JPH06141533A - 直流電源システム - Google Patents
直流電源システムInfo
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- JPH06141533A JPH06141533A JP4282581A JP28258192A JPH06141533A JP H06141533 A JPH06141533 A JP H06141533A JP 4282581 A JP4282581 A JP 4282581A JP 28258192 A JP28258192 A JP 28258192A JP H06141533 A JPH06141533 A JP H06141533A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 燃料電池等を入力とする電源装置と交流電力
を入力とする整流器を並列にした直流電源システムにお
いて、電源装置の入力側への出力リプルの影響を抑制し
て、小型化・低コスト化を図り、燃料電池等を効率良く
利用する。 【構成】 電源装置２０の入力側で入力電力を検出し、
設定目標入力電力になるように電圧制御回路８でスイッ
チング信号を発生させ、この信号により電源装置２０の
スイッチ回路１０を制御し、その入力電力を一定に制御
する。これにより、整流器４の低周波リプル電圧・電流
による電源装置２０の入力電圧・電流の変動をなくし、
燃料電池１の出力電力を一定にし、セルの劣化を防止す
るとともに、目標入力電力を燃料電池最大出力電力に合
わせることにより、燃料電池１の効率を向上させる。ま
た、入力電力の変動をなくすことにより、燃料電池保護
用大容量コンデンサを不要として、装置の小型化、低コ
スト化を実現する。
を入力とする整流器を並列にした直流電源システムにお
いて、電源装置の入力側への出力リプルの影響を抑制し
て、小型化・低コスト化を図り、燃料電池等を効率良く
利用する。 【構成】 電源装置２０の入力側で入力電力を検出し、
設定目標入力電力になるように電圧制御回路８でスイッ
チング信号を発生させ、この信号により電源装置２０の
スイッチ回路１０を制御し、その入力電力を一定に制御
する。これにより、整流器４の低周波リプル電圧・電流
による電源装置２０の入力電圧・電流の変動をなくし、
燃料電池１の出力電力を一定にし、セルの劣化を防止す
るとともに、目標入力電力を燃料電池最大出力電力に合
わせることにより、燃料電池１の効率を向上させる。ま
た、入力電力の変動をなくすことにより、燃料電池保護
用大容量コンデンサを不要として、装置の小型化、低コ
スト化を実現する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池等の直流電源
と交流電源とを直流負荷に対して並列的に接続する直流
電源システムに関するものである。
と交流電源とを直流負荷に対して並列的に接続する直流
電源システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の直流電源システムの構成を、図４
のブロック図に示して説明する。
のブロック図に示して説明する。
【０００３】図中、１は燃料電池、２は電源装置、３は
商用電源、４は整流器、５は負荷、７は燃料電池保護用
大容量コンデンサ、８は電圧制御回路、９はドライブ回
路、１０はスイッチ回路、１２は電流検出回路、１３は
乗算器、１４は電圧検出回路、１５は出力電力設定回
路、３１は入力フィルタ、３２は出力フィルタである。
商用電源、４は整流器、５は負荷、７は燃料電池保護用
大容量コンデンサ、８は電圧制御回路、９はドライブ回
路、１０はスイッチ回路、１２は電流検出回路、１３は
乗算器、１４は電圧検出回路、１５は出力電力設定回
路、３１は入力フィルタ、３２は出力フィルタである。
【０００４】図３の従来例においては、燃料電池１の直
流電力を燃料電流保護用大容量コンデンサ７を通過させ
た後、電源装置２で電力変換して負荷５に電力供給を行
うとともに、商用電源３の交流電力を整流器４で直流電
力に変換して負荷５に電力供給を行う構成とすること
で、燃料電池１の出力容量より負荷５の消費電力が大き
い場合に、不足容量を商用電源３から供給することがで
きる。燃料電池は水素と酸素（以下併せて燃料と呼ぶ）
をセルと呼ぶ単電池で電気化学反応させて直接電気エネ
ルギーを取り出す直接発電装置であるため発電効率が高
く、また、ＳＯX、ＮＯXなどの排出が極めて少なく、騒
音、振動なども少ないなど、省エネルギー及び地球環境
上も多大な効果がある発電装置である。さらに、燃料電
池は排熱温度が高く排熱も利用することができるため、
コージェネレーションシステム用の発電装置としても期
待されている。図５に利用できる熱エネルギーと燃料電
池出力との関係を示す。
流電力を燃料電流保護用大容量コンデンサ７を通過させ
た後、電源装置２で電力変換して負荷５に電力供給を行
うとともに、商用電源３の交流電力を整流器４で直流電
力に変換して負荷５に電力供給を行う構成とすること
で、燃料電池１の出力容量より負荷５の消費電力が大き
い場合に、不足容量を商用電源３から供給することがで
きる。燃料電池は水素と酸素（以下併せて燃料と呼ぶ）
をセルと呼ぶ単電池で電気化学反応させて直接電気エネ
ルギーを取り出す直接発電装置であるため発電効率が高
く、また、ＳＯX、ＮＯXなどの排出が極めて少なく、騒
音、振動なども少ないなど、省エネルギー及び地球環境
上も多大な効果がある発電装置である。さらに、燃料電
池は排熱温度が高く排熱も利用することができるため、
コージェネレーションシステム用の発電装置としても期
待されている。図５に利用できる熱エネルギーと燃料電
池出力との関係を示す。
【０００５】以上のように燃料電池は次世代の発電装置
として注目を浴びているが、図５にあるように、コージ
ェネレーションシステムとして用いる場合に熱エネルギ
ーを取り出すためには、燃料電池出力電力をある値以上
で用いる必要があり、さらに、燃料電池最大出力時に取
