JP2016081924A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料電池を多機能化することによって、充電時間を積極的に活用することが可能な多機能燃料電池を提供する。【解決手段】 カートリッジに充填された燃料を供給することで発電する発電部と、 その発電部によって生じた起電力を蓄電する二次電池部と、 その二次電池部に蓄電した電気エネルギを外部の電子機器へ接続して提供する送電部とを備えた燃料電池であって、 外部の短距離通信端末との無線通信が可能な無線通信チップを備える。前記の送電部とは別にＵＳＢ接続口を備え、 そのＵＳＢ接続口は、前記の送電部に接続される電子機器とのデータ通信が可能であるようにする。【選択図】 図２

Description

本発明は、持ち運びが可能で、多機能な小型電池に関する。

液体燃料を改質することで水素を取り出し、発電することで電気エネルギを取り出す燃料電池は、従来から提供されてきた。ただし、液体燃料を改質する装置が大がかりとなるため、燃料電池の小型化は大きな課題となっていた。

燃料電池における改質システムの複雑さを軽減する技術として、たとえば、特許文献１が開示された。
この特許文献1には、液化石油ガスで作動させることのできる燃料電池システムとして、『燃料電池システムは、高温高分子電解質膜（ＨＴ−ＰＥＭ）を有する燃料電池と、液化石油ガス供給部と、液化石油ガス供給部から燃料電池のアノード反応チャンバに液化石油ガスを供給するための液化石油ガス供給ラインとを備える』としている。

燃料電池は、燃料供給を開始してから定常発電状態に至るまでに、一定の時間を要するようになっている。これは、触媒温度の上昇や電解質膜の湿潤化などに時間がかかるためである。そこで、特許文献２では、燃料電池の出力をリチウムイオン電池などの二次電池と並列に接続する方法が提案されている。
この技術では、急峻な電力需要の変化に対しては二次電池の充放電で賄うことができるようになるので、燃料電池自身はゆっくりと起動し、その後も定常発電のみを続けていればよい。

特許文献３では、二次電池を含んだ燃料電池システムにおいて、小型化を図りつつ、温度状況によらずに二次電池の劣化を抑えることを可能な技術を開示している。
すなわち、二次電池の温度を検出する温度検出部と、二次電池への充電電流が所定の最大充電電流値よりも小さくなるように、燃料供給部による燃料の供給量を調整する制御部とを備えることとしている。

特開２０１１−５０３７７０号公報 特開昭５３−１４３４２号公報 特開２０１０−１７０８８７号公報

さて、燃料電池に用いる液体燃料として、ガスライターやカセットコンロなどに用いるブタンガスを採用し、携帯も可能なサイズと重量を実現したのは、ドイツのeZelleron社による「eZell 1」が、リード エグジビション・ジャパンが主催するスマートエネルギーWeek 2014において発表された。
USB端子が搭載されており、スマートフォンやタブレットＰＣ（電子機器）などを充電することができる、としている。

しかし、スマートフォンやタブレットＰＣなどの充電を瞬時に終わらせることができるわけではない。充電するには、ある程度の時間が必要となる。
その充電時間が、充電に係る電子機器の所有者にとって有効な時間であればよいが、単なる待ち時間となっては合理的ではない。

本発明が解決すべき課題は、充電時間を積極的に活用することが可能な多機能燃料電池を提供することにある。

本発明は、持ち運びができ、電気エネルギを作り出すことができるという特性を活かした燃料電池について、付加価値を高める機能を備える。

（第一の発明）
第一の発明は、 カートリッジに充填された燃料を供給することで発電する発電部と、
その発電部によって生じた起電力を蓄電する二次電池部と、
その二次電池部に蓄電した電気エネルギを外部の電子機器へ接続して提供する送電部と、を備えた燃料電池であって、
外部の短距離通信端末との無線通信が可能な無線通信チップを備えた燃料電池に係る。

（用語説明）
「カートリッジに充填された燃料」の種類としては、たとえばブタンガス、水素ガスなどである。
本発明における「短距離通信」とは、数メートルから数百メートルの範囲でデータの送受信が可能な「近距離通信」のほか、１０センチメートル程度の近接型非接触通信をも含んだ通信を含むものとする。赤外線通信、トランスポンダ、ブルートゥース（登録商標）、無線ＬＡＮ、Ｗｉ−Ｆｉなどである。
「外部の短距離通信端末」とは、たとえば、本発明に係る燃料電池が盗難されることを防止するためのゲート装置とする。そのゲート装置との通信をした場合には、そのゲート装置が警告のための出力（音声や光など）を発し、当該ゲート装置から外へ燃料電池が持ち出されることを未然に防ぐ。

