JP2011023199A

JP2011023199A - Fuel cell system and charging device

Info

Publication number: JP2011023199A
Application number: JP2009166854A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Kimura; 俊介木村; Hidenori Suzuki; 英徳鈴木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-07-15
Filing date: 2009-07-15
Publication date: 2011-02-03

Abstract

【課題】常に安定した電力を外部負荷に供給することができる燃料電池システム及び充電装置を提供する。
【解決手段】燃料供給により電力を発電し充電可能な外部負荷７に供給する燃料電池本体１と、燃料電池本体１とともに外部負荷７に電力を供給可能にした補助電源４と、燃料電池本体１の発電動作を指示する起動／停止ボタン３１を有し、外部負荷７の接続により燃料電池本体１の発電電力とともに補助電源４の充電電力を外部負荷７に供給するとともに、起動／停止ボタン３１による燃料電池本体の発電動作開始の指示により燃料電池本体１の発電電力により補助電源４の充電を可能にする。
【選択図】図１To provide a fuel cell system and a charging device capable of always supplying stable electric power to an external load.
A fuel cell main body 1 that generates electric power by supplying fuel and supplies it to an external load 7 that can be charged, an auxiliary power source 4 that can supply electric power to the external load 7 together with the fuel cell main body 1, and a fuel cell main body 1 The start / stop button 31 for instructing the power generation operation of the fuel cell body 1 is supplied to the external load 7 together with the generated power of the fuel cell main body 1 by the connection of the external load 7, and the start / stop button 31 is used. The auxiliary power supply 4 can be charged by the generated power of the fuel cell main body 1 in response to an instruction to start the power generation operation of the fuel cell main body.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、燃料電池システム及びこの燃料電池システムを充電電源とした充電装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell system and a charging apparatus using the fuel cell system as a charging power source.

携帯電話機や携帯情報端末などの電子機器の小型化は目覚しいものがあり、これら電子機器の小型化とともに、電源として燃料電池を使用することが試みられている。燃料電池は、燃料と空気を供給するのみで、発電することができ、燃料のみを補充あるいは交換すれば連続して発電できるという利点を有するため、小型化が実現できれば、小型の電子機器の電源として極めて有効である。 There have been remarkable miniaturizations of electronic devices such as mobile phones and portable information terminals, and along with the miniaturization of these electronic devices, attempts have been made to use fuel cells as a power source. A fuel cell has the advantage that it can generate electricity only by supplying fuel and air, and can continuously generate electricity if it is replenished or replaced only with fuel. Is extremely effective.

そこで、最近、燃料電池として、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ；ＤｉｒｅｃｔＭｅｔｈａｎｏｌＦｕｅｌＣｅｌｌと称する。）が注目されている。かかる燃料電池は、液体燃料の供給方式によって分類され、気体供給型や液体供給型等のアクティブ方式のものと、燃料収容部内の液体燃料を電池内部で気化させて燃料極に供給する内部気化型等のパッシブ方式のものがあり、これらのうち、パッシブ方式のものは燃料電池の小型化に対して特に有利である。 Therefore, recently, a direct methanol fuel cell (DMFC; referred to as Direct Methanol Fuel Cell) has attracted attention as a fuel cell. Such fuel cells are classified according to the liquid fuel supply system, such as an active system such as a gas supply type or a liquid supply type, and an internal vaporization type that vaporizes the liquid fuel in the fuel storage portion inside the cell and supplies it to the fuel electrode. Among these, the passive type is particularly advantageous for downsizing of the fuel cell.

従来、このようなパッシブ方式の燃料電池として、特許文献１に開示されるように、例えば燃料極、電解質膜および空気極を有する膜電極接合体（燃料電池セル）を、樹脂製の箱状容器からなる燃料収容部上に配置した構造のものが考えられている。 Conventionally, as such a passive fuel cell, as disclosed in Patent Document 1, for example, a membrane electrode assembly (fuel cell) having a fuel electrode, an electrolyte membrane, and an air electrode is used as a plastic box-like container. The thing of the structure arrange | positioned on the fuel accommodating part which consists of is considered.

また、燃料電池の燃料電池セルと燃料収容部とを流路を介して接続する構成のものも特許文献２〜４に開示されている。これら特許文献２〜４は、燃料収容部から供給された液体燃料を燃料電池セルに流路を介して供給することによって、流路の形状や径等に基づいて液体燃料の供給量を調整可能としたもので、特に、特許文献３では燃料収容部から流路にポンプで液体燃料を供給している。また、ポンプに代えて、流路に電気浸透流を形成する電界形成手段を用いることも記載されている。さらに特許文献４には電気浸透流ポンプを用いて液体燃料等を供給することが記載されている。 Moreover, the thing of the structure which connects the fuel cell of a fuel cell and a fuel accommodating part via a flow path is disclosed by patent documents 2-4. In these Patent Documents 2 to 4, by supplying the liquid fuel supplied from the fuel storage portion to the fuel cell via the flow path, the supply amount of the liquid fuel can be adjusted based on the shape and diameter of the flow path. In particular, in Patent Document 3, liquid fuel is supplied from the fuel storage portion to the flow path by a pump. Further, it is described that an electric field forming means for forming an electroosmotic flow in the flow path is used instead of the pump. Furthermore, Patent Document 4 describes that liquid fuel or the like is supplied using an electroosmotic pump.

国際公開第２００５／１１２１７２号パンフレットInternational Publication No. 2005/112172 Pamphlet 特表２００５−５１８６４６号公報JP 2005-518646 A 特開２００６−０８５９５２号公報JP 2006-089552 A 米国特許公開第２００６／００２９８５１号公報US Patent Publication No. 2006/0029851 特開２００６−１４７４８６号公報JP 2006-147486 A 特開２００８−０４７５３７号公報JP 2008-047537 A

ところで、燃料電池には、バッテリなどの補助電源を組合せ、この補助電源により燃料ポンプなどを制御する制御回路に電源を供給することにより、燃料電池より安定した発電出力を発生させるようにしたものがある。この場合、補助電源の充電状態を常に安定させるため、例えば、特許文献５に開示されるように負荷の正規動作停止時に燃料電池の発電電力により補助電源を充電するようにしたものや、特許文献６に開示されるように負荷の停止時に燃料電池の残存燃料により補助電源を充電するようにしたものもある。 By the way, a fuel cell is combined with an auxiliary power source such as a battery, and the auxiliary power source supplies power to a control circuit that controls a fuel pump, thereby generating a stable power generation output from the fuel cell. is there. In this case, in order to always stabilize the charging state of the auxiliary power source, for example, as disclosed in Patent Literature 5, the auxiliary power source is charged by the generated power of the fuel cell when the normal operation of the load is stopped, or Patent Literature In some cases, the auxiliary power source is charged by the remaining fuel of the fuel cell when the load is stopped as disclosed in FIG.

ところが、これら特許文献５、６に開示されるのは、負荷に対する電力供給を燃料電池からの発電出力のみにより賄うものである。一方、このような燃料電池は、その発電電力を利用して電子機器側の電源である二次電池（外部負荷）を充電する充電装置の電源として用いられることがある。しかし、このような充電装置の電源として用いた場合、燃料電池の発電出力のみを充電電源に利用したのでは、外部負荷の要求する電力量を満足することができないことがあり、特に、燃料電池起動時では、燃料電池の発電量を瞬時に所定の値まで立ち上げることができないため、外部負荷に対し充電不能に陥ることがある。 However, those disclosed in Patent Documents 5 and 6 cover the power supply to the load only by the power generation output from the fuel cell. On the other hand, such a fuel cell may be used as a power source of a charging device that charges a secondary battery (external load) that is a power source on the electronic device side using the generated power. However, when used as a power source for such a charging device, if only the power generation output of the fuel cell is used as the charging power source, the amount of power required by the external load may not be satisfied. At the time of start-up, the amount of power generated by the fuel cell cannot be instantaneously raised to a predetermined value, so that it may become impossible to charge the external load.

