JP4806927B2 - Power supply - Google Patents
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Description
本発明は、携帯電子機器等の電源装置に関し、特にパックを着脱可能にするための電池スロットを複数持つものに関する。 The present invention relates to a power supply device such as a portable electronic device, and more particularly to a device having a plurality of battery slots for making a pack removable.
近年、ノートＰＣなどの携帯電子機器用に多くの小型燃料電池電源が開発されている。これらの燃料電池をノートパソコン等の携帯電子機器に装着するためには通常の電池スロットから電池パックをはずしてその場所に燃料電池パックを装着するアイデアが発表されている。その中でも、ノートパソコンの電池装着部に二次電池パックか燃料電池パックかが装着された時、種別を判別する手段を有し、ノートパソコンの別の部位に装着されている二次電池パックからパワーラインを切り替える方法が提案されている。（例えば特許文献１参照）
また、この従来の技術では、燃料電池パックの出力のパワーが充分でないため、ノートパソコンは燃料電池パックを判定した場合、クロックのスピードを遅くするなど消費電力を下げる方法について記載されている。
In recent years, many small fuel cell power sources have been developed for portable electronic devices such as notebook PCs. The idea of attaching the fuel cell pack in its place, remove the battery pack from the normal of the battery slot in order to mount these fuel cells in portable electronic devices of notebook personal computers and the like have been published. Among them, when a secondary battery pack or a fuel cell pack is installed in the battery mounting part of a notebook computer, it has means for determining the type, and from the secondary battery pack installed in another part of the laptop computer A method of switching power lines has been proposed. (For example, see Patent Document 1)
Further, in this conventional technique, since the output power of the fuel cell pack is not sufficient, the notebook personal computer describes a method of reducing power consumption by reducing the clock speed when determining the fuel cell pack.
しかしながら、燃料電池が起動するまでには２〜３分程度の時間が必要でそれまでの間、パソコンを作動させるための電池と燃料電池を起動させるための電池が必要であり燃料電池パックの中に二次電池を内蔵する必要がある。 However, it takes about 2 to 3 minutes for the fuel cell to start, and in the meantime, a battery for operating the personal computer and a battery for starting the fuel cell are required. It is necessary to incorporate a secondary battery.
また、最近のノートパソコンでは通常の電池スロット（第一の電池スロット）以外にＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク等の装着用のスロットにも電池パックを装着することが可能となっているものがある。 In addition, some recent notebook personal computers allow a battery pack to be mounted in a slot for mounting a CD-ROM, a flexible disk, etc. in addition to a normal battery slot (first battery slot).
図３に、従来の電池パックが２つ装着できるタイプのノートパソコンの電源装置を示す。電池パック３および４はそれぞれ第一の電池スロット、第二の電池スロットに装着されており切り替えスイッチ１３によって切り替えられる。 FIG. 3 shows a power supply device for a notebook personal computer of a type in which two conventional battery packs can be mounted. The battery packs 3 and 4 are mounted in the first battery slot and the second battery slot, respectively, and are switched by the changeover switch 13.
ＡＣアダプター１２が接続されている場合にはスイッチＳ５がＯＮ，スイッチＳ３，Ｓ４は両方がＯｆｆ、スイッチＳ１，Ｓ２のどちらかをＯＮすることにより電池パック３もしくは電池パック４を充電することができる。この場合、ＡＣアダプター１２の出力はスイッチＳ５を介してのノートパソコンのＤＣ／ＤＣコンバータ群１９の消費電力を供給する能力と充電制御回路１４を介して電池パックを充電するだけの能力を有している。 When the AC adapter 12 is connected, the battery pack 3 or the battery pack 4 can be charged by turning on the switch S5, turning off both the switches S3 and S4, and turning on one of the switches S1 and S2. . In this case, the output of the AC adapter 12 has the capability of supplying power consumption of the DC / DC converter group 19 of the notebook computer via the switch S5 and the capability of charging the battery pack via the charge control circuit 14. ing.
