(57)【要約】【課題】  本発明は、燃料カートリッジのリサイクル回数や浸漬時間等の装着使用情報の情報交換を行うことにより、燃料カートリッジのメンテナンス時期を正確に管理することができ、高い安全性及び信頼性を確保できる電源システムを提供する。【解決手段】  本発明の電源システムは、所定の発電用燃料を用いて電気エネルギーを発電する発電装置を有する燃料電池本体と、所定の発電用燃料が封入され、着脱可能な燃料供給手段とを含んで構築している。そして、本発明の電源システムにおける燃料供給手段は、燃料供給手段のリサイクル回数や浸漬時間を示す装着使用情報を格納する記憶手段を有しており、燃料電池本体は、記憶手段に対して装着使用情報の読み出し及び書き込みを行う読出・書込手段と、該読出・書込手段によって記憶手段から読み出した装着使用情報に基づいて発電装置における発電状態を制御する燃料電池発電状態制御手段とを有している。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の発電用燃料を用いて電気エネルギーを発電する発電装置を有する燃料電池本体と、所定の前記発電用燃料が封入され、着脱可能な燃料供給手段とを含んで構築する電源システムにおいて、
前記燃料供給手段は、前記燃料供給手段のリサイクル回数や浸漬時間を示す装着使用情報を格納する記憶手段を有し、
前記燃料電池本体は、前記記憶手段に対して前記装着使用情報の読み出し及び書き込みを行う読出・書込手段と、該読出・書込手段によって前記記憶手段から読み出した前記装着使用情報に基づいて前記発電装置における発電状態を制御する燃料電池発電状態制御手段とを有することを特徴とする電源システム。
【請求項２】
発電状態に伴う浸漬累積時間やリサイクル回数の累積回数を更新した前記装着使用情報を前記読出・書込手段によって前記記憶手段に書き込むことを特徴とする請求項１記載の電源システム。
【請求項３】
更新した前記装着使用情報の書込みは前記燃料供給手段を前記燃料電池本体から取り外す直前に行うことを特徴とする請求項２記載の電源システム。
【請求項４】
前記読出・書込手段は、無接点方式であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源システム。
【請求項５】
前記装着使用情報は、前記燃料供給手段の種別毎の最大リサイクル回数及び最大浸漬時間を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の電源システム。
【請求項６】
前記読出・書込手段によって前記記憶手段から読み出した前記装着使用情報に基づいて前記燃料供給手段及び前記燃料電池本体の部品交換時期等のメンテナンス時期を報知する報知手段を前記燃料電池本体に設けることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電源システム。
【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、詳細には燃料電池本体に燃料を供給する着脱可能な燃料カートリッジのメンテナンス時期を把握して適切な部品交換を促して高い安全性を確保できる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、デジタルビデオカメラ、ＰＣ、ＰＤＡやデジタルカメラなどの携帯機器においてニッケル・カドミュウムやニッケル水素電池などの繰り返し使用できる二次電池の普及は著しい伸びを示している。しかし、エネルギー利用効率の観点から見た場合、家庭用電源（コンセント）等から充電を行う場合、発電所における発電効率や送電損失などを考えると、１２％程度と低い状況にあると言われ、決してエネルギー利用効率が高いとは言えない状況にある。
【０００３】
