JP2008270191A - 燃料電池システムおよびその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】オペレータにとっての利便性を向上できる、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】自動二輪車１０に搭載される燃料電池システム１００は、セルスタック１０２、セルスタック１０２によって充電される二次電池１２６、ＣＰＵ１４８を有するコントローラ１３８を含む。メインスイッチ１４２からの運転停止指示後、ＣＰＵ１４８は、電圧検出回路４６ａおよび電流検出回路４６ｂからの検出信号に基づいて検出した二次電池電圧および充電電流と、メモリ１５２に記憶されている充電時間推定テーブルとに基づいて、二次電池１２６の蓄電率が目標値に達するまでの充電時間を推定する。ＣＰＵ１４８によって推定された充電時間は表示部２８ｂに表示される。
【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、燃料電池によっ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。

一般に、燃料電池および二次電池の少なくともいずれか一方から外部負荷に電力を供給する燃料電池システムが知られている。たとえば特許文献１には、次回の運転を確実に維持できるように、運転停止指示後に二次電池の蓄電量が目標値に達するまで燃料電池によって二次電池を充電する燃料電池システムが開示されている。

特許文献１の技術のように運転停止指示後に充電を行う場合、異常の発生に伴う燃料電池システムの故障を防止するために、オペレータは充電が終了するまで燃料電池システムの傍らで充電動作を監視していた。
特開平１０−４０９３１号公報

しかし、特許文献１の技術では、オペレータは運転停止指示後の充電がいつ終了するのかわからない状態で待機しなければならなかった。このために、次の予定を立てることができず、オペレータにとっての利便性が悪かった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、オペレータにとっての利便性を向上できる、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、二次電池の蓄電量に関する蓄電情報を検出する蓄電情報検出手段、二次電池を流れる電流に関する電流情報を検出する電流情報検出手段、蓄電情報検出手段の検出結果と電流情報検出手段の検出結果とに基づいて二次電池の蓄電量が目標値に達するまでの充電時間を推定する第１推定手段、および第１推定手段の推定結果を報知する報知手段を備える、燃料電池システムが提供される。

また、燃料電池と燃料電池によって充電される二次電池とを含む燃料電池システムの運転方法であって、燃料電池によって二次電池を充電する工程、二次電池の蓄電量に関する蓄電情報を検出する工程、二次電池を流れる電流に関する電流情報を検出する工程、検出された蓄電情報と検出された電流情報とに基づいて二次電池の蓄電量が目標値に達するまでの充電時間を推定する工程、および推定された充電時間を報知する工程を備える、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、二次電池の蓄電量に関する蓄電情報と二次電池を流れる電流に関する電流情報とに基づいて二次電池の蓄電量が目標値に達するまでの充電時間を推定し、推定した充電時間をオペレータに報知できる。したがって、運転停止指示後の充電中にオペレータは次の予定を立てることができるようになり、オペレータにとっての利便性を向上できる。

好ましくは、燃料電池に外部負荷を接続する接続状態と燃料電池に外部負荷を接続しない非接続状態とのいずれか一方に設定する設定手段をさらに含み、第１推定手段は、設定手段によって非接続状態に設定された後に充電時間を推定する。モータ等の外部負荷は消費電力の変動が大きいので、燃料電池に外部負荷を接続する接続状態では二次電池を流れる電流の変動も大きくなる。これに比べて、燃料電池に外部負荷を接続しない非接続状態では、各種ポンプ等の補機類によって燃料電池の発電のための電力が消費されるのみであるので、二次電池を流れる電流の変動も小さい。したがって、非接続状態に設定された後に充電時間を推定することによって、二次電池を流れる電流の変動が小さい状態で充電時間を推定でき、推定結果の信頼性を向上させることができる。

燃料電池システムは、燃料電池の温度が上昇し所定温度に達すれば燃料電池が定常的に発電可能な通常運転に移行する。燃料電池システムが所定温度に達する前では、補機類に二次電池から電力が供給され、二次電池の蓄電量は一旦小さくなる。その後、燃料電池の温度が上昇することによって、燃料電池の出力で補機類の消費電力を賄いつつ二次電池を充電できるようになり、二次電池の蓄電量が大きくなる。

この発明は好ましくは、燃料電池の温度を検出する温度検出手段、燃料電池の出力を記憶する第１記憶手段、および燃料電池の温度と燃料電池の出力と燃料電池の温度が目標温度に達するまでの回復時間との対応関係を示す回復時間推定テーブルを記憶する第２記憶手段をさらに含む。そして、温度検出手段の検出結果が所定温度未満である場合、第１推定手段は、温度検出手段の検出結果と第１記憶手段に記憶される出力と第２記憶手段に記憶される回復時間推定テーブルとに基づいて回復時間を推定し、第１記憶手段に記憶される出力に基づいて電流情報を検出し、検出された電流情報と推定された回復時間と蓄電情報検出手段の検出結果とに基づいて充電時間を推定し、推定された回復時間に推定された充電時間を加算した値を推定結果とする。すなわち、燃料電池の温度が所定温度未満である場合、燃料電池の温度と第１記憶手段に記憶された燃料電池の出力と予め準備されている回復時間推定テーブルとに基づいて燃料電池の温度が目標温度に達するまでの回復時間を推定する。そして、第１記憶手段に記憶された燃料電池の出力に基づいて二次電池を流れる電流に関する電流情報を算出する。検出された電流情報と推定された回復時間と二次電池の蓄電量に関する蓄電情報とに基づいて二次電池の蓄電量が目標値に達するまでの充電時間を推定する。そして、推定された回復時間に推定された充電時間を加算し、これを推定結果として報知する。これによって、燃料電池が所定温度未満であっても運転停止指示後の充電時間を報知できる。つまり、燃料電池システムが通常運転でなくても運転停止指示後の充電時間を報知できる。

また好ましくは、目標値は、燃料電池が定常的に発電できる通常運転に移行可能な値よりも大きな第１目標値および第１目標値未満の第２目標値を含む。この場合、二次電池の蓄電量が第１目標値に達するまでの充電時間と、二次電池の蓄電量が第２目標値に達するまでの充電時間とを推定する。そして、これらの２つの充電時間をオペレータに報知する。これによって、いずれの充電時間で運転停止指示後の充電を終了するのかをオペレータに選択させることができ、オペレータにとっての利便性をより一層向上できる。

さらに好ましくは、第２目標値は通常運転に移行可能な値に設定される。このように第２目標値を次回の運転時に通常運転に移行可能な必要最低限の値に設定することによって、必要最低限の充電時間（最低充電時間）を報知できる。

好ましくは、第２目標値は、所定電流で二次電池を充電可能な外部電源による充電の場合と燃料電池による充電の場合とで二次電池を流れる電流が等しくなる値に設定される。燃料電池による充電の場合、二次電池の蓄電量が大きくなるにつれて、二次電池の電圧が大きくなり、二次電池を流れる電流が小さくなる。これに対して商用電源等である外部電源では、所定電流で二次電池を充電できる。このために、蓄電量が大きくなれば燃料電池による充電よりも外部電源による充電の方が二次電池を流れる電流が大きくなり、充電時間を短縮できる。上述のように、燃料電池による充電の場合と外部電源による充電の場合とで二次電池を流れる電流が等しくなる値に第２目標値が設定されると、それ以降に燃料電池による充電と外部電源による充電とで二次電池を流れる電流が逆転する値に第２目標値を設定でき、外部電源による充電に切り替えるべき充電時間（切り替え充電時間）を報知できる。

