JP2010157365A - 燃料電池システムおよびそれを備える輸送機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】燃料電池の触媒の劣化を抑制しつつ燃料水溶液のカソード側への漏れを抑制できる、燃料電池システムおよびそれを備えた輸送機器を提供する。
【解決手段】燃料電池システム１００は、アノード１０８およびカソード１１０を有する燃料電池１０４を含む。水溶液ポンプ１３４によってアノード１０８にはメタノール水溶液が供給され、エアポンプ１３６によってカソード１１０には空気が供給される。燃料電池１０４に異常があるとき、ＣＰＵ１５８は、水溶液ポンプ１３４の駆動を停止させその後にセルスタック温度センサ１４８によって検出された燃料電池１０４の温度が所定値以下になればエアポンプ１３６の駆動を停止させる。燃料電池１０４に異常があるとき、ＣＰＵ１５８は燃料電池システム１００の起動時にエアポンプ１３６を駆動させその後に水溶液ポンプ１３４を駆動させる。
【選択図】図１５

Description

この発明は燃料電池システムおよびそれを備える輸送機器に関し、より特定的には、直接メタノール型の燃料電池システムおよびそれを備える輸送機器に関する。
一般に、直接メタノール型燃料電池システムは、複数の燃料電池を有する燃料電池セルスタックを備える。たとえば図１６および図１７に示すように、燃料電池１は、電解質膜２と、アノード３と、カソード４と、一対のセパレータ５と、ガスケット６ａ，６ｂとを含む。アノード３とカソード４とは電解質膜２を挟んで対向配置され、アノード３はガスケット６ａに嵌め込まれ、カソード４はガスケット６ｂに嵌め込まれている。一対のセパレータ５は、電解質膜２、アノード３およびカソード４を挟んで対向配置されている。セパレータ５は、隣り合う２つの燃料電池１において共用されている。
セパレータ５のアノード３側の主面には、アノード３にメタノール水溶液を供給するための溝７が蛇行するように形成されている。同様に、セパレータ５のカソード４側の主面には、カソード４に空気を供給するための溝７が蛇行するように形成されている。
このような燃料電池１には、経年劣化や衝撃等によって、たとえばセパレータ５を貫通する割れ８ａや８ｂ、電解質膜２を貫通する破れ８ｃなどが生じることがある。
アノード３とカソード４とを連通する割れ８ａ，８ｂおよび破れ８ｃなどの連通部が燃料電池１に形成されると、アノード３側のメタノール水溶液が、電解質膜２の破れ８ｃを通ってカソード４側に漏れたり、セパレータ５の割れ８ａや８ｂを通って隣の燃料電池１のカソード４側に漏れたりする。発電停止後、このような漏れが生じると燃料が無駄になってしまう。また、この状態を放置しておくと、これらの連通部がさらに大きくなりメタノール水溶液の漏れがさらに多くなり燃料がますます無駄になるおそれがある。
対応策としては、特許文献１の技術を適用して、カソード４側へのメタノール水溶液の漏れを抑制することが考えられる。
特許文献１には、直接メタノール型燃料電池システムの作動を終了させる際に、メタノール水溶液の供給を停止した後、所定時間、酸化剤ガスを所定の流量で供給して、発生する電力を所定の負荷電流で消費した後に、酸化剤ガスの供給を停止する技術が開示されている。
この技術を適用してメタノール水溶液の供給を停止させた後に空気を所定時間供給すると、カソード４側へのメタノール水溶液の漏れを抑制させることはできる。
特開２００４−２１４００４号公報
しかし、この場合、燃料電池１内のメタノール水溶液が消費されるまでの所定時間だけ空気が供給され、発電終了後すぐに空気の供給が停止される。これでは燃料電池１が高温状態で停止され、ひいてはアノード３およびカソード４の触媒も高温で活性状態に維持されてしまい、触媒の劣化を早めるおそれがある。
それゆえに、この発明の主たる目的は、燃料電池の触媒の劣化を抑制しつつ燃料水溶液のカソード側への漏れを抑制できる、燃料電池システムおよびそれを備えた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、請求項１に記載の燃料電池システムは、アノードおよびカソードを含む燃料電池と、前記アノードに燃料水溶液を供給する水溶液供給手段と、前記カソードに酸化剤を含む気体を供給する気体供給手段と、前記燃料電池の温度を検出する電池温度検出手段と、発電停止時に、前記水溶液供給手段の駆動を停止させその後に前記電池温度検出手段によって検出された前記燃料電池の温度が所定値以下になれば前記気体供給手段の駆動を停止させる制御手段とを備える。
請求項２に記載の燃料電池システムは、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池の異常を検出する異常検出手段をさらに含み、前記異常検出手段によって異常が検出されたとき、前記制御手段は、前記水溶液供給手段の駆動を停止させその後に前記電池温度検出手段によって検出された前記燃料電池の温度が所定値以下になれば前記気体供給手段の駆動を停止させることを特徴とする。
請求項３に記載の燃料電池システムは、請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、前記異常検出手段によって異常が検出されないとき、前記制御手段は、前記気体供給手段の駆動を停止させその後に前記電池温度検出手段によって検出された前記燃料電池の温度が所定値以下になれば前記水溶液供給手段の駆動を停止させることを特徴とする。
請求項４に記載の燃料電池システムは、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、当該燃料電池システムの起動時に、前記制御手段は、前記気体供給手段を駆動させその後に前記水溶液供給手段を駆動させることを特徴とする。
請求項５に記載の燃料電池システムは、請求項４に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池の異常を検出する異常検出手段をさらに含み、前記異常検出手段によって異常が検出されたとき、前記制御手段は当該燃料電池システムの起動時に前記気体供給手段を駆動させその後に前記水溶液供給手段を駆動させることを特徴とする。
請求項６に記載の燃料電池システムは、請求項５に記載の燃料電池システムにおいて、前記異常検出手段によって前記燃料電池の異常が検出されないとき、前記制御手段は当該燃料電池システムの起動時に前記水溶液供給手段を駆動させその後に前記気体供給手段を駆動させることを特徴とする。
請求項７に記載の燃料電池システムは、請求項２，３，５または６に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料水溶液を収容する水溶液収容手段をさらに含み、前記異常検出手段は、前記水溶液収容手段に収容される前記燃料水溶液の液量を検出する水溶液量検出手段と、前記水溶液量検出手段の検出結果に基づいて前記燃料電池の異常を検出する手段とを含むことを特徴とする。
請求項８に記載の燃料電池システムは、請求項２，３，５または６に記載の燃料電池システムにおいて、複数の前記燃料電池を有する燃料電池セルスタックをさらに含み、前記異常検出手段は、前記燃料電池セルスタックの電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段の検出結果に基づいて前記燃料電池セルスタックの異常を検出する手段とを含むことを特徴とする。
