果に基づいて、前記切替部を制御する制御部と、を備える出力変換装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記異常が検知されている場合、前記異常が検知されてから前記燃料電池が発電状態になるまで、前記二次電池を前記出力変換部に接続し、前記燃料電池が前記発電状態になると、前記燃料電池を前記出力変換部に接続する、請求項１に記載の出力変換装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記異常が検知されている場合、前記燃料電池の起電力が許容条件を満足しない起電力低下状態になってから前記燃料電池の起電力を回復させる再活性化処理が終了するまで、前記二次電池を前記出力変換部に接続し、前記再活性化処理が終了すると、前記燃料電池を前記出力変換部に接続する、請求項１または２に記載の出力変換装置。
【請求項４】
前記出力変換部は、
前記電力供給部からの直流電力を昇圧して出力する昇圧コンバータと、
スイッチング素子を用いて前記昇圧コンバータからの直流電力を交流電力に変換するインバータと、を有する、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の出力変換装置。
【請求項５】
前記出力変換部は、前記昇圧コンバータと前記インバータとの間に設けられた、前記電力系統からの電力を蓄えるコンデンサバンクをさらに有する、請求項４に記載の出力変換装置。
【請求項６】
前記電力系統からの電力を昇圧して前記コンデンサバンクに供給するチャージポンプをさらに備える、請求項５に記載の出力変換装置。
【請求項７】
前記インバータが前記チャージポンプと兼用される、請求項６に記載の出力変換装置。
【請求項８】
前記コンデンサバンクは、前記インバータが前記電力系統に流れる交流電力と同等な交流電力に変換するのに必要な直流電力の電圧よりも高い電圧で電力を蓄える、請求項５ないし７のいずれか１項に記載の出力変換装置。
【請求項９】
前記昇圧コンバータは、
前記電力供給部からの直流電力を高周波交流電力に変換して出力する高周波インバータと、
前記高周波インバータと接続された１次巻線および前記１次巻線と電磁結合する２次巻線とを含む共振トランスと、前記２次巻線に接続された共振コンデンサとを含み、前記高周波交流電力を変圧して出力する共振回路と、
前記共振回路からの高周波交流電力を整流して出力する整流回路と、を有する、請求項４ないし８のいずれか１項に記載の出力変換装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の出力変換装置と、
前記電力供給部と、を備える電源装置。
【請求項１１】
燃料電池と二次電池とを有する電力供給部からの直流電力を交流電力に変換して電力系統に出力する出力変換部を備える出力変換装置の制御方法であって、
前記電力系統の異常を検知する第１の検知ステップと、
前記燃料電池の状態を検知する第２の検知ステップと、
前記第１および前記第２の検知ステップの検知結果に基づいて、前記燃料電池および前記二次電池のそれぞれと前記出力変換部との接続を切り替える切替ステップと、を有する出力変換装置の制御方法。
【請求項１２】
前記出力変換部は、前記電力供給部からの直流電力を昇圧して出力する昇圧コンバータと、スイッチング素子を用いて前記昇圧コンバータからの直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記昇圧コンバータと前記インバータとの間に設けられたコンデンサバンクとを有し、
前記電力系統からの電力を前記コンデンサバンクに蓄えさせる蓄電ステップをさらに有する、請求項１１に記載の出力変換装置の制御方法。
【請求項１３】
前記蓄電ステップでは、前記電力系統からの電力を昇圧して前記コンデンサバンクに蓄えさせる、請求項１２に記載の出力変換装置の制御方法。
【請求項１４】
前記蓄電ステップでは、前記インバータが前記電力系統に流れる交流電力と同等な交流電力に変換するのに必要な直流電力の電圧よりも高い電圧で前記コンデンサバンクに電力を蓄えさせる、請求項１１または１２に記載の出力変換装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の出力を変換する出力変換装置に関し、特に、非常用電源として用いられる燃料電池の出力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
