(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源部と、負荷装置とを備え、
前記電源部は、
燃料電池と、
二次電池と、
前記燃料電池と前記二次電池との間に接続され、前記燃料電池の出力電圧と前記二次電池の出力電圧とを双方向に変換する双方向電圧コンバータとを備え、
前記負荷装置は、前記燃料電池に並列接続され、
前記負荷装置は、
前記燃料電池の出力電圧より前記二次電池の出力電圧に近い電圧を出力する第１の電圧コンバータと、
前記二次電池の出力電圧より前記燃料電池の出力電圧に近い電圧を出力する第２の電圧コンバータと、
前記第１及び第２の電圧コンバータから電力を供給され、当該負荷装置の機能を実行する機能回路とを備え、
前記第１の電圧コンバータは、前記二次電池に並列接続され、
前記第２の電圧コンバータは、前記燃料電池に並列接続され、
前記電源部は、前記負荷装置に対して着脱可能な電池パックを含み、
前記負荷装置は、前記第１の電圧コンバータの入力と、前記第２の電圧コンバータの入力とを短絡又は開放するスイッチをさらに備え、
前記スイッチは、前記電池パックが前記負荷装置に装着された場合のみ開放され、それ以外の場合には短絡されることを特徴とする電子機器。
【請求項２】
前記第１の電圧コンバータは、前記燃料電池の出力電圧より前記二次電池の出力電圧に近い電圧を出力する複数の第１の電圧コンバータを含み、
前記第２の電圧コンバータは、前記二次電池の出力電圧よりも前記燃料電池の出力電圧に近い電圧を出力する複数の第２の電圧コンバータを含み、
前記複数の第１の電圧コンバータは、前記二次電池に並列接続され、
前記複数の第２の電圧コンバータは、前記燃料電池に並列接続されることを特徴とする請求項１記載の電子機器。
【請求項３】
前記双方向電圧コンバータは、前記燃料電池の発生電流が前記負荷装置の消費電流より小さい場合、前記負荷装置の消費電流の不足分を前記二次電池から前記負荷装置に供給し、前記燃料電池の発生電流が前記負荷装置の消費電流より大きい場合、前記燃料電池の発生電流の余剰分を前記二次電池に供給することを特徴とする請求項１又は２記載の電子機器。
【請求項４】
前記燃料電池の出力電圧は、前記二次電池の出力電圧より低く、
前記双方向電圧コンバータは、前記燃料電池の出力電圧を前記二次電池の出力電圧に昇圧する昇圧型の双方向電圧コンバータを含み、
前記電源部は、前記燃料電池の出力電圧を検出して前記燃料電池の出力電圧が一定になるように前記昇圧型の双方向電圧コンバータを制御する制御回路をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子機器。
【請求項５】
前記昇圧型の双方向電圧コンバータは、前記燃料電池側の電圧をＶ１、前記二次電池側の電圧をＶ２、ＰＷＭ信号のデューティー比をＤｔとしたとき、Ｖ２／Ｖ１＝１／（１−Ｄｔ）の関係を満たす同期整流型の双方向ＤＣ／ＤＣ電圧コンバータを含み、
前記制御回路は、前記燃料電池の出力電圧が一定になるように前記ＰＷＭ信号のデューティー比Ｄｔを制御することを特徴とする請求項４記載の電子機器。
【請求項６】
前記燃料電池の出力電圧は、前記二次電池の出力電圧より高く、
前記双方向電圧コンバータは、前記燃料電池の出力電圧を前記二次電池の出力電圧に降圧する降圧型の双方向電圧コンバータを含み、
前記電源部は、前記燃料電池の出力電圧を検出して前記燃料電池の出力電圧が一定になるように前記降圧型の双方向電圧コンバータを制御する制御回路をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子機器。
【請求項７】
前記降圧型の双方向電圧コンバータは、前記燃料電池側の電圧をＶ１、前記二次電池側の電圧をＶ２、ＰＷＭ信号のデューティー比をＤｔとしたとき、Ｖ２／Ｖ１＝（１−Ｄｔ）の関係を満たす同期整流型の双方向ＤＣ／ＤＣ電圧コンバータを含み、
前記制御回路は、前記燃料電池の出力電圧が一定になるように前記ＰＷＭ信号のデューティー比Ｄｔを制御することを特徴とする請求項６記載の電子機器。
【請求項８】
前記燃料電池は、メタノール直接型燃料電池を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の電子機器。
【請求項９】
前記二次電池は、Ｌｉイオン電池を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の電子機器。
【請求項１０】
燃料電池及び二次電池を備える電池パックを用いる負荷装置であって、
前記燃料電池の出力電圧より前記二次電池の出力電圧に近い電圧を出力する第１の電圧コンバータと、
前記二次電池の出力電圧よりも前記燃料電池の出力電圧に近い電圧を出力する第２の電圧コンバータと、
前記第１及び第２の電圧コンバータから電力を供給され、当該負荷装置の機能を実行する機能回路と、
前記二次電池から前記第１の電圧コンバータに電力を供給するための第１の端子と、
前記燃料電池から前記第２の電圧コンバータに電力を供給するための第２の端子とを備え、
前記負荷装置は、前記第１の電圧コンバータの入力と、前記第２の電圧コンバータの入力とを短絡又は開放するスイッチをさらに備え、
前記スイッチは、前記電池パックが前記負荷装置に装着された場合のみ開放され、それ以外の場合には短絡されることを特徴とする負荷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を備えた電子機器並びに該電子機器に用いられる電池パック及び負荷装置に関し、特に、その好適な電源部の回路構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ノート型コンピュータや携帯電話等の電子機器には、複数個の電圧コンバータがあり、二次電池の電圧を降圧する電圧コンバータや、二次電池の電圧を昇圧する電圧コンバータによって複数の電圧を出力する電源を有している。これらの複数の電圧コンバータの入力電源として、二次電池に接続する方法が一般的である。
【０００３】
図１０は、市販ノートパソコンなどの従来の電子機器のブロック図である。電池パック４００は、燃料電池を含まず、二次電池１０２のみからなり、二次電池１０２の両端子１０６、１０８が負荷装置３００の両端子３０６、３０８に接続される。負荷装置３００では、４つの電圧コンバータ３１１〜３１４の入力電力は、すべて二次電池１０２から供給され、電圧コンバータ３１１〜３１４は、変換後の電圧Ｖ１〜Ｖ４を機能回路３０３へ出力する。
【０００４】
また、近年では、ノート型コンピュータや携帯電話等の電子機器の電源として、長時間連続して電力を供給することができる燃料電池が注目されている。これらの電子機器は、一般に負荷変動が激しいのに対し、燃料電池の発電電力は、急激には変動できないため、燃料電池の発電電力を二次電池に充電しながら、電子機器には二次電池から電力を供給する、いわゆるハイブリッド型の燃料電池システムが、様々な形で提案されている。この中で、例えば、特許文献１には、燃料電池と複数個の二次電池と複数個の機能回路とを有する携帯端末を用いて、エネルギー利用効率の向上を図る方法が示されている。
