(57)【要約】本発明は、電気ネットワーク（１２５）へ電流を入力する燃料電池デバイスによる電流生成方法に関する。この方法で、少なくとも１つの燃料電池デバイス（１２３）は電気ネットワークに並列接続されるよう配置され、電流の入力において利用される位相基準信号が形成され、燃料電池デバイスが電気ネットワークに並列接続されている場合は、電力段（１２２）を有する電力変換器（１２２）によって制御される電流が電気ネットワークに入力され、電気ネットワークで異常が起こる場合は、燃料電池デバイスは電気ネットワークから切り離される。方法において、燃料電池デバイスは、電力変換器の電圧制御動作を行うよう位相基準信号を用いて電気ネットワークからのスイッチオフ動作モードへと変更され、可制御負荷（１２６）が、電圧制御される電力変換器と燃料電池デバイスの他の部分との間の安定性を保つために用いられ、異常が電気ネットワークから消え去った場合は、燃料電池デバイスは、電力変換器の電流制御動作を行うよう位相基準信号を用いて電気ネットワークへのスイッチオン動作モードへと変更される。
2012511886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気ネットワークへの電流を生成する燃料電池デバイスであって、
少なくとも１つの燃料電池デバイスは、前記電気ネットワークに並列接続されるよう配置され、
当該燃料電池デバイスが前記電気ネットワークに並列接続されている場合に電流を前記電気ネットワークに入力するよう、電流制御型電力段、及び前記電流の入力において利用される位相基準信号を形成する制御回路を有する電力変換器と、
当該燃料電池デバイスの電力安定性を保つ可制御負荷と、
前記電気ネットワークで異常が起こる場合に前記電気ネットワークから当該燃料電池デバイスを切り離す手段と
を有し、
前記電力変換器は、当該電力変換器の電圧制御動作を行うよう前記位相基準信号を用いることによって前記燃料電池デバイスを前記電気ネットワークからのスイッチオフ動作モードへ変化させ、前記可制御負荷は、前記電圧制御される電力変換器と前記燃料電池デバイスの他の部分との間で電力安定性を保ち、
前記異常が前記電気ネットワークから消え去った場合、前記電力変換器は、当該電力変換器の電流制御動作を行うよう前記位相基準信号を用いることによって前記燃料電池デバイスを前記電気ネットワークへのスイッチオン動作モードへ変化させる、
ことを特徴とする燃料電池デバイス。
【請求項２】
電流を前記電気ネットワークに入力するよう三相正弦波位相基準信号を形成する前記制御回路を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池デバイス。
【請求項３】
当該燃料電池デバイスの効率を最適化するよう前記電気ネットワークへ無ひずみ電流を入力するために前記位相基準信号に振幅基準信号を乗じる前記制御回路を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池デバイス。
【請求項４】
前記電流制御型電力段は中間回路を有し、前記振幅基準信号は該中間回路の電圧から得られる、
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池デバイス。
【請求項５】
前記電気ネットワークから切り離される前記スイッチオフ動作モードにおいて当該燃料電池デバイスの動作を非常電源動作へと配置する前記可制御負荷を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池デバイス。
【請求項６】
１よりも多い燃料電池スタックを有し、
前記燃料電池スタックの間の負荷の分配を制御するよう各燃料電池スタックごとに又は燃料電池スタックのグループごとに別個のＤＣ−ＤＣコンバータを有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池デバイス。
【請求項７】
電気ネットワークへ電流を入力する燃料電池デバイスによって電流を生成する方法であって、
少なくとも１つの燃料電池デバイスが前記電気ネットワークに並列接続されるよう配置されるステップと、
前記電流の入力において利用される位相基準信号が形成されるステップと、
前記燃料電池デバイスが前記電気ネットワークに並列接続されている場合に、電力段を有する電力変換器によって制御される電流が前記電気ネットワークに入力されるステップと、
前記電気ネットワークで異常が起こる場合に前記電気ネットワークから前記燃料電池デバイスが切り離されるステップと、
