(57)【要約】【課題】発電能力の低下を回避し一定の発電能力を維持することが可能とする、燃料電池ユニット、燃料電池ユニットの制御方法、情報処理装置および情報処理装置の電源制御方法を提供する。【解決手段】本発明にかかる燃料電池ユニット、燃料電池ユニットの制御方法、情報処理装置および情報処理装置の電源制御方法は、情報処理装置に接続された燃料電池ユニットにおいて、自律的にリフレッシュ処理を開始し（Ｓ１０，Ｓ１１）、リフレッシュ処理（Ｓ１２からＳ１５）を行った後、自律的にリフレッシュ処理を終了させる（Ｓ１６からＳ１８）ことを特徴とするものである。【選択図】  図１０
2005243567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部機器との接続に用いられる接続部と、
前記接続部を介して前記外部機器に供給される電力を燃料電池を用いて発電する発電部と、
前記発電部に設けられ、前記燃料電池に少なくとも燃料と空気を注入する補機と、
前記発電部の発電効率を向上させるためのリフレッシュ処理を自律的に行う制御部とを備えたことを特徴とする燃料電池ユニット。
【請求項２】
前記制御部は、所定期間毎にリフレッシュ処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池ユニット。
【請求項３】
前記リフレッシュ処理の期間中、前記制御部は前記発電部から前記接続部を介して前記外部機器への電力の供給を停止することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池ユニット。
【請求項４】
前記リフレッシュ処理の期間中、前記制御部は前記外部機器から前記接続部を介して電力を受け取ることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池ユニット。
【請求項５】
前記制御部は、前記接続部を介して前記外部機器と通信することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池ユニット。
【請求項６】
前記制御部は、前記外部機器から前記接続部を介して受信した前記燃料電池ユニットの電源情報を読み出すためのコマンドに対して、少なくとも前記リフレッシュ処理の期間中であるか否かを応答することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池ユニット。
【請求項７】
前記制御部は、前記外部機器が異常状態である場合、前記外部機器が異常状態であることを示すコマンドを前記接続部を介して受信し、前記所定期間毎のリフレッシュ処理を停止し、前記外部機器の異常状態が回復した場合、前記外部機器の異常状態が回復したことを示すコマンドを前記接続部を介して受信し、前記所定期間毎のリフレッシュ処理を再開することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池ユニット。
【請求項８】
燃料電池を用いて発電する発電部とこの発電部のリフレッシュ処理を行う制御部を有した燃料電池ユニットを備えた情報処理装置において、
前記燃料電池ユニットに接続される接続部と、
前記燃料電池ユニットに前記接続部を介して電力を供給する電源部と、
前記電源部から前記燃料電池ユニットへの電力の供給を制御するとともに、前記接続部を介して前記制御部との通信を制御する電源制御部と、
を具備することを特徴とする情報処理装置。
【請求項９】
前記リフレッシュ処理の期間中、前記電源制御部は前記電源部から供給される電力を前記接続部を介して前記燃料電池ユニットに供給することを特徴とする請求項８に記載の情報処理装置。
【請求項１０】
前記電源制御部は、前記接続部を介して前記燃料電池ユニットの電源情報を読み出すためのコマンドを送信するとともに、少なくとも前記燃料電池ユニットが前記リフレッシュ処理の期間中であるか否かを示す電源情報を受信することを特徴とする請求項８に記載の情報処理装置。
【請求項１１】
前記電源制御部は、前記電源部が異常状態である場合、前記電源部が異常状態であることを示すコマンドを前記接続部を介して送信し、前記電源部の異常状態が回復した場合、前記電源部の異常状態が回復したことを示すコマンドを送信することを特徴とする請求項８に記載の情報処理装置。
【請求項１２】
外部機器に接続され、燃料電池を用いて発電する発電部と制御部を備えた燃料電池ユニットの制御方法において、
自律的に前記制御部は前記発電部のリフレッシュ処理を開始し、
前記リフレッシュ処理を開始した後に、前記制御部は前記外部機器から前記燃料電池ユニットの電源情報を読み出すためのコマンドを受信した場合、前記燃料電池ユニットがリフレッシュ処理の期間中であることを示す電源情報を前記外部機器に送信し、自律的に前記リフレッシュ処理を終了することを特徴とする燃料電池ユニットの制御方法。
【請求項１３】
燃料電池を用いて発電する発電部と制御部とを有した燃料電池ユニットと電源制御部とを備えた情報処理装置の電源制御方法において、
前記電源制御部は前記燃料電池ユニットの電源情報を読み出すためのコマンドを前記制御部に送信し、
前記電源制御部は前記制御部から前記燃料電池ユニットが前記発電部のリフレッシュ処理の期間中であるか否かを示す電源情報を受信し、
前記電源情報が前記リフレッシュ処理の期間中であることを示す電源情報の場合、前記電源制御部は前記燃料電池ユニットに対して電力を供給することを特徴とする情報処理装置の電源制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池ユニット、情報処理装置、燃料電池ユニットの制御方法、および情報処理装置の電源制御方法に係り、特に、リフレッシュ処理を行う燃料電池ユニット、リフレッシュ処理を行う燃料電池ユニットを備えた情報処理装置、燃料電池ユニットの制御方法および情報処理装置の電源制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、情報処理装置への電源供給源の一つである二次電池として例えばリチウムイオン電池が使用されている。二次電池の有する特徴の一つは、使い捨てタイプである一次電池と比較して、例えば商用電源を用いて充電することで繰り返し使用可能な点にある。
