JP4576599B2 - TEMPERATURE CONTROL DEVICE, TEMPERATURE CONTROL METHOD THEREOF, AND POWER SOURCE SYSTEM HAVING TEMPERATURE CONTROL DEVICE - Google Patents

Description

【００１９】
ここで、ヒータ電圧に基づいて電気抵抗値を求め、該電気抵抗値に対応するヒータ温度を特定する処理をデジタル信号処理により行う場合、上記測定結果（表１）に示したような電圧変化（０．５０Ｖ−０．４５Ｖ＝０．０５Ｖ）を温度に換算するために、次式（１５）に示すように、極めて微小な電圧値を基準単位として用いなければならない。
（０．５０Ｖ−０．４５Ｖ）÷３００℃＝０．１６７ｍＶ／℃ （１５）
【００２０】
この基準単位を１ビットに対応させるとすると、ヒータ温度０℃で２００ｍＡの設定電流が流れ、ヒータ電圧１０Ｖが観測された場合には、１０Ｖ÷０．１６７ｍＶ＝６０，０００のデータ量をデジタル信号処理において取り扱うことになり、そのためには、１６ビットのアナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）を必要とすることになる。
このように、広範囲な信号電圧から、薄膜ヒータの温度特性（電気抵抗の温度変化）に基づく微小な電圧変化を検出するためには、非常に高感度（高分解能）で高価な測定回路を必要とするうえ、複雑で膨大なデータ処理を行わなければならず、製品コストの上昇や装置規模の大型化を招くうえ、ノイズ等の影響も受けやすいという問題を有していた。
【００２１】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑み、特に、燃料改質型の燃料電池を発電手段として適用した電源システムにおいて、燃料改質部や燃料電池本体における化学反応の進行状態を制御する温度条件を設定するヒータ温度を、比較的簡易かつ安価な構成により高精度に測定して、ヒータ温度を精度よく設定制御することができる温度制御装置及びその温度制御方法、並びに、該温度制御装置を備えた電源システムを提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の温度制御装置は、所定の発電用燃料を用いて発電動作を行う発電手段における、前記発電動作に関連する化学反応の進行状態を制御する温度条件を設定する温度制御装置において、前記発電手段に付設され、前記温度条件を設定するための熱量を放出する発熱手段と、前記発熱手段の電気抵抗に基づいて、前記発熱手段の温度を測定する温度測定手段と、を備え、前記温度測定手段は、前記発熱手段の温度に応じて変化する前記発熱手段の電気抵抗に対応する電圧を信号電圧として検出し、該信号電圧から前記発熱手段の温度変化に対応して変化する電圧成分を除いた値に対応した電圧であるオフセット電圧を除外した電圧成分に基づいて、前記発熱手段の温度を特定することを特徴としている。
【００２３】
請求項２記載の温度制御装置は、請求項１記載の温度制御装置において、前記温度測定手段は、前記発熱手段の電気抵抗をアナログ信号電圧として検出する電圧測定部と、前記アナログ信号電圧から前記オフセット電圧を減算するオフセット減算部と、前記オフセット減算部により得られた電圧成分を任意の増幅率で増幅する電圧増幅部と、前記増幅された電圧成分をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換部と、を備えていることを特徴としている。
【００２４】
請求項３記載の温度制御装置は、請求項２記載の温度制御装置において、前記電圧増幅部は、前記オフセット減算部により得られた前記電圧成分を任意の信号減衰率で減衰処理する減衰器と、前記減衰された電圧成分を単一の信号増幅率で増幅処理する増幅器と、を備え、前記減衰器の前記信号減衰率は、前記増幅器の前記信号増幅率に等しいか、それより小さい値に設定されていることを特徴としている。
請求項４記載の温度制御装置は、請求項２又は３記載の温度制御装置において、前記温度測定手段は、前記デジタル信号に変換された前記電圧成分及び前記オフセット電圧を合算して得られた電圧値と、前記発熱手段に供給される電流値に基づいて前記発熱手段の電気抵抗を算出し、該電気抵抗に基づいて前記発熱手段の温度を特定することを特徴としている。
【００２５】
請求項５記載の温度制御装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の温度制御装置において、前記温度制御装置は、前記特定された発熱手段の温度に基づいて、前記発熱手段に供給する電力を制御して、前記発熱手段の温度を調整する温度調整手段を備えていることを特徴としている。
請求項６記載の温度制御装置は、請求項５記載の温度制御装置において、前記温度調整手段は、前記発電手段における発電動作を起動する際には、前記発熱手段の温度変化の上限値における電気抵抗に対応する電圧を前記オフセット電圧として設定することを特徴としている。
【００２６】
請求項７記載の温度制御装置は、請求項５記載の温度制御装置において、前記温度調整手段は、前記発電手段における発電動作が平衡状態にある場合には、前記発熱手段の連続する温度変化における任意の時点で特定された温度に対して、所定値だけ変化した場合の温度における電気抵抗に対応する電圧を前記オフセット電圧として設定することを特徴としている。
請求項８記載の温度制御装置は、請求項５乃至７のいずれかに記載の温度制御装置において、前記温度調整手段は、前記デジタル信号に変換される前記電圧成分が、前記アナログ−デジタル変換部における最大入力電圧を超過する場合には、前記電圧増幅部における信号減衰率を増大させることを特徴としている。
【００２７】
請求項９記載の温度制御装置は、請求項５乃至７のいずれかに記載の温度制御装置において、前記温度調整手段は、前記デジタル信号に変換される前記電圧成分が、前記アナログ−デジタル変換部における最大入力電圧を超過する場合には、前記オフセット電圧を増大させることを特徴としている。
請求項１０記載の温度制御装置は、請求項５乃至７のいずれかに記載の温度制御装置において、前記温度調整手段は、前記デジタル信号に変換される前記電圧成分が、前記アナログ−デジタル変換部のビット数の１／２より少ないビット数に対応する値である場合には、前記電圧増幅部における信号減衰率を低減させることを特徴としている。
【００２８】
請求項１１記載の温度制御装置は、請求項５乃至７のいずれかに記載の温度制御装置において、前記温度調整手段は、前記デジタル信号に変換される前記電圧成分が、前記アナログ−デジタル変換部のビット数の１／２より少ないビット数に対応する値である場合には、前記オフセット電圧を低減させることを特徴としている。
請求項１２記載の温度制御装置は、請求項１乃至１１のいずれかに記載の温度制御装置において、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と、前記特定の燃料成分を用いた電気化学反応により電力を発電する燃料電池と、を備え、前記発熱手段は、少なくとも、前記燃料改質部に付設されていることを特徴としている。
【００２９】
請求項１３記載の温度制御装置は、請求項１２記載の温度制御装置において、前記発電手段は、さらに、液体燃料からなる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、前記発熱手段は、前記燃料気化部及び前記副生成物除去部にも付設されていることを特徴としている。
【００３０】
請求項１４記載の温度制御装置の温度制御方法は、所定の発電用燃料を用いて発電動作を行う発電手段における、前記発電動作に関連する化学反応の進行状態を制御する温度条件を設定する温度制御装置の温度制御方法において、前記温度条件を設定するための熱量を放出する発熱手段の温度に応じて変化する電気抵抗を信号電圧として検出する処理ステップと、前記信号電圧から前記発熱手段の温度変化に対応して変化する電圧成分を除いた値に対応した電圧であるオフセット電圧を減算して、前記発熱手段の温度変化に対応して変化する電圧成分のみを抽出する処理ステップと、前記抽出された電圧成分を任意の増幅率で増幅する処理ステップと、前記増幅された電圧成分及び前記オフセット電圧を合算して得られた電圧値と、前記発熱手段に供給される電流値に基づいて前記発熱手段の電気抵抗を算出する処理ステップと、前記算出された電気抵抗に基づいて、前記発熱手段の温度を特定する処理ステップと、を含み、前記一連の処理ステップを所定の時間間隔で繰り返し実行して、前記発熱手段の温度変化を監視することを特徴としている。
【００３１】
請求項１５記載の温度制御装置の温度制御方法は、請求項１４記載の温度制御装置の温度制御方法において、前記信号電圧を増幅する処理ステップは、前記電圧成分を任意の信号減衰率で減衰する処理と、前記減衰された電圧成分を単一の信号増幅率で増幅する処理と、を含み、前記信号減衰率を調整することにより、前記電圧成分を１以上の任意の増幅率で増幅することを特徴としている。
請求項１６記載の温度制御装置の温度制御方法は、請求項１４又は１５記載の温度制御装置の温度制御方法において、前記発熱手段の温度変化に基づいて、前記発熱手段に供給する電力を制御して、前記発熱手段の温度を調整する処理ステップを、さらに含むことを特徴としている。
【００３２】
請求項１７記載の温度制御装置の温度制御方法は、請求項１５又は１６記載の温度制御装置の温度制御方法において、前記増幅された電圧成分に基づいて、前記オフセット電圧、もしくは、前記信号減衰率を変更設定して、前記増幅された電圧成分をアナログ−デジタル変換処理に適した任意の電圧値を有するように調整する処理ステップを、さらに含むことを特徴としている。
請求項１８記載の温度制御装置の温度制御方法は、請求項１７記載の温度制御装置の温度制御方法において、前記電圧成分の電圧値を調整する処理ステップは、前記発電手段における発電動作を起動する際には、前記オフセット電圧を前記発電手段の温度変化の上限値における電気抵抗に対応する電圧に設定することを特徴としている。
【００３３】
請求項１９記載の温度制御装置の温度制御方法は、請求項１７記載の温度制御装置の温度制御方法において、前記電圧成分の電圧値を調整する処理ステップは、前記発電手段における発電動作が平衡状態にある場合には、前記オフセット電圧を前記発熱手段の連続する温度変化における任意時点の温度に対して、所定値だけ変化した場合の温度における電気抵抗に対応する電圧に設定することを特徴としている。
【００３４】
請求項２０記載の温度制御装置の温度制御方法は、請求項１７記載の温度制御装置の温度制御方法において、前記前記電圧成分の電圧値を調整する処理ステップは、前記電圧成分が、前記アナログ−デジタル変換処理における最大入力電圧を超過する場合には、前記信号減衰率を増大させるように変更設定することを特徴としている。
請求項２１記載の温度制御装置の温度制御方法は、請求項１７記載の温度制御装置の温度制御方法において、前記前記電圧成分の電圧値を調整する処理ステップは、前記電圧成分が、前記アナログ−デジタル変換処理における最大入力電圧を超過する場合には、前記オフセット電圧を増大させるように変更設定することを特徴としている。
【００３５】
請求項２２記載の温度制御装置の温度制御方法は、請求項１７記載の温度制御装置の温度制御方法において、前記前記電圧成分の電圧値を調整する処理ステップは、前記電圧成分が、前記アナログ−デジタル変換処理におけるビット数の１／２より少ないビット数に対応する値である場合には、前記信号減衰率を低減させるように変更設定することを特徴としている。
請求項２３記載の温度制御装置の温度制御方法は、請求項１７記載の温度制御装置の温度制御方法において、前記前記電圧成分の電圧値を調整する処理ステップは、前記電圧成分が、前記アナログ−デジタル変換処理におけるビット数の１／２より少ないビット数に対応する値である場合には、前記オフセット電圧を低減させるように変更設定することを特徴としている。
【００３６】
請求項２４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電力を発電する発電手段と、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動作に関連する温度条件を設定制御する発電制御手段と、前記発電手段に付設された発熱手段の温度を測定する温度測定手段と、少なくとも、前記発熱制御手段を制御して、前記温度測定手段により測定された温度に基づいて、前記発熱手段の温度を調整する温度制御手段と、を備え、前記温度測定手段は、前記発熱手段の温度に応じて変化する前記発熱手段の電気抵抗に対応する電圧を信号電圧として検出し、該信号電圧から前記発熱手段の温度変化に対応して変化する電圧成分を除いた値に対応した電圧であるオフセット電圧を減算して、前記発熱手段の温度変化に対応する範囲の電圧成分のみを抽出し、該抽出された電圧成分を任意の信号減衰率で減衰処理するとともに所定の信号増幅率で増幅処理し、該増幅処理された電圧成分及び前記オフセット電圧の合計電圧値に基づいて、前記発熱手段の温度を特定することを特徴としている。
【００３７】
請求項２５記載の電源システムは、請求項２４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と、前記特定の燃料成分を用いた電気化学反応により電力を発電する燃料電池と、を備え、前記発熱手段は、少なくとも、前記燃料改質部に付設されていることを特徴としている。
請求項２６記載の電源システムは、請求項２５記載の電源システムにおいて、前記発電手段は、さらに、液体燃料からなる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、前記発熱手段は、前記燃料気化部及び前記副生成物除去部にも付設されていることを特徴としている。
請求項２７記載の電源システムは、請求項２４乃至２６のいずれかに記載の電源システムにおいて、前記温度制御手段は、前記負荷駆動電力により駆動する負荷を備えた電子機器内に設けられていることを特徴としている。
【００３８】
すなわち、本発明に係る温度制御装置及びその温度制御方法は、燃料改質型の燃料電池のような、所定の発電用燃料を用いて発電動作を行う発電手段において、該発電動作に関連する化学反応の進行状態を制御する温度条件を設定する温度制御装置及びその制御方法であって、発電手段に付設された薄膜ヒータ（発熱手段）の温度を該薄膜ヒータの電気抵抗の温度依存性に基づいて計測するようにして、薄膜ヒータを温度計測素子として兼用した構成を有している。
これにより、薄膜ヒータの温度制御に係る構成を簡素化して、薄膜ヒータからの漏熱を抑制することができるので、熱効率の向上を図ることができるとともに、上記温度条件の正確な設定制御を実現することができる。また、製品コストの低減及び装置規模の小型化を図ることができる。
【００３９】
特に、本発明においては、薄膜ヒータの温度に応じて変化する電気抵抗をヒータ端子電圧（信号電圧）として検出し、ヒータ端子電圧から上記温度変化に対応しない電圧非変動成分（オフセット電圧）を除外して、温度変化に対応する電圧範囲の電圧変動成分（差分電圧）のみを抽出し、該電圧変動成分を適宜増幅する処理手順を有している。ここで、電圧変動成分を適宜増幅する構成として、電圧変動成分を任意の信号減衰率で減衰処理するアッテネータ（減衰器）と、減衰された電圧変動成分を単一の信号増幅率で増幅処理する増幅器と、を備え、アッテネータの信号減衰率を調整することにより、全体として１以上の任意の増幅率で電圧変動成分を増幅処理するように構成されている。
【００４０】
これにより、上記電圧変動成分及び電圧非変動成分に基づいて薄膜ヒータの温度を特定する処理をデジタル信号処理により行う場合、発電手段の動作状態（発電起動状態、発電平衡状態）に応じて、上記電圧非変動成分（オフセット電圧）の設定値、及び、上記増幅率を適宜調整することにより、処理データのデータ量を削減しつつ、適切なデータ量に設定することができるので、演算処理を実行する動作制御部やＣＰＵ（温度制御手段）の負担を軽減することができ、簡易な構成及び処理手順でヒータ温度を高精度に測定することができる。
【００４１】
この場合、温度計測対象となる薄膜ヒータに、温度制御のために供給されるヒータ用電力の電圧成分（ヒータ端子電圧）や電流成分をそのまま用いて、ヒータ温度の計測及び特定を行うことができるので、温度計測の際に特別な制御を必要とせず、温度計測時のヒータ温度に影響を与えることがなく、より正確な温度を測定することができる。
また、上記電圧非変動成分の設定値、及び、上記増幅率を適宜調整することができるので、より広範なヒータ端子電圧に対応することができ、単一の温度計測部（温度測定手段）により複数の異なる温度特性を有する薄膜ヒータの温度を高精度に測定することができる。
【００４２】
そして、このような温度制御装置及びその温度制御方法を備えた電源システムによれば、燃料改質型の燃料電池（発電手段）における発電動作を制御する燃料改質部や燃料電池本体の温度状態（薄膜ヒータの温度）を、簡易な構成により高精度に測定することができるので、熱効率を向上させて省電力で発電制御を実現することができるとともに、製品コストの低減及び装置規模の小型化を図ることができる。また、薄膜ヒータのヒータ端子電圧として検出し、該ヒータ端子電圧から上記温度変化に対応しない電圧非変動成分（オフセット電圧）を除外して、温度変化に対応する電圧範囲の電圧変動成分（差分電圧）のみを抽出し、該電圧変動成分に基づいて特定して調整制御する、比較的簡易な処理手順により上記温度状態を制御することができるので、上記発電動作の適切な制御を実現することができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る温度制御装置及びその温度制御方法並びに温度制御装置を備えた電源システム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、本発明に係る温度制御装置を備えた電源システムが適用される電子機器の全体構成について、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が適用される電子機器の一例を示す概略構成図であり、図２は、本発明に係る電源システムが適用される電子機器の内部構成を示す概略ブロック図である。
【００４４】
本発明に係る電源システムが適用される電子機器は、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又は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ＰＵとして、一体的に内蔵された構成、もしくは、任意に分離可能な構成を有している。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に任意に接続して、該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。なお、外部電源として、商用交流電源を用いる場合には、ＡＣ−ＤＣコンバータ（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コンバータ（いわゆる、カーアダプタ）を介して、例えば、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。
【００４５】
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、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ＰＣＫ（詳しくは、後述する）がデバイスＤＶＣに対して着脱可能なように構成されるとともに、燃料パックＰＣＫ以外の電源システムの構成が、電源ユニットＰＵとしてデバイスＤＶＣに内蔵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、燃料パックを含む電源ユニットＰＵ全体が汎用の一次電池や二次電池等と同等の形状及び電気的特性を有し、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。
【００４６】
上述したような電源システムが適用されるデバイスＤＶＣ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；負荷）、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ＮＥＴ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；温度制御手段）８と、デバイスＤＶＣ内部の各機能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９は、本発明に係る電源システムを構成し、所定の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、上述した外部電源から供給される外部電力に基づいて、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。
【００４７】
＜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の具体的な構成について、図面を参照して説明する。
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；図１に示した燃料パックＰＣＫに相当）２００と、該燃料パック２００から供給される発電用燃料、もしくは、外部電源から供給される外部電力に基づいて、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機構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、又は、任意の形態で結合、分離（装着及び取り外し）可能に、もしくは、各構成が一体的に形成された構成を有している。
【００４８】
本実施形態に係る電力発生部１００は、例えば、燃料パック２００に封入された発電用燃料をＩ／Ｆ部３００を介して取り込み、後述する発電部２０へ供給する制御を行う燃料供給制御部（燃料供給制御手段）１０と、燃料供給制御部１０を介して供給される発電用燃料を用いて、所定の電力（発電電力）を発生する発電部（発電手段）２０と、発電部２０により生成された発電電力、又は、電源システム（電力発生部１００）の外部に設けられた商用交流電源等の外部電源から供給される電力（外部電力）のいずれかを選択的に、後述する電力供給制御部５０及び電力保持部４０に供給する充電制御部３０と、発電電力及び外部電力を一旦保持した後、一定電圧の電力を電力供給制御部５０に出力する電力保持部４０と、充電制御部３０から供給された電力（発電電力、外部電力）及び電力保持部４０を介して供給された電力（保持電力）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５０と、発電部２０へのヒータ用電力の供給状態を制御して、発電部２０における温度条件を設定制御するヒータ制御部（温度調整手段、発電制御手段）６０と、発電部２０（より詳しくは、発電部２０に付設された加熱用又は吸熱用のヒータ）に供給されるヒータ用電力の電圧成分（すなわち、ヒータ端子電圧）に基づいて、発電部２０における温度状態に対応する信号情報（電圧検出信号）を出力する温度計測部（温度測定手段）７０と、電源システムの起動、停止に関わる情報（すなわち、外部電源との接続状態、デバイスＤＶＣ（負荷）の駆動状態等）を監視して、電源システム内部の各構成の動作を制御して発電部２０における発電動作や、電力保持部４０への充放電動作、電源システム内部の各構成への内部動作電力の供給動作、デバイスＤＶＣへの負荷駆動電力の供給動作等を制御する動作制御部（温度調整手段、温度制御手段）８０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９０と、を備えた構成を有している。ここで、上記発電部２０に付設された加熱用又は吸熱用のヒータと、発電部２０における温度条件を設定制御するヒータ制御部６０と、ヒータ用電力の電圧成分を観測する温度計測部７０と、動作制御部８０は、本発明における温度制御装置を構成する。
【００４９】
以下、電力発生部１００の各構成について、具体的に説明する。
（燃料供給制御部）
燃料供給制御部１０は、燃料パック２００に封入された発電用燃料を、Ｉ／Ｆ部３００を介して取り込み、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、動作制御部８０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状態（供給／遮断及び燃料供給量）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８０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し、発電部２０における発電動作を停止させる制御を行う。
【００５０】
（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概略構成を示すブロック図であり、図５は、本実施形態に係る発電部に適用されるＣＯ除去器における化学反応の一例を示す概念図である。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場合について説明し、上述した図１３、図１４に示した構成を適宜参照するものとする。
【００５１】
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空気（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（水素）及び空気制御部２２から供給される空気（酸素）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（燃料電池）２３と、を備えた構成を適用することができる。
【００５２】
（燃料改質部）
燃料改質部２１は、具体的には、例えば、図４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（ＣＯ_２）、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。ここで、燃料改質部２１を構成する上記各部には、ヒータ（発熱手段）Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃが個別に付設され、各ヒータＨａ、Ｈｂ、Ｈｃにおける発熱量（熱エネルギー）を制御することにより、各部における温度状態が個別に調整される。なお、本発明においては、所定の発熱特性又は吸熱特性を有する温度調整機構を「ヒータ」と総称することとする。
【００５３】
