WO2005099007A1

WO2005099007A1 - 燃料電池ユニット、情報処理装置および情報処理装置の電源制御方法

Info

Publication number: WO2005099007A1
Application number: PCT/JP2005/005201
Authority: WO
Inventors: Koji Nakamura; Akihiro Ozeki; Ryoji Ninomiya
Original assignee: Kabushiki Kaisha Toshiba
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2005-03-23
Publication date: 2005-10-20
Also published as: US20070072023A1; CN1957493A; JP2005294065A

Abstract

　本発明に係る燃料電池ユニットは、外部機器との接続に用いられる接続部と、接続部を介して外部機器に供給される電力を生成する燃料電池と、燃料電池を用いた発電を許可する発電許可設定に設定可能な設定スイッチと、設定スイッチの設定が発電許可設定の場合、燃料電池を用いて行われる発電を制御することが可能である制御部とを備えたことを特徴とする。上記構成によれば、外部機器の起動・停止に連動して自動的に燃料電池ユニットの発電の開始・停止のシーケンスを実行させる簡便な操作が可能となる。

Description

明細書

燃料電池ユニット、情報処理装置および情報処理装置の電源制御方法技術分野

[0001] 本発明は、情報処理装置に接続される燃料電池ユニット、燃料電池ユニットを備えた情報処理装置および燃料電池ユニットを備えた情報処理装置の電源制御方法に関する。

背景技術

[0002] 現在、情報処理装置への電源供給源の一つである二次電池として例えばリチウムイオン電池が使用されている。二次電池の有する特徴の一つは、使い捨てタイプである一次電池と比較して、例えば商用電源を用いて充電することで繰り返し使用可能な点にある。

[0003] 一方で、リチウムイオン電池は二次電池であるため、例えば商用電源を用いて充電する必要がある。

[0004] また、近年における情報処理装置の機能性能の向上は著しぐこれに伴って該情報処理装置の消費電力は増加の傾向にある。そこで、情報処理装置に電力を供給するリチウムイオン電池が提供するエネルギの密度、即ち単位体積或いは単位質量あたりの出力エネルギ量を向上が図られて!、るものの、顕著な向上を望むのは難しい状況にある。

[0005] 一方、燃料電池のエネルギ密度は、理論的にはリチウムイオン電池の 10倍とも言われている（例えば、非特許文献 1参照)。これは、燃料電池がリチウムイオン電池に対して、体積或いは質量が同じとすると、より長時間 (例えば 10倍)の電力供給が可能となる潜在的能力を有していることを意味する。また、両者の電力供給時間を等しいとするならば、燃料電池の方がリチウムイオン電池に対して小型 ·軽量ィ匕が可能となる潜在的能力を有している事を意味する。

[0006] また、燃料電池は、燃料、例えばメタノール等を小型の容器に封入してユニットィ匕し、小型の容器ごと交換して使用すれば、外部からの充電を必要としない。従って、例えば AC電源設備の無、場所にお、て、リチウムイオン電池を使用して電力を確保する場合と比較して燃料電池を使用して電力を確保する場合の方が、より長時間にわたって情報処理装置を使用可能である。

[0007] さらに、リチウムイオン電池を使用した情報処理装置 (例えばノート型パーソナルコンピュータ)を長時間使用する場合、リチウムイオン電池の供給する電力を用いて長時間使用することは困難であるため、 AC電源による電力供給が可能な環境で情報処理装置を使用しなければならないという制約が課せられる。し力しながら、燃料電池の供給する電力で情報処理装置を使用するとリチウムイオン電池を用いる場合と比較して長時間に渡る情報処理装置の使用が可能になるとともに、上述の制約から解放されることが期待できる。

[0008] 以上のような観点から、情報処理装置への電力供給を目的とした燃料電池の研究' 開発が進められており、これまでにも、例えば特許文献 1, 2, 3に開示されている。

[0009] 燃料電池の方式には種々のものがあるが（例えば非特許文献 2参照）、情報処理装置に適するものとして、小型 ·軽量化、さらに燃料の取り扱いやすさといった観点を考慮すると、ダイレクトメタノール型燃料電池（DMFC : Direct Methanol Fuel Cel 1)方式が挙げられる。この方式の燃料電池は、燃料としてメタノールを用いるものであり、メタノールを水素に変換することなく直接、燃料極に注入する方式である。

[0010] ダイレクトメタノール型燃料電池においては、燃料極に注入するメタノールの濃度が重要であり、この濃度が高いと発電効率が悪くなり十分な性能が得られない。これは燃料となるメタノールの一部が燃料極 (負極)と空気極 (正極)とに挟まれる電解質膜（固体高分子電解質膜)を透過してしまう現象 (これをクロスオーバ現象と呼んでヽる。 )に起因するものである。クロスオーバ現象はメタノールの濃度が高濃度の場合に顕著になり、低濃度のメタノールを燃料極に注入した場合は低減される。

[0011] 一方、低濃度のメタノールを燃料として使用した場合、高性能を確保し易いものの、高濃度メタノールに比べると燃料の容積が大きくなるため（例えば 10倍）、燃料の容器 (燃料カートリッジ)が大型となってしまう。

[0012] そこで、燃料カートリッジ内には高濃度のメタノールを収納することによって小型化をはかりつつ、一方で、発電時に発生する水を小型のポンプやバルブ等で循環させて高濃度メタノールを燃料極に注入する前に希釈することによってメタノールの濃度を下げ、その結果クロスオーバ現象を低減させることができる。この方式によって発電効率を向上させることが可能となる。なお、以降、循環させるためのポンプやバルブ等を補機と呼び、また、このように循環させる方式を循環希釈システムと呼ぶ。

[0013] このように、燃料電池ユニット全体としては小型軽量ィ匕を図りつつ、希釈されたメタノールによって、発電効率の高い燃料電池ユニットが実現できる（非特許文献 1)。特許文献 1：特開 2003— 142137号公報