請求項９に記載の燃料電池システムは、請求項２，３，５または６に記載の燃料電池システムにおいて、前記異常検出手段は、前記アノードと前記カソードとの少なくともいずれか一方の圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段の検出結果に基づいて前記燃料電池の異常を検出する手段とを含むことを特徴とする。
請求項１０に記載の燃料電池システムは、請求項２，３，５または６に記載の燃料電池システムにおいて、前記異常検出手段は、前記カソードの温度を検出するカソード温度検出手段と、前記カソード温度検出手段の検出結果に基づいて前記燃料電池の異常を検出する手段とを含むことを特徴とする。
請求項１１に記載の燃料電池システムは、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、前記制御手段は、前記アノード側から前記カソード側に前記燃料水溶液が漏れる異常が前記燃料電池に発生している場合、前記水溶液供給手段の駆動を停止させその後に前記電池温度検出手段によって検出された前記燃料電池の温度が所定値以下になれば前記気体供給手段の駆動を停止させることを特徴とする。
請求項１２に記載の燃料電池システムは、請求項１から１１のいずれかに記載の燃料電池システムを備えることを特徴とする。
請求項１に記載の燃料電池システムでは、発電停止時に、気体供給手段より先に水溶液供給手段を停止させることでカソード側の圧力がアノード側より大きくなる。これによって、アノード側からカソード側へ移ろうとする燃料水溶液をアノード側に押し戻すことができ、アノード側からカソード側への燃料水溶液の漏れを抑制できる。また、燃料電池に亀裂等の連通部が形成されアノード側とカソード側とが連通している場合、気体供給手段を先に停止させるとアノード側の圧力がカソード側より大きくなり、アノード側の燃料水溶液が連通部を通ってカソード側に移動し連通部を拡大させるおそれがある。しかし、当該燃料電池システムでは、カソード側の圧力をアノード側より大きくすることによって、アノード側の燃料水溶液が連通部を通ってカソード側へ移動するのを防止できるので、連通部の拡大を抑制でき、発電停止後における燃料水溶液の漏れを抑えることができる。また、水溶液供給手段を停止させた後、燃料電池の温度が所定値（第１１閾値）以下になったことを条件として気体供給手段を停止させるので、燃料電池ひいてはアノードおよびカソードに含まれる触媒を十分に冷却することができ、触媒を所望の状態に保つことができ触媒の劣化を抑制できる。この発明は、高温（たとえば６０℃以上）で通常運転される燃料電池システムにおいて好適に用いられる。
請求項２に記載の燃料電池システムでは、水溶液供給手段を停止させた後に気体供給手段を停止させることによって燃料電池の亀裂等の連通部の拡大を抑制できるので、アノード側からカソード側に燃料水溶液が漏れる異常が燃料電池に発生している場合に効果的である。
請求項３に記載の燃料電池システムでは、燃料電池の正常時には、気体供給手段を停止させ、その後に燃料電池の温度が所定値以下になったことを条件として水溶液供給手段を停止させる。この場合、水溶液供給手段の駆動によって供給される燃料水溶液にて燃料電池は速やかに冷却され、速やかに発電を停止させることができる。また、燃料電池の異常の有無に応じて供給手段の停止の順序を切り替えることによって、燃料電池の状態に応じた最適な発電停止処理を行うことができる。
請求項４に記載の燃料電池システムでは、燃料電池システムの起動時に、水溶液供給手段より先に気体供給手段を駆動させることでカソード側の圧力がアノード側より大きくなる。これによって、アノード側からカソード側へ移ろうとする燃料水溶液をアノード側に押し戻すことができる。また、燃料電池に亀裂等の連通部が形成されている場合、水溶液供給手段を先に駆動させるとアノード側の圧力がカソード側より大きくなり連通部を拡大させるおそれがある。しかし、当該燃料電池システムでは、カソード側の圧力をアノード側より大きくすることによって、連通部の拡大を抑制できる。その結果、アノード側からカソード側への燃料水溶液の漏れを抑制できる。
請求項５に記載の燃料電池システムでは、気体供給手段を駆動させてから水溶液供給手段を駆動させることによって燃料電池の亀裂等の連通部の拡大を抑制できるので、アノード側からカソード側に燃料水溶液が漏れる異常が燃料電池に発生している場合に効果的である。
請求項６に記載の燃料電池システムでは、燃料電池の正常時には、水溶液供給手段を駆動させその後に気体供給手段を駆動させる。この場合、水溶液供給手段の駆動によって燃料水溶液が燃料電池に速やかに供給されかつアノード側における燃料水溶液の濃度を素早く均一にできる。したがって、燃料電池システムが速やかに起動される。また、燃料電池の異常の有無に応じて供給手段の駆動の順序を切り替えることによって、燃料電池の状態に応じた最適な起動処理を行うことができる。
アノード側からカソード側に燃料水溶液が漏れる異常が燃料電池に発生している場合には、水溶液収容手段内の燃料水溶液が減少する。したがって、請求項７に記載の燃料電池システムのように、水溶液収容手段内の液量を検出することによって燃料電池の異常を容易に検出できる。
アノード側からカソード側に燃料水溶液が漏れる異常が燃料電池に発生している場合には、発電できない燃料電池がでてくるので、燃料電池セルスタックの電圧が低下する。したがって、請求項８に記載の燃料電池システムのように、燃料電池セルスタックの電圧を検出することによって燃料電池セルスタックの異常を容易に検出できる。
アノード側からカソード側に燃料水溶液が漏れる異常が燃料電池に発生している場合には、アノードとカソードとが連通されているためアノード側およびカソード側の圧力が異常値を示す。したがって、請求項９に記載の燃料電池システムのように、アノードおよびカソードの少なくともいずれか一方の圧力を検出することによって燃料電池の異常を容易に検出できる。
アノード側からカソード側に燃料水溶液が漏れる異常が燃料電池に発生している場合には、カソードの温度が所定値以上になる。したがって、請求項１０に記載の燃料電池システムのように、カソードの温度を検出することによって燃料電池セルスタックの異常を容易に検出できる。
請求項１１に記載の燃料電池システムでは、水溶液供給手段を停止させた後に気体供給手段を停止させることによって燃料電池の亀裂等の連通部の拡大を抑制できるので、アノード側からカソード側に燃料水溶液が漏れる異常が燃料電池に発生している場合に効果的である。
輸送機器は運転時において衝撃を受け易いので、輸送機器に燃料電池システムを搭載する場合にはアノード側からカソード側へ燃料水溶液が漏れるような事態をも想定しておく必要がある。この発明によれば、燃料水溶液のカソード側への漏れを抑制することができるので、この発明は請求項１２に記載するように燃料電池システムを備える輸送機器に好適に用いられる。
この発明によれば、燃料電池の触媒の劣化を抑制できるとともに、アノード側からカソード側への燃料水溶液の漏れを抑制でき燃料水溶液の浪費を抑えることができる。
