JP2005235784A - 電子機器システムおよび動作制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】燃料電池ユニットに内蔵された燃料電池や2次電池の状態に基づく動作制御を実行する電子機器システムを提供する。
【解決手段】この発明の電子機器システムは、電子機器とこの電子機器に着脱自在な燃料電池ユニットとからなり、燃料電池ユニットは、化学反応により発電可能なDMFCと繰り返し充放電可能な2次電池とを内蔵している。そして、燃料電池ユニットは、その内蔵するDMFCと2次電池の状態をステート情報として電子機器に通知する機能をもち、一方、電子機器は、この燃料電池ユニットから通知されたステート状態に基づき、当該電子機器を動作制御する機能をもつ。
【選択図】 図1
【解決手段】この発明の電子機器システムは、電子機器とこの電子機器に着脱自在な燃料電池ユニットとからなり、燃料電池ユニットは、化学反応により発電可能なDMFCと繰り返し充放電可能な2次電池とを内蔵している。そして、燃料電池ユニットは、その内蔵するDMFCと2次電池の状態をステート情報として電子機器に通知する機能をもち、一方、電子機器は、この燃料電池ユニットから通知されたステート状態に基づき、当該電子機器を動作制御する機能をもつ。
【選択図】 図1
Description
この発明は、例えばダイレクト・メタノール方式の燃料電池を電源として動作可能な電子機器システムの動作制御技術に関する。
近年、例えばPDA(Personal Digital Assistant)などと称される携帯情報端末やデジタルカメラなど、バッテリにより駆動可能な携帯型の電子機器が種々開発され、広く普及している。
また、最近、環境問題が大きな注目を集めており、環境に配慮したバッテリ開発も盛んに行われている。そして、この種のバッテリとして、ダイレクト・メタノール型燃料電池(以下、DMFC:Direct Methanol Fuel Cell)が良く知られている。
このDMFCは、燃料として与えられるメタノールと酸素を反応させ、その化学反応により電気エネルギーを得るものであり、多孔性金属または炭素からなる2つの電極が電解質をはさんだ構造をもつ(例えば、非特許文献1参照)。そして、このDMFCは、有害な廃棄物を発生させないため、その実用化が強く求められている。
池田宏之助著「燃料電池のすべて」株式会社日本実業出版社、2001年8月20日、p216−217
池田宏之助著「燃料電池のすべて」株式会社日本実業出版社、2001年8月20日、p216−217
ところで、このDMFCで体積あたりの出力電力量を上げるためには、ポンプ等の補助機構(補機)が必要となる。しかしながら、DMFCの発電量はセルスタック内の温度に依存するため、この補機が燃料および空気(酸素)をセルスタックに送り込むべく稼働した後であっても、セルスタック内が一定温度に達するまでは負荷を接続することはできない。つまり、DMFCを電源として動作する電子機器システムでは、単にDMFCの運転有無を認識するだけでなく、その運転状況を考慮した制御が必要である。
また、DMFCでは、燃料を格納する燃料タンクをカートリッジ化するのが一般的であるため、この燃料タンクの装着有無や燃料の残量を考慮した制御も必要となる。
さらに、DMFCの補機を起動する際の電力確保や負荷ピーク対応のために例えばリチウム電池などの2次電池を併設する場合には、この2次電池の状態も考慮した制御も必要となる。
この発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、燃料電池や2次電池の状態に基づく動作制御を実行可能な電子機器システムおよび動作制御方法を提供することを目的とする。
前述した目的を達成するために、この発明の電子機器システムは、化学反応により発電可能な燃料電池と、前記燃料電池の動作状態情報を出力する出力部とを有する電池ユニットと、前記電池ユニットで発電された電力に基づいて動作可能であり、前記出力部から出力された前記動作状態情報に基づき前記燃料電池の動作状態を通知可能な通知手段とを具備することを特徴とする。
