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JP4969018B2 - Power supply - Google Patents

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JP4969018B2
JP4969018B2 JP2003276980A JP2003276980A JP4969018B2 JP 4969018 B2 JP4969018 B2 JP 4969018B2 JP 2003276980 A JP2003276980 A JP 2003276980A JP 2003276980 A JP2003276980 A JP 2003276980A JP 4969018 B2 JP4969018 B2 JP 4969018B2
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Description

本発明は、電源装置に関する。   The present invention relates to a power supply device.

現在パーソナルコンピュータなどの携帯用電子・電気機器においては、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の二次電池が電源装置として使用されている。しかし、二次電池は連続して最大4時間程度しかパーソナルコンピュータに電力を供給することが出来ない。最近、20〜40時間連続してパーソナルコンピュータに電力を供給することが出来る燃料電池が注目されている。   Currently, in portable electronic / electrical devices such as personal computers, secondary batteries such as lithium ion batteries and nickel metal hydride batteries are used as power supply devices. However, the secondary battery can supply power to the personal computer only for a maximum of about 4 hours. Recently, a fuel cell that can supply power to a personal computer continuously for 20 to 40 hours has attracted attention.

メタノールを燃料とする燃料電池の代表的な方法として循環式がある。図9は、従来例の循環式燃料電池の構成を示すブロック図である。図9において、111はリターンポンプ、112は希釈タンク、113はメタノールポンプ、114はメタノールタンク、116は燃料電池、117は燃料電池制御部、901は気液分離器である。燃料電池116は、スタック122、燃料ポンプ123、空気ポンプ124を有する。
メタノールタンク114には、数%〜100%のメタノール(CHOH)が貯蔵されている。
A typical method of a fuel cell using methanol as a fuel is a circulation type. FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a conventional circulating fuel cell. In FIG. 9, 111 is a return pump, 112 is a dilution tank, 113 is a methanol pump, 114 is a methanol tank, 116 is a fuel cell, 117 is a fuel cell controller, and 901 is a gas-liquid separator. The fuel cell 116 includes a stack 122, a fuel pump 123, and an air pump 124.
The methanol tank 114 stores several percent to 100% of methanol (CH 3 OH).

メタノールポンプ113は、燃料電池制御部117からの指令に基づきメタノールタンク114からメタノールを希釈タンク112に送り込む。希釈タンク112は、数%〜100%のメタノールを5%wtメタノールに希釈する。燃料ポンプ123は、燃料電池制御部117からの指令に基づき希釈タンク112から希釈されたメタノールをスタック122に送り込む。空気ポンプ124は、燃料電池制御部117からの指令に基づき空気をスタック122に送り込む。   The methanol pump 113 sends methanol from the methanol tank 114 to the dilution tank 112 based on a command from the fuel cell control unit 117. The dilution tank 112 dilutes several percent to 100% methanol to 5% wt methanol. The fuel pump 123 sends methanol diluted from the dilution tank 112 to the stack 122 based on a command from the fuel cell control unit 117. The air pump 124 sends air into the stack 122 based on a command from the fuel cell control unit 117.

スタック122において、燃料極(−)にメタノール、空気極(+)に空気が供給される。燃料極(−)では、反応物質のメタノールと水、触媒(電極表面)及び電解質の3つが接触する三相界面と呼ばれる領域で、メタノールは水と反応して二酸化炭素、水素イオン、電子になる(CHOH+HO→CO+6H+6e)。水素イオンは高分子膜を通り、電子は外部負荷を通りそれぞれ空気極(+)に到着する。空気極(+)では、空気中の酸素が三相界面で水素イオンと出会い、触媒(電極表面)から電子を奪って反応して水になる(3/2O+6H+6e→3HO)。 In the stack 122, methanol is supplied to the fuel electrode (−) and air is supplied to the air electrode (+). In the fuel electrode (-), methanol reacts with water to form carbon dioxide, hydrogen ions, and electrons in a region called a three-phase interface where the reactants methanol and water, the catalyst (electrode surface), and the electrolyte come into contact with each other. (CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e ). Hydrogen ions pass through the polymer membrane, and electrons pass through the external load and arrive at the air electrode (+). At the air electrode (+), oxygen in the air encounters hydrogen ions at the three-phase interface, takes electrons from the catalyst (electrode surface) and reacts to become water (3 / 2O 2 + 6H + + 6e → 3H 2 O ).

スタック122は、燃料極(−)側から使用済みの3〜5%wtメタノール、二酸化炭素、水を排出する。スタック122は、空気極(+)側から水、空気を排出する。気液分離器901は、スタック122から排出されたメタノール、二酸化炭素、水から二酸化炭素を分離し、排出する。リターンポンプ111は、分離され残ったメタノール、水を希釈タンク112に送り込む。メタノール、水は、希釈タンク112で希釈メタノールを作るのに再利用される。   The stack 122 discharges used 3 to 5% wt methanol, carbon dioxide, and water from the fuel electrode (−) side. The stack 122 discharges water and air from the air electrode (+) side. The gas-liquid separator 901 separates and discharges carbon dioxide from methanol, carbon dioxide, and water discharged from the stack 122. The return pump 111 sends the methanol and water remaining after separation into the dilution tank 112. Methanol and water are reused in the dilution tank 112 to make diluted methanol.

特許文献1(特開2000−173636号公報)に、外部負荷急変時に二次電池から電力を供給する従来例の燃料電池装置が開示されている。図10は、特許文献1の燃料電池装置の構成を示すブロック図である。燃料電池本体1001は、水素を燃料ガスとして使用している。急激な負荷変動が生じ、一時的に燃料電池本体1001の出力電圧が低下し、所定の電圧V3以下になった場合、センサー部1009からの信号により充電制御部1006への出力を回路切り換え制御部1007にて停止する。さらに、出力電圧が低下し、ある定められた電圧V4以下になった場合、センサー部1009からの信号により補器1002への出力を回路切り換え制御部1007にて停止し、同時に補器1002への出力電力を二次電池1005からの出力電力に切り換える。特許文献1の燃料電池装置は、燃料電池本体1001の出力電圧に基づき、安定した外部負荷出力が行えるよう制御している。   Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-173636) discloses a conventional fuel cell device that supplies power from a secondary battery when an external load suddenly changes. FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell device of Patent Document 1. In FIG. The fuel cell main body 1001 uses hydrogen as a fuel gas. When a sudden load fluctuation occurs and the output voltage of the fuel cell main body 1001 temporarily decreases to a predetermined voltage V3 or less, the output from the sensor unit 1009 is output to the charging control unit 1006 as a circuit switching control unit. Stop at 1007. Further, when the output voltage decreases and becomes equal to or lower than a predetermined voltage V4, the output to the auxiliary device 1002 is stopped by the circuit switching control unit 1007 by the signal from the sensor unit 1009, and simultaneously, the output to the auxiliary device 1002 is stopped. The output power is switched to the output power from the secondary battery 1005. The fuel cell device of Patent Document 1 performs control so that stable external load output can be performed based on the output voltage of the fuel cell main body 1001.

特許文献2(特許第2775890号公報)に、蓄電池1206を目標充電量(例えば80%〜90%)の状態に維持する従来例の燃料電池発電システムの制御装置が開示されている。図11は、特許文献2の燃料電池発電システムの制御装置の構成を示すブロック図である。放電電気量演算器1115は、蓄電池電流検出器1111の出力を取り込んで蓄電池1106の放電電気量を算出する。コントローラ1116は、所定周期ごとに放電電気量に見合った電気量を次回周期の間に蓄電池1106に補給するように燃料電池の発電量を決めて補機コントローラ1110、DC−DCコンバータ1104に制御指令を出力する。特許文献2の燃料電池発電システムの制御装置は、蓄電池1106の放電電気量に基づき、蓄電池1106を目標充電量に保つため負荷への安定した給電が行える。   Patent Document 2 (Japanese Patent No. 2775890) discloses a control device for a conventional fuel cell power generation system that maintains a storage battery 1206 at a target charge amount (for example, 80% to 90%). FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the control device of the fuel cell power generation system of Patent Document 2. The discharge electricity quantity calculator 1115 takes the output of the storage battery current detector 1111 and calculates the discharge electricity quantity of the storage battery 1106. The controller 1116 determines the power generation amount of the fuel cell so as to replenish the storage battery 1106 with the amount of electricity corresponding to the amount of discharged electricity every predetermined cycle, and controls the auxiliary machine controller 1110 and the DC-DC converter 1104 to control them. Is output. The control device of the fuel cell power generation system of Patent Document 2 can stably supply power to the load based on the amount of electricity discharged from the storage battery 1106 to keep the storage battery 1106 at the target charge amount.

特許文献3(特開2000−12059号公報)に、エネルギ変換効率が最も高い動作ポイントで動作させる従来例の燃料電池システム及び燃料電池制御方法が開示されている。図12は、特許文献3の燃料電池システムの構成を示すブロック図である。改質器1228は、燃料1224として投入されたメタノール及び水からメタノールの水蒸気改質反応によって水素を含有する水素リッチガス(改質ガス)を生成する。燃料電池1236は、この水素リッチガスを燃料ガスとして電力を発生する。制御部1220は、ガス流量に基づき燃料電池1236におけるエネルギ変換効率の最も高いポイントを算出し、燃料電池1236をこのポイントで動作させる。   Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-12059) discloses a conventional fuel cell system and fuel cell control method that operates at an operating point with the highest energy conversion efficiency. FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell system of Patent Document 3. As shown in FIG. The reformer 1228 generates hydrogen-rich gas (reformed gas) containing hydrogen from methanol and water charged as the fuel 1224 by a steam reforming reaction of methanol. The fuel cell 1236 generates electric power using this hydrogen rich gas as a fuel gas. The control unit 1220 calculates the point with the highest energy conversion efficiency in the fuel cell 1236 based on the gas flow rate, and operates the fuel cell 1236 at this point.

特開2000−173636号公報JP 2000-173636 A 特許第2775890号公報Japanese Patent No. 2775890 特開2000−12059号公報JP 2000-12059 A

従来の循環式燃料電池においては、使用済みの燃料から二酸化炭素のみを分離することが困難である故に、二酸化炭素と共にかなりのメタノールが排気されるという問題があった。そのため、供給したメタノール量の10%も有効な電力とならず、燃料利用率が悪かった(詳細は後述)。   In the conventional circulating fuel cell, since it is difficult to separate only carbon dioxide from the spent fuel, there is a problem that a considerable amount of methanol is exhausted together with carbon dioxide. For this reason, 10% of the supplied amount of methanol was not effective electric power, and the fuel utilization rate was poor (details will be described later).

燃料電池は、燃料電池に供給する燃料の量を増減したことにより、燃料電池が出力する電力が増減するまでにある程度遅延が生じる。例えば特許文献1に記載の燃料電池装置においては、負荷変動に応じて燃料電池が直ちに供給電力を変化させる必要がある。特許文献1に記載の燃料電池装置においては、負荷が急に増大した場合に即応出来る様に、燃料電池に必要量を相当上回る燃料を供給し続ける必要があった。このことは、燃料電池の燃料利用率を劣化させた。燃料としてメタノールを使用する燃料電池においては、多くのメタノールが排出されるという問題が生じる。   In the fuel cell, the amount of fuel supplied to the fuel cell is increased or decreased, so that a certain delay occurs until the electric power output from the fuel cell increases or decreases. For example, in the fuel cell device described in Patent Document 1, it is necessary for the fuel cell to immediately change the supply power in accordance with the load fluctuation. In the fuel cell device described in Patent Document 1, it has been necessary to continue to supply fuel that exceeds the required amount to the fuel cell so that it can immediately respond to a sudden increase in load. This deteriorated the fuel utilization rate of the fuel cell. In a fuel cell using methanol as a fuel, there is a problem that a large amount of methanol is discharged.

特許文献2の燃料電池発電システムの制御装置においては、燃料電池の発電量を短い周期で変動させるため、制御が難しく燃料電池のしくみを複雑にしていた。
特許文献3の燃料電池システム及び燃料電池制御方法は、改質器を有するため、装置が高価になり大型化するという問題があった。特許文献3においては、エネルギ変換効率(=発電効率×ガス利用率)が最も良いポイントで燃料電池1236を動作させた。燃料を十分に供給する必要があるため、特許文献3の燃料電池システム及び燃料電池制御方法を非循環式のDMFC(ダイレクトメタノール型燃料電池)に適用した場合に、燃料電池から使用されなかったメタノールが多量に排出されてしまう。そのため、排出されたメタノールの浄化方法が問題となった。
In the control device of the fuel cell power generation system of Patent Document 2, since the power generation amount of the fuel cell is changed in a short cycle, the control is difficult and the mechanism of the fuel cell is complicated.
Since the fuel cell system and the fuel cell control method of Patent Document 3 have a reformer, there is a problem that the apparatus becomes expensive and large. In Patent Document 3, the fuel cell 1236 is operated at a point where the energy conversion efficiency (= power generation efficiency × gas utilization rate) is the best. Since it is necessary to supply fuel sufficiently, when the fuel cell system and the fuel cell control method of Patent Document 3 are applied to a non-circulating DMFC (direct methanol fuel cell), methanol that is not used from the fuel cell Will be discharged in large quantities. Therefore, the method for purifying the discharged methanol has become a problem.

燃料を循環させず、使用済みの燃料を排出する方式の燃料電池として、非循環式燃料電池がある。燃料電池においては、燃料電池の入口から供給されたメタノールが次第に消費され、出口から排出される。しかし、出力する電流に対して供給するメタノールが不足してしまうと、燃料電池の出力電圧が急低下するという問題があった。燃料電池が安定して電力を出力すること及び負荷の急激な変化に対応出来るようにすることを目的として、従来の非循環式燃料電池においては、燃料電池から使用されなかったメタノールが相当量排出されていた。しかし、メタノールは毒性を有する故に、メタノールをそのまま排出することは出来ない。ある程度燃料が使用されないまま排出される故、非循環式燃料電池は、有毒なメタノールを燃料とする燃料電池として適していないと考えられていた。   A non-circulating fuel cell is a type of fuel cell that discharges spent fuel without circulating the fuel. In the fuel cell, methanol supplied from the inlet of the fuel cell is gradually consumed and discharged from the outlet. However, there is a problem in that the output voltage of the fuel cell suddenly drops if the methanol to be supplied is insufficient with respect to the output current. In order to enable the fuel cell to stably output power and to cope with sudden changes in load, a considerable amount of methanol that was not used in the conventional non-circulation fuel cell is discharged from the fuel cell. It had been. However, since methanol is toxic, it cannot be discharged as it is. Since the fuel is discharged without being used to some extent, the non-circulating fuel cell was considered not suitable as a fuel cell using toxic methanol as fuel.

