JPH0475420A - 燃料電池直流並列運転システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、燃料電他の直流出力を直流電源装置により電
圧変換して負荷に給電する燃料電池エネルギーシステム
に関し、特に負荷変動に応じて商用電源あるいはエンジ
ン発電機等を入力とする整流器出力と負荷分担を行なわ
せることにより、燃料電池エネルギーシステムの創設費
用の低減を図る燃料電池直流並列運転システムに関する
ものである。

［従来の技術］ 燃料電池は水素と酸素との電気化学反応により直流電力
を発生することから、直流負荷に対しては直接給電する
ことも可能である。しかし、一般的には燃料電池出力の
電圧変換が必要な場合が多く、その場合には燃料電他の
直流出力を入力とする直流電源装置により電圧変換して
、負荷に対する給電を行なっている。このような燃料電
池と、この燃料電他の出力を入力とする直流電源装置と
からなる燃料電池電源において、負荷の消費電力が時間
とともに変化するとき、負荷消費電力のピーク値に合わ
せてその出力容量を定めると、燃料電池電源は出力にか
なりの余力を残したままの部分負荷での運転時間が長く
なり、実質的な出力電力量に比べて燃料電池電源の創設
費用が高価になってしまうという問題かある。

そこで、燃料電池電源の８力容量を、変動する負荷の消
費電力のピーク値に合わせるのではなく、例えば消費電
力の最小値以下あるいはピーク値と最小値の間の値に選
ひ、即ち負荷の平均的な消費電力に適合した燃料電池電
源を選定して、燃料電池電源は常時はぼ定格出力て運転
し、燃料電池電源の出力を超える部分については別系統
の直流出力の電源、例えば商用電源あるいはエンジン発
電機を入力とする整流器の出力から給電し、これにより
燃料電池エネルギーシステムの創設費用の低減を図るこ
とが考えられ、本出願人は、先の８願く特願平１−２１
７７７１号）にて、第７図および第８図に示す燃料電池
直流並列運転システムを提案した。

この従来例について第７図から説明すると、本システム
は、燃料電池１と、その出力を入力とし直流電源装置主
回路２−１および出力電圧定電圧制御回路２−２とを有
する直流電源装置２からなる燃料電池電源３と、商用電
源４を整流する整流器５とを具備し、それぞれの出力を
並列接続して、負荷１００に給電している。この従来例
では、直流電源装置２と整流器５との負荷分担制御を行
なうために、燃料電池直流並列運転システムに負荷電流
／電力検出手段６を設置して負荷電流あるいは電力に対
応する信号ＩＬを検出し、直流電源装置出力電流／電力
設定手段８に送出する。これを受けて直流電源装置出力
電流／電力設定手段８ては、信号■、と燃料電池電源３
の定格６力電流あるいは電力に対応する値Ｉ　ＬＭＡＸ
とを比較し、ＩＬがＩ　ＬＮＡＸよりも大きければＩ　
ＬＭＡＸを、ＩＬかＩ　ＬＫＡ８よりも小さければＩｔ
を直流電源装置出力電圧制御用信号出力手段９に送出す
る。直流電源装置出力電圧制御用信号出力手段９ては、
直流電源装置出力電流／電力検出手段７から送出されて
くる直流電源装置２の出力電流あるいは電力に対応する
信号１．と直流電源装置出力電流／電力設定手段８から
送出される信号ＩＬあるいはＩ　ＬＭＡＸとを比較し、
その誤差に応じた信号ｖＱを出力電圧定電圧制御回路２
−２に送出し、直流電源装置主回路２１の出力電圧を変
化させる。

次に、第８図について説明する。この第８図は、上記従
来例の直流電源装置出力電圧制御用信号出力手段９の出
力信号■９により直流電源装置２の出力電圧を変化させ
るための出力電圧定電圧制御回路２−２の一例を示して
いる。

この出力電圧定電圧制御回路２−２は、演算増幅器１１
と抵抗１２．１３からなる誤差増幅器の入力の一方（抵
抗１２側）に、出力電圧設定部を形成する抵抗１４、ツ
ェナーダイオード１５からなる基準電圧を逆流阻止用ダ
イオード１６を介して入力し、他方の入力に直流電源装
置２の出力電圧を抵抗１７．１８で分圧して入力し、誤
差増幅器の出力をパルス幅変調回路を含む駆動制御回路
１０に送出することにより、直流電源装置２の出力電圧
の安定化を図っている。また、直流電源装置出力電圧制
御用信号出力手段９の出力信号ｖＱを逆流阻止用ダイオ
ード１９を介し、ダイオード１６と抵抗１２の接続点に
おいて出力電圧設定部に接続することによって、出力信
号ｖＱにより直流電源装置２の出力電圧を変化させる構
成としている。従って、出力信号ＶＱのレベルを上げる
ことにより直流電源装置主回路２−２の出力電圧を上昇
させることができ、これにより直流電源装置２の負荷電
流あるいは電力の分担の割合を増加することかできる。

さらに、直流電源装置出力電流／電力検出手段７、直流
電源装置出力電圧制御用信号出力手段９゜出力電圧定電
圧制御回路２−２．直流電源装置主回路２−１からなる
フィードバックループが構成されているので、直流電源
装置出力電流／電力検出手段７から送出されてくる直流
電源装置２の出力電流あるいは電力に対応する信号Ｉ６
を、直流電源装置出力電流／電力設定手段８から送出さ
れる信号■１あるいはＩ　ＬＭＡＸと等しくすることが
可能となる。即ち、直流電源装置２の出力電流あるいは
電力を、直流電源装置出力電流／電力設定手段８で設定
した値に対応する電流あるいは電力に合わせることがで
きる。

