JP3899518B2 - 燃料電池システム及びその駆動制御方法並びに電源システムを備えた電子機器 - Google Patents

燃料電池システム及びその駆動制御方法並びに電源システムを備えた電子機器 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源システム及びその駆動制御方法並びに電源システムを備えた電子機器に関し、特に、内部に充放電可能な電源ユニットを備え、該電源ユニットから出力される電力、又は、外部から供給される電力によって駆動する電子機器に適用して良好な電源システム及びその駆動制御方法並びに電源システムを備えた電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題やエネルギー問題への関心の高まりに伴い、次世代の主流となる電源システム（又は、発電システム）として、環境への影響（環境負荷）が極めて小さく、かつ、発電効率（エネルギー変換効率）が３０〜４０％程度と比較的高い燃料電池の実用化、普及に向けた研究開発が盛んに行われている。
【０００３】
このような燃料電池を用いた電源システムとしては、例えば、自動車分野において、排気ガス等の排出による環境負荷が大きいガソリンエンジンやディーゼルエンジンに換わる駆動装置として電気モータを適用した電気自動車の電源ユニットとして、実用化や製品化されつつある。車両用の燃料電池に関する技術としては、例えば、特許文献１等に、常時一定の電力を発生する燃料電池からなるエネルギバッテリーと、鉛電池等の２次電池からなるパワーバッテリーと、を備えた構成が示されており、車両（電気車）の駆動負荷が軽い運転状態では、エネルギバッテリーからモータ駆動電力を供給し、該駆動負荷が増大した場合には、パワーバッテリーからモータ駆動電力を供給するように、切り替え制御する技術が記載されている。ここで、パワーバッテリーにおける充電状態（充電電圧、バッテリー電流）を常時検出して、該検出結果に応じてエネルギバッテリーからパワーバッテリーへの電力の供給・遮断を制御する手法が記載されている。
【０００４】
このように、燃料電池を用いた電源システムは、従来、電気自動車などの比較的大型で、連続稼働時間が比較的長く、起動・停止制御が頻繁に行われないような用途を目的として開発されてきており、電力保持用に比較的大きなバッテリーを備えた構成を有している。そして、このような構成の場合にあっては、電源システム（燃料電池）の起動前の初期状態において、例えば、商用交流電源等の外部電源からバッテリーをフル充電しておき、該充電電力によって燃料電池を一旦起動させることにより、起動・停止制御が頻繁に行われない使用状態の下では、定常的に安定した稼動（発電）状態を比較的容易に実現することができる利点を有している。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１６３７１１号公報 （第４頁〜第６頁、図４）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、今後、上述したような燃料電池を用いた電源システムをはじめとする既存の技術思想に基づいて、システム自体を小型軽量化して、ノート型パソコンやデジタルカメラ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯電話等の携帯機器への電源ユニットとしての適用を考えた場合、次に示すような問題点を有している。
【０００７】
すなわち、燃料電池を用いた電源システムを小型の携帯機器等に用いた場合、電力保持用のバッテリーに適用される蓄電池（２次電池）やコンデンサとして、大容量で大型の２次電池やコンデンサを機器内に実装することは、スペース的にも、重量的にも困難であるため、２次電池やコンデンサは比較的小型のもの用いざるを得ず、それらの充電容量は、その体積や面積等に比例して小さくなってしまう。更に、例えば、デジタルカメラやＰＤＡのような携帯機器においては、起動・停止制御が比較的頻繁に行われるという特異な使用形態を有している。
【０００８】
そのため、仮に、初期状態において、バッテリー（電力保持部）に十分な電力が充電（保持）されていたとしても、燃料電池の起動に際し充電電力を消費する構成を有している場合、燃料電池の起動・停止制御を頻繁に繰り返し実行することにより、燃料電池の発電によりバッテリーに供給、充電される電力より、燃料電池の起動時に放出、消費される電力の方が上回ってしまい、バッテリーの充電電力が次第に減少して、起動時に必要となる最低限の電力量を下回った場合には、燃料電池が遂には起動不能に陥る可能性があり、携帯機器の使い勝手を著しく損なうという問題を有していた。また、このように、燃料電池の起動・停止制御を頻繁に繰り返し実行した場合、燃料電池の起動時に消費される電力が比較的大きいため、燃料電池の燃料消費効率（いわゆる、燃費）も悪くなるという問題も有していた。
【０００９】
特に、上述したような携帯機器は、近年著しく普及しており、電源ユニットに対する電力供給性能（バッテリー持続時間等）や使用後の環境対策等について、一層の改善を求める要望が高まってきており、燃料電池を用いた電源システムも、その有効な方策の一つとして研究開発が進められているが、上述したような携帯機器特有の使用形態に良好に対応した電源システムの技術が未だ開発されていなかった。
【００１０】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑み、燃料電池を用いた電源システムにおいて、電源システムを頻繁に起動・停止する制御を実行した場合であっても、燃料電池における燃費の低下や起動不能状態の発生を抑制して、携帯機器等の特異な使用形態に良好に対応した電源システム及びその駆動制御方法並びに電源システムを備えた電子機器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の電源システムは、所定の発電用燃料を用いて所望の負荷を駆動するための負荷駆動電力を生成、供給する電源システムにおいて、前記発電用燃料を用いて第１の電力を発電する燃料電池を備える発電手段と、第２の電力が供給される外部電源を接続する外部電源接続手段と、前記発電手段への前記発電用燃料の供給状態を制御する燃料供給制御手段と、前記発電手段における発電状態を制御する温度条件を設定制御する発電制御手段と、少なくとも、前記外部電源が接続されて、前記第２の電力が供給されている状態では、該第２の電力に基づいて、前記発電制御手段により前記発電手段の前記温度条件を制御して予熱状態とするとともに、前記燃料供給制御手段により前記発電手段への前記発電用燃料の供給を遮断した発電予備状態に設定する手段を備える動作制御手段と、を具備することを特徴としている。
【００１２】
請求項２記載の電源システムは、請求項１記載の電源システムにおいて、前記第１の電力、及び、前記第２の電力に基づく電荷を保持する電力保持手段を備え、前記動作制御手段は、さらに、前記外部電源から前記第２の電力が供給されている状態では、前記第２の電力の一部を前記電力保持手段に供給するように制御する手段を備えることを特徴とする。
請求項３記載の電源システムは、請求項２記載の電源システムにおいて、前記電力保持手段は、複数の容量素子から構成され、該電力保持手段に電荷を保持する充電状態においては、前記容量素子相互を直列に接続し、前記電力保持手段に保持された電荷に基づく電力を放出する放電状態においては、前記容量素子相互を並列に接続するように制御されることを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の電源システムは、請求項２記載の電源システムにおいて、前記電源システムは、前記外部電源からの前記第２の電力の供給状態に応じて、前記第１の電力、もしくは、前記第２の電力のいずれかを、選択的に電力保持手段及び前記負荷に供給する充電制御手段と、前記外部電源からの前記第２の電力の供給状態に応じて、前記充電制御手段を介して供給される前記第１の電力、もしくは、前記第２の電力に基づいて前記負荷に前記負荷駆動電力を供給する電力供給制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の電源システムは、請求項１記載の電源システムにおいて、前記動作制御手段は、さらに、前記外部電源から前記第２の電力が供給されている状態では、前記第２の電力に基づいて、前記負荷に前記負荷駆動電力を供給するように制御する手段を備えることを特徴としている。
