JP3732211B2 - 燃料電池用電源システム及び電子機器、並びに電力供給方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池及び２次電池を備え、上記燃料電池の出力電力を上記２次電池にて補完して負荷部へ電力供給を行う燃料電池用電源システム、該燃料電池用電源システムを備えた電子機器、及び上記燃料電池用電源システムにおける電力供給方法に関する。

携帯電話、携帯型情報端末、ノートブック型パーソナルコンピュータ、携帯型オーディオ、携帯型ビジュアル機器等の携帯用電子機器の普及が進んでいる。従来、このような携帯用電子機器は、１次電池又は２次電池によって駆動されている。上記１次電池は使い捨てであり、上記２次電池は、再利用が可能であるが一定量の電力使用後に充電する必要があるため、充電機器及び充電時間が必要となる。２次電池では、ニッカド電池又はリチウムイオン電池が用いられ、小型で高エネルギー密度を持つ電池が開発されているが、より長時間連続駆動が可能な２次電池が要望されている。

この要望に応えるため、充電を必要としない燃料電池が提案されている。燃料電池は、燃料の持つ化学エネルギーを電気化学的にエネルギーに変換する発電機である。燃料電池の中ではパーフルオロカーボンスルフォン酸系の電解質を用いて、アノード極で水素ガスを還元し、カソード極で酸素を還元して発電する固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）が出力密度の高い電池として知られており、自動車用等に開発が進められている。
しかしながら、固体高分子形燃料電池において、水素ガスは容積エネルギー密度が低く燃料タンクの体積を大きくする必要があることや、燃料ガス及び酸化ガスを発電装置に供給するための装置、及び電池性能を安定化するための加湿装置、等の補器が必要であることから、発電装置が大型になり、固体高分子形燃料電池は携帯機器用電源としては適さない。そこで、メタノールから直接プロトンを取り出すことにより発電を行う直接型メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）の開発も進められている。

上記ＤＭＦＣは、上記ＰＥＦＣと比較して出力が小さくなるという欠点があるものの、燃料の体積エネルギー密度を上げることができること、及び発電装置の補器を減らすことができるため小型化が可能となるという利点があり、携帯機器用電源として注目され、幾つかの提案がなされている。
上記直接型メタノール燃料電池は、次式のような反応で発電が行われる。
アノード極 ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ → ６Ｈ^＋＋６ｅ⁻＋ ＣＯ_２
カソード極 ６Ｈ^＋＋６ｅ⁻＋３／２Ｏ_２ → ３Ｈ_２Ｏ
即ち、アノード極では、白金、ルテニウムを含む触媒反応で、メタノールと水とが反応し、水素イオンと電子と二酸化炭素が生成され、電子はアノード極より外部に電力として出力され、水素イオンはイオン透過膜を通りカソード極側に伝導する。カソード極では、水素イオンがカソード極から電子の供給を受け、空気中の酸素と反応し水が生成される。このとき、発電部の温度は、イオン交換膜の特性の許す限り高温で、つまり６０℃〜８０℃ぐらいの範囲の温度で、高湿度において、上記ＤＭＦＣの効率が良い。

但し、現状のＤＭＦＣでは、燃料電池の内部で発生する各種の損失（分極）による抵抗要素のため、理想の出力である理論起電力を得ることができず、理論起電力よりも低い出力となっている。上記分極による損失としては、電解質中のイオンや電子の流れを妨げる抵抗成分で抵抗分極と呼ばれるものによる損失、電気化学反応における活性化エネルギーにより消費される、活性化分極による損失、及び化学反応が連続して起きるための反応物質や反応生成物が自ら拡散移動するときに消費される拡散分極と呼ばれるものによる損失がある。
これらの分極は、アノード極及びカソード極で発生し、これらの問題解決のために材料的な開発が進められている。改善はされているものの、例えばＤＭＦＣの理想起電力が１．２１Ｖで理論効率が９７％であっても、実用レベルでは内部電圧降下のため、０．３Ｖ程度しか得られていないのが実状である。

そのため、燃料電池そのものの負荷電流に対する出力電圧のＶ−Ｉ特性は、他の２次電池及び１次電池が負荷電流に対してほぼ一定の安定した出力であるのに対し、負荷電流依存の大きい垂下特性になっている。即ち、負荷電流を多く取り出すと、燃料電池の内部の抵抗に起因して出力電圧が低下していく特性がある。よって、燃料電池では、一般的に、最大電力を取り出せる最適電流が存在する。
又、燃料電池の特徴として、燃料の供給、空気の循環等にポンプなどの補器を使用する方式が現実的であり、安定動作及び終了動作が行える。逆に、起動時には、空気及び燃料を電池セルに供給しなければ発電が開始しないという欠点もある。一度発電が開始されれば自己の発電電力で上記ポンプ等の補器への電力供給は可能となるが、起動時又は終業時には他の補助電源、一般的には充電可能な２次電池、が必要である。
第２の電源と燃料電池とを並行運転する例が下記の特許文献１、２に開示されているが、いずれも安定した電力供給を目的としたもので、燃料電池における最大限の発電能力を引き出す構成ではない。
特開昭５９−２３０４３４号公報 特開平３−４０７２９号公報

負荷に対して燃料電池と２次電池とを並行運転するとき、連続運転が可能な燃料電池の出力を最大限に取り出して不足分を上記２次電池から出力し、さらに燃料電池の出力が負荷に対して余力があるときには、２次電池への充電を行うシステムが有効である。例えばモバイル用のノート型パーソナルコンピュータ等において、通常のＣＰＵ動作、ハードディスク駆動、及び画面表示のための電力は、常時電力に相当し燃料電池から供給し、外部メモリや外部ディスク等についてポートを介して接続して動作させるときの外部機器への常時以外の電力も必要なときには２次電池から不足分を出力する構成が考えられる。
ところが燃料電池では、運転中に瞬間的にでも過度に負荷電流を出力した場合、電解質膜及び電極接合体（ＭＥＡ）に損傷を与え、ある負荷電流以上で急激な電圧降下を生じる。こうなると、たとえ負荷を軽減しても燃料電池は初期出力を回復せず、破壊してしまうという特性がある。よって燃料電池では、最適負荷電流以上に出力電流を取り出そうとしても、出力電圧が低下して最大電力以上を取り出すことができない。この点を考慮して出力特性に余裕を持って燃料電池を設計すると、形状が過大となり小型軽量化の支障となる。
又、リチウムイオン２次電池では、大電力を取り出したときでも電池の出力可能な容量は一定である。ただ、電池寿命は短くなる。又、リチウムイオン電池でも、その放電容量を十分に出し切ってしまうと、出力電圧も放電終止電圧と呼ばれる電圧まで降下してしまう。例えば１セル当たりの最大充電電圧４．３Ｖに対して、２．３Ｖ以下での過放電は材料特性上、禁止されており、機器側における使用電圧も４．２〜３．０Ｖの範囲となる。

