(57)【要約】【課題】起動後直ぐに安定した電力または電流を供給できる燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法を提供する。【解決手段】本発明の一態様に係る燃料電池システムは、燃料供給により発電するとともに、発電による電力または電流を負荷に供給する燃料電池本体と、内部電源として用いられるとともに、起動時に負荷へ電力または電流を供給する蓄電素子と、蓄電素子および燃料電池本体から負荷へ供給される電力値または電流値の合計を検出する第１の検出部と、第１の検出部で検出される電力値または電流値が第１の値となるよう蓄電素子から負荷へ供給される電力または電流値を制御する第１の制御部と、を具備する。【選択図】図４
2010244919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料供給により発電するとともに、前記発電による電力または電流を負荷に供給する燃料電池本体と、
内部電源として用いられるとともに、起動時に前記負荷へ電力または電流を供給する蓄電素子と、
前記蓄電素子および前記燃料電池本体から前記負荷へ供給される電力値または電流値の合計を検出する第１の検出部と、
前記第１の検出部で検出される電力値または電流値が第１の値となるよう前記蓄電素子から前記負荷へ供給される電力または電流値を制御する第１の制御部と、
を具備することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記蓄電素子から前記負荷へ供給される電力値または電流値を検出する第２の検出部と、
前記第１の制御部の接続先を前記第１の検出部または前記第２の検出部との間で切換える第１のスイッチと、
前記第１の検出部で検出される電力値または電流値が第２の値になると、前記第１のスイッチの接続先を前記第１の検出部から前記第２の検出部へ切換える第２の制御部と、
をさらに具備し、
前記第１の制御部は、前記第１のスイッチの接続先に応じて、前記第１の検出部または前記第２の検出部で検出される電力値または電流値が前記第１の値または前記第２の値となるように前記蓄電素子から前記負荷へ供給される電力または電流値を制御す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。
【請求項３】
前記燃料電池本体から前記負荷へ供給される電力値または電流を検出する第３の検出部と、
前記蓄電素子と前記負荷との間に配置され、前記蓄電素子から前記負荷への電力または電流の供給を遮断する第２のスイッチと、
をさらに具備し、
前記第２の制御部は、前記第３の検出部で検出される電力値または電流値が第３の値になると、前記第２のスイッチをオフして前記蓄電素子から前記負荷への電力または電流の供給を遮断することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
燃料供給により発電するとともに、前記発電による電力または電流を負荷に供給する燃料電池本体と、内部電源として用いられるとともに、起動時に前記負荷へ電力または電流を供給する蓄電素子とを備えた燃料電池システムの制御方法であって、
前記蓄電素子および前記燃料電池本体から前記負荷へ供給される電力値または電流値を検出するステップと、
前記第１の検出部で検出される電力値または電流値が第１の値となるよう前記蓄電素子から前記負荷へ供給される電力または電流を制御するステップと、
を具備することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、二次電池を備えた燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、起動後、燃料収容部に貯蔵されている燃料を反応室までポンプで送りだし、反応室にて燃料を酸素等と化学反応させることにより電力または電流を得る。しかしながら、起動後に燃料が化学反応を起こし電力または電流の供給が安定するまでには長時間を要する。（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２８９２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上のように、燃料電池は、起動後に電力の供給が安定するまでに長時間を要する。このため、燃料電池を起動しても、実際に起動したかどうかを確認できるまで時間を要する。
