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技術 電子機器の消費電力制御方法、燃料電池の最大出力電力予測方法、および電子機器システム

出願人 NECパーソナルコンピュータ株式会社
発明者 竹本剛北口隆久常田善隆川合俊道中沢利明
出願日 2005年9月21日 (14年9ヶ月経過) 出願番号 2005-273600
公開日 2007年4月5日 (13年3ヶ月経過) 公開番号 2007-087702
状態 特許登録済
技術分野 燃料電池(本体) 燃料電池(システム)
主要キーワード 常温環境 電子機器システム 電力予測 PEFC 複数直列 電力特性 DMFC 最大出力電力
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課題

燃料電池最大出力電力に応じて電子機器消費電力を制御する。

解決手段

燃料電池システム10では、電力予測部17は、燃料電池12にて最大出力電力を発生する時の最大電力発生電圧を予め導出する。電子機器20への電力供給が開始されると、電力予測部17は、まず、電流測定部13と電圧測定部14のそれぞれで測定された出力電流出力電圧を用いて、燃料電池12の現時点電流−電圧特性を導出する。次に、電力予測部17は、燃料電池12の現時点の電流−電圧特性を基にして出力電圧を最大電力発生電圧とした時の出力電流を導出する。その後、電力予測部17は、導出された出力電流と最大電力発生電圧とを乗算することにより、燃料電池12の現時点の最大出力電力の予測値を導出し、電子機器20へ通知する。電子機器20では、制御部24が、燃料電池12の現時点の最大出力電力の予測値に応じて電子機器20の消費電力を制御する。

概要

背景

近年、ノート型パーソナルコンピュータ、PDA(Personal Digital Assistant)、携帯電話機などの携帯型の電子機器電源として、高出力で携帯性に優れた小型の燃料電池が新たな電源として期待されている。燃料電池は、燃料化学反応させることで電力を発生するものである。代表的な燃料電池としては、水素を燃料とするPEFC(Poly-mar Electrolyte Fuel Cell)や、メタノール溶液を燃料とするDMFC(Direct Methanol Fuel Cell)などが挙げられる。

燃料電池は、電子機器の消費電力分の電力を電子機器に対して供給する。その際、電子機器の消費電力が燃料電池にて出力可能最大出力電力を超えていれば、燃料電池を含む燃料電池システムは、その旨をアラームで電子機器に通知する(特許文献1参照)。

燃料電池システムからアラームによる通知を受けると、電子機器は、液晶画面輝度下げるなどして電子機器の消費電力を下げる。これによって電子機器の消費電力が燃料電池の最大出力電力の範囲内に収まると、燃料電池システムはアラームを解除する。

また、電子機器は、消費電力を下げてからタイマ等で時間を計測し、一定時間経過後に消費電力を元に戻す。ただし、電子機器の消費電力が燃料電池の最大出力電力を超えていれば、燃料電池システムはアラームを再度出力し、以降、上述した動作を繰り返す。
特開2004−213959号公報

概要

燃料電池の最大出力電力に応じて電子機器の消費電力を制御する。燃料電池システム10では、電力予測部17は、燃料電池12にて最大出力電力を発生する時の最大電力発生電圧を予め導出する。電子機器20への電力供給が開始されると、電力予測部17は、まず、電流測定部13と電圧測定部14のそれぞれで測定された出力電流出力電圧を用いて、燃料電池12の現時点電流−電圧特性を導出する。次に、電力予測部17は、燃料電池12の現時点の電流−電圧特性を基にして出力電圧を最大電力発生電圧とした時の出力電流を導出する。その後、電力予測部17は、導出された出力電流と最大電力発生電圧とを乗算することにより、燃料電池12の現時点の最大出力電力の予測値を導出し、電子機器20へ通知する。電子機器20では、制御部24が、燃料電池12の現時点の最大出力電力の予測値に応じて電子機器20の消費電力を制御する。

目的

そこで、本発明の目的は、燃料電池の現時点の最大出力電力に応じて電子機器の消費電力を制御することができる消費電力制御方法、燃料電池の最大出力電力予測方法、および電子機器システムを提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

電子機器と、前記電子機器に電力供給を行う燃料電池を含む燃料電池システムとによる電子機器の消費電力制御方法であって、前記燃料電池システムが、電力供給時の前記燃料電池の出力電流出力電圧を測定するステップと、前記燃料電池システムが、電力供給時に測定された前記燃料電池の出力電流と出力電圧に基づいて前記燃料電池の現時点最大出力電力予測値導出し、導出した予測値を前記電子機器に通知するステップと、前記電子機器が、前記燃料電池システムから通知された前記燃料電池の現時点の最大出力電力の予測値に基づいて前記電子機器の消費電力を制御するステップとを有することを特徴とする消費電力制御方法。

