(57)【要約】【課題】  電流の逆流防止のため直列に挿入するダイオードを取り外した構成とし、インバータの変換効率を向上でき、燃料電池側へ電流が逆流することを防止できて燃料電池の過電圧動作を防止できる燃料電池用インバータの逆流保護装置を提供すること【解決手段】  逆流保護制御部を備える。この制御部ではフィードバック制御において、交流電力の指令値ＰＡＣ＊が下限値Ｐｌｏｗよりも小値となる際は、その下限値Ｐｌｏｗを新たな指令値Ｐａｃ＊とし、インバータの制御部に対して下限を制限したリミッタ動作を指令する。直流側での定電流制御では、検出した直流電流Ｉｄｃをフィードバック量として定電流制御部５１に与え、定電流制御部５１には直流電流の指令値ＩＤＣ＊を送り、フィードバック量（Ｉｄｃ）との比較から交流電力の指令値ＰＡＣ＊を出力させ、これをリミッタ７に送り込み、下限値Ｐｌｏｗに制限した特性でリミッタ動作させる。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ側から燃料電池側へ向かう逆電流および過電圧を防止するものであって、前記インバータの制御部に対して逆電流および過電圧の保護動作を指令する逆流保護制御部を備え、
前記逆流保護制御部には前記インバータの入力側で検出した直流電圧および直流電流を入力するとともに、前記インバータの出力側で検出した交流電圧および交流電流を入力し、当該制御部はフィードバック制御において、交流電力の指令値ＰＡＣ＊が下限値Ｐｌｏｗよりも小値となる際は、当該下限値Ｐｌｏｗを新たな指令値Ｐａｃ＊とし、前記インバータの制御部に対して下限を制限したリミッタ動作を指令することを特徴とする燃料電池用インバータの逆流保護装置。
【請求項２】
前記下限値Ｐｌｏｗは、前記インバータの無負荷電力Ｐ０に関して、
０  ≧  Ｐｌｏｗ  ≧  −Ｐ０
と設定することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用インバータの逆流保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用インバータの逆流保護装置に関するもので、より具体的には、インバータの出力側は電力系統と接続して連系運転を行うような構成であり、電力源の燃料電池について逆電流および過電圧の検出とその保護を行う構成の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池を用いた電源システムに注目がある。例えば図１に示すように、燃料電池１にインバータ２を接続して交流電力に変換し、インバータ２は既存の電力系統３と接続して連系運転するようにした構成が知られている。この場合、燃料電池１とインバータ２との間にはダイオード４を直列に挿入し、インバータ２側から燃料電池１側へ向かう逆方向の電流を防ぐようにしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、係る従来の燃料電池用インバータでは以下に示すような問題がある。電流の逆流防止のためのダイオードはＰＮ接合のエネルギ障壁のため順方向での電圧降下がある。これは電力損失になるためインバータ２の変換効率を低下させる原因になっている。また、電流の逆流により燃料電池１の電圧が過電圧になると、発電作用ではなく逆に水を電気分解する作用となり、このため燃料電池１の各セルを破損してしまう。
【０００４】
この発明は上記した課題を解決するもので、その目的は、電流の逆流防止のため直列に挿入するダイオードを取り外した構成とし、インバータの変換効率を向上でき、燃料電池側へ電流が逆流することを防止できるとともに、燃料電池の過電圧動作を防止できる燃料電池用インバータの逆流保護装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記した目的を達成するために、本発明に係る燃料電池用インバータの逆流保護装置は、インバータ側から燃料電池側へ向かう逆電流および過電圧を防止するものであって、前記インバータの制御部に対して逆電流および過電圧の保護動作を指令する逆流保護制御部を備え、前記逆流保護制御部には前記インバータの入力側で検出した直流電圧および直流電流を入力するとともに、前記インバータの出力側で検出した交流電圧および交流電流を入力し、当該制御部はフィードバック制御において、交流電力の指令値ＰＡＣ＊が下限値Ｐｌｏｗよりも小値となる際は、当該下限値Ｐｌｏｗを新たな指令値Ｐａｃ＊とし、前記インバータの制御部に対して下限を制限したリミッタ動作を指令する構成とする（請求項１）。