そこで、近年、環境への影響が少なく、かつエネルギー利用効率の観点からも３０〜４０％の極めて高い効率が実現できる燃料電池が注目され、自動車、家庭用コジェネレーションや携帯機器用電源として各社、実用化を目的とし、研究・開発が進められている。特に、アルコールを燃料としたダイレクトアルコール燃料電池の進展はめざましく燃料の種類としてもメタノールやエタノールなどのアルコール燃料を利用した電源システムが存在しており、燃料カートリッジも様々なメーカの商品化が考えられる。このような市場の中で、もしユーザが間違えてメタノール方式の燃料電池にエタノールが注入された燃料カートリッジを装填した場合、セルスタック内の専用触媒が使用されている関係から、異なる燃料の場合は適正な燃料の場合と同等の発電量を得ることができない。また、市場では残念ながらそれぞれアルコールの種類に応じた専用セルスタックを用いて専用の発電システムを構築しているのが現状である。そこで、特許文献１に記載されているように、燃料封入部の所定の位置に設けられた認証情報を読み取って、燃料封入部が適正品であるか否かを判別して、適正品であれば発電を許可し、適正品でなければ発電を禁止する電源システムが提案されている。また、特許文献２には、燃料カートリッジ本体に収容されている液体燃料の情報、例えば液体燃料の種別や濃度に関する情報を示す識別子を燃料カートリッジに設けておき、その識別子を検出して液体燃料の種別等の情報を取得して燃料電池の特性低下や不具合の発生等を防止できる燃料電池が開示されている。
【０００４】
一方、コスト低減とリサイクル使用の機運が高まる今日、燃料カートリッジも燃料を注入するだけで再度使用できるリサイクル燃料カートリッジ事業展開も予想できる。しかし、リサイクル燃料カートリッジはアルコールという溶剤を保管するためのカートリッジであることから半永久的にリサイクルできる訳ではなく、燃料電池稼動期間中、アルコール溶剤に長時間浸漬し、燃料カートリッジ抜き差し回数も頻繁に行われるため、アルコール燃料異物除去フィルタやシール部などの消耗品は当然のごとく交換を余儀なくされる。特に、メタノールに関しては燃料電池の小型化のために燃料カートリッジ内の燃料濃度が５０％から１００％近くの濃度を有しており、外部への液漏れは人体への影響から消耗品は厳しく管理されなければならない。また、アルコール燃料異物除去フィルタ交換時期に関しても安定発電維持のために同様に管理されなければならない。
【特許文献１】特許第３，８５９，０５５号明細書
【特許文献２】特開２００７−０７３４６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１、２のいずれにおいても、燃料カートリッジのリサイクルに関するものでなく、燃料カートリッジ自体の安全性やアルコール燃料異物除去フィルタなどの発電安定維持を管理することができない。よって、利用者が燃料カートリッジの例えばシール部などの部品が交換時期に近づいていることを知らずに、例えば利用者が燃料封入部内に燃料を補充して再利用した場合寿命となったシール部から液漏れなどが生じて非常に危険となる。また、オペレータの精製純度の低い燃料の使用や給液口からの異物混入防止の為に設けられた燃料異物除去フィルタなどは発電安定維持や装置故障防止の観点から一定使用時間経過後、オペレータの手によって交換や清掃しなければならない。
【０００６】
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、燃料カートリッジのリサイクル回数や浸漬時間等の装着使用情報の情報交換を行うことにより、燃料カートリッジのメンテナンス時期を正確に管理することができ、高い安全性及び信頼性を確保できる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】