請求項2

請求項1に記載の消費電力制御方法において、前記燃料電池システムが、前記燃料電池にて最大出力電力を発生する時の出力電圧である最大電力発生電圧を予め導出するステップと、前記燃料電池システムが、電力供給時に測定された前記燃料電池の出力電流と出力電圧に基づいて前記燃料電池の現時点の電流−電圧特性を導出するステップとをさらに有し、前記燃料電池の現時点の最大出力電力の予測値を導出するステップでは、前記燃料電池システムが、前記燃料電池の現時点の電流−電圧特性から前記最大電力発生電圧となる出力電流を導出し、導出した出力電流と前記最大電力発生電圧とを乗算することで最大出力電力の予測値を導出することを特徴とする消費電力制御方法。

請求項3

請求項2に記載の消費電力制御方法において、前記燃料電池システムが、前記燃料電池の電流−電圧特性を近似した直線において出力電流が0となる時の出力電圧を電圧切片として予め導出するステップをさらに有し、前記燃料電池の現時点の電流−電圧特性を導出するステップでは、前記燃料電池システムが、電力供給時に測定された前記燃料電池の出力電流と出力電圧の関係をプロットした点と前記電圧切片となる点とを直線で結ぶことで前記燃料電池の現時点の電流−電圧特性を導出することを特徴とする消費電力制御方法。

請求項4

請求項2に記載の消費電力制御方法において、前記燃料電池の現時点の電流−電圧特性を導出するステップでは、前記燃料電池システムが、電力供給時に測定された前記燃料電池の出力電流と出力電圧の関係をプロットした第1の測定点と、電力供給時に前記第1の測定点が測定されてから一定時間経過後に測定された前記燃料電池の出力電流と出力電圧の関係をプロットした第2の測定点とを直線で結ぶことで電流−電圧特性を導出することを特徴とする消費電力制御方法。

請求項5

請求項1に記載の消費電力制御方法において、前記燃料電池システムが、前記燃料電池にて最大出力電力を発生する時の出力電圧である最大電力発生電圧を予め導出するステップと、前記燃料電池システムが、前記燃料電池の電流−電圧特性を近似した直線において出力電流が0となる時の出力電圧を電圧切片として予め導出するステップとをさらに有し、前記燃料電池の現時点の最大出力電力の予測値を導出するステップでは、前記燃料電池システムが、電力供給時に測定された出力電流と出力電圧、前記最大電力発生電圧、および前記電圧切片を、所定のテーブルに代入することで最大出力電力の予測値を導出することを特徴とする消費電力制御方法。

請求項6

請求項2から5のいずれか1項に記載の消費電力制御方法において、前記燃料電池の最大電力発生電圧を予め導出するステップでは、前記燃料電池システムが、前記燃料電池に予め定められている仕様に基づいて前記最大電力発生電圧を導出することを特徴とする消費電力制御方法。

請求項7

燃料電池の最大出力電力を予測する最大出力電力予測方法であって、電力供給時の前記燃料電池の出力電流と出力電圧を測定するステップと、電力供給時に測定された前記燃料電池の出力電流と出力電圧に基づいて前記燃料電池の現時点の最大出力電力の予測値を導出するステップとを有することを特徴とする最大出力電力予測方法。

請求項8

電子機器と、前記電子機器に電力供給を行う燃料電池を含む燃料電池システムとを有する電子機器システムにおいて、前記燃料電池システムは、電力供給時の前記燃料電池の出力電流を測定する電流測定部と、電力供給時の前記燃料電池の出力電圧を測定する電圧測定部と、電力供給時に前記電流測定部と前記電圧測定部のそれぞれにて測定された出力電流と出力電圧に基づいて前記燃料電池の現時点の最大出力電力の予測値を導出し、導出した予測値を前記電子機器に通知する電力予測部とをさらに含むことを特徴とする電子機器システム。

請求項9

請求項8に記載の電子機器システムにおいて、前記電力予測部は、前記燃料電池にて最大出力電力を発生する時の出力電圧である最大電力発生電圧を予め導出しておくこととし、前記燃料電池の現時点の最大出力電力の予測値を導出するに際しては、電力供給時に前記電流測定部と前記電圧測定部のそれぞれにて測定された出力電流と出力電圧に基づいて前記燃料電池の現時点の電流−電圧特性を導出し、導出した電流−電圧特性から前記最大電力発生電圧となる出力電流を導出し、導出した出力電流と前記最大電力発生電圧とを乗算することで最大出力電力の予測値を導出することを特徴とする電子機器システム。

