JP2010033903A - Fuel cell system and charging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システム及びこの燃料電池システムを適用した充電装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell system and a charging device to which the fuel cell system is applied.
携帯電話機や携帯情報端末などの電子機器の小型化は目覚しいものがあり、これら電子機器の小型化とともに、電源などに燃料電池を使用することが試みられている。燃料電池は、燃料と空気を供給するのみで、発電することができ、燃料のみを交換すれば連続して発電できるという利点を有するため、小型化が実現できれば、小型の電子機器の電源として極めて有効である。 There have been remarkable miniaturizations of electronic devices such as mobile phones and personal digital assistants, and along with miniaturization of these electronic devices, attempts have been made to use fuel cells for power supplies and the like. A fuel cell has the advantage that it can generate electricity only by supplying fuel and air, and can generate electricity continuously by replacing only the fuel. Therefore, if it can be downsized, it can be used as a power source for small electronic devices. It is valid.
そこで、最近、燃料電池として、直接メタノール型燃料電池(以下、DMFC;Direct Methanol Fuel Cellと称する。)が注目されている。かかるDMFCは、液体燃料の供給方式によって分類され、気体供給型や液体供給型等のアクティブ方式のものと、燃料収容部内の液体燃料を電池内部で気化させて燃料極に供給する内部気化型等のパッシブ方式のものがあり、これらのうち、パッシブ方式のものはDMFCの小型化に対して特に有利である。 Therefore, a direct methanol fuel cell (hereinafter, referred to as DMFC; Direct Methanol Fuel Cell) has attracted attention as a fuel cell. Such DMFCs are classified according to the liquid fuel supply system, such as an active system such as a gas supply type and a liquid supply type, and an internal vaporization type that vaporizes the liquid fuel in the fuel storage section inside the battery and supplies it to the fuel electrode. Among these, the passive type is particularly advantageous for reducing the size of the DMFC.
従来、このようなパッシブ方式のDMFCとして、特許文献1に開示されるように、例えば燃料極、電解質膜および空気極を有する膜電極接合体(燃料電池セル)を、樹脂製の箱状容器からなる燃料収容部上に配置した構造のものが考えられている。 Conventionally, as such a passive DMFC, as disclosed in Patent Document 1, for example, a membrane electrode assembly (fuel cell) having a fuel electrode, an electrolyte membrane, and an air electrode is removed from a resin box-like container. The thing of the structure arrange | positioned on the fuel accommodating part which becomes is considered.
また、DMFCの燃料電池セルと燃料収容部とを流路を介して接続する構成のものも特許文献2〜4に開示されている。これら特許文献2〜4は、燃料収容部から供給された液体燃料を燃料電池セルに流路を介して供給することによって、流路の形状や径等に基づいて液体燃料の供給量を調整可能としたもので、特に、特許文献3では燃料収容部から流路にポンプで液体燃料を供給している。また、ポンプに代えて、流路に電気浸透流を形成する電界形成手段を用いることも記載されている。さらに特許文献4には電気浸透流ポンプを用いて液体燃料等を供給することが記載されている。
ところで、このようなDMFCを主発電部とした燃料電池システムは、電子機器の内部電源である二次電池を外部より充電するための充電装置として用いられることがある。 By the way, such a fuel cell system using a DMFC as a main power generation unit may be used as a charging device for charging a secondary battery, which is an internal power source of an electronic device, from the outside.
このような充電装置は、内部電源として蓄電素子、例えば二次電池が設けられ、DMFCの発電出力により二次電池を充電するとともに、かかる二次電池より装置内部の電子回路に電源を供給可能にしている。 Such a charging device is provided with a storage element, for example, a secondary battery as an internal power source, and charges the secondary battery by the power generation output of the DMFC, and also enables power supply from the secondary battery to the electronic circuit inside the device. ing.
