JP2008004538A - 燃料電池システムおよびその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】確実に定常運転に移行できかつ利便性を維持できる、燃料電池システムおよびその運転方法を提供する。
【解決手段】燃料電池システム１００は、セルスタック１０２、二次電池１２６、ＣＰＵ１５８を含むコントローラ１４２、メインスイッチ１４８および停止ボタン３０ｂを備える。ＣＰＵ１５８は、メインスイッチ１４８がオフされた後、停止ボタン３０ｂからの発電停止指示がなければ二次電池１２６の蓄電率が第１閾値以上になるまでセルスタック１０２の発電を継続してから停止させる。蓄電率が第２閾値以上かつ第１閾値未満であれば、停止ボタン３０ｂからの発電停止指示に応じてセルスタック１０２の発電を停止させる。蓄電率が第２閾値未満であれば、停止ボタン３０ｂから通常の発電停止指示が与えられても、セルスタック１０２の発電を継続させ、蓄電率が第２閾値以上になるまで二次電池１２６を充電させる。
【選択図】図３

Description

この発明は燃料電池システムおよびその運転方法に関し、より特定的には、運転停止指示後であっても二次電池の充電が完了していなければ燃料電池の発電を継続させて二次電池を充電する燃料電池システムおよびその運転方法に関する。

輸送機器や電子機器に搭載される燃料電池システムでは、二次電池からの電力によって補機類を駆動させ燃料電池に発電を開始させる。このような燃料電池システムでは、次回の運転において定常的に発電可能な定常運転に確実に移行するために、運転停止指示後であっても二次電池の蓄電量が閾値未満であれば燃料電池の発電を継続させて二次電池を充電するといったことが行われている。

この種の従来技術の一例として、たとえば特許文献１には、運転停止指示後の充電中であっても強制的に燃料電池の発電を停止させる技術が開示されている。このように燃料電池の発電ひいては二次電池への充電を停止させることによって、運転停止指示後に充電完了まで待機する必要がなく、オペレータにとっての利便性を向上させることができる。
特開２００４−２２７８３２号公報

しかし、特許文献１の技術では、運転停止指示後の充電を途中で停止可能であるので、次回の運転において燃料電池の出力によって消費電力を賄うまでに二次電池の蓄電量が尽きてしまうおそれがあった。ひいては、燃料電池の発電を継続できず、定常運転に移行する前に燃料電池システムが停止してしまうおそれがあった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、確実に定常運転に移行できかつ利便性を維持できる、燃料電池システムおよびその運転方法を提供することである。

上述の目的を達成するために、燃料電池、燃料電池によって充電される二次電池、二次電池の充電状態を検出する充電状態検出手段、燃料電池の発電開始後、充電状態検出手段による検出結果が第１閾値以上になるまで燃料電池の発電を継続してから停止させる制御手段、および燃料電池の発電を停止させるための指示手段を備え、制御手段は、充電状態検出手段による検出結果が第１閾値未満かつ第２閾値以上である場合、指示手段からの発電停止指示に基づいて燃料電池の発電を停止させる、燃料電池システムが提供される。

また、燃料電池によって充電される二次電池を含む燃料電池システムの運転方法であって、指示手段からの発電停止指示がなければ二次電池の充電状態の検出結果が第１閾値以上になるまで二次電池を充電してから燃料電池の発電を停止させ、二次電池の充電状態の検出結果が第１閾値未満かつ第２閾値以上であれば指示手段からの発電停止指示に応じて燃料電池の発電を停止させる、燃料電池システムの運転方法が提供される。

上述の発明では、指示手段からの発電停止指示がなければ二次電池の充電状態の検出結果が第１閾値以上になるまで二次電池を充電してから燃料電池の発電を停止させる。また、二次電池の充電状態の検出結果が、第２閾値（次回の運転において運転開始から充放電が平衡するまでに二次電池に必要な蓄電量に対応し第１閾値より小さい値）以上かつ第１閾値未満であれば、指示手段からの発電停止指示に応じて燃料電池の発電が停止される。このように充電を途中で停止できるので、オペレータにとっての利便性を維持できる。さらに、二次電池の充電状態の検出結果が第２閾値未満であれば、指示手段から通常の（すなわち、充電状態の検出結果が第２閾値以上かつ第１閾値未満のときと同様の）発電停止指示が与えられても、燃料電池の発電を継続させ、充電状態が第２閾値以上になるまで二次電池を充電させる。したがって、次回の運転において確実に定常運転に移行できる。

好ましくは、燃料電池システムが二次電池を充電するための外部電源に接続されたか否かを判定する判定手段をさらに含み、制御手段は、判定手段によって外部電源が燃料電池システムに接続されたと判定された場合燃料電池の発電を停止させる。この場合、燃料電池システムが外部電源に接続されると燃料電池の発電が停止され、外部電源からの電力によって二次電池が充電される。このように外部電源による充電を優先させることによって、燃料電池への燃料の補給量を減少させることができ、燃料を節約できる。

また好ましくは、制御手段は、判定手段によって外部電源が燃料電池システムに接続されたと判定されており、かつ蓄電量検出手段による検出結果が第１閾値未満かつ第２閾値以上である場合、燃料電池の発電を停止させる。このようにすれば、停電などによって外部からの充電ができなくなった場合でも次回の始動性を確保できる。

さらに好ましくは、運転開始から二次電池の充放電が平衡するまでに二次電池に必要な蓄電量に関する情報に基づいて第２閾値を設定する設定手段を含む。この場合、運転の度に第２閾値を設定可能であるので、次回の運転において実際に二次電池に必要な蓄電量を精度よく設定でき、今回の運転において的確なタイミングで指示手段からの指示に応じて燃料電池の発電を停止できる。

燃料電池の出力が大きいほど早く燃料電池の出力のみによって燃料電池システムの駆動に必要な電力を賄うことができる。したがって、次回の運転において運転開始から充放電が平衡するまでに二次電池に必要な蓄電量は、燃料電池の出力が大きければ少なく、燃料電池の出力が小さければ多くなる。この発明では好ましくは、燃料電池の出力に関する情報を検出する出力情報検出手段をさらに含み、必要な蓄電量に関する情報は、出力情報検出手段によって検出される燃料電池の出力に関する情報を含む。この場合、燃料電池の出力に関する情報を用いて第２閾値が設定される。このように燃料電池の出力に関する情報を用いて第２閾値を設定することによって、燃料電池の出力特性に対応した適正な第２閾値を設定できる。

燃料電池の温度がある程度上昇するまでは燃料電池から十分な電力を取り出すことができない。したがって、次回の運転において運転開始から充放電が平衡するまでに二次電池に必要な蓄電量は、外気温度が高ければ少なく、外気温度が低ければ多くなる。この発明では好ましくは、外気温度を検出する外気温度検出手段をさらに含み、必要な蓄電量に関する情報は、外気温度検出手段によって検出される外気温度を含む。この場合、外気温度を用いて第２閾値が設定される。このように外気温度を用いて第２閾値を設定することによって、今回の運転時と次回の運転時との外気温度の差が小さければ外部環境に対応した適正な第２閾値を設定できる。

発電開始から二次電池の充放電が平衡するまでの経過時間が長いほど、二次電池の充放電が平衡するまでに燃料電池システムによって消費される電力量も多くなる。したがって、次回の運転において運転開始から充放電が平衡するまでに二次電池に必要な蓄電量は、経過時間が長ければ多く、経過時間が短ければ少なくなる。この発明では好ましくは、発電開始から二次電池の充放電が平衡するまでの経過時間を計測する計時手段をさらに含み、必要な蓄電量に関する情報は、計時手段によって計測される経過時間を含む。この場合、経過時間を用いて第２閾値が設定される。このように経過時間を用いて第２閾値を設定することによって、簡単に適正な第２閾値を設定できる。