特許文献 2：特開 2003-86192号公報

特許文献 3：特開 2002— 169629号公報

非特許文献 1：「燃料電池 2004」、日経 BP社、 2003年 10月、 p. 49—50, p. 64 非特許文献 2 :池田宏之助編著、「燃料電池のすべて」、日本実業出版社、 2001年 8 月ダイレクトメタノール型燃料電池では、希釈循環システムを採用することにより、燃料電池ユニット全体として小型 ·軽量ィ匕を図れるとともに、発電効率が高ぐその結果

、高出力の燃料電池ユニットが実現される。

[0014] 一方、希釈循環システムでは水等を循環させるためにポンプやバルブ等の補機が必要であり、燃料電池ユニットで発電を開始するためには補機を駆動させるための制御が必要である。

[0015] また、燃料電池ユニットの発電を停止する場合、発電電力の供給を停止した後、所定期間補機を駆動させるクールダウン処理を行ない、その後補機を停止させる制御を行うことによって、次回発電を行う時の発電効率を向上させることができる。

[0016] し力しながら、燃料電池ユニットを備えた情報処理装置、或、は燃料電池ユニットが接続部を介して接続された情報処理装置を使用するユーザにとっては、上記の燃料電池ユニット固有の制御にともなって新たな操作が加わることは情報処理装置の操作上煩雑である。ユーザにとっては、情報処理装置の電源が従来型の二次電池であろうと燃料電池ユニットであろうと同様の操作、言い換えれば電源が燃料電池ュニットであることを意識させな、操作が要望される。

[0017] 発明の開示

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、情報処理装置の起動'停止に連動して自動的に燃料電池ユニットの発電の開始'停止のシーケンスを実行させる簡便な操作を可能とした燃料電池ユニット、情報処理装置および情報処理装置の電源制御方法を提供することを目的とする。

[0018] 本発明に係る燃料電池ユニットは、上記目的を達成するため、請求項 1に記載したように、外部機器との接続に用いられる接続部と、前記接続部を介して前記外部機器に供給される電力を生成する燃料電池と、前記燃料電池を用いた発電を許可する発電許可設定に設定可能な設定スィッチと、前記設定スィッチの設定が発電許可設定の場合、前記燃料電池を用いて行われる発電を制御することが可能である制御部とを備えたことを特徴とする。

[0019] また、本発明に係る情報処理装置は、請求項 10に記載したように、燃料電池を具備する燃料電池ユニットと接続可能な情報処理装置にぉ、て、本情報処理装置を起動する起動手段と、前記起動手段によって本情報処理装置が起動される場合、前記燃料電池を用いた発電を開始させる制御部とを具備することを特徴とする。

[0020] また、本発明に係る情報処理装置の電源制御方法は、請求項 17に記載したように、燃料電池が生成した電力を受ける情報処理装置の電源制御方法において、前記情報処理装置を起動し、前記情報処理装置を起動する場合、前記燃料電池を用いた発電を開始させることを特徴とする。

図面の簡単な説明

[0021] [図 1]本発明に係る燃料電池ユニットの一実施形態を示す外観図である。

[図 2]上記燃料電池ユニットに本発明に係る情報処理装置に一実施形態を接続した状態の外観図である。

[図 3]上記燃料電池ユニットの発電部を主とした系統図である。

[図 4]上記燃料電池ユニットに上記情報処理装置を接続した状態の系統図である。

[図 5]上記燃料電池ユニットと上記情報処理装置の第一の実施形態を説明する系統図である。

[図 6]上記燃料電池ユニットと上記情報処理装置の状態遷移図である。

[図 7]上記燃料電池ユニットに対する主な制御用コマンドを示す図である。

[図 8]上記燃料電池ユニットの主な電源情報を示す図である。

[図 9]上記情報処理装置に係る運転 ON要求コマンドの送信条件の論理図である。 [図 10]上記情報処理装置に係る運転 OFF要求コマンドの送信条件の論理図である

[図 11]緊急停止時の上記燃料電池ユニットと上記情報処理装置の状態遷移図である。

[図 12]上記情報処理装置に係る緊急停止コマンドの送信条件の論理図である。発明を実施するための最良の形態

[0022] 本発明にかかる燃料電池ユニット、情報処理装置および情報処理装置の電源制御方法の第一の実施形態について、添付図面を参照して説明する。

[0023] 図 1は本発明に係る燃料電池ユニットの一実施形態を示す外観図である。図 1に示すように、この燃料電池ユニット 10は、情報処理装置、例えばノート型パーソナルコンピュータの後部を載置するための載置部 11と、燃料電池ユニット本体 12とから構成される。燃料電池ユニット本体 12には、電気化学反応で発電を行う DMFCスタックや、 DMFCスタックに対して燃料となるメタノールや空気を注入、循環させるための補機 (ポンプやバルブ等）を内蔵して、る。

[0024] また、燃料電池ユニット本体 12のユニットケース 12a内部の例えば左端に、着脱可能な燃料カートリッジ（図示していない）が内蔵されており、この燃料カートリッジを交換できるように、カバー 12bは取り外し可能となっている。

[0025] 載置部 11には情報処理装置が載置される。載置部 11の上面には、情報処理装置と接続するための接続部としてドッキングコネクタ 14が設けられている。一方、情報処理装置の例えば底面後部には、燃料電池ユニット 10と接続するための接続部としてドッキングコネクタ 21 (図示していない）が設けられており、燃料電池ユニット 10のドッキングコネクタ 14と機械的、電気的に接続される。また、載置部 11上に三箇所の位置決め突起 15とフック 16が設けられており、対応して設けられた情報処理装置の底面後部の三箇所の穴に、位置決め突起 15とフック 16が挿入される。

[0026] 情報処理装置を燃料電池ユニット 10から取り外す時は、図 2に示した燃料電池ュニット 10のイジェクトボタン 17を押すことにより、ロック機構（図示してヽな、）の解除が行われて、容易に取り外すことができる。

