WO2006120901A1 - 電源装置 - Google Patents

Abstract

燃料電池１と電気２重層キャパシタ２が並列に接続され電力供給を行う。ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、燃料電池１および電気２重層キャパシタ２の電圧を昇圧して電力を出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力経路上に出力スイッチ５を設けた。制御ＩＣ４が、出力スイッチ５を制御することによって出力電力をオン／オフできるようなっている。燃料電池１の燃料切れや燃料電池１の異常があった場合には、制御ＩＣ４は、出力スイッチ５を制御し、出力電力を断続的に変化させる。これによって、携帯電子機器としての携帯電話に接続して使用する場合、携帯電話の充電指示ランプの点滅状態で燃料切れまたは燃料電池異常を利用者が認識することができる。

Description

明 細 書

電源装置

技術分野

[0001] 本発明は、二次電池などの蓄電手段を搭載した電子機器に接続して電力供給を 行う電源装置に関する。

背景技術

[0002] 近年の電子技術の進歩によって、携帯電話機、携帯型パソコン、オーディオ 'ビジ ュアル機器、モパイル端末機器など携帯電子機器の普及が急速に進んでいる。この ような携帯電子機器に使用される二次電池は、従来のシール鉛バッテリからニッケル •カドミウム電池、ニッケル水素電池、さらにはリチウムイオン電池へと発展し、そのい ずれにおいても、エネルギー密度を高めるため、電池活物質や高容量の電池構造 の開発が行われ、より使用時間の長い電源を実現する努力が払われている。一方、 携帯電子機器においては、低消費電力化への努力がなされ、機能当たりの消費電 力も低下しているが、ユーザニーズ向上のため、今後も新機能を追加し機能を高め ていく必要があるため、トータルの消費電力が益々増加することが予想される。

[0003] 携帯電子機器においては、スペースの制限力 搭載する二次電池に容量が限られ ている。このため、長い使用時間を確保する場合は、外部から接続して電力供給を 行う電源装置を使用する必要がある。サブバッテリとも呼ばれるこの電源装置を使用 するとき、特に電池残量の確認が必要のため、従来、電源装置において発光ダイォ ードゃ液晶表示器を設けて、発光ダイオードや液晶表示器で電池残量を表示するよ うになつている。

[0004] しかしながら、電源装置に発光ダイオードや液晶表示器などの表示機能を設けた 場合、それだけに製造コストが高くなり、また、表示にエネルギーが使用されるため、 電源装置のエネルギー密度の低下を招くと 、う問題がある。

従って、コスト高になることなぐまたエネルギー密度を低下させずに、電池残量を 含めて内部状態を利用者が確認可能な電源装置が望まれている。

発明の開示 [0005] 本発明は、蓄電手段を有するとともに、該蓄電手段が充電されているときに充電状 態であることを表示する電子機器に接続して使用される電源装置であって、前記電 子機器に電力供給可能な電力源と、前記電力源の出力電力を断続的に変化させて 所定の情報を送信する送信手段とを備え、前記電子機器への電力供給時に、前記 電子機器における表示態様の変化によって前記所定の情報を表示させるものとした これによつて、電子機器に対して電力供給を行うとき、出力される電力の変化で電 子機器の表示機能で送信された所定の情報を表示することができる。例えば電源装 置の電池残量情報を送信すれば、電子機器の表示手段における出力電力の断続に 応じた表示で、利用者が電池残量を確認することができる。

[0006] 本発明によれば、電子機器に出力される電力を断続的に変化させることだけで、電 池残量など所定の情報を確認することができるので、電源装置にお!ヽて表示手段の 設置を省くことができ、コストの低下を図り、エネルギー密度を向上させることができる 。これにより連続使用時間の長い電源装置を得ることができる。

[0007] 前記した本発明の諸側面および効果、並びに、他の効果および更なる特徴は、添 付の図面を参照して後述する本発明の例示的かつ非制限的な実施の形態の詳細な 説明により、一層明ら力となるであろう。