請求項10

請求項9に記載の電子機器システムにおいて、前記電力予測部は、前記燃料電池の電流−電圧特性を近似した直線において出力電流が0となる時の出力電圧を電圧切片として予め導出しておくこととし、前記燃料電池の現時点の電流−電圧特性を導出するに際しては、電力供給時に前記電流測定部と前記電圧測定部のそれぞれにて測定された出力電流と出力電圧の関係をプロットした点と前記電圧切片となる点とを直線で結ぶことで電流−電圧特性を導出することを特徴とする電子機器システム。

請求項11

請求項9に記載の電子機器システムにおいて、前記電力予測部は、前記燃料電池の現時点の電流−電圧特性を導出するに際しては、電力供給時に前記電流測定部と前記電圧測定部のそれぞれにて測定された出力電流と出力電圧の関係をプロットした第1の測定点と、電力供給時に前記第1の測定点が測定されてから一定時間経過後に前記電流測定部と前記電圧測定部のそれぞれにて測定された出力電流と出力電圧の関係をプロットした第2の測定点とを直線で結ぶことで電流−電圧特性を導出することを特徴とする電子機器システム。

請求項12

請求項8に記載の電子機器システムにおいて、前記電力予測部は、前記燃料電池にて最大出力電力を発生する時の出力電圧である最大電力発生電圧を予め導出するとともに、前記燃料電池の電流−電圧特性を近似した直線において出力電流が0となる時の出力電圧を電圧切片として予め導出しておくこととし、前記燃料電池の現時点の最大出力電力の予測値を導出するに際しては、電力供給時に前記電流測定部と前記電圧測定部のそれぞれにて測定された出力電流と出力電圧、前記最大電力発生電圧、および前記電圧切片を、所定のテーブルに代入することで最大出力電力の予測値を導出することを特徴とする電子機器システム。

請求項13

請求項9から12のいずれか1項に記載の電子機器システムにおいて、前記電力予測部は、前記最大電力発生電圧を予め導出するに際しては、前記燃料電池に予め定められている仕様に基づいて前記最大電力発生電圧を導出することを特徴とする電子機器システム。

請求項14

請求項8から13のいずれか1項に記載の電子機器システムにおいて、前記電子機器は、前記燃料電池システムから通知された前記燃料電池の現時点の最大出力電力の予測値に基づいて、前記電子機器の消費電力を制御する制御部を含むことを特徴とする電子機器システム。

技術分野

0001

本発明は、燃料電池から電力供給を受ける電子機器消費電力制御方法、燃料電池の最大出力電力予測方法、および電子機器システムに関する。

背景技術

0002

近年、ノート型パーソナルコンピュータ、PDA(Personal Digital Assistant)、携帯電話機などの携帯型の電子機器の電源として、高出力で携帯性に優れた小型の燃料電池が新たな電源として期待されている。燃料電池は、燃料化学反応させることで電力を発生するものである。代表的な燃料電池としては、水素を燃料とするPEFC(Poly-mar Electrolyte Fuel Cell)や、メタノール溶液を燃料とするDMFC(Direct Methanol Fuel Cell)などが挙げられる。

0003

燃料電池は、電子機器の消費電力分の電力を電子機器に対して供給する。その際、電子機器の消費電力が燃料電池にて出力可能な最大出力電力を超えていれば、燃料電池を含む燃料電池システムは、その旨をアラームで電子機器に通知する(特許文献1参照)。

0004

燃料電池システムからアラームによる通知を受けると、電子機器は、液晶画面輝度下げるなどして電子機器の消費電力を下げる。これによって電子機器の消費電力が燃料電池の最大出力電力の範囲内に収まると、燃料電池システムはアラームを解除する。

0005

また、電子機器は、消費電力を下げてからタイマ等で時間を計測し、一定時間経過後に消費電力を元に戻す。ただし、電子機器の消費電力が燃料電池の最大出力電力を超えていれば、燃料電池システムはアラームを再度出力し、以降、上述した動作を繰り返す。
特開2004−213959号公報

発明が解決しようとする課題

0006

ところで、燃料電池の最大出力電力は、燃料電池の使用温度燃料濃度劣化度等の使用状況に応じて変動する。そのため、電子機器が消費電力を下げた後に、燃料電池の最大出力電力が上昇している場合もある。

0007

しかしながら、上述した従来技術においては、電子機器の消費電力が燃料電池の最大出力電力を超えた場合でも、電子機器は、その旨を燃料電池システムからアラームで通知されるだけである。また、電子機器は、現時点の燃料電池の出力電力を把握することはできるものの、その出力電力が最大出力電力であるかはわからない。