【００１５】
請求項６記載の電源システムは、請求項１乃至５のいずれかに記載の電源システムにおいて、前記発電手段は、少なくとも、前記発電用燃料から所定の触媒反応により水素を含む特定の燃料成分を生成する燃料改質部を備え、前記燃料電池は、前記特定の燃料成分を用いた電気化学反応により前記第１の電力を発電することを特徴としている。
【００１６】
請求項７記載の電源システムは、請求項６記載の電源システムにおいて、前記発電手段は、さらに、前記発電用燃料を気化する燃料気化部と、前記燃料改質部における前記触媒反応により発生する副生成物を除去する副生成物除去部と、を備えていることを特徴としている。
【００１７】
請求項８記載の電源システムは、請求項６又は７に記載の電源システムにおいて、前記発電手段は、少なくとも、前記燃料改質部および前記燃料電池における温度状態を設定制御するヒータ部を備え、前記発電手段の発電予備状態は、前記ヒータ部に予備電力を供給して予熱状態に保持した状態であることを特徴としている。
【００１８】
請求項９記載の電源システムは、請求項２乃至８のいずれかに記載の電源システムにおいて、前記外部電源は、前記電力保持手段に比較して、電力供給能力が大きい電源であることを特徴としている。請求項１０記載の電源システムは、請求項１乃至９のいずれかに記載の電源システムにおいて、前記外部電源は、商用交流電源であって、該商用交流電源から供給される電力を直流変換した電力が、前記第２の電力として供給されることを特徴としている。
【００１９】
請求項１１記載の電源システムは、請求項１乃至１０のいずれかに記載の電源システムにおいて、前記動作制御手段は、前記負荷駆動電力により駆動する前記負荷を備えた電子機器本体に設けられていることを特徴としている。請求項１２記載の電源システムは、請求項１乃至１１のいずれかに記載の電源システムにおいて、前記発電用燃料を封入した燃料封入部を備え、該燃料封入部が前記電源システムに対して着脱可能に構成されていることを特徴としている。
【００２０】
請求項１３記載の電源システムの駆動制御方法は、少なくとも、所定の発電用燃料を用いて第１の電力を発電する燃料電池を備える発電手段と、第２の電力が供給される外部電源を接続する外部電源接続手段と、前記発電手段への前記発電用燃料の供給状態を制御する燃料供給制御手段と、前記発電手段における発電状態を制御する温度条件を設定制御する発電制御手段と、電力を充放電する電力保持手段と、を備えた電源システムの駆動制御方法において、前記外部電源が接続されて、前記第２の電力が供給されている状態では、少なくとも、該第２の電力に基づいて前記発電手段の前記温度条件を制御して予熱状態とするとともに、前記発電手段への前記発電用燃料の供給を遮断した発電予備状態とする動作を実行することを特徴としている。
【００２１】
請求項１４記載の電源システムの駆動制御方法は、請求項１３記載の電源システムの駆動制御方法において、前記第２の電力が供給されている状態では、さらに、該第２の電力に基づいて、前記電力保持手段を充電する動作を実行することを特徴としている。請求項１５記載の電源システムの駆動制御方法は、請求項１３記載の電源システムの駆動制御方法において、前記第２の電力が供給されている状態では、さらに、前記第２の電力に基づいて、所望の負荷を駆動するための負荷駆動電力を供給する動作を実行することを特徴としている。
【００２２】
請求項１６記載の電源システムの駆動制御方法は、請求項１３乃至１５のいずれかに記載の電源システムの駆動制御方法において、前記発電手段における前記燃料電池は、少なくとも、前記発電用燃料から生成される水素を含む特定の燃料成分を用いた電気化学反応により、前記第１の電力を発電することを特徴としている。
【００２３】
請求項１７記載の電子機器は、所定の発電用燃料が封入された燃料封入部と、前記発電用燃料を用いて第１の電力を発電する燃料電池を備える発電手段と、第２の電力が供給される外部電源を接続する外部電源接続手段と、前記発電手段への前記発電用燃料の供給状態を制御する燃料供給制御手段と、前記発電手段における発電状態を制御する温度条件を設定制御する発電制御手段と、少なくとも、前記外部電源が接続されて、前記第２の電力が供給されている状態では、該第２の電力に基づいて、前記発電制御手段により前記発電手段の前記温度条件を制御して予熱状態とするとともに、前記燃料供給制御手段により前記発電手段への前記発電用燃料の供給を遮断した発電予備状態に設定する手段を備える動作制御手段と、を具備する電源システムに接続され、該電源システムから供給される負荷駆動電力により駆動する負荷を備えたことを特徴としている。
【００２４】
請求項１８記載の電子機器は、請求項１７記載の電子機器において、前記動作制御部は、前記電子機器内に設けられ、少なくとも、前記負荷の駆動状態を制御する負荷駆動制御手段であることを特徴としている。請求項１９記載の電子機器は、請求項１７又は１８記載の電子機器において、前記電源システムにおける前記燃料封入部以外の各構成が、前記電子機器に対して一体的に構成されていることを特徴としている。
【００２５】
すなわち、本発明に係る電源システム及びその駆動制御方法は、少なくとも、発電用燃料を用いて所定の電力（第１の電力）を発電する燃料電池を備える発電部（発電手段）と、商用交流電源等の外部電源を接続する外部電源接続部（外部電源接続手段）と、を備える電源システムにおいて、外部電源が接続されて、外部電源から所定の電力（第２の電力）が電源システムに供給されている状態では、少なくとも、発電部を、予熱状態とするとともに発電用燃料の供給を遮断したスタンバイ状態（発電予備状態）に設定する動作を実行する。また、電源システムが、さらに、第１の電力、及び、第２の電力に基づく電荷を保持する電力保持部（電力保持手段）を備える場合、外部電源から第２の電力が供給されている状態で、第２の電力の一部を電力保持部に供給するようにしてもよい。
【００２６】
これにより、電源システムが交流商用電源等に接続され、外部電力が供給されている状態においては、外部電力の一部が発電部をスタンバイ状態に設定するために供給されて、発電部がスタンバイ状態に維持されるので、再び、電源システムが交流商用電源等の外部電源から取り外され、外部電力との接続が遮断された際に、電力保持部に充電された微少な電力を消費するのみで、迅速に発電部をスタンバイ状態から発電状態に移行（起動）することができる。ここで、発電部のスタンバイ状態として、例えば、発電部における発電状態を設定する温度条件、すなわち、例えば、発電部として燃料改質型の燃料電池システムを適用した場合にあっては、燃料気化部や燃料改質部、副生成物除去部、燃料電池本体に設けられたヒータ部に所定の電力を供給することにより、予熱状態に保持するように制御するものであってもよい。
【００２７】
したがって、電源システム内部に、少なくとも、発電部及び外部電源接続部を備え、該発電部により発電される電力及び外部電力のいずれかを用いて負荷駆動電力を生成、供給する電源システムにおいて、外部電力が供給されていない状態で電源システムに接続された負荷を頻繁に駆動、停止制御した場合であっても、外部電力の供給時に予め発電部をスタンバイ状態（予熱状態）にしておくことができるので、電源システムの燃料消費効率を向上させることができ、電源システムの起動不能を回避しつつ、電力供給時間（バッテリー持続時間に相当する）を長くすることができる。よって、本発明に係る電源システムを、電源のオン、オフを頻繁に行う仕様形態を有する電子機器の電源ユニットとして良好に適用することができる。
【００２８】
また、発電部として、燃料電池を備えた構成を適用することにより、燃料電池への発電用燃料の供給、遮断を制御することで、発電部における発電動作の起動、停止を簡易に制御することができる。
さらに、少なくとも、上述した電源システムにおける一連の動作を制御する動作制御部（動作制御手段）は、上記負荷駆動電力により駆動する負荷を備えた電子機器本体に設けられた制御部と一体的に構成されているものであってもよく、このような構成によれば、電源システムの構成を簡素化することができる。
【００２９】