【０００３】
しかしながら、リチウムイオン電池は二次電池であるが故に、例えば商用電源を用いて充電する必要がある。
【０００４】
また、近年における情報処理装置の機能性能の向上は著しく、これに伴って情報処理装置の消費電力は増加の傾向にある。そこで、情報処理装置に電力を供給するリチウムイオン電池が提供するエネルギの密度、即ち単位体積或いは単位質量あたりの出力エネルギ量を向上させたいものの、顕著な向上を望むのは難しい状況にある。
【０００５】
一方、燃料電池のエネルギ密度は、理論的にはリチウムイオン電池の１０倍とも言われている（例えば、非特許文献１参照）。これは、燃料電池がリチウムイオン電池に対して、体積或いは質量が同じとすると、より長時間（例えば１０倍）の電力供給が可能となる潜在的能力を有していることを意味する。また、両者の電力供給時間を等しいとするならば、燃料電池の方がリチウムイオン電池に対して小型・軽量化が可能となる潜在的能力を有している事を意味する。
【０００６】
また、燃料電池は、燃料、例えばメタノール等を小型の容器に封入してユニット化し、小型の容器ごと交換して使用すれば、外部からの充電を必要としない。従って、例えばＡＣ電源設備の無い場所において、リチウムイオン電池を使用して電力を確保する場合と比較して燃料電池を使用して電力を確保する場合の方が、より長時間にわたって情報処理装置を使用可能である。
【０００７】
さらに、リチウムイオン電池を使用した情報処理装置（例えばノート型パーソナルコンピュータ）を長時間使用する場合、リチウムイオン電池の供給する電力を用いて長時間使用することは困難であるため、ＡＣ電源による電力供給が可能な環境で情報処理装置を使用しなければならないという制約が課せられる。しかしながら、燃料電池の供給する電力で情報処理装置を使用するとリチウムイオン電池を用いる場合と比較して長時間に渡る情報処理装置の使用が可能になるとともに、上述の制約から解放されることが期待できる。
【０００８】
以上のような観点から、情報処理装置への電力供給を目的とした燃料電池の研究・開発が進められており、これまでにも、例えば特許文献１，特許文献２に開示されている。
【０００９】
燃料電池の方式には種々のものがあるが（例えば非特許文献２参照）、情報処理装置に適するものとして、小型・軽量化、さらに燃料の取り扱いやすさといった観点を考慮すると、ダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）方式が挙げられる。この方式の燃料電池は、燃料としてメタノールを用いるものであり、メタノールを水素に変換することなく直接、燃料極に注入する方式である。
【００１０】
ダイレクトメタノール型燃料電池においては、燃料極に注入するメタノールの濃度が重要であり、この濃度が高いと発電効率が悪くなり十分な性能が得られない。これは燃料となるメタノールの一部が燃料極（負極）と空気極（正極）とに挟まれる電解質膜（固体高分子電解質膜）を透過してしまう現象（これをクロスオーバ現象と呼んでいる。）に起因するものである。クロスオーバ現象はメタノールの濃度が高濃度の場合に顕著になり、低濃度のメタノールを燃料極に注入した場合は低減される。
【００１１】
一方、低濃度のメタノールを燃料として使用した場合、高性能を確保し易いものの、高濃度メタノールに比べると燃料の容積が大きくなるため（例えば１０倍）、燃料の容器（燃料カートリッジ）が大型となってしまう。
【００１２】
そこで、燃料カートリッジ内には高濃度のメタノールを収納することによって小型化をはかりつつ、一方で、発電時に発生する水を小型のポンプやバルブ等で循環させて高濃度メタノールを燃料極に注入する前に希釈することによってメタノールの濃度を下げ、その結果クロスオーバ現象を低減させることができる。この方式によって発電効率を向上させることが可能となる。なお、以降、発生した水等を循環させるためのポンプやバルブ等を補機と呼び、また、このように循環させる方式を希釈循環システムと呼ぶ。
【００１３】
このように、燃料電池ユニット全体としては小型軽量化を図りつつ、希釈されたメタノールによって、発電効率の高い燃料電池ユニットが実現できる（非特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３−１４２１３７号公報
【特許文献２】特開２００２−１６９６２９号公報
【非特許文献１】「燃料電池２００４」、日経ＢＰ社、２００３年１０月、ｐ．４９−５０，ｐ．６４
【非特許文献２】池田宏之助編著、「燃料電池のすべて」、日本実業出版社、２００１年８月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明が解決しようとする課題の説明にあたって、まず、燃料電池の動作原理について簡単に説明する。動作原理そのものは既に公知文献（例えば、非特許文献１等）に詳しく述べられているのでここでは概略を説明する。
【００１５】
図１は、燃料電池を構成するダイレクトメタノール型燃料電池セル（ＤＭＦＣセル）５の動作原理を説明したものである。ＤＭＦＣセル５は、中央に電解質膜１を配置し、この両側から、燃料極（負極）２と空気極（正極）３で挟み込んで構成される。
【００１６】
ＤＭＦＣセル５の燃料極２にメタノール水溶液を注入すると、燃料極２でメタノールの酸化反応が生じ、この結果、電子（ｅ−）と水素イオン（Ｈ＋）と二酸化炭素（ＣＯ２）が生成される。このうち、水素イオン（Ｈ＋）は電解質膜１を透過し、空気極３に達する。また二酸化炭素（ＣＯ２）は燃料極２の他端から排出される。
【００１７】
