CN1893216A - 电子设备和该电子设备所用的电池组件及负载装置 - Google Patents

电子设备和该电子设备所用的电池组件及负载装置 Download PDF

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Abstract

双向电压变换器连接于燃料电池和二次电池之间，负载装置与燃料电池并联连接。此外，具有多个电压变换器的情况下，各自的输出电压与燃料电池的输出电压相比更为接近二次电池的输出电压的话，便划分为第1电压变换器组，而与二次电池的输出电压相比更为接近燃料电池的输出电压的话，则划分为第2电压变换器组，第1电压变换器组并联连接有二次电池，而第2电压变换器组则并联连接有燃料电池。

Description

电子设备和该电子设备所用的电池组件及负载装置
                            技术领域
本发明涉及具有燃料电池的电子设备和该电子设备所用的电池组件及负载装置，具体来说，涉及其合适的电源部的电路构成。
                            背景技术
现有的笔记本计算机、手机等电子设备所具有的电源，具有多个电压变换器，通过使二次电池的电压降压的电压变换器、使二次电池的电压升压的电压变换器输出多个电压。作为上述多个电压变换器的输入电源，常用的方法是与二次电池连接。
图10为市售的笔记本PC等现有电子设备的框图。电池组件400不包括燃料电池，只是由二次电池102组成，二次电池102的两端子106、108与负载装置300的两端子306、308连接。负载装置300中，4个电压变换器311～314的输入电功率全部由二次电池102供给，电压变换器311～314将经过变换的电压V1～V4输出给功能电路303。
另外，近年来，作为笔记本计算机、手机等电子设备的电源，能够长时间连续供电的燃料电池受到了关注。上述电子设备，与通常负载激烈变动有所不同，燃料电池的发电功率无法急剧变化，所以曾以各种形式提出混合型的燃料电池系统，该系统以燃料电池的发电功率对二次电池充电，同时又由二次电池对电子设备供电。其中，日本特開2004-208344号公报曾揭示一种使用具有燃料电池、多个二次电池、以及多个功能电路的便携式终端，力求提高能量使用效率的方法。
另一方面，为了以燃料电池的发电功率对二次电池充电，需要将燃料电池的电压变换为二次电池的电压的电压变换器(DC/DC变换器)，这种情况下，作为多个电压变换器的输入电源，常用的方法也是与二次电池连接，其中曾提出将燃料电池的输出电压控制为一恒量的方法等(参照例如美国专利第6,590,370号说明书)。
图11示出的是相应于6个电池单元串联连接的燃料电池其燃料供给量的电流电压特性图。图11中，纵轴表示DMFC(Direct Methanol Fuel Cell直接甲醇燃料电池)的输出电压(V)，横轴表示DMFC的输出电流(A)。另外，C11、C12、C13分别示出燃料的总供给量为0.6cc/min、1.2cc/min、1.8cc/min情况下的电流电压特性曲线。
由图11可知，燃料供给量越多，越能够得到高输出电流。另外，如C11～C13所示那样可知，随着输出电流的增大，输出电压便减小。
另外，控制燃料电池的输出电压为一恒量的情况下，燃料(甲醇)的供给量一旦增加，输出电流(A)就增加。图11所示的例子中，将燃料电池的输出电压控制为在2.4V固定不变的话，燃料总供给量分别为C11、C12、C13的情况下，各电流(A)便增加为I1、I2、I3。因而，可通过控制燃料的总供给量来控制燃料电池的发电功率。这样，为了以燃料供给量控制燃料电池的发电功率，希望是将燃料电池的输出电压控制为一恒量的方法。
图12为所用的电池组件具有燃料电池的现有电子设备的框图。图12所示的负载装置300具有与图10同样的构成，电池组件500由燃料电池101、电压变换器103、以及二次电池102所构成。
负载装置300内具有由12V、10V、1.5V、1.25V四个电压变换器311～314所组成的电压变换器组301。12V、10V的电压变换器311、312是升压电路，而1.5V、1.25V的电压变换器313、314是降压电路，上述4个电压变换器311～314所消耗的电功率均由二次电池102供给，这一点与图10相同。
但现有混合型燃料电池系统中，难以由燃料电池对负载变动激烈的功能电路供电。否则即便是使所供给的燃料流量变化，燃料电池的输出功率也没有急剧变化，所以在使负载装置的电流值与急剧的功耗变化相适应方面，燃料电池的输出电流特性并不理想。
另外，图12所示的现有电子设备中，例如燃料电池101的输出电压为2.4V、二次电池102的输出电压为6～8.4V的情况下，1.5V、1.25V的电压变换器313、314的电力常规状态下用电压变换器103通过使燃料电池101的电压升压来对二次电池102充电，为此预先降压至1.5V、1.25V，使燃料电池101的输出电压升压后再降压使用。由此产生功率损耗、效率低。
另外，燃料电池101的输出电压为10V、二次电池102的输出电压为6～8.4V的情况下，12V、10V的电压变换器311、312的电力常规状态下用电压变换器103通过使燃料电池101的电压降压来对二次电池102充电，为此预先升压至12V、10V，使燃料电池101的输出电压降压后再升压使用。由此产生功率损耗、效率低。
