(57)【要約】【課題】補機型ＤＭＦＣと気化型ＤＭＦＣとを併用した電力供給を実行する電池ユニットを提供する。【解決手段】燃料電池ユニット２は、ポンプ等の補助機構（補機）を使用する補機型ＤＭＦＣ２３と補機を使用しない気化型ＤＭＦＣ２２を備える。また、この燃料電池ユニット２の電力供給先となる電子機器は、電源スイッチをオンにした時、前回の作業を速やかに再開できるように、電源スイッチがオフされた直前の状態を保持するサスペンド機能を有している。そして、マイコン２５は、電子機器から電源オンの指示を受けた場合、補機型ＤＭＦＣ２３が発電した電力を電子機器に供給し、サスペンドまたは電源オフの指示を受けた場合、気化型ＤＭＦＣ２２が発電した電力を電子機器に供給する。【選択図】　　　図２
2004126818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料補給に補助機構を用いて発電可能な第１の燃料電池と、
前記補助機構を用いずに発電可能な第２の燃料電池と、
前記第１の燃料電池と前記第２の燃料電池とを用いた電力供給を制御する制御手段と、
前記第１の燃料電池または前記第２の燃料電池により発生された電力を出力する出力部とを具備する電池ユニットと、
前記出力部と電気的に接続される入力部を有し、前記入力部を介して入力された電力に基づいて動作可能な電子機器と
を具備することを特徴とする電子機器システム。
【請求項２】
前記電子機器は、さらに電源オフ操作時直前の状態を保持するサスペンド機能を有し、
前記制御手段は、前記電子機器が電源オン中の場合、前記第１の燃料電池からの電力を前記電子機器に供給し、サスペンド中または電源オフ中の場合、前記第２の燃料電池からの電力を前記電子機器に供給すること
を特徴とする請求項１に記載の電子機器システム。
【請求項３】
前記電子機器は、前記電子機器が電源オン状態であるか、それ以外の状態であるかを示す信号を通知する手段をさらに具備し、
前記制御手段は前記電子機器から通知された前記信号に基づいて前記第１の燃料電池または前記第２の燃料電池を用いた電力供給を行うことを特徴とする請求項２に記載の電子機器システム。
【請求項４】
前記制御手段は、前記第１の燃料電池の使用開始時に必要とされる前記補助機構を動作させる電力を前記第２の燃料電池から供給し、前記第１の燃料電池による電力供給が開始された後、前記第１の燃料電池からの電力を前記出力部へ供給することを特徴とする請求項１に記載の電子機器システム。
【請求項５】
前記制御手段は、前記電子機器から電源オン状態であることの通知を受け取った場合、前記第１の燃料電池による電力供給が可能になった後に、その旨を前記電子機器へ通知する手段を有することを特徴とする請求項３に記載の電子機器システム。
【請求項６】
前記電池ユニットは、繰り返し充放電可能な２次電池をさらに具備し、
前記制御手段は、前記電子機器で消費される電力量が、前記第１および第２の燃料電池により供給可能な電力量を越える場合に、前記２次電池で補うことを特徴とする請求項１または２に記載の電子機器システム。
【請求項７】
前記制御手段は、前記第１の燃料電池または前記第２の燃料電池からの電力で前記２次電池を充電することを特徴とする請求項６記載の電子機器システム。
【請求項８】
燃料補給に補助機構を用いて発電可能な第１の燃料電池と、
前記補助機構を用いずに発電可能な第２の燃料電池と、
前記第１の燃料電池と前記第２の燃料電池とを用いた電力供給を制御する制御手段と、
前記第１の燃料電池または前記第２の燃料電池により発生された電力を出力する出力部と
を具備することを特徴とする電池ユニット。
【請求項９】
前記制御手段は、前記第１の燃料電池の使用開始時に必要とされる前記補助機構を動作させる電力を前記第２の燃料電池から供給し、前記第１の燃料電池による電力供給が開始された後、前記第１の燃料電池からの電力を前記出力部へ供給することを特徴とする請求項８に記載の電池ユニット。
【請求項１０】
繰り返し充放電可能な２次電池をさらに具備し、