一方、電子（ｅ−）は燃料極２から負荷４を介して空気極３に環流される。この電子の流れによって、外部に電力を供給することが可能になる。空気極３では、外部から注入される空気中の酸素（Ｏ２）が、電解質膜１を透過してきた水素イオン（Ｈ＋）と負荷４を介して環流してきた電子（ｅ−）とによって還元され、その結果、水Ｈ２Ｏ（水蒸気）を生成する。
【００１８】
図１は、燃料電池の構成の一単位を示したものであり、実際にはこのＤＭＦＣセル５を積み重ねて、所定の電圧や電流を得ることになる。ＤＭＦＣセル５を積み重ねたものを、ＤＭＦＣスタックと呼んでいる。
【００１９】
燃料電池における発電の過程では、燃料極２で反応生成物のひとつとして二酸化炭素（ＣＯ２）が発生する。この二酸化炭素は、反応に供されなかったメタノール水溶液と共に燃料極２の他端から排出される。
【００２０】
しかしながら、ごく一部の二酸化炭素は気泡となって、燃料極２に付着し、この結果燃料極２の反応面積が減少し発電能力の低下要因となる場合がある。
【００２１】
一方、空気極３においては、反応生成物として水（Ｈ２Ｏ）が水蒸気の形態で発生する。この水蒸気は水（液体）として回収され、高濃度メタノールを希釈するために用いられる。しかし、ここにおいても水蒸気の一部が水滴として空気極３に付着し、空気極３の反応面積が減少し、発電能力の低下要因となり得る。
【００２２】
発電能力の低下要因を解消するために、リフレッシュ処理と呼ばれる特別な処理が試みられている。具体的には、一定期間、燃料極２や空気極３にメタノール水溶液や空気を通常の発電時とは異なる態様で、例えばより強い圧力で、注入することにより、燃料極２や空気極３に付着した気泡や水滴を強制的に流失・除去させる処理をリフレッシュ処理と呼んでいる。
【００２３】
また、リフレッシュ処理を実行している燃料電池ユニットの状態をリフレッシュ・ステートと呼んでいる。リフレッシュ処理によって発電能力の低下を回避し一定の発電能力を維持することが可能となる。
【００２４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、発電能力の低下を回避し一定の発電能力を維持することを可能とする発電部のリフレッシュ処理を行う燃料電池ユニット、その制御方法、燃料電池ユニットに接続される情報処理装置およびその電源制御方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池ユニットは、請求項１に記載したように、外部機器との接続に用いられる接続部と、前記接続部を介して前記外部機器に供給される電力を燃料電池を用いて発電する発電部と、前記発電部に設けられ、前記燃料電池に少なくとも燃料と空気を注入する補機と、前記発電部の発電効率を向上させるためのリフレッシュ処理を自律的に行う制御部とを備えたことを特徴とするものである。
【００２６】
また、本発明に係る情報処理装置は、請求項８に記載したように、燃料電池を用いて発電する発電部とこの発電部のリフレッシュ処理を行う制御部を有した燃料電池ユニットを備えた情報処理装置において、前記燃料電池ユニットに接続される接続部と、前記燃料電池ユニットに前記接続部を介して電力を供給する電源部と、前記電源部から前記燃料電池ユニットへの電力の供給を制御するとともに、前記接続部を介して前記制御部との通信を制御する電源制御部と、を具備することを特徴とするものである。
【００２７】
さらに、本発明に係る燃料電池ユニットの制御方法は、請求項１２に記載したように、外部機器に接続され、燃料電池を用いて発電する発電部と制御部を備えた燃料電池ユニットの制御方法において、自律的に前記制御部は前記発電部のリフレッシュ処理を開始し、前記リフレッシュ処理を開始した後に、前記制御部は前記外部機器から前記燃料電池ユニットの電源情報を読み出すためのコマンドを受信した場合、前記燃料電池ユニットがリフレッシュ処理の期間中であることを示す電源情報を前記外部機器に送信し、自律的に前記リフレッシュ処理を終了することを特徴とするものである。
【００２８】
さらにまた、本発明に係る情報処理装置の電源制御方法は、請求項１３に記載したように、燃料電池を用いて発電する発電部と制御部とを有した燃料電池ユニットと電源制御部とを備えた情報処理装置の電源制御方法において、前記電源制御部は前記燃料電池ユニットの電源情報を読み出すためのコマンドを前記制御部に送信し、前記電源制御部は前記制御部から前記燃料電池ユニットが前記発電部のリフレッシュ処理の期間中であるか否かを示す電源情報を受信し、前記電源情報が前記リフレッシュ処理の期間中であることを示す電源情報の場合、前記電源制御部は前記燃料電池ユニットに対して電力を供給することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る、燃料電池ユニット、情報処理装置、燃料電池ユニットの制御方法、および情報処理装置の電源制御方法によれば、発電能力の低下を回避し一定の発電能力を維持することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明に係る燃料電池ユニット、燃料電池ユニットの制御方法、情報処理装置および情報処理装置の電源制御方法の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００３１】
図２は本発明の燃料電池ユニットの一実施形態を示す外観図である。図２に示すように、この燃料電池ユニット１０は、情報処理装置、例えばノート型パーソナルコンピュータの後部を載置するための載置部１１と、燃料電池ユニット本体１２とから構成される。燃料電池ユニット本体１２には、電気化学反応で発電を行うＤＭＦＣスタックや、ＤＭＦＣスタックに対して燃料となるメタノールや空気を注入、循環させるための補機（ポンプやバルブ等）を内蔵している。
【００３２】
また、燃料電池ユニット本体１２のユニットケース１２ａ内部の例えば図２において右端に、着脱可能な燃料カートリッジ（図示していない）が内蔵されており、この燃料カートリッジを交換できるように、カバー１２ｂは取り外し可能の設けられている。