停電などによって商用電源からの電力供給が途切れた場合に、商用電源に代わって電力を負荷機器に供給する非常用電源装置が実用化されている。非常用電源装置で使用される電力供給手段としては、従来、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどの内燃機関が一般的であった。しかしながら、内燃機関には、動作音が大きく、排気ガスを放出することから設置場所が限定されるという問題があり、さらには排気ガスを外部に排出するための排出装置などが必要となるため、設置コストが高いという問題もある。このため、近年では、排気ガスを排出せず、比較的静かな電力供給手段として、鉛蓄電池やリチウムイオン蓄電池などの二次電池や、水素ガスを利用した燃料電池が注目されている。
【０００３】
特許文献１には、燃料電池と二次電池の両方を備えた燃料電池システムが開示されている。この燃料電池システムは、商用電源からの電力供給が途切れた場合、燃料電池から負荷機器に電力を供給する。二次電池は、通常、燃料電池システムの制御装置などへ電力を供給する補助電源として使用されるが、商用電源からの電力供給が途切れた状態において、燃料電池の燃料（水素ガス）を貯蔵する貯蔵容器の交換などによって燃料電池からの電力供給が困難な場合に、交換スイッチを操作することで、負荷機器への電力の供給を燃料電池から二次電池に切り替えることができる。
【０００４】
また、特許文献２には、二次電池を備えた非常用電源装置が開示されている。この非常用電源装置は、二次電池の低電圧化を図るために、二次電池からの電力を昇圧して出力する機能を有している。
【０００５】
また、特許文献３には、燃料電池を備えた非常用電源装置が開示されている。この非常用電源装置では、燃料電池の起動時などに瞬間的な非常用電力を提供するためのスーパーコンデンサが燃料電池に接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−０７２８７９号公報
【特許文献２】特開２０１５−０２７１３５号公報
【特許文献３】特表２００４−５３０８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、燃料電池には発電を開始するまでに時間がかかるという問題があるため、特許文献１に記載された燃料電池システムでは、瞬間的な停電である瞬断に対応することが難しい。また、二次電池を主電源として用いて、商用電源からの電力供給が途切れた場合に二次電池から負荷機器に電力を供給する構成にすれば、瞬断に対応することができる。しかしながら、二次電池は、長時間の電力供給に対応することが容易ではなく、長時間の電力供給に対応するためには装置の大型化を招いてしまうという問題がある。
【０００８】
特許文献２に記載の非常用電源装置では、二次電池の低電圧化を図っているため、二次電池を構成する電池セルの数を減らすことが可能になり、その結果、装置の大型化を抑制できる。しかしながら、二次電池の低電圧化による小型化には限界があるため、特に家屋用などの大規模な非常用電源装置で長時間の電力供給に対応させるためには、十分な小型化を実現することは困難である。
【０００９】
また、特許文献３に記載の非常用電源装置では、瞬断時にスーパーコンデンサから電力を供給することが可能になるため、二次電池を使用しなくても瞬断に対応することができる。しかしながら、スーパーコンデンサの容量は二次電池と比べても非常に小さく、長時間の電力供給に対応するためには装置の大型化を招いてしまう。例えば、燃料電池が起動して発電状態になるまでの時間は、燃料電池の種類や触媒の状況、経時変化などに応じて異なるため、燃料電池が発電状態になるまでの間にスーパーコンデンサからの電力供給を確実に行うためには、スーパーコンデンサの容量を非常に大きくしなければならず、その結果、装置の大型化を招いてしまう。