従って、上記特開昭５９−２３０４３４号公報に開示されるように、燃料電池の出力とリチウム２次電池の出力とをダイオードを介して足し合わせる方法では、リチウム電池の放電に伴う電圧降下に起因して、燃料電池とリチウム電池とを切り換える基準電圧が変動する。よって、燃料電池が予期せぬ低電圧にて出力することになり、上記公報の発明では、上述のように燃料電池の破壊を招く可能性がある。
本発明は、上述した諸問題を解決するためになされたもので、小型で、燃料電池及び２次電池から効率的に出力電力を取り出せる燃料電池用電源システム、該燃料電池用電源システムを備えた電子機器、及び上記燃料電池用電源システムにおける電力供給方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の第１態様における燃料電池用電源システムによれば、発電を行い負荷部へ電力供給を行う燃料電池と、
上記燃料電池の出力電力を補完し上記負荷部へ電力供給する２次電池と、
上記燃料電池の出力側と上記負荷部との間に接続され、上記負荷部に対して上記燃料電池及び上記２次電池の少なくとも一方から電力供給を行うことを決定するために用いる切替用電圧を設定するため、上記燃料電池の出力電圧が設定電圧を超えるときには、上記燃料電池の出力電圧を一定値に変換して上記切替用電圧の設定を行う電圧変換回路と、
上記電圧変換回路の出力側及び上記２次電池の出力側と上記負荷部との間に接続され、上記電圧変換回路の出力電圧に相当する上記切替用電圧が上記２次電池の出力電圧を超えるときには上記燃料電池から上記電圧変換回路を通して上記負荷部へ電力供給を行い、上記切替用電圧が上記２次電池の出力電圧に等しいときには上記２次電池から、及び上記電圧変換回路を通して上記燃料電池から並行して上記負荷部へ電力供給を行い、上記切替用電圧が上記２次電池の出力電圧未満のときには上記２次電池から上記負荷部へ電力供給を行う整流回路と、
を備えたことを特徴とする。

上記燃料電池用電源システムは、燃料電池と２次電池とを備え、これらの少なくとも一方から負荷部へ電力供給を行うもので、燃料電池に特有のＶ−Ｉ特性を利用し、燃料電池の電力を最大限に引き出すことができる電源システムである。即ち、燃料電池は、他種の電池に比べて内部抵抗が大きくＶ−Ｉ特性は、負荷の増加により出力電圧が低下する垂下特性である。このような特性を有する燃料電池と、負荷の変動に対して比較的一定の電圧を出力する２次電池とを並行運転するため、２次電池の出力電圧を、燃料電池の上記垂下特性に対応した出力電圧の変化部分における電圧（垂下電圧）に設定し、整流回路を介して燃料電池と２次電池とを並列接続して電力供給する。又、燃料電池の出力を主体的に取り出すために、負荷に対して燃料電池及び２次電池の少なくとも一方から電力供給するかを決定するのに用いる切替用電圧は、燃料電池の最大出力電力に対応した燃料電池の出力電圧を基準として燃料電池の出力電圧を変換して設定する。
尚、２次電池としては、例えばリチウムイオン電池、ニッケルカドミウム電池、鉛蓄電池等が使用可能である。

又、上記燃料電池用電源システムでは、特に電圧変換回路及び整流回路を有する。電圧変換回路では、燃料電池及び２次電池の少なくとも一方から負荷部へ電力供給を行うことを決定するために用いられる切替用電圧を設定するが、該切替用電圧は、燃料電池の出力電圧を変換することで設定され、ほぼ一定値である。整流回路は、上記切替用電圧と２次電池の出力電圧とを比較し、より高い電圧を出力している方から負荷部へ電力を供給するように作用する。よって、従来のように、燃料電池及び２次電池のいずれが負荷部へ電力供給するかを決定する基準電圧が２次電池の出力電圧の電圧降下に起因して変動することを防止できる。

又、上記電圧変換回路は、電圧検知部と電圧設定部と帰還部とを有する。電圧検知部は、燃料電池の出力電圧を検知し、該出力電圧が上記設定電圧を超えるときには、上記電圧設定部及び上記帰還部は、上記２次電池の最大出力電圧を超える電圧に上記燃料電池の出力電圧を変換して上記切替用電圧を設定する。一方、燃料電池の出力電圧が上記設定電圧以下になったことを上記電圧検知部が検知したときには、上記帰還部は上記電圧設定部に対して出力を停止させる。該出力停止により、燃料電池の出力電圧が上記設定電圧以下になったときから燃料電池の破壊電圧に至るまでの間に、上記電圧変換回路の出力電圧は、上記２次電池の放電終止電圧以下に降下される。上記電圧変換回路は、このような電圧垂下特性を有している。

さらに上記燃料電池用電源システムは、上記２次電池の充電を行う充電回路を備えることができる。該充電回路は、出力電圧比較回路と充電切替回路とを有する。出力電圧比較回路は、上記燃料電池の出力電圧と上記設定電圧との比較を行い、かつ上記２次電池の出力電圧と上記２次電池における充電可能電圧との比較を行う。上記充電切替回路は、上記燃料電池の出力電圧が上記設定電圧を超え、かつ上記２次電池の出力電圧が充電可能電圧以下であることを上記出力電圧比較回路が検出したときのみ、上記燃料電池の出力電圧を上記２次電池に印加して上記２次電池の充電を行う。

又、上記充電切替回路にて上記２次電池への充電が開始された後、上記出力電圧比較回路は、さらに、上記設定電圧より大きい任意電圧値である充電停止電圧を検出する。上記出力電圧比較回路が上記充電停止電圧を検出したときには、上記充電切替回路は、上記２次電池への充電を停止する。

さらに当該燃料電池用電源システムは、出力停止回路を備えることもできる。該出力停止回路は、上記２次電池の出力側と負荷部との間に接続され、２次電池の出力電圧が当該２次電池における放電終止電圧を僅かに超える負荷停止電圧まで低下したことを検出する。そして出力停止回路は、負荷停止電圧を検出したときには２次電池から上記負荷部への出力を停止させる。

又、本発明の第２態様における電子機器によれば、上記第１態様の燃料電池用電源システムと、上記燃料電池用電源システムから電力供給を受ける負荷部とを備えたことを特徴とする。

又、本発明の第３態様における燃料電池用電源システムによれば、第１電力を発生する燃料電池と、
第２電力を発生する２次電池と、
上記燃料電池の出力に接続され、上記燃料電池の出力電圧レベルと第１規定値及び第２規定値とを比較し、かつ上記燃料電池出力電圧レベルが上記第１規定値以下になったとき上記燃料電池の発電を停止し、かつ上記燃料電池出力電圧レベルと上記第２規定値との比較に基づき上記燃料電池及び上記２次電池の出力電力を決定する燃料電池コントローラと、
を備えたことを特徴とする。

