(57)【要約】【課題】燃料電池の仕様変更に応じて昇圧回路の設計変更が必要となる。【解決手段】燃料電池２及びインバータ１３間に配置され、燃料電池からの直流電力の直流電圧を昇圧して、この昇圧した直流電圧の直流電力をインバータに供給する昇圧回路１２であって、所定変圧比のトランス１２３を２台配置し、２台のトランスの入力側配線１２１同士を並列に接続する並列回路パターン１２Ａと、２台のトランスの入力側配線同士を直列に接続る直列回路パターン１２Ｂとを予め備え、燃料電池にて発電する直流電力の出力電圧範囲に応じて、同出力電圧範囲に対応した許容入力電圧範囲に関わる、並列回路パターン又は直列回路パターンを択一的に選択可能にした。【選択図】図２
2007242533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池及びインバータ間に配置され、前記燃料電池からの直流電圧を昇圧して、この昇圧した直流電圧を前記インバータに供給する燃料電池用電圧変換装置であって、
所定変圧比のトランスを複数配置し、
前記複数のトランスの入力側配線同士を並列に接続する並列回路パターンと、前記複数のトランスの入力側配線同士を直列に接続する直列回路パターンとを予め備え、
前記燃料電池にて発電する直流電力の電圧範囲に応じて、同電圧範囲に対応した許容入力電圧範囲に関わる、前記並列回路パターン又は前記直列回路パターンを択一的に選択可能にしたことを特徴とする燃料電池用電圧変換装置。
【請求項２】
前記並列回路パターン又は前記直列回路パターンを択一的に選択する選択手段と、
前記燃料電池にて発電する直流電力の電圧量に応じて、同電圧量に対応した許容入力電圧範囲に関わる、前記並列回路パターン又は前記直列回路パターンを択一的に選択すべく、前記選択手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池用電圧変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば燃料電池と系統電源とを連系して、例えば家電機器等の一般負荷に電力供給する燃料電池発電システムのパワーコンディショナ装置（以下、単にパワコン装置と称する）に使用され、燃料電池及びインバータ間で、燃料電池にて発電した直流電圧を昇圧し、この昇圧した直流電圧をインバータに供給する、例えば昇圧回路等の燃料電池用電圧変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような一般的な燃料電池発電システムは、例えばガス、灯油やアルコール等を改質して水素を抽出し、この抽出した水素と空気中の酸素とを反応させて直流電力を発電する燃料電池と、商用電源等の系統電源と、燃料電池及び系統電源間に配置され、燃料電池にて発電した直流電力を変換するインバータ機能を備えたパワコン装置とを有し、パワコン装置は、燃料電池からの直流電力の直流電圧を昇圧する昇圧回路と、この昇圧回路で昇圧した直流電力を交流電力に変換するインバータとを有している。
【０００３】
このような一般的な燃料電池発電システムに使用されるパワコン装置内部の昇圧回路においては、燃料電池からの直流電力の出力電圧範囲に対応した許容入力電圧範囲を備え、この許容入力電圧範囲内で燃料電池からの直流電力を入力可能にし、この直流電力の直流電圧を昇圧して、この昇圧した直流電圧の直流電力をインバータに供給するものである。
【０００４】
しかしながら、このような燃料電池発電システムによれば、燃料電池の種類・製法及び燃料電池のセル量に応じて発電する直流電力の出力電圧範囲は製造メーカ毎に仕様が異なるため、その燃料電池の仕様に応じて、燃料電池及びインバータ間に配置される昇圧回路の許容入力電圧範囲の変更も余儀なくされることから、昇圧回路内部のトランスの昇圧比も含めた設計変更が必要とし、燃料電池システム毎にカスタマイズを行わなければならないのが実情である。
【０００５】
