(57)【要約】【課題】  商用電源に接続できないところでも機器へ電力を供給することができ、携帯することも容易な小型の電源システムを提供する。【解決手段】  機器へ電力を供給する電源システム１１０であって、燃料と酸化剤とを用いて発電する燃料電池１２２と、燃料電池１２２により発電された電力を蓄電する蓄電部１１６と、機器への電力の供給を制御する制御部１１４と、を備える電源システム１１０において、制御部１１４は、蓄電部１１６から機器へ電力を供給する第１のモードと、蓄電部１１６と燃料電池１２２とから機器へ電力を供給する第２のモードと、を有することを特徴とする。【選択図】          図５
2008091050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機器へ電力を供給する電源システムであって、燃料と酸化剤とを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池により発電された電力を蓄電する蓄電部と、前記機器への電力の供給を制御する制御部と、を備える電源システムにおいて、
前記制御部は、
前記蓄電部から前記機器へ電力を供給する第１のモードと、
前記蓄電部と前記燃料電池とから前記機器へ電力を供給する第２のモードと、
を有することを特徴とする電源システム。
【請求項２】
請求項１記載の電源システムにおいて、
前記制御部は、
前記燃料電池から前記蓄電部へ電力を供給する第３のモードと、
を有することを特徴とする電源システム。
【請求項３】
請求項１または２記載の電源システムにおいて、
前記燃料電池で発電された電力の供給を制御する燃料電池制御部を備え、
前記燃料電池制御部は、前記燃料電池の電圧が所定の電圧より低くなったときに、前記液体燃料が不足していると判断することを特徴とする電源システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の電源システムにおいて、
前記燃料電池を構成する複数のセルまたはブロックの電圧を検出すると共に前記電圧のばらつきを算出する制御回路を備え、
前記制御回路は、前記ばらつきが所定の基準値より大きくなったときに、前記液体燃料が不足していると判断することを特徴とする電源システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の電源システムにおいて、
前記機器へ電力を供給することができるか、または、前記機器へ電力を供給することができないかを表示する表示装置を備えることを特徴とする電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源システムに関し、具体的には、商用電源に接続できないところでも使用する機器へ電力供給が可能な電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は水素と酸素とから電気エネルギを発生させる装置であり、高い発電効率を得ることができる。燃料電池の主な特徴としては、従来の発電方式のように熱エネルギや運動エネルギの過程を経ない直接発電であるので、小規模でも高い発電効率が期待でき、窒素化合物等の排出が少なく、騒音や振動も小さいので環境性が良いなどが挙げられる。このように、燃料電池は燃料のもつ化学エネルギを有効に利用でき、環境にやさしい特性をもっているので、２１世紀を担うエネルギ供給システムとして期待され、宇宙用から自動車用、携帯機器用まで、大規模発電から小規模発電まで、種々の用途に使用できる将来有望な新しい発電システムとして注目され、実用化に向けて技術開発が本格化している。
【０００３】
中でも、固体高分子形燃料電池は、他の種類の燃料電池に比べて、作動温度が低く、高い出力密度を持つ特徴が有り、特に近年、固体高分子形燃料電池の一形態として、ダイレクトメタノール燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：ＤＭＦＣ）が注目を集めている。ＤＭＦＣは、燃料であるメタノール水溶液を改質することなく直接アノードへ供給し、メタノール水溶液と酸素との電気化学反応により電力を得るものであり、この電気化学反応によりアノードからは二酸化炭素が、カソードからは生成水が、反応生成物として排出される。メタノール水溶液は水素に比べ、単位体積当たりのエネルギが高く、また、貯蔵に適しており、爆発などの危険性も低いため、自動車や携帯機器（携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、ＭＰ３プレーヤ、デジタルカメラあるいは電子辞書（書籍））などの電源への利用が期待されている。
【０００４】
特に、オフィス内や会議の場においてＡＣケーブルを排除したコードレス化を進めるため、ノート型パーソナルコンピュータに電力を供給する電源システムの開発が先行しており、特許文献１には、メタノール水溶液を循環させるタイプのＤＭＦＣを用いた電源システムの構成および運転方法が提案され、特許文献２には、同タイプの電源システムにおけるシステム内部の熱バランスの取り方についての技術が提案されている。