また好ましくは、所定電流で二次電池を充電可能な外部電源による充電の場合の充電時間を蓄電情報検出手段の検出結果と所定電流とに基づいて推定する第２推定手段をさらに含み、報知手段は、第１推定手段の推定結果と第２推定手段の推定結果とを報知する。このように燃料電池による充電の場合の充電時間と外部電源による充電の場合の充電時間とをオペレータに報知することによって、いずれの方法で充電するのかをオペレータに選択させることができ、オペレータにとっての利便性をより一層向上できる。

さらに好ましくは、外部電源が接続されているか否かを判定する接続判定手段、第１推定手段の推定結果と第２推定手段の推定結果とを比較する比較手段、および接続判定手段の判定結果と比較手段の比較結果とに基づいて燃料電池による充電から外部電源による充電に切り替える切り替え手段をさらに含む。この場合、外部電源による充電の方が燃料電池による充電よりも充電時間が短ければ、燃料電池による充電から外部電源による充電に自動的に切り替える。これによって、運転停止指示後の充電時間を短縮できる。

通常、輸送機器のドライバは、目的地に到着後の予定を目的地に到着する以前に立てていると考えられる。このために輸送機器のドライバにとって目的地に到着後に充電がいつ終わるのかわからない状態で待機するのは特に負担が大きい。この発明によれば充電時間を報知できるので、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。

この発明において、二次電池の「蓄電量に関する蓄電情報」とは、二次電池の蓄電量と一定の関連性を有する情報をいい、たとえば蓄電量そのもの、蓄電率および二次電池電圧等が該当する。

この発明によれば、オペレータにとっての利便性を向上できる。

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、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、表示部２８ｂに表示される充電時間を切り替えるための表示切り替えボタン３０ａ、および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）の充電状態を検出するための検出ユニット４６を含む。検出ユニット４６は、二次電池１２６の両端電圧を検出するための電圧検出回路４６ａ、および二次電池１２６を流れる電流を検出するための電流検出回路４６ｂを含む（図３参照）。

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、タンク内の液面の高さ（液位）を検出する。

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、リチウムイオン電池等である二次電池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１３８（後述）の指示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。

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１３２およびエアポンプ１３４が収納されている。エアポンプ１３４の左側にはエアチャンバ１３６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１３８および水ポンプ１４０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１４２が設けられている。メインスイッチ１４２がオンされることによってコントローラ１３８に運転開始指示が与えられ、メインスイッチ１４２がオフされることによってコントローラ１３８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１３２とはパイプＰ３によって連通され、水溶液ポンプ１３２とセルスタック１０２とはパイプＰ４によって連通されている。パイプＰ４はセルスタック１０２のアノード入口Ｉ１に接続されている。水溶液ポンプ１３２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１４４が設けられている。電圧センサ１４４は、燃料電池１０４の開回路電圧を検出し、その電圧値を電気化学的な濃度情報とする。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１４６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Ｐ５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Ｐ６によって連通されている。パイプＰ５はセルスタック１０２のアノード出口Ｉ２に接続されている。
上述したパイプＰ１〜Ｐ６は主として燃料の流路となる。

また、エアチャンバ１３６にはパイプＰ７が接続され、エアチャンバ１３６とエアポンプ１３４とはパイプＰ８によって連通され、エアポンプ１３４とセルスタック１０２とはパイプＰ９によって連通されている。パイプＰ９はセルスタック１０２のカソード入口Ｉ３に接続されている。エアポンプ１３４を駆動させることによってセルスタック１０２に外部からの空気が供給される。

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Ｐ１０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Ｐ１１によって連通され、水タンク１１８にはパイプ（排気管）Ｐ１２が設けられている。パイプＰ１０はセルスタック１０２のカソード出口Ｉ４に接続されている。パイプＰ１２は水タンク１１８の排気口に設けられ、セルスタック１０２からの排気を外部に排出する。
上述したパイプＰ７〜Ｐ１２は主として酸化剤の流路となる。

また、水タンク１１８と水ポンプ１４０とはパイプＰ１３によって連通され、水ポンプ１４０と水溶液タンク１１６とはパイプＰ１４によって連通されている。
上述したパイプＰ１３，Ｐ１４は水の流路となる。

さらに、水溶液タンク１１６とキャッチタンク１３０とはパイプＰ１５，Ｐ１６によって連通され、キャッチタンク１３０とエアチャンバ１３６とはパイプＰ１７によって連通されている。
上述したパイプＰ１５〜Ｐ１７は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１３８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ＣＰＵ１４８、ＣＰＵ１４８にクロック信号を与えるクロック回路１５０、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記憶（格納）する、たとえばＥＥＰＲＯＭからなるメモリ１５２、電動モータ４０にセルスタック１０２を接続する電気回路１５４における電圧を検出するための電圧検出回路１５６、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１５８、電気回路１５４を開閉するためのＯＮ／ＯＦＦ回路１６０、電気回路１５４に設けられるダイオード１６２、ならびに電気回路１５４に所定の電圧を供給するための電源回路１６４を含む。

このようなコントローラ１３８のＣＰＵ１４８には、電源をオン／オフするためのメインスイッチ１４２、ならびに入力部２８ｃの表示切り替えボタン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、ＣＰＵ１４８には、レベルセンサ１２０，１２２，１２４、電圧センサ１４４および温度センサ１４６からの検出信号が入力される。ＣＰＵ１４８は、レベルセンサ１２０，１２２および１２４からの検出信号に基づいて燃料タンク１１４、水溶液タンク１１６および水タンク１１８の液量を検出し、電圧センサ１４４から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し、温度センサ１４６からの検出信号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温度をセルスタック１０２の温度として検出する。

また、ＣＰＵ１４８には、電圧検出回路１５６および電流検出回路１５８からの検出信号が入力される。ＣＰＵ１４８は、電圧検出回路１５６からの検出信号に基づいて電気回路１５４ひいてはセルスタック１０２の電圧（以下、セルスタック電圧という）を検出し、電流検出回路１５８からの検出信号に基づいてセルスタック１０２を流れる電流（以下、セルスタック電流という）を検出する。ＣＰＵ１４８は、検出したセルスタック電圧とセルスタック電流とを用いてセルスタック１０２の出力を算出する。

さらに、ＣＰＵ１４８には、インターフェイス回路１６６を介して電圧検出回路４６ａおよび電流検出回路４６ｂからの検出信号が入力される。ＣＰＵ１４８は、電圧検出回路４６ａからの検出信号に基づいて二次電池１２６の両端電圧（以下、二次電池電圧という）を検出し、電流検出回路４６ｂからの検出信号に基づいて二次電池１２６を流れる電流（以下、充電電流という）を検出する。つまり、ＣＰＵ１４８は、充電電流に関する電流情報として、電流検出回路４６ｂからの検出信号に基づいて二次電池１２６を流れる電流を直接的に検出する。

二次電池１２６は、セルスタック１０２の出力を補完するためのものであり、セルスタック１０２に並列的に接続されている。二次電池１２６は、セルスタック１０２または外部電源２０２（後述）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供給する。二次電池１２６は所定の容量（ここでは２０Ａｈ：充電電流２Ａで１０時間充電することによって蓄電率が１００％になることを意味する）を有する。