上記に鑑み、本発明は、起動後直ぐに安定した電力または電流を供給できる燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様に係る燃料電池システムは、燃料供給により発電するとともに、発電による電力または電流を負荷に供給する燃料電池本体と、内部電源として用いられるとともに、起動時に負荷へ電力または電流を供給する蓄電素子と、蓄電素子および燃料電池本体から負荷へ供給される電力値または電流値の合計を検出する第１の検出部と、第１の検出部で検出される電力値または電流値が第１の値となるよう蓄電素子から負荷へ供給される電力または電流値を制御する第１の制御部と、を具備する。
【０００６】
本発明の一態様に係る燃料電池システムの制御方法は、燃料供給により発電するとともに、発電による電力または電流を負荷に供給する燃料電池本体と、内部電源として用いられるとともに、起動時に負荷へ電力または電流を供給する蓄電素子とを備えた燃料電池システムの制御方法であって、蓄電素子および燃料電池本体から負荷へ供給される電力値または電流値を検出するステップと、第１の検出部で検出される電力値または電流値が第１の値となるよう蓄電素子から負荷へ供給される電力または電流を制御するステップと、を具備する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、起動後直ぐに安定した電力または電流を供給できる燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る燃料電池システムの部構成の一例を示した図である。
【図２】第１の実施形態に係る燃料電池システムの発電部の構成の一例を示した図である。
【図３】第１の実施形態に係る燃料電池システムの燃料分配機構の構成の一例を示した図である。
【図４】第１の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示した図である。
【図５】第１の実施形態に係る燃料電池システムの出力電力（出力電流）の一例を示した図である。
【図６】第２の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示した図である。
【図７】第２の実施形態に係る燃料電池システムの出力電力（出力電流）の一例を示した図である。
【図８】第２の実施形態に係る燃料電池システムの出力電力（出力電流）の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る燃料電池システム１のハードウェア構成の一例を示した図である。第１の実施形態に係る燃料電池システム１は、制御部１１（第２の制御部）、補器制御部１２、燃料収容部１３、出力電力検出部１４、ＬＩＢ（Lithium-ion Battery）充放電部１５（蓄電素子）、ＤＣ／ＤＣ（Direct current/ Direct current）コンバータ１６、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７、バルブ１８、ポンプ１９、発電部２０および出力端子Ａを具備する。
【００１０】
なお、この第１の実施形態に係る燃料電池システム１として、直接メタノール型燃料電池（以下、ＤＭＦＣ；  Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌと称する。）を例に説明する。
【００１１】
制御部１１は、この第１の実施形態に係る燃料電池システム１全体を制御する。燃料収容部１３は、発電部２０に対応した液体燃料を収容する。液体燃料としては、各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が挙げられる。液体燃料は必ずしもメタノール燃料に限られるものではない。液体燃料は、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。
【００１２】
補器制御部１２は、制御部１１からの指示に応じて、燃料収容部１３から発電部２０へ燃料を供給するバルブ１８およびポンプ１９などの動作を制御する。ポンプ１９は、燃料収容部１３に貯蔵されている燃料を発電部２０へ供給する。発電部２０へ燃料が供給されると、燃料が空気中の酸素と化学反応を起こし発電する。バルブ１８は、燃料収容部１３から発電部２０への燃料の供給経路を開閉する。
【００１３】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１７は、不図示のスイッチング要素とエネルギー蓄積要素を有し、これらスイッチング要素とエネルギー蓄積要素により発電部２０で発電された電気エネルギーを蓄積／放出させる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１７は、発電部２０からの比較的低い出力電圧を所定の電圧まで昇圧して出力電力検出部１４へ出力する。
【００１４】