【特許文献１】特開２００６−４０７８７号公報
【特許文献２】特開２００６−５４０７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の電源システムは、ノート型パーソナルコンピュータを主とする汎用な電源システムを目的とし、受電側の大きな要求出力にも対応できるよう積層形のＤＭＦＣを用いており、ポンプ、ファンあるいはセンサのような補器類も搭載された構成となっている。したがって、持ち運び可能ではあるが、必ずしも携帯性に優れているとはいえなかった。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、商用電源に接続できないところでも機器へ電力を供給することができ、携帯することも容易な小型の電源システム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】
本発明は、機器へ電力を供給する電源システムであって、燃料と酸化剤とを用いて発電する燃料電池と、燃料電池により発電された電力を蓄電する蓄電部と、機器への電力の供給を制御する制御部と、を備える電源システムにおいて、制御部は、蓄電部から機器へ電力を供給する第１のモードと、蓄電部と燃料電池とから機器へ電力を供給する第２のモードと、を有することを特徴とする。すなわち、電力供給源の主体を蓄電部とし、燃料電池が補助的な役割を果たす。ここで、蓄電部は燃料電池からの電力を蓄える機能（蓄電機能）と機器へ電力を放出する機能（放電機能）とを有するものであれば良く、リチウムイオン電池のような２次電池だけでなく、コンデンサでもよい。
【０００８】
本発明によれば、蓄電部の電圧に応じて、蓄電部から機器へ電力を供給するか、または、蓄電部と燃料電池とから機器へ電力を供給するかを決めるので、燃料電池を小さく、具体的には補器類を極力省いたパッシブタイプの燃料電池にすることができ、携帯することも容易な電源システムを提供することができる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の電源システムにおいて、制御部は、燃料電池から蓄電部へ電力を供給する第３のモードと、を有することを特徴とする。蓄電機能と放電機能とを有するものには、満充電の状態にしたり、空の状態にしたりすると寿命に影響するものがあり、所定の範囲内の充電状態に維持する使用が望まれる。この所定の範囲の充電状態を検出するには電圧を検出するのが最も簡易な方法であり、請求項２記載の発明によれば、蓄電部の電圧に応じて、燃料電池から蓄電部へ電力を供給するか否かを判断するので、簡易な構成で蓄電部の長寿命化を図ることができる。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の電源システムにおいて、燃料電池で発電された電力の供給を制御する燃料電池制御部を備え、燃料電池制御部は、燃料電池の電圧が所定の電圧より低くなったときに、液体燃料が不足していると判断することを特徴とする。また、請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の電源システムにおいて、燃料電池を構成する複数のセルまたはブロックの電圧を検出すると共に電圧のばらつきを算出する制御回路を備え、制御回路は、ばらつきが所定の基準値より大きくなったときに、液体燃料が不足していると判断することを特徴とする。
【００１１】
燃料電池は燃料が不足する、所謂「燃料欠」状態となると、急速に全体の電圧が低下する。また、複数の燃料電池セルあるいは複数の燃料電池ブロック（ここで、ブロックとは複数のセルからなるものとする。）の電圧を測定していると、定常状態においても電圧にばらつきがあるが、この電圧のばらつきが、急速に全体電圧が低下する前に大きくなる傾向が見られる。したがって、燃料電池の電圧を監視して所定の電圧より低くなったとき、あるいは、複数の燃料電池セルまたは複数の燃料電池ブロックの電圧を監視してばらつきが所定の基準値より大きくなったときに燃料欠状態であると判断すれば、液体燃料量を監視するセンサを別途設ける必要がない。すなわち、請求項３あるいは４記載の発明によれば、電源システムをコンパクトにすることができ、かつ本発明の電源システムでは、燃料電池は補助的な役割であるので、燃料電池が燃料欠状態でも電源システムは稼動することができる。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の電源システムにおいて、機器へ電力を供給することができるか、または、機器へ電力を供給することができないかを表示する表示装置を備えることを特徴とする。上記のように、本発明の電源システムの電力供給源は蓄電部が主体であるため、蓄電部が所定の電圧以上であれば、機器への電力供給が可能となる。したがって、蓄電部の電圧を監視することで電力供給可能か否かを判断することができ、これを表示する表示装置があれば、本発明の電源システムを使用するユーザーの利便性が向上する。
【００１３】
