JP4500505B2

JP4500505B2 - 携帯型電源装置

Info

Publication number: JP4500505B2
Application number: JP2003114299A
Authority: JP
Inventors: 玲彦叶田; 泰明乗松; 文夫村林
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-04-18
Filing date: 2003-04-18
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2023-04-18
Also published as: US20080258678A1; JP2004319367A; US20040207362A1; US7692400B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯型電源装置に係り、特に、メタノールを直接酸化するタイプの燃料電池により発電した電気エネルギーを負荷に供給するに好適な携帯型電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃料電池を用いた電源システムとしては、燃料を溜め置く燃料タンクと、燃料を用いて直流の電力を発電する発電部とを有し、発電部にて発生した電力を負荷装置に供給するものが種々提案されている。この一例としては、着脱可能な燃料パックと、電気化学反応や燃料反応により所定の電気エネルギーを発生する発電モジュールと、燃料パックに設けられた認証コードを読み取るコード読取部と、読み取った認証コードに基づいて装着された燃料パックが適正品か否かを認証、判別する認証判別部と、この判別結果に基づいて発電部における電気エネルギーの発生状態を制御する出力制御部とを備えたものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２８００４４号公報（第５頁〜第１１頁、図１参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、上記のように燃料と発電部との間のインターフェイスはあるが、負荷とのインターフェイスについては考慮されていない。また、燃料電池を用いた電源システムの負荷として最も有望視されているノートパソコンなどのモバイル情報機器が必要とする電源電圧は、一般にパソコンメーカによって異なり、また、同じメーカにおいても、機種ごとに異なっている。さらに、同じ電圧であっても、電源を供給するＤＣプラグの形状は極めて多くの種類が存在している。
【０００５】
したがって、仮にモバイルでの使用に好適な燃料電池を開発しても、これら様々な負荷に対して機種ごとに端子仕様や出力電圧仕様を変えて提供しなければならない。またこのように負荷の種類ごとに燃料電池を設計すると、設計、開発、生産のコストが高くなる結果、結局値段の高い電源システムとなってしまう。
【０００６】
本発明の課題は、携帯機器に応じた任意の電源電圧を供給することができる携帯型電源装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の携帯型電源装置は、燃料電池と該燃料電池の出力直流電圧を出力電圧指令値に応じた直流電圧に変換する出力電圧変換手段とが内蔵された電池パックと、前記電池パックに接続されるコネクタと負荷の携帯機器に接続されるプラグとを有する接続手段とを備え、
前記電池パックは、前記燃料電池の燃料を蓄積する燃料蓄積手段の残容量を検出し、検出された残容量に従って前記出力電圧変換手段の前記出力電圧指令値を強制的に減少させる残容量検出手段を備え、前記接続手段は、一端が前記コネクタを介して前記出力電圧変換手段に接続され、他端が前記プラグを介して前記携帯機器に接続される電源ケーブルと、前記コネクタを介して前記出力電圧変換手段に対して前記負荷の電源電圧に対応した前記出力電圧指令値を出力する出力電圧指令値出力手段とを有して形成されてなり、前記プラグは、前記携帯機器の電源として装着されるリチウム電池パックと交換可能に同一の形状に形成されたリチウム電池互換プラグであり、該リチウム電池互換プラグは、前記電源ケーブルに接続された一対の電源端子と、前記電源ケーブルに接続された電源電圧検出手段とを有し、前記一対の電源端子は前記携帯機器のリチウム電池電源端子に接続可能に形成され、前記電源電圧検出手段の出力端子は前記携帯機器のリチウム電池状態検出端子に接続可能に形成されてなるものとする。
【０００８】
