JP2008140777A - 燃料電池システムおよびそれを含む輸送機器 - Google Patents

Abstract

【課題】迅速に通常運転に移行できる、燃料電池システムおよびそれを含む輸送機器を提供する。
【解決手段】自動二輪車１０は燃料電池システム１００を含む。燃料電池システム１００は、複数の燃料電池セル１０４を有するセルスタック１０２、セルスタック１０２に供給すべきメタノール水溶液を保持する水溶液タンク１１６、水溶液タンク１１６に水を供給する水ポンプ１４６、セルスタック１０２の電流値を検出する電流検出回路１６８、および燃料電池システム１００を制御するＣＰＵ１５８を含む。ＣＰＵ１５８は、セルスタック１０２の発電開始後に電流検出回路１６８によって検出される電流値が所定の電流値以上になれば水ポンプ１４６の駆動によって液量調整を開始させる。
【選択図】図４

Description

この発明は燃料電池システムおよびそれを含む輸送機器に関し、より特定的には、燃料水溶液を保持する燃料電池システムおよびそれを含む輸送機器に関する。

特許文献１には、水を保持する水保持手段から水溶液保持手段に水を供給する燃料電池システムが開示されている。
通常、このような燃料電池システムでは、水溶液保持手段の液位を所定の液位にするように水溶液保持手段に水が供給される。燃料電池の発電時には、燃料水溶液の循環供給等に伴って発電により発生した二酸化炭素や気化した燃料などの気体と燃料水溶液との混合物が水溶液保持手段に供給される。このため、水溶液保持手段に保持される燃料水溶液に泡が発生する。この場合、泡を含んだ水溶液保持手段の液位に基づいて所定の液位にするように水溶液保持手段に水が供給される。

また、このような燃料電池システムでは、たとえば前回の発電停止からの時間が短い場合、燃料水溶液が高温でありかつ燃料水溶液の濃度が均一である可能性が高く、定常的に発電可能な通常運転に迅速に移行可能であると期待できる。つまり、燃料水溶液が発電に好ましい状態である可能性が高く、迅速に通常運転に移行可能であると期待できる。
特開２００６−４６８０号公報

しかし、従来技術では、水溶液保持手段に保持される燃料水溶液に泡が発生していなければ泡を含まない実際の液位に基づいて水溶液保持手段に水が供給されてしまう。つまり、泡が発生していなければ泡が発生している状態よりも多くの水が供給されてしまう。このように泡が発生していなければ水溶液保持手段に大量の水が供給されるので、発電停止時の燃料水溶液が発電に好ましい状態であってもその状態を変化させてしまい、通常運転に移行するまでの時間が長くなってしまうという問題があった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、迅速に通常運転に移行できる、燃料電池システムおよびそれを含む輸送機器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、燃料電池に供給すべき燃料水溶液を保持する水溶液保持手段、水溶液保持手段に水を供給する水供給手段、水溶液保持手段における燃料水溶液の泡の発生に関する情報を取得する情報取得手段、および情報取得手段が取得する情報に基づいて水供給手段を制御する制御手段を備える、燃料電池システムが提供される。

この発明では、情報取得手段によって取得される泡の発生に関する情報に基づいて制御手段が水供給手段を制御することによって、水溶液保持手段に保持される燃料水溶液に泡を発生させた状態で水溶液保持手段に水を供給できる。このように泡を発生させた状態で水を供給することによって、泡が発生していない状態で水を供給する場合に比べて、水溶液保持手段の液位が目標の液位になるまでに水溶液保持手段に供給される水の量を少なくできる。したがって、泡が発生していない状態で水を供給する場合に比べて、燃料水溶液の状態の変化を抑えることができ、燃料水溶液が発電に好ましい状態である場合またはその状態に近い場合は燃料電池が定常的に発電可能な通常運転に迅速に移行できる。水溶液保持手段の液位を所定の液位にするように水溶液保持手段に水を供給する燃料電池システムでは、泡が発生していなければ燃料水溶液の液位（実際の液位）に基づいて大量の水が水溶液保持手段に供給されるので、燃料水溶液を発電に好ましい状態から大きく変化させるおそれがある。この発明は、泡を発生させた状態で水溶液保持手段に水を供給でき、発電に好ましい燃料水溶液の状態の変化を抑えることができるので、水溶液保持手段の液位を所定の液位にするように水溶液保持手段に水を供給する燃料電池システムに好適に用いられる。

なお、この明細書において「水溶液保持手段の液位」は、水溶液保持手段に保持される燃料水溶液に泡が発生していれば当該泡を含んだ液位を意味する。

好ましくは、水溶液保持手段の液位を検出する液位検出手段をさらに含み、制御手段は、情報取得手段が泡の発生に関する所定の情報を取得すれば液位検出手段の検出結果に基づいて水溶液保持手段の液位を所定の液位にするように水供給手段を制御する。この場合、十分な泡が発生していることを示す所定の情報を情報取得手段が取得すれば水溶液保持手段の液位を所定の液位にするように水溶液保持手段に水を供給する。これによって、燃料水溶液の状態の変化を抑えつつも水溶液保持手段の燃料水溶液が不足することを防止でき、燃料電池の発電を円滑に行うことができる。また、十分な泡を発生させた状態で所定の液位にするように水溶液保持手段に水を供給するので、泡が発生していない状態で水を供給した結果、液位が上昇しすぎるといった弊害を防止できる。すなわち、実際の液位が所定の液位である状態から泡が発生することによって、水溶液保持手段から泡があふれ出すことを防止できる。一方、十分な泡が発生していることを示す所定の情報を情報取得手段が取得するまでは、泡が発生していない状態で供給される本来の水の量よりも水溶液保持手段に供給する水の量を少なくする（水を供給しない場合も含む）。これによって燃料水溶液の状態の変化を抑えることができる。

