(57)【要約】【課題】異常判定用の新たな検出器を設けることなく燃料供給装置の異常を判定できる、燃料電池システムおよびそれを備える輸送機器を提供する。【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、複数の燃料電池１０４を含むセルスタック１０２、セルスタック１０２にメタノール水溶液を供給するための水溶液ポンプ１３２、ＣＰＵ１６２を含むコントローラ１３６、セルスタック１０２に導入されるメタノール水溶液の温度を検出する導入温度センサ１４６、セルスタック１０２から排出されるメタノール水溶液の温度を検出する排出温度センサ１５２を含む。ＣＰＵ１６２は、導入温度センサ１４６の検出結果と排出温度センサ１５２の検出結果との差を求めることによって出入温度差を取得する。そして、ＣＰＵ１６２は、出入温度差と所定値とを比較することによって水溶液ポンプ１３２が異常か否かを判定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池に燃料を供給するための燃料供給装置と、
前記燃料電池に供給される前記燃料の温度に関する第１温度情報を検出する第１温度検出器と、
前記燃料電池から排出される前記燃料の温度に関する第２温度情報を検出する第２温度検出器と、
前記第１温度情報と前記第２温度情報との差に関する差情報と所定値との比較結果に基づいて前記燃料供給装置の異常を判定する異常判定部とを備える、燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池の発電状態に関する発電情報に基づいて前記所定値を設定する設定部をさらに含む、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料は燃料水溶液であり、
前記燃料水溶液の濃度に関する濃度情報を検出する濃度検出器をさらに含み、
前記発電情報は前記濃度情報である、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料水溶液の濃度を調整する濃度調整装置をさらに含み、
前記濃度検出器は、前記濃度調整装置が停止しているときに検出動作を行う、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記濃度検出器は、前記濃度調整装置が停止してから所定期間経過後に検出動作を行う、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記所定期間は、前記濃度調整装置が停止してから少なくとも前記差情報が最大値に達するまでに必要な期間である、請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池の温度に関する第３温度情報を検出する第３温度検出器と、
前記燃料電池の出力に関する出力情報を検出する出力検出器との少なくともいずれか一方をさらに含み、
前記発電情報は、前記第３温度情報および前記出力情報のいずれか一方である、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃料電池が定常的に発電可能な通常運転か否かを前記燃料電池の発電状態に関する発電情報に基づいて判定する運転状態判定部をさらに含み、
前記第１温度検出器および前記第２温度検出器は、前記運転状態判定部の判定結果に応じて検出動作を行う、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記燃料は燃料水溶液であり、
前記燃料水溶液の濃度に関する濃度情報を検出する濃度検出器をさらに含み、
前記発電情報は前記濃度情報である、請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記燃料電池の温度に関する第３温度情報を検出する第３温度検出器と、
前記燃料電池の出力に関する出力情報を検出する出力検出器との少なくともいずれか一方をさらに含み、
前記発電情報は、前記第３温度情報および前記出力情報のいずれか一方である、請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記異常判定部の判定結果に基づいて前記燃料供給装置の出力を制御する出力制御部をさらに含む、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記異常判定部の判定結果および前記出力制御部による前記燃料供給装置の出力制御状態に基づいて前記燃料電池の発電を停止させる停止制御部をさらに含む、請求項１１に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記停止制御部によって前記燃料電池の発電が停止された場合にその停止以降の前記燃料電池の発電を禁止する禁止制御部をさらに含む、請求項１２に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記異常判定部の判定結果を報知する報知装置をさらに含む、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
請求項１から１４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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、保護機能を有する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。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムでは、燃料供給装置によって燃料が燃料電池のアノードに、空気供給装置によって酸素を含む空気が燃料電池のカソードにそれぞれ供給される。燃料の供給量と空気の供給量とのバランスは、燃料電池全体で均一に発電が行われるように調整されている。もし燃料供給装置が劣化してアノードへの燃料の供給量が減少すると、空気の供給量と燃料の供給量とのバランスが崩れてしまう。その結果、燃料電池のアノード入口付近では十分な燃料が供給されるのに対して燃料電池のアノード出口付近では燃料が不足する場合がある。このようなアノードにおける燃料の偏在は燃料電池の劣化を招くおそれがある。また、燃料の供給量が減少すると燃料電池の出力が低下するといった問題も発生する。
【０００３】
特許文献１には冷媒ポンプの異常を冷媒流量等に基づいて検出する燃料電池システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１８４４３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に開示されている技術を燃料供給装置の異常を判定するために用いると、流量センサ等の新たな検出器を設けなければならない。
それゆえにこの発明の主たる目的は、異常判定用の新たな検出器を設けることなく燃料供給装置の異常を判定できる、燃料電池システムおよびそれを備える輸送機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池に燃料を供給するための燃料供給装置と、前記燃料電池に供給される前記燃料の温度に関する第１温度情報を検出する第１温度検出器と、前記燃料電池から排出される前記燃料の温度に関する第２温度情報を検出する第２温度検出器と、前記第１温度情報と前記第２温度情報との差に関する差情報と所定値との比較結果に基づいて前記燃料供給装置の異常を判定する異常判定部とを備える。
【０００７】
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、前記燃料電池の発電状態に関する発電情報に基づいて前記所定値を設定する設定部をさらに含むことを特徴とする。
【０００８】
