(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を用いて発電する燃料電池と、
第１補助電源と、
前記第１補助電源に接続され、前記第１補助電源の異常を検出する保護回路と、
前記燃料電池に前記燃料を供給するための補機と、
前記燃料電池と前記補機の動作を制御する制御回路と、
前記第１補助電源からの電力により前記制御回路を駆動する第１電力変換器と、
前記燃料電池からの第１電力と前記第１補助電源からの第２電力とを合成して負荷に供給する第１号合成部と
を具備する燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記第１補助電源は、二次電池であり、
前記燃料電池と前記保護回路の間に設けられ、前記燃料電池からの電力に基づいて前記二次電池を充電する充電回路を更に具備し、
前記制御回路は、前記燃料電池の出力に基づいて前記充電回路を制御する
燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記第１補助電源は、一次電池である
燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の出力に接続されたダミー負荷回路と、
前記燃料電池の出力に接続された第１スイッチ回路と
を更に具備し、
前記ダミー負荷に基づいて、前記燃料電池の出力が所定の範囲にあると判断されるとき、前記制御回路は、前記第１スイッチ回路をオンする
燃料電池システム。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池システムにおいて、
前記ダミー負荷回路は
前記燃料電池を暖めるヒーターと、
前記燃料電池の出力と前記ヒーターの間に接続された第２スイッチ回路と
を具備し、
前記制御回路は、前記燃料電池の温度に応じて前記第２スイッチ回路のオン/オフを制御する
燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記第１補助電源からの電力を電力変換して前記第２電力を前記第１合成部に供給する第２電力変換器と、
前記第２電力変換器に並列に設けられ、前記第１補助電源からの電力を前記第２電力として前記第１合成部に供給する第３スイッチ回路と
を更に具備し、
前記制御回路は、第１の所定の期間において前記第３スイッチ回路をオンして前記第２電力変換部をオフし、前記第１の所定の期間以外の期間において、前記第３スイッチ回路をオフして前記第２電力変換部をオンする
燃料電池システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御回路は、前記補機に電力を供給する
燃料電池システム。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか記載の燃料電池システムにおいて、
前記第１合成部の出力に接続され、電力変換により前記補機に電力を供給する第３電力変換器
を更に具備する燃料電池システム。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記第１補助電源と、前記保護回路と、前記第１電力変換器とは電源パックを構成し、前記電源パックはコネクタを介して着脱自在に接続されている
燃料電池システム。
【請求項１０】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
直流電源と、
前記燃料電池と前記保護回路の間に設けられ、前記燃料電池からの電力に基づいて前記二次電池を充電する充電回路と、
前記第１合成部の出力に接続され、電力変換により前記補機に電力を供給する第３電力変換器と、
前記第１合成部の入力と前記直流電源とに接続され、前記燃料電池からの電力と前記直流電源からの電力を合成して前記充電回路に供給する第２合成部と、
前記第１合成部の出力と前記直流電源とに接続され、前記燃料電池からの電力と前記直流電源からの電力を合成して前記第３電力変換器に供給する第３合成部と
を更に具備する燃料電池システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
直流電源と、
前記第１合成部の出力に接続され、電力変換により前記補機に電力を供給する第３電力変換器と、
前記第１合成部の出力と前記直流電源とに接続され、前記燃料電池からの電力と前記直流電源からの電力を合成して前記第３電力変換器に供給する第３合成部と
を更に具備する燃料電池システム。
【請求項１２】