【００３３】
載置部１１には情報処理装置が載置される。載置部１１の上面には、図３に示す情報処理装置１８と接続するための接続部としてドッキングコネクタ１４が設けられている。一方、情報処理装置１８の例えば後部底面には、燃料電池ユニット１０と接続するための接続部としてドッキングコネクタ２１（図示していない）が設けられており、燃料電池ユニット１０のドッキングコネクタ１４と機械的、電気的に接続される。また、載置部１１上に三箇所の位置決め突起１５とフック１６が設けられており、対応して設けられた情報処理装置の底面後部の三箇所の穴に、位置決め突起１５とフック１６が挿入される。
【００３４】
情報処理装置１８を燃料電池ユニット１０から取り外す時は、図２に示した燃料電池ユニット１０のイジェクトボタン１７を押すことにより、ロック機構（図示していない）の解除が行われて、容易に取り外すことができる。
【００３５】
図３は、情報処理装置１８（例えば、ノート型パーソナルコンピュータ）を燃料電池ユニット１０の載置部１１の上に載置、接続した時の外観を示す図である。
【００３６】
なお、図２および図３に示した燃料電池ユニット１０の形状や大きさ、或いはドッキングコネクタ１４の形状や位置等は、種々の形態が考えられる。
【００３７】
次に、本発明に係る燃料電池ユニット１０の構成について説明する。特に、ＤＭＦＣスタックとその周辺に設けられた補機について、図４に示した系統図を用いて詳説する。
【００３８】
燃料電池ユニット１０は、発電部４０と、燃料電池ユニット１０の制御部である燃料電池制御部４１とから構成される。燃料電池制御部４１は発電部４０の制御を行う他、情報処理装置１８との通信機能を有する。
【００３９】
発電部４０は、発電を行うための中心となるＤＭＦＣスタック４２を有する他、燃料となるメタノールを収納する燃料カートリッジ４３を有する。燃料カートリッジ４３には高濃度のメタノールが封入されている。燃料カートリッジ４３は、燃料を消費した時には容易に交換できるよう、着脱可能となっている。
【００４０】
また、ダイレクトメタノール型燃料電池は、発電効率をあげるにクロスオーバ現象を低減する必要がある。このために高濃度メタノールを希釈して低濃度化し、これを燃料極４７に注入することが有効である。この実現のため、燃料電池ユニット１０では、希釈循環システム６２を採用しており、発電部４０に希釈循環システム６２を設けている。希釈循環システム６２は、複数の構成品からなる補機６３によって実現される。
【００４１】
補機６３は、図４に示したように、メタノール水溶液や水等を循環させる液体流路と空気等を循環させる気体経路内に配設された燃料供給ポンプ４４、混合タンク４５，送液ポンプ４６，混合タンクバルブ４８，送気ポンプ５０，送気バルブ５１，凝縮器５３，冷却ファン５４，水回収タンク５５，水回収ポンプ５６，排気バルブ５７等を配管接続して構成される。
【００４２】
次に、燃料電池ユニット１０の発電部４０の発電メカニズムについて、燃料と空気（酸素）の流れに沿って説明する。
【００４３】
まず、燃料カートリッジ４３内の高濃度メタノールは、燃料供給ポンプ４４によって、混合タンク４５に流入する。混合タンク４５の内部で高濃度メタノールは、回収された水や燃料極４７からの低濃度メタノール（発電反応の残余分）等と混合されて希釈され、低濃度メタノールが生成される。低濃度メタノールの濃度は発電効率の高い濃度（例えば３〜６質量％）を保てるように制御される。この制御は、例えば、濃度センサ６０の情報を基に燃料供給ポンプ４４によって混合タンク４５に供給される高濃度メタノールの供給量を制御する。または、混合タンク４５に環流する水の量を水回収ポンプ５６等でポンプ制御することによって実現できる。
【００４４】
混合タンク４５で希釈されたメタノール水溶液は送液ポンプ４６で加圧されて、ＤＭＦＣスタック４２の燃料極（負極）４７に注入される。燃料極４７では、メタノールの酸化反応が行われることで電子が発生する。酸化反応で生成される水素イオン（Ｈ＋）はＤＭＦＣスタック４２内を透過して空気極（正極）５２に達する。
【００４５】
一方、燃料極４７で行われる酸化反応によって生成される二酸化炭素は、反応に供されなかったメタノール水溶液とともに再び混合タンク４５に環流する。二酸化炭素は混合タンク４５内で気化し、混合タンクバルブ４８を介して、凝縮器５３へ向かい、最終的には排気バルブ５７を介して、排気口５８から外部へ排気される。
【００４６】
他方、空気（酸素）の流れは、吸気口４９から取り込まれ、送気ポンプ５０で加圧され、送気バルブ５１を介し空気極（正極）５２に注入される。空気極５２では、酸素（Ｏ２）の還元反応が進行し、外部の負荷からの電子（ｅ―）と、燃料極４７からの水素イオン（Ｈ＋）と、酸素（Ｏ２）から水（Ｈ２Ｏ）が水蒸気として生成される。この水蒸気は空気極５２から排出され、凝縮器５３に入る。凝縮器５３では、冷却ファン５４によって水蒸気が冷却されて水（液体）となり、水回収タンク５５内に一時的に蓄積される。この回収された水は水回収ポンプ５６によって混合タンク４５へ供給され、高濃度メタノールを希釈するための希釈循環システム６２が構成される。
【００４７】
この希釈循環システム６２による燃料電池ユニット１０の発電メカニズムからわかるように、ＤＭＦＣスタック４２で発電を開始するためには、ポンプ４４、４６、５０，５６やバルブ４８、５１、５７或いは冷却ファン５４等の補機６３を駆動させることが必要である。これによってメタノール水溶液と空気（酸素）がＤＭＦＣスタック４２内に注入されそこで電気化学反応が進行することによって電力が得られる。一方、発電を停止するには、これらの補機６３の駆動を停止させればよい。
【００４８】
