JP2005294070A

JP2005294070A - 情報処理装置システムおよび電源供給方法

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Publication number: JP2005294070A
Application number: JP2004108067A
Authority: JP
Inventors: Koji Nakamura; 浩二中村; Akihiro Ozeki; 明弘尾関; Ryoji Ninomiya; 良次二宮
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: JP4805551B2

Abstract

【課題】定格出力の大きい電源元からの電源供給を優先することで、安定した電源供給を実現する情報処理装置システムを提供する。
【解決手段】情報処理装置１８は、ＡＣアダプタ用コネクタ８１からの電源供給があるか否かを判断し、ＡＣアダプタ用コネクタ８１から電源供給がある場合は情報処理装置１８はＡＣアダプタ電源からの電力供給を受けて動作する。しかしＡＣアダプタ用コネクタ８１からの電源供給が無い場合、燃料電池ユニットまたは機能拡張ユニットの接続があるか否か判断し、機能拡張ユニットからの電源入力があるか否か判断する。機能拡張ユニットからの電源入力がある場合、これを入力電源として情報処理装置１８は動作する。次に燃料電池ユニット１０からの電源入力があるか否か判断し、燃料電池ユニット１０からの電源供給があると判断された場合、燃料電池ユニット１０からの電源供給を受けて情報処理装置１８は動作する。
【選択図】図６

Description

本発明は、燃料電池ユニットおよび燃料電池ユニットの制御方法に係り、特に、情報処理装置にコネクタを介して接続される燃料電池ユニットおよびその制御方法関する。

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。

しかしながら、リチウムイオン電池は二次電池であるが故に、例えば商用電源を用いて充電する必要である。

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させたいものの、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カートリッジ化し、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アダプタ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アダプタ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，特許文献２にその技術が開示されている。

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：ＤｉｒｅｃｔＭｅｔｈａｎｏｌＦｕｅｌＣｅｌｌ）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図りつつ、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、発生した水等を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、軽量化が図れるとともに、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。

しかしながら、希釈循環システムにおいては、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とされることから、補機を駆動するための電源が必要となる。燃料電池自体が一旦発電を開始した後は発電した電力で補機を駆動することができるが、少なくとも燃料電池自体が発電を開始する前においては、補機を駆動させるための電源が必要となる。このため、始動時に補機を駆動させるための小電力の電源（例えば小型のリチウムイオン電池）を燃料電池ユニットに別途内蔵する方式も考えられる。

ところで、多くの情報処理装置（例えばノート型パーソナルコンピュータ）には、一定時間の使用を可能とするために二次電源（例えばリチウムイオン電池）が内蔵されている。従って、燃料電池ユニットの始動時には情報処理装置に内蔵された二次電池から電力の供給を受けて補機を駆動すれば、燃料電池ユニット側には補機駆動用の電源を設ける必要はなく、一層の小型、軽量化が可能となる。

一旦補機の駆動が開始されて燃料となる希釈されたメタノールや空気が各々燃料極や空気極に注入され始めると燃料電池自体が発電を開始する。燃料電池が発電を開始した後、燃料電池によって発電された電力を情報処理装置に供給することで情報処理装置を動作させるとともに、その一部の電力で補機を駆動することが可能となる。

一方、発電電力に余剰があった場合には、情報処理装置に内蔵する二次電池を充電することが可能である。このように、外部の燃料電池ユニットと情報処理装置内部の二次電池が相互に補われた形態で動作させれば、トータルとして小型、軽量化が可能な最適な電力供給システムを提供することができる。なお、このような方式をハイブリッド方式と呼ぶ場合がある。

このように、（１）希釈循環システムを採用した燃料電池ユニットを情報処理装置に接続し、（２）燃料電池ユニットの内部に補機駆動用の電源を設けずに、燃料電池始動時に必要となる電力（補機の駆動等）は情報処理装置に内蔵されている二次電池から供給を受ける方式（即ちハイブリッド方式）には種々の利点を有している。

しかしながら、このような情報処理装置においては複数の電源供給源が存在することになり、情報処理装置の使用環境や状況に応じた適切な供給源を選択する必要があり、同時に電源供給源がある場合の適切な制御が望まれる。

