電源装置
【課題】電源装置自体が接続される携帯機器の駆動可能電圧を自動で検知する技術を提供する。
【解決手段】接続されている機器に電力を供給する電源装置であって、電源と、電源から入力された電圧を所定の電圧に可変して機器へと出力する変圧手段と、電源装置の出力電流値を測定する電流計と、変圧手段による電圧の可変を制御する制御部と、を備え、制御部は、電源から出力される電圧を段階的に昇圧させ、出力電流値の変化を検出することで、変圧手段により昇圧された電源装置の出力電圧が機器の駆動可能電圧に達したことを検知する。
【解決手段】接続されている機器に電力を供給する電源装置であって、電源と、電源から入力された電圧を所定の電圧に可変して機器へと出力する変圧手段と、電源装置の出力電流値を測定する電流計と、変圧手段による電圧の可変を制御する制御部と、を備え、制御部は、電源から出力される電圧を段階的に昇圧させ、出力電流値の変化を検出することで、変圧手段により昇圧された電源装置の出力電圧が機器の駆動可能電圧に達したことを検知する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置に関する。より具体的には、電源として燃料電池を用いた電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報化社会の進展に伴い、携帯機器を利用する人が増えている。こうした携帯機器が必要とする電源電圧は機器ごとに異なることが多い。外部電源と携帯機器とを接続する際、外部電源の電圧をその携帯機器が駆動可能な電圧に調整する必要がある。外部電源と携帯機器との間に電圧指令機器を接続することで電圧の調整を容易にする技術が提案されている（特許文献１参照）。この電圧指令機器には対応する携帯機器の駆動可能電圧の情報があらかじめ記憶されている。電圧指令機器が外部電源に対してその情報を送信することにより外部電源は携帯機器が必要とする電圧を検知し、出力電圧を調整できる。
【特許文献１】特開２００４−３１９３６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、電圧指令機器を用いる場合、対応する電圧指令機器をそれぞれの携帯機器ごとに用意する必要があり、ユーザにとって利便性がよいものとはいえない。また、外部電源として燃料電池が用いられる場合、出力電力が変動するため携帯機器を安定して稼働させることが困難であった。
【０００４】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電源装置自体が接続される携帯機器の駆動可能電圧を自動で検知する技術の提供にある。また、外部電源として燃料電池が用いられる場合、接続される携帯機器の安定的な稼働を容易にする技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のある態様は、接続されている機器に電力を供給する電源装置である。当該電源装置は、電源と、電源から入力された電圧を所定の電圧に可変して機器へと出力する変圧手段と、電源装置の出力電流値を測定する電流計と、変圧手段による電圧の可変を制御する制御部と、を備え、制御部は、電源から出力される電圧を段階的に昇圧させ、出力電流値の変化を検出することで、変圧手段により昇圧された電源装置の出力電圧が機器の駆動可能電圧に達したことを検知することを特徴とする。
【０００６】
上記態様の電源装置によれば、接続される機器の駆動可能電圧を自動で検知しやすくなり、駆動可能電圧が異なる様々な機器に電力を容易に供給できる汎用電源として使用しやすくなる。ユーザは、接続する機器の駆動可能電圧を意識する必要もなくなりやすい。
【０００７】
上記態様の電源装置において、制御部は、機器が駆動可能電圧に達したことを検知した後、昇圧させた電圧を徐々に降圧させ、出力電流値の変化を検出することによりその機器の駆動可能電圧の下限を検知してもよい。
【０００８】
上記態様の電源装置によれば、接続される機器の駆動可能電圧の下限を自動で検知しやすくなる。また、駆動可能電圧の下限を知ることができるため、電圧を昇圧させたことにより検知した駆動可能電圧と、降圧させたことにより検知した駆動可能電圧の下限との範囲内において電圧を調整できれば、接続されている機器を安定的に稼働させやすくなる。
【０００９】
上記態様の電源装置において、制御部は、電源装置に関する情報を機器に送信するため、検出された機器の駆動可能電圧と検出されたその機器の駆動可能電圧の下限との範囲内において変圧手段により電源装置の出力電圧を変化させてもよい。
【００１０】
上記態様の電源装置によれば、接続される機器の駆動可能電圧の範囲内において電圧を変化させるため機器が稼働した状態のまま機器に情報を送信しやすくなる。また、電圧の変化により情報を送信しているため、情報を送信するための新たな配線や装置等を不要となる。
【００１１】
上記態様の電源装置において、二次電池と、二次電池からの電力の出力、または電源の電力を用いて二次電池の充電を可能とする充放電手段と、電源から変圧手段への入力電圧値を測定する電圧計と、を更に備え、制御部は、入力電圧値と所定の電圧値とを比較し、電圧値が所定の電圧値より大きいときには機器の要求電力に対して電源装置の出力電力が不足していると判定し、充放電手段を制御することにより二次電池からの電力の補充を可能とし、入力電圧値が所定の電圧値より小さいときには機器の要求電力に対して電源装置の出力電力が不足していないと判定し、充放電手段を制御することにより電源からの電力を用いて二次電池の充電を可能としてもよい。
【００１２】
上記態様の電源装置によれば、二次電池からの出力電力を用いて電源の出力電力を補充しやすくなるため、電源装置は接続されている機器に対して安定的に電力を供給しやすくなる。また、電源から出力電力を用いて二次電池が自動で充電されやすくなるため、ユーザの利便性が高くなりやすい。
【００１３】
上記態様の電源装置において、電源装置の出力電圧値を測定する別の電圧計と、を更に備え、制御部は、電圧計における入力電圧値と所定の電圧値とを比較し、入力電圧値が所定の電圧値を上回っている状態から所定の電圧値を下回った際、電流計のその際の出力電流値と別の電圧計のその際の出力電圧値とを参照して電源装置の出力電力を算出してもよい。
【００１４】
上記態様の電源装置によれば、実際の使用環境における電力値を電源装置の出力電力の上限目安として用いやすくなるため、より正確な出力電力の上限を取得しやすくなる。
【００１５】
上記態様の電源装置において、二次電池の出力電流値を測定する別の電流計と、電源装置の出力電圧値を測定する別の電圧計と、を更に備え、制御部は、充放電手段を制御することにより電源からの電力を用いて二次電池からの出力を可能とした後、別の電流計における出力電流値と所定の電流値とを比較し、その出力電流値が所定の電流値を下回っている状態から所定の電流値を上回った際、電流計のその際の出力電流値と別の電圧計のその際の出力電圧値とを参照して電源装置の出力電力を算出してもよい。
【００１６】
上記態様の電源装置によれば、実際の使用環境における電力値を電源装置の出力電力の上限目安として用いやすくなるため、より正確な出力電力の上限を取得しやすくなる。
【００１７】
制御部は、算出された出力電力の値を機器に送信するため、算出された出力電力の値を出力電圧を変化させる周期の値に所定の関数を用いて変換し、その周期の値を用いて電源装置の出力電圧を変化させてもよい。
【００１８】
上記態様の電源装置によれば、算出された出力電力の値を電圧変化の周期として送信できるため電源装置側ではより容易に送信しやすくなり、機器側では受信した情報をより容易に取得しやすくなる。
【００１９】
上記態様の電源装置において、電源は、燃料電池であってもよい。
【００２０】
上記態様の電源装置によれば、燃料電池のように出力電力が変動する電源であってもユーザは機器を安心して使用しやすくなる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、電源装置自体が接続される携帯機器の駆動可能電圧を検知しやすくなる。また、外部電源として燃料電池が用いられる場合、接続される携帯機器の安定的な作動を容易にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は、実施の形態に係る電源装置１００の構成を模式的に示す図である。電源装置１００は、燃料電池１１０、二次電池１２０、電流計１３０、充放電手段１４０、電圧計１５０、変圧手段１６０、電流計１７０、電圧計１８０および制御部１９０を備える。電源装置１００は、接続される機器２００に対して電力を供給する。機器２００はノート型パソコン、携帯電話、ＰＤＡなどの携帯用機器が考えられるが、電源装置１００からの電力を使用可能であればそれ以外の機器であってもよい。
【００２３】
燃料電池１１０は、電源装置１００の主電源として電源装置１００に接続される機器２００に電力を出力する。二次電池１２０は、電流計１３０を介して充放電手段１４０と接続されており、機器２００が必要とする電力に対して燃料電池１１０の出力電力が不足する場合、二次電池１２０の電力を用いて補充することにより機器２００を安定的に稼働させることができる。電流計１３０は、二次電池１２０から出力され充放電手段１４０に入力される電流値を測定する。測定された電流値は制御部１９０に送信される。
【００２４】
充放電手段１４０は、機器２００が必要とする電力に対して燃料電池１１０の出力電力が不足する場合、制御部１９０からの指令により放電モードへと切り替わり、二次電池１２０の電力を用いて補充させる。逆に、機器２００が必要とする電力に対して燃料電池１１０の出力電力が超過する場合、制御部１９０からの指令により充放電手段１４０は充電モードへと切り替わり、燃料電池１１０の電力を用いて二次電池１２０を充電させる。
【００２５】
充放電手段１４０は放電モードへと切り替わった後、二次電池１２０の出力電圧を昇圧させて出力する。充電モードへと切り替わった後、充放電手段１４０は燃料電池１１０からの出力電圧を降圧させて二次電池１２０に出力する。
【００２６】
次に、機器２００の要求電力に対する燃料電池１１０の出力電力の不足・超過を制御部１９０がどのように判定しているかについて説明する。図２は、本実施の形態に係る燃料電池１１０の電流−電力特性ＴＩ−Ｐおよび電流−電圧特性ＴＩ−Ｖを示す図である。Ｔ（Ｉ−Ｐ）１は、燃料電池１１０が安定稼働している状態の電流−電力特性を示す。Ｔ（Ｉ−Ｐ）２は、起動時など燃料電池１１０の出力が一時的に低下している状態の電流−電力特性を示す。Ｔ（Ｉ−Ｐ）３は、長期に渡り使用され、出力性能が劣化している状態の燃料電池１１０の電流−電力特性を示す。Ｔ（Ｉ−Ｖ）１はＴ（Ｉ−Ｐ）１に対応し、燃料電池１１０が安定稼働している状態の電流−電圧特性を示す。同様に、Ｔ（Ｉ−Ｖ）２はＴ（Ｉ−Ｐ）２に、Ｔ（Ｉ−Ｖ）３はＴ（Ｉ−Ｐ）３に対応する電流−電圧特性を示す。
【００２７】
燃料電池１１０が安定稼働している状態を例に説明する。まず、Ｔ（Ｉ−Ｐ）１上において出力電圧が最大となるＰｍａｘの値が測定される。次に、燃料電池１１０が安全に稼働できるよう、Ｐｍａｘの値よりやや低い出力電力ＰＯＰ１の値が決定される。例えば、Ｐｍａｘの８割に当たる値をＰＯＰ１としてもよく、実験によって最適な値が求められてもよい。出力電力がＰＯＰ１時の出力電流はＴ（Ｉ−Ｐ）１からＩＯＰ１であることがわかり、出力電圧はＴ（Ｉ−Ｖ）１からＶＯＰであることがわかる。
【００２８】
燃料電池１１０に要求される電力がＰＯＰ１より大きい場合、燃料電池の出力電流がＩＯＰ１より大きくなり（電流−電力特性Ｔ（Ｉ−Ｐ）１参照）、出力電圧はＶＯＰより低くなる（電流−電圧特性Ｔ（Ｉ−Ｖ）１参照）。いいかえれば出力電圧がＶＯＰより低くなると、出力電力はＰＯＰ１より大きくなるため、燃料電池１１０が安定的に稼働できない虞が生じる。そのため、燃料電池１１０の出力電圧がＶＯＰより低くなった時、機器が要求する電力に対して燃料電池の出力電力が不足していると判定される。逆に燃料電池の出力電圧がＶＯＰより高くなった時、要求される電力に対して燃料電池の出力電力が超過していると判定される。
【００２９】
燃料電池１１０の出力が一時的に低下している状態でも、ＶＯＰの値に基づいて出力電力の不足・超過が判定される。要求される電力がＰＯＰ２より大きい場合、出力電流はＩＯＰ２（電流−電力特性Ｔ（Ｉ−Ｐ）２参照）より大きくなり、出力電圧はＶＯＰより低くなる（電流−電圧特性Ｔ（Ｉ−Ｖ）２参照）。出力電力がＶＯＰより低くなった時、出力電力が不足していると判定され、出力電力がＶＯＰより高くなった時、出力電力が超過していると判定される。燃料電池１１０の出力性能が劣化している状態であっても、同様にＶＯＰの値に基づいて出力電力の不足・超過が判定される。安定稼働中の燃料電池１１０の出力電力が基準とされることで、燃料電池１１０は出力性能を最も発揮できるからである。
【００３０】
燃料電池１１０のＶＯＰに該当する電圧値はあらかじめ取得され、ＶＯＰは制御部１９０に記憶される。電圧計１５０は、燃料電池１１０の出力電圧を測定する。制御部１９０は、電圧計１５０から送信される電圧値とＶＯＰに該当する電圧値とを比較することにより、機器２００の要求電力に対する燃料電池１１０の出力電力の不足・超過を判定する。
【００３１】
図３は、充放電手段１４０の構成例を示す図である。充放電手段１４０は、二次電池１２０（図２において図示せず）に接続される端子１０と、コイル１２と、コンデンサ１４と、放電用スイッチング素子１６と、充電用スイッチング素子１８と、コンデンサ２０と、燃料電池１１０（図２において図示せず）及び変圧手段１６０（図２において図示せず）に接続される端子２２を備える。
【００３２】
放電用スイッチング素子１６は、ＭＯＳＦＥＴ（絶縁ゲート型の電界効果トランジスタ）及びコイル１２側をカソードとしたダイオードからなる。また、充電用スイッチング素子１８は、ＭＯＳＦＥＴ及びコイル１２側をアノードとしたダイオードからなる。端子１０は、コイル１２の一端及びコンデンサ１４の一端に接続される。コイル１２の他端は、放電用スイッチング素子１６の一端及び充電用スイッチング素子１８の一端に接続される。
【００３３】
コンデンサ１４の他端及び放電用スイッチング素子１６の他端は二次電池１２０及び燃料電池１１０の負極と同電位である。充電用スイッチング素子１８の他端はコンデンサ２０の一端及び端子２２に接続され、コンデンサ２０の他端は二次電池１２０及び燃料電池１１０の負極と同電位である。
【００３４】
放電モード時には、放電用スイッチング素子１６を構成するＭＯＳＦＥＴがオンで且つ充電用スイッチング素子１８を構成するＭＯＳＦＥＴがオフの状態で、二次電池１２０（図２において図示せず）の出力電圧によってコイル１２にエネルギーが蓄えられる。その後、放電用スイッチング素子１６を構成するＭＯＳＦＥＴがオフに切り換えられると共に充電用スイッチング素子１８を構成するＭＯＳＦＥＴがオンに切り換えられると、コイル１２に蓄えられたエネルギーが、充電用スイッチング素子１８を構成するＭＯＳＦＥＴのソース−ドレイン間及び整流素子としてのダイオードを経て、コンデンサ２０によって安定化されたのち端子２２に接続される変圧手段１６０（図２において図示せず）に供給される。この様にして昇圧放電動作が実行される。
【００３５】
一方、充電モード時には、充電用スイッチング素子１８を構成するＭＯＳＦＥＴがオンで且つ放電用スイッチング素子１６を構成するＭＯＳＦＥＴがオフ状態で、燃料電池１１０（図２において図示せず）から出力される電力がコイル１２を経て二次電池１２０（図２において図示せず）に供給され、充電が行われる。その後、充電用スイッチング素子１８を構成するＭＯＳＦＥＴがオフに切り換えられると共に放電用スイッチング素子１６を構成するＭＯＳＦＥＴがオンに切り換えられると、コンデンサ１４並びに、放電用スイッチング素子１６を構成するＭＯＳＦＥＴのソース−ドレイン間及び整流素子としてのダイオードに電流が流れて、コイル１２に蓄えられたエネルギーがキャンセルされる。この様にして降圧充電動作が実行される。
【００３６】
図１に戻り電源装置１００の説明を続ける。電圧計１５０は、燃料電池１１０（放電モード時には燃料電池１１０及び二次電池１２０）から出力され変圧手段１６０に入力される電圧値を測定する。測定された電圧値は制御部１９０に送信される。
【００３７】
変圧手段１６０は、燃料電池１１０（放電モード時には燃料電池１１０及び二次電池１２０）から入力された電圧を所定の電圧に可変して出力する。本発明の実施の形態では変圧手段１６０としてＤＣ／ＤＣコンバータを使用している。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータには電圧の可変の程度、つまり入力された電圧を昇圧または降圧できる範囲に限界がある。制御部１９０からの指令に応じて変圧手段１６０は電圧可変の程度を調整する。
【００３８】
電流計１７０は、変圧手段１６０から出力される電流値を測定する。変圧手段１６０から出力された電流は機器２００へと供給されるため、電流計１７０は電源装置１００の出力電流値を測定することになる。測定された電流値は制御部１９０に送信される。
【００３９】
電圧計１８０は、変圧手段１６０から出力される電圧値を測定する。変圧手段１６０から出力された電圧は機器２００へと供給されるため、電圧計１８０は電源装置１００の出力電圧値を測定することになる。測定された電流値は制御部１９０に送信される。
【００４０】
制御部１９０は、電源装置１００を構成する各部材と図示しない配線により接続されている。制御部１９０は電流計や電圧計から送信された情報を参照し、充放電手段１４０に対して放電・充電モードの切換指令を送信したり、変圧手段１６０に対して電圧可変の程度を決定するための指令を送信したりする。また、電源装置１００の起動・停止に対応して燃料電池１１０の起動・停止の制御、二次電池の充電完了を検知して充電モードの終了指令などについても制御を行う。
【００４１】
図４は、電源装置におけるの一連の処理過程の概要を示すフローチャートである。最初にユーザが電源装置１００の起動スイッチをＯＮにすることにより、電源装置１００が起動される（Ｓ１０）。電源装置１００の起動に伴い、制御部１９０は燃料電池１１０を起動させる。電源装置１００の起動方法は別の方法であってもよく、制御部１９０は、電源装置１００の機器２００への接続を検出し、燃料電池１１０を起動させてもよい。
【００４２】
制御部１９０は変圧手段１６０を制御することにより燃料電池１１０から出力された電圧を段階的に昇圧させ、接続されている機器の駆動可能電圧に昇圧させた電圧が適合するかを調査する（Ｓ１２）。昇圧された電圧が駆動可能電圧の範囲内であり機器への電力供給が可能である場合（Ｓ１４のＹ）、制御部１９０は電力供給を開始させる（Ｓ１６）。一方、昇圧された電圧が駆動可能電圧の範囲外であり機器への電力供給が不可能である場合（Ｓ１４のＮ）、制御部１９０は電源装置１００の稼働を停止させる（Ｓ２２）。Ｓ１２における適合電圧の調査およびＳ１４の電力供給の判定の詳細については図５と図６にて後述する。
【００４３】
電源装置１００が機器への電力供給を開始した後、制御部１９０は電源装置１００の出力電力を監視する（Ｓ１８）。制御部１９０は、機器２００の要求電力に対して電源装置１００の出力電圧が十分であると判定した場合（Ｓ２０のＹ）、電源装置１００の出力電圧を引き続き監視する。一方、機器２００の要求電力に対して電源装置１００の出力電圧が不足していると判定した場合（Ｓ２０のＮ）、接続されている機器２００を安定的に稼働させることができないため制御部１９０は電源装置を停止させる（Ｓ２２）。Ｓ１８における出力電圧の監視およびＳ２０における出力電圧の判定の詳細については図７にて後述する