【０００６】
また、前記下限値Ｐｌｏｗは、前記インバータの無負荷電力Ｐ０に関して、
０  ≧  Ｐｌｏｗ  ≧  −Ｐ０
と設定するとよい（請求項２）。
【０００７】
係る構成にすることにより本発明では、フィードバック制御において、交流電力の指令値ＰＡＣ＊が下限値Ｐｌｏｗよりも小値となる際はインバータの制御部に対して下限を制限したリミッタ動作を指令するので、インバータの入力側での電力が、出力側よりも小さくなる逆電力の状態になることがない。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る燃料電池用インバータの逆流保護装置では、燃料電池側へ電流が逆流するような制御状態になる際は、インバータの制御を通常状態から切り替えて下限を制限したリミッタ動作の制御を行うので、燃料電池側へ電流が逆流することを防止できるとともに、燃料電池の過電圧動作を防止できる。これは、電流の逆流防止のため直列に挿入するダイオードを取り外した構成なのでインバータの変換効率を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図２は、本発明の好適な一実施の形態を示している。本実施の形態において、燃料電池用インバータの逆流保護装置は逆流保護制御部５を有する。この逆流保護制御部５にはインバータ２の入力側で検出した直流電圧Ｖｄｃおよび直流電流Ｉｄｃを入力するとともに、インバータ２の出力側で検出した交流電圧Ｖａｃおよび交流電流Ｉａｃを入力し、これら入出力間の状態から判定動作を行い、インバータ２の制御部２０に対して逆電流および過電圧の保護動作を指令する構成になっている。
【００１０】
インバータ２は、電子スイッチ２１と制御部２０を有し、電子スイッチ２１の入力側に燃料電池１を接続するとともに、出力側は電力系統３へ接続し、交流電力ラインとの連系運転を行うようになっている。また、電子スイッチ２１の入力側，出力側の電線路には、それぞれ計器用変流器６（ＣＴ：Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）を配置し、電流の検出を行なう。
【００１１】
逆流保護制御部５はフィードバック制御において、交流電力の指令値ＰＡＣ＊が下限値Ｐｌｏｗよりも小値となる際は、当該下限値Ｐｌｏｗを新たな指令値Ｐａｃ＊とし、インバータ２の制御部２０に対して下限を制限したリミッタ動作を指令するようになっている。そして、下限値Ｐｌｏｗは、インバータ２の無負荷電力Ｐ０に関して、
０  ≧  Ｐｌｏｗ  ≧  −Ｐ０
と設定する。
【００１２】
（交流側での定電力制御）
フィードバック制御には制御量に応じて各種の方式がある。例えば交流電力を直接的に制御する方式、つまりインバータ２の出力側における交流電力を定値に保つように制御する定電力制御の方式がある。これには図３に示すように、逆流保護制御部５にリミッタ７を設ける。このリミッタ７には交流電力の指令値ＰＡＣ＊を送り、リミッタ動作の設定値として下限値Ｐｌｏｗを与える。そして、リミッタ７は図４に示すように、出力について下限を制限したリミッタ特性で動作し、すなわち、通常の動作領域では入力をそのまま出力するスルーパスの動作を行うが、交流電力の指令値ＰＡＣ＊が下限値Ｐｌｏｗよりも小値となる際は、当該下限値Ｐｌｏｗを新たな指令値Ｐａｃ＊として出力するリミッタ動作を行う。
【００１３】