そこで、本発明は、燃料電池ユニットと情報処理装置とを接続し動作させる上で、複数の電源供給源を選択し、安定した電力供給を行うことが可能な情報処理装置および電力供給方法を提供することを目的とする。

本発明に係る情報処理装置システムは、ＡＣアダプタ接続用端子を有する情報処理装置と、
前記情報処理装置に着脱可能に接続され、化学反応により発電可能な燃料電池を有する電池ユニットとを具備する情報処理装置システムであって、前記情報処理装置は、前記ＡＣアダプタ用接続用端子からの電源供給が有るか否か判断する第1の判断手段と、前記燃料電池ユニットが発電しているか否か判断する第２の判断手段と、前記第１の判断手段により、前記ＡＣアダプタ用接続端子からの電源供給があると判断された場合は、前記前記ＡＣアダプタ用接続端子から供給される電源で動作させ、前記ＡＣアダプタ用接続端子からの電源供給が無いと判断された場合は、前記第２の判断手段により前記燃料電池ユニットが発電しているか否かを判断し、前記燃料電池が発電していると判断された場合は、前記燃料電池からの電源供給を受けて動作させる制御手段とを具備することを特徴とする。

このような構成により情報処理装置へ安定度が高い電源元からの電源供給を行うことが可能である。

燃料電池ユニットから電源供給を受けることが可能な情報処理装置システムにおいて、適切な電源供給元を選択して安定した電源供給を実現することができる。

本発明に係る燃料電池ユニットの第一の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施形態に係る燃料電池ユニットの外観を示す図である。この燃料電池ユニット１０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には、例えば右端に着脱可能な燃料カートリッジ（図示していない）が内蔵されている。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１８が載置される。図２は、本実施形態に係る情報処理装置１８の一例として、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に載置、接続した時の外観を示す図である。

情報処理装置１８は、図１および図３に示すように燃料電池ユニット１０に電気的、機械的に接続される。図１の載置部１１の上面には、情報処理装置１８と電気的、機械的に接続される接続部として単一のコネクタが設けられている。以降、このコネクタをドッキングコネクタ１４と呼ぶものとする。

ちなみに、情報処理装置１８の機能を拡張する目的のために、情報処理装置１８に対して接続可能な機器をドッキングステーション、或いはドッカーを呼ぶことがある。ドッカーには例えばハードディスクを内蔵し、機能拡張を目的としたものや、その他にも、例えばプリンタ等の外部周辺機器との接続を容易にするために情報処理装置１８が保有する外部接続コネクタと同じコネクタを持たせたもの（このタイプのドッカーを更にポートリプリケータと呼ぶことがある。）等がある。燃料電池ユニット１０はこれらのドッカーと機構的には類似したものであり、それ故に、ドッカー型燃料電池ユニットと呼ぶことがある。

図１の燃料電池ユニット１０の載置部１１に設けられるドッキングコネクタ１４の周囲３カ所にはそれぞれ位置決め突起１５とフック１６が配置される。一方、図３は、本発明の実施形態に係る情報処理装置１８の底面後部を示す外観図であり、情報処理装置１８の底面には燃料電池ユニット１０のドッキングコネクタ１４と対応する位置に、開口１９が設けられる。開口１９の奥には情報処理装置１８の接続部としてドッキングコネクタ２１が配置されており、情報処理装置１８が燃料電池ユニット１０の載置部１１に載置されると両者のドッキングコネクタ１４，２１が嵌合される。また、情報処理装置１８の開口１９には、防塵等のため、シャッター２０が設けられており、情報処理装置１８の載置時にはこのシャッター２０が開く。

さらに、情報処理装置１８のケースの底面には、開口１９の周囲３カ所に穴２２が配置されており、穴２２に燃料電池ユニット１０の位置決め突起１５とフック１６が挿入される。フック１６は、燃料電池ユニット１０に情報処理装置１８を載置後、燃料電池ユニット１０と情報処理装置１８とを固定させるために設けられるもので、情報処理装置１８を燃料電池ユニット１０に載置すると、載置部１１の内部のロック機構（図示せず）によって両者はロックされ、燃料電池ユニット１０に情報処理装置１８が取り付けられる。