[0027] また、燃料電池ユニット本体 12の例えば右側面には、発電設定スィッチ 112と燃料電池運転スィッチ 116が設けられる。

[0028] 発電設定スィッチ 112は、燃料電池ユニット 10での発電を許可或いは禁止するためにユーザが予め設定するためのスィッチであり、例えばスライド型スィッチで構成される。

[0029] 燃料電池運転スィッチ 116は、例えば、燃料電池ユニット 10で発電される電力で情報処理装置 18が動作して、る時に、情報処理装置 18の動作は継続しつつ燃料電池ユニット 10での発電のみを停止させるような場合等に用いる。この場合、情報処理装置 18は内蔵された二次電池の電力を用 Vヽて動作を継続することになる。燃料電池運転スィッチ 116は、例えばプッシュスィッチ等で構成される。

[0030] 図 2は、情報処理装置 18 (例えば、ノート型パーソナルコンピュータ）を燃料電池ュニット 10の載置部 11の上に載置、接続した時の外観を示す図である。

[0031] なお、図 1、図 2に示した燃料電池ユニット 10の形状や大きさ、或いはドッキングコネクタ 14の形状や位置等は、種々の形態が考えられる。

[0032] 図 3は、本発明に係る燃料電池ユニット 10の一実施形態の系統図を示したものであり、特に DMFCスタックとその周辺に設けられた補機について細部の系統を示している。

[0033] 燃料電池ユニット 10は、発電部 40と、燃料電池ユニット 10の制御部である燃料電池制御部 41とから構成される。燃料電池制御部 41は発電部 40の制御を行う他、情報処理装置 18との通信を行う通信制御部としての機能を有する。

[0034] 発電部 40は、発電を行うための中心となる DMFCスタック 42を有する他、燃料となるメタノールを収納する燃料カートリッジ 43を有する。燃料カートリッジ 43には高濃度のメタノールが封入されている。燃料カートリッジ 43は、燃料を消費した時には容易に交換できるよう、着脱可能となっている。

[0035] また、一般に、ダイレクトメタノール型燃料電池においては、発電効率をあげるためにクロスオーバ現象を低減する必要がある。このために高濃度メタノールを希釈して低濃度化し、これを燃料極 47に注入することが有効である。この実現のため、燃料電池ユニット 10では、希釈循環システム 62を採用しており、発電部 40に希釈循環システム 62の実現に必要な補機 63を設ける。 [0036] 補機 63には液体流路に設けられるものと気体流路に設けられるものがある。

[0037] 液体流路に設けられる補機 63の接続関係は、燃料電池カートリッジ 43の出力部から燃料供給ポンプ 44が配管接続され、さらに燃料供給ポンプ 44の出力部から混合タンク 45に接続される。さらに、混合タンク 45の出力部は送液ポンプ 46に接続され、送液ポンプ 46の出力部は DMFCスタック 42の燃料極 47に接続される。燃料極 47 の出力部は混合タンク 45に配管接続される。また、水回収タンク 55の出力部は水回収ポンプ 56に配管接続され、水回収ポンプは混合タンク 45へ接続される。

[0038] 一方、気体流路においては、送気ポンプ 50が送気バルブ 51を介して DMFCスタツク 42の空気極 52に接続される。空気極 52の出力部は凝縮器 53に接続される。また、混合タンク 45からも、混合タンクバルブ 48を介して凝縮器 53に接続される。凝縮器 53は排気バルブ 57を介して排気口 58に接続される。また、冷却ファン 54は凝縮器 5 3の近傍に配設される。

[0039] 次に、燃料電池ユニット 10の発電部 40の発電メカニズムについて、燃料と空気 (酸素）の流れに沿って説明する。

[0040] まず、燃料カートリッジ 43内の高濃度メタノールは、燃料供給ポンプ 44によって、混合タンク 45に流入する。混合タンク 45の内部で高濃度メタノールは、回収された水や燃料極 47からの低濃度メタノール (発電反応の残余分)等と混合されて希釈され、低濃度メタノールが生成される。低濃度メタノールの濃度は発電効率の高!、濃度 (例えば 3— 6%)を保てるように制御される。この制御は、例えば、濃度センサ 60の情報を基に燃料供給ポンプ 44によって混合タンク 45に供給される高濃度メタノールの量を制御する。または、混合タンク 45に環流する水の量を水回収ポンプ 56等で制御すること〖こよって実現できる。

[0041] 混合タンク 45で希釈されたメタノール水溶液は送液ポンプ 46で加圧されて、 DMF Cスタック 42の燃料極 (負極) 47に注入される。燃料極 47では、メタノールの酸化反応が行われることで電子が発生する。酸化反応で生成される水素イオン (H+)は DM FCスタック 42内の固体高分子電解質膜 422を透過して空気極 (正極） 52に達する。

[0042] 一方、燃料極 47で行われる酸化反応によって生成される二酸化炭素は、反応に供されなかったメタノール水溶液とともに再び混合タンク 45に環流する。二酸化炭素は混合タンク 45内で気化し、混合タンクバルブ 48を介して、凝縮器 53へ向カゝい、最終的には排気バルブ 57を介して、排気口 58から外部へ排気される。

[0043] 他方、空気（酸素）の流れは、吸気口 49から取り込まれ、送気ポンプ 50で加圧され、送気バルブ 51を介し空気極（正極） 52に注入される。空気極 52では、酸素（O )の

2 還元反応が進行し、外部の負荷からの電子 (e^_)と、燃料極 47からの水素イオン (H+ )と、酸素 (O )から水 (H O)が水蒸気として生成される。この水蒸気は空気極 52か

2 2

ら排出され、凝縮器 53に入る。凝縮器 53では、冷却ファン 54によって水蒸気が冷却されて水 (液体）となり、水回収タンク 55内に一時的に蓄積される。この回収された水は水回収ポンプ 56によって混合タンク 45へと環流し、高濃度メタノールを希釈するための希釈循環システム 62が構成される。