このような燃料改質部２１における具体的な機能は、例えば、メタノール（ＣＨ_３ＯＨ）及び水（Ｈ_２Ｏ）からなる発電用燃料（液体燃料）を用いて、水素ガス（Ｈ_２）を生成する場合にあっては、図１４に示した場合と同様に、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ヒータ用電力により、燃料気化器２１ａに付設されたヒータＨａ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に設定することにより、発電用燃料を気化させる。
【００５４】
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ヒータ用電力により、燃料改質器２１ｂに付設されたヒータＨｂの温度が調整され、概ね３００℃程度の温度条件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、上述した化学反応式（１１）に示したように、水素（Ｈ_２）と微量の二酸化炭素（ＣＯ_２）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。
【００５５】
したがって、このような副生成物を除去するため、図４、図５に示すように、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；Ｈ_２Ｏ）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（１）に示すように、二酸化炭素（ＣＯ_２）と水素（Ｈ_２）が生成される。
ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ →ＣＯ_２＋Ｈ_２ （１）
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（Ｏ_２）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（２）に示すように、二酸化炭素（ＣＯ_２）が生成される。
ＣＯ＋（１／２）Ｏ_２ →ＣＯ_２ （２）
【００５６】
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ヒータ用電力により、ＣＯ除去器２１ｃに付設されたヒータＨｃ（具体的には、吸熱器や冷却器等の温度調節機構）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が設定される。
これにより、発電部２０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（Ｈ_２）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。
【００５７】
（空気制御部）
空気制御部２２は、燃料電池本体２３における電気化学反応（化学反応式（１２）及び（１３）参照）に応じた必要な量の酸素ガス（Ｏ_２）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酸素ガス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２０における電気化学反応に用いられる最低限の空気（酸素）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。
【００５８】
（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、上述した図１３に示したように、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）ＦＬ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（Ｈ_２）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（Ｏ_２）が供給される。これにより、化学反応式（１２）及び（１３）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。
【００５９】
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ヒータ用電力により、燃料電池本体２３に付設されたヒータ２３Ｈの温度を調整して、上記一連の電気化学反応（化学反応式（１２）、（１３））を良好に進行させることができる温度条件を設定するようにしてもよい。また、燃料電池本体２３における発電動作を温度条件により制御しない場合には、ヒータ２３Ｈを備えない構成としてもよい。
なお、上述した燃料改質部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、金属酸化膜や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。
【００６０】
また、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。
【００６１】
（充電制御部）
充電制御部３０は、電源システム（電源ユニット）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、動作制御部８０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、外部電力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、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される。
【００６２】
（電力保持部）
電力保持部４０は、例えば、発電部２０から供給される発電電力又は外部電源から供給される外部電力に基づく電荷を蓄積（充電）、放出（放電）する機能、及び、該電荷の蓄積状態を検出する機能を備え、電力保持部４０に蓄積された電荷に基づく充電電圧（又は、放電電圧）を常時監視し、該充電電圧が所定の基準電圧よりも低い場合には、電力消耗状態と判断して、充電制御部３０を介して供給される電力を取り込み、充電する動作を実行し、一方、充電電圧が上記基準電圧よりも高い場合には、フル充電状態と判断して、上記電力の取り込みを遮断して、充電動作を停止することにより、電力保持部４０における充電状態を制御する。ここで、電力保持部４０において外部電力又は発電電力に基づく電荷を蓄積する構成としては、例えば、電気二重層コンデンサ等を備えた回路構成を適用することができる。
【００６３】
（電力供給制御部）
電力供給制御部５０は、動作制御部８０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。
【００６４】
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に蓄積された保持電力に基づいて、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、上記内部動作電力の供給動作に加えて、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。
【００６５】
（ヒータ制御部）
ヒータ制御部６０は、動作制御部８０からの制御信号基づいて、上記発電部２０において発電動作が起動、継続される場合には、発電部２０を構成する燃料改質部２１の各反応部（燃料気化器２１ａ、燃料改質器２１ｂ、ＣＯ除去器２１ｃ）に設けられたヒータＨａ、Ｈｂ、Ｈｃ、及び、燃料電池本体２３に設けられたヒータ２３Ｈに個別にヒータ用電力を供給することにより、所定の熱エネルギーを放出（発熱）もしくは吸収（吸熱）して、上記化学反応式（１）、（２）及び（１１）〜（１３）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。一方、発電部２０における発電動作が停止される場合には、上記各ヒータＨａ、Ｈｂ、Ｈｃ、２３Ｈへのヒータ用電力の供給を遮断する。
【００６６】
（温度計測部）
図６は、本実施形態に係る電源システムに適用される温度計測部の一構成例を示すブロック図であり、図７は、本実施形態に係る温度計測部における動作原理を示す概念図である。
図６に示すように、温度計測部７０は、動作制御部８０からの制御信号に基づいて、ヒータ制御部６０から燃料改質部２１の各反応部（燃料気化器２１ａ、燃料改質器２１ｂ、ＣＯ除去器２１ｃ）に設けられたヒータＨａ、Ｈｂ、Ｈｃ、及び、燃料電池本体２３に設けられたヒータ２３Ｈに個別に供給されるヒータ用電力のうち、任意のヒータ用電力に係る電圧成分（ヒータ端子電圧）を選択的に取り込む入力切換部（電圧測定部）７１と、所定のオフセット電圧を設定するデジタル−アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器；デジタル−アナログ変換部）７５と、該入力切換部７１を介して取り込まれたヒータ端子電圧から、前記オフセット電圧を減算して該電圧間の差分（差分電圧）を抽出する差動増幅器（オフセット減算部）７２と、該差分電圧を任意の増幅率で可変的に増幅する電圧増幅部を構成するアッテネータ（ＡＴＴ；減衰器）７３及び増幅器（ＡＭＰ）７４と、増幅器（ＡＭＰ）７４を介した後の差分電圧をデジタル電圧に変換して電圧検出信号として出力するアナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器；アナログ−デジタル変換部）７６を備えた構成を有している。
【００６７】
ここで、差動増幅器７２の非反転入力端（＋）には、上記ヒータ端子電圧が入力切換部７１を介してアナログ信号電圧として入力され、一方、反転入力端（−）には、後述する動作制御部８０により設定されたオフセット電圧が、デジタル−アナログ変換器７５を介して、アナログ信号電圧として入力される。また、アッテネータ７３及び増幅器７４により増幅処理して得られる電圧検出信号は、アナログ−デジタル変換器７６を介して、デジタル信号として動作制御部８０に入力される。すなわち、本実施形態に係る温度計測部７０においては、信号電圧がアナログ信号処理される。
【００６８】
また、アッテネータ７３及び増幅器７４からなる電圧増幅部は、例えば、アッテネータ７３の信号減衰率が任意に変更設定することが可能なように構成され、一方、増幅器７４の信号増幅率が一定に設定された構成を有し、後述する動作制御部８０からの制御信号に基づいて、アッテネータ７３の信号減衰率を変更設定することにより、電圧増幅部全体としての増幅率が１以上の任意の増幅率に設定制御される。
このような温度計測部７０において、選択的に取り込まれたヒータ端子電圧から、所定のオフセット電圧を減算することにより、ヒータにおける温度状態の変化に直接対応しない電圧非変動成分（すなわち、オフセット電圧）が除外されて、上記温度状態の変化に直接対応する電圧変動成分（すなわち、差分電圧）のみが抽出されて、所定の増幅処理を施された後、電圧検出信号として出力される。
【００６９】
具体的には、各ヒータにおけるヒータ温度と、該ヒータに一定の設定電流を印加した場合に観測されるヒータ端子電圧との関係は、金属酸化膜等の発熱抵抗材料からなる薄膜ヒータを適用した場合、例えば、図７の温度特性線Ｓｈに示すように、ヒータ温度の上昇に伴って、ヒータの電気抵抗が低下することにより、ヒータ端子電圧が低下する傾向を示すことが知られている。ここで、ヒータ温度は、無限に高くなる訳ではなく、ヒータ制御部６０から供給されるヒータ用電力の上限値に応じて、一定の上限温度Ｔlimitが規定されることになる。
【００７０】
したがって、差動増幅器７２において、この上限温度Ｔlimitに対応するヒータ端子電圧Ｖoffをオフセット電圧（電圧非変動成分）として、観測されたヒータ端子電圧から減算（除外）することにより、ヒータ温度に直接対応して変動する電圧成分（差分電圧；電圧変動成分）のみが抽出され、さらに、アッテネータ７３及び増幅器７４により１以上の任意の増幅率で増幅することにより、ヒータ温度に対応して変化する電圧成分（差分電圧）が適宜拡大されて、動作制御部８０におけるデジタル信号処理に適した電圧検出信号として出力される。なお、オフセット電圧の設定値、及び、アッテネータ７３及び増幅器７４による増幅率の具体例については、後述する温度制御装置の動作（温度制御方法）において詳述する。
【００７１】
（動作制御部）
動作制御部８０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、充電制御部３０、電力保持部４０、電力供給制御部５０、ヒータ制御部６０及び温度計測部７０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、発電部２０における発電動作を制御するとともに、電力発生部１００の各部への内部動作電力及びデバイスＤＶＣへの負荷駆動電力の生成、供給動作を制御する。
【００７２】
特に、本実施形態に係る動作制御部８０においては、ヒータ制御部６０に制御信号を送出して、発電部２０の燃料改質部２１（燃料気化器２１ａ、燃料改質器２１ｂ、ＣＯ除去器２１ｃ）の各ヒータＨａ、Ｈｂ、Ｈｃ、及び、燃料電池本体２３のヒータ２３Ｈへのヒータ用電力の供給状態（供給／遮断及び電力供給量）を制御して、発電部２０における発電動作の起動、継続、停止を制御する。また、温度計測部７０にオフセット電圧を設定出力して、上述した電圧変動成分に基づく電圧検出信号を受け取り、該電圧変動成分の換算値と上記オフセット電圧とを合算した電圧値（ヒータ端子電圧）に基づいて、任意のヒータの電気抵抗を算出してヒータ温度を特定する動作を実行する。さらに、特定されたヒータ温度に基づいて、各ヒータＨａ、Ｈｂ、Ｈｃ、２３Ｈへのヒータ用電力の供給状態（電力供給量）を調整して、ヒータ温度を、燃料改質部２１及び燃料電池本体２３における各化学反応を良好に促進することができる所定の温度範囲に制御する動作を実行する。なお、ヒータ温度を観測して、温度状態を制御する動作（温度制御方法）については、詳しく後述する。
【００７３】
なお、図３においては、動作制御部８０が、電源システム（電源ユニット）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、例えば、図２に示したデバイスＤＶＣの各機能部を制御するＣＰＵ８に動作制御部８０の機能を付加するように構成したものであってもよい。したがって、以下の説明において、動作制御部８０と記載する場合、ＣＰＵ８としての構成も包含するものとする。また、本実施形態に係る動作制御部８０においては、上述したオフセット電圧の設定動作、ヒータ端子電圧の算出動作及びヒータ温度の特定動作がデジタル信号処理により実行される。
【００７４】
（残量検出部）
残量検出部９０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８０に送出する。これにより、動作制御部８０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８０は、上記残量検出部９０からの検出信号に基づいて燃料供給制御部１０や発電部２０、電力供給制御部５０等を制御して、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。
【００７５】
（燃料パック）
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機構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。
【００７６】
（Ｉ／Ｆ部）
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電力発生部１００に供給する燃料送出機構を備えている。これにより、燃料パック２００がＩ／Ｆ部３００を介して電力発生部１００に結合された状態では、電力発生部１００への発電用燃料の供給を可能とし、燃料パック２００が電力発生部１００から取り外された状態では、発電用燃料の供給を遮断して、電源システム（電源ユニット）外部への発電用燃料の漏出が防止される。
【００７７】
＜電源システムの温度制御方法＞
次に、上述した構成を有する電源システム（温度制御装置）の動作について説明する。
（発電起動時における温度制御動作）
まず、本実施形態に係る電源システム（温度制御装置）における発電起動時の温度制御動作について、図面を参照して説明する。
【００７８】
図８は、本実施形態に係る電源システムにおける温度制御動作の初期設定処理の一例を示すフローチャートであり、図９は、本実施形態に係る電源システムにおける温度制御動作の電圧計測処理、温度特定処理及び電力調整処理の一例を示すフローチャートである。図１０は、本実施形態に係る電源システムにおける温度制御動作の設定変更処理（第１のフロー）の一例を示すフローチャートであり、図１１は、本実施形態に係る電源システムにおける温度制御動作の設定変更処理（第２のフロー）の一例を示すフローチャートである。ここでは、上述した電源システム及び温度計測部の構成（図３、図４、図６）を適宜参照しながら説明する。
【００７９】
発電起動時における電源システムの温度制御動作は、概略、温度計測部７０に各種初期データを設定する初期設定処理と、上記温度計測部７０に設定された初期データを適宜再設定する設定変更処理と、初期データもしくは再設定されたデータに基づいて、ヒータ端子電圧を測定する電圧計測処理と、該電圧計測処理により測定されたヒータ端子電圧に基づいて、ヒータ温度を特定する温度特定処理と、を含んでいる。また、本実施形態に係る温度制御動作は、特定されたヒータ温度に基づいて、当該ヒータに供給する電力を調整制御する電力調整処理を、さらに含んでいるものであってもよい。
【００８０】
初期設定処理においては、まず、動作制御部８０（又は、図２に示したＣＰＵ８）に初期設定データを取り込み、該データに基づいて、温度計測部７０のアッテネータ７３の信号減衰率を設定するとともに、差動増幅器７２に入力されるオフセット電圧を設定する。
具体的には、図８に示すように、動作制御部８０により所定の記憶手段（図示を省略；又は、図２に示したＦ-ＲＯＭ３等）に予め記憶された、温度計測処理の対象となるヒータの初期設定データを読み込む（Ｓ１０１）。ここで、初期設定データは、当該ヒータにおける温度特性情報（電気抵抗の温度変化を示す対応テーブルや関係式）や、差動増幅器７２に入力されるオフセット電圧やアッテネータ７３に入力される信号減衰率の初期値を含むデータである。
【００８１】
次いで、動作制御部８０により、上記初期設定データに基づいて、まず、アッテネータ７３の信号減衰率Ａttを初期値に設定する。例えば、アッテネータ７３の後段に設けられた増幅器７４の信号増幅率Ampが３２倍に固定的に設定されている場合には、アッテネータの信号減衰率Ａttを３２に設定（すなわち、１／３２に減衰するように設定）して、アッテネータ７３と増幅器７４からなる電圧増幅部の増幅率が１になるように設定する（Ｓ１０２）。
【００８２】
次いで、動作制御部８０により、上記初期設定データに基づいて、差動増幅器７２の反転入力端子（−）に入力するオフセット電圧の初期値を設定する。ここで、発電起動時に動作制御部８０内部で設定されるオフセット電圧は、次式（３）に示すように、ヒータの上限温度Ｔlimitにおける電気抵抗（すなわち、最小抵抗値）がＲilimである場合に、ヒータ制御部６０から該ヒータに所定の設定電流Ｉiset（ヒータ用電力）を供給したときの電圧値Ｖdefに設定される（ここで、オフセット電圧Ｖdefは、図７におけるヒータ端子電圧Ｖoffに相当する）（Ｓ１０３）。
Ｖdef＝Ｉiset×Ｒilim （３）
例えば、ヒータの上限温度Ｔlimitが３５０℃における電気抵抗Ｒilimが４３Ωであるとき、ヒータに２００ｍＡの設定電流Ｉisetが印加されているとすると、動作制御部８０内部で設定されるオフセット電圧Ｖdefは、２００ｍＡ×４３Ω＝８．６Ｖとなる。
【００８３】
ここで、動作制御部８０内部で設定されたオフセット電圧Ｖdefは、温度計測部７０におけるアナログ信号処理に適合させるために、Ｄ／Ａ変換器７５によりアナログ変換される。
例えば、８ビットのＤ／Ａ変換器７５を適用して、上述したＶdef＝８．６Ｖをアナログ変換して出力する場合、Ｄ／Ａ変換器７５の分解能（１ビット）を０.０４Ｖと設定することにより、次式（４）に示すように、オフセット電圧Ｖdefを１ビット電圧で除算した数（８．６÷０．０４＝２１５）の入力信号（デジタル信号）ＤＡinが生成され（Ｓ１０４）、Ｄ／Ａ変換器７５に入力される（Ｓ１０６）。
ＤＡin＝Ｖdef÷０．０４ （４）
【００８４】
これにより、次式（５）に示すように、Ｄ／Ａ変換器７５において入力信号ＤＡinに１ビット電圧を積算した電圧値（２１５×０．０４＝８．６Ｖ）を有するオフセット電圧（アナログ信号）Ｖdacが生成されて、差動増幅器７２の反転入力端子（−）に供給される（Ｓ１０７）。
Ｖdac＝ＤＡin×０．０４ （５）
次いで、上記処理ステップＳ１０２において、動作制御部８０内部において設定された信号減衰率Ａttをアッテネータ７３に設定する（Ｓ１０８）。
【００８５】
次に、電圧計測処理においては、まず、上述した初期設定処理において、例えば、処理ステップＳ１０６〜Ｓ１０８に先立って、もしくは、並行して、動作制御部８０から温度計測部７０の入力切換器７１に制御信号を送出して、ヒータ制御部６０から各ヒータに供給されるヒータ用電力のうち、任意のヒータ用電力を選択して（Ｓ１０５）、該ヒータ用電力に係る電圧成分（ヒータ端子電圧）を差動増幅器７２の非反転入力端子（＋）に入力する。これにより、差動増幅器７２の反転入力端子（−）には電圧非変動成分であるオフセット電圧Ｖdefが入力され、一方、非反転入力端子（＋）には温度計測処理の対象となるヒータに供給されるヒータ端子電圧Ｖｉが入力されて、図９に示すように、これらの電圧の差分（差分電圧）が演算されて差動増幅器７２から出力される（Ｓ１１１）。
例えば、差動増幅器７２の非反転入力端子（＋）に、ヒータ端子電圧Ｖｉとして９．８Ｖが入力され、反転入力端子（−）にオフセット電圧Ｖdefとして上記８．６Ｖが入力された場合には、ヒータ端子電圧Ｖｉからオフセット電圧Ｖdefが減算された信号電圧（９．８−８．６＝１．２Ｖ）が差分電圧として出力される。
【００８６】
次いで、上記差動増幅器７２から出力された差分電圧は、アッテネータ７３に入力され、上述した動作制御部８０により設定された所定の信号減衰率Ａttで１／Ａttに減衰処理される。さらに、減衰処理された差分電圧は、後段の増幅器７４に入力され、固定的に設定された信号増幅率Ampで増幅処理される（Ｓ１１２）。
上述したように、発電起動時においては、アッテネータ７３及び増幅器７４からなる電圧増幅部全体の増幅率が１倍になるように、アッテネータ７３の信号減衰率Ａttが設定されている。これにより、例えば、上記差動増幅器７２から出力される差分電圧が１．２Ｖである場合には、アッテネータ７３により１／３２に減衰処理された電圧（１．２÷３２＝０．０３７５Ｖ）が出力され、次いで、後段の増幅器７４により３２倍に増幅処理された電圧（０．０３７５×３２＝１．２Ｖ）が出力される。
【００８７】
ここで、電圧増幅部（アッテネータ７３、増幅器７４）により増幅率１倍で増幅処理された電圧（以下、便宜的に「差分増幅電圧」と記す）は、動作制御部８０（又は、ＣＰＵ８）におけるデジタル信号処理に適合させるために、Ａ／Ｄ変換器７６によりデジタル変換される（Ｓ１１３）。
例えば、１０ビットの分解能を有するＡ／Ｄ変換器７６を適用して、上述した差分増幅電圧１．２Ｖを、２^１０＝１０２４における最大入力電圧Ｖrefを２．７３Ｖとしてデジタル変換すると、１０２４×（１．２÷２．７３）＝４５０の出力信号（デジタル信号）がＡ／Ｄ変換器７６から出力され、電圧検出信号ＡＤoutとして動作制御部８０に供給される。
【００８８】
ここで、上述したような電圧計測処理において、上記差分増幅電圧によりＡ／Ｄ変換器７６における処理データがオーバーフローした場合や極端に過小となった場合には、設定変更処理を実行する。
設定変更処理においては、具体的には、Ａ／Ｄ変換器７６における上記差分増幅電圧に係る処理データが１０ビットの分解能を超えて、オーバーフローした場合には（過大状態となった場合）（Ｓ１１４）、温度計測部７０から動作制御部８０に出力される電圧検出信号のデジタル値が小さくなるように、動作制御部８０により温度計測部７０に設定されるアッテネータ７３の信号減衰率Ａtt、又は、差動増幅器７２に設定入力されるオフセット電圧Ｖdacを変更設定し、当該設定データを用いて、上述した一連の電圧計測処理を再度実行する。
【００８９】
すなわち、図９、図１０に示すように、Ａ／Ｄ変換器７６における処理データのオーバーフローが動作制御部８０により検出された場合には、まず、アッテネータ７３に設定された信号減衰率Ａttが３２であるか否かが確認され（Ｓ１２１）、信号減衰率Ａttが３２（すなわち、上記初期設定値）である場合には、さらに、動作制御部８０により設定されるオフセット電圧Ｖdef（すなわち、Ｄ／Ａ変換部７５の入力信号ＤＡin）が、８ビットのＤ／Ａ変換器７５の最大分解能（２５５）であるか否かが確認される（Ｓ１２５）。
【００９０】
オフセット電圧Ｖdef（入力信号ＤＡin）がＤ／Ａ変換器７５の最大分解能である場合（ＤＡin＝２５５）には、動作制御部８０において測定不能状態と判断してエラービットを立て（Ｓ１３７）、電源システムにおける温度制御動作（電圧計測処理）を一旦終了して、再度一連の初期設定動作及び電圧計測処理を繰り返す。一方、オフセット電圧Ｖdef（入力信号ＤＡin）がＤ／Ａ変換器７５の最大分解能に達していない場合（ＤＡin≠２５５）には、動作制御部８０により、例えば、Ｄ／Ａ変換器７１の入力信号ＤＡinに所定数（例えば、３２）を加算して、ＤＡin＝ＤＡin＋３２となるように変更設定する（Ｓ１２６）。ここで、この設定変更された入力信号ＤＡinが、上記最大分解能（２５５）よりも大きい場合には（Ｓ１２７）、入力信号ＤＡinは２５５に設定される（Ｓ１２８）。これにより、Ｄ／Ａ変換器７１の入力信号ＤＡin、すなわち、差動増幅器７２におけるオフセット電圧Ｖdacの設定変更処理が行われ、再度処理ステップＳ１０６〜Ｓ１１３のデータ設定処理及び電圧計測処理が実行される。
【００９１】
また、アッテネータ７３に設定された信号減衰率Ａttが３２でない場合には、信号減衰率Ａttに所定数（例えば、１）を加算してＡtt＝Ａtt＋１となるように変更設定する（Ｓ１２２）。ここで、この設定変更された信号減衰率Ａttが、最大値（３２）よりも大きい場合には（Ｓ１２３）、信号減衰率Ａttは３２に設定される（Ｓ１２４）。これにより、アッテネータ７３の信号減衰率Ａttの設定変更処理が行われ、再度処理ステップＳ１０８〜Ｓ１１３のデータ設定処理及び電圧計測処理が実行される。
【００９２】
一方、処理ステップＳ１１４において、Ａ／Ｄ変換器７６における処理データがオーバーフローせず、極端に過小となった場合（Ｓ１１５）、例えば、４ビット以下（１５以下）の極端に過小な状態となった場合には、温度計測部７０から動作制御部８０に出力される電圧検出信号のデジタル値が大きくなるように、動作制御部８０により温度計測部７０に設定されるアッテネータ７３の信号減衰率Ａtt、又は、差動増幅器７２に設定入力されるオフセット電圧Ｖdacを変更設定し、当該設定データを用いて、上述した一連の電圧計測処理を再度実行する。