ところで、燃料電池ユニット１０の、ポンプ４４、４６、５０，５６やバルブ４８、５１、５７は発電部４０内の複数の箇所に配置されて希釈循環システム６２を構成するものである。したがって、これらの補機６３の駆動を相互に整合をとって適切に制御することは、発電の開始、停止時だけでなく、発電中における例えば情報処理装置１８の負荷変動や異常状態発生時において特に重要となる。これらの補機６３の制御は燃料電池ユニット１０の燃料電池制御部４１で行われる。
【００４９】
また、発電能力を維持するためのリフレッシュ処理もこれらの補機６３を燃料電池制御部４１が制御することによって行われる。
【００５０】
そこで、燃料電池制御部４１の詳細動作について、図５ないし図１１を参照して説明する。
【００５１】
図５は、燃料電池ユニット１０側に設けられる燃料電池制御部４１と通信可能な情報処理装置の一例として、例えば情報処理装置１８の系統を示したものである。情報処理装置１８は、ＣＰＵ６５、主記憶６６、ディスプレイコントローラ６７、ディスプレイ６８、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｃ  Ｄｒｉｖｅ）６９、キーボードコントローラ７０、ポインタデバイス７１、キーボード７２、ＦＤＤ（Ｆｌｏｐｐｙ（登録商標）  Ｄｉｓｃ  Ｄｒｉｖｅ）７３、これら構成品間において信号を伝送するバス７４、バス７４を介して伝送される信号を変換するためのノースブリッジ７５、サウスブリッジ７６と呼ばれるデバイス等から構成される。また、情報処理装置１８の内部に電源部７９を設け、ここに二次電池８０として、例えばリチウムイオン電池を保有している。電源部７９は、電源制御部７７によって制御される。
【００５２】
燃料電池ユニット１０と情報処理装置１８との電気的インタフェースとして制御系インタフェースと電源系インタフェースとを設ける。
【００５３】
制御系インタフェースは情報処理装置１８の電源制御部７７と燃料電池ユニット１０の燃料電池制御部４１との間にて通信を行うために設けられるインタフェースである。制御系インタフェースを介して情報処理装置１８と燃料電池ユニット１０との間で行われる通信は、例えばＩ２Ｃバス７８といったシリアルバスを介して行われる。
【００５４】
電源系インタフェースは、燃料電池ユニット１０と情報処理装置１８との間における電力の授受のために設けられるインタフェースである。例えば、発電部４０のＤＭＦＣスタック４２で発電された電力が燃料電池制御部４１およびドッキングコネクタ１４、２１を介して情報処理装置１８に供給される（電力供給ライン８２）。また、電源系インタフェースには、情報処理装置１８の電源部７９から、燃料電池ユニット１０内の補機６３等への電力供給ライン８３もある。
【００５５】
燃料電池ユニット１０はその形態によっては、上記電力供給８３ラインの供給数は異なる場合がある。
【００５６】
なお、情報処理装置１８の電源部７９に対してＡＣアダプタ用コネクタ８１を介してＡＣ／ＤＣ変換された直流電源が供給され、これによって情報処理装置１８の動作、二次電池（リチウムイオン電池）８０の充電が可能である。
【００５７】
図６は、燃料電池ユニット１０の燃料電池制御部４１と、情報処理装置１８の電源部７９との、電気的接続関係を示す構成例である。
【００５８】
燃料電池ユニット１０と情報処理装置１８とはドッキングコネクタ１４、２１によって機械的かつ電気的に接続される。ドッキングコネクタ１４、２１には、燃料電池ユニット１０のＤＭＦＣスタック４２で発電された電力を情報処理装置１８へ供給するための第一の電源端子（出力電源端子）９１および、情報処理装置１８から、燃料電池ユニット１０のマイクロコンピュータ９５にレギュレータ９４を介して電源を供給し、かつ補機用電源回路９７にスイッチ１０１を介して電源を供給するための第二の電源端子（補機用入力電源端子）９２を有する。また、情報処理装置１８からＥＥＰＲＯＭ９９へ電源供給するための第三の電源端子９２ａを有している。
【００５９】
さらに、ドッキングコネクタ１４、２１は情報処理装置１８の電源制御部７７と燃料電池ユニット１０のマイクロコンピュータ９５との通信や、好ましくは書き込み可能な不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）９９との通信、を行うための通信用入出力端子９３を有している。
【００６０】
次に、図６と、図７に示す燃料電池ユニット１０の状態遷移図とを用いて、燃料電池ユニット１０のＤＭＦＣスタック４２で発電された電力が、情報処理装置１８へ供給されるまでの処理の流れを説明する。
【００６１】
なお、情報処理装置１８の二次電池（リチウムイオン電池）８０には所定の電力が充電されているものとする。また、図６の中のスイッチは全て開いているものとする。
【００６２】
まず、情報処理装置１８の電源制御部７７は、コネクタ接続検出部１１１からの信号をもとに、情報処理装置１８と燃料電池ユニット１０とがドッキングコネクタ１４、２１を介して機械的、電気的に接続されたことを認識する。
【００６３】
情報処理装置１８と燃料電池ユニット１０とがドッキングコネクタ１４、２１を介して機械的に接続されると、情報処理装置１８側から第三の電源端子９２ａを介して燃料電池制御部４１の不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）９９に電源が供給される。このＥＥＰＲＯＭ９９には、燃料電池ユニット１０の識別情報等が予め記憶される。識別情報には、例えば燃料電池ユニットの部品コードや製造シリアル番号、或いは定格出力などの情報を予め含ませることができる。また、このＥＥＰＲＯＭ９９は、例えば、Ｉ２Ｃバス７８といったシリアルバスに接続されており、ＥＥＰＲＯＭ９９に記憶されているデータは該ＥＥＰＲＯＭ９９に電源が供給されている状態において読み出し可能である。図６の構成では、電源制御部７７が通信用入出力端子９３を介してＥＥＰＲＯＭ９９の情報を読み出すことが可能である。
【００６４】