そのほか、ＡＣケーブルも接続可能なコネクタを設け、蓄電部への商用電源からも電力を供給できるようにすれば、ユーザーが充電のために取れる時間や充電にかかるコストを考慮して選択することができる。また、このＡＣケーブルも携帯電話を充電するためのＡＣケーブルと共用できるようにすれば、利便性が高まる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、燃料電池を有する電源システムを小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は本発明の電源システム１０の内部構成を示す上面図であり、図２は図１におけるＡ−Ａ’断面の断面図である。以下に本発明の電源システム１０について、図２を用いて詳細に説明する。電源システム１０は、上部筐体１２ａと下部筐体１２ｂとからなる筐体１２の内部に、大きく分けて制御部１４、蓄電部１６、発電部１８が配置される。制御部１４は、発電部１８によって発電された電力を、蓄電部１６に蓄電するか、図示しない外部の負荷へ直接供給するかを選択するといった電源システム１０全体の運転制御を行う。蓄電部１６は、充電と放電とが可能な二次電池が望ましく、本実施の形態ではリチウムイオン電池（以下、「ＬＩＢ」（Ｌｉｔｉｕｍ  Ｉｏｎ  Ｂａｔｔｅｒｙ）と記載する）２０を用いる。本発明における電源システムの発電部１８は、燃料電池２２であり、図示しないアノードにメタノール水溶液あるいは純メタノール（以下、「メタノール燃料」と記載する）が供給される直接メタノール供給形燃料電池（以下、「ＤＭＦＣ」（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）と記載する）である。
【００１６】
制御部１４の制御基板２４、ＬＩＢ２０および燃料電池２２は、これらを保持するホルダ２６によって位置を固定されており、ホルダ２６は上部筐体１２ａに固定されることにより、制御基板２４、ＬＩＢ２０および燃料電池２２の各部品は筐体１２内部に固定される。各部品は、電源システム１０が安定的に配置されるときに、制御基板２４およびＬＩＢ２０がホルダ２６の上側、燃料電池２０がホルダ２６の下側となるように配置される。ここで、安定的に配置（安定配置）とは、図２のように脚が有れば、水平あるいは略水平（±１０°）な台の上に電源システム１０を置くときに、この脚が台に接地するように電源システム１０を置く状態をいい、脚がない場合であれば、振動を受けたときに転びにくい比較的面積の広い面であって、ボタンや表示装置のようなユーザーインターフェイスが無い面を底面として台に接地するように置く状態とする。
【００１７】
制御基板２４を電源システム１０の上側に配置するのは、ユーザーインターフェイスが上部に有る方が電源システム１０の利用者にとって使いやすく、制御基板２４はユーザーインターフェイスに近いところに配置した方が配線スペースを小さくすることができるためである。また、燃料電池２２は、できるだけ電極面積が大きい方が発電能力を高くすることができるので望ましい。燃料電池２２は基本的には一定の電力を発電するように運転されるが、負荷から大きな電力を要求されたときにも対応可能な上、負荷から要求される電力量が燃料電池２２の発電能力と比べて小さいときも安定して発電するので、過負荷による燃料電池２２の劣化を防止することができる。したがって、筐体１２内部でできるだけ電極面積が大きく取れる位置に、燃料電池２２を配置することが好ましい。そこで、本電源システム１０では、筐体１２の上側に制御基板２４を配置したので、下側に燃料電池２２を配置している。
【００１８】
図３は、燃料電池２２の構成を示す（ａ）上面図、（ｂ）右側面図、（ｃ）左側面図および（ｄ）Ｂ−Ｂ’断面の断面図である。本電源システム１０に用いられる燃料電池２２は、平面型モジュールと呼ばれる、一枚の電解質膜２８に複数組の電極が配されて直列に接続される燃料電池モジュール３０が用いられている。燃料電池２２のアノード３２は、液体のメタノール燃料が供給され、生成物として二酸化炭素（気体）が発生するので、安定配置されたときに燃料の供給と生成物の排出とが重力を利用して円滑に行われるように、電解質膜２８の上面に配置される。一方、カソード３４は、酸化剤として空気が供給され、生成物として水が発生する。このとき、メタノール１分子に対して、１．５倍の酸素分子が必要となるので、カソード３４側はアノード３２側よりも筐体１２ｂあるいはホルダ２６との隙間を大きく、具体的には、１０ｄａ≧ｄｃ＞ｄａの範囲に設定すると良い。
【００１９】
燃料電池２２を運転する（発電させる）か否か、具体的には燃料電池２２を負荷に接続するか否かの直接的な運転指令は、燃料電池制御部３６によって行われる。燃料電池制御部３６も配線スペースを考慮して、電源システム１０の制御部１４の近傍、燃料電池２２に場合には制御部１４の真下であって、燃料電池モジュール３０の上部に配置している。また、燃料電池モジュール３０の上部であって燃料電池制御部３６のない空間には、燃料タンク３８を配置し、空間の有効活用を行うとともに燃料電池制御部３６および燃料タンク３８によって燃料電池モジュール３０から制御基板２４やＬＩＢ２０への熱の伝導を遮蔽している。さらに、燃料電池２２とホルダ２６とはｄａの隙間を設け、ホルダ２６と制御基板２４との間にも空間を配し、ＬＩＢ２０は熱が伝わりにくい燃料タンク３８の上に配置され、ホルダ２６は配線のためのスペースを除いての略全周に渡って上部筐体１２ａに固定されているので、ホルダ２６の上側と下側とは熱的に分離された構成をなっている。
