專利名稱：電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用通過燃料和氧化劑的電化學(xué)反應(yīng)，發(fā)電的燃料電池的 電源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
燃料電池是從氫(燃料)和氧(氧化劑)產(chǎn)生電能的裝置，能取得高 的發(fā)電效率。作為燃料電池的主要特征，是象以往的發(fā)電方式那樣，不經(jīng) 過熱能或動能的過程的直接發(fā)電，所以能期待小規(guī)模、高的發(fā)電效率，氮 化合物的排出少，噪音或振動小，所以環(huán)境性良好。燃料電池能有效利用
燃料具有的化學(xué)能，具有對環(huán)境溫和的特性，所以期待作為擔(dān)負21世紀(jì) 的能量供給系統(tǒng)，從宇宙用途到汽車用途、便攜式儀器用途，從大規(guī)模發(fā) 電到小規(guī)模發(fā)電，作為在各種用途中能使用的將來有希望的發(fā)電系統(tǒng)而引 人注目，面向?qū)嵱没?，技術(shù)開發(fā)正走上軌道。
.其中，固體高分子燃料電池與其他種類的燃料電池相比，具有工作溫 度低，具有高的輸出密度的特征，特別是近年，作為固體高分子燃料電池 的一個形態(tài)，直接甲醇燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC)引 人注目。DMFC不把燃料即甲醇水溶液改質(zhì)，直接向陽極供給，通過甲醇 水溶液和氧的電化學(xué)反應(yīng)，取得電力，通過電化學(xué)反應(yīng)，從陽極把二氧化 碳作為反應(yīng)生成物排出，從陰極把生成水作為反應(yīng)生成物排出。
甲醇水溶液與氫相比，單位體積的能量高，適合于貯藏，爆炸的危險 性低，所以期待向汽車或便攜式儀器(移動電話、筆記本電腦、PDA、 MP3播放器、數(shù)字相機、游戲機、電子字典(書籍)等的電源利用(例如， 參照專利文獻l、專利文獻2)。特開2006-040787號公報特開2006-054075號公報"電池應(yīng)用手冊"晶體管技術(shù)編輯部編CQ出版社 (ISBN4畫7898-3446-8)

發(fā)明內(nèi)容
這里，在使用這樣的燃料電池構(gòu)成的發(fā)電系統(tǒng)中，為了對連接的儀器 能供給穩(wěn)定的電力，采用把由燃料電池發(fā)電的電力對可充放電的二次電池 充電、存儲，從該二次電池取出電力，對儀器供給的方式。
這時，作為儀器的使用者，希望迅速把二次電池充電，或者總為滿充 電狀態(tài)。而如果二次電池在100% (充電率)的殘余量附近重復(fù)充放電， 就存在引起電池的惡化的問題，并且一般來說越接近滿充電，保存狀態(tài)越 差(例如，參照專利文獻l)，希望考慮避免它。此外，作為燃料電池，以 低電流工作時發(fā)電的效率變好，但是以低電流把二次電池需要時間。
本發(fā)明是為了解決以往的技術(shù)課題而提出的，提供滿足使用者的需 要，實現(xiàn)長壽命化，并且能實現(xiàn)高效率的運轉(zhuǎn)的電源系統(tǒng)。
本發(fā)明的電源系統(tǒng)具有通過燃料和氧化劑的電化學(xué)反應(yīng)而發(fā)電的燃 料電池、能充放電的二次電池，通過燃料電池把二次電池充電，從二次電 池取出電力，其特征在于具有使用由燃料電池發(fā)電的電力把二次電池充 電的充電控制部件，該充電控制部件具有按照從二次電池取出電力的頻 度，切換由燃料電池對二次電池充電的模式的功能。
發(fā)明2的電源系統(tǒng)的特征在于充電控制部件切換的模式是可對二次 電池急速充電的模式、比該模式更高效地使燃料電池發(fā)電并且可對二次電 池充電的模式。
發(fā)明3的電源系統(tǒng)的特征在于充電控制部件在模式切換中，切換對 二次電池充電時的電流。
發(fā)明4的電源系統(tǒng)的特征在于充電控制部件在模式切換中，切換維 持二次電池的充電率。