上述の第１態様における燃料電池用電源システムによれば、燃料電池用電源システムが電圧変換回路及び整流回路を備えたことで、燃料電池の最大出力電力に対応する出力電圧である設定電圧を基準として燃料電池の出力電圧を変換して切替用電圧を生成し、該切替用電圧と２次電池の出力電圧とを上記整流回路を通して少なくとも一方を出力するように構成した。よって、燃料電池の電力を最大限に利用する状態で燃料電池と２次電池との並行運転が可能となり、燃料電池及び２次電池から効率的に出力電力を取り出すことが可能となる。

又、電圧変換回路及び整流回路を備えたことで、従来のように、燃料電池及び２次電池のいずれが負荷部へ電力供給するかを決定する電圧が２次電池の出力電圧の電圧降下に起因して変動するという状態を防止することができる。又、該構成によれば、燃料電池が予期せぬ低電圧にて出力することはなく、燃料電池の破壊を招くこともない。さらに又、上記電圧変換回路が有する上記電圧検知部、上記電圧設定部、及び上記帰還部により、燃料電池の出力電圧が上記設定電圧以下になったときには上記電圧変換回路の出力電圧を強制的に降下させる垂下特性を電圧変換回路は有する。よって、燃料電池が低電圧にて出力することはなく燃料電池の破壊を招くことを防止できる。

又、上記電圧変換回路及び上記整流回路を備えたことで、燃料電池及び２次電池から効率的に出力電力が取り出せ、又、上記垂下特性を有することから、燃料電池用電源システムは、燃料電池における設計上の余裕度を大きく採る必要がなくなることから、小型化が可能となる。

さらに又、充電回路を備えることで、上述のような効果を奏する上にさらに、燃料電池の出力に余裕があるときには、２次電池を充電することができる。又、上記充電回路が出力電圧比較回路及び充電切替回路を有することで、燃料電池の出力電力に余裕がありかつ２次電池が充電可能な電圧になっているときのみ充電が可能となる。よって、負荷部に対する電力供給において負担をかけることなく２次電池の充電を行うことができる。

さらに、出力電圧比較回路が充電停止電圧を検出することで、２次電池において充電状態から一気に出力状態へ変化するのを防止でき、２次電池へかかる負担を軽減することができる。

さらに又、出力停止回路を備えることで、万一、２次電池の出力電圧が負荷停止電圧付近まで低下したときには２次電池から負荷部への出力が停止されることから、２次電池の破損を防止することができる。

上述の第２態様の電子機器によれば、上述の効果を奏する燃料電池用電源システムを備えることから、安定した電力供給がなされ、又、機器全体をコンパクト化することができる。

本発明の実施形態である燃料電池用電源システム、該燃料電池用電源システムを備えた電子機器、及び上記燃料電池用電源システムにおける電力供給方法について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同じ構成部分については同じ符号を付している。

第１実施形態；
上記燃料電池用電源システムの一例として、図１に示す燃料電池用電源システム１０１では、水素及び酸素を用いて発電を行い負荷部２１０へ電力供給を行う燃料電池１１０と、燃料電池１１０の出力電力を補完し負荷部２１０へ電力供給を行う２次電池１２０と、燃料電池１１０の出力側と２次電池１２０との間に接続される電圧変換回路１３０と、電圧変換回路１３０の出力側及び２次電池１２０の出力側と負荷部２１０との間に接続される整流回路１５０とを備える。尚、電圧変換回路１３０及び整流回路１５０の部分が燃料電池コントローラに該当する。
又、燃料電池用電源システム１０１及び負荷部２１０にて電子機器２０１、例えば図８に示すようなノート型のパーソナルコンピュータを構成することができる。この場合、パーソナルコンピュータ本体内には、２次電池１２０、電圧変換回路１３０、整流回路１５０、及び負荷部２１０が備わり、燃料電池１１０は、上記パーソナルコンピュータ本体に着脱可能なように構成できる。

ここで上記燃料電池１１０は、上述したＤＭＦＣタイプであり、一対のアノード極とカソード極とでイオン伝導膜を挟んで膜電極接合体（ＭＥＡ）を形成している。本実施形態では、上記膜電極接合体を有する発電セルを３０個、直列に接続して燃料電池１１０を構成している。一つの発電セルの理論電圧は、１．２１Ｖであるが、実際には各種の損失のため電圧低下を起こし、無負荷での解放電圧は２３Ｖ程度となる。
一般的に燃料電池では、単体では図３に示すように、負荷部２１０へ供給する電流が増加するに従い、燃料電池１１０の出力電圧１１１は、低下して行くことから、燃料電池１１０から取り出せる最大出力電力１１２が存在する。本実施形態では、最大出力電力１１２を取り出せるのは、上記出力電圧１１１が１０．４Ｖで、１．６Ａ供給時であり、最大出力電力１１２は、１６．６Ｗである。このように燃料電池１１０は、出力（負荷）電流に応じて電圧降下を生じるために、上記最大出力電力１１２に対応した特定の出力電圧が存在し、該特定電圧以上でも以下でも取り出しうる出力電力１１３は低下する。後述するように本実施形態では、最大出力電力１１２に対応した上記特定の出力電圧を設定電圧１１５とする。又、該設定電圧１１５は、第１規定値の機能を果たす一例に相当する。

さらに、図３に示すように、負荷電流を１．８Ａ以上取り出すと、燃料電池１１０の出力電圧１１１は急激に低下して、取り出せる電力１１３も低下する。この状態は燃料電池１１０にとって危険な状況であり、非可逆反応が起こり燃料電池１１０そのものが破損し、再起勤したときでも元の十分な電力を発電できなくなる。このように燃料電池１１０には、負荷電流を取り出したときに、特定の電圧以下になると破壊する破壊電圧１１４が存在する。一般的に上記ＤＭＦＣでは、一つの発電セル当たり０．２６Ｖ程度が破壊電圧とみなされている。本実施形態では、上述のように３０セルを直列接続しているので、約７．８Ｖつまりほぼ８Ｖが破壊電圧１１４に相当する。
これらの特性は、ＤＭＦＣの一般的な性質であって、一つの上記ＭＥＡで構成される発電セルを直列接続した場合、接続数分だけ加算した電圧にて破壊電圧１１４となる。又、このような燃料電池１１０の出力管理は、取り出す電流値ではなく、電圧値が敏感に反応するため、出力電圧１１１を管理するのが有効である。

