JP2008066081A - 燃料電池装置、制御装置及びプログラム - Google Patents

燃料電池装置、制御装置及びプログラム Download PDF

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【課題】燃料電池装置の起動処理を適正に行い、安定出力が得られる定常状態になっている場合において、温度のみで燃料電池を制御することで、燃料電池の発電に関し制御の簡略化を行い、安定した動作を行うことを目的とする。また、常に最適な濃度の燃料を用いて燃料電池を運転することができるシステムを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の燃料電池装置は、燃料電池の燃料循環が行われ、燃料電池からの電力が規定電力に達した状態である、燃料電池の定常状態を判断する判断手段と、燃料電池内の燃料温度を計測する計測手段と、燃料電池に供給するための燃料を貯留する燃料貯留手段と、判断手段で燃料電池の定常状態が判断された後、計測手段で計測された燃料温度に基づき、燃料貯留手段で貯留されている燃料の濃度を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体燃料等を用いる燃料電池装置に関し、特に、パーソナルコンピュータや携帯端末装置等の電源として好適な燃料電池装置、その制御装置、制御方法及びプログラムに関する。
燃料電池は、陽子又は電子を透過できる物質として高分子電解質膜を配置し、この電解質膜の一面側に燃料極、その他面側に空気極を配置し、燃料極にはメタノール水溶液等の水素成分を含んだ液体燃料、空気極には酸素成分を含んだ空気を供給する構造である。電解質膜では、燃料極側の液体燃料から水素陽子を透過させ、空気極側の空気中の酸素と結合させる。この結合によって、液体燃料内の水素に残留する電子が電気として外部に取り出されるので、電池として機能する。
このような燃料電池では、液体燃料にメタノールを使用した場合、水素と酸素の反応により、空気極側には、水（水蒸気）が発生し、また、燃料極側には、メタノールの分解により、二酸化炭素（ＣＯ2 ）が発生する。この処理において、燃料極側に１モルのメタノールと１モルの水、空気極側に１モルの酸素を消費させる理想的な化学変化による発電が行われると、空気極側に３モルの水、燃料極側には１モルの二酸化炭素が発生することになる。
このような燃料電池を備える燃料電池装置では、燃料電池に液体燃料を供給するための燃料タンクを備える。濃度の高い燃料を使用すれば、燃料タンクのサイズを小さくすることができるが、電解質膜に高い性能が要求されることになる。電解質膜の性能が低い場合には、濃度の高い燃料を使用すると、燃料消費量が増大し、発電効率が悪化する。また、濃度の高い燃料を使用した場合には、燃料電池の構成材料例えば、電解質膜、白金端持カーボン等の触媒材料、それらを接着する接着材料の寿命が短くなるおそれがある。これらの点を総合的に勘案し、１モル濃度程度の燃料の使用が推奨され、燃料タンクには濃度の高い燃料を溜め、その燃料を１モル濃度程度に希釈して用いられる。この場合、濃度の高い燃料を希釈するには、希釈液として水が必要であるとともに、水で希釈された燃料を溜める希釈溶液タンクが必要となる。燃料電池が運転されると、燃料が消費されるので、希釈燃料タンクの水位が水位センサにより監視されるとともに、燃料の濃度が濃度センサによって監視され、それらに基づいて、水及び燃料の補給量を制御する。
よって、図２に示すように一般的な液体燃料を用いた燃料電池装置は、燃料電池１に一定濃度の燃料を供給するための循環ポンプ１２、供給燃料の濃度管理をするための濃度監視機構１７Ａ、検出した燃料濃度が一定濃度でなかった場合に燃料又は水を供給するための高濃度燃料供給ポンプ１３と希釈溶液供給ポンプ１４などを備える。
濃度を一定に保つための方法として、濃度計を使用し一定濃度になるよう燃料又は水を供給する方法、使用された燃料の量を検出し使用された量だけ燃料を追加する方法、燃料電池の燃料液温により燃料濃度を制御する方法などがある。
濃度計を使用した燃料電池技術では、温度による発電能力変化の影響を考慮するための温度計測との併用や、負荷変化による温度変化の影響を考慮するための電圧計測の併用など、複雑な計算または状況に合わせた濃度設定のための状況分析が必要となる。
以上のように燃料電池に供給する燃料の濃度管理には、複雑な制御が必要となる。そこで、燃料電池の運転制御要素として行われていた濃度コントロールに換えて、燃料電池の液温による制御を行う方法（例えば、特許文献１）、発電セルの温度によって負極に供給する燃料を瞬時に切り換え、常に最適な濃度での運転を行う方法（例えば、特許文献２）等が存在している。
特開平５−２５８７６０号公報 特開２００６−４８６８号公報
特許文献１の液体燃料電池の運転制御装置は、液体燃料電池の燃料電池本体に燃料タンクを付設し、燃料タンク内の燃料温度を所定時間毎に温度計により計測する。液温が予め定めた値を超えた場合には水タンク内の純水を燃料タンクに供給し、下限値以下になった場合には予備燃料タンク内の液体燃料を燃料タンクに供給することにより燃料濃度をほぼ一定に維持して運転するものである。
この特許文献１では、燃料の濃度と温度とを同時に所定の数値範囲に保持することが可能ではあるが、燃料電池の発電が始まり時間が経過し、どのタイミングで温度検出が行われるのか言及されていない。
したがって、この装置では燃料電池起動時から、燃料タンクのフロートセンサー及び温度計で計測された情報が制御器に送られ、制御器からの信号により開閉動作を行い燃料あるいは純水を燃料タンクに供給すると推測される。これでは、燃料の濃度と温度とを同時に所定の数値範囲に保持できても、起動時から温度を計測制御するプログラムを動かす必要があることから、温度計測に電気を使うため効率のよい運転が実現できないという問題点がある。
また、特許文献２の燃料電池システムは、主に発電反応を行う低濃度燃料と主に発電反応と発電セルの温度上昇を行う反応とを行う高濃度燃料とをそれぞれ別々の貯蔵容器に貯蔵させ、発電セルの温度によって負極に供給する燃料を瞬時に切り替えることで、常に最適な濃度での運転を行うものである。
つまり、この燃料電池システムでは、燃料電池起動時から温度の計測制御を行い、起動時に高濃度燃料が発電セルに供給され、通常運転時に発電セルに供給される燃料を低濃度燃料に切り換えている。この燃料電池起動方法では、燃料電池システム全体で管理する部分が多いため、何を基準に高濃度燃料から低濃度燃料に供給を切り換えるのか、タイミングが曖昧であり、燃料を無駄に使用してしまう問題点がある。
そこで、本発明は、従来の実情に鑑み、定常状態において温度のみで燃料電池を制御することで、燃料電池の発電に関し制御の簡略化を行い、安定した動作を行うことを目的とする。
さらに、燃料電池装置の起動処理を適正に行い、安定出力が得られる定常状態になっている場合において、常に最適な濃度の燃料を用いて燃料電池を運転することができるシステムを提供することを目的とする。
本発明の燃料電池装置は、燃料電池の燃料循環が行われ、燃料電池からの電力が規定電力に達した状態である、燃料電池の定常状態を判断する判断手段と、燃料電池内の燃料温度を計測する計測手段と、燃料電池に供給するための燃料を貯留する燃料貯留手段と、判断手段で燃料電池の定常状態が判断された後、計測手段で計測された燃料温度に基づき、燃料貯留手段で貯留されている燃料の濃度を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
また、本発明の燃料電池装置は、燃料貯留手段で貯留されている燃料の残量を、水位で検出する水位検出手段を有し、制御手段は水位検出手段で検出された水位が所定水位より不足している場合、計測手段で計測された燃料温度と前記燃料電池の適正温度の温度差に基づき、前記燃料貯留手段で貯留されている燃料の濃度を制御する濃度制御手段とを有することを特徴とする。
また、本発明の燃料電池装置の濃度制御手段は、計測手段で計測された燃料温度が燃料電池の適正温度より低いと判断すると、高濃度燃料を燃料貯留手段に供給し、また計測手段で計測された燃料温度が燃料電池の適正温度よりと高いと判断すると、希釈溶液を燃料貯留手段に供給することを特徴とする。
また、本発明の燃料電池装置の制御装置は、燃料電池に供給するための燃料を貯留する燃料貯留手段を有し、燃料電池の燃料循環が行われると、燃料電池からの電力を計測し、電力が規定電力に達したときに、燃料電池の定常状態を判断する判断手段と、燃料電池内の燃料温度を計測させる計測手段と、燃料電池に供給するための燃料を貯留させる燃料貯留手段と、判断手段で燃料電池の定常状態が判断されたとき、計測手段で計測された燃料温度に基づき、燃料貯留手段で貯留されている燃料の濃度を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
また、本発明の燃料電池装置の制御プログラムは、燃料電池内の燃料温度を計測する計測手段と、燃料電池に供給するための燃料を貯留する燃料貯留手段とを有し、燃料電池の燃料循環が行われると、燃料電池からの電力を計測し、電力が規定電力に達したときに、燃料電池の定常状態を判断する手順と、定常状態が判断された後、計測手段で計測された燃料温度に基づき、燃料貯留手段で貯留されている燃料の濃度を制御する手順とをコンピュータに実行させることを特徴とする。
本発明によれば、次のような効果が得られる。
本発明に係る燃料電池装置によれば、燃料電池の定常状態の制御において、燃料電池内の液体燃料の温度変化に基づいて燃料濃度管理用タンクに対し高濃度燃料及び希釈溶液の供給を行い、燃料濃度を基準レベルに制御するので、温度のみを監視すればよく、監視する部分の少ない単純な制御となるため、燃料電池に必要な燃料の安定供給が容易に行え、常に最適な濃度の燃料を用いて、無駄なく燃料電池を運転するシステムを提供することできる。
また、燃料電池の定常状態において、温度センサ及び場合によって水位センサ以外は未使用である。従って、温度センサ及び水位センサのみ監視することとなるため、高度なプロセッサ処理が不要となる。結果、低機能、安価そして低消費電力なプロセッサで処理可能となる。即ち、制御構成の簡略化を図ることができる。よって、効率よく安定した動作を行う燃料電池装置を実現できる。
本発明の第１の実施の形態について、図１を参照して説明する。図１は、燃料電池装置の全系統を示す図である。
この燃料電池装置１８は、燃料を用いて発電する燃料電池１を備えている。この燃料電池１には、電解質膜、空気極及び燃料極が設置されている。空気極及び燃料極は電解質膜を挟んで配置され、空気極は電解質膜の一面側に酸素成分を含んだ空気を供給し、燃料極は電解質膜の他面側に燃料として例えば、メタノール水溶液等の水素成分を含んだ液体燃料供給する。電解質膜は、陽子又は電子を透過できる物質で形成された透過膜であって、例えば、パーフルオロスルホン酸「Nafion」等の物質からなるプロトン導電性固体高分子膜等の高分子電解質膜で構成される。そこで、電解質膜では、燃料極側の液体燃料から水素陽子が透過し、この水素陽子と空気極側から供給される空気中の酸素とが結合する。この結合の結果、液体燃料内の水素に残留する電子が電気として外部に取り出され、この発電作用が電池として機能する。
この燃料電池１では、液体燃料にメタノールを使用した場合には、空気極側には、電解質膜のプロトン触媒を媒介とする水素と酸素の反応により水（水蒸気）が発生し、燃料極側には、メタノールの分解により、気泡状の二酸化炭素が発生する。例えば、燃料極側に１モルのメタノールと１モルの水、空気極側に１モルの酸素を消費させ、理想的な化学変化による発電が生じた場合、その発電後は、空気極側に約３モルの水が生成され、燃料極側には約１モルの二酸化炭素が生じる。
燃料電池１には、燃料濃度管理用タンク１７が往管及び戻管を介して連結されており、戻管には循環ポンプ１２が設置されている。燃料濃度管理用タンク１７に貯留されている燃料が循環ポンプ１２の駆動により循環する。燃料濃度管理用タンク１７には、往管を通して燃料電池１内の燃料極から未反応燃料及び二酸化炭素が流れ、未反応燃料は燃料濃度管理用タンク内の燃料に混じり込み、二酸化炭素は未反応燃料と分離されて燃料濃度管理用タンク１７から例えば、希釈溶液供給ポンプ１４の駆動により希釈溶液タンク１６の溶液中に導入される。