前記制御手段は、前記第１および第２の燃料電池により供給可能な電力量を越える不足分の電力および瞬間的な電力を前記２次電池で補うように制御する手段を有することを特徴とする請求項８記載の電池ユニット。
【請求項１１】
前記制御手段は、前記第１の燃料電池または前記第２の燃料電池からの電力で前記２次電池を充電する手段を有することを特徴とする請求項１０記載の電池ユニット。
【請求項１２】
電源オフ操作時直前の状態を保持するサスペンド機能を有する電子機器に適用され、燃料補給に補助機構を用いて発電可能な第１の燃料電池と、前記補助機構を用いずに発電可能な第２の燃料電池とを備えた電池ユニットの動作制御方法であって、
前記電子機器が電源オン中の場合、前記第１の燃料電池からの電力を前記電子機器に供給し、サスペンド中または電源オフ中の場合、前記第２の燃料電池からの電力を前記電子機器に供給する制御ステップを具備することを特徴とする電池ユニットの動作制御方法。
【請求項１３】
前記制御ステップは、前記電子機器から電源オンの通知を受け取った場合、前記第１の燃料電池による電力供給が可能になった後に、その旨の通知を前記電子機器に返信するステップを有することを特徴とする請求項１２記載の電池ユニットの動作制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば可搬型のパーソナルコンピュータなどに適用される電池ユニットの動作制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えばＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などと称される携帯情報端末やデジタルカメラなど、バッテリにより駆動可能な携帯型の電子機器が種々開発され、広く普及している。
【０００３】
また、最近、環境問題が大きな注目を集めており、環境に配慮したバッテリ開発も盛んに行われている。そして、この種のバッテリとして、ダイレクト・メタノール型燃料電池（以下、ＤＭＦＣ：Ｄｉｒｅｃｔ　Ｍｅｔｈａｎｏｌ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ）が良く知られている。
【０００４】
このＤＭＦＣは、燃料として与えられるメタノールと酸素を反応させ、その化学反応により電気エネルギーを得るものであり、多孔性金属または炭素からなる２つの電極が電解質をはさんだ構造をもつ（例えば、非特許文献１参照）。そして、このＤＭＦＣは、有害な廃棄物を発生させないため、その実用化が強く求められている。
【０００５】
【非特許文献１】
池田宏之助著「燃料電池のすべて」株式会社日本実業出版社、２００１年８月２０日、ｐ２１６−２１７
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このＤＭＦＣで体積あたりの出力電力量を上げるためには、ポンプ等の補助機構（補機）が必要となる。ここでは、この補機を使用するＤＭＦＣを補機型ＤＭＦＣ、使用しないＤＭＦＣを気化型ＤＭＦＣということにする。
【０００７】
一方、携帯情報端末の多くは、電源スイッチをオンにした時、前回の作業を速やかに再開できるように、電源スイッチがオフされた直前の状態を保持するサスペンド機能を有している。
【０００８】
いま、このサスペンド機能を有する携帯情報端末に補機型ＤＭＦＣを適用した場合を考える。そして、このサスペンド機能を作動させた場合を想定する。このサスペンド中、一般的な携帯情報端末では、状態保持のために約２００〜３００ｍＷの電力を消費する。一方、補機型ＤＭＦＣは、補機の稼働に伴い、約１Ｗの電力を必要とするのが一般的である。つまり、約２００〜３００ｍＷの電力を供給するために、約１Ｗの電力を消費する補機を稼働させるのは、燃料の消費効率上好ましくない。
【０００９】
また、最近では、たとえ電源オフ中であっても、マイコン等の内部回路に約６０〜７０ｍＷ程度の電力を供給しなければならないものも多く、この場合、燃料の消費効率はさらに悪化する。さらに、ポンプ等の補機は、少なからず騒音を発生させてしまうため、サスペンド中や電源オフ中に補機を稼働させるのは、そもそも好ましいことではない。