ところで、インバータ２では変換動作において損失が生じ、その損失は無負荷運転時に、ある最小値（無負荷電力Ｐ０）を示す。したがって例えば、交流電力の指令値ＰＡＣ＊が０値程度になる制御状態では当該インバータ２において無負荷損失を生じている状況であり、マイナス側で下限値Ｐｌｏｗよりも小値になる制御状態ではじめて無負荷損失を下回るので、このとき電力系統３から燃料電池１側に逆に電力を供給してしまい、逆電力の状況になる。しかし本発明にあっては、この逆電力の制御状態となる際はリミッタ７の出力が下限値Ｐｌｏｗとなりリミッタ動作となるので、インバータ２の入力側での電力が、０より小さくなり、燃料電池側へ電流が逆流する逆電力の状態になることがない。
【００１４】
このように、燃料電池１側へ電流が逆流するような制御状態になる際は、インバータ２の制御を通常状態から切り替えて下限を制限したリミッタ動作の制御を行うので、燃料電池１側へ電流が逆流することを防止できるとともに、燃料電池１の過電圧動作を防止できる。これは、電流の逆流防止のため直列に挿入するダイオードを取り外した構成なのでインバータ２の変換効率を向上できる。
【００１５】
（直流側での定電力制御）
インバータ２の入力側における直流電力を定値に保つように制御する定電力制御の方式では、図５に示すように、逆流保護制御部５に乗算器８，定電力制御部５０（ＡＰＲ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ），リミッタ７を設ける。
【００１６】
直流電力に係る制御では、インバータ２の入力側で検出した直流電流Ｉｄｃ，直流電圧Ｖｄｃを乗算器８に取り込んで直流電力を演算し、これはフィードバック量として定電力制御部５０に与える。定電力制御部５０には直流電力の指令値ＰＤＣ＊を送り、フィードバック量である直流電力との比較からインバータ２の出力側における制御量つまり交流電力の指令値ＰＡＣ＊を出力させ、交流電力の指令値ＰＡＣ＊はリミッタ７に送り込み、リミッタ７にはリミッタ動作の設定値として下限値Ｐｌｏｗを与えて、図４に示す下限を制限したリミッタ特性で動作させる。すなわち、通常の動作領域では入力をそのまま出力するスルーパスの動作を行うが、交流電力の指令値ＰＡＣ＊が下限値Ｐｌｏｗよりも小値となる際は、当該下限値Ｐｌｏｗを新たな指令値Ｐａｃ＊として出力するリミッタ動作を行う。
【００１７】
（直流側での定電流制御）
インバータ２の入力側における直流電流を定値に保つように制御する定電流制御の方式では、図６に示すように、逆流保護制御部５に定電流制御部５１（ＡＣＲ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ），リミッタ７を設ける。
【００１８】
直流電流に係る制御では、インバータ２の入力側で検出した直流電流Ｉｄｃをフィードバック量として定電流制御部５１に与える。定電流制御部５１には直流電流の指令値ＩＤＣ＊を送り、フィードバック量である直流電流との比較からインバータ２の出力側における制御量つまり交流電力の指令値ＰＡＣ＊を出力させ、交流電力の指令値ＰＡＣ＊はリミッタ７に送り込み、リミッタ７にはリミッタ動作の設定値として下限値Ｐｌｏｗを与えて、図４に示す下限を制限したリミッタ特性で動作させる。すなわち、通常の動作領域では入力をそのまま出力するスルーパスの動作を行うが、交流電力の指令値ＰＡＣ＊が下限値Ｐｌｏｗよりも小値となる際は、当該下限値Ｐｌｏｗを新たな指令値Ｐａｃ＊として出力するリミッタ動作を行う。
【００１９】
（直流側での定電圧制御）
インバータ２の入力側における直流電圧を定値に保つように制御する定電圧制御の方式では、図７に示すように、逆流保護制御部５に定電圧制御部５２（ＡＶＲ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ），リミッタ７を設ける。
【００２０】
