JP4806927B2 - 電源装置 - 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
特開２００２−１６９６２９号公報
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
〔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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
次にパソコンを起動した場合の動作について説明する。
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。
〔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。
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。
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。
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。
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。
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。
〔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。
図２に本発明の燃料電池パック２の内部構成を示す。
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。
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。
〔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。
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。
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。
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
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
Claims (4)
- 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。
- 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請求項１記載の電源装置。
- 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な請求項１記載の電源装置。
- 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請求項１記載の電源装置。
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