また、本発明に係る電源システムは、少なくとも、発電用燃料を封入した燃料パック（燃料封入部）が電源システムの他の構成（電源システム本体）に対して着脱可能な構成を有し、さらに、電源システム本体が上記負荷を備えた電子機器の電源ユニットとして一体的に構成されているものであってもよく、このような構成によれば、発電用燃料がなくなった場合には燃料封入部ごと取り外し、交換することができるので、簡易に発電用燃料の補給をすることができ、燃料消費効率が高く、かつ、使い勝手に優れた電源システム及び電子機器を実現することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電源システム及びその駆動制御方法並びに電源システムを備えた電子機器の実施の形態について、具体的に説明する。
＜電源システムを備えた電子機器＞
まず、本発明に係る電源システムが適用される電子機器の構成について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る電源システムを備えた電子機器の一例を示す概略構成図であり、図２は、本発明に係る電子機器の内部構成を示す概略ブロック図である。
【００３１】
本発明に係る電源システムを備えた電子機器は、例えば、電源システムがモジュール化されて、図１（ａ）〜（ｄ）に示すように、その全体もしくは一部が、特定の電子機器や、既存の内蔵バッテリーや汎用電池等により動作する電子機器（以下、「デバイス」と総称する）ＤＶＣの電源ユニットとして、一体的に内蔵された構成を有している。また、これらのデバイスＤＶＣは、例えば、一般家庭用の商用商用交流電源ＢＰや外部バッテリーＢＴ、車両用電源等の外部電源との接続部を備え、これらの外部電源を接続して、外部電源から供給される所定の電力（外部電力）によっても動作させることができるように構成されている。すなわち、例えば、室内や車内では、これら外部電源に接続して駆動させることによって使用することができる。ここで、外部電源として、商用交流電源を用いる場合には、ＡＣ−ＤＣアダプタ（いわゆる、ＡＣアダプタ）ＡＤＰを介して、また、車両用電源を用いる場合には、ＤＣ−ＤＣアダプタ（いわゆる、カーアダプタ）を介して、所定の直流電圧・電流からなる電力に変換されてデバイスＤＶＣに供給される。
【００３２】
ここで、図１（ａ）、（ｂ）においては、デバイスＤＶＣとして、ノート型パーソナルコンピュータを示し、例えば、本発明に係る電源システムにおける発電動作に使用される発電用燃料を封入した燃料パックＰＣ（詳しくは、後述する）がデバイスＤＶＣ（電源システム）に対して着脱可能なように構成された構成を有している。また、図１（ｃ）、（ｄ）においては、デバイスＤＶＣとして、携帯情報端末を示し、例えば、電源システムＰＳ全体が汎用の二次電池等と同等の構成を有し、デバイスＤＶＣに対して任意に装着又は取り外し可能なように構成されている。
【００３３】
上述したような電源システムが適用されるデバイスの内部構成は、概略、図２に示すように、デバイス本来の機能を実現するための各構成（以下、「機能部」と記す）、すなわち、制御プログラムや制御用各種データを固定的に記憶するＲＯＭ１、制御プログラム実行中に生成される各種処理データ等を一時的に記憶するＲＡＭ２やフラッシュメモリ（Ｆ−ＲＯＭ）３等の記憶手段と、タッチパネル、ポインティングデバイス、マウス等の入力インターフェース（入力Ｉ／Ｆ）４と、液晶表示パネル（ＬＣＤ）５やＬＣＤ駆動装置（ＬＣＤドライバ）６等の表示出力手段と、デバイスＤＶＣと通信ネットワーク等との接続を可能とする通信インターフェース（通信Ｉ／Ｆ）７と、これらの入出力手段や記憶手段等を制御プログラムにしたがって制御する演算装置（ＣＰＵ）８と、デバイスＤＶＣ内部の各部に動作用電力を供給する電源ユニット９と、を有して構成されている。ここで、電源ユニットは、本発明に係る電源システムを構成し、発電用燃料を用いた発電動作により生成される電力、もしくは、外部電源から供給される外部電力に基づいて上記動作用電力（負荷駆動電力）を生成して、デバイスＤＶＣ内部の各機能部に供給する。
【００３４】
＜電源システム＞
次に、上述したデバイスの電源ユニットに適用される電源システムについて、図面を参照して具体例に説明する。
図３は、本発明に係る電源システムの一実施形態を示す概略ブロック図である。
本実施形態に係る電源システムは、図３に示すように、大別して、液体燃料又は液化燃料又は気体燃料からなる発電用燃料が封入された燃料パック（燃料封入部）２００と、少なくとも、該燃料パック２００から供給される発電用燃料に基づいて、負荷駆動電力を生成、出力する電力発生部１００と、燃料パック２００及び電力発生部１００相互を物理的に結合するとともに、燃料パック２００に封入された発電用燃料を電力発生部１００に供給する燃料送出経路等を備えたインターフェース部（以下、「Ｉ／Ｆ部」と略記する）３００と、を有し、各構成が相互に、もしくは、任意の形態で結合、分離（装着及び取り外し）可能に、あるいは、各構成が一体的に構成されている。
【００３５】
また、本実施形態に係る電力発生部１００は、Ｉ／Ｆ部３００を介して燃料パック２００から供給される発電用燃料を用いて、所定の電力（第１の電力）を発生する発電部（発電手段）２０と、燃料パック２００に封入された発電用燃料の発電部２０への供給状態を制御する燃料供給制御部（燃料供給制御手段）１０と、発電部２０において生成された電力（発電電力）を一旦保持した後、一定電圧の電力を継続的に出力する電力保持部（電力保持手段）４０と、電源システム（電力発生部）の外部に設けられた商用交流電源等の外部電源と電気的に接続する外部電源接続部（外部電源接続手段）９０と、上記発電部２０により生成された電力、又は、上記外部電源接続部９０に接続された外部電源から供給される外部電力（第２の電力）のいずれかを選択的に電力保持部４０に供給して充電する動作、もしくは、図示を省略した負荷（デバイスＤＶＣの各機能部）に供給する動作を制御する充電制御部（充電制御手段）３０と、電力保持部４０から出力される電力の電圧成分を、電源システムが接続されるデバイスＤＶＣ（負荷）の駆動に適した所定の電圧に変換して、負荷駆動電力として供給する電力供給部（電力供給制御手段）５０と、発電部４０へのヒータ用電力の供給状態を制御して、発電部における温度条件を設定制御するヒータ制御部（発電制御手段）６０と、外部電源との接続状態（すなわち、外部電源からの外部電力の供給状態）を監視して、発電部２０における発電動作の起動／停止、電力保持部４０及び負荷への電力の供給状態を制御する動作制御部（動作制御手段）７０と、燃料パック２００に封入された発電用燃料の残量を検出する残量検出部８０と、を備えた構成を有している。
【００３６】
以下、各構成について、具体的に説明する。
（燃料供給制御部）
燃料供給制御部１０は、動作制御部７０からの制御信号に基づいて、燃料パック２００に封入された発電用燃料を、Ｉ／Ｆ部３００を介して発電部２０に移送する燃料供給ポンプとしての機能を備えている。ここで、燃料供給制御部１０は、上記制御信号に基づいて、発電部２０への発電用燃料の供給状態（供給／遮断及び供給量）を制御することにより、発電部２０における発電状態（起動／停止及び発電量）を直接的に制御する。特に、電源システムが外部電源に接続され、外部電力が供給されている状態においては、動作制御部７０からの制御信号に基づいて、発電部２０への発電用燃料の供給を遮断する。この場合、後述する電力供給制御部５０から燃料供給制御部１０に供給される動作電力を遮断することが好ましい。
【００３７】
（発電部）
図４は、本実施形態に係る電源システムに適用される発電部の要部構成を示すブロック図である。図５は、本実施形態に係る発電部に適用可能な燃料改質部の一構成例を示すブロック図であり、図６は、本実施形態に係る発電部に適用可能な燃料電池本体の一構成例を示す概略構成図である。なお、ここでは、燃料改質方式を採用した固体高分子型の燃料電池を適用した電源システムについて説明する。
【００３８】
図４に示すように、発電部２０は、大別して、燃料供給制御部１０を介して供給される発電用燃料に対して所定の改質反応（触媒改質反応）を行い、特定の燃料成分（水素を含む）を生成する燃料改質部２１と、電源システムの外部から大気（酸素を含む）を取り込む空気制御部２２と、燃料改質部２１から供給される特定の燃料成分及び空気制御部２２から供給される空気等を用いた電気化学反応により、所定の電力（発電電力）を生成する燃料電池本体２３と、を備えた構成を適用することができる。