这样，现有混合型燃料电池系统(hybrid-type fuel-cell system)的情况下，对负载装置300的供电由二次电池102供给，所以功能电路303的电源电压低于燃料电池101输出电压的情况下，例如功能电路303是CPU电路等的情况下，对功能电路303供电的电压变换器的输入也需要由二次电池102供给。其结果，使燃料电池101的输出电压升压至二次电池102的输出电压后，再进行使该二次电池102的输出电压降压至比燃料电池101的输出电压低的功能电路303的电源电压，或者相反，使燃料电池101的输出电压降压至二次电池102的输出电压后，再进行使该二次电池102的输出电压升压至比燃料电池101的输出电压高的功能电路303的电源电压，所以在能量利用效率方面产生电力变换损耗，为所不希望的状况。
                            发明内容
本发明其目的在于提供一种能够由燃料电池对负载变动激烈的负载装置供电的电子设备和该电子设备所用的电池组件及负载装置。
本发明所提供的电子设备，包括电源部以及负载装置，所述电源部包括：燃料电池；二次电池；以及连接于所述燃料电池和所述二次电池之间，并对所述燃料电池的输出电压和所述二次电池的输出电压进行双向变换的双向电压变换器，所述负载装置与所述燃料电池并联连接。
该电子设备中，燃料电池所输出的电压由双向电压变换器调整为一恒定电压。这时，利用的是双向电压变换器，因而燃料电池的发电功率即便是小于负载装置的消耗功率的情况下，双向电压变换器也可以使燃料电池两端的电压保持不变，同时由二次电池对燃料电池的输出侧供电。所以，可对负载装置稳定供电，因而即便是时间上负载装置的负载变动较大的情况下，也能够由燃料电池供电，可以由燃料电池对负载变动激烈的负载装置供电。
本发明还提供一种电池组件，它包括：燃料电池；二次电池；以及连接于所述燃料电池和所述二次电池之间，并对所述燃料电池的输出电压和二次电池的输出电压进行双向变换的双向电压变换器。
该电池组件加装于负载装置的情况下，可利用双向电压变换器将燃料电池所输出的电压调整为固定不变。这时，由于使用双向电压变换器，即便是燃料电池的发电功率小于负载装置所消耗功率的情况下，双向电压变换器由二次电池对燃料电池的输出侧供电，燃料电池的两端电压可保持固定不变。因此，可对负载装置稳定供电，因而即便是时间上负载装置其负载变动较大的情况下，仍能由燃料电池供电。
本发明还提供一种负载装置，使用具有燃料电池和二次电池的电池组件，包括：输出与所述燃料电池的输出电压相比更为接近所述二次电池的输出电压的电压的第1电压变换器；输出与所述二次电池的输出电压相比更为接近所述燃料电池的输出电压的电压的第2电压变换器；由所述第1和第2电压变换器供电，并执行该负载装置的功能的功能电路；由所述二次电池对所述第1电压变换器供电用的第1端子；以及由所述燃料电池对所述第2电压变换器供电用的第2端子。
该负载装置加装有包括燃料电池和二次电池的电池组件的情况下，用第1端子由二次电池对第1电压变换器供电，其中第1电压变换器输出与燃料电池的输出电压相比更为接近二次电池的输出电压的电压，并用第2端子由燃料电池对第2电压变换器供电，其中第2电压变换器输出与二次电池的输出电压相比更为接近燃料电池的输出电压的电压，所以可使第1和第2电压变换器的升压比或降压比尽可能接近1。因此可以提供一种可避免升压后再降压利用电力的情形、降压后再升压利用电力的情形，减少电压变换器中的电功率损耗，提高能量利用效率的电子设备。
                             附图说明
图1为本发明第一实施例的电子设备的框图。
图2为示出作为图1所示的双向电压变换器所采用的升压式双向电压变换器构成的电路图。
图3为说明图1所示的控制电路所输出的PWM信号的工作因数用的波形图。
图4为相对于6个电池单元串联连接而成的燃料电池的燃料供给量的电流电压特性曲线、以及对负载装置供给电流的状况的说明图。
图5为示出本发明第二实施例的电子设备所用的降压式双向电压变换器构成的电路图。
图6为示出本发明第三实施例的电子设备构成的框图。
图7为示出本发明第四实施例的电子设备构成的框图。
图8为示出本发明第五实施例的电子设备构成的框图。
图9为示出本发明第六实施例的电子设备构成的框图。
图10为现有的市售笔记本PC等电子设备的框图。
图11示出的为相对于6个电池单元串联连接而成的燃料电池的燃料供给量的电流电压特性。
图12为所用的电池组件具有现有燃料电池的电子设备的框图。
                           具体实施方式
下面参照附图说明本发明的各实施例。
(第一实施例)
首先说明本发明第一实施例的电子设备。图1为本发明第一实施例的电子设备的框图。
图1所示的电子设备包括电池组件100和负载装置600，电池组件100包括燃料电池101、二次电池102、双向电压变换器103、控制电路104、以及整流元件110。燃料电池101是有源型DMFC(Direct Methanol Fuel Cell直接甲醇燃料电池)按6个电池单元串联连接而成，二次电池则是2个锂离子电池串联连接而成。
另外，燃料电池和二次电池并非限定于上述例子，作为燃料电池也可以用无源型DMFC、DDFC(Direct DME Fuel Cell直接DME燃料电池)、RMFC(Reformed Methanol Fuel Cell重整甲醇燃料电池)等，而作为二次电池也可以用镍氢蓄电池，而且，各电池的串联数目等也可作各种变更。
整流元件连接于燃料电池101和双向电压变换器103之间，在燃料电池101所产生的电压低于作为目标的电压的情况下，避免电流流入燃料电池101。另外，也可以设置开关来替代整流元件110，以便由二次电池102对负载装置600供给电流时使该开关成为开路。