燃料濃度管理用タンク１７には、高濃度燃料タンク１５が高濃度燃料供給管によって連結されているとともに、希釈溶液タンク１６が希釈溶液供給管によって連結されている。高濃度燃料供給管には高濃度燃料供給ポンプ１３が設置され、希釈溶液供給管には希釈溶液供給ポンプ１４が設置されている。高濃度液体燃料として例えば、高濃度のメタノールが高濃度燃料タンク１５に貯留されている。高濃度燃料タンク１５の高濃度液体燃料は高濃度燃料供給ポンプ１３の駆動により燃料濃度管理用タンク１７に供給される。また、希釈溶液タンク１６の溶液として、例えば低濃度のメタノールや水が希釈溶液供給ポンプ１４の駆動により燃料濃度管理用タンク１７に供給される。この結果、管理された濃度の燃料が形成される。
燃料濃度管理用タンク１７には水位を検出するための水位センサ２０、燃料電池１には、燃料電池１内の温度検出をするための温度センサ１９が設置されている。
水位センサ２０は、燃料濃度管理用タンク１７の水位を検出して検出信号Ｌ１、温度センサ１９は燃料電池１内の燃料の燃料温度を検出して検出信号Ｌ２を発生し、これら検出信号Ｌ１及びＬ２は制御情報としてシステム制御部７に加えられる。
システム制御部７は、前記検出信号Ｌ１及びＬ２を受けて、駆動信号Ｄ１及びＤ２を発生する。駆動信号Ｄ１によって温度センサ１０が駆動され、高濃度燃料供給ポンプ１３及び希釈溶液供給ポンプ１４は駆動信号Ｄ２によって駆動される。即ち、システム制御部７は、マイクロプロセッサ等で構成され、制御プログラムによって、燃料電池１に対する燃料供給及び、燃料の濃度制御、温度制御等、各種制御を実行する。
なお、システム制御部は、燃料電池の定常状態を判断する判断手段と、燃料電池内の燃料温度を計測させる計測手段と、燃料の濃度を制御する制御手段とを有する。
次に、従来の燃料電池装置の濃度制御の動作について、図３を参照して説明する。図３は、燃料電池装置のシステム制御部７によって実行される、従来の制御処理を示すフローチャートである。
システム制御部７は運転指令を受けると、燃料電池１を起動する。即ち、燃料電池１に対する燃料循環を行う（ステップＳ１）。
燃料循環では、循環ポンプ１２の駆動により燃料濃度管理用タンク１７から濃度を管理した燃料を燃料電池１に循環する。
運転状態に維持されると、電圧電流検出部２で燃料電池１の電圧と電流を計測し、また温度センサ１９で温度を計測する（ステップＳ２）。
なお、電圧電流検出部２で計測する電圧と電流は、燃料電池１の異常状態を確認するために利用するものであり、また温度センサ１９で計測する温度は燃料濃度Ｍｊを制御するために利用するものである。
燃料濃度管理用タンク１７には、燃料電池１に循環させるための燃料の燃料濃度Ｍｊを監視する濃度監視機構１７Ａが設置されており、また適正な燃料濃度Ｍｍがシステム制御部７で設定されている（ステップ３）。
システム制御部７は濃度監視機構１７Ａで監視された、燃料濃度管理用タンク１７の燃料濃度Ｍｊの情報を取り込む（ステップＳ４）。
システム制御部７は、濃度監視機構１７Ａで監視された燃料濃度Ｍｊと、適正な濃度燃料Ｍｍとを比較する（ステップＳ５）。
そして、濃度監視機構１７Ａで計測した燃料濃度Ｍｊが、適正な燃料濃度Ｍｍより低い場合には、システム制御部７は、高濃度燃料供給ポンプ１３を一定時間駆動する（ステップＳ６）。
高濃度燃料供給ポンプ１３が駆動すると、高濃度燃料タンク１５から高濃度燃料を燃料濃度管理用タンク１７に供給する。一定時間後に、システム制御部７は高濃度燃料供給ポンプ１３を停止し（ステップＳ７）、ステップＳ２に戻る。
そして再び、燃料電池１の電圧、電流、及び温度の計測を行う。
また、濃度監視機構１７Ａで計測した燃料濃度Ｍｊが、適正な燃料濃度Ｍｍの場合には、正常な燃料濃度制御が行われていることを意味し、燃料濃度管理用タンク１７には高濃度燃料及び希釈溶液を供給せず、そのままの状態でステップＳ２に戻る。そして、燃料電池１の電圧、電流、及び温度の計測を行う。
また、濃度監視機構１７Ａで計測した燃料濃度Ｍｊが、適正な燃料濃度Ｍｍより高い場合には、システム制御部７は、希釈溶液供給ポンプ１４を一定時間駆動する（ステップＳ８）。希釈溶液供給ポンプ１４が駆動すると、希釈溶液タンク１６から希釈溶液を燃料濃度管理用タンク１７に供給する。一定時間後に、システム制御部７は希釈溶液供給ポンプ１４を停止し（ステップＳ９）、ステップＳ２に戻る。
そして再び、燃料電池１の電圧、電流、及び温度の計測を行う。
以上の制御動作を繰り返しながら、燃料電池装置の運転を続行する。
フローチャートの例は、燃料濃度管理用タンク１７に濃度センサをもっている場合を示している。動作としては、濃度センサを搭載している燃料電池装置１８の場合は、常時センサ監視を行い、後述の計算結果で求められた濃度と濃度センサによる計算値に差が現れた場合をキーとして上記の処理を行う。
また、その他の従来例として、濃度センサを持たない例を述べる。この例では、燃料残量に起因して、以下の処理を実行する。
この従来動作での燃料電池装置の燃料電池状態監査ループでは、温度、電圧、そして電流などのセンサ監視をもつ必要がある。よって、燃料電池状態監視ループの監視数をトータルすると、水位監視、温度監視、電圧監視、電流監視、電力計算、そして実験によって求められた濃度を制御するためのテーブルの参照と、監視数は６ステップである。
ここで参照するテーブルは、システム制御部７内のＲＯＭで保持している。テーブルは、図５の温度テーブル、図６の電圧テーブル、図７の電流テーブル、そして図８の電力テーブルがある。
温度テーブルは、燃料電池１の温度に対応して、燃料濃度管理用タンクの目標濃度、そして高濃度燃料と希釈溶液の送り量を格納している。
電圧テーブルは、燃料電池１の電圧に対応して、燃料濃度管理用タンクの目標濃度、そして高濃度燃料と希釈溶液の送り量を格納している。
電流テーブルは、燃料電池１の電流に対応して、燃料濃度管理用タンクの目標濃度、そして高濃度燃料と希釈溶液の送り量を格納している。
電力テーブルは、燃料電池１の電圧と電流から求められる電力に対応して、燃料濃度管理用タンクの目標濃度、そして高濃度燃料と希釈溶液の送り量を格納している。
そして、これらテーブルと各計測値から求まる濃度設定値の情報である、高濃度燃料と希釈溶液の送り量に基づき、システム制御部７は高濃度燃料供給ポンプ１３及び希釈溶液供給ポンプ１４に高濃度燃料と希釈溶液の送り量情報として指示を送る。なお、温度・電圧・電流・電力と複数のテーブル情報から、それぞれの情報の平均または重要度重み付を施した加重平均を行い、その結果により高濃度燃料供給ポンプ１３及び希釈溶液供給ポンプ１４へ指示する送り量を求める。
算術平均の計算例としては、条件が温度２８℃、電圧５．８Ｖ、電流０．２１A、電力１．２１８Ｗである場合、高濃度燃料の送り量は、各テーブル情報から温度は１．２、電圧は１、電流は１、そして電力は１．２となり、その平均値は１．０５となる。また、希釈溶液の送り量は、各テーブル情報から温度は８．８、電圧は９、電流は９、そして電力は９となり、その平均値は８．９５となる。
次に、温度に３倍の重み付けをした加重平均の計算例としては、条件が温度２８℃、電圧５．８Ｖ、電流０．２１Ａ、電力１．２１８Ｗである場合、高濃度燃料の送り量は、各テーブル情報から温度は１．２の３倍の３．６、電圧は１、電流は１、そして電力は１となり、その平均値は１．１となる。また、希釈溶液の送り量は、各テーブル情報から温度は８．８の３倍の２６．４、電圧は９、電流は９、そして電力は９となり、その平均値は８．９となる。
動作としては、燃料濃度管理用タンクの水位センサが水位変化をキーとして燃料の追加指示を行う。
以上から、従来の制御において、プログラムのステップ数は、燃料追加のためのポンプ動作、停止処理のプログラムを除くと、６ステップの処理が必要となる。
本発明の燃料電池装置の濃度制御の動作について、図４を参照して説明する。
図４は、燃料電池装置のシステム制御部７によって実行される、本発明の制御処理を示すフローチャートである。
なお、従来例と本発明で同一の機能を有するものには同一の符号を付して示す。
システム制御部７が運転指令を受けると、燃料電池１を起動する。即ち、燃料電池１１に対する燃料循環を行う（ステップＳ１１）。
燃料電池１の起動開始時には、燃料電池１の出力を安定した状態とするための燃料電池１の起動処理を行う（ステップＳ１２）。
燃料電池装置の起動処理については、図４から図２１を用いて後述する。
燃料濃度管理用タンク１７には、燃料電池１に循環させるための燃料の水位を検出する水位センサ２０が設置されている。この水位センサ２０で燃料の水位が計測する（ステップＳ１３）。
燃料濃度管理用タンク１７の水位が充分な場合には（ステップＳ１４）、高濃度燃料や希釈溶液の供給は行わずステップＳ１３に戻り、燃料の水位計測を継続する。
なお、燃料電池１が燃料消費の安定している負荷に接続されている場合は、燃料濃度管理用タンクの水位減少率が一定のため、燃料の水位計測を省略しても構わない。
水位センサ２０で燃料の水位が計測され、水位が不足な場合には（ステップＳ１４）、燃料電池１に設置されている温度センサ１９で、燃料電池１の温度Ｔｊを計測する（ステップＳ１５）。ここで温度センサ１９によって検出される温度は、燃料電池１のセルの温度を示している。燃料電池１の各セルの間に挟んで、燃料ガスや空気を遮断する役割を果たす板状の部品のセパレータは、カーボンでできているため熱伝導がよく、セルの温度を計測することで、電解質膜とそれを中心に燃料極と空気極で挟まれた、燃料電池１の発電を担う主要部材であるＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）の温度も推定することができる。
後述するように、燃料電池１に対して適正な起動処理を行った場合、燃料濃度は燃料電池１の適正温度Ｔａと現状温度Ｔｊとの差で管理する。よって、適正な燃料濃度にするための濃度計算や濃度設定が不要となる。
システム制御部７には温度センサ１９で計測した、燃料電池１内の現状温度Ｔｊの情報が取り込まれる。また、システム制御部７では、燃料電池１内の適正温度Ｔａを設定している。
システム制御部７は、温度センサ１９で計測された現状温度Ｔｊと、システム制御部７で設定した適正温度Ｔａとを比較する（ステップＳ１６）。
そして、温度センサ１９で計測した現状温度Ｔｊが、適正温度Ｔａより低い場合には、システム制御部７は、高濃度燃料供給ポンプ１３を一定時間駆動する（ステップＳ１７）。
高濃度燃料供給ポンプ１３が駆動すると、高濃度燃料タンク１５から高濃度燃料を燃料濃度管理用タンク１７に供給する。一定時間後に、システム制御部７は高濃度燃料供給ポンプを停止し（ステップＳ１８）、ステップＳ１３に戻る。
また、温度センサ１９で計測した現状温度Ｔｊが、適正温度Ｔａの場合には、システム制御部７は、高濃度燃料供給ポンプ１３を駆動し、高濃度燃料タンク１５から高濃度燃料を燃料濃度管理用タンク１７に供給し、かつ希釈溶液供給ポンプ１４を駆動し、希釈溶液タンク１６から希釈溶液を燃料濃度管理用タンク１７に供給する（ステップＳ１９）。
そして、一定時間後に、システム制御部７は高濃度燃料ポンプ１３及び希釈溶液供給ポンプ１４を停止し（ステップＳ２０）、ステップＳ１３に戻る。
また、温度センサ１９で計測した現状温度Ｔｊが、適正温度Ｔａより高い場合は、燃料の濃度が濃いことによるクロスオーバー現象が発生したための温度上昇と考えられる。燃料としてのメタノールの濃度を高めると、分解前のメタノールが電解質膜を通過して、発電することなく酸素と直接反応するクロスオーバー現象が発生しやすくなる。
燃料電池１の現状温度Ｔｊが適正温度Ｔａより高い場合には、システム制御部７は、希釈溶液供給ポンプ１４を一定時間駆動する（ステップＳ２１）。
希釈溶液供給ポンプ１４が駆動すると、希釈溶液タンク１６から希釈溶液を燃料濃度管理用タンク１７に供給する。そして一定時間後に、システム制御部７は希釈溶液供給ポンプ１４を停止し（ステップＳ２２）、ステップ１３に戻る。
以上の制御動作を繰り返しながら、燃料電池装置の運転を続行し、燃料電池内の温度を適正温度に制御する。
本発明の動作での燃料電池装置の燃料電池状態監査ループでは、温度、電圧、そして電流などのセンサ監視をする必要がない。よって、燃料電池状態監視ループの監視数をトータルすると、水位監視、温度監視、そして温度により高濃度燃料或いは希釈溶液の供給量をどの程度供給する必要があるのかを実験により求め、濃度を制御するためのテーブルの参照と、監視数は３ステップである。