【００１０】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、瞬断と長時間の電力供給の両方に対応しつつ、小型化を実現することが可能な出力変換装置、電源装置および制御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】
【００１１】
本発明による出力変換装置は、燃料電池と二次電池とを有する電力供給部からの直流電力を交流電力に変換して電力系統に出力する出力変換部と、前記電力系統の異常を検知する異常検知部と、前記燃料電池の状態を検知する状態検知部と、前記燃料電池および前記二次電池のそれぞれと前記出力変換部との接続を切り替える切替部と、前記異常検知部および前記状態検知部の検知結果に基づいて、前記切替部を制御する制御部と、を備える。
【００１２】
本発明による電源装置は、前記出力変換装置と、前記電力供給部と、を備える。
【００１３】
本発明による制御方法は、燃料電池と二次電池とを有する電力供給部からの直流電力を交流電力に変換して電力系統に出力する出力変換部を備える出力変換装置の制御方法であって、前記電力系統の異常を検知する第１のステップと、前記燃料電池の状態を検知する第２のステップと、前記第１および前記第２のステップの検知結果に基づいて、前記燃料電池および前記二次電池のそれぞれと前記出力変換部との接続を切り替えるステップと、を有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電力系統の異常と燃料電池の状態とに基づいて、燃料電池および二次電池と出力変換部との接続が切り替えられるため、状況に合わせて適切な電力供給を行うことが可能になる。したがって、二次電池を用いて瞬断に対応させつつ、燃料電池による長時間の電力供給が可能となるため、瞬断と長時間の電力供給の両方に対応しつつ、二次電池の容量を抑制することが可能になる。このため、瞬断と長時間の電力供給の両方に対応しつつ、小型化を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態である非常用電源装置を示す回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態の電源装置である非常用電源装置を示す回路構成図である。図１に示す非常用電源装置１００は、商用電源２００と商用電源２００からの商用電力で動作する負荷機器３００との間の電力系統である配電系統２５０に系統連係する。
【００１８】
非常用電源装置１００は、配電系統２５０の異常時に商用電源２００の代わりに電力を負荷機器３００に供給する電力供給部５０を備える。配電系統２５０の異常は、例えば、商用電源２００からの電力供給が途切れた停電、商用電力の電圧超過および商用電力の周波数異常などである。
【００１９】
電力供給部５０は、燃料電池１と二次電池２とを有する。燃料電池１は、水素ガスおよび酸素ガスから直流電力を取り出して出力する。燃料電池１は、燃料（水素ガス）を供給するための補機類（図示せず）を備えている。燃料電池１は、一般的に長期間の使用により、触媒特性の影響で起電力（発電力）が低下することが知られている。低下した起電力は、起電力を回復させる再活性化処理を実行することで回復させることができる。燃料電池１の種類は特に限定されない。燃料電池１としては、例えば、固体高分子形燃料電池、リン酸形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池および固体酸化物形燃料電池などが挙げられる。
【００２０】
二次電池２は、充電可能な電池であり、充電された直流電力を出力する。二次電池２は、燃料電池１と並列に接続される。本実施形態では、二次電池２は、後述するように配電系統２５０の異常が検知されてから燃料電池１が発電状態になるまでの期間と、燃料電池１の再活性化処理による発電停止期間に、電力を負荷機器３００に供給する。このため、二次電池２は、これらの期間に負荷機器３００に電力を供給できるだけの容量を有していればよい。発電状態は、例えば、燃料電池１が発電している状態または、燃料電池１が定常状態で発電している状態などである。二次電池２の種類は特に限定されない。二次電池２としては、例えば、鉛蓄電池およびリチウムイオン蓄電池などが挙げられる。