なお、この明細書において「本来の水の量」とは、水溶液保持手段に保持される燃料水溶液に泡が発生していない状態において目標の液位になるまでに水溶液保持手段に供給される水の量をいう。

また好ましくは、制御手段は、情報取得手段が所定の情報を取得すれば水供給手段に水溶液保持手段への水の供給を開始させる。この場合、十分な泡が発生していることを示す所定の情報を情報取得手段が取得すれば水溶液保持手段への水の供給を開始する。このように十分な泡を発生させてから水の供給を開始することによって、水溶液保持手段に供給される水の量をより少なくできる。したがって、より確実に燃料水溶液の状態の変化を抑えることができる。

さらに好ましくは、情報取得手段は、燃料電池の出力電流と、燃料電池が発電を開始してからの経過時間と、燃料水溶液の発電開始時との温度差と、燃料水溶液の発電開始時との濃度差と、発電開始時から水溶液保持手段に供給された高濃度燃料の量とのうち少なくとも１つの検出結果に基づいて水溶液保持手段における泡の発生に関する情報を取得する。これにより泡の発生を円滑に検出することができる。

好ましくは、燃料水溶液の温度を検出する温度検出手段をさらに含み、制御手段は、発電開始前の温度検出手段の検出結果が閾値以上であれば情報取得手段が取得する情報に基づいて水供給手段を制御する。燃料水溶液が高温である場合は燃料水溶液が発電に好ましい状態である可能性が高い。この発明では、発電開始前の温度検出手段の検出結果が通常想定される外気温度よりも高い閾値以上であれば情報取得手段が取得する情報に基づいて水供給手段を制御する。このように燃料水溶液が発電に好ましい状態またはそれに近い状態であれば泡を発生させた状態で水溶液保持手段に水を供給することによって、当該燃料水溶液の状態の変化を抑えることができ、迅速に通常運転に移行できる。一方、温度検出手段の検出結果が閾値未満であって燃料水溶液が発電に好ましい状態ではない可能性が高い場合は、従来のように水溶液保持手段に水を供給することによって確実に通常運転に移行できる。

また好ましくは、燃料電池の発電開始を指示する指示手段、および前回の発電停止から指示手段による今回の発電開始指示までの時間を計時する計時手段をさらに含み、制御手段は、計時手段の計時結果が所定時間内であれば情報取得手段が取得する情報に基づいて水供給手段を制御する。前回の発電停止からの時間が短い場合は燃料水溶液が発電に好ましい状態である可能性が高い。この発明では、計時手段の計時結果が所定時間内であれば情報取得手段が取得する情報に基づいて水供給手段を制御する。このように燃料水溶液が発電に好ましい状態またはそれに近い状態であれば泡を発生させた状態で水溶液保持手段に水を供給することによって、当該燃料水溶液の状態の変化を抑えることができ、迅速に通常運転に移行できる。一方、計時手段の計時結果が所定時間を超えており燃料水溶液が発電に好ましい状態ではない可能性が高い場合は、従来のように水溶液保持手段に水を供給することによって確実に通常運転に移行できる。

さらに好ましくは、燃料水溶液の濃度を検出する濃度検出手段、燃料電池の発電開始を指示する指示手段、前回の発電停止から指示手段による今回の発電開始指示までの時間を計時する計時手段、および計時手段の計時結果が所定時間内であれば発電開始前に前回の発電停止時の濃度検出手段の検出結果に基づいて燃料水溶液の濃度を調整する濃度調整手段をさらに含む。この場合、計時手段の計時結果が所定時間内であれば前回の発電停止時に濃度検出手段が検出した濃度に基づいて濃度調整手段が発電開始前に燃料水溶液の濃度を調整する。前回の発電停止から所定時間内であれば、前回の発電停止時の濃度を現在の濃度と推定でき、燃料水溶液の濃度を検出せずとも発電開始前に簡単に燃料水溶液を発電に適した濃度に調整できる。このように燃料水溶液の濃度を調整することによって、燃料電池の発電効率を向上させることができ、より迅速に通常運転に移行できる。

好ましくは、燃料水溶液の温度を検出する温度検出手段をさらに含み、制御手段は、濃度調整手段による濃度調整後かつ燃料電池の発電開始前の温度検出手段の検出結果が閾値以上であれば情報取得手段が取得する情報に基づいて水供給手段を制御する。すなわち、情報取得手段が取得した情報に基づいて水供給手段を制御するか否かを濃度調整後かつ燃料電池の発電開始前の温度検出手段の検出結果に基づいて判定する。濃度調整によって燃料水溶液の温度が変化するおそれがあるので、濃度調整後かつ発電開始前の温度検出手段の検出結果を用いることによって情報取得手段が取得する情報に基づいて水供給手段を制御すべきか否かを適切に判定できる。

また、燃料電池、燃料電池に供給すべき燃料水溶液を保持する水溶液保持手段、水溶液保持手段に水を供給する水供給手段、および水溶液保持手段における燃料水溶液に泡が発生した後に水供給手段による水の供給が開始されるように水供給手段を制御する制御手段を備える、燃料電池システムが提供される。

