(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタノールを燃料とする燃料電池と、
負荷に電力を供給する二次電池と、
前記燃料電池に供給する燃料及び／又は反応空気の量を制御する燃料電池制御部と、
前記燃料電池が出力する電力を所定の電圧又は電流に変換して、負荷及び／又は前記二次電池に電力を供給する電力コンバータと、
を有し、
前記燃料電池が排出したメタノールを燃料として再利用しない非循環式の電源装置であって、
前記電力コンバータは、前記燃料電池が排出するメタノールの量が最小を含む所定の範囲内になるようにその供給電力を制御することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記燃料電池制御部は、少なくとも所定の発電モードにおいて、単位時間当たり一定量の燃料を前記燃料電池に供給し、
前記電力コンバータは、前記燃料電池制御部が単位時間当たり一定量の燃料を前記燃料電池に供給している状態において、前記燃料電池の出力電力が最大を含む所定の範囲内になるようにその供給電力を制御することを特徴とする、請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記電力コンバータは前記燃料電池が出力する電流が目標電流になるように制御して、
前記目標電流が、前記燃料電池の出力電力が最大になる状態における出力電流値より、所定量だけ多い値であることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記電力コンバータは前記燃料電池が出力する電圧が目標電圧になるように制御して、
前記目標電圧が、前記燃料電池の出力電力が最大になる状態における出力電圧値より、所定量だけ低い値であることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
【請求項５】
前記燃料電池が燃料と前記燃料電池の出力電力とをバランスさせるバランス式であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかの請求項に記載の電源装置。
【請求項６】
前記燃料電池が出力する電力を増加させる時は、燃料の量を増加させた後、前記電力コンバータの供給電力を増加させ、前記燃料電池が出力する電力を減少させる時は、前記電力コンバータの供給電力を減少させた後、燃料の量を減少させることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかの請求項に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在パーソナルコンピュータなどの携帯用電子・電気機器においては、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の二次電池が電源装置として使用されている。しかし、二次電池は連続して最大４時間程度しかパーソナルコンピュータに電力を供給することが出来ない。最近、２０〜４０時間連続してパーソナルコンピュータに電力を供給することが出来る燃料電池が注目されている。
【０００３】
メタノールを燃料とする燃料電池の代表的な方法として循環式がある。図９は、従来例の循環式燃料電池の構成を示すブロック図である。図９において、１１１はリターンポンプ、１１２は希釈タンク、１１３はメタノールポンプ、１１４はメタノールタンク、１１６は燃料電池、１１７は燃料電池制御部、９０１は気液分離器である。燃料電池１１６は、スタック１２２、燃料ポンプ１２３、空気ポンプ１２４を有する。
メタノールタンク１１４には、数％〜１００％のメタノール（ＣＨ３ＯＨ）が貯蔵されている。
【０００４】
メタノールポンプ１１３は、燃料電池制御部１１７からの指令に基づきメタノールタンク１１４からメタノールを希釈タンク１１２に送り込む。希釈タンク１１２は、数％〜１００％のメタノールを５％ｗｔメタノールに希釈する。燃料ポンプ１２３は、燃料電池制御部１１７からの指令に基づき希釈タンク１１２から希釈されたメタノールをスタック１２２に送り込む。空気ポンプ１２４は、燃料電池制御部１１７からの指令に基づき空気をスタック１２２に送り込む。
【０００５】
スタック１２２において、燃料極（−）にメタノール、空気極（＋）に空気が供給される。燃料極（−）では、反応物質のメタノールと水、触媒（電極表面）及び電解質の３つが接触する三相界面と呼ばれる領域で、メタノールは水と反応して二酸化炭素、水素イオン、電子になる（ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−）。水素イオンは高分子膜を通り、電子は外部負荷を通りそれぞれ空気極（＋）に到着する。空気極（＋）では、空気中の酸素が三相界面で水素イオンと出会い、触媒（電極表面）から電子を奪って反応して水になる（３／２Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−→３Ｈ２Ｏ）。
【０００６】
スタック１２２は、燃料極（−）側から使用済みの３〜５％ｗｔメタノール、二酸化炭素、水を排出する。スタック１２２は、空気極（＋）側から水、空気を排出する。気液分離器９０１は、スタック１２２から排出されたメタノール、二酸化炭素、水から二酸化炭素を分離し、排出する。リターンポンプ１１１は、分離され残ったメタノール、水を希釈タンク１１２に送り込む。メタノール、水は、希釈タンク１１２で希釈メタノールを作るのに再利用される。
【０００７】
特許文献１（特開２０００−１７３６３６号公報）に、外部負荷急変時に二次電池から電力を供給する従来例の燃料電池装置が開示されている。図１０は、特許文献１の燃料電池装置の構成を示すブロック図である。燃料電池本体１００１は、水素を燃料ガスとして使用している。急激な負荷変動が生じ、一時的に燃料電池本体１００１の出力電圧が低下し、所定の電圧Ｖ３以下になった場合、センサー部１００９からの信号により充電制御部１００６への出力を回路切り換え制御部１００７にて停止する。さらに、出力電圧が低下し、ある定められた電圧Ｖ４以下になった場合、センサー部１００９からの信号により補器１００２への出力を回路切り換え制御部１００７にて停止し、同時に補器１００２への出力電力を二次電池１００５からの出力電力に切り換える。特許文献１の燃料電池装置は、燃料電池本体１００１の出力電圧に基づき、安定した外部負荷出力が行えるよう制御している。
【０００８】
特許文献２（特許第２７７５８９０号公報）に、蓄電池１２０６を目標充電量（例えば８０％〜９０％）の状態に維持する従来例の燃料電池発電システムの制御装置が開示されている。図１１は、特許文献２の燃料電池発電システムの制御装置の構成を示すブロック図である。放電電気量演算器１１１５は、蓄電池電流検出器１１１１の出力を取り込んで蓄電池１１０６の放電電気量を算出する。コントローラ１１１６は、所定周期ごとに放電電気量に見合った電気量を次回周期の間に蓄電池１１０６に補給するように燃料電池の発電量を決めて補機コントローラ１１１０、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１０４に制御指令を出力する。特許文献２の燃料電池発電システムの制御装置は、蓄電池１１０６の放電電気量に基づき、蓄電池１１０６を目標充電量に保つため負荷への安定した給電が行える。
