JP5373256B2 - 電源システム及び電源システムの制御方法並びに電源システムを備える電子機器 - Google Patents
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Description
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の電源システムにおいて、前記発電手段で電気化学的反応により発生した電力が供給される電圧変換手段と、前記電圧変換手段に接続される2次電池と、を更に備え、前記制御手段は、前記2次電池の蓄積電力が、所定の電力以上であるか否かを判断し、充分に充電されていると判断するまで待機し、充分に充電されていると判断された場合、前記燃料供給手段による前記発電用燃料の供給動作を止めることを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の電源システムにおいて、前記発電手段で電気化学的反応により発生した電力が供給される電圧変換手段を更に備え、前記制御手段は、前記出力検知手段により検知された前記発電手段の出力が所定電力以下になったら、前記電圧変換手段の負荷側への電力供給を停止させることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか一項に記載の電源システムにおいて、前記制御手段は、前記発電手段の動作を開始させる際、前記水供給手段における水の供給動作を開始させた後、前記燃料供給手段による前記発電用燃料の供給動作を開始させる制御を行うことを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の電源システムにおいて、前記化学反応部は、前記発電用燃料及び水のうち少なくとも水を気化する気化部を有し、前記電源システムは、更に、前記気化部の温度を検知する気化温度検知手段を備え、前記制御手段は、前記発電手段の動作を開始させる際、前記水供給手段の供給動作を開始させ、前記気化温度検知手段により検知された前記気化部の温度が気化動作に適する温度となった後に、前記燃料供給手段による前記発電用燃料の供給動作を開始させる制御を行うことを特徴とする。
請求項8に記載の発明は、請求項1〜7のいずれか一項に記載の電源システムにおいて、前記発電用燃料は炭化水素系の液体燃料であり、前記化学反応部は、前記発電用燃料を蒸発させる燃料蒸発部を更に備え、前記加熱手段の駆動及び温度制御を停止させる制御は、前記発電用燃料の前記燃料蒸発部への供給を遮断する制御を含むことを特徴とする。
請求項9に記載の発明は、請求項1〜8のいずれか一項に記載の電源システムにおいて、前記発電用燃料は炭化水素系の液体燃料であり、前記化学反応部は、前記発電用燃料及び水を気化する気化部と、前記気化部により気化された前記発電用燃料及び水蒸気の混合ガスが供給され、改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質部と、前記改質ガスに含まれる一酸化炭素を除去して前記発電用ガスを生成する一酸化炭素除去部と、を備えることを特徴とする。
請求項12に記載の発明は、請求項11に記載の電源システムの制御方法であって、前記発電手段の動作を開始させる場合に、前記水供給手段による前記化学反応部への水の供給を開始させた後、前記燃料供給手段による前記化学反応部への前記発電用燃料の供給を開始させる手順、を含むことを特徴とする。
請求項13に記載の発明は、請求項12に記載の電源システムの制御方法であって、前記化学反応部は、前記発電用燃料及び水のうち少なくとも水を気化する気化部を有し、前記電源システムの制御方法における、前記発電手段の動作を開始させる場合の動作手順は、前記水供給手段による前記化学反応部への水の供給を開始させた後、前記気化部の温度が気化動作に適する温度になるまで待つ手順と、その後に、前記燃料供給手段による前記化学反応部への前記発電用燃料の供給を開始させる動作を行う手順と、を含むことを特徴とする。
以下、図1〜図3を参照して、燃料改質型の固体高分子型燃料電池(PEFC:Polymer Electrolyte Fuel Cell)を備え、発電用燃料としてメタノール等の液体燃料を使用する電源システムに本発明を適用した場合の、本発明に係る電源システムの第1の実施形態について説明する。
CH3OH+H2O→3H2+CO2・・・(1)
CO2+H2→CO+H2O・・・(2)
CO+H2O→H2+CO2・・・(3)
2CO+O2→2CO2・・・(4)
形成された燃料極と、他方の面に形成された空気極とを有する1つまたは複数の発電セル構造を有する。燃料極及び空気極には、例えばPtやPt−Ru合金等の触媒微粒子が付着している。改質器107から燃料極に水素を含む改質ガスが供給されると、次の式(5)に示す化学反応によって、上記触媒により電子(e−)が分離した水素イオン(プロトン:H+)が発生し、イオン導電膜を介して空気極に透過するとともに、燃料極を構成する炭素電極により電子(e−)が取り出されて負荷へ供給される。