そこで、燃料電池の発電電力と補助電源の充電電力を組み合わせて外部負荷の充電を安定して行うようにしたものが考えられている。しかし、このように構成したものは、外部負荷の充電後に補助電源の容量が著しく低下することがあると、その後、この状態のままで次の外部負荷の充電に使用されると、補助電源の充電電力が不足し、燃料電池の発電電力だけでは外部負荷の要求する電力量を満足できないことがあり、外部負荷に対し充電不能に陥ることがある。 In view of this, it has been considered that the external load is stably charged by combining the generated power of the fuel cell and the charging power of the auxiliary power source. However, in such a configuration, if the capacity of the auxiliary power supply may be significantly reduced after the external load is charged, and then used for charging the next external load in this state, the auxiliary power supply Insufficient charge power, the amount of power required by the external load may not be satisfied only with the power generated by the fuel cell, and the external load may not be charged.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、常に安定した電力を外部負荷に供給することができる燃料電池システム及び充電装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system and a charging device that can always supply stable electric power to an external load.

上記の課題を解決するために、
請求項１記載の発明は、燃料供給により電力を発電し、充電可能な外部負荷に供給する燃料電池本体と、前記燃料電池本体とともに前記外部負荷に電力を供給可能にした蓄電素子からなる補助電源と、前記燃料電池本体の発電動作開始を指示する発電状態指示手段と、前記外部負荷の接続により前記燃料電池本体の発電電力とともに前記補助電源の充電電力を前記外部負荷に供給可能にするとともに、前記発電状態指示手段による前記燃料電池本体の発電動作開始の指示により前記燃料電池本体の発電電力による前記補助電源の充電を可能にした制御手段とを具備したことを特徴としている。 To solve the above problem,
The invention according to claim 1 is an auxiliary power source comprising a fuel cell main body that generates electric power by supplying fuel and supplies it to an external load that can be charged, and a storage element that can supply electric power to the external load together with the fuel cell main body. And power generation state instruction means for instructing the start of power generation operation of the fuel cell main body, and enabling the supply of charging power of the auxiliary power source together with the generated power of the fuel cell main body by connection of the external load to the external load, And a control unit that enables charging of the auxiliary power source by the generated power of the fuel cell body in response to an instruction to start a power generation operation of the fuel cell body by the power generation state instruction unit.

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記制御手段は、前記外部負荷の満充電状態により、前記燃料電池本体の発電電力による前記補助電源の充電を可能にしたことを特徴としている。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the control means can charge the auxiliary power source with the generated power of the fuel cell main body according to the fully charged state of the external load. It is said.

請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記制御手段は、前記発電状態指示手段による前記燃料電池本体の発電動作開始の指示の際に、前記外部負荷が接続されていると前記燃料電池本体の発電電力とともに前記補助電源の充電電力を前記外部負荷に電力を供給可能にすることを特徴としている。 According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the control unit is configured to connect the external load when the power generation state instruction unit instructs the fuel cell main body to start a power generation operation. It is characterized in that it is possible to supply electric power to the external load by using the electric power generated by the fuel cell main body and the charging power of the auxiliary power source.

請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、さらに前記補助電源の自動充電を設定する自動充電設定手段を有し、前記制御手段は、前記自動充電設定手段による前記補助電源の自動充電の設定により、前記補助電源の不足充電状態で前記燃料電池本体の発電電力による前記補助電源の充電を可能にしたことを特徴としている。 The invention according to claim 4 is the invention according to claim 1, further comprising automatic charge setting means for setting automatic charging of the auxiliary power supply, wherein the control means is configured to automatically operate the auxiliary power supply by the automatic charge setting means. According to the charging setting, the auxiliary power source can be charged by the generated power of the fuel cell main body when the auxiliary power source is insufficiently charged.

請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一記載の燃料電池システムを充電電源として負荷を充電可能にした充電装置である。 A fifth aspect of the present invention is a charging device in which a load can be charged using the fuel cell system according to any one of the first to fourth aspects as a charging power source.

本発明によれば、常に安定した電力を外部負荷に供給することができる燃料電池システム及び充電装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell system and charging device which can always supply the stable electric power to an external load can be provided.

本発明の第１の実施の形態にかかる燃料電池システムの概略構成を示す図。1 is a diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 第１の実施の形態の燃料電池本体を詳細に説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating in detail the fuel cell main body of 1st Embodiment. 第１の実施の形態の燃料電池本体に用いられる燃料分配機構の斜視図。The perspective view of the fuel distribution mechanism used for the fuel cell main body of 1st Embodiment. 第１の実施の形態にかかる燃料電池システムの動作を説明するフローチャート。The flowchart explaining operation | movement of the fuel cell system concerning 1st Embodiment.

以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる充電装置を構成する燃料電池システムの概略構成を示している。 (First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a fuel cell system constituting the charging apparatus according to the first embodiment of the present invention.

図１において、１は燃料電池本体（ＤＭＦＣ）で、この燃料電池本体１は、起電部を構成する燃料電池発電部（セル）１０１、液体燃料を収容する燃料収容部１０２、燃料収容部１０２と燃料電池発電部（セル）１０１を接続する流路１０３及び燃料収容部１０２から燃料電池発電部（セル）１０１に液体燃料を移送するための補器として燃料供給手段のポンプ１０４を有している。 In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a fuel cell main body (DMFC). The fuel cell main body 1 includes a fuel cell power generation unit (cell) 101 that constitutes an electromotive unit, a fuel storage unit 102 that stores liquid fuel, and a fuel storage unit 102. And a flow path 103 connecting the fuel cell power generation unit (cell) 101 and a pump 104 as a fuel supply means as an auxiliary device for transferring liquid fuel from the fuel storage unit 102 to the fuel cell power generation unit (cell) 101. Yes.

図２は、このような燃料電池本体１をさらに詳細に説明するための断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the fuel cell main body 1 in more detail.

この場合、燃料電池発電部１０１は、アノード触媒層１１とアノードガス拡散層１２とを有するアノード（燃料極）１３と、カソード触媒層１４とカソードガス拡散層１５とを有するカソード（空気極／酸化剤極）１６と、アノード触媒層１１とカソード触媒層１４とで挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜１７とから構成される膜電極接合体（ＭｅｍｂｒａｎｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）を有している。 In this case, the fuel cell power generation unit 101 includes an anode (fuel electrode) 13 having an anode catalyst layer 11 and an anode gas diffusion layer 12, and a cathode (air electrode / oxidation) having a cathode catalyst layer 14 and a cathode gas diffusion layer 15. The electrode assembly 16 has a membrane electrode assembly (MEA) composed of a proton (hydrogen ion) conductive electrolyte membrane 17 sandwiched between the anode catalyst layer 11 and the cathode catalyst layer 14. ing.

ここで、アノード触媒層１１やカソード触媒層１４に含有される触媒としては、例えばＰｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等の白金族元素の単体、白金族元素を含有する合金等が挙げられる。アノード触媒層１１にはメタノールや一酸化炭素等に対して強い耐性を有するＰｔ−ＲｕやＰｔ−Ｍｏ等を用いることが好ましい。カソード触媒層１４にはＰｔやＰｔ−Ｎｉ等を用いることが好ましい。ただし、触媒はこれらに限定されるものではなく、触媒活性を有する各種の物質を使用することができる。触媒は炭素材料のような導電性担持体を使用した担持触媒、あるいは無担持触媒のいずれであってもよい。 Here, examples of the catalyst contained in the anode catalyst layer 11 and the cathode catalyst layer 14 include a simple substance of a platinum group element such as Pt, Ru, Rh, Ir, Os, and Pd, an alloy containing the platinum group element, and the like. It is done. For the anode catalyst layer 11, it is preferable to use Pt—Ru, Pt—Mo, or the like having strong resistance to methanol, carbon monoxide, or the like. Pt, Pt—Ni or the like is preferably used for the cathode catalyst layer 14. However, the catalyst is not limited to these, and various substances having catalytic activity can be used. The catalyst may be either a supported catalyst using a conductive support such as a carbon material or an unsupported catalyst.