【００４４】
図５は、接続されている機器の駆動可能電圧を調査する際の処理過程を示すフローチャートである。図６は、機器の駆動可能電圧を調査する際の電源装置の出力電圧の推移を示す図である。電源装置１００が起動された後、制御部１９０は変圧手段１６０に指令を送信し、燃料電池１１０の出力電圧を所定の電圧値Ｖ１に昇圧させる（Ｓ２４）。制御部１９０は、電流計１７０から送信される電流値を所定の範囲と比較する（Ｓ２６）。
【００４５】
ここで所定の範囲について説明する。電源装置１００の出力電圧が機器の駆動可能電圧に達していなくても電流計１７０に微量な電流が流れることがある。所定の範囲の下限に該当する電流値は、電流計１７０で測定される電流をこうした微量な電流と区別するための電流値である。つまり測定される電流が所定範囲の下限以上であれば、微量な電流の測定値ではないということである。下限に該当する電流値はあらかじめ実験を行うことにより決定できる。
【００４６】
所定範囲の上限に該当する電流値は、電源装置１００の上限電力と対応して決定される。電源装置１００は燃料電池１１０を電源とし、燃料電池１１０から出力された電圧を変圧手段１６０を用いて可変し出力している。そのため、電源装置１００の電流−電力特性および電流−電圧特性は図２に示される形状と同様の形状となる。燃料電池１１０の安定稼働中に電源装置１００の出力電力が最大となるときの電流をＩｄ、電圧をＶｄとして説明する。
【００４７】
接続されている機器２００の要求電力が電源装置１００の最大出力より大きい場合、電源装置１００の出力電流がＩｄより大きくなる。その場合、出力電圧はＶｄより低くなるため電源装置１００の出力電力が低下し、機器２００を安定的に稼働させることができなくなる。電源装置１００の出力電圧がＶｄより低くなるということは、電源装置１００の電源である燃料電池１１０の出力電圧もＶＯＰより低くなっていると考えられる。制御部１９０はこの状況を検知すると充放電手段１４０を放電モードに切り換え、二次電池１２０から電力を補充させる。
【００４８】
二次電池１２０はあくまで燃料電池１１０を補助するための電源であり、燃料電池１１０と二次電池１２０との両電源を持続的に併用することは困難である。つまり、電源装置１００の出力電流がＩｄを下回っている状態にあれば、電源装置１００は接続されている機器に安定的に電力を供給できる。そのため、制御部１９０は電流値Ｉｄを所定範囲の上限としてあらかじめ記憶し、電流計１７０の出力電流値を所定の範囲と比較する（Ｓ２６）。
【００４９】
図５に戻り説明を続ける。電流計１７０の測定値が所定の範囲より小さい場合（Ｓ２６の右方向）、制御部１９０は変圧手段１６０の昇圧可能な上限電圧を調査する。上述したように変圧手段１６０の電圧可変には限界があるからである。Ｖ１の値が上限電圧ではない場合（Ｓ２８のＮ）、制御部１９０は変圧手段１６０に指令を送信し、燃料電池１１０から入力される電圧をＶ２に昇圧させる（Ｓ２４）。再度、制御部１９０は電流計１７０の値を所定の範囲と比較する（Ｓ２６）。電流計１７０の値が所定の範囲に該当するまでこの処理が繰り返され、電圧はＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４・・・と段階的に昇圧される。
【００５０】
一般に、外部電源に接続され使用される機器の駆動可能電圧の種類はそれ程多くない。そのため、電源装置１００の出力電圧を段階的に昇圧して機器２００の駆動可能電圧を調査する方が電圧を連続的に昇圧して調査するよりも効率的である。
【００５１】
また、本実施の形態に係る二次電池１２０は、一つの二次電池から構成される場合以外にも複数の二次電池から構成されることも可能である。二次電池１２０が複数の二次電池から構成される場合、燃料電池１１０からの電圧供給を停止させた上で複数の二次電池を段階的に直列に接続することにより変圧手段１６０を用いることなく、電源装置１００の電圧を段階的に昇圧させてもよい。機器２００は一般的な乾電池を外部電源として使用する場合も多く、機器２００の駆動可能電圧は乾電池の電圧１．５Ｖの倍数に設定されていることが多い。そのため、複数の二次電池のそれぞれの電圧を１．５Ｖとすることにより機器の駆動可能電圧を調査できる。
【００５２】
ある電圧に昇圧させた後、次の電圧へと昇圧させるまでの時間（図６で説明するとＶ１に昇圧させてからＶ２に昇圧させるまでの時間）はできる限り短い方が望ましい。電源装置１００は、より短時間で機器２００の可能電圧を検知できる。本発明の実施の形態では、上述したように昇圧の段階を乾電池の倍数に設定してもよいし、機器の駆動可能電圧の種類を意識して設定してもよい。前者の場合は３Ｖ、６Ｖ、９Ｖ、１２Ｖ、１５Ｖ、１８Ｖ、２１Ｖ、２４Ｖの順で段階的に昇圧させる。後者の場合は５Ｖ、１０Ｖ、１５Ｖ、２０Ｖ、２５Ｖの順で段階的に昇圧させる。
【００５３】
段階的に昇圧した電圧が駆動可能電圧ＶＳＴに達すると、所定の範囲に該当する電流が電流計１７０に流れる。制御部１９０は昇圧させた電圧が機器の駆動可能電圧に達したことを検知し（Ｓ２６の左方向）、図６に示されるように昇圧させた電圧を徐々に降圧させる。降圧される電圧がＶＬより低くなると、電流計１７０で測定される電流値が所定の範囲に該当する状態から所定の範囲より小さい状態へと変化する。制御部１９０はこの変化を検出し、機器の駆動可能電圧の下限であるＶＬを検知する（Ｓ３４）。
【００５４】
こうした処理を行うことにより、接続されている機器を駆動させるためには電源装置１００からの出力電圧がＶＳＴとＶＬとの範囲内であればよいことがわかる。その後、制御部１９０は機器をより安全に稼働させるため電圧をＶＳＴまで昇圧させる（Ｓ３６）。
【００５５】
一方、電流計１７０の測定値が所定の範囲より大きい場合（Ｓ２６の下方向）、制御部１９０は図１に図示されないモニターを用いて電源装置１００の使用継続の意思確認をユーザに問い合わせる。この状況のままで電源装置１００の使用を続けると機器２００に安定的に電力を供給できない場合があるからである。安定的に電力を供給できないとしてもユーザが使用継続を要求する場合（Ｓ３２のＹ）、駆動可能電圧の下限の調査（Ｓ３４）の後、可能な限り電力供給を継続する（Ｓ３６）。一方、ユーザが使用継続を要求しない場合（Ｓ３２のＮ）、制御部１９０は電源装置１００の停止させる（Ｓ３０）。
【００５６】
図７は、電源装置の出力電力を監視する際の処理過程を示すフローチャートである。制御部１９０は、二次電池１２０の出力電流を測定する電流計１３０の値を所定の値と比較する。
【００５７】
ここで所定の値について説明する。まず燃料電池１１０と同様に、二次電池１２０の最大出力があらかじめ測定される。図２で示したように燃料電池１１０では、状態に応じて最大出力が変化する。例えば安定稼働中の最大出力はＰｍａｘであるが、起動時の最大出力はＰｍａｘより低い。一方、二次電池１２０の最大出力は燃料電池１１０に比べそれ程変化しない。そのため二次電池１２０の最大出力はある程度一意的に決定される。
【００５８】
二次電池１２０が安全に稼働できるよう、その最大出力の値よりやや低い出力電圧の値ＰＡＣＣが決定される。例えば、その最大出力の値の８割に当たる値をＰＡＣＣとしてもよく、実験によって最適な値が求められてもよい。出力電力がＰＡＣＣである時の出力電流ＩＡＣＣが測定され、ＩＡＣＣが所定の値として用いられる。
【００５９】
要求される電力に対して燃料電池１１０の電力が不足すると、二次電池１２０からの電力出力が開始される。二次電池１２０からの電力供給により、ＶＯＰを上回っていた燃料電池１１０の出力電圧はＶＯＰへと戻される。電流計１３０の測定値が所定の値を上回っていない場合（Ｓ３８のＮ）、制御部１９０は引き続き電流計１３０の値を監視する。
【００６０】
電流計１３０の値が所定の値を上回ったとき（Ｓ３８のＹ）、つまり要求される電力が二次電池が安全に供給できる電力を上回ったとき、制御部１９０は、電流計１７０と電圧計１８０のその際の値を用いて電源装置１００の出力電力を算出する（Ｓ４０）。算出された出力電力は、燃料電池１１０と二次電池１２０とが安全に供給できる限界の電力であるため、電源装置１００から安全に出力できる電力の上限目安とすることができる。制御部１９０は、算出された上限目安の値を変圧手段１６０を用いて機器２００に送信する（Ｓ４２）。
【００６１】
なお、変圧手段１６０が既に昇圧可能な上限電圧に達している場合（Ｓ２８のＹ）、電源装置１００は、機器を駆動するための電圧を供給できない。制御部１９０は電源装置を停止させる。
【００６２】
図８は、電力の上限目安の値を機器に送信する際の電源装置の出力電圧の推移を示す図である。制御部１９０は、接続されている機器の駆動可能電圧ＶＳＴと機器の駆動可能電圧の下限ＶＬを既に検知している。また、制御部１９０は、変圧手段１６０を用いて電源装置１００の出力電圧を可変することができる。そのため、制御部１９０は、ＶＳＴとＶＬとの範囲内において電源装置１００の出力電圧を周期的に可変することにより機器２００に情報を送信できる。
【００６３】
図８に示されるｔ１〜ｔ２間、ｔ２〜ｔ３間、ｔ３〜ｔ４間の間隔は全て同じ値に統一されている。いいかえれば、この間隔が電圧の変圧周期となる。制御部１９０は電力の上限目安値と変圧周期とを対応させる関数を用いることにより、電力の上限目安値を対応する変圧周期に変換できる。機器２００がこの関数の逆関数の情報を有していれば、電源装置１００から入力された電圧の変化からその変圧周期を検出した後、逆関数を用いて変圧周期を電源装置１００の電力の上限目安値に変換できる。なお、変圧手段１６０は２０ｍｓほどで電圧を可変できる。
【００６４】
機器２００が、機器２００内で使用される電力を管理する機能を有していれば、電源装置１００から送信された上限目安値を越えないよう使用電力を管理できる。これにより、電源装置１００は機器２００へ電力を安定的に供給でき、ユーザは機器２００を安心して使用できる。
【００６５】
ここまでは燃料電池１１０と二次電池１２０とが安全に電力を供給できる限界の電力を電源装置１００の出力電力の上限目安値としたが、別の方法により求められる値を電力の上限目安値としてもよい。以下に別の方法を説明する。
【００６６】
図２では燃料電池１１０の電流−電力特性および電流−電圧特性を示し、安定稼働中の燃料電池１１０の出力電力がＰＯＰ１となる時の出力電流がＩＯＰ、出力電圧がＶＯＰになることを説明した。燃料電池１１０に要求される電力がＰＯＰ１より大きい場合、燃料電池の出力電流がＩＯＰより大きくなる。その場合、出力電圧はＶＯＰより低くなるため燃料電池の出力電力が低下し、燃料電池に接続されている機器を安定的に稼働させることができなくなる。
【００６７】
制御部１９０は、電圧計１５０に測定される値とＶＯＰとを比較し、測定される電圧がＶＯＰより低くなったときに機器２００の要求電力に対して燃料電池の出力電力が不足していると判定し、充放電手段１４０を放電モードに切り換える。上述したように電源装置１００は燃料電池１１０を電源としているため、電源装置１００の電流−電力特性および電流−電圧特性は図２に示される燃料電池１１０の形状と同様の形状となる。
【００６８】
燃料電池１１０の出力電圧がＶＯＰを上回っている状態からＶＯＰを下回った際の電流計１７０と電圧計１８０の値を用いて、制御部１９０は電源装置１００の出力電力を算出する。図７で算出された出力電圧は、燃料電池１１０と二次電池１２０とが安全に供給できる限界の電力であり、今回算出された出力電力は、燃料電池１１０が安全に供給できる限界の電力である。二次電池の出力電力はあくまで補助的な電力であると考えると、今回算出された出力電力を電源装置１００から安全に出力できる電力の上限目安とすることができる。
【００６９】
電源装置１００は接続されている機器２００に対して電力の上限目安以外の情報を送信してもよい。例えば、制御部１９０は、燃料電池の燃料が不足していることをセンサにより検出し、燃料が不足している旨の情報を機器２００に送信してもよい。この場合、機器にモニタが設けられている場合には、そのモニタに燃料不足の警告を表示させることでユーザは素早く対応できる。電源装置１００が情報を提示するためのモニタやＬＥＤ等を有していてもよい。また、燃料電池の燃料量以外にも、二次電池を充電する必要があることを示す情報や燃料電池内の異常など、燃料電池に関する情報を送信してもよい。
【００７０】
図９は、電源装置に接続される機器の一般的な構成を模式的に示す図である。機器２００は、コネクタ２１０、電圧検査部２２０、電力制御部２３０、電力消費部２４０および二次電池２５０を備える。コネクタ２１０は機器２００を外部電源と接続するための機能を有する。コネクタ２１０は電圧検査部２２０と接続されている。
【００７１】
電圧検査部２２０は、外部電源からコネクタ２１０を介して入力された電圧が機器２００の駆動可能電圧に適合するか否かを検査する。適合する場合、外部電源からの電力を電力制御部２３０へと出力し、適合しない場合、機器２００の故障を防止するため外部電源からの電力を電力制御部２３０へ出力しない。
【００７２】
電力制御部２３０は、外部電源から入力された電圧を電力消費部２４０内の各部材に適合した電圧に変換して、それらの各部材に電力を供給する。電力消費部２４０は機器２００内において電力を使用する各部材の総称であり、仮に機器２００がノート型パソコンであれば電力消費部２４０内の各部材としてＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＶＤドライブ等が挙げられる。
【００７３】
二次電池２５０は機器２００に外部電源が接続されていない場合、電力制御部２３０に電力を供給する役割を果たす。
【００７４】
上述の通り、本発明の実施の形態に係る電源装置１００は、出力電圧を変化させることにより電力の上限目安値となる情報を接続されている機器に送信できる。機器２００は電圧検査部２２０を有するため入力された電圧の変化を検出できる。しかし、電圧が所定の周期で可変されていることを検出することはできない。また、逆関数を用いて所定の周期から電力の上限目安値を取得することもできない。
【００７５】
機器２００がノート型パソコンである場合、電力制御部２３０の管理はソフトウエアによって行われることが多い。そのため、電圧の変化から所定の周期を検出し、電力の上限目安値を取得するための機能を有するソフトウエアを機器２００にインストールすることが可能である。電力制御部２３０を管理するソフトウエアに新しい機能を追加することで、機器２００は電源装置１００の電力の上限目安値を取得できる。
【００７６】
このようにソフトウェアの更新によって電力制御部２３０に機能を追加できる場合、新機能を有するデバイスを必要とせず、機器２００を使用するユーザの利便性が高まる。また、電力制御部２３０は二次電池２５０の電力を有効に使用するため、電力消費部２４０内の各部材に供給する電力を管理する機能を有することがある。電力制御部２３０がこのような機能を有する場合、電力の上限目安値を取得できれば接続されている電源装置１００の電力をその値に応じて有効に使用できる。
【００７７】
電源装置１００の電力の上限目安値が機器２００の要求電力よりも少ない場合、電力消費部２４０内の幾つか部材（ＤＶＤドライブ等の必然的な使用を要求されない部材）の使用を禁止することが考えられる。このような処理によりユーザは電源装置１００の供給電力を安心して使用できる。
【００７８】
しかし、電源装置１００に接続される全ての機器に新機能を有するソフトウエアをインストールできる訳ではない。例えば、電力制御部の管理がソフトウエアで行われていないためソフトウエアを更新することによって電力の上限目安値を取得できない場合である。このような場合、機器２００の要求電力に対して電源装置１００の出力電力が十分であれば、ユーザは機器２００を問題なく使用できる。
【００７９】
機器２００の要求電力に対して電源装置１００の出力電力が不足する場合、図４のフローチャートで示したように制御部１９０は電源装置１００の稼働を停止させる。この場合、機器２００は電源装置１００からの電力を使用できず、二次電池２５０の電力を使用することになる。
【００８０】
燃料電池は、アクティブ型燃料電池であってもよい。以下に、燃料電池がアクティブ型燃料電池である場合の電源装置の一例を説明する。特に燃料電池の構成について詳述する。
【００８１】
図１０は、電源装置１００の構成を表した上面模式図である。電源装置１００は、アノードにメタノール水溶液あるいは純メタノールを供給することにより発電するＤＭＦＣ１０１０と１６ｍｏｌ／Ｌ以上の高濃度のメタノール水溶液あるいは純メタノールが入ったメタノールタンク１０２０と、メタノールタンク１０２０からのメタノールを０．１〜２．０ｍｏｌ／Ｌ程度の濃度に希釈し、ＤＭＦＣ１０１０へ供給するメタノール水溶液（燃料）を貯めておくバッファタンク１０３０と、電力変換装置や補機類の制御を行う制御部１０４０と、熱交換器１０５０と、軸流ファン１０６０と、筐体１０７０と、を備えている。制御部１０４０は、図１に示される制御部１９０の処理する機能も備える。図示されていないが、電源装置１００は図１に示される充放電手段、変圧手段、電流計、電圧計も当然に備えている。
【００８２】
バッファタンク１０３０へは、メタノールタンク１０２０から定期的に、あるいは、バッファタンク１０３０内のメタノール水溶液の濃度を監視し、所定の閾値、例えば１．０ｍｏｌ／Ｌを下回ったことを検出したときに、高濃度のメタノール水溶液または純メタノールが補給される。メタノールタンク１０２０は、内部に、柔軟性が有って、かつ、耐メタノール（アルコール）性を有する材料で構成されたパック１０２１が収納されている。柔軟性かつ耐メタノール性を有するパック１０２１の材料としては、内側にポリエチレンまたはテフロン（登録商標）、外側に補強材としてナイロンなどの合成繊維を配した２層構造の材料が適している。メタノールタンク１０２０の壁面１０２２（平面１０２２ａ、側面１０２２ｂ、背面１０２２ｃ）は筐体１０７０の一部を構成しており、背面１０２２ｃに設けられた空気口１０７４は、メタノールタンク１０２０中のメタノールが消費され、内部のパック１０２１の容積が小さくなったときに、メタノールタンク１０２０の内部であってパック１０２１外の部分が電源装置１００外との差圧が生じないようにすると共に、メタノールタンク１０２０を電源装置１００に着脱するときの滑り止めとしても機能するものである。パック１０２１の底面には、メタノール取出口１０２５が設けられており、このメタノール取出口１０２５とジョイント１０２６とが取出配管１０２７によって接続されている。取出配管１０２７はパック１０２１より肉厚の透明配管となっており、材料としては取出配管１０２７はシリコンゴム、ジョイント１０２６はポリプロピレンで作製するのが適している。
【００８３】
バッファタンク１０３０の上部の筐体１０７０には空気口１０７３が設けられており、バッファタンク１０３０は、メタノールタンク１０２０からのメタノールを所定の濃度（本実施の形態では１．２±０．３ｍｏｌ／Ｌ程度）に希釈する希釈用タンクとして用いると共に、熱交換器１０５０にて充分に冷却されて流入した空気、生成水、メタノール水溶液、二酸化炭素などの気液分離手段として用いられる。即ち、バッファタンク１０３０にて気相の空気や二酸化炭素が空気口１０７３から排出される。空気口１０７３には、図示しないフィルタが設けられており、蟻酸やホルムアルデヒドなどの副生成物は、空気口１０７３から空気や二酸化炭素が排出される際にフィルタに吸着される。
