以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
(第1の実施形態)
図1(a)は、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す断面図である。
図1(a)に於いて、燃料電池システム10は、燃料電池セルユニット20へ水素を供給する際の水素圧力を水素吸蔵合金の平衡圧力以下に調整する機能を有する圧力調整機構(例えば、図10及び図14に示されるシリコン基板14及び183上の開閉弁、検出用圧力センサ、安全弁、圧力調整弁)が第2のシリコン基板14上に形成された水素流路の上層と、第1のガラス基板11上に形成された第1のシリコン基板13により設けられた水素流路の下層とが、水素吸蔵合金容器筐体18に設けられて構成されている。
第1のガラス基板11上には、第1のシリコン基板13が配置されている。第1のガラス基板11上に形成された第3のシリコン基板37には、駆動回路/振幅増幅回路用のICチップ(DRV−HAIC)16が埋め込まれている。一方、第1のシリコン基板13上の第2のシリコン基板14には、第1のガラス基板11を介して水素吸蔵合金容器17に延出された配管経路A21と、第2のガラス基板12及び断熱部材19を介して燃料電池セルユニット20に延出された配管経路B22が設けられている。これら配管経路A21及び配管経路B22は、燃料電池セルユニット20に水素を供給するために接続されている。
第2のガラス基板12は、第1のガラス基板11との空間に配置された各圧力センサや圧力調整弁の素子が静電破壊を防止するため、第1のガラス基板11と平行に位置するように合成樹脂製の保持板23に接着されている。燃料電池セルユニット20側と燃料電池容器側を熱的分離するために断熱部材である保持板23が積層された水素吸蔵合金容器筐体18とする。この合成樹脂製の保持板23を介在することで、燃料電池セルユニット20側と水素吸蔵合金容器17を支持する水素吸蔵合金容器筐体18と熱的に断熱する構造とする。すなわち、燃料電池セルユニット20から発生する熱が水素吸蔵合金容器17への伝熱伝導を遮断することで、燃料電池容器17の急激な温度上昇を抑えることができる。
燃料電池セルユニット20は水素を燃料として電力を供給するもので、導電性粉体を芯材とし、この芯材を不織布から成る袋中に封入し、外皮で被覆した真空断熱材である断熱部材19を介して第2のガラス基板12が密着されている。この真空断熱材を用いるときは、断熱部材19の厚みが数mmとなるために、第2のガラス基板12を用いずに直接、真空断熱材を水素吸蔵合金容器筐体18に接着することが望ましい。
他の実施形態としては、断熱部材19及び第2のガラス部材12に換えて、燃料電池セルユニット20に対向してある特定の温度を記録/保持するサーモメモリの潜熱蓄熱材のシート材に置き換えることができる。
発熱温度を記憶する潜熱蓄熱材(例えば、58℃)としては、有機系としてはワックス、無機系は酢酸ナトリウム水和物がある。
有機系は潜熱蓄熱材と熱伝導生の高い炭素繊維ファイバが充填し、内包した、合成樹脂皮膜を用いたマイクロカプセルとする。この多数のマイクロカプセルが下地の板材である合成樹脂の表面に熱伝導生の高い接着剤を介在して、マイクロカプセルが接合したシート材となる。このシート材の一方の面を断熱部材または保持板に直接接合する。また、シートの他方の面を燃料電池セルユニットの下面に熱伝導生の高い接着剤で固着する。
燃料電池セルユニット20の外表面温度が48℃程度まで上昇した場合、蓄熱材43が相変化を生じて溶融するときに熱を一時的に記憶/保持するため、それ以上の温度上昇の時間が引き延ばされ、加熱による水素吸蔵合金容器17の温度上昇の遮断が可能となる。
このように、潜熱蓄熱材で一時的に蓄熱した潜熱は、徐々に熱伝導する。潜熱蓄熱材のシート材から成る断熱部材19と第2のガラス基板12と密着状態のときには、潜熱蓄熱材のシート材から隙間の空間部に一時的に蓄熱した潜熱を徐々に放出し、空気冷却を行う。また、第2のガラス基板12を熱伝導性の高いアルミニウム材等の放熱部材に置き換えると、一時的に蓄熱した潜熱を、徐々にアルミニウム材から水素吸蔵合金容器17へ伝熱伝導する。
また、水素吸蔵合金容器17及び水素吸蔵合金容器筐体18には、水素補給口24が設けられている。この水素補給口24は、着脱式で接続することにより弁が開くような機構を有している。そして、水素補給口24に、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル等の孔質によって水素を発生する水素発生器等の水素補給ボンベが接続されて注入されることによって、水素吸蔵合金容器17内の水素吸蔵合金へ水素が補給、貯蔵される。
水素吸蔵合金容器17は、厚み方向の長さが短い直方体形状を呈し、厚み方向の水素吸蔵合金容器17上に、燃料電池セルユニット20が密着して配置されている。水素吸蔵合金容器筐体18の外形寸法の一例として、矩形形状した水素吸蔵合金容器筐体18を構成する材料としては、水素吸蔵合金容器17の圧力に耐えるように、アルミニウム或いはステンレス等の金属が用いられる。水素吸蔵合金容器筐体18の外表面は、アルミニウムの場合は多数の溝加工等により、紙面に垂直な方向に凹凸形状を有する冷却用のフィン26が複数形成されている。
また、第1のガラス基板11と第2のガラス基板12との間には、空気吸引口25が挿入されている。空気吸引口25は、図1(b)に示される端子用基板30a、30bが取り付けられた水素吸蔵合金容器筐体18の一面を除くフィン26の溝部に開口を設けることにより、携帯用機器を挿入時に端子用基板30aの端子に押圧するための板ばね部材(図示せず)に妨げられることなく、空気吸引することができる。また、燃料電池セル20と第2のガラス基板12との間に断熱部材19を介することで、燃料電池セルユニット20から発生する熱を遮断することができる。更に、上記端子用基板30a、30bにはピン端子29、33が結合されている。上記ピン端子33は燃料電池セルの出力電圧用に用いられる。また、上記ピン端子29、DRV−HAIC16や中継端子基板47は、ボンディングワイヤ28によって接続されている。
また、上記端子用基板30aには、図1(b)に示されるように、検出用圧力センサ、圧力調節弁から制御回路へ送信する信号線31a〜31hと、燃料電池セル側からデバイス負荷部や2次電池へ電力供給する駆動線と安全弁、検出用圧力センサと圧力調節弁へ電力供給する駆動線32a〜32gの端子が設けられている。また、端子用基板30bには、燃料電池セル側からデバイス負荷部や2次電池へ電力供給する駆動線の1端子30bとアース端子(GND)31iとが設けられている。
同一端子用基板上に異なる2組の電力供給する駆動線を配置することで、燃料電池システム内の配線の引き回しをすることなく、組み立て工数を削減することができ、燃料電池システム内を簡素化することができる。尚、上記第1のガラス基板11と第2のガラス基板12の間は、圧力調整機構として構成されている。
水素吸蔵合金の平衡圧力は水素吸蔵合金の温度によっても変化し、温度上昇に伴って平衡圧力も増加する。例えば、AB5型のLaNi5を主成分とする水素吸蔵合金を用いた場合、使用環境が0〜45℃程度であることを想定し、平衡圧力が0℃で常圧以上、45℃で0.6MPa、そして60℃で1.0MPaを越えないように20℃の平衡圧力が0.25〜0.35MPa程度の水素吸蔵合金用材料を用いると好適である。水素吸蔵合金容器筐体18は、燃料電池セルユニット20と組み合わされ、水素吸蔵容器17から燃料電池セルユニット20への経路が一体化されることにより、本実施形態の燃料電池システムとなる。
このように、水素吸蔵容器筐体は燃料電池セルと組み合わされ、水素吸蔵容器から燃料電池セルへの経路が一体化されることにより、本実施形態の燃料電池システムとなる。
図2は、図1(a)に示された燃料電池システム10の圧力調整機構の部分の詳細な構成を示す断面図である。
図2に於いて、第1のガラス基板11は、水素吸蔵合金容器17上に、傾き調整部材35及びOリング(パッキン材)36を介して配置されている。そして、第2のシリコン基板14上には、第3のシリコン基板37が配置されている。尚、ここでは第3のシリコン基板37としているが、図1(a)に示されるように第2のシリコン基板14としてもよい。
第2のシリコン基板14上の上部位置には、ダイヤフラム43に接合された可動側の駆動電極板45が設けられている。また、中継端子基板47には固定側の駆動電極板46が設けられている。この可動側駆動電極板45と固定側駆動電極板46は、対向する位置に配置され、静電容量変化を検出するように1組として構成されている。この場合には、図示されないが、2組の駆動電極板を配置するとよい。
下面側に流路を形成する第1のシリコン基板13と検出用圧力センサとの間には、空洞部44を有している。この空洞部44の内表面には、第2のシリコン基板14がガス等で腐食するのを保護するための保護膜42が形成されている。