燃料を用いて発電する燃料電池が、燃料を用いて発電するステップと、
保護回路により、第１補助電源の異常を検出するステップと、
補機により、前記燃料電池に前記燃料を供給するステップと、
制御回路により、前記燃料電池と前記補機の動作を制御するステップと、
前記第１補助電源からの電力により前記制御回路を駆動するステップと、
前記燃料電池からの第１電力と前記第１補助電源からの第２電力とを合成して負荷に供給するステップと、
を具備する燃料電池システムの制御方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の燃料電池システムの制御方法において、
前記第１補助電池は、二次電池であり、
前記燃料電池から前記負荷へ供給される前記電力に余裕があると前記制御回路により判断されたとき、充電回路により前記第１補助電源を充電するステップを更に具備する
燃料電池システムの制御方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の燃料電池システムの制御方法において、
燃料電池オフ指示に応答して、前記第１補助電源が満充電であるか否かを判定するステップと、
満充電ではないとき、前記第１補助電源を満充電するステップと、
前記燃料電池を前記負荷から切り離すステップと、
前記燃料電池への前記燃料の供給を止めるステップと
を更に具備する燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、充電不要な可搬型電源として、自動車や携帯機器への応用が期待されている。しかしながら、現状の技術では燃料電池の内部抵抗は高く、瞬間的に必要とされる大電力を供給することができない。そのため、電気二重層キャパシタなどのアシスト電源も使用されている。また、燃料を搬送する装置の初期動作や燃料電池の出力が安定するまでの間に電力を供給するための二次電池などの補助電源が使用されている。従って、燃料電池とアシスト電源や補助電源を組合わせるための制御装置が必要となり、それらの制御方法が種々検討されている。【０００３】
例えば、メタノールを直接酸化するタイプの燃料電池を使用するパーソナルコンピュータでは、燃料電池電源の小型化が必要であるが、小型燃料電池のみではパーソナルコンピュータが必要とするピーク電力が出力できない場合がある。そのような問題の対策として、特開２００２−３２１５４号公報には、燃料電池システムの燃料電池の出力段に大容量キャパシタを設けることが提案されている。【０００４】
また、燃料電池では、起動時に燃料が燃料電池の全体に行き渡るまで電力を供給することができない。また、燃料電池本体が温まらないと所定の電力を出力することができない。そこで、ダイレクトメタノール型燃料電池は、燃料を搬送するためのポンプやファン等のための電源が必要とされる。そのような問題に対して、特開平１１−１７６４５４号公報では、燃料電池システムに補助電源を備えることが提案されている。【０００５】
携帯機器の分野では、可搬性を考慮して、電池部はできる限り小型軽量されるべきである。そこで、ピーク電力のためのアシスト電源や起動時の初期電力を供給する補助電源を共通化し、また、そのためにユーザに複雑な操作を求めることがないことが望まれる。
特開２００４−１５２７４１号公報には、ダイレクトメタノール型燃料電池における外部負荷への電力供給を制御する技術が提案されている。また、特開２００４−２６５７８７号公報には、ダイレクトメタノール型燃料電池において、負荷に安定的に電力を供給する技術が提案されている。【０００６】
図１は、補助電源が交換可能な従来の燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図１に示されるように、従来の燃料電池システムの主要構成要素は、燃料電池１０１と、補助電源パック１５０と、制御回路駆動部１０５と、制御回路１１０と、補機１０８と、充電回路１０４と、コネクタ１０６である。コネクタ６は、分割型コネクタであって補助電源パック１５０は、任意に着脱可能である。補助電源パック１５０は、二次電池１０２と、保護回路１０７とで構成され、燃料電池１０１だけでは不足する電力をコネクタ１０６を介して供給する。補助電源として用いられる二次電池１０２は、寿命があるので、補助電源パック１５０は交換可能な構造にする必要がある。異常時における安全性を考慮して、パック１５０内に保護回路１０７を備えている。【０００７】