表１の二次電池の蓄電率と二次電池電圧との対応関係を示す蓄電率／電池電圧対応テーブルに示すように、二次電池１２６では、充電が進むにつれて蓄電率とともに二次電池電圧が大きくなる。

このように蓄電率とともに二次電池電圧が大きくなるので、図４に示すように、二次電池１２６を所定出力の電源によって充電する場合は、充電が進むにつれて充電電流が小さくなってしまう。このような蓄電率と二次電池電圧との対応関係（表１参照）、および二次電池電圧と充電電流との対応関係（充電特性：図４参照）は、二次電池１２６の種類によって予め決定されている。ＣＰＵ１４８は、電圧検出回路４６ａからの検出結果に基づいて二次電池電圧を検出することによって実質的に二次電池１２６の蓄電率を検出している。

また、ＣＰＵ１４８によって、燃料ポンプ１２８、水溶液ポンプ１３２、エアポンプ１３４、水ポンプ１４０およびファン１１０，１１２等の補機類が制御される。さらに、オペレータ（ここでは自動二輪車１０のドライバ）に各種情報を報知するための表示部２８ｂがＣＰＵ１４８によって制御される。

また、ＣＰＵ１４８にはリレースイッチ（以下、単にリレーという）１６８が接続されている。セルスタック１０２、二次電池１２６および駆動ユニット４２は、リレー１６８を介して電動モータ４０に接続されている。リレー１６８のオン／オフ動作は、メインスイッチ１４２のオン／オフに伴ってＣＰＵ１４８によって制御される。リレー１６８がオンされることによって、セルスタック１０２、二次電池１２６および駆動ユニット４２と、電動モータ４０とを接続する接続状態に設定される。一方、リレー１６８がオフされることによって、セルスタック１０２、二次電池１２６および駆動ユニット４２と、電動モータ４０とを非接続にする非接続状態に設定される。

外部負荷である電動モータ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１６６を介してＣＰＵ１４８に与えられる。

また、インターフェイス回路１６６には充電器２００が接続可能であり、充電器２００は外部電源２０２に接続できる。インターフェイス回路１６６に充電器２００が接続されかつ充電器２００に外部電源２０２が接続されている場合には、充電器２００からインターフェイス回路１６６を介してＣＰＵ１４８に外部電源接続信号が与えられる。ＣＰＵ１４８は、外部電源接続信号の有無に基づいて外部電源２０２が接続されているか否かを判定する。

充電器２００のスイッチ２００ａはＣＰＵ１４８によってオン／オフできる。スイッチ２００ａがオンされていれば外部電源２０２からの電力によって二次電池１２６が充電される。商用電源等である外部電源２０２は二次電池１２６の蓄電率にかかわらず所定電流（ここでは１１Ａ）を二次電池１２６に流すことができる。つまり、外部電源２０２は所定の充電電流で二次電池１２６を充電できる（図６のＣ２参照）。

メモリ１５２には、蓄電率／電池電圧対応テーブル、充電時間推定テーブル、回復時間推定テーブル、図８〜図１０に示す動作を実行するためのプログラム、二次電池１２６の所定の容量、外部電源２０２による所定の充電電流、補機類の消費電力、および演算データ等が記憶されている。

ついで、表２を参照して、メモリ１５２に記憶されている充電時間推定テーブルについて説明する。

充電時間推定テーブルは、セルスタック１０２によって二次電池１２６を充電する場合に、検出した二次電池電圧と充電電流とに基づいて、二次電池１２６の蓄電量（ここでは蓄電率）が目標値に達するまでの充電時間を推定するために用いられる。

充電時間推定テーブルには、二次電池電圧（蓄電率に対応：表１参照）、通常運転におけるセルスタック１０２の出力が５５０Ｗ（以下、出力１という）であるときに当該二次電池電圧に対応する充電電流および充電時間、ならびに通常運転におけるセルスタック１０２の出力が６５０Ｗ（以下、出力２という）であるときに当該二次電池電圧に対応する充電電流および充電時間が記録されている。

図５に示すように、電力の使用状態（セルスタック電圧の変化）に応じてセルスタック電流は変化し、セルスタック１０２が定常的に発電可能な通常運転であってもセルスタック１０２の出力は変化する。燃料電池システム１００では、２３Ｖを規定のセルスタック電圧として、セルスタック電圧が２３Ｖであるときの出力を通常運転におけるセルスタック１０２の出力としている。

まず、充電時間推定テーブルに記録されている二次電池電圧と充電電流との対応関係について説明する。
図６をも参照して、表２および図６の実線Ｃ１に示すように、セルスタック１０２による充電の場合、二次電池電圧が大きくなるにつれて充電電流が小さくなる。このようなセルスタック１０２による充電の場合の二次電池電圧と充電電流との対応関係は、二次電池１２６の充電特性（図４参照）とセルスタック１０２の出力特性（図５参照）とによって決定される。充電時間推定テーブルには、出力１および２の場合にそれぞれ、非接続状態で測定した二次電池電圧と充電電流とが記録されている。

また、充電時間推定テーブルには、充電時間として、満充電時間、最低充電時間および切り替え充電時間が記録されている。

ついで、充電時間推定テーブルに記録されている各種充電時間について説明する。
満充電時間は、二次電池１２６を満充電にするまでの充電時間である。燃料電池システム１００では、過充電を防止するために二次電池１２６の蓄電率が９８％を超えないようにＣＰＵ１４８によって充電動作が制御される。したがって、二次電池１２６の蓄電率が９８％に達するまでの充電時間が、満充電時間となる。

最低充電時間は、二次電池１２６の蓄電率が燃料電池システム１００を通常運転に移行させるために必要な蓄電率に達するまでの充電時間である。燃料電池システム１００では、その温度上昇に伴ってセルスタック１０２の出力が大きくなり、セルスタック１０２が６０℃になることによって定常的に発電可能な通常運転に移行する。通常運転のときには、セルスタック１０２の出力によって水溶液ポンプ１３２およびエアポンプ１３４等の補機類や外部負荷である電動モータ４０等の消費電力を賄うことができる。セルスタック１０２の温度が低ければ、補機類の駆動のために二次電池１２６からの電力が用いられる。したがって、図７に示すように、セルスタック１０２の温度が低ければ二次電池１２６の蓄電率は、一旦小さくなり、セルスタック１０２の温度および出力が上昇することによって大きくなる。二次電池１２６の蓄電率が小さければ、蓄電率が大きくなる前に電力を使い果たし、燃料電池システムの運転を維持できなくなってしまう。燃料電池システム１００では、二次電池１２６の蓄電率が４０％であれば、通常運転に移行するまでの消費電力を二次電池１２６からの電力で確実に賄うことができる。したがって、二次電池１２６の蓄電率が４０％に達するまでの充電時間が、最低充電時間となる。

切り替え充電時間はセルスタック１０２による充電と外部電源２０２による充電とで充電電流が等しくなるまでの充電時間である。図６に示すように、燃料電池システム１００では、通常運転でありかつ二次電池電圧（蓄電率）が小さければセルスタック１０２による充電の充電電流（実線Ｃ１参照）が外部電源２０２による充電の充電電流（定格電流：一点鎖線Ｃ２参照）よりも大きくなるように設定されている。セルスタック１０２による充電では充電が進むにつれて充電電流が小さくなるので、いずれ、セルスタック１０２による充電の場合と外部電源２０２による充電の場合とで充電電流が等しくなる。具体的には、外部電源２０２による充電電流は１１Ａであるので、出力１の場合は二次電池電圧が２５Ｖで互いの充電電流が等しくなり、出力２の場合は二次電池電圧が２６．６Ｖで互いの充電電流が等しくなる（表２参照）。したがって、出力１の場合は二次電池１２６の蓄電率が５５％（二次電池電圧２５Ｖに対応：表１参照）に達するまでの充電時間が切り替え充電時間となる。また、出力２の場合は二次電池１２６の蓄電率が８０％（二次電池電圧２６．６Ｖに対応：表１参照）に達するまでの充電時間が切り替え充電時間となる。