図面の簡単な説明

[0008] [図 1]第 1の実施形態における電源装置の回路図である。

[図 2]燃料切れおよび燃料電池異常に応じてパルス数を変化させた場合の出力電力 を示す図である。

[図 3]時分割の例として燃料残量に応じてパルス数を変化させた場合の出力電力を 示す図である。

圆 4]電源装置を携帯電話に使用した場合の説明図である。

[図 5]燃料カートリッジの構成を示す断面図である。

[図 6]第 2の実施形態における電源装置の回路図である。

[図 7]時分割の例として燃料残量に応じてパルス数を変化させた場合の出力電力を 示す図である。 [図 8]第 3の実施形態における電源装置の回路図である。

[図 9]燃料電池の出力特性を示す図である。

[図 10]第 4の実施形態における電源装置の回路図である。

[図 11]電源装置を携帯型パソコンに使用した場合の説明図である。

[図 12]保護回路を設けた電源装置の回路図である。

[図 13]別の保護回路を設けた電源装置の回路図である。

[図 14]保護回路として、制御 ICの制御機能を利用した場合の電源装置の回路図で ある。

[図 15]出力スィッチを省略した場合の電源装置の回路図である。

[図 16]蓄電手段を省略した場合の電源装置の回路図である。

[図 17]燃料電池の出力電流に基づいて制御を行った場合の電源装置の回路図であ る。

発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態について、図に基づいて説明する。

図 1は、第 1の実施形態における電源装置の回路図である。

第 1の実施形態の電源装置 10は、図 1に示すように、電力源としての電池 1および 蓄電手段 2と、回路部 3と、制御 IC4と、出力スィッチ 5とを備えている。電池 1は蓄電 手段 2と並列に接続され、その両端が回路部 3の入力端子 Vin、グランド (GND)端 子に接続される。回路部 3の Vin端子に電池 1および蓄電手段 2のプラス端子、ダラ ンド (GND)端子にマイナス端子が接続され、回路部 3はそれらの出力電圧を変圧し て電力を出力する回路で、その出力端子 Voutが出力端子 V+に、グランド端子が N チャネルパワー MOSFETで構成された出力スィッチ 5を介して出力端子 V—に接続 される。出力スィッチ 5の制御端子が制御 IC4の出力スィッチ駆動端子に接続される 。蓄電手段 2のプラス端子が制御 IC4の EDLC電圧入力端子に接続される。制御 IC 4には、燃料残量検出器 6および温度センサ 7の検出値が出力される。制御 IC4は、 電池 1および蓄電手段 2の電圧および燃料残量検出器 6、温度センサ 7の検出値に 基づいて、電池 1および蓄電手段 2の電池残量および電池状態を判断し、判断の結 果を情報として、出力スィッチ 5をオン Zオフさせて送信する。ここで、制御 IC4と出力 スィッチ 5が請求の範囲における送信手段に相当する。

[0010] 第 1の実施形態では、電池 1に燃料電池が使用される。燃料電池としては、電源装 置 10が携帯電子機器に接続して使用されるため、メタノール水溶液を燃料とする直 接メタノール型燃料電池 (DMFC)を使用するが、改質型や直接水素燃料を使用す る燃料電池を用いても構わな 、。

蓄電手段 2は電気 2重層キャパシタ (EDLC)が使用される。蓄電手段 2は電池 1に より充電され、電池 1単独で供給電力が不足のとき、電力を出力するためのものであ ることから、蓄電手段 2は電気 2重層キャパシタでなく例えばリチウム系の二次バッテ リを使用することも可能である。この場合、例えばハイブリッド電気自動車 (HEV)など に用いられる高出力タイプのものを使用するのが望まし 、。

電池 1と蓄電手段 2に関して、その組み合わせで電力供給を行うため、電池 1が高 エネルギー密度を特徴とする電源で、蓄電手段 2が高出力密度を特徴とする電源の 組み合わせであればよぐ例えば電池 1にリチウムイオン電池、蓄電手段 2に電気 2 重層キャパシタという組み合わせを使用することもできる。

[0011] 回路部 3は変圧するため DCZDCコンバータが使用され、その出力電圧は、携帯 電子機器の電圧に対応するようになっている。第 1の実施形態では電池 1および蓄 電手段 2における直列個数の低減のために昇圧コンバータを使用するが、適用する 携帯電子機器の電圧によっては昇降圧型コンバータや降圧型コンバータを用いても 構わない。

[0012] 以下、電池 1に直接メタノール型燃料電池、蓄電手段 2に電気 2重層キャパシタを 使用するものとして説明を行う。なお、他の実施形態を含めて以下の説明では、電池 1は燃料電池 1と称し、蓄電手段 2は電気 2重層キャパシタ 2と称し、回路部 3は DCZ DCコンバータ 3と称することにする。なお、燃料残量検出器 6および温度センサ 7が 燃料電池 1の燃料残量および燃料電池 1の温度を検出するようになっている。

[0013] 第 1の実施形態では、電源装置 10の電力供給対象として携帯電子機器が用いら れ、燃料電池 1の出力電力は図示しない携帯電子機器の必要とする電力の平均値 に合わせ、その最大電力より小さく設定され、不足分の電力については電気 2重層キ ャパシタ 2から供給されるようになっている。このような設定を行うことによって、携帯電 子機器の最大電力に合わせて設定した場合より、電源装置 10の小型化を図ることが できる。ちなみに、燃料電池 1の出力電力を平均値に合わせて設定したため、電源 装置 10は、電気 2重層キャパシタ 2に電力が蓄積されたとき、外部への電力出力を行 い、電気 2重層キャパシタ 2を充電するときは、外部への電力出力を停止する。この制 御は、制御 IC4が電気 2重層キャパシタ 2の電圧を取得し、電気 2重層キャパシタ 2の 電圧に応じて出力スィッチ 5をオン/オフさせることによって実現している。

