JP4961001B2 - 昇圧装置、及び、この昇圧装置を用いた燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、スイッチング素子に与えるパルス幅を変調させるＰＷＭ発振器を備え、絶縁型の昇圧回路を形成したスイッチング電源を、複数配置した昇圧装置に関し、具体的には、燃料電池で発電した低圧直流電圧を、高圧直流電圧に変換する昇圧装置に関するものである。

低圧直流電圧から高圧直流電圧に変換するものとして、昇圧装置が知られている。このような昇圧装置は、例えば、燃料電池で発電される数ｋＷ級の電力を、低圧直流電圧から高圧直流電圧に変換する場合に利用される。上記昇圧装置としては、スイッチング素子に与えるパルス幅を変調させるＰＷＭ発振器を備え、絶縁型の昇圧回路を形成したスイッチング電源を配置したものが採用される。

近年、水素に富んだ改質ガスと空気中の酸素とを導入して発電する燃料電池システムは、発電効率が高く、大気汚染物質の排出が少ないものとして、各種用途に採用されている。この使用範囲の拡大や小型化の要望に伴い、燃料電池システムに用いられる昇圧装置は、より低圧の直流電圧を、より高圧の直流電圧に変換するものが望まれている。

一つの昇圧回路を形成したスイッチング電源でより高圧の直流電圧に変換しようとした場合、昇圧装置は、大電流用のスイッチング素子やトランスの巻線に太いものを必要とするため、効率が必ずしもよくない。そのため、昇圧装置は、複数のスイッチング電源を並列に配置するが提案されている。しかし、昇圧装置は、複数のスイッチング電源を並列に配置した場合、ノイズの増大、電流、電圧リプルの増大で回路に多大のストレスがかかる恐れがあり、これらを防止して、効率的に高圧の直流電圧に変換できるものが要望されている。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ＰＷＭ発振器を備えた昇圧回路を有するスイッチング電源を複数配置した昇圧装置において、より効率的な昇圧装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的とするところは、一のスイッチング電源で故障等の異常が発生しても、対応可能な昇圧装置を提供することにある。

請求項１記載の昇圧装置は、スイッチング素子に与えるパルス幅を変調させるＰＷＭ発振器を備え、絶縁型の昇圧回路を形成したスイッチング電源を、複数配置した昇圧装置において、上記複数のスイッチング電源の入力側を並列に、出力側を直列に接続すると共に、上記各昇圧回路に設けたＰＷＭ発振器に接続するＣＰＵを備えて、上記ＣＰＵが、送信する指示信号で、各々ＰＷＭ発振器で発振するＰＷＭ波形の立上り、又は、立下り時間が異なるように制御し、
上記各スイッチング電源の昇圧回路の出力端に保護用ダイオードを設置し、且つ、各スイッチング電源の昇圧回路の出力にリレーを備え、上記リレーが昇圧回路が正常の場合にオンの状態となり、異常の場合にオフの状態になると共に、全てのスイッチング電源で出力する合計出力を監視し、いずれかのリレーがオフとなったときに他のスイッチング電源の出力を増加させて、合計出力を保持するように動作する手段を備えることを特徴とする。
上記によって、ＣＰＵが、ＰＷＭ波形の立上り、又は、立下りが重ならないように、そのタイミングをずらす指示信号を発信するので、入力電流によるリプルを抑えることができるものである。また、上記によって、スイッチング素子のオン又はオフの遷移時に発生する電磁ノイズを分散させるのでノイズの発生レベルを低くすることができるものである。
また、上記によって、故障等で昇圧回路から出力されなくなると当該のリレーがオフとなるので、他の正常な昇圧回路への影響を抑えることができるものである。上記昇圧装置は、故障等の異常が発生しても、システムがダウンすることなく出力を保持することができるものである。

