JP2016126850A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】発電と発電停止とを交互に実行する第２モードにおいて、二次電池の充電率が高い場合であっても、燃料電池における発電効率の低下を抑制することができる燃料電池システムを提供すること。【解決手段】燃料電池３と、燃料電池３で発電された電力を蓄電するバッテリ４４と、燃料電池３を加熱するヒータ３０と、燃料電池３における発電、および、ヒータ３０による燃料電池３の加熱を制御する制御部６とを備える燃料電池システム２において、制御部６は、発電と発電停止とを交互に実行する低負荷運転モードにおいて、燃料電池３の発電停止した状態で、バッテリ４４における充電率Ｒが充電率Ｒ１よりも低い場合に、ヒータ３０を停止させて、燃料電池３において発電し、バッテリ４４における充電率Ｒが充電率Ｒ１よりも高い場合に、燃料電池３の発電停止を継続して、ヒータ３０によって燃料電池３を加熱する。【選択図】図３

Description

本発明は、車両などに搭載される燃料電池システムに関する。

従来、車両などに搭載される燃料電池システムとして、メタノール、ジメチルエーテル、ヒドラジンなどの燃料成分と、空気中の酸素および水とを消費して発電する燃料電池システムが知られている。

例えば、アノードおよびカソードを有し、アノード供給される燃料中の燃料成分と、カソードに供給される空気中の酸素および水とを消費して発電する燃料電池と、燃料電池において発電された電力を蓄電する動力用バッテリとを備える燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この燃料電池システムでは、燃料電池において発電された電力は、電動車両のモータ等に供給されて消費されるとともに、動力用バッテリに蓄電される。

特開２０１３−１３４９８１号公報

上記の特許文献１に記載されるような燃料電池システムでは、動力用バッテリの充電が完了しており、電動車両における消費電力が少ない場合、燃料電池は、電動車両における少量の消費電力に応じた少量の電力を発電することとなる。しかし、そのような少量の電力を発電する条件では、発電効率が低下する場合がある。

そこで、燃料電池における発電を一旦停止して、動力用バッテリに蓄電されている電力を消費した後、燃料電池における発電を再開することが検討される。

しかし、この場合、発電が停止している間に、燃料電池の温度が過度に低下し、発電を再開するときの発電効率が低くなるおそれがある。

そこで、本発明の目的は、発電と発電停止とを交互に実行する第２モードにおいて、二次電池の充電率が高い場合であっても、燃料電池における発電効率の低下を抑制することができる燃料電池システムを提供することにある。

本発明の燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池で発電された電力を蓄電する二次電池と、前記燃料電池を加熱する加熱部と、前記燃料電池における発電、および、前記加熱部による前記燃料電池の加熱を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記燃料電池において連続的に発電する第１モードと、前記第１モードとは別に、前記燃料電池において、発電と発電停止とを交互に実行する第２モードとを有し、前記第２モードにおいて、前記燃料電池の発電停止した状態で、前記二次電池における充電率が閾値よりも低い場合には、前記加熱部を停止させて、前記燃料電池において発電し、前記二次電池における充電率が前記閾値よりも高い場合には、前記燃料電池の発電停止を継続して、前記加熱部によって前記燃料電池を加熱することを特徴としている。

このような構成によれば、発電と発電停止とを交互に実行する第２モードにおいて、燃料電池の発電停止した状態で、二次電池における充電率が閾値よりも低い場合には、加熱部を停止させて、燃料電池において発電する。

この場合、二次電池における充電率が低いので、発電効率が高い条件で燃料電池において発電し、得られた電力を二次電池に蓄電することができる。

また、二次電池における充電率が閾値よりも高い場合には、燃料電池の発電停止を継続して、加熱部によって燃料電池を加熱する。

この場合、燃料電池における発電停止を継続しながら、加熱部によって燃料電池を加熱することにより、燃料電池の温度が過度に低下することを防止できる。

そのため、高い発電効率を得られる温度で、発電を再開することができる。

その結果、第２モードにおいて、二次電池の充電率が高い場合であっても、燃料電池における発電効率の低下を抑制することができる。

本発明の燃料電池システムによれば、発電と発電停止とを交互に実行する第２モードにおいて、二次電池の充電率が高い場合であっても、燃料電池における発電効率の低下を抑制することができる。

