专利名称：电源系统及由其驱动的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电源系统，并且更具体地涉及可用作为一便携电源并具有能够有效地利用一能源来发电的电源生成功能的一种电源系统，以及涉及装有该电源系统的一电子设备。
背景技术：
在所有家用和工业领域，使用了各种化学电池。例如，原电池如碱性干电池或锰干电池通常用在手表，照相机，玩具，以及便携声学设备中，并且它具有这样的特性，即从全球范围来看它的产品数量巨大并且它便宜和可容易得到。
蓄电池如铅蓄电池，镍镉蓄电池，镍氢蓄电池，锂离子电池通常用在被广泛使用在近来的便携设备如数字视频相机或数字静态相机中的移动电话或个人数字助理(PDA)中，并且它具有在经济效益上较高的特点，这是因为它能够被重复地充电和放电。在蓄电池中，铅蓄电池被用作为车辆或海上船舶的启动电源或是用作为在工业设备或医药设备等等中的应急电源。
近年来，随着对环境影响或能源问题的日益关注，关于在如上所述的化学电池的使用后所产生的废料问题或关于能源转换效率的问题已归入周密的仔细研究之中。
原电池有着不贵的产品价格并且可容易得到，如上所述，因此有许多设备利用该电池作为电源。此外，主要地，当原电池一旦被废弃，电池容量就不能被恢复，也就是，它只能用一次(其为所称的可任意处理的电池)。因此，每年的这些大量废料超过了数百万吨。这里，有固定的信息提到被收集用于回收利用的全部化学电池的比例仅约为20％，剩余的80％被丢在自然界中或当成垃圾处理。因此，担心由含在这些未回收电池内的重金属如汞或铟造成的环境恶化以及自然环境的毁坏。
根据能源的使用效率来核实上述的化学电池，由于原电池是利用约为可排放能源的300倍的能源来生产的，因此能源的使用效率低于1％。即使在能够被重复充电和放电并且经济效益较高的蓄电池的情况中，当从一家用电源(便利输出)或类似物向蓄电池充电时，由于电气发电厂中的发电性能或由于传输损耗，能源的使用效率大约降到12％。因此，不能说电源被必然地有效利用。
因此，近来把注意力放到含有一燃料电池的各种新的电源系统或电源生成系统(下文将其总称为“电源系统”)，该燃料电池对环境有很少的影响(负担)并能够实现例如，大约30至40％的极高的能源利用效率。此外，为了应用于车辆的驱动电源或应用于商业使用的电源系统，用于家用或其它使用的一共生系统，或用于上述化学电池的替代，用于实际应用的研究及开发被广泛地实现。
未来，为了减少具有高的能源利用效率的电源系统如燃料电池的尺寸和重量并把该系统用作为用于可移动的或便携电源，例如如上所述的化学电池的替代品(兼容产品)，会存在下列问题。
特别地，例如，在现存的化学电池中，主要地，由于施加一预定的电压及一电流以及仅能通过把正、负电极端子连到负载上来驱动该负载，因此具有这样的有利之处，即化学电池能够被容易地处理。
与此相反，由于具有含有一燃料电池的高能源利用效率的电源系统的大多数基本上都具有作为利用一预定发电燃料的发电装置(例如，直接或间接地把该燃料的化学能量转换成电能的发电器)的功能，因此它们在结构或电特性上与上述化学电池大为不同。
也就是，在电源系统中，由于与通用化学电池类似，仅仅通过连接或断开用于提供关于负载的电源的电极端子(对应于通用化学电池中的正电极和负电极的端子)就不能施加或关断预定的电源。因此，该电源系统不利地要求一复杂的结构或控制处理以便驱动或停止该负载以及电源系统。此外，在把这一电源系统用作为一便携电源的情形下，由于能被携带或运送的发电燃料的数量被限制，因此该发电燃料必须受到控制以有效地消耗并且作为该电源系统的工作时间(寿命)必须被进一步地延长。
发明的公开根据本发明，通过把一负载直接与一电极端子相连而能够被容易地处理的一电源系统利用发电燃料来产生预定电能，与通用化学电池类似。而且，本发明中存在这样的优点，即发电燃料的损耗可以得到控制，从而改进能源的利用效率以及使运行时间更为延长。
为了获得上述优点，本发明电源系统使用发电燃料及产生供给电能，并包括至少一燃料装入部分，其中装入发电燃料，发电装置，用于利用由燃料装入部分供给的发电燃料来产生供给电能并包括例如一燃料重整型燃料电池；输出控制装置，用于运行或停止发电装置；启动控制装置，把用于运行输出控制装置的启动电能提供给输出控制装置。
该启动控制装置在启动发电装置时向输出控制装置提供与发电装置的运行无关的电能作为启动电能，以及在启动发电装置之后向输出控制装置提供基于发电装置所产生的发电电能的电能作为启动电能。该启动控制装置可包括一原电池，其独立于发电装置的运行而保持预定的电能作为启动电能或者该启动控制装置包括一启动电源部分，其保持由外部供给的电能所充入和保持的电能，并在启动发电装置时把该电能作为启动电能提供给输出控制装置。另外，该启动控制装置可包括一辅助电能保持部分，其充有发电装置所产生的一部分发电电能，并在启动发电装置之后把该辅助电能保持部分的充电电能提供给输出控制装置作为启动电能。
以此，利用发电燃料来产生供给电能的电源系统内的操作可以用执行或停止发电装置的运行的一个简单控制来控制，并且能够降低该电源系统的费用。仅仅在发电装置内的启动运行的初始阶段从启动电源部分供给启动电能。然后，通过供给基于发电电能的反馈电能作为启动电能来保持该发电操作，从而利用作为启动电源部分的一部分的具有很小的电容的原电池来极好地长时期地执行启动运行。
此外，根据本发明其它方面的利用发电燃料来产生供给电能的电源系统至少包括(在电能生成部分内〕电能保持装置，用于根据发电装置所产生的发电电能来保持电荷，供给电能生成装置，用于根据保持在电能保持装置内的被保持电能来产生供给电能，系统控制装置，用于按照被保持电能的变化来控制发电装置的运行或停止以及控制电能保持装置的充电或停止。
以此，能够根据保持在电能保持装置内的被保持电能的条件仅仅为发电装置的运行或停止而控制该电源系统的运行，从而简化设备的结构和操作控制。而且，在该电源系统的运行中，根据维持在预定压力下的保持在电能保持装置内的电能可以输出恒定的供给电能，因此可以避免不必要的发电装置的发电操作，并且发电燃料的损耗可以得到控制，从而高度地改进能量利用率。结果，本发明提供了能够长时间运行的电源系统。
此外，本发明可以把由一个或多个电容元件构成的一种结构，或是其中多个电容元件以预定的关系连接的一种结构，例如能够切换成串联连接或并联连接的一种结构用作为电能保持装置。
以此，与把通用蓄电池及类似物用作为电能保持装置的情形相比，能够显著地减轻设备的重量，并且连到该电源系统的负载可以用基于被保持电能的供给电能来驱动。从而，即使驱动条件变化很快，也可以相对提供恒定的电能。而且，即使发电燃料被完全消耗掉而因此把该燃料装入部分卸下并更换为另一个，存储在电能保持部分内的电能也能够片刻恒定地输出，从而保持供给电能的产生以及之后的负载驱动。
另外，在本发明的电源系统中，整个电源系统或至少是燃料装入部分可以相对于含有用该电源系统供给的供给电能来操作的负载的电子设备可卸下地构成。燃料装入部分是相对于电能生成装置可卸下地构成的。
该电能生成部分例如被模块化。电能供给部分具有被构成为有着与各种通用化学电池之一相同的大小和尺寸的物理外部轮廓，并具有双电极端子结构。
以此，当装入燃料装入部分的发电燃料被消耗掉或减少时，可以把该燃料装入部分从发电部分上卸下并更换为一个新的燃料装入部分。结果，有可能不变地使用该发电模块，以及与通用化学电池一样简化整个电源系统或燃料装入部分的使用。燃料装入部分的更换或回收将是可能的，因此在整个电源系统中的浪费量可以降低。而且，在外部轮廓中，可以保持与通用化学电池的高度相容性，由此具有很高的能量转换率的电源系统能够广泛地用在化学电池的现有市场中而没有任何困难。
图1A和1B是示意性地示出本发明的一个实施例的电源系统的应用的概念图；图2A-2D是分别示出本发明的电源系统的基本结构的方框图；图3是示出应用于本发明电源系统的电能生成部分的第一实施例的方框图；图4是用于示意性地示出可应用于用到本发明电源系统中的电能生成部分的第一实施例的一发电部分的一结构例子的视图；图5是用于示意性地示出用于本发明发电部分的一燃料重整部分的一结构例子的方框图；图6是用于示意性地示出可应用于用到本发明电源系统中的发电部分的第一实施例的一输出控制部分的结构的方框图；图7A和7B是分别用于示出可应用于用到本发明电源系统中的电能生成部分的第一实施例的一启动控制部分的构造例子的电路方框图以及一指定的电路视图；图8A和8B是分别用于示出可应用于用到本发明电源系统中的电能生成部分的第一实施例的电源保存部分的构造例子的电路方框图以及一指定的电路视图；图9是用于示出可应用于用到本发明电源系统中的电能生成部分的第一实施例的电压变换部分的构造例子的电路方框图；图10是示出可应用于用到本发明电源系统中的电能生成部分的第一实施例的一电压变换部分的一指定构造例子的电路视图；图11是示出根据应用于本发明电源系统的一电能生成部分的第一实施例的电源系统的示意性操作的流程图；图12是示出根据应用于本发明电源系统的一电能生成部分的第一实施例的电源系统的初始化操作的操作概念图；图13是示出根据应用于本发明电源系统的一电能生成部分的第一实施例的电源系统的启动操作的操作概念图；图14是示出在根据应用于本发明电源系统的一电能生成部分的第一实施例的电源系统的启动操作后的一个状态的操作概念图；图15是示出在根据应用于本发明电源系统的一电能生成部分的第一实施例的电源系统的稳定操作期间的一个状态的操作概念图；图16是示出应用于本发明电源系统的一电能生成部分的第二实施例的方框图；
图17是可应用于用到本发明电源系统中的电能生成部分的第二实施例的一启动控制部分的一构造例子的电路方框图；图18是可应用于用到本发明电源系统中的电能生成部分的第二实施例的一启动控制部分的一指定构造例子的电路视图；图19是示出根据应用于本发明电源系统的一电能生成部分的第二实施例的电源系统的初始化操作的操作概念图；图20是示出根据应用于本发明电源系统的一电能生成部分的第二实施例的电源系统的启动操作的操作概念图；图21A和21B是分别示出可应用于用到本发明电源系统中的电能生成部分的一启动控制部分的构造例子的电路方框图以及一指定的电路视图；图22是示出根据应用于本发明电源系统的一电能生成部分的第三实施例的电源系统的初始化操作的操作概念图；图23是示出根据应用于本发明电源系统的一电能生成部分的第三实施例的电源系统的启动操作的操作概念图；图24是示出应用于本发明电源系统的一电能生成部分的第四实施例的方框图；图25是示出根据应用于本发明电源系统的一电能生成部分的第四实施例的电源系统的初始化操作的操作概念图；图26是示出根据应用于本发明电源系统的一电能生成部分的第四实施例的电源系统的启动操作的操作概念图；图27是示出应用于本发明电源系统的电能生成部分的另一指定构造例子的一指定电路视图；图28A-28F是分别用于示意性地示出可应用于本发明电源系统的外部形状的一指定例子的视图；图29A-29C是分别用于示意性地示出可应用于本发明电源系统的外部形状与通用化学电池的外部形状之间的对应关系的概念图；
图30A-30H是分别用于示出燃料包以及根据本发明的一种可拆卸结构的第一实施例的电源系统的支架部分的外部形状的视图；图31A-31C是分别用于示意性地示出一发电模块的一种可拆卸结构以及根据本发明的可拆卸结构的第一实施例的电源系统的一燃料包的视图；图32A-32F是分别用于示意性地示出一燃料包以及根据本发明的可拆卸结构的第二实施例的电源系统的支架部分的外部形状的视图；图33A-33C是分别示出一发电模块的一种可拆卸结构以及根据本发明的可拆卸结构的第二实施例的电源系统的一燃料包的示意性视图；图34是示出本发明的整个电源系统的一指定构造例子的示意性分割图；以及图35A和35B是分别示出可应用于一指定构造例子的一燃料重整部分的一构造例子的示意性视图。
具体实施例方式
下文将参照附图描述本发明的电源系统的实施例。
将结合附图首先解释应用于本发明电源系统的一种结构的整体轮廓。
图1A和1B是示出本发明电源系统的应用构造的一个例子的概念图。
例如，本发明的电源系统1可以构成为一个模块，并且其中的一部分或整个部分能够任意地接到或从(见箭头P1)一现存的通过一通用原电池或一蓄电池来开动的电气/电子设备(图1A和1B示出一个人数字助理下文将统称为一“设备”)DVC上移开，及一特定电气/电子设备，如图1A和1B所示。电源系统1被构成以使其中的一部分或整个部分能够是单独可携带的。向该电源系统1提供具有一正电极和一负电极的电极用于在一预定位置(例如，等同于稍后将描述的通用原电池或蓄电池的一个位置)向设备DVC提供电能。
现在将描述本发明电源系统的基本结构。
图2A-2D是示出本发明的电源系统的基本结构概念的方框图。
如图2A所示，本发明的电源系统1大致包括一燃料包(燃料进料部分)20，其中含有一液体燃料和/或一气体燃料的发电燃料FL被装入；一发电部分或模块10用于在从燃料包20供给的至少发电燃料的基础上生成电能EG(发电)；以及一接口部分(下文把其缩写为“I/F部分”)30，其装有一燃料进给通路或类似物用于把燃料包20中装入的发电燃料FL供给发电部分10，以及把燃料包20与发电部分10相互物理地连接起来。各自的结构成分被构成以使它们能够在一任意构造中相互耦合或分离(可连上或可拆下)，或者它们被整体地构成。而且，如图2A所示，I/F部分30可以独立于燃料包20和发电部分10构成，或者与燃料包20或是发电部分10集成在一起构成，如图2B和2C所示。或者，如图2D所示，I/F部分30的各个分割部分可以构成为内部地设置在燃料包20和发电部分10的每一个内。