電解質膜１７を構成するプロトン伝導性材料としては、例えばスルホン酸基を有するパーフルオロスルホン酸重合体のようなフッ素系樹脂（ナフィオン（商品名、デュポン社製）やフレミオン（商品名、旭硝子社製）等）、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂等の有機系材料、あるいはタングステン酸やリンタングステン酸等の無機系材料が挙げられる。ただし、プロトン伝導性の電解質膜１７はこれらに限られるものではない。 Examples of the proton conductive material constituting the electrolyte membrane 17 include fluorine-based resins (Nafion (trade name, manufactured by DuPont) and Flemion (trade name, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) such as a perfluorosulfonic acid polymer having a sulfonic acid group. Etc.), organic materials such as hydrocarbon resins having sulfonic acid groups, or inorganic materials such as tungstic acid and phosphotungstic acid. However, the proton conductive electrolyte membrane 17 is not limited to these.

アノード触媒層１１に積層されるアノードガス拡散層１２は、アノード触媒層１１に燃料を均一に供給する役割を果たすと同時に、アノード触媒層１１の集電体も兼ねている。カソード触媒層１４に積層されるカソードガス拡散層１５は、カソード触媒層１４に酸化剤を均一に供給する役割を果たすと同時に、カソード触媒層１４の集電体も兼ねている。アノードガス拡散層１２およびカソードガス拡散層１５は多孔質基材で構成されている。 The anode gas diffusion layer 12 laminated on the anode catalyst layer 11 serves to uniformly supply fuel to the anode catalyst layer 11 and also serves as a current collector for the anode catalyst layer 11. The cathode gas diffusion layer 15 laminated on the cathode catalyst layer 14 serves to uniformly supply the oxidant to the cathode catalyst layer 14 and also serves as a current collector for the cathode catalyst layer 14. The anode gas diffusion layer 12 and the cathode gas diffusion layer 15 are made of a porous substrate.

アノードガス拡散層１２やカソードガス拡散層１５には、必要に応じて導電層が積層される。これら導電層としては、例えばＡｕ、Ｎｉのような導電性金属材料からなる多孔質層（例えば、メッシュ）、多孔質膜、箔体あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材等が用いられる。電解質膜１７と後述する燃料分配機構１０５およびカバープレート１８との間には、それぞれゴム製のＯリング１９が介在されており、これらによって燃料電池発電部１０１からの燃料漏れや酸化剤漏れを防止している。 A conductive layer is laminated on the anode gas diffusion layer 12 and the cathode gas diffusion layer 15 as necessary. As these conductive layers, for example, a porous layer (for example, mesh) made of a conductive metal material such as Au or Ni, a porous film, a foil body, a conductive metal material such as stainless steel (SUS), gold or the like. A composite material coated with a highly conductive metal is used. Rubber O-rings 19 are interposed between the electrolyte membrane 17 and a fuel distribution mechanism 105 and a cover plate 18, which will be described later, thereby preventing fuel leakage and oxidant leakage from the fuel cell power generation unit 101. is doing.

カバープレート１８は酸化剤である空気を取入れるための不図示の開口を有している。カバープレート１８とカソード１６との間には、必要に応じて保湿層や表面層が配置される。保湿層はカソード触媒層１４で生成された水の一部が含浸されて、水の蒸散を抑制すると共に、カソード触媒層１４への空気の均一拡散を促進するものである。表面層は空気の取入れ量を調整するものであり、空気の取入れ量に応じて個数や大きさ等が調整された複数の空気導入口を有している。 The cover plate 18 has an opening (not shown) for taking in air as an oxidant. A moisture retaining layer and a surface layer are disposed between the cover plate 18 and the cathode 16 as necessary. The moisturizing layer is impregnated with a part of the water generated in the cathode catalyst layer 14 to suppress the transpiration of water and promote uniform diffusion of air to the cathode catalyst layer 14. The surface layer adjusts the amount of air taken in, and has a plurality of air inlets whose number, size, etc. are adjusted according to the amount of air taken in.

燃料電池発電部１０１のアノード（燃料極）１３側には、燃料供給部として燃料分配機構１０５が配置されている。燃料分配機構１０５には配管のような液体燃料の流路１０３を介して燃料収容部１０２が接続されている。 On the anode (fuel electrode) 13 side of the fuel cell power generation unit 101, a fuel distribution mechanism 105 is disposed as a fuel supply unit. A fuel storage unit 102 is connected to the fuel distribution mechanism 105 via a liquid fuel flow path 103 such as a pipe.

燃料収容部１０２には、燃料電池発電部１０１に対応した液体燃料が収容されている。液体燃料としては、各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が挙げられる。液体燃料は必ずしもメタノール燃料に限られるものではない。液体燃料は、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料収容部１０２には燃料電池発電部１０１に応じた液体燃料が収容される。 Liquid fuel corresponding to the fuel cell power generation unit 101 is stored in the fuel storage unit 102. Examples of the liquid fuel include methanol fuels such as aqueous methanol solutions of various concentrations and pure methanol. The liquid fuel is not necessarily limited to methanol fuel. The liquid fuel may be, for example, an ethanol fuel such as an ethanol aqueous solution or pure ethanol, a propanol fuel such as a propanol aqueous solution or pure propanol, a glycol fuel such as a glycol aqueous solution or pure glycol, dimethyl ether, formic acid, or other liquid fuel. In any case, liquid fuel corresponding to the fuel cell power generation unit 101 is stored in the fuel storage unit 102.

燃料分配機構１０５には燃料収容部１０２から流路１０３を介して燃料が導入される。流路１０３は燃料分配機構１０５や燃料収容部１０２と独立した配管に限られるものではない。例えば、燃料分配機構１０５と燃料収容部１０２とを積層して一体化する場合、これらを繋ぐ燃料の流路であってもよい。燃料分配機構１０５は流路１０３を介して燃料収容部１０２と接続されていればよい。 Fuel is introduced into the fuel distribution mechanism 105 from the fuel storage portion 102 via the flow path 103. The flow path 103 is not limited to piping independent of the fuel distribution mechanism 105 and the fuel storage unit 102. For example, when the fuel distribution mechanism 105 and the fuel storage unit 102 are stacked and integrated, a fuel flow path connecting them may be used. The fuel distribution mechanism 105 only needs to be connected to the fuel storage unit 102 via the flow path 103.

ここで、燃料分配機構１０５は図３に示すように、燃料が流路１０３を介して流入する少なくとも１個の燃料注入口２１と、燃料やその気化成分を排出する複数個の燃料排出口２２とを有する燃料分配板２３を備えている。燃料分配板２３の内部には図２に示すように、燃料注入口２１から導かれた燃料の通路となる空隙部２４が設けられている。複数の燃料排出口２２は燃料通路として機能する空隙部２４にそれぞれ直接接続されている。 Here, as shown in FIG. 3, the fuel distribution mechanism 105 includes at least one fuel inlet 21 through which fuel flows through the flow path 103 and a plurality of fuel outlets 22 through which fuel and its vaporized components are discharged. The fuel distribution plate 23 having As shown in FIG. 2, a gap 24 serving as a fuel passage led from the fuel inlet 21 is provided inside the fuel distribution plate 23. The plurality of fuel discharge ports 22 are directly connected to gaps 24 that function as fuel passages.

燃料注入口２１から燃料分配機構１０５に導入された燃料は空隙部２４に入り、この燃料通路として機能する空隙部２４を介して複数の燃料排出口２２にそれぞれ導かれる。複数の燃料排出口２２には、例えば燃料の気化成分のみを透過し、液体成分は透過させない気液分離体（図示せず）を配置してもよい。これによって、燃料電池発電部１０１のアノード（燃料極）１３には燃料の気化成分が供給される。なお、気液分離体は燃料分配機構１０５とアノード１３との間に気液分離膜等として設置してもよい。燃料の気化成分は複数の燃料排出口２２からアノード１３の複数個所に向けて排出される。 The fuel introduced into the fuel distribution mechanism 105 from the fuel inlet 21 enters the gap portion 24 and is guided to the plurality of fuel discharge ports 22 through the gap portion 24 functioning as the fuel passage. For example, a gas-liquid separator (not shown) that transmits only the vaporized component of the fuel and does not transmit the liquid component may be disposed in the plurality of fuel discharge ports 22. As a result, the fuel vaporization component is supplied to the anode (fuel electrode) 13 of the fuel cell power generation unit 101. The gas-liquid separator may be installed as a gas-liquid separation membrane or the like between the fuel distribution mechanism 105 and the anode 13. The vaporized component of the fuel is discharged from a plurality of fuel discharge ports 22 toward a plurality of locations on the anode 13.