[0044] この希釈循環システム 62による燃料電池ユニット 10の発電メカニズムからわ力るように、 DMFCスタック 42から電力が取り出す、即ち、発電を開始するために、各部のポンプ 44, 46, 50, 56やバルブ 48、 51、 57或いは冷却ファン 54等の補機 63を駆動させる。これによつてメタノール水溶液と空気（酸素）が DMFCスタック 42内に注入されそこで電気化学反応が進行することによって電力が得られる。一方、発電を停止するには、これらの補機 63の駆動を停止することによる。

[0045] 図 4は、本発明に係る燃料電池ユニット 10が接続される情報処理装置 18のシステム構成を示したものである。

[0046] 情報処理装置 18は、 CPU65、主記憶 66、ディスプレイコントローラ 67、ディスプレィ 68、 HDD (Hard Disc Drive) 69、キーボードコントローラ 70、ポインタデバイス 71、キーボード 72、 FDD (Floppy (登録商標） Disc Drive) 73、これら構成品間におヽて信号を伝送するバス 74、バス 74を介して伝送される信号を変換するためのノースブリッジ 75、サウスブリッジ 76と呼ばれるデバイス等カゝら構成される。また、情報処理装置 18の内部に電源部 79を設け、ここに二次電池 80として、例えばリチウムイオン電池を保有している。電源部 79は、制御部 77 (以降、電源制御部 77と記載する）によって制御される。

[0047] 燃料電池ユニット 10と情報処理装置 18との電気的インタフェースとして制御系インタフエースと電源系インタフェースとを設ける。制御系インタフェースは情報処理装置 18の電源制御部 77と燃料電池ユニット 10の制御部 41との間にて通信を行うために設けられるインタフェースである。制御系インタフェースを介して情報処理装置 18と燃料電池ユニット 10との間で行われる通信は、例えば I2Cバス 78と、つたシリアルバスを介して行われる。

[0048] 電源系インタフェースは、燃料電池ユニット 10と情報処理装置 18との間における電力の授受のために設けられるインタフェースである。例えば、発電部 40の DMFCスタック 42で発電された電力が制御部 41 (以降、燃料電池制御部 41と記載する）およびドッキングコネクタ 14、 21を介して情報処理装置 18に供給される。また、電源系インタフエースには、情報処理装置 18の電源部 79から、燃料電池ユニット 10内の補機 6 3等への電力供給 83もある。

[0049] なお、情報処理装置 18の電源部 79に対して ACアダプタ用コネクタ 81を介して A CZDC変換された直流電源が供給され、これによつて情報処理装置 18の動作、二次電池（リチウムイオン電池） 80の充電が可能である。

[0050] 図 5は、燃料電池ユニット 10の燃料電池制御部 41と、情報処理装置 18の電源部 7 9との、接続関係を示す構成例である。

[0051] 燃料電池ユニット 10と情報処理装置 18とはドッキングコネクタ 14、 21によって機械的かつ電気的に接続される。ドッキングコネクタ 14、 21には、燃料電池ユニット 10の DMFCスタック 42で発電された電力を情報処理装置 18へ供給するための第一の電源端子（出力電源端子） 91および、情報処理装置 18から、燃料電池ユニット 10のマイク口コンピュータ 95にレギユレータ 94を介して電源を供給し、かつ補機用電源回路 97にスィッチ 101を介して電源を供給するための第二の電源端子 (補機用入力電源端子） 92を有する。また、情報処理装置 18から EEPROM99へ電源供給するための第三の電源端子 92aを有して、る。

[0052] さらに、ドッキングコネクタ 14、 21は情報処理装置 18の電源制御部 77と燃料電池ユニット 10のマイクロコンピュータ 95との通信や、書き込み可能な不揮発性メモリ (E EPROM) 99との通信、を行うための通信用入出力端子 93を有している。

[0053] 次に、図 5に示した接続図と、図 6に示した燃料電池ユニット 10の状態遷移図とを用いて、燃料電池ユニット 10から情報処理装置 18へ、燃料電池ユニット 10に設けられる DMFCスタック 42の電力が供給されるまでの基本的な処理の流れを説明する。

[0054] なお、情報処理装置 18の二次電池（リチウムイオン電池） 80には所定の電力が充電されているものとする。また、図 5の中のスィッチは全て開いているものとする。

[0055] まず、情報処理装置 18は、コネクタ接続検出部 111から出力される信号に基いて、情報処理装置 18と燃料電池ユニット 10とが機械的および電気的に接続されたことを認識する。この認識は、コネクタ接続検出部 111が例えばコネクタ接続検出部 111へ入力される信号に基いて、ドッキングコネクタ 14、 21の接続によって燃料電池ュ-ット 10の内部で接地されることを検出することによって行われる。

[0056] また、情報処理装置 18の電源制御部 77は、燃料電池ユニット 10の発電設定スイツチ 112の設定が発電許可設定である力発電禁止設定であるかを認識する。例えば、発電設定スィッチ検出部 113へ入力される信号に基いて、発電設定スィッチ検出部 113が発電設定スィッチ 112の設定状態に応じて接地状態であるか或いは解放状態であるか否かを検出する。発電設定スィッチ 112が解放状態である場合は、電源制御部 77は発電禁止設定として認識する。

[0057] 発電設定スィッチ 112が発電禁止設定である状態は、図 6の状態遷移図において「ストップステート (0)」 ST10に相当する状態である。

[0058] 情報処理装置 18と燃料電池ユニット 10とがドッキングコネクタ 14、 21を介して機械的に接続されると、情報処理装置 18側カゝら第三の電源端子 92aを介して燃料電池制御部 41の記憶部である不揮発性メモリ（EEPROM) 99に電源が供給される。この EEPROM99には、燃料電池ユニット 10の識別情報等が予め記憶される。識別情報には、例えば燃料電池ユニットの部品コードや製造シリアル番号、或いは定格出力などの情報を予め含ませることができる。また、この EEPROM99は、例えば、 I2Cバス 93といったシリアルバスに接続されており、 EEPROM99に記憶されているデータはこの EEPROM99に電源が供給されている状態において読み出し可能である。図 5の構成では、電源制御部 77が通信用入出力端子 93を介して EEPROM99の情報を読み出すことが可能である。