り出せる熱エネルギーも最大になるので、経済性の面か
ら燃料電池最大出力一定で用いることが望ましい。従
来、燃料電池１の出力を一定に保つためには、前記電源
装置２の出力電力を一定に制御する方法が採られてい
た。
として注目を浴びているが、図５にあるように、コージ
ェネレーションシステムとして用いる場合に熱エネルギ
ーを取り出すためには、燃料電池出力電力をある値以上
で用いる必要があり、さらに、燃料電池最大出力時に取
り出せる熱エネルギーも最大になるので、経済性の面か
ら燃料電池最大出力一定で用いることが望ましい。従
来、燃料電池１の出力を一定に保つためには、前記電源
装置２の出力電力を一定に制御する方法が採られてい
た。
【０００６】すなわち、電圧検出回路１４を電源装置２
の出力線に接続し、電圧検出回路１４により電源装置２
の出力電圧に比例した出力電圧信号Ｓ１を乗算器１３に
入力するとともに、電源装置２の出力電流を検出するた
めの電流検出回路１２を電源装置２の出力線に設け、電
源装置２の出力電流に比例した出力電流信号Ｓ２を乗算
器１３に入力する。この乗算器１３においては、入力さ
れた出力電圧信号Ｓ１と出力電流信号Ｓ２を乗算するこ
とによって、出力電圧に比例した出力電力信号Ｓ４を電
圧制御回路８に出力する。出力電圧設定回路１５では、
電源装置２の出力電力を設定することで設定電力信号Ｓ
５を出力する。電圧制御回路８においては、出力電力設
定回路１５によって設定される設定電力信号Ｓ５と乗算
器１３により出力される出力電力信号Ｓ４を入力し、出
力電力信号Ｓ４が設定電力信号Ｓ５より小さい時には電
源装置２の出力を増加するように、出力電力信号Ｓ４が
設定電力信号Ｓ５より大きい時には電源装置２の出力を
減少するようなスイッチング信号Ｓｖをドライブ回路９
へ出力する。このような構成としているため、電源装置
２の出力電力を出力電力設定回路１５で設定した電力値
にすることができ、したがって入力側の燃料電池１の出
力電力を一定にすることができる。
の出力線に接続し、電圧検出回路１４により電源装置２
の出力電圧に比例した出力電圧信号Ｓ１を乗算器１３に
入力するとともに、電源装置２の出力電流を検出するた
めの電流検出回路１２を電源装置２の出力線に設け、電
源装置２の出力電流に比例した出力電流信号Ｓ２を乗算
器１３に入力する。この乗算器１３においては、入力さ
れた出力電圧信号Ｓ１と出力電流信号Ｓ２を乗算するこ
とによって、出力電圧に比例した出力電力信号Ｓ４を電
圧制御回路８に出力する。出力電圧設定回路１５では、
電源装置２の出力電力を設定することで設定電力信号Ｓ
５を出力する。電圧制御回路８においては、出力電力設
定回路１５によって設定される設定電力信号Ｓ５と乗算
器１３により出力される出力電力信号Ｓ４を入力し、出
力電力信号Ｓ４が設定電力信号Ｓ５より小さい時には電
源装置２の出力を増加するように、出力電力信号Ｓ４が
設定電力信号Ｓ５より大きい時には電源装置２の出力を
減少するようなスイッチング信号Ｓｖをドライブ回路９
へ出力する。このような構成としているため、電源装置
２の出力電力を出力電力設定回路１５で設定した電力値
にすることができ、したがって入力側の燃料電池１の出
力電力を一定にすることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、燃料電池は
電気化学反応により発電する方式であるため、瞬時に過
度の負荷変動が与えられると、燃料が追従できず、燃料
をセルに供給できないため、セルの劣化を促進させ、電
池寿命の低下を招くことが懸念されている。
電気化学反応により発電する方式であるため、瞬時に過
度の負荷変動が与えられると、燃料が追従できず、燃料
をセルに供給できないため、セルの劣化を促進させ、電
池寿命の低下を招くことが懸念されている。
【０００８】しかし、図４に示すような従来の直流電源
システムでは、商用電源３からの交流電力を直流電力に
変換する整流器４を設け、この整流器４からの直流電力
と、電源装置２からの直流電力と、を直流負荷５に供給
している。ここで、整流器４は交流電力を整流して直流
電力に変換するため、交流電力周波数に従った低周波の
リプル電圧、リプル電流を発生する。そのため、整流器
４の出力に生じるリプル電圧・電流は電源装置２の出力
に供給され、電源装置２の出力に整流器４で発生するリ
プル電圧、リプル電流が生じることになる。
システムでは、商用電源３からの交流電力を直流電力に
変換する整流器４を設け、この整流器４からの直流電力
と、電源装置２からの直流電力と、を直流負荷５に供給
している。ここで、整流器４は交流電力を整流して直流
電力に変換するため、交流電力周波数に従った低周波の
リプル電圧、リプル電流を発生する。そのため、整流器
４の出力に生じるリプル電圧・電流は電源装置２の出力
に供給され、電源装置２の出力に整流器４で発生するリ
プル電圧、リプル電流が生じることになる。
【０００９】一方、電源装置２は、図４に示すように入
力フィルタ３１、スイッチ回路１０及び出力フィルタ３
２から構成されている。このような従来構成の場合、検
出された出力電力は、設定電力値と比較され、その差に
応じて、スイッチ回路１０のスイッチがオンオフされ
る。しかしながら、電源装置２の出力電圧は、整流器４
の出力から発生する低周波のリプルによって常時変化
し、電源装置２の出力フィルタのコンデンサと整流器４
の出力コンデンサとの間で前記低周波のリプルにしたが
って循環電流が流れるため、電源装置２および整流器４
の各出力には図６（ａ），（ｂ）に示すようなリプル電
力分を含んだ各出力電力波形が現れる。図６の各出力電
力波形に見られるリプル電力分は、前記循環電流によっ
て生じるリプル電力分であり、スイッチ回路１０のスイ
ッチのオンオフに関係なく現れるため、電源装置２の入
力電力とは関係していない。
力フィルタ３１、スイッチ回路１０及び出力フィルタ３
２から構成されている。このような従来構成の場合、検
出された出力電力は、設定電力値と比較され、その差に