図６からわかるように、二次電池電圧がセルスタック１０２による充電と外部電源２０２による充電とで充電電流が等しくなる値を超えれば、外部電源２０２による充電に切り替えることによって充電時間を短縮できる。

ここで、充電時間推定テーブルに記録される各種充電時間の算出方法について説明する。ここでは、セルスタック１０２が出力１である場合の満充電時間の算出方法について説明する。

まず、二次電池１２６の蓄電率が９５％である場合の満充電時間を算出する。二次電池１２６の容量は２０Ａｈであるので、蓄電率を９５％から目標値である９８％にするために必要な蓄電量は、（２０×０．９８）−（２０×０．９５）＝０．６Ａｈ（アンペアアワー）である。蓄電率９５％は二次電池電圧２８Ｖに対応しており（表１参照）、出力１の場合に二次電池電圧２８Ｖに対応する充電電流は６Ａであるので（表２参照）、蓄電率が９５％から９８％に達するまでの充電時間は、０．６÷６×６０＝６分と算出される。

つづいて、二次電池１２６の蓄電率が８５％である場合の満充電時間を算出する。蓄電率が８５％である場合の満充電時間は、蓄電率が９５％である場合の満充電時間に蓄電率が８５％から９５％に達するまでの充電時間を加算することによって得られる。蓄電率を８５％から９５％にするために必要な蓄電量は、（２０×０．９５）−（２０×０．８５）＝２Ａｈである。蓄電率８５％は二次電池電圧２７Ｖに対応しており（表１参照）、出力１の場合に二次電池電圧２７Ｖに対応する充電電流は７Ａであるので（表２参照）、蓄電率が８５％から９５％に達するまでの充電時間は、２÷７×６０≒１７．１分と算出される。したがって、蓄電率が８５％である場合の満充電時間は、１７．１＋６＝２３．１分と算出される。

このように或る蓄電率から蓄電率９８％に達するまでの満充電時間を順次算出することによって表２の満充電時間が得られる。出力２である場合の満充電時間についても同様に算出され充電時間推定テーブルに記録される。また、最低充電時間および切り替え充電時間についても、異なる目標値（ここでは蓄電率４０％，５５％および８０％）を用いてそれぞれ同様に算出され、充電時間推定テーブルに記録される。

ＣＰＵ１４８は、このように予め準備される充電時間推定テーブルから、検出した二次電池電圧および充電電流に基づいて満充電時間、最低充電時間および切り替え充電時間を推定する。充電時間推定テーブルに検出した二次電池電圧および充電電流に一致する値があれば、ＣＰＵ１４８は、当該二次電池電圧および充電電流に対応する各種充電時間を取得し、これらを推定結果とする。具体的には、たとえば検出した二次電池電圧が２３Ｖでありかつ検出した充電電流１７Ａであれば、満充電時間として８７．７分、最低充電時間として１１．８分、切り替え充電時間として２５．７分を取得し、これらを推定結果とする。

一方、検出した二次電池電圧および充電電流に一致する値が充電時間推定テーブルにない場合、ＣＰＵ１４８は、当該二次電池電圧および充電電流と充電時間推定テーブルとを用いて各種充電時間を算出し、これらを推定結果とする。

ここで、検出した二次電池電圧および充電電流に一致する値が充電時間推定テーブルにない場合の充電時間の算出方法について説明する。ここでは、検出した二次電池電圧が２４．５Ｖでありかつ検出した充電電流が１５Ａである場合に満充電時間を算出する場合について説明する。

まず、充電時間推定テーブルの二次電池電圧において、検出した二次電池電圧が入る区間を確認する。ここでは検出した二次電池電圧が２４．５Ｖであるので、２４Ｖ〜２５Ｖの区間に入ることが確認される。

つづいて、確認した区間の最小値に対応する出力１および２の場合の充電電流と、確認した区間の最大値に対応する出力１および２の場合の充電電流とを充電時間推定テーブルから取得する。ここでは、確認した区間の最小値が２４Ｖであるのでこれに対応して１３Ａおよび１７Ａが取得され、確認した区間の最大値が２５Ｖであるのでこれに対応して１１Ａおよび１４Ａが取得される。そして、検出した二次電池電圧に対応する出力１および２の場合の充電電流をそれぞれ取得した充電電流を用いて算出する。２４．５Ｖは２４Ｖ〜２５Ｖの区間の中央値であるので、２４．５Ｖに対応する出力１の場合の充電電流は（１３＋１１）÷２＝１２Ａと算出され、２４．５Ｖに対応する出力２の場合の充電電流は（１７＋１４）÷２＝１５．５Ａと算出される。

これとともに、確認した区間の最小値に対応する出力１および２の場合の満充電時間と、確認した区間の最大値に対応する出力１および２の場合の満充電時間とを充電時間推定テーブルから取得する。ここでは、確認した区間の最小値が２４Ｖであるのでこれに対応して７５．９分および５４．３分が取得され、確認した区間の最大値が２５Ｖであるのでこれに対応して６２．１分および４３．７分が取得される。そして、検出した二次電池電圧に対応する出力１および２の場合の満充電時間をそれぞれ取得した満充電時間を用いて算出する。２４．５Ｖは２４Ｖ〜２５Ｖの区間の中央値であるので、２４．５Ｖに対応する出力１の場合の満充電時間は（７５．９＋６２．１）÷２＝６９分と算出され、２４．５Ｖに対応する出力２の場合の満充電時間は（５４．３＋４３．７）÷２＝４９分と算出される。

つづいて、検出した充電電流と上述のように算出した２つの充電電流との差をそれぞれ算出し、これらの比率を求める。ここでは、検出した充電電流が１５Ａであり、算出した充電電流が１２Ａと１５．５Ａとであるので、１５−１２＝３Ａと１５．５−１５＝０．５Ａとが算出され、これらの比率は６：１となる。

そして、このようにして得た比率と、上述のように算出した２つの満充電時間の差と、当該２つの満充電時間のいずれか一方とを用いて、検出した二次電池電圧および充電電流に対応する満充電時間を算出する。ここでは２つの満充電時間の差は６９−４９＝２０分であるので、検出した二次電池電圧および充電電流に対応する満充電時間は、６９−２０÷（６＋１）×６または４９＋２０÷（６＋１）×１≒５１．９分と算出される。

なお、検出した二次電池電圧が確認した区間の中央値からずれる場合は、ずれ量を考慮して検出した二次電池電圧に対応する充電電流および満充電時間を算出すればよい。

また、検出した充電電流が、検出した二次電池電圧に対応する出力１の場合の充電電流から検出した二次電池電圧に対応する出力２の場合の充電電流までの範囲外である場合、それに応じて計算方法を変えればよい。