[0014] すなわち、制御 IC4は、 EDLC電圧入力端子を経由して入力された電気 2重層キヤ パシタ 2の電圧をチェックし、電圧が閾値として設定された上限電圧を超えると、出力 スィッチ 5に制御信号を出力し出力スィッチ 5をオンさせる。このとき、燃料電池 1と電 気 2重層キャパシタ 2が並列に電力を出力する状態になり、出力端子 V+、 V—に接 続される携帯電子機器に対して電力が出力されることになる。電力の出力に従い電 気 2重層キャパシタ 2の電圧が低下し、同時に燃料電池 1の出力電圧も低下する。そ して、電気 2重層キャパシタ 2の電圧が閾値として設定された下限電圧値に達すると、 制御 IC4が制御信号の出力を停止し出力スィッチ 5をオフさせる。

[0015] 出力スィッチ 5をオフさせることによって外部への電力出力が停止されると、負荷の 軽減によって燃料電池 1の出力電圧が上昇し、電気 2重層キャパシタ 2に対して充電 が行われる。充電によって電気 2重層キャパシタ 2の電圧が閾値として設定された上 限電圧に達すると、制御 IC4は、制御信号を出力して出力スィッチ 5をオンさせる。こ れによって、燃料電池 1と電気 2重層キャパシタ 2は再び携帯電子機器に対して電力 供給を行う。このように携帯電子機器には、図 2の（a)に示すように、一定の間隔で電 力供給パルス Pが繰り返して出力されて、電力供給が行われる。

[0016] 燃料電池 1には燃料残量検出器 6および温度センサ 7が設けられ、制御 IC4は、そ れらの検出信号に基づいて、燃料電池 1の燃料供給状態または燃料電池 1の異常が ある否かを判断し、燃料切れまたは燃料電池 1の異常があると判断した場合、図 2の（ a)に示す電力供給パルス Pを (b) (c)におけるパルス群 Pl、 P2のように時分割して 出力させる。すなわち、制御 IC4には燃料切れおよび燃料電池 1の異常に対応した 複数の制御パターンを備え、燃料切れまたは燃料電池 1の異常があると判断した場 合、対応した制御パターンを適用し、出力スィッチ 5をオン Zオフさせることによって 電力供給パルス Pを時分割させる。

[0017] これによつて、燃料切れの場合は、図 2の (b)に示すように、通常時の電力供給パ ルス Pを分割したパルス群 P1が携帯電子機器へ出力される。また燃料電池 1の異常 の場合には、（c)に示すように通常時の電力供給パルス Pを分割したパルス群 P2が 携帯電子機器へ出力される。ここで、燃料切れ時に出力されるパルス幅が燃料電池 1の異常時に出力されるパルス幅より小さく設定され、それぞれのパルス群における 休止時間は同じように設定されているので、携帯電子機器側でその違いを読み取る ことによって、燃料電池 1が燃料切れか燃料電池 1の異常といった状態を確認するこ とができる。携帯電子機器には通常、電力が供給されたときに点灯する充電指示ラン プが備えられているので、充電指示ランプの点滅状態で利用者が電源装置 10の状 態が通常ではないと判断でき、その状態が燃料切れまたは燃料電池 1の異常を認識 することができる。この場合、通常の携帯電子機器に備えられている標準の充電表示 機能を利用するだけで電源装置 10側の電池状態を認識することができる。もちろん 、携帯電子機器にパルスの数と幅をチヱックする機能を設けて、チヱックした結果を 音声など別の表示手段で表示しても構わな 、。

[0018] また、電力供給パルスの分割は、図 2に示すように個々の電力供給パルス Pに対し て制御パターンを適用して行うこともできるが、異常などを検出したのち最初の電力 供給パルス Pだけに限定して行うことも可能である。制御パターンとしては、分割する パルス数について燃料状態または燃料電池 1の異常態様に応じて変化させることも できる。電力供給パルスの分割については、例えば 1回目はノ ルス数 2つ、 2回目は パルス数 3つと ヽうように、電力供給パルス Pの回数に応じてパルス数を変化させても よい。

[0019] 図 3は、時分割の例として燃料残量に応じてパルス数を変化させた場合の出力電 力を示す図である。

図 3の（a)に示す通常時の電力供給パルス Pに対して燃料残量大のときは、（b)の パルス群 P1のように 3つのパルスに分割して出力させている。また燃料残量中のとき は、（c)のパルス群 P2のように 2つのノルスに分割して出力させている。燃料残量小 のときは、（d)のパルス P3のようにパルス幅を小さくして出力させている。なお、図 3で は、パルス群 PIとパルス群 P2では、パルス数だけが異なり、パルス幅および休止時 間は同じである。

このような場合でも、携帯電子機器側でパルス数を数えることによって燃料電池の 燃料状態を確認することができる。携帯電子機器に充電表示ランプが備えられた場 合は、充電表示ランプの短 、点滅で燃料状態を確認することができる。