本明細書において、上記２次電池１２０は、燃料電池１１０を含まない電池であり、補助の２次電池１２０として本実施形態ではリチウムイオン電池を用い、２個直列に接続した。１個のリチウムイオン電池の充電電圧は、図５に示すように４．２Ｖであり、放電終止電圧１２２は３．０Ｖで容量は８３０ｍＡｈである。実用的には、４Ｖの一定出力電圧で０．５Ａの負荷電流を供給したとき、１．５時間の寿命である。このようなリチウムイオン電池を２個、直列接続したときには、初期電圧、つまりリチウムイオン電池１２０の最大出力電圧１２３が、図４に示すように、８．４Ｖとなり、放電終止電圧１２２が６．０Ｖとなる。２個の直列接続したリチウムイオン電池１２０では、供給可能な電圧が２倍になり、約４Ｗの電力を１．５時間供給可能となる。

リチウムイオン電池１２０は、燃料電池１１０と異なり、図４に示すように、通常使用状態では負荷電流に依存せずほぼ一定の出力電圧１２１を供給できる。本実施形態では、リチウムイオン電池１２０の出力電圧１２１は、ほぼ８．０Ｖである。
リチウムイオン電池単体の場合であって、負荷が２Ｗで一定であるときの放電特性を示す図５に示すように、リチウムイオン電池においても、最大負荷容量まで便用すると、出力電圧１２１は降下し、３．０Ｖの放電終止電圧１２２が当該リチウムイオン電池の限界電圧である。放電終止電圧１２２を超えて放電を続けると、リチウムイオン電池にあっても非可逆反応が起こり、電池の破壊につながる。

リチウムイオン電池１２０の場合、充電電圧と放電終止電圧１２２の管理が重要である。２次電池１２０は、燃料電池１１０を起動させる補器の運転に必須の電源であり、又、燃料電池１１０のみの電力では負荷に対して不足するとき、補助電源として加算して出力する。又、燃料電池１１０の終電時においても、上記補器の動作完了後における後処理用電力を確保するため、２次電池１２０は必要である。

上記電子機器２０１としてのノート型パーソナルコンピュータでは、上述した燃料電池１１０及びリチウムイオン電池の２次電池１２０を並列運転し、最大負荷は本実施形態では２０Ｗである。該パーソナルコンピュータ２０１の通常電力は１６Ｗであり、内部のＣＰＵ、ＨＤＤ、液晶ディスプレイ等は、１６Ｗ以内で十分動作するが、外部向けポートに外部機器、例えばＦＤＤ、メモリーカード等を取り付けると最大使用電力は２０Ｗになる設計である。

燃料電池１１０だけで、パーソナルコンピュータ２０１が必要とする上記２０Ｗの電力をすべて賄うには、それ相当の大きさを有する燃料電池が必要になる。燃料電池の発電能力は、電気化学反応を起こす上記ＭＥＡの面積に比例するので、ほぼ発電電力の１．５乗に比例して体積が増加する。よって、１６Ｗ用の燃料電池を２０Ｗ用に設計すると体積は約１．４倍に増加する。モバイル用途としての燃料電池は、商品価値の点からも、できる限りコンパクトにすることが重要である。又、燃料の交換供給が可能であって、連続運転が燃料電池の長所であるので、電子機器２０１への電力供給は燃料電池の電力が優先される。

本実施形態の燃料電池用電源システム１０１では、以下のような電力管理が行われる。即ち、充電動作が必要なリチウムイオン電池１２０は、燃料電池１１０からの電力供給ができないとき、即ち、過大負荷時、又は燃料電池１１０の起動時における補器駆動用等に使用される。通常は燃料電池１１０が負荷部２１０へ電力供給する。さらに例えば、パーソナルコンピュータ２０１がデータ処理を中断しているとき等の軽負荷のときには、燃料電池１１０の出力電力により、リチウムイオン電池１２０の充電が行われる。

上記電圧変換回路１３０は、上述のように燃料電池１１０の出力側と負荷部２１０との間に接続され、負荷部２１０に対して燃料電池１１０及び２次電池１２０の少なくとも一方から電力供給を行うことを決定するために用いる切替用電圧を設定するため、設定電圧を基準として燃料電池１１０の出力電圧１１１を変換して上記切替用電圧の設定を行う回路である。又、上記切替用電圧は、第２規定値の機能を果たす一例に相当する。
上述したように燃料電池１１０の出力電圧１１１には、燃料電池１１０の最大電力１１２に対応した特定の出力電圧が存在することから、本実施形態では、図３に示すように、上記最大出力電力１１２に対応する、燃料電池１１０の上記特定の出力電圧を上記設定電圧１１５としている。本実施形態の場合、具体的には、設定電圧１１５は、１０．４Ｖである。

このような機能を有する電圧変換回路１３０は、具体的には、図１に示すように、燃料電池１１０の出力電圧１１１を検知する電圧検知部１３１と、上記切替用電圧の設定を行う電圧設定部１３２と、電圧設定部１３２から出力される電圧に帰還をかける帰還部１３３とを有する。電圧変換回路１３０の出力電圧に対応する上記切替用電圧１３４は、本実施形態では、２次電池としてのリチウムイオン電池１２０の出力電圧１２１である８．０Ｖよりも僅かに高い８．５Ｖに設定している。これは、上述したようにリチウムイオン電池１２０の出力電圧１２１は、負荷の軽重にかかわらずほぼ一定であるのに対し、燃料電池１１０の出力電圧１１１は変動し、リチウムイオン電池１２０の出力電圧１２１よりも高い電圧を発生可能であり、通常、燃料電池１１０側から負荷部２１０へ電力供給を行いたいことから、リチウムイオン電池１２０の出力電圧１２１よりも高い電圧に設定している。又、リチウムイオン電池１２０と燃料電池１１０との間で電力供給元が切り替わるときに、極端に電圧変化が生じないように０．５Ｖの電圧差に設定したものである。勿論、該電圧差及び上記切替用電圧値は、燃料電池用電源システムの構成例に応じて設定され、上記各値に限定されるものではない。

上記電圧設定部１３２は、発振器１３２１、第１トランジスタ１３２２、コイル１３２３、コンデンサ１３２４、及び第３トランジスタ１３２５を有し、燃料電池１１０の出力電圧１１１を第１トランジスタ１３２２にてスイッチングし出力電圧１１１をパルス状の電圧とし、コイル１３２３及びコンデンサ１３２４で低周波成分を通して燃料電池１１０の出力電圧１１１を平滑する。上記帰還部１３３にて、コンデンサ１３２４の電圧、つまり当該電圧設定部１３２の出力電圧Ｖｏｕｔに帰還をかけて、後述の規定の電圧を超えると第１トランジスタ１３２２のスイッチングを止め、上記規定電圧以下になると上記スイッチングを行い上記平滑を行う。尚、第１トランジスタ１３２２のスイッチングのオン、オフを制御するのが第３トランジスタ１３２５である。帰還部１３３は、電圧設定部１３２の出力電圧Ｖｏｕｔを分圧する抵抗１３３１を有し、上記出力電圧Ｖｏｕｔを分圧して、第３トランジスタ１３２５のベースに印加されるベース電圧Ｖｂを生成する。
このように、電圧設定部１３２は、第１トランジスタ１３２２のスイッチングのオン、オフを行い、上記平滑化を行う。平滑された電圧が電圧変換回路１３０の出力電圧、つまり図６に示す切替用電圧１３４となる。