請求項２記載の昇圧装置は、スイッチング素子に与えるパルス幅を変調させるＰＷＭ発振器を備え、絶縁型の昇圧回路を形成したスイッチング電源を、複数配置した昇圧装置において、上記複数のスイッチング電源の入力側を並列に、出力側を直列に接続すると共に、上記各昇圧回路に設けたＰＷＭ発振器と遅延回路を接続し、上記遅延回路が、基準とする一のＰＷＭ発振器で発振したＰＷＭ波形の立上り、又は、立下り時間を基に、他のＰＷＭ発振器で発振した各々のＰＷＭ波形の立上り、又は、立下り時間が異なるように制御し、
上記各スイッチング電源の昇圧回路の出力端に保護用ダイオードを設置し、且つ、各スイッチング電源の昇圧回路の出力にリレーを備え、上記リレーが昇圧回路が正常の場合にオンの状態となり、異常の場合にオフの状態になると共に、全てのスイッチング電源で出力する合計出力を監視し、いずれかのリレーがオフとなったときに他のスイッチング電源の出力を増加させて、合計出力を保持するように動作する手段を備えることを特徴とする。
上記によって、遅延回路でＰＷＭ波形の立上り、又は、立下りが重ならないように、そのタイミングをずらす指示信号を発信するので、入力電流によるリプルを抑えることができるものである。また、上記によって、スイッチング素子のオン又はオフの遷移時に発生する電磁ノイズを分散させるのでノイズの発生レベルを低くすることができるものである。
また、上記によって、故障等で昇圧回路から出力されなくなると当該のリレーがオフとなるので、他の正常な昇圧回路への影響を抑えることができるものである。上記昇圧装置は、故障等の異常が発生しても、システムがダウンすることなく出力を保持することができるものである。

請求項３記載の昇圧装置は、スイッチング素子に与えるパルス幅を変調させるＰＷＭ発振器を備え、絶縁型の昇圧回路を形成したスイッチング電源を、複数配置した昇圧装置において、上記複数のスイッチング電源の入力側を並列に、出力側を直列に接続すると共に、隣り合う昇圧回路に設けたＰＷＭ発振器同士を遅延回路を介して接続し、各々のＰＷＭ波形の立上り、又は、立下り時間が異なるように制御し、
上記各スイッチング電源の昇圧回路の出力端に保護用ダイオードを設置し、且つ、各スイッチング電源の昇圧回路の出力にリレーを備え、上記リレーが昇圧回路が正常の場合にオンの状態となり、異常の場合にオフの状態になると共に、全てのスイッチング電源で出力する合計出力を監視し、いずれかのリレーがオフとなったときに他のスイッチング電源の出力を増加させて、合計出力を保持するように動作する手段を備えることを特徴とする。
上記によって、遅延回路で隣り合うスイッチング電源のＰＷＭ波形の立上り、又は、立下りが重ならないように、そのタイミングをずらす指示信号を発信するので、入力電流によるリプルを抑えることができるものである。また、上記によって、スイッチング素子のオン又はオフの遷移時に発生する電磁ノイズを分散させるのでノイズの発生レベルを低くすることができるものである。
また、上記によって、故障等で昇圧回路から出力されなくなると当該のリレーがオフとなるので、他の正常な昇圧回路への影響を抑えることができるものである。上記昇圧装置は、故障等の異常が発生しても、システムがダウンすることなく出力を保持することができるものである。

請求項４記載の昇圧装置は、請求項１記載の昇圧装置において、請求項１記載のＣＰＵで各スイッチング電源の出力を監視しながら所定の電圧を出力するように指示信号を送信すると共に、使用中のスイッチング電源のいずれかに異常を検知した際に、ＣＰＵから他のスイッチング電源に合計出力を保持するように指示信号を送信することを特徴とする。
上記によって、一つのスイッチング電源で故障等の異常が発生しても、ＣＰＵから指示信号が送信されて当該のスイッチング電源を停止し、残りのスイッチング電源の出力を増加して、昇圧装置の合計出力を保持するので、システムがダウンすることなく出力を保持することができるものである。

請求項５記載の燃料電池システムは、水素に富んだ改質ガスと空気中の酸素とを導入して発電する燃料電池システムにおいて、上記燃料電池で発電した低圧の直流電圧を、高圧の直流電圧に変換する装置が、請求項１乃至請求項４７いずれか記載の昇圧装置であることを特徴とする。