0008

このように、電子機器は、消費電力を下げた後に燃料電池の最大出力電力が上昇しているか否かを判断することができないが、それにも関わらず、一定時間経過後には自動的に消費電力を元に戻す制御を行っていた。

0009

そのため、燃料電池の最大出力電力が上昇していないにも関わらず、電子機器が消費電力を元に戻す場合があり、このような場合には、アラームが再度出力されたり、液晶画面が明るくなった後にまた暗くなったりするなど、ユーザに混乱を与えるおそれがあった。

0010

そこで、本発明の目的は、燃料電池の現時点の最大出力電力に応じて電子機器の消費電力を制御することができる消費電力制御方法、燃料電池の最大出力電力予測方法、および電子機器システムを提供することにある。

課題を解決するための手段

0011

上記目的を達成するために本発明の電子機器の消費電力制御方法は、
電子機器と、前記電子機器に電力供給を行う燃料電池を含む燃料電池システムとによる電子機器の消費電力制御方法であって、
前記燃料電池システムが、電力供給時の前記燃料電池の出力電流出力電圧を測定するステップと、
前記燃料電池システムが、電力供給時に測定された前記燃料電池の出力電流と出力電圧に基づいて前記燃料電池の現時点の最大出力電力の予測値導出し、導出した予測値を前記電子機器に通知するステップと、
前記電子機器が、前記燃料電池システムから通知された前記燃料電池の現時点の最大出力電力の予測値に基づいて前記電子機器の消費電力を制御するステップとを有することを特徴とする。

0012

ここで、燃料電池の電力供給時の出力電流と出力電圧は、使用温度、燃料濃度、劣化度等の使用状況に応じて変動する。よって、燃料電池の電力供給時の出力電流と出力電圧には、現時点の使用状況が反映されていると考えられる。そのため、燃料電池の電力供給時の出力電流と出力電圧に基づき導出された最大出力電力の予測値も、現時点の使用状況が反映されている。したがって、上記で導出された燃料電池の最大出力電力の予測値は、現時点の使用状況で予測した最大出力電力と同視することができる。

0013

このように、燃料電池システムは、燃料電池の使用状況を反映した最大出力電力の予測値を導出することができるため、電子機器は、燃料電池の最大出力電力の予測値に応じて、電子機器の消費電力を制御することが可能になる。

0014

なお、前記燃料電池システムが、前記燃料電池にて最大出力電力を発生する時の出力電圧である最大電力発生電圧を予め導出するステップと、
前記燃料電池システムが、電力供給時に測定された前記燃料電池の出力電流と出力電圧に基づいて前記燃料電池の現時点の電流−電圧特性を導出するステップとをさらに有し、
前記燃料電池の現時点の最大出力電力の予測値を導出するステップでは、前記燃料電池システムが、前記燃料電池の現時点の電流−電圧特性から前記最大電力発生電圧となる出力電流を導出し、導出した出力電流と前記最大電力発生電圧とを乗算することで最大出力電力の予測値を導出することとしても良い。

0015

また、前記燃料電池システムが、前記燃料電池の電流−電圧特性を近似した直線において出力電流が0となる時の出力電圧を電圧切片として予め導出するステップをさらに有し、
前記燃料電池の現時点の電流−電圧特性を導出するステップでは、前記燃料電池システムが、電力供給時に測定された前記燃料電池の出力電流と出力電圧の関係をプロットした点と前記電圧切片となる点とを直線で結ぶことで前記燃料電池の現時点の電流−電圧特性を導出することとしても良い。

0016

また、前記燃料電池の現時点の電流−電圧特性を導出するステップでは、前記燃料電池システムが、電力供給時に測定された前記燃料電池の出力電流と出力電圧の関係をプロットした第1の測定点と、電力供給時に前記第1の測定点が測定されてから一定時間経過後に測定された前記燃料電池の出力電流と出力電圧の関係をプロットした第2の測定点とを直線で結ぶことで電流−電圧特性を導出することとしても良い。

0017

また、前記燃料電池システムが、前記燃料電池にて最大出力電力を発生する時の出力電圧である最大電力発生電圧を予め導出するステップと、
前記燃料電池システムが、前記燃料電池の電流−電圧特性を近似した直線において出力電流が0となる時の出力電圧を電圧切片として予め導出するステップとをさらに有し、
前記燃料電池の現時点の最大出力電力の予測値を導出するステップでは、前記燃料電池システムが、電力供給時に測定された出力電流と出力電圧、前記最大電力発生電圧、および前記電圧切片を、所定のテーブルに代入することで最大出力電力の予測値を導出することとしても良い。

