(57)【要約】【課題】燃料電池ユニットと情報処理装置とを接続し動作させる上で十分に安全性が確保される燃料電池ユニットおよびその制御方法を提供する。【解決手段】本発明に係る燃料電池ユニットおよびその制御方法は、情報処理装置１８から、燃料電池ユニット１０の記憶部９９に第３の端子９２ａを介して電力の供給を受け、記憶部９９に記憶される燃料電池ユニット１０を識別するための識別情報を第２の端子９３を介して情報処理装置１８に送信し、発電部４０の補機６３に第１の端子９２を介して情報処理装置１８から電力の供給を受け、発電部４０で発電した電力を第４の端子９１を介して情報処理装置１８に供給することを特徴とするものである。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部機器に接続される燃料電池ユニットにおいて、
前記外部機器との接続に使用される接続部と、
前記外部機器に供給される電力を得るために燃料電池に少なくとも燃料と空気とを注入する補機と、
前記燃料電池ユニットを識別するための識別データが記憶される記憶部と、
前記接続部は、
前記外部機器から前記補機に電力を供給する際に使用される第１の端子と、
前記外部機器との通信を行う際に使用される第２の端子と、
前記外部機器から前記第１の端子を介して前記補機に電力を供給する前に、前記外部機器から前記記憶部に電力を供給する際に使用される第３の端子と、
を具備することを特徴とする燃料電池ユニット。
【請求項２】
前記第３の端子は前記外部機器が前記第２の端子を介する通信を行うことで前記識別データを読み出す前に前記外部機器から前記記憶部に電力を供給する際に使用されることを特徴とする請求項１記載の燃料電池ユニット。
【請求項３】
前記接続部は前記第１の端子を介して前記外部機器から前記発電部に電力を供給した後、前記発電部が発電する電力を前記外部機器へ供給するために使用される第４の端子を有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】
前記第２の端子を介して前記外部機器と通信する制御部をさらに有し、
前記第１の端子は、前記制御部へ電力を供給するために使用され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】
前記第２の端子を介して前記外部機器と通信する制御部と、
前記第１の端子を介して前記制御部へ電力が供給された後、前記制御部は前記外部機器から前記第１の端子を介して前記補機へ電力供給を開始させ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】
前記第２の端子を介して前記外部機器と通信する制御部と、
前記接続部は、前記外部機器から前記制御部へ電力を供給するために使用される第５の端子を有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７】
前記記憶部と前記第２の端子と前記制御部とが接続されるバスをさらに有することを特徴とする請求項４または５記載の燃料電池ユニット。
【請求項８】
前記制御部は、前記外部機器が有する電源が異常状態である場合、前記外部機器から送信される前記外部機器の電源が異常状態であることを示すコマンドを前記第２の端子を介して読み出すことを含む請求項４記載の燃料電池ユニット。
【請求項９】
前記燃料電池ユニットの姿勢を計測する傾斜センサと、
前記制御部は、前記外部機器が送信するとともに前記傾斜センサのキャリブレーションを行うためのコマンドを前記第２の端子を介して読み出すことを特徴とする請求項４記載の燃料電池ユニット。
【請求項１０】
電源制御部と電力供給部を有する外部機器に接続され、燃料電池および補機を用いて発電を行う発電部と記憶部と制御部とを備えた燃料電池ユニットの制御方法において、
前記電力供給部から供給される電力を前記記憶部に入力し、
前記記憶部に記憶された前記燃料電池ユニットを識別するための識別データを前記電源制御部に送信し、
前記電力供給部から供給される電力を前記制御部に入力し、
前記制御部は、前記電力供給部から前記補機への電力供給を開始させるコマンドを前記電源制御部から受信し、
前記制御部は、前記電力供給部から供給される電力を前記補機へ供給し、
前記発電部で発電した電力を前記外部機器に供給することを特徴とする燃料電池ユニットの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池ユニットおよび燃料電池ユニットの制御方法に係り、特に、情報処理装置にコネクタを介して接続される燃料電池ユニットおよびその制御方法関する。
【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である。