この状態は、燃料電池ユニット１０は未だ発電を行っておらず、また燃料電池ユニット１０の内部には、ＥＥＰＲＯＭ９９の電源以外は、一切電源が供給されていない状態である。この状態は、図７の状態遷移図では「ストップステート」ＳＴ１０に該当する。
【００６５】
この「ストップステート」ＳＴ１０の状態で、燃料電池ユニット１０に設けられたメインスイッチ１１２が閉じられると、図７の「スタンバイステート」ＳＴ２０に移行する。メインスイッチ１１２は例えば燃料電池ユニット１０に設けられていて、ユーザがスイッチの開閉を行うことができるように構成されており、例えばスライド式のスイッチである。
【００６６】
メインスイッチ１１２が閉じられると、情報処理装置１８のメインスイッチ開閉検出部１１３からの信号を基に情報処理装置１８の電源制御部７７は、メインスイッチ１１２が閉じられたことを認識する。次に、電源制御部７７はＩ２Ｃバス７８を介して燃料電池ユニット１０のＥＥＰＲＯＭ９９に記憶されている燃料電池ユニット１０の識別情報を読み出す。読み出した識別情報から、接続されている燃料電池ユニット１０が情報処理装置１８に適合した燃料電池ユニットであると電源制御部７７が判断した場合、電源制御部７７は、スイッチ１００を閉じる。
【００６７】
スイッチ１００が閉じられると、情報処理装置１８の二次電池８０の電力が第二の電源端子９２を介して、燃料電池制御部４１のマイクロコンピュータ９５に供給される。この状態を「スタンバイステート」ＳＴ２０と呼ぶ。この段階では補機用電源回路９７には未だ電源は供給されておらず、従って補機６３はまだ動作していない。
【００６８】
しかし、マイクロコンピュータ９５は動作しており、情報処理装置１８の電源制御部７７から、Ｉ２Ｃバス７８を介して各種の制御用コマンドを受信することが可能な状態である。また、逆に、燃料電池ユニット１０の電源情報を、同じくＩ２Ｃバス７８を介して情報処理装置１８へ送信することも可能な状態である。
【００６９】
図８は、情報処理装置１８の電源制御部７７から、燃料電池制御部４１のマイクロコンピュータ９５に送られる制御用コマンドの一例を示したものである。
【００７０】
図９は、燃料電池制御部４１のマイクロコンピュータ９５から電子１８の電源制御部７７に送られる燃料電池ユニット１０の主な電源情報の一例を示したものである。
【００７１】
情報処理装置１８の電源制御部７７は、図９の電源情報のうち「ＤＭＦＣ運転状態」を読み取ることによって、燃料電池ユニット１０が「スタンバイステート」ＳＴ２０であること認識できる。
【００７２】
この「スタンバイステート」ＳＴ２０の状態で、電源制御部７７が、図８に示した制御用コマンドのうち「ＤＭＦＣ運転ＯＮ要求」コマンドを燃料電池制御部４１に送ると、これを受信した燃料電池制御部４１は、燃料電池ユニット１０の状態を「ウォームアップステート」ＳＴ３０に移行させる（図７参照）。
【００７３】
具体的には、マイクロコンピュータ９５からの制御で燃料電池制御部４１のスイッチ１０１を閉じて補機用電源回路９７に情報処理装置１８からの電源を供給する。併せて、マイクロコンピュータ９５からの補機用制御信号によって、発電部４０にある補機６３、即ち、図４に示した各ポンプ４４、４６、５０、５６、バルブ４８、５１、５７及び冷却ファン５４等を駆動させる。さらにマイクロコンピュータ９５は、燃料電池制御部４１のスイッチ１０２を閉じる。
【００７４】
この結果、燃料電池ユニット１０は、発電部４０のＤＭＦＣスタック４２に対してメタノール水溶液や空気が注入され、発電が開始される。ＤＭＦＣスタック４２による発電電力は、情報処理装置１８に対して供給が開始される。ただし、発電出力は、瞬時に定格値に達するわけではないため、定格値に達するまでの状態を「ウォームアップステート」ＳＴ３０と呼んでいる。
【００７５】
燃料電池制御部４１のマイクロコンピュータ９５は、例えばＤＭＦＣスタック４２の出力電圧およびＤＭＦＣスタック４２の温度をモニタすることにより、ＤＭＦＣスタック４２の出力が定格値に達したと判断すると、スイッチ１０１を開き、補機６３への電力供給源を情報処理装置１８からＤＭＦＣスタック４２に切り替える。この状態が「オンステート」ＳＴ４０である（図７参照）。
【００７６】
以上が「ストップステート」ＳＴ１０から「オンステート」ＳＴ４０への状態遷移の概要である。
【００７７】
燃料電池ユニット１０の状態が「オンステート」ＳＴ４０であれば、情報処理装置１８の電源制御部７７は、図６に示されたスイッチ１０３，スイッチ１０５を閉じる。この結果燃料電池ユニット１０からの電力は、ＤＣ／ＤＣ変換で所定の電圧に変換された後情報処理装置１８の内部の各負荷へ供給することが可能となる。また、発電電力に余剰がある場合には、情報処理装置１８のスイッチ１０４を閉じて二次電池８０の充電を行うことも可能である。
【００７８】
次に、リフレッシュ処理およびリフレッシュ・ステートＳＴ５０の説明をする。
【００７９】
リフレッシュ処理とは、燃料極４７に付着した二酸化炭素の気泡や、空気極５２に付着した水滴によって、発電中に発電能力が低下していく現象に対して、この低下した発電能力を回復させる事を目的とする処理である。リフレッシュ処理の具体的な方法には種々の態様が考えられるが、まず典型的な実施態様について、図１０のフローチャート、図６の系統図、図７の状態遷移図を用いて説明する。
【００８０】
発電能力の低下は発電中に発生するものであり、リフレッシュ処理が必要となる状態は「オンステート」ＳＴ４０においてである。
【００８１】
リフレッシュ処理への移行の判断は、例えば、図９示した電源情報のうち、「ＤＭＦＣスタック出力電圧」を情報処理装置１８の電源制御部７７がモニタし、出力電圧の数値が所定値以下となった場合には情報処理装置１８のディスプレイ６８に表示し、ユーザにリフレッシュ処理移行を促す方法も考えられる。ただし、この場合ユーザに操作負担を強いることになる。
【００８２】
そこで、燃料電池制御部４１が自律的にリフレッシュ処理を行うことが好ましい。自律的にリフレッシュ処理を行うためには、リフレッシュ処理への移行あるいはリフレッシュ処理終了の判断を自律的に行う必要がある。この方法として、例えば、