以上のように構成され動作することから、負荷電流ある
いは電力か燃料電池電源３の定格出力電流あるいは電力
以下の場合は、全ての負荷電流あるいは電力を燃料電池
電源３から供給し、負荷電流あるいは電力が燃料電池電
源３の定格出力電流あるいは電力を超える場合は、燃料
電池電源３からは少なくともその定格出力電流あるいは
電力で給電することができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来の技術における燃料電池直流並
列運転システムでは、操作上、操作者や保守者が燃料電
池電源３と整流器５の負荷分担制御を容易に実施できる
構成にまでに展開されているとは言い難かった。例えば
、システムの据え付は時などには燃料電池電源３および
整流器５のそれぞれについて動作試験を定格出力まで行
う必要があるが、一般に試験用負荷の容量が十分ではな
いことから、試験用負荷の容量に合わせて燃料電池電源
３および整流器５を個別に運転停止するかあるいは各出
力の給電線を個別に切り離すなどが必要となることがあ
り、試験を効率よく迅速に行なうことかできないという
問題があつｔこ。まｔこ、燃料電池直流並列運転システ
ムの導入後、負荷Ｉ００の消費電力か当初の予測より下
回るなとして燃料電池電源３の定格内に常に維持される
とき（こは、設備の異常状態の早朝発見のし意力・ら、
整流器５を含めた商用電源給電系の給電状態での正常性
のチエツクを適宜性なう必要があるが、このときに整流
器５側への負荷分担の移行が容易に実施できる負荷分担
制御方法となって（Ｘなけれ（ずならないという問題が
ある。以上述べたよう（こ燃料電池エネルギーシステム
の創設費用の低減を図った従来の燃料電池直流並列運転
システムにおいては、負荷分担を簡単な操作で実現てき
る制御方法を明らかにしなければならないという問題が
あった。

本発明は、上記問題点を解決するために創案されたもの
で、燃料電池電源と整流器の負荷分担を簡単に操作でき
る燃料電池直流並列運転システムを提供することを目的
とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するための本発明の燃料電池直流並列
運転システムの□構成は、 燃料電池と、この燃料電他の出力を入力とする直流電源
装置とからなる燃料電池電源を有し、この燃料電池電源
の出力と、商用電源あるいは他の発電源より出力される
交流電力を整流する整流器の出力とを並列に接続して負
荷に給電する燃料電池直流並列運転システムにおいて、 前記直流ｉｉｉ源装置を、出力電圧定電圧制御回路を有
するスイッチング電源装置で構成し、前記燃料電池直流
並列運転システムが負荷に供給する電流あるいは電力を
検出しこれに対応するディジタル信号を出力する電流／
１ｉ力信号発生手段と、 前記燃料電池電源が負荷に供給する電流あるいは電力を
検出しこれに対応するディジタル信号を出力する燃料電
池電源出力電流／電力信号発生手段と、 前記燃料電池電源出力電流／電力信号発生手段から出力
されるディジタル信号と前記電流／電力信号発生手段か
ら出力されるディジタル信号とを比較し、その差に応じ
たディジタル信号を出力するディジタル信号比較手段と
、 前記ディジタル信号比較手段から出力されるディジタル
信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換手段とを備え
、 前記Ｄ／Ａ変換手段からのアナログ信号出力を、前記ス
イッチング電源装置出力電圧定電圧制御回路に設けた出
力電圧設定部に加えるように接続し、前記スイッチング
電源装置の出力電圧を、前記燃料電池直流並列運転シス
テムが負荷に供給する電流あるいは電力の変動もしくは
前記整流器の出力電圧の変動に応じて制御することによ
り前記燃料電池電源の出力の負荷分担の割合を制御する
ように構成したことを特徴とする。

［作用］ 本発明は、燃料電池およびこの燃料電他の出力を入力と
し出力電圧定電圧制御回路を有するスイッチング電源装
置とからなる燃料電池電源の出力と、商用電源あるいは
他の発電源からの交流出力を整流する整流器の出力との
負荷分担を、出力電圧定電圧制御回路によるスイッチン
グ電源装置の出力電圧の変化で行うことにするとともに
、出力電圧定電圧制御回路に対する制御にディジタル信
号処理の技術を取り入れることにより、負荷分担の実現
を容易にし、かつ負荷分担割合の設定の操作を簡単にし
、試験や保守を迅速・容易に行えるようにする。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は本発明第１の実施例を説明するブロック図であ
って、前記燃料電池電源の出力電圧（スイッチング電源
装置の出力電圧と言い替えてもよい）の−制御方法を示
した燃料電池直流並列運転システムのブロック図である
。本実施例にオイて、第７図の従来例と同符号のものは
同一機能のものである。本実施例は、燃料電池（ＦＣ）
１と、その出力を入力とするスイッチング電源装置主回
路２１−１および出力電圧定電圧制御回路２１−２を有
するスイッチング電源装置２１とからなる燃料電池電源
３０と、商用電＋１（ＣＳ）４を整流する整流器５とを
備え、それぞれの出力を並列接続して負荷１００に給電
する構成とする。ここで、本実施例では、燃料電池電源
３０と整流器５の負荷分担、即ちスイッチング電源装置
２１と整流器５の負荷分担を行なうために、スイッチン
グ電源装置２１の出力電圧を制御する手段として、Ａ／
Ｄ変換手段を有し負荷１００への給電線に接続され負荷
電流あるいは電力を検出してこれに対応するディジタル
信号を出力する電流／電力信号発生手段６０と、Ａ／Ｄ
変換手段を宵し燃料電池電源の出力線に接続され燃料電
池電源３０が負荷１００に供給する電流あるいは電力を
検出してこれに対応するディジタル信号を出力する燃料
電池電源出力電流／電力信号発生手段７０と、電流／電
力信号発生手段６０から出力されるディジタル信号と燃
料電池電源出力電流／電力信号発生手段７０から出力さ
れるディジタル信号とを比較してその差に応じたディジ
タル信号を出力するディジタル信号比較手段９１と、デ
ィジタル信号比較手段９■から出力されるディジタル信
号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換手段９２とを備
え、このＤ／Ａ変換手段９２からのアナログ信号出力を
前記スイッチング電源装置の出力電圧定電圧制御回路２
１−２に設けた出力電圧設定部に加えるように接続する
。上記において出力電圧定電圧制御回路２１−２は、第
８図の従来例と同様に構成することができるので、本実
施例では、第８図と同一回路構成のものを用いるものと
する。