【００２０】
図１および図３からも明らかなように、本電源システム１０および燃料電池２２は、Ｘ軸について略対照的な配置になっているのに対し、Ｙ軸については非対称な内部構成としている。これは、長手方向について非対称な配置として方が、筐体１２内部で温度差がつきやすく、その温度勾配によって対流を起こして下部筐体１２ｂに設けられた通風孔から空気が出入りしやすいようにするためである。
【００２１】
以上のような内部構成を有する電源システム１０の外部構成について説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
図４は、一実施形態に係る電源システム１１０の外観を示す（ａ）上面図、（ｂ）右側面図、（ｃ）左側面図および（ｄ）下側面図である。電源システム１１０は、上側面に携帯電話のような外部負荷へ電力を供給する給電コネクタ１５０と、下側面に商用電源から電力の供給を受ける受電コネクタ１５２とを備えている。１５４はチェックボタンであり、チェックボタン１５４を押したときに、表示装置（ＬＥＤ）１５６が点灯すれば、電源システム１１０が外部負荷に対し給電可能であることを示しており、ＬＥＤ１５６が点滅したとき、あるいは、点灯しないときには、ＬＩＢ１２０の残量が少なく、充電した方がよい、さらには外部負荷に対し給電不可能であることを示し、チェックボタン１５４を押すことにより電源システム１１０の状態を確認することができる。
【００２３】
右側面のスライド式スイッチは燃料電池モジュール１３０と燃料電池制御部１３６との間に間挿される主電源スイッチ１５８であり、燃料電池モジュール１３０を負荷に電気的に接続するスイッチとなっている。また、プッシュ式スイッチは燃料電池１２２を起動させる起動スイッチ１６０であり、起動スイッチ１６０を押すことにより、燃料電池は発電を開始し、ＬＥＤ１６２が点灯する。すなわち、起動スイッチ１６０を押したときに、ＬＥＤ１６２が点灯すれば、燃料電池１２２は発電可能な状態で、ＬＩＢ１２０が所定の電圧を下回っているときは充電を行う状態を示しており、ＬＥＤ１６２が点灯しないときには、燃料電池１２２が燃料欠状態であり、燃料タンクへメタノール燃料を補充する必要があることを示している。
【００２４】
上記のように、ＬＥＤ１６２が点灯しないときは、メタノール燃料を補充する必要があり、メタノール燃料を補充するために、左側面には燃料補給孔１６４が設けられている。この燃料補給孔１６４は内部の燃料タンクに連通しており、注射式のような燃料補給手段により燃料補給孔１６４を介して燃料タンクへメタノール燃料を供給することができる。また、上側面は図示しないが、下部筐体の４面には通風孔１６６が設けられており、通風孔１６６を通って電源システム１１０の外部から空気が流入するとともに内部から二酸化炭素や水が流出する。１６８は下部筐体の底面に設けられた脚であり、机のような台の上に本電源システム１１０を安定配置すると、下部筐体の底面と机との間に空間ができる。その空間を空気が流通することにより、燃料電池からの熱を奪うことができる構成となっている。
【００２５】
上記の動作を実現する回路構成を次に説明する。図５は、本実施の形態の回路構成を示す回路構成図である。ＳＷ１は主電源スイッチ１５８と連動し、燃料電池モジュール１３０とＤＣ／ＤＣコンバータ１７０とを接続するスイッチ機構であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７０は起動スイッチ１６０が押されることにより動作を開始する。スイッチ機構ＳＷ１が閉じ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７０を含む燃料電池制御部１３６と燃料電池モジュール１３０とが電気的に接続されると、燃料電池制御部１３６は、燃料電池モジュール１３０の総電圧ＶＦＣを検出し、ＶＦＣの値からメタノール燃料が充填されているか、燃料欠状態かを判断する。すなわち、燃料欠状態となるとＶＦＣは低下するので、下限閾値を予め設定しておき、検出したＶＦＣが下限閾値を上回っている場合に起動スイッチ１６０が押されたときには、ＬＥＤ１６２は点灯し、検出したＶＦＣが下限閾値を下回っている場合に起動スイッチ１６０が押されたときには、ＬＥＤ１６２は点灯しない。
【００２６】