（１）ＤＭＦＣスタック４２の出力電圧を燃料電池制御部４１のマイクロコンピュータ９５がモニタし、この出力電圧が所定値以下となった場合に、自動的に「リフレッシュ・ステート」ＳＴ５０へ移行させてリフレッシュ処理を開始し、ＤＭＦＣスタック電圧が所定値以上に回復したときにリフレッシュ処理を終了して「オンステート」ＳＴ４０に戻す方法、
（２）「オンステート」ＳＴ４０が所定期間を経過したら、自動的に「リフレッシュ・ステート」ＳＴ５０に移行させて、別に定めた所定期間リフレッシュ処理を実施し、この期間経過後は自動的にリフレッシュ処理を終了させて、「オンステート」ＳＴ４０に戻す方法、
（３）上記の（１）と（２）の方法を組み合わせた方法、などが考えられる。
【００８３】
図１０は、上記（１）ないし（３）のうち、（２）の所定期間ごとにリフレッシュ処理を行う実施態様について説明したものである。
【００８４】
まず、「オンステート」ＳＴ４０の継続時間をカウントし、これが所定期間、例えば１時間を経過したか否か判断する（Ｓ１０）。１時間を経過したと判断された場合は（Ｓ１０のｙｅｓ）、「ＤＭＦＣ運転状態」（図９の電源情報のうち、番号１）を「リフレッシュ・ステート」にセットし（Ｓ１１）、情報処理装置１８から補機６３への電力の供給を可能とするためスイッチ１０１を閉じる。さらにＤＭＦＣスタック４２の出力スイッチ１０２を断とする（Ｓ１２）。この結果、燃料電池ユニット１０から情報処理装置１８への電力供給が絶たれる他、補機６３やマイクロコンピュータ９５への電力供給も情報処理装置１８側からのみ第二の電源端子９２を介して供給されることになる。
【００８５】
次に、送気ポンプ５０を停止させ、送液ポンプ４６のみを作動させ、このポンプ作動状態を例えば４０〜５０秒継続する（Ｓ１３）。このステップＳ１３によって、燃料極４７内の送液経路に付着した二酸化炭素の気泡を流失・除去することができる。
【００８６】
次に、送液ポンプ４６を停止し、送気ポンプ５０を最大能力で作動させる。このポンプ作動状態を例えば１０〜２０秒継続させる（Ｓ１４）。このステップＳ１４によって、空気極５２内の送気経路に付着した水滴を同じく流失・除去することができる。
【００８７】
その後、送液ポンプ４６，送気ポンプ５０を通常の作動状態に戻し（Ｓ１５）、ＤＭＦＣスタック４２の出力スイッチ１０２を閉じる（Ｓ１６）。ＤＭＦＣスタック４２の出力電圧が正常に戻るのを待ち（Ｓ１７）、ＤＭＦＣスタック４２の出力電圧が正常と判断されると（Ｓ１７のｙｅｓ）、ＤＭＦＣスタック４２から補機６３へ電力を供給可能とするためにスイッチ１０１を開き、「ＤＭＦＣ運転状態」（図９の電源情報のうち、番号１）を「オンステート」にセットする（Ｓ１８）。この結果、ＤＭＦＣスタック４２の出力を情報処理装置１８へ供給可能となる。また、燃料電池ユニット１０内部の補機６３等にも供給可能となる。
【００８８】
以上のフローを繰り返すことによって、自律的なリフレッシュ処理が可能となる。
【００８９】
上記は本発明に係るリフレッシュ・ステートを持つ燃料電池ユニットの第一の実施形態であるが、この他の実施形態も考えられる。
【００９０】
第一の実施態様では、「リフレッシュ・ステート」ＳＴ５０においてはＤＭＦＣスタック４２の出力を完全に断としている。これによって、燃料極４７や空気極５２での新たな気泡や水滴の発生がなくなり、リフレッシュ処理が効率よく行われるためである。情報処理装置１０に対する電源供給よりも、燃料電池ユニット１０のリフレッシュ処理を最大限優先した実施態様である。
【００９１】
また、第一の実施形態では、リフレッシュ処理中の補機６３の電源は、情報処理装置１８の二次電池８０から供給を受けるものとしている。この理由は、情報処理装置１８、例えばノート型パーソナルコンピュータ等では、その内部に元々二次電池を内蔵しているものが多く、この二次電池を有効に利用する構成とすることによって、燃料電池ユニット１０の小型軽量化が可能となるからである。
【００９２】
一方、情報処理装置１８には二次電池を内蔵していないものもある。この場合、二次電池を燃料電池ユニット１０に内蔵させて、内蔵させた二次電池からの電力によって、リフレッシュ処理時の補機６３の電源を供給する実施形態も当然可能である。この第三の実施形態では、リフレッシュ処理において第二の電源端子９２（図６他）を介しての情報処理装置１８からの供給が不要となる。
【００９３】
また、第一の実施形態では、自律的にリフレッシュ処理が可能となる構成としており、このため、ユーザからは見えない形でリフレッシュ処理を行うことができ、ユーザに対して利便性を高めたものとなっている。
【００９４】
一方、図９に示した電源情報や、図１０のフローチャートに示したように、情報処理装置１８には、リフレッシュ処理中は「リフレッシュ・ステート」を電源情報として返す構成としている。この電源情報によって、必要に応じては、情報処理装置側で少なくともリフレッシュ処理中はその旨をユーザに対して認知させることが可能な構成となっている。
【００９５】
次に、情報処理装置１８の二次電池８０の残量が所定値以下に低下したとき、即ち、Ｌｏｗ  Ｂａｔｔｅｒｙ（以降ＬＢと略す）の時のリフレッシュ処理について説明する。
【００９６】
二次電池８０で動作する情報処理装置１８では、二次電池８０の低残量（ＬＢ）を検出・判断しているものが多い。低残量（ＬＢ）とは、情報処理装置１８の電源の異常状態の一種とも考えることができ、情報処理装置１８に内蔵する二次電池８０の残量が所定値以下となった状態を言う。
【００９７】
二次電池８０低残量の検出・判断は、燃料電池ユニット１０との接続を前提としない、従来型の二次電池（リチウムイオン電池）のみを有する情報処理装置においても成立する概念である。情報処理装置の二次電池が低残量（ＬＢ）であると判断されると、例えば、処理中のデータの保存手段をとった後にアプリケーションプログラムの終了シーケンスを開始する等の手段がとられることがある。かかる手段を事前にとることによって、二次電池の残量を使い切り、その結果突然の電源断によってアプリケーションプログラム異常終了やデータの消失等が発生することを回避できる。