此外，在下述的各个实施例中，发电部分10是除燃料包20和I/F部分30外的该电源系统的一个部分。把它描述为一个分开的部分完全是为了其说明目的。例如，如下文所述，可以把发电部分10形成为模块，但是本发明并不限于此，以及可以具有下文所述电源系统的各实施例的一种结构。
现在将具体地描述各个块的结构。
第一实施例](A)发电部分图3是示出应用于本发明电源系统的电能生成部分的第一实施例的方框图。这里，该电源系统具有一个输出预定供给电能的仅设有一正电极端子和一负电极端子的双电极端子结构，通过这些端子该电源系统连到一预定设备上，并输出用于驱动该设备(负载)的预定电能。
根据本实施例的电能生成部分包括具有存储由发电装置生成的电能的功能的电能保持装置，以及具有一个结构，该结构使得根据存储(保持)在电能保持装置内的电能的具有一预定电压的电能被生成并提供给该设备(负载)作为负载驱动电能。下面给出具体说明。
如图3所示，根据本实施例的电能生成部分10A被构成为一般地包括一发电部分(电生成装置)11，其使用通过I/F部分30A而从燃料包20A供给的发电燃料FL并生成预定的电能；含有一蓄电池、一电容器或类似物的用于暂时保持在发电部分11生成的电能(生成的能量)并且然后连续不断地输出具有一恒定电压的电能保持部分(电能保持装置)12；一电压转换部分13，其把从电能保持部分12输出的电能的一电压成分转换成适合于驱动与该电源系统相连的该设备的一预定电压并把它输出到未例举的设备作为供给电能；一电压监控/控制部分14，其监控保持在电能保持部分内的电能(被保持的电能)的电压成分内的变化以及产生并输出用于根据电能保持部分12内的电能的该变化以及一存储状态(充电状态)来控制电能生成部分11内的一操作状态的控制信号；一启动控制部分(启动控制装置)15，其提供用于根据来自电压监控/控制部分14的控制信号来把发电部分11变换(启动)到发电状态；以及一输出控制部分(输出控制装置)16，其利用来自启动控制部分15的启动电能操作，控制向发电部分11供给及停止发电燃料FL以及控制发电部分11内的操作状态(发电操作和停止操作)。
这里，本实施例中的电压监控/控制部分14，启动控制部分15以及输出控制部分16构成本发明的系统控制装置。
此外，在本实施例的电能生成部分10A中，由发电部分11生成的电能保持(存储)在电能保持部分12内，并且之后通常通过预定电极端子、作为具有一恒定电压成分的供给电能而提供给控制器以及一未例举的设备的负载。而且，能够是电能保持部分12内的供给电能的该被保持的电能的电压成分由电压监控/控制部分14监控，例如，恒定地或以任意定时。
下文将具体描述各个结构。
<发电部分>
如图3所示，应用到本实施例的电能生成部分10A的发电部分11具有这样的结构，即发电燃料FL是根据由来自稍后描述的启动控制部分15的启动电能所包含的输出控制部分16的操作(开操作)，通过输出控制部分16而从燃料包20A供给的，以及该发电燃料FL所具有的物理或化学能量被使用以便生成预定的电能。
图4是用于示意性地示出可应用于本实施例发电部分的发电部分的一构造例子的视图。图5是应用于本实施例发电部分的燃料重整部分的一种结构的示意图。这里，将结合上述电源系统(图3)的结构来适当地描述该例子。
在该构造例子中，作为一个具体的例子，发电部分11具有一种采用了燃料重整系统的质子交换膜燃料电池的结构，通过该燃料重整系统，经由输出控制部分16从燃料包20A供给的发电燃料FL被使用并且用电化学反应来产生电能。
顺便提一下，尽管出于解释目的将描述图5所示的具有发电部分11的燃料重整系统，但是按照本发明的电能发生部分的构造，该燃料重整系统组成了稍后描述的输出控制部分的一部分。
如图4所示，发电部分11A被构成为包括一燃料电池主体(燃料电池)110，其利用包含在由燃料重整部分(燃料重整器)16a提取的发电燃料FL内的一特定燃料成分(氢)，其中燃料重整部分(燃料重整器)16a对从燃料包20A供给的发电燃料FL执行预定的重整反应并利用该反应产生用于驱动一预定负载(对应于设备DVC或发电模块10A内的各个部分)的电能。
这里，如图5所示，燃料重整部分16a包括一蒸汽重整反应部分160X，它从含有酒精和水并通过蒸汽重整反应处理而供给的发电燃料FL产生氢、二氧化碳(作为副产品)以及少量的一氧化碳；一水溶液变换反应部分160Y，它使由该蒸汽重整反应部分160供给的一氧化碳通过水溶液变换反应处理而与包含在发电燃料内的水或是如稍后将描述的、从电池主体110散发的作为一副产品的水起反应并产生二氧化碳和氢；以及一选定氧化反应部分160A，它使未在水溶液变换反应部分160Y内起反应的残存的一氧化碳通过该选定氧化反应处理而与氧起反应并产生二氧化碳。燃料重整部分16a具有这样的功能，即向电池主体110提供通过重整装入燃料包20A内的发电燃料FL而得到的氢并执行少量产生的一氧化碳的去毒作用。也就是，电池主体110从在蒸汽重整反应部分160X以及水溶液变换反应部分160Y内产生的具有高密度的氢气中产生能够是用于设备DVC的供给电能以及用于发电模块10A内的各个部分的操作电能的预定电能。
构成燃料重整部分16a的各个部分的功能如下，如图5所示，例如，在用被当作发电燃料FL的甲醇(CH3OH)和水(H2O)来产生氢气(H2)的情况下，在蒸汽重整反应部分160X内的蒸发步骤中，通过用由启动控制部分15供给的电能来控制的加热器把甲醇和水凝固为在接近沸点的温度条件下大气中的液体燃料而首先把甲醇(CH3OH)和水(H2O)汽化。
然后，在蒸汽重整反应处理中，利用加热器通过把大气设置成用于汽化的甲醇(CH3OH)和水(H2O)的大约300℃的温度条件下，49.4kJ/mol的热能被吸收，并且生成用下面的化学式(1)表示的氢气(H2)和少量的二氧化碳(CO2)。在蒸汽重整反应处理中，除了氢气(H2)和二氧化碳(CO2)外还产生作为副产品的少量的一氧化碳(CO)。
…(1)这里，如图5所示，可以在蒸汽重整反应部分160X的后面阶段提供用于消除在蒸汽重整反应处理中产生的作为副产品的一氧化碳(CO)的水溶液变换反应部分160Y以及选定的氧化反应部分160Z以使通过由水溶液变换反应和选定氧化反应所组成的各个处理能够把一氧化碳(CO)转换为二氧化碳(CO2)和氢气(H2)，从而抑制有害物质的散发。特别地，在水溶液变换反应部分210Y的水溶液变换反应处理中，通过使水(水蒸汽；H2O)与一氧化碳(CO)起反应而产生40.2kJ/mol的热能，并且如下面的化学式(2)表示的产生二氧化碳(CO2)和氢气(H2)。
…(2)然后，在水溶液变换反应中，通过使氧气(O2)与未被用选定的氧化反应部分160Z中的选定氧化反应转换成二氧化碳(CO2)和氢气(H2)的一氧化碳(CO)起反应而产生283.5kJ/mol的热能，并且如下面的化学式(3)表示的产生二氧化碳(CO2)。
…(3)这里，例如，除了用一系列的上述提到的燃料重整反应而产生的氢气外，少量的产品(主要是二氧化碳)通过如下所述的提供给发电模块10A的散发孔而散发到空气中。
具有这一功能的燃料重整部分16a的具体结构将稍后在下面的具体构造例子中与其它结构一起解释。
如图4所示，电池主体110一般包括含有一粘附有例如铂、钯、铂-钌的催化剂粉末微粒的碳电极的一个燃料电极(阴极)111；含有一粘附有例如，铂的催化剂粉末微粒的碳电极的一个空气电极(阳极)112；以及置于燃料电极111与空气电极112之间的一个膜样离子传导薄膜(交换薄膜)113。这里，用燃料重整部分16a提取的氢气(H2)被提供给燃料电极111，同时空气中的氧气(O2)被提供给空气电极212。于是，用下面的电化学反应来完成发电，从而产生用于驱动负载114的预定电能。此外，如下文所示，在电池主体110内产生的一部分电能根据需要通过启动控制部分15作为启动电能被提供给输出控制部分16(一燃料控制部分16b，一加热器控制部分16d)(参见图6)。
特别地，作为根据本构造例子的发电部分11(一电池主体110)内的电化学反应的例子，当氢气(H2)被提供给燃料电极111时，电子(e-)被在燃料电极111上的催化作用分开，氢离子(质子；H+)被产生并通过离子传导薄膜113传到空气电极212上，以及用构成燃料电极111的碳电极来取出电子(e-)并提供给负载114，如用下面的化学式(4)所表示的。
…(4)当把空气提供给空气电极212时，已经通过空气电极112上的催化作用而经过负载114的电子(e-)、已经经过离子传导薄膜113的氢离子(H+)以及空气中的氧气(O2)相互起反应，从而产生水(H2O)，如用下面的化学式(5)所表示的。
…(5)这一系列电化学反应(化学式(4)和(5)发生在大约60至80℃的相对低的温度环境中，并且除了电能(负载驱动电能)之外的副产品基本上只有水(H2O)。这里，通过收集在空气电极212上作为副产品产生的水(H2O)以及把必要数量的水供给提供给输出控制部分16的燃料重整部分16a，水能够重新用于燃料重整反应或发电燃料FL的水溶液变换反应，事先存储在(被装入)燃料包20A内用于燃料重整反应的水的数量大为减少，并且利用把具有这一结构的燃料重整型燃料电池应用于发电部分而使在燃料包20A或类似物内作为副产品收集的水的收集量大大降低，通过简单的控制能够设置发电部分内的操作状态(发电状态，停止状态)以用于执行或停止向燃料电池主体的发电燃料FL的供给。此外，随着与燃料电池相同的结构的应用，由于能够用电化学反应从发电燃料FL直接地产生电能，因此能够实现很高的发电效率，并且能够有效地使用发电燃料FL，以及如果含有发电部分11的发电模块10A被构成为模块，其能够被最小化。
在此构造例子中，尽管仅给出把甲醇应用为从燃料包20A供给的发电燃料，但是本发明并不限于此，至少含有一氢元素的液体燃料或液化燃料或气体燃料都能被极好地应用。因此，有可能极好地应用一醇基液体燃料，具体地，甲醇，乙醇或丁醇，一由能够在常压常温上汽化的碳氢化合物组成的液化燃料诸如二甲醚，异丁烯或天然气，一气体燃料如氢气，或类似物。
这里，假设把液化氢或氢气原样地用作为发电燃料FL，那么有可能采用这样的结构，即用这种结构把发电燃料直接提供给电池主体110而不需要诸如本构造例子所述的燃料重整部分16a。
此外，尽管只描述了作为发电部分11的一种结构的燃料重整型燃料电池，但是本发明并不限于此。也可以应用公知的燃料直接供给型燃料电池，以及液体燃料，液化燃料，气体燃料或类似物可以被原样使用以便产生电能。另外，由于有利用任何其它电化学发应的发电或发热、吸热反应所涉及到的温度内的差异、压能的转换作用或热能以及电磁感应原理，因此有可能应用公知的发电装置，该装置能够使用从燃料包20A直接或间接供给的液体燃料或液化燃料或气体燃料并产生预定的电能。
<输出控制部分>
如图3所示，应用于本实施例的电能生成部分10A的输出控制部分16被构成为通过根据来自稍后描述的电压监控/控制部分14的操作控制信号以及根据从启动控制部分15供给的启动电能来提供或切断向发电部分11的至少是发电燃料FL的供给来控制操作状态(发电操作及停止操作)。
图6是示出应用于本实施例的电能生成部分的输出控制部分的一种示意性结构的方框图。这里，作为发电部分11的一种结构，将给出当应用上述燃料重整型燃料电池(见图3)时关于该输出控制部分的一种结构的说明。
如图6所示，对于本实施例的该输出控制部分16A，特别地，有可能应用这样的结构，该结构包括有一燃料控制部分16b，它根据从启动控制部分15供给的启动电能来向发电部分11提供一预定数量的发电燃料FL(基本上，为供给燃料电池主体110的氢气)；一燃料重整部分16a(见图4)，它用一系列诸如用上述化学式(1)-(3)表示的燃料重整反应从通过燃料控制部分16b供给的发电燃料FL中产生一特定的燃料成分(氢气)，并把所得到的燃料成分提供给燃料电池主体110的燃料电极111；一空气控制部分16c，它向燃料电池主体110的空气电极112提供固定数量的空气(被供给燃料电池主体110的氧气)；以及一加热器控制部分16d，它主要设置用于燃料重整部分16a内的各种化学反应的温度条件。
这里，根据从启动控制部分15供给的启动电能，在燃料电池主体110内，燃料控制部分16b执行控制以从燃料包20A中取出发电燃料FL(液体燃料、液化燃料或气体燃料)、水以及能够是氢气(H2)的其数量被要求以产生恒定的电能的类似物，用燃料重整部分16a把它们重整为氢气(H2)并向燃料电池主体110的燃料电极111提供固定数量的氢气。另外，空气控制部分16c执行控制以从空气中取出氧气(O2)并把它提供给燃料电池主体110的空气电极112，氧气的数量根据使用氢气(将化学式(3)和(5))的电化学反应来要求。利用这样的一个燃料控制部分16b、空气控制部分16c以及加热器控制部分16d来调整关于发电部分11的氢气(H2)，氧气(O2)以及热能的供给或切断，在发电部分11内的电化学反应的发展进程被控制，并且预定电能的发电操作和停止操作能够被控制。