3H2→6H++6e−・・・(5)
6H++3/2O2+6e−→3H2O・・・(6)
続いて、図4〜図6を参照して、燃料改質型の固体高分子型燃料電池を備える電源システムにおいて、発電用燃料としてブタン等の気体燃料を使用する場合の、本発明に係わる電源システムの第2の実施形態について説明する。
続いて、図7〜図9を参照して、燃料改質型の固体高分子型燃料電池を備える電源システムにおいて、発電用燃料としてメタノール等の液体燃料を使用する場合の、本発明に係わる電源システムの第3の実施形態について説明する。
さらに、発電部120での発電量をメタノール、水及び空気の供給量により調節するため、バルブV7及び流量計F7、F8を無くしている。これにより、燃料電池202の小型化、軽量化を図ることができ、より携帯用の電子機器に適した電源システムとすることができる。
以下、第1実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略し、本実施形態の特徴部分を中心に説明する。
この第3停止時制御処理により、改質燃料蒸発器113でメタノールを気化させることを停止した後に、蒸発器112で水を気化させることを停止するため、メタノールの割合が水蒸気に対して高くなることがなく、未改質のメタノールガスの発生を抑止しつつ、電源システムの停止時間を短縮できる。
第1実施形態及び第3実施形態において、発電用燃料としてメタノールを使用したが、エタノールやガソリン等の炭化水素系液体燃料も使用できる。また、水タンク160とメタノールタンク140を水タンク160と水・メタノール混合液タンクに置き換えてもよい。
また、上記実施形態においては、バルブ及びポンプを制御して燃料、水、空気の供給量を制御したが、ポンプのみで燃料、水、空気の供給量を制御してもよい。
101 燃焼燃料蒸発器
102,104,106,108 電気ヒータ兼温度計
103 改質燃料混合器(気化部)
105 CO除去器
107 改質器
109 メタノール触媒燃焼器
110 触媒燃焼器
111 オフガス触媒燃焼器
112 蒸発器(気化部)
113 改質燃料蒸発器(気化部)
114 混合器
120 発電部
130 制御部
140 メタノールタンク
150 ブタンボンベ
160 水タンク
170 DC/DCコンバータ
180 2次電池
200,201 燃料電池
801 発電ユニット
851,900 電子機器
D1〜D3 ドライバ
F1〜F8 流量計
P1〜P3 ポンプ
R1 レギュレータ
V1〜V7 バルブ
Claims (14)
- 発電用燃料及び水が供給される化学反応部と、
前記化学反応部により処理された発電用ガスが供給されて、電気化学反応により発電する発電手段と、
前記発電手段の出力を検知する出力検知手段と、
前記化学反応部へ前記発電用燃料を供給する燃料供給手段と、
前記化学反応部へ水を供給する水供給手段と、
前記化学反応部を加熱するための機能を含む加熱手段と、
前記燃料供給手段及び前記水供給手段の供給動作とともに前記加熱手段の駆動及び温度を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記発電手段の動作を停止させる際、
(1)前記水供給手段による水の供給を維持しつつ、前記燃料供給手段による前記発電用燃料の供給動作を止め、
(2)前記加熱手段の駆動及び温度制御を維持しつつ、前記出力検知手段により検知された前記発電手段の出力が、未反応の前記発電用燃料が所定の割合以下となる時点に対応する所定の低出力レベルとなった後、
(3)前記加熱手段の駆動及び温度制御を停止させた後で、
(4)前記水供給手段による水の供給動作を止める制御を行う
ことを特徴とする電源システム。 - 前記発電手段で電気化学的反応により発生した電力が供給される電圧変換手段と、
前記電圧変換手段に接続される2次電池と、
を更に備え、
前記制御手段は、前記2次電池の蓄積電力が、所定の電力以上であるか否かを判断し、充分に充電されていると判断するまで待機し、充分に充電されていると判断された場合、前記燃料供給手段による前記発電用燃料の供給動作を止めることを特徴とする請求項1に記載の電源システム。 - 前記発電手段で電気化学的反応により発生した電力が供給される電圧変換手段
を更に備え、
前記制御手段は、前記出力検知手段により検知された前記発電手段の出力が所定電力以下になったら、前記電圧変換手段の負荷側への電力供給を停止させることを特徴とする請求項1又は2に記載の電源システム。 - 前記制御手段は、前記発電手段の動作を開始させる際、前記水供給手段における水の供給動作を開始させた後、前記燃料供給手段による前記発電用燃料の供給動作を開始させる制御を行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の電源システム。
