JPH05191978A - 燃料電池利用の電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃料電池の出力直流電力を交流電力に変換し
て外部負荷装置に出力するインバータが設けられ、燃料
電池の出力電力を検出する検出手段の検出情報に基づい
て、出力電力値が大になるほど燃料電池への燃料供給量
を増加させるように制御する制御手段が設けられた燃料
電池利用の電源装置において、インバータを合理的に改
良することにより耐久性を向上する。 【構成】 インバータ２が、外部負荷装置３への出力電
流値に基づいて、その出力電流値が設定値を越えると出
力交流電力の電圧又は周波数を低減するように構成され
ている。又、インバータ２が、外部負荷装置３への出力
電流値に基づいて、その出力電流値が設定値に至るまで
は、その出力電流値が大になるほど出力交流電力の電圧
又は周波数を所定の低減率で漸減し、かつ、出力電流値
が設定値を越えると、出力交流電力の電圧又は周波数を
前記低減率より大なる低減率で漸減するように構成され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池の出力直流電
力を交流電力に変換して外部負荷装置に出力するインバ
ータが設けられ、前記燃料電池の出力電力を検出する検
出手段の検出情報に基づいて、前記出力電力値が大にな
るほど前記燃料電池への燃料供給量を増加させるように
制御する制御手段が設けられた燃料電池利用の電源装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】かかる燃料電池利用の電源装置は、燃料
電池の出力電力が大になるほど燃料電池への燃料供給量
を増加させるように制御することにより、出力電力に見
合う量の燃料を燃料電池に供給して直流電力を発電し、
その燃料電池からの出力直流電力をインバータにて交流
電力に変換して外部負荷装置に出力する。従来、かかる
燃料電池利用の電源装置では、インバータは、外部負荷
装置への出力電流値にかかわらず、燃料電池の出力直流
電力を定電圧及び定周波数の交流電力に変換して外部負
荷装置に出力するように構成していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、外部負荷装
置が特に交流電動機である場合、かかる交流電動機は、
回転数が定格回転数（電源周波数で決まる値）の時の定
格消費電流値は極めて小さい値であるが、定格の電源電
圧又は電源周波数で起動すると、起動時（回転数ゼロ）
には前記定格消費電流値の数倍の起動電流が流れ、その
後回転数が増大するに従って電流が減少し、定格回転数
に達すると極めて小さい定格消費電流値の電流が流れ
る。一方、かかる交流電動機は電源電圧又は電源周波数
が低いほど、起動時（回転数ゼロ）の起動電流が小さ
い、すなわち、前記定格消費電流値との差が小さいこと
が知られている。しかしながら、従来では、インバータ
は定電圧及び定周波数の交流電力を出力するように構成
されているので、外部負荷装置が特に交流電動機である
場合、交流電動機を定格の電源周波数及び電圧で起動す
ることになるので、起動時には急激に非常に大きな起動
電流が流れ、燃料電池の出力電力が急激に増大すること
となる。しかしながら、その出力電力の急激な増大に見
合うだけの燃料の増大供給が追従できないため、燃料電
池において燃料不足状態となり、それが燃料電池を劣化
させる原因となっていた。従って、従来の燃料電池利用
の電源装置は、耐久性に劣るという問題があった。本発
明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目
的は、かかる燃料電池利用の電源装置において、インバ
ータを合理的に改良することにより耐久性を向上する点
にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明による燃料電池利
用の電源装置の第１の特徴構成は、前記インバータが、
前記外部負荷装置への出力電流値に基づいて、その出力
電流値が設定値を越えると前記出力交流電力の電圧又は
周波数を低減するように構成されている点にある。

【０００５】第２の特徴構成は、前記インバータが、前
記外部負荷装置への出力電流値に基づいて、その出力電
流値が設定値に至るまでは、その出力電流値が大になる
ほど前記出力交流電力の電圧又は周波数を所定の低減率
で漸減し、かつ、前記出力電流値が設定値を越えると、
前記出力交流電力の電圧又は周波数を前記低減率より大
なる低減率で漸減するように構成されている点にある。

