(57)【要約】燃料電池発電装置（９）がＤＣ電力をインバー（１２）に提供し、インバータ（１２）は、スイッチ（１７）により電力送電網（１８）に接続可能でありかつ重要な需要家負荷（３０）に接続される三相電力ライン（１６）に電力を提供する。エネルギー貯蔵装置（４０）が、スイッチ（３４）を通して前記三相電力ラインまたは前記電力送電網に接続可能な二方向性ＤＣ／ＡＣコンバータ（３６）にＤＣ電力を提供する。ダイオード（４５）が、燃料電池発電装置のエネルギーを直接エネルギー貯蔵装置に受動的に提供してそれを充電し、または主ＤＣ／ＡＣインバータが故障した事態においてそれをバイパスできる。送電網上の動揺によるインバータの停止により引き起こされる電力の減少は、エネルギー貯蔵装置からのエネルギーを用いてコンバータにより供給される電力によって回避される。
2007525139.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池発電装置（９）と、
前記燃料電池発電装置からＤＣ電力を受け取りかつ三相電力ライン（１６）に三相ＡＣ電力を提供する主ＤＣ／ＡＣインバータ（１２）と、
を備える装置であって、
エネルギー貯蔵装置（４０）と、
前記エネルギー貯蔵装置から前記三相電力ラインに接続可能であり、それによって、前記ライン上の過渡状態に対する前記燃料電池発電装置および前記インバータの応答を増強する二方向性ＤＣ／ＡＣコンバータ（３６）と、
を備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記ラインは、（ａ）前記燃料電池発電装置の補助装置（３１）または（ｂ）重要な需要家負荷（３０）の一方または両方に接続され、それによって、前記重要な需要家負荷への電力の減少が、前記コンバータ（３６）により供給される電力により回避されることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記三相電力ライン（１６）は、スイッチ（１７）によって三相電力送電網（１８）に接続可能であり、
前記コンバータ（３６）は、スイッチ（３４）によって前記三相電力ラインに接続され、前記コンバータは、代替として前記スイッチにより前記電力送電網に接続可能である、
ことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記燃料電池発電装置に十分低い負荷が存在しそれによってその電圧出力が前記エネルギー貯蔵装置の電圧出力を超えるときはいつでも前記燃料電池発電装置から前記エネルギー貯蔵装置にエネルギーを受動的に提供するように前記燃料電池発電装置（９）と前記エネルギー貯蔵装置（４０）との間に接続されたダイオード（４５）をさらに備えることを特徴とする請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記ダイオード（４５）を通る前記燃料電池発電装置（９）と前記エネルギー貯蔵装置（４０）との間の接続を遮断するスイッチ（４４）をさらに備えることを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記三相電力ライン（１６）は、スイッチ（１７）によって三相電力送電網（１８）に接続可能であり、
前記コンバータ（３６）は、スイッチ（３４）によって前記三相電力ラインに接続され、前記コンバータは、代替として前記スイッチにより前記電力送電網に接続可能であり、それによって、前記ダイオード（４５）を通って前記電力送電網（１８）および／または前記補助装置（３１）および前記重要な需要家負荷（３０）に前記燃料電池発電装置（９）により電力が提供され得る、
ことを特徴とする請求項４記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、再生式（二方向性）ＤＣ／ＡＣコンバータにより燃料電池発電装置電力調整装置（ＤＣ／ＡＣインバータ）と負荷との間に接続されるバッテリまたはスーバーキャパシタバンクを有する燃料電池発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池発電装置が通常に作動していて、負荷に急激な変化があった場合、燃料電池発電装置の変化能力は、負荷が増加する際は付加的な水素を提供するように、あるいは、負荷が減少する際は過剰の水素を散逸させるように、弁を調節するのにかかる時間（数秒程度）によって制限される。