この発明では、水溶液保持手段における燃料水溶液に泡が発生した後に水溶液保持手段への水の供給を開始することによって、泡が発生していない状態で水を供給する場合に比べて、水溶液保持手段の液位が目標の液位になるまでに水溶液保持手段に供給される水の量を少なくできる。したがって、泡が発生していない状態で水を供給する場合に比べて、燃料水溶液の状態の変化を抑えることができ、燃料水溶液が発電に好ましい状態である場合またはその状態に近い場合は燃料電池が定常的に発電可能な通常運転に迅速に移行できる。

輸送機器は、安定して運行できるようになるまでの時間ができるだけ短いことが望まれる。この発明の燃料電池システムによれば、燃料水溶液が発電に好ましい状態である場合またはその状態に近い場合、迅速に通常運転に移行でき、補機類ひいては輸送機器を迅速に安定して駆動できる。したがって、この発明の燃料電池システムは、輸送機器に好適に用いられる。

この発明によれば、迅速に通常運転に移行できる。

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、およびフロントフレーム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とともに板状部材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。リヤフレーム１８の一対の板状部材の上端部には、図示しないシートを設けるためのシートレール２０が固設されている。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、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、電動モータ４０（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の発電開始を指示するための開始ボタン３０ａ、およびセルスタック１０２の発電停止を指示するための停止ボタン３０ｂを含む。

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が回転自在に取り付けられている。

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）３６が揺動自在に取り付けられている。スイングアーム３６の後端部３６ａには、後輪３８に連結されかつ後輪３８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４０が内蔵されている。また、スイングアーム３６には、電動モータ４０に電気的に接続される駆動ユニット４２が内蔵されている。駆動ユニット４２は、電動モータ４０の回転駆動を制御するためのモータコントローラ４４、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４６を含む。

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４０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、セルスタック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。
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、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。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。水タンク１１８は、セルスタック１０２の電気化学反応に伴って生成される水を収容している。

燃料タンク１１４にはレベルセンサ１２０が装着され、水溶液タンク１１６にはレベルセンサ１２２が装着され、水タンク１１８にはレベルセンサ１２４が装着されている。レベルセンサ１２０，１２２および１２４は、それぞれたとえば図示しないフロートを有するフロートセンサであり、浮動するフロートの位置によってタンク内の液面の高さ（液位）を検出する。

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。

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。

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。

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、セルスタック１０２に供給されたメタノール水溶液の濃度（メタノール水溶液におけるメタノールの割合）に対応する濃度情報をメタノール水溶液の電気化学的特性を利用して検出する電圧センサ１５０が設けられている。電圧センサ１５０は、燃料電池（燃料電池セル）１０４の開回路電圧（Open Circuit Voltage）を検出し、その電圧値を電気化学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、セルスタック１０２に供給されたメタノール水溶液の濃度を検出する。また、セルスタック１０２のアノード入口Ｉ１付近には、セルスタック１０２に供給されたメタノール水溶液の温度を検出する温度センサ１５２が設けられている。

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１５４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，Ｐ１６は水の流路となる。

また、パイプＰ４の分岐部Ａ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が接続されている。パイプＰ１７には超音波センサ１５６が取り付けられている。超音波センサ１５６は、濃度に応じて超音波の伝播時間（伝播速度）が変化することを利用して、メタノール水溶液の濃度を検出するために用いられる。超音波センサ１５６は、発信部１５６ａと受信部１５６ｂとを含み、発信部１５６ａから発信した超音波を受信部１５６ｂで受信してパイプＰ１７内での超音波伝播時間を検出し、その伝播時間に相当する電圧値を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濃度を検出する。

パイプＰ１７には検出用バルブ１５７が接続され、検出用バルブ１５７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。濃度の検出時には検出用バルブ１５７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。濃度の検出後、検出用バルブ１５７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に現在の時刻を知らせるための時計回路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、自動二輪車１０を駆動する電動モータ４０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、ならびに電気回路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、ならびに電圧センサ１５０、温度センサ１５２、外気温度センサ１５４および超音波センサ１５６からの検出信号が入力される。ＣＰＵ１５８は、レベルセンサ１２０，１２２および１２４からの液位に対応する検出信号に基づいて各タンク内の液量を検出する。

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の開始ボタン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４６からの検出信号が入力される。

さらに、ＣＰＵ１５８には電圧検出回路１６６によって検出される電圧値および電流検出回路１６８によって検出される電流値が入力される。ＣＰＵ１５８は、入力された電圧値と電流値とを用いてセルスタック１０２の出力を算出する。

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１５７等の補機類が制御される。さらに、ＣＰＵ１５８によって、各種情報を表示し自動二輪車１０のドライバに各種情報を報知するための表示部２８ｂが制御される。

セルスタック１０２には二次電池１２６および駆動ユニット４２が接続される。二次電池１２６および駆動ユニット４２はリレー１７６を介して電動モータ４０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４０や補機類等に電力を与える。

電動モータ４０には、電動モータ４０の各種データを計測するためのメータ２８ａが接続される。メータ２８ａによって計測されたデータや電動モータ４０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。充電器２００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に充電器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。