なお、最低充電時間および切り替え充電時間についても検出した二次電池電圧および充電電流と充電時間推定テーブルとを用いて同様に算出できることはいうまでもない。

このようにＣＰＵ１４８が検出した二次電池電圧および充電電流と充電時間推定テーブルとを用いて各種充電時間を算出することによって、充電時間推定テーブルを補完でき、検出した二次電池電圧および充電電流がどのような値であっても各種充電時間を推定できる。

ついで、メモリ１５２に記憶されている回復時間推定テーブルについて説明する。
上述のように、セルスタック１０２の温度が低ければ二次電池１２６の蓄電率は、一旦小さくなってから（減少してから）元に戻り、その後に大きくなる。回復時間推定テーブルは、セルスタック１０２の温度が所定温度（ここでは６０℃）未満である場合に、セルスタック１０２の温度が目標温度（ここでは５０℃）になるまでの回復時間を推定するために用いられる。つまり、回復時間推定テーブルは、通常運転でない場合に、セルスタック１０２の温度が目標温度になるまでの回復時間を推定するために用いられる。表３に回復時間推定テーブルの一例を示す。

回復時間推定テーブルには、セルスタック１０２の温度とセルスタック１０２の出力に対応する回復時間とが記録されている。図７をも参照して、セルスタック１０２の温度１と温度１よりも高温なセルスタック１０２の温度２とを比較して、温度１の回復時間Ｔ１よりも温度２の回復時間Ｔ２の方が短くなっていることがわかる。表３に示す回復時間推定テーブルは、６０℃未満の或る温度から発電を開始してセルスタック１０２の温度が目標温度になるまでの回復時間を測定し、測定結果を当該或る温度と当該発電の通常運転における出力とに関連付けることによって得られる。

なお、表３には１０℃〜５０℃の範囲で１０℃毎に対応する回復時間が示されているが、実際の回復時間推定テーブルにはたとえば１℃毎に対応する回復時間が記録されている。また、表３には出力１および出力２の場合の回復時間が示されているが、実際の回復時間推定テーブルにはたとえば１Ｗ毎に対応する回復時間が記録されている。

ＣＰＵ１４８は、温度センサ１４６の検出結果と前回の通常運転におけるセルスタック１０２の出力とに基づいて回復時間推定テーブルから回復時間を取得する。

この実施形態では、メモリ１５２が第１および第２記憶手段に相当する。蓄電情報検出手段は電圧検出回路４６ａとＣＰＵ１４８とを含む。電流情報検出手段は電流検出回路４６ｂとＣＰＵ１４８とを含む。報知手段は表示部２８ｂとＣＰＵ１４８とを含む。温度検出手段は温度センサ１４６とＣＰＵ１４８とを含む。設定手段はＣＰＵ１４８とリレー１６８とを含む。接続判定手段はＣＰＵ１４８と充電器２００とを含む。切り替え手段はＣＰＵ１４８とスイッチ２００ａとを含む。ＣＰＵ１４８は第１推定手段、第２推定手段および比較手段としても機能する。また、ＣＰＵ１４８は、メモリ１５２に記憶されているセルスタック１０２の出力に基づいて充電電流を推定する電流推定手段としても機能する。

ついで、燃料電池システム１００の発電動作について説明する。
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１３２の駆動によってパイプＰ３，Ｐ４およびアノード入口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Ｐ１５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Ｐ１６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Ｐ１７を介してエアチャンバ１３６に与えられる。

一方、エアポンプ１３４の駆動によってパイプＰ７を介して吸入された空気は、エアチャンバ１３６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１３６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Ｐ８を介してエアポンプ１３４に流入し、さらに、パイプＰ９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。上述のように、セルスタック１０２の出力は温度上昇に伴って上昇し、燃料電池システム１００はセルスタック１０２が６０℃になることによって通常運転に移行する。

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を含むメタノール水溶液は、電気化学反応に伴う熱によって加熱される。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Ｐ５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Ｐ６を介して水溶液タンク１１６に還流される。

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Ｐ１０を介してラジエータ１０８ｂに与えられラジエータ１０８ｂで冷却される。その一部は温度が露点以下に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Ｐ１０、ラジエータ１０８ｂおよびパイプＰ１１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Ｐ１２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。

このような燃料電池システム１００では、必要に応じてセルスタック１０２に発電させ二次電池１２６を充電する。

ついで、図８を参照して、燃料電池システム１００における運転開始指示から運転停止指示までの充電動作について説明する。
メインスイッチ１４２がオンされることを契機として、ＣＰＵ１４８に運転開始指示が与えられ、燃料電池システム１００が運転を開始する。運転開始後、ＣＰＵ１４８は、電圧検出回路４６ａからの検出信号に基づいて二次電池電圧を検出し、検出した二次電池電圧が所定電圧（ここでは２４Ｖ）未満であるか否かを判定する。つまり、二次電池１２６の蓄電率が４０％（表１参照）未満であるか否かを判定する（ステップＳ１）。蓄電率が４０％未満であれば、ＣＰＵ１４８は、二次電池１２６からの電力によって水溶液ポンプ１３２やエアポンプ１３４等の補機類を駆動させ、セルスタック１０２の発電を開始させる（ステップＳ３）。

つづいて、ＣＰＵ１４８は、温度センサ１４６からの検出信号に基づいてセルスタック１０２の温度が所定温度（ここでは６０℃）以上か否かを判定する。つまり、燃料電池システム１００が通常運転であるか否かを判定する（ステップＳ５）。通常運転であれば、ＣＰＵ１４８は、電圧検出回路１５６および電流検出回路１５８からの検出信号に基づいてセルスタック電圧およびセルスタック電流を検出し、セルスタック電圧が２３Ｖのときの出力を算出する（ステップＳ７）。そして、算出した出力を通常運転における出力としてメモリ１５２に記憶させる（ステップＳ９）。

その後、二次電池１２６への充電が進み、ステップＳ１１で二次電池１２６が満充電（蓄電率が９８％）になれば、補機類を停止させ、セルスタック１０２の発電を停止させる（ステップＳ１３）。

また、燃料電池システム１００では、次回の運転時に確実に通常運転に移行させるために、メインスイッチ１４２のオフ後に二次電池１２６を充電する。つまり、運転停止指示後に二次電池１２６を充電する。

なお、上述の動作では、ステップＳ７において、セルスタック電圧が２３Ｖのときに検出したセルスタック電流を用いてセルスタック１０２の出力を算出する場合について説明したが、セルスタック１０２の出力取得方法はこれに限定されない。たとえばセルスタック電圧が２３Ｖ以外のときに検出したセルスタック電流と、当該セルスタック電圧とに基づいて、予めメモリ１５２に記憶されているテーブルからセルスタック電圧が２３Ｖのときのセルスタック電流を取得するようにしてもよい。そして、当該セルスタック電流とセルスタック電圧（２３Ｖ）との積を求めることによって、セルスタック１０２の出力を算出すればよい。また、セルスタック電圧が２３Ｖ以外のときに検出したセルスタック電流と、当該セルスタック電圧とに基づいて、予めメモリ１５２に記憶されているテーブルからセルスタック電圧が２３Ｖのときのセルスタック１０２の出力を取得するようにしてもよい。