【００９８】
ところで、燃料電池ユニット１０の第一の実施形態では、リフレッシュ処理期間中は、補機６３の電源として情報処理装置１８の二次電池８０から供給を受ける構成としている。従って、リフレッシュ処理期間中に、情報処理装置１８の二次電池８０が突然電源断となった場合は燃料電池ユニット１０に対しても弊害をもたらす。
【００９９】
燃料電池ユニット１０が定常状態で発電中、即ち「オンステート」ＳＴ４０では、補機６３の電力は燃料電池ユニット１０で発電した電力で供給されている。また、「オンステート」ＳＴ４０では補機６３の内、例えば外部から空気を取り入れるための送気バルブ５１や外部に排出するための混合タンクバルブ４８や排気バルブ５７は開いた状態である。「リフレッシュ・ステート」ＳＴ５０でもこれらのバルブは同様に開いた状態である。従って、「リフレッシュ・ステート」ＳＴ５０において、情報処理装置１８の二次電池８０が停止するとこれらのバルブは開いたままで放置されることになり、その結果、外部からの不純物の混入を招き、燃料電池ユニット１０の信頼性を低下させることになる。
【０１００】
そこで、情報処理装置１８の二次電池８０の低残量（ＬＢ）に関する情報を用いて、上記の弊害を回避する手段が本発明の第一の実施形態として構成されており、これについて、図１１のフローチャートを用いて説明する。
【０１０１】
まず、通信用入出力端子９３を介して情報処理装置１８から送られる制御用コマンドに「ＬＢ検出処理要求」コマンドが含まれているかを、燃料電池制御部４１のマイクロコンピュータ９５が、判断する（Ｓ２０）。「ＬＢ検出処理要求」コマンドが受信された場合は、さらに燃料電池ユニット１０の状態を判断し（Ｓ２１）、「オンステート」ＳＴ４０の場合は、「リフレッシュ・ステート」ＳＴ５０への移行を禁止する（Ｓ２４）。一方、燃料電池ユニット１０の状態が「リフレッシュ・ステート」ＳＴ５０の場合には強制的に「オンステート」ＳＴ４０へ移行させる（Ｓ２３）。
【０１０２】
図１１のフローチャートに示した処理によって、二次電池８０が低残量（ＬＢ）の時には常に「オンステート」ＳＴ４０に保持されることになる。「オンステート」ＳＴ４０では、補機６３の電力はＤＭＦＣスタック４２から供給される。従って、情報処理装置１８から供給される二次電池８０の電源が断となっても影響を受けることが無く、弊害は回避される。
【０１０３】
「オンステート」４０では、ＤＭＦＣスタック４２からの発電電力は第一の電源端子９１を介して情報処理装置１８へ供給され、この電力で二次電池８０を充電する事が可能である。この充電によって二次電池８０の残量が所定値以上に回復した際には、情報処理装置１８からは「ＬＢ解除処理要求」コマンドが送信される。燃料電池制御部４１のマイクロコンピュータ９５がこのコマンドを受信すると（Ｓ２５）、「リフレッシュ・ステート」ＳＴ５０への移行を許可する（Ｓ２６）。この結果、燃料電池ユニット１０は、自律的な、例えば一定期間ごとの、リフレッシュ処理が可能な状態に復帰する。
【０１０４】
なお、本発明は上記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わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、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。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】燃料電池（ＤＭＦＣ）の動作原理説明図。
【図２】本発明に係る燃料電池ユニットの一実施形態を示す外観図。
【図３】上記燃料電池ユニットに本発明に係る情報処理装置の一実施形態を接続した状態の外観図。
【図４】上記燃料電池ユニットの発電部を主とした系統図。
【図５】上記燃料電池ユニットに上記情報処理装置を接続した状態の系統図。
【図６】上記燃料電池ユニットと上記情報処理装置の第一の実施形態を説明する系統図。
【図７】本発明に係る燃料電池ユニットの状態遷移図。
【図８】本発明に係る燃料電池ユニットに対する主な制御用コマンドを示す図。
【図９】本発明に係る燃料電池ユニットの主な電源情報を示す図。
【図１０】リフレッシュ処理のフローチャート。
【図１１】リフレッシュ処理への移行禁止・許可に関するフローチャート。
【符号の説明】
【０１０６】
１０  燃料電池ユニット
１４  ドッキングコネクタ（燃料電池ユニット側）
１８  情報処理装置
２１  ドッキングコネクタ（情報処理装置側）
４０  発電部
４１  燃料電池制御部
４２  ＤＭＦＣスタック
４６  送液ポンプ
５０  送気ポンプ
５１  送気バルブ
５７  排気バルブ
６３  補機
７７  電源制御部
７９  電源部
８０  二次電池
９５  マイクロコンピュータ
９７  補機用電源回路
９９  不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）
【図１】
2005243567.tif 000003
【図２】
2005243567.tif 000004
【図３】
2005243567.tif 000005
【図４】
2005243567.tif 000006
【図５】
2005243567.tif 000007
【図６】
2005243567.tif 000008
【図７】
2005243567.tif 000009
【図８】
2005243567.tif 000010
【図９】
2005243567.tif 000011
【図１０】
2005243567.tif 000012
【図１１】
2005243567.tif 000013