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発明の名称 電子機器
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−28835(P2007−28835A)
公開日 平成19年2月1日(2007.2.1)
出願番号 特願2005−209729(P2005−209729)
出願日 平成17年7月20日(2005.7.20)
代理人 【識別番号】100097445
【弁理士】
【氏名又は名称】岩橋 文雄
発明者 市瀬 俊彦 / 高田 雅弘
要約 課題
電子機器に燃料電池および二次電池を電源として接続する場合において、トータルの電源として効率的なハイブリッド運転のできる電子機器を提供する。

解決手段
二次電池パックと燃料電池パックの両方を接続し並列運転させる電子機器において、本体機器の電源コントローラが二次電池パックの残容量から燃料電池の発電量を制御する。または、燃料電池パック自身が二次電池パックをコントロールし、トータルの電源として機能する。
特許請求の範囲
【請求項1】
電池による駆動を可能とする電源装置を有する電子機器において、
前記電源装置は、二次電池パックと、燃料電池パックと、本体CPUの指示により前記電子機器の各部品に電力を供給するパワーコントロールCPUと、前記パワーコントロールCPUに接続された電源通信バスとからなり、
前記二次電池パックで充放電される電力と、前記燃料電池パックで発生する電力とは、パワーラインを介して前記パワーコントロールCPUに接続され、
前記二次電池パックは、二次電池と、前記二次電池の残容量を検出し、データ化する電池容量検出手段と、データ化した残容量データを前記電源通信バスへ送出する残容量通信手段とを有し、
前記燃料電池パックは、燃料電池と、前記燃料電池の運転を制御する燃料電池制御回路と、前記電源通信バスを介して運転の指示を受信するための運転指示通信手段とを有し、
前記パワーコントロールCPUは、前記残容量データを受信し、残容量に応じた燃料電池の目標発電量を、前記運転指示通信手段を通じて、前記燃料電池パック内の前記燃料電池制御回路へ指示する機能を有し、
前記燃料電池制御回路は、前記目標発電量に応じて、前記燃料電池の運転を開始、切り替えまたは停止する機能を持つことを特徴とする電子機器。
【請求項2】
電池による駆動を可能とする電源装置を有する電子機器において、
前記電源装置は、二次電池パックと、燃料電池パックと、本体CPUの指示により前記電子機器の各部品に電力を供給するパワーコントロールCPUと、前記パワーコントロールCPUに接続された電源通信バスと、前記電源通信バス中に配置された切り替えスイッチからなり、
前記二次電池パックで充放電される電力と、前記燃料電池パックで発生する電力とは、パワーラインを介して前記パワーコントロールCPUに接続され、
前記二次電池パックは、前記二次電池と、前記二次電池の残容量を検出し、データ化する電池容量検出手段と、データ化した残容量データを前記電源通信バスへ送出する残容量通信手段とを有し、
前記燃料電池パックは、前記燃料電池と、前記燃料電池の運転を制御する燃料電池制御回路と、前記電源通信バスを介してデータの通信を行うデータ通信手段とを有し、
前記切り替えスイッチは、前記燃料電池パックが接続された場合、二次電池パックは、通信先を前記パワーコントルCPUから前記燃料電池パックに変更し、さらには前記燃料電池パックは前記パワーコントールCPUと通信するように、前記電源通信バスの配線を切り替える機能を持ち、
前記燃料電池制御回路は、前記残容量データを受信し、残容量に応じた燃料電池の目標発電量に応じて、前記燃料電池の運転を開始、切り替えまたは停止する機能を持ち、更に前記残容量データおよび前記燃料電池の運転状況データを前記データ通信手段を介してパワ―コントロールCPUへ通信する機能を持つことを特徴とする電子機器。
【請求項3】
前記二次電池パックおよび前記燃料電池パックは、電子機器本体に対し脱着可能な構造であり、前記二次電池パックのコネクタ部および前記燃料電池パックのコネクタ部は、対応する電子機器本体の一つの装着部に対して、それぞれ互換性を有し、
前記燃料電池パックには前記二次電池パックを脱着する装着部を有する請求項1または2記載の電子機器。
【請求項4】
前記燃料電池を起動させるための電力を前記パワーラインを介して前記二次電池パックから供給する事が可能な請求項1または2記載の電子機器。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子機器に関し、特に、二次電池パックと燃料電池パックの両方を接続した電源装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、ノートPCなどの電子機器向けに多くの小型燃料電池電源が開発されている。