【０００５】
一方、燃料電池の発電電力を二次電池に充電するには、燃料電池の電圧を二次電池の電圧に変換する電圧コンバータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）が必要であり、この場合も複数の電圧コンバータの入力電源としては、二次電池に接続する方法が一般的であり、燃料電池の出力電圧を一定に制御する方法などが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
図１１は、６セルを直列に接続した燃料電池の燃料の供給量に対する電流電圧特性を示す図である。図１１において、縦軸はＤＭＦＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）の出力電圧（Ｖ）を示し、横軸はＤＭＦＣの出力電流（Ａ）を示している。また、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３は、それぞれ燃料の全体供給量が０．６ｃｃ／ｍｉｎ、１．２ｃｃ／ｍｉｎ、１．８ｃｃ／ｍｉｎの場合の電流電圧特性曲線を示している。
【０００７】
図１１から、燃料の供給量が高いほど、高い出力電流を得ることが可能となっていることが分かる。また、Ｃ１１〜Ｃ１３に示すように、出力電流が増大するにつれて、出力電圧が減少していることが分かる。
【０００８】
また、燃料電池の出力電圧を一定に制御する場合、燃料（メタノール）の供給量が増加すると、出力電流（Ａ）が増加する。図１１に示す例では、燃料電池の出力電圧を２．４Ｖに一定に制御すると、燃料の全体供給量が各Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３の場合、各々電流（Ａ）はＩ１、Ｉ２、Ｉ３と増加する。したがって、燃料の全体供給量を制御することによって、燃料電池の発電電力を制御することができる。このように、燃料電池の発電電力を燃料供給量で制御するには、燃料電池の出力電圧を一定に制御する方法が望ましい。
【０００９】
図１２は、燃料電池を備える電池パックを用いた従来の電子機器のブロック図である。図１２に示す負荷装置３００は、図１０と同様に構成され、電池パック５００は、燃料電池１０１と、電圧コンバータ１０３と、二次電池１０２とから構成される。
【００１０】
負荷装置３００内には、１２Ｖ、１０Ｖ、１．５Ｖ、１．２５Ｖの４つの電圧コンバータ３１１〜３１４からなる電圧コンバータ群３０１があり、１２Ｖ、１０Ｖ電圧コンバータ３１１、３１２は、昇圧回路であり、１．５Ｖ、１．２５Ｖの電圧コンバータ３１３、３１４は、降圧回路であり、これらの４つの電圧コンバータ３１１〜３１４の消費電力は、すべて二次電池１０２から供給されることは、図１０と同様である。
【特許文献１】特開２００４−２０８３４４号公報
【特許文献２】米国特許第６，５９０，３７０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来のハイブリッド型の燃料電池システムでは、燃料電池から、負荷変動の激しい機能回路に電力を供給することは困難であった。なぜなら、供給する燃料流量を変化させても、燃料電池の出力電力は急激には変化しないので、負荷装置の電流値を急激な消費電力の変化に対応させることは、燃料電池の出力電流特性上不向きだからである。
【００１２】
また、図１２に示す従来の電子機器では、例えば、燃料電池１０１の出力電圧が２．４Ｖ、二次電池１０２の出力電圧が６〜８．４Ｖの場合、１．５Ｖ、１．２５Ｖの電圧コンバータ３１３、３１４の電力は、定常的には燃料電池１０１からの電圧を、電圧コンバータ１０３で昇圧して二次電池１０２に充電し、そこから１．５Ｖ、１．２５Ｖに降圧しており、燃料電池１０１の出力電圧を昇圧した後、さらに降圧して利用している。そのため、電力損失が発生して不効率である。
【００１３】
また、燃料電池１０１の出力電圧が１０Ｖ、二次電池１０２の出力電圧が６〜８．４Ｖの場合、１２Ｖ、１０Ｖの電圧コンバータ３１１、３１２の電力は、定常的には燃料電池１０１からの電圧を、電圧コンバータ１０３で降圧して二次電池１０２に充電し、そこから１２Ｖ、１０Ｖに昇圧しており、燃料電池１０１の出力電圧を降圧した後、さらに昇圧して利用している。そのため、電力損失が発生して不効率である。
【００１４】
このように、従来のハイブリッド型の燃料電池システムの場合、負荷装置３００への電力は、二次電池１０２から供給されるため、機能回路３０３の電源電圧が燃料電池１０１の出力電圧よりも低い場合、たとえば機能回路３０３がＣＰＵ回路などの場合でも、機能回路３０３へ電力を供給する電圧コンバータの入力は、二次電池１０２から供給する必要がある。この結果、燃料電池１０１の出力電圧を二次電池１０２の出力電圧に昇圧した後、その二次電池１０２の出力電圧を燃料電池１０１の出力電圧より低い、機能回路３０３の電源電圧に降圧することが行われたり、その逆に、燃料電池１０１の出力電圧を二次電池１０２の出力電圧に降圧した後、その二次電池１０２の出力電圧を燃料電池１０１の出力電圧より高い、機能回路３０３の電源電圧に昇圧することなどが行われたりするため、エネルギーの利用効率上、電力変換損失が生じ、望ましくない状況になっていた。
【００１５】
本発明の目的は、燃料電池から負荷変動の激しい負荷装置に電力を供給することができる電子機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る電子機器は、電源部と、負荷装置とを備え、前記電源部は、燃料電池と、二次電池と、前記燃料電池と前記二次電池との間に接続され、前記燃料電池の出力電圧と前記二次電池の出力電圧とを双方向に変換する双方向電圧コンバータとを備え、前記負荷装置は、前記燃料電池に並列接続される。
【００１７】
この電子機器においては、燃料電池から出力された電圧が双方向電圧コンバータにより一定に調整される。このとき、双方向電圧コンバータを用いているので、燃料電池に接続している負荷装置の消費電流が急激に増加して燃料電池の発電電力以上に消費される場合や、燃料電池の起動時及び燃料流量の増加時等において燃料電池の発電電力が急には増加せず負荷装置の消費電力より小さい場合など、すなわち、燃料電池の発電電力が負荷装置で消費される電力より小さい場合でも、双方向電圧コンバータが二次電池から燃料電池の出力側に電力を供給し、燃料電池の両端の電圧は一定に保たれる。そのため、負荷装置に電力が安定的に供給されるので、負荷装置が時間的に負荷変動の大きい場合でも、燃料電池から電力供給が可能となる。
【００１８】
前記負荷装置は、前記燃料電池の出力電圧より前記二次電池の出力電圧に近い電圧を出力する第１の電圧コンバータと、前記二次電池の出力電圧より前記燃料電池の出力電圧に近い電圧を出力する第２の電圧コンバータと、前記第１及び第２の電圧コンバータから電力を供給され、当該負荷装置の機能を実行する機能回路とを備え、前記第１の電圧コンバータは、前記二次電池に並列接続され、前記第２の電圧コンバータは、前記燃料電池に並列接続されることが好ましい。
【００１９】
