(57)【要約】【課題】急激な負荷変動等による燃料電池スタックから負荷への供給電圧の一時的な上昇を抑える燃料電池システムを提案する。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池スタック１と、燃料電池スタック１の出力電圧を安定化するための直流‐直流変換器または直流‐交流変換器を含む出力回路２とを備える。そして、出力回路２の入力電圧を所定値以下とするための電圧制御回路３を設ける。出力回路２の入力端子２１に電圧制御回路３を接続することで、燃料電池スタック１の電圧が所定値よりも大きい場合、その電流は電圧制御回路３に流れ、出力回路２の入力電圧は所定値以下となる。【選択図】  図１
2011154926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタック（１）と、直流‐直流変換器または直流‐交流変換器を含む出力回路（２）とを備えた燃料電池システムにおいて、
前記直流−直流または前記直流‐交流変換器への入力電圧を所定値以下とするための電圧制御回路（３）を設けたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記電圧制御回路（３）は、前記燃料電池スタック（１）の出力電圧が所定値を超えたときに前記燃料電池スタック（１）を放電させる機能を備えていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記電圧制御回路（３）は、第１の逆流防止素子（３ａ）と、第１の蓄電池（３ｂ）とを備え、前記第１の逆流防止素子（３ａ）と前記第１の蓄電池（３ｂ）とは直列に接続されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、
さらに第２の蓄電池（６）を備え、前記出力回路（２）の入力端子（２１）に前記第１の逆流防止素子（３ａ）と、前記第２の蓄電池（６）から独立した前記第２の蓄電池（６）よりも出力開放電圧が高電圧である前記第１の蓄電池（３ｂ）とが接続され、
前記第１の逆流防止素子（３ａ）の順方向降下電圧を利用した前記第１の蓄電池（３ｂ）への充電回路が構成されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
さらに第２の蓄電池（６）を備え、前記電圧制御回路（３）は、第２の逆流防止素子（３ｆ）を備え、前記出力回路（２）の入力端子（２１）に前記第２の逆流防止素子（３ｆ）と、前記第２の蓄電池（６）とを接続し、前記第２の逆流防止素子（３ｆ）の順方向降下電圧を利用した前記第２の蓄電池（６）への充電回路が構成されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記逆流防止素子（３ａ、３ｆ）はダイオードであることを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムの出力電圧を安定させるための電子回路を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムのスタック電圧は、開放電圧としては燃料電池スタックを構成する単位電池の電圧の総和となるが、これをそのまま負荷に接続すると、実際の出力電圧は、負荷を流れる電流（これを「負荷電流」という。）によって決定される。基本的には、出力電圧は燃料電池スタックの電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）と負荷電流の関係から決定される。
【０００３】
実際の燃料電池システムでは、スタック電流の変動による出力電圧の変動を低減して、安定した出力電圧を得るために、燃料電池スタックと負荷との間には、電圧変換器（以下「変換器」という。）が接続されている。燃料電池システムが直流電圧を出力するためのものである場合、変換器は直流−直流変換器（ＤＣ／ＤＣコンバーター）などの電子回路が用いられる。
【０００４】
ところで、燃料電池システムが定常的に負荷を駆動している状態で、負荷の電源をオフ状態にしたときなど、短時間に重負荷状態から軽負荷状態に変化させると負荷電流が急激に変動する。このとき、スタック電圧は負荷電流の急変によってスタックのＩ−Ｖ特性から見積もられる値よりも、一時的に急上昇する。そして、それが変換器の故障原因となる。
【０００５】
このため、変換器の入力電圧の許容範囲は、スタックのＩ−Ｖ特性から見積もられる出力電圧の変動幅よりも大きく設定されている。しかしながら、入力電圧の許容範囲を大きくすればするほど、変換器の変換効率が低下するため、両者の微妙な調整が必要となっている。
