JP4444179B2 - Electronics - Google Patents
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Description
本発明は、電子機器に関し、特に、二次電池パックと燃料電池パックの両方を接続した電源装置に関する。 The present invention relates to an electronic device, and more particularly, to a power supply device in which both a secondary battery pack and a fuel cell pack are connected.
近年、ノートＰＣなどの電子機器向けに多くの小型燃料電池電源が開発されている。 In recent years, many small fuel cell power sources have been developed for electronic devices such as notebook PCs.
しかしこれらの燃料電池は連続して一定の電力を発電することはできるが瞬時的な電力要求に対応できない課題があるため二次電池と組み合わせて使う方法が提案されている。（例えば特許文献１参照）
図５に、従来の構成を一例として示す。
However, these fuel cells can generate a certain amount of electric power continuously, but there is a problem that cannot meet the instantaneous electric power demand, so a method of using them in combination with a secondary battery has been proposed. (For example, see Patent Document 1)
FIG. 5 shows a conventional configuration as an example.
基本的には、燃料電池１０１は、第1の機能回路１０２に電力を供給し、二次電池４０１は、第２の機能回路２０２に電力を供給する。
Basically, the
さらに、燃料電池１０１と二次電池４０１は電源管理部２０３の内部のスイッチによって接続されることができ、電源制御部４０２が二次電池４０１のＳＯＣをチェックしてこれに基づきスイッチが制御され、燃料電池１０１から二次電池４０１へ充電を行うことが可能である。
Further, the
さらに、この構成において負荷の変動に対して燃料電池と二次電池とがハイブリッド運転を行うことが提案されている。
上記従来の構成では燃料電池と二次電池をスイッチで接続したり切り離したりする方法で制御が行なわれるため負荷変動に対して敏速な反応制御ができない燃料電池はスイッチが切り離された瞬間には発電が過剰になってしまうなど効率的なハイブリッド運転ができないという問題があった。 In the conventional configuration described above, control is performed by connecting or disconnecting the fuel cell and the secondary battery with a switch. Therefore, a fuel cell that cannot perform quick reaction control with respect to load fluctuations generates power at the moment the switch is disconnected. There was a problem that efficient hybrid operation was not possible, such as excessive power consumption.
本発明の目的は、上記従来の課題を解決し、効率的なハイブリッド運転のできる電子機器を提供することにある。 The objective of this invention is providing the electronic device which solves the said conventional subject and can perform an efficient hybrid driving | operation.
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、電池による駆動を可能とする電源装置を有する電子機器において、前記電源装置は、二次電池パックと、燃料電池パックと、本体ＣＰＵの指示により前記電子機器の各部品に電力を供給するパワーコントロールＣＰＵと、前記パワーコントロールＣＰＵに接続された電源通信バスとからなり、前記二次電池パックで充放電される電力と、前記燃料電池パックで発生する電力とは、パワーラインを介して前記パワーコントロールＣＰＵに接続され、前記二次電池パックは、二次電池と、前記二次電池の残容量を検出し、データ化する電池容量検出手段と、データ化した残容量データを前記電源通信バスへ送出する残容量通信手段とを有し、前記燃料電池パックは、燃料電池と、前記燃料電池の運転を制御する燃料電池制御回路と、前記電源通信バスを介して運転の指示を受信するための運転指示通信手段とを有し、前記パワーコントロールＣＰＵは、前記残容量データを受信し、残容量に応じた燃料電池の目標発電量を、前記運転指示通信手段を通じて、前記燃料電池パック内の前記燃料電池制御回路へ指示する機
能を有し、前記燃料電池制御回路は、前記目標発電量に応じて、前記燃料電池の運転を開始、切り替えまたは停止する機能を持つことを特徴とするものである。
In order to solve the above-mentioned problem, an invention according to
また、請求項２記載の発明は、電池による駆動を可能とする電源装置を有する電子機器において、前記電源装置は、二次電池パックと、燃料電池パックと、本体ＣＰＵの指示により前記電子機器の各部品に電力を供給するパワーコントロールＣＰＵと、前記パワーコントロールＣＰＵに接続された電源通信バスと、前記電源通信バス中に配置された切り替えスイッチからなり、前記二次電池パックで充放電される電力と、前記燃料電池パックで発生する電力とは、パワーラインを介して前記パワーコントロールＣＰＵに接続され、前記二次電池パックは、前記二次電池と、前記二次電池の残容量を検出し、データ化する電池容量検出手段と、データ化した残容量データを前記電源通信バスへ送出する残容量通信手段とを有し、前記燃料電池パックは、前記燃料電池と、前記燃料電池の運転を制御する燃料電池制御回路と、前記電源通信バスを介してデータの通信を行うデータ通信手段とを有し、前記切り替えスイッチは、前記燃料電池パックが接続された場合、二次電池パックは、通信先を前記パワーコントルＣＰＵから前記燃料電池パックに変更し、さらには前記燃料電池パックは前記パワーコントールＣＰＵと通信するように、前記電源通信バスの配線を切り替える機能を持ち、前記燃料電池制御回路は、前記残容量データを受信し、残容量に応じた燃料電池の目標発電量に応じて、前記燃料電池の運転を開始、切り替えまたは停止する機能を持ち、更に前記残容量データおよび前記燃料電池の運転状況データを前記データ通信手段を介してパワ―コントロールＣＰＵへ通信する機能を持つことを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an