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、前記燃料は燃料水溶液であり、前記燃料水溶液の濃度に関する濃度情報を検出する濃度検出器をさらに含み、前記発電情報は前記濃度情報であることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の燃料電池システムは、請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料水溶液の濃度を調整する濃度調整装置をさらに含み、前記濃度検出器は、前記濃度調整装置が停止しているときに検出動作を行うことを特徴とする。
【００１０】
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、前記濃度検出器は、前記濃度調整装置が停止してから所定期間経過後に検出動作を行うことを特徴とする。
【００１１】
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、前記所定期間は、前記濃度調整装置が停止してから少なくとも前記差情報が最大値に達するまでに必要な期間であることを特徴とする。
【００１２】
請求項７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、前記燃料電池の温度に関する第３温度情報を検出する第３温度検出器と、前記燃料電池の出力に関する出力情報を検出する出力検出器との少なくともいずれか一方をさらに含み、前記発電情報は、前記第３温度情報および前記出力情報のいずれか一方であることを特徴とする。
【００１３】
請求項８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、前記燃料電池が定常的に発電可能な通常運転か否かを前記燃料電池の発電状態に関する発電情報に基づいて判定する運転状態判定部をさらに含み、前記第１温度検出器および前記第２温度検出器は、前記運転状態判定部の判定結果に応じて検出動作を行うことを特徴とする。
【００１４】
請求項９に記載の燃料電池システムは、請求項８に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料は燃料水溶液であり、前記燃料水溶液の濃度に関する濃度情報を検出する濃度検出器をさらに含み、前記発電情報は前記濃度情報であることを特徴とする。
【００１５】
請求項１０に記載の燃料電池システムは、請求項８に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池の温度に関する第３温度情報を検出する第３温度検出器と、前記燃料電池の出力に関する出力情報を検出する出力検出器との少なくともいずれか一方をさらに含み、前記発電情報は、前記第３温度情報および前記出力情報のいずれか一方であることを特徴とする。
【００１６】
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、前記異常判定部の判定結果に基づいて前記燃料供給装置の出力を制御する出力制御部をさらに含むことを特徴とする。
【００１７】
請求項１２に記載の燃料電池システムは、請求項１１に記載の燃料電池システムにおいて、前記異常判定部の判定結果および前記出力制御部による前記燃料供給装置の出力制御状態に基づいて前記燃料電池の発電を停止させる停止制御部をさらに含むことを特徴とする。
【００１８】
請求項１３に記載の燃料電池システムは、請求項１２に記載の燃料電池システムにおいて、前記停止制御部によって前記燃料電池の発電が停止された場合にその停止以降の前記燃料電池の発電を禁止する禁止制御部をさらに含むことを特徴とする。
【００１９】
請求項１４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、前記異常判定部の判定結果を報知する報知装置をさらに含むことを特徴とする。
【００２０】
請求項１５に記載の輸送機器は、請求項１から１４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。
【００２１】
通常、燃料電池システムには、当該システムの温度管理のために、燃料電池に供給される燃料の温度を検出する温度検出器、および燃料電池から排出される燃料の温度を検出する温度検出器が設けられる。請求項１に記載の燃料電池システムでは、第１温度検出器によって検出される第１温度情報と第２温度検出器によって検出される第２温度情報との差情報を取得した後に、差情報と所定値とを比較する。差情報は、燃料供給装置の停止や出力低下等の異常のために燃料電池における燃料の滞留時間が長くなることによって大きくなる。また、所定値は、燃料供給装置が正常な場合に考えられる差情報に対応している。したがって、差情報と所定値とを比較して差情報が所定値以上であれば燃料供給装置が異常であると判定できる。このように、第１温度検出器および第２温度検出器の検出結果を用いることによって、異常判定用の新たな検出器を設けることなく燃料供給装置の異常を判定できる。
【００２２】
請求項２に記載の燃料電池システムでは、燃料電池の発電状態に基づいて所定値を設定する。燃料供給装置が正常であっても燃料電池の発電状態に応じて差情報は変化する。したがって、燃料電池の発電状態に基づいて適切な所定値を設定することによって、燃料供給装置の異常を適切に判定できる。
【００２３】
請求項３に記載の燃料電池システムでは、濃度情報に基づいて所定値を設定する。燃料電池の温度ひいては燃料電池から排出される燃料水溶液の温度は燃料水溶液の濃度とともに大きくなり、差情報も燃料水溶液の濃度とともに大きくなる。したがって、濃度情報に基づいて適切な所定値を設定でき、燃料供給装置の異常を適切に判定できる。
【００２４】
燃料水溶液の濃度調整中は濃度の推移が不安定になるので、検出した濃度に基づいて適切な所定値を設定できなくなるおそれがある。請求項４に記載の燃料電池システムでは、濃度調整装置が停止しているときに燃料水溶液の濃度を検出する。これによって、濃度の推移が不安定な状態における濃度検出を避けることができ、確実に適切な所定値を設定できる。
【００２５】
請求項５に記載の燃料電池システムでは、濃度調整装置が停止してから所定期間待機することによって、濃度の推移がより安定し、より確実に適切な所定値を設定できる。
【００２６】
燃料水溶液の濃度は、濃度調整装置の停止からしばらくして最大になり、その後小さくなる。また、差情報は、燃料水溶液の濃度が最大になってからしばらくして最大になり、その後小さくなる。請求項６に記載の燃料電池システムでは、濃度調整装置の停止から少なくとも差情報が最大値に達するまでに必要な期間が所定期間に設定される。このような所定期間の経過後に燃料水溶液の濃度を検出することによって、差情報と一対一の関係を有する濃度を得ることができ、より確実に適切な所定値を設定できる。
【００２７】
請求項７に記載の燃料電池システムでは、第３温度情報または出力情報に基づいて所定値を設定する。燃料電池から排出される燃料の温度ひいては差情報は燃料電池の温度とともに大きくなるので、第３温度情報に基づいて適切な所定値を設定できる。また、燃料電池から排出される燃料の温度ひいては差情報は燃料電池の出力とともに大きくなるので、出力情報に基づいても適切な所定値を設定できる。
【００２８】
請求項８に記載の燃料電池システムでは、現在の運転状態が通常運転か否かを判定し、通常運転であれば第１温度情報と第２温度情報とを検出する。通常運転であれば燃料電池の温度が安定し、第１温度情報および第２温度情報も安定する。したがって、通常運転であるときに検出した第１温度情報と第２温度情報とを用いることによって、適切な差情報を取得でき、燃料供給装置の異常を適切に判定できる。
【００２９】