上記電圧検知部１３１は、第２トランジスタ１３１１、及び該第２トランジスタ１３１１のベース電圧を０．６Ｖ付近に設定する抵抗１３１２を有する。
このように構成される電圧検知部１３１、並びに電圧設定部１３２及び帰還部１３３は、次のように機能する。即ち、燃料電池１１０の最大電力１１２よりも低い状態、つまり負荷電流が比較的低い状態のときには、燃料電池１１０の出力電圧１１１は、上記設定電圧１１５を超えている。このときには、第２トランジスタ１３１１のベース電圧は０．６Ｖを超え、第２トランジスタ１３１１はオン状態であり、当該電圧検知部１３１の出力電圧Ｖ２は、ＧＮＤレベルになる。よって、帰還部１３３では、帰還電圧Ｖ３は、上記出力電圧Ｖ２と無関係に、上記出力電圧Ｖｏｕｔを抵抗１３３１で分圧して上記ベース電圧Ｖｂを生成する。尚、本実施形態では、上記出力電圧Ｖｏｕｔの設計値８．５Ｖに対して帰還電圧Ｖ３が０．６Ｖである。よって、電圧設定部１３２の第３トランジスタ１３２５は、ベース電圧Ｖｂが０．６Ｖを超えるとき、つまり上記出力電圧Ｖｏｕｔが８．５Ｖを超えるとき、オン状態となり、電圧設定部１３２の第１トランジスタ１３２２のスイッチングが停止する。一方、ベース電圧Ｖｂが０．６Ｖ以下のとき、つまり上記出力電圧Ｖｏｕｔが８．５Ｖ以下のとき、第３トランジスタ１３２５はオフ状態となり、第１トランジスタ１３２２のスイッチングが行われる。このようにして、上記出力電圧Ｖｏｕｔがほぼ８．５Ｖに固定される。

一方、燃料電池１１０の負荷電流が増加していくと、燃料電池１１０の出力電圧１１１は、その特性により、徐々に低下し、最大出力電流の１．６Ａを超える状態になると、燃料電池１１０の出力電圧１１１は、上記設定電圧１１５以下となる。このときには、第２トランジスタ１３１１のベース電圧は０．６Ｖ以下となり、第２トランジスタ１３１１はオフ状態となる。よって電圧検知部１３１の出力電圧Ｖ２は、燃料電池１１０の出力電圧１１１となる。帰還部１３３では、帰還電圧Ｖ３には、上記出力電圧Ｖ２が影響し、十分に低い電圧ではそのまま上記出力電圧１１１が印加される。よって、電圧設定部１３２の第３トランジスタ１３２５のベース電圧Ｖｂは、上記出力電圧Ｖｏｕｔに無関係に０．６Ｖを超え、第３トランジスタ１３２５は、オン状態となり、電圧設定部１３２の第１トランジスタ１３２２のスイッチングが停止する。よって、電圧設定部１３２は、出力しない。このように、燃料電池１１０の出力電圧１１１が上記設定電圧１１５以下になったときには、図６に示すように、電圧変換回路１３０は、その出力電圧つまり切替用電圧１３４を強制的に降下させる垂下特性を有する。該垂下特性は、燃料電池１１０の出力電圧１１１が上記設定電圧１１５以下になったときから当該燃料電池１１０の破壊電圧１１４、本実施形態では８Ｖに至るまでの間に、当該電圧変換回路１３０の出力電圧を上記２次電池１２０の放電終止電圧１２２、本実施形態では６Ｖ以下に降下させる特性である。

上記整流回路１５０は、電圧変換回路１３０の出力側に接続されるダイオード１５１と、リチウムイオン電池１２０の出力側に接続されるダイオード１５２とから構成され、上述した電圧変換回路１３０の出力電圧、つまり上記切替用電圧１３４である約８．５Ｖと、リチウムイオン電池１２０の出力電圧１２１である約８．０Ｖとが印加される。各ダイオード１５１，１５２は、負荷部２１０に接続されており、順方向に電圧が印加されているとき、オン状態となり通電を行う。

よって、通常時のように、電圧変換回路１３０の出力電圧である切替用電圧１３４がリチウムイオン電池１２０の出力電圧１２１を超えるときには、リチウムイオン電池１２０に接続されているダイオード１５２には逆方向に電圧が作用するのでダイオード１５２はオフ状態となり、リチウムイオン電池１２０から負荷部２１０へ出力されず、燃料電池１１０側、つまり電圧変換回路１３０から負荷部２１０へ電力供給される。逆に、リチウムイオン電池１２０の出力電圧１２１が電圧変換回路１３０の出力電圧である切替用電圧１３４を超えるときには、ダイオード１５１はオフ状態、ダイオード１５２がオン状態となるので、リチウムイオン電池１２０から負荷部２１０へ電力供給がなされる。
又、電圧変換回路１３０の出力電圧である切替用電圧１３４と、リチウムイオン電池１２０の出力電圧１２１とが等しいときには、電圧変換回路１３０及びリチウムイオン電池１２０の両者から電力供給がなされる。

上述のように通常時には電圧変換回路１３０から負荷部２１０へ電力供給されるが、上述のように燃料電池１１０は、負荷電流を取り出すと出力電圧が低下する。よって、リチウムイオン電池１２０の出力電圧１２１未満になるまで燃料電池１１０から負荷電流を取り出すと、上述のように自動的にダイオード１５１がオフ状態となり、燃料電池１１０側つまり電圧変換回路１３０から負荷部２１０へ電流は流れなくなり、代わりにリチウムイオン電池１２０側のダイオード１５２がオン状態となりリチウムイオン電池１２０から電力供給される。

しかしながら、燃料電池１１０側から電流が流れなくなると負荷が無くなることから、燃料電池１１０が復活し、燃料電池１１０の出力電圧１１１が上昇し電圧変換回路１３０の出力電圧が上昇するので、再び、ダイオード１５１がオン状態となり、電圧変換回路１３０から負荷部２１０への通電が再開される。該通電により再び電圧変換回路１３０の出力電圧が降下し電圧変換回路１３０から負荷部２１０への通電が停止される。よって、このような動作が繰り返され、燃料電池１１０側では、リチウムイオン電池１２０の出力電圧１２１相当分の出力が負荷部２１０へ供給され、残りの電力がリチウムイオン電池１２０から供給されることになる。