この場合、DMFCの発電出力を有効に利用することが重要である。そこで、従来、例えば特許文献5に開示されるように燃料電池の出力電力が負荷電力より大きく余剰電力が生じている場合は充電モードに設定して二次電池を充電し、逆に燃料電池の出力電力が負荷電力より小さい場合は、放電モードに設定して二次電池より負荷に対して出力を供給するようにしたもの、或いは特許文献6に開示されるように燃料電池への燃料供給が負荷の電力要求を上回る場合、燃料電池による電気エネルギーを蓄電要素に充電し、燃料電池が発電を行わない場合は蓄電要素より負荷に対して出力を供給するようにした考えのものが知られている。
In this case, it is important to effectively use the power generation output of the DMFC. Therefore, conventionally, for example, as disclosed in
ところが、これら特許文献5、6の方法を採用したものは、いずれも燃料電池の出力電力が負荷の電力要求を上回る場合にのみ燃料電池により二次電池の充電を行うようにしている。このため、例えば負荷の電力要求が大きな状態で長い時間を使用し続け、二次電池の充電が十分に行われないことがあると電池残量が極端に少なくなることがあり、この状態では、二次電池より装置内部の電子回路に対し十分な電力を供給できない状況が生じ、装置自身の動作が不安定になるという問題を生じる。
However, both of the methods disclosed in
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、内部電源の蓄電素子の充電を安定して行うことができ、常に安定した動作を得られる燃料電池システム及び充電装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system and a charging device that can stably charge a storage element of an internal power source and can always obtain a stable operation. .
請求項1記載の発明は、燃料供給により電力を発電するとともに、発電出力を負荷に供給する燃料電池本体と、前記燃料電池本体の発電出力により充電される、内部電源として用いられる蓄電素子と、前記負荷が前記燃料電池本体に対して要求する出力を検出する負荷要求検出手段と、前記負荷要求検出手段により検出される要求出力の大きさに応じて前記蓄電素子に対する充電状態を選択する充電状態選択手段と、前記充電状態選択手段により選択された充電状態に応じて前記燃料電池本体の発電出力のうち所定の発電出力を前記蓄電素子の充電出力として供給する制御手段とを具備したことを特徴としている。 The invention according to claim 1 is a fuel cell main body that generates electric power by supplying fuel and supplies a power generation output to a load, a power storage element that is charged by the power generation output of the fuel cell main body, and is used as an internal power source; A load request detecting means for detecting an output required by the load to the fuel cell main body, and a charge state for selecting a charge state for the power storage element according to the magnitude of the required output detected by the load request detecting means Selecting means; and control means for supplying a predetermined power generation output as a charge output of the electricity storage element among the power generation outputs of the fuel cell main body according to the charge state selected by the charge state selection means. It is said.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記燃料電池本体の発電出力より前記負荷に供給される出力を生成する出力調整手段をさらに有し、前記負荷要求検出手段は、前記出力調整手段の出力電流を負荷が要求する要求出力として検出することを特徴としている。
The invention according to
請求項3記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記充電状態選択手段は、前記負荷要求検出手段により検出される要求出力の大きさに応じて前記燃料電池本体の発電出力のうち前記蓄電素子に供給する発電出力の割合を前記蓄電素子に対する充電状態として選択することを特徴としている。 According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the charge state selection means includes the power generation output of the fuel cell main body according to the magnitude of the required output detected by the load request detection means. The ratio of the power generation output supplied to the power storage element is selected as a charge state for the power storage element.
請求項4記載の発明は、請求項3記載の発明において、前記制御手段は、前記充電状態選択手段で選択された充電状態に応じて前記燃料電池本体の発電出力の全てを前記蓄電素子の充電出力として供給可能にしたことを特徴としている。 According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the control means charges all of the power generation output of the fuel cell main body according to the charge state selected by the charge state selection means. It can be supplied as output.
請求項5記載の発明は、請求項1乃至4のいずれか一記載の燃料電池システムを適用した充電装置である。
The invention described in
本発明によれば、内部電源の蓄電素子の充電を安定して行うことができ常に安定した動作を得られる燃料電池システム及び充電装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell system and charging device which can charge stably the electrical storage element of an internal power supply, and can always obtain the stable operation | movement can be provided.
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態にかかる充電装置に適用される燃料電池システムの概略構成を示している。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a fuel cell system applied to the charging apparatus according to the first embodiment of the present invention.
図1において、1は燃料電池本体(DMFC)で、この燃料電池本体1は、起電部を構成する燃料電池発電部(セル)101、液体燃料を収容する燃料収容部102、燃料収容部102と燃料電池発電部(セル)101を接続する流路103及び燃料収容部102から燃料電池発電部(セル)101に液体燃料を移送するための燃料供給制御手段としてのポンプ104を有している。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a fuel cell main body (DMFC). The fuel cell main body 1 includes a fuel cell power generation unit (cell) 101 that constitutes an electromotive unit, a
図2は、このような燃料電池本体1をさらに詳細に説明するための断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the fuel cell main body 1 in more detail.