【００９３】
すなわち、図９、図１１に示すように、Ａ／Ｄ変換器７６における処理データの過小状態が動作制御部８０により検出された場合には、まず、アッテネータ７３に設定された信号減衰率Ａttが１であるか否かが確認され（Ｓ１２９）、信号減衰率Ａttが１でない場合（すなわち、上記初期設定値Ａtt＝３２≠１）には、信号減衰率Ａttから所定数（例えば、１）を減算してＡtt＝Ａtt−１となるように変更設定する（Ｓ１３０）。ここで、この設定変更された信号減衰率Ａttが、最小値（Ａtt＝１）よりも小さい場合には（Ｓ１３１）、信号減衰率Ａttは１に設定される（Ｓ１３２）。これにより、アッテネータ７３の信号減衰率Ａttの設定変更処理が行われ、再度処理ステップＳ１０８〜Ｓ１１３のデータ設定処理及び電圧計測処理が実行される。
【００９４】
また、アッテネータ７３に設定された信号減衰率Ａttが１である場合には、さらに、動作制御部８０により設定されるＤ／Ａ変換部７５の入力信号ＤＡinが、最小値（０）であるか否かが確認される（Ｓ１３３）。ここで、入力信号ＤＡinが０である場合には、動作制御部８０において測定不能状態と判断してエラービットを立て（Ｓ１３７）、電源システムにおける温度制御動作（電圧計測処理）を一旦終了して、再度一連の初期設定動作及び電圧計測処理を繰り返す。一方、入力信号ＤＡinが最小値でない場合（ＤＡin≠０）には、動作制御部８０により、入力信号ＤＡinから所定数（例えば、３２）を減算してＤＡin＝ＤＡin−３２となるように変更設定する（Ｓ１３４）。ここで、この設定変更された入力信号ＤＡinが、０よりも小さい場合には（Ｓ１３５）、入力信号ＤＡinは０に設定される（Ｓ１３６）。これにより、Ｄ／Ａ変換器７１の入力信号ＤＡin、すなわち、差動増幅器７２におけるオフセット電圧Ｖdacの設定変更処理が行われ、再度処理ステップＳ１０６〜Ｓ１１３のデータ設定処理及び電圧計測処理が実行される。
【００９５】
そして、上述した一連の電圧計測処理及び設定変更処理により、Ａ／Ｄ変換器７６における処理データがオーバーフロー状態や過小状態となることなく、Ａ／Ｄ変換器７６において、正常かつ適正に処理可能な範囲の信号電圧が得られた場合には、デジタル変換された差分増幅電圧（電圧検出信号）が動作制御部８０に出力されて、図９に示すように、温度特定処理を実行する。
【００９６】
温度特定処理においては、まず、次式（６）に示すように、温度計測部７０から動作制御部８０に出力された上記電圧検出信号ＡＤoutの電圧換算値、及び、差動増幅器７２に設定したオフセット電圧Ｖdacを合算して、ヒータ制御部６０からヒータに供給されたヒータ用電力に係る電圧成分、すなわち、ヒータ端子電圧Ｖｉ´（＝Ｖｉ）を算出する（Ｓ１１６）。
Ｖｉ´＝ＡＤout×Ｖref÷２^１０÷Amp×Ａtt＋Ｖdac （６）
ここで、ＡＤoutは温度計測部７０から出力された電圧検出信号（デジタル信号）、ＶrefはＡ／Ｄ変換器の参照電圧、２^１０はＡ／Ｄ変換器の分解能（１０ビット）、Ampは増幅器の信号増幅率、Ａttはアッテネータの信号減衰率、Ｖdacは差動増幅器７２に設定されたオフセット電圧である。
これにより、上述した電圧計測処理において例示した各数値を適用すると、動作制御部８０により算出されるヒータ端子電圧Ｖｉ´は、４５０×２．７３Ｖ÷２^１０÷３２×３２＋８．６Ｖ≒９．８Ｖとなる。
【００９７】
次いで、次式（７）に示すように、上記算出されたヒータ端子電圧Ｖｉ´を、当該ヒータ電圧計測時のヒータに供給された設定電流Ｉisetで除算して、ヒータの電気抵抗Ｒｉを算出する（Ｓ１１７）。
Ｒｉ＝Ｖｉ´÷Ｉiset （７）
例えば、上述したように、ヒータ端子電圧Ｖｉ´が９．８Ｖであり、設定電流Ｉisetとして２００ｍＡが供給されている場合、電気抵抗Ｒｉは、９．８Ｖ÷２００ｍＡ＝４９Ωとなる。
次いで、上記ヒータ端子電圧Ｖｉ´から算出されたヒータの電気抵抗Ｒｉに基づいて、上述したように、記憶手段から読み出された温度計測処理の対象となるヒータの温度特性情報（電気抵抗の温度変化を示す対応テーブルや関係式）を参照することにより、ヒータ温度Ｔｉを一義的に抽出して特定する（Ｓ１１８）。
【００９８】
そして、電力調整処理においては、以上のようにして計測、特定されたヒータ温度Ｔｉもしくはヒータの電気抵抗Ｒｉに基づいて、当該ヒータが付設された反応部における化学反応が適切に促進される温度条件に設定されるように、動作制御部８０によりヒータ制御部６０を制御して、ヒータに供給されるヒータ用電力（設定電流）を適宜調整する（Ｓ１１９）。
以上のような一連の温度制御動作を、発電部を構成する燃料改質部の各反応部及び燃料電池本体に付設された各ヒータについて、順次繰り返し実行することにより、各反応部における化学反応を適切に促進することができる温度条件を設定（調整）することができる。
【００９９】
（発電平衡状態における温度制御動作）
次に、本実施形態に係る電源システムにおける発電動作が平衡状態（発電平衡状態）にある場合の温度制御動作について、図面を参照して説明する。
図１２は、本実施形態に係る電源システムにおける温度制御動作のデータ設定処理の一例を示すフローチャートである。ここで、上述した発電起動時における温度制御動作と同等の処理ステップについては、その説明を簡略化又は省略する。なお、発電平衡状態における設定変更処理、電圧計測処理、温度特定処理及び電力調整処理については、上述した発電起動時における場合（図９、図１０、図１１参照）と同等であるので、その説明を省略する。
【０１００】
電源システムにおける発電動作が平衡状態にある場合には、上記発電起動時等に比較してヒータの温度変化が小さいため、ヒータに供給されるヒータ用電力も比較的少ない。そこで、本実施形態においては、継続的に繰り返し実行される温度制御動作によって計測（特定）された前回のヒータ温度Ｔｉに対応する信号に基づいて、次回の温度制御動作におけるデータ設定処理を実行する。
【０１０１】
具体的には、図１２に示すように、まず、動作制御部８０に温度計測処理の対象となるヒータの温度特性情報（電気抵抗の温度変化を示す対応テーブルや関係式）を読み込んだ後（Ｓ２０１）、前回の温度制御動作により得られた（特定された）ヒータ温度Ｔｉから温度変化が想定される所定の温度分を減算した場合の電圧換算値を、動作制御部８０内部におけるオフセット電圧Ｖdefとして再設定する（Ｓ２０２）。例えば、ヒータの温度変化を１０℃程度と仮定した場合、オフセット電圧Ｖdefは、次式（８）に示すように、前回のヒータ端子電圧Ｖｉ´から１０℃当たりの電圧変化分の電圧を減算した電圧値をオフセット電圧Ｖdefに設定する。
Ｖdef＝Ｖｉ´−（Ｒ（０）−Ｒｉ）×１０÷Ｔｉ×Ｉiset （８）
ここで、Ｒ（０）は０℃におけるヒータの電気抵抗、Ｒｉは前回特定されたヒータ温度Ｔｉにおける電気抵抗、Ｉisetはヒータに供給されている設定電流である。したがって、前回計測されたヒータ温度が３５０℃である場合には、オフセット電圧Ｖdefは、Ｖｉ´−（Ｒ（０）−Ｒ（３５０））÷３５×Ｉisetに再設定される。
【０１０２】
さらに、上述した初期設定動作においても説明したように、上記オフセット電圧Ｖdefをアナログ変換するために、例えば、８ビットのＤ／Ａ変換器７５を適用した場合、上記式（４）に示したように、オフセット電圧ＶdefをＤ／Ａ変換器７５の分解能（１ビット電圧＝０．０４Ｖ）で除算した入力信号（デジタル信号）ＤＡinが生成され（Ｓ２０３）、Ｄ／Ａ変換器７５に入力される（Ｓ２０６）。
これにより、上記式（５）に示したように、Ｄ／Ａ変換器７５において入力信号ＤＡinに応じたオフセット電圧（アナログ信号）Ｖdacが生成されて、差動増幅器７２の反転入力端子（−）に供給される（Ｓ２０７）。
【０１０３】
また、上記処理ステップＳ２０６、Ｓ２０７に先立って、もしくは、並行して、動作制御部８０によりアッテネータ７３の信号減衰率Ａttが設定される。ここでは、前回のヒータ端子電圧Ｖｉ´及び前回のオフセットＶdacに基づいて、次式（９）、（１０）に示すように、差動増幅器７２及び信号増幅部（アッテネータ７３、増幅器７４）を介してＡ／Ｄ変換器７６に入力される差分増幅電圧が、Ａ／Ｄ変換器７６の最大入力電圧Ｖrefである２．７３Ｖ以下になるように、信号減衰率Ａttが算出され（Ｓ２０４）、アッテネータ７３に設定される（Ｓ２０８）。
（Ｖｉ´−Ｖdac）÷Ａtt×Amp＜Ｖref （９）
∴ Ａtt＝（Ｖｉ´−Ｖdac）×３２÷２．７３＋１ （１０）
【０１０４】
そして、上述したデータ設定処理において、例えば、処理ステップＳ２０６〜Ｓ２０８に先立って、もしくは、並行して、動作制御部８０により入力切換器７１を切り換え制御して（Ｓ２０５）任意のヒータ用電力に係る電圧成分（ヒータ端子電圧）を差動増幅器７２の非反転入力端子（＋）に取り込むようにすることにより、差動増幅器７２の反転入力端子（−）に新たに設定された上記オフセット電圧Ｖdacが入力され、非反転入力端子（＋）に温度計測処理の対象となるヒータのヒータ端子電圧Ｖｉが入力されて、上述した電圧計測処理が開始される（図９参照）。ここで、上述した発電起動時おける温度制御動作と同様に、Ａ／Ｄ変換器７６における処理データの状態（オーバーフロー状態や過小な状態）に応じて、設定変更処理（図１０、図１１参照）が実行され、Ａ／Ｄ変換器７６において正常かつ適正に処理可能な範囲の信号電圧が得られた場合に、上述した温度特定処理及び電力調整処理（図９参照）が実行される。
【０１０５】
このように、本実施形態に係る温度制御装置及びその温度制御方法によれば、燃料改質型の燃料電池を備えた電源システムにおいて、燃料改質部や燃料電池本体における化学反応の進行状態を制御するための温度条件を設定するヒータを温度計測素子として兼用することができるので、温度計測用の配線等の構成を別個に設けることなく、単一のヒータ及びヒータ配線からなる構成で温度計測と温度制御を実現することができる。したがって、ヒータからの漏熱を極力抑制して、熱効率を向上させることができるとともに、上記温度条件の正確な設定制御を実現することができる。
【０１０６】
特に、本実施形態に係る温度制御装置及びその温度制御方法においては、温度計測対象となるヒータの端子電圧から、所定のオフセット電圧を減算することによりヒータ温度に応じて変化する比較的狭い範囲の電圧成分のみを抽出、増幅して計測し、該電圧成分に基づいてヒータ温度を特定するように構成されているので、動作制御部（ＣＰＵ）におけるデータ量を削減して、デジタル信号処理にかかる負担を軽減することができるとともに、ヒータ温度を高精度に測定して、精度よく設定制御することができる。
【０１０７】
ここで、本実施形態に係る温度制御方法においては、温度計測対象となるヒータに供給される、ヒータ温度制御用の電力に係る電圧（ヒータ端子電圧）や電流をそのまま用いて、温度計測処理及び温度特定処理を行うことができるので、温度計測の際に特別な制御を一切必要とせず、温度計測時のヒータ温度に影響を与えることがなく、正確な温度を測定することができる。
【０１０８】
また、上記オフセット電圧の電圧値、及び、上記電圧成分を増幅処理する増幅率（信号減衰率、信号増幅率）を、燃料電池の動作状態（発電起動状態、発電平衡状態）に応じて適宜調整することにより、上記電圧成分を動作制御部（ＣＰＵ）におけるデジタル信号処理に適した電圧値となるように制御することができるので、精密なヒータ温度の計測制御を適切に実現することができる。また、上記オフセット電圧の電圧値、及び、上記増幅率を適宜調整することができるので、より広範なヒータ端子電圧に対応することができ、単一の温度計測部により複数の異なる温度特性を有するヒータの温度を高精度に測定することができる。
【０１０９】
さらに、上記電圧成分のみを抽出して計測する構成として、ヒータの端子電圧から所定のオフセット電圧を減算する差動増幅器と、その出力である差分電圧を任意の増幅率で増幅する信号増幅部（アッテネータ、増幅器）からなる比較的簡易な回路構成を適用することができるので、高感度（高分解能）で高価な測定回路を必要とすることなく、製品コストの削減や装置規模の小型化を図ることができる。
【０１１０】
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、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。
【０１１１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る温度制御装置及びその温度制御方法並びに電源システムによれば、燃料改質型の燃料電池のような、所定の発電用燃料を用いて発電動作を行う発電手段に付設された薄膜ヒータの温度を、該薄膜ヒータの電気抵抗の温度依存性に基づいて計測することにより、薄膜ヒータを温度計測素子として兼用することができるので、薄膜ヒータの温度制御に係る構成を簡素化して、薄膜ヒータからの漏熱を抑制して熱効率の向上を図ることができるとともに、製品コストの低減及び装置規模の小型化を図ることができる。
【０１１２】
特に、薄膜ヒータの温度に応じて変化する電気抵抗をヒータ端子電圧として検出し、ヒータ端子電圧から上記温度変化に対応しない電圧非変動成分（オフセット電圧）を除外して、温度変化に対応する電圧範囲の電圧変動成分（差分電圧）のみを抽出し、該電圧変動成分を適宜増幅するように構成されているので、薄膜ヒータの温度を特定する処理をデジタル信号処理により行う場合、処理データのデータ量を削減しつつ、適切なデータ量に設定することができ、演算処理の負担を大幅に軽減することができるとともに、簡易な処理手順でヒータ温度を高精度に測定することができる。
【０１１３】
また、この場合、温度計測対象となる薄膜ヒータに、温度制御のために供給されるヒータ用電力の電圧成分（ヒータ端子電圧）や電流成分をそのまま用いて、ヒータ温度の計測及び特定を行うことができるので、温度計測の際に特別な制御を必要とせず、温度計測時のヒータ温度に影響を与えることがなく、より正確な温度を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電源システムが適用される電子機器の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る電源システムが適用され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概略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されるＣＯ除去器における化学反応の一例を示す概念図である。
【図６】本実施形態に係る電源システムに適用される温度計測部の一構成例を示すブロック図である。
【図７】本実施形態に係る温度計測部における動作原理を示す概念図である。
【図８】本実施形態に係る電源システムにおける温度制御動作の初期設定処理の一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ける温度制御動作の電圧計測処理、温度特定処理及び電力調整処理の一例を示すフローチャートである。
【図１０】本実施形態に係る電源システムにおける温度制御動作の設定変更処理（第１のフロー）の一例を示すフローチャートである。
【図１１】本実施形態に係る電源システムにおける温度制御動作の設定変更処理（第２のフロー）の一例を示すフローチャートである。
【図１２】本実施形態に係る電源システムにおける温度制御動作のデータ設定処理の一例を示すフローチャートである。
【図１３】燃料改質型の燃料電池を備えた電源システムの基本構成を示す概略構成図である。
【図１４】燃料改質型の燃料電池を備えた電源システムに適用される燃料改質部における化学反応の一例を示す概念図である。
【符号の説明】
１０ 燃料供給制御部
２０ 発電部
５０ 電力供給制御部
６０ ヒータ制御部
７０ 温度計測部
７２ 差動増幅器
７３ アッテネータ
７４ 増幅器
８０ 動作制御部
１００ 電力発生部
ＤＶＣ デバイス[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a temperature control device, a temperature control method therefor, and a power supply system including the temperature control device, and more particularly to a power generation means for generating power using a predetermined power generation fuel, such as a fuel cell. The present invention relates to a temperature control device that can be suitably applied when temperature adjustment is required as an operation control condition, a temperature control method therefor, and a power supply system including the temperature control device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the growing interest in environmental and energy issues, as the next-generation mainstream power supply system (or power generation system), the impact on the environment (environmental load) is extremely small, and energy conversion efficiency (power generation) Research and development for the practical application and popularization of fuel cells, whose efficiency is extremely high (approximately 30 to 40%), compared to existing power supply systems, are being actively pursued.
[0003]
Conventionally, as a power supply system using such a fuel cell, for example, in an automobile field, an electric motor is used as a driving device in place of a gasoline engine or a diesel engine having a large environmental load due to exhaust gas discharge and low energy conversion efficiency. Is being put into practical use and commercialized as a power supply unit for electric vehicles to which is applied. Furthermore, in recent years, research and development have been promoted to reduce the size of such power supply systems and apply them as power supply units for portable terminals such as mobile phones, notebook personal computers, digital cameras, and personal digital assistants (PDAs). It has been.
[0004]
Here, a configuration example of a power supply system using a fuel cell and its power generation principle will be briefly described.
FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing a basic configuration of a power supply system including a fuel reforming type fuel cell, and FIG. 14 is a concept showing an example of a chemical reaction in a fuel reforming unit applied to the power supply system. FIG.
As shown in FIG. 13, the power supply system is roughly divided into a fuel reforming unit 110 that generates and extracts a specific fuel component from power generation fuel using a predetermined chemical reaction (catalytic reaction), and the fuel reforming unit. And a fuel cell body 120 that generates power by an electrochemical reaction using the specific fuel component (hydrogen) and oxygen supplied via 110.
[0005]
In such a configuration, methanol and water are used as power generation fuel, and hydrogen (H ₂ More specifically, a series of chemical reactions in the case of producing), first, as shown in FIG. ₃ OH) and water (H ₂ The liquid fuel consisting of O) is vaporized individually or collectively, and then, in the steam reforming reaction process, by a predetermined catalytic reaction, as shown in the following chemical reaction formula (11), hydrogen (H ₂ ) And trace amounts of carbon dioxide (CO ₂ ) Is generated.
CH ₃ OH + H ₂ O → 3H ₂ + CO ₂ (11)
[0006]
Here, the evaporation process described above is an endothermic reaction, and it is necessary to set a temperature condition that approximates the boiling points of methanol and water by supplying a predetermined amount of heat, and the steam reforming reaction process is also an endothermic reaction. Yes, it is necessary to supply a heat amount of about 49.4 kJ / mol and set the temperature condition to about 300 ° C. These temperature conditions are controlled by supplying predetermined power to a heater (not shown) attached to the fuel reforming unit 110, for example.
[0007]
In the steam reforming reaction process described above, hydrogen and carbon dioxide are generated, and a trace amount of carbon monoxide (CO) may be generated as a by-product. Therefore, a reaction process for removing carbon monoxide (an aqueous shift reaction process, a selective oxidation reaction process) or the like may be further provided after the steam reforming reaction process to suppress the emission of carbon monoxide. Details will be described later in the detailed description of the invention. Even in such a reaction process, it is necessary to set a temperature condition using a heater in order to promote a predetermined chemical reaction.
[0008]