ＬＩＢ充放電部１５は、燃料電池システム１を起動する際に必要な電力または電流を供給するリチウムイオン電池（二次電池）１５１の充放電を制御する。リチウムイオン電池１５１から供給される電力または電流は、ポンプ１９などの動力源としても使用される。またリチウムイオン電池１５１は、発電部２０もしくは端子Ａに接続された外部電源により充電される。なお、リチウムイオン電池１５１として電気二重層コンデンサを用いることもできる。
【００１５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、ＬＩＢ充放電部１５のリチウムイオン電池１５１から供給される電力を制御する。出力電力検出部１４は、発電部２０またはリチウムイオン電池１５１の少なくとも一方から端子Ａへ接続された外部機器へ供給される電力を測定する。
【００１６】
図２および図３は、燃料電池システム１の発電部２０の詳細構成の一例を示した図である。発電部２０は、アノード（燃料極）２２、カソード（空気極／酸化剤極）２４および電解質膜２３から構成される膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を具備する。アノード（燃料極）２２は、アノード触媒層２２ａとアノードガス拡散層２２ｂとを有する。カソード（空気極／酸化剤極）２４は、カソード触媒層２４ｂとカソードガス拡散層２４ａとを有する。電解質膜２３は、アノード触媒層２２ａとカソード触媒層２４ｂとで扶持され、プロトン（水素イオン）伝導性を有する。
【００１７】
アノード触媒層２２ａやカソード触媒層２４ｂに含有される触媒として、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等の白金族元素の単体、白金族元素を含有する合金等が使用できる。アノード触媒層２２ａには、メタノールや一酸化炭素等に対して強い耐性を有するＰｔ−ＲｕやＰｔ−Ｍｏ等を用いることが好ましい。カソード触媒層２４ｂにはＰｔやＰｔ−Ｎｉ等を用いることが好ましい。ただし、上記触媒はこれらに限定されるものではなく、触媒活性を有する各種の物質を使用できる。また、触媒は炭素材料のような導電性担持体を使用した担持触媒または無担持触媒などが使用できる。
【００１８】
電解質膜２３を構成するプロトン伝導性材料としては、例えばスルホン酸基を有するパーフルオロスルホン酸重合体のようなフッ素系樹脂（ナフィオン（商品名、デュポン社製）やフレミオン（商品名、旭硝子社製）、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂等の有機系材料、あるいはタングステン酸やリンタングステン酸等の無機系材料などが使用できる。
【００１９】
アノードガス拡散層２２ｂは、アノード触媒層２２ａに燃料を均一に供給するアノード触媒層２２ａの集電体である。カソードガス拡散層２４ａは、カソード触媒層２４ｂに酸化剤を均一に供給するカソード触媒層２４ｂの集電体である。アノードガス拡散層２２ｂおよびカソードガス拡散層２４ａは多孔質基材で構成されている。
【００２０】
アノードガス拡散層２２ｂやカソードガス拡散層２４ａには、必要に応じて導電層が積層される。これら導電層としては、例えばＡｕ、Ｎｉのような導電性金属材料からなる多孔質層（例えば、メッシュ）、多孔質膜、箔体あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材等が使用できる。電解質膜２３と後述する燃料分配機構３１およびカバープレート２５との間には、それぞれゴム製の０リング２６が介在する。これら０リング２６は、発電部２０からの燃料漏れや酸化剤漏れを防止する。
【００２１】
カバープレート２５は酸化剤である空気を取入れるための不図示の開口を有している。カバープレート２５とカソード２４との間には、必要に応じて保湿層や表面層が配置される。保湿層はカソード触媒層２４ｂで生成された水の一部が含浸されて、水の蒸散を抑制すると共に、カソード触媒層２４ｂへの空気の均一拡散を促進するものである。表面層は空気の取入れ量を調整するものであり、空気の取入れ量に応じて個数や大きさ等が調整された複数の空気導入口を有している。
【００２２】
発電部２０のアノード（燃料極）２２側には、燃料分配機構３１が配置されている。燃料分配機構３１には配管のような液体燃料の流路３６を介して燃料収容部１３が接続されている。
【００２３】
燃料分配機構３１には燃料収容部１３から流路３６を介して燃料が導入される。流路３６は燃料分配機構３１や燃料収容部１３と独立した配管に限られるものではない。例えば、燃料分配機構３１と燃料収容部１３とを積層して一体化する場合、これらを繋ぐ燃料の流路であってもよい。燃料分配機構３１は流路３６を介して燃料収容部１３と接続されていればよい。
【００２４】