负载装置600具有CPU电路等负载变动激烈的功能电路、以及对功能电路供电的电压变换器等。作为负载装置(电子设备)可采用可移动设备，例如笔记本计算机、手机等。
首先说明将燃料电池101的输出电压设定为低于二次电池102的输出电压的情形。本实施例中，采用下面将说明的升压式双向电压变换器作为双向电压变换器103，而控制电路104则对加到升压式双向电压变换器103上的PWM信号的工作因数进行调整而使燃料电池101的输出电压为2.4V。另外，燃料电池和二次电池的输出电压并非限定于上述例子，可作各种变更，其他实施例也同样。
图2为示出作为图1所示的双向电压变换器103所采用的升压式双向电压变换器构成的电路图。图2所示的升压式双向电压变换器103具有线圈11、开关元件12、13、倒相器14、电容器15、16。
电容器15连接于燃料电池101一侧的输出端和燃料电池101一侧同二次电池102一侧的共同接地端之间，电容器16连接于二次电池102一侧的输出端和燃料电池101一侧同二次电池102一侧的共同接地端之间。线圈11的一端与燃料电池101一侧的输出端连接，另一端与开关元件12、13的一端连接。开关元件12的另一端则连接于燃料电池101一侧同二次电池102一侧的共同接地端，开关元件13的另一端则连接于二次电池102一侧的输出端。
开关元件12的控制端从控制电路104接收PWM信号，开关元件12一旦有高电平信号输入便导通，而有低电平信号输入便截止。倒相器14将来自控制电路104的PWM信号倒相输出给开关元件13的控制端，而开关元件13一旦有高电平信号输入便导通，而有低电平信号输入便截止。作为开关元件12、13可采用例如FET。
由上述各元件构成同步整流型双向DC/DC变换器，双向电压变换器103起到升压式双向电压变换器的作用，具体如下面所述使燃料电池101的输出电压2.4V升压至二次电池102的输出电压6～8.4V。
图3为说明图1所示的控制电路104所输出的PWM信号的工作因数用的波形图，控制电路104向双向电压变换器103输出图3所示的PWM信号，根据PWM信号的高电平期间Ton和1周期时间T，可给出下面式(1)表示的工作因数(duty ratio)Dt。
Dt＝Ton/T    …(1)
控制电路104在Ton期间以高电平输出PWM信号，在使开关元件12短路的同时使开关元件13成为开路。另外，控制电路104在Toff期间以低电平输出PWM信号，使开关元件12成为开路的同时使开关元件13短路。这样，开关元件12、13一旦动作，燃料电池101的电压V1(左侧)、二次电池102的输出电压V2(右侧)、以及PWM信号的工作因数Dt之间有下面式(2)关系成立。
V2/V1＝1/(1-Dt)    …(2)
控制电路104检测燃料电池101的电压V1，算出检测电压和目标2.4V两者之差，为了使该差值为零，用式(2)算出PWM信号的工作因数Dt，向双向电压变换器103输出所算出的工作因数Dt的PWM信号。
这样，本实施例中，可通过对燃料电池101的电压V1进行检测，算出与目标2.4V之间的差，并确定工作因数使得该差为零，从而将燃料电池101的电压V1控制为2.4V的固定值。
下面说明对负载装置600供给电流的状况。图4为相对于6个电池单元串联连接而成的燃料电池101的燃料供给量的电流电压特性曲线、以及对负载装置600供给电流的状况的说明图。图4的上面部分中，纵轴表示燃料电池101的输出电压(V)，而横轴表示燃料电池101的输出电流(A)。另外，C11、C12、C13分别示出燃料的总供给量为0.8cc/min、1.6cc/min、3.2cc/min时的电流电压特性曲线。
诸如燃料电池101起动时等发电功率小的时候、负载装置600所消耗的电流急剧增加等时候，电压固定不变时燃料电池101的发电电流减小，并且燃料电池101的发电电流小于负载装置600的消耗电流的情况下，例如图4所示的发电电流为I1的情况下，燃料电池101的发电电流则由二次电池102供给负载装置600，但其不足部分由二次电池102对负载装置600供给电流。
另一方面，燃料电池101的发电稳定，电压固定不变时的燃料电池101的发电电流足够大，燃料电池101的发电电流大于负载装置600的消耗电流的情况下，例如图4所示的发电电流为I3的情况下，燃料电池101的发电电流供给负载装置600的同时，其剩余部分供给二次电池102，对二次电池102充电。
具体来说，燃料电池101的输出电压独立于燃料电池101的发电电流Io、负载装置600的消耗电流Ic、以及流向二次电池102的电流Is的大小关系，为一恒量，关于各电流有下面式(3)成立。
Io＝Ic+Is  …(3)
但当流向二次电池102的电流Is为负时则意味着电流从二次电池102流向负载装置600。
如上所述，本实施例中存在电流从燃料电池101一侧(V1侧)流向双向电压变换器103的情形、和电流从双向电压变换器103供给燃料电池101一侧(V1侧)的情形，无论哪种情形，都可利用具有图2所示的电路构成的升压式双向电压变换器103将燃料电池101的电压V1控制为一恒量。因此，可对负载装置600稳定供电，所以即便是时间上负载装置600的负载变动较大的情况下，仍能由燃料电池101供电，可以由燃料电池101对负载变动激烈的负载装置600供电。
(第二实施例)
下面说明本发明第二实施例的电子设备。