以上のように構成した第１の実施例の動作および作用を
以下に述べる。

本実施例は、基本的には燃料電池電［３０の出力と整流
器５の出力とを並列に接続して、燃料電池電源３０側の
定格を超える負荷への出力電流または電力を商用電源４
側に負荷分担させるものである。ここで、燃料電池電源
３０側の出力電流と整流器５側（商用電源４側）の出力
電流の負荷分担の割合は、スイッチング電源装置主回路
２１−１の出力電圧を出力電圧定電圧制御回路２１−２
で変化させることにより、制御される。しかも、その出
力電圧定電圧制御回路２１−２に対する制御がディジタ
ル制御技術を用いて行われる点に特徴がある。即ち、そ
の動作を述べると以下のようになる。

まず、電流／電力信号発生手段６ｏにおいて、負荷電流
あるいは電力を検出し、このアナログ信号をディジタル
信号にＡ／Ｄ変換して、負荷電流あるいは電力に対応す
るディジタル信号をディジタル信号比較手段９１に送出
する。燃料電池電源出力電流／電力信号発生手段７０て
は、前記燃料電池電源の出力電流あるいは電力を検出し
ディジタル信号に変換した後、このディジタル信号をデ
ィジタル信号比較手段９１に送出する。ディジタル信号
比較手段９１では、前記電流／電力信号発生手段６０か
ら出力されるディジタル信号と、前記燃料電池電源出力
電流／電力信号発生手段７゜から出力されるディジタル
信号とを比較して、その差に応じたディジタル信号をＤ
／Ａ変換手段９２に送出する。例えば、燃料電池電源出
力電流／電力信号発生手段７０から出力されるディジタ
ル信号が電流／電力信号発生手段６０から出力されるデ
ィジタル信号よりも小さいときは、ディジタル信号比較
手段９１の出力のディジタル信号を１単位増やし、その
逆に大きいときは１単位減らして、Ｄ／Ａ変換手段９２
へ送出する。Ｄ／Ａ変換手段９２では、ディジタル信号
比較手段９１がら出力されたディジタル信号をアナログ
信号に変換し、このアナログ信号をスイッチング電源装
置の出力電圧定電圧制御回路２１−２に設けた出力電圧
設定部に加える。

次に、出力電圧制御回路２１−２の動作では、第８図を
参照して述べると、演算増幅器１１と抵抗１２．１３か
らなる誤差増幅器の入力の一方に、出力電圧設定部を形
成する抵抗１４．ツェナーダイオード１５からなる基準
電圧が逆流阻止用ダイオード１６を介して入力され、他
方の入力にスイッチング電源装置主回路２１−１の出力
電圧が抵抗１７．１８で分圧されて入力され、その誤差
増幅器の出力がパルス幅変調回路を含む駆動制御回路１
０に送出されることにより、スイッチング電源装置２１
の出力電圧の安定化か図られる。また、Ｄ／Ａ変換手段
９２の出力か逆流阻止用タイオード１９を介して出力電
圧定電圧制御回路２１−２の出力電圧設定部に接続され
ることにより、Ｄ／Ａ変換手段９２から送出されるアナ
ログ信号でスイッチング電源装置主回路２１−１の８カ
電圧を変化させることかでき、このアナログ信号のレベ
ルを上下することによりスイッチング電源装置２１の出
力電圧を上昇あるいは下降させ、これによってスイッチ
ング電源装置２１の負荷電流あるいは電力の分担の割合
を増減することかできる。

さらに、燃料電池電源出力電流／電力信号発生手段７０
．ディジタル信号比較手段９１．Ｄ／Ａ変換手段９２．
出力電圧定電圧制御回路２１−２スイッチング電源装置
束回路２１−１からなるフィードバックループが構成さ
れているので、燃料電池電源出力電流／電力信号発生手
段７０から送出されてくる燃料電池電源３０即ちスイッ
チング電源装置２１の出力電流あるいは電力に対応する
ディジタル信号を、電流／′Ｉ４力信号発生手段６０か
ら送出されるディジタル信号に近付けようと出力電圧制
御か行なわれることになる。即ち、燃料ｓｉ電源３０の
出力電流あるいは電力を負荷電流あるいは電力に合わせ
ようと出力電圧制御か行なわれることになる。