【0003】
しかしこれらの燃料電池は連続して一定の電力を発電することはできるが瞬時的な電力要求に対応できない課題があるため二次電池と組み合わせて使う方法が提案されている。(例えば特許文献1参照)
図5に、従来の構成を一例として示す。
【0004】
基本的には、燃料電池101は、第1の機能回路102に電力を供給し、二次電池401は、第2の機能回路202に電力を供給する。
【0005】
さらに、燃料電池101と二次電池401は電源管理部203の内部のスイッチによって接続されることができ、電源制御部402が二次電池401のSOCをチェックしてこれに基づきスイッチが制御され、燃料電池101から二次電池401へ充電を行うことが可能である。
【0006】
さらに、この構成において負荷の変動に対して燃料電池と二次電池とがハイブリッド運転を行うことが提案されている。
【特許文献1】特開2004−208344号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
上記従来の構成では燃料電池と二次電池をスイッチで接続したり切り離したりする方法で制御が行なわれるため負荷変動に対して敏速な反応制御ができない燃料電池はスイッチが切り離された瞬間には発電が過剰になってしまうなど効率的なハイブリッド運転ができないという問題があった。
【0008】
本発明の目的は、上記従来の課題を解決し、効率的なハイブリッド運転のできる電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するために、請求項1記載の発明は、電池による駆動を可能とする電源装置を有する電子機器において、前記電源装置は、二次電池パックと、燃料電池パックと、本体CPUの指示により前記電子機器の各部品に電力を供給するパワーコントロールCPUと、前記パワーコントロールCPUに接続された電源通信バスとからなり、前記二次電池パックで充放電される電力と、前記燃料電池パックで発生する電力とは、パワーラインを介して前記パワーコントロールCPUに接続され、前記二次電池パックは、二次電池と、前記二次電池の残容量を検出し、データ化する電池容量検出手段と、データ化した残容量データを前記電源通信バスへ送出する残容量通信手段とを有し、前記燃料電池パックは、燃料電池と、前記燃料電池の運転を制御する燃料電池制御回路と、前記電源通信バスを介して運転の指示を受信するための運転指示通信手段とを有し、前記パワーコントロールCPUは、前記残容量データを受信し、残容量に応じた燃料電池の目標発電量を、前記運転指示通信手段を通じて、前記燃料電池パック内の前記燃料電池制御回路へ指示する機
能を有し、前記燃料電池制御回路は、前記目標発電量に応じて、前記燃料電池の運転を開始、切り替えまたは停止する機能を持つことを特徴とするものである。
【0010】
また、請求項2記載の発明は、電池による駆動を可能とする電源装置を有する電子機器において、前記電源装置は、二次電池パックと、燃料電池パックと、本体CPUの指示により前記電子機器の各部品に電力を供給するパワーコントロールCPUと、前記パワーコントロールCPUに接続された電源通信バスと、前記電源通信バス中に配置された切り替えスイッチからなり、前記二次電池パックで充放電される電力と、前記燃料電池パックで発生する電力とは、パワーラインを介して前記パワーコントロールCPUに接続され、前記二次電池パックは、前記二次電池と、前記二次電池の残容量を検出し、データ化する電池容量検出手段と、データ化した残容量データを前記電源通信バスへ送出する残容量通信手段とを有し、前記燃料電池パックは、前記燃料電池と、前記燃料電池の運転を制御する燃料電池制御回路と、前記電源通信バスを介してデータの通信を行うデータ通信手段とを有し、前記切り替えスイッチは、前記燃料電池パックが接続された場合、二次電池パックは、通信先を前記パワーコントルCPUから前記燃料電池パックに変更し、さらには前記燃料電池パックは前記パワーコントールCPUと通信するように、前記電源通信バスの配線を切り替える機能を持ち、前記燃料電池制御回路は、前記残容量データを受信し、残容量に応じた燃料電池の目標発電量に応じて、前記燃料電池の運転を開始、切り替えまたは停止する機能を持ち、更に前記残容量データおよび前記燃料電池の運転状況データを前記データ通信手段を介してパワ―コントロールCPUへ通信する機能を持つことを特徴とするものである。
【0011】
そして、請求項3記載の発明は請求項1または2記載の電子機器において、前記二次電池パックおよび前記燃料電池パックは、電子機器本体に対し脱着可能な構造であり、前記二次電池パックのコネクタ部および前記燃料電池パックのコネクタ部は、対応する電子機器本体の一つの装着部に対して、それぞれ互換性を有し、前記燃料電池パックには前記二次電池パックを脱着する装着部を有するものである