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。リヤフレーム１８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。
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、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２８ａ、および各種指示や各種情報入力用の入力部２８ｂを備える。
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３０が取り付けられており、一対のフロントフォーク３０それぞれの下端には前輪３２が回転自在に取り付けられている。
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）３４が揺動自在に取り付けられている。スイングアーム３４の後端部３４ａには、後輪３６に連結されかつ後輪３６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３８が内蔵されている。スイングアーム３４には、電動モータ３８に電気的に接続される駆動ユニット４０が内蔵されている。駆動ユニット４０は、電動モータ３８の回転駆動を制御するためのモータコントローラ４２、および二次電池１３０（後述）の蓄電量を検出する蓄電量検出器４４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３８や補機類等を駆動するための電気エネルギを生成する。
以下、図１および図２を参照して、燃料電池システム１００について説明する。
燃料電池システム１００は、メタノール（メタノール水溶液）を改質せずにダイレクトに電気エネルギの生成（発電）に利用する直接メタノール型燃料電池システムである。
燃料電池システム１００は、燃料電池セルスタック（以下、単にセルスタックという）１０２を含む。図１に示すように、セルスタック１０２は、フロントフレーム１６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、それぞれメタノールに基づく水素イオンと酸素（酸化剤）との電気化学反応によって発電できる３個以上（好ましくは７６個）の燃料電池（燃料電池セル）１０４を含み、これらの燃料電池１０４は積層（スタック）されかつ直列接続されている。
図４をも参照して、各燃料電池１０４は、固体高分子膜からなる電解質膜１０６と、電解質膜１０６を挟んで互いに対向するアノード（燃料極）１０８およびカソード（空気極）１１０と、電解質膜１０６、アノード１０８およびカソード１１０からなる膜・電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）を挟んで互いに対向する一対のセパレータ１１２とを含む。
アノード１０８は、電解質膜１０６側に設けられる白金触媒層１０８ａとセパレータ１１２側に設けられる電極１０８ｂとを含む。カソード１１０は、電解質膜１０６側に設けられる白金触媒層１１０ａとセパレータ１１２側に設けられる電極１１０ｂとを含む。
アノード１０８を挟む電解質膜１０６とセパレータ１１２との間には、アノード１０８が嵌め込まれる枠状のガスケット１１４ａが介挿されている。同様に、カソード１１０を挟む電解質膜１０６とセパレータ１１２との間には、カソード１１０が嵌め込まれる枠状のガスケット１１４ｂが介挿されている。したがって、アノード１０８は、電解質膜１０６、セパレータ１１２およびガスケット１１４ａによって遮蔽され、カソード１１０は、電解質膜１０６、セパレータ１１２およびガスケット１１４ｂによって遮蔽されている。
セパレータ１１２は、たとえばカーボンコンポジットなどの導電性材料からなり、隣り合う２つの燃料電池１０４において共用されている（図２参照）。セパレータ１１２のカソード１１０側の主面には、カソード１１０の電極１１０ｂに酸素（酸化剤）を含む気体である空気を供給するための溝１１５が蛇行するように形成されている。同様に、セパレータ１１２のアノード１０８側の主面には、アノード１０８の電極１０８ｂにメタノール水溶液を供給するための溝（図４において図示せず）が蛇行するように形成されている。
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１１６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１１６は、水溶液用のラジエータ１１６ａと気液分離用のラジエータ１１６ｂとを一体的に設けたものである。
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１１８、水溶液タンク１２０および水タンク１２２が配置されている。
燃料タンク１１８は、セルスタック１０２の電気化学反応の燃料となる高濃度（好ましくは、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１２０は、燃料タンク１１８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（好ましくは、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１２２は、水溶液タンク１２０に供給すべき水を収容している。
燃料タンク１１８にはレベルセンサ１２４が装着され、水溶液タンク１２０にはレベルセンサ１２６が装着され、水タンク１２２にはレベルセンサ１２８が装着されている。レベルセンサ１２４，１２６および１２８は、それぞれたとえば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１１８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１３０が配置されている。二次電池１３０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１３０の上側には、燃料ポンプ１３２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１３４およびエアポンプ１３６が収納されている。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。
フロントフレーム１６にはメインスイッチ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。セルスタック１０２の発電動作中にメインスイッチ１４２がオフされた場合は、コントローラ１３８に運転停止指示および発電停止指示が与えられる。
図２に示すように、燃料タンク１１８と燃料ポンプ１３２とはパイプＰ１によって連通され、燃料ポンプ１３２と水溶液タンク１２０とはパイプＰ２によって連通され、水溶液タンク１２０と水溶液ポンプ１３４とはパイプＰ３によって連通され、水溶液ポンプ１３４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１３４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。パイプＰ４には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）を検出するための濃度センサ１４４が設けられている。濃度センサ１４４としては、たとえば超音波センサが用いられる。超音波センサは、メタノール水溶液の濃度に応じて変化する超音波の伝播時間（伝播速度）を電圧値として検出する。コントローラ１３８は、その電圧値に基づいてメタノール水溶液の濃度を検出する。