この場合、燃料電池の出力電圧より二次電池の出力電圧に近い電圧を出力する第１の電圧コンバータが二次電池に並列接続され、二次電池の出力電圧より前記燃料電池の出力電圧に近い電圧を出力する第２の電圧コンバータが燃料電池に並列接続されているので、第１及び第２の電圧コンバータの昇圧比又は降圧比をできるだけ１に近づけることができる。したがって、電源部内で昇圧した後に第１及び第２の電圧コンバータで降圧して電力を利用することや、電源部内で降圧した後に第１及び第２の電圧コンバータで昇圧して電力を利用することを回避することができるので、第１及び第２の電圧コンバータでの電力損失を低減し、エネルギー利用効率を向上させた電子機器を提供することができる。また、従来に比べて電子機器の連続使用時間を延長することもできる。
【００２０】
前記電源部は、前記負荷装置に対して着脱可能な電池パックを含み、前記負荷装置は、前記第１の電圧コンバータの入力と、前記第２の電圧コンバータの入力とを短絡又は開放するスイッチをさらに備え、前記スイッチは、前記電池パックが前記負荷装置に装着された場合のみ開放され、それ以外の場合には短絡されることが好ましい。
【００２１】
この場合、上記の第２の電圧コンバータに並列接続される燃料電池を含む電池パックが装着されていないときには、第１の電圧コンバータの入力と第２の電圧コンバータの入力を短絡することによって、第１及び第２の電圧コンバータを従来の電子機器のごとく一つの電圧コンバータ群とみなせる構成とし、上記の第２の電圧コンバータに並列接続される燃料電池を含む電池パックに代えて、従来の燃料電池を含まない電池パック、又は燃料電池を含む従来の電池パックに交換した場合でも、互換性を保って負荷装置を使用することができる。
【００２２】
前記第１の電圧コンバータは、前記燃料電池の出力電圧より前記二次電池の出力電圧に近い電圧を出力する複数の第１の電圧コンバータを含み、前記第２の電圧コンバータは、前記二次電池の出力電圧よりも前記燃料電池の出力電圧に近い電圧を出力する複数の第２の電圧コンバータを含み、前記複数の第１の電圧コンバータは、前記二次電池に並列接続され、前記複数の第２の電圧コンバータは、前記燃料電池に並列接続されることが好ましい。
【００２３】
この場合、各群に含まれる電圧コンバータの昇圧比又は降圧比をできるだけ１に近づけるように、複数の電圧コンバータを第１及び第２の電圧コンバータ群に分類することで、電源部内で昇圧した後に第１及び第２の電圧コンバータ群で降圧して電力を利用することや、電源部内で降圧した後に第１及び第２の電圧コンバータ群で昇圧して電力を利用することを回避することができ、多数の電圧コンバータでの電力損失を低減し、エネルギー利用効率をより向上させることができる。
【００２４】
前記双方向電圧コンバータは、前記燃料電池の発生電流が前記負荷装置の消費電流より小さい場合、前記負荷装置の消費電流の不足分を前記二次電池から前記負荷装置に供給し、前記燃料電池の発生電流が前記負荷装置の消費電流より大きい場合、前記燃料電池の発生電流の余剰分を前記二次電池に供給することが好ましい。
【００２５】
この場合、燃料電池の発生電流が負荷装置の消費電流より小さいときには、負荷装置の消費電流の不足分を二次電池から負荷装置に供給するので、燃料電池の両端の電圧を一定に保ちながら、負荷装置に電力を供給することができるとともに、燃料電池の発生電流が負荷装置の消費電流より大きいときには、燃料電池の発生電流の余剰分を二次電池に供給しているので、燃料電池の余剰電力を二次電池に蓄えることができ、燃料電池の電力を有効利用することができる。
【００２６】
前記燃料電池の出力電圧は、前記二次電池の出力電圧より低く、前記双方向電圧コンバータは、前記燃料電池の出力電圧を前記二次電池の出力電圧に昇圧する昇圧型の双方向電圧コンバータを含み、前記電源部は、前記燃料電池の出力電圧を検出して前記燃料電池の出力電圧が一定になるように前記昇圧型の双方向電圧コンバータを制御する制御回路をさらに備えることが好ましい。
【００２７】
この場合、燃料電池の出力電圧を検出して燃料電池の出力電圧が一定になるように昇圧型の双方向電圧コンバータが制御されるので、燃料電池の出力電圧が二次電池の出力電圧より低い場合に、燃料電池の両端の電圧を一定に保ちながら、負荷装置に電力を供給することができるとともに、燃料電池の余剰電力を二次電池に蓄えることができ、燃料電池の電力を有効利用することができる。
【００２８】
前記昇圧型の双方向電圧コンバータは、前記燃料電池側の電圧をＶ１、前記二次電池側の電圧をＶ２、ＰＷＭ信号のデューティー比をＤｔとしたとき、Ｖ２／Ｖ１＝１／（１−Ｄｔ）の関係を満たす同期整流型の双方向ＤＣ／ＤＣ電圧コンバータを含み、前記制御回路は、前記燃料電池の出力電圧が一定になるように前記ＰＷＭ信号のデューティー比Ｄｔを制御することが好ましい。
【００２９】
この場合、燃料電池の出力電圧が一定になるようにＰＷＭ信号のデューティー比を制御しているので、燃料電池の出力電圧が二次電池の出力電圧より低い場合に、ＰＷＭ信号のデューティー比を変化させるという簡略な制御方法を用いて、燃料電池の両端の電圧を一定に保ちながら、負荷装置に電力を供給することができるとともに、燃料電池の余剰電力を二次電池に蓄えることができ、燃料電池の電力を有効利用することができる。
【００３０】
前記燃料電池の出力電圧は、前記二次電池の出力電圧より高く、前記双方向電圧コンバータは、前記燃料電池の出力電圧を前記二次電池の出力電圧に降圧する降圧型の双方向電圧コンバータを含み、前記電源部は、前記燃料電池の出力電圧を検出して前記燃料電池の出力電圧が一定になるように前記降圧型の双方向電圧コンバータを制御する制御回路をさらに備えるようにしてもよい。
【００３１】
この場合、燃料電池の出力電圧を検出して燃料電池の出力電圧が一定になるように降圧型の双方向電圧コンバータが制御されるので、燃料電池の出力電圧が二次電池の出力電圧より高い場合に、燃料電池の両端の電圧を一定に保ちながら、負荷装置に電力を供給することができるとともに、燃料電池の余剰電力を二次電池に蓄えることができ、燃料電池の電力を有効利用することができる。
【００３２】
前記降圧型の双方向電圧コンバータは、前記燃料電池側の電圧をＶ１、前記二次電池側の電圧をＶ２、ＰＷＭ信号のデューティー比をＤｔとしたとき、Ｖ２／Ｖ１＝（１−Ｄｔ）の関係を満たす同期整流型の双方向ＤＣ／ＤＣ電圧コンバータを含み、前記制御回路は、前記燃料電池の出力電圧が一定になるように前記ＰＷＭ信号のデューティー比Ｄｔを制御することが好ましい。
【００３３】
この場合、燃料電池の出力電圧が一定になるようにＰＷＭ信号のデューティー比を制御しているので、燃料電池の出力電圧が二次電池の出力電圧より高い場合に、ＰＷＭ信号のデューティー比を変化させるという簡略な制御方法を用いて、燃料電池の両端の電圧を一定に保ちながら、負荷装置に電力を供給することができるとともに、燃料電池の余剰電力を二次電池に蓄えることができ、燃料電池の電力を有効利用することができる。
【００３４】
前記燃料電池は、メタノール直接型燃料電池を含むことが好ましい。この場合、燃料電池を小型化して電源部を小型化することができるので、電子機器を小型化することができる。
【００３５】