【０００６】
燃料電池スタックの出力電圧の変動を抑える方法としては、以下のようなものが提案されている。例えば、特許文献１は、燃料電池スタックを２台以上で並列運転させ、電圧を検出し、比較し、燃料を遮断したりリレー等の機械的スイッチでスタックを切り換えることで負荷に応じて運転する燃料スタックの台数の増減を制御するシステムを開示している。また、特許文献２は、負荷に負荷変動の予告信号を発生させ、その信号により燃料の供給を制御して燃料電池スタックの電力を増減するシステムを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１０２０７４号公報
【特許文献２】特開２００３−１８９４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、リレーなどの機械的スイッチは応答速度が遅いため、多くの場合、急激な出力電圧の上昇には追随できない。また、燃料電池スタックを２台以上で並列運転するシステムは、燃料電池スタック１台のシステムと比べて、構成が複雑で余分な設置スペースが必要であり、運転の維持管理コストも増大する原因ともなる。
【０００９】
また、負荷変動の予告信号を発生させるシステムは、その信号を発生させてから燃料電池スタックの電力を増減するまでには一定の時間がかかるため、急激な出力電圧の上昇には追随できない。
【００１０】
一方、変換器の入力電圧の許容範囲を広げることが考えられる。しかしながら、入力電圧の許容範囲を広くすると、変換器の電力変換効率が低下する。
【００１１】
このように、負荷電流の変動、特に、高電流密度から低電流密度への急激な変化に起因して生じるスタック電圧の瞬間的な上昇を防止する技術は未だ確立されていない。
【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、燃料電池システムにおいて、燃料電池の出力電圧が急激に高くなった場合でも、瞬時に出力電圧を低下させることによって安定した電圧を変換器に供給することを技術的課題とする。
【００１３】
また、本発明は、上記の電圧の安定化の動作について、機械的スイッチを用いた場合と比べて早い応答速度とすることを追加の技術的課題とする。
【００１４】
変換器への入力電圧を安定化するに際しては、所定値を越える部分の電圧は変換器へ供給されないこととなる。本発明は、この余剰となる電力を回収して利用できるようにすることを追加の技術的課題とする。つまり、本発明は、安定した電圧を変換器に供給するに際して、余剰となる電力を回収して利用できるようにすることを追加の技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池スタックと、燃料電池スタックの出力電圧を安定化するための直流‐直流変換器または直流‐交流変換器を含む出力回路とを備えた燃料電池システムにおいて、直流−直流または前記直流‐交流変換器への入力電圧を所定値以下とするための電圧制御回路を設けたことを特徴とする。
【００１６】
燃料電池スタックは、直流−直流または直流‐交流変換器を含む出力回路を介して外部負荷に電気的に接続される。また、燃料電池スタックは、出力回路と別の経路で電圧制御回路に電気的に接続される。電圧制御回路は、出力回路に入力される電圧の上限値を制限する回路であればよい。
【００１７】
上記システムにおける電圧制御回路は、燃料電池スタックの出力電圧が所定値を超えたときに燃料電池スタックを放電させる機能を備えてもよい。
【００１８】
上記システムにおける電圧制御回路は、第１の逆流防止素子と第１の蓄電池とを備え、第１の逆流防止素子と第１の蓄電池とは直列に接続されてもよい。このようにすると、電圧制御回路に流れる電流を第１の蓄電池に蓄えて利用することができる。
【００１９】
第１の逆流防止素子と、第１の蓄電池とを備える上記システムは、さらに、出力回路の出力端子に接続された第２の蓄電池を備え、出力回路の入力端子に第１の逆流防止素子と、第２の蓄電池から独立した第２の蓄電池よりも出力開放電圧が高電圧である第１の蓄電池とが接続され、第１の逆流防止素子の順方向降下電圧を利用した第１の蓄電池への充電回路が構成されてもよい。このようにすると、出力開放電圧に応じて電流を第１の蓄電池または第２の蓄電池に蓄えて利用することができる。
【００２０】
