JP2004048891A

JP2004048891A - 電子機器用ハイブリッド電源

Info

Publication number: JP2004048891A
Application number: JP2002202092A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamasako; 山迫　洋
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】燃料電池を使用しているときに、給電中の機器に一次的に大きな負荷がかかったときにおいても、所定の電圧を維持することができる、小型、軽量な電子機器用ハイブリッド電源を提供する。
【解決手段】燃料電池１０と２次電池２０とを有する電子機器用ハイブリッド電源１であって、この電子機器用ハイブリッド電源１から電力の供給を受けて動作する電子機器５０へ供給される電流を検知する電流検知部３０と、電流検知部３０による検知結果に応じて、電子機器５０への給電経路を、燃料電池１０の電力を供給する給電経路と２次電池２０の電力を供給する給電経路とに切り替える給電経路切替部４０とを備えた。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話器、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ノートパソコンなどの電子機器に用いる電子機器用ハイブリッド電源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、携帯電話器、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ノートパソコンなど携帯用の電子機器には、１次電池や２次電池が駆動用電源として盛んに用いられ、それら携帯用の電子機器の多機能化、高度化の進展に合わせ高エネルギー密度の電池が開発されてきた。
【０００３】
しかしながら、連続使用し得る時間には制約があり、その都度電池を取り替えたり、充電する必要があるという問題がある。
【０００４】
一方、エネルギーの変換効率が高く、大気汚染のないクリーンなエネルギーとして燃料電池が着目され、発電システム用、コジェネレーションシステム用、電気自動車用、一般家庭用など用途に応じて、作動温度、使用燃料の種類などが異なる各種の燃料電池が開発されているが、常温度に近い作動温度で、１次、２次電池よりも格段に高エネルギー密度が得られる高分子電解質形燃料電池は、長時間にわたり連続して電力供給が可能な電子機器用電源として脚光を浴びている。
【０００５】
特開平８−２１３０３２号公報には、燃料電池と２次電池とを備え、燃料電池をインバータに接続するとともに２次電池を充電する充電器に接続する第１接続状態と、２次電池をインバータに接続する第２接続状態とを切り替える切り替え装置を備えた燃料電池の電力供給装置が開示されている。
【０００６】
この技術によれば燃料電池の起動用に商用電源を用いることなく２次電池を用いるので、商用電源が得られない非常用電源あるいは独立電源として使用できるため、燃料電池の用途が広がるという利点がある。
【０００７】
しかしながら、開示された電力供給装置に備える２次電池は、燃料電池の起動用に用いる限定的なものであり、また電子機器用電源を用途とするような、燃料電池の小型化を意図したものではない。
【０００８】
また、高分子電解質形燃料電池は、常温度に近い作動温度で高出力が得られるとはいえ、起動初期の低温度時には発電能力が低いこと、定常運転時においても、作動温度によっては取り出す電流の大きさにより電圧が大きく変化するという特性があり、過負荷における対策も課題である。
【０００９】
特開平１１−１７６４５４号公報には、燃料電池で発電する電力の一部を、燃料電池を発電するために必要な補機にも供給できるようにした補機用電源であって、燃料電池の発電する電力の一部が補機用ＤＣ／ＤＣコンバータで電圧変換された後に充電される起動用電池と、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して燃料電池から補機に供給される電力を制御する入力電流制限機構を備え、かつ起動用電池の出力によって補機を駆動することもできる技術が開示されている。
【００１０】
この補機用電源によれば、空気を取り入れるファンや水を供給するポンプを駆動する補機用電力を賄えない燃料電池の起動初期には、起動用電池から補機に供給することにより燃料電池が電圧低下して起動動作が継続できなくなるのを回避することができる。
【００１１】