一方、第3のシリコン基板37には上面には、水晶発振器を用いた正弦波電圧回路40と駆動回路/振幅増幅検出回路用のICチップ(DRV−HAIC)38が結合されている。更に、第3シリコン基板37の上側には、複数のピン端子29aが結合されている。第3のシリコン基板37の下部には、開閉弁、安全弁の駆動線や検出用圧力センサの信号線等のリード線を通過する貫通した孔が形成されている。
以上のICチップや中継端子基板、複数のピン端子は、ボンディングワイヤ群28a(ボンディングワイヤ28)で接続されている。動作は、電子機器100のCPU120の指示により正弦波電圧回路40の出力信号は、駆動回路/振幅増幅回路用のICチップ(DRV−HAIC)38の駆動回路を介して、強制振動するダイヤフラム43に圧力が加圧したり減圧すると、その出力信号に応じた振幅を増幅する駆動回路/振幅増幅回路のICチップ(DRV−HAIC)38の振幅増幅用回路(ヘッドアンプ)を介して、駆動回路/振幅増幅回路の出力信号は電子機器100のCPU120に入力する。CPU120はメモリ(ROM)108からの基準値に基づいて、フィードバック制御が行われる。
尚、水素吸蔵合金容器筐体と開閉弁との間に細い配管(キャピラリー)を配置すると、水素が通過する際の圧力損により圧力調整弁駆動時の圧力を下げるものであるため、圧力調整器が負荷を低減することもできる。
図3は、上述した燃料電池セルユニット20と水素吸蔵合金容器筐体18を接合して組み込んだ例を示した外観斜視図である。
このように、燃料電池セルユニット20は、水素吸蔵合金容器筐体18に装着されて、図示されない紫外線硬化型の接着材でシールした構造である。上記燃料電池セルユニット20は、複数の通気口51が設けられたステンレス金属で覆われたカソード電極が、燃料電池セルの上面に露出される。更に、燃料電池セルユニット20の上面には、複数の突起部52a、52b、52cが設けられている。
この燃料電池システムの本体は、水素吸蔵合金容器筐体18と燃料電池セルユニット20のそれぞれのユニットで結合されている。図3に於いて手前の突起部52bと52cの間には、空気を通過させるための開口部(例えば、携帯用電池収納室に燃料電池システムが挿入されると空間部(空気の流通できる)となる空気流入口55が設けられている。この空気流入口55と複数で、紙面内の上下方向に凹凸形状を有する冷却用フィン54の突起との交わる線上は、半径0.3〜1mm程度の面取りが設けてある。また、開口部間に位置する立設された突起部端のエッジ部にも、同様の面取り(半径0.3〜1mm程度)が設けられている。
更に、燃料電池システムの正面には、短冊状に凹凸の形状に形成された複数の冷却用フィン54が設けられている。これらの冷却用フィン54の凹部には、空気吸入口57、水素排出口58、水素補給口59が設けられている。
このような構成に於いて、図示されていない電池収納室に燃料電池システムが挿入されると、燃料電池システム側の空気流入口55とモルトプレーンが接合された電池蓋(図示せず)とは、所望の間隔で離間している。電池蓋のモルトプレーンから吸引されて空気流入口55を通過した空気は、複数設けられた通気口51へ吸い込まれる。このとき、図3に示されるように、空気流入口55の突起部や冷却用フィン54の凸部を面取りすることで、流入した空気が空気流入口55の出口での渦巻き流(キャビテーション現象)を低減することが可能となる。
ここでは、図1や図3に示される燃料電池システム10の燃料電池セルユニット20と水素吸蔵合金容器17を水素吸蔵合金容器筐体18で一体化したが、電子機器内の電池収納室から水素吸蔵合金容器のみを着脱するために配管経路A21に接続コネクタを具備するようにしても良い。
図4は燃料電池セルユニットの構造を示す断面図であり、図4(a)は一方の端部近傍の断面図、図4(b)は他方の端部近傍の断面図である。
燃料電池セルユニット20は、例えば75〜100μm程度の板材から成る高分子固体電解膜61、アノード側電極板62、0.5〜1mm程度のステンレス鋼で構成される第1の金属板64、カソード側電極板63と、例えば0.5〜1mm程度の磁性材から成る第2の金属板66を備えている。この第2の金属板66には、エッチングにより形成された複数の通気口(空気吸引口67)が形成されている。
第1の金属板64上に配置された高分子固体電解膜61と第1の金属板64の内側の側壁との隙間(空間部)には、厚さ方向に磁化されたフィルム磁石層71aが接着されている。フィルム磁石層71aは、SmCo等の希土類磁石から成るフィルム層と、第1の金属板64とが紫外線硬化型接着剤で接合されている。
また、第1の金属板64上には、水素注入口65が形成されていると共に、複数の位置決めピン72aが立設されている。そして、高分子固体電解膜61と、アノード側電極板62及びカソード側電極板63とが積層されており、第2の金属板66に絶縁材料から成るブッシュ75aが埋め込まれている。
組み立て手順としては、第2の金属板66のブッシュ75aを位置決めピン72aに挿入することにより、フィルム磁石層71aの吸着力により、第1の金属板64と第2の金属板66が結合する。したがって、高分子固体電解膜61、アノード側電極板62、カソード側電極板63の積層構造から、相互に加圧される構造になっている。
この燃料電池システムは、上述したように、ユニットの両端を合成樹脂やゴム材から成るシール材で封印して、外形形状を矩形形状とすると共に、上面に複数の突起部が形成されている。更に、水素吸蔵合金容器筐体の上面に、燃料電池セルの長手方向に沿って凹面を形成し、該凹面の深さは断熱部材19の上面または第2のガラス基板12の上面とする。露出する配管経路B22の孔位置と水素注入口65を一致させるように、紫外線硬化型接着剤で接合する。
このように、水素吸蔵合金容器筐体の上面に凹部を設け、この凹部に燃料電池セルユニットを挿入し、合成樹脂部の両側を圧入し、図示されない小ネジや接着剤で結合し、上面に複数の突起部が露出するようにする。このように、燃料電池セルユニット20に突起部を形成することで、組み立てが簡単となる。
また、フィルム磁石層71aの吸引力を適宜に選択することで、高分子固体電解膜61、アノード側電極板62とカソード側電極板63との積層構造から、相互に加圧量を調整し、第1及び第2の金属板64、65を一体化させることができる。この場合、第2の金属板66内に曲げ作用を有する複数のスリ割り68と、カソード側電極板63と押圧する押圧部69を有している。
このように、第2の金属板66内に於いて、部分的に押圧部69を設けることで、カソード側電極板63への周辺部に一様に接触させるために2次加工面とすることで、平坦性を維持することができる。
更に、図示されない電池収納室に、燃料電池システが挿入され、燃料電池システムの突起部と、電池収納室の内表面のガイド面との接触圧による加圧量増減がないようにする。また、水素吸蔵合金容器筐体18の上面に複数の位置決めピンを立設して、燃料電池セルユニット20内の第1の金属板64または合成樹脂部に複数の嵌合孔を設け、この燃料電池セルユニット内の嵌合孔を水素吸蔵合金容器筐体に立設した図示されていない位置決めピン72aに沿って挿入した後、紫外線硬化型接着剤で接合することで、水素吸蔵合金容器筐体18と燃料電池セルユニット20とは正確な位置決めが可能となる。
図4(b)は、上述した図4(a)に示される燃料電池セルユニットの他方の端部近傍を表している。
この他方の端部についての構造は、図4(a)に示される燃料電池セルユニット20の構造とほぼ同じ形状である。したがって、図4(a)と同一の構成要素にて参照番号のaをbに代える以外は同一の参照番号を付すものとし、ここでの説明は省略する。但し、上面の突起部は幅方向に全面となり、空気流入口となる段差は設けられていない。
次に、図5(a)及び(b)を参照して、燃料電池システムと2次電池やCPUが内蔵された電子機器の残容量表示の組み合わせについて説明する。
水素吸蔵合金容器筐体は、水素吸蔵合金容器80と、シリコン基板81上に配置された開閉弁82、検出用圧力センサ83、圧力調整弁84を有している。燃料電池セル90は、アノード電極91、カソード電極92及び高分子固体電解膜93から成っている。携帯用の電子機器(例えば、クレードル装置)100には、制御回路であるCPU120と、上述した開閉弁82や検出用圧力センサ83及び圧力調整弁84をCPU120の指示に基づいて、アナログスイッチ106を閉じて初期駆動する2次充電器(2次電池)101と、例えば、該2次電池101の残容量を検出する電流検出器、或いはクレードル装置に装着可能な上記2次電池101を有する電子カメラ(デバイス負荷部)103と、切り替えスイッチ102と、温度変化によるデータ(図11(a)、(b)の表)が格納されたメモリ(記憶手段)108と、燃料電池の残容量表示を行う表示部109及びユーザ操作用入力キーから成る入力操作部104と、温度検出部としての温度センサ105と、図示されていない同一接点端子(信号線31a〜31hや駆動線32a〜32hと直接接続するための複数から成る接点端子)を有する電池収納室とが備えられている。