上記システムは、さらに、出力回路の出力端子に接続された第２の蓄電池を備え、電圧制御回路は、第２の逆流防止素子を備え、出力回路の入力端子に第２の逆流防止素子と、第２の蓄電池とを接続し、第２の逆流防止素子の順方向降下電圧を利用した第２の蓄電池への充電回路が構成されてもよい。このようにすると、電圧制御回路に流れる電流を第２の蓄電池に蓄えて利用することができる。
【００２１】
なお、逆流防止素子は、電圧制御回路に応じて複数個を直列に接続してもよく、ダイオードを用いることができる。
【００２２】
いずれの手段によっても、燃料電池スタックの出力電圧は、電圧制御回路によって定められた所定値以下に制限される。電圧制御回路は具体的にはダイオード等の応答速度の極めて速い電子素子が用いられるため、瞬間的な負荷電流の急上昇にも十分に追随することができる。これにより、負荷電流が急激に変化しても変換器の電力変換効率を低下させることなく安定した電圧を、変換器を含む出力回路から負荷に供給することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、負荷電流が急激に変化しても変換器の電力変換効率を低下させることなく安定した電圧を負荷に供給することができる。具体的には、本発明によれば、変換器の入力電圧の許容範囲を過度に広く設定する必要がなくなるので、変換器における電力変換効率が低下するという問題が解消し、また、変換器自体のコストを下げることができる。また、本発明によれば、機械的スイッチを用いた場合と比べて早い応答速度で、変換器への入力電圧の安定化をはかることができる。これは、ダイオードと蓄電池とを組み合わせたものを電圧制御回路として用いることによって、切り替えに要する時間が短くなったことに起因するものであるが、そのほかにも、電圧制御回路に流れる電流が十分大きいということにも起因する。つまり、電圧制御回路への切り替えが短い時間で実行でき、しかも、燃料電池を分極させるのに十分な電流が、電圧制御回路に流れ得ることによって、燃料電池の出力電圧が上昇して許容レベルを超えるよりも短い時間で燃料電池の分極が進行するためである。また、本発明によれば、上記の効果と同時に、電力を無駄なく利用できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る燃料電池システムの構成を示す概略図。
【図２】蓄電池を用いた電圧制御回路を説明する概略図。
【図３】複数の逆流防止素子を用いた電圧制御回路を説明する概略図。
【図４】実験に用いた燃料電池スタックの出力特性を表す図。
【図５】急激に負荷を変動させた場合の実験結果を表す図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、各図を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００２６】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システムの構成例を示す概略図である。このシステムにおける燃料電池スタック１は、例えば、酸化剤としての空気と、還元剤としてのアルコール水溶液等の液体燃料とを直接接触させて発電する直接メタノール形燃料電池（ＤＭＦＣ）である。直接メタノール形燃料電池の場合、燃料電池スタック１には熱交換器、水タンク、燃料タンク、循環タンクなどが各種ポンプ（水ポンプ、燃料ポンプ、循環ポンプ）などの補機５を介して接続され、系内をアルコール水溶液が循環している。なお、本実施形態では、特に燃料電池システムについて説明しているが、本発明は出力電圧を安定化させるための回路に関する発明であり、電源（電池スタック）の種類は特に限定されない。固体高分子形燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell）、固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell）やその他の直接形燃料電池（DFC, Direct Fuel Cell）等様々な燃料電池が使用できることはもちろん、負荷電流によって出力電圧が決定される電源であれば、燃料電池以外の電池（例えば太陽電池）などにも適用できるであろう。
【００２７】
燃料電池スタック１の出力端子１１には、出力回路２を介して外部負荷４が接続されている。出力回路２は、燃料電池スタック１の出力電圧を安定化させるための電圧変換器である。直流電圧を出力する場合はＤＣ−ＤＣコンバーターが、交流電圧を出力する場合は、ＤＣ−ＡＣコンバーターを含む回路となる。
【００２８】