情報処理装置１８を燃料電池ユニット１０から取り外す時は、図１に示したイジェクトボタン１７を押すことにより、ロックの解除が行われ、容易に取り外すことができる。

なお、図１ないし図３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の形状や位置等は、種々の態様が考えられる。

次に、燃料電池の動作原理について説明する。

動作原理そのものは既に公知文献（例えば、非特許文献１等）に詳しく述べられているのでここでは概略を説明する。

図４は、本実施形態に係る燃料電池ユニット１０を構成する燃料電池の方式であるダイレクトメタノール型燃料電池セル（ＤＭＦＣセル）２５の動作原理を説明したものである。ＤＭＦＣセル２５は中央に電解質膜３０を配置し、この両側から、燃料極（負極）３１と空気極（正極）３２で挟み込んで構成される。

ＤＭＦＣセル２５は、燃料極３１にメタノール水溶液を注入すると、燃料極３１でメタノールの酸化反応が生じ、この結果、電子（ｅ−）と水素イオン（Ｈ＋）と二酸化炭素（ＣＯ２）とが生成される。このうち、水素イオン（Ｈ＋）は電解質膜３０を透過し、空気極３２に達する。また二酸化炭素（ＣＯ２）は燃料極３１の他端から排出される。

一方、電子（ｅ−）は燃料極３１から負荷３３を介して空気極３２に環流する。この電子の流れによって、外部に電力を供給することになる。空気極３２では、外部から注入される空気中の酸素（Ｏ２）が、電解質膜３０を透過してきた水素イオン（Ｈ＋）と負荷を介して環流してきた電子（ｅ−）によって還元され、その結果、水（水蒸気）を生成する。

図４は、ダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）を構成する１単位を示したもので、ＤＭＦＣセル２５と呼ばれる。実際にはこのＤＭＦＣセル２５を積み重ねて、所定の電圧や電流をうることになる。ＤＭＦＣセル２５を積み重ねたものを、ＤＭＦＣスタックと呼んでいる。

図５は、本実施形態に係る燃料電池ユニット１０の構成を示す系統図であり、特に、燃料電池ユニット１０の発電部４０についての詳細を示したものである。

燃料電池ユニット１０は、発電部４０と制御部４１とから構成される。制御部４１は発電部４０の制御を行うほか、情報処理装置１８との通信機能を有する。

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、ダイレクトメタノール型燃料電池において発電効率をあげるには、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を設けている。希釈循環システム６２は、複数の構成品からなる補機６３によって実現される。

補機６３は、図４に示したように、メタノール水溶液や水等を循環させる液体流路と空気等を循環させる気体経路内に配設された燃料供給ポンプ４４、混合タンク４５，送液ポンプ４６，混合タンクバルブ４８，送気ポンプ５０，送気バルブ５１，凝縮器５３，冷却ファン５４，水回収タンク５５，水回収ポンプ５６，排気バルブ５７等を配管接続して構成される。

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（たとえば３〜６質量％）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に環流される。二酸化炭素は混合タンク内で気化し、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）とから水（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に流入する。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へと環流する。

このようにして、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で発電を開始するためには、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を駆動させることが必要である。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の駆動を停止させればよい。

ところで、燃料電池ユニット１０の、ポンプ４４，４６，５０，５６やバルブ４８，５１，５７は発電部４０内の複数の箇所に配置されて希釈循環システム６２を構成するものである。したがって、これらの補機６３の駆動を相互に整合をとって適切に制御することは、発電の開始、停止時だけでなく、発電中における例えば情報処理装置１８の負荷変動や異常状態発生時において特に重要となる。これらの補機６３の制御は燃料電池ユニット１０の制御部４１で行われる。

燃料電池ユニット１０の制御部４１の動作について図６を参照して説明する。

図６は、本発明に係る燃料電池ユニット１０側に設けられる制御部４１と通信可能な情報処理装置の一例として、たとえば情報処理装置１８の系統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（ＨａｒｄＤｉｓｃＤｒｉｖｅ）６９、ＥＣ／ＫＢＣ（Embedded Controller/Key Board Controller）７０、ポインタデバイス７１、キーボード７２、ＦＤＤ（ＦｌｅｘｉｂｌｅＤｉｓｃＤｒｉｖｅ）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、さらにＰＳＣ（ＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）８４も含むものとする。