この構成においては、コネクタ部がそれぞれ互換性を有するため、本体側の同一の装着部に対して、二次電池パックを脱着したり、燃料電池パックを脱着したりできる。また、二次電池パックを燃料電池パックに装着したまま、当該燃料電池パックを本体側の装着部に脱着することができる。
【0012】
さらに、請求項4記載の発明は請求項1または2記載の電子機器において、前記燃料電池を起動させるための電力を前記パワーラインを介して前記二次電池パックから供給する事が可能なものである。
【発明の効果】
【0013】
本発明の電源装置によれば、二次電池パックの電池で燃料電池が発電するまでの間、パソコンを動作させることができる。
【0014】
さらに、燃料電池パックから二次電池パックの電池を充電でき、また、最大出力時に燃料電池からの発電量が不足する場合、電池スロットの二次電池パックの電池とハイブリッド運転ができる。
【0015】
また、本発明の請求項1の電源装置であれば、パソコンが電池パックの残容量と電子機器が必要とする電力を鑑みて燃料電池の運転を指示するため効率的な運転が電子機器本体のソフトウェアによって制御でき、さらに、ソフトウェアを変えることによって制御内容を容易に変更できる。
【0016】
また本発明の請求項2の電源装置によれば、燃料電池パックが二次電池パックの残容量
を受信し、二次電池パックへの充電および電子機器が必要とする電力に応じた効率的な発電制御を燃料電池パック自身の判断で行なうことが可能である。
【0017】
本発明の請求項3の電源装置によればさらに、パソコンおよび二次電池パックの組み合わせと、パソコン、燃料電池パックおよび電池パックの組み合わせが、自由に使用状況に応じてアレンジできる。
【0018】
本発明の請求項4の電源装置によればさらに、燃料電池パック自体が起動用の電池をもつ必要が無く電池パックから必要な電力の供給を受けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
以下、本発明を適用した電源装置の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0020】
(実施の形態1)
図1は、本実施の形態に係る燃料電池パック2、及び燃料電池パック2を搭載した電子機器(以下、ノートパソコン1という)が示されている。このノートパソコン1の本体CPU16は通信手段としてのPCメインバス17とつながっている。
【0021】
PCメインバス17はパワーコントロールCPU10とつながっておりさらに図示してはいないがハードデスクやメモリーカード、CD−ROMおよびUSBなどの各種記憶デバイスがこのPCメインバス17につながっている。パワーコントロールCPU10はノートパソコンの電源管理を行っておりパワーライン8を介して得た電力をノートパソコン1の本体CPU16や表示回路、各種記憶デバイスなどに電力供給している。
【0022】
パワーライン8には二次電池パック3やACアダプターが接続可能である。
【0023】
二次電池パック3内には電池の残容量を測定するための電池容量検出手段12とこの情報を送出するための残容量通信手段11を有する。
【0024】
燃料電池パック2には燃料電池14と燃料電池制御回路13および運転指示通信手段15を有する。
【0025】
燃料電池パック2は最大20Wまでの出力が可能であるが、ノートパソコン1の消費電力は通常で10W,最大で30Wである。
【0026】
今、燃料電池パック2は20Wの発電を行っておりノートパソコン1は10Wを消費しているとする。燃料電池パック2から生ずる電力の残り10Wは二次電池パック3に充電される。電池パック3の二次電池が満充電に近くなると電池容量検出手段12がこれを検出し、残容量通信手段11を介して情報を発信し、電源通信バス9を通じ、パワーコントロールCPU10に入力される。パワーコントロールCPU10は燃料電池パック2へ、電源通信バス9を介して動作停止もしくはパワー減少を指令する。
【0027】
ノートパソコン1の消費電力が30W最大になると燃料電池パック2の出力20Wだけでは足らなくなり、二次電池パック3も放電状態となり不足分の10Wを供出する。
【0028】
そして、ノートパソコン1の消費電力が10Wまで低下すると二次電池パック3は充電を再開する。
【0029】
次にノートパソコン1を起動した場合の動作について説明する。
【0030】
ノートパソコン1は二次電池パック3の電力によって起動し、電池が満充電であれば3時間から6時間程度の連続動作が可能である。燃料電池パック2はノートパソコン1が起動した直後にパワーコントロールCPU10からの指令を受けて起動する。しかし燃料電池14の起動には2分程度必要であり、この間、燃料電池14を駆動する回路への電力は電池パック3によっておこなわれている。燃料電池14が充分な発電を開始し、二次電池パック3にも充電を行なって二次電池パック3の電池が満充電に近くなるとパワーコントロールCPU10は指令を出し燃料電池パック2は停止、もしくは弱運転へ切り替える。