【０００６】

【作用】第１の特徴構成によれば、インバータの出力電
流値が増大して設定値を越えると、インバータの出力交
流電力の電圧又は周波数を低減する。従って、外部負荷
装置が特に交流電動機である場合、その交流電動機の起
動時の起動電流を低減できることとなり、燃料電池の出
力電力が急激に増大するのを回避することができる。

【０００７】第２の特徴構成によれば、外部負荷装置が
特に交流電動機である場合、インバータの出力交流電力
の電圧又は周波数を、インバータの出力電流値がインバ
ータの定格出力電流値近傍に設定した設定値よりも所定
値大きい値から前記設定値まで減少するに従って、交流
電動機の起動電流が前記設定値よりも所定値大きい値に
対応する電圧又は周波数から大きな増大率で漸増するこ
とにより、交流電動機の回転数を定格回転数付近にまで
速く上昇させることができる。更に、インバータの出力
電流が前記設定値以下になった時点から減少するに従っ
て、出力交流電力の電圧又は周波数を定格電圧又は定格
周波数まで小さい増大率で漸増することにより、インバ
ータの出力電流を、前記設定値から、交流電動機の回転
数が定格回転数に達したときの極めて小さい定格消費電
流値に至るまで緩やかに低減できる。

【０００８】

【発明の効果】第１の特徴構成によれば、上述の従来の
如き、燃料電池の出力電力が急激に増大してその増大に
見合うだけの燃料の増大供給が追従できなくなって、燃
料電池において燃料不足状態となるため燃料電池が劣化
する、といった不具合を確実に回避できて、耐久性を向
上し得るに至った。

【０００９】第２の特徴構成によれば、外部負荷装置が
特に交流電動機である場合、出力交流電力の電圧又は周
波数を低い値から定格値まで漸増するにしても、燃料電
池の出力電力が急激に増大するのを回避しながら可及的
に速く、交流電動機の回転数を定格回転数まで上昇させ
ることができるようになった。しかも、インバータの出
力電流が急激に低減するのを回避できることから、燃料
電池の出力電力が急激に減少して燃料供給量が過大とな
ることに起因する燃料電池の劣化をも回避することがで
き、全体的に見て、耐久性を更に向上し得るに至った。

【００１０】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１１】先ず、図１に基づいて、燃料電池利用の電
源装置の構成について説明する。

【００１２】この燃料電池利用の電源装置は、燃料電池
１で直流電力を発電し、その燃料電池１の出力直流電力
を、インバータ２にて交流電力に変換して外部負荷装置
３に出力するように構成してある。図中、４は、インバ
ータ２と外部負荷装置３との間に介装されたブレーカで
ある。

【００１３】燃料電池１は、天然ガス等の供給燃料ガス
を改質部１Ａにおいて水素を主成分とする改質ガスに改
質して発電部１Ｂに供給し、発電部１Ｂにおいて、その
改質ガス中の水素と、別途供給される空気等の酸素含有
ガス中の酸素とを反応させて直流電力を発電して出力す
る。５は、燃料電池の出力直流電力を検出する検出手段
としての電力検出装置であり、６は、電力検出装置４の
検出情報に基づいて、前記出力直流電力が大になるほど
燃料電池１への燃料ガス供給量を増加させるように、比
例弁７を制御する制御手段としての制御装置である。

【００１４】次に、図１に基づいて、インバータ２の概
略構成について説明する。

【００１５】２ａは、直流電力を交流電力に変換するサ
イリスタ、ＧＴＯサイリスタ等のインバータ素子であ
り、直流側にはコンデンサ２ｂ、交流側にはコイル２ｃ
及びコンデンサ２ｄを接続してある。

【００１６】２ｅは、インバータ２から外部負荷装置３
への出力電流値を検出する電流検出器であり、２ｆは、
電流検出器２ｅの検出情報に基づいて、インバータ２の
出力交流電力の電圧又は周波数を後述の如く調整するよ
うに、インバータ素子２ａを制御する制御回路である。

【００１７】すなわち、制御回路２ｆは、図２に示すよ
うに、インバータ２の出力交流電力の電圧又は周波数
を、外部負荷装置３への出力電流値がインバータ２の定
格出力電流値近傍に設定した設定値（図中Ａ点）に至る
までは、前記出力電流値が大になるほど出力交流電力の
電圧又は周波数を所定の低減率で漸減し、かつ、前記出
力電流値が設定値（図中Ａ点）を越えると、出力交流電
力の電圧又は周波数を前記低減率より大なる低減率で漸
減するように、インバータ素子２ａを制御する。