圧力調整弁84からの配管経路は、アノード電極91に接続されている。CPU120は、電子機器100内に設置された温度センサ105の出力信号をモニタする。また、燃料電池セル90の残容量表示やデバイス負荷部103の電流値を監視する。CPU120は、燃料電池セル90が電子機器100に接続されると、切り替えスイッチ(SW)102によりデバイス負荷部103の出力信号から残容量検出ができる。しかしながら、ここでは無視することで、検出用圧力センサ83の出力信号及び温度センサ105からの出力信号を優先して、メモリ108に格納されたユーザが指定したB社の水素吸蔵合金容器で、AB5型の水素吸蔵合金容器の種別及び温度特性から、データ(図11の(a)、(b)の表)の残容量演算値を利用して、表示部(ディスプレイ)109に表示する。これにより、ユーザが確認することができる。
尚、ビデオカメラ(電子機器100)に於けるデバイス負荷部(レンズ駆動装置や光ディスク駆動装置)の場合、上記温度検出部とは、例えば、外装面に露出、電池収納室近傍、光ディスク(相変化記録媒体または垂直磁化記録媒体)や磁気ディスクの近傍、撮像素子(CCDやCMOS)の近傍、或いはレンズ駆動回路用ICチップやカメラモジュールユニットや2次電池に配置されたサーミスタ温度センサ等が考えられる。
そして、上記温度検出部は、上記電子機器の複数の箇所に設けられるもので、例えば、外装面に露出、電池収納室近傍、光ディスク(相変化記録媒体または垂直磁化記録媒体)や磁気ディスクの近傍、撮像素子(CCDやCMOS)の近傍、或いはレンズ駆動回路用ICチップやカメラモジュールユニットや2次電池のうち、電子機器の記録再生に関わる箇所(光ディスク(相変化記録媒体または垂直磁化記録媒体)や磁気ディスクの近傍、撮像素子(CCDやCMOS)の近傍)や、外部環境温度が選択するようにすることで、燃料電池システムのオン、オフ制御に合わせると、制御回路(CPU)の温度異常検出が簡単となり、燃料電池の消費を抑制することができる。
図6は、燃料電池の残容量検出及び電池異常検出を説明するためのCPU120及びその周辺部の構成を示すブロック図である。
図6に於いて、プログラムに従って各種制御を行うCPU(マイクロプロセッサ)120は、演算処理部120aと、測定データ記憶部120b1 、例えば、後述する図11に示すデータ用の基準データ記憶部120b2 、補正データ記憶部120b3 を有したワークメモリ用の記憶部120bと、異常検出部120cとを備えている。尚、ここでは図示されないが、後述するプログラム用のROMも備えている。
上記記憶部120bには、検出用圧力センサ123がA/D変換器125を介して接続されると共に、温度検出部(温度センサ)105がA/D変換器124を介して接続されている。更に、記憶部120bには、入力操作部104も接続されている。ワークメモリ用の記憶部120bは、演算処理部120a及び異常検出部120cを介して、表示部109に接続されている。この表示部109は、電池残容量を表示するための電池残容量表示部109aと、電池が異常であることを表示するための電池異常表示部109bとを有している。尚、残容量は、例えば、燃料電池の種類により色を変えて表示したり、或いは使用可能時間を併用表示するようにしてもよい。
異常検出部120cは、燃料電池セル90とデバイス負荷部103との間を遮断するために設けられている。例えば、燃料電池セルとデバイス負荷部との間に昇圧DC/DCコンバータのスイッチングを用いて燃料電池に接続されている負荷を切り離して発電を停止する。そして、燃料電池による発電が中止されると、燃料電池セルは2次電池に接続される。すなわち、CPUは、燃料電池セルでの発電停止後、燃料電池の出力端を負荷から2次電池に接続することにより、燃料電池内に残留する水素及び空気から生ずる残存電力を2次電池へ充電することが可能となり、燃料電池システム内に残留する水素を外部へ放出する必要がなくなる。このとき、2次電池に所定値以上の空き容量を確保して充電を行う。
次に、図7A及び7Bのフローチャートを参照して、電子機器(光ディスク記録媒体を用いたビデオカメラの場合)に於ける燃料電池システムの残容量検出のメインルーチンの動作について説明する。
上記したような構成に於いて、先ずステップS1にて、燃料電池システムの起動処理が行われると、続いてステップS2にて燃料電池の動作が開始される。そして、ステップS3にて、燃料電池の正常動作が確認される。ここでの正常動作は、温度センサ及び検出用圧力センサと圧力調整弁から出力信号が所定の範囲内であることが、演算処理部(CPU)120aにより認識される。演算処理部120aにて「正常動作」であることが判定されると、ステップS4に移行する。
このステップS4では、入力操作部104からの「操作SW(スイッチ)が操作(ON)されたか?」否かの動作が確認される。ここで、ユーザによって操作SW(スイッチ)がON(オン)されるとステップS5に移行し、そうでなければ後述するステップS15に移行する。ステップS5では、サブルーチン「電池残容量チェック」の動作が実行される。尚、このサブルーチン「電池残容量チェック」の詳細な動作については後述する。
上記ステップS5にてサブルーチン「電池残容量チェック」の動作が実行されたならば、次にステップS6に於いて「エラーフラグの状態」が判定される。ここで、エラーフラグがセット(f_err=1)されていれば後述するステップS31へ移行し、エラーフラグがクリア(f_err=0)されていればステップS7へ移行する。
ステップS7では、上述したデバイス負荷部103が電子カメラの場合、その撮像部(図示せず)への画像データの取り込みが開始、すなわち画像データのバッファメモリへの蓄積が開始される。次いで、ステップS8にて、上述した記録媒体のアクセス部に画像データの記録が開始、すなわちバッファメモリから記録媒体(図示せず)への画像データの転送が開始される。
光ディスク装置の制御回路(CPU)の記録開始命令に基づいて、光ヘッドはランダムアクセス制御に於いて、光ディスク記録媒体の所望のトラック上の記録開始位置のセクタへ移動する。このとき、この記録開始位置へアクセスできないときにリトライ動作が行われる。また、光ディスク記録媒体の所望のトラック上の異なる複数のセクタ領域に記録されている画像情報データを順次、再生するために光ヘッドのアクセス時間以上の画像データを高速再生してバッファメモリに記憶した後、表示画面に再生される。このとき、光ディスクの所望トラック上に光ヘッドが移動できない場合にもリトライ動作が行われており、この再生時のリトライ動作時にもバッファメモリから画像情報データが表示画面へ送出されている。
次に、ステップS9に於いて、リトライ動作の状態が、例えば、バッファメモリの残容量のチェックが行われることによって判定される。ここで、異常がない場合は、ステップS10に移行して、「操作SW(スイッチ)が操作(OFF)されたか?」否かの動作が確認される。ここで、ユーザによって操作SW(スイッチ)がOFF(オフ)にされなければ上記ステップS9に移行する。一方、上記ステップS10にて操作SW(スイッチ)がOFF(オフ)にされたならば、ステップS11にて撮影動作が停止される処理が行われる。その後、上記ステップS4に移行する。
また、上記ステップS9に於いて、リトライ動作の状態が異常であると判定された場合は、ステップ12に移行して、詳細を後述するサブルーチン「電池残容量チェック」の動作が実行される。次いで、ステップS13に於いては「エラーフラグの状態」が判定される。ここで、エラーフラグがセット(f_err=1)されていれば、続くステップS14にて撮影動作が停止される処理が行われた後、後述するステップS31へ移行する。一方、上記ステップS13にてエラーフラグがクリア(f_err=0)されていれば、上記ステップS9へ移行する。
上記ステップS4で操作SW(スイッチ)がオンにされていなければ、ステップS15に於いて、図示されない再生SW(スイッチ)の状態が判定される。ここで、再生SW(スイッチ)がオンされていない場合は、後述するステップS26へ移行する。一方、再生SW(スイッチ)がオンされている場合は、ステップS16に移行して、詳細を後述するサブルーチン「電池残容量チェック」の動作が実行される。
次いで、ステップS17に於いて、「エラーフラグの状態」が判定される。ここで、エラーフラグがセット(f_err=1)されていれば、後述するステップS31へ移行する。一方、上記ステップS17にてエラーフラグがクリア(f_err=0)されていれば、ステップS18へ移行する。
ステップS18では、上述した記録媒体のアクセス部に画像データの記録が開始、すなわちバッファメモリから記録媒体(図示せず)への画像データの転送が開始される。次いで、ステップS19にて、図示されない表示制御部に、表示データの生成を開始させる。すなわち、画像データのバッファメモリからの読み出しが開始される。