[0059] この状態にぉ、ては、燃料電池ユニット 10は発電を行っておらず、また燃料電池ュニット 10の内部の状態は、 EEPROM99の電源以外は電源が供給されていない状態である。

[0060] ここで、ユーザが発電設定スィッチ 112の設定を発電許可設定に設定すると（図 5 では発電設定スィッチを接地状態側に設定する）、情報処理装置 18に設けられる電源制御部 77は、燃料電池ユニット 10に設けられる EEPROM99に記憶された識別情報を読み出すことが可能となる。この状態が、図 6の「ストップステート（1)」ST11の状態である。

[0061] 換言すると、ユーザが発電設定スィッチ 112を発電許可設定に設定しない限り、即ち発電禁止設定の設定である限り、「ストップステート (0)」ST10の状態であり、燃料電池ユニット 10における発電を禁止することが可能である。

[0062] なお、発電設定スィッチは、例えばスライドスィッチ等のように開または閉の状態を

Vヽずれか一方の状態に保持できるものが好ま、。

[0063] 電源制御部 77による識別情報の読み出しは、 I2Cバス 78といったシリアルバスを介して燃料電池ユニット 10に設けられる EEPROM99に記憶されている燃料電池ュニット 10の識別情報を読み出すことによって行われる。

[0064] 電源制御部 77が読み出された識別情報に基いて、情報処理装置 18に接続されている燃料電池ユニット 10が情報処理装置 18に適合した燃料電池ユニットであると判断した場合、図 6の状態は、「ストップステート（1)」ST11から「スタンノイステート」 ST

20に遷移する。

[0065] 具体的には、情報処理装置 18に設けられる電源制御部 77は、情報処理装置 18に設けられるスィッチ 100を閉じることによって、二次電池 80の電力を第 1の電源端子 9 2を介して燃料電池ユニット 10へ供給し、レギユレータ 94を介してマイクロコンピュータ 95へ電源が供給される。

[0066] この「スタンバイステート」 ST20の状態では、燃料電池ユニット 10に設けられるスィツチ 101は開いており、補機用電源回路 97には電源は供給されていない。従って、この状態にぉ、て補機 63は動作して、な、。

[0067] し力しながら、マイクロコンピュータ 95は動作を開始しており、情報処理装置 18に設けられる電源制御部 77から、 I2Cバス 78を介して各種の制御用コマンドを受信することが可能な状態である。また、マイクロコンピュータ 95は、燃料電池ユニット 10の電源情報を、 I2Cバスを介して情報処理装置 18へ送信可能な状態である。

[0068] 図 7は、情報処理装置 18に設けられる電源制御部 77から、燃料電池制御部 41に設けられるマイクロコンピュータ 95に送られる制御用コマンドの一例を示した図である

[0069] 図 8は、燃料電池制御部 41に設けられるマイクロコンピュータ 95から情報処理装置 18に設けられる電源制御部 77に送られる電源情報の一例を示した図である。

[0070] 情報処理装置 18に設けられる電源制御部 77は、図 8の電源情報のうち「DMFC 運転状態」（図 8の番号 1)を読み取ることによって、燃料電池ユニット 10が「スタンバイステート」 ST20であること認識する。

[0071] この「スタンバイステート」 ST20の状態で、電源制御部 77が、図 7に示した制御用コマンドのうち「DMFC運転 ON要求」コマンド（発電開始コマンド）を燃料電池制御部 41に送ると、これを受信した燃料電池制御部 41は、燃料電池ユニット 10の状態を「ウォームアップステート」 ST30に移行させる。

[0072] 具体的には、マイクロコンピュータ 95からの制御によって燃料電池制御部 41に設けられるスィッチ 101を閉じて補機用電源回路 97に情報処理装置 18からの電源を供給する。併せて、マイクロコンピュータ 95から送信される補機用制御信号によって、発電咅40に設けられるネ甫機 63、良！]ち、図 4に示した各ポンプ 44、 46、 50、 56、ノルブ 48、 51、 57及び冷却ファン 54等を駆動させる。さらにマイクロコンピュータ 95は、燃料電池制御部 41に設けられたスィッチ 102を閉じる。

[0073] この結果、発電部 40に設けられる DMFCスタック 42に対してメタノール水溶液や空気が注入され、発電が開始される。また、 DMFCスタック 42による発電電力は、情報処理装置 18に供給が開始される。ただし、発電出力は、瞬時に定格値に達するわけではないため、定格値に達するまでの状態を「ウォームアップステート」 ST30と呼んでいる。

[0074] 燃料電池制御部 41に設けられるマイクロコンピュータ 95は、例えば DMFCスタック 42の出力電圧および DMFCスタック 42の温度をモニタすることにより、 DMFCスタツク 42の出力が定格値に達したと判断すると、燃料電池ユニット 10に設けられるスイツチ 101を開き、補機 63への電力供給源を情報処理装置 18から DMFCスタック 42に切り替える。この状態が「オンステート」 ST40である。

[0075] 以上が「ストップステート」 ST10力ら「オンステート」 ST40への処理の流れの概要である。

[0076] 図 9は、情報処理装置 18に設けられる電源制御部 77が「DMFC運転 ON要求」コマンドを燃料電池ユニット 10に設けられるマイクロコンピュータ 95に送信するための条件を示した論理図である。

[0077] まず、「DMFC運転 ON要求」コマンドが送信されるための第 1の条件は、燃料電池ユニット 10の状態力ストップステート（2) ST12、スタンバイステート ST20或いはクールダウンステート ST50のうちのいずれかの状態である。これら 3つの状態は、図 6 の状態遷移図力わ力るように、 V、ずれも発電設定スィッチの設定が発電許可設定の設定になっている場合に限り可能な状態である。

