(57)【要約】【課題】高周波絶縁トランスでの損失を低減することが可能な燃料電池発電装置を提供する。【解決手段】燃料電池からなる直流電源１１と、直流電源１１の出力電圧を昇圧する第１のコンバータ１６と、第１のコンバータ１６の出力電圧を系統１９の交流電圧の最大値より高い所定の直流電圧に昇圧する第２のコンバータ１７と、第２のコンバータ１７の出力電圧を系統１９に連系可能な交流電圧に変換するインバータ１８と、第１のコンバータ１６と第２のコンバータ１７とインバータ１８を制御する制御手段２０とを備え、第２のコンバータ１７は、共振電圧を発生する共振電圧発生手段２１と、第２のコンバータ１７の出力電圧が所定の直流電圧になるように共振電圧発生手段２１により発生した共振電圧のピークを低減する共振電圧ピーク低減手段２２とを有し、第２のコンバータ１７で昇圧するので、高周波絶縁トランス１３での損失を低減できる。【選択図】図１
2011160603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池からなる直流電源と、ブリッジを構成する複数のスイッチング素子、一次側が前記ブリッジに接続された第１の高周波絶縁トランス、前記第１の高周波絶縁トランスの二次側に接続された第１の整流回路、前記第１の整流回路の出力側に接続された第１の平滑回路からなり前記直流電源の出力電圧を昇圧する第１のコンバータと、前記第１のコンバータの出力電圧を系統の交流電圧の最大値より高い所定の直流電圧に昇圧する第２のコンバータと、前記第２のコンバータの出力電圧を系統に連系可能な交流電圧に変換するインバータと、前記第１のコンバータと前記第２のコンバータと前記インバータを制御する制御手段とを備え、系統と連系して交流負荷に交流電力を供給する燃料電池発電装置であって、前記第２のコンバータは、共振電圧を発生する共振電圧発生手段と、前記第２のコンバータの出力電圧が所定の直流電圧になるように前記共振電圧発生手段により発生した共振電圧のピークを低減する共振電圧ピーク低減手段とを有する燃料電池発電装置。
【請求項２】
第２のコンバータは、第１のスイッチング素子と第２の高周波絶縁トランスの一次巻線とを直列に接続すると共に、前記第２の高周波絶縁トランスの一次巻線に並列に第１のコンデンサを接続し、さらに前記第１のスイッチング素子に並列に逆導通ダイオードを接続してなる共振電圧発生手段と、第２のスイッチング素子と第２のコンデンサとを直列に接続したものを前記第１のコンデンサに並列に接続してなる共振電圧ピーク低減手段と、前記第２の高周波絶縁トランスの二次側に接続された第２の整流回路と、前記第２の整流回路の出力側に接続された第２の平滑回路とを備えた請求項１記載の燃料電池発電装置。
【請求項３】
制御手段は、第１のコンバータのブリッジを構成する複数のスイッチング素子を一定の周波数かつ一定のパルス幅で動作させる第１の駆動手段と、第２のコンバータの第１のスイッチング素子を一定の周波数かつ一定のパルス幅で動作させ、第２のスイッチング素子を前記第１のスイッチング素子の非導通期間にパルス幅を可変して動作させる第２の駆動手段と、インバータを一定の周波数かつパルス幅変調で動作させる第３の駆動手段とを有する請求項２記載の燃料電池発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池で発電した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燃料電池発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の燃料電池発電装置としては、特許文献１に示されているようなものが知られている。以下、図面を参照しながら特許文献１に開示された従来の燃料電池発電装置を説明する。図８は、従来の燃料電池発電装置の構成を示すブロック図である。
【０００３】
図８に示すように、従来の燃料電池発電装置では、それぞれ直列接続されたスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４により第１のコンバータ１を構成し、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のコレクタ−エミッタ間（またはドレイン−ソース間）には、ゼロ電圧スイッチング用の共振コンデンサ３ａ〜３ｄが接続されている。
【０００４】
