(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間に応じて負荷が変動する電子機器に対し電源電圧を供給する液体型燃料電池システムにおいて、
第１の電圧を出力する液体型燃料電池ユニットと、
前記液体型燃料電池ユニットから出力された第１の電圧を昇圧し、昇圧された第２の電圧を前記電子機器へ出力する昇圧回路と、
前記液体型燃料電池ユニットから出力される第１の電圧を、当該液体型燃料電池ユニットにより生成される電力がピーク値を示すときの前記第１の電圧値と当該第１の電圧値の７０％に相当する値との間の値に設定された第１のしきい電圧と比較し、その比較結果に応じて前記第１の電圧が前記第１のしきい電圧を下回らないように或いは前記第１の電圧が前記第１のしきい電圧以上を保持するように前記昇圧回路の動作を制御する第１の制御回路と、
前記第１の電圧が第１のしきい電圧以上を保持している状態で、前記第２の電圧を前記電子機器への定格出力に応じて予め設定された第２のしきい電圧と比較し、その比較結果に応じて前記第２の電圧が前記第２のしきい電圧を超えないように前記昇圧回路を制御する第２の制御回路と
を具備する液体型燃料電池システム。
【請求項２】
前記第１の制御回路は、前記第１のしきい電圧を生成する回路を内蔵するものである請求項１記載の液体型燃料電池システム。
【請求項３】
前記第１の制御回路に対し独立して設けられ、前記第１のしきい電圧を生成して、生成された第１のしきい電圧を前記第１の制御回路に与えるしきい電圧生成回路を、さらに具備する請求項１記載の液体型燃料電池システム。
【請求項４】
前記第１の制御回路は、前記第１のしきい電圧を生成する可変電圧発生回路を内蔵し、
かつ前記第１のしきい電圧の値を指定する制御信号を前記可変電圧発生回路に与え、当該可変電圧発生回路により生成される第１のしきい電圧の値を可変制御する回路を、さらに具備する請求項１記載の液体型燃料電池システム。
【請求項５】
液体型燃料電池ユニットと、時間に応じて負荷が変動する電子機器との間に設けられる昇圧ユニットであって、
前記液体型燃料電池ユニットから出力された第１の電圧を昇圧し、昇圧された第２の電圧を前記電子機器へ出力する昇圧回路と、
前記液体型燃料電池ユニットから出力される第１の電圧を、当該液体型燃料電池ユニットにより生成される電力がピーク値を示すときの前記第１の電圧値と当該第１の電圧値の７０％に相当する値との間の値に設定された第１のしきい電圧と比較し、その比較結果に応じて前記第１の電圧が前記第１のしきい電圧を下回らないように或いは前記第１の電圧が前記第１のしきい電圧以上を保持するように前記昇圧回路の動作を制御する第１の制御回路と、
前記第１の電圧が第１のしきい電圧以上を保持している状態で、前記第２の電圧を前記電子機器への定格出力に応じて予め設定された第２のしきい電圧と比較し、その比較結果に応じて前記第２の電圧が前記第２のしきい電圧を超えないように前記昇圧回路を制御する第２の制御回路と
を具備する液体型燃料電池システムの昇圧ユニット。
【請求項６】
前記第１の制御回路は、前記第１のしきい電圧を生成する回路を内蔵するものである請求項５記載の液体型燃料電池システムの昇圧ユニット。
【請求項７】
前記第１の制御回路に対し独立して設けられ、前記第１のしきい電圧を生成して、生成された第１のしきい電圧を前記第１の制御回路に与えるしきい電圧生成回路を、さらに具備する請求項５記載の液体型燃料電池システムの昇圧ユニット。
【請求項８】
前記第１の制御回路は、前記第１のしきい電圧を生成する可変電圧発生回路を内蔵し、
かつ前記第１のしきい電圧の値を指定する制御信号を前記可変電圧発生回路に与え、当該可変電圧発生回路により生成される第１のしきい電圧の値を可変制御する回路を、さらに具備する請求項５記載の液体型燃料電池システムの昇圧ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  この発明は、液体型燃料電池システムに係わり、特に時間により負荷が変動する電子機器の電源として使用される液体型燃料電池システムとその昇圧ユニットに関する。