（作用）
充電をしたい電子機器は、送電部に接続する。その接続部には、発電部にて発電された起電力を蓄電した二次電池部から電気エネルギが供給される。
また、無線通信チップを介して外部の短距離通信端末とのデータ送受信が可能となる。たとえば、燃料電池における燃料の残量データを、外部の機器が読み取ったり、カートリッジ交換時期を把握したりすることが出来る。
なお、二次電池に蓄電される電気エネルギが不足する事態となった場合には、カートリッジを交換すればよい。

（第一の発明のバリエーション１）
第一の発明は、 前記の送電部とは別にＵＳＢ接続口を備え、 そのＵＳＢ接続口は、前記の送電部に接続される電子機器とのデータ通信が可能であるように形成すると、より好ましい。
ここで、「ＵＳＢ接続口」とは、燃料電池と外部機器との接続が可能な接続口の総称とする。

（作用）
ＵＳＢ接続口を介することで、充電のために接続された電子機器に対し、データ入力手段を代替または強化したり、データ記憶手段を代替または強化したり、データ出力手段を代替または強化したりすることができる。
データ入力手段を代替または強化の例としては、接続された電子機器に録音機能がある場合、その録音機能を強化するためのマイクを接続する。
データ記憶手段を代替または強化としては、接続された電子機器に録音機能がある場合、その録音機能によって録音された音声データをＵＳＢメモリへも取り込んだり、ＵＳＢメモリに対してのみ送り込んだりする。
データ出力手段を代替または強化する機能としては、接続された電子機器にカメラ機能がある場合、そのカメラ機能によって取得した写真データをプリントできるプリンタを接続する。

（第一の発明のバリエーション２）
第一の発明は、以下のように形成してもよい。
すなわち、 前記の無線通信チップを介して受信したデータを蓄積するデータ記憶チップを備え、 そのデータ記憶チップは、前記の送電部に接続される電子機器とのデータ通信が可能であるように形成すると、より好ましい。

（作用）
外部の端末やサーバなどから本発明に係る燃料電池がデータを受信し、データ記憶チップへ蓄積する。そのデータは、送電部に接続された電子機器へ送り込むことが出来る。
たとえば、広告データやアプリケーションデータを外部の端末やサーバなどから燃料電池がデータを受信し、送電部に接続された電子機器へ送り込むことが出来る。

なお、送電部に接続された電子機器の内部に蓄積されたデータをデータ記憶チップへ吸い上げ、外部の端末やサーバへ送信可能としても良い。

（第一の発明のバリエーション３）
第一の発明における前記バリエーション２に係る発明は、前記のデータ記憶チップに蓄積されたデータを出力する出力装置を備えることとすると、より好ましい。
「出力装置」としては、スピーカ、液晶画面、などである。

外部の端末やサーバなどから本発明に係る燃料電池がデータを受信した場合、送電部に接続された電子機器へ送り込むことに代わり、または送り込むのと平行して、出力装置へ出力させることが出来る。たとえば、音楽映像データが外部の端末やサーバなどから本発明に係る燃料電池がデータへ送り込まれた場合、本発明に係る燃料電池に備えられた液晶画面およびスピーカから映像および音楽を出力できる。

（第一の発明のバリエーション４）
第一の発明は、前記の送電部を、外部の電子機器を複数接続可能であるように、複数の接続口を備えることとしてもよい。
複数の接続口によって、複数の電子機器の充電が同時に可能となる。

（第一の発明のバリエーション５）
第一の発明は、以下のように形成してもよい。
すなわち、充電を必要として接続される端末とは別の端末を備える。そしてその別の端末は、無線によるインターネット接続を可能とするのである。

（作用）
本発明に係る燃料電池に対して、あるユーザが充電のために端末を接続した場合、その端末を使用しながらの充電では、充電時間が長引いてしまう。そのユーザに対して、本バリエーションに係る「別の端末」を貸与すれば、充電時間が短くて済む。

（第一の発明のバリエーション６）
第一の発明におけるバリエーション５は、別の端末について、充電を必要として接続される端末へ格納されたデータを一時的に記憶して出力可能であるようにしてもよい。

（作用）
充電を必要として燃料電池へ接続した端末の代替機として「別の端末」を使用した場合、充電中の端末に格納されていたデータ（の必要なもののみ）を、当該別の端末へ一時的に記憶させる。別の端末へ格納されたデータは、液晶モニタなどへ出力させることができる。