【００８４】
ＤＭＦＣ１０１０のカソードへはエアポンプ１０８０から空気（酸化剤）が供給され、アノードへはバッファタンク１０３０から第１液体ポンプ１０８３を介してメタノール水溶液が供給される。１０８１はエアポンプ１０８０の空気取込口であり、本電源装置１００の中央部に設けられている。エアポンプ１０８０の空気取込口１０８１から取り込まれた空気は、空気吐出口１０８２からＤＭＦＣ１０１０のカソード入口１０１２に送り込まれる。一方、第１液体ポンプ１０８３は、バッファタンク１０３０から１．２ｍｏｌ／Ｌ程度の濃度に希釈されたメタノール水溶液を液体取込口１０８４から取込み、液体吐出口１０８５からＤＭＦＣ１０１０のアノード入口１０１４に送り出す構成となっている。また、第２液体ポンプ１０８６は、定期的あるいはバッファタンク１０３０内のメタノール濃度が所定の閾値濃度を下回ったときに、高濃度のメタノール水溶液あるいは純メタノールを液体取込口１０８７を介してメタノールタンク１０２０から取り込み、液体吐出口１０８８を介してバッファタンク１０３０へ供給する。
【００８５】
ＤＭＦＣ１０１０のカソードから排出される空気と生成水はカソード出口１０１６から排出され、ＤＭＦＣ１０１０のアノードから排出されるメタノール水溶液と二酸化炭素はアノード出口１０１８から排出される。カソード出口１０１６及びアノード出口１０１８から排出された排出物は、熱交換器１０５０に導入され、合流してバッファタンク１０３０に入る。空気取込口１０８１及び熱交換器１０５０へは、ＤＭＦＣ１０１０の作動温度（６０±３℃）より５〜１５℃程度低い温度の空気が供給される。従って、ＤＭＦＣ１０１０から排出された７０℃程度の空気、生成水、メタノール水溶液、二酸化炭素などは、熱交換器１０５０にて充分に凝縮されるので、外部から水分を補給する必要性がなくなり、メタノールが外部へ放出されて消費量が増加してしまうことを防止することができる。
【００８６】
ＤＭＦＣ１０１０が発電する際の反応は発熱反応であるため、ＤＭＦＣ１０１０へ空気とメタノール水溶液を供給することにより、ＤＭＦＣ１０１０の温度が上昇する。そこで、ＤＭＦＣ１０１０には図示しないサーミスタあるいはリミッタを取り付けて、ＤＭＦＣ１０１０の温度が作動温度（６０±３℃）まで−５℃程度（本実施例の場合５５℃）のところまで近づいたときから軸流ファン１０６０の運転を開始する。筐体１０７０の、軸流ファン１０６０と対向する位置に空気口１０７１が設けられており、ＤＭＦＣ１０１０を回り込む位置に空気口１０７２が設けられているので、軸流ファン１０６０の運転を開始すると、ＤＭＦＣ１０１０の周囲を空気が流通し、ＤＭＦＣ１０１０は空冷される。これにより、ＤＭＦＣ１０１０の温度を６０±３℃に設定することができる。なお、１０７５は空気口である。
【００８７】
制御部１０４０は、図１１に示すように燃料電池部１０９０と切り離せるよう（分離可能）に構成されている。１０４１は燃料電池部１０９０と制御部１０４０とを電気的に接続する通信部である。通信部１０４１は水蒸気などの出入のないように、燃料電池部１０９０の中で密閉された空間となっている。また、通信部１０４１は、コネクタ１０４２を介して制御部１０４０と通信および電力の授受が可能となっており、コネクタ１０４２は制御部１０４０側の挿入部１０４３に挿し込むようになっている。制御部１０４０は、本発明の電源装置１００が電力を供給する対象によって、交換することが可能であり、本実施の形態の場合、図１２に示すように、ノート型ＰＣ１５００に電力を供給するためにノート型ＰＣ１５００の底面を制御部１０４０上に載せ、電源ケーブル（図示せず）をノート型ＰＣ１５００の電源ケーブル挿入部に挿し込むことで、ノート型ＰＣ１５００に電力を供給できるようになっている。また、メタノールタンク１０２０には残量表示窓１０２４が設けられている。
【００８８】
また、図１３に示すように、ノート型ＰＣ１５００が制御部１０４０よりも大きい場合（特に、Ｌの寸法が大きい場合）やノート型ＰＣ１５００の電源ケーブル挿入部がノート型ＰＣ１５００の側面ではなく背面に設けられているような場合、ノート型ＰＣ１５００を制御部１０４０上に載せたときに、ノート型ＰＣ１５００の底部に隙間ができて不安定な設置となるので、スライド式の支持部１０４５を手前に引出し、ノート型ＰＣ１５００を支持させる。１０４７は電源装置１００の電源スイッチとなっており、電源装置１００がノート型ＰＣ１５００などの電力供給対象へ電力を供給するときには、まずこの電源スイッチ１０４７を押して電源装置１００を立ち上げる。また、１０２８はメタノールタンク１０２０をはずすときに、メタノールタンク１０２０と電源装置１００とのロック状態を解除するロック解除ボタン１０２８となっている。
【００８９】
このように燃料電池部１０９０と制御部１０４０とを分離可能、あるいは、制御部１０４０を電力供給対象に合わせて交換可能に構成することにより、発電を行う燃料電池部１０９０を共通化して、様々なアプリケーションに対応させることが可能となる。特に、本発明の電源装置１００は、電源ケーブル１０４４を介して、ノート型ＰＣ１５００などの電力供給対象へ電力を供給できるだけではなく、制御部１０４０に設けられた二次電池挿入部１０４６に二次電池を挿入することにより、二次電池の充電器としても利用することができる。
【００９０】
二次電池充電用端子１０４８は、電源装置１００にＡＣアダプタを接続するための端子である。上述したように燃料電池が稼働し電力に余裕がある場合、電源装置１００内の二次電池は燃料電池の電力を用いて充電されるが、燃料電池が起動していない場合、二次電池を充電することができない。二次電池充電用端子１０４８にＡＣアダプタを接続することにより、燃料電池の稼働に関係なく二次電池を充電できるため電源装置１００はより安定的に電力を供給できる。
【００９１】
また、電源装置１００の起動時、制御部１０４０は二次電池の電力を用いて燃料電池を起動させる。そのため二次電池の電力が不足していると電源装置１００を起動できないことがある。このような場合、二次電池充電用端子１０４８にＡＣアダプタを接続することにより、制御部に直接電力を供給することにより電源装置１００を起動させてもよい。
【００９２】
電源ケーブル１０４４は電力供給対象である機器へ接続される。こうした機器はＡＣアダプタなどの外部電源が接続されるための外部電源用の入力端子を備える。電源ケーブル１０４４の先端には外部電源用入力端子の形状に適合する出力端子が設けられている。二次電池充電用端子１０４８もＡＣアダプタを接続される端子であるため、電源ケーブル１０４４の出力端子を二次電池充電用端子１０４８に差し込むことが可能である。このような誤接続を防止するため電源ケーブル１０４４の長さを調整し、電源ケーブル１０４４の出力端子を二次電池充電用端子１０４８に差し込めないようにすることが望ましい。
【００９３】
燃料電池がアクティブ型燃料電池である場合の電源装置の別の例についてに説明する。特に燃料電池の構成について詳述する。
【００９４】
図１４は電源装置１００の斜視図、図１５は電源装置１００の構成図を示している。電源装置１００は、液体燃料としてメタノールを用い、このメタノールと酸化剤としての空気とを燃料電池において電気化学反応させることにより発電を行う、所謂、ダイレクトメタノール燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＤＭＦＣ）システムであり、携帯可能なノート型パソコンの電源として使用できるように全体寸法はコンパクトに構成されている。
【００９５】
電源装置１００は、図１４に示すようなケース２０１０内の長手方向の一側に燃料電池（スタック）２０２０が搭載され、その反対側には電源装置１００から着脱可能に接続された燃料カートリッジ２０３０が、略中央部に補機ユニット２０４０が設けられている。また、ノート型パソコンを載せるクレイドル２０５０内には制御部（図示せず）と二次電池（図示せず）とが設けられている。この制御部は、図１に示される制御部１９０の処理する機能も備える。同様に図示されていないが、電源装置１００は図１に示される充放電手段、変圧手段、電流計、電圧計も当然に備えている。
【００９６】
燃料カートリッジ２０３０に隣接して燃料サブタンク（第２の燃料貯蔵部）２０８０とバッファタンク（第３の燃料貯蔵部）２０９０とが設けられており、燃料カートリッジ２０３０内の燃料バッグ（第１の燃料貯蔵部）２０３２に貯蔵される純メタノールまたは高濃度のメタノール水溶液は、燃料サブタンク２０８０を介してバッファタンク２０９０に導入され、バッファタンク２０９０にて所定の濃度（１ｍｏｌ／Ｌ）に希釈される。即ち、燃料サブタンク２０８０は、燃料バッグ２０３２内の燃料残量が０となったことを検出すると共に、燃料カートリッジ２０３０を着脱するときに、燃料供給路２０３４、２０８２に混入してしまう空気（気体成分）を脱泡する機能を有し、バッファタンク２０９０は、燃料の濃度を調整すると共に、燃料電池２０２０から排出される気体成分を本電源装置１００の外部へ排出する（詳細は後述する）気液分離器の機能を有する。
【００９７】
補機ユニット２０４０は、燃料バッグ２０３２から燃料サブタンク２０８０へ燃料を供給するメタノールポンプ（第１の液体ポンプ）２０４１と、燃料サブタンク２０８０からバッファタンク２０９０へ燃料を供給するメタノールポンプ（第２の液体ポンプ）２０４２と、バッファタンク２０９０から燃料電池２０２０へ燃料を供給するメタノールポンプ（第３の液体ポンプ）２０４３と、燃料電池２０２０へ酸素（本実施の形態では空気）を供給するエアポンプ２０４４と、を含み、これらは燃料貯蔵部である燃料カートリッジ２０３０、燃料サブタンク２０８０およびバッファタンク２０９０と燃料電池２０２０との間に搭載されている。これは、燃料供給路２０３４、２０８２、２０８４、２０９１、２０９２をできる限り短くし、省スペース化を図ると共に、間欠的に供給される高濃度メタノールを速やかに燃料電池２０２０へ供給するためである。
【００９８】
さらに補機ユニット２０４０は、燃料電池２０２０のアノード２０２１側から排出される液体を主成分とするアノード排出物（排メタノール＋二酸化炭素）とカソード２０２２側から排出される気体を主成分とするカソード排出物（排空気＋生成水）とを混合し、気体成分と液体成分とに分離する気液分離器２０４５と、気液分離器２０４５にて分離された気体成分と液体成分とを異なる配管（２０４６ｂ、２０４６ａ）に流通させ、電源装置１００内部の空気を排出する冷却ファン２０４７により燃料電池２０２０の排出物を冷却する冷却器２０４６と、を含み、これらは燃料電池２０２０とバッファタンク２０９０との間に搭載されている。このように、気液分離機能を有するバッファタンク２０９０（冷却器２０４６）の前段において気液分離器２０４５を搭載することにより、液体と気体とが混在するアノード排出物とカソード排出物とを合流させて、液体成分と気体成分とを、それぞれ液体成分流通路２０４６ａと気体成分流通路２０４６ｂとへ流通させて冷却することができ、気液が混在する流体を冷却するより冷却器２０４６での熱交換効率を向上させることができる。
【００９９】
バッファタンク２０９０にて回収された燃料電池２０２０の排出物のうち気体成分は、気体成分排出路２０９３を通って、電源装置１００外部へ排出される。このとき、気体成分排出路２０９３は、液体成分を外部へ排出しないように、できる限り長く配置し、さらに出口に排気フィルタ２０９４を設ける方が良い。また、バッファタンク２０９０から排出される水蒸気量よりも燃料電池２０２０にて生成される生成水の量が多く、電源装置１００内を循環する燃料（メタノール水溶液）がバッファタンク２０９０からオーバーフローする可能性を考慮して、バッファタンク２０９０と燃料サブタンク２０８０とを、その上部において配管（タンク連通路２０９５）接続し、バッファタンク２０９０からオーバーフローするときには、燃料サブタンク２０８０がバッファタンク２０９０のバッファの役割を果たすと共に、燃料カートリッジ２０３０から燃料サブタンク２０８０へ燃料が供給され、一時的に燃料サブタンク２０８０内の圧力が上がったときには、バッファタンク２０９０が燃料サブタンク２０８０の圧力を逃がす役割を果たす。燃料サブタンク２０８０とバッファタンク２０９０との間には、逆止弁２０９６が設けられ、燃料供給路２０９１から燃料供給路２０８４へ、即ち、バッファタンク２０９０から燃料サブタンク２０８０へは、タンク連通路２０９５を介してオーバーフローしない限り、希釈されたメタノール水溶液が逆流しないように構成されている。また、燃料バッグ２０３２と燃料サブタンク２０８０との間には、カートリッジジョイント２０３６、２０８６が設けられ、このカートリッジジョイント２０３６、２０８６を介して、燃料供給路２０３４と燃料供給路２０８２とが接続される。この部分は、カートリッジ着脱するときの燃料の漏れを回収するための安全機構やジョイントのロック機構など本体側に持たせるため、燃料カートリッジ２０３０側のカートリッジジョイント２０３６がオス、燃料サブタンク２０８０側のカートリッジジョイント２０８６がメスとなっている。メスの方が複雑な機構を組み込みやすく、燃料カートリッジ２０３０側を簡単な構造とすることにより、サイズおよびコストの面を考慮すると有利となる。
【０１００】
さらに、燃料カートリッジ２０３０の着脱状態を検知するため、燃料カートリッジ２０３０と接触する電源装置１００の本体部分にはリミッタＬＴが設けられている。これにより、燃料カートリッジ２０３０が電源装置１００に正常な状態で嵌め込まれているか検知し、使用中にカートリッジジョイント２０３６、２０８６部から燃料漏れがないようにすることができる。燃料カートリッジ２０３０の着脱を検知する手段は、リミッタＬＴに限らず、燃料カートリッジ２０３０の所定の位置にＩＣチップなどを埋め込み、ＩＣチップの位置を検出すると共に、燃料カートリッジ２０３０の情報、例えば、容量、濃度、燃料の種類、シリアルナンバーなどの情報を電源装置１００の制御部との間で授受できるようにしても良い。
【０１０１】
燃料カートリッジ２０３０の燃料供給路２０３４は、燃料バッグ２０３２の底部にその導入口を有し、燃料カートリッジ２０３０内壁の辺に沿って上昇するように配設されてからカートリッジジョイント２０３６に接続される。また、燃料カートリッジ上部（上辺の一部）には、燃料供給路２０３４が目視可能な燃料確認窓２０３８が開設されている。この燃料確認窓２０３８から燃料供給路２０３４内部を確認するため、燃料供給路２０３４はテフロン（登録商標）チューブのような透明な素材を用いることが望ましい。燃料バッグ２０３２を容積変化可能な容器とし、内部に予め燃料と共に少量の気体（空気）を封入しておくことにより、燃料バッグ２０３２内に貯蔵されていた燃料が残り少なくなったときに、燃料確認窓２０３８から液相と気相が境界を目視確認することができる。燃料には予め色をつけておくと、さらに確認しやすくなる。
【０１０２】
以上の燃料の流れをまとめると、燃料バッグ２０３２内の高濃度のメタノール（あるいは純メタノール）は燃料供給路２０３４を流通して電源装置１００の本体へ供給される。燃料カートリッジ２０３０と電源装置１００本体とは、カートリッジジョイント２０３６、２０８６によって接続されており、燃料バッグ２０３２内の高濃度メタノールは、カートリッジジョイント２０８６から燃料サブタンク２０８０に繋がる燃料供給路２０８２に設けられているメタノールポンプ２０４１の吸引力によって、燃料サブタンク２０８０に供給される。燃料カートリッジ２０３０を着脱するときに、カートリッジジョイント２０３６、２０８６部から燃料供給路２０３４、２０８２に気体が混入してしまった場合には、この燃料サブタンク２０８０にて脱泡できるため、燃料サブタンク２０８０からバッファタンク２０９０側へは、このような気泡は混入しない構成となっている。
【０１０３】
なお、２０２３は、エアポンプ２０４４から供給される空気をエアフィルタ２０２４に送るための酸化剤供給路である。２０２４は、空気中の有機物を触媒燃焼により除去する、あるいは、カチオンを吸着するためのエアフィルタである。２０２５は、燃料電池２０２０のアノード２０２１側から排出された排メタノールと二酸化炭素とを気液分離器２０４５へ排出するためのアノード排出路である。２０２６は、燃料電池２０２０のカソード２０２２側から排出された排空気と生成水とを気液分離器２０４５に排出するためのカソード排出路である。２０９７は、バッファタンク２０９０から供給されるメタノール水溶液中に混入した不純物（コンタミやカチオンなど）を除去（吸着）するための燃料フィルタである。
【０１０４】
燃料サブタンク２０８０には、図１６に示すように、タンク高さａの１／２以上の高さｂの位置に燃料切れを検知する液面センサ２０８１が設けられており、燃料サブタンク２０８０内の燃料の水位が液面センサ２０８１以下になったことを検知すると、メタノールポンプ２０４１が駆動し、燃料バッグ２０３２から高濃度の燃料を燃料サブタンク２０８０に追加する構成となっている。所定時間メタノールポンプ２０４１が駆動しても燃料サブタンク２０８０の燃料の水位が回復しない場合は、ユーザに燃料切れを示す表示（アラーム）をするようになっている。ユーザに燃料切れを示す表示（アラーム）を発報後、燃料カートリッジ２０３０の交換用に設定した交換時間を経過しても、燃料カートリッジ２０３０の燃料水位が回復しない場合は、システムが退避行動をとるようになっている。この液面センサ２０８１は、ユーザが燃料切れのアラームに気づいてから、燃料カートリッジ２０３０を交換可能に必要な時間の運転を可能にする量の燃料（本実施の形態では、交換時間：約５分間、交換時間の運転可能にする燃料量：約５ｃｃと設定）を保持できる位置に設ける必要があり、本実施の形態では、タンク高さ（容器中に燃料を収容できる高さ）の１／２以上の位置に液面センサを設置する。燃料サブタンク２０８０内の高濃度メタノールは、燃料供給路２０８４に設けられたメタノールポンプ２０４２の吸引力によって、バッファタンク２０９０へ供給される。燃料供給路２０８４は逆止弁２０９６を介して燃料供給路２０９１と接続されており、逆止弁２０９６からバッファタンク２０９０側の希釈されたメタノール水溶液は、定常的には燃料サブタンク２０８０へ戻らない構成となっている。
【０１０５】
また、燃料サブタンク２０８０には、タンク連通路２０９５と連通するガス吸排気口２１０１が容器天面に設けられており、容器内のガスが自由に出入り可能な構造となっている。この構造により、容器内の燃料の液面が変動しても、容器内の圧力が加圧または負圧状態にならないため、燃料サブタンク２０８０の安全性が高められる他、液体燃料が燃料供給路２０８２に逆流したり、所定のタイミング以外で液体燃料が燃料供給路２０８４に流入するなどの動作異常を抑制することができる。なお、２１０２は、燃料供給路８２の端部に当たる燃料注入口である。２１０４は、燃料供給路８４の端部に当たる燃料排出口である。
【０１０６】
図１５に示すように電源装置１００は複数のセンサを有する。ＴＳは燃料電池の温度異常を検出するための温度センサである。ＦＣＶは燃料電池の電圧異常を検出するための電圧検出手段である。ＬＳ１は燃料サブタンク２０８０の液面の位置を検出するための液面センサである。ＬＳ２はバッファタンク２０９０の液面の位置を検出するための液面センサである。ＬＴは燃料カートリッジ２０３０が電源装置１００に正常な状態で嵌め込まれているか検出するためのリミッタである。
【０１０７】