这里，关于燃料电池主体110的空气电极112，空气控制部分16c可以被构成为连续地供给空气而不需控制氧气的提供或切断，只要该空气控制部分16c能够提供相应于发电部分11内每单位时间的最大耗氧量的空气。也就是，在图6所示的电能生成部分10A的该结构中，通过用燃料控制部分16b完全控制发电燃料FL的供给以及用加热器控制部分16d完全控制热能的供给，输出控制部分16A可以设置电化学反应的发展进程，并且如稍后将描述的一个空气孔(见图34)可被提供用来代替空气控制部分16c以便通过该空气孔而不断地供给不少于用于发电部分11内的电化学反应的空气(氧气)的最小必需量的量。
<启动控制部分>
应用于本实施例的电能生成部分10A的启动控制部分执行启动控制以向上述输出控制部分16(燃料控制部分16b和加热器控制部分16d)提供启动电能以及根据按照在稍后描述的电能保持部分12内的被保持电能中的变化而输出的操作控制信号来把发电部分11从备用模式转换到发电模式。
图7A是示出应用于本实施例的电能生成部分的启动控制部分的一个构造例子的电路方框图。
如图7A所示，本实施例的启动控制部分15A被构成为包括一反馈电压生成保持电路FVH，它根据从发电部分11供给的作为一高压侧电源的电能以及作为一低压侧电源的地电压GND用电压V1来操作，根据该电压V1至少产生具有用于维持发电部分11的发电操作的一预定电压(反馈电压)的电能，并且把该生成的电能提供给输出控制部分16；一启动电源部分PW1，它被用一原电池或类似物构成并在发电部分11的启动操作期间把具有预定电压Vbat的电能提供给输出控制部分16；一开关SW1，它根据从稍后描述的电压监控/控制部分14输出的一个操作控制信号(第一控制信号)来开/关，切换来自反馈电压生成保持电路FVH的反馈电压或是来自启动电源部分PW1的启动电源(电压Vbat)并把它提供给输出控制部分16；以及一开关SW2，它根据按照从发电部分11供给的电能而从该反馈电压生成保持电路FVH输出的控制信号来开/关，以及控制从启动电源部分PW1向输出控制部分16的启动电能的提供或切断。
作为启动控制部分15A的更进一步的具体电路结构，例如如图7B所例举的，有可能把设有一电阻R11、串联连接在被提供有由发电部分11生成的电能(电压V1)的高压侧上的接点N11与被提供有地电压GND的低压侧上的接点N12之间的一光电二极管D11以及一辅助电容器(辅助电能保持部分)C11，串联连接在光电二极管D11与辅助电容器C11之间的接点N13与低压侧上的接点N12之间的低压侧上的接点N12之间齐纳二极管D12和D13、以及连接在接点N13与在一末端侧上的开关SW1的接点N14的一种结构作为反馈电压生成保持电路FVH。
作为开关SW1的一种电路结构，例如如图7B所例举的，有可能应用设有串联连接在反馈电压生成保持电路FVH的接点N14与关于输出控制部分16的一输出接点Fout之间的一限流电阻R12以及一开关场效应晶体管(下文将称作为“开关晶体管”)Tr11，连接在开关晶体管Tr11的栅极与接点N14之间的一电压检测电阻R13，连接在开关晶体管Tr11的栅极与低压侧的接点N12之间的一开关控制场效应晶体管(下文将称作为“控制晶体管”)Tr12，以及连接在开关晶体管Tr11的栅极与控制晶体管Tr12之间的一电压检测电阻R14。
另外，关于开关SW2的结构，基本上与开关SW1相似，有可能应用设有串联连接在启动电源部分PW1与开关SW1的一端侧上的接点N14之间的一限流电阻R15和一开关晶体管Tr13，接在开关晶体管Tr13的栅极与启动电源部分PW1之间的一电压检测电阻R16，以及接在开关晶体管Tr13的栅极与低压侧的接点N12之间的一控制晶体管Tr14。
这里，开关晶体管Tr11、控制晶体管Tr12以及开关晶体管Tr13均为当栅极信号电压是在低电平时关断以及当栅极信号电压是在高电平时接通的场效应晶体管。这里，控制晶体管Tr12还在当栅极信号电压是在浮动电平时接通。此外，控制晶体管Tr14以及光电二极管D11被布置得彼此相对，且具有一光耦合器结构这样控制晶体管Tr14根据光电二极管D11的工作状态而接通/关断。当电流流向光电二极管D11以及光电二极管D11进入光发射模式时，控制晶体管Tr14接通。此外，从未例举的电压监控/控制部分14输出的操作控制信号SC1提供给控制晶体管Tr12的栅极。
在具有这一电路结构的启动控制部分15A，初始状态被定义为没有电荷存储在反馈电压生成保持电路FVH的辅助电容器C11内以及用于操作发电部分11的操作控制信号SC1没有从电压监控/控制部分14输出(特别地，当作为操作控制信号SC1供给的信号的电平是在浮动电平时)的状态。
由于此时启动电能未从启动控制部分15提供给输出控制部分16，所以发电部分11是在发电停止状态，并且不向高压侧的接点N11供给电能。因此，电流不流向接在高压侧的接点N11与连接接点N13之间的电阻R11和光电二极管D11，并且构成光耦合器的控制晶体管Tr14保持关断状态。结果，高电平上的栅极信号被加到构成开关SW2的开关晶体管Tr13的栅极以及维持接通状态。而且，启动电源部分PW1的电压Vbat通过开关晶体管Tr13加到接点N14上。
另一方面，当浮动电平上的操作控制信号SC1加到构成开关SW1的控制晶体管Tr12的栅极时，控制晶体管Tr12保持接通状态。因此，低电平(地电压GND)上的栅极信号加到开关晶体管TR11的栅极，并且维持关断状态。由此，接点N14的电压不输出到输出接点Fout。
在这一初始状态中，当用于把发电部分11变到发电模式的操作控制信号(特别地，低电平上的信号)SC1从电压监控/控制部分14输出时，开关SW1的控制晶体管Tr12被变到关断状态，并且高电平上的栅极信号加到开关晶体管Tr11的栅极，从而把开关晶体管Tr11变到接通状态。因此，已从启动电源部分PW1加到接点N14的电压Vbat通过开关晶体管Tr11以及输出接点Fout作为启动电能(电压V3)输出给输出控制部分16，启动向发电部分11供给发电燃料FL，以及发电部分11进入发电模式。
然后，当由发电部分11生成的电能(电压V1)提供给高压侧的接点N11时，在接点N11与低压侧的接点N12之间产生压差，电流流经电压检测电阻R11、光电二极管D11以及辅助电容器C11。结果，用电压检测电阻R11、光电二极管D11以及辅助电容器C11在连接接点N13得到的分压(反馈电压)通过二极管D14加到接点N14上，并且光电二极管D11执行光发射操作，从而接通控制晶体管Tr14。而且，低电平(地电压GND)上的栅极信号加到开关晶体管Tr13的栅极，开关晶体管Tr13被变为接通状态，并且截断向接点N14施加电压Vbat。结果，从反馈电压生成保持电路FVH提供给接点N14的反馈电压通过开关晶体管Tr11以及输出接点Fout输出到输出控制部分16，以及发电部分11中发电操作继续。另外，此时，辅助电容器(被保持的电能保持部分)C11根据连接接点N13与低压侧的接点N12之间的压差而充电。
而且，随着发电部分11继续发电操作，当用于把发电部分11变到发电停止模式(备用模式)的操作控制信号(特别地，高电平上的信号)SC1从电压监控/控制部分14输出时，开关SW1的控制晶体管Tr12变为接通状态，并且低电平上的栅极信号加到开关晶体管Tr11的栅极。因此，开关晶体管Tr11变为关断状态。结果，从反馈电压生成保持电路FVH提供给接点N14的反馈电压的输出被截断，停止向发电部分11的发电燃料FL的供给，以及发电部分11变为发电停止模式。
顺便提一下，如上所述，在用操作控制信号SC1把处于发电模式的发电部分11控制为停止而被变换到备用模式并且此后发电部分11再次被启动的情形下，或是启动电源部分PW1的电压Vbat，或是辅助电容器C11的充电电压随着低电平上的操作控制信号SC1的供给被作为启动电能提供给输出控制部分16。也就是，当发电部分11处于备用模式时，由于电能未从发电部分11提供给高压侧上的接点N11，所以电流不流向电压检测电阻R11和光电二极管D11，并且当开关SW2接通时控制晶体管Tr14被关断，从而把电压Vbat从启动电源部分PW1加到接点N14。这里，当反馈电压生成保持电路FVH的辅助电容器C11的充电电压对应于或者超过供给到输出控制部分16的启动电能的电压(也就是，从启动电源部分PW1供给的电压Vbat)时，辅助电容器C11的充电电压通过二极管D14和开关SW1而提供给输出控制部分16。另一方面，当辅助电容器C11的充电电压小于启动电能的电压时，来自启动电源部分PW1的电压Vbat被原样提供给输出控制部分16。
也就是说，在本构造例子的反馈电压生成保持电路FVH中，启动电能基本上只在发电部分11的第一启动操作的初始阶段从启动电源部分PW1供给，并且此后基于由发电部分11所产生的电能的反馈电压或是辅助电容器的充电电压提供给输出控制部分16作为用于继续发电操作的电能或是用于重启动的电能。因此，即使原电池或类似物被作为启动电源被提供，电源的消耗也能够被大大抑制，并且能够完成长时间的极好的启动操作。
顺便提一下，在上述构造例子中，尽管举例说明了由原电池或类似物组成的启动电源部分被设置在电能生成部分内的这一结构，但是本发明并不限于此。例如，如果向其提供有本电源系统的一个电子设备具有一个小的原电池用于存储备份，那么该电池通常可用作为启动电源部分。
<电能保持部分>
被提供到本实施例的电能生成部分10A的电能保持部分12基于由上述发电部分11所产生的具有电压V1的电能而保持(存储或充电)电荷，以及执行充电或放电操作用于根据所保持的电荷向稍后描述的电压转换部分13输出具有一预定电压(充电电压)V2的电能。
图8A是表示应用于本发明电能生成部分的电能保持部分的一个构造例子的电路方框图。
如图8A所示，本实施例的电能保持部分12A被构成为包括一存储电路CSC，它根据从发电部分11供给的作为高压侧电源的电能以及作为低压侧电源的地电压GND来根据电压V1存储电荷以及用电压V1来放掉电荷；一电压检测电路VM，它检测给存储电路CSC的电荷的存储状态(被保持的电能本例中的充电电压)；以及一开关SW3，它根据从电压检测电路VM输出的操作控制信号(第二控制信号)SC2来开/关以及控制给存储电路CSC供给(充电)或切断(充电停止)电能。
关于电能保持部分12A的更进一步的具体电路结构，例如如图8B所示，有可能把设有串联连接在向其供给由发电部分11所产生的电能(电压V1)的一输入接点N21(它是和图7B所示接点N11相同的接点)与接点N22之间的一开关晶体管Tr21与限流电阻R21、接在开关晶体管Tr21的栅极与接点N22之间的一电压检测电阻R22，以及接在开关晶体管Tr21的栅极与低压侧上的接点N23(它是和图7B所示接点N12相同的接点)之间的一控制晶体管Tr22的这一结构应用为开关SW3。
此外，作为存储电路CSC，例如如图8B所示，有可能应用这一结构，即多个(本例中为两个)电容器C21和C22被串联连接在接点N22与低压侧上的接点N23之间。顺便提一下，存储电路CSC的结构并不限于本构造例子，也可以采用其它任何结构，只要基于由发电部分11供给的电能以及在一个基本上固定或任意电压范围内波动的一电压的电荷能够被保持(存储或充电)。因此，例如，存储电路CSC可以仅包括一个单独的电容器或是具有作为用预定定时在串联与并联之间切换多个电容器的连接状态的电容器组的一种结构。
作为电压检测电路VM的一种电路结构，例如如图8B所示，有可能应用这一结构，即齐纳二极管D21和D22以及分压电阻R23和R24串联连接在高压侧的输入接点N21与低压侧的接点N22之间。
这里，构成开关SW3的开关晶体管Tr21和控制晶体管Tr22均为当栅极信号电压是在低电平时关断而当栅极信号电压是在高电平时接通的场效应晶体管。在构成电压检测电路VM的分压电阻R23和R24的连接接点N24上的分压被作为操作控制信号SC2提供给控制晶体管Tr22的栅极。
在具有这一电路结构的电能保持部分12A中，当基于存储在构成存储电路CSC的电容器C21和C22内的电荷的充电电压(或放电电压；接点N22上的电压)由电压检测电路VM不断地检测时，输出到开关SW3的操作控制信号SC2的信号电平根据充电电压V2中的变化而被控制。也就是，当存储电路CSC的充电电压V2低于电压检测电路VM的齐纳二极管D21和D22的齐纳电压Vz时，分压电阻R23和R24的连接接点N24上的电压降到低电平。利用关断开关SW3的控制晶体管Tr22，通过把高电平栅极信号加到开关晶体管Tr21的栅极上而使其接通，并且基于从发电部分11供给到输入接点N21的电能的电荷在存储电路CSC内被充满。
另一方面，当存储电路CSC的充电电压V2高于电压检测电路VM的齐纳二极管D21和D22的齐纳电压Vz时，连接接点N24上的电压升到高电平。利用把开关SW3的控制晶体管Tr22切换到接通状态，通过把低电平栅极信号加到开关晶体管Tr21的栅极上而使其关断，并且给存储电路CSC的电能供给被切断，从而停止存储电路CSC的充电操作。
结果，电能保持部分12A(存储电路CSC)中的充电电压被不断地监控，并且关于存储电路CSC的电能保持(存储或充电)状态以这样的方式被控制，即它能够不断地集中在一预定电压范围内。