【背景技術】  近年、メタノールやエタノール等の液体燃料から直接プロトンを取り出して発電を行う液体型燃料電池システムが開発されている。この種の燃料電池は、改質器が不要であり燃料容積が少なくて済むことから、携帯型パーソナル・コンピュータやＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）、映像・オーディオプレーヤ等の携帯型電子機器の電源として期待されている。
ところで、直接型メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）に代表される液体型燃料電池システムは、１個のスタックの起電力が低い。このため、携帯型電子機器の電源として用いるには多数のスタックを直列に積み重ねるか、或いは出力電圧を昇圧する必要がある。このうち、多数のスタックを直列に積み重ねるとシステムの大型化を招く。このため、一般にはＤＣ−ＤＣコンバータ等の昇圧回路を設けることが検討されている。
しかし、液体型燃料電池システムは燃料電池自体の内部抵抗が高い。このため、液体型燃料電池システムを、負荷が時間により変動する携帯型電子機器の電源として使用すると、負荷が増加した場合に昇圧回路の動作により燃料電池の出力電圧が著しく低下する。そして、場合によっては燃料電池がシャットダウンに至る。
一方、電動車両用の燃料電池システムにおいて、負荷変動に対応するために、過度の電力供給を防止する機能を持ったシステムが提案されている。このシステムは、例えば特開２００２−４４８０７に示されるように、燃料電池と二次電池とを組み合わせたハイブリッド電源方式を採用する。そして、燃料電池の出力が所定の許容値を超える状態になったときに、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力指令信号値を負荷増加分に応じて減算する。このようにすると、燃料電池から負荷への定格出力を超えた過度の電力供給は防止される。
ところが、上記従来提案されているシステムでは、燃料電池から負荷への定格出力を超えた過度の電力供給を防止することは可能である。しかし、定格出力以下の領域では、負荷の変動に応じ依然として燃料電池の出力が変動する。このため、燃料電池がシャットダウンに至る不具合は解消されず、この結果給電の安定性及び発電効率の低下を招いていた。
この発明の目的は、負荷変動に対し常に安定な給電を可能にし、かつ高い発電効率を保持することを可能にした液体型燃料電池システムとその昇圧ユニットを提供することである。
【発明の開示】
上記目的を達成するためにこの発明の一形態は、第１の電圧を出力する液体型燃料電池ユニットと、この液体型燃料電池ユニットから出力された第１の電圧を昇圧し、この昇圧された第２の電圧を、時間に応じて負荷が変動する電子機器に供給する昇圧回路と、第１の制御回路とを備える。そして、この第１の制御回路により、上記液体型燃料電池ユニットから出力される第１の電圧を予め設定された第１のしきい電圧と比較し、この比較結果に応じて上記第１の電圧の変化を抑圧するように上記昇圧回路を制御するように構成したものである。
上記第１の制御回路による昇圧回路の制御形態としては、上記比較結果に応じて、第１の電圧が第１のしきい電圧を下回らないように昇圧回路を制御する形態と、上記比較結果に応じて、第１の電圧が第１のしきい電圧以上を保持するように昇圧回路を制御する形態とがある。
【図面の簡単な説明】  Ｆｉｇ．１は、この発明の第１の実施形態に係わる液体型燃料電池システムの概略構成図。
Ｆｉｇ．２は、Ｆｉｇ．１に示したシステムの回路構成を示すブロック図。
Ｆｉｇ．３は、Ｆｉｇ．２に示したシステムの昇圧制御回路の回路構成を示す図。
Ｆｉｇ．４は、直接型メタノール燃料電池の出力電流−電圧特性及び出力電流−電力特性の一例を示す図。
Ｆｉｇ．５は、Ｆｉｇ．２に示したシステムの昇圧回路の出力電流−電圧特性を示す図。
Ｆｉｇ．６は、Ｆｉｇ．２に示したシステムの昇圧回路の出力電流−出力電力特性を示す図。