記憶手段であるメモリ１６２には、図４および図５に示す動作を実行するためのプログラム、電圧センサ１５０によって得られた電気化学的な濃度情報（開回路電圧）を濃度に変換するための変換情報、超音波センサ１５６によって得られた物理的な濃度情報（伝播速度に対応する電圧）を濃度に変換するための変換情報、レベルセンサ１２２によって検出された水溶液タンク１１６内の液位と比較するための所定の液位、温度センサ１５２によって検出されたメタノール水溶液の温度と比較するための第１および第２閾値、電流検出回路１６８によって検出された電流値と比較するための所定の電流値、時計回路１６０によって得られた前回の発電停止時の時刻、電圧センサ１５０を用いて検出された前回の発電停止時のメタノール水溶液の濃度ならびに演算データ等が格納されている。

この実施形態では、水溶液タンク１１６が水溶液保持手段に相当し、水ポンプ１４６が水供給手段に相当し、ＣＰＵ１５８が制御手段に相当し、レベルセンサ１２２が液位検出手段に相当し、温度センサ１５２が温度検出手段に相当し、開始ボタン３０ａが指示手段に相当する。また、ＣＰＵ１５８が指示手段としても機能する。情報取得手段はＣＰＵ１５８と電流検出回路１６８とを含み、計時手段はＣＰＵ１５８と時計回路１６０とメモリ１６２とを含み、濃度検出手段は電圧センサ１５０とＣＰＵ１５８とを含み、濃度調整手段は燃料ポンプ１２８と水ポンプ１４６とＣＰＵ１５８とを含む。

ついで、燃料電池システム１００の基本的な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、二次電池１２６の蓄電量が所定量以下（たとえば蓄電率４０％以下）になるまたは開始ボタン３０ａが押されることを契機として、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。これとともに、ＯＮ／ＯＦＦ回路１７０のオンおよびリレー１７６の切り替えが行われ、電動モータ４０がセルスタック１０２および二次電池１２６に接続される。
発電開始後においては、二次電池１２６が満充電になるかまたは停止ボタン３０ｂが押されると、セルスタック１０２の発電が停止される。

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５０℃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５０℃以上で定常的に発電可能な通常運転に移行できる。セルスタック１０２の温度は、温度センサ１５２が検出したメタノール水溶液の温度によって確認できる。

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を含むメタノール水溶液は、上記電気化学反応に伴って熱せられる。当該二酸化炭素およびメタノール水溶液は、セルスタック１０２のアノード出口Ｉ２およびパイプＰ６を介してラジエータ１０８ａに与えられ冷却される。ファン１１０の駆動によってその冷却動作が促進される。そして、パイプＰ７を介して水溶液タンク１１６に戻される。つまり、水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液がセルスタック１０２に循環供給される。発電時には、セルスタック１０２からの二酸化炭素およびメタノール水溶液の還流、燃料タンク１１４からのメタノール燃料の供給ならびに水タンク１１８からの水の供給によって水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液に泡が発生する。レベルセンサ１２２のフロートは泡の発生に伴って上昇するので、発電時にレベルセンサ１２２によって検出される液位は実際のメタノール水溶液の液位よりも高くなる。つまり、発電時には泡を含んだ液位が水溶液タンク１１６内の液位として検出される。このために、発電時には水溶液タンク１１６内の液量が実際の液量よりも多いと認識される。

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は、パイプＰ１２を介してラジエータ１０８ｂに与えられてラジエータ１０８ｂで冷却され、その一部は温度が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促進される。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１０４ｃ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内の水は、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に適宜還流される。また、燃料タンク１１４内のメタノール燃料は、燃料ポンプ１２８の駆動によってパイプＰ１，Ｐ２を介して水溶液タンク１１６に適宜供給される。メタノール水溶液の濃度調整は電圧センサ１５０または超音波センサ１５６を用いて検出した水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液の濃度に基づいて行われる。

電圧センサ１５０では、異なる濃度毎の開回路電圧の差はメタノール水溶液の温度が高温の方が大きくなる。これは、メタノール水溶液の温度が高温の方が化学変化が活発になるからである。一方、超音波センサ１５６では、異なる濃度毎の電圧の差はメタノール水溶液の温度が低温になるほど大きくなる。これは、低温になるほどメタノールと水との超音波伝播速度の差が大きくなるからである。つまり、比較的高温では電圧センサ１５０を用いてメタノール水溶液の濃度を検出した方が検出精度が高くなり、比較的低温では超音波センサ１５６を用いてメタノール水溶液の濃度を検出した方が検出精度が高くなる。

この実施形態では、メタノール水溶液の温度がメモリ１６２に格納されている第１閾値（たとえば４５℃）以上であれば電圧センサ１５０を用いてメタノール水溶液の濃度を検出し、メタノール水溶液の温度が第１閾値未満であれば超音波センサ１５６を用いてメタノール水溶液の濃度を検出するものとする。

ついで、図４を参照して、燃料電池システム１００の主要動作について説明する。
まず、ステップＳ１において二次電池１２６の蓄電量が所定量以下となってまたは開始ボタン３０ａが押されてＣＰＵ１５８に発電開始指示が与えられると、ＣＰＵ１５８によって前回の発電停止から今回の発電開始指示までの時間（以下、経過時間という）が計時される（ステップＳ３）。

ステップＳ３では、メモリ１６２に格納されている前回の発電停止時の時刻と時計回路１６０から取得した発電開始指示時の時刻との差をＣＰＵ１５８が算出することによって、経過時間が計時される。

つづいて、経過時間が所定時間（たとえば２時間）内であるか否かがＣＰＵ１５８によって判定される（ステップＳ５）。経過時間が所定時間内である場合、ＣＰＵ１５８が燃料ポンプ１２８および水ポンプ１４６の少なくともいずれか一方を駆動させることによって、水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液がセルスタック１０２の電気化学反応（発電）に適した濃度（約３ｗｔ％）に調整される（ステップＳ７）。