燃料排出口２２は燃料電池発電部１０１の全体に燃料を供給することが可能なように、燃料分配板２３のアノード１３と接する面に複数設けられている。燃料排出口２２の個数は２個以上であればよいが、燃料電池発電部１０１の面内における燃料供給量を均一化する上で、０．１〜１０個／ｃｍ²の燃料排出口２２が存在するように形成することが好ましい。 A plurality of fuel discharge ports 22 are provided on the surface of the fuel distribution plate 23 in contact with the anode 13 so that fuel can be supplied to the entire fuel cell power generation unit 101. The number of the fuel discharge ports 22 may be two or more. However, in order to equalize the fuel supply amount in the plane of the fuel cell power generation unit 101, the fuel discharge ports 22 of 0.1 to 10 / cm ² are provided. It is preferable to form it so that it exists.

燃料分配機構１０５と燃料収容部１０２の間を接続する流路１０３には、ポンプ１０４が挿入されている。このポンプ１０４は燃料を循環される循環ポンプではなく、あくまでも燃料収容部１０２から燃料分配機構１０５に燃料を移送する燃料供給ポンプである。このようなポンプ１０４で必要時に燃料を送液することによって、燃料供給量の制御性を高めるものである。この場合、ポンプ１０４としては、少量の燃料を制御性よく送液することができ、さらに小型軽量化が可能という観点から、ロータリーベーンポンプ、電気浸透流ポンプ、ダイアフラムポンプ、しごきポンプ等を使用することが好ましい。ロータリーベーンポンプはモータで羽を回転させて送液するものである。電気浸透流ポンプは電気浸透流現象を起こすシリカ等の焼結多孔体を用いたものである。ダイアフラムポンプは電磁石や圧電セラミックスによりダイアフラムを駆動して送液するものである。しごきポンプは柔軟性を有する燃料流路の一部を圧迫し、燃料をしごき送るものである。これらのうち、駆動電力や大きさ等の観点から、電気浸透流ポンプや圧電セラミックスを有するダイアフラムポンプを使用することがより好ましい。ポンプ１０４には、後述する燃料供給制御回路１０が接続され、ポンプ１０４の駆動が制御される。 A pump 104 is inserted into a flow path 103 that connects between the fuel distribution mechanism 105 and the fuel storage unit 102. The pump 104 is not a circulation pump through which fuel is circulated, but is a fuel supply pump that transfers fuel from the fuel storage unit 102 to the fuel distribution mechanism 105 to the last. By supplying the fuel when necessary with such a pump 104, the controllability of the fuel supply amount is improved. In this case, a rotary vane pump, an electroosmotic pump, a diaphragm pump, a squeezing pump, etc. should be used as the pump 104 from the viewpoint that a small amount of fuel can be sent with good controllability and can be reduced in size and weight. Is preferred. A rotary vane pump feeds liquid by rotating a wing with a motor. The electroosmotic flow pump uses a sintered porous material such as silica that causes an electroosmotic flow phenomenon. The diaphragm pump is a pump that feeds liquid by driving the diaphragm with an electromagnet or piezoelectric ceramics. The squeezing pump presses a part of the flexible fuel flow path and squeezes the fuel. Among these, it is more preferable to use an electroosmotic pump or a diaphragm pump having piezoelectric ceramics from the viewpoint of driving power, size, and the like. A fuel supply control circuit 10 to be described later is connected to the pump 104, and the drive of the pump 104 is controlled.

このような構成において、燃料収容部１０２に収容された燃料は、ポンプ１０４により流路１０３を移送され、燃料分配機構１０５に供給される。そして、燃料分配機構１０５から放出された燃料は、燃料電池発電部１０１のアノード（燃料極）１３に供給される。燃料電池発電部１０１内において、燃料はアノードガス拡散層１２を拡散してアノード触媒層１１に供給される。燃料としてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層１１で下記の(1)式に示すメタノールの内部改質反応が生じる。なお、メタノール燃料として純メタノールを使用した場合には、カソード触媒層１４で生成した水や電解質膜１７中の水をメタノールと反応させて(1)式の内部改質反応を生起させる。あるいは、水を必要としない他の反応機構により内部改質反応を生じさせる。 In such a configuration, the fuel stored in the fuel storage unit 102 is transferred through the flow path 103 by the pump 104 and supplied to the fuel distribution mechanism 105. The fuel released from the fuel distribution mechanism 105 is supplied to the anode (fuel electrode) 13 of the fuel cell power generation unit 101. In the fuel cell power generation unit 101, the fuel diffuses through the anode gas diffusion layer 12 and is supplied to the anode catalyst layer 11. When methanol fuel is used as the fuel, an internal reforming reaction of methanol shown in the following formula (1) occurs in the anode catalyst layer 11. When pure methanol is used as the methanol fuel, the water generated in the cathode catalyst layer 14 or the water in the electrolyte membrane 17 is reacted with methanol to cause the internal reforming reaction of the formula (1). Alternatively, the internal reforming reaction is caused by another reaction mechanism that does not require water.

ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ → ＣＯ₂＋６Ｈ⁺＋６ｅ^- …(1)
この反応で生成した電子（ｅ^-）は集電体を経由して外部に導かれ、いわゆる出力として負荷側に供給された後、カソード（空気極）１６に導かれる。また、(1)式の内部改質反応で生成したプロトン（Ｈ⁺）は電解質膜１７を経てカソード１６に導かれる。カソード（空気極）１６には酸化剤として空気が供給される。カソード（空気極）１６に到達した電子（ｅ^-）とプロトン（Ｈ⁺）は、カソード触媒層１４で空気中の酸素と下記の(2)式にしたがって反応し、この反応に伴って水が生成される。 CH ₃ OH + H ₂ O → CO ₂ + 6H ⁺ + 6e ⁻ (1)
Electrons (e ⁻ ) generated by this reaction are guided to the outside via a current collector, supplied to the load side as so-called output, and then guided to the cathode (air electrode) 16. Further, protons (H ⁺ ) generated by the internal reforming reaction of the formula (1) are guided to the cathode 16 through the electrolyte membrane 17. Air is supplied to the cathode (air electrode) 16 as an oxidant. Electrons (e ⁻ ) and protons (H ⁺ ) that have reached the cathode (air electrode) 16 react with oxygen in the air in accordance with the following equation (2) in the cathode catalyst layer 14. Generated.

６ｅ^-＋６Ｈ⁺＋（３／２）Ｏ₂ → ３Ｈ₂Ｏ …(2)
図１に戻って、このように構成された燃料電池本体１は、燃料電池発電部（セル）１０１に温度検出手段としての温度センサ１０６が設けられている。この温度センサ１０６は、燃料電池発電部１０１のカソード温度を検出するもので、例えば、サーミスタや熱電対からなり、図２に示す燃料電池発電部１０１のカソード(空気極)１６に配置されている。なお、温度センサ１０６は、アノード（燃料極）１３側に設け、アノード温度を検出するようにしてもよい。つまり、温度センサ１０６は、発電部側に設けられていればよい。 6e ⁻ + 6H ⁺ + (3/2) O ₂ → 3H ₂ O (2)
Returning to FIG. 1, the fuel cell main body 1 configured as described above includes a fuel cell power generation unit (cell) 101 provided with a temperature sensor 106 as temperature detection means. The temperature sensor 106 detects the cathode temperature of the fuel cell power generation unit 101, and includes, for example, a thermistor or a thermocouple, and is disposed on the cathode (air electrode) 16 of the fuel cell power generation unit 101 shown in FIG. . The temperature sensor 106 may be provided on the anode (fuel electrode) 13 side to detect the anode temperature. That is, the temperature sensor 106 may be provided on the power generation unit side.