（第一の発明のバリエーション７）
第一の発明におけるバリエーション５およびバリエーション６は、以下のように形成してもよい。すなわち、前記の別の端末は、充電を必要とする端末が接続されてから取り外されるまでに格納したデータを、所定のトリガーに基づいて消去するのである。

ここで、「所定のトリガー」とは、たとえば、タイマー設定をしておいて、所定時刻となった場合にデータ消去が実行される。この場合、あと何分で消去する、という警告や、カウントダウンタイマーを起動させることが望ましい。
また、たとえば、別の端末と充電を必要として燃料電池へ接続した端末とが、本発明に係る燃料電池に対して同時に接続された場合である。さらに、その同時に接続された場合において、前記の別の端末が格納したデータを、充電していた端末へ移す（データ移管）こととしてもよい。

（作用）
「別の端末」を代替機として使用した場合、その代替機を使用中に代替機へ格納されるデータは、返却時には消去したい。代替機のユーザはそう考える。その消去が、所定のトリガーによって達成される。

本願発明によれば、燃料電池を多機能化することによって、充電時間を積極的に活用することが可能な多機能燃料電池を提供することができた。

本発明の第一の実施形態を示す概念図である。 本発明の第二の実施形態を示す概念図である。 本発明の第三の実施形態を示す概念図である。 本発明の第四の実施形態を示す概念図である。 本発明の第五の実施形態を示す概念図である。 本発明の第五の実施形態に用いるタブレット端末の使用例を示す概念図である。 本発明の第五の実施形態およびそれにタブレット端末の使用例を示す概念図である。 本発明の第五の実施形態およびそれにタブレット端末の使用例を示す概念図である。

以下、本願発明を、図面および実施形態によって更に詳しく説明する。ここで使用するのは、図１から図８である。

図示を省略するが、本実施形態に用いる燃料電池システムについて説明する。
燃料電池システムは、発電部にて発電した電力を供給するための出力端子を介して、充電を欲する電子機器（例えばスマートフォン）へ供給するものである。
燃料としては、カートリッジ式のブタンガスを採用しており、電流検出部と、電圧検出部と、昇圧回路と、二次電池と、制御部とを備えている。

前記の電流検出部は、発電部の発電電流を検出するものである。この電流検出部は、たとえば抵抗器を含んで構成されている。
電圧検出部は、発電部の発電電圧を検出するものである。この電圧検出部は、例えば抵抗器を含んで構成されている。

昇圧回路は、発電部１０の発電電圧（直流電圧）を昇圧して、直流電圧を生成する電圧変換部である。この昇圧回路は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータにより構成されている。
二次電池は、前記の昇圧回路により生成された直流電圧に基づいて蓄電する。すなわち、この二次電池は、発電部の発電により生じる起電力を蓄電するためのものであり、例えばリチウムイオン電池などで構成されている。
電流検出部は、前述の二次電池に対する充電の際の充電電流をも検出する。

（図１）
図１に示すのは、所定のエリア（たとえば飲食店の店舗）にて燃料電池をお客へ貸し出した際に、そのお客が返却せずに持ち帰ってしまうことを禁止するための機能と、カートリッジのガス残量をチェックできる機能とを備えたものである。

短距離通信チップを内蔵することで、持ち帰り禁止機能を、以下のように達成する。
すなわち、図示を省略するが、店舗の出入り口（ゲート）に、そのチップとの通信をする警告用通信チップを備えておく。そして、その警告用通信チップが通信した場合には、ブザーや警告灯の点灯がなされるようにしておくのである。

カートリッジのガス残量をチェックするのは、燃料電池の内部において備えたガス残量計のデータを短距離通信チップへ送信する。一方、ガス残量用の短距離通信チップを備えた残量チェッカーを、店舗の店員がその燃料電池へ近づける。
すると、残量チェッカーに、当該燃料電池のガス残量が出力される。
このような構成によって、燃料電池そのものに、ガス残量計の数値などを出力する機構または装置が不要となる。

（図２）
図２に示すのは、ＵＳＢ接続口を備えた燃料電池である。このＵＳＢ接続口は、充電中の携帯通信端末（スマートフォン）とのデータ送受信が可能な配線を備える。
たとえば、スマートフォンに備えられた録音、録画機能によって取得したデータを、ＵＳＢ接続口へ差し込んだＵＳＢメモリへ出力する。データ記憶手段を代替する、または強化するのである。
店舗内で撮影した動画データや店舗内で話をした内容を、共有したり、データ加工を他人に委託したりする場合などに役立つ。