燃料電池モジュール１３０は、スイッチ機構ＳＷ１、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７０および整流素子（ダイオード）１７２を通り、充放電回路１７４を介してＬＩＢ１２０に接続されるとともにＤＣ／ＤＣコンバータ１７６を介して外部負荷に接続される。燃料電池１２２により発電された電力は、ＬＩＢ１２０の電圧ＶＢが設定電圧Ｖ１より低くかつ外部負荷が接続されるときは外部負荷へ供給され、ＬＩＢ１２０の電圧ＶＢが設定電圧Ｖ１より低くかつ外部負荷が接続されていないときはＬＩＢ１２０を充電するためにＬＩＢ１２０へ供給される。このとき、燃料電池１２２により発電された電力は、ＬＩＢ１２０の電圧ＶＢが上限電圧Ｖ２よりも高くなるまでＬＩＢ１２０へ供給され、電圧ＶＢが上限電圧Ｖ２よりも高くなる前に外部負荷に接続されたときには、電圧ＶＢが設定電圧Ｖ１以上であっても外部負荷へ供給される。また、ＬＩＢ１２０を充電して電圧ＶＢが上限電圧Ｖ２より高くなったときと、外部負荷が接続された場合にＬＩＢ１２０の電圧ＶＢが上限電圧Ｖ２から低下してきて設定電圧Ｖ１以上であったときとは、燃料電池１２２は給電可能な状態ではあるが、燃料電池１２２からＬＩＢ１２０または外部負荷へ電力は供給しない待機状態（ＤＣ／ＤＣコンバータ１７０が停止している状態）となる。
【００２７】
電圧ＶＢは、チェックボタン１５４およびＬＥＤ１５６とも連携しており、チェックボタン１５４が押されたときに、電圧ＶＢがＶ１以上であればＬＥＤ１５６は点灯し、電圧ＶＢがＶ１より低く下限電圧Ｖ３以上であればＬＥＤ１５６は点滅し、電圧ＶＢがＶ３より低いとＬＥＤ１５６は点灯しない。また、本実施の形態は、商用電源からＬＩＢ１２０への充電も可能なように受電コネクタ１５２を備えており、携帯電話充電用のＡＣアダプタ（ＡＣ／ＤＣコンバータ）付ケーブルを接続することもできる。電圧ＶＢの値によって燃料電池１２２からの給電を適宜行うように、主電源スイッチ１５８（スイッチ機構ＳＷ１）は常に入っている方がユーザーの利便性は高いが、給電可能な状態（負荷に接続された状態）で発電のための反応をすすめない状態が長期間にわたって続くのは電解質膜の劣化の要因となるので、ＬＩＢ１２０が十分に充電されているときには主電源スイッチ１５８を切る（ＳＷ１：開）ことが望ましい。
【００２８】
（実施の形態２）
図６は、他の実施形態に係る電源システム２１０の外観を示す（ａ）上面図、（ｂ）右側面図、（ｃ）左側面図および（ｄ）下側面図である。電源システム２１０は、上側面に携帯電話のような外部負荷へ電力を供給する給電コネクタ２５０を備えているが、実施の形態１のような受電コネクタがなく、電力供給源が燃料電池のみの簡素な構成となっている。ユーザーインターフェイスも極力抑えた構成となっており、右側面に主電源スイッチ、起動スイッチあるいはＬＥＤのような表示装置は設けられていない。
【００２９】
代わりに制御部２１４が総合的な機能を有し、ユーザーは、チェックボタン２５４を押すことにより、電源システム２１０が外部負荷に給電可能か否か、電源システム２１０への燃料補給が必要か否かについて確認することができる。すなわち、チェックボタン２５４を押したときにＬＥＤ２５６が点灯すれば、電源システム２１０が外部負荷に対し給電可能であることを示し、ＬＥＤ２５６が点滅したときには、外部負荷に対し給電可能であるが、燃料電池が燃料欠状態であり、燃料タンクへメタノール燃料を補充する必要があること、さらに、速い点滅のときには、燃料電池が燃料欠状態でメタノール燃料を補充する必要がある上、外部負荷へ給電が不可能であることを示す。
【００３０】
上記のように、ＬＥＤ２５６が点滅したときは、メタノール燃料を補充する必要があり、左側面には燃料補給孔２６４が設けられている。この燃料補給孔２６４は内部の燃料タンクに連通しており、注射式のような燃料補給手段により燃料補給孔２６４を介して燃料タンクへメタノール燃料を供給することができる。また、電源システム２１０は左右側面の下部筐体２面のみに通風孔２６６が設けられており、通風孔２６６を通って電源システム２１０の外部から空気が流入するとともに内部から二酸化炭素や水が流出する。本実施の形態は周囲の凹凸を省いた簡素な構成としたため、実施の形態１のような脚は設けず、机のような台の上に置くときには下部筐体の底面で机と接触する。本実施の形態のように、ユーザーインターフェイスを省くことにより、ユーザーにとっては操作が容易になり、筐体表面に凹凸が少なくなるので、電源システム２１０をポケットやかばんの中に収納しても取り出しやすくなる。
【００３１】
上記の動作を実現する回路構成を次に説明する。図７は、本実施の形態の回路構成を示す回路構成図である。ＳＷ２はチェックボタン２５４と連動し、燃料電池モジュール２３０とＤＣ／ＤＣコンバータ２７０とを接続する電気的スイッチ機構であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ２７０もまたチェックボタン２５４が押されることにより動作を開始する。スイッチ機構ＳＷ２が閉じ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２７０を含む燃料電池制御部２３６と燃料電池モジュール２３０とが電気的に接続されると、燃料電池制御部２３６は、燃料電池モジュール２３０の総電圧ＶＦＣを検出し、ＶＦＣの値からメタノール燃料が充填されているか、燃料欠状態かを判断する。すなわち、燃料欠状態となるとＶＦＣは低下するので、下限閾値を予め設定しておき、検出したＶＦＣが下限閾値を下回っている場合にチェックボタン２５４が押されたときには、ＬＥＤ２５６は点滅する。