また、この発明の動作制御方法は、化学反応により発電可能な燃料電池を内蔵する電池ユニットと、この電池ユニットから供給される電力により動作可能な電子機器との間での動作制御方法であって、前記電池ユニットは前記燃料電池の動作状態情報を前記電子機器へ送信し、前記電子機器は前記電池ユニットから受信した前記動作状態情報に応じて、前記燃料電池の動作状態を前記電子機器が具備する通知手段を介して通知することを特徴とする。
この発明によれば、燃料電池や2次電池の状態に基づく動作制御を実行可能な電子機器システムおよび動作制御方法を提供することができる。
以下、図面を参照してこの発明の実施形態を説明する。
図1は、この発明の実施形態に係る電子機器システムの外観を示す図である。
図1に示すように、この実施形態の電子機器システムは、電子機器1と、この電子機器1に着脱自在な燃料電池ユニット2とで構成される。電子機器1は、内側面にLCD(Liquid Crystal Display)を配したフタ部がヒンジ機構により開閉自在に本体部に取り付けられたノート型のパーソナルコンピュータであり、燃料電池ユニット2から供給される電力により動作可能である。また、この電子機器1の本体部正面、つまりフタ部が閉じた状態でも露出するほぼ垂直面には、図示しない2つのLED(Light Emitting Diode)が設けられている。
また、燃料電池ユニット2は、化学反応により発電可能なDMFCと、繰り返し充放電可能な2次電池とを内蔵している。図2は、この燃料電池ユニット2の概略構成を示す図である。
図2に示すように、燃料電池ユニット2は、マイコン21、DMFC22、2次電池23、充電回路24および供給制御回路25を有している。
マイコン21は、この燃料電池ユニット2全体を動作制御するものであり、電子機器1との間で信号を送受信する通信機能を有する。DMFC22は、カートリッジ式の燃料タンク221を着脱できるようになっており、この燃料タンク221に格納されたメタノールと空気(酸素)とを化学反応させた際に発電される電力を出力する。この化学反応は、セルスタックなどと称される反応部で行われるが、このセルスタックにメタノールと空気とを効率的に送り込むために、このDMFC22は、ポンプなどの補助機構を備えている。また、このDMFC22は、燃料タンク221の装着有無、燃料タンク221内のメタノールの残量、補助機構の稼働状況および現在の出力電力量をマイコン21に通知する機構を有する。
2次電池23は、DMFC22から出力される電力を充電回路24経由で蓄積し、マイコン21からの指示に応じて、この蓄積した電力を出力する。また、この2次電池23は、その放電特性などを示す基本情報を保持するEEPROM231を備えている。このEEPROM231は、マイコン21からアクセスすることができ、また、2次電池23は、現在の出力電圧値および出力電流値をマイコン21に通知する機構を有する。そして、マイコン21は、EEPROM231から読み出した基本情報と2次電池から通知される出力電圧値および出力電流値とから2次電池23のバッテリ残量を算出する。なお、ここでは、この2次電池23は、リチウム電池(LIB)であるものと想定する。
充電回路24は、DMFC22から出力される電力を用いて2次電池23を充電するための回路であり、その充電有無はマイコン21によって制御される。そして、供給制御回路25は、DMFC22および2次電池23の電力を状況に応じて外部出力するための回路である。
一方、図3は、電子機器1の概略構成を示す図である。
図3に示すように、電子機器1は、CPU11、主メモリ12、HDD13、ディスプレイコントローラ14、キーボードコントローラ15および電源コントローラ16がシステムバスに接続される。
CPU11は、この電子機器1全体の動作制御を司るものであり、主メモリ12に格納された各種プログラムを実行する。RAM12は、この電子機器1の主記憶となるメモリデバイスであり、CPU11によって実行される各種プログラムとこれらのプログラムに用いられる各種データとを格納する。一方、HDD13は、この電子機器1の外部記憶となるメモリデバイスであり、RAM12の補助装置として各種プログラムや各種データを大量に格納する。
ディスプレイコントローラ14は、この電子機器1におけるユーザインタフェースのアウトプット側を担うものであり、CPU11が作成した画像データをLCD141に表示制御する。一方、キーボードコントローラ15は、この電子機器1におけるユーザインタフェースのインプット側を担うものであり、キーボード151やポインティングデバイス152の操作を数値化し、内蔵するレジスタを介してCPU11に引き渡す。