第１のコンバータ１の出力は、高周波絶縁トランス２の１次側に接続され、その２次側には整流手段４と、第２のコンバータ５と、インバータ６とが接続され、系統７に連系している。
【０００５】
第２のコンバータ５は、スイッチング素子Ｑ５とダイオードとコイルとで構成されており、スイッチング素子Ｑ５の導通比に比例した出力電圧Ｖｏを降圧動作により得ている。
【０００６】
図９は、従来の燃料電池発電装置の回路を構成する各部の電圧波形図であり、入力直流電圧Ｖｉｎから、第１のコンバータ１をスイッチングすることでＶ２ｉｎの高周波電圧のパルス列を得る。高周波絶縁トランス２の巻数比で２次側に昇圧してＶ２ｏｕｔの高周波電圧のパルス列を出力した後、整流手段４で直流電圧ＶＭに変換される。ここで第１のコンバータ１は一定の周波数とパルス幅でスイッチングしているため昇圧比が一定となることから、整流手段４の出力電圧ＶＭは、第１のコンバータ１の入力電圧Ｖｉｎに比例して増加する。
【０００７】
さらに駆動手段８は、第２のコンバータ５の出力電圧Ｖｏを直流電圧検知手段９で検知し、得られた値が目標電圧に維持されるように駆動手段８が第２のコンバータ５をスイッチングすることで、整流手段４の出力電圧を降圧し、インバータ６に対して適正な入力電圧を供給している。インバータ６は系統電圧の最大値以上の入力直流電圧を、系統７の交流電圧に同期してパルス幅制御（ＰＷＭ）することで、力率１運転となる正弦波状の出力電流を生成している。
【０００８】
以上のように、整流手段４とインバータ６との間に第２のコンバータ５を配置して、直流電源の出力電圧やインバータ６の出力電力にかかわらず、インバータ６への入力電圧を常時一定電圧に維持することにより、第１のコンバータ１の動作条件が固定されることから、常時ゼロ電圧スイッチング動作により高効率な発電装置としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１９９８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら上記従来の構成では、第２のコンバータ５を用いて系統の交流電圧の最大値より高い所定の直流電圧を一定値に制御を行うためには、第２のコンバータ５に出力する際に、系統７の交流電圧の最大値より高い所定の直流電圧以上の値まで、燃料電池からなる直流電源電圧を高周波絶縁トランス２で昇圧する必要があるため、高周波絶縁トランス２の巻数比を高くすることで、高周波絶縁トランス２での損失が大きくなるという課題があった。
【００１１】
本発明は、上記従来技術の課題に鑑み、高周波絶縁トランスでの損失を低減することが可能な燃料電池発電装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池発電装置は、燃料電池からなる直流電源と、ブリッジを構成する複数のスイッチング素子、一次側が前記ブリッジに接続された第１の高周波絶縁トランス、前記第１の高周波絶縁トランスの二次側に接続された第１の整流回路、前記第１の整流回路の出力側に接続された第１の平滑回路からなり前記直流電源の出力電圧を昇圧する第１のコンバータと、前記第１のコンバータの出力電圧を系統の交流電圧の最大値より高い所定の直流電圧に昇圧する第２のコンバータと、前記第２のコンバータの出力電圧を系統に連系可能な交流電圧に変換するインバータと、前記第１のコンバータと前記第２のコンバータと前記インバータを制御する制御手段とを備え、系統と連系して交流負荷に交流電力を供給する燃料電池発電装置であって、前記第２のコンバータは、共振電圧を発生する共振電圧発生手段と、前記第２のコンバータの出力電圧が所定の直流電圧になるように前記共振電圧発生手段により発生した共振電圧のピークを低減する共振電圧ピーク低減手段とを有するのである。
【００１３】
上記構成において、第２のコンバータは昇圧回路であり、燃料電池の出力電圧変化やインバータの出力電力などの動作範囲において、系統の交流電圧の最大値より高い所定の直流電圧を一定値に制御を行うのである。
【００１４】
これにより、燃料電池の直流電圧を高周波絶縁トランスで昇圧する際に、昇圧比を小さくすることができ、系統の交流電圧の最大値より高い所定の直流電圧以下で昇圧し、高周波絶縁トランスでの損失を低減することが可能になる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の燃料電池発電装置は、燃料電池の直流電圧を高周波絶縁トランスで昇圧する際に、昇圧比を小さくすることができ、系統の交流電圧の最大値より高い所定の直流電圧以下で昇圧し、高周波絶縁トランスでの損失を低減することが可能な燃料電池発電装置とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１による燃料電池発電装置のブロック図