図１は、本発明の燃料電池システムの実施形態を示す概略構成図である。 図２は、図１に示す燃料電池システムの低負荷モードを示すフロー図である。 図３は、図１に示す燃料電池システムを低負荷モードで動作させたときのタイミング図である。

１．電動車両の全体構成
図１に示すように、電動車両１は、モータ４２を動力源とし、燃料電池３およびバッテリ４４を電源としてモータ４２を駆動させる電動車両である。電動車両１は、燃料電池システム２を搭載している。

燃料電池システム２は、燃料電池３と、燃料給排部４と、空気給排部５と、制御部６と、動力部７とを備えている。

（１）燃料電池
燃料電池３は、燃料成分を含む液体燃料が直接供給される直接液体燃料形燃料電池であり、アニオン交換型燃料電池またはカチオン交換型燃料電池として構成されている。

燃料成分としては、例えば、メタノールなどのアルコール類、ジメチルエーテルなどのエーテル類、ヒドラジンなどのヒドラジン類などが挙げられ、好ましくは、アルコール類およびヒドラジン類が挙げられ、さらに好ましくは、ヒドラジン類が挙げられる。

液体燃料としては、燃料成分をそのまま用いてもよいが、燃料成分を、例えば、水などで希釈して用いることができる。

燃料電池３は、燃料電池セル１１を備えている。なお、燃料電池３は、複数の燃料電池セル１１が積層されたスタック構造として構成される場合があるが、図１においては、図解しやすいように１つの燃料電池セル１１のみを示している。また、燃料電池３には、燃料電池３の温度を測定する図示しない温度センサが備えられている。

燃料電池セル１１は、膜電極接合体１２と、燃料供給部材１３と、空気供給部材１４とを備えている。

膜電極接合体１２は、電解質膜１５と、アノード電極１６と、カソード電極１７とを備えている。

電解質膜１５は、アニオン交換型またはカチオン交換型の高分子電解質膜から形成されている。

アノード電極１６は、電解質膜１５の厚み方向一方側の表面に、薄層として積層されている。アノード電極１６は、例えば、触媒を担持した触媒担体により形成されている。なお、アノード電極１６は、触媒担体を用いずに、触媒から、直接形成することもできる。

カソード電極１７は、電解質膜１５に対してアノード電極１６の反対側、すなわち、電解質膜１５の厚み方向他方側の表面に、薄層として積層されている。カソード電極１７は、例えば、触媒を担持した触媒担体により形成されている。なお、カソード電極１７は、触媒担体を用いずに、触媒から、直接形成することもできる。

燃料供給部材１３は、膜電極接合体１２の厚み方向一方側に配置されている。燃料供給部材１３は、ガス不透過性の導電性材料から形成されている。燃料供給部材１３には、燃料流路１８が形成されている。なお、膜電極接合体１２と燃料供給部材１３との間には、図示しないガス拡散層が介在されている。

燃料流路１８は、燃料供給部材１３の厚み方向他方面に形成されている。燃料流路１８は、燃料供給部材１３の厚み方向他方面から厚み方向一方へ凹む凹溝であり、幅方向に折り返されながら、上下方向に延びる葛折り形状に形成されている。燃料流路１８は、アノード電極１６に向かい合っている。

空気供給部材１４は、膜電極接合体１２の厚み方向他方側に配置されている。空気供給部材１４は、ガス不透過性の導電性材料から形成されている。空気供給部材１４には、空気流路１９が形成されている。なお、膜電極接合体１２と空気供給部材１４との間には、図示しないガス拡散層が介在されている。

空気流路１９は、空気供給部材１４の厚み方向一方面に形成されている。空気流路１９は、空気供給部材１４の厚み方向一方面から厚み方向他方へ凹む凹溝であり、幅方向に折り返されながら、上下方向に延びる葛折り形状に形成されている。空気流路１９は、カソード電極１７に向かい合っている。

（２）燃料給排部
燃料給排部４は、第１タンク２１、第２タンク２２、第１燃料供給ライン２３、第１ポンプ２８、開閉弁２９、第２燃料供給ライン２４、第２ポンプ３１、加熱部の一例としてのヒータ３０、還流ライン２６、気液分離器３２、および排気ライン２７を備えている。