ここで参照するテーブルは、システム制御部７内のＲＯＭで保持している。テーブルは、図５の温度テーブルである。温度テーブルは、燃料電池１の温度に対応して、燃料濃度管理用タンクの濃度、そして高濃度燃料と希釈溶液の送り量を格納している。そして、テーブルと各計測値から求まる濃度設定値の情報である、高濃度燃料と希釈溶液の送り量に基づき、システム制御部７は高濃度燃料供給ポンプ１３及び希釈溶液供給ポンプ１４に高濃度燃料と希釈溶液の送り量情報として指示を送る。
動作としては、水位変化をキーとして燃料の追加指示を行う。
以上から、本発明の制御において、プログラムのステップ数は、燃料追加のためのポンプ動作、停止処理のプログラムを除くと、３ステップの処理で済む。
なお、定常状態になったことを確認するためには、燃料電池の電圧及び電流を監視し、規定電力が出力できる状態になったことの確認が必要である。しかし、燃料電池１の定常状態後の処理は、温度センサと水位センサでのみの監視となるため、高度なプロセッサ処理が不要となる。
結果、低機能で安価なプロセッサでの処理が可能となる。
また、スタンバイ時における、燃料電池装置１８のシステム制御部７の消費電力をほぼ０と見なすと、監視ループ中の消費電力比率は、監視ループ中のプログラムステップ数に依存する。
温度センサのみ監視の場合は、前述より３ステップの処理となり、また、温度監視・電圧監視・電流監視などの総合的なセンサ監視の場合は６ステップの処理であることから、本発明の消費電力は約１／２に軽減する。
なお、ここでの消費電力について、監視ループ中のシステム制御部７の動作は、センサ入力（Ａ／Ｄコンバータ）と監視処理とスタンバイから構成される。通常、センサ値をＡ／Ｄコンバータで測定中は、マイクロプロセッサの動作ノイズ低減のためスタンバイ処理とすることが多い。
実際の燃料電池装置における一定時間あたりの動作とスタンバイの関係は、（１）Ａ／Ｄコンバータ計測準備及び温度センサの温度計測を準備、（２）センサで計測し情報を取り込み、（３）上記監視制御のステップ処理、（４）マイクロプロセッサをスタンバイ、これは次のＡ／Ｄコンバータ計測準備及びセンサ準備までを示す。（１）から（４）の処理が繰り返される。
そして、データ取り込み間隔を長くすることによりスタンバイ時間が長くなり、毎秒あたりの消費電力は小さくなる。よって、消費電力は約１／２からさらに軽減することになる。、
また、（１）のＡ／Ｄコンバータ計測準備及びセンサ準備の前段階で、燃料濃度管理用タンク１７の水位を水位センサ１１で計測し、水位変化のない場合には（１）から（３）の動作は行わず、（４）マイクロプロセッサをスタンバイの状態にしておく。この場合、消費電力は（１）から（４）の処理が繰り返されるときよりもさらに軽減することになる。
以下に、図９から図２２を用いて本発明の定常状態の制御の前提となる、燃料電池装置の起動処理について述べる。
起動処理の第１の実施の形態
起動処理の第１の実施の形態について、図９を参照して説明する。図９は、燃料電池の起動時の第１の実施の形態に係る燃料電池装置の全系統を示す図である。なお、上述の定常状態での制御に必要な構成を一部省略して示している。
図９において、１は燃料電池、２は電圧電流検出部、３はコンバータ回路部、４は負荷切り替え部、５は燃料供給系制御部、６は過電圧保護部、７はシステム制御部、８は起動用負荷部、９は保護回路部、１０はパーソナル・コンピュータなどの定常用負荷、１１は二次電池、１８は燃料電池装置である。
燃料電池１には、当該燃料電池の出力電圧及び電流を検出する電圧電流検出器２が、電圧電流検出器２にはコンバータ回路部３が、コンバータ回路部３には負荷切り替え部４が、負荷切り替え部４には保護回路部９が、保護回路部９にはパーソナル・コンピュータなどの負荷１０と二次電池１１が接続されている。
更に、燃料電池１に燃料が供給され始め、燃料電池１の出力電圧が上昇してきたとき、前記燃料電池の出力電圧を制限するために燃料電池１と電圧電流検出器２との間に過電圧保護部６が接続されている。また、前記負荷切り替え部４には、内部抵抗の高い起動用負荷８が並列接続されている。
燃料電池１が起動すると、燃料電池の出力電圧及び電流を検出する電圧電流検出部２は、燃料電池１の電圧及び電流を検出して検出信号Ｌを発生する。前記検出信号Ｌは制御情報としてシステム制御部７に入力される。前記システム制御部７は、前記検出信号Ｌを受けて、駆動信号Ｄ１、Ｄ２及びＤ３を発生する。燃料供給系制御部５は、燃料電池内への燃料の供給を制御するものであり、前記駆動信号Ｄ１を受けて、燃料電池への燃料供給を開始する。負荷切り替え部４は、燃料電池の出力電圧及び電流が流れる負荷を起動用負荷部８にある起動用負荷或いはパーソナル・コンピュータなどの負荷１０のどちらかに切り替えるものであり、前記駆動信号Ｄ２を受けて、負荷の切り替えを行う。そして、起動用負荷部８は、負荷の増加を一定比率による電圧可変或いは電流可変により行うものであり、前記駆動信号Ｄ３を受けて起動用負荷の負荷増加を行う。
また、燃料電池１の急激な発電や動作停止などの負荷により、パーソナル・コンピュータなどの負荷１０は、電圧降下やサージなどの影響を受ける。この影響によるパーソナル・コンピュータの電源回路やマザーボードなどの故障を防止するため、保護回路９は停止信号Ｔを発生し、前記停止信号Ｔは制御情報としてシステム制御部７に加えられる。
前記システム制御部７は、マイクロプロセッサ等で構成され、制御プログラムによって、以上のように燃料電池１に対する燃料供給及び燃料供給停止並びに負荷制御などを実行する。
図１０は、燃料電池の起動時の第１及び第２の実施の形態に係る燃料電池装置の過電圧保護回路図一例を示す図である。
保護閾値電圧ＶｏｖはツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧Ｖｚｄ１と、トランジスタＴｒ１の電極であるベース・エミッタ間の順電圧ＶｂｅＴｒ１を合わせたものである。即ち、保護閾値電圧Ｖｏｖ＝Ｖｚｄ１＋ＶｂｅＴｒ１とする。
ツェナーダイオードは設定電圧Ｖｚｄ１より低い逆電圧が負荷されているときは電流は流れず、設定電圧よりも高い逆電圧がかかると急激に電流を流す。
トランジスタは３つの端子ベース、エミッタ、コレクタを持つ。ベース・エミッタ間のわずかな電流をON / OFFすることで、コレクタ・エミッタ間の大きな電流のON / OFFの制御ができ、ここにスイッチング作用が得られる。
過電圧保護回路にこれらの素子を適用する場合の一例として、図１０のような回路を構成する。
過電圧保護回路のＡ点は燃料電池１に接続し、またＢ点は電圧電流検出部２に接続する。図１０中のＡ−Ｂ間の電力ラインは、図９中の燃料電池１−電圧電流検出部２間の線と同一である。
以下に、過電圧保護部６の過電圧保護回路の動作について説明する。
燃料電池１の入力電圧ＶａがＶａ＜Ｖｏｖの時、即ちツェナーダイオードにかかる逆電圧が設定電圧より低い場合にはベース・エミッタ間には電流が流れないのでトランジスタはOFF状態になり、過電圧保護回路には電流が流れない。
一方入力電圧Ｖａが上昇し、Ｖｏｖを超えようとすると、ツェナーダイオードに電流が流れ始めるのでトランジスタのベース・エミッタ間にベース電流Ｉｂが流れることになりトランジスタがON状態になる。
ベース・エミッタ間に電流Ｉｂが流れるとコレクタ・エミッタ間にコレクタ電流Ｉｃが流れる。トランジスタでは、ベース電流Ｉｂがｈｆｅ倍されてコレクタ電流Ｉｃとなる。比例定数ｈｆｅを直流電流増幅率と呼び、ｈｆｅの値はおよそ１０〜１０００程度である。通常はｈｆｅ＝１００前後を目標に作られている品種が多い。
ベース電流Ｉｂに対してコレクタ電流Ｉｃが支配的になり、コレクタ電流Ｉｃに電流が大量に流れる状態では、過電圧保護回路のインピーダンスはほぼ０となるので出力電圧Ｖｂはこれ以上上昇できなくなる。
以上の過電圧保護回路の動作により、出力電圧Ｖｂは常にＶｏｖ以下に保たれる。
図１１は、燃料電池の起動時の第１及び第２の実施の形態に係る燃料電池装置の負荷制限回路部１４にある負荷切り替え回路の一例を示す図である。
図中の電圧Ｖ１と電圧Ｖ２をロー電圧に設定すると、回路には電流が流れず燃料電池からの出力はなくなる。
また電圧Ｖ１をロー電圧に、電圧Ｖ２をハイ電圧に設定すると、燃料電池から出力された電流は起動用負荷部８にある起動用負荷に流れる。
また電圧Ｖ１をハイ電圧に、電圧Ｖ２をロー電圧に設定すると、燃料電池から出力された電流はパーソナル・コンピュータ或いは二次電池に流れる。
なお、パーソナル・コンピュータ或いは二次電池に電流が流れる回路には、燃料電池側への電流流入を防ぐために、流入防止用ダイオードを設けることが望ましい。このような負荷切り替え回路で、燃料電池出力は起動用負荷側とパーソナル・コンピュータ或いは二次電池側に切り替えられ、よって燃料電池装置が制御される。
そして、負荷切り替え回路のＣ点は燃料電池１の出力を受ける側に接続し、Ｄ点はパーソナル・コンピュータなどの負荷１０に接続し、またＥ点は起動用負荷部８にある起動用負荷に接続する。またＶ１及びＶ２はシステム制御部７に接続する。システム制御部７は電圧Ｖ１及びＶ２を設定する駆動信号Ｄ２を発生し、負荷切り替え部４は前記駆動信号Ｄ２を受けて、負荷切り替えを行う。
図１１中のＣ−Ｄ間の電力ラインは、図９中のコンバータ回路部３−保護回路部９間の線と同一である。
図１２は、燃料電池の起動時の第１の実施の形態に係る燃料電池装置の起動用負荷部８にある起動用負荷回路の一例を示す図である。該回路は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）で構成している。
ＦＥＴは３つの端子を持ち、ＦＥＴを構成する三つのパートはソース（Ｓ）、ゲート（Ｇ）、ドレイン（Ｄ）と名づけられている。ソース（Ｓ）を基準としたゲート電圧Ｖｇｓが上昇するとソース（Ｓ）からドレイン（Ｄ）に流れる電流Ｉｄが劇的に上昇する。
起動用負荷回路に電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を応用する場合は、システム制御部が駆動信号Ｄ３を発生し、起動用負荷部８は該駆動信号Ｄ３を受けて、電圧Ｖｇｓを制御する。
即ち、燃料電池１の起動時には、起動用負荷部８はシステム制御部７から電圧Ｖｇｓを閾値より高く設定する駆動信号Ｄ３を受ける。電圧Ｖｇｓが上昇すると、電流Ｉｄは起動用負荷回路側に流れる。そして、電圧Ｖｇｓを段階的に上昇させ、電流Ｉｄを増加させる。
一方、燃料電池１の起動が終了し、定常運転に移行した場合には、起動用負荷部８はシステム制御部７から電圧Ｖｇｓを閾値より低く設定する駆動信号Ｄ３を受ける。電圧Ｖｇｓが閾値より低くなることにより電流Ｉｄは起動用負荷回路側に流れなくなる。
グラフは、縦軸に電流Ｉｄ、横軸に電圧Ｖｇｓを表し、典型的な伝達特性を示している。
そして、起動用負荷回路のＥ点は負荷切り替え回路のＥ点に接続し、またＦ点はシステム制御部７に接続する。即ち、前記システム制御部７から発生した駆動信号Ｄ３は起動用負荷回路のＦ点に接続されている。
図１３は、燃料電池１の初期状態を認識するための、図９のシステム構成内のシステム制御部７の動作を説明するためのフローチャートである。
次に、図９のシステムにおけるシステム制御部７の動作を、図１３を参照して説明する。
まず、制御部に該当するシステム制御部７は運転指令を受けると、起動時において負荷の切り離しをするために駆動信号Ｄ２を発生し、負荷切り替え部４により起動用負荷８とパーソナル・コンピュータなどの負荷１０との両方の負荷の切り離しを行う。（ステップＳ３１）。
駆動信号D2により、負荷切替回路（図１１）のV1、V2の電圧がローにされることより、起動用負荷８及び負荷１０の両者が切り離される。
負荷の切り離しが行われた後に、システム制御部７は燃料電池内への燃料の供給をするため、駆動信号Ｄ１を燃料供給系制御部に出力し、前記駆動信号Ｄ１を受けた燃料供給系制御部５は燃料系を駆動し、燃料電池内に燃料や酸素を供給する（ステップＳ３２）。
燃料電池内に燃料や酸素が充分に行き渡ると燃料電池１の発電が行われる。ここでの燃料電池１の発電は、負荷には接続されていない無負荷状態での発電である。そして、電圧電流検出部２は常時、燃料電池の電圧及び電流を読み取り、システム制御部７は、該電圧電流検出部２が読み取る燃料電池１の無負荷電圧Ｖｏを受信する（ステップＳ３３）。
システム制御部７は、電圧電流検出部２から送信される燃料電池１の無負荷電圧Ｖｏが制限電圧である電圧初期値Ｖａまで上昇したかを判断する（ステップＳ３４）。即ち、燃料電池１の内部に燃料が充分に行渡ったかどうかを判断する。