[0020] 図 4は、電源装置を携帯電話に接続して使用する場合の説明図である。

ここで、携帯電子機器として携帯電話 20が使用され、電源装置 10はコード 12によ つて携帯電話 20に接続される。電源装置 10には図 1に示す回路が内蔵され、コード 12は、回路の出力端子 V+、 V—と接続されている。したがって、電源装置 10側の 制御で、携帯電話 20に対して電力供給を行うことが可能である。

携帯電話 20には標準機能として充電表示ランプ 21が搭載されており、充電表示ラ ンプ 21は携帯電話 20内蔵の二次電池に対して充電が行われているとき、点灯する 仕組みになっている。したがって、電源装置 10が携帯電子機器としての携帯電話 20 に対して電力供給を行うとき、充電表示ランプ 21は図 2または図 3に示す電力パルス にしたがって点滅することになる。これによつて、携帯電子機器に対して改造すること なぐ利用者は、充電表示ランプ 21の点滅状態で燃料電池 1に燃料切れまたは燃料 電池 1の異常あるいは燃料状態を認識することができる。なお、液晶表示器に充電時 に充電マークが表示される携帯電話の場合は、充電マークの点滅で確認することも できる。

[0021] 燃料電池 1の状態は、大きく分けると以上のように燃料残量 (燃料切れ)や燃料電 池の異常になる力 燃料に関して言えば、メタノール水溶液を用いる力 燃料がほぼ ゼロに近づいたときは燃料電池 1からの電力が低下するため、携帯電話への電力供 給のデューティ (Duty)比が非常に小さくなる。すなわち、充電表示ランプ 21の点灯 時間が短くなる。電池 1の異常状態について言うと、燃料電池の温度は反応に伴い 上昇するが、ある閾値 (例えば 45°C)以上になった場合の制御による出力制限や燃 料電池の発電に伴って発生する空気極の水詰まりによる酸素供給の阻害や燃料極 の二酸ィ匕炭素詰まりによるメタノール水溶液供給の阻害により出力低下した場合が 主に挙げられる。 [0022] 燃料切れや燃料電池異常に共通する点として、出力低下が挙げられるが、前記の ように利用者が携帯電話 20に備えられた充電表示ランプ 21の点滅状態によって確 認できるので、燃料切れの場合は利用者が燃料カートリッジを交換することで容易に 問題解決できる。また、燃料電池 1の異常の場合は、図 2に示すように、燃料切れ時 と異なる幅の電力パルスが出力されるので、ランプ 21の点滅状態により燃料切れと 区別して判別することでき、電源を切るなどの対応策をとることが可能である。

[0023] 次に、燃料残量および燃料電池異常の検出について説明する。

図 5は、燃料電池に使用される燃料カートリッジを示す断面図である。

燃料カートリッジ 1Cの内周面に、電極 1A、 IBが互いに対向して設けられている。メ タノール水溶液によって構成された燃料 FR3は、隔離部材 20Aを介して圧縮ガス G R3からの圧力を受けるようになつている。燃料 FR3を使用した場合、隔離部材 20A が上方へ移動するため、隔離部材 20Aの上方の空間は常に燃料 FR3で満たされて いる。燃料カートリッジ 1C内の燃料 FR3の残量によって、燃料 FR3が接触する電極 1A、 IBの面積が異なるため、電極 1A、 IB間の抵抗を測ることによって燃料残量を 検出できる。

[0024] 燃料電池 1では、例えば水詰まりや二酸ィ匕炭素詰まりが生じると、出力電圧が急激 に低下するため、その電圧の急激な低下を検出することによって、水詰まりや二酸化 炭素詰まりを検出する。

また、燃料電池 1内部で、メタノール濃度が異常に高い場合、出力電圧が上昇しな いのに、温度が上昇する現象があるので、出力電圧が低いにも関わらず高い温度を 検出したとき、メタノールが高濃度状態であると判断することができる。

また、携帯電子機器から要求する出力電流が増カロした場合は、要求に応じた発電 を行わず、温度が低いままの場合は、燃料電池 1の内部でメタノールが低濃度状態 にあると判断できる。

制御 IC4は、これらの異常を検出した場合、前記したように、対応するパターンを適 用し、図 2示すように電力供給パルス Pを時分割して出力させることにより、例えば携 帯電話 20の充電表示ランプ 21の点滅状態で利用者がそれを認識することができる [0025] 以上説明したように、第 1の実施形態の電源装置 10によれば、電源装置 10に電池 状態の表示機能を設けなくても燃料残量や燃料電池異常などを判断することができ るので、コストの低下を図ることができる。また表示のためのエネルギーが使用されな いことにより、エネルギー密度を向上させることができる。

[0026] なお、第 1の実施形態では、充電表示ランプ 21の点滅状態で利用者が燃料切れ や燃料電池 1の異常を確認することを例として説明したが、携帯電子機器側で、電力 パルスの幅や数を回路によって検出し、別の態様で表示または携帯電子機器を低消 費電力モードに切り替えるなどの制御に用いることもできる。

