JPH07123609A - 燃料電池給電システム - Google Patents
燃料電池給電システムInfo
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- JPH07123609A JPH07123609A JP5287658A JP28765893A JPH07123609A JP H07123609 A JPH07123609 A JP H07123609A JP 5287658 A JP5287658 A JP 5287658A JP 28765893 A JP28765893 A JP 28765893A JP H07123609 A JPH07123609 A JP H07123609A
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- Inverter Devices (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 バックアップ用電力変換器への通電期間を短
くして発生損失を少なくし、電力変換効率を向上させ
る。負荷側電力変換器のスナバ回路における発生損失を
少なくする。 【構成】 燃料電池１、第１の電力変換器７Ａ、バック
アップ用の充放電可能なバッテリ５、その充放電を制御
するように動作するバックアップ用の第２の電力変換器
３Ａ等を備えた燃料電池給電システムに関する。電力変
換器３Ａの出力側を、平滑用リアクトル１３を介して第
１の電力変換器７Ａの入力側に接続する。電力変換器３
Ａの制御回路９Ａは、電力変換器３Ａの出力電流、電力
変換器７Ａの入力電流及びバッテリ５の出力電圧を入力
としてこれらに基づき電力変換器３Ａを制御することに
よりバッテリ５を充放電させる。これにより、電力変換
器７Ａの入力電流を、燃料電池１の出力電流と電力変換
器３Ａの出力電流とによって分担させる。
くして発生損失を少なくし、電力変換効率を向上させ
る。負荷側電力変換器のスナバ回路における発生損失を
少なくする。 【構成】 燃料電池１、第１の電力変換器７Ａ、バック
アップ用の充放電可能なバッテリ５、その充放電を制御
するように動作するバックアップ用の第２の電力変換器
３Ａ等を備えた燃料電池給電システムに関する。電力変
換器３Ａの出力側を、平滑用リアクトル１３を介して第
１の電力変換器７Ａの入力側に接続する。電力変換器３
Ａの制御回路９Ａは、電力変換器３Ａの出力電流、電力
変換器７Ａの入力電流及びバッテリ５の出力電圧を入力
としてこれらに基づき電力変換器３Ａを制御することに
よりバッテリ５を充放電させる。これにより、電力変換
器７Ａの入力電流を、燃料電池１の出力電流と電力変換
器３Ａの出力電流とによって分担させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、負荷急変時における燃
料電池の急激な電流変動を抑制するためのバックアップ
装置を備えた燃料電池給電システムに関する。
料電池の急激な電流変動を抑制するためのバックアップ
装置を備えた燃料電池給電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】図７は、この種の燃料電池給電システム
の従来技術を示している。図において、燃料電池１の正
極には平滑用リアクトル２の一端が接続され、その他端
は、バックアップ用の電力変換器（便宜上、第２の電力
変換器とする）３を構成するトランジスタ３１及びダイ
オード３２の接続点（電力変換器３の一方の入力端子）
に接続されている。また、燃料電池１の負極は電力変換
器３の他方の入力端子に接続されている。電力変換器３
の出力端子間には、バックアップ用のバッテリ５と、そ
の電圧検出器４と、平滑用コンデンサ６と、電力変換器
（便宜上、第１の電力変換器とする）７とが互いに並列
に接続され、電力変換器７の出力側には負荷８が接続さ
れている。なお、電力変換器７のトランジスタ７１に対
し並列に、または直流端子間には、必要に応じてスナバ
回路（図示せず）が接続される。
の従来技術を示している。図において、燃料電池１の正
極には平滑用リアクトル２の一端が接続され、その他端
は、バックアップ用の電力変換器（便宜上、第２の電力
変換器とする）３を構成するトランジスタ３１及びダイ
オード３２の接続点（電力変換器３の一方の入力端子）
に接続されている。また、燃料電池１の負極は電力変換
器３の他方の入力端子に接続されている。電力変換器３
の出力端子間には、バックアップ用のバッテリ５と、そ
の電圧検出器４と、平滑用コンデンサ６と、電力変換器
（便宜上、第１の電力変換器とする）７とが互いに並列
に接続され、電力変換器７の出力側には負荷８が接続さ
れている。なお、電力変換器７のトランジスタ７１に対
し並列に、または直流端子間には、必要に応じてスナバ
回路（図示せず）が接続される。
【０００３】電圧検出器４によるバッテリ５の電圧検出
値は、制御回路９に入力されている。この制御回路９に
は燃料電池１の出力側に設けられた電流検出器１０によ
る電流検出値も入力されており、制御回路９の出力信号
により電力変換器３のトランジスタ３１が制御されるよ
うになっている。また、電流検出器１０による電流検出
値は別の制御回路１１にも入力されており、その出力信
号により燃料電池１に供給するガス量が調節され、発電
電力が制御されるようになっている。
値は、制御回路９に入力されている。この制御回路９に
は燃料電池１の出力側に設けられた電流検出器１０によ
る電流検出値も入力されており、制御回路９の出力信号
により電力変換器３のトランジスタ３１が制御されるよ
うになっている。また、電流検出器１０による電流検出
値は別の制御回路１１にも入力されており、その出力信
号により燃料電池１に供給するガス量が調節され、発電
電力が制御されるようになっている。
【０００４】このような回路構成において、定常時に
は、トランジスタ３１がオンのときに燃料電池１の直流
電圧が平滑用リアクトル２に印加され、このリアクトル
２にエネルギーが蓄積される。次に、トランジスタ３１