ここで、ＡＣアダプター１２が接続されている状態ではスイッチＳ３、Ｓ４は必ずＯＦＦであり充電しながら電池を放電する使い方はしないのが通常である。また、ＡＣアダプター１２が接続されない場合はスイッチＳ５，Ｓ１，Ｓ２がＯＦＦになり、スイッチＳ３もしくはＳ４のどちらかがＯＮされて電池パック３もしくは４から放電が行われる。このように、スイッチＳ３とＳ４が同時にＯＮする状態はありえない。 Here, in a state where the AC adapter 12 is connected, the switches S3 and S4 are always OFF, and it is normal that the battery is not discharged while being charged. Further, when the AC adapter 12 is not connected, the switches S5, S1, and S2 are turned off, and either the switch S3 or S4 is turned on, and the battery pack 3 or 4 is discharged. Thus, there cannot be a state in which the switches S3 and S4 are simultaneously turned on.
ここで、第二の電池スロットに装着された電池パック４の替わりに燃料電池パックを装着する場合には燃料電池パックから第一スロットの電池パックへ充電を行うには新たな仕組みが必要となる。
ユーザのフレキシブルな利用パターンを考えると従来の電池パックをはずして燃料電池パックを装着するのではなく、例えば従来の電池パックに充電する機能、従来の電池パックとハイブリッド運転する機能などが求められる。 Considering the flexible usage pattern of users, instead of removing the conventional battery pack and mounting the fuel cell pack, for example, a function of charging the conventional battery pack, a function of hybrid operation with the conventional battery pack, and the like are required.
つまり、第二の電池スロットへ燃料電池パックを装着することにより、（１）第一の電池スロット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、（２）燃料電池の起動に必要な電力を第一スロットの電池から供給すること、（３）燃料電池パックから第一スロットの電池パックを充電できること、（４）燃料電池でパソコンを動作させるも最大出力時に燃料電池からの発電量が不足する場合、第一の電池スロットの電池とハイブリッド運転ができることなどができる必要がある。 That is, by mounting the fuel cell pack in the second battery slot, (1) operating the personal computer until the fuel cell generates power in the battery in the first battery slot, (2) starting the fuel cell (3) The battery pack of the first slot can be charged from the fuel cell pack, (4) The personal computer is operated by the fuel cell, but the power from the fuel cell is at the maximum output. When the amount of power generation is insufficient, it is necessary to be able to perform hybrid operation with the battery in the first battery slot.
本発明の目的は、複数の電池スロットを持つ電源装置において、上記の課題を解決した燃料電池パックを使用する電源装置を供給することにある。 An object of the present invention is to provide a power supply device using a fuel cell pack that solves the above-described problems in a power supply device having a plurality of battery slots.
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、第一および第二の電池スロットを有し、前記第一および第二の電池スロットを電気的に切り替え携帯用電子機器の負荷へ接続し、かつ外部電源からの充電用電源へ接続切り替えするための切り替えスイッチを有し、第一の電池スロットに接続される電池パックには充電可能な二次電池と前記二次電池の少なくとも残容量、流入および流出電流値を計測するための手段を有し、第二の電池スロットに装着されるパックには二次電池を内蔵したパックであるか燃料電池を内蔵したパックであるかを携帯用電子機器側へ伝える手段を有し、第二の電池スロットへ装着された電池パックが燃料電池を内蔵したパックであることが判明した場合には前記切り替えスイッチは第一の電池スロットと第二の電池スロットを短絡したうえで携帯用電子機器の負荷へ接続する機能と燃料電池から二次電池へ充電する機能とを有する携帯用電子機器の電源装置である。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 has first and second battery slots, and electrically connects the first and second battery slots to a load of a portable electronic device. The battery pack connected to the first battery slot has a rechargeable secondary battery and at least the remaining capacity of the secondary battery. It has a means for measuring the inflow and outflow current values, and the pack installed in the second battery slot is portable whether it is a pack incorporating a secondary battery or a pack incorporating a fuel cell When the battery pack having means for transmitting to the electronic device side and installed in the second battery slot is found to be a pack incorporating a fuel cell, the changeover switch is connected to the first battery slot and the second battery slot. A power supply for portable electronic devices having a function of charging from the function and the fuel cell to be connected to the load of the portable electronic device to the secondary battery after having shorted the battery slot.