<电压转换部分>
提供到本实施例电能生成部分10A的电压转换部分13执行把具有在如上所述的电能保持部分12中的充电电压V2的电能转换成具有适合于驱动未例举的设备(负载)的一个恒定输出电压Vout的电压转换操作。
图9是表示应用于本实施例的电能生成部分的电压转换部分一构造例子的电路方框图，以及图10是表示该电压转换部分的一个具体构造例子的电路构造视图。
如图9所示，本实施例的电压转换部分13A被构成为包括一电路驱动电压生成电路CDV，它根据电能保持部分12中的上述充电电压V2而生成一预定驱动电压Vdd；以及具有所谓的DC-DC转换器的功能的一恒定电压生成电路DC/DC，它根据由电路驱动电压生成电路CDV生成的驱动电压Vdd来操作，把电能保持部分12中的充电电压V2转换成一个高于低压侧电源的地电压GND的恒定电压并把所得到的电压输出作为输出电压Vout。
关于电压转换部分13A的一个更进一步的具体电路结构，例如如图10所示，有可能把包括串联连接在向其供给电能保持部分12中的充电电压V2的高压侧上的接点N31与向其供给地电压GND的低压侧上的接点N32(它是与图7B所示接点N12相同的接点)之间的一分压电阻R31和一齐纳二极管D31；以及接在位于分压电阻R31与齐纳二极管D31之间的连接接点N33与低压侧上的接点N32之间的一电容器C31的这一结构应用为电路驱动电压生成电路CDV。
关于恒定电压生成电路DC/DC的一种电路结构，例如如图10所示，有可能应用其中设有串联连接在高压侧上的接点N31与输出输出电压Vout的输出接点N34之间的一开关晶体管Tr31和一电感L31；串联连接在接点N31与接点N32之间的一电阻元件R32和一齐纳二极管D32；接在位于电阻元件R32与齐纳二极管D32之间的接点N35与接点N32之间的一电容器C32；具有连接到连接接点N35的一个+端输入端以及连接到输出接点N34的一个一端输入端的比较器COM；具有一个连接到比较器COM的一输出端的输入端，连到一振荡器OSC的其它输入端，以及连到开关晶体管Tr31的栅极的一个输出端的一个开关控制逻辑门AND；接在位于开关晶体管Tr31与电感L31之间的连接接点N36与接点N32之间的一二极管D33；以及接在输出接点N34与接点N32之间的一电容器的一种结构。
在具有这一结构的电压转换部分13A中，当把电能保持部分12中的充电电压V2加到电路驱动电压生成电路CDV上时，连接接点N33的电压根据电阻元件R31和齐纳二极管D31的分压比(division)以及电容器C31的充电状态来确定，并且该确定的电压提供给恒定电压生成电路DC/DC作为驱动电压Vdd。这里，关于驱动电压Vdd，根据为低压侧电源的地电压GND生成一基本不变的电压而不管电能保持部分12中充电电压V2中的变化。
另一方面，在恒定电压生成电路DC/DC中，比较器COM执行用于比较输出接点N34的输出电压Vout与在连接接点N35被分压并生成的一参考电压Vs的处理。当输出电压Vout低于参考电压Vs时，一个高电平信号输出到逻辑门AND的一个输入端，以及具有一预定周期和信号波形的脉冲信号从振荡器OSC输出到另一输入端。结果，高电平栅极信号被从逻辑门AND加到开关晶体管Tr31的栅极，并且开关晶体管TR31被间歇地接通。因此，当输出接点N34的电势(输出电压Vout)被降低时，接点N31端上的充电电压V2通过开关晶体管Tr31而被间歇地供给，并且生成和输出具有一基本上恒定的电势的输出电压Vout。顺便提一下，由于电容器C33接在输出接点N34与接点N32之间以及通过电感L31供给的电荷因此而被存储，所以通过输出接点N34输出的输出电压Vout被控制为更为恒定。
<电压监控/控制部分>
加到本实施例电能生成部分的电压监控/控制部分14执行操作控制。根据该操作控制，电压监控/控制部分14检测从上述电能保持部分12向电压转换部分13输出的电压(充电电压V2)。当被检测的电压变为不大于一预定电压值时，电压监控/控制部分14用各个预定定时输出操作控制信号SC1到启动控制部分15，用于把发电部分11改变(启动)到发电模式。而且，它输出操作控制信号SC2到上述电能保持部分12用于把由发电部分11产生的电能保持(存储或充电)。
这里，作为检测电能保持部分12中的充电电压(被保持电能中的电压分量)的一个具体电路，例如，有可能极好地应用如所描述的与构成上述电能保持部分12的电压检测电路(见图8B)有关的由齐纳二极管D21和D22以及分压电阻R23和R24的串联连接所组成的电路。因此，在本实施例中，电能保持部分12的电压检测电路VM还能够具有电压监控/控制部分14的电压检测功能部分。应注意电压监控/控制部分14至少包括一个用于控制输出定时，操作控制信号SC1和SC2的信号电平或类似物以及上述电压检测功能的信号控制功能。
(B)燃料包应用于本发明电源系统的燃料包20A是，例如，具有高密封特性的一个燃料存储容器，其内装有和充有其组成成分中含有氢的液体燃料、液化燃料或气体燃料所组成的发电燃料FL。如图3所示，燃料包20A具有通过I/F部分30A以可接到及可卸下的方式与发电部分10A结合的一种结构或是整体地与发电部分10A结合的一种结构。装入燃料包20A内的发电燃料FL通过给稍后描述的I/F部分30A提供的燃料馈送通路而送入发电部分10A，并且其数量被要求以用于产生具有预定电压的电能的发电燃料FL在任何给定时间上通过上述输出控制部分16提供给发电部分11。
具体地，作为电源系统1，假设应用其中发电部分10A和燃料包20A能够被加上或卸下而无限制的结构，只有在该燃料包20A与发电部分10A结合时发电燃料FL才被提供给发电部分10A。在此情形中，当燃料包20A未与发电部分10A结合时燃料包20A被装有，例如，具有一控制值或类似物的用燃料包20A内的燃料充入压力或弹簧的物理压力或类似物来封闭以便阻止其内装入的发电燃料泄漏到燃料包20A的外部的燃料泄漏阻止装置。当燃料包20A通过I/F部分30A与发电部分10A结合以及提供给I/F部分30A并用燃料泄漏阻止装置释放泄漏阻止功能的装置(泄漏阻止释放装置)因此而与燃料包20A接触或压燃料包20A时，于是控制阀的关闭状态被释放并且装入燃料包20A的发电燃料FL，例如，通过I/F部分30A，提供给发电部分10A。
在具有这一结构的燃料包20A中，当装入燃料包20A的发电燃料FL用完之前把燃料包20A与发电部分10A分开时，利用再次激活燃料泄漏阻止装置的泄漏阻止功能(例如，通过使泄漏阻止释放装置成为不接触状态以使控制阀再次关闭)能够阻止发电燃料FL的泄漏，并且燃料包20A能够被单独地运送。此外，在以后提到的构造例子的一部分将详细描述该燃料泄漏阻止装置。
对于燃料包20A来说最好具有作为上述燃料存储容器的功能并用在一特定环境条件下基本存在于自然界中并能转换成构成自然界的物质或是不造成环境污染的物质的原料制成。
也就是，燃料包20A能够用聚合材料(塑料)或具有含有各种分解反应的特性的类似物制成，通过微生物或土壤中的酶的作用，阳光的照射，雨水，大气或类似物，该材料能够被转换为对自然界无害的物质(基本上存在于自然界中并构成自然界，例如，水或二氧化碳或类似物)，即使燃料包20A的全部或是一部分被丢弃到自然界中或受到填埋处理，例如，生物降解能力的分解特性、光分解属性、水解能力、氧化降解能力等。
燃料包20A可用不生成有害物质如氯化有机化合物(二氧芑基团、多氯二苯并对-二氧芑，多氯二苯并呋喃)、氯化氢气体或重金属，或是即使实行人工加热/焚化处理或药剂/化学处理这些物质的生成也能够被抑制的材料构成。不用说构成燃料包20A的材料(例如，聚合材料)能够通过与装入的发电材料FL接触而至少在短时间内不被分解以及至少在短时间内不把装入的发电材料FL退化成使其不能被用作为燃料的这一程度。而且，不用说用聚合材料构成的燃料包20A具有相对于外部物理应力的足够强度。
如上所述，考虑到化学电池的回收收集比例仅为大约20％并且剩余的80％被丢弃到自然界中或受到填埋处理的这种现状，因此期望把具有分解属性的材料，以及具体地可生物降解的塑料用作为燃料包20A的材料。特别地，有可能极好地应用含有从石油合成的化学合成型有机化合物的聚合材料或植物原材料(聚乳酸、脂肪聚酯、共聚酯或类似物)，微生物生物聚酯的聚合材料，利用含有谷粉，纤维素，甲壳质，脱乙酰壳多糖或从植物原材料如玉米或甜甘蔗，或其它材料提取出的类似物的聚合材料的一种自然产品。
作为用在本实施例的电源系统1中的发电材料FL，它最好不是对于自然环境的污染物质，即使其内装有该发电材料FL的燃料包20A被丢弃到自然界中或受到填埋处理以及泄漏到空气，土壤或水中，最好能够在发电部分10A的发电部分11内用高的能量转换效率生成电能，以及最好为能够保持一稳定的液态或是保持在预定填充条件(压力，温度或类似物)下的空气状态以及能够被提供给发电部分10A的一种燃料物质。特别地，有可能极好地应用醇基液体燃料如上述的甲醇，乙醇或丁醇，含有碳氢化合物如二甲醚，异丁烷的液化燃料，或在常压常温下为气体的自然气体，或气体燃料如氢气。顺便提一下，如稍后将描述的，通过提供例如，用于稳定燃料包中的发电燃料的填充状态的燃料稳定装置的结构能够增加电源系统的安全性。
根据具有这一结构的燃料包20A以及发电燃料FL，即使本实施例的电源系统1的全部或是一部分(燃料包20A或发电燃料FL或类似物)被丢弃到自然界或人工地受到填埋处理，焚化或化学处理，对于自然环境的空气，土壤或水质的污染，或是环境激素的生成能够被大大地抑制，从而为阻止环境损坏，抑制自然环境的损毁，以及阻止对人体的不利影响作出贡献。
假设构成燃料包20A以使它能够接到或从发电部分10A上卸下而无限制，当所填充的发电燃料FL的剩余量降低或该燃料被用完时，发电燃料FL能够被再装满到燃料包20A中，或是燃料包20A能够被更换或再使用(重复利用)。因此，这就能够有助于大量减少燃料包20A或被丢弃的发电部分10A的数量。此外，由于新的燃料包20A能够被更换或接到单独的发电部分10A上以及该模块能够接到设备DVC上并且被使用，因此有可能提供能够与通用化学电池类似地容易地使用的电源系统。
假设在发电部分10A的发电部分11中产生电能，那么即使除了电能外还生成副产品并且该副产品不利地影响环境或是如果它会可能把其影响施加到这样的功能上，例如，它会引起设备DVC的故障，也可能应用该结构用于收集该副产品并把它保存在燃料包20A中。
(C)I/F部分如图2所示，应用于本发明电源系统的I/F部分30A具有把发电部分10A与燃料包20A物理地相互耦合的功能，并在预定状态把装入燃料包20A内的发电燃料FL通过燃料馈送通路而提供给发电部分10A。这里，如上所述，作为电源系统1，假设应用其中发电部分10A以及燃料包20A能够接上或卸下而无限制的结构，如在稍后描述的构造例(参见图34)中将指出的，I/F部分30A包括泄漏阻止释放装置(燃料馈送管52f)用于释放除了燃料馈送通路之外提供给燃料包20A的燃料泄漏阻止装置(燃料馈送阀24A)的泄漏阻止功能。而且，如上所述，假设应用用于收集在发电部分10A的发电部分11内生成的副产品的结构，那么I/F部分30A被构成为包括一副产品收集通路52e用于把该副产品送入燃料包20A。
特别地，通过燃料馈送通路，I/F部分30A把在预定条件下(温度，压力以及其它)作为液体燃料，液化燃料或通过汽化得到的气体燃料(燃料气体)而装入燃料包20A内的发电燃料FL提供给发电部分10A(发电部分11)。在其中发电部分10A和燃料包20A被通过I/F部分30A而整体地构成的电源系统中，装入燃料包20A内的发电燃料FL能够通过燃料馈送通路不断地供给发电部分10A。另一方面，在其中发电部分10A和燃料包20A能够通过I/F部分30A被接上或卸下而无限制的电源系统中，当燃料包20A与发电部分10A结合时，用泄漏阻止释放装置来释放提供给燃料包20A的燃料泄漏阻止装置的泄漏阻止功能，并且发电燃料FL能够通过燃料馈送通路提供给发电部分10A。
<第一实施例的整个操作>
现在将参照附图来描述具有上述结构的电源系统的整个操作。
图11是表示本实施例的电源系统的示意性操作的流程图。此外，图12是表示本实施例的电源系统的初始化操作的一个操作概念图，图13是表示本实施例的电源系统的启动操作的操作概念图，图14是表示在本实施例的电源系统的启动操作后的状态的操作概念图，以及图15是表示在本实施例的电源系统的稳定操作时刻的状态的操作概念图。这里，将适当地参考上述电能生成部分的结构(图3-10)来说明其操作。应注意，为了说明目的，构成启动控制部分的反馈电压生成保持电路在图中将被称作为反馈部分。
如图11所示，具有本实施例结构的电源系统1被控制来执行初始化操作(步骤S101)，利用该操作把燃料包20A通过I/F部分30A与发电部分10A结合以使装入燃料包20A的发电燃料FL能够提供给发电模块10A；启动操作(步骤S102-S110)，利用该操作通过把启动电能从启动控制部分15提供给输出控制部分16来操作输出控制部分16，通过把装入燃料包20A的发电燃料FL提供给发电部分11来生成预定的电能并且该生成的电能供给电能保持部分12以及启动控制部分15；以及稳定操作(步骤S111)，利用该操作发电部分11被适当地控制以根据由负载的驱动状态所涉及到的电能保持部分12的被保持电压中的变化而在发电模式与发电停止模式之间切换，以及输出具有一基本上恒定的电压的输出电压。