電池 1としては、第 1の実施形態では燃料電池を使用するため、燃料カートリッジ 1 Cの差し替えなどで燃料を補給することにより使用時間を延ばすことが可能となるの が特徴であるが、同様に連続して使用することを可能とするために燃料電池 1の代わ りに交換可能な一次電池を使用し、一次電池と電気 2重層キャパシタ 2との組み合わ せで電力供給を行うことも可能である。

[0027] 制御 IC4としてはその機能を実現するために専用 ICが望ましいが、コンパレータや マイコンなどで代替可能である。

最後に、出力スィッチ 5は、図 1に示すようにグランド側に Nチャネルパワー MOSF ETを使用する力 V +側に Pチャネルパワー MOSFETを使用しても構わないし、そ の他のスイッチング素子で代替することも可能である。

本実施形態では、供給する電力供給パルス Pを時分割して燃料電池 1の燃料状態 や燃料電池 1の異常などの情報を携帯電話 20に送信し、標準機能として携帯電話 2 0の充電表示機能を利用して表示させるようにしたが、燃料電池 1の電力で賄える場 合は、電気 2重層キャパシタ 2が電力を出力しないため、携帯電子機器には連続した 電力が供給されることになるが、この場合でも、一定の時間間隔で、前記したように出 カスイッチ 5をオン Zオフさせて、燃料状態や燃料電池 1の異常などの情報を送信し 表示させることができる。なお、携帯電子機器に送信する情報としては、燃料電池 1 の電圧情報、異常電流情報など様々な情報を用いることが可能である。

[0028] 次に、第 2の実施形態について説明する。

図 6は、第 2の実施形態における電源装置の回路図である。この電源装置は、図 1 に示す電源装置に対して制御 IC4aに利用者により操作可能な切り替えスィッチ 8a が追加された点で異なる。燃料電池 1と、電気 2重層キャパシタ 2と、出力スィッチ 5な どは第 1の実施形態と同様である。

切り替えスィッチ 8aは、一般的な直流（DC)スィッチであるタクトスイッチやプッシュ スィッチを使用する。

[0029] 第 1の実施形態では、燃料切れまたは燃料電池 1の異常と判断した場合、図 2の（a )に示す電力供給パルス Pを (b)、（c)のパルス群 Pl、 P2のように時分割して出力さ せるようにしている。このため、異常のあるときは、常に電力供給パルス Pを分割した 電力パルスが出力される。第 2の実施形態では、電力供給パルス Pの分割、すなわち 電池状態の表示は、利用者の操作によって必要に応じて行うようにしている。

すなわち、制御 IC4aでは、切り替えスィッチ 8aが開いたとき、通常時の制御を行う 。このとき、 EDLC電圧入力端子を経由して入力された電気 2重層キャパシタ 2の電 圧をチェックし、電圧が設定された上限電圧を超えると、出力スィッチ 5に制御信号を 出力し出力スィッチ 5をオンさせ、燃料電池 1と電気 2重層キャパシタ 2によって電力 を出力させる。放電に従い電気 2重層キャパシタ 2の電圧が低下し、同時に燃料電池 1の出力電圧も低下する。そして、電気 2重層キャパシタ 2の電圧が設定された下限 電圧値に達すると、制御 IC4が制御信号の出力を停止させることによって電力供給を 停止させる。

[0030] この場合は、図 2の（a)または図 3の（a)に示すように通常の電力供給パルス Pが出 力される。このような制御は、切り替えスィッチ 8aが開いている間に続けられる。そし て、切り替えスィッチ 8aを閉じると、図 7の（e)に示すように制御 IC4aに入力信号が入 力され、これによつて、制御 IC4aは、燃料残量検出器 6および温度センサ 7の検出値 を入力し、燃料切れまたは燃料電池 1の異常と判断した場合、対応した制御パターン を適用して出力スィッチ 5をオン Zオフさせることによって電力供給パルス Pを時分割 させる。

図 7は、時分割の例として燃料残量に応じてパルス数を変化させた場合の出力電 力を示す図である。

ここでは、図 3と同様に、燃料残量大のときは、通常時の電力供給パルス Pを (b)に 示すように 3つのノ ルスに分割して出力させる。また燃料残量中のときは、（c)に示す ように 2つのノ ルスに分割して出力させる。燃料残量小のときは、（d)に示すようにパ ルス幅を小さくした 1つのパルスに分割して出力させる。