【００３２】
燃料電池モジュール２３０は、スイッチ機構ＳＷ２、ＤＣ／ＤＣコンバータ２７０および整流素子（ダイオード）２７２を通り、充放電回路２７４を介してＬＩＢ２２０に接続されるとともにＤＣ／ＤＣコンバータ２７６を介して外部負荷に接続される。燃料電池２２２により発電された電力は、ＬＩＢ２２０の電圧ＶＢが設定電圧Ｖ１より低くかつ外部負荷が接続されるときは外部負荷へ供給され、ＬＩＢ２２０の電圧ＶＢが設定電圧Ｖ１より低くかつ外部負荷が接続されていないときはＬＩＢ２２０を充電するためにＬＩＢ２２０へ供給される。このとき、燃料電池２２２により発電された電力は、ＬＩＢ２２０の電圧ＶＢが上限電圧Ｖ２よりも高くなるまでＬＩＢ２２０へ供給され、電圧ＶＢが上限電圧Ｖ２よりも高くなる前に外部負荷に接続されたときには、電圧ＶＢが設定電圧Ｖ１以上であっても外部負荷へ供給される。また、ＬＩＢ２２０を充電して電圧ＶＢが上限電圧Ｖ２より高くなったときと、外部負荷が接続された場合にＬＩＢ２２０の電圧ＶＢが上限電圧Ｖ２から低下してきて設定電圧Ｖ１以上であったときとは、燃料電池２２２は給電可能な状態ではあるが、燃料電池２２２からＬＩＢ２２０または外部負荷へ電力は供給しない待機状態（ＤＣ／ＤＣコンバータ２７０が停止している状態）となる。
【００３３】
したがって、チェックボタン１５４が押されたときに、燃料電池２２２の総電圧ＶＦＣが下限閾値以上でかつ電圧ＶＢが下限電圧Ｖ３以上であればＬＥＤ２５６は点灯し、総電圧ＶＦＣが下限閾値より低くかつ電圧ＶＢがＶ３以上であればＬＥＤ２５６は点滅し、総電圧ＶＦＣが下限閾値より低くかつ電圧ＶＢがＶ３より低いとＬＥＤ２５６は速く点滅する。また、総電圧ＶＦＣが下限閾値以上でかつ電圧ＶＢが設定電圧Ｖ１を下回ったときには、燃料電池２２２からＬＩＢ２２０へ充電が行われるので、総電圧ＶＦＣが下限閾値以上でかつ電圧ＶＢがＶ３より低い状態は、本実施の形態では存在しない。
【００３４】
（実施の形態３）
図８は、他の実施形態に係る電源システム３１０の外観を示す（ａ）上面図、（ｂ）右側面図、（ｃ）左側面図および（ｄ）下側面図である。電源システム３１０は、上側面に携帯電話のような外部負荷へ電力を供給する給電コネクタ３５０を備えているが、実施の形態１のような受電コネクタも実施の形態１および２のようなチェックボタンもなく、さらに簡素な構成となっている。ユーザーインターフェイスを極力抑え、外部負荷を給電コネクタ３５０と接続すると、燃料電池が燃料欠状態ではない限り、外部負荷へ給電できるようになっている。すなわち、ＬＥＤ３５６が赤く点滅しているときは、燃料電池が燃料欠状態であり、燃料タンクへメタノール燃料を補充する必要があること示し、点灯しているときには、燃料電池が燃料欠状態でメタノール燃料を補充する必要がある上、外部負荷へ給電が不可能であることを示す。
【００３５】
上記のように、ＬＥＤ３５６が点滅したときは、メタノール燃料を補充する必要があり、左側面には燃料補給孔３６４が設けられている。この燃料補給孔３６４は内部の燃料タンクに連通しており、注射式のような燃料補給手段により燃料補給孔３６４を介して燃料タンクへメタノール燃料を供給することができる。また、電源システム３１０は左右側面の下部筐体２面のみに通風孔３６６が設けられており、通風孔３６６を通って電源システム３１０の外部から空気が流入するとともに内部から二酸化炭素や水が流出する。本実施の形態は周囲の凹凸を省いた簡素な構成としたため、実施の形態１のような脚は設けず、机のような台の上に置くときには下部筐体の底面で机と接触する。本実施の形態のように、ユーザーインターフェイスを省くことにより、ユーザーにとっては操作が容易になり、筐体表面に凹凸が少なくなるので、電源システム３１０をポケットやかばんの中に収納しても取り出しやすくなる。
【００３６】
上記の動作を実現する回路構成を次に説明する。図９は、本実施の形態の回路構成を示す回路構成図である。本実施の形態では、マイコンを搭載することにより実現可能な制御回路３９０を備えている。ＳＷ２は、制御回路３９０を介して給電コネクタ３５０と連動し、燃料電池モジュール３３０とＤＣ／ＤＣコンバータ３７０とを接続する電気的スイッチ機構であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ３７０もまた給電コネクタ３５０に外部負荷が接続されることにより動作を開始する。スイッチ機構ＳＷ２が閉じ、ＤＣ／ＤＣコンバータ３７０を含む燃料電池制御部３３６と燃料電池モジュール３３０とが電気的に接続されると、制御回路３９０は、燃料電池モジュール３３０の各電圧Ｖ１〜Ｖ６を検出する。ここで、Ｖ１は燃料電池セル３３０ａの電圧、Ｖ２は燃料電池セル３３０ａおよびセル３３０ｂの直列電圧、Ｖ３は燃料電池セル３３０ａからセル３３０ｃの直列電圧、Ｖ４は燃料電池セル３３０ａからセル３３０ｄの直列電圧、Ｖ５は燃料電池セル３３０ａからセル３３０ｅの直列電圧、Ｖ６は燃料電池セル３３０ａからセル３３０ｆの直列電圧であり、共通のグランドを基準として、それぞれ検出される。このように、各セル３３０ａ〜３３０ｆの電圧計測に用いるグランドを共通にすることにより、部品点数を減らすことができる。