本発明によれば、電池パックと接続手段とが接続されたときに負荷の電源電圧に対応した出力電圧指令値を出力電圧変換手段に対して出力するだけで負荷に応じた電圧を負荷に供給することができ、共通化により電池パックのコストを下げることが可能になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１基本例を示す携帯型電源装置のブロック構成図である。図１において、携帯型電源装置は、電池パック５３とコネクタ９を備え、コネクタ９は、電池パック５３と負荷１５の双方に接続可能に構成されている。電池パック５３は、電池５２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ７を内蔵し、コネクタ９に接続されている。コネクタ９には出力電圧指令値を出力する出力電圧指令値出力手段１０が内蔵されているとともに、出力電圧ライン１９が内蔵されている。出力電圧ライン１９はＤＣ／ＤＣコンバータ７と負荷１５に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、電池５２の出力電圧を出力電圧指令値に応じて変換する出力電圧変換手段として構成されている。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、出力電圧指令値出力手段１０から出力電圧指令値が入力されたときに、電池５２の出力電圧を負荷１５の電源電圧に対応した電圧に変換して負荷１５に供給するようになっている。
【００１０】
次に、本基本例の動作を説明する。負荷１５は汎用の形態機器で構成されており、まず、この負荷１５に適合する接続手段としてのコネクタ９を準備する。コネクタ９の一端側を電池パック５３に接続し、他端側を負荷１５に接続すると、出力電圧指令値出力手段１０がＤＣ／ＤＣコンバータ７に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力電圧が出力電圧指令値によって決定される。このため、電池５２の出力電力を安定に負荷１５に供給することができる。
【００１１】
本基本例によれば、負荷１５には一切手を加えずに、新たなエネルギー源を供給できるというメリットがある。そのため、すでに市場やオフイス、家庭にある負荷も対象となる。また負荷１５に適合したコネクタ９を複数準備することにより、１種類の電池パック５３で多数の負荷に対応することができる。電池パック５３としては、１０Ｗ、２０Ｗ、４０Ｗなど出力電力に応じた品揃えをするだけで済むため、汎用性が高まり、その結果、大幅な低コスト化が図れる。
【００１２】
本基本例における電池５３には、アルカリ電池やマンガン電池などの一次電池や、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池といった二次電池、燃料電池、太陽電池などいろいろな電池を適用することが可能である。
【００１３】
また、コネクタ９の形状は、負荷１５との接続形態により異なるが、ケーブル状の柔軟性に富む形状物、接続プラグのような固形物などが考えられる。
【００１４】
次に、本発明の第２基本例を図２と図３を用いて説明する。まず、図２において、燃料電池パック１には、燃料タンク２、弁３、発電部６、起動停止回路５、残量検出器４、ＤＣ／ＤＣコンバータ７、制御電源１８などが内蔵されており、燃料電池パック１は、コネクタ９、ケーブル１３、ＤＣプラグ１４を介して負荷１５に接続されている。コネクタ９、ケーブル１３、ＤＣプラグ１４は接続手段として構成されており、コネクタ９の一端側が燃料電池パック１に接続され、ケーブル１３先端側のＤＣプラグ１４が負荷１５に接続されている。コネクタ９には出力電圧指令値出力手段１０が内蔵されており、ケーブル１３のうち負荷１５の近傍には、残容量表示手段としての発光ダイオード１１、スイッチ１２が配置されている。発光ダイオード１１はケーブル１３にて残量検出器４に接続され、スイッチ１２はケーブル１３にて起動停止回路５に接続されている。
【００１５】
燃料タンク２は、燃料電池の燃料を蓄積する燃料蓄積手段として構成されており、弁３は、燃料タンク２と発電部６とを結ぶ燃料通路を開閉する制御弁として構成されている。起動停止回路５は、燃料電池パック１とコネクタ９との接続状態を検出する接続状態検出手段の一要素を構成するようになっている。残量検出器４は、燃料タンク２内に鉛直方向に沿って配置された複数のセンサからの信号を取り込み、各センサからの信号を基に燃料タンク２の残容量を検出する残容量検出手段として構成されており、燃料タンク２内の燃料の残容量に応じた信号を発光ダイオード１１に出力するようになっている。なお、燃料電池パック１の周囲には複数の空気孔１６が空いている。
【００１６】
次に、本基本例の動作を説明する。まず、燃料電池パック１はダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）の他、携帯型に適する形状寸法であれば、他のタイプの燃料電池でもよい。出力電力は、負荷機器に依存するが、モバイル型パソコンの場合、２０〜４０Ｗ程度が必要である。
【００１７】
燃料電池パック１にケーブル１３の端部のコネクタ９を接続し、負荷１５のＤＣ−ＩＮ端子にＤＣプラグ１４を接続し、燃料電池パック１をコネクタ９、ケーブル１３、ＤＣプラグ１４を介して負荷１５に接続する。次に、スイッチ１２をオンにすると、起動停止回路５が弁３を導通状態にし、燃料タンク２から発電部６に燃料が供給される。これにより発電部６は発電を開始し、ＤＣ／ＤＣコンバータ７には発電された燃料電池電圧が印加される。このとき、コネクタ９の内部にある出力電圧指令値出力手段１０がＤＣ／ＤＣコンバータ７に接続されているため、ＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力電圧は出力電圧指令値にしたがって制御される。この結果、出力電圧ライン１９には出力電圧指令値出力手段１０で設定された電圧が出力され、この電圧が負荷１５に給電される。このとき、燃料タンク２内の燃料の残容量が残量検出器４によって検出され、この検出結果に応じて発光ダイオード１１の発光パターンが変化する。例えば、発光ダイオード１１を３個用いた場合、燃料タンク２内の燃料の残容量に応じて発光個数が変化する。また発光ダイオード１１を１個で構成した場合、１個の発光ダイオード１１を緑から赤に色変化させて残量を表示したり、残容量に応じて点灯と点滅を行ったりすることも可能である。