電源コントローラ16は、この電子機器1内の各部に対する電力供給を制御するものであり、燃料電池ユニット2からの電力供給を受ける受電機能と、燃料電池ユニット2との間で信号を送受信する通信機能とを有する。この電源コントローラ16との間で信号を送受信する燃料電池ユニット2側の相手は、図2に示したマイコン21である。そして、この燃料電池ユニット2のマイコン21と電子機器1の電源コントローラ16とが通信を行うことにより、燃料電池ユニット2に内蔵されるDMFC22および2次電池23の状態をステート情報として電子機器1に通知し、これにより、この通知された状態に基づく動作制御を電子機器1で実行可能とした点が、この電子機器システムの特徴であり、以下、この点について詳述する。なお、前述した電子機器1の本体部正面に設けられる2つのLEDとは、DMFC22の状態を通知するためのLED161と、2次電池23の状態を通知するためのLED162であり、これらは、この電源コントローラ16によって表示制御される。
図4および図5は、この電子機器システムの燃料電池ユニット2と電子機器1との間で送信されるステート情報の一例を示す図であり、図4には、DMFC22の状態に関するステート情報、図5には、2次電池23の状態に関するステート情報がそれぞれ示されている。
図4に示すように、燃料電池ユニット2のマイコン21は、DMFC22の状態に関するステート情報として、燃料タンク221の状態とDMFC22の動作状態との2種類の状態を通知する。
まず、マイコン21は、燃料タンク221の状態をステート情報として通知するために、燃料タンク221の装着有無と装着された燃料タンク221の燃料残量とを監視する。そして、この監視結果に応じて、次のようなステート情報を電子機器1の電源コントローラ16に通知する。
(A1)NORMAL:燃料タンク221が装着されており、かつ、その燃料残量が充分である。
(A2)LOW:燃料タンク221は装着されているが、燃料残量が残りわずかである。
(A3)CRITICAL:燃料タンク221は装着されているが、燃料タンク221内の燃料残量はなくなっており、DMFC22のセルスタック内にのみ燃料が残存している。
(A4)EMPTY:燃料タンク221は装着されているが、燃料タンク221内の燃料残量はなくなっており、かつ、DMFC22のセルスタック内にも燃料がない。
(A5)なし_CRITICAL:DMFC22のセルスタック内には燃料が残存しているが、燃料タンク221が未装着である(DMFC22の運転中に燃料タンク221が抜き取られた状態)。
(A6)なし_EMPTY:燃料タンク221が未装着である(DMFC22は停止中の状態)。
(A7)異常状態:燃料タンク221に何らかの異常がある。
また、マイコン21は、DMFC22の動作状態として、次のようなステート情報を電子機器1の電源コントローラ16に通知する。
(B1)運転OFF:DMFC22は停止中(補助機構が停止状態)。
(B2)WARMUP:補助機構は稼働しているが、DMFC22の定格出力は保証できていない(DMFC22が運転を開始した直後の状態)。 (B3)運転ON:DMFC22は正常運転中(補助機構が稼働状態)。
(B4)異常状態:DMFC22に何らかの異常がある。
さらに、図5に示すように、マイコン21は、2次電池23の状態に関するステート情報として、次のようなステート情報を電子機器1の電源コントローラ16に通知する。
(C1)過放電1:過放電が検出されて電力出力が遮断された。
(C2)過放電2:2次電池23がローバッテリ状態
(C3)LOWBAT:電子機器1のシステム動作に必要なバッテリ残量を保証できない。
(C3)LOWBAT:電子機器1のシステム動作に必要なバッテリ残量を保証できない。
(C4)NORMAL:電子機器1のシステム動作に必要なバッテリ残量を保証できる(満充電状態以外)。
(C5)FULLBAT:電子機器1のシステム動作に必要なバッテリ残量を保証でき、かつ、満充電状態。
(C6)過電圧:過電圧が検出されて充電が禁止された。
(C7)異常状態:充電電流異常または無負荷時の放電電流異常。