上述したように、電源装置１００は出力する電圧を変化させることで接続されている機器に情報を送信できる。これらのセンサにより取得した燃料電池の情報を電源装置１００は機器に送信してもよい。機器にモニタが設けられている場合には、そのモニタに燃料電池の状況を表示させることでユーザは燃料電池の異常に素早く対応できる。
【０１０８】
燃料電池は、パッシブ型燃料電池であってもよい。以下に、燃料電池がパッシブ型燃料電池である場合の電源装置の一例を説明する。
【０１０９】
図１７は本発明の電源装置１００の内部構成を示す上面図であり、図１８は図１７におけるＡ−Ａ線断面図である。以下に本発明の電源装置１００について、図１８を用いて詳細に説明する。電源装置１００は、上部筐体３０１２ａと下部筐体３０１２ｂとからなる筐体３０１２の内部に、大きく分けて制御部３０１４、蓄電部３０１６、発電部３０１８が配置される。筐体３０１２の内部には、図示しないが図１に示される電流計、電圧計も当然に備えている。
【０１１０】
電源装置１００の制御部３０１４は、発電部３０１８によって発電された電力を、蓄電部３０１６に蓄電するか、図示しない外部の負荷へ直接供給するかを選択するといった電源装置１００全体の運転制御を行う。制御部３０１４は、図１に示される制御部１９０の処理する機能も備える。
【０１１１】
電源装置１００の蓄電部３０１６は、充電と放電とが可能な二次電池から構成されており、本実施の形態ではリチウムイオン電池（以下、「ＬＩＢ」（Litium Ion Battery）と記載する）３０２０を用いる。
【０１１２】
電源装置１００の発電部３０１８は、燃料電池３０２２から構成されており、図示しないアノードにメタノール水溶液、或いは、純メタノール（以下、「メタノール燃料」と記載する）が供給される直接メタノール供給形燃料電池（以下、「ＤＭＦＣ」（Direct Methanol Fuel Cell）と記載する）である。
【０１１３】
（１）内部の構成
制御部３０１４の制御基板３０２４、ＬＩＢ３０２０、及び、燃料電池３０２２は、これらを保持するホルダ３０２６によって位置を固定されており、ホルダ３０２６が上部筐体３０１２ａに固定されることにより、制御基板３０２４、ＬＩＢ３０２０、及び、燃料電池３０２２の各部品は筐体３０１２内部に固定される。各部品は、電源装置１００が安定的に配置されるときに、制御基板３０２４、及び、ＬＩＢ３０２０がホルダ３０２６の上側、燃料電池３０２２がホルダ３０２６の下側となるように配置される。ここで、安定的に配置（安定配置）とは、図１８のように脚が有れば、水平、或いは、略水平（±１０°）な台の上に電源装置１００を置くときに、この脚が台に接地するように電源装置１００を置く状態をいい、脚がない場合であれば、振動を受けたときに転びにくい比較的面積の広い面であって、ボタンや表示装置のようなユーザーインターフェイスが無い面を底面として台に接地するように置く状態とする。
【０１１４】
制御基板３０２４を電源装置１００の上側に配置するのは、ユーザーインターフェイスが上部に有る方が電源装置１００の使用者にとって使いやすく、制御基板３０２４はユーザーインターフェイスに近いところに配置した方が配線スペースを小さくすることができるためである。また、燃料電池３０２２は、できるだけ電極面積が大きい方が発電能力を高くすることができるので望ましい。燃料電池３０２２は基本的には一定の電力を発電するように運転されるが、負荷から大きな電力を要求されたときにも対応可能な上、負荷から要求される電力量が燃料電池３０２２の発電能力と比べて小さいときも安定して発電するので、過負荷による燃料電池３０２２の劣化を防止することができる。したがって、筐体３０１２内部でできるだけ電極面積が大きく取れる位置に、燃料電池３０２２を配置することが好ましい。そこで、電源装置１００では、筐体３０１２の上側に制御基板３０２４を配置したので、下側に燃料電池３０２２を配置している。
【０１１５】
図１９は、燃料電池３０２２の具体的な構成を示す（ａ）上面図、（ｂ）右側面図、（ｃ）左側面図、及び、（ｄ）Ｂ−Ｂ線断面図である。電源装置１００に用いられる燃料電池３０２２は、平面型モジュールと呼ばれる、一枚の電解質膜３０２８に複数組の電極が配されて直列に接続される燃料電池モジュール３０３０が用いられている。燃料電池３０２２のアノード３０３２は、液体のメタノール燃料が供給され、生成物として二酸化炭素（気体）が発生するので、安定配置されたときに燃料の供給と生成物の排出とが重力を利用して円滑に行われるように、電解質膜３０２８の上面に配置される。一方、カソード３０３４は、酸化剤として空気が供給され、生成物として水が発生する。このとき、メタノール１分子に対して、１．５倍の酸素分子が必要となるので、カソード３０３４側はアノード３０３２側よりも筐体３０１２ｂ、或いは、ホルダ３０２６との隙間を大きく、具体的には、１０ｄａ≧ｄｃ＞ｄａの範囲に設定すると良い。
【０１１６】
燃料電池３０２２を運転する（発電させる）か否か、具体的には燃料電池３０２２を負荷に接続するか否かの直接的な運転指令は、燃料電池制御部３０３６によって行われる。燃料電池制御部３０３６も配線スペースを考慮して、電源装置１００の制御部３０１４の近傍、実施例の燃料電池３０２２の場合には制御部３０１４の真下であって、燃料電池モジュール３０３０の上部に配置している。また、燃料電池モジュール３０３０の上部であって燃料電池制御部３０３６のない空間には、燃料タンク３０３８を配置し、空間の有効活用を行うと共に、燃料電池制御部３０３６、及び、燃料タンク３０３８によって燃料電池モジュール３０３０から制御基板３０２４やＬＩＢ３０２０への熱の伝導を遮蔽している。更に、燃料電池３０２２とホルダ３０２６とはｄａの隙間を設け、ホルダ３０２６と制御基板３０２４との間にも空間を配し、ＬＩＢ３０２０は熱が伝わりにくい燃料タンク３０３８の上に配置され、ホルダ３０２６は配線のためのスペースを除いての略全周に渡って上部筐体３０１２ａに固定されているので、ホルダ３０２６の上側と下側とは熱的に分離された構成をされている。
【０１１７】
図１７、及び、図１９からも明らかなように、電源装置１００、及び、燃料電池３０２２は、Ｘ軸に対して略対称となる配置となるのに対し、Ｙ軸に対しては非対称な内部構成としている。これは長手方向について非対称な配置とした方が、筐体３０１２内部で温度差がつき易く、その温度勾配によって対流を起こして下部筐体３０１２ｂに設けられた通風孔３１６６から空気が出入りし易いようにするためである。
【０１１８】
（２）外部の構成
次に、以上のような内部構成を有する電源装置１００の外部構成について説明する。
図２０は、電源装置１００の外観を示す（ａ）上面図、（ｂ）右側面図、及び、（ｃ）左側面図である。電源装置１００は、一側面に外部負荷へ電力を供給する給電コネクタ３１５０と、他側面に商用電源から電力の供給を受ける受電コネクタ３１５２とを備えている。３１５４はチェックボタンであり、チェックボタン３１５４を押したときに、表示装置（ＬＥＤ）３１５６が点灯すれば、電源装置１００が外部負荷に対し給電可能であることを示しており、ＬＥＤ３１５６が点滅したとき、或いは、点灯しないときには、ＬＩＢ３０２０の残量が少なく、充電した方がよい。更には外部負荷に対し給電不可能であることを示し、チェックボタン３１５４を押すことにより、電源装置１００の状態を確認することができる。
【０１１９】
右側面のスライド式スイッチは燃料電池モジュール３０３０と燃料電池制御部３０３６との間に介挿される主電源スイッチ３１５８であり、燃料電池モジュール３０３０を負荷に電気的に接続するスイッチである。また、プッシュ式スイッチは燃料電池３０２２を起動させる起動スイッチ３１６０であり、起動スイッチ３１６０を押すことにより、燃料電池３０２２は発電を開始し、ＬＥＤ３１６２が点灯する。即ち、起動スイッチ３１６０を押したときに、ＬＥＤ３１６２が点灯すれば、燃料電池３０２２は発電可能な状態で、ＬＩＢ３０２０が所定の電圧を下回っているときは充電を行う状態を示しており、ＬＥＤ３１６２が点灯しないときには、燃料電池３０２２が燃料欠状態であり、燃料タンク３０３８へメタノール燃料を補充する必要があることを示している。
【０１２０】
上記のようにＬＥＤ３１６２が点灯しないときには、メタノール燃料を補充する必要があり、メタノール燃料を補充するために、左側面には燃料補給孔３１６４が設けられている。この燃料補給孔３１６４は内部の燃料タンク３０３８に連通しており、注射器のような燃料補給手段により燃料補給孔３１６４を介して燃料タンク３０３８へメタノール燃料を供給することができる。また、上側面、及び、下側面は図示しないが、下部筺体３０１２ｂの四面には通風孔３１６６が設けられており、通風孔３１６６を通って電源装置１００の外部から空気が流入すると共に、内部から二酸化炭素や水が流出する。３１６８は下部筺体３０１２ｂの底面に設けられた脚であり、机のような台の上に電源装置１００を安定配置すると、下部筺体３０１２ｂの底面と机との間に空間ができる。その空間を空気が流通することにより、燃料電池３０２２からの熱を奪うことができる構成とされている。なお、３２０１は照度センサである。３２０２はタッチパネルである。３２０４はディスプレイである。
【０１２１】
（３）制御回路
次に、上記動作を実現する回路構成を説明する。図２１は本実施の形態の回路構成を示す回路構成図である。ＳＷ１は主電源スイッチ３１５８と連動し、燃料電池モジュール３０３０とＤＣ／ＤＣコンバータ３１７０とを接続するスイッチ機構であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１７０は起動スイッチ３１６０が押されることにより動作を開始する。スイッチ機構ＳＷ１が閉じ、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１７０を含む燃料電池制御部３０３６と燃料電池モジュール３０３０とが電気的に接続されると、燃料電池制御部３０３６は、燃料電池モジュール３０３０の総電圧ＶＦＣを検出し、ＶＦＣの値からメタノール燃料が充填されているか、燃料欠状態かを判断する。即ち、燃料欠状態となるとＶＦＣは低下するので、下限閾値予め設定しておき、検出したＶＦＣが下限閾値を上回っている場合、起動スイッチ３１６０が押されたときにＬＥＤ３１６２は点灯し、検出したＶＦＣが下限閾値を下回っている場合には、起動スイッチ３１６０が押されたときにＬＥＤ３１６２は点灯しない。
【０１２２】
燃料電池モジュール３０３０は、スイッチ機構ＳＷ１、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１７０、及び、整流素子（ダイオード）３１７２を通り、本発明における充電制御手段としての充放電回路３１７４を介してＬＩＢ３０２０に接続されると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１７６を介して外部負荷に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１７６は、制御部３０１４からの指令に基づいて電圧を可変できる。充放電回路３１７４は、燃料電池３０２２により発電された電力を、ＬＩＢ３０２０の電圧ＶＢが設定電圧Ｖ１より低く、且つ、外部負荷が接続されるときは外部負荷へ供給し、ＬＩＢ３０２０の電圧ＶＢが設定電圧Ｖ１より低く、且つ、外部負荷が接続されていないときはＬＩＢ３０２０を充電するためにＬＩＢ３０２０へ供給する。また、充放電回路３１７４は、ＬＩＢ３０２０を充電して電圧ＶＢが上限電圧Ｖ２より高くなったときと、外部負荷が接続された場合にＬＩＢ３０２０の電圧ＶＢが設定電圧Ｖ１以上であったときとは、燃料電池３０２２を給電可能な状態ではあるが、燃料電池３０２２からＬＩＢ３０２０、又は、外部負荷へ電力は供給しない待機状態とする。
【０１２３】
電圧ＶＢは、チェックボタン３１５４、及び、ＬＥＤ３１５６とも連携しており、チェックボタン３１５４が押されたときに、電圧ＶＢがＶ１以上であればＬＥＤ３１５６は点灯し、電圧ＶＢがＶ１より低く、下限電圧Ｖ３以上であればＬＥＤ３１５６は点滅し、電圧ＶＢがＶ３より低いとＬＥＤ３１５６は点灯しない。また、本実施の形態は、商用電源からＬＩＢ３０２０への充電も可能なように受電コネクタ３１５２を備えており、携帯電話充電用のＡＣアダプタ（ＡＣ／ＤＣコンバータ）付ケーブルを接続することもできる。電圧ＶＢの値によって燃料電池３０２２からの給電を適宜行うように、主電源スイッチ３１５８（スイッチ機構ＳＷ１）は常に入っている方が使用者の利便性は高いが、給電可能な状態（負荷に接続された状態）での発電のための反応をすすめない状態が長期間にわたって続くのは電解質膜の劣化の要因となるので、ＬＩＢ３０２０が十分に充電されているときには主電源スイッチ３１５８を切る（ＳＷ１：開）ことが望ましい。更に、通風孔３１６６（空気開口部）も閉じることが望ましい。
【０１２４】
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えたり、実施形態を組み合わせたりすることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】実施の形態に係る電源装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】燃料電池の電流−電力特性および電流−電圧特性を示す図である。
【図３】充放電手段の構成例を示す図である。
【図４】電源装置におけるの一連の処理過程の概要を示すフローチャートである。
【図５】接続されている機器の駆動可能電圧を調査する際の処理過程を示すフローチャートである。
【図６】機器の駆動可能電圧を調査する際の電源装置の出力電圧の推移を示す図である。
【図７】電源装置の出力電力を監視する際の処理過程を示すフローチャートである。
【図８】電力の上限目安の値を機器に送信する際の電源装置の出力電圧の推移を示す図である。
【図９】電源装置に接続される機器の一般的な構成を模式的に示す図である。
【図１０】燃料電池がアクティブ型燃料電池である場合の電源装置の構成を模式的に示した構成図である。
【図１１】電源装置を燃料電池部と制御部とに分離した構成を模式的に示した構成図である。
【図１２】電源装置をノート型パーソナルコンピュータに取り付けた状態の全面斜視図である。
【図１３】電源装置のスライド式支持部を引出した状態の全面斜視図である。
【図１４】燃料電池がアクティブ型燃料電池である場合の電源装置の斜視図である。
【図１５】電源装置の構成を模式的に示すシステム構成図である。
【図１６】電源装置のサブタンクの構成を詳細に示す構成図である。
【図１７】燃料電池がパッシブ型燃料電池である場合の電源装置の内部構成を示す上面図である
【図１８】図１７のＡ−Ａ線断面図である。
【図１９】図１７の電源装置の構成を示す（ａ）上面図、（ｂ）右側面図、（ｃ）左側面図、及び（ｄ）Ｂ−Ｂ線断面図である。
【図２０】図１７の電源装置の外観を示す（ａ）上面図、（ｂ）右側面図、及び、（ｃ）左側面図である。
【図２１】図１７の電源システムの回路構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１２６】
１０ 端子、 １２ コイル、 １４ コンデンサ、 １６ 放電用スイッチング素子、 １８ 充電用スイッチング素子、 ２０ コンデンサ、 ２２ 端子、 １００ 電源装置、 １１０ 燃料電池、 １２０ 二次電池、 １３０ 電流計、 １４０ 充放電手段、 １５０ 電圧計、 １６０ 変圧手段、 １７０ 電流計、 １８０ 電圧計、 １９０ 制御部、 ２００ 機器、 ２１０ コネクタ、 ２２０ 電圧検査部、 ２３０ 電力制御部、 ２４０ 電力消費部、 ２５０ 二次電池。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置に関する。より具体的には、電源として燃料電池を用いた電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報化社会の進展に伴い、携帯機器を利用する人が増えている。こうした携帯機器が必要とする電源電圧は機器ごとに異なることが多い。外部電源と携帯機器とを接続する際、外部電源の電圧をその携帯機器が駆動可能な電圧に調整する必要がある。外部電源と携帯機器との間に電圧指令機器を接続することで電圧の調整を容易にする技術が提案されている（特許文献１参照）。この電圧指令機器には対応する携帯機器の駆動可能電圧の情報があらかじめ記憶されている。電圧指令機器が外部電源に対してその情報を送信することにより外部電源は携帯機器が必要とする電圧を検知し、出力電圧を調整できる。
【特許文献１】特開２００４−３１９３６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、電圧指令機器を用いる場合、対応する電圧指令機器をそれぞれの携帯機器ごとに用意する必要があり、ユーザにとって利便性がよいものとはいえない。また、外部電源として燃料電池が用いられる場合、出力電力が変動するため携帯機器を安定して稼働させることが困難であった。
【０００４】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電源装置自体が接続される携帯機器の駆動可能電圧を自動で検知する技術の提供にある。また、外部電源として燃料電池が用いられる場合、接続される携帯機器の安定的な稼働を容易にする技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のある態様は、接続されている機器に電力を供給する電源装置である。当該電源装置は、電源と、電源から入力された電圧を所定の電圧に可変して機器へと出力する変圧手段と、電源装置の出力電流値を測定する電流計と、変圧手段による電圧の可変を制御する制御部と、を備え、制御部は、電源から出力される電圧を段階的に昇圧させ、出力電流値の変化を検出することで、変圧手段により昇圧された電源装置の出力電圧が機器の駆動可能電圧に達したことを検知することを特徴とする。
【０００６】
上記態様の電源装置によれば、接続される機器の駆動可能電圧を自動で検知しやすくなり、駆動可能電圧が異なる様々な機器に電力を容易に供給できる汎用電源として使用しやすくなる。ユーザは、接続する機器の駆動可能電圧を意識する必要もなくなりやすい。
【０００７】
上記態様の電源装置において、制御部は、機器が駆動可能電圧に達したことを検知した後、昇圧させた電圧を徐々に降圧させ、出力電流値の変化を検出することによりその機器の駆動可能電圧の下限を検知してもよい。
【０００８】
上記態様の電源装置によれば、接続される機器の駆動可能電圧の下限を自動で検知しやすくなる。また、駆動可能電圧の下限を知ることができるため、電圧を昇圧させたことにより検知した駆動可能電圧と、降圧させたことにより検知した駆動可能電圧の下限との範囲内において電圧を調整できれば、接続されている機器を安定的に稼働させやすくなる。
【０００９】
上記態様の電源装置において、制御部は、電源装置に関する情報を機器に送信するため、検出された機器の駆動可能電圧と検出されたその機器の駆動可能電圧の下限との範囲内において変圧手段により電源装置の出力電圧を変化させてもよい。
【００１０】
上記態様の電源装置によれば、接続される機器の駆動可能電圧の範囲内において電圧を変化させるため機器が稼働した状態のまま機器に情報を送信しやすくなる。また、電圧の変化により情報を送信しているため、情報を送信するための新たな配線や装置等を不要となる。
【００１１】