本発明の請求項１記載の昇圧装置は、ＣＰＵが、ＰＷＭ波形の立上り、又は、立下りが重ならないように、そのタイミングをずらす指示信号を発信するので、入力電流によるリプルを抑えることができるものである。また、上記昇圧装置は、スイッチング素子のオン又はオフの遷移時に発生する電磁ノイズを分散させるのでノイズの発生レベルを低くすることができるものである。その結果、上記昇圧装置は、良好な昇圧を実現できるものである。
また、故障等の異常が発生しても、システムがダウンすることなく出力を保持することができるものである。

本発明の請求項２記載の昇圧装置は、遅延回路を備えるので、集中管理に必要なＣＰＵを備えなくとも、ＰＷＭ波形の立上り、又は、立下りが重ならないように、そのタイミングをずらす指示信号を発信するため、入力電流によるリプルを抑えることができるし、また、スイッチング素子のオン又はオフの遷移時に発生する電磁ノイズを分散させるのでノイズの発生レベルを低くすることができる。その結果、上記昇圧装置は、良好な昇圧を実現できるものである。
また、特に、故障等の異常が発生しても、システムがダウンすることなく出力を保持することができるものである。

本発明の請求項３記載の昇圧装置は、遅延回路を備えるので、集中管理に必要なＣＰＵを備えなくとも、ＰＷＭ波形の立上り、又は、立下りが重ならないように、そのタイミングをずらす指示信号を発信するため、入力電流によるリプルを抑えることができるし、また、スイッチング素子のオン又はオフの遷移時に発生する電磁ノイズを分散させるのでノイズの発生レベルを低くすることができる。その結果、上記昇圧装置は、良好な昇圧を実現できるものである。
また、特に、故障等の異常が発生しても、システムがダウンすることなく出力を保持することができるものである。

本発明の請求項５記載の燃料電池システムは、請求項１乃至請求項４７いずれか記載の昇圧装置を備えるので、昇圧装置が入力電流によるリプルを抑えたり、スイッチング素子のオン又はオフの遷移時に発生する電磁ノイズを分散させるので、より効率的な発電ができる。

本発明の昇圧装置の実施の形態の一例を模式的に示した回路概略図である。 本発明の昇圧装置の他の実施の形態の一例を模式的に示した回路概略図である。 本発明の昇圧装置の他の実施の形態の一例を模式的に示した回路概略図である。 本発明に関連するの昇圧装置の他の実施の形態の一例を模式的に示した回路概略図である。 本発明の昇圧装置の他の実施の形態の一例を模式的に示した回路概略図である。 本発明に関連する発明の昇圧装置の実施の形態の一例を模式的に示した回路概略図である。 本発明の燃料電池システムを模式的に示した概略図である。

本発明を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の請求項１に対応する実施の形態の一例を示し、昇圧装置を模式的に示した回路概略図である。

上記昇圧装置は、入力電圧を昇圧する絶縁型の昇圧回路を形成したスイッチング電源２を、複数並列に配置したものである。上記昇圧装置は、複数のスイッチング電源２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅを有する。各々のスイッチング電源２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅは、同種の回路構成となっている。

各スイッチング電源２は、プッシュプル型である。上記スイッチング電源２は、スイッチング素子Ｑ₁、Ｑ₂を有し、これらスイッチング素子Ｑ₁、Ｑ₂は、ＰＷＭ信号を発振するＰＷＭ発振器３からの指示信号で交互にオンする。ＰＷＭ発振器３は、電圧検出器Ｖｓの値と基準値とを比較してスイッチング素子Ｑ₁、Ｑ₂に与えるパルス幅を変調させる。また、スイッチングトランスＴ₁は、その巻数比によって昇圧比が決定されるものである。ダイオードＤ₁は、２次側整流用ダイオードであり、ダイオードＤ₂は、立上りのときに生じる出力のアンバランスを保護するものである。なお、図中のＣ₁、Ｃ₂、Ｃ₃は、各部の平滑コンデンサーであり、図中のＦ₁は、１次側保護用ヒューズである。

上記昇圧装置は、複数のスイッチング電源２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅを並列に配置したものである。上記昇圧装置は、上記複数のスイッチング電源２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅの入力側を並列に、出力側を直列に接続したものである。図中のＶｉｎは、入力を示し、Ｖｏｕｔは出力を示す。なお、Ｖｏｕｔは、Ｖ₁〜Ｖ₅の合計で表される。