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を検出するための電圧センサ１４６が設けられている。電圧センサ１４６は、メタノール水溶液の濃度に応じて変化する燃料電池１０４の開回路電圧（Open Circuit Voltage）を検出する。コントローラ１３８は、その開回路電圧に基づいて、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、メタノール水溶液の温度ひいてはセルスタック１０２の温度を検出する温度センサ１４８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１１６ａとはパイプＰ５によって連通され、ラジエータ１１６ａと水溶液タンク１２０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、エアポンプ１３６にはパイプＰ７が接続され、エアポンプ１３６とセルスタック１０２とはパイプＰ８によって連通されている。パイプＰ８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１３６を駆動させることによって外部からセルスタック１０２に酸素（酸化剤）を含む気体として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１１６ｂとはパイプＰ９によって連通され、ラジエータ１１６ｂと水タンク１２２とはパイプＰ１０によって連通され、水タンク１２２にはパイプ（排気管）Ｐ１１が設けられている。パイプＰ９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Ｐ１１は水タンク１２２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〜Ｐ１１は主として酸化剤の流路となる。
水タンク１２２と水ポンプ１４０とはパイプＰ１２によって連通され、水ポンプ１４０と水溶液タンク１２０とはパイプＰ１３によって連通されている。
上述したパイプＰ１２，Ｐ１３は水の流路となる。
また、カソード入口Ｉ３近傍にはカソード入口温度センサ１５０、カソード出口Ｉ４近傍にはカソード出口温度センサ１５２およびカソード出口圧力センサ１５４、アノード出口Ｉ２近傍にはアノード出口圧力センサ１５６がそれぞれ設けられている。
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、ＣＰＵ１５８、クロック回路１６０、メモリ１６２、電圧検出回路１６４、電流検出回路１６６、ＯＮ／ＯＦＦ回路１６８および電源回路１７０を含む。
ＣＰＵ１５８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。クロック回路１６０は、ＣＰＵ１５８にクロック信号を与える。メモリ１６２は、たとえばＥＥＰＲＯＭからなり、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。電圧検出回路１６４は、セルスタック１０２の電圧を検出する。電流検出回路１６６は、電気回路１７２を流れる電流を検出する。ＯＮ／ＯＦＦ回路１６８は、電気回路１７２を開閉する。電源回路１７０は、電気回路１７２に所定の電圧を供給する。
コントローラ１３８のＣＰＵ１５８には、メインスイッチ１４２および入力部２８ａからの入力信号が入力される。また、ＣＰＵ１５８には、レベルセンサ１２４，１２６，１２８、濃度センサ１４４、電圧センサ１４６、セルスタック温度センサ１４８、カソード入口温度センサ１５０、カソード出口温度センサ１５２、カソード出口圧力センサ１５４およびアノード出口圧力センサ１５６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１６４からの電圧検出値、および電流検出回路１６６からの電流検出値が入力される。
ＣＰＵ１５８によって、燃料ポンプ１３２、水溶液ポンプ１３４、エアポンプ１３６、および水ポンプ１４０等の補機類が制御される。この実施形態では、水溶液ポンプ１３４およびエアポンプ１３６の駆動時においてアノード１０８側の圧力がカソード１１０側の圧力よりも大きくなるように、水溶液ポンプ１３４およびエアポンプ１３６の出力が設定されている。
また、ドライバに各種情報を報知するための表示部２８ｂがＣＰＵ１５８によって制御される。さらに、電気回路１７２を開閉するＯＮ／ＯＦＦ回路１６８がＣＰＵ１５８によって制御される。
二次電池１３０は、セルスタック１０２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３８や補機類等に電力を供給する。
ＣＰＵ１５８には、インターフェイス回路１７４を介して蓄電量検出器４４からの蓄電量検出値が入力される。ＣＰＵ１５８は、入力された蓄電量検出値と二次電池１３０の容量とを用いて二次電池１３０の蓄電率を算出する。
記憶手段であるメモリ１６２には、図５〜図１５の動作を実行するためのプログラム、各種演算値、各種検出値、第１閾値〜第１１閾値、および燃料電池１０４（セルスタック１０２）の異常の有無を示す異常フラグ等が格納される。
この実施形態では、水溶液供給手段は水溶液ポンプ１３４を含む。気体供給手段はエアポンプ１３６を含む。制御手段はＣＰＵ１５８を含む。異常検出手段はＣＰＵ１５８を含む。セルスタック温度センサ１４８が電池温度検出手段に相当する。水溶液タンク１２０が水溶液収容手段に相当する。レベルセンサ１２６が水溶液量検出手段に相当する。電圧検出回路１６４が電圧検出手段に相当する。カソード出口圧力センサ１５４およびアノード出口圧力センサ１５６が圧力検出手段に相当する。カソード入口温度センサ１５０およびカソード出口温度センサ１５２がカソード温度検出手段に相当する。
図５を参照して、燃料電池システム１００の正常時（異常フラグオフ時）における起動処理の一例（起動処理１）について説明する。
異常フラグがオフされている状態で、メインスイッチ１４２がオンされ蓄電量検出器４４が二次電池１３０の蓄電率が所定値（好ましくは４０％）未満であることを検出すれば、燃料電池システム１００の正常時における起動処理が開始される。
まず、ＣＰＵ１５８が水溶液ポンプ１３４を駆動させ、メタノール水溶液がセルスタック１０２のアノード１０８に供給される（ステップＳ１）。そして、ＣＰＵ１５８は、レベルセンサ１２６によって検出された水溶液タンク１２０内の液量が第１閾値（好ましくは２００ｃｃ）以上か否かを判断する（ステップＳ３）。水溶液タンク１２０内の液量が第１閾値未満であれば、ＣＰＵ１５８は異常フラグをオンし（ステップＳ５）、ＣＰＵ１５８は、カソード１０８側からアノード１１０側へのメタノール水溶液の漏れによる異常が燃料電池１０４に発生したことを表示部２８ｂに表示させる（ステップＳ７）。そして、ＣＰＵ１５８はエアポンプ１３６を駆動させ、空気がセルスタック１０２のカソード１１０に供給される（ステップＳ９）。これによってアノード１０８とカソード１１０との圧力差を小さくでき、メタノール水溶液の漏れ量を少なくできる。