下文将参照图12-15详细描述每个操作。
(A)初始化操作首先，在初始化操作中，当燃料包20A通过I/F部分30A与发电部分10A结合时，在发电部分10A中，电荷根本没有存储在电能保持部分12的存储电路CSC以及辅助电容器C11内(初始状态)，提供给燃料包20A的燃料泄漏阻止装置的泄漏阻止功能被释放，装入燃料包20A的发电燃料FL通过燃料馈送通路的毛细现象而移动到燃料馈送通路内并提供给输出控制部分16。然后，如图12所示，该发电燃料FL被保存以便能够被提供给发电部分11A(步骤S101)。顺便提一下，由于在此状态中启动电能未从启动控制部分15A提供给输出控制部分16，所以发电燃料FL向发电部分11A的供给处于切断状态。
(B)启动操作接着，在从初始状态开始的启动操作中，如图13所示，通过执行一预定的启动操作(步骤S102)，从电压监控/控制部分14输出操作控制信号SC1和SC2(步骤S103)，以及启动控制部分15A的开关SW1以及电能保持部分12的开关SW2被切换到接通状态。结果，启动电能从提供给启动控制部分15A的启动电源部分PW1提供给输出控制部分16(步骤S104)，以及由此操作输出控制部分16。而且，发电燃料FL被提供给发电部分11A并生成预定的电能(步骤S105)。
这里，如图14所示，由发电部分11A生成的电能被提供给电能保持部分12A并由存储电路CSC来保持(存储或装入)(步骤S106)，并且电压监控/控制部分14监控被保持电能的充电电压。而且，由发电部分11A生成的一部分电能被提供给启动控制部分15A的反馈电压生成保持电路(图中写为反馈部分)，以及执行反馈电压的生成、关断开关SW2以及向辅助电容器C11充电。结果，当在发电部分11A中生成的电能达到一预定电压V1时，根据从发电部分11A输出的电能(电压V1)而生成反馈电压并且它被提供给输出控制部分16作为用于继续发电操作的电能。而且，从启动电源部分PW1向输出控制部分16的启动电能的供给被切断。
顺便提一下，作为用于从初始状态启动电能生成部分10A的启动操作，至少执行控制以接通启动控制部分15的开关SW1以及电能保持部分12A的开关SW3的一个操作能够足够作为以上描述。例如，电压监控/控制部分14可以被控制以当本发明电源系统的用户用人工操作来操作一未例举的启动开关或类似物时强制地输出低电平操作控制信号SC1和SC2。另一方面，可以提供一机械装置，它仅在把燃料包20A与电能生成部分10A结合的时刻强制地接通开关SW1和SW2。
然后，当用由发电部分11A生成的电能来给电能保持部分12A的存储电路CSC充电并且其充电电压达到对应于全充满状态的一个预定值时(步骤S107)，电压监控/控制部分14向启动控制部分15A和电能保持部分12A输出高电平操作控制信号SC1和SC2(步骤S108)，开关SW1和SW3被控制为断开。结果，向输出控制部分16的用于继续发电操作的电能供给被切断(步骤S109)，并且发电部分11A中的发电操作停止(步骤S110)。而且，向电能保持部分12A的电能供给被切断，以及存储电路CSC中的充电操作停止，从而完成从初始状态到稳定状态的变换(启动)。此时，当把电源系统接到设备DVC上时，依照存储电路CSC的充电电压V2的电能经受由电压转换部分13A执行的电压转换，并且它被作为具有一恒定输出电压Vout的供给电能而提供给设备DVC的控制器CNT(或控制器CNT以及负载LD)。另外，存储电路CSC的充电电压V2由电压监控/控制部分14不断地监控(步骤S111)。
(C)稳定操作接着，在稳定操作中，如图15所示，完成下述控制。例如，当通过例如继续驱动设备DVC中的负载LD使电能保持部分12的存储电路CSC中的充电电压变为不大于一预定电压范围内的一个下限阈值时，电压监控/控制部分14检测充电电压中的降低，以及低电平操作控制信号SC1输出到启动控制部分15A以便接通开关SW1。此外，发电部分11A被再次从备用模式变换到(重启动)发电模式，以及低电平操作控制信号SC2输出到电能保持部分以便接通开关SW2。由发电部分11A生成及输出的电能被充入(再充入)存储电路CSC。
另一方面，当存储电路CSC的充电电压落入一预定电压范围内时，确定对应于预定供给电能的电荷被存储在存储电路CSC内，仅执行用于放掉存储于存储电路CSC内电荷的操作而不执行发电部分11A的发电操作，并且预定供给电能被连续不断地供给设备DVC。
顺便提一下，在该重启动操作中，根据在先前的启动操作中发电部分11A所生成的电能(电压V1)而把一预定电压充入构成启动控制部分15A的反馈电压生成保持电路FVH的辅助电容器C11中。当充电电压与启动电源部分PW1的电压Vbat一致或超过其时，基于辅助电容器C11的充电电压的启动电能提供给输出控制部分16。另一方面，当充电电压低于启动电源部分PW1的电压Vbat时，启动控制部分15A内的开关SW2被控制切换以使基于由启动电源部分PW1的电压Vbat的启动电能能够提供给输出控制部分16。即使当充入燃料包20A内的发电燃料FL用完并用新的燃料包来更换该燃料包时这一重启动操作也被类似地执行。据此，实质上仅在从初始状态开始的第一启动操作中执行使用从启动电源部分PW1供给的启动电能的启动操作。在随后的重启动操作中，由于基于充入辅助电容器C11内的电压的电能能够被用作为启动电能，所以提供给启动控制部分15的启动电源部分PW1能够用电源装置如体积相对较小并具有小的电池容量的一个原电池来构成。
如上所述，根据本实施例的电源系统，通过在从初始状态开始的启动操作后适当地重复发电部分的发电和停止操作以及根据电能保持部分中的被保持电能(充电状态)适当地重复电能保持部分的充电和充电停止操作能够向设备输出基本恒定的电能，同时发电燃料余留在燃料包内而不接收来自该电源系统外部的燃料或类似物的供给。因此，能够实现具有基本上与通用化学电池的电特性相同的电特性的电源系统并且能够极好地驱动现有的负载(设备)。而且，与具有用于连续不断地使发电部分执行发电操作的结构的电源系统相比，能够大大地抑制发电燃料的浪费，并且能源能够得到有效利用。因此，有可能提供具有极高能量利用效率的电源系统同时保证相对于通用化学电池的兼容性。此外，在此情形中，由于发电部分的发电和停止操作以及电能保持部分的充电和充电停止操作能够用一种简单地接通/关断控制供给发电燃料的发电燃料供给状态的开关或是控制供给电能保持部分的电能供给状态的开关的简单的信号控制方法来实现，所以简化了电能生成部分的设备结构，并且降低了该装置规模的大小或产品费用。
而且，根据本实施例的电源系统，由于该电源系统具有把发电部分所生成的电能暂时地存储在电能保持部分中然后把它提供给设备(负载)的这种结构，所以有可能把对于所连负载的驱动状态中的意外波动相对稳定的电能提供给该电源系统。另外，即使燃料包内的发电燃料用完以及在发电部分未执行发电操作，存储在电能保持部分内的电能也能够暂时连续地输出。因此，即使在卸下和更换燃料包的操作期间也能够保持设备的驱动状态。另外，通过应用例如一电的双层电容器作为构成电能保持部分的存储电路，与例如把一蓄电池用作为充电存储装置的情形相比，装置的重量被显著地降低。
此外，在本实施例的电源系统中，如稍后将描述的，通过应用例如一微电机生产技术能够减少该电源系统的体积和重量以便模块化电能生成部分，以及在一小空间内集成和构成此部分。例如，通过根据诸如AA电池的日本工业标准(JIS)构成该电源系统以便具有与通用化学电池相同的形状和尺寸，有可能实现在外形和电特性(电压/电流特性)上与通用化学电池的高兼容性，并且能够更便于在现存电池市场中的普及。结果，由于有可能普及大大抑制例如，燃料电池的有害物质的散发的电源系统以及能够实现高的能量利用效率的发电装置被应用于该电源系统以取代现存的在例如环境方面或能量利用效率方面有着很多问题的化学电池，改进了能源利用效率同时抑制了对环境的影响。
下文将参照附图给出关于应用于本发明电源系统的电能生成部分的第二实施例的说明。
图16是示出应用于本发明电源系统的电能生成部分的第二实施例的方框图。此外，图17是示出应用于本实施例的电能生成部分的启动控制部分的一构造例子的电路方框图，以及图18是示出该启动控制部分的一具体构造例子的电路构造图。这里，相同的参考数字表示与第一实施例中所述结构相同的结构，从而省略其解释。
上面已经描述了把含有电源装置如原电池的不需要外部电能供给的结构用作为构成第一实施例的电能生成部分10A内的启动控制部分15的启动电源PW1的情形。然而，在本实施例的电能生成部分中，如图16所示，提供了一种启动控制部分15包括能够用从电能生成部分10B的外部供给的电能(外部供给电能)来充电的充电存储装置的结构。
也就是，如图17所示，特别地，应用于本实施例的启动控制部分15b被构成为包括一反馈电压生成保持电路FVH，具有与第一实施例中所述启动控制部分15A(见图7)相同的结构；一启动电源部分PW2，由一电容器以及开关SW1和SW2组成；以及一充电控制电路PC1，用于用从外部电源供给的电能来给启动电源部分PW2充电。
作为启动电源部分PW2以及充电控制电路PC1的一个具体的电路结构，如图18所示，有可能应用其中提供了串联连接在向其供给来自外部电源的电能(电压Vch)的输入接点N41与向其供给地电压GND的接点N42(与图17所示接点N12相同的接点)之间的一限流电阻R41、一开关晶体管Tr41以及构成启动电源部分PW2的启动电容器C41和C42；接在开关晶体管Tr41的栅极与输入接点N41之间的一电压检测电阻R42；串联连接在位于开关晶体管Tr41与启动电容器C41之间的连接接点N43与低压侧的接点N42之间的齐纳二极管D41和D41以及分压电阻R43和R44；以及接在开关晶体管Tr41的栅极与低压侧的接点N42之间的一控制晶体管Tr42的一种结构。
这里，在分压电阻R43和R44的连接接点N44上的分压提供给控制晶体管Tr42的栅极。此外，连接接点N43连到开关SW2的一个端点上，并且基于启动电容器C41和C42的充电电压(对应于电压Vbat)的电能被作为启动电能供给。
也就是，充电控制电路PC1被构成为包括用限流电阻R41、开关晶体管Tr41、电压检测电阻R42以及控制晶体管Tr42来实现的一开关功能以及用齐纳二极管D41和D42以及分压电阻R43和R44来实现的一电压检测功能。
现在将结合附图描述具有上述结构的电源系统的主要操作。
图19是表示本实施例的电源系统的初始化操作的操作概念图，以及图20是表示本实施例的电源系统的启动操作的操作概念图。这里，将简化或省略与上述提到的第一实施例中相同的操作的说明。
关于本实施例的电源系统的初始化操作，如图19所示，在启动控制部分，首先完成从电能生成部分10B的初始状态开始的启动操作。也就是，在由该电源系统的用户进行启动切换，把燃料包与电能生成部分10B或类似物结合的操作之前，根据从提供于该电源系统的外部的一外部电源，例如，一通用商业电源或一商业可利用的干电池供给的预定电能(电压Vch)，充电控制电路PC1执行用对应于启动电能的电能给构成启动电源部分PW2的启动电容器C41和C42充电的操作。结果，如图20所示，当低电平操作控制信号SC1输出到开关SW1以便启动发电部分11B时，基于启动电容器C41和C42的充电电压(连接接点N43的电压)的启动电能通过开关SW2和SW1而提供给输出控制部分16。因此，在本实施例中，由于不必提供电源装置，例如，一原电池作为电能生成部分10B的启动电源，所以能够长时间地利用电能生成部分而无需考虑启动电源部分内电池的寿命。
顺便提一下，假设重启动发电部分11B，与上述第一实施例类似，如果反馈电压生成保持电路FVH的辅助电容器C11中的充电电压与启动电能的电压(Vbat)一致或超过它，那么基于辅助电容器C11的充电电压被作为启动电能提供给输出控制部分16。如果该充电电压低于启动电能的电压，那么基于启动电源部分PW2的启动电容器C41和C42的充电电压的电能被作为启动电能提供给输出控制部分16。
现在将参照附图给出关于应用于本发明电源系统的电能生成部分的第三实施例的说明。
图21A是表示用于应用到本发明电源系统的电能生成部分的第三实施例的启动控制部分的一个构造例子的电路方框图。这里，相同的参考数字表示与上述第一和第二实施例中的构造例子中相同的结构，从而简化或省略其解释。
关于根据第二实施例的构造例子(见图17和18)启动控制部分15B，已经给出关于含有把用外部供给的电能充电的启动电容器C41和C42用作为启动电源部分PW2的这种结构情形的说明。在被应用于本构造例子的电能生成部分的启动控制部分中，提供了被构成为还起到启动电容器C41和C42以及提供于上述第一实施例中所述的反馈电压生成保持部分电路FVH的辅助电容器C11(见图7B)的作用的充电存储装置。
也就是，如图21A所示，应用于本构造例子的启动控制部分15C被构成为包括开关SW1和具有与上述第一和第二实施例的构造例子中所述的启动控制部分(见图7A和17)相同的结构的充电控制电路PC1，以及含有用于提供启动电能和用于继续发电操作的电能的公用(单个)充电存储装置的反馈电压生成保持电路FVH。