0018

また、前記燃料電池の最大電力発生電圧を予め導出するステップでは、前記燃料電池システムが、前記燃料電池に予め定められている仕様に基づいて前記最大電力発生電圧を導出することとしても良い。

発明の効果

0019

以上説明したように本発明によれば、燃料電池システムにおいて、電力供給時の燃料電池の出力電流と出力電圧に基づいて燃料電池の現時点の最大出力電力の予測値を導出し、電子機器において、燃料電池の現時点の最大出力電力の予測値に基づいて電子機器の消費電力を制御することとしている。

0020

ここで、電力供給時の燃料電池の出力電流と出力電圧には、現時点の使用状況が反映されているため、電力供給時の燃料電池の出力電流と出力電圧に基づき導出された最大出力電力の予測値も、現時点の使用状況が反映されている。

0021

したがって、電子機器が、燃料電池の使用状況を反映した最大出力電力の予測値に応じて、電子機器の消費電力を制御することができるという効果が得られる。

発明を実施するための最良の形態

0022

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

0023

図1を参照すると、本実施形態の電子機器システムは、燃料電池システム10と電子機器20から構成されている。燃料電池システム10は、MEA(Membrane Electrode Assembly)11を含む燃料電池12、電流測定部13、電圧測定部14、記憶部15、タイマ16、および電力予測部17を含んでいる。また、電子機器20は、記憶部21、入力部22、表示部23、および制御部24を含んでいる。

0024

なお、燃料電池システム10には、燃料電池12の電力供給を補助するとともに燃料電池12により充電される二次電池も設けられているが、二次電池は図1からは省略されている。また、電子機器20に対しては、この他にACアダプタによる電力供給も行われるが、ACアダプタも図1からは省略されている。

0025

燃料電池12は、MEA11の内部で燃料を化学反応させることで発生した電力を電子機器20に供給するPEFCやDMFCなどである。

0026

MEA11は、電解質膜の両側をアノード燃料極)とカソード空気極)とで挟んだ構成となっており、アノード側から燃料が供給され、カソード側から空気(酸素)が供給される。例えば、燃料電池12がメタノール溶液を燃料とするDMFCであれば、アノード側では、メタノール水分子とが反応してCO2とH+が生成され、カソード側では、アノードから移動してきたH+と酸素とが反応して水が生成される。このとき、アノード側からカソード側に電流が流れることで電気エネルギー(電力)が発生する。

0027

なお、図1では、燃料電池12内にMEA11が1つだけ図示されているが、実際にはn(nは自然数)個のMEA11が直列に接続されているものとする。

0028

電流測定部13は、電子機器20への電力供給時の燃料電池12の出力電流を測定する。また、電圧測定部14は、電子機器20への電力供給時の燃料電池12の出力電圧を測定する。

0029

記憶部15は、燃料電池システム10を動作させるためのプログラム、燃料電池12の仕様、後述のテーブル等の記憶を行うものである。また、タイマ16は、時間を計測するものである。

0030

電力予測部17は、燃料電池12の現時点の最大出力電力の予測値を導出し、導出した予測値を電子機器20に通知する。

0031

電子機器20は、ノート型のパーソナルコンピュータ、PDA、携帯電話機などの携帯型の電子機器であり、燃料電池12による電力供給を受けて動作を行う。

0032

記憶部21は、電子機器20を動作させるためのプログラムの記憶や、アプリケーションを実行するための一時記憶を行うもので、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、ハードディスクフロッピーディスクなどである。

0033

入力部22は、データ入力を行うためのもので、マウスキーボードタッチペンなどである。

0034

表示部23は、液晶表示デバイスLED(Light Emitting Diode)表示デバイスなどである。

0035

制御部24は、燃料電池システム10の電力予測部17から通知された燃料電池12の現時点の最大出力電力の予測値に基づいて電子機器20の消費電力を制御するもので、CPUなどである。

0036

ここで、燃料電池12の最大出力電力を予測する原理について説明する。

0037

燃料電池12は、予め仕様が定められている。燃料電池12の仕様は、燃料電池システム10の製造者等により製造時に定められるか、または、燃料電池システム10の使用者等により使用開始時に定められ、記憶部15に記憶される。

0038

燃料電池12の仕様の項目としては、出力電流と出力電圧との関係を示す電流−電圧特性、出力電流と出力電力との関係を示す電流−電力特性、および最大出力電力などが挙げられる。燃料電池12の仕様として定められている電流−電圧特性および電流−電力特性は、一定条件下で測定された特性を示すものである。一定条件とは、常温環境において、初期状態劣化していない燃料電池12を、適正濃度の燃料を供給することで起動させ、起動してから一定時間経過後に測定するといった条件である。