前記二次電池は、Ｌｉイオン電池を含むことが好ましい。この場合、二次電池を小型化して電源部を小型化することができるので、電子機器を小型化することができる。
【００３６】
また、本発明に係る電池パックは、燃料電池と、二次電池と、前記燃料電池と前記二次電池との間に接続され、前記燃料電池の出力電圧と前記二次電池の出力電圧とを双方向に変換する双方向電圧コンバータとを備える。
【００３７】
この電池パックが負荷装置に装着された場合、燃料電池から出力された電圧が双方向電圧コンバータにより一定に調整される。このとき、双方向電圧コンバータを用いているので、燃料電池の発電電力が負荷装置で消費される電力より小さい場合でも、双方向電圧コンバータが二次電池から燃料電池の出力側に電力を供給し、燃料電池の両端の電圧は一定に保たれる。そのため、負荷装置に電力が安定的に供給されるので、負荷装置が時間的に負荷変動の大きい場合でも、燃料電池から電力供給が可能となる。
【００３８】
また、本発明に係る負荷装置は、燃料電池及び二次電池を備える電池パックを用いる負荷装置であって、前記燃料電池の出力電圧より前記二次電池の出力電圧に近い電圧を出力する第１の電圧コンバータと、前記二次電池の出力電圧よりも前記燃料電池の出力電圧に近い電圧を出力する第２の電圧コンバータと、前記第１及び第２の電圧コンバータから電力を供給され、当該負荷装置の機能を実行する機能回路と、前記二次電池から前記第１の電圧コンバータに電力を供給するための第１の端子と、前記燃料電池から前記第２の電圧コンバータに電力を供給するための第２の端子とを備える。
【００３９】
この負荷装置に燃料電池及び二次電池を備える電池パックが装着された場合、第１の端子を用いて二次電池から第１の電圧コンバータに電力が供給され、第１の電圧コンバータが燃料電池の出力電圧より二次電池の出力電圧に近い電圧を出力し、第２の端子を用いて燃料電池から第２の電圧コンバータに電力が供給され、第２の電圧コンバータが二次電池の出力電圧よりも燃料電池の出力電圧に近い電圧を出力するので、第１及び第２の電圧コンバータの昇圧比又は降圧比をできるだけ１に近づけることができる。したがって、昇圧した後に降圧して電力を利用することや、降圧した後に昇圧して電力を利用することを回避することができ、電圧コンバータでの電力損失を低減し、エネルギー利用効率を向上させた電子機器を提供することができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、燃料電池から出力される電圧が双方向電圧コンバータにより一定電圧に調整される。このとき、双方向電圧コンバータを用いているので、燃料電池の発電電力が負荷装置で消費される電力より小さい場合でも、双方向電圧コンバータが、燃料電池の両端の電圧を一定に保ちながら、二次電池から燃料電池の出力側に電力を供給することができる。したがって、負荷装置に電力が安定的に供給されるので、負荷装置の負荷変動が時間的に大きい場合でも、燃料電池から電力供給が可能となり、燃料電池から負荷変動の激しい負荷装置に電力を供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明による各実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００４２】
（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態による電子機器について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態による電子機器のブロック図である。
【００４３】
図１に示す電子機器は、電池パック１００と、負荷装置６００とを備え、電池パック１００は、燃料電池１０１と、二次電池１０２と、双方向電圧コンバータ１０３と、制御回路１０４と、整流素子１１０とを備えている。燃料電池１０１は、アクティブ型ＤＭＦＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）を６セル直列に接続したものであり、二次電池１０２は、２個のＬｉイオン電池を直列に接続したものである。
【００４４】
なお、燃料電池及び二次電池は、上記の例に特に限定されず、燃料電池として、パッシブ型ＤＭＦＣ、ＤＤＦＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  ＤＭＥ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）、ＲＭＦＣ（Ｒｅｆｏｒｍｅｄ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）等を用いたり、二次電池として、ニッケル・水素蓄電池等を用いたりしてもよく、また、各電池の直列数等も種々の変更が可能である。
【００４５】
整流素子１１０は、燃料電池１０１と双方向電圧コンバータ１０３との間に接続され、燃料電池１０１の発生する電圧が目標とする電圧より低い場合に、燃料電池１０１に電流が流れ込むのを避ける。また、整流素子１１０に代えてスイッチを設けて、二次電池１０２から負荷装置６００に電流が供給される時には、このスイッチを開放するようにしてもよい。
【００４６】
負荷装置６００は、ＣＰＵ回路等の負荷変動の激しい機能回路、及び機能回路に電力を供給する電圧コンバータ等を備える。負荷装置６００（電子機器）としては、モバイル機器が用いられ、例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機等が用いられる。
【００４７】
まず、燃料電池１０１の出力電圧を二次電池１０２の出力電圧より低く設定した場合について説明する。本実施の形態では、双方向電圧コンバータ１０３として、以下に説明する昇圧型の双方向電圧コンバータが用いられ、制御回路１０４は、燃料電池１０１の出力電圧が２．４Ｖになるように、昇圧型の双方向電圧コンバータ１０３に印加されるＰＷＭ信号のデューティー比を調整する。また、燃料電池及び二次電池の出力電圧は、上記の例に特に限定されず、種々の変更が可能であり、他の実施の形態でも同様である。
【００４８】
図２は、図１に示す双方向電圧コンバータ１０３として用いられる昇圧型の双方向電圧コンバータの構成を示す回路図である。図２に示す昇圧型の双方向電圧コンバータ１０３は、コイル１１、スイッチング素子１２、１３、反転器１４、コンデンサ１５、１６を備える。
【００４９】
コンデンサ１５は、燃料電池１０１側の出力端子と燃料電池１０１側及び二次電池１０２側に共通の接地端子との間に接続され、コンデンサ１６は、二次電池１０２側の出力端子と燃料電池１０１側及び二次電池１０２側に共通の接地端子との間に接続される。コイル１１の一端は、燃料電池１０１側の出力端子に接続され、他端はスイッチング素子１２、１３の一端に接続される。スイッチング素子１２の他端は、燃料電池１０１側及び二次電池１０２側に共通の接地端子に接続され、スイッチング素子１３の他端は、二次電池１０２側の出力端子に接続される。
【００５０】