がオフに転じると、平滑用リアクトル２に蓄えられてい
たエネルギー並びに燃料電池１からのエネルギーはダイ
オード３２を介して平滑用コンデンサ６に放出される。
平滑用コンデンサ６は電力を平滑し、電力変換器７に直
流電力を供給する。電力変換器７は、供給された直流電
力を交流電力あるいは直流電力に変換し、負荷８に供給
する。すなわち、定常時には、トランジスタ３１がオ
ン、オフを繰り返すことにより、燃料電池１は電力変換
器７に直流電力を供給し、電力変換器７は負荷８に交流
電力あるいは直流電力を供給している。
は、トランジスタ３１がオンのときに燃料電池１の直流
電圧が平滑用リアクトル２に印加され、このリアクトル
２にエネルギーが蓄積される。次に、トランジスタ３１
がオフに転じると、平滑用リアクトル２に蓄えられてい
たエネルギー並びに燃料電池１からのエネルギーはダイ
オード３２を介して平滑用コンデンサ６に放出される。
平滑用コンデンサ６は電力を平滑し、電力変換器７に直
流電力を供給する。電力変換器７は、供給された直流電
力を交流電力あるいは直流電力に変換し、負荷８に供給
する。すなわち、定常時には、トランジスタ３１がオ
ン、オフを繰り返すことにより、燃料電池１は電力変換
器７に直流電力を供給し、電力変換器７は負荷８に交流
電力あるいは直流電力を供給している。
【０００５】そして、負荷急変時には、電流検出器１０
が燃料電池１の出力電流ＩFCを検出し、制御回路１１を
介して燃料電池１に供給するガス量を制御しているが、
ガス量制御の応答速度は数十秒程度と遅い。このため、
燃料電池１の出力電流ＩFCに急激な変動が起こり、燃料
電池１の寿命を短くする恐れがある。そこで、燃料電池
１の電流変動を許容値以下に抑えるため、燃料電池１の
出力側にはバックアップ装置として電力変換器３及びバ
ッテリ５等が並列に接続されている。
が燃料電池１の出力電流ＩFCを検出し、制御回路１１を
介して燃料電池１に供給するガス量を制御しているが、
ガス量制御の応答速度は数十秒程度と遅い。このため、
燃料電池１の出力電流ＩFCに急激な変動が起こり、燃料
電池１の寿命を短くする恐れがある。そこで、燃料電池
１の電流変動を許容値以下に抑えるため、燃料電池１の
出力側にはバックアップ装置として電力変換器３及びバ
ッテリ５等が並列に接続されている。
【０００６】図８は、図７の回路の動作波形を示してい
る。時刻ｔ0において負荷が急増すると、電力変換器７
の入力電流ＩOが増大し、バッテリ５に蓄えられていた
エネルギーが放出することにより電流ＩBが流れる。次
に、電圧検出器４がバッテリ電圧を、電流検出器１０が
燃料電池１の出力電流ＩFCを各々検出する。これによ
り、制御回路１１を介して燃料電池１に供給されるガス
量を制御すると共に、制御回路９を介してトランジスタ
３１のオン、オフ期間を制御し、燃料電池１の出力電流
ＩFCをある時間をかけて徐々に立ち上げる。
る。時刻ｔ0において負荷が急増すると、電力変換器７
の入力電流ＩOが増大し、バッテリ５に蓄えられていた
エネルギーが放出することにより電流ＩBが流れる。次
に、電圧検出器４がバッテリ電圧を、電流検出器１０が
燃料電池１の出力電流ＩFCを各々検出する。これによ
り、制御回路１１を介して燃料電池１に供給されるガス
量を制御すると共に、制御回路９を介してトランジスタ
３１のオン、オフ期間を制御し、燃料電池１の出力電流
ＩFCをある時間をかけて徐々に立ち上げる。
【０００７】時刻ｔ1においてＩFC＝ＩOとなった後、燃
料電池１のエネルギーを平滑用コンデンサ６に放出しな
がら、バッテリ５を充電する。そして、電圧検出器４に
より初期のバッテリ電圧に達したことが検出されると、
トランジスタ３１のオン、オフ期間を制御して燃料電池
１の出力電流ＩFCを電力変換器７の入力電流ＩOと一致
させ、時刻ｔ2においてバッテリ５の充電を完了させ
る。従って、時刻ｔ2以後は電流ＩBが０となる。図８に
示すように、この従来技術では、電力変換器７の入力電
流ＩOを燃料電池１の出力電流ＩFCとバッテリ５を流れ
る電流ＩBとにより分担させている。
料電池１のエネルギーを平滑用コンデンサ６に放出しな
がら、バッテリ５を充電する。そして、電圧検出器４に
より初期のバッテリ電圧に達したことが検出されると、
トランジスタ３１のオン、オフ期間を制御して燃料電池
１の出力電流ＩFCを電力変換器７の入力電流ＩOと一致
させ、時刻ｔ2においてバッテリ５の充電を完了させ
る。従って、時刻ｔ2以後は電流ＩBが０となる。図８に
示すように、この従来技術では、電力変換器７の入力電
流ＩOを燃料電池１の出力電流ＩFCとバッテリ５を流れ
る電流ＩBとにより分担させている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術におい
て、バックアップ用の電力変換器３には定常時、負荷急
変時に関わらず燃料電池１の出力電流ＩFCが流れるため
発生損失が大きくなり、装置が大形化すると共に電力変
換効率も低いという問題がある。
て、バックアップ用の電力変換器３には定常時、負荷急
変時に関わらず燃料電池１の出力電流ＩFCが流れるため
発生損失が大きくなり、装置が大形化すると共に電力変
換効率も低いという問題がある。
【０００９】第１の発明は上記問題点を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、バックアッ
プ用の電力変換器（第２の電力変換器）の発生損失を低
減して効率を向上させるようにした燃料電池給電システ
ムを提供することにある。また、第２の発明は、上記目
的に加えて、負荷側の電力変換器（第１の電力変換器）
の入力側配線インダクタンスを小さくし、この電力変換
器に設けられるスナバ回路の容量を小さくして一層の効
率向上を図った燃料電池給電システムを提供することに
ある。
なされたもので、その目的とするところは、バックアッ
プ用の電力変換器（第２の電力変換器）の発生損失を低
減して効率を向上させるようにした燃料電池給電システ
ムを提供することにある。また、第２の発明は、上記目
的に加えて、負荷側の電力変換器（第１の電力変換器）
の入力側配線インダクタンスを小さくし、この電力変換