發(fā)明5的電源系統(tǒng)的特征在于充電控制部件具有用于按照從二次電 池取出電力的頻度，切換模式的操作部件。
發(fā)明6的電源系統(tǒng)的特征在于充電控制部件具有檢測周圍的亮度的 照度檢測部件，根據(jù)從二次電池取出電力的頻度和周圍的亮度之間的對應(yīng) 關(guān)系，切換模式。
發(fā)明7的電源系統(tǒng)的特征在于充電控制部件具有時限部件，根據(jù)從 二次電池取出電力的頻度和時間帶之間的對應(yīng)關(guān)系，切換模式。
本發(fā)明的電源系統(tǒng)具有通過燃料和氧化劑之間的電化學(xué)反應(yīng)而發(fā)電 的燃料電池、能充放電的二次電池，由燃料電池對二次電池充電，從該二 次電池取出電力，并且具有使用由燃料電池發(fā)電的電力對二次電池充電的 充電控制部件，該充電控制部件具有按照從二次電池取出電力的頻度，切 換由燃料電池對二次電池充電的模式的功能，所以從二次電池取出電力的 頻度高時，變?yōu)槟軐Χ坞姵匮杆俪潆姷哪Ｊ?，?或者變?yōu)榘讯坞姵氐?充電率維持在很高的模式，從而使二次電池總或者迅速變?yōu)闈M充電狀態(tài)， 能滿足使用者的需要。
而在從二次電池取出電力的頻度低的狀況下，切換為以高效率使燃料 電池發(fā)電，把二次電池充電的模式，例如把二次電池充電時的電流抑制在 很低，從而能提高燃料電池的發(fā)電效率，抑制燃料消耗。如果變?yōu)榘讯?電池的充電率維持在很低的模式，就能抑制二次電池的惡化。
這時，如果設(shè)置用于切換模式的操作部件，就能按照從二次電池取出 電力的頻度，使用者自由切換各模式，方便性提高。
此外，設(shè)置檢測周圍的亮度的照度檢測部件，如果假定周圍明亮的白 天從二次電池取出電力的頻度高，在周圍黑暗的夜晚，頻度低，切換模式， 就能自動切換所述的各模式。


下面簡要說明附圖。
圖1是表示本發(fā)明的電源系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的俯視圖。
圖2是圖1的A-A線剖視圖。
圖3 (a)是表示圖1的電源系統(tǒng)的燃料電池的結(jié)構(gòu)的俯視圖，(b)是 右側(cè)視圖，(c)是左側(cè)視圖，(d)是B-B線剖視圖。
圖4 (a)是表示圖1的電源系統(tǒng)的外觀的俯視圖，(b)是右側(cè)視圖， (c)是左側(cè)視圖。
圖5是表示圖1的電源系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)的圖。
圖6是圖5的電路結(jié)構(gòu)的充放電電路的功能框圖。
圖7是表示圖6的充放電電路的微機進行的控制的矩陣的圖。 圖8是表示圖7的控制的LIB的充電率的推移的圖。 符號的說明。
IO—電源系統(tǒng)；20—鋰離子電池(LIB) ; 22—燃料電池；30—燃料 電池模塊；176—充放電電路；200—微機；201—照度傳感器；202—觸摸屏。
具體實施例方式
下面參照附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。
圖1是表示本發(fā)明的電源系統(tǒng)10的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖2是圖1 的A-A線剖視圖。以下，使用圖2詳細說明本發(fā)明的電源系統(tǒng)10。電源 系統(tǒng)IO在由上部筐體12a和下部筐體12b構(gòu)成的筐體12的內(nèi)部配置控制 部14、蓄電部16、發(fā)電部18。
電源系統(tǒng)10的控制部14進行選擇把由發(fā)電部18發(fā)電的電力存儲到 蓄電部16、或者直接向不圖示的外部負荷供給的電源系統(tǒng)IO全體的運轉(zhuǎn) 控制。
電源系統(tǒng)10的蓄電部16由能充電和放電的二次電池構(gòu)成，在本實施 例中，使用鋰離子電池在(以下，記載為"LIB" (Lithium Ion Battery) 20。
