(57)【要約】【課題】燃料電池とバッテリとを併用して電子機器に電力を供給する装置において、バッテリの充放電を効率良く行うとともに、バッテリの長寿命化を図ることができる電源供給装置を提供することを目的とする。【解決手段】ＤＭＦＣモジュール１０とバッテリ３とからＰＣ２０にハイブリッド給電を行う電源供給装置１００において、バッテリ３の放電時には、バッテリ３の電圧が放電下限電圧Ｖ２となった場合、または、放電時に積算した放電電力量が所定の放電電力量となった場合に、バッテリ３を放電から充電に切替え、バッテリ３の充電時には、バッテリ３の電圧が充電上限電圧Ｖ１となった場合、または、充電した充電電荷量が放電時に積算した放電電荷量となった場合に、バッテリ３を充電から放電に切替えることにより、放電深度を浅めに押さえてバッテリの充放電を効率よく行い、長寿命化を図る。【選択図】図１
2011115031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内蔵バッテリを備えた電子機器に電力を供給する燃料電池と、
前記燃料電池から電力を供給されて充電し、前記電子機器に電力を供給するバッテリと、
前記バッテリの充電と放電とを切替える切替部と、
前記バッテリの放電時には、前記バッテリの放電電力量および放電電荷量を積算し、積算した前記放電電力量が所定の放電電力量となった場合には、前記切替部を制御して、前記バッテリを放電から充電に切替える切替制御を行い、前記バッテリの充電時には、前記バッテリの充電電荷量を積算し、積算した電荷量が前記放電時に積算した前記放電電荷量となった場合に、前記バッテリを充電から放電に切替える切替制御を行う制御部と、
を備えたことを特徴とする電源供給装置。
【請求項２】
前記所定の放電電力量は、前記バッテリを満充電した場合に放電可能である総放電電力量のうち予め設定した所定割合の電力量であること、
を特徴とする請求項１に記載の電源供給装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記放電電荷量による切替制御に優先して、前記バッテリの電圧が前記バッテリの満充電電圧値より低い電圧値である充電上限電圧となった場合に、前記切替部を制御して、前記バッテリを充電から放電に切替える切替制御を行うこと、
を特徴とする請求項１または２に記載の電源供給装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記放電電力量による切替制御に優先して、前記バッテリの電圧が前記バッテリの放電終止電圧値より高い電圧値である放電下限電圧となった場合に、前記切替部を制御して、前記バッテリを放電から充電に切替える切替制御を行うこと、
を特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電源供給装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記放電下限電圧となった場合であって前記所定の放電電力量の放電を完了せずに充電に切替えた場合には、前記バッテリの全容量のうち予め設定した所定割合の充電電荷量を前記バッテリに充電すること、
を特徴とする請求項４に記載の電源供給装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記バッテリの充電時に、前記バッテリの出力電圧を監視して、前記燃料電池の出力電圧が前記バッテリの電圧より高くなるように、前記バッテリの充電電流を制御すること、
を特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の電源供給装置。
【請求項７】
外部電源から前記バッテリに電力を供給するための入力端子をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電源供給装置。
【請求項８】
内蔵バッテリを備えた電子機器に電力を供給する燃料電池と、
前記燃料電池から電力を供給されて充電し、前記電子機器に電力を供給するバッテリと、
前記バッテリの充電と放電とを切替える切替部と、
を備えた電源供給装置において、
制御部が、前記バッテリの放電時には、前記バッテリの放電電力量および放電電荷量を積算し、積算した前記放電電力量が所定の放電電力量となった場合には、前記切替部を制御して、前記バッテリを放電から充電に切替える切替制御を行い、前記バッテリの充電時には、前記バッテリの充電電荷量を積算し、積算した電荷量が前記放電時に積算した前記放電電荷量となった場合に、前記バッテリを充電から放電に切替える切替制御を行うステップ、
を含むことを特徴とする充放電制御方法。
【請求項９】
前記制御部が、前記放電電荷量による切替制御に優先して、前記バッテリの電圧が前記バッテリの満充電電圧値より低い電圧値である充電上限電圧となった場合に、前記切替部を制御して、前記バッテリを充電から放電に切替える切替制御を行うステップ、
をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の充放電制御方法。