そして、ＣＰＵ１５８は、レベルセンサ１２８によって検出された水タンク１２２内の液量が第２閾値（好ましくは５００ｃｃ）以上であるか否かを判断する（ステップＳ１１）。水タンク１２２内の液量が第２閾値以上であれば、ＣＰＵ１５８は水ポンプ１４０を駆動させる（ステップＳ１３）。これによって、カソード１１０側に漏れたメタノール水溶液が水溶液タンク１２０に戻される。そして、ステップＳ３に戻る。
一方、ステップＳ１１において、水タンク１２２内の液量が第２閾値未満であれば、ＣＰＵ１５８は水溶液ポンプ１３４を停止させ（ステップＳ１５）、その後、ＣＰＵ１５８はエアポンプ１３６を停止させ（ステップＳ１７）、終了する。このように、カソード１１０側に漏れたメタノール水溶液が何らかの理由によってなくなった場合には発電を停止させる。
一方、ステップＳ３において、水溶液タンク１２０内の液量が第１閾値以上であれば、水ポンプ１４０が駆動されているか否かをＣＰＵ１５８が判断する（ステップＳ１９）。水ポンプ１４０が駆動されていれば、ＣＰＵ１５８は水ポンプ１４０を停止させ（ステップＳ２１）、その後、ＣＰＵ１５８はエアポンプ１３６を駆動させる（ステップＳ２３）。ステップＳ１９において、水ポンプ１４０が駆動されていなければ、直接ステップＳ２３に進む。
ステップＳ２３の後、ＣＰＵ１５８は、セルスタック温度センサ１４８によって検出されたセルスタック１０２の温度が第３閾値（好ましくは４５℃）以上か否かを判断する（ステップＳ２５）。セルスタック１０２の温度が第３閾値以上になるまで待機し、セルスタック１０２の温度が第３閾値以上になれば、ＣＰＵ１５８は、オン／オフ回路１７０をオンさせて、セルスタック１０２を負荷である電動モータ３８に接続させ（ステップＳ２７）、通常運転が開始される。
このように燃料電池１０４の正常時には、まず水溶液ポンプ１３４を駆動させることによって、メタノール水溶液がセルスタック１０２に速やかに供給されかつアノード１０８側におけるメタノール水溶液の濃度を素早く均一にできる。したがって、燃料電池システム１００が速やかに起動される。
アノード１０８側からカソード１１０側にメタノール水溶液が漏れる異常が燃料電池１０４に発生している場合には、水溶液タンク１２０内のメタノール水溶液が減少する。したがって、水溶液タンク１２０内の液量を検出することによって燃料電池１０４の異常を容易に検出できる。この実施形態のように、水溶液タンク１２０がセルスタック１０２よりも上方に位置している場合には異常をより容易に検出できる。
ついで図６を参照して、燃料電池システム１００の正常時（異常フラグオフ時）における起動処理動作の他の例（起動処理２）について説明する。図６に示す動作例は、図５に示す動作例のステップＳ２３とステップＳ２５との間に、ステップＳ２４ａ〜２４ｅが挿入されたものであり、その他の動作については図５に示す動作例と同様であるので、同一の符号を付すことによって重複する説明は省略する。
図６に示す動作例では、ステップＳ２３の後、電圧検出回路１６４によってセルスタック１０２の開回路電圧が検出されメモリ１６２に記憶される（ステップＳ２４ａ）。そして、ＣＰＵ１５８は、メモリ１６２から前回の開回路電圧の検出値を読み出し（ステップＳ２４ｂ）、ＣＰＵ１５８は、今回の開回路電圧の検出値と前回の検出値との差が第４閾値（好ましくは１８Ｖ）以上であるか否かを判断する（ステップＳ２４ｃ）。当該検出値の差が第４閾値以上であれば、ＣＰＵ１５８は異常フラグをオンし（ステップＳ２４ｄ）、そして、ＣＰＵ１５８は異常の発生を表示部２８ｂに報知させ（ステップＳ２４ｅ）、ステップＳ２５に進む。一方、ステップＳ２４ｃにおいて、開回路電圧の検出値の差が第４閾値未満であれば、直接ステップＳ２５に進む。
この動作例では、図５に示す動作例と同様の効果が得られる。
また、メタノール水溶液の漏れが発生していれば発電できない燃料電池１０４がでてくるので、セルスタック１０２の開回路電圧が低下する。したがって、セルスタック１０２の開回路電圧に基づいてセルスタック１０２（燃料電池１０４）の異常の有無を判断できる。また、今回と前回の検出値の差によって判断することによって、液漏れによる異常とセルスタック１０２自体が劣化した場合とを区別でき、誤認を防止できる。
なお、セルスタック１０２（燃料電池１０４）の異常を、セルスタック１０２の開回路電圧を既定値と比較して検出してもよいし、開回路電圧の変化率に基づいて検出してもよい。
さらに、図７を参照して、燃料電池システム１００の正常時（異常フラグオフ時）における起動処理のその他の例（起動処理３）について説明する。図７に示す動作例は、図５に示す動作のステップＳ２１とステップＳ２３との間に、ステップＳ２２ａ〜２２ｄが挿入されたものであり、その他の動作については図５に示す動作例と同様であるので、同一の符号を付すことによって重複する説明は省略する。
ステップＳ２１の後、アノード出口圧力センサ１５６によってアノード１０８の出口側の圧力が検出され（ステップＳ２２ａ）、ＣＰＵ１５８は、その検出値が第５閾値（好ましくは５０ｋＰａ）以上であるか否かを判断する（ステップＳ２２ｂ）。当該検出値が第５閾値未満であれば、ＣＰＵ１５８は異常フラグをオンし（ステップＳ２２ｃ）、ＣＰＵ１５８は異常の発生を表示部２８ｂに報知させ（ステップＳ２２ｄ）、ステップＳ２３に進む。一方、ステップＳ２２ｂにおいて、圧力の検出値が第５閾値以上であれば直接ステップＳ２３に進む。
この動作例においても、図５に示す動作と同様の効果が得られる。
また、アノード１０８側からカソード１１０側にメタノール水溶液が漏れる異常が燃料電池１０４に発生している場合には、アノード１０８とカソード１１０とが亀裂等によって連通されているためアノード１０８側およびカソード１１０側の圧力が異常値を示す。アノード１０８に関しては、アノード１０８の出口側の圧力が所定値よりも低くなる。したがって、アノード１０８の出口側の圧力を検出することによって燃料電池１０４の異常を容易に検出できる。
なお、アノード１０８の出口側の圧力の変化量や変化率に基づいて燃料電池１０４の異常を検出するようにしてもよい。
また、燃料電池１０４の異常時には、カソード１１０の出口側の圧力が所定値よりも低くなる。したがって、カソード１１０の出口側の圧力に基づいて燃料電池１０４の異常を検出するようにしてもよい。
図８を参照して、燃料電池システム１００の通常運転（定常運転）中の処理動作の一例（通常運転中の処理１）について説明する。
この動作は、通常運転中において所定時間おきに繰り返し行われる。また、通常運転中に限らず、水溶液ポンプ１３４とエアポンプ１３６との両方が駆動されているときであればいつ行われてもよい。以下の図９〜図１２に示す動作例においも同様である。
まず、アノード出口圧力センサ１５６によってアノード１０８の出口側の圧力が検出され（ステップＳ５１）、カソード出口圧力センサ１５４によってカソード１１０の出口側の圧力が検出され（ステップＳ５３）、ＣＰＵ１５８は、両圧力の差が第６閾値（好ましくは１０ｋＰａ）以上か否かを判断する（ステップＳ５５）。両圧力の差が所定値未満であれば、ＣＰＵ１５８は異常フラグをオンし（ステップＳ５７）、ＣＰＵ１５８は異常が発生していることを表示部２８ｂに報知させ（ステップＳ５９）、終了する。一方、ステップＳ５５において、両圧力の差が所定値以上であれば終了する。