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ＥＣ／ＫＢＣ７０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。このように情報処理装置１８のＥＣ／ＫＢＣ７０は、燃料電池ユニット１０の制御部４１との通信をおこなう制御部としても機能する。

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（電源供給ライン８２）。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等への電力供給ライン８３もある。燃料電池ユニット１０はその形態によっては、上記電力供給ライン８３の供給数は異なる場合がある。

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７は、燃料電池ユニット１０の制御部４１と情報処理装置１８の電源部７９との電気的機能関係を示す構成例である。

図７では情報処理装置１８本体へＡＣアダプタ電源が接続されドッキングコネクタ２１には燃料電池１０が接続された形態となっている。これ以外に、ドッキングコネクタ２１にドッキングステーション（機能拡張ユニット）が接続される形態がある。この場合は、ＡＣアダプタがドッキングステーション（機能拡張ユニット）に接続され、ドッキングコネクタ２１を会して、情報処理装置１８へ電力が供給されるものとする。また通常はドッキングステーション（機能拡張ユニット）が情報処理装置１８に接続される場合は情報処理装置１８に設けられているＡＣアダプタ用コネクタ８１は物理的に使用できないようにドッキングステーション（機能拡張ユニット）のケースで覆うような構造をとる。

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へ供給するための電源端子９１（第４の端子）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電源端子９２（第１の端子）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電源端子９２ａ（第３の端子）も有している。

さらに、ドッキングコネクタ１４、２１は情報処理装置１８のＥＣ／ＫＢＣ７０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、好ましくは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（第２の端子）を有している。

燃料電池ユニット１０の情報処理装置供給用電源回路１１０を介して供給される電力と、ＡＣアダプタ用コネクタ８１を介した電力とはダイオードＯＲ回路を通じて選択的に情報処理装置１８内に供給される。このように供給された電力は、充電回路１１１やＤＣ／ＤＣ変換回路１１２へ送られる。充電回路１１は送られてきた電力によって二次電池８０の充電を行う。ＤＣ／ＤＣ変換回路１１２は各負荷に応じた電源に必要な電圧へ調整した後、各負荷へ電源を供給する。

ＰＳＣ８４はＡ／ＤポートによりＡＣアダプタ電源電圧Ｖａｃ及び燃料電池ユニット１０または機能拡張ユニットからの電源電圧Ｖｄｓを監視する。

また燃料電池ユニット１０のマイクロコンピュータ９５は燃料電池ユニット１０がウォームアップ状態、動作状態である場合にＤＰＣＯＮＦ信号をＨｉｇｈに設定する（一方、燃料電池ユニット１０が停止状態の場合は、Ｌｏｗ信号）。このＤＰＣＮＦ信号は情報処理装置１８のＥＣ／ＫＢＣ７０に入力され、ＥＣ／ＫＢＣ７０はこの信号に基づいてＰＳＣ８４へのＭＯＮ＃信号を設定する。ＤＭＯＮ＃信号は、ＤＰＣＯＮＦ信号がＬｏｗステートの場合（燃料電池ユニット１０が停止状態）、Ｈｉｇｈ信号に設定され、ＤＰＣＯＮＦ信号がＨｉｇｈステートの場合（燃料電池ユニット１０が動作状態）、Ｌｏｗ信号に設定される。ＰＳＣ８４はこの信号に基づいて燃料電池ユニット１０の動作状態を判断し、電力供給もとの切替えを行うが、詳細については後述する。

次に、ＤＭＦＣスタック４２によって生成される電力が燃料電池ユニット１０から情報処理装置１８へ供給される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のＥＣ／ＫＢＣ７０は、情報処理装置１８に燃料電池ユニット１０がドッキングコネクタ１４、２１を介して機械的に接続されたことを認識する。認識の手段としては例えばドッキングコネクタ１４、２１に設けた接続確認用端子の電圧をモニタすることが考えられる。

