(57)【要約】  【課題】ＤＣ／ＤＣコンバータ内のスイッチング回路に対して、そのスイッチングノイズの発生を防止すること、および、効率を向上すること。  【解決手段】ＤＣ／ＤＣコンバータ２１と、ＤＣ／ＤＣコンバータの直流出力電圧から交流電圧を発生するインバータ２２とを備えた燃料電池発電システム用パワーコンディショナにおいて、ＤＣ／ＤＣコンバータを、位相シフト制御方式フルブリッジ形のＤＣ／ＤＣコンバータにより構成する。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池電圧を昇圧する絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを備えた燃料電池発電システム用パワーコンディショナにおいて、上記ＤＣ／ＤＣコンバータを、フルブリッジ形のスイッチング回路を含むＤＣ／ＤＣコンバータで構成し、かつ、このスイッチング回路を位相シフト制御方式により駆動する、ことを特徴する燃料電池発電システム用パワーコンディショナ。
【請求項２】
上記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング回路を位相シフト制御するための基準信号と位相信号とを生成出力する制御部と、上記制御部からの基準信号と位相信号とに基づいて、上記スイッチング回路内の４つのスイッチそれぞれを駆動するためのゲートパルスをそれらの間にデッドタイムを存するタイミングで生成するデッドタイム生成回路とを備えた、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電システム用パワーコンディショナ。
【請求項３】
上記ＤＣ／ＤＣコンバータは、燃料電池側と系統電源側との電気的絶縁をする昇圧用のトランスと、該トランスの二次側出力を整流する整流ダイオードを含む出力回路とを備え、上記トランスの一次側に上記スイッチング回路を設ける一方、その二次側を分割し、各分割した二次側それぞれに上記出力回路を２系統個別に接続するとともに、当該２系統の出力回路それぞれの出力側を互いに直列接続した、ことを特徴する請求項２に記載の燃料電池発電システム用パワーコンディショナ。
【請求項４】
上記制御部は、燃料電池コントローラからの指令に応答して、ＤＣ／ＤＣコンバータの制御を行う制御アルゴリズムを搭載したマイクロコンピュータを含む、ことを特徴とする請求項２または３に記載の燃料電池発電システム用パワーコンディショナ。
【請求項５】
燃料電池と請求項１ないし４のいずれか１項に記載の燃料電池発電システム用パワーコンディショナとを含むことを特徴する燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電システム用パワーコンディショナおよびこれを用いた燃料電池発電システムに係り、より詳しくは、このシステムが備える絶縁型昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーコンディショナを含む燃料電池発電システムは、例えば、特許文献１やその他で既に知られている。この燃料電池発電システムにおいては、商用電源と連系し、家庭内の機器に電力を供給し、燃料電池発電だけでは、電力がまかなえない場合は、その電力を商用電力系統（系統電源）側から家庭内の機器に供給するようになっている。
【０００３】