electronic device having a power supply device that can be driven by a battery. The power supply device includes a secondary battery pack, a fuel cell pack, and a main body CPU that instructs the electronic device. A power control CPU that supplies power to each component, a power communication bus connected to the power control CPU, and a changeover switch disposed in the power communication bus, and is charged and discharged by the secondary battery pack And the electric power generated in the fuel cell pack is connected to the power control CPU via a power line, the secondary battery pack detects the secondary battery and the remaining capacity of the secondary battery, Battery capacity detecting means for converting the data, and remaining capacity communication means for transmitting the converted remaining capacity data to the power communication bus, The fuel cell, a fuel cell control circuit for controlling the operation of the fuel cell, and data communication means for communicating data via the power communication bus, and the changeover switch includes the fuel cell When the pack is connected, the secondary battery pack changes the communication destination from the power control CPU to the fuel cell pack, and further the fuel cell pack communicates with the power control CPU. The fuel cell control circuit receives the remaining capacity data, and starts, switches or stops the operation of the fuel cell according to the target power generation amount of the fuel cell corresponding to the remaining capacity. And the remaining capacity data and the fuel cell operation status data are communicated to the power control CPU via the data communication means. It is characterized in that with a function.
そして、請求項３記載の発明は請求項１または２記載の電子機器において、前記二次電池パックおよび前記燃料電池パックは、電子機器本体に対し脱着可能な構造であり、前記二次電池パックのコネクタ部および前記燃料電池パックのコネクタ部は、対応する電子機器本体の一つの装着部に対して、それぞれ互換性を有し、前記燃料電池パックには前記二次電池パックを脱着する装着部を有するものである
この構成においては、コネクタ部がそれぞれ互換性を有するため、本体側の同一の装着部に対して、二次電池パックを脱着したり、燃料電池パックを脱着したりできる。また、二次電池パックを燃料電池パックに装着したまま、当該燃料電池パックを本体側の装着部に脱着することができる。
According to a third aspect of the present invention, in the electronic device according to the first or second aspect, the secondary battery pack and the fuel cell pack are detachable from the electronic device body. The connector part and the connector part of the fuel cell pack are compatible with one mounting part of the corresponding electronic device body, and the fuel cell pack has a mounting part for detaching the secondary battery pack. In this configuration, since the connector portions are compatible, the secondary battery pack can be attached to or detached from the same attachment portion on the main body side. Further, the fuel cell pack can be attached to and detached from the attachment portion on the main body side while the secondary battery pack is attached to the fuel cell pack.
