(57)【要約】      （修正有）【課題】外部負荷での短絡で蓄電池や配線の温度が上昇することによる発火や破裂、燃料電池への引火などの重大な災害を、未然に防止し、安全に使用できる燃料電池電源システムを提供する。【解決手段】少なくとも、燃料カートリッジ、燃料電池、及び蓄電池を有する電源システムであって、燃料電池で発生させた電力を蓄電池に充電する機構、蓄電池から外部負荷に電力を供給する機構を有し、蓄電池から外部負荷に電力を供給する機構において予め設定された値以上の電流が流れた場合に、蓄電池と外部負荷との接続を遮断する。【選択図】図１
2016039720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、燃料カートリッジ、燃料電池、及び蓄電池を有する電源システムであって、該燃料電池で発生させた電力を該蓄電池に充電する機構、該蓄電池から外部負荷に電力を供給する機構を有し、前記の、蓄電池から外部負荷に電力を供給する機構において予め設定された値以上の電流が流れた場合に、蓄電池と外部負荷との接続を遮断する機能を有することを特徴とする電源システム。
【請求項２】
前記の、蓄電池から外部負荷に電力を供給する機構において予め設定された値以上の電流が流れた場合に、燃料電池の動作を停止させる機能を有することを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料カートリッジを用いる燃料電池と蓄電池とからなる電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は燃料と酸化剤の電気化学的反応から電気エネルギーを取り出す発電機の一種であり、エネルギー効率の高さなどから、様々な用途に用いられている。燃料電池を負荷に対して直接接続して使用することは可能であるが、負荷変動への対応や、燃料電池の起動・停止の補機電源として、蓄電池を接続することがより望ましい。これまでに、燃料電池と蓄電池とを組み合わせ、蓄電池に冷却機構を設けることで長寿命化を図ること（例えば、特許文献１を参照）や、急激な負荷変動に対して電源側の劣化を防ぐために負荷への入力電圧を制御するシステムを設けること（例えば、特許文献２を参照）などが提案されている。上記のような燃料電池と蓄電池を組み合わせた電源システムは、燃料電池が停止していても負荷への電力供給が可能であるという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３１４５６９号公報
【特許文献２】特開２０１１−１５４９２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、負荷変動に対して燃料電池システムの出力安定化について記載されているが、外部負荷の異常については言及されていない。燃料電池は水素やメタノールなど可燃性の燃料を用いるため、使用に当たっては火気やスパークに注意する必要があるが、例えば、外部負荷において何らかの原因で短絡が生じた場合、蓄電池や配線の温度が上昇して発火や破裂などが生じ、ひいては燃料電池への引火などによって重大な災害を引き起こす可能性がある。すなわち、蓄電池と外部負荷での異常をただちに検知して適切な対応を行うことが燃料電池を用いた電源システムを用いる上での重要な課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは鋭意検討の結果、蓄電池から外部負荷への電流値を監視し、予め設定された電流値を超えた場合に、蓄電池から外部負荷への電力供給を停止することによって、蓄電池が外部負荷のみならず、燃料電池システムのトラブルを防ぐことができ、より安全な電源システムとなることを見出し、本発明の完成に至った。
【０００６】
すなわち、本発明は、
（１）少なくとも、燃料カートリッジ、燃料電池、及び蓄電池を有する電源システムであって、該燃料電池で発生させた電力を該蓄電池に充電する機構、該蓄電池から外部負荷に電力を供給する機構を有し、前記の、蓄電池から外部負荷に電力を供給する機構において予め設定された値以上の電流が流れた場合に、蓄電池と外部負荷との接続を遮断する機能を有することを特徴とする電源システム、
（２）前記の、蓄電池から外部負荷に電力を供給する機構において予め設定された値以上の電流が流れた場合に、燃料電池の動作を停止させる機能を有することを特徴とする（１）に記載の電源システム、