この場合、燃料電池発電部101は、アノード触媒層11とアノードガス拡散層12とを有するアノード(燃料極)13と、カソード触媒層14とカソードガス拡散層15とを有するカソード(空気極/酸化剤極)16と、アノード触媒層11とカソード触媒層14とで挟持されたプロトン(水素イオン)伝導性の電解質膜17とから構成される膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly:MEA)を有している。
In this case, the fuel cell
ここで、アノード触媒層11やカソード触媒層14に含有される触媒としては、例えばPt、Ru、Rh、Ir、Os、Pd等の白金族元素の単体、白金族元素を含有する合金等が挙げられる。アノード触媒層11にはメタノールや一酸化炭素等に対して強い耐性を有するPt−RuやPt−Mo等を用いることが好ましい。カソード触媒層14にはPtやPt−Ni等を用いることが好ましい。ただし、触媒はこれらに限定されるものではなく、触媒活性を有する各種の物質を使用することができる。触媒は炭素材料のような導電性担持体を使用した担持触媒、あるいは無担持触媒のいずれであってもよい。
Here, examples of the catalyst contained in the anode catalyst layer 11 and the
電解質膜17を構成するプロトン伝導性材料としては、例えばスルホン酸基を有するパーフルオロスルホン酸重合体のようなフッ素系樹脂(ナフィオン(商品名、デュポン社製)やフレミオン(商品名、旭硝子社製)等)、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂等の有機系材料、あるいはタングステン酸やリンタングステン酸等の無機系材料が挙げられる。ただし、プロトン伝導性の電解質膜17はこれらに限られるものではない。 Examples of the proton conductive material constituting the electrolyte membrane 17 include fluorine-based resins (Nafion (trade name, manufactured by DuPont) and Flemion (trade name, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) such as a perfluorosulfonic acid polymer having a sulfonic acid group. Etc.), organic materials such as hydrocarbon resins having sulfonic acid groups, or inorganic materials such as tungstic acid and phosphotungstic acid. However, the proton conductive electrolyte membrane 17 is not limited to these.
アノード触媒層11に積層されるアノードガス拡散層12は、アノード触媒層11に燃料を均一に供給する役割を果たすと同時に、アノード触媒層11の集電体も兼ねている。カソード触媒層14に積層されるカソードガス拡散層15は、カソード触媒層14に酸化剤を均一に供給する役割を果たすと同時に、カソード触媒層14の集電体も兼ねている。アノードガス拡散層12およびカソードガス拡散層15は多孔質基材で構成されている。
The anode gas diffusion layer 12 laminated on the anode catalyst layer 11 serves to uniformly supply fuel to the anode catalyst layer 11 and also serves as a current collector for the anode catalyst layer 11. The cathode
アノードガス拡散層12やカソードガス拡散層15には、必要に応じて導電層が積層される。これら導電層としては、例えばAu、Niのような導電性金属材料からなる多孔質層(例えば、メッシュ)、多孔質膜、箔体あるいはステンレス鋼(SUS)などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材等が用いられる。電解質膜17と後述する燃料分配機構105およびカバープレート18との間には、それぞれゴム製のOリング19が介在されており、これらによって燃料電池発電部101からの燃料漏れや酸化剤漏れを防止している。
A conductive layer is laminated on the anode gas diffusion layer 12 and the cathode
カバープレート18は酸化剤である空気を取入れるための不図示の開口を有している。カバープレート18とカソード16との間には、必要に応じて保湿層や表面層が配置される。保湿層はカソード触媒層14で生成された水の一部が含浸されて、水の蒸散を抑制すると共に、カソード触媒層14への空気の均一拡散を促進するものである。表面層は空気の取入れ量を調整するものであり、空気の取入れ量に応じて個数や大きさ等が調整された複数の空気導入口を有している。
The
燃料電池発電部101のアノード(燃料極)13側には、燃料分配機構105が配置されている。燃料分配機構105には配管のような液体燃料の流路103を介して燃料収容部102が接続されている。
A
燃料収容部102には、燃料電池発電部101に対応した液体燃料が収容されている。液体燃料としては、各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が挙げられる。液体燃料は必ずしもメタノール燃料に限られるものではない。液体燃料は、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料収容部102には燃料電池発電部101に応じた液体燃料が収容される。
Liquid fuel corresponding to the fuel cell
燃料分配機構105には燃料収容部102から流路103を介して燃料が導入される。流路103は燃料分配機構105や燃料収容部102と独立した配管に限られるものではない。例えば、燃料分配機構105と燃料収容部102とを積層して一体化する場合、これらを繋ぐ燃料の流路であってもよい。燃料分配機構105は流路103を介して燃料収容部102と接続されていればよい。
Fuel is introduced into the
ここで、燃料分配機構105は図3に示すように、燃料が流路103を介して流入する少なくとも1個の燃料注入口21と、燃料やその気化成分を排出する複数個の燃料排出口22とを有する燃料分配板23を備えている。燃料分配板23の内部には図2に示すように、燃料注入口21から導かれた燃料の通路となる空隙部24が設けられている。複数の燃料排出口22は燃料通路として機能する空隙部24にそれぞれ直接接続されている。
