(57)【要約】【課題】電子機器に対して燃料電池を用いて電圧供給を行う燃料電池システムに関して、消費電力の低減を図ることが可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】制御部１５は、パワーアンプ８が所定温度に達したかどうかを判定する（ステップＳ１５）。制御部１５は、パワーアンプ８が所定温度以上であると判定した場合には、二次電池２５と、補機４５および通信機器５とのそれぞれの接続を切離する（ステップＳ１６）。燃料電池２０から通信機器５に対してのみ電圧が供給され、また、補機４５には、熱電変換素子により発生した電圧が供給される（ステップＳ１７）。したがって、補機４５は、二次電池２５および燃料電池２０からの電圧に基づいて動作するのではなくパワーアンプ８の発熱に基づいて駆動されるため消費電力が低減される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作モードと待機モードの２つのモードを有する電子機器に対して必要な電圧を供給するための燃料電池システムであって、
発電することにより生じた電圧を供給するための燃料電池と、
前記燃料電池の発電に必要な燃料および空気を供給するための補機と、
予め電荷が充電され、電圧を供給する二次電池と、
前記電子機器が駆動している際に生じる熱を電圧に変換して前記補機に供給するための熱電変換素子と、
システム全体を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記動作モードの動作開始時において、前記二次電池と前記電子機器および前記補機とをそれぞれ接続して電圧を供給するととともに、前記燃料電池と前記電子機器とを接続して、前記補機から供給された前記燃料および空気に従って前記燃料電池により発電した電圧を供給し、所定の条件が満たされた場合に、前記二次電池と前記電子機器および前記補機との接続をそれぞれ切断して電圧の供給を停止する、燃料電池システム。
【請求項２】
前記電子機器は、送信用のパワーアンプを含む携帯通信機器に相当し、
前記熱電変換素子は、前記送信用のパワーアンプと接触するように配置される、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記熱電変換素子は、前記動作モードである通話モードにおいて駆動される前記送信用のパワーアンプの発熱を利用して電圧に変換する、請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記熱電変換素子は、ペルチェ素子に相当する請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記所定の条件は、前記所定期間が経過した場合に相当する、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記電子機器が駆動している際の温度を検出して、前記制御部に検出結果を出力するための温度検出素子をさらに備え、
前記所定の条件は、前記温度検出素子により検出された温度が所定温度以上である場合に相当する、請求項１記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器に対して燃料電池を用いて電圧供給を行なう燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料の埋蔵量が激減しており、その代替となる燃料の開発が求められている。化石燃料の代替としては、容易に生成することが可能であり、環境に対する負荷の少ないエネルギー源が期待されており、クリーンなエネルギー源である燃料電池が注目されている。例えば特開平９−１４７８８５号公報（特許文献１）あるいは特開２００５−２２８５２３号公報（特許文献２）には、発電効率の向上を図る燃料電池の構成が示されている。
【０００３】
また、近年においては、特に携帯端末機器等に対してメタノール燃料等を利用した燃料電池の開発が盛んになってきている。
【特許文献１】特開平９−１４７８８５号公報
【特許文献２】特開２００５−２２８５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方で、特に携帯用端末機器等においては、消費電力の低減は従来から重要な課題となっており、システム全体としての消費電力を最小限に留める必要がある。