【００１０】
この発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、補機型ＤＭＦＣと気化型ＤＭＦＣとを併用した電力供給が可能な電子機器システム、電池ユニットおよび電池ユニットの動作制御方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、この発明は、燃料補給に補助機構を用いて発電可能な第１の燃料電池と、前記補助機構を用いずに発電可能な第２の燃料電池と、前記第１の燃料電池と前記第２の燃料電池とを用いた電力供給を制御する制御手段と、前記第１の燃料電池または前記第２の燃料電池により発生された電力を出力する出力部とを具備する電池ユニットと、前記出力部と電気的に接続される入力部を有し、前記入力部を介して入力された電力に基づいて動作可能な電子機器とを具備することを特徴とする電子機器システムを提供する。
【００１２】
また、この発明は、燃料補給に補助機構を用いて発電可能な第１の燃料電池と、前記補助機構を用いずに発電可能な第２の燃料電池と、前記第１の燃料電池と前記第２の燃料電池とを用いた電力供給を制御する制御手段と、前記第１の燃料電池または前記第２の燃料電池により発生された電力を出力する出力部とを具備することを特徴とする電池ユニットを提供する。
【００１３】
また、この発明は、電源オフ操作時直前の状態を保持するサスペンド機能を有する電子機器に適用され、燃料補給に補助機構を用いて発電可能な第１の燃料電池と、前記補助機構を用いずに発電可能な第２の燃料電池とを備えた電池ユニットの動作制御方法であって、前記電子機器が電源オン中の場合、前記第１の燃料電池からの電力を前記電子機器に供給し、サスペンド中または電源オフ中の場合、前記第２の燃料電池からの電力を前記電子機器に供給する制御ステップを具備することを特徴とする電池ユニットの動作制御方法を提供する。
【００１４】
この発明においては、約３〜２０Ｗの電力を消費する電源オン中には、約２０Ｗの出力電力量をもつ補機型ＤＭＦＣを使い、一方、約６０〜７０ｍＷの電力を消費する電源オフ中や、約２００〜３００ｍＷの電力を消費するサスペンド中には、約３００ｍＷの出力電力量をもつ気化型ＤＭＦＣを使うように電池ユニットの動作を制御する。つまり、約６０〜７０ｍＷまたは約２００〜３００ｍＷの電力を供給するために、約１Ｗの電力を消費する補機を稼働させるといった無駄を省くことが可能であり、燃料の消費効率を改善が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施形態を説明する。
【００１６】
（第１実施形態）
まず、この発明の第１実施形態について説明する。
【００１７】
図１は、この発明の第１実施形態に係る電子機器の外観を示す図である。
【００１８】
図１に示すように、この実施形態の電子機器１は、携帯型のパーソナルコンピュータであり、その本体内部に燃料電池ユニット２を収納する。そして、この電子機器１は、この燃料電池ユニット２から電力の供給を受けて動作し、燃料電池ユニット２は、その着脱が簡単に行えるようになっている。
【００１９】
また、この電子機器１は、電源スイッチをオンにした時、前回の作業を速やかに再開できるように、電源スイッチがオフされた直前の状態を保持するサスペンド機能を有している。したがって、この電子機器１は、サスペンド中も、燃料電池ユニット２からの電力供給を受け続ける。さらに、この電子機器１は、マイコン等の内部回路の動作保持のため、電源オフ中も、燃料電池ユニット２からの電力供給を受け続ける。なお、ここでは、この電子機器１の消費電力量を、電源オン中は約３〜２０Ｗ、サスペンド中は約２００〜３００ｍＷ、電源オフ中は約６０〜７０ｍＷであるものと想定する。
【００２０】
図２は、この燃料電池ユニット２の概略構成を示す図である。
【００２１】
図２に示すように、この燃料電池ユニット２は、燃料タンク２１、気化型ＤＭＦＣ２２、補機型ＤＭＦＣ２３、切り替え回路２４およびマイコン２５を有している。