好ましくは、燃料電池の発電を指示手段からの発電停止指示に応じて停止可能か否かを報知する報知手段をさらに含む。この場合、燃料電池の発電を指示手段からの発電停止指示に応じて停止可能か否かをオペレータに報知することによって、オペレータの待機時間を短縮できる。

輸送機器は外部から電力供給が可能な場所で停止されるとは限らない。この発明によれば次回の運転において確実に定常運転に移行できかつ利便性を維持できるので、この発明は輸送機器に好適に用いられる。

この発明によれば、確実に定常運転に移行できかつ利便性を維持できる。

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。ここでは、この発明の燃料電池システム１００を、輸送機器の一例である自動二輪車１０に搭載した場合について説明する。
まず、自動二輪車１０について説明する。この発明の実施の形態における左右、前後、上下とは、自動二輪車１０のシートにドライバーがそのハンドル２４に向かって着座した状態を基準とした左右、前後、上下を意味する。

図１を参照して、自動二輪車１０は車体フレーム１２を有する。車体フレーム１２は、ヘッドパイプ１４、ヘッドパイプ１４から後方へ斜め下方に延びる縦断面Ｉ字型のフロントフレーム１６、フロントフレーム１６の後端部に連結されかつ後方へ斜め上方に立ち上がるリヤフレーム１８、およびリヤフレーム１８の上端部に取り付けられるシートレール２０を備えている。

フロントフレーム１６は、上下方向に幅を有して後方へ斜め下方に延びかつ左右方向に対して直交する板状部材１６ａと、それぞれ板状部材１６ａの上端縁および下端縁に形成されかつ左右方向に幅を有して後方へ斜め下方に延びるフランジ部１６ｂおよび１６ｃと、板状部材１６ａの両表面に突設される補強リブ１６ｄとを備えている。補強リブ１６ｄは、フランジ部１６ｂおよび１６ｃと共に板状部材１６ａの両表面を区画して、後述する燃料電池システム１００の構成部材を収納する収納スペースを形成している。

一方、リヤフレーム１８は、それぞれ前後方向に幅を有して後方へ斜め上方に延びかつフロントフレーム１６の後端部を挟むように左右に配置される一対の板状部材を含む。なお、図１には、リヤフレーム１８の左側の板状部材が示されている。

ヘッドパイプ１４内には、車体方向変更用のステアリング軸２２が回動自在に挿通されている。ステアリング軸２２の上端にはハンドル２４が固定されたハンドル支持部２６が取り付けられている。ハンドル支持部２６の上端には表示操作部２８が配置されている。

図３をも参照して、表示操作部２８は、自動二輪車１０を駆動する電動モータ４４（後述）の各種データを計測表示するためのメータ２８ａ、走行状態等の各種情報提供用のたとえば液晶ディスプレイ等で構成される表示部２８ｂ、および各種指示や各種情報入力用の入力部２８ｃを一体的に設けたものである。入力部２８ｃには、リレー１７６を切り替えることで電動モータ４４等の外部負荷とセルスタック１０２および二次電池１２６とを接続するための始動ボタン３０ａ、運転停止指示後にセルスタック１０２の発電停止を指示するための停止ボタン３０ｂ、および停止ボタン３０ｂを点灯させるためのバックライト３０ｃが設けられている。

また、図１に示すように、ステアリング軸２２の下端には左右一対のフロントフォーク３２が取り付けられており、フロントフォーク３２それぞれの下端には、前輪３４が前車軸３６を介して取り付けられている。前輪３４は、フロントフォーク３２によって緩衝懸架された状態で前車軸３６によって回転自在に軸支されている。

一方、リヤフレーム１８の上端部には、前後方向に延びるフレーム状のシートレール２０がたとえば溶接によって固設されている。シートレール２０上には図示しないシートが開閉自在に設けられている。

また、リヤフレーム１８の下端部には、スイングアーム（リヤアーム）３８がピボット軸４０を介して揺動自在に支持されている。スイングアーム３８の後端部３８ａには、後輪４２に連結されかつ後輪４２を回転駆動させるためのたとえばアキシャルギャップ型の電動モータ４４が内蔵されている。また、スイングアーム３８には、電動モータ４４に電気的に接続される駆動ユニット４６が内蔵されている。駆動ユニット４６は、電動モータ４４の回転駆動を制御するためのコントローラ４８、および二次電池１２６（後述）の蓄電量を検出する蓄電量検出器５０を含む。スイングアーム３８および後輪４２は、図示しないリヤクッションによってリヤフレーム１８に対して緩衝懸架されている。

このような自動二輪車１０には、車体フレーム１２に沿って燃料電池システム１００の構成部材が配置されている。燃料電池システム１００は、電動モータ４４や補機類等を駆動するための電気エネルギを生成する。

以下、図１および図２を参照して、燃料電池システム１００について説明する。
燃料電池システム１００は、メタノール（メタノール水溶液）を改質せずにダイレクトに電気エネルギの生成（発電）に利用する直接メタノール型燃料電池システムである。

燃料電池システム１００は、燃料電池セルスタック（以下、単にセルスタックという）１０２を含む。図１に示すように、セルスタック１０２は、フランジ部１６ｃから吊るされ、フロントフレーム１６の下方に配置されている。

図２に示すように、セルスタック１０２は、メタノールに基づく水素イオンと酸素との電気化学反応によって発電できる燃料電池（燃料電池セル）１０４を、セパレータ１０６を挟んで複数個積層（スタック）して構成されている。セルスタック１０２を構成する各燃料電池１０４は、固体高分子膜等から構成される電解質膜１０４ａと、電解質膜１０４ａを挟んで互いに対向するアノード（燃料極）１０４ｂおよびカソード（空気極）１０４ｃとを含む。アノード１０４ｂおよびカソード１０４ｃはそれぞれ、電解質膜１０４ａ側に設けられる白金触媒層を含む。

また、図１に示すように、フロントフレーム１６の下方でありかつセルスタック１０２の上方には、ラジエータユニット１０８が配置されている。ラジエータユニット１０８は、その前面が下向きに配置され、走行時に風を十分に受けることができる。

図２に示すように、ラジエータユニット１０８は、水溶液用のラジエータ１０８ａと気液分離用のラジエータ１０８ｂとを一体的に設けたものである。ラジエータユニット１０８の裏面側には、ラジエータ１０８ａを冷却するためのファン１１０と、ラジエータ１０８ｂを冷却するためのファン１１２（図３参照）とが設けられている。なお、図１においては、ラジエータ１０８ａと１０８ｂとが左右に配置されているものとし、左側のラジエータ１０８ａを冷却するためのファン１１０が示されている。

また、リヤフレーム１８の一対の板状部材の間には、上方から順に燃料タンク１１４、水溶液タンク１１６および水タンク１１８が配置されている。

燃料タンク１１４は、シートレール２０の下側に配置され、シートレール２０の後端部に取り付けられている。燃料タンク１１４は、セルスタック１０２の電気化学反応の燃料となる高濃度（たとえば、メタノールを約５０ｗｔ％含む）のメタノール燃料（高濃度メタノール水溶液）を収容している。燃料タンク１１４にはレベルセンサ１２０が装着され、燃料タンク１１４内のメタノール燃料の液面の高さが検出される。