【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図りつつ、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】
ダイレクトメタノール型燃料電池では、希釈循環システムを採用することにより、燃料電池ユニット全体として小型・軽量化が図れるとともに、発電効率が高く、その結果、高出力の燃料電池ユニットが実現される。
【００１５】
しかしながら、希釈循環システムにおいては、水等を循環させるためにポンプやバルブ等の補機が必要とされることから、補機を駆動するための電源が必要となる。燃料電池自体が一旦発電を開始した後は発電した電力で補機を駆動することができるが、少なくとも燃料電池自体が発電を開始する前においては、補機を駆動させるための電源が必要となる。このため、始動時に補機を駆動させるための小電力の電源（例えば小型のリチウムイオン電池）を燃料電池ユニットに別途内蔵する方式も考えられる。
【００１６】
ところで、多くの情報処理装置（例えばノート型パーソナルコンピュータ）には、一定時間の使用を可能とするために二次電源（例えばリチウムイオン電池）が内蔵されている。従って、燃料電池ユニットの始動時には情報処理装置に内蔵された二次電池から電力の供給を受けて補機を駆動すれば、燃料電池ユニット側には補機駆動用の電源を設ける必要はなく、一層の小型軽量化が可能となる。
【００１７】
一旦補機の駆動が開始されて燃料となる希釈されたメタノールや空気が各々燃料極や空気極に注入され始めると燃料電池自体が発電を開始する。燃料電池が発電を開始した後、燃料電池によって発電された電力を情報処理装置に供給することで情報処理装置を動作させるとともに、その一部の電力で補機を駆動することが可能となる。
【００１８】
一方、発電電力に余剰があった場合には、情報処理装置に内蔵する二次電池を充電することが可能である。このように、外部の燃料電池ユニットと情報処理装置内部の二次電池が相互に補われた形態で動作させれば、トータルとして小型・軽量化が可能な最適な電力供給システムを提供することができる。なお、このような方式をハイブリッド方式と呼ぶ場合がある。
【００１９】
このように、（１）希釈循環システムを採用した燃料電池ユニットを情報処理装置に接続し、（２）燃料電池ユニットの内部に補機駆動用の電源を設けずに、燃料電池始動時に必要となる電力（補機の駆動等）は情報処理装置に内蔵されている二次電池から供給を受ける方式（即ちハイブリッド方式）には種々の利点を有している。
【００２０】
しかしながら、一方で、次のような解決すべき課題が考えられる。即ち、
（１）補機用の電力を情報処理装置に内蔵されている二次電池から供給するため、情報処理装置に不適合な燃料電池ユニットや不適切な他のユニットが接続されると、情報処理装置に接続されたこれらのユニットの安全性が確保されないのみならず、情報処理装置自体の安全性も損なわれる可能性がある。従って、特に、燃料電池ユニットの始動時にあたっては安全性を十分に保つことが第１の解決すべき課題として考えられる。  
（２）補機を、燃料電池ユニットの状態や情報処理装置の状態に応じて適切に制御する必要がある。従って、始動時、運転時、停止時といった過程において、燃料電池ユニットは情報処理装置から種々の指令（コマンド）を受信することが第２の解決すべき課題として考えられる。  
（３）前記の（１）、（２）の課題は簡素かつ低コストで実現可能であることが望まれる。
【００２１】
そこで、本発明は、燃料電池ユニットと情報処理装置とを接続し動作させる上で十分に安全性が確保される燃料電池ユニットおよび燃料電池ユニットの制御方法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】
【００２２】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に係る燃料電池ユニットは、外部機器に接続される燃料電池ユニットにおいて、前記外部機器との接続に使用される接続部と、前記外部機器に供給される電力を得るために燃料電池に少なくとも燃料と空気とを注入する補機と、前記燃料電池ユニットを識別するための識別データが記憶される記憶部と、前記接続部は、前記外部機器から前記補機に電力を供給する際に使用される第１の端子と、前記外部機器との通信を行う際に使用される第２の端子と、前記外部機器から前記第１の端子を介して前記補機に電力を供給する前に、前記外部機器から前記記憶部に電力を供給する際に使用される第３の端子と、を具備することを特徴とするものである。
【００２３】