On the other hand, as shown in FIG. 13, the fuel cell main body is roughly divided into a fuel electrode ELc to which a specific fuel component (hydrogen) is supplied, an air electrode ELa to which oxygen in the air is supplied, a fuel electrode ELc and air. And an ion exchange membrane FL interposed between the poles ELa. Then, by supplying the hydrogen gas generated by the fuel reforming unit 110 to the fuel electrode ELc, a catalytic reaction as shown in the following chemical reaction formula (12) occurs on the fuel electrode ELc side, and hydrogen ions ( Proton; H ⁺ ) And electrons (e ⁻ The hydrogen ions pass through the ion exchange membrane FL to the air electrode ELa side, and electrons are taken out and supplied to the load LD.
3H ₂ → 6H ⁺ + 6e ⁻ (12)
[0009]
Also, oxygen gas (O ₂ ) To the air electrode ELa, a catalytic reaction as shown in the following chemical reaction formula (13) occurs on the air electrode ELa side, and the electrons passing through the load LD and the hydrogen passing through the ion exchange membrane FL. From ions, oxygen gas in the atmosphere to water (H ₂ O) is generated.
6H ⁺ + (3/2) O ₂ + 6e ⁻ → 3H ₂ O (13)
[0010]
Such a series of electrochemical reactions in the fuel cell main body 120 proceeds under a relatively low temperature condition of about room temperature to about 80 ° C., and water is the only byproduct other than electric power. Therefore, when it is necessary to control the progress of the above-described electrochemical reaction including the temperature condition, the fuel cell is similar to the chemical reaction (evaporation process, steam reforming reaction process) in the fuel reforming unit 110. It is necessary to set temperature conditions by supplying power to a heater (not shown) attached to the main body 120.
[0011]
Here, as a temperature detection method (temperature measurement method) when setting and controlling the temperature condition with the heater, generally, a temperature sensor such as a thermocouple is provided in the vicinity of the heater or at a position in contact with the heater, There is known a method of measuring the temperature of a heater and its surroundings (hereinafter referred to as “heater temperature”) by observing changes in electrical signals (changes in voltage and current).
[0012]
However, in the configuration using such a temperature sensor, it is necessary to use a very expensive thermocouple in order to measure the heater temperature with high accuracy, and to send and receive electrical signals to and from the temperature sensor. Sensor wiring is required, and the amount of heat released from the heater to the outside through the sensor wiring and its surroundings increases, so the thermal efficiency decreases and the power supplied to the heater must be increased. Disappear. In addition, the control for setting the desired temperature condition is difficult.
[0013]
As a configuration for solving such a problem, for example, as described in Patent Document 1 and the like, energization for heating and a signal for temperature measurement are provided at predetermined time intervals via a heater wiring connected to the heater. A technique for realizing temperature measurement and temperature control with a configuration including only a heater and a heater wiring by using a heater composed of a heating resistor as a temperature sensor by alternately repeating the application is known.
Here, as a specific method of temperature measurement, a method of specifying the heater temperature based on the temperature characteristics of the heater itself, that is, the temperature dependency of the voltage or current applied to the heater is generally known. . Note that the above temperature dependency is caused by a temperature change in electrical resistance in a heater composed of a heating resistor.
[0014]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-114460 (Pages 2 to 3, FIG. 1)
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, when considering a configuration in which the power supply system using the fuel cell as described above is downsized and applied as a power supply unit of a portable device or the like, that is, as a heater for setting the temperature condition in the power supply system, for example, When a thin film heater made of a typical heating resistance material was applied, the inventors of the present application conducted various experimental verifications, and the temperature characteristics of the thin film heater have a small temperature coefficient, so compared to a temperature sensor such as a thermocouple, It was found that the change in electrical resistance with respect to the temperature change was extremely small and was not observed as a significant numerical change.
[0016]
Specifically, the thin film heater releases thermal energy by flowing an electric current, and the amount of generated heat changes according to the current value. On the other hand, since the electric resistance value of the thin film heater changes while maintaining the relationship of the following formula (14) according to the heater temperature, the thin film heater can also function as a temperature measuring element by measuring the electric resistance value. Can do.
R (T) ÷ R (0) = 1−b × T + a × T ² (14)
Here, T is the heater temperature (° C.), R (T) is the electric resistance value of the thin film heater at the temperature T ° C., R (0) is the electric resistance value at the temperature 0 ° C., and a and b are coefficients.
[0017]
Table 1 shows an example of changes in the heater terminal voltage (heater voltage) observed when the heater temperature is controlled by current in such a thin film heater. Here, since it is assumed that the thin film heater is used to set the temperature condition of the endothermic or exothermic reaction part in the above-described power supply system, it is the case where the same temperature is set as shown in Table 1. However, the required current value (set current value) may be different. Therefore, as shown in Table 1, for example, in a thin film heater in which the electric resistance value of the thin film heater is 50Ω at a heater temperature of 0 ° C. and the electric resistance value is 45Ω at a heater temperature of 300 ° C., the heater temperature is maintained at a constant temperature. Considering the case where the set value (set current) of the current to be supplied changes within the range of 10 mA to 200 mA, when the heater current is 0 ° C. and the set current is 10 mA, the heater voltage with a voltage value of 0.50 V is When the temperature is 300 ° C. and the set current is 10 mA, a heater voltage with a voltage value of 0.45 V is observed. On the other hand, when the set current is 200 mA at a temperature of 0 ° C., a heater voltage having a voltage value of 10 V is observed.
[0018]
[Table 1]

[0019]
Here, when the electric resistance value is obtained based on the heater voltage and the process of specifying the heater temperature corresponding to the electric resistance value is performed by digital signal processing, the voltage change (as shown in the measurement result (Table 1)) ( In order to convert 0.50V−0.45V = 0.05V into a temperature, an extremely minute voltage value must be used as a reference unit as shown in the following equation (15).
(0.50V-0.45V) ÷ 300 ° C = 0.167mV / ° C (15)
[0020]
Assuming that this reference unit corresponds to 1 bit, when a heater current of 0 mA flows at a setting current of 200 mA and a heater voltage of 10 V is observed, a data amount of 10 V ÷ 0.167 mV = 60,000 is converted into a digital signal. In order to do so, a 16-bit analog-to-digital converter (A / D converter) is required.
Thus, in order to detect minute voltage changes based on the temperature characteristics of thin film heaters (temperature changes in electrical resistance) from a wide range of signal voltages, an extremely high sensitivity (high resolution) and expensive measurement circuit is required. In addition, there is a problem that complicated and enormous data processing has to be performed, resulting in an increase in product cost and an increase in the scale of the apparatus, and is easily affected by noise and the like.
[0021]
Therefore, in view of the above-mentioned problems, the present invention is a temperature that controls the progress of the chemical reaction in the fuel reforming section and the fuel cell body, particularly in a power supply system in which a fuel reforming type fuel cell is applied as a power generation means. A temperature control device capable of measuring the heater temperature for setting conditions with a relatively simple and inexpensive configuration with high accuracy, and setting and controlling the heater temperature with high accuracy, its temperature control method, and the temperature control device An object of the present invention is to provide a power supply system provided.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
The temperature control device according to claim 1 is a temperature control device for setting a temperature condition for controlling a progress state of a chemical reaction related to the power generation operation in a power generation unit that performs a power generation operation using a predetermined fuel for power generation. A heating means attached to the power generation means for releasing the amount of heat for setting the temperature condition; and a temperature measurement means for measuring the temperature of the heating means based on the electrical resistance of the heating means, The temperature measuring means detects, as a signal voltage, a voltage corresponding to the electric resistance of the heat generating means that changes according to the temperature of the heat generating means, and from the signal voltage An offset voltage that is a voltage corresponding to a value excluding a voltage component that changes corresponding to a temperature change of the heating means. The temperature of the heat generating means is specified based on the excluded voltage component.
[0023]
Claim 2 The temperature control device as claimed in claim 1 In the temperature control device described above, the temperature measurement unit includes a voltage measurement unit that detects an electrical resistance of the heat generation unit as an analog signal voltage, an offset subtraction unit that subtracts the offset voltage from the analog signal voltage, and the offset subtraction. A voltage amplifying unit that amplifies the voltage component obtained by the unit with an arbitrary amplification factor, and an analog-digital conversion unit that converts the amplified voltage component into a digital signal.
[0024]
Claim 3 The temperature control device as claimed in claim 2 In the temperature control device described above, the voltage amplifying unit includes an attenuator that attenuates the voltage component obtained by the offset subtracting unit with an arbitrary signal attenuation factor, and a single signal amplification of the attenuated voltage component. An amplifier that performs amplification processing at a rate, and the signal attenuation rate of the attenuator is set to a value that is equal to or smaller than the signal amplification rate of the amplifier.
Claim 4 The temperature control device as claimed in claim 2 Or 3 In the temperature control device described above, the temperature measurement unit is based on a voltage value obtained by adding the voltage component converted into the digital signal and the offset voltage, and a current value supplied to the heating unit. The electric resistance of the heat generating means is calculated, and the temperature of the heat generating means is specified based on the electric resistance.
[0025]
Claim 5 The temperature control device according to claim 1 to claim 1. 4 The temperature control device according to any one of the above, wherein the temperature control device controls the power supplied to the heat generating means based on the temperature of the specified heat generating means, and adjusts the temperature of the heat generating means. It is characterized by comprising adjusting means.