後述するように、発電停止時には水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液の濃度が０．５ｗｔ％程度に薄くされる。これは発電停止後にカソード１０４ｃにクロスオーバーするメタノールを少なくするためである。ステップＳ７では、水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液を発電に適した濃度（約３ｗｔ％）に戻すために、メモリ１６２に格納されている前回の発電停止時の濃度に基づいて燃料ポンプ１２８を駆動させ、水溶液タンク１１６にメタノール燃料が供給される。

つづいて、温度センサ１５２によってメタノール水溶液の温度が検出され、温度センサ１５２の検出結果がメモリ１６２に格納されている第２閾値（たとえば５０℃）以上であるか否かがＣＰＵ１５８によって判定される（ステップＳ９）。温度センサ１５２の検出結果が第２閾値以上である場合、ＣＰＵ１５８はセルスタック１０２に発電を開始させる（ステップＳ１１）。

ステップＳ１１では、ＣＰＵ１５８が水溶液ポンプ１３６およびエアポンプ１３８を駆動させ、セルスタック１０２に発電を開始させる。セルスタック１０２の発電に伴ってセルスタック１０２に循環供給されるメタノール水溶液の濃度は薄くなる。そこで、ステップＳ１１以降では、メタノール水溶液の濃度の検出結果に基づいてＣＰＵ１５８が燃料ポンプ１２８を駆動させ、メタノール水溶液をステップＳ７で調整した濃度（約３ｗｔ％）に保つように水溶液タンク１１６にメタノール燃料が供給される。維持すべきメタノール水溶液の濃度は約３ｗｔ％と薄いので、濃度を維持するために水溶液タンク１１６に供給されるメタノール燃料は、水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液に対して少量である。したがって、水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液の温度はほとんど変化しない。

その後、電流検出回路１６８によって検出される電流値が所定の電流値（たとえば１０Ａ）以上になるまで待機する（ステップＳ１３）。電流検出回路１６８によって検出される電流値が所定の電流値以上になればメタノール水溶液の循環供給ひいてはセルスタック１０２の発電に伴って水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液に十分な泡が発生していると推定できる。つまり、電流検出回路１６８によって検出される電流値が泡の発生に関する情報としてＣＰＵ１５８によって取得され、所定の電流値（１０Ａ）が十分な泡が発生していることを示す所定の情報として設定されている。

そして、電流検出回路１６８によって検出される電流値が所定の電流値以上になれば、つまり、水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液に十分な泡が発生していると推定できれば、水溶液タンク１１６内の液位を所定の液位にするように図５に示す液量調整が行われる（ステップＳ１５）。所定の液位は水溶液タンク１１６内の液量がたとえば５００ｃｃになったときの液位に設定されている。

図５に示すように、液量調整では、まず、ＣＰＵ１５８の指示に従って水ポンプ１４６の駆動が開始される（ステップＳ１０１）。そして、レベルセンサ１２２によって検出される水溶液タンク１１６内の液位が所定の液位になるまで水ポンプ１４６の駆動が継続される（ステップＳ１０３）。その後、水の供給によって水溶液タンク１１６内の液位が所定の液位になれば水ポンプ１４６の駆動を停止し（ステップＳ１０５）、液量調整を終了する。つまり、水溶液タンク１１６内の液量が所定量（５００ｃｃ）になったと認識されれば液量調整を終了する。

図４に戻って、ステップＳ１３からステップＳ１５に進む場合、メタノール水溶液の循環供給ひいてはセルスタック１０２の発電に伴って水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液には十分な泡が発生している。したがって、レベルセンサ１２２によって検出される液位は当該泡の分だけ上昇し、水溶液タンク１１６内の液量は実際の液量よりも多いと認識される。このことから、ステップＳ１５で水溶液タンク１１６に供給される水の量は、発電開始前の状態（水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液に泡が発生していない状態）で液量調整を行う場合に比べて少なくなる。

つづいて、通常運転に移行する（ステップＳ１７）。ステップＳ１７以降では、液量調整が一定の間隔で行われるとともにメタノール水溶液を発電に適した濃度に保つように一定の間隔で濃度調整が行われる。つまり、通常運転では、水溶液タンク１１６内の液量を制御しつつメタノール水溶液の濃度を制御し、セルスタック１０２の発電が行われる。

その後、ステップＳ１９において二次電池１２６が満充電になってまたは停止ボタン３０ｂが押されてＣＰＵ１５８に発電停止指示が与えられると、発電停止処理が行われる（ステップＳ２１）。

ステップＳ２１では、ＣＰＵ１５８が水ポンプ１４６を駆動させることによって水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液の濃度が薄くされる（約０．５ｗｔ％）。または、メタノール水溶液の濃度が薄くなるまで発電が継続される。これによって発電停止後にカソード１０４ｃにクロスオーバーするメタノールを少なくできる。そして、水溶液ポンプ１３６およびエアポンプ１３８が停止され、セルスタック１０２の発電が停止される。その後、水溶液ポンプ１３６およびエアポンプ１３８を停止したときの時刻が前回の発電停止時の時刻としてメモリ１６２に格納される。また、このときのメタノール水溶液の濃度が電圧センサ１５０を用いて検出され、検出された濃度が前回の発電停止時の濃度としてメモリ１６２に格納される。