電源系統(tǒng)10的發(fā)電部18由燃料電池22構(gòu)成，是對不圖示的陽極供 給甲醇水溶液或者純甲醇(以下記載為"甲醇燃料")的直接甲醇供給型 燃料電池(以下記載為"DMFC" (Direct Methanol Fuel Cell))。 (1)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)
控制部14的控制基板24、 LIB20、燃料電池22由保持它們的支架26 固定位置，把支架26固定在上部筐體12a上，控制基板24、 LIB20、燃料 電池22的各零件固定在筐體12內(nèi)部。各零件在電源系統(tǒng)10穩(wěn)定地配置 時，控制基板24、 LIB20成為支架26的上側(cè)，燃料電池22成為支架26 的下側(cè)。這里，穩(wěn)定的配置(穩(wěn)定配置)是如果象圖2那樣有腿，就是在 水平或者大致水平(±10°)的臺上放置電源系統(tǒng)10時，該腿設(shè)置在臺上 地放置電源系統(tǒng)10的狀態(tài)，如果沒有腿時，是把在受到振動時難以翻轉(zhuǎn) 的比較寬的面積，即沒有按鈕或顯示裝置那樣的用戶界面的面作為底面，
設(shè)置在臺上地放置的狀態(tài)。
之所以在電源系統(tǒng)10的上側(cè)配置控制基板24，是因為用戶界面位于
上部時，對于電源系統(tǒng)10的使用者，容易使用，控制基板24配置在接近 用戶界面的地方時，能減小布線間隔。此外，燃料電池22盡可能電極面 積大時能提高發(fā)電能力，所以是希望的。燃料電池22基本上發(fā)出一定的 電力地運轉(zhuǎn)，但是從負荷要求大的電力時也能應(yīng)對，并且從負荷要求的電 力量比燃料電池22的發(fā)電能力小時，也穩(wěn)定發(fā)電，所以能防止過負荷引 起的燃料電池22的惡化。因此，希望在筐體12內(nèi)部盡可能取得大的電極 面積的位置配置燃料電池22。因此，在本電源系統(tǒng)10中，在筐體12的上 側(cè)配置控制基板24，所以在下側(cè)配置燃料電池22。
圖3 (a)是表示燃料電池22的結(jié)構(gòu)的俯視圖，(b)是右側(cè)視圖，(c) 是左側(cè)視圖，(d)是B-B線剖視圖。本電源系統(tǒng)10中使用的燃料電池22 使用稱作平面型模塊的在一個電解質(zhì)膜28上配置多組電極并且串聯(lián)的燃 料電池模塊30。對燃料電池22的陽極32供給液體的甲醇燃料，產(chǎn)生二氧 化碳(氣體)作為生成物，所以配置在電解質(zhì)莫28的上面，從而在穩(wěn)定 配置時，燃料的供給和生成物的排出利用重力順利地進行。而對陰極34 供給空氣作為氧化劑，產(chǎn)生水作為生成物。這時，對于甲醇1分子，1.5 倍的氧分子變?yōu)楸匾?，所以陰極34—側(cè)與陽極32—側(cè)相比，與筐體12b 或者支架26的間隙大，具體而言，設(shè)定在10da^de>da。
燃料電池22是否運轉(zhuǎn)(發(fā)電)，具體而言，燃料電池22是否與負荷 連接的直接的運轉(zhuǎn)指令由燃料電池控制部36進行。燃料電池控制部36也 考慮布線間隔，在電源系統(tǒng)10的控制部14的附近，在實施例的燃料電池 22的時候，在控制部14的正下方，即燃料電池模塊30的上部配置。此外， 在燃料電池模塊30的上部，即沒有燃料電池控制部36的空間中配置燃料 容器38，進行空間的有效利用，并且提高燃料電池控制部36和燃料容器 38，遮蔽從燃料電池模塊30向控制基板24或LIB20的熱傳導(dǎo)。燃料電池 22和支架26設(shè)置da的間隙，在支架26和控制基板24之間配置空間，LIB20 配置在熱難以傳導(dǎo)的燃料容器38之上，支架26跨除了用于布線的空間的 大致全周，固定在上部筐體12a上，所以成為支架26的上側(cè)和下側(cè)熱分 離的結(jié)構(gòu)。
從圖1、圖3可知，本電源系統(tǒng)IO、燃料電池22對于X軸，成為對 稱的配置，而對于Y軸，成為非對稱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。之所以關(guān)于長度方向， 為非對稱的配置，是因為在筐體12內(nèi)部容易付與溫度差，由于溫度梯度， 引起對流，空氣容易從設(shè)置在下部筐體12b的通風(fēng)孔166進出。