また、水溶液タンク１１６は、燃料タンク１１４の下側に配置され、リヤフレーム１８に取り付けられている。水溶液タンク１１６は、燃料タンク１１４からのメタノール燃料をセルスタック１０２の電気化学反応に適した濃度（たとえば、メタノールを約３ｗｔ％含む）に希釈したメタノール水溶液を収容している。水溶液タンク１１６にはレベルセンサ１２２が装着され、水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液の液面の高さが検出される。

水タンク１１８は、セルスタック１０２の後側に配置され、リヤフレーム１８に取り付けられている。水タンク１１８にはレベルセンサ１２４が装着され、水タンク１１８内の水面の高さが検出される。

また、燃料タンク１１４の前側でありかつフロントフレーム１６のフランジ部１６ｂの上側には、二次電池１２６が配置されている。二次電池１２６は、セルスタック１０２からの電力を蓄え、コントローラ１４２（後述）の指令に応じて電気構成部材に電力を供給する。

二次電池１２６の上側かつシートレール２０の下側には、燃料ポンプ１２８が配置されている。また、燃料タンク１１４の前側かつ二次電池１２６の後方斜め上側には、キャッチタンク１３０が配置されている。

また、フロントフレーム１６とセルスタック１０２とラジエータユニット１０８とによって囲まれた空間には、気体に含まれる塵等の異物を除去するためのエアフィルタ１３２が配置され、エアフィルタ１３２の後方斜め下側には水溶液フィルタ１３４が配置されている。

また、フロントフレーム１６の左側の収納スペースには、水溶液ポンプ１３６およびエアポンプ１３８が収納されている。エアポンプ１３８の左側にはエアチャンバ１４０が配置されている。

また、フロントフレーム１６の右側の収納スペースには、コントローラ１４２、防錆用バルブ１４４および水ポンプ１４６が配置されている。

さらに、フロントフレーム１６には、フロントフレーム１６の収納スペースを右側から左側に貫通するようにメインスイッチ１４８が設けられている。メインスイッチ１４８がオンされることによってコントローラ１４２に運転開始指示が与えられ、メインスイッチ１４８がオフされることによってコントローラ１４２に運転停止指示が与えられる。

図２に示すように、燃料タンク１１４と燃料ポンプ１２８とはパイプＰ１によって連通され、燃料ポンプ１２８と水溶液タンク１１６とはパイプＰ２によって連通され、水溶液タンク１１６と水溶液ポンプ１３６とはパイプＰ３によって連通され、水溶液ポンプ１３６と水溶液フィルタ１３４とはパイプＰ４によって連通され、水溶液フィルタ１３４とセルスタック１０２とはパイプＰ５によって連通されている。パイプＰ５はセルスタック１０２のアノード入口Ｉ１に接続され、水溶液ポンプ１３６を駆動させることによってセルスタック１０２にメタノール水溶液が供給される。セルスタック１０２のアノード入口Ｉ１付近にはメタノール水溶液の温度を検出する温度センサ１５０が設けられている。温度センサ１５０がセルスタック１０２内を流れるメタノール水溶液の温度を検出することによって、セルスタック１０２の温度を検出できる。

セルスタック１０２と水溶液用のラジエータ１０８ａとはパイプＰ６によって連通され、ラジエータ１０８ａと水溶液タンク１１６とはパイプＰ７によって連通されている。パイプＰ６はセルスタック１０２のアノード出口Ｉ２に接続されている。
上述したパイプＰ１〜Ｐ７は主として燃料の流路となる。

また、エアフィルタ１３２とエアチャンバ１４０とはパイプＰ８によって連通され、エアチャンバ１４０とエアポンプ１３８とはパイプＰ９によって連通され、エアポンプ１３８と防錆用バルブ１４４とはパイプＰ１０によって連通され、防錆用バルブ１４４とセルスタック１０２とはパイプＰ１１によって連通されている。パイプＰ１１はセルスタック１０２のカソード入口Ｉ３に接続されている。燃料電池システム１００の発電時には防錆用バルブ１４４を開いておき、その状態でエアポンプ１３８を駆動させることによって、酸素を含む空気が外部から吸入される。防錆用バルブ１４４は、燃料電池システム１００の停止時には閉じられており、エアポンプ１３８への水蒸気の逆流を防ぎエアポンプ１３８の錆を防止する。エアフィルタ１３２付近には、外気温度を検出する外気温度センサ１５２が設けられている。

セルスタック１０２と気液分離用のラジエータ１０８ｂとはパイプＰ１２によって連通され、ラジエータ１０８ｂと水タンク１１８とはパイプＰ１３によって連通され、水タンク１１８にはパイプ（排気管）Ｐ１４が設けられている。
上述したパイプＰ８〜Ｐ１４は主として酸化剤の流路となる。

さらに、水タンク１１８と水ポンプ１４６とはパイプＰ１５によって連通され、水ポンプ１４６と水溶液タンク１１６とはパイプＰ１６によって連通されている。
上述したパイプＰ１５，１６は水の流路となる。

また、パイプＰ４には、パイプＰ４を流れるメタノール水溶液の一部が流入するようにパイプＰ１７が接続される。パイプＰ１７には、メタノール水溶液のメタノール濃度（メタノール水溶液におけるメタノールの割合）を検出するために超音波センサ１５４が取り付けられている。超音波センサ１５４は、メタノール濃度に応じて超音波の伝播速度が変化することを利用してメタノール濃度を検出するために用いられる。超音波センサ１５４は、パイプＰ１７内での超音伝播速度を検出し、その伝播速度を電圧値に変換して物理的な濃度情報とする。コントローラ１４２は、その濃度情報に基づいて、パイプＰ１７内のメタノール水溶液のメタノール濃度を検出する。

パイプＰ１７には検出用バルブ１５６が接続され、検出用バルブ１５６と水溶液タンク１１６とはパイプＰ１８によって連通されている。メタノール濃度の検出時には検出用バルブ１５６が閉じられ、パイプＰ１７内でのメタノール水溶液の流れが止められる。メタノール濃度の検出後、検出用バルブ１５６が開けられ、濃度検出済みのメタノール水溶液が水溶液タンク１１６に戻される。
上述したパイプＰ１７，Ｐ１８は主として濃度検出用の流路となる。

さらに、水溶液タンク１１６とキャッチタンク１３０とはパイプＰ１９，Ｐ２０によって連通され、キャッチタンク１３０とエアチャンバ１４０とはパイプＰ２１によって連通されている。
上述したパイプＰ１９〜Ｐ２１は主として燃料処理用の流路となる。

ついで、図３を参照して、燃料電池システム１００の電気的構成について説明する。
燃料電池システム１００のコントローラ１４２は、必要な演算を行い燃料電池システム１００の動作を制御するためのＣＰＵ１５８、ＣＰＵ１５８にクロックを与えるクロック回路１６０、燃料電池システム１００の動作を制御するためのプログラムやデータおよび演算データ等を格納するための、たとえばＥＥＰＲＯＭからなるメモリ１６２、外部負荷にセルスタック１０２を接続するための電気回路１６４における電圧を検出するための電圧検出回路１６６、燃料電池１０４ひいてはセルスタック１０２を流れる電流を検出するための電流検出回路１６８、電気回路１６４を開閉するためのＯＮ／ＯＦＦ回路１７０、電気回路１６４に設けられるダイオード１７２、および電気回路１６４に所定の電圧を供給するための電源回路１７４を含む。