Ｆｉｇ．７は、この発明の第２の実施形態に係わる液体型燃料電池システムの昇圧制御回路及びしきい電圧制御回路の回路構成を示す図。
Ｆｉｇ．８は、温度をパラメータとしたときの、直接型メタノール燃料電池の出力電流−電圧特性及び出力電流−電力特性の一例を示す図。
Ｆｉｇ．９は、この発明の第３の実施形態に係わる液体型燃料電池システムの昇圧制御回路及び制御ユニットの回路構成を示す図。
【発明を実施するための最良の形態】  先ず、この発明の実施形態の概要を説明する。
この発明の一形態は、昇圧制御回路により、液体型燃料電池ユニットから出力される第１の電圧を第１のしきい電圧と比較する。そして、その比較結果に応じて、上記第１の電圧が上記しきい電圧を下回らないようにするか、或いは第１の電圧が上記しきい電圧以上を保持するように、上記昇圧回路の昇圧動作を制御するように構成したものである。
したがってこの発明の一形態によれば、負荷の変動に追従して、昇圧回路が上記負荷に供給する電圧を変化させるように動作する場合に、昇圧制御回路により第１の電圧がしきい電圧を下回らないように昇圧回路の昇圧動作が制御される。すなわち、負荷が時間変動を起こしても、液体型燃料起動部の出力電圧は常にしきい電圧以上に保持される。このため、液体型燃料電池がシャットダウンに至る不具合は防止され、これにより電子機器に対し安定に電力を供給することが可能となる。
上記しきい値は、液体型燃料電池ユニットにより生成される電力がピーク値を示すときの第１の電圧値と当該第１の電圧値の７０％に相当する値との間の値に設定するとよい。このようにすると、液体型燃料電池ユニットを効率の良好な領域で動作させることができる。
さらに、上記しきい値の補正回路を設け、この補正回路により、上記液体型燃料電池ユニットの温度を検出し、この検出された温度に応じて上記しきい値を補正するように構成するとよい。このように構成すると、液体型燃料電池ユニットの温度変化に応じその時々で最適なしきい電圧を可変設定することが可能となる。このため、しきい電圧を一定値に固定する場合に比べ、液体型燃料電池ユニットが最大能力を発揮する動作状態に、いち早く立ち上げることが可能となる。また、昇圧回路の二次側に補助電源部が設けられている場合には、この補助電源部の消耗を抑制することが可能となる。
次に、図面を参照して、この発明に係わるいくつかの実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
この発明の第１の実施形態は、直接型メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）ユニットから出力された電圧を昇圧回路により昇圧し、この昇圧された電圧に補助バッテリから出力される補助電圧を重畳して電子機器に供給するハイブリッド型のＤＭＦＣシステムを前提とする。そして、昇圧制御回路を新たに設け、この昇圧制御回路により、上記ＤＭＦＣユニットから出力される電圧を予め設定されたしきい電圧と比較し、その比較結果に基づいて上記昇圧回路の出力電圧を制御する。そして、この制御により上記ＤＭＦＣユニットの出力電圧が上記しきい電圧を下回らないようにようにする。
Ｆｉｇ．１は、この発明に係わる液体型燃料電池システムの第１の実施形態である直接型メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）システムの概略構成図である。このＤＭＦＣシステムは、筐体内に、ＤＭＦＣユニット１と、制御ユニット２と、補助バッテリ３と、燃料タンク４を収納したものである。
ＤＭＦＣユニット１は、アノード極とカソード極との間に電解質膜を配置している。これらのアノード極とカソード極は、ともに集電体及び触媒層からなる。アノード触媒層にはメタノール水溶液が供給され、触媒反応によりプロトン（陽子）が発生される。一方、カソード極には空気が供給される。カソード極では、上記電解質を通り抜けたプロトンが、上記供給された空気に含まれる酸素と触媒上で反応することにより発電が行われる。