【００３９】
（燃料改質部）
燃料改質部２１は、例えば、図５に示すように、発電用燃料（液体燃料）を気化する燃料気化器（燃料気化部）２１ａと、水蒸気改質反応により、気化された発電用燃料から水素及び二酸化炭素（ＣＯ２）、一酸化炭素（ＣＯ）等を生成する燃料改質器（燃料改質部）２１ｂと、水性シフト反応や選択酸化反応により、燃料改質器２１ｂにより生成された副生成物（ＣＯ）を除去するＣＯ除去器（副生成物除去部）２１ｃと、を備えた構成を有している。
【００４０】
ここで、燃料改質部２１を構成する上記各部における具体的な機能は、例えば、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）及び水（Ｈ２Ｏ）からなる発電用燃料（液体燃料）を用いて、水素ガス（Ｈ２）を生成する場合にあっては、まず、燃料気化器２１ａにおける蒸発過程において、発電用燃料を構成するメタノール及び水を個別に気化、もしくは、混合液体を一括して気化することにより、発電用燃料の気体を生成する。この蒸発過程においては、後述するヒータ制御部６０を介して供給される電力により、燃料気化器２１ａに付設されたヒータの温度が調整され、メタノール及び水の沸点程度の温度条件からなる雰囲気に設定することにより、発電用燃料を気化させる。
【００４１】
次いで、燃料改質器２１ｂにおける水蒸気改質反応過程において、ヒータ制御部６０を介して供給される電力により、燃料改質器２１ｂに付設されたヒータの温度が調整され、概ね３００℃程度の温度条件からなる雰囲気を設定することにより、４９．４kJ/molの熱エネルギーを吸熱して、次の化学反応式（１）に示すように、水素（Ｈ２）と微量の二酸化炭素（ＣＯ２）を生成する。なお、この水蒸気改質反応においては、水素と二酸化炭素以外に副生成物として微量の一酸化炭素（ＣＯ）が生成される場合がある。
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ → ３Ｈ２＋ＣＯ２ ・・・（１）
【００４２】
次いで、ＣＯ除去器２１ｃにおける水性シフト反応過程により、一酸化炭素に対して水（水蒸気；Ｈ２Ｏ）を反応させることにより、４０．２kJ/molの熱エネルギーを発熱して、次の化学反応式（２）に示すように、二酸化炭素（ＣＯ２）と水素（Ｈ２）が生成される。
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ →ＣＯ２＋Ｈ２ ・・・（２）
さらに、ＣＯ除去器２１ｃにおける選択酸化反応過程により、水性シフト反応において二酸化炭素と水素に変換されなかった一酸化炭素に対して酸素（Ｏ２）を反応させることにより２８３．５kJ/molの熱エネルギーを発熱して、次の化学反応式（３）に示すように、二酸化炭素（ＣＯ２）が生成される。
ＣＯ＋（１／２）Ｏ２ →ＣＯ２ ・・・（３）
【００４３】
ここで、ＣＯ除去器２１ｃにおける水性シフト反応過程及び選択酸化反応過程においても、ヒータ制御部６０を介して供給される電力により、ＣＯ除去器２１ｃに付設された温度調節機構（具体的には、吸熱器や冷却器等）の温度が調整され、上記熱エネルギーの発熱に対応した温度条件からなる雰囲気が設定される。これにより、燃料電池本体１１０において、所定の電力を発生するために必要な量の水素ガス（Ｈ２）となる分の発電用燃料が燃料パック２００から燃料供給制御部１０を介して取り込まれ、上記燃料改質部２１により改質されて、一定量の水素ガスが燃料電池本体２３に供給される。
【００４４】
（空気制御部）
空気制御部２２は、後述する燃料電池本体２３における電気化学反応（化学反応式（４）及び（５）参照）に応じた必要な量の酸素ガス（Ｏ２）を、大気中から取り込んで燃料電池本体２３に供給する制御を行う。ここで、空気制御部２２は、燃料電池本体２３における単位時間当たりの酸素の最大消費量に相当する空気を供給することができるものであれば、燃料電池本体２３への酸素ガスの供給及び遮断を制御することなく、常に供給するように構成されたものであってもよい。すなわち、発電部２０（燃料電池本体２３）における電気化学反応の進行状態を、燃料供給制御部１０及び燃料改質部２１において調整される水素ガスの供給量、及び、ヒータ制御部６０により設定される熱エネルギーの供給量のみで制御し、空気制御部２２の代わりに通気孔等を設け、発電部１１０における電気化学反応に用いられる最低限の空気（大気）が該通気孔を介して常時供給されるようにしたものであってもよい。
【００４５】
（燃料電池本体）
燃料電池本体２３は、周知の固体高分子型の燃料電池本体の構成を有し、図６に示すように、概略、白金や白金・ルテニウム等の触媒微粒子が付着した炭素電極からなる燃料極（カソード）ＥＬｃと、白金等の触媒微粒子が付着した炭素電極からなる空気極（アノード）ＥＬａと、該燃料極ＥＬｃと空気極ＥＬａの間に介装されたフィルム状のイオン導電膜（交換膜）ＦＬｉと、を有して構成されている。そして、燃料極ＥＬｃには、上記燃料改質部２１により抽出された水素ガス（Ｈ２）が供給され、一方、空気極ＥＬａには、上記空気制御部２２を介して大気中の酸素ガス（Ｏ２）が供給される。これにより、以下に示す電気化学反応により発電が行われ、後述する電力保持部４０に蓄積された後、もしくは、発電電力が直接、電力供給制御部５０において所定の電圧に変換されて、電源システム内部の動作を制御する内部動作電力として供給されるとともに、デバイスＤＶＣ（負荷）を駆動するための負荷駆動電力として供給される。
【００４６】
ここで、発電部２０を構成する燃料電池本体２３における発電原理は、燃料極ＥＬｃに燃料改質部２１を介して抽出された水素ガス（Ｈ２）が供給されることにより、次の化学反応式（４）に示すように、上記触媒により電子（ｅ−）が分離した水素イオン（プロトン；Ｈ＋）が発生し、イオン導電膜ＦＬｉを介して空気極ＥＬａ側に通過するとともに、燃料極ＥＬｃを構成する炭素電極により電子（ｅ−）が取り出されてデバイスＤＶＣ（負荷）に供給される。
３Ｈ２ → ６Ｈ＋＋６ｅ− ・・・（４）
一方、空気極ＥＬａに空気制御部２２を介して大気中の酸素ガス（Ｏ２）が供給されることにより、次の化学反応式（５）に示すように、上記触媒により負荷を経由した電子（ｅ−）とイオン導電膜ＦＬｉを通過した水素イオン（Ｈ＋）と空気中の酸素ガス（Ｏ２）が反応して水（Ｈ２Ｏ）が生成される。
６Ｈ＋＋（３／２）Ｏ２＋６ｅ− → ３Ｈ２Ｏ ・・・（５）
【００４７】
このような一連の電気化学反応（化学反応式（４）、（５））は、概ね室温〜８０℃程度の比較的低温の環境下で進行し、電力以外の副生成物は、基本的に水（Ｈ２Ｏ）のみとなる。ここで、燃料電池本体２３においても、後述するヒータ制御部６０を介して供給される電力により、ヒータの温度が調整され、上記一連の電気化学反応を良好に進行させることができる温度条件からなる雰囲気が設定される。なお、上述したような電気化学反応により生成される電力（発電電力）は、上記化学反応式（４）、（５）に示したように、実質的に燃料電池本体２３の燃料極ＥＬｃに供給される水素ガス（Ｈ２）の量、及び、燃料電池本体２３に付設されたヒータの温度に依存する。
ここで、燃料改質部２１及び燃料電池本体２３に設けられるヒータ構造としては、半導体製造分野において多用される薄膜形成技術を用いて、例えば、金属酸化膜又は金属窒化膜等の所望の発熱特性を有する抵抗体材料からなる薄膜層（薄膜ヒータ）を、燃料改質部２１の各反応部及び燃料電池本体２３に個別に形成した構成を適用することができる。
【００４８】
なお、本実施形態においては、燃料パック２００から供給される発電用燃料としてメタノールと水からなる液体燃料を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、少なくとも、水素元素を含む液体燃料又は液化燃料もしくは気体燃料であれば、同等の構成を良好に適用することができる。具体的には、メタノールやエタノール、ブタノール等のアルコール系の液体燃料や、ジメチルエーテルやイソブタン、天然ガス（ＣＮＧ）等の常温常圧で気化される炭化水素からなる液化燃料、あるいは、水素ガス等の気体燃料等を良好に適用することができる。