応じて、スイッチ回路１０のスイッチがオンオフされ
る。しかしながら、電源装置２の出力電圧は、整流器４
の出力から発生する低周波のリプルによって常時変化
し、電源装置２の出力フィルタのコンデンサと整流器４
の出力コンデンサとの間で前記低周波のリプルにしたが
って循環電流が流れるため、電源装置２および整流器４
の各出力には図６（ａ），（ｂ）に示すようなリプル電
力分を含んだ各出力電力波形が現れる。図６の各出力電
力波形に見られるリプル電力分は、前記循環電流によっ
て生じるリプル電力分であり、スイッチ回路１０のスイ
ッチのオンオフに関係なく現れるため、電源装置２の入
力電力とは関係していない。
【００１０】上記の従来構成では、電源装置２の出力側
に電力検出構成があるため、図６に見られる循環電流に
よるリプル電力分に従って、電源装置２のスイッチ回路
１０のスイッチがオン・オフされることになり、電源装
置２の入力電力にリプル電力が発生していた。その結
果、電源装置２の入力電力、言い換えれば燃料電池１の
出力電力は、整流器４の出力に発生するリプル電圧、電
流の周波数に従って大きく変化する。このような燃料電
池１の出力電力の変動は燃料電池１のセルの劣化を促進
させる恐れがあるため、セルの劣化を抑えるために常時
余分な燃料をセルに供給したり、出力リプルを抑えるた
め大容量コンデンサ７を付加したりする必要があった。
この大容量コンデンサ７の付加は、装置を大型化させる
とともに、コスト上昇の要因となっていた。
に電力検出構成があるため、図６に見られる循環電流に
よるリプル電力分に従って、電源装置２のスイッチ回路
１０のスイッチがオン・オフされることになり、電源装
置２の入力電力にリプル電力が発生していた。その結
果、電源装置２の入力電力、言い換えれば燃料電池１の
出力電力は、整流器４の出力に発生するリプル電圧、電
流の周波数に従って大きく変化する。このような燃料電
池１の出力電力の変動は燃料電池１のセルの劣化を促進
させる恐れがあるため、セルの劣化を抑えるために常時
余分な燃料をセルに供給したり、出力リプルを抑えるた
め大容量コンデンサ７を付加したりする必要があった。
この大容量コンデンサ７の付加は、装置を大型化させる
とともに、コスト上昇の要因となっていた。
【００１１】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、その目的は、燃料電池等の直流電源
の直流電力を入力とする電源装置と交流電力を入力とす
る整流器を並列接続して負荷に電力を供給する際に、整
流器の出力リプルが電源装置の入力側へ影響するのを抑
制し、電源装置の小型化・低コスト化を図るとともに、
出力変動に弱いような、あるいは定電力で運転すること
が望まれるような直流電源、例えば燃料電池等を、効率
良く利用する直流電源システムを提供することにある。
されたものであり、その目的は、燃料電池等の直流電源
の直流電力を入力とする電源装置と交流電力を入力とす
る整流器を並列接続して負荷に電力を供給する際に、整
流器の出力リプルが電源装置の入力側へ影響するのを抑
制し、電源装置の小型化・低コスト化を図るとともに、
出力変動に弱いような、あるいは定電力で運転すること
が望まれるような直流電源、例えば燃料電池等を、効率
良く利用する直流電源システムを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の直流電源システムにおいては、直流電源か
ら出力される直流電力を入力してスイッチ回路のオンオ
フにより電力変換する機能を有する電源装置と、交流電
源から出力される交流電力を入力して整流する整流器と
を並列接続して負荷に電力を供給する直流電源システム
において、前記電源装置の入力電力に比例した入力電力
信号を検出する入力電力検出手段と、目標入力電力を設
定して前記目標入力電力に比例した設定電力信号を出力
する入力電力設定回路と、前記入力電力検出手段から得
られる入力電力信号と前記入力電力設定回路から得られ
る設定電力信号との差信号を得てこの差信号に応じてオ
ンオフ期間が変化するスイッチング信号を発生する制御
回路と、このスイッチング信号によって前記電源装置の
スイッチ回路のスイッチをオンオフさせるドライブ回路
とを、前記電源装置に設けた構成にしている。
め、本発明の直流電源システムにおいては、直流電源か
ら出力される直流電力を入力してスイッチ回路のオンオ
フにより電力変換する機能を有する電源装置と、交流電
源から出力される交流電力を入力して整流する整流器と
を並列接続して負荷に電力を供給する直流電源システム
において、前記電源装置の入力電力に比例した入力電力
信号を検出する入力電力検出手段と、目標入力電力を設
定して前記目標入力電力に比例した設定電力信号を出力
する入力電力設定回路と、前記入力電力検出手段から得
られる入力電力信号と前記入力電力設定回路から得られ
る設定電力信号との差信号を得てこの差信号に応じてオ
ンオフ期間が変化するスイッチング信号を発生する制御
回路と、このスイッチング信号によって前記電源装置の
スイッチ回路のスイッチをオンオフさせるドライブ回路
とを、前記電源装置に設けた構成にしている。
【００１３】
【作用】本発明の直流電源システムでは、電源装置の入
力側で入力電力を検出することによって、設定された目
標入力電力になるように制御回路でスイッチング信号を
発生させ、この信号により電源装置のスイッチ回路のス
イッチを制御し、電源装置の入力電力を一定に制御す
る。これにより、電源装置の出力に並列に接続された整
流器の低周波リプル電圧・電流による電源装置の入力電
圧・電流の変動をなくし、出力の変動に弱いような、あ
るいは定電力で使用することが望まれるような直流電源
を有効に利用できるようにする。例えば、直流電源が燃
料電池等である場合には、燃料電池出力電力が一定にな
るため、出力変動によるセルの劣化が防止されるととも
に、目標入力電力を燃料電池最大出力電力に合わせるこ
とにより、燃料電池を最大限に効率良く利用可能にな