【図２】同実施の形態の燃料電池発電装置における共振電圧発生手段と共振電圧ピーク低減手段の各動作モードでの等価回路を示す回路図
【図３】同実施の形態の燃料電池発電装置における回路を構成する各部の電圧波形を説明するための回路図と電圧波形図とを対応させた説明図
【図４】本発明の実施の形態２による燃料電池発電装置のブロック図
【図５】同実施の形態の燃料電池発電装置における共振電圧発生手段と共振電圧ピーク低減手段の各動作モードでの等価回路を示す回路図
【図６】本発明の実施の形態３による燃料電池発電装置の回路ブロック図
【図７】同実施の形態の燃料電池発電装置における回路を構成する各部の電圧波形を説明するための回路図と電圧波形図とを対応させた説明図
【図８】従来の燃料電池発電装置のブロック図
【図９】従来の燃料電池発電装置における回路を構成する各部の電圧波形を説明するための回路図と電圧波形図とを対応させた説明図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
第１の発明は、燃料電池からなる直流電源と、ブリッジを構成する複数のスイッチング素子、一次側が前記ブリッジに接続された第１の高周波絶縁トランス、前記第１の高周波絶縁トランスの二次側に接続された第１の整流回路、前記第１の整流回路の出力側に接続された第１の平滑回路からなり前記直流電源の出力電圧を昇圧する第１のコンバータと、前記第１のコンバータの出力電圧を系統の交流電圧の最大値より高い所定の直流電圧に昇圧する第２のコンバータと、前記第２のコンバータの出力電圧を系統に連系可能な交流電圧に変換するインバータと、前記第１のコンバータと前記第２のコンバータと前記インバータを制御する制御手段とを備え、系統と連系して交流負荷に交流電力を供給する燃料電池発電装置であって、前記第２のコンバータは、共振電圧を発生する共振電圧発生手段と、前記第２のコンバータの出力電圧が所定の直流電圧になるように前記共振電圧発生手段により発生した共振電圧のピークを低減する共振電圧ピーク低減手段とを有するものである。
【００１８】
上記構成において、第２のコンバータは昇圧回路であり、燃料電池の出力電圧変化やインバータの出力電力などの動作範囲において、系統の交流電圧の最大値より高い所定の直流電圧を一定値に制御を行うのである。
【００１９】
これにより、燃料電池の直流電圧を高周波絶縁トランスで昇圧する際に、昇圧比を小さくすることができ、系統の交流電圧の最大値より高い所定の直流電圧以下で昇圧し、高周波絶縁トランスでの損失を低減することが可能になる。
【００２０】
第２の発明は、特に、第１の発明における第２のコンバータが、第１のスイッチング素子と第２の高周波絶縁トランスの一次巻線とを直列に接続すると共に、前記第２の高周波絶縁トランスの一次巻線に並列に第１のコンデンサを接続し、さらに前記第１のスイッチング素子に並列に逆導通ダイオードを接続してなる共振電圧発生手段と、第２のスイッチング素子と第２のコンデンサとを直列に接続したものを前記第１のコンデンサに並列に接続してなる共振電圧ピーク低減手段と、前記第２の高周波絶縁トランスの二次側に接続された第２の整流回路と、前記第２の整流回路の出力側に接続された第２の平滑回路とを備えたものであり、第１のスイッチング素子で共振電圧を発生させ、第２のスイッチング素子で共振電圧のピーク値を低減することができ、系統の交流電圧の最大値より高い所定の直流電圧を一定値に制御する燃料電池発電装置を実現することができる。また、共振電圧ピーク低減手段の第２のスイッチング素子に並列に逆導通ダイオードを接続しない構成とすることにより、任意のタイミングで第２のコンデンサに充電を開始することができるので、第１のスイッチング素子の電圧の制御範囲を拡大することができる。
【００２１】