【請求項１０】
前記制御部が、前記放電電力量による切替制御に優先して、前記バッテリの電圧が前記バッテリの放電終止電圧値より高い電圧値である放電下限電圧となった場合に、前記切替部を制御して、前記バッテリを放電から充電に切替える切替制御を行うステップ、
をさらに含むことを特徴とする請求項８または９に記載の充放電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源供給装置および充放電制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＰＣ（Personal  Computer）やＰＤＡ（Personal  Digital  Assistant）など携帯型電子機器の電源供給装置として、炭化水素系のアルコール燃料を用いて発電を行う燃料電池が注目されている。燃料電池は、アルコール中の水素と、空気中から取り込んだ酸素とを反応させて発電するため、アルコール燃料を封入した燃料カートリッジを電子機器に装着さえすれば、ＡＣ電源の有無に関わらずオンサイト発電が可能である。
【０００３】
ところで、燃料電池はリチウム電池等の２次電池に比べ、単位体積あたりの出力電力量が小さいため、電子機器の消費電力全てを燃料電池でまかなおうとすると、燃料電池ユニットが大型化してしまう。そこで、特許文献１では、携帯機器の使用状況を監視し、携帯機器における消費電力の変動に応じて、燃料電池とバッテリとを切替えて携帯機器に電力を供給する電源供給装置に関する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１２４８５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、バッテリの充電と放電の切替のタイミングを管理しておらず、充電効率の高いバッテリ残量であるうちに放電から充電への切替を行わないため、バッテリの充放電を効率良く行うことができない。また、バッテリ残量を考慮して充電・放電を切替えてはいないため、バッテリの充放電を過剰に行ってしまい、バッテリの寿命を短縮してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、燃料電池とバッテリとを併用して電子機器に電力を供給する装置において、バッテリの充放電を効率良く行うとともに、バッテリの長寿命化を図ることができる電源供給装置および充放電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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる電源供給装置は、内蔵バッテリを備えた電子機器に電力を供給する燃料電池と、前記燃料電池から電力を供給されて充電し、前記電子機器に電力を供給するバッテリと、前記バッテリの充電と放電とを切替える切替部と、前記バッテリの放電時には、前記バッテリの放電電力量および放電電荷量を積算し、積算した前記放電電力量が所定の放電電力量となった場合には、前記切替部を制御して、前記バッテリを放電から充電に切替える切替制御を行い、前記バッテリの充電時には、前記バッテリの充電電荷量を積算し、積算した電荷量が前記放電時に積算した前記放電電荷量となった場合に、前記バッテリを充電から放電に切替える切替制御を行う制御部と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明にかかる充放電制御方法は、内蔵バッテリを備えた電子機器に電力を供給する燃料電池と、前記燃料電池から電力を供給されて充電し、前記電子機器に電力を供給するバッテリと、前記バッテリの充電と放電とを切替える切替部と、を備えた電源供給装置において、制御部が、前記バッテリの放電時には、前記バッテリの放電電力量および放電電荷量を積算し、積算した前記放電電力量が所定の放電電力量となった場合には、前記切替部を制御して、前記バッテリを放電から充電に切替える切替制御を行い、前記バッテリの充電時には、前記バッテリの充電電荷量を積算し、積算した電荷量が前記放電時に積算した前記放電電荷量となった場合に、前記バッテリを充電から放電に切替える切替制御を行うステップ、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、バッテリの放電電力量および充放電電荷量を積算し、積算した放電電力量および充放電電荷量に基づいて充放電の切替制御を行うため、燃料電池とバッテリとを併用して電子機器に電力を供給する装置において、バッテリの充放電を効率良く行うとともに、バッテリの長寿命化を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態にかかる電源供給装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、ＤＭＦＣモジュールの電流電圧特性および定電力出力範囲を示す図である。