【００４９】
また、発電用燃料として液化された水素や水素ガスをそのまま利用する場合や、発電部として燃料直接供給型の燃料電池を適用した場合にあっては、上述した構成例に示したような燃料改質部２１を必要としないため、発電用燃料を燃料電池本体２３の燃料極ＥＬｃに直接供給する構成を適用することができる。この場合、ヒータ制御部６０により供給される温度調整用の電力は、燃料電池本体２３に付設されたヒータに対してのみ供給されることになる。
【００５０】
（充電制御部）
充電制御部３０は、外部電源接続部９０への外部電源の接続状態、より詳しくは、外部電源からの外部電力の供給状態を検出して、当該検出信号を動作制御部７０に送出するとともに、動作制御部７０からの制御信号に基づいて、外部電力が供給されている状態では、外部電力を取り込み、外部電源が接続されず、外部電力の供給が遮断された状態では、上記発電部２０において生成された発電電力を取り込む制御を行う。取り込まれた電力（外部電力、発電電力）は、動作制御部７０からの制御信号に基づいて、電力保持部４０の充電状態及びデバイスＤＶＣ（負荷）の駆動状態に応じて、電力保持部４０又は電力供給制御部５０もしくはこれら双方に供給する制御を行う。
【００５１】
（電力保持部）
図７は、本実施形態に係る電力発生部に適用される電力保持部の一構成例を示すブロック図である。
図７に示すように、電力保持部４０は、例えば、外部電源から供給される外部電力又は発電部２０から供給される発電電力に基づく電荷を蓄積（充電）、放出（放電）する蓄電回路４１と、該蓄電回路４１への電荷の蓄積状態（保持電力）を検出する充電状態検出回路４２と、該充電状態検出回路ＶＭから出力される検出信号ＳＤに基づいてＯＮ、ＯＦＦ動作し、蓄電回路４１への電力の供給／遮断を制御するスイッチＳＷと、を備えて構成されている。ここで、蓄電回路４１の具体的な回路構成としては、例えば、複数個のコンデンサＣ１１、Ｃ１２、・・・を直列接続した構成を適用することができる。
【００５２】
このような構成を有する電力保持部４０において、蓄電回路４１に蓄積された電荷に基づく充電電圧（又は、放電電圧）を充電状態検出回路４２により常時検出し、該充電電圧の電圧変化に応じてスイッチＳＷに出力する検出信号ＳＤを制御する。すなわち、蓄電回路４１の充電電圧が充電状態検出回路４２に予め設定された基準電圧範囲の下限値よりも低い場合には、スイッチＳＷをＯＮ動作させて、充電制御部３０を介して供給される外部電力又は発電電力を取り込んで、該電力に基づく電荷を、蓄電回路４１を構成するコンデンサＣ１１、Ｃ１２、・・・に充電し、一方、蓄電回路４１の充電電圧が上記基準電圧範囲の上限値よりも高い場合には、スイッチＳＷをＯＦＦ動作させて、蓄電回路４１への上記電力の供給を遮断して、蓄電回路４１の充電動作を停止する。
これにより、電力保持部４０（蓄電回路４１）における充電電圧が常時監視されて、常時所定の電圧範囲内に収束するように蓄電回路４１の充電状態が制御される。
【００５３】
なお、蓄電回路４１の構成は、上述した複数のコンデンサＣ１１、Ｃ１２、・・・を直列に接続した回路構成に限定されるものではなく、充電制御部３０を介して供給される電力に基づく電荷を保持（充電）して、略一定もしくは任意の電圧範囲で変動する電圧を放出（放電）することができるものであれば、例えば、蓄電回路４１として、単一のコンデンサのみを備えるものであってもよい。さらに、蓄電回路４１の他の構成として、複数の電気二重層コンデンサを備え、接続状態を所定のタイミングで直列、並列に切り換え制御する構成を有するものであってもよい。すなわち、蓄電回路４１への電荷蓄積時（充電時）には、電気二重層コンデンサ相互を直列に接続し、電荷放出時（放電時）には、電気二重層コンデンサ相互を並列に接続するように接続状態を切り換え制御することにより、充電時には、見かけ上の容量値を小さくして充電に要する電流値を低減することができるとともに、放電時には、見かけ上の容量値を大きくして負荷駆動能力を向上させることができる。
【００５４】
（電力供給制御部）
電力供給制御部５０は、動作制御部７０からの制御信号に基づいて、充電制御部３０から直接供給される電力（外部電力、発電電力）、もしくは、電力保持部４０に蓄積された電荷に基づく電力（充電電力）のいずれかを選択的に取り込み、デバイスＤＶＣ（負荷）や電源システム（電力発生部）内部の各機能部における動作に適した一定の電圧を有する電力（負荷駆動電力、内部動作電力）に変換する電圧変換動作を行い、電源システム内部の各機能部もしくはデバイスＤＶＣ及び上記各機能部の双方に供給するＤＣ−ＤＣコンバータとしての機能（電圧変換機能）と電力供給制御機能とを備えた構成を有している。
【００５５】
このような電力供給制御部５０において、デバイスＤＶＣ（負荷）の駆動状態に関わらず、充電制御部３０から直接供給される電力（外部電力、発電電力）、もしくは、電力保持部４０に蓄積された電荷に基づく電力（充電電力）に基づいて、電源システム内部の各機能部に内部動作電力が供給され、デバイスＤＶＣが駆動した場合には、上記内部動作電力に加えて負荷駆動電力がデバイスＤＶＣに供給されるように制御される。
これにより、電力発生部１００（発電部２０）において発電状態又は発電予備状態（スタンバイ状態）のいずれかの状態が保持され、双方の状態間における移行が微少な電力で迅速に行われるとともに、デバイスＤＶＣの駆動状態に応じて所定の負荷駆動電力が供給される。
【００５６】
（ヒータ制御部）
ヒータ制御部６０は、動作制御部７０からの制御信号基づいて、上述した発電部２０の燃料改質部２１の各反応部（燃料気化器２１ａ、燃料改質器２１ｂ、ＣＯ除去器２１ｃ）及び燃料電池本体２３に設けられたヒータに温度調整用の電力を供給することにより、上記化学反応式（１）〜（３）及び（４）、（５）に示した各化学反応の進行状態を制御する温度条件を設定する。特に、電源システムが外部電源に接続され、外部電力が供給されている状態においては、動作制御部７０からの制御信号に基づいて、通常の発電動作時に供給される電力よりも少ない所定の予備電力を供給することにより、燃料改質部２１の各反応部及び燃料電池本体２３に付設されたヒータにより設定される温度条件を、発電動作時の温度に近似する所定の予熱状態となるように制御する。そして、外部電力が遮断された場合には、動作制御部７０からの制御信号に基づいて、通常の発電動作時の電力を供給する。これにより、電力部２０における温度設定が、発電状態と発電予備状態（スタンバイ状態）間で微少な電力で迅速に移行するように制御される。
【００５７】
（動作制御部）
動作制御部７０は、外部電力の供給状態、デバイスＤＶＣの駆動状態及び後述する残量検出部８０からの検出信号に基づいて、上述した燃料供給制御部１０、発電部２０、充電制御部３０、電力保持部４０、電力供給制御部５０及びヒータ制御部６０に、各々個別の制御信号を送出して動作状態を制御することにより、電力発生部１００における負荷駆動電力の生成、供給動作を制御する。動作制御部７０における具体的な動作については、詳しく後述する。
なお、図３においては、動作制御部７０は、電源ユニットを構成する電源システム（電力発生部１００）の内部に設けられた構成を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図２に示したデバイスＤＶＣの各機能部全体を制御するＣＰＵ８に動作制御部７０の機能を付加するように構成したものであってもよい。
【００５８】
（残量検出部）
残量検出部８０は、燃料パック２００に封入された発電用燃料の残量を検出し、該検出信号を動作制御部７０に送出する。これにより、動作制御部７０は、発電用燃料の残量が少なくなった場合やなくなった場合等に、デバイスＤＶＣの表示出力手段（ＬＣＤ等）を介して、発電用燃料の残量情報や電源ユニットにおける電力供給情報等を表示して、外部電源への接続や発電用燃料の補給等、適切な措置を促すように、デバイスＤＶＣのユーザー等に報知する。また、デバイスＤＶＣが既存の携帯型の電子機器等に多用されている周知のバッテリー残量通知機能、すなわち、バッテリーや電源ユニットからの出力電圧の変化（低下）に基づいてバッテリー残量や駆動可能時間等を報知する機能を備えている場合には、動作制御部７０は、上記残量検出部８０からの検出信号に基づいて電力供給制御部５０を制御して、負荷駆動電力に係る電圧を徐々に変化（低下）させるように制御してもよい。