前記問題点を解決するために、本発明の電源システムは、所定の発電用燃料を用いて電気エネルギーを発電する発電装置を有する燃料電池本体と、所定の発電用燃料が封入され、着脱可能な燃料供給手段とを含んで構築している。そして、本発明の電源システムにおける燃料供給手段は、燃料供給手段のリサイクル回数や浸漬時間を示す装着使用情報を格納する記憶手段を有しており、燃料電池本体は、記憶手段に対して装着使用情報の読み出し及び書き込みを行う読出・書込手段と、該読出・書込手段によって記憶手段から読み出した装着使用情報に基づいて発電装置における発電状態を制御する燃料電池発電状態制御手段とを有している。よって、燃料供給手段のリサイクル回数や浸漬時間等の装着使用情報の情報交換を行うことにより、燃料供給手段のメンテナンス時期を正確に管理することができ、高い安全性を確保できる電源システムを提供することができる。
【０００８】
また、発電状態に伴う浸漬累積時間やリサイクル回数の累積回数を更新した装着使用情報を読出・書込手段によって記憶手段に書き込むことにより、燃料供給手段の再利用時に正確な装着使用情報に基づいて発電状態を制御することができ、高い信頼性を確保できる。
【０００９】
更に、更新した装着使用情報の書込みは燃料供給手段を燃料電池本体から取り外す直前に行うことにより、正確な装着使用情報を記憶手段に格納することができ、燃料供給手段の再利用時に正確な装着使用情報に基づいて発電状態を制御することができ、高い信頼性を確保できる。
【００１０】
また、読出・書込手段は、無接点方式であることが好ましい。
【００１１】
更に、装着使用情報は、燃料供給手段の種別毎の最大リサイクル回数及び最大浸漬時間を含むことにより、種別が異なる燃料供給手段が装着されても正確にメンテナンス時期を把握でき、適切な対応が可能となり、高い安全性を確保することができる。
【００１２】
また、読出・書込手段によって記憶手段から読み出した装着使用情報に基づいて燃料供給手段及び燃料電池本体の部品交換時期等のメンテナンス時期を報知する報知手段を燃料電池本体に設けることにより、利用者に的確にメンテナンス時期を伝え、高い安全性及び信頼性を構築することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電源システムによれば、燃料供給手段のリサイクル回数や浸漬時間を示す装着使用情報を格納する記憶手段に対して読出・書込手段によって記憶手段から読み出した装着使用情報に基づいて燃料電池発電状態制御手段によって発電装置における発電状態を制御する。よって、燃料供給手段のリサイクル回数や浸漬時間等の装着使用情報の情報交換を行うことにより、燃料供給手段のメンテナンス時期を正確に管理することができ、高い安全性を確保できる電源システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本発明の一実施の形態に係る電源システムの構成を示す概略構成図である。同図に示す本実施の形態の電源システムにおいて、燃料カートリッジに収容された燃料種別を判別するために、燃料供給手段としての燃料カートリッジ１００には、詳細に後述するが収納する燃料に関する情報、リサイクル回数や浸漬時間に関する装着使用情報が格納されている無接点式のRFID（ICタグ）などの記憶素子１０１と、燃料の残量を検出するために燃料に浮かばせる燃料残量用フロート部材１０２と、燃料残量用フロート部材１０２をガイドする燃料残量用フロートガイド部材１０３とが設けられている。燃料電池本体２００は、全体制御を行うＣＰＵ２０１と、制御プログラム等が記憶されているＲＯＭ２０２と、データ等を一次記憶するＲＡＭ２０３と、後述するディレータイムを計時するタイマ２０４と、表示パネル２０５を制御する表示コントローラ２０６とを内部バス２０７で接続して構成し、更に燃料カートリッジ１００に設けられた記憶素子１０１から装着使用情報を読み取ったり、更新した装着使用情報を書き込み可能な読取／書込ヘッド２０８と、該読取／書込ヘッド２０８によって読み取った装着使用情報を検出信号に変換する信号変換回路２０９と、燃料カートリッジ１００に設けられた燃料残量用フロート部材１０２を検知することで燃料残量の上限位置を検出する上限位置センサ２１０と、燃料残量の中間位置を検出する中間位置センサ２１１と、燃料残量の下限位置を検出すると共に燃料カートリッジ１００の有無を検出する下限位置センサ２１２と、燃料カートリッジ１００が差し込まれ、シール部２２２で構成されるカートリッジ差込用穴２１３とを有している。