【００１８】
次に、スイッチ１２をオフにすると、起動停止回路５−スイッチ１２−接地ライン８−起動停止回路５の閉回路が遮断されるため、起動停止回路５は停止状態と認識し、弁３は遮断状態になる。これにより、燃料タンク２から発電部６への燃料の供給が止まり、発電は停止される。
【００１９】
また、燃料電池パック１からケーブル１３のコネクタを引き抜いた場合も、同様に起動停止回路５−スイッチ１２−接地ライン８−起動停止回路５の閉回路が遮断されるため、発電は停止する。
【００２０】
このように、本基本例では、スイッチ１２やケーブル１３の抜けによる発電停止機能を設けることにより、使用していないときの燃料消費をなくし、燃費の向上を図ることができる。
【００２１】
またスイッチ１２を負荷１５の近傍に設けることで、ユーザの使い勝手を向上させることができる。なお、３個の発光ダイオードのうち１個の発光ダイオードとスイッチ１２とを連動させて発電／停止状態を表示することも容易に可能である。このようにするとさらに視認性が向上する。
【００２２】
また、本基本例によれば、負荷１５を構成するノートパソコンから離れた位置に燃料電池パック１を配置しても、燃料タンク２内の燃料の残容量の表示と発電のオンオフを容易に行うことができる。このような構成にすることで、燃料電池パック１にとっても空気孔１６を四方に空けて表面積を大きくするなど最も効率的な発電ができる構造を取ることが可能になり、結果的に燃料電池パック１の体積を最小にすることができる。
【００２３】
なお、負荷１５としては、ノートパソコンや端末機器などの情報機器に限らず、携帯して使用する機器や、可搬型で屋外使用を目的とする機器などに幅広く適用が可能である。
【００２４】
次に、本発明の第３基本例を図４を用いて説明する。本基本例は、第２基本例で説明したケーブル１３の変形例であり、図示した以外の構成は第２基本例のものと同様である。図４において、負荷１５はノートパソコンあり、ノートパソコンの背面にはＤＣ−ＩＮプラグが設けられている。ケーブル１３には残容量表示手段としての液晶表示器１７が備えられ、液晶表示器１７にはスイッチ１２が隣接して設置されている。この液晶表示器１７はノートパソコンの液晶画面の脇部分に挟み込んで使用することができる形状になっている。液晶表示器１７には燃料電池パック１の発電・停止・残容量などの状態が表示されるようになっている。
【００２５】
このような構造にすることで、負荷１５の背面にＤＣ−ＩＮプラグがあるノートパソコンにおいても、燃料電池パック１を簡単に使用することができ、ユーザの視認性も向上し、使い勝手が良い装置環境を提供できる。
【００２６】
次に、本発明の第４基本例を図５を用いて説明する。図５は、携帯型電源装置のうち燃料電池パック１の出力電圧を決定するための回路を構成する昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ７の具体的構成を示した回路図である。図５において、燃料電池パック１の内部には、発電部６とＤＣ／ＤＣコンバータ７と制御電源１８があり、これらは互いに接続されている。制御電源１８は、発電部６の出力電圧を取り込み、この電圧をＶｃｃ３１として基準電圧回路２５に出力するようになっている。ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、コイル２０、ダイオード２２、パワーＭＯＳＦＥＴ２１、平滑コンデンサ２３、駆動回路２４、基準電圧回路２５、複数の分圧抵抗２６、複数のＦＥＴ２７、誤差増幅器２８、三角波発振器２９、ＰＷＭコンパレータ３０を備えて構成されている。発電部６に接続されたコイル２０は、ダイオード２２のアノードとパワーＭＯＳＦＥＴ２１のドレインとの接続点に接続され、ダイオード２２のカソード側は平滑コンデンサ２３の高電位側と出力電圧ライン１９に接続されている。平滑コンデンサ２３の低電位側はパワーＭＯＳＦＥＴ２１のソースと発電部６および接地ライン８に接続されている。そしてこれらは昇圧コンバータ回路を構成している。出力電圧ライン１９と接地ライン８はコネクタ９、ケーブル１３を介して負荷１５（図示省略）に接続される。負荷との接続は図２と同様である。基準電圧回路２５の出力はＶｒｅｆとして、多数の分圧抵抗２６ａ〜２６ｄのペアに印加される。図５では、分圧抵抗２６ａ〜２６ｄのペアは４組存在し、各組の分圧抵抗２６ａ〜２６ｄはそれぞれ分圧比を変え、２０Ｖ、１９Ｖ、１６Ｖ、１５Ｖに応じた基準電圧を作成する。各組の分圧抵抗２６ａ〜２６ｄの分圧点（接続点）にはＦＥＴ２７ａ〜２７ｄが接続されている。各ＦＥＴ２７ａ〜２７ｄのゲートはそれぞれ接続端子７ａ〜７ｄに接続されている。各接続端子７ａ〜７ｄは、コネクタ９内部のピン挿入端子１０ａ〜１０ｄに接続可能に構成されている。