【０００９】
特許文献３（特開２０００−１２０５９号公報）に、エネルギ変換効率が最も高い動作ポイントで動作させる従来例の燃料電池システム及び燃料電池制御方法が開示されている。図１２は、特許文献３の燃料電池システムの構成を示すブロック図である。改質器１２２８は、燃料１２２４として投入されたメタノール及び水からメタノールの水蒸気改質反応によって水素を含有する水素リッチガス（改質ガス）を生成する。燃料電池１２３６は、この水素リッチガスを燃料ガスとして電力を発生する。制御部１２２０は、ガス流量に基づき燃料電池１２３６におけるエネルギ変換効率の最も高いポイントを算出し、燃料電池１２３６をこのポイントで動作させる。
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−１７３６３６号公報
【特許文献２】特許第２７７５８９０号公報
【特許文献３】特開２０００−１２０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の循環式燃料電池においては、使用済みの燃料から二酸化炭素のみを分離することが困難である故に、二酸化炭素と共にかなりのメタノールが排気されるという問題があった。そのため、供給したメタノール量の１０％も有効な電力とならず、燃料利用率が悪かった（詳細は後述）。
【００１２】
燃料電池は、燃料電池に供給する燃料の量を増減したことにより、燃料電池が出力する電力が増減するまでにある程度遅延が生じる。例えば特許文献１に記載の燃料電池装置においては、負荷変動に応じて燃料電池が直ちに供給電力を変化させる必要がある。特許文献１に記載の燃料電池装置においては、負荷が急に増大した場合に即応出来る様に、燃料電池に必要量を相当上回る燃料を供給し続ける必要があった。このことは、燃料電池の燃料利用率を劣化させた。燃料としてメタノールを使用する燃料電池においては、多くのメタノールが排出されるという問題が生じる。
【００１３】
特許文献２の燃料電池発電システムの制御装置においては、燃料電池の発電量を短い周期で変動させるため、制御が難しく燃料電池のしくみを複雑にしていた。
特許文献３の燃料電池システム及び燃料電池制御方法は、改質器を有するため、装置が高価になり大型化するという問題があった。特許文献３においては、エネルギ変換効率（＝発電効率×ガス利用率）が最も良いポイントで燃料電池１２３６を動作させた。燃料を十分に供給する必要があるため、特許文献３の燃料電池システム及び燃料電池制御方法を非循環式のＤＭＦＣ（ダイレクトメタノール型燃料電池）に適用した場合に、燃料電池から使用されなかったメタノールが多量に排出されてしまう。そのため、排出されたメタノールの浄化方法が問題となった。
【００１４】
燃料を循環させず、使用済みの燃料を排出する方式の燃料電池として、非循環式燃料電池がある。燃料電池においては、燃料電池の入口から供給されたメタノールが次第に消費され、出口から排出される。しかし、出力する電流に対して供給するメタノールが不足してしまうと、燃料電池の出力電圧が急低下するという問題があった。燃料電池が安定して電力を出力すること及び負荷の急激な変化に対応出来るようにすることを目的として、従来の非循環式燃料電池においては、燃料電池から使用されなかったメタノールが相当量排出されていた。しかし、メタノールは毒性を有する故に、メタノールをそのまま排出することは出来ない。ある程度燃料が使用されないまま排出される故、非循環式燃料電池は、有毒なメタノールを燃料とする燃料電池として適していないと考えられていた。
【００１５】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、排出がクリーンな電源装置を提供することを目的とする。
本発明は、燃料利用率の優れた電源装置を提供することを目的とする。
本発明は、簡単な構成の電源装置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】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。請求項１に記載の発明は、メタノールを燃料とする燃料電池と、負荷に電力を供給する二次電池と、前記燃料電池に供給する燃料及び／又は反応空気の量を制御する燃料電池制御部と、前記燃料電池が出力する電力を所定の電圧又は電流に変換して、負荷及び／又は前記二次電池に電力を供給する電力コンバータと、を有し、前記燃料電池が排出したメタノールを燃料として再利用しない非循環式の電源装置であって、前記電力コンバータは、前記燃料電池が排出するメタノールの量が最小を含む所定の範囲内になるようにその供給電力を制御することを特徴とする電源装置である。
【００１７】
本発明は、排出がクリーンな電源装置を実現できるという作用を有する。燃料をほとんど使い切るように制御する故、燃料電池の燃料利用率が高い電源装置を実現できるという作用を有する。燃料電池が所定の電力を供給し、それで不足する電力を二次電池が供給することにより、本発明は、燃料電池をある程度一定状態で駆動しながら、負荷変動に対応可能な電源装置を実現できるという作用を有する。負荷変動に対する燃料電池の応答性を高める必要がない故、本発明は、簡単な構成の電源装置を実現できるという作用を有する。
従来、燃料電池の排出に含まれるメタノールの量がほとんどなくなるような条件で燃料電池を駆動するという着想はなかった。例えば特許文献３の燃料電池システム及び燃料電池制御方法は、燃料電池に十分な量の燃料を供給する条件において、エネルギ変換効率が最も高い動作ポイントで燃料電池を動作させた。従って、特許文献３に記載された燃料電池の動作条件と、本願発明の燃料電池の動作条件とは全く異なる。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、前記燃料電池制御部は、少なくとも所定の発電モードにおいて、単位時間当たり一定量の燃料を前記燃料電池に供給し、前記電力コンバータは、前記燃料電池制御部が単位時間当たり一定量の燃料を前記燃料電池に供給している状態において、前記燃料電池の出力電力が最大を含む所定の範囲内になるようにその供給電力を制御することを特徴とする、請求項１に記載の電源装置である。
本発明は、燃料電池の制御が容易で、且つ燃料電池の燃料利用率が高い電源装置を実現できるという作用を有する。燃料電池に供給された燃料はほとんど使い切られる故に、排出がクリーンな電源装置を実現できる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、前記電力コンバータは前記燃料電池が出力する電流が目標電流になるように制御して（出力電流が目標電流に近づくように制御する。通常、誤差が残留する。）、前記目標電流が、前記燃料電池の出力電力が最大になる状態における出力電流値より、所定量だけ多い値であることを特徴とする請求項２に記載の電源装置である。