しかしながら、定常運転時に、給電中の機器に大きな負荷がかかったときには、その機器に給電される電圧が低下してしまうという問題がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の事情に鑑み、燃料電池を使用しているときに、給電中の機器に一次的に大きな負荷がかかったときにおいても、所定の電圧を維持することができる、小型、軽量な電子機器用ハイブリッド電源を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の電子機器用ハイブリッド電源は、燃料電池と２次電池とを有する電子機器用ハイブリッド電源であって、
この電子機器用ハイブリッド電源から電力の供給を受けて動作する電子機器へ供給される電流を検知する電流検知部と、
上記電流検知部による検知結果に応じて、上記電子機器への給電経路を、上記燃料電池の電力を供給する給電経路と上記２次電池の電力を供給する給電経路とに切り替える給電経路切替部とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
このように、電子機器へ供給される電流の大きさを検知する電流検知部を備え、検知結果に基いてそれぞれ異なる特性を有する燃料電池と２次電池とに給電経路を切り替えるので、電圧降下を来たすことなく、連続して長時間電力を供給することができる。
【００１５】
ここで、上記給電経路切替部は、上記電流検知部により検知された上記電流の大きさが所定の閾値を越えたときは、上記給電経路を上記２次電池に切り替え、該電流の大きさが該閾値以下のときは、該給電経路を上記燃料電池に切り替えるものであることが好ましく、また非給電時には、上記給電経路を上記燃料電池に切り替えておくものであることが好ましい。
【００１６】
このように、大きさが閾値以下の通常時には燃料電池から給電し、大きさが閾値を越えると２次電池から給電すれば、電圧降下を来たすことなく、連続して長時間電力を供給することができる。
【００１７】
さらに、上記燃料電池は、メタノールを直接燃料として発電するものであることも好ましい態様である。
【００１８】
このような燃料電池を用いれば、電子機器用ハイブリッド電源を小型、軽量にすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２０】
図１は、本実施形態の電子機器用ハイブリッド電源を示すブロック図である。
【００２１】
図１に示す電子機器用ハイブリッド電源１は、燃料電池１０と、２次電池２０と、電子機器へ供給される電流の大きさを検知する電流検知部３０と、電流検知部３０による検知結果に応じて、電子機器５０への給電経路を、燃料電池１０の電力を供給する給電経路と２次電池の２０電力を供給する給電経路とに切り替える、２つのスイッチ４１，４２を有する給電経路切替部４０と、燃料電池１０および２次電池２０相互間に電流が逆流するのを防止する２つのダイオード１５、２５とを備えている。
【００２２】
本実施形態に用いる燃料電池１０は、例えばダイレクトメタノール形燃料電池を用いることができるが、それに限定されるものではない。
【００２３】
ここで、ダイレクトメタノール形燃料電池は、固体高分子電解質膜をメタノール酸化電極触媒を担持した電極と酸素還元電極触媒を担持した電極で挟んだ構造をなし、メタノール水溶液を燃料極に、空気を空気極に供給するもので、
燃料極では、ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻
空気極では、Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ→２Ｈ_２Ｏ
全反応は、ＣＨ_３ＯＨ＋３／２Ｏ_２→ＣＯ_２＋２Ｈ_２Ｏ
という反応が起こり、メタノールを直接酸化することにより炭酸ガスと水が排出される。燃料極へのメタノール燃料の供給は、所定量封入されたカートリッジから行うことができる。
【００２４】
また、２次電池２０は、例えば耐過放電特性に優れるニッケル・カドミウム電池を用いることができるが、それに限定されるものではない。
【００２５】
図示していないが、２次電池２０は、この電子機器用ハイブリッド電源１が起動されると、燃料電池１０に空気やメタノール液体燃料を供給する動力用、あるいは燃料電池１０を所定の温度に加熱する熱源用の電源となり、給電経路切替部４０および電流検知部３０が動作する駆動用電源となる。
【００２６】
燃料電池１０および２次電池２０は、それぞれ給電経路切替部４０が有する２つのスイッチ４１，４２のうちの何れか一方に接続され、２つのスイッチ４１，４２それぞれは、２つのダイオード１５，２５それぞれのカソード１５ｂ、２５ｂに接続されている。２つのダイオード１５，２５それぞれのアノード１５ａ，２５ａは、ともに電流検知部３０に接続され、燃料電池１０又は２次電池２０の出力は、電流検知部３０を経由して電子機器５０に供給される。