燃料電池１の無負荷電圧Ｖｏが電圧初期値Ｖａより低い場合は、ステップＳ３３に戻る。そして、システム制御部７は、電圧電流検出部２が読み取る燃料電池１の無負荷電圧Ｖｏの受信を継続する。また、燃料電池の無負荷電圧Ｖｏが電圧初期値Ｖａより高い場合は、システム制御部７は燃料電池１が初期状態であると判断する。即ち、燃料が燃料電池内に潤沢に満たされた状態であると判断する。
図１４は、燃料電池１の初期状態から起動時の制御が終了し定常運転に移行するまでの、図９のシステム構成内の動作を説明するためのフローチャートである。なお、電圧を基準に制御する場合を示したものである。
次に、図９のシステムにおけるシステム構成内の燃料電池起動処理を図１４を参照して説明する。
システム制御部７は燃料電池１が初期状態であると判断すると、電圧Ｖｎを電圧初期値Ｖａ、電流Ｉｎを電流初期値Ｉａと設定することで、負荷消費電力値Ｐｎを電圧初期値Ｖａ×電流初期値Ｉａより負荷消費電力初期値Ｐａと設定し、また現在の繰り返し回数ｔｎの規定の繰り返し回数ｔａを設定する（ステップＳ４０）。
システム制御部７は負荷切り替え部４に対して駆動信号Ｄ２を発生し、負荷切り替え部４は前記駆動信号Ｄ２を受けて、接続する負荷を抵抗が可変する起動用負荷Ｐｎに接続する（ステップＳ４１）。
負荷切り替え部４が、負荷を抵抗が可変する起動用負荷Ｐｎに接続する回路動作は、図１１で前述したように電圧Ｖ１をロー電圧に、電圧Ｖ２をハイ電圧に設定すると、燃料電池１から出力された電流は起動用負荷部８にある起動用負荷Ｐｎに流れる。また、抵抗が可変する起動用負荷Ｐｎの制御については、図１５で後述する。
システム制御部７は、現在の繰り返し回数ｔｎを計測する（ステップＳ４２）。
電圧電流検出部２は、電圧Ｖｏ、電流Ｉｏを計測し、電力Ｐｏを電圧Ｖｏ×電流Ｉｏで計算する（ステップＳ４３）。
計測された電圧Ｖｏはセンス信号としてシステム制御部７に入力される。システム制御部７は電圧Ｖｏが設定値Ｖｎ以上、ここでは電圧初期値Ｖａ以上であるかを判定する（ステップＳ４４）。
電圧Ｖｏが設定値Ｖｎ以上であれば、システム制御部７は起動用負荷部８に対して、起動用負荷Ｐｎを段階的に増加させる駆動信号Ｄ３を発生し、起動用負荷部８は前記駆動信号Ｄ３を受けて、起動用負荷Ｐｎを段階的に増加する（ステップＳ４５）。
起動用負荷Ｐｎについて、前述の図１２で起動用負荷部８は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、即ち起動用負荷Ｐｎ内の内部抵抗Ｒｎを可変することで、起動用負荷Ｐｎを一定値に制御する。ここで、起動用負荷部８の起動用負荷Ｐｎを段階的に増加させるには、システム制御部７が数値マップにより変化量を可変させる場合と、入力により変化量を可変させる場合がある。システム制御部７は、起動用負荷部８に対して駆動信号Ｄ３を発生し、駆動信号Ｄ３を受けた起動用負荷部８は、起動用負荷Ｐｎを変化量分だけ可変させる。そして、変化量分だけ増加した起動用負荷Ｐｎは後述する図１５の制御により一定値に保たれる。
以上のように、起動用負荷Ｐｎを段階的に増加することにより、燃料電池１の初期状態から起動時において、燃料電池本体に急変を与えることなく電圧制御を行うことができる。
また、電圧Ｖｏを測定しながら起動用負荷Ｐｎを段階的に増加するので、安定した負荷運転が行え、信頼性の高い燃料電池装置を実現することができる。
また、段階的に変化させるため、各起動用負荷の可変のタイミングごとに負荷可変における大電流の量の把握が容易であり、また燃料のなじみ時間が想定できる。よって、なじみ時間を各起動用負荷のタイミングごとに最適に設定でき、不必要に長時間化させた負荷変化を行う必要がなくなる。
次に、前記起動用負荷Ｐｎに対して、システム制御部７は、負荷消費電力の起動時上限値Ｐｂが予め設定している。
システム制御部７は、前記起動用負荷Ｐｎが前記起動時上限値Ｐｂまで上昇したか否かを判断する（ステップＳ４６）。
システム制御部７は、前記起動用負荷Ｐｎが前記起動時上限値Ｐｂより低いと判断した場合は、起動を継続するためステップＳ４２に戻る。
そして、一定時間経過するまで電圧電流検出部２は電圧Ｖｏ、電流Ｉｏ、そして電力Ｐｏの計測を継続し、計測された計測値はセンス信号としてシステム制御部７に入力される。
また、システム制御部７は、前記起動用負荷Ｐｎが前記起動時上限値Ｐｂより高いと判断すると、燃料電池の起動時制御を終了するために、負荷切り替え部４に対して駆動信号Ｄ２を発生し、負荷切り替え部４は前記駆動信号Ｄ２を受けて、接続する負荷を起動用負荷部８にある起動用負荷からパーソナル・コンピュータなどの負荷１０に切り替え、システムの状態を定常状態に移行する。
前述のステップＳ４２からステップＳ４６のルートは、電圧Ｖｏが電圧初期値Ｖａまで上昇したときに辿るルートである。
また、ステップＳ４４で電圧電流検出部２が計測した計測値をセンス信号で受けたシステム制御部７は電圧Ｖｏが設定値Ｖｎ以上、ここでは電圧初期値Ｖａ以上であるかを判定し、電圧Ｖｏが設定値Ｖａより低い場合には、現在の繰り返し回数ｔｎが０かを判定する（ステップＳ４７）。
ｔｎ＝０ではない場合は、ステップＳ４２に戻る。そして、一定時間経過するまで電圧電流検出部２は電圧Ｖｏ、電流Ｉｏ、そして電力Ｐｏの計測を継続し、計測された計測値はセンス信号としてシステム制御部７に入力される。
前述のステップＳ４２からステップ４４で電圧Ｖｏが電圧初期値Ｖａ以下の場合は、ステップＳ４７を辿り、そしてステップＳ４２に戻るルートは、現在の繰り返し回数ｔｎが規定の繰り返し回数ｔａの間に、電圧Ｖｏが電圧初期値Ｖａまで上昇しないときに辿るルートである。
また、ステップＳ４７でｔｎ＝０の場合は、現在の繰り返し回数ｔｎが規定の繰り返し回数ｔａの間に電圧Ｖｏが電圧初期値Ｖａまで上がらないので、設定値Ｖｎを電圧の変化量Ｖｃ分減らして、設定値Ｖｎ−電圧変化量Ｖｃとし、該設定値Ｖｎ−該電圧変化量Ｖｃを設定値Ｖｎにする（ステップＳ４８）。
システム制御部７は、電圧の設定値Ｖｎに対して電圧下限値Ｖｂを予め設定している。電圧電流検出部２が計測した設定値Ｖｎのセンス信号を受け、前記設定値Ｖｎが電圧下限値Ｖｂ以上であるかを判定する（ステップＳ４９）。
このように、燃料電池１の電圧初期値Ｖａから電圧変化量Ｖｃを少しずつ減らし、電圧の下限として許容されている電圧下限値Ｖｂまで電圧を下げていく。
ステップＳ４９で、システム制御部７は、前記設定値Ｖｎが電圧下限値Ｖｂより高いと判断すると、現在の繰り返し回数ｔｎを規定の繰り返し回数ｔａに再設定する。そして、前記設定値Ｖｎを設定値Ｖｎ−電圧変化量Ｖｃとして、これが新たな初期値となってステップＳ４２に戻る。
電圧電流検出部２が計測した計測値をセンス信号で受けたシステム制御部７は電圧Ｖｏが新たな初期値として設定した設定値Ｖｎ以上、ここでは前述の設定値Ｖｎ−電圧変化量Ｖｃ以上であるかを判定する。
そして、電圧Ｖｏが新たな初期値として設定した設定値Ｖｎより低い場合には、ステップＳ４４からステップＳ４７、そしてステップＳ４７〜ステップＳ５０のルートを辿り処理を行うが、この場合は再度、前述の設定値Ｖｎから電圧変化量Ｖｃ分減らして、該電圧変化量Ｖｃが減った該設定値Ｖｎの値を使用してステップＳ４４で判断し、ステップＳ４４〜ステップＳ４６のルートを辿り処理を行う。
また、システム制御部７は電圧電流検出部２が計測した設定値Ｖｎのセンサ信号を受け、ステップＳ４９で前記設定値Ｖｎが電圧下限値Ｖｂまで低くできる可能性がある。しかし、前記設定値Ｖｎが電圧下限値Ｖｂより低いと判定した場合には、燃料電池１が故障している又は、燃料がなく電圧が上がらない燃料電池１の異常状態とみなされる。
そこで、システム制御部７は、燃料電池の停止に向けて、負荷切り替え部４に対して駆動信号Ｄ２を発生し、負荷切り替え部４は前記駆動信号Ｄ２を受けて、接続されている起動用負荷部８にある起動用負荷の切り離しを行う。
そして、燃料電池停止処理を行うため、（ステップＳ５１）、システム制御部７は、燃料供給系制御部５に対して駆動信号Ｄ１を発生し、燃料供給系制御部５は前記駆動信号Ｄ１を受けて、燃料電池内の燃料の排出処理などの終了処理を行う。
図１５は、燃料電池起動時に、起動用負荷部８にある起動用負荷Ｐｎの可変する抵抗Ｒｎの制御例を表したフローチャートである。なお、抵抗体としてはトランジスタなどの静的なものでもスイッチングによる負荷などでもよい。
ここでは、図１２にある電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を例に示し、電界効果トランジスタ内の内部抵抗Ｒｎを可変させて、起動用負荷Ｐｎを一定値に制御する。
次に、図９のシステムにおける起動用負荷部８の内部動作を、図１５を参照して説明する。まず、制御部に該当するシステム制御部７は運転指令を受けると、燃料電池１に対して、燃料電池１を起動するためのセンス信号を発生する。電圧電流検出部２は、燃料電池１からのバッテリの電圧情報として電圧Ｖｎ及び電流情報として電流Ｉｎを計測し、電力ＰｊをＶｎ×Ｉｎで計算する（ステップＳ１４０）。即ち、電力Ｐｊを計測することで、起動用負荷Ｐｎを制御している。
電圧電流検出部２から電力情報を受けたシステム制御部７は、計算された前記電力Ｐｊと起動用負荷Ｐｎとしての消費電力初期値Ｐｎとを比較判定する（ステップＳ１４１）。
そして、システム制御部７は、計算された電力Ｐｊが消費電力初期値Ｐｎより低いと判断した場合は、起動用負荷部８に対して駆動信号Ｄ３を発生する。起動用負荷部８は、前記駆動信号Ｄ３を受けて、起動用負荷Ｐｎにある可変する抵抗Ｒｎから適切な抵抗値Ｒαを引く（ステップＳ１４２）。よって、抵抗が少なくなり、起動用負荷に流れる電流Ｉｎが増えて計算される電力Ｐｊは増し、消費電力初期値Ｐｎに近づく。
また、システム制御部７は、計算された電力Ｐｊが消費電力初期値Ｐｎと同じと判断した場合には、起動用負荷部８に対して駆動信号を発生せず、よって起動用負荷Ｐｎにある可変する抵抗Ｒｎはそのままの状態となる。
そして、システム制御部７は、計算された電力Ｐｊが消費電力初期値Ｐｎより高いと判断した場合は、起動用負荷部８に対して駆動信号Ｄ３を発生する。起動用負荷部８は、前記駆動信号Ｄ３を受けて、起動用負荷Ｐｎにある可変する抵抗Ｒｎに適切な抵抗値Ｒαを足す（ステップＳ１４３）。よって、抵抗が多くなり、起動用負荷に流れる電流Ｉｎが減って計算される電力Ｐｊは減り、消費電力初期値Ｐｎに近づく。
以上のように、燃料電池起動時に起動用負荷部８の起動用負荷Ｐｎの制御動作を繰り返すことで、燃料電池１の起動処理を行うとき、内部抵抗Ｒｎを可変し、起動用負荷Ｐｎとしての消費電力初期値Ｐｎをタイミング毎に一定にするよう処理が行われる。
また、起動用負荷Ｐｎを段階的に増加させるには、システム制御部７が負荷可変比率を表した数値マップを利用して変化量を可変させる場合と、直接入力することにより変化量を可変させる場合がある。
負荷可変比率を表した数値マップの数値は、燃料電池の起動初期時は、負荷増加量を少量に、中間段階では比較的大幅に、負荷消費電力起動時上限値Ｐｂ近傍では、再び負荷増加量を少量にするように設けられている。前記の数値マップを利用することで、最も短時間に燃料電池を定常状態にできるようにするため、数値マップの数値は、燃料電池の状態により常時書き替え可能となっている。
システム制御部７は、起動用負荷部８に対して駆動信号Ｄ３を発生し、駆動信号Ｄ３を受けた起動用負荷部８は、起動用負荷Ｐｎを変化量分だけ可変させる。そして、変化量分だけ増加した起動用負荷Ｐｎは図１５の制御により一定値に保たれる。
図１６は、燃料電池１の初期状態から起動時の制御が終了し、定常運転に移行するまでの図９のシステム構成内の動作を説明するためのフローチャートである。なお、電流を基準に制御する場合を示したものである。
次に、図９のシステムにおけるシステム構成内の燃料電池起動処理を図１６を参照して説明する。
システム制御部７は燃料電池１が初期状態であると判断すると、電流Ｉｎを電流初期値Ｉａ、電圧Ｖｎを電圧初期値Ｖａと設定することで、負荷消費電力値Ｐｎを電流初期値Ｉａ×電圧初期値Ｖａより負荷消費電力初期値Ｐａと設定し、また現在の繰り返し回数ｔｎの規定の繰り返し回数ｔａを設定する（ステップＳ６０）。
システム制御部７は負荷切り替え部４に対して駆動信号Ｄ２を発生し、負荷切り替え部４は前記駆動信号Ｄ２を受けて、接続する負荷を抵抗が可変する起動用負荷Ｐｎに接続する（ステップＳ６１）。
負荷切り替え部４が、負荷を抵抗が可変する起動用負荷Ｐｎに接続する回路動作は、図１１で前述したように電圧Ｖ１をロー電圧に、電圧Ｖ２をハイ電圧に設定すると、燃料電池１から出力された電流は起動用負荷部８にある起動用負荷Ｐｎに流れる。