る。また、入力電力の変動をなくすことにより、従来、
整流器出力リプルを抑制するために電源装置の入力側に
付加されていた直流電源保護用の大容量コンデンサを不
要として、小型化、低コスト化を実現する。
力側で入力電力を検出することによって、設定された目
標入力電力になるように制御回路でスイッチング信号を
発生させ、この信号により電源装置のスイッチ回路のス
イッチを制御し、電源装置の入力電力を一定に制御す
る。これにより、電源装置の出力に並列に接続された整
流器の低周波リプル電圧・電流による電源装置の入力電
圧・電流の変動をなくし、出力の変動に弱いような、あ
るいは定電力で使用することが望まれるような直流電源
を有効に利用できるようにする。例えば、直流電源が燃
料電池等である場合には、燃料電池出力電力が一定にな
るため、出力変動によるセルの劣化が防止されるととも
に、目標入力電力を燃料電池最大出力電力に合わせるこ
とにより、燃料電池を最大限に効率良く利用可能にな
る。また、入力電力の変動をなくすことにより、従来、
整流器出力リプルを抑制するために電源装置の入力側に
付加されていた直流電源保護用の大容量コンデンサを不
要として、小型化、低コスト化を実現する。
【００１４】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。
説明する。
【００１５】図１のブロック図に本発明の直流電源シス
テムの一実施例の構成を示す。図において、１は直流電
源、２は交流電源、１６は入力電力設定回路、２０は電
源装置、２１，２２はダイオードであり、その他の従来
例と同一部分には同一符号を付与している。ただし、１
の直流電源および２の交流電源は、それぞれ燃料電池お
よび商用電源の場合を例に説明し、以下、場合により燃
料電池１および商用電源３と記す。本実施例は、燃料電
池１の直流電力を電源装置２０で入力電力制御を行いな
がら電力変換して負荷５に電力供給を行うとともに、商
用電源３の交流電力を整流器４で直流電力に変換して負
荷５に並列に電力供給を行う構成とすることで、燃料電
池１の出力電力量より負荷５の消費電力が大きい場合に
は、不足容量を商用電源３から供給できるようにしてい
る。
テムの一実施例の構成を示す。図において、１は直流電
源、２は交流電源、１６は入力電力設定回路、２０は電
源装置、２１，２２はダイオードであり、その他の従来
例と同一部分には同一符号を付与している。ただし、１
の直流電源および２の交流電源は、それぞれ燃料電池お
よび商用電源の場合を例に説明し、以下、場合により燃
料電池１および商用電源３と記す。本実施例は、燃料電
池１の直流電力を電源装置２０で入力電力制御を行いな
がら電力変換して負荷５に電力供給を行うとともに、商
用電源３の交流電力を整流器４で直流電力に変換して負
荷５に並列に電力供給を行う構成とすることで、燃料電
池１の出力電力量より負荷５の消費電力が大きい場合に
は、不足容量を商用電源３から供給できるようにしてい
る。
【００１６】本実施例における接続構成は、次のとおり
である。燃料電池１の出力は、電源装置２０で電力変換
され、ダイオード２２を通して負荷５に接続されてい
る。一方、商用電源３は整流器４を介して直流に整流さ
れ、ダイオード２１を通して負荷５に接続されている。
以下、電源装置２０内において、燃料電池１からの出力
は、入力フィルタを通り、続いてスイッチ回路１０を通
り、続いて出力フィルタ３２を通って、ダイオード２２
へ接続されている。ここで、本実施例では電流検出回路
１２および電圧検出回路１４を電源装置２０の入力側す
なわち入力フィルタ３１の入力側に接続し、電流検出回
路１２の入力電流信号Ｓ２′と電圧検出回路１４の入力
電圧信号Ｓ１′とを乗算器１３に入力する。この乗算器
１３の演算結果である入力電力信号Ｓ４′と入力電力設
定回路１６からの設定電力信号Ｓ５′が電圧制御回路８
に入力され、それらが一致するようにスイッチ信号Ｓ
ｖ′がドライブ回路９へ出力され、スイッチ回路９を介
してスイッチ回路１０が制御される。上記において、電
流検出回路１２および電圧検出回路１４、乗算器１３
は、入力電力検出手段の一構成例である。
である。燃料電池１の出力は、電源装置２０で電力変換
され、ダイオード２２を通して負荷５に接続されてい
る。一方、商用電源３は整流器４を介して直流に整流さ
れ、ダイオード２１を通して負荷５に接続されている。
以下、電源装置２０内において、燃料電池１からの出力
は、入力フィルタを通り、続いてスイッチ回路１０を通
り、続いて出力フィルタ３２を通って、ダイオード２２
へ接続されている。ここで、本実施例では電流検出回路
１２および電圧検出回路１４を電源装置２０の入力側す
なわち入力フィルタ３１の入力側に接続し、電流検出回
路１２の入力電流信号Ｓ２′と電圧検出回路１４の入力
電圧信号Ｓ１′とを乗算器１３に入力する。この乗算器
１３の演算結果である入力電力信号Ｓ４′と入力電力設
定回路１６からの設定電力信号Ｓ５′が電圧制御回路８
に入力され、それらが一致するようにスイッチ信号Ｓ
ｖ′がドライブ回路９へ出力され、スイッチ回路９を介
してスイッチ回路１０が制御される。上記において、電
流検出回路１２および電圧検出回路１４、乗算器１３
は、入力電力検出手段の一構成例である。
【００１７】図２に本発明の直流電源システムの一実施
例の具体例を示し、上記実施例をさらに具体的に説明す
る。図において、１は直流電源を示しており、燃料電池
を想定している。３は交流電源を示しており、商用電源
を想定している。２０は電源装置、４は整流器である。
２１，２２は電流逆流防止用のダイオード（Ｄ5），
（Ｄ6）をそれぞれ示している。５は負荷であり、ダイ
オード２１を通して電源装置２０から、ダイオード２２
を通して整流器４から直流電力が供給される。整流器４
は単相全波整流器であり、全波整流用のダイオード４１
〜４４と、平滑用フィルタのインダクタ（Ｌ2）４５
と、同じく平滑用フィルタのコンデンサ（Ｃ2）４６か
らなる。コンデンサ４６はダイオード２２と負荷５の直