本発明は、燃料電池の制御が容易で、且つ燃料電池の燃料利用率が高い電源装置を実現できるという作用を有する。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、前記電力コンバータは前記燃料電池が出力する電力が目標電圧になるように制御して（出力電圧が目標電圧に近づくように制御する。通常、誤差が残留する。）、前記目標電圧が、前記燃料電池の出力電圧が最大になる状態における出力電圧値より、所定量だけ低い値であることを特徴とする請求項２に記載の電源装置である。
本発明は、燃料電池の制御が容易で高い安定性を有し、且つ燃料電池の燃料利用率が高い電源装置を実現できるという作用を有する。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、前記燃料電池が燃料と前記燃料電池の出力電力とをバランスさせるバランス式であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかの請求項に記載の電源装置である。
本発明は、分離器を必要としない小型で安価な電源装置を実現できるという作用を有する。本発明は、従来の非循環式燃料電池又は従来の循環式燃料電池と較べて、燃料電池の燃料利用率が高い電源装置を実現できるという作用を有する。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、前記燃料電池が出力する電力を増加させる時は、燃料の量を増加させた後、前記電力コンバータの供給電力を増加させ、前記燃料電池が出力する電力を減少させる時は、前記電力コンバータの供給電力を減少させた後、燃料の量を減少させることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかの請求項に記載の電源装置である。
出力する電流に対して供給するメタノールが不足してしまうと、燃料電池の出力電圧が急低下するという問題がある。本発明により、燃料電池に供給する燃料の量の切り換え時に、燃料電池の出力電圧が急低下することを防止できる。安定して電力を供給する燃料電池を実現できる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、燃料電池の出力電力を頻繁に変動させることなく、本体装置が必要な電力を供給することができる電源装置を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、燃料電池が微量のメタノールしか排出しない故、簡易な構成の浄化部を設けることにより、排出がクリーンな電源装置を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、燃料利用率の優れた電源装置を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、燃料電池が微量のメタノールしか排出せず、小型で安価な電源装置を実現できるという有利な効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施の形態について、図面とともに記載する。
《実施の形態１》
【００２５】
図１〜図６を用いて、実施の形態１の電源装置について説明する。
はじめに、実施の形態１の電源装置の構成について説明する。図１は本発明の実施の形態１の電源装置の構成を示すブロック図である。図１において、１０１は電源装置、１０２は本体装置である。電源装置１０１は、リターンポンプ１１１、希釈タンク１１２、メタノールポンプ１１３、メタノールタンク１１４、浄化部１１５、燃料電池１１６、燃料電池制御部１１７、燃料電池１１６の出力電流を検出する燃料電池出力電流検出器１１８、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１９、二次電池１２０、二次電池１２０の出力電圧を検出する二次電池出力電圧検出器１２１を有する。燃料電池１１６は、スタック１２２、燃料ポンプ１２３、空気ポンプ１２４を有する。本体装置１０２は、負荷１３１を有する。
【００２６】
燃料電池１１６は、メタノールを原料とするバランス式燃料電池（非循環式であって、使用する燃料の量と出力する電力量とをバランスさせる燃料電池である。）である。二次電池１２０は、リチウムイオン二次電池である。二次電池１２０の容量は１６Ｗｈである。メタノールタンク１１４には、数％〜１００％のメタノール（ＣＨ３ＯＨ）が貯蔵されている。本体装置１０２は、パーソナルコンピュータである。
【００２７】
燃料電池１１６から出力された電力は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１９で目標電流になるように制御される。本体装置１０２に電力を供給しても燃料電池１１６（ＤＣ−ＤＣコンバータ１１９）から出力された電力が余る場合、電源装置１０１は燃料電池１１６が出力した電力を本体装置１０２に供給し、余りの電力で二次電池１２０を充電する。本体装置１０２に供給する電力が燃料電池から出力された電力だけでは足りない場合、二次電池１２０は不足分の電力を放電する。電源装置１０１は燃料電池１１６が出力した電力と二次電池１２０が放電した電力を合わせた電力を本体装置１０２に供給する。
【００２８】
燃料電池制御部１１７は３つの発電モードを有し、各発電モードにおいて異なる値である単位時間当たり一定量の燃料を燃料電池１１６に供給する。燃料電池制御部１１７は、二次電池出力電圧検出器１２１が検出した二次電池１２０の出力電圧から二次電池１２０の残存容量を求める。燃料電池制御部１１７は、二次電池１２０の残存容量に基づき発電モードを選択する（燃料電池１１６の出力電力を制御する）（詳細は後述）。燃料電池制御部１１７は、選択した発電モードに応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１９に入力目標電流の値を指示する。後述するように、燃料電池に一定の燃料を供給した場合、その出力電圧と出力電流との関係はグラフ上で一定の関数で表される。ＤＣ−ＤＣコンバータ１１９は、燃料電池出力電流検出器１１８が検出した燃料電池１１６の出力電流（ＤＣ−ＤＣコンバータ１１９の入力電流）が入力目標電流にできるだけ一致するように、その出力電流を制御する。即ち、燃料電池１１６は所定の出力電力（＝燃料電池１１６の出力電流×その出力電流に対応した出力電圧）を出力し、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１９は、燃料電池１１６の出力電力を変換して、負荷１３１及び／又は二次電池１２０に供給する。
【００２９】