作为本构造例子的反馈电压生成保持电路FVH的一个具体电路结构，例如，如图21B所示，有可能应用这样的结构，该结构中提供了串联连接在向其供给发电部分11所生成电能(电压V1)的高压侧上的接点N11与向其供给地电压GND的低压侧上的接点N12之间的一电阻R51和公用电容器C51和C52；串联连接在位于电阻R51和公用电容器(辅助电能保持部分)C51之间的连接接点N51与低压侧上的接点N12之间的齐纳二极管D51和D52；以及接在连接接点N51与开关SW1的一端侧上的接点N14之间的二极管D53。
而且，关于充电控制电路PC1，例如如图21B所示，基本上与第二实施例的构造例子相似，有可能应用这样的结构，该结构中提供了串联连接在向其供给来自一外部电源的电能(电压Vch)的输入接点N41与低压侧上的接点N42之间的一限流电阻R41，一开关晶体管Tr41，一齐纳二极管D43以及分压电阻R43和R44；接在开关晶体管Tr41的栅极与输入接点N41之间的一电压检测电阻R42；以及接在开关晶体管Tr41的栅极与低压侧上的接点N12之间的一控制晶体管Tr42。
这里，分压电阻R43和R44的连接接点N44上的分压提供给控制晶体管Tr42的栅极。另外，开关晶体管Tr41与齐纳二极管D43之间的连接接点N43连到反馈电压生成保持电路FVH的连接接点N51，并且基于从发电部分11供给的电能(电压V1)由反馈电压生成保持电路FVH生成的连接接点N51上的电压(反馈电压)或是基于从外部电源供给的电能(电压Vch)的连接接点N43上的电压被加到公用电容器C51和C52上，从而执行充电。
现在将参照附图描述具有上述结构的电源系统的主操作。
图22是表示本实施例的电源系统的初始化操作的操作概念图，以及图23是表示本实施例的电源系统的启动操作的操作概念图。这里，将省略与上述第一或第二实施例中相同的操作的解释。
关于本实施例的电源系统的初始化操作，如图22所示，在启动控制部分，在从电能生成部分10C的初始状态开始的启动操作之前，充电控制电路PC1执行根据从提供于该电源系统外部的外部电源供给的预定电能(电压Vch)用对应于启动电能的电能给提供于反馈电压生成保持电路FVH的公用电容器C51和C52充电的操作。结果，如图23所示，当低电平操作控制信号SC1输出到开关SW1以便启动发电部分11时，基于公用电容器C51和C52的充电电压(连接接点N51上的电压)的启动电能通过开关SW1提供给输出控制部分16。因此，在本实施例中，由于不必提供电源装置，例如，一原电池作为电能生成部分的启动电源，所以能够长时间利用该电能生成部分而不必考虑启动电源中电池的寿命。而且省略例如开关SW2的结构而能够简化电能生成部分的的电路结构并减小装置规模。
顺便提一下，在本实施例中，当假设重启动发电部分时，基于反馈电压生成保持电路FVH的公用电容器C51和C52的充电电压的启动电能被唯一地提供给输出控制部分16。这里，如果该充电电压低于对应于启动电能的电压Vbat，那么不执行输出控制部分和发电部分的启动操作。然而，在这一情形中，该电源系统的用户能够利用通过输入接点N41从外部电源供给电能(电压Vch)以及给公用电容器C52充电来正常地操作电能生成部分。
现在将参照附图描述应用于本发明电源系统的电能生成部分的第四实施例。
图24是表示应用于本发明电源系统的电能生成部分的第四实施例的方框图。这里，相同的参考数字表示与上述第一和第二实施例中的结构相同的结构，从而简化或省略其解释。
在上述第二和第三实施例(见图17和21A)中，已经给出关于把含有能够用从电能生成部分的外部供给的电能(外部供给电能)来充电的充电存储装置的结构用作为构成启动控制部分的启动电源部分的情形。如图24所示，本实施例的电能生成部分10D被构成为通过启动控制部分15把保持在电能保持部分12内的一部分电能提供给输出控制部分16作为启动电能。
也就是，特别地，如图25所示，应用于本实施例的电能保持部分12D具有与图8所示电能保持部分12A相同的电路结构(开关SW3、存储电路CSC、电压检测电路VM；应注意在图25中省略了该电压检测电路VM)，以及其中充电控制部分PC2具有与图18所示充电控制电路PC1相同的电路结构的一种结构被另外提供给存储电路CSC。该电能保持部分12D被构成为把从电能生成部分10D外部供给的电能提供给启动控制部分15D作为启动电能。
现在将参照附图描述具有上述结构的电源系统的主操作。
图25是表示本实施例的电源系统的初始化操作的操作概念图，以及图26是表示本实施例的电源系统的启动操作的操作概念图。这里，将省略与上述第一或第二实施例中相同的操作的解释。
关于本实施例的电源系统的初始化操作，如图25所示，在启动控制部分，在从电能生成部分10D的初始状态开始的启动操作之前，充电控制电路PC2执行根据从提供于该电源系统外部的外部电源供给的预定电能用至少对应于启动电能的电能给构成电能保持部分12D的存储电路CSC(特别地，图8B所示的电容器C21和C22)充电的操作。因此，如图26所示，当低电平操作控制信号SC1输出到开关SW1以便启动发电部分11D时，基于电能保持部分12D的存储电路CSC的充电电压的启动电能通过开关SW2和SW1提供给输出控制部分16。因此，在本实施例中，与前述实施例类似地，由于不必提供电源装置，例如，一原电池作为电能生成部分的启动电源，所以能够长时间利用该电能生成部分而不必考虑启动电源中电池的寿命。而且，省略例如开关SW2的结构而能够简化电能生成部分的的电路结构并减小装置规模。
当重启动发电部分时，与上述第一实施例相似，如果反馈电压生成保持电路FVH的辅助电容器C11(见图7B)上的充电电压与启动电能的电压Vbat一致或超过它，那么基于辅助电容器C11的充电电压的启动电能被提供给输出控制部分16。如果该充电电压低于对应于启动电能的电压Vbat，那么基于电能保持部分12D的电容器C21和C22(见图8B)的充电电压的启动电能被提供给输出控制部分16。这里，如果电能保持部分12D的电容器C21和C22的充电电压低于对应于启动电能的电压Vbat，那么不执行输出控制部分16和发电部分11的启动操作。然而，在这一情形中，该电源系统的用户能够通过从外部电源供给预定电能以及给电容器C21和C22充电来正常地操作电能生成部分。
顺便提一下，在上述第一至第三实施例中，仅对其中多个充电存储装置如电的双层电容器被固定地串联连接作为应用于电能保持部分12A-12D的存储电路CSC的结构给出了说明。然而，本发明并不限于此，它可以包括具有其它任何结构的充电存储装置。
图27是表示可用于被应用到本发明电源系统的电能生成部分的第一至第四实施例中的电能保持部分的另一具体构造例子的电路结构图。
如图27所示，关于本构造例子的电能保持部分12E的一个具体电路结构，例如，作为存储电路CSC，有可能应用这样的电路结构(所谓的电容器组)，该结构包括通过接点N63-N68顺序地串联连接在高压侧的接点N61与低压侧的接点N62之间的一电容器C101，一转换开关SW101、一电容器C102、一转换开关SW102、以及一电容器C103、转换开关SW103和电容器C104；分别接在接点N61与接点N64之间，接点N61与接点N66之间以及接点N61与接点N68之间的转换开关SW104-SW106；以及分别接在接点N62与接点N63之间，接点N62与接点N65之间以及接点N62与接点N67之间的转换开关SW107-SW109。
这里，转换开关SW101-SW103以及转换开关SW104-SW109被控制以用这一方式来进行转换根据从具有与上述第一实施例相同的电路结构(见图8)的电压检测电路VM(或未例举的电压监控/控制部分14)输出的操作控制信号SC2的一未反转信号SC2A和一反转信号SC2R来用相反的定时把它们同时置为关/开状态。
在具有这一结构的电能保持部分12E中，根据电压检测电路VM输出的操作控制信号SC2的未反转信号SC2A和反转信号SC2R控制转换开关SW101-SW103以切换到接通状态以及控制转换开关SW104-SW109以切换到断开状态。而且，电容器C101-C104被设置为串联连接在接点N61与N62之间，并且开关SW3被置为接通状态。结果，执行用基于发电部分11所生成的电能(电压V1)给串联连接的电容器C101-C104充电的充电操作。
另一方面，转换开关SW101-SW103被控制以切换到断开状态，以及转换开关SW104-SW109被控制以切换到接通状态。而且，把电容器C101-C104设置为并联连接在输入接点N21与接点N22之间，并且开关SW3被置为断开状态。因此，执行根据充入电容器C101-C104内的电荷来输出(放电)电能的放电操作。
如上所述，通过把m个(此构造例子中m＝4)电容器切换到串联连接状态来执行充电操作而使与存储电路CSC由单个电容器构成的情形相比，构成存储电路CSC的各个电容器的电容值能够降到1/m2(在此构造例子中为1/16)。因此，当从发电部分11输出的电能的电流分量(充电电流)根据所连的电容器数目而降到1/m(＝1/4)或是充电电流被置为恒量时，充电时间能够降到1/m(＝1/4)。另一方面，通过把电容器C101-C104切换到并联连接状态而执行放电操作以及把电能作为供给电能通过上述电压转换部分输出到设备上，能够把构成存储电路CSC的电容器的电容值增大为各个所连的电容器C101-C104的电容值的总和，从而改进负载驱动能力。
<外形>
现在将参照附图描述可适用于本发明电源系统的外形。
图28A-28F是表示可适用于本发明电源系统的外形的具体例子的视图，以及图29A-29C是表示应用于本发明电源系统的外形以及这些形状与通用化学电池的外形之间的对应关系的视图。
在具有上述结构的电源系统中，分别例如如图28A-28F所示，其中发电部分10被作为模块构成(下文将把它称作为“发电模块”)以及把燃料包20通过I/F部分30与发电模块10结合或是以上构件整体地形成一个外形和尺寸以便具有与被大量用作为符合JIS或国际标准的通用化学电池的圆形电池41，42和43中的任何一个相同或是与有着特定外形(非圆形电池)的符合这些电池的标准的电池44，45和46中的任何一个相同的外形及尺寸。而且，用这样的方式来形成此外形，即发电模块10所生成的电能能够通过图28A-28F所例举的各个电池形状的正(+)和负(-)电极端子而输出。
顺便提一下，安装在本发明电源系统上的发电模块10的各个结构能够实现为毫米级或微米级的微芯片或通过应用现有的微电机生产技术来构成为一微设备。此外，通过把能够实现高的能量利用效率的燃料电池或类似物用作为发电模块10的发电部分11能够把用于实现与现有化学电池相等(或以上)的电池容量所需的发电燃料的数量抑制到一个相对小的值。而且，可以极好地实现与现有干电池在外形和大小以及电特性上兼容的电源系统。
这里，特别地，例如，在正电极端子被布置在发电模块10的顶部同时负电极端子被布置在燃料包20一侧以及该燃料包20与发电模块10相结合的状态中，应用了这样的结构，该结构中例如，分别通过接线或类似物，燃料电池主体110(见图4)的燃料电极111电连接到负电极端子以及空气电极112电连接到正电极端子。顺便提一下，在向其加有除了上述燃料电池外的发电装置的发电部分中，该结构中各个发电器的输出端子电连接到正电极端子和负电极端子。
这里，特别地，圆形电池41，42和43主要地大量用作为商业可利用的锰干电池，碱性电池，镍镉电池，锂电池或类似物，并具有，例如，许多设备所支持的圆柱型(圆柱型图28A)，使用在手表或其它物中的纽扣型(图28B)，以及使用在照相机，电子数据手册或类似物中的硬币型(图28C)。
另一方面，非圆形电池44，45和46特别地具有根据被使用的设备，例如，一小型相机，一数字静态相机或类似物(图28D)的形状或类似物而单独设计(定制)的专门形状类型的外形，支持降低一便携声学设备或类似物(图28E)的大小和重量的角型，具有支持降低厚度，增加笔记本大小的个人计算机，移动电话或类似物(图28F)的容量或充电控制功能以及其它的一个电极结构的扁平型。
在本发明的电源系统中，能够极好地实现图28A-28F所示的现有电池形状。例如，如图29A-29B所例举的，有可能提供这样的结构，即外部尺寸(例如，长度La或直径Da)在当燃料包20与发电模块10结合时或当它们被整体地构成时变得基本上与图29C所示的这一通用化学电池47的外形(例如，长度Lp或直径Dp)相同。
顺便提一下，图29A-29C仅仅概念性地示出了本发明电源系统的可装上及可卸下结构(结合关系)与外观形状之间的关系，具体的电极结构以及其它不被考虑。将联系稍后描述的实施例详细描述当把各个电池形状应用于本发明电源系统时发电模块10与燃料包20的可装上及可卸下结构与电极结构之间的关系。
此外，28A-28F以及图29A-29C中所例举的外形中的任何一个仅仅是商业上可用的符合日本标准的，或可加到一设备上及销售的或者是所出售的化学电池的一个例子。仅仅示出了本发明所能应用到的部分构造例子。也就是，可以采用除了上述具体例子外的可适用于本发明电源系统的外形。例如，这些外形与世界范围内经销或出售的化学电池或是在将来投入实际使用的化学电池的形状匹配，更不用说能够设计这些外形以便匹配电特性。
