JP2005294065A - 燃料電池ユニット、情報処理装置および情報処理装置の電源制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】情報処理装置の起動・停止に連動して自動的に燃料電池ユニットの発電の開始・停止のシーケンスを実行させる簡便な操作を可能とした燃料電池ユニット、情報処理装置および情報処理装置の電源制御方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る燃料電池ユニット、情報処理装置および情報処理装置の電源制御方法は、補機６３を駆動するための電力供給手段８０と、発電部４０での発電を許可する発電許可設定或いは発電を禁止する発電禁止設定のいずれか一方に設定される発電設定スイッチ１１２と、情報処理装置起動手段１１４によって起動された時に、発電許可設定である場合発電部４０での発電を開始させる発電開始コマンドを送信する電源制御部と、発電開始コマンドを受信した場合、発電を開始する燃料電池制御部とを備えたことを特徴とするものである。
【選択図】 図５

Description

本発明は、情報処理装置に接続される燃料電池ユニット、燃料電池ユニットを備えた情報処理装置および燃料電池ユニットを備えた情報処理装置の電源制御方法に関する。
現在、情報処理装置への電源供給源の一つである二次電池として例えばリチウムイオン電池が使用されている。二次電池の有する特徴の一つは、使い捨てタイプである一次電池と比較して、例えば商用電源を用いて充電することで繰り返し使用可能な点にある。
一方で、リチウムイオン電池は二次電池であるため、例えば商用電源を用いて充電する必要がある。
また、近年における情報処理装置の機能性能の向上は著しく、これに伴って該情報処理装置の消費電力は増加の傾向にある。そこで、情報処理装置に電力を供給するリチウムイオン電池が提供するエネルギの密度、即ち単位体積或いは単位質量あたりの出力エネルギ量を向上が図られているものの、顕著な向上を望むのは難しい状況にある。
一方、燃料電池のエネルギ密度は、理論的にはリチウムイオン電池の１０倍とも言われている（例えば、非特許文献１参照）。これは、燃料電池がリチウムイオン電池に対して、体積或いは質量が同じとすると、より長時間（例えば１０倍）の電力供給が可能となる潜在的能力を有していることを意味する。また、両者の電力供給時間を等しいとするならば、燃料電池の方がリチウムイオン電池に対して小型・軽量化が可能となる潜在的能力を有している事を意味する。
また、燃料電池は、燃料、例えばメタノール等を小型の容器に封入してユニット化し、小型の容器ごと交換して使用すれば、外部からの充電を必要としない。従って、例えばＡＣ電源設備の無い場所において、リチウムイオン電池を使用して電力を確保する場合と比較して燃料電池を使用して電力を確保する場合の方が、より長時間にわたって情報処理装置を使用可能である。
さらに、リチウムイオン電池を使用した情報処理装置（例えばノート型パーソナルコンピュータ）を長時間使用する場合、リチウムイオン電池の供給する電力を用いて長時間使用することは困難であるため、ＡＣ電源による電力供給が可能な環境で情報処理装置を使用しなければならないという制約が課せられる。しかしながら、燃料電池の供給する電力で情報処理装置を使用するとリチウムイオン電池を用いる場合と比較して長時間に渡る情報処理装置の使用が可能になるとともに、上述の制約から解放されることが期待できる。
以上のような観点から、情報処理装置への電力供給を目的とした燃料電池の研究・開発が進められており、これまでにも、例えば特許文献１，２，３に開示されている。
燃料電池の方式には種々のものがあるが（例えば非特許文献２参照）、情報処理装置に適するものとして、小型・軽量化、さらに燃料の取り扱いやすさといった観点を考慮すると、ダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）方式が挙げられる。この方式の燃料電池は、燃料としてメタノールを用いるものであり、メタノールを水素に変換することなく直接、燃料極に注入する方式である。
ダイレクトメタノール型燃料電池においては、燃料極に注入するメタノールの濃度が重要であり、この濃度が高いと発電効率が悪くなり十分な性能が得られない。これは燃料となるメタノールの一部が燃料極（負極）と空気極（正極）とに挟まれる電解質膜（固体高分子電解質膜）を透過してしまう現象（これをクロスオーバ現象と呼んでいる。）に起因するものである。クロスオーバ現象はメタノールの濃度が高濃度の場合に顕著になり、低濃度のメタノールを燃料極に注入した場合は低減される。
一方、低濃度のメタノールを燃料として使用した場合、高性能を確保し易いものの、高濃度メタノールに比べると燃料の容積が大きくなるため（例えば１０倍）、燃料の容器（燃料カートリッジ）が大型となってしまう。
そこで、燃料カートリッジ内には高濃度のメタノールを収納することによって小型化をはかりつつ、一方で、発電時に発生する水を小型のポンプやバルブ等で循環させて高濃度メタノールを燃料極に注入する前に希釈することによってメタノールの濃度を下げ、その結果クロスオーバ現象を低減させることができる。この方式によって発電効率を向上させることが可能となる。なお、以降、循環させるためのポンプやバルブ等を補機と呼び、また、このように循環させる方式を循環希釈システムと呼ぶ。
このように、燃料電池ユニット全体としては小型軽量化を図りつつ、希釈されたメタノールによって、発電効率の高い燃料電池ユニットが実現できる（非特許文献１）。
特開２００３−１４２１３７号公報 特開２００３−８６１９２号公報 特開２００２−１６９６２９号公報 「燃料電池２００４」、日経ＢＰ社、２００３年１０月、ｐ．４９−５０，ｐ．６４ 池田宏之助編著、「燃料電池のすべて」、日本実業出版社、２００１年８月
ダイレクトメタノール型燃料電池では、希釈循環システムを採用することにより、燃料電池ユニット全体として小型・軽量化を図れるとともに、発電効率が高く、その結果、高出力の燃料電池ユニットが実現される。