图5为示出本发明第二实施例的电子设备所用的降压式双向电压变换器构成的电路图。本实施例的电子设备中，燃料电池的输出电压设定为高于二次电池的输出电压，用降压式双向电压变换器调整输入至双向电压变换器的PWM信号的工作因数，使得燃料电池的输出电压为10V。因此，本实施例与第一实施例不同之处在于，将图2所示的升压式双向电压变换器103改变为图5所示的降压式双向电压变换器103a，其余均与图1所示的电子设备一样，所以使用图1代为总体构成图，省略新的图示和详细说明。
图5所示的双向电压变换器103a具有线圈11、开关元件12、13、倒相器14、电容器15、16。
电容器15连接于燃料电池101一侧的输出端和燃料电池101与二次电池102共同接地端之间，电容器16连接于二次电池102一侧的输出端和燃料电池101与二次电池102共同接地端之间。开关元件13的一端连接于燃料电池101一侧的输出端，而另一端则连接于线圈11的一端和开关元件12的一端。线圈11的另一端则连接于燃料电池101一侧的输出端，开关元件12的另一端则连接于燃料电池101与二次电池102的共同接地端。
开关元件12的控制端子从控制电路104接收PWM信号，开关元件12一旦有高电平信号输入便导通(on)，而有低电平信号输入便截止(off)。倒相器14将来自控制电路104的PWM信号倒相输出给开关元件13的控制端，而开关元件13一旦有高电平信号输入便导通，而有低电平信号输入便截止。作为开关元件12、13可采用例如FET。
由上述各元件构成同步整流型双向DC/DC变换器，双向电压变换器103a起到降压式双向电压变换器的作用，具体如下面所述使燃料电池101的输出电压10V降压至二次电池102的输出电压6～8.4V。
控制电路104向双向电压变换器103a输出工作因数为Dt的PWM信号(参照图3)，在Ton期间以高电平输出PWM信号，在使开关元件12短路的同时使开关元件13成为开路。另外，控制电路104在Toff期间以低电平输出PWM信号，使开关元件12成为开路的同时使开关元件13短路。这样，通过让开关元件12、13动作，燃料电池101的电压V1(左侧)、二次电池102的输出电压V2(右侧)、以及PWM信号的工作因数Dt之间有下面式(4)关系成立。
V2/V1＝(1-Dt)   …(4)
控制电路104检测燃料电池101的电压V1，算出检测电压和目标10V两者之差，为了使该差值为零，用式(4)算出PWM信号的工作因数Dt，向双向电压变换器103a输出所算出的工作因数Dt的PWM信号。
这样，本实施例中，可通过对燃料电池101的电压V1进行检测，算出与目标10V之间的差，并确定工作因数使得该差为零，从而将燃料电池101的电压V1控制为10V的固定值。
另外，本实施例中也如用图4所说明的那样，与第一实施例同样燃料电池101的输出电压独立于燃料电池101的发电电流Io、负载装置600的消耗电流Ic、以及流向二次电池102的电流Is的大小关系，为一恒量，关于各电流有下面式(5)成立。
Io＝Ic+Is  …(5)
如上所述，本实施例中存在电流从燃料电池101一侧(V1侧)流向双向电压变换器103a的情形、和电流从双向电压变换器103a供给燃料电池101一侧(V1侧)的情形，无论哪种情形，都可利用具有图5所示的电路构成的降压式双向电压变换器103a将燃料电池101的电压V1控制为一恒量。因此，可对负载装置600稳定供电，所以即便是时间上负载装置600的负载变动较大的情况下，仍能由燃料电池101供电，可以由燃料电池101对负载变动激烈的负载装置600供电。
(第三实施例)
下面说明本发明第三实施例的电子设备。
图6为示出本发明第三实施例的电子设备构成的框图。
图6所示的电子设备包括电池组件100和负载装置200，电池组件100包括燃料电池101、二次电池102、双向电压变换器103、控制电路104、整流元件110、二次电池102的+端子106、燃料电池101的+端子107、以及二次电池102同燃料电池101的共同接地端108。
双向电压变换器103与第一实施例一样，由图2所示的升压式双向电压变换器103所构成，使燃料电池101的输出电压2.4V升压至二次电池102的输出电压6～8.4V。控制电路101通过对燃料电池101的电压V1进行检测，算出与目标2.4V之间的差，并确定PWM信号的工作因数使得该差为零，从而将燃料电池101的电压V1控制为在2.4V保持不变。
负载装置200包括：根据其输出电压的大小分配多个电压变换器的第1电压变换器组201和第2电压变换器组202；执行负载装置200所要实现的功能的功能电路203；连接于二次电池102的+端子106的第1电压变换器组201的+端子206；连接于燃料电池101的+端子107的第2电压变换器组202的+端子207；连接于二次电池102同燃料电池101的共同接地端108的第1电压变换器组201和第2电压变换器组202两者间的共同接地端208；以及使第1电压变换器组201的+端子206和第2电压变换器组202的+端子207两者间短路或开路的开关204。
第1电压变换器组201具有电压变换器211和电压变换器212，电压变换器211的输出电压为12V，电压变换器212的输出电压为10V。第2电压变换器组202具有电压变换器221和电压变换器222，电压变换器221的输出电压为1.5V，电压变换器222的输出电压为1.25V。另外，第1和第2电压变换器组201、202所含的电压变换器的数目并非限定于上述例子，也可以是1个或3个或以上。另外，本实施例中采用1个功能电路，但并非限定于该例，也可以用多个功能电路，而各功能电路并非由全部电压变换器供给全部电压，也可以设法由1个或2个或以上的规定的电压变换器供给不同电压。