尚、例えばトランスの昇圧比を変更する先行技術としては、燃料電池の直流電力を交流電力に変換するインバータと、このインバータの交流出力電圧を変換する出力用変圧器とを備え、出力用変圧器は、二次巻線に備えたタップ巻線と、タップを選択するタップ選択部とを有し、燃料電池の経年変化で出力電圧が低下した場合、タップ選択することで出力用変圧器の変圧比を大きくして出力電圧の低下を補償するようにしたものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−１６２４９１号公報（要約書及び図1参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の燃料電池用電圧変換装置によれば、燃料電池及びインバータ間に配置された昇圧回路を発明対象とせず、そもそも、例えば２０Ｖ〜５０Ｖの出力電圧範囲仕様の燃料電池を、２倍の４０Ｖ〜１００Ｖの出力電圧範囲仕様の燃料電池に変更した場合、昇圧回路の許容入力電圧範囲も２０Ｖ〜５０Ｖ仕様から４０Ｖ〜１００Ｖ仕様に変更する調整機能、すなわち燃料電池の仕様変更に伴う出力電圧範囲の変更に応じて、昇圧回路の許容入力電圧範囲を調整する機能は備えておらず、燃料電池の仕様変更に応じて昇圧回路内部のトランスの昇圧比を含めた設計変更が必要である。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃料電池の出力電圧範囲の変更に応じて昇圧回路の許容入力電圧範囲をフレキシブルに対応することができる燃料電池用電圧変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明の燃料電池用電圧変換装置は、燃料電池及びインバータ間に配置され、前記燃料電池からの直流電圧を昇圧して、この昇圧した直流電圧を前記インバータに供給する燃料電池用電圧変換装置であって、所定変圧比のトランスを複数配置し、前記複数のトランスの入力側配線同士を並列に接続する並列回路パターンと、前記複数のトランスの入力側配線同士を直列に接続する直列回路パターンとを予め備え、前記燃料電池にて発電する直流電力の電圧範囲に応じて、同電圧範囲に対応した許容入力電圧範囲に関わる、前記並列回路パターン又は前記直列回路パターンを択一的に選択可能にしたものである。
【０００９】
従って、本発明の燃料電池用電圧変換装置によれば、前記複数のトランスの入力側配線同士を並列に接続した並列回路パターンと、前記複数のトランスの入力側配線同士を直列に接続した直列回路パターンとを備え、前記燃料電池にて発電する直流電力の電圧範囲に応じて、同電圧範囲に対応した許容入力電圧範囲に関わる、前記並列回路パターン又は前記直列回路パターンを択一的に選択可能にした、例えば燃料電池の出力電圧範囲が２０Ｖ〜５０Ｖの場合は並列回路パターンを選択し、燃料電池の出力電圧範囲が４０Ｖ〜１００Ｖの場合は直列回路パターンを選択することで、燃料電池の出力電圧範囲の変更に応じて、昇圧回路の設計変更を要することなく、昇圧回路の許容入力電圧範囲をフレキシブルに対応することができる。
【００１０】
また、本発明の燃料電池用電圧変換装置は、前記並列回路パターン又は前記直列回路パターンを択一的に選択する選択手段と、前記燃料電池にて発電する直流電力の電圧量に応じて、同電圧量に対応した許容入力電圧範囲に関わる、前記並列回路パターン又は前記直列回路パターンを択一的に選択すべく、前記選択手段を制御する制御手段とを有するようにした。
【００１１】
従って、本発明の燃料電池用電圧変換装置によれば、前記燃料電池にて発電する直流電力の電圧範囲に応じて、同電圧範囲に対応した許容入力電圧範囲に関わる、前記並列回路パターン又は前記直列回路パターンを自動的に選択するようにした、例えば燃料電池の出力電圧範囲が２０Ｖ〜５０Ｖの場合は並列回路パターンを選択し、燃料電池の出力電圧範囲が４０Ｖ〜１００Ｖの場合は直列回路パターンを選択することで、燃料電池の出力電圧範囲の変更に応じて、昇圧回路の設計変更を要することなく、昇圧回路の許容入力電圧範囲をフレキシブルに対応することができる。
【発明の効果】
【００１２】