通常、燃料水溶液を発電に用いる燃料電池システムでは、燃料電池の温度を迅速に上昇させるための昇温運転が通常運転前に行われる。昇温運転では燃料水溶液の濃度が高濃度な昇温範囲に調整され、その後の通常運転では燃料水溶液の濃度が昇温範囲よりも小さい通常範囲に調整される。請求項９に記載の燃料電池システムでは、濃度情報が通常範囲内であるか否かを判定することによって、通常運転か否かを簡単に判定できる。
【００３０】
請求項１０に記載の燃料電池システムでは、第３温度情報または出力情報に基づいて通常運転か否かを判定する。通常運転では燃料電池の温度が所定温度に達するので、第３温度情報が所定温度以上であるか否かを判定することによって、通常運転か否かを簡単に判定できる。また、通常運転では燃料電池の出力が所定出力以上になるので、出力情報が所定出力以上であるか否かを判定することによっても、通常運転か否かを簡単に判定できる。
【００３１】
請求項１１に記載の燃料電池システムでは、異常と判定すれば燃料供給装置の出力が大きくなるように燃料供給装置を制御する。燃料供給装置の出力が劣化で小さくなっている場合は、このように燃料供給装置を制御することによって、燃料の偏在による燃料電池の劣化を抑えることができる。また、燃料電池の出力低下を抑えることができる。
【００３２】
請求項１２に記載の燃料電池システムでは、燃料供給装置を出力が大きくなるように制御（たとえば最大出力に制御）しているにもかかわらず燃料供給装置が異常であると判定される場合は、燃料電池の発電を停止させる。この場合、燃料供給装置が停止しているおそれや燃料供給装置の劣化が著しく進んでいるおそれがあるので、燃料電池の発電を停止させることによって、燃料の偏在による燃料電池の劣化を抑えることができる。
【００３３】
請求項１３に記載の燃料電池システムでは、異常との判定に伴って燃料電池の発電を停止した場合は、その停止以降の発電を禁止する。これによって、燃料の偏在による燃料電池の劣化をより確実に抑えることができる。
【００３４】
請求項１４に記載の燃料電池システムでは、燃料供給装置の異常を報知することによって燃料電池システムの利便性が向上する。
【００３５】
燃料電池システムを輸送機器に搭載する場合には、構成部品を少なくしシステムを小さくすることが望まれる。この発明では、異常判定用の新たな検出器を設けることなく燃料供給装置の異常を判定でき、構成部品を増やすことなくシステムを小さく構成できる。このため請求項１５に記載するように、この発明は輸送機器に好適に用いられる。
【００３６】
なお、「第１温度情報」および「第２温度情報」には、燃料の温度だけでなく、燃料の温度と対応関係を有する他の情報も含まれる。「差情報」には、燃料電池に供給される燃料と燃料電池から排出される燃料との温度差だけでなく、当該温度差と対応関係を有する他の情報も含まれる。「濃度情報」には、燃料水溶液の濃度だけでなく、燃料水溶液の濃度と対応関係を有する他の情報も含まれる。「第３温度情報」には、燃料電池の温度だけでなく、燃料電池の温度と対応関係を有する他の情報も含まれる。「出力情報」には、燃料電池の出力だけでなく、燃料電池の出力と対応関係を有する他の情報も含まれる。
【発明の効果】
【００３７】
この発明によれば、異常判定用の新たな検出器を設けることなく燃料供給装置の異常を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】セルスタックにおける温度センサの取り付け態様を示す図解図である。
【図５】この発明の一実施形態の燃料電池システムにおける発電動作の一例を示すフロー図である。
【図６】図５の続きを示すフロー図である。
【図７】通常運転における水溶液濃度の推移と、燃料ポンプの駆動タイミングと、出入温度差の推移とを示す図解図である。
【図８】所定値設定処理を示すフロー図であり、（ａ）は水溶液濃度に基づいて所定値を設定する場合を示し、（ｂ）は電池温度に基づいて所定値を設定する場合を示し、（ｃ）はセルスタック出力に基づいて所定値を設定する場合を示す。
【図９】水溶液濃度と出入温度差との関係を説明するためのグラフである。
【図１０】水溶液ポンプ出力と出入温度差との関係を説明するためのグラフである。
【図１１】電池温度と出入温度差との関係を説明するためのグラフである。
【図１２】セルスタック出力と出入温度差との関係を説明するためのグラフである。
【図１３】この発明の一実施形態の燃料電池システムにおける発電動作の他の例を示すフロー図である。
【図１４】この発明の一実施形態の燃料電池システムにおける発電動作のその他の例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
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。
【００４０】
図１は、自動二輪車１０を示す左側面図である。まず、図１を参照して、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。
【００４１】
図１に示すように、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。
【００４２】
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。
【００４３】
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、各種指示や各種情報入力用の入力部２８ｂ、および異常報知用のブザー２８ｃを備える。
【００４４】
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。
【００４５】
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１２８（後述）の蓄電量を検出する蓄電量検出器４４を含む。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
図２は、燃料電池システム１００の配管を示すシステム図である。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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複数の燃料電池（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。
【００５１】
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。
【００５２】
アノード１０８は、電解質膜１０６側に設けられる白金触媒層とセパレータ１１２側に設けられる電極とを含む。カソード１１０は、電解質膜１０６側に設けられる白金触媒層とセパレータ１１２側に設けられる電極とを含む。
【００５３】
セパレータ１１２は、たとえばカーボンコンポジット等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。セパレータ１１２のアノード１０８側の主面には、アノード１０８の電極にメタノール水溶液を供給するための溝が蛇行するように形成されている。同様に、セパレータ１１２のカソード１１０側の主面には、カソード１１０の電極に酸素（酸化剤）を含む気体である空気を供給するための溝が蛇行するように形成されている。
【００５４】
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１１４が配置されている。
【００５５】
図２に示すように、ラジエータユニット１１４は、水溶液用のラジエータ１１４ａと気液分離用のラジエータ１１４ｂとを一体的に設けたものである。ラジエータ１１４ａおよび１１４ｂにはそれぞれ、図示しないファンが設けられている。
【００５６】