【００２７】
２つのスイッチ４１，４２のうち、燃料電池１０に接続されたスイッチ４１は、電子機器５０が接続されていないとき、および負荷が小さいときはＯＮになり、負荷が大きくなるとＯＦＦになる一方、２次電池２０に接続されたスイッチ４２がＯＮになる。
【００２８】
図２は、本実施形態の電子機器用ハイブリッド電源を、例えばデジタルカメラに装填して使用する場合の作用を示すフローチャートである。
【００２９】
図２において、電子機器用ハイブリッド電源１をデジタルカメラに装填して使用を開始する（Ｓ−１）と、燃料電池１０に接続されたスイッチ４１がＯＮになる（Ｓ−２）。そして、デジタルカメラのパワースイッチをＯＮにする（Ｓ−３）と、２次電池２０の電力により、燃料電池１０に空気やメタノール液体燃料が供給されるとともに、燃料電池１０が所定の温度に加熱され電子機器用ハイブリッド電源１を起動し、デジタルカメラへの電力供給が始される（Ｓ−４）。電流検知部３０は、デジタルカメラに供給される電流を常時検知し（Ｓ−５）、ＣＣＤの駆動や液晶モニター表示等通常動作に要する、大きさが所定の閾値以下の電流が検知されたときには、給電経路切り替え部４０は、２次電池２０に接続されたスイッチ４２をＯＦＦにして、燃料電池１０に接続されたスイッチ４１をＯＮにしたまま、燃料電池１０からデジタルカメラに電力を供給する（Ｓ−６）。しかし、デジタルカメラでズーミングやオートフォーカス機能を操作し機構部分を動作させたり、ストロボを点灯させるなど短時間ではあるが比較的大電流を必要とするときなど、大きさが所定の閾値を越える電流が検知されたときには、給電経路切り替え部４０は、燃料電池１０に接続されたスイッチ４１をＯＦＦにして、２次電池２０に接続されたスイッチ４２をＯＮに切り替える（Ｓ−７）。また、そのような比較的大電流を要する操作が終了して、通常の電流使用状態に戻り、大きさが所定の閾値以下の電流が検知されたときには、給電経路切り替え部４０は、２次電池２０に接続されたスイッチをＯＦＦにし、燃料電池１０に接続されたスイッチを再びＯＮにして、燃料電池１０からデジタルカメラに電力を供給する（Ｓ−６）。
【００３０】
このように、デジタルカメラに給電される電流値が比較的小さい通常時には燃料電池から給電されるので、所定の範囲に維持された電圧を長時間に亘って給電することができる。また、機構部分を動作させるときなど、比較的大電流を必要とする短時間の負荷は、２次電池から給電するので、電圧を降下させることなく安定した電圧で給電することができ、さらに、２次電池からの給電は短時間であることから、電源全体としての連続給電時間を飛躍的に向上させることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の電子機器用ハイブリッド電源によれば、給電中の機器に一次的に大きな負荷がかかったときにおいても、所定の電圧を維持することができるとともに、小型、軽量で長時間連続使用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の電子機器用ハイブリッド電源を示すブロック図である。
【図２】本実施形態の電子機器用ハイブリッド電源を、例えばデジタルカメラに装填して使用する場合の作用を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１　　電子機器用ハイブリッド電源
１０　燃料電池
１５，２５　ダイオード
１５ａ，２５ａ　アノード
１５ａ，２５ｂ　カソード
２０　２次電池
３０　電流検知部
４０　電流給電経路切替部
４１，４２　スイッチ
５０　電子機器

Claims

燃料電池と２次電池とを有する電子機器用ハイブリッド電源であって、
この電子機器用ハイブリッド電源から電力の供給を受けて動作する電子機器へ供給される電流を検知する電流検知部と、
前記電流検知部による検知結果に応じて、前記電子機器への給電経路を、前記燃料電池の電力を供給する給電経路と前記２次電池の電力を供給する給電経路とに切り替える給電経路切替部とを備えたことを特徴とする電子機器用ハイブリッド電源。
前記給電経路切替部は、前記電流検知部により検知された前記電流の大きさが所定の閾値を越えたときは、前記給電経路を前記２次電池に切り替え、該電流の大きさが該閾値以下のときは、該給電経路を前記燃料電池に切り替えるものであることを特徴とする請求項１記載の電子機器用ハイブリッド電源。
前記給電経路切替部は、非給電時には、前記給電経路を前記燃料電池に切り替えておくものであることを特徴とする請求項１記載の電子機器用ハイブリッド電源。
前記燃料電池は、メタノールを直接燃料として発電するものであることを特徴とする請求項１記載の電子機器用ハイブリッド電源。