0039

燃料電池12の仕様として定められている電流−電圧特性および電流−電力特性の一例を図2に示す。図2の例では、燃料電池12の出力電力が実際に最大となるのは、出力電圧が0.25Vの時である。そのため、燃料電池12の仕様として定める最大出力電力は、出力電圧が0.25Vの時の実際の最大出力電力とすることができる。

0040

しかし、燃料電池12の出力電力が最大出力電力を超えた場合には、燃料電池12にダメージを与える等の弊害が生じるおそれがある。そこで、燃料電池12の実際の最大出力電力よりもΔWだけ小さな出力電力を、仕様として定める最大出力電力とするのが好ましい。以下の説明では、燃料電池12の実際の最大出力電力よりもΔWだけ小さな出力電力を仕様として定めたと仮定する。例えば、燃料電池12の最大出力電力の仕様を25Wとし、MEA11が20個直列に接続されている場合、燃料電池12の出力電圧が0.3Vである時の各MEA11の出力電流、すなわち燃料電池12の出力電流は、25W/0.3V/20個=4.16Aとなる。

0041

燃料電池12の最大出力電力は、上述したように、燃料電池12の使用温度、燃料濃度、劣化度等の使用状況に応じて変動する。しかし、燃料電池12が最大出力電力を発生する時の出力電圧である最大電力発生電圧は固定値となる。すなわち、燃料電池12の使用温度、燃料濃度、劣化度等の使用状況が変動したとしても、燃料電池12の出力電力は、出力電圧を最大電力発生電圧とした時が最大となる。

0042

そこで、電力予測部17は、燃料電池12の仕様として定められている電流−電圧特性、電流−電力特性、および最大出力電力に基づいて、上記の最大電力発生電圧を予め導出し、記憶部15に記憶させておく。図2の例では、出力電圧0.3Vが最大電力発生電圧として導出される。

0043

また、燃料電池12の電流−電圧特性は直線で近似することができる。この直線は、図2の例では、出力電流を0Aとした時の出力電圧である電圧切片は0.5Vである。この電圧切片も、上記の最大電力発生電圧と同様に、燃料電池12の使用温度、燃料濃度、劣化度等の使用状況によっても変動せず、固定値となる。

0044

そこで、電力予測部17は、燃料電池12の仕様として定められている電流−電圧特性を直線で近似し、その直線における電圧切片を予め導出し、導出した電圧切片を記憶部15に記憶させておく。図2の例では、電圧切片0.5Vが導出される。

0045

このように、電力予測部17は、燃料電池12の最大電力発生電圧と電圧切片を予め導出しておく。そして、電力予測部17は、燃料電池12による電子機器20への電力供給が開始された時点で、燃料電池12の最大出力電力の予測を開始する。

0046

ここで、燃料電池12の出力電流と出力電圧、すなわち電流−電圧特性は、使用温度、燃料濃度、劣化度等の使用状況に応じて、仕様として定められている電流−電圧特性から変動する。このように電流−電圧特性が変動することから、これに伴い燃料電池12の最大出力電力も変動する。電流−電圧特性が変動する具体的要因としては、燃料電池12の使用温度が低温である、燃料電池12が起動直後である、燃料電池12に供給される燃料の濃度が低下している、燃料電池12の劣化が進んでいる等が考えられる。

0047

そこで、電力予測部17は、まず、電流測定部13と電圧測定部14のそれぞれで測定された出力電流と出力電圧を用いて、燃料電池12の現時点の電流−電圧特性を導出する。ここで導出された電流−電圧特性を、図3点線で示す。なお、図3実線は、燃料電池12の仕様として定められている電流−電圧特性である。

0048

例えば、電力予測部17は、燃料電池12の現時点の電流−電圧特性を導出する場合、まず、燃料電池12の電流−電圧特性を近似した時の電圧切片0.5Vを記憶部15から読み出す。次に、電力予測部17は、電力供給時に電流測定部13と電圧測定部14のそれぞれにて測定された出力電流と出力電圧の関係を座標上にプロットする。その後、電力予測部17は、プロットした点と電圧切片となる点(0A,0.5V)とを直線で結ぶことにより現時点の電流−電圧特性を導出する。この電流−電圧特性は、出力電流をX、出力電圧をYとすると、数式Y=aX+0.5で表される。