第１タンク２１は、上記した液体燃料を貯蔵する。

第１タンク２１内における液体燃料の燃料成分濃度は、燃料成分の種類によっても異なるが、燃料成分がヒドラジンである場合には、例えば、１質量％以上、好ましくは、５質量％以上であり、例えば、６０質量％以下、好ましくは、４０質量％以下である。

第２タンク２２は、燃料電池３の近傍に配置されている。第２タンク２２には、第１タンク２１からの液体燃料が希釈された状態で貯蔵されている。

第２タンク２２内における液体燃料の燃料成分濃度は、第１タンク２１内における液体燃料の燃料成分濃度よりも低い。より具体的には、第２タンク２２内における液体燃料の燃料成分濃度は、電動車両１の走行状態に応じて調整されるが、電動車両１が一定の速度で走行している場合には、例えば、１質量％以上、好ましくは、５質量％以上であり、例えば、２０質量％以下、好ましくは、１５質量％以下である。

第１燃料供給ライン２３は、第１タンク２１から第２タンク２２へ液体燃料を供給するための配管である。第１燃料供給ライン２３の供給方向上流端は、第１タンク２１の下端部に接続されている。第１燃料供給ライン２３の供給方向下流端は、第２タンク２２の下端部に接続されている。

第１ポンプ２８は、第１燃料供給ライン２３に介在されている。第１ポンプ２８としては、例えば、ロータリーポンプ、ギヤポンプなどの回転式ポンプ、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプなどの往復式ポンプなど、公知の送液ポンプが挙げられる。

開閉弁２９は、第１タンク２１と第１ポンプ２８との間において、第１燃料供給ライン２３に介在されている。開閉弁２９としては、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が挙げられる。

第２燃料供給ライン２４は、第２タンク２２内の液体燃料を燃料流路１８に供給するための配管である。第２燃料供給ライン２４の供給方向上流端は、第２タンク２２の下端部に接続されている。第２燃料供給ライン２４の供給方向下流端は、燃料流路１８の下端部に連通するように、燃料供給部材１３の下端部に接続されている。

第２ポンプ３１は、第２燃料供給ライン２４に介在されている。第２ポンプ３１としては、上記した第１ポンプ２８と同様の送液ポンプが挙げられる。

ヒータ３０は、燃料電池３と第２ポンプ３１との間において、第２燃料供給ライン２４を覆うように配置されている。ヒータ３０は、燃料電池３とインバータ４３（後述）とを接続する電気配線７Ａ（後述）に対して電気的に接続されている。ヒータ３０は、第２燃料供給ライン２４を通過する液体燃料を加熱する。

還流ライン２６は、燃料流路１８から排出された液体燃料を第２タンク２２に還流するための配管である。還流ライン２６の還流方向上流端は、燃料流路１８の上端部に連通するように、燃料供給部材１３の上端部に接続されている。還流ライン２６の還流方向下流端は、第２タンク２２に接続されている。これにより、第２タンク２２から、第２燃料供給ライン２４、燃料流路１８および還流ライン２６を順次介して第２タンク２２に戻る循環ラインが形成される。

気液分離器３２は、還流ライン２６に介在されている。気液分離器３２は、燃料電池３の燃料流路１８から排出された液体燃料と、ガス（気体）とを分離する。

排気ライン２７は、気液分離器３２で分離されたガスを排気するための配管である。排気ライン２７の排気方向上流端は、気液分離器３２に接続されている。排気ライン２７の排気方向下流端は、大気開放されている。なお、排気ライン２７には、ガスを無害化および無臭化するための図示しない浄化装置が介在されている。

（３）空気給排部
空気給排部５は、空気供給ライン３３と、エアポンプ３５と、空気排出ライン３４とを備えている。

空気供給ライン３３は、空気流路１９内に空気を供給するための配管である。空気供給ライン３３の供給方向上流端は、大気開放されている。空気供給ライン３３の供給方向下流端は、空気流路１９の上端部に連通するように、空気供給部材１４の上端部に接続されている。

エアポンプ３５は、空気供給ライン３３に介在されている。エアポンプ３５としては、例えば、エアコンプレッサなどの公知の送気ポンプが挙げられる。

空気排出ライン３４は、空気流路１９から空気を排出するための配管である。空気排出ライン３４の排出方向上流端は、空気流路１９の下端部に連通するように、空気供給部材１４の下端部に接続されている。空気排出ライン３４の排出方向下流端は、大気開放されている。