[0078] 「DMFC運転 ON要求」コマンドが送信されるための第 2の条件は、情報処理装置 18が有する何らかの情報処理装置起動手段によって情報処理装置 18が起動されることである。情報処理装置起動手段の一例としては、情報処理装置 18に設けられた電源スィッチ 114のオン操作が考えられる。電源スィッチ 114が押されたことを電源制御部 77が検出することによって情報処理装置 18は起動される。

[0079] この他、情報処理装置 18が例えばノート型パーソナルコンピュータである場合、動作中に表示パネルを閉じると情報処理装置 18は一旦動作を停止するが、再度表示パネルを開くと情報処理装置 18は再起動する。この場合、表示パネルが開かれたことを機械的に検出するスィッチ 115が情報処理装置起動手段となる。

[0080] また、情報処理装置 18が動作中に所定の時間、操作されなかった場合、主として節電を目的としてレジュームモードとなる力例えばキーボード 72のいずれかのキーが押されたことをキーボードコントローラ 70が検出し、この情報をもとに電源制御部 7 7が情報処理装置 18を再度起動させることができる。この場合キーボードコントローラ 70の検出手段が情報処理装置起動手段となる。

[0081] 「DMFC運転 ON要求」コマンドが送信されるための第 2の条件は、上述したようにいずれも情報処理装置 18に対する起動操作である。

[0082] したがって、ユーザは情報処理装置 18の電源が燃料電池ユニット 10であることを意識することなぐ情報処理装置 18の起動方法によって燃料電池ユニット 10を定常な発電状態、即ち「オンステート」 ST40へ遷移させることが可能となる。

[0083] なお、「DMFC運転 ON要求」コマンドが送信されるための第 1の条件は、燃料電池ユニット 10をドッキングコネクタ 14, 21を介して情報処理装置 18に取り付け、発電設定スィッチ 112を発電許可設定に設定し、燃料電池ユニット 10を自動的に「スタンバイステート」 ST20に遷移させることである。

[0084] 以上に示したように、本発明によれば、燃料電池ユニット 10を電源とする情報処理装置であっても、情報処理装置 18の起動手順に連動させて燃料電池ユニット 10の発電開始のシーケンスを進めることによって操作の簡便化を図り、ユーザに対する利便性を向上させることができる。

[0085] なお、図 6の状態遷移図には「ストップステート（2)」ST12が示されている。「ストツプステート（2)」ST12は、「スタンバイステート」 ST20の状態力例えば 1分以上といつた所定の時間以上、継続したような場合に強制的に「ストップステート (2)」 ST12へ遷移させるものである。これは、「スタンバイステート」 ST20の状態で「DMFC運転 O N要求」コマンドが所定の時間以上、情報処理装置 18から送信されないような場合に、電源制御部 77は情報処理装置 18に設けられる二次電池 80から燃料電池ュ- ット 10への供給電力を停止させ (情報処理装置 18に設けられるスィッチ 100を開く）、「DMFC運転 ON要求」コマンドを送信する要因が発生した場合に (例えば情報処理装置 18の電源スィッチ 114が押された場合）、電源制御部 77は再度スィッチ 100 を閉じた後、「DMFC運転 ON要求」コマンドを燃料電池ユニット 10に設けられるマイクロコンピュータ 95へ送信する制御である。

[0086] 次に、燃料電池ユニット 10の発電停止の基本的なシーケンスについて説明する。

[0087] 情報処理装置 18に設けられる電源制御部 77は、燃料電池ユニット 10に設けられるマイクロコンピュータ 95の電源情報を I2Cバス 78を介して読み出すことによって、 D MFC運転状態（図 8の番号 1)が「ウォームアップステート」 ST30或いは「オンステート」 ST40の!、ずれかであることを認識する。

[0088] 発電停止のシーケンスが開始される状態のうちの一つの状態である「オンステート」 ST40を例にとって説明する。 [0089] 燃料電池ユニット 10が「オンステート」 ST40にある時に、電源制御部 77から燃料電池ユニット 10に設けられるマイクロコンピュータ 95に対して「DMFC運転 OFF要求」コマンド (発電停止コマンド）が送信されると、燃料電池ユニット 10の状態は「オンステート」 ST40力「クールダウンステート」 ST50〖こ遷移する（図 6参照）。

[0090] 「クールダウンステート」 ST50の内容は次の通りである。

[0091] まず、マイクロコンピュータ 95が燃料電池ユニット内に設けられるスィッチ 101を閉じることで、補機 63を駆動させるために使用される補機用電源回路 97の電力源を、第 1の電源端子 92を介して供給される二次電池 80に切替える。

[0092] さらに，マイクロコンピュータ 95が燃料電池ユニット内に設けられるスィッチ 102を開くことで、 DMFCスタック 42にて発電される電力の情報処理装置 18への供給を停止する。

[0093] 次に、マイクロコンピュータ 95が送気ポンプ 50を停止させるとともに、送液ポンプ 46 を作動させ、このポンプ作動状態を所定期間継続する。この作動によって燃料極 47 の内部の送液経路内に付着した二酸ィ匕炭素の気泡を流失 '除去することができる。

[0094] 次に、マイクロコンピュータ 95が送液ポンプ 46を停止し、送気ポンプ 50を最大能力で作動させる。このポンプ作動状態を所定期間継続する。この作動によって空気極 5 2の内部の送気経路内に付着した水滴を流失 ·除去することができる。

[0095] DMFCスタックの発電によって発生した気泡や水滴を、発電の停止シーケンス中にお、て自動的に流出'除去させることによって、次回発電を開始する時の発電効率を向上させることが可能となる。

[0096] その後、燃料電池ユニット 10の周囲外気力不要物が混入すること、および燃料電池ユニット 10内にセットされる液体燃料が漏れることを避けるために、排気バルブ 57 や送気バルブ 51を閉じる。さらに、マイクロコンピュータ 95は補機用電源回路 97から補機 63への電力の供給を停止する。

