JPH11162491A - 燃料電池用出力変換装置 - Google Patents
燃料電池用出力変換装置Info
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- JPH11162491A JPH11162491A JP9323681A JP32368197A JPH11162491A JP H11162491 A JPH11162491 A JP H11162491A JP 9323681 A JP9323681 A JP 9323681A JP 32368197 A JP32368197 A JP 32368197A JP H11162491 A JPH11162491 A JP H11162491A
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- fuel cell
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- output voltage
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】燃料電池の経年劣化による出力電圧の低下を大
幅なコストアップをすることなく補償する。 【解決手段】燃料電池１の直流電力を交流に変換するイ
ンバータ２、このインバータ２の交流出力電圧を変換す
る出力用変圧器３Ａからなる燃料電池用出力変換装置に
おいて、出力用変圧器３Ａの二次巻線３２にタップ巻線
３２１を設けるとともに、タップを選択するタップ切換
器３３を設けることによって、燃料電池１の出力電圧が
低下したときに、出力用変圧器３Ａのタップを切り換え
て変圧比が大きくなるようにして出力電圧の低下を補償
する。一般に同じ容量の場合にインバータのような電力
変換装置に比べて変圧器の方がはるかに安価なので、タ
ップ切り換えのためのタップ巻線を設けることによる等
価的な容量アップによるコストアップは、燃料電池の出
力電圧の低下を補償するために高い出力電圧を得られる
インバータにしておくことによる容量アップに起因する
コストアップに比べてはるかに小さいものとなる。
幅なコストアップをすることなく補償する。 【解決手段】燃料電池１の直流電力を交流に変換するイ
ンバータ２、このインバータ２の交流出力電圧を変換す
る出力用変圧器３Ａからなる燃料電池用出力変換装置に
おいて、出力用変圧器３Ａの二次巻線３２にタップ巻線
３２１を設けるとともに、タップを選択するタップ切換
器３３を設けることによって、燃料電池１の出力電圧が
低下したときに、出力用変圧器３Ａのタップを切り換え
て変圧比が大きくなるようにして出力電圧の低下を補償
する。一般に同じ容量の場合にインバータのような電力
変換装置に比べて変圧器の方がはるかに安価なので、タ
ップ切り換えのためのタップ巻線を設けることによる等
価的な容量アップによるコストアップは、燃料電池の出
力電圧の低下を補償するために高い出力電圧を得られる
インバータにしておくことによる容量アップに起因する
コストアップに比べてはるかに小さいものとなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、燃料電池が出力
する直流電力を交流電力に変換して電力系統と連系した
り、燃料電池単独の負荷に交流電力を供給するための比
較的大容量の燃料電池用の出力変換装置に関する。
する直流電力を交流電力に変換して電力系統と連系した
り、燃料電池単独の負荷に交流電力を供給するための比
較的大容量の燃料電池用の出力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図２は燃料電池と従来の出力変換装置の
回路図である。実際の回路図は保護機能、電圧、電流制
御機能などを満足するための複雑な回路構成になってい
るのであるが、この図では後述の発明に必要な構成だけ
を図示してある。この図において、電池のシンボルで示
す燃料電池１は直流を出力するが、後述するようにその
出力電圧Ｖは出力電流Ｉに応じて変化する特性を持って
いる。大容量の燃料電池は電力系統に連系して接続され
て使用されることが多いが、一方で、例えば電力系統に
故障が発生して燃料電池が電力系統が切り離されたとき
に燃料電池単独で交流負荷に電力を供給するシステムも
採用されている。いずれにしても大容量の燃料電池１の
負荷は交流負荷なので、図示のように直交電力変換装置
であるインバータ２によって燃料電池１が出力する直流
電力は交流電力に変換される。その場合、インバータ２
の最適な出力電圧と電力系統の電圧とを適合させるため
にインバータ２と負荷５や電力系統６との間に出力用変
圧器３が設けられる。
回路図である。実際の回路図は保護機能、電圧、電流制
御機能などを満足するための複雑な回路構成になってい
