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JP2004253189A - 電源装置 - Google Patents

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Fumiya Sato
文哉 佐藤
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Sony Corp
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Abstract

【課題】燃料の使用効率を向上させると共に電気自動車等の負荷装置の起動がすぐに行えるようにすることを目的とする。
【解決手段】水素を含有する燃料を用い電気の発電をすると共に発電の起動及び停止を制御できるようにした燃料電池装置１と、負荷装置４に電源を供給するようになされた二次電池を内蔵するバッテリーパック２と、この燃料電池装置１よりの電気をこのバッテリーパック２に充電する充電装置３とを有し、このバッテリーパック２の残容量が予め定められた起動用設定値以下に減少したときに、この燃料電池装置１の発電を起動してこのバッテリーパック２を充電すると共にこのバッテリーパック２の残容量が予め定められた停止用設定値以上に増加したときにこの燃料電池装置１の発電を停止し充電を終了するようにしたものである。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電気自動車、ノートパソコン等の電源に使用して好適な電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、水素を含有する燃料を用い電気を発電する燃料電池装置を車載用の内燃機関に代えて作動する電気自動車のモータの電源として利用することが提案されている。
【０００３】
この水素を含有する燃料を用い電気を発電する燃料電池装置として固体高分子電解質膜燃料電池装置が注目されている。
【０００４】
この固体高分子電解質膜燃料電池装置の電池本体は固体高分子電解質膜の両側に触媒を含むガス拡散電極を接合して水素極及び酸素極としたものである。そして水素極には主にメタノールを改質して得られる水素原料改質ガスを、酸素極へは含酸素ガスをそれぞれ供給し、下記の反応により発電するものである。
【０００５】
水素極側：
２Ｈ２→４Ｈ＋＋４ｅ−
酸素極側：
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら係る燃料電池装置においては、発電電流量（消費電流量）が小さい場合、発電効率が低い短所があり、この燃料電池装置を例えば電気自動車のモータの電源として使用したときには、例えば交通渋滞時等モータの消費電流が小さいときにおいても、この燃料電池装置の発電を続けるため、このときは燃料から電気エネルギーに変換する発電効率が悪く無駄な燃料を消費する不都合があった。
【０００７】
また、この燃料電池装置が発電するにはある設定温度例えば２００℃〜３００℃以上に保つ必要があり、低温時には、この燃料電池装置を起動する前に加熱し、発電中も加熱し続ける必要がある。
【０００８】
従って、この燃料電池装置を例えば電気自動車のモータ等の電源として使用したときには、この電気自動車の運転開始時、この燃料電池装置の加熱のため、この加熱にかかる時間例えば１分間は運転ができない（燃料電池装置が起動しない）不都合があった。
【０００９】
本発明は、斯る点に鑑み、燃料の使用効率を向上させると共に電気自動車等負荷装置の起動がすぐに行えるようにすることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明電源装置は水素を含有する燃料を用い電気の発電をすると共に発電の起動及び停止を制御できるようにした燃料電池装置と、負荷装置に電源を供給するようになされた二次電池を内蔵するバッテリーパックと、この燃料電池装置よりの電気をこのバッテリーパックに充電する充電装置とを有し、このバッテリーパックの残容量が予め定められた起動用設定値以下に減少したときに、この燃料電池装置の発電を起動してこのバッテリーパックを充電すると共にこのバッテリーパックの残容量が予め定められた停止用設定値以上に増加したときにこの燃料電池装置の発電を停止し充電を終了するようにしたものである。