例えば、燃料電池スタック１のスタック電圧が直流２４Ｖを出力するシステムにおいて、燃料電池システムの出力電圧が開放電圧で直流１２Ｖという場合、出力回路２の仕様は以下のようになる。
入力電圧（スタック電圧）：ＤＣ＋１２Ｖ〜＋２４Ｖ
出力電圧：ＤＣ＋１２Ｖ
【００２９】
この出力回路２（電圧変換器）の入力電圧の幅を広げると電力変換効率が低下する。出力電圧が不安定になると負荷回路の動作不良や故障原因となりうる。通常、この例のように、許容最小電圧値の２倍程度に設計される。
【００３０】
出力回路２の出力端子２２には補機５や蓄電池６が接続されてもよい。蓄電池６は、外部負荷４や補機５に接続され、燃料電池スタック１の起動時に補機を動作させたり燃料電池システム稼働中に出力電力が不足した際の補助電源とするために利用される。蓄電池６は、燃料電池スタック１から供給される電力によって常時充電される。
【００３１】
図１に示すように、出力回路２と並列に、電圧制御回路３を接続する。具体的には、出力回路２の入力端子２１と、電圧制御回路３の入力端子３１とを接続し、出力回路２の出力端子２２と、電圧制御回路３の出力端子３２とを接続する。
【００３２】
電圧制御回路３は、出力回路２に入力される電圧の上限値を制限する回路である。すなわち、電圧制御回路３を接続することによって、出力回路２には、予定する入力電圧の許容上限値を超える電圧が出力回路２に印加されなくなる。
【００３３】
このような動作を行う電圧制御回路３の最も簡単な構成は、ダイオードなどの逆流防止防止素子少なくとも一つを蓄電池に直列に接続した回路である。この蓄電池は、一端を逆流防止防止素子に、他端をアースに接続される。なお、この明細書において「アースに接続する」との記載は、燃料電池スタックと閉回路を構成することを意味する。なお、図１のように、電圧制御回路３を構成する蓄電池として、蓄電池６を用いても
よい。このように、蓄電池６の電力を負荷４へも供給可能に構成しておくことによって、余剰電力を無駄なく利用できる。
【００３４】
図１において、電圧制御回路３がダイオードと蓄電池６とで構成される場合、アース電位を基準とした出力回路２の入力電圧（入力電位）Ｖ１の最大値は、ダイオードの順方向下降電圧ＶＦと、蓄電池６の電圧ＶＢとの和、すなわち（ＶＦ＋ＶＢ）と一致する。なぜなら、燃料電池スタック１の電圧が（ＶＦ＋ＶＢ）を超えたとき、電圧制御回路３に電流が流れ、それに伴う分極によって燃料電池スタック１の出力電圧は低下するからである。これらの一連の動作は、負荷変動の際に生じる急激なスタック電圧変動にも追随できるので、変換器に入力される電圧が（ＶＦ＋ＶＢ）を超えるという問題はほぼ解消する。電圧制御回路３のダイオードに代えて、他のものを用いてもよい。
【００３５】
第１の実施形態では、出力回路２への入力電圧の上限値が電圧制御回路３と蓄電池６のみによって定められる。しかも、リレーなど動作速度の遅い素子を用いていないので、負荷電流が急激に変化しても出力回路２の許容範囲をはずれることなく安定した電圧を負荷に供給することができる。
【００３６】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池システムの構成例を示す概略図である。図２では、２つの蓄電池を用いた電圧制御回路を説明する。燃料電池スタック１、出力回路２、外部負荷４、補機５及び蓄電池６は、第１の実施形態と同様の構成である。
【００３７】
電圧制御回路３は、出力回路２（電圧変換器）に入力される電圧の上限値を制限する回路である。第２の実施形態では、出力回路２の入力電圧Ｖ１に上限を設けるために燃料電池システムの動作とは独立した蓄電池３ｂを用いる。電圧制御回路３を接続することによって、出力回路２には、許容される上限値を超える電圧が出力回路２に印加されなくなる。
【００３８】
電圧制御回路３は、ダイオードなどの逆流防止素子を少なくとも一つと、システムの動作とは独立した蓄電池３ｂとで構成される。この場合、出力回路２の上限電圧Ｖ１は、アース電位を基準とすれば、ダイオードの順方向降下電圧ＶＦと、蓄電池３ｂの電圧ＶＢの和（ＶＦ＋ＶＢ）と一致する。定電圧回路はダイオードに限られず、他のものを用いてもよい。
【００３９】
第２の実施形態では、出力回路２への入力電圧の上限値が電圧制御回路３と蓄電池３ｂのみによって定められる。蓄電池３ｂは、燃料電池システムの動作とは独立しており、蓄電池６と異なる容量・出力電圧のものを用いてもよい。例えば、蓄電池３ｂに２４Ｖの蓄電池を、逆流防止素子に１つのシリコン系ダイオードを用いると、出力回路２への入力電圧の上限電圧は、２４Ｖにシリコン系ダイオードの順方向降下電圧（通常、１つ当たり０．６〜０．７Ｖ）を加えた電圧（すなわち２４．６〜２４．７Ｖ）になる。