この構成によれば第一スロットと第二スロットの出力をショートすることにより燃料電池から電池パックへの充電が行うことができ、且つパソコンへ電力を供給しながらあまった電力を電池パックへ充電したりノートパソコンの消費電力が大きくなると電池パックとあわせて大電力を供給したりするハイブリッド運転が可能となる。 According to this configuration, the battery pack can be charged from the fuel cell by short-circuiting the outputs of the first slot and the second slot, and the battery pack is charged with the extra power while supplying power to the personal computer. When the power consumption of the notebook PC increases, hybrid operation is possible in which a large amount of power is supplied together with the battery pack.
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の電源装置において、前記燃料電池パックには内蔵する燃料電池から発生する電力を変換し携帯用電子機器の電源電圧に適合させるための電力変換回路を有し第一スロットに装着された電池パックの充電器として機能する回路を有するものである。 According to a second aspect of the present invention, in the power supply device according to the first aspect of the present invention, the power conversion for converting the power generated from the fuel cell built in the fuel cell pack to match the power supply voltage of the portable electronic device. The circuit has a circuit and functions as a charger for the battery pack mounted in the first slot.
さらに、請求項３記載の発明は、請求項１記載の電源装置において、前記燃料電池パックには内蔵する燃料電池から発生する電力を変換し携帯用電子機器の電源電圧に適合させるための電力変換機と、燃料電池を運転制御するＥＣＵと、前記電力変換機およびＥＣＵの動作を決定するドライバソフトウェアを保存するメモリとを有し、携帯用電子機器側から前記メモリ内容を書き換え可能とするものである。 Furthermore, the invention according to claim 3 is the power conversion device according to claim 1, wherein the fuel cell pack converts power generated from a fuel cell incorporated therein to conform to a power supply voltage of a portable electronic device. And a memory for storing driver software for determining the operation of the power converter and the ECU, and enabling the contents of the memory to be rewritten from the portable electronic device side. is there.
そして、請求項４記載の発明は、請求項１記載の電源装置において、燃料電池パックは燃料カートリッジ、ポンプ、昇圧コンバータ、燃料電池セルおよび通信インターフェイスを内蔵し、通信インターフェイスを介して燃料電池パックの品番、形式、燃料の残量、セルの温度、出力電流値または異常状態検知の信号を出力することができ、燃料電池の少なくとも作動および停止の指令を受信する双方向の通信手段を有するものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the power supply device according to the first aspect, the fuel cell pack includes a fuel cartridge, a pump, a boost converter, a fuel cell, and a communication interface, and the fuel cell pack is connected via the communication interface. It can output a product number, type, remaining amount of fuel, cell temperature, output current value or abnormal state detection signal, and has a bidirectional communication means for receiving at least a command for starting and stopping the fuel cell. is there.
本発明の請求項１の電源装置によれば、以下の４つの効果がある。
（１）第一の電池スロット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。
（２）燃料電池の起動に必要な電力を第一スロットの電池から供給する。
（３）燃料電池パックから第一スロットの電池パックを充電できる。
（４）燃料電池でパソコンを動作させるも最大出力時に燃料電池からの発電量が不足する場合、第一の電池スロットの電池とハイブリッド運転ができる。
According to the power supply device of claim 1 of the present invention, the following four effects are obtained.
(1) The personal computer can be operated until the fuel cell generates power with the battery in the first battery slot.
(2) Electric power necessary for starting the fuel cell is supplied from the battery in the first slot.
(3) The battery pack in the first slot can be charged from the fuel battery pack.
(4) When a personal computer is operated with a fuel cell but the amount of power generated from the fuel cell is insufficient at the maximum output, hybrid operation with the battery in the first battery slot is possible.