(2) 外部的結(jié)構(gòu) 下面說明具有以上的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的電源系統(tǒng)10的外部結(jié)構(gòu)。
圖4 (a)是表示電源系統(tǒng)10的外觀的俯視圖，(b)是右側(cè)視圖，(c) 是左側(cè)視圖。電源系統(tǒng)10在一個側(cè)面具有向移動電話那樣的外部負荷供 給電力的供龜連接器150，在其他側(cè)面具有從商用電源接受電力的供給的 受電連接器152。 154是檢査按鈕，按檢査按鈕154時，如果顯示裝置(LED) 156點亮，就表示電源系統(tǒng)10能對外部負荷供電，在LED156點滅時，或 者不點亮?xí)r，表示LIB120的殘余量少，應(yīng)該充電，對外部負荷不能供電， 通過按檢查按鈕154，能確認電源系統(tǒng)10的狀態(tài)。
右側(cè)面的滑動開關(guān)是插在燃料電池模塊30和燃料電池控制部36之間 的主電源開關(guān)158，是把燃料電池模塊30與負荷電連接的開關(guān)。此外，按 鈕開關(guān)是使燃料電池22起動的起動開關(guān)160，通過按起動開關(guān)160，燃料 電池22開始發(fā)電，LED162點亮。即按起動開關(guān)160時，如果LED162點 亮，就表示在燃料電池22可發(fā)電的狀態(tài)下，LIB20低于給定電壓時，進 行充電的狀態(tài)，LED162不點亮?xí)r，不是燃料電池22是燃料欠缺的狀態(tài)， 有必要向燃料容器38補償甲醇燃料。
如上所述，在LED162不點亮?xí)r，有必要補充甲醇燃料，為了補充甲 醇燃料，在左側(cè)面設(shè)置燃料補給孔164。燃料補給孔164與內(nèi)部的燃料容 器38連通，由注射器那樣的燃料補給部件通過燃料補給孔164向燃料容 器38能供給甲醇燃料。此外，雖然未圖示上側(cè)面、下側(cè)面，但是在下部 筐體12b的四面設(shè)置通風(fēng)孔166，通過通風(fēng)孔166，空氣從電源系統(tǒng)10的 外部流入，并且二氧化碳和水從內(nèi)部流出。168是設(shè)置在下部筐體12b的 底面上的腿，如果在桌子那樣的臺上穩(wěn)定配置電源系統(tǒng)IO，就能在下部筐 體12b的底面和桌子之間產(chǎn)生空間?？諝庠谠摽臻g流通，從而變?yōu)槟艹?來自燃料電池22的熱的結(jié)構(gòu)。
(3) 控制電路 下面說明實現(xiàn)所述動作的電路結(jié)構(gòu)。圖5是表示本實施例的電路結(jié)構(gòu)
的電路結(jié)構(gòu)的圖。SW1與主電源開關(guān)158聯(lián)動，是連接燃料電池模塊30 和DC/DC轉(zhuǎn)換器170的開關(guān)機構(gòu)，通過按起動開關(guān)160， DC/DC轉(zhuǎn)換器 170開始動作。開關(guān)機構(gòu)SW1關(guān)閉，包含DC/DC轉(zhuǎn)換器170的燃料電池 控制部36和燃料電池模塊30如果電連接，燃料電池控制部36就檢測燃 料電池模塊30的總電壓VFC，從Vrc的值判斷是填充甲醇燃料或燃料欠缺 狀態(tài)。即如果變?yōu)槿剂锨啡睜顟B(tài)，Vrc就下降，所有預(yù)先設(shè)定下限閾值， 當(dāng)檢測的Vrc超過下限閾值時，按下起動開關(guān)160時，LED162就點亮， 在檢測的Vrc低于下限閾值時，按下起動開關(guān)160時，LED162就不點亮。