【００１８】従って、外部負荷装置３が交流電動機であ
る場合、インバータ２の出力交流電力の電圧又は周波数
を、インバータ２の出力電流値がインバータ２の定格出
力電流値近傍に設定した設定値（図中Ａ点）よりも所定
値大きい値（図中Ｂ点）から前記設定値（図中Ａ点）ま
で減少するにしたがって、交流電動機３の起動電流が前
記設定値（図中Ａ点）よりも所定値大きい値（図中Ｂ
点）に対応する電圧又は周波数（図中Ｃ点）から図中の
Ｄ点に対応する電圧または周波数まで大きな増大率で漸
増することにより、交流電動機３の回転数を定格回転数
付近にまで速く上昇させることができる。更に、インバ
ータ２の出力電流が前記設定値（図中Ａ点）以下になっ
た時点から減少するにしたがって、出力交流電力の電圧
又は周波数を小さい増大率で定格電圧又は定格周波数
（図中Ｅ点）まで小さい増大率で漸増することにより、
インバータ２の出力電流を、前記設定値（図中Ａ点）か
ら、交流電動機３の回転数が定格回転数に達したときの
極めて小さい定格消費電流値（図中Ｆ点）に至るまで緩
やかに低減できる。

【００１９】〔別実施例〕次に、別実施例を列記する。

【００２０】 上記実施例では、インバータの出力交
流電力の電圧又は周波数を、外部負荷装置への出力電流
値が設定値に至るまでは、前記出力電流値が大になるほ
ど出力交流電力の電圧又は周波数を所定の低減率で漸減
し、かつ、前記出力電流値が設定値を越えると、出力交
流電力の電圧又は周波数を前記低減率より大なる低減率
で漸減する場合について例示したが、これに代えて、出
力交流電力の電圧又は周波数を、外部負荷装置への出力
電流値が設定値を越えると低減したり、あるいは、出力
電流値が設定値を越えて大になるほど大きな低減率で漸
減するようにしても良い。

【００２１】 上記実施例では、外部負荷装置が交流
電動機である場合について例示したが、外部負荷装置は
交流電動機に限定されるものではない。

【００２２】 上記実施例では、インバータの出力電
流値が設定値を越えると、出力交流電力の電圧又は周波
数を低減するように制御する場合について例示したが、
これに代えて、インバータの出力電流値の変化率が設定
値を越えると、出力交流電力の電圧又は周波数を低減す
るように制御するように構成しても良い。

【００２３】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】燃料電池利用の電源装置の構成図

【図２】燃料電池利用の電源装置の出力交流電力の電圧
又は周波数の制御例

【符号の説明】

１ 燃料電池 ２ インバータ ３ 外部負荷装置 ５ 検出手段 ６ 制御手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料電池（１）の出力直流電力を交流電
   力に変換して外部負荷装置（３）に出力するインバータ
   （２）が設けられ、前記燃料電池（１）の出力電力を検
   出する検出手段（５）の検出情報に基づいて、前記出力
   電力値が大になるほど前記燃料電池（１）への燃料供給
   量を増加させるように制御する制御手段（６）が設けら
   れた燃料電池利用の電源装置であって、 前記インバータ（２）が、前記外部負荷装置（３）への
   出力電流値に基づいて、その出力電流値が設定値を越え
   ると前記出力交流電力の電圧又は周波数を低減するよう
   に構成されている燃料電池利用の電源装置。
2. 【請求項２】 前記インバータ（２）が、前記外部負荷
   装置（３）への出力電流値に基づいて、その出力電流値
   が設定値に至るまでは、その出力電流値が大になるほど
   前記出力交流電力の電圧又は周波数を所定の低減率で漸
   減し、かつ、前記出力電流値が設定値を越えると、前記
   出力交流電力の電圧又は周波数を前記低減率より大なる
   低減率で漸減するように構成されている請求項１記載の
   燃料電池利用の電源装置。