次に、ステップS20に於いて、リトライ動作の状態が、例えば、バッファメモリの残容量のチェックが行われることによって判定される。ここで、異常がない場合は、ステップS21に移行して、再生SW(スイッチ)の操作状態が判定される。ここで、ユーザによって再生SW(スイッチ)がOFF(オフ)にされなければ上記ステップS20に移行する。一方、上記ステップS21にて再生SW(スイッチ)がOFF(オフ)にされたならば、ステップS22にて再生動作が停止される処理が行われる。その後、上記ステップS4に移行する。
また、上記ステップS20に於いて、リトライ動作の状態が異常であると判定された場合は、ステップS23に移行して、詳細を後述するサブルーチン「電池残容量チェック」の動作が実行される。次いで、ステップS24に於いて「エラーフラグの状態」が判定される。ここで、エラーフラグがセット(f_err=1)されていれば、続くステップS25にて再生動作が停止される処理が行われた後、後述するステップS31へ移行する。一方、上記ステップS24にてエラーフラグがクリア(f_err=0)されていれば、上記ステップS20へ移行する。
上記ステップS15にて、再生SW(スイッチ)がオンにされていなければ、ステップS26に於いて、図示されない記録媒体が交換されたか否かが判定される。ここで、上記記録媒体が交換された場合は、ステップS27に移行して、詳細を後述するサブルーチン「電池残容量チェック」の動作が実行される。次いで、ステップS28に於いて「エラーフラグの状態」が判定される。ここで、エラーフラグがセット(f_err=1)されていれば、後述するステップS31へ移行する。一方、上記ステップS28にてエラーフラグがクリア(f_err=0)されていれば、ステップS29に移行して記録媒体の情報が取得された後、上記ステップS4へ移行する。
更に、上記ステップS26にて、記録媒体が交換されていない場合は、ステップS30に於いて、図示されない電源SW(スイッチ)の状態が判定される。ここで、電源スイッチがOFF(オフ)にされていなければ、上記ステップS4に移行して以降の処理が繰り返される。これに対し、上記ステップS30にて電源SW(スイッチ)がOFF(オフ)にされた場合は、ステップS31に移行して、燃料電池の動作が停止される。そして、ステップS32にて燃料電池システムの停止処理が行われると、本ルーチンが終了する。
次に、図7Cのフローチャートを参照して、本実施形態の燃料電池システムに於けるサブルーチン「電池残容量チェック」の処理動作について説明する。尚、図7A及び図7Bのフローチャートに於けるステップS5、S12、S16、S23及びS27のサブルーチンは何れも同じである。
本サブルーチンに入ると、先ずステップS41にて、周知の電池機能の読み出しが行われる。次いで、ステップS42に於いて、燃料電池内に温度センサが存在するか否かが判定される。ここで、温度センサが燃料電池内に存在する場合は、本サブルーチンを抜けて図7A、7BのフローチャートのステップS6、S12、S16、S23、S28の該当するステップに移行する。もちろん、この場合は燃料電池内に設けられた温度センサで検出された温度に応じて、表示部109にその旨(残容量、エラー等)が表示されるようにしてもよい。一方、電池内に温度センサが設けられていない場合は、ステップS43へ移行する。
ステップS43では、CPU120により、サンプリングされた電子機器(例えば電子カメラ)100の外部に露出、またはレンズ駆動回路用ICチップに内蔵された、温度センサ105からの複数の測定データが、A/D変換器124を介して記憶部120b内の測定データ記憶部120b1 に書き込まれる。このとき、サンプリングが複数回のときには、平均値が求められる。
次いで、CPU120によって、温度検出部(例えば、外装面に露出、電池収納室やディスク(相変化記録媒体または垂直磁化アモルファス記録媒体)の近傍、撮像素子(CCD、CMOS)の近傍、レンズ駆動回路用ICチップや2次電池に配置された温度検出用のサーミスタ)の中から、ディスク(相変化記録媒体または垂直磁化アモルファス記録媒体)の近傍、撮像素子(CCD、CMOS)の近傍で画像データを生成する記録、または再生に関わる箇所から1つが選択されて、測定データ記憶部120b1 に書き込まれる。その結果、制御回路120は電子機器内で急激な温度上昇が発生したときにディスク(相変化記録媒体または垂直磁化アモルファス記録媒体)の近傍、撮像素子(CCD、CMOS)の近傍の温度検出部105を選択することで、燃料電池セル90とデバイス負荷部103とを遮断することで、燃料電池の消費を抑制することができる。
或いは、CPU120では、サンプリングされた検出用圧力センサ123からの複数の測定データが、A/D変換器125を介して上記測定データ記憶部120b1 に書き込まれる。このとき、サンプリングが複数回の場合には、平均値が求められることになる。また、検出用圧力センサ、圧力調整弁の各圧力センサが並列配置された場合には、2箇所の測定データが、A/D変換器を介して測定データ記憶部120b1 へ書き込まれる。
一方で、工場出荷前の微細流体流路用の検出用圧力センサ、開閉弁、圧力調整弁の各温度センサが並列配置された場合には、3箇所の測定データがA/D変換器を介して基準データ記憶部120b2 へ書き込まれるようにする。このようにすると、複雑な流体流路でも、より正確な温度差を求めることができる。
上述したように、上記電子機器の温度検出部(温度センサ)で検出された温度は測定データ記憶部120b1 に書き込まれる。次いで、ステップS44にてエラーフラグがクリア(f_err=0)されると、ステップS45に於いて、各ユニット毎の測定温度が所定の場所の温度以上であるか否かが判定される。ここで、所定の場所の温度とは、撮像素子、ディスク近傍の温度、或いは電池収納室近傍の温度センサの出力のことを表している。
測定データ記憶部120b1 に書き込まれた温度及び圧力値は、後述する図11に示される管内圧力限界値及び管内温度限界値異常かのフラグ信号“1”(=異常)または“0”(=正常)として、補正データ記憶部120b3 に書き込まれる。こうして、補正データ記憶部120b3 に書き込まれたフラグ信号“1”(=異常)または“0”(=正常)は、異常検出部120cで検出される。そして、異常の場合(所定の場所の温度以上の場合)は、ステップS50に移行してエラーフラグがセット(f_err=1)される。その後、ステップS51に移行して、その信号に対応したエラー表示が、表示部109内の電池異常表示部109bに出力される。この表示は、例えば、異常時にはLEDで点滅表示される。或いは、電池異常表示部109bに、メッセージ表示、例えば「電池が異常です。電子機器から取り外し、しばらくしてから電子機器へ電池を装着してください。」が行われる。
一方、ステップS46では、微細流体流路内の多数の箇所で温度が検出されると、該微細流体流路内の温度との温度差と共に基準データ記憶部120b2 に格納される。そして、ステップS47に於いて、基準データ記憶部120b2 に格納された温度差に基づいて演算されることにより、補正値が補正データ記憶部120b3 に書き込まれる。
ステップS48では、演算処理部120aに於いて、測定データ記憶部120b1 に書き込まれた圧力検出値と、補正データ記憶部120b3 に書き込まれた温度値とから、基準データ記憶部120b2 に基づいて電池の残容量が演算される。その後、ステップS49にて、その残容量の結果が、表示部109内の電池残容量表示部109aに表示される。
尚、工場出荷前にデータ取りをするために測定される微細流体流路内の温度を検出するための温度センサは、具体的には、図2に示される空洞部44内の第1のシリコン基板13上や、圧力調整弁、開閉弁、検出用圧力センサの空洞部と同様な場所に、複数個、並列に配置されている。この温度センサは、上記各部位に、超小型の温度センサとして接合されている。
次に、図8を参照して、シリコン基板上の検出用圧力センサから圧力調整弁への印加電圧について説明する。
図8に示されるように、燃料吸蔵合金材料であるAB5型のLaNi5やAB2型合金を例として説明する。これらの合金材料の温度特性は、メーカや同じメーカで製造される種別により異なることになる。本実施形態では、この温度特性をテーブル表に基づき、圧電調整弁に印加する電圧を決定することにより、燃料吸蔵合金材料による誤差値(例えば、A社、B社製造による水素吸蔵合金の温度特性が異なる場合、現使用温度35℃の状態下に於いて、δ値)を補正することができる。(この場合、20℃に於けるA社製では0.25MPa、B社製では0.40MPaとしている。また、限界値はA社製とB社製も1MPaとしている。)