るのであるが、この図では後述の発明に必要な構成だけ
を図示してある。この図において、電池のシンボルで示
す燃料電池１は直流を出力するが、後述するようにその
出力電圧Ｖは出力電流Ｉに応じて変化する特性を持って
いる。大容量の燃料電池は電力系統に連系して接続され
て使用されることが多いが、一方で、例えば電力系統に
故障が発生して燃料電池が電力系統が切り離されたとき
に燃料電池単独で交流負荷に電力を供給するシステムも
採用されている。いずれにしても大容量の燃料電池１の
負荷は交流負荷なので、図示のように直交電力変換装置
であるインバータ２によって燃料電池１が出力する直流
電力は交流電力に変換される。その場合、インバータ２
の最適な出力電圧と電力系統の電圧とを適合させるため
にインバータ２と負荷５や電力系統６との間に出力用変
圧器３が設けられる。
【０００３】周知のようにインバータ２には連続的に出
力電圧を変える機能があるので、出力用変圧器３は変圧
比を変えるためのタップ巻線やタップ切換器を持たない
のが一般である。出力用変圧器３の二次側は電力系統６
と連系されるとともに負荷５に電力が供給される。電力
系統に故障が発生したりして図示しない遮断器によって
電力系統が切り離されたときにはこの遮断器の燃料電池
１側にある負荷５にはインバータ２及び出力用変圧器３
を介して燃料電池１から電力が供給される。
力電圧を変える機能があるので、出力用変圧器３は変圧
比を変えるためのタップ巻線やタップ切換器を持たない
のが一般である。出力用変圧器３の二次側は電力系統６
と連系されるとともに負荷５に電力が供給される。電力
系統に故障が発生したりして図示しない遮断器によって
電力系統が切り離されたときにはこの遮断器の燃料電池
１側にある負荷５にはインバータ２及び出力用変圧器３
を介して燃料電池１から電力が供給される。
【０００４】図３は燃料電池の出力電圧と出力電流との
関係を示すグラフであり、横軸は出力電流Ｉ、縦軸は出
力電圧Ｖであり、グラフの中のカーブＣ１は燃料電池１
が新しいとき、カーブＣ２は長期の運転経験によって劣
化したときのそれぞれ特性を表す。この図から分かるよ
うに、カーブＣ１，Ｃ２ともに出力電流が増加すると出
力電圧は低下するという垂下特性をもっており、同時に
運転時間の経過とともに出力特性が低下して、同じ出力
電流Ｉに対する出力電圧Ｖは低下する劣化特性を持って
いる。
関係を示すグラフであり、横軸は出力電流Ｉ、縦軸は出
力電圧Ｖであり、グラフの中のカーブＣ１は燃料電池１
が新しいとき、カーブＣ２は長期の運転経験によって劣
化したときのそれぞれ特性を表す。この図から分かるよ
うに、カーブＣ１，Ｃ２ともに出力電流が増加すると出
力電圧は低下するという垂下特性をもっており、同時に
運転時間の経過とともに出力特性が低下して、同じ出力
電流Ｉに対する出力電圧Ｖは低下する劣化特性を持って
いる。
【０００５】図２に示す従来の出力変換装置では、イン
バータ２の出力電圧に余裕を持たせておいて、燃料電池
１が新しくて出力電圧Ｖが大きいときにはインバータ２
はは交流出力電圧の値を絞るように制御し、経年劣化に
よる出力電圧Ｖの程度に応じて絞る割合を小さくするこ
とによってインバータ２の交流出力電圧を一定に保つよ
うに制御する。絞りの割合を０にしても所定の交流出力
電圧が得られないほどに燃料電池１の出力電圧Ｖが低下
したときには燃料電池１を交換する。
バータ２の出力電圧に余裕を持たせておいて、燃料電池
１が新しくて出力電圧Ｖが大きいときにはインバータ２
はは交流出力電圧の値を絞るように制御し、経年劣化に
よる出力電圧Ｖの程度に応じて絞る割合を小さくするこ
とによってインバータ２の交流出力電圧を一定に保つよ
うに制御する。絞りの割合を０にしても所定の交流出力
電圧が得られないほどに燃料電池１の出力電圧Ｖが低下
したときには燃料電池１を交換する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】燃料電池１が新品のと
きに出力電圧Ｖは最も高いので電圧を絞る割合も最も大
きい。この絞る割合が大きいとインバータ２の利用効率
が悪いことになって同じ実用容量であっても絞りの割合
に応じてインバータ２の等価容量を大きく製作しておく
必要があり、その分コストアップになる。周知のように
半導体スイッチング素子を使用したインバータなどの電
力変換装置は高価なので、このコストアップは燃料電池
装置全体のコストアップの大きな要因になる。
きに出力電圧Ｖは最も高いので電圧を絞る割合も最も大
きい。この絞る割合が大きいとインバータ２の利用効率
が悪いことになって同じ実用容量であっても絞りの割合
に応じてインバータ２の等価容量を大きく製作しておく
必要があり、その分コストアップになる。周知のように
半導体スイッチング素子を使用したインバータなどの電