【００４０】
この場合、第１の実施形態同様、リレーなど動作速度の遅い素子を用いていないので、負荷電流が急激に変化しても出力回路２の電力変換効率を低下させることなく、安定した電圧を外部負荷４に供給することができる。
【００４１】
なお、第２の蓄電池の劣化を防止するため、電圧を監視して定期的に放電させることで蓄電池３ｂの過充電を防止することが好ましい。具体的には、電圧を検出・比較してリレー等を動作させ負荷３ｃで電力を消費させることで容易に実現できる。なお、これらの動作はスタック電圧の瞬間的な電位上昇とは独立したものであるため、動作速度が問題となることはない。また、蓄電池３ｂを他の様々な機器の補助電源として利用してもよい。
【００４２】
（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池システムの構成例を示す概略図である。図３では、複数の逆流防止素子を用いて電圧制御回路を構成した例について説明する。燃料電池スタック１、出力回路２、外部負荷４、補機５及び蓄電池６は第１、第２の実施形態と同様の構成である。電圧制御回路３は、簡単、省スペース、低コストな定電圧回路として、複数の逆流防止素子３ｆを順方向に直列に接続して構成される。電圧制御回路３の出力端子は、外部負荷４、補機５及び第１の蓄電池６に接続されている。
【００４３】
逆流防止素子３ｆは、ＰＮ接合型ダイオードや種々のダイオード等が挙げられる。例えば、逆流防止素子３ｆに、第２の実施形態と同様にシリコン系ダイオードを用いた場合、その１つ当たりの順方向降下電圧を０．６Ｖとすると、順方向に直列に１６個を接続することで０．６×１６＝９．６Ｖの順方向降下電圧を生じる。
【００４４】
例えば、出力回路２の入力許容範囲の最大電圧値が２４Ｖの場合、電圧制御回路３を上記の様に１６個のシリコン系ダイオードを順方向に直列に接続して構成し、蓄電池６を１４Ｖで充電される蓄電池として構成する。そして、電圧制御回路３の出力端子を蓄電池６の入力端子に接続し、蓄電池６の出力端子に変換器を介して外部負荷４に接続する。この構成では図３に示す出力回路２の入力電圧Ｖ１の上限が２３．６Ｖ（＝９．６Ｖ＋１４Ｖ）に制限される。
【００４５】
第３の実施形態では、ダイオードを複数個直列接続することで出力回路２の許容上限電圧を任意に設定できる。
【００４６】
−実験例−
本発明に係る燃料電池システムの出力特性を評価するために、第３の実施形態と同様の構成で下記の実験例を実施した。
１．システム構成の概略
（１）燃料電池スタック１は、単位電池を３９セルで構成する。
（２）外部負荷４は、１２Ｖの直流で使用する機器で構成する。
（３）出力回路２は、１２Ｖ以上２４Ｖ以下の直流電圧を１２Ｖの直流電圧に変換する直流−直流変換器を用いる。この変換器の許容電圧の範囲は、１２Ｖ以上２４Ｖ以下である。
（４）電圧制御回路３は、１６個のダイオードを直列に接続して構成する。
（５）蓄電池６は、１４Ｖで充電される蓄電池で構成する。
（６）補機５は、必要な電流を（容量）２Ａとするポンプ等の機器で構成する。
【００４７】
２．実験
（１）外部負荷４の負荷を０％、２５％、５０％、７５％、１００％の順に変動させ、燃料電池スタック１の電流［Ａ］と燃料電池スタック１の電圧［Ｖ］との関係を調べる。
（２）外部負荷４の負荷を急激に１００％から０％に変動させ、燃料電池スタック１の電流［Ａ］及び燃料電池スタック１の電圧［Ｖ］と時間との関係を調べる。なお、比較のために、第３の実施形態から電圧制御回路３を除き、燃料スタック１と並列に燃料電池スタックを接続し、機械的スイッチにより各燃料電池スタックの切り換えを行う燃料電池システムの構成（以下、「従来の燃料電池システムの構成」という。）で、外部負荷４の負荷を急激に１００％から０％に変動させ、燃料電池スタック１の電圧［Ｖ］と時間との関係も調べる。
【００４８】
ここで、外部負荷４の負荷０％とは外部負荷４の稼働無しを、外部負荷４の負荷１００％とは外部負荷４のフル稼働をそれぞれ意味する。なお、実験中、補機５は通常運転中であり、燃料電池スタック１から補機５に直流電流２Ａが供給されている。したがって、外部負荷４が負荷０％のとき、燃料電池スタック１の電流値は２Ａとなる。
【００４９】
３．評価結果