【００３７】
制御回路３９０は、電圧値Ｖ１〜Ｖ６に基づいて、各燃料電池セル３３０ａ〜３３０ｆの電圧を算出し、各燃料電池セル３３０ａ〜３３０ｆの電圧のばらつきを評価する。制御回路３９０による各セルの電圧のばらつきは、各セルの電圧から求められる標準偏差を指標とすることが好適である。さらに、制御回路３９０は、各燃料電池セル３３０ａ〜３３０ｆの電圧のばらつきに対する評価結果に基づいて、メタノール燃料が充填されているか、燃料欠状態かを判断する。
【００３８】
本実施形態では、各セル３３０ａ〜３３０ｆの電圧は下記の式に従って算出される。
セル３３０ａの電圧Ｖｃ１：Ｖ１
セル３３０ｂの電圧Ｖｃ２：Ｖ２−Ｖ１
セル３３０ｃの電圧Ｖｃ３：Ｖ３−Ｖ２
セル３３０ｄの電圧Ｖｃ４：Ｖ４−Ｖ３
セル３３０ｅの電圧Ｖｃ５：Ｖ５−Ｖ４
セル３３０ｆの電圧Ｖｃ６：Ｖ６−Ｖ５
本実施形態では、ｍ（＝６）組の燃料電池セル３３０ａ〜３３０ｆに対して、ｎ（＝６）個の電圧計により全ての燃料電池セル３３０ａ〜３３０ｆの電圧を監視しており、本実施形態では、ｍ＝ｎである。なお、数個の燃料電池セル（ブロック）に対し電圧計を設置して、各ブロックの電圧を検出することも可能であり、複数の燃料電池セルの電圧を一つの電圧計でまとめて検出することにより、制御回路３９０へのインプット／アウトプット端子の数を減らすことができるので、部品点数の削減によるコスト低下を図ることができる。また、データ量を減らすことにより、制御回路３９０における演算処理の負担を軽減することができる。
【００３９】
図１０は、電源システム３１０におけるメタノール燃料の管理動作を示すフローチャートである。まず、電圧Ｖ１〜Ｖ６がそれぞれ計測される（Ｓ１０）。計測された電圧Ｖ１〜Ｖ６は制御回路３９０にそれぞれ送信される（Ｓ２０）。制御回路３９０は、電圧Ｖ１〜Ｖ６からセル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ６を算出する（Ｓ３０）。さらに、制御回路３９０は、算出されたセル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ６の標準偏差を算出する（Ｓ４０）。制御回路３９０は、算出された標準偏差が所定の基準値を超えたか否かを判定する（Ｓ５０）。算出された標準偏差が所定の基準値を超えていなければ、ここでの処理を終える。一方、算出された標準偏差が所定の基準値を超えている場合には、制御回路３９０は、ＬＥＤ３５６が赤く点滅させる（Ｓ６０）。このように、複数のセル電圧のばらつきを検知し、複数のセル電圧のばらつきに応じて燃料の補給を行うことにより、燃料電池の発電状態を適切に維持することができる。
【００４０】
メタノール燃料の燃料欠状態を判定する基準となる基準値は、予め設定した値で固定値でもよく、時間経過により変化する可変値でもよい。基準値を固定値とする場合には、たとえば、電源システム３１０出荷前の検査工程において、基準値が固定値として制御回路３９０に設定される。基準値は、電源システム３１０出荷前に、メタノール燃料の濃度が適度な状態で各セル電圧から求めた標準偏差σ０のａ倍（ａは１より大きい数、好ましくはａは１．５〜３）とすることができる。これによれば、各燃料電池システムの固体差に応じた適切な基準値を設定することができ、燃料追加を適切なタイミングで行うことができる。また、基準値を可変値とする場合には、たとえば、電源システム３１０出荷前の検査工程において、上述したパラメータａが固定値として制御回路３９０に設定される。この場合には、制御回路３９０は、定常状態において、電圧値Ｖ１〜Ｖ６から各セル電圧を求め、さらに各セル電圧から標準偏差σ１を算出する。制御回路３９０は、ａ×σ１を次に燃料補充する際の基準値として設定する。このように、基準値を可変とし、定常状態におけるセル電圧の標準偏差に基づいて基準値を変更することにより、基準値がセル特性の経時変化に応じて再設定されるため、セル特性の変化に応じて燃料を適切に追加することができる。
【００４１】
燃料電池モジュール３３０は、スイッチ機構ＳＷ２、ＤＣ／ＤＣコンバータ３７０および整流素子（ダイオード）３７２を通り、充放電回路３７４を介してＬＩＢ３２０に接続されるとともにＤＣ／ＤＣコンバータ３７６を介して外部負荷に接続される。燃料電池３２２により発電された電力は、ＬＩＢ３２０の電圧ＶＢが設定電圧Ｖ１より低くかつ外部負荷が接続されるときは外部負荷へ供給され、ＬＩＢ３２０の電圧ＶＢが設定電圧Ｖ１より低くかつ外部負荷が接続されていないときはＬＩＢ３２０を充電するためにＬＩＢ３２０へ供給される。このとき、燃料電池３２２により発電された電力は、ＬＩＢ３２０の電圧ＶＢが上限電圧Ｖ２よりも高くなるまでＬＩＢ３２０へ供給され、電圧ＶＢが上限電圧Ｖ２よりも高くなる前に外部負荷に接続されたときには、電圧ＶＢが設定電圧Ｖ１以上であっても外部負荷へ供給される。また、ＬＩＢ３２０を充電して電圧ＶＢが上限電圧Ｖ２より高くなったときと、外部負荷が接続された場合にＬＩＢ３２０の電圧ＶＢが上限電圧Ｖ２から低下してきて設定電圧Ｖ１以上であったときとは、燃料電池３２２は給電可能な状態ではあるが、燃料電池３２２からＬＩＢ３２０または外部負荷へ電力は供給しない待機状態（ＤＣ／ＤＣコンバータ３７０が停止している状態）となる。