力変換装置は高価なので、このコストアップは燃料電池
装置全体のコストアップの大きな要因になる。
【０００７】一方、インバータ２による出力電圧の絞り
の割合を小さく設定しておくと、燃料電池１の劣化によ
ってインバータ２の交流出力電圧が必要とする値に達し
なくなって燃料電池１を交換する頻度が多くなり、その
結果この交換に要するコストが大きくなるという問題が
ある。この発明の目的はこのような問題を解決し、燃料
電池の経年劣化による出力電圧の低下を大幅なコストア
ップをすることなく補償して、トータルとしての装置の
コストを低減することのできる燃料電池用出力変換装置
を提供することにある。
の割合を小さく設定しておくと、燃料電池１の劣化によ
ってインバータ２の交流出力電圧が必要とする値に達し
なくなって燃料電池１を交換する頻度が多くなり、その
結果この交換に要するコストが大きくなるという問題が
ある。この発明の目的はこのような問題を解決し、燃料
電池の経年劣化による出力電圧の低下を大幅なコストア
ップをすることなく補償して、トータルとしての装置の
コストを低減することのできる燃料電池用出力変換装置
を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
にこの発明によれば、燃料電池の直流電力を交流に変換
するインバータ、このインバータの交流出力電圧を変換
する出力用変圧器からなる燃料電池用出力変換装置にお
いて、出力用変圧器が変圧比を変えるタップ巻線と、そ
のタップを選択するタップ切換器とを備えることによっ
て、燃料電池が劣化して出力電圧が低下したときに、出
力用変圧器のタップを切り換えて変圧比が大きくなるよ
うにして出力電圧の低下を保証する。一般に同じ容量の
場合にはインバータのような電力変換装置に比べて変圧
器の方がはるかに安価なので、タップ切り換えのための
タップ巻線を設けることによる等価的な容量アップによ
るコストアップはインバータの容量アップによるコスト
アップに比べてはるかに少ない。
にこの発明によれば、燃料電池の直流電力を交流に変換
するインバータ、このインバータの交流出力電圧を変換
する出力用変圧器からなる燃料電池用出力変換装置にお
いて、出力用変圧器が変圧比を変えるタップ巻線と、そ
のタップを選択するタップ切換器とを備えることによっ
て、燃料電池が劣化して出力電圧が低下したときに、出
力用変圧器のタップを切り換えて変圧比が大きくなるよ
うにして出力電圧の低下を保証する。一般に同じ容量の
場合にはインバータのような電力変換装置に比べて変圧
器の方がはるかに安価なので、タップ切り換えのための
タップ巻線を設けることによる等価的な容量アップによ
るコストアップはインバータの容量アップによるコスト
アップに比べてはるかに少ない。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下この発明を実施例に基づいて
説明する。図１はこの発明の実施例を示す燃料電池とそ
の出力変換装置の回路図であり、図２と同じ回路要素に
は同じ符号を付け、類似の回路要素には添字Ａを付けて
重複する説明を省く。図１が図２と異なる点は出力用変
圧器３Ａがタップ巻線３２１とタップ切換器３３を備え
ている点である。
説明する。図１はこの発明の実施例を示す燃料電池とそ
の出力変換装置の回路図であり、図２と同じ回路要素に
は同じ符号を付け、類似の回路要素には添字Ａを付けて
重複する説明を省く。図１が図２と異なる点は出力用変
圧器３Ａがタップ巻線３２１とタップ切換器３３を備え
ている点である。
【００１０】出力変圧器３Ａは一次巻線３１、二次巻線
３２及び鉄心３０からなっていて、二次巻線３２にはタ
ップ巻線３２１が設けられていてタップ切換器３３によ
って二つのタップのうちのどちらかが選択されて変圧比
が変えられる。燃料電池１が新しい時点ではタップ切換
器３３は図では小さな丸印で示した二つのタップのうち
の下のタップタップを選択して小さな変圧比にしてお
く。経年劣化によって燃料電池１の出力電圧が低下して
きたときに上のタップを選択して変圧比を大きくする。
図では２つのタップしか示していないが、インバータ２
による出力電圧の絞りの割合を比較的大きく設定する場
合にはタップの数は少なくてよく、したがってタップ間
の変圧比の差は大きい。一方、インバータ２の絞りの割
合を小さく設定する場合には多くのタップを設け、かつ
隣のタップ間の変圧比の差を小さくする。したがって、
絞りの割合が大きいほど出力変圧器３Ａは安価になり、
逆にインバータ２は高価になる。したがって、出力変換
装置全体のコストが最低になる絞りの割合が設定され
る。
３２及び鉄心３０からなっていて、二次巻線３２にはタ
ップ巻線３２１が設けられていてタップ切換器３３によ
って二つのタップのうちのどちらかが選択されて変圧比