【図３】図３は、バッテリの電圧と、定電力充放電制御時の電流を示す図である。
【図４】図４は、バッテリの充放電電力量、充放電電荷量および電圧の変化を説明する図である。
【図５】図５は、バッテリの充放電利用範囲を説明する図である。
【図６】図６は、バッテリの電圧の変化を説明する図である。
【図７】図７は、バッテリおよびＰＣ内蔵バッテリの残量変化を説明する図である。
【図８】図８は、ＤＭＦＣモジュールとバッテリとによるハイブリッド給電、およびバッテリの充放電切替処理の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる電源供給装置および充放電制御方法の最良な実施の形態を詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施の形態にかかる電源供給装置１００の構成を示す図である。本発明にかかる電源供給装置１００は、携帯型電子機器であるＰＣ２０に対して電力を供給する電源供給装置として用いられる。
【００１３】
ＰＣ２０は、従来一般的に用いられているノートＰＣであり、図１に示すように、ＰＣ内蔵バッテリ２１を搭載し、また、ＤＣ−ＩＮ入力端子（不図示）にＰＣ２０専用のＡＣアダプタを接続することにより、外部電源からＰＣ内蔵バッテリ２１に充電可能となっている。従来、ノートＰＣのＤＣ−ＩＮ入力端子に入力される電圧は監視されており、所定の電圧範囲外の電圧が入力された場合には、入力電圧を遮断し、ＰＣ２０を保護する動作モードに変更される等の制御が行われる。即ち、ＤＣ−ＩＮ入力端子およびＰＣ内蔵バッテリ２１の双方からＰＣ２０に給電することは困難であり、一般的には、ＤＣ−ＩＮ入力端子を介して外部電源から給電するか、もしくはＰＣ内蔵バッテリ２１から給電するかのいずれか一方のみが行われる。従って、ＰＣ２０のＤＣ−ＩＮ入力端子に電源電圧を入力する場合には、ＰＣ内蔵バッテリ２１からの給電と競合しないよう制御した上で、ＰＣ２０の電源仕様に合う電圧を入力する必要がある。
【００１４】
このため、本実施の形態の電源供給装置１００は、ＰＣ２０に給電を行う給電区間と、給電を休止する給電休止区間とを繰り返す間欠給電方式を行う（図７参照）。給電休止区間にはＰＣ内蔵バッテリ２１からＰＣ２０に給電を行うので、双方の給電が競合することを避けることができる。
【００１５】
電源供給装置１００は、ＤＭＦＣ（Direct  Methanol  Fuel  Cell：ダイレクトメタノール型燃料電池）のセルを数枚スタックしたＤＭＦＣスタック１１により発電を行う発電機構としてのＤＭＦＣモジュール１０を備えており、ＤＭＦＣスタック１１により発電した電力をＤＣ／ＤＣコンバータ１２を介してＰＣ２０に供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、変圧回路等から構成されており、ＤＭＦＣモジュール１０の出力、すなわち出力電流および出力電圧の少なくともいずれか一方を制御するものである。
【００１６】
燃料電池はその特性上、出力電力が一定となるよう定電力出力制御されることが望ましい。図２は、ＤＭＦＣモジュール１０の電流電圧特性および定電力出力範囲を示す図である。ＤＭＦＣモジュール１０は、図２の定電力出力範囲に示すように、電流が増加した場合には電圧を低減して出力電圧が一定となるよう制御される。（尚、出力電流がある値以下となると出力電圧は急激に増大するため、図２に示すように、出力電流が所定の値以下となった場合には電圧に上限電圧を設けて、定電圧制御が行われる。）
【００１７】
従って、ＰＣ２０のように消費電力が大幅に変化する負荷に電力を供給する場合には、ＰＣ２０への供給電力を制御しながらＤＭＦＣモジュール１０の出力電圧や出力電流を頻繁に制御して発電電力を一定とすることは困難であり、非効率となる。
【００１８】
そこで、電源供給装置１００は、図１に示すように、ＰＣ２０に対する電力供給の補助電源としてＤＭＦＣ補助バッテリ３（以降、単にバッテリ３と称することとする）を備えており、バッテリ３およびＤＭＦＣモジュール１０からＰＣ２０に対してハイブリッド給電を行う。尚、バッテリ３としては、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの２次電池を用いる。このようにバッテリ３をＤＭＦＣモジュール１０の補助バッテリとして備えることにより、ＤＭＦＣモジュール１０の出力電力を一定に制御した場合にも、ＰＣ２０の消費電力の変化に対応することができる。
【００１９】
ＤＣ入力端子６は、充電回路４に接続されており、専用のＡＣアダプタ（不図示）を介して外部電源からバッテリ３を充電するための端子である。これにより、バッテリ３を満充電することができ、ＰＣ駆動時間を延長することが可能である。
【００２０】
ダイオード２は、ＤＭＦＣモジュール１０とバッテリ３との間にダイオードＯＲ回路を構成してＤＭＦＣモジュール１０の出力電流を整流するものである。即ち、ダイオード２は、ＤＭＦＣモジュール１０からバッテリ３への電流の流れ込み、および、バッテリ３からＤＭＦＣモジュール１０への電流の流れ込みを防止しつつ、ＤＭＦＣモジュール１０とバッテリ３とを、ＤＣ／ＤＣコンバータ７に共に接続するためのものである。