【００４２】
また、Ｖ６は燃料電池３２２の総電圧ＶＦＣを示しているので、Ｖ１〜Ｖ６の値が制御回路３９０へ送信された後（図１０のＳ２０の後）、制御回路３９０は、総電圧ＶＦＣ（＝Ｖ６）が下限閾値より低くかつ電圧ＶＢが下限電圧Ｖ３より低い場合、ＬＥＤ３５６を点灯させ、総電圧ＶＦＣが下限閾値より低くかつ電圧ＶＢがＶ３以上である場合、ＬＥＤ３５６を点滅させ、ＶＦＣが下限閾値以上である場合は、上記の通り、電圧のばらつきから燃料欠状態を判断する。このように、電圧のばらつきと総電圧とを組み合わせて制御することにより、総電圧のみから燃料欠状態を判断するよりも、ユーザーに燃料欠状態を早めに報知することができ、本発明の電源システムから、電力供給を行うことができない状態が生じる頻度（時間）を減らすことができる上、燃料欠状態を確実に検出することできる。
【００４３】
以上、実施の形態１、２あるいは３のような電源システムを提供することにより、小型で持ち運ぶにも便利であり、ユーザーの利便性が高まる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
上記実施の形態を説明する上で、便宜上、上下左右として説明したが、本発明の電源システムは携帯機器とともに持ち運び、商用電源のないところでも携帯機器への充電を可能にするものである。したがって、かばんやポケットの中にしまったり、あるいはユーザーが手に持って移動したりといった使用形態も考えられ、常に安定配置された状態で使用されるものではなく、また、上下左右もこれに限定されるものではない。
【００４５】
また、燃料電池の燃料としてメタノール燃料を用いて説明したが、燃料電池の燃料はメタノールに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の電源システムの内部構成を示す上面図である。
【図２】本発明の電源システムの内部構成を示す図１におけるＡ−Ａ’断面の断面図である。
【図３】燃料電池の構成を示す（ａ）上面図、（ｂ）右側面図、（ｃ）左側面図および（ｄ）Ｂ−Ｂ’断面の断面図である。
【図４】実施の形態１に係る電源システムの外観を示す（ａ）上面図、（ｂ）右側面図、（ｃ）左側面図および（ｄ）下側面図である。
【図５】実施の形態１に係る電源システムの回路構成を示す回路構成図である。
【図６】実施の形態２に係る電源システムの外観を示す（ａ）上面図、（ｂ）右側面図、（ｃ）左側面図および（ｄ）下側面図である。
【図７】実施の形態２に係る電源システムの回路構成を示す回路構成図である。
【図８】実施の形態３に係る電源システムの外観を示す（ａ）上面図、（ｂ）右側面図、（ｃ）左側面図および（ｄ）下側面図である。
【図９】実施の形態３に係る電源システムの回路構成を示す回路構成図である。
【図１０】実施の形態３に係る電源システムにおけるメタノール燃料の管理動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４７】
１０  １１０  ２１０  ３１０  電源システム、１２（１２ａ：上部筐体、１２ｂ：下部筐体）  筐体、１４  １１４  ２１４  ３１４  制御部、１６  １１６  ２１６  ３１６  蓄電部、１８  １１８  ２１８  ３１８  発電部、２０  １２０  ２２０  ３２０  リチウムイオン電池、２２  １２２  ２２２  ３２２  燃料電池、２４  制御基板、２６  ホルダ、２８  電解質膜、３０  １３０  ２３０  ３３０  燃料電池モジュール、３２  アノード、３４  カソード、３６  １３６  ２３６  ３３６  燃料電池制御部、３８  燃料タンク、６８  １６８  脚、１５０  ２５０  ３５０  給電コネクタ、１５２  受電コネクタ、１５４  ２５４  チェックボタン、１５６  ２５６  ３５６  ＬＥＤ、１５８  主電源スイッチ、１６０  起動スイッチ、１６２  ＬＥＤ、１６４  ２６４  ３６４  燃料補給孔、１６６  ２６６  ３６６  通風孔、１７０  ２７０  ３７０  ＤＣ／ＤＣコンバータ、１７２  ２７２  ３７２  整流素子（ダイオード）、１７４  ２７４  ３７４  充放電回路、１７６  ２７６  ３７６  ＤＣ／ＤＣコンバータ、１７８  ＡＣ／ＤＣコンバータ、１８０  携帯電話充電用ケーブル、１８２  ＡＣアダプタ、３９０  制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2008091050.tif 000011
【図１０】
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