具体的には、燃料電池制御部１１７は、リターンポンプ１１１、メタノールポンプ１１３、燃料ポンプ１２３、空気ポンプ１２４を用いて、燃料電池１１６に供給する燃料及び空気の量を調節する。メタノールポンプ１１３は、燃料電池制御部１１７からの指令に基づきメタノールタンク１１４からメタノールを希釈タンク１１２に送り込む。希釈タンク１１２は、数％〜１００％のメタノールを６％ｗｔメタノールに希釈する。燃料ポンプ１２３は、燃料電池制御部１１７からの指令に基づき希釈タンク１１２から希釈されたメタノールをスタック１２２に送り込む。空気ポンプ１２４は、燃料電池制御部１１７からの指令に基づき空気をスタック１２２に送り込む。
【００３０】
スタック１２２において、燃料極（−）にメタノール、空気極（＋）に空気が供給される。燃料極（−）では、メタノールは水と反応して二酸化炭素、水素イオン、電子になる（ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−）。水素イオンは高分子膜を通り、電子は外部負荷を通り空気極（＋）に到着する。空気極（＋）では、水素イオンと空気中の酸素が出会い、電極表面から電子を奪って反応して水となる（３／２Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−→３Ｈ２Ｏ）。
【００３１】
スタック１２２は、燃料極（−）側から消費され更に濃度が薄くなった０．５％ｗｔメタノール、二酸化炭素、水を排出する。浄化部１１５は、排出されたメタノールを触媒により二酸化炭素及び水に変化させ、浄化する。スタック１２２は、空気極（＋）側から水、空気を排出する。リターンポンプ１１１は、空気極（＋）側から排出された水を希釈タンク１１２に送り込む。空気極（＋）側から排出された水は、希釈タンク１１２でメタノールを希釈するための溶媒として再利用される。
【００３２】
図２は本発明の実施の形態１の電源装置のバランス式燃料電池の燃料の量による燃料電池１１６の出力電流−出力電圧特性、出力電流−出力電力特性、出力電流−メタノール排出率特性を示す図である。図２において、横軸は出力電流（Ａ）を表し、縦軸は出力電圧（Ｖ）及び出力電力（Ｗ）を表す。２０１、２０２、２０３は、燃料の量がそれぞれ０．１ｃｃ／ｍｉｎ、０．２ｃｃ／ｍｉｎ、０．３ｃｃ／ｍｉｎの場合の出力電流−出力電圧特性を示す。２０４、２０５、２０６は、燃料の量がそれぞれ０．１ｃｃ／ｍｉｎ、０．２ｃｃ／ｍｉｎ、０．３ｃｃ／ｍｉｎの場合の出力電流−出力電力特性を示す。２０７は、燃料の量が０．３ｃｃ／ｍｉｎの場合の燃料電池１１６が排出するメタノール排出率を示す。燃料電池１１６の出力電流−出力電圧特性、出力電流−出力電力特性は、燃料電池１１６に供給される燃料の量によって変化する。燃料の量が或る値に決まれば、その燃料の量での出力電流−出力電圧特性、出力電流−出力電力特性が一意的に決まる。
【００３３】
実施の形態１の電源装置１０１は、燃料電池１１６の出力を定電流制御する。燃料の量が０．３ｃｃ／ｍｉｎの場合について説明する。出力電流−出力電力特性２０６において、出力電流が０〜Ａ３（Ａ）の時は、出力電流が大きくなるにつれて電力も大きくなる。出力電流がＡ３（Ａ）の時、電力は最大値となる。出力電流がＡ３（Ａ）を越えると、出力電流が大きくなるにつれて電力は急激に小さくなる。
出力電流−出力電圧特性２０３においても、出力電流が０〜Ａ３（Ａ）の時は、出力電流が大きくなるにつれて電圧はやや減少するが安定した電圧が保たれる。出力電流がＡ３（Ａ）を越えると、出力電流が大きくなるにつれて出力電圧の減少率は増大する。
【００３４】
メタノール排出率２０７において、燃料電池１１６の出力電流が０〜Ａ３（Ａ）に増大するにつれて、排出するメタノール量（燃料電池１１６の排出物に残留するメタノールの量）は減少する。出力電流がＡ３（Ａ）になった時点で、排出するメタノール量は微量になる。その後は、出力電流がさらに増大すると、排出するメタノール量はわずかに減少する。
つまり、出力電流が０〜Ａ３（Ａ）の範囲では、燃料電池１１６は供給されたメタノールを使い切れずに残りのメタノールを排出する。出力電流がＡ３（Ａ）以上の時、燃料電池１１６は供給されたメタノールをほとんど使い切り、微量のメタノールしか排出しない。出力電流がＡ３（Ａ）より所定量以上大きいと、燃料電池１１６の出力電圧は急落する。燃料の量が０．２ｃｃ／ｍｉｎ、０．１ｃｃ／ｍｉｎの場合においても同様である。
【００３５】
本発明の実施の形態１のバランス式燃料電池は、各発電モードにおいて単位時間当たり一定量の燃料を燃料電池１１６に供給し、その燃料の量で出力電力が最大となる電流値からその電流値より所定量だけ多い値までの範囲内で発電する。上記範囲は、燃料の量に応じて定められる。
実施の形態１の電源装置１０１の燃料電池制御部１１７は、燃料の量をパラメータとする出力電流−出力電圧特性、出力電流−出力電力特性図（例えば図２）に基づき、各発電モードにおける一定の燃料の量と、それに対応する目標出力電流値（その燃料の量で電力が最大となる電流値からその電流値より所定量だけ多い電流値（出力電圧が急落する前の電流値）までの範囲内の値）と、を対応させて記憶している。燃料電池制御部１１７は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１９に、燃料の量に対応する目標出力電流値を指示する。例えば燃料の量０．１ｃｃ／ｍｉｎでスタック１２２にメタノールを供給した場合、燃料電池制御部１１７は上記特性図に基づき燃料電池１１６の出力電流値がＡ１〜Ａ１＋α（αは正数）の範囲内の値になるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１９に指示する。
【００３６】
図３は、従来例の循環式燃料電池と本発明の実施の形態１のバランス式燃料電池の燃料利用率を示す図である。図３において、供給したメタノール量を無損失で電力に変換した場合の電力量を１００％として有効電力量及び損失電力量を表す。従来例の循環式燃料電池と本発明の実施の形態１のバランス式燃料電池とが著しく異なる点は、分離時の蒸発による損失である。従来例の循環式燃料電池は、二酸化炭素のみを分離して排出することが困難である故に、二酸化炭素を排出する時にメタノールも排出する。よって、従来例の循環式燃料電池は、供給したメタノールの内２８％が分離時の蒸発によって損失していた。このように多量の有毒なメタノールをそのまま空気中に排気することは許されない故、多量のメタノールを浄化するための（二酸化炭素及び水に変化させるための）対策が必要であった。
【００３７】
一方、図２で説明したように、本発明の実施の形態１のバランス式燃料電池は、電力が最大となる電流値からその電流値より所定量だけ多い値までの範囲内で発電する。このため、供給したメタノールをほとんど使い切り、微量のメタノールしか排出しない。よって、本発明の実施の形態１のバランス式燃料電池は、供給したメタノールの内２％しか排出損失しない。排出された微量のメタノールは、浄化部１１５で容易に浄化できる。