である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、より安全な燃料電池を用いた電源システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の電源システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の電源システムは、少なくとも、燃料カートリッジ、燃料電池、及び蓄電池とを必須の構成要素とする。燃料カートリッジは燃料を収容でき燃料電池に供給できる機構を持つものであればよい。利便性、安全性の面からは、カートリッジ側に封止機構を有し、燃料電池と接続した際にだけ、燃料が供給できる機構になっていることが好ましい。燃料電池は公知の任意のものが使用できるが、利便性の面から固体高分子形燃料電池であることが好ましい。燃料としては、水素などのガスや、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル、ギ酸などの液体を用いることができる。水素は、水電解などで得られるものを用いることもできるし、メタンやブタン、天然ガスの水蒸気改質で得られる水素や、メタノールやエタノールなどの改質で得られる水素を用いることができる。液体としては、効率と利便性の面からメタノールが好ましい。必要に応じて、燃料とする液体は水などで希釈してもよい。蓄電池は、鉛蓄電池、ニッカド蓄電池、ニッケル水素蓄電池、リチウムイオン蓄電池など任意の蓄電池を用いることができる。中でも、耐久性と安全性の面からは鉛蓄電池が好ましい。
【００１０】
燃料電池で発生させた電力を蓄電池に充電する機構は、燃料電池内の発電セルやスタックから発生した電力を蓄電池に供給する機構である。燃料電池で発生した電力をそのまま蓄電池に供給してもよいし、ダイオードや整流器などの逆流防止機構を含んでいてもよい。また、燃料電池の発電能力や蓄電池の特性に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバーターなどの電圧変換機構を含んでいてもよい。また、ヒューズやブレーカーなど、必要以上の大電流が蓄電池に供給されないようにする機構を含んでいてもよい。
【００１１】
蓄電池から外部負荷に電力を供給する機構は、蓄電池と外部負荷の間に流れる電流を測定する機構と、測定した電流値が予め設定した値を超えた場合に蓄電池と外部負荷との接続を遮断する機構とを有する。蓄電池と外部負荷との接続の遮断は、物理的又は電子的に行うことができ、スイッチング素子やブレーカー、サーキットプロテクター、ヒューズなどを用いることができ、復帰のしやすさからブレーカーが好ましい。蓄電池から外部負荷に電力を供給する機構は、ＤＣ／ＤＣコンバーターやＤＣ／ＡＣインバーターなどを設けてもよい。
【００１２】
また、前記の蓄電池から外部負荷に電力を供給する機構が、設定値を超える電流値を検知した場合に、燃料電池システムを停止させるような機構を設けておくと、電源システム内の機器の損害を少なくすることができ好ましい。
【実施例】
【００１３】
本発明の実施形態の例として、電源システムの構成フローを図１に示す。
なお、図１において＜正常時＞、＜異常時＞はそれぞれ下記の状態を示す。
＜正常時＞：通常の運転時を示す。
＜異常時＞
（１）：蓄電池から外部負荷に電力を供給する機構によって外部負荷との接続が遮断された状態を示す。
（２）：蓄電池から外部負荷に電力を供給する機構によって外部負荷との接続が遮断されたと共に、蓄電池から外部負荷に電力を供給する機構からの制御によって燃料電池システムの動作が停止した状態を示す。
図１の構成を有する電源システムを実際に構築した。電源システムは燃料カートリッジ（１）、燃料電池システム（２）、及び蓄電池（４）を有し、燃料電池で発生させた電力は機構（３）によって蓄電池に充電される。蓄電池から外部負荷に電力を供給する機構（５）を通じて電力が供給される。該機構（５）は接続を遮断する手段として定格電流２０Ａの直流用ブレーカーを備えている。該機構に予め設定された電流値（２０Ａ）以上の電流が流れた場合に蓄電池と外部負荷との接続は遮断され、図２の状態となる。
また、蓄電池から外部負荷に電力を供給する機構（５）に、燃料電池で発生させた電力を蓄電池に充電する機構内の通電を遮断することのできるリレーを設けておくと、前記の予め設定された電流値以上の電流が流れた場合に、燃料電池の動作に必要な電力が蓄電池から供給されなくなり、燃料電池が停止するため、不必要な燃料を消費することを防ぐ。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
本発明の電源システムは、外部負荷での短絡で蓄電池や配線の温度が上昇することによる発火や破裂、燃料電池への引火などの重大な災害を、未然に防止することができ、独立電源として有用である。
【符号の説明】
【００１５】
１：燃料カートリッジ
２：燃料電池システム
３：燃料電池で発生させた電力を蓄電池に充電する機構
４：蓄電池
５：蓄電池から外部負荷に電力を供給する機構
６：外部負荷
【図１】
2016039720.tif 000003