【０００３】
過渡状態を取り扱うのを助けるために、燃料電池発電装置とそれに付随する電力調整装置との間に接続されたＤＣエネルギー貯蔵装置を提供することが知られている。このようなものの一つは、米国特許第６，５７２，９９３号に開示されており、それは常にエネルギー貯蔵装置をその容量の８０％に再調節する。別のそのようなシステムは、２００３年１１月１９日に出願された同時係属の特許出願である出願番号第１０／７１７，０８９号に開示されており、それは、燃料電池発電装置が達成するどのような電圧にも受動的に追随でき、あるいは、燃料電池発電装置の電圧の分数または倍数である電圧でエネルギー貯蔵装置を機能させる能動的なＤＣ／ＤＣコンバータを有することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した装置は、送電網上または重要な需要家負荷上の動揺により電力調整装置がスイッチングを停止したときはいつでも、重要な需要家負荷にも、燃料電池発電装置それ自体の補助装置にも電力を提供できない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的は、燃料電池発電装置に付随する主要な電力調整装置回路が電力送電網上などといったその出力上の動揺によりスイッチングを停止したときでさえ重要な需要家負荷および／または燃料電池発電装置それ自体の補助電力装置に電力を供給でき、電力送電網により重要な需要家負荷に供給される電力の減少を防止するものであり、燃料電池発電装置により重要な需要家負荷に供給される電力の減少を防止するものであり、電力送電網により再充電でき、また、当業技術に知られる装置より汎用性がありかつより完全な増強機能を提供する、燃料電池発電装置を増強するエネルギー貯蔵システムを含む。
【０００６】
本発明によれば、エネルギー貯蔵システムは、重要な需要家負荷および／または燃料電池発電装置補助装置に、あるいは、燃料電池発電装置が接続可能である電力送電網に、直接接続可能である。
【０００７】
本発明によれば、バッテリまたはスーパーキャパシタのバンクなどといったＤＣ貯蔵装置が、再生式（二方向性）ＤＣ／ＡＣコンバータを通して接続され、次いでこのコンバータは、燃料電池発電装置の電力コンバータの出力ラインと並列になるようにまたは電力送電網に接続されるように、切り換え可能である。
【０００８】
本発明の主要な特徴は、たとえ燃料電池発電装置の電力調整システムがその出力ライン上の動揺によりスイッチングを停止したとしても、本発明のエネルギー貯蔵システムが重要な需要家負荷に電力を実際に提供できるということである。従って、電力調整システムがスイッチングを遮断または停止する事態において、燃料電池発電装置に付随する従来技術のエネルギー貯蔵システムができない場合に、本発明は、電力を提供する。
【０００９】
本発明の他の目的、特徴および利点は、添付の図面に例示される本発明の例示的な実施態様の以下の詳細な説明に照らしてより明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１を参照すると、燃料電池発電装置９は、正の電力ライン１０と戻りライン１１とにより、主ＤＣ／ＡＣインバータ１２を備える電力調整システムに接続される。インバータ１２は、インダクタ１５を通して三相電力ライン１６に、そして複数のスイッチ１７を通して、通常は４８０ボルト、三相、６０Ｈｚの電力である電力送電網１８に接続される。スイッチ１７は、電気機械式またはソリッドステートの装置である。
【００１１】
複数の電流および電圧検出器２０、２１が、三相ライン１６のそれぞれの電流および電圧、および電力送電網１８の各ラインの電流および電圧を決定し、これらを示す信号を、ライン２２のトランクを通して制御装置２３に提供する。この実施態様では、制御装置２３は、主ＤＣ／ＡＣインバータ１２へ、および燃料電池発電装置９へのライン２６、２７の各トランクと相互接続されて示されている。しかしながら、所望ならば別々の制御装置を使用できる。三相電力ライン１６は、重要な需要家負荷３０と、燃料電池発電装置９の補助装置３１とに接続される。通常の場合、スイッチ１７は、閉にされることができ、それによって、電力が電力送電網１８から重要な需要家負荷３０に提供される。ある場合には、電力供給源は、燃料電池発電装置と送電網との間で分担できる。