スイッチング素子１２の制御端子は、制御回路１０４からＰＷＭ信号を受け、スイッチング素子１２は、ハイレベルの信号が入力されるとオンし、ローレベルの信号が入力されるとオフする。反転器１４は、制御回路１０４からのＰＷＭ信号を反転してスイッチング素子１３の制御端子へ出力し、スイッチング素子１３は、ハイレベルの信号が入力されるとオンし、ローレベルの信号が入力されるとオフする。スイッチング素子１２、１３としては、例えば、ＦＥＴを用いることができる。
【００５１】
上記の各素子から同期整流型の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが構成され、双方向電圧コンバータ１０３は、昇圧型の双方向電圧コンバータとして機能し、以下のようにして、燃料電池１０１の出力電圧２．４Ｖを二次電池１０２の出力電圧６〜８．４Ｖへ昇圧する。
【００５２】
図３は、図１に示す制御回路１０４から出力されるＰＷＭ信号のデューティー比を説明するための波形図である。制御回路１０４は、図３で示すＰＷＭ信号を双方向電圧コンバータ１０３へ出力し、ＰＷＭ信号のハイ期間Ｔｏｎと１周期期間Ｔとから、下記の式（１）で示すデューティー比Ｄｔが与えられる。
【００５３】
Ｄｔ＝Ｔｏｎ／Ｔ    ・・・  （１）
制御回路１０４は、Ｔｏｎの期間中にＰＷＭ信号をハイレベルで出力し、スイッチング素子１２を短絡すると同時にスイッチング素子１３を開放する。また、制御回路１０４は、Ｔｏｆｆの期間中にＰＷＭ信号をローレベルで出力し、スイッチング素子１２を開放すると同時にスイッチング素子１３を短絡する。このように、スイッチング素子１２、１３を動作させると、燃料電池１０１の電圧Ｖ１（左側）と、二次電池１０２の出力電圧Ｖ２（右側）と、ＰＷＭ信号のデューティー比Ｄｔとには、下記の式（２）の関係が成立する。
【００５４】
Ｖ２／Ｖ１＝１／（１−Ｄｔ）    ・・・  （２）
制御回路１０４は、燃料電池１０１の電圧Ｖ１を検出し、検出電圧と目標の２．４Ｖとの差を算出し、その差がゼロになるように、式（２）を用いてＰＷＭ信号のデューティー比Ｄｔを算出し、算出したデューティー比ＤｔのＰＷＭ信号を双方向電圧コンバータ１０３へ出力する。
【００５５】
このように、本実施の形態では、燃料電池１０１の電圧Ｖ１を計測して、目標の２．４Ｖとの誤差を算出し、その誤差がゼロになるようにデューティー比を定めることによって、燃料電池１０１の電圧Ｖ１を２．４Ｖの一定値に制御することができる。
【００５６】
次に、負荷装置６００への電流の供給状況について説明する。図４は、６セルを直列に接続した燃料電池１０１の燃料の供給量に対する電流電圧特性と、負荷装置６００への電流の供給状況とについて説明するための図である。図４の上段において、縦軸は燃料電池１０１の出力電圧（Ｖ）を示し、横軸は燃料電池１０１の出力電流（Ａ）を示している。また、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３は、それぞれ燃料の全体供給量が０．８ｃｃ／ｍｉｎ、１．６ｃｃ／ｍｉｎ、３．２ｃｃ／ｍｉｎの場合の電流電圧特性曲線を示している。
【００５７】
燃料電池１０１の起動時等の発電電力が小さいときや、負荷装置６００の消費電流が急激に増加したときなどのように、電圧一定時の燃料電池１０１の発電電流が小さく、燃料電池１０１の発電電流が負荷装置６００の消費電流より小さい場合、例えば、図４に示す発電電流がＩ１の場合には、燃料電池１０１の発電電流は、二次電池１０２から負荷装置６００へ供給されるが、その不足分は、二次電池１０２から負荷装置６００に電流が供給される。
【００５８】
一方、燃料電池１０１の発電が安定し、電圧一定時の燃料電池１０１の発電電流が充分大きくなり、燃料電池１０１の発電電流が負荷装置６００の消費電流より大きいの場合、例えば、図４に示す発電電流がＩ３の場合には、燃料電池１０１の発電電流は、負荷装置６００へ供給されるとともに、その余剰分は二次電池１０２へ供給され、二次電池１０２が充電される。
【００５９】
つまり、燃料電池１０１の出力電圧は、燃料電池１０１の発電電流Ｉｏ、負荷装置６００の消費電流Ｉｃ、及び二次電池１０２への電流Ｉｓの大小関係に関わりなく、一定になり、各電流に関して下記の式（３）が成立する。
【００６０】
Ｉｏ＝Ｉｃ＋Ｉｓ・・・  （３）
ただし、二次電池１０２への電流Ｉｓは、マイナス時には二次電池１０２から負荷装置６００へ電流が流れることを意味する。
【００６１】
上記のように、本実施の形態では、燃料電池１０１側（Ｖ１側）から双方向電圧コンバータ１０３へ電流が流れ込む場合と、双方向電圧コンバータ１０３から燃料電池１０１側（Ｖ1側）に電流が供給される場合とがあり、いずれの場合であっても、図２に示す回路構成を有する昇圧型の双方向電圧コンバータ１０３により、燃料電池１０１の電圧Ｖ１を一定に制御することができる。この結果、負荷装置６００に電力が安定的に供給されるので、負荷装置６００の負荷変動が時間的に大きい場合でも、燃料電池１０１から電力供給が可能となり、燃料電池１０１から負荷変動の激しい負荷装置６００に電力を供給することができる。
【００６２】
(第２の実施の形態)
次に、本発明の第２の実施の形態による電子機器について説明する。図５は、本発明の第２の実施の形態による電子機器に用いられる降圧型の双方向電圧コンバータの構成を示す回路図である。本実施の形態の電子機器では、燃料電池の出力電圧が二次電池の出力電圧より高く設定され、降圧型の双方向電圧コンバータを用いて、燃料電池の出力電圧が１０Ｖになるように、双方向電圧コンバータへ入力されるＰＷＭ信号のデューティー比が調整される。このため、本実施形態と第１の実施の形態とで異なる点は、図２に示す昇圧型の双方向電圧コンバータ１０３を図５に示す降圧型の双方向電圧コンバータ１０３ａに変更した点であり、その他の点は、図１に示す電子機器と同様であるので、全体構成図として図１を代用し、新たな図示及び詳細な説明を省略する。
【００６３】
図５に示す双方向電圧コンバータ１０３ａは、コイル１１、スイッチング素子１２、１３、反転器１４、コンデンサ１５、１６を備える。
【００６４】
コンデンサ１５は、燃料電池１０１側の出力端子と燃料電池１０１側及び二次電池１０２側に共通の接地端子との間に接続され、コンデンサ１６は、二次電池１０２側の出力端子と燃料電池１０１側及び二次電池１０２側に共通の接地端子との間に接続される。スイッチング素子１３の一端は、燃料電池１０１側の出力端子に接続され、他端は、コイル１１の一端及びスイッチング素子１２の一端に接続される。コイル１１の他端は、燃料電池１０１側の出力端子に接続され、スイッチング素子１２の他端は、燃料電池１０１側及び二次電池１０２側に共通の接地端子に接続される。
【００６５】
スイッチング素子１２の制御端子は、制御回路１０４からＰＷＭ信号を受け、スイッチング素子１２は、ハイレベルの信号が入力されるとオンし、ローレベルの信号が入力されるとオフする。反転器１４は、制御回路１０４からのＰＷＭ信号を反転してスイッチング素子１３の制御端子へ出力し、スイッチング素子１３は、ハイレベルの信号が入力されるとオンし、ローレベルの信号が入力されるとオフする。スイッチング素子１２、１３としては、例えば、ＦＥＴを用いることができる。