本発明の請求項２の電源装置によれば、出力電圧を接続される負荷にあわせて自動的に調整し常に燃料電池が発生する電力をロスすることなく振り分けることができる
本発明の請求項３の電源装置によれば、燃料電池の制御ソフトを発売後にインターネットからのダウンロード等で更新することができるため発売以降に発見されたプログラム上の問題を後から修正することができる。
According to the power supply device of the second aspect of the present invention, the output voltage can be automatically adjusted according to the connected load, and the power generated by the fuel cell can always be distributed without loss. According to the power supply apparatus, since the fuel cell control software can be updated after the release by downloading from the Internet or the like, problems in the program discovered after the release can be corrected later.
本発明の請求項４の電源装置によれば、燃料電池の動作状態や燃料の残量、動作可能時間、故障の有無等を、例えば画面等に表示することができる。また、ＡＣアダプター、第一スロットの電池パック、燃料電池パックのそれぞれの動作を携帯用電子機器でコントロールすることができ組み合わせによるハイブリッド運転を行うことができる。 According to the power supply device of claim 4 of the present invention, the operating state of the fuel cell, the remaining amount of fuel, the operable time, the presence or absence of failure, etc. can be displayed on, for example, a screen. In addition, the operations of the AC adapter, the battery pack of the first slot, and the fuel cell pack can be controlled by a portable electronic device, and hybrid operation by combination can be performed.
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.
〔第１の実施の形態〕
図１は、第１の実施の形態に係る燃料電池パック２、及び当該燃料電池パック２を搭載した携帯機器（同図においては、ノートパソコン）用電源装置が示されている。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a fuel cell pack 2 according to a first embodiment and a power supply device for a portable device (a notebook computer in the figure) equipped with the fuel cell pack 2.
第一の電池スロットには電池パック３が、第二の電池スロットには燃料電池パック２が装着されておりＡＣアダプター１２は接続されていない。この場合、充電制御回路１４は使えない。 The battery pack 3 is attached to the first battery slot, and the fuel cell pack 2 is attached to the second battery slot, and the AC adapter 12 is not connected. In this case, the charge control circuit 14 cannot be used.
電池パック３内には、スイッチＳ６を内蔵した電池保護スイッチ、電池制御回路６、二次電池１６および電流検知素子１０が有り、燃料電池パック２内には、スイッチＳ７を内蔵した電池保護スイッチ、燃料電池制御回路７、燃料電池１５および電流検知素子１０が有る。 The battery pack 3 includes a battery protection switch with a built-in switch S6, a battery control circuit 6, a secondary battery 16 and a current detection element 10. The fuel cell pack 2 has a battery protection switch with a built-in switch S7, There are a fuel cell control circuit 7, a fuel cell 15, and a current detection element 10.
図１の状態でスイッチＳ３，Ｓ４はどちらもＯＮしていてスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ５はＯＦＦしている。 In the state of FIG. 1, the switches S3 and S4 are both ON, and the switches S1, S2 and S5 are OFF.
燃料電池パック２は最大２０Ｗまでの出力が可能であるが、当該ノートパソコンの消費電力は通常で１０Ｗ，最大で３０Ｗである。 The fuel cell pack 2 can output up to 20 W, but the power consumption of the notebook personal computer is typically 10 W and maximum 30 W.
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は１０Ｗを消費している。燃料電池パック２から生ずる電力の残り１０Ｗは電池パック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制御回路６がこれを検出しインターフェイス９を介して情報を発信し、スマートバッテリーパス８を通じ、パワーコントロールＣＰＵ５に入力される。パワーコントロールＣＰＵ５は燃料電池パック２内の燃料電池制御回路７に、スマートバッテリーパス８およびインターフェイス９を介して動作停止もしくはパワー減少を指令する。 Now, the fuel cell pack 2 is generating 20 W, and the notebook computer is consuming 10 W. The remaining 10 W of electric power generated from the fuel cell pack 2 is charged in the battery pack 3. When the secondary battery of the battery pack 3 is nearly fully charged, the battery control circuit 6 detects this, transmits information through the interface 9, and inputs the information to the power control CPU 5 through the smart battery path 8. The power control CPU 5 instructs the fuel cell control circuit 7 in the fuel cell pack 2 to stop the operation or reduce the power via the smart battery path 8 and the interface 9.