上記態様の電源装置において、二次電池と、二次電池からの電力の出力、または電源の電力を用いて二次電池の充電を可能とする充放電手段と、電源から変圧手段への入力電圧値を測定する電圧計と、を更に備え、制御部は、入力電圧値と所定の電圧値とを比較し、電圧値が所定の電圧値より大きいときには機器の要求電力に対して電源装置の出力電力が不足していると判定し、充放電手段を制御することにより二次電池からの電力の補充を可能とし、入力電圧値が所定の電圧値より小さいときには機器の要求電力に対して電源装置の出力電力が不足していないと判定し、充放電手段を制御することにより電源からの電力を用いて二次電池の充電を可能としてもよい。
【００１２】
上記態様の電源装置によれば、二次電池からの出力電力を用いて電源の出力電力を補充しやすくなるため、電源装置は接続されている機器に対して安定的に電力を供給しやすくなる。また、電源から出力電力を用いて二次電池が自動で充電されやすくなるため、ユーザの利便性が高くなりやすい。
【００１３】
上記態様の電源装置において、電源装置の出力電圧値を測定する別の電圧計と、を更に備え、制御部は、電圧計における入力電圧値と所定の電圧値とを比較し、入力電圧値が所定の電圧値を上回っている状態から所定の電圧値を下回った際、電流計のその際の出力電流値と別の電圧計のその際の出力電圧値とを参照して電源装置の出力電力を算出してもよい。
【００１４】
上記態様の電源装置によれば、実際の使用環境における電力値を電源装置の出力電力の上限目安として用いやすくなるため、より正確な出力電力の上限を取得しやすくなる。
【００１５】
上記態様の電源装置において、二次電池の出力電流値を測定する別の電流計と、電源装置の出力電圧値を測定する別の電圧計と、を更に備え、制御部は、充放電手段を制御することにより電源からの電力を用いて二次電池からの出力を可能とした後、別の電流計における出力電流値と所定の電流値とを比較し、その出力電流値が所定の電流値を下回っている状態から所定の電流値を上回った際、電流計のその際の出力電流値と別の電圧計のその際の出力電圧値とを参照して電源装置の出力電力を算出してもよい。
【００１６】
上記態様の電源装置によれば、実際の使用環境における電力値を電源装置の出力電力の上限目安として用いやすくなるため、より正確な出力電力の上限を取得しやすくなる。
【００１７】
制御部は、算出された出力電力の値を機器に送信するため、算出された出力電力の値を出力電圧を変化させる周期の値に所定の関数を用いて変換し、その周期の値を用いて電源装置の出力電圧を変化させてもよい。
【００１８】
上記態様の電源装置によれば、算出された出力電力の値を電圧変化の周期として送信できるため電源装置側ではより容易に送信しやすくなり、機器側では受信した情報をより容易に取得しやすくなる。
【００１９】
上記態様の電源装置において、電源は、燃料電池であってもよい。
【００２０】
上記態様の電源装置によれば、燃料電池のように出力電力が変動する電源であってもユーザは機器を安心して使用しやすくなる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、電源装置自体が接続される携帯機器の駆動可能電圧を検知しやすくなる。また、外部電源として燃料電池が用いられる場合、接続される携帯機器の安定的な作動を容易にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は、実施の形態に係る電源装置１００の構成を模式的に示す図である。電源装置１００は、燃料電池１１０、二次電池１２０、電流計１３０、充放電手段１４０、電圧計１５０、変圧手段１６０、電流計１７０、電圧計１８０および制御部１９０を備える。電源装置１００は、接続される機器２００に対して電力を供給する。機器２００はノート型パソコン、携帯電話、ＰＤＡなどの携帯用機器が考えられるが、電源装置１００からの電力を使用可能であればそれ以外の機器であってもよい。
【００２３】
燃料電池１１０は、電源装置１００の主電源として電源装置１００に接続される機器２００に電力を出力する。二次電池１２０は、電流計１３０を介して充放電手段１４０と接続されており、機器２００が必要とする電力に対して燃料電池１１０の出力電力が不足する場合、二次電池１２０の電力を用いて補充することにより機器２００を安定的に稼働させることができる。電流計１３０は、二次電池１２０から出力され充放電手段１４０に入力される電流値を測定する。測定された電流値は制御部１９０に送信される。
【００２４】
充放電手段１４０は、機器２００が必要とする電力に対して燃料電池１１０の出力電力が不足する場合、制御部１９０からの指令により放電モードへと切り替わり、二次電池１２０の電力を用いて補充させる。逆に、機器２００が必要とする電力に対して燃料電池１１０の出力電力が超過する場合、制御部１９０からの指令により充放電手段１４０は充電モードへと切り替わり、燃料電池１１０の電力を用いて二次電池１２０を充電させる。
【００２５】
充放電手段１４０は放電モードへと切り替わった後、二次電池１２０の出力電圧を昇圧させて出力する。充電モードへと切り替わった後、充放電手段１４０は燃料電池１１０からの出力電圧を降圧させて二次電池１２０に出力する。
【００２６】
次に、機器２００の要求電力に対する燃料電池１１０の出力電力の不足・超過を制御部１９０がどのように判定しているかについて説明する。図２は、本実施の形態に係る燃料電池１１０の電流−電力特性ＴＩ−Ｐおよび電流−電圧特性ＴＩ−Ｖを示す図である。Ｔ（Ｉ−Ｐ）１は、燃料電池１１０が安定稼働している状態の電流−電力特性を示す。Ｔ（Ｉ−Ｐ）２は、起動時など燃料電池１１０の出力が一時的に低下している状態の電流−電力特性を示す。Ｔ（Ｉ−Ｐ）３は、長期に渡り使用され、出力性能が劣化している状態の燃料電池１１０の電流−電力特性を示す。Ｔ（Ｉ−Ｖ）１はＴ（Ｉ−Ｐ）１に対応し、燃料電池１１０が安定稼働している状態の電流−電圧特性を示す。同様に、Ｔ（Ｉ−Ｖ）２はＴ（Ｉ−Ｐ）２に、Ｔ（Ｉ−Ｖ）３はＴ（Ｉ−Ｐ）３に対応する電流−電圧特性を示す。
【００２７】
燃料電池１１０が安定稼働している状態を例に説明する。まず、Ｔ（Ｉ−Ｐ）１上において出力電圧が最大となるＰｍａｘの値が測定される。次に、燃料電池１１０が安全に稼働できるよう、Ｐｍａｘの値よりやや低い出力電力ＰＯＰ１の値が決定される。例えば、Ｐｍａｘの８割に当たる値をＰＯＰ１としてもよく、実験によって最適な値が求められてもよい。出力電力がＰＯＰ１時の出力電流はＴ（Ｉ−Ｐ）１からＩＯＰ１であることがわかり、出力電圧はＴ（Ｉ−Ｖ）１からＶＯＰであることがわかる。
【００２８】
燃料電池１１０に要求される電力がＰＯＰ１より大きい場合、燃料電池の出力電流がＩＯＰ１より大きくなり（電流−電力特性Ｔ（Ｉ−Ｐ）１参照）、出力電圧はＶＯＰより低くなる（電流−電圧特性Ｔ（Ｉ−Ｖ）１参照）。いいかえれば出力電圧がＶＯＰより低くなると、出力電力はＰＯＰ１より大きくなるため、燃料電池１１０が安定的に稼働できない虞が生じる。そのため、燃料電池１１０の出力電圧がＶＯＰより低くなった時、機器が要求する電力に対して燃料電池の出力電力が不足していると判定される。逆に燃料電池の出力電圧がＶＯＰより高くなった時、要求される電力に対して燃料電池の出力電力が超過していると判定される。
【００２９】
燃料電池１１０の出力が一時的に低下している状態でも、ＶＯＰの値に基づいて出力電力の不足・超過が判定される。要求される電力がＰＯＰ２より大きい場合、出力電流はＩＯＰ２（電流−電力特性Ｔ（Ｉ−Ｐ）２参照）より大きくなり、出力電圧はＶＯＰより低くなる（電流−電圧特性Ｔ（Ｉ−Ｖ）２参照）。出力電力がＶＯＰより低くなった時、出力電力が不足していると判定され、出力電力がＶＯＰより高くなった時、出力電力が超過していると判定される。燃料電池１１０の出力性能が劣化している状態であっても、同様にＶＯＰの値に基づいて出力電力の不足・超過が判定される。安定稼働中の燃料電池１１０の出力電力が基準とされることで、燃料電池１１０は出力性能を最も発揮できるからである。
【００３０】
燃料電池１１０のＶＯＰに該当する電圧値はあらかじめ取得され、ＶＯＰは制御部１９０に記憶される。電圧計１５０は、燃料電池１１０の出力電圧を測定する。制御部１９０は、電圧計１５０から送信される電圧値とＶＯＰに該当する電圧値とを比較することにより、機器２００の要求電力に対する燃料電池１１０の出力電力の不足・超過を判定する。
【００３１】
図３は、充放電手段１４０の構成例を示す図である。充放電手段１４０は、二次電池１２０（図２において図示せず）に接続される端子１０と、コイル１２と、コンデンサ１４と、放電用スイッチング素子１６と、充電用スイッチング素子１８と、コンデンサ２０と、燃料電池１１０（図２において図示せず）及び変圧手段１６０（図２において図示せず）に接続される端子２２を備える。
【００３２】
放電用スイッチング素子１６は、ＭＯＳＦＥＴ（絶縁ゲート型の電界効果トランジスタ）及びコイル１２側をカソードとしたダイオードからなる。また、充電用スイッチング素子１８は、ＭＯＳＦＥＴ及びコイル１２側をアノードとしたダイオードからなる。端子１０は、コイル１２の一端及びコンデンサ１４の一端に接続される。コイル１２の他端は、放電用スイッチング素子１６の一端及び充電用スイッチング素子１８の一端に接続される。
【００３３】
コンデンサ１４の他端及び放電用スイッチング素子１６の他端は二次電池１２０及び燃料電池１１０の負極と同電位である。充電用スイッチング素子１８の他端はコンデンサ２０の一端及び端子２２に接続され、コンデンサ２０の他端は二次電池１２０及び燃料電池１１０の負極と同電位である。
【００３４】
放電モード時には、放電用スイッチング素子１６を構成するＭＯＳＦＥＴがオンで且つ充電用スイッチング素子１８を構成するＭＯＳＦＥＴがオフの状態で、二次電池１２０（図２において図示せず）の出力電圧によってコイル１２にエネルギーが蓄えられる。その後、放電用スイッチング素子１６を構成するＭＯＳＦＥＴがオフに切り換えられると共に充電用スイッチング素子１８を構成するＭＯＳＦＥＴがオンに切り換えられると、コイル１２に蓄えられたエネルギーが、充電用スイッチング素子１８を構成するＭＯＳＦＥＴのソース−ドレイン間及び整流素子としてのダイオードを経て、コンデンサ２０によって安定化されたのち端子２２に接続される変圧手段１６０（図２において図示せず）に供給される。この様にして昇圧放電動作が実行される。
【００３５】
一方、充電モード時には、充電用スイッチング素子１８を構成するＭＯＳＦＥＴがオンで且つ放電用スイッチング素子１６を構成するＭＯＳＦＥＴがオフ状態で、燃料電池１１０（図２において図示せず）から出力される電力がコイル１２を経て二次電池１２０（図２において図示せず）に供給され、充電が行われる。その後、充電用スイッチング素子１８を構成するＭＯＳＦＥＴがオフに切り換えられると共に放電用スイッチング素子１６を構成するＭＯＳＦＥＴがオンに切り換えられると、コンデンサ１４並びに、放電用スイッチング素子１６を構成するＭＯＳＦＥＴのソース−ドレイン間及び整流素子としてのダイオードに電流が流れて、コイル１２に蓄えられたエネルギーがキャンセルされる。この様にして降圧充電動作が実行される。
【００３６】
図１に戻り電源装置１００の説明を続ける。電圧計１５０は、燃料電池１１０（放電モード時には燃料電池１１０及び二次電池１２０）から出力され変圧手段１６０に入力される電圧値を測定する。測定された電圧値は制御部１９０に送信される。
【００３７】
変圧手段１６０は、燃料電池１１０（放電モード時には燃料電池１１０及び二次電池１２０）から入力された電圧を所定の電圧に可変して出力する。本発明の実施の形態では変圧手段１６０としてＤＣ／ＤＣコンバータを使用している。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータには電圧の可変の程度、つまり入力された電圧を昇圧または降圧できる範囲に限界がある。制御部１９０からの指令に応じて変圧手段１６０は電圧可変の程度を調整する。
【００３８】
電流計１７０は、変圧手段１６０から出力される電流値を測定する。変圧手段１６０から出力された電流は機器２００へと供給されるため、電流計１７０は電源装置１００の出力電流値を測定することになる。測定された電流値は制御部１９０に送信される。
【００３９】
電圧計１８０は、変圧手段１６０から出力される電圧値を測定する。変圧手段１６０から出力された電圧は機器２００へと供給されるため、電圧計１８０は電源装置１００の出力電圧値を測定することになる。測定された電流値は制御部１９０に送信される。
【００４０】
制御部１９０は、電源装置１００を構成する各部材と図示しない配線により接続されている。制御部１９０は電流計や電圧計から送信された情報を参照し、充放電手段１４０に対して放電・充電モードの切換指令を送信したり、変圧手段１６０に対して電圧可変の程度を決定するための指令を送信したりする。また、電源装置１００の起動・停止に対応して燃料電池１１０の起動・停止の制御、二次電池の充電完了を検知して充電モードの終了指令などについても制御を行う。
【００４１】
図４は、電源装置におけるの一連の処理過程の概要を示すフローチャートである。最初にユーザが電源装置１００の起動スイッチをＯＮにすることにより、電源装置１００が起動される（Ｓ１０）。電源装置１００の起動に伴い、制御部１９０は燃料電池１１０を起動させる。電源装置１００の起動方法は別の方法であってもよく、制御部１９０は、電源装置１００の機器２００への接続を検出し、燃料電池１１０を起動させてもよい。
【００４２】
制御部１９０は変圧手段１６０を制御することにより燃料電池１１０から出力された電圧を段階的に昇圧させ、接続されている機器の駆動可能電圧に昇圧させた電圧が適合するかを調査する（Ｓ１２）。昇圧された電圧が駆動可能電圧の範囲内であり機器への電力供給が可能である場合（Ｓ１４のＹ）、制御部１９０は電力供給を開始させる（Ｓ１６）。一方、昇圧された電圧が駆動可能電圧の範囲外であり機器への電力供給が不可能である場合（Ｓ１４のＮ）、制御部１９０は電源装置１００の稼働を停止させる（Ｓ２２）。Ｓ１２における適合電圧の調査およびＳ１４の電力供給の判定の詳細については図５と図６にて後述する。
【００４３】
電源装置１００が機器への電力供給を開始した後、制御部１９０は電源装置１００の出力電力を監視する（Ｓ１８）。制御部１９０は、機器２００の要求電力に対して電源装置１００の出力電圧が十分であると判定した場合（Ｓ２０のＹ）、電源装置１００の出力電圧を引き続き監視する。一方、機器２００の要求電力に対して電源装置１００の出力電圧が不足していると判定した場合（Ｓ２０のＮ）、接続されている機器２００を安定的に稼働させることができないため制御部１９０は電源装置を停止させる（Ｓ２２）。Ｓ１８における出力電圧の監視およびＳ２０における出力電圧の判定の詳細については図７にて後述する
【００４４】
図５は、接続されている機器の駆動可能電圧を調査する際の処理過程を示すフローチャートである。図６は、機器の駆動可能電圧を調査する際の電源装置の出力電圧の推移を示す図である。電源装置１００が起動された後、制御部１９０は変圧手段１６０に指令を送信し、燃料電池１１０の出力電圧を所定の電圧値Ｖ１に昇圧させる（Ｓ２４）。制御部１９０は、電流計１７０から送信される電流値を所定の範囲と比較する（Ｓ２６）。
【００４５】
ここで所定の範囲について説明する。電源装置１００の出力電圧が機器の駆動可能電圧に達していなくても電流計１７０に微量な電流が流れることがある。所定の範囲の下限に該当する電流値は、電流計１７０で測定される電流をこうした微量な電流と区別するための電流値である。つまり測定される電流が所定範囲の下限以上であれば、微量な電流の測定値ではないということである。下限に該当する電流値はあらかじめ実験を行うことにより決定できる。
【００４６】
所定範囲の上限に該当する電流値は、電源装置１００の上限電力と対応して決定される。電源装置１００は燃料電池１１０を電源とし、燃料電池１１０から出力された電圧を変圧手段１６０を用いて可変し出力している。そのため、電源装置１００の電流−電力特性および電流−電圧特性は図２に示される形状と同様の形状となる。燃料電池１１０の安定稼働中に電源装置１００の出力電力が最大となるときの電流をＩｄ、電圧をＶｄとして説明する。
【００４７】
接続されている機器２００の要求電力が電源装置１００の最大出力より大きい場合、電源装置１００の出力電流がＩｄより大きくなる。その場合、出力電圧はＶｄより低くなるため電源装置１００の出力電力が低下し、機器２００を安定的に稼働させることができなくなる。電源装置１００の出力電圧がＶｄより低くなるということは、電源装置１００の電源である燃料電池１１０の出力電圧もＶＯＰより低くなっていると考えられる。制御部１９０はこの状況を検知すると充放電手段１４０を放電モードに切り換え、二次電池１２０から電力を補充させる。
【００４８】
二次電池１２０はあくまで燃料電池１１０を補助するための電源であり、燃料電池１１０と二次電池１２０との両電源を持続的に併用することは困難である。つまり、電源装置１００の出力電流がＩｄを下回っている状態にあれば、電源装置１００は接続されている機器に安定的に電力を供給できる。そのため、制御部１９０は電流値Ｉｄを所定範囲の上限としてあらかじめ記憶し、電流計１７０の出力電流値を所定の範囲と比較する（Ｓ２６）。
【００４９】
図５に戻り説明を続ける。電流計１７０の測定値が所定の範囲より小さい場合（Ｓ２６の右方向）、制御部１９０は変圧手段１６０の昇圧可能な上限電圧を調査する。上述したように変圧手段１６０の電圧可変には限界があるからである。Ｖ１の値が上限電圧ではない場合（Ｓ２８のＮ）、制御部１９０は変圧手段１６０に指令を送信し、燃料電池１１０から入力される電圧をＶ２に昇圧させる（Ｓ２４）。再度、制御部１９０は電流計１７０の値を所定の範囲と比較する（Ｓ２６）。電流計１７０の値が所定の範囲に該当するまでこの処理が繰り返され、電圧はＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４・・・と段階的に昇圧される。
【００５０】
一般に、外部電源に接続され使用される機器の駆動可能電圧の種類はそれ程多くない。そのため、電源装置１００の出力電圧を段階的に昇圧して機器２００の駆動可能電圧を調査する方が電圧を連続的に昇圧して調査するよりも効率的である。
【００５１】
また、本実施の形態に係る二次電池１２０は、一つの二次電池から構成される場合以外にも複数の二次電池から構成されることも可能である。二次電池１２０が複数の二次電池から構成される場合、燃料電池１１０からの電圧供給を停止させた上で複数の二次電池を段階的に直列に接続することにより変圧手段１６０を用いることなく、電源装置１００の電圧を段階的に昇圧させてもよい。機器２００は一般的な乾電池を外部電源として使用する場合も多く、機器２００の駆動可能電圧は乾電池の電圧１．５Ｖの倍数に設定されていることが多い。そのため、複数の二次電池のそれぞれの電圧を１．５Ｖとすることにより機器の駆動可能電圧を調査できる。
【００５２】
ある電圧に昇圧させた後、次の電圧へと昇圧させるまでの時間（図６で説明するとＶ１に昇圧させてからＶ２に昇圧させるまでの時間）はできる限り短い方が望ましい。電源装置１００は、より短時間で機器２００の可能電圧を検知できる。本発明の実施の形態では、上述したように昇圧の段階を乾電池の倍数に設定してもよいし、機器の駆動可能電圧の種類を意識して設定してもよい。前者の場合は３Ｖ、６Ｖ、９Ｖ、１２Ｖ、１５Ｖ、１８Ｖ、２１Ｖ、２４Ｖの順で段階的に昇圧させる。後者の場合は５Ｖ、１０Ｖ、１５Ｖ、２０Ｖ、２５Ｖの順で段階的に昇圧させる。