0049

あるいは、電力予測部17は、電力供給時に電流測定部13と電圧測定部14のそれぞれにて測定された出力電流と出力電圧の関係を第1の測定点として座標上にプロットする。次に、電力予測部17は、第1の測定点が測定されてから一定時間経過したのをタイマ16により確認した後で電流測定部13と電圧測定部14のそれぞれにて測定された出力電流と出力電圧の関係を第2の測定点として座標上にプロットする。その後、電力予測部17は、第1の測定点と第2の測定点とを直線で結ぶことにより現時点の電流−電圧特性を導出する。この電流−電圧特性も、電圧切片が固定値(ここでは、0.5V)であるため、上記と同様の数式Y=aX+0.5で表されることになる。

0050

電力予測部17は、燃料電池12の現時点の電流−電圧特性を導出すると、続いて、燃料電池12の最大電力発生電圧0.3Vを記憶部15から読み出し、現時点の電流−電圧特性を表す数式Y=aX+0.5を用いて、出力電圧0.3Vである時の燃料電池12の出力電流を導出する。

0051

電力予測部17は、現時点の電流−電圧特性から出力電流を導出すると、導出した出力電流と最大電力発生電圧0.3Vとを乗算することにより、燃料電池12の現時点の最大出力電力の予測値を導出する。このとき、現時点の電流−電力特性を導出すると、図3の点線のようになる。なお、図3の実線は、燃料電池12の仕様として定められている電流−電力特性である。

0052

このように、電力予測部17が予測した燃料電池12の最大出力電力は、現時点の電流−電力特性における最大出力電力と略一致する。なお、完全一致しないのは、燃料電池12の最大電力発生電圧0.3Vが、燃料電池12の実際の最大出力電力から導出したものではないためである。

0053

または、電力予測部17は、燃料電池12の現時点の電流−電圧特性を導出せずに、燃料電池12の最大出力電力の予測値を直接導出することもできる。この場合、例えば、電力供給時の燃料電池12の出力電流と出力電圧、燃料電池12の最大電力発生電圧、電圧切片等を代入すれば、燃料電池12の最大出力電力が自動的に導出されるようなテーブルを、記憶部15に予め記憶させておく。電力予測部17は、電力供給時に記憶部15から上記のテーブルを読み出し、このテーブルに電流測定部13と電圧測定部14のそれぞれにて測定された出力電流と出力電圧、予め導出しておいた燃料電池12の最大電力発生電圧、電圧切片等を代入することにより、最大出力電力の予測値を導出する。

0054

以下、本実施形態の電子機器システムによる電子機器20の消費電力制御方法について、図4フローチャートを参照して説明する。

0055

図4を参照すると、電力予測部17は、燃料電池12の仕様として定められ、記憶部15に予め記憶されている電流−電圧特性、電流−電力特性、および最大出力電力に基づいて、最大電力発生電圧を予め導出し、記憶部15に記憶させる。さらに、電力予測部17は、電流−電圧特性を近似した直線における電圧切片を導出し、記憶部15に記憶させる(ステップ401)。

0056

具体的には、電力予測部17は、燃料電池12の最大電力発生電圧の導出に際しては、まず、最大出力電力を発生する時の出力電流を電流−電力特性から導出し、その出力電流となる時の出力電圧を電流−電圧特性から導出し、その出力電圧を最大電力発生電圧とする。以下では、図2および図3の例のように、最大電力発生電圧として0.3Vを、電圧切片として0.5Vを導出したものとして説明する。

0057

以降、燃料電池12による電子機器20への電力供給が開始された時点で、電力予測部17による燃料電池12の最大出力電力の予測処理が開始される。

0058

燃料電池12による電子機器20への電力供給が開始されると、電流測定部13と電圧測定部14は、それぞれ出力電流と出力電圧を測定し、その測定値を記憶部15に一時記憶させる(ステップ402)。

0059

次に、電力予測部17は、記憶部15に一時記憶された出力電流と出力電圧の測定値を読み出し、読み出した出力電流と出力電圧の測定値を用いて、燃料電池12の現時点の最大出力電力の予測値を導出する(ステップ403)。

0060

具体的には、電力予測部17は、燃料電池12の現時点の最大出力電力の予測値の導出方法として、次のような第1〜第3の方法を用いることができる。

0061

(第1の方法)
電力予測部17は、まず、記憶部15に記憶された電圧切片0.5Vの情報および最大電力発生電圧0.3Vの情報を読み出す。次に、電力予測部17は、電力供給時に測定された出力電流と出力電圧の関係を座標上にプロットし、プロットした点と電圧切片0.5Vとなる点(0A,0.5V)とを直線で結ぶことで、燃料電池12の現時点の電流−電圧特性を導出する。次に、電力予測部17は、現時点の電流−電圧特性を基にして最大電力発生電圧0.3Vとした時の燃料電池12の出力電流を導出する。その後、電力予測部17は、導出された出力電流と最大電力発生電圧0.3Vとを乗算することにより、燃料電池12の現時点の最大出力電力の予測値を導出する。