【００２１】
システム制御マイコンユニット（ＭＣＵ）５は、電源供給装置１００のシステム全体を制御する制御部として機能するものであり、バッテリ３の充電と放電の切替制御を行い、ＤＭＦＣモジュール１０およびバッテリ３からＰＣ２０に対するハイブリッド給電の制御を行うものである。また、ＭＣＵ５は、ＤＭＦＣモジュール１０を制御するものであり、燃料タンク、燃料の流量や圧力調整等を行う補機、ポンプ等の制御を行い、ＤＭＦＣスタック１１の発電にかかる制御を一括して行うものである。
【００２２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、スイッチ素子を備えた変圧回路から構成されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、ＭＣＵ５の制御信号（オン・オフ信号）に応じてスイッチ素子のオン、オフを切替えることにより、電源供給装置１００がＰＣ２０に供給する電力の供給と遮断とを切替える。
【００２３】
充電回路４は、ダイオード２とＤＣ／ＤＣコンバータ７との間に接続されており、ＤＭＦＣモジュール１０の出力によってバッテリ３を充電するための回路である。充電回路４は、ＭＣＵ５からの制御信号に応じて、バッテリ３を充電可能であるオン状態と、充電不可能であるオフ状態とを切替える。
【００２４】
より詳細には、ＭＣＵ５は、バッテリ３の充電時には、バッテリ３の出力電圧および出力電流を監視して（図１参照）、バッテリ３が充電した充電電荷量を積算する。また、ＭＣＵ５は、充電時に充電電荷量が放電中に積算した放電電荷量となった場合には、制御信号を送出することにより充電回路４をオフ状態としてバッテリ３の放電を開始するとともに、制御信号を送出することによりＤＣ／ＤＣコンバータ７をオンとして、ＤＭＦＣモジュール１０およびバッテリ３からＰＣ２０に対するハイブリッド給電を行う。
【００２５】
ＭＣＵ５は、バッテリ３の放電時には、バッテリ３の出力電圧および出力電流を監視して（図１参照）、バッテリ３が放電した放電電力量および放電電荷量を積算する。また、ＭＣＵ５は、放電時に積算した放電電力量が所定の放電電力量となった場合には、制御信号を送出することによりＤＣ／ＤＣコンバータ７をオフに切替えて、ＤＭＦＣモジュール１０およびバッテリ３からＰＣ２０への電力供給を遮断し、ハイブリッド給電を休止する。さらに、ＭＣＵ５は、制御信号を送出して充電回路４をオン状態とし、バッテリ３を放電から充電に切替える。ここで、所定の放電電力量とは、バッテリ３の満充電状態から放電終止状態まで放電可能な電力量（バッテリ定格電力）の２５％程度の電力量であり、予めＭＣＵ５のメモリ領域に設定されるものである。
【００２６】
上述より、ＤＣ／ＤＣコンバータ７および充電回路４は本実施の形態において切替部として機能するものである。
【００２７】
尚、図２で前述したように、ＤＭＦＣモジュール１０は出力電流の増加とともに出力電圧が低下する。従って、ＭＣＵ５は、バッテリ３の充電時に、ＤＭＦＣモジュール１０の出力電圧を監視して（図１参照）、バッテリ３の充電のためにＤＭＦＣモジュール１０の出力電圧が低下した場合には、出力電流を増加させるように補機や制御信号等の設定を行って、ＤＭＦＣモジュール１０から一定の電力を出力できるよう制御を行う。また、ＭＣＵ５は、ＤＭＦＣモジュール１０の出力電圧がバッテリ３の電圧より１〜２Ｖ高くなるように、充電電流値を充電回路４に設定することにより、充電電流を制御する。
【００２８】
また、ＭＣＵ５は、バッテリ３の電圧および電流を監視して（図１参照）、充放電時にバッテリ３が定電力充放電となるように制御する。バッテリ３の充放電電力量Ｐｂは一定となるよう制御されるので、充放電電力量Ｐｂはバッテリ３の電圧Ｖｂおよび電流Ｉｂを用いて下式１のように表される。
Ｐｂ＝Ｉｂ×Ｖｂ＝一定          （式１）
【００２９】
また、バッテリ３の電圧Ｖｂおよび電流Ｉｂは図３に示すようになる。図３は、バッテリ３の電圧Vbと、定電力充放電制御時の電流Ibを示す図である。図３に示すように、バッテリ３の電圧Ｖｂが低下した場合には、ＭＣＵ５は充電回路４を制御して電流Ｉｂを増加させる。従って、所定の放電電力量を放電する間に放電する放電電荷量は、電圧Ｖｂが低下するにつれ増加することとなり、充電時の充電電荷量も増加することとなる。
【００３０】
しかしながらバッテリ３の充電時に、ＭＣＵ５はＤＭＦＣモジュール１０の出力電力が一定となるよう定電力出力制御を行うため（図２参照）、ＤＭＦＣモジュール１０からバッテリ３に供給される電力は一定となる。従って、バッテリ電圧Ｖｂが低い場合ほど充電電流Ｉｂは増加する。また、電荷量Icb[Ah]＝電流Ib[A]×時間[h]であるから、一定の充電電荷量Icbを充電する時間はバッテリ残圧Vbが低下するにつれ短くなる。つまり、バッテリ電圧Vbが低下した場合にも、充電所要時間が大幅に増えることはない。