燃料電池模塊30通過開關(guān)機構(gòu)SW1、 DC/DC轉(zhuǎn)換器170、整流元件 (二極管)172，通過作為本發(fā)明的充電控制部件的充放電電路174與 LIB20連接，并且通過DC/DC轉(zhuǎn)換器176與外部負荷連接。充放電電路 174在LIB20的電壓VB比設(shè)定電壓V1低，并且連接外部負荷時，把由燃 料電池22發(fā)電的電力向外部負荷供給，在LIB20的電壓VB比設(shè)定電壓 VI低，并且不連接外部負荷時，為了把LIB20充電，把由燃料電池22發(fā) 電的電力向LIB20供給。此外，充放電電路174把LIB20充電，在電壓 VB比上限電壓V2高時和連接外部負荷時LIB20的電壓VB是設(shè)定電壓VI 以上時，燃料電池22是可供電的狀態(tài)，但是成為從燃料電池22向LIB20 或外部負荷不供給電力的待機狀態(tài)。
電壓VB也和檢查按鈕154、 LED156聯(lián)合，在按檢査按鈕154時，如 果電壓VB是V1以上，LED156就點亮，如果電壓VB比V1低，是下限電 壓V3以上，LED156就點滅，如果電壓VB比V3低，LED156就不點亮。 此外，本實施例為了能從商用電源也能向LIB20充電，具有受電連接器 152，能連接移動電話充電用的帶AC適配器(AC/DC轉(zhuǎn)換器)的電纜。 根據(jù)電壓VB的值，適當(dāng)進行來自燃料電池22的供電，主電源開關(guān)158總 打開時，使用者的方便性高，但是可供電的狀態(tài)(連接在負荷上的狀態(tài)) 下不進行用于發(fā)電的反應(yīng)的狀態(tài)跨長期持續(xù)成為電解質(zhì)膜惡化的要因，所 以LIB20充分充電時，希望切斷主電源開關(guān)158 (SW1:開)。希望通風(fēng) 孔166 (空氣開口部)也關(guān)閉。
圖6表示所述充放電電路174的電路結(jié)構(gòu)的框圖。充放電電路174由
通用微機200構(gòu)成，在微機200的輸入連接作為檢測放置電源系統(tǒng)10的 周圍的亮度的照度檢測部件的照度傳感器201、作為操作部件的觸摸屏 202、檢測所述電壓VB的電壓傳感器203。在微機200的輸出連接用于進 行后面描述的各模式的顯示或操作按鈕的顯示的LCD構(gòu)成的顯示器204 (顯示部件)和控制向LIB20的充電和從LIB20的放電的開關(guān)元件206。
所述顯示器204在上部筐體12a的上面露出配置，觸摸屏202設(shè)置在 顯示器204的上面。照度傳感器201設(shè)置在顯示器204的側(cè)面，檢測電源 系統(tǒng)10周圍的亮度(照度)。微機200設(shè)置作為其功能而具有的定時器(時 限部件)，向微機200的各種設(shè)定由向顯示器204的顯示和從觸摸屏202 的輸入操作進行。
(4)基于照度和時間帶的充電控制
下面說明通過所述充放電電路174的微機200，由燃料電池22對. LIB20充電時的控制。首先參照圖7、圖8，說明基于電源系統(tǒng)10周圍的 照度和時間帶的充電控制。照度傳感器201在電源系統(tǒng)IO周圍的亮度是 白天的亮度即一定照度以上時，輸出打開，在相當(dāng)于夜晚的低于該照度時， 關(guān)閉。此外，在微機200的定時器中預(yù)先由使用者設(shè)定意味著白天(活動 時間帶)的AM6: 00 PM8: OO的時間帶、意味著夜間(非活動時間帶) 的PM8: 00 AM6: OO的時間帶。
通過顯示器204的顯示和觸摸屏202的輸入操作，在微機200能自由 設(shè)定時間帶。須指出的是，能自由設(shè)定基于所述照度傳感器201的輸出的 控制是否只由基于觸摸屏202的輸入操作執(zhí)行。
這里，在白天(活動時間帶)使用者使用移動電話的機會多，在夜間 (非活動時間帶)減少。因此，白天(活動時間帶)的時間帶，在電源系 統(tǒng)10的供電連接器150上連接移動電話，從LIB20頻繁取出電力，對移 動電話的電池進行充電的可能性高，但是在夜間的時間帶，該頻度降低。 可是，即使是白天的時間帶，但是周圍的亮度低時，把電源系統(tǒng)10放在 包中，不使用的可能性也高，因此這時，從LIB20取出電力的頻度低，相 反，即使是夜間的時間帶，但是通過室內(nèi)照明，周圍的亮度明亮?xí)r，使用 者進行夜間工作的可能性高，因此從LIB20取出電力的頻度也提高。