ついで、図９および図１０を参照して、燃料電池システム１００における運転停止指示後の充電動作について説明する。
まず、メインスイッチ１４２がオフされ、ＣＰＵ１４８に運転停止指示が与えられると、リレー１６８がオフされ、セルスタック１０２と電動モータ４０とを非接続にする非接続状態に設定される（ステップＳ１０１）。これとともにＣＰＵ１４８はセルスタック１０２が発電中か否かを判定する（ステップＳ１０３）。セルスタック１０２が発電中であれば、ＣＰＵ１４８は、温度センサ１４６からの検出信号に基づいてセルスタック１０２の温度が所定温度（ここでは６０℃）以上か否かを判定する。つまり、燃料電池システム１００が通常運転であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。通常運転であれば、ＣＰＵ１４８は、電圧検出回路４６ａからの検出信号に基づいて二次電池電圧を検出するとともに電流検出回路４６ｂからの検出信号に基づいて充電電流を検出する（ステップＳ１０７）。

つづいて、ＣＰＵ１４８は、メモリ１５２から充電時間推定テーブル（表２参照）を読み出し、ステップＳ１０７で検出した二次電池電圧と充電電流とに基づいて上述のように満充電時間、最低充電時間および切り替え充電時間を推定する（ステップＳ１０９）。

また、ＣＰＵ１４８は、ステップＳ１０７で検出した二次電池電圧と外部電源２０２の所定の充電電流（定格電流）とに基づいて外部電源２０２による充電の場合の満充電時間を推定する（ステップＳ１１１）。ステップＳ１１１では、メモリ１５２から蓄電率／電池電圧対応テーブルを読み出し、ステップＳ１０７で検出した二次電池電圧に対応する蓄電率を検出する。そして、その蓄電率、満充電の蓄電率（９８％）、および二次電池１２６の容量（２０Ａｈ）から充電すべき蓄電量を算出し、当該蓄電量を外部電源２０２による充電の所定の充電電流（１１Ａ）で割ることによって満充電時間を算出する。

つづいて、ＣＰＵ１４８は、ステップＳ１０９およびＳ１１１で推定した充電時間を表示部２８ｂに表示させる（ステップＳ１１３）。これによってドライバに満充電時間、最低充電時間および切り替え充電時間が報知される。ここでは、まずステップＳ１０９で推定した満充電時間とステップＳ１１１で推定した満充電時間とが表示され、その後、入力部２８ｃの表示切り替えボタン３０ａが押される度に表示部２８ｂの表示が切り替えられる。具体的には、表示切り替えボタン３０ａが押されることによって、満充電時間が表示されている場合には最低充電時間に表示が切り替えられ、最低充電時間が表示されている場合には切り替え充電時間に表示が切り替えられ、切り替え充電時間が表示されている場合には満充電時間に表示が切り替えられる。

つづいて、ステップＳ１１５で表示部２８ｂに満充電時間が表示されており、ステップＳ１１７で外部電源２０２が接続されていなければ、ステップＳ１１９で満充電（蓄電率９８％）になるまではステップＳ１０５に戻る。一方、ステップＳ１１９で満充電になれば、ＣＰＵ１４８は、補機類を停止させ、セルスタック１０２の発電を停止させ（ステップＳ１２１）、運転停止指示後の充電動作を終了する。

一方、ステップＳ１１７で充電器２００からの外部電源接続信号が入力されていれば、ＣＰＵ１４８は外部電源２０２が接続されていると判定する。そして、ステップＳ１０９で推定した満充電時間と、ステップＳ１１１で推定した満充電時間とを比較する（ステップＳ１２３）。つまり、セルスタック１０２による充電の場合の満充電時間と外部電源２０２による充電の場合の満充電時間とを比較する。そして、外部電源２０２による充電の方が満充電時間が短い場合、ＣＰＵ１４８はセルスタック１０２の発電を停止させるとともに充電器２００のスイッチ２００ａをオンして外部電源２０２による充電に切り替える（ステップＳ１２５）。

つづいて、ステップＳ１１１で推定した外部電源２０２による充電の場合の満充電時間のみを表示部２８ｂに表示させる（ステップＳ１２７）。そして、ステップＳ１２９で満充電になれば、ＣＰＵ１４８は、充電器２００のスイッチ２００ａをオフして外部電源２０２による充電を停止させ（ステップＳ１３１）、運転停止指示後の充電動作を終了する。ステップＳ１２９で満充電になるまでは、外部電源２０２による充電の場合の満充電時間を推定し（ステップＳ１３３）、ステップＳ１２７に戻る。

また、ステップＳ１１５で満充電時間が表示されておらず、ステップＳ１３５で最低充電時間が表示されている場合、ステップＳ１３７で最低充電時間が０分であれば、ＣＰＵ１４８は、運転停止指示後の充電を停止してもよいことを示すメッセージ等を表示部２８ｂに表示させる（ステップＳ１３９）。そして、ステップＳ１４１で入力部２８ｃの停止ボタン３０ｂが押されることによって強制停止指示が入力されればステップＳ１２１に移る。ステップＳ１３７で最低充電時間が０分でなければステップＳ１１７に移る。同様に、ステップＳ１４１で強制停止指示が入力されなければステップＳ１１７に移る。

また、ステップＳ１３５で切り替え充電時間が表示されており、ステップＳ１４３で切り替え充電時間が０分であれば、ＣＰＵ１４８は、外部電源２０２による充電に切り替えた方が充電時間を短縮できることを示すメッセージ等を表示部２８ｂに表示させる（ステップＳ１４５）。そして、ステップＳ１４７で外部電源２０２が接続されれば、ステップＳ１２５に移る。一方、ステップＳ１４７で外部電源２０２が接続されなければ、ステップＳ１１９に移る。

また、ステップＳ１０５で燃料電池システム１００が通常運転でなければ、図８の動作でメモリ１５２に記憶させた前回の通常運転におけるセルスタック１０２の出力を読み出すとともに、二次電池電圧とセルスタック１０２の温度とを検出する（ステップＳ１４９）。そして、ＣＰＵ１４８は、読み出したセルスタック１０２の出力とセルスタック１０２の温度とを用いてセルスタック１０２の温度が目標温度に達するまでの回復時間を推定する（ステップＳ１５１）。ステップＳ１５１では、ステップＳ１４９で読み出したセルスタック１０２の出力と検出したセルスタック１０２の温度とに基づいて回復時間推定テーブル（表３参照）から回復時間を推定する。

非接続状態である場合は、電動モータ４０の消費電力を無視できる。ステップＳ１５３では、まず、読み出したセルスタック１０２の出力から補機類の消費電力（ここでは１５０Ｗ）を差し引くことによって二次電池１２６への供給電力を算出する。並列的に接続されているセルスタック１０２と二次電池１２６とにおいてセルスタック電圧と二次電池電圧とは略一致するので、算出した供給電力を規定のセルスタック電圧（２３Ｖ）で割ることによって充電電流を算出できる。

つづいて、（充電電流×時間）と（蓄電率の変化量）とは比例関係にあるので、ステップＳ１５３で検出した充電電流に回復時間を掛けることで回復時間の間の蓄電率の変化量を推定する。蓄電率／電池電圧対応テーブルを参照して、推定した蓄電量の変化量とステップＳ１４９で検出した二次電池電圧とに基づいて、回復時間経過後の蓄電率および二次電池電圧を求めることができる。回復時間経過後の二次電池電圧とステップＳ１５３で検出した充電電流とに基づいて充電時間推定テーブル（表２参照）から満充電時間、最低充電時間および切り替え充電時間を推定する。その後、これらにステップＳ１５３で推定した回復時間を加算して得られる満充電時間、最低充電時間および切り替え充電時間を推定結果とし（ステップＳ１５５）、ステップＳ１１３で表示する。