ノートパソコンのＤＣ／ＤＣコンバータ群１９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端子電圧が低下する。これにより電池パック３も放電可能となり不足分の１０Ｗを供出する。
When the power consumption of the DC / DC converter group 19 of the notebook personal computer becomes 30 W maximum, the output 20 W of the fuel cell pack 2 is not sufficient, and the terminal voltage decreases. As a result, the battery pack 3 can also be discharged, and the insufficient 10 W is delivered.
そして、ノートパソコンの消費電力が１０Ｗまで低下すると電池パック３は充電を再開する。 When the power consumption of the notebook computer is reduced to 10 W, the battery pack 3 resumes charging.
次にパソコンを起動した場合の動作について説明する。 Next, the operation when the personal computer is activated will be described.
ノートパソコンは電池パック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はノートパソコンが起動した直後にパワーコントロールＣＰＵ５からの指令を受けて起動する。しかし燃料電池の起動には２分程度必要でこの間、燃料電池を駆動する回路への電力はスイッチＳ３，Ｓ４を介して電池パック３によっておこなわれている。 The notebook computer is activated by the power of the battery pack 3 and can operate continuously for about 3 to 6 hours if the battery is fully charged. The fuel cell pack 2 is activated in response to a command from the power control CPU 5 immediately after the notebook personal computer is activated. However, it takes about 2 minutes to start the fuel cell. During this period, power to the circuit that drives the fuel cell is supplied by the battery pack 3 via the switches S3 and S4.
〔第２の実施の形態〕
燃料電池１個の発電電圧は０．３から０．６Ｖ程度であり１０ケを直列接続しても一般的なノートパソコンの電池パック電圧９から１２．６Ｖより低い。このままでは電池パック３へ充電することもできないしノートパソコンへの電力供給も行うことができない。
[Second Embodiment]
The power generation voltage of one fuel cell is about 0.3 to 0.6V, and even if 10 batteries are connected in series, the battery pack voltage of a typical notebook personal computer is lower than 9 to 12.6V. If this is the case, the battery pack 3 cannot be charged, and the notebook PC cannot be supplied with power.
そのため図２に示すように電力変換回路１７がパック内に組み込まれている。
先に説明したように燃料電池パック２の最大出力電力は２０Ｗで、ノートパソコンの消費電力が１０Ｗの状態では燃料電池パック２の出力電圧は電池パック３の端子電圧より少し高い電圧になりノートパソコンへ１０Ｗを供給しながら電池パック３へ１０Ｗの充電を行う。
Therefore, as shown in FIG. 2, the power conversion circuit 17 is incorporated in the pack.
As described above, when the maximum output power of the fuel cell pack 2 is 20 W and the power consumption of the notebook computer is 10 W, the output voltage of the fuel cell pack 2 is slightly higher than the terminal voltage of the battery pack 3 and the notebook computer. 10 W is charged to the battery pack 3 while supplying 10 W to the battery pack 3.
パソコンの負荷が３０Ｗになると燃料電池パック２の出力電圧はパソコンの負荷によって引き下げられて電池パック３の端子電圧より少しだけ低くなりこれによって電池パック３が不足の１０Ｗ分の電力を供出することができる。電力変換回路１７の特性はこのように出力電圧を接続される負荷にあわせて自動的に調整し常に燃料電池１５が発生する電力をロスすることなく振り分けることができる。 When the load of the personal computer reaches 30 W, the output voltage of the fuel cell pack 2 is lowered by the load of the personal computer, and becomes slightly lower than the terminal voltage of the battery pack 3, whereby the battery pack 3 can supply the power for the shortage of 10 W. it can. Thus, the characteristics of the power conversion circuit 17 can automatically adjust the output voltage in accordance with the connected load, and can always distribute the power generated by the fuel cell 15 without loss.