燃料電池本体１には、第１の出力制御手段としての１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ（電圧調整回路）２が接続されている。１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２は、不図示のスイッチング要素とエネルギー蓄積要素を有し、これらスイッチング要素とエネルギー蓄積要素により燃料電池発電部１０１で発電された電気エネルギーを蓄積／放出させ、比較的低い出力電圧を十分の電圧まで昇圧して生成される出力を発生する。この場合、１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２は、制御部９の指示にしたがってコンバータ動作を制御されるとともに、起動、停止を設定される。制御部９については、後述する。 The fuel cell body 1 is connected to a 1st DC-DC converter (voltage adjustment circuit) 2 as a first output control means. The 1st DC-DC converter 2 has a switching element and an energy storage element (not shown), and stores / discharges the electric energy generated by the fuel cell power generation unit 101 by the switching element and the energy storage element, and has a relatively low output voltage. Is generated up to a sufficient voltage to generate an output. In this case, the 1st DC-DC converter 2 is controlled in accordance with an instruction from the control unit 9 and is set to start and stop. The controller 9 will be described later.

なお、ここでは標準的な昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータを示したが、昇圧動作が可能なものならば、他の回路方式のものでも実施可能である。 Although a standard boost type DC-DC converter is shown here, other circuit systems can be used as long as the boost operation is possible.

１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２には、スイッチング手段としてのスイッチ部１３１，１３２を介して補助電源充電回路３が接続されている。また、この補助電源充電回路３には、補助電源４が接続されている。補助電源充電回路３は、１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力により補助電源４を充電するためのもので、制御部９の指示にしたがって起動又は停止が設定される。スイッチ部１３１，１３２は、１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電力の供給先を外部負荷７又は補助電源充電回路３に切換えるもので、制御部９の指示にしたがって切換え方向が決定される。補助電源４は、補助電源充電回路３により充電されるもので、ここでは、充放電可能な蓄電素子(例えばリチウムイオン二次電池（ＬＩＢ）)や電気二重層コンデンサ）が用いられる。 The auxiliary power supply charging circuit 3 is connected to the 1st DC-DC converter 2 via switch units 131 and 132 as switching means. An auxiliary power supply 4 is connected to the auxiliary power supply charging circuit 3. The auxiliary power supply charging circuit 3 is for charging the auxiliary power supply 4 by the output of the 1st DC-DC converter 2 and is set to start or stop in accordance with an instruction from the control unit 9. The switch units 131 and 132 are used to switch the supply destination of the output power of the 1st DC-DC converter 2 to the external load 7 or the auxiliary power supply charging circuit 3, and the switching direction is determined according to an instruction from the control unit 9. The auxiliary power supply 4 is charged by the auxiliary power supply charging circuit 3, and a chargeable / dischargeable storage element (for example, a lithium ion secondary battery (LIB)) or an electric double layer capacitor) is used here.

補助電源４には、第２の出力制御手段としての２ｎｄＤＣ−ＤＣコンバータ５が接続されている。２ｎｄＤＣ−ＤＣコンバータ５は、上述した１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２と同じ構成をしたもので、制御部９の指示にしたがってコンバータ動作を制御されるとともに、起動、停止を設定される。補助電源４には、出力検出手段として充電電圧検出部６が接続されている。この充電電圧検出部６は、補助電源４の充電電圧を検出する。 The auxiliary power supply 4 is connected to a 2nd DC-DC converter 5 as second output control means. The 2nd DC-DC converter 5 has the same configuration as the above-described 1st DC-DC converter 2, and is controlled in accordance with an instruction from the control unit 9 and set to start and stop. A charging voltage detector 6 is connected to the auxiliary power supply 4 as output detecting means. The charging voltage detector 6 detects the charging voltage of the auxiliary power supply 4.

１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２には、外部負荷７が接続されている。この場合、外部負荷７は、例えば電子機器の電源である電子機器に内蔵された二次電池からなるもので、１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２及び２ｎｄＤＣ−ＤＣコンバータ５からの充電出力により充電される。 An external load 7 is connected to the 1st DC-DC converter 2. In this case, the external load 7 is composed of, for example, a secondary battery built in an electronic device that is a power source of the electronic device, and is charged by charging outputs from the 1st DC-DC converter 2 and the 2nd DC-DC converter 5.

外部負荷７には、負荷検出部８が接続されている。負荷検出部８は、例えば、外部負荷７に流れる微小電流から外部負荷７の接続の有無を検出するとともに、充電電流の大きさから外部負荷７の満充電状態を検出可能にしている。 A load detector 8 is connected to the external load 7. For example, the load detection unit 8 detects whether or not the external load 7 is connected from a minute current flowing through the external load 7 and can detect the full charge state of the external load 7 from the magnitude of the charging current.

補助電源４には、燃料供給制御回路１０が接続されている。燃料供給制御回路１０は、補助電源４を電源としてポンプ１０４のオンオフ動作を制御するもので、制御部９の指示に基づいてポンプ１０４による燃料供給量を制御する。 A fuel supply control circuit 10 is connected to the auxiliary power source 4. The fuel supply control circuit 10 controls the on / off operation of the pump 104 using the auxiliary power supply 4 as a power source, and controls the amount of fuel supplied by the pump 104 based on an instruction from the control unit 9.

制御部９は、システム全体を制御するもので、１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２、補助電源充電回路３、２ｎｄＤＣ−ＤＣコンバータ５、充電電圧検出部６、負荷状態検出部８、燃料供給制御回路１０が接続され、さらに発電状態指示手段としての起動／停止ボタン３１及び自動充電設定手段としての自動充電設定スイッチ３２が接続されている。起動／停止ボタン３１は、ユーザが燃料電池本体１の発電状態として起動（発電動作開始）又は停止（発電動作停止）を指示するためのもので、例えば、最初の押し操作で燃料電池本体１の発電動作開始を指示し、次の押し操作で燃料電池本体１の発電動作停止を指示する。自動充電設定スイッチ３２は、補助電源４の充電電圧が不足充電状態にまで低下すると、自動的に補助電源４を充電する状態を設定する。 The control unit 9 controls the entire system, and is connected to the 1st DC-DC converter 2, the auxiliary power supply charging circuit 3, the 2nd DC-DC converter 5, the charging voltage detection unit 6, the load state detection unit 8, and the fuel supply control circuit 10. In addition, a start / stop button 31 as a power generation state instruction means and an automatic charge setting switch 32 as an automatic charge setting means are connected. The start / stop button 31 is used by the user to instruct start (power generation operation start) or stop (power generation operation stop) as the power generation state of the fuel cell main body 1. The power generation operation start is instructed, and the power generation operation stop of the fuel cell main body 1 is instructed by the next push operation. The automatic charge setting switch 32 sets a state in which the auxiliary power supply 4 is automatically charged when the charging voltage of the auxiliary power supply 4 decreases to an undercharged state.

制御部９は、充電状態判定部９０１、コンバータ制御部９０２、充電回路制御部９０３を有している。この場合、これら充電状態判定部９０１、コンバータ制御部９０２、充電回路制御部９０３は、例えばハードウェアから構成されている。勿論、これらはソフトウェアにより構成することもできる。充電状態判定部９０１は、充電電圧検出部６の検出出力に基づいて補助電源４の充電状態を判定するもので、例えば、補助電源４の充電電位が第１の設定値以上であれば満充電状態、第２の設定値以下であれば不足充電状態を判定する。コンバータ制御部９０２は、１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２及び２ｎｄＤＣ−ＤＣコンバータ５のコンバータ動作を制御するとともに、これら１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２及び２ｎｄＤＣ−ＤＣコンバータ５の起動又は停止も制御する。充電回路制御部９０３は、補助電源充電回路３での充電動作を制御するとともに、充電回路制御部３の起動又は停止も制御する。 The control unit 9 includes a charging state determination unit 901, a converter control unit 902, and a charging circuit control unit 903. In this case, the charging state determination unit 901, the converter control unit 902, and the charging circuit control unit 903 are configured by hardware, for example. Of course, these can also be configured by software. The charging state determination unit 901 determines the charging state of the auxiliary power supply 4 based on the detection output of the charging voltage detection unit 6. For example, if the charging potential of the auxiliary power supply 4 is equal to or higher than the first set value, the battery is fully charged. If the state is equal to or less than the second set value, the undercharged state is determined. The converter control unit 902 controls the converter operations of the 1st DC-DC converter 2 and the 2nd DC-DC converter 5 and also controls the start or stop of the 1st DC-DC converter 2 and the 2nd DC-DC converter 5. The charging circuit control unit 903 controls the charging operation in the auxiliary power supply charging circuit 3 and also controls the start or stop of the charging circuit control unit 3.