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、排出がクリーンな電源装置を提供することを目的とする。
本発明は、燃料利用率の優れた電源装置を提供することを目的とする。
本発明は、燃料電池の発電を激しく変動させることなく、負荷の電力変動に対して安定した電力を供給することができる電源装置を提供することを目的とする。
本発明は、簡単な構成の電源装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a power supply apparatus that is cleanly discharged.
An object of this invention is to provide the power supply device with the excellent fuel utilization rate.
It is an object of the present invention to provide a power supply device that can supply stable power against load power fluctuations without violently changing the power generation of the fuel cell.
An object of this invention is to provide the power supply device of simple structure.

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。請求項1に記載の発明は、メタノールを燃料とする燃料電池と、負荷に電力を供給する二次電池と、前記燃料電池に供給する燃料及び/又は反応空気の量を制御する燃料電池制御部と、前記燃料電池が出力する電力を所定の電圧又は電流に変換して、負荷及び/又は前記二次電池に電力を供給する電力コンバータと、前記二次電池の残存容量を検出する二次電池残存容量検出器と、を有し、前記燃料電池制御部は、少なくとも前記二次電池の残存容量に基づいて、切り換える少なくとも3つの発電モードを有し、それぞれの発電モードにおいて異なる値である単位時間当たり一定量の燃料を前記燃料電池に供給し、前記少なくとも3つの発電モードは、第1の値の燃料の量を前記燃料電池に供給する第1の発電モードと、前記第1の値より大きい第2の値の燃料の量を前記燃料電池に供給する第2の発電モードと、前記第1の値より大きく、かつ前記第2の値より小さい第3の値の量の燃料を前記燃料電池に供給する第3の発電モードと、を含み、前記燃料電池制御部は、前記第の発電モードにおいて前記二次電池の残存容量が減少して第1の残存容量になった時、前記第2の発電モードに切り換え、前記第の発電モードにおいて前記二次電池の残存容量が増加して、前記第1の残存容量より大きい第2の残存容量になった時、前記第1の発電モードに切り換え、前記第2の発電モードにおいて、前記二次電池の残存容量が増加して、前記第1の残存容量より大きくかつ第2の残存容量より小さい第3の残存容量になった時、前記第3の発電モードに切り換え、前記第1の発電モードにおいて、前記二次電池の残存容量が減少して、前記第1の残存容量より大きくかつ第2の残存容量より小さい第4の残存容量になった時、前記第3の発電モードに切り換えることを特徴とする電源装置である。 In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. The invention according to claim 1 is a fuel cell using methanol as a fuel, a secondary cell that supplies power to a load, and a fuel cell controller that controls the amount of fuel and / or reaction air supplied to the fuel cell. A power converter that converts power output from the fuel cell into a predetermined voltage or current and supplies power to a load and / or the secondary battery; and a secondary battery that detects a remaining capacity of the secondary battery A remaining capacity detector, and the fuel cell control unit has at least three power generation modes to be switched based on at least the remaining capacity of the secondary battery, and each unit time has a different value in each power generation mode. A constant amount of fuel is supplied to the fuel cell, and the at least three power generation modes include a first power generation mode for supplying a fuel amount of a first value to the fuel cell and a value greater than the first value. There a second generator mode for supplying the amount to the fuel cell of the fuel in the second value, the greater than the first value, and the amount of fuel the fuel of the second value smaller than the third value A third power generation mode for supplying to the battery , wherein the fuel cell control unit, when the remaining capacity of the secondary battery decreases to the first remaining capacity in the third power generation mode, When switching to the second power generation mode and the remaining capacity of the secondary battery increases in the third power generation mode to become a second remaining capacity larger than the first remaining capacity, the first power generation Switching to the mode, and in the second power generation mode, when the remaining capacity of the secondary battery is increased to a third remaining capacity that is larger than the first remaining capacity and smaller than the second remaining capacity, Switching to the third power generation mode, the first power generation Switching the over-de, the reduced residual capacity of the secondary battery, when it becomes the first and greater than the remaining capacity of the second remaining capacity is smaller than the fourth remaining capacity of the third generation mode This is a power supply device.

本発明においては、燃料電池に供給する単位時間当たりの燃料の量として最小値及び最
大値以外に、1以上の標準値を設ける。例えば標準値において負荷にその消費電力と同一
の電力を供給するならば、その間、二次電池の充電及び放電はほとんど行われない。燃料
電池に供給する燃料の量を一定に設定した状態を長時間継続できる。これにより、更に燃
料電池の燃料利用率が高い電源装置を実現できる。
燃料電池に供給する単位時間当たりの燃料の量を切り換えた時、過渡的に燃料利用率が
劣化する。燃料電池に供給する燃料の量の切り換え条件にヒステリシスを設けることによ
り、燃料電池に供給される燃料の量が頻繁に切り換えられることを防止する。これにより
、更に燃料電池の燃料利用率が高い電源装置を実現できる。
本発明は、簡単な制御方法により、二次電池の残存容量に応じて適切な電力を供給する
電源装置を実現できるという作用を有する。燃料電池に供給する単位時間当たりの燃料の
量を切り換えた時、過渡的に燃料利用率が劣化する。例えば発電モード数を2〜3に設定
することにより、燃料電池に供給する単位時間当たりの燃料の量を切り換える回数を最小
にすることが出来る。これにより、更に燃料電池の燃料利用率が高く、排出がクリーンな
電源装置を実現できる。
In the present invention, the minimum value and the maximum amount of fuel per unit time supplied to the fuel cell.
In addition to the large value, one or more standard values are set. For example, the load is the same as the power consumption at the standard
In the meantime, the secondary battery is hardly charged or discharged. fuel
The state where the amount of fuel supplied to the battery is set constant can be continued for a long time. As a result, further combustion
A power supply device with a high fuel utilization rate of the battery can be realized.
When the amount of fuel per unit time supplied to the fuel cell is switched, the fuel utilization rate deteriorates transiently. By providing hysteresis in the condition for switching the amount of fuel supplied to the fuel cell, the amount of fuel supplied to the fuel cell is prevented from being frequently switched. As a result, a power supply device with a higher fuel utilization rate of the fuel cell can be realized.
The present invention has an effect that a power supply device that supplies appropriate power according to the remaining capacity of the secondary battery can be realized by a simple control method. When the amount of fuel per unit time supplied to the fuel cell is switched, the fuel utilization rate deteriorates transiently. For example, by setting the number of power generation modes to 2 to 3, the number of times of switching the amount of fuel per unit time supplied to the fuel cell can be minimized. As a result, it is possible to realize a power supply apparatus that has a higher fuel utilization rate of the fuel cell and a clean discharge.

従来、燃料電池の排出に含まれるメタノールの量がほとんどなくなるような条件で燃料電池を駆動するという着想はなかった。例えば特許文献3の燃料電池システム及び燃料電池制御方法は、燃料電池に十分な量の燃料を供給する条件において、エネルギ変換効率が最も高い動作ポイントで燃料電池を動作させた。従って、特許文献3に記載された燃料電池の動作条件と、本願発明の燃料電池の動作条件とは全く異なる。   Conventionally, there has been no idea of driving a fuel cell under conditions such that the amount of methanol contained in the fuel cell discharge is almost eliminated. For example, in the fuel cell system and the fuel cell control method disclosed in Patent Document 3, the fuel cell is operated at an operating point with the highest energy conversion efficiency under the condition of supplying a sufficient amount of fuel to the fuel cell. Therefore, the operating conditions of the fuel cell described in Patent Document 3 are completely different from the operating conditions of the fuel cell of the present invention.

請求項2に記載の発明は、前記二次電池残存容量検出器は、前記二次電池の電圧に基づいて、前記二次電池の残存容量を検出することを特徴とする請求項1に記載の電源装置である。
二次電池の残存容量を検出する方法として、二次電池の電流を検出し、その時間積分値を算出する方法がある。しかし、この方法は、次第に誤差が累積するという問題がある。例えば二次電池としてリチウム電池を使用した場合、二次電池の電圧を検出することにより、誤差の累積を生ずることなく、正確に残存容量を検出できる。二次電池が満充電に近ければ、燃料電池の供給電力を負荷に供給する総電力より少なく設定する。二次電池は次第に放電する。これにより、二次電池が過充電されることを防止する。二次電池が完全放電状態に近ければ、燃料電池の供給電力を負荷に供給する総電力より多く設定する。二次電池は次第に充電される。これにより、二次電池が過放電されることを防止する。
The invention according to claim 2 is characterized in that the secondary battery remaining capacity detector detects the remaining capacity of the secondary battery based on the voltage of the secondary battery. It is a power supply device.
As a method of detecting the remaining capacity of the secondary battery, there is a method of detecting a current of the secondary battery and calculating a time integral value thereof. However, this method has a problem that errors gradually accumulate. For example, when a lithium battery is used as the secondary battery, the remaining capacity can be accurately detected without causing error accumulation by detecting the voltage of the secondary battery. If the secondary battery is close to full charge, the power supplied to the fuel cell is set to be less than the total power supplied to the load. The secondary battery gradually discharges. This prevents the secondary battery from being overcharged. If the secondary battery is close to a fully discharged state, the power supplied from the fuel cell is set to be larger than the total power supplied to the load. The secondary battery is gradually charged. This prevents the secondary battery from being overdischarged.

請求項3に記載の発明は、前記燃料電池が燃料と前記燃料電池の出力電力とをバランスさせるバランス式であることを特徴とする請求項1に記載の電源装置である。
本発明は、分離器を必要としない小型で安価な電源装置を実現できるという作用を有する。本発明は、従来の非循環式燃料電池又は従来の循環式燃料電池と較べて、燃料電池の燃料利用率が高い電源装置を実現できるという作用を有する。
The invention according to claim 3 is the power supply device according to claim 1, wherein the fuel cell is a balance type that balances the fuel and the output power of the fuel cell.
The present invention has the effect of realizing a small and inexpensive power supply device that does not require a separator. The present invention has an effect that it is possible to realize a power supply device having a high fuel utilization rate of a fuel cell as compared with a conventional non-circulating fuel cell or a conventional circulating fuel cell.

請求項4に記載の発明は、前記燃料の量についての第1の値、第2の値及び第3の値は、それぞれ最小値、最大値及び中間値であり、前記第3の残存容量と前記第4の残存容量とが同一であり、前記燃料電池に供給する燃料の量が中間値である状態において、前記二次電池の残存容量が前記第2の残存容量に達したならば、前記燃料電池に供給する燃料の量を最小値に切り換え、前記燃料電池に供給する燃料の量が最小値である状態において、前記二次電池の残存容量が減少して前記第4の残存容量に達したならば、前記燃料電池に供給する燃料の量を中間値に切り換え、前記燃料電池に供給する燃料の量が中間値である状態において、前記二次電池の残存容量が減少して前記第1の残存容量に達したならば、前記燃料電池に供給する燃料の量を最大値に切り換え、前記燃料電池に供給する燃料の量が最大値である状態において、前記二次電池の残存容量が増加して前記第3の残存容量に達したならば、前記燃料電池に供給する燃料の量を中間値に切り換える、
ことを特徴とする請求項3に記載の電源装置である。
According to a fourth aspect of the present invention, the first value, the second value, and the third value for the amount of fuel are a minimum value, a maximum value, and an intermediate value, respectively, and the third remaining capacity and In a state where the fourth remaining capacity is the same and the amount of fuel supplied to the fuel cell is an intermediate value, if the remaining capacity of the secondary battery reaches the second remaining capacity , The amount of fuel supplied to the fuel cell is switched to the minimum value, and when the amount of fuel supplied to the fuel cell is the minimum value, the remaining capacity of the secondary battery decreases to reach the fourth remaining capacity . If so, the amount of fuel supplied to the fuel cell is switched to an intermediate value, and in a state where the amount of fuel supplied to the fuel cell is an intermediate value, the remaining capacity of the secondary battery decreases and the first Once it reached the remaining capacity of the fuel supplied to the fuel cell Switching to the maximum value, in the state amount is the maximum value of the fuel supplied to the fuel cell, if the remaining capacity of the secondary battery reaches the third remaining capacity increases, the fuel cell Switch the amount of fuel supplied to an intermediate value,
The power supply device according to claim 3.

本発明は、燃料電池に供給する燃料の量の切り換え条件にヒステリシスを設け、且つ燃料電池に供給する単位時間当たりの燃料の量として最小値及び最大値以外に、1の標準値(中間値)を設ける。この標準値は負荷の平均的な供給電力と釣り合う値であり、そのため標準値における駆動時間が長くなる。これにより、更に燃料電池の燃料利用率が高い電源装置を実現できる。   In the present invention, hysteresis is provided in the switching condition of the amount of fuel supplied to the fuel cell, and a standard value (intermediate value) of 1 other than the minimum and maximum values as the amount of fuel per unit time supplied to the fuel cell. Is provided. This standard value is a value commensurate with the average supply power of the load, and therefore the drive time at the standard value is long. As a result, a power supply device with a higher fuel utilization rate of the fuel cell can be realized.