Here, as shown in FIG. 3, the
燃料注入口21から燃料分配機構105に導入された燃料は空隙部24に入り、この燃料通路として機能する空隙部24を介して複数の燃料排出口22にそれぞれ導かれる。複数の燃料排出口22には、例えば燃料の気化成分のみを透過し、液体成分は透過させない気液分離体(図示せず)を配置してもよい。これによって、燃料電池発電部101のアノード(燃料極)13には燃料の気化成分が供給される。なお、気液分離体は燃料分配機構105とアノード13との間に気液分離膜等として設置してもよい。燃料の気化成分は複数の燃料排出口22からアノード13の複数個所に向けて排出される。
The fuel introduced into the
燃料排出口22は燃料電池発電部101の全体に燃料を供給することが可能なように、燃料分配板23のアノード13と接する面に複数設けられている。燃料排出口22の個数は2個以上であればよいが、燃料電池発電部101の面内における燃料供給量を均一化する上で、0.1〜10個/cm2の燃料排出口22が存在するように形成することが好ましい。
A plurality of
燃料分配機構105と燃料収容部102の間を接続する流路103には、燃料移送制御手段としてのポンプ104が挿入されている。このポンプ104は燃料を循環される循環ポンプではなく、あくまでも燃料収容部102から燃料分配機構105に燃料を移送する燃料供給ポンプである。このようなポンプ104で必要時に燃料を送液することによって、燃料供給量の制御性を高めるものである。この場合、ポンプ104としては、少量の燃料を制御性よく送液することができ、さらに小型軽量化が可能という観点から、ロータリーベーンポンプ、電気浸透流ポンプ、ダイアフラムポンプ、しごきポンプ等を使用することが好ましい。ロータリーベーンポンプはモータで羽を回転させて送液するものである。電気浸透流ポンプは電気浸透流現象を起こすシリカ等の焼結多孔体を用いたものである。ダイアフラムポンプは電磁石や圧電セラミックスによりダイアフラムを駆動して送液するものである。しごきポンプは柔軟性を有する燃料流路の一部を圧迫し、燃料をしごき送るものである。これらのうち、駆動電力や大きさ等の観点から、電気浸透流ポンプや圧電セラミックスを有するダイアフラムポンプを使用することがより好ましい。
A
また、ポンプ104には、後述する燃料供給制御回路9が接続され、ポンプ104の駆動が制御される。この点については後述する。
In addition, a fuel supply control circuit 9 described later is connected to the
このような構成において、燃料収容部102に収容された燃料は、ポンプ104により流路103を移送され、燃料分配機構105に供給される。そして、燃料分配機構105から放出された燃料は、燃料電池発電部101のアノード(燃料極)13に供給される。燃料電池発電部101内において、燃料はアノードガス拡散層12を拡散してアノード触媒層11に供給される。燃料としてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層11で下記の(1)式に示すメタノールの内部改質反応が生じる。なお、メタノール燃料として純メタノールを使用した場合には、カソード触媒層14で生成した水や電解質膜17中の水をメタノールと反応させて(1)式の内部改質反応を生起させる。あるいは、水を必要としない他の反応機構により内部改質反応を生じさせる。
In such a configuration, the fuel stored in the
CH3OH+H2O → CO2+6H++6e- …(1)
この反応で生成した電子(e-)は集電体を経由して外部に導かれ、いわゆる出力として負荷側に供給された後、カソード(空気極)16に導かれる。また、(1)式の内部改質反応で生成したプロトン(H+)は電解質膜17を経てカソード16に導かれる。カソード16には酸化剤として空気が供給される。カソード16に到達した電子(e-)とプロトン(H+)は、カソード触媒層14で空気中の酸素と下記の(2)式にしたがって反応し、この反応に伴って水が生成される。
CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e − (1)
Electrons (e − ) generated by this reaction are guided to the outside via a current collector, supplied to the load side as so-called output, and then guided to the cathode (air electrode) 16. Further, protons (H + ) generated by the internal reforming reaction of the formula (1) are guided to the
6e-+6H++(3/2)O2 → 3H2O …(2)
図1に戻って、このように構成された燃料電池本体1には、出力調整手段としてのDC−DCコンバータ(電圧調整回路)2、充電制御回路3及び出力検出部4が接続されている。
6e − + 6H + + (3/2) O 2 → 3H 2 O (2)
Returning to FIG. 1, the fuel cell main body 1 configured as described above is connected to a DC-DC converter (voltage adjustment circuit) 2, a charge control circuit 3, and an
DC−DCコンバータ2は、不図示のスイッチング要素とエネルギー蓄積要素を有し、これらスイッチング要素とエネルギー蓄積要素により燃料電池本体1で発電された電気エネルギーを蓄積/放出させ、燃料電池本体1からの比較的低い出力電圧を十分の電圧まで昇圧して生成される出力を発生する。ここでは標準的な昇圧型のDC−DCコンバータ2を示したが、昇圧動作が可能なものならば、他の回路方式のものでも実施可能である。
The DC-
充電制御回路3には、蓄電素子として充放電可能な二次電池、例えばリチウムイオン充電池(以下、LIBと称する)5が接続されている。充電制御回路3については後述する。 The charge control circuit 3 is connected to a chargeable / dischargeable secondary battery such as a lithium ion rechargeable battery (hereinafter referred to as LIB) 5 as a power storage element. The charge control circuit 3 will be described later.