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側から電源端子９２ａ（第３の端子）を介して不揮発性メモリ（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１０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７８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７の構成では、ＥＣ／ＫＢＣ７０が通信用入出力端子９３（第２の端子）を介して、ＥＥＰＲＯＭ９９の情報を読み出すことが可能である。

このように、ＥＣ／ＫＢＣ７０は、ドッキングコネクタ２１に接続された機器が情報処理装置１８に適合しかつ適切な燃料電池ユニット１０であるか否かを、読み出したＥＥＰＲＯＭ９９の情報に基づいて判断する。この判断の結果、接続された機器が不適合あるいは不適切な機器である場合は、例えば情報処理装置１８が有するディスプレイ６８に警告などの表示をしてユーザに注意を喚起するほか、燃料電池ユニット１０の発電のためのシーケンスを停止することで不適合な外部接続機器に対して第２の電源端子９２を介して大電流を流す等の事故を未然に防ぐことができ、安全性を高めることができる。

特に、燃料電池ユニット１０のような外部電源のみならず、機能拡張ユニットやポートレプリケータと呼ばれるドッカーを情報処理装置１８のドッキングコネクタ２１に接続する可能性があるので、上記のような安全性確保の手段はきわめて重要である。

電源制御部７７がＥＥＰＲＯＭ９９に記憶されている情報に基づいて、情報処理装置１８に接続された燃料電池ユニット１０が適合かつ適正であると判断した場合、ＤＭＦＣスタック４２での発電を開始するためのシーケンスに進む。具体的には、情報処理装置１８のスイッチ１００を閉じて二次電池８０の電力を、ドッキングコネクタ１４、２１の電源端子９２（第１の端子）を介して燃料電池ユニットのマイクロコンピュータ９５に供給する。この供給によって、燃料電池ユニット１０のマイクロコンピュータ９５が動作可能となる。

この段階で、情報処理装置１８のＥＣ／ＫＢＣ７０は、発電開始のコマンドを上記マイクロコンピュータ９５に送信する。

ＥＣ／ＫＢＣ７０からマイクロコンピュータ９５に送信される発電開始のコマンドは、ＥＥＰＲＯＭ９９とＥＣ／ＫＢＣ７０との通信に用いたシリアルバス（Ｉ２Ｃバス）を共用することが可能であり、これによって燃料電池ユニット１０の構成が簡素化されて、コストも低減できる。

マイクロコンピュータ９５は、上記のように通信制御部として機能するほか、発電部４０の制御機能を有する。

マイクロコンピュータ９５は、ＥＣ／ＫＢＣ７０からの発電開始のコマンドに基づいて、発電を開始するために必要となるポンプやバルブ或いはファン等の補機６８の駆動を開始するための補機用制御信号を補機用電源回路９７へ送る。また、マイクロコンピュータ９５は補機用電源回路９７へ情報処理装置１８からの電力を供給するためにスイッチ１０１を閉じる。

このようにして、燃料電池ユニット１０の発電部４０の補機６３が駆動を開始しＤＭＦＣスタック４２にメタノールや空気が注入され、ＤＭＦＣスタック４２は発電を開始する。また、マイクロコンピュータ９５はスイッチ１０２を閉じて、ドッキングコネクタに設けられたの電源端子９１（第４の端子）を介して情報処理装置１８へ発電した電力を供給する。さらに、情報処理装置１８の電源制御部７７はスイッチ１０３、スイッチ１０５を閉じて情報処理装置１８内部の負荷に電力を供給する。このときにＤＰＣＯＮＦ信号がＨｉｇｈへ設定される。

なお、情報処理装置１８、たとえばノート型パーソナルコンピュータでは、アプリケーションプログラムの内容やＨＤＤ等の周辺機材の動作有無によって、その消費電力は大きく変動する。情報処理装置１８のスイッチ１０４は、例えば消費電力が小さい場合にこれを閉じて燃料電池ユニット１０からの電力で二次電池を充電することを可能とするものである。

ところで、図７の実施形態では、情報処理装置１８に接続される燃料電池ユニット１０の識別情報は、不揮発メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）９９に予め記憶されているものと設定している。しかし識別情報の入手手段としては必ずしもこれに限定するものではなく、通信用入出力端子９３（第２の端子）を介して情報処理装置１８が何らかの燃料電池ユニット１０の識別情報を取得することができれば、不揮発メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）９９に代替可能となるものである。