前記燃料電池デバイスが、前記電力変換器の電圧制御動作を行うよう前記位相基準信号を用いることによって前記電気ネットワークからのスイッチオフ動作モードへ変化させられ、可制御負荷が前記電圧制御される電力変換器と前記燃料電池デバイスの他の部分との間で電力安定性を保つために用いられるステップと、
前記異常が前記電気ネットワークから消え去った場合、前記燃料電池デバイスが、前記電力変換器の電流制御動作を行うよう前記位相基準信号を用いることによって前記電気ネットワークへのスイッチオン動作モードへ変化させられるステップと
を有する、ことを特徴とする方法。
【請求項８】
三相正弦波位相基準信号が、前記電気ネットワークへ電流を入力するために形成される、
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記位相基準信号は、前記燃料電池デバイスの効率を最適化するよう前記電気ネットワークへ無ひずみ電流を入力するために振幅基準信号を乗じられる、
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記振幅基準信号は、前記電力段の中間回路の電圧から得られる、
ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
可制御負荷を用いることによって、前記燃料電池デバイスの動作は、前記電気ネットワークから切り離される前記スイッチオフ動作モードにおいて非常電源モードへと配置される、
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
別個のＤＣ−ＤＣコンバータを用いることによって、燃料電池スタックごとに又は燃料電池スタックのグループごとに、前記燃料電池スタック間の負荷の分配又は前記燃料電池スタックのグループ間の負荷の分配が制御される、
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
燃料電池デバイスは、多用な電力生産ニーズを満たすことにおいて一般的になってきている。燃料電池デバイスは、電気エネルギを生成する反応物質を供給された電気化学的デバイスである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池デバイスは電気化学的デバイスであって、環境に優しいプロセスにおいて高いデューティ比を有した電気の生成を可能にする。燃料電池技術は、最も期待できる将来のエネルギ生成方法の１つと考えられている。
【０００３】
図１に示されている燃料電池は、アノード側１００及びカソード側１０２と、それらの間の電解質１０４とを有する。燃料電池デバイスに与えられる反応物質は、電気エネルギ及び熱が発熱反応の結果として生成されるプロセスを受ける。
【０００４】
固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）においては、酸素１０６がカソード側１０２に与えられ、そして、それは、カソードから電子を受け取ることによって、負の酸素イオンへ還元される。負の酸素イオンは、電解質１０４を通ってアノード側１００に進み、そこで、水と一般的には二酸化炭素（ＣＯ２）とを生成しながら使用済み燃料１０８と反応する。アノードとカソードとの間には、電子ｅ−をカソードに運ぶ外部電気回路１１１がある。外部電気回路１１１は負荷１１０を有する。
【０００５】
図２にはＳＯＦＣデバイスが示されている。これは、燃料として、例えば、天然ガス、バイオガス、メタノール、又は炭化水素を含む他の化合物を利用することができる。図２におけるＳＯＦＣデバイスは、スタック構造１０３（ＳＯＦＣスタック）で平面状燃料電池を有する。各燃料電池は、図１に示されているようなアノード１１０及びカソード１０２構造を有する。使用済み燃料の一部は、夫々のアノードを通ってフィードバック配置１０９で再循環する。
【０００６】
図２におけるＳＯＦＣデバイスは、燃料熱交換器１０５及び再成形器（ＲＥＦ）１０７を有する。熱交換器は、燃料電池プロセスにおける温熱条件を制御するために用いられ、それらの１又はそれ以上がＳＯＦＣデバイスの様々な場所に配置されてよい。循環ガスに含まれる余分の熱エネルギは、熱回収ユニットにおいて外部で、又はＳＯＦＣデバイスにおいて利用されるよう熱交換器１０５で回収される。このように、熱回収を行う熱交換器は、図２に示される様々な場所にあってよい。再成形器は、例えば天然ガス等の燃料を、燃料電池に適した配合に、例えば、半分が水素、残り半分がメタン、二酸化炭素及び不活性ガスから成る配合に変換するデバイスである。なお、再成形器は、全ての燃料電池の実施に必要ではなく、未処理燃料が燃料電池１０３に直接に供給されてもよい。