LIB5は、燃料電池システム内部の各電子回路の電源として用いられるもので、充電制御回路3により充電状態が制御される。なお、蓄電素子としては、LIB5に代えて電気二重層コンデンサを用いることもできる。
The
出力検出部4は、燃料電池本体1で発電される電力の状態を検出するもので、ここでは、燃料電池本体1の出力の出力電圧(又は出力電流)を検出し、この検出結果を燃料電池本体1の発電出力として制御部8に出力する。
The
DC−DCコンバータ2には、負荷要求検出部6及び負荷としての電子機器7が接続されている。電子機器7は、電子機器本体71、充電回路72及び蓄電素子としてのLIB73を有するもので、DC−DCコンバータ2からの出力によりLIB73を充電可能にしている。LIB73は、電子機器本体71の電源として用いられるもので、燃料電池システムのDC−DCコンバータ2が電子機器7に接続された状態で、充電回路72により充電される。負荷要求検出部6は、電子機器7が燃料電池本体1に対して要求する出力を検出するもので、ここでは、DC−DCコンバータ2の出力電流を電子機器7が要求する出力として検出し、この要求を制御部8に出力する。つまり、DC−DCコンバータ2の出力電流は、LIB73の充電残量により変化するものであり、このことからLIB73の充電残量により変化するDC−DCコンバータ2の出力電流を負荷が要求する要求出力として検出する。
The DC-
一方、LIB5には、燃料電池システム内部の電子回路として燃料供給制御回路9の他、不図示の他の電子回路などが接続され、これら電子回路の電源として用いられる。燃料供給制御回路9は、ポンプ104の動作を制御するもので、制御部8の指示に基づいてポンプ104をオン/オフ制御する。
On the other hand, the
制御部8は、システム全体を制御するもので、充電状態選択部81を有している。充電状態選択部81は、出力検出部4より検出される発電出力と負荷要求検出部6により検出される要求出力に基づいてLIB5に対する充電状態を選択し、この選択結果に基づいて充電制御回路3を制御する。この場合、充電状態選択部81は、出力検出部4より検出される燃料電池本体1の発電出力が十分であることを条件に、例えば、(a)負荷要求検出部6により検出される電子機器7が要求する出力が最大(LIB73に供給されるDC−DCコンバータ2の出力電流が最大)のとき、LIB5への充電出力の供給を停止して燃料電池本体1の発電出力の全てをLIB73の充電のため供給することを選択する。(b)電子機器7のLIB73の充電が進み、負荷要求検出部6により検出される要求出力が最大時より例えば20%減少すると、燃料電池本体1の発電出力うちの、20%をLIB5の充電出力として供給することを選択する。(c)負荷要求検出部6により検出される要求出力がさらに減少し、要求出力の最大時より例えば50%減少すると、燃料電池本体1の発電出力の50%をLIB5の充電出力として供給することを選択する。そして、(d)電子機器7のLIB73が満充電状態になって負荷要求検出部6により検出される電子機器7の要求出力が略ゼロになったとき、燃料電池本体1の発電出力の全て(100%)をLIB5の充電出力として供給することを選択する。ようになっている。
The
図4は、充電制御回路3を詳細に説明するためのもので、図1と同一部分には同符号を付している。 FIG. 4 is for explaining the charge control circuit 3 in detail, and the same parts as those in FIG.