【００３１】
次に、図４を参照して、上述のように充放電の切替制御を行う場合におけるバッテリ３の充放電電力量（充電電力量または放電電力量）Ｐb、充放電電荷量（充電電荷量または放電電荷量）Ｉcbおよびバッテリ電圧Ｖbの変化について説明する。図４は、バッテリ３の充放電電力量Ｐb、充放電電荷量Ｉcbおよび電圧Ｖbの変化を説明する図である。
【００３２】
上述したように、バッテリ３が充電時に充電する充電電荷量は、放電時に放電した放電電荷量と等しいため、図４において、放電区間における充放電電荷量Icbは充電区間における充放電電荷量Icbに等しくなる。従ってバッテリ３のバッテリ残量も一定に保たれるので、バッテリ３の電圧Vbは一定の範囲、即ち、充電開始時の電圧値と放電開始時の電圧値との間で変化することとなる。
【００３３】
一方、ＤＭＦＣモジュール１０からバッテリ３に充電する場合には、充電電力量の損失が発生する。従って、図４に示すように、充電区間における充電電力量Pbは、放電区間における放電電力量Pbに比べやや大きくなる。
【００３４】
次に、図５を参照して、バッテリ３の充放電制御について説明する。図５は、バッテリ３の充放電利用範囲を説明する図である。図５において、Ｖmaxはバッテリ３の満充電電圧、Ｖminは放電終止電圧であり、Ｖ１は充電上限電圧、Ｖ２は放電下限電圧である。
【００３５】
一般的に、Ｌｉイオンバッテリは、満充電状態に対して８〜９割程度充電すると、その後の充電速度が急速に低下し、充電効率が大幅に低下する。また、Ｌｉイオンバッテリは、過充電や過放電をするとバッテリ電解液が分解し、内部短絡等の故障が生じる危険性がある。従って、Ｌｉイオンバッテリは、図５の区間２に示すように、バッテリ電圧Ｖｂが急激に増加し始める充電上限電圧Ｖ１およびバッテリ電圧Ｖｂが急速に低下し始める放電下限電圧Ｖ２の間の範囲で充放電制御することが望ましい。
【００３６】
そこで、本実施の形態にかかるＭＣＵ５は、バッテリ３の充電時に放電電荷量分の充電を完了していない場合であっても、バッテリ３のバッテリ電圧Ｖｂが充電上限電圧Ｖ１となった場合には充電を強制的に終了して放電に切替える。
【００３７】
また、ＭＣＵ５は、バッテリ３の放電時に上述した所定の放電電力量の放電を完了していない場合であっても、バッテリ３のバッテリ電圧Ｖｂが放電下限電圧Ｖ２となった場合には放電を強制的に終了して充電に切替える。
【００３８】
また、ＭＣＵ５は、このように放電時に所定の放電電力量の放電を完了せずに充電に切替えた場合には、バッテリ３の全放電容量（定格容量）の２５％相当分として予めＭＣＵ５の記憶領域に設定された充電電荷量をバッテリ３に充電する。
【００３９】
本実施の形態では、経験的結果に基づき、充電上限電圧Ｖ１をバッテリ３の残量（バッテリ容量）が８０％程度である場合のバッテリ電圧Ｖｂとし、放電下限電圧Ｖ２をバッテリ３の残量が３０％程度である場合のバッテリ電圧Ｖｂとする。尚、充電上限電圧Ｖ１および放電下限電圧Ｖ２は、バッテリ３として用いられる２次電池の種類や構成によって変わりうるものであるので、上述したバッテリ残量の割合のみによって定められるものではなく、上述した充放電特性にかかる特徴により定められる電圧値であれば良い。
【００４０】
図６は、このように充電上限電圧Ｖ１および放電下限電圧Ｖ２によって充放電制御を行う場合における、バッテリ３の電圧Ｖｂの変化を説明する図である。図６では、放電開始時の電圧値の大きさによって、異なる２つのケースＡおよびＢを示している。
【００４１】
まず、Ａに示されるように、放電開始時のバッテリ電圧ＶｂがＶ１を超える場合には、（図６では、満充電電圧Ｖmaxである。）バッテリ電圧Ｖｂが充電上限電圧Ｖ１以下であり、且つ、上述した所定の放電電力量を放電するまで放電を継続する。所定の放電電力量を放電した場合には、放電から充電に切替える。そして、放電中に積算した放電電荷量を充電完了していなくとも、バッテリ電圧ＶｂがＶ１に達した場合には充電を終了して放電に切替える。そして再び所定の放電電力量を放電し、以降、同様に充電上限電圧Ｖ１と所定の放電電力量によって切替のタイミングを判定し、充電と放電を切替える。
【００４２】
一方、Ｂに示されるように、放電開始時のバッテリ電圧ＶｂがＶ１未満の場合、或いは充放電を繰り返すうちにバッテリ電圧Ｖｂが低下して放電下限電圧Ｖ２に達した場合には、強制的に放電から充電に切替えて、上述のようにバッテリ３の全放電容量の２５％相当分として予め設定した充電電荷量をバッテリ３に充電する。
【００４３】
即ち、ＭＣＵ５は、放電中に積算した放電電力量および放電電荷量に基づく充放電切替制御（図４参照）よりも、充電上限電圧Ｖ１および放電下限電圧Ｖ２に基づく充放電切替制御（図６参照）を優先する。
【００４４】
このようにすることで本実施の形態の電源供給装置１００は、図５においてバッテリ電圧ＶｂがＶ２≦Ｖｂ≦Ｖ１（あるいはＶ２＜Ｖｂ＜Ｖ１でも良い）となる区間２の範囲内で充放電を繰り返すことが可能となり、バッテリ３の充放電を効率よく行うことが可能となるとともに、充放電を安全に行うことができるという効果を奏する。