【００２７】
コネクタ９内部には、ピン挿入端子１０ａ〜１０ｄの他にピン挿入端子１０ｅが配置されている。このピン挿入端子１０ｅは、燃料電池パック１内の接続端子７ｅに接続可能に構成されており、接続端子７ｅはＶｃｃ３１に接続されている。複数のピン挿入端子１０ａ〜１０ｅのうちピン挿入端子１０ｂとピン挿入端子１０ｅには、両ピン挿入端子間を短絡する導電性のピンとして１６Ｖ用のピン１０ｆが挿入されている。複数のピン挿入端子１０ａ〜１０ｅとピン１０ｆは出力電圧指令値出力手段１０を構成するようになっており、ピン挿入端子１０ｂとピン挿入端子１０ｅに１６Ｖ用のピン１０ｆを挿入することで、ＤＣ／ＤＣコンバータ７に対して、出力電圧指令値として１６Ｖが設定されるようになっている。ピン１０ｆとしては、１５Ｖ、１９Ｖ、２０Ｖ用のものが用意されている。１５Ｖ用のピンは、ピン挿入端子１０ａとピン挿入端子１０ｅに挿入可能に構成され、１９Ｖ用のピンは、ピン挿入端子１０ｃとピン挿入端子１０ｅに挿入可能に構成され、２０Ｖ用のピンは、ピン挿入端子１０ｄとピン挿入端子１０ｅに挿入可能に構成されている。そして、いずれかのピンが指定のピン挿入端子にそれぞれ挿入されたときには、ＤＣ／ＤＣコンバータ７に対して、出力電圧指令値として１５Ｖ、１９Ｖまたは２０Ｖが設定されることになる。
【００２８】
また、各ＦＥＴ２７ａ〜２７ｄの出力はまとめられて誤差増幅器２８の非反転入力端子に入力される。誤差増幅器２８の反転入力端子には、出力電圧ライン１９の電圧を一対の分圧抵抗２６ｅで分圧した電圧が入力される。誤差増幅器２８の出力はＰＷＭコンパレータ３０の非反転入力端子に入力される。一方、三角波発振器２９の出力はＰＷＭコンパレータ３０の反転入力端子に入力される。ＰＷＭコンパレータ３０の出力は駆動回路２４を介してパワーＭＯＳＦＥＴ２１のゲートに入力される。
【００２９】
次に、ＤＣ／ＤＣコンバータ７の動作を説明する。燃料電池パック１にコネクタ９が接続されると、Ｖｃｃ３１がピンを介して出力電圧指令値出力手段１０に電気的に接続される。出力電圧指令値出力手段１０の内部では、ケーブル１３の出力電圧仕様、すなわち、負荷の電源電圧の仕様に合わせて、ピンにＶｃｃが接続される。図示では、ケーブル１３の出力電圧仕様は、１６Ｖであり、これによりＤＣ／ＤＣコンバータ７内部のＦＥＴ２７ａ〜２７ｄのうち、１６Ｖ用に対応するＦＥＴ２７ｂのみがオンとなる。この結果、電圧１６Ｖが誤差増幅器２８に基準電圧として印加される。これにより、誤差増幅器２８は出力電圧ライン１９の電圧が１６Ｖになるように、フィードバック制御する。
【００３０】
発電部６から出力される燃料電池の出力は昇圧コンバータによって安定な１６Ｖに昇圧され、ケーブル１３を介して負荷に供給される。
【００３１】
本基本例では、負荷に合致したケーブル１３を燃料電池パック１に差すという簡単な操作により、燃料電池が出力し得る複数の出力電圧の中から、負荷に適切な電圧を間違いなく正確に選択し、給電することができる。これにより、ユーザの電圧設定ミスや誤操作を排除することが可能になる。
【００３２】
次に、本発明の第５基本例を図６と図７を用いて説明する。図６は、携帯型電源装置の起動停止回路５の具体的構成を示す回路図である。図７は起動停止回路５の動作と弁３の状態との関係を説明するための図である。図６において、起動停止回路５は、ダイオード３２、電気二重層キャパシタ３３、二組の分圧抵抗３４ａ、３４ｂ、制御電源３５、弁駆動回路３６、ヒステリシスコンパレータ３７、ＡＮＤ回路３８、抵抗３９を備えて構成されており、ダイオード３２のアノード側が発電部６に接続され、カソード側が電気二重層キャパシタ３３に接続されている。電気二重層キャパシタ３３には並列に分圧抵抗３４ａの直列体が接続されている。また、電気二重層キャパシタ３３には制御電源３５が接続され、制御電源３５の出力側には分圧抵抗３４ｂの直列体と、ヒステリシスコンパレータ３７の電源端子、ＡＮＤ回路３８の電源端子および抵抗３９が接続されている。また、２組の分圧抵抗３４ａ、３４ｂの直列体の接続点はいずれもヒステリシスコンパレータ３７に接続されている。ヒステリシスコンパレータ３７の出力は出力ＡとしてＡＮＤ回路３８に入力される。抵抗３８の一端はＢとしてＡＮＤ回路３８に入力されるとともに、コネクタ９、ケーブル１３を介してスイッチ１２に接続される。スイッチ１２の一端は接地ライン８に接続されている。ＡＮＤ回路３８の出力は弁駆動回路３６に入力され、弁駆動回路３６の出力は弁３に接続されている。
【００３３】
次に、起動停止回路５の動作を説明する。発電部６から出力される燃料電池の電圧はＤＣ／ＤＣコンバータ７に伝達されるとともに、ダイオード３２を介して電気二重層キャパシタ３３に印加され、キャパシタ３３を充電する。この電気二重層キャパシタ３３は電圧源として機能し、電気二重層キャパシタ３３の電圧は分圧抵抗３４ａにより分圧されてヒステリシスコンパレータ３７に入力される。
【００３４】