【００２１】
非常用電源装置１００は、電力供給部５０を商用電源２００から負荷機器３００までの配電系統２５０に系統連係させる出力変換装置５１を備える。出力変換装置５１は、電力供給部５０からの直流電力を、商用電力と同等な交流電力に変換して配電系統２５０に出力する。商用電力と同等な交流電力は、例えば、単相３線式１００／２００Ｖであり、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの周波数を有する。
【００２２】
出力変換装置５１は、停電検知装置１０と、燃料電池出力検知装置１１と、切替部１２と、入力コンデンサ１３と、昇圧コンバータ１４と、コンデンサバンク１５と、インバータ１６と、フィルタ回路１７と、制御器１８とを備える。入力コンデンサ１３、昇圧コンバータ１４、コンデンサバンク１５、インバータ１６およびフィルタ回路１７は出力変換部２０を構成する。
【００２３】
停電検知装置１０は、配電系統２５０の異常を検知し、その検知結果を示す検知信号を出力する異常検知部である。本実施形態では、停電検知装置１０は、配電系統２５０の異常として、商用電源２００からの電力供給が途切れた停電を検知する。このような停電検知装置１０としては、例えば、商用電源２００に抵抗を介して接続されたフォトカプラと、フォトカプラの出力側に接続された積分回路とを備え、積分回路から商用電源の交流電力波形に同期したパルス電圧を出力する構成などが挙げられる。この例では、停電検知装置１０は、パルス電圧の電圧値が閾値以下になった場合に停電を検知する。
【００２４】
燃料電池出力検知装置１１は、燃料電池１の状態を検知し、その検知結果を示す検知信号を出力する状態検知部である。本実施形態では、燃料電池出力検知装置１１は、燃料電池１の出力特性に関する値を測定することで、燃料電池１の状態を検知する。例えば、燃料電池出力検知装置１１は、燃料電池１の出力特性に関する値として燃料電池１の端子電圧と端子を流れる電流とを測定する。そして、燃料電池出力検知装置１１は、端子電圧が許容範囲に含まれる場合、または、端子電圧が所定時間連続して許容範囲に含まれる場合、燃料電池１を発電状態と検知する。また、燃料電池出力検知装置１１は、出力特性（端子電圧と電流との関係）が許容限界を示す下限特性を下回った場合、燃料電池１を起電力が許容条件を満足しない起電力低下状態と検知する。
【００２５】
切替部１２は、燃料電池１および二次電池２のそれぞれと出力変換部２０との接続を切り替える。
【００２６】
入力コンデンサ１３、昇圧コンバータ１４、コンデンサバンク１５、インバータ１６およびフィルタ回路１７は、上述したように出力変換部２０を構成する。出力変換部２０は、電力供給部５０からの直流電力（つまり、切替部１２にて接続された燃料電池１または二次電池２からの直流電力）を商用電力と同等な交流電力に変換して配電系統２５０に出力する。
【００２７】
入力コンデンサ１３は、昇圧コンバータ１４の２つの入力端子の間に設けられ、電力供給部５０からの直流電力を平滑化して昇圧コンバータ１４に入力する。
【００２８】
昇圧コンバータ１４は、入力された直流電力を昇圧して出力する。昇圧コンバータ１４は、高周波インバータ３と、共振トランス４と、共振コンデンサ５と、整流回路６とを有する。
【００２９】
高周波インバータ３は、入力された直流電力を高周波交流電力に変換して出力する。具体的には、高周波インバータ３は、スイッチング素子を用いて直流電力を高周波交流電力に変換する高周波インバータである。本実施形態では、高周波インバータ３は、スイッチング素子で構成されたフルブリッジ回路であり、スイッチング素子を高周波で駆動させることで、燃料電池１および二次電池２の直流電力を高周波交流電力に変換する。
【００３０】
共振トランス４および共振コンデンサ５は、高周波インバータ３からの高周波交流電力を変圧（ここでは、昇圧）して出力する共振回路を構成する。共振トランス４は、高周波インバータ３と接続された１次巻線４ａと、共振コンデンサ５と接続された２次巻線４ｂとを有し、１次巻線４ａおよび２次巻線４ｂとが電磁結合するように配置される。また、共振トランス４は、漏れ磁束のための磁気回路（図示せず）を備える。
【００３１】