残容量表示用圧力基準温度を27℃とする。例えば、水素やメタノール等の燃料電池を電源とする一眼レフ型デジタルカメラ等の情報機器では、EL(エレクトロルミネッセンス)素子やLED(発光ダイオード)等による表示照明装置は消費電力が多く、照明表示制御は使い難いものとなる。或いは、交換レンズとカメラ本体との通信による交換レンズ着脱検出等の撮影準備動作等を含め、実際に使用している場合(例えば、シャッタチャンスを待つとき)に於いて撮影しようとすると、使用者の意思に反する動作を引き起こすことになり、デジタルカメラ側に依存しきった姿勢制御による燃料電池の残容量表示や機器動作可能時間表示等の自動的な管理は、使用者の意思と一致しないという問題がある。
ここで、水素吸蔵合金材料に要求される性質は反応が早く、吸蔵圧と放出平衡圧のヒステリシスがあり、材料等の違いによる発生する誤差を補正することを目的とする。温度センサが配置されている場所と、水素吸蔵合金容器筐体からの配管経路Aの内圧温度との温度差及び圧力センサの内圧温度差がある。電子機器の使用状況に於いて、その都度、測定して残容量表示をすることは困難である。初期値を20℃とし、その平均である27.5℃(例えば、予め決められたグループの範囲でCPUからの指示は27℃)の圧力センサ値からPCT線図により残容量表示値を求めることができ、温度変化による過圧力の影響を受けることなく残容量表示誤差を抑えることができる。
ここで、平均値やグループ化(温度測定範囲を予め2℃から3℃毎にプロットして測定点を決め、その上下範囲を測定点と見なす方法)することにより、工場出荷時に於いて、予め測定された温度毎の圧力線図を格納するメモリの記憶容量を少なくすることができる。或いは、図示されないが、水素吸蔵合金容器内の壁に発振器を用いた複数から成る一対の駆動電極板からダイヤフラムを接合するような圧力センサを内蔵した場合等も、温度センサが配置している位置と金属材料で覆われた水素吸蔵合金容器内では温度差がある。水素吸蔵合金容器内の一対から成る駆動電極板は離間して配置し、残存量が少なくなった場合には差動出力信号に切り替えることもできる。このように、環境下での違いがあることから、現在の使用環境温度35℃と温度特性に用いられる常温20℃の平均値の温度テーブル表を用いる。
水素吸蔵合金容器内に、一対から成る駆動電極板を用いて残量容量を測定する場合や、公知の歪ゲージによる残量水素量を測定する場合(特開平6−33787号公報)等に於いて、出荷前に予めデータ特性表を求めるために製品と同じ容器を2次加工して、温度センサの出力が20℃、23℃、27℃、30℃、32℃、35℃、40℃、45℃毎に変化できるためにサーモモジュールを容器の外表面に取り付ける。水素吸蔵合金容器のバルブを開き、温度毎の水素流量計で放出水素量を求め、対応する一対の駆動電極板からの振幅電圧回路を経て残量水素量を求める。すなわち、図10(a)の燃料電池の構成に於いて、この放出水素量毎に於ける燃料電池の消費総時間の関係が求まる。
残容量表示は、残容量時間または(残容量時間/消費総時間)の%表示とし、残容量時間は消費総時間から圧力調整弁と安全弁の使用回数及び使用時間の累積を減算することで求まる。また、各温度に於けるPCT係数を決め、相関(重み付け)を決めておくことになる。ここで得られたデータ(図11(a)、(b)の表)がROMに格納される。このようにすると、水素吸蔵合金容器に設けた残容量検出センサを省略することもできる。
金属材料のステンレス材料から成る水素吸蔵合金容器筐体の外表面の凹面内にサーモモジュール(例えば、ペルチェ素子)配線基板を配置することで、CPUによる温度コントロールを20℃(常温)になるように行うことができる。その結果、検出用圧力センサの出力信号を安定化することができる。したがって、常温(20℃)に近傍のデータのみを格納することできる。したがって、メモリ(例えば、ROM等)の記憶容量を大幅に減らすことができる。
ここで、PCT係数について説明する。
燃料電池システムのシリコン基板上に温度センサを用いない場合に於ける残容量表示をするために、電子機器内に備えられた各温度センサを用いた場合についての例である。
電子機器内の温度センサの配置されている場所と燃料電池システム内のシリコン基板上に配管された水素配管内の温度との温度差相関をとるために、PCT係数を用いると、過大または過小な残容量を検出することなく、正確な残容量を表示することができる。
燃料電池セル近傍の燃料電池収納室や2次電池ユニットに使用された温度を電気抵抗に変換するサーミスタ等の温度センサを用いる場合には、燃料電池セルや2次電池ユニットの表面に露出した温度検出部で検出した2次電池の温度は、アナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器を介して残容量表示するために、CPU120内のPCT係数を演算するための演算処理部120aに出力する。温度センサ105は所定の時間毎に数回のサンプリング周期で燃料電池セル近傍の燃料電池収納室や2次電池101の温度を検出して、検出した燃料電池セル近傍の燃料電池収納室や2次電池101の温度をPCT係数の演算処理部120aに出力する。この演算処理部120aでは、電子機器100内に使用されている温度センサ105の配置位置と燃料電池90内の管内温度との相関をとるために、PCT係数の演算を行う。
図9は、複数の温度特性に於ける圧力−残容量線図である。図9から、PCT係数δPCT を用いた残容量表示用テーブルT0 温度への変換について説明するための図である。尚、実測温度に於ける燃料電池の残容量を実線で示し、水素ガス流路管内温度の燃料電池の残容量を破線で示す。
ここで、例えば、燃料電池セルの温度(30℃)や2次電池温度をT4 (30℃)で水素圧力値P4 MPaとし、燃料電池内の検出用圧力センサが設けられた水素管内部の温度T0 を求めるために、機種毎にカメラ内の構造を予め実測しておくことになる。ここでは、例えば、水素管内部の温度T0 (27℃)とした場合は、PCT係数はδPCT =T0 −T4 となる。
このように、温度差によるPCT係数の演算を行うことにより、燃料電池ユニットに温度センサが内蔵されていない場合にも水素管内部の温度を求めることができる。また、燃料電池セル近傍の燃料電池収納室温度(33℃)や2次電池温度をT4 (33℃)に温度上昇すると、水素管内部の温度T0 (30℃)となり、PCT係数δPCT は3℃の差となる。
同様に、一眼レフレックスカメラ等のカメラモジュールユニット内に温度検出部が配置されている場合、またはデジタルカメラの表面に露出した水深及び水圧/湿度、及び図示されていない水圧、温度(湿度換算付き)検出部を有し、撮影されたアルバムから上記データ等の位置情報に基づいて検索可能な防水付きデジタルカメラ等にも、PCT係数を用いることができる。
或いは、具体的には環境条件が寒く、低温度に於けるカメラ用レンズを保護するためのカバーを開閉する機構、及び駆動回路を具備したデジタルカメラ等に利用することができる。また、水中や海中を撮影する防水用デジタルカメラの場合には、表面温度をT3 (10℃〜20℃)で水素圧力値PS MPaとし、或いは気圧が変化するアルプスの山々の場合等の利用環境条件毎に、PCT係数を決めることができる。
また、屋外での撮影用のデジタルカメラの場合には、表面温度をT1 (35℃)とし、何れのデジタルカメラを利用する場合に於いても、図示されていない外気圧を補正する補正データをメモリに格納する。或いは、高山や水中等では残容量表示を停止し、表示面面上に、例えば「残容量表示停止中」の警告表示をするようにしてもよい。
燃料電池内の検出用圧力センサが設けられた水素管内部の温度T0 (27℃)が選択されるようにすると、PCT係数は、δPCT =T0 −T1 となる。
このようなPCT係数の演算を行うことにより、燃料電池ユニットに温度センサが内蔵されていない場合にも、水素管内部の温度差を求めることができる。
更に、カメラモジュールユニット内の温度をT2 (25℃)とし、燃料電池内の検出用圧力センサが設けられた水素管内部の温度T0 (27℃)が選択されるようにすると、PCT係数はδPCT =T0 −T2 となる。
このように何処に配置された温度センサを使用するかを選択し、上記の各PCT係数の演算を行うことにより、燃料電池ユニットに温度センサが内蔵されていない場合にも水素管内部の温度を求めることができる。
複数の温度センサから1つの温度センサを選択する基準は、以下の通りである。
(i)電子機器内に配置された複数の温度センサのうち、電子機器内の電池収納室に燃料電池システムを装着したとき、上記燃料電池システムに最適環境(電子カメラ等の端末用機器を使用しているとき、記録媒体に記録再生する際に電子機器内の温度の変化または外部環境の変化を受けにくい所望の位置)に配置された温度センサを選択することで、温度センサの誤検出による燃料電池の残容量表示の誤りを防止することができる。