次に、このように構成した実施の形態の作用を図４に示すフローチャートにしたがい説明する。この場合、外部負荷７への充電を始めるには、外部負荷７が接続された場合と、起動／停止ボタン３１の操作による方法がある。 Next, the operation of the embodiment configured as described above will be described with reference to the flowchart shown in FIG. In this case, charging the external load 7 can be performed by connecting the external load 7 or by operating the start / stop button 31.

（１）まず、外部負荷７が接続された場合を説明する。 (1) First, the case where the external load 7 is connected will be described.

この場合は、ステップ４０１では、起動／停止ボタン３１の操作がないのでＮｏと判断され、ステップ４０２に進む。ステップ４０２では、外部負荷７が接続されるのでＹｅｓと判断され、ステップ４０３に進む。ここで、外部負荷７の接続の有無は、負荷検出器８により検出される。ステップ４０３では、燃料電池発電部１０１の発電動作を開始する。この場合、制御部９により燃料供給制御回路１０に対してポンプ１０４の送液動作が指示され、燃料電池本体１に燃料供給が行われ、燃料電池発電部１０１の発電電力が立ち上げられる。そして、ステップ４０４で、制御部９のコンバータ制御部９０２により１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２及び２ｎｄＤＣ−ＤＣコンバータ５を順次起動し、ステップ４０５で、充電回路制御部９０３により補助電源充電回路３を動作停止状態とする。これにより、燃料電池本体１の発電電力と補助電源４の充電電力は、充電出力として外部負荷７に供給される。この場合、外部負荷７へ供給される充電電力のうち、補助電源４の充電電力は、燃料電池本体１の発電出力の補助として用いられる。つまり、燃料電池本体１の発電動作開始当初は、燃料電池発電部１０１の発電量を瞬時に所定の値まで立ち上げることができないため、この間、補助電源４の充電電力により外部負荷７への充電出力の不足分を補うようにしている。 In this case, it is determined No in step 401 because the start / stop button 31 is not operated, and the process proceeds to step 402. In step 402, since the external load 7 is connected, it is determined Yes and the process proceeds to step 403. Here, whether or not the external load 7 is connected is detected by the load detector 8. In step 403, the power generation operation of the fuel cell power generation unit 101 is started. In this case, the control unit 9 instructs the fuel supply control circuit 10 to perform the liquid feeding operation of the pump 104, the fuel is supplied to the fuel cell main body 1, and the generated power of the fuel cell power generation unit 101 is started up. In step 404, the converter controller 902 of the controller 9 sequentially activates the 1st DC-DC converter 2 and the 2nd DC-DC converter 5, and in step 405, the charging circuit controller 903 deactivates the auxiliary power supply charging circuit 3. And As a result, the generated power of the fuel cell main body 1 and the charging power of the auxiliary power source 4 are supplied to the external load 7 as a charging output. In this case, of the charging power supplied to the external load 7, the charging power of the auxiliary power source 4 is used as an auxiliary for the power generation output of the fuel cell body 1. That is, at the beginning of the power generation operation of the fuel cell main body 1, the power generation amount of the fuel cell power generation unit 101 cannot be instantaneously raised to a predetermined value, and during this time, the external power 7 is charged by the charging power of the auxiliary power source 4. The shortage of output is compensated.

そして、ステップ４０７で、補助電源４の充電電圧が不足充電状態まで低下したかが判断される。この場合、制御部９の充電状態判定部９０１は、充電電圧検出部６の検出出力に基づいて、補助電源４の充電電位が第２の設定値以下であれば不足充電状態を判定する。ここで、補助電源４が不足充電状態でＹｅｓと判断されると、ステップ４０８で、コンバータ制御部９０２により２ｎｄＤＣ−ＤＣコンバータ５の動作を停止状態として補助電源４より外部負荷７への充電出力の供給を停止し、ステップ４０９に進む。一方、ステップ４０７で、補助電源４が不足充電状態でなくＮｏと判断されると、補助電源４より外部負荷７へ充電出力の供給を続けたままステップ４０９に進む。 Then, in step 407, it is determined whether the charging voltage of the auxiliary power source 4 has decreased to an undercharged state. In this case, the charging state determination unit 901 of the control unit 9 determines the insufficient charging state based on the detection output of the charging voltage detection unit 6 if the charging potential of the auxiliary power supply 4 is equal to or lower than the second set value. If it is determined that the auxiliary power supply 4 is in an insufficiently charged state, the converter controller 902 stops the operation of the 2nd DC-DC converter 5 in step 408 and the charge output from the auxiliary power supply 4 to the external load 7 is set. The supply is stopped and the process proceeds to Step 409. On the other hand, if it is determined in step 407 that the auxiliary power source 4 is not undercharged and is No, the process proceeds to step 409 while supplying the charging output from the auxiliary power source 4 to the external load 7.

ステップ４０９では、外部負荷７が満充電状態かが判断される。この場合、外部負荷７の満充電は、負荷検出部８により検出される外部負荷７に対する充電電流の大きさから判断される。ここで、外部負荷７が満充電状態でなければＮｏと判断され、ステップ４１０に進む。ステップ４１０では、発電停止要件として起動／停止ボタン３１による発電動作停止の操作又は燃料切れの有無を判断する。ここで、これらの停止要件が存在しない場合は、Ｎｏと判断され、ステップ４０７に戻って、上述したと同様な動作を繰り返す。また、ステップ４１０で、発電停止要件として起動／停止ボタン３１による発電動作停止の操作又は燃料切れが発生した場合は、Ｙｅｓと判断され、ステップ４１１に進み、燃料電池本体１の発電動作を停止し、ステップ４０１に戻る。 In step 409, it is determined whether the external load 7 is fully charged. In this case, the full charge of the external load 7 is determined from the magnitude of the charging current for the external load 7 detected by the load detector 8. Here, if the external load 7 is not fully charged, it is determined No, and the process proceeds to Step 410. In step 410, it is determined whether or not there is an operation for stopping the power generation operation by the start / stop button 31 or whether or not the fuel has run out as a power generation stop requirement. Here, when these stop requirements do not exist, it is determined as No, the process returns to step 407, and the same operation as described above is repeated. In step 410, if the operation for stopping the power generation operation by the start / stop button 31 or the out of fuel has occurred as the power generation stop requirement, it is determined Yes and the process proceeds to step 411 to stop the power generation operation of the fuel cell body 1. Return to step 401.

一方、ステップ４０９で、外部負荷７が満充電状態でＹｅｓと判断されると、ステップ４１２に進み、コンバータ制御部９０２により２ｎｄＤＣ−ＤＣコンバータ５を動作停止状態にして補助電源４より外部負荷７への充電出力の供給を停止し、ステップ４１３に進む。ステップ４１３では、制御部９の充電回路制御部９０３により補助電源充電回路３を起動し、さらに制御部９によりスイッチ部１３１，１３２を切換えて１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２より外部負荷７への充電出力の供給を停止するとともに、今度は、１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電力を補助電源充電回路３に供給する。そして、ステップ４１４に進み、補助電源充電回路３を介して補助電源４への充電を開始する。 On the other hand, if it is determined in step 409 that the external load 7 is in a fully charged state, the process proceeds to step 412 where the converter control unit 902 causes the 2nd DC-DC converter 5 to stop operating and the auxiliary power supply 4 to the external load 7. Is stopped, and the process proceeds to step 413. In step 413, the auxiliary power supply charging circuit 3 is activated by the charging circuit control unit 903 of the control unit 9, and the switch units 131 and 132 are switched by the control unit 9, so that the charging output from the 1st DC-DC converter 2 to the external load 7 is generated. While the supply is stopped, the output power of the 1st DC-DC converter 2 is supplied to the auxiliary power supply charging circuit 3 this time. Then, the process proceeds to step 414 to start charging the auxiliary power supply 4 via the auxiliary power supply charging circuit 3.