器に設けられるスナバ回路の容量を小さくして一層の効
率向上を図った燃料電池給電システムを提供することに
ある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明は、燃料電池と、その出力電流を検出し
て燃料電池の発電電力を制御する制御回路と、燃料電池
から出力される直流電力を入力として負荷に電力を供給
する第１の電力変換器と、バックアップ用の充放電可能
なバッテリと、このバッテリの充放電を制御するように
電力変換動作するバックアップ用の第２の電力変換器
と、第２の電力変換器を制御する制御回路とを備えた燃
料電池給電システムにおいて、第２の電力変換器の出力
側を平滑用リアクトルを介して第１の電力変換器の入力
側に接続すると共に、第２の電力変換器の制御回路は、
第２の電力変換器の出力電流、第１の電力変換器の入力
電流及びバッテリの出力電圧を入力としてこれらに基づ
き第２の電力変換器を制御することによりバッテリを充
放電させ、第１の電力変換器の入力電流を燃料電池の出
力電流と第２の電力変換器の出力電流とによって分担さ
せるものである。
め、第１の発明は、燃料電池と、その出力電流を検出し
て燃料電池の発電電力を制御する制御回路と、燃料電池
から出力される直流電力を入力として負荷に電力を供給
する第１の電力変換器と、バックアップ用の充放電可能
なバッテリと、このバッテリの充放電を制御するように
電力変換動作するバックアップ用の第２の電力変換器
と、第２の電力変換器を制御する制御回路とを備えた燃
料電池給電システムにおいて、第２の電力変換器の出力
側を平滑用リアクトルを介して第１の電力変換器の入力
側に接続すると共に、第２の電力変換器の制御回路は、
第２の電力変換器の出力電流、第１の電力変換器の入力
電流及びバッテリの出力電圧を入力としてこれらに基づ
き第２の電力変換器を制御することによりバッテリを充
放電させ、第１の電力変換器の入力電流を燃料電池の出
力電流と第２の電力変換器の出力電流とによって分担さ
せるものである。
【００１１】この第１の発明において、第２の電力変換
器の制御回路は、第１の電力変換器の入力電流と、この
入力電流が入力される遅れフィルタの出力値との差分に
基づいて、第２の電力変換器の出力電流指令値を生成す
る電流演算器を備えることが望ましい。
器の制御回路は、第１の電力変換器の入力電流と、この
入力電流が入力される遅れフィルタの出力値との差分に
基づいて、第２の電力変換器の出力電流指令値を生成す
る電流演算器を備えることが望ましい。
【００１２】第２の発明は、第２の電力変換器の出力側
を平滑用リアクトルを介して第１の電力変換器の入力側
に接続すると共に、第１の電力変換器の入力端子間に検
出用コンデンサを接続し、第２の電力変換器の制御回路
は、第２の電力変換器の出力電流、検出用コンデンサを
流れる電流、燃料電池の出力電流及びバッテリの出力電
圧を入力としてこれらに基づき第２の電力変換器を制御
することによりバッテリを充放電させ、第１の電力変換
器の入力電流を燃料電池の出力電流と第２の電力変換器
の出力電流とによって分担させるものである。
を平滑用リアクトルを介して第１の電力変換器の入力側
に接続すると共に、第１の電力変換器の入力端子間に検
出用コンデンサを接続し、第２の電力変換器の制御回路
は、第２の電力変換器の出力電流、検出用コンデンサを
流れる電流、燃料電池の出力電流及びバッテリの出力電
圧を入力としてこれらに基づき第２の電力変換器を制御
することによりバッテリを充放電させ、第１の電力変換
器の入力電流を燃料電池の出力電流と第２の電力変換器
の出力電流とによって分担させるものである。
【００１３】この第２の発明において、第２の電力変換
器の制御回路は、検出用コンデンサを流れる電流、燃料
電池の出力電流及び第２の電力変換器の出力電流から得
た第１の電力変換器の等価的な入力電流と、この入力電
流が入力される遅れフィルタの出力値との差分に基づい
て、第２の電力変換器の出力電流指令値を生成する電流
演算器を備えることが望ましい。
器の制御回路は、検出用コンデンサを流れる電流、燃料
電池の出力電流及び第２の電力変換器の出力電流から得
た第１の電力変換器の等価的な入力電流と、この入力電
流が入力される遅れフィルタの出力値との差分に基づい
て、第２の電力変換器の出力電流指令値を生成する電流
演算器を備えることが望ましい。
【００１４】
【作用】第１の発明において、負荷急変時には第１の電
力変換器の入力電流の急変が検出され、第２の電力変換
器の動作によりバッテリに蓄えられていたエネルギーを
第１の電力変換器側へ放出する。燃料電池の出力電流と
第１の電力変換器の入力電流とが等しくなった後は、燃
料電池からのエネルギーは第１の電力変換器のほか第２
の電力変換器を介してバッテリを充電する。そして、バ
ッテリの電圧が初期の値に達するとバッテリの充電が終
了し、第２の電力変換器に電流が流れなくなる。すなわ
ち、第２の電力変換器にはバッテリの充放電時のみ通電
され、流れる電流は負荷急変時の補償電流（バッテリの
放電電流）と充電電流のみであるため、発生損失が小さ
くなる。
力変換器の入力電流の急変が検出され、第２の電力変換
器の動作によりバッテリに蓄えられていたエネルギーを
第１の電力変換器側へ放出する。燃料電池の出力電流と
第１の電力変換器の入力電流とが等しくなった後は、燃
料電池からのエネルギーは第１の電力変換器のほか第２
の電力変換器を介してバッテリを充電する。そして、バ
ッテリの電圧が初期の値に達するとバッテリの充電が終
了し、第２の電力変換器に電流が流れなくなる。すなわ
ち、第２の電力変換器にはバッテリの充放電時のみ通電
され、流れる電流は負荷急変時の補償電流（バッテリの
放電電流）と充電電流のみであるため、発生損失が小さ
くなる。
【００１５】第２の発明においては、第１の電力変換器
の入力端子に電流検出器を設けなくても、第２の電力変
換器の出力電流、検出用コンデンサを流れる電流及び燃
料電池の出力電流に基づき第１の電力変換器の入力電流
を等価的に検出することができる。これにより、第１の