システム制御部７は、現在の繰り返し回数ｔｎを計測する（ステップＳ６２）。
電圧電流検出部２は、電圧Ｖｏ、電流Ｉｏを計測し、電力Ｐｏを電圧Ｖｏ×電流Ｉｏで計算する（ステップＳ６３）。
計測された電流Ｉｏはセンス信号としてシステム制御部７に入力される。システム制御部７は電流Ｉｏが設定値Ｉｎ以下、ここでは電流初期値Ｉａ以下であるかを判定する（ステップＳ６４）。
電流Ｉｏが設定値Ｉｎ以下であれば、システム制御部７は起動用負荷部８に対して、起動用負荷Ｐｎを段階的に増加させる駆動信号Ｄ３を発生し、起動用負荷部８は前記駆動信号Ｄ３を受けて、起動用負荷Ｐｎを段階的に増加する（ステップＳ６５）。
起動用負荷Ｐｎについて、前述の図１２で起動用負荷部８は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、即ち起動用負荷Ｐｎ内の内部抵抗Ｒｎを可変することで、起動用負荷Ｐｎを一定値に制御する。ここで、起動用負荷部８の起動用負荷Ｐｎを段階的に増加させるには、システム制御部７が数値マップにより変化量を可変させる場合と、入力により変化量を可変させる場合がある。システム制御部７は、起動用負荷部８に対して駆動信号Ｄ３を発生し、駆動信号Ｄ３を受けた起動用負荷部８は、起動用負荷Ｐｎを変化量分だけ可変させる。そして、変化量分だけ増加した起動用負荷Ｐｎは前述の図１５の制御により一定値に保たれる。
以上にように、起動用負荷Ｐｎを段階的に増加することにより、燃料電池１の初期状態から起動時において、燃料電池本体に急変を与えることなく電圧制御を行うことができる。
また、電流Ｉｏを測定しながら起動用負荷Ｐｎを段階的に増加するので、安定した負荷運転が行え、信頼性の高い燃料電池装置を実現することができる。
また、段階的に変化させるため、各起動用負荷の可変のタイミングごとに負荷可変における大電流の量の把握が容易であり、また燃料のなじみ時間が想定できる。
次に、前記起動用負荷Ｐｎに対して、システム制御部７は、負荷消費電力の起動時上限値Ｐｂが予め設定している。
システム制御部７は、前記起動用負荷Ｐｎが前記起動時上限値Ｐｂまで上昇したか否かを判断する（ステップＳ６６）。
システム制御部７は、前記起動用負荷Ｐｎが前記起動時上限値Ｐｂより低いと判断した場合は、起動を継続するためステップＳ６２に戻る。
そして、一定時間経過するまで電圧電流検出部２は電圧Ｖｏ、電流Ｉｏ、そして電力Ｐｏの計測を継続し、計測された計測値はセンス信号としてシステム制御部７に入力される。
また、システム制御部７は、前記起動用負荷Ｐｎが前記起動時上限値Ｐｂより高いと判断すると、燃料電池の起動時制御を終了するために、負荷切り替え部４に対して駆動信号Ｄ２を発生し、負荷切り替え部４は前記駆動信号Ｄ２を受けて、接続する負荷を起動用負荷部８にある起動用負荷からパーソナル・コンピュータなどの負荷１０に切り替え、システムの状態を定常状態に移行する。
前述のステップＳ６２〜ステップＳ６６のルートは、電流Ｉｏが電流初期値Ｉａまで上昇しないときに辿るルートである。
また、ステップＳ６４で電圧電流検出部２が計測した計測値をセンス信号で受けたシステム制御部７は電流Ｉｏが設定値Ｉｎ以上、ここでは電流初期値Ｉａ以上であるかを判定し、電流Ｉｏが設定値Ｉｎより高い場合には、現在の繰り返し回数ｔｎが０かを判定する（ステップＳ６７）。
ｔｎ＝０ではない場合は、ステップＳ６２に戻る。そして、一定時間経過するまで電圧電流検出部２は電圧Ｖｏ、電流Ｉｏ、そして電力Ｐｏの計測を継続し、計測された計測値はセンス信号としてシステム制御部７に入力される。
前述のステップＳ６２〜ステップＳ６４で電流Ｉｏが電流初期値Ｉａ以上の場合は、ステップＳ６７を辿り、そしてステップＳ６２に戻るルートは、現在の繰り返し回数ｔｎが規定の繰り返し回数ｔａの間に、電流Ｉｏが電流初期値Ｉａまで上昇するときに辿るルートである。
またステップＳ６７でｔｎ＝０の場合は、現在の繰り返し回数ｔｎが規定の繰り返し回数ｔａの間に電流Ｉｏが電流初期値Ｉａまで上昇してしまうので、設定値Ｉｎを電流の変化量Ｉｃ分増やして、設定値Ｉｎ＋電流変化量Ｉｃとし、該設定値Ｉｎ＋該電流変化量Ｉｃを設定値Ｉｎにする（ステップＳ６８）。
システム制御部７は、電流の設定値Ｉｎに対して電流上限値Ｉｂを予め設定している。電圧電流検出部２が計測した設定値Ｉｎのセンス信号を受け、前記設定値Ｉｎが電流上限値Ｉｂ以下であるかを判定する（ステップＳ６９）。
このように、燃料電池１の電流初期値Ｉｂから電流変化量Ｉｃを少しずつ増やし、電流の上限としての許容されている電流上限値Ｉｂまで電流を上げていく。
ステップＳ６９で、システム制御部７は、前記設定値Ｉｎが電流上限値Ｉｂより低いと判断すると、現在の繰り返し回数ｔｎを規定の繰り返し回数ｔａに再設定する。そして、前記設定値Ｉｎを設定値Ｉｎ＋電流変化量Ｉｃとして、これが新たな初期値となってステップＳ６２に戻る。
電圧電流検出部２が計測した計測値をセンス信号で受けたシステム制御部７は電流Ｉｏが新たな初期値として設定した設定値Ｉｎ以下であるかを判定する。
そして、電流Ｉｏが新たな初期値をして設定した設定値Ｉｎより高い場合には、ステップＳ６４からステップＳ６７、そしてステップＳ６７〜ステップＳ７０のルートを辿り処理を行うが、この場合は再度、前述の設定値Ｉｎに電流変化量Ｉｃ分増やして、該電流変化量が増えた該設定値Ｉｎの値を使用してステップＳ６４で判断し、ステップＳ６４からステップＳ６６のルートを辿り処理を行う。
また、システム制御部７は電圧電流検出部２が計測した設定値Ｉｎのセンサ信号を受け、ステップＳ６９で前記設定値Ｉｎが電流上限値Ｉｂまで高くできる可能性がある。しかし、前記設定値Ｉｎが電流上限値Ｉｂより高いと判定した場合には、燃料電池１が故障しているとみなされる。
そこで、システム制御部７は、燃料電池の停止に向けて、負荷切り替え部４に対して駆動信号Ｄ２を発生し、負荷切り替え部４は前記駆動信号Ｄ２を受けて、接続されている起動用負荷部８にある起動用負荷の切り離しを行う。そして、燃料電池停止処理を行うため（ステップＳ７１）、システム制御部７は、燃料供給系制御部５に対して駆動信号Ｄ１を発生し、燃料供給系制御部５は前記駆動信号Ｄ１を受けて、燃料電池内の燃料の排出処理などの終了処理を行う。
図１７は、燃料電池１の初期状態から起動時の制御が終了し、定常運転に移行するまでの図９のシステム構成内の動作を説明するためのフローチャートである。なお、電圧Ｖｏを基準にして制御し、起動用負荷部８にある起動用負荷を可変する前に、電流Ｉｏの制限確認を行うことで、燃料電池１の起動制御を行うものである。
次に、図９のシステムにおけるシステム構成内の燃料電池起動処理を図１７を参照して説明する。
システム制御部７は燃料電池１が初期状態であると判断すると、電圧Ｖｎを電圧初期値Ｖａ、電流Ｉｎを電流初期値Ｉａと設定することで、負荷消費電力値Ｐｎを電圧初期値Ｖａ×電流初期値Ｉａより負荷消費電力初期値Ｐａと設定し、また規定時間ｔｎの初期値ｔａを設定する（ステップＳ８０）。
システム制御部７は負荷切り替え部４に対して駆動信号Ｄ２を発生し、負荷切り替え部４は前記駆動信号Ｄ２を受けて、接続する負荷を抵抗が可変する起動用負荷Ｐｎに接続する（ステップＳ８１）。
負荷切り替え部４が、負荷を抵抗が可変する起動用負荷Ｐｎに接続する回路動作は、図１１で前述したように電圧Ｖ１をロー電圧に、電圧Ｖ２をハイ電圧に設定すると、燃料電池１から出力された電流は起動用負荷部８にある起動用負荷Ｐｎに流れる。
システム制御部７は、現在の繰り返し回数ｔｎを計測する（ステップＳ８２）。
電圧電流検出部２は、電圧Ｖｏ、電流Ｉｏを計測し、電力Ｐｏを電圧Ｖｏ×電流Ｉｏで計算する（ステップＳ８３）。
計測された電圧Ｖｏはセンサ信号としてシステム制御部７に入力される。システム制御部７は電圧Ｖｏが設定値Ｖｎ以上、ここでは電圧初期値Ｖａ以上であるかを判定する（ステップＳ８４）。
電圧Ｖｏが設定値Ｖｎ以上であれば、システム制御部７は、電圧電流検出部２が計測した電流Ｉｏが各電圧における電流上限値Ｉｂｎより低いかを判定する（ステップＳ８５）。
電流Ｉｏが各電圧における電流上限値Ｉｂｎより高い場合には、ステップＳ８２に戻る。
また、電流Ｉｏが各電圧における電流上限値Ｉｂｎより低い場合には、システム制御部７は起動用負荷部８に対して、起動用負荷Ｐｎを段階的に増加させる駆動信号Ｄ３を発生し、起動用負荷部８は前記駆動信号Ｄ３を受けて、起動用負荷Ｐｎを段階的に増加する（ステップＳ８６）。
起動用負荷Ｐｎについて、前述の図１２で起動用負荷部８は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、即ち起動用負荷Ｐｎ内の内部抵抗Ｒｎを可変することで、起動用負荷Ｐｎを一定値に制御する。ここで、起動用負荷部８の起動用負荷Ｐｎを段階的に増加させるには、システム制御部７が数値マップにより変化量を可変させる場合と、入力により変化量を可変させる場合がある。システム制御部７は、起動用負荷部８に対して駆動信号Ｄ３を発生し、駆動信号Ｄ３を受けた起動用負荷部８は、起動用負荷Ｐｎを変化量分だけ可変させる。そして、変化量分だけ増加した起動用負荷Ｐｎは前述した図１５の制御により一定値に保たれる。
以上のように、起動用負荷Ｐｎを段階的に増加することにより、燃料電池１の初期状態から起動時において、燃料電池本体に急変を与えることなく電圧制御を行うことができる。
また、電流Ｉｏを測定しながら起動用負荷Ｐｎを段階的に増加するので、安定した負荷運転が行え、信頼性の高い燃料電池装置を実現することができる。
また、段階的に変化させるため、各起動用負荷の可変のタイミングごとに負荷可変における大電流の量の把握が容易であり、また燃料のなじみ時間が想定できる。よって、なじみ時間を各起動用負荷のタイミングごとに最適に設定でき、不必要に長時間化させた負荷変化を行う必要がなくなる。
次に、前記起動用負荷Ｐｎに対して、システム制御部７は、負荷消費電力の起動時上限値Ｐｂが予め設定している。
システム制御部７は、前記起動用負荷Ｐｎが前記起動時上限値Ｐｂまで上昇したか否かを判断する（ステップＳ８７）。
システム制御部７は、前記起動用負荷Ｐｎが前記起動時上限値Ｐｂより低いと判断した場合は、起動を継続するためステップＳ８２に戻る。
そして、一定時間経過するまで電圧電流検出部２は電圧Ｖｏ、電流Ｉｏ、そして電力Ｐｏの計測を継続し、計測された計測値はセンス信号としてシステム制御部７に入力される。
また、システム制御部７は、前記起動用負荷Ｐｎが前記起動時上限値Ｐｂより高いと判断すると、燃料電池の起動時制御を終了するために、負荷切り替え部４に対して駆動信号Ｄ２を発生し、負荷切り替え部４は前記駆動信号Ｄ２を受けて、接続する負荷を起動用負荷部８にある起動用負荷からパーソナル・コンピュータなどの負荷１０に切り替え、システムの状態を定常状態に移行する。
前述のステップＳ８２〜ステップＳ８７のルートは、電圧Ｖｏが電圧初期値Ｖａまで上昇し、更に電流Ｉｏが電流上限値Ｉｂｎ以下のときに辿るルートである。
また、ステップＳ８４で電圧電流検出部２が計測した計測値をセンス信号で受けたシステム制御部７は電圧Ｖｏが設定値Ｖｎ以上、ここでは電圧初期値Ｖａ以上であるかを判定し、電圧Ｖｏが設定値Ｖａより低い場合には、現在の繰り返し回数ｔｎが０かを判定する（ステップＳ８８）。
ｔｎ＝０ではない場合は、ステップＳ８２に戻る。そして、一定時間経過するまで電圧電流検出部２は電圧Ｖｏ、電流Ｉｏ、そして電力Ｐｏの計測を継続し、計測された計測値はセンス信号としてシステム制御部７に入力される。
前述のステップＳ８２からステップＳ８４で電圧Ｖｏが電圧初期値Ｖａ以下の場合は、ステップＳ８８を辿り、そしてステップＳ８２に戻るルートは、現在の繰り返し回数ｔｎが規定の繰り返し回数ｔａの間に、電圧Ｖｏが電圧初期値Ｖａまで上昇しないときに辿るルートである。
またステップＳ８８でｔｎ＝０の場合は、現在の繰り返し回数ｔｎが規定の繰り返し回数ｔａの間に電圧Ｖｏが電圧初期値Ｖａまで上がらないので、設定値Ｖｎを電圧の変化量Ｖｃ分減らして、設定値Ｖｎ−電圧変化量Ｖｃとし、該設定値Ｖｎ−該電圧変化量Ｖｃを設定値Ｖｎにする（ステップＳ８９）。
システム制御部７は、電圧の設定値Ｖｎに対して電圧下限値Ｖｂを予め設定している。電圧電流検出部２が計測した設定値Ｖｎのセンス信号を受け、前記設定値Ｖｎが電圧下限値Ｖｂ以上であるかを判定する（ステップＳ９０）。