一方、希釈循環システムでは水等を循環させるためにポンプやバルブ等の補機が必要であり、燃料電池ユニットで発電を開始するためには補機を駆動させるための制御が必要である。
また、燃料電池ユニットの発電を停止する場合、発電電力の供給を停止した後、所定期間補機を駆動させるクールダウン処理を行ない、その後補機を停止させる制御を行うことによって、次回発電を行う時の発電効率を向上させることができる。
しかしながら、燃料電池ユニットを備えた情報処理装置、或いは燃料電池ユニットが接続部を介して接続された情報処理装置を使用するユーザにとっては、上記の燃料電池ユニット固有の制御にともなって新たな操作が加わることは情報処理装置の操作上煩雑である。ユーザにとっては、情報処理装置の電源が従来型の二次電池であろうと燃料電池ユニットであろうと同様の操作、言い換えれば電源が燃料電池ユニットであることを意識させない操作が要望される。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、情報処理装置の起動・停止に連動して自動的に燃料電池ユニットの発電の開始・停止のシーケンスを実行させる簡便な操作を可能とした燃料電池ユニット、情報処理装置および情報処理装置の電源制御方法を提供するものである。
本発明に係る燃料電池ユニットは、上述した課題を解決するため、請求項１に記載したように、外部機器との接続に用いられる接続部と、接続部を介して前記外部機器に供給される電力を、燃料電池を用いて発電する発電部と、燃料電池に少なくとも燃料を注入する補機と、発電部での発電を許可する発電許可設定に設定可能な発電設定スイッチと、発電設定スイッチの設定が発電許可設定の場合、接続部を介して外部機器から送信される、発電部での発電を開始させる発電開始コマンドを受信した後、前記補機を駆動させて発電を開始させる制御部とを備えたことを特徴とするものである。
本発明に係る情報処理装置は、上述した課題を解決するため、請求項５に記載したように、燃料電池と補機とを用いて発電する発電部を有した燃料電池ユニットを備えた情報処理装置において、本情報処理装置を起動させるための起動手段と、補機を駆動するための電力を供給する電力供給部と、発電部が発電可能な状態において、起動手段によって本情報処理装置が起動された場合、発電部における発電を開始させる発電開始コマンドを燃料電池ユニットに送信する制御部とを具備することを特徴とするものである。
本発明に係る情報処理装置の電源制御方法は、上述した課題を解決するため、請求項１６に記載したように、燃料電池と補機とを用いて発電する発電部を有した燃料電池ユニットを備えた情報処理装置の電源制御方法において、情報処理装置を情報処理装置起動手段によって起動し、発電部での発電を許可する発電設定スイッチが発電許可設定に設定されているときに、発電開始コマンドを前記燃料電池ユニットに送信し、燃料電池ユニットが発電開始コマンドを受信すると、情報処理装置に設けられた電力供給部からの電力で補機を駆動し、補機の駆動によって発電部で発電を開始する電源起動方法と、情報処理装置が情報処理装置停止手段によって停止処理を開始し、燃料電池ユニットに発電部の発電を停止するための発電停止コマンドを送信し、燃料電池ユニットが発電停止コマンドを受信すると、発電部で発電される電力の供給を停止し、所定期間、前記電力供給部から供給される電力で補機を駆動し、所定期間経過後、補機の駆動を停止する電源停止方法とを備えたことを特徴とするものである。
本発明にかかる燃料電池ユニット、情報処理装置および情報処理装置の電源制御方法によれば、情報処理装置の起動・停止に連動して自動的に燃料電池ユニットの発電の開始・停止のシーケンスを実行させる簡便な操作が可能となる。
本発明にかかる燃料電池ユニット、情報処理装置および情報処理装置の電源制御方法の第一の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る燃料電池ユニットの一実施形態を示す外観図である。図１に示すように、この燃料電池ユニット１０は、情報処理装置、例えばノート型パーソナルコンピュータの後部を載置するための載置部１１と、燃料電池ユニット本体１２とから構成される。燃料電池ユニット本体１２には、電気化学反応で発電を行うＤＭＦＣスタックや、ＤＭＦＣスタックに対して燃料となるメタノールや空気を注入、循環させるための補機（ポンプやバルブ等）を内蔵している。
また、燃料電池ユニット本体１２のユニットケース１２ａ内部の例えば左端に、着脱可能な燃料カートリッジ（図示していない）が内蔵されており、この燃料カートリッジを交換できるように、カバー１２ｂは取り外し可能となっている。
載置部１１には情報処理装置が載置される。載置部１１の上面には、情報処理装置と接続するための接続部としてドッキングコネクタ１４が設けられている。一方、情報処理装置の例えば底面後部には、燃料電池ユニット１０と接続するための接続部としてドッキングコネクタ２１（図示していない）が設けられており、燃料電池ユニット１０のドッキングコネクタ１４と機械的、電気的に接続される。また、載置部１１上に三箇所の位置決め突起１５とフック１６が設けられており、対応して設けられた情報処理装置の底面後部の三箇所の穴に、位置決め突起１５とフック１６が挿入される。
情報処理装置を燃料電池ユニット１０から取り外す時は、図２に示した燃料電池ユニット１０のイジェクトボタン１７を押すことにより、ロック機構（図示していない）の解除が行われて、容易に取り外すことができる。
また、燃料電池ユニット本体１２の例えば右側面には、発電設定スイッチ１１２と燃料電池運転スイッチ１１６が設けられる。
発電設定スイッチ１１２は、燃料電池ユニット１０での発電を許可或いは禁止するためにユーザが予め設定するためのスイッチであり、例えばスライド型スイッチで構成される。
燃料電池運転スイッチ１１６は、例えば、燃料電池ユニット１０で発電される電力で情報処理装置１８が動作している時に、情報処理装置１８の動作は継続しつつ燃料電池ユニット１０での発電のみを停止させるような場合等に用いる。この場合、情報処理装置１８は内蔵された二次電池の電力を用いて動作を継続することになる。燃料電池運転スイッチ１１６は、例えばプッシュスイッチ等で構成される。