また、ステップＳ１０３でセルスタック１０２が発電中でなければ二次電池１２６の蓄電率は４０％以上であるので（図８参照）、次回の運転時に燃料電池システム１００を確実に通常運転に移行させることができる。したがって、ステップＳ１０３でセルスタック１０２が発電中でなければ二次電池１２６を充電することなく終了する。

このような燃料電池システム１００によれば、運転停止指示後に、二次電池電圧と充電電流と充電時間推定テーブルとに基づいて満充電時間、最低充電時間および切り替え充電時間を推定し、これらをドライバに報知できる。したがって、運転停止指示後の充電中にドライバは次の予定を立てることができるようになり、ドライバにとっての利便性を向上できる。

非接続状態に設定された後に充電時間を推定することによって、充電電流の変動が小さい状態で充電時間を推定できる。したがって、推定結果の信頼性を向上させることができる。また、充電時間推定テーブルに、充電電流の推移に対応した満充電時間、最低充電時間および切り替え充電時間が記録されていることによって、推定結果の精度を向上させることができる。充電時間推定テーブルにおいて、できるだけ短い間隔で二次電池電圧に対応する充電電流および各種充電時間を準備しておくことによって、推定結果の精度を向上させることができる。

通常運転でない場合、回復時間推定テーブルを用いて推定した回復時間に充電時間推定テーブルを用いて推定した各種充電時間を加算する。これによって通常運転でない場合であっても、信頼性の高い充電時間を報知できる。

満充電時間、最低充電時間および切り替え充電時間を報知することによって、いずれの充電時間で運転停止指示後の充電を終了するのかをドライバに選択させることができ、ドライバにとっての利便性をより一層向上できる。

最低充電時間を報知することによって、必要最低限の充電時間でドライバに運転停止指示後の充電を終了させることができる。また、切り替え充電時間を報知することによって、ドライバにセルスタック１０２による充電から外部電源２０２による充電に切り替えさせることができ、迅速に二次電池１２６を満充電にできる。

セルスタック１０２による充電の場合の満充電時間と外部電源２０２による充電の場合の満充電時間とを報知することによって、いずれの方法で充電するのかをドライバに選択させることができ、ドライバにとっての利便性をより一層向上できる。

燃料電池システム１００に外部電源２０２が接続されており、外部電源２０２による充電の方がセルスタック１０２による充電よりも満充電時間が短い場合、セルスタック１０２による充電から外部電源２０２による充電に自動的に切り替える。これによって、運転停止指示後の充電時間を短縮できる。

通常、自動二輪車１０のドライバは目的地に到着後の予定を目的地に到着する以前に立てていると考えられる。したがって、運転停止指示後の充電時間を報知できるこの発明は、自動二輪車１０等の輸送機器に好適に用いられる。

なお、メモリ１５２に記憶され図９のステップＳ１４９において読み出されるセルスタック１０２の出力は前回のデータに限定されず、それ以前のデータであってもよい。

また、図９のステップＳ１４９において、メモリ１５２から読み出した前回のセルスタック１０２の出力を用いなくとも、今回の６０℃未満（通常運転に達する前）の出力を検出し、その出力から通常運転時の出力を推定するようにしてもよい。この場合、たとえば図１１に示す２つの曲線に対応するデータをメモリ１５２に記憶しておく。２つの曲線は、通常運転時のセルスタック出力が５００Ｗになるときのセルスタック温度とセルスタック出力との対応関係を示す５００Ｗ特性曲線と、通常運転時のセルスタック出力が６００Ｗになるときのセルスタック温度とセルスタック出力との対応関係を示す６００Ｗ特性曲線である。これらの２つの曲線と今回のセルスタック１０２の温度および出力との比較に基づいて、通常運転時の出力を推定する。すなわち、図１１を参照して、今回のセルスタック１０２の温度における出力と当該温度における２つの曲線上の出力との位置関係に基づいて、通常運転時の出力を推定する。そのセルスタック１０２の出力からセルスタック１０２の発熱量を算出する。このときたとえば、発熱量＝（出力／発電効率）−出力の式に、得られたセルスタック１０２の出力を代入してセルスタック１０２の発熱量を算出する。ここで、発電効率はたとえば０．４に設定される。

そして、セルスタック１０２の発熱量と温度とを数１に代入して、回復時間を推定する。

数１において、たとえば、熱容量は２０ＫＪ／℃、発熱量は１／３０ＫＷ、目標温度は５０℃に設定される。また、セルスタック出力と発熱量とは一定の関係を有し、係数は現在の温度と外気温との差に応じて設定される。係数の設定において、外気温は検出値を用いてもよいし規定値を用いてもよい。

そして、ステップＳ１５３のように推定した出力から充電電流を検出し、ステップＳ１５５のように、その充電電流と二次電池電圧とに基づいて充電時間を推定し、推定した回復時間に推定した充電時間を加算することによって、推定結果を得る。

このようにすれば、回復時間推定テーブルを用いることなく回復時間を推定でき、充電時間に回復時間を加算した推定結果を報知できる。

この場合において、セルスタック１０２の出力を検出する出力検出手段は、ＣＰＵ１４８、電圧検出回路１５６および電流検出回路１５８を含む。

また、上述の動作例では表示切り替えボタン３０ａが押されることによって表示する充電時間を切り替える場合について説明したが、充電時間の表示方法は任意に設定できる。たとえば表示部２８ｂに満充電時間、最低充電時間および切り替え充電時間を同時に表示するようにしてもよい。また、セルスタック１０２による充電の場合の満充電時間（ステップＳ１０９で推定した満充電時間）と外部電源２０２による充電の場合の満充電時間（ステップＳ１１１で推定した満充電時間）とを同時に表示する場合について説明したが、これらを別々に表示してもよい。

さらに、上述の動作例では、ステップＳ１０３においてセルスタック１０２が発電していなければ二次電池１２６を充電することなく終了する場合について説明したが、これに限定されない。たとえば、セルスタック１０２が発電していない場合、ドライバに充電の要否を確認するようにしてもよい。そして、充電不要の指示が与えられれば終了し、充電必要の指示が与えられれば充電するようにしてもよい。

上述の実施形態では、二次電池電圧に基づいて蓄電率を検出する場合について説明したが、蓄電率（蓄電量）の検出方法は任意に選択できる。たとえば二次電池の充放電電流の積算によって蓄電量を検出するようにしてもよい。

また、上述の実施形態では、充電電流に関する電流情報として電流検出回路４６ｂからの検出信号に基づいてＣＰＵ１４８が直接的に充電電流を検出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。たとえば充電電流に関する電流情報としてセルスタック１０２の出力（電力）やセルスタック電流を検出するようにしてもよい。

充電電流に関する電流情報としてセルスタック１０２の出力（電力）を用いる場合には、補機類等の消費電力を予めメモリ１５２に記憶しておき、その消費電力をセルスタック１０２の出力から減じて二次電池１２６への出力を算出する。そして、その二次電池１２６への出力をセルスタック電圧で割って充電電流を算出する。補機類等の消費電力は予めメモリ１５２に記憶しておくことなく、充電電流検出時に求めてもよい。充電電流に関する電流情報としてセルスタック１０２の出力（電力）を用いる場合、電流情報検出手段はＣＰＵ１４８と電圧検出回路１５６と電流検出回路１５８とを含む。