共振トランス４の各巻線に生じる巻線電圧Ｅは、下記の式（１）で表すことができる。
【数１】
2018139167.tif 000003
【００３２】
ここで、Ｋは巻線定数、Ｂｇは磁気回路の磁束密度、Ｓは磁気回路の断面積、Ｆは共振トランス４の駆動周波数、Ｎは巻線の巻数である。
【００３３】
式（１）に示されたように同じ巻線電圧を得る場合、駆動周波数と巻数とは反比例の関係にあるため、駆動周波数を高くすることで巻数を少なくすることができる。このため、共振トランス４では、一般的に高周波で駆動するものが低周波で駆動するものよりも小さくできる。したがって、共振トランス４の前段に高周波インバータ３を配置して高周波交流電圧を生成することで、共振トランス４の小型化を図ることが可能になる。
【００３４】
共振トランス４および共振コンデンサ５で構成される共振回路は、共振トランス４の１次巻線４ａの巻数と２次巻線４ｂの巻数の比によって、１次巻線４ａの巻線電圧を２次巻線４ｂで変圧する。一般的にインバータでは、駆動周波数が高いほど、スイッチ回数が増加し、それによりスイッチング損失が増大する。これに対して共振回路は共振周波数付近で駆動し、共振周波数付近では、電流の位相と電圧の位相と位相差がゼロとなるため、高周波インバータ３に対してゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ：Zero Voltage Switching）またはゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ：Zero Current Switching）を行うことが可能になる。したがって、スイッチング損失を抑制することができる。
【００３５】
なお、共振回路を駆動させる共振周波数Ｆは、下記の式（２）で表すことができる。
【数２】
2018139167.tif 000004
ここで、Ｌは共振トランス４の漏れインダクタンス、Ｃは共振コンデンサ５の静電容量である。
【００３６】
整流回路６は、共振トランス４および共振コンデンサ５を備える共振回路からの高周波交流電力を整流して出力する。
【００３７】
コンデンサバンク１５は、昇圧コンバータ１４とインバータ１６との間に設けられ、配電系統２５０からの商用電力を蓄える。具体的には、コンデンサバンク１５は、後述するインバータ１６が商用電力と同等な交流電力に変換するのに必要な直流電力の電圧よりも高い電圧（例えば、３５０Ｖ）で電力を蓄える。コンデンサバンク１５に蓄えられた電力は、停電時に二次電池２からの電力が負荷機器３００に供給されるまでの間に消費される。
【００３８】
インバータ１６は、整流回路６からの高電圧直流電力を商用電力と同等な交流電力に変換する。具体的には、インバータ１６は、スイッチング素子を用いて直流電力を交流電力に変換する。本実施形態では、インバータ１６は、スイッチング素子で構成されたフルブリッジ回路であり、スイッチング素子を高周波で駆動させることで、昇圧コンバータ１４からの直流電力を高周波交流電力に変換する。
【００３９】
また、配電系統２５０に異常が発生していない通常時には、インバータ１６は、配電系統２５０からの商用電力を昇圧してコンデンサバンク１５に蓄えるチャージポンプとして機能する。
【００４０】
フィルタ回路１７は、インバータ１６から出力される交流電流に含まれる高周波成分を除去するローパスフィルタである。
【００４１】
制御器１８は、非常用電源装置１００全体を制御する制御部である。制御器１８は、具体的には、停電検知装置１０および燃料電池出力検知装置１１のそれぞれからの検知信号が示す検知結果に基づいて、電源供給部、切替部１２および出力変換部２０を制御する。
【００４２】
例えば、停電検知装置１０にて停電が検知された場合、制御器１８は、出力変換部２０を動作させるとともに、燃料電池１が発電状態になるまでの期間、切替部１２を用いて二次電池２を出力変換部２０に接続する。その後、燃料電池１が発電状態になると、制御器１８は、切替部１２を用いて燃料電池１を出力変換部２０に接続する。
【００４３】