(ii)電子機器内に配置された複数の温度センサのうち、燃料電池システムに最も近い場所に配置(例えば、電池収納室)した温度センサを選択することで、微細流体流路管内の温度とほぼ一致した温度分布となることから、圧力・温度−残容量のデータ等のメモリ容量を少なくすることができる。
(iii)撮像素子や記録媒体の近傍の温度センサを選択することで、電子機器内の温度異常発生による記録不許可信号に素早く対応することができ、燃料電池の無駄な消費を抑制することができる。
(v)クレードル装置や電子機器の電池収納室内に温度センサを配置する場合、温度センサは燃料電池セルの外表面に対面する近傍な位置にすると、燃料電池セルの温度上昇に依存された温度情報も得られ、微細流体管内温度との双方関係からより、正確な残容量検出が可能となる。
その他の方法として、電子機器内の電池収納室に取り付けたサーミスタにより電池収納室の室内温度を測定し、電池収納室温度とシリコン基板上の水素流路内の温度との温度差、すなわち、PCT係数から求めることに置き換えることもできる。
図10は、本発明の第1の実施形態に於ける2種類の燃料電池システムのブロック構成図である。
図10(a)に於いて、上述した水素吸蔵合金容器筐体18内には水素吸蔵合金容器80を有している。この水素吸蔵合金容器80からは、図示されない配管経路Aを介して開閉弁82、検出用圧力センサ83、更に安全弁131、圧力調整弁84及び補助用圧力調整弁132が配置されている。圧力調整弁84及び補助用圧力調整弁132は、図示されない配管経路Bを介して燃料電池セル90に接続されている。
開閉弁82は、配管経路Aに接続された際に開き、接続が解除された際に閉じる弁機構を兼ね備えた水素補給の開閉弁である。安全弁131は、検出用圧力センサ83と外気口との間に接続され、公知技術である静電駆動方式のマイクロバルブや熱変形導電材料(例えば、形状記憶合金材料)のダイヤフラムによる構成であり、オン(弁が開く)やオフ(弁が閉じる)が可能なスイッチ機能を有している。
また、図10(b)に於いて、水素吸蔵合金容器135からは、図示されない配管経路Aを介して第1及び第2の開閉弁137及び138、第1及び第2の検出用圧力センサ139及び140が配置されている。そして、第1及び第2の検出用圧力センサ139及び140と外気口との間には、第1及び第2の安全弁141及び142が配置されている。また、第1及び第2の検出用圧力センサ139及び140と燃料電池セル145の間には、第1及び第2の圧力調整弁143及び144が配置されている。
次に、水素吸蔵合金容器への水素の補給と燃料電池セル駆動時の動作について説明する。
図10(b)を参照すると、図示されていない水素補給時には、水素吸蔵合金容器135は着脱式で接続することにより弁が開くような機構を有する水素補給口に、上述した水素補給ボンベが接続され、水素補給口を介して水素吸蔵合金容器135内の水素吸蔵合金へ水素が補給、貯蔵される。補給された水素は水素吸蔵合金中に貯蔵される他、配管経路、更に開閉弁以降は遮断された状態で、第1及び第2の開閉弁137及び138から燃料電池セル145までの配管経路に残容量の水素ガスが存在する。携帯用機器の電源スイッチ(図示せず)がオンされると第1及び第2の開閉弁137及び138が開き、水素吸蔵合金に貯蔵されたが圧力調整弁まで供給されて残容量の水素ガスと混合され、水素吸蔵合金内の内圧と同じとなる。
次に、第1及び第2の検出用圧力センサ139及び140の検出器からの出力信号を、メモリ(ROM)108に格納されたテーブル表(例えば、図11(a)の表)に換算して圧力調整弁を開く。水素燃料電池セル動作時は、燃料電池セル145への水素ガス圧が0.1MPaになると燃料電池セル145が動作を開始する。消費された水素を補給すべく水素吸蔵合金に貯蔵された水素が、図10(a)に示される例(A社)では開閉弁があり、この開閉弁82から、検出用圧力センサ83、圧力調整弁84を順次経由して燃料電池セル90に供給される。燃料電池セル90側の水素圧力を一定に保持しながら燃料電池セル90が継続的に動作して、図示されていない携帯用機器等に安定に電力を供給する。この場合、検出用圧力センサ83と安全弁131とは直接接続されている。尚、図11(a)の表には水素吸蔵合金種類、水素吸蔵量、安全弁と流路数、電気容量、管内圧力限界値、圧力センサ感度、製造年月等の管理する管理データが格納されている。更に、図11(a)の表に基づいて、圧力調整弁の放出流量の演算をする場合は、検出用圧力センサから出力される実測値と圧力調整弁から出力される実測値の差圧を求めることにより検出できる。
本実施形態では、高圧水素ガスによる圧力調整弁にかかる負荷を軽減するために、図10(b)に示される例(B社)では複数(ここでは2個)の開閉弁137、138と検出用圧力センサ139、140、圧力調整弁143、144が、それぞれ並列に配置されている。第1及び第2の検出用圧力センサ139及び140が、それぞれの第1及び第2の安全弁141及び142と直接接続されている。そして、第1及び第2の安全弁141及び142は外気口に接続されている。第1及び第2開閉弁137及び138と第1及び第2の安全弁141及び142は、公知技術である静電駆動方式のマイクロバルブや熱変形導電材料(例えば、形状記憶合金材料)から構成された、オン(弁が開く)やオフ(弁が閉じる)が可能なスイッチ機能を有したダイヤフラムの動作で、それぞれの弁が開く。尚、他の例(C社)として、第2の安全弁を使用しない場合には、ダミー用として形成されている。
ここで、B社の場合には、水素ガスが分圧される所定時間後、検出用圧力センサが所望値になると第1の開閉弁137は閉じ、第2の開閉弁138を開いた後、第2の検出用圧力センサ140が監視を行う。第1及び第2の開閉弁137及び138は検出用圧力センサの監視の基にオン・オフ動作を繰り返す。検出用圧力センサが所望の水素ガス圧になると、圧力調整弁が制御を開始し、燃料電池セル内では0.1MPa圧になるように制御する。更に、圧力調整弁を保護するために複数の開閉弁を同時に使用することも可能である。
このようなオン・オフ動作を繰り返す構成に於いては、CPUやアナログスイッチ等のチップが第2のシリコン基板に埋め込まれていることが望ましい。
図12は、ユーザの指定による選択される燃料電池の画面の表示例を示した図である。
例えば、図12(a)に示される例では、表示部109には、「水素吸蔵合金」130と「メタノール」131及び「選択しない」132が表示されている。この表示状態に於いて、ユーザが入力操作部104を操作して、例えば「水素吸蔵合金」130を選択することによって、図12(b)に示されるように、「AB5型水素合金」133と「AB2型水素合金」134を表示させることができる。尚、こうした項目の表示や選択は、周知の技術であるので説明は省略する。
或いは、図12の一覧表示として、図12(c)や(d)に示されるように表示することもできるが、ユーザにとって、このような一覧表示から装着した燃料電池を選択することは使いにくいということも考えられる。したがって、デバイス負荷部103を製造する時には、メモリ108にデバイス負荷部103が使用できる水素吸蔵合金の種類の許可データを格納することが望ましい。
デバイス負荷部103の動作開始信号が入力されたときの起動時は、CPU120が2次電池101を動作させる。つまり、図5(b)に示されるように、燃料電池セル90から2次電池101へは、切り替えスイッチ102によって充電時に接続されるようになっている。携帯用機器であるクレードル装置の場合には、デバイス負荷部(例えば、電子カメラ等)103が搭載され、燃料電池セル90が動作をすると、CPU120は切り替えスイッチ102を動作させ、2次電池101は休止する。そして、圧力調整弁84の制御や燃料電池セル90は動作状態となり、デバイス負荷部103が動作を行う。このようなとき、CPU120は、燃料電池セル90のみの使用や、燃料電池セル90と2次電池101の併用使用により、コンセントのない屋外等でも利用することができるというメリットがある。
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
上述した図4(a)及び(b)に示されるように燃料電池セルユニットを構成すると、第1の金属板64と第2の金属板66の形状については、内部圧力より該第1の金属板64と第2の金属板66の変形により、アノード側電極板62またはカソード側電極板63との接触不良が生じる虞れがある。この場合、第1の金属板64または第2の金属板66とアノード側電極板62またはカソード側電極板63との接触面積は、第2の金属板66の通気口の占有面積に大きく依存される。一般的には、第2の金属板66は第1の金属板64に比べて1/3〜1/2程度となる。
このため、第2の実施形態では、以下のように燃料電池セルユニットを構成している。
図13は、本発明の第2の実施形態に於ける燃料電池セルユニットの構造を示すもので、(a)は第2の金属板側を示す斜視図、(b)は第1の金属板側を示す斜視図である。