また、負荷電流あるいは電力が燃料電池電＃３０の供給
可能な電流あるいは電力を超える場合に対処するため、
電流／電力信号発生手段６０からのディジタル信号にリ
ミットを設ける（これについては後述する第４図に示す
負荷分担設定手段８０が利用できる）こと、スイッチン
グ電源装置２１の出力電圧特性として出力電流が定格値
を超えると負荷抵抗の減少につれて出力電圧を低下させ
る垂下特性を持たせてお（こと、Ｄ／Ａ変換手段９２の
入力に上限を設定しておくこと、あるいはＤ／Ａ変換手
段９２のアナログ信号出力をツェナーダイオードでクラ
ンプすることなどにより、燃料電池電源３０の分担する
負荷電流あるいは電力を超える分は、整流器５に分担さ
せることができる。

また、上記説明では負荷電流か変化したときだけ燃料電
池電源３０が所定の負荷分担を行なうためにスイッチン
グ電源装置２１の出力電圧を変えるように制御するかの
ように見えるかもしれないが、もし仮に負荷電流か一定
であったとしても、商用電源４の電圧変動等により整流
器５の出力電圧が上昇し整流器５の出力電流か増加しよ
うとするときにも、燃料電池電源３０が所定の負荷分担
を行なうためにスイッチング′Ｆ４源装置２１の出力電
圧を上げるように制御することも勿論行なわれる。

このように構成され動作することから、本実施例は、燃
料電池電源３０の出力容量を、変動する負荷の消費電流
または電圧の最小値以下あるいはピーク値と最小値の間
の値に選ぶことにより、負荷電流あるいは電力が燃料電
池電源３０の定格出力電流あるいは電力以下の場合は、
全ての負荷電流あるいは電力を燃料電池電源３０から供
給し、負荷電流あるいは電力が燃料電池電源３０の定格
出力電流あるいは電力を超える場合は、燃料電池電源３
０からは少なくとも定格出力電流あるいは電力を供給す
ることかできる。従って、創設費用の高価な燃料電池を
定格運転またはそれに近い状態で稼働できる規模にする
ことかでき、その有効利用を図ることかできる。

以上に加えて、本実施例ではディジタル制御技術を用い
て負荷１００への出力電流の負荷分担を制御することか
ら、種々の設定値や条件を容易に変更できるので、簡単
にしかも迅速に負荷分担の割合を変更したり負荷分担を
商用電源４側へ移行したりすることができ、動作試験の
容易な負荷分担制御方法を提供することができる。

また、上記説明では電流／電力信号発生手段６０と燃料
電池電源出力電流／電力信号発生手段７０の検出対象で
ある電流あるいは電力を、同じものを検出する場合につ
いて説明したが、必ずしも電流／ｌ力信号発生手段６０
と燃料電池電源出力電流／電力発生手段７０との検出対
象を一致させる必要なない。例えば、電流／電力信号発
生手段６０ではアナログの電力を検出しこれに対応する
デインタル信号を出力し、ティンタル信号比較手段９１
においてなんらかの方法（例えば、スイ。

チングミ源装置２１の出力電圧を第１図に図示されてい
ない手段で検出してきて、この出力電圧に対応するディ
ジタル信号で電流／電力信号発生手段６０からのテイシ
タル信号を割るなど）で電流に対応するディジタル信号
に変換すれば、燃料電池電源出力電流／電力信号発生手
段７０．７１では電流を検出しても問題かないからであ
る。

なお、ディジタル信号比較手段９１にパソコンを用い、
電流／電力信号発生手段６０および燃料電池電源出力電
流／電力信号発生手段７０にＡ／Ｄ変換ボートを、Ｄ／
Ａ変換手段９２にＤ／Ａ変換ホードを用いれば上述した
ディジタル制御を実現できることはいうまでもなく、上
記したディジタル制御め利点をさらに引き出すことがで
きる。

また、スイッチング電源装置２１のレギュレ−７ヨンが
良すぎると、スイッチング電源装置２１の出力電流の変
化に対する出力電圧の変化が小さくなることから、整流
器５のレキコレ−ジョンもよいときには負荷分担制御を
行な・うことか難しくなるので、その場合にはＤ／Ａ変
換手段９２の出力での変化量の最小単位を考慮してスイ
ッチング電源装置２１に出力電圧の出力電流依存性をも
たせた特性とする必要があることもいうまでもない。

また、この出力電圧の出力電流依存性を、整流器５に持
たせること、あるいはスイッチング電源装置２１および
整流器５の両方に持たせることにしても勿論よい。

第２図は本発明の第２の実施例を説明するブロック図で
あって、第１図の第１の実施例と同符号のものは同一機
能のものである。第２図の第２の実施例が第１図の第１
の実施例と異なるのは、燃料電池直流並列運転システム
が負荷１００に供給する電流あるいは電力の検出手段を
、燃料電池電源３０の出力電流あるいは電力と整流器５
の出力電流あるいは電力を個別に検出し、これらを加算
して電流／電力信号発生手段とした点にある。即ち、６
１は整流器５の出力電流あるいは電力を検出しＡ／Ｄ変
換によりこれに対応するディジタル信号を出力する手段
であり、６２はそのディジタル信号と前述の燃料電池電
源出力電流／電力信号発生手段７０からのディジタル信
号とを加算して負荷電流あるいは負荷の消費電力を検出
したディジタル信号として前述のディジタル信号比較手
段９１へ送出する加算器である。このように構成しても
、上述した第１図の第１の実施例と同様の動作を行い、
同様に作用することは明らかである。