続いて、本実施形態に係る電力供給減を決定する制御の概略について図８を用いて説明する。

情報処理装置１８は、ＰＳＣ８４により、ＡＣアダプタ用コネクタ８１からの電源入力があるか否かを判断する（ステップＳ１０１）。ＡＣアダプタ用コネクタ８１からの電源供給がある場合（ステップＳ１０１のＹＥＳ）、ＡＣアダプタ用コネクタからの電源供給を受けて情報処理装置は動作する（ステップＳ１０２）。このとき、仮に燃料電池ユニット１０が動作状態である場合は、ＥＣ／ＫＢＣ７０を介して、燃料電池ユニットの発電停止のコマンドをマイクロコンピュータ９５へ送り、燃料電池ユニット１０の動作を停止させてもよい。ＡＣアダプタ用コネクタ８１からの電源供給がない場合（ステップＳ１０１のＮＯ）、次に燃料電池ユニット１０からの電源供給があるか否かを判断する（ステップＳ１０３）これは、上述したＤＭＯＮ＃信号に基づいて、ＰＳＣ８４が判断可能である。ＤＭＯＮ＃信号がＬｏｗの場合は燃料電池ユニットが動作中（発電中）であると判断し、燃料電池ユニット１０からの電源供給を受けて情報処理装置１８は動作する（ステップＳ１０４）。ＤＭＯＮ＃信号がＨｉｇｈの場合は、燃料電池ユニット１０は停止中であると判断し、入力電源無しの判断を行う（ステップＳ１０５）。この場合は、ＥＣ／ＫＢＣ７０から燃料電池ユニット１０に対して発電開始の信号を出力し、燃料電池ユニットの発電させて電源供給受けることも可能であるし、二次電池８０からの電源供給を行ってもよい。これは例えばＰＳＣ８４を介して二次電池８０の電池残量を読取り、またＥＣ／ＫＢＣ７０を介して燃料電池の燃料カートリッジ４３の残容量を読取り、情報処理装置１８に対して電源供給を行う時間を比較し、電力供給可能時間が長い方を選択して、二次電池８０からの供給を行うか、燃料電池ユニット１０の発電を開始させるかを決定することも可能である。

続いて、上記電源供給元の判断詳細を図９と図１０を用いて説明する。

図９に情報処理装置本体のＡＣアダプタ電源入力判定のフローチャートを示し、図１０に燃料電池ユニットからの電源入力判定のフローチャートを示す。

図９は、図８のステップＳ１０１の処理の一例である。ＰＳＣ８４のＡ／Ｄポートを介してＡＣアダプタ入力電源Vacの電圧を判定する。まずＶacが１３．５Ｖ以上１６．５Ｖ未満の範囲であるか否かを判断する（ステップＳ２０１）。入力電源Vacがこの範囲内である場合はＡＣアダプタ用コネクタ８１から電力が正常に供給されていると判断される（ステップＳ２０２）。また入力電源Vacが１３．５Ｖ以上１６．５Ｖ未満の範囲に無い場合（ステップＳ２０１のＮＯ）、７．４Ｖ未満であるか否かが判断される（ステップＳ２０３）。ここで、入力電源Vacが７．４Ｖ未満であると判断されると（ステップＳ２０３のＹＥＳ）、ＡＣアダプタ用コネクタ８１からの電源入力無しと判断される（ステップＳ２０４）。入力電源Vacが７．４Ｖ以上である場合は電源入力がＡＣアダプタ用コネクタ８１からの入力とは判断されないが、電源無しとも判断されない。これは、ＡＣ電圧は安定せずに、時折電圧が急激に落ちたりするため、ヒステリシス特性を持たせており、７．４Ｖ以上、１３．５Ｖ未満の範囲である場合は過渡状態であるという状態とみなしＡＣアダプタ電源入力とも、電源有力無しとも判断しない。ここで７．４Ｖ、１３．５Ｖ、１６．５Ｖという数字は、夫々、バッテリ充電開始電圧、ＡＣアダプタの定格電圧が１５Ｖだった場合の−１０％の値、ＡＣアダプタの定格電圧が１５Ｖだった場合の＋１０％の値ということで、本実施形態ではこの数値を閾値として設定しているが、ＡＣアダプタの定格値などにより適宜変更される。