また、停電検知装置１０にて停電が検知されている状態において、燃料電池出力検知装置１１にて起電力低下状態が検知された場合、制御器１８は、切替部１２を用いて二次電池２を出力変換部２０に接続し、燃料電池１に対する再活性処理を実行する。再活性処理が終了すると、切替部１２を用いて燃料電池１を出力変換部２０に接続する。したがって、制御器１８は、燃料電池１の再活性化処理による発電停止期間、つまり、起電力低下状態になってから再活性化処理が終了するまでの期間、制御器１８は、二次電池２を出力変換部２０に接続し、再活性処理が終了すると、燃料電池１を出力変換部２０に接続する。
【００４４】
なお、制御器１８やタッチパネルのようなユーザ操作部（図示せず）などを駆動するための制御電力は、コンデンサバンク１５に蓄電された電力からＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）などを用いて生成してもよい。また、コンデンサバンク１５に蓄電された電力からＤＣ／ＤＣコンバータなどを用いて生成した電力を二次電池２に充電してもよい。
【００４５】
また、図１に示されているように本実施形態では、通常時には商用電力をそのまま負荷機器３００に供給しつつ、商用電力の一部を分岐して非常用電源装置１００に供給する常時商用給電方式が使用されている。
【００４６】
次に出力変換装置５１の動作について説明する。
【００４７】
通常時には、制御器１８は、切替部１２を用いて燃料電池１および二次電池２の両方を出力変換部２０から切断しておく。この場合、商用電力は配電系統２５０を経由してそのまま負荷機器３００に供給される。また、商用電力の一部は出力変換装置５１に供給される。制御器１８は、インバータ１６に対して駆動信号を入力して、インバータ１６をチャージポンプとして駆動させる。インバータ１６は、商用電力を昇圧してコンデンサバンク１５に蓄える。なお、コンデンサバンク１５に所定の電力が蓄えられた場合、制御器１８は、インバータ１６への駆動信号の入力を停止する。
【００４８】
停電検知装置１０にて停電が検知された場合、停電検知装置１０から停電を示す検知信号が制御器１８に入力される。制御器１８は、昇圧コンバータ１４およびインバータ１６に対して駆動信号を入力して、昇圧コンバータ１４およびインバータ１６を動作させるとともに、切替部１２に対して二次電池２を出力変換部２０に接続させる。
【００４９】
これにより二次電池２からの直流電力が出力変換部２０にて商用電力と同等な交流電力に変換され、配電系統２５０を経由して負荷機器３００に供給される。具体的には、二次電池２からの直流電力は、入力コンデンサ１３にて平滑化された後、昇圧コンバータ１４で昇圧されてインバータ１６に入力される。入力された直流電力は、インバータ１６で交流電力に変換され、その後、フィルタ回路１７で高周波成分が除去されて配電系統２５０を経由して負荷機器３００に供給される。
【００５０】
このとき、二次電池２が出力変換部２０と接続されてから、二次電池２からの直流電力が昇圧コンバータ１４で昇圧されてインバータ１６に入力されるまでには時間がかかる。その間、コンデンサバンク１５に蓄えられた電力がインバータ１６に入力され、交流電力となって負荷機器３００に供給される。このため、負荷機器３００への電力供給が途切れることを抑制することができる。なお、コンデンサバンク１５の電圧は、徐々に低下するが、二次電池２からの電力が昇圧コンバータ１４を経由して供給されると、回復する。
【００５１】
二次電池２を出力変換部２０に接続してから所定時間経過しても配電系統２５０の異常が解消しなかった場合、制御器１８は、燃料電池１に動作信号を出力して燃料電池１を駆動する。その後、燃料電池１が発電状態になると、制御器１８は、切替部１２に対して燃料電池１を出力変換部２０に接続させるとともに、二次電池２と出力変換部２０との接続を切断させる。これにより、燃料電池１からの直流電力が出力変換部２０にて商用電力と同等な交流電力に変換され、配電系統２５０を経由して負荷機器３００に供給される。
【００５２】