図４は、実験に用いた燃料電池スタックの出力特性を表す図であり、２．実験（１）の結果を表している。燃料電池スタック１の出力特性として、外部負荷０％時の出力特性Ｌ１の電流値は２Ａであり、その電圧値は約２３Ｖであることがわかる。また、外部負荷１００％時の出力特性Ｌ５の電流値は１０Ａであり、その電圧値は約１２Ｖであることがわかる。外部負荷４の負荷が０％から１００％、つまり、燃料電池スタックの出力特性をＬ１からＬ５までを段階的に見ると、燃料電池スタック１の電流値の増加に伴って燃料電池スタック１の電圧値が減少していることがわかる。また、外部負荷４の負荷が０％から１００％に変動しても、燃料電池スタック１の電圧値は、出力回路２の入力許容電圧Ｒの範囲内、つまり、１２Ｖ以上２４Ｖ以下にあることがわかる。
【００５０】
図５は、急激に負荷を変動させた場合の実験結果を表す図であり、２．実験（２）の結果を表している。外部負荷４を負荷１００％の状態で燃料電池スタック１から電力を供給し、燃料電池スタック１の出力特性が定常状態になった後、ある時間を起点として２０秒後に外部負荷４の負荷を１００％から０％に急激に変動させている。外部負荷４が負荷１００％の場合、第３の実施形態による燃料電池スタック１の電圧Ｖ２の値及び従来の燃料電池システムの構成による燃料電池スタック１の電圧Ｖ３の値は共に約１２Ｖであることがわかる。また、そのとき、第３の実施形態による燃料電池スタック１の電流Ｉは１０Ａであることがわかる。外部負荷４の負荷を１００％から０％に急激に変動させると、Ｖ２は２４Ｖ近くまで一時的に上昇した後、約２３Ｖの定常状態となることがわかる。しかし、Ｖ３は、電圧の一時的に上昇した領域Ｐで示されるように、約２７Ｖ以上に一時的に上昇した後、約２３Ｖの定常状態になっていることがわかる。このことから、並列運転による燃料電池システムでは、急激に負荷を変動させた場合、急上昇した電圧を低下させるまでにはある一定の時間がかかることが推察される。このとき、燃料電池スタック１の電流Ｉの値は、急激に２Ａとなっていることもわかる。
【００５１】
（まとめ）
本実験に用いた燃料電池スタック１の電圧は、図４より、負荷を段階的に０％から１００％に変動させた場合、出力回路２の入力許容電圧Ｒの範囲内、つまり、１２Ｖ以上２４Ｖ以下であることがわかった。また、負荷を急激に１００％から０％に変動させると、図５より、並列運転による従来の燃料電池システムでは、燃料電池スタック１の出力電圧は、出力回路２の入力許容電圧Ｒの範囲外、つまり、２４Ｖより大きくなるが、第３の実施形態と同様の構成では、燃料電池スタック１の出力電圧は、出力回路２の入力許容電圧Ｒの範囲内、つまり、２４Ｖ以下に抑えられることが確認された。
【００５２】
したがって、出力回路２の入力端子に電圧制御回路３を接続することで、燃料電池スタック１台の運転であっても、急激な負荷変動による燃料電池スタック１の一時的な出力電圧の上昇を抑えことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明によると、外部負荷４の電流が急激に変化しても燃料電池スタック１の出力電圧が安定する。特に、外部負荷４との電力遮断時に生じる急激な負荷電流の変動に起因する燃料電池スタック電圧１の上昇を抑えることができる。したがって、本発明の産業上の利用可能性は極めて大きい。
【符号の説明】
【００５４】
１  燃料電池スタック
２  出力回路（直流−直流変換器）
３  電圧制御回路
３ａ  逆流防止素子
３ｂ  第２の蓄電池
３ｃ  負荷（放電器）
３ｅ  スイッチ
３ｆ  逆流防止素子
４  外部負荷
５  補機
６  （第１の）蓄電池
１１  燃料電池スタックの出力端子
２１  出力回路の入力端子
２２  出力回路の出力端子
３１  電圧制御回路の入力端子
３２  電圧制御回路の出力端子
Ｒ  出力回路（直流−直流交換器）の入力許容電圧
Ｌ１  外部負荷０％時の燃料電池スタックの出力特性
Ｌ２  外部負荷２５％時の燃料電池スタックの出力特性
Ｌ３  外部負荷５０％時の燃料電池スタックの出力特性
Ｌ４  外部負荷７５％時の燃料電池スタックの出力特性
Ｌ５  外部負荷１００％時の燃料電池スタックの出力特性
Ｖ２  第３の実施形態による燃料電池スタックの出力電圧
Ｖ３  従来の燃料電池システムの構成による燃料電池スタックの出力電圧
Ｉ  第３の実施形態による燃料電池スタックの電流
Ｐ  急激な負荷変動による電圧の一時的に上昇した領域
【図１】
2011154926.tif 000003
【図２】
2011154926.tif 000004
【図３】
2011154926.tif 000005
【図４】
2011154926.tif 000006
【図５】
2011154926.tif 000007