図２は、情報処理装置１８（例えば、ノート型パーソナルコンピュータ）を燃料電池ユニット１０の載置部１１の上に載置、接続した時の外観を示す図である。
なお、図１、図２に示した燃料電池ユニット１０の形状や大きさ、或いはドッキングコネクタ１４の形状や位置等は、種々の形態が考えられる。
図３は、本発明に係る燃料電池ユニット１０の一実施形態の系統図を示したものであり、特にＤＭＦＣスタックとその周辺に設けられた補機について細部の系統を示している。
燃料電池ユニット１０は、発電部４０と、燃料電池ユニット１０の制御部である燃料電池制御部４１とから構成される。燃料電池制御部４１は発電部４０の制御を行う他、情報処理装置１８との通信を行う通信制御部としての機能を有する。
発電部４０は、発電を行うための中心となるＤＭＦＣスタック４２を有する他、燃料となるメタノールを収納する燃料カートリッジ４３を有する。燃料カートリッジ４３には高濃度のメタノールが封入されている。燃料カートリッジ４３は、燃料を消費した時には容易に交換できるよう、着脱可能となっている。
また、一般に、ダイレクトメタノール型燃料電池においては、発電効率をあげるためにクロスオーバ現象を低減する必要がある。このために高濃度メタノールを希釈して低濃度化し、これを燃料極４７に注入することが有効である。この実現のため、燃料電池ユニット１０では、希釈循環システム６２を採用しており、発電部４０に希釈循環システム６２の実現に必要な補機６３を設ける。
補機６３には液体流路に設けられるものと気体流路に設けられるものがある。
液体流路に設けられる補機６３の接続関係は、燃料電池カートリッジ４３の出力部から燃料供給ポンプ４４が配管接続され、さらに燃料供給ポンプ４４の出力部から混合タンク４５に接続される。さらに、混合タンク４５の出力部は送液ポンプ４６に接続され、送液ポンプ４６の出力部はＤＭＦＣスタック４２の燃料極４７に接続される。燃料極４７の出力部は混合タンク４５に配管接続される。また、水回収タンク５５の出力部は水回収ポンプ５６に配管接続され、水回収ポンプは混合タンク４５へ接続される。
一方、気体流路においては、送気ポンプ５０が送気バルブ５１を介してＤＭＦＣスタック４２の空気極５２に接続される。空気極５２の出力部は凝縮器５３に接続される。また、混合タンク４５からも、混合タンクバルブ４８を介して凝縮器５３に接続される。凝縮器５３は排気バルブ５７を介して排気口５８に接続される。また、冷却ファン５４は凝縮器５３の近傍に配設される。
次に、燃料電池ユニット１０の発電部４０の発電メカニズムについて、燃料と空気（酸素）の流れに沿って説明する。
まず、燃料カートリッジ４３内の高濃度メタノールは、燃料供給ポンプ４４によって、混合タンク４５に流入する。混合タンク４５の内部で高濃度メタノールは、回収された水や燃料極４７からの低濃度メタノール（発電反応の残余分）等と混合されて希釈され、低濃度メタノールが生成される。低濃度メタノールの濃度は発電効率の高い濃度（例えば３〜６％）を保てるように制御される。この制御は、例えば、濃度センサ６０の情報を基に燃料供給ポンプ４４によって混合タンク４５に供給される高濃度メタノールの量を制御する。または、混合タンク４５に環流する水の量を水回収ポンプ５６等で制御することによって実現できる。
混合タンク４５で希釈されたメタノール水溶液は送液ポンプ４６で加圧されて、ＤＭＦＣスタック４２の燃料極（負極）４７に注入される。燃料極４７では、メタノールの酸化反応が行われることで電子が発生する。酸化反応で生成される水素イオン（Ｈ＋）はＤＭＦＣスタック４２内の固体高分子電解質膜４２２を透過して空気極（正極）５２に達する。
一方、燃料極４７で行われる酸化反応によって生成される二酸化炭素は、反応に供されなかったメタノール水溶液とともに再び混合タンク４５に環流する。二酸化炭素は混合タンク４５内で気化し、混合タンクバルブ４８を介して、凝縮器５３へ向かい、最終的には排気バルブ５７を介して、排気口５８から外部へ排気される。
他方、空気（酸素）の流れは、吸気口４９から取り込まれ、送気ポンプ５０で加圧され、送気バルブ５１を介し空気極（正極）５２に注入される。空気極５２では、酸素（Ｏ２）の還元反応が進行し、外部の負荷からの電子（ｅ―）と、燃料極４７からの水素イオン（Ｈ＋）と、酸素（Ｏ２）から水（Ｈ２Ｏ）が水蒸気として生成される。この水蒸気は空気極５２から排出され、凝縮器５３に入る。凝縮器５３では、冷却ファン５４によって水蒸気が冷却されて水（液体）となり、水回収タンク５５内に一時的に蓄積される。この回収された水は水回収ポンプ５６によって混合タンク４５へと環流し、高濃度メタノールを希釈するための希釈循環システム６２が構成される。
この希釈循環システム６２による燃料電池ユニット１０の発電メカニズムからわかるように、ＤＭＦＣスタック４２から電力が取り出す、即ち、発電を開始するために、各部のポンプ４４，４６，５０，５６やバルブ４８、５１、５７或いは冷却ファン５４等の補機６３を駆動させる。これによってメタノール水溶液と空気（酸素）がＤＭＦＣスタック４２内に注入されそこで電気化学反応が進行することによって電力が得られる。一方、発電を停止するには、これらの補機６３の駆動を停止することによる。
図４は、本発明に係る燃料電池ユニット１０が接続される情報処理装置１８のシステム構成を示したものである。
情報処理装置１８は、ＣＰＵ６５、主記憶６６、ディスプレイコントローラ６７、ディスプレイ６８、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ）６９、キーボードコントローラ７０、ポインタデバイス７１、キーボード７２、ＦＤＤ（Ｆｌｏｐｐｙ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ）７３、これら構成品間において信号を伝送するバス７４、バス７４を介して伝送される信号を変換するためのノースブリッジ７５、サウスブリッジ７６と呼ばれるデバイス等から構成される。また、情報処理装置１８の内部に電源部７９を設け、ここに二次電池８０として、例えばリチウムイオン電池を保有している。電源部７９は、制御部７７（以降、電源制御部７７と記載する）によって制御される。