[0097] 以上が燃料電池ユニット 10で行われる「クールダウンステート」 ST50の処理内容である。

[0098] 「クールダウンステート」 ST50の処理は、例えば概ね 30秒間行われ、クールダウン処理終了後は、 DMFC運転状態（図 8の番号 1参照）を自動的に「スタンバイステート」に設定する。

[0099] 情報処理装置 18に設けられる電源制御部 77は、 I2Cバス 78を介して燃料電池ュニット 10の電源情報（図 8に示した情報）を所定期間毎、例えば 100ms毎に読み出しており、燃料電池ユニット 10の電源情報が「スタンバイステート」になったこと認識する。

[0100] この他、燃料電池ユニット 10は、図 6に示したように「リフレッシュステート」 ST60を備える。「リフレッシュステート」 ST60は、燃料電池ユニット 10の発電効率を維持することを目的とするものである。所定期間毎に「オンステート」 ST40から自動的に「リフレッシュステート」 ST60に遷移し、所定期間のリフレッシュ処理が終了した後自動的に「オンステート」 ST40の戻るものである。

[0101] リフレッシュ処理の内容は、「クールダウンステート」 ST50の処理の内容と同様のものであり、 DMFCスタック 42の送気経路、送液経路に発生した不要な水滴や気泡を流失 *除去させるものである。

[0102] 図 10は、電源制御部 77が「DMFC運転 OFF要求」コマンドをマイクロコンピュータ 95に送信するための条件を示した論理図である。

[0103] 電源制御部 77が「DMFC運転 OFF要求」コマンドを送信するための第 1の条件は、燃料電池ユニット 10の状態が「ウォームアップステート」 ST30、「オンステート」 ST4 0、または「リフレッシュステート」 ST60のいずれかの状態にある時である。これら 3つの状態は、図 6の状態遷移図からわ力るように、いずれも発電設定スィッチの設定が発電許可設定の設定になって、る場合である。

[0104] 電源制御部 77が「DMFC運転 OFF要求」コマンドを送信するための第 2の条件は、情報処理装置 18が有する何らかの情報処理装置停止手段によって情報処理装置 18が停止されることである。情報処理装置停止手段の一例としては、情報処理装置 18に設けられる電源スィッチ 114がある。電源スィッチ 114が押されたことを電源制御部 77が検出することによって情報処理装置 18は停止される。

[0105] この他、情報処理装置 18が例えばノート型パーソナルコンピュータであるような場合において、その動作中に表示パネルを閉じることによって、情報処理装置 18を停止させることができる。この場合、表示パネルが閉じられたことを検出するスィッチ 11 5が情報処理装置停止手段となる。

[0106] 電源制御部 77が「DMFC運転 OFF要求」コマンドを送信するための第 2の条件は

、上述したように!、ずれも情報処理装置 18に対する停止操作である。

[0107] したがって、ユーザは情報処理装置 18の電源が燃料電池ユニット 10であることを意識することなぐ情報処理装置 18の停止方法によって燃料電池ユニット 10を「オンステート」 ST40力へ「クールダウンステート」 ST50を経て「スタンバイステート」 ST2

0に遷移させることが可能となる。

[0108] なお、図 6に示したように、燃料電池ユニット 10の状態が「ウォームアップステート」 S

T30または「リフレッシュステート」 ST60の状態の時に、電源制御部 77が「DMFC運転 OFF要求」コマンドを送信した場合においても、「クールダウンステート」 ST50を経て「スタンバイステート」 ST20に遷移する。

[0109] 上述したように、燃料電池ユニットを電源とする情報処理装置であっても、情報処理装置 18の停止に連動させて燃料電池ユニット 10の発電停止のシーケンスを進めることによって操作の簡便化を図り、ユーザに対する利便性を向上させることができる。

[0110] なお、電源制御部 77は、二次電池 80の残量が所定値未満である場合は二次電池

80を所定値以上に充電した後に「DMFC運転 OFF要求」コマンドを送信してもよ!/ヽ

[0111] この他、燃料電池ユニット 10は、運転スィッチ 116を設けている。この運転スィッチ 1 16は例えばプッシュスィッチ等で構成される。

[0112] 運転スィッチ 116は、例えば発電設定スィッチ 112が発電許可設定に設定されて V、るために燃料電池ユニット 10の状態が「スタンバイステート」 ST20、または「ストツプステート（2)」 ST12である場合において、燃料電池ユニット 10の発電シーケンスを開始するような場合に用いるものである。この場合、情報処理装置 18の情報処理装置起動手段を用いなくとも燃料電池ュ-ット 10に設けられる運転スィッチ 116が押されたことを電源制御部 77が検出し、電源制御部 77が「DMFC運転 ON要求」コマンドをマイクロコンピュータ 95に送信することによって、発電開始のシーケンスが開始される。

[0113] 図 11は、燃料電池ユニット 10を緊急停止させる場合の状態遷移図を示した図である。

[0114] 燃料電池ユニット 10が、「ウォームアップステート」 ST30、「オンステート」 ST40或いは「クールダウンステート」 ST50の、ずれかの状態にあるときに、電源制御部 77が「強制停止要求コマンド」をマイクロコンピュータ 95に送信すると、「クールダウンステート」 ST50を経ることなく、また「クールダウンステート」 ST50であればクールダウン処理を途中で停止して、送気バルブ 51、排気バルブ 57および混合タンクバルブ 48 を閉じた後、「スタンバイステート」 ST20へ移行する。その後、情報処理装置 18に設けられるスィッチ 100を開いて二次電池 80からの電力供給を停止させて「ストップステート (0)」へ遷移させる。

[0115] 図 12に示したように、「強制停止要求コマンド」は、燃料電池ユニット 10が「ウォームアップステート」 ST30、「オンステート」 ST40或いは「クールダウンステート」 ST50のいずれかの状態にあるときに (第 1の条件）、燃料電池ユニット 10に設けられる発電設定スィッチ 112が発電許可設定カゝら発電禁止設定に設定変更された場合に (第 2の条件)、送信される。