上述した高分子固体電解膜、電導性多孔質材から成るアノード側電極板とカソード側電極板とが積層され一体化されている。また、第1の金属板と第2の金属板によって狭持される燃料電池セルユニットを組み立てた場合には、第1の金属板と第2の金属板の平坦性が要求される。
例えば、厚さ0.1mmで第2の金属板(ステンレス材)161には、図示されるような形状にエッチング加工で通気口163が形成され、通気口163が設けられていない上層カバー160の上に重ねて結合される。このように形成することで、第2の金属板の深さ0・1mmの通気口の平坦性を確保することができ、ばらつきがなく正確に構成することができる。
上層カバー160の中央部には、矩形形状した開口部162が形成されている。この開口部162は、第2の金属板161の通気口163に空気を送り込むための開口である。この開口部162と連結して、段差部165が形成されている。この段差部165と手前の側面部169との交わる直線部は、半径1mm程度のなめらかな球形状をしている。同様に、段差部165の両側の側面部166と上面との交わる直線部も、半径0.5mm程度のなめらかな球形状をしている。
このように、中央手前の部分に段差部165を形成することにより、段差部165の両側に第1の突起部171と第2の突起部172が設けられている。第2の突起部172の高さは、第1の突起部171に比べ、0.5mm程度高く、段差になっている。これらは、図示されない携帯用機器の電池収納室に燃料電池システムを挿入する際に於けるガイド面となり、電池蓋から吸引された空気は、段差部165、開口部162から第2の金属板161の通気口163へと供給される。
尚、開口部162の表面は、100個程度の円形、三角形、矩形等の小孔が分散した形状の開口部162の表面に置き換え、多数の小孔から空気を吸引させる変形とすることも容易である。
通気口163を有するステンレス材料から成る平坦な第2の金属板161と合成樹脂製の上層カバー160は、リベット173で結合される。リベット173等の機械的な結合ではなく、接着剤による接合でもよい。
上層カバー160の裏面部167には、長手方向に一対の磁性材(例えば、ステンレス304材)168が接着剤で結合されている。また、磁性材168の近傍には、位置決め穴166bと対を為す位置決め穴166aが設けられている。
一方、高分子固体電解膜、アノード側電極板、カソード側電極板、第1の金属板と、第2の金属板との大きさを同一な面積とし、第1の金属板に水素流路を形成した場合には、水素流路の深さを均一にすることも問題とされる。
これらの問題を解決するために、配管経路Bと嵌合するステンレス材料の第1の金属板にNi材をホットプレスやリベット等の機械的な結合で積層した後に重合する。そして、結合する以前に、このNi材に水素流路をエッチング加工により形成しておくことになる。
例えば、厚さ0.1mmでNi板152には、図13(b)に示されるような形状にエッチング加工で通気口を形成し、配管経路B154の穴のみを有する第1の金属板151の上に重ねて結合する。このように形成することで、Ni板152の深さ0.1mmの水素流路153の平坦性を確保することができ、ばらつきなく正確に構成することができる。
また、ステンレス材150から成る第1の金属板151には、長手方向の一対の永久磁石材料等のフィルム磁石層156a、156bを接着材で固着しておく。フィルム磁石層156a、156bの近傍には、一対の金属製の位置決めピン157q、157bが立設されている。尚、フィルム磁石層156a、156bは、アルニコ磁石、フェライト磁石、希土類磁石(例えば、SmC0等)の永久磁石を使用すると磁力が強く、磁石の肉厚を薄くすることができるが、高価である。したがって、ここでは、フェライトボンド磁石やプラスチックボンド磁石、或いはゴムボンド磁石とする。
ボンド磁石は安価であり、ボンド磁石が外面に露出しないので、磁石の破損もなく使用が可能である。ポンド磁石をエポキシ樹脂で第1の金属板141に接着できる。また、錆止めまたは絶縁用にボンド磁石の表面にコーティングを施すことが好ましい。更に、N極やS極の方向性を選択することがなく、ボンド磁石を組み立てる際に作業ミスが発生する虞れがない。
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
本第3の実施形態は、複数の燃料タンク及び複数の燃料電池を備えた燃料電池システムについてのものである。
図14は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示したブロック図である。
水素吸蔵合金の異なる第1及び第2の燃料タンク(水素吸蔵合金容器)181及び182からは、図示されていないそれぞれの配管経路を介して、第1及び第2の検出用圧力センサ185及び186と、第1及び第2の開閉弁187及び188が、シリコン基板183上に並列に配置されている。そして、第1及び第2の開閉弁187及び188と外気との間には、安全弁191が配置されている。また、上記第1及び第2の開閉弁187及び188と第1及び第2の燃料電池セル193及び194の間には、それぞれ第1及び第2の圧力調整弁189及び190が配置されている。
上記第1及び第2の燃料電池セル193及び194と、デバイス負荷部198及び2次電池200との間には、第1及び第2の切り替えスイッチ195及び196が、直列に配置されている。
上記第1及び第2の燃料電池セル193及び194と第1及び第2の切り替えスイッチ195及び196は、以下のように動作する。
第1の燃料電池セル193と第2の燃料電池セル194の選択により、デバイス負荷部(撮影時の取得できる撮影枚数や動画時間の制限や再生時のスライドショーの時間制限等)198の電池仕様条件が変えられるようにする。
また、他の具体例として、垂直磁化膜記録材料や相変化記録材料から成るディスク状記録媒体内のユーザエリア内に撮影された動画や静止画データを記録するディスク・ビデオカメラは、ディスク装置に内蔵するヘッド部の半導体レーザ、或いはヘッドを半径方向にシーク動作させるアクセス機構駆動系に内蔵された温度センサ、またはディスク状記録媒体の近傍に配置された温度センサから、温度を検出する温度検出部を備えたものを利用することもできる。この場合、第1及び第2の燃料電池セル193及び194と、デバイス負荷部198と2次電池200との間には、第2の切り替えスイッチが並列に配置される(第1の燃料電池セル193と第2の燃料電池セル194を選択する第1の切り替えスイッチは持たない)。
第1及び第2の燃料電池セルを有する燃料電池ユニットに於いて、上記燃料電池セルと燃料を供給する一組の燃料タンク(水素吸蔵合金容器)を搭載するパッケージとから成り、燃料タンクの裏面の面積より小さい面積を有する冷却素子を、燃料タンクの近傍に配置する。そして、撮像装置に於いて、撮像素子が被写体を撮像する起動時に冷却素子を動作させる制御を行う。
或いは、レンズ駆動回路用ICチップの表面温度を測定する温度センサとから成るデバイス負荷部に於いて、温度センサの測定結果に応じて、一対の燃料電池セルの動作を制御回路で制御する。この制御回路は、レンズ駆動回路用ICチップの表面温度が予め定められた値に達した場合に、上記冷却素子の電力供給を開始、または燃料電池セルの電力供給量を下げる。
更に、デバイス負荷部の動作時に於いては、制御回路が上記撮像動作を開始してから、上記撮像素子から静止画像信号をディスク装置へ転送するまでの間に、冷却素子によって燃料電池を冷却することもできる。このような場合、第1の燃料電池セルで撮像装置を駆動し、第2の燃料電池セルでディスク装置及びバッファメモリを駆動するように構成する。そして、第1及び第2の燃料電池セルを休止することなく、同時に動作するようにする。
この動作から第1の燃料電池セルに接続した第1の燃料タンクの残容量が撮像装置を駆動する限界値に達したとき、第2の燃料電池セルにより撮像装置とディスク装置及びバッファメモリを駆動するように切り替えられる。
また、第2の燃料電池セルに接続した第2の燃料タンクの残容量がディスク装置及びバッファメモリを駆動する限界値に達したとき、第1の燃料電池セルにより撮像装置とディスク装置及びバッファメモリを駆動するように切り替られる。
したがって、ユーザが撮像装置を使用する際に、第1または第2の燃料電池セルの状態(燃料電池の双方を使用中、或いは何れかの燃料電池を使用中)がわかるように表示装置(LCD)上に警告表示を行い、或いは発光ダイオード(LED)を点灯させ、警告メッセージ音や警告メッセージを発声するように構成することも可能である。これにより、ディスク装置を休止させることなく、ディスク装置内のディスク近傍に配置された温度センサ等を用いた微細流体流路管内の圧力センサをCPUが検知して、第1及び第2の燃料電池セルを作動し、撮像装置を駆動することができる。