このように、燃料電池１の電圧初期値Ｖａから電圧変化量Ｖｃを少しずつ減らし、電圧の下限として許容されている電圧下限値Ｖｂまで電圧を下げていく。
ステップＳ９０で、システム制御部７は、前記設定値Ｖｎが電圧下限値Ｖｂより高いと判断すると、現在の繰り返し回数ｔｎを規定の繰り返し回数ｔａに再設定する。そして、前記設定値Ｖｎを設定値Ｖｎ−電圧変化量Ｖｃとして、これが新たな初期値となってステップＳ８２に戻る。
電圧電流検出部２が計測した計測値をセンス信号で受けたシステム制御部７は電圧Ｖｏが新たな初期値として設定した設定値Ｖｎ以上、ここでは前述の設定値Ｖｎ−電圧変化量Ｖｃ以上であるかを判定する。
そして、電圧Ｖｏが新たな初期値として設定した設定値Ｖｎより低い場合には、ステップＳ８４からステップＳ８８、そしてステップＳ８８〜ステップＳ９１のルートを辿り処理を行うが、この場合は再度、前述の設定値Ｖｎから電圧変化量Ｖｃ分減らして、該電圧変化量Ｖｃが減った該設定値Ｖｎの値を使用してステップＳ８４で判断し、ステップＳ８４〜ステップＳ８７のルートを辿り処理を行う。
また、システム制御部７は電圧電流検出部２が計測した設定値Ｖｎのセンサ信号を受け、ステップＳ９０で前記設定値Ｖｎが電圧下限値Ｖｂまで低くできる可能性がある。しかし、前記設定値Ｖｎが電圧下限値Ｖｂより低いと判定した場合には、燃料電池１が故障している又は、燃料がなく電圧が上がらない燃料電池１の異常状態とみなされる。
そこで、システム制御部７は、燃料電池の停止に向けて、負荷切り替え部４に対して駆動信号Ｄ２を発生し、負荷切り替え部４は前記駆動信号Ｄ２を受けて、接続されている起動用負荷部８にある起動用負荷の切り離しを行う。
そして、燃料電池停止処理を行うため、（ステップＳ９２）、システム制御部７は、燃料供給系制御部５に対して駆動信号Ｄ１を発生し、燃料供給系制御部５は前記駆動信号Ｄ１を受けて、燃料電池内の燃料の排出処理などの終了処理を行う。
図１８は、燃料電池１の初期状態から起動時の制御が終了し、定常運転に移行するまでの図９のシステム構成内の動作を説明するためのフローチャートである。なお、電流Ｉｏを基準にして制御し、起動用負荷部８にある起動用負荷を可変する前に、電圧Ｖｏの制限確認を行うことで、燃料電池１の起動制御を行うものである。
次に、図９のシステムにおけるシステム構成内の燃料電池起動処理を図１８を参照して説明する。
システム制御部７は燃料電池１が初期状態であると判断すると、電圧Ｖｎを電圧初期値Ｖａ、電流Ｉｎを電流初期値Ｉａと設定することで、負荷消費電力値Ｐｎを電圧初期値Ｖａ×電流初期値Ｉａより負荷消費電力初期値Ｐａと設定し、また現在の繰り返し回数ｔｎの規定の繰り返し回数ｔａを設定する（ステップＳ１００）。
システム制御部７は負荷切り替え部４に対して駆動信号Ｄ２を発生し、負荷切り替え部４は前記駆動信号Ｄ２を受けて、接続する負荷を抵抗が可変する起動用負荷Ｐｎに接続する（ステップＳ１０１）。
負荷切り替え部４が、負荷を抵抗が可変する起動用負荷Ｐｎに接続する回路動作は、図１１で前述したように電圧Ｖ１をロー電圧に、電圧Ｖ２をハイ電圧に設定すると、燃料電池１から出力された電流は起動用負荷部８にある起動用負荷Ｐｎに流れる。
システム制御部７は、規定時間ｔｎを計測する（ステップＳ１０２）。
電圧電流検出部２は、電圧Ｖｏ、電流Ｉｏを計測し、電力Ｐｏを電圧Ｖｏ×電流Ｉｏで計算する（ステップＳ１０３）。
計測された電流Ｉｏはセンス信号としてシステム制御部７に入力される。システム制御部７は電流Ｉｏが設定値Ｉｎ以下、ここでは電流初期値Ｉａ以下であるかを判定する（ステップＳ１０４）。
電流Ｉｏが設定値Ｉｎより低い場合には、システム制御部７は、電圧電流検出部２が計測した電圧Ｖｏが各電流における電圧下限値Ｖｂｎより高いかを判定する（ステップＳ１０５）。 電圧Ｖｏが各電流における電圧下限値Ｖｂｎより低い場合には、ステップＳ１０２に戻る。
また、電圧Ｖｏが各電流における電圧下限値Ｖｂｎ以上であればシステム制御部７は起動用負荷部８に対して、起動用負荷Ｐｎを段階的に増加させる駆動信号Ｄ３を発生し、起動用負荷部８は前記駆動信号Ｄ３を受けて、起動用負荷Ｐｎを段階的に増加する（ステップＳ１０６）。
起動用負荷Ｐｎについて、前述の図１２で起動用負荷部８は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、即ち起動用負荷Ｐｎ内の内部抵抗Ｒｎを可変することで、起動用負荷Ｐｎを一定値に制御する。ここで、起動用負荷部８の起動用負荷Ｐｎを段階的に増加させるには、システム制御部７が数値マップにより変化量を可変させる場合と、入力により変化量を可変させる場合がある。システム制御部７は、起動用負荷部８に対して駆動信号Ｄ３を発生し、駆動信号Ｄ３を受けた起動用負荷部８は、起動用負荷Ｐｎを変化量分だけ可変させる。そして、変化量分だけ増加した起動用負荷Ｐｎは前述した図１５の制御により一定値に保たれる。
以上のように、起動用負荷Ｐｎを段階的に増加することにより、燃料電池１の初期状態から起動時において、燃料電池本体に急変を与えることなく電圧制御を行うことができる。
また、電圧Ｖｏを測定しながら起動用負荷Ｐｎを段階的に増加するので、安定した負荷運転が行え、信頼性の高い燃料電池装置を実現することができる。
また、段階的に変化させるため、各起動用負荷の可変のタイミングごとに負荷可変における大電流の量の把握が容易であり、また燃料のなじみ時間が想定できる。よって、なじみ時間を各起動用負荷のタイミングごとに最適に設定でき、不必要に長時間化させた負荷変化を行う必要がなくなる。
次に、前記起動用負荷Ｐｎに対して、システム制御部７は、負荷消費電力の起動時上限値Ｐｂが予め設定している。
システム制御部７は、前記起動用負荷Ｐｎが前記起動時上限値Ｐｂまで上昇したか否かを判断する（ステップＳ１０７）。
システム制御部７は、前記起動用負荷Ｐｎが前記起動時上限値Ｐｂより低いと判断した場合は、起動を継続するためステップＳ１０２に戻る。
そして、一定時間経過するまで電圧電流検出部２は電圧Ｖｏ、電流Ｉｏ、そして電力Ｐｏの計測を継続し、計測された計測値はセンス信号としてシステム制御部７に入力される。
また、システム制御部７は、前記起動用負荷Ｐｎが前記起動時上限値Ｐｂより高いと判断すると、燃料電池の起動時制御を終了するために、負荷切り替え部４に対して駆動信号Ｄ２を発生し、負荷切り替え部４は前記駆動信号Ｄ２を受けて、接続する負荷を起動用負荷部８にある起動用負荷からパーソナル・コンピュータなどの負荷１０に切り替え、システムの状態を定常状態に移行する。
前述のステップＳ１０２〜ステップＳ１０７のルートは、電圧Ｖｏが電圧下限値Ｖｂｎまで上昇したときに辿るルートである。
また、ステップＳ１０４で電圧電流検出部２が計測した計測値をセンス信号で受けたシステム制御部７は電流Ｉｏが設定値Ｉｎ以上、ここでは電流初期値Ｉａ以下であるかを判定し、電流Ｉｏが設定値Ｉｎより高い場合には、現在の繰り返し回数ｔｎが０かを判定する（ステップＳ１０８）。
ｔｎ＝０ではない場合は、ステップＳ１０２に戻る。そして、一定時間経過するまで電圧電流検出部２は電圧Ｖｏ、電流Ｉｏ、そして電力Ｐｏの計測を継続し、計測された計測値はセンス信号としてシステム制御部７に入力される。
前述のステップＳ１０２〜ステップＳ１０４で電流Ｉｏが電流初期値Ｉａ以上の場合は、ステップＳ１０８を辿り、そしてステップＳ１０２に戻るルートは、現在の繰り返し回数ｔｎが規定の繰り返し回数ｔａの間に、電流Ｉｏが電流初期値Ｉａよりも上昇するときに辿るルートである。
またステップＳ１０８でｔｎ＝０の場合は、現在の繰り返し回数ｔｎが、規定の繰り返し回数ｔａの間に電流Ｉｏが電流初期値Ｉａより上がるので、設定値Ｉｎを電流の変化量Ｉｃ分増やして、設定値Ｉｎ＋電流変化量Ｉｃとし、該設定値Ｉｎ＋該電流変化量Ｉｃを設定値Ｉｎにする（ステップＳ１０９）。
システム制御部７は、電流の設定値Ｉｎに対して電流上限値Ｉｂを予め設定している。電圧電流検出部２が計測した設定値Ｉｎのセンス信号を受け、前記設定値Ｉｎが電流上限値Ｉｂ以下であるかを判定する（ステップＳ１１０）。
このように、燃料電池１の電流初期値Ｉａに電流変化量Ｉｃを少しずつ増やし、電流の上限として許容されている電流上限値Ｉｂまで電流を上げていく。
ステップＳ１１０で、システム制御部７は、前記設定値Ｉｎが電流上限値Ｉｂより低いと判断すると、現在の繰り返し回数ｔｎを規定の繰り返し回数ｔａに再設定する。そして、前記設定値Ｉｎを設定値Ｉｎ＋電流変化量Ｉｃとして、これが新たな初期値となってステップＳ１０２に戻る。
電圧電流検出部２が計測した計測値をセンス信号で受けたシステム制御部７は、電流Ｉｏが新たな初期値として設定した設定値Ｉｎ以下であるかを判定する。
そして、電流Ｉｏが新たな初期値として設定した設定値Ｉｎより高い場合には、ステップＳ１０４からステップＳ１０８、そしてステップＳ１０８〜ステップＳ１１１のルートを辿り処理を行う。この場合は再度、前述の設定値Ｉｎに電流変化量Ｉｃ分を増やして、該電流変化量Ｉｃが増えた該設定値Ｉｎの値を使用してステップＳ１０４で判断し、ステップＳ１０４〜ステップＳ１０７のルートを辿り処理を行う。
また、システム制御部７は電圧電流検出部２が計測した設定値Ｉｎのセンサ信号を受け、ステップＳ１１０で前記設定値Ｉｎが電流上限値Ｉｂまで高くできる可能性がある。しかし、前記設定値Ｉｎが電流上限値Ｉｂより高いと判定した場合には、燃料電池１が故障している異常状態とみなされる。
そこで、システム制御部７は、燃料電池の停止に向けて、負荷切り替え部４に対して駆動信号Ｄ２を発生し、負荷切り替え部４は前記駆動信号Ｄ２を受けて、接続されている起動用負荷部８にある起動用負荷の切り離しを行う。
そして、燃料電池停止処理を行うため、（ステップＳ１１２）、システム制御部７は、燃料供給系制御部５に対して駆動信号Ｄ１を発生し、燃料供給系制御部５は前記駆動信号Ｄ１を受けて、燃料電池内の燃料の排出処理などの終了処理を行う。
図１９は、燃料電池１の初期状態から起動時の制御が終了し、定常運転に移行するまでの図９のシステム構成内の動作を説明するためのフローチャートである。なお、電圧Ｖｏを基準にして制御し、起動用負荷部８にある起動用負荷を可変する前に、電流Ｉｏの制限確認を行うことで、燃料電池１の起動制御を行うものである。
次に、図９のシステムにおけるシステム構成内の燃料電池起動処理を図１９を参照して説明する。
システム制御部７は燃料電池１が初期状態であると判断すると、電圧Ｖｎを電圧初期値Ｖａ、電流Ｉｎを電流初期値Ｉａと設定することで、負荷消費電力値Ｐｎを電圧初期値Ｖａ×電流初期値Ｉａより負荷消費電力初期値Ｐａと設定し、また現在の繰り返し回数ｔｎの規定の繰り返し回数ｔａを設定する。ここでのｔａはシステム異常監視タイマーを意味する。また負荷増加待ちの現在の繰り返し回数ｔｐの規定の繰り返し回数ｔｂも設定する。ここでのｔｂは負荷増加待ちタイマーを意味する（ステップＳ１２０）。
システム制御部７は負荷切り替え部４に対して駆動信号Ｄ２を発生し、負荷切り替え部４は前記駆動信号Ｄ２を受けて、接続する負荷を起動用負荷部８にある抵抗が可変する起動用負荷Ｐｎに接続する（ステップＳ１２１）。
負荷切り替え部４が負荷を抵抗が可変する起動用負荷Ｐｎに接続する回路動作は、図１１で前述したように電圧Ｖ１をロー電圧に、電圧Ｖ２をハイ電圧に設定すると、燃料電池１から出力された電流は起動用負荷部８にある起動用負荷Ｐｎに流れる。
システム制御部７は、現在の繰り返し回数ｔｎを計測する（ステップＳ１２２）。
電圧電流検出部２は、電圧Ｖｏ、電流Ｉｏを計測し、電力Ｐｏを電圧Ｖｏ×電流Ｉｏで計算する（ステップＳ１２３）。
計測された電圧Ｖｏはセンス信号としてシステム制御部７に入力される。システム制御部７は電圧Ｖｏが設定値Ｖｎ以上、ここでは電圧初期値Ｖａ以上であるかを判定する（ステップＳ１２４）。
電圧Ｖｏが設定値Ｖｎ以上であれば、システム制御部７は、電圧電流検出部２が計測した電流Ｉｏが各電圧における電流上限値Ｉｂｎより低いかを判定する（ステップＳ１２５）。
そして、電流Ｉｏが各電圧における電流上限値Ｉｂｎより高い場合には、ステップＳ１２２に戻る。
また、ステップＳ１２５において、電流Ｉｏが各電圧における各電圧における電流上限値Ｉｂｎより低い場合には、システム制御部７は負荷増加待ちの現在の繰り返し回数ｔｐを計測する（ステップＳ１２６）。
負荷増加待ちの現在の繰り返し回数ｔｐが０の場合、システム制御部７は起動用負荷部８に対して、起動用負荷Ｐｎを段階的に増加させる駆動信号Ｄ３を発生し、起動用負荷部８は前記駆動信号Ｄ３を受けて、起動用負荷Ｐｎを段階的に増加する（ステップＳ１２８）。