【００２２】
燃料タンク２１は、気化型ＤＭＦＣ２２および補機型ＤＭＦＣ２３が燃料とするメタノールを入れたカートリッジ式の容器であり、燃料電池ユニット２に取り外し自在に収納される。
【００２３】
気化型ＤＭＦＣ２２は、燃料タンク２１から送り込まれたメタノールを内部で気化させて空気中の酸素と反応させるタイプのＤＭＦＣであり、体積あたりの出力電力量は小さいが、ポンプ等の補機による電力消費は一切ない。一方、補機型ＤＭＦＣ２３は、燃料タンク２１のメタノールや空気をポンプ等の補機により能動的に取り込むタイプのＤＭＦＣであり、体積あたりの出力量は大きいが、補機による電力消費が発生する。ここでは、気化型ＤＭＦＣ２２の出力電力量を約３００ｍＷ、補機型ＤＭＦＣ２３の出力電力量を約２０Ｗ、補機型ＤＭＦＣ２３で用いられる補機の消費電力量を約１Ｗと仮定する。
【００２４】
また、この補機型ＤＭＦＣ２３は、燃料ポンプ２３１、混合タンク２３２、送液ポンプ２３３、ＤＭＦＣセルスタッック２３４および送風ポンプ２３５から構成される。
【００２５】
燃料タンク２１のメタノールは、燃料ポンプ２３１により混合タンク２３２に送り込まれて気化される。そして、この気化されたメタノールは、送液ポンプ２３３によりＤＭＦＣセルスタック２３４に送り込まれる。また、このＤＭＦＣセルスタック２３４には、送風ポンプ２３５により空気が送り込まれ、この空気中の酸素と気化されたメタノールとが反応して発電が行われる。前述の補機による約１ｗの電力消費とは、つまり、この燃料ポンプ２３１、送液ポンプ２３３および送風ポンプ２３５による電力消費である。
【００２６】
切り替え回路２４は、気化型ＤＭＦＣ２２の出力電力と補機型ＤＭＦＣ２３の出力電力のいずれか一方を排他選択的に電子機器１に供給するためのセレクタである。そして、マイコン２５は、この切り替え回路２４の駆動制御を含む燃料電池ユニット２全体の動作制御を司り、電子機器１との間で各種信号の送受信を実行する。
【００２７】
次に、図３を参照して、この燃料電池ユニット２の動作制御原理について説明する。図３は、この燃料電池ユニット２の動作制御の手順を示すフローチャートである。
【００２８】
マイコン２５は、電子機器１から何らかの信号が送信されていないかを常時監視しており（ステップＡ１）、信号を受信すると（ステップＡ１のＹＥＳ）、その信号がサスペンドに移行する旨を示す信号か、または、電源オフに移行する旨を示す信号かどうかを調べる（ステップＡ２）。もし、サスペンドや電源オフに移行する旨の信号であった場合（ステップＡ２のＹＥＳ）、マイコン２５は、補機型ＤＭＦＣ２３の各種ポンプを停止させ（ステップＡ３）、気化型ＤＭＦＣ２２の出力電力が電子機器１に供給されるように切り替え回路２４を駆動する（ステップＡ４）。
【００２９】
一方、電子機器１から受信した信号が、電源オンに移行する旨を示す信号であった場合（ステップＡ２のＮＯ）、マイコン２５は、補機型ＤＭＦＣ２３の各種ポンプを起動する（ステップＡ５）。そして、マイコン２５は、補機型ＤＭＦＣ２３が所定の電力量を供給可能な状態になるのを待機し（ステップＡ６）、その電力量を供給可能な状態になったら（ステップＡ６のＹＥＳ）、補機型ＤＭＦＣ２３の出力電力が電子機器１に供給されるように切り替え回路２４を駆動するとともに（ステップＡ７）、電子機器１に対して電源オンの準備が整った旨を通知する（ステップＡ８）。
【００３０】
このように、この燃料電池ユニット２は、約３〜２０Ｗの電力を消費する電源オン中には、約２０Ｗの出力電力量をもつ補機型ＤＭＦＣ２３を使い、一方、約６０〜７０ｍＷの電力を消費する電源オフ中や、約２００〜３００ｍＷの電力を消費するサスペンド中には、約３００ｍＷの出力電力量をもつ気化型ＤＭＦＣ２２を使うように動作制御するため、燃料の消費効率改善を実現し、かつ、サスペンド中および電源オフ中に補機による騒音を発生させることもない。
【００３１】