以上のような各種ステート情報が、燃料電池ユニット2のマイコン21から電子機器1の電源コントローラ16に通知されることにより、電子機器1は、DMFC22特有の性質を考慮した動作制御が可能となる。より具体的には、例えばDMFC22の運転開始と同時にシステムを起動するのではなく、DMFC22が定格出力を保証できる状態になるまで待機した後にシステムを起動する等といったことが可能となる。
また、図6は、電源コントローラ16が、燃料電池ユニット2のマイコン21から通知されるステート情報に基づいて実行するLED161,162の駆動制御を示す図である。
まず、電源コントローラ16は、DMFC22の状態を通知するためのLED161を、例えば次のように駆動制御する。
(A1)消灯:DMFC22が停止中、つまりDMFC22の状態に関するステート情報として「運転OFF」を受けている。
(A2)緑点滅:DMFC22が準備運転中、つまりDMFC22の状態に関するステート情報として「WARMUP」を受けている。
(A3)緑点灯:DMFC22が運転中、つまりDMFC22の状態に関するステート情報として「運転ON」を受けている。
(A4)橙点滅:DMFC22が異常、つまりDMFC22の状態に関するステート情報として「異常状態」を受けている。
また、電源コントローラ16は、2次電池23の状態を通知するためのLED162を、例えば次のように駆動制御する。
(B1)消灯:DMFC22が停止中、2次電池23が異常、または2次電池が充電を禁止されている、つまりDMFC22の状態に関するステート情報として「運転OFF」を受けているか、もしくは、2次電池23の状態に関するステート情報として「異常状態」または「過電圧」を受けている。
(B2)橙点滅:消灯以外の条件であって、2次電池23が過放電検出により電力出力を遮断されている、2次電池23がローバッテリ状態、または2次電池が電子機器1のシステム動作に必要なバッテリ残量を保証できない、つまり2次電池23の状態に関するステート情報として「過放電1」、「過放電2」または「LOWBAT」を受けている。
(B3)橙フラッシュ:消灯以外の条件であって、2次電池23が過放電検出により電力出力を遮断されている、または2次電池23がローバッテリ状態であり、かつ、DMFC22の起動操作が行われた、つまり2次電池23の状態に関するステート情報として「過放電1」または「過放電2」を受け、かつ、DMFC22の状態に関するステート情報として「異常状態」を受けている。
(B4)橙点灯:消灯以外の条件であって、2次電池23が電子機器1のシステム動作に必要なバッテリ残量を保証できる(満充電状態以外)、つまり2次電池23の状態に関するステート情報として「NORMAL」を受けている。
(B5)緑点灯:消灯以外の条件であって、2次電池23が電子機器1のシステム動作に必要なバッテリ残量を保証でき、かつ、満充電状態、つまり2次電池23の状態に関するステート情報として「FULLBAT」を受けている。
以上のように、LED161,162を駆動制御することにより、燃料電池ユニット2に内蔵されたDMFC22および2次電池23の状態を利用者に適宜に通知することができる。
図7は、この実施形態の電子機器システムの電源制御に関する動作手順を示すフローチャートである。
燃料電池ユニット2のマイコン21は、DMFC22および2次電池23の状態を監視し(ステップA1)、その状態が変化しているかどうかを調べる(ステップA2)。そして、変化していれば(ステップA2のYES)、現在のDMFC22および2次電池23の状態を示すステート情報を電子機器1の電源コントローラ16に通知する(ステップA3)。
一方、電源コントローラ16は、燃料電池ユニット2のマイコン21からのステート情報の通知を待機し(ステップB1)、何らかのステート情報を受信した場合(ステップB1のYES)、まず、そのステート情報を解析する(ステップB2)。そして、その解析結果に基づき、電子機器1の動作制御を実行する(ステップB3)。
このように、この実施形態の電子機器システムは、燃料電池ユニット2のマイコン21と電子機器1の電源コントローラ16とが通信を行うことにより、燃料電池ユニット2に内蔵されるDMFC22および2次電池23の状態をステート情報として電子機器1に通知し、これにより、この通知された状態に基づく動作制御を電子機器1で実行可能となる。