一方、ステップＳ９で温度センサ１５２の検出結果が第２閾値未満であれば、ＣＰＵ１５８によって温度センサ１５２の検出結果が第１閾値（４５℃）以上であるか否かが判定される（ステップＳ２３）。温度センサ１５２の検出結果が第１閾値以上である場合、ＣＰＵ１５８は、上述のステップＳ１１と同様に液量調整を行う前にセルスタック１０２に発電を開始させる（ステップＳ２５）。その後、温度センサ１５２の検出結果が第２閾値（５０℃）以上になるまでは待機する（ステップＳ２７）。メタノール水溶液の温度が第２閾値以上になれば上述のステップＳ１３と同様に電流検出回路１６８によって検出される電流値が所定の電流値（１０Ａ）以上になるまで待機する（ステップＳ２９）。電流値が所定の電流値以上になれば上述のステップＳ１５と同様に図５に示す液量調整を行い（ステップＳ３１）、ステップＳ１７に進む。

ステップＳ１３からステップＳ１５に進む場合と同様に、ステップＳ２９からステップＳ３１に進む場合も水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液には十分な泡が発生している。したがって、ステップＳ３１で水溶液タンク１１６に供給される水の量も発電開始前の状態で液量調整を行う場合に比べて少なくなる。

一方、ステップＳ２３で温度センサ１５２の検出結果が第１閾値未満であれば、発電開始前に図５に示す液量調整が行われる（ステップＳ３３）。ステップＳ５で経過時間が所定時間を超えている場合についても同様にステップＳ３３に進む。

前回の発電停止後しばらくすると水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液に発生していた泡は消えるので、ステップＳ３３では水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液に泡が発生していない。したがって、ステップＳ３３では、泡を含まない実際の液位から所定の液位にするように水溶液タンク１１６に水が供給されてしまう。つまり、ステップＳ３３では本来の水の量が供給されてしまう。したがって、ステップＳ３３で供給される水の量（本来の水の量）はステップＳ１５およびＳ３１で供給される水の量に比べて大幅に多くなる。

つづいて、メタノール水溶液を昇温用の濃度に調整する昇温用濃度調整が行われる（ステップＳ３５）。セルスタック１０２の昇温時間を短縮するためにはメタノール水溶液の濃度を高くすることが効果的である。ステップＳ３５では、水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液の濃度がたとえば５ｗｔ％程度になるように水溶液タンク１１６にメタノール燃料が供給される。

つづいて、ＣＰＵ１５８が水溶液ポンプ１３６およびエアポンプ１３８を駆動させ、メタノール水溶液の濃度を濃くした状態でセルスタック１０２に発電を開始させる（ステップＳ３７）。その後、一定の間隔で液量調整を行って水溶液タンク１１６内の液量を所定量に保ちつつ一定の間隔で昇温用濃度調整を行ってメタノール水溶液を昇温用の濃度に保ち、温度センサ１５２の検出結果が第２閾値（５０℃）以上になるまで待機する（ステップＳ３９）。ステップＳ３３の液量調整によって水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液の温度は外気温度に近くなっているので、ステップＳ３９での待機時間はステップＳ１３での待機時間、ならびにステップＳ２７およびＳ２９での待機時間よりも大幅に長くなる。その後、メタノール水溶液の温度が第２閾値以上になればステップＳ１７に進み、水溶液タンク１１６内の液量を所定量に保つとともにメタノール水溶液を発電に適した濃度に保ちつつ発電が行われる。

なお、ステップＳ１３，Ｓ２７，Ｓ２９およびＳ３９がＹＥＳになるまでの時間（待機時間）が所定時間以上になればエラーとして別の処理を実行するようにしてもよい。

このような燃料電池システム１００では、水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液に泡を発生させた状態で液量調整できる。つまり、水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液に泡を発生させた状態で水溶液タンク１１６に水を供給できる。このように泡を発生させた状態で水を供給することによって、泡が発生していない状態で水を供給する場合に比べて水溶液タンク１１６内の液位が所定の液位（目標の液位）になるまでに水溶液タンク１１６に供給される水の量を少なくできる。したがって、泡が発生していない状態で水を供給する場合に比べて、メタノール水溶液の状態の変化を抑えることができ、メタノール水溶液が発電に好ましい状態である場合またはその状態に近い場合は通常運転に迅速に移行できる。

電流検出回路１６８によって検出される電流値が所定の電流値（ここでは１０Ａ）になるまでは水溶液タンク１１６への水の供給を開始しないので、水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液に十分な泡を発生させてから水の供給を開始できる。したがって、水溶液タンク１１６に供給される水の量をより少なくでき、より確実にメタノール水溶液の状態の変化を抑えることができる。

電流検出回路１６８によって検出される電流値が所定の電流値になれば所定の液位にするように液量調整を行うことによって、メタノール水溶液の状態の変化を抑えつつも水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液が不足することを防止でき、セルスタック１０２の発電を円滑に行うことができる。また、十分な泡を発生させた状態で液量調整を行うことによって、泡が発生していない状態で水を供給した結果、水溶液タンク１１６内の液位が上昇しすぎるといった弊害を防止できる。すなわち、メタノール水溶液の液位（実際の液位）が所定の液位である状態から泡が発生することによって、水溶液タンク１１６から泡があふれ出すことを防止できる。