燃料電池ユニット１０と情報処理装置１８との電気的インタフェースとして制御系インタフェースと電源系インタフェースとを設ける。制御系インタフェースは情報処理装置１８の電源制御部７７と燃料電池ユニット１０の制御部４１との間にて通信を行うために設けられるインタフェースである。制御系インタフェースを介して情報処理装置１８と燃料電池ユニット１０との間で行われる通信は、例えばＩ２Ｃバス７８といったシリアルバスを介して行われる。
電源系インタフェースは、燃料電池ユニット１０と情報処理装置１８との間における電力の授受のために設けられるインタフェースである。例えば、発電部４０のＤＭＦＣスタック４２で発電された電力が制御部４１（以降、燃料電池制御部４１と記載する）およびドッキングコネクタ１４、２１を介して情報処理装置１８に供給される。また、電源系インタフェースには、情報処理装置１８の電源部７９から、燃料電池ユニット１０内の補機６３等への電力供給８３もある。
なお、情報処理装置１８の電源部７９に対してＡＣアダプタ用コネクタ８１を介してＡＣ／ＤＣ変換された直流電源が供給され、これによって情報処理装置１８の動作、二次電池（リチウムイオン電池）８０の充電が可能である。
図５は、燃料電池ユニット１０の燃料電池制御部４１と、情報処理装置１８の電源部７９との、接続関係を示す構成例である。
燃料電池ユニット１０と情報処理装置１８とはドッキングコネクタ１４、２１によって機械的かつ電気的に接続される。ドッキングコネクタ１４、２１には、燃料電池ユニット１０のＤＭＦＣスタック４２で発電された電力を情報処理装置１８へ供給するための第一の電源端子（出力電源端子）９１および、情報処理装置１８から、燃料電池ユニット１０のマイクロコンピュータ９５にレギュレータ９４を介して電源を供給し、かつ補機用電源回路９７にスイッチ１０１を介して電源を供給するための第二の電源端子（補機用入力電源端子）９２を有する。また、情報処理装置１８からＥＥＰＲＯＭ９９へ電源供給するための第三の電源端子９２ａを有している。
さらに、ドッキングコネクタ１４、２１は情報処理装置１８の電源制御部７７と燃料電池ユニット１０のマイクロコンピュータ９５との通信や、書き込み可能な不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）９９との通信、を行うための通信用入出力端子９３を有している。
次に、図５に示した接続図と、図６に示した燃料電池ユニット１０の状態遷移図とを用いて、燃料電池ユニット１０から情報処理装置１８へ、燃料電池ユニット１０に設けられるＤＭＦＣスタック４２の電力が供給されるまでの基本的な処理の流れを説明する。
なお、情報処理装置１８の二次電池（リチウムイオン電池）８０には所定の電力が充電されているものとする。また、図５の中のスイッチは全て開いているものとする。
まず、情報処理装置１８は、コネクタ接続検出部１１１から出力される信号に基いて、情報処理装置１８と燃料電池ユニット１０とが機械的および電気的に接続されたことを認識する。この認識は、コネクタ接続検出部１１１が例えばコネクタ接続検出部１１１へ入力される信号に基いて、ドッキングコネクタ１４、２１の接続によって燃料電池ユニット１０の内部で接地されることを検出することによって行われる。
また、情報処理装置１８の電源制御部７７は、燃料電池ユニット１０の発電設定スイッチ１１２の設定が発電許可設定であるか発電禁止設定であるかを認識する。例えば、発電設定スイッチ検出部１１３へ入力される信号に基いて、発電設定スイッチ検出部１１３が発電設定スイッチ１１２の設定状態に応じて接地状態であるか或いは解放状態であるか否かを検出する。発電設定スイッチ１１２が解放状態である場合は、電源制御部７７は発電禁止設定として認識する。
発電設定スイッチ１１２が発電禁止設定である状態は、図６の状態遷移図において「ストップステート（０）」ＳＴ１０に相当する状態である。
情報処理装置１８と燃料電池ユニット１０とがドッキングコネクタ１４、２１を介して機械的に接続されると、情報処理装置１８側から第三の電源端子９２ａを介して燃料電池制御部４１の記憶部である不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）９９に電源が供給される。このＥＥＰＲＯＭ９９には、燃料電池ユニット１０の識別情報等が予め記憶される。識別情報には、例えば燃料電池ユニットの部品コードや製造シリアル番号、或いは定格出力などの情報を予め含ませることができる。また、このＥＥＰＲＯＭ９９は、例えば、Ｉ２Ｃバス９３といったシリアルバスに接続されており、ＥＥＰＲＯＭ９９に記憶されているデータはこのＥＥＰＲＯＭ９９に電源が供給されている状態において読み出し可能である。図５の構成では、電源制御部７７が通信用入出力端子９３を介してＥＥＰＲＯＭ９９の情報を読み出すことが可能である。
この状態においては、燃料電池ユニット１０は発電を行っておらず、また燃料電池ユニット１０の内部の状態は、ＥＥＰＲＯＭ９９の電源以外は電源が供給されていない状態である。
ここで、ユーザが発電設定スイッチ１１２の設定を発電許可設定に設定すると（図５では発電設定スイッチを接地状態側に設定する）、情報処理装置１８に設けられる電源制御部７７は、燃料電池ユニット１０に設けられるＥＥＰＲＯＭ９９に記憶された識別情報を読み出すことが可能となる。この状態が、図６の「ストップステート（１）」ＳＴ１１の状態である。
換言すると、ユーザが発電設定スイッチ１１２を発電許可設定に設定しない限り、即ち発電禁止設定の設定である限り、「ストップステート（０）」ＳＴ１０の状態であり、燃料電池ユニット１０における発電を禁止することが可能である。
なお、発電設定スイッチは、例えばスライドスイッチ等のように開または閉の状態をいずれか一方の状態に保持できるものが好ましい。
電源制御部７７による識別情報の読み出しは、Ｉ２Ｃバス７８といったシリアルバスを介して燃料電池ユニット１０に設けられるＥＥＰＲＯＭ９９に記憶されている燃料電池ユニット１０の識別情報を読み出すことによって行われる。