図１に示されるように、二次電池１０２が電力供給線を１つしか持たない場合は、何らかの異常で保護回路１０７が働き、二次電池１０２の出力が遮断されたとき、以下のような不具合が発生する。即ち、保護回路１０７が働き、かつ燃料電池１０１が電力を供給できない状況、例えば、燃料電池１０１の立上げ途中であれば、制御回路１１０が完全に停止する可能性がある。
【発明の開示】
【０００８】
従って、本発明の課題は、補機が配置され、補助電源を必要とする場合に、燃料電池の状態に応じて最適な制御を行うことができる燃料電池システムを提供することである。
また、本発明の他の課題は、制御回路が遮断されないように燃料電池のほかに補助電源から電力を常時供給できる燃料電池システムを提供することである。
【０００９】
本発明の観点では、燃料電池システムは、燃料を用いて発電する燃料電池と、第１補助電源と、第１補助電源に接続され、第１補助電源の異常を検出する保護回路と、燃料電池に燃料を供給するための補機と、燃料電池と補機の動作を制御する制御回路と、第１補助電源からの電力により制御回路を駆動する第１電力変換器と、燃料電池からの第１電力と第１補助電源からの第２電力とを合成して負荷に供給する第１号合成部とを具備する。
ここで、第１補助電源は、二次電池であり、燃料電池と保護回路の間に設けられ、燃料電池からの電力に基づいて二次電池を充電する充電回路を更に具備してもよい。制御回路は、燃料電池の出力に基づいて充電回路を制御する。
また、第１補助電源は、一次電池であってもよい。
また、燃料電池システムは、燃料電池の出力に接続されたダミー負荷回路と、燃料電池の出力に接続された第１スイッチ回路とを更に具備してもよい。ダミー負荷に基づいて、燃料電池の出力が所定の範囲にあると判断されるとき、制御回路は、第１スイッチ回路をオンする。
また、ダミー負荷回路は、燃料電池を暖めるヒーターと、燃料電池の出力とヒーターの間に接続された第２スイッチ回路とを具備してもよい。制御回路は、燃料電池の温度に応じて第２スイッチ回路のオン/オフを制御する。
また、燃料電池システムは、第１補助電源からの電力を電力変換して第２電力を第１合成部に供給する第２電力変換器と、第２電力変換器に並列に設けられ、第１補助電源からの電力を第２電力として第１合成部に供給する第３スイッチ回路とを更に具備してもよい。制御回路は、第１の所定の期間において第３スイッチ回路をオンして第２電力変換部をオフし、第１の所定の期間以外の期間において、第３スイッチ回路をオフして第２電力変換部をオンする。
また、制御回路は、補機に電力を供給してもよい。あるいは、燃料電池システムは、第１合成部の出力に接続され、電力変換により補機に電力を供給する第３電力変換器を更に具備してもよい。
また、第１補助電源と、保護回路と、第１電力変換器とは電源パックを構成し、電源パックはコネクタを介して着脱自在に接続されていることが好ましい。
また、燃料電池システムは、直流電源と、燃料電池と保護回路の間に設けられ、燃料電池からの電力に基づいて二次電池を充電する充電回路と、第１合成部の出力に接続され、電力変換により補機に電力を供給する第３電力変換器と、第１合成部の入力と直流電源とに接続され、燃料電池からの電力と直流電源からの電力を合成して充電回路に供給する第２合成部と、第１合成部の出力と直流電源とに接続され、燃料電池からの電力と直流電源からの電力を合成して第３電力変換器に供給する第３合成部とを更に具備してもよい。あるいは、燃料電池システムは、直流電源と、第１合成部の出力に接続され、電力変換により補機に電力を供給する第３電力変換器と、第１合成部の出力と直流電源とに接続され、燃料電池からの電力と直流電源からの電力を合成して第３電力変換器に供給する第３合成部とを更に具備してもよい。
【００１０】
また、本発明の他の観点では、燃料電池システムの制御方法は、第１補助電源により制御回路をオンし、制御回路の制御の下、第１補助電源から負荷に電力を供給し、燃料電池オン指示に応答して燃料電池をオンし、補機を駆動して燃料電池に燃料を供給し、燃料電池の動作が正常であるか否かを確認し、燃料電池の動作が正常であると判断されたとき、第１補助電源からの電力供給を止め、燃料電池から電力を負荷に供給することにより、達成されてもよい。
ここで、第１燃料電池は、二次電池であり、燃料電池システムの制御方法は、更に、燃料電池から負荷へ供給される電力に余裕があると制御回路により判断されたとき、充電回路により第１補助電源を充電することにより達成されてもよい。