【００５９】
（燃料パック）
本発明に係る電源システムに適用される燃料パック２００は、上述したように、水素を含有する液体燃料や液化燃料又は気体燃料からなる発電用燃料が、充填、封入された密閉性の高い燃料貯蔵容器であって、図３に示したように、電力発生部１００に対して、Ｉ／Ｆ部３００を介して着脱可能に、又は、一体的に結合された構成を有している。ここで、燃料パック２００に封入された発電用燃料は、後述するＩ／Ｆ部３００に設けられた燃料送出経路を介して電力発生部１００に取り込まれ、上述した燃料供給制御部１０により所定の電圧を有する電力を発生するために必要な量の発電用燃料が、発電部２０に随時供給される。
（Ｉ／Ｆ部）
本発明に係る電源システムに適用されるＩ／Ｆ部３００は、少なくとも、電力発生部１００と燃料パック２００を物理的に結合するとともに、燃料パック２００に封入された発電用燃料を、燃料送出経路を介して電力発生部１００に供給する。
【００６０】
＜電源システムの駆動制御方法＞
次に、上述した構成を有する電源システムを電源ユニットに適用したデバイスにおける制御動作について、図面を参照して説明する。
（第１の実施例）
図８は、本実施形態に係る電源システムの全体動作の第１の実施例を示すフローチャートである。また、図９は、本実施形態に係る電源システムにおいて、外部電源が接続されて、外部電力が供給されている状態の動作を示す制御概念図であり、図１０は、本実施形態に係る電源システムにおいて、外部電源が接続されず、外部電力が供給されていない状態の動作を示す制御概念図である。なお、以下に示す一連の駆動制御処理は、上述した電源システムの電源発生部１００に設けられた動作制御部７０により制御される。
【００６１】
本実施例に係る電源システムにおける制御動作は、図８に示すように、まず、電源システム（電力発生部１００）に、外部電源接続部９０を介して外部電源が接続され、外部電力が供給されているか否かが判断される（Ｓ１０１）。この外部電力が供給されているか否かを判断する方法は、特に限定するものではないが、例えば、外部電源接続部９０をなすコネクタへの外部電源からのプラグの挿入による機械的な動作に依るものであってもよいし、また、外部電源接続部９０への電流又は電圧の供給を検出するものであってもよいし、さらに他の方式を用いるものであってもよい。
【００６２】
そして、電源システムに外部電源が接続され、充電制御部３０を介して外部電力が供給されている場合には、図９に示すように、動作制御部７０は、当該外部電力を電力保持部４０もしくは電力供給制御部５０に供給するように充電制御部３０を制御するとともに、燃料供給制御部１０を制御して、発電用燃料の発電部２０への供給を遮断して、発電部２０（燃料電池本体２３）における発電動作を停止状態に制御する（Ｓ１０２）。
【００６３】
このとき、動作制御部７０は、電力供給制御部５０及びヒータ制御部６０を制御して、充電制御部３０を介して供給された外部電力の一部を所定の直流電圧を有する電力に変換して、発電部２０に予熱用電力（予備電力）として供給する（Ｓ１０３）。これにより、発電部２０を構成する燃料改質部２１の各反応部及び燃料電池本体２３に付設されたヒータが発熱もしくは吸熱して、発電動作時における温度条件に近似した所定の温度状態（予熱状態）に設定されるものの、燃料供給制御部１０により発電用燃料の供給が遮断されたスタンバイ状態（発電予備状態）に設定される。
【００６４】
また、このとき、動作制御部７０は、デバイスＤＶＣの各機能部（負荷）が駆動しているか否かを判断し（Ｓ１０４）、デバイスＤＶＣが駆動状態にある場合には、電力供給制御部５０を制御して、上記外部電力の残りの電力を所定の直流電圧を有する電力に変換して、デバイスＤＶＣに負荷駆動電力として供給する（Ｓ１０５）。一方、デバイスＤＶＣが停止状態にある場合には、デバイスＤＶＣへの負荷駆動電力の供給を遮断する。
【００６５】
次いで、動作制御部７０は、電力保持部４０がフル充電状態であるか否かを判断する（Ｓ１０６）。具体的には、電力保持部４０における充電電圧を検出し、該充電電圧が所定の基準電圧以上である場合には、フル充電状態と判断して、充電制御部３０に供給された外部電力を、電力保持部４０に供給することなく、直接電力供給制御部５０に供給する。一方、電力保持部４０における充電電圧が所定の基準電圧以下である場合には、電力消耗状態と判断して、充電制御部３０に供給された外部電力の一部を電力保持部４０に供給して、充電動作を行いつつ（Ｓ１０７）、残りの外部電力を電力供給制御部５０に直接供給する。
【００６６】
次いで、上述した処理ステップＳ１０１において、電源システムに外部電源が接続されておらず、外部電力が供給されていない場合（又は、外部電源が取り外され、外部電力の供給が遮断された場合）には、図１０に示すように、動作制御部７０は、上述した処理ステップＳ１０４と同様に、デバイスＤＶＣの各機能部が駆動しているか否かを判断し（Ｓ１０８）、デバイスＤＶＣが停止状態にある場合には、デバイスＤＶＣへの負荷駆動電力の供給を遮断する。
【００６７】
次いで、動作制御部７０は、上述した処理ステップＳ１０６と同様に、電力保持部４０がフル充電状態であるか否かを判断し（Ｓ１０９）、フル充電状態である場合には、上述した処理ステップＳ１０２と同様に、燃料供給制御部１０を制御して、発電用燃料の発電部２０への供給を遮断して、発電部２０の燃料電池本体２３における発電動作を停止状態に制御する（Ｓ１１０）。
一方、上述した処理ステップＳ１０８において、デバイスＤＶＣが駆動状態にある場合、及び、上述した処理ステップＳ１０９において、電力保持部４０が電力消耗状態にある場合には、動作制御部７０は、燃料供給制御部１０を制御して、発電用燃料を発電部２０に供給するとともに、電力供給制御部５０及びヒータ制御部６０を制御して、電力保持部４０に充電された電力を取り込んで、所定の直流電圧を有する電力に変換して、発電部２０に発電用電力として供給する。
【００６８】
これにより、発電部２０を構成する燃料改質部２１の各反応部及び燃料電池本体２３に付設されたヒータが、発電動作時における温度条件に適合した所定の温度状態に設定されるとともに、燃料供給制御部１０により所定量の発電用燃料が供給されて発電動作が起動し（Ｓ１１１）、スタンバイ状態から発電状態に移行する。発電部２０において生成された発電電力は、充電制御部３０を介して電力保持部４０に供給され、充電動作が実行されるとともに（Ｓ１１２）、デバイスＤＶＣが駆動状態にある場合には、電力保持部４０に充電された電力又は上記発電電力に基づいて、所定の直流電圧を有する負荷駆動電力を生成してデバイスＤＶＣに供給される。
【００６９】
すなわち、上述したような電源システムにおける制御動作によれば、外部電力の供給が遮断され、燃料パックから供給される発電用燃料を用いて発電部（燃料電池本体）により発電動作が実行され、その発電電力に基づいて供給される負荷駆動電力によりデバイスＤＶＣが駆動している状態において、電源システム（デバイスＤＶＣ）が外部電源に接続され、外部電力が供給されると、発電部への発電用燃料の供給が遮断されて燃料電池本体の発電動作が停止するが、外部電力に基づいて負荷駆動電力が生成され供給されることにより、デバイスＤＶＣの駆動状態は維持される。すなわち、デバイスＤＶＣに負荷駆動電力を供給する電源が燃料電池から外部電源に切り替わるように制御される。
【００７０】
また、電源システムに外部電源が接続され、外部電力が供給された状態においては、電力保持部の充電状態に基づいて、外部電力の一部が供給されて充電動作が実行される。さらに、発電部に付設されたヒータに外部電力の一部が予備電力として供給されて予熱状態に保持され、発電部がスタンバイ状態に維持される。この場合、外部電力の一部が、ヒータを予熱状態にするとともに、電力保持部を充電するために供給されて消費されることになるが、外部電源として、商用交流電源や外部バッテリー等の電力供給能力が大きく余裕のある電源を適用することにより、デバイスＤＶＣにおける駆動状態や電源システムの動作に影響を与えることはない。
【００７１】