直流電圧に係る制御では、インバータ２の入力側で検出した直流電圧Ｖｄｃをフィードバック量として定電圧制御部５２に与える。定電圧制御部５２には直流電圧の指令値ＶＤＣ＊を送り、フィードバック量である直流電圧との比較からインバータ２の出力側における制御量つまり交流電力の指令値ＰＡＣ＊を出力させ、交流電力の指令値ＰＡＣ＊はリミッタ７に送り込み、リミッタ７にはリミッタ動作の設定値として下限値Ｐｌｏｗを与えて、図４に示す下限を制限したリミッタ特性で動作させる。すなわち、通常の動作領域では入力をそのまま出力するスルーパスの動作を行うが、交流電力の指令値ＰＡＣ＊が下限値Ｐｌｏｗよりも小値となる際は、当該下限値Ｐｌｏｗを新たな指令値Ｐａｃ＊として出力するリミッタ動作を行う。
【００２１】
（直流側での定電流定電圧制御）
インバータ２の入力側における直流電圧および直流電流を定値に保つように制御する定電圧定電流制御の方式では、図８に示すように、逆流保護制御部５に定電圧制御部５２，定電流制御部５１，コンパレータ９，２つの乗算器（８１，８２），ノット回路１０，加算器１１，リミッタ７を設ける。
【００２２】
直流電圧，直流電流に係る制御では、定電圧制御部５２には直流電圧の指令値ＶＤＣ＊を送り、フィードバック量である直流電圧Ｖｄｃとの比較からインバータ２の出力側における交流電力の指令値ＰＡＣ＊を出力さて一方の乗算器８１に送る。定電流制御部５１には直流電流の指令値ＩＤＣ＊を送り、フィードバック量である直流電流Ｉｄｃとの比較からインバータ２の出力側における交流電力の指令値ＰＡＣ＊を出力させて他方の乗算器８２に送る。
【００２３】
コンパレータ９には直流電圧Ｖｄｃを取り込み、直流電圧の指令値ＶＤＣ＊を比較基準とする比較を行い、出力は一方の乗算器８１に送るとともに、ノット回路１０を介して他方の乗算器８２にも送っている。２つの乗算器８１，８２の出力は加算器１１に取り込んでその出力をリミッタ７に送り、リミッタ７にはリミッタ動作の設定値として下限値Ｐｌｏｗを与えて、図４に示す下限を制限したリミッタ特性で動作させる。
【００２４】
つまり、２つの乗算器８１，８２の出力を直流電圧Ｖｄｃに応じて切り替える構成になっていて、直流電圧Ｖｄｃが指令値ＶＤＣ＊よりも大値ではコンパレータ９から乗算器８１にＨ信号を送るので、定電圧制御のための指令値ＰＡＣ＊が出力し、加算器１１を介してリミッタ７に送って定電圧制御を行う。そして、直流電圧Ｖｄｃが指令値ＶＤＣ＊よりも下回る際に乗算器８２から定電流制御のための指令値ＰＡＣ＊が出力し、加算器１１を介してリミッタ７に送って定電流制御を行う。このとき、リミッタ７は通常の動作領域では入力をそのまま出力するスルーパスの動作を行うが、交流電力の指令値ＰＡＣ＊が下限値Ｐｌｏｗよりも小値となる際は、当該下限値Ｐｌｏｗを新たな指令値Ｐａｃ＊として出力するリミッタ動作を行う。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】燃料電池用インバータの従来の一例を示す構成図である。
【図２】本発明に係る逆流保護装置の一実施の形態を示し、これを適用した燃料電池用インバータの構成図である。
【図３】交流側での定電力制御に係る回路を示す構成図である。
【図４】交流電力の指令値に対するリミッタ動作を説明するグラフ図である。
【図５】直流側での定電力制御に係る回路を示す構成図である。
【図６】直流側での定電流制御に係る回路を示す構成図である。
【図７】直流側での定電圧制御に係る回路を示す構成図である。
【図８】直流側での定電流定電圧制御に係る回路を示す構成図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  燃料電池
２  インバータ
３  電力系統
５  逆流保護制御部
６  計器用変流器
７  リミッタ
８，８１，８２  乗算器
９  コンパレータ
１０  ノット回路
１１  加算器
２０  電子スイッチ
２１  制御部
５０  定電力制御部
５１  定電流制御部
５２  定電圧制御部
【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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