【００４５】
次に、図７を参照して、バッテリ３およびＰＣ内蔵バッテリ２１の残量変化について説明する。図７は、バッテリ３およびＰＣ内蔵バッテリ２１の残量変化を説明する図である。
【００４６】
図７に示すように、電源供給装置１００は、ＤＭＦＣモジュール１０およびバッテリ３の双方からＰＣ２０に対してハイブリッド給電を行う給電区間と、ＰＣ２０に電力を供給しない給電休止区間とを切替えて給電を行う間欠給電方式をとっている。給電区間では、ＤＭＦＣモジュール１０およびバッテリ３の双方からＰＣ２０に対して電力を供給する。給電休止区間では、ＤＭＦＣモジュール１０はバッテリ３の充電を行う。
【００４７】
ここで、１給電区間と１給電休止区間との１組分の区間において、電源供給装置１００がＰＣ２０に供給する電力の平均値をＰＣ２０への平均供給電力と称する。
【００４８】
図７の区間Ｃに示すように、ＰＣ２０の消費電力が、ＰＣ２０への平均供給電力より大きい場合には、充電時に電源供給装置１００から充電される充電電力量よりも、放電時に放電する放電電力量の方が大きいため、ＰＣ内蔵バッテリ２１の残量は、充放電を繰り返しながら徐々に減少することとなる。
【００４９】
一方、図７の区間Ｄに示すように、ＰＣ２０の消費電力が、ＰＣ２０の平均供給電力より小さい場合には、放電時に放電する放電電力量よりも、充電時に電源供給装置１００から充電される充電電力量の方が大きいため、ＰＣ内蔵バッテリ２１の残量は、充放電を繰り返しながら徐々に増加させることができる。
【００５０】
また、バッテリ３については、上述したように放電電荷量と充電電荷量が等しくなるよう充放電制御を行うため、バッテリ３を過放電することなく、残量を所定の範囲内（区間２内）で保持することができる。
【００５１】
次に、本実施の形態にかかる電源供給装置１００が行う、ＰＣ２０へのハイブリッド給電、およびバッテリ３の充放電切替処理の手順について説明する。図８は、ＤＭＦＣモジュール１０とバッテリ３とによるハイブリッド給電、およびバッテリ３の充放電切替処理の手順を示すフローチャートである。
【００５２】
まず、ＭＣＵ５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７をオン、充電回路４をオフとして、バッテリ３を充電から放電に切替えるとともに、ＤＭＦＣモジュール１０およびバッテリ３によるＰＣ２０へのハイブリッド給電を開始する（ステップＳ１）。また、ＭＣＵ５は、バッテリ３の放電開始とともに、バッテリ３が放電した放電電力量および放電電荷量の積算を開始する（ステップＳ２）。
【００５３】
次に、ＭＣＵ５は、バッテリ３のバッテリ電圧Ｖｂが放電下限電圧Ｖ２に達したか判定し（ステップＳ３）、放電下限電圧Ｖ２に達した場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）には、ステップＳ９に移行する。一方、放電下限電圧Ｖ２に達しない場合（ステップＳ３：Ｎｏ）にＭＣＵ５は、積算した放電電力量が上述した所定の放電電力量となったか判定し（ステップＳ４）、所定の放電電力量となった場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）には、ステップＳ５に移行する。他方、所定の放電電力量となっていない場合には（ステップＳ４：Ｎｏ）、ステップＳ３〜Ｓ４の判定を繰り返す。
【００５４】
ステップＳ５において、ＭＣＵ５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７をオフとしてＰＣ２０への電力供給を遮断してハイブリッド給電を休止し、充電回路４をオンとしてバッテリ３を放電から充電に切替える。そして、バッテリ３の充電開始とともに、バッテリ３の充電電荷量の積算を開始する（ステップＳ６）。
【００５５】
そして、ＭＣＵ５は、バッテリ３のバッテリ電圧Ｖｂが充電上限電圧Ｖ１に達したか判定し（ステップＳ７）、充電上限電圧Ｖ１に達した場合（ステップＳ７：Ｙｅｓ）には、ステップＳ１に移行し、放電から充電に切替える。一方、充電上限電圧Ｖ１に達しない場合（ステップＳ７：Ｎｏ）にＭＣＵ５は、積算した充電電荷量が、放電中に積算した放電電荷量となったか判定し（ステップＳ８）、放電電荷量となった場合（ステップＳ８：Ｙｅｓ）には、ステップＳ１に移行し、放電から充電に切替える。他方、放電電荷量に満たない場合（ステップＳ８：Ｎｏ）には、ステップＳ７〜Ｓ８の判定を繰り返す。
【００５６】
ステップＳ３で、放電下限電圧Ｖ２に達した場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）は、上述したように、ＭＣＵ５は所定の放電電力量の放電を完了せずに放電から充電に切替える。