その結果、従来の循環式燃料電池の有効電力量は７．６％（損失電力量が９２．４％）なのに対し、本発明の実施の形態１のバランス式燃料電池の有効電力量は１５．９％（損失電力量が８４．１％）となる。本発明の実施の形態１のバランス式燃料電池は、同一の燃料により従来の２倍以上の電力を供給することができる。
【００３８】
図２の出力電流−出力電圧特性から分かるように、上記出力電流の範囲内より少しでも出力電流が大きくなると急激に出力電圧が降下する。このため、燃料電池１１６の出力電力が急激に変動することは、その出力電圧が急落する恐れがあるので好ましくない。本実施の形態においては、負荷に供給する電力の急激な変化は二次電池１２０が対応する故、燃料電池１１６は１つの発電モードにおいては一定の電力を供給し続ければ良い。実施の形態１において、出力電流を、目標出力電流値（その燃料の量で電力が最大となる電流値からその電流値より所定量だけ多い電流値までの範囲内の値）とほぼ一致した状態を維持することは十分可能である。
【００３９】
次に、実施の形態１の電源装置の制御方法について説明する。本発明の実施の形態１の電源装置の制御方法は、燃料電池１１６ができるだけ一定の出力電力を保持できる制御方法である。
本発明の実施の形態１の本体装置１０２の動作モードは、平均消費電力の概略値に基づいて分類された４つの動作モードに大きく分けられる。下記表１を用いて、本体装置１０２（パーソナルコンピュータ）の４つの動作モードについて説明する。
【００４０】
【表１】
0004781619.tif 000002
【００４１】
第１の動作モードは、パーソナルコンピュータにＵＳＢ（Universal Serial Bus）機器（例えばＵＳＢで接続されたハードディスクドライブ）、ＰＣカード等を接続し、それらの接続機器を駆動しているモードである。第１の動作モードは、接続機器を実際に駆動している時間のみであるため短時間である。機器の駆動には多くの電力を必要とするため、第１の動作モードにおける平均消費電力は２０Ｗである。
第２の動作モードは、パーソナルコンピュータで動画再生中のモードである。第２の動作モードにおける平均消費電力は１４Ｗである。
第３の動作モードは、パーソナルコンピュータでアプリケーションソフトを実行している（例えばワードプロセッサのキー入力操作をしている）モードである。通常この動作モードが一番頻度が高く長時間使用されるモードである。第３の動作モードにおける平均消費電力は１０Ｗである。
第４の動作モードは、パーソナルコンピュータがスタンバイ状態、休止状態のモードである。第４の動作モードは、第３の動作モードの次に頻度が高く長時間使用されるモードである。第４の動作モードにおける平均消費電力は０．５Ｗである。
なお、本体装置の起動に要する平均消費電力は、１４Ｗである。
【００４２】
本発明の実施の形態１の燃料電池１１６は、発電量が最大値（１７Ｗ発電モード）、中間値（１３Ｗ発電モード）及び最小値（３Ｗ発電モード）の３つの発電モードを有する。ＤＣ−ＤＣコンバータ１１９は、各発電モードで１７Ｗ、１３Ｗ、３Ｗを出力する。下記表２を用いて、燃料電池１１６の３つの発電モードについて説明する。
表２は、本体装置１０２の動作モードと、燃料電池１１６の発電モードとを組み合わせた時の二次電池１２０の充放電電力を示す。燃料電池１１６自体を運転するための電力（自己消費電力）はどの発電モードにおいても３Ｗである。表２において、全消費電力は本体装置１０２の平均消費電力（表１）と燃料電池１１６の自己消費電力（３Ｗ）とを合わせた値である。表２において、二次電池１２０の充放電電力＝本体装置１０２の平均消費電力（表１）＋燃料電池１１６の自己消費電力（３Ｗ）−燃料電池１１６の発電電力で表される（正値が放電、負値が充電）。
【００４３】
【表２】
0004781619.tif 000003
【００４４】
本体装置１０２が一番頻度の高い第３の動作モード（キー入力操作中）の時、二次電池１２０が放電も充電もしない状態となる燃料電池１１６の発電電力は１３Ｗである。これにより、発電量の中間値を１３Ｗとする。本体装置１０２が２番目に頻度の高い第４の動作モード（スタンバイ、休止状態）の時、二次電池１２０が放電も充電もしない状態となる燃料電池１１６の発電電力は３．５Ｗである。発電量の最小値を３Ｗとする。
本体装置１０２が第３の動作モードであって、燃料電池１１６の発電量が中間値（１３Ｗ発電モード）である時、二次電池１２０はほとんど充電も放電もしない。燃料電池１１６は１３Ｗ発電モードを長時間に渡って継続できる。同様に、本体装置１０２が第４の動作モードであって、燃料電池１１６の発電量が最小値（３Ｗ発電モード）である時、燃料電池１１６が出力する電力は、電源装置１０１の自己消費電力と略同一である。二次電池１２０は０．５Ｗ放電するが、燃料電池１１６は３Ｗ発電モードを１０数時間に渡って継続できる。
【００４５】
燃料電池１１６が１７Ｗ発電モードの場合において、本体装置１０２が第１の動作モードであれば、二次電池１２０は６Ｗ（＝２０＋３−１７）放電状態となる。本体装置１０２が第２の動作モードであれば、二次電池１２０は放電も充電もしない（０＝１４＋３−１７）状態となる。本体装置１０２が第３の動作モードであれば、二次電池１２０は４Ｗ（＝｜１０＋３−１７｜）充電状態となる。本体装置１０２が第４の動作モードであれば、二次電池１２０は１３．５Ｗ（＝｜０．５＋３−１７｜）充電状態となる。
【００４６】
燃料電池１１６が１３Ｗ発電モードの場合において、本体装置１０２が第１の動作モードであれば、二次電池１２０は１０Ｗ（＝２０＋３−１３）放電状態となる。本体装置１０２が第２の動作モードであれば、二次電池１２０は４Ｗ（＝１４＋３−１３）放電状態となる。本体装置１０２が第３の動作モードであれば、二次電池１２０は放電も充電もしない（０＝１０＋３−１３）状態となる。本体装置１０２が第４の動作モードであれば、二次電池１２０は９．５Ｗ（＝｜０．５＋３−１３｜）充電状態となる。
【００４７】
燃料電池１１６が３Ｗ発電モードの場合において、本体装置１０２が第１の動作モードであれば、二次電池１２０は２０Ｗ（＝２０＋３−３）放電状態となる。本体装置１０２が第２の動作モードであれば、二次電池１２０は１４Ｗ（＝１４＋３−３）放電状態となる。本体装置１０２が第３の動作モードであれば、二次電池１２０は１０Ｗ（＝１０＋３−３）放電状態となる。本体装置１０２が第４の動作モードであれば、二次電池１２０は０．５Ｗ（＝０．５＋３−３）放電状態となる。
【００４８】
上述のように、燃料電池制御部１１７は、二次電池１２０の出力電圧より二次電池１２０の残存容量を求める。燃料電池制御部１１７は、二次電池１２０の残存容量に基づき燃料電池１１６の発電モードを決定する。