電池残容量警告表示に於いて、常温環境下に比べて低温環境下では使用可能な時間自体が短いという課題を有していた。そのため、温度を検出する温度センサをデバイス負荷部の外装に露出して設ける。検出される温度が所定の低温度となるときだけ、第1及び第2の燃料電池セルが作動するように、それぞれの開閉弁を開放すると、2つの燃料電池セルからデバイス負荷部内の各ドライバ回路への電力供給が可能となる。このようにすると、低温度による燃料残容量検出の過小検出を保護することができる。
したがって、ユーザにとって低温度の環境下に於いても、デバイス負荷部内の制御回路に誤動作なく、撮影モードを維持することができる。或いは、撮影モード時、ストロボ装置からストロボ光を発光させる際に電圧の負荷変動が大きくなるが、燃料電池は水素ガスを燃料とすることから、メタノールを燃料とする燃料電池よりも発電効率が高いので、負荷変動にも対応することができる。
また、カメラモジュールユニットの温度補正用の温度検出センサと兼用することにより、デバイス負荷部の部材を削減できるため、本実施形態のデバイス負荷部を安価に製造することができる。
その他の具体的な例としては、無接点充電用クレードル装置(例えば、特開2006−203997号公報)がある。ここでは、無接点充電用のクレードル装置の電源として、種類の異なる2つの燃料電池を用いることができる。デバイス負荷部の重量や外形形状を認識する認識センサと、1次コイルと、を備えている。
デバイス負荷部が載置されたクレードル装置としては、デバイス負荷部(例えば、電子カメラ)とクレードル装置に設けられた図示されていない無接点充電用のクレードル装置は、デバイス負荷部を無接点充電用のクレードル装置に装着して、デバイス負荷部に内蔵される2次電池を充電する。クレードル装置内の無接点充電用のクレードル装置は、1次コイルと、この1次コイルを直流で励磁するために異なる2種類の燃料電池を内蔵している。
更には、目覚まし用や充電時間を設定する際に、タイマ表示用のバックライトに供給する電源としての単一の燃料電池と、1次コイルを直流で励磁するための単一の燃料電池を併用してクレードル装置内に内蔵してもよい。デバイス負荷部は、無接点充電用のクレードル装置の1次コイルに電磁結合される2次コイルと2次電池の充電状態を制御する充電制御回路とを内蔵している。デバイス負荷部がクレードル装置の無接点充電用のクレードル装置に装着されると、デバイス負荷部に内蔵される2次コイルに直流電力が誘導され、充電制御回路に制御されてデバイス負荷部に内蔵される2次電池を充電することも可能である。
また、上記充電時間設定用のタイマ表示に代えて、2次電池が満充電になるとスイッチング素子がオンからオフに切り替えられる保護回路を備えた制御回路にすることもできる。
更に、上記クレードル装置とデバイス負荷部との間で通信手段を設け、第1の燃料電池がデバイス負荷部の2次電池と接続された状態下に於いて、第1の燃料電池の残容量が所定値以下のときは、制御回路は燃料電池セルと2次電池とを遮断し、2次電池への供給が停止した後、上記通信手段を介してデバイス負荷部の2次電池に対してクレードル装置内の第2の燃料電池からの供給開始を要求する信号を送信することで、デバイス負荷部の2次電池への補給も可能である。
また、上述した第2の切り替えスイッチは、燃料タンクが高温高圧発生時に燃料電池の残容量をデバイス負荷部から2次電池に切り替えるために設けられている。この燃料タンクの高温高圧状態は、第1または第2の検出用圧力センサの出力信号をCPUに入力し、CPUが第2の切り替えスイッチを作動するように、図示されていないスイッチ駆動回路へ指示を出す。CPUは、ユーザによる電源投入を確認された後に、CPUの指示により選択された燃料タンク(水素吸蔵合金容器)と接続された第1または第2の検出用圧力センサの出力信号を監視する。
そして、CPUはその出力信号が所定値以下のとき、第1または第2の開閉弁を開放した後、第1または第2の圧力調整弁の制御を開始する。そして、選択された燃料タンクの水素ガスは、第1または第2の圧力調整弁から燃料電池セルへ流れる。この燃料タンクから圧力調整弁間である流体流路内で実測された圧力値は、圧力調整弁が許容できる圧力を超えた所定値以上になると安全弁が開放されて水素ガスを外気に逃がすことが可能となり、圧力調整弁を保護することができる。
尚、ここでは複数の燃料タンクからそれぞれの燃料電池セルに接続された2つの微細流体流路として説明したが、単一の燃料タンクと単一の燃料電池セルとを接続した微細流体流路にすることで、第1の切り替えスイッチを省略することができ、簡素化した微細流体流路を具備した燃料電池システムの構成とすることが可能である。
更に、検出用圧力センサのダイヤフラム状の流体面側に錘をつけ、ダイヤフラム面にピエゾ抵抗素子や静電容量素子を接合すると、加速度センサが構成され、この加速度センサの出力信号を制御回路で確認し、外部振動の影響で異常発生した場合に残容量表示をエラー表示に置き換えることもできる。
上述した実施形態によれば、制御回路(CPU)は電子機器内(例えば、撮像素子や光ディスクの近傍)で急激な温度上昇異常が発生したときに、光ディスク近傍のサーミスタ温度センサからの出力信号に基づいて上記燃料電池セルとデバイス負荷部とを遮断することで、電池の消費を抑制することができる。このとき、電子機器の表示部に表示された電池容量を遮断することもできる。
次に、プリンタドックの場合について説明する。
デバイス負荷部(以下デジタルカメラと記す)とプリンタとをダイレクト接続し、デジタルカメラが、プリンタに対して画像情報を転送する転送手段と、プリンタから送信されるプリント終了情報を受信する受信手段とを備え、第1の燃料電池がデジタルカメラ内に配置し、第2の燃料電池をプリンタ(クレードル装置付)に配置したプリントシステムに於いて、プリンタの外表面やプリンタエンジン内(例えば、ヘッド周辺部)に配置された温度センサによる温度検出部に基づいて制御(この場合は既に記載済みの電子カメラと同様にプリンタ専用のPCT係数を含むデータをROMに格納しておく)し、プリンタ内に配置された第2の燃料電池からデジタルカメラの2次電池に電力を供給することができる。そして、デジタルカメラ使用時には2次電池の残容量不足もなく、画像データの印刷を自動的に行うことで、使用者に意識させることなく確実に画像データをプリンタに転送して印刷することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能であるのは勿論である。例えば、ガラス基板と半導体基板であるシリコン基板を接合した構成であるが、ガラス基板を半導体基板に置き換え、半導体基板の双方を接合することもできる。
更に、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
尚、本発明の上記実施形態によれば、以下の如き構成を得ることができる。
すなわち、
(1) 上記燃料電池の残容量装置は、第1の燃料電池と第2の燃料電池が、種別により表示色を変えて、燃料電池の残容量表示及び/または使用可能な時間を表示することを特徴とする燃料電池を用いた電子機器とすることで、よりユーザにとってわかりやすい表示となる。
(2) 上記電子機器装着装置にプリント制御回路(CPU)と、上記燃料電池の残容量の表示装置を具備した燃料電池を用いた電子機器システムに於いて、
上記プリント制御回路(CPU)は電子カメラの上記制御回路との間で、表示不許可情報の送受信を行い、電子カメラの表示装置に上記第2の燃料電池の残容量を表示しないようにしたことを特徴とする電子機器システムでは、残容量表示による電源消費を抑えることができる。
10…燃料電池システム、11…第1のガラス基板、12…第2のガラス基板、13…第1のシリコン基板、14…第2のシリコン基板、15…温度センサ、16…駆動回路/振幅増幅回路用のICチップ(DRV−HAIC)、17、80…水素吸蔵合金容器、18…水素吸蔵合金容器筐体、19…断熱部材、20…燃料電池セルユニット、21…配管経路A、22…配管経路B、23…保持板、24…水素補給口、25…空気吸引口、26…フィン、28…ボンディングワイヤ、29、33…ピン端子、30a、30b…端子用基板、37…第3のシリコン基板、43…ダイヤフラム、44…空洞部、47…中継端子基板、51…通気口、52a〜52c…突起部、54…冷却用フィン、55…空気流入口、57…空気吸入口、58…水素排出口、59…水素補給口、81…シリコン基板、82…開閉弁、83、123…検出用圧力センサ、84…圧力調整弁、90…燃料電池セル、100…電子機器、101…2次電池、102…切り替えスイッチ、103…デバイス負荷部、104…入力操作部、105…温度センサ(温度検出部)、106…アナログスイッチ、109…表示部、109a…電池残量表示部、109b…電池異常表示部、120…CPU(マイクロプロセッサ)、120a…演算処理部、120b…記憶部、120b1 …測定データ記憶部、120b2 …基準データ記憶部、120b3 …補正データ記憶部、120c…異常検出部。