この動作例は、アノード１０８の圧力がカソード１１０の圧力より第６閾値以上大きくなるように水溶液ポンプ１３４およびエアポンプ１３６のそれぞれの出力が設定されている場合に適する。この場合、両圧力の差が第６閾値未満になれば、アノード１０８側からカソード１１０側にメタノール水溶液が漏れる異常が燃料電池１０４に発生していると判断され、燃料電池１０４の異常を容易に検出できる。
なお、アノード１０８の出口側の圧力とカソード１１０の出口側の圧力との差の変化率に基づいて燃料電池１０４の異常を検出するようにしてもよい。
図９を参照して、燃料電池システム１００の通常運転中の処理動作の他の例（通常運転中の処理２）について説明する。
まず、ＣＰＵ１５８は、メモリ１６２から前回の電圧検出値を読み出す（ステップＳ６１）。前回の検出値がない場合には所定値を用いる。そして、電圧検出回路１６６によってセルスタック１０２の現在の電圧が検出され（ステップＳ６３）、ＣＰＵ１５８は、両電圧の差が第７閾値（好ましくは０．１Ｖ）以上であるか否かを判断する（ステップＳ６５）。セルスタック１０２の電圧が低下し両電圧の差が第７閾値以上になれば、アノード１０８側からカソード１１０側にメタノール水溶液が漏れる異常が燃料電池１０４に発生していると判断し、ＣＰＵ１５８は異常フラグをオンする（ステップＳ６７）。そして、ＣＰＵ１５８は異常が発生したことを表示部２８ｂに報知させ（ステップＳ６９）、終了する。一方、ステップＳ６５において、両電圧の差が第７閾値未満であれば終了する。
アノード１０８側からカソード１１０側にメタノール水溶液が漏れる異常が燃料電池１０４に発生している場合には、発電できない燃料電池１０４がでてくるので、セルスタック１０２の電圧が低下する。したがって、セルスタック１０２の電圧を検出することによって燃料電池１０４（セルスタック１０２）の異常を容易に検出できる。
また、今回と前回との電圧検出値の差に基づいて判断することによって、液漏れによる異常とセルスタック１０２自体が劣化した場合とを区別でき、誤認を防止できる。
なお、セルスタック１０２（燃料電池１０４）の異常を、セルスタック１０２の電圧検出値を既定値と比較して検出してもよいし、電圧検出値の変化率に基づいて検出してもよい。
図１０を参照して、燃料電池システム１００の通常運転中の処理動作のその他の例（通常運転中の処理３）について説明する。
まず、カソード出口温度センサ１５２によってカソード１１０の出口側の温度が検出され（ステップＳ７１）、ＣＰＵ１５８は、当該検出温度が第８閾値（好ましくは８０℃）以上か否かを判断する（ステップＳ７３）。当該検出温度が第８閾値以上であれば、ＣＰＵ１５８は異常フラグをオンし（ステップＳ７５）、ＣＰＵ１５８は異常が発生したことを表示部２８ｂに報知させ（ステップＳ７７）、終了する。一方、ステップＳ７３において、検出温度が第８閾値未満であれば終了する。
アノード１０８側からカソード１１０側にメタノール水溶液が漏れる異常が燃料電池１０４に発生している場合には、メタノール水溶液がカソード１１０で燃焼してカソード１１０の排気温度が正常時と比べて高くなり、第８閾値以上となる。したがって、カソード１１０の出口温度を検出することによって燃料電池１０４の異常を容易に検出できる。
なお、カソード１１０の出口側の温度の変化量や変化率に基づいて燃料電池１０４の異常を検出するようにしてもよい。
図１１を参照して、燃料電池システム１００の通常運転中の処理動作の他の例（通常運転中の処理４）について説明する。
まず、カソード入口温度センサ１５０によってカソード１１０の入口側の温度が検出され（ステップＳ８１）、カソード出口温度センサ１５２によってカソード１１０の出口側温度が検出され（ステップＳ８３）、ＣＰＵ１５８は、検出された温度の差が第９閾値（好ましくは２０℃）以上か否かを判断する（ステップＳ８５）。検出された温度の差が第９閾値以上であれば、ＣＰＵ１５８は、異常フラグをオンし（ステップＳ８７）、ＣＰＵ１５８は異常が発生したことを表示部２８ｂに報知させ（ステップＳ８９）、終了する。ステップＳ８５において、検出温度の差が第９閾値未満であれば終了する。
アノード１０８側からカソード１１０側にメタノール水溶液が漏れる異常が燃料電池１０４に発生している場合には、メタノール水溶液がカソード１１０で燃焼してカソード１１０の排気温度が正常時と比べて高くなり、カソード１１０の出口側の温度が入口側の温度より第９閾値以上高くなる。したがって、カソード１１０の入口温度と出口温度との差を検出することによって燃料電池１０４の異常を容易に検出できる。
なお、カソード１１０の入口側の温度と出口側の温度との差の変化率に基づいて燃料電池１０４の異常を検出するようにしてもよい。
図１２を参照して、燃料電池システム１００の通常運転中の処理動作のその他の例（通常運転中の処理５）について説明する。
まず、ＣＰＵ１５８は、前回検出した水溶液タンク１２０の液量をメモリ１６２から読み出し（ステップＳ９１）、レベルセンサ１２６によって水溶液タンク１２０の現在の液量が検出され（ステップＳ９３）、ＣＰＵ１５８は、両液量の差が第１０閾値（好ましくは３００ｃｃ）以上であるか否かを判断する（ステップＳ９５）。両液量の差が第１０閾値以上であれば、ＣＰＵ１５８は異常フラグをオンし（ステップＳ９７）、ＣＰＵ１５８は異常が発生したことを表示部２８ｂに報知させ（ステップＳ９９）、終了する。ステップＳ９５において、両液量の差が第１０閾値未満であれば終了する。
アノード１０８側からカソード１１０側にメタノール水溶液が漏れる異常が燃料電池１０４に発生している場合には、水溶液タンク１２０内のメタノール水溶液が減少する速度が正常時と比べて大きくなる。したがって、メタノール水溶液の今回の検出値と前回の検出値との差に基づいて燃料電池１０４の異常を容易に検出できる。
また、今回と前回との検出値の差に基づいて判断することによって、液漏れによる異常とセルスタック１０２自体が劣化した場合とを区別でき、誤認を防止できる。
なお、水溶液タンク１２０内のメタノール水溶液の液量の変化率に基づいて燃料電池１０４の異常を検出するようにしてもよい。
また、水タンク１２２内の液量の変化量や変化率に基づいて燃料電池１０４の異常を検出するようにしてもよい。さらに、セルスタック１０２のアノード出口Ｉ２付近のメタノール水溶液の流量に基づいて燃料電池１０４の異常を検出するようにしてもよい。
さらに、図１３を参照して、燃料電池システム１００の異常時（異常フラグオン時）における起動処理の一例について説明する。
異常フラグがオンされている状態で、メインスイッチ１４２がオンされ蓄電量検出器４４が二次電池１３０の蓄電率が所定値（好ましくは４０％）未満であることを検出すれば、燃料電池システム１００の異常時における起動処理が開始される。
まず、ＣＰＵ１５８がエアポンプ１３６を駆動させ、空気がセルスタック１０２のカソード１１０に供給される（ステップＳ１０１）。そして、ＣＰＵ１５８は、レベルセンサ１２６によって検出された水溶液タンク１２０内の液量が第１閾値（好ましくは２００ｃｃ）以上か否かを判断する（ステップＳ１０３）。水溶液タンク１２０内の液量が第１閾値未満であれば、ＣＰＵ１５８は、レベルセンサ１２８によって検出された水タンク１２２内の液量が第２閾値（好ましくは５００ｃｃ）以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０５）。水タンク１２２内の液量が第２閾値以上であれば、ＣＰＵ１５８は水ポンプ１４０を駆動させる（ステップＳ１０７）。これによって、カソード１１０側に漏れたメタノール水溶液が水溶液タンク１２０に戻される。そして、ステップＳ１０３に戻る。