（４）制御部
制御部６は、ＥＣＵ４１を備えている。

ＥＣＵ４１は、電動車両１における電気的な制御を実行するコントロールユニット（すなわち、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータから構成されている。ＥＣＵ４１は、信号配線を介して、第１ポンプ２８、開閉弁２９、第２ポンプ３１およびエアポンプ３５に電気的に接続されており、それらを制御する。また、ＥＣＵ４１は、図示しない信号配線を介して、燃料電池３の図示しない温度センサに電気的に接続されており、温度センサからの検知信号を受信する。

（５）動力部
動力部７は、電動車両１の前端部において、いわゆるエンジンルーム内に配置されている。動力部７は、電気配線７Ａを介して互いに電気的に接続されるように、モータ４２と、インバータ４３と、二次電池の一例としてのバッテリ４４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４５とを備えている。

モータ４２は、燃料電池３に電気的に接続されている。モータ４２は、燃料電池３またはバッテリ４４から出力される電気エネルギーを電動車両１の駆動力として機械エネルギーに変換する。モータ４２としては、例えば、三相誘導電動機、三相同期電動機などの公知の三相電動機などが挙げられる。

インバータ４３は、燃料電池３とモータ４２との間に電気的に接続されている。インバータ４３は、燃料電池３で発電された直流電力を交流電力に変換する。インバータ４３としては、例えば、公知のインバータ回路が組み込まれた電力変換装置などが挙げられる。

バッテリ４４は、燃料電池３とインバータ４３とを接続する電気配線７Ａに対して電気的に接続されている。バッテリ４４としては、例えば、ニッケル水素電池や、リチウムイオン電池などの公知の二次電池などが挙げられる。バッテリ４４は、燃料電池３からの電力を蓄電可能、かつ、モータ４２に電力を供給可能である。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４５は、燃料電池３とバッテリ４４との間に電気的に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ４５は、信号配線を介してＥＣＵ４１にも電気的に接続されており、ＥＣＵ４１の制御により、燃料電池３の出力電圧を昇圧または降圧し、燃料電池３の電力およびバッテリ４４の入出力電力を調整する。

２．発電動作
次いで、図１を参照しながら、燃料電池システム２における発電について説明する。

燃料電池システム２が作動している状態では、ＥＣＵ４１の制御により、開閉弁２９が開放され、第１ポンプ２８、第２ポンプ３１、および、エアポンプ３５が作動されている。

これにより、第２タンク２２内の液体燃料は、第２燃料供給ライン２４を介して燃料電池３の燃料流路１８に供給される。

燃料流路１８に供給された液体燃料は、アノード電極１６と接触しながら燃料流路１８内を下側から上側へ流れて、還流ライン２６へ排出される。

なお、第１タンク２１内の液体燃料は、ＥＣＵ４１の制御によって第１ポンプ２８の送液量が調整されることにより、第２タンク２２内の液体燃料の燃料成分濃度を調整するように、第１燃料供給ライン２３を介して、逐次、第２タンク２２に供給される。

また、電動車両１の外部からの空気は、空気供給ライン３３を介して、燃料電池３の空気流路１９に供給される。空気は、酸素を含有する気体の一例である。なお、空気は、通常、水蒸気（つまり、水）を含んでいる。