請求項5に記載の発明は、前記燃料の量についての第1の値、第2の値及び第3の値は、それぞれ最小値、最大値及び中間値であり、前記燃料電池に供給する燃料の量が中間値である状態において、前記二次電池の残存容量が前記第2の残存容量に達したならば、前記燃料電池に供給する燃料の量を最小値に切り換え、前記燃料電池に供給する燃料の量が最小値である状態において、前記二次電池の残存容量が減少して前記第4の残存容量に達したならば、前記燃料電池に供給する燃料の量を中間値に切り換え、前記燃料電池に供給する燃料の量が中間値である状態において、前記二次電池の残存容量が減少して前記第1の残存容量に達したならば、前記燃料電池に供給する燃料の量を最大値に切り換え、前記燃料電池に供給する燃料の量が最大値である状態において、前記二次電池の残存容量が増加して前記第3の残存容量に達したならば、前記燃料電池に供給する燃料の量を中間値に切り換える、ことを特徴とする請求項3に記載の電源装置である。 According to a fifth aspect of the present invention, the first value, the second value, and the third value for the amount of fuel are a minimum value, a maximum value, and an intermediate value, respectively, and the fuel supplied to the fuel cell When the remaining capacity of the secondary battery reaches the second remaining capacity in a state where the amount of fuel is at an intermediate value, the amount of fuel supplied to the fuel cell is switched to the minimum value and supplied to the fuel cell. In the state where the amount of fuel to be reduced is the minimum value, if the remaining capacity of the secondary battery decreases and reaches the fourth remaining capacity , the amount of fuel supplied to the fuel cell is switched to an intermediate value, In a state where the amount of fuel supplied to the fuel cell is an intermediate value, if the remaining capacity of the secondary battery decreases and reaches the first remaining capacity , the amount of fuel supplied to the fuel cell is Switch to the maximum value and the amount of fuel supplied to the fuel cell In the state which is larger value, if the remaining capacity of the secondary battery reaches the third remaining capacity increases, it switches the quantity of fuel supplied to the fuel cell to an intermediate value, characterized in that It is a power supply device of Claim 3.

本発明は、燃料電池に供給する燃料の量の切り換え条件として二次電池の残存容量の最小閾値及び最大閾値以外に2つの中間の閾値を設ける。これにより、燃料電池に供給される燃料の量を切り換える頻度が少なくなる。これにより、更に燃料電池の燃料利用率が高い電源装置を実現できる。   In the present invention, two intermediate threshold values are provided in addition to the minimum threshold value and the maximum threshold value of the remaining capacity of the secondary battery as a condition for switching the amount of fuel supplied to the fuel cell. This reduces the frequency of switching the amount of fuel supplied to the fuel cell. As a result, a power supply device with a higher fuel utilization rate of the fuel cell can be realized.

請求項に記載の発明は、前記燃料電池が出力する電力を増加させる時は、燃料の量を
増加させた後、前記電力コンバータの供給電力を増加させ、前記燃料電池が出力する電力
を減少させる時は、前記電力コンバータの供給電力を減少させた後、燃料の量を減少させ
ることを特徴とする請求項1に記載の電源装置である。
出力する電流に対して供給するメタノールが不足してしまうと、燃料電池の出力電圧が
急低下するという問題がある。本発明により、燃料電池に供給する燃料の量の切り換え時
に、燃料電池の出力電圧が急低下することを防止できる。安定して電力を供給する燃料電
池を実現できる。
According to a sixth aspect of the present invention, when increasing the power output from the fuel cell, after increasing the amount of fuel, the power supplied to the power converter is increased and the power output from the fuel cell is decreased. 2. The power supply device according to claim 1, wherein when the operation is performed, the amount of fuel is decreased after the power supplied to the power converter is decreased. 3.
If the amount of methanol to be supplied is insufficient with respect to the output current, there is a problem that the output voltage of the fuel cell rapidly decreases. According to the present invention, it is possible to prevent the output voltage of the fuel cell from rapidly decreasing when the amount of fuel supplied to the fuel cell is switched. A fuel cell that stably supplies power can be realized.

請求項7に記載の発明は、前記燃料電池に供給する燃料の量が最小値である前記第1の発電モードにおいて、前記燃料電池が出力する電力は、電源装置の自己消費電力と同一であることを特徴とする請求項1に記載の電源装置である。
例えば負荷がパワーセーブモード又はスタンドバイモード等になり、その消費電力が非常に少なくなった時、本発明の電源装置は、やがて燃料電池に供給する燃料の量が最小値である第1の発電モードに移行する。この時、燃料電池が出力する電力は、電源装置の自己消費電力と略同一である。燃料電池は、燃料電池から排出されるメタノールがほとんどなく、燃料利用率が非常に高い状態を維持する。二次電池はほとんど充放電しないので、この状態を安定して長時間継続できる。
According to a seventh aspect of the present invention, in the first power generation mode in which the amount of fuel supplied to the fuel cell is a minimum value, the power output by the fuel cell is the same as the self-power consumption of the power supply device. The power supply device according to claim 1.
For example, when the load is in the power save mode or the standby mode, and the power consumption is very low, the power supply device of the present invention will eventually provide the first power generation with the minimum amount of fuel supplied to the fuel cell. Enter mode. At this time, the power output from the fuel cell is substantially the same as the self-power consumption of the power supply device. The fuel cell has almost no methanol discharged from the fuel cell and maintains a very high fuel utilization rate. Since the secondary battery hardly charges or discharges, this state can be continued stably for a long time.

請求項8に記載の発明は、電源装置が起動した時、前記燃料電池制御部は、前記燃料電池に供給する燃料の量が最小値である前記第1の発電モードに初期設定することを特徴とする請求項1に記載の電源装置である。 The invention according to claim 8 is characterized in that when the power supply device is activated, the fuel cell control unit initially sets the first power generation mode in which the amount of fuel supplied to the fuel cell is a minimum value. The power supply device according to claim 1.

燃料電池は、起動後負荷に電力を供給出来るようになるまで(燃料電池が所定の温度に達するまで)、暫くの時間(例えば15分程度)がかかる。その暫くの時間は負荷に電力をほとんど供給できない。その間、燃料電池の排出には消費されなかったメタノールが多く含まれる。本発明においては、起動後燃料電池が本格的に動作出来るようになるまで、燃料電池に供給する燃料の量が最小値である第1の発電モードに初期設定することにより、この間に燃料電池が排出するメタノールの絶対量を最小にする。これにより、起動時に浄化部が処理するメタノールの量を最小に出来る。本発明は、排出がクリーンな電源装置を実現できる。
It takes a while (for example, about 15 minutes) until the fuel cell can supply power to the load after startup (until the fuel cell reaches a predetermined temperature). During that time, almost no power can be supplied to the load. In the meantime, the fuel cell discharge contains a lot of methanol that was not consumed. In the present invention, the fuel cell is initially set to the first power generation mode in which the amount of fuel supplied to the fuel cell is the minimum value until the fuel cell can operate in earnest after startup. Minimize the absolute amount of methanol discharged. Thereby, the quantity of methanol which a purification | cleaning part processes at the time of starting can be minimized. The present invention can realize a power supply device that is cleanly discharged.

本発明によれば、燃料電池の出力電力を頻繁に変動させることなく、本体装置が必要な電力を供給することができる電源装置を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、燃料電池が微量のメタノールしか排出しない故、簡易な構成の浄化部を設けることにより、排出がクリーンな電源装置を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、燃料利用率の優れた電源装置を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、二次電池の残存容量に基づき燃料電池の出力電力を決定するため簡単な構成の電源装置を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、燃料電池が微量のメタノールしか排出せず、小型で安価な電源装置を実現できるという有利な効果が得られる。
According to the present invention, there is an advantageous effect that it is possible to realize a power supply device that can supply necessary power to the main body device without frequently changing the output power of the fuel cell.
According to the present invention, since the fuel cell discharges only a very small amount of methanol, an advantageous effect that a power supply device with a clean discharge can be realized by providing a purification unit having a simple configuration.
According to the present invention, an advantageous effect that a power supply device having an excellent fuel utilization rate can be realized.
According to the present invention, since the output power of the fuel cell is determined based on the remaining capacity of the secondary battery, an advantageous effect that a power supply device having a simple configuration can be realized.
According to the present invention, it is possible to obtain an advantageous effect that the fuel cell can discharge only a small amount of methanol and realize a small and inexpensive power supply device.

以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施の形態について、図面とともに記載する。
《実施の形態1》
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments that specifically show the best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
Embodiment 1

図1〜図6を用いて、実施の形態1の電源装置について説明する。
はじめに、実施の形態1の電源装置の構成について説明する。図1は本発明の実施の形態1の電源装置の構成を示すブロック図である。図1において、101は電源装置、102は本体装置である。電源装置101は、リターンポンプ111、希釈タンク112、メタノールポンプ113、メタノールタンク114、浄化部115、燃料電池116、燃料電池制御部117、燃料電池116の出力電流を検出する燃料電池出力電流検出器118、DC−DCコンバータ119、二次電池120、二次電池120の出力電圧を検出する二次電池出力電圧検出器121を有する。燃料電池116は、スタック122、燃料ポンプ123、空気ポンプ124を有する。本体装置102は、負荷131を有する。
The power supply device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
First, the configuration of the power supply device according to the first embodiment will be described. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a power supply apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, 101 is a power supply device, and 102 is a main device. The power supply device 101 includes a return pump 111, a dilution tank 112, a methanol pump 113, a methanol tank 114, a purification unit 115, a fuel cell 116, a fuel cell control unit 117, and a fuel cell output current detector that detects an output current of the fuel cell 116. 118, a DC-DC converter 119, a secondary battery 120, and a secondary battery output voltage detector 121 that detects an output voltage of the secondary battery 120. The fuel cell 116 includes a stack 122, a fuel pump 123, and an air pump 124. The main device 102 has a load 131.

燃料電池116は、メタノールを原料とするバランス式燃料電池(非循環式であって、使用する燃料の量と出力する電力量とをバランスさせる燃料電池である。)である。二次電池120は、リチウムイオン二次電池である。二次電池120の容量は16Whである。メタノールタンク114には、数%〜100%のメタノール(CHOH)が貯蔵されている。本体装置102は、パーソナルコンピュータである。 The fuel cell 116 is a balance type fuel cell (a non-circulation type fuel cell that balances the amount of fuel used and the amount of electric power to be output) using methanol as a raw material. The secondary battery 120 is a lithium ion secondary battery. The capacity of the secondary battery 120 is 16 Wh. The methanol tank 114 stores several percent to 100% of methanol (CH 3 OH). The main device 102 is a personal computer.

燃料電池116から出力された電力は、DC−DCコンバータ119で目標電流になるように制御される。本体装置102に電力を供給しても燃料電池116(DC−DCコンバータ119)から出力された電力が余る場合、電源装置101は燃料電池116が出力した電力を本体装置102に供給し、余りの電力で二次電池120を充電する。本体装置102に供給する電力が燃料電池から出力された電力だけでは足りない場合、二次電池120は不足分の電力を放電する。電源装置101は燃料電池116が出力した電力と二次電池120が放電した電力を合わせた電力を本体装置102に供給する。   The electric power output from the fuel cell 116 is controlled by the DC-DC converter 119 so as to become a target current. If the power output from the fuel cell 116 (DC-DC converter 119) remains even if power is supplied to the main body device 102, the power supply device 101 supplies the power output from the fuel cell 116 to the main body device 102. The secondary battery 120 is charged with electric power. When the power supplied to the main body device 102 is not enough for the power output from the fuel cell, the secondary battery 120 discharges the insufficient power. The power supply apparatus 101 supplies the main body apparatus 102 with power that is a combination of the power output from the fuel cell 116 and the power discharged from the secondary battery 120.

燃料電池制御部117は3つの発電モードを有し、各発電モードにおいて異なる値である単位時間当たり一定量の燃料を燃料電池116に供給する。燃料電池制御部117は、二次電池出力電圧検出器121が検出した二次電池120の出力電圧から二次電池120の残存容量を求める。燃料電池制御部117は、二次電池120の残存容量に基づき発電モードを選択する(燃料電池116の出力電力を制御する)(詳細は後述)。燃料電池制御部117は、選択した発電モードに応じて、DC−DCコンバータ119に入力目標電流の値を指示する。後述するように、燃料電池に一定の燃料を供給した場合、その出力電圧と出力電流との関係はグラフ上で一定の関数で表される。DC−DCコンバータ119は、燃料電池出力電流検出器118が検出した燃料電池116の出力電流(DC−DCコンバータ119の入力電流)が入力目標電流にできるだけ一致するように、その出力電流を制御する。即ち、燃料電池116は所定の出力電力(=燃料電池116の出力電流×その出力電流に対応した出力電圧)を出力し、DC−DCコンバータ119は、燃料電池116の出力電力を変換して、負荷131及び/又は二次電池120に供給する。   The fuel cell control unit 117 has three power generation modes, and supplies a certain amount of fuel per unit time, which is a different value in each power generation mode, to the fuel cell 116. The fuel cell control unit 117 obtains the remaining capacity of the secondary battery 120 from the output voltage of the secondary battery 120 detected by the secondary battery output voltage detector 121. The fuel cell control unit 117 selects a power generation mode based on the remaining capacity of the secondary battery 120 (controls the output power of the fuel cell 116) (details will be described later). The fuel cell control unit 117 instructs the value of the input target current to the DC-DC converter 119 according to the selected power generation mode. As will be described later, when a certain amount of fuel is supplied to the fuel cell, the relationship between the output voltage and the output current is represented by a certain function on the graph. The DC-DC converter 119 controls the output current so that the output current of the fuel cell 116 (the input current of the DC-DC converter 119) detected by the fuel cell output current detector 118 matches the input target current as much as possible. . That is, the fuel cell 116 outputs predetermined output power (= output current of the fuel cell 116 × output voltage corresponding to the output current), and the DC-DC converter 119 converts the output power of the fuel cell 116, The load 131 and / or the secondary battery 120 are supplied.

具体的には、燃料電池制御部117は、リターンポンプ111、メタノールポンプ113、燃料ポンプ123、空気ポンプ124を用いて、燃料電池116に供給する燃料及び空気の量を調節する。メタノールポンプ113は、燃料電池制御部117からの指令に基づきメタノールタンク114からメタノールを希釈タンク112に送り込む。希釈タンク112は、数%〜100%のメタノールを6%wtメタノールに希釈する。燃料ポンプ123は、燃料電池制御部117からの指令に基づき希釈タンク112から希釈されたメタノールをスタック122に送り込む。空気ポンプ124は、燃料電池制御部117からの指令に基づき空気をスタック122に送り込む。   Specifically, the fuel cell control unit 117 uses the return pump 111, the methanol pump 113, the fuel pump 123, and the air pump 124 to adjust the amount of fuel and air supplied to the fuel cell 116. The methanol pump 113 sends methanol from the methanol tank 114 to the dilution tank 112 based on a command from the fuel cell control unit 117. The dilution tank 112 dilutes several percent to 100% methanol to 6% wt methanol. The fuel pump 123 sends methanol diluted from the dilution tank 112 to the stack 122 based on a command from the fuel cell control unit 117. The air pump 124 sends air into the stack 122 based on a command from the fuel cell control unit 117.