また燃料電池パック２が出力する最大電力は電池パック３が許容する充電許容電力以下であるかあるいはパワーコントロールＣＰＵ５の指示によって平均出力電力を低下させることが可能である。 The maximum power output from the fuel cell pack 2 is equal to or lower than the charge allowable power allowed by the battery pack 3, or the average output power can be reduced by an instruction from the power control CPU 5.
〔第３の実施の形態〕
図２に本発明の燃料電池パック２の内部構成を示す。
[Third Embodiment]
FIG. 2 shows the internal configuration of the fuel cell pack 2 of the present invention.
燃料タンク２２の燃料は燃料ポンプ２１によって燃料電池１５へ供給され、空気ポンプ２０によって空気が供給されると燃料電池１５は発電を開始する。燃料電池制御回路７は燃料ポンプ２１の制御、空気ポンプ２０の制御、電力変換回路１７の制御、以上の各部の診断および燃料タンク２２の残容量の管理を行っており、この制御プログラムはメモリ１８に格納されている。 The fuel in the fuel tank 22 is supplied to the fuel cell 15 by the fuel pump 21. When the air is supplied by the air pump 20, the fuel cell 15 starts generating electricity. The fuel cell control circuit 7 performs control of the fuel pump 21, control of the air pump 20, control of the power conversion circuit 17, diagnosis of each part and management of the remaining capacity of the fuel tank 22, and this control program is stored in the memory 18 Stored in
図１のインターフェース９、スマートバッテリーバス８を介してパワーコントロールＣＰＵ５はこのメモリ１８の情報を書き換える機能を有する。これによって使われるパソコンに合わせた動作プログラムが選択できたり発売後に改善できたアルゴリズムを導入することが可能である。 The power control CPU 5 has a function of rewriting information in the memory 18 via the interface 9 and the smart battery bus 8 shown in FIG. This makes it possible to select an operation program suitable for the personal computer used and to introduce an algorithm that has been improved after the release.
〔第４の実施の形態〕
図１において燃料電池パック２は通信インターフェイス９を介してスマートバッテリーバス８に対して双方向の通信が可能である。パワーコントロールＣＰＵ５は燃料電池パック２からの情報を受信し燃料電池の運転制御指示を行う。また、ノートパソコン画面に燃料電池の運転状況を表示させたり燃料が少なくなったときに燃料カートリッジを替えるように指示を出すことが可能となる。
[Fourth Embodiment]
In FIG. 1, the fuel cell pack 2 can perform bidirectional communication with the smart battery bus 8 via the communication interface 9. The power control CPU 5 receives information from the fuel cell pack 2 and issues a fuel cell operation control instruction. In addition, it is possible to display the operating status of the fuel cell on the notebook personal computer screen or to instruct to change the fuel cartridge when the fuel is low.
本発明の電源装置は、ノートパソコン等の携帯用電子機器用の電源装置として有用で有る。 The power supply device of the present invention is useful as a power supply device for portable electronic devices such as notebook computers.
２ 燃料電池パック
３、４ 電池パック
５ パワーコントロールＣＰＵ
６ 電池制御回路
７ 燃料電池制御回路
８ スマートバッテリーバス
９ 通信インターフェイス
１０ 電流検知素子
１１ 電池保護スイッチ
１２ ＡＣアダプター
１３ 切り替えスイッチ
１４ 充電制御回路
１５ 燃料電池
１６ 二次電池
１７ 電力変換回路
１８ メモリ
１９ ＤＣ／ＤＣコンバータ群
２０ 空気ポンプ
２１ 燃料ポンプ
２２ 燃料タンク
2 Fuel cell pack 3, 4 Battery pack 5 Power control CPU
6 battery control circuit 7 fuel cell control circuit 8 smart battery bus 9 Communication interface 10 current sense knowledge element 11 battery protection switch 12 AC adapter 13 switch 14 charging control circuit 15 fuel cell 16 battery 17 power conversion circuit 18 memory 19 DC / DC converter group 20 Air pump 21 Fuel pump 22 Fuel tank
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