一方、制御電源３５により電気二重層キャパシタ３３の電圧は安定化され、この安定化された電圧も分圧抵抗３４ｂにより分圧されてヒステリシスコンパレータ３７に入力される。このとき、電気二重層キャパシタ３３の電圧により、ヒステリシスコンパレータ３７の出力Ａの論理は、図７の縦軸に示すようになる。すなわち、電圧が所定の値以下に低下したときにはＡはＬ（ローレベル）となり、電圧が所定の値以上であるときにはＡはＨ（ハイレベル）なる。一方、スイッチ１２の状態によって、Ｂは図７の横軸に示すようになる。すなわち、スイッチ１２がＯＮのときにはＢは接地されてＬとなり、スイッチ１２がオフのときには抵抗３９でプルアップされてＨとなる。また、コネクタ９とケーブル１３が燃料電池パック１から外れた場合にも、Ｂは抵抗３９でプルアップされるため、Ｈとなる。
【００３５】
そこで、ＡＮＤ回路３８の出力はＡおよびＢの入力がＨのときにのみＨとなるため、ＡＮＤ回路３８の出力がＨの場合にのみ弁３を遮断するように、弁駆動回路３６を動作させると、弁３の状態は、図７に示すように、電気二重層キャパシタ３３の電圧状態、スイッチ１２の状態によって決定される。
【００３６】
すなわち、電気二重層キャパシタ３３の電圧が低下すると、スイッチ１２がオンの場合には、弁３を導通させて発電部６に燃料タンク２から燃料を供給し、逆に、電気二重層キャパシタ３３の電圧状態が良好で、且つスイッチ１２がオフ状態か、あるいはケーブル１３が抜けているときにのみ弁３を遮断して発電を停止させることになる。この弁３としては、状態変化時のみに電力を必要とするタイプのものが最適であるが、ノーマリーオン状態で、電圧を印加すると遮断するタイプの弁も十分に使用できる。
【００３７】
このような動作とすることにより、燃料の消費を抑え、省エネルギー化と燃費向上を図る一方で、電気二重層キャパシタ３３を制御電源（電圧源）にすることで、スイッチ１２を用いた燃料電池パック１の起動・停止といった電気的な遠隔操作が可能になる。
【００３８】
本基本例においては、電気二重層キャパシタ３３を用いているが、これは他の大容量キャパシタ、あるいはリチウムイオン電池、ニッケル水素電池などの二次電池でも代用することが可能である。
【００３９】
次に、本発明の第６基本例を図８を用いて説明する。本基本例は、燃料電池パック１の代わりにＡＣアダプタ５０を用い、接続手段としてコネクタ９、ケーブル１３、ＤＣプラグ１４を用いたものであり、他の構成は図２のものと同様である。
【００４０】
図８において、ＡＣアダプタ５０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４９、起動停止回路５、表示制御回路５２を備えて構成されており、ＡＣ／ＤＣコンバータ４９には商用電源５１から交流電力が供給されている。ＡＣ／ＤＣコンバータ４９は、コネクタ９に内蔵された出力電圧指令値出力手段１０から負荷１５の電源電圧に対応した出力電圧指令値が入力されたときに、商用電源５１からの交流電力を出力電圧指令値に応じて直流電力に変換し、この直流電力を出力電圧ライン１９を介して負荷１５に供給するようになっている。起動停止回路５は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４６の変換動作を制御する変換動作制御手段を構成するとともに、コネクタ９とＡＣアダプタ５０との接続状態を検出する接続状態検出手段としての機能を備え、コネクタ９とＡＣアダプタ５０とが分離したことが検出されたときにはＡＣ／ＤＣコンバータ４９の変換動作を停止するようになっている。
【００４１】
また表示制御回路５２は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４９の出力状態を検出する出力状態検出手段として構成されており、ＡＣ／ＤＣコンバータ４９の出力状態を発光ダイオード１１に表示させるようになっている。すなわち発光ダイオード１１はＡＣ／ＤＣコンバータ４９の出力状態を表示する出力状態表示手段として構成されている。
【００４２】
次に動作を説明する。ＡＣアダプタ５０にコネクタ９が差し込まれると、コネクタ９の内部にある出力電圧指令値出力手段１０がＡＣ／ＤＣコンバータ４９に接続される。これにより、ＡＣ／ＤＣコンバータ４９の出力電圧が決定される。また起動停止回路５は、前記基本例と同様に動作して、スイッチ１２がオフのとき、あるいはコネクタ９がＡＣアダプタ５０から抜かれているときには出力を停止する。また表示制御回路５２は、ＡＣ／ＤＣコンバータ５０の状態を発光ダイオード１１に表示させる。これにより、ユーザは発光ダイオード１１により商用交流電源５１の電圧値（１００Ｖ、２００Ｖなど）や停電・復電といった状態、ＡＣ／ＤＣコンバータ４９の動作状態、出力電圧などをモニタすることが可能になる。さらに、ケーブル１３は、前記基本例で述べた燃料電池パック１に接続するものと同一仕様にできるため、ユーザにとっては商用交流電源５１がある場合には、ＡＣアダプタ５０を用いて作業し、商用交流電源５１のない環境においては、燃料電池パック１を用意し、これを交換するだけで済むことになる。
【００４３】
このように、本基本例によれば、様々な使用環境に応じ、ユーザにとって非常に使いやすいトータルな携帯型電源装置を提供することができる。
【００４４】