【００６６】
上記の各素子から同期整流型の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが構成され、双方向電圧コンバータ１０３ａは、降圧型の双方向電圧コンバータとして機能し、以下のようにして、燃料電池１０１の出力電圧１０Ｖを二次電池１０２の出力電圧６〜８．４Ｖへ降圧する。
【００６７】
制御回路１０４は、デューティー比ＤｔのＰＷＭ信号（図３参照）を双方向電圧コンバータ１０３ａへ出力し、Ｔｏｎの期間中にＰＷＭ信号をハイレベルで出力し、スイッチング素子１２を短絡すると同時にスイッチング素子１３を開放する。また、制御回路１０４は、Ｔｏｆｆの期間中にＰＷＭ信号をローレベルで出力し、スイッチング素子１２を開放すると同時にスイッチング素子１３を短絡する。このように、スイッチング素子１２、１３を動作させると、燃料電池１０１の電圧Ｖ１（左側）と、二次電池１０２の出力電圧Ｖ２（右側）と、ＰＷＭ信号のデューティー比Ｄｔとには、下記の式（４）の関係が成立する。
【００６８】
Ｖ２／Ｖ１＝（１−Ｄｔ）      ・・・  （４）
制御回路１０４は、燃料電池１０１の電圧Ｖ１を検出し、検出電圧と目標の１０Ｖとの差を算出し、その差がゼロになるように、式（４）を用いてＰＷＭ信号のデューティー比Ｄｔを算出し、算出したデューティー比ＤｔのＰＷＭ信号を双方向電圧コンバータ１０３ａへ出力する。
【００６９】
このように、本実施の形態では、燃料電池１０１の電圧Ｖ１を計測して、目標の１０Ｖとの誤差を算出し、その誤差がゼロになるようにデューティー比を定めることによって、燃料電池１０１の電圧Ｖ１を１０Ｖの一定値に制御することができる。
【００７０】
また、本実施の形態においても、図４を用いて説明したように、燃料電池１０１の出力電圧は、燃料電池１０１の発電電流Ｉｏ、負荷装置６００の消費電流Ｉｃ、及び二次電池１０２への電流Ｉｓの大小関係に関わりなく、一定になり、各電流に関して下記の式（５）が成立することも、第１の実施の形態と同様である。
【００７１】
Ｉｏ＝Ｉｃ＋Ｉｓ    ・・・  （５）
上記のように、本実施の形態でも、燃料電池１０１側（Ｖ１側）から双方向電圧コンバータ１０３ａへ電流が流れ込む場合と、双方向電圧コンバータ１０３ａから燃料電池１０１側（Ｖ１側）に電流が供給される場合とがあり、いずれの場合であっても、図５に示す回路構成を有する降圧型の双方向の電圧コンバータ１０３ａにより、燃料電池１０１の電圧Ｖ１を一定に制御することができる。この結果、負荷装置６００に電力が安定的に供給されるので、負荷装置６００の負荷変動が時間的に大きい場合でも、燃料電池１０１から電力供給が可能となり、燃料電池１０１から負荷変動の激しい負荷装置６００に電力を供給することができる。
【００７２】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態による電子機器について説明する。図６は、本発明の第３の実施の形態による電子機器の構成を示すブロック図である。
【００７３】
図６に示す電子機器は、電池パック１００と、負荷装置２００とを備え、電池パック１００は、燃料電池１０１と、二次電池１０２と、双方向電圧コンバータ１０３と、制御回路１０４と、整流素子１１０と、二次電池１０２の＋端子１０６と、燃料電池１０１の＋端子１０７と、二次電池１０２と燃料電池１０１との共通のグランド端子１０８とを備える。
【００７４】
双方向電圧コンバータ１０３は、第１の実施の形態と同様に、図２に示す昇圧型の双方向電圧コンバータ１０３から構成され、燃料電池１０１の出力電圧２．４Ｖを二次電池１０２の出力電圧６〜８．４Ｖに昇圧する。制御回路１０４は、燃料電池１０１の電圧Ｖ１を計測して、目標の２．４Ｖとの誤差を算出し、その誤差がゼロになるようにＰＷＭ信号のデューティー比を定めることによって、燃料電池１０１の電圧Ｖ１を２．４Ｖに一定に制御する。
【００７５】
負荷装置２００は、複数の電圧コンバータをその出力電圧の大きさによって割り当てた第１の電圧コンバータ群２０１及び第２の電圧コンバータ群２０２と、負荷装置２００の目的とする機能を実行する機能回路２０３と、二次電池１０２の＋端子１０６に接続される、第１の電圧コンバータ群２０１の＋端子２０６と、燃料電池１０１の＋端子１０７に接続される、第２の電圧コンバータ群２０２の＋端子２０７と、二次電池１０２と燃料電池１０１との共通のグランド端子１０８に接続される、第１の電圧コンバータ群２０１と第２の電圧コンバータ群２０２との共通のグランド端子２０８と、第１の電圧コンバータ群２０１の＋端子２０６と第２の電圧コンバータ群２０２の＋端子２０７とを短絡又は開放するスイッチ２０４とを備える。
【００７６】
第１の電圧コンバータ群２０１は、電圧コンバータ２１１と、電圧コンバータ２１２とを備え、電圧コンバータ２１１の出力電圧は１２Ｖであり、電圧コンバータ２１２の出力電圧は１０Ｖである。第２の電圧コンバータ群２０２は、電圧コンバータ２２１と、電圧コンバータ２２２とを備え、電圧コンバータ２２１の出力電圧は１．５Ｖであり、電圧コンバータ２２２の出力電圧は１．２５Ｖである。なお、第１及び第２の電圧コンバータ群２０１、２０２に含まれる電圧コンバータの数は、上記の例に特に限定されず、１個又は３個以上であってもよい。また、本実施の形態では、１つの機能回路を用いているが、この例に特に限定されず、複数の機能回路を用いてもよく、また、各機能回路は、全ての電圧コンバータから全ての電圧を供給されるのではなく、１又は２以上の所定の電圧コンバータから異なる電圧を供給されるようにしてもよい。
【００７７】
本実施の形態では、燃料電池１０１の出力電圧が二次電池１０２の出力電圧より低く設定され、第１の実施の形態と同様に、双方向電圧コンバータ１０３としては、図２に示す昇圧型の双方向電圧コンバータ１０３が用いられ、制御回路１０４は、燃料電池１０１の出力電圧が２．４Ｖになるように、昇圧型の双方向電圧コンバータ１０３に印加されるＰＷＭ信号のデューティー比を調整する。
【００７８】
燃料電池１０１の起動時のように発電電力が小さい時や、第２の電圧コンバータ群２０２の消費電力が大きい時など、燃料電池１０１の発電電力が負荷装置２００の消費電力に対して不足している場合、双方向電圧コンバータ１０３は、二次電池１０２から燃料電池１０１側へ電力を供給し、燃料電池１０１の両端の電圧は、２．４Ｖに一定に保たれる。この電圧は、第２の電圧コンバータ群２０２に印加され、電力が供給される。
【００７９】
燃料電池１０１への燃料供給量を増やして、発電電力が増加すると、燃料電池１０１の両端の電圧が一定に保たれながら、燃料電池１０１の電力が二次電池１０２へ供給される。つまり、燃料電池１０１の発電電力と第２の電圧コンバータ群２０２の消費電力との大小関係に関わらず、燃料電池１０１の両端の電圧は、一定に保たれる。
【００８０】
このように、本実施の形態では、１．５Ｖ、１．２５Ｖの電圧コンバータ２２１、２２２は、燃料電池１０１から２．４Ｖの電圧を受けて動作し、１２Ｖ、１０Ｖの電圧コンバータ２１１、２１２は、二次電池１０２から６〜８．４Ｖの電圧を受けて動作する。
【００８１】