Claim 6 The temperature control device as claimed in claim 5 In the temperature control device described above, the temperature adjustment unit sets a voltage corresponding to an electric resistance at an upper limit value of a temperature change of the heat generation unit as the offset voltage when starting the power generation operation in the power generation unit. It is characterized by.
[0026]
Claim 7 The temperature control device as claimed in claim 5 In the temperature control device described above, the temperature adjusting unit is configured to be predetermined with respect to a temperature specified at an arbitrary time in a continuous temperature change of the heat generating unit when the power generation operation in the power generating unit is in an equilibrium state. The voltage corresponding to the electrical resistance at the temperature when the value changes is set as the offset voltage.
Claim 8 The temperature control device as claimed in claim 5 Thru 7 In the temperature control device according to any one of the above, when the voltage component converted into the digital signal exceeds a maximum input voltage in the analog-digital conversion unit, the voltage adjustment unit It is characterized by increasing the signal attenuation rate at.
[0027]
Claim 9 The temperature control device as claimed in claim 5 Thru 7 In the temperature control device according to any one of the above, when the voltage component converted into the digital signal exceeds the maximum input voltage in the analog-to-digital conversion unit, the temperature adjustment unit calculates the offset voltage. It is characterized by increasing.
Claim 10 The temperature control device as claimed in claim 5 Thru 7 In the temperature control device according to any one of the above, the temperature adjusting unit is a value in which the voltage component converted into the digital signal corresponds to a bit number less than ½ of the bit number of the analog-digital conversion unit. In this case, the signal attenuation rate in the voltage amplification unit is reduced.
[0028]
Claim 11 The temperature control device as claimed in claim 5 Thru 7 In the temperature control device according to any one of the above, the temperature adjusting unit is a value in which the voltage component converted into the digital signal corresponds to a bit number less than ½ of the bit number of the analog-digital conversion unit. In this case, the offset voltage is reduced.
Claim 12 The temperature control device according to claim 1 to claim 1. 11 In the temperature control device according to any one of the above, the power generation means uses at least a fuel reforming unit that generates a specific fuel component containing hydrogen by a catalytic reaction from the power generation fuel, and the specific fuel component. And a fuel cell that generates electric power by an electrochemical reaction, wherein the heat generating means is attached at least to the fuel reforming section.
[0029]
Claim 13 The temperature control device as claimed in claim 12 In the temperature control apparatus described above, the power generation unit further includes a fuel vaporization unit that vaporizes the power generation fuel made of liquid fuel, and a byproduct that removes a byproduct generated by the catalytic reaction in the fuel reforming unit. The heat generating means is also attached to the fuel vaporization section and the by-product removal section.
[0030]
Claim 14 The temperature control method of the temperature control apparatus described is a temperature control apparatus for setting a temperature condition for controlling a progress state of a chemical reaction related to the power generation operation in a power generation unit that performs a power generation operation using a predetermined power generation fuel. In the temperature control method, a processing step of detecting, as a signal voltage, an electric resistance that changes in accordance with the temperature of the heat generating means that emits heat for setting the temperature condition; A voltage corresponding to a value excluding a voltage component that changes in response to a temperature change of the heating means. A processing step of subtracting an offset voltage to extract only a voltage component that changes in response to a temperature change of the heating means, a processing step of amplifying the extracted voltage component at an arbitrary amplification factor, and the amplified A process step of calculating an electric resistance of the heat generating means based on a voltage value obtained by adding the voltage component and the offset voltage, and a current value supplied to the heat generating means, and the calculated electric resistance. And a process step of specifying the temperature of the heat generating means, and the series of processing steps are repeatedly executed at predetermined time intervals to monitor a temperature change of the heat generating means.
[0031]
Claim 15 The temperature control method of the temperature control device described in claim 14 In the temperature control method of the temperature control device described above, the processing step of amplifying the signal voltage includes a process of attenuating the voltage component with an arbitrary signal attenuation factor, and the attenuated voltage component with a single signal amplification factor. And amplifying the voltage component at an arbitrary amplification factor of 1 or more by adjusting the signal attenuation factor.
Claim 16 The temperature control method of the temperature control device described in claim 14 Or 15 In the temperature control method of the temperature control device described above, the method further includes a processing step of adjusting the temperature of the heat generating means by controlling electric power supplied to the heat generating means based on a temperature change of the heat generating means. It is said.
[0032]
Claim 17 The temperature control method of the temperature control device described in claim 15 Or 16 In the temperature control method of the temperature control device described above, the offset voltage or the signal attenuation rate is changed based on the amplified voltage component, and the amplified voltage component is converted into an analog-digital conversion process. It is further characterized by further including a processing step of adjusting to have an appropriate voltage value.
Claim 18 The temperature control method of the temperature control device described in claim 17 In the temperature control method of the temperature control device described in the above, the processing step of adjusting the voltage value of the voltage component is configured to use the offset voltage as the upper limit value of the temperature change of the power generation means when starting the power generation operation in the power generation means. It is characterized in that it is set to a voltage corresponding to the electrical resistance at.
[0033]
Claim 19 The temperature control method of the temperature control device described in claim 17 In the temperature control method of the temperature control device described above, the processing step of adjusting the voltage value of the voltage component may include the step of adjusting the offset voltage to a continuous temperature of the heating unit when the power generation operation in the power generation unit is in an equilibrium state. It is characterized in that it is set to a voltage corresponding to the electrical resistance at the temperature when the temperature is changed by a predetermined value with respect to the temperature at an arbitrary time in the change.
[0034]
Claim 20 The temperature control method of the temperature control device described in claim 17 In the temperature control method of the temperature control device described above, the processing step of adjusting the voltage value of the voltage component may include the signal attenuation when the voltage component exceeds a maximum input voltage in the analog-digital conversion process. It is characterized by being changed and set so as to increase the rate.
Claim 21 The temperature control method of the temperature control device described in claim 17 In the temperature control method of the temperature control device described in the above, the processing step of adjusting the voltage value of the voltage component includes the offset voltage when the voltage component exceeds a maximum input voltage in the analog-digital conversion processing. It is characterized in that it is changed and set so as to increase.
[0035]
Claim 22 The temperature control method of the temperature control device described in claim 17 In the temperature control method of the temperature control device described, the processing step of adjusting the voltage value of the voltage component corresponds to the number of bits in which the voltage component is less than ½ of the number of bits in the analog-digital conversion processing. If the value is a value, the signal attenuation rate is changed and set to reduce.
Claim 23 The temperature control method of the temperature control device described in claim 17 In the temperature control method of the temperature control device described, the processing step of adjusting the voltage value of the voltage component corresponds to the number of bits in which the voltage component is less than ½ of the number of bits in the analog-digital conversion processing. If the value is a value, the offset voltage is changed and set to be reduced.
[0036]
Claim 24 The power supply system described is a power supply system that generates and supplies load drive power for driving a desired load using a predetermined power generation fuel, and power generation means that generates power using the power generation fuel; A fuel supply control means for controlling a supply state of the fuel for power generation to the power generation means, a power generation control means for setting and controlling a temperature condition related to a power generation operation in the power generation means, and a heat generation means attached to the power generation means. Temperature measuring means for measuring temperature; and at least temperature control means for controlling the heat generation control means to adjust the temperature of the heat generation means based on the temperature measured by the temperature measurement means, The temperature measuring means detects, as a signal voltage, a voltage corresponding to the electric resistance of the heat generating means that changes according to the temperature of the heat generating means, and from the signal voltage A voltage corresponding to a value excluding a voltage component that changes in response to a temperature change of the heating means. By subtracting the offset voltage, only the voltage component in the range corresponding to the temperature change of the heat generating means is extracted, and the extracted voltage component is attenuated with an arbitrary signal attenuation factor and amplified with a predetermined signal amplification factor. The temperature of the heat generating means is specified based on the amplified voltage component and the total voltage value of the offset voltage.
[0037]
Claim 25 The described power system is claimed 24 In the power supply system described above, the power generation means includes at least a fuel reforming unit that generates a specific fuel component containing hydrogen by a catalytic reaction from the fuel for power generation, and an electric power generated by an electrochemical reaction using the specific fuel component. And the heat generating means is attached to at least the fuel reforming section.
Claim 26 The described power system is claimed 25 In the power supply system described above, the power generation unit further includes a fuel vaporization unit that vaporizes the power generation fuel made of liquid fuel, and a byproduct that removes a byproduct generated by the catalytic reaction in the fuel reforming unit. The heat generating means is also attached to the fuel vaporization section and the by-product removal section.
Claim 27 The described power system is claimed 24 Thru 26 In the power supply system according to any one of the above, the temperature control means is provided in an electronic device having a load driven by the load driving power.
[0038]
That is, a temperature control device and a temperature control method thereof according to the present invention are provided in a power generation means that performs a power generation operation using a predetermined power generation fuel, such as a fuel reforming fuel cell, and a chemical related to the power generation operation. A temperature control device and a control method for setting a temperature condition for controlling a progress state of a reaction, wherein the temperature of a thin film heater (heat generating means) attached to a power generation means is based on the temperature dependence of the electrical resistance of the thin film heater. Thus, the thin film heater is also used as a temperature measuring element.
This simplifies the configuration related to the temperature control of the thin film heater and suppresses heat leakage from the thin film heater, thereby improving the thermal efficiency and realizing accurate setting control of the temperature condition. can do. In addition, the product cost can be reduced and the device scale can be reduced.
[0039]
In particular, in the present invention, the electric resistance that changes according to the temperature of the thin film heater is detected as the heater terminal voltage (signal voltage), and the voltage non-varying component (offset voltage) that does not correspond to the temperature change is excluded from the heater terminal voltage. Thus, only the voltage fluctuation component (difference voltage) in the voltage range corresponding to the temperature change is extracted, and the voltage fluctuation component is appropriately amplified. Here, as a configuration for appropriately amplifying the voltage fluctuation component, an attenuator (attenuator) for attenuating the voltage fluctuation component with an arbitrary signal attenuation factor, and amplifying the attenuated voltage fluctuation component with a single signal amplification factor And amplifying the voltage fluctuation component at an arbitrary amplification factor of 1 or more as a whole by adjusting the signal attenuation factor of the attenuator.
[0040]
Thereby, when performing the process which specifies the temperature of a thin film heater based on the said voltage fluctuation component and a voltage non-fluctuation component by digital signal processing, according to the operation state (power generation starting state, power generation equilibrium state) of the power generation means, By appropriately adjusting the set value of the voltage non-fluctuating component (offset voltage) and the amplification factor, it is possible to set the appropriate data amount while reducing the data amount of the processing data, so the arithmetic processing is executed. The load on the operation control unit and CPU (temperature control means) can be reduced, and the heater temperature can be measured with high accuracy with a simple configuration and processing procedure.
[0041]
In this case, the heater temperature can be measured and specified using the voltage component (heater terminal voltage) or current component of the heater power supplied for temperature control as it is for the thin-film heater to be temperature-measured. Therefore, no special control is required at the time of temperature measurement, the heater temperature at the time of temperature measurement is not affected, and a more accurate temperature can be measured.
Moreover, since the set value of the voltage non-variable component and the amplification factor can be adjusted as appropriate, a wider range of heater terminal voltages can be handled, and a single temperature measuring unit (temperature measuring means) can be used. The temperature of the thin film heater having a plurality of different temperature characteristics can be measured with high accuracy.
[0042]
According to the temperature control apparatus and the power supply system including the temperature control method, the temperature state of the fuel reforming unit and the fuel cell main body for controlling the power generation operation in the fuel reforming type fuel cell (power generation means) (Temperature of thin film heater) can be measured with high accuracy with a simple configuration, so that it is possible to improve power efficiency and achieve power generation control with low power consumption, reduce product cost, and reduce equipment scale Can be achieved. In addition, it is detected as the heater terminal voltage of the thin film heater, and the voltage non-variable component (offset voltage) not corresponding to the temperature change is excluded from the heater terminal voltage, and the voltage fluctuation component (difference voltage) in the voltage range corresponding to the temperature change is excluded. ) Is extracted, and the temperature state can be controlled by a relatively simple processing procedure that specifies and controls the adjustment based on the voltage fluctuation component, so that appropriate control of the power generation operation can be realized. it can.
[0043]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a temperature control device, a temperature control method thereof, and a power supply system including the temperature control device according to the present invention will be specifically described.
<Electronic equipment with power supply system>
First, an overall configuration of an electronic apparatus to which a power supply system including a temperature control device according to the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an example of an electronic device to which the power supply system according to the present invention is applied, and FIG. 2 is a schematic block diagram illustrating an internal configuration of the electronic device to which the power supply system according to the present invention is applied. It is.
[0044]
The electronic device to which the power supply system according to the present invention is applied is, for example, a modularized power supply system, and as shown in FIGS. As a power supply unit PU of an electronic device (hereinafter referred to as “device”) DVC that operates with an existing built-in battery or general-purpose battery, etc., it has a structure that is integrally built in or can be arbitrarily separated ing. These devices DVC are connected to an external power source such as a commercial AC power source BP for general households, an external battery BT, and a vehicle power source, for example, and predetermined power (external power) supplied from the external power source. ) Can also be operated. When a commercial AC power source is used as an external power source, an AC-DC converter (so-called AC adapter) ADP is used. When a vehicle power source is used, a DC-DC converter (so-called car adapter) is used. ), For example, is converted into electric power composed of a predetermined DC voltage / current and supplied to the device DVC.
[0045]
Here, in FIGS. 1A and 1B, a notebook personal computer is shown as the device DVC. For example, a fuel pack PCK (details will be described later) in which fuel for power generation used for power generation operation is enclosed. The power supply system is configured to be detachable from the device DVC, and the power supply system other than the fuel pack PCK has a configuration built in the device DVC as the power supply unit PU. Further, in FIGS. 1C and 1D, a portable information terminal is shown as the device DVC. For example, the entire power supply unit PU including the fuel pack has a shape and electrical equivalent to that of a general-purpose primary battery or secondary battery. It has characteristics and is configured to be arbitrarily attached to or detached from the device DVC.
[0046]
As shown in FIG. 2, the internal configuration of the device DVC to which the power supply system as described above is applied is roughly each configuration (hereinafter referred to as “functional unit”; load) for realizing the original function of the device. That is, the ROM 1 that stores the control program and various control data fixedly, the storage means such as the RAM 2 and the flash memory (F-ROM) 3 that temporarily stores various processing data generated during the execution of the control program, and the like , Input interface (input I / F) 4 such as touch panel, pointing device, mouse, display output means such as liquid crystal display panel (LCD) 5 and LCD driver (LCD driver) 6, device DVC and communication network NET, etc. The communication interface (communication I / F) 7 that can be connected to the I / F and these input / output means and storage means are controlled. Arithmetic unit for controlling according grams; and (CPU temperature control means) 8 is configured to have a power supply unit 9 for supplying operating power to each functional unit within the device DVC, the. Here, the power supply unit 9 constitutes a power supply system according to the present invention, based on power generated by a power generation operation using a predetermined power generation fuel, or external power supplied from the above-described external power supply, Operation power (load driving power) is generated and supplied to each functional unit in the device DVC.
[0047]
<Power supply system>
Next, a specific configuration of the power supply system applied to the power supply unit of the device described above will be described with reference to the drawings.
FIG. 3 is a schematic block diagram showing an embodiment of a power supply system according to the present invention.
As shown in FIG. 3, the power supply system according to the present embodiment is roughly divided into a fuel pack (fuel enclosing unit; fuel pack shown in FIG. 1) in which power generation fuel made of liquid fuel, liquefied fuel, or gaseous fuel is enclosed. PC corresponding to PCK) 200, a power generation unit 100 that generates and outputs load drive power based on fuel for power generation supplied from the fuel pack 200 or external power supplied from an external power source, and the fuel pack 200 In addition, the power generation unit 100 is physically coupled to each other, and an interface unit (hereinafter referred to as “I / F unit”) including a fuel delivery mechanism that supplies the power generation unit 100 with the power generation fuel sealed in the fuel pack 200. 300), and the respective components can be combined with each other, or can be combined and separated (attached and removed) in an arbitrary form, or the respective components are integrally formed. It has formed.
[0048]
The power generation unit 100 according to the present embodiment includes, for example, a fuel supply control unit that performs control to take in the fuel for power generation sealed in the fuel pack 200 via the I / F unit 300 and supply the fuel to the power generation unit 20 described later ( Fuel generation control unit) 10, power generation unit (power generation unit) 20 that generates predetermined power (power generation power) using power generation fuel supplied via fuel supply control unit 10, and generated by power generation unit 20 Power supply control, which will be described later, selectively from either the generated generated power or the power (external power) supplied from an external power source such as a commercial AC power source provided outside the power supply system (power generation unit 100) Unit 50 and power control unit 30 to be supplied to power holding unit 40, power holding unit 40 that temporarily outputs generated power and external power, and then outputs power of a constant voltage to power supply control unit 50, and charge control unit 30 Or A voltage component of the supplied power (generated power, external power) and the power (held power) supplied via the power holding unit 40 is set to a predetermined value suitable for driving the device DVC (load) to which the power supply system is connected. A power supply unit 50 that converts to voltage and supplies it as load drive power, and a heater control unit (temperature adjustment) that controls the supply state of heater power to the power generation unit 20 and sets and controls temperature conditions in the power generation unit 20 Means, power generation control means) 60 and a voltage component (that is, heater terminal voltage) of heater power supplied to the power generation unit 20 (more specifically, a heater for heating or heat absorption attached to the power generation unit 20). Based on the temperature measurement unit (temperature measurement means) 70 that outputs signal information (voltage detection signal) corresponding to the temperature state in the power generation unit 20 and information related to starting and stopping of the power supply system (that is, The connection state with the external power supply, the drive state of the device DVC (load), etc.) are monitored, and the operation of each component in the power supply system is controlled to generate power in the power generation unit 20 and charge / discharge to the power holding unit 40 An operation control unit (temperature adjustment means, temperature control means) 80 for controlling the operation, supply operation of internal operation power to each component in the power supply system, supply operation of load drive power to the device DVC, and the like, and the fuel pack 200 And a remaining amount detecting unit 90 for detecting the remaining amount of the encapsulated power generation fuel. Here, a heating or endothermic heater attached to the power generation unit 20, a heater control unit 60 for setting and controlling temperature conditions in the power generation unit 20, and a temperature measurement unit 70 for observing a voltage component of the heater power, The operation control unit 80 constitutes a temperature control device in the present invention.
[0049]
Hereinafter, each structure of the electric power generation part 100 is demonstrated concretely.