本实施例中，燃料电池101的输出电压设定为低于二次电池102的输出电压，与第一实施例一样，作为双向电压变换器103采用图2所示的升压式双向电压变换器103。控制电路104调整加到升压式双向电压变换器103上的PWM信号的工作因数，使得燃料电池101的输出电压为2.4V。
诸如燃料电池101起动时那样发电功率小的时候、第2电压变换器组202的消耗功率大的时候，燃料电池101的发电功率相对负载装置200的消耗功率不足的情况下，双向电压变换器103便由二次电池102对燃料电池101一侧供电，燃料电池101两端电压在2.4V为一恒量。该电压加到第2电压变换器组202上并供电。
一旦发电功率通过加大对燃料电池101的燃料供给量来增加，便可保持燃料电池101两端电压固定不变，同时对二次电池102供给燃料电池101的电力。具体来说，与燃料电池101的发电功率和第2电压变换器组202的消耗功率之间的大小关系无关，燃料电池101的两端电压为一恒量。
这样，本实施例中，1.5V、1.25V的电压变换器221、222从燃料电池101接收2.4V电压而工作，而12V、10V的电压变换器211、212则从燃料电池101接收6～8.4V电压而工作。
所以，本实施例与图12的现有例相比，可以避免将燃料电池101的输出电压2.4V升压至二次电池102的输出电压6～8.4V、而由第2电压变换器组202将该电压降压至1.25V和1.5V这种效率低的电压变换，减少电压变换所造成的电功率损耗。
另外，本实施例中如用图4所说明的那样，也与第一和第二实施例同样，燃料电池101的输出电压独立于燃料电池101的发电电流Io、负载装置200的消耗电流Ic、以及流向二次电池102的电流Is的大小关系，为一恒量，有下面式(6)成立。
Io＝Ic+Is  …(6)
这样，存在电流从燃料电池101一侧(V1侧)流入双向电压变换器103的情形、和电流从双向电压变换器103供给燃料电池101一侧(V1侧)的情形，无论哪种情形，都可利用具有图2所示的电路构成的升压式双向电压变换器103将燃料电池101的电压V1控制为一恒量。因此，可对负载装置200稳定供电，所以即便是时间上负载装置200的负载变动较大的情况下，仍能由燃料电池101供电，可以由燃料电池101对负载变动激烈的负载装置200供电。
(第四实施例)
下面说明本发明第四实施例的电子设备。
图7为示出本发明第四实施例的电子设备构成的框图。另外，本实施例中，除了采用降压式双向电压变换器方面、和在多个电压变换器当中将输出电压低的划分为第1电压变换器组而将输出电压高的划分为第2电压变换器组来进行各自的分配方面以外，其余构成都与第三实施例相同，所以对相同部分的详细说明从略。
图7所示的电子设备包括电池组件100和负载装置200，电池组件100包括燃料电池101、二次电池102、双向电压变换器103a、控制电路104、整流元件110、二次电池102的+端子106、燃料电池101的+端子107、以及二次电池102同燃料电池101的共同接地端108。
双向电压变换器103a与第二实施例一样，由图5所示的降压式双向电压变换器103a所构成，使燃料电池101的输出电压10V降压至二次电池102的输出电压6～8.4V。控制电路104通过对燃料电池101的电压V1进行检测，算出与目标10V之间的差，并确定PWM信号的工作因数使得该差为零，从而将燃料电池101的电压V1控制为在10V保持不变。
负载装置200包括：根据其输出电压的大小分配多个电压变换器的第1电压变换器组401和第2电压变换器组402；具有负载装置200所要实现的功能的功能电路203；连接于二次电池102的+端子106的第1电压变换器组401的+端子206；连接于燃料电池101的+端子107的第2电压变换器组402的+端子207；连接于二次电池102和燃料电池101的共同接地端子108的第1电压变换器组401和第2电压变换器组402的共同接地端子208；以及使第1电压变换器组401的+端子206和第2电压变换器组402的+端子207两者间短路或开路的开关204。
第1电压变换器组401具有电压变换器411和电压变换器412，电压变换器411的输出电压为1.5V，电压变换器412的输出电压为1.25V。第2电压变换器组402具有电压变换器421和电压变换器422，电压变换器421的输出电压为12V，电压变换器422的输出电压为10V。另外，第1和第2电压变换器组401、402所含的电压变换器的数目并非限定于上述例子，也可以是1个或3个或以上。另外，本实施例中采用1个功能电路，但并非限定于该例，也可以用多个功能电路，而各功能电路并非由全部电压变换器供给全部电压，也可以设法由1个或2个或以上的规定的电压变换器供给不同电压。
本实施例中，燃料电池101的输出电压设定为高于二次电池102的输出电压，与第二实施例一样，作为双向电压变换器103a采用图5所示的降压式双向电压变换器103a。控制电路104调整加到降压式双向电压变换器103a上的PWM信号的工作因数，使得燃料电池101的输出电压为10V。
诸如燃料电池101起动时那样发电功率小的时候、第2电压变换器组402的消耗功率大的时候，燃料电池101的发电功率相对负载装置200的消耗功率不足的情况下，双向电压变换器103a便由二次电池102对燃料电池101一侧供电，燃料电池101两端电压在10V为一恒量。该电压加到第2电压变换器组402上并供电。
燃料电池101的发电功率一旦增加，燃料电池101两端的电压一边维持在一恒量上，一边对二次电池102供给燃料电池101的电力。具体来说，与燃料电池101的发电功率和第2电压变换器组402的消耗功率之间的大小关系无关，燃料电池101的两端电压维持在一恒量上。这些均与第一至第三实施例相同。