【０００７】
測定手段（ＭＥＳ）１１５（例えば、燃料流量計、電流計及び温度計）を用いることで、アノードを通って循環するガスから、ＳＯＦＣデバイスの動作に係る必要な測定が行われる。燃料電池１０３のアノード１００（図１）で使用されるガスの一部しか、フィードバック配置１０９においてアノードを通って再循環せず、従って、図２には、残りのガスがアノード１００から排出されることも図式的に表されている。
【０００８】
燃料電池デバイスは、低い電圧レベルを有する直流の形で電気エネルギを生成する。電圧レベルは、複数の燃料セル又は燃料セルの組合せを結合して、例えばスタック構造等の直列接続を形成することによって、高められ得る。燃料電池の電流−電圧特性は、例えば、反応物質の組成、質量流、温度及び圧力に依存する。燃料電池における電気化学反応は、燃料電池負荷の変動に即座に反応する。しかし、反応物質投入システムの応答能力は、通常はずっと遅く、応答時間は数秒又は数分である。一般的な反応物質投入が可能にするよりも効率的な燃料電池を得ようとする場合、燃料電池電圧の低下が引き起こされ、更には、燃料電池の不可逆的な劣化が起こり得る。加えて、負荷の変化は、燃料電池における急な温度変化を引き起こし、特に、高温の燃料電池では、有害な熱機械ストレスを引き起こして、燃料電池の寿命及び性能の有意な低下をもたらす。このように、燃料電池システムは、各燃料電池の負荷が可能な限り一定に保たれ、且つ、負荷において起こり得る変化が可能な限り制御可能に起こるように、設計されるべきである。
【０００９】
燃料電池が独立型可変ＡＣ負荷を得るために、又は電力を供給網に供給するために使用される場合、ＤＣ−ＡＣコンバータがＤＣ電力をＡＣ電力に変換するために必要とされる。また、ＤＣ−ＡＣコンバータに適したレベルへと燃料電池から得られたＤＣ電圧を高めるためにＤＣ−ＤＣコンバータも必要とされることがある。しかし、負荷の変動に応答するための燃料電池の極めて限られた能力及び互換性のために、先行技術の燃料電池実施、特に、高温燃料電池実施は、独立型可変ＡＣ負荷に給電するための、又は可変な電力を供給網に供給するための電源として全く適用しない。このような問題を解消しようとする従来の方法は、例えば鉛酸蓄電池から成るエネルギバッファの使用である。エネルギバッファの機能は、燃料電池の負荷変動が制御されるように、急激に変化する条件において電力を供給又は消費することである。特に、大型の燃料電池システムでは、先行技術の実施に伴う欠点は、その高い費用、大きなサイズ及び重い重量並びに限られた効果のために、ますます深刻になっている。電気ネットワークに結合された用途では、燃料電池負荷を一定に保つ代替の先行技術実施は、電力をネットワークに供給することにおいて電流制御型変圧を使用することである。しかし、電流制御された変圧に基づく制御は、ネットワークに依存しない動作では適切ではなく、従って、燃料電池システムの中又は外の重大なＡＣ負荷のための非常電源として使用され得ない。
【００１０】
高温燃料電池システムは、システムを動作温度まで加熱するために大量の熱エネルギを必要とする。これに伴い、起動時間は数時間の長さに及ぶ。停止及び起動シーケンスにおける広い温度変化は、燃料電池及び関連するシステムコンポーネントを過度の熱機械ストレスに晒す。従って、高温燃料電池システムは、如何なる停止も伴うことなく、数千時間といった可能な限り長い時間にわたって連続的に動作するよう設計されなければならない。この目的を達成するよう、システムは、高い信頼性を満足しながら、システムを停止させ又はシステムを有害な動作条件へと駆動しうるこのような外部要因を最小限とするよう設計されなければならない。電流制御型コンバータは、電源異常、電圧ディップ、又は過渡電流等の様々なネットワーク崩壊から起こる燃料電池を負荷の突然の変化から保護することができないという問題を燃料電池用途において抱えている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、電気エネルギのための別個の蓄積配置を伴わない燃料電池デバイスを実現することであり、その燃料電池デバイスは品質の良い電流を電気ネットワークへ供給するとともに、異常が電気ネットワークで起こる場合は、他の機能に利用されるよう即座に電気ネットワークからのスイッチオフ動作モードへと変化する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的は、電気ネットワークへの電流を生成する燃料電池デバイスによって達成される。