図4において、100は充電装置としての燃料電池システムを示している。この燃料電池システム100には、上述した燃料電池本体1、DC−DCコンバータ2、充電制御回路3及び制御部8が設けられている。また、燃料電池システム100には、出力端子111及びDC端子112が設けられている。そして、出力端子111には、電子機器7が接続され、DC端子112には、ACアダプタ10が接続可能になっている。ここで、ACアダプタ10は、不図示のAC電源(例えば商用電源)より直流電力を生成するもので、この直流電力により後述する充電用IC303を介してLIB5の充電を可能にしている。
In FIG. 4,
充電制御回路3は、入力端子301、充電端子302、充電用IC303を有している。入力端子301には、燃料電池本体1が接続され、充電端子302には、LIB5が接続されている。充電用IC303は、制御部8の充電状態選択部81の指示に基づいてLIB5に対する充電を制御するもので、入力端子INに上述した入力端子301、DC端子102及びDC−DCコンバータ2が接続され、出力端子OUTに充電端子302が接続されている。また、充電用IC303の制御端子CONTには、電流制御回路304が接続されている。電流制御回路304は、抵抗R0、抵抗R1と電界効果トランジスタからなるスイッチング素子Q1の直列回路、抵抗R2と電界効果トランジスタからなるスイッチング素子Q2の直列回路を並列接続した構成をしており、これら抵抗R0、R1、R2の組合せにより充電用IC303によるLIB5への充電電流を制御する。この場合、充電状態選択部81より上述した(a)が選択されると、充電用IC303は、LIB5に対する充電電流をシャットダウンする。また、上述した(b)が選択されると、電流制御回路304のスイッチング素子Q1、Q2がオフされ、充電用IC303は、電流制御回路304の抵抗R0により、燃料電池本体1の発電出力の20%をLIB5の充電電流として供給する。さらに、上述した(c)が選択されると、電流制御回路304のスイッチング素子Q1のみがオンされ、充電用IC303は、電流制御回路304の抵抗R0とR1の組合せにより、燃料電池本体1の発電出力の50%をLIB5の充電電流として供給する。さらに、上述した(d)が選択されると、電流制御回路304のスイッチング素子Q2のみがオンされ、充電用IC303は、電流制御回路304の抵抗R0とR2の組合せにより燃料電池本体1の発電出力の全て(100%)をLIB5の充電電流として供給する。
The charging control circuit 3 includes an
次に、このように構成された実施の形態の作用を説明する。 Next, the operation of the embodiment configured as described above will be described.
いま、燃料電池システムの起動指示により、燃料電池発電部101にポンプ104を介して燃料が供給されると、燃料電池発電部101で発電された出力がDC−DCコンバータ2で十分な電圧まで昇圧され、電子機器7に供給される。これにより、電子機器7では、DC−DCコンバータ2の出力電流により充電回路72を介してLIB73が充電される。LIB73は、電子機器本体71の電源として用いられる。
Now, when fuel is supplied to the fuel cell
この状態で、出力検出部4により燃料電池本体1で発電される電力の状態が検出され、また、負荷要求検出部6により電子機器7の燃料電池本体1に対する要求出力が検出される。ここで、例えば、電子機器7の使用が頻繁で、電源のLIB73の消費が激しく充電回路72により常時充電が行われているような場合は、負荷要求検出部6より電子機器7側の要求出力最大が検出される。すると制御部8の充電状態選択部81は、出力検出部4より検出される燃料電池本体1の発電出力が十分であることを条件に、上述した(a)を選択する。すると、充電制御回路3の充電状態選択部81の指示(a)に応じて充電状態選択部81の指示(a)に応じてLIB5に対する充電電流をシャットダウンし、LIB5への充電電流の供給を停止する。これにより燃料電池本体1の発電出力の全てが電子機器7側に供給される。図5の期間Aは、この状態を示しており、同図(b)に示すように燃料電池本体1の発電出力の全てに相当するDC−DCコンバータ2の出力電流が電子機器7に供給され、同図(d)に示すようにLIB5に対する充電電流は全く流れない。なお、同図(a)は、DC−DCコンバータ2の出力電圧、同図(c)は、LIB5の充電電圧である。
In this state, the
なお、制御部8の充電状態選択部81は、出力検出部4より検出される燃料電池本体1の発電出力が十分でないと判断した場合は、その旨を表示などしてシステムが正常に動作できないことをユーザに報知する。
If the charging
この状態から、電子機器7の使用が頻繁でなくなり、LIB73の充電が進んで負荷要求検出部6により検出される要求出力が最大時より、例えば20%減少すると、充電状態選択部81は、出力検出部4より検出される燃料電池本体1の発電出力が十分であることを条件に、上述した(b)を選択する。すると、このときの充電状態選択部81の指示(b)に応じて、電流制御回路304のスイッチング素子Q1、Q2がオフされ、充電用IC303は、電流制御回路304の抵抗R0に基づいて、燃料電池本体1の発電出力の20%をLIB5の充電電流として供給する。図5の期間Bは、この状態を示しており、同図(d)に示すように燃料電池本体1の発電出力の20%に相当する出力がLIB5に対する充電電流として供給され、同図(b)に示すように燃料電池本体1の発電出力の80%に相当するDC−DCコンバータ2の出力電流が電子機器7に供給される。ここで、同図(a)は、DC−DCコンバータ2の出力電圧、同図(c)は、LIB5の充電電圧である。
From this state, when the electronic device 7 is not frequently used and the charging of the