上記昇圧装置は、ＣＰＵ（中央処理装置）４を備え、このＣＰＵ４は、各スイッチング電源２のＰＷＭ発振器３と接続している。上記ＣＰＵ４は、各々ＰＷＭ発振器３に指示信号を送信し、各ＰＷＭ発振器３で発振するＰＷＭ波形の立上り、又は、立下り時間が異なるように制御するものである。各ＰＷＭ発振器３の出力波形は、お互いに立上がり、又は、立下がりのタイミングが一定期間ずれていながら周波数、位相の同期の取れた形態をなすものである。上記昇圧装置は、ＣＰＵ４が、ＰＷＭ波形の立上り、又は、立下りが重ならないように、そのタイミングをずらす指示信号を発信するので、入力電流によるリプルを抑えることができるし、また、スイッチング素子のオン又はオフの遷移時に発生する電磁ノイズを分散させるのでノイズの発生レベルを低くすることができる。その結果、上記昇圧装置は、良好な昇圧を実現できるものである。また、上記昇圧装置は、これらによって、入力側の平滑コンデンサーＣ₁の容量を低減でき装置全体の小型化が実現し易いものである。

また、上記実施の形態において、上記昇圧装置は、スイッチング電源２として必要台数に対し１台以上を予備として設置することができる。例えば、昇圧装置は、スイッチング電源２ｅを通常運転の際に不使用の予備スイッチング電源とする。この場合、各スイッチング電源２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、各ＰＷＭ発振器３の動作状態をＣＰＵ４に送信しており、ＣＰＵ４は、任意のＰＷＭ発振器３の起動、又は、停止が可能なものである。上記昇圧装置は、スイッチング電源２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを稼動させて通常の状態で出力を確保しており、ＣＰＵ４が、使用中のスイッチング電源２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄのいずれかで異常を検知した際に、ＣＰＵ４から指示信号が送信されて当該のスイッチング電源２を停止し、予備のスイッチング電源２ｅを起動させる。上記昇圧装置は、故障等の異常が発生しても、システムがダウンすることなく出力を保持することができるものである。

また、上記実施の形態において、上記昇圧装置は、各スイッチング電源２の出力が定格に対し、余裕を持った状態で稼動している。各スイッチング電源２が余裕を持った状態とは、スイッチング電源２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅのいずれか一台が故障して停止しても、他のスイッチング電源２で合計出力を保持することができる状態である。例えば、昇圧装置は、５台のスイッチング電源２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅを用い、定格に対し８０％以下の状態で稼動している。ＣＰＵ４は、各スイッチング電源２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅの出力を監視しながら所定の電圧Ｖｏｕｔを出力するように指示信号を送信する。そして、昇圧装置は、ＣＰＵ４がスイッチング電源２ａの故障を感知した場合、ＣＰＵ４から指示信号が送信されて当該のスイッチング電源２ａを停止し、残りのスイッチング電源２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅの出力を各２５％増加して、昇圧装置の合計出力を保持する。上記昇圧装置は、故障等の異常が発生しても、システムがダウンすることなく出力を保持することができるものである。

図２は、本発明の請求項２に対応する実施の形態の一例を示し、昇圧装置を模式的に示した回路概略図である。上記実施の形態と異なる点のみ説明する。

上記昇圧装置は、各スイッチング電源２のＰＷＭ発振器３と遅延回路５を接続している。各ＰＷＭ発振器３は、同期のＰＷＭ波形を形成する。上記遅延回路５は、基準とする一のＰＷＭ発振器３ａで発振したＰＷＭ波形の立上り、又は、立下り時間を基に、他のＰＷＭ発振器３ｂで発振した各々のＰＷＭ波形の立上り、又は、立下り時間が異なるように制御する。例えば、基準とするＰＷＭ発振器３を第１のスイッチング電源２ａのＰＷＭ発振器３ａとする。上記昇圧装置は、基準とするＰＷＭ発振器３ａの発振したＰＷＭ波形のデータが遅延回路５に入力すると、このＰＷＭ波形に基づいて遅延回路５から一定時間遅延したトリガパルスを出力する。上記遅延回路５は、他のスイッチング電源２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅのＰＷＭ発振器３ｂ毎に、異なる時間を遅延したトリガパルスを送信する。上記遅延回路５は、遅延したトリガパルスが、例えば、ＰＷＭ発振器３ｂ毎に１μｓｅｃづつ遅れるように設定する。これによって、上記昇圧装置は、集中管理に必要なＣＰＵを備えなくとも、ＰＷＭ波形の立上り、又は、立下りが重ならないように、そのタイミングをずらす指示信号を発信するので、入力電流によるリプルを抑えることができるし、また、スイッチング素子のオン又はオフの遷移時に発生する電磁ノイズを分散させるのでノイズの発生レベルを低くすることができる。その結果、上記昇圧装置は、良好な昇圧を実現できるものである。