また、本発明の請求項１０に係る燃料電池ユニットの制御方法は、電源制御部と電力供給部を有する外部機器に接続され、燃料電池および補機を用いて発電を行う発電部と記憶部と制御部とを備えた燃料電池ユニットの制御方法において、前記電力供給部から供給される電力を前記記憶部に入力し、前記記憶部に記憶された前記燃料電池ユニットを識別するための識別データを前記電源制御部に送信し、前記電力供給部から供給される電力を前記制御部に入力し、前記制御部は、前記電力供給部から前記補機への電力供給を開始させるコマンドを前記電源制御部から受信し、前記制御部は、前記電力供給部から供給される電力を前記補機へ供給し、前記発電部で発電した電力を前記外部機器に供給することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２４】
燃料電池ユニットと情報処理装置とを接続し動作させる上で安全性が十分確保される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明に係る燃料電池ユニットの第一の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２６】
図１は本発明に係る燃料電池ユニットの外観を示す図である。この燃料電池ユニット１０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。また、燃料電池ユニット本体１２のユニットケース１２ａには、例えば右端に着脱可能な燃料カートリッジ（図示していない）が内蔵されている。この燃料カートリッジを交換できるように、カバー１２ｂは取り外し可能となっている。
【００２７】
載置部１１には情報処理装置１８が載置される。図２は、情報処理装置１８の一例として、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に載置、接続した時の外観を示す図である。
【００２８】
情報処理装置１８は、図１および図３に示すように燃料電池ユニット１０に電気的、機械的に接続される。図１の載置部１１の上面には、情報処理装置１８と電気的、機械的に接続される接続部として単一のコネクタが設けられている。以降、このコネクタをドッキングコネクタ１４と呼ぶものとする。
【００２９】
ちなみに、情報処理装置１８の機能を拡張する目的のために、情報処理装置１８に対して接続可能な機器をドッキングステーション、或いはドッカーを呼ぶことがある。ドッカーには例えばハードディスクを内蔵し、機能拡張を目的としたものや、その他にも、例えばプリンタ等の外部周辺機器との接続を容易にするために情報処理装置１８が保有する外部接続コネクタと同じコネクタを持たせたもの（このタイプのドッカーを更にポートリプリケータと呼ぶことがある。）等がある。燃料電池ユニット１０はこれらのドッカーと機構的には類似したものであり、それ故に、ドッカー型燃料電池ユニットと呼ぶことがある。
【００３０】
図１の燃料電池ユニット１０の載置部１１に設けられるドッキングコネクタ１４の周囲３カ所にはそれぞれ位置決め突起１５とフック１６が配置される。一方、図３は、情報処理装置１８の底面後部を示す外観図であり、情報処理装置１８の底面には燃料電池ユニット１０のドッキングコネクタ１４と対応する位置に、開口１９が設けられる。開口１９の奥には情報処理装置１８の接続部としてドッキングコネクタ２１が配置されており、情報処理装置１８が燃料電池ユニット１０の載置部１１に載置されると両者のドッキングコネクタ１４，２１が嵌合される。また、情報処理装置１８の開口１９には、防塵等のため、シャッター２０が設けられており、情報処理装置１８の載置時にはこのシャッター２０が開く。
【００３１】
さらに、情報処理装置１８のケースの底面には、開口１９の周囲３カ所に穴２２が配置されており、穴２２に燃料電池ユニット１０の位置決め突起１５とフック１６が挿入される。フック１６は、燃料電池ユニット１０に情報処理装置１８を載置後、燃料電池ユニット１０と情報処理装置１８とを固定させるために設けられるもので、情報処理装置１８を燃料電池ユニット１０に載置すると、載置部１１の内部のロック機構（図示せず）によって両者はロックされ、燃料電池ユニット１０に情報処理装置１８が取り付けられる。
【００３２】
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１に示したイジェクトボタン１７を押すことにより、ロックの解除が行われ、容易に取り外すことができる。
【００３３】
なお、図１ないし図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の形状や位置等は、種々の態様が考えられる。
【００３４】
次に、燃料電池の動作原理について説明する。
【００３５】
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。
【００３６】
図４は、燃料電池ユニット１０を構成する燃料電池の方式であるダイレクトメタノール型燃料電池セル（ＤＭＦＣセル）２５の動作原理を説明したものである。ＤＭＦＣセル２５は中央に電解質膜３０を配置し、この両側から、燃料極（負極）３１と空気極（正極）３２で挟み込んで構成される。