その後、ステップ４１５で、補助電源４が満充電状態かを判断する。この場合、補助電源４の満充電は、充電電圧検出部６の検出出力に基づいて充電状態判定部９０１により判断される。ここで、補助電源４が満充電状態でなければ、Ｎｏと判断され、ステップ４１６に進む。ステップ４１６では、発電停止要件として起動／停止ボタン３１による発電動作停止の操作又は燃料切れの有無を判断する。ここで、これらの停止要件が存在しない場合は、Ｎｏと判断され、ステップ４１５に戻って、上述したと同様な動作を繰り返す。また、停止要件として起動／停止ボタン３１による発電動作停止の操作又は燃料切れが発生した場合は、ｙｅｓと判断され、ステップ４１７に進み、燃料電池本体１の発電動作を強制的に停止し、ステップ４０１に戻る。一方、ステップ４１５で、補助電源４が満充電状態でＹｅｓと判断されると、直ちにステップ４１７に進み、燃料電池本体１の発電動作を強制的に停止し、ステップ４０１に戻る。 Thereafter, in step 415, it is determined whether the auxiliary power supply 4 is fully charged. In this case, full charge of the auxiliary power supply 4 is determined by the charge state determination unit 901 based on the detection output of the charge voltage detection unit 6. Here, if the auxiliary power supply 4 is not fully charged, it is determined No and the process proceeds to step 416. In step 416, it is determined whether or not there is an operation for stopping the power generation operation by the start / stop button 31 or whether or not the fuel has run out as a power generation stop requirement. Here, when these stop requirements do not exist, it is determined No, the process returns to step 415, and the same operation as described above is repeated. Further, when the operation for stopping the power generation operation by the start / stop button 31 or the out of fuel occurs as the stop requirement, it is determined yes, and the process proceeds to step 417 to forcibly stop the power generation operation of the fuel cell main body 1. Return to 401. On the other hand, when it is determined in step 415 that the auxiliary power source 4 is fully charged, the process immediately proceeds to step 417, where the power generation operation of the fuel cell body 1 is forcibly stopped, and the process returns to step 401.

このようにすれば、外部負荷７に対して燃料電池本体１の発電電力とともに補助電源４の充電電力が充電出力として供給され、このとき補助電源４の充電電力は、燃料電池本体１の発電出力の補助として用いられるようになるので、燃料電池本体１の発電動作開始時点で燃料電池発電部１０１の発電量を瞬時に所定の値まで立ち上げることができないことがあっても、補助電源４の充電電力により外部負荷７への充電出力の不足分を補うことができ、外部負荷７の要求する常に安定した充電電力を、外部負荷７に対し供給することができる。また、外部負荷７が満充電状態となると、燃料電池本体１から外部負荷７への発電電力の供給を停止し、この発電電力を補助電源４に供給して満充電まで充電するようにもしているので、外部負荷７の充電終了後も補助電源４を常に満充電の状態に維持することができる。 In this way, the charging power of the auxiliary power source 4 is supplied as a charging output together with the generated power of the fuel cell main body 1 to the external load 7. At this time, the charging power of the auxiliary power source 4 is used as the power generation output of the fuel cell main body 1. Therefore, even if the power generation amount of the fuel cell power generation unit 101 cannot be instantaneously increased to a predetermined value at the time of starting the power generation operation of the fuel cell main body 1, The shortage of the charging output to the external load 7 can be compensated by the charging power, and the always stable charging power required by the external load 7 can be supplied to the external load 7. Further, when the external load 7 becomes fully charged, the supply of generated power from the fuel cell body 1 to the external load 7 is stopped, and this generated power is supplied to the auxiliary power supply 4 to be charged to full charge. Therefore, the auxiliary power supply 4 can always be kept fully charged even after the external load 7 has been charged.

（２）次に、起動／停止ボタン３１の操作により外部負荷７への充電を行う場合を説明する。 (2) Next, the case where the external load 7 is charged by operating the start / stop button 31 will be described.

この場合、起動／停止ボタン３１の発電動作開始の操作により、ステップ４０１でＹｅｓと判断され、ステップ４１８に進む。このステップ４１８で、外部負荷７が接続されているかが判断される。ここで、外部負荷７が接続されている場合は、Ｙｅｓと判断され、ステップ４０３に進み、上述したと同様な動作が実行される。 In this case, the operation of starting / stopping button 31 to start the power generation operation is determined as Yes in step 401, and the process proceeds to step 418. In step 418, it is determined whether the external load 7 is connected. Here, when the external load 7 is connected, it is determined as Yes, the process proceeds to step 403, and the same operation as described above is executed.

一方、外部負荷７が接続されていない場合は、積極的に補助電源４の充電を行う。この場合、ステップ４１８で、外部負荷７が接続されておらず、Ｎｏと判断され、ステップ４１９に進む。ステップ４１９では、制御部９の充電回路制御部９０３により補助電源充電回路３を起動し、さらに制御部９によりスイッチ部１３１，１３２を切換えて１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電力を補助電源充電回路３に供給可能にする。そして、ステップ４２０に進み、燃料電池発電部１０１の発電動作を開始する。この場合、制御部９により燃料供給制御回路１０に対してポンプ１０４の送液動作が指示され、燃料電池本体１に燃料供給が行われ、燃料電池発電部１０１の発電電力が立ち上げられる。この状態で、ステップ４１４に進み、以下、上述したと同様にして、１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電力により補助電源充電回路３を介して補助電源４への充電を開始する。 On the other hand, when the external load 7 is not connected, the auxiliary power supply 4 is positively charged. In this case, in step 418, the external load 7 is not connected and it is determined No, and the process proceeds to step 419. In step 419, the auxiliary power supply charging circuit 3 is activated by the charging circuit control unit 903 of the control unit 9, and the switch units 131 and 132 are switched by the control unit 9, and the output power of the 1st DC-DC converter 2 is changed to the auxiliary power supply charging circuit 3. To be able to supply. Then, the process proceeds to step 420 and the power generation operation of the fuel cell power generation unit 101 is started. In this case, the control unit 9 instructs the fuel supply control circuit 10 to perform the liquid feeding operation of the pump 104, the fuel is supplied to the fuel cell main body 1, and the generated power of the fuel cell power generation unit 101 is started up. In this state, the process proceeds to step 414, and thereafter, charging to the auxiliary power supply 4 is started via the auxiliary power supply charging circuit 3 by the output power of the 1st DC-DC converter 2 in the same manner as described above.

このようにすれば、ユーザが起動／停止ボタン３１の発電動作開始の操作を行うことで、外部負荷７が接続されている場合は、外部負荷７の充電が行われ、外部負荷７が接続されていない場合は、補助電源４を積極的に充電することができるので、補助電源４を常に満充電の状態に維持することができる。これにより、仮に、外部負荷７の充電後に補助電源４の容量が低下することがあっても、ユーザによる起動／停止ボタン３１の操作のみで、速やかに補助電源４を満充電の状態に復帰させることが可能となるので、続け様に外部負荷７の充電に使用されることがあっても補助電源４の充電電力が不足することがなく、燃料電池本体１の発電電力とともに外部負荷７の要求する電力量を満足させることが可能となり、常に安定した充電電力を外部負荷７に供給することができる。 In this way, when the external load 7 is connected by the user performing an operation to start the power generation operation of the start / stop button 31, the external load 7 is charged and the external load 7 is connected. If not, the auxiliary power supply 4 can be actively charged, so that the auxiliary power supply 4 can always be kept fully charged. As a result, even if the capacity of the auxiliary power supply 4 decreases after the external load 7 is charged, the auxiliary power supply 4 is quickly returned to the fully charged state only by operating the start / stop button 31 by the user. Therefore, even if it is used for charging the external load 7 continuously, the charging power of the auxiliary power source 4 does not become insufficient, and the demand of the external load 7 together with the generated power of the fuel cell body 1 It is possible to satisfy the amount of electric power to be supplied, and it is possible to always supply stable charging power to the external load 7.

（３）次に、自動充電設定スイッチ３２により予め自動充電が設定されている場合を説明する。 (3) Next, a case where automatic charging is set in advance by the automatic charging setting switch 32 will be described.