前記のＵＳＢ接続口へ接続できる機器は、データ入力手段を代替または強化したり、データ記憶手段を代替または強化したり、データ出力手段を代替または強化したりする機器を接続して用いる。
たとえば、データ入力手段を代替または強化の例としては、接続されたスマートフォンに録音機能がある場合、その録音機能を強化するためのマイクを接続することとしてもよい。

たとえば、スマートフォンにデータ出力手段を代替または強化し、接続されたスマートフォンのカメラ機能によって取得した写真データをプリントできるプリンタを接続する。
液晶画面をＵＳＢ接続口へ接続することによって、スマートフォンへ蓄積している動画データを再生させることとしてもよい。

（図３）
図３に示すのは、液晶画面、Ｗｉ−Ｆｉ通信チップ、データ記憶チップを備えた燃料電池である。
この燃料電池は、Ｗｉ−Ｆｉ通信チップを介してインターネット接続が可能である。そして、インターネットを介して、たとえば広告データベースからの広告データをデータ記憶チップへ送信し、液晶へ表示させることができる。
充電のためにスマートフォンを接続すると、接続されたスマートフォンには、広告データを強制的に表示させたり、アプリケーションソフトを送り込んだりすることとしてもよい。

（図４）
図４に示すのは、複数台の電子機器を充電できるようにした燃料電池である。燃料電池は、リチウムイオンによる二次電池よりも高い電圧や大きな電気容量を外部へ出力できるため、交流電源を得られない場所においても、たとえば、複数のスマートフォンを同時に充電させることができる。
図４（ａ）では、充電用の接続口を予め二つ備えている。
図４（ｂ）では、ひとつの接続口を二股とすることができるソケットをオプションとして用意したものである。

（図５）
図５では、複数のスマートフォンを同時に充電可能な燃料電池としての「複数スマフォ充電装置」と、この「複数スマフォ充電装置」を用いたビジネスシーンを概念的に示している。
そのビジネスシーンとは、図４を用いて説明したような複数の（図５では４つの）接続口を備えた燃料電池を、居酒屋における各テーブル席へ設置した場合を想定している。

三名のグループが居酒屋Ｇに来店し、２時間コースを予約したとする。そのグループの幹事は、複数スマフォ充電装置（燃料電池）およびタブレット端末を受け取り、着席する。そして、グループメンバーは、自らのスマートフォンを、燃料電池の充電用接続口へ接続し、充電を開始する。

充電中は、前記のタブレット端末を、幹事（幹事以外のメンバーでもよいが）が充電中のスマートフォンの代替機として使用する。
このタブレット端末は、インターネット接続が可能であり、各種の双方向通信が可能である。加えて、スポンサーから提供されたデータ（アプリケーションプログラムやコンテンツデータを含む）のダウンロードが居酒屋Ｇに係るサーバ（図示を省略）を介するなどして可能である。

タブレット端末を起動させると、初期画面として、
「幹事さんへ 今夜は居酒屋Ｇへようこそ。「宴会盛り上げ用アプリ」を起動しました」
と出力される。そして、その画面中には、「盛り上げメニュー」として、数種類のコンテンツが用意されている。
盛り上げメニューは、図中では４種類がテキスト表示されている状態を示している。それらテキスト表示は、タッチ式のボタンとなっており、指でタッチすれば、図６に示すような所望のメニューの中身に入る。

（図６）
図６では、幹事が盛り上げメニューのうちの「Ａ」および「Ｃ」を選択した場合に表示される画面を例示したものである。
図６の上には、「Ａ）居酒屋Ｇでの今週の話題ベスト１０」を選択した場合に表示される画面の一部を示している。画面中には「ベスト３を見る」というボタンが用意されており、そのボタンをタッチすると、ベスト３を閲覧することができる。

図６の下には、「Ｃ）明昼のランチ・店紹介」を選択した場合に表示される画面を示している。
「この付近で探す」というボタンと、「他の地域で探す」というボタンが用意されており、幹事はいずれかのボタンをタッチすることができる。また、参考として、本日のランキングも表示される。

図６において、図示を省略しているが、画面の下には、「前画面に戻る」というボタンも用意されている。
また、図５に示した「Ｂ」や「Ｃ」は、スポンサーから提供されて所定のデータベース（スポンサーデータベース・図４において図示）へ蓄積されたデータ（たとえば、図６における「あいづ激麺のイラスト」）を用いて表示する。

図示は省略しているが、代替用のタブレット端末に対して、所定のスマートフォン（たとえば幹事に係るスマートフォン）における所定のデータを予め送り込んでから、代替用のタブレット端末を使用してもよい。