更に、燃料電池本体２００は、燃料電池モジュールとして、燃料カートリッジ１００内の燃料を循環タンク２１５に給液する燃料ポンプ２１４と、燃料を所定の濃度にする循環タンク２１５と、循環タンク２１５内の燃料をセルスタック２１７に給液する循環ポンプ２１６と、燃料カートリッジの交換のために設けられた燃料カートリッジ取り出しスイッチ２１８と、燃料カートリッジ１００がカートリッジ差込用穴２１３に差し込まれると燃料カートリッジ１００の外面に設けられた凹部に係止する爪状のロック機構２１９と、燃料カートリッジ取り出しスイッチ２１８が押下されるとロック機構２１９の係止を解除するソレノイド２２０と、二次電池２２３に充電を行うか否かを切り替えるＳＢ充電ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２２１とを含んで構成されている。このような構成を有する燃料カートリッジ１００及び燃料電池本体２００は、本発明の電源システムの全体構成の斜視図である図２に示すように、燃料電池本体２００が負荷装置３００に取り付けられて、負荷装置２００に電力を供給するのである。なお、記憶素子１０１は無接点式に限らず、情報交換が可能であれば接点式でも構わない。
【００１５】
ここで、燃料カートリッジ１００に設けられた記憶素子１０１には、リサイクル回数や浸漬時間（カートリッジ差込用穴２１３の周辺を構成するシール部２２２や燃料異物除去フィルタ２２６に浸透している累積時間）の累積情報、メーカ情報、燃料となるアルコール種別の情報、アルコール燃料濃度の情報、製造日の情報などの装着使用情報が格納されている。よって、これらの情報を読み取ることで、製造メーカ、メーカ毎に燃料カートリッジの種別、燃料の濃度、純正カートリッジ有無の判別も可能となり、更には燃料に絡む故障原因究明が短時間に特定できる。また、製造履歴が追えることから自然経時劣化の度合いも確認できるようになる。
【００１６】
次に、本実施の形態の電源システムにおける動作について当該動作フローを示す図３に従って以下に説明する。
先ず、電源システムにおける燃料電池本体２００の起動スイッチがＯＮされ制御基板とＣＰＵ２０１を立ち上げ、この時、電源が立ち上がったことを示すパワーランプも同時にＯＮし（ステップＳ１０１；ＹＥＳ、ステップＳ１０２）、また、ＣＰＵ２０１は燃料カートリッジ１００がセットされたことの確認のために下限位置センサ２１２とカートリッジ有無センサ（図示せず）を通じて燃料カートリッジ１００が燃料電池本体２００側に設けられたカートリッジ差込用穴２１３にセットされた否かを確認する（ステップＳ１０３）。セットされない場合はカートリッジ無しを表示パネル２０５に表示してユーザに燃料カートリッジ１００のセットを促し（ステップＳ１０３；ＮＯ、ステップＳ１０４）、更に二次電池２２３の充電をＯＦＦにする（ステップＳ１０５）。燃料カートリッジ１００がセットされると、カートリッジ無しの表示を消し（ステップＳ１０６）、カートリッジ種のデフォルトを設定する（ステップＳ１０７）。
【００１７】
その後、ＣＰＵ２０１は燃料カートリッジ１００に設けられた記憶素子１０１に格納された装着使用情報を読取／書込ヘッド２０８により信号変換回路２０９を介して読み取る（ステップＳ１０８）。更に、ＣＰＵ２０１は読み取った装着使用情報を基に燃料カートリッジ１００がセットされたことを認識し、次に予めＲＯＭ２０２内に登録されている燃料カートリッジ情報（フローチャートではデフォルトと表現）と比較し、現在セットされた燃料カートリッジが適合種であるか判断し、更に記憶素子１０１から読み取った装着使用情報における燃料カートリッジのリサイクル回数が予め設定された上限値に達成しているか判定する（ステップＳ１０９）。判定結果リサイクル回数が予め設定された上限値に達成していないならば（ステップＳ１０９；ＮＯ）、燃料カートリッジ１００のリサイクル回数をカウントし、また浸漬時間を計時する（ステップＳ１１０）。