次に、本発明の第一実施形態を図９、図１０、図１１および図１２を用いて説明する。本実施形態は、燃料電池パック１内部の残量検出器４の出力をＤＣ／ＤＣコンバータ７内部の基準電圧回路２５に接続し、ケーブル１３の先端側に、ＤＣプラグ１４の代わりにリチウム電池互換プラグ４０を設けたものであり、他の構成は図２のものと同様である。残量検出器４は、燃料タンク２内の燃料の残容量に応じて燃料電池パック１内部の基準電圧回路２５の出力電圧を残容量にしたがって強制的に変更し、ＤＣ／ＤＣコンバータ７に対する出力電圧指令値を燃料タンク２の残容量に応じて強制的に変更（減少）するようになっている。またリチウム電池互換プラグ４０は、図１０に示すように、リチウムイオン電池パック４１と同一の形状であって、リチウムイオン電池パック４１と交換可能に構成されている。またリチウム電池互換プラグ４０には、燃料電池のオンオフを切替るスイッチ１２が内蔵されているとともに、複数（３個）の抵抗４３と複数（３個）の端子４２ａが内蔵されている。各端子４２ａは負荷１５側のリチウム電池状態検出端子４４ａとそれぞれ接続され、リチウム電池互換プラグ４０の一対の電源端子４２ｂは負荷側の一対のリチウム電池電源端子４４ｂに接続可能に配置されている。複数の端子４２ａのうち出力電圧ライン１９と接地ライン８に接続された端子４２ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力電圧を負荷１５の電源電圧として検出する電源電圧検出手段として構成されている。また各抵抗４３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力電圧を分圧し、分圧した電圧を端子４２ａからリチウム電池状態検出端子４４ａを介して負荷１５に出力するようになっている。
【００４５】
次に、回路の動作を説明する。まず、燃料電池パック１の出力電圧は、出力電圧ライン１９、接地ライン８により、コネクタ９、ケーブル１３、リチウム電池互換プラグ４０を介してリチウム電池電源端子４４ｂから負荷１５に供給される。
【００４６】
ここで、リチウムイオン電池の端子電圧は、使用時間を経るにしたがい容量（ＳＯＣ）が減少し、図１１に示すように電圧が変化する。そこで、本実施形態では、燃料電池パック１の燃料タンク２内の燃料の残容量に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ７の基準電圧（基準電圧回路２５の出力電圧）を、図１２に示すような特性で変化させる。このとき、図１２の特性は、リチウムイオン電池の直列数と残容量とに応じた特性となるようにする。もちろん、このときには、出力電圧指令値出力手段１０の出力電圧指令値は負荷１５に適合するリチウムイオン電池パック４１の直列セル数を考慮した値とする。このようにすることで、負荷１５には、あたかもリチウムイオン電池が実装されているように認識されるため、燃料タンク２の残容量が低下すると、ノートパソコンに搭載されているリチウム電池の残量検出機能が動作し、ユーザはノートパソコンの電池残量表示を燃料電池の燃料表示に読み変えて認識でき、燃料切れを事前に把握することができる。
【００４７】
本実施形態によれば、ユーザは従来から慣れている残量検出および表示の機構をそのまま活かして燃料電池パック１を使用することができ、極めて使い勝手の良いシステムを提供できる。
【００４８】
次に、本発明の第二実施形態を図１３および図４を用いて説明する。本実施形態は、燃料電池パック１に充電・給電制御回路４５を設け、残量検出器４の出力を充電・給電制御回路４５を介してＤＣ／ＤＣコンバータ７の基準電圧回路２５に接続し、ケーブル１３の先端側にコネクタ４６を設け、コネクタ４６をリチウム電池互換プラグ４０に接続し、リチウム電池互換プラグ４０内にリチウムイオン電池５４を内蔵し、さらにスイッチ１２に切替回路４７を設け、リチウムイオン電池５４を３個のリチウム電池状態検出端子４４ａに接続するとともに、一対のリチウム電池電源端子４４ｂに接続し、出力電圧ライン１９とリチウムイオン電池５４との間にスイッチ４８を設けたものであり、他の構成は図９のものと同様である。
【００４９】
すなわち、本実施形態においては、リチウム電池互換プラグ４０内にリチウムイオン電池５４を設け、リチウム電池パック１にリチウムイオン電池５４の充電機能を持たせたことを特徴としている。またスイッチ１２の状態とコネクタ４６の状態、スイッチ４８の状態、弁３の状態は図１４に示す通りであり、この状態の切替は切替回路４７によって行われる。
【００５０】
次に、本実施形態の具体的な動作を説明する。まず、スイッチ１２がオンの状態であって、コネクタ４６が正常に接続されている場合には、スイッチ４８はオンとなり、リチウムイオン電池５４は燃料電池パック１の出力電圧ライン１９に接続される。このとき、弁３は導通状態となって、燃料電池は発電状態となる。そして、リチウムイオン電池５４は充電モードとなる。このとき、リチウムイオン電池５４の各セル電圧は充電・給電制御回路４５に入力され、充電・給電制御回路４５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７の基準電圧回路２５を制御してリチウム電池イオン５４を適切に充電する。また負荷１５に対してもリチウム電池電源端子４４ｂを介して電力を給電する。