さらに、請求項４記載の発明は請求項１または２記載の電子機器において、前記燃料電池を起動させるための電力を前記パワーラインを介して前記二次電池パックから供給する事が可能なものである。
Furthermore, the invention according to
本発明の電源装置によれば、二次電池パックの電池で燃料電池が発電するまでの間、パソコンを動作させることができる。 According to the power supply device of the present invention, the personal computer can be operated until the fuel cell generates power with the battery of the secondary battery pack.
さらに、燃料電池パックから二次電池パックの電池を充電でき、また、最大出力時に燃料電池からの発電量が不足する場合、電池スロットの二次電池パックの電池とハイブリッド運転ができる。 Furthermore, when the battery of the secondary battery pack can be charged from the fuel cell pack, and when the power generation amount from the fuel cell is insufficient at the maximum output, hybrid operation with the battery of the secondary battery pack in the battery slot can be performed.
また、本発明の請求項１の電源装置であれば、パソコンが電池パックの残容量と電子機器が必要とする電力を鑑みて燃料電池の運転を指示するため効率的な運転が電子機器本体のソフトウェアによって制御でき、さらに、ソフトウェアを変えることによって制御内容を容易に変更できる。
In the power supply device according to
また本発明の請求項２の電源装置によれば、燃料電池パックが二次電池パックの残容量
を受信し、二次電池パックへの充電および電子機器が必要とする電力に応じた効率的な発電制御を燃料電池パック自身の判断で行なうことが可能である。
According to the power supply device of
本発明の請求項３の電源装置によればさらに、パソコンおよび二次電池パックの組み合わせと、パソコン、燃料電池パックおよび電池パックの組み合わせが、自由に使用状況に応じてアレンジできる。
According to the power supply device of
本発明の請求項４の電源装置によればさらに、燃料電池パック自体が起動用の電池をもつ必要が無く電池パックから必要な電力の供給を受けることができる。
According to the power supply device of
以下、本発明を適用した電源装置の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of a power supply device to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態に係る燃料電池パック２、及び燃料電池パック２を搭載した電子機器（以下、ノートパソコン１という）が示されている。このノートパソコン１の本体ＣＰＵ１６は通信手段としてのＰＣメインバス１７とつながっている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a
ＰＣメインバス１７はパワーコントロールＣＰＵ１０とつながっておりさらに図示してはいないがハードデスクやメモリーカード、ＣＤ−ＲＯＭおよびＵＳＢなどの各種記憶デバイスがこのＰＣメインバス１７につながっている。パワーコントロールＣＰＵ１０はノートパソコンの電源管理を行っておりパワーライン８を介して得た電力をノートパソコン１の本体ＣＰＵ１６や表示回路、各種記憶デバイスなどに電力供給している。
The PC
パワーライン８には二次電池パック３やＡＣアダプターが接続可能である。
A
二次電池パック３内には電池の残容量を測定するための電池容量検出手段１２とこの情報を送出するための残容量通信手段１１を有する。
The
燃料電池パック２には燃料電池１４と燃料電池制御回路１３および運転指示通信手段１５を有する。
The
燃料電池パック２は最大２０Ｗまでの出力が可能であるが、ノートパソコン１の消費電力は通常で１０Ｗ，最大で３０Ｗである。
The
今、燃料電池パック２は２０Ｗの発電を行っておりノートパソコン１は１０Ｗを消費しているとする。燃料電池パック２から生ずる電力の残り１０Ｗは二次電池パック３に充電される。電池パック３の二次電池が満充電に近くなると電池容量検出手段１２がこれを検出し、残容量通信手段１１を介して情報を発信し、電源通信バス９を通じ、パワーコントロールＣＰＵ１０に入力される。パワーコントロールＣＰＵ１０は燃料電池パック２へ、電源通信バス９を介して動作停止もしくはパワー減少を指令する。
Now, it is assumed that the
ノートパソコン１の消費電力が３０Ｗ最大になると燃料電池パック２の出力２０Ｗだけでは足らなくなり、二次電池パック３も放電状態となり不足分の１０Ｗを供出する。
When the power consumption of the notebook
そして、ノートパソコン１の消費電力が１０Ｗまで低下すると二次電池パック３は充電を再開する。
When the power consumption of the
次にノートパソコン１を起動した場合の動作について説明する。
Next, the operation when the
ノートパソコン１は二次電池パック３の電力によって起動し、電池が満充電であれば３時間から６時間程度の連続動作が可能である。燃料電池パック２はノートパソコン１が起動した直後にパワーコントロールＣＰＵ１０からの指令を受けて起動する。しかし燃料電池１４の起動には２分程度必要であり、この間、燃料電池１４を駆動する回路への電力は電池パック３によっておこなわれている。燃料電池１４が充分な発電を開始し、二次電池パック３にも充電を行なって二次電池パック３の電池が満充電に近くなるとパワーコントロールＣＰＵ１０は指令を出し燃料電池パック２は停止、もしくは弱運転へ切り替える。
The
このシーケンスを図４に示す。 This sequence is shown in FIG.