[0116] このように、なんらかの要因で燃料電池ユニット 10の発電を緊急に停止する必要性が発生した場合には、発電設定スィッチ 112を発電禁止設定にすることによって短時間での発電の停止が可能である。

[0117] なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなぐ実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体ィ匕できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素カゝら幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。

産業上の利用可能性

[0118] 本発明にかかる燃料電池ユニット、情報処理装置および情報処理装置の電源制御方法によれば、情報処理装置の起動 ·停止に連動して自動的に燃料電池ユニットの発電の開始'停止のシーケンスを実行させる簡便な操作が可能となる。

Claims

請求の範囲

[1] 外部機器との接続に用いられる接続部と、

前記接続部を介して前記外部機器に供給される電力を生成する燃料電池と、前記燃料電池を用いた発電を許可する発電許可設定に設定可能な設定スィッチと前記設定スィッチの設定が発電許可設定の場合、前記燃料電池を用いて行われる発電を制御することが可能である制御部と、

を備えたことを特徴とする燃料電池ユニット。

[2] 前記制御部は前記外部機器にて行われる所定の操作に応じて前記燃料電池を用いて行われる発電を開始することを特徴とする請求項 1記載の燃料電池ユニット。

[3] 前記燃料電池に少なくとも燃料を供給する補機をさらに具備し、

前記設定スィッチの設定が発電許可設定の場合、前記制御部は前記外部機器から供給される電力を前記補機に供給し前記補機を駆動することで前記燃料電池を用いて行われる発電を開始することを特徴とする請求項 1記載の情報処理装置。

[4] 前記燃料電池を用いて行われる発電が開始された後、前記制御部は前記外部機器力前記補機への電力の供給を停止し前記燃料電池によって生成される電力を前記補機へ供給することを特徴とする請求項 3記載の情報処理装置。

[5] 前記燃料電池を用いて行われる発電を開始させるスィッチをさらに具備し、

前記設定スィッチの設定が発電許可設定の場合、前記スィッチの操作に応じて前記制御部は前記燃料電池を用いて行われる発電を開始することを特徴とする請求項

1記載の燃料電池ユニット。

[6] 前記制御部は、前記外部機器にて行われる所定の操作に応じて、前記燃料電池を用いた発電を停止することを特徴とする請求項 1記載の燃料電池ユニット。

[7] 前記燃料電池に少なくとも燃料を供給する補機をさらに具備し、

前記制御部は前記燃料電池によって生成される電力の前記外部機器への供給を停止する前に、前記外部機器から供給される電力を前記捕機へ供給することを特徴とする請求項 6記載の燃料電池ユニット。

[8] 前記制御部は前記燃料電池を用いて発電した電力の前記外部機器への供給を停止した後、前記補機を所定期間、駆動させることを特徴とする請求項 7記載の燃料電池ユニット。

[9] 前記設定スィッチは前記燃料電池を用いた発電を禁止する発電禁止設定に設定可能なスィッチであり、

前記設定スィッチの設定が前記発電許可設定から前記発電禁止設定に変更された場合、前記制御部は前記燃料電池を用いた発電を停止することを特徴とする請求項 1記載の燃料電池ユニット。

[10] 燃料電池を具備する燃料電池ユニットと接続可能な情報処理装置にぉ、て、

本情報処理装置を起動する起動手段と、

前記起動手段によって本情報処理装置が起動される場合、前記燃料電池を用いた発電を開始させる制御部と、

を具備することを特徴とする情報処理装置。

[11] 前記燃料電池を用いる発電が許可されている場合、前記制御部は前記燃料電池を用いた発電を開始させることを特徴とする請求項 10記載の情報処理装置。

[12] 前記燃料電池に燃料を供給する補機を駆動するための電力を供給する電力供給部をさらに具備し、

前記制御部は前記電力供給部が前記補機に電力を供給するように制御し前記補機を駆動させることで前記燃料電池を用いた発電を開始させることを特徴とする請求項 10記載の情報処理装置。

[13] 本情報処理装置を停止する停止手段をさらに具備し、

前記制御部は、前記停止手段によって本情報処理装置が停止される場合、前記燃料電池ユニットを用いた発電を停止させることを特徴とする請求項 10記載の情報処理装置。

[14] 前記燃料電池を用いる発電が禁止されている場合、前記制御部は前記燃料電池を用いた発電を停止させることを特徴とする請求項 10記載の情報処理装置。

[15] 前記燃料電池に燃料を供給する補機を駆動するための電力を供給する電力供給部をさらに具備し、

前記制御部は前記燃料電池を用いた発電を停止させる前に、前記電力供給部が前記補機に電力を供給するように制御することを特徴とする請求項 10記載の情報処理装置。

[16] 前記燃料電池に燃料を供給する補機を駆動するための電力を供給する二次電池をさらに具備し、

前記制御部は前記二次電池の残量が所定値以上である場合に前記燃料電池を用いた発電を停止させることを特徴とする請求項 10記載の情報処理装置。

[17] 燃料電池が生成した電力を受ける情報処理装置の電源制御方法において、

前記情報処理装置を起動し、

前記情報処理装置を起動する場合、前記燃料電池を用いた発電を開始させることを特徴とする電源制御方法。

[18] 前記情報処理装置を起動する場合、前記燃料電池に少なくとも燃料を供給する補機に前記情報処理装置力電力を供給し前記補機を駆動させることで前記燃料電池を用いた発電を開始させることを特徴とする請求項 17記載の電源制御方法。

[19] 前記情報処理装置を停止し、

前記情報処理装置を停止する場合、前記燃料電池を用いた発電を停止させることを特徴とする請求項 17記載の電源制御方法。

[20] 前記燃料電池を用いた発電を停止する際、前記燃料電池に少なくとも燃料を供給する補機に前記情報処理装置から電力を供給することを特徴とする請求項 19記載の電源制御方法。