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１１６、水溶液タンク１１８および水タンク１２０が配置されている。
【００５７】
燃料タンク１１６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１１８は、燃料タンク１１６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２ｗｔ％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１２０は、水溶液タンク１１８に供給すべき水を収容している。
【００５８】
燃料タンク１１６にはレベルセンサ１２２が装着され、水溶液タンク１１８にはレベルセンサ１２４が装着され、水タンク１２０にはレベルセンサ１２６が装着されている。レベルセンサ１２２，１２４および１２６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。
【００５９】
図１に示すように、燃料タンク１１６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１２８が配置されている。二次電池１２８は、セルスタック１０２からの電力を蓄え、コントローラ１３６（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１２８の上側には、燃料ポンプ１３０が配置されている。
【００６０】
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。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１３６および水ポンプ１３８が配置されている。
【００６１】
フロントフレーム１６にはメインスイッチ１４０が設けられている。メインスイッチ１４０がオンされることによってコントローラ１３６に運転開始指示が与えられ、メインスイッチ１４０がオフされることによってコントローラ１３６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１４０がオフされた場合は、コントローラ１３６に運転停止指示および発電停止指示が与えられる。
【００６２】
図２に示すように、燃料タンク１１６と燃料ポンプ１３０とはパイプＰ１によって連通され、燃料ポンプ１３０と水溶液タンク１１８とはパイプＰ２によって連通され、水溶液タンク１１８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。
【００６３】
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）を検出するための超音波センサ１４２が設けられている。超音波センサ１４２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１３６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。パイプＰ４は、セルスタック１０２に設けられるパイプ接続部材１４４に接続されている。
【００６４】
図４は、セルスタック１０２における各種温度センサの取り付け態様を示す図解図である。図４をも参照して、アノード入口であるパイプ接続部材１４４には、導入温度センサ１４６が設けられている。導入温度センサ１４６は、パイプ接続部材１４４に設けられる挿入孔１４４ａに挿入されている。挿入孔１４４ａは、パイプ接続部材１４４の上面に開口部を有しかつパイプ接続部材１４４内の流路に繋がっている。また、導入温度センサ１４６は、略Ｃ字状に形成されるストッパ１４８の両端をパイプ接続部材１４４の両側面に設けられる溝に引っ掛けることによってパイプ接続部材１４４に固定されている。パイプ接続部材１４４は、導入温度センサ１４６の検出結果が雰囲気温度（外気温度）の変化による影響を受けにくくなるように、断熱性に優れたポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ：登録商標）等の合成樹脂等からなる。
【００６５】
図２に戻って、セルスタック１０２と水溶液用のラジエータ１１４ａとはパイプＰ５によって連通され、ラジエータ１１４ａと水溶液タンク１１８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に設けられるパイプ接続部材１５０に接続されている。アノード出口であるパイプ接続部材１５０は、パイプ接続部材１４４と同様に、断熱性に優れたポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ：登録商標）等の合成樹脂等からなる。
【００６６】
図４に示すように、パイプ接続部材１５０には、パイプ接続部材１４４と同様に、排出温度センサ１５２が設けられている。排出温度センサ１５２は、ストッパ１４８と同様のストッパ１５４によってパイプ接続部材１５０に固定されている。
【００６７】
また、セルスタック１０２には、燃料電池１０４の温度を検出するための電池温度センサ１５６が設けられている。電池温度センサ１５６は、セパレータ１１２の側面に設けられる挿入孔に挿入され、接着剤等によってセパレータ１１２に固定されている。なお、図４にはセルスタック１０２の複数のセパレータ１１２のうち電池温度センサ１５６が設けられるセパレータ１１２のみが示されている。
【００６８】
図２に戻って、燃料ポンプ１３０を駆動させることによって、燃料タンク１１６内のメタノール燃料が、パイプＰ１、燃料タンク１３０およびパイプＰ２を介して水溶液タンク１１８に供給される。
【００６９】
また、水溶液ポンプ１３２を駆動させることによって、水溶液タンク１１８内のメタノール水溶液が、パイプＰ３、水溶液ポンプ１３２、パイプＰ４、濃度センサ１４２およびパイプ接続部材１４４を介してセルスタック１０２の各燃料電池１０４に供給される。これとともに、各燃料電池１０４に供給されたメタノール水溶液（使用済みメタノール水溶液）が、パイプ接続部材１５０を介してセルスタック１０２から排出される。セルスタック１０２から排出されたメタノール水溶液は、パイプＰ５、ラジエータ１１４ａおよびパイプＰ６を介して水溶液タンク１１８に戻される。すなわち、水溶液ポンプ１３２を駆動させることによって、水溶液タンク１１８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。
【００７０】
正常な状態の水溶液ポンプ１３２の最大出力（最大吐出量）は、２．５Ｌ／ｍｉｎ（リットル／分）である。また、セルスタック１０２が定常的に発電可能な通常運転における水溶液ポンプ１３２の出力（以下、通常出力という）は、好ましくは最大出力の８０％に設定されている。
【００７１】
導入温度センサ１４６は、パイプ接続部材１４４内を流れるメタノール水溶液の温度を検出する。すなわち、導入温度センサ１４６は、セルスタック１０２に導入され、各燃料電池１０４に供給されるメタノール水溶液の温度（以下、導入温度という）を検出する。排出温度センサ１５２は、パイプ接続部材１５０内を流れるメタノール水溶液の温度を検出する。すなわち、排出温度センサ１５２は、各燃料電池１０４ひいてはセルスタック１０２から排出されるメタノール水溶液の温度（以下、排出温度という）を検出する。
上述したパイプＰ１〜Ｐ６は主として燃料の流路となる。
【００７２】
エアポンプ１３４にはパイプＰ７が接続され、エアポンプ１３４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のパイプ接続部材１５８に接続されている。また、セルスタック１０２と気液分離用のラジエータ１１４ｂとはパイプＰ９によって連通され、ラジエータ１１４ｂと水タンク１２０とはパイプＰ１０によって連通され、水タンク１２０の排気口にはパイプ（排気管）Ｐ１１が設けられている。パイプＰ９は、セルスタック１０２のパイプ接続部材１６０に接続されている。