次いで、上述したようなデバイスＤＶＣが駆動している状態において、電源システムから外部電源が取り外され、外部電力の供給が遮断された場合には、上記外部電力が供給された状態において、電力保持部に充電された電力に基づいて、発電部に付設されたヒータに所定の温度条件を設定するための発電用電力が供給されるとともに、発電部に発電用燃料が供給されることにより、発電部（燃料電池本体）における発電動作を再起動し、スタンバイ状態から発電状態に移行する。
【００７２】
このとき、発電部は、外部電力が供給されたスタンバイ状態においては、外部電力に基づく予備電力がヒータに供給されることにより、予熱状態（発電予備状態）となる温度に設定されているので、発電動作の際に必要となる温度条件までヒータを加熱するために電力保持部から供給しなければならない電力は、微少な電力で済み、起動に要する電力消費・燃料消費を低減させることができるとともに、当該温度条件に達するまでの起動時間を大幅に短縮することができる。
【００７３】
これにより、例えば、ノート型パーソナルコンピュータやＰＤＡ、デジタルカメラのように、外部電源から供給される電力と、電子機器に内蔵されたバッテリー等に充電された電力を選択的に利用して駆動する電子機器において、起動・停止操作を比較的頻繁に行う特異な使用形態であっても、電源ユニットとして、本発明に係る電源システムを適用することにより、電力保持部に充電された電力及び発電用燃料の消費が極力抑制されるので、電力保持部に充電された電力を用いて燃料電池本体における発電動作を起動する際に、起動不能に陥ることが大幅に回避され、携帯機器の使い勝手を向上させることができるとともに、燃料消費効率（燃費）も向上させることができる。
【００７４】
（第２の実施例）
図１１は、本実施形態に係る電源システムの全体動作の第２の実施例を示すフローチャートである。なお、上述した実施例と同等の処理手順については、その説明を簡略化する。
本実施例に係る電源システムにおける制御動作は、図１１に示すように、まず、電源システムに外部電源が接続され、外部電力が供給されているか否かが判断される（Ｓ２０１）。電源システムに外部電源が接続され、充電制御部３０を介して外部電力が供給されている場合には、動作制御部７０は、燃料供給制御部１０を制御して、発電用燃料の発電部２０への供給を遮断して、燃料電池本体２３における発電動作を停止状態に制御する（Ｓ２０２）。このとき、動作制御部７０は、電力供給制御部５０及びヒータ制御部６０を制御して、外部電力の一部を発電部２０に予熱用電力（予備電力）として供給して（Ｓ２０３）、スタンバイ状態（発電予備状態）に設定する。
【００７５】
このとき、動作制御部７０は、電力保持部４０の充電状態を検出して判断し（Ｓ２０４）、フル充電状態である場合には、外部電力を電力保持部４０に供給することなく、直接電力供給制御部５０に供給する。一方、電力保持部４０が電力消耗状態である場合には、外部電力の一部を電力保持部４０に供給して、充電動作を行いつつ（Ｓ２０５）、残りの外部電力を電力供給制御部５０に直接供給する。
また、上述した処理ステップＳ２０１において、電源システムに外部電源が接続されておらず、外部電力が供給されていない場合には、動作制御部７０は、デバイスＤＶＣの各機能部が駆動しているか（各機能部を駆動させるか）否かを判断し（Ｓ２０６）、デバイスＤＶＣが停止状態にある場合（デバイスＤＶＣを駆動させない場合）には、デバイスＤＶＣへの負荷駆動電力の供給を遮断する。
【００７６】
次いで、動作制御部７０は、電力保持部４０がフル充電状態であるか否かを判断し（Ｓ２０７）、フル充電状態にある場合には、燃料電池本体２３における発電動作を停止状態に制御する（Ｓ２０８）。一方、上述した処理ステップＳ２０６において、デバイスＤＶＣが駆動状態にある場合（デバイスＤＶＣを駆動させる場合）、及び、処理ステップＳ２０７において、電力保持部４０が電力消耗状態にある場合には、発電用燃料を発電部２０に供給するとともに、電力保持部４０に充電された電力を発電用電力として発電部２０に供給する。
【００７７】
これにより、発電部２０を構成する燃料改質部２１の各反応部及び燃料電池本体２３が、発電動作時における温度条件に適合した所定の温度状態に設定されるとともに、所定量の発電用燃料が供給されて発電動作が起動する（Ｓ２０９）。発電部２０により生成された発電電力は、電力保持部４０に供給され、充電動作が実行されるとともに（Ｓ２１０）、デバイスＤＶＣが駆動状態にある場合（デバイスＤＶＣを駆動させる場合）には、電力保持部４０に充電された電力又は上記発電電力に基づく負荷駆動電力がデバイスＤＶＣに供給される。
【００７８】
すなわち、上述したような電源システムにおける制御動作によれば、電源システムに外部電源が接続され、外部電力が供給された状態においては、発電部に付設されたヒータに外部電力の一部が予備電力として供給されて予熱状態に保持され、発電部がスタンバイ状態に維持されるので、外部電力の供給が遮断された直後に、発電部を起動させてデバイスＤＶＣを駆動させるような使用形態の場合には、発電動作の際に必要となる温度条件までヒータを加熱するために供給しなければならない電力は、微少な電力で済み、起動に要する電力消費・燃料消費を低減させることができる。
【００７９】
なお、上述した実施形態においては、本発明に係る電源システム及びその駆動制御方法が適用される電子機器として、ノート型パーソナルコンピュータやＰＤＡ等の携帯機器を例に示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電子機器内部に電力保持手段を備えるとともに、外部電源から供給される電力によっても駆動する負荷を備えた電子機器であって、当該負荷の起動、停止操作を比較的頻繁に行う使用形態のものであれば、他の電子機器や動力機器等に適用することができる。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る電源システム及びその駆動制御方法によれば、発電用燃料を用いて所定の電力を発電する燃料電池を備える発電部と、該発電電力を充放電する電力保持部と、を備え、所望の負荷を駆動するための負荷駆動電力を生成、供給する電源システムにおいて、電力供給能力が電力保持部に比較して大きい商用交流電源等の外部電源に接続され、外部電力が供給されている状態においては、外部電力が電力保持部への充電のために供給されるとともに、負荷への負荷駆動電力として供給され、発電部への発電用燃料の供給が遮断され、発電部における発電動作が停止制御されて、発電用燃料が消費されなくなるので、発電用燃料の浪費を抑制することができる。また、この外部電力供給状態においては、外部電力の一部が発電部を予熱状態（スタンバイ状態）に設定するためにも供給されるので、電源システムが交流商用電源等から取り外され、外部電力が遮断されたとき、電力保持部に充電された微少な電力を消費するのみで、迅速に発電部をスタンバイ状態から発電状態に移行（起動）することができる。
【００８１】
したがって、電源システム内部に発電部及び電力保持部を備え、該発電部により発電される電力及び外部電力のいずれかを用いて負荷駆動電力を生成、供給する電源システムにおいて、外部電力が供給されていない状態で電源システムに接続された負荷を頻繁に駆動、停止制御した場合であっても、外部電力の供給時に予め発電部をスタンバイ状態（予熱状態）にしておくことができるので、発電状態に移行する際に消費する電力を微少な電力として、電源システムの燃料消費効率を向上させることができ、電源システムの起動不能を回避しつつ、電力供給時間（バッテリー持続時間に相当する）を長くすることができる。よって、本発明に係る電源システムを、電源のオン、オフを頻繁に行う仕様形態を有する電子機器の電源ユニットとして良好に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電源システムを備えた電子機器の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る電子機器の内部構成を示す概略ブロック図である。
【図３】本発明に係る電源システムの一実施形態を示す概略ブロック図である。
【図４】本実施形態に係る電源システムに適用される発電部の要部構成を示すブロック図である。
【図５】本実施形態に係る発電部に適用可能な燃料改質部の一構成例を示すブロック図である。
【図６】本実施形態に係る発電部に適用可能な燃料電池本体の一構成例を示す概略構成図である。