経過時間が短い場合やメタノール水溶液が高温である場合はメタノール水溶液が発電に好ましい状態である可能性が高いので、経過時間が所定時間（ここでは２時間）内でありかつ水溶液保持手段の温度が第１閾値（ここでは４５℃）以上である場合に十分な泡を発生させてから液量調整が行われる。このようにメタノール水溶液が発電に好ましい状態またはそれに近い状態であれば泡を発生させた状態で水溶液タンク１１６に水を供給することによって、当該メタノール水溶液の状態の変化を抑えることができ、迅速に通常運転に移行できる。一方、経過時間が所定時間を超えている場合やメタノール水溶液の温度が第１閾値未満である場合は、液量調整と昇温用濃度調整とを行ってから発電を開始することによって、確実に通常運転に移行できる。

経過時間が所定時間内である場合、前回の発電停止時の濃度を現在のメタノール水溶液の濃度と推定でき、濃度を検出せずとも発電開始前に簡単にメタノール水溶液をセルスタック１０２の発電に適した濃度に調整できる。このようにメタノール水溶液の濃度を調整することによって、セルスタック１０２の発電効率を向上させることができ、より迅速に通常運転に移行できる。

濃度調整によってメタノール水溶液の温度が変化するおそれがあるので、濃度調整後かつ発電開始前の温度センサ１５２の検出結果を用いることによって液量調整の前に発電を開始するか否かを適切に判定できる。

この発明によれば、泡を発生させた状態で水溶液タンク１１６に水を供給でき、発電に好ましいメタノール水溶液の状態の変化を抑えることができるので、水溶液タンク１１６内の液位を所定の液位にするために水溶液タンク１１６に大量の水が供給されるおそれのある燃料電池システム１００に好適に用いられる。

燃料電池システム１００によれば、メタノール水溶液が発電に好ましい状態である場合またはその状態に近い場合、迅速に通常運転に移行でき、補機類や電動モータ４０を迅速に安定して駆動できる。したがって、燃料電池システム１００は、起動から安定して走行できるようになるまでの時間ができるだけ短いことが望まれる自動二輪車１０に好適に用いられる。

なお、上述の実施形態では、電流検出回路１６８によって検出される電流値が所定の電流値（ここでは１０Ａ）になるまでは液量調整をしない（水ポンプ１４６を駆動しない）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。電流値が所定の電流値未満であっても、泡が発生していない状態において所定の液位になるまでに供給される水の量（本来の水の量）よりも少なくなるように水溶液タンク１１６に水を供給してもよい。この場合、たとえば、所定の電流値になるまでは所定の液位よりも低い液位で水の供給を停止すればよい。また、検出される液位にたとえば泡による液位の上昇分を加算し、加算後の液位が所定の液位になれば水の供給を停止するようにしてもよい。このようにして、本来の水の量よりも少なくなるように水溶液タンク１１６に水を供給できる。
このように水の供給量を少なくする（供給しない場合も含む）ことによって、メタノール水溶液の状態の変化を抑えることができる。

また、上述の実施形態では、所定の液位にするように水溶液タンク１１６に水を供給する場合について説明したが、水の供給によって到達させるべき液位（目標液位）は可変であってもよい。

また、図４に示す動作のステップＳ５において、経過時間が所定時間内であれば、発電開始前の温度センサ１５２の検出結果が第１閾値未満であっても液量調整の前に発電を開始してもよい。これによれば、液量調整時に水溶液タンク１１６に泡を発生させた状態で水を供給することができる。

さらに、発電開始前の温度センサ１５２の検出結果が第１閾値以上であれば、経過時間が所定時間を超えていても液量調整の前に発電を開始してもよい。これによれば、液量調整時に水溶液タンク１１６に泡を発生させた状態で水を供給することができる。

なお、上述の実施形態では、発電停止時にメタノール水溶液の濃度を薄く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。発電停止時にメタノール水溶液の濃度を変更しないようにしてもよい。この場合、経過時間が所定時間内であれば発電開始前にメタノール水溶液の濃度を調整せずともよい。

また、上述の実施形態では、第１閾値を４５℃、第２閾値を５０℃に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。第２閾値は通常運転に移行可能な温度以上であれば任意に設定でき、第１閾値は第２閾値未満でありかつ通常想定される外気温度以上であれば任意に設定できる。

また、上述の実施形態では、所定時間を２時間に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。クロスオーバーや気化等によって、水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液の濃度にばらつきが生じない範囲でありかつ水溶液タンク１１６内の液量が大幅に減少しない範囲であれば所定時間は任意に設定できる。

さらに、上述の実施形態では、泡の発生に関する所定の情報である所定の電流値が１０Ａ（アンペア）に設定されてい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。十分な泡が発生していると推定できれば所定の情報として任意の電流値を設定できる。

なお、上述の実施形態では、セルスタック１０２の電流値を泡の発生に関する情報として取得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。
たとえば、泡の発生に関する情報として発電開始からの時間を取得するようにしてもよい。このように発電開始からの時間を取得することによって、セルスタック１０２の発電状態ひいては泡の発生状態を推定できる。この場合、情報取得手段はＣＰＵ１５８と時計回路１６０とを含む。所定の情報となる時間は既定値であってもよいしメタノール水溶液の温度に応じて変更される可変値であってもよい。所定の情報となる時間がメタノール水溶液の温度に応じて変更される場合は、情報取得手段に温度センサ１５２がさらに含まれる。

また、泡の発生に関する情報として発電開始時と現在とのメタノール水溶液の温度差を取得するようにしてもよい。このようにメタノール水溶液の温度差を取得することによって、セルスタック１０２の発電状態ひいては泡の発生状態を推定できる。この場合、情報取得手段は温度センサ１５２とＣＰＵ１５８とを含む。