上記のように構成された本発明の燃料電池用電圧変換装置によれば、前記複数のトランスの入力側配線同士を並列に接続した並列回路パターンと、前記複数のトランスの入力側配線同士を直列に接続した直列回路パターンとを備え、前記燃料電池にて発電する直流電力の電圧範囲に応じて、同電圧範囲に対応した許容入力電圧範囲に関わる、前記並列回路パターン又は前記直列回路パターンを択一的に選択可能にした、例えば燃料電池の出力電圧範囲が２０Ｖ〜５０Ｖの場合は並列回路パターンを選択し、燃料電池の出力電圧範囲が４０Ｖ〜１００Ｖの場合は直列回路パターンを選択することで、燃料電池の出力電圧範囲の変更に応じて、昇圧回路の設計変更を要することなく、昇圧回路の許容入力電圧範囲をフレキシブルに対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面に基づいて本発明の燃料電池用電圧変換装置に関わる実施の形態を示す燃料電池発電システムついて説明する。図１は本実施の形態を示す燃料電池発電システム内部の概略構成を示すブロック図である。
【００１４】
図１に示す燃料電池発電システム１は、例えばガス、灯油やアルコール等を改質して水素を抽出し、この抽出した水素と空気中の酸素とを反応させて直流電力を発電する燃料電池２と、商用電源等の系統電源３と、燃料電池２及び系統電源３間に配置され、燃料電池２にて発電した直流電力を交流電力に変換するインバータ機能及び、例えば系統電源３側の停電を監視する監視機能を備えたパワコン装置４と、この燃料電池発電システム１全体を制御するメインコントローラ５とを有している。
【００１５】
また、パワコン装置４は、燃料電池２からの直流電力にフィルタ処理を施す第１フィルタ１１と、この第１フィルタ１１でフィルタ処理を施した直流電力の直流電圧を昇圧する昇圧回路１２と、この昇圧回路１２で昇圧した直流電圧の直流電力を交流電力に変換するインバータ１３と、このインバータ１３にて変換された交流電力にフィルタ処理を施す第２フィルタ１４と、燃料電池２及び系統電源３間を電気的に接続又は遮断する系統側開閉器１５と、様々な情報を記憶するメモリ部１６と、メインコントローラ５と通信接続する通信インタフェース１７と、パワコン装置４全体を制御する制御装置１８と、制御装置１８及び通信インタフェース１７に制御電力を供給する制御用電源１９と、系統電源３から電力を供給する系統側電力供給部２０とを有している。
【００１６】
系統側電力供給部２０は、系統電源３からの交流電力を変圧する絶縁トランス２１と、絶縁トランス２１にて変圧した交流電力を直流電力に整流し、かつ、この直流電力を、逆流防止用ダイオード２３を通じて制御用電源１９に供給する整流器２２とを有している。
【００１７】
制御装置１８は、例えば燃料電池２が発電中の場合、系統側開閉器１５を通じて燃料電池２及び系統電源３間を電気的に接続すると共に、例えば燃料電池２の発電停止を検出すると、系統側開閉器１５を通じて燃料電池２及び系統電源３間の電気的接続を遮断するものである。
【００１８】
また、制御用電源１９は、燃料電池２が発電中の場合、燃料電池２にて発電した直流電力を第１フィルタ１１及び昇圧回路１２間で抽出し、この抽出した直流電力を制御電力として制御装置１８及び通信インタフェース１７に供給するものである。
【００１９】
また、制御用電源１９は、燃料電池２が発電停止した場合、系統側開閉器１５を通じて燃料電池２及び系統電源３間の電気的接続を遮断することで、系統電源３からの交流電力を系統側電力供給部２０内の絶縁トランス２１、整流器２２及び逆流ダイオード２３を通じて直流電力に変換し、この直流電力を制御電力として制御装置１８及び通信インタフェース１７に供給するものである。
【００２０】
図２はパワコン装置４の昇圧回路１２内部の概略構成を示す説明図である。
【００２１】
図２に示す昇圧回路１２は、入力側配線１２１及び出力側配線１２２を備えた、所定変圧比の２台のトランス１２３を配置し、各トランク１２３の入力側配線１２１同士を並列に接続する並列回路パターン１２Ａ（図２（ａ）参照）と、各トランク１２３の入力側配線１２１同士を直列に接続する直列回路パターン１２Ｂ（図２（ｂ）参照）とを備え、これら並列回路パターン１２Ａ及び直列回路パターン１２Ｂを択一的に選択可能な構成としている。