図４は、一般的な二次電池（例えばリチウム電池）の放電特性（残存容量−電圧特性）を示す図である。図４において、横軸は残存容量（％）を表し、縦軸は出力電圧（Ｖ）を表す。図４に示すように、二次電池１２０の出力電圧を検出すれば、二次電池１２０の残存容量を知ることが出来る。二次電池１２０が過充電又は過放電されないようにするため、及び例えば燃料電池１１６が起動した時燃料電池１１６が電力を供給出来るようになるまで、二次電池１２０が単独で負荷に電力を供給出来る程度の電力量を常に有するようにするため、本発明の実施の形態１の電源装置１０１は、二次電池１２０の残存容量が３５％〜９５％の範囲内になるように制御する。
【００４９】
実施の形態１の電源装置の燃料電池の発電モードの決定方法について説明する。
図５は、本発明の実施の形態１の電源装置の燃料電池の発電モードの遷移を示すフローチャートである。図５において、本体装置１０２の電源が投入された時、ステップ５０１で燃料電池制御部１１７は、燃料電池１１６を３Ｗ発電モードとする。ステップ５０２で、燃料電池制御部１１７は燃料電池１１６が所定の温度に達したか否かを判断する。燃料電池１１６が所定の温度に達するまでは、燃料電池制御部１１７は３Ｗ発電モードを維持する。燃料電池１１６はその温度が４０℃〜６０℃に達した段階で安定して発電することができる。つまり、燃料電池１１６は、スタック１２２の温度が４０℃〜６０℃に上昇するまで（通常、電源投入後この温度に達するまでに１５分程度の時間を要する。）十分な発電を行うことはできない。燃料電池１１６が所定の温度に達するまでに、燃料電池制御部１１７が例えば１７Ｗ発電モードに設定し、多量のメタノールを燃料電池１１６に供給しても、燃料電池１１６は処理できず多量のメタノールを排出することになる。そこでこのようなことが生じない様に、燃料電池１１６が所定の温度に達するまで、燃料電池制御部１１７は３Ｗ発電モードを維持する。実施の形態１において、所定の温度は４０℃である。
【００５０】
燃料電池１１６が所定の温度に達すると、ステップ５０３に進む。ステップ５０３で、燃料電池制御部１１７は二次電池１２０の残存容量ＳＯＣが９５％より小さいか否かを判断する。二次電池１２０の残存容量ＳＯＣが９５％より小さい場合、ステップ５０４に進む。ステップ５０４で、燃料電池制御部１１７は二次電池１２０の残存容量ＳＯＣが３５％より大きいか否かを判断する。二次電池１２０の残存容量ＳＯＣが３５％より大きい場合、ステップ５０５に進む。ステップ５０５で、燃料電池制御部１１７は燃料電池１１６を１３Ｗ発電モードとする。ステップ５０３に戻り、処理を繰り返す。
【００５１】
ステップ５０４で、二次電池１２０の残存容量ＳＯＣが３５％以下の場合、ステップ５０６に進む。ステップ５０６で、燃料電池制御部１１７は燃料電池１１６を１７Ｗ発電モードとする。ステップ５０７で、燃料電池制御部１１７は二次電池１２０の残存容量ＳＯＣが６５％以上か否かを判断する。二次電池１２０の残存容量ＳＯＣが６５％に達するまでの間、ステップ５０６に戻り、燃料電池制御部１１７は１７Ｗ発電モードを維持する。ステップ５０７で二次電池１２０の残存容量ＳＯＣが６５％以上の場合、ステップ５０５に進む。ステップ５０５で、燃料電池制御部１１７は燃料電池１１６を１３Ｗ発電モードとする。ステップ５０３に戻り、処理を繰り返す。
【００５２】
ステップ５０３で、二次電池１２０の残存容量ＳＯＣが９５％以上の場合、ステップ５０８に進む。ステップ５０８で、燃料電池制御部１１７は燃料電池１１６を３Ｗ発電モードとする。ステップ５０９で、燃料電池制御部１１７は二次電池１２０の残存容量ＳＯＣが６５％以上か否かを判断する。二次電池１２０の残存容量ＳＯＣが６５％に達するまでの間、ステップ５０８に戻り、燃料電池制御部１１７は３Ｗ発電モードを維持する。ステップ５０７で二次電池１２０の残存容量ＳＯＣが６５％以下の場合、ステップ５０５に進む。ステップ５０５で、燃料電池制御部１１７は燃料電池１１６を１３Ｗ発電モードとする。ステップ５０３に戻り、処理を繰り返す。
【００５３】
図６を用いて、実施の形態１の電源装置の制御方法を具体的に説明する。図６において、横軸は時間を表し、縦軸は二次電池１２０の残存容量（％）６１１、燃料電池１１６の出力電力（Ｗ）６１２を表す。ただし横軸の時間は、便宜上縮小または拡大して表している。
６０１で、本体装置１０２の電源が投入され、本体装置１０２は起動を開始する。燃料電池１１６は、３Ｗ発電モードで発電を開始する（ステップ５０１）。６０１〜６０２の間、二次電池１２０は本体装置１０２の起動に要する平均消費電力（１４Ｗ）及び燃料電池１１６の自己消費電力（３Ｗ）のほとんどの電力を供給する（放電する）。６０２で、本体装置１０２の起動が完了し、本体装置１０２はアプリケーションソフトであるワードプロセッサのキー入力操作を実行する（第３の動作モード）。６０２〜６０３の間、二次電池１２０は本体装置１０２の動作電力（１０Ｗ）及び燃料電池１１６の自己消費電力（３Ｗ）の大部分の電力を供給する（放電する）。６０１〜６０３の間、二次電池１２０の残存容量は減少する。
【００５４】
６０３で、燃料電池１１６は所定の温度に達する（ステップ５０２でＹｅｓ）。燃料電池制御部１１７は二次電池１２０の残存容量（３５％以下）に基づき１７Ｗ発電モードに切り換える（ステップ５０６）。１７Ｗ発電モードへ完全に切り換わると、二次電池１２０は４Ｗ充電される（二次電池１２０の残存容量は増大する。）。６０４で、燃料電池制御部１１７は二次電池１２０の残存容量（６５％）を判定して１３Ｗ発電モードに切り換える（ステップ５０５）。１３Ｗ発電モードへ完全に切り換わると、二次電池１２０は放電も充電もしない（二次電池１２０の残存容量は一定。）。
【００５５】
６０５で、本体装置１０２はスタンバイ、休止状態（第４の動作モード）となる。６０５〜６０６の間、二次電池１２０は９．５Ｗ充電される（二次電池１２０の残存容量は増大する。）。６０６で、燃料電池制御部１１７は二次電池１２０の残存容量（９５％）を判定して３Ｗ発電モードに切り換える（ステップ５０８）。３Ｗ発電モードへ完全に切り換わると、二次電池１２０は０．５Ｗ放電する（二次電池１２０の残存容量はゆっくりと減少する。）。
６０７で、本体装置１０２は動画再生中（第２の動作モード）となる。６０７〜６０８の間、二次電池１２０は１４Ｗ放電する（二次電池１２０の残存容量は減少する。）。６０８で、燃料電池制御部１１７は二次電池１２０の残存容量（６５％）を判定して１３Ｗ発電モードに切り換える（ステップ５０５）。６０８以降、二次電池１２０は４Ｗ放電する（二次電池１２０の残存容量は減少する。）。
【００５６】
燃料電池１１６が出力する電力を増加させる時は、燃料の量を増加させた後、電力コンバータ１１９が負荷１３１に供給する電力を増加させ、燃料電池１１６が出力する電力を減少させる時は、電力コンバータ１１９の供給電力を減少させた後、燃料の量を減少させる。これにより、例えば図２において燃料電池１１６の動作点が出力電流−出力電圧特性２０１のαの範囲を右側に超え、燃料電池１１６の出力電圧が急落することを防止できる。
【００５７】
実施の形態１においては、燃料電池の出力電力をヒステリシスをもって変化させることにより１つの発電モード（一定の出力電力）での連続駆動時間が長くなり、発電モードの切換回数を最小にする。これにより、排出するメタノール量を微小にすることが可能である。