第３の発明は、第２の発明における制御手段が、第１のコンバータのブリッジを構成する複数のスイッチング素子を一定の周波数かつ一定のパルス幅で動作させる第１の駆動手段と、第２のコンバータの第１のスイッチング素子を一定の周波数かつ一定のパルス幅で動作させ、第２のスイッチング素子を前記第１のスイッチング素子の非導通期間にパルス幅を可変して動作させる第２の駆動手段と、インバータを一定の周波数かつパルス幅変調で動作させる第３の駆動手段とを有するものであり、燃料電池の出力電圧変化やインバータの出力電力などの動作範囲において、第１のスイッチング素子での共振動作を維持させつつ、第２のスイッチング素子で共振電圧のピーク値を低減することができることから、直流電源の出力電圧やインバータの出力電力にかかわらず、インバータへの入力電圧を常時一定電圧に維持することにより、第１のコンバータの動作条件が固定され常時ゼロ電圧スイッチング動作により高効率な燃料電池発電装置を実現することができる。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２３】
（実施の形態１）
本実施の形態は請求項１に係わる。図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置のブロック図を示すものである。図２は、同実施の形態の燃料電池発電装置における共振電圧発生手段と共振電圧ピーク低減手段の各動作モードでの等価回路を示す回路図を示すものである。図３は、同実施の形態の燃料電池発電装置における回路を構成する各部の電圧波形を説明するための回路図と電圧波形図とを対応させた説明図である。
【００２４】
図１から図３に示すように本実施の形態の燃料電池発電装置は、燃料電池などの直流電源１１に直流電圧の変動を抑える平滑コンデンサが並列に接続され、高周波スイッチングを行うスイッチング素子で構成されるブリッジ１２と第１の高周波絶縁トランス１３の一次巻線が接続され、ブリッジ１２から出力される高周波電圧が印加される。
【００２５】
巻数比に比例した電圧が高周波絶縁トランス１３の二次側に出力され、昇圧された高周波電圧が二次巻線に接続された第１の整流回路１４で整流され第１の平滑回路１５により直流高電圧を得る。第１のコンバータ１６は、ブリッジからなるスイッチング素子１２と高周波絶縁トランス１３と第１の整流回路１４と第１の平滑回路１５とで構成される。
【００２６】
系統１９に接続されるインバータ１８と、第１のコンバータ１６との間に接続される第２のコンバータ１７は、昇圧手段を有しており、共振電圧発生手段２１と共振電圧ピーク低減手段２２から構成される。ブリッジ１２と、第１のコンバータ１６と、第２のコンバータ１７とインバータ１８には、制御手段２０から制御信号が与えられる。
【００２７】
次に図２において、第２のコンバータ１７の内、昇圧手段を有する共振電圧発生手段２１と共振電圧ピーク低減手段２２の動作を説明する。
【００２８】
まず、モード１で共振電圧発生手段２１を構成するスイッチング素子Ｑａに駆動信号が与えられる。このとき電流は、直流電源１１から第１の高周波絶縁トランス１３の一次巻線を通って流れる。次に、モード２では共振電圧発生手段２１を構成するスイッチング素子Ｑａがオフし、第１の高周波絶縁トランス１３の一次巻線を通って流れていた電流は、共振電圧発生手段２１のコンデンサに向かって流れ始めると同時に、共振電圧発生手段２１を構成するスイッチング素子Ｑａの電圧が上昇する。
【００２９】
共振電圧発生手段２１を構成するスイッチング素子Ｑａの電圧がＶＭを超えるとモード３に移り、共振電圧ピーク低減手段２２を構成するスイッチング素子Ｑｂを構成する逆導通ダイオードがオンする。従って、第１の高周波絶縁トランス１３の一次巻線を通って流れる電流は、共振電圧発生手段２１のコンデンサと共振電圧ピーク低減手段２２のコンデンサに分流し、共振電圧発生手段２１を構成するスイッチング素子Ｑａの電圧の傾きは緩くなる。このモード３の間に、共振電圧ピーク低減手段２２を構成するスイッチング素子Ｑｂに駆動信号が与えておくが、これは次のモードで有効になる。
【００３０】
次に、共振電圧発生手段２１を構成する高周波絶縁トランス１３の一次巻線を通って流れる電流がゼロを通過、すなわち共振により第１の高周波絶縁トランス１３の一次巻線と共振電圧発生手段２１のコンデンサと共振電圧ピーク低減手段２２のコンデンサとを通って流れていた電流の向きが反転するとモード４に移り、共振電圧発生手段２１を構成するコンデンサの電荷は、第１の高周波絶縁トランス１３の一次巻線に向かって放電を開始する。
【００３１】