図３は、本発明の請求項３に対応する実施の形態の一例を示し、昇圧装置を模式的に示した回路概略図である。上記実施の形態と異なる点のみ説明する。

上記昇圧装置は、各隣り合う昇圧回路に設けたＰＷＭ発振器３、３同士を遅延回路６を介して接続している。各ＰＷＭ発振器３は、同期のＰＷＭ波形を形成する。上記遅延回路６は、ＰＷＭ波形の立上り、又は、立下り時間が一定時間遅延するように制御するものである。例えば、第１のスイッチング電源２ａのＰＷＭ発振器３ａの発振したＰＷＭ波形のデータが、遅延回路６ａに入力すると、このＰＷＭ波形に基づいて遅延回路６ａから一定時間、例えば、１μｓｅｃづつ遅れるように設定したトリガパルスを、第２のスイッチング電源２ｂのＰＷＭ発振器３ｂに出力する。上記昇圧装置は、第２のスイッチング電源２ｂから第３のスイッチング電源２ｃ、第３のスイッチング電源２ｃから第４のスイッチング電源２ｄと順に一定時間づつ遅延させていく。これによって、上記昇圧装置は、集中管理に必要なＣＰＵを備えなくとも、ＰＷＭ波形の立上り、又は、立下りが重ならないように、そのタイミングをずらすことができるものである。上記昇圧装置は、入力電流によるリプルを抑えることができるし、また、スイッチング素子のオン又はオフの遷移時に発生する電磁ノイズを分散させるのでノイズの発生レベルを低くすることができる。その結果、上記昇圧装置は、良好な昇圧を実現できるものである。また、上記昇圧装置は、遅延時間の管理を１種類とすることができるので、管理が容易である。

図４は、本発明に関連する実施の形態の一例を示し、昇圧装置を模式的に示した回路概略図である。上記実施の形態と異なる点のみ説明する。

上記昇圧装置は、スイッチング電源２として必要台数に対し１台を予備として設置する。例えば、昇圧装置は、第５のスイッチング電源２ｅを通常運転の際に不使用の予備スイッチング電源とする。この場合、上記昇圧装置は、他のスイッチング電源２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの出力で必要な出力を保持している。上記昇圧装置は、電圧検出器ＶＳ₂で合計電圧を監視する。上記昇圧装置は、稼動中のスイッチング電源２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄのいずれか一台が故障等で出力が低下した場合、第５のスイッチング電源２ｅが、基準電圧と、電圧検出器ＶＳ₂で測定した合計電圧とを比較して、合計電圧の値が保持されるようにＰＷＭ発振器３ｅを稼動する。上記昇圧装置は、故障等の異常が発生しても、システムがダウンすることなく出力を保持することができるものである。

図５は、本発明の請求項１、２，３に対応する実施の形態の一例を示し、昇圧装置を模式的に示した回路概略図である。上記実施の形態と異なる点のみ説明する。

上記昇圧装置は、各スイッチング電源２の昇圧回路の出力端に保護用ダイオードＤ２を設置すると共に、各スイッチング電源２の昇圧回路の出力にリレー９を備えている。上記リレー９は、出力側の回線７、８間に備えられる。上記リレー９は、昇圧回路が正常の場合にオンの状態となり、異常の場合にオフの状態になるように設定されている。上記リレー９のオン又はオフは、リレー自身の出力でなるものでも、ＣＰＵ４の指示信号でなるものでもどちらでもよい。また、上記昇圧装置は、各スイッチング電源２の出力が定格に対し、余裕を持った状態で稼動している。そして、上記昇圧装置は、昇圧回路が故障等で出力されなくなると、上記リレー９がオフとなり、ダイオードＤ２を介して、残りのスイッチング電源２からの出力で、合計電圧の値が保持されるようするものである。上記昇圧装置は、昇圧回路の出力にリレー９を備えて故障等で出力されなくなるとリレー９がオフとなるので、他の正常な昇圧回路への影響を抑えることができる。上記昇圧装置は、故障等の異常が発生しても、システムがダウンすることなく出力を保持することができるものである。