【００７３】
エアポンプ１３４を駆動させることによって、酸素（酸化剤）を含む気体としての外部からの空気が、パイプＰ７、エアポンプ１３４、パイプＰ８およびカソード入口であるパイプ接続部材１５８を介してセルスタック１０２の各燃料電池１０４に供給される。これとともに、セルスタック１０２の各燃料電池１０４に供給された空気（使用済みの空気）が、カソード出口であるパイプ接続部材１６０を介してセルスタック１０２から排出される。セルスタック１０２から排出された空気（排気）は、パイプＰ９、ラジエータ１１４ｂ、パイプＰ１０、水タンク１２０およびパイプＰ１１を介して外部に排出される。排気に含まれる水は、水タンク１２０に回収される。
上述したパイプＰ７〜Ｐ１１は主として酸化剤の流路となる。
【００７４】
水タンク１２０と水ポンプ１３８とはパイプＰ１２によって連通され、水ポンプ１３８と水溶液タンク１１８とはパイプＰ１３によって連通されている。水ポンプ１３８の駆動によって、水タンク１２０内の水がパイプＰ１２、水ポンプ１３８およびパイプＰ１３を介して水溶液タンク１１８に供給される。
上述したパイプＰ１２，Ｐ１３は水の流路となる。
【００７５】
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。
図３は、燃料電池システム１００の電気的構成を示すブロック図である。
【００７６】
燃料電池システム１００のコントローラ１３６は、ＣＰＵ１６２、クロック回路１６４、メモリ１６６、電圧検出回路１６８、電流検出回路１７０、ＯＮ／ＯＦＦ回路１７２および電源回路１７４を含む。
【００７７】
ＣＰＵ１６２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１６４は、ＣＰＵ１６２にクロック信号を与える。メモリ１６６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１６８は、セルスタック１０２の電圧を検出する。電流検出回路１７０は、電気回路１７６を流れる電流を検出する。ＯＮ／ＯＦＦ回路１７２は、電気回路１７６を開閉する。電源回路１７４は、電気回路１７６に所定の電圧を供給する。
【００７８】
コントローラ１３６のＣＰＵ１６２には、メインスイッチ１４０および入力部２８ｂからの入力信号が入力される。また、ＣＰＵ１６２には、レベルセンサ１２２，１２４，１２６、および超音波センサ１４２からの検出信号、導入温度センサ１４６、排出温度センサ１５２および電池温度センサ１５６からの温度検出値、電圧検出回路１６８からの電圧検出値、ならびに電流検出回路１７０からの電流検出値が入力される。さらに、ＣＰＵ１６２には、インターフェイス回路１７８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。
【００７９】
ＣＰＵ１６２は、超音波センサ１４２からの電圧値に基づいて、メモリ１６６に予め格納されているテーブルからメタノール水溶液の濃度を取得する。これによってセルスタック１０２に供給されるメタノール水溶液の濃度が検出される。また、ＣＰＵ１６２は、導入温度センサ１４６からの導入温度と排出温度センサ１５２からの排出温度との差の絶対値（以下、出入温度差という）を算出する。また、ＣＰＵ１６２は、電圧検出回路１６８からの電圧検出値と電流検出回路１７０からの電流入力値とを用いてセルスタック１０２の出力を算出する。これによってセルスタック１０２の出力が検出される。さらに、ＣＰＵ１６２は、入力された蓄電量検出値と二次電池１２８の容量とを用いて二次電池１２８の蓄電率を算出する。
【００８０】
ＣＰＵ１６２によって、燃料ポンプ１３０、水溶液ポンプ１３２、エアポンプ１３４、および水ポンプ１３８等の補機類、ドライバに各種情報を報知するための表示部２８ａ、ドライバに異常を報知するためのブザー２８ｃ、ならびに電気回路１７６を開閉するＯＮ／ＯＦＦ回路１７２が制御される。
【００８１】
記憶装置であるメモリ１６６には、図５、図６、図８、図１３および図１４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、各種閾値、各種フラグおよび各種テーブル等が格納される。
【００８２】
この実施形態では、水溶液ポンプ１３２が燃料供給装置に相当する。導入温度センサ１４６が、第１温度検出器に相当し、第１温度情報として導入温度を検出する。排出温度センサ１５２が、第２温度検出器に相当し、第２温度情報として排出温度を検出する。ＣＰＵ１６２は、異常判定部、設定部、運転状態判定部、出力制御部、停止制御部および禁止制御部としても機能する。ＣＰＵ１６２によって取得される出入温度差が差情報に相当する。濃度検出器は、超音波センサ１４２およびＣＰＵ１６２を含む。ＣＰＵ１６２によって検出されるメタノール水溶液の濃度が濃度情報に相当する。濃度調整装置は、燃料ポンプ１３０およびＣＰＵ１６２を含む。電池温度センサ１５６が、第３温度検出器に相当し、第３温度情報として燃料電池１０４の温度を検出する。出力検出器は、ＣＰＵ１６２、電圧検出回路１６８および電流検出回路１７０を含む。ＣＰＵ１６２によって検出されるセルスタック１０２の出力（電力値）が出力情報に相当する。ブザー２８ｃが報知装置に相当する。
【００８３】
ついで、図５および図６を参照して、燃料電池システム１００の発電動作の一例について説明する。図５および図６に示す発電動作は、メインスイッチ１４０がオンの状態で、二次電池１２８の蓄電率が下限値（好ましくは４０％）未満になったことを契機として開始される。
【００８４】
図５に示すように、ステップＳ１において、まずＣＰＵ１６２はメモリ１６６に格納されている発電禁止フラグがオフであるか否かを判定する。発電禁止フラグがオフであれば、ＣＰＵ１６２は水溶液ポンプ１３２の駆動を開始させる（ステップＳ３）。これによって、各燃料電池１０４のアノード１０８へのメタノール水溶液の供給が開始される。ステップＳ３の後、ＣＰＵ１６２はエアポンプ１３４の駆動を開始させる（ステップＳ５）。これによって、各燃料電池１０４のカソード１１０への酸素（酸化剤）を含む空気の供給が開始される。
【００８５】
各燃料電池１０４のアノード１０８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１０６を介してカソード１１０に流入し、そのカソード１１０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１２８の充電や自動二輪車１０の走行駆動等に利用される。
【００８６】
セルスタック１０２の温度は反応に伴って生じる熱によって上昇し、セルスタック１０２の出力はその温度上昇に伴って上昇する。そして、セルスタック１０２は、約６０℃になれば定常的に発電可能になり、所定出力（好ましくは６００Ｗ）以上を維持できるようになる。このようにセルスタック１０２が定常的に発電可能になれば、ＯＮ／ＯＦＦ回路１７２のオンによってセルスタック１０２が電動モータ３８や二次電池１２８にされ、燃料電池システム１００が通常運転に移行する。
【００８７】
メタノール水溶液の濃度が大きければ電解質膜１０６を介してアノード１０８からカソード１１０にクロスオーバーするメタノールの量が多くなり、カソード１１０におけるメタノールの燃焼反応（二酸化炭素および水への分解反応）が活発になる。したがって、メタノール水溶液の濃度が大きいほどセルスタック１０２の温度は上昇しやすくなる。これを利用して、セルスタック１０２の温度が定常的に発電可能な温度（以下、通常運転温度という）に達するまでの昇温運転では、メタノール水溶液の濃度が通常運転時よりも大きくなるように調整される。具体的にメタノール水溶液の濃度は、通常運転では好ましくは１．６ｗｔ％〜２．０ｗｔ％の範囲（以下、通常範囲という）に調整されるのに対し、昇温運転では好ましくは３．２ｗｔ％〜４．０ｗｔ％の範囲に調整される。