起動用負荷Ｐｎについて、前述の図１２で起動用負荷部８は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、即ち起動用負荷Ｐｎ内の内部抵抗Ｒｎを可変することで、起動用負荷Ｐｎを一定値に制御する。ここで、起動用負荷部８の起動用負荷Ｐｎを段階的に増加させるには、システム制御部７が数値マップにより変化量を可変させる場合と、入力により変化量を可変させる場合がある。システム制御部７は、起動用負荷部８に対して駆動信号Ｄ３を発生し、駆動信号Ｄ３を受けた起動用負荷部８は、起動用負荷Ｐｎを変化量分だけ可変させる。そして、変化量分だけ増加した起動用負荷Ｐｎは後述する図１５の制御により一定値に保たれる。
以上のように、起動用負荷Ｐｎを段階的に増加することにより、燃料電池１の初期状態から起動時において、燃料電池本体に急変を与えることなく電圧制御を行うことができる。
また、電圧Ｖｏを測定しながら起動用負荷Ｐｎを段階的に増加するので、安定した負荷運転が行え、信頼性の高い燃料電池装置を実現することができる。
また、段階的に変化させるため、各起動用負荷の可変のタイミングごとに負荷可変における大電流の量の把握が容易であり、また燃料のなじみ時間が想定できる。よって、なじみ時間を各起動用負荷のタイミングごとに最適に設定でき、不必要に長時間化させた負荷変化を行う必要がなくなる。
次に、前記起動用負荷Ｐｎに対して、システム制御部７は、負荷消費電力の起動時上限値Ｐｂが予め設定している。
システム制御部７は、前記起動用負荷Ｐｎが前記起動時上限値Ｐｂまで上昇したか否かを判断する（ステップＳ１２９）。
ステップＳ１２９で、システム制御部７は、前記起動用負荷Ｐｎが前記起動時上限値Ｐｂより低いと判断すると、負荷増加待ちの現在の繰り返し回数ｔｐを規定の繰り返し回数ｔｂに再設定し、起動を継続するためステップＳ１２２に戻る。
また、ステップＳ１２９において、システム制御部７は、前記起動用負荷Ｐｎが前記起動時上限値Ｐｂより高いと判断すると、燃料電池の起動時制御を終了するために、負荷切り替え部４に対して駆動信号Ｄ２を発生し、負荷切り替え部４は前記駆動信号Ｄ２を受けて、接続する負荷を起動用負荷部８にある起動用負荷からパーソナル・コンピュータなどの負荷１０に切り替え、システムの状態を定常状態に移行する。
前述のステップＳ１２４〜ステップＳ１３０のルートは、電圧Ｖｏが電圧初期値Ｖａまで上昇し、電流Ｉｏが電流上限値Ｉｂｎより低いときに辿るルートである。
また、ステップＳ１２４において、電圧電流検出部２が計測した計測値をセンス信号で受けたシステム制御部７は電圧Ｖｏが設定値Ｖｎ以上、ここでは電圧初期値Ｖａ以上であるかを判定し、電圧Ｖｏが設定値Ｖｎより低い場合には、現在の繰り返し回数ｔｎが０かを判定する（ステップＳ１３１）。
ｔｎ＝０ではない場合は、ステップＳ１２２に戻る。そして、一定時間経過するまで電圧電流検出部２は電圧Ｖｏ、電流Ｉｏ、そして電力Ｐｏの計測を継続し、計測された計測値はセンス信号としてシステム制御部７に入力される。
前述のステップＳ１２２〜ステップＳ１２４で電圧Ｖｏが電圧初期値Ｖａ以下の場合は、ステップＳ１３１を辿り、そしてステップＳ１２２に戻るルートは、現在の繰り返し回数ｔｎが規定の繰り返し回数ｔａの間に、電圧Ｖｏが電圧初期値Ｖａまで上昇しないときに辿るルートである。
また、ステップＳ１３１でｔｎ＝０の場合は、現在の繰り返し回数ｔｎが規定の繰り返し回数ｔａの間に電圧Ｖｏが電圧初期値Ｖａまで上がらないので、設定値Ｖｎを電圧の変化量Ｖｃ分減らして、設定値Ｖｎ−電圧変化量Ｖｃとし、該設定値Ｖｎ−該電圧変化量Ｖｃを設定値Ｖｎにする（ステップＳ１３２）。
システム制御部７は、電圧の設定値Ｖｎに対して電圧下限値Ｖｂを予め設定している。電圧電流検出部２が計測した設定値Ｖｎのセンス信号を受け、前記設定値Ｖｎが電圧下限値Ｖｂ以上であるかを判定する（ステップＳ１３３）。
このように、燃料電池１の電圧初期値Ｖａから電圧変化量Ｖｃを少しずつ減らし、電圧の下限として許容されている電圧下限値Ｖｂまで電圧を下げていく。
ステップＳ１３３で、システム制御部７は、前記設定値Ｖｎが電圧下限値Ｖｂより高いと判断すると、現在の繰り返し回数ｔｎを規定の繰り返し回数ｔａに再設定する。
そして、前記設定値Ｖｎを設定値Ｖｎ−電圧変化量Ｖｃとして、これが新たな初期値となってステップＳ１２２に戻る。
電圧電流検出部２が計測した計測値をセンス信号で受けたシステム制御部７は電圧Ｖｏが新たな初期値として設定した設定値Ｖｎ以上、ここでは前述の設定値Ｖｎ−電圧変化量Ｖｃ以上であるかを判定する。
そして、電圧Ｖｏが新たな初期値として設定した設定値Ｖｎより低い場合には、ステップＳ１２４からステップＳ１３１、そしてステップＳ１３１〜ステップＳ１３４のルートを辿り処理を行うが、この場合は再度、前述の設定値Ｖｎから電圧変化量Ｖｃ分減らして、該電圧変化量Ｖｃが減った該設定値Ｖｎの値を使用してステップＳ１２４で判断し、ステップＳ１２４〜ステップＳ１２９のルートを辿り処理を行う。
また、システム制御部７は電圧電流検出部２が計測した設定値Ｖｎのセンサ信号を受け、ステップＳ１３３で前記設定値Ｖｎが電圧下限値Ｖｂまで低くできる可能性がある。
しかし、前記設定値Ｖｎが電圧下限値Ｖｂより低いと判定した場合には、燃料電池１が故障している又は、燃料がなく電圧が上がらない燃料電池１の異常状態とみなされる。
そこで、システム制御部７は、燃料電池の停止に向けて、負荷切り替え部４に対して駆動信号Ｄ２を発生し、負荷切り替え部４は前記駆動信号Ｄ２を受けて、接続されている起動用負荷部８にある起動用負荷の切り離しを行う。
そして、燃料電池停止処理を行うため、（ステップＳ５１）、システム制御部７は、燃料供給系制御部５に対して駆動信号Ｄ１を発生し、燃料供給系制御部５は前記駆動信号Ｄ１を受けて、燃料電池内の燃料の排出処理などの終了処理を行う。
そして、一定時間経過するまで電圧電流検出部２は電圧Ｖｏ、電流Ｉｏ、そして電力Ｐｏの計測を継続し、計測された計測値はセンス信号としてシステム制御部７に入力される。
また、ステップＳ１３３において、システム制御部７は電圧電流検出部２が計測した設定値Ｖｎのセンス信号を受け、前記設定値Ｖｎが前記電圧下限値Ｖｂより高いと判定した場合には、燃料電池１の異常とみなす。
そこで、システム制御部７は、燃料電池１の停止に向けて、負荷切り替え部４に対して駆動信号Ｄ２を発生し、負荷切り替え部４は前記駆動信号Ｄ２を受けて、接続されている起動用負荷部８にある起動用負荷の切り離しを行う。
そして、燃料電池停止処理を行うため、（ステップＳ１３５）、システム制御部７は、燃料供給系制御部５に対して駆動信号Ｄ１を発生し、燃料供給系制御部５は前記駆動信号Ｄ１を受けて、燃料電池内の燃料の排出処理などの終了処理を行う。
図２０は、図９のシステムにおけるシステム構成内の電圧電流検出部２で計測される電圧、電流、電力の変化の例を示したものである。縦軸に電圧、電流、電力変化を、横軸に時間変化を示している。
図２０において横軸の時間変化の時間０から時間８までは、図１３の燃料電池初期状態を認識するフローチャートにある制御の電圧、電流、電力変化を示している。負荷切り替え部４は起動用負荷８とパーソナル・コンピュータなどの負荷１０との両方の負荷の切り離しを行い、システム制御部７は燃料電池内への燃料の供給をするために駆動信号を発生し、前記駆動信号を受けて燃料供給系制御部は燃料を駆動し、燃料電池内に燃料や酸素を供給する。
図２０において横軸の時間変化の時間８からは、図１４の燃料電池起動処理を認識するフローチャートにある制御の電圧、電流、電力変化を示している。横軸の時間変化の時間８から時間１８までは、燃料電池１の起動処理を行っているため、負荷切り替え部４は、負荷を起動用負荷部８に接続し、起動用負荷部８にある起動用負荷を段階的に増加している。
そして、電力が増加するタイミングの時間18で、燃料電池の起動処理を終了し、負荷切り替え部４は、負荷を起動用負荷部８からパーソナル・コンピュータなどの負荷１０に接続を切り替える。
このように、起動用負荷を段階的に増加することで、燃料電池１の起動時に係る時間を短縮することができる。しかも、電圧・電流を測定しながら起動用負荷を段階的に増加するので、安定した負荷運転が行え、信頼性の高い燃料電池装置を実現することができる。
図２１は、燃料電池の初期状態で負荷切り替え部４が負荷を切り離す本発明を適用した場合と、燃料電池の初期状態から負荷を接続した場合の燃料電池の出力変化の例を示したものである。
縦軸に燃料電池の出力電力変化を、横軸に時間変化を示している。図２１に示されるように燃料電池の初期状態から負荷を接続した従来方法と比較し、本発明の適用により大幅に目標出力達成までの時間が短くなることがわかる。
本発明は、燃料電池内のＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）内の電解質膜に液体燃料を浸透させるための技術である。
本発明の起動処理は、燃料電池停止状態から定格出力発電可能状態に移行させる処理を指す。前記燃料電池停止状態は、ＭＥＡから燃料成分を除去し湿気中で保存させている状態を表している。
また、定格出力発電可能状態は、ＭＥＡ内に燃料を充満させると共に、ＭＥＡの中心部の電解質膜にも十分燃料となじんでいる状態、即ち電解質膜全体でプロトン伝導が行われる状態を表している。
従来方法として、（１）起動時から負荷を固定する方法（２）起動時から負荷を連続的に可変する方法がある。
（１）起動時から負荷を固定する方法においては、燃料電池停止状態から定格出力発電可能状態に移行するためには、液体燃料が電解質膜内に自然に浸透する時間が必要となる。電解質膜が炭化水素系のものでは数時間〜数日必要となる。
（２）起動時から負荷を連続的に可変する方法においても、燃料電池停止状態から定格出力発電可能状態に移行するためには、液体燃料が電解質膜内に自然に浸透する時間が必要となる。そこで、負荷をかけることにより電解質膜近傍での分子活動が活発にする。この際、発熱も伴う。一般的に電解質膜は、温度が高いほど高性能を発揮しやすいため、電解質膜と燃料が十分なじむまでの時間が短縮される傾向にある。
しかし、連続可変の場合、以下のどちらの理由で出力増加したのか判断が難しい。理由１として、負荷の可変により瞬間的に大電流が流れたため。これは、燃料電池の出力電圧が、瞬間的には変化せず、負荷変化直後は電流のみ多く流れやがて一定の電流に落ち着く傾向がある。理由２として、負荷増加により電解質膜に燃料が充分になじんだため。
よって、燃料電池による燃料電池の負荷を連続的に変化させる場合、充分に長い時間間隔をおいて負荷変化を行う必要がある。
しかしながら本発明では、負荷を段階的に可変させるため、各負荷可変のタイミングごとに負荷可変における大電流の量を把握することが可能である。また、負荷可変における燃料のなじみ時間が想定できる。よって、なじみ時間を各負荷可変のタイミングごとに最適に設定でき、不必要に長時間化させた負荷変化を行う必要がなくなる。
起動処理の第２の実施の形態
起動処理の第２に実施の形態について、図２２を参照して説明する。図２２は、第２の実施の形態に係る燃料電池装置の全系統を示す図である。なお、図２２において、図９と同じ部分には同一符号を付してある。図９と同様に、本図でも定常状態での制御に必要な構成を一部省略して示している。
図２２において、１は燃料電池、２は電圧電流検出部、３はコンバータ回路部、１４は負荷制限回路部、５は燃料供給系制御部、６は過電圧保護部、７はシステム制御部、９は保護回路部、１０はパーソナル・コンピュータなどの負荷、１１は二次電池、２２は燃料電池装置である。
燃料電池１には、当該燃料電池の出力電圧及び電流を検出する電圧電流検出器２が、電圧電流検出器２にはコンバータ回路部３が、コンバータ回路部３には負荷制限回路部１４が、負荷制限回路部１４には保護回路部９が、保護回路部９にはパーソナル・コンピュータなどの負荷１０と二次電池１１が接続されている。更に、燃料電池１に燃料を供給し始め、燃料電池１の出力電圧が上昇してきたとき、その出力電圧を制限するために燃料電池１と電圧電流検出器２との間に過電圧保護部６を接続する。また、第２に実施の形態に係る燃料電池装置では、第１の実施の形態に係る燃料電池装置内の起動用負荷を二次電池やパーソナル・コンピュータなどで代用する。即ち、負荷制限回路部１４は、燃料電池に対して負荷となる二次電池やパーソナル・コンピュータなどが燃料電池出力と同等程度の負荷とできるものであれば、二次電池やパーソナル・コンピュータなどで代用できる。