燃料タンク４には、燃料としてメタノール水溶液が収容される。このメタノール水溶液は図示しない供給路を介して上記ＤＭＦＣユニット１のアノード触媒層に供給される。また燃料タンク４には注入口５が設けてある。この注入口５には燃料カートリッジが着脱自在に装着され、この燃料カートリッジから燃料タンク４へ燃料が補給される。
補助バッテリ３は二次電池からなる。この二次電池は上記ＤＭＦＣユニット１から出力される電力により充電される。補助バッテリ３は、給電対象である携帯型電子機器１００の負荷に応じ、上記ＤＭＦＣユニット１から出力される電力の不足分を補給するための補助電力を発生する。そして、この発生された補助電力を携帯型電子機器１００に供給する。
制御ユニット２は、携帯型電子機器１００に対する電源電圧の供給を制御するもので、次のように構成される。Ｆｉｇ．２は、この制御ユニット２の構成を主として示す回路ブロック図である。
すなわち、制御ユニット２は、昇圧回路８と、昇圧制御回路９Ａと、電流電圧監視回路（図示せず）とを備える。このうち、昇圧回路８及び昇圧制御回路９Ａは昇圧ユニット１０Ａを構成する。この昇圧ユニット１０Ａは１枚の回路基板上に形成される。
昇圧回路８は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータにより構成される。昇圧制御回路９Ａは、例えばＦｉｇ．３に示すように、第１の制御回路９１と、第２の制御回路９２とから構成される。
第１の制御回路９１は、コンパレータ９ａと、しきい電圧電源９ｂとから構成される。コンパレータ９ａは、ＤＭＦＣユニット１の出力電圧（ＤＣ−ＤＣコンバータ８への入力電圧Ｖｉｎ）と、しきい電圧電源９ｂにより発生される第１のしきい電圧Ｖｃｏｎｔとを比較する。そして、Ｖｉｎ＜Ｖｃｏｎｔのときには、ＤＣ−ＤＣコンバータ８に制御信号を与え、これにより出力電圧Ｖｏｕｔを制御する。この結果、上記ＤＭＦＣユニット１の出力電圧Ｖｉｎは最適化される。
ここで、上記第１のしきい電圧Ｖｃｏｎｔは、Ｆｉｇ．４に示すようにＤＭＦＣユニット１により生成される電力Ｐ０がピーク値Ｐｍａｘ０を示すときの、ＤＭＦＣユニット１の出力電圧値Ｖｃ０に設定される。したがって、上記ＤＭＦＣユニット１の出力電圧Ｖｉｎは、常に上記第１のしきい電圧Ｖｃｏｎｔ＝Ｖｃ０以上に保持される。
第２の制御回路９２は、コンパレータ９ａと、しきい電圧電源９ｂと、抵抗分圧回路Ｒ１，Ｒ２とから構成される。抵抗分圧回路Ｒ１，Ｒ２は、上記ＤＣ−ＤＣコンバータ８の出力電圧Ｖｏｕｔを分圧し、分圧された電圧をコンパレータ８に入力する。コンパレータ８は、上記分圧された電圧値を、しきい電圧電源９ｄにより生成される第２のしきい電圧ＶＦＢと比較する。そして、その差信号を上記ＤＣ−ＤＣコンバータ８に与えることにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ８の出力電圧Ｖｏｕｔを制御する。
すなわち、第２の制御回路９２は、上記ＤＭＦＣユニット１の出力電圧Ｖｉｎが、上記第１のしきい電圧Ｖｃｏｎｔ＝Ｖｃ０以上に保持されている状態において、ＤＣ−ＤＣコンバータ８の出力電圧Ｖｏｕｔが第２のしきい電圧ＶＦＢを上回らないように、ＤＣ−ＤＣコンバータ８の動作を制御する。
次に、以上のように構成されたＤＭＦＣシステムの動作を説明する。
ＤＭＦＣシステムを電源として使用する場合、携帯型電子機器１００の電源端子（図示せず）に出力回路７の＋端子７ａ及び−端子７ｂを接続する。そうすると、ＤＭＦＣユニット１から出力された電圧Ｖｉｎが昇圧回路８で電圧Ｖｏｕｔに昇圧されたのち、上記出力端子７の＋端子７ａ及び−端子７ｂから携帯型電子機器１００に供給される。
また、このとき上記携帯型電子機器１００の負荷が変動し、上記昇圧回路８の出力電圧Ｖｏｕｔだけでは必要な電力を賄えなくなると、その不足分が補助バッテリ３の二次電池から上記携帯型電子機器１００に供給される。すなわち、携帯型電子機器１００に対しハイブリッド方式による電源供給が行われる。