が変えられる。燃料電池１が新しい時点ではタップ切換
器３３は図では小さな丸印で示した二つのタップのうち
の下のタップタップを選択して小さな変圧比にしてお
く。経年劣化によって燃料電池１の出力電圧が低下して
きたときに上のタップを選択して変圧比を大きくする。
図では２つのタップしか示していないが、インバータ２
による出力電圧の絞りの割合を比較的大きく設定する場
合にはタップの数は少なくてよく、したがってタップ間
の変圧比の差は大きい。一方、インバータ２の絞りの割
合を小さく設定する場合には多くのタップを設け、かつ
隣のタップ間の変圧比の差を小さくする。したがって、
絞りの割合が大きいほど出力変圧器３Ａは安価になり、
逆にインバータ２は高価になる。したがって、出力変換
装置全体のコストが最低になる絞りの割合が設定され
る。
【００１１】図１では二次巻線３２にタップ巻線３２１
を設けた図を示したが、このような構成にこだわるもの
ではない。一次巻線３１にタップ巻線を設けても差し支
えない。出力用変圧器３Ａでは二次巻線３２に一定の電
圧が出力されることが前提になっているので、二次巻線
３２にタップ巻線３２１を設けた場合には、一次電圧が
低下することによって鉄心３０の磁束密度が低下するこ
とになり、このことは多くの場合変圧器のコストアップ
の要因になる。したがって、この点だけを考慮すれば一
次巻線３１にタップ巻線を設けた方が出力用変圧器３Ａ
のコストの点では有利であると言える。ただ、タップ巻
線を一次巻線に設けるか、二次巻線に設けるかは、たと
えばその巻線の定格電流値がタップ巻線やタップ切換器
の製作に適した値であるかどうかも検討されるべき課題
なので、これらの課題を総合してタップ巻線を設ける側
を決定することになる。更に、タップ切換器には負荷時
タップ切換器と無電圧タップ切換器とがあり、前者は負
荷電流がタップ切換器に流れている状態、すなわに、変
圧器から負荷に電流が供給されている状態でもタップ切
り換えが可能なタップ切換器であって、負荷電流の時間
的変動が大きくしかも電圧を適切に制御することが必要
であるとか、二次電圧を大幅にかつ急速に変化させるこ
とが必要な場合などに使用される。一方、無電圧タップ
切換器は文字通り電圧が印加されていない状態でタップ
切り換えを行うものである。負荷時タップ切換器に比べ
て無電圧タップ切換器の方がはるかに安価である。
を設けた図を示したが、このような構成にこだわるもの
ではない。一次巻線３１にタップ巻線を設けても差し支
えない。出力用変圧器３Ａでは二次巻線３２に一定の電
圧が出力されることが前提になっているので、二次巻線
３２にタップ巻線３２１を設けた場合には、一次電圧が
低下することによって鉄心３０の磁束密度が低下するこ
とになり、このことは多くの場合変圧器のコストアップ
の要因になる。したがって、この点だけを考慮すれば一
次巻線３１にタップ巻線を設けた方が出力用変圧器３Ａ
のコストの点では有利であると言える。ただ、タップ巻
線を一次巻線に設けるか、二次巻線に設けるかは、たと
えばその巻線の定格電流値がタップ巻線やタップ切換器
の製作に適した値であるかどうかも検討されるべき課題
なので、これらの課題を総合してタップ巻線を設ける側
を決定することになる。更に、タップ切換器には負荷時
タップ切換器と無電圧タップ切換器とがあり、前者は負
荷電流がタップ切換器に流れている状態、すなわに、変
圧器から負荷に電流が供給されている状態でもタップ切
り換えが可能なタップ切換器であって、負荷電流の時間
的変動が大きくしかも電圧を適切に制御することが必要
であるとか、二次電圧を大幅にかつ急速に変化させるこ
とが必要な場合などに使用される。一方、無電圧タップ
切換器は文字通り電圧が印加されていない状態でタップ
切り換えを行うものである。負荷時タップ切換器に比べ
て無電圧タップ切換器の方がはるかに安価である。
【００１２】図１のタップ切換器３３の場合、燃料電池
１の出力電圧Ｖの劣化による低下は緩慢に起こるので、
これを補償するためのタップ切換器は安価な無電圧タッ
プ切換器で充分である。
１の出力電圧Ｖの劣化による低下は緩慢に起こるので、
これを補償するためのタップ切換器は安価な無電圧タッ
プ切換器で充分である。
【００１３】
【発明の効果】この発明は前述のように、出力用変圧器
にタップ巻線とこのタップ巻線のタップを選択するタッ
プ切換器を備えることによって、燃料電池の劣化による
出力電圧の低下を補償する構成を採用すると、一般に同
じ容量の場合にインバータのような電力変換装置に比べ
て変圧器の方がはるかに安価なので、タップ巻線を設け
ることによる等価的な容量アップによるコストアップ
は、燃料電池の出力電圧の低下を補償するために高い出
力電圧が得られるインバータにしておくことによる容量
アップに起因するコストアップに比べてはるかに小さい