図３に示すように、燃料分配機構３１は、燃料が流路３６を介して流入する少なくとも１個の燃料注入口３５と、燃料やその気化成分を排出する複数個の燃料排出口３３とを有する燃料分配板３２を備えている。また図２に示すように、燃料分配板３２の内部には、燃料注入口３５から導かれた燃料の通路となる空隙部３４が設けられている。複数の燃料排出口３３は燃料通路として機能する空隙部３４にそれぞれ直接接続されている。
【００２５】
燃料注入口３５から燃料分配機構３１に導入された燃料は空隙部３４に入り、この燃料通路として機能する空隙部３４を介して複数の燃料排出口３３にそれぞれ導かれる。複数の燃料排出口３３には、例えば燃料の気化成分のみを透過し、液体成分は透過させない気液分離体（図示せず）を配置してもよい。なお、気液分離体は燃料分配機構３１とアノード２２との間に気液分離膜等として設置してもよい。燃料の気化成分は複数の燃料排出口３３からアノード２２の複数個所に向けて排出される。
【００２６】
燃料排出口３３は、燃料分配板３２のアノード２２と接する面に複数設けられている。これにより、発電部２０の全体に燃料を供給することができる。燃料排出口３３の個数は２個以上であればよいが、発電部２０の面内における燃料供給量を均一化する上で、０．１〜１０個／ｃｍ２の燃料排出口３３が存在するように形成することが好ましい。
【００２７】
燃料分配機構３１と燃料収容部１３の間を接続する流路３６には、燃料移送制御手段としてのポンプ１９が挿入されている。このポンプ１９は燃料を循環される循環ポンプではなく、あくまでも燃料収容部１３から燃料分配機構３１に燃料を移送する燃料供給ポンプである。このようなポンプ１９で必要時に燃料を送液することによって、燃料供給量の制御性を高めるものである。
【００２８】
この場合、ポンプ１９としては、少量の燃料を制御性よく送液することができ、さらに小型軽量化が可能という観点から、ロータリーベーンポンプ、電気浸透流ポンプ、ダイアフラムポンプ、しごきポンプ等を使用することが好ましい。
【００２９】
ロータリーベーンポンプはモータで羽を回転させて送液する。電気浸透流ポンプは電気浸透流現象を起こすシリカ等の焼結多孔体を用いたものである。ダイアプラムポンプは電磁石や圧電セラミックスによりダイアフラムを駆動して送液するものである。しごきポンプは柔軟性を有する燃料流路の一部を圧迫し、燃料をしごき送るものである。
【００３０】
上記ポンプのうち、駆動電力や大きさ等の観点から、電気浸透流ポンプや圧電セラミックスを有するダイアプラムポンプを使用することがより好ましい。
【００３１】
このような構成において、燃料収容部１３に収容された燃料は、ポンプ１９により流路３６を移送され、燃料分配機構３１に供給される。そして、燃料分配機構３１から放出された燃料は、発電部２０のアノード（燃料極）２２に供給される。発電部２０内において、燃料はアノードガス拡散層２２ｂで拡散されアノード触媒層２２ａに供給される。燃料としてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層２２ａで下記（１）式に示すメタノールの内部改質反応が生じる。
【００３２】
なお、メタノール燃料として純メタノールを使用した場合には、カソード触媒層２４ｂで生成した水や電解質膜２３中の水をメタノールと反応させて下記（ｌ）式の内部改質反応を生起させる。あるいは、水を必要としない他の反応機構により内部改質反応を生じさせる。
【００３３】
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ  −  ＣＯ２十６Ｈ＋＋６ｅ−  …（１）
この反応で生成した電子（ｅ−）は集電体を経由して外部に導かれ、いわゆる出力として負荷側に供給された後、カソード（空気極）２４に導かれる。また、（１）式の内部改質反応で生成したプロトン（Ｈ＋）は電解質膜２３を経てカソード２４に導かれる。カソード２４には酸化剤として空気が供給される。カソード２４に到達した電子（ｅ−）とプロトン（Ｈ＋）は、カソード触媒層２４ｂで空気中の酸素と下記（２）式にしたがって反応し、この反応に伴って水が生成される。
６ｅ−＋６Ｈ＋＋（３／２）Ｏ２  −  ３Ｈ２Ｏ  …（２）
【００３４】
図４は、第１の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示した図である。図５は、第１の実施形態に係る燃料電池システム１の起動時の出力電力（出力電流）と時間との関係の一例を示した図である。以下、図４および図５を用いて第１の実施形態に係る燃料電池システム１の動作について説明する。
【００３５】
燃料電池システム１の起動後に燃料が化学反応を起こし電力または電流の供給が安定するまでには時間が掛る。そこで、この第１の実施形態に係る燃料電池システム１では、発電部２０から供給される電圧または電流が安定するまで、リチウムイオン電池１５１から電力または電流を補う構成としている。なお、以下では、簡単のため「電力または電流」を単に「電力」と記載して説明を行う。すなわち、以下の説明で「電力」と記載している場合「電力または電流」を意味する。