列回路に並列に接続されている。また、電源装置２０の
一例として昇圧形チョッパを用いており、直流電源１と
直列に、電流検出回路１２の検出抵抗６、入力フィルタ
３１のインダクタ８１、スイッチ回路１０のダイオード
８３、出力フィルタ３２を構成するコンデンサ８４を接
続し、スイッチ回路１０のスイッチング用のスイッチ８
２の一端を直流電源１の負極に接続し、他端をインダク
タ８１とダイオード８３との接続点に接続し、逆流防止
用のダイオード２１と負荷５との直列回路と、コンデン
サ８４とを並列に接続している。入力フィルタ３１はイ
ンダクタ８１とコンデンサ８５から構成されており、コ
ンデンサ８５はインダクタ８１と検出抵抗６の接続点と
直流電源１の負極との間に接続されている。
例の具体例を示し、上記実施例をさらに具体的に説明す
る。図において、１は直流電源を示しており、燃料電池
を想定している。３は交流電源を示しており、商用電源
を想定している。２０は電源装置、４は整流器である。
２１，２２は電流逆流防止用のダイオード（Ｄ5），
（Ｄ6）をそれぞれ示している。５は負荷であり、ダイ
オード２１を通して電源装置２０から、ダイオード２２
を通して整流器４から直流電力が供給される。整流器４
は単相全波整流器であり、全波整流用のダイオード４１
〜４４と、平滑用フィルタのインダクタ（Ｌ2）４５
と、同じく平滑用フィルタのコンデンサ（Ｃ2）４６か
らなる。コンデンサ４６はダイオード２２と負荷５の直
列回路に並列に接続されている。また、電源装置２０の
一例として昇圧形チョッパを用いており、直流電源１と
直列に、電流検出回路１２の検出抵抗６、入力フィルタ
３１のインダクタ８１、スイッチ回路１０のダイオード
８３、出力フィルタ３２を構成するコンデンサ８４を接
続し、スイッチ回路１０のスイッチング用のスイッチ８
２の一端を直流電源１の負極に接続し、他端をインダク
タ８１とダイオード８３との接続点に接続し、逆流防止
用のダイオード２１と負荷５との直列回路と、コンデン
サ８４とを並列に接続している。入力フィルタ３１はイ
ンダクタ８１とコンデンサ８５から構成されており、コ
ンデンサ８５はインダクタ８１と検出抵抗６の接続点と
直流電源１の負極との間に接続されている。
【００１８】電源装置２０はスイッチ回路１０のスイッ
チ８２のオンオフによって電力変換を行い、スイッチ８
２のオン時間とオフ時間との比を変え、回路中のインダ
クタ（Ｌ1）８１に蓄えるエネルギー量を加減して出力
電圧を調整する。
チ８２のオンオフによって電力変換を行い、スイッチ８
２のオン時間とオフ時間との比を変え、回路中のインダ
クタ（Ｌ1）８１に蓄えるエネルギー量を加減して出力
電圧を調整する。
【００１９】電圧検出回路１４は、電源装置２０の入力
電圧を抵抗によって分圧することにより入力電圧信号Ｓ
１′を発生させている。電流検出回路１２は直流電源１
の出力端とインダクタ（Ｌ1）８１の供給ライン上に、
検出抵抗６を挿入し、検出抵抗６により入力電流に比例
した電圧を発生させ、増幅器を介して入力電流信号Ｓ
２′を検出している。電圧検出回路１４により得られた
入力電圧信号Ｓ１′と、電流検出回路１２により得られ
た電流信号Ｓ２′とは、乗算器１３に入力され、乗算器
１３の演算によって入力電力信号Ｓ４′が発生する。こ
の乗算器１３によって発生した入力電力信号Ｓ４′と、
入力電力設定回路１６によって発生する設定電力信号Ｓ
５′とが、電圧制御回路８の誤差増幅器９４に入力され
る。本実施例では、電圧制御回路８が、一例として誤差
増幅器９４と、比較回路９６と、三角波発生器９７とで
構成されている。ここで、誤差増幅器９４は、入力電力
信号Ｓ４′と設定電力信号Ｓ５′の差分に比例した信号
を出力する。誤差増幅器９４によって得られた信号と、
三角波発生器９７によって出力される信号とは、比較回
路９６に入力され、比較回路９６はスイッチング信号Ｓ
ｖ′としてスイッチングパルスを発生する。比較回路９
６によって発生するスイッチングパルスがドライブ回路
９に入力され、スイッチ（ＳＷ）８２をオンオフさせ
る。
電圧を抵抗によって分圧することにより入力電圧信号Ｓ
１′を発生させている。電流検出回路１２は直流電源１
の出力端とインダクタ（Ｌ1）８１の供給ライン上に、
検出抵抗６を挿入し、検出抵抗６により入力電流に比例
した電圧を発生させ、増幅器を介して入力電流信号Ｓ
２′を検出している。電圧検出回路１４により得られた
入力電圧信号Ｓ１′と、電流検出回路１２により得られ
た電流信号Ｓ２′とは、乗算器１３に入力され、乗算器
１３の演算によって入力電力信号Ｓ４′が発生する。こ
の乗算器１３によって発生した入力電力信号Ｓ４′と、
入力電力設定回路１６によって発生する設定電力信号Ｓ
５′とが、電圧制御回路８の誤差増幅器９４に入力され
る。本実施例では、電圧制御回路８が、一例として誤差
増幅器９４と、比較回路９６と、三角波発生器９７とで
構成されている。ここで、誤差増幅器９４は、入力電力
信号Ｓ４′と設定電力信号Ｓ５′の差分に比例した信号
を出力する。誤差増幅器９４によって得られた信号と、
三角波発生器９７によって出力される信号とは、比較回
路９６に入力され、比較回路９６はスイッチング信号Ｓ
ｖ′としてスイッチングパルスを発生する。比較回路９
６によって発生するスイッチングパルスがドライブ回路
９に入力され、スイッチ（ＳＷ）８２をオンオフさせ
る。
【００２０】以上のような構成により、スイッチ（Ｓ
Ｗ）８２は、入力電力を常に入力電力設定回路１６によ
って発生する設定電力信号Ｓ５′に等しいように調整す
るため、入力電力は常に一定電力に制御される。また、
入力電力の検出回路を入力側に設けているため、整流器
４の出力のリプル電圧を検出せず、整流器４の出力リプ
ルの影響をほとんど受けずに入力電力を一定に制御でき
る。さらに、電源装置２０の効率を考慮せずに、目標入
力電力値を設定できるため、直流電源１の出力電力を負
荷５への出力電流、電圧に関係なく、簡易に設定でき
る。
Ｗ）８２は、入力電力を常に入力電力設定回路１６によ