スタック122において、燃料極(−)にメタノール、空気極(+)に空気が供給される。燃料極(−)では、メタノールは水と反応して二酸化炭素、水素イオン、電子になる(CHOH+HO→CO+6H+6e)。水素イオンは高分子膜を通り、電子は外部負荷を通り空気極(+)に到着する。空気極(+)では、水素イオンと空気中の酸素が出会い、電極表面から電子を奪って反応して水となる(3/2O+6H+6e→3HO)。 In the stack 122, methanol is supplied to the fuel electrode (−) and air is supplied to the air electrode (+). At the fuel electrode (−), methanol reacts with water to become carbon dioxide, hydrogen ions, and electrons (CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e ). Hydrogen ions pass through the polymer membrane, and electrons pass through the external load and arrive at the air electrode (+). At the air electrode (+), hydrogen ions and oxygen in the air meet and take electrons from the electrode surface and react to become water (3 / 2O 2 + 6H + + 6e → 3H 2 O).

スタック122は、燃料極(−)側から消費され更に濃度が薄くなった0.5%wtメタノール、二酸化炭素、水を排出する。浄化部115は、排出されたメタノールを触媒により二酸化炭素及び水に変化させ、浄化する。スタック122は、空気極(+)側から水、空気を排出する。リターンポンプ111は、空気極(+)側から排出された水を希釈タンク112に送り込む。空気極(+)側から排出された水は、希釈タンク112でメタノールを希釈するための溶媒として再利用される。   The stack 122 discharges 0.5% wt methanol, carbon dioxide, and water that are consumed from the fuel electrode (−) side and further reduced in concentration. The purification unit 115 purifies the discharged methanol by changing it to carbon dioxide and water using a catalyst. The stack 122 discharges water and air from the air electrode (+) side. The return pump 111 sends water discharged from the air electrode (+) side to the dilution tank 112. The water discharged from the air electrode (+) side is reused as a solvent for diluting methanol in the dilution tank 112.

図2は本発明の実施の形態1の電源装置のバランス式燃料電池の燃料の量による燃料電池116の出力電流−出力電圧特性、出力電流−出力電力特性、出力電流−メタノール排出率特性を示す図である。図2において、横軸は出力電流(A)を表し、縦軸は出力電圧(V)及び出力電力(W)を表す。201、202、203は、燃料の量がそれぞれ0.1cc/min、0.2cc/min、0.3cc/minの場合の出力電流−出力電圧特性を示す。204、205、206は、燃料の量がそれぞれ0.1cc/min、0.2cc/min、0.3cc/minの場合の出力電流−出力電力特性を示す。207は、燃料の量が0.3cc/minの場合の燃料電池116が排出するメタノール排出率を示す。燃料電池116の出力電流−出力電圧特性、出力電流−出力電力特性は、燃料電池116に供給される燃料の量によって変化する。燃料の量が或る値に決まれば、その燃料の量での出力電流−出力電圧特性、出力電流−出力電力特性が一意的に決まる。   FIG. 2 shows the output current-output voltage characteristic, output current-output power characteristic, and output current-methanol discharge rate characteristic of the fuel cell 116 depending on the amount of fuel in the balanced fuel cell of the power supply device according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. In FIG. 2, the horizontal axis represents output current (A), and the vertical axis represents output voltage (V) and output power (W). 201, 202, and 203 indicate output current-output voltage characteristics when the amounts of fuel are 0.1 cc / min, 0.2 cc / min, and 0.3 cc / min, respectively. Reference numerals 204, 205, and 206 indicate output current-output power characteristics when the amounts of fuel are 0.1 cc / min, 0.2 cc / min, and 0.3 cc / min, respectively. Reference numeral 207 denotes a methanol discharge rate discharged by the fuel cell 116 when the amount of fuel is 0.3 cc / min. The output current-output voltage characteristics and output current-output power characteristics of the fuel cell 116 vary depending on the amount of fuel supplied to the fuel cell 116. If the amount of fuel is determined to be a certain value, the output current-output voltage characteristic and the output current-output power characteristic with the amount of fuel are uniquely determined.

実施の形態1の電源装置101は、燃料電池116の出力を定電流制御する。燃料の量が0.3cc/minの場合について説明する。出力電流−出力電力特性206において、出力電流が0〜A(A)の時は、出力電流が大きくなるにつれて電力も大きくなる。出力電流がA(A)の時、電力は最大値となる。出力電流がA(A)を越えると、出力電流が大きくなるにつれて電力は急激に小さくなる。
出力電流−出力電圧特性203においても、出力電流が0〜A(A)の時は、出力電流が大きくなるにつれて電圧はやや減少するが安定した電圧が保たれる。出力電流がA(A)を越えると、出力電流が大きくなるにつれて出力電圧の減少率は増大する。
The power supply apparatus 101 according to the first embodiment performs constant current control on the output of the fuel cell 116. A case where the amount of fuel is 0.3 cc / min will be described. In the output current-output power characteristic 206, when the output current is 0 to A 3 (A), the power increases as the output current increases. When the output current is A 3 (A), the power becomes the maximum value. When the output current exceeds A 3 (A), the power decreases rapidly as the output current increases.
Also in the output current-output voltage characteristic 203, when the output current is 0 to A 3 (A), the voltage decreases slightly as the output current increases, but a stable voltage is maintained. When the output current exceeds A 3 (A), the decrease rate of the output voltage increases as the output current increases.

メタノール排出率207において、燃料電池116の出力電流が0〜A(A)に増大するにつれて、排出するメタノール量(燃料電池116の排出物に残留するメタノールの量)は減少する。出力電流がA(A)になった時点で、排出するメタノール量は微量になる。その後は、出力電流がさらに増大すると、排出するメタノール量はわずかに減少する。
つまり、出力電流が0〜A(A)の範囲では、燃料電池116は供給されたメタノールを使い切れずに残りのメタノールを排出する。出力電流がA(A)以上の時、燃料電池116は供給されたメタノールをほとんど使い切り、微量のメタノールしか排出しない。出力電流がA(A)より所定量以上大きいと、燃料電池116の出力電圧は急落する。燃料の量が0.2cc/min、0.1cc/minの場合においても同様である。
At the methanol discharge rate 207, as the output current of the fuel cell 116 increases from 0 to A 3 (A), the amount of methanol discharged (the amount of methanol remaining in the discharge of the fuel cell 116) decreases. When the output current becomes A 3 (A), the amount of methanol to be discharged becomes very small. Thereafter, as the output current further increases, the amount of methanol discharged decreases slightly.
That is, when the output current is in the range of 0 to A 3 (A), the fuel cell 116 discharges the remaining methanol without using up the supplied methanol. When the output current is equal to or greater than A 3 (A), the fuel cell 116 almost uses up the supplied methanol and discharges only a trace amount of methanol. When the output current is larger than A 3 (A) by a predetermined amount or more, the output voltage of the fuel cell 116 suddenly drops. The same applies when the amount of fuel is 0.2 cc / min or 0.1 cc / min.

本発明の実施の形態1のバランス式燃料電池は、各発電モードにおいて単位時間当たり一定量の燃料を燃料電池116に供給し、その燃料の量で出力電力が最大となる電流値からその電流値より所定量だけ多い値までの範囲内で発電する。上記範囲は、燃料の量に応じて定められる。
実施の形態1の電源装置101の燃料電池制御部117は、燃料の量をパラメータとする出力電流−出力電圧特性、出力電流−出力電力特性図(例えば図2)に基づき、各発電モードにおける一定の燃料の量と、それに対応する目標出力電流値(その燃料の量で電力が最大となる電流値からその電流値より所定量だけ多い電流値(出力電圧が急落する前の電流値)までの範囲内の値)と、を対応させて記憶している。燃料電池制御部117は、DC−DCコンバータ119に、燃料の量に対応する目標出力電流値を指示する。例えば燃料の量0.1cc/minでスタック122にメタノールを供給した場合、燃料電池制御部117は上記特性図に基づき燃料電池116の出力電流値がA〜A+α(αは正数)の範囲内の値になるように、DC−DCコンバータ119に指示する。
The balanced fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention supplies a fixed amount of fuel per unit time to the fuel cell 116 in each power generation mode, and the current value from the current value at which the output power is maximized by the amount of the fuel. Power is generated within a range up to a value greater by a predetermined amount. The range is determined according to the amount of fuel.
The fuel cell control unit 117 of the power supply apparatus 101 according to the first embodiment is based on an output current-output voltage characteristic and an output current-output power characteristic diagram (for example, FIG. 2) using the amount of fuel as a parameter. The amount of fuel and the corresponding target output current value (from the current value at which power is maximized by the amount of fuel to the current value that is a predetermined amount greater than the current value (current value before the output voltage suddenly drops)) (Values within the range) are stored in association with each other. The fuel cell controller 117 instructs the target output current value corresponding to the amount of fuel to the DC-DC converter 119. For example, when methanol is supplied to the stack 122 at an amount of fuel of 0.1 cc / min, the fuel cell control unit 117 determines that the output current value of the fuel cell 116 is A 1 to A 1 + α (α is a positive number) based on the above characteristic diagram. The DC-DC converter 119 is instructed to have a value within the range.

図3は、従来例の循環式燃料電池と本発明の実施の形態1のバランス式燃料電池の燃料利用率を示す図である。図3において、供給したメタノール量を無損失で電力に変換した場合の電力量を100%として有効電力量及び損失電力量を表す。従来例の循環式燃料電池と本発明の実施の形態1のバランス式燃料電池とが著しく異なる点は、分離時の蒸発による損失である。従来例の循環式燃料電池は、二酸化炭素のみを分離して排出することが困難である故に、二酸化炭素を排出する時にメタノールも排出する。よって、従来例の循環式燃料電池は、供給したメタノールの内28%が分離時の蒸発によって損失していた。このように多量の有毒なメタノールをそのまま空気中に排気することは許されない故、多量のメタノールを浄化するための(二酸化炭素及び水に変化させるための)対策が必要であった。   FIG. 3 is a diagram showing the fuel utilization rates of the conventional circulating fuel cell and the balanced fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 3, the amount of electric power when the supplied amount of methanol is converted to electric power without loss is represented as 100%, and the amount of active electric power and the amount of electric power lost are represented. A significant difference between the conventional circulating fuel cell and the balanced fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention is loss due to evaporation during separation. Since the circulation fuel cell of the conventional example has difficulty in separating and discharging only carbon dioxide, methanol is also discharged when discharging carbon dioxide. Therefore, in the conventional circulating fuel cell, 28% of the supplied methanol was lost due to evaporation during separation. Thus, since it is not allowed to exhaust a large amount of toxic methanol into the air as it is, a measure for purifying the large amount of methanol (to change it into carbon dioxide and water) was necessary.

一方、図2で説明したように、本発明の実施の形態1のバランス式燃料電池は、電力が最大となる電流値からその電流値より所定量だけ多い値までの範囲内で発電する。このため、供給したメタノールをほとんど使い切り、微量のメタノールしか排出しない。よって、本発明の実施の形態1のバランス式燃料電池は、供給したメタノールの内2%しか排出損失しない。排出された微量のメタノールは、浄化部115で容易に浄化できる。
その結果、従来の循環式燃料電池の有効電力量は7.6%(損失電力量が92.4%)なのに対し、本発明の実施の形態1のバランス式燃料電池の有効電力量は15.9%(損失電力量が84.1%)となる。本発明の実施の形態1のバランス式燃料電池は、同一の燃料により従来の2倍以上の電力を供給することができる。
On the other hand, as described with reference to FIG. 2, the balanced fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention generates power within a range from the current value at which power is maximized to a value that is a predetermined amount greater than the current value. For this reason, the supplied methanol is almost used up and only a trace amount of methanol is discharged. Therefore, the balanced fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention discharges only 2% of the supplied methanol. The discharged trace amount of methanol can be easily purified by the purification unit 115.
As a result, the effective power amount of the conventional circulating fuel cell is 7.6% (the loss power amount is 92.4%), whereas the effective power amount of the balanced fuel cell according to the first embodiment of the present invention is 15. 9% (power loss is 84.1%). The balanced fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention can supply more than twice the conventional power with the same fuel.

図2の出力電流−出力電圧特性から分かるように、上記出力電流の範囲内より少しでも出力電流が大きくなると急激に出力電圧が降下する。このため、燃料電池116の出力電力が急激に変動することは、その出力電圧が急落する恐れがあるので好ましくない。本実施の形態においては、負荷に供給する電力の急激な変化は二次電池120が対応する故、燃料電池116は1つの発電モードにおいては一定の電力を供給し続ければ良い。実施の形態1において、出力電流を、目標出力電流値(その燃料の量で電力が最大となる電流値からその電流値より所定量だけ多い電流値までの範囲内の値)とほぼ一致した状態を維持することは十分可能である。   As can be seen from the output current-output voltage characteristics of FIG. 2, the output voltage drops abruptly when the output current increases even slightly within the range of the output current. For this reason, it is not preferable that the output power of the fuel cell 116 fluctuate rapidly because the output voltage may drop rapidly. In the present embodiment, since the secondary battery 120 responds to a sudden change in the power supplied to the load, the fuel cell 116 may continue to supply a constant power in one power generation mode. In the first embodiment, the output current substantially coincides with the target output current value (a value within a range from the current value at which the power is maximum with the amount of fuel to a current value that is larger by a predetermined amount than the current value). It is sufficiently possible to maintain

次に、実施の形態1の電源装置の制御方法について説明する。本発明の実施の形態1の電源装置の制御方法は、燃料電池116ができるだけ一定の出力電力を保持できる制御方法である。
本発明の実施の形態1の本体装置102の動作モードは、平均消費電力の概略値に基づいて分類された4つの動作モードに大きく分けられる。下記表1を用いて、本体装置102(パーソナルコンピュータ)の4つの動作モードについて説明する。
Next, a method for controlling the power supply device according to the first embodiment will be described. The control method of the power supply device according to the first embodiment of the present invention is a control method in which the fuel cell 116 can maintain as constant output power as possible.
The operation modes of main device 102 according to the first embodiment of the present invention are roughly classified into four operation modes classified based on the approximate value of average power consumption. The four operation modes of the main unit 102 (personal computer) will be described using Table 1 below.