また、共振電圧ピーク低減手段２２を構成するスイッチング素子Ｑｂの制御端子には、モード３の間に駆動信号がすでに入力されているので、共振電圧ピーク低減手段２２を構成するコンデンサの電荷も、第１の高周波絶縁トランス１３の一次巻線に向かって放電を開始する。この２つのコンデンサの放電に伴い、共振電圧発生手段２１を構成するスイッチング素子Ｑａの電圧は下降する。
【００３２】
次に、共振電圧発生手段２１を構成するスイッチング素子Ｑａの電圧がＶＭに到達、すなわち共振電圧発生手段２１のコンデンサと共振電圧ピーク低減手段２２のコンデンサの放電が完了するとモード５に移る。このとき、共振電圧ピーク低減手段２２を構成するスイッチング素子Ｑｂに駆動信号をオフすると、高周波絶縁トランス１３の一次巻線を通って流れる電流は、共振電圧発生手段２１を構成するコンデンサのみに流れるので、共振電圧発生手段２１を構成するスイッチング素子Ｑａの電圧は、その下降する傾きが急になる。
【００３３】
次に、モード６では、共振電圧発生手段２１を構成するコンデンサの電圧がＶＭに到達して、共振電圧発生手段２１を構成するスイッチング素子Ｑａを構成する逆導通ダイオードがオンする。そのため、共振により高周波絶縁トランス１３の一次巻線から共振電圧発生手段２１を構成するコンデンサに向かって流れていた電流は、ダイオードを通じて直流電源１１に回生される。回生電流がゼロになるとモード１に移るので、回生電流が流れている間に、あらかじめ共振電圧発生手段２１を構成するスイッチング素子Ｑａをオンしておく必要がある。
【００３４】
以上のように、本実施の形態のモード３および４では、高周波絶縁トランス１３の一次巻線に、共振電圧発生手段２１のコンデンサと共振電圧ピーク低減手段２２のコンデンサとを並列接続して、その共振電流による共振電圧発生手段２１のスイッチング素子Ｑａの電圧ピークを低減している。図３に示すように、直流電源１１の電圧Ｖｉｎを高周波絶縁トランス１３により電圧ＶＭまで昇圧した後、第２のコンバータ１７の共振電圧発生手段２１により昇圧動作を行い、共振電圧ピーク低減手段２２により、所望の電圧Ｖｏに制御している。
【００３５】
以上のように本実施の形態の燃料電池発電装置は、燃料電池からなる直流電源１１と、ブリッジ１２を構成する複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４、一次側がブリッジ１２に接続された第１の高周波絶縁トランス１３、第１の高周波絶縁トランス１３の二次側に接続された第１の整流回路１４、第１の整流回路１４の出力側に接続された第１の平滑回路１５からなり直流電源１１の出力電圧Ｖｉｎを昇圧する第１のコンバータ１６と、第１のコンバータ１６の出力電圧ＶＭを系統１９の交流電圧Ｖ６の最大値より高い所定の直流電圧Ｖｏに昇圧する第２のコンバータ１７と、第２のコンバータ１７の出力電圧Ｖｏを系統１９に連系可能な交流電圧に変換するインバータ１８と、第１のコンバータ１６と第２のコンバータ１７とインバータ１８を制御する制御手段２０とを備え、系統１９と連系して交流負荷に交流電力を供給する燃料電池発電装置である。
【００３６】
第２のコンバータ１７は、第１のスイッチング素子２３と第２の高周波絶縁トランス２４の一次巻線とを直列に接続すると共に、第２の高周波絶縁トランス２４の一次巻線に並列に第１のコンデンサ２５を接続し、さらに第１のスイッチング素子２３に並列に逆導通ダイオード３０を接続してなり共振電圧を発生する共振電圧発生手段２１と、第２のスイッチング素子２６と第２のコンデンサ２７とを直列に接続したものを第１のコンデンサ２５に並列に接続すると共に第２のスイッチング素子２６に並列に逆導通ダイオード３０を接続してなり第２のコンバータ１７の出力電圧Ｖｏが所定の直流電圧になるように共振電圧発生手段２１により発生した共振電圧のピークを低減する共振電圧ピーク低減手段２２と、第２の高周波絶縁トランスの二次側に接続された第２の整流回路２８と、第２の整流回路２８の出力側に接続された第２の平滑回路２９とを備えている。
【００３７】
上記構成において、第２のコンバータ１７は昇圧回路であり、燃料電池（直流電源１１）の出力電圧変化やインバータ１８の出力電力などの動作範囲において、系統１９の交流電圧Ｖ６の最大値より高い所定の直流電圧Ｖｏを一定値に制御を行うのである。
【００３８】
これにより、燃料電池（直流電源１１）の直流電圧Ｖｉｎを高周波絶縁トランス１３で昇圧する際に、昇圧比を小さくすることができ、系統１９の交流電圧Ｖ６の最大値より高い所定の直流電圧Ｖｏ以下で昇圧し、高周波絶縁トランス１３での損失を低減することが可能になる。