次に図１０を用いて燃料電池からの電源供給を判断するフローチャートを示す。これは図８に示したステップＳ１０３の処理の一例である。

図８において情報処理装置１のＡＣアダプタ用コネクタ８１からの電源入力が無いと判定された後（ステップＳ１０１のＮＯ）、Ｖｄｓが１３．５Ｖ以上１６．５Ｖ未満の範囲であるか否かを判断する（ステップＳ３０１）。入力電源Ｖｄｓがこの範囲内である場合はＤＭＯＮ＃信号がＬｏｗ信号である（燃料電池ユニットが動作中である）か否かを判断する（ステップＳ３０２）。ＤＭＯＮ＃信号がＬｏｗ信号であると判断された場合（ステップＳ３０２のＹＥＳ）は、入力電源Ｖｄｓが燃料電池ユニット１０からの電源供給であると判断する（ステップＳ３０３）。ＤＭＯＮ＃信号がＨｉｇｈである場合（ステップＳ３０２のＮＯ）、入力電源Ｖｄｓは図示しない機能拡張ユニットから供給された電源であると判断する（ステップＳ３０４）。

また入力電源Ｖｄｓが１３．５Ｖ以上１６．５Ｖ未満の範囲に無い場合（ステップＳ３０１のＮＯ）、７．４Ｖ未満であるか否かが判断される（ステップＳ３０５）。入力電源Ｖｄｓが７．４Ｖ以上である場合は拡張装置からの供給電源が何であるかは判断されないが、電源供給無しとも判断されない。

図８の処理は所定時間毎に繰り返し行われるが、ＰＳＣ８４内にレジスタを設け、現在の電源供給元を記憶させるようにすることも可能である。

上述の処理により情報処理装置１８の入力電源の供給元が変更される。

次に、図１１に図７中のスイッチ１０３のオンオフ制御のフローチャートを示す。このスイッチ１０３は、燃料電池ユニット１０からの入力電源ラインのオン/オフスイッチの制御を行うものである。

まず電源異常のチェックを行う（ステップＳ４０１）。これは燃料電池ユニット１０からの電源供給が異常である場合にスイッチオフして電源入力を遮断するためである。電源異常としては、高電圧などがあるが、異常電圧が検出された場合（ステップＳ４０１のＹＥＳ）、スイッチ１０３をオフにする（ステップＳ４０２）。続いて、情報処理装置１８のＡＣアダプタ用コネクタ８１からの電源入力があるか否かを判断する（ステップＳ４０３）。ＡＣアダプタ用コネクタ８１からの電源入力がある場合は（ステップＳ４０３のＹＥＳ）、スイッチ１０３をオンにする（ステップＳ４０６）。一方、ＡＣアダプタ用コネクタ８１からの電源入力が検出されなかった場合（ステップＳ４０３のＮＯ）、機能拡張ユニットからの電源供給があるか否かを判断する（ステップＳ４０４）。機能拡張ユニットからの電源入力がある場合は（ステップＳ４０４のＹＥＳ）、スイッチ１０３をオンにする（ステップＳ４０６）。一方、機能拡張ユニットからの電源入力が検出されなかった場合（ステップＳ４０４のＮＯ）、燃料電池ユニット１０からの電源供給があるか否かを判断する（ステップＳ４０５）。燃料電池ユニット１０からの電源入力がある場合は（ステップＳ４０５のＹＥＳ）、スイッチ１０３をオンにする（ステップＳ４０６）。一方、燃料電池ユニット１０からの電源入力が検出されなかった場合（ステップＳ４０５のＮＯ）、電源供給が無いものとし、スイッチ１０３をオフする（ステップＳ４０２）。