【００１１】
本発明によれば、バッテリーパックにより負荷装置を駆動すると共にこのバッテリーパックの残容量が予め定められた起動用設定値以下に減少したときにこの燃料電池装置の発電を起動し、バッテリーパックを充電するので、燃料電池装置の起動のための加熱に時間がかかり発電の起動に時間がかかっても、何等不都合がない。
【００１２】
また、充電開始後バッテリーパックの残容量が予め定められた停止用設定値以上に増加したときに、この燃料電池装置の発電を停止し、充電を終了するようにしたので、この燃料電池装置を燃料から電気エネルギーに変換するのに常に最大発電効率で発電することができ、有効に燃料を消費することができる。
【００１３】
また、本発明は水素を含有する燃料を用い電気の発電をすると共に発電の起動及び停止を制御できるようにした燃料電池装置と、負荷装置に電源を供給するようになされた二次電池を内蔵するバッテリーパックと、この燃料電池装置よりの電気をこのバッテリーパックに充電する充電装置とを有し、このバッテリーパックの残容量が予め定められた起動用設定値以下に減少したときに、この燃料電池装置の発電を起動してこのバッテリーパックを充電すると共にこのバッテリーパックの充電電流が予め定められた停止用設定値以下に減少したときにこの燃料電池装置の発電を停止し充電を終了するようにしたものである。
【００１４】
本発明によれば、バッテリーパックにより負荷装置を駆動すると共にこのバッテリーパックの残容量が予め定められた起動用設定値以下に減少したときに、この燃料電池装置の発電を起動し、バッテリーパックを充電するので、この燃料電池装置の起動のための加熱に時間がかかり、発電の起動に時間がかかっても何等不都合がない。
【００１５】
また、充電開始後このバッテリーパックへの充電電流が予め定められた停止設定値以下に減少したときに、この燃料電池装置の発電を停止し、充電を終了するようにしたので、この燃料電池装置を燃料から電気エネルギーに変換するのに常に最大発電効率で発電することができ、有効に燃料を消費することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図４を参照して本発明電源装置の実施の形態の例につき説明する。
【００１７】
図１において、１は水素を含有する燃料を用い電気を発電する固体高分子電解質膜燃料電池装置等の燃料電池装置を示す。
【００１８】
この固体高分子電解質膜燃料電池装置の電池本体は固体高分子電解質膜の両側に触媒を含むガス拡散電極を接合して水素極及び酸素極としたものである。そして水素極には主にメタノールを改質して得られる水素原料改質ガスを、酸素極へは含酸素ガスをそれぞれ供給し、下記の反応により発電するものである。
【００１９】
水素極側：
２Ｈ２→４Ｈ＋＋４ｅ−
酸素極側：
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ
【００２０】
また、この燃料電池装置１は消費電流の大小にかかわらず常に一定の発電をすると共に発電をするためにはある設定温度例えば２００℃〜３００℃以上に保つ必要があり、低温時にはこの燃料電池装置１を起動する前に加熱し、発電中も加熱し続ける必要がある。
【００２１】
この燃料電池装置は後述するバッテリーパック２に設けたマイクロコンピュータより成る起動・停止指令装置２ａの指令に従って発電を起動し、また発電を停止する如くなされている。
【００２２】
この燃料電池装置１により発電した電気を充電装置３に供給し、この充電装置３により例えば６本の二次電池例えばリチウムイオン二次電池より成るバッテリーパック２の二次電池２ｂを充電する如くする。
【００２３】
この場合、燃料電池装置１が発電中は常にこのバッテリーパック２の二次電池２ｂを充電する如くする。
【００２４】
このバッテリーパック２の二次電池２ｂを電源として例えば電気自動車のモータ、ノートパソコン等の負荷装置４を駆動する如くする。
【００２５】