通常ノートパソコン１の電源が切れた状態では、電源スイッチ周辺のキー操作のみを監視するサブのＣＰＵが小電力で動作している。
Normally, when the power of the
ノートパソコンの電源スイッチをＯＮすると、サブＣＰＵは本体ＣＰＵ１６の電源をＯＮし起動シーケンスを実行するシーケンスを開始する。
When the power switch of the notebook personal computer is turned on, the sub CPU turns on the power of the
この状態ではまだ燃料電池１４は停止しており、すべての電力は２次電池パック３から供給される。この時点でノートパソコン１が燃料電池パック２の接続を認識すると、燃料電池パック２へ始動の要求を出し、燃料電池（ＦＣ）始動シーケンスが始まる。
In this state, the
燃料電池パック２は電源通信バス９を介して２次電池パック３の残容量を受信しこれによって発電量を決定する。
The
更に発電しながら２次電池パック３の容量を確認し続け、満充電になると燃料電池１４の運転を停止または弱運転に切り替える。
Further, while confirming the capacity of the
ノートパソコン１を停止するために電源スイッチをＯＦＦにするとノートパソコン１は電源ＯＦＦシーケンスを実行し燃料電池パック２にも停止を要求する。これによって燃料電池パック２側も停止シーケンスを実行する。
When the power switch is turned off to stop the
（実施の形態２）
図２において二次電池パック３はノートパソコン１の所定の電池用スペースに収納されている状態で燃料電池パック２をノートパソコン１の燃料電池パック用の専用端子あるいは電池用端子に接続する。
(Embodiment 2)
In FIG. 2, the
このとき燃料電池パック２が接続された事によって切り替えスイッチ１８が作動し、二次電池パック３の残容量通信手段１１はそれまではパワーコントロールＣＰＵ１０につながっていたが切り替えられて、燃料電池パック３のデータ通信手段１５ｂに接続される。さらにデータ通信手段１５ｂはパワーコントロールＣＰＵ１０とも接続される。
At this time, when the
燃料電池パック２は二次電池パック３から電池の残容量情報を入手し燃料電池の発電量、電池パックからの放電量、あるいは二次電池パック３への充電量を決める。
パワーコントロールＣＰＵ１０は二次電池パック３とは直接会話することはできず、燃料電池パック２が二次電池パック３を包含したトータルの電池としてパワーコントロールＣＰＵ１０との通信を行なう。
The
The
（実施の形態３）
図３の構成では（ａ）に示すように本来は電子機器（以下ノートパソコン）１の電池装着部４に二次電池パック３の勘合部１９が装着される。
(Embodiment 3)
In the configuration of FIG. 3, the
（ｂ）では電池装着部４に燃料電池パック２の勘合部２０が装着され更に燃料電池パック２の電池装着部２１に二次電池パック３の勘合部２０が装着される。
In (b), the
これによって、燃料電池パック２は二次電池パック３から電池の残容量情報を入手し燃料電池１４の発電量、燃料電池パック２からの放電量、あるいは二次電池パック３への充電量を決める。
Thereby, the
パワーコントロールＣＰＵ１０は二次電池パック３とは直接会話することはできず燃料電池パック２が二次電池パック３を包含したトータルの電池としてパワーコントロールＣＰＵ１０との通信を行なう。
The
なお、図１、２および３で示した実施の形態において燃料電池パック２は起動用の電源を持っていなが、二次電池パック３から起動のための電力を得ることができる。これにより燃料電池パック２は小型軽量化が可能となる。
In the embodiment shown in FIGS. 1, 2, and 3, the
本発明の電源装置は、ノートパソコン等の電子機器の電源装置として有用で有り、また電動工具や、電気自動車、電動バイク等においても使用することができる。 The power supply device of the present invention is useful as a power supply device for electronic devices such as notebook computers, and can also be used in electric tools, electric vehicles, electric motorcycles, and the like.