また、前述の加算器６２において加算するまでアナログ
信号により処理し、加算器６２の出力においてＡ／Ｄ変
換しても勿論よい。要は、燃料電池直流並列運転システ
ムが、負荷に供給する電流あるいは電力を検出し、これ
に対応するディジタル信号を出力することができる電流
／電力信号発生手段であればよい。但し、ディジタル信
号比較手段９１としてパソコンを用いるときは、加算器
６２の機能もパソコンに持たせた方が構成は簡単である
。

第３図は本発明の第３の実施例を説明するブロック図で
あって、第１図の第１の実施例と同符号のものは同一機
能のものである。第３図の第３の実施例か第１図の第１
の実施例と異なるのは、燃料電池電源３０か負荷１００
に供給する電流あるいは電力の検出手段を、燃料電池直
流並列運転ンステムが負荷１００に供給する電流あるい
は電力と整流器５が負荷１００に供給する電流あるいは
電力とを検出し、燃料電池直流並列運転ンステムが負荷
に供給する電流あるいは電力から整流器５か負荷１００
に供給する電流あるいは電力を減算して燃料電池電源出
力電流／電力信号発生手段とした点にある。即ち、６１
は整流器５が負荷に供給する電流あるいは電力を検出し
これに対応するディジタル信号を出力する手段であり、
７４は電流／電力信号発生手段６０からのディジタル信
号から整流器５が負荷に供給する電流あるいは電力に対
応するディジタル信号を減算し燃料電池電源が負荷に供
給する電流あるいは電力に対応するディジタル信号とし
て前述のディジタル比較手段９１へ送出する減算器であ
る。このように構成しても、上述した第１図の第１の実
施例と同様の動作を行い、同様に作用することは明らか
である。また、前述の減算器７４において減算するまで
アナログ信号により処理し、減算器出力においてＡ／Ｄ
変換してもよい。要は、燃料電池電源か負荷に供給する
電流あるいは電力に対応するディジタル信号を出力する
ことができる燃１＋電池電源出力電流／電力信号発生手
段であればよい。但し、第２の実施例と同様にディジタ
ル信号比較手段９１としてパソコンを用いるときは、減
算器７４の機能もパソコンに持たせた方が構成は簡単で
ある。

第４図は本発明の第４の実施例を説明するブロック図で
あって、第１図の第１の実施例と同符号のものは同一機
能のものである。第４図の第４の実施例が第１図の第１
の実施例と異なるのは、前記ディジタル信号比較手段９
１の入力おいて、前記電流／電力信号発生手段６０から
のディジタル信号を、前記燃料電池電源３０が所定の比
率で負荷電流あるいは電力を分担するためのディジタル
信号に変換する負荷分担設定手段８０を介在させた点に
ある。

このように構成した第４の実施例の動作および作用を次
に述べる。

本実施例の電流／電力信号発生手段ＢＯにおいて、負荷
電流あるいは電力を検出し、このアナログ信号をディジ
タル信号にＡ／Ｄ変換し、負荷電流あるいは電力に対応
するディジタル信号を負荷分担設定手段８０に送出する
。負荷分担設定手段８０では、電流／電力信号発生手段
６ｏからのディジタル信号を受け、このディジタル信号
を燃料電池電源３０が所定の比率で負荷電流あるいは電
力を分担するためのディジタル信号に変換する（例えば
電流／電力信号発生手段６ｏからのディジタル信号ＩＬ
を受け、これの８０％を分担することにしてディジタル
信号０．８ＩＬをディジタル信号比較手段９１に送出す
る）。燃料電池電源出力電流／電力信号発生手段７０で
は、前記燃料電池電源の出力電流あるいは電力を検出し
ディジタル信号に変換した後、このディジタル信号をデ
ィジタル信号比較手段９１に送出する。これにより、以
罹の動作は、第１図の第１の実施例において説明したの
と同様の作用を行ない、ディジタル信号比較手段９１で
は、前記燃料電池電源出力電流／電力信号発生手段７０
から出力されるディジタル信号と前記負荷分担設定手段
８０から出力されたディジタル信号とをそれぞれ比較し
、その差に応じたディジタル信号をＤ／Ａ変換手段９２
に送出する。Ｄ／Ａ変換手段９２では、前記ディジタル
信号比較手段９１から出力されたディジタル信号をアナ
ログ信号に変換し、このアナログ信号をスイッチング電
源装置の出力電圧定電圧制御回路２１−２に設けた出力
電圧設定部に加える。出力電圧定電圧制御回路２１−２
では、Ｄ／Ａ変換手段９２からアナログ信号を受け、ス
イッチング電源装置２１の出力電圧を変化させる。即ち
、Ｄ／Ａ変換手段９２から送出されるアナログ信号のレ
ベルを上下することによりスイッチング電源装置２１の
出力電圧を上昇あるいは下降させ、これによりスイッチ
ング電源装置２１の負荷電流あるいは電力の分担の割合
を増減することができる。