【０００５】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、電子機器に対して燃料電池を用いて電圧供給を行なう燃料電池システムに関して、さらに消費電力の低減を図ることが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る燃料電池システムは、動作モードと待機モードの２つのモードを有する電子機器に対して必要な電圧を供給するための燃料電池システムであって、発電することにより生じた電圧を供給するための燃料電池と、燃料電池の発電に必要な燃料および空気を供給するための補機と、予め電荷が充電され、電圧を供給する二次電池と、電子機器が駆動している際に生じる熱を電圧に変換して補機に供給するための熱電変換素子と、システム全体を制御する制御部とを備える。制御部は、動作モードの動作開始時において、二次電池と電子機器および補機とをそれぞれ接続して電圧を供給するととともに、燃料電池と電子機器とを接続して、補機から供給された燃料および空気に従って燃料電池により発電した電圧を供給し、所定の条件が満たされた場合に、二次電池と電子機器および補機との接続をそれぞれ切断して電圧の供給を停止する。
【０００７】
好ましくは、電子機器は、送信用のパワーアンプを含む携帯通信機器に相当し、熱電変換素子は、送信用のパワーアンプと接触するように配置される。
【０００８】
特に、熱電変換素子は、動作モードである通話モードにおいて駆動される送信用のパワーアンプの発熱を利用して電圧に変換する。
【０００９】
好ましくは、熱電変換素子は、ペルチェ素子に相当する。
好ましくは、所定の条件は、所定期間が経過した場合に相当する。
【００１０】
好ましくは、電子機器が駆動している際の温度を検出して、制御部に検出結果を出力するための温度検出素子をさらに備え、所定の条件は、温度検出素子により検出された温度が所定温度以上である場合に相当する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る燃料電池システムは、電子機器が駆動している際に生じる熱を電圧に変換して補機に供給するための熱電変換素子を設けることにより、システム全体として補機を駆動するための消費電力が低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態に従う燃料電池システムの概略ブロック図である。
本例においては、一例として電子機器として、携帯端末通信機器（以下、通信機器とも称する）に対して燃料電池を用いて電圧供給を行なう燃料電池システムについて説明する。
【００１４】
なお、燃料電池としては、一例として直接メタノール型燃料電池であるものとする。
図１を参照して、本発明の実施の形態に従う燃料電池システム１は、通信機器５と、通信機器５に対して必要な電圧を供給する電源制御部１０とを備える。
【００１５】
通信機器５は、アンテナ２を介して外部に対して電波を送信あるいは受信するための電波送受信部３を含む。電波送受信部３は、送信時に際して電波信号を増幅してアンテナ２に出力するための送信用パワーアンプチップ８を有するものとする。
【００１６】
電源制御部１０は、システム全体を制御する制御部１５と、通信機器５に対して必要な電圧を供給するために設けられた燃料電池２０および二次電池（バッテリ）２５と、燃料電池２０の発電の際の化学反応により生じた水を貯める排水槽３０と、排水槽３０と燃料タンク４０との間に設けられ、排水槽３０から燃料タンク４０に水を供給するための排水弁３５と、メタノール燃料を格納している燃料タンク４０と、燃料タンク４０からのメタノール燃料および空気（エアー）を燃料電池２０に供給するための補機４５とを含む。
【００１７】
また、燃料タンク４０内には、濃度計４１が設けられており、燃料タンク４０の濃度値を検出して制御部１５に検出結果を出力する。制御部１５は、濃度計４１から出力された燃料タンク４０の濃度値である検出結果を受けて、検出結果に基づいて排水弁３５の開閉動作を制御する。すなわち、制御部１５は、濃度計４１から出力される濃度値を受けて、しきい値との比較に基づいて排水弁３５の開閉動作を制御して燃料タンク４０の濃度調整を行なう。
【００１８】
また、電源制御部１０は、二次電池２５と通信機器５に対して動作電圧が供給される電圧供給ノード（図示せず）との間に設けられたスイッチＳＷ１と、燃料電池２５と通信機器５の電圧供給ノード（図示せず）との間に設けられたスイッチＳＷ２と、燃料電池２０と二次電池２５との間に設けられ、燃料電池２０の発電した電圧を二次電池に充電するためのスイッチＳＷ３と、二次電池２５と補機４５との間に設けられ、補機４５に対して動作電圧を供給するためのスイッチＳＷ４とをさらに含む。これらスイッチＳＷ１〜ＳＷ４が導通することにより電気的に結合され、電圧が供給されるものとする。なお、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、制御部１５の制御信号ＣＴ１〜ＣＴ４に応答して動作するものとする。例えば、一例として制御信号ＣＴが「Ｈ」レベルである場合にスイッチＳＷは導通し、「Ｌ」レベルである場合に非導通となるものとする。