このようなコントローラ１４２のＣＰＵ１５８には、レベルセンサ１２０，１２２および１２４からの検出信号、ならびに温度センサ１５０、外気温度センサ１５２および超音波センサ１５４からの検出信号が入力される。また、ＣＰＵ１５８には、電源をオン／オフするためのメインスイッチ１４８からの入力信号や、入力部２８ｃの始動ボタン３０ａおよび停止ボタン３０ｂからの入力信号が入力される。また、ＣＰＵ１５８には蓄電量検出器５０からの検出信号が入力される。ＣＰＵ１５８は、蓄電量検出器５０からの検出信号と二次電池１２６の容量に関する情報とを用いて二次電池１２６の蓄電率（二次電池１２６の容量に対する蓄電量の割合）を算出する。さらに、ＣＰＵ１５８には電圧検出回路１６６からの電圧検出値および電流検出回路１６８からの電流検出値が入力される。ＣＰＵ１５８は、電圧検出値と電流検出値とを用いてセルスタック１０２の出力を算出する。

メモリ１６２には、図７、図８および図１０に示す動作を実行するためのプログラム、各種テーブルデータ、および二次電池１２６の蓄電率と比較すべき第１閾値等が予め格納されている。さらに、メモリ１６２には、各種演算データおよび各種フラグ等の他、外気温度センサ１５２によって検出される外気温度、ＣＰＵ１５８によって算出される二次電池１２６の蓄電率、ＣＰＵ１５８によって算出されるセルスタック１０２の出力、クロック回路１６０からのクロック信号に基づいてＣＰＵ１５８によって計測される時間、および二次電池１２６の蓄電率と比較するために設定される第２閾値等が格納される。

また、ＣＰＵ１５８によって、燃料ポンプ１２８、水溶液ポンプ１３６、エアポンプ１３８、水ポンプ１４６、ファン１１０，１１２、防錆用バルブ１４４および検出用バルブ１５６等の補機類が制御される。また、ＣＰＵ１５８によって、各種情報を表示し自動二輪車１０のドライバーに各種情報を報知するための表示部２８ｂが制御される。さらに、ＣＰＵ１５８によって、入力部２８ｃのバックライト３０ｃの点灯／消灯が制御される。

また、セルスタック１０２には二次電池１２６および駆動ユニット４６が接続される。二次電池１２６および駆動ユニット４６はリレー１７６を介して電動モータ４４等の外部負荷に接続される。二次電池１２６は、セルスタック１０２からの出力を補完するものであり、セルスタック１０２からの電力によって充電され、その放電によって電動モータ４４、駆動ユニット４６および補機類等に電力を与える。

電動モータ４４には、電動モータ４４の各種データを計測するためのメータ２８ａが接続され、メータ２８ａによって計測されたデータや電動モータ４４の状況は、インターフェイス回路１７８を介してＣＰＵ１５８に与えられる。

また、インターフェイス回路１７８には充電器２００が接続可能であり、充電器２００は外部電源（商用電源）２０２に接続できる。インターフェイス回路１７８に充電器２００を介して外部電源２０２が接続されている場合には、インターフェイス回路１７８を介してＣＰＵ１５８に外部電源接続信号が与えられる。充電器２００のスイッチ２００ａはＣＰＵ１５８によってオン／オフできる。

この実施形態では、ＣＰＵ１５８が制御手段、判定手段および設定手段として機能し、メモリ１６２が記憶手段として機能する。また、停止ボタン３０ｂが指示手段に相当し、外気温度センサ１５２が外気温度検出手段に相当する。また、充電状態検出手段は蓄電量検出器５０とＣＰＵ１５８とを含み、蓄電量検出器５０が検出した蓄電量を用いてＣＰＵ１５８が蓄電率を算出することによって二次電池１２６の充電状態が検出される。また、報知手段は停止ボタン３０ｂおよびバックライト３０ｃを含み、計時手段はＣＰＵ１５８およびクロック回路１６０を含む。また、出力情報検出手段はＣＰＵ１５８、電圧検出回路１６６および電流検出回路１６８を含み、ＣＰＵ１５８によって算出されたセルスタック１０２の出力がセルスタック１０２の出力に関する情報として用いられる。

ついで、燃料電池システム１００の運転時の主要動作について説明する。
燃料電池システム１００は、メインスイッチ１４８がオンされることを契機として、コントローラ１４２を起動し、運転を開始する。そして、コントローラ１４２の起動後に始動ボタン３０ａが押されることを契機として、リレー１７６の切り替えが行われ、電動モータ４４等の外部負荷がセルスタック１０２および二次電池１２６に接続される。また、二次電池１２６の蓄電率が第２閾値以下となると、二次電池１２６からの電力によって水溶液ポンプ１３６やエアポンプ１３８等の補機類を駆動し、セルスタック１０２の発電を開始する。

なお、外部負荷とは、セルスタック１０２の発電を維持するために必要な電力を除いた電力を消費する負荷をいう。具体的に、この実施形態においては電動モータ４４や自動二輪車１０のヘッドライト等が外部負荷に挙げられる。

図２を参照して、水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液は、水溶液ポンプ１３６の駆動によってパイプＰ３，Ｐ４を介して水溶液フィルタ１３４に供給される。そして、水溶液フィルタ１３４で不純物等が除去されたメタノール水溶液は、パイプＰ５、アノード入口Ｉ１を介してセルスタック１０２を構成する各燃料電池１０４のアノード１０４ｂにダイレクトに供給される。

また、水溶液タンク１１６内にある気体（主に、二酸化炭素、気化したメタノールおよび水蒸気）は、パイプＰ１９を介してキャッチタンク１３０に与えられる。キャッチタンク１３０内では気化したメタノールと水蒸気とが冷却される。そして、キャッチタンク１３０内で得られたメタノール水溶液は、パイプＰ２０を介して水溶液タンク１１６に戻される。また、キャッチタンク１３０内の気体（二酸化炭素、液化されなかったメタノールおよび水蒸気）は、パイプＰ２１を介してエアチャンバ１４０に与えられる。

一方、エアポンプ１３８の駆動によってエアフィルタ１３２から吸入された空気（エア）は、パイプＰ８を介してエアチャンバ１４０に流入することによって消音される。そして、エアチャンバ１４０に与えられた空気およびキャッチタンク１３０からの気体が、パイプＰ９を介してエアポンプ１３８に流入し、さらに、パイプＰ１０、防錆用バルブ１４４、パイプＰ１１およびカソード入口Ｉ３を介してセルスタック１０２を構成する各燃料電池１０４のカソード１０４ｃに供給される。

各燃料電池１０４のアノード１０４ｂでは、供給されたメタノール水溶液におけるメタノールと水とが化学反応し、二酸化炭素および水素イオンが生成される。生成された水素イオンは、電解質膜１０４ａを介してカソード１０４ｃに流入し、そのカソード１０４ｃ側に供給された空気中の酸素と電気化学反応して水（水蒸気）および電気エネルギが生成される。つまり、セルスタック１０２において発電が行われる。セルスタック１０２からの電力は、二次電池１２６への充電や自動二輪車１０の走行駆動等に利用される。セルスタック１０２は、電気化学反応に伴って発生する熱によって温度上昇する。セルスタック１０２の出力はその温度上昇に伴って上昇し、セルスタック１０２は約６０℃で定常的に発電可能となる。つまり、燃料電池システム１００は、セルスタック１０２の温度が約６０℃で定常運転に移行する。