空気流路１９に供給された空気は、カソード電極１７と接触しながら空気流路１９内を上側から下側へ流れて空気排出ライン３４へ排出される。

このとき、燃料電池３では、電解質膜１５がアニオン交換型の高分子電解質膜であり、燃料成分がヒドラジンである場合には、下記反応式（１）〜（３）で表される電気化学反応が生じ、発電が行なわれる。
（１）Ｎ_２Ｈ_４＋４ＯＨ⁻→Ｎ_２＋４Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻（アノード電極１６での反応）
（２）Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻→４ＯＨ⁻（カソード電極１７での反応）
（３）Ｎ_２Ｈ_４＋Ｏ_２→Ｎ_２＋２Ｈ_２Ｏ（燃料電池３全体での反応）
なお、電解質膜１５がアニオン交換型の高分子電解質膜であり、燃料成分がメタノールである場合には、下記反応式（４）〜（６）で表される電気化学反応が生じ、発電が行なわれる。
（４）ＣＨ_３ＯＨ＋６ＯＨ⁻→ＣＯ_２＋５Ｈ_２Ｏ＋６ｅ⁻（アノード電極１６での反応）
（５）Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻→４ＯＨ⁻（カソード電極１７での反応）
（６）ＣＨ_３ＯＨ＋３／２Ｏ_２→ＣＯ_２＋２Ｈ_２Ｏ（燃料電池３全体での反応）
これらの反応により、アノード電極１６において燃料成分（Ｎ_２Ｈ_４またはＣＨ_３ＯＨ）が消費され、カソード電極１７において酸素（Ｏ_２）および水（Ｈ_２Ｏ）が消費されるとともに、水（Ｈ_２Ｏ）およびガス（Ｎ_２またはＣＯ_２）が生成され、起電力（ｅ⁻）が発生される。燃料電池３において発生した起電力は、インバータ４３により三相交流電力に変換された後、電動車両１の各種のアクセサリ（ヘッドライトなどの外装機器類や、オーディオなどの内装機器類）に供給される。例えば、電動車両１が走行する場合には、起電力は、インバータ４３を介してモータ４２に供給されて、電動車両１の車輪を駆動させる機械エネルギーに変換される。なお、機械エネルギーに変換されなかった余剰の電力は、バッテリ４４に蓄電される。

そして、燃料電池３から還流ライン２６に排出された液体燃料は、上記の電気化学反応において残存した燃料成分と、上記の電気化学反応により生成する水とが含まれており、気液分離器３２において、ガス成分（上記電気化学反応により生じるガス（Ｎ_２またはＣＯ_２）と分離されて、第２タンク２２に供給される。
３．燃料電池システムの運転モード切替え
（１）定常運転モード
電動車両１が継続的に走行しているときには、ＥＣＵ４１は、燃料電池システム２を、第１モードの一例としての定常運転モードで運転する。

定常運転モードでは、上記したように、ＥＣＵ４１の制御により、第２ポンプ３１、および、エアポンプ３５が常に（連続的に）作動され、燃料電池３において常に（連続的に）発電される。

定常運転モード時に発電される電力は、通常、５ｋＷ以上であり、２０ｋＷ以下である。また、エアポンプ３５の吐出量は、例えば、１０００Ｌ／分である。また、第２ポンプ３１の吐出量は、通常、４０Ｌ／分である。
（２）低負荷運転モード
定常運転モードを実行中に、燃料電池３の発電効率が低下すると、ＥＣＵ４１は、燃料電池システム２の運転モードを、定常運転モードから、第２モードの一例としての低負荷運転モードに切り替える。

ＥＣＵ４１は、例えば、燃料電池３の発電電力が５ｋＷ以下になった場合に、燃料電池システム２の運転モードを、定常運転モードから低負荷運転モードに切り替える。

低負荷運転モードでは、図２および図３に示すように、ＥＣＵ４１は、燃料電池セル１１の温度Ｔ、および、バッテリ４４の充電率Ｒ（バッテリ４４の電池残量／バッテリ４４の電池容量×１００）に基づいて、燃料電池３における発電と発電停止とを交互に実施する。

詳しくは、図３に示すように、時点ｔ_０において、低負荷運転モードが開始されると、ＥＣＵ４１は、燃料電池セル１１の温度Ｔが所定の設定温度Ｔ１（具体的には、５０℃）よりも低く、バッテリ４４の充電率Ｒが所定の閾値の一例としての充電率Ｒ１（具体的には、８０％）よりも低い場合（Ｓ１：ＹＥＳ、Ｓ２：ＹＥＳ、図２参照）に、第２ポンプ３１およびエアポンプ３５を再作動させて、燃料電池３における発電を再開する（Ｓ３、図２参照）。

このとき、第２ポンプ３１およびエアポンプ３５のそれぞれの吐出量は、燃料電池３における発電効率が最も高くなるように設定される。具体的には、第２ポンプ３１の吐出量は、例えば、１００Ｌ／分以上である。エアポンプ３５の吐出量は、例えば、１００Ｌ／分以上である。

すると、上記した電気化学反応による発熱により、燃料電池セル１１の温度Ｔが上昇する。また、このとき、燃料電池３において最も高い効率で発電されているので、得られた電力のうち、電動車両１のモータ４２やアクセサリ等によって消費されなかった電力がバッテリ４４に蓄電され、バッテリ４４の充電率Ｒが上昇する。