１ ノートパソコン
２ 燃料電池パック
３ 二次電池パック
４ 電池装着部
８ パワーライン
９ 電源通信バス
１０ パワーコントロールＣＰＵ
１１ 残容量通信手段
１２ 電池容量検出手段
１３ 燃料電池制御回路
１４ 燃料電池
１５ 運転指示通信手段
１５ｂ データ通信手段
１６ 本体ＣＰＵ
１７ ＰＣメインバス
１８ 切り替えスイッチ
１９、２０ 勘合部
２１ 電池装着部
１０１ 燃料電池
１０２、２０２ 機能回路
４０１ 二次電池
２０３ 電源管理部
４０２ 電源制御部
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
17 PC
Claims (4)
前記電源装置は、二次電池パックと、燃料電池パックと、本体ＣＰＵの指示により前記電子機器の各部品に電力を供給するパワーコントロールＣＰＵと、前記パワーコントロールＣＰＵに接続された電源通信バスとからなり、
前記二次電池パックで充放電される電力と、前記燃料電池パックで発生する電力とは、パワーラインを介して前記パワーコントロールＣＰＵに接続され、
前記二次電池パックは、二次電池と、前記二次電池の残容量を検出し、データ化する電池容量検出手段と、データ化した残容量データを前記電源通信バスへ送出する残容量通信手段とを有し、
前記燃料電池パックは、燃料電池と、前記燃料電池の運転を制御する燃料電池制御回路と、前記電源通信バスを介して運転の指示を受信するための運転指示通信手段とを有し、
前記パワーコントロールＣＰＵは、前記残容量データを受信し、残容量に応じた燃料電池の目標発電量を、前記運転指示通信手段を通じて、前記燃料電池パック内の前記燃料電池制御回路へ指示する機能を有し、
前記二次電池パックおよび前記燃料電池パックは、電子機器本体に対し脱着可能な構造であり、前記二次電池パックのコネクタ部および前記燃料電池パックのコネクタ部は、対応する電子機器本体の一つの装着部に対して、それぞれ互換性を有し、
前記燃料電池パックには前記二次電池パックを脱着する装着部を有し、
前記燃料電池制御回路は、前記目標発電量に応じて、前記燃料電池の運転を開始、切り替えまたは停止する機能を持つことを特徴とする電子機器。 In an electronic device having a power supply device that can be driven by a battery,
The power supply device includes a secondary battery pack, a fuel cell pack, a power control CPU that supplies power to each component of the electronic device according to an instruction from the main body CPU, and a power communication bus connected to the power control CPU. Become
The power charged / discharged in the secondary battery pack and the power generated in the fuel cell pack are connected to the power control CPU through a power line,
The secondary battery pack includes a secondary battery, battery capacity detection means for detecting remaining capacity of the secondary battery and converting it to data, and remaining capacity communication means for sending the remaining capacity data converted to data to the power communication bus. And
The fuel cell pack includes a fuel cell, a fuel cell control circuit for controlling the operation of the fuel cell, and an operation instruction communication means for receiving an operation instruction via the power communication bus,
The power control CPU has a function of receiving the remaining capacity data and instructing a target power generation amount of the fuel cell according to the remaining capacity to the fuel cell control circuit in the fuel cell pack through the operation instruction communication unit. Have
The secondary battery pack and the fuel cell pack are detachable from an electronic device main body, and the connector portion of the secondary battery pack and the connector portion of the fuel cell pack are one of the corresponding electronic device main bodies. Compatible with each mounting part,
The fuel cell pack has a mounting portion for detaching the secondary battery pack,
The fuel cell control circuit has a function of starting, switching or stopping the operation of the fuel cell in accordance with the target power generation amount.