【００１９】
本発明の実施の形態に従う燃料電池システムは、送信用パワーアンプチップ８（以下パワーアンプとも称する）で発生する熱を利用して後述する熱電変換素子により電圧を発生し、当該変換した電圧を利用して消費電力を低減する。
【００２０】
図２は、本発明の実施の形態に従う送信用パワーアンプチップおよび熱電変換素子の構成について説明する図である。
【００２１】
図２を参照して、ここでは、送信用パワーアンプチップ８を覆うようにしてパッケージ６が設けられ、ワイヤボンディングによりワイヤＷＲを介して基板ＰＬ上に設けられた他の回路等との接続配線ＭＷと接続されている場合が示されている。また、パワーアンプ８の下にヒートシンクＨＳが設けられ、ヒートシンクＨＳを介してパワーアンプ８と熱電変換素子７とが接触した状態で設けられている。
【００２２】
また、温度を検出するための温度検出素子９が設けられ、ヒートシンクＨＳと接続されてパワーアンプ８の温度を検出して検出結果を制御部１５に出力する。
【００２３】
熱電変換素子７は、ヒートシンクＨＳを介してパワーアンプ８から伝搬される熱を電圧に変換して、補機４５に供給する。
【００２４】
なお、本例においては、パワーアンプ８からヒートシンクＨＳを介して熱電変換素子７に熱が伝搬される構成について説明したが、これに限られず例えばヒートシンクＨＳを設けず、直接パワーアンプ８から熱電変換素子７に熱が伝搬されるようにすることも可能である。なお、その場合、熱電変換素子７の熱容量は大きい方が望ましい。また、熱電変換素子として例えばペルチェ素子を用いることが可能である。
【００２５】
図３は、本発明の実施の形態に従うモードの切り替えを説明するフロー図である。
図３を参照して、制御部１５は、図示しないが通信機器５からの制御信号を受けて通信機器５の状態に基づいてモードを切り替える。具体的には、制御部１５は、通信機器５からの制御信号に基づいて通話時かどうかを判定する（ステップＳ１）。そして、通信機器５が通話時である場合には、電源制御部１０において通話モードの動作を実行するように制御する（ステップＳ２）。一方、通信機器５が通話時ではない場合には、電源制御部１０において待機モードの動作を実行するように制御する（ステップＳ３）。
【００２６】
図４は、本発明の実施の形態に従う通話モードの電源制御部１０の動作を説明するフロー図である。
【００２７】
図４を参照して、通話モードに入った場合（ステップＳ１０）すなわち通話開始時には、次のステップＳ１１に進み、二次電池２５と燃料電池２０とをそれぞれ通信機器５と接続する（ステップＳ１１）。具体的には、制御部１５は、制御信号ＣＴ１（「Ｈ」レベル），ＣＴ２（「Ｈ」レベル）を出力して、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を導通させる。
【００２８】
これに伴い、二次電池２５と通信機器５の電源供給ノードとが電気的に結合され、二次電池２５から通信機器５に対して電圧が供給される（ステップＳ１２）。
【００２９】
次に、二次電池２５と補機４５とを接続する（ステップＳ１３）。具体的には、制御部１５は、制御信号ＣＴ４を出力してスイッチＳＷ４を導通させる。これに伴ない、二次電池２５と補機４５とが接続され、二次電池２５から補機４５が駆動するために必要な電圧が供給される。
【００３０】
そして、補機４５は、マイクロポンプＭＰ１，ＭＰ２を駆動して、それぞれ燃料タンク４０から必要な燃料および空気をそれぞれマイクロ弁Ｖ１，Ｖ２を介して燃料電池２０に供給する。
【００３１】
燃料電池２０は、燃料および空気の供給を受けて発電し、通信機器５に発電した電圧を供給する（ステップＳ１４）。
【００３２】
次に、制御部１５は、パワーアンプ８が所定温度に達したかどうかを判定する（ステップＳ１５）。具体的には、制御部１５は、上述したように温度検出素子９からのヒートシンクＨＳを介するパワーアンプ８の温度の検出結果を受けて、その検出結果が所定温度以上であるかどうかを判定して、所定温度以上であると判定した場合には、次のステップＳ１６に進む。一方、制御部１５は、所定温度に達していないと判定した場合には、ステップＳ１５を維持する。