燃料電池１を出力変換部２０に接続している間に、燃料電池１の起電力が低下して燃料電池出力検知装置１１から起電力低下状態を示す検知信号が入力された場合、制御器１８は、切替部１２に対して二次電池２を出力変換部２０と接続させるとともに、燃料電池１と出力変換部２０との接続を切断させる。これにより、二次電池２からの直流電力が出力変換部２０にて商用電力と同等な交流電力に変換され、負荷機器３００に供給される。そして、制御器１８は、燃料電池１に対して再活性処理の実行を指示し、その後、再活性処理が終了すると、切替部１２に対して燃料電池１を出力変換部２０に接続させるとともに、二次電池２と出力変換部２０との接続を切断させる。
【００５３】
以上説明したように本実施形態によれば、停電検知装置１０および燃料電池出力検知装置１１の検知結果に基づいて、燃料電池１および二次電池２と出力変換部２０との接続が切り替えられるため、状況に合わせて適切な電力供給を行うことが可能になる。したがって、二次電池２を用いて瞬断に対応させつつ、燃料電池１による長時間の電力供給が可能となる。このため、瞬断と長時間の電力供給の両方に対応しつつ、小型化を実現することが可能になる。
【００５４】
また、本実施形態では、停電が検知されてから燃料電池１が発電状態になるまでの期間、および、燃料電池１が起電力低下状態になってから再活性化処理が終了するまでの期間、二次電池２が出力変換部２０に接続され、それ以外の期間、燃料電池１が出力変換部２０に接続される。このため、二次電池２が使用される期間を短くすることが可能になるため、二次電池２の容量を少なくすることが可能になる。したがって、出力変換装置５１の小型化を図ることが可能になる。
【００５５】
また、本実施形態では、配電系統２５０からの商用電力を蓄えるコンデンサバンク１５が昇圧コンバータ１４とインバータ１６との間に設けられているため、停電時にコンデンサバンク１５に蓄えられた電力を直ぐに負荷機器３００に供給することが可能になる。このため、通常時に昇圧コンバータ１４を動作させておくことで、停電時に二次電池２からの電力を直ぐに負荷機器３００に供給できるように待機しておかなくてもよくなるため、通常時の電力消費を軽減することが可能になる。したがって、通常時の高効率化を図ることが可能になる。
【００５６】
また、本実施形態では、チャージポンプにより配電系統２５０からの電力を昇圧してコンデンサバンク１５に蓄えるため、高い電圧を有する電力をコンデンサバンク１５に蓄えることが可能になる。したがって、商用電力と同等の交流電力を得るのに必要最低限な直流電圧で電力を蓄えるよりもコンデンサバンク１５の容量を少なくすることが可能になるため、コンデンサバンク１５の小型化を図ることが可能になる。
【００５７】
また、本実施形態では、インバータ１６がチャージポンプを兼用しているため、コンデンサバンク１５に電力を蓄えるために新たに回路を追加する必要がない。このため、出力変換装置５１の小型化および低コスト化を図ることが可能になる。
【００５８】
また、本実施形態では、昇圧コンバータ１４は、直流電力を高周波交流電力に変換して出力する高周波インバータ３と、高周波交流電力を変圧して出力する共振回路（共振トランス４および共振コンデンサ５）と、共振回路からの高周波交流電力を整流して出力する整流回路６とを備える。このため、高周波インバータ３に対してゼロ電圧スイッチングまたはゼロ電流スイッチングを行うことが可能になるため、スイッチング損失を抑制することができる。また、共振トランス４の小型化を図ることが可能になる。
【００５９】
また、本実施形態では、通常時には商用電力をそのまま負荷へ供給する常時商用給電方式が使用されているため、通常時の消費電力を常時インバータ方式などと比べて小さくすることが可能になる。
【００６０】
以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６１】
１  燃料電池
２  二次電池
３  高周波インバータ
４  共振トランス
４ａ  １次巻線
４ｂ  ２次巻線
５  共振コンデンサ
６  整流回路
１０  停電検知装置
１１  燃料電池出力検知装置
１２  切替部
１３  入力コンデンサ
１４  昇圧コンバータ
１５  コンデンサバンク
１６  インバータ
１７  フィルタ回路
１８  制御器
２０  出力変換部
５０  電力供給部
５１  出力変換装置
１００  非常用電源装置
２００  商用電源
２５０  配電系統
３００  負荷機器
【図１】
2018139167.tif 000005