なお、補機型ＤＭＦＣ２３の起動時、マイコン２５は、燃料ポンプ２３１、送液ポンプ２３３および送風ポンプ２３５を、まず、気化型ＤＭＦＣ２２から出力される約３００ｍＷの電力で稼働させる。そして、この稼働により補機型ＤＭＦＣ２３から例えば１Ｗを越える電力が出力され始めたら、マイコン２５は、この補機型ＤＭＦＣ２３から出力される電力で燃料ポンプ２３１、送液ポンプ２３３および送風ポンプ２３５を稼働させるように切り替えを実行する。また、電源オフ中やサスペンド中におけるマイコン２５への電力供給は、気化型ＤＭＦＣ２２の出力電力が充てられる。
【００３２】
（第２実施形態）
次に、この発明の第２実施形態について説明する。
【００３３】
図４は、この発明の第２実施形態に係る燃料電池ユニット２を説明するための概略構成図である。
【００３４】
前述の第１実施形態の燃料電池ユニット２とこの第２実施形態の燃料電池ユニット２との違いは、図４に示すように、この第２実施形態の燃料電池ユニット２では、さらに２次電池２６と、この２次電池２６を充電するための充電回路２７とを追加した点にある。そして、切り替え回路２４は、気化型ＤＭＦＣ２２および補機型ＤＭＦＣ２３に加え、この２次電池２６も選択の対象とする。また、この第２実施形態での切り替え回路２４は、これら３つの電力供給元を排他的に選択するのではなく、必要に応じて、２次電池２６の電力を補機型ＤＭＦＣ２３の電力に加えるような選択を行う。
【００３５】
つまり、この第２実施形態の燃料電池ユニット２は、例えば消費電力を急激に増加させるような電子機器１に好適であり、補機型ＤＭＦＣ２３の不足分や瞬間的な電力を２次電池２６で供給する。
【００３６】
また、充電回路２７が、電源オフ中における気化型ＤＭＦＣ２２の余剰電力で２次電池２６を充電することにより、燃料の消費効率が改善される。
【００３７】
なお、本願発明は、前記実施形態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種々に変形することが可能である。更に、前記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。たとえば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、補機型ＤＭＦＣと気化型ＤＭＦＣとを併用した電力供給が可能な電子機器システム、電池ユニットおよび電池ユニットの動作制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態に係る電子機器の外観を示す図。
【図２】同第１実施形態の燃料電池ユニットの概略構成を示す図。
【図３】同第１実施形態の燃料電池ユニットの動作制御の手順を示すフローチャート。
【図４】同第２実施形態に係る燃料電池ユニットを説明するための概略構成図。
【符号の説明】
１…電子機器
２…燃料電池ユニット
２１…燃料タンク
２２…気化型ＤＭＦＣ
２３…補機型ＤＭＦＣ
２４…切り替え回路
２５…マイコン
２６…充電回路
２７…２次電池
２３１…燃料ポンプ
２３２…混合タンク
２３３…送液ポンプ
２３４…ＤＭＦＣセルスタック
２３５…送風ポンプ
【図１】
2004126818.tif 000003
【図２】
2004126818.tif 000004
【図３】
2004126818.tif 000005
【図４】
2004126818.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成15年12月3日(2003.12.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
燃料タンク２１のメタノールは、燃料ポンプ２３１により混合タンク２３２に送り込まれる。そして、このメタノールは、送液ポンプ２３３によりＤＭＦＣセルスタック２３４に送り込まれる。また、このＤＭＦＣセルスタック２３４には、送風ポンプ２３５により空気が送り込まれ、この空気中の酸素とメタノールとが反応して発電が行われる。前述の補機による約１ｗの電力消費とは、つまり、この燃料ポンプ２３１、送液ポンプ２３３および送風ポンプ２３５による電力消費である。