代替用のタブレット端末は、燃料電池を介さなくても、幹事のスマートフォンと直接データの送受信ができるように、短距離通信の機能を備えていることが望ましい。
なお、代替用のタブレット端末へ送り込まれたデータは、宴会終了時（宴会代金の精算が終了し、燃料電池や代替のタブレット端末を返却した時）において消去する（後述）。

（図７）
図７は、２時間の宴会時間の終了時刻が迫ってきた場合について説明している。居酒屋Ｇは、この三人組のグループへ貸し出したタブレット端末へ、宴会の終了時刻データを居酒屋Ｇに係るサーバから予め送り込んである。その終了時刻データに基づいて、終了時刻の１０分前となったら、タブレット端末をどのように使用していても、
「ご宴会終了、１０分前です。スマートフォンの充電を終了して下さい。返却およびご宴会の精算をお願いします。」
と表示される。

燃料電池へタブレット端末を接続すると、宴会中にタブレット端末にて表示させたデータや閲覧履歴などを、宴会メンバーのスマートフォンへ保存したいか否か、を質問される。
保存した旨の意思表示をすれば、それらのデータや閲覧履歴などが、意思表示に係るスマートフォンへ送信される。

（図８）
図８（ａ）は、居宴席での精算が済んだ場合に、タブレット端末へ表示される画面を示している。
精算が終了した旨のデータをタブレット端末が居酒屋Ｇに係るサーバから受信することで「お会計が終了しました。タブレットに表示したデータを消去します。」と表示される。

図８（ｂ）は、３人グループが退店する際に、燃料電池から各自に係るスマートフォンを外した状態を示している。
この際に、幹事のスマートフォンのみへ、電子クーポンを居酒屋Ｇに係るサーバから送信する。電子クーポンは、たとえば、この居酒屋Ｇ（または姉妹店）での割引券、スポンサーに係る店舗や事業体で使用可能なクーポンデータである。

図５から図８に示した燃料電池は、居酒屋における利用シーンを例示して説明したが、これに限られるものではない。
たとえば、ビアガーデンなど交流電源としてのコンセントがお客へ提供しにくいような飲食店、屋外のイベント施設（テーマパーク、ゴルフ場）などにおいても活用できる。

図５から図８の画面表示は、日本語での表示を例示したが、英語、中国語など他の言語での出力を初期画面で設定すれば、設定した言語での表示となる。

図１に基づく説明において、短距離通信における持ち出し禁止機能について説明したが、燃料電池にＧＰＳチップを内蔵している（図示を省略）。すなわち、そのＧＰＳチップの機能によって、持ち出し（盗難）された場合に、燃料電池の場所を特定できるようにしてある。

本発明は、燃料電池（燃料カートリッジを含む）の製造業、燃料電池（燃料カートリッジを含む）の販売業、燃料電池（燃料カートリッジを含む）に関わるソフトウェアの開発業、燃料電池（燃料カートリッジを含む）のレンタル業、などにおいて、利用可能性を有する。

Claims (8)

1. カートリッジに充填された燃料を供給することで発電する発電部と、
   その発電部によって生じた起電力を蓄電する二次電池部と、
   その二次電池部に蓄電した電気エネルギを外部の電子機器へ接続して提供する送電部と、を備えた燃料電池であって、
   外部の短距離通信端末との無線通信が可能な無線通信チップを備えた燃料電池。
2. 前記の送電部とは別にＵＳＢ接続口を備え、
   そのＵＳＢ接続口は、前記の送電部に接続される電子機器とのデータ通信が可能であるようにした
   請求項１に記載の燃料電池。
3. 前記の無線通信チップを介して受信したデータを蓄積するデータ記憶チップを備え、
   そのデータ記憶チップは、前記の送電部に接続される電子機器とのデータ通信が可能であるようにした
   請求項１または請求項２のいずれかに記載の燃料電池。
4. 前記のデータ記憶チップに蓄積されたデータを出力する出力装置を備えた
   請求項３に記載の燃料電池。
5. 前記の送電部は、外部の電子機器を複数接続可能であるように、複数の接続口を備えた
   請求項１から請求項４のいずれかに記載の燃料電池。
6. 充電を必要として接続される端末とは別の端末を備え、
   その別の端末は、無線によるインターネット接続を可能とした請求項１から請求項５のいずれかに記載の燃料電池。
7. 前記の別の端末は、充電を必要として接続される端末へ格納されたデータを一時的に記憶して出力可能であるようにした請求項６に記載の燃料電池。
8. 前記の別の端末は、充電を必要とする端末が接続されてから取り外されるまでに格納したデータを、所定のトリガーに基づいて消去することとした請求項６または請求項７のいずれかに記載の燃料電池。