特開2018-196296IP Force 特許公報全文掲載

技術分野

燃料電池発電装置及びその制御装置に関し、詳しくは、負荷の急減時において燃料電池に逆電流が流れるのを防止する技術に関するものである。

要約特許出願時に添付された[要約書]

【課題】FRT動作等によりインバータの直流電圧が上昇した場合でも、燃料電池に逆電流が流れないようにして燃料電池を保護する燃料電池発電装置及び制御装置を提供する。
【解決手段】燃料電池101の両極間に接続されたコンデンサ103,104の直列回路と、その両端P,N及び中点Mが直流入力側にそれぞれ接続されてスイッチング素子の動作により3レベルの電位を出力するインバータ105と、燃料電池101とコンデンサ直列回路との間に接続され、スイッチング素子の動作によりコンデンサ103,104を充放電させて両者の電圧を均等化するバランサ102とを備え、バランサ102を動作させてコンデンサ103,104の電圧を均等化することに加えて、インバータ105から燃料電池101への逆流電流が流れている際に、バランサ102における発生損失により、逆流電流が0になるように制御する。
【選択図】図2

発明が解決しようとする課題[発明の詳細な説明]から抜粋

さて、パワコンディショナー等の制御分野において、系統電圧の瞬低や停電等が発生した場合にも運転を継続させる系統異常時運転継続機能(FRT:Fault Ride Through)が知られている。このFRTは、インバータを介して系統に連系される燃料電池発電装置に対しても求められる機能である。 ここで、図8は、系統の瞬低発生時に燃料電池発電装置がFRT動作した場合の系統電圧(図8(a))、燃料電池電圧等の直流電圧(図8(b))及び直流電流(図8(c))を示している。
図8(a)に示すように瞬低が発生した場合、FRT動作により燃料電池が定格レベルで発電を継続すると、燃料電池から出力された電力の行き場がなくなり、この電力はインバータの直流中間回路(直流中間コンデンサ)に蓄積される。これにより、図8(b)に示す如くインバータの直流中間電圧が上昇し、燃料電池セルは化学反応により徐々に開放電圧に向かって増加する。このため、結果的に、図8(c)に示すように燃料電池に逆電流が流れてしまい、セル等の構成材料が劣化するという問題がある。 そこで、本発明の解決課題は、FRT動作等によってインバータの直流電圧が上昇した場合でも、燃料電池に逆電流が流れないようにして燃料電池を保護可能とした燃料電池発電装置及びその制御装置を提供することにある。

課題を解決するための手段[発明の詳細な説明]から抜粋

課題を解決するため、請求項1に係る燃料電池発電装置は、 燃料電池と、 前記燃料電池の両極間に直列に接続された第1,第2のコンデンサからなるコンデンサ直列回路と、 前記コンデンサ直列回路の両端及び中点が直流入力側にそれぞれ接続され、半導体スイッチング素子の動作により前記両端及び中点の電位を出力可能な3レベルインバータと、 前記燃料電池と前記コンデンサ直列回路との間に接続され・・・ 続きを知財ポータルサイト IP Force にログインして見る
【発明の効果】
本発明によれば、FRT動作等によってインバータの直流側電圧が上昇した場合でも、燃料電池に逆電流が流れないようにして燃料電池セル等の構成部材を確実に保護することができる。
なお、インバータの直流回路の過電圧対策として、いわゆるブレーキチョッパ等が知られているが、この種の保護回路を別個に設ける場合にはコストの上昇を招く。これに対し、本発明においては、連系運転及び自立運転を行う3レベルインバータに通常、設けられているバランサを利用して直流回路の過電圧保護を図ると同時に、燃料電池への逆電流を防止することが可能である。

この発明についての権利主張の範囲[特許請求の範囲]

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この特許公報に記載されている図面[図面の簡単な説明]から抜粋

【図1】本発明の燃料電池発電装置の構成図である。

【図2】図1におけるバランサ制御部の構成図である。

【図3】図1におけるバランサの動作説明図である。

【図4】図1におけるバランサ内のスイッチング素子及びリアクトルの電圧・電流波形図である。

【図5】図1におけるインバータ制御部の構成図である。

【図6】特許文献1に記載された従来技術の構成図である。

【図7】特許文献2に記載された従来技術の構成図である。

【図8】本発明の課題を説明するための電圧・電流波形図である。

選択図 図2出願人が指定した本件の代表的な図

100:燃料電池発電部   101:燃料電池   102:バランサ   102a,102b:半導体スイッチング素子   102c:リアクトル   103,104:コンデンサ   105:インバータ   105a,105b,105c,105d:半導体スイッチング素子   106:リアクトル   107:開閉器   108:コンデンサ   110:電力系統   111,114,116:電圧検出器   112,113,115:電流検出器   117:配線インダクタンス   200:制御装置   200BL:バランサ制御部   200INV:インバータ制御部   201:交流電力演算部   202,203,205:レベル検出部   204:絶対値演算部   206:オアゲート   207:乗算器   208,209,211:減算器   210:PI調節器   212:P調節器   213:PWM回路   214:ゲートブロック制御部   221:電流指令演算部   222,225,229,230:減算器   223:P調節器   224:加算器   226:PWM回路   227:ゲートブロック制御部   228:乗算器   231:PI調節器

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