[0031] 第 2の実施形態によれば、制御 IC4aが利用者の操作による入力スィッチ 8aの状態 変化を検出し、燃料残量情報などの電源装置内部の情報を携帯電子機器への電力 供給パルス Pを時分割することによって表示させている。なお、ここでは、図 7に示す ように通常の電力供給パルス Pを時分割して送信するが、同間隔または一定以上の 間隔を持った電力供給パルスの回数により実現してもよい。以上の電力供給パルス 制御を行うための制御 IC4aの制御としては上限電圧から下限電圧 (もしくは上限電 流力 下限電流)の間隔を数等分することで実現したり、タイマ機能などで実現したり することができる。なお、図 7では、利用者の操作後に 1周期において変化させた電 力供給パルスを送信するが、何周期か連続で送信してもよいし、通常のパルス数回 分で、例えば 1回目はパルス 2回、 2回目はパルス 3回のように利用者に情報表示す る方法でも構わない。

[0032] 次に、第 3の実施形態について説明する。

図 8は、第 3の実施形態における電源装置の回路図である。図 8に示す電源装置 1 0は、図 1に示す電源装置に対して切り替えスィッチ (パルス変更スィッチ） 8bを設け た点で異なる。それ以外は同じである。切り替えスィッチ 8bは、スライドスィッチなどを 使用する。もちろん、スライドスィッチの代わりに、プッシュスィッチなどを複数使用し てもよい。

[0033] この切り替えスィッチ 8bの切り替えによって、制御 IC4bにおいて、電気 2重層キヤ パシタ 2の電圧を判断するための上限電圧または下限電圧を変えるようにしている。 燃料電池は、図 9に示すように出力電流の増加にしたがって出力電圧が低下する 出力特性を有する。このため、電気 2重層キャパシタ 2の電圧を制御するための下限 電圧、上限電圧を、例えば図 9において使用範囲 1に合わせて設定すれば、例えば 上限電圧を低い方に切り替え使用範囲 2または使用範囲 3を使用した場合、図 2の（ a)に示す電力供給パルス Pの周期が早まり、その結果、図 2の（b)、 (c)に示すパル ス群 Pl、 P2の周期も早まるので、利用者の好みに応じて表示の周期を変更できる効 果が得られる。もちろん、上限電圧と下限電圧の両方の閾値を変化させてもよい。ま た、各入力スィッチ 8bの状態をそれぞれ携帯電子機器に割り当てて、利用者の操作 により、選択した携帯電子機器の特性に対応した電力供給パルスを供給するようにし ても構わない。

[0034] 次に、第 4の実施形態について説明する。

図 10は、第 4の実施形態における電源装置の回路図である。

携帯電子機器として例えば図 11に示す携帯型パソコン 20'の場合、通常、接続端 子 31に割り込み信号の出力端子を設けるようになつている。このため、電源装置 10 にそれに対応して、電力出力端子のほかに割り込み信号の入力端子として INT12を 設けることによって、割り込み信号の入力が可能である。この割り込み信号は、接続 端子 31に電源装置 10が正しく接続され、電力の供給が行われたときに出力されるも のである。したがって、このような割り込み信号が出力される携帯型パソコン 20'に使 用する場合は、図 10に示すように電力供給用の出力端子 V+と V—の二端子に加え て、割り込み信号を入力可能な INT端子を備えて構成し、この割り込み信号は、 INT 端子によって制御 IC4cに入力される。電源装置 10は、割り込み信号が入力されたと きのみ、電池状態をチェックし電力供給パルス Pを時分割して送信する。携帯型パソ コン 20'から割込信号が入力されてからの動作は第 2の実施形態と同様である。

[0035] すなわち、第 2の実施形態では、図 6に示すように制御 IC4aに切り替えスィッチ 8a を接続し利用者が切り替えスィッチ 8aを操作することによって、燃料残量または燃料 電池 1の異常を携帯電子機器側に表示するようにしたが、第 4の実施形態では、利用 者が操作可能な入力スィッチ 8aの代わりに携帯電子機器側からの割り込み信号 (入 力信号)で、図 7に示すように電力供給パルス Pを時分割し、燃料電池 1の状態を表 示させている。

[0036] ここで、携帯電子機器として携帯型パソコン 20'が使用されているが、携帯型バソコ ン 20'では、電力供給パルスが入力されることにより、電源装置 10をサブバッテリとし て認識し、画面上に例えば図 11に示すようにメインバッテリとサブバッテリが接続され ていることを画像で同時に表示する。そして電力供給パルス Pの入力後に、携帯型パ ソコン 20'が割込入力端子に接続された INT端子に割り込み信号を出力し、これによ つて、電源装置 10が電力供給パルス Pを送信し、携帯型パソコン 20'が例えばパル ス数をカウントすることによって画面上で電源装置 10の燃料残量を表示する。携帯 型パソコン 20'が INT端子に割り込みをかけたときに、通常時の電力供給期間と重な る場合がありえるので、パルス数のカウントは立ち上がりである方が望ましい。なお、 I NT端子に割り込み信号を出力した後、例えば一定期間応答がない場合や燃料電 池 1の異常が送信された場合は、携帯型パソコン 20'で電源装置 10から電力が供給 されていないとしてサブバッテリの表示を画面上から削除する。これによつて、利用者 は電源装置 10が電力供給していないことを認識することができる。なお、このときに ポップアップ表示などでユーザに情報表示を行っても構わない。