【００３７】
ＤＭＦＣセル２５は、燃料極３１にメタノール水溶液を注入すると、燃料極３１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）とが生成される。このうち、水素イオン（Ｈ＋）は電解質膜３０を透過し、空気極３２に達する。また二酸化炭素（ＣＯ２）は燃料極３１の他端から排出される。
【００３８】
一方、電子（ｅ−）は燃料極３１から負荷３３を介して空気極３２に環流する。この電子の流れによって、外部に電力を供給することになる。空気極３２では、外部から注入される空気中の酸素（Ｏ２）が、電解質膜３０を透過してきた水素イオン（Ｈ＋）と負荷を介して環流してきた電子（ｅ−）によって還元され、その結果、水（水蒸気）を生成する。
【００３９】
図４は、ダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）を構成する１単位を示したもので、ＤＭＦＣセル２５と呼ばれる。実際にはこのＤＭＦＣセル２５を積み重ねて、所定の電圧や電流をうることになる。ＤＭＦＣセル２５を積み重ねたものを、ＤＭＦＣスタックと呼んでいる。
【００４０】
図５は、本発明に係る燃料電池ユニット１０の構成を示す系統図であり、特に、燃料電池ユニット１０の発電部４０についての詳細を示したものである。
【００４１】
燃料電池ユニット１０は、発電部４０と制御部４１とから構成される。制御部４１は発電部４０の制御を行うほか、情報処理装置１８との通信機能を有する。
【００４２】
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。
【００４３】
また、ダイレクトメタノール型燃料電池において発電効率をあげるには、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。
【００４４】
補機６３は、図５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。
【００４５】
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。
【００４６】
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（たとえば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等で制御することによって実現できる。
【００４７】
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。
【００４８】
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に環流される。二酸化炭素は混合タンク内で気化し、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。
【００４９】
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）とから水（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に流入する。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へと環流する。
【００５０】
このようにして、希釈循環システム６２が構成される。
【００５１】
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。
【００５２】
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の制御部４１で行われる。
【００５３】
燃料電池ユニット１０の制御部４１の動作について図６を参照して説明する。
【００５４】
図６は、本発明に係る燃料電池ユニット１０側に設けられる制御部４１と通信可能な情報処理装置の一例として、たとえば情報処理装置１８の系統を示したものである。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。このように情報処理装置１８の電源制御部７７は、燃料電池ユニット１０の制御部４１との通信をおこなう制御部としても機能する。
【００５８】
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制御部４１およびドッキングコネクタ１４を介して情報処理装置１８に供給される（電源供給ライン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。
【００５９】