【００３９】
（実施の形態２）
本実施の形態は請求項２に係わる。図４は、本発明の実施の形態２による燃料電池発電装置のブロック図を示すものである。図５は、同実施の形態の燃料電池発電装置における共振電圧発生手段と共振電圧ピーク低減手段の各動作モードでの等価回路を示す回路図を示すものである。本実施の形態において、実施の形態１と同一構成については同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００４０】
実施の形態１では、共振電圧ピーク低減手段２２の第２のスイッチング素子２６に並列に逆導通ダイオード３０が接続された構成であったのに対し、本実施の形態では、共振電圧ピーク低減手段２２の第２のスイッチング素子２６に並列に逆導通ダイオード３０を接続しない構成としている。その他の構成は、実施の形態１と同様の構成である。
【００４１】
実施の形態１では、共振電圧ピーク低減手段２２の第２のスイッチング素子２６に並列に逆導通ダイオード３０が接続された構成であったため、第１のスイッチング素子３０の電圧がＶＭを超えると自動的に第２のコンデンサ２７に充電を開始していたが、図４に示すように、本実施の形態では、共振電圧ピーク低減手段２２の第２のスイッチング素子２６に並列に逆導通ダイオード３０を接続しない構成とすることにより、図５のモード３において、任意のタイミングで第２のコンデンサ２７に充電を開始することができるので、第１のスイッチング素子２３の電圧の制御範囲を拡大することができる。
【００４２】
以上のように本実施の形態の燃料電池発電装置は、燃料電池からなる直流電源１１と、ブリッジ１２を構成する複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４、一次側がブリッジ１２に接続された第１の高周波絶縁トランス１３、第１の高周波絶縁トランス１３の二次側に接続された第１の整流回路１４、第１の整流回路１４の出力側に接続された第１の平滑回路１５からなり直流電源１１の出力電圧Ｖｉｎを昇圧する第１のコンバータ１６と、第１のコンバータ１６の出力電圧ＶＭを系統１９の交流電圧Ｖ６の最大値より高い所定の直流電圧Ｖｏに昇圧する第２のコンバータ１７と、第２のコンバータ１７の出力電圧Ｖｏを系統１９に連系可能な交流電圧に変換するインバータ１８と、第１のコンバータ１６と第２のコンバータ１７とインバータ１８を制御する制御手段２０とを備え、系統１９と連系して交流負荷に交流電力を供給する燃料電池発電装置である。
【００４３】
第２のコンバータ１７は、第１のスイッチング素子２３と第２の高周波絶縁トランス２４の一次巻線とを直列に接続すると共に、第２の高周波絶縁トランス２４の一次巻線に並列に第１のコンデンサ２５を接続し、さらに第１のスイッチング素子２３に並列に逆導通ダイオード３０を接続してなり共振電圧を発生する共振電圧発生手段２１と、第２のスイッチング素子２６と第２のコンデンサ２７とを直列に接続したものを第１のコンデンサ２５に並列に接続してなり第２のコンバータ１７の出力電圧Ｖｏが所定の直流電圧になるように共振電圧発生手段２１により発生した共振電圧のピークを低減する共振電圧ピーク低減手段２２と、第２の高周波絶縁トランスの二次側に接続された第２の整流回路２８と、第２の整流回路２８の出力側に接続された第２の平滑回路２９とを備えている。
【００４４】
上記構成において、第２のコンバータ１７は昇圧回路であり、燃料電池（直流電源１１）の出力電圧変化やインバータ１８の出力電力などの動作範囲において、系統１９の交流電圧Ｖ６の最大値より高い所定の直流電圧Ｖｏを一定値に制御を行うのである。
【００４５】
これにより、燃料電池（直流電源１１）の直流電圧Ｖｉｎを高周波絶縁トランス１３で昇圧する際に、昇圧比を小さくすることができ、系統１９の交流電圧Ｖ６の最大値より高い所定の直流電圧Ｖｏ以下で昇圧し、高周波絶縁トランス１３での損失を低減することが可能になる。
【００４６】
また、第１のスイッチング素子２３で共振電圧を発生させ、第２のスイッチング素子２６で共振電圧のピーク値を低減することができ、系統の交流電圧の最大値より高い所定の直流電圧を一定値に制御する燃料電池発電装置を実現することができる。
【００４７】
（実施の形態３）
本実施の形態は請求項３に係わる。図６は、本発明の実施の形態３による燃料電池発電装置の回路ブロック図を示すものである。図７は、同実施の形態の燃料電池発電装置における回路を構成する各部の電圧波形を説明するための回路図と電圧波形図とを対応させた説明図を示すものである。