電力変換器の入力端子の配線インダクタンスを小さく
し、電力変換器に設けられるスナバ回路として小容量の
ものを使用することができ、スナバ回路の発生損失を小
さくして電力変換効率を高めることができる。
の入力端子に電流検出器を設けなくても、第２の電力変
換器の出力電流、検出用コンデンサを流れる電流及び燃
料電池の出力電流に基づき第１の電力変換器の入力電流
を等価的に検出することができる。これにより、第１の
電力変換器の入力端子の配線インダクタンスを小さく
し、電力変換器に設けられるスナバ回路として小容量の
ものを使用することができ、スナバ回路の発生損失を小
さくして電力変換効率を高めることができる。
【００１６】
【実施例】以下、図に沿って各発明の実施例を説明す
る。まず、図１は第１の発明の実施例を示している。な
お、図７と同一の構成要素には同一の番号を付してあ
り、以下では異なる部分を中心に説明する。図におい
て、３Ａは平滑用コンデンサ６の両端に接続された第２
の電力変換器であり、この電力変換器３Ａはトランジス
タ３３，３４を直列接続して構成されている。トランジ
スタ３３，３４の接続点である出力端子は、平滑用リア
クトル１３を介して平滑用リアクトル２の他端、すなわ
ち第１の電力変換器７Ａの一方の入力端子に接続されて
いる。また、平滑用リアクトル２の他端と燃料電池１の
負極との間には、平滑用コンデンサ１２が接続されてい
ると共に、燃料電池１の負極は電力変換器３Ａの他方の
出力端子にも接続されている。
る。まず、図１は第１の発明の実施例を示している。な
お、図７と同一の構成要素には同一の番号を付してあ
り、以下では異なる部分を中心に説明する。図におい
て、３Ａは平滑用コンデンサ６の両端に接続された第２
の電力変換器であり、この電力変換器３Ａはトランジス
タ３３，３４を直列接続して構成されている。トランジ
スタ３３，３４の接続点である出力端子は、平滑用リア
クトル１３を介して平滑用リアクトル２の他端、すなわ
ち第１の電力変換器７Ａの一方の入力端子に接続されて
いる。また、平滑用リアクトル２の他端と燃料電池１の
負極との間には、平滑用コンデンサ１２が接続されてい
ると共に、燃料電池１の負極は電力変換器３Ａの他方の
出力端子にも接続されている。
【００１７】なお、電力変換器７Ａの入力側に表された
１６は配線インダクタンスである。また、この実施例で
は、電力変換器７Ａのトランジスタ７１に並列にスナバ
回路７２が接続されている。更に、１４，１５は何れも
電流検出器であり、これらによる電流検出値及び電圧検
出器４によるバッテリ５の電圧検出値が制御回路９Ａに
入力され、その出力信号により、バックアップ用の電力
変換器３Ａのトランジスタ３３，３４を制御するように
構成されている。
１６は配線インダクタンスである。また、この実施例で
は、電力変換器７Ａのトランジスタ７１に並列にスナバ
回路７２が接続されている。更に、１４，１５は何れも
電流検出器であり、これらによる電流検出値及び電圧検
出器４によるバッテリ５の電圧検出値が制御回路９Ａに
入力され、その出力信号により、バックアップ用の電力
変換器３Ａのトランジスタ３３，３４を制御するように
構成されている。
【００１８】このような回路構成において、定常時に
は、燃料電池１の直流電力は平滑用リアクトル２を介し
て平滑用コンデンサ１２に放出される。これらの平滑用
リアクトル２及び平滑用コンデンサ１２は電力を平滑す
る働きをし、電力変換器７Ａに直流電力を供給する。一
方、負荷急変時には、電流検出器１０が燃料電池１の出
力電流ＩFCを検出し、制御回路１１を介して燃料電池１
に供給するガス量を調節して発電電力を制御するが、前
記同様にガス量制御の応答速度は数十秒程度と遅いた
め、燃料電池１の出力電流に急激な変動が起こる。そこ
で、燃料電池１の電流変動を許容値以下に抑えるため、
バッテリ５や電力変換器３Ａ等からなるバックアップ装
置が以下のように動作する。
は、燃料電池１の直流電力は平滑用リアクトル２を介し
て平滑用コンデンサ１２に放出される。これらの平滑用
リアクトル２及び平滑用コンデンサ１２は電力を平滑す
る働きをし、電力変換器７Ａに直流電力を供給する。一
方、負荷急変時には、電流検出器１０が燃料電池１の出
力電流ＩFCを検出し、制御回路１１を介して燃料電池１
に供給するガス量を調節して発電電力を制御するが、前
記同様にガス量制御の応答速度は数十秒程度と遅いた
め、燃料電池１の出力電流に急激な変動が起こる。そこ
で、燃料電池１の電流変動を許容値以下に抑えるため、
バッテリ５や電力変換器３Ａ等からなるバックアップ装
置が以下のように動作する。
【００１９】図２は図１の回路の動作波形を示してい
る。また、図３は図１の制御回路９Ａ内の電流演算器を
示し、図４はこの電流演算器の動作波形を各々示してい
る。なお、図３に示した電流演算器は、バッテリ電圧を
調節するＶB調節回路９１と、遅れフィルタ９２と、リ
ミッタ９３とから構成されている。
る。また、図３は図１の制御回路９Ａ内の電流演算器を
示し、図４はこの電流演算器の動作波形を各々示してい
る。なお、図３に示した電流演算器は、バッテリ電圧を
調節するＶB調節回路９１と、遅れフィルタ９２と、リ
ミッタ９３とから構成されている。
【００２０】まず、図２に示す時刻ｔ0において負荷が
急増したとすると、図１における電流検出器１５が電力
変換器７Ａの入力電流ＩOを検出し、制御回路９Ａ内の
電流演算器を介してトランジスタ３３のオン、オフ期間
を制御し、バッテリ５を放電させてそれまでに蓄えられ
ていたエネルギーを放出することにより電流ＩAFが流れ
る。トランジスタ３３がオンの時には、バッテリ５に蓄
えられていたエネルギーを平滑用リアクトル１３に蓄え
ながら平滑用コンデンサ１２に放出する。次に、トラン
ジスタ３３がオンからオフに転じると、平滑用リアクト
ル１３に蓄えられていたエネルギーが平滑用コンデンサ
１２に放出される。
急増したとすると、図１における電流検出器１５が電力
変換器７Ａの入力電流ＩOを検出し、制御回路９Ａ内の
電流演算器を介してトランジスタ３３のオン、オフ期間
を制御し、バッテリ５を放電させてそれまでに蓄えられ