従って、ステップＳ９、Ｓ１０においてステップＳ５、Ｓ６と同様に充電処理を行った後、ステップＳ１１においてステップＳ７と同様に充電上限電圧Ｖ１による判定を行う。そして、ステップＳ１２においては、ステップＳ８のように積算した充電電荷量により充電電荷量を設定するのではなく、積算した充電電荷量がバッテリ容量の２５％の電荷量となるまで充電を行う。そして、積算した充電電荷量がバッテリ容量の２５％の電荷量となった場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）には、ステップＳ１に移行して充電から放電に切り替える。一方、バッテリ容量の２５％の電荷量とならない場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）には、ステップＳ１１〜Ｓ１２の判定を繰り返す。電源供給装置１００は、ＰＣ２０の電源スイッチ（不図示）が投入されてから切られるまで上述の処理を繰り返して、ＰＣ２０に電力を供給する。
【００５７】
本実施の形態の電源供給装置１００は、上述のように、放電電力量および放電電荷量、ならびに充電上限電圧Ｖ１および放電下限電圧Ｖ２に基づいて、浅めの放電深度で充放電の切替を行うことにより、バッテリ３の充放電を効率的に行うことができる。また、バッテリ残量を監視するため、２次電池の最低残量を維持することが可能となり、過放電によるバッテリの寿命短縮を防止することが可能となる。
【００５８】
また、電源供給装置１００は、早い段階で放電すなわちＰＣ内蔵バッテリ２１の充電に切替えるため、ＰＣ内蔵バッテリ２１の充電を効率良く行うことができるという効果を奏する。また、ＰＣ内蔵バッテリ２１を有効に活用するため、ＰＣのように消費電力量の変化が大きい負荷に対しても、ＰＣ内蔵バッテリ２１および電源供給装置１００の双方から余裕を持ってハイブリッド給電を行うことができ、外部電源無接続時のＰＣ駆動時間を長くすることができるという効果を奏する。
【００５９】
尚、上述では、所定の放電電力量をバッテリ３の満充電状態から放電終止状態まで放電可能な電力量の２５％程度の電力量とし、所定の充電電荷量をバッテリ３の全放電容量の２５％相当分の電荷量としたが、これに限定されるものではない。所定の放電電力量および所定の充電電荷量は、バッテリ３として用いられる２次電池の種類や構成によって変わりうるものであり、図５または図７に示した充放電利用範囲において、バッテリ充放電効率に優れ、バッテリ寿命を長期化できる電力量および電荷量であれば良い。
【００６０】
なお、本発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施の形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上のように、本発明にかかる電源供給装置は、燃料電池とバッテリとを併用して電子機器に電力を供給する電源供給装置として有用であり、特に、バッテリを内蔵している携帯型電子機器の電源供給装置として適している。
【符号の説明】
【００６２】
１００  電源供給装置
２  ダイオード
３  ＤＭＦＣ補助バッテリ（バッテリ）
４  充電回路
５  ＭＣＵ
６  ＤＣ入力端子
７、１２  ＤＣ／ＤＣコンバータ
１０  ＤＭＦＣモジュール
１１  ＤＭＦＣスタック
２０  ＰＣ
２１  ＰＣ内蔵バッテリ
【図１】
2011115031.tif 000003
【図２】
2011115031.tif 000004
【図３】
2011115031.tif 000005
【図４】
2011115031.tif 000006
【図５】
2011115031.tif 000007
【図６】
2011115031.tif 000008
【図７】
2011115031.tif 000009
【図８】
2011115031.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成22年12月20日(2010.12.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１バッテリを備えた電子機器に接続可能で、燃料電池および第２バッテリを有した電源供給装置であって、
前記燃料電池および前記第２バッテリが前記電子機器への給電および前記第１バッテリの充電を行う第１状態と、前記燃料電池が前記第２バッテリを充電するとともに前記第１バッテリが前記電子機器への給電を行う第２状態と、を交互に切替え、
前記第１状態では、前記第２バッテリの放電電力量および放電電荷量を積算し、該放電電力量が所定量となった場合に前記第２状態に切替え、
前記第２状態では、前記第２バッテリの充電電荷量を積算し、該充電電荷量が前記放電電荷量となった場合に前記第１状態に切替えることを特徴とする電源供給装置。
【請求項２】
前記所定量は、前記第２バッテリを満充電した場合に放電可能である総放電電力量のうち予め設定した所定割合の電力量であること、
を特徴とする請求項１に記載の電源供給装置。
【請求項３】
前記充電電荷量が前記放電電荷量となっていない場合であっても、前記第２バッテリの電圧が前記第２バッテリの満充電電圧値より低い電圧値である充電上限電圧となった場合に、前記第２状態から前記第１状態に切替えること、