这样，本实施例中，12V、10V的电压变换器421、422从燃料电池101接收10V电压而工作，而1.5V、1.25V的电压变换器411、412则从燃料电池101接收6～8.4V电压而工作。
所以，本实施例与图12的现有例相比，12V、10V的电压变换器421、422其降压比接近1，可减少电功率损耗。具体来说，对于12V的电压变换器421而言，可以避免将燃料电池101的输出电压10V降压至二次电池102的输出电压6～8.4V，而由12V的电压变换器将该电压升压至12V这种效率低的电压变换，减少电压变换所造成的电功率损耗。
另外，本实施例中如用图4所说明的那样，也与第一至第三实施例同样，燃料电池101的输出电压独立于燃料电池101的发电电流Io、负载装置200的消耗电流Ic、以及流向二次电池102的电流Is的大小关系，为一恒量，有下面式(7)成立。
Io＝Ic+Is  …(7)
这样，存在电流从燃料电池101一侧(V1侧)流入双向电压变换器103a的情形、和电流从双向电压变换器103a供给燃料电池101一侧(V1侧)的情形，无论哪种情形，都可利用具有图5所示的电路构成的降压式双向电压变换器103a将燃料电池101的电压V1控制为一恒量。因此，可对负载装置200稳定供电，所以即便是时间上负载装置200的负载变动较大的情况下，仍能由燃料电池101供电，可以由燃料电池101对负载变动激烈的负载装置200供电。
(第五实施例)
下面说明本发明第五实施例的电子设备。
图8为示出本发明第五实施例的电子设备构成的框图。本实施例为将图10所示的现有的电池组件400与图6所示的负载装置200连接的电子设备，下面说明图6所示的负载装置200可使用只有2个输出端106、108的现有电池组件400的情形。
负载装置200具有使第1电压变换器组201的+端子206和第2电压变换器组202的+端子207两者间短路或开路的开关204。开关204为了在加装现有电池组件400的情况下短路，通常构成为短路。所以，仅具有二次电池102的2个输出端106、108的电池组件400加装于负载装置200的情况下，开关204短路，第1电压变换器组201和第2电压变换器组202一起由二次电池102供电，从而功能电路203工作。
另一方面，具有图6所示的3个端子106～108的电池组件100加装于负载装置200的情况下，为了使电池组件100和负载装置200工作，最好电池组件100具有机械地使开关204断开的机构。这种情况下，加装具有3个端子106～108的电池组件100的情况下，可使开关204成为开路，电池组件100和负载装置200可以与第三实施例同样动作。
举例来说，也可以设法采用通过使2片连接片机械接触或不接触来接通或断开的舌簧开关、机械开关作为开关204，同时对电池组件100设置凸部，电池组件100加装于负载装置200上的话，该凸部便按压于开关204其中之一连接片而处于断开状态。
另外，也可以设法根据电气信号实现同样的功能，举例来说，也可以设法采用根据控制信号导通或截止的FET等作为开关204，在电池组件100加装于负载装置200上的情况下，由电池组件100对开关204输出使开关204截止的控制信号。
(第六实施例)
下面说明本发明第六实施例的电子设备。图9为示出本发明第六实施例的电子设备构成的框图。本实施例是将图12所示的由燃料电池101和二次电池102所组成的现有电池组件500与图6所示的负载装置200连接的电子设备，下面说明图6所示的负载装置200可使用只有2个输出端106、108的现有电池组件500的情形。
仅具有二次电池102的2个输出端106、108的电池组件500加装于负载装置200的情况下，开关204与第五实施例同样构成，形成为短路。这种情况下，也与第五实施例同样，第1电压变换器组201和第2电压变换器组202一起由二次电池102供电，从而功能电路203工作。
另外，关于上述第五和第六实施例中的负载装置200和电池组件100的构成也可同样应用于第四实施例的负载装置200和电池组件100，能够获得同样的效果。
综上所述，本发明涉及的电子设备，包括电源部以及负载装置，所述电源部包括：燃料电池；二次电池；以及连接于所述燃料电池和所述二次电池之间，并对所述燃料电池的输出电压和所述二次电池的输出电压进行双向变换的双向电压变换器，所述负载装置与所述燃料电池并联连接。
该电子设备中，可利用双向电压变换器将燃料电池所输出的电压调整为一恒量。这时，由于使用双向电压变换器，所以即便是与燃料电池连接的负载装置的消耗电流急剧增加而消耗超过燃料电池的发电功率的情况下、燃料电池起动时和燃料流量增加时等燃料电池的发电功率并未急剧增加低于负载装置的消耗功率等情况下，即燃料电池的发电功率小于负载装置所消耗功率的情况下，双向电压变换器也可由二次电池对燃料电池的输出侧供电，使燃料电池两端的电压维持在一恒量上。因而，由于可对负载装置稳定供电，所以即便是时间上负载装置其负载变动较大的情况下，仍能够由燃料电池供电。
最好所述负载装置包括：输出与所述燃料电池的输出电压相比更为接近所述二次电池的输出电压的电压的第1电压变换器；输出与所述二次电池的输出电压相比更为接近所述燃料电池的输出电压的电压的第2电压变换器；以及由所述第1和第2电压变换器供电并执行该负载装置的功能的功能电路，所述第1电压变换器与所述二次电池并联连接，而所述第2电压变换器与所述燃料电池并联连接。