図１２ないし図１６を参照して、このような従来からの燃料電池発電システムとこれに使用するパワーコンディショナとを説明する。図１２において、１は燃料電池、２はパワーコンディショナ、３は系統電源を示す。パワーコンディショナ２は、昇圧回路であるＤＣ／ＤＣコンバータ２Ａと、インバータ２Ｂと、マイクロコンピュータ２Ｃと、連系保護装置２Ｄとを備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ２Ａには、図１３のプッシュプル形、図１４のフォワード形、図１５のフルブリッジ形があり、直流３０ないし４０Ｖ程度と低い燃料電池を用いて、交流２００Ｖないし２３０Ｖを得るには、およそ１０倍程度の昇圧を行うことが要求される。一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ２Ａは、トランスの構成を変更せずに必要な昇圧を確保できる構成として、図１６で示すように、燃料電池に対して、例えば、４台のＤＣ／ＤＣコンバータ２Ａの入力側を並列接続するとともに、各ＤＣ／ＤＣコンバータ２Ａを出力側において互いに直列に接続し、各ＤＣ／ＤＣコンバータ２Ａそれぞれの昇圧動作を容易にした構成となっている。インバータ２Ｂは、詳細を図示しないが、例えば、４個のスイッチング素子をブリッジ接続し、ＰＷＭ駆動により、正弦波状の電流波形を系統電源３に供給する。
【０００４】
上記のように、ＤＣ−ＤＣコンバータ２Ａは、燃料電池１からの直流入力を交流に変換するようスイッチング動作するスイッチング回路と、スイッチング回路出力を昇圧するトランスと、トランスの二次側出力を直流に変換する出力回路とを含む装置である。これによって、燃料電池電圧とは異なる電圧を持った直流出力を得てインバータ２Ｂに出力する。しかしながら、このようなＤＣ／ＤＣコンバータ２Ａを備えたパワーコンディショナ２を燃料電池発電システム用とする場合、燃料電池１の出力電圧は低い一方で、１ｋＷもの電力を得るには、平均電流で３０Ａも必要となり、このことがＤＣ／ＤＣコンバータ２において燃料電池の電圧を昇圧動作するに際して比較的大きなスイッチングノイズが発生する要因となっている。また、図１３〜図１５に示すＤＣ／ＤＣコンバータ２においては、軽負荷時での効率が低いものとなっている。
【特許文献１】特開２００２−２３８１６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明は、燃料電池発電システム用パワーコンディショナに用いるＤＣ／ＤＣコンバータが上記のように使用される状態においても当該ＤＣ／ＤＣコンバータからのスイッチングノイズの発生を抑制し、かつ、効率を向上可能とすることを主たる解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による燃料電池発電システム用パワーコンディショナにおいては、燃料電池電圧を昇圧する絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを備えた燃料電池発電システム用パワーコンディショナにおいて、上記ＤＣ／ＤＣコンバータを、フルブリッジ形のスイッチング回路を含むＤＣ／ＤＣコンバータで構成し、かつ、このスイッチング回路を位相シフト制御方式により駆動することを特徴とするものである。
【０００７】
本発明による場合、ＤＣ／ＤＣコンバータをフルブリッジ形として位相シフト制御方式で駆動する構成としたから、そのゼロボルトスイッチング（ＺＶＳ）動作により、スイッチングノイズを低減できるようになる。特に、ＤＣ／ＤＣコンバータを上記構成とした場合、例えば３００Ｗ程度の軽負荷時における電力供給効率が向上する。
【０００８】
本発明においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ内の各スイッチに印加される電圧は、燃料電池の電圧にサージが重畳された電圧であり、プッシュプルＤＣ／ＤＣコンバータと比較して、その半分となる。さらに、フォワードＤＣ／ＤＣコンバータのように、トランスのリセット時間を確保する必要がなく、トランスを効率よく使用でき、当該効率の向上を図れる。さらに、フルブリッジＤＣ／ＤＣコンバータと同様の回路構成であるが、位相シフト制御においてゼロボルトスイッチング（ＺＶＳ）動作をしているから、フルブリッジＤＣ／ＤＣコンバータよりも効率の向上を図れる。特に、負荷が低い状態では、上記したごとく、スイッチング損失の割合が大きい状況の中では、特に大きな改善を図れるものとなる。