【００４８】
本実施の形態において、実施の形態１または実施の形態２と同一構成については同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００４９】
実施の形態１では、共振電圧ピーク低減手段２２の第２のスイッチング素子２６に並列に逆導通ダイオード３０が接続された構成であったのに対し、本実施の形態では、共振電圧ピーク低減手段２２の第２のスイッチング素子２６に並列に逆導通ダイオード３０を接続しない構成としている。
【００５０】
実施の形態１では、共振電圧ピーク低減手段２２の第２のスイッチング素子２６に並列に逆導通ダイオード３０が接続された構成であったため、第１のスイッチング素子３０の電圧がＶＭを超えると自動的に第２のコンデンサ２７に充電を開始していたが、図６に示すように、本実施の形態では、共振電圧ピーク低減手段２２の第２のスイッチング素子２６に並列に逆導通ダイオード３０を接続しない構成とすることにより、図５のモード３において、任意のタイミングで第２のコンデンサ２７に充電を開始することができるので、図７の電圧波形図において、Ｑｂの導通期間を任意に制御することができるため、電圧ピーク値を容易に可変することができ、所望の電圧Ｖｏを得ることができる。
【００５１】
本実施の形態は、実施の形態２における制御手段２０が、第１のコンバータ１６のブリッジ１２を構成する複数のスイッチング素子Ｑ１からＱ４を一定の周波数かつ一定のパルス幅で動作させる第１の駆動手段３１と、第２のコンバータ１７の第１のスイッチング素子２３を一定の周波数かつ一定のパルス幅で動作させ、第２のスイッチング素子２６を第１のスイッチング素子２３の非導通期間にパルス幅を可変して動作させる第２の駆動手段３２と、インバータ１８を一定の周波数かつパルス幅変調で動作させる第３の駆動手段３３とを有するものであり、燃料電池（直流電源１１）の出力電圧変化やインバータ１８の出力電力などの動作範囲において、第１のスイッチング素子２３での共振動作を維持させつつ、第２のスイッチング素子２６で共振電圧のピーク値を低減することができることから、直流電源１１の出力電圧Ｖｉｎやインバータ１８の出力電力にかかわらず、インバータ１８への入力電圧Ｖｏを常時一定電圧に維持することにより、第１のコンバータ１６の動作条件が固定され常時ゼロ電圧スイッチング動作により高効率な燃料電池発電装置を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上のように、本発明にかかる燃料電池発電装置は、第２のコンバータとして、共振電圧を発生する共振電圧発生手段と、第２のコンバータの出力電圧が所定の直流電圧になるように共振電圧発生手段により発生した共振電圧のピークを低減する共振電圧ピーク低減手段とを有することで、直流電源からの入力電圧が低い場合においても、絶縁トランスの巻数比を上げることなく所定の電圧を出力し電力変換を行うことができることから、太陽電池や燃料電池及び風力発電等の用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００５３】
１１  直流電源
１２  ブリッジ
１３  第１の高周波絶縁トランス
１４  第１の整流回路
１５  第１の平滑回路
１６  第１のコンバータ
１７  第２のコンバータ
１８  インバータ
１９  系統
２０  制御手段
２１  共振電圧発生手段
２２  共振電圧ピーク低減手段
２３  第１のスイッチング素子
２４  第２の高周波絶縁トランス
２５  第１のコンデンサ
２６  第２のスイッチング素子
２７  第２のコンデンサ
２８  第２の整流回路
２９  第２の平滑回路
３０  逆導通ダイオード
３１  第１の駆動手段
３２  第２の駆動手段
３３  第３の駆動手段
【図１】
2011160603.tif 000003
【図２】
2011160603.tif 000004
【図３】
2011160603.tif 000005
【図４】
2011160603.tif 000006
【図５】
2011160603.tif 000007
【図６】
2011160603.tif 000008
【図７】
2011160603.tif 000009
【図８】
2011160603.tif 000010
【図９】
2011160603.tif 000011