现在将参照附图给出关于当把上述各个电池形状应用于本发明电源系统时发电模块10与燃料包20的可装上及可卸下结构与电极结构之间的关系的详细说明。
(可装上及可卸下结构的第一实施例)图30A-30D是示意地表示当从上方，前方，横断以及后向看时本发明的可装上及可卸下结构的第一实施例的电源系统的燃料包外形的视图。图31A-31C是表示在本实施例的电源系统中的发电模块10与燃料包20的可装上及可卸下结构的视图。如图30A-30D以及图30E-30H所示，本实施例的电源系统被构成为包括其中在预定条件下充入发电燃料的一燃料包51(对应于燃料包20)；以及起到发电模块10与I/F部分30的作用的一支持器部分52，燃料包可卸下地置于其中。这里，当燃料包51为其中充有燃料FL的透明的可降解聚合容器并且其未被使用时，容器的外围用外壳53覆盖以保护免受降解因素如细菌。而且，当装上燃料包51时，如稍后所描述的，从燃料包51片状剥落外壳53就能够足够了。另外，由于燃料包51是透明的容器并且其上刻有指数51c，如稍后将描述的，因此有可能确定透明的燃料剩余量。
支持器部分52被构成为一般地包括一发电部分52a，其中容纳了具有与前述实施例中结构相同的发电模块10X与I/F部分30并且设有一正电极端子EL(+)；一相对部分52b，向其设置一负电极端子EL(-)；以及一连接部分52c，其电连接发电部分52a与相对部分52b以及电连接发电部分52a与负电极端子EL(-)。由发电部分52a、相对部分52b以及连接部分52c所包围的穿孔空间SP1在当燃料包51被连结时变成一容纳位置。支持器部分52包括一凸起部分52d，其使弹簧或类似物的弹性围绕相对部分52b的接触部分并在中央有一孔(见图66A)；以及一副产品收集通路52e用于连接凸起部分52d上的孔与发电模块10的副产品供给通路17a。由于把指数52h刻在支持器部分52上代替燃料包51的指数51c，因此有可能确定透明的燃料剩余量。此时，当连接部分52c不透明时能够容易地目视确定指数52h。
在具有这一结构的电源系统中，如图31A所示，使得向其提供燃料包51的燃料供给阀24A(参见稍后所述的图34)的燃料馈送口(一端侧)51a与支持器部分52接触并把该接点确定为支持点，燃料包51的另一端侧被旋转(swiveled)，藉此，相对于由发电部分52a、相对部分52b以及连接部分52c所构成的空间SP1插入(图中箭头P2)已经把外壳53从其上除掉的燃料包51。结果，如图31B所示，使得燃料包51的底部(另一端侧)51b与相对部分52b接触以及把燃料包51容纳到空间SP1内。此时，能够是燃料馈送通路的燃料馈送管道52f(参见稍后所述的图34)推下其状态由弹簧来固定的燃料供给阀24A，燃料包51的泄漏阻止功能因此而被释放。而且，利用毛细管52g内以及燃料馈送管道52f的表面张力，充入燃料包51内的发电燃料FL被自动地运送和供给发电模块10X。
顺便提一下，如图31C所示，该容器的整个外部可以用外壳54来覆盖和密封，外壳54保护具有与支持器部分52结合的燃料包51的未使用电源系统的外部免受降解因素如细菌，并且该电源系统可以以这种状态分发到市场上。在这一情形中，当作为用于设备或类似物的电源利用时，外壳54被片状剥落，然后连上该电源。此外，在把利用燃料包51的发电燃料与构成大气的成分(氧气或类似物)反应来生成电能(正如燃料电池或类似物的情况一样)的发电装置用作为加到发电模块上的发电部分的结构中，当电源系统未使用或出现错误操作时，能够通过用该外壳来覆盖用于吸氧的空气孔110a(参见稍后所述的图34)而阻止由不必要的发电所牵涉到的发电燃料的浪费。而且，发电模块的运行状态能够被控制以便在当把该电源系统连到设备上时仅在剥掉外壳54之后才变换到能够执行发电操作的状态。
这里，当燃料包51容纳于空间SP1内并与支持器部分52结合时，把该电源系统构成为具有与上述圆柱形通用化学电池(见图28A和29C)基本相同的外形及尺寸。另外，此时，随着燃料包51被正常地容纳于空间SP1内，最好用适当的力把燃料包51的另一端侧51b压下以使得燃料包51的燃料馈送口51a能够极好地与发电部分52a一侧上的燃料馈送通路接触及连接，以及燃料包51的另一端侧51b利用适当的压力而与相对部分52b的接触部分啮合以便阻止燃料包51意外地从支持器部分52脱落。
特别地，如图31A和31B所示，一接合机构能够应用在其上安排了形成在燃料包51的另一端侧51b上的一副产品取出阀24B以便收集作为副产品的水或类似物的一凹入部分与具有围绕相对部分52b的接触部分的弹簧或类似物的弹性的凹入部分52d之间。此时，当被用凹入部分52d向上推时，副产品取出阀24B从关闭状态变换到打开状态，并与副产品收集通路52e连接。因此，副产品可以被收集和保存在预定收集空间内，通过副产品收集通路52e提供于燃料包51的副产品。
结果，充入燃料包的发电燃料能够提供给发电模块10的发电部分11，并且根据如与整个操作有关的描述中(见图11)所述的电能保持部分12的充电电压的变化，启动电能从启动控制部分15提供给输出控制部分16。然后，在发电部分11内生成预定电能并把该电能充给电能保持部分12，以及作为用于生成反馈电压的电能而提供给启动控制部分15。
另外，当把本实施例的电源系统连到一预定设备DVC时，由发电部分11生成并保持在电能保持部分12内的电能作为用于驱动包含在设备DVC内的控制器CNT的电能而通过提供于支持器主要部分52a的正电极端子EL(+)以及提供于相对部分52b的负电极端子EL(-)输出(初始化操作)。
因此，本发明的电源系统能够实现可被容易地处理的，正如公知通用化学电池的情况一样的完全兼容的电源系统，其具有与通用化学电池相同或相似的外形及尺寸(本例中为圆柱形)，并能够提供具有相同或相似电特性的供给电能。所以，与通用化学电池类似，电能能够作为工作电能而加到一个设备上如现有的便携设备。
具体地，在本实施例的电源系统中，当把装有燃料电池的这一结构用作为发电模块以及把诸如上述可降解塑料的材料用作为被构成为可无限制地连到或从发电部分52a(发电模块10X)卸下的燃料包51时，能够实现高的能量利用效率同时抑制对环境的影响(负担)。因此，有可能极好地解决由于倾倒现有的化学电池或填埋处理或能量利用效率而引发的诸如环境方面的问题。
因此，根据本实施例的电源系统，由于其中容纳有燃料包51的支持器部分52上的空间SP1具有一穿孔形状，所以能够把燃料包51容易地连到支持器部分52上同时夹紧燃料包51的相对侧部分，以及通过从两个打开部分中的另一个压燃料包51而把燃料包51从两个打开部分中的一个推出，从而容易和安全地拆卸燃料包51。
(可装上和可卸下结构的第二实施例)图32A-32C是示意地表示从前方，横断以及后方所看到的本发明的可装上和可卸下结构的第二实施例的电源系统的燃料包外形视图。
图32D-32F是示意地表示从前方，上方，后方及侧面所看到的本发明的可装上和可卸下结构的第二实施例的电源系统的支持器部分的外形视图，以及图33A-33C是表示本实施例电源系统中的发电模块将燃料包的可装上和可卸下结构的视图。
如图32A-32F所示，本实施例的电源系统被构成为包括其中装有在预定条件下充入的发电燃料的一透明燃料包71；以及所构成的使得能够容纳数个燃料包71的一支持器部分62。这里，由于燃料包71具有与第一实施例相同的结构和功能，因此省略其解释。
起到发电模块10和I/F部分30的作用的支持器部分72被构成为一般地包括一发电部分72a，其中容纳有发电模块10X并且给其提供有在同一端表面上的一正电极端子(+)和一负电极端子(-)；一上盖72b，具有在其自身与发电部分72a之间的一个空间SP2；以及一打开/合上的盖子72c，它使燃料包71能够容纳在或从空间SP2中拆卸下，并挤压和固定容纳在空间SP2中的燃料包71。
在具有这一结构的电源系统中，如图33A所示，利用支持器部分72的打开/合上的盖子72c被打开以及空间SP2的一个表面侧被打开，多个(本例中为2个)燃料包71能够在同一方向插入，以及之后打开/合上的盖子72c被合上，如图33B和33C所示。结果，燃料包71容纳在空间SP2中，并且打开/合上的盖子72c推动燃料包71的另一端侧71b，从而使得燃料包71的燃料馈送口71a与发电部分72a侧上的燃料馈送通路(未示出)接触。因此，释放燃料包71的泄漏阻止功能，并且充入燃料包71的发电燃料FL通过该燃料馈送通路而提供给包含在发电部分72a内的发电模块10X。
这里，该电源系统被构成为当燃料包71容纳在空间SP2中并与支持器部分72结合时具有基本上与例如，上述有着特殊形状(参见图28D-28G)的化学电池相同的外形及尺寸。结果，与本实施例类似，有可能实现有着与现有化学电池相同或相等的外形及电特性的完全兼容的便携型电源系统。而且，通过适当地选择加到电源模块的发电设备的结构或是形成可拆卸燃料包的材料，能够显著地抑制对环境的影响，并有可能极好地解决由于倾倒现有的化学电池或填埋处理或能量利用效率而引发的诸如环境方面的问题。
(具体结构例子)现在将参照附图给出关于应用了前述实施例(包含各个结构例子)中任何一个的整个电源系统的一个具体构造例子的说明。
图34是表示本发明的整个电源系统的一具体构造例子的视图。此外，图35A和35B是表示应用于本具体构造例子的燃料重整部分的一个构造例子的视图。这里，确定把燃料重整型燃料电池用作为提供给发电模块的发电部分11。此外，适当地参考前述各个实施例以及各个构造例子，并且相同的参考数字表示相同的结构，从而简化其解释。
如图34所示，本具体构造例子的电源系统1A具有发电模块10和被构成为通过I/F部分30而可装到或从发电模块10卸下的燃料包20，如图2所示，并具有一整体上如图28A或图29C所示的圆柱形外形。而且，利用微电机生产技术或类似技术把这些结构(具体地，发电模块10)构成在一小空间内，并把该电源系统构成为具有与通用化学电池相同的外部尺寸。发电模块10被构成为一般地包括一燃料电池主体(燃料电池)110，其沿着圆柱形状的圆周侧表面延伸；一蒸汽重整反应部分160X，给其形成用于把具有分别不大于500m的深度及宽度的一燃料流动通路以及该流动通路内的一个空间设置为预定温度的加热器；一水成变换反应部分160Y，给其形成用于把具有分别不大于500μm的深度及宽度的一燃料流动通路以及该流动通路内的一个空间设置为预定温度的加热器；一选定氧化反应部分160Z给其形成用于把具有分别不大于500μm的深度及宽度的一流动通路以及该流动通路内的一个空间设置为预定温度的加热器；一控制芯片90，用微芯片实现并容纳于发电模块10内，其上装有一电能保持部分12、一电压转换部分13、一电压监控/控制部分14、一启动控制部分15和类似物；多个从发电模块10的圆柱形侧表面穿入到燃料电池主体110的空气电极112并吸收外部空气的空气孔(缝隙)110a；一分离收集部分17，其液化(冷凝)生成在空气电极112侧上的副产品(水或类似物)，分离和收集它；一副产品供给通路17a，其把一部分收集到的副产品提供给蒸汽重整反应部分160X及水成变换反应部分160Y；以及一排出孔110b，其从该圆柱体的顶部表面穿入燃料电池主体110的空气电极112并把副产品(二氧化碳或类似物)排出到发电模块的外部作为至少在燃料电池主体110的燃料电极111侧或蒸汽重整反应部分160X及选定氧化反应部分160Z上生成的不被收集物质。除了燃料电池主体110外的其它部件设置在柱形发电模块10内部。
与图48所示结构类似，燃料包20(51，71)被构成为一般地至少包括一个空间，其中填充将要提供给发电部分11的发电燃料FL；用于固定地保存一副产品(水)的一个空间；一燃料供给阀24A(燃料泄漏阻止装置)，其与发电模块10连接并阻止发电燃料FL泄漏。这里，燃料包20由可降解塑料如上面所提到的构成。
当具有这一结构的燃料包20通过I/F部分30与发电模块10结合时，提供于发电模块10一侧的燃料馈送管52f压下其状态用弹簧来固定的燃料供给阀24A，以及释放燃料包51的泄漏阻止功能。而且，利用表面张力把装入燃料包51的发电燃料FL通过燃料馈送管52f自动地运送给发电模块10(燃料控制部分16b)。另外，当把燃料包20从发电模块10和I/F部分30拆卸下来时，用弹簧的回弹力再次把燃料供给阀24A合上以使得能够阻止发电燃料FL的泄漏。
I/F部分30被构成为包括一燃料馈送通路(燃料馈送管52f)，用于把装入燃料包20的发电燃料FL提供给发电部分11；以及一副产品收集通路52e，用于把在发电部分11内生成的以及收集到的全部或一部分副产品提供给燃料包20。
顺便提一下，尽管未示出，但是燃料包20或I/F部分30可以具有其中设置了用于检测装入燃料包20的发电燃料FL的残留量的残留量检测装置或用于稳定发电燃料的装入状态的燃料稳定装置的一种结构，如图49和60所示。
这里，蒸汽重整反应部分160X及水成变换反应部分160Y把在燃料电池主体110内生成并通过副产品供给通路17a供给的水或是与发电燃料FL一起装入燃料包51的水用作为反应所需的水。而且，由蒸汽重整反应部分160X和水成变换反应部分160Y以及选定氧化反应部分160Z中的各个反应所产生的少量二氧化碳通过排出孔110b排到发电模块10的外部。