一方、ステップＳ１０５において、水タンク１２２内の液量が第２閾値未満であれば、ＣＰＵ１５８は水溶液ポンプ１３４を停止させ（ステップＳ１０９）、その後、ＣＰＵ１５８はエアポンプ１３６を停止させ（ステップＳ１１１）、終了する。このように、カソード１１０側に漏れたメタノール水溶液が何らかの理由によってなくなった場合には発電を停止させる。
一方、ステップＳ１０３において、水溶液タンク１２０内の液量が第１閾値以上であれば、水ポンプ１４０が駆動されているか否かをＣＰＵ１５８が判断する（ステップＳ１１３）。水ポンプ１４０が駆動されていれば、ＣＰＵ１５８は水ポンプ１４０を停止させ（ステップＳ１１５）、その後、ＣＰＵ１５８は水溶液ポンプ１３４を駆動させ、メタノール水溶液がセルスタック１０２のアノード１０８に供給される（ステップＳ１１７）。ステップＳ１１３において、水ポンプ１４０が駆動されていなければ、直接ステップＳ１１７に進む。
ステップＳ１１７の後、ＣＰＵ１５８は、セルスタック温度センサ１４８によって検出されたセルスタック１０２の温度が第３閾値（好ましくは４５℃）以上か否かを判断する（ステップＳ１１９）。セルスタック１０２の温度が第３閾値以上になるまで待機し、セルスタック１０２の温度が第３閾値以上になれば、ＣＰＵ１５８は、オン／オフ回路１７０をオンさせて、セルスタック１０２を負荷である電動モータ３８に接続させ（ステップＳ１２１）、通常運転が開始される。
このようにアノード１０８側からカソード１１０側にメタノール水溶液が漏れる異常が燃料電池１０４に発生している場合において、燃料電池システム１００の起動時に、水溶液ポンプ１３４より先にエアポンプ１３６を駆動させることでカソード１１０側の圧力がアノード１０８側より大きくなる。これによって、アノード１０８側からカソード１１０側へ移ろうとするメタノール水溶液をアノード１０８側に押し戻すことができる。また、燃料電池１０４に図１６および図１７に示すような亀裂（割れ８ａ，８ｂおよび破れ８ｃ）等の連通部が形成されアノード１０８とカソード１１０とが連通している場合、水溶液ポンプ１３４を先に駆動させるとアノード１０８側の圧力がカソード１１０側より大きくなり連通部を拡大させるおそれがある。しかし、この動作例のようにカソード１１０側の圧力をアノード１０８側より大きくすることによって、連通部の拡大を抑制できる。その結果、アノード１０８側からカソード１１０側へのメタノール水溶液の漏れを抑制できる。この効果は、水溶液ポンプ１３４およびエアポンプ１３６の駆動時においてアノード１０８側の圧力がカソード１１０側の圧力よりも大きくなるように、水溶液ポンプ１３４およびエアポンプ１３６の出力が設定されている場合に、より顕著になる。
また、燃料電池１０４の異常の有無に応じて水溶液ポンプ１３４およびエアポンプ１３６の駆動の順序を切り替えることによって、燃料電池１０４の状態に応じた最適な起動処理を行うことができる。
さらに、図１４を参照して、燃料電池システム１００の正常時（異常フラグオフ時）における発電停止処理について説明する。この動作は、起動処理中または通常運転中であってかつ異常フラグがオフされているときにメインスイッチ１４２がオフされると開始される。または、起動処理中または通常運転中であってかつ異常フラグがオフされているときに蓄電量検出器４４によって検出された二次電池１３０の蓄電率が９８％以上になると開始される。
まず、ＣＰＵ１５８は、オン／オフ回路１７０をオフさせて負荷である電動モータ３８をセルスタック１０２から切り離す（ステップＳ２０１）。そして、ＣＰＵ１５８はエアポンプ１３６を停止させ（ステップＳ２０３）、ＣＰＵ１５８はセルスタック１０２の温度が第１１閾値（好ましくは５０℃）以下か否かを判断する（ステップＳ２０５）。セルスタック１０２の温度が第１１閾値以下になるまで待機し、セルスタック１０２の温度が第１１閾値以下になれば、ＣＰＵ１５８は水溶液ポンプ１３４を停止させ（ステップＳ２０７）、終了する。
このように燃料電池１０４の正常時には、まずエアポンプ１３６を停止させることによって、水溶液ポンプ１３４の駆動によって供給されるメタノール水溶液にてセルスタック１０２の温度を第１１閾値未満まで短時間で低下させる。したがって、セルスタック１０２は速やかに冷却され、速やかに発電を停止させることができ、セルスタック１０２ひいては白金触媒層１０８ａおよび１１０ａの劣化を防止することができる。
また、水溶液ポンプ１３４を早期に停止できるので、メタノール水溶液の浪費を減らすことができる。
図１５を参照して、燃料電池システム１００の異常時（異常フラグオン時）における発電停止処理について説明する。この動作は、起動処理中または通常運転中であってかつ異常フラグがオンされているときにメインスイッチ１４２がオフされると開始される。または、起動処理中または通常運転中であってかつ異常フラグがオンされているときに蓄電量検出器４４によって検出された二次電池１３０の蓄電率が９８％以上になると開始される。
まず、ＣＰＵ１５８は、オン／オフ回路１７０をオフさせて負荷である電動モータ３８をセルスタック１０２から切り離す（ステップＳ３０１）。そして、ＣＰＵ１５８は水溶液ポンプ１３４を停止させ（ステップＳ３０３）、ＣＰＵ１５８はセルスタック１０２の温度が第１１閾値（好ましくは５０℃）以下か否かを判断する（ステップＳ３０５）。セルスタック１０２の温度が第１１閾値以下になるまで待機し、セルスタック１０２の温度が第１１閾値以下になれば、ＣＰＵ１５８はエアポンプ１３６を停止させ（ステップＳ３０７）、終了する。
このようにアノード１０８側からカソード１１０側にメタノール水溶液が漏れる異常が燃料電池１０４に発生している場合において、発電停止時に、エアポンプ１３６より先に水溶液ポンプ１３４を停止させることでカソード１１０側の圧力がアノード１０８側より大きくなる。これによって、アノード１０８側からカソード１１０側へ移ろうとするメタノール水溶液をアノード１０８側に押し戻すことができ、アノード１０８側からカソード１１０側へのメタノール水溶液の漏れを抑制できる。また、燃料電池１０４に図１６および図１７に示すような亀裂（割れ８ａ，８ｂおよび破れ８ｃ）等の連通部が形成されアノード１０８側とカソード１１０側とが連通している場合、エアポンプ１３６を先に停止させるとアノード１０８側の圧力がカソード１１０側より大きくなり、アノード１０８側のメタノール水溶液が連通部を通ってカソード１１０側に移動し連通部を拡大させるおそれがある。しかし、燃料電池システム１００では、アノード１０８側よりカソード１１０側の圧力を大きくすることによって、アノード１０８側のメタノール水溶液が連通部を通ってカソード１１０側へ移動するのを防止できるので、連通部の拡大を抑制でき、発電停止後におけるメタノール水溶液の漏れを抑えることができる。したがって、メタノール水溶液の浪費を抑えることができる。