各燃料電池１０４のアノード１０４ｂで生成された二酸化炭素および未反応メタノール水溶液は、上記電気化学反応に伴って発生する熱によって温度上昇し（たとえば約６５℃〜７０℃となる）、未反応メタノール水溶液の一部は気化される。二酸化炭素および未反応メタノール水溶液は、セルスタック１０２のアノード出口Ｉ２、パイプＰ６を介して水溶液用のラジエータ１０８ａに与えられ、ラジエータ１０８ａで冷却される（たとえば約４０℃となる）。ラジエータ１０８ａによる二酸化炭素および未反応メタノールの冷却動作は、ファン１１０を動作させることによって行われる。冷却された二酸化炭素および未反応メタノール水溶液は、パイプＰ７を介して水溶液タンク１１６に戻される。

一方、各燃料電池１０４のカソード１０４ｃで生成された水蒸気の大部分は液化して水となってセルスタック１０２のカソード出口Ｉ４から排出されるが、飽和水蒸気分はガス状態で排出される。カソード出口Ｉ４から排出された水蒸気の一部は、パイプＰ１２を介してラジエータ１０８ｂに与えられ、ラジエータ１０８ｂで冷却され露点以下となることによって液化される。ラジエータ１０８ｂによる水蒸気の液化動作は、ファン１１２を動作させることによって行われる。水分（水および水蒸気）、二酸化炭素および未反応の空気を含むカソード出口Ｉ４からの排気は、パイプＰ１２、ラジエータ１０８ｂおよびパイプＰ１３を介して水タンク１１８に与えられ、水タンク１１８に水が回収された後にパイプＰ１４を介して外部に排出される。

また、各燃料電池１０４のカソード１０４ｃでは、キャッチタンク１３０からの気化したメタノールおよびクロスオーバーによってカソードに移動したメタノールが白金触媒層で酸素と反応して無害な水分と二酸化炭素とに分解される。メタノールから分解された水分と二酸化炭素とは、カソード出口Ｉ４から排出されラジエータ１０８ｂを介して水タンク１１８に与えられる。さらに、水のクロスオーバーによって各燃料電池１０４のカソード１０４ｃに移動した水分が、カソード出口Ｉ４から排出されラジエータ１０８ｂを介して水タンク１１８に与えられる。水タンク１１８に回収された水は、水ポンプ１４６の駆動によってパイプＰ１５，Ｐ１６を介して水溶液タンク１１６に適宜還流され、メタノール水溶液の水として利用される。

また、発電中の燃料電池システム１００では、各燃料電池１０４の劣化を防ぎつつ各燃料電池１０４に効率よく発電させるために、メタノール水溶液の濃度検出処理が定期的に実行される。そして、その検出結果に基づいてセルスタック１０２に供給すべき水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液のメタノール濃度がたとえば３ｗｔ％程度に調整される。具体的には、メタノール濃度の検出結果に基づいて燃料ポンプ１２８を駆動させ、燃料タンク１１４内のメタノール燃料がパイプＰ１，Ｐ２を介して水溶液タンク１１６に与えられる。また、メタノール濃度の検出結果に基づいて水ポンプ１４６を駆動させ、水タンク１１８内の水が水溶液タンク１１６へ還流される。

このような燃料電池システム１００では、セルスタック１０２が所定の電力取り出し温度（ここでは３０℃とする）になるまではセルスタック１０２から電力の取り出しを行わない。これは、電力取り出し温度未満ではセルスタック１０２から十分な電力を取り出すことができないためである。

また、通常、電力の取り出し開始後しばらくはセルスタック１０２によって二次電池１２６に充電される電力が燃料電池システム１００の駆動のために二次電池１２６から放電される電力よりも小さく、二次電池１２６の蓄電率が低下する。

ついで、図４を参照して、二次電池１２６の蓄電率の推移について説明する。なお、図４では、第１必要蓄電率（後述）を求めるために運転開始と同時に発電が開始されている。また、図４において、Ａはセルスタック１０２の温度が４０℃であるときのセルスタック１０２の出力が３００Ｗである場合の蓄電率の推移を示し、Ｂはセルスタック１０２の温度が４０℃であるときのセルスタック１０２の出力が２００Ｗである場合の蓄電率の推移を示す。

運転（発電）開始からセルスタック１０２が電力取り出し温度になるまでの時間、言い換えれば、二次電池１２６からの電力のみによって燃料電池システム１００を駆動させる時間は、外気温度が高ければ短く、外気温度が低ければ長くなる。したがって、二次電池１２６の蓄電率の低下幅は、外気温度が高ければ小さく、外気温度が低ければ大きくなる。このようにセルスタック１０２から電力の取り出しが開始されるまでの蓄電率の低下幅は外気温度によって決まるので、ＡおよびＢのいずれであっても蓄電率の低下幅はＥ１となる。言い換えれば、運転開始からセルスタック１０２からの電力の取り出しが開始されるまでに二次電池１２６に必要な蓄電率（以下、第１必要蓄電率という）は、ＡおよびＢのいずれであってもＥ１となる。

メモリ１６２には、外気温度に応じた第１必要蓄電率を取得するために、電力取り出し温度から外気温度を引いた値（温度差）と第１必要蓄電率との対応関係を示す第１テーブルデータが格納されている。第１テーブルデータに対応するグラフを図５に示す。図５から温度差が大きくなるほど第１必要蓄電率が大きくなっていることがわかる。なお、温度差（電力取り出し温度−外気温度）が０未満になったときは、温度差は０とみなす。また、温度差が０であっても第１必要蓄電率が０でないのは、コントローラ１４２の起動等のためにエネルギが必要となるからである。

また、図４に示すように、電力の取り出し開始から二次電池１２６の充放電が平衡するまでの二次電池１２６の蓄電率の低下幅は、セルスタック１０２の出力が大きければ小さく、セルスタック１０２の出力が小さければ大きくなる。これはセルスタック１０２の出力が大きいほど早く、セルスタック１０２の出力のみによって燃料電池システム１００の駆動に必要な電力を賄うことができ、二次電池１２６の充放電を平衡させることができるからである。Ｂよりも出力が大きいＡの蓄電率の低下幅Ｅ２はＢの蓄電率の低下幅Ｅ３よりも小さくなっている。つまり、Ａでは電力の取り出し開始から二次電池１２６の充放電が平衡するまでに必要な蓄電率（以下、第２必要蓄電率という）がＥ２となり、Ｂでは第２必要蓄電率がＥ３となる。

メモリ１６２には、セルスタック１０２の出力に応じた第２必要蓄電率を取得するために、所定の出力検出温度（ここでは４０℃とする）であるときのセルスタック１０２の出力と第２必要蓄電率との対応関係を示す第２テーブルデータが格納されている。第２テーブルデータに対応するグラフを図６に示す。図６からセルスタック１０２の出力が大きくなるほど、第２必要蓄電率が小さくなっていることがわかる。

次回の運転開始時に二次電池１２６の蓄電率が第１必要蓄電率と第２必要蓄電率との和未満であれば、セルスタック１０２の出力によって消費電力を賄うまでに二次電池１２６の蓄電率が０％になってしまう。ひいては、定常運転に移行する前にセルスタック１０２の発電を継続できなくなり、燃料電池システム１００が停止してしまう。これを防止するために、燃料電池システム１００では、メインスイッチ１４８のオフ後つまり運転停止指示後、二次電池１２６の蓄電率が予め設定されている第１閾値（ここでは１００％）未満であれば、セルスタック１０２の発電を継続させて二次電池１２６を予備的に充電する。

ついで、図７および図８を参照して、燃料電池システム１００における充電制御動作について説明する。
まず、メインスイッチ１４８がオンされることによってコントローラ１４２に運転開始指示が与えられ、コントローラ１４２が起動される。そして、コントローラ１４２の起動後、ＣＰＵ１５８の指示に従って、外気温度センサ１５２による外気温度の定期的な検出が開始される（ステップＳ１）。外気温度センサ１５２によって定期的に検出される外気温度はメモリ１６２に格納される。