ていたエネルギーを放出することにより電流ＩAFが流れ
る。トランジスタ３３がオンの時には、バッテリ５に蓄
えられていたエネルギーを平滑用リアクトル１３に蓄え
ながら平滑用コンデンサ１２に放出する。次に、トラン
ジスタ３３がオンからオフに転じると、平滑用リアクト
ル１３に蓄えられていたエネルギーが平滑用コンデンサ
１２に放出される。
【００２１】このとき、電流演算器は、図３、図４に示
すように、電流検出器１５によって検出した電力変換器
７Ａの入力電流ＩOから、遅れフィルタ９２を介すこと
により作られる電流ＩO1を減算し、次にＶB調節回路９
１の出力を減算し、更にリミッタ９３を介して電流ＩAF
の指令値ＩAF *を作る。そして、この指令値ＩAF *に実際
値が一致するように制御回路９Ａが電力変換器３Ａを制
御する。なお、ＶB調節回路９１の入力は、バッテリ電
圧指令値ＶB *と電圧検出器４によるバッテリ電圧検出値
ＶBとの偏差である。
すように、電流検出器１５によって検出した電力変換器
７Ａの入力電流ＩOから、遅れフィルタ９２を介すこと
により作られる電流ＩO1を減算し、次にＶB調節回路９
１の出力を減算し、更にリミッタ９３を介して電流ＩAF
の指令値ＩAF *を作る。そして、この指令値ＩAF *に実際
値が一致するように制御回路９Ａが電力変換器３Ａを制
御する。なお、ＶB調節回路９１の入力は、バッテリ電
圧指令値ＶB *と電圧検出器４によるバッテリ電圧検出値
ＶBとの偏差である。
【００２２】また、図１の電流検出器１０は燃料電池１
の出力電流ＩFC（図２参照）を検出し、制御回路１１を
介して燃料電池１に供給するガス量を調節することによ
りその発電電力を制御し、時刻ｔ0以後、電流ＩFCをあ
る時間かけて徐々に立ち上げる。時刻ｔ1において電流
ＩAFが零になった後は、電圧検出器４によるバッテリ電
圧の検出値が初期の電圧に達するまで、電力変換器３Ａ
内の他方のトランジスタ３４をオン、オフさせ、燃料電
池１からのエネルギーを電力変換器７Ａに供給しながら
バッテリ５を充電する。
の出力電流ＩFC（図２参照）を検出し、制御回路１１を
介して燃料電池１に供給するガス量を調節することによ
りその発電電力を制御し、時刻ｔ0以後、電流ＩFCをあ
る時間かけて徐々に立ち上げる。時刻ｔ1において電流
ＩAFが零になった後は、電圧検出器４によるバッテリ電
圧の検出値が初期の電圧に達するまで、電力変換器３Ａ
内の他方のトランジスタ３４をオン、オフさせ、燃料電
池１からのエネルギーを電力変換器７Ａに供給しながら
バッテリ５を充電する。
【００２３】バッテリ５の充電時、トランジスタ３４が
オンの時に燃料電池１の直流電圧が平滑用リアクトル１
３に印加され、平滑用リアクトル１３にエネルギーが蓄
積される。次に、トランジスタ３４がオンからオフに転
じると、平滑用リアクトル１３に蓄えられていたエネル
ギー並びに電力変換器７Ａに供給する以外の燃料電池１
からのエネルギーは、トランジスタ３３に逆並列に接続
されたダイオードを介して平滑用コンデンサ６に放出さ
れる。平滑用コンデンサ６は電力を平滑する働きをし、
バッテリ５を充電する。電圧検出器４により、バッテリ
電圧が初期の電圧に達したことが検出されると、トラン
ジスタ３４はオフする。
オンの時に燃料電池１の直流電圧が平滑用リアクトル１
３に印加され、平滑用リアクトル１３にエネルギーが蓄
積される。次に、トランジスタ３４がオンからオフに転
じると、平滑用リアクトル１３に蓄えられていたエネル
ギー並びに電力変換器７Ａに供給する以外の燃料電池１
からのエネルギーは、トランジスタ３３に逆並列に接続
されたダイオードを介して平滑用コンデンサ６に放出さ
れる。平滑用コンデンサ６は電力を平滑する働きをし、
バッテリ５を充電する。電圧検出器４により、バッテリ
電圧が初期の電圧に達したことが検出されると、トラン
ジスタ３４はオフする。
【００２４】これにより、図２の時刻ｔ2以後、電流Ｉ
AFは流れなくなり、バッテリ５の充電が完了する。図２
から明らかなように、この実施例では、電力変換器７Ａ
の入力電流ＩOを燃料電池１の出力電流ＩFCと電力変換
器３Ａの出力電流ＩAFとにより分担させている。
AFは流れなくなり、バッテリ５の充電が完了する。図２
から明らかなように、この実施例では、電力変換器７Ａ
の入力電流ＩOを燃料電池１の出力電流ＩFCと電力変換
器３Ａの出力電流ＩAFとにより分担させている。
【００２５】本実施例において、定常時または負荷急変
時には、燃料電池１及びバッテリ５から電力変換器７Ａ
にエネルギーを供給し、電力変換器７Ａのトランジスタ
７１をオン、オフして負荷８に交流電力あるいは直流電
力を供給するが、トランジスタ７１がオンからオフに変
化すると、トランジスタ７１には、配線インダクタンス
１６とトランジスタ７１のターンオフ時のｄｉ／ｄｔに
よって決まる電圧がトランジスタ７１の電圧を高める方
向に印加される。そこで、トランジスタ７１に印加され
る電圧を許容値以下に抑えるため、これに並列に、ある
いは電力変換器７Ａの直流端子間にスナバ回路７２が接
続されている。配線インダクタンス１６に蓄えられたエ
ネルギーは、このスナバ回路７２によって吸収、消費さ
れることになる。
時には、燃料電池１及びバッテリ５から電力変換器７Ａ
にエネルギーを供給し、電力変換器７Ａのトランジスタ
７１をオン、オフして負荷８に交流電力あるいは直流電
力を供給するが、トランジスタ７１がオンからオフに変
化すると、トランジスタ７１には、配線インダクタンス
１６とトランジスタ７１のターンオフ時のｄｉ／ｄｔに
よって決まる電圧がトランジスタ７１の電圧を高める方
向に印加される。そこで、トランジスタ７１に印加され
る電圧を許容値以下に抑えるため、これに並列に、ある
いは電力変換器７Ａの直流端子間にスナバ回路７２が接
続されている。配線インダクタンス１６に蓄えられたエ
ネルギーは、このスナバ回路７２によって吸収、消費さ
れることになる。
【００２６】以上のようにこの実施例によれば、バック
アップ用の電力変換器３Ａにはバッテリ５の充放電時の
み電流ＩAFが流れるため、発生損失が小さい。従って、
電力変換器３Ａとしては小形小容量かつ安価なもので済