【００５３】
段階的に昇圧した電圧が駆動可能電圧ＶＳＴに達すると、所定の範囲に該当する電流が電流計１７０に流れる。制御部１９０は昇圧させた電圧が機器の駆動可能電圧に達したことを検知し（Ｓ２６の左方向）、図６に示されるように昇圧させた電圧を徐々に降圧させる。降圧される電圧がＶＬより低くなると、電流計１７０で測定される電流値が所定の範囲に該当する状態から所定の範囲より小さい状態へと変化する。制御部１９０はこの変化を検出し、機器の駆動可能電圧の下限であるＶＬを検知する（Ｓ３４）。
【００５４】
こうした処理を行うことにより、接続されている機器を駆動させるためには電源装置１００からの出力電圧がＶＳＴとＶＬとの範囲内であればよいことがわかる。その後、制御部１９０は機器をより安全に稼働させるため電圧をＶＳＴまで昇圧させる（Ｓ３６）。
【００５５】
一方、電流計１７０の測定値が所定の範囲より大きい場合（Ｓ２６の下方向）、制御部１９０は図１に図示されないモニターを用いて電源装置１００の使用継続の意思確認をユーザに問い合わせる。この状況のままで電源装置１００の使用を続けると機器２００に安定的に電力を供給できない場合があるからである。安定的に電力を供給できないとしてもユーザが使用継続を要求する場合（Ｓ３２のＹ）、駆動可能電圧の下限の調査（Ｓ３４）の後、可能な限り電力供給を継続する（Ｓ３６）。一方、ユーザが使用継続を要求しない場合（Ｓ３２のＮ）、制御部１９０は電源装置１００の停止させる（Ｓ３０）。
【００５６】
図７は、電源装置の出力電力を監視する際の処理過程を示すフローチャートである。制御部１９０は、二次電池１２０の出力電流を測定する電流計１３０の値を所定の値と比較する。
【００５７】
ここで所定の値について説明する。まず燃料電池１１０と同様に、二次電池１２０の最大出力があらかじめ測定される。図２で示したように燃料電池１１０では、状態に応じて最大出力が変化する。例えば安定稼働中の最大出力はＰｍａｘであるが、起動時の最大出力はＰｍａｘより低い。一方、二次電池１２０の最大出力は燃料電池１１０に比べそれ程変化しない。そのため二次電池１２０の最大出力はある程度一意的に決定される。
【００５８】
二次電池１２０が安全に稼働できるよう、その最大出力の値よりやや低い出力電圧の値ＰＡＣＣが決定される。例えば、その最大出力の値の８割に当たる値をＰＡＣＣとしてもよく、実験によって最適な値が求められてもよい。出力電力がＰＡＣＣである時の出力電流ＩＡＣＣが測定され、ＩＡＣＣが所定の値として用いられる。
【００５９】
要求される電力に対して燃料電池１１０の電力が不足すると、二次電池１２０からの電力出力が開始される。二次電池１２０からの電力供給により、ＶＯＰを上回っていた燃料電池１１０の出力電圧はＶＯＰへと戻される。電流計１３０の測定値が所定の値を上回っていない場合（Ｓ３８のＮ）、制御部１９０は引き続き電流計１３０の値を監視する。
【００６０】
電流計１３０の値が所定の値を上回ったとき（Ｓ３８のＹ）、つまり要求される電力が二次電池が安全に供給できる電力を上回ったとき、制御部１９０は、電流計１７０と電圧計１８０のその際の値を用いて電源装置１００の出力電力を算出する（Ｓ４０）。算出された出力電力は、燃料電池１１０と二次電池１２０とが安全に供給できる限界の電力であるため、電源装置１００から安全に出力できる電力の上限目安とすることができる。制御部１９０は、算出された上限目安の値を変圧手段１６０を用いて機器２００に送信する（Ｓ４２）。
【００６１】
なお、変圧手段１６０が既に昇圧可能な上限電圧に達している場合（Ｓ２８のＹ）、電源装置１００は、機器を駆動するための電圧を供給できない。制御部１９０は電源装置を停止させる。
【００６２】
図８は、電力の上限目安の値を機器に送信する際の電源装置の出力電圧の推移を示す図である。制御部１９０は、接続されている機器の駆動可能電圧ＶＳＴと機器の駆動可能電圧の下限ＶＬを既に検知している。また、制御部１９０は、変圧手段１６０を用いて電源装置１００の出力電圧を可変することができる。そのため、制御部１９０は、ＶＳＴとＶＬとの範囲内において電源装置１００の出力電圧を周期的に可変することにより機器２００に情報を送信できる。
【００６３】
図８に示されるｔ１〜ｔ２間、ｔ２〜ｔ３間、ｔ３〜ｔ４間の間隔は全て同じ値に統一されている。いいかえれば、この間隔が電圧の変圧周期となる。制御部１９０は電力の上限目安値と変圧周期とを対応させる関数を用いることにより、電力の上限目安値を対応する変圧周期に変換できる。機器２００がこの関数の逆関数の情報を有していれば、電源装置１００から入力された電圧の変化からその変圧周期を検出した後、逆関数を用いて変圧周期を電源装置１００の電力の上限目安値に変換できる。なお、変圧手段１６０は２０ｍｓほどで電圧を可変できる。
【００６４】
機器２００が、機器２００内で使用される電力を管理する機能を有していれば、電源装置１００から送信された上限目安値を越えないよう使用電力を管理できる。これにより、電源装置１００は機器２００へ電力を安定的に供給でき、ユーザは機器２００を安心して使用できる。
【００６５】
ここまでは燃料電池１１０と二次電池１２０とが安全に電力を供給できる限界の電力を電源装置１００の出力電力の上限目安値としたが、別の方法により求められる値を電力の上限目安値としてもよい。以下に別の方法を説明する。
【００６６】
図２では燃料電池１１０の電流−電力特性および電流−電圧特性を示し、安定稼働中の燃料電池１１０の出力電力がＰＯＰ１となる時の出力電流がＩＯＰ、出力電圧がＶＯＰになることを説明した。燃料電池１１０に要求される電力がＰＯＰ１より大きい場合、燃料電池の出力電流がＩＯＰより大きくなる。その場合、出力電圧はＶＯＰより低くなるため燃料電池の出力電力が低下し、燃料電池に接続されている機器を安定的に稼働させることができなくなる。
【００６７】
制御部１９０は、電圧計１５０に測定される値とＶＯＰとを比較し、測定される電圧がＶＯＰより低くなったときに機器２００の要求電力に対して燃料電池の出力電力が不足していると判定し、充放電手段１４０を放電モードに切り換える。上述したように電源装置１００は燃料電池１１０を電源としているため、電源装置１００の電流−電力特性および電流−電圧特性は図２に示される燃料電池１１０の形状と同様の形状となる。
【００６８】
燃料電池１１０の出力電圧がＶＯＰを上回っている状態からＶＯＰを下回った際の電流計１７０と電圧計１８０の値を用いて、制御部１９０は電源装置１００の出力電力を算出する。図７で算出された出力電圧は、燃料電池１１０と二次電池１２０とが安全に供給できる限界の電力であり、今回算出された出力電力は、燃料電池１１０が安全に供給できる限界の電力である。二次電池の出力電力はあくまで補助的な電力であると考えると、今回算出された出力電力を電源装置１００から安全に出力できる電力の上限目安とすることができる。
【００６９】
電源装置１００は接続されている機器２００に対して電力の上限目安以外の情報を送信してもよい。例えば、制御部１９０は、燃料電池の燃料が不足していることをセンサにより検出し、燃料が不足している旨の情報を機器２００に送信してもよい。この場合、機器にモニタが設けられている場合には、そのモニタに燃料不足の警告を表示させることでユーザは素早く対応できる。電源装置１００が情報を提示するためのモニタやＬＥＤ等を有していてもよい。また、燃料電池の燃料量以外にも、二次電池を充電する必要があることを示す情報や燃料電池内の異常など、燃料電池に関する情報を送信してもよい。
【００７０】
図９は、電源装置に接続される機器の一般的な構成を模式的に示す図である。機器２００は、コネクタ２１０、電圧検査部２２０、電力制御部２３０、電力消費部２４０および二次電池２５０を備える。コネクタ２１０は機器２００を外部電源と接続するための機能を有する。コネクタ２１０は電圧検査部２２０と接続されている。
【００７１】
電圧検査部２２０は、外部電源からコネクタ２１０を介して入力された電圧が機器２００の駆動可能電圧に適合するか否かを検査する。適合する場合、外部電源からの電力を電力制御部２３０へと出力し、適合しない場合、機器２００の故障を防止するため外部電源からの電力を電力制御部２３０へ出力しない。
【００７２】
電力制御部２３０は、外部電源から入力された電圧を電力消費部２４０内の各部材に適合した電圧に変換して、それらの各部材に電力を供給する。電力消費部２４０は機器２００内において電力を使用する各部材の総称であり、仮に機器２００がノート型パソコンであれば電力消費部２４０内の各部材としてＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＶＤドライブ等が挙げられる。
【００７３】
二次電池２５０は機器２００に外部電源が接続されていない場合、電力制御部２３０に電力を供給する役割を果たす。
【００７４】
上述の通り、本発明の実施の形態に係る電源装置１００は、出力電圧を変化させることにより電力の上限目安値となる情報を接続されている機器に送信できる。機器２００は電圧検査部２２０を有するため入力された電圧の変化を検出できる。しかし、電圧が所定の周期で可変されていることを検出することはできない。また、逆関数を用いて所定の周期から電力の上限目安値を取得することもできない。
【００７５】
機器２００がノート型パソコンである場合、電力制御部２３０の管理はソフトウエアによって行われることが多い。そのため、電圧の変化から所定の周期を検出し、電力の上限目安値を取得するための機能を有するソフトウエアを機器２００にインストールすることが可能である。電力制御部２３０を管理するソフトウエアに新しい機能を追加することで、機器２００は電源装置１００の電力の上限目安値を取得できる。
【００７６】
このようにソフトウェアの更新によって電力制御部２３０に機能を追加できる場合、新機能を有するデバイスを必要とせず、機器２００を使用するユーザの利便性が高まる。また、電力制御部２３０は二次電池２５０の電力を有効に使用するため、電力消費部２４０内の各部材に供給する電力を管理する機能を有することがある。電力制御部２３０がこのような機能を有する場合、電力の上限目安値を取得できれば接続されている電源装置１００の電力をその値に応じて有効に使用できる。
【００７７】
電源装置１００の電力の上限目安値が機器２００の要求電力よりも少ない場合、電力消費部２４０内の幾つか部材（ＤＶＤドライブ等の必然的な使用を要求されない部材）の使用を禁止することが考えられる。このような処理によりユーザは電源装置１００の供給電力を安心して使用できる。
【００７８】
しかし、電源装置１００に接続される全ての機器に新機能を有するソフトウエアをインストールできる訳ではない。例えば、電力制御部の管理がソフトウエアで行われていないためソフトウエアを更新することによって電力の上限目安値を取得できない場合である。このような場合、機器２００の要求電力に対して電源装置１００の出力電力が十分であれば、ユーザは機器２００を問題なく使用できる。
【００７９】
機器２００の要求電力に対して電源装置１００の出力電力が不足する場合、図４のフローチャートで示したように制御部１９０は電源装置１００の稼働を停止させる。この場合、機器２００は電源装置１００からの電力を使用できず、二次電池２５０の電力を使用することになる。
【００８０】
燃料電池は、アクティブ型燃料電池であってもよい。以下に、燃料電池がアクティブ型燃料電池である場合の電源装置の一例を説明する。特に燃料電池の構成について詳述する。
【００８１】
図１０は、電源装置１００の構成を表した上面模式図である。電源装置１００は、アノードにメタノール水溶液あるいは純メタノールを供給することにより発電するＤＭＦＣ１０１０と１６ｍｏｌ／Ｌ以上の高濃度のメタノール水溶液あるいは純メタノールが入ったメタノールタンク１０２０と、メタノールタンク１０２０からのメタノールを０．１〜２．０ｍｏｌ／Ｌ程度の濃度に希釈し、ＤＭＦＣ１０１０へ供給するメタノール水溶液（燃料）を貯めておくバッファタンク１０３０と、電力変換装置や補機類の制御を行う制御部１０４０と、熱交換器１０５０と、軸流ファン１０６０と、筐体１０７０と、を備えている。制御部１０４０は、図１に示される制御部１９０の処理する機能も備える。図示されていないが、電源装置１００は図１に示される充放電手段、変圧手段、電流計、電圧計も当然に備えている。
【００８２】
バッファタンク１０３０へは、メタノールタンク１０２０から定期的に、あるいは、バッファタンク１０３０内のメタノール水溶液の濃度を監視し、所定の閾値、例えば１．０ｍｏｌ／Ｌを下回ったことを検出したときに、高濃度のメタノール水溶液または純メタノールが補給される。メタノールタンク１０２０は、内部に、柔軟性が有って、かつ、耐メタノール（アルコール）性を有する材料で構成されたパック１０２１が収納されている。柔軟性かつ耐メタノール性を有するパック１０２１の材料としては、内側にポリエチレンまたはテフロン（登録商標）、外側に補強材としてナイロンなどの合成繊維を配した２層構造の材料が適している。メタノールタンク１０２０の壁面１０２２（平面１０２２ａ、側面１０２２ｂ、背面１０２２ｃ）は筐体１０７０の一部を構成しており、背面１０２２ｃに設けられた空気口１０７４は、メタノールタンク１０２０中のメタノールが消費され、内部のパック１０２１の容積が小さくなったときに、メタノールタンク１０２０の内部であってパック１０２１外の部分が電源装置１００外との差圧が生じないようにすると共に、メタノールタンク１０２０を電源装置１００に着脱するときの滑り止めとしても機能するものである。パック１０２１の底面には、メタノール取出口１０２５が設けられており、このメタノール取出口１０２５とジョイント１０２６とが取出配管１０２７によって接続されている。取出配管１０２７はパック１０２１より肉厚の透明配管となっており、材料としては取出配管１０２７はシリコンゴム、ジョイント１０２６はポリプロピレンで作製するのが適している。
【００８３】
バッファタンク１０３０の上部の筐体１０７０には空気口１０７３が設けられており、バッファタンク１０３０は、メタノールタンク１０２０からのメタノールを所定の濃度（本実施の形態では１．２±０．３ｍｏｌ／Ｌ程度）に希釈する希釈用タンクとして用いると共に、熱交換器１０５０にて充分に冷却されて流入した空気、生成水、メタノール水溶液、二酸化炭素などの気液分離手段として用いられる。即ち、バッファタンク１０３０にて気相の空気や二酸化炭素が空気口１０７３から排出される。空気口１０７３には、図示しないフィルタが設けられており、蟻酸やホルムアルデヒドなどの副生成物は、空気口１０７３から空気や二酸化炭素が排出される際にフィルタに吸着される。
【００８４】
ＤＭＦＣ１０１０のカソードへはエアポンプ１０８０から空気（酸化剤）が供給され、アノードへはバッファタンク１０３０から第１液体ポンプ１０８３を介してメタノール水溶液が供給される。１０８１はエアポンプ１０８０の空気取込口であり、本電源装置１００の中央部に設けられている。エアポンプ１０８０の空気取込口１０８１から取り込まれた空気は、空気吐出口１０８２からＤＭＦＣ１０１０のカソード入口１０１２に送り込まれる。一方、第１液体ポンプ１０８３は、バッファタンク１０３０から１．２ｍｏｌ／Ｌ程度の濃度に希釈されたメタノール水溶液を液体取込口１０８４から取込み、液体吐出口１０８５からＤＭＦＣ１０１０のアノード入口１０１４に送り出す構成となっている。また、第２液体ポンプ１０８６は、定期的あるいはバッファタンク１０３０内のメタノール濃度が所定の閾値濃度を下回ったときに、高濃度のメタノール水溶液あるいは純メタノールを液体取込口１０８７を介してメタノールタンク１０２０から取り込み、液体吐出口１０８８を介してバッファタンク１０３０へ供給する。
【００８５】
ＤＭＦＣ１０１０のカソードから排出される空気と生成水はカソード出口１０１６から排出され、ＤＭＦＣ１０１０のアノードから排出されるメタノール水溶液と二酸化炭素はアノード出口１０１８から排出される。カソード出口１０１６及びアノード出口１０１８から排出された排出物は、熱交換器１０５０に導入され、合流してバッファタンク１０３０に入る。空気取込口１０８１及び熱交換器１０５０へは、ＤＭＦＣ１０１０の作動温度（６０±３℃）より５〜１５℃程度低い温度の空気が供給される。従って、ＤＭＦＣ１０１０から排出された７０℃程度の空気、生成水、メタノール水溶液、二酸化炭素などは、熱交換器１０５０にて充分に凝縮されるので、外部から水分を補給する必要性がなくなり、メタノールが外部へ放出されて消費量が増加してしまうことを防止することができる。
【００８６】
ＤＭＦＣ１０１０が発電する際の反応は発熱反応であるため、ＤＭＦＣ１０１０へ空気とメタノール水溶液を供給することにより、ＤＭＦＣ１０１０の温度が上昇する。そこで、ＤＭＦＣ１０１０には図示しないサーミスタあるいはリミッタを取り付けて、ＤＭＦＣ１０１０の温度が作動温度（６０±３℃）まで−５℃程度（本実施例の場合５５℃）のところまで近づいたときから軸流ファン１０６０の運転を開始する。筐体１０７０の、軸流ファン１０６０と対向する位置に空気口１０７１が設けられており、ＤＭＦＣ１０１０を回り込む位置に空気口１０７２が設けられているので、軸流ファン１０６０の運転を開始すると、ＤＭＦＣ１０１０の周囲を空気が流通し、ＤＭＦＣ１０１０は空冷される。これにより、ＤＭＦＣ１０１０の温度を６０±３℃に設定することができる。なお、１０７５は空気口である。
【００８７】
制御部１０４０は、図１１に示すように燃料電池部１０９０と切り離せるよう（分離可能）に構成されている。１０４１は燃料電池部１０９０と制御部１０４０とを電気的に接続する通信部である。通信部１０４１は水蒸気などの出入のないように、燃料電池部１０９０の中で密閉された空間となっている。また、通信部１０４１は、コネクタ１０４２を介して制御部１０４０と通信および電力の授受が可能となっており、コネクタ１０４２は制御部１０４０側の挿入部１０４３に挿し込むようになっている。制御部１０４０は、本発明の電源装置１００が電力を供給する対象によって、交換することが可能であり、本実施の形態の場合、図１２に示すように、ノート型ＰＣ１５００に電力を供給するためにノート型ＰＣ１５００の底面を制御部１０４０上に載せ、電源ケーブル（図示せず）をノート型ＰＣ１５００の電源ケーブル挿入部に挿し込むことで、ノート型ＰＣ１５００に電力を供給できるようになっている。また、メタノールタンク１０２０には残量表示窓１０２４が設けられている。
【００８８】
また、図１３に示すように、ノート型ＰＣ１５００が制御部１０４０よりも大きい場合（特に、Ｌの寸法が大きい場合）やノート型ＰＣ１５００の電源ケーブル挿入部がノート型ＰＣ１５００の側面ではなく背面に設けられているような場合、ノート型ＰＣ１５００を制御部１０４０上に載せたときに、ノート型ＰＣ１５００の底部に隙間ができて不安定な設置となるので、スライド式の支持部１０４５を手前に引出し、ノート型ＰＣ１５００を支持させる。１０４７は電源装置１００の電源スイッチとなっており、電源装置１００がノート型ＰＣ１５００などの電力供給対象へ電力を供給するときには、まずこの電源スイッチ１０４７を押して電源装置１００を立ち上げる。また、１０２８はメタノールタンク１０２０をはずすときに、メタノールタンク１０２０と電源装置１００とのロック状態を解除するロック解除ボタン１０２８となっている。
【００８９】