少なくとも１つの燃料電池デバイスは、前記電気ネットワークに並列接続されるよう配置され、当該燃料電池デバイスが前記電気ネットワークに並列接続されている場合に電流を前記電気ネットワークに入力するよう、電流制御型電力段、及び前記電流の入力において利用される位相基準信号を形成する制御回路を有する電力変換器と、当該燃料電池デバイスの電力安定性を保つ可制御負荷と、前記電気ネットワークで異常が起こる場合に前記電気ネットワークから当該燃料電池デバイスを切り離す手段とを有し、前記電力変換器は、当該電力変換器の電圧制御動作を行うよう前記位相基準信号を用いることによって前記燃料電池デバイスを前記電気ネットワークからのスイッチオフ動作モードへ変化させ、前記可制御負荷は、前記電圧制御される電力変換器と前記燃料電池デバイスの他の部分との間で電力安定性を保ち、前記異常が前記電気ネットワークから消え去った場合、前記電力変換器は、当該電力変換器の電流制御動作を行うよう前記位相基準信号を用いることによって前記燃料電池デバイスを前記電気ネットワークへのスイッチオン動作モードへ変化させる。
【００１３】
本発明の焦点は、また、電気ネットワークへ電流を入力する燃料電池デバイスによって電流を生成する方法である。当該方法において、少なくとも１つの燃料電池デバイスが前記電気ネットワークに並列接続されるよう配置され、前記電流の入力において利用される位相基準信号が形成され、前記燃料電池デバイスが前記電気ネットワークに並列接続されている場合に、電力段を有する電力変換器によって制御される電流が前記電気ネットワークに入力され、前記電気ネットワークで異常が起こる場合に前記電気ネットワークから前記燃料電池デバイスが切り離され、前記燃料電池デバイスは、前記電力変換器の電圧制御動作を行うよう前記位相基準信号を用いることによって前記電気ネットワークからのスイッチオフ動作モードへ変化させられ、可制御負荷は前記電圧制御される電力変換器と前記燃料電池デバイスの他の部分との間で電力安定性を保つために用いられ、前記異常が前記電気ネットワークから消え去った場合、前記燃料電池デバイスは、前記電力変換器の電流制御動作を行うよう前記位相基準信号を用いることによって前記電気ネットワークへのスイッチオン動作モードへ変化させられる。
【００１４】
本発明は、電流制御型電力変換トポロジが燃料電池セルの動作において利用され、且つ、位相基準信号が電流を電気ネットワークに入力することにおいて利用されることに基づく。異常が電気ネットワークで起こる場合、燃料電池デバイスは、スイッチオフを実行する手段を用いることによって、即座に電気ネットワークから切り離され、そして、位相基準信号及び可制御負荷を用いることによって、燃料電池デバイスは、本発明に従う燃料電池デバイスの一部が制御可能に電圧を操作する電気ネットワークからのスイッチオフ動作モードへと変更され、そして、可制御負荷を用いることによって、電力不均衡がバランスをとられる。
【００１５】
本発明の利点は、高価な別個の電気エネルギ蓄積配置を必要とすることなく様々な状況において安定した燃料電池負荷を確かにするという、燃料電池デバイスの実施における成功である。本発明の実施形態に従って、燃料電池デバイスの動作モードは、異常が電気ネットワークで検出されると直ぐに、燃料電池デバイスが電気ネットワークに並列接続される動作モードから、燃料電池デバイスが電気ネットワークから切り離される動作モードへ変更される。このように、燃料電池デバイスは、電気ネットワークの短期間の又は長期間の機能不良の間、動作し続けることができる。これにより、燃料電池デバイスの長期間の起動プロセスは無視され、電気ネットワークの機能不良の間、燃料電池デバイスの動作は、例えば携帯電話ネットワークの基地局１３２に対する非常電源として動作するように、何らかの他の目的に利用されてよい。電気ネットワークの機能不良が消え去った後、燃料電池デバイスの動作は、速やかに電気ネットワークに切り替えられるスイッチオン動作モードに戻され得る。このスイッチオン動作モードで、燃料電池デバイスは、電流を電気ネットワークに供給する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】単一の燃料電池構造を表す。
【図２】燃料電池デバイスの一例を表す。
【図３】本発明に従う好ましい実施形態を表す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に従う実施形態において、燃料電池技術は、電流を電気ネットワーク１２５に供給することにおいて、更に、燃料電池デバイス１２３が未接続モードを実行するよう電気ネットワークから切り離される場合において、うまく利用される。以下の記載において、本発明の好ましい実施形態が詳細に説明されており、図３には、そのブロック図が示されている。少なくとも１つの燃料電池デバイスは、燃料電池デバイスによって生成される電気を電気ネットワークに供給するために、電気ネットワークに並列接続されるよう配置されている。燃料電池デバイスの電力変換器１２２は、燃料電池デバイス１２３が電気ネットワークに並列接続されている場合に、電流を電気ネットワークに入力するよう制御回路１２８及び電流制御型電力段１２４を有する。電圧変換トポロジは、電力段が有する電流制御型コンバータを用いることによって、例えば、電流制御型ＤＣ−ＤＣコンバータを用いることによって実施される。このような電流制御される実施形態は、燃料電池の電圧の変動又はＤＣ−ＡＣコンバータの中間回路電圧の変動がある場合でさえ、燃料電池が求められる動作範囲内に保たれることを可能にする。多数の燃料電池スタックを有する燃料電池システムでは、各スタックごとに又はスタックのグループごとに、燃料電池スタック間の負荷の分配の制御性を確かにするために、別個のＤＣ−ＤＣコンバータが使用されてよい。
【００１８】
電気ネットワークに対する燃料電池デバイス１２３のスイッチオン動作モードにおいて、燃料電池デバイスによって生成された電流は、三相電流制御型電力段１２２によって電気ネットワークへ供給される。電力変換器１２２は、電流を電気ネットワークに入力するよう位相基準信号を形成する制御回路１２８を有する。位相基準信号は、例えば、位相電流のための制御回路１２８における三相正弦波基準信号が本質的に一定に保たれるように、形成される。この位相基準信号、すなわち、正弦波基準信号は、三相メイン電圧と比較して、三相において固定された制御回路周波数によって形成される。オフセット値を正弦波基準信号に適用することによって、電気ネットワークに供給される電流の位相角は、遅延を有するよう又は先行するように自由に設定されたある制限内にある。また、振幅制御も制御回路１２８によって実行され、それにより、位相基準信号、すなわち、本例では正弦波基準信号は、電力段１２４の中間回路電圧から得られる振幅基準信号を乗じられる。このようにして、振幅制御は、電気ネットワークへのひずみのない電流の供給を可能にするのに十分な最低レベルにおいて実行されてよく、燃料電池デバイスの効率が最適化される。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態においては、燃料電池デバイスを電気ネットワークから切り離す手段として、電気ネットワークで異常が起こると直ぐに、燃料電池デバイスを、電気ネットワークから切り離すスイッチオン動作モードへ切り替える保護リレー配置１３０が配置されている。電気ネットワークにおける異常は、例えば、電圧又は周波数検出に基づいて検出される。このスイッチオフは、送信器によって電力変換器１２２の制御回路１２８へ通知され、そして、制御回路を用いることによって、制御回路の内部正弦波基準信号に基づいて、燃料電池デバイスの動作は、電気ネットワークからのスイッチオフ動作モードへと直ちに移行する。電気ネットワークからのスイッチオフ動作モードにおいて、燃料電池デバイス１２３は電圧制御動作モードにおいて動作し、このモードでは、安定した、負荷に依存しない三相電圧が形成される。保護リレー１３０は、燃料電池デバイスが有する他の保護リレー１３１と通信するよう送信器−受信器配置を用いることによって配置されてよく、それにより、燃料電池デバイスは、負荷１３２（例えば、携帯電話ネットワーク基地局）を有する局所的な孤立したユニットを形成する。負荷１３２に対して、燃料電池デバイスは、必要に応じて、非常電源として働くことができる。ユニットの可能な他の電圧ユニットとの負荷の共有は、例えば、電力供給と周波数との間に負帰還を適用することによって、行われてよい。図３に示されている保護リレー１３１は、本発明の実施において必須ではない。
【００２０】
電気ネットワークからのスイッチオフ動作モードにおいて、燃料電池デバイス１２３の燃料電池は、電力安定性を保つための可制御負荷、すなわち、いわゆるバッファ負荷を用いることによって、一定負荷状態で維持される。バッファ負荷の負荷は、燃料電池から生成される電力と負荷の現在の実電力ニーズとの間の差に基づく差をなくすよう適合される。電気ネットワークから切り離した後、電力変換器１２２（本発明の１つの好ましい実施形態ではＤＣ／ＡＣコンバータである。）は、燃料電池１０３の負荷が電流制御可能であり続けるとしても、電圧制御動作モードにおいて動作すべきである。可制御負荷１２６は、このような電圧及び電流制御によって引き起こされる電力不均衡のバランスをとるために使用される。可制御負荷１２６の適応は、電力段の現在の中間回路電圧値に基づいて制御配置によって達成される。制御手段としては、例えば、トリガ角度が制御されるサイリスタコントローラが使用されてよい。可制御負荷１２６へ供給される電力量は、また、負荷への現在の電力供給を増大させるマージンを表す。電気エネルギ蓄積は、燃料電池デバイスが、その通常動作電力を生成するよりも長い期間ＡＣ電力を供給するよう意図される場合にのみ必要とされる。
【００２１】
電気ネットワーク１２５の機能不良は、長期間（停電）から極短い期間（例えば、電圧スパイク）の存続期間に依存して様々でありうる。機能不良が電気ネットワークから消え去ったと夫々検出されると、燃料電池デバイス１２３の動作は、また、電気ネットワークにスイッチオンするスイッチオン動作モードへ直ちに戻ってよく、燃料電池デバイスは電流を電気ネットワークに供給するようになる。このように、本発明の好ましい実施形態は、多種多様な電気ネットワークに接続可能な燃料電池デバイス用途のためのネットワーク双方向型電力平衡器として配されてよい。従って、電気ネットワークは、単相、二相、三相等の交流ネットワークであってよく、また、ＤＣ電力ネットワークが関係することができる。
【００２２】
例えば分割燃料電池システム等の、電気ネットワークとの並列動作を主として目的としている燃料電池デバイスは、電気エネルギを蓄積するための配置を有することなく動作する可能性を有するという大きな利点を有する。本発明に従う電気ネットワークへのスイッチオン動作モードにおいて、電気エネルギのための蓄積配置の欠如は、エネルギ蓄積の電気エネルギ量を十分に高く保つために別個に電気を生成する必要がないので、効率面で有利である。本発明に従う電気ネットワークからのスイッチオフ動作モードにおいて、抵抗で失われる電力は、当該動作モードの時間期間が比較的短いために、無意味である。電気エネルギ蓄積は燃料電池デバイスに関与しうるが、燃料電池デバイスは、ある最小負荷で動作すべきであり、それにより、温度バランスの要件は燃料電池デバイスの動作において満足する。本発明に従う実施形態で、燃料電池の最小許容負荷は、燃料電池の近くに抵抗負荷を設置することによって、更に、燃料電池を加熱する抵抗負荷の熱エネルギを用いることによって、及び／又は燃料電池デバイスが例えば携帯電話ネットワーク基地局等の外部負荷１３２のための非常電源として動作する場合に、低減され得る。
【００２３】
本願の明細書及び図面では、ＳＯＦＣ燃料電池デバイスで利用される本発明に従う好ましい実施形態が記載されているが、本発明の実施形態は、他のタイプの燃料電池デバイスで利用されてよいことに留意すべきである。本発明の好ましい実施形態において、電気ネットワークは、ほとんどの場合、一般的な配電網であるよう意図され、燃料電池デバイスによって生成されるＤＣ電力は、例えば三相ＤＣ−ＡＣ変換を介して、電気ネットワーク供給される。本発明に従う実施形態では、多用な電気ネットワーク用途が実現可能であり、例えば、ＤＣ−ＡＣ変換は全ての用途で必要とされるわけではない。
【００２４】
本発明は添付の図面及び明細書を参照して提示されてきたが、本発明は、提示される実施形態に限られず、特許請求の範囲で認められる適用範囲内にある変形例を含むものである。
【図１】
2012511886.tif 000003
【図２】
2012511886.tif 000004
【図３】
2012511886.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成22年9月21日(2010.9.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気ネットワークへの電流を生成する燃料電池デバイスであって、当該燃料電池デバイスは、前記電気ネットワークに並列接続されるよう配置され、当該燃料電池デバイスは、前記電気ネットワークで異常が起こる場合に前記ネットワークから当該燃料電池デバイスを切り離す手段を有する燃料電池デバイスにおいて、
当該燃料電池デバイスが前記電気ネットワークに並列接続されている場合に電流を前記電気ネットワークに入力するよう、電流制御型電力段、及び前記電流の入力において利用される位相基準信号を形成する制御回路を有する電力変換器と、
当該燃料電池デバイスの電力安定性を保つ可制御負荷と
を有し、
前記電力変換器は、当該電力変換器の電圧制御動作を行うよう前記位相基準信号を用いることによって前記燃料電池デバイスを前記電気ネットワークからのスイッチオフ動作モードへ変化させ、前記可制御負荷は、前記電圧制御される電力変換器と前記燃料電池デバイスの他の部分との間で電力安定性を保ち、
前記異常が前記電気ネットワークから消え去った場合、前記電力変換器は、当該電力変換器の電流制御動作を行うよう前記位相基準信号を用いることによって前記燃料電池デバイスを前記電気ネットワークへのスイッチオン動作モードへ変化させる、
ことを特徴とする燃料電池デバイス。
【請求項２】
電流を前記電気ネットワークに入力するよう三相正弦波位相基準信号を形成する前記制御回路を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池デバイス。
【請求項３】
当該燃料電池デバイスの効率を最適化するよう前記電気ネットワークへ無ひずみ電流を入力するために前記位相基準信号に振幅基準信号を乗じる前記制御回路を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池デバイス。
【請求項４】
前記電流制御型電力段は中間回路を有し、前記振幅基準信号は該中間回路の電圧から得られる、
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池デバイス。
【請求項５】
前記電気ネットワークから切り離される前記スイッチオフ動作モードにおいて当該燃料電池デバイスの動作を非常電源動作へと配置する前記可制御負荷を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池デバイス。
【請求項６】
１よりも多い燃料電池スタックを有し、
前記燃料電池スタックの間の負荷の分配を制御するよう各燃料電池スタックごとに又は燃料電池スタックのグループごとに別個のＤＣ−ＤＣコンバータを有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池デバイス。
【請求項７】
電気ネットワークへ電流を入力する燃料電池デバイスによって電流を生成する方法であって、少なくとも１つの燃料電池デバイスが前記電気ネットワークに並列接続されるよう配置され、前記燃料電池デバイスが前記電気ネットワークに並列接続されている場合に、電力段を有する電力変換器によって制御される電流が前記電気ネットワークに入力され、前記電気ネットワークで異常が起こる場合に前記電気ネットワークから前記燃料電池デバイスが切り離される方法において、
前記電流の入力において利用される位相基準信号が形成されるステップと、
前記燃料電池デバイスが、前記電力変換器の電圧制御動作を行うよう前記位相基準信号を用いることによって前記電気ネットワークからのスイッチオフ動作モードへ変化させられ、可制御負荷が前記電圧制御される電力変換器と前記燃料電池デバイスの他の部分との間で電力安定性を保つために用いられるステップと、
前記異常が前記電気ネットワークから消え去った場合、前記燃料電池デバイスが、前記電力変換器の電流制御動作を行うよう前記位相基準信号を用いることによって前記電気ネットワークへのスイッチオン動作モードへ変化させられるステップと
を有する、ことを特徴とする方法。
【請求項８】
三相正弦波位相基準信号が、前記電気ネットワークへ電流を入力するために形成される、
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記位相基準信号は、前記燃料電池デバイスの効率を最適化するよう前記電気ネットワークへ無ひずみ電流を入力するために振幅基準信号を乗じられる、
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記振幅基準信号は、前記電力段の中間回路の電圧から得られる、
ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
可制御負荷を用いることによって、前記燃料電池デバイスの動作は、前記電気ネットワークから切り離される前記スイッチオフ動作モードにおいて非常電源モードへと配置される、
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
別個のＤＣ−ＤＣコンバータを用いることによって、燃料電池スタックごとに又は燃料電池スタックのグループごとに、前記燃料電池スタック間の負荷の分配又は前記燃料電池スタックのグループ間の負荷の分配が制御される、
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【国際調査報告】
2012511886.tif 000006
2012511886.tif 000007