次いで、時点ｔ_１において、燃料電池セル１１の温度Ｔが所定の設定温度Ｔ２（例えば、５５℃）よりも高くなると（Ｓ４：ＹＥＳ、図２参照）、ＥＣＵ４１は、エアポンプ３５を停止させて、燃料電池３における発電を停止させる。

すると、上記した電気化学反応が停止することにより、燃料電池セル１１の温度Ｔが低下する。また、バッテリ４４に蓄電されていた電力が電動車両１のモータ４２やアクセサリ等によって消費され、バッテリ４４の充電率Ｒが低下する。

次いで、時点ｔ_１から所定時間経過した時点ｔ_２において、ＥＣＵ４１は、燃料電池セル１１の温度Ｔが所定の設定温度Ｔ１よりも低く、バッテリ４４の充電率Ｒが所定の充電率Ｒ１よりも低い場合（Ｓ１：ＹＥＳ、Ｓ２：ＹＥＳ、図２参照）に、エアポンプ３５を再び作動させて、燃料電池３における発電を再開する（Ｓ３、図２参照）。

このとき、電動車両１のモータ４２やアクセサリ等による消費電力が小さい場合には、時点ｔ_０から時点ｔ_１までの間においてバッテリ４４に蓄電された電力に対して、時点ｔ_１から時点ｔ_２までの間に消費される電力が小さく、時点ｔ_２では、時点ｔ_０における充電率Ｒよりも高い充電率Ｒで、燃料電池３における発電を再開する。

すると、時点ｔ_０から時点ｔ_１までの間と同様に、燃料電池３において最も高い効率で発電され、燃料電池セル１１の温度Ｔが上昇するとともに、バッテリ４４の充電率Ｒが上昇する。

次いで、時点ｔ_３において、燃料電池セル１１の温度Ｔが所定の設定温度Ｔ２よりも高くなると（Ｓ４：ＹＥＳ、図２参照）、ＥＣＵ４１は、エアポンプ３５を停止させて、燃料電池３における発電を停止させる。

このとき、バッテリ４４の充電率Ｒは、時点ｔ_１における充電率Ｒよりも高い。

このように、電動車両１のモータ４２やアクセサリ等による消費電力が小さい状態において、燃料電池３において最も高い効率で発電を繰り返すと、バッテリ４４の充電率Ｒは、徐々に１００％に近付く。

ここで、燃料電池３における発電を再開するときのバッテリ４４の充電率Ｒが、１００％に過度に近付くと、得られた電力がバッテリ４４に蓄電されにくくなり、その蓄電量に応じて燃料電池３の発電量を減らす必要があるため、燃料電池３における発電効率が低下するおそれがある。

そこで、この低負荷運転モードでは、バッテリ４４の充電率Ｒが１００％に過度に近付いた場合に、燃料電池３における発電を停止した状態で、ヒータ３０を作動させて、燃料電池３の温度を維持する。

具体的には、時点ｔ_３において燃料電池３における発電が停止した後、所定時間経過した時点ｔ_４において、ＥＣＵ４１は、燃料電池セル１１の温度Ｔが所定の設定温度Ｔ１よりも低く、バッテリ４４の充電率Ｒが所定の充電率Ｒ１よりも高い場合（Ｓ１：ＹＥＳ、Ｓ２：ＮＯ、図２参照）に、エアポンプ３５を停止させた状態で、ヒータ３０を作動させる（Ｓ６、図２参照）。

すると、ヒータ３０によって加熱された液体燃料が燃料電池３に供給されることにより、燃料電池セル１１の温度Ｔが上昇する。また、バッテリ４４に蓄電されていた電力が電動車両１のモータ４２やアクセサリ、および、ヒータ３０によって消費され、バッテリ４４の充電率Ｒが低下する。

次いで、時点ｔ_５において、燃料電池セル１１の温度Ｔが所定の設定温度Ｔ２よりも高くなると（Ｓ７：ＹＥＳ、図２参照）、ＥＣＵ４１は、ヒータ３０を停止させる。

すると、ヒータ３０による加熱が停止することにより、燃料電池セル１１の温度Ｔが低下する。また、バッテリ４４に蓄電されていた電力が電動車両１のモータ４２やアクセサリによって消費され、バッテリ４４の充電率Ｒがさらに低下する。