【００３６】
図４に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、比較部１６１、スイッチング部１６２（第１の制御部）を具備する。出力電力検出部１４は、電力検出部１４１（第１の検出部）およびスイッチＳ１を具備する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１７は、スイッチング部１７１、電力検出部１７２（第２の検出部）を具備する。
【００３７】
発電部２０で発電された電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７を介して出力電力検出部１４へ入力される。また、ＬＩＢ充放電部１５（蓄電素子）から供給される電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を介して出力電力検出部１４へ入力される。発電部２０から入力された電力とＬＩＢ充放電部１５から入力された電力は、出力電力検出部１４で合成された後、端子Ａへ接続されている外部機器（負荷）に供給される。
【００３８】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１６のスイッチング部１６２は、自己が具備するＦＥＴ（Field Effect Transistor）Ｑ１をＯＮ／ＯＦＦしてＤｕｔｙ比を変化させることにより、ＬＩＢ充放電部１５から供給される電力と、発電部２０から供給される電力との合計が所定の値となるように、ＬＩＢ充放電部１５から出力電力検出部１４へ入力される電力を制御する。
【００３９】
比較部１６１は、出力電力検出部１４の電力検出部１４１で検出される電力値に対応する電圧から基準電圧Ｖｒ１を引いた差分を出力する。スイッチング部１６２は、比較部１６１から出力される差分電圧が０となるようにＦＥＴＱ１のＤｕｔｙ比を変化させる。
【００４０】
具体的には、スイッチング部１６２は、比較部１６１から出力される差分電圧が負の値である場合、ＦＥＴＱ１のＤｕｔｙ比が低くなるよう制御する。つまり、比較部１６１から出力される差分電圧が負の値である場合、リチウムイオン電池１５１から供給される電力と、発電部２０から供給される電力との合計が所定の値に達していないことを意味する。
【００４１】
そこで、スイッチング部１６２は、比較部１６１から出力される差分電圧が負の値である場合には、ＦＥＴＱ１のＤｕｔｙ比が低くなるよう制御して、ＬＩＢ充放電部１５から出力電力検出部１４へ供給される電力を増大させる。
【００４２】
また、スイッチング部１６２は、比較部１６１から出力される差分電圧が正の値である場合、ＦＥＴＱ１のＤｕｔｙ比が高くなるよう制御する。つまり、比較部１６１から出力される差分電圧が正の値である場合、リチウムイオン電池１５１から供給される電力と、発電部２０から供給される電力との合計が所定の値を超えていることを意味する。
【００４３】
そこで、スイッチング部１６２は、比較部１６１から出力される差分電圧が正の値である場合には、ＦＥＴＱ１のＤｕｔｙ比が高くなるよう制御して、ＬＩＢ充放電部１５から出力電力検出部１４へ供給される電力を減少させる。
【００４４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１７のスイッチング部１７１は、自己が具備するＦＥＴ（Field Effect Transistor）Ｑ２をＯＮ／ＯＦＦしてＤｕｔｙ比を変化させることにより、発電部２０から供給される電力の電圧が所定の値となるように昇圧する。電力検出部１７２は、発電部２０から供給される電力値を検出する。
【００４５】
制御部１１（第２の制御部）は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７の電力検出部１７２で検出される電力値を監視する。そして、電力検出部１７２で検出される電力値が所定の値（第３の値）になった場合、制御部１１は、発電部２０が立ち上がったと判断して出力電力検出部１４のスイッチＳ１（第２のスイッチ）をＯＦＦする。
【００４６】
図５は、第１の実施形態に係る燃料電池システム１の起動時の出力電力（出力電流）と時間との関係の一例を示した図である。図５の縦軸は、リチウムイオン電池１５１から供給される電力と、発電部２０から供給される電力とを合計した電力を示している。また図５の横軸は、燃料電池システム１の起動からの経過時間を示している。
【００４７】