実施の形態１においては、従来例の循環式燃料電池と比較して、燃料電池に供給するメタノールに対して燃料電池が出力する有効電力量を倍増させることが可能である。
《実施の形態２》
【００５８】
図２、図７、図８を用いて、実施の形態２の電源装置について説明する。実施の形態１のＤＣ−ＤＣコンバータ１１９は、燃料電池１１６の出力電流が目標電流と一致するようにその出力電力を制御していた。実施の形態２のＤＣ−ＤＣコンバータ７１９は、燃料電池１１６の出力電圧が目標電圧になるようにその出力電力をする。
はじめに、実施の形態２の電源装置の構成について説明する。図７は本発明の実施の形態２の電源装置の構成を示すブロック図である。実施の形態２の電源装置７０１は、実施の形態１の燃料電池出力電流検出器１１８及びＤＣ−ＤＣコンバータ１１９に代えて、燃料電池出力電圧検出器７１８及びＤＣ−ＤＣコンバータ７１９を有する。それ以外の点において、実施の形態２の電源装置７０１は、実施の形態１と同一である。図７において、実施の形態１と同一のブロックには同一の符号を付している。
【００５９】
図７において、７０１は電源装置、１０２は本体装置である。電源装置７０１は、リターンポンプ１１１、希釈タンク１１２、メタノールポンプ１１３、メタノールタンク１１４、浄化部１１５、燃料電池１１６、燃料電池制御部１１７、燃料電池１１６の出力電圧を検出する燃料電池出力電圧検出器７１８、ＤＣ−ＤＣコンバータ７１９、二次電池１２０、二次電池１２０の電圧を検出する二次電池出力電圧検出器１２１を有する。燃料電池１１６は、スタック１２２、燃料ポンプ１２３、空気ポンプ１２４を有する。本体装置１０２は、負荷１３１を有する。同一ブロックの説明を省略する。
燃料電池１１６は、メタノールを原料とするバランス式燃料電池である。二次電池１２０は、リチウムイオン二次電池である。メタノールタンク１１４には、数％〜１００％のメタノール（ＣＨ３ＯＨ）が貯蔵されている。本体装置１０２は、パーソナルコンピュータである。
【００６０】
燃料電池制御部１１７は３つの発電モードを有し、各発電モードにおいて異なる値である単位時間当たり一定量の燃料を燃料電池１１６に供給する。燃料電池制御部１１７は、二次電池出力電圧検出器１２１が検出した二次電池１２０の出力電圧から二次電池１２０の残存容量を求める。燃料電池制御部１１７は、二次電池１２０の残存容量に基づき発電モードを選択する（燃料電池１１６の出力電力を制御する）。燃料電池制御部１１７は、選択した発電モードに応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータ７１９に入力目標電圧の値を指示する。実施の形態１で説明したように、燃料電池に一定の燃料を供給した場合、その出力電圧と出力電流との関係はグラフ上で一定の関数で表される。ＤＣ−ＤＣコンバータ７１９は、燃料電池出力電圧検出器７１８が検出した燃料電池１１６の出力電圧（ＤＣ−ＤＣコンバータ７１９の入力電圧）が入力目標電圧にできるだけ一致するように、その出力電圧を制御する。即ち、燃料電池１１６は所定の出力電力（＝燃料電池１１６の出力電圧×その出力電圧に対応した出力電流）を出力し、ＤＣ−ＤＣコンバータ７１９は、燃料電池１１６の出力電力を変換して、負荷１３１及び／又は二次電池１２０に供給する。
【００６１】
本体装置１０２に電力を供給しても燃料電池から出力された電力が余る場合、電源装置７０１は燃料電池１１６が出力した電力を本体装置１０２に供給し、余りの電力で二次電池１２０を充電する。本体装置１０２に供給する電力が燃料電池から出力された電力だけでは足りない場合、二次電池１２０は不足分の電力を放電する。電源装置７０１は燃料電池１１６が出力した電力と二次電池１２０が放電した電力を合わせた電力を本体装置１０２に供給する。燃料電池１１６の制御方法については実施の形態１において詳述した。
【００６２】
図２は本発明の実施の形態２の電源装置のバランス式燃料電池の燃料の量による燃料電池１１６の出力電流−出力電圧特性、出力電流−出力電力特性、出力電流−メタノール排出率特性を示す図である。図２は既に説明した。燃料電池１１６の出力電流−出力電圧特性、出力電流−出力電力特性は、燃料電池１１６に供給される燃料の量によって変化する。燃料の量が或る値に決まれば、その燃料の量での出力電流−出力電圧特性、出力電流−出力電力特性が一意的に決まる。
【００６３】
図２において、燃料の量が０．１ｃｃ／ｍｉｎの場合に燃料電池１１６の出力電力が最大となる点の電圧はＶ１、電流はＡ１である。燃料の量が０．２ｃｃ／ｍｉｎの場合に燃料電池１１６の出力電力が最大となる点の電圧はＶ２、電流はＡ２である。燃料の量が０．３ｃｃ／ｍｉｎの場合に燃料電池１１６の出力電力が最大となる点の電圧はＶ３、電流はＡ３である。実施の形態２の電源装置７０１は、燃料電池１１６の出力を定電圧制御する。
【００６４】
本発明の実施の形態２のバランス式燃料電池は、各発電モードにおいて単位時間当たり一定量の燃料を燃料電池１１６に供給し、その燃料の量で出力電力が最大となる電圧値からその電圧値より所定量だけ低い値までの範囲内で発電する。上記範囲は、燃料の量に応じて定められる。
実施の形態２の電源装置１０１の燃料電池制御部１１７は、燃料の量をパラメータとする出力電流−出力電圧特性、出力電圧−出力電力特性図（例えば図２、図８）に基づき、各発電モードにおける一定の燃料の量と、それに対応する目標出力電圧値（その燃料の量で電力が最大となる電圧値からその電圧値より所定量だけ低い電圧値までの範囲内の値）と、を対応させて記憶している。燃料電池制御部１１７は、ＤＣ−ＤＣコンバータ７１９に、燃料の量に対応する目標出力電圧値を指示する。例えば燃料の量０．１ｃｃ／ｍｉｎでスタック１２２にメタノールを供給した場合、燃料電池制御部１１７は上記特性図に基づき燃料電池１１６の出力電圧値がＶ１〜Ｖ１−β（βは正数）の範囲内の値になるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ７１９に指示する。実施の形態１と２とにおいて、目標となる動作点は、実質的に同一である。例えば燃料の量が０．３ｃｃ／ｍｉｎの場合（出力電流−出力電圧特性２０３）を例に取ると、実施の形態１における定電流制御の目標電流と、実施の形態２における定電圧制御の目標電圧とで定まる点は、出力電流−出力電圧特性２０３上に位置する。
【００６５】
実施の形態１において、燃料電池１１６の出力を定電流制御した。しかし、燃料電池１１６の出力電流が、出力電力が最大となる点の電流値以上であり、且つ燃料電池の出力電圧が一定以上を維持する電流範囲は狭い（電流が所定の範囲を超えると出力電圧は急激に低くなる。）。そのため、定電流制御における電流の許容範囲は狭い（定電流制御を高い精度で行う必要がある。）。これに対して、実施の形態２においては、燃料電池１１６の出力を定電圧制御する。図２に示すように、燃料電池１１６の出力電力が最大となる点より出力電圧が低い領域においては、燃料電池１１６の出力電圧が、出力電力が最大となる点の電圧値以下であり、且つ燃料電池の出力電圧が一定以上を維持する電圧範囲は比較的広い。出力電流が目標値から一定割合以上増加した場合より、燃料電池１１６の出力電圧が目標値から一定割合以上低下した場合の方が、出力電圧が急落することがない。よって、実施の形態２の定電圧型バランス式燃料電池は、実施の形態１の定電流型バランス式燃料電池より、制御が容易であり、安定した電力を供給することが可能となる。