なお、前述した実施形態では、燃料電池ユニット2がDMFC22と2次電池23との2種類の電池を内蔵する例に説明したが、本願発明は、例えば燃料電池ユニット2がDMFC23のみを内蔵する場合であっても有効である。
つまり、本願発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。更に、前記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示され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され得る。たとえば、実施形態に示され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が解決でき、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され得る。
1…電子機器、2…燃料電池ユニット、11…CPU、12…RAM、13…HDD、14…ディスプレイコントローラ、15…キーボードコントローラ、16…電源コントローラ、21…マイコン、22…DMFC、23…2次電池、24…充電回路、25…供給制御回路、141…LCD、151…キーボード、152…ポインティングデバイス、161,162…LED、221…燃料タンク、231…EEPROM。
Claims (14)
- 化学反応により発電可能な燃料電池と、前記燃料電池の動作状態情報を出力する出力部とを有する電池ユニットと、
前記電池ユニットで発電された電力に基づいて動作可能であり、前記出力部から出力された前記動作状態情報に基づき前記燃料電池の動作状態を通知可能な通知手段と、
を具備することを特徴とする電子機器システム。 - 前記電池ユニットは、着脱自在に設けられ前記燃料電池に供給される燃料を格納する燃料タンクをさらに具備し、
前記出力部は、前記燃料タンクの装着有無を示す情報に基いて決定される前記動作状態情報を出力する手段を含み、
前記通知手段は、前記燃料タンクの装着有無を示す情報に基いて決定され前記出力部から出力された前記動作状態情報に基づき前記燃料電池の動作状態を通知可能な手段を含むことを特徴とする請求項1記載の電子機器システム。 - 前記電池ユニットは、着脱自在に設けられ前記燃料電池に供給される燃料を格納する燃料タンクをさらに具備し、
前記出力部は、前記燃料タンクの装着有無を示す情報および前記燃料タンク内の燃料の残量情報を示す情報に基づいて決定される前記動作状態情報を出力する手段を含み、
前記通知手段は、前記燃料タンクの装着有無を示す情報および前記燃料タンク内の燃料の残量を示す情報に基づいて決定され前記出力部から出力された前記動作状態情報に基づき前記燃料電池の動作状態を通知可能な手段を含むことを特徴とする請求項1記載の電子機器システム。 - 前記電池ユニットは、着脱自在に設けられ前記燃料電池に供給される燃料を格納する燃料タンクをさらに具備し、
前記出力部は、前記燃料タンクの装着有無を示す情報、前記燃料タンク内の燃料の残量情報を示す情報および前記燃料電池内の燃料の残量情報に基づいて決定される前記動作状態情報を出力する手段を含み、
前記通知手段は、前記燃料タンクの装着有無を示す情報および前記燃料タンク内の燃料の残量を示す情報および前記燃料電池内の燃料の残量情報に基づいて決定され前記出力部から出力された前記動作状態情報に基づき前記燃料電池の動作状態を通知可能な手段を含むことを特徴とする請求項1記載の電子機器システム。 - 前記出力部は、前記燃料電池が発電していない状態、前記燃料電池は発電しているが定格出力を保証できない状態、前記燃料電池が発電しており定格出力を保証できる状態および前記燃料電池に異常がある状態のいずれの状態にあるのかを示す情報を含む前記動作状態情報を出力する手段を含み、
前記通知手段は、前記燃料電池が発電していない状態、前記燃料電池が発電しているが定格出力を保証できない状態、前記燃料電池が発電しており定格出力を保証できる状態および前記燃料電池に異常がある状態のいずれの状態にあるのかを示す情報を含み前記出力部から出力された前記動作状態情報に基づき前記燃料電池の動作状態を通知可能な通知手段を含むことを特徴とする請求項1記載の電子機器システム。 - 前記電池ユニットは、
前記燃料電池が発生した電力を充電可能な二次電池をさらに具備し、