这种情况下，输出与燃料电池的输出电压相比更为接近二次电池的输出电压的电压的第1电压变换器与二次电池并联连接，输出与二次电池的输出电压相比更为接近所述燃料电池的输出电压的电压的第2电压变换器与燃料电池并联连接，所以可以使第1和第2电压变换器的升压比或降压比尽可能接近1。因而，可以避免在电源部内升压后再由第1和第2电压变换器降压来利用电力、在电源部内降压后再由第1和第2电压变换器升压来利用电力，所以可以提供一种减少第1和第2电压变换器的电功率损耗，并使能量利用效率提高的电子设备。另外，与现有的情形相比，还可以延长电子设备的连续使用时间。
最好所述电源部包含可相对于所述负载装置装卸的电池组件，所述负载装置还具有使所述第1电压变换器的输入和所述第2电压变换器的输入两者间短路或开路的开关，所述开关只在所述电池组件加装到所述负载装置上的情况下开路，而除此以外的情况下则短路。
这种情况下，未加装包含与上述第2电压变换器并联连接的燃料电池在内的电池组件时，通过使第1电压变换器的输入和第2电压变换器的输入短路，从而将第1和第2电压变换器当作如同现有电子设备的一个电压变换器组的构成，调换为现有的不含燃料电池的电池组件或包含燃料电池的现有电池组件来替代包含与上述第2电压变换器并联连接的燃料电池在内的电池组件的情况下，也可以确保互换性来使用负载装置。
最好所述第1电压变换器包含输出与所述燃料电池的输出电压相比更为接近所述二次电池的输出电压的电压的多个第1电压变换器，所述第2电压变换器包含输出与所述二次电池的输出电压相比更为接近所述燃料电池的输出电压的电压的多个第2电压变换器，所述多个第1电压变换器与所述二次电池并联连接，而所述多个第2电压变换器与所述燃料电池并联连接。
这种情况下，可通过将多个电压变换器划分为第1和第2电压变换器组使得各组中所包含的电压变换器的升压比或降压比尽可能接近1，来避免在电源部内升压后再由第1和第2电压变换器组降压来利用电力、或在电源部内降压后再由第1和第2电压变换器组升压来利用电力，可以减少多个电压变换器中的电功率损耗，并进一步提高能量利用效率。
最好所述双向电压变换器在所述燃料电池所产生的电流小于所述负载装置所消耗的电流的情况下由所述二次电池对所述负载装置供给所述负载装置所消耗电流的不足部分，在所述燃料电池所产生的电流大于所述负载装置所消耗的电流的情况下对所述二次电池供给所述燃料电池所产生电流的过剩部分。
这种情况下，燃料电池所产生的电流小于负载装置所消耗的电流时，由二次电池对负载装置供给负载装置所消耗电流的不足部分，所以可以使燃料电池两端电压维持在一恒量上，并对负载装置供电，而燃料电池所产生的电流大于负载装置所消耗的电流时，由于对二次电池供给燃料电池所产生电流的剩余部分，所以可以将燃料电池的剩余电力贮存于二次电池，从而可有效利用燃料电池的电力。
最好所述燃料电池的输出电压低于所述二次电池的输出电压，所述双向电压变换器包含使所述燃料电池的输出电压升压至所述二次电池的输出电压的升压式双向电压变换器，所述电源部还包括检测所述燃料电池的输出电压并控制所述升压式双向电压变换器而使所述燃料电池的输出电压为一恒量的控制电路。
这种情况下，检测燃料电池的输出电压并控制升压式双向电压变换器使得燃料电池的输出电压固定不变，所以在燃料电池的输出电压低于二次电池的输出电压的情况下，可使燃料电池两端的电压保持固定不变，同时对负载装置供电，而且可以将燃料电池的剩余电力贮存于二次电池，能够有效利用燃料电池的电力。
最好所述升压式双向电压变换器包含同步整流型双向DC/DC电压变换器，在所述燃料电池一侧的电压为V1、所述二次电池一侧的电压为V2、PWM信号的工作因数为Dt时，满足V2/V1＝1/(1-Dt)的关系，所述控制电路控制所述PWM信号的工作因数Dt，使所述燃料电池的输出电压为一恒量。
这种情况下，由于使PWM信号的工作因数Dt变化而使燃料电池的输出电压固定不变，对所述升压式双向电压变换器的输出电压进行控制，所以在燃料电池的输出电压低于二次电池的输出电压的情况下，可以利用使PWM信号的工作因数变化这种简单的控制方法来使燃料电池两端的电压保持固定不变，同时对负载装置供电，而且还可以将燃料电池的剩余电力贮存于二次电池，能够有效利用燃料电池的电力。
所述燃料电池的输出电压高于所述二次电池的输出电压，所述双向电压变换器也可以设法包含使所述燃料电池的输出电压降压至所述二次电池的输出电压的降压式双向电压变换器，所述电源部还包括检测所述燃料电池的输出电压并控制所述降压式双向电压变换器而使所述燃料电池的输出电压固定不变的控制电路。
这种情况下，检测燃料电池的输出电压并控制降压式双向电压变换器使得燃料电池的输出电压固定不变，所以在燃料电池的输出电压高于二次电池的输出电压的情况下，可使燃料电池两端的电压保持固定不变，同时对负载装置供电，而且可以将燃料电池的剩余电力贮存于二次电池，能够有效利用燃料电池的电力。
最好所述降压式双向电压变换器包含同步整流型双向DC/DC电压变换器，令所述燃料电池一侧的电压为V1、所述二次电池一侧的电压为V2、PWM信号的工作因数为Dt时满足V2/V1＝(1-Dt)的关系，所述控制电路控制所述PWM信号的工作因数Dt，使所述燃料电池的输出电压为一恒量。
这种情况下，由于使PWM信号的工作因数Dt变化并控制降压式双向电压变换器的输出电压而使燃料电池的输出电压固定不变，所以在燃料电池的输出电压高于二次电池的输出电压的情况下，可以利用使PWM信号的工作因数变化这种简单的控制方法来使燃料电池两端的电压保持固定不变，同时对负载装置供电，而且还可以将燃料电池的剩余电力贮存于二次电池，能够有效利用燃料电池的电力。