燃料電池ユニット１０はその形態によっては、上記電力供給ライン８３の供給数は異なる場合がある。
【００６０】
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。
【００６１】
図７は、燃料電池ユニット１０の制御部４１と情報処理装置１８の電源部７９との電気的機能関係を示す構成例である。
【００６２】
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へ供給するための電源端子９１（第４の端子）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電源端子９２（第１の端子）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電源端子９２ａ（第３の端子）を有している。
【００６３】
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（第２の端子）を有している。
【００６４】
次に、ＤＭＦＣスタック４２によって生成される電力が燃料電池ユニット１０から情報処理装置１８へ供給される処理の流れを図７を用いて概説する。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、図中のスイッチは全て開いているものとする。
【００６５】
まず、情報処理装置１８の電源制御部７７は、情報処理装置１８に燃料電池ユニット１０がドッキングコネクタ１４、２１を介して機械的に接続されたことを認識する。認識の手段としては例えばドッキングコネクタ１４、２１に設けた接続確認用端子の電圧Ｖｃｏｎ９６をモニタすることが考えられる。
【００６６】
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側から電源端子９２ａ（第３の端子）を介して不揮発性メモリ（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１０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７の構成では、電源制御部７７が通信用入出力端子９３（第２の端子）を介して、ＥＥＰＲＯＭ９９の情報を読み出すことが可能である。
【００６７】
このように、電源制御部７７は、ドッキングコネクタ２１に接続された機器が情報処理装置１８に適合しかつ適切な燃料電池ユニット１０であるか否かを、読み出したＥＥＰＲＯＭ９９の情報に基づいて判断する。この判断の結果、接続された機器が不適合あるいは不適切な機器である場合は、例えば情報処理装置１８が有するディスプレイに警告などの表示をしてユーザに注意を喚起するほか、燃料電池ユニット１０の発電のためのシーケンスを停止することで不適合な外部接続機器に対して第２の電源端子９２を介して大電流を流す等の事故を未然に防ぐことができ、安全性を高めることができる。
【００６８】
特に、燃料電池ユニット１０のような外部電源のみならず、機能拡張ユニットやポートレプリケータと呼ばれるドッカーを情報処理装置１８のドッキングコネクタ２１に接続する可能性があるので、上記のような安全性確保の手段はきわめて重要である。
【００６９】
電源制御部７７がＥＥＰＲＯＭ９９に記憶されている情報に基づいて、情報処理装置１８に接続された燃料電池ユニット１０が適合かつ適正であると判断した場合、ＤＭＦＣスタック４２での発電を開始するためのシーケンスに進む。具体的には、情報処理装置１８のスイッチ１００を閉じて二次電池８０の電力を、ドッキングコネクタ１４、２１の電源端子９２（第１の端子）を介して燃料電池ユニットのマイクロコンピュータ９５に供給する。この供給によって、燃料電池ユニット１０のマイクロコンピュータ９５が動作可能となる。
【００７０】
この段階で、情報処理装置１８の電源制御部７７は、発電開始のコマンドを上記マイクロコンピュータ９５に送信する。
【００７１】
電源制御部７７からマイクロコンピュータ９５に送信される発電開始のコマンドは、ＥＥＰＲＯＭ９９と電源制御部７７との通信に用いたシリアルバス（Ｉ２Ｃバス）を共用することが可能であり、これによって燃料電池ユニット１０の構成が簡素化されて、コストも低減できる。
【００７２】
マイクロコンピュータ９５は、上記のように通信制御部として機能するほか、発電部４０の制御機能を有する。
【００７３】
マイクロコンピュータ９５は、電源制御部７７からの発電開始のコマンドに基づいて、発電を開始するために必要となるポンプやバルブ或いはファン等の補機６８の駆動を開始するための補機用制御信号を補機用電源回路９７へ送る。また、マイクロコンピュータ９５は補機用電源回路９７へ情報処理装置１８からの電力を供給するためにスイッチ１０１を閉じる。
【００７４】