(Fuel supply control unit)
The fuel supply control unit 10 has a function as a fuel supply pump that takes in the fuel for power generation sealed in the fuel pack 200 via the I / F unit 300 and transfers it to the power generation unit 20. Here, the fuel supply control unit 10 controls the supply state (supply / cutoff and fuel supply amount) of the power generation fuel to the power generation unit 20 based on the control signal from the operation control unit 80, thereby generating the power generation unit. 20 directly controls the power generation state (start / stop and power generation amount). In particular, in a state where the power supply system is connected to an external power supply and external power is supplied, the supply of fuel for power generation to the power generation unit 20 is cut off based on a control signal from the operation control unit 80, and the power generation unit Control for stopping the power generation operation at 20 is performed.
[0050]
(Power generation part)
FIG. 4 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a power generation unit applied to the power supply system according to the present embodiment, and FIG. 5 illustrates an example of a chemical reaction in a CO remover applied to the power generation unit according to the present embodiment. FIG. Here, a case where a polymer electrolyte fuel cell employing a fuel reforming method is applied will be described, and the configurations shown in FIGS. 13 and 14 described above will be referred to as appropriate.
[0051]
As shown in FIG. 4, the power generation unit 20 is roughly divided to perform a predetermined reforming reaction (catalytic reforming reaction) on the power generation fuel supplied via the fuel supply control unit 10, and to perform specific fuel components A fuel reforming unit 21 that generates (including hydrogen), an air control unit 22 that takes in air (including oxygen) from the outside of the power supply system, and a specific fuel component (hydrogen) supplied from the fuel reforming unit 21 And a fuel cell body (fuel cell) 23 that generates predetermined power (generated power) by an electrochemical reaction using air (oxygen) supplied from the air control unit 22 may be applied. it can.
[0052]
(Fuel reforming department)
Specifically, as shown in FIG. 4, for example, the fuel reforming unit 21 is vaporized by a fuel vaporizer (fuel vaporization unit) 21a that vaporizes power generation fuel (liquid fuel) and a steam reforming reaction. Hydrogen and carbon dioxide (CO ₂ ), A fuel reformer (fuel reforming unit) 21b that generates carbon monoxide (CO) and the like, and a by-product (CO) generated by the fuel reformer 21b by an aqueous shift reaction or a selective oxidation reaction. And a CO remover (by-product removal unit) 21c to be removed. Here, heaters (heat generating means) Ha, Hb, Hc are individually attached to the respective parts constituting the fuel reforming part 21, and the heat generation amounts (thermal energy) in the heaters Ha, Hb, Hc are controlled. Thus, the temperature state in each part is individually adjusted. In the present invention, temperature adjusting mechanisms having predetermined heat generation characteristics or heat absorption characteristics are collectively referred to as “heaters”.
[0053]
A specific function of the fuel reforming unit 21 is, for example, methanol (CH ₃ OH) and water (H ₂ O) is used to generate power (liquid fuel) and hydrogen gas (H ₂ 14), as in the case shown in FIG. 14, first, in the evaporation process in the fuel vaporizer 21a, methanol and water constituting the power generation fuel are individually vaporized, or a mixed liquid is used. By vaporizing in a lump, gas for power generation is generated. In this evaporation process, the temperature of the heater Ha attached to the fuel vaporizer 21a is adjusted by heater power supplied via a heater control unit 60, which will be described later, and set to a temperature condition about the boiling point of methanol and water. By doing so, the fuel for power generation is vaporized.
[0054]
Next, in the steam reforming reaction process in the fuel reformer 21b, the temperature of the heater Hb attached to the fuel reformer 21b is adjusted by the heater power supplied via the heater controller 60, and is approximately 300 ° C. By setting a temperature condition of about, the thermal energy of 49.4 kJ / mol is absorbed, and as shown in the chemical reaction formula (11) described above, hydrogen (H ₂ ) And trace amounts of carbon dioxide (CO ₂ ) Is generated. In this steam reforming reaction, a small amount of carbon monoxide (CO) may be generated as a by-product in addition to hydrogen and carbon dioxide.
[0055]
Therefore, in order to remove such a by-product, as shown in FIGS. 4 and 5, water (steam; H) is added to carbon monoxide by an aqueous shift reaction process in the CO remover 21c. ₂ O) is reacted to generate heat of 40.2 kJ / mol, and as shown in the following chemical reaction formula (1), carbon dioxide (CO ₂ ) And hydrogen (H ₂ ) Is generated.
CO + H ₂ O → CO ₂ + H ₂ (1)
Furthermore, oxygen (O) is added to carbon monoxide that has not been converted into carbon dioxide and hydrogen in the aqueous shift reaction by the selective oxidation reaction process in the CO remover 21c. ₂ ) To generate heat energy of 283.5 kJ / mol, and as shown in the following chemical reaction formula (2), carbon dioxide (CO ₂ ) Is generated.
CO + (1/2) O ₂ → CO ₂ (2)
[0056]
Here, also in the aqueous shift reaction process and the selective oxidation reaction process in the CO remover 21c, the heater Hc attached to the CO remover 21c (specifically, the heater power supplied via the heater control unit 60). The temperature of the temperature adjusting mechanism such as the heat absorber and the cooler is adjusted, and the temperature condition corresponding to the heat generated by the heat energy is set.
As a result, in the power generation unit 20, an amount of hydrogen gas (H ₂ ) Is taken in from the fuel pack 200 via the fuel supply control unit 10, reformed by the fuel reforming unit 21, and a certain amount of hydrogen gas is supplied to the fuel cell main body 23. .
[0057]
(Air control unit)
The air control unit 22 has a necessary amount of oxygen gas (O) according to the electrochemical reaction in the fuel cell main body 23 (see chemical reaction formulas (12) and (13)). ₂ ) Is taken from the atmosphere and supplied to the fuel cell body 23. Here, as long as the air control unit 22 can supply oxygen gas corresponding to the maximum consumption amount of oxygen per unit time in the fuel cell main body 23, supply of oxygen gas to the fuel cell main body 23 and You may be comprised so that it may always supply, without controlling interruption | blocking. That is, the progress of the electrochemical reaction in the power generation unit 20 (fuel cell main body 23) is set by the supply amount of hydrogen gas adjusted by the fuel supply control unit 10 and the fuel reforming unit 21, and the heater control unit 60. In this case, a ventilation hole is provided instead of the air control unit 22, and a minimum amount of air (oxygen) used for an electrochemical reaction in the power generation unit 20 is always supplied through the ventilation hole. It may be what was made to do.
[0058]
(Fuel cell body)
The fuel cell main body 23 has a configuration of a well-known polymer electrolyte fuel cell main body, and as shown in FIG. 13 described above, is roughly composed of a carbon electrode to which catalyst fine particles such as platinum, platinum / ruthenium are attached. A fuel electrode (cathode) ELc, an air electrode (anode) ELa composed of a carbon electrode to which catalyst fine particles such as platinum are adhered, and a film-like ion conductive film interposed between the fuel electrode ELc and the air electrode ELa ( Exchange membrane) FL. The fuel electrode ELc has a hydrogen gas (H ₂ On the other hand, oxygen gas (O) in the atmosphere is supplied to the air electrode ELa via the air control unit 22. ₂ ) Is supplied. As a result, power is generated by the electrochemical reaction shown in the chemical reaction formulas (12) and (13) and accumulated in the power holding unit 40 described later, or the generated power is directly stored in the power supply control unit 50. And is supplied as internal drive power for controlling the internal operation of the power supply system, and is also supplied as load drive power for driving the device DVC (load).
[0059]
Here, also in the fuel cell main body 23, the temperature of the heater 23 </ b> H attached to the fuel cell main body 23 is adjusted by heater power supplied via a heater control unit 60 described later, and the series of electrochemical reactions described above. You may make it set the temperature conditions which can advance (chemical-reaction formula (12), (13)) favorably. Further, when the power generation operation in the fuel cell main body 23 is not controlled by the temperature condition, the heater 23H may not be provided.
In addition, as the heater structure provided in the fuel reforming unit 21 and the fuel cell main body 23 described above, a desired heat generation of, for example, a metal oxide film or a metal nitride film using a thin film forming technique frequently used in the semiconductor manufacturing field. A configuration in which a thin film layer (thin film heater) made of a resistor material having characteristics is individually formed in each reaction section of the fuel reforming section 21 and the fuel cell main body 23 can be applied.
[0060]
In the present embodiment, the case where a liquid fuel composed of methanol and water is applied as the power generation fuel supplied from the fuel pack 200 has been described. However, the present invention is not limited to this, and at least the hydrogen fuel If it is a liquid fuel, a liquefied fuel or a gaseous fuel containing an element, an equivalent configuration can be applied satisfactorily. Specifically, alcohol-based liquid fuels such as methanol, ethanol, and butanol, liquefied fuels composed of hydrocarbons vaporized at normal temperature and normal pressure, such as dimethyl ether, isobutane, natural gas (CNG), or hydrogen gas, etc. Gaseous fuel etc. can be applied satisfactorily.
[0061]
(Charge control unit)
The charging control unit 30 detects the connection state of the external power supply to the power supply system (power supply unit) (more specifically, the supply state of external power from the external power supply), and based on the control signal from the operation control unit 80 In the state where the external power is supplied, the external power is taken in, and in the state where the external power is cut off, the generated power generated in the power generation unit 20 is taken in. The captured power (external power, generated power) is supplied to the power holding unit 40, the power supply control unit 50, or both depending on the charging state of the power holding unit 40 and the driving state of the device DVC (load). .
[0062]
(Power holding unit)
The power holding unit 40 has, for example, a function of storing (charging) and discharging (discharging) charges based on the generated power supplied from the power generation unit 20 or external power supplied from an external power source, and the charge storage state. A charging voltage (or discharge voltage) based on the electric charge accumulated in the power holding unit 40 is constantly monitored, and when the charging voltage is lower than a predetermined reference voltage, it is determined that the power is consumed. Then, the power supplied through the charging control unit 30 is captured and charged, and when the charging voltage is higher than the reference voltage, it is determined that the battery is fully charged, The charging state in the power holding unit 40 is controlled by interrupting the capture and stopping the charging operation. Here, as a configuration for accumulating charges based on external power or generated power in the power holding unit 40, for example, a circuit configuration including an electric double layer capacitor or the like can be applied.
[0063]
(Power supply control unit)
Based on the control signal from the operation control unit 80, the power supply control unit 50 is based on the power directly supplied from the charge control unit 30 (external power, generated power) or the electric charge accumulated in the power holding unit 40. Select any of the power and convert it into power (load drive power, internal operating power) with a certain voltage suitable for operation in each functional part in the device DVC (load) and power supply system (power generating part) A configuration having a function (voltage conversion function) as a DC-DC converter and a power supply control function for performing a voltage conversion operation to be performed and supplying each function unit or device DVC in the power supply system and both the function units. Have.
[0064]
In such a power supply control unit 50, power (external power, generated power) directly supplied from the charge control unit 30 or accumulated in the power holding unit 40 regardless of the driving state of the device DVC (load). When the internal operating power is supplied to each functional unit in the power supply system based on the holding power and the device DVC is driven, the load driving power is supplied to the device DVC in addition to the above-described internal operating power supply operation. It is controlled so that
[0065]
(Heater control unit)
When the power generation operation is started and continued in the power generation unit 20 based on the control signal from the operation control unit 80, the heater control unit 60 reacts with each reaction unit ( By supplying heater power individually to the heaters Ha, Hb, Hc provided in the fuel vaporizer 21a, the fuel reformer 21b, the CO remover 21c) and the heater 23H provided in the fuel cell body 23 The temperature that releases (exotherms) or absorbs (endothermic) predetermined thermal energy to control the progress of each chemical reaction shown in the chemical reaction formulas (1), (2) and (11) to (13). Set conditions. On the other hand, when the power generation operation in the power generation unit 20 is stopped, the supply of heater power to the heaters Ha, Hb, Hc, and 23H is cut off.
[0066]
(Temperature measurement unit)
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of a temperature measurement unit applied to the power supply system according to the present embodiment, and FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating an operation principle of the temperature measurement unit according to the present embodiment. .
As shown in FIG. 6, the temperature measuring unit 70 receives the reaction units (the fuel vaporizer 21 a and the fuel reformer 21 b) of the fuel reforming unit 21 from the heater control unit 60 based on a control signal from the operation control unit 80. Among the heater powers individually supplied to the heaters Ha, Hb, Hc provided in the CO remover 21c) and the heater 23H provided in the fuel cell body 23, a voltage component related to any heater power An input switching unit (voltage measuring unit) 71 for selectively taking in (heater terminal voltage), a digital-analog converter (D / A converter; digital-analog converting unit) 75 for setting a predetermined offset voltage, A differential amplifier (offset subtraction unit) 72 that subtracts the offset voltage from the heater terminal voltage taken in via the input switching unit 71 and extracts a difference (difference voltage) between the voltages; Attenuator (ATT; attenuator) 73 and amplifier (AMP) 74, and a differential voltage after passing through the amplifier (AMP) 74 are converted into a digital voltage. Thus, an analog-digital converter (A / D converter; analog-digital conversion unit) 76 that outputs the voltage detection signal is provided.
[0067]
Here, the heater terminal voltage is input as an analog signal voltage to the non-inverting input terminal (+) of the differential amplifier 72 via the input switching unit 71, while the inverting input terminal (−) will be described later. The offset voltage set by the operation control unit 80 is input as an analog signal voltage via the digital-analog converter 75. Further, the voltage detection signal obtained by the amplification process by the attenuator 73 and the amplifier 74 is input to the operation control unit 80 as a digital signal via the analog-digital converter 76. That is, in the temperature measurement unit 70 according to the present embodiment, the signal voltage is subjected to analog signal processing.
[0068]
The voltage amplifying unit including the attenuator 73 and the amplifier 74 is configured so that, for example, the signal attenuation rate of the attenuator 73 can be arbitrarily changed and set, while the signal amplification rate of the amplifier 74 is set to be constant. By changing and setting the signal attenuation factor of the attenuator 73 based on a control signal from the operation control unit 80 described later, the amplification factor of the voltage amplification unit as a whole is set to an arbitrary amplification factor of 1 or more. Settings are controlled.
In such a temperature measurement unit 70, by subtracting a predetermined offset voltage from the heater terminal voltage that is selectively taken in, a voltage non-variable component (that is, an offset voltage) that does not directly correspond to a change in temperature state in the heater. Is removed, and only the voltage fluctuation component (that is, the differential voltage) directly corresponding to the change in the temperature state is extracted, subjected to a predetermined amplification process, and then output as a voltage detection signal.
[0069]
Specifically, the relationship between the heater temperature in each heater and the heater terminal voltage observed when a constant set current is applied to the heater applied a thin film heater made of a heating resistance material such as a metal oxide film. In this case, for example, as shown by the temperature characteristic line Sh in FIG. 7, it is known that the heater terminal voltage tends to decrease due to a decrease in the electrical resistance of the heater as the heater temperature increases. Here, the heater temperature does not increase infinitely, and a certain upper limit temperature Tlimit is defined according to the upper limit value of the heater power supplied from the heater control unit 60.
[0070]
Accordingly, in the differential amplifier 72, the heater terminal voltage Voff corresponding to the upper limit temperature Tlimit is directly offset to the heater temperature by subtracting (excluding) it from the observed heater terminal voltage as an offset voltage (voltage non-variable component). Thus, only the voltage component (difference voltage; voltage fluctuation component) that fluctuates is extracted, and is further amplified by an attenuator 73 and an amplifier 74 at an arbitrary amplification factor of 1 or more, thereby changing the voltage component corresponding to the heater temperature. (Differential voltage) is appropriately enlarged and output as a voltage detection signal suitable for digital signal processing in the operation control unit 80. The set value of the offset voltage and specific examples of the amplification factor by the attenuator 73 and the amplifier 74 will be described in detail in the operation of the temperature control device (temperature control method) described later.
[0071]
(Operation control unit)
The operation control unit 80 is based on the supply state of the external power, the driving state of the device DVC, and a detection signal from the remaining amount detection unit 80 to be described later, the above-described fuel supply control unit 10, the charge control unit 30, and the power holding The power generation operation in the power generation unit 20 is controlled by sending individual control signals to the unit 40, the power supply control unit 50, the heater control unit 60, and the temperature measurement unit 70, thereby controlling the operation state, and generating power Operation of generating and supplying internal operating power to each unit of the unit 100 and load driving power to the device DVC is controlled.
[0072]
In particular, in the operation control unit 80 according to the present embodiment, a control signal is sent to the heater control unit 60, and the fuel reforming unit 21 (the fuel vaporizer 21a, the fuel reformer 21b, the CO remover) of the power generation unit 20 is transmitted. 21c) The heater power supply state (supply / cutoff and power supply amount) to each heater Ha, Hb, Hc and the heater 23H of the fuel cell main body 23 is controlled to start the power generation operation in the power generation unit 20 Control continuation and stop. Further, the offset voltage is set and output to the temperature measuring unit 70, the voltage detection signal based on the voltage fluctuation component described above is received, and the voltage value (heater terminal voltage) obtained by adding the converted value of the voltage fluctuation component and the offset voltage. Based on the above, the operation of calculating the electrical resistance of an arbitrary heater and specifying the heater temperature is executed. Further, the heater power supply state (power supply amount) to each heater Ha, Hb, Hc, 23H is adjusted based on the specified heater temperature, and the heater temperature is adjusted to the fuel reforming unit 21 and the fuel cell. The operation | movement controlled to the predetermined | prescribed temperature range which can accelerate | stimulate each chemical reaction in the main body 23 favorably is performed. An operation (temperature control method) for observing the heater temperature and controlling the temperature state will be described in detail later.
[0073]
3 shows a configuration in which the operation control unit 80 is provided inside the power supply system (power supply unit), the present invention is not limited to this, and for example, the configuration shown in FIG. The CPU 8 that controls each functional unit of the device DVC may be configured to add the function of the operation control unit 80. Therefore, in the following description, when the operation control unit 80 is described, the configuration as the CPU 8 is also included. In the operation control unit 80 according to the present embodiment, the above-described offset voltage setting operation, heater terminal voltage calculation operation, and heater temperature specifying operation are executed by digital signal processing.
[0074]
(Remaining amount detection unit)
The remaining amount detection unit 90 detects the remaining amount of power generation fuel enclosed in the fuel pack 200 and sends the detection signal to the operation control unit 80. As a result, when the remaining amount of fuel for power generation decreases or disappears, the operation control unit 80 provides information on the remaining amount of fuel for power generation and power supply via the display output means (LCD etc.) of the device DVC. The power supply information and the like in the unit is displayed, and the user of the device DVC is notified so as to prompt appropriate measures such as connection to an external power source and replenishment of fuel for power generation. Also, the device DVC is a well-known battery level notification function frequently used in existing portable electronic devices, that is, the battery level and drive are possible based on the change (decrease) in the output voltage from the battery or power supply unit. In the case where a function for notifying time and the like is provided, the operation control unit 80 controls the fuel supply control unit 10, the power generation unit 20, the power supply control unit 50, and the like based on the detection signal from the remaining amount detection unit 90. It may be controlled to gradually change (decrease) the voltage related to the load driving power.