【００３３】
次に、制御部１５は、パワーアンプ８が所定温度以上であると判定した場合には、二次電池２５と、補機４５および通信機器５とのそれぞれの接続を切離する（ステップＳ１６）。具体的には、制御部１５は、制御信号ＣＴ１，ＣＴ４を「Ｌ」レベルに設定し、二次電池２５と、補機４５および通信機器５の電源供給ノードとのそれぞれの電気的な接続を切離する。
【００３４】
これに伴ない、燃料電池２０から通信機器５に対してのみ電圧が供給され、また、補機４５には、熱電変換素子により発生した電圧が供給される（ステップＳ１７）。
【００３５】
したがって、補機４５は、二次電池２５および燃料電池２０からの電圧に基づいて動作するのではなくパワーアンプ８の発熱に基づいて駆動されるため消費電力を低減することが可能である。
【００３６】
そして、通話が終了したかどうかを判定する（ステップＳ１８）。
通話が終了した場合には、燃料電池２０と通信機器５との電気的な接続が切離される（ステップＳ１９）。具体的には、制御部１５は、制御信号ＣＴ２を「Ｌ」レベルに設定する。
【００３７】
また、制御部１５は、補機４５のマイクロポンプＭＰ１，ＭＰ２およびマイクロ弁Ｖ１，Ｖ２に対して指示し、燃料電池２０に対する燃料および空気の供給を停止する（ステップＳ２０）。
【００３８】
そして、燃料電池２０と二次電池２５とを接続する（ステップＳ２１）。具体的には、制御部１５は、制御信号ＣＴ３を「Ｈ」レベルに設定する。燃料電池２０は、燃料および空気の供給した場合であっても反応は直ちに終了しないため発電をしばらく継続している。したがって、燃料電池２０と二次電池２５とを接続することにより、燃料電池２０で発電した電圧が二次電池２５に充電される（ステップＳ２２）。
【００３９】
そして、待機モードに移行する（ステップＳ２３）。
待機モードにおいては、通信機器５の消費電力量が小さいため二次電池２５から電圧が通信機器５の電圧供給ノードに供給されるものとする。
【００４０】
本実施の形態に従う方式により、通信機器５の発熱を利用して熱電変換により得られた電圧により補機４５を作動させ、燃料および空気の供給を行なうことにより、システム全体の消費電力を低減して燃料電池の高効率発電が可能となる。また、本例においては、送信用のパワーアンプの発熱を利用して熱電変換を行なう場合について説明したが、パワーアンプに限られず、例えば携帯電話機等のＣＰＵ等の発熱を利用することも可能である。
【００４１】
なお、本例においては、図４のステップＳ１５において、パワーアンプ８が所定温度以上か否かに応じて二次電池２５と通信機器５および補機４５との接続が制御される場合について説明したが、特にこれに限られず、例えば制御部１５がタイマ機能を有しており、通話状態の時間を計測して所定期間が経過した場合に二次電池２５と通信機器５および補機４５との接続を制御する方式とすることも可能である。この場合には、温度検出素子を設けることなく制御することが可能である。なお、当該所定期間については、例えば通話状態の時間に従って送信用のパワーアンプの温度が上昇して発熱し、パワーアンプの発熱に従って補機４５を駆動する電圧を熱電変換素子が供給可能となる期間に設定することが可能である。
【００４２】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態に従う燃料電池システムの概略ブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に従う送信用パワーアンプチップおよび熱電変換素子の構成について説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態に従うモードの切り替えを説明するフロー図である。
【図４】本発明の実施の形態に従う通話モードの電源制御部１０の動作を説明するフロー図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  燃料電池システム、２  アンテナ、３  電波送受信部、５  通信機器、１０  電源制御部、８  送信用パワーアンプチップ、１５  制御部、２０  燃料電池、２５  二次電池（バッテリ）、３０  排水槽、３５  排水弁、４０  燃料タンク、４１  濃度計、４５  補機。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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