在微機200中存儲由從LIB20取出電力的頻度和電源系統(tǒng)10周圍的 亮度的對應(yīng)關(guān)系、從LIB20取出電力的頻度和時間帶的對應(yīng)關(guān)系生成的判 斷矩陣。圖7表示該矩陣，在微機200中設(shè)定模式1~模式4的4個模式。 (4-1)模式1
電源系統(tǒng)10的周圍明亮(照度傳感器201工作)，并且是白天的時間 帶(AM6: 00 PM8: 00)時，微機200執(zhí)行圖7的左上的模式(方法、 方式、形態(tài))1。在模式1，通過燃料電池22開始LIB20的充電的該LIB20 的充電率(閾值)為96%，在充電率低于80%，充電速度為1CA，在80% 以上，為基于定電壓(在實施例中，4.2V)的充電。CA是電池充放電的 指標(biāo)，由充電電流(mA) /電池容量(mAh)計算。實施例的1CA相當(dāng)于 能用1小時把實施例的LIB20滿充電的電流。
由此，電源系統(tǒng)10的幵關(guān)機構(gòu)SW1關(guān)閉，按起動開關(guān)160時，微機 200在該模式1下，在LIB20的充電率下降到96%時，從燃料電池22開 始充電，充電到100% (滿充電)，結(jié)束。據(jù)此，LIB20總以96。/。 100。/。的 高充電率維持。此外，這時的充電率在80%以上時，以定電壓進行充電， 在下降到低于80%的區(qū)域，充電速度為1CA (即提高用于充電的電流)， 進行LIB20的急速充電。
即電源系統(tǒng)10的周圍明亮，并且在白天的時間帶從LIB20最頻繁取 出電力(使用移動電話，充電變?yōu)楸匾?的可能性高，所以微機200通過 燃料電池22的發(fā)電，把LIB20的充電率總維持很高，并且連接移動電話， 充電率下降時，由燃料電池22急速對LIB20充電，對向移動電話的電力 供給(使用者的要求)不帶來障礙。在圖8中，由橫線表示的是照度傳感 器201工作的狀態(tài)，圖8的"在白天明亮?xí)r"表示的狀態(tài)是模式1。須指 出的是，在圖9中，由N表示的范圍表示夜間的時間帶，此外是白天的時 間帶。此外，由L表示的范圍表示連接移動電話的主題。 (4-2)模式2
雖然是白天的時間帶(AM6: 00-PM8: 00)，但是電源系統(tǒng)10放入 包中，周圍黑暗時(照度傳感器201關(guān)閉)，微機200執(zhí)行圖7的右上的 模式2。在模式2，由燃料電池22開始LIB20的充電的該LIB20的充電率 (閾值)例如為96%，充電率在充電率低于80%，充電速度為0,2CA，在 80%以上，為基于定電壓(在實施例中，4.2V)的充電。實施例的0.2CA
相當(dāng)于能用5小時把實施例的LIB20滿充電的電流。
微機200在模式2，在LIB20的充電率下降到96%時，充電到100% (滿充電)，結(jié)束。據(jù)此，LIB20總以96。/。 100。/。的高充電率維持。此外， 這時的充電率在80%以上時，以定電壓進行充電，在下降到低于80%的區(qū) 域，充電速度為0.2CA (即降低用于充電的電流)，比較緩慢把LIB20充 電(以低的充電電流比急速充電緩慢地進行充電)。
即在白天的時間帶，電源系統(tǒng)10收在包中，周圍黑暗時，頻繁取出 電力的可能性低，所以微機200通過燃料電池22的發(fā)電， 一邊總把LIB20 的充電率總維持很高， 一邊用比較低的電流把LIB20充電。即使在白天(活 動時間帶)，在從LIB20取出電力的頻度低的狀況(不使用移動電話，不 需要充電的狀況)下，把LIB20的充電率維持很高，但是降低從燃料電池 22向LIB20充電時的充電速度，即降低充電時的電流，提高燃料電池22 的發(fā)電效率(高效率發(fā)電)，抑制燃料的消耗。它是圖8中"在白天黑暗 時"表示的狀態(tài)。 (4-3)模式3
在夜間的時間帶(PM8: 00 AM6: 00)，但是使用者進行工作，電源 系統(tǒng)10的周圍因為室內(nèi)照明，明亮?xí)r(照度傳感器201工作)，微機200 執(zhí)行圖7的左下的模式3。在模式3，通過燃料電池22開始LIB20的充電 的該LIB20的充電率(閾值)下降到46%，在充電率低于80%，充電速度 為1CA，在80%以上，為基于定電壓(在實施例中，4.2V)的充電。