- 前記化学反応部は、前記発電用燃料及び水のうち少なくとも水を気化する気化部を有し、
前記電源システムは、更に、前記気化部の温度を検知する気化温度検知手段を備え、
前記制御手段は、前記発電手段の動作を開始させる際、前記水供給手段の供給動作を開始させ、前記気化温度検知手段により検知された前記気化部の温度が水の気化動作に適する温度となった後に、前記燃料供給手段による前記発電用燃料の供給動作を開始させる制御を行うことを特徴とする請求項4に記載の電源システム。 - 前記制御手段は、前記発電手段の動作を開始させる際、前記気化温度検知手段によって、前記気化部の温度が水の気化動作に適する温度以上であるか否かを判断し、水の気化動作に適する温度以上であると判断された場合、前記水供給手段における水の供給動作を開始させる制御を行うことを特徴とする請求項5に記載の電源システム。
- 前記制御手段は、前記水供給手段の供給動作を開始後に、前記気化温度検知手段によって、前記気化部の温度が水の沸点以上であるかを再度確認し、水の沸点以上であると検知された場合に前記燃料供給手段により前記化学反応部へ前記発電用燃料を供給させることを特徴とする請求項6に記載の電源システム。
- 前記発電用燃料は炭化水素系の液体燃料であり、
前記化学反応部は、
前記発電用燃料を蒸発させる燃料蒸発部を更に備え、
前記加熱手段の駆動及び温度制御を停止させる制御は、前記発電用燃料の前記燃料蒸発部への供給を遮断する制御を含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の電源システム。 - 前記発電用燃料は炭化水素系の液体燃料であり、
前記化学反応部は、
前記発電用燃料及び水を気化する気化部と、
前記気化部により気化された前記発電用燃料及び水蒸気の混合ガスが供給され、改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質部と、
前記改質ガスに含まれる一酸化炭素を除去して前記発電用ガスを生成する一酸化炭素除去部と、
を備えることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の電源システム。 - 前記発電用燃料は炭化水素系の気体燃料であり、
前記化学反応部は、
水を気化する気化部と、
前記気化部により気化された水蒸気及び前記発電用燃料との混合ガスが供給され、改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質部と、
前記改質ガスに含まれる一酸化炭素を除去して前記発電用ガスを生成する一酸化炭素除去部と、
を備えることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の電源システム。 - 発電用燃料及び水が供給される化学反応部と、前記化学反応部により処理された発電用ガスが供給されて、電気化学反応により発電する発電手段と、前記発電手段の出力を検知する出力検知手段と、前記化学反応部へ前記発電用燃料を供給する燃料供給手段と、前記化学反応部へ水を供給する水供給手段と、前記化学反応部を加熱するための機能を含む加熱手段とを備えた電源システムの制御方法であって、
前記発電手段の動作を停止させる場合に、
(1)前記水供給手段による水の供給を維持しつつ、前記燃料供給手段による前記化学反応部への前記発電用燃料の供給を止める手順と、
(2)前記加熱手段の駆動及び温度制御を維持しつつ、前記出力検知手段により検知された前記発電手段の出力が、未反応の前記発電用燃料が所定の割合以下となる時点に対応する所定の低出力レベルになるまで待つ手順と、
(3)その後に前記加熱手段の駆動及び温度制御を停止させる手順と、
(4)前記水供給手段による前記化学反応部への水の供給動作を止める手順を
この順序で行うことを特徴とする電源システムの制御方法。 - 前記発電手段の動作を開始させる場合に、前記水供給手段による前記化学反応部への水の供給を開始させた後、前記燃料供給手段による前記化学反応部への前記発電用燃料の供給を開始させる手順、
を含むことを特徴とする請求項11に電源システムの制御方法。 - 前記化学反応部は、前記発電用燃料及び水のうち少なくとも水を気化する気化部を有し、
前記電源システムの制御方法における、前記発電手段の動作を開始させる場合の動作手順は、
前記水供給手段による前記化学反応部への水の供給を開始させた後、前記気化部の温度が気化動作に適する温度になるまで待つ手順と、その後に、前記燃料供給手段による前記化学反応部への前記発電用燃料の供給を開始させる動作を行う手順と、を含むことを特徴とする請求項12に記載の電源システムの制御方法。 - 請求項1〜10のいずれか一項に記載の電源システムと、
前記電源システムに接続され、該電源システムから供給される負荷駆動電力により駆動される負荷と、
を備えることを特徴とする電子機器。
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