また、通常運転に移行するまでに水溶液タンク１１６にメタノール燃料を供給（追加）しない場合、泡の発生に関する情報として発電開始時と現在とのメタノール水溶液の濃度差を取得するようにしてもよい。このようにメタノール水溶液の濃度差を取得することによって、セルスタック１０２の発電状態ひいては泡の発生状態を推定できる。この場合、情報取得手段は電圧センサ１５０とＣＰＵ１５８とを含む。

さらに、通常運転に移行するまでにメタノールの消費量に応じて水溶液タンク１１６にメタノール燃料を供給（追加）する場合、泡の発生に関する情報として発電開始からの燃料ポンプ１２８の駆動時間ひいては発電開始からの燃料の供給量（追加量）を取得するようにしてもよい。このように、メタノール燃料の追加量を取得することによって、セルスタック１０２の発電状態ひいては泡の発生状態を推定できる。この場合、情報取得手段はＣＰＵ１５８と時計回路１６０とを含む。
泡の発生に関する情報としてこれらの情報を用いれば、泡の発生を円滑に検出できる。

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。

上述の実施形態では、燃料としてメタノールを、燃料水溶液としてメタノール水溶液を用いたが、これに限定されず、燃料としてエタノール等のアルコール系燃料、燃料水溶液としてエタノール水溶液等のアルコール系水溶液を用いてもよい。

また、この発明は、液体燃料を用いるものであれば、据え付けタイプの燃料電池システムにも適用でき、さらに、パーソナルコンピュータ、携帯機器、小型電子機器等に搭載される可搬型の燃料電池システムにも適用できる。

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。 この発明の動作の一例を示すフロー図である。 液量調整動作の一例を示すフロー図である。

符号の説明

１０ 自動二輪車
３０ａ 開始ボタン
３０ｂ 停止ボタン
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）
１１６ 水溶液タンク
１１８ 水タンク
１２０，１２２，１２４ レベルセンサ
１２８ 燃料ポンプ
１４２ コントローラ
１４６ 水ポンプ
１５０ 電圧センサ
１５２ 温度センサ
１５６ 超音波センサ
１５８ ＣＰＵ
１６０ 時計回路
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、
   前記燃料電池に供給すべき燃料水溶液を保持する水溶液保持手段、
   前記水溶液保持手段に水を供給する水供給手段、
   前記水溶液保持手段における前記燃料水溶液の泡の発生に関する情報を取得する情報取得手段、および
   前記情報取得手段が取得する情報に基づいて前記水供給手段を制御する制御手段を備える、燃料電池システム。
2. 前記水溶液保持手段の液位を検出する液位検出手段をさらに含み、
   前記制御手段は、前記情報取得手段が前記泡の発生に関する所定の情報を取得すれば前記液位検出手段の検出結果に基づいて前記水溶液保持手段の液位を所定の液位にするように前記水供給手段を制御する、請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記制御手段は、前記情報取得手段が前記所定の情報を取得すれば前記水供給手段に前記水溶液保持手段への前記水の供給を開始させる、請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記情報取得手段は、前記燃料電池の出力電流と、前記燃料電池が発電を開始してからの経過時間と、前記燃料水溶液の発電開始時との温度差と、前記燃料水溶液の発電開始時との濃度差と、発電開始時から前記水溶液保持手段に供給された高濃度燃料の量とのうち少なくとも１つの検出結果に基づいて前記水溶液保持手段における前記泡の発生に関する情報を取得する、請求項１に記載の燃料電池システム。
5. 前記燃料水溶液の温度を検出する温度検出手段をさらに含み、
   前記制御手段は、発電開始前の前記温度検出手段の検出結果が閾値以上であれば前記情報取得手段が取得する情報に基づいて前記水供給手段を制御する、請求項１に記載の燃料電池システム。
6. 前記燃料電池の発電開始を指示する指示手段、および
   前回の発電停止から前記指示手段による今回の発電開始指示までの時間を計時する計時手段をさらに含み、
   前記制御手段は、前記計時手段の計時結果が所定時間内であれば前記情報取得手段が取得する情報に基づいて前記水供給手段を制御する、請求項１に記載の燃料電池システム。
7. 前記燃料水溶液の濃度を検出する濃度検出手段、
   前記燃料電池の発電開始を指示する指示手段、
   前回の発電停止から前記指示手段による今回の発電開始指示までの時間を計時する計時手段、および
   前記計時手段の計時結果が所定時間内であれば発電開始前に前回の発電停止時の前記濃度検出手段の検出結果に基づいて前記燃料水溶液の濃度を調整する濃度調整手段をさらに含む、請求項１に記載の燃料電池システム。
8. 前記燃料水溶液の温度を検出する温度検出手段をさらに含み、
   前記制御手段は、前記濃度調整手段による濃度調整後かつ前記燃料電池の発電開始前の前記温度検出手段の検出結果が閾値以上であれば前記情報取得手段が取得する情報に基づいて前記水供給手段を制御する、請求項７に記載の燃料電池システム。
9. 燃料電池、
   前記燃料電池に供給すべき燃料水溶液を保持する水溶液保持手段、
   前記水溶液保持手段に水を供給する水供給手段、および
   前記水溶液保持手段における前記燃料水溶液に泡が発生した後に前記水供給手段による前記水の供給が開始されるように前記水供給手段を制御する制御手段を備える、燃料電池システム。
10. 請求項１に記載の燃料電池システムを含む、輸送機器。

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