つづいて、二次電池１２６の蓄電率が前回設定された第２閾値以下になるとコントローラ１４２から発電開始指示が発せられ、二次電池１２６からの電力によって水溶液ポンプ１３６やエアポンプ１３８等の補機類が駆動され、セルスタック１０２の発電が開始される（ステップＳ３）。これと共に温度センサ１５０によるセルスタック１０２の温度検出が開始される（ステップＳ５）。そして、ＣＰＵ１５８によって、セルスタック１０２の温度が監視（モニタリング）され、セルスタック１０２が電力取り出し温度（３０℃）に達したか否かが判定される（ステップＳ７）。セルスタック１０２が電力取り出し温度に達していれば、セルスタック１０２から電力の取り出しが開始され（ステップＳ９）、セルスタック１０２からの電力によって二次電池１２６が充電される。これによって二次電池１２６の蓄電率の低下が緩やかになる（図４参照）。

つづいて、ＣＰＵ１５８によってセルスタック１０２が出力検出温度（４０℃）に達したか否かが判定される（ステップＳ１１）。セルスタック１０２が出力検出温度に達していれば、そのときの電圧検出回路１６６からの電圧検出値および電流検出回路１６８からの電流検出値に基づいてセルスタック１０２の出力が算出され、算出された出力がメモリ１６２に格納される（ステップＳ１３）。

つづいて、ＣＰＵ１５８によってセルスタック１０２が６０℃に達したか否かが判定され（ステップＳ１５）、セルスタック１０２が６０℃に達していれば、定常的に発電可能となり、定常運転に移行する（ステップＳ１７）。その後、ステップＳ１９においてメインスイッチ１４８がオフされることによって、コントローラ１４２に運転停止指示が与えられ、セルスタック１０２および二次電池１２６から電動モータ４４等の外部負荷への電力の取り出しが停止される。これと共に、メモリ１６２からそれまでに検出された複数の外気温度とセルスタック１０２の出力とが読み出される。そして、ＣＰＵ１５８によって複数の外気温度の平均値（平均外気温度）が算出され（ステップＳ２１）、算出された平均外気温度とセルスタック１０２の出力とを用いて第２閾値が設定される（ステップＳ２３）。

ステップＳ２３では、図５に示すグラフに対応する第１テーブルデータがメモリ１６２から読み出され、電力取り出し温度と今回の平均外気温度との差（温度差）に対応する第１必要蓄電率が第１テーブルデータから取得される。これと共に、図６に示すグラフに対応する第２テーブルデータがメモリ１６２から読み出され、今回のセルスタック１０２の出力に対応する第２必要蓄電率が第２テーブルデータから取得される。そして、第１必要蓄電率と第２必要蓄電率との和が今回の第２閾値として設定される。

ここでは、第１テーブルデータから第１必要蓄電率を取得するための温度差、および第２テーブルデータから第２必要蓄電率を取得するためのセルスタック１０２の出力が、運転開始から二次電池１２６の充放電が平衡するまでに二次電池１２６に必要な蓄電量に関する情報に相当する。

つづいて、蓄電量検出器５０による蓄電量の検出が開始され、ＣＰＵ１５８によって二次電池１２６の蓄電率が監視される（ステップＳ２５）。そして、ＣＰＵ１５８によって二次電池１２６の蓄電率が第２閾値以上であるか否かが判定され（ステップＳ２７）、蓄電率が第２閾値以上であれば、バックライト３０ｃひいては停止ボタン３０ｂを点灯させる（ステップＳ２９）。このように停止ボタン３０ｂを点灯させることによって、停止ボタン３０ｂからの発電停止指示が有効であり当該指示を受け付け可能であることをドライバーに報知できる。ひいては、二次電池１２６の充電を停止可能であることをドライバーに報知できる。

つづいて、ステップＳ３１においてインターフェイス回路１７８に充電器２００を介して外部電源２０２が接続されず、ステップＳ３３において停止ボタン３０ｂが押されなければ、セルスタック１０２の発電を継続させて二次電池１２６を充電する。そして、ＣＰＵ１５８によって二次電池１２６の蓄電率が第１閾値（１００％）になったか否かが判定され（ステップＳ３５）、蓄電率が１００％になっていれば、バックライト３０ｃが消灯され（ステップＳ３７）、停止処理が行われる（ステップＳ３９）。

ステップＳ３９では、補機類の駆動停止、ＯＮ／ＯＦＦ回路１７０のオフ、およびメモリ１６２に格納されている平均外気温度の消去等が行われる。その後、コントローラ１４２が停止され、燃料電池システム１００の運転が停止される。また、ステップＳ３５において蓄電率が１００％になっていなければ、ステップＳ３１に戻る。

一方、ステップＳ２７において蓄電率が第２閾値未満であれば、ステップＳ４１に進む。ステップＳ４１においてインターフェイス回路１７８に充電器２００を介して外部電源２０２が接続されていなければ、ステップＳ４３に進む。ステップＳ４３において停止ボタン３０ｂが押されなければ、ステップＳ２７に戻る。

ステップＳ４１においてインターフェイス回路１７８に充電器２００を介して外部電源２０２が接続されれば、ステップＳ３９に移り停止処理が行われると共に充電器２００を介して外部電源２０２からの電力によって二次電池１２６が充電される。

また、ステップＳ４３において停止ボタン３０ｂが押された場合であっても、停止ボタン３０ｂが５秒間継続して押されたか否かが判定され（ステップＳ４５）、５秒間継続して押されていなければ発電停止指示が無効とされ、ステップＳ２７に戻り、二次電池１２６の充電が継続される。ステップＳ４５において停止ボタン３０ｂが５秒間継続して押されていれば発電停止指示が有効とされステップＳ３９に移る。

また、ステップＳ３３において停止ボタン３０ｂが押されれば、停止ボタン３０ｂが２秒間継続して押されたか否かが判定され（ステップＳ４７）、停止ボタン３０ｂが２秒間継続して押されていれば発電停止指示が有効とされステップＳ３７に移る。ステップＳ４７において停止ボタン３０ｂが２秒間継続して押されていなければ発電停止指示が無効とされステップＳ３５に移る。

また、ステップＳ３１においてインターフェイス回路１７８に充電器２００を介して外部電源２０２が接続されていれば、ステップＳ３７に進む。

このような燃料電池システム１００によれば、二次電池１２６の蓄電率と、次回の運転開始から二次電池１２６の充放電が平衡するまでに二次電池１２６に必要であると想定される第２閾値とが比較される。

そして、二次電池１２６の蓄電率が第２閾値以上かつ第１閾値未満であれば、停止ボタン３０ｂが２秒間押されることによって停止ボタン３０ｂからの発電停止指示が有効とされ、セルスタック１０２の発電を停止させることができる。このようにメインスイッチ１４８のオフ後の充電を途中で停止できるので、オペレータにとっての利便性を低下させることがない。