もし、この時点でセットされた燃料カートリッジ１００が不適合品と判断されればＣＰＵ２０１はオペレータに対し、表示コントローラ２０６を介して図２の（ｂ）に示すような表示パネル２０５に不適合であることを文字表示や表示色で表示し、あるいは音声またはブザーなどを利用してアナウンスし、正規な燃料カートリッジをセットするように注意を促す（ステップＳ１１１；ＮＯ、ステップＳ１１２）。なお、正規な燃料カートリッジ１００をセットするように注意を促す時に、同時に適合カートリッジの識別情報（例えばカートリッジの型番など）を表示パネル２０５に表示させる。そうすること、でユーザは、適合カートリッジ情報をカタログやマニュアルなどからの調査する手間の煩わしさから開放される。この時、燃料電池のセルスタックへのダメージを防ぐためにＳＢ充電ＯＮ/ＯＦＦ信号をＯＦＦのままとし、セルスタックを無負荷にする。燃料カートリッジエラーが生じたときは、ポンプ稼動信号はＯＦＦしたままとし、燃料ポンプからの燃料の送液は行なわれず発電動作は行なわない。
【００１８】
次に、ユーザの手によって正規な燃料カートリッジがセットされると（ステップＳ１１１；ＹＥＳ）、ＣＰＵ２０１はカートリッジ種エラー表示を消してディレータイマをスタートさせ（ステップＳ１１３，Ｓ１１４）、燃料カートリッジの燃料残量の確認動作を行う（ステップＳ１１５）。なお、燃料カートリッジ１００の燃料残量の検出機構は、図１に示すように燃料残量フロート部材１０２の位置を検知する上限位置センサ２１０、中間位置センサ２１１、下限位置センサ２１２を含んで構成されている。これらのセンサで燃料カートリッジ１００の燃料液面を監視し、その監視結果をオペレータに対し、ＣＰＵ２０１は表示コントローラ２０６を介して表示パネル２０５に表示する。また、監視結果燃料液面が下限位置センサ２１２の位置まで燃料液面が達していない場合、ＣＰＵ２０１は燃料不足エラーと判断し（ステップＳ１１５；ＮＯ）、二次電池２２３の充電をＯＦＦにして表示コントローラ２０６を介して表示パネル２０５に液量不足エラー、カートリッジ交換要求表示や適合カートリッジ情報表示を行う（ステップＳ１１６〜Ｓ１１８）。この時、燃料電池のセルスタックへのダメージを防ぐために燃料電池（ＦＣ）負荷スイッチをＯＦＦし、セルスタックを無負荷にする。
【００１９】
その後、ディレータイマがFullになるまでに正規の燃料カートリッジがセットされれば各エラー表示はＯＦＦされ（ステップＳ１１９、ステップＳ１２０；ＮＯ、ステップＳ１１５；ＹＥＳ、ステップＳ１２１〜Ｓ１２３）、二次電池２２３の容量確認動作を行う（ステップＳ１２４）。二次電池２２３の容量が十分であると判断された場合（ステップＳ１２４；ＹＥＳ）、電源システムの燃料電池による発電動作は実行されないが、二次電池２２３の容量が十分でないと判断された場合、ＣＰＵ２０１は発電パラメータをＲＯＭ２０２から読み出し、発電動作表示をＯＮし、発電パラメータに応じてシーケンスを実行し、燃料ポンプ２１４、循環ポンプ２１６、ブロワ２２４、水ポンプ２２５などを稼動させ、燃料送液や空気供給を開始する。この時、他の電装も発電パラメータに応じてシーケンスに従い発電動作を実行して燃料電池稼動の表示を行う（ステップＳ１２５〜Ｓ１２８）。発電開始から規定時間経過後、燃料電池のセルスタック２１７からの出力が安定したことが確認できるとＳＢ充電ＯＮ／ＯＦＦ信号をＯＮし、セルスタック２１７から二次電池２２３への充電を開始する（ステップＳ１２９，Ｓ１３０）。もし、ディレータイマがFullになるまでに正規の燃料カートリッジ１００がセットされなければ（ステップＳ１２０；ＹＥＳ）燃料カートリッジ１００が無いことで電源システムの負荷装置への供給能力が無いと判断し、電源システムの供給能力エラー表示や燃料カートリッジ交換要求を表示する（ステップＳ１３１，Ｓ１３２）。更に、ステップＳ１２４で二次電池２２３の容量が十分でないと判断された場合（ステップＳ１２４；ＮＯ）、電源システムから出力を停止させ、その旨を表示して電源システムからの負荷装置への電源供給を停止する（ステップＳ１３３，Ｓ１３４）。なお、本実施の形態ではオペレータに知らせることになっているが報知方法は文字表示や表示色可変、音声またはブザーなどを利用してアナウンスする報知方法で達成可能である。