そして、時点ｔ_５から所定時間経過した時点ｔ_６において、ＥＣＵ４１は、時点ｔ_０と同様に、燃料電池セル１１の温度Ｔが所定の設定温度Ｔ１よりも低く、バッテリ４４の充電率Ｒが所定の充電率Ｒ１よりも低い場合（Ｓ１：ＹＥＳ、Ｓ２：ＹＥＳ、図２参照）に、エアポンプ３５を再び作動させて、燃料電池３における発電を再開する（Ｓ３、図２参照）。

その後、時点ｔ_７において、時点ｔ_１と同様に、燃料電池セル１１の温度Ｔが所定の設定温度Ｔ２よりも高くなると（Ｓ４：ＹＥＳ、図２参照）、エアポンプ３５を停止させて、燃料電池３における発電を停止する。

なお、低負荷運転モードを実行中に、燃料電池３において、高い発電効率での発電が可能になると、ＥＣＵ４１は、燃料電池システム２の運転モードを、低負荷運転モードから定常運転モードに切り替える。

具体的には、燃料電池３の発電電力が５ｋＷ以上になった場合、ＥＣＵ４１は、燃料電池システム２の運転モードを、低負荷運転モードから定常運転モードに切り替える。
４．作用効果
この燃料電池システム２によれば、発電と発電停止とを交互に実行する低負荷運転モードにおいて、図３における時点ｔ_０、時点ｔ_２および時点ｔ_６のように、燃料電池３の発電停止が終了したときに、バッテリ４４における充電率Ｒが所定の充電率Ｒ１よりも低い場合（Ｓ１：ＹＥＳ、Ｓ２：ＹＥＳ、図２参照）に、ヒータ３０を停止させて、燃料電池３において発電する（Ｓ３、図２参照）。

この場合、バッテリ４４における充電率Ｒが低いので、発電効率が高い条件で燃料電池３において発電し、得られた電力をバッテリ４４に蓄電することができる。

また、図３における時点ｔ_４のように、燃料電池３の発電停止が終了したときに、バッテリ４４における充電率Ｒが所定の充電率Ｒ１よりも高い場合（Ｓ１：ＹＥＳ、Ｓ２：ＮＯ、図２参照）に、燃料電池３の発電停止を継続して、ヒータ３０によって燃料電池３を加熱する。

この場合、燃料電池３における発電停止を継続しながら、ヒータ３０によって燃料電池３を加熱することにより、燃料電池３の温度が過度に低下することを防止できる。

そのため、高い発電効率を得られる温度で、発電を再開することができる。

その結果、低負荷運転モードにおいて、バッテリ４４の充電率Ｒが高い場合であっても、燃料電池３における発電効率の低下を抑制することができる。

また、この燃料電池システム２によれば、図３における時点ｔ_４のように、燃料電池３の発電停止が終了したときに、バッテリ４４における充電率Ｒが所定の充電率Ｒ１よりも高い場合（Ｓ１：ＹＥＳ、Ｓ２：ＮＯ、図２参照）に、バッテリ４４に蓄電されていた電力をヒータ３０によって消費し、バッテリ４４の充電率Ｒをより低下させることができる。

そのため、燃料電池３の温度が過度に低下することを防止できるとともに、次回の発電（時点ｔ_６から時点ｔ_７までの間での発電）において、確実に、発電効率が高い条件で発電することができる。
（変形例）
なお、上記した実施形態によれば、燃料の一例として液体燃料を挙げているが、アノード電極１６に供給される燃料の状態は、気体であってもよい。

２ 燃料電池システム
３ 燃料電池
６ 制御部
３０ ヒータ
４４ バッテリ

Claims (1)

1. 燃料電池と、
   前記燃料電池で発電された電力を蓄電する二次電池と、
   前記燃料電池を加熱する加熱部と、
   前記燃料電池における発電、および、前記加熱部による前記燃料電池の加熱を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記燃料電池において連続的に発電する第１モードと、前記第１モードとは別に、前記燃料電池において、発電と発電停止とを交互に実行する第２モードとを有し、前記第２モードにおいて、前記燃料電池の発電停止した状態で、
   前記二次電池における充電率が閾値よりも低い場合には、前記加熱部を停止させて、前記燃料電池において発電し、
   前記二次電池における充電率が前記閾値よりも高い場合には、前記燃料電池の発電停止を継続して、前記加熱部によって前記燃料電池を加熱する
   ことを特徴とする、燃料電池システム。
   

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