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公開番号2025062159
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-14
出願番号2023171041
出願日2023-10-02
発明の名称燃料電池システム、及び燃料電池システムの制御方法
出願人株式会社JR西日本新幹線テクノス
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H01M 8/04298 20160101AFI20250407BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】出力安定性に優れ、軽量かつコンパクトな燃料電池システム、及び燃料電池システムの制御方法を提供することを目的とする。
【解決手段】燃料電池システム1は、燃料電池2、第1DC-DCコンバータ3、及び制御回路5から主に構成される。制御回路5は、コンデンサ51と放電抵抗52とがリレー53を介して接続されており、負荷の作動状況に応じて、燃料電池2で発電した電力をコンデンサ51に充電する第1モード、燃料電池2の出力のみで負荷を作動する第2モード、燃料電池2とコンデンサ51の双方からの出力電力で負荷を作動する第3モードにそれぞれ切り替える。これにより、低出力の燃料電池2であっても負荷を安定的に作動させることができる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
負荷に供給する電力を発電する燃料電池と、
該燃料電池で発電された電力の出力電圧を変換する電力変換器と、
負荷へ供給する電力を蓄電する蓄電装置を有し、負荷が作動しない状態で前記燃料電池から出力される電力を前記蓄電装置に充電する第１モード、負荷作動時の消費電力量が所定の閾値未満である場合に前記燃料電池のみから負荷に対して電力を供給する第２モード、負荷作動時の消費電力量が所定の閾値以上である場合に前記燃料電池及び前記蓄電装置の双方から負荷に対して電力を供給する第３モード、にそれぞれ切り替え可能であり、前記電力変換器の後段に接続された制御回路と、を備える
燃料電池システム。
続きを表示（約 820 文字）【請求項２】
前記電力変換器と前記制御回路との間に接続され、前記蓄電装置から前記燃料電池への電流の逆流を防止するダイオードを有する
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御回路は、
前記蓄電装置に並列接続された放電抵抗を含み、前記燃料電池から前記制御回路への出力停止時に、前記蓄電装置と前記放電抵抗とがリレー回路により電気的に接続され、前記蓄電装置の残電力が前記放電抵抗により消費させる第４モードを有する
請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記蓄電装置は、並列に接続された複数のコンデンサにより構成された
請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
燃料電池の発電を開始するステップと、
負荷が作動しない状態で、前記燃料電池で発電された電力を蓄電装置に充電するステップと、
負荷作動時の消費電力量が所定の閾値未満である場合に、前記燃料電池のみから負荷に対して電力を供給するステップと、
負荷作動時の消費電力量が所定の閾値以上である場合に、前記燃料電池及び前記蓄電装置の双方から負荷に対して電力を供給するステップと、を備える
燃料電池システムの制御方法。
【請求項６】
前記燃料電池及び前記蓄電装置の双方から負荷に対して電力を供給するステップの後に、負荷作動時の消費電力量が所定の閾値未満となった場合に、前記蓄電装置からの電力の供給を停止し、前記燃料電池のみから負荷に対して電力を供給するステップを有する
請求項５に記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項７】
前記燃料電池の出力停止時に、前記蓄電装置の残電力を放電抵抗で消費するステップを有する
請求項５または請求項６に記載の燃料電池システムの制御方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム、及び燃料電池システムの制御方法に関する。詳しくは、出力安定性に優れ、軽量かつコンパクトな燃料電池システム、及び燃料電池システムの制御方法に係るものである。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
鉄道においては、定期的な安全確認により、列車を安全に運行させる上で支障となる線路上の異常を早期に発見し、異常部分については保線工事等の必要な処置を迅速に実施することが望まれている。
【０００３】
保線工事において使用する保線機器としては、例えばレールを枕木に締結するための犬クギを打つための犬クギ打ち機、レール締結のボルトを緊解するボルト緊解機、レール上を転がして砥石やフライスカッター等でレール頭頂面の凹凸を削正する一頭式レール削正機等、保線工事の用途に応じて様々な機器が準備されている。
【０００４】
これら保線機器は電源を必要とするものが多く、従来は特許文献１に示すような可搬型のエンジン発電機が電源として用いられていた。しかしながら、エンジン発電機は、ガソリンをはじめとする化石燃料を使用してエンジンを駆動するため、燃焼反応に伴う二酸化炭素の排出や排気ガスによる大気汚染等に加え、周囲への騒音問題も生じる。
【０００５】
そこで、近年では、駆動源としてのエンジンに代えて、化学反応によって発生したエネルギーを直接電気エネルギーに変換するデバイスである燃料電池を用いた発電機が採用されている（特許文献２）。このように、駆動源として燃料電池を採用することで、前記した二酸化炭素や排気ガスの排出問題、或いは騒音問題を解決できるものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０１５－１４２４６号公報
特開２０１７－２７７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記したように、保線工事に使用する保線機器としては用途に応じて様々なものがあり、保線機器によっては瞬間的に大量の電力を必要とする機器も多数存在する。そのため、低出力の発電機では保線機器によっては出力不足となるため駆動することができない虞があり、発電機の出力は一定以上であることが求められる。
【０００８】
ところで、保線工事の規則上、線路上で使用する装置には、緊急時に線路上から素早く退避させることができるように重量制限が設けられている。具体的には保線機器と発電機の合計重量が６０ｋｇ未満である必要がある。ここで、燃料電池式の発電機の出力として一定以上を確保するためには、燃料電池を複数の積層構造とする必要がある。しかしながら、燃料電池を積層構造とすると発電機全体の重量が重くなり、保線工事に使用する装置の重量制限を超える虞がある。一方で、重量制限を満たすために発電機の出力を制限すると、出力不足により使用できる保線機器が制限されてしまう。
【０００９】
本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであり、例えば保線工事に使用する発電機に搭載され、出力安定性に優れ、軽量かつコンパクトな燃料電池システム、及び燃料電池システムの制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、負荷に供給する電力を発電する燃料電池と、該燃料電池で発電された電力の出力電圧を変換する電力変換器と、負荷へ供給する電力を蓄電する蓄電装置を有し、負荷が作動しない状態で前記燃料電池から出力される電力を前記蓄電装置に充電する第１モード、負荷作動時の消費電力量が所定の閾値未満である場合に前記燃料電池のみから負荷に対して電力を供給する第２モード、負荷作動時の消費電力量が所定の閾値以上である場合に前記燃料電池及び前記蓄電装置の双方から負荷に対して電力を供給する第３モード、にそれぞれ切り替え可能であり、前記電力変換器の後段に接続された制御回路とを備える。
（【００１１】以降は省略されています）

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