ところで、上記携帯型電子機器１００の負荷が変動すると、昇圧回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ）８が持つ本来の昇圧機能によりＤＭＦＣユニット１の出力電圧Ｖｉｎが低下し、これを放置するとＤＭＦＣユニット１がシャットダウンに至る。しかしながら、この第１の実施形態に係わるＤＭＦＣシステムでは、昇圧制御回路９Ａの第１の制御回路９１により、ＤＭＦＣユニット１の出力電圧Ｖｉｎが第１のしきい電圧Ｖｃｏｎｔを下回らないように、つまり出力電圧Ｖｉｎが第１のしきい電圧Ｖｃｏｎｔ未満に低下しないように制御される。
すなわち、ＤＭＦＣユニット１の出力電圧Ｖｉｎが第１のしきい電圧Ｖｃｏｎｔ以上のとき（Ｖｉｎ≧Ｖｃｏｎｔ）には、昇圧制御回路９の第１の制御回路９１は動作せず、この結果ＤＣ−ＤＣコンバータ８からはＦｉｇ．５に示すように一定の出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。
これに対し、ＤＭＦＣユニット１の出力電圧Ｖｉｎがさらに低下してＶｉｎ＜Ｖｃｏｎｔとなると、昇圧制御回路９の第１の制御回路９１が動作してＤＣ−ＤＣコンバータ８に制御信号を与える。この結果、ＤＣ−ＤＣコンバータ８の出力電圧ＶｏｕｔはＦｉｇ．５に示すように減少する。これによりＤＭＦＣユニット１の出力電圧Ｖｉｎは、第１のしきい電圧Ｖｃｏｎｔ未満に低下しないように保持される。
したがって、ＤＭＦＣユニット１は、Ｆｉｇ．４に示すように出力電力Ｐ０のピーク値Ｐｍａｘ０付近から出力電圧Ｅ０の大きい領域Ｘで駆動することになる。このため、携帯型電子機器１００の負荷の変動によらず、ＤＭＦＣユニット１の動作状態は常に最大効率に近い状態を維持する。Ｆｉｇ．６は、上記Ｆｉｇ．５に示した出力電流−電圧特性に対応するＤＣ−ＤＣコンバータ８の出力電流−出力電力特性を示す図である。
なお、補助バッテリ３の電圧値が、当該補助バッテリ３が満充電のときの電圧値より低下しているときには、携帯型電子機器１００への供給電圧はＤＣ−ＤＣコンバータ８の出力電圧Ｖｏｕｔに代わってＤＭＦＣユニット１の出力電圧Ｖｉｎに依存する。
以上述べたように第１の実施形態では、昇圧制御回路９Ａの第１の制御回路９１において、上記ＤＭＦＣユニット１の出力電圧Ｖｉｎを予め設定された第１のしきい電圧Ｖｃｏｎｔと比較している。そして、Ｖｉｎ＜Ｖｃｏｎｔとなったときに、上記ＤＣ−ＤＣコンバータ８の出力電圧Ｖｏｕｔを制御し、これにより上記ＤＭＦＣユニット１の出力電圧Ｖｉｎが上記第１のしきい電圧Ｖｃｏｎｔ未満に低下しないようにしている。
したがって、携帯型電子機器１００の負荷変動の影響により、ＤＭＦＣユニット１の出力電圧Ｖｉｎが低下した場合でも、このＤＭＦＣユニット１の出力電圧Ｖｉｎは常に第１のしきい電圧Ｖｃｏｎｔ以上に保持される。このため、携帯型電子機器１００の負荷の変動の影響により、ＤＭＦＣユニット１がシャットダウンに至る不具合は防止される。そして、携帯型電子機器１００に対し安定に電力を供給することが可能となると共に、高い発電効率を保持することができる。
なお、第１の実施形態に係わるＤＭＦＣシステムのように、補助バッテリ３を昇圧回路８の二次側に配置した場合、補助バッテリ３の内部抵抗は小さいため、昇圧回路８の出力電圧が補助バッテリ３の出力電圧に引っ張られて昇圧回路８の効率が低下する。
しかし、これに対しては制御ユニット２に固定電圧生成回路を設ける。そして、この固定電圧生成回路において補助バッテリ３の電圧値をもとに固定電圧を生成し、この生成された固定電圧を昇圧回路８に帰還して昇圧回路８の出力電圧Ｖｏｕｔを制御するように構成するとよい。このように構成すると、昇圧回路８は補助バッテリ３の電圧値に影響を受けることなく昇圧動作を行うことが可能となり、これにより昇圧回路８は高効率を維持できる。
（第２の実施形態）
この発明の第２の実施形態は、昇圧制御回路により、ＤＭＦＣユニットから出力される電圧をしきい電圧と比較し、その比較結果に基づいて上記昇圧部の出力電圧を制御するシステムにあって、上記ＤＭＦＣユニットの温度を検出し、この検出された温度に応じて上記昇圧制御回路のしきい電圧を可変制御するようにしたものである。