み、装置の電力変換効率も向上する。特に、バックアッ
プによる補償時間は通常、数十秒あれば十分であるた
め、電力変換器３Ａの冷却体にファン等を使用する必要
がなく、部品点数の削減による保守性の向上及び低価格
化が同時に達成されることになる。
アップ用の電力変換器３Ａにはバッテリ５の充放電時の
み電流ＩAFが流れるため、発生損失が小さい。従って、
電力変換器３Ａとしては小形小容量かつ安価なもので済
み、装置の電力変換効率も向上する。特に、バックアッ
プによる補償時間は通常、数十秒あれば十分であるた
め、電力変換器３Ａの冷却体にファン等を使用する必要
がなく、部品点数の削減による保守性の向上及び低価格
化が同時に達成されることになる。
【００２７】次に、第２の発明の実施例を説明する。上
記第１の発明の実施例によれば、バックアップ用の電力
変換器３Ａの発生損失を小さくして装置の効率向上等を
図ることができるが、次のような不都合がある。すなわ
ち、図１の実施例においては、電流検出器１５が電力変
換器７Ａの入力端子に接続されるため、配線インダクタ
ンス１６が大きくなる。これに伴い、スナバ回路７２が
吸収、消費しなければならないエネルギーが大きくなる
ため、スナバ回路７２が大形かつ大容量のものとなり、
変換効率が低下するという新たな問題を生じる。第２の
発明は、上記問題点に鑑みてなされたものである。
記第１の発明の実施例によれば、バックアップ用の電力
変換器３Ａの発生損失を小さくして装置の効率向上等を
図ることができるが、次のような不都合がある。すなわ
ち、図１の実施例においては、電流検出器１５が電力変
換器７Ａの入力端子に接続されるため、配線インダクタ
ンス１６が大きくなる。これに伴い、スナバ回路７２が
吸収、消費しなければならないエネルギーが大きくなる
ため、スナバ回路７２が大形かつ大容量のものとなり、
変換効率が低下するという新たな問題を生じる。第２の
発明は、上記問題点に鑑みてなされたものである。
【００２８】図５は第２の発明の実施例を示している。
図１と同一の構成要素には同一の番号を付してその説明
は省略し、以下異なる部分を中心に説明する。この実施
例では、平滑用コンデンサ１２に並列に検出用コンデン
サ１７を接続すると共に、図１における電流検出器１５
を除去し、前記検出用コンデンサ１７に直列に小容量の
電流検出器１８を接続する。そして、電流検出器１４，
１８の他に燃料電池１側の電流検出器１０の出力も制御
回路９Ｂに入力するようにした。この回路の動作波形は
図２と同一であるため省略する。また、図６は図５の制
御回路９Ｂ内の電流演算器の構成を示す。この電流演算
器の動作波形も図４と同一であるため省略する。
図１と同一の構成要素には同一の番号を付してその説明
は省略し、以下異なる部分を中心に説明する。この実施
例では、平滑用コンデンサ１２に並列に検出用コンデン
サ１７を接続すると共に、図１における電流検出器１５
を除去し、前記検出用コンデンサ１７に直列に小容量の
電流検出器１８を接続する。そして、電流検出器１４，
１８の他に燃料電池１側の電流検出器１０の出力も制御
回路９Ｂに入力するようにした。この回路の動作波形は
図２と同一であるため省略する。また、図６は図５の制
御回路９Ｂ内の電流演算器の構成を示す。この電流演算
器の動作波形も図４と同一であるため省略する。
【００２９】まず、負荷急変時には、電流検出器１８が
検出用コンデンサ１７に流れる電流ＩCを、電流検出器
１０が燃料電池１の出力電流ＩFCを、電流検出器１４が
電力変換器３Ａの出力電流ＩAFを各々検出する。そし
て、制御回路９Ｂ内の電流演算器を介してトランジスタ
３３のオン、オフ期間を制御し、バッテリ５を放電させ
てそれまでに蓄えられていたエネルギーを放出すること
により、電流ＩAFが制御される。
検出用コンデンサ１７に流れる電流ＩCを、電流検出器
１０が燃料電池１の出力電流ＩFCを、電流検出器１４が
電力変換器３Ａの出力電流ＩAFを各々検出する。そし
て、制御回路９Ｂ内の電流演算器を介してトランジスタ
３３のオン、オフ期間を制御し、バッテリ５を放電させ
てそれまでに蓄えられていたエネルギーを放出すること
により、電流ＩAFが制御される。
【００３０】このとき、制御回路９Ｂ内の電流演算器
は、図６に示すように、電流ＩCをＫ倍してなる（Ｋ×
ＩC）と電流ＩFCと電流ＩAFとを加算することにより、
等価的にＩOを検出する。つまり（Ｋ×ＩC）＋ＩFC＋Ｉ
AF＝ＩOの演算を制御回路９Ｂ内で行なう。ここで、定
数Ｋは、平滑用コンデンサ１２の容量をＣ12、検出用コ
ンデンサ１７の容量をＣ17とすると、 Ｋ＝１＋（Ｃ12／Ｃ17） によって表される。
は、図６に示すように、電流ＩCをＫ倍してなる（Ｋ×
ＩC）と電流ＩFCと電流ＩAFとを加算することにより、
等価的にＩOを検出する。つまり（Ｋ×ＩC）＋ＩFC＋Ｉ
AF＝ＩOの演算を制御回路９Ｂ内で行なう。ここで、定
数Ｋは、平滑用コンデンサ１２の容量をＣ12、検出用コ
ンデンサ１７の容量をＣ17とすると、 Ｋ＝１＋（Ｃ12／Ｃ17） によって表される。
【００３１】更に、等価検出したＩOから、遅れフィル
タ９２を介すことにより作られる電流ＩO1を減算し、次
にＶB調節回路９１の出力を減算し、最後に、リミッタ
９３を介して電流ＩAFの指令値ＩAF *を作る。そして、
この指令値ＩAF *に基づいて電力変換器３Ａを制御す
る。前記図２に示したように、電流ＩAFが時刻ｔ1にお
いて零になった後に、電圧検出器４によるバッテリ電圧
の検出値が初期の電圧に達するまで、トランジスタ３４
のオン、オフにより燃料電池１からのエネルギーを電力
変換器７Ａに供給しながらバッテリ５が充電される。そ
して、バッテリ電圧が初期の電圧に達するとトランジス
タ３４はオフし、図２における時刻ｔ2以後、電流ＩAF
は流れなくなり、バッテリ５の充電が完了する。
タ９２を介すことにより作られる電流ＩO1を減算し、次
にＶB調節回路９１の出力を減算し、最後に、リミッタ
９３を介して電流ＩAFの指令値ＩAF *を作る。そして、
この指令値ＩAF *に基づいて電力変換器３Ａを制御す