電源制御部７７が読み出された識別情報に基いて、情報処理装置１８に接続されている燃料電池ユニット１０が情報処理装置１８に適合した燃料電池ユニットであると判断した場合、図６の状態は、「ストップステート（１）」ＳＴ１１から「スタンバイステート」ＳＴ２０に遷移する。
具体的には、情報処理装置１８に設けられる電源制御部７７は、情報処理装置１８に設けられるスイッチ１００を閉じることによって、二次電池８０の電力を第１の電源端子９２を介して燃料電池ユニット１０へ供給し、レギュレータ９４を介してマイクロコンピュータ９５へ電源が供給される。
この「スタンバイステート」ＳＴ２０の状態では、燃料電池ユニット１０に設けられるスイッチ１０１は開いており、補機用電源回路９７には電源は供給されていない。従って、この状態において補機６３は動作していない。
しかしながら、マイクロコンピュータ９５は動作を開始しており、情報処理装置１８に設けられる電源制御部７７から、Ｉ２Ｃバス７８を介して各種の制御用コマンドを受信することが可能な状態である。また、マイクロコンピュータ９５は、燃料電池ユニット１０の電源情報を、Ｉ２Ｃバスを介して情報処理装置１８へ送信可能な状態である。
図７は、情報処理装置１８に設けられる電源制御部７７から、燃料電池制御部４１に設けられるマイクロコンピュータ９５に送られる制御用コマンドの一例を示した図である。
図８は、燃料電池制御部４１に設けられるマイクロコンピュータ９５から情報処理装置１８に設けられる電源制御部７７に送られる電源情報の一例を示した図である。
情報処理装置１８に設けられる電源制御部７７は、図８の電源情報のうち「ＤＭＦＣ運転状態」（図８の番号１）を読み取ることによって、燃料電池ユニット１０が「スタンバイステート」ＳＴ２０であること認識する。
この「スタンバイステート」ＳＴ２０の状態で、電源制御部７７が、図７に示した制御用コマンドのうち「ＤＭＦＣ運転ＯＮ要求」コマンド（発電開始コマンド）を燃料電池制御部４１に送ると、これを受信した燃料電池制御部４１は、燃料電池ユニット１０の状態を「ウォームアップステート」ＳＴ３０に移行させる。
具体的には、マイクロコンピュータ９５からの制御によって燃料電池制御部４１に設けられるスイッチ１０１を閉じて補機用電源回路９７に情報処理装置１８からの電源を供給する。併せて、マイクロコンピュータ９５から送信される補機用制御信号によって、発電部４０に設けられる補機６３、即ち、図４に示した各ポンプ４４、４６、５０、５６、バルブ４８、５１、５７及び冷却ファン５４等を駆動させる。さらにマイクロコンピュータ９５は、燃料電池制御部４１に設けられたスイッチ１０２を閉じる。
この結果、発電部４０に設けられるＤＭＦＣスタック４２に対してメタノール水溶液や空気が注入され、発電が開始される。また、ＤＭＦＣスタック４２による発電電力は、情報処理装置１８に供給が開始される。ただし、発電出力は、瞬時に定格値に達するわけではないため、定格値に達するまでの状態を「ウォームアップステート」ＳＴ３０と呼んでいる。
燃料電池制御部４１に設けられるマイクロコンピュータ９５は、例えばＤＭＦＣスタック４２の出力電圧およびＤＭＦＣスタック４２の温度をモニタすることにより、ＤＭＦＣスタック４２の出力が定格値に達したと判断すると、燃料電池ユニット１０に設けられるスイッチ１０１を開き、補機６３への電力供給源を情報処理装置１８からＤＭＦＣスタック４２に切り替える。この状態が「オンステート」ＳＴ４０である。
以上が「ストップステート」ＳＴ１０から「オンステート」ＳＴ４０への処理の流れの概要である。
図９は、情報処理装置１８に設けられる電源制御部７７が「ＤＭＦＣ運転ＯＮ要求」コマンドを燃料電池ユニット１０に設けられるマイクロコンピュータ９５に送信するための条件を示した論理図である。
まず、「ＤＭＦＣ運転ＯＮ要求」コマンドが送信されるための第１の条件は、燃料電池ユニット１０の状態が、ストップステート（２）ＳＴ１２、スタンバイステートＳＴ２０或いはクールダウンステートＳＴ５０のうちのいずれかの状態である。これら３つの状態は、図６の状態遷移図からわかるように、いずれも発電設定スイッチの設定が発電許可設定の設定になっている場合に限り可能な状態である。
「ＤＭＦＣ運転ＯＮ要求」コマンドが送信されるための第２の条件は、情報処理装置１８が有する何らかの情報処理装置起動手段によって情報処理装置１８が起動されることである。情報処理装置起動手段の一例としては、情報処理装置１８に設けられた電源スイッチ１１４のオン操作が考えられる。電源スイッチ１１４が押されたことを電源制御部７７が検出することによって情報処理装置１８は起動される。
この他、情報処理装置１８が例えばノート型パーソナルコンピュータである場合、動作中に表示パネルを閉じると情報処理装置１８は一旦動作を停止するが、再度表示パネルを開くと情報処理装置１８は再起動する。この場合、表示パネルが開かれたことを機械的に検出するスイッチ１１５が情報処理装置起動手段となる。
また、情報処理装置１８が動作中に所定の時間、操作されなかった場合、主として節電を目的としてレジュームモードとなるが、例えばキーボード７２のいずれかのキーが押されたことをキーボードコントローラ７０が検出し、この情報をもとに電源制御部７７が情報処理装置１８を再度起動させることができる。この場合キーボードコントローラ７０の検出手段が情報処理装置起動手段となる。
「ＤＭＦＣ運転ＯＮ要求」コマンドが送信されるための第２の条件は、上述したようにいずれも情報処理装置１８に対する起動操作である。
したがって、ユーザは情報処理装置１８の電源が燃料電池ユニット１０であることを意識することなく、情報処理装置１８の起動方法によって燃料電池ユニット１０を定常な発電状態、即ち「オンステート」ＳＴ４０へ遷移させることが可能となる。
なお、「ＤＭＦＣ運転ＯＮ要求」コマンドが送信されるための第１の条件は、燃料電池ユニット１０をドッキングコネクタ１４，２１を介して情報処理装置１８に取り付け、発電設定スイッチ１１２を発電許可設定に設定し、燃料電池ユニット１０を自動的に「スタンバイステート」ＳＴ２０に遷移させることである。