具体的には、その時々の温度においてＤＭＦＣユニットにより生成される電力のピーク値に対応する電圧値となるように、上記しきい電圧を設定する。
Ｆｉｇ．７は、この発明の第２の実施形態に係わるＤＭＦＣシステムの制御ユニットの構成を示す回路ブロック図である。なお、同図において前記Ｆｉｇ．３と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
昇圧制御回路９Ｂにおいて、第１のしきい電圧Ｖｃｏｎｔを発生するしきい電圧電源９ｅは、外部からの制御信号に応じて出力電圧を可変することが可能な可変電源回路により構成される。
また、ＤＭＦＣユニット１と近接する位置には温度検出器２１が設けてある。さらに、制御ユニット２にはしきい電圧制御回路２２が設けてある。温度検出器２１は例えばサーミスタを使用したもので、上記ＤＭＦＣユニット１の温度に対応する電圧値を温度検出信号としてしきい電圧制御回路２２に入力する。
しきい電圧制御回路２２は、しきい電圧テーブルを有している。このしきい電圧テーブルには、温度に対応付けて、当該温度にとって最適なしきい電圧Ｖｃｏｎｔの補正データが記憶されている。しきい電圧制御回路２２は、上記温度検出器２１から供給された温度検出信号の電圧値に対応するしきい電圧の補正データを、上記しきい電圧テーブルから読み出す。そして、この読み出されたしきい電圧の補正データを、昇圧制御回路９Ｂのしきい電圧電源９ｅに与える。これにより、しきい電圧電源９ｅから、上記検出温度に対応する最適な第１のしきい電圧Ｖｃｏｎｔを発生させる。
例えば、温度をパラメータとしたときのＤＭＦＣユニット１の出力電流−電圧特性及び出力電流−出力電力特性がＦｉｇ．８に示されるとき、温度ごとに、その出力電力特性Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のピーク値Ｐｍａｘ１，Ｐｍａｘ２，Ｐｍａｘ３，Ｐｍａｘ４に対応する出力電圧値Ｖｃ１，Ｖｃ２，Ｖｃ３，Ｖｃ４を、しきい電圧Ｖｃｏｎｔとしてしきい電圧テーブルに記憶しておく。
そして、温度検出器２１により検出された温度に対応する出力電圧値、例えば出力電圧値Ｖｃ３を上記しきい電圧テーブルから読み出し、この読み出された出力電圧値Ｖｃ３を補正データとして昇圧制御回路９Ｂのしきい電圧電源９ｅに与える。この結果、しきい電圧電源９ｅのしきい電圧Ｖｃｏｎｔは上記出力電圧値Ｖｃ３に設定され、以後ＤＭＦＣユニット１の出力電圧Ｖｉｎは上記出力電圧値Ｖｃ３未満に低下しないように制御される。
以後同様に、その時々のＤＭＦＣユニット１の温度に応じた最適な電圧値がしきい電圧Ｖｃｏｎｔとしてしきい電圧電源９ｅに設定される。そして、ＤＭＦＣユニット１の出力電圧Ｖｉｎは、この設定されたしきい電圧Ｖｃｏｎｔを下回らないように制御される。
以上述べたように第２の実施形態では、温度検出器２１によりＤＭＦＣユニット１の温度を検出し、この検出された温度に対応する最適な電圧値、つまりＤＭＦＣユニット１の出力電力のピーク値に対応する出力電圧値を、しきい電圧Ｖｃｏｎｔとしてしきい電圧電源９ｅに設定するようにしている。したがって、ＤＭＦＣユニット１の温度変化に応じ、その時々で最適なしきい電圧Ｖｃｏｎｔを可変設定することが可能となる。このため、しきい電圧Ｖｃｏｎｔを一定値に固定する場合に比べ、ＤＭＦＣユニット１の動作状態をいち早く最大効率の状態に立ち上げることが可能となり、また補助バッテリ３の二次電池の消耗を抑制することができる。
（第３の実施形態）
この発明の第３の実施形態は、制御ユニット２がマイクロコンピュータのようにソフトウエアにより動作する演算処理ユニットを備えている場合に、温度検出器２１により検出されたＤＭＦＣユニット１の温度をもとに演算を行い、これにより上記検出温度に対応する最適なしきい電圧値を算出する。そして、この算出されたしきい電圧値Ｖｃｏｎｔを生成して、昇圧制御回路のコンパレータ９ａに入力するようにしたものである。