[0037] 次に、変形例として、電池 1に燃料電池 1ではなぐ一次電池や二次電池を使用し た場合を説明する。

例えば図 1に示す回路において、電池 1は、燃料電池 1でなぐ一次電池または二 次電池を使った場合、放電に伴 、一次電池または二次電池の電圧が低下するため 、電池残量を判定するためにその電圧を監視することによって行うことができる。その 電池残量を表示させるため、例えば下限電圧を電池の放電停止電圧（リチウム電池 の場合は 2. 7Vや 3. 0V)に設定する。上限電圧は前記下限電圧付近の電圧 (下限 電圧 + 0. IVなど）にしてもよいし、上限電圧は特に設けずに下限電圧以上の電圧 になった時間をカウントするタイマ機能で設定してもよい。

[0038] 上限電圧と下限電圧を前記のように設定することにより、携帯電子機器への残量検 知を実現することができる。まず、一次電池または二次電池 1の電圧が下限電圧に達 したのを制御 IC4が検知し、出力スィッチ 5をオフに制御することで放電を止める。次 に、一次電池または二次電池 1は放電が止められたため電圧が上昇する。このとき一 次電池または二次電池 1の電圧が上限電圧に到達した場合は放電を再開し、上限 電圧まで電圧が回復しなカゝつた場合は放電終了となる。このとき、携帯電子機器側の 充電表示ランプが点灯している時間は次第に短くなり、利用者は電池 1の残量切れ を検知することができる。

[0039] 次に、電気 2重層キャパシタの保護回路を説明する。

前記各実施の形態では、燃料電池 1が直接メタノール型燃料電池を使用するため 、その特性は、図 9の特性図に示すように特に最大電圧である開路電圧 (OCV)と使 用する下限電圧との差が非常に大きい。そのため、特に図 9において、上限電圧の 高い使用範囲 1または使用範囲 2を制御範囲とする場合には、電気 2重層キャパシタ 2はその耐電圧の限界付近で使われる可能性がある。この場合、電気 2重層キャパシ タ 2を保護するために回路に電圧を制限する保護回路を搭載することが望ましい。 図 12は、保護回路を設けた電源装置の回路図である。この保護回路 9aは DCZD Cコンバータ 3の入力端子 Vin側に接続され、燃料電池 1の電圧が設定されたカット 電圧以上に上昇すると導通し、燃料電池 1の最高出力電圧をカット電圧以下に制限 する。

[0040] この場合、 DC/DCコンバータ 3が昇圧コンバータである場合は保護回路 9aがカツ トする電流値が大きくなり、保護回路 9aにおける各素子の許容損失の大きなものが 必要となる。

このようなことを防止するために、図 13に示すように DCZDCコンバータ 3の出力端 子 Vout側に保護回路 9bを接続する構成にしてもよい。この場合、出力端子 Voutの 電圧は、 DCZDCコンバータ 3の入力端子 Vinよりも高いため、カットする電流を小さ くすることができ、したがって許容損失の小さな素子が使えるため小型化に有利であ る。

[0041] 保護回路としては、例えば図 14に示すように、制御 IC4cに DCZDCコンバータ 3 の出力を電源として使用した場合、出力端子を抵抗 9cを介してグランド (GND)に接 続し、制御 IC4cが出力端子をオンさせることによって、電圧をカットすることもできる。

[0042] 次に、他の変形例について説明する。

図 15は、図 1の電源装置に対して出力スィッチを省略した場合の電源装置の回路 図である。

ここでは、制御 IC4の出力スィッチ駆動端子が DCZDCコンバータ 3aの制御端子 と直接に接続される。 DCZDCコンバータ 3aの出力電力のオン Zオフは、制御 IC4 が DCZDCコンバータ 3aの出力電圧を制御することによって実現する。

[0043] 図 16は、図 1の電源装置に対して蓄電手段を省略した場合の電源装置の回路図 である。 この回路には、蓄電手段がないため、燃料電池 1の出力は、携帯電子機器の最大 電力より大きく設定する必要がある。この場合、前記各実施形態のように電力供給パ ルスで電力供給する必要がなくなり、連続した電力供給を行うことができる。ここで、 燃料残量および燃料電池 1の異常を表示するために、前記同様に出力スィッチ 5ま たは DCZDCコンバータ 3を制御することによって、出力電力に所定のデューティ比 で、一定数の電力供給パルスを形成することによって実現する。

[0044] 前記各実施形態では、燃料電池 1の電圧を制御することによって、燃料電池の出 力電力を制御したが、前記制御は電圧値、電流値どちらを基にしても実現可能であ る。特に電流値を基にする場合は、温度や湿度などの環境に影響される出力変化が 大きいため、環境情報をセンシングして上限値と下限値を変化させることが望ましい