微機200在LIB20的充電率下降到46%之前不開始充電，從下降到 46%，從燃料電池22開始充電，充電到100% (滿充電)，結(jié)束。據(jù)此， LIB20幾乎以低的充電率維持。此外，這時的充電率為80%以上時，以定 電壓進行充電，在下降到低于80%的區(qū)域，充電速度為1CA(即提高用于 充電的電流)，比較急速地對LIB20充電。
即在夜間的時間帶，把LIB20的充電率維持在很低，避免在LIB20為 高的充電率的狀態(tài)下充放電的狀況，抑制LIB20的惡化。可是，即使是夜 晚的時間帶，周圍明亮，使用者活動時，比較頻繁地取出電力(使用移動 電話，充電成為必要)的可能性高，所以微機200在LIB20的充電率下降 到低于80%的狀態(tài)下，由燃料電池22對LIB20急速充電，在連接移動電
話時，也對使用者的要求不帶來障礙。
(4-4)模式4
在夜間的時間帶(PM8: 00 AM6: 00)，并且周圍暗時(照度傳感器 201關(guān)閉)，微機200執(zhí)行圖7的右下的模式4。在模式4，通過燃料電池 22開始LIB20的充電的該LIB20的充電率(閾值)下降到46%，在充電 率低于80%，充電速度為0.2CA，在80%以上，為基于定電壓(在實施例 中，4.2V)的充電。
微機200在模式4，在LIB20的充電率下降到46%之前不開始充電， 從下降到46%，從燃料電池22開始充電，充電到100% (滿充電)，結(jié)束。 據(jù)此，LIB20幾乎以低的充電率維持。此外，這時的充電率為80%以上時， 以定電壓進行充電，在下降到低于80%的區(qū)域，充電速度為0,2CA (即降 低用于充電的電流)，比較緩慢地對LIB20充電。
即在夜間的時間帶，把LIB20的充電率維持在很低，避免在LIB20為 高的充電率的狀態(tài)下充放電的狀況，抑制LIB20的惡化。此外，從燃料電 池22以比較低的電流對LIB20充電。在夜晚，并且不活動的狀況下，從 LIB20取出電力的頻度低(不使用移動電話，充電的必要性低)，所以把 LIB20的充電率維持很低，并且從燃料電池22對LIB20充電時的充電速 度也低，即降低充電時的電流，提高燃料電池22的發(fā)電效率，抑制燃料 的消耗。這是圖8中用"夜晚開始充電的充電率為46%"表示的狀態(tài)。
(5) 只基于照度的充電控制
須指出的是，在(4)中說明的充電控制中，從電源系統(tǒng)10的周圍的 亮度和時間帶的組合選擇4個模式，執(zhí)行，但是也可以通過基于觸摸屏202 的輸入操作，關(guān)閉基于時間帶的控制，使微機200進行只根據(jù)基于觸摸屏 202的開-關(guān)的亮度，變更模式的控制。這時，在周圍明亮?xí)r，微機200執(zhí) 行所述的模式l，在周圍黑暗時，執(zhí)行模式4。
(6) 只基于時間帶的充電控制
此外，通過基于觸摸屏202的輸入操作，把基于照度傳感器201的控 制關(guān)閉，使微機200進行只用時間帶變更模式的控制。這時，例如在白天 的時間帶，微機200執(zhí)行所述的模式1，在夜晚的時間帶執(zhí)行模式4。
(7) 基于手動的充電控制
通過基于觸摸屏202的輸入操作，把基于照度傳感器201的控制和基 于時間帶的控制雙方關(guān)閉，即關(guān)閉由微機200自動切換模式的狀態(tài)，變?yōu)?以手動設(shè)定微機200的模式的狀態(tài)。這時，預(yù)想對移動電話充電的機會增 多時，在微機200中設(shè)定為執(zhí)行所述模式1，相反，幾乎不使用移動電話， 從LIB20取出電力的頻度低的狀況下，設(shè)定為執(zhí)行所述模式4。據(jù)此，使 用者能自由變更模式，方便性提高。