Figure 0004969018
Figure 0004969018

第1の動作モードは、パーソナルコンピュータにUSB(Universal Serial Bus)機器(例えばUSBで接続されたハードディスクドライブ)、PCカード等を接続し、それらの接続機器を駆動しているモードである。第1の動作モードは、接続機器を実際に駆動している時間のみであるため短時間である。機器の駆動には多くの電力を必要とするため、第1の動作モードにおける平均消費電力は20Wである。
第2の動作モードは、パーソナルコンピュータで動画再生中のモードである。第2の動作モードにおける平均消費電力は14Wである。
第3の動作モードは、パーソナルコンピュータでアプリケーションソフトを実行している(例えばワードプロセッサのキー入力操作をしている)モードである。通常この動作モードが一番頻度が高く長時間使用されるモードである。第3の動作モードにおける平均消費電力は10Wである。
第4の動作モードは、パーソナルコンピュータがスタンバイ状態、休止状態のモードである。第4の動作モードは、第3の動作モードの次に頻度が高く長時間使用されるモードである。第4の動作モードにおける平均消費電力は0.5Wである。
なお、本体装置の起動に要する平均消費電力は、14Wである。
The first operation mode is a mode in which a USB (Universal Serial Bus) device (for example, a hard disk drive connected by USB), a PC card, or the like is connected to a personal computer and the connected devices are driven. The first operation mode is a short time because it is only the time during which the connected device is actually driven. Since a large amount of power is required to drive the device, the average power consumption in the first operation mode is 20 W.
The second operation mode is a mode in which a personal computer is playing back a moving image. The average power consumption in the second operation mode is 14W.
The third operation mode is a mode in which application software is executed on the personal computer (for example, a key input operation of a word processor is performed). Normally, this operation mode is the most frequently used mode for a long time. The average power consumption in the third operation mode is 10W.
The fourth operation mode is a mode in which the personal computer is in a standby state or a hibernation state. The fourth operation mode is a mode that is used next to the third operation mode and is frequently used for a long time. The average power consumption in the fourth operation mode is 0.5 W.
Note that the average power consumption required to start the main unit is 14 W.

本発明の実施の形態1の燃料電池116は、発電量が最大値(17W発電モード)、中間値(13W発電モード)及び最小値(3W発電モード)の3つの発電モードを有する。DC−DCコンバータ119は、各発電モードで17W、13W、3Wを出力する。下記表2を用いて、燃料電池116の3つの発電モードについて説明する。
表2は、本体装置102の動作モードと、燃料電池116の発電モードとを組み合わせた時の二次電池120の充放電電力を示す。燃料電池116自体を運転するための電力(自己消費電力)はどの発電モードにおいても3Wである。表2において、全消費電力は本体装置102の平均消費電力(表1)と燃料電池116の自己消費電力(3W)とを合わせた値である。表2において、二次電池120の充放電電力=本体装置102の平均消費電力(表1)+燃料電池116の自己消費電力(3W)−燃料電池116の発電電力で表される(正値が放電、負値が充電)。
The fuel cell 116 according to Embodiment 1 of the present invention has three power generation modes in which the power generation amount is a maximum value (17 W power generation mode), an intermediate value (13 W power generation mode), and a minimum value (3 W power generation mode). The DC-DC converter 119 outputs 17 W, 13 W, and 3 W in each power generation mode. The three power generation modes of the fuel cell 116 will be described using Table 2 below.
Table 2 shows the charge / discharge power of the secondary battery 120 when the operation mode of the main device 102 and the power generation mode of the fuel cell 116 are combined. The power (self-consumption power) for operating the fuel cell 116 is 3 W in any power generation mode. In Table 2, the total power consumption is a value obtained by adding the average power consumption (Table 1) of the main unit 102 and the self-power consumption (3 W) of the fuel cell 116. In Table 2, charge / discharge power of the secondary battery 120 = average power consumption of the main body device 102 (Table 1) + self power consumption of the fuel cell 116 (3 W) −generated power of the fuel cell 116 (a positive value is Discharge, negative value is charged).

Figure 0004969018
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本体装置102が一番頻度の高い第3の動作モード(キー入力操作中)の時、二次電池120が放電も充電もしない状態となる燃料電池116の発電電力は13Wである。これにより、発電量の中間値を13Wとする。本体装置102が2番目に頻度の高い第4の動作モード(スタンバイ、休止状態)の時、二次電池120が放電も充電もしない状態となる燃料電池116の発電電力は3.5Wである。発電量の最小値を3Wとする。
本体装置102が第3の動作モードであって、燃料電池116の発電量が中間値(13W発電モード)である時、二次電池120はほとんど充電も放電もしない。燃料電池116は13W発電モードを長時間に渡って継続できる。同様に、本体装置102が第4の動作モードであって、燃料電池116の発電量が最小値(3W発電モード)である時、燃料電池116が出力する電力は、電源装置101の自己消費電力と略同一である。二次電池120は0.5W放電するが、燃料電池116は3W発電モードを10数時間に渡って継続できる。
When the main device 102 is in the third operation mode with the highest frequency (during key input operation), the generated power of the fuel cell 116 in which the secondary battery 120 is neither discharged nor charged is 13 W. As a result, the intermediate value of the power generation amount is set to 13W. When the main device 102 is in the fourth most frequently operating mode (standby, hibernation), the power generated by the fuel cell 116 in which the secondary battery 120 is neither discharged nor charged is 3.5 W. The minimum power generation amount is 3W.
When the main unit 102 is in the third operation mode and the power generation amount of the fuel cell 116 is an intermediate value (13 W power generation mode), the secondary battery 120 hardly charges or discharges. The fuel cell 116 can continue the 13 W power generation mode for a long time. Similarly, when the main body device 102 is in the fourth operation mode and the power generation amount of the fuel cell 116 is the minimum value (3 W power generation mode), the power output from the fuel cell 116 is the self-power consumption of the power supply device 101. Is substantially the same. The secondary battery 120 discharges 0.5 W, but the fuel cell 116 can continue the 3 W power generation mode for over 10 hours.

燃料電池116が17W発電モードの場合において、本体装置102が第1の動作モードであれば、二次電池120は6W(=20+3−17)放電状態となる。本体装置102が第2の動作モードであれば、二次電池120は放電も充電もしない(0=14+3−17)状態となる。本体装置102が第3の動作モードであれば、二次電池120は4W(=|10+3−17|)充電状態となる。本体装置102が第4の動作モードであれば、二次電池120は13.5W(=|0.5+3−17|)充電状態となる。   When the fuel cell 116 is in the 17 W power generation mode and the main body device 102 is in the first operation mode, the secondary battery 120 is in a 6 W (= 20 + 3-17) discharge state. If main device 102 is in the second operation mode, secondary battery 120 is in a state of neither discharging nor charging (0 = 14 + 3-17). When main device 102 is in the third operation mode, secondary battery 120 is in a 4 W (= | 10 + 3-17 |) charge state. When the main device 102 is in the fourth operation mode, the secondary battery 120 is in a charged state of 13.5 W (= | 0.5 + 3-17 |).

燃料電池116が13W発電モードの場合において、本体装置102が第1の動作モードであれば、二次電池120は10W(=20+3−13)放電状態となる。本体装置102が第2の動作モードであれば、二次電池120は4W(=14+3−13)放電状態となる。本体装置102が第3の動作モードであれば、二次電池120は放電も充電もしない(0=10+3−13)状態となる。本体装置102が第4の動作モードであれば、二次電池120は9.5W(=|0.5+3−13|)充電状態となる。   When the fuel cell 116 is in the 13W power generation mode, if the main device 102 is in the first operation mode, the secondary battery 120 is in a 10 W (= 20 + 3-13) discharge state. When main device 102 is in the second operation mode, secondary battery 120 is in a 4 W (= 14 + 3-13) discharge state. If main device 102 is in the third operation mode, secondary battery 120 is in a state of neither discharging nor charging (0 = 10 + 3-13). When the main device 102 is in the fourth operation mode, the secondary battery 120 is in a charged state of 9.5 W (= | 0.5 + 3-13 |).

燃料電池116が3W発電モードの場合において、本体装置102が第1の動作モードであれば、二次電池120は20W(=20+3−3)放電状態となる。本体装置102が第2の動作モードであれば、二次電池120は14W(=14+3−3)放電状態となる。本体装置102が第3の動作モードであれば、二次電池120は10W(=10+3−3)放電状態となる。本体装置102が第4の動作モードであれば、二次電池120は0.5W(=0.5+3−3)放電状態となる。   When the fuel cell 116 is in the 3W power generation mode, if the main device 102 is in the first operation mode, the secondary battery 120 is in a 20 W (= 20 + 3-3) discharge state. When main device 102 is in the second operation mode, secondary battery 120 is in a 14 W (= 14 + 3-3) discharge state. When main device 102 is in the third operation mode, secondary battery 120 is in a 10 W (= 10 + 3-3) discharge state. When main device 102 is in the fourth operation mode, secondary battery 120 is in a 0.5 W (= 0.5 + 3-3) discharge state.

上述のように、燃料電池制御部117は、二次電池120の出力電圧より二次電池120の残存容量を求める。燃料電池制御部117は、二次電池120の残存容量に基づき燃料電池116の発電モードを決定する。
図4は、一般的な二次電池(例えばリチウム電池)の放電特性(残存容量−電圧特性)を示す図である。図4において、横軸は残存容量(%)を表し、縦軸は出力電圧(V)を表す。図4に示すように、二次電池120の出力電圧を検出すれば、二次電池120の残存容量を知ることが出来る。二次電池120が過充電又は過放電されないようにするため、及び例えば燃料電池116が起動した時燃料電池116が電力を供給出来るようになるまで、二次電池120が単独で負荷に電力を供給出来る程度の電力量を常に有するようにするため、本発明の実施の形態1の電源装置101は、二次電池120の残存容量が35%〜95%の範囲内になるように制御する。
As described above, the fuel cell control unit 117 obtains the remaining capacity of the secondary battery 120 from the output voltage of the secondary battery 120. The fuel cell control unit 117 determines the power generation mode of the fuel cell 116 based on the remaining capacity of the secondary battery 120.
FIG. 4 is a diagram showing discharge characteristics (remaining capacity-voltage characteristics) of a general secondary battery (for example, a lithium battery). In FIG. 4, the horizontal axis represents the remaining capacity (%), and the vertical axis represents the output voltage (V). As shown in FIG. 4, if the output voltage of the secondary battery 120 is detected, the remaining capacity of the secondary battery 120 can be known. In order to prevent the secondary battery 120 from being overcharged or overdischarged, and for example, until the fuel cell 116 can supply power when the fuel cell 116 is activated, the secondary battery 120 alone supplies power to the load. In order to always have as much power as possible, the power supply device 101 according to the first embodiment of the present invention controls the remaining capacity of the secondary battery 120 to be in the range of 35% to 95%.

実施の形態1の電源装置の燃料電池の発電モードの決定方法について説明する。
図5は、本発明の実施の形態1の電源装置の燃料電池の発電モードの遷移を示すフローチャートである。図5において、本体装置102の電源が投入された時、ステップ501で燃料電池制御部117は、燃料電池116を3W発電モードとする。ステップ502で、燃料電池制御部117は燃料電池116が所定の温度に達したか否かを判断する。燃料電池116が所定の温度に達するまでは、燃料電池制御部117は3W発電モードを維持する。燃料電池116はその温度が40℃〜60℃に達した段階で安定して発電することができる。つまり、燃料電池116は、スタック122の温度が40℃〜60℃に上昇するまで(通常、電源投入後この温度に達するまでに15分程度の時間を要する。)十分な発電を行うことはできない。燃料電池116が所定の温度に達するまでに、燃料電池制御部117が例えば17W発電モードに設定し、多量のメタノールを燃料電池116に供給しても、燃料電池116は処理できず多量のメタノールを排出することになる。そこでこのようなことが生じない様に、燃料電池116が所定の温度に達するまで、燃料電池制御部117は3W発電モードを維持する。実施の形態1において、所定の温度は40℃である。
A method for determining the power generation mode of the fuel cell of the power supply device according to the first embodiment will be described.
FIG. 5 is a flowchart showing transition of the power generation mode of the fuel cell of the power supply device according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 5, when the main apparatus 102 is turned on, the fuel cell control unit 117 sets the fuel cell 116 to the 3W power generation mode in step 501. In step 502, the fuel cell control unit 117 determines whether or not the fuel cell 116 has reached a predetermined temperature. Until the fuel cell 116 reaches a predetermined temperature, the fuel cell control unit 117 maintains the 3W power generation mode. The fuel cell 116 can stably generate power when the temperature reaches 40 ° C. to 60 ° C. In other words, the fuel cell 116 cannot perform sufficient power generation until the temperature of the stack 122 rises to 40 ° C. to 60 ° C. (normally, it takes about 15 minutes to reach this temperature after the power is turned on). . Even if the fuel cell control unit 117 is set to the 17 W power generation mode, for example, and supplies a large amount of methanol to the fuel cell 116 by the time the fuel cell 116 reaches a predetermined temperature, the fuel cell 116 cannot process and a large amount of methanol is consumed. Will be discharged. Therefore, in order to prevent this from occurring, the fuel cell control unit 117 maintains the 3W power generation mode until the fuel cell 116 reaches a predetermined temperature. In the first embodiment, the predetermined temperature is 40 ° C.

燃料電池116が所定の温度に達すると、ステップ503に進む。ステップ503で、燃料電池制御部117は二次電池120の残存容量SOCが95%より小さいか否かを判断する。二次電池120の残存容量SOCが95%より小さい場合、ステップ504に進む。ステップ504で、燃料電池制御部117は二次電池120の残存容量SOCが35%より大きいか否かを判断する。二次電池120の残存容量SOCが35%より大きい場合、ステップ505に進む。ステップ505で、燃料電池制御部117は燃料電池116を13W発電モードとする。ステップ503に戻り、処理を繰り返す。   When the fuel cell 116 reaches a predetermined temperature, the process proceeds to step 503. In step 503, the fuel cell control unit 117 determines whether or not the remaining capacity SOC of the secondary battery 120 is smaller than 95%. If the remaining capacity SOC of the secondary battery 120 is smaller than 95%, the process proceeds to step 504. In step 504, the fuel cell control unit 117 determines whether or not the remaining capacity SOC of the secondary battery 120 is greater than 35%. If the remaining capacity SOC of the secondary battery 120 is greater than 35%, the process proceeds to step 505. In step 505, the fuel cell control unit 117 sets the fuel cell 116 to the 13W power generation mode. Returning to step 503, the processing is repeated.