このように燃料電池部１０９０と制御部１０４０とを分離可能、あるいは、制御部１０４０を電力供給対象に合わせて交換可能に構成することにより、発電を行う燃料電池部１０９０を共通化して、様々なアプリケーションに対応させることが可能となる。特に、本発明の電源装置１００は、電源ケーブル１０４４を介して、ノート型ＰＣ１５００などの電力供給対象へ電力を供給できるだけではなく、制御部１０４０に設けられた二次電池挿入部１０４６に二次電池を挿入することにより、二次電池の充電器としても利用することができる。
【００９０】
二次電池充電用端子１０４８は、電源装置１００にＡＣアダプタを接続するための端子である。上述したように燃料電池が稼働し電力に余裕がある場合、電源装置１００内の二次電池は燃料電池の電力を用いて充電されるが、燃料電池が起動していない場合、二次電池を充電することができない。二次電池充電用端子１０４８にＡＣアダプタを接続することにより、燃料電池の稼働に関係なく二次電池を充電できるため電源装置１００はより安定的に電力を供給できる。
【００９１】
また、電源装置１００の起動時、制御部１０４０は二次電池の電力を用いて燃料電池を起動させる。そのため二次電池の電力が不足していると電源装置１００を起動できないことがある。このような場合、二次電池充電用端子１０４８にＡＣアダプタを接続することにより、制御部に直接電力を供給することにより電源装置１００を起動させてもよい。
【００９２】
電源ケーブル１０４４は電力供給対象である機器へ接続される。こうした機器はＡＣアダプタなどの外部電源が接続されるための外部電源用の入力端子を備える。電源ケーブル１０４４の先端には外部電源用入力端子の形状に適合する出力端子が設けられている。二次電池充電用端子１０４８もＡＣアダプタを接続される端子であるため、電源ケーブル１０４４の出力端子を二次電池充電用端子１０４８に差し込むことが可能である。このような誤接続を防止するため電源ケーブル１０４４の長さを調整し、電源ケーブル１０４４の出力端子を二次電池充電用端子１０４８に差し込めないようにすることが望ましい。
【００９３】
燃料電池がアクティブ型燃料電池である場合の電源装置の別の例についてに説明する。特に燃料電池の構成について詳述する。
【００９４】
図１４は電源装置１００の斜視図、図１５は電源装置１００の構成図を示している。電源装置１００は、液体燃料としてメタノールを用い、このメタノールと酸化剤としての空気とを燃料電池において電気化学反応させることにより発電を行う、所謂、ダイレクトメタノール燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＤＭＦＣ）システムであり、携帯可能なノート型パソコンの電源として使用できるように全体寸法はコンパクトに構成されている。
【００９５】
電源装置１００は、図１４に示すようなケース２０１０内の長手方向の一側に燃料電池（スタック）２０２０が搭載され、その反対側には電源装置１００から着脱可能に接続された燃料カートリッジ２０３０が、略中央部に補機ユニット２０４０が設けられている。また、ノート型パソコンを載せるクレイドル２０５０内には制御部（図示せず）と二次電池（図示せず）とが設けられている。この制御部は、図１に示される制御部１９０の処理する機能も備える。同様に図示されていないが、電源装置１００は図１に示される充放電手段、変圧手段、電流計、電圧計も当然に備えている。
【００９６】
燃料カートリッジ２０３０に隣接して燃料サブタンク（第２の燃料貯蔵部）２０８０とバッファタンク（第３の燃料貯蔵部）２０９０とが設けられており、燃料カートリッジ２０３０内の燃料バッグ（第１の燃料貯蔵部）２０３２に貯蔵される純メタノールまたは高濃度のメタノール水溶液は、燃料サブタンク２０８０を介してバッファタンク２０９０に導入され、バッファタンク２０９０にて所定の濃度（１ｍｏｌ／Ｌ）に希釈される。即ち、燃料サブタンク２０８０は、燃料バッグ２０３２内の燃料残量が０となったことを検出すると共に、燃料カートリッジ２０３０を着脱するときに、燃料供給路２０３４、２０８２に混入してしまう空気（気体成分）を脱泡する機能を有し、バッファタンク２０９０は、燃料の濃度を調整すると共に、燃料電池２０２０から排出される気体成分を本電源装置１００の外部へ排出する（詳細は後述する）気液分離器の機能を有する。
【００９７】
補機ユニット２０４０は、燃料バッグ２０３２から燃料サブタンク２０８０へ燃料を供給するメタノールポンプ（第１の液体ポンプ）２０４１と、燃料サブタンク２０８０からバッファタンク２０９０へ燃料を供給するメタノールポンプ（第２の液体ポンプ）２０４２と、バッファタンク２０９０から燃料電池２０２０へ燃料を供給するメタノールポンプ（第３の液体ポンプ）２０４３と、燃料電池２０２０へ酸素（本実施の形態では空気）を供給するエアポンプ２０４４と、を含み、これらは燃料貯蔵部である燃料カートリッジ２０３０、燃料サブタンク２０８０およびバッファタンク２０９０と燃料電池２０２０との間に搭載されている。これは、燃料供給路２０３４、２０８２、２０８４、２０９１、２０９２をできる限り短くし、省スペース化を図ると共に、間欠的に供給される高濃度メタノールを速やかに燃料電池２０２０へ供給するためである。
【００９８】
さらに補機ユニット２０４０は、燃料電池２０２０のアノード２０２１側から排出される液体を主成分とするアノード排出物（排メタノール＋二酸化炭素）とカソード２０２２側から排出される気体を主成分とするカソード排出物（排空気＋生成水）とを混合し、気体成分と液体成分とに分離する気液分離器２０４５と、気液分離器２０４５にて分離された気体成分と液体成分とを異なる配管（２０４６ｂ、２０４６ａ）に流通させ、電源装置１００内部の空気を排出する冷却ファン２０４７により燃料電池２０２０の排出物を冷却する冷却器２０４６と、を含み、これらは燃料電池２０２０とバッファタンク２０９０との間に搭載されている。このように、気液分離機能を有するバッファタンク２０９０（冷却器２０４６）の前段において気液分離器２０４５を搭載することにより、液体と気体とが混在するアノード排出物とカソード排出物とを合流させて、液体成分と気体成分とを、それぞれ液体成分流通路２０４６ａと気体成分流通路２０４６ｂとへ流通させて冷却することができ、気液が混在する流体を冷却するより冷却器２０４６での熱交換効率を向上させることができる。
【００９９】
バッファタンク２０９０にて回収された燃料電池２０２０の排出物のうち気体成分は、気体成分排出路２０９３を通って、電源装置１００外部へ排出される。このとき、気体成分排出路２０９３は、液体成分を外部へ排出しないように、できる限り長く配置し、さらに出口に排気フィルタ２０９４を設ける方が良い。また、バッファタンク２０９０から排出される水蒸気量よりも燃料電池２０２０にて生成される生成水の量が多く、電源装置１００内を循環する燃料（メタノール水溶液）がバッファタンク２０９０からオーバーフローする可能性を考慮して、バッファタンク２０９０と燃料サブタンク２０８０とを、その上部において配管（タンク連通路２０９５）接続し、バッファタンク２０９０からオーバーフローするときには、燃料サブタンク２０８０がバッファタンク２０９０のバッファの役割を果たすと共に、燃料カートリッジ２０３０から燃料サブタンク２０８０へ燃料が供給され、一時的に燃料サブタンク２０８０内の圧力が上がったときには、バッファタンク２０９０が燃料サブタンク２０８０の圧力を逃がす役割を果たす。燃料サブタンク２０８０とバッファタンク２０９０との間には、逆止弁２０９６が設けられ、燃料供給路２０９１から燃料供給路２０８４へ、即ち、バッファタンク２０９０から燃料サブタンク２０８０へは、タンク連通路２０９５を介してオーバーフローしない限り、希釈されたメタノール水溶液が逆流しないように構成されている。また、燃料バッグ２０３２と燃料サブタンク２０８０との間には、カートリッジジョイント２０３６、２０８６が設けられ、このカートリッジジョイント２０３６、２０８６を介して、燃料供給路２０３４と燃料供給路２０８２とが接続される。この部分は、カートリッジ着脱するときの燃料の漏れを回収するための安全機構やジョイントのロック機構など本体側に持たせるため、燃料カートリッジ２０３０側のカートリッジジョイント２０３６がオス、燃料サブタンク２０８０側のカートリッジジョイント２０８６がメスとなっている。メスの方が複雑な機構を組み込みやすく、燃料カートリッジ２０３０側を簡単な構造とすることにより、サイズおよびコストの面を考慮すると有利となる。
【０１００】
さらに、燃料カートリッジ２０３０の着脱状態を検知するため、燃料カートリッジ２０３０と接触する電源装置１００の本体部分にはリミッタＬＴが設けられている。これにより、燃料カートリッジ２０３０が電源装置１００に正常な状態で嵌め込まれているか検知し、使用中にカートリッジジョイント２０３６、２０８６部から燃料漏れがないようにすることができる。燃料カートリッジ２０３０の着脱を検知する手段は、リミッタＬＴに限らず、燃料カートリッジ２０３０の所定の位置にＩＣチップなどを埋め込み、ＩＣチップの位置を検出すると共に、燃料カートリッジ２０３０の情報、例えば、容量、濃度、燃料の種類、シリアルナンバーなどの情報を電源装置１００の制御部との間で授受できるようにしても良い。
【０１０１】
燃料カートリッジ２０３０の燃料供給路２０３４は、燃料バッグ２０３２の底部にその導入口を有し、燃料カートリッジ２０３０内壁の辺に沿って上昇するように配設されてからカートリッジジョイント２０３６に接続される。また、燃料カートリッジ上部（上辺の一部）には、燃料供給路２０３４が目視可能な燃料確認窓２０３８が開設されている。この燃料確認窓２０３８から燃料供給路２０３４内部を確認するため、燃料供給路２０３４はテフロン（登録商標）チューブのような透明な素材を用いることが望ましい。燃料バッグ２０３２を容積変化可能な容器とし、内部に予め燃料と共に少量の気体（空気）を封入しておくことにより、燃料バッグ２０３２内に貯蔵されていた燃料が残り少なくなったときに、燃料確認窓２０３８から液相と気相が境界を目視確認することができる。燃料には予め色をつけておくと、さらに確認しやすくなる。
【０１０２】
以上の燃料の流れをまとめると、燃料バッグ２０３２内の高濃度のメタノール（あるいは純メタノール）は燃料供給路２０３４を流通して電源装置１００の本体へ供給される。燃料カートリッジ２０３０と電源装置１００本体とは、カートリッジジョイント２０３６、２０８６によって接続されており、燃料バッグ２０３２内の高濃度メタノールは、カートリッジジョイント２０８６から燃料サブタンク２０８０に繋がる燃料供給路２０８２に設けられているメタノールポンプ２０４１の吸引力によって、燃料サブタンク２０８０に供給される。燃料カートリッジ２０３０を着脱するときに、カートリッジジョイント２０３６、２０８６部から燃料供給路２０３４、２０８２に気体が混入してしまった場合には、この燃料サブタンク２０８０にて脱泡できるため、燃料サブタンク２０８０からバッファタンク２０９０側へは、このような気泡は混入しない構成となっている。
【０１０３】
なお、２０２３は、エアポンプ２０４４から供給される空気をエアフィルタ２０２４に送るための酸化剤供給路である。２０２４は、空気中の有機物を触媒燃焼により除去する、あるいは、カチオンを吸着するためのエアフィルタである。２０２５は、燃料電池２０２０のアノード２０２１側から排出された排メタノールと二酸化炭素とを気液分離器２０４５へ排出するためのアノード排出路である。２０２６は、燃料電池２０２０のカソード２０２２側から排出された排空気と生成水とを気液分離器２０４５に排出するためのカソード排出路である。２０９７は、バッファタンク２０９０から供給されるメタノール水溶液中に混入した不純物（コンタミやカチオンなど）を除去（吸着）するための燃料フィルタである。
【０１０４】
燃料サブタンク２０８０には、図１６に示すように、タンク高さａの１／２以上の高さｂの位置に燃料切れを検知する液面センサ２０８１が設けられており、燃料サブタンク２０８０内の燃料の水位が液面センサ２０８１以下になったことを検知すると、メタノールポンプ２０４１が駆動し、燃料バッグ２０３２から高濃度の燃料を燃料サブタンク２０８０に追加する構成となっている。所定時間メタノールポンプ２０４１が駆動しても燃料サブタンク２０８０の燃料の水位が回復しない場合は、ユーザに燃料切れを示す表示（アラーム）をするようになっている。ユーザに燃料切れを示す表示（アラーム）を発報後、燃料カートリッジ２０３０の交換用に設定した交換時間を経過しても、燃料カートリッジ２０３０の燃料水位が回復しない場合は、システムが退避行動をとるようになっている。この液面センサ２０８１は、ユーザが燃料切れのアラームに気づいてから、燃料カートリッジ２０３０を交換可能に必要な時間の運転を可能にする量の燃料（本実施の形態では、交換時間：約５分間、交換時間の運転可能にする燃料量：約５ｃｃと設定）を保持できる位置に設ける必要があり、本実施の形態では、タンク高さ（容器中に燃料を収容できる高さ）の１／２以上の位置に液面センサを設置する。燃料サブタンク２０８０内の高濃度メタノールは、燃料供給路２０８４に設けられたメタノールポンプ２０４２の吸引力によって、バッファタンク２０９０へ供給される。燃料供給路２０８４は逆止弁２０９６を介して燃料供給路２０９１と接続されており、逆止弁２０９６からバッファタンク２０９０側の希釈されたメタノール水溶液は、定常的には燃料サブタンク２０８０へ戻らない構成となっている。
【０１０５】
また、燃料サブタンク２０８０には、タンク連通路２０９５と連通するガス吸排気口２１０１が容器天面に設けられており、容器内のガスが自由に出入り可能な構造となっている。この構造により、容器内の燃料の液面が変動しても、容器内の圧力が加圧または負圧状態にならないため、燃料サブタンク２０８０の安全性が高められる他、液体燃料が燃料供給路２０８２に逆流したり、所定のタイミング以外で液体燃料が燃料供給路２０８４に流入するなどの動作異常を抑制することができる。なお、２１０２は、燃料供給路８２の端部に当たる燃料注入口である。２１０４は、燃料供給路８４の端部に当たる燃料排出口である。
【０１０６】
図１５に示すように電源装置１００は複数のセンサを有する。ＴＳは燃料電池の温度異常を検出するための温度センサである。ＦＣＶは燃料電池の電圧異常を検出するための電圧検出手段である。ＬＳ１は燃料サブタンク２０８０の液面の位置を検出するための液面センサである。ＬＳ２はバッファタンク２０９０の液面の位置を検出するための液面センサである。ＬＴは燃料カートリッジ２０３０が電源装置１００に正常な状態で嵌め込まれているか検出するためのリミッタである。
【０１０７】
上述したように、電源装置１００は出力する電圧を変化させることで接続されている機器に情報を送信できる。これらのセンサにより取得した燃料電池の情報を電源装置１００は機器に送信してもよい。機器にモニタが設けられている場合には、そのモニタに燃料電池の状況を表示させることでユーザは燃料電池の異常に素早く対応できる。
【０１０８】
燃料電池は、パッシブ型燃料電池であってもよい。以下に、燃料電池がパッシブ型燃料電池である場合の電源装置の一例を説明する。
【０１０９】
図１７は本発明の電源装置１００の内部構成を示す上面図であり、図１８は図１７におけるＡ−Ａ線断面図である。以下に本発明の電源装置１００について、図１８を用いて詳細に説明する。電源装置１００は、上部筐体３０１２ａと下部筐体３０１２ｂとからなる筐体３０１２の内部に、大きく分けて制御部３０１４、蓄電部３０１６、発電部３０１８が配置される。筐体３０１２の内部には、図示しないが図１に示される電流計、電圧計も当然に備えている。
【０１１０】
電源装置１００の制御部３０１４は、発電部３０１８によって発電された電力を、蓄電部３０１６に蓄電するか、図示しない外部の負荷へ直接供給するかを選択するといった電源装置１００全体の運転制御を行う。制御部３０１４は、図１に示される制御部１９０の処理する機能も備える。
【０１１１】
電源装置１００の蓄電部３０１６は、充電と放電とが可能な二次電池から構成されており、本実施の形態ではリチウムイオン電池（以下、「ＬＩＢ」（Litium Ion Battery）と記載する）３０２０を用いる。
【０１１２】
電源装置１００の発電部３０１８は、燃料電池３０２２から構成されており、図示しないアノードにメタノール水溶液、或いは、純メタノール（以下、「メタノール燃料」と記載する）が供給される直接メタノール供給形燃料電池（以下、「ＤＭＦＣ」（Direct Methanol Fuel Cell）と記載する）である。
【０１１３】
（１）内部の構成
制御部３０１４の制御基板３０２４、ＬＩＢ３０２０、及び、燃料電池３０２２は、これらを保持するホルダ３０２６によって位置を固定されており、ホルダ３０２６が上部筐体３０１２ａに固定されることにより、制御基板３０２４、ＬＩＢ３０２０、及び、燃料電池３０２２の各部品は筐体３０１２内部に固定される。各部品は、電源装置１００が安定的に配置されるときに、制御基板３０２４、及び、ＬＩＢ３０２０がホルダ３０２６の上側、燃料電池３０２２がホルダ３０２６の下側となるように配置される。ここで、安定的に配置（安定配置）とは、図１８のように脚が有れば、水平、或いは、略水平（±１０°）な台の上に電源装置１００を置くときに、この脚が台に接地するように電源装置１００を置く状態をいい、脚がない場合であれば、振動を受けたときに転びにくい比較的面積の広い面であって、ボタンや表示装置のようなユーザーインターフェイスが無い面を底面として台に接地するように置く状態とする。
【０１１４】
制御基板３０２４を電源装置１００の上側に配置するのは、ユーザーインターフェイスが上部に有る方が電源装置１００の使用者にとって使いやすく、制御基板３０２４はユーザーインターフェイスに近いところに配置した方が配線スペースを小さくすることができるためである。また、燃料電池３０２２は、できるだけ電極面積が大きい方が発電能力を高くすることができるので望ましい。燃料電池３０２２は基本的には一定の電力を発電するように運転されるが、負荷から大きな電力を要求されたときにも対応可能な上、負荷から要求される電力量が燃料電池３０２２の発電能力と比べて小さいときも安定して発電するので、過負荷による燃料電池３０２２の劣化を防止することができる。したがって、筐体３０１２内部でできるだけ電極面積が大きく取れる位置に、燃料電池３０２２を配置することが好ましい。そこで、電源装置１００では、筐体３０１２の上側に制御基板３０２４を配置したので、下側に燃料電池３０２２を配置している。
【０１１５】
図１９は、燃料電池３０２２の具体的な構成を示す（ａ）上面図、（ｂ）右側面図、（ｃ）左側面図、及び、（ｄ）Ｂ−Ｂ線断面図である。電源装置１００に用いられる燃料電池３０２２は、平面型モジュールと呼ばれる、一枚の電解質膜３０２８に複数組の電極が配されて直列に接続される燃料電池モジュール３０３０が用いられている。燃料電池３０２２のアノード３０３２は、液体のメタノール燃料が供給され、生成物として二酸化炭素（気体）が発生するので、安定配置されたときに燃料の供給と生成物の排出とが重力を利用して円滑に行われるように、電解質膜３０２８の上面に配置される。一方、カソード３０３４は、酸化剤として空気が供給され、生成物として水が発生する。このとき、メタノール１分子に対して、１．５倍の酸素分子が必要となるので、カソード３０３４側はアノード３０３２側よりも筐体３０１２ｂ、或いは、ホルダ３０２６との隙間を大きく、具体的には、１０ｄａ≧ｄｃ＞ｄａの範囲に設定すると良い。
【０１１６】