以上に示したように、本発明によれば、燃料電池ユニット１０を電源とする情報処理装置であっても、情報処理装置１８の起動手順に連動させて燃料電池ユニット１０の発電開始のシーケンスを進めることによって操作の簡便化を図り、ユーザに対する利便性を向上させることができる。
なお、図６の状態遷移図には「ストップステート（２）」ＳＴ１２が示されている。「ストップステート（２）」ＳＴ１２は、「スタンバイステート」ＳＴ２０の状態が、例えば１分以上といった所定の時間以上、継続したような場合に強制的に「ストップステート（２）」ＳＴ１２へ遷移させるものである。これは、「スタンバイステート」ＳＴ２０の状態で「ＤＭＦＣ運転ＯＮ要求」コマンドが所定の時間以上、情報処理装置１８から送信されないような場合に、電源制御部７７は情報処理装置１８に設けられる二次電池８０から燃料電池ユニット１０への供給電力を停止させ（情報処理装置１８に設けられるスイッチ１００を開く）、「ＤＭＦＣ運転ＯＮ要求」コマンドを送信する要因が発生した場合に（例えば情報処理装置１８の電源スイッチ１１４が押された場合）、電源制御部７７は再度スイッチ１００を閉じた後、「ＤＭＦＣ運転ＯＮ要求」コマンドを燃料電池ユニット１０に設けられるマイクロコンピュータ９５へ送信する制御である。
次に、燃料電池ユニット１０の発電停止の基本的なシーケンスについて説明する。
情報処理装置１８に設けられる電源制御部７７は、燃料電池ユニット１０に設けられるマイクロコンピュータ９５の電源情報をＩ２Ｃバス７８を介して読み出すことによって、ＤＭＦＣ運転状態（図８の番号１）が「ウォームアップステート」ＳＴ３０或いは「オンステート」ＳＴ４０のいずれかであることを認識する。
発電停止のシーケンスが開始される状態のうちの一つの状態である「オンステート」ＳＴ４０を例にとって説明する。
燃料電池ユニット１０が「オンステート」ＳＴ４０にある時に、電源制御部７７から燃料電池ユニット１０に設けられるマイクロコンピュータ９５に対して「ＤＭＦＣ運転ＯＦＦ要求」コマンド（発電停止コマンド）が送信されると、燃料電池ユニット１０の状態は「オンステート」ＳＴ４０から「クールダウンステート」ＳＴ５０に遷移する（図６参照）。
「クールダウンステート」ＳＴ５０の内容は次の通りである。
まず、マイクロコンピュータ９５が燃料電池ユニット内に設けられるスイッチ１０１を閉じることで、補機６３を駆動させるために使用される補機用電源回路９７の電力源を、第１の電源端子９２を介して供給される二次電池８０に切替える。
さらに，マイクロコンピュータ９５が燃料電池ユニット内に設けられるスイッチ１０２を開くことで、ＤＭＦＣスタック４２にて発電される電力の情報処理装置１８への供給を停止する。
次に、マイクロコンピュータ９５が送気ポンプ５０を停止させるとともに、送液ポンプ４６を作動させ、このポンプ作動状態を所定期間継続する。この作動によって燃料極４７の内部の送液経路内に付着した二酸化炭素の気泡を流失・除去することができる。
次に、マイクロコンピュータ９５が送液ポンプ４６を停止し、送気ポンプ５０を最大能力で作動させる。このポンプ作動状態を所定期間継続する。この作動によって空気極５２の内部の送気経路内に付着した水滴を流失・除去することができる。
ＤＭＦＣスタックの発電によって発生した気泡や水滴を、発電の停止シーケンス中において自動的に流出・除去させることによって、次回発電を開始する時の発電効率を向上させることが可能となる。
その後、燃料電池ユニット１０の周囲外気から不要物が混入すること、および燃料電池ユニット１０内にセットされる液体燃料が漏れることを避けるために、排気バルブ５７や送気バルブ５１を閉じる。さらに、マイクロコンピュータ９５は補機用電源回路９７から補機６３への電力の供給を停止する。
以上が燃料電池ユニット１０で行われる「クールダウンステート」ＳＴ５０の処理内容である。
「クールダウンステート」ＳＴ５０の処理は、例えば概ね３０秒間行われ、クールダウン処理終了後は、ＤＭＦＣ運転状態（図８の番号１参照）を自動的に「スタンバイステート」に設定する。
情報処理装置１８に設けられる電源制御部７７は、Ｉ２Ｃバス７８を介して燃料電池ユニット１０の電源情報（図８に示した情報）を所定期間毎、例えば１００ｍｓ毎に読み出しており、燃料電池ユニット１０の電源情報が「スタンバイステート」になったこと認識する。
この他、燃料電池ユニット１０は、図６に示したように「リフレッシュステート」ＳＴ６０を備える。「リフレッシュステート」ＳＴ６０は、燃料電池ユニット１０の発電効率を維持することを目的とするものである。所定期間毎に「オンステート」ＳＴ４０から自動的に「リフレッシュステート」ＳＴ６０に遷移し、所定期間のリフレッシュ処理が終了した後自動的に「オンステート」ＳＴ４０の戻るものである。
リフレッシュ処理の内容は、「クールダウンステート」ＳＴ５０の処理の内容と同様のものであり、ＤＭＦＣスタック４２の送気経路、送液経路に発生した不要な水滴や気泡を流失・除去させるものである。
図１０は、電源制御部７７が「ＤＭＦＣ運転ＯＦＦ要求」コマンドをマイクロコンピュータ９５に送信するための条件を示した論理図である。
電源制御部７７が「ＤＭＦＣ運転ＯＦＦ要求」コマンドを送信するための第１の条件は、燃料電池ユニット１０の状態が「ウォームアップステート」ＳＴ３０、「オンステート」ＳＴ４０、または「リフレッシュステート」ＳＴ６０のいずれかの状態にある時である。これら３つの状態は、図６の状態遷移図からわかるように、いずれも発電設定スイッチの設定が発電許可設定の設定になっている場合である。
電源制御部７７が「ＤＭＦＣ運転ＯＦＦ要求」コマンドを送信するための第２の条件は、情報処理装置１８が有する何らかの情報処理装置停止手段によって情報処理装置１８が停止されることである。情報処理装置停止手段の一例としては、情報処理装置１８に設けられる電源スイッチ１１４がある。電源スイッチ１１４が押されたことを電源制御部７７が検出することによって情報処理装置１８は停止される。
この他、情報処理装置１８が例えばノート型パーソナルコンピュータであるような場合において、その動作中に表示パネルを閉じることによって、情報処理装置１８を停止させることができる。この場合、表示パネルが閉じられたことを検出するスイッチ１１５が情報処理装置停止手段となる。