ステップ504で、二次電池120の残存容量SOCが35%以下の場合、ステップ506に進む。ステップ506で、燃料電池制御部117は燃料電池116を17W発電モードとする。ステップ507で、燃料電池制御部117は二次電池120の残存容量SOCが65%以上か否かを判断する。二次電池120の残存容量SOCが65%に達するまでの間、ステップ506に戻り、燃料電池制御部117は17W発電モードを維持する。ステップ507で二次電池120の残存容量SOCが65%以上の場合、ステップ505に進む。ステップ505で、燃料電池制御部117は燃料電池116を13W発電モードとする。ステップ503に戻り、処理を繰り返す。   In step 504, if the remaining capacity SOC of the secondary battery 120 is 35% or less, the process proceeds to step 506. In step 506, the fuel cell control unit 117 sets the fuel cell 116 to the 17 W power generation mode. In step 507, the fuel cell control unit 117 determines whether the remaining capacity SOC of the secondary battery 120 is 65% or more. Until the remaining capacity SOC of the secondary battery 120 reaches 65%, the process returns to step 506, and the fuel cell control unit 117 maintains the 17 W power generation mode. If the remaining capacity SOC of the secondary battery 120 is 65% or more in step 507, the process proceeds to step 505. In step 505, the fuel cell control unit 117 sets the fuel cell 116 to the 13W power generation mode. Returning to step 503, the processing is repeated.

ステップ503で、二次電池120の残存容量SOCが95%以上の場合、ステップ508に進む。ステップ508で、燃料電池制御部117は燃料電池116を3W発電モードとする。ステップ509で、燃料電池制御部117は二次電池120の残存容量SOCが65%以上か否かを判断する。二次電池120の残存容量SOCが65%に達するまでの間、ステップ508に戻り、燃料電池制御部117は3W発電モードを維持する。ステップ507で二次電池120の残存容量SOCが65%以下の場合、ステップ505に進む。ステップ505で、燃料電池制御部117は燃料電池116を13W発電モードとする。ステップ503に戻り、処理を繰り返す。   In step 503, if the remaining capacity SOC of the secondary battery 120 is 95% or more, the process proceeds to step 508. In step 508, the fuel cell control unit 117 sets the fuel cell 116 to the 3W power generation mode. In step 509, the fuel cell control unit 117 determines whether the remaining capacity SOC of the secondary battery 120 is 65% or more. Until the remaining capacity SOC of the secondary battery 120 reaches 65%, the process returns to step 508, and the fuel cell control unit 117 maintains the 3W power generation mode. If the remaining capacity SOC of the secondary battery 120 is 65% or less in step 507, the process proceeds to step 505. In step 505, the fuel cell control unit 117 sets the fuel cell 116 to the 13W power generation mode. Returning to step 503, the processing is repeated.

図6を用いて、実施の形態1の電源装置の制御方法を具体的に説明する。図6において、横軸は時間を表し、縦軸は二次電池120の残存容量(%)611、燃料電池116の出力電力(W)612を表す。ただし横軸の時間は、便宜上縮小または拡大して表している。
601で、本体装置102の電源が投入され、本体装置102は起動を開始する。燃料電池116は、3W発電モードで発電を開始する(ステップ501)。601〜602の間、二次電池120は本体装置102の起動に要する平均消費電力(14W)及び燃料電池116の自己消費電力(3W)のほとんどの電力を供給する(放電する)。602で、本体装置102の起動が完了し、本体装置102はアプリケーションソフトであるワードプロセッサのキー入力操作を実行する(第3の動作モード)。602〜603の間、二次電池120は本体装置102の動作電力(10W)及び燃料電池116の自己消費電力(3W)の大部分の電力を供給する(放電する)。601〜603の間、二次電池120の残存容量は減少する。
A method for controlling the power supply device according to the first embodiment will be described in detail with reference to FIG. In FIG. 6, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the remaining capacity (%) 611 of the secondary battery 120 and the output power (W) 612 of the fuel cell 116. However, the time on the horizontal axis is shown reduced or enlarged for convenience.
In 601, the main device 102 is turned on, and the main device 102 starts to start. The fuel cell 116 starts power generation in the 3W power generation mode (step 501). Between 601 and 602, the secondary battery 120 supplies (discharges) most of the average power consumption (14 W) required for starting the main body device 102 and the self-power consumption (3 W) of the fuel cell 116. In step 602, the main apparatus 102 is completely activated, and the main apparatus 102 executes a key input operation of a word processor that is application software (third operation mode). Between 602 and 603, the secondary battery 120 supplies (discharges) most of the operating power (10 W) of the main body device 102 and the self-power consumption (3 W) of the fuel cell 116. Between 601 and 603, the remaining capacity of the secondary battery 120 decreases.

603で、燃料電池116は所定の温度に達する(ステップ502でYes)。燃料電池制御部117は二次電池120の残存容量(35%以下)に基づき17W発電モードに切り換える(ステップ506)。17W発電モードへ完全に切り換わると、二次電池120は4W充電される(二次電池120の残存容量は増大する。)。604で、燃料電池制御部117は二次電池120の残存容量(65%)を判定して13W発電モードに切り換える(ステップ505)。13W発電モードへ完全に切り換わると、二次電池120は放電も充電もしない(二次電池120の残存容量は一定。)。   At 603, the fuel cell 116 reaches a predetermined temperature (Yes at step 502). The fuel cell control unit 117 switches to the 17 W power generation mode based on the remaining capacity (35% or less) of the secondary battery 120 (step 506). When completely switched to the 17 W power generation mode, the secondary battery 120 is charged by 4 W (the remaining capacity of the secondary battery 120 increases). At 604, the fuel cell control unit 117 determines the remaining capacity (65%) of the secondary battery 120 and switches to the 13 W power generation mode (step 505). When fully switched to the 13W power generation mode, the secondary battery 120 is neither discharged nor charged (the remaining capacity of the secondary battery 120 is constant).

605で、本体装置102はスタンバイ、休止状態(第4の動作モード)となる。605〜606の間、二次電池120は9.5W充電される(二次電池120の残存容量は増大する。)。606で、燃料電池制御部117は二次電池120の残存容量(95%)を判定して3W発電モードに切り換える(ステップ508)。3W発電モードへ完全に切り換わると、二次電池120は0.5W放電する(二次電池120の残存容量はゆっくりと減少する。)。
607で、本体装置102は動画再生中(第2の動作モード)となる。607〜608の間、二次電池120は14W放電する(二次電池120の残存容量は減少する。)。608で、燃料電池制御部117は二次電池120の残存容量(65%)を判定して13W発電モードに切り換える(ステップ505)。608以降、二次電池120は4W放電する(二次電池120の残存容量は減少する。)。
In 605, the main apparatus 102 enters a standby state or a dormant state (fourth operation mode). Between 605 and 606, the secondary battery 120 is charged by 9.5 W (the remaining capacity of the secondary battery 120 increases). In 606, the fuel cell control unit 117 determines the remaining capacity (95%) of the secondary battery 120 and switches to the 3W power generation mode (step 508). When the mode is completely switched to the 3W power generation mode, the secondary battery 120 is discharged by 0.5 W (the remaining capacity of the secondary battery 120 is slowly decreased).
In 607, the main apparatus 102 is in the middle of moving image reproduction (second operation mode). Between 607 and 608, the secondary battery 120 is discharged by 14 W (the remaining capacity of the secondary battery 120 is reduced). At 608, the fuel cell control unit 117 determines the remaining capacity (65%) of the secondary battery 120 and switches to the 13 W power generation mode (step 505). After 608, the secondary battery 120 discharges by 4 W (the remaining capacity of the secondary battery 120 decreases).

燃料電池116が出力する電力を増加させる時は、燃料の量を増加させた後、電力コンバータ119が負荷131に供給する電力を増加させ、燃料電池116が出力する電力を減少させる時は、電力コンバータ119の供給電力を減少させた後、燃料の量を減少させる。これにより、例えば図2において燃料電池116の動作点が出力電流−出力電圧特性201のαの範囲を右側に超え、燃料電池116の出力電圧が急落することを防止できる。   When the power output from the fuel cell 116 is increased, the power supplied from the power converter 119 to the load 131 is increased after the amount of fuel is increased, and when the power output from the fuel cell 116 is decreased. After reducing the power supplied to converter 119, the amount of fuel is reduced. Accordingly, for example, the operating point of the fuel cell 116 in FIG. 2 exceeds the range α of the output current-output voltage characteristic 201 to the right, and the output voltage of the fuel cell 116 can be prevented from dropping sharply.

実施の形態1においては、燃料電池の出力電力をヒステリシスをもって変化させることにより1つの発電モード(一定の出力電力)での連続駆動時間が長くなり、発電モードの切換回数を最小にする。これにより、排出するメタノール量を微小にすることが可能である。
実施の形態1においては、従来例の循環式燃料電池と比較して、燃料電池に供給するメタノールに対して燃料電池が出力する有効電力量を倍増させることが可能である。
《実施の形態2》
In Embodiment 1, by changing the output power of the fuel cell with hysteresis, the continuous drive time in one power generation mode (constant output power) is lengthened, and the number of times of switching the power generation mode is minimized. Thereby, it is possible to make the amount of methanol discharged fine.
In the first embodiment, it is possible to double the amount of active power output by the fuel cell relative to the methanol supplied to the fuel cell, as compared with the conventional circulating fuel cell.
<< Embodiment 2 >>

図2、図7、図8を用いて、実施の形態2の電源装置について説明する。実施の形態1のDC−DCコンバータ119は、燃料電池116の出力電流が目標電流と一致するようにその出力電力を制御していた。実施の形態2のDC−DCコンバータ719は、燃料電池116の出力電圧が目標電圧になるようにその出力電力を制御する。
はじめに、実施の形態2の電源装置の構成について説明する。図7は本発明の実施の形態2の電源装置の構成を示すブロック図である。実施の形態2の電源装置701は、実施の形態1の燃料電池出力電流検出器118及びDC−DCコンバータ119に代えて、燃料電池出力電圧検出器718及びDC−DCコンバータ719を有する。それ以外の点において、実施の形態2の電源装置701は、実施の形態1と同一である。図7において、実施の形態1と同一のブロックには同一の符号を付している。
The power supply device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 2, 7, and 8. The DC-DC converter 119 of the first embodiment controls the output power so that the output current of the fuel cell 116 matches the target current. The DC-DC converter 719 of the second embodiment controls the output power so that the output voltage of the fuel cell 116 becomes the target voltage.
First, the configuration of the power supply device according to the second embodiment will be described. FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the power supply device according to the second embodiment of the present invention. The power supply device 701 according to the second embodiment includes a fuel cell output voltage detector 718 and a DC-DC converter 719 instead of the fuel cell output current detector 118 and the DC-DC converter 119 according to the first embodiment. In other respects, the power supply device 701 of the second embodiment is the same as that of the first embodiment. In FIG. 7, the same reference numerals are given to the same blocks as those in the first embodiment.

図7において、701は電源装置、102は本体装置である。電源装置701は、リターンポンプ111、希釈タンク112、メタノールポンプ113、メタノールタンク114、浄化部115、燃料電池116、燃料電池制御部117、燃料電池116の出力電圧を検出する燃料電池出力電圧検出器718、DC−DCコンバータ719、二次電池120、二次電池120の電圧を検出する二次電池出力電圧検出器121を有する。燃料電池116は、スタック122、燃料ポンプ123、空気ポンプ124を有する。本体装置102は、負荷131を有する。同一ブロックの説明を省略する。
燃料電池116は、メタノールを原料とするバランス式燃料電池である。二次電池120は、リチウムイオン二次電池である。メタノールタンク114には、数%〜100%のメタノール(CHOH)が貯蔵されている。本体装置102は、パーソナルコンピュータである。
In FIG. 7, reference numeral 701 denotes a power supply device, and reference numeral 102 denotes a main body device. The power supply device 701 includes a return pump 111, a dilution tank 112, a methanol pump 113, a methanol tank 114, a purification unit 115, a fuel cell 116, a fuel cell control unit 117, and a fuel cell output voltage detector that detects the output voltage of the fuel cell 116. 718, a DC-DC converter 719, a secondary battery 120, and a secondary battery output voltage detector 121 that detects the voltage of the secondary battery 120. The fuel cell 116 includes a stack 122, a fuel pump 123, and an air pump 124. The main device 102 has a load 131. Description of the same block is omitted.
The fuel cell 116 is a balanced fuel cell using methanol as a raw material. The secondary battery 120 is a lithium ion secondary battery. The methanol tank 114 stores several percent to 100% of methanol (CH 3 OH). The main device 102 is a personal computer.