その後、さらにLIB73の充電が進んで負荷要求検出部6により検出される要求出力が最大時より、例えば50%減少すると、充電状態選択部81は、出力検出部4より検出される燃料電池本体1の発電出力が十分であることを条件に、上述した(c)を選択する。すると、このときの充電状態選択部81の指示(c)に応じて、電流制御回路304のスイッチング素子Q1のみがオンされ、充電用IC303は、電流制御回路304の抵抗R0とR1の組合せに基づいて、燃料電池本体1の発電出力の50%をLIB5の充電電流として供給する。図5の期間Cは、この状態を示しており、同図(d)に示すように燃料電池本体1の発電出力の50%に相当する出力がLIB5に対する充電電流として供給され、同図(b)に示すように燃料電池本体1の発電出力の50%に相当するDC−DCコンバータ2の出力電流が電子機器7に供給される。ここでも同図(a)は、DC−DCコンバータ2の出力電圧、同図(c)は、LIB5の充電電圧である。
Thereafter, when the charging of the
そして、電子機器7のLIB73が満充電状態になって負荷要求検出部6により検出される電子機器7の要求出力が略ゼロになると、充電状態選択部81は、出力検出部4より検出される燃料電池本体1の発電出力が十分であることを条件に、上述した(d)を選択する。すると、このときの充電状態選択部81の指示(d)に応じて、電流制御回路304のスイッチング素子Q2のみがオンされ、充電用IC303は、電流制御回路304の抵抗R0とR2の組合せに基づいて、燃料電池本体1の発電出力の全て(100%)をLIB5の充電電流として供給する。図5の期間Dは、この状態を示しており、同図(d)に示すように燃料電池本体1の発電出力の100%に相当する出力がLIB5に対する充電電流として供給され、同図(b)に示すように電子機器7に供給されるDC−DCコンバータ2の出力電流が略ゼロになる。ここでも同図(a)は、DC−DCコンバータ2の出力電圧、同図(c)は、LIB5の充電電圧である。
When the
その後、電子機器7の使用が再開され、LIB73の充電状態が低下すると、DC−DCコンバータ2の出力電流が流れ始め。そして、負荷要求検出部6により検出される要求出力が最大時より、例えば20%減少した状態を検出すると、充電状態選択部81は、出力検出部4より検出される燃料電池本体1の発電出力が十分であることを条件に、再び上述した(b)を選択する。すると、このときの充電状態選択部81の指示(b)に応じて、電流制御回路304のスイッチング素子Q1、Q2がオフされ、充電用IC303は、電流制御回路304の抵抗R0に基づいて、燃料電池本体1の発電出力の20%をLIB5の充電電流として供給する。これにより、燃料電池本体1の発電出力の80%に相当するDC−DCコンバータ2の出力電流が電子機器7に供給され、LIB73の充電が開始される。図5の期間Eは、この状態を示しており、同図(b)に示すように燃料電池本体1の発電出力の80%に相当するDC−DCコンバータ2の出力電流が電子機器7に供給され、同図(d)に示すように燃料電池本体1の発電出力の20%に相当する出力がLIB5に対する充電電流として供給される。ここで、同図(a)は、DC−DCコンバータ2の出力電圧、同図(c)は、LIB5の充電電圧である。
After that, when the use of the electronic device 7 is resumed and the charging state of the
したがって、このようにすれば、燃料供給により電力を発電するとともに、発電出力を電子機器7に供給する燃料電池本体1と、この燃料電池本体1の発電出力により充電される、内部電源として用いられるLIB5を有し、電子機器7が燃料電池本体1に対して要求する出力を検出する負荷要求検出部6より取得される要求出力の大きさに応じて充電状態選択部81により燃料電池本体1の発電出力のうちLIB5に供給する発電出力の割合をLIB5に対する充電状態として選択し、この選択された充電状態に応じて燃料電池本体1の発電出力のうちの一部の発電出力をLIB5の充電出力として供給するようにした。これにより、電子機器7の要求出力の大きさに応じて燃料電池本体1の発電出力の一部によりLIB5を安定して充電し続けることができるので、LIB5の電池残量が極端に少なくなるようなことがなくなり、システムの内部電源を安定して確保でき、この結果、内部電源のLIB5によりシステム内部の電子回路などに対し十分な電力を供給することができるので、常に安定したシステムの動作を得ることができる。
Therefore, if it does in this way, while generating electric power by fuel supply, the fuel cell main body 1 which supplies electric power generation output to the electronic device 7, and it is used as an internal power supply charged by the electric power generation output of this fuel cell main body 1. The
また、電子機器7の要求出力が減少して燃料電池本体1に余剰の発電出力が発生しても、この余剰出力をLIB5の充電用として利用できるので、エネルギーロスを大幅に低減できるとともに、燃料の有効利用を実現できる。
Further, even if the required output of the electronic device 7 decreases and surplus power generation output is generated in the fuel cell main body 1, the surplus output can be used for charging the
その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。例えば、上述した実施の形態では、負荷として電子機器7の電源であるLIB73を充電する場合を述べたが、これ以外の負荷に対する充電装置としても適用することができる。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, In the implementation stage, it can change variously in the range which does not change the summary. For example, in the above-described embodiment, the case where the