この場合、ステップ４０１で、起動／停止ボタン３１の操作がなくＮｏと判断され、ステップ４１８でも外部負荷７が接続されておらずＮｏ判断されると、ステップ４２１に進む。ステップ４１２では、補助電源４の充電電圧が不足充電状態に低下しているか判断する。この場合、制御部９の充電状態判定部９０１は、充電電圧検出部６の検出出力に基づいて、補助電源４の充電電位が第２の設定値以下であれば不足充電状態を判定する。ここで、不足充電状態でなくＮｏと判断されれば、ステップ４０１に戻り、上述の動作が繰り返される。一方、補助電源４の充電電圧が不足充電状態で、Ｙｅｓと判断されると、ステップ４２２に進み、自動充電設定スイッチ３２により自動充電が設定されているか判断される。ここで、自動充電が設定されており、Ｙｅｓと判断されると、ステップ４１９に進み、制御部９の充電回路制御部９０３により補助電源充電回路３を起動し、さらに制御部９によりスイッチ部１３１，１３２を切換えて１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電力を補助電源充電回路３に供給可能にする。そして、ステップ４２０に進み、燃料電池発電部１０１の発電動作を開始してステップ４１４に進み、以下、上述したと同様にして、１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電力により補助電源充電回路３を介して補助電源４への充電を開始する。 In this case, if the start / stop button 31 is not operated in step 401 and the determination is No, and in step 418, if the external load 7 is not connected and the determination is No, the process proceeds to step 421. In step 412, it is determined whether or not the charging voltage of the auxiliary power supply 4 has dropped to an undercharged state. In this case, the charging state determination unit 901 of the control unit 9 determines the insufficient charging state based on the detection output of the charging voltage detection unit 6 if the charging potential of the auxiliary power supply 4 is equal to or lower than the second set value. Here, if it is determined that the battery is not under-charged but No, the process returns to step 401 and the above-described operation is repeated. On the other hand, if the charging voltage of the auxiliary power supply 4 is determined to be “Yes” when the charging voltage is insufficient, the process proceeds to step 422 where the automatic charging setting switch 32 determines whether automatic charging is set. Here, if automatic charging is set and it is determined Yes, the process proceeds to step 419, where the auxiliary power supply charging circuit 3 is activated by the charging circuit control unit 903 of the control unit 9, and the switch unit 131 is further operated by the control unit 9. , 132 are switched so that the output power of the 1st DC-DC converter 2 can be supplied to the auxiliary power supply charging circuit 3. Then, the process proceeds to step 420 and the power generation operation of the fuel cell power generation unit 101 is started, and then the process proceeds to step 414. Thereafter, in the same manner as described above, the output power of the 1st DC-DC converter 2 is passed through the auxiliary power supply charging circuit 3 in the same manner. Charging the auxiliary power supply 4 is started.

おな、自動充電設定スイッチ３２により自動充電が設定されていない場合は、ステップ４２２でＮｏと判断されるので、常にステップ４０１に戻り、外部負荷７が接続されるか、起動／停止ボタン３１による充電開始が操作されるまで、ステップ４０１、４０２〜ステップ４２１、４２２までの動作が繰り返される。 If automatic charging is not set by the automatic charging setting switch 32, it is determined No in step 422. Therefore, the routine always returns to step 401, the external load 7 is connected, or the start / stop button 31 is used. Until the start of charging is operated, the operations from step 401, 402 to steps 421, 422 are repeated.

このようにすれば、ユーザが予め自動充電設定スイッチ３２により自動充電を設定しておけば、補助電源４が不足充電状態になると、自動的に補助電源４を満充電まで充電して維持することができるので、急に外部負荷７の充電に使用されることがあっても、補助電源４の充電電力が不足することがなく、燃料電池本体１の発電電力とともに外部負荷７の要求する電力量を満足させることが可能となり、常に安定した充電電力を外部負荷７に供給することができる。 In this way, if the user sets automatic charging in advance using the automatic charging setting switch 32, the auxiliary power supply 4 is automatically charged to full charge and maintained when the auxiliary power supply 4 is in an insufficiently charged state. Therefore, even if it is suddenly used for charging the external load 7, the charging power of the auxiliary power source 4 does not become insufficient, and the amount of power required by the external load 7 together with the power generated by the fuel cell body 1 Can be satisfied, and stable charging power can be supplied to the external load 7 at all times.

また、補助電源４の自動充電をユーザの判断により設定できるので、ユーザの意図しない燃料電池本体１の発電動作を防止することもできる。 In addition, since automatic charging of the auxiliary power supply 4 can be set by the user's judgment, it is possible to prevent the power generation operation of the fuel cell main body 1 unintended by the user.

その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, In the implementation stage, it can change variously in the range which does not change the summary.

さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。 Furthermore, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and is described in the column of the effect of the invention. If the above effect is obtained, a configuration from which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.

さらに燃料電池発電部へ供給される液体燃料の気化成分においても、全て液体燃料の気化成分を供給してもよいが、一部が液体状態で供給される場合であっても本発明を適用することができる。 Further, the vaporized component of the liquid fuel supplied to the fuel cell power generation unit may be all supplied as the vaporized component of the liquid fuel, but the present invention is applied even when a part is supplied in the liquid state. be able to.

１…燃料電池本体、１０１…燃料電池発電部
１０２…燃料収容部、１０３…流路
１０４…ポンプ、１０５…燃料分配機構
２…１ｓｔＤＣ／ＤＣコンバータ、３…補助電源充電回路、
４…補助電源、５…２ｎｄＤＣ／ＤＣコンバータ、
６…充電電圧検出部、７…外部負荷、８…負荷検出部、９…制御部、
９０１…充電状態判定部、９０２……コンバータ制御部、
９０３…充電回路制御部、１０…燃料供給制御回路、
１１…アノード触媒層、１２…アノードガス拡散層
１３…アノード、１４…カソード触媒層
１５…カソードガス拡散層、１６…カソード
１７…電解質膜、１８…カバープレート
１９…Ｏリング、２１…燃料注入口
２２…燃料排出口、２３…燃料分配板
２４…空隙部、３１…起動／停止ボタン、３２…自動充電設定スイッチ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell main body, 101 ... Fuel cell electric power generation part 102 ... Fuel accommodating part, 103 ... Flow path 104 ... Pump, 105 ... Fuel distribution mechanism 2 ... 1stDC / DC converter, 3 ... Auxiliary power supply charging circuit,
4 ... auxiliary power supply, 5 ... 2nd DC / DC converter,
6 ... charging voltage detection unit, 7 ... external load, 8 ... load detection unit, 9 ... control unit,
901: Charging state determination unit, 902 ... Converter control unit,
903 ... charging circuit control unit, 10 ... fuel supply control circuit,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Anode catalyst layer, 12 ... Anode gas diffusion layer 13 ... Anode, 14 ... Cathode catalyst layer 15 ... Cathode gas diffusion layer, 16 ... Cathode 17 ... Electrolyte membrane, 18 ... Cover plate 19 ... O-ring, 21 ... Fuel inlet 22 ... Fuel discharge port, 23 ... Fuel distribution plate 24 ... Gap, 31 ... Start / stop button, 32 ... Automatic charge setting switch

Claims

A fuel cell body that generates electric power by supplying fuel and supplies it to an external load that can be charged;
An auxiliary power source composed of a storage element capable of supplying electric power to the external load together with the fuel cell body;
Power generation state instructing means for instructing start of power generation operation of the fuel cell body;
By connecting the external load, it is possible to supply the power generated by the auxiliary power source together with the power generated by the fuel cell main body to the external load, and the fuel according to the power generation state instruction means by the power generation state instruction means And a control means that enables charging of the auxiliary power source by the power generated by the battery body.

2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control unit enables charging of the auxiliary power source with power generated by the fuel cell main body according to a fully charged state of the external load.

When the external load is connected when the power generation state instruction means instructs the power generation operation start of the fuel cell main body, the control means supplies the charging power of the auxiliary power source together with the power generated by the fuel cell main body. 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein electric power can be supplied to an external load.

Furthermore, it has automatic charging setting means for setting automatic charging of the auxiliary power source,
The control means enables charging of the auxiliary power by the generated power of the fuel cell main body in an undercharged state of the auxiliary power by setting automatic charging of the auxiliary power by the automatic charging setting means. The fuel cell system according to claim 1.

A charging device that enables charging of a load using the fuel cell system according to any one of claims 1 to 4 as a charging power source.