【００８８】
ステップＳ５の後、ＣＰＵ１６２は、メタノール水溶液の濃度を検出し（ステップＳ７）、検出した濃度が通常範囲（ここでは１．６ｗｔ％〜２．０ｗｔ％）内であるか否かを判定する（ステップＳ９）。これによって現在の運転状態が通常運転であるか否かを判定できる。メタノール水溶液の濃度が通常範囲外であれば、ステップＳ７に戻って通常範囲内になるまで待機する。すなわち、通常運転に移行するまで待機する。メタノール水溶液の濃度が通常範囲内になれば、ステップＳ１１（図６参照）に進む。すなわち、通常運転に移行すればステップＳ１１に進む。
【００８９】
図６に示すように、ステップＳ１１では、燃料ポンプ１３０が停止中か否かがＣＰＵ１６２によって判定される。水溶液タンク１１８内のメタノール水溶液の濃度は、セルスタック１０２におけるメタノールの消費に伴って小さくなる。そこで、メタノール水溶液の濃度を通常範囲（ここでは１．６ｗｔ％〜２．０ｗｔ％）に保つための濃度調整動作が、発電動作と並行して行われる。
【００９０】
図７は、通常運転における水溶液濃度の推移と、燃料ポンプ１３０の駆動タイミングと、出入温度差の推移とを示す図解図である。
【００９１】
図７に示すように、濃度調整動作は、メタノール水溶液の濃度が通常範囲の下限値（ここでは１．６ｗｔ％）に達することを契機として、メタノール水溶液の濃度が通常範囲の上限値（ここでは２．０ｗｔ％）に達するようにＣＰＵ１６２が燃料ポンプ１３０を駆動させることによって行われる。濃度調整動作中（燃料ポンプ１３０の駆動中）は水溶液タンク１１８内のメタノール水溶液の濃度がばらつくために、セルスタック１０２に供給されるメタノール水溶液の濃度は昇降しながら上昇していく。このように、燃料ポンプ１３０の駆動中は水溶液濃度の推移が不安定になる。
【００９２】
図６に戻って、ステップＳ１１で燃料ポンプ１３０が停止するまで待機する。そして、燃料ポンプ１３０の停止からさらに所定期間が経過するまで待機する（ステップＳ１３）。これによって、水溶液濃度の推移を安定させることができる。
【００９３】
図７に示すように、所定期間は、水溶液ポンプ１３２が通常出力（ここでは最大出力の８０％）である場合に、燃料ポンプ１３０の停止から出入温度差が最大値に達するまでに必要な期間に設定されている。このような所定期間は、セルスタック１０２が所定出力（ここでは６００Ｗ）かつ通常運転温度（ここでは６０℃）であって水溶液ポンプ１３２が通常出力である場合に、出入温度差の推移を調べることによって得られたものである。所定期間は、予めメモリ１６６に格納されている。
【００９４】
図７からわかるように、メタノール水溶液の濃度が上限値に達してから出入温度差が最大値に達するまでにはタイムラグが生じる。このために、出入温度差が最大値に達するまでは、メタノール水溶液の濃度が同じ値（点Ｃ１およびＣ２参照）であっても、出入温度差が異なってしまう（点Ｔ１およびＴ２参照）。すなわち、燃料ポンプ１３０の停止から出入温度差が最大値に達するまでは、メタノール水溶液の濃度と出入温度差とが一対一の関係を有しない。所定期間が経過するまで待機することによって、出入温度差と一対一の関係を有する濃度を検出できる。
【００９５】
図６に戻って、ステップＳ１３で所定期間が経過すれば、ＣＰＵ１６２は出入温度差と比較すべき所定値を設定する（ステップＳ１５）。
【００９６】
ここで図８（ａ）を参照して、ステップＳ１５の所定値設定処理について説明する。
まず、ＣＰＵ１６２は、超音波センサ１４２を用いてメタノール水溶液の濃度を検出する（ステップＳ５１）。ここで検出されるメタノール水溶液の濃度は、上述のように出入温度差と一対一の関係を有するものである。ステップＳ５１の後、ＣＰＵ１６２は、検出した濃度に対応する温度値を第１テーブルから所定値として取得する（ステップＳ５３）。
【００９７】
ステップＳ５３で用いられる第１テーブルは、予めメモリ１６６に格納されている。第１テーブルの一例を以下の表１に示す。また、図９にメタノール水溶液の濃度と出入温度差との関係を説明するためのグラフを示し、図１０に水溶液ポンプ１３２の出力と出入温度差との関係を説明するためのグラフを示す。
【００９８】
【表１】
2010199026.tif 000003
【００９９】
上述のようにセルスタック１０２の温度はメタノール水溶液の濃度とともに大きくなり、排出温度もメタノール水溶液の濃度とともに大きくなる。したがって、図９に示すように、導入温度と排出温度との差である出入温度差は、メタノール水溶液の濃度とともに大きくなる（略比例して大きくなる）。
【０１００】
図９には、水溶液ポンプ１３２が通常出力（ここでは最大出力の８０％）の場合の水溶液濃度と出入温度差との関係が実線で示されている。また、図９には、水溶液ポンプ１３２の出力が最大出力の７０％である場合の水溶液濃度と出入温度差との関係が一点鎖線で示されている。すなわち、図９には、通常出力時の水溶液濃度と出入温度差との関係が実線で示され、出力低下時の水溶液濃度と出入温度差との関係が一点鎖線で示されている。
【０１０１】
図１０に示すように、故障や劣化等の異常によって水溶液ポンプ１３２の出力（吐出量）が小さくなることによっても出入温度差は大きくなる。これは、セルスタック１０２におけるメタノール水溶液の滞留時間が長くなり、セルスタック１０２におけるメタノール水溶液の加熱時間が長くなるためである。このために、図９に実線で示す場合よりも図９に一点鎖線で示す場合の方が出入温度差が大きくなっている。
【０１０２】
表１に示す第１テーブルは、水溶液ポンプ１３２の出力が最大出力の７０％以下であれば異常であるものとして、図９に一点鎖線で示す水溶液濃度と出入温度差との関係を調べることによって得られたものである。
【０１０３】
図６に戻って、ステップＳ１５の後、導入温度センサ１４６が導入温度を検出するとともに排出温度センサ１５２が排出温度を検出する（ステップＳ１７）。ステップＳ１７の後、検出した導入温度と排出温度とを用いてＣＰＵ１６２によって出入温度差が取得される（ステップＳ１９）。ステップＳ１９の後、ステップＳ２１に進む。
【０１０４】
ステップＳ２１では、ステップＳ１５で設定した所定値とステップＳ１９で取得した出入温度差とがＣＰＵ１６２によって比較される。上述のように異常によって水溶液ポンプ１３２の出力が小さくなれば出入温度差が大きくなるので（図１０参照）、このように所定値と出入温度差とを比較することによって、水溶液ポンプ１３２が異常か否かを判定できる。具体的には、所定値と出入温度差とを比較することによって、水溶液ポンプ１３２の出力が最大出力の７０％以下に低下しているか否かを判定できる。
【０１０５】
ステップＳ２１で出入温度差が所定値未満であれば、ステップＳ２３に進んで発電停止指示が与えられるまで待機する。すなわち、水溶液ポンプ１３２が正常であれば、ステップＳ２３に進んで発電停止指示が与えられるまで待機する。ＣＰＵ１６２は、二次電池１２８の蓄電率が上限値（好ましくは９８％）に達することやメインスイッチ１４０がオフされることによって発電停止指示が与えられたと判断する。ステップＳ２３で発電停止指示が与えられるまでは、ステップＳ１１に戻って上述の処理を繰り返す。
【０１０６】
一方、ステップＳ２１で出入温度差が所定値以上であればステップＳ２５に進む。すなわち、水溶液ポンプ１３２が異常であると判定すればステップＳ２５に進む。ステップＳ２５では、ブザー２８ｃがＣＰＵ１６２の指示に従って警告音を発することによって、水溶液ポンプ１３２が異常であることをドライバに報知する。ステップＳ２５の後、ステップＳ２７に進む。
【０１０７】