【0031】
このシーケンスを図4に示す。
【0032】
通常ノートパソコン1の電源が切れた状態では、電源スイッチ周辺のキー操作のみを監視するサブのCPUが小電力で動作している。
【0033】
ノートパソコンの電源スイッチをONすると、サブCPUは本体CPU16の電源をONし起動シーケンスを実行するシーケンスを開始する。
【0034】
この状態ではまだ燃料電池14は停止しており、すべての電力は2次電池パック3から供給される。この時点でノートパソコン1が燃料電池パック2の接続を認識すると、燃料電池パック2へ始動の要求を出し、燃料電池(FC)始動シーケンスが始まる。
【0035】
燃料電池パック2は電源通信バス9を介して2次電池パック3の残容量を受信しこれによって発電量を決定する。
【0036】
更に発電しながら2次電池パック3の容量を確認し続け、満充電になると燃料電池14の運転を停止または弱運転に切り替える。
【0037】
ノートパソコン1を停止するために電源スイッチをOFFにするとノートパソコン1は電源OFFシーケンスを実行し燃料電池パック2にも停止を要求する。これによって燃料電池パック2側も停止シーケンスを実行する。
【0038】
(実施の形態2)
図2において二次電池パック3はノートパソコン1の所定の電池用スペースに収納されている状態で燃料電池パック2をノートパソコン1の燃料電池パック用の専用端子あるいは電池用端子に接続する。
【0039】
このとき燃料電池パック2が接続された事によって切り替えスイッチ18が作動し、二次電池パック3の残容量通信手段11はそれまではパワーコントロールCPU10につながっていたが切り替えられて、燃料電池パック3のデータ通信手段15bに接続される。さらにデータ通信手段15bはパワーコントロールCPU10とも接続される。
【0040】
燃料電池パック2は二次電池パック3から電池の残容量情報を入手し燃料電池の発電量、電池パックからの放電量、あるいは二次電池パック3への充電量を決める。
パワーコントロールCPU10は二次電池パック3とは直接会話することはできず、燃料電池パック2が二次電池パック3を包含したトータルの電池としてパワーコントロールCPU10との通信を行なう。
【0041】
(実施の形態3)
図3の構成では(a)に示すように本来は電子機器(以下ノートパソコン)1の電池装着部4に二次電池パック3の勘合部19が装着される。
【0042】
(b)では電池装着部4に燃料電池パック2の勘合部20が装着され更に燃料電池パック2の電池装着部21に二次電池パック3の勘合部20が装着される。
【0043】
これによって、燃料電池パック2は二次電池パック3から電池の残容量情報を入手し燃料電池14の発電量、燃料電池パック2からの放電量、あるいは二次電池パック3への充電量を決める。
【0044】
パワーコントロールCPU10は二次電池パック3とは直接会話することはできず燃料電池パック2が二次電池パック3を包含したトータルの電池としてパワーコントロールCPU10との通信を行なう。
【0045】
なお、図1、2および3で示した実施の形態において燃料電池パック2は起動用の電源を持っていなが、二次電池パック3から起動のための電力を得ることができる。これにより燃料電池パック2は小型軽量化が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【0046】
本発明の電源装置は、ノートパソコン等の電子機器の電源装置として有用で有り、また電動工具や、電気自動車、電動バイク等においても使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0047】
【図1】本発明の実施の形態に係る電子機器の一例を示すブロック図
【図2】本発明の実施の形態に係る電子機器のその他の例を示すブロック図
【図3】(a)二次電池パックのみを装着した電子機器のブロック図(b)燃料電池パックと二次電池パックを装着した電子機器のブロック図
【図4】本発明の一実施の形態の電子機器の動作フローチャート
【図5】従来の電子機器を示すブロック図
【符号の説明】
【0048】
1 ノートパソコン
2 燃料電池パック
3 二次電池パック
4 電池装着部
8 パワーライン
9 電源通信バス
10 パワーコントロールCPU
11 残容量通信手段
12 電池容量検出手段
13 燃料電池制御回路
14 燃料電池
15 運転指示通信手段
15b データ通信手段
16 本体CPU
17 PCメインバス
18 切り替えスイッチ
19、20 勘合部
21 電池装着部
101 燃料電池
102、202 機能回路
401 二次電池
203 電源管理部
402 電源制御部





 

 


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