以上のように構成された本実施形態における燃料電池用電源システム１０１の動作について以下に説明する。
上述の繰り返しになるが、負荷電流が比較的低く燃料電池１１０の出力電圧１１１が上記設定電圧１１５の１０．４Ｖを超える場合には、上述したように、又、図７における燃料電池用電源システム１０１の出力電圧１０８の第１部分１０８ａに示すように、燃料電池用電源システム１０１において、燃料電池１１０側から負荷部２１０へ電力供給がなされる。

一方、負荷電流が増加し燃料電池１１０の出力電圧１１１が上記設定電圧１１５の１０．４Ｖ以下となった場合には、上述のように電圧変換回路１３０の出力電圧、つまり切替用電圧１３４は、強制的に急激に低下されるので、電圧変換回路１３０の出力電圧は、リチウムイオン電池１２０の出力電圧１２１未満になる。よって、図７におけるシステム出力電圧１０８の第２部分１０８ｂに示すように、リチウムイオン電池１２０から負荷部２１０へ電力供給がなされる。このとき、上述のように燃料電池１１０側とリチウムイオン電池１２０側とから交互に負荷部２１０へ電力供給がなされる状態にもなる。

このように、燃料電池１１０の出力電力を最大限使用して、不足分についてはリチウムイオン電池１２０から供給可能となる動作は、燃料電池１１０における、負荷電流に応じて出力電圧が変化するという特有のＶ−Ｉ特性を利用し、さらに負荷電流に対してほぼ一定の電圧を出力するというリチウムイオン電池１２０の特性を考慮した上で、電圧変換回路１３０の垂下特性を設け、該垂下特性を有する電圧変換回路１３０の出力側と、リチウムイオン電池１２０の出力側とをダイオードで並列接続したことで実現される。
即ち、燃料電池とリチウムイオン電池とを単にダイオードに並列接続しただけでは、燃料電池の電力を最大限得る状態を保持することはできない。本実施形態では、電圧変換回路１３０を設け、燃料電池１１０が最大電力を供給するときの出力電圧を設定電圧１１５とし、該設定電圧１１５を基準として燃料電池１１０の出力電圧１１１の変換を行い上記切替用電圧１３４を生成していることから、燃料電池１１０の出力電力を最大限使用した電力供給が可能である。又、上記垂下特性は、燃料電池１１０の破壊電圧１１４に至るまでの間に、電圧変換回路１３０の出力電圧をリチウムイオン電池１２０の放電終止電圧１２２以下に降下させる特性である。よって、燃料電池１１０の出力電圧が破壊電圧１１４に至ることはなく、燃料電池１１０が破壊するのを防止することができる。

尚、ダイオード１５１、１５２にて燃料電池１１０側と、リチウムイオン電池１２０側とを並列接続すると、若干ながらダイオード１５１，１５２にて電圧降下が生じる。該電圧降下をできるだけ防止するため、ダイオード１５１，１５２は、ショットキーダイオードが好ましい。

第２実施形態；
上述のリチウムイオン電池１２０は、充電可能であることから、本第２実施形態の燃料電池用電源システムでは、燃料電池１１０の出力電力に余裕があるときには、燃料電池１１０の出力電圧１１１を用いてリチウムイオン電池１２０の充電を行う構成を示す。
図２を参照して、上記燃料電池用電源システム１０２について説明する。
燃料電池用電源システム１０２では、上述の燃料電池用電源システム１０１の構成に加えて、リチウムイオン電池１２０の充電を行うための充電回路１６０を新たに設けている。又、当該燃料電池用電源システム１０２の変形例として、さらに出力停止回路１７０を設けることもでき、図２では出力停止回路１７０を設けた場合を図示している。尚、図２では、燃料電池１１０の起動時に使用される補器を駆動するための補器駆動回路１９０についても図示している。その他の構成については、上述の第１実施形態における構成と変わるところはない。よって、同じ構成部分について、ここでは説明を省略する。

充電回路１６０について説明する。
上述のように、燃料電池用電源システム１０２も例えばノート型のパーソナルコンピュータに設けられる場合、周辺機器、メモリ、ディスプレイ、ＣＰＵ動作等の作業環境に従い、当該パーソナルコンピュータにて必要となる消費電力は、変動する。よって、燃料電池１１０の電力供給に余裕が生じたときには、該余裕分の電力にて２次電池を充電することが可能である。そこで燃料電池用電源システム１０２では充電回路１６０を設けている。
充電回路１６０は、２次電池、本実施形態ではリチウムイオン電池１２０、及び燃料電池１１０に接続され、上述のようにリチウムイオン電池１２０の充電を行う回路であり、出力電圧比較回路１６１と充電切替回路１６２とを有する。

出力電圧比較回路１６１は、燃料電池１１０及びリチウムイオン電池１２０の出力側に接続され、燃料電池１１０の出力電圧１１１と上記設定電圧１１５との比較を行い、かつリチウムイオン電池１２０の出力電圧１２１とリチウムイオン電池１２０における充電可能電圧との比較を行う回路である。ここで、上記充電可能電圧とは、リチウムイオン電池１２０が充電可能となる電圧であり、本実施形態では２個のリチウムイオン電池を直列接続していることから、リチウムイオン電池１２０の出力電圧１２１における上記最大出力電圧１２３の８．４Ｖに対して１０％低い値であり、図４に符号１２４にて示す、７．６Ｖに設定している。勿論、該７．６Ｖに限定するものではない。
このような出力電圧比較回路１６１は、燃料電池１１０の出力電圧１１１が設定電圧１１５つまり本実施形態では１０．４Ｖを超え、かつリチウムイオン電池１２０の出力電圧１２１が充電可能電圧１２４つまり７．６Ｖ以下であることを検知したときのみ、充電切替回路１６２をアクティブにする。

上記充電切替回路１６２は、燃料電池１１０の出力側とリチウムイオン電池１２０の出力側との間に接続され、上述のように出力電圧比較回路１６１から指示があったときのみ、燃料電池１１０の出力電圧１１１をリチウムイオン電池１２０に印加してリチウムイオン電池１２０の充電を行う回路である。即ち、リチウムイオン電池１２０への充電が行われるのは、燃料電池１１０の出力電圧１１１が設定電圧１１５つまり１０．４Ｖを超えているとき、つまり負荷部２１０に対して燃料電池１１０側から電力供給が行われているとき、つまり燃料電池１１０の出力電力に余裕があるときである。