ステップＳ２７では、水溶液ポンプ１３２が最大出力（ここでは２．５Ｌ／ｍｉｎ）になるように制御されているか否かがＣＰＵ１６２によって判定される。すなわち、水溶液ポンプ１３２が最大出力制御中か否かが判定される。水溶液ポンプ１３２の出力制御状態は、たとえば水溶液ポンプ１３２への供給電力（ここでは供給電圧）によって判定できる。ステップＳ２７では、水溶液ポンプ１３２への供給電圧が所定電圧（たとえば２０Ｖ）であるか否かによって最大出力制御中か否かが判定される。
【０１０８】
ステップＳ２７で最大出力制御中でなければ、ＣＰＵ１６２は、水溶液ポンプ１３２への供給電圧を所定電圧に設定し、水溶液ポンプ１３２を最大出力制御する（ステップＳ２９）。ステップＳ２９の後、ステップＳ２３に進む。
【０１０９】
一方、ステップＳ２７で既に最大出力制御中であれば、ＣＰＵ１６２はメモリ１６６に予め格納されている発電禁止フラグをオンに設定し（ステップＳ３１）、ステップＳ３３に進む。ステップＳ２３で発電停止指示が与えられた場合も同様に、ステップＳ３３に進む。
【０１１０】
ステップＳ３３では、ＣＰＵ１６２によってエアポンプ１３４の駆動が停止される。ステップＳ３３の後、ＣＰＵ１６２によって水溶液ポンプ１３２の駆動が停止される（ステップＳ３５）。このようにしてエアポンプ１３４および水溶液ポンプ１３２を順に停止させることによって発電動作を終了する。また、ステップＳ１で発電禁止フラグがオンであれば、セルスタック１０２に発電させることなく終了する。
【０１１１】
このような燃料電池システム１００によれば、出入温度差を取得して出入温度差と所定値とを比較することによって、水溶液ポンプ１３２の異常を適切に判定できる。このように、導入温度センサ１４６の検出結果（導入温度）と排出温度センサ１５２の検出結果（排出温度）との差である出入温度差を用いることによって、異常判定用の新たな検出器を設けることなく水溶液ポンプ１３２の異常を判定できる。
【０１１２】
燃料電池１０４の発電情報としてメタノール水溶液の濃度に基づいて所定値を設定することによって、燃料電池１０４の発電状態に応じた適切な所定値を設定できる。このような所定値を用いることによって、水溶液ポンプ１３２の異常を適切に判定でき、判定精度を向上できる。
【０１１３】
燃料ポンプ１３０が停止しているときにメタノール水溶液の濃度を検出することによって、水溶液濃度の推移が不安定な状態における濃度検出を避けることができ、確実に適切な所定値を設定できる。
【０１１４】
燃料ポンプ１３０が停止してから所定期間待機することによって、水溶液濃度の推移をより安定させることができ、より確実に適切な所定値を設定できる。
【０１１５】
燃料ポンプ１３０の停止から出入温度差が最大値に達するまでに必要な所定期間の経過後にメタノール水溶液の濃度を検出することによって、出入温度差と一対一の関係を有する濃度を得ることができ、より確実に適切な所定値を設定できる。
【０１１６】
通常運転では燃料電池１０４の温度が安定するので、通常運転に移行してから導入温度と排出温度とを検出することによって、適切な出入温度差を取得でき、水溶液ポンプ１３２の異常を適切に判定できる。
【０１１７】
超音波センサ１４２を用いて検出したメタノール水溶液の濃度を用いることによって、通常運転か否かを簡単に判定できる。
【０１１８】
水溶液ポンプ１３２の出力が劣化で小さくなっている場合は、異常との判定に伴って水溶液ポンプ１３２を最大出力制御することによって、各燃料電池１０４へのメタノール水溶液の供給量を大きくできる。このように供給量を大きくすることによって、メタノールの偏在による各燃料電池１０４の劣化を抑えることができる。また、セルスタック１０２の出力低下を抑えることができる。
【０１１９】
最大出力制御中であるにもかかわらず異常と判定される場合は、水溶液ポンプ１３２が停止しているおそれや水溶液ポンプ１３２の劣化が著しく進んでいるおそれがあるので、セルスタック１０２の発電を停止させる。これによって、メタノールの偏在による各燃料電池１０４の劣化を抑えることができる。
【０１２０】
異常との判定に伴ってセルスタック１０２の発電を停止させた場合はその停止以降の発電を禁止することによって、メタノールの偏在による各燃料電池１０４の劣化をより確実に抑えることができる。
【０１２１】
ブザー２８ｃによって水溶液ポンプ１３２の異常を報知することによって燃料電池システム１００の利便性が向上する。
【０１２２】
この発明では、異常判定用の新たな検出器を設けることなく水溶液ポンプ１３２の異常を判定でき、構成部品を増やすことなく燃料電池システム１００を小さく構成できるので、この発明は自動二輪車１０に好適に用いられる。
【０１２３】
ついで、図８（ｂ）を参照して、図６のステップＳ１５における所定値設定処理の他の例について説明する。
図８（ｂ）の所定値設定処理では、まず電池温度センサ１５６によって燃料電池１０４の温度を検出する（ステップＳ５１ａ）。そして、ＣＰＵ１６２は、検出した燃料電池１０４の温度に対応する温度値を第２テーブルから所定値として取得する（ステップＳ５３ａ）。
【０１２４】
ステップＳ５３ａで用いられる第２テーブルは、予めメモリ１６６に格納されている。第２テーブルの一例を以下の表２に示す。また、図１１に電池温度と出入温度差との関係を説明するためのグラフを示す。
【０１２５】
【表２】
2010199026.tif 000004
【０１２６】
燃料電池１０４ひいてはセルスタック１０２の温度が大きくなれば、排出温度が大きくなり、出入温度差も大きくなる。したがって、図１１に示すように、出入温度差は燃料電池１０４の温度とともに大きくなる。
【０１２７】
図１１には、水溶液ポンプ１３２が通常出力（ここでは最大出力の８０％）の場合の電池温度と出入温度差との関係が実線で示されている。また、図１１には、水溶液ポンプ１３２の出力が最大出力の７０％である場合の電池温度と出入温度差との関係が一点鎖線で示されている。上述のように、故障や劣化等の異常によって水溶液ポンプ１３２の出力が小さくなることによっても出入温度差は大きくなるので（図１０参照）、図１１に実線で示す場合よりも図１１に一点鎖線で示す場合の方が出入温度差が大きくなっている。
【０１２８】
表２に示す第２テーブルは、水溶液ポンプ１３２の出力が最大出力の７０％以下であれば異常であるものとして、図１１に一点鎖線で示す電池温度と出入温度差との関係を調べることによって得られたものである。
【０１２９】
このような第２テーブルを用いて燃料電池１０４の温度に応じた所定値を設定することによっても、燃料電池１０４の発電状態に応じた適切な所定値を設定でき、水溶液ポンプ１３２の異常判定精度を向上できる。
【０１３０】
なお、図１１においては、燃料電池１０４の温度が６５℃程度で出入温度差の上昇幅が大きくなっている。これは燃料電池１０４の温度が６５℃に達することを契機として、ラジエータ１１４ａ用のファンが駆動され、水溶液タンク１１８に戻るメタノール水溶液の温度ひいては導入温度が下げられるためである。
【０１３１】
ついで、図８（ｃ）を参照して、図６のステップＳ１５における所定値設定処理のその他の例について説明する。
図８（ｃ）の所定値設定処理では、まず、ＣＰＵ１６２が電圧検出回路１６８からの電圧検出値と電流検出回路１７０からの電流検出値とを用いてセルスタック１０２の出力を検出する（ステップＳ５１ｂ）。そして、ＣＰＵ１６２は、検出したセルスタック１０２の出力に対応する温度値を第３テーブルから所定値として取得する（ステップＳ５３ｂ）。
【０１３２】
ステップＳ５３ｂで用いられる第３テーブルは、予めメモリ１６６に格納されている。第３テーブルの一例を以下の表３に示す。また、図１２にセルスタック１０２の出力と出入温度差との関係を説明するためのグラフを示す。
【０１３３】
【表３】
2010199026.tif 000005
【０１３４】
セルスタック１０２の出力が大きくなればジュール熱が大きくなり、セルスタック１０２の温度ひいては排出温度も大きくなる。したがって、図１２に示すように、出入温度差はセルスタック１０２の出力とともに大きくなる（略比例して大きくなる）。