ものとなることから、従来のものに比べて安価な出力変
換装置になるという効果が得られる。
にタップ巻線とこのタップ巻線のタップを選択するタッ
プ切換器を備えることによって、燃料電池の劣化による
出力電圧の低下を補償する構成を採用すると、一般に同
じ容量の場合にインバータのような電力変換装置に比べ
て変圧器の方がはるかに安価なので、タップ巻線を設け
ることによる等価的な容量アップによるコストアップ
は、燃料電池の出力電圧の低下を補償するために高い出
力電圧が得られるインバータにしておくことによる容量
アップに起因するコストアップに比べてはるかに小さい
ものとなることから、従来のものに比べて安価な出力変
換装置になるという効果が得られる。
【図１】この発明の実施例を示す燃料電池用出力変換装
置の回路図
置の回路図
【図２】従来の燃料電池用出力変換装置の回路図
【図３】燃料電池の電圧─電流の関係を示すグラフ
１…燃料電池、２…インバータ、３、３Ａ…出力用変圧
器、３１…一次巻線、３２…二次巻線、３２１…タップ
巻線、３３…タップ切換器
器、３１…一次巻線、３２…二次巻線、３２１…タップ
巻線、３３…タップ切換器
Claims (1)
- 【請求項１】燃料電池の直流電力を交流に変換するイン
バータ、このインバータ２の交流出力電圧を変換する出
力用変圧器からなる燃料電池用出力変換装置において、
出力用変圧器が変圧比を変えるタップ巻線と、そのタッ
プを選択するタップ切換器とを備えてなることを特徴と
する燃料電池用出力変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9323681A JPH11162491A (ja) | 1997-11-26 | 1997-11-26 | 燃料電池用出力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9323681A JPH11162491A (ja) | 1997-11-26 | 1997-11-26 | 燃料電池用出力変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11162491A true JPH11162491A (ja) | 1999-06-18 |
Family
ID=18157422
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9323681A Withdrawn JPH11162491A (ja) | 1997-11-26 | 1997-11-26 | 燃料電池用出力変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11162491A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004364373A (ja) * | 2003-06-03 | 2004-12-24 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 周波数変換装置 |
| JP2009277585A (ja) * | 2008-05-16 | 2009-11-26 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 燃料電池発電装置 |
| KR20210077256A (ko) * | 2019-12-17 | 2021-06-25 | 현대자동차주식회사 | 계통 연계형 전력 변환 시스템 및 그 시스템의 제어방법 |
-
1997
- 1997-11-26 JP JP9323681A patent/JPH11162491A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004364373A (ja) * | 2003-06-03 | 2004-12-24 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 周波数変換装置 |
| JP2009277585A (ja) * | 2008-05-16 | 2009-11-26 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 燃料電池発電装置 |
| KR20210077256A (ko) * | 2019-12-17 | 2021-06-25 | 현대자동차주식회사 | 계통 연계형 전력 변환 시스템 및 그 시스템의 제어방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040420 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20040621 |