って発生する設定電力信号Ｓ５′に等しいように調整す
るため、入力電力は常に一定電力に制御される。また、
入力電力の検出回路を入力側に設けているため、整流器
４の出力のリプル電圧を検出せず、整流器４の出力リプ
ルの影響をほとんど受けずに入力電力を一定に制御でき
る。さらに、電源装置２０の効率を考慮せずに、目標入
力電力値を設定できるため、直流電源１の出力電力を負
荷５への出力電流、電圧に関係なく、簡易に設定でき
る。
【００２１】図３は本発明の効果を示す従来例と比較し
た図であり、（ａ）は従来例の入力電力波形を、（ｂ）
は図２の実施例を実験回路として実験された入力電力波
形を、それぞれ示している。図３（ａ）に示した従来例
の入力電力波形に現れていたリプル成分が、図３（ｂ）
に示す本実施例では入力側に現れていないことがわか
る。本実施例と従来例の主回路は同一であり、制御回路
を変更しただけである。その結果、燃料電池は出力電力
変動を起こさず、その出力電力を一定にでき、燃料電池
のセルの劣化を防ぐことができるとともに、燃料電池の
出力電力を簡易に設定可能となり、最大出力電力で運転
することなどにより、燃料電池を有効に利用することが
できる。また、入力電力の変動、すなわち燃料電池出力
の変動がなくなるので、燃料電池出力に付加されていた
燃料電池保護用の大容量コンデンサ（図４に示した大容
量コンデンサ７）が不要となり、直流電源システムの経
済化、小型化が図れる。
た図であり、（ａ）は従来例の入力電力波形を、（ｂ）
は図２の実施例を実験回路として実験された入力電力波
形を、それぞれ示している。図３（ａ）に示した従来例
の入力電力波形に現れていたリプル成分が、図３（ｂ）
に示す本実施例では入力側に現れていないことがわか
る。本実施例と従来例の主回路は同一であり、制御回路
を変更しただけである。その結果、燃料電池は出力電力
変動を起こさず、その出力電力を一定にでき、燃料電池
のセルの劣化を防ぐことができるとともに、燃料電池の
出力電力を簡易に設定可能となり、最大出力電力で運転
することなどにより、燃料電池を有効に利用することが
できる。また、入力電力の変動、すなわち燃料電池出力
の変動がなくなるので、燃料電池出力に付加されていた
燃料電池保護用の大容量コンデンサ（図４に示した大容
量コンデンサ７）が不要となり、直流電源システムの経
済化、小型化が図れる。
【００２２】なお、上記実施例では、整流器として単相
全波整流器を用いた例について説明したが、他の整流器
を用いた場合、及び三相交流であっても本発明の効果が
あることはいうまでもない。さらに、電源装置の主回路
として、昇圧形チョッパを用いて説明したが、コンバー
タ等の電源装置を用いた場合でも、本発明は同様な効果
が得られることは明らかである。また、直流電源とし
て、燃料電池を用いた例で説明したが、燃料電池だけで
なく、出力電力変動に弱く、定電力で動作させることが
必要な電源システムに対して有効であることは言うまで
もない。
全波整流器を用いた例について説明したが、他の整流器
を用いた場合、及び三相交流であっても本発明の効果が
あることはいうまでもない。さらに、電源装置の主回路
として、昇圧形チョッパを用いて説明したが、コンバー
タ等の電源装置を用いた場合でも、本発明は同様な効果
が得られることは明らかである。また、直流電源とし
て、燃料電池を用いた例で説明したが、燃料電池だけで
なく、出力電力変動に弱く、定電力で動作させることが
必要な電源システムに対して有効であることは言うまで
もない。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、直流電源システム
の直流電源出力に入力電力（燃料電池出力電力）を一定
とする電源装置を用いることで、直流電源の出力電力を
定常的に一定にでき、さらには、電源装置の入力電力を
検出して制御を行うため、並列接続の整流器出力のリプ
ル電圧・電流周波数の影響を受けることなく、燃料電池
出力電力を一定にできる。従って、本発明の直流電源シ
ステムよれば、出力の変動に弱いような、あるいは定電
力で使用することが望まれるような種々の直流電源を有
効に利用することができる。
の直流電源出力に入力電力（燃料電池出力電力）を一定
とする電源装置を用いることで、直流電源の出力電力を
定常的に一定にでき、さらには、電源装置の入力電力を
検出して制御を行うため、並列接続の整流器出力のリプ
ル電圧・電流周波数の影響を受けることなく、燃料電池
出力電力を一定にできる。従って、本発明の直流電源シ
ステムよれば、出力の変動に弱いような、あるいは定電
力で使用することが望まれるような種々の直流電源を有
効に利用することができる。
【００２４】例えば、直流電源として燃料電池を使用し
た場合、燃料電池を常時最大出力一定で運転することに
より、熱エネルギーを最大に取り出すことができ、高い
総合効率を維持できるため、省エネルギー及びコージェ
ネレーションシステムの有効利用の面において、多大な
効果がある。また、整流器などによるリプル電圧・電流
も燃料電池出力に影響を与えないため、燃料電池のセル
の劣化を防止することができ、燃料電池の長寿命化にも
効果がある。
た場合、燃料電池を常時最大出力一定で運転することに
より、熱エネルギーを最大に取り出すことができ、高い
総合効率を維持できるため、省エネルギー及びコージェ
ネレーションシステムの有効利用の面において、多大な
効果がある。また、整流器などによるリプル電圧・電流
も燃料電池出力に影響を与えないため、燃料電池のセル
の劣化を防止することができ、燃料電池の長寿命化にも
効果がある。
【００２５】また、本発明の直流電源システムは、従来
の整流器出力リプルの影響を抑えるための直流電源保護
用の大容量コンデンサを削減でき、直流電源システムの
小形化及び設備コスト低減に効果がある。その他、本発
明は電力制御を電源装置で行うため、燃料電池以外の直
流発電装置に対しても容易に適用できる利点がある。
の整流器出力リプルの影響を抑えるための直流電源保護