さらに、燃料電池電源出力電流／３１力信号発生手段７
０．ディジタル信号比較手段９１．Ｄ／Ａ変換 スイッチング電源装置主回路２１−１からナルフィード
バックループが構成されているのて、燃料電池電源出力
電流／電力信号発生手段７０から送出されてくる燃料電
池型［３０，即ちスイッチング電源装置２１の出力電流
あるいは電力に対応するディジタル信号を、負荷分担設
定手段８０から送出されるディジタル信号に近付けよう
と出力電圧制御が行なわれることになる。即ち、スイッ
チング電源装置２１の出力電流あるいは電力を、負荷分
担設定手段で設定した電流に合わせようと出力電圧制御
が行なわれることになるみ また、本実施例において、燃料電池電源３０の出力容量
を、変動する負荷の消費電流または電力の最小値以下あ
るいはピーク値と最小値との間の値に選んだときに、負
荷電流が燃料電池電源３０の供給可能な電流あるいは電
力を超える場合に対処するため、この負荷分担設定手段
８０で設定する電流あるいは電力の上限をスイッチング
電源装置２１の定格出力電流あるいは電力とすることに
より、燃料型／ｌＩ２電源３０の分担する負荷電流ある
いは電力を定格出力までとし、定格出力を超える分は整
流器５に分担させることかできる。

第４の実施例は、以上のように構成され動作することか
ら、負荷分担設定手段８０て設定した電流あるいは電力
を燃料電池電源３０から供給し、負荷分担設定手段８０
で設定した電流あるいは電力を超える分については商用
電源４を整流した整流器５から電力を供給することがで
きる。このため、ディジタル信号比較手段９１，負荷分
担設定手段８０におけるディジタル信号の処理において
、例工ばパソコンを用い、このキーボードから燃料電池
電源３０が分担すべき負荷電流あるいは電力を入力する
ことにより、保守者が燃料電池電源と整流器の負荷分担
制御を容易に実施できる。

従って、システムの据え付は時などにおいて、燃料電池
電源３０および整流器５のそれぞれについて動作試験を
定格８力まで行うとき、試験用負荷の容量が十分でなく
とも、試験用負荷の容量に合わせて燃料電池型＃３０お
よび整流器５を別個に運転停止するかあるいは各出力の
給電線を個別に切り離すなどの必要性がなくなり、試験
を効率よく迅速に行なうことができる。また、燃料電池
直流並列運転システムの導入後、負荷１００の消費電力
が当初の予測より下回るなどして燃料電池電源３０の定
格内に常に維持されるときにも、設備の異常状態の早期
発見のための商用電源給電系の給電状態での正常性のチ
エツクを適宜行なうことが容易にできる。このように負
荷電流あるいは電力が燃料電池電源３０の定格出力電流
あるいは電力よりも小さい場合でも整流器５に負荷分担
させることができ、整流器５の動作試験、商用電力給電
系の動作チエツクをいっても容易に実施することができ
る。

第５図は本発明の第５の実施例を説明するブロック図で
あって、第４図の第４の実施例と同符号のものは同一機
能のものである。第５図の第５の実施例が第４図の第４
実施例と異なるのは、介在させた負荷分担設定手段８０
の挿入位置が異なる点にある。本実施例においては、前
記ディジタル信号比較手段９１の入力において、燃料電
池電源出力電流／電力信号発生手段７０からのディジタ
ル信号を、前記燃料電池電源３０か所定の比率で負荷電
流あるいは電力を負担するためのディジタル信号に変換
するように負荷分担設定手段８０を介在させている。

以上のように構成した実施例も上述した第４図の第４の
実施例と同様に動作し、同様に作用するが、その動作お
よび作用を以下に述べる。

電流／電力信号発生手段６０において、負荷電流あるい
は電力を検出し、このアナログ信号をディジタル信号に
Ａ／Ｄ変換し、負荷電流あるいは電力に対応するディジ
タル信号をディジタル信号比較手段９１に送出する。燃
料電池電源出力電流／電力信号発生手段７０では、前記
燃料電池電源の出力電流あるいは電力を検出しディジタ
ル信号にＡ／Ｄ変換した後、このディジタル信号を負荷
分担設定手段８０に送出する。負荷分担設定手段８０で
は、燃料電池電源出力電流／電力信号発生手段７０から
のディジタル信号を受け、この信号を燃料電池電源３０
か所定の比率で負荷電流あるいは電力を分担するための
ディジタル信号に変換する。例えば燃料電池層＃電流／
電力検８手段７０からのディジタル信号１ｄを受け、こ
れを１１１倍したディジタル信号１．１ＩＩｄをディジ
タル信号比較手段９１に送出する。こうすることにより
、後述するフィードバックループがあるため、電流／ｉ
ｆ力信号発生手段６０からのディジタル信号をＩＬとす
ると１．１１　Ｉｄ＝ＩＬとなり、故にＩ　ｄ＝ｏ、９
　Ｉ　Ｌとなり、負荷電流の９０％を燃料電池電源が分
担することができる。ディジタル信号比較手段９１では
、負荷分担設定手段８０と前記電流／電力信号発生手段
６０から出力されたディジタル信号とをそれぞれ比較し
、その差に応じたディジタル信号をＤ／Ａ変換手段９２
に送出する。Ｄ／Ａ変換手段９２では、前記ディジタル
信号比較手段から出力されたディジタル信号をアナログ
信号に変換し、このアナログ信号をスイッチング電源装
置２１の出力電圧定電圧制御回路２１−２に設けた出力
電圧設定部に加えるように接続する。