電源制御部７７が「ＤＭＦＣ運転ＯＦＦ要求」コマンドを送信するための第２の条件は、上述したようにいずれも情報処理装置１８に対する停止操作である。
したがって、ユーザは情報処理装置１８の電源が燃料電池ユニット１０であることを意識することなく、情報処理装置１８の停止方法によって燃料電池ユニット１０を「オンステート」ＳＴ４０からへ「クールダウンステート」ＳＴ５０を経て「スタンバイステート」ＳＴ２０に遷移させることが可能となる。
なお、図６に示したように、燃料電池ユニット１０の状態が「ウォームアップステート」ＳＴ３０または「リフレッシュステート」ＳＴ６０の状態の時に、電源制御部７７が「ＤＭＦＣ運転ＯＦＦ要求」コマンドを送信した場合においても、「クールダウンステート」ＳＴ５０を経て「スタンバイステート」ＳＴ２０に遷移する。
上述したように、燃料電池ユニットを電源とする情報処理装置であっても、情報処理装置１８の停止に連動させて燃料電池ユニット１０の発電停止のシーケンスを進めることによって操作の簡便化を図り、ユーザに対する利便性を向上させることができる。
なお、電源制御部７７は、二次電池８０の残量が所定値未満である場合は二次電池８０を所定値以上に充電した後に「ＤＭＦＣ運転ＯＦＦ要求」コマンドを送信してもよい。
この他、燃料電池ユニット１０は、運転スイッチ１１６を設けている。この運転スイッチ１１６は例えばプッシュスイッチ等で構成される。
運転スイッチ１１６は、例えば発電設定スイッチ１１２が発電許可設定に設定されているために燃料電池ユニット１０の状態が「スタンバイステート」ＳＴ２０、または「ストップステート（２）」ＳＴ１２である場合において、燃料電池ユニット１０の発電シーケンスを開始するような場合に用いるものである。この場合、情報処理装置１８の情報処理装置起動手段を用いなくとも燃料電池ユニット１０に設けられる運転スイッチ１１６が押されたことを電源制御部７７が検出し、電源制御部７７が「ＤＭＦＣ運転ＯＮ要求」コマンドをマイクロコンピュータ９５に送信することによって、発電開始のシーケンスが開始される。
図１１は、燃料電池ユニット１０を緊急停止させる場合の状態遷移図を示した図である。
燃料電池ユニット１０が、「ウォームアップステート」ＳＴ３０、「オンステート」ＳＴ４０或いは「クールダウンステート」ＳＴ５０のいずれかの状態にあるときに、電源制御部７７が「強制停止要求コマンド」をマイクロコンピュータ９５に送信すると、「クールダウンステート」ＳＴ５０を経ることなく、また「クールダウンステート」ＳＴ５０であればクールダウン処理を途中で停止して、送気バルブ５１、排気バルブ５７および混合タンクバルブ４８を閉じた後、「スタンバイステート」ＳＴ２０へ移行する。その後、情報処理装置１８に設けられるスイッチ１００を開いて二次電池８０からの電力供給を停止させて「ストップステート（０）」へ遷移させる。
図１２に示したように、「強制停止要求コマンド」は、燃料電池ユニット１０が「ウォームアップステート」ＳＴ３０、「オンステート」ＳＴ４０或いは「クールダウンステート」ＳＴ５０のいずれかの状態にあるときに（第１の条件）、燃料電池ユニット１０に設けられる発電設定スイッチ１１２が発電許可設定から発電禁止設定に設定変更された場合に（第２の条件）、送信される。
このように、なんらかの要因で燃料電池ユニット１０の発電を緊急に停止する必要性が発生した場合には、発電設定スイッチ１１２を発電禁止設定にすることによって短時間での発電の停止が可能である。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。
本発明に係る燃料電池ユニットの一実施形態を示す外観図。 上記燃料電池ユニットに本発明に係る情報処理装置に一実施形態を接続した状態の外観図。 上記燃料電池ユニットの発電部を主とした系統図。 上記燃料電池ユニットに上記情報処理装置を接続した状態の系統図。 上記燃料電池ユニットと上記情報処理装置の第一の実施形態を説明する系統図。 上記燃料電池ユニットと上記情報処理装置の状態遷移図。 上記燃料電池ユニットに対する主な制御用コマンドを示す図。 上記燃料電池ユニットの主な電源情報を示す図。 上記情報処理装置に係る運転ＯＮ要求コマンドの送信条件の論理図。 上記情報処理装置に係る運転ＯＦＦ要求コマンドの送信条件の論理図。 緊急停止時の上記燃料電池ユニットと上記情報処理装置の状態遷移図。 上記情報処理装置に係る緊急停止コマンドの送信条件の論理図。
符号の説明
１０ 燃料電池ユニット
１４ ドッキングコネクタ（燃料電池ユニット側）
１８ 情報処理装置
２１ ドッキングコネクタ（情報処理装置側）
２２ 発電設定スイッチ
２３ 運転スイッチ
４０ 発電部
４１ 燃料電池制御部
４２ ＤＭＦＣスタック
４２２ 固体高分子電解質膜
４６ 送液ポンプ
５０ 送気ポンプ
５１ 送気バルブ
５７ 排気バルブ
６３ 補機
７０ キーボードコントローラ
７２ キーボード
７７ 電源制御部
７９ 電源部
８０ 二次電池
９５ マイクロコンピュータ
９７ 補機用電源回路
９９ 不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）
１１４ 電源スイッチ
１１５ 表示器パネル開閉検出スイッチ

Claims (16)

  1. 外部機器との接続に用いられる接続部と、
    前記接続部を介して前記外部機器に供給される電力を、燃料電池を用いて発電する発電部と、
    前記燃料電池に少なくとも燃料を注入する補機と
    前記発電部での発電を許可する発電許可設定に設定可能な発電設定スイッチと、
    前記発電設定スイッチの設定が発電許可設定の場合、前記接続部を介して前記外部機器から送信される、前記発電部での発電を開始させる発電開始コマンドを受信した後、前記補機を駆動させて発電を開始させる制御部と、
    を備えたことを特徴とする燃料電池ユニット。
  2. 前記制御部は、前記接続部を介して前記外部機器から送信される、前記発電部での発電を停止させる発電停止コマンドを受信した後、前記接続部を介して前記外部機器への前記発電部にて発電される電力の供給を停止させ、前記電力の供給の停止後、前記補機を、所定期間、駆動した後に前記補機の駆動を停止させることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池ユニット。