そして、燃料電池に供給するための燃料として例えば、メタノールを燃料供給系制御部５がシステム制御部７からの運転指令によって燃料電池１に供給する。
燃料電池１が起動すると、燃料電池１の出力電圧及び電流を検出する電圧電流検出部２は、燃料電池１の電圧及び電流を検出して検出信号Ｌを発生する。前記検出信号Ｌは制御情報としてシステム制御部７に入力される。前記システム制御部７は、前記検出信号Ｌを受けて、駆動信号Ｄ１及びＤ２を発生する。燃料供給系制御部５は、燃料電池内への燃料の供給を制御するものであり、前記駆動信号Ｄ１を受けて、燃料電池への燃料供給を開始する。負荷制限回路部１４は、燃料電池の出力電圧及び電流が流れる負荷を段階的に増加して制限するものであり、また負荷をパーソナル・コンピュータなどの負荷１０に切り替えるものでもある。
負荷制限回路部１４は、前記駆動信号Ｄ２を受けて、負荷制限回路の負荷を段階的に増加する。また、負荷制限回路部１４は、負荷を一定比率による電圧可変或いは電流可変に基き行う。
また、燃料電池１の急激な発電や動作停止などにより、パーソナル・コンピュータなどの負荷１０は、電圧降下やサージなどの影響を受ける。この影響によるパーソナル・コンピュータの電源回路やマザーボードなどの故障を防止するため、保護回路９は停止信号Ｔを発生し、この停止信号Ｔは制御情報としてシステム制御部７に加えられる。このシステム制御部７は、マイクロプロセッサ等で構成され、制御プログラムによって、燃料電池１に対する燃料供給及び燃料供給停止、負荷制御などを実行する。
（付記１）
燃料電池より負荷に対して電力を供給する燃料電池装置において、
前記燃料電池の燃料循環が行われ、前記燃料電池からの電力が規定電力に達した状態である、前記燃料電池の定常状態を判断する判断手段と、
前記燃料電池内の燃料温度を計測する計測手段と、
前記燃料電池に供給するための燃料を貯留する燃料貯留手段と、
前記判断手段で前記燃料電池の定常状態が判断された後、前記計測手段で計測された燃料温度に基づき、前記燃料貯留手段で貯留されている燃料の濃度を制御する制御手段と
を有することを特徴とする燃料電池装置。
（付記２）
前記燃料貯留手段で貯留されている燃料の残量を、水位で検出する水位検出手段を有し、
前記制御手段は、前記水位検出手段で検出された水位が所定水位より不足している場合、前記計測手段で計測された燃料温度と前記燃料電池の適正温度の温度差に基づき、前記燃料貯留手段で貯留されている燃料の濃度を制御する濃度制御手段を有する
ことを特徴とする付記１記載の燃料電池装置。
（付記３）
前記濃度制御手段は、前記計測手段で計測された燃料温度が前記燃料電池の適正温度より低いと判断すると、高濃度燃料を前記燃料貯留手段に供給し、また前記計測手段で計測された燃料温度が前記燃料電池の適正温度よりと高いと判断すると、希釈溶液を前記燃料貯留手段に供給することを特徴とする付記２記載の燃料電池装置。
（付記４）
起動用負荷と、
前記燃料電池に、前記負荷である定常用負荷と前記起動用負荷のいずれかを接続する負荷切替手段と、
前記起動用負荷の値を調整する負荷調整手段とを有し、
前記燃料電池の起動時において、前記負荷切替手段は、前記燃料電池に前記起動用負荷を接続し、
前記負荷調整手段は、前記起動用負荷の負荷を段階的に増加させ、
当該起動用負荷が規定電力に達したときに、前記負荷切替手段は、燃料電池の負荷を前記起動用負荷から前記定常用負荷へ切り替えることを特徴とする付記１記載の燃料電池装置。
（付記５）
前記負荷調整手段は、前記燃料電池の出力電流が規定値の電流以上と判断すると、前記起動用負荷の増加を制限することを特徴とする付記４記載の燃料電池装置。
（付記６）
前記負荷調整手段は、前記燃料電池の出力電圧が規定値の電圧以下と判断すると、前記起動用負荷の増加を制限することを特徴とする付記５記載の燃料電池装置。
（付記７）
燃料電池に供給するための燃料を貯留する燃料貯留手段を有し、
燃料電池より負荷に対して電力を供給する燃料電池装置の制御装置において、
前記燃料電池の燃料循環が行われると、前記燃料電池からの電力を計測し、当該電力が規定電力に達したときに、前記燃料電池の定常状態を判断する判断手段と、
前記燃料電池内の燃料温度を計測させる計測手段と、
前記判断手段で前記燃料電池の定常状態が判断された後、前記計測手段で計測された燃料温度に基づき、前記燃料貯留手段で貯留されている燃料の濃度を制御する制御手段と
を有することを特徴とする制御装置。
（付記８）
前記燃料電池に、前記負荷である定常用負荷と起動用負荷のいずれかを接続させる負荷切替手段と、
前記起動用負荷の値を調整する負荷調整手段とを有し、
前記燃料電池の起動時において、前記負荷切替手段は、前記燃料電池に前記起動用負荷を接続し、
前記負荷調整手段は、前記起動用負荷の負荷を段階的に増加させ、
当該起動用負荷が規定電力に達したときに、前記負荷切替手段は、燃料電池の負荷を前記
起動用負荷から前記定常用負荷へ切り替えることを特徴とする付記７記載の制御装置。
（付記９）
燃料電池内の燃料温度を計測する計測手段と、
前記燃料電池に供給するための燃料を貯留する燃料貯留手段とを有し、
燃料電池より負荷に対して電力を供給する燃料電池装置の制御方法において、
前記燃料電池の燃料循環が行われると、前記燃料電池からの電力を計測し、当該電力が規定電力に達したときに、前記燃料電池の定常状態を判断するステップと、
前記定常状態が判断されたとき、前記計測手段で計測された燃料温度に基づき、前記燃料貯留手段で貯留されている燃料の濃度を制御するステップと
を有することを特徴とする燃料電池装置の制御方法。
（付記１０）
前記燃料電池装置は、前記負荷である定常用負荷と起動用負荷を有し、
前記燃料電池の起動時において、前記燃料電池に、前記起動用負荷を接続するステップと、
前記接続された起動用負荷の値を段階的に増加させるステップと、
当該起動用負荷が規定電力に達したときに、前記燃料電池に、前記起動用負荷から前記定常用負荷に切り替えるステップとを有することを特徴とする付記９記載の燃料電池装置の制御方法。
（付記１１）
燃料電池内の燃料温度を計測する計測手段と、
前記燃料電池に供給するための燃料を貯留する燃料貯留手段とを有し、
燃料電池より負荷に対して電力を供給する燃料電池装置の制御プログラムにおいて、
前記燃料電池の燃料循環が行われると、前記燃料電池からの電力を計測し、当該電力が規定電力に達したときに、前記燃料電池の定常状態を判断する手順と、
前記定常状態が判断された後、前記計測手段で計測された燃料温度に基づき、前記燃料貯留手段で貯留されている燃料の濃度を制御する手順と
をコンピュータに実行させることを特徴とする燃料電池装置の制御プログラム。
（付記１２）
前記燃料電池装置は、前記負荷である定常用負荷と起動用負荷を有し、
前記燃料電池の起動時において、前記燃料電池に、前記起動用負荷を接続する手順と、
前記接続された起動用負荷の値を段階的に増加する手順と、
当該起動用負荷が規定電力に達したときに、前記燃料電池に、前記起動用負荷から前記定常用負荷に切り替える手順とをコンピュータに実行させることを特徴とする付記１１記載の燃料電池装置の制御プログラム。
本発明は、燃料電池装置に関し、燃料電池１の出力が定常状態になっている場合にだけ、燃料電池１内の温度検出をすることにより、燃料の濃度異常等の燃料異常を判定することができる。また、温度センサのみ監視することとなるため、高度なプロセッサ処理が不要となる。結果、低機能で安価、そして低消費電力なプロセッサで処理可能となり、有用である。
本発明の燃料電池装置を示す図である。 従来の燃料電池装置を示す図である。 従来の燃料電池装置の濃度制御の動作を示すフローチャートである。 本発明の燃料電池装置の濃度制御の動作を示すフローチャートである。 温度テーブルの構成を示す図である。 電圧テーブルの構成を示す図である。 電流テーブルの構成を示す図である。 電力テーブルの構成を示す図である。 燃料電池の起動時の第１の実施の形態に係る燃料電池装置を示す図である。 燃料電池の起動時の第１及び第２の実施の形態に係る燃料電池装置の過電圧 保護回路図を示す。 燃料電池の起動時の第１及び第２の実施の形態に係る燃料電池装置の負荷 切換回路図を示す。 燃料電池の起動時の第１の実施の形態に係る燃料電池装置の起動負荷回路図 を示す。 燃料電池の起動時の燃料電池初期状態を示すフローチャートである。 燃料電池の起動時の電圧上限可変の場合の燃料電池起動処理フローチャート である。 燃料電池の起動時の起動時負荷制御の一例を示す図である。 燃料電池の起動時の電流下限可変の場合の燃料電池起動処理フローチャートで ある。 燃料電池の起動時の電圧重視電流複合可変の場合の燃料電池起動処理フロ ーチャートである。 燃料電池の起動時の電流重視電圧複合可変の場合の燃料電池起動処理フロー チャートである。 燃料電池の起動時の電圧重視電流複合可変で負荷増加タイマー付きの場合の 燃料電池起動処理フローチャートである。 燃料電池の起動時の電圧、電流、電力の時間変化の例を示す図である。 燃料電池の起動処理有無での出力特性を示す図である。 燃料電池の起動時の第２の実施の形態に係る燃料電池装置を示す図である。
符号の説明
１ 燃料電池
３ コンバータ回路
７ システム制御部
９ 保護回路部
１０ 負荷
１１ 二次電池
１２ 循環ポンプ
１３ 高濃度燃料供給ポンプ
１４ 希釈溶液供給ポンプ
１５ 高濃度燃料タンク
１６ 希釈溶液タンク
１７ 燃料濃度管理用タンク
１８ 燃料電池装置


Claims (5)

  1. 燃料電池より負荷に対して電力を供給する燃料電池装置において、
    前記燃料電池の燃料循環が行われ、前記燃料電池からの電力が規定電力に達した状態である、前記燃料電池の定常状態を判断する判断手段と、
    前記燃料電池内の燃料温度を計測する計測手段と、
    前記燃料電池に供給するための燃料を貯留する燃料貯留手段と、
    前記判断手段で前記燃料電池の定常状態が判断された後、前記計測手段で計測された燃料温度に基づき、前記燃料貯留手段で貯留されている燃料の濃度を制御する制御手段と
    を有することを特徴とする燃料電池装置。
  2. 前記燃料貯留手段で貯留されている燃料の残量を、水位で検出する水位検出手段を有し、
    前記制御手段は、前記水位検出手段で検出された水位が所定水位より不足している場合、前記計測手段で計測された燃料温度と前記燃料電池の適正温度の温度差に基づき、前記燃料貯留手段で貯留されている燃料の濃度を制御する濃度制御手段を有する
    ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
  3. 前記濃度制御手段は、前記計測手段で計測された燃料温度が前記燃料電池の適正温度より低いと判断すると、高濃度燃料を前記燃料貯留手段に供給し、また前記計測手段で計測された燃料温度が前記燃料電池の適正温度よりと高いと判断すると、希釈溶液を前記燃料貯留手段に供給することを特徴とする請求項２記載の燃料電池装置。
  4. 燃料電池に供給するための燃料を貯留する燃料貯留手段を有し、
    燃料電池より負荷に対して電力を供給する燃料電池装置の制御装置において、
    前記燃料電池の燃料循環が行われると、前記燃料電池からの電力を計測し、当該電力が規定電力に達したときに、前記燃料電池の定常状態を判断する判断手段と、
    前記燃料電池内の燃料温度を計測させる計測手段と、
    前記判断手段で前記燃料電池の定常状態が判断された後、前記計測手段で計測された燃料温度に基づき、前記燃料貯留手段で貯留されている燃料の濃度を制御する制御手段と
    を有することを特徴とする制御装置。
  5. 燃料電池内の燃料温度を計測する計測手段と、
    前記燃料電池に供給するための燃料を貯留する燃料貯留手段とを有し、
    燃料電池より負荷に対して電力を供給する燃料電池装置の制御プログラムにおいて、
    前記燃料電池の燃料循環が行われると、前記燃料電池からの電力を計測し、当該電力が規定電力に達したときに、前記燃料電池の定常状態を判断する手順と、
    前記定常状態が判断された後、前記計測手段で計測された燃料温度に基づき、前記燃料貯留手段で貯留されている燃料の濃度を制御する手順と
    をコンピュータに実行させることを特徴とする燃料電池装置の制御プログラム。
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