したがって、本実施の形態では、図１２の従来例に比べ、燃料電池１０１の出力電圧２．４Ｖを二次電池１０２の出力電圧６〜８．４Ｖまで昇圧し、その電圧を第２の電圧コンバータ群２０２で１．２５Ｖと１．５Ｖとに降圧するという効率の悪い電圧変換を回避し、電圧変換による電力損失を低減することができる。
【００８２】
また、本実施の形態においても、図４を用いて説明したように、燃料電池１０１の出力電圧は、燃料電池１０１の発電電流Ｉｏ、負荷装置２００の消費電流Ｉｃ、二次電池１０２への電流Ｉｓの大小関係に関わりなく一定になり、下記式（６）が成立することも、第１及び第２の実施の形態と同様である。
【００８３】
Ｉｏ＝Ｉｃ＋Ｉｓ    ・・・  （６）
このように、燃料電池１０１側（Ｖ１側）から双方向電圧コンバータ１０３へ電流が流れ込む場合と、双方向電圧コンバータ１０３から燃料電池１０１側（Ｖ1側）に電流を供給する場合とがあり、いずれの場合であっても、図２に示す回路構成を有する昇圧型の双方向電圧コンバータ１０３により、燃料電池１０１の電圧Ｖ１を一定に制御することができる。この結果、負荷装置２００に電力が安定的に供給されるので、負荷装置２００の負荷変動が時間的に大きい場合でも、燃料電池１０１から電力供給が可能となり、燃料電池１０１から負荷変動の激しい負荷装置２００に電力を供給することができる。
【００８４】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態による電子機器について説明する。図７は、本発明の第４の実施の形態による電子機器の構成を示すブロック図である。なお、本実施の形態において、降圧型の電圧コンバータを用いる点、及び複数の電圧コンバータのうち出力電圧が低い方を第１の電圧コンバータ群に、出力電圧が高い方を第２の電圧コンバータ群に分類して各々割り当てている点以外の構成は、第３の実施の形態と同様であるので、同様部分の詳しい説明は省略する。
【００８５】
図７に示す電子機器は、電池パック１００と、負荷装置２００とを備え、電池パック１００は、燃料電池１０１と、二次電池１０２と、双方向電圧コンバータ１０３ａと、制御回路１０４と、整流素子１１０と、二次電池１０２の＋端子１０６と、燃料電池１０１の＋端子１０７と、二次電池１０２と燃料電池１０１との共通のグランド端子１０８とを備える。
【００８６】
双方向電圧コンバータ１０３ａは、第２の実施の形態と同様に、図５に示す降圧型の双方向電圧コンバータ１０３ａから構成され、燃料電池１０１の出力電圧１０Ｖを、二次電池１０２の出力電圧６〜８．４Ｖに降圧する。制御回路１０４は、燃料電池１０１の電圧Ｖ１を計測して、目標の１０Ｖとの誤差を算出し、その誤差がゼロになるようにＰＷＭ信号のデューティー比を定めることによって、燃料電池１０１の電圧Ｖ１を１０Ｖに一定に制御する。
【００８７】
負荷装置２００は、複数の電圧コンバータをその出力電圧の大きさによって割り当てた第１の電圧コンバータ群４０１及び第２の電圧コンバータ群４０２と、負荷装置２００の目的とする機能を有する機能回路２０３と、二次電池１０２の＋端子１０６に接続される、第１の電圧コンバータ群４０１の＋端子２０６と、燃料電池１０１の＋端子１０７に接続される、第２の電圧コンバータ群４０２の＋端子２０７と、二次電池１０２と燃料電池１０１との共通のグランド端子１０８に接続される、第１の電圧コンバータ群４０１と第２の電圧コンバータ群４０２との共通のグランド端子２０８と、第１の電圧コンバータ群４０１の＋端子２０６と第２の電圧コンバータ群４０２の＋端子２０７とを短絡又は開放するスイッチ２０４とを備える。
【００８８】
第１の電圧コンバータ群４０１は、電圧コンバータ４１１と、電圧コンバータ４１２とを備え、電圧コンバータ４１１の出力電圧は１．５Ｖであり、電圧コンバータ４１２の出力電圧は１．２５Ｖである。第２の電圧コンバータ群４０２は、電圧コンバータ４２１と、電圧コンバータ４２２とを備え、電圧コンバータ４２１の出力電圧は１２Ｖであり、電圧コンバータ４２２の出力電圧は１０Ｖである。なお、第１及び第２の電圧コンバータ群４０１、４０２に含まれる電圧コンバータの数は、上記の例に特に限定されず、１個又は３個以上であってもよい。また、本実施の形態では、１つの機能回路を用いているが、この例に特に限定されず、複数の機能回路を用いてもよく、また、各機能回路は、全ての電圧コンバータから全ての電圧を供給されるのではなく、１又は２以上の所定の電圧コンバータから異なる電圧を供給されるようにしてもよい。
【００８９】
本実施の形態では、燃料電池１０１の出力電圧が二次電池１０２の出力電圧より高く設定され、第２の実施の形態と同様に、双方向電圧コンバータ１０３ａとしては、図５に示す降圧型の双方向電圧コンバータ１０３ａが用いられ、制御回路１０４は、燃料電池１０１の出力電圧が１０Ｖになるように、降圧型の双方向電圧コンバータ１０３ａに印加されるＰＷＭ信号のデューティー比を調整する。
【００９０】
燃料電池１０１の起動時のように発電電力が小さい時や、第２の電圧コンバータ群４０２の消費電力が大きい時など、燃料電池１０１の発電電力が負荷装置２００の消費電力に対して不足している場合、双方向電圧コンバータ１０３ａは、二次電池１０２から燃料電池１０１側へに電力を供給し、燃料電池１０１の両端の電圧は、１０Ｖに一定に保たれる。この電圧は、第２の電圧コンバータ群４０２に印加され、電力が供給される。
【００９１】
燃料電池１０１の発電電力が増加すると、燃料電池１０１の両端の電圧が一定に保たれながら、燃料電池１０１の電力が二次電池１０２に供給される。つまり、燃料電池１０１の発電電力と第２の電圧コンバータ群４０２の消費電力の大小関係に関わらず、燃料電池１０１の両端の電圧は、一定に保たれ、これらの点は第１乃至第３の実施の形態と同様である。
【００９２】
このように、本実施の形態では、１２Ｖ、１０Ｖの電圧コンバータ４２１、４２２は、燃料電池１０１から１０Ｖの電圧を受けて動作し、１．５Ｖ、１．２５Ｖの電圧コンバータ４１１、４１２は、二次電池１０２から６〜８．４Ｖの電圧を受けて動作する。
【００９３】
したがって、本実施の形態では、図１２の従来例に比べ、１２Ｖ、１０Ｖの電圧コンバータ４２１、４２２の降圧比が１に近くなり、電力損失が低減される。特に、１２Ｖの電圧コンバータ４２１に関しては、燃料電池１０１の出力電圧１０Ｖを二次電池１０２の出力電圧６〜８．４Ｖまで降圧し、その電圧を１２Ｖの電圧コンバータで１２Ｖに昇圧するという効率の悪い電圧変換を回避し、電圧変換による電力損失を低減することができる。
【００９４】
また、本実施の形態においても、図４を用いて説明したように、燃料電池１０１の出力電圧は、燃料電池１０１の発電電流Ｉｏ、負荷装置２００の消費電流Ｉｃ、二次電池１０２への電流Ｉｓの大小関係に関わりなく一定になり、下記式（７）が成立することも、第１乃至第３の実施の形態と同様である。
【００９５】
Ｉｏ＝Ｉｃ＋Ｉｓ    ・・・  （７）