【００１２】
送電網がスイッチ１７を通してインバータ１２に接続されるとき、２、３ミリ秒間より長い時間における数ボルトの低減、または突然の相変化などといった電流および電圧検出器２０、２１により示される状態に応答して、制御装置２３は、マイクロ秒の時間枠内ですぐにインバータ１２のスイッチングを停止する。次いでそれは、スイッチ１７を開にすることにより電力送電網１８を遮断する。その後、制御装置は、送電網が再び通常になっているかを決定するためにスイッチ１７の両側をモニタし、次いで、スイッチ１７を通して送電網にインバータを再接続する前に送電網の相および電圧の大きさにインバータ内の相および電圧の大きさを調節する。インダクタ１５は、送電網およびインバータが最初に相互接続されるときに送電網とインバータの間の差を吸収する。
【００１３】
上述した状況では、インバータはスイッチングを停止し、送電網は遮断されており、重要な需要家負荷３０は、電力の減少を有することになる。本発明によれば、そのような時の電力は、スイッチ３４およびインダクタ３５を通して、ライン３７、３８によってエネルギー貯蔵装置４０に接続されている二方向性ＤＣ／ＡＣコンバータ３６から供給されることになり、エネルギー貯蔵装置４０は、以下に説明するように、バッテリまたはスーパーキャパシタバンクを備えることができる。コンバータ３６は、自律型とすることができ、ライン１６の状態を見ており、電圧が十分に低下すると、コンバータ３６は、ライン１６に電力を供給する。従って、重要な需要家負荷にも、また、燃料電池発電装置９の補助装置３１にも、電力の減少は生じない。
【００１４】
所望ならば、別の実施態様において、コンバータ３６およびインバータ１２は、相互に接続してもよく、制御装置２３を通してあるいは発電装置制御装置とは別の独立した制御装置を通して情報を共有する。コンバータ３６の作動は、インバータ１２と共有された制御装置を用いて最適化できる。例えば、インバータが停止するように命令されるときに、コンバータは同様に、ライン１６にＡＣ電力を供給するように命令されることができる。
【００１５】
スイッチ３４は、図１に示される位置とは反対の位置に移動することができ、それによって、コンバータ３６を直接電力送電網１８に接続する。これによって、電力送電網の状態が適切である場合、電力送電網１８からエネルギー貯蔵装置４０を充電する可能性が与えられる。このような場合、電力は、エネルギー貯蔵装置４０を再充電するために、燃料電池発電装置９から抽出されない。
【００１６】
図２は、複数のバッテリ４１を備えるエネルギー貯蔵装置４０を示す。図３は、スーパーキャパシタ４３のバンクを備えるエネルギー貯蔵装置４０を示す。
【００１７】
図４を参照すると、燃料電池発電装置９は任意選択的に、ダイオード４５によりスイッチ４４を通して直接エネルギー貯蔵装置４０に接続できる。知られているように、燃料電池スタックの「性能」は、電圧対電流密度の関係であり、これは単調減少であり、電圧は、電流密度の任意の漸進的増加に対してより低くなる。従って、非常に低い電力出力において、燃料電池発電装置の電圧は、最大電圧に近づき、そのような状況において、エネルギー貯蔵装置４０の電圧を超えることができる。このような場合（使用されるならば、そしてスイッチ４４を通して接続されるならば）、電流は、ダイオード４５を通って流れて、エネルギー貯蔵装置４０を充電する。
【００１８】
この構成は、主ＤＣ／ＡＣインバータが故障した場合に、重要な需要家負荷、補助装置、またはユーティリティ送電網に電力を送るのにも使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による電気貯蔵増強システムの簡略ブロック線図。
【図２】バッテリを備えるＤＣエネルギー貯蔵装置の部分簡略模式線図。
【図３】スーパーキャパシタのバンクを備えるＤＣエネルギー貯蔵装置の部分簡略模式線図。
【図４】燃料電池電圧がＤＣ貯蔵装置の電圧より高いときはいつでも直接燃料電池からＤＣ貯蔵装置に電力を自動的に提供することになるダイオードを有する、本発明によるシステムの簡略ブロック線図。
【図１】
2007525139.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2007525139.tif 000007