出力電圧定電圧制御回路２１−２では、Ｄ／Ａ変換手段
９２からアナログ信号を受け、スイッチング電源装置２
１の出力電圧を変化させる。即ち、Ｄ／Ａ変換手段９２
から送出されるアナログ信号のレベルを上下することに
より、スイッチング電源装置２１の出力電圧を上昇ある
いは下降させ、これによりスイッチング電源装置２１の
負荷電流あるいは電力の分担の割合を増幅することかで
きる。

さらに、燃料電池電源出力電流／電力信号発生手段７０
．負荷分担設定手段８０．ディジタル信号比較手段９１
．Ｄ／Ａ変換手段９２．出力電圧定電圧制御回路２１−
２．　　スイッチング電源装置主回路２１−１からなる
フィードバックループが構成されているので、負荷分担
設定手段８０から送出されるディジタル信号を電流／電
力信号発生手段６０から送出されるディジタル信号に近
付けようと出力電圧制御が行なわれることになる。即ち
、スイッチング電源装置２１の出力電流あるいは電力を
、負荷分担設定手段８０で設定した電流あるいは電力に
合わせようと出力電圧制御が行なわれることになり、第
４図の第４の実施例と同様の作用をする。

第６図は本発明の第６の実施例を説明するブロック図で
あって、第４図の第４の実施例と同符号のものは同一機
能のものである。第６図の第６の実施例が第４図の第４
の実施例と異なるのは、前述の燃料電池直流並列運転シ
ステムが給電する負荷を２システムとしたこと、それぞ
れの負荷に対応するために商用電源を整流する整流器を
２システム備えたこと、燃料電池直流並列運転システム
が負荷に供給する電流あるいは電力の検出手段を各負荷
システムの負荷電流を個別に検出し、これらを加算して
電流／ｉｉ力信号発生手段とした点にある。即ち、負荷
として１００−１と１００’−２の２システムを対象と
し、それぞれの２系統の負荷に対応して商用電源を整流
する整流器を５−１゜５−２と２システム備え、これら
の整流器５−１゜５−２と燃料電池電Ｒ３０とを、逆流
防止のため（整流器５−１が負荷１００−２に、整流器
５−２が負荷１００−１に給電することを避けるため）
のダイオード３１１，３１２を介して接続して燃料電池
直流並列運転システムを構成し、燃料電池直流並列運転
システムが負荷に供給する電流あるいは電力を検出しデ
ィジタル信号に変換する電流／電力信号発生手段を、負
荷１００−１，１００−２へのそれぞれの系統の給電線
に接続した電流検出手段６０−１．６０−２とこれらの
出力を加算する加算器６３とにより構成したものである
。

このように構成しても、前述した第４図の第４の実施例
と同様の動作を行い、同様に作用することは明らかであ
る。なお、整流器５−１と５−２の出力電圧特性と、整
流器５−１．５−２および燃料電池電源３０を並列接続
する給電線のインピーダンスによる電圧降下配分の設計
条件等によっては逆流防止が図られるので、逆流防止用
のダイオードは省略することもでき、燃料電池直流並列
運転システムを構成する際に必ずしもダイオード３１１
．３１２を必要とはしない。

なお、以上の各実施例における商用電源４は、エンジン
発電機等の他の発電源であってもよい。

また、第６の実施例のように負荷と整流器を２システム
設ける構成は、第１から第５までの各実施例において、
各系統別の負荷電流あるいは電力を加算する手段を用い
ることにより、そのいずれにも同様に適用することかで
きる。このように、本発明はその主旨に沿って種々に応
用され、種々の実施態様を取り得るものである。