このように、燃料電池１０１側（Ｖ１側）から双方向電圧コンバータ１０３ａへ電流が流れ込む場合と、双方向電圧コンバータ１０３ａから燃料電池１０１側（Ｖ1側）に電流を供給する場合とがあり、いずれの場合であっても、図５に示す回路構成を有する降圧型の双方向電圧コンバータ１０３ａにより、燃料電池１０１の電圧Ｖ１を一定に制御することができる。この結果、負荷装置２００に電力が安定的に供給されるので、負荷装置２００の負荷変動が時間的に大きい場合でも、燃料電池１０１から電力供給が可能となり、燃料電池１０１から負荷変動の激しい負荷装置２００に電力を供給することができる。
【００９６】
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態による電子機器について説明する。図８は、本発明の第５の実施の形態による電子機器の構成を示すブロック図である。本実施の形態は、図６に示す負荷装置２００に図１０に示す従来の電池パック４００を接続した電子機器であり、図６に示す負荷装置２００が、２つの出力端子１０６、１０８だけを備えた従来の電池パック４００を使用することができることを以下に説明する。
【００９７】
負荷装置２００は、第１の電圧コンバータ群２０１の＋端子２０６と第２の電圧コンバータ群２０２の＋端子２０７を短絡または開放するスイッチ２０４を備える。スイッチ２０４は、従来の電池パック４００が装着された場合に短絡するために、通常、短絡するように構成されている。したがって、二次電池１０２の２個の出力端子１０６、１０８だけを備えた電池パック４００が負荷装置２００に装着された場合には、スイッチ２０４は短絡し、第１の電圧コンバータ群２０１及び第２の電圧コンバータ群２０２ともに、二次電池１０２から電力が供給され、機能回路２０３が動作する。
【００９８】
一方、図６に示す三つの端子１０６〜１０８を有する電池パック１００が負荷装置２００に装着された場合、電池パック１００及び負荷装置２００を動作させるために、電池パック１００にスイッチ２０４を機械的にオフにする機構をもたせることが好ましい。この場合、三つの端子１０６〜１０８を有する電池パック１００が装着された場合には、スイッチ２０４が開放され、電池パック１００及び負荷装置２００は、第３の実施の形態と同様に動作することができる。
【００９９】
例えば、スイッチ２０４として、２つの接続片を機械的に接触又は非接触にすることによりオン又はオフするリーフスイッチやメカニカルスイッチを用いるとともに、電池パック１００に凸部を設け、電池パック１００が負荷装置２００に装着されると、この凸部がスイッチ２０４の接続片の一方を押圧して開状態にするようにしてもよい。
【０１００】
また、同様の機能を電気的な信号に基づき実現するようにしてもよく、例えば、スイッチ２０４として、制御信号に応じてオン又はオフするＦＥＴ等を用い、電池パック１００が負荷装置２００に装着された場合、電池パック１００からスイッチ２０４をオフする制御信号をスイッチ２０４へ出力するようにしもよい。
【０１０１】
（第６の実施の形態）
次に、本発明の第６の実施の形態による電子機器について説明する。図９は、本発明の第６の実施の形態による電子機器の構成を示すブロック図である。本実施の形態は、図６に示す負荷装置２００に図１２に示す燃料電池１０１と二次電池１０２とからなる従来の電池パック５００を接続した電子機器であり、図６に示す負荷装置２００が、２つの出力端子１０６、１０８だけを備えた従来の電池パック５００を使用することができることを以下に説明する。
【０１０２】
二次電池１０２の２個の出力端子１０６、１０８だけを備えた電池パック５００が、負荷装置２００装着された場合には、スイッチ２０４は、第５の実施の形態と同様に構成され、短絡する。この場合も、第５の実施の形態と同様に、第１の電圧コンバータ群２０１及び第２の電圧コンバータ群２０２ともに、二次電池１０２から電力が供給され、機能回路２０３が動作する。
【０１０３】
なお、上記の第５及び第６の実施の形態における負荷装置２００及び電池パック１００に関する構成は、第４の実施の形態の負荷装置２００及び電池パック１００にも同様に適用することができ、同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明によれば、燃料電池と二次電池とを用いる電子機器において、負荷変動の激しい機能回路の電力供給を燃料電池から行うことが可能になり、かつ、電圧を昇圧後に降圧して利用することや、電圧を降圧後に昇圧して利用するような無駄な電圧変化をなくして効率的な電圧変換を実現し、電力損失を低減した電子機器を提供することができるので、ノートＰＣや携帯電話のように複数の電圧出力の電源を必要とする電子機器において、有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の第１の実施の形態による電子機器のブロック図である。
【図２】図１に示す双方向電圧コンバータとして用いられる昇圧型の双方向電圧コンバータの構成を示す回路図である。
【図３】図１に示す制御回路から出力されるＰＷＭ信号のデューティー比を説明するための波形図である。
【図４】６セルを直列に接続した燃料電池の燃料の供給量に対する電流電圧特性と、負荷装置への電流の供給状況とについて説明するための図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態による電子機器に用いられる降圧型の双方向電圧コンバータの構成を示す回路図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態による電子機器の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態による電子機器の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態による電子機器の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第６の実施の形態による電子機器の構成を示すブロック図である。
【図１０】従来の市販ノートパソコンなどの電子機器のブロック図である。
【図１１】６セルを直列に接続した燃料電池の燃料の供給量に対する電流電圧特性を示す図である。
【図１２】従来の燃料電池を備える電池パックを用いた電子機器のブロック図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１１  コイル
１２、１３  スイッチング素子
１４  反転器
１５、１６  コンデンサ
１００  電池パック
１０１  燃料電池
１０２  二次電池
１０３  双方向電圧コンバータ
１０４  制御回路
１０６  二次電池の＋端子
１０７  燃料電池の＋端子
１０８  グランド端子
１１０  整流素子
２００、６００  負荷装置
２０１  第１の電圧コンバータ群
２０２  第２の電圧コンバータ群
２０３  機能回路
２０４  スイッチ
２０６  第１の電圧コンバータ群の＋端子
２０７  第２の電圧コンバータ群の＋端子
２０８  グランド端子
２１１、２１２、２２１、２２２  電圧コンバータ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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