[0075]
(Fuel pack)
As described above, the fuel pack 200 is a fuel storage container having a high sealing property in which a fuel for power generation composed of liquid fuel, liquefied fuel, or gaseous fuel containing hydrogen is filled and sealed, and is shown in FIG. As described above, the power generation unit 100 is configured to be detachable or integrally coupled via the I / F unit 300. Here, the fuel for power generation sealed in the fuel pack 200 is taken into the power generation unit 100 via a fuel delivery mechanism provided in the I / F unit 300 described later, and is predetermined by the fuel supply control unit 10 described above. An amount of power generation fuel necessary for generating electric power is supplied to the power generation unit 20 as needed.
[0076]
(I / F part)
The I / F unit 300 includes at least a fuel delivery mechanism that physically couples the power generation unit 100 and the fuel pack 200 and supplies the power generation fuel sealed in the fuel pack 200 to the power generation unit 100. . Thus, in a state where the fuel pack 200 is coupled to the power generation unit 100 via the I / F unit 300, it is possible to supply power generation fuel to the power generation unit 100, and the fuel pack 200 is removed from the power generation unit 100. In the detached state, the supply of power generation fuel is shut off, and leakage of power generation fuel to the outside of the power supply system (power supply unit) is prevented.
[0077]
<Temperature control method for power supply system>
Next, the operation of the power supply system (temperature control device) having the above-described configuration will be described.
(Temperature control operation at power generation startup)
First, temperature control operation at the time of power generation start-up in the power supply system (temperature control device) according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.
[0078]
FIG. 8 is a flowchart showing an example of an initial setting process of the temperature control operation in the power supply system according to the present embodiment. FIG. 9 shows a voltage measurement process and a temperature specifying process of the temperature control operation in the power supply system according to the present embodiment. 4 is a flowchart illustrating an example of power adjustment processing. FIG. 10 is a flowchart showing an example of setting change processing (first flow) of the temperature control operation in the power supply system according to the present embodiment, and FIG. 11 shows setting of the temperature control operation in the power supply system according to the present embodiment. It is a flowchart which shows an example of a change process (2nd flow). Here, description will be made with reference to the configurations of the power supply system and the temperature measurement unit (FIGS. 3, 4, and 6) as appropriate.
[0079]
The temperature control operation of the power supply system at the time of power generation startup is roughly divided into an initial setting process for setting various initial data in the temperature measurement unit 70, and a setting change process for appropriately resetting the initial data set in the temperature measurement unit 70. A voltage measuring process for measuring the heater terminal voltage based on the initial data or the reset data, and a temperature specifying process for specifying the heater temperature based on the heater terminal voltage measured by the voltage measuring process. Contains. The temperature control operation according to the present embodiment may further include a power adjustment process for adjusting and controlling the power supplied to the heater based on the specified heater temperature.
[0080]
In the initial setting process, first, initial setting data is taken into the operation control unit 80 (or the CPU 8 shown in FIG. 2), and the signal attenuation rate of the attenuator 73 of the temperature measuring unit 70 is set based on the data. The offset voltage input to the differential amplifier 72 is set.
Specifically, as shown in FIG. 8, the target of the temperature measurement process stored in advance in a predetermined storage means (not shown; or F-ROM 3 shown in FIG. 2 or the like) by the operation control unit 80. The initial setting data of the heater is read (S101). Here, the initial setting data includes temperature characteristic information (corresponding table or relational expression indicating a temperature change of electric resistance), an offset voltage input to the differential amplifier 72, and a signal attenuation rate input to the attenuator 73. This data contains the initial value of.
[0081]
Next, the operation control unit 80 first sets the signal attenuation factor Att of the attenuator 73 to an initial value based on the initial setting data. For example, when the signal amplification factor Amp of the amplifier 74 provided at the subsequent stage of the attenuator 73 is fixedly set to 32 times, the signal attenuation factor Att of the attenuator is set to 32 (ie, attenuated to 1/32). Is set so that the amplification factor of the voltage amplifying unit including the attenuator 73 and the amplifier 74 is 1 (S102).
[0082]
Next, the operation control unit 80 sets an initial value of the offset voltage input to the inverting input terminal (−) of the differential amplifier 72 based on the initial setting data. Here, the offset voltage set in the operation control unit 80 at the time of power generation start is when the electric resistance (that is, the minimum resistance value) at the upper limit temperature Tlimit of the heater is Rilim as shown in the following equation (3). The heater control unit 60 sets the voltage value Vdef when a predetermined set current Iiset (heater power) is supplied to the heater (here, the offset voltage Vdef corresponds to the heater terminal voltage Voff in FIG. 7). (S103).
Vdef = Iiset × Rilim (3)
For example, if the electric resistance Rilim at the heater upper limit temperature Tlimit of 350 ° C. is 43Ω, and if a set current Iiset of 200 mA is applied to the heater, the offset voltage Vdef set inside the operation control unit 80 is 200 mA. X43Ω = 8.6V.
[0083]
Here, the offset voltage Vdef set in the operation control unit 80 is analog-converted by the D / A converter 75 in order to adapt to the analog signal processing in the temperature measurement unit 70.
For example, when the 8-bit D / A converter 75 is applied and the above-described Vdef = 8.6V is converted into an analog signal and output, the resolution (1 bit) of the D / A converter 75 is set to 0.04V. As a result, as shown in the following equation (4), an input signal (digital signal) DAin of the number (8.6 / 0.04 = 215) obtained by dividing the offset voltage Vdef by the 1-bit voltage is generated (S104). Are input to the D / A converter 75 (S106).
DAin = Vdef ÷ 0.04 (4)
[0084]
As a result, as shown in the following equation (5), an offset voltage (analog signal) having a voltage value (215 × 0.04 = 8.6 V) obtained by integrating the 1-bit voltage with the input signal DAin in the D / A converter 75. ) Vdac is generated and supplied to the inverting input terminal (−) of the differential amplifier 72 (S107).
Vdac = DAin × 0.04 (5)
Next, in the processing step S102, the signal attenuation rate Att set in the operation control unit 80 is set in the attenuator 73 (S108).
[0085]
Next, in the voltage measurement process, first, in the above-described initial setting process, for example, prior to or in parallel with the process steps S106 to S108, the operation control unit 80 switches to the input switch 71 of the temperature measurement unit 70. A control signal is sent, and an arbitrary heater power is selected from the heater power supplied from the heater controller 60 to each heater (S105), and a voltage component (heater terminal voltage) related to the heater power is selected. Is input to the non-inverting input terminal (+) of the differential amplifier 72. As a result, the offset voltage Vdef, which is a voltage non-varying component, is input to the inverting input terminal (−) of the differential amplifier 72, while the non-inverting input terminal (+) is supplied to the heater that is the target of the temperature measurement process. The heater terminal voltage Vi to be input is input, and as shown in FIG. 9, a difference (difference voltage) between these voltages is calculated and output from the differential amplifier 72 (S111).
For example, when 9.8 V is input as the heater terminal voltage Vi to the non-inverting input terminal (+) of the differential amplifier 72 and the above 8.6 V is input as the offset voltage Vdef to the inverting input terminal (−). A signal voltage (9.8−8.6 = 1.2 V) obtained by subtracting the offset voltage Vdef from the heater terminal voltage Vi is output as a differential voltage.
[0086]
Next, the differential voltage output from the differential amplifier 72 is input to the attenuator 73 and attenuated to 1 / At at a predetermined signal attenuation rate Att set by the operation control unit 80 described above. Further, the attenuated differential voltage is input to the subsequent-stage amplifier 74, and is amplified by a fixed signal amplification factor Amp (S112).
As described above, when power generation is started, the signal attenuation factor Att of the attenuator 73 is set so that the amplification factor of the entire voltage amplifying unit including the attenuator 73 and the amplifier 74 becomes one. Thereby, for example, when the differential voltage output from the differential amplifier 72 is 1.2 V, the voltage attenuated to 1/32 by the attenuator 73 (1.2 ÷ 32 = 0.0375 V). Then, a voltage (0.0375 × 32 = 1.2 V) amplified by the amplifier 74 of the subsequent stage is output 32 times.
[0087]
Here, the voltage amplified by the voltage amplification unit (attenuator 73, amplifier 74) at an amplification factor of 1 (hereinafter referred to as “difference amplification voltage” for convenience) in the operation control unit 80 (or CPU 8). In order to adapt to digital signal processing, digital conversion is performed by the A / D converter 76 (S113).
For example, by applying an A / D converter 76 having a 10-bit resolution, the above-described differential amplification voltage 1.2V is reduced to 2 ¹⁰ = 1024 When the maximum input voltage Vref is converted to 2.73 V and digitally converted, an output signal (digital signal) of 1024 × (1.2 ÷ 2.73) = 450 is output from the A / D converter 76, and the voltage detection signal It is supplied to the operation control unit 80 as ADout.
[0088]
Here, in the voltage measurement processing as described above, when the processing data in the A / D converter 76 overflows or becomes extremely small due to the differential amplification voltage, the setting change processing is executed.
In the setting change process, specifically, when the processing data related to the differential amplification voltage in the A / D converter 76 exceeds 10-bit resolution and overflows (when an excessive state occurs) (S114). ), The signal attenuation rate Att of the attenuator 73 set in the temperature measurement unit 70 by the operation control unit 80 so that the digital value of the voltage detection signal output from the temperature measurement unit 70 to the operation control unit 80 becomes smaller, or The offset voltage Vdac set and inputted to the differential amplifier 72 is changed and set, and the series of voltage measurement processes described above are executed again using the setting data.
[0089]
That is, as shown in FIGS. 9 and 10, when an overflow of processing data in the A / D converter 76 is detected by the operation control unit 80, first, the signal attenuation rate Att set in the attenuator 73 is 32. (S121) and if the signal attenuation rate Att is 32 (that is, the initial setting value), the offset voltage Vdef (that is, D / D) set by the operation control unit 80 is further determined. It is confirmed whether or not the input signal DAin) of the A conversion unit 75 is the maximum resolution (255) of the 8-bit D / A converter 75 (S125).
[0090]
When the offset voltage Vdef (input signal DAin) is the maximum resolution of the D / A converter 75 (DAin = 255), the operation control unit 80 determines that measurement is impossible and sets an error bit (S137). The temperature control operation (voltage measurement process) in the system is once terminated, and a series of initial setting operations and voltage measurement processes are repeated again. On the other hand, when the offset voltage Vdef (input signal DAin) does not reach the maximum resolution of the D / A converter 75 (DAin ≠ 255), for example, the operation control unit 80 inputs the input signal of the D / A converter 71, for example. A predetermined number (for example, 32) is added to DAin, and the setting is changed so that DAin = DAin + 32 (S126). Here, when the input signal DAin whose setting has been changed is larger than the maximum resolution (255) (S127), the input signal DAin is set to 255 (S128). Thereby, the setting change process of the input signal DAin of the D / A converter 71, that is, the offset voltage Vdac in the differential amplifier 72 is performed, and the data setting process and the voltage measurement process in the processing steps S106 to S113 are performed again. .
[0091]
If the signal attenuation rate Att set in the attenuator 73 is not 32, a predetermined number (for example, 1) is added to the signal attenuation rate Att and changed to Att = Att + 1 (S122). If the signal attenuation rate Att whose setting has been changed is larger than the maximum value (32) (S123), the signal attenuation rate Att is set to 32 (S124). Thereby, the setting change process of the signal attenuation rate Att of the attenuator 73 is performed, and the data setting process and the voltage measurement process of the processing steps S108 to S113 are executed again.
[0092]
On the other hand, in the processing step S114, when the processing data in the A / D converter 76 does not overflow and becomes extremely small (S115), for example, it becomes an extremely small state of 4 bits or less (15 or less). In this case, the signal attenuation rate Att of the attenuator 73 set in the temperature measurement unit 70 by the operation control unit 80 so that the digital value of the voltage detection signal output from the temperature measurement unit 70 to the operation control unit 80 increases. Alternatively, the offset voltage Vdac set and inputted to the differential amplifier 72 is changed and set, and the series of voltage measurement processes described above are executed again using the setting data.
[0093]
That is, as shown in FIG. 9 and FIG. 11, when the operation control unit 80 detects an excessive state of the processing data in the A / D converter 76, first, the signal attenuation rate Att set in the attenuator 73 is calculated. It is confirmed whether or not 1 (S129), and if the signal attenuation rate Att is not 1 (that is, the initial setting value Att = 32 ≠ 1), a predetermined number (for example, 1) is calculated from the signal attenuation rate Att. Subtract and set to change to Att = Att−1 (S130). Here, when the signal attenuation rate Att whose setting has been changed is smaller than the minimum value (Att = 1) (S131), the signal attenuation rate Att is set to 1 (S132). Thereby, the setting change process of the signal attenuation rate Att of the attenuator 73 is performed, and the data setting process and the voltage measurement process of the processing steps S108 to S113 are executed again.
[0094]
When the signal attenuation rate Att set in the attenuator 73 is 1, whether the input signal DAin of the D / A conversion unit 75 set by the operation control unit 80 is the minimum value (0). It is confirmed whether or not (S133). Here, if the input signal DAin is 0, the operation control unit 80 determines that measurement is impossible and sets an error bit (S137), and once ends the temperature control operation (voltage measurement processing) in the power supply system. Then, a series of initial setting operations and voltage measurement processing are repeated again. On the other hand, when the input signal DAin is not the minimum value (DAin ≠ 0), the operation control unit 80 subtracts a predetermined number (for example, 32) from the input signal DAin and changes the setting so that DAin = DAin−32. (S134). When the input signal DAin whose setting has been changed is smaller than 0 (S135), the input signal DAin is set to 0 (S136). Thereby, the setting change process of the input signal DAin of the D / A converter 71, that is, the offset voltage Vdac in the differential amplifier 72 is performed, and the data setting process and the voltage measurement process in the processing steps S106 to S113 are performed again. .
[0095]
By the series of voltage measurement processing and setting change processing described above, the processing data in the A / D converter 76 can be processed normally and properly in the A / D converter 76 without becoming an overflow state or an understate. When a signal voltage in the range is obtained, the differentially amplified differential voltage (voltage detection signal) converted into a digital signal is output to the operation control unit 80, and the temperature specifying process is executed as shown in FIG.
[0096]
In the temperature specifying process, first, as shown in the following equation (6), the voltage conversion value of the voltage detection signal ADout output from the temperature measurement unit 70 to the operation control unit 80 and the differential amplifier 72 are set. The offset voltage Vdac is added together to calculate a voltage component related to the heater power supplied from the heater control unit 60 to the heater, that is, the heater terminal voltage Vi ′ (= Vi) (S116).
Vi ′ = ADout × Vref ÷ 2 ¹⁰ ÷ Amp × Att + Vdac (6)
Here, ADout is a voltage detection signal (digital signal) output from the temperature measuring unit 70, Vref is a reference voltage of the A / D converter, 2 ¹⁰ Is the resolution of the A / D converter (10 bits), Amp is the signal amplification factor of the amplifier, Att is the signal attenuation factor of the attenuator, and Vdac is the offset voltage set in the differential amplifier 72.
Thereby, when each numerical value illustrated in the voltage measurement process described above is applied, the heater terminal voltage Vi ′ calculated by the operation control unit 80 is 450 × 2.73 V / 2. ¹⁰ ÷ 32 × 32 + 8.6V≈9.8V.
[0097]
Next, as shown in the following equation (7), the calculated heater terminal voltage Vi ′ is divided by the set current Iiset supplied to the heater when the heater voltage is measured to calculate the electric resistance Ri of the heater. (S117).
Ri = Vi ′ ÷ Iiset (7)
For example, as described above, when the heater terminal voltage Vi ′ is 9.8 V and 200 mA is supplied as the set current I iset, the electric resistance Ri is 9.8 V ÷ 200 mA = 49Ω.
Next, based on the heater electrical resistance Ri calculated from the heater terminal voltage Vi ′, as described above, the temperature characteristic information (temperature of the electrical resistance) of the heater to be subjected to the temperature measurement process read from the storage means The heater temperature Ti is uniquely extracted and specified by referring to a correspondence table or a relational expression indicating a change (S118).
[0098]
In the power adjustment process, based on the heater temperature Ti measured and specified as described above or the electrical resistance Ri of the heater, a temperature condition that appropriately promotes the chemical reaction in the reaction section provided with the heater. The heater controller 60 is controlled by the operation controller 80 so that the heater power (set current) supplied to the heater is appropriately adjusted (S119).
A series of temperature control operations as described above are sequentially performed for each reaction unit of the fuel reforming unit and each heater attached to the fuel cell body constituting the power generation unit, thereby performing a chemical reaction in each reaction unit. Temperature conditions that can be appropriately promoted can be set (adjusted).
[0099]
(Temperature control operation in power generation equilibrium state)
Next, the temperature control operation when the power generation operation in the power supply system according to the present embodiment is in an equilibrium state (power generation equilibrium state) will be described with reference to the drawings.
FIG. 12 is a flowchart showing an example of the data setting process of the temperature control operation in the power supply system according to the present embodiment. Here, the description of the processing steps equivalent to the temperature control operation at the time of starting power generation described above is simplified or omitted. The setting change process, the voltage measurement process, the temperature specifying process, and the power adjustment process in the power generation equilibrium state are the same as those at the time of the power generation start-up described above (see FIGS. 9, 10, and 11). Is omitted.
[0100]
When the power generation operation in the power supply system is in an equilibrium state, since the temperature change of the heater is small compared to when the power generation is started, the heater power supplied to the heater is relatively small. Therefore, in the present embodiment, data setting processing in the next temperature control operation is executed based on a signal corresponding to the previous heater temperature Ti measured (specified) by the temperature control operation that is continuously and repeatedly executed. .
[0101]
Specifically, as shown in FIG. 12, first, after reading the temperature characteristic information (corresponding table or relational expression showing the temperature change of the electrical resistance) of the heater to be subjected to the temperature measurement processing into the operation control unit 80 ( S201), a voltage conversion value obtained by subtracting a predetermined temperature that is assumed to change in temperature from the (specified) heater temperature Ti obtained by the previous temperature control operation is used as an offset voltage Vdef in the operation control unit 80. Is reset (S202). For example, assuming that the temperature change of the heater is about 10 ° C., the offset voltage Vdef is obtained by subtracting the voltage corresponding to the voltage change per 10 ° C. from the previous heater terminal voltage Vi ′ as shown in the following equation (8). Set the voltage value to the offset voltage Vdef.