用の大容量コンデンサを削減でき、直流電源システムの
小形化及び設備コスト低減に効果がある。その他、本発
明は電力制御を電源装置で行うため、燃料電池以外の直
流発電装置に対しても容易に適用できる利点がある。
【００２６】この結果、本発明は、出力の変動に弱いよ
うな、あるいは定電力での使用が望まれるような燃料電
池等の直流電源を利用した直流電源システムの実用化に
大きく貢献できる。
うな、あるいは定電力での使用が望まれるような燃料電
池等の直流電源を利用した直流電源システムの実用化に
大きく貢献できる。
【図１】本発明の一実施例を示す構成図
【図２】上記実施例の具体例を示す回路構成図
【図３】（ａ），（ｂ）本発明の効果を従来例と比較し
て示す入力電力波形図
て示す入力電力波形図
【図４】従来例を示す構成図
【図５】熱エネルギーと燃料電池出力との関係を示す特
性図
性図
【図６】（ａ），（ｂ）は直流電源システムにおける整
流器、電源装置の各出力波形図
流器、電源装置の各出力波形図
１…直流電源（燃料電池） ３…交流電源（商用電源） ４…整流器 ５…負荷 ６…検出抵抗 ８…電圧制御回路 ９…ドライブ回路 １０…スイッチ回路 １２…電流検出回路 １３…乗算器 １４…電圧検出回路 １６…入力電力設定回路 ２０…電源装置 ２１，２２…ダイオード ３１…入力フィルタ ３２…出力フィルタ ４１，４２，４３…整流用ダイオード ４５…インダクタ ４６…コンデンサ ８１…インダクタ ８２…スイッチ ８３…ダイオード ８４，８５…コンデンサ ９４…誤差増幅器 ９６…比較回路 ９７…三角波発生器 Ｓ１′…入力電圧信号 Ｓ２′…入力電流信号 Ｓ４′…入力電力信号 Ｓ５′…設定電力信号 Ｓｖ′…スイッチング信号
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年１月６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００４】図４の従来例においては、燃料電池１の直
流電力を燃料電流保護用大容量コンデンサ７を通過させ
た後、電源装置２で電力変換して負荷５に電力供給を行
うとともに、商用電源３の交流電力を整流器４で直流電
力に変換して負荷５に電力供給を行う構成とすること
で、燃料電池１の出力容量より負荷５の消費電力が大き
い場合に、不足容量を商用電源３から供給することがで
きる。燃料電池は水素と酸素（以下併せて燃料と呼ぶ）
をセルと呼ぶ単電池で電気化学反応させて直接電気エネ
ルギーを取り出す直接発電装置であるため発電効率が高
く、また、ＳＯＸ、ＮＯＸなどの排出が極めて少なく、
騒音、振動なども少ないなど、省エネルギー及び地球環
境上も多大な効果がある発電装置である。さらに、燃料
電池は排熱温度が高く排熱も利用することができるた
め、コージェネレーションシステム用の発電装置として
も期待されている。図５に利用できる熱エネルギーと燃
料電池出力との関係を示す。
流電力を燃料電流保護用大容量コンデンサ７を通過させ
た後、電源装置２で電力変換して負荷５に電力供給を行
うとともに、商用電源３の交流電力を整流器４で直流電
力に変換して負荷５に電力供給を行う構成とすること
で、燃料電池１の出力容量より負荷５の消費電力が大き
い場合に、不足容量を商用電源３から供給することがで
きる。燃料電池は水素と酸素（以下併せて燃料と呼ぶ）
をセルと呼ぶ単電池で電気化学反応させて直接電気エネ
ルギーを取り出す直接発電装置であるため発電効率が高
く、また、ＳＯＸ、ＮＯＸなどの排出が極めて少なく、
騒音、振動なども少ないなど、省エネルギー及び地球環
境上も多大な効果がある発電装置である。さらに、燃料
電池は排熱温度が高く排熱も利用することができるた
め、コージェネレーションシステム用の発電装置として
も期待されている。図５に利用できる熱エネルギーと燃
料電池出力との関係を示す。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１５】図１のブロック図に本発明の直流電源シス
テムの一実施例の構成を示す。図において、１は直流電
源、３は交流電源、１６は入力電力設定回路、２０は電
源装置、２１，２２はダイオードであり、その他の従来
例と同一部分には同一符号を付与している。ただし、１
の直流電源および３の交流電源は、それぞれ燃料電池お
よび商用電源の場合を例に説明し、以下、場合により燃
料電池１および商用電源３と記す。本実施例は、燃料電
池１の直流電力を電源装置２０で入力電力制御を行いな
がら電力変換して負荷５に電力供給を行うとともに、商
用電源３の交流電力を整流器４で直流電力に変換して負
荷５に並列に電力供給を行う構成とすることで、燃料電
池１の出力電力量より負荷５の消費電力が大きい場合に
は、不足容量を商用電源３から供給できるようにしてい
る。
テムの一実施例の構成を示す。図において、１は直流電
源、３は交流電源、１６は入力電力設定回路、２０は電
源装置、２１，２２はダイオードであり、その他の従来
例と同一部分には同一符号を付与している。ただし、１
の直流電源および３の交流電源は、それぞれ燃料電池お
よび商用電源の場合を例に説明し、以下、場合により燃
料電池１および商用電源３と記す。本実施例は、燃料電
池１の直流電力を電源装置２０で入力電力制御を行いな
がら電力変換して負荷５に電力供給を行うとともに、商
用電源３の交流電力を整流器４で直流電力に変換して負
荷５に並列に電力供給を行う構成とすることで、燃料電
池１の出力電力量より負荷５の消費電力が大きい場合に
は、不足容量を商用電源３から供給できるようにしてい