[0045] 図 17は、燃料電池の出力電流に基づいて制御を行った場合の電源装置の回路図 である。

前記各実施形態および変形例では、燃料電池 1の出力電圧に基づ！ヽて制御 IC4 が出力スィッチ 5を制御して出力電力をオン Zオフさせた力 ここでは、燃料電池 1と 電気 2重層キャパシタ 2の間に抵抗 Rを設け、燃料電池 1の出力電流を抵抗 Rで電圧 に変えて、制御 IC4の電流入力端子に入力させる。制御 IC4では、燃料電池 1の出 力電流値に基づいて下限電流値で出力スィッチ 5をオンし電力を出力させる。上限 電流値では出力スィッチをオフにし、電力の出力を遮断させる。これによつても、電圧 に基づいた制御を行う前記実施の形態と同様な効果が得られる。

Claims

請求の範囲

[1] 蓄電手段を有するとともに、該蓄電手段が充電されているときに充電状態であること を表示する電子機器に接続して使用される電源装置であって、

前記電子機器に電力供給可能な電力源と、

前記電力源の出力電力を断続的に変化させて所定の情報を送信する送信手段と を備え、

前記電子機器への電力供給時に、前記電子機器における表示態様の変化によつ て前記所定の情報を表示させることを特徴とする電源装置。

[2] 前記電子機器には、前記蓄電手段が充電されているときに点灯またはマークで充 電表示を行う充電表示ランプまたは液晶表示器を少なくとも 1つ備え、前記充電表示 ランプまたはマークの点滅によって、前記所定の情報を表示させることを特徴とする 請求の範囲第 1項に記載の電源装置。

[3] 前記電力源に一次電池または二次電池が使用され、前記所定の情報は、前記一 次電池または二次電池の電池残量情報とすることを特徴とする請求の範囲第 1項ま たは第 2項に記載の電源装置。

[4] 前記電力源に燃料電池が使用され、前記所定の情報は、前記燃料電池の状態情 報とすることを特徴とする請求の範囲第 1項または第 2項に記載の電源装置。

[5] 前記燃料電池の状態情報は、前記燃料電池の燃料残量情報を含むものであること を特徴とする請求の範囲第 4項に記載の電源装置。

[6] 前記燃料電池の状態情報は、前記燃料電池の温度情報を含むものであることを特 徴とする請求の範囲第 4項に記載の電源装置。

[7] 前記燃料電池の状態情報は、前記燃料電池の異常情報を含むものであることを特 徴とする請求の範囲第 4項に記載の電源装置。

[8] 前記燃料電池の異常情報は、前記燃料電池の異常温度情報であることを特徴とす る請求の範囲第 7項に記載の電源装置。

[9] 前記燃料電池は直接メタノール型燃料電池とし、前記燃料電池の異常情報は、前 記燃料電池の空気極または燃料極の詰まり情報であることを特徴とする請求の範囲 第 7項に記載の電源装置。

[10] 前記燃料電池は直接メタノール型燃料電池とし、前記燃料電池の異常情報は、前 記燃料電池の燃料であるメタノールまたは水分が不足する情報であることを特徴とす る請求の範囲第 7項に記載の電源装置。

[11] 利用者によって操作可能な切替スィッチを有し、前記切替スィッチが操作されたと き、前記送信手段は、前記電力源の出力電力を断続的に変化させ、前記所定の情 報を送信することを特徴とする請求の範囲第 1項力も第 10項のいずれか 1項に記載 の電源装置。

[12] 前記電力源は周期的に前記電子機器にパルス状の電力を出力するものとし、 前記送信手段は、前記出力電力のパルス数または周波数あるいはデューティ比の うち少なくとも 1つを変化させて、前記所定の情報を送信することを特徴とする請求の 範囲第 1項から第 11項のいずれか 1項に記載の電源装置。

[13] 前記電力源には、燃料電池と蓄電手段が備えられ、

前記送信手段は、前記蓄電手段が電力を出力している間に前記出力電力を断続 的に変化させて、前記所定の情報を送信することを特徴とする請求の範囲第 1項力 第 12項のいずれか 1項に記載の電源装置。

[14] 前記燃料電池または前記蓄電手段における電圧または電流の少なくとも 1つに基 づ 、て前記電子機器への電力供給の開始と停止を制御し、パルス状の電力を出力 することを特徴とする請求の範囲第 13項に記載の電源装置。

[15] 利用者によって操作可能なパルス変更スィッチを有し、前記パルス変更スィッチが 操作されたとき、出力する電力供給パルスと隣接する 2つの電力供給パルスの間に ある電力非供給期間のうち少なくとも 1つの時間間隔を変化させることを特徴とする請 求の範囲第 13項に記載の電源装置。

[16] 前記蓄電手段は、電気 2重層キャパシタを使用することを特徴とする請求の範囲第

13項または第 14項に記載の電源装置。

[17] 前記蓄電手段は、リチウム系二次電池を使用することを特徴とする請求の範囲第 1

3項または第 14項に記載の電源装置。