さらに、水溶液ポンプ１３４を停止させた後、燃料電池１０４の温度が所定値（第１１閾値）以下になったことを条件としてエアポンプ１３６を停止させるので、燃料電池１０４ひいてはアノード１０８およびカソード１１０に含まれる白金触媒層１０８ａおよび１１０ａを十分に冷却することができる。したがって、白金触媒層１０８ａおよび１１０ａを所望の状態に保つことができ、白金触媒層１０８ａおよび１１０ａの劣化を抑制できる。燃料電池システム１００は、高温（たとえば６０℃以上）で通常運転する場合において好適に用いられる。
また、燃料電池１０４の異常の有無に応じて水溶液ポンプ１３４およびエアポンプ１３６の停止の順序を切り替えることによって、燃料電池１０４の状態に応じた最適な発電停止処理を行うことができる。
一実験例によれば、燃料電池１０４の異常時において発電停止後のカソード１１０側にあるメタノール水溶液の液量は、従来では２００ｃｃであったのに対して、この実施形態では５０ｃｃに減少させることができた。
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。
上述の実施形態では、セルスタック１０２（燃料電池１０４）のカソード１１０に空気を供給する場合について説明したが、これに限定されず、酸化剤を含む任意の気体を供給できる。この場合、気体供給手段には任意の送気ポンプを用いることができる。
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。
また、この発明は、据え付けタイプの燃料電池システムにも適用でき、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。 燃料電池の一例を示す分解斜視図である。 この発明の一実施形態の燃料電池システムの正常時における起動処理動作の一例を示すフロー図である。 正常時における起動処理動作の他の例を示すフロー図である。 正常時における起動処理動作のその他の例を示すフロー図である。 通常運転中の処理動作の一例を示すフロー図である。 通常運転中の処理動作の他の例を示すフロー図である。 通常運転中の処理動作のその他の例を示すフロー図である。 通常運転中の処理動作のさらにその他の例を示すフロー図である。 通常運転中の処理動作の他の例を示すフロー図である。 異常時における起動処理動作の一例を示すフロー図である。 正常時における発電停止処理動作の一例を示すフロー図である。 異常時における発電停止処理動作の一例を示すフロー図である。 割れや破れを有する燃料電池の一例を示す分解斜視図である。 （ａ）は図１６に示す燃料電池のマニホールド部分のＡ−Ａ断面図解面であり、（ｂ）は図１６に示す燃料電池の中央部分のＢ−Ｂ断面図解図である。
符号の説明
１０ 自動二輪車
２８ａ 入力部
２８ｂ 出力部
３８ 電動モータ
４４ 蓄電量検出器
１００ 燃料電池システム
１０２ 燃料電池セルスタック
１０４ 燃料電池
１０８ アノード
１０８ａ，１１０ａ 白金触媒層
１１０ カソード
１２０ 水溶液タンク
１２４、１２６、１２８ レベルセンサ
１３０ 二次電池
１３４ 水溶液ポンプ
１３６ エアポンプ
１３８ コントローラ
１４８ セルスタック温度センサ
１５０ カソード入口温度センサ
１５２ カソード出口温度センサ
１５４ カソード出口圧力センサ
１５６ アノード出口圧力センサ
１５８ ＣＰＵ
１６２ メモリ
１６４ 電圧検出回路

Claims (12)

  1. アノードおよびカソードを含む燃料電池と、
    前記アノードに燃料水溶液を供給する水溶液供給手段と、
    前記カソードに酸化剤を含む気体を供給する気体供給手段と、
    前記燃料電池の温度を検出する電池温度検出手段と、
    発電停止時に、前記水溶液供給手段の駆動を停止させその後に前記電池温度検出手段によって検出された前記燃料電池の温度が所定値以下になれば前記気体供給手段の駆動を停止させる制御手段とを備える、燃料電池システム。
  2. 前記燃料電池の異常を検出する異常検出手段をさらに含み、
    前記異常検出手段によって異常が検出されたとき、前記制御手段は、前記水溶液供給手段の駆動を停止させその後に前記電池温度検出手段によって検出された前記燃料電池の温度が所定値以下になれば前記気体供給手段の駆動を停止させる、請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. 前記異常検出手段によって異常が検出されないとき、前記制御手段は、前記気体供給手段の駆動を停止させその後に前記電池温度検出手段によって検出された前記燃料電池の温度が所定値以下になれば前記水溶液供給手段の駆動を停止させる、請求項２に記載の燃料電池システム。
  4. 当該燃料電池システムの起動時に、前記制御手段は、前記気体供給手段を駆動させその後に前記水溶液供給手段を駆動させる、請求項１に記載の燃料電池システム。
  5. 前記燃料電池の異常を検出する異常検出手段をさらに含み、
    前記異常検出手段によって異常が検出されたとき、前記制御手段は当該燃料電池システムの起動時に前記気体供給手段を駆動させその後に前記水溶液供給手段を駆動させる、請求項４に記載の燃料電池システム。
  6. 前記異常検出手段によって前記燃料電池の異常が検出されないとき、前記制御手段は当該燃料電池システムの起動時に前記水溶液供給手段を駆動させその後に前記気体供給手段を駆動させる、請求項５に記載の燃料電池システム。
  7. 前記燃料水溶液を収容する水溶液収容手段をさらに含み、
    前記異常検出手段は、前記水溶液収容手段に収容される前記燃料水溶液の液量を検出する水溶液量検出手段と、前記水溶液量検出手段の検出結果に基づいて前記燃料電池の異常を検出する手段とを含む、請求項２，３，５または６に記載の燃料電池システム。
  8. 複数の前記燃料電池を有する燃料電池セルスタックをさらに含み、
    前記異常検出手段は、前記燃料電池セルスタックの電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段の検出結果に基づいて前記燃料電池セルスタックの異常を検出する手段とを含む、請求項２，３，５または６に記載の燃料電池システム。
  9. 前記異常検出手段は、前記アノードと前記カソードとの少なくともいずれか一方の圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段の検出結果に基づいて前記燃料電池の異常を検出する手段とを含む、請求項２，３，５または６に記載の燃料電池システム。
  10. 前記異常検出手段は、前記カソードの温度を検出するカソード温度検出手段と、前記カソード温度検出手段の検出結果に基づいて前記燃料電池の異常を検出する手段とを含む、請求項２，３，５または６に記載の燃料電池システム。
  11. 前記制御手段は、前記アノード側から前記カソード側に前記燃料水溶液が漏れる異常が前記燃料電池に発生している場合、前記水溶液供給手段の駆動を停止させその後に前記電池温度検出手段によって検出された前記燃料電池の温度が所定値以下になれば前記気体供給手段の駆動を停止させる、請求項１に記載の燃料電池システム。
  12. 請求項１から１１のいずれかに記載の燃料電池システムを備える、輸送機器。
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