0062

(第2の方法)
電力予測部17は、まず、記憶部15に記憶された最大電力発生電圧0.3Vの情報を読み出す。次に、電力予測部17は、電力供給時に測定された出力電流と出力電圧の関係を第1の測定点として座標上にプロットしてから、一定時間経過後に測定された出力電流と出力電圧の関係を第2の測定点として座標上にプロットし、第1の測定点と第2の測定点とを直線で結ぶことで電流−電圧特性を導出する。次に、電力予測部17は、現時点の電流−電圧特性を基にして最大電力発生電圧0.3Vとした時の燃料電池12の出力電流を導出する。その後、電力予測部17は、導出された出力電流と最大電力発生電圧0.3Vとを乗算することにより、燃料電池12の現時点の最大出力電力の予測値を導出する。

0063

(第3の方法)
電力予測部17は、まず、記憶部15に記憶されたテーブル、電圧切片0.5Vの情報、および最大電力発生電圧0.3Vの情報を読み出す。このテーブルは、上述したように、電力供給時の燃料電池12の出力電流と出力電圧、燃料電池12の最大電力発生電圧、電圧切片等を代入すれば、燃料電池12の最大出力電力が自動的に導出されるようなテーブルである。その後、電力予測部17は、電力供給時に測定された出力電流と出力電圧、電圧切片0.5V、および最大電力発生電圧0.3Vを、上記のテーブルに代入することにより、燃料電池12の現時点の最大出力電力の予測値を導出する。

0064

なお、上述した第1〜第3の方法を用いて導出された燃料電池12の現時点の最大出力電力の予測値は、電力予測部17から電子機器20へ通知される(ステップ404)。

0065

その後、電子機器20の制御部24は、電力予測部17から通知された燃料電池12の現時点の最大出力電力の予測値に基づいて、電子機器20の消費電力の制御を行う(ステップ405)。

0066

具体的には、制御部24は、燃料電池12の最大出力電力が不足している場合は、制御部24の処理速度を遅くしたり、表示部23の輝度を下げたりするなどして、燃料電池12の現時点の最大出力電力の予測値の範囲内に収まるように、電子機器20の消費電力を制限する制御を行う。また、制御部24は、消費電力を制限する制御を行っている場合において、燃料電池12の最大出力電力が上昇していれば消費電力の制限を解除し、最大出力電力が上昇していなければ消費電力を制限する制御を継続する。

0067

上述したように本実施形態においては、燃料電池システム10において、電力供給時の燃料電池12の出力電流と出力電圧の測定値に基づいて燃料電池12の現時点の最大出力電力の予測値を導出し、電子機器20において、燃料電池12の現時点の最大出力電力の予測値に基づいて電子機器20の消費電力を制御する構成となっている。

0068

ここで、燃料電池12の出力電流と出力電圧は、使用温度、燃料濃度、劣化度等の使用状況に応じて変動する。よって、燃料電池12の電力供給時の出力電流と出力電圧には、現時点の使用状況が反映されていると考えられる。そのため、燃料電池12の電力供給時の出力電流と出力電圧に基づき導出された最大出力電力の予測値も、現時点の使用状況が反映されている。

0069

このように、燃料電池システム10は、燃料電池12の使用状況を反映した最大出力電力の予測値を導出することができるため、電子機器20は、燃料電池12の最大出力電力の予測値に応じて、電子機器20の消費電力を制御することが可能になる。

0070

なお、本実施形態においては、燃料電池12内にn個のMEA11が直列接続されているものとして説明したが、MEA11が複数直列に接続されたMEAユニットが複数設けられる場合もある。その場合、電流測定部13と電圧測定部14が、MEAユニットごとに出力電流と出力電圧を測定し、電力予測部17が、MEAユニットごとに最大出力電力の予測値を上記と同様に導出し、その予測値のうち最大出力電力が最小となる予測値を燃料電池12の最大出力電力の予測値とすれば良い。

図面の簡単な説明

0071

本発明の一実施形態の電子機器システムの構成を示すブロック図である。
燃料電池の仕様として定められている電流−電圧特性、電流−電力特性、および最大出力電力を説明する図である。
燃料電池の現時点の電流−電圧特性、電流−電力特性、および最大出力電力を導出する方法を説明する図である。
図1に示した電子機器システムによる電子機器の消費電力制御方法を説明するフローチャートである。

符号の説明

0072

10燃料電池システム
11MEA
12燃料電池
13電流測定部
14電圧測定部
15 記憶部
16タイマ
17電力予測部
20電子機器
21 記憶部
22 入力部
23 表示部
24 制御部

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