このようにして、燃料電池ユニット１０の発電部４０の補機６３が駆動を開始しＤＭＦＣスタック４２にメタノールや空気が注入され、ＤＭＦＣスタック４２は発電を開始する。また、マイクロコンピュータ９５はスイッチ１０２を閉じて、ドッキングコネクタに設けられたの電源端子９１（第４の端子）を介して情報処理装置１８へ発電した電力を供給する。さらに、情報処理装置１８の電源制御部７７はスイッチ１０３、スイッチ１０５を閉じて情報処理装置１８内部の負荷に電力を供給する。
【００７５】
なお、情報処理装置１８、たとえばノート型パーソナルコンピュータでは、アプリケーションプログラムの内容やＨＤＤ等の周辺機材の動作有無によって、その消費電力は大きく変動する。情報処理装置１８のスイッチ１０４は、例えば消費電力が小さい場合にこれを閉じて燃料電池ユニット１０からの電力で二次電池を充電することを可能とするものである。
【００７６】
ところで、図７の実施形態では、情報処理装置１８に接続される燃料電池ユニット１０の識別情報は、不揮発メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）９９に予め記憶されているものと設定している。しかし識別情報の入手手段としては必ずしもこれに限定するものではなく、通信用入出力端子９３（第２の端子）を介して情報処理装置１８が何らかの燃料電池ユニット１０の識別情報を取得することができれば、不揮発メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）９９に代替可能となるものである。
【００７７】
さて、図７に示した燃料電池ユニット１０の構成においては、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の間で、Ｉ２Ｃバス７８といったシリアルバスを介して通信を行うことが可能である。このシリアルバスを介して発電開始コマンドを情報処理装置１８から送信することは前述のとおりであるが、当然ながらコマンドの種類は発電開始コマンドに限定されるものではなく、種々のものを含ませることができる。以下にその具体例とコマンドに基づく燃料電池ユニットの動作概要を説明する。
【００７８】
まず、第一に、情報処理装置１８からのコマンドとして、情報処理装置１８の二次電池（リチウムイオン電池）８０の低残量（Ｌｏｗ  Ｂａｔｔｅｒｙ）コマンドを含ませるものとすることができる。低残量（Ｌｏｗ  Ｂａｔｔｅｒｙ）とは、二次電池８０の残量が所定値以下となった状態を言い、情報処理装置１８の二次電池８０の異常状態の一種と考えることができる。電源制御部７７で二次電池８０をモニタすることによって検出・判断されるものである。二次電池８０が低残量（Ｌｏｗ  Ｂａｔｔｅｒｙ）であると判断されると、情報処理装置１８側において、例えば突然の電源断による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を回避するため、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強制終了等のシーケンスを開始する等の手段がとられることがある。
【００７９】
燃料電池ユニット１０を情報処理装置に接続した場合においても、二次電池の突然の電源断は燃料電池ユニットに対して弊害をもたらす。燃料電池ユニット１０が定常状態となって発電を行っている時は、ポンプやバルブ等の補機６８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るが、始動時には情報処理装置１８の二次電池８０から電力供給を受ける。補機６８が電力供給を受け、始動のシーケンスが開始されると、補機６８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排気バルブ５７、或いは二酸化炭素等の不純物を排気する混合タンクバルブ４８は開く。
【００８０】
このようなバルブ４８，５１、５７が開いている状態の時に情報処理装置１８の二次電池８０が停止するとこれらのバルブ４８，５１，５７は開いたままで放置されることになる。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。係る事態を回避する方策として、情報処理装置１８の二次電池８０の出力が完全に停止する以前に二次電池の低残量（Ｌｏｗ  Ｂａｔｔｅｒｙ）状態を検出・判断し、これを低残量（Ｌｏｗ  Ｂａｔｔｅｒｙ）コマンドとして燃料電池ユニット１０に伝え、これを受けて前述のバルブ４８，５１，５７を閉じる等の補機の停止シーケンスを開始する方策が有効である。
【００８１】