る。前記図２に示したように、電流ＩAFが時刻ｔ1にお
いて零になった後に、電圧検出器４によるバッテリ電圧
の検出値が初期の電圧に達するまで、トランジスタ３４
のオン、オフにより燃料電池１からのエネルギーを電力
変換器７Ａに供給しながらバッテリ５が充電される。そ
して、バッテリ電圧が初期の電圧に達するとトランジス
タ３４はオフし、図２における時刻ｔ2以後、電流ＩAF
は流れなくなり、バッテリ５の充電が完了する。
【００３２】この実施例によれば、第１の電力変換器で
ある電力変換器７Ａの入力電流ＩOを求める手段とし
て、電力変換器７Ａの入力端子に電流検出器を接続しな
くてもよいため、電力変換器７Ａの入力端子の配線イン
ダクタンス１６を低減することができ、これに伴ってス
ナバ回路７２は小形小容量のもので足りることになる。
従って、スナバ回路７２の発生損失も低減され、装置の
変換効率が向上する。更に、平滑用コンデンサ１２に並
列に接続される検出用コンデンサ１７の容量は平滑用コ
ンデンサ１２の数分の一から数十分の一程度でよく、検
出用コンデンサ１７の電流を検出する電流検出器１８と
しては、平滑用コンデンサ１２を流れる電流に対し上記
容量比程度の僅かな電流を流し得る電流検出器であれば
足りるため、定格電流が小さい小容量のものを使用で
き、小形化及び低価格化が可能である。
ある電力変換器７Ａの入力電流ＩOを求める手段とし
て、電力変換器７Ａの入力端子に電流検出器を接続しな
くてもよいため、電力変換器７Ａの入力端子の配線イン
ダクタンス１６を低減することができ、これに伴ってス
ナバ回路７２は小形小容量のもので足りることになる。
従って、スナバ回路７２の発生損失も低減され、装置の
変換効率が向上する。更に、平滑用コンデンサ１２に並
列に接続される検出用コンデンサ１７の容量は平滑用コ
ンデンサ１２の数分の一から数十分の一程度でよく、検
出用コンデンサ１７の電流を検出する電流検出器１８と
しては、平滑用コンデンサ１２を流れる電流に対し上記
容量比程度の僅かな電流を流し得る電流検出器であれば
足りるため、定格電流が小さい小容量のものを使用で
き、小形化及び低価格化が可能である。
【００３３】
【発明の効果】以上のように、第１の発明によれば、バ
ックアップ用の第２の電力変換器はバッテリの充放電時
にのみ通電されるため、発生損失が小さくなり、電力変
換器の小形小容量化が可能になると共に、電力変換効率
が向上する。特に、負荷急変時の補償時間は通常数十秒
あれば十分であるため、バックアップ用電力変換器の冷
却体にファン等を使用する必要がなく、部品点数の削減
により保守性の向上及び低価格化を同時に達成すること
ができる。
ックアップ用の第２の電力変換器はバッテリの充放電時
にのみ通電されるため、発生損失が小さくなり、電力変
換器の小形小容量化が可能になると共に、電力変換効率
が向上する。特に、負荷急変時の補償時間は通常数十秒
あれば十分であるため、バックアップ用電力変換器の冷
却体にファン等を使用する必要がなく、部品点数の削減
により保守性の向上及び低価格化を同時に達成すること
ができる。
【００３４】第２の発明によれば、上記効果に加えて、
第１の電力変換器の入力端子に電流検出器を接続しなく
てもよいため、配線インダクタンスの低減により電力変
換器のスナバ回路の小容量化が可能になり、発生損失が
低減する。従って、装置の変換効率を一層向上させるこ
とができる。また、検出用コンデンサの容量も小さくて
済み、このコンデンサの電流を検出する電流検出器にも
小容量、低価格なものを使用することができる。
第１の電力変換器の入力端子に電流検出器を接続しなく
てもよいため、配線インダクタンスの低減により電力変
換器のスナバ回路の小容量化が可能になり、発生損失が
低減する。従って、装置の変換効率を一層向上させるこ
とができる。また、検出用コンデンサの容量も小さくて
済み、このコンデンサの電流を検出する電流検出器にも
小容量、低価格なものを使用することができる。
【図１】第１の発明の実施例を示す回路構成図である。
【図２】図１の動作を示す電流波形図である。
【図３】第１の発明の実施例における電流演算器の回路
構成図である。
構成図である。
【図４】図３の動作を示す電流波形図である。
【図５】第２の発明の実施例を示す回路構成図である。
【図６】第２の発明の実施例における電流演算器の回路
構成図である。
構成図である。
【図７】従来の技術を示す回路構成図である。
【図８】図７の動作を示す電流波形図である。
１ 燃料電池 ２，１３ 平滑用リアクトル ３Ａ，７Ａ 電力変換器 ４ 電圧検出器 ５ バッテリ ６，１２ 平滑用コンデンサ ８ 負荷 ９Ａ，９Ｂ，１１ 制御回路 １０，１４，１５，１８ 電流検出器 １６ 配線インダクタンス １７ 検出用コンデンサ ３３，３４，７１ トランジスタ ７２ スナバ回路 ９１ ＶB調節回路 ９２ 遅れフィルタ ９３ リミッタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｍ 7/48 Ｎ 9181−5Ｈ
Claims (4)
- 【請求項１】 燃料電池と、その出力電流を検出して燃
料電池の発電電力を制御する制御回路と、燃料電池から
出力される直流電力を入力として負荷に電力を供給する
第１の電力変換器と、バックアップ用の充放電可能なバ
ッテリと、このバッテリの充放電を制御するように電力
変換動作するバックアップ用の第２の電力変換器と、第
２の電力変換器を制御する制御回路とを備えた燃料電池
給電システムにおいて、 第２の電力変換器の出力側を平滑用リアクトルを介して
第１の電力変換器の入力側に接続すると共に、 第２の電力変換器の制御回路は、第２の電力変換器の出
力電流、第１の電力変換器の入力電流及びバッテリの出
力電圧を入力としてこれらに基づき第２の電力変換器を
制御することによりバッテリを充放電させ、第１の電力
変換器の入力電流を燃料電池の出力電流と第２の電力変
換器の出力電流とによって分担させることを特徴とする
燃料電池給電システム。 - 【請求項２】 第２の電力変換器の制御回路は、第１の
電力変換器の入力電流と、この入力電流が入力される遅