Ｆｉｇ．９は、この発明の第３の実施形態に係わるＤＭＦＣシステムの制御ユニットの構成を示す回路ブロック図である。なお、同図において前記Ｆｉｇ．７と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
この実施形態の制御ユニット２は、マイクロコンピュータ３０を備えている。マイクロコンピュータ３０は、ＣＰＵ３１と、アナログ／ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）３２と、ディジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ）３３とを備えている。
Ａ／Ｄ３２は、温度検出器２１から出力されるアナログ温度検出信号をディジタルデータに変換してＣＰＵ３１に与える。ＣＰＵ３１は、図示しないメモリに格納されたプログラムに従い、検出温度に応じて最適なしきい電圧値Ｖｃｏｎｔを算出するための処理を実行する。このとき使用する演算式は、温度と最適しきい電圧値との関数として表され、図８に破線で示した特性に基づいて予め用意される。
Ｄ／Ａ３３は、上記ＣＰＵ３１により算出された最適しきい電圧値Ｖｃｏｎｔのディジタルデータをアナログ電圧に変換し、変換されたアナログ電圧を昇圧制御回路９Ｃのコンパレータ９ａに入力する。
このような構成であるから、ＤＭＦＣユニット１の温度は、温度検出器２１により検出されたのち、Ａ／Ｄ３２によりディジタルデータに変換されてＣＰＵ３１に取り込まれる。ＣＰＵ３１では、上記取り込まれた検出温度のディジタルデータをもとに最適しきい電圧値が算出される。そして、この算出された最適しきい電圧値は、Ｄ／Ａ３３でディジタルデータからアナログ電圧値Ｖｃｏｎｔに変換された後、昇圧制御回路９Ｃのコンパレータ９ａに入力される。
したがって、昇圧制御回路９Ｃのコンパレータ９ａには、その時々のＤＭＦＣユニット１の温度に応じた最適なしきい電圧Ｖｃｏｎｔが入力される。このため、前記第２の実施形態と同様にしきい電圧Ｖｃｏｎｔを一定値に固定する場合に比べ、ＤＭＦＣユニット１の動作状態をいち早く最大効率の状態に立ち上げることが可能となり、また補助バッテリ３の二次電池の消耗を抑制することができる。
また、ＣＰＵ３１により算出された最適しきい電圧値が、Ｄ／Ａ３３でアナログ電圧値Ｖｃｏｎｔに変換されたのちそのままコンパレータ９ａに入力される。このため、昇圧制御回路９Ｃからしきい電圧電源９ｅを無くすことができ、その分昇圧制御回路９Ｃの回路構成を簡単化し、また回路規模を小型化することができる。
なお、上記説明では演算式を使用して、検出温度に応じた最適なしきい電圧Ｖｃｏｎｔを算出するようにした。しかし、第２の実施形態のように、検出温度と最適なしきい電圧Ｖｃｏｎｔとの対応関係を表すしきい電圧テーブルを作成して、マイクロコンピュータ３０内のメモリに予め記憶しておく。そして、検出温度データに対応する最適しきい電圧データを上記しきい電圧テーブルから読み出し、読み出された最適しきい電圧データをＤ／Ａ３３によりアナログ電圧値Ｖｃｏｎｔに変換してコンパレータ９ａに入力するように構成してもよい。
（その他の実施形態）
前記各実施形態では、ＤＭＦＣユニット１から出力される電圧Ｖｉｎを予め設定されたしきい電圧Ｖｃｏｎｔと比較し、その比較結果に基づいて、上記ＤＣ−ＤＣコンバータ８の出力電圧Ｖｏｕｔを制御することにより、上記ＤＭＦＣユニット１の出力電圧Ｖｉｎが上記しきい電圧Ｖｃｏｎｔを下回らないようにようにした。しかし、それに限らず、上記比較結果に基づいて、上記ＤＣ−ＤＣコンバータ８の昇圧動作を制御することにより、上記ＤＭＦＣユニット１の出力電圧Ｖｉｎが上記しきい電圧Ｖｃｏｎｔ以上を常に保持するように構成してもよい。
前記各実施形態において、補助バッテリ３に対し直列に電流制限回路を設ける。そして、携帯型電子機器１００の負荷変動に応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータ８の出力電流が予め設定した上限値以上に増加しそうになった場合に、この出力電流値を上記上限値以下に制限するようにしてもよい。このようにすると補助バッテリ３の二次電池を過電流から保護することができる。