を特徴とする請求項１または２に記載の電源供給装置。
【請求項４】
前記放電電力量が前記所定量となっていない場合であっても、前記第２バッテリの電圧が前記第２バッテリの放電終止電圧値より高い電圧値である放電下限電圧となった場合に、前記第１状態から前記第２状態に切替えること、
を特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電源供給装置。
【請求項５】
前記所定量の放電を完了せずに前記第２状態に切替えた場合には、前記第２バッテリの全容量のうち予め設定した所定割合の充電電荷量を前記第２バッテリに充電すること、
を特徴とする請求項４に記載の電源供給装置。
【請求項６】
前記第２バッテリの充電時に、前記第２バッテリの出力電圧を監視して、前記燃料電池の出力電圧が前記第２バッテリの電圧より高くなるように、前記第２バッテリの充電電流を制御すること、
を特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の電源供給装置。
【請求項７】
外部電源から前記第２バッテリに電力を供給するための入力端子をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電源供給装置。
【請求項８】
第１バッテリを備えた電子機器と、
燃料電池および第２バッテリを有し、前記電子機器と接続可能な電源供給装置と、
を備え、
前記電源供給装置は、
前記燃料電池および前記第２バッテリが前記電子機器への給電および前記第１バッテリの充電を行う第１状態と、前記燃料電池が前記第２バッテリを充電するとともに前記第１バッテリが前記電子機器への給電を行う第２状態と、を交互に切替え、
前記第１状態では、前記第２バッテリの放電電力量および放電電荷量を積算し、該放電電力量が所定量となった場合に前記第２状態に切替え、
前記第２状態では、前記第２バッテリの充電電荷量を積算し、該充電電荷量が前記放電電荷量となった場合に前記第１状態に切替えることを特徴とするシステム。
【請求項９】
第１バッテリを備えた電子機器に接続可能で、燃料電池および第２バッテリを有した電源供給装置において、
前記燃料電池および前記第２バッテリが前記電子機器への給電および前記第１バッテリの充電を行う第１状態と、前記燃料電池が前記第２バッテリを充電するとともに前記第１バッテリが前記電子機器への給電を行う第２状態と、を交互に切替え、
前記第１状態では、前記第２バッテリの放電電力量および放電電荷量を積算し、該放電電力量が所定量となった場合に前記第２状態に切替え、
前記第２状態では、前記第２バッテリの充電電荷量を積算し、該充電電荷量が前記放電電荷量となった場合に前記第１状態に切替えることを特徴とする充放電制御方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、電源供給装置、システムおよび充放電制御方法に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、燃料電池とバッテリとを併用して電子機器に電力を供給する装置において、バッテリの充放電を効率良く行うとともに、バッテリの長寿命化を図ることができる電源供給装置、システムおよび充放電制御方法を提供することである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
実施形態にかかる電源供給装置は、第１バッテリを備えた電子機器に接続可能で、燃料電池および第２バッテリを有する。また、電源供給装置は、前記燃料電池および前記第２バッテリが前記電子機器への給電および前記第１バッテリの充電を行う第１状態と、前記燃料電池が前記第２バッテリを充電するとともに前記第１バッテリが前記電子機器への給電を行う第２状態と、を交互に切替える。また、電源供給装置は、前記第１状態では、前記第２バッテリの放電電力量および放電電荷量を積算し、該放電電力量が所定量となった場合に前記第２状態に切替え、前記第２状態では、前記第２バッテリの充電電荷量を積算し、該充電電荷量が前記放電電荷量となった場合に前記第１状態に切替えることを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
実施形態にかかる充放電制御方法は、第１バッテリを備えた電子機器に接続可能で、燃料電池および第２バッテリを有した電源供給装置において、前記燃料電池および前記第２バッテリが前記電子機器への給電および前記第１バッテリの充電を行う状態と、前記燃料電池が前記第２バッテリを充電するとともに前記第１バッテリが前記電子機器への給電を行う第２状態と、を交互に切替え、前記第１状態では、前記第２バッテリの放電電力量および放電電荷量を積算し、該放電電力量が所定量となった場合に前記第２状態に切替え、前記第２状態では、前記第２バッテリの充電電荷量を積算し、該充電電荷量が前記放電電荷量となった場合に前記第１状態に切替えることを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】