所述燃料电池最好包括直接式甲醇燃料电池。这种情况下，可以使燃料电池小型化，进而使电源部小型化，所以也可使电子设备小型化。
所述二次电池最好包含锂离子电池。这种情况下，可以使二次电池小型化，进而使电源部小型化，所以也可使电子设备小型化。
根据本发明，可针对用燃料电池和二次电池的电子设备，提供一种可由燃料电池对负载变动激烈的功能电路供电，而且消除升压后再将电压降压使用、降压后再将电压升压使用这种徒劳的电压变化，来实现高效的电压变换，减少电功率损耗的电子设备，所以对于笔记本PC、手机这种需要多个电压输出电源的电子设备相当有用。

Claims (13)

1.一种电子设备，包括电源部以及负载装置，其特征在于，所述电源部包括：
燃料电池；
二次电池；以及
连接于所述燃料电池和所述二次电池之间，并对所述燃料电池的输出电压和所述
二次电池的输出电压进行双向变换的双向电压变换器，所述负载装置与所述燃料电池并联连接。
2.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述负载装置包括：
输出与所述燃料电池的输出电压相比更为接近所述二次电池的输出电压的电压的第1电压变换器；
输出与所述二次电池的输出电压相比更为接近所述燃料电池的输出电压的电压的第2电压变换器；以及
由所述第1和第2电压变换器供电，并执行该负载装置的功能的功能电路，
所述第1电压变换器与所述二次电池并联连接，
所述第2电压变换器与所述燃料电池并联连接。
3.如权利要求2所述的电子设备，其特征在于，
所述电源部包含可相对于所述负载装置装卸的电池组件，
所述负载装置还具有使所述第1电压变换器的输入和所述第2电压变换器的输入两者间短路或开路的开关，
所述开关只在所述电池组件加装到所述负载装置上的情况下开路，而除此以外的情况下则短路。
4.如权利要求2所述的电子设备，其特征在于，
所述第1电压变换器包含输出与所述燃料电池的输出电压相比更为接近所述二次电池的输出电压的电压的多个第1电压变换器，
所述第2电压变换器包含输出与所述二次电池的输出电压相比更为接近所述燃料电池的输出电压的电压的多个第2电压变换器，
所述多个第1电压变换器与所述二次电池并联连接，
所述多个第2电压变换器与所述燃料电池并联连接。
5.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，
所述双向电压变换器，在所述燃料电池所产生的电流小于所述负载装置所消耗的电流的情况下，由所述二次电池对所述负载装置供给所述负载装置所消耗电流的不足部分，在所述燃料电池所产生的电流大于所述负载装置所消耗的电流的情况下，对所述二次电池供给所述燃料电池所产生电流的过剩部分。
6.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，
所述燃料电池的输出电压低于所述二次电池的输出电压，
所述双向电压变换器包含使所述燃料电池的输出电压升压至所述二次电池的输出电压的升压式双向电压变换器，
所述电源部还包括检测所述燃料电池的输出电压并控制所述升压式双向电压变换器而使所述燃料电池的输出电压为一恒量的控制电路。
7.如权利要求6所述的电子设备，其特征在于，
所述升压式双向电压变换器包含同步整流型双向DC/DC电压变换器，在所述燃料电池一侧的电压为V1、所述二次电池一侧的电压为V2、PWM信号的工作因数为Dt时，满足V2/V1＝1/(1-Dt)的关系，
所述控制电路控制所述PWM信号的工作因数Dt，使所述燃料电池的输出电压为一恒量。
8.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，
所述燃料电池的输出电压高于所述二次电池的输出电压，
所述双向电压变换器包含使所述燃料电池的输出电压降压至所述二次电池的输出电压的降压式双向电压变换器，
所述电源部还包括检测所述燃料电池的输出电压并控制所述降压式双向电压变换器而使所述燃料电池的输出电压为一恒量的控制电路。
9.如权利要求8所述的电子设备，其特征在于，
所述降压式双向电压变换器包含同步整流型双向DC/DC电压变换器，在所述燃料电池一侧的电压为V1、所述二次电池一侧的电压为V2、PWM信号的工作因数为Dt时，满足V2/V1＝(1-Dt)的关系，
所述控制电路控制所述PWM信号的工作因数Dt，使所述燃料电池的输出电压为一恒量。
10.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，
所述燃料电池包括直接式甲醇燃料电池。
11.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，
所述二次电池包括锂离子电池。
12.一种电池组件，其特征在于，包括：
燃料电池；
二次电池；以及
连接于所述燃料电池和所述二次电池之间，并对所述燃料电池的输出电压和所述二次电池的输出电压进行双向变换的双向电压变换器。
13.一种负载装置，使用具有燃料电池和二次电池的电池组件，其特征在于，包括：
输出与所述燃料电池的输出电压相比更为接近所述二次电池的输出电压的电压的第1电压变换器；
输出与所述二次电池的输出电压相比更为接近所述燃料电池的输出电压的电压的第2电压变换器；
由所述第1和第2电压变换器供电，并执行该负载装置的功能的功能电路；
由所述二次电池对所述第1电压变换器供电用的第1端子；以及
由所述燃料电池对所述第2电压变换器供电用的第2端子。
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