尚、負荷部２１０に対して燃料電池１１０からのみ電力供給が行われる、燃料電池１１０に余裕がある場合でも、リチウムイオン電池１２０の充電のために負荷が増加して、燃料電池１１０の出力電力に余裕が無くなる場合も考えられる。よって、上記充電動作では、過度な急速充電は行わない。そのため充電回路１６０では充電電流制限を行い、本実施形態では０．１６Ａの充電電流で充電するように構成している。該充電電流は、容量８３０ｍＡｈの電池を２個直列接続している本実施形態のリチウムイオン電池１２０を１０時間で充電する充電電流に相当し、燃料電池１１０の最大出力電力供給時の出力電流である１．６Ａの１／１０の値に相当する。

又、上述のように本実施形態では、リチウムイオン電池１２０の出力電圧１２１が上記充電可能電圧１２４以下であって、かつ燃料電池１１０の最大電力時における出力電圧に相当する、上記設定電圧１１５である１０．４Ｖを超える電圧を燃料電池１１０が出力するときに充電モードに入るように構成したが、充電負荷を考慮すると、燃料電池１１０のもう少し高い出力電圧１１１で充電モードに移行するのが好ましい。よって、設定電圧１１５に代えて、例えば上記最大出力電力の９０％に対応する出力電圧と、燃料電池１１０の出力電圧１１１とを比較するようにしてもよい。このように充電電力を上記最大出力電力の１０％分に制限すると過不足なく充電ができる設計となる。即ち、上記９０％に対応する、燃料電池１１０の出力電圧１１１は１０．９Ｖであり、出力電流は１．４Ａである。燃料電池１１０が１０．９Ｖで１．４Ａを出力するときに、充電モードに入り充電電流０．１６Ａを供給したときには、燃料電池１１０の出力電圧１１１は、約１０．４Ｖに低下する。つまり、充電時が燃料電池１１０の最大電力供給時に対応することになり、効率良く充電を行うことができる。

又、充電動作中の燃料電池１１０に対して急激に負荷が増加した場合、負荷電流の増加により燃料電池１１０の出力電圧１１１は、急激に低下し、上述したように、燃料電池１１０とリチウムイオン電池１２０とが負荷部２１０に対して交互に電力供給する状態になる。このような場合、リチウムイオン電池１２０にとっては、充電モードから急激に放電モードヘ移行することになり、このような急激な切り替え動作は好ましくない。
そこで、燃料電池１１０の出力電圧１１１が、燃料電池１１０の最大電力１１２に達する直前の時点で予め充電モードを中止して、上記交互の電力出力状態に移行するのが好ましい。そのために最大電力１１２の例えば９７％に達したときの燃料電池１１０の出力電圧１１１である、図３に示す充電停止電圧１１６の１０．５Ｖを目安にして充電が停止する設計も可能である。

以上説明したように、本実施形態の燃料電池用電源システム１０１，１０２では、燃料電池１１０の出力電圧１１１を管理することによって、効率良く負荷部２１０への電力供給が可能になることが判る。
尚、充電モードに入ったときは、負荷の電子機器を節電モードで動作させることが、よりスムーズな電源システムの動作を確保可能とする。例えば負荷の電子機器がパーソナルコンピュータ等におけるＣＰＵ動作が主であれば、例えばその動作クロック周波数自体を低くするとか、映像表示機器であれば、例えば液晶画面の輝度を若干低くすることで、２次電池の充電モードの際の燃料電池の負荷を軽減することができる。よって、燃料電池における充電モードの際の負荷余裕が増し、たとえ充電中に負荷が急増しても電カ供給体制に余裕を生じさせることができる。

又、一般的に、リチウムイオン電池は、その安全対策上、定電圧、定電流充電を行う。充電量が少ないときには、過度な電流を流さない定電流で、満充電に近づくと充電電圧を超過しないために定電圧充電とする。このことは、本実施形態のシステム１０１，１０２においても同様であり、リチウムイオン電池の電圧が最大出力電圧の８．４Ｖになるまでは充電電流０．１６Ａで定電流充電を行い、上記８．４Ｖになったときには充電電圧を８．４Ｖで維持する充電方法をとった。

第２実施形態の変形例として、上記出力停止回路１７０を設けた場合について説明する。
上述した第１及び第２の実施形態では、燃料電池１１０と２次電池１２０との並行運転を行うものであるために、どちらかの電池が機能不全に陥った場合にはシステムの動作を停止させなければならない。主電源である燃料電池１１０において、例えば燃料不足や、燃料であるメタノールの沸点に対して動作温度が異常に上昇した場合等の温度要因などで動作不能になったときには、上述したように、本システムでは２次電池１２０から短期的には電力供給が可能である。しかしながら、２次電池１２０のリチウムイオン電池の出力電圧１２１が上記放電終止電圧１２２以下になるとリチウムイオン電池が破壊され、燃料電池１１０の動作停止後における補器動作管理が不能になる。例えば燃料関係のバルブの開閉、放熱ファンの動作、残量表示等の動作が不能になる。このような事態を防止するため、２次電池１２０の放電終止電圧１２２の直前で本電源システムの出力を負荷部２１０から切断する手段が重要となる。
よって、上記変形例として図２に示すように、リチウムイオン電池１２０の出力側と負荷部２１０との間に、上記出力停止回路１７０を設けることができる。該出力停止回路１７０は、２次電池であるリチウムイオン電池１２０の出力電圧１２１が当該リチウムイオン電池１２０における放電終止電圧１２２を僅かに超える、図４に示す負荷停止電圧１２５まで低下したことを検出し、該負荷停止電圧１２５を検出したときにはリチウムイオン電池１２０から負荷部２１０への出力を停止する。本変形例では、上記負荷停止電圧１２５は、約６．２Ｖに設定している。

尚、上述の各実施形態では、２次電池のリチウムイオン電池１２０が２個の電池を直列接続した形態を採っているため、上記電圧変換回路１３０は、燃料電池１１０の出力電圧１１１を降圧する降圧型で説明したが、勿論これに限定されるものではなく、２次電池１２０の出力電圧１２１との関係で昇圧型の電圧変換回路を構成することもできる。該昇圧型でも、燃料電池１１０の最大出力電力に対応する電圧で下限電圧制限して、ダイオードで足し合わせる構成で、上述の場合と同様の効果を得ることができる。又、充電動作についても同様に実行可能である。
又、上述の各実施形態では、２次電池としてリチウムイオン電池を用いたが、これに限定するものではなく、他の補助電池でも実現可能であり、商用電源から作成した直流電源でも置き換えは可能である。

本発明は、燃料電池及び２次電池を備え、上記燃料電池の出力電力を上記２次電池にて補完して負荷部へ電力供給を行う燃料電池用電源システム、及び該燃料電池用電源システムを備えた電子機器に適用可能である。