また、燃料電池システムの制御方法は、燃料電池オフ指示に応答して、第１補助電源が満充電であるか否かを判定し、満充電ではないとき、第１補助電源を満充電し、燃料電池を負荷から切り離し、燃料電池への燃料の供給を止めることにより、達成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、従来の燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施例による燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の第２実施例による燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、本発明の第１実施例による燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の第３実施例による燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、本発明の第４実施例による燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、本発明の第５実施例による燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照して、本発明の燃料電池システムについて詳細に説明する。【００１３】
［第１実施例］
図２は、本発明の第１実施例による燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図２を参照して、第１実施例の燃料電池システムは、電源として、燃料電池１、二次電池２、直流電源３を有している。燃料電池１の出力は、ダミー負荷回路６に接続され、また、第１スイッチ回路１１，分配回路１２，第１合成回路１３を介して、出力端子から情報機器に接続されている。また、第１合成回路を介して第３合成回路１７に接続されている。分配回路１２は、燃料電池１の出力の一部を第２合成回路１４に供給している。直流電源３の出力は、第２合成回路１４と第３合成回路１７に接続されている。第３合成回路１７の出力は第２ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１８を介して補機８に接続されている。第２合成回路１４の出力は充電回路４に接続されている。二次電池２の出力は、第３ＤＣ／ＤＣコンバータ１９に接続され、第３ＤＣ／ＤＣコンバータ１９の出力は制御回路１０に接続されている。また、二次電池２の出力は、保護回路７を介して出力される。充電回路４の出力と保護回路７の出力とはともに、並列に接続された第２スイッチ回路１５と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１６を介して第１合成回路１３に接続されている。【００１４】
第１実施例の燃料電池システムにおいて、燃料電池１は、ダイレクトメタノール型燃料電池である。また、二次電池２は、例えばリチウムイオン二次電池であるが、必ずしもこれに限らない。直流電源３は、通常無くとも構わないが、負荷であるパーソナルコンピュータ用のＡＣアダプタを直流電源３として用いるとき、二次電池２を補助するように機能し、ＡＣアダプタにより二次電池２の充電及び補機８を動作させることができる。第１から第３合成回路１３，１４，１７の各々は、２つの入力を合成して出力する回路である。第１ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１６、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１７、第３ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１１９の各々は、入力電圧を変換して出力電圧を供給する回路である。補機８は、例えば、燃料電池１に燃料を送るための電動ファンである。【００１５】
二次電池２からの出力に基づいて、第３ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１９は変換電圧を生成し、制御回路１０に出力する。これにより、制御回路１０は動作可能となる。即ち、燃料電池の稼動状況にかかわらず、制御回路１５は常に動作状態となっている。制御回路１０は、燃料電池システム内の各部の動作を制御する。そのために、制御回路１０は、各部の電圧、電流の値に関する情報と補機８の動作に関する情報を記憶してもよい。【００１６】
このとき、制御回路１０の制御の下、第３合成回路１７、第２ＤＣ/ＤＣコンバータ回路１８を介して燃料電池１及び直流電源３から補機８に電力が供給され、補機８が動作を開始する。補機８は、例えばファンであり、これにより燃料が燃料電池１内に行き渡ることになる。燃料電池１は、燃料と酸化剤とを用いて発電を開始する。【００１７】