前記電源装置は、二次電池パックと、燃料電池パックと、本体ＣＰＵの指示により前記電子機器の各部品に電力を供給するパワーコントロールＣＰＵと、前記パワーコントロールＣＰＵに接続された電源通信バスと、前記電源通信バス中に配置された切り替えスイッチからなり、
前記二次電池パックで充放電される電力と、前記燃料電池パックで発生する電力とは、パワーラインを介して前記パワーコントロールＣＰＵに接続され、
前記二次電池パックは、前記二次電池と、前記二次電池の残容量を検出し、データ化す
る電池容量検出手段と、データ化した残容量データを前記電源通信バスへ送出する残容量通信手段とを有し、
前記燃料電池パックは、前記燃料電池と、前記燃料電池の運転を制御する燃料電池制御回路と、前記電源通信バスを介してデータの通信を行うデータ通信手段とを有し、
前記切り替えスイッチは、前記燃料電池パックが接続された場合、二次電池パックは、通信先を前記パワーコントルＣＰＵから前記燃料電池パックに変更し、さらには前記燃料電池パックは前記パワーコントールＣＰＵと通信するように、前記電源通信バスの配線を切り替える機能を持ち、
前記燃料電池制御回路は、前記残容量データを受信し、残容量に応じた燃料電池の目標発電量に応じて、前記燃料電池の運転を開始、切り替えまたは停止する機能を持ち、更に前記残容量データおよび前記燃料電池の運転状況データを前記データ通信手段を介してパワ―コントロールＣＰＵへ通信する機能を持つことを特徴とする電子機器。 In an electronic device having a power supply device that can be driven by a battery,
The power supply device includes a secondary battery pack, a fuel cell pack, a power control CPU that supplies power to each component of the electronic device according to an instruction from the main body CPU, a power communication bus connected to the power control CPU, Consisting of a changeover switch arranged in the power communication bus,
The power charged / discharged in the secondary battery pack and the power generated in the fuel cell pack are connected to the power control CPU through a power line,
The secondary battery pack detects the remaining capacity of the secondary battery, the remaining capacity of the secondary battery, and converts it into data, and remaining capacity communication for sending the remaining capacity data converted into data to the power communication bus Means,
The fuel cell pack includes the fuel cell, a fuel cell control circuit that controls the operation of the fuel cell, and data communication means that performs data communication via the power communication bus.
When the fuel cell pack is connected to the changeover switch, the secondary battery pack changes the communication destination from the power control CPU to the fuel cell pack, and the fuel cell pack communicates with the power control CPU. So that it has a function of switching the wiring of the power communication bus,
The fuel cell control circuit receives the remaining capacity data, and has a function of starting, switching or stopping the operation of the fuel cell according to a target power generation amount of the fuel cell according to the remaining capacity, and further, the remaining capacity An electronic apparatus having a function of communicating data and operating status data of the fuel cell to a power control CPU via the data communication means.
前記燃料電池パックには前記二次電池パックを脱着する装着部を有する請求項２記載の電子機器。 The secondary battery pack and the fuel cell pack are detachable from an electronic device main body, and the connector portion of the secondary battery pack and the connector portion of the fuel cell pack are one of the corresponding electronic device main bodies. Compatible with each mounting part,
The electronic device according to claim 2, wherein the fuel cell pack has a mounting portion for attaching and detaching the secondary battery pack.
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