また、二次電池１２６の蓄電率が第２閾値未満であれば、停止ボタン３０ｂが５秒間押されるまでは停止ボタン３０ｂからの発電停止指示を無効とし、セルスタック１０２の発電を継続させる。これによって、蓄電率が第２閾値以上になるまで二次電池１２６が充電され、次回の運転においてより確実に定常運転に移行できる。すなわち、二次電池１２６の蓄電率が第２閾値未満のとき、当該蓄電率が第２閾値以上かつ第１閾値未満のときと同様の（通常の）発電停止指示（ボタンを２秒間押す：ステップＳ４７参照）ではなく、それとは異なる（特別な）発電停止指示（ボタンを５秒間押す：ステップＳ４５参照）があったときに、セルスタック１０２の発電が停止される。これによって、不本意な発電停止を防止でき、二次電池１２６を確実に蓄電率が第２閾値以上になるまで充電できる。なお、当該特別な発電停止指示は、ボタンを長く押すことに限定されず、当該通常の発電停止指示とは異なる任意の方法を適用できる。

運転の度に、平均外気温度に対応する第１必要蓄電率とセルスタック１０２の出力に対応する第２必要蓄電率とを取得し、これらの和を第２閾値に設定することによって、次回の運転において実際に二次電池１２６に必要な蓄電率に高精度に対応でき、今回の運転において的確なタイミングで停止ボタン３０ｂからの発電停止指示を有効にできる。

平均外気温度を用いて取得される第１必要蓄電率とセルスタック１０２の出力を用いて取得される第２必要蓄電率との和を第２閾値に設定することによって、今回の運転時と次回の運転時との外気温度の差が小さければ外部環境およびセルスタック１０２の出力特性に対応した適正な第２閾値を設定できる。また、出力検出温度を定常運転前の温度（ここでは４０℃）に設定することによって、定常運転前の出力特性に対応した第２閾値を設定でき、定常運転時の出力を検出する場合と比べて高精度な第２閾値を設定できる。

セルスタック１０２の発電を停止ボタン３０ｂからの発電停止指示に応じて停止可能か否かをバックライト３０ｃひいては停止ボタン３０ｂの点灯／消灯によってオペレータに報知することができ、オペレータの待機時間を短縮できる。

インターフェイス回路１７８に充電器２００を介して外部電源２０２が接続されることによって、メインスイッチ１４８オフ後の充電中であっても、セルスタック１０２の発電を停止させ、外部電源２０２によって二次電池１２６を充電する。このように外部電源２０２による充電を優先させることによって、セルスタック１０２へのメタノール水溶液の補給量を減少させることができ、メタノール燃料を節約できる。

自動二輪車１０は外部から電力供給が可能な場所で停止されるとは限らない。この発明によれば次回の運転において確実に定常運転に移行できかつ利便性を維持できるので、この発明は自動二輪車１０等の輸送機器に好適に用いられる。

なお、上述の充電制御動作では、ステップＳ１１で出力検出温度を４０℃に設定する場合について説明したが、出力検出温度は６０℃以上であってもよい。つまり、定常運転に移行した後にセルスタック１０２の出力を検出するようにしてもよい。

また、上述の充電制御動作では、セルスタック１０２の出力に関する情報としてセルスタック１０２の出力を用いる場合について説明したが、セルスタック１０２の電流値および電圧値のいずれか一方をセルスタック１０２の出力に関する情報として用いるようにしてもよい。

また、ステップＳ４３およびＳ４５を省いてもよく、このときステップＳ４１において外部電源２０２が接続されていなければ、ステップＳ２７に戻るようにしてもよい。つまり、停止ボタン３０ｂが押され続けても発電停止指示を無効としてもよい。これによって、ステップＳ４１において外部電源２０２が接続されない限り、セルスタック１０２による二次電池１２６の充電が継続されて蓄電率が第２閾値以上になる。

また、ステップＳ４７において、停止ボタン３０ｂが２秒間押されたか否かを確認する代わりに、表示部２８ｂにメッセージ等を表示してオペレータの意思を確認するようにしてもよい。この場合、たとえば、メッセージ表示後に再び停止ボタン３０ｂが押されることによってバックライト３０ｃを消灯させ停止処理に移る。

さらに、ステップＳ４７を省いてもよい。つまり、ステップＳ３３において停止ボタン３０ｂが押されれば、即座にバックライト３０ｃを消灯させ停止処理に移るようにしてもよい。

なお、定常運転前にメインスイッチ１４８がオフされた場合は、ステップＳ２１に移るようにすればよい。たとえば、ステップＳ１３を経る前にメインスイッチ１４８がオフされた場合、前回の運転における出力を用いて第２閾値を設定すればよい。また、定常運転前に燃料電池システム１００が外部電源２０２に接続された場合は、ステップＳ３９に移るようにすればよい。

また、インターフェイス回路１７８に外部電源２０２が接続された後も二次電池１２６の蓄電率が第２閾値に達するまではセルスタック１０２の発電を継続し、その後停止するようにしてもよい。これによって、停電などにより外部からの充電ができなくなった場合でも次回の始動性を確保できる。

ついで、燃料電池システム１００における充電制御動作の他の例について説明する。
上述の充電制御動作では外気温度とセルスタック１０２の出力とを用いて第２閾値を設定する場合について説明したが、この発明はこれに限定されない。発電開始から二次電池１２６の充放電が平衡するまでの経過時間（以下、単に経過時間という）が長いほど、二次電池１２６の充放電が平衡するまでに燃料電池システム１００の駆動によって消費される電力量も多くなる。したがって、たとえば、経過時間を用いて第２閾値を設定することも可能である。

経過時間を用いて第２閾値を設定する場合、経過時間と必要蓄電率（運転開始から二次電池１２６の充放電が平衡するまでに二次電池１２６に必要な蓄電率）との対応関係を示す第３テーブルデータから、今回の運転における経過時間に対応する必要蓄電率が取得される。ここでは第３テーブルデータから必要蓄電率を取得するための経過時間が、運転開始から二次電池１２６の充放電が平衡するまでに二次電池１２６に必要な蓄電量に関する情報に相当する。

経過時間と必要蓄電率との対応関係を示す第３テーブルデータは、予めメモリ１６２に格納されている。第３テーブルデータに対応するグラフを図９に示す。図９から経過時間が長くなるほど必要蓄電率が大きくなっていることがわかる。ひいては経過時間が長くなるほど第２閾値が大きくなることがわかる。

なお、たとえば運転停止後セルスタック１０２が外気温度まで冷える前に運転ひいては発電が開始された場合、具体的にはセルスタック１０２が４５℃程度で運転ひいては発電が再開された場合、発電開始と略同時に二次電池１２６の充放電が平衡する。この場合であってもコントローラ１４２の起動や補機類の動作開始のために二次電池１２６には７％程度の蓄電率が必要である。すなわち、図９に示すように、経過時間が０のときでも７％程度の蓄電率が必要となる。

ついで、図１０を参照して、経過時間を用いて第２閾値を設定する場合の充電制御動作について説明する。図１０において、図７と同様の処理には図７と同一の符号を付し、重複する説明は省略するか簡単な説明に留める。
まず、メインスイッチ１４８がオンされることを契機として、コントローラ１４２が起動され、二次電池１２６の蓄電率が第２閾値以下となると発電が開始される（ステップＳ３）。そして、クロック回路１６０からのクロック信号に基づいてＣＰＵ１５８によって発電開始からの経過時間の計測が開始される（ステップＳ４）。

そして、ステップＳ９の後に、ＣＰＵ１５８によって二次電池１２６の充放電が平衡しているか否かが判定され（ステップＳ１１ａ）、充放電が平衡していれば、経過時間の計測が停止され、発電開始から充放電が平衡するまでの経過時間がメモリ１６２に格納される（ステップＳ１３ａ）。

その後、ステップＳ１９においてメインスイッチ１４８がオフされれば、ＣＰＵ１５８によってメモリ１６２から経過時間が読み出される（ステップＳ２１ａ）。これと共に図９に示すグラフに対応する第３テーブルデータがメモリ１６２から読み出され、今回の経過時間に対応する必要蓄電率が第２閾値に設定される（ステップＳ２３ａ）。その後、ステップＳ２５を経て図８のステップＳ２７に移る。