燃料が供給され、燃料電池１が発電を開始すると、電力が供給される。ダミー負荷回路６は、擬似的負荷であって、情報機器などの正規の負荷を実際に駆動する前に、ダミー負荷回路６に試験的に燃料電池１から電力が供給される。このときのダミー負荷回路６に流れる電流値及び燃料電池１の出力電圧値が制御回路１０に供給される。制御回路１０は、それらの値に基づいて第１スイッチ回路１１のオン／オフを制御する。制御回路１０は、第１スイッチ回路１１をオフの状態でダミー負荷回路６を動作させ、燃料電池１の出力電圧および出力電流の情報から燃料電池１の状態を判断する。燃料電池１がダミー負荷回路６に対して十分に電力を供給できれば、制御回路１０は、第１スイッチ回路１１をオンして、燃料電池１から第１合成回路１３に供給する。第２スイッチ回路１５と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１６とは並列接続されて、第１合成回路５に接続されている。こうして、二次電池２からの電力と燃料電池１からの電力の合成電力が情報機器等の負荷に供給される。【００１８】
ダミー負荷回路６は、燃料電池１の出力電流を一定にするように作用する定電流回路として機能してもよい。この場合、ダミー負荷回路６は、燃料電池１が正常に立上がったか否かを判定するために用いられる。ダミー負荷回路６は、単なる抵抗負荷の場合もあるし、燃料電池１と熱的に接続されている回路であってもよい。例えば、ダミー負荷回路６は、燃料電池を暖めるためのヒーターであってもよいが、ヒーターには限られない。また、制御回路１０は、ダミー負荷回路６の出力電流値から燃料電池１の温度を示すデータを検出し、温度データに従って、燃料電池１の出力電流値を制御してもよい。このように、ダミー負荷回路６が定電流回路であると、燃料電池１の出力電流の制御が容易である。【００１９】
ここで、燃料電池１が未だ立ち上げの途中で、十分な電圧を発生できない期間には、制御回路１０は、第２スイッチ回路１５をオンして、二次電池１の電圧をほぼ１００％第１合成回路１３に供給する。一方、燃料電池１の動作が安定した場合には、制御回路１０は、第２スイッチ回路９をオフし、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１６を動作させて、二次電池１の電圧を変換を通して低下させた電圧を第１合成回路５に供給する。【００２０】
また、本発明の燃料電池システムは、制御回路１０からの指示に応答して燃料電池１の出力電圧及び出力電流に基づいて二次電池２の充電電流を供給する充電回路４を備えている。燃料電池１の出力電力に余裕があれば、制御回路１０は、充電回路４を制御して、保護回路７を介して二次電池２を充電する。制御回路１０は、燃料電池１に余裕があるか否かを、燃料電池１の出力電圧及び出力電流に基づいて判断する。制御回路１０の指示に従って、充電回路４は、第２合成回路１４の出力、即ち燃料電池１からの出力と直流電源３からの出力との合成出力から充電電力を生成し、二次電池２を充電する。また、例えば、燃料電池１の出力電流が一定値以上になると、情報機器等の正規の負荷が電力を必要とするので、外部負荷への電力の供給を優先するように、制御回路１０は、二次電池２の充電のための充電電流を小さくするように充電回路４を制御する。このとき、制御回路１０は、燃料電池１の出力電圧及び出力電流を検出して、充電回路４の充電電流を制御する。即ち、燃料電池１の出力電圧が一定値以下（例えば４．０Ｖ以下）になると充電電流を減少するように充電回路４を制御する。また、燃料電池１の情報機器（外部負荷）への出力電流が一定値以上になると、充電電流を減少させるように充電回路６を制御する。【００２１】
［第２実施例］
図３は、本発明の第２実施例による燃料電池システムの構成を示すブロック図である。第２実施例の構成は、第１実施例と同様である。従って、異なる点のみを説明する。
図３を参照して、第２実施例の燃料電池システムでは、ダミー負荷回路６は、スイッチ２１と負荷２２に置換されている。負荷２２は、燃料電池を暖めるためのヒーターである。制御回路１０は、負荷２２の出力電流値から燃料電池１の温度を示すデータを検出し、温度データに従って、燃料電池１の出力電流値を制御する。第２実施例では、分配回路１２は省略されている。また、第１合成回路１３、第２合成回路１４、第３合成回路１７の各々は、２つのダイオードの出力をＯＲ結合することにより実現されている。