【０１３５】
図１２には、水溶液ポンプ１３２が通常出力（ここでは最大出力の８０％）の場合のセルスタック出力と出入温度差との関係が実線で示されている。また、図１２には、水溶液ポンプ１３２の出力が最大出力の７０％である場合のセルスタック出力と出入温度差との関係が一点鎖線で示されている。上述のように、故障や劣化等の異常によって水溶液ポンプ１３２の出力が小さくなることによっても出入温度差は小さくなるので（図１０参照）、図１２に実線で示す場合よりも図１２に一点鎖線で示す場合の方が出入温度差が大きくなっている。
【０１３６】
表３に示す第３テーブルは、水溶液ポンプ１３２の出力が最大出力の７０％以下であれば異常であるものとして、図１２に一点鎖線で示すセルスタック出力と出入温度差との関係を調べることによって得られたものである。
【０１３７】
このような第３テーブルを用いてセルスタック１０２の出力に応じた所定値を設定することによっても、燃料電池１０４の発電状態に応じた適切な所定値を設定でき、水溶液ポンプ１３２の異常判定精度を向上できる。
【０１３８】
なお、図５および図６に示す発電動作では、メタノール水溶液の濃度に基づいて通常運転か否かを判定したが、この発明はこれに限定されない。
【０１３９】
たとえば図１３に示すように、ステップＳ７ａで電池温度センサ１５６によって燃料電池１０４の温度を検出し、ステップＳ９ａで燃料電池１０４の温度が通常運転温度（ここでは６０℃）以上であるか否かを判定するようにしてもよい。
【０１４０】
上述のように燃料電池システム１００は燃料電池１０４の温度が通常運転温度に達すれば通常運転に移行するので、このように燃料電池１０４の温度と通常運転温度とを比較することによっても通常運転か否かを簡単に判定できる。
【０１４１】
また、たとえば図１４に示すように、ステップＳ７ｂで電圧検出回路１６８の検出結果と電流検出回路１７０の検出結果とを用いてセルスタック１０２の出力を検出し、ステップＳ９ｂでセルスタック１０２の出力が所定出力（ここでは６００Ｗ）以上であるか否かを判定するようにしてもよい。
【０１４２】
上述のように通常運転ではセルスタック１０２の出力が所定出力以上になるので、このようにセルスタック１０２の出力と所定出力とを比較することによっても通常運転か否かを簡単に判定できる。
【０１４３】
なお、図５および図６に示す発電動作では、ステップＳ１１およびＳ１３を経てから所定値を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。図６のステップＳ１１およびＳ１３は省略してもよい。
【０１４４】
上述の実施形態では、異常と判定した場合に最大出力制御中でなければ最大出力制御するようにしたが（図６のステップＳ２７およびＳ２９参照）、これに限定されない。異常と判定した場合に最大出力制御中でなければ、水溶液ポンプ１３２の出力を段階的に大きくしてもよい。
【０１４５】
上述の実施形態では、異常と判定した場合に最大出力制御中か否かを判定し、その判定結果に基づいて最大出力制御や発電禁止フラグのオンといった処理を行うようにしたが（図６のステップＳ２７〜Ｓ３１参照）、これらの処理は省略してもよい。
【０１４６】
上述の実施形態では、発電情報（水溶液濃度、電池温度またはセルスタック出力）に基づいて所定値を設定した後に導入温度および排出温度と検出するについて説明したが（図６および図８参照）、この発明はこれに限定されない。所定値を設定する前に導入温度および排出温度を検出するようにしてもよい。また、水溶液濃度、電池温度またはセルスタック出力の検出（所定値の設定）と同時に導入温度および排出温度を検出するようにしてもよい。
【０１４７】
上述の実施形態では、水溶液濃度、電池温度またはセルスタック出力に基づいて所定値を設定する場合について説明したが、所定値はこれに限定されない。出入温度差と比較すべき任意の値を、予め所定値として設定しておいてもよい。
【０１４８】
上述の実施形態では、燃料ポンプ１３０の停止から出入温度差が最大値に達するまでの期間を所定期間に設定する場合について説明したが、所定期間はこれに限定されない。出入温度差が最大値に達してから燃料ポンプ１３０が駆動されるまでの任意のタイミングを所定期間に設定できる。
【０１４９】
上述の実施形態では、第１温度情報として導入温度を検出する場合について説明したが、第１温度情報はこれに限定されない。第１温度情報は、導入温度と対応関係を有する情報であればよく、たとえば電圧センサによって検出される或る燃料電池１０４の電圧値であってもよい。この場合、当該或る燃料電池１０４よりも下流側の燃料電池１０４の電圧値を電圧センサによって検出し、それを第２温度情報とすればよい。そして、当該或る燃料電池１０４の電圧値と当該下流側の燃料電池１０４の電圧値との差を差情報として用いればよい。また、セルスタック１０２の端子間電圧を差情報として用いてもよい。
【０１５０】
また、上述の実施形態では、濃度情報としてメタノール水溶液の濃度を検出する場合について説明したが、濃度情報はこれに限定されない。濃度情報は、メタノール水溶液の濃度と対応関係を有する情報であればよく、超音波センサ１４２によって得られる電圧値であってもよい。また、電圧センサによって燃料電池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してもよい。さらに、セルスタック１０２の出力を濃度情報としてもよい。
【０１５１】
上述の実施形態では、第３温度情報として燃料電池１０４の温度を検出する場合について説明したが、第３温度情報はこれに限定されない。第３温度情報は、燃料電池１０４の温度と対応関係を有する情報であればよく、たとえば電圧センサによって検出される任意の燃料電池１０４の電圧値であってもよい。
【０１５２】
上述の実施形態では、出力情報としてセルスタック１０２の出力を検出する場合について説明したが、出力情報はこれに限定されない。出力情報は、燃料電池１０４の出力と対応関係を有する情報であればよく、たとえば、セルスタック１０２の出力から１つの燃料電池１０４の出力を求め、これを出力情報としてもよい。
【０１５３】
導入温度センサ１４６および排出温度センサ１５２の取り付け位置は上述の実施形態に限定されない。導入温度センサ１４６は、水溶液タンク１１８とセルスタック１０２の最上流側の燃料電池１０４との間の任意の位置に設けることができる。また、排出温度センサ１５２は、セルスタック１０２の最下流側の燃料電池１０４とラジエータ１１４ａとの間の任意の位置に設けることができる。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
上述の実施形態では、直接メタノール型燃料電池システムについて説明したが、この発明はこれに限定されない。この発明は、改質器搭載型燃料電池システムや水素ガスを燃料として燃料電池に供給する水素型燃料電池システムにも適用できる。
【０１５７】
また、この発明は、輸送機器だけではなく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。
【符号の説明】
【０１５８】
１０      自動二輪車
２８ｃ      ブザー
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
１３２      水溶液ポンプ
１３６      コントローラ
１４２      超音波センサ
１４６      導入温度センサ
１５２      排出温度センサ
１５６      電池温度センサ
１６２      ＣＰＵ
１６８      電圧検出回路
１７０      電流検出回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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