【００２２】
図２（ａ）に示す昇圧回路１２は、並列回路パターン１２Ａを選択した場合を示し、トランス１２３の入力側配線１２１同士を並列に接続することで大電流回路を構成し、第１フィルタ１１からの直流電力の一定電圧量を維持したまま、電流量を増やして直流電力を各トランス１２３に供給し、各トランス１２３は、制御装置１８の指令に基づき、同直流電力の直流電圧を所定電圧（例えば３３０Ｖ）に昇圧し、この昇圧した直流電力をインバータ１３に供給するものである。
【００２３】
図２（ｂ）に示す昇圧回路１２は、直列回路パターン１２Ｂを選択した場合を示し、トランス１２３の入力側配線１２１同士を直列に接続することで高電圧回路を構成し、第１フィルタ１１からの直流電力の一定電流量を維持したまま、電圧量を増やして直流電力を各トランス１２３に供給し、各トランス１２３は、制御装置１８の指令に基づき、同直流電力の直流電圧を所定電圧（例えば３３０Ｖ）に昇圧し、この昇圧した直流電力をインバータ１３に供給するものである。
【００２４】
尚、請求項記載の燃料電池用電圧変換装置は昇圧回路１２、燃料電池は燃料電池２、インバータはインバータ１３、トランスはトランス１２３、入力側配線は入力側配線１２１、直列回路パターンは直列回路パターン１２Ｂ、並列回路パターンは並列回路パターン１２Ａ、選択手段はパターン切替部３０、制御手段は制御装置１８に相当するものである。
【００２５】
次に本実施の形態を示す燃料電池発電システム１の動作について説明する。
【００２６】
尚、説明の便宜上、燃料電池発電システム１内で使用中の燃料電池２の出力電圧範囲は２０Ｖ〜５０Ｖ、昇圧回路１２は、燃料電池２の出力電圧範囲に応じて許容入力電圧範囲を２０Ｖ〜５０Ｖとする並列回路パターン１４Ａを選択しているものとする。
【００２７】
この際、昇圧回路１２は、並列回路パターン１２Ａを選択しているため、許容入力電圧範囲が燃料電池２の出力電圧範囲（２０Ｖ〜５０Ｖ）の仕様に対応し、燃料電池２からの直流電力を入力することができる。
【００２８】
さらに、昇圧回路１２は、並列回路パターン１２Ａを選択して、各トランス１２３の入力側配線１２１同士を並列に接続して大電流回路を構成することで、この大電流回路で第１フィルタ１１からの直流電力に対して一定電圧量を維持したまま、電流量を増やして各トランス１２３に供給することになる。
【００２９】
また、燃料電池発電システム１内で使用中の出力電圧範囲２０Ｖ〜５０Ｖ仕様の燃料電池２を、出力電圧範囲４０Ｖ〜１００Ｖ仕様の燃料電池２に変更する場合、昇圧回路１２は、許容入力電圧範囲を４０Ｖ〜１００Ｖとする直列回路パターン１４Ｂを選択することで、許容入力電圧範囲は燃料電池２の出力電圧範囲（４０Ｖ〜１００Ｖ）の仕様に対応し、燃料電池２からの直流電力を入力することができる。
【００３０】
さらに、昇圧回路１２は、直列回路パターン１２Ｂを選択して、各トランス１２３の入力側配線１２１同士を直列に接続して高電圧回路を構成することで、この高電圧回路で第１フィルタ１１からの直流電力に対して一定電流量を維持したまま、電圧量を増やして各トランス１２３に供給することになる。
【００３１】
本実施の形態によれば、２台のトランス１２３の入力側配線１２１同士を並列に接続した並列回路パターン１２Ａと、２台のトランス１２３の入力側配線１２１同士を直列に接続した直列回路パターン１２Ｂとを備え、燃料電池２にて発電する直流電力の出力電圧範囲に応じて、同出力電圧範囲に対応した許容入力電圧範囲に関わる、並列回路パターン１２Ａ又は直列回路パターン１２Ｂを択一的に選択可能にした、例えば燃料電池２の出力電圧範囲が２０Ｖ〜５０Ｖの場合は並列回路パターン１２Ａを選択し、燃料電池２の出力電圧範囲が４０Ｖ〜１００Ｖの場合は直列回路パターン１２Ｂを選択することで、設計変更を加えることなく、燃料電池２の出力電圧範囲の変更に応じて昇圧回路１２の許容入力電圧範囲をフレキシブルに対応することができる。
【００３２】