［発明の効果］ 以上の説明で明らかなように、本発明の燃料電池直流並
列運転システムによれば、燃料電他の直流出力をスイッ
チング電源装置により電圧変換して負荷に給電する燃料
電池電源を、変動する負荷の電源に適用する場合、負荷
電流あるいは電力が燃料電池電源の定格以内ならば燃料
電池電源が全負荷を分担し、定格を超える場合は燃料電
池電源は少なくとも定格骨を負荷分担することができる
ため、負荷の消費電力に適合した燃料電池電源を設定し
て燃料電池エネルギー７ステムの創設費用ヲ低減するこ
とができるとともに、負荷分担をディジタル制御で行な
うことから制御手段としてパソコンなとのティジタル処
理手段を用いることかでき、燃料電池電源および整流器
の負荷分担の比率をディジタル操作で容易に変えること
ができるようになり、燃料電池電源および整流器を含め
た商用給電系の動作チエツクをシステム据え付は時など
いつでも容易・迅速に実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示すブロック図、第２
図は本発明の第２の実施例を示すブロック図、第３図は
本発明の第３の実施例を示すブロック図、第４図は本発
明の第４の実施例を示すブロック図、第５図は本発明の
第５の実施例を示すブロック図、第６図は本発明の第６
の実施例を示すブロック図、第７図は従来例の燃料電池
直流並列運転システムのブロック図、第８図は従来例の
直流電源装置あるいは本発明の実施例のスイ・ノチング
電源装置の出力電圧定電圧制御回路の一例を示す回路構
成図である。 １・・・燃料電池、４．４−１．４−２・・・商用電源
、５．５−１．５−２・・・整流器、１０・・・パルス
幅変調回路を含む駆動制御回路、１１・・・演算増幅器
、１２．１３，１４．１７．１８・・・抵抗、１５・・
・ツェナーダイオード、１６．１９・・・ダイオード、
２１・・・スイッチング電源装置、２１−１・・・スイ
ッチング電源装置主回路、２１−２・・・出力電圧定電
圧制御回路、３０−・・燃料電池電源、６０・・・電流
／電力信号発生手段、６０−１．６０−２・・・負荷シ
ステム−つの電流／電力信号発生手段、６１・・整流器
出力電流／電力信号発生手段、６２．６３・・・加算器
、７０・・燃料電池電源出力電流／電力信号発生手段、
７４・・・減算器、８０・・・負荷分担設定手段、９１
・・・ディジタル信号比較手段、９２・・・Ｄ／Ａ変換
手段、１００，１００−１．１００−２・・・負荷、３
１１．３１２・・・ダイオード。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃料電池と、この燃料電池の出力を入力とする直
   流電源装置とからなる燃料電池電源を有し、この燃料電
   池電源の出力と、商用電源あるいは他の発電源より出力
   される交流電力を整流する整流器の出力とを並列に接続
   して負荷に給電する燃料電池直流並列運転システムにお
   いて、 前記直流電源装置を、出力電圧定電圧制御回路を有する
   スイッチング電源装置で構成し、前記燃料電池直流並列
   運転システムが負荷に供給する電流あるいは電力を検出
   しこれに対応するディジタル信号を出力する電流／電力
   信号発生手段と、 前記燃料電池電源が負荷に供給する電流あるいは電力を
   検出しこれに対応するディジタル信号を出力する燃料電
   池電源出力電流／電力信号発生手段と、 前記燃料電池電源出力電流／電力信号発生手段から出力
   されるディジタル信号と前記電流／電力信号発生手段か
   ら出力されるディジタル信号とを比較し、その差に応じ
   たディジタル信号を出力するディジタル信号比較手段と
   、 前記ディジタル信号比較手段から出力されるディジタル
   信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換手段とを備え
   、 前記Ｄ／Ａ変換手段からのアナログ信号出力を、前記ス
   イッチング電源装置出力電圧定電圧制御回路に設けた出
   力電圧設定部に加えるように接続し、前記スイッチング
   電源装置の出力電圧を、前記燃料電池直流並列運転シス
   テムが負荷に供給する電流あるいは電力の変動もしくは
   前記整流器の出力電圧の変動に応じて制御することによ
   り前記燃料電池電源の出力の負荷分担の割合を制御する
   ように構成したことを特徴とする燃料電池直流並列運転
   システム。
2. （２）請求項１記載の燃料電池直流並列運転システムに
   おいて、 電流／電力信号発生手段が、加算手段を備え、商用電源
   あるいは他の発電源より出力される交流電力を整流する
   整流器が負荷に供給する電流あるいは電力と燃料電池電
   源が負荷に供給する電流あるいは電力とを検出し、該整
   流器が負荷に供給する電流あるいは電力に該燃料電池電
   源が負荷に供給する電流あるいは電力を加算して、前記
   燃料電池直流並列運転システムが負荷に供給する電流あ
   るいは電力に対応するディジタル信号を出力することを
   特徴とする燃料電池直流並列運転システム。
3. （３）請求項１記載の燃料電池直流並列運転システムに
   おいて、 燃料電池電源出力電流／電力信号発生手段が、減算手段
   を備え、 前記燃料電池直流並列運転システムが負荷に供給する電
   流あるいは電力と商用電源あるいは他の発電源より出力
   される交流電力を整流する整流器が負荷に供給する電流
   あるいは電力とを検出し、該燃料電池直流並列運転シス
   テムが負荷に供給する電流あるいは電力から該整流器が
   負荷に供給する電流あるいは電力を減じて、燃料電池電
   源が負荷に供給する電流あるいは電力に対応するディジ
   タル信号を出力することを特徴とする燃料電池直流並列
   運転システム。
4. （４）請求項１ないし３のいずれかに記載する燃料電池
   直流並列運転システムにおいて、電流／電力信号発生手
   段からのディジタル信号をディジタル信号比較手段へ入
   力する接続の間に、前記ディジタル信号を、燃料電池電
   源が所定の比率で負荷電流あるいは電力を分担するため
   のディジタル信号に変換する負荷分担設定手段を介在さ
   せたことを特徴とする燃料電池直流並列運転システム。
5. （５）請求項１ないし３のいずれかに記載する燃料電池
   直流並列運転システムにおいて、燃料電池電源出力電流
   ／電力信号発生手段からのディジタル信号をディジタル
   信号比較手段へ入力する接続の間に、前記ディジタル信
   号を、前記燃料電池電源が所定の比率で負荷電流あるい
   は電力を分担するためのディジタル信号に変換する負荷
   分担設定手段を介在させたことを特徴とする燃料電池直
   流並列運転システム。
6. （６）前記請求項１ないし５までのいずれかに記載する
   燃料電池直流並列運転システムにおいて、負荷が複数の
   系統に分かれており、 前記各負荷に対応して商用電源あるいはその他の発電源
   より出力される交流電力を整流する整流器が設けられ、 前記各負荷へ供給される電流または電力の検出に際して
   は加算手段を設けて前記各系統別の検出値を加算してそ
   の検出を行い、 燃料電池電源の出力は逆流阻止手段を介して前記各負荷
   へ供給することを特徴とする燃料電池直流並列運転シス
   テム。