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されてい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を解決でき、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が発明として抽出できる。 Furthermore, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and is described in the column of the effect of the invention. If the above effect is obtained, a configuration from which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.
さらに燃料電池発電部へ供給される液体燃料の気化成分においても、全て液体燃料の気化成分を供給してもよいが、一部が液体状態で供給される場合であっても本発明を適用することができる。 Further, the vaporized component of the liquid fuel supplied to the fuel cell power generation unit may be all supplied as the vaporized component of the liquid fuel, but the present invention is applied even when a part is supplied in the liquid state. be able to.
1…燃料電池本体、101…燃料電池発電部
102…燃料収容部、103…流路
104…ポンプ、105…燃料分配機構
2…DC−DCコンバータ、3…充電制御回路
301…入力端子、302…充電端子
303…充電用IC、304…電流制御回路
4…出力検出部、5…LIB、6…負荷要求検出部
7…電子機器、71…電子機器本体
72…充電回路、73…LIB
8…制御部、81…充電状態選択部
9…燃料供給制御回路、10…ACアダプタ
11…アノード触媒層、12…アノードガス拡散層
13…アノード、14…カソード触媒層
15…カソードガス拡散層、16…カソード
17…電解質膜、18…カバープレート
19…Oリング、21…燃料注入口
22…燃料排出口、23…燃料分配板
24…空隙部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell main body, 101 ... Fuel cell electric
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記燃料電池本体の発電出力により充電される、内部電源として用いられる蓄電素子と、
前記負荷が前記燃料電池本体に対して要求する出力を検出する負荷要求検出手段と、
前記負荷要求検出手段により検出される要求出力の大きさに応じて前記蓄電素子に対する充電状態を選択する充電状態選択手段と、
前記充電状態選択手段により選択された充電状態に応じて前記燃料電池本体の発電出力のうち所定の発電出力を前記蓄電素子の充電出力として供給する制御手段と
を具備したことを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell main body that generates electric power by supplying fuel and supplies power generation output to a load;
A power storage element used as an internal power source, which is charged by the power generation output of the fuel cell body,
Load request detecting means for detecting an output required by the load to the fuel cell body;
Charge state selection means for selecting a charge state for the power storage element according to the magnitude of the required output detected by the load request detection means;
Control means for supplying a predetermined power generation output as a charge output of the storage element among the power generation outputs of the fuel cell main body in accordance with the charge state selected by the charge state selection means. system.
前記負荷要求検出手段は、前記出力調整手段の出力電流を負荷が要求する要求出力として検出することを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。 Output adjustment means for generating an output to be supplied to the load from the power generation output of the fuel cell body;
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the load request detecting means detects an output current of the output adjusting means as a required output requested by a load.
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