れフィルタの出力値との差分に基づいて、第２の電力変
換器の出力電流指令値を生成する電流演算器を備えた請
求項１記載の燃料電池給電システム。 - 【請求項３】 燃料電池と、その出力電流を検出して燃
料電池の発電電力を制御する制御回路と、燃料電池から
出力される直流電力を入力として負荷に電力を供給する
第１の電力変換器と、バックアップ用の充放電可能なバ
ッテリと、このバッテリの充放電を制御するように電力
変換動作するバックアップ用の第２の電力変換器と、第
２の電力変換器を制御する制御回路とを備えた燃料電池
給電システムにおいて、 第２の電力変換器の出力側を平滑用リアクトルを介して
第１の電力変換器の入力側に接続すると共に、第１の電
力変換器の入力端子間に検出用コンデンサを接続し、 第２の電力変換器の制御回路は、第２の電力変換器の出
力電流、検出用コンデンサを流れる電流、燃料電池の出
力電流及びバッテリの出力電圧を入力としてこれらに基
づき第２の電力変換器を制御することによりバッテリを
充放電させ、第１の電力変換器の入力電流を燃料電池の
出力電流と第２の電力変換器の出力電流とによって分担
させることを特徴とする燃料電池給電システム。 - 【請求項４】 第２の電力変換器の制御回路は、検出用
コンデンサを流れる電流、燃料電池の出力電流及び第２
の電力変換器の出力電流から得た第１の電力変換器の等
価的な入力電流と、この入力電流が入力される遅れフィ
ルタの出力値との差分に基づいて、第２の電力変換器の
出力電流指令値を生成する電流演算器を備えた請求項３
記載の燃料電池給電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5287658A JPH07123609A (ja) | 1993-10-22 | 1993-10-22 | 燃料電池給電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5287658A JPH07123609A (ja) | 1993-10-22 | 1993-10-22 | 燃料電池給電システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07123609A true JPH07123609A (ja) | 1995-05-12 |
Family
ID=17720060
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5287658A Withdrawn JPH07123609A (ja) | 1993-10-22 | 1993-10-22 | 燃料電池給電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07123609A (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2002141092A (ja) * | 2000-11-01 | 2002-05-17 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池装置の制御方法 |
| JP2002231295A (ja) * | 2000-11-28 | 2002-08-16 | Toyota Motor Corp | 燃料電池の出力特性推定装置および出力特性推定方法、燃料電池システムおよびこれを搭載する車両、燃料電池出力制御方法並びに記憶媒体 |
| JP2002255462A (ja) * | 2001-02-26 | 2002-09-11 | Fujitec Co Ltd | 交流エレベータの電源装置 |
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| EP1195287A3 (en) * | 2000-10-04 | 2004-12-08 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | DC power supply using fuel cell |
| JP2008187833A (ja) * | 2007-01-30 | 2008-08-14 | Fujitsu Ltd | 電子機器および直流電圧変換システム |
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| US7583050B2 (en) | 2000-10-04 | 2009-09-01 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | DC power source with fuel cell and electric power storage device |
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| CN101651214A (zh) * | 2008-08-15 | 2010-02-17 | 上海清能燃料电池技术有限公司 | 燃料电池系统与操作方法 |
| US7742268B2 (en) | 2004-05-27 | 2010-06-22 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Electric vehicle control apparatus |
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| KR101511580B1 (ko) * | 2008-12-26 | 2015-04-14 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 연료전지 시스템의 백업을 위한 전력조절장치 및 전력조절방법 |
-
1993
- 1993-10-22 JP JP5287658A patent/JPH07123609A/ja not_active Withdrawn
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