また、本実施の形態によれば、直列回路パターン１２Ｂを選択すると、定電流量を維持したまま、電圧量を増やす高電圧回路が機能し、並列回路パターン１２Ａを選択すると、定電圧量を維持したまま、電流量を増やす大電流回路が機能することになるため、燃料電池２の仕様に応じて、高電圧回路又は大電流回路の機能をフレキシブルに付加することができる。
【００３３】
尚、上記実施の形態においては、２台のトランス１２３の入力側配線１２１同士を並列に接続した並列回路パターン１２Ａと、２台のトランス１２３の入力側配線１２１同士を直列に接続した直列回路パターン１２Ｂとを択一的に選択するようにしたが、トランス１２３の数はＮ台であってもよく、図３（ｂ）に示すようにＮ台のトランス１２３の入力側配線１２１同士を並列に接続した並列回路パターン１２Ａと、図３（ａ）に示すようにＮ台のトランス１２３の入力側配線１２１同士を直列に接続した直列回路パターン１２Ａとを択一的に選択可能にするようにしても、燃料電池２及びインバータ１３の様々な仕様に対応することができる。
【００３４】
また、上記実施の形態においては、図４に示すように、昇圧回路１２内部の２台のトランス１２３の入力側配線１２１同士を並列又は直列に切替接続するパターン切替部３０を備え、パワコン装置４内部の制御装置１８は、燃料電池２にて発電する直流電力の電圧量に応じて、昇圧回路１２の並列回路パターン１２Ａ又は直列回路パターン１２Ｂを切替選択するパターン切替部３０を切替制御するようにしても良く、この場合、直列回路パターン１２Ｂ又は並列回路パターン１２Ａの選択操作を自動化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
上記のように構成された本発明の燃料電池用電圧変換装置によれば、前記複数のトランスの入力側配線同士を並列に接続した並列回路パターンと、前記複数のトランスの入力側配線同士を直列に接続した直列回路パターンとを備え、前記燃料電池にて発電する直流電力の電圧範囲に応じて、同電圧範囲に対応した許容入力電圧範囲に関わる、前記並列回路パターン又は前記直列回路パターンを択一的に選択可能にした、例えば燃料電池の出力電圧範囲が２０Ｖ〜５０Ｖの場合は並列回路パターンを選択し、燃料電池の出力電圧範囲が４０Ｖ〜１００Ｖの場合は直列回路パターンを選択することで、燃料電池の出力電圧範囲の変更に応じて昇圧回路の許容入力電圧範囲をフレキシブルに対応することができ、例えば燃料電池発電システムに使用するパワコン装置内部の昇圧回路に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の燃料電池用電圧変換装置の実施の形態を示す燃料電池発電システム内部の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態に関わるパワコン装置の要部である昇圧回路の概略構成を示すブロック図である。ａ）２台のトランスの入力側配線同士を並列に接続した場合（並列回路パターン）ｂ）２台のトランスの入力側配線同士を直列に接続した場合（直列回路パターン）
【図３】他の実施の形態に関わるパワコン装置の要部である昇圧回路の概略構成を示すブロック図である。ａ）Ｎ台のトランスの入力側配線同士を並列に接続した場合（並列回路パターン）ｂ）Ｎ台のトランスの入力側配線同士を直列に接続した場合（直列回路パターン）
【図４】他の実施の形態に関わるパワコン装置の要部である昇圧回路の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３７】
２  燃料電池
１２  昇圧回路（燃料電池用電圧変換装置）
１２Ａ  並列回路パターン
１２Ｂ  直列回路パターン
１３  インバータ
１８  制御装置（制御手段）
３０  パターン切替部（選択手段）
１２１  入力側配線
１２３  トランス
【図１】
2007242533.tif 000003
【図２】
2007242533.tif 000004
【図３】
2007242533.tif 000005
【図４】
2007242533.tif 000006