また、上記第２の実施形態では４つの温度に対応する出力電圧値Ｖｃ１，Ｖｃ２，Ｖｃ３，Ｖｃ４の制御データをしきい電圧テーブルに格納したが、温度のサンプリング量を増やすことにより５以上の温度に対応する出力電圧値をしきい電圧テーブルに格納するようにしてもよい。また、反対に２又は３つの温度に対応する出力電圧値のみをしきい電圧テーブルに格納しておくようにしてもよい。
さらに、温度検出器２１により検出された温度に対応する出力電圧値がしきい電圧テーブルに格納されていない場合には、上記検出された温度を近似処理し、この近似処理された温度に対応する出力電圧値がしきい電圧テーブルから読み出すようにするとよい。
一方、別の手段として、上記検出された温度に近い複数の出力電圧値をしきい電圧テーブルから読み出し、この読み出された複数の出力電圧値をもとに上記検出温度に対応する出力電圧値を補間演算により算出する。そして、この算出された出力電圧値の制御データを、しきい電圧電源９ｅに与えるように構成してもよい。
さらに、前記第２及び第３の実施形態では、温度検出器２１と、しきい値制御回路２２またはマイクロコンピュータ３０を、昇圧ユニット１０Ｂ，１０Ｃとは別に設けた場合について説明した。しかし、温度検出器２１と、しきい値制御回路２２またはマイクロコンピュータ３０を、昇圧ユニット１０Ｂ，１０Ｃ内に設けるようにしてもよい。このようにすると、ＤＭＦＣユニット１周辺の一切の回路をＬＳＩとして１チップ化することが可能となり、これによりＤＭＦＣシステムをさらに小型化することができる。
さらに、前記実施形態では、第１のしきい値Ｖｃｏｎｔを、ＤＭＦＣユニット１により生成される電力Ｐ０がピーク値Ｐｍａｘ０を示すときの、ＤＭＦＣユニット１の出力電圧値Ｖｃ０に設定するようにした。しかし、必ずしも上記出力電圧値Ｖｃ０に設定する必要はなく、出力電圧値Ｖｃｏと当該出力電圧値Ｖｃ０の７０％に相当する値との間の値であれば、如何なる値に設定してもよい。
さらに、前記実施形態では燃料としてメタノールを使用したＤＭＦＣシステムを例にとって説明した。しかしそれに限らず、掖体燃料として例えば、エタノール、ジエチルエーテル、ジメトキシメタン、ホルムアルデヒド、ギ酸、ギ酸メチル、オルトギ酸メチル、トリオキサン、１−プロパノール、２−プロパノール、３−プロパノール、エチレングリコール、グリオキサール、グリセリンの各水溶液を使用することができ、さらには上記各化学物質の化合物の水溶液を用いることもできる。
その他、昇圧回路及び昇圧制御回路の回路構成、第１のしきい電圧Ｖｃｏｎｔの値、補助バッテリの有無、システムの構成等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
要するに、この発明は上記各実施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できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】  この発明に係わる液体型燃料電池システムとその昇圧ユニットは、負荷変動に対し常に安定な給電と高い発電効率を保持することが可能である。したがって、時間に応じて負荷が変動する電子機器、特にノート型パーソナル・コンピュータやＰＤＡ、携帯電話機、携帯型テレビジョン受信機、映像・オーディオプレーヤ、携帯型ゲーム機の電源として効果的に利用できる。
【図１】
0004643446.tif 000002
【図２】
0004643446.tif 000003
【図３】
0004643446.tif 000004
【図４】
0004643446.tif 000005
【図５】
0004643446.tif 000006
【図６】
0004643446.tif 000007
【図７】
0004643446.tif 000008
【図８】
0004643446.tif 000009
【図９】
0004643446.tif 000010