図５に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６のスイッチング部１６２は、比較部１６１から出力される差分電圧に応じてリチウムイオン電池１５１から供給される電力と、発電部２０から供給される電力との合計が所定の値Ｗ１となるようにＦＥＴＱ１のＤｕｔｙ比を制御する。なお、所定の値Ｗ１として、発電部２０の出力が安定した際の電力値の値を用いるとよい。
【００４８】
そして、時間Ｔ１で、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７の電力検出部１７２で検出される電力値が所定の値Ｗ１になった場合、制御部１１は、発電部２０が立ち上がったと判断して電力検出部１４のスイッチＳ１をＯＦＦする。以後は、発電部２０から電力が端子Ａに接続された外部機器へ供給される。
【００４９】
以上のように、この第１実施形態に係る燃料電池システム１は、リチウムイオン電池１５１から供給される電力と、発電部２０から供給される電力とを合計した電力値をモニタし、この電力値が所定の値Ｗ１となるように、リチウムイオン電池１５１から供給する電力を制御している。
【００５０】
このため、燃料電池システム１を起動後、直ぐに端子Ａに接続された外部機器へ安定して電力を供給することができる。このため、燃料電池システム１を起動後、実際に起動したかどうかを直ぐに確認できる。また、燃料電池システム１を起動後、直ぐに外部機器を動作できる。
【００５１】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、燃料電池システム１に起動後、直ぐに所定の電力または電流Ｗ１を供給する実施形態について説明した。しかしながら、第１の実施形態に係る燃料電池システム１は、リチウムイオン電池１５１から供給する電力または電流が大きいため、ＬＩＢ充放電部１５に容量の大きいリチウムイオン電池１５１を具備する必要がある。
【００５２】
この第２の実施形態では、燃料電池システム２に起動後にＬＩＢ充放電部１５から供給する電力または電流を一定の値に抑制した実施形態について説明する。この第２の実施形態に係る燃料電池システム２では、ＬＩＢ充放電部１５から供給する電力または電流を抑制しているため、リチウムイオン電池１５１の容量を小さくできる。
【００５３】
図６は、第２の実施形態に係る燃料電池システム２の概略構成を示した図である。図７は、第２の実施形態に係る燃料電池システム２の起動時の出力電力（出力電流）と時間との関係の一例を示した図である。以下、図６および図７を用いて第２の実施形態に係る燃料電池システム２の構成および動作について説明する。
【００５４】
なお、図４で説明した構成要素と同一の構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、第１の実施形態と同様に、以下では、簡単のため「電力または電流」を単に「電力」と記載して説明を行う。すなわち、以下の説明で「電力」と記載している場合「電力または電流」を意味する。
【００５５】
図６に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６Ａは、比較部１６１、スイッチング部１６２（第１の制御部）、電力検出部１６３、比較部１６４およびスイッチＳ２を具備する。
【００５６】
電力検出部１６３（第２の検出部）は、ＬＩＢ充放電部１５（蓄電素子）から供給される電力値を検出する。比較部１６４は、電力検出部１６３で検出される電力値に対応する電圧から基準電圧Ｖｒ２を引いた差分を出力する。ここで、図６に示すＤＣ／ＤＣコンバータ１６ＡのスイッチＳ２（第１のスイッチ）は、初め端子ａ側に接続されている。このため、スイッチング部１６２は、ＬＩＢ充放電部１５から供給される電力が一定の値となるように、ＦＥＴＱ１のＤｕｔｙ比を制御する。
【００５７】
制御部１１（第２の制御部）は、出力電力検出部１４の電力検出部１４１から入力される電力値が所定の値に達すると、スイッチＳ２の接続先を端子ａから端子ｂへ切換える。すると、スイッチング部１６２は、比較部１６１から出力される差分電圧に基づいて、リチウムイオン電池１５１から供給される電力と、発電部２０から供給される電力との合計が所定の電力値となるようにＦＥＴＱ１のＤｕｔｙ比を制御する。
【００５８】
制御部１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７の電力検出部１７２で検出される電力値を監視する。そして、電力検出部１７２で検出される電力値が所定の値になった場合、制御部１１は、発電部２０が立ち上がったと判断して出力電力検出部１４のスイッチＳ１（第２のスイッチ）をＯＦＦする。
【００５９】
図７は、第２の実施形態に係る燃料電池システム２の起動時の出力電力と時間との関係の一例を示した図である。図７の縦軸は、ＬＩＢ充電部１５から供給される電力と、発電部２０から供給される電力とを合計した値を示している。また図７の横軸は、燃料電池システム２の起動からの経過時間を示している。