また、２ｃはこのバッテリーパック２内に配された二次電池２ｂの残容量を検出する残容量検出装置を示し、この残容量検出装置２ｃに得られる残容量を起動・停止指令装置２ａに供給する。
【００２６】
本例においては、この起動・停止指令装置２ａにおいては、このバッテリーパック２の二次電池２ｂの残容量が予め定められた起動用設定値例えばバッテリーパック２の二次電池２ｂの容量の３０％以下になったときに、この燃料電池装置１を起動し、このバッテリーパック２の二次電池２ｂの残容量が予め定められた停止用設定値例えばバッテリーパック２の二次電池２ｂの容量の９０％以上になったときに、この燃料電池装置１の発電を停止し、バッテリーパック２の二次電池２ｂの充電を終了する如くする。
【００２７】
このバッテリーパック２の例としては図２に示す構成とする。即ち複数の二次電池２ｂ・・２ｂを所定の電気配線２ｄで所定接続をし、外部端子２ｅよりの充電電流を過充電・過放電等の保護装置２ｆを介してこの二次電池２ｂに供給すると共にこの二次電池２ｂよりの放電電流をこの保護装置２ｆ及び外部端子２ｅを介して負荷装置４に供給する如くする。
【００２８】
この二次電池２ｂの容量を残容量検出装置２ｃに供給し、この残容量検出装置２ｃに得られる残容量を起動・停止指令装置２ａに供給し、この起動・停止指令装置２ａにより燃料電池装置１の起動及び発電の停止を行う如くする。
【００２９】
また図１において５は商用電源を示し、本例においては、この商用電源５を充電装置６を介して、このバッテリーパック２の二次電池２ｂに供給できるようにし、この商用電源５によってもこのバッテリーパック２の二次電池２ｂを充電することができる如くする。
【００３０】
本例は上述の如く構成されているので負荷装置４例えば電気自動車の電源をオンしたときは図３のフローチャートに従って動作する。
【００３１】
即ち例えば電気自動車の電源をオン（ステップＳ１）したときは、バッテリーパック２の二次電池２ｂは図４Ａに示す如く放電状態になると共に燃料電池装置１は図４Ｃに示す発電は停止状態（ステップＳ２）である。
【００３２】
ステップＳ３でこのバッテリーパック２の二次電池２ｂの残容量が予め定められた起動用設定値例えばこのバッテリーパック２の二次電池２ｂの容量の３０％以下になったかどうかを判断し、３０％以下にならないときは上述ステップＳ２を継続し、このステップＳ３で図４Ｂに示す如くこのバッテリーパック２の二次電池２ｂの残容量が３０％以下になったと判断したときには、燃料電池装置１を図４Ｃに示す如く起動する（ステップＳ４）。
【００３３】
この場合、燃料電池装置１の起動のための加熱に時間例えば１分間がかかっても負荷装置４はバッテリーパック２の二次電池２ｂを電源としているので何等支障もない。
【００３４】
その後は燃料電池装置１は発電状態を継続すると共にバッテリーパック２の二次電池２ｂは充電状態となる（ステップＳ５）。
【００３５】
その後、図４Ｂに示す如くバッテリーパック２の二次電池２ｂの残容量が予め定められた停止用設定値例えばこのバッテリーパック２の二次電池２ｂの容量の９０％以上になったかを判断し（ステップＳ６）、９０％以上にならないときはステップＳ５を継続し、このバッテリーパック２の二次電池２ｂの残容量が９０％以上まで充電されたときは、図４Ｃに示す如く、燃料電池装置１の発電を停止し、バッテリーパック２の二次電池２ｂの充電を停止（ステップＳ７）、ステップＳ２に戻る。
【００３６】
本例は上述の如く、バッテリーパック２の二次電池２ｂを電源として負荷装置４例えば電気自動車を駆動すると共にバッテリーパック２の二次電池２ｂの残容量が予め定められた起動用設定値例えばこのバッテリーパック２の二次電池２ｂの容量の３０％以下に減少したときに、この燃料電池装置１の発電を起動し、このバッテリーパック２の二次電池２ｂを充電するので、この燃料電池装置１の起動のための加熱に時間がかかり、発電の起動に時間がかかっても何等支障がない。
【００３７】
また、充電開始後、バッテリーパック２の二次電池２ｂの残容量が予め定められた停止用設定値例えばバッテリーパック２の二次電池２ｂの容量の９０％以上に増加したときに、この燃料電池装置１の発電を停止し、バッテリーパック２の二次電池２ｂの充電を終了するようにしたので、この燃料電池装置１を燃料から電気エネルギーに変換するのに常に最大発電効率で発電することができ、有効に燃料を消費することができる。