須指出的是，在所述實施例中，在電源系統(tǒng)10中設(shè)置顯示器204和 觸摸屏202，能進行信息的顯示和設(shè)定的切換，但是如果外部負荷是移動 電話那樣的具有顯示裝置和輸入開關(guān)的裝置，就利用向外部負荷的電力供 給線，在負荷一側(cè)的顯示裝置，在負荷一側(cè)能進行來自充放電電路174的 微機200的信息的顯示或電源系統(tǒng)10的動作狀況的顯示和向微機200或 電源系統(tǒng)10的設(shè)定輸入。
在實施例中，燃料電池22運轉(zhuǎn)為發(fā)出一定的電力，充放電電路174 控制向LIB20充電時的電流大小和充電開始的閾值，但是并不局限于此， 也可以充放電電路174的微機200和燃料電池22的燃料電池控制部36聯(lián) 合，控制由燃料電池22發(fā)電的電力。這時，代替所述各模式的充電速度 的變更，變更燃料電池22的發(fā)電量(例如，在模式1和模式3，為高的發(fā) 電量，在模式2和模式4，為低的發(fā)電量)。
實施例中舉例示出了 DMFC方式的燃料電池，但是本發(fā)明也能使用以 氫為燃料的燃料電池。
權(quán)利要求
1.一種電源系統(tǒng)，具有通過燃料和氧化劑之間的電化學(xué)反應(yīng)而發(fā)電的燃料電池、和能充放電的二次電池，由所述燃料電池對所述二次電池充電，從該二次電池取出電力，具有使用由所述燃料電池發(fā)電的電力對所述二次電池充電的充電控制部件，該充電控制部件具有按照從所述二次電池取出電力的頻度，切換由所述燃料電池對所述二次電池充電的模式的功能。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電源系統(tǒng)，其特征在于 所述充電控制部件切換的模式是可對所述二次電池急速充電的模式、和比該模式更高效地使所述燃料電池發(fā)電并且可對所述二次電池充電的 模式。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電源系統(tǒng)，其特征在于 所述充電控制部件在所述模式切換中，切換對所述二次電池充電時的電流。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任意一項所述的電源系統(tǒng)，其特征在于 所述充電控制部件在所述模式切換中，切換維持所述二次電池的充電率。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1 4中的任意一項所述的電源系統(tǒng)，其特征在于 所述充電控制部件具有用于按照從所述二次電池取出電力的頻度，切換模式的操作部件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1 5中的任意一項所述的電源系統(tǒng)，其特征在于所述充電控制部件具有檢測周圍的亮度的照度檢測部件，根據(jù)從所述 二次電池取出電力的頻度和周圍的亮度之間的對應(yīng)關(guān)系，切換所述模式。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1 6中的任意一項所述的電源系統(tǒng)，其特征在于-所述充電控制部件具有時限部件，根據(jù)從所述二次電池取出電力的頻 度和時間帶之間的對應(yīng)關(guān)系，切換所述模式。
全文摘要
電源系統(tǒng)(10)具有通過燃料和氧化劑的電化學(xué)反應(yīng)而發(fā)電的燃料電池(22)、能充放電的二次電池(鋰離子電池20)，通過燃料電池把二次電池充電，從二次電池取出電力，具有使用由燃料電池發(fā)電的電力把二次電池充電的充電控制部件(充放電電路176)，該充電控制部件具有按照從二次電池取出電力的頻度，切換由燃料電池對二次電池充電的模式的功能。提供滿足使用者的要求，實現(xiàn)長壽命化，并且能實現(xiàn)高效率的運轉(zhuǎn)的電源系統(tǒng)。
文檔編號H01M10/44GK101098014SQ20071012731
公開日2008年1月2日 申請日期2007年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者南浦武史, 安尾耕司, 株本浩揮, 牧野正寬, 藤田悟朗 申請人:三洋電機株式會社