【００６０】
図７に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６Ａのスイッチング部１６２は、初めＬＩＢ充放電部１５から入力される電力が所定の値となるようにＦＥＴＱ１のＤｕｔｙ比を制御する。そして、時間Ｔ１で出力電力検出部１４の電力検出部１４１から入力される電圧値が所定の値Ｗ１に達すると、制御部１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６ＡのスイッチＳ２の接続先を端子ａから端子ｂへ切換える。
【００６１】
スイッチング部１６２は、比較部１６１の比較結果に基づいて、ＬＩＢ充電部１５から供給される電力と、発電部２０から供給される電力との合計が所定の値Ｗ１となるようにＦＥＴＱ１のＤｕｔｙ比を制御する。
【００６２】
そして、時間Ｔ２で、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７の電力検出部１７２で検出される電力値が所定の値Ｗ１に達すると、制御部１１は、発電部２０が立ち上がったと判断して出力電力検出部１４のスイッチＳ１をＯＦＦする。以後は、発電部２０から電力が端子Ａに接続された外部機器へ供給される。
【００６３】
図８は、第２の実施形態に係る燃料電池システム２の起動時の出力電力と時間との関係の他の例を示した図である。図８の縦軸は、リチウムイオン電池１５１から供給される電力と、発電部２０から供給される電力とを合計した値を示している。また図８の横軸は、燃料電池システム２の起動からの経過時間を示している。
【００６４】
図７に示した例では、所定の値Ｗ２を、発電部２０の出力電圧が安定した際の値Ｗ１とした場合を示した。この図８に示した例では、制御部１１は、出力電力検出部１４の電力検出部１４１から入力される電圧値が所定の値Ｗ２に達すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６ＡのスイッチＳ２の接続先を端子ａから端子ｂへ切換える例を示している。
【００６５】
ここで、所定の値Ｗ２は、所定の値Ｗ１の半分程度とする。なお、リチウムイオン電池１５１から供給される電力と、発電部２０から供給される電力との合計が所定の値Ｗ２となるようにＦＥＴＱ１のＤｕｔｙ比を制御するためには、比較部１６１へ入力される基準電圧Ｖｒ１の値を変更すればよい。
【００６６】
以上のように、この第２の実施形態に係る燃料電池システム２では、燃料電池システム２の起動後にリチウムイオン電池１５１から供給する電力を一定の値に抑制している。このため、第１の実施形態に係る燃料電池システム１に比べて、リチウムイオン電池１５１の容量を小さくできる。
【００６７】
なお、燃料電池システム２の起動後にリチウムイオン電池１５１から供給する電力を一定の値に抑制しているため、燃料電池システム２を起動後、直ぐに外部機器を動作させることは難しい。しかし、外部機器のＬＥＤ等を点灯させる程度の電力を安定して端子Ａへ接続された外部機器へ供給しているため、燃料電池システム２を起動後、実際に起動したかどうかを直ぐに確認できる。
【００６８】
（その他の実施形態）
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、第１、第２の実施形態では、電力検出部により電力値を検出しているが、電流検出部により電流を検出するように構成してもよい。この場合、比較部１６１、１６５は、電流検出部により検出される電流値を、基準電流と比較することとなる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１，２…燃料電池システム、１１…制御部（第２の制御部）、１２…補器制御部、１３…燃料収容部、１４…出力電力検出部、１５…ＬＩＢ充放電部（蓄電素子）、１６，１７…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１８…バルブ、１９…ポンプ、２０…発電部、２２…アノード、２３…電解質膜、２４…カソード、２５…カバープレート、２６…Ｏリング、３１…燃料分配機構、３２…燃料分配板、３３…燃料排出口、３４…空隙部、３５…燃料注入口、３６…流路、１４１，１７２，１６４…電力検出部（第１、第３、第２の検出部）、１５１…リチウムイオン電池、１６１，１６５…比較部、１６２…スイッチング部（第１の制御部）。
【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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