【００３８】
また本例によれば、このバッテリーパック２の二次電池２ｂを商用電源５でも充電できるようにしているのでそれだけ便利である。
【００３９】
尚上述例によれば、燃料電池装置１の発電を停止し、バッテリーパック２の二次電池２ｂの充電を終了するのにバッテリーパック２の二次電池２ｂの残容量を検出し、この残容量が例えば９０％以上になったときとしたが、この代りにバッテリーパック２の二次電池２ｂの充電電流を検出し、この充電電流が予め定められた設定電流値例えば充電電流値が通常の１／２以下となったときに燃料電池装置１の発電を停止し、バッテリーパック２の二次電池２ｂの充電を終了するようにしてもよい。
【００４０】
また上述例では負荷装置４として電気自動車のモータの例につき述べたが、この負荷装置４としてはノートパソコン等その他の負荷装置であってもよい。
【００４１】
また本発明は上述例に限ることなく本発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成が採り得ることは勿論である。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、燃料電池装置の使用効率を向上させることができると共に電源としてバッテリーパックを使用しているので、燃料電池装置の起動のため加熱に時間がかかっても何等支障がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明電源装置の実施の形態の例を示す構成図である。
【図２】バッテリーパックの例を示す構成図である。
【図３】本発明の説明に供するフローチャートである。
【図４】本発明の説明に供する線図である。
【符号の説明】
１‥‥燃料電池、２‥‥バッテリーパック、２ａ‥‥起動・停止指令装置、２ｂ‥‥二次電池、２ｃ‥‥残容量検出装置、３，６‥‥充電装置、４‥‥負荷装置、５‥‥商用電源

Claims (6)

  1. 水素を含有する燃料を用い電気の発電をすると共に発電の起動及び停止を制御できるようにした燃料電池装置と、
    負荷装置に電源を供給するようになされた二次電池を内蔵するバッテリーパックと、
    前記燃料電池装置よりの電気を前記バッテリーパックに充電する充電装置とを有し、
    前記バッテリーパックの残容量が予め定められた起動用設定値以下に減少したときに、前記燃料電池装置の発電を起動して前記バッテリーパックを充電すると共に前記バッテリーパックの残容量が予め定められた停止用設定値以上に増加したときに前記燃料電池装置の発電を停止し充電を終了するようにしたことを特徴とする電源装置。
  2. 請求項１記載の電源装置において、
    前記起動用設定値は前記バッテリーパックの容量の３０％であり、停止用設定値は前記バッテリーパックの容量の９０％であることを特徴とする電源装置。
  3. 水素を含有する燃料を用い電気の発電をすると共に発電の起動及び停止を制御できるようにした燃料電池装置と、
    負荷装置に電源を供給するようになされた二次電池を内蔵するバッテリーパックと、
    前記燃料電池装置よりの電気を前記バッテリーパックに充電する充電装置とを有し、
    前記バッテリーパックの残容量が予め定められた起動用設定値以下に減少したときに、前記燃料電池装置の発電を起動して前記バッテリーパックを充電すると共に前記バッテリーパックの充電電流が予め定められた停止用設定値以下に減少したときに前記燃料電池装置の発電を停止し充電を終了するようにしたことを特徴とする電源装置。
  4. 請求項１、２又は３記載の電源装置において、
    前記バッテリーパックを商用電源等の外部電源で充電できるようにしたことを特徴とする電源装置。
  5. 請求項１、２、３又は４記載の電源装置において、
    前記負荷装置は電気自動車であることを特徴とする電源装置。
  6. 請求項１、２、３又は４記載の電源装置において、
    前記負荷装置はノートパソコンであることを特徴とする電源装置。
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