【０００９】
好ましくは、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング回路を位相シフト制御するための基準信号と位相信号とを生成出力する制御部と、上記制御部からの基準信号と位相信号とに基づいて、上記スイッチング回路内の４つのスイッチそれぞれを駆動するためのゲートパルスをそれらの間にデッドタイムを存するタイミングで生成するデッドタイム生成回路とを備える。このデッドタイム生成回路により各ゲートパルスそれぞれにデッドタイムが設けられるから、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を適切な値に制御することができる。
好ましくは、上記ＤＣ／ＤＣコンバータは、燃料電池側と系統電源側との電気的絶縁をする昇圧用のトランスと、該トランスの二次側出力を整流する整流ダイオードを含む出力回路とを備え、上記トランスの一次側に上記スイッチング回路を設ける一方、その二次側を分割し、各分割した二次側それぞれに上記出力回路を２系統個別に接続するとともに、当該２系統の出力回路それぞれの出力側を互いに直列接続する。こうした場合、出力回路内の整流ダイオードの耐圧が半分で済むので、整流ダイオードとしては、順方向電圧、接合容量、逆回復時間がより小さいものを選択できる結果、ダイオード整流による損失が低減し、その効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、ＤＣ／ＤＣコンバータをフルブリッジ形に構成し、このＤＣ／ＤＣコンバータを位相シフト制御方式で駆動するようにしたから、スイッチングノイズの発生が抑制されるとともに、軽負荷時での効率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の詳細を図面に示す実施の形態に基づいて説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池発電システム用パワーコンディショナの回路図である。このシステムは、燃料電池が発電した電力を系統電源に供給するように、系統電源に連系するパワーコンディショナを備えたものである。図１を参照して、１０は燃料電池（燃料電池発電装置）、２０はパワーコンディショナ、３０は系統電源（商用電力系統）を示す。燃料電池１０を制御する燃料電池コントローラは図示していない。燃料電池１０は、例えば、燃料を使用する発電装置であり、例えば、水素と酸素とを電極に供給して直流の電気を取り出すものであり、この水素を例えば、都市ガスから作り（改質反応）、酸素は空気中から取り込むもので、都市ガス（メタンが主）と水蒸気とを改質装置で反応させて水素と炭酸ガスとに分解し、その水素を電池本体の負極に入れ、正極に空気を通し、その中で酸素と負極の水素とを反応させて直流の電気を取り出すものである。その燃料電池（燃料電池発電装置）１０の図面化した構成は、特開２００２−２３８１６４号公報に詳しいので、省略する。
【００１３】
パワーコンディショナ２０は、燃料電池１０が発電した電力を系統電源３０に供給するために、昇圧回路であるＤＣ／ＤＣコンバータ２１と、インバータ２２と、制御部であるマイクロコンピュータ２３と、フォトカプラ２４と、デッドタイム生成回路２５と、系統電源３０に対してパワーコンディショナ２０の接続と遮断を行う解列器２６ａを備えた連系保護装置２６とを備える。なお、図示していないが、燃料電池１０とパワーコンディショナ２０との間に保護リレーを設け、マイクロコンピュータ２３により燃料電池１０側の異常発生を検知可能とし、異常発生を検知すると、その保護リレーを解列（遮断）可能としてもよい。
【００１４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、図２で示すように、フルブリッジ形のスイッチング回路ＳＷＣを位相シフト制御方式で駆動するように構成されている。インバータ２２は、詳細を図示しないが、例えば、４個のスイッチング素子をブリッジ接続し、ＰＷＭ駆動により、正弦波状の電流波形を系統電源３０に供給する。
【００１５】
図２を参照して、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を説明すると、燃料電池１０の出力端部が接続される一対の入力端子ＩＮ，ＩＮ間に接続された入力コンデンサＣ１と、第１〜第４のスイッチＱ１〜Ｑ４からなるスイッチング回路ＳＷＣと、トランスＴＲＳと、第１出力回路ＯＣＴ１、第２出力回路ＯＣＴ２とを含む。トランスＴＲＳは、燃料電池１０の電圧に対する昇圧動作と共に燃料電池１０側と系統電源３０側との電気的絶縁を可能とするものであり、一次側巻線ＰＬと２つに分割された分割二次側巻線ＳＬ１，ＳＬ２とを備える。第１出力回路ＯＣＴ１は、分割二次側巻線ＳＬ１に接続されるもので、整流用のダイオードＤ１，Ｄ２からなる第１整流回路ＲＥＴ１と、平滑用のインダクタＬ１およびコンデンサＣ２からなる第１平滑回路ＳＭＴ１とを含む。第２出力回路ＯＣＴ２は、分割二次側巻線ＳＬ２に接続されるもので、整流用のダイオードＤ３，Ｄ４からなる第２整流回路ＲＥＴ２と、平滑用のインダクタＬ２およびコンデンサＣ３からなる第２平滑回路ＳＭＴ２とを含む。スイッチング回路ＳＷＣとトランスＴＲＳとの間に漏洩インダクタンスＬＬが存在している。各スイッチＱ１〜Ｑ４それぞれのソース・ドレイン間には並列に、寄生要素として、ダイオードｄ１ないしｄ４と容量ｃ１ないしｃ４が存在する。
【００１６】
マイクロコンピュータ２３は、スイッチング回路ＳＷＣを位相シフト制御方式によってスイッチング制御するため、当該スイッチング回路ＳＷＣを駆動するゲートパルスＶＧ１ないしＶＧ４を生成するための基準信号ＲＳと位相信号ＰＳとを生成して出力する。
【００１７】
図３で示すように、フォトカプラ２４は、燃料電池１０側と系統電源３０側との電気的絶縁を図るものであり、マイクロコンピュータ２３からの基準信号ＲＳをデッドタイム生成回路２５に出力する第１フォトカプラ２４Ａと、マイクロコンピュータ２３からの位相信号ＰＳをデッドタイム生成回路２５に出力する第２フォトカプラ２４Ｂから構成されている。デッドタイム生成回路２５は、遅延回路ＤＬ１，ＡＮＤゲートＧ１，ＮＯＲゲートＧ２からなる第１デッドタイム生成回路２５Ａと、遅延回路ＤＬ１，ＡＮＤゲートＧ３，ＮＯＲゲートＧ４からなる第２デッドタイム生成回路２５Ｂとから構成されている。第１デッドタイム生成回路２５ＡのＡＮＤゲートＧ１，ＮＯＲゲートＧ２それぞれからゲートパルスＶＧ１、ＶＧ２が出力され、第２デッドタイム生成回路２５ＢのＡＮＤゲートＧ３，ＮＯＲゲートＧ４それぞれからゲートパルスＶＧ４、ＶＧ３が出力されるようになっている。
【００１８】
マイクロコンピュータ２３からの基準信号ＲＳと位相信号ＰＳとに基づいて、上記第１、第２デッドタイム生成回路２５Ａ，２５Ｂにより生成される各ゲートパルスＶＧ１ないしＶＧ４それぞれのタイミングは図４に示されている。各デッドタイム生成回路２５Ａ，２５Ｂは、それぞれ、遅延回路ＤＬ１，ＤＬ２，ＡＮＤゲートＧ１，Ｇ３，ＮＯＲゲートＧ２，Ｇ４により、所定のデッドタイムを挟んで交互にハイレベルとなるゲートパルスＶＧ１，ＶＧ２と、ゲートパルスＶＧ２に対して、位相シフトされたゲートパルスＶＧ３と、ゲートパルスＶＧ１に対して、位相シフトされたゲートパルスＶＧ４を出力する。
【００１９】
以上の構成を備えたＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、図５で示すように、当該燃料電池発電システム用パワーコンディショナにおいて、その入力側と出力側との間で２つのＤＣ／ＤＣコンバータ２１Ａ，２１Ｂから構成されていることになる。両ＤＣ／ＤＣコンバータ２１Ａ，２１Ｂは、入力側が並列に接続され、出力側が互いに直列に接続されている。
【００２０】
図６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の動作を示すタイミング図である。図６において、ＶＧ１，ＶＧ２，ＶＧ３，ＶＧ４は、それぞれゲートパルス、ＶＴはトランスＴＲＳの一次側巻線ＰＬの電圧、ＩＴは電流、Ｑ２ＶｄｓはスイッチＱ２のソース・ドレイン間電圧，Ｑ３ＶｄｓはスイッチＱ３のドレイン・ソース間電圧、Ｑ２ＩｄはスイッチＱ２のドレイン電流、Ｑ３ＩｄはスイッチＱ３のドレイン電流の波形を示す。
図６で示すように、ゲートパルスＶＧ１とＶＧ２は所定のデッドタイムを挟んで交互にハイレベルとなる。ゲートパルスＶＧ３は、ゲートパルスＶＧ２に対して、位相シフトされ、ゲートパルスＶＧ４は、ゲートパルスＶＧ１に対して、位相シフトされている。トランスＴＲＳの一次側巻線ＰＬの電圧ＶＴの波形は、ゲートパルスＶＧ１に対するゲートパルスＶＧ４の位相シフト量、ゲートパルスＶＧ２に対するゲートパルスＶＧ３の位相シフト量によって決まる。具体的には期間ｔ１のようにゲートパルスＶＧ１とＶＧ４がいずれもハイレベルとなっている期間においては第１のスイッチＱ１と第４のスイッチＱ４とが共にオン状態となっているため、トランスＴＲＳの一次側巻線ＰＬの電圧ＶＴは燃料電池電源の電圧−Ｖｉｎとなる一方、期間ｔ４のようにゲートパルスＶＧ２とＶＧ３とがいずれもハイレベルとなっている期間においては第２のスイッチＱ２と第３のスイッチＱ３とが共にオン状態となっているため、トランスＴＲＳの一次側巻線ＰＬの電圧ＶＴは燃料電池電源の電圧Ｖｉｎとなる。その他の期間ではトランス４ＴＲＳの一次側巻線ＰＬ１の電圧ＶＴはゼロである。
【００２１】
したがって、トランスＴＲＳの二次側巻線ＳＬ１，ＳＬ２へ伝達される電力は、ゲートパルスＶＧ１に対するゲートパルスＶＧ４の位相シフト量およびゲートパルスＶＧ２に対するゲートパルスＶＧ３の位相シフト量によって決まるから、マイクロコンピュータ２３は、基準信号および位相信号の位相関係を制御して、その位相シフトを制御して、燃料電池電源の電圧が大きくなるとき、もしくは負荷が軽くなるときは位相シフト量を増大させ、ゲートパルスＶＧ１，ＶＧ４がいずれもハイレベルとなる期間とゲートパルスＶＧ２，ＶＧ３がいずれもハイレベルとなる期間を短くする。燃料電池電源の電圧が小さくなるとき、もしくは負荷が重くなるときは位相シフト量を減少させ、ゲートパルスＶＧ１，ＶＧ４がいずれもハイレベルとなる期間とゲートパルスＶＧ２，ＶＧ３がいずれもハイレベルとなる期間を長くする。
【００２２】
上記ＤＣ／ＤＣコンバータ２１では、例えば期間ｔ１で示すようにゲートパルスＶＧ１とＶＧ４がいずれもハイレベルとなって第１のスイッチＱ１と第４のスイッチＱ４とが共にオンになってトランス４の二次側にエネルギを伝達したあとで期間ｔ２で示すようにゲートパルスＶＧ１をローレベルにして第１のスイッチＱ１をオフにするときには、漏洩インダクタンスＬＬの励磁エネルギを利用して、第２のスイッチＱ２の寄生容量ｃ２に蓄積されている電荷を引き抜くとともに、寄生ダイオードｄ２を通して電流を流し、次いで、第２のスイッチＱ２をオンにすることでゼロボルトスイッチング（以下、ＺＶＳという）を行わせるようになっている。このようなゼロボルトスイッチング動作は、前記漏洩インダクタンスＬＬの励磁エネルギを利用しており、これによって、スイッチング損失の低減を図り、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の効率を向上させている。
【００２３】
さらに、図６と図７とを参照して、期間ｔ１では、スイッチＱ１、Ｑ４が共にオンとなっていて、トランスの一次側巻線ＰＬに図７の(ｔ１)で示すような経路で電流ＩＴが流れ、トランスの二次側巻線ＳＬ１，ＳＬ２にエネルギが伝達される。このとき、スイッチＱ２、Ｑ３の寄生容量はほぼ燃料電池源電圧Ｖｉｎに充電されている。スイッチＱ１がオフすると、漏洩インダクタンスＬＬの逆起電力によって図７の(ｔ２)で示すような経路でスイッチＱ２、Ｑ４それぞれの寄生容量を通る電流が流れ、スイッチＱ２の寄生容量の電荷を引き抜いていく。このスイッチＱ２の寄生容量の電荷が引き抜かれて電荷がほぼ無くなり、スイッチＱ２のソース・ドレイン間電圧Ｖｄｓがゼロボルト（０Ｖ）近くになると、電流ＩＴは図７の(ｔ３)で示す経路によりスイッチＱ２のダイオードを流れるようになる。これによってスイッチＱ２のソース・ドレイン間電圧ＶｄｓはＶｉｎからほぼ０Ｖに減少する。このタイミングでスイッチＱ２をオンすればゼロボルトスイッチング（ＺＶＳ）ができる。
【００２４】
次に、スイッチＱ４をオフにすると、図７の(ｔ４)で示す経路に従い電流ＩＴはスイッチＱ３の寄生容量の電荷を引き抜き、燃料電池電源電圧Ｖｉｎに回生する。このとき、図６の期間ｔ４で示すようにスイッチＱ３のソース・ドレイン間電圧Ｖｄｓが減少し、ほぼ０Ｖになると、今度は図７の(ｔ５)で示す経路で電流ＩＴはダイオードを流れる。このタイミングでスイッチＱ３をオンにすることでゼロボルトスイッチング（ＺＶＳ）ができる。スイッチＱ３がオンになると、燃料電池電源から電流が漏れインダクタンスＬＬの逆起電力を打ち消す方向で流れ、図７の（ｔ６）で示すように徐々に大きくなっていき、漏洩インダクタンスＬＬが入力電圧によって完全に逆方向に励磁されると、図７の（ｔ７）で示すようにトランスＴＲＳの二次側巻線ＳＬ１，ＳＬ２側にエネルギを伝えるための通常の電流が流れはじめる。スイッチＱ１、Ｑ４についてもスイッチＱ２，Ｑ３と同じ動作をする。
【００２５】
以上の結果、本実施形態においては、スイッチング回路ＳＷＣをゼロボルトスイッチング（ＺＶＳ）動作させていることにより、スイッチングノイズを大幅に低減できたものとなっている。また、燃料電池１０の発電出力を、パワーコンディショナ２０のＤＣ／ＤＣコンバータ２１で、例えば３００Ｖ程度まで、昇圧し、インバータ２２へ供給する。そして、インバータ２２においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１からの直流昇圧電圧から系統電源３０の交流に同期した正弦波状の交流電圧を生成して、系統電源３０に供給する。一方、マイクロコンピュータ２３においては、系統電源３０の電圧、電流、パワーコンディショナ２０の出力電圧、出力電流等の情報から、インバータ２２とＤＣ／ＤＣコンバータ２１との制御を行っている。マイクロコンピュータ２３によるＤＣ／ＤＣコンバータ２１の制御においては、基準信号ＲＳと位相信号ＰＳとの位相差を変えることにより行い、その位相差が小さいほど、出力電圧を高く制御している。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧の制御においては、専用の駆動用ＩＣを用いる必要がない。この場合、マイクロコンピュータ２３からの基準信号ＲＳと位相信号ＰＳとのデッドタイムを適切に確保しているから、基準信号ＲＳと位相信号ＰＳとの位相がフォトカプラ２４の遅延のばらつきや温度特性によって変化しても、マイクロコンピュータ２３を介したフィードバックループに含まれ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧を適切な値に制御することができる。
【００２６】
スイッチＱ１〜Ｑ４に印加される電圧は、燃料電池１０の電圧にサージが重畳された電圧であり、プッシュプル形ＤＣ／ＤＣコンバータと比較して、その半分となる。さらに、フォワード形ＤＣ／ＤＣコンバータのように、トランスＴＲＳのリセット時間を確保する必要がなく、トランスＴＲＳを効率よく使用でき、当該効率の向上を図れる。さらに、フルブリッジ形ＤＣ／ＤＣコンバータと同様の回路構成であるが、位相シフト制御においてゼロボルトスイッチング（ＺＶＳ）動作をしているから、効率の向上を図れる。特に、負荷が軽い状態では、スイッチング損失の割合が大きい状況の中では、特に大きな改善を図れるものとなる。
【００２７】
さらに、トランスＴＲＳの二次側巻線ＳＬ１，ＳＬ２が分割され、それぞれに出力回路ＯＣＴ１，ＯＣＴ２を設けたから、二次側巻線を分割しない場合と比較して、整流ダイオードＤ１〜Ｄ４の耐圧が半分で済む。このため、整流ダイオードＤ１〜Ｄ４は、順方向電圧、接合容量、逆回復時間がより小さいものを選択できるようになり、ダイオード整流による損失を低減して、効率を向上させることができる。
【００２８】
以上のことから、実施形態の場合では、従来と比較して、全体的な効率の向上が可能となり、特に負荷が５０％以下の軽い領域での効率を大幅に改善できるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ全体の構成を図５で示すように、例えば２台のＤＣ／ＤＣコンバータそれぞれの出力側を互いに直列に接続する構成として、実装面積、実装体積において、従来の約半分で済み、さらに、システムコストの削減を図れるものとなる。
【００２９】
次に、図８を参照して、実施形態の燃料電池発電システム用パワーコンディショナの動作を説明する。燃料電池コントローラは、当該パワーコンディショナ２０のマイクロコンピュータ２３に対して、起動指令Ｃ１、出力電力値指令Ｃ２、停止指令Ｃ３を行う。マイクロコンピュータ２３は、これら指令Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３に応答する制御アルゴリズムのためのＣＰＵ、プログラムメモリ、ワークメモリ、その他のハードウエア構成を有するとともに、ＣＰＵにおいては、プログラムメモリに格納したプログラムに従い、以下の動作を実行するソフトウエア機能を備える。すなわち、マイクロコンピュータ２３は、燃料電池コントローラの起動指令Ｃ１に応答して、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１にゲートパルスＶＧ１〜ＶＧ４の出力を開始するため（Ｓ１）、出力電圧制御ループＲ１を起動するとともに、連系保護装置２６の解列器２６ａをＯＮ（投入する）にし、スイッチング回路ＳＷＣのゲートブロックを解除する（Ｓ２）。上記ループＲ１は、マイクロコンピュータ２３が、系統電源３０の出力とＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力とから、当該ＤＣ／ＤＣコンバータ２１が出力すべき電圧を演算し、その演算結果に対応して、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力をＰＩ（比例積分）制御し、その制御に対応した位相信号ＰＳを生成するものである。そして、マイクロコンピュータ２３は、基準信号ＲＳと位相信号ＰＳとを上述のように、フォトカプラ２４を介して、デッドタイム生成回路２５に出力する。これによって、デッドタイム生成回路２５から、スイッチング回路ＳＷＣに対して、所要のゲートパルスＶＧ１〜ＶＧ４が印加される。
【００３０】
マイクロコンピュータ２３は、上述のごとく、燃料電池コントローラの起動指令Ｃ１により、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１が出力動作を開始し、連系保護装置２６の解列器２６ａをＯＮにし、スイッチング回路ＳＷＣのゲートブロックを解除した後、燃料電池コントローラの出力電力値指令Ｃ２により、インバータ２２の出力動作を開始させる（Ｓ３）。マイクロコンピュータ２３は、インバータ２２の出力を監視し、この監視に対応したＰＩ制御を行い、このＰＩ制御に対応してＰＷＭ信号を発生し、系統電源３０側に所要の電力を供給する。そして、マイクロコンピュータ２３は、パワーコンディショナ２０の自己診断を行う（Ｓ３）。自己診断の結果が、パワーコンディショナ２０等が異常であるときは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１とインバータ２２それぞれの動作を停止させ（Ｓ５）、正常であれば、（Ｓ２）に戻る。マイクロコンピュータ２３は、燃料電池コントローラの停止指令Ｃ３により当該パワーコンディショナ２０の制御を停止する。
【００３１】
なお、本実施形態のパワーコンディショナの入出力仕様を、一例として、図９で示す。図９では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の燃料電池からの入力電圧は直流３５Ｖ、出力電圧は直流３３０Ｖ、インバータ２２の出力電圧はＡＣ２００Ｖであることを示している。
【００３２】
また、本実施形態のパワーコンディショナ（位相シフト方式フルブリッジ形ＤＣ／ＤＣコンバータ採用：本発明パワーコンディショナ）の効率と従来のパワーコンディショナ（プッシュプル形ＤＣ／ＤＣコンバータ採用：従来パワーコンディショナ）とを図１０で示すように比較する。図１０で横軸は出力（Ｗ）、縦軸は効率の比率であり、本発明パワーコンディショナの最大効率を「１」とした場合の従来パワーコンディショナとの比較を示す。本発明パワーコンディショナを□印で、従来パワーコンディショナを◆印で示す。図１０から明らかであるように、本発明パワーコンディショナは、従来パワーコンディショナよりも効率が向上している。
【００３３】
また、本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ２１（位相シフト方式フルブリッジ形ＤＣ／ＤＣコンバータ採用：本発明ＤＣ／ＤＣコンバータ）と従来のＤＣ／ＤＣコンバータ（プッシュプル形ＤＣ／ＤＣコンバータ採用：従来ＤＣ／ＤＣコンバータ）とを図１１で示すように比較する。横軸は出力（Ｗ）、縦軸は効率の比率であり、本発明ＤＣ／ＤＣコンバータの最大効率を「１」とした場合の従来ＤＣ／ＤＣコンバータとの比較を示す。本発明ＤＣ／ＤＣコンバータを□印で、従来ＤＣ／ＤＣコンバータを◆印で示す。図１１から明らかであるように、本発明ＤＣ／ＤＣコンバータは、従来ＤＣ／ＤＣコンバータよりも効率が向上している。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池発電システムを示す図
【図２】図１のＤＣ／ＤＣコンバータの回路図
【図３】フォトカプラとデッドタイム生成回路との回路図
【図４】基準信号と位相信号とゲートパルスの波形図
【図５】図１のＤＣ／ＤＣコンバータの詳細回路図
【図６】ＤＣ／ＤＣコンバータのゲートパルス等の波形図
【図７】ＤＣ／ＤＣコンバータの動作説明に供する信号の流れを示す図
【図８】マイクロコンピュータの動作説明に供するフローチャート
【図９】実施形態のパワーコンディショナの入出力仕様を示す図
【図１０】実施形態と従来それぞれのパワーコンディショナの効率を示す図
【図１１】実施形態と従来それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータの効率を示す図
【図１２】従来の燃料電池発電システムを示す図
【図１３】プッシュプル形ＤＣ／ＤＣコンバータの回路図
【図１４】フォワード形ＤＣ／ＤＣコンバータの回路図
【図１５】フルブリッジ形ＤＣ／ＤＣコンバータの回路図
【図１６】従来のＤＣ／ＤＣコンバータの接続構成を示す図
【符号の説明】
【００３５】
１０は燃料電池、２０はパワーコンディショナ、３０は系統電源、２１は位相シフト制御方式フルブリッジ形ＤＣ／ＤＣコンバータ、２２はインバータ、２３はマイクロコンピュータ、２４はフォトカプラ、２５はデッドタイム生成回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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