充電電流に関する電流情報としてセルスタック電流を用いる場合には、補機類等の消費電流を予めメモリ１５２に記憶しておき、その消費電流をセルスタック電流から減じて充電電流を算出する。また、図１２に示すセルスタック電流と充電電流との関係を示すテーブルをメモリ１５２に記憶しておき、そのテーブルを参照してセルスタック電流から充電電流を求めるようにしてもよい。補機類等の消費電流は予めメモリ１５２に記憶しておくことなく、充電電流検出時に求めてもよい。充電電流に関する電流情報としてセルスタック電流を用いる場合、電流情報検出手段はＣＰＵ１４８と電流検出回路１５８とを含む。

上述の実施形態では、第１目標値を蓄電率９８％に設定し、第２目標値を蓄電率４０％，５５％および８０％に設定する場合について説明したが、第１目標値が通常運転に移行可能な蓄電率を超えていれば第１目標値および第２目標値は任意に設定できる。

上述の実施形態では、非接続状態で充電時間を推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。接続状態で充電時間を推定するようにしてもよい。

上述の実施形態では、運転停止指示後に充電時間を推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。たとえば運転開始指示から運転停止指示までの間に充電時間を推定し、推定結果を報知するようにしてもよい。

上述の実施形態では、充電時間推定テーブル（表２参照）を用いて満充電時間、最低充電時間および切り替え充電時間を推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。蓄電率と二次電池電圧との対応関係を示す蓄電率／電池電圧対応テーブル（表１参照）、二次電池１２６の容量および満充電時の蓄電率をメモリ１５２に記憶しておき、検出した二次電池電圧と充電電流とに基づいて充電時間を算出するようにしてもよい。この場合、メモリ１５２に記憶されたデータと検出された二次電池電圧とから必要な蓄電量を算出する。そして、その蓄電量を充電電流で割って充電時間を算出する。

上述の実施形態では、二次電池１２６の蓄電量に関する蓄電情報として二次電池電圧を用いた場合について説明したがこれに限定されない。二次電池１２６の蓄電量に関する蓄電情報として、蓄電量や蓄電率を用いてもよい。たとえば、蓄電量を用いる場合には、二次電池１２６の容量から検出した蓄電量を減じて充電すべき蓄電量を算出し、当該蓄電量を検出した充電電流で割ることによって充電時間を算出する。また、蓄電率を用いる場合には、その蓄電率に二次電池１２６の容量を掛けて蓄電量を算出する。そして、二次電池１２６の容量から算出した蓄電量を減じて充電すべき蓄電量を算出し、当該蓄電量を検出した充電電流で割ることによって充電時間を算出する。

なお、報知手段は、音声によって報知できるようにたとえばスピーカを用いて構成されてもよい。

また、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。

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、さらに、パーソナルコンピュータ、携帯機器等の電子機器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。 この発明の一実施形態の燃料電池システムの配管を示すシステム図である。 この発明の一実施形態の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。 二次電池の充電特性を示すグラフである。 セルスタックの出力特性を示すグラフである。 セルスタックによる充電の場合と外部電源による充電の場合との二次電池電圧と充電電流との関係を示すグラフである。 蓄電率とセルスタックの温度と回復時間との関係を示すグラフである。 この発明の一実施形態の燃料電池システムの運転開始指示から運転停止指示までの充電動作の一例を示すフロー図である。 この発明の一実施形態の燃料電池システムの運転停止指示後の充電動作の一例を示すフロー図である。 図９の動作の続きを示すフロー図である。 セルスタック温度とセルスタック出力との関係を示すグラフである。 セルスタック電流と充電電流との関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ 自動二輪車
２８ 表示操作部
２８ｂ 表示部
２８ｃ 入力部
４０ 電動モータ
４６ａ，１５６ 電圧検出回路
４６ｂ，１５８ 電流検出回路
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
１３８ コントローラ
１４２ メインスイッチ
１４６ 温度センサ
１４８ ＣＰＵ
１５２ メモリ
１６８ リレー
２００ 充電器
２００ａ スイッチ
２０２ 外部電源

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、
   前記二次電池の蓄電量に関する蓄電情報を検出する蓄電情報検出手段、
   前記二次電池を流れる電流に関する電流情報を検出する電流情報検出手段、
   前記蓄電情報検出手段の検出結果と前記電流情報検出手段の検出結果とに基づいて前記二次電池の蓄電量が目標値に達するまでの充電時間を推定する第１推定手段、および
   前記第１推定手段の推定結果を報知する報知手段を備える、燃料電池システム。
2. 前記燃料電池に外部負荷を接続する接続状態と前記燃料電池に前記外部負荷を接続しない非接続状態とのいずれか一方に設定する設定手段をさらに含み、
   前記第１推定手段は、前記設定手段によって前記非接続状態に設定された後に前記充電時間を推定する、請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段、
   前記燃料電池の出力を記憶する第１記憶手段、および
   前記燃料電池の温度と前記燃料電池の出力と前記燃料電池の温度が目標温度に達するまでの回復時間との対応関係を示す回復時間推定テーブルを記憶する第２記憶手段をさらに含み、
   前記温度検出手段の検出結果が所定温度未満である場合、前記第１推定手段は、前記温度検出手段の検出結果と前記第１記憶手段に記憶される前記出力と前記第２記憶手段に記憶される前記回復時間推定テーブルとに基づいて前記回復時間を推定し、前記第１記憶手段に記憶される前記出力に基づいて前記電流情報を検出し、検出された前記電流情報と推定された前記回復時間と前記蓄電情報検出手段の検出結果とに基づいて前記充電時間を推定し、推定された前記回復時間に推定された前記充電時間を加算した値を前記推定結果とする、請求項１または２に記載の燃料電池システム。
4. 前記目標値は、前記燃料電池が定常的に発電できる通常運転に移行可能な値よりも大きな第１目標値および前記第１目標値未満の第２目標値を含む、請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池システム。
5. 前記第２目標値は、前記通常運転に移行可能な値に設定される、請求項４に記載の燃料電池システム。
6. 前記第２目標値は、所定電流で前記二次電池を充電可能な外部電源による充電の場合と前記燃料電池による充電の場合とで前記二次電池を流れる電流が等しくなる値に設定される、請求項４に記載の燃料電池システム。
7. 所定電流で前記二次電池を充電可能な外部電源による充電の場合の前記充電時間を前記蓄電情報検出手段の検出結果と前記所定電流とに基づいて推定する第２推定手段をさらに含み、
   前記報知手段は、前記第１推定手段の推定結果と前記第２推定手段の推定結果とを報知する、請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池システム。
8. 前記外部電源が接続されているか否かを判定する接続判定手段、
   前記第１推定手段の推定結果と前記第２推定手段の推定結果とを比較する比較手段、および
   前記接続判定手段の判定結果と前記比較手段の比較結果とに基づいて前記燃料電池による充電から前記外部電源による充電に切り替える切り替え手段をさらに含む、請求項７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. 燃料電池と前記燃料電池によって充電される二次電池とを含む燃料電池システムの運転方法であって、
    前記燃料電池によって前記二次電池を充電する工程、
    前記二次電池の蓄電量に関する蓄電情報を検出する工程、
    前記二次電池を流れる電流に関する電流情報を検出する工程、
    検出された前記蓄電情報と検出された前記電流情報とに基づいて前記二次電池の蓄電量が目標値に達するまでの充電時間を推定する工程、および
    推定された前記充電時間を報知する工程を備える、燃料電池システムの運転方法。

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