なお、図中の符号Ｌはコイルである。また、図の昇圧装置は、ＣＰＵ４を備えたものであるが、ＣＰＵ４に代わり上述の遅延回路５、６を備えたものでもよい。

図６は、本発明に関連する発明の実施の形態の一例を示し、昇圧装置を模式的に示した回路概略図である。上記実施の形態と異なる点のみ説明する。

上記昇圧装置は、各スイッチング電源２の昇圧回路の出力端に保護用ダイオードＤ２を設置すると共に、各スイッチング電源２の昇圧回路の出力に切替え用のリレー１１を備えている。上記リレー１１は、当該の昇圧回路が正常の場合に回線１２、回線１３を連結し、当該の昇圧回路に異常を生じて出力がでなくなった場合に回線１２、回線１３の間が切断され、さらに、回線１２、回線１４を連結して保護用ダイオードＤ２に短絡する。上記リレー１１の切替えは、リレー自身の出力でなるものでも、ＣＰＵ４の指示信号でなるものでもどちらでもよい。また、上記昇圧装置は、各スイッチング電源２の出力が定格に対し、余裕を持った状態で稼動している。そして、昇圧回路が故障等で出力されなくなると、残りのスイッチング電源２からの出力で、合計電圧の値が保持されるようするものである。上記昇圧装置は、これによって、通電時の損失を抑えることができる。上記昇圧装置は、故障等の異常が発生しても、システムがダウンすることなく出力を保持することができるものである。

また、図の昇圧装置は、ＣＰＵ４を備えたものであるが、ＣＰＵ４に代わり上述の遅延回路５、６を備えたものでもよい。

次に、上記昇圧装置を用いた燃料電池システムについて説明する。図７は、燃料電池システムを説明した概略図である。

上記燃料電池システムは、水素に富んだ改質ガスを生成する改質装置７４と、
この改質ガスを一方の電極７３に、空気中の酸素を他方の電極７２に導入して発電する燃料電池７１と、この燃料電池７１で発電した低圧の直流電圧を、高圧の直流電圧に変換する昇圧装置１、直流を交流に変換するインバーター７５を備える。

上記水素に富んだ改質ガスは、改質装置７４に原燃料と水成分を供給し、水蒸気改質反応させて生成する。上記原燃料は、例えば、ブタンガス、プロパンガス、メタンガス、液化石油ガス等の炭化水素系の気体、灯油、軽油、ガソリン等の炭化水素系の液体、メタノール、エタノール等のアルコール系燃料が挙げられる。上記改質装置７４は、水蒸気改質反応を行う改質部、改質ガス中のＣＯ濃度を低下させるシフト部、さらに必要に応じてＣＯを選択的に酸化する選択酸化器部、及び、これらの反応工程に熱源を供給する燃焼部から構成される。

上記燃料電池７１は、固体高分子電解質膜を有する固体高分子型燃料電池や、
リン酸型燃料電池が挙げられる。なかでも、固体高分子型の燃料電池７１は、７０〜８０℃の低温で作動するため、一般家庭用として容易に利用できる。上記昇圧装置１は、燃料電池７１で発電した、例えば１０〜４０Ｖの低圧の直流電圧を、３００Ｖ程度の高圧の直流電圧に変換する。

上記燃料電池システムは、上述の昇圧装置１を用いるため、昇圧装置１が入力電流によるリプルを抑えたり、スイッチング素子のオン又はオフの遷移時に発生する電磁ノイズを分散させるので、より効率的な発電ができるものである。燃料電池７１が固体高分子型の場合、上記燃料電池システムは、低電圧、大電流のものが量産し易いため、特に適したものである。