燃料電池制御部117は3つの発電モードを有し、各発電モードにおいて異なる値である単位時間当たり一定量の燃料を燃料電池116に供給する。燃料電池制御部117は、二次電池出力電圧検出器121が検出した二次電池120の出力電圧から二次電池120の残存容量を求める。燃料電池制御部117は、二次電池120の残存容量に基づき発電モードを選択する(燃料電池116の出力電力を制御する)。燃料電池制御部117は、選択した発電モードに応じて、DC−DCコンバータ719に入力目標電圧の値を指示する。実施の形態1で説明したように、燃料電池に一定の燃料を供給した場合、その出力電圧と出力電流との関係はグラフ上で一定の関数で表される。DC−DCコンバータ719は、燃料電池出力電圧検出器718が検出した燃料電池116の出力電圧(DC−DCコンバータ719の入力電圧)が入力目標電圧にできるだけ一致するように、その出力電圧を制御する。即ち、燃料電池116は所定の出力電力(=燃料電池116の出力電圧×その出力電圧に対応した出力電流)を出力し、DC−DCコンバータ719は、燃料電池116の出力電力を変換して、負荷131及び/又は二次電池120に供給する。   The fuel cell control unit 117 has three power generation modes, and supplies a certain amount of fuel per unit time, which is a different value in each power generation mode, to the fuel cell 116. The fuel cell control unit 117 obtains the remaining capacity of the secondary battery 120 from the output voltage of the secondary battery 120 detected by the secondary battery output voltage detector 121. The fuel cell control unit 117 selects a power generation mode based on the remaining capacity of the secondary battery 120 (controls the output power of the fuel cell 116). The fuel cell control unit 117 instructs the value of the input target voltage to the DC-DC converter 719 according to the selected power generation mode. As described in the first embodiment, when a certain amount of fuel is supplied to the fuel cell, the relationship between the output voltage and the output current is represented by a certain function on the graph. The DC-DC converter 719 controls the output voltage of the fuel cell 116 detected by the fuel cell output voltage detector 718 (the input voltage of the DC-DC converter 719) so that it matches the input target voltage as much as possible. . That is, the fuel cell 116 outputs predetermined output power (= output voltage of the fuel cell 116 × output current corresponding to the output voltage), and the DC-DC converter 719 converts the output power of the fuel cell 116, The load 131 and / or the secondary battery 120 are supplied.

本体装置102に電力を供給しても燃料電池から出力された電力が余る場合、電源装置701は燃料電池116が出力した電力を本体装置102に供給し、余りの電力で二次電池120を充電する。本体装置102に供給する電力が燃料電池から出力された電力だけでは足りない場合、二次電池120は不足分の電力を放電する。電源装置701は燃料電池116が出力した電力と二次電池120が放電した電力を合わせた電力を本体装置102に供給する。燃料電池116の制御方法については実施の形態1において詳述した。   If power output from the fuel cell remains even if power is supplied to the main device 102, the power supply device 701 supplies the power output from the fuel cell 116 to the main device 102 and charges the secondary battery 120 with the surplus power. To do. When the power supplied to the main body device 102 is not enough for the power output from the fuel cell, the secondary battery 120 discharges the insufficient power. The power supply device 701 supplies the main body device 102 with power that is a combination of the power output from the fuel cell 116 and the power discharged from the secondary battery 120. The control method of the fuel cell 116 has been described in detail in the first embodiment.

図2は本発明の実施の形態2の電源装置のバランス式燃料電池の燃料の量による燃料電池116の出力電流−出力電圧特性、出力電流−出力電力特性、出力電流−メタノール排出率特性を示す図である。図2は既に説明した。燃料電池116の出力電流−出力電圧特性、出力電流−出力電力特性は、燃料電池116に供給される燃料の量によって変化する。燃料の量が或る値に決まれば、その燃料の量での出力電流−出力電圧特性、出力電流−出力電力特性が一意的に決まる。   FIG. 2 shows the output current-output voltage characteristic, output current-output power characteristic, and output current-methanol discharge rate characteristic of the fuel cell 116 depending on the amount of fuel of the balanced fuel cell of the power supply apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. FIG. 2 has already been described. The output current-output voltage characteristics and output current-output power characteristics of the fuel cell 116 vary depending on the amount of fuel supplied to the fuel cell 116. If the amount of fuel is determined to be a certain value, the output current-output voltage characteristic and the output current-output power characteristic with the amount of fuel are uniquely determined.

図2において、燃料の量が0.1cc/minの場合に燃料電池116の出力電力が最大となる点の電圧はV、電流はAである。燃料の量が0.2cc/minの場合に燃料電池116の出力電力が最大となる点の電圧はV、電流はAである。燃料の量が0.3cc/minの場合に燃料電池116の出力電力が最大となる点の電圧はV、電流はAである。実施の形態2の電源装置701は、燃料電池116の出力を定電圧制御する。 In FIG. 2, the voltage at the point where the output power of the fuel cell 116 becomes maximum when the amount of fuel is 0.1 cc / min is V 1 , and the current is A 1 . When the amount of fuel is 0.2 cc / min, the voltage at the point where the output power of the fuel cell 116 becomes maximum is V 2 and the current is A 2 . When the amount of fuel is 0.3 cc / min, the voltage at which the output power of the fuel cell 116 becomes maximum is V 3 and the current is A 3 . The power supply apparatus 701 according to the second embodiment performs constant voltage control on the output of the fuel cell 116.

本発明の実施の形態2のバランス式燃料電池は、各発電モードにおいて単位時間当たり一定量の燃料を燃料電池116に供給し、その燃料の量で出力電力が最大となる電圧値からその電圧値より所定量だけ低い値までの範囲内で発電する。上記範囲は、燃料の量に応じて定められる。
実施の形態2の電源装置101の燃料電池制御部117は、燃料の量をパラメータとする出力電流−出力電圧特性、出力電圧−出力電力特性図(例えば図2、図8)に基づき、各発電モードにおける一定の燃料の量と、それに対応する目標出力電圧値(その燃料の量で電力が最大となる電圧値からその電圧値より所定量だけ低い電圧値までの範囲内の値)と、を対応させて記憶している。燃料電池制御部117は、DC−DCコンバータ719に、燃料の量に対応する目標出力電圧値を指示する。例えば燃料の量0.1cc/minでスタック122にメタノールを供給した場合、燃料電池制御部117は上記特性図に基づき燃料電池116の出力電圧値がV〜V−β(βは正数)の範囲内の値になるように、DC−DCコンバータ719に指示する。実施の形態1と2とにおいて、目標となる動作点は、実質的に同一である。例えば燃料の量が0.3cc/minの場合(出力電流−出力電圧特性203)を例に取ると、実施の形態1における定電流制御の目標電流と、実施の形態2における定電圧制御の目標電圧とで定まる点は、出力電流−出力電圧特性203上に位置する。
The balanced fuel cell according to Embodiment 2 of the present invention supplies a constant amount of fuel per unit time to the fuel cell 116 in each power generation mode, and the voltage value from the voltage value at which the output power is maximized by the amount of the fuel. Power is generated within a range up to a value lower by a predetermined amount. The range is determined according to the amount of fuel.
The fuel cell control unit 117 of the power supply apparatus 101 according to the second embodiment generates each power generation based on output current-output voltage characteristics and output voltage-output power characteristics diagrams (for example, FIGS. 2 and 8) using the amount of fuel as a parameter. A certain amount of fuel in the mode, and a corresponding target output voltage value (a value within a range from a voltage value at which power is maximum at the amount of fuel to a voltage value lower than the voltage value by a predetermined amount), It is stored in correspondence. The fuel cell control unit 117 instructs the target output voltage value corresponding to the amount of fuel to the DC-DC converter 719. For example, when methanol is supplied to the stack 122 at a fuel amount of 0.1 cc / min, the fuel cell control unit 117 determines that the output voltage value of the fuel cell 116 is V 1 to V 1 -β (β is a positive number based on the above characteristic diagram. ) To the DC-DC converter 719 so that the value is within the range of In the first and second embodiments, the target operating point is substantially the same. For example, taking the case where the amount of fuel is 0.3 cc / min (output current-output voltage characteristic 203) as an example, the target current of constant current control in the first embodiment and the target of constant voltage control in the second embodiment are described. The point determined by the voltage is located on the output current-output voltage characteristic 203.

実施の形態1において、燃料電池116の出力を定電流制御した。しかし、燃料電池116の出力電流が、出力電力が最大となる点の電流値以上であり、且つ燃料電池の出力電圧が一定以上を維持する電流範囲は狭い(電流が所定の範囲を超えると出力電圧は急激に低くなる。)。そのため、定電流制御における電流の許容範囲は狭い(定電流制御を高い精度で行う必要がある。)。これに対して、実施の形態2においては、燃料電池116の出力を定電圧制御する。図2に示すように、燃料電池116の出力電力が最大となる点より出力電圧が低い領域においては、燃料電池116の出力電圧が、出力電力が最大となる点の電圧値以下であり、且つ燃料電池の出力電圧が一定以上を維持する電圧範囲は比較的広い。出力電流が目標値から一定割合以上増加した場合より、燃料電池116の出力電圧が目標値から一定割合以上低下した場合の方が、出力電圧が急落することがない。よって、実施の形態2の定電圧型バランス式燃料電池は、実施の形態1の定電流型バランス式燃料電池より、制御が容易であり、安定した電力を供給することが可能となる。   In the first embodiment, the output of the fuel cell 116 is subjected to constant current control. However, the output current of the fuel cell 116 is equal to or greater than the current value at the point where the output power is maximum, and the current range in which the output voltage of the fuel cell is maintained above a certain value is narrow (the output is exceeded when the current exceeds a predetermined range). The voltage drops rapidly.) Therefore, the allowable range of current in constant current control is narrow (constant current control needs to be performed with high accuracy). In contrast, in the second embodiment, the output of the fuel cell 116 is controlled at a constant voltage. As shown in FIG. 2, in the region where the output voltage is lower than the point where the output power of the fuel cell 116 is maximum, the output voltage of the fuel cell 116 is equal to or lower than the voltage value at the point where the output power is maximum, and The voltage range in which the output voltage of the fuel cell is maintained above a certain level is relatively wide. The output voltage does not drop more sharply when the output voltage of the fuel cell 116 decreases from the target value by a certain rate or more than when the output current increases from the target value by a certain rate or more. Therefore, the constant voltage type balanced fuel cell of the second embodiment is easier to control than the constant current type balanced fuel cell of the first embodiment, and can supply stable power.

実施の形態1(定電流型)と比較するために、図2を用いて電流を基準に説明した。実施の形態2の電源装置の燃料電池は定電圧型であるため、図8を用いて電圧を基準に説明する。
図8は本発明の実施の形態2の電源装置のバランス式燃料電池の燃料の量による出力電圧−出力電力特性を示す図である。図8は、横軸が電流である図2を、横軸を電圧にして書き換えたものである。図8において、横軸は出力電圧(V)を表し、縦軸は出力電力(W)を表す。801、802、803は、燃料の量がそれぞれ0.1cc/min、0.2cc/min、0.3cc/minの場合の出力電圧−出力電力特性を示す。図8において出力電力が最大となる点よりも電圧が低い領域における出力電圧−出力電力特性の傾きは、図2において出力電力が最大となる点よりも電流が大きい領域における出力電流−出力電力特性の傾きよりはるかに緩やかである。このことは、実施の形態2における定電圧制御が実施の形態1における定電流制御よりはるかに容易であることを示す。
実施の形態2においては、DC−DCコンバータが、燃料電池の出力電圧が目標電圧になるように燃料電池の出力電力を制御することにより、実施の形態1より安定した電力を供給することが可能である。
ここで、実施の形態2の電源装置701は、実施の形態1の電源装置と同等の燃料利用率を実現した(図3)。
In order to compare with Embodiment 1 (constant current type), it demonstrated on the basis of the electric current using FIG. Since the fuel cell of the power supply device according to the second embodiment is a constant voltage type, the description will be made with reference to the voltage with reference to FIG.
FIG. 8 is a graph showing output voltage-output power characteristics according to the amount of fuel in the balanced fuel cell of the power supply apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 8 is a rewrite of FIG. 2 with the horizontal axis representing current, with the horizontal axis representing voltage. In FIG. 8, the horizontal axis represents the output voltage (V), and the vertical axis represents the output power (W). Reference numerals 801, 802, and 803 denote output voltage-output power characteristics when the amounts of fuel are 0.1 cc / min, 0.2 cc / min, and 0.3 cc / min, respectively. The slope of the output voltage-output power characteristic in the region where the voltage is lower than the point where the output power is maximum in FIG. 8 is the output current-output power characteristic in the region where the current is larger than the point where the output power is maximum in FIG. It is much gentler than the slope of. This indicates that the constant voltage control in the second embodiment is much easier than the constant current control in the first embodiment.
In the second embodiment, the DC-DC converter can supply more stable power than in the first embodiment by controlling the output power of the fuel cell so that the output voltage of the fuel cell becomes the target voltage. It is.
Here, the power supply device 701 of the second embodiment realizes a fuel utilization rate equivalent to that of the power supply device of the first embodiment (FIG. 3).

なお、実施の形態1及び2では二次電池としてリチウムイオン二次電池を用いているが、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム蓄電池、ニッケル水素蓄電池など他種の二次電池を用いても良い。
実施の形態1及び2では本体装置102はパーソナルコンピュータであったが、電源を必要とする他の装置であっても良い。
In Embodiments 1 and 2, a lithium ion secondary battery is used as the secondary battery, but other types of secondary batteries such as a lead storage battery, a nickel cadmium storage battery, and a nickel hydrogen storage battery may be used.
In the first and second embodiments, the main body apparatus 102 is a personal computer, but may be another apparatus that requires a power source.

図5において、実施の形態1及び2では17W発電モード、3W発電モードどちらの状態であっても中間の閾値(残存容量SOCが65%)を基準に13W発電モードに切り換えている(ステップ507、509)。これに代えて、それぞれ異なる中間の閾値を設定してもよい。例えば、ステップ507で燃料電池制御部117は二次電池120の残存容量SOCが75%以上か否かを判断し、ステップ509で燃料電池制御部117は二次電池120の残存容量SOCが55%以下か否かを判断する。3W発電モードから13W発電モードに切り換える時(二次電池の残存容量が減少する時)の第1の中間の閾値(ステップ509)より、17W発電モードから13W発電モードに切り換える時(二次電池の残存容量が増加する時)の第2の中間の閾値(ステップ507)が大きい値であってもよいし、また小さい値であってもよい。   In FIG. 5, in the first and second embodiments, in either the 17W power generation mode or the 3W power generation mode, the mode is switched to the 13W power generation mode based on the intermediate threshold (residual capacity SOC is 65%) (step 507, 509). Instead of this, different intermediate threshold values may be set. For example, in step 507, the fuel cell control unit 117 determines whether or not the remaining capacity SOC of the secondary battery 120 is 75% or more. In step 509, the fuel cell control unit 117 determines that the remaining capacity SOC of the secondary battery 120 is 55%. It is determined whether or not: When switching from the 17W power generation mode to the 13W power generation mode from the first intermediate threshold (step 509) when switching from the 3W power generation mode to the 13W power generation mode (when the remaining capacity of the secondary battery decreases) The second intermediate threshold (step 507) when the remaining capacity increases (step 507) may be a large value or a small value.