  3. 前記制御部は、前記接続部を介して前記発電部にて発電される電力の前記外部機器への供給を停止させる前に、前記外部機器の有する電源部から前記補機へ電源を供給させることを特徴とする請求項１記載の燃料電池ユニット。
  4. 前記制御部は、
    本燃料電池ユニットが、
    前記発電部で発電した電力を前記接続部を介して前記外部機器に供給している状態、
    前記発電部で発電した電力の前記外部機器への供給を停止した後、前記補機が駆動している状態、
    前記補機の駆動が停止している状態、
    のうちのいずれの状態であるかを示す情報を前記接続部を介して前記外部機器に送信することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池ユニット。
  5. 燃料電池と補機とを用いて発電する発電部を有した燃料電池ユニットを備えた情報処理装置において、
    本情報処理装置を起動させるための起動手段と、
    前記補機を駆動するための電力を供給する電力供給部と、
    前記発電部が発電可能な状態において、前記起動手段によって本情報処理装置が起動された場合、前記発電部における発電を開始させる発電開始コマンドを前記燃料電池ユニットに送信する制御部と、
    を具備することを特徴とする情報処理装置。
  6. 入力部をさらに有し、
    前記起動手段は、前記入力部の所定の操作に基いて、本情報処理装置を起動させる手段であることを特徴とする請求項５記載の情報処理装置。
  7. 本体と、
    前記本体に回動可能に取り付けられる表示部とをさらに有し、
    前記起動手段は、前記表示部の前記本体に対して閉じられた状態から開かれた状態への変化に基いて、本情報処理装置を起動させる手段であることを特徴とする請求項５記載の情報処理装置。
  8. 電源スイッチをさらに有し、
    前記起動手段は、前記電源スイッチが押下操作されることに基いて、本情報処理装置を起動させる手段であることを特徴とする請求項５記載の情報処理装置。
  9. 前記制御部は、前記発電部が発電可能な状態であるとともに、前記電力供給部が前記補機に電力を供給していない状態において、前記発電部における発電を開始させるための信号を前記燃料電池ユニットから受信することに基いて、前記発電部における発電を開始させる発電開始コマンドを前記燃料電池ユニットに送信することを特徴する請求項５記載の情報処理装置。
  10. 前記制御部は、前記起動手段によって本情報処理装置を起動させた時に、前記燃料電池ユニットに設けられる発電設定スイッチの設定が発電禁止設定の場合、前記発電設定スイッチを発電許可に設定する操作に基づいて、前記発電開始コマンドを前記燃料電池ユニットへ送信することを特徴とする請求項５に記載の情報処理装置。
  11. 本情報処理装置を停止させるための停止手段を備え、
    前記制御部は、前記停止手段によって本情報処理装置を停止させる時に、前記発電部の発電を停止させる発電停止コマンドを前記燃料電池ユニットへ送信することで、前記補機を駆動させる電力を前記発電部にて発電された電力から前記電力供給部が供給する電力に切替させることを特徴とする請求項５記載の情報処理装置。
  12. 本体と、
    前記本体に回動可動に取り付けられる表示部とをさらに有し、
    前記停止手段は、前記表示部の前記本体に対して開かれた状態から閉じられた状態への変化に基いて、本情報処理装置を停止させる手段であることを特徴とする請求項１１記載の情報処理装置。
  13. 前記制御部は、前記発電部が発電可能な状態であるとともに、前記補機が駆動している状態において、前記燃料電池ユニットから送信される前記発電部における発電を停止させるための信号を受信することに基いて、前記発電部における発電を停止させる発電停止コマンドを前記燃料電池ユニットに送信することを特徴する請求項１１記載の情報処理装置。
  14. 前記制御部は、前記電力供給部の残量を検出し、検出された残量が所定値未満である場合には前記電力供給部を所定値まで充電し、前記検出された残量が所定値以上の場合には前記発電停止コマンドを送信することを特徴とする請求項１１に記載の情報処理装置。
  15. 前記制御部は、前記燃料電池ユニットに設けられる発電設定スイッチの設定が発電許可の設定でありかつ前記補機が駆動されている場合において、前記発電設定スイッチが発電禁止に設定された時、前記発電部の発電を停止させる発電停止コマンドを前記燃料電池ユニットに送信し、前記発電部で発電される電力の供給を停止させるともに前記補機の駆動を停止させることを特徴とする請求項５に記載の情報処理装置。
  16. 燃料電池と補機とを用いて発電する発電部を有した燃料電池ユニットを備えた情報処理装置の電源制御方法において、
    前記情報処理装置を情報処理装置起動手段によって起動し、
    前記発電部での発電を許可する発電設定スイッチが発電許可設定に設定されているときに、発電開始コマンドを前記燃料電池ユニットに送信し、
    前記燃料電池ユニットが前記発電開始コマンドを受信すると、前記情報処理装置に設けられた電力供給部からの電力で前記補機を駆動し、
    前記補機の駆動によって前記発電部で発電を開始する電源起動方法と、
    前記情報処理装置が情報処理装置停止手段によって停止処理を開始し、
    前記燃料電池ユニットに前記発電部の発電を停止するための発電停止コマンドを送信し、
    前記燃料電池ユニットが前記発電停止コマンドを受信すると、前記発電部で発電される電力の供給を停止し、
    所定期間、前記電力供給部から供給される電力で補機を駆動し、
    所定期間経過後、前記補機の駆動を停止する電源停止方法と
    を備えたことを特徴とする情報処理装置の電源制御方法。
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