る。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】符号の説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【符号の説明】 １…直流電源（燃料電池） ３…交流電源（商用電源） ４…整流器 ５…負荷 ６…検出抵抗 ８…電圧制御回路 ９…ドライブ回路 １０…スイッチ回路 １２…電流検出回路 １３…乗算器 １４…電圧検出回路 １６…入力電力設定回路 ２０…電源装置 ２１，２２…ダイオード ３１…入力フィルタ ３２…出力フィルタ ４１，４２，４３，４４…整流用ダイオード ４５…インダクタ ４６…コンデンサ ８１…インダクタ ８２…スイッチ ８３…ダイオード ８４，８５…コンデンサ ９４…誤差増幅器 ９６…比較回路 ９７…三角波発生器 Ｓ１′…入力電圧信号 Ｓ２′…入力電流信号 Ｓ４′…入力電力信号 Ｓ５′…設定電力信号 Ｓｖ′…スイッチング信号
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
フロントページの続き (72)発明者 舘田 久美仁 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 直流電源から出力される直流電力を入力
してスイッチ回路のオンオフにより電力変換する機能を
有する電源装置と、交流電源から出力される交流電力を
入力して整流する整流器とを並列接続して負荷に電力を
供給する直流電源システムにおいて、 前記電源装置の入力電力に比例した入力電力信号を検出
する入力電力検出手段と、目標入力電力を設定して前記
目標入力電力に比例した設定電力信号を出力する入力電
力設定回路と、前記入力電力検出手段から得られる入力
電力信号と前記入力電力設定回路から得られる設定電力
信号との差信号を得てこの差信号に応じてオンオフ期間
が変化するスイッチング信号を発生する制御回路と、こ
のスイッチング信号によって前記電源装置のスイッチ回
路のスイッチをオンオフさせるドライブ回路とを、前記
電源装置に設けたことをことを特徴とする直流電源シス
テム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4282581A JP2831517B2 (ja) | 1992-10-21 | 1992-10-21 | 燃料電池用直流電源システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4282581A JP2831517B2 (ja) | 1992-10-21 | 1992-10-21 | 燃料電池用直流電源システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06141533A true JPH06141533A (ja) | 1994-05-20 |
| JP2831517B2 JP2831517B2 (ja) | 1998-12-02 |
Family
ID=17654363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4282581A Expired - Fee Related JP2831517B2 (ja) | 1992-10-21 | 1992-10-21 | 燃料電池用直流電源システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2831517B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006340464A (ja) * | 2005-05-31 | 2006-12-14 | Toshiba Corp | 電気車 |
| JP2008259418A (ja) * | 2007-04-06 | 2008-10-23 | Power Integrations Inc | 電力変換器の最大出力電力を制御するための方法及び装置 |
| JP2011181055A (ja) * | 2010-02-08 | 2011-09-15 | Minoru Murano | 直流電源利用システム |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS602076A (ja) * | 1983-06-17 | 1985-01-08 | Nec Corp | 太陽光発電装置 |
| JPS6264140U (ja) * | 1985-10-08 | 1987-04-21 | ||
| JPH0487520A (ja) * | 1990-07-23 | 1992-03-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池直流並列運転システム |
-
1992
- 1992-10-21 JP JP4282581A patent/JP2831517B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS602076A (ja) * | 1983-06-17 | 1985-01-08 | Nec Corp | 太陽光発電装置 |
| JPS6264140U (ja) * | 1985-10-08 | 1987-04-21 | ||
| JPH0487520A (ja) * | 1990-07-23 | 1992-03-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池直流並列運転システム |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2008259418A (ja) * | 2007-04-06 | 2008-10-23 | Power Integrations Inc | 電力変換器の最大出力電力を制御するための方法及び装置 |
| JP2011181055A (ja) * | 2010-02-08 | 2011-09-15 | Minoru Murano | 直流電源利用システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2831517B2 (ja) | 1998-12-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |