(57)【要約】【課題】インバータ出力から余剰コンバータによる出力に切り替え後に、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧の異常低下を検出して不要停止することを防止する燃料電池システムを提供する。【解決手段】系統電源異常や逆潮流時などでインバータ１３の出力を停止してＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電力を余剰コンバータ１６側でヒータ１７で熱に変えて消費するようにした場合に、ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段１９は、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段２０により検出されたＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値の変化率に応じてＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値の低下が急であるほど早く正常の出力電圧値に戻るようにＤＣＤＣコンバータ１２を制御することにより、ＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値がシステムを停止させる異常低電圧値に達しないように構成した。【選択図】図１
2011100597.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池が発電した直流電力を昇圧するＤＣＤＣコンバータと、前記ＤＣＤＣコンバータを制御するＤＣＤＣコンバータ出力制御手段と、前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電圧を検出するＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段と、前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力をヒータで熱に変えて消費するための余剰コンバータと、前記燃料電池、前記ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段を介して前記ＤＣＤＣコンバータ、前記インバータ、前記余剰コンバータを制御する運転制御手段とを備えた燃料電池システムであって、前記インバータの出力を停止して前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力を前記余剰コンバータ側で消費するようにした場合に、前記ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段により検出された前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値の変化率に応じて前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値の低下が急であればあるほど、前記ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段が、早く正常の出力電圧値に戻るように前記ＤＣＤＣコンバータを制御することにより、前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値がシステムを停止させる異常低電圧値に達しないように構成した燃料電池システム。
【請求項２】
燃料電池が発電した直流電力を昇圧するＤＣＤＣコンバータと、前記ＤＣＤＣコンバータを制御するＤＣＤＣコンバータ出力制御手段と、前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電圧を検出するＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段と、前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力をヒータで熱に変えて消費するための余剰コンバータと、前記燃料電池、前記ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段を介して前記ＤＣＤＣコンバータ、前記インバータ、前記余剰コンバータを制御する運転制御手段とを備えた燃料電池システムであって、前記インバータの出力を停止して前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力を前記余剰コンバータ側で消費するようにした場合に、前記ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段により検出された前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値が正常値より低くシステムを停止させる異常低電圧値より高い所定電圧値以下になれば、前記ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段が、早く正常の出力電圧値に戻るように前記ＤＣＤＣコンバータを制御することにより、前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値がシステムを停止させる異常低電圧値に達しないように構成した燃料電池システム。
【請求項３】
燃料電池が発電した直流電力を昇圧するＤＣＤＣコンバータと、前記ＤＣＤＣコンバータを制御するＤＣＤＣコンバータ出力制御手段と、前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電圧を検出するＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段と、前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力をヒータで熱に変えて消費するための余剰コンバータと、前記余剰コンバータを制御する余剰コンバータ出力制御手段と、前記燃料電池、前記ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段を介して前記ＤＣＤＣコンバータ、前記インバータ、前記余剰コンバータ出力制御手段を介して前記余剰コンバータを制御する運転制御手段とを備えた燃料電池システムであって、前記インバータの出力を停止して前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力を前記余剰コンバータ側で消費するようにした場合に、前記ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段により検出された前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値の変化率に応じて前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値の低下が急であればあるほど、前記余剰コンバータ出力制御手段が、消費電力の目標値に到達するまでの時間を遅らせるように前記余剰コンバータを制御することにより、前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値がシステムを停止させる異常低電圧値に達しないように構成した燃料電池システム。
【請求項４】
燃料電池が発電した直流電力を昇圧するＤＣＤＣコンバータと、前記ＤＣＤＣコンバータを制御するＤＣＤＣコンバータ出力制御手段と、前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電圧を検出するＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段と、前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力をヒータで熱に変えて消費するための余剰コンバータと、前記燃料電池、前記ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段を介して前記ＤＣＤＣコンバータ、前記インバータ、前記余剰コンバータを制御する運転制御手段と、前記ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段により検出された前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値が異常かどうかを判定する異常判定手段とを備えた燃料電池システムであって、前記インバータの出力を停止して前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力を前記余剰コンバータ側で消費するようにした場合に、前記ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段により検出された前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値が正常値より低く前記異常判定手段が異常と判断する異常低電圧のしきい値より高い所定電圧値以下になれば、前記運転制御手段が、前記異常判定手段が異常と判断する異常低電圧のしきい値を下げるように構成した燃料電池システム。
【請求項５】
燃料電池が発電した直流電力を昇圧するＤＣＤＣコンバータと、前記ＤＣＤＣコンバータを制御するＤＣＤＣコンバータ出力制御手段と、前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電圧を検出するＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段と、前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力をヒータで熱に変えて消費するための余剰コンバータと、前記燃料電池、前記ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段を介して前記ＤＣＤＣコンバータ、前記インバータ、前記余剰コンバータを制御する運転制御手段と、前記ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段により検出された前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値が異常かどうかを判定する異常判定手段とを備えた燃料電池システムであって、前記インバータの出力を停止して前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力を前記余剰コンバータ側で消費するようにした場合に、前記ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段により検出された前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値の低下率が所定値より大きい低下率になれば、前記運転制御手段が、前記異常判定手段が異常と判断する異常低電圧のしきい値を下げるように構成した燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池が発電した直流電力を交流電力に変換して商用電力系統に連系する燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池システムとしては、逆潮流が生じた場合や負荷が低下した場合、余剰電力をヒータにて消費するよう切り替えていた燃料電池システムがあった。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下、図１０を参照しながら上記従来の燃料電池システムを説明する。図１０は、特許文献１に記載された従来の燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【０００４】
図１０に示すように、従来の燃料電池システムでは、燃料電池１にて水素と空気中の酸素とを反応させて発電された電力は、ＤＣＤＣコンバータ２に送られ、インバータに必要な電圧まで昇圧されて系統連系インバータ３に送られる。系統連系インバータ３から単相３線の１００Ｖ／２００Ｖの電源として連系リレー４を介し、商用電力系統に接続される。また、ＤＣＤＣコンバータ２と系統連系インバータ３の間にヒータ制御回路６を介して電気ヒータ７を接続する。
【０００５】
ここで、ヒータ制御回路６は、燃料電池１において発生する余剰電力を電気ヒータ７にて消費する。例えば、ヒータ制御回路６は、系統へ逆潮流が生じた場合に電気ヒータ７に通電する。またヒータ制御回路６は、システムに接続される負荷５が低下した場合に電気ヒータ７に通電していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２１３９８５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、上記従来の構成では、系統電源異常や逆潮流時などで系統連系インバータ３の出力を停止してＤＣＤＣコンバータ２で昇圧された直流電力をヒータ制御回路６を通じて電気ヒータ７で熱に変えて消費するようにした場合に、ＤＣＤＣコンバータ２の出力電圧が急激に低下して、異常検出し、不要停止してしまう課題を有していた。
【０００８】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、系統電源異常や逆潮流時などでインバータからの出力を停止して余剰電力をヒータで消費するようにした場合に、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧の異常低下の検出で不要停止することを防止した燃料電池システム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】
【０００９】
上記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、インバータの出力を停止してＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力をヒータで熱に変えて消費するための余剰コンバータ側で消費するようにした場合に、前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値の変化率に応じて前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値の低下が急であればあるほど、早く正常の出力電圧値に戻るように前記ＤＣＤＣコンバータを制御、または、前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値が正常値より低くシステムを停止させる異常低電圧値より高い所定電圧値以下になれば、早く正常の出力電圧値に戻るように前記ＤＣＤＣコンバータを制御、または、前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値の変化率に応じて前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値の低下が急であればあるほど、消費電力の目標値に到達するまでの時間を遅らせるように前記余剰コンバータを制御することにより、前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値がシステムを停止させる異常低電圧値に達しないように構成したのである。
【００１０】
また、別の本発明の燃料電池システムは、ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値が正常値より低く異常判定手段が異常と判断する異常低電圧のしきい値より高い所定電圧値以下になるか、または、ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値の低下率が所定値より大きい低下率になれば、前記異常判定手段が異常と判断する異常低電圧のしきい値を下げるように構成したのである。
【００１１】
これにより、系統電源異常や逆潮流時などでインバータからの出力を停止して余剰電力をヒータで消費するように切り替えた後に、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧の異常低下の検出で不要停止することを防止できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の燃料電池システムによれば、系統電源異常や逆潮流時などでインバータの出力を停止してＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力を余剰コンバータ側で消費するようにした場合に、ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値がシステムを停止させる異常低電圧値に達しないようにＤＣＤＣコンバータまたは余剰コンバータを制御するので、または、所定条件を満たせば異常と判断する異常低電圧のしきい値を下げるので、インバータからの出力を停止して余剰電力をヒータで消費するように切り替えた後に、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧の異常低下の検出で不要停止することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成を示すブロック図
【図２】同実施の形態の燃料電池システムにおける直流交流変換回路のＤＣＤＣコンバータとその周辺の構成を示す回路図
【図３】同実施の形態の燃料電池システムにおける直流交流変換回路のインバータとその周辺の構成を示す回路図
【図４】同実施の形態の燃料電池システムにおける直流交流変換回路の各制御出力と電圧の関係を示すタイミングチャート
【図５】同実施の形態の燃料電池システムの変形例における直流交流変換回路の各制御出力と電圧の関係を示すタイミングチャート
【図６】同実施の形態の燃料電池システムの別の変形例における直流交流変換回路の各制御出力と電圧の関係を示すタイミングチャート
【図７】本発明の実施の形態２における燃料電池システムの構成を示すブロック図
【図８】同実施の形態の燃料電池システムにおける直流交流変換回路の各制御出力と電圧の関係を示すタイミングチャート
【図９】同実施の形態の燃料電池システムの変形例における直流交流変換回路の各制御出力と電圧の関係を示すタイミングチャート
【図１０】従来の燃料電池システムの構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
第１の発明は、燃料電池が発電した直流電力を昇圧するＤＣＤＣコンバータと、前記ＤＣＤＣコンバータを制御するＤＣＤＣコンバータ出力制御手段と、前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電圧を検出するＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段と、前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力をヒータで熱に変えて消費するための余剰コンバータと、前記燃料電池、前記ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段を介して前記ＤＣＤＣコンバータ、前記インバータ、前記余剰コンバータを制御する運転制御手段とを備えた燃料電池システムであって、前記インバータの出力を停止して前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力を前記余剰コンバータ側で消費するようにした場合に、前記ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段により検出された前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値の変化率に応じて前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値の低下が急であればあるほど、前記ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段が、早く正常の出力電圧値に戻るように前記ＤＣＤＣコンバータを制御することにより、前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値がシステムを停止させる異常低電圧値に達しないように構成した燃料電池システムである。
【００１５】
上記構成において、インバータの出力を停止してＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力を余剰コンバータ側で消費するようにした場合に、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段により検出されたＤＣＤＣコンバータの出力電圧値の変化率に応じてＤＣＤＣコンバータの出力電圧値の低下が急であればあるほど、ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段が、早く正常の出力電圧値に戻りシステムを停止させる異常低電圧値に達することのないようにＤＣＤＣコンバータを制御する。
【００１６】
つまり、ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値の変化率に応じて正常の出力電圧値に戻す早さを変えて、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧の変化をある程度予測して、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧が低下してもシステムを停止させる異常低電圧値に達せずに正常な電圧値に戻るようにＤＣＤＣコンバータを制御するので、インバータからの出力を停止して余剰電力をヒータで消費するように切り替えた後に、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧の異常低下の検出で不要停止することを防止できる。
【００１７】
第２の発明は、燃料電池が発電した直流電力を昇圧するＤＣＤＣコンバータと、前記ＤＣＤＣコンバータを制御するＤＣＤＣコンバータ出力制御手段と、前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電圧を検出するＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段と、前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力をヒータで熱に変えて消費するための余剰コンバータと、前記燃料電池、前記ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段を介して前記ＤＣＤＣコンバータ、前記インバータ、前記余剰コンバータを制御する運転制御手段とを備えた燃料電池システムであって、前記インバータの出力を停止して前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力を前記余剰コンバータ側で消費するようにした場合に、前記ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段により検出された前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値が正常値より低くシステムを停止させる異常低電圧値より高い所定電圧値以下になれば、前記ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段が、早く正常の出力電圧値に戻るように前記ＤＣＤＣコンバータを制御することにより、前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値がシステムを停止させる異常低電圧値に達しないように構成した燃料電池システムである。
【００１８】
上記構成において、インバータの出力を停止してＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力を余剰コンバータ側で消費するようにした場合に、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段により検出されたＤＣＤＣコンバータの出力電圧値が正常値より低くシステムを停止させる異常低電圧値より高い所定電圧値以下になれば、ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段が、早く正常の出力電圧値に戻りシステムを停止させる異常低電圧値に達することのないようにＤＣＤＣコンバータを制御する。
【００１９】
つまり、ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値に応じて正常値より低くシステムを停止させる異常低電圧値より高い所定電圧値以下になれば、所定電圧値まで低下していない場合よりも正常の出力電圧値に戻すための制御量を大きくして、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧が低下してもシステムを停止させる異常低電圧値に達せずに早く正常な電圧値に戻るようにＤＣＤＣコンバータを制御するので、インバータからの出力を停止して余剰電力をヒータで消費するように切り替えた後に、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧の異常低下の検出で不要停止することを防止できる。
【００２０】
第３の発明は、燃料電池が発電した直流電力を昇圧するＤＣＤＣコンバータと、前記ＤＣＤＣコンバータを制御するＤＣＤＣコンバータ出力制御手段と、前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電圧を検出するＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段と、前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力をヒータで熱に変えて消費するための余剰コンバータと、前記余剰コンバータを制御する余剰コンバータ出力制御手段と、前記燃料電池、前記ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段を介して前記ＤＣＤＣコンバータ、前記インバータ、前記余剰コンバータ出力制御手段を介して前記余剰コンバータを制御する運転制御手段とを備えた燃料電池システムであって、前記インバータの出力を停止して前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力を前記余剰コンバータ側で消費するようにした場合に、前記ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段により検出された前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値の変化率に応じて前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値の低下が急であればあるほど、前記余剰コンバータ出力制御手段が、消費電力の目標値に到達するまでの時間を遅らせるように前記余剰コンバータを制御することにより、前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値がシステムを停止させる異常低電圧値に達しないように構成した燃料電池システムである。
【００２１】
上記構成において、インバータの出力を停止してＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力を余剰コンバータ側で消費するようにした場合に、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段により検出されたＤＣＤＣコンバータの出力電圧値の変化率に応じてＤＣＤＣコンバータの出力電圧値の低下が急であればあるほど、余剰コンバータ出力制御手段が、消費電力の目標値に到達するまでの時間を遅らせるように余剰コンバータを制御する。
【００２２】
つまり、ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値の変化率に応じて消費電力の目標値に到達するまでの時間を変えて、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧が低下してもシステムを停止させる異常低電圧値に達せずに正常な電圧値に戻るように余剰コンバータを制御するので、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧の低下を確実に抑えることができ、インバータからの出力を停止して余剰電力をヒータで消費するように切り替えた後に、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧の異常低下の検出で不要停止することを防止できる。
【００２３】
第４の発明は、燃料電池が発電した直流電力を昇圧するＤＣＤＣコンバータと、前記ＤＣＤＣコンバータを制御するＤＣＤＣコンバータ出力制御手段と、前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電圧を検出するＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段と、前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力をヒータで熱に変えて消費するための余剰コンバータと、前記燃料電池、前記ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段を介して前記ＤＣＤＣコンバータ、前記インバータ、前記余剰コンバータを制御する運転制御手段と、前記ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段により検出された前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値が異常かどうかを判定する異常判定手段とを備えた燃料電池システムであって、前記インバータの出力を停止して前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力を前記余剰コンバータ側で消費するようにした場合に、前記ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段により検出された前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値が正常値より低く前記異常判定手段が異常と判断する異常低電圧のしきい値より高い所定電圧値以下になれば、前記運転制御手段が、前記異常判定手段が異常と判断する異常低電圧のしきい値を下げるように構成した燃料電池システムである。
【００２４】
上記構成において、インバータの出力を停止してＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力を余剰コンバータ側で消費するようにした場合に、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段により検出されたＤＣＤＣコンバータの出力電圧値が正常値より低く異常判定手段が異常と判断する異常低電圧のしきい値より高い所定電圧値以下になれば、運転制御手段が、異常判定手段が異常と判断する異常低電圧のしきい値を下げる。
【００２５】
そのため、インバータの出力を停止してＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力を余剰コンバータ側で消費するようにした場合に、ある程度ＤＣＤＣコンバータ出力電圧が低下しても、発電動作に影響しないという理由で異常検出させず、不要停止しないようにすることが可能となる。
【００２６】
第５の発明は、燃料電池が発電した直流電力を昇圧するＤＣＤＣコンバータと、前記ＤＣＤＣコンバータを制御するＤＣＤＣコンバータ出力制御手段と、前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電圧を検出するＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段と、前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力をヒータで熱に変えて消費するための余剰コンバータと、前記燃料電池、前記ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段を介して前記ＤＣＤＣコンバータ、前記インバータ、前記余剰コンバータを制御する運転制御手段と、前記ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段により検出された前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値が異常かどうかを判定する異常判定手段とを備えた燃料電池システムであって、前記インバータの出力を停止して前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力を前記余剰コンバータ側で消費するようにした場合に、前記ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段により検出された前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値の低下率が所定値より大きい低下率になれば、前記運転制御手段が、前記異常判定手段が異常と判断する異常低電圧のしきい値を下げるように構成した燃料電池システムである。
【００２７】
上記構成において、インバータの出力を停止してＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力を余剰コンバータ側で消費するようにした場合に、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段により検出された前記ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値の低下率が所定値より大きい低下率になれば、運転制御手段が、異常判定手段が異常と判断する異常低電圧のしきい値を下げる。
【００２８】
そのため、インバータの出力を停止してＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力を余剰コンバータ側で消費するようにした場合に、ある程度予測してＤＣＤＣコンバータ出力電圧が低下しても、発電動作に影響しないという理由で異常検出させず、不要停止しないようにすることが可能となる。
【００２９】
以下、本発明の実施の形態の燃料電池システムについて図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【００３１】
図１に示すように、本実施の形態の燃料電池システムでは、都市ガスのようなメタン等の炭化水素を含む燃料を原料として、燃料電池１１で直流発電が行われる。ＤＣＤＣコンバータ１２は、燃料電池から出力された直流電力、ここでは直流２０Ｖ程度を直流３８０〜４００Ｖ程度まで昇圧させる。インバータ１３は、ＤＣＤＣコンバータ１２にて昇圧された直流電力を波形成形により２００Ｖの交流電力に変換し、連系遮断器１４を介して系統電源とともに家庭内負荷１５に交流電力を供給する。
【００３２】
ここで、系統電源は、商用電源、商用電力系統あるいは商用系統とも呼ばれ、電力会社から供給される電力である６６００Ｖの高圧配電系統が柱上変圧器により２００Ｖの低圧配系統に変換されたものが、系統電源として各家庭に供給されている。
【００３３】
余剰コンバータ１６は、ＤＣＤＣコンバータ１２の出力端に接続され、ＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電力をヒータ１７で熱に変えて消費する。ここで家庭内負荷１５が低下した場合、インバータ１３の出力電力が系統電源へ逆潮流しないように、つまり出力電力が家庭内負荷１５と一致するように、インバータ１３の出力電力を絞るが、一致するまでの間は燃料電池１１が出力する電力の余剰分を余剰コンバータ１６にて出力し、ヒータ１７で熱に変えて消費する。
【００３４】
ここでは、運転制御手段２２が余剰電力分を逐次計算して、それに相当する電力をヒータ１７にて消費するように、余剰コンバータドライブ信号発生回路から構成される余剰コンバータ出力制御手段１８がＰＷＭ出力としてＤＵＴＹ比を調整して、余剰コンバータ１６にドライブ信号として出力するものである。
【００３５】
また、系統異常時は、インバータ１３の出力電力をゼロにするが、この場合も同様に、燃料電池１１が出力する電力の余剰分を余剰コンバータ１６にて出力し、ヒータ１７で熱に変えて消費する。
【００３６】
また、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段２０は、ＤＣＤＣコンバータ１２の出力側に接続され、ＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電圧値を検出するものである。
【００３７】
ここで、ＤＣＤＣコンバータ１２の回路動作について、図２を使って簡単に説明する。図２は、本実施の形態の燃料電池システムにおける直流交流変換回路のＤＣＤＣコンバータとその周辺の構成の一例を示す回路図である。
【００３８】
図２に示すように、燃料電池１１から直流２０Ｖの電圧が入力され、ＦＥＴあるいはＩＧＢＴ等の大電流制御用半導体のフルブリッジ回路で構成された高周波スイッチングによるコンバータ１ドライブ回路、高周波トランス、ダイオードのブリッジ回路で構成された高周波整流ブリッジ回路、ＦＥＴ、ダイオード等にて構成されたコンバータ２ドライブ回路（高周波直並列回路）を経て、直流３８０Ｖ〜４００Ｖ程度まで昇圧される。ここでは正確には３９１Ｖ（２００Ｖ×√２×１４０％）となるよう制御している。
【００３９】
ここで、コンバータ１ドライブ回路へは、運転制御手段２２により、ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段１９にあるコンバータ１ドライブ信号発生回路からＰＷＭ信号としてＤＵＴＹ比を調整して出力されるドライブ信号をコンバータ１ドライブ回路に出力することにより制御され、同様にコンバータ２ドライブ回路へは、運転制御手段２２により、ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段１９にあるコンバータ２ドライブ信号発生回路からのＰＷＭドライブ信号をコンバータ２ドライブ回路に出力することにより制御される。
【００４０】
コンバータ１ドライブ回路およびコンバータ２ドライブ回路へのドライブ信号は、それぞれ回路構成が異なることから明らかなように、異なるＰＷＭ信号が個々にＤＵＴＹ比を調整しながら出力されるものである。
【００４１】
さらに、ここで、インバータ１３の出力制御動作について、図３を使って簡単に説明する。図３は、本実施の形態の燃料電池システムにおける直流交流変換回路のインバータとその周辺の構成の一例を示す回路図である。
【００４２】
図３に示すように、インバータ１３の内部回路は主としてスイッチング素子Ａ〜Ｄのブリッジ回路により構成されるインバータドライブ回路であり、スイッチング素子はＦＥＴあるいはＩＧＢＴ等の大電流制御用半導体で構成される。
【００４３】
通常時のインバータ出力制御動作としては、素子Ａと素子ＤがＯＮしたとき、交流正弦波形の最初の半周期分、上半分（半波）が出力され、素子Ｂと素子ＣがＯＮしたとき、交流正弦波形の残りの半周期分、下半分（半波）が出力されることになり、交流正弦波形の波形成形が行われることになる。
【００４４】
この素子Ａ〜ＤをＯＮ／ＯＦＦする制御は、運転制御手段２２により、インバータ出力制御手段２１にあるドライブ信号発生回路からのＰＷＭ信号としてＤＵＴＹ比を調整して出力されるドライブ信号をインバータドライブ回路に出力することにより制御されることになる。
【００４５】
このスイッチング素子Ａ〜Ｄのブリッジ回路により、直流３８０Ｖ〜４００Ｖ程度の電力を交流２００Ｖに直流交流変換して交流２００Ｖの電流を出力するものである。ここでは、１０００Ｗ出力すると仮定した場合、交流２００Ｖの系統電源電圧に位相を同期させて、１０００Ｗ÷２００Ｖ＝５Ａ程度の交流電流を出力することになる。
【００４６】
運転制御手段２２は、燃料電池１１と、ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段１９を介してＤＣＤＣコンバータ１２と、インバータ出力制御手段２１を介してインバータ１３と、連系遮断器１４と、余剰コンバータ出力制御手段１８を介して余剰コンバータ１６とを制御する。
【００４７】
ここで、系統電源異常や逆潮流時など余剰コンバータ１６により電力を消費させる必要が生じた場合、インバータ１３の出力を停止してＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電力を余剰コンバータ１６側で消費するようにした後、ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段１９は、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段２０により検出されたＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値の変化率に応じて、ＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値の低下が急であればあるほど、早く正常の出力電圧値に戻るように、ＤＣＤＣコンバータ１２を制御することにより、ＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値がシステムを停止させる異常低電圧値に達しないように構成する。
【００４８】
図４は、本実施の形態の燃料電池システムにおける、インバータ１３からの発電電力を余剰コンバータ１６によるヒータ１７の出力に切り替えた後のインバータ１３によるインバータ出力と余剰コンバータ出力制御手段１８による余剰コンバータ制御出力の関係および、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段２０によるＤＣＤＣコンバータ出力電圧とＤＣＤＣコンバータ出力制御手段１９によるＤＣＤＣコンバータ制御出力の関係を示すタイミングチャートである。
【００４９】
ここで、系統電源において何らかの異常が発生した場合に、インバータ出力を低下させる。するとその影響でＤＣＤＣコンバータ出力電圧が正常値（ここでは３８０Ｖ〜４００Ｖ）から上昇するのでＤＣＤＣコンバータ制御出力を低下させる必要がある。
【００５０】
なぜならＤＣＤＣコンバータ出力電圧が上昇すると、図２のコンバータ２ドライブ回路の最終段にある電解コンデンサの定格が４５０Ｖであるため破壊に至らないよう４４０Ｖ以上で過電圧異常となるように設定されているためである。
【００５１】
次に、余剰コンバータ制御出力を出力させると、ＤＣＤＣコンバータ１２の出力電力は余剰コンバータ１６を介してヒータ１７で消費されるので、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧はその時点から低下の一途をたどることになる。なぜならその時点では、まだＤＣＤＣコンバータ制御出力は低いままであるからである。
【００５２】
ＤＣＤＣコンバータ制御出力を立ち上げてＤＣＤＣコンバータ１２から電力を出力することにより、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧を早く前述の正常値に戻す必要がある。でないと低電圧異常検出（ここでは３３０Ｖ以下）してしまい、燃料電池システムが不要停止してしまうからである。
【００５３】
ここで、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段２０により検出されたＤＣＤＣコンバータ出力電圧値の低下の傾きが急であるほど、ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段１９からの出力を随時、上昇率を上げるものである。
【００５４】
つまり図２のコンバータ２ドライブ回路で説明すると、ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段１９にあるコンバータ２ドライブ信号発生回路からのＰＷＭ信号としてＤＵＴＹ比を上げるよう調整するものである。
【００５５】
当然ながら逆の場合もあり、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧が正常値以上にオーバーシュートしてしまった場合は、ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段１９からのＰＷＭ信号としてＤＵＴＹ比を随時、下げるよう調整するものである。
【００５６】
以上のようにして、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧値を早く正常値に戻るようＤＣＤＣコンバータ１２を制御するものである。
【００５７】
かかる構成によれば、ある程度予測してＤＣＤＣコンバータ出力電圧の低下を抑え、早く正常値に立ち上がらせることができ、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧が低下することによる異常検出をさせず、不要停止しないようにすることが可能となる。
【００５８】
ところで本実施の形態において、余剰コンバータ１６をＤＣＤＣコンバータ１２の出力端に接続させた理由について述べる。余剰コンバータ１６を燃料電池１１の出力端に接続あるいはインバータ１３の出力端に接続の場合も考えられる。
【００５９】
まず、燃料電池１１の出力端の場合、燃料電池１１の出力は直流電圧２０Ｖ程度であるため、平均６０Ａ程度の大電流が流れることになり、余剰コンバータ１６の回路構成および基板構成が複雑かつ大型化となり、コストアップにつながることが考えられる。
【００６０】
また、インバータ１３の出力端に接続した場合は、系統電源において瞬時停電あるいは瞬時電圧低下が発生した場合に、発電を継続、維持できず、燃料電池システムの再起動まで時間を要することが考えられる。
【００６１】
以上のことから、余剰コンバータ１６をＤＣＤＣコンバータ１２の出力端に接続させるものである。
【００６２】
また本実施の形態において、インバータ１３からの発電電力を余剰コンバータ１６によるヒータ１７出力に切り替えて消費することについて述べているが、もっと上流の燃料電池１１で対応できないかについて簡単に述べる。
【００６３】
燃料電池１１では都市ガスのようなメタン等の炭化水素を含む燃料から化学反応により水素を発生させ、空気中の酸素との化学反応により直流電力を取り出している。つまり余剰コンバータ１６によればｍｓｅｃ単位での応答速度で瞬時に電力の切り替えが可能であるが、燃料電池１１では化学反応であるため瞬時に切り替えができず応答速度が遅いと考えられるため、燃料電池１１での対応は難しいといえる。
【００６４】
次に、系統電源異常や逆潮流時など余剰コンバータ１６により電力を消費させる必要が生じた場合、インバータ１３の出力を停止してＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電力を余剰コンバータ１６側で消費するようにした後、ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段１９は、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段２０により検出されたＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値が正常値より低くシステムを停止させる異常低電圧値より高い所定電圧値以下になれば早く正常の出力電圧値に戻るようにＤＣＤＣコンバータ１２を制御することにより、ＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値がシステムを停止させる異常低電圧値に達しないように構成する。
【００６５】
本実施の形態の燃料電池システムは、燃料電池１１が発電した直流電力を昇圧するＤＣＤＣコンバータ１２と、ＤＣＤＣコンバータ１２を制御するＤＣＤＣコンバータ出力制御手段１９と、ＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電圧を検出するＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段２０と、ＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータ１３と、ＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電力をヒータ１７で熱に変えて消費するための余剰コンバータ１６と、燃料電池１１、ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段１９を介してＤＣＤＣコンバータ１２、インバータ１３、余剰コンバータ１６を制御する運転制御手段２２とを備え、インバータ１３の出力を停止してＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電力を余剰コンバータ１６側で消費するようにした場合に、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段２０により検出されたＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値の変化率に応じてＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値の低下が急であればあるほど、ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段１９が、早く正常の出力電圧値に戻るように、ＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値の低下率が所定値より大きくなった時点からＤＣＤＣコンバータ制御出力の上昇率を上げて、ＤＣＤＣコンバータ１２を制御することにより、ＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値がシステムを停止させる異常低電圧値に達しないように構成したものである。
【００６６】
上記構成において、インバータ１３の出力を停止してＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電力を余剰コンバータ１６側で消費するようにした場合に、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段２０により検出されたＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値の変化率に応じてＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値の低下が急であればあるほど、ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段１９が、早く正常の出力電圧値に戻りシステムを停止させる異常低電圧値に達することのないように、ＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値の低下率が所定値より大きくなった時点からＤＣＤＣコンバータ制御出力の上昇率を上げて、ＤＣＤＣコンバータ１２を制御する。
【００６７】
つまり、ＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値の変化率に応じて正常の出力電圧値に戻す早さを変えて、ＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧の変化をある程度予測して、ＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧が低下してもシステムを停止させる異常低電圧値に達せずに正常な電圧値に戻るようにＤＣＤＣコンバータ１２を制御するので、インバータ１３からの出力を停止して余剰電力をヒータ１７で消費するように切り替えた後に、ＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧の異常低下の検出で不要停止することを防止できる。
【００６８】
なお、本実施の形態では、ＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値の低下率が所定値より大きくなったＴａの時点から、ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段１９が、図４のＤＣＤＣコンバータ制御出力の上昇率を図４の矢印に示すように変えており、ＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧を上昇させる時の制御出力の上昇率を２種類にしているが、ＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧を上昇させる時の制御出力の上昇率を２種類以上用意しておき、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段２０により検出されたＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値の変化率に応じてＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値の低下が急であればあるほど、制御出力の上昇率が高い（大きい）ものを選択するようにしても構わない。
【００６９】
図５は、本実施の形態の燃料電池システムの変形例における直流交流変換回路の各制御出力と電圧の関係を示すタイミングチャートであり、図４と同じ構成要素のタイミングチャートを示すが、図４と異なる点は、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段２０により検出されたＤＣＤＣコンバータ出力電圧値が正常値より低い所定値を下回れば、ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段１９からの出力の上昇率を上げる点である。
【００７０】
つまり、図２のＤＣＤＣコンバータ出力制御手段１９にあるコンバータ２ドライブ信号発生回路からのＰＷＭ信号としてＤＵＴＹ比を上げるよう調整する。ここでいう正常値より低い所定値とは、３８０Ｖ〜４００Ｖの正常値より低く、低電圧異常検出電圧３３０Ｖより高い値を意味する。
【００７１】
かかる構成によれば、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧が所定値を下回っても、早い段階で正常値に立ち上がらせることができ、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧が低下することによる異常検出をさせず、不要停止しないようにすることが可能となる。
【００７２】
次に、系統電源異常や逆潮流時など余剰コンバータ１６により電力を消費させる必要が生じた場合、インバータ１３の出力を停止してＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電力を余剰コンバータ１６側で消費するようにした後、余剰コンバータ出力制御手段１８は、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段２０により検出されたＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値の変化率に応じてＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値の低下が急であるほど消費電力の目標値に到達するまでの時間を遅らせるように余剰コンバータ１６を制御することにより、ＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値がシステムを停止させる異常低電圧値に達しないように構成する。
【００７３】
本実施の形態の図５に示す変形例の燃料電池システムは、燃料電池１１が発電した直流電力を昇圧するＤＣＤＣコンバータ１２と、ＤＣＤＣコンバータ１２を制御するＤＣＤＣコンバータ出力制御手段１９と、ＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電圧を検出するＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段２０と、ＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータ１３と、ＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電力をヒータ１７で熱に変えて消費するための余剰コンバータ１６と、燃料電池１１、ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段１９を介してＤＣＤＣコンバータ１２、インバータ１３、余剰コンバータ１６を制御する運転制御手段２２とを備え、インバータ１３の出力を停止してＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電力を余剰コンバータ１６側で消費するようにした場合に、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段２０により検出されたＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値が正常値より低くシステムを停止させる異常低電圧値より高い所定電圧値以下になれば、ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段１９が、早く正常の出力電圧値に戻るように、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段２０により検出されたＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値が正常値より低くシステムを停止させる異常低電圧値より高い所定電圧値以下になった時点ＴｂからＤＣＤＣコンバータ制御出力の上昇率を上げて、ＤＣＤＣコンバータ１２を制御することにより、ＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値がシステムを停止させる異常低電圧値に達しないように構成したものである。
【００７４】
上記構成において、インバータ１３の出力を停止してＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電力を余剰コンバータ１６側で消費するようにした場合に、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段２０により検出されたＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値が正常値より低くシステムを停止させる異常低電圧値より高い所定電圧値以下になれば、ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段１９が、早く正常の出力電圧値に戻りシステムを停止させる異常低電圧値に達することのないように、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段２０により検出されたＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値が正常値より低くシステムを停止させる異常低電圧値より高い所定電圧値以下になった時点ＴｂからＤＣＤＣコンバータ制御出力の上昇率を上げて、ＤＣＤＣコンバータ１２を制御する。
【００７５】
つまり、ＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値に応じて正常値より低くシステムを停止させる異常低電圧値より高い所定電圧値以下になれば、所定電圧値まで低下していない場合よりも正常の出力電圧値に戻すための制御量を大きくして、ＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧が低下してもシステムを停止させる異常低電圧値に達せずに早く正常な電圧値に戻るようにＤＣＤＣコンバータ１２を制御するので、インバータ１３からの出力を停止して余剰電力をヒータ１７で消費するように切り替えた後に、ＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧の異常低下の検出で不要停止することを防止できる。
【００７６】
図６は、本実施の形態の燃料電池システムの変形例における直流交流変換回路の各制御出力と電圧の関係を示すタイミングチャートであり、図４および図５と同じ構成要素のタイミングチャートを示すが、図４および図５と異なる点は、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段２０により検出されたＤＣＤＣコンバータ出力電圧値の低下の傾きが急であるほど、余剰コンバータ出力制御手段１８からの出力を随時、上昇率を下げて、消費電力の目標値に到達するまでの時間を遅らせ、余剰コンバータ出力よりもＤＣＤＣコンバータ出力電圧値の低下を阻止することを優先している点である。
【００７７】
つまり、余剰コンバータ出力制御手段１８が、余剰コンバータ１６に出力するドライブ信号としてＰＷＭ出力のＤＵＴＹ比を下げるよう調整するものである。
【００７８】
このことにより、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧の低下率が下がり、または上昇に転じることになるのでＤＣＤＣコンバータ制御出力の上昇スピードは当初のままでよい。
【００７９】
当然ながら、インバータ出力は停止しているので、余剰コンバータ１６によるヒータ１７出力では、所定の消費電力をできるだけ早く消費しなければ、燃料電池１１の電力の行き場がなくなり、燃料電池１１に負担をかけるのは明白である。
【００８０】
かかる構成によれば、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧の低下を確実に抑えることができ、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧が低下することによる異常検出をさせず、不要停止しないようにすることが可能となる。
【００８１】
本実施の形態の図６に示す変形例の燃料電池システムは、燃料電池１１が発電した直流電力を昇圧するＤＣＤＣコンバータ１２と、ＤＣＤＣコンバータ１２を制御するＤＣＤＣコンバータ出力制御手段１９と、ＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電圧を検出するＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段２０と、ＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータ１３と、ＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電力をヒータ１７で熱に変えて消費するための余剰コンバータ１６と、余剰コンバータ１６を制御する余剰コンバータ出力制御手段１８と、燃料電池１１、ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段１９を介してＤＣＤＣコンバータ１２、インバータ１３、余剰コンバータ出力制御手段１８を介して余剰コンバータ１６を制御する運転制御手段２２とを備え、インバータ１３の出力を停止してＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電力を余剰コンバータ１６側で消費するようにした場合に、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段２０により検出されたＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値の変化率に応じてＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値の低下が急であればあるほど、余剰コンバータ出力制御手段１８が、消費電力の目標値に到達するまでの時間を遅らせるように、ＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値の低下率が所定値より大きくなった時点Ｔｃから余剰コンバータ制御出力の上昇率を下げて、余剰コンバータ１６を制御することにより、ＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値がシステムを停止させる異常低電圧値に達しないように構成したものである。
【００８２】
上記構成において、インバータ１３の出力を停止してＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電力を余剰コンバータ１６側で消費するようにした場合に、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段２０により検出されたＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値の変化率に応じてＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値の低下が急であればあるほど、余剰コンバータ出力制御手段１８が、消費電力の目標値に到達するまでの時間を遅らせるように、ＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値の低下率が所定値より大きくなった時点Ｔｃから余剰コンバータ制御出力の上昇率を下げて、余剰コンバータ１６を制御する。
【００８３】
つまり、ＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値の変化率に応じて消費電力の目標値に到達するまでの時間を変えて、ＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧が低下してもシステムを停止させる異常低電圧値に達せずに正常な電圧値に戻るように余剰コンバータ１６を制御するので、ＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧の低下を確実に抑えることができ、インバータ１３からの出力を停止して余剰電力をヒータ１７で消費するように切り替えた後に、ＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧の異常低下の検出で不要停止することを防止できる。
【００８４】
なお、本実施の形態では、ＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値の低下率が所定値より大きくなったＴｃの時点から、余剰コンバータ出力制御手段１８が、図６の余剰コンバータ制御出力の上昇率を図６の矢印に示すように変えており、余剰コンバータ１６側での消費電力を上昇させる時の制御出力の上昇率を２種類にしているが、余剰コンバータ１６側での消費電力を上昇させる時の制御出力の上昇率を２種類以上用意しておき、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段２０により検出されたＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値の変化率に応じてＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値の低下が急であればあるほど、制御出力の上昇率が低い（小さい）ものを選択するようにしても構わない。
【００８５】
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。本実施の形態（図７）において、実施の形態１（図１）と同じ構成要素については、同一符号を用い、その詳細な説明を省略する。
【００８６】
図７に示すように、異常判定手段２３は、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段２０により検出された電圧値が異常かどうか判定する。判定のしきい値は、ここでは３３０Ｖ以下である。
【００８７】
ここで、系統電源異常や逆潮流時など余剰コンバータ１６により電力を消費させる必要が生じた場合、インバータ１３の出力を停止してＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電力を余剰コンバータ１６側で消費するようにした後、運転制御手段２２は、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段２０により検出されたＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値が正常値より低く異常判定手段２３が異常と判断する異常低電圧のしきい値より高い所定電圧値以下になれば異常判定手段２３が異常と判断する異常低電圧のしきい値を下げるように構成する。
【００８８】
図８は、本実施の形態の燃料電池システムにおける直流交流変換回路の各制御出力と電圧の関係を示すタイミングチャートであり、図４、図５および図６と同じ構成要素のタイミングチャートを示すが、図４、図５および図６と異なる点は、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧値が正常値より低い所定値を下回れば、その時点で異常判定手段２３による異常電圧のしきい値を下げて、低電圧異常とならないようにする点である。
【００８９】
ＤＣＤＣコンバータ出力電圧値の正常値より低い所定値とは、前述のように３３０Ｖから３８０Ｖの間に設定される。異常電圧のしきい値については、ヒータ１７を駆動するのに必要な電圧である２４０Ｖは必要であるので、ここでは当初の３３０Ｖから最小２４０Ｖまで低下させることは可能である。
【００９０】
但し、連系遮断器１４が解列していない場合は、系統電源のピーク値以下に下げると、系統電源側からヒータ１７に向かって、インバータ１３内部に逆流が発生する。つまり系統電源→連系遮断器１４→インバータ１３→余剰コンバータ１６→ヒータ１７の経路で電流が流れることになり、インバータ１３の内部回路が破壊されるので２８６Ｖ（２０２Ｖ×√２）が限度となる。
【００９１】
かかる構成によれば、ある程度ＤＣＤＣコンバータ出力電圧が低下しても、発電動作に影響しないという理由で異常検出させず、不要停止しないようにすることが可能となる。
【００９２】
次に、系統電源異常や逆潮流時など余剰コンバータ１６により電力を消費させる必要が生じた場合、インバータ１３の出力を停止してＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電力を余剰コンバータ１６側で消費するようにした後、運転制御手段２２は、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段２０により検出されたＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値の低下率が所定値より大きい低下率になれば、異常判定手段２３が異常と判断する異常低電圧のしきい値を下げるように構成する。
【００９３】
本実施の形態の燃料電池システムは、燃料電池１１が発電した直流電力を昇圧するＤＣＤＣコンバータ１２と、ＤＣＤＣコンバータ１２を制御するＤＣＤＣコンバータ出力制御手段１９と、ＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電圧を検出するＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段２０と、ＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータ１３と、ＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電力をヒータ１７で熱に変えて消費するための余剰コンバータ１６と、燃料電池１１、ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段１９を介してＤＣＤＣコンバータ１２、インバータ１３、余剰コンバータ１６を制御する運転制御手段２２と、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段２０により検出されたＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値が異常かどうかを判定する異常判定手段２３とを備え、インバータ１３の出力を停止してＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電力を余剰コンバータ１６側で消費するようにした場合に、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段２０により検出されたＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値が正常値より低く異常判定手段２３が異常と判断する異常低電圧のしきい値より高い所定電圧値以下になれば、運転制御手段２２が、異常判定手段２３が異常と判断する異常低電圧のしきい値を下げるものである。
【００９４】
上記構成において、インバータ１３の出力を停止してＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電力を余剰コンバータ１６側で消費するようにした場合に、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段２０により検出されたＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値が正常値より低く異常判定手段２３が異常と判断する異常低電圧のしきい値より高い所定電圧値以下になれば、運転制御手段２２が、異常判定手段２３が異常と判断する異常低電圧のしきい値を下げる。
【００９５】
そのため、インバータ１３の出力を停止してＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電力を余剰コンバータ１６側で消費するようにした場合に、ある程度ＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧が低下しても、発電動作に影響しないという理由で異常検出させず、不要停止しないようにすることが可能となる。
【００９６】
図９は、本実施の形態の燃料電池システムの変形例における直流交流変換回路の各制御出力と電圧の関係を示すタイミングチャートであり、図４、図５、図６および図８と同じ構成要素のタイミングチャートを示すが、図４、図５、図６および図８と異なる点は、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧値の低下の傾きが所定値以上になれば、その時点で異常判定手段２３による異常電圧のしきい値を下げて、低電圧異常とならないようにする点である。
【００９７】
ＤＣＤＣコンバータ出力電圧値の低下率が大きくなれば、当然、低電圧異常のしきい値（ここでは３３０Ｖ）を下回るリスクが大きくなるので、予めしきい値を、前述のように３３０Ｖから２４０Ｖまで下げておくものである。
【００９８】
かかる構成によれば、ある程度予測してＤＣＤＣコンバータ出力電圧が低下しても、発電動作に影響しないという理由で異常検出させず、不要停止しないようにすることが可能となる。
【００９９】
本実施の形態の図９に示す変形例の燃料電池システムは、燃料電池１１が発電した直流電力を昇圧するＤＣＤＣコンバータ１２と、ＤＣＤＣコンバータ１２を制御するＤＣＤＣコンバータ出力制御手段１９と、ＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電圧を検出するＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段２０と、ＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータ１３と、ＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電力をヒータ１７で熱に変えて消費するための余剰コンバータ１６と、燃料電池１１、ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段１９を介してＤＣＤＣコンバータ１２、インバータ１３、余剰コンバータ１６を制御する運転制御手段２２と、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段２０により検出されたＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値が異常かどうかを判定する異常判定手段２３とを備え、インバータ１３の出力を停止してＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電力を余剰コンバータ１６側で消費するようにした場合に、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段２０により検出されたＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値の低下率が所定値より大きい低下率になれば、運転制御手段２２が、異常判定手段２３が異常と判断する異常低電圧のしきい値を下げるように構成したものである。
【０１００】
上記構成において、インバータ１３の出力を停止してＤＣＤＣコンバータ１２で昇圧された直流電力を余剰コンバータ１６側で消費するようにした場合に、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段２０により検出されたＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧値の低下率が所定値より大きい低下率になれば、運転制御手段２２が、異常判定手段２３が異常と判断する異常低電圧のしきい値を下げる。
【０１０１】
そのため、インバータの出力を停止してＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力を余剰コンバータ１６側で消費するようにした場合に、ある程度予測してＤＣＤＣコンバータ１２の出力電圧が低下しても、発電動作に影響しないという理由で異常検出させず、不要停止しないようにすることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明の燃料電池システムは、
系統電源異常や逆潮流時などでインバータの出力を停止してＤＣＤＣコンバータで昇圧された直流電力を余剰コンバータ側で消費するようにした場合に、ＤＣＤＣコンバータの出力電圧値がシステムを停止させる異常低電圧値に達しないようにＤＣＤＣコンバータまたは余剰コンバータを制御するので、または、所定条件を満たせば異常と判断する異常低電圧のしきい値を下げるので、インバータからの出力を停止して余剰電力をヒータで消費するように切り替えた後に、ＤＣＤＣコンバータ出力電圧の異常低下の検出で不要停止することを防止できる。そのため、系統と連系可能な家庭用の燃料電池システムの他にも、オフィスや工場などで系統と連系可能な業務用の燃料電池システムにも適用でき、また直流電力を発電し交流電力に変換する太陽光発電システム等の他の発電システムにも応用が可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
１１  燃料電池
１２  ＤＣＤＣコンバータ
１３  インバータ
１６  余剰コンバータ
１７  ヒータ
１８  余剰コンバータ出力制御手段
１９  ＤＣＤＣコンバータ出力制御手段
２０  ＤＣＤＣコンバータ出力電圧検出手段
２２  運転制御手段
２３  異常判定手段
【図１】
2011100597.tif 000003
【図２】
2011100597.tif 000004
【図３】
2011100597.tif 000005
【図４】
2011100597.tif 000006
【図５】
2011100597.tif 000007
【図６】
2011100597.tif 000008
【図７】
2011100597.tif 000009
【図８】
2011100597.tif 000010
【図９】
2011100597.tif 000011
【図１０】
2011100597.tif 000012