【００２０】
更に、ステップＳ１０９での判定結果リサイクル回数が予め設定された上限値に達成していたならば（ステップＳ１０９；ＹＥＳ）、ＣＰＵ２０１はセットされた燃料カートリッジ１００の寿命が近づいていると判断して表示コントローラ２０６を介して図２の（ｂ）に示すような表示パネル２０５にカートリッジの寿命時期が近づいている旨の表示を行う（ステップＳ１３５）。そして、燃料カートリッジ１００の燃料液量が所望の液量以上あれば（ステップＳ１３６；ＹＥＳ）ステップＳ１１０からの動作を行って燃料カートリッジ１００内の燃料を使い切った状態で停止状態になるように制御する。一方、所望の液量に足らない場合はシール部２２２などの消耗品が寿命に近づいていると判断し液漏れなどの危険性があると判断して燃料電池を停止させる（ステップＳ１３６；ＮＯ、ステップＳ１３７）。
【００２１】
なお、燃料カートリッジ１００が燃料電池本体２００から取り外す際ユーザによって燃料カートリッジ取り出しスイッチ２１８が押下されると、ＣＰＵ２０１は先ずリサイクル回数の情報及び浸漬時間の累積時間の情報を更新した装着使用情報を読取／書込ヘッド２０８によって燃料カートリッジ１００の記憶素子１０１に書き込み、書き込みが終了した時点でソレノイド２２０にロック解除信号を出力してロック機構２１９の係止を解除することで、燃料カートリッジ１００は取り外し可能となる。または、燃料カートリッジ１００のリサイクル回数や浸漬時間等の装着使用情報を記憶素子１０１に格納させ、随時リサイクル回数や浸漬時間等の累積情報を書き換えることとしてもよい。
【００２２】
また、燃料カートリッジ１００のメンテナンス時期は使用している部品の材質、燃料の濃度、部品が燃料の溶剤に浸る時間、カートリッジ容量により異なる場合が予想される。そこで、燃料カートリッジ１００の記憶素子に記憶された装着使用情報の中に予め燃料カートリッジ種毎の最大メンテナンス時期を示す最大リサイクル回数や最大浸漬時間を装着使用情報として記憶させておくことで、燃料電池本体２００に燃料カートリッジ１００を装填した後燃料電池システム内のＣＰＵ２０１は燃料カートリッジ種毎の最大メンテナンス時期を示す最大リサイクル回数や最大浸漬時間の装着使用情報を読み取ると、この情報と現在使用状況に伴う情報とを比較して把握することで燃料カートリッジ種の異なる場合でも正確にメンテナンス時期を把握でき、発電を停止・禁止したり、部品等の寿命が近づいている旨の報知を行うなどの適切な対応が可能となり、高い安全性を確保することができる。
【００２３】
なお、本実施の形態では燃料残検知は確実性の観点からセンサで直接、液面変化を監視し制御を行っているが、燃料電池の浸漬時間等の累積情報を利用する事で燃料カートリッジの１本当りの容量と燃料ポンプの単位時間当たりの送液量が解っていれば、燃料カートリッジの燃料残を容易に算出し把握することができる。
【００２４】
また、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電源システムの構成を示す概略構成図である。
【図２】本発明の電源システムの全体構成を示す斜視図である。
【図３】本実施の形態の電源システムにおける動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２６】
１００；燃料カートリッジ、１０１；記憶素子、
２００；燃料電池本体、２０１；ＣＰＵ、２０４；タイマ、
２０５；表示パネル、２０８；読取／書込ヘッド、３００；負荷装置。
【図１】
2008311156.tif 000003
【図２】
2008311156.tif 000004
【図３】
2008311156.tif 000005