前記出力部は、前記二次電池の動作状態情報を出力する手段を含み、
前記電子機器は、前記出力部から出力された前記二次電池の動作状態情報に基づき前記二次電池の動作状態を通知可能な第2の通知手段をさらに具備することを特徴とする請求項1記載の電子機器システム。 - 前記出力部は、前記二次電池のバッテリ残量情報を含む前記二次電池の動作状態情報を出力する手段を含み、
前記第2の通知手段は、前記二次電池のバッテリ残量情報を含み前記出力部から出力された前記二次電池の動作状態情報に基づき前記二次電池の動作状態を通知可能な通知手段を含むことを特徴とする請求項6記載の電子機器システム。 - 化学反応により発電可能な燃料電池を内蔵する電池ユニットと、この電池ユニットから供給される電力により動作可能な電子機器との間での動作制御方法であって、
前記電池ユニットは前記燃料電池の動作状態情報を前記電子機器へ送信し、
前記電子機器は前記電池ユニットから受信した前記動作状態情報に応じて、前記燃料電池の動作状態を前記電子機器が具備する通知手段を介して通知する
ことを特徴とする動作制御方法。 - 前記電池ユニットは着脱可能に設けられ前記燃料電池に供給される燃料を格納する燃料タンクの装着有無を示す情報に基いて決定される前記動作状態情報を前記電子機器へ送信し、
前記電子機器は前記燃料タンクの装着有無を示す情報に基いて決定され前記電池ユニットから受信した前記動作状態情報に応じて、前記燃料電池の動作状態を前記通知手段を介して通知することを特徴とする請求項8記載の動作制御方法。 - 前記電池ユニットは着脱可能に設けられ前記燃料電池に供給される燃料を格納する前記燃料タンクの装着有無を示す情報および前記燃料タンク内の燃料の残量情報を示す情報に基づいて決定される前記動作状態情報を前記電子機器へ送信し、
前記電子機器は前記燃料タンクの装着有無を示す情報および前記燃料タンク内の燃料の残量情報を示す情報に基づいて決定され前記電池ユニットから受信した前記動作状態情報に応じて、前記燃料電池の動作状態を前記通知手段を介して通知することを特徴とする請求項8記載の動作制御方法。 - 前記電池ユニットは着脱可能に設けられ前記燃料電池に供給される燃料を格納する前記燃料タンクの装着有無を示す情報、前記燃料タンク内の燃料の残量情報を示す情報および前記燃料電池内の燃料の残量情報に基づいて決定される前記動作状態情報を前記電子機器へ送信し、
前記電子機器は前記燃料タンクの装着有無を示す情報、前記燃料タンク内の燃料の残量情報および前記燃料電池内の燃料の残量情報を示す情報に基づいて決定され前記電池ユニットから受信した前記動作状態情報に応じて、前記燃料電池の動作状態を前記通知手段を介して通知することを特徴とする請求項8記載の動作制御方法。 - 前記電池ユニットは、前記燃料電池が発電していない状態、前記燃料電池が発電しているが定格出力を保証できない状態、前記燃料電池が発電しており定格出力を保証できる状態および前記燃料電池に異常がある状態のいずれの状態にあるのかを示す情報を含む前記動作状態情報を前記電子機器へ送信し、
前記電子機器は前記燃料電池が発電していない状態、前記燃料電池が電力を発生させているが定格出力を保証できない状態、前記燃料電池が発電しており定格出力を保証できる状態および前記燃料電池に異常がある状態のいずれの状態にあるのかを示す情報を含み前記電池ユニットから受信した前記動作状態情報に応じて、前記燃料電池の動作状態を前記通知手段を介して通知することを特徴とする請求項8記載の動作制御方法。 - 前記電池ユニットは、前記燃料電池が発生した電力を充電可能な二次電池の動作状態情報を前記電子機器へ送信し、
前記電子機器は、前記電池ユニットから受信した前記二次電池の動作状態情報に応じて、前記二次電池の動作状態を前記通知手段と異なる第2の通知手段を介して通知することを特徴とする請求項8記載の動作制御方法。 - 前記電池ユニットは、前記二次電池のバッテリ残量情報を含む前記二次電池の動作状態情報を前記電子機器へ送信し、
前記電子機器は、前記二次電池のバッテリ残量情報を含み前記電池ユニットから受信した前記二次電池の動作状態情報に応じて、前記二次電池の動作状態を前記第2の通知手段を介して通知することを特徴とする請求項13記載の動作制御方法。
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