本発明の第１実施形態における燃料電池用電源システムの構成を示す図。 本発明の第２実施形態における燃料電池用電源システムの構成を示す図。 図１及び図２に示す燃料電池用電源システムに備わる燃料電池における電圧―電流特性を示すグラフ。 図１及び図２に示す燃料電池用電源システムに備わるリチウムイオン電池における電圧―電流特性を示すグラフ。 単体のリチウムイオン電池の放電特性を示すグラフ。 図１及び図２に示す燃料電池用電源システムに備わる電圧変換回路の電圧―電流特性を示すグラフ。 図１及び図２に示す燃料電池用電源システムにおける電圧―電流特性を示すグラフ。 図１及び図２に示す燃料電池用電源システムを備えた電子機器の斜視図。

符号の説明

１０１、１０２…燃料電池用電源システム、１１０…燃料電池、
１１１…出力電圧、１１２…最大出力電力、１１４…破壊電圧、
１１５…設定電圧、１１６…充電停止電圧、１２２…放電終止電圧、
１２３…最大出力電圧、１２４…充電可能電圧、１２５…負荷停止電圧、
１３０…電圧変換回路、１３１…電圧検知部、１３２…電圧設定部、
１３３…帰還部、１３４…切替用電圧、１５０…整流回路、
１６０…充電回路、１６１…出力電圧比較回路、１６２…充電切替回路、
１７０…出力停止回路、
２１０…リチウムイオン電池。

Claims (11)

1. 発電を行い負荷部へ電力供給を行う燃料電池と、
   上記燃料電池の出力電力を補完し上記負荷部へ電力供給する２次電池と、
   上記燃料電池の出力側と上記負荷部との間に接続され、上記負荷部に対して上記燃料電池及び上記２次電池の少なくとも一方から電力供給を行うことを決定するために用いる切替用電圧を設定するため、上記燃料電池の出力電圧が設定電圧を超えるときには、上記燃料電池の出力電圧を一定値に変換して上記切替用電圧の設定を行う電圧変換回路と、
   上記電圧変換回路の出力側及び上記２次電池の出力側と上記負荷部との間に接続され、上記電圧変換回路の出力電圧に相当する上記切替用電圧が上記２次電池の出力電圧を超えるときには上記燃料電池から上記電圧変換回路を通して上記負荷部へ電力供給を行い、上記切替用電圧が上記２次電池の出力電圧に等しいときには上記２次電池から、及び上記電圧変換回路を通して上記燃料電池から並行して上記負荷部へ電力供給を行い、上記切替用電圧が上記２次電池の出力電圧未満のときには上記２次電池から上記負荷部へ電力供給を行う整流回路と、
   を備えたことを特徴とする燃料電池用電源システム。
2. 上記電圧変換回路における上記設定電圧は、上記燃料電池の最大出力電力を出力するときの上記燃料電池の電圧であり、
   上記燃料電池の出力電圧が上記設定電圧を超えるときには、上記電圧変換回路は、上記２次電池の最大出力電圧を超える一定値に上記燃料電池の出力電圧を変換して上記切替用電圧を設定し、
   上記燃料電池の出力電圧が上記設定電圧以下になったとき、当該電圧変換回路の出力電圧を強制的に降下させる垂下特性を上記電圧変換回路は有する、請求項１記載の燃料電池用電源システム。
3. 上記電圧変換回路における上記垂下特性は、上記燃料電池の出力電圧が上記設定電圧以下になったときから当該燃料電池の破壊電圧に至るまでの間に、当該電圧変換回路の出力電圧を上記２次電池の放電終止電圧以下に降下させる特性である、請求項２記載の燃料電池用電源システム。
4. 上記電圧変換回路は、上記燃料電池の出力電圧を検知する電圧検知部と、上記切替用電圧の設定を行う電圧設定部と、上記電圧設定部から出力される電圧に帰還をかける帰還部とを有し、
   上記燃料電池の出力電圧が上記設定電圧を超えたことを上記電圧検知部が検知したときには、上記帰還部による電圧帰還作用により上記電圧設定部は上記燃料電池の出力電圧を上記切替用電圧に設定し、上記燃料電池の出力電圧が上記設定電圧以下になったことを上記電圧検知部が検知したときには、上記帰還部は上記電圧設定部に対して出力を停止させる、請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池用電源システム。
5. 上記整流回路はダイオードにて形成される、請求項１から４のいずれかに記載の燃料電池用電源システム。
6. 上記燃料電池及び上記２次電池に接続され、充電可能な上記２次電池の充電を行う充電回路をさらに備えた、請求項１から５のいずれかに記載の燃料電池用電源システム。
7. 上記充電回路は、
   上記燃料電池及び上記２次電池の出力側に接続され、上記燃料電池の出力電圧と上記設定電圧との比較を行い、かつ上記２次電池の出力電圧と上記２次電池における充電可能電圧との比較を行う出力電圧比較回路と、
   上記燃料電池の出力側と上記２次電池の出力側との間に接続され、上記燃料電池の出力電圧が上記設定電圧を超え、かつ上記２次電池の出力電圧が充電可能電圧以下であることを上記出力電圧比較回路が検出したときのみ、上記燃料電池の出力電圧を上記２次電池に印加して上記２次電池の充電を行う充電切替回路と、
   を有する請求項６記載の燃料電池用電源システム。
8. 上記充電切替回路にて上記２次電池への充電が開始された後、上記出力電圧比較回路は、さらに、上記設定電圧より大きい任意電圧値である充電停止電圧を検出し、上記出力電圧比較回路が上記充電停止電圧を検出したときには、上記充電切替回路は、上記２次電池への充電を停止する、請求項７記載の燃料電池用電源システム。
9. 上記２次電池の出力側と上記負荷部との間に接続され、上記２次電池の出力電圧が当該２次電池における放電終止電圧を僅かに超える負荷停止電圧まで低下したことを検出し、該負荷停止電圧を検出したときには２次電池から上記負荷部への出力を停止する出力停止回路をさらに備える、請求項１から８のいずれかに記載の燃料電池用電源システム。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の燃料電池用電源システムと、
    上記燃料電池用電源システムから電力供給を受ける負荷部と、
    を備えたことを特徴とする電子機器。
11. 発電を行い負荷部へ電力供給を行う燃料電池と、上記燃料電池の出力電力を補完し上記負荷部へ電力供給する２次電池とを備えた燃料電池用電源システムにおける電力供給方法において、
    上記負荷部に対して上記燃料電池及び上記２次電池の少なくとも一方から電力供給を行うことを決定する切替用電圧を設定するため、上記燃料電池の出力電圧が設定電圧を超えるときには、上記燃料電池の出力電圧を上記２次電池の最大出力電圧を超える一定の電圧に変換して上記切替用電圧を設定して、上記燃料電池から上記負荷部へ電力供給を行い、
    上記燃料電池の出力電圧が上記設定電圧以下になったときには、上記切替用電圧を強制的に降下させて、上記２次電池から上記負荷部へ電力供給を行う、
    ことを特徴とする燃料電池用電源システムにおける電力供給方法。

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