このように、経過時間を用いて必要蓄電率を第３テーブルデータから取得するのみで簡単に適正な第２閾値を設定できる。

なお、運転が停止されてから次回の運転が開始されるまでに電力消費がある場合には、その分を考慮して第２閾値は大きめに設定される。また、第１閾値は１００％未満であってもよい。この場合、図８のステップＳ３５では、蓄電率が第１閾値以上であるか否かが判定される。

上述の各実施形態では、電力取り出し温度を３０℃に設定する場合について説明したが、セルスタック１０２から十分な電力を取り出すことができれば電力取り出し温度を３０℃未満に設定してもよい。

また、上述の各実施形態では、バックライト３０ｃが停止ボタン３０ｂを点灯／消灯させることによって、セルスタック１０２の発電を停止可能か否かをオペレータに報知する場合について説明したが、報知手段はこれに限定されない。たとえば発光色の異なるバックライトを２つ設け、発電停止指示が有効である場合は一方のバックライトによって停止ボタン３０ｂを点灯させ、発電停止指示が無効である場合は他方のバックライトによって停止ボタン３０ｂを点灯させるようにしてもよい。また、報知手段としてスピーカ等を設け、音によってオペレータにセルスタック１０２の発電を停止可能か否かを報知するようにしてもよい。

さらに、セルスタック１０２の出力と必要蓄電率との対応関係を示す第４テーブルデータをメモリ１６２に格納しておき、第４テーブルデータから今回の運転におけるセルスタック１０２の出力に対応する必要蓄電率を取得し、これを第２閾値に設定してもよい。つまり、セルスタック１０２の出力のみを用いて第４テーブルデータから必要蓄電率を取得し、これを第２閾値に設定してもよい。また、外気温度と必要蓄電率との対応関係を示す第５テーブルデータをメモリ１６２に格納しておき、第５テーブルデータから今回の運転における外気温度に対応する必要蓄電率を取得し、これを第２閾値に設定してもよい。つまり、外気温度のみを用いて第５テーブルデータから必要蓄電率を取得し、これを第２閾値に設定してもよい。

なお、上述の各実施形態では、充電状態として二次電池１２６の蓄電率を用いて充電制御動作を行う場合について説明したが、この発明はこれに限定されない。たとえば、二次電池１２６の蓄電量、二次電池１２６の電圧、二次電池１２６の温度上昇勾配、セルスタック１０２の電流値、セルスタック１０２の電圧値等を充電状態として用いることができる。

また、上述の各実施形態では、指示手段として停止ボタン３０ｂを設ける場合について説明したが、この発明はこれに限定されない。たとえば、表示部２８ｂをタッチパネル式に構成し、表示部２８ｂに指示手段に対応するアイコンを表示させるようにしてもよい。

なお、この発明の燃料電池システムは、自動二輪車だけではなく、自動車、船舶等の任意の輸送機器に好適に用いることができる。

さらに、この発明は、水素ガスを燃料として燃料電池に供給する水素型の燃料電池システムや改質器搭載タイプの燃料電池システムにも適用できる。また、この発明は、据え付けタイプの燃料電池システムにも適用できる。

この発明が詳細に説明され図示されたが、それは単なる図解および一例として用いたものであり、限定であると解されるべきではないことは明らかであり、この発明の精神および範囲は特許請求の範囲の文言のみによって限定される。

この発明の一実施形態の自動二輪車を示す左側面図である。 燃料電池システムの配管を示すシステム図である。 燃料電池システムの電気的構成を示すブロック図である。 運転開始後の二次電池の蓄電率の推移を示すグラフである。 電力取り出し温度と外気温度との差に対して二次電池に必要な蓄電率を示すグラフである。 セルスタックの出力に対して二次電池に必要な蓄電率を示すグラフである。 この発明の動作の一例を示すフロー図である。 図７に示す動作の続きを示すフロー図である。 経過時間に対して二次電池に必要な蓄電率を示すグラフである。 この発明の動作の他の例を示すフロー図である。

符号の説明

１０ 自動二輪車
３０ｂ 停止ボタン
３０ｃ バックライト
５０ 蓄電量検出器
１００ 燃料電池システム
１０２ 燃料電池セルスタック
１０４ 燃料電池（燃料電池セル）
１２６ 二次電池
１４２ コントローラ
１４８ メインスイッチ
１５２ 外気温度センサ
１５８ ＣＰＵ
１６０ クロック回路
１６２ メモリ
１６６ 電圧検出回路
１６８ 電流検出回路

Claims (10)

1. 燃料電池、
   前記燃料電池によって充電される二次電池、
   前記二次電池の充電状態を検出する充電状態検出手段、
   前記燃料電池の発電開始後、前記充電状態検出手段による検出結果が第１閾値以上になるまで前記燃料電池の発電を継続してから停止させる制御手段、および
   前記燃料電池の発電を停止させるための指示手段を備え、
   前記制御手段は、前記充電状態検出手段による検出結果が前記第１閾値未満かつ第２閾値以上である場合、前記指示手段からの発電停止指示に基づいて前記燃料電池の発電を停止させる、燃料電池システム。
2. 当該燃料電池システムが前記二次電池を充電するための外部電源に接続されたか否かを判定する判定手段をさらに含み、
   前記制御手段は、前記判定手段によって前記外部電源が当該燃料電池システムに接続されたと判定された場合前記燃料電池の発電を停止させる、請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記制御手段は、前記判定手段によって前記外部電源が当該燃料電池システムに接続されたと判定されており、かつ前記充電状態検出手段による検出結果が前記第１閾値未満かつ前記第２閾値以上である場合、前記燃料電池の発電を停止させる、請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 運転開始から前記二次電池の充放電が平衡するまでに前記二次電池に必要な蓄電量に関する情報に基づいて前記第２閾値を設定する設定手段をさらに含む、請求項１に記載の燃料電池システム。
5. 前記燃料電池の出力に関する情報を検出する出力情報検出手段をさらに含み、
   前記必要な蓄電量に関する情報は、前記出力情報検出手段によって検出される前記燃料電池の出力に関する情報を含む、請求項４に記載の燃料電池システム。
6. 外気温度を検出する外気温度検出手段をさらに含み、
   前記必要な蓄電量に関する情報は、前記外気温度検出手段によって検出される前記外気温度を含む、請求項４または５に記載の燃料電池システム。
7. 発電開始から前記二次電池の充放電が平衡するまでの経過時間を計測する計時手段をさらに含み、
   前記必要な蓄電量に関する情報は、前記計時手段によって計測される前記経過時間を含む、請求項４に記載の燃料電池システム。
8. 前記燃料電池の発電を前記指示手段からの発電停止指示に応じて停止可能か否かを報知する報知手段をさらに含む、請求項１から７のいずれかに記載の燃料電池システム。
9. 請求項１から８のいずれかに記載の燃料電池システムを含む、輸送機器。
10. 燃料電池によって充電される二次電池を含む燃料電池システムの運転方法であって、
    指示手段からの発電停止指示がなければ前記二次電池の充電状態の検出結果が第１閾値以上になるまで前記二次電池を充電してから前記燃料電池の発電を停止させ、前記二次電池の充電状態の検出結果が前記第１閾値未満かつ第２閾値以上であれば前記指示手段からの発電停止指示に応じて前記燃料電池の発電を停止させる、燃料電池システムの運転方法。

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