燃料電池３０２２を運転する（発電させる）か否か、具体的には燃料電池３０２２を負荷に接続するか否かの直接的な運転指令は、燃料電池制御部３０３６によって行われる。燃料電池制御部３０３６も配線スペースを考慮して、電源装置１００の制御部３０１４の近傍、実施例の燃料電池３０２２の場合には制御部３０１４の真下であって、燃料電池モジュール３０３０の上部に配置している。また、燃料電池モジュール３０３０の上部であって燃料電池制御部３０３６のない空間には、燃料タンク３０３８を配置し、空間の有効活用を行うと共に、燃料電池制御部３０３６、及び、燃料タンク３０３８によって燃料電池モジュール３０３０から制御基板３０２４やＬＩＢ３０２０への熱の伝導を遮蔽している。更に、燃料電池３０２２とホルダ３０２６とはｄａの隙間を設け、ホルダ３０２６と制御基板３０２４との間にも空間を配し、ＬＩＢ３０２０は熱が伝わりにくい燃料タンク３０３８の上に配置され、ホルダ３０２６は配線のためのスペースを除いての略全周に渡って上部筐体３０１２ａに固定されているので、ホルダ３０２６の上側と下側とは熱的に分離された構成をされている。
【０１１７】
図１７、及び、図１９からも明らかなように、電源装置１００、及び、燃料電池３０２２は、Ｘ軸に対して略対称となる配置となるのに対し、Ｙ軸に対しては非対称な内部構成としている。これは長手方向について非対称な配置とした方が、筐体３０１２内部で温度差がつき易く、その温度勾配によって対流を起こして下部筐体３０１２ｂに設けられた通風孔３１６６から空気が出入りし易いようにするためである。
【０１１８】
（２）外部の構成
次に、以上のような内部構成を有する電源装置１００の外部構成について説明する。
図２０は、電源装置１００の外観を示す（ａ）上面図、（ｂ）右側面図、及び、（ｃ）左側面図である。電源装置１００は、一側面に外部負荷へ電力を供給する給電コネクタ３１５０と、他側面に商用電源から電力の供給を受ける受電コネクタ３１５２とを備えている。３１５４はチェックボタンであり、チェックボタン３１５４を押したときに、表示装置（ＬＥＤ）３１５６が点灯すれば、電源装置１００が外部負荷に対し給電可能であることを示しており、ＬＥＤ３１５６が点滅したとき、或いは、点灯しないときには、ＬＩＢ３０２０の残量が少なく、充電した方がよい。更には外部負荷に対し給電不可能であることを示し、チェックボタン３１５４を押すことにより、電源装置１００の状態を確認することができる。
【０１１９】
右側面のスライド式スイッチは燃料電池モジュール３０３０と燃料電池制御部３０３６との間に介挿される主電源スイッチ３１５８であり、燃料電池モジュール３０３０を負荷に電気的に接続するスイッチである。また、プッシュ式スイッチは燃料電池３０２２を起動させる起動スイッチ３１６０であり、起動スイッチ３１６０を押すことにより、燃料電池３０２２は発電を開始し、ＬＥＤ３１６２が点灯する。即ち、起動スイッチ３１６０を押したときに、ＬＥＤ３１６２が点灯すれば、燃料電池３０２２は発電可能な状態で、ＬＩＢ３０２０が所定の電圧を下回っているときは充電を行う状態を示しており、ＬＥＤ３１６２が点灯しないときには、燃料電池３０２２が燃料欠状態であり、燃料タンク３０３８へメタノール燃料を補充する必要があることを示している。
【０１２０】
上記のようにＬＥＤ３１６２が点灯しないときには、メタノール燃料を補充する必要があり、メタノール燃料を補充するために、左側面には燃料補給孔３１６４が設けられている。この燃料補給孔３１６４は内部の燃料タンク３０３８に連通しており、注射器のような燃料補給手段により燃料補給孔３１６４を介して燃料タンク３０３８へメタノール燃料を供給することができる。また、上側面、及び、下側面は図示しないが、下部筺体３０１２ｂの四面には通風孔３１６６が設けられており、通風孔３１６６を通って電源装置１００の外部から空気が流入すると共に、内部から二酸化炭素や水が流出する。３１６８は下部筺体３０１２ｂの底面に設けられた脚であり、机のような台の上に電源装置１００を安定配置すると、下部筺体３０１２ｂの底面と机との間に空間ができる。その空間を空気が流通することにより、燃料電池３０２２からの熱を奪うことができる構成とされている。なお、３２０１は照度センサである。３２０２はタッチパネルである。３２０４はディスプレイである。
【０１２１】
（３）制御回路
次に、上記動作を実現する回路構成を説明する。図２１は本実施の形態の回路構成を示す回路構成図である。ＳＷ１は主電源スイッチ３１５８と連動し、燃料電池モジュール３０３０とＤＣ／ＤＣコンバータ３１７０とを接続するスイッチ機構であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１７０は起動スイッチ３１６０が押されることにより動作を開始する。スイッチ機構ＳＷ１が閉じ、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１７０を含む燃料電池制御部３０３６と燃料電池モジュール３０３０とが電気的に接続されると、燃料電池制御部３０３６は、燃料電池モジュール３０３０の総電圧ＶＦＣを検出し、ＶＦＣの値からメタノール燃料が充填されているか、燃料欠状態かを判断する。即ち、燃料欠状態となるとＶＦＣは低下するので、下限閾値予め設定しておき、検出したＶＦＣが下限閾値を上回っている場合、起動スイッチ３１６０が押されたときにＬＥＤ３１６２は点灯し、検出したＶＦＣが下限閾値を下回っている場合には、起動スイッチ３１６０が押されたときにＬＥＤ３１６２は点灯しない。
【０１２２】
燃料電池モジュール３０３０は、スイッチ機構ＳＷ１、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１７０、及び、整流素子（ダイオード）３１７２を通り、本発明における充電制御手段としての充放電回路３１７４を介してＬＩＢ３０２０に接続されると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１７６を介して外部負荷に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１７６は、制御部３０１４からの指令に基づいて電圧を可変できる。充放電回路３１７４は、燃料電池３０２２により発電された電力を、ＬＩＢ３０２０の電圧ＶＢが設定電圧Ｖ１より低く、且つ、外部負荷が接続されるときは外部負荷へ供給し、ＬＩＢ３０２０の電圧ＶＢが設定電圧Ｖ１より低く、且つ、外部負荷が接続されていないときはＬＩＢ３０２０を充電するためにＬＩＢ３０２０へ供給する。また、充放電回路３１７４は、ＬＩＢ３０２０を充電して電圧ＶＢが上限電圧Ｖ２より高くなったときと、外部負荷が接続された場合にＬＩＢ３０２０の電圧ＶＢが設定電圧Ｖ１以上であったときとは、燃料電池３０２２を給電可能な状態ではあるが、燃料電池３０２２からＬＩＢ３０２０、又は、外部負荷へ電力は供給しない待機状態とする。
【０１２３】
電圧ＶＢは、チェックボタン３１５４、及び、ＬＥＤ３１５６とも連携しており、チェックボタン３１５４が押されたときに、電圧ＶＢがＶ１以上であればＬＥＤ３１５６は点灯し、電圧ＶＢがＶ１より低く、下限電圧Ｖ３以上であればＬＥＤ３１５６は点滅し、電圧ＶＢがＶ３より低いとＬＥＤ３１５６は点灯しない。また、本実施の形態は、商用電源からＬＩＢ３０２０への充電も可能なように受電コネクタ３１５２を備えており、携帯電話充電用のＡＣアダプタ（ＡＣ／ＤＣコンバータ）付ケーブルを接続することもできる。電圧ＶＢの値によって燃料電池３０２２からの給電を適宜行うように、主電源スイッチ３１５８（スイッチ機構ＳＷ１）は常に入っている方が使用者の利便性は高いが、給電可能な状態（負荷に接続された状態）での発電のための反応をすすめない状態が長期間にわたって続くのは電解質膜の劣化の要因となるので、ＬＩＢ３０２０が十分に充電されているときには主電源スイッチ３１５８を切る（ＳＷ１：開）ことが望ましい。更に、通風孔３１６６（空気開口部）も閉じることが望ましい。
【０１２４】
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えたり、実施形態を組み合わせたりすることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】実施の形態に係る電源装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】燃料電池の電流−電力特性および電流−電圧特性を示す図である。
【図３】充放電手段の構成例を示す図である。
【図４】電源装置におけるの一連の処理過程の概要を示すフローチャートである。
【図５】接続されている機器の駆動可能電圧を調査する際の処理過程を示すフローチャートである。
【図６】機器の駆動可能電圧を調査する際の電源装置の出力電圧の推移を示す図である。
【図７】電源装置の出力電力を監視する際の処理過程を示すフローチャートである。
【図８】電力の上限目安の値を機器に送信する際の電源装置の出力電圧の推移を示す図である。
【図９】電源装置に接続される機器の一般的な構成を模式的に示す図である。
【図１０】燃料電池がアクティブ型燃料電池である場合の電源装置の構成を模式的に示した構成図である。
【図１１】電源装置を燃料電池部と制御部とに分離した構成を模式的に示した構成図である。
【図１２】電源装置をノート型パーソナルコンピュータに取り付けた状態の全面斜視図である。
【図１３】電源装置のスライド式支持部を引出した状態の全面斜視図である。
【図１４】燃料電池がアクティブ型燃料電池である場合の電源装置の斜視図である。
【図１５】電源装置の構成を模式的に示すシステム構成図である。
【図１６】電源装置のサブタンクの構成を詳細に示す構成図である。
【図１７】燃料電池がパッシブ型燃料電池である場合の電源装置の内部構成を示す上面図である
【図１８】図１７のＡ−Ａ線断面図である。
【図１９】図１７の電源装置の構成を示す（ａ）上面図、（ｂ）右側面図、（ｃ）左側面図、及び（ｄ）Ｂ−Ｂ線断面図である。
【図２０】図１７の電源装置の外観を示す（ａ）上面図、（ｂ）右側面図、及び、（ｃ）左側面図である。
【図２１】図１７の電源システムの回路構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１２６】
１０ 端子、 １２ コイル、 １４ コンデンサ、 １６ 放電用スイッチング素子、 １８ 充電用スイッチング素子、 ２０ コンデンサ、 ２２ 端子、 １００ 電源装置、 １１０ 燃料電池、 １２０ 二次電池、 １３０ 電流計、 １４０ 充放電手段、 １５０ 電圧計、 １６０ 変圧手段、 １７０ 電流計、 １８０ 電圧計、 １９０ 制御部、 ２００ 機器、 ２１０ コネクタ、 ２２０ 電圧検査部、 ２３０ 電力制御部、 ２４０ 電力消費部、 ２５０ 二次電池。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続されている機器に電力を供給する電源装置であって、
電源と、
前記電源から入力された電圧を所定の電圧に可変して前記機器へと出力する変圧手段と、
前記電源装置の出力電流値を測定する電流計と、
前記変圧手段による電圧の可変を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記電源から出力される電圧を段階的に昇圧させ、前記出力電流値の変化を検出することで、前記変圧手段により昇圧された前記電源装置の出力電圧が前記機器の駆動可能電圧に達したことを検知することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記機器が駆動可能電圧に達したことを検知した後、昇圧させた電圧を徐々に降圧させ、前記出力電流値の変化を検出することによりその機器の駆動可能電圧の下限を検知すること特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記電源装置に関する情報を前記機器に送信するため、検出された前記機器の駆動可能電圧と検出されたその機器の駆動可能電圧の下限との範囲内において前記変圧手段により前記電源装置の出力電圧を変化させることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
二次電池と、
前記二次電池からの電力の出力、または前記電源の電力を用いて前記二次電池の充電を可能とする充放電手段と、
前記電源から前記変圧手段への入力電圧値を測定する電圧計と、
を更に備え、
前記制御部は、前記入力電圧値と所定の電圧値とを比較し、
入力電圧値が所定の電圧値より大きいときには前記機器の要求電力に対して前記電源装置の出力電力が不足していると判定し、前記充放電手段を制御することにより前記二次電池からの電力の補充を可能とし、
入力電圧値が所定の電圧値より小さいときには前記機器の要求電力に対して前記電源装置の出力電力が不足していないと判定し、前記充放電手段を制御することにより前記電源からの電力を用いて前記二次電池の充電を可能とすることを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
【請求項５】
前記電源装置の出力電圧値を測定する別の電圧計と、
を更に備え、
前記制御部は、前記電圧計における入力電圧値と所定の電圧値とを比較し、入力電圧値が所定の電圧値を上回っている状態から所定の電圧値を下回った際、前記電流計のその際の出力電流値と前記別の電圧計のその際の出力電圧値とを参照して前記電源装置の出力電力を算出することを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
【請求項６】
前記二次電池の出力電流値を測定する別の電流計と、
前記電源装置の出力電圧値を測定する別の電圧計と、
を更に備え、
前記制御部は、前記充放電手段を制御することにより前記電源からの電力を用いて前記二次電池からの出力を可能とした後、前記別の電流計における出力電流値と所定の電流値とを比較し、その出力電流値が所定の電流値を下回っている状態から所定の電流値を上回った際、前記電流計のその際の出力電流値と前記別の電圧計のその際の出力電圧値とを参照して前記電源装置の出力電力を算出することを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
【請求項７】
前記制御部は、算出された出力電力の値を前記機器に送信するため、算出された出力電力の値を出力電圧を変化させる周期の値に所定の関数を用いて変換し、その周期の値を用いて前記電源装置の出力電圧を変化させることを特徴とする請求項５または６のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項８】
前記電源は、燃料電池であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項１】
接続されている機器に電力を供給する電源装置であって、
電源と、
前記電源から入力された電圧を所定の電圧に可変して前記機器へと出力する変圧手段と、
前記電源装置の出力電流値を測定する電流計と、
前記変圧手段による電圧の可変を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記電源から出力される電圧を段階的に昇圧させ、前記出力電流値の変化を検出することで、前記変圧手段により昇圧された前記電源装置の出力電圧が前記機器の駆動可能電圧に達したことを検知することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記機器が駆動可能電圧に達したことを検知した後、昇圧させた電圧を徐々に降圧させ、前記出力電流値の変化を検出することによりその機器の駆動可能電圧の下限を検知すること特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記電源装置に関する情報を前記機器に送信するため、検出された前記機器の駆動可能電圧と検出されたその機器の駆動可能電圧の下限との範囲内において前記変圧手段により前記電源装置の出力電圧を変化させることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
二次電池と、
前記二次電池からの電力の出力、または前記電源の電力を用いて前記二次電池の充電を可能とする充放電手段と、
前記電源から前記変圧手段への入力電圧値を測定する電圧計と、
を更に備え、
前記制御部は、前記入力電圧値と所定の電圧値とを比較し、
入力電圧値が所定の電圧値より大きいときには前記機器の要求電力に対して前記電源装置の出力電力が不足していると判定し、前記充放電手段を制御することにより前記二次電池からの電力の補充を可能とし、
入力電圧値が所定の電圧値より小さいときには前記機器の要求電力に対して前記電源装置の出力電力が不足していないと判定し、前記充放電手段を制御することにより前記電源からの電力を用いて前記二次電池の充電を可能とすることを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
【請求項５】
前記電源装置の出力電圧値を測定する別の電圧計と、
を更に備え、
前記制御部は、前記電圧計における入力電圧値と所定の電圧値とを比較し、入力電圧値が所定の電圧値を上回っている状態から所定の電圧値を下回った際、前記電流計のその際の出力電流値と前記別の電圧計のその際の出力電圧値とを参照して前記電源装置の出力電力を算出することを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
【請求項６】
前記二次電池の出力電流値を測定する別の電流計と、
前記電源装置の出力電圧値を測定する別の電圧計と、
を更に備え、
前記制御部は、前記充放電手段を制御することにより前記電源からの電力を用いて前記二次電池からの出力を可能とした後、前記別の電流計における出力電流値と所定の電流値とを比較し、その出力電流値が所定の電流値を下回っている状態から所定の電流値を上回った際、前記電流計のその際の出力電流値と前記別の電圧計のその際の出力電圧値とを参照して前記電源装置の出力電力を算出することを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
【請求項７】
前記制御部は、算出された出力電力の値を前記機器に送信するため、算出された出力電力の値を出力電圧を変化させる周期の値に所定の関数を用いて変換し、その周期の値を用いて前記電源装置の出力電圧を変化させることを特徴とする請求項５または６のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項８】
前記電源は、燃料電池であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２００８−２１９９８１（Ｐ２００８−２１９９８１Ａ）
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５０７７１（Ｐ２００７−５０７７１）
【出願日】平成１９年２月２８日（２００７．２．２８）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２８日（２００７．２．２８）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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