１ 昇圧装置
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ スイッチング電源
３ ＰＷＭ発振器
４ ＣＰＵ
５、６ 遅延回路
Ｃ₁、Ｃ₂、Ｃ₃ コンデンサー
Ｄ₁、Ｄ₂ ダイオード
Ｆ₁ ヒューズ
Ｔ₁ スイッチングトランス
Ｑ₁、Ｑ₂ スイッチング素子
Ｖｓ 電圧検出器

Claims (5)

1. スイッチング素子に与えるパルス幅を変調させるＰＷＭ発振器を備え、絶縁型の昇圧回路を形成したスイッチング電源を、複数配置した昇圧装置において、上記複数のスイッチング電源の入力側を並列に、出力側を直列に接続すると共に、上記各昇圧回路に設けたＰＷＭ発振器に接続するＣＰＵを備えて、上記ＣＰＵが、送信する指示信号で、各々ＰＷＭ発振器で発振するＰＷＭ波形の立上り、又は、立下り時間が異なるように制御し、
   上記各スイッチング電源の昇圧回路の出力端に保護用ダイオードを設置し、且つ、各スイッチング電源の昇圧回路の出力にリレーを備え、上記リレーが昇圧回路が正常の場合にオンの状態となり、異常の場合にオフの状態になると共に、全てのスイッチング電源で出力する合計出力を監視し、いずれかのリレーがオフとなったときに他のスイッチング電源の出力を増加させて、合計出力を保持するように動作する手段を備えることを特徴とする昇圧装置。
2. スイッチング素子に与えるパルス幅を変調させるＰＷＭ発振器を備え、絶縁型の昇圧回路を形成したスイッチング電源を、複数配置した昇圧装置において、上記複数のスイッチング電源の入力側を並列に、出力側を直列に接続すると共に、上記各昇圧回路に設けたＰＷＭ発振器と遅延回路を接続し、上記遅延回路が、基準とする一のＰＷＭ発振器で発振したＰＷＭ波形の立上り、又は、立下り時間を基に、他のＰＷＭ発振器で発振した各々のＰＷＭ波形の立上り、又は、立下り時間が異なるように制御し、
   上記各スイッチング電源の昇圧回路の出力端に保護用ダイオードを設置し、且つ、各スイッチング電源の昇圧回路の出力にリレーを備え、上記リレーが昇圧回路が正常の場合にオンの状態となり、異常の場合にオフの状態になると共に、全てのスイッチング電源で出力する合計出力を監視し、いずれかのリレーがオフとなったときに他のスイッチング電源の出力を増加させて、合計出力を保持するように動作する手段を備えることを特徴とする昇圧装置。
3. スイッチング素子に与えるパルス幅を変調させるＰＷＭ発振器を備え、絶縁型の昇圧回路を形成したスイッチング電源を、複数配置した昇圧装置において、上記複数のスイッチング電源の入力側を並列に、出力側を直列に接続すると共に、隣り合う昇圧回路に設けたＰＷＭ発振器同士を遅延回路を介して接続し、各々のＰＷＭ波形の立上り、又は、立下り時間が異なるように制御し、
   上記各スイッチング電源の昇圧回路の出力端に保護用ダイオードを設置し、且つ、各スイッチング電源の昇圧回路の出力にリレーを備え、上記リレーが昇圧回路が正常の場合にオンの状態となり、異常の場合にオフの状態になると共に、全てのスイッチング電源で出力する合計出力を監視し、いずれかのリレーがオフとなったときに他のスイッチング電源の出力を増加させて、合計出力を保持するように動作する手段を備えることを特徴とする昇圧装置。
4. 請求項１記載のＣＰＵで各スイッチング電源の出力を監視しながら所定の電圧を出力するように指示信号を送信すると共に、使用中のスイッチング電源のいずれかに異常を検知した際に、ＣＰＵから他のスイッチング電源に合計出力を保持するように指示信号を送信することを特徴とする請求項１記載の昇圧装置。
5. 水素に富んだ改質ガスと空気中の酸素とを導入して発電する燃料電池システムにおいて、上記燃料電池で発電した低圧の直流電圧を、高圧の直流電圧に変換する装置が、請求項１乃至請求項４いずれか記載の昇圧装置であることを特徴とする燃料電池システム。

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