应用于本具体构造例子的电源系统的蒸汽重整反应部分160X被，例如如图35A所示，构成为包括一燃料排出部分162a；一水排出部分162b；一混合部分163c；一重整反应流动通路164；一氢气排气部分165；这些构件中的每一个被提供以便利用微制造技术如半导体制造技术而在例如，硅的一小的衬底161的一个表面侧上具有预定的凹槽形状和预定的扁平表面图案。蒸汽重整反应部分160X还包括一薄膜加热器166，它是对应于其中形成重整反应流动通路164，并把它设置在，例如，小衬底161的其它表面侧上的一个区域的区域。
燃料排出部分162a以及水排出部分162b具有一流体排出机用于根据预定单位数量把能够是蒸汽重整反应中的原料的发电燃料以及水作为液体微粒排入流动通路。因此，由于用例如化学式(3)表示的蒸汽重整反应的进展阶段根据燃料排出部分162a和水排出部分162b中的发电燃料或水的排出量(特别地，来自稍后描述的薄膜加热器206的热量也紧密地与此相关)而受到控制，燃料排出部分162a和水排出部分162b具有用作为用于上述输出控制部分16(燃料控制部分16b)的一部分调整功能的结构。
燃料汽化部分163a和水汽化部分163b是在汽化条件如各个发电燃料及水的沸点下被加热的加热器，执行汽化处理以及通过使发电燃料或水经受加热处理或减压处理来汽化从燃料排出部分162a以及水排出部分162b排出的发电燃料或水，从而产生从燃料气体以及的蒸汽获得的混合气体。
薄膜加热器166把在混合部分163c内产生的混合气体导入重整反应流动通路164，引起基于铜-锡(Cu-Zn)基础催化剂(未示出)的和从薄膜加热器166提供到重整反应通路164的预定热能的蒸汽重整反应，如化学式(3)中所示的蒸汽重整反应，该铜-锡(Cu-Zn)基础催化剂粘附在重整反应通路164的内壁表面上，该热能根据重整反应通路164在其上形成的面积来提供到重整反应通路164，从而产生氢气(H2O)(蒸汽重整反应处理)。
氢气排气部分165散发在重整反应流动通路164内产生的氢气并容纳一氧化碳及类似物，通过在选定氧化反应部分160Z以及水成变换反应部分160Y中的水成变换反应处理和选定氧化反应处理来消除一氧化碳(CO)，以及此后把得到的气体提供给构成发电部分11的燃料电池主体110的燃料电极111。结果，在发电部分11内产生一系列基于化学式(6)和(7)的电化学反应，从而生成预定的电能。
在具有这一结构的电源系统中，例如，当根据上述整个操作(初始化操作、启动操作、稳定操作以及停止操作)通过I/F部分把燃料包20与发电模块10结合时，由燃料供给阀24A(燃料泄漏阻止装置)起作用的泄漏阻止功能被释放，并且装入燃料包20的发电燃料(例如，甲醇)FL通过燃料馈送管52f而提供给构成输出控制部分16的燃料控制部分16b，从而转变能够向发电部分11供给燃料的初始状态。
此外，例如，当该电源系统的用户操作以启动电压监控/控制部分14时，操作控制信号SC1和SC2输出到启动控制部分15和电能保持部分12，并且启动电能从启动控制部分15提供给输出控制部分16。该启动电能被用于控制在构成输出控制部分16以及加热提供给燃料重整部分16a(具体地，蒸汽重整反应部分160X)的薄膜加热器166的燃料控制部分16b内的整个发电燃料FL的供给以便把预定数量的发电燃料FL和水排到蒸汽重整反应部分160X的重整反应流动通路164。
结果，通过用上述化学式(1)-(3)表示的蒸汽重整反应，水成变换反应以及选定氧化反应而产生氢气(H2)和二氧化碳(CO2)。氢气(H2)提供给构成发电部分11发电电池主体110的燃料电极111，从而产生预定电能。该电能作为充电电能而提供给电能保持部分12以及用于在启动控制部分15内产生反馈电压的电能。此时，用蒸汽重整反应、水成变换反应以及选定氧化反应在输出控制部分16(燃料重整部分16a)内生成的二氧化碳(CO2)通过设置在例如发电模块10的顶部表面上的排出孔110而散发到发电模块10(电源系统)的外部。
在发电部分11内的发电操作期间产生的副产品(气体，如蒸汽)在分离收集部分17内被冷却并液化。因此，该副产品被分离成水和其它如任何气体成分，并且通过副产品供给通路17a只把水收集起来并部分地供给燃料重整部分16a(具体地，蒸汽重整反应部分160X和水成变换反应部分160Y)。此外，任何其它的水通过副产品收集通路52e而不可逆转地保存在燃料包20内的一收集空间中。
因此根据与本具体构造例子相关的电源系统，与被驱动负载(设备DVC)的驱动状态无关的一定电能能够自主地连续地输出而无需接受来自该电源系统外部的燃料再补给，发电操作能够用高的能量转换效率来实现同时实现与通用化学电池相同的电特性并容易处理。而且，有可能实现便携型电源系统，该系统对环境施加很少的负担，至少在假设把燃料包20丢弃到自然界中或经受相同的填埋处理的情况下。
在本具体构造例子中，已经给出关于把在发电部分11内产生或收集的一部分副产品(水)提供给燃料重整部分16a并重复使用的情形的说明，另一方面，与发电燃料(甲醇或类似物)一起装入燃料包20的水可以被利用以及在有着其中不收集和重复使用副产品的结构的电源系统内的蒸汽重整部分16a中执行蒸汽重整反应。
因此假设利用所装入的事先混合了水的发电燃料来执行发电操作，如图35B所示，作为构成燃料重整部分16a的蒸汽重整反应部分160X的一种结构，有可能应用其中形成有仅由在小的衬底161的一个表面侧上的燃料排出部分162，燃料汽化部分163，重整反应流动通路164以及氢气排放部分165组成的一个单独的流动通路的一种结构。
如上所述，本发明的电源系统通过任意地把构件组合在上述各个构造例子，各个实施例中的发电模块以及各个实施例中的接上/卸下结构中而得到。在某些情形中，有可能应用其中多个发电装置如构成发电部分的燃料电池并联的结构或是其中多种类型的发电装置并联设置的结构。由于发电部分的操作状态以及电能保持部分的充电状态被控制以便用有着上述结构的简单信号控制来连续不断地输出固定的电能而不考虑设备(负载)的驱动状态，因此能够抑制发电燃料的浪费，以及改进能源利用率。而且，该电源系统能够广泛地用在便携设备如移动电话或其中把可拆卸的通用电池用作为电源的个人数字助理(PDA)，笔记本型的个人计算机，数字视频摄像机，数字静态相机以及其它设备之中。
此外，尽管上述各个具体构造例子已经描述了通过把其中燃料包与发电模块结合的整个电源系统的外形或尺寸设置为与通用化学电池的外形或尺寸相同来实现兼容的情形，但是本发明并不限于此。其中至少本发明的电源系统能够从发电模块卸下或加到发电模块上的结构就足够了。例如，本发明可以具有这样的结构，即发电模块被整体地加到或包含在设备内。根据包含了该发电模块的这一设备，有可能实现这样的使用，即具有装入其中的发电燃料的燃料包在每当发电燃料用完时就被卸下或更换，以及能够实现与加上或卸下现有化学电池并保证工作电源的公知设备相同的使用。另外，在此情形中，由于一普通设备在多数情况下装有了由，例如，用于时钟功能或存储器备份的一个蓄电池组成的初步电源，所以有可能构成该电源系统以便从该初步电源中取出必需的电能，即使例如，设置在如关于上述第二或第三实施例中所述的发电模块内的这一电容器必须利用一外部电源来充电。
权利要求
1.一种产生供给电能的电源系统，包括一燃料装入部分，其中装入发电燃料；发电装置，用于利用发电燃料来产生发电电能；输出控制装置，用于运行或停止发电装置；以及启动控制装置，把用于运行输出控制装置的启动电能提供给输出控制装置。
2.根据权利要求1所述的电源系统，其中启动控制装置在启动发电装置的时候与发电装置的运行无关地把电能提供给输出控制装置作为启动电能，以及在启动发电装置之后把基于由发电装置所产生的发电电能的电能提供给输出控制部分作为启动电能。
3.根据权利要求1所述的电源系统，其中启动控制装置包括切换装置，用于在启动发电装置的时候以及在启动发电装置之后把启动电能的供给通路切换到输出控制装置。
4.根据权利要求1所述的电源系统，其中启动控制装置包括一启动电源部分，其与发电装置的运行无关地保持预定的电能，并在启动发电装置的时候把电能从启动电源部分提供给输出控制装置作为启动电能。
5.根据权利要求4所述的电源系统，其中启动电源部分包括一原电池。
6.根据权利要求4所述的电源系统，其中启动电源部分包括由在发电装置的启动运行之前从该电源系统的外部供给的电能充入及保持的电能。
7.根据权利要求1所述的电源系统，其中启动控制装置包括一辅助电能保持部分，其充有由发电装置所产生的一部分发电电能，以及在启动发电装置之后把该辅助电能保持部分的充电电能提供给输出控制装置作为启动电能。
8.根据权利要求1所述的电源系统，其中发电装置包括一燃料电池，其通过使用由燃料装入部分供给的发电燃料的电化学反应来产生发电电能。
9.根据权利要求8所述的电源系统，其中该燃料电池是包括一重整发电燃料并提取一特定成分的燃料重整装置的燃料重整型燃料电池，并提供向其供给该特定成分的一燃料电极，以及向其供给空气中的氧的一空气电极。
10.根据权利要求1所述的电源系统，其中燃料装入部分是可卸下地构成的。
11.根据权利要求1所述的电源系统，其中该电源系统被模块化并以这样的方式构成，即该电源系统的物理外形具有与各种通用化学电池之一相同的形状和尺寸。
12.根据权利要求11所述的电源系统，其中该电源系统具有双电极端子结构。
13.一种被连到权利要求1所述的电源系统并包括用从该电源系统供给的供给电能来运行的一负载的电子设备。
14.根据权利要求13所述的电子设备，其中该电源系统内除了燃料装入部分外的部分相对于该电子设备整体地构成。
15.根据权利要求13所述的电子设备，其中该电源系统被模块化并至少该燃料装入部分相对于该电子设备可卸下地构成。
16.一种产生供给电能的电源系统，至少包括一燃料装入部分，其中装入发电燃料；发电装置，用于利用发电燃料来产生发电电能；电能保持装置，用于基于发电装置所产生的发电电能来保持电荷；以及系统控制装置，用于根据被保持电能中的变化来控制发电装置的运行或停止以及电能保持装置的充电或停止。
17.根据权利要求16所述的电源系统，其中该发电装置包括一燃料电池，其通过利用燃料装入部分所供给的发电燃料的电化学反应来产生发电电能。
18.根据权利要求17所述的电源系统，其中该燃料电池是包括一重整发电燃料并提取一特定成分的燃料重整装置的燃料重整型燃料电池，并提供向其供给该特定成分的一燃料电极，以及向其供给空气中的氧的一空气电极。
19.根据权利要求16所述的电源系统，其中该电能保持装置是用一个或多个电容元件构成。
20.根据权利要求16所述的电源系统，其中该电能保持装置具有这样的结构，即多个电容元件以预定的关系相连。
21.根据权利要求16所述的电源系统，进一步包括供给电能产生装置，用于根据保持在电能保持装置内的被保持电能来产生供给电能。
22.根据权利要求21所述的电源系统，其中该供给电能产生装置包括电压转换装置，用于从保持装置内的被保持电能中产生具有预定电压的供给电能。
23.根据权利要求16所述的电源系统，其中燃料装入部分是可卸下地构成的。
24.根据权利要求16所述的电源系统，其中该系统控制装置至少包括输出控制装置，用于通过控制向发电装置的发电燃料的供给或切断来运行或停止该发电装置；一电压监控/控制部分，其输出监控电能保持装置内的被保持电能的电压分量和根据该电压分量中的变化而控制发电装置的启动及停止的第一控制信号，以及控制关于该电能保持装置的充电或停止的第二控制信号；以及启动控制装置，用于根据来自电压监控/控制部分的至少第一控制信号控制来控制用于运行输出控制装置的启动电能的供给以及来控制发电装置的运行状态。
25.根据权利要求24所述的电源系统，其中该电压监控/控制部分至少输出用于当电能保持装置内的被保持电能的电压已经达到一预定上限值时控制发电装置停止的第一控制信号，以及用于当电能保持装置内的被保持电能的电压已经达到或变成低于一预定下限值时控制发电装置启动的第一控制信号。
26.根据权利要求24所述的电源系统，其中当启动发电装置时，该启动控制装置向输出控制装置供给电能保持装置内的一部分被保持电能，作为启动电能。
27.根据权利要求16所述的电源系统，其中该发电装置被模块化并且，该发电装置的物理外形具有与各种通用化学电池之一相同的形状及尺寸。
28.根据权利要求27所述的电源系统，其中该电源系统具有双电极端子结构。
29.一种连到权利要求16所述电源系统并包括用供给电能来运行的一负载的电子设备。
30.根据权利要求29所述的电子设备，其中该电源系统内除了燃料装入部分外的部分相对于该电子设备整体地构成。
31.根据权利要求29所述的电子设备，其中该电源系统被模块化并至少该燃料装入部分相对于该电子设备可卸下地构成。
全文摘要
一种利用发电燃料来产生供给电能的电源系统。该系统包括一燃料装入部分，其中装入发电燃料，一发电器，用于利用发电燃料来产生发电电能，一输出控制器，用于运行或停止该发电器，以及一启动控制装置，把用于运行该输出控制器的启动电能提供给该输出控制器。
文档编号H01M8/04GK1455977SQ02800092
公开日2003年11月12日 申请日期2002年1月11日 优先权日2001年1月15日
发明者盐谷雅治, 赤尾英俊 申请人:卡西欧计算机株式会社