【００６６】
実施の形態１（定電流型）と比較するために、図２を用いて電流を基準に説明した。実施の形態２の電源装置の燃料電池は定電圧型であるため、図８を用いて電圧を基準に説明する。
図８は本発明の実施の形態２の電源装置のバランス式燃料電池の燃料の量による出力電圧−出力電力特性を示す図である。図８は、横軸が電流である図２を、横軸を電圧にして書き換えたものである。図８において、横軸は出力電圧（Ｖ）を表し、縦軸は出力電力（Ｗ）を表す。８０１、８０２、８０３は、燃料の量がそれぞれ０．１ｃｃ／ｍｉｎ、０．２ｃｃ／ｍｉｎ、０．３ｃｃ／ｍｉｎの場合の出力電圧−出力電力特性を示す。図８において出力電力が最大となる点よりも電圧が低い領域における出力電圧−出力電力特性の傾きは、図２において出力電力が最大となる点よりも電流が大きい領域における出力電流−出力電力特性の傾きよりはるかに緩やかである。このことは、実施の形態２における定電圧制御が実施の形態１における定電流制御よりはるかに容易であることを示す。
実施の形態２においては、ＤＣ−ＤＣコンバータが、燃料電池の出力電圧が目標電圧になるように燃料電池の出力電力を制御することにより、実施の形態１より安定した電力を供給することが可能である。
ここで、実施の形態２の電源装置７０１は、実施の形態１の電源装置と同等の燃料利用率を実現した（図３）。
【００６７】
なお、実施の形態１及び２では二次電池としてリチウムイオン二次電池を用いているが、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム蓄電池、ニッケル水素蓄電池など他種の二次電池を用いても良い。
実施の形態１及び２では本体装置１０２はパーソナルコンピュータであったが、電源を必要とする他の装置であっても良い。
【００６８】
図５において、実施の形態１及び２では１７Ｗ発電モード、３Ｗ発電モードどちらの状態であっても中間の閾値（残存容量ＳＯＣが６５％）を基準に１３Ｗ発電モードに切り換えている（ステップ５０７、５０９）。これに代えて、それぞれ異なる中間の閾値を設定してもよい。例えば、ステップ５０７で燃料電池制御部１１７は二次電池１２０の残存容量ＳＯＣが７５％以上か否かを判断し、ステップ５０９で燃料電池制御部１１７は二次電池１２０の残存容量ＳＯＣが５５％以下か否かを判断する。３Ｗ発電モードから１３Ｗ発電モードに切り換える時（二次電池の残存容量が減少する時）の第１の中間の閾値（ステップ５０９）より、１７Ｗ発電モードから１３Ｗ発電モードに切り換える時（二次電池の残存容量が増加する時）の第２の中間の閾値（ステップ５０７）が大きい値であってもよいし、また小さい値であってよい。
【００６９】
上記の実施の形態において、電源装置は、３つの発電モードを有していた。しかしこれに限られるものではなく、電源装置は、ｎ個（ｎは２以上の正整数）の発電モードを有していても良い。
実施の形態１において、電源装置は出力電力が略最大になる状態における燃料電池の出力電流値以上の値を目標電流とした。これに代えて、燃料電池が排出するメタノールがそれ程増加しない範囲であれば、目標電流値が、出力電力が略最大になる状態における燃料電池の出力電流値よりも小さな値であっても良い。実施の形態２において、電源装置は出力電力が略最大になる状態における燃料電池の出力電圧値以下の値を目標電圧とした。これに代えて、燃料電池が排出するメタノールがそれ程増加しない範囲であれば、目標電流値が、出力電力が略最大になる状態における燃料電池の出力電圧値よりも大きな値であっても良い。但し、実施の形態１及び２の構成の方が好ましい。
本発明を適用して、分離器を有する電源装置を実現することも出来るし、分離器を使用しない構成の電源装置を実現することも出来る。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明の電源装置は、例えばパーソナルコンピュータ等の様々な機器の電源装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施の形態１の電源装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１、２の電源装置のバランス式燃料電池の燃料の量による出力電流−出力電圧特性、出力電流−出力電力特性、出力電流−メタノール排出率特性を示す図
【図３】従来例の循環式燃料電池と本発明の実施の形態１のバランス式燃料電池の燃料利用率を示す図
【図４】一般的な二次電池の放電特性を示す図
【図５】本発明の実施の形態１の電源装置の燃料電池の発電モードの遷移を示すフローチャート
【図６】本発明の実施の形態１の電源装置の二次電池の残存容量、燃料電池の発電モードの変化の一例を示す図
【図７】本発明の実施の形態２の電源装置の構成を示すブロック図
【図８】本発明の実施の形態２の電源装置のバランス式燃料電池の燃料の量による出力電圧−出力電力特性を示す図
【図９】従来例の循環式燃料電池の構成を示すブロック図
【図１０】特許文献１の燃料電池装置の構成を示すブロック図
【図１１】特許文献２の燃料電池発電システム制御装置の構成を示すブロック図
【図１２】特許文献３の燃料電池システムの構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００７２】
１０１、７０１  電源装置
１０２  本体装置
１１１  リターンポンプ
１１２  希釈タンク
１１３  メタノールポンプ
１１４  メタノールタンク
１１５  浄化部
１１６  燃料電池
１１７  燃料電池制御部
１１８  燃料電池出力電流検出器
１１９、７１９  ＤＣ−ＤＣコンバータ
１２０  二次電池
１２１  二次電池出力電圧検出器
１２２  スタック
１２３  燃料ポンプ
１２４  空気ポンプ
１３１  負荷
７１８  燃料電池出力電圧検出器
【図１】
0004781619.tif 000004
【図２】
0004781619.tif 000005
【図３】
0004781619.tif 000006
【図４】
0004781619.tif 000007
【図５】
0004781619.tif 000008
【図６】
0004781619.tif 000009
【図７】
0004781619.tif 000010
【図８】
0004781619.tif 000011
【図９】
0004781619.tif 000012
【図１０】
0004781619.tif 000013
【図１１】
0004781619.tif 000014
【図１２】
0004781619.tif 000015