【００５１】
次に、スイッチ１２がオンの状態でコネクタ４６が抜けている場合には、切替回路４７においてスイッチ４８をオン状態とするが、弁３は起動停止回路５により遮断状態となり、燃料電池の発電は停止される。この場合には、リチウムイオン電池５４から負荷１５に電力が給電される。また負荷１５に別途ＡＣアダプタが接続されている場合には、リチウム電池イオン４０は負荷１５側から充電することも可能である。このときにはリチウム電池５４の状態は、リチウム電池状態検出端子４２により負荷１５に伝達され、適正な充電が可能である。このように、不用意にコネクタ４６が抜けた場合には、自動的にリチウム電池５４からの給電に切り替わるため、信頼性が高い。コネクタ抜け保護に関しては、コネクタ９が燃料電池パック１から抜けた場合においても同様にリチウム電池５４から負荷１５に対する給電に切り替わる。
【００５２】
次に、スイッチ１２をオフにしたときには、コネクタ４６の接続の有無に関わらず、スイッチ４８をオンにすることで弁３を遮断する。このような構成とすることにより、燃料電池パック１の燃料消耗を防止できる。また、スイッチ１２はコネクタ４６が抜けている場合においては、リチウムイオン電池５４への影響は何らなく、通常のリチウムイオン電池パックとして使用することが可能である。
【００５３】
本実施形態によれば、従来のリチウムイオン電池パックと燃料電池パックとの切替が簡単に行えるため、ユーザの幅広い利用に対応することができる。
【００５４】
また燃料電池は瞬時負荷の変動に対してリチウム電池などと比較して応答性が低いため、上記構成を採用することにより、リチウムイオン電池５４を補助的に用いて瞬時の負荷変動に強い電源システムを構築することができる。
【００５５】
次に、本発明の第三実施形態を図１５および図１６を用いて説明する。本実施形態は、燃料電池パック１のうちコネクタ９との接続部の形状を負荷の電源電圧またはケーブル１３の出力電圧仕様に対応させた形状としたものであり、接続部には、１５Ｖ、１６Ｖ、１９Ｖ、２０Ｖ用のコネクタ挿入口５５ａ〜５５ｄが設けられている。１５Ｖ用のコネクタ挿入口５５ａはコネクタ９として丸形のものに適合し、１６Ｖ用のコネクタ挿入口５５ｂはコネクタ９として四角形状のものに適合し、１９Ｖ用のコネクタ挿入口５５ｃはコネクタ９として三角形形状のものに適合し、２０Ｖ用のコネクタ挿入口５５ｄはコネクタ９として六角形形状のものに適合するようになっている。
【００５６】
このように、本実施形態における燃料電池パック１は、負荷の電源電圧またはケーブル１３の出力電圧仕様に合わせて複数のコネクタ挿入口５５ａ〜５５ｄを備えており、各コネクタ挿入口５５ａ〜５５ｄは異なる形状になっている。そしてケーブル１３のコネクタ９として、例えば、１６Ｖ用のものが用いられたときには、コネクタ９は１６Ｖ用のコネクタ挿入口５５ｂにのみに接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ７に対しては、出力電圧指令値として１６Ｖが設定されることになる。
【００５７】
すなわち、ケーブル１３のコネクタ９が燃料電池パック１のコネクタ挿入口５５ｂに挿入されたときには、図１６に示すように、複数の端子５６ａ〜５６ｄのうち１６Ｖ用の端子５６ｂが互いに接続され、Ｖｃｃ３１がＦＥＴ２７ｂのゲートに印加され、１６Ｖ用のＦＥＴ２７ｂがオンとなり、ＤＣ／ＤＣコンバータ７から出力電圧として１６Ｖが出力される。
【００５８】
なお、本実施形態では、複数のコネクタ９が同時に差し込まれた場合の保護回路は図示されていないが、このような場合においては、いずれの電圧も出力しない保護回路を設けることにより、誤操作による負荷機器の故障を回避することが可能である。
【００５９】
前記基本例及び各実施形態によれば、負荷には一切手を加えずに新たなエネルギーを提供できるというメリットがある。すなわち、すでに市場やオフイス、家庭にある負荷も燃料電池で駆動できるようになる。また負荷に適合したコネクタを複数準備して販売することにより、１種類の電池パックで多数の負荷に対応することができる。電池パックとしては１０Ｗ、２０Ｗ、４０Ｗなど出力電力に応じた品揃えをするだけで済むため、汎用性が高まり、その結果、大幅な低コスト化が図れる。すなわち共通化により燃料電池パックのコストを下げることができる。
【００６０】
また、ケーブルなどに燃料電池の残容量を表示する手段を設けることで、ユーザの使い勝手や視認性の向上を図ることができる。
【００６１】
また、各実施形態において用いた接続手段としてのコネクタ９、ケーブル１３などを接続装置として構成することができる。また前記各実施形態における携帯型電源装置と、負荷としての電子機器とを備えたものを携帯型電子装置として構成することもできる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、共通化により燃料電池パックのコストを下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１基本例を示す携帯型電源装置のブロック構成図である。