Vdef = Vi ′ − (R (0) −Ri) × 10 ÷ Ti × Iiset (8)
Here, R (0) is the electrical resistance of the heater at 0 ° C., Ri is the electrical resistance at the previously specified heater temperature Ti, and Iiset is the set current supplied to the heater. Therefore, when the previously measured heater temperature is 350 ° C., the offset voltage Vdef is reset to Vi ′ − (R (0) −R (350)) ÷ 35 × Iiset.
[0102]
Further, as described in the above initial setting operation, for example, when an 8-bit D / A converter 75 is applied to convert the offset voltage Vdef into an analog signal, the above equation (4) is obtained. Then, an input signal (digital signal) DAin obtained by dividing the offset voltage Vdef by the resolution of the D / A converter 75 (1-bit voltage = 0.04 V) is generated (S203) and input to the D / A converter 75. (S206).
Thereby, as shown in the above formula (5), the D / A converter 75 generates an offset voltage (analog signal) Vdac corresponding to the input signal DAin, and the inverting input terminal (−) of the differential amplifier 72. (S207).
[0103]
Prior to or in parallel with the processing steps S206 and S207, the operation control unit 80 sets the signal attenuation rate Att of the attenuator 73. Here, based on the previous heater terminal voltage Vi ′ and the previous offset Vdac, as shown in the following equations (9) and (10), the differential amplifier 72 and the signal amplifier (attenuator 73, amplifier 74) are used. Then, the signal attenuation factor Att is calculated so that the differential amplification voltage input to the A / D converter 76 is 2.73 V or less which is the maximum input voltage Vref of the A / D converter 76 (S204), and the attenuator 73 is set (S208).
(Vi′−Vdac) ÷ Att × Amp <Vref (9)
Tt Att = (Vi′−Vdac) × 32 ÷ 2.73 + 1 (10)
[0104]
In the above-described data setting process, for example, prior to or in parallel with the processing steps S206 to S208, the operation control unit 80 controls the input switch 71 to switch (S205). By taking the voltage component (heater terminal voltage) into the non-inverting input terminal (+) of the differential amplifier 72, the offset voltage Vdac newly set at the inverting input terminal (−) of the differential amplifier 72 is obtained. The heater terminal voltage Vi of the heater to be subjected to the temperature measurement process is input to the non-inverting input terminal (+), and the voltage measurement process described above is started (see FIG. 9). Here, similarly to the above-described temperature control operation at the time of power generation start-up, setting change processing (see FIGS. 10 and 11) according to the state of processing data (overflow state or excessive state) in the A / D converter 76. When the signal voltage in a range that can be processed normally and properly is obtained in the A / D converter 76, the above-described temperature specifying process and power adjustment process (see FIG. 9) are executed.
[0105]
As described above, according to the temperature control device and the temperature control method thereof according to the present embodiment, in the power supply system including the fuel reforming fuel cell, the progress of the chemical reaction in the fuel reforming unit and the fuel cell main body is determined. Since the heater that sets the temperature conditions for control can also be used as a temperature measurement element, temperature measurement can be performed with a single heater and heater wiring configuration, without providing separate wiring for temperature measurement. And temperature control can be realized. Therefore, heat leakage from the heater can be suppressed as much as possible to improve the thermal efficiency, and accurate setting control of the temperature condition can be realized.
[0106]
In particular, in the temperature control apparatus and the temperature control method according to the present embodiment, a relatively narrow range that changes according to the heater temperature by subtracting a predetermined offset voltage from the terminal voltage of the heater that is the temperature measurement target. Since only the voltage component is extracted, amplified and measured, and the heater temperature is specified based on the voltage component, the data amount in the operation control unit (CPU) is reduced and the digital signal processing is applied. The burden can be reduced, and the heater temperature can be measured with high accuracy and can be set and controlled with high accuracy.
[0107]
Here, in the temperature control method according to the present embodiment, the voltage (heater terminal voltage) or current relating to the heater temperature control power supplied to the heater to be temperature measured is used as it is, and the temperature measurement process and Since the temperature specifying process can be performed, no special control is required at the time of temperature measurement, and an accurate temperature can be measured without affecting the heater temperature at the time of temperature measurement.
[0108]
In addition, the voltage value of the offset voltage and the amplification factor (signal attenuation factor, signal amplification factor) for amplifying the voltage component are appropriately adjusted according to the operating state of the fuel cell (power generation activation state, power generation equilibrium state). As a result, the voltage component can be controlled to have a voltage value suitable for digital signal processing in the operation control unit (CPU), so that precise heater temperature measurement control can be appropriately realized. In addition, since the voltage value of the offset voltage and the amplification factor can be adjusted as appropriate, it is possible to cope with a wider range of heater terminal voltages and to have a plurality of different temperature characteristics by a single temperature measurement unit. The temperature of the heater can be measured with high accuracy.
[0109]
Furthermore, as a configuration for extracting and measuring only the voltage component, a differential amplifier that subtracts a predetermined offset voltage from the heater terminal voltage, and a signal amplifying unit that amplifies the differential voltage that is the output at an arbitrary amplification factor ( A relatively simple circuit configuration consisting of an attenuator and an amplifier) can be applied, so that it is possible to reduce the product cost and the size of the apparatus without requiring an expensive measurement circuit with high sensitivity (high resolution). be able to.
[0110]
In the embodiment described above, portable devices such as notebook personal computers and PDAs are shown as examples of devices to which the power supply system and the drive control method according to the present invention are applied. However, the present invention is not limited to this. It is a device that has a power holding means inside the device and a load that is also driven by power supplied from an external power source, and uses the load to start and stop relatively frequently If it is a thing of a form, it can apply to another electronic device, power equipment, etc.
[0111]
【The invention's effect】
As described above, according to the temperature control device, the temperature control method, and the power supply system according to the present invention, the power generation means that performs a power generation operation using a predetermined power generation fuel, such as a fuel reforming fuel cell. Since the temperature of the thin film heater attached to the thin film heater is measured based on the temperature dependence of the electrical resistance of the thin film heater, the thin film heater can be used as a temperature measuring element. The heat efficiency can be improved by suppressing heat leakage from the thin film heater, and the product cost can be reduced and the scale of the apparatus can be reduced.
[0112]
In particular, the electric resistance that changes according to the temperature of the thin film heater is detected as the heater terminal voltage, and the voltage corresponding to the temperature change is excluded from the heater terminal voltage by removing the voltage non-varying component (offset voltage) that does not correspond to the temperature change. Since only the voltage fluctuation component (difference voltage) in the range is extracted and the voltage fluctuation component is appropriately amplified, when processing for specifying the temperature of the thin film heater is performed by digital signal processing, the data of the processing data While reducing the amount, the data amount can be set to an appropriate amount, the burden of the arithmetic processing can be greatly reduced, and the heater temperature can be measured with high accuracy by a simple processing procedure.
[0113]
In this case, the heater temperature is measured and specified by using the voltage component (heater terminal voltage) or current component of the heater power supplied for temperature control as it is for the thin-film heater to be temperature-measured. Therefore, no special control is required for temperature measurement, and the heater temperature at the time of temperature measurement is not affected, so that a more accurate temperature can be measured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an example of an electronic apparatus to which a power supply system according to the present invention is applied.
FIG. 2 is a schematic block diagram showing an internal configuration of an electronic apparatus to which the power supply system according to the present invention is applied.
FIG. 3 is a schematic block diagram showing an embodiment of a power supply system according to the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of a power generation unit applied to the power supply system according to the present embodiment.
FIG. 5 is a conceptual diagram showing an example of a chemical reaction in a CO remover applied to the power generation unit according to the present embodiment.
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of a temperature measurement unit applied to the power supply system according to the present embodiment.
FIG. 7 is a conceptual diagram showing an operation principle in a temperature measurement unit according to the present embodiment.
FIG. 8 is a flowchart showing an example of an initial setting process of a temperature control operation in the power supply system according to the present embodiment.
FIG. 9 is a flowchart showing an example of voltage measurement processing, temperature identification processing, and power adjustment processing of a temperature control operation in the power supply system according to the present embodiment.
FIG. 10 is a flowchart showing an example of a temperature control operation setting change process (first flow) in the power supply system according to the present embodiment;
FIG. 11 is a flowchart showing an example of a temperature control operation setting change process (second flow) in the power supply system according to the present embodiment;
FIG. 12 is a flowchart illustrating an example of a data setting process for a temperature control operation in the power supply system according to the present embodiment.
FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing a basic configuration of a power supply system including a fuel reforming type fuel cell.
FIG. 14 is a conceptual diagram showing an example of a chemical reaction in a fuel reforming unit applied to a power supply system including a fuel reforming type fuel cell.
[Explanation of symbols]
10 Fuel supply control unit
20 Power generation unit
50 Power supply control unit
60 Heater controller
70 Temperature measurement unit
72 Differential Amplifier
73 Attenuator
74 Amplifier
80 Operation control unit
100 Power generator
DVC device

Claims (27)

In a temperature control device for setting a temperature condition for controlling a progress state of a chemical reaction related to the power generation operation in a power generation means that performs a power generation operation using a predetermined power generation fuel,
A heating means attached to the power generation means for releasing the amount of heat for setting the temperature condition;
Temperature measuring means for measuring the temperature of the heating means based on the electrical resistance of the heating means;
With
The temperature measuring means detects a voltage corresponding to the electric resistance of the heat generating means that changes according to the temperature of the heat generating means as a signal voltage, and a voltage that changes in response to a temperature change of the heat generating means from the signal voltage. A temperature control device, wherein the temperature of the heat generating means is specified based on a voltage component excluding an offset voltage, which is a voltage corresponding to a value excluding the component . The temperature measuring means includes
A voltage measuring unit for detecting an electrical resistance of the heat generating means as an analog signal voltage;
An offset subtraction unit for subtracting the offset voltage from the analog signal voltage;
A voltage amplification unit that amplifies the voltage component obtained by the offset subtraction unit at an arbitrary amplification factor;
An analog-to-digital converter that converts the amplified voltage component into a digital signal;
The temperature control device according to claim 1, further comprising: The voltage amplifier is
An attenuator for attenuating the voltage component obtained by the offset subtraction unit with an arbitrary signal attenuation rate;
An amplifier for amplifying the attenuated voltage component at a single signal amplification factor;
With
The temperature control apparatus according to claim 2 , wherein the signal attenuation rate of the attenuator is set to a value equal to or smaller than the signal amplification rate of the amplifier. The temperature measuring unit calculates an electric resistance of the heat generating unit based on a voltage value obtained by adding the voltage component and the offset voltage and a current value supplied to the heat generating unit, and the electric resistance temperature control apparatus according to claim 2 or 3, wherein the identifying the temperature of the heating means based. The temperature control device includes a temperature adjusting unit that controls electric power supplied to the heat generating unit based on the identified temperature of the heat generating unit to adjust the temperature of the heat generating unit. The temperature control apparatus in any one of Claims 1 thru | or 4 . The temperature adjusting means, when starting the power generation operation in the power generation unit, according to claim and sets a voltage corresponding to the electric resistance at the upper limit of the temperature change of the heating means as the offset voltage 5 The temperature control device described. When the power generation operation of the power generation means is in an equilibrium state, the temperature adjusting means is a temperature when the temperature is changed by a predetermined value with respect to the temperature specified at an arbitrary time in the continuous temperature change of the heat generation means. The temperature control device according to claim 5 , wherein a voltage corresponding to an electric resistance in is set as the offset voltage. The temperature adjusting unit increases a signal attenuation rate in the voltage amplification unit when the voltage component converted into the digital signal exceeds a maximum input voltage in the analog-digital conversion unit. The temperature control device according to any one of claims 5 to 7 . It said temperature adjusting means, said voltage component are converted into the digital signal, the analog - when it exceeds the maximum input voltage in the digital conversion unit 5 through claim, characterized in that to increase the offset voltage The temperature control device according to any one of 7 . When the voltage component converted into the digital signal has a value corresponding to a bit number smaller than ½ of the bit number of the analog-digital conversion unit, the temperature adjustment unit temperature control device according to any one of claims 5 to 7, characterized in that to reduce signal attenuation. The temperature adjustment means reduces the offset voltage when the voltage component converted into the digital signal is a value corresponding to a bit number smaller than ½ of the bit number of the analog-digital conversion unit. The temperature control device according to any one of claims 5 to 7 , wherein The power generation means is at least
A fuel reforming unit that generates a specific fuel component containing hydrogen from the power generation fuel by a catalytic reaction;
A fuel cell that generates electric power by an electrochemical reaction using the specific fuel component,
It said heating means, at least, the temperature control device according to any one of claims 1 to 11, characterized in that it is attached to the fuel reformer. The power generation means further includes:
A fuel vaporization section for vaporizing the power generation fuel made of liquid fuel;
A by-product removing unit that removes by-products generated by the catalytic reaction in the fuel reforming unit;
With
13. The temperature control apparatus according to claim 12 , wherein the heat generating unit is also attached to the fuel vaporization unit and the byproduct removal unit. In a temperature control method of a temperature control device for setting a temperature condition for controlling a progress state of a chemical reaction related to the power generation operation in a power generation means that performs a power generation operation using a predetermined power generation fuel,
A processing step of detecting, as a signal voltage, a voltage corresponding to an electrical resistance that changes in accordance with the temperature of the heat generating means that releases the amount of heat for setting the temperature condition;
By subtracting an offset voltage that is a voltage corresponding to a value obtained by removing a voltage component that changes corresponding to a temperature change of the heat generating means from the signal voltage, only a voltage component that changes corresponding to a temperature change of the heat generating means is obtained. Processing steps to extract,
A processing step of amplifying the extracted voltage component at an arbitrary amplification factor;
A step of calculating an electric resistance of the heat generating means based on a voltage value obtained by adding the amplified voltage component and the offset voltage, and a current value supplied to the heat generating means;
A processing step of specifying the temperature of the heat generating means based on the calculated electrical resistance;
Including
A temperature control method for a temperature control apparatus, wherein the series of processing steps are repeatedly executed at predetermined time intervals to monitor a temperature change of the heat generating means. The step of amplifying the signal voltage includes a process of attenuating the voltage component with an arbitrary signal attenuation factor, and a process of amplifying the attenuated voltage component with a single signal amplification factor,
15. The temperature control method for a temperature control apparatus according to claim 14 , wherein the voltage component is amplified by an arbitrary amplification factor of 1 or more by adjusting the signal attenuation rate. 16. The temperature control according to claim 14 , further comprising a processing step of adjusting a temperature of the heat generating means by controlling electric power supplied to the heat generating means based on a temperature change of the heat generating means. Device temperature control method. Based on the amplified voltage component, the offset voltage or the signal attenuation rate is changed and adjusted so that the amplified voltage component has an arbitrary voltage value suitable for analog-digital conversion processing. The temperature control method for a temperature control device according to claim 15 or 16 , further comprising a processing step of performing the steps. The processing step of adjusting the voltage value of the voltage component sets the offset voltage to a voltage corresponding to the electric resistance at the upper limit value of the temperature change of the power generation means when starting the power generation operation in the power generation means. The temperature control method of the temperature control apparatus of Claim 17 characterized by these. The processing step of adjusting the voltage value of the voltage component is performed when the power generation operation in the power generation unit is in an equilibrium state, and the offset voltage is set to a predetermined temperature with respect to a temperature at a continuous temperature change of the heat generation unit. 18. The temperature control method for a temperature control device according to claim 17, wherein the voltage is set to a voltage corresponding to an electric resistance at a temperature when the value changes. The processing step of adjusting the voltage value of the voltage component may be changed and set so as to increase the signal attenuation factor when the voltage component exceeds a maximum input voltage in the analog-digital conversion processing. The temperature control method of the temperature control apparatus according to claim 17, characterized in that: The processing step of adjusting the voltage value of the voltage component is changed and set to increase the offset voltage when the voltage component exceeds a maximum input voltage in the analog-digital conversion processing. A temperature control method for a temperature control device according to claim 17 . In the processing step of adjusting the voltage value of the voltage component, when the voltage component is a value corresponding to a bit number less than ½ of the bit number in the analog-digital conversion process, the signal attenuation rate The temperature control method for a temperature control apparatus according to claim 17 , wherein the temperature control device is changed and set so as to reduce the temperature. In the processing step of adjusting the voltage value of the voltage component, when the voltage component is a value corresponding to a bit number smaller than ½ of the bit number in the analog-digital conversion process, the offset voltage is set. 18. The temperature control method for a temperature control device according to claim 17 , wherein the temperature control device is changed and set so as to be reduced. In a power supply system that generates and supplies load driving power for driving a desired load using a predetermined power generation fuel,
Power generation means for generating electric power using the fuel for power generation;
Fuel supply control means for controlling a supply state of the fuel for power generation to the power generation means; power generation control means for setting and controlling temperature conditions related to power generation operation in the power generation means;
Temperature measuring means for measuring the temperature of the heat generating means attached to the power generating means;
Temperature control means for controlling at least the heat generation control means and adjusting the temperature of the heat generation means based on the temperature measured by the temperature measurement means;
With
The temperature measuring means detects a voltage corresponding to the electric resistance of the heat generating means that changes according to the temperature of the heat generating means as a signal voltage, and a voltage that changes in response to a temperature change of the heat generating means from the signal voltage. The offset voltage, which is the voltage corresponding to the value excluding the component, is subtracted to extract only the voltage component in the range corresponding to the temperature change of the heating means, and the extracted voltage component is attenuated at an arbitrary signal attenuation rate A power supply system characterized in that the temperature of the heat generating means is specified based on a total voltage value of the amplified voltage component and the offset voltage after being processed and amplified with a predetermined signal amplification factor. The power generation means is at least
A fuel reforming unit that generates a specific fuel component containing hydrogen from the power generation fuel by a catalytic reaction;
A fuel cell that generates electric power by an electrochemical reaction using the specific fuel component,
25. The power supply system according to claim 24 , wherein the heat generating means is attached to at least the fuel reforming unit. The power generation means further includes:
A fuel vaporization section for vaporizing the power generation fuel made of liquid fuel;
A by-product removing unit that removes by-products generated by the catalytic reaction in the fuel reforming unit;
With
26. The power supply system according to claim 25 , wherein the heat generating means is also attached to the fuel vaporization section and the byproduct removal section. It said temperature control means, the power supply system according to any one of claims 24 to 26, characterized in that provided in the electronic apparatus having a load driven by the load driving power.

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