この他に、コマンドに含ませることによって、有利な効果がえられるものの第二として、燃料電池ユニット１０の傾斜センサ１１０に対するキャリブレーションコマンドがある。前述した希釈循環システム６２を採用する燃料電池ユニット１０ではその内部に例えば水回収タンク５５を保有するため、燃料電池ユニットが一定の許容範囲内で水平に保たれている必要があり、このため燃料電池ユニット１０の内部に傾斜センサ１１０を設けることがある。傾斜センサ１１０は、その取り付け誤差を補正するため、キャリブレーションを行うことが一般的である。燃料電池ユニット１０を予め水平に設置し、この状態で燃料電池ユニット１０内のマイクロコンピュータ９５に対して情報処理装置１８側からキャリブレーションコマンドを送信することができれば、水平状態の傾斜センサ１１０の値を基準値として取り込むことができる。このように、情報処理装置１８から燃料電池ユニット１０に対するコマンドにキャリブレーションコマンドを含めることによって、容易に傾斜センサ１１０のキャリブレーションを行うことが可能となる。
【００８２】
図８は、本発明に係る燃料電池ユニット１０の第二の実施形態を示したものである。主要部分は第一の実施形態と共通であるため、共通部分には同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００８３】
図８に示す第二の実施形態では、燃料電池ユニット１０ｂのマイクロコンピュータ９５に対する電源の供給を補機用電源回路９７への電源と分離し、ドッキングコネクタ１４ｂ内にさらに、電源端子（第５の端子）１１１を設け、この電源端子（第５の端子）１１１を介して情報処理装置１８ｂから電源を供給できるものとして構成している。
【００８４】
具体的には、情報処理装置１８ｂにおいて二次電池８０の出力を更に分岐して、スイッチ１１２と、ドッキングコネクタ１４ｂ内に設けられた電源端子（第５の端子）１１１を介してマイクロコンピュータ９５へ電源を供給する構成としたものである。このような構成によって、燃料電池ユニット１０ｂの接続・発電開始のシーケンスにおいて、第一の実施形態より、さらに安全性を高めたものとすることができる。
【００８５】
即ち、第一の実施形態では、補機用電源回路９７とマイクロコンピュータ９５に対しては共通の電源端子９２（第１の端子）を介して電力を供給する構成である。電源端子９２（第１の端子）を介して電源を外部に供給する前に、燃料電池ユニット１０の識別情報を不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）９９から読み取り、電源端子９２（第１の端子）からの供給可否を判断していた。これに対して、第二の実施形態では、電源端子（第５の端子）１１１を介してマイクロコンピュータに電源を供給することが可能となる。このため、電源端子９２（第１の端子）から外部に電力を供給する前に、上記の不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）９９に加えてマイクロコンピュータ９５からより詳細な識別情報を得ることができる。さらにまた、燃料電池ユニット１０ｂのスイッチ１００、スイッチ１０１を閉じて補機用電源回路９７に電力を供給する直前の燃料電池ユニット１０ｂ内部の状態（各部の動作に異常がないこと）をマイクロコンピュータ９５でモニタすることが可能となるため、より安全性の高い燃料電池ユニット１０ｂを提供することが可能である。
【００８６】
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】
【００８７】
【図１】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２】上記燃料電池ユニットに情報処理装置を接続した時の外観図。
【図３】上記燃料電池ユニットに接続される情報処理装置の底面後部の外観図。
【図４】燃料電池（ＤＭＦＣ）の動作原理説明図。
【図５】上記燃料電池ユニットの主として発電部の系統図。
【図６】上記燃料電池ユニットに接続される情報処理装置の一例を示す系統図。
【図７】上記燃料電池ユニットの第一の実施形態を示す系統図。
【図８】本発明に係る燃料電池ユニットの第二の実施形態を示す系統図。
【符号の説明】
【００８８】
１０  本発明に係る燃料電池ユニット
１４  コネクタ（ドッキングコネクタ）
１８  情報処理装置
４０  発電部
４１  制御部
７７  電源制御部
８０  二次電池
９１  電源端子（第４の端子）
９２  電源端子（第１の端子）
９２ｂ  電源端子（第２の端子）
９３  通信用入出力端子（第３の端子）
９５  マイクロコンピュータ
９９  不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）
１１０  傾斜センサ
１１１  電源端子（第５の端子）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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