【図２】本発明の第２基本例を示す携帯型電源装置のブロック構成図である。
【図３】本発明の第２基本例における携帯型電源装置の斜視図である。
【図４】本発明の第３基本例を示す携帯型電源装置の接続ケーブル部分の構成図である。
【図５】本発明の第４基本例を示す携帯型電源装置のＤＣ／ＤＣコンバータの回路構成図である。
【図６】本発明の第５基本例を示す携帯型電源装置の起動停止回路の回路構成図である。
【図７】本発明の第５基本例を示す携帯型電源装置の起動停止回路と弁の状態の関係を説明するための論理構成図である。
【図８】本発明の第６基本例を示す携帯型電源装置のブロック構成図である。
【図９】本発明の第一実施形態を示す携帯型電源装置のブロック構成図である。
【図１０】本発明の第一実施形態を示す携帯型電源装置とリチウムイオン電池パックとの関係を説明するための斜視図である。
【図１１】リチウムイオン電池端子電圧と使用時間との関係を示す特性図である。
【図１２】本発明の第一実施形態における燃料タンクの残容量とＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧の関係を示す特性図である。
【図１３】本発明の第二実施形態を示す携帯型電源装置のブロック構成図である。
【図１４】本発明の第二実施形態における携帯型電源装置の切替回路の動作を説明するための図である。
【図１５】本発明の第三実施形態を示す携帯型電源回路の端子形状を説明するための図である。
【図１６】本発明の第二実施形態における携帯型電源装置のブロック構成図である。
【符号の説明】
１燃料電池パック
２燃料タンク
３弁
４残量検出器
５起動停止回路
６発電部
７ＤＣ／ＤＣコンバータ
８接地ライン
９コネクタ
１０出力電圧指令値出力手段
１１発光ダイオード
１２スイッチ
１３ケーブル
１４ＤＣプラグ
１５負荷
１７液晶表示器
１９出力電圧ライン
２５基準電圧回路
２６ａ〜２６ｅ分圧抵抗
２７ａ〜２７ｄＦＥＴ
２８誤差増幅器
２９三角波発振器
３０ＰＷＭコンパレータ
３３電気二重層キャパシタ
３４ａ、３４ｂ分圧抵抗
４０リチウム電池互換プラグ
４１リチウムイオン電池パック
４３抵抗
４４ａリチウム電池残量検出端子
４４ｂリチウム電池電源端子
４５充電・給電制御回路
４６コネクタ
４８スイッチ
４９ＡＣ／ＤＣコンバータ
５０ＡＣアダプタ
５２電池
５３電池パック
５４リチウムイオン電池

Claims

燃料電池と該燃料電池の出力直流電圧を出力電圧指令値に応じた直流電圧に変換する出力電圧変換手段とが内蔵された電池パックと、前記電池パックに接続されるコネクタと負荷の携帯機器に接続されるプラグとを有する接続手段とを備え、
前記電池パックは、前記燃料電池の燃料を蓄積する燃料蓄積手段の残容量を検出し、検出された残容量に従って前記出力電圧変換手段の前記出力電圧指令値を強制的に減少させる残容量検出手段を備え、
前記接続手段は、一端が前記コネクタを介して前記出力電圧変換手段に接続され、他端が前記プラグを介して前記携帯機器に接続される電源ケーブルと、前記コネクタを介して前記出力電圧変換手段に対して前記負荷の電源電圧に対応した前記出力電圧指令値を出力する出力電圧指令値出力手段とを有して形成されてなり、
前記プラグは、前記携帯機器の電源として装着されるリチウム電池パックと交換可能に同一の形状に形成されたリチウム電池互換プラグであり、
該リチウム電池互換プラグは、前記電源ケーブルに接続された一対の電源端子と、前記電源ケーブルに接続された電源電圧検出手段とを有し、前記一対の電源端子は前記携帯機器のリチウム電池電源端子に接続可能に形成され、前記電源電圧検出手段の出力端子は前記携帯機器のリチウム電池状態検出端子に接続可能に形成されてなることを特徴とする携帯型電源装置。
請求項１に記載の携帯型電源装置において、
前記燃料電池の発電を制御する発電制御手段と、前記接続手段と前記電池パックとの接続状態を検出する接続状態検出手段とを備え、
前記発電制御手段は、前記接続状態検出手段により前記接続手段と前記電池パックとが分離したことが検出されたときには前記燃料電池の発電を停止することを特徴とする携帯型電源装置。
請求項２に記載の携帯型電源装置において、
前記発電制御手段は、前記燃料蓄積手段と前記燃料を受けて発電する発電部とを結ぶ燃料通路を開閉する制御弁を有して構成され、前記発電部により充電される電荷蓄積手段の電圧が所定値以上で、且つ前記接続状態検出手段により前記接続手段と前記電池パックとが分離したことが検出されたときに前記制御弁を遮断することを特徴とする携帯型電源装置。
請求項３に記載の携帯型電源装置において、
前記リチウム電池互換プラグは、前記コネクタを介して前記発電制御手段に接続され、前記燃料電池のオン、オフを切り替えるスイッチを備えてなることを特徴とする携帯型電源装置。
請求項３に記載の携帯型電源装置において、
前記リチウム電池互換プラグは、前記コネクタを介して前記発電制御手段に接続され、前記燃料電池のオン、オフを切り替えるスイッチを備え、
前記発電制御手段は、前記発電部により充電される電荷蓄積手段の電圧が所定値以上で、且つ前記スイッチがオフになったときに前記制御弁を遮断することを特徴とする携帯型電源装置。