ダイオードは、適用する負荷や応用分野に応じてショットキーバリアダイオード、トランジスタ、ＦＥＴによって構成されてもよい。また、ダイオードに代えて、電流の流れる方向を限定する整流回路であれば何を用いてもよい。このように、ショットキーバリアダイオード、トランジスタ、ＦＥＴが使用されるのは、順方向電圧降下が小さいので、電流に伴う損失を低減するためである。
このように、第２実施例の燃料電池システムの動作も第１実施例と同様になる。【００２２】
図４は、本発明による燃料電池システムの動作を説明するフローチャートである。本発明の燃料電池システムでは、パーソナルコンピュータを負荷としており、燃料電池システムの出力端子がパーソナルコンピュータに接続されている。
本発明の燃料電池システムの立ち上げ手順について説明する。まず、燃料電池システムのスタート時には、第１スイッチ回路１１はオフであり、また第３ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１９はオンであり、制御回路１０は動作状態にある。
先ず、ステップＳ２で第２スイッチ回路１５がオンにされ、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１６はオフとされ、二次電池２からの電力は保護回路７、第２スイッチ回路１５をかいして第１合成回路１３に供給され、さらに負荷としてのパーソナルコンピュータに供給される。【００２３】
次に、ステップＳ４で、パーソナルコンピュータのキーボード等から、本発明の燃料電池システムの電源をオンする電池オン指示が制御回路１０に送られる。ステップＳ６で、電池オン指示に応答して、制御回路１０は、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１８をオンし、補機８の動作を開始させる。こうして、燃料電池１には燃料の供給が開始され、燃料電池１の動作が開始する。同時に、ステップＳ８で、ダミー負荷回路６も動作する。
ここで、ダミー負荷回路６へ燃料電池１から電力の供給が行われる。ステップＳ８で、制御回路１０は、ダミー負荷回路６からの情報に基づいて燃料電池１に問題があると判断したときは、ステップＳ１０で、アラーム（図示せず）を出力し、補機８の機能を停止させる。燃料電池１からダミー負荷回路６への電力供給に問題が無ければ、ステップＳ１２で、制御回路１０は、第２スイッチ回路１５をオフとし、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１６をオンとして、二次電池２からのパーソナルコンピュータへの電力の供給の一部を停止する。これにより、一部の電力のみがパーソナルコンピュータへ供給される。同時に、ステップＳ１４で、制御回路１０は、第１スイッチ回路１１をオンする。これにより、燃料電池１からパーソナルコンピュータへの電力の供給が開始される。【００２４】
以上の過程によって、燃料電池システムが通常の動作を行う。ステップＳ１６で、制御回路１０は、燃料電池の出力に余裕があるか否かを判断する。余裕があれば、制御回路１０は、充電回路4を制御し、分配回路１２、第２合成回路１４、充電回路４を経由して二次電池２を充電する。【００２５】
次に、燃料電池システムの停止の動作を説明する。先ず、ステップＳ１８で、パーソナルコンピュータのキーボード等から本発明の燃料電池システムをオフする指示を制御回路１０におくる。この電池オフ指示に応答して、制御回路１０は、ステップＳ２０で、二次電池２が満充電状態であるか否かを判断する。二次電池２が満充電状態ではない場合は、制御回路１０は、ステップＳ２２で、分配回路１２、第２合成回路１４、充電回路４して、継続して二次電池２の充電を行う。ステップＳ２４で、二次電池２が満充電状態となった時点で、制御回路１０は、第１スイッチ回路１１をオフし、燃料電池１の動作をクールダウン状態とする。ステップＳ２６で、制御回路１０は、燃料電池１のクールダウン状態の終了時に、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１８をオフする。同時に、制御回路１０は、補機８もオフとする。続いて、ステップＳ２８で、制御回路１０は、第２スイッチ回路１５をオフし、また第１ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１６をオフする。【００２６】
以上の説明から明らかなように、制御回路１０は、燃料電池１の動作に関係なく常に動作可能状態にあり、システムを正常に制御している。【００２７】
［第３実施例］