このように、本実施形態によれば、情報処理装置１へ出力電力の定格が大きい供給元から優先して電源供給を行う情報処理装置を提供することが可能である。

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。

本発明の実施形態に係る燃料電池ユニットの外観図。本発明の実施形態に係る燃料電池ユニットに情報処理装置を接続した時の外観図。本発明の実施形態に係る燃料電池ユニットに接続される情報処理装置の底面後部の外観図。本発明の実施形態に係る燃料電池（ＤＭＦＣ）の動作原理説明図。本発明の実施形態に係る燃料電池ユニットの発電部の系統図。本発明の実施形態に係る燃料電池ユニットに接続される情報処理装置の一例を示す系統図。本発明の実施形態に係る情報処理装置システムの電力供給に関する構成を示す図。本発明の実施形態に係る電力供給元を決定するフローチャート。情報処理装置１本体のＡＣアダプタ電源入力判定のフローチャート。本発明の実施形態に係る燃料電池ニットからの電源入力判定のフローチャート。本発明の実施形態に係るスイッチ１０３のオンオフ制御のフローチャート。

符号の説明

１０・・・燃料電池ユニット
１４、２１・・・コネクタ（ドッキングコネクタ）
１８・・・情報処理装置
４０・・・発電部
４１・・・制御部
７０・・・ＥＣ／ＫＢＣ
８０・・・二次電池
８１・・・ＡＣアダプタ用コネクタ
８４・・・ＰＳＣ

Claims

ＡＣアダプタ接続用端子を有する情報処理装置と、
前記情報処理装置に着脱可能に接続され、化学反応により発電可能な燃料電池を有する電池ユニットとを具備する情報処理装置システムであって、
前記情報処理装置は、前記ＡＣアダプタ用接続用端子からの電源供給が有るか否か判断する第1の判断手段と、
前記燃料電池ユニットが発電しているか否か判断する第２の判断手段と、
前記第１の判断手段により、前記ＡＣアダプタ用接続端子からの電源供給があると判断された場合は、前記前記ＡＣアダプタ用接続端子から供給される電源で動作させ、前記ＡＣアダプタ用接続端子からの電源供給が無いと判断された場合は、前記第２の判断手段により前記燃料電池ユニットが発電しているか否かを判断し、前記燃料電池が発電していると判断された場合は、前記燃料電池からの電源供給を受けて動作させる制御手段とを具備すること
を特徴とする情報処理装置システム。
前記制御手段は、前記ＡＣアダプタ用接続端子からの電源供給が無いと判断された場合で且つ、前記第２の判断手段により前記燃料電池ユニットが発電していないと判断された場合、前記燃料電池ユニットへ発電開始の指示を行うこと
を特徴とする請求項１に記載の情報処理装置システム。
前記制御手段は、前記ＡＣアダプタ用接続端子からの電源供給が有ると判断された場合で且つ前記第２の判断手段により燃料電池が発電していると判断された場合は、前記燃料電池へ発電停止の指示を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の情報処理装置システム。
前記第２の判断手段は、前記燃料電池ユニットから特定の状態信号を受けることで判断されることを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置システム。
ＡＣアダプタ接続用端子を有する情報処理装置と、前記情報処理装置に着脱可能に接続され、化学反応により発電可能な燃料電池を有する電池ユニットとを具備する情報処理装置システムにおける電源供給方法であって、
前記情報処理装置は、前記ＡＣアダプタ用接続用端子からの電源供給が有るか否か判断し、前記ＡＣアダプタ用接続用端子からの電源供給が有る場合は、前記前記ＡＣアダプタ用接続端子から供給される電源で動作させ、
前記ＡＣアダプタ用接続端子からの電源供給が無いと判断された場合は、前記燃料電池ユニットが発電しているか否か判断し、前記燃料電池が発電していると判断された場合は、前記燃料電池からの電源供給を受けて動作させること
を特徴とする電源供給方法。
前記ＡＣアダプタ用接続端子からの電源供給が無いと判断された場合で且つ、前記第２の判断手段により前記燃料電池ユニットが発電していないと判断された場合、前記燃料電池ユニットへ発電開始の指示を行うこと
を特徴とする請求項５に記載の電源供給方法。
前記ＡＣアダプタ用接続端子からの電源供給が有ると判断された場合で且つ燃料電池が発電していると判断された場合は、前記燃料電池へ発電停止の指示を行うことを特徴とする請求項５または６に記載の電源供給方法。