上記の実施の形態において、電源装置は、3つの発電モードを有していた。しかしこれに限られるものではなく、電源装置は、n個(nは2以上の正整数)の発電モードを有していても良い。
実施の形態1において、電源装置は出力電力が略最大になる状態における燃料電池の出力電流値以上の値を目標電流とした。これに代えて、燃料電池が排出するメタノールがそれ程増加しない範囲であれば、目標電流値が、出力電力が略最大になる状態における燃料電池の出力電流値よりも小さな値であっても良い。実施の形態2において、電源装置は出力電力が略最大になる状態における燃料電池の出力電圧値以下の値を目標電圧とした。これに代えて、燃料電池が排出するメタノールがそれ程増加しない範囲であれば、目標電流値が、出力電力が略最大になる状態における燃料電池の出力電圧値よりも大きな値であっても良い。但し、実施の形態1及び2の構成の方が好ましい。
本発明を適用して、分離器を有する電源装置を実現することも出来るし、分離器を使用しない構成の電源装置を実現することも出来る。
In the above embodiment, the power supply device has three power generation modes. However, the present invention is not limited to this, and the power supply device may have n (n is a positive integer of 2 or more) power generation modes.
In the first embodiment, the power supply device uses a value equal to or higher than the output current value of the fuel cell in a state where the output power is substantially maximum as the target current. Instead, the target current value may be a value smaller than the output current value of the fuel cell in a state where the output power is substantially maximum as long as the methanol discharged from the fuel cell does not increase so much. In the second embodiment, the power supply apparatus uses a value equal to or lower than the output voltage value of the fuel cell in a state where the output power is substantially maximum as the target voltage. Alternatively, the target current value may be larger than the output voltage value of the fuel cell in a state where the output power is substantially maximum as long as the methanol discharged from the fuel cell does not increase so much. However, the configurations of the first and second embodiments are preferable.
By applying the present invention, a power supply device having a separator can be realized, or a power supply device having a configuration without using a separator can be realized.

本発明の電源装置は、例えばパーソナルコンピュータ等の様々な機器の電源装置として有用である。   The power supply apparatus of the present invention is useful as a power supply apparatus for various devices such as a personal computer.

本発明の実施の形態1の電源装置の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the power supply device of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1、2の電源装置のバランス式燃料電池の燃料の量による出力電流−出力電圧特性、出力電流−出力電力特性、出力電流−メタノール排出率特性を示す図The figure which shows the output current-output voltage characteristic, the output current-output power characteristic, and the output current-methanol discharge rate characteristic with the quantity of the fuel of the balance type fuel cell of Embodiment 1 and 2 of this invention. 従来例の循環式燃料電池と本発明の実施の形態1のバランス式燃料電池の燃料利用率を示す図The figure which shows the fuel utilization of the circulation type fuel cell of a prior art example, and the balance type fuel cell of Embodiment 1 of this invention. 一般的な二次電池の放電特性を示す図Diagram showing discharge characteristics of a typical secondary battery 本発明の実施の形態1の電源装置の燃料電池の発電モードの遷移を示すフローチャートThe flowchart which shows the transition of the electric power generation mode of the fuel cell of the power supply device of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1の電源装置の二次電池の残存容量、燃料電池の発電モードの変化の一例を示す図The figure which shows an example of the change of the remaining capacity of the secondary battery of the power supply device of Embodiment 1 of this invention, and the electric power generation mode of a fuel cell. 本発明の実施の形態2の電源装置の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the power supply device of Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2の電源装置のバランス式燃料電池の燃料の量による出力電圧−出力電力特性を示す図The figure which shows the output voltage-output electric power characteristic with the quantity of the fuel of the balance type fuel cell of the power supply device of Embodiment 2 of this invention. 従来例の循環式燃料電池の構成を示すブロック図Block diagram showing the configuration of a conventional circulating fuel cell 特許文献1の燃料電池装置の構成を示すブロック図Block diagram showing the configuration of the fuel cell device of Patent Document 1 特許文献2の燃料電池発電システム制御装置の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the fuel cell power generation system control apparatus of patent document 2 特許文献3の燃料電池システムの構成を示すブロック図Block diagram showing the configuration of the fuel cell system of Patent Document 3

符号の説明Explanation of symbols

101、701 電源装置
102 本体装置
111 リターンポンプ
112 希釈タンク
113 メタノールポンプ
114 メタノールタンク
115 浄化部
116 燃料電池
117 燃料電池制御部
118 燃料電池出力電流検出器
119、719 DC−DCコンバータ
120 二次電池
121 二次電池出力電圧検出器
122 スタック
123 燃料ポンプ
124 空気ポンプ
131 負荷
718 燃料電池出力電圧検出器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101,701 Power supply device 102 Main body apparatus 111 Return pump 112 Dilution tank 113 Methanol pump 114 Methanol tank 115 Purifying part 116 Fuel cell 117 Fuel cell control part 118 Fuel cell output current detector 119, 719 DC-DC converter 120 Secondary battery 121 Secondary battery output voltage detector 122 Stack 123 Fuel pump 124 Air pump 131 Load 718 Fuel cell output voltage detector

Claims (8)

メタノールを燃料とする燃料電池と、
負荷に電力を供給する二次電池と、
前記燃料電池に供給する燃料及び/又は反応空気の量を制御する燃料電池制御部と、
前記燃料電池が出力する電力を所定の電圧又は電流に変換して、負荷及び/又は前記二次電池に電力を供給する電力コンバータと、
前記二次電池の残存容量を検出する二次電池残存容量検出器と、
を有し、
前記燃料電池制御部は、少なくとも前記二次電池の残存容量に基づいて、切り換える少なくとも3つの発電モードを有し、それぞれの発電モードにおいて異なる値である単位時間当たり一定量の燃料を前記燃料電池に供給し、
前記少なくとも3つの発電モードは、第1の値の燃料の量を前記燃料電池に供給する第1の発電モードと、前記第1の値より大きい第2の値の燃料の量を前記燃料電池に供給する第2の発電モードと、前記第1の値より大きく、かつ前記第2の値より小さい第3の値の量の燃料を前記燃料電池に供給する第3の発電モードと、を含み、
前記燃料電池制御部は、前記第の発電モードにおいて前記二次電池の残存容量が減少して第1の残存容量になった時、前記第2の発電モードに切り換え、
前記第の発電モードにおいて前記二次電池の残存容量が増加して、前記第1の残存容量より大きい第2の残存容量になった時、前記第1の発電モードに切り換え、
前記第2の発電モードにおいて、前記二次電池の残存容量が増加して、前記第1の残存容量より大きくかつ第2の残存容量より小さい第3の残存容量になった時、前記第3の発電モードに切り換え、
前記第1の発電モードにおいて、前記二次電池の残存容量が減少して、前記第1の残存容量より大きくかつ第2の残存容量より小さい第4の残存容量になった時、前記第3の発電モードに切り換えることを特徴とする電源装置。
A fuel cell fueled with methanol;
A secondary battery for supplying power to the load;
A fuel cell controller that controls the amount of fuel and / or reaction air supplied to the fuel cell;
A power converter that converts power output from the fuel cell into a predetermined voltage or current and supplies power to a load and / or the secondary battery;
A secondary battery remaining capacity detector for detecting the remaining capacity of the secondary battery;
Have
The fuel cell control unit has at least three power generation modes to be switched based on at least the remaining capacity of the secondary battery, and supplies a constant amount of fuel per unit time, which is a different value in each power generation mode, to the fuel cell. Supply
The at least three power generation modes include a first power generation mode that supplies a fuel amount of a first value to the fuel cell, and a fuel amount of a second value that is greater than the first value to the fuel cell. A second power generation mode for supplying , and a third power generation mode for supplying a fuel of a third value larger than the first value and smaller than the second value to the fuel cell ,
The fuel cell controller, when the remaining capacity of the secondary battery in the third generation mode becomes the first remaining capacity decreases, switched to the second power mode,
When the remaining capacity of the secondary battery increases in the third power generation mode to become a second remaining capacity larger than the first remaining capacity, the mode is switched to the first power generation mode,
In the second power generation mode, when the remaining capacity of the secondary battery increases to a third remaining capacity that is larger than the first remaining capacity and smaller than the second remaining capacity, Switch to power generation mode,
In the first power generation mode, when the remaining capacity of the secondary battery decreases to a fourth remaining capacity that is larger than the first remaining capacity and smaller than the second remaining capacity, power apparatus according to claim Rukoto switched to generator mode.
前記二次電池残存容量検出器は、前記二次電池の電圧に基づいて、前記二次電池の残存容量を検出することを特徴とする請求項1に記載の電源装置。   2. The power supply device according to claim 1, wherein the secondary battery remaining capacity detector detects a remaining capacity of the secondary battery based on a voltage of the secondary battery. 前記燃料電池が燃料と前記燃料電池の出力電力とをバランスさせるバランス式であることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。   The power supply apparatus according to claim 1, wherein the fuel cell is a balance type that balances fuel and output power of the fuel cell. 前記燃料の量についての第1の値、第2の値及び第3の値は、それぞれ最小値、最大値及び中間値であり、
前記第3の残存容量と前記第4の残存容量とが同一であり、
前記燃料電池に供給する燃料の量が中間値である状態において、前記二次電池の残存容量が前記第2の残存容量に達したならば、前記燃料電池に供給する燃料の量を最小値に切り換え、
前記燃料電池に供給する燃料の量が最小値である状態において、前記二次電池の残存容量が減少して前記第4の残存容量に達したならば、前記燃料電池に供給する燃料の量を中間値に切り換え、
前記燃料電池に供給する燃料の量が中間値である状態において、前記二次電池の残存容量が減少して前記第1の残存容量に達したならば、前記燃料電池に供給する燃料の量を最大値に切り換え、
前記燃料電池に供給する燃料の量が最大値である状態において、前記二次電池の残存容量が増加して前記第3の残存容量に達したならば、前記燃料電池に供給する燃料の量を中間値に切り換える、
ことを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
The first value, the second value, and the third value for the amount of fuel are a minimum value, a maximum value, and an intermediate value, respectively.
The third remaining capacity and the fourth remaining capacity are the same;
In a state where the amount of fuel supplied to the fuel cell is an intermediate value, if the remaining capacity of the secondary battery reaches the second remaining capacity , the amount of fuel supplied to the fuel cell is minimized. switching,
In a state where the amount of fuel supplied to the fuel cell is the minimum value, if the remaining capacity of the secondary battery decreases and reaches the fourth remaining capacity , the amount of fuel supplied to the fuel cell is reduced. Switch to an intermediate value,
In a state where the amount of fuel supplied to the fuel cell is an intermediate value, if the remaining capacity of the secondary battery decreases and reaches the first remaining capacity , the amount of fuel supplied to the fuel cell is Switch to the maximum value,
In a state where the amount of fuel supplied to the fuel cell is the maximum value, if the remaining capacity of the secondary battery increases to reach the third remaining capacity , the amount of fuel supplied to the fuel cell is Switch to intermediate value,
The power supply device according to claim 1.
前記燃料の量についての第1の値、第2の値及び第3の値は、それぞれ最小値、最大値及び中間値であり、
前記燃料電池に供給する燃料の量が中間値である状態において、前記二次電池の残存容量が前記第2の残存容量に達したならば、前記燃料電池に供給する燃料の量を最小値に切り換え、
前記燃料電池に供給する燃料の量が最小値である状態において、前記二次電池の残存容量が減少して前記第4の残存容量に達したならば、前記燃料電池に供給する燃料の量を中間値に切り換え、
前記燃料電池に供給する燃料の量が中間値である状態において、前記二次電池の残存容量が減少して前記第1の残存容量に達したならば、前記燃料電池に供給する燃料の量を最大値に切り換え、
前記燃料電池に供給する燃料の量が最大値である状態において、前記二次電池の残存容量が増加して前記第3の残存容量に達したならば、前記燃料電池に供給する燃料の量を中間値に切り換える、
ことを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
The first value, the second value, and the third value for the amount of fuel are a minimum value, a maximum value, and an intermediate value, respectively.
In a state where the amount of fuel supplied to the fuel cell is an intermediate value, if the remaining capacity of the secondary battery reaches the second remaining capacity , the amount of fuel supplied to the fuel cell is minimized. switching,
In a state where the amount of fuel supplied to the fuel cell is the minimum value, if the remaining capacity of the secondary battery decreases and reaches the fourth remaining capacity , the amount of fuel supplied to the fuel cell is reduced. Switch to an intermediate value,
In a state where the amount of fuel supplied to the fuel cell is an intermediate value, if the remaining capacity of the secondary battery decreases and reaches the first remaining capacity , the amount of fuel supplied to the fuel cell is Switch to the maximum value,
In a state where the amount of fuel supplied to the fuel cell is the maximum value, if the remaining capacity of the secondary battery increases to reach the third remaining capacity , the amount of fuel supplied to the fuel cell is Switch to intermediate value,
The power supply device according to claim 1.
前記燃料電池が出力する電力を増加させる時は、燃料の量を増加させた後、前記電力コンバータの供給電力を増加させ、前記燃料電池が出力する電力を減少させる時は、前記電力コンバータの供給電力を減少させた後、燃料の量を減少させることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。   When increasing the power output from the fuel cell, after increasing the amount of fuel, increase the power supplied to the power converter, and when decreasing the power output from the fuel cell, supply the power converter. The power supply apparatus according to claim 1, wherein the amount of fuel is reduced after the power is reduced. 前記燃料電池に供給する燃料の量が最小値である前記第1の発電モードにおいて、前記燃料電池が出力する電力は、電源装置の自己消費電力と同一であることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。 The power output from the fuel cell in the first power generation mode in which the amount of fuel supplied to the fuel cell is a minimum value is the same as the self-power consumption of the power supply device. The power supply described. 電源装置が起動した時、前記燃料電池制御部は、前記燃料電池に供給する燃料の量が最小値である前記第1の発電モードに初期設定することを特徴とする請求項1に記載の電源装置。 2. The power supply according to claim 1, wherein when the power supply device is activated, the fuel cell control unit initially sets the first power generation mode in which an amount of fuel supplied to the fuel cell is a minimum value. apparatus.
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