次に、本発明の第３実施例による燃料電池システムについて説明する。図５を参照して、第３実施例の燃料電池システムは、燃料電池１と、合成回路３０と、補機８と、制御回路１０とを備えている。補助電源パック５０はコネクタ６０を介して燃料電池システムに接続されている。合成回路３０は、ダイオードにより形成されており、燃料電池１からの電力と補助電源パック５０からの電力を合成してパーソナルコンピュータのような負荷に供給する。補助電源パック５０は、一次電池５と、保護回路７と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３を備えている。【００２８】
本実施例の燃料電池システムは、燃料電池を電力源とする電源システムである。燃料電池１は、ダイレクトメタノール型燃料電池が適しているが、必ずしもこれに限らない。補助電源パック５０は、コネクタ６０を介して着脱可能に接続されている。保護回路７としては、過電流を検出する電流センサ或いは温度センサが用いられる。燃料電池１の出力が要求される電力に満たない場合、補助電源パック５０の一次電池５から不足分の電力が供給される。また、補助電源パック５０は、出力電圧が所定の閾値より低いか否かを、自ら判断して出力電圧のオン／オフ制御を行う。また、そのオン／オフ制御の結果を制御回路１０に送信する。また、制御回路１０は、補助電源パック５０の出力をオン／オフ制御することができる。【００２９】
本発明の第３実施例による燃料電池システムでは、補助電源パック５０として保護回路７を備えた一時電池５を用いている。ダイレクトメタノール型燃料電池１の場合には、ポンプなどの補機８を動作させる必要があり、その制御のための電力は補助電源パック５０のＤＣ／ＤＣコンバータ１３から制御回路１０に供給される。こうして、過電流などで保護回路７が動作し、補助電源パック５０からの出力がオフされても、制御回路１０は動作することができ、異常値でも適切な処理を行うことが可能となる。
また、本発明の第３実施例による燃料電池システムでは、燃料電池１からの電力と一次電池５からの電力が合成回路３０で合成され、パーソナルコンピュータのような負荷に供給されている。また、コネクタ６０を介してＤＣ／ＤＣコンバータ１３から制御回路１０へ変換電力が供給される。図５の構成によれば、過電流などで保護回路７が働き補助電源パック５０から合成回路３０への電力がオフされても、制御回路１０はＤＣ／ＤＣコンバータ１３によって動作することができ、適切な処理をおこなうことができる。【００３０】
［第４実施例］
次に本発明の第４実施例による燃料電池システムについて説明する。図６は、第４実施例の燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図６を参照して、第４実施例による燃料電池システムは、第３実施例の燃料電池システムと同様の構成を有している。従って、異なる点を説明する。第４実施例では、補助電源パック５０に代えて、補助電源パック５０’が使用される。補助電源パック５０’内では、一次電池５に代えて、リチウムイオン二次電池２’が使用されている。その他の構成は、補助電源パック５０と同じである。また、第４実施例では、補助電源パック５０’内の二次電池２を充電するために、燃料電池１の出力と、合成回路３０の補助電源パック５０’側の入力との間に充電回路４が設けられている。充電回路４は、制御回路１０により制御されている。更に、補機８の電力は、合成回路３０の出力からＤＣ／ＤＣコンバータ回路１８を介して供給されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１８も制御回路１０により制御されている。【００３１】
図６を参照して、燃料電池１からの電力と二次電池２からの電力が合成回路３０で合成され、パーソナルコンピュータのような負荷に供給されている。また、第４実施例の燃料電池システムでは、燃料電池１から充電回路１１，保護回路７を介して常に二次電池２を充電することができる。ポンプなどの補機８は、比較的消費電力が大きいと考えられるので、補機８の制御のための電力は、燃料電池１からＤＣ／ＤＣコンバータ１３を介して供給される。
保護回路７とコネクタ６０を介して二次電池２から合成回路３０へ電力が供給され、またコネクタ６０を介してＤＣ／ＤＣコンバータ１３から制御回路１０へ変換電力が供給される。図６の構成によれば、過電流などで保護回路７が働き、補助電源パック５０’から合成回路３０への出力がオフされても、制御回路１０はＤＣ／ＤＣコンバータ１３からの電力によって動作することができ、異常時でも適切な処理を行うことができる。【００３２】