【図７】本実施形態に係る電力発生部に適用される電力保持部の一構成例を示すブロック図である。
【図８】本実施形態に係る電源システムの全体動作の第１の実施例を示すフローチャートである。
【図９】本実施形態に係る電源システムにおいて、外部電力が供給されている状態の動作を示す制御概念図である。
【図１０】本実施形態に係る電源システムにおいて、外部電力が供給されていない状態の動作を示す制御概念図である。
【図１１】本実施形態に係る電源システムの全体動作の第２の実施例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 燃料供給制御部
２０ 発電部
３０ 充電制御部
４０ 電力保持部
５０ 電力供給制御部
６０ ヒータ制御部
７０ 動作制御部
９０ 外部電源接続部
１００ 電力発生部
２００ 燃料パック
ＤＶＣ デバイス

Claims (19)

  1. 所定の発電用燃料を用いて所望の負荷を駆動するための負荷駆動電力を生成、供給する電源システムにおいて、
    前記発電用燃料を用いて第１の電力を発電する燃料電池を備える発電手段と、
    第２の電力が供給される外部電源を接続する外部電源接続手段と、
    前記発電手段への前記発電用燃料の供給状態を制御する燃料供給制御手段と、
    前記発電手段における発電状態を制御する温度条件を設定制御する発電制御手段と、
    少なくとも、前記外部電源が接続されて、前記第２の電力が供給されている状態では、該第２の電力に基づいて、前記発電制御手段により前記発電手段の前記温度条件を制御して予熱状態とするとともに、前記燃料供給制御手段により前記発電手段への前記発電用燃料の供給を遮断した発電予備状態に設定する手段を備える動作制御手段と、
    を具備することを特徴とする電源システム。
  2. 前記電源システムは、前記第１の電力、及び、前記第２の電力に基づく電荷を保持する電力保持手段を備え、
    前記動作制御手段は、さらに、前記外部電源から前記第２の電力が供給されている状態では、前記第２の電力の一部を前記電力保持手段に供給するように制御する手段を備えることを特徴とする請求項１記載の電源システム。
  3. 前記電力保持手段は、複数の容量素子から構成され、
    該電力保持手段に電荷を保持する充電状態においては、前記容量素子相互を直列に接続し、前記電力保持手段に保持された電荷に基づく電力を放出する放電状態においては、前記容量素子相互を並列に接続するように制御されることを特徴とする請求項２記載の電源システム。
  4. 前記電源システムは、前記外部電源からの前記第２の電力の供給状態に応じて、前記第１の電力、もしくは、前記第２の電力のいずれかを、選択的に電力保持手段及び前記負荷に供給する充電制御手段と、
    前記外部電源からの前記第２の電力の供給状態に応じて、前記充電制御手段を介して供給される前記第１の電力、もしくは、前記第２の電力に基づいて前記負荷に前記負荷駆動電力を供給する電力供給制御手段と、
    を備えたことを特徴とする請求項２記載の電源システム。
  5. 前記動作制御手段は、さらに、前記外部電源から前記第２の電力が供給されている状態では、前記第２の電力に基づいて、前記負荷に前記負荷駆動電力を供給するように制御する手段を備えることを特徴とする請求項１記載の電源システム。
  6. 前記発電手段は、少なくとも、前記発電用燃料から所定の触媒反応により水素を含む特定の燃料成分を生成する燃料改質部を備え、前記燃料電池は、前記特定の燃料成分を用いた電気化学反応により前記第１の電力を発電することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電源システム。
  7. 前記発電手段は、さらに、前記発電用燃料を気化する燃料気化部と、前記燃料改質部における前記触媒反応により発生する副生成物を除去する副生成物除去部と、を備えていることを特徴とする請求項６記載の電源システム。
  8. 前記発電手段は、少なくとも、前記燃料改質部および前記燃料電池における温度状態を設定制御するヒータ部を備え、
    前記発電手段の発電予備状態は、前記ヒータ部に予備電力を供給して予熱状態に保持した状態であることを特徴とする請求項６又は７に記載の電源システム。
  9. 前記外部電源は、前記電力保持手段に比較して、電力供給能力が大きい電源であることを特徴とする請求項２乃至８のいずれかに記載の電源システム。
  10. 前記外部電源は、商用交流電源であって、該商用交流電源から供給される電力を直流変換した電力が、前記第２の電力として供給されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の電源システム。
  11. 前記動作制御手段は、前記負荷駆動電力により駆動する前記負荷を備えた電子機器本体に設けられていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の電源システム。
  12. 前記電源システムは、前記発電用燃料を封入した燃料封入部を備え、該燃料封入部が前記電源システムに対して着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の電源システム。
  13. 少なくとも、所定の発電用燃料を用いて第１の電力を発電する燃料電池を備える発電手段と、第２の電力が供給される外部電源を接続する外部電源接続手段と、前記発電手段への前記発電用燃料の供給状態を制御する燃料供給制御手段と、前記発電手段における発電状態を制御する温度条件を設定制御する発電制御手段と、電力を充放電する電力保持手段と、を備えた電源システムの駆動制御方法において、
    前記外部電源が接続されて、前記第２の電力が供給されている状態では、少なくとも、該第２の電力に基づいて前記発電手段の前記温度条件を制御して予熱状態とするとともに、前記発電手段への前記発電用燃料の供給を遮断した発電予備状態とする動作を実行することを特徴とする電源システムの駆動制御方法。
  14. 前記第２の電力が供給されている状態では、さらに、該第２の電力に基づいて、前記電力保持手段を充電する動作を実行することを特徴とする請求項１３記載の電源システムの駆動制御方法。
  15. 前記第２の電力が供給されている状態では、さらに、前記第２の電力に基づいて、所望の負荷を駆動するための負荷駆動電力を供給する動作を実行することを特徴とする請求項１３記載の電源システムの駆動制御方法。
  16. 前記発電手段における前記燃料電池は、少なくとも、前記発電用燃料から生成される水素を含む特定の燃料成分を用いた電気化学反応により、前記第１の電力を発電することを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれかに記載の電源システムの駆動制御方法。
  17. 所定の発電用燃料が封入された燃料封入部と、
    前記発電用燃料を用いて第１の電力を発電する燃料電池を備える発電手段と、
    第２の電力が供給される外部電源を接続する外部電源接続手段と、
    前記発電手段への前記発電用燃料の供給状態を制御する燃料供給制御手段と、
    前記発電手段における発電状態を制御する温度条件を設定制御する発電制御手段と、
    少なくとも、前記外部電源が接続されて、前記第２の電力が供給されている状態では、該第２の電力に基づいて、前記発電制御手段により前記発電手段の前記温度条件を制御して予熱状態とするとともに、前記燃料供給制御手段により前記発電手段への前記発電用燃料の供給を遮断した発電予備状態に設定する手段を備える動作制御手段と、
    を具備する電源システムに接続され、
    該電源システムから供給される負荷駆動電力により駆動する負荷を備えたことを特徴とする電子機器。
  18. 前記動作制御部は、前記電子機器内に設けられ、少なくとも、前記負荷の駆動状態を制御する負荷駆動制御手段であることを特徴とする請求項１７記載の電子機器。
  19. 前記電源システムにおける前記燃料封入部以外の各構成が、前記電子機器に対して一体的に構成されていることを特徴とする請求項１７又は１８記載の電子機器。
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