［第５実施例］
次に、本発明の第５実施例による燃料電池システムについて説明する。図７は、第５実施例の燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図７を参照して、第５実施例の燃料電池システムは、第４実施例と同様の回路構成を有している。即ち、第５実施例の燃料電池システムは、燃料電池１と、充電回路４と、合成回路３０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１８と、補機８と、スイッチ回路３２と、制御回路１０とを備えている。補助電源パック５０”はコネクタ６０を介して燃料電池システムに接続されている。合成回路３０は、ダイオードにより形成されており、燃料電池１からの電力と補助電源パック５０からの電力を合成してパーソナルコンピュータのような負荷に供給する。補助電源パック５０”は、リチウムイオン二次電池２’と、保護回路７と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３３を備えている。【００３３】
二次電池２’は、保護回路７、コネクタ６０を介して合成回路３０に接続されている。合成回路３０の出力は、負荷に加えて、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１８に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１８は、合成回路３０から出力される電力を変換して補機８に供給する。また、燃料電池１の出力と、合成回路３０の補助電源パック５０”側の入力との間に充電回路４が設けられ、常に二次電池２’を充電している。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１９は、二次電池２’からの電力を変換して制御回路１０に供給している。こうして、制御回路１０は動作状態にある。制御回路１０は、保護回路７から補助電源パック５０”からの出力の有無についてのデータを受信し、また、補助電源パック５０”からの出力を制御するための指示を保護回路７に出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３３は、二次電池２’からの電力を変換してスイッチ回路３２に供給している。スイッチ回路３２は、操作されることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１９のオン／オフを制御する。これにより、制御回路１０による補機８の動作を制御することができる。【００３４】
図７を参照して、ユーザーが電源を使用しないときには、二次電池２’の消費電力をできる限り低く抑えることができるように、燃料電池システムのスイッチ回路３２が設けられている。スイッチ回路３２のオン／オフによりＤＣ／ＤＣコンバータ回路１３の動作を制御し、これにより制御回路１０の動作／停止を制御できる。但し、燃料電池システムのスイッチ回路３２を動作させるための低消費電力設計のＤＣ／ＤＣコンバータ回路３３が必要となる。この電力も補助電源パック５０”から取ることができるようにＤＣ／ＤＣコンバータ回路３３が補助電源パック５０”に設けられている。【００３５】
燃料電池システムの状態によって補助電源パック５０”を安全に遮断する必要のある場合、例えば充電回路４に異常が生じ過充電となり、補助電源パック５０”が発熱するなどの危険性が高い場合には、補助電源パック５０”からの出力を遮断する回路を必要とする。第５実施例では、補助電源パック５０”内に保護回路７があるので、保護回路７のオン／オフを制御回路１０により制御できる。また、例えば、制御回路１０と充電回路４が動作している場合には、制御回路１０は保護回路７がオンしているかオフしているか区別がつかない。制御回路１０は、保護回路７からの信号により、保護回路７がオンしているかオフしているかを知ることができる。【００３６】
なお、上記の第１から第５実施例は、矛盾のない範囲で組み合わせることが可能である。【００３７】
上述のように、本発明の燃料電池システムによれば、補機が配置され、補助電源を必要とする場合に、燃料電池の状態に応じて最適な制御を行うことができる。また、また、制御回路が遮断されないように燃料電池のほかに補助電源から電力を常時供給できる。
【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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