(57)【要約】【課題】水素発生材料の消費を抑制可能で、かつ、水素を発生させるために要する起動時間を短縮可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】本発明の燃料電池システムは、燃料電池５の発電中に、温度検出部６により検出した水素発生材料収容容器３の温度が予め設定した閾値温度ＴＡを超え、かつ、発電休止検出部１３が燃料電池５の発電を休止可能であることを検出したとき、水収容容器１から水素発生材料収容容器３への水供給を停止する制御を行い、水素発生材料収容容器３への水供給停止中に、温度検出部６により検出した水素発生材料収容容器３の温度が、ＴＢ＜ＴＡなる予め設定した閾値温度ＴＢ以下であるとき、あるいは、発電休止検出部１３が燃料電池５の発電を休止させることが不可能であることを検出したとき、水収容容器１から水素発生材料収容容器３への水供給を開始する制御を行う。【選択図】図１
2011146145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を収容する水収容容器と、
水との発熱反応により水素を発生する水素発生材料を用いて水素を発生させる水素発生材料収容容器と、
前記水収容容器内の水を前記水素発生材料収容容器に供給する水供給部と、
前記水素発生材料収容容器の温度を検出する温度検出部と、
前記燃料電池の発電を休止可能であるか否かを検出する発電休止検出部と、
前記水供給部による前記水収容容器から前記水素発生材料収容容器への水供給を制御する水供給制御部と、
前記水素発生材料収容容器で発生した水素を燃料として発電を行う燃料電池と、
二次電池とを含み、
前記水供給制御部は、
前記燃料電池の発電中に、前記温度検出部により検出した前記水素発生材料収容容器の温度が予め設定した閾値温度ＴＡを超え、かつ、前記発電休止検出部が前記燃料電池の発電を休止可能であることを検出したとき、前記水収容容器から前記水素発生材料収容容器への水供給を停止する制御を行い、
前記水素発生材料収容容器への水供給停止中に、前記温度検出部により検出した前記水素発生材料収容容器の温度が、ＴＢ＜ＴＡなる予め設定した閾値温度ＴＢ以下であるとき、あるいは、前記発電休止検出部が前記燃料電池の発電を休止させることが不可能であることを検出したとき、前記水収容容器から前記水素発生材料収容容器への水供給を開始する制御を行うことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記発電休止検出部は、
前記二次電池からの外部出力電力が、予め設定した閾値電力ＰＡ以下の場合、前記燃料電池の発電を休止可能であると判断し、
前記二次電池からの外部出力電力が、ＰＡ＜ＰＢなる予め設定した閾値電力ＰＢ以上の場合、前記燃料電池の発電を休止不可能であると判断する請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記発電休止検出部は、前記二次電池の充電状態に基づいて前記燃料電池の発電を休止可能か否かを判断する請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記発電休止検出部は、
前記二次電池の電圧が、予め設定した閾値電圧ＶＡ以上である場合、前記燃料電池の発電を休止可能であると判断し、
前記二次電池の電圧が、ＶＢ＜ＶＡなる予め設定した閾値電圧ＶＢ以下である場合、前記燃料電池の発電を休止不可能であると判断する請求項３に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータ、携帯電話などのコードレス機器の普及に伴い、その電源である二次電池はますます小型化、高容量化が要望されている。現在、エネルギー密度が高く、小型軽量化が図れる二次電池としてリチウムイオン二次電池が実用化されており、ポータブル電源として需要が増大している。しかし、このリチウム二次電池は、一部のコードレス機器に対して十分な連続使用時間を保証することができない場合がある。
【０００３】
このような状況の中で、上記要望に応え得る電池の一例として、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）が検討されている。電解質に固体高分子電解質、正極活物質に空気中の酸素、負極活物質に燃料（水素、メタノールなど）を用いる固体高分子型燃料電池は、リチウムイオン二次電池よりも高エネルギー密度化が期待できる電池として注目されている。燃料電池は、燃料及び酸素の供給さえ行えば、連続的に使用することが可能である。
【０００４】
このような燃料電池に用いる燃料に関しては、水素、メタノールなどが提案され、種々開発が行われているが、高出力が期待できる点で、水素を燃料とする燃料電池が注目されている。
【０００５】
燃料電池の燃料源となる水素を製造する方法としては、例えば、特許文献１には、アルミニウム、マグネシウム及びそれらの合金よりなる群から選択される少なくとも１種の金属材料を含み、水との反応により水素を発生する水素発生材料を用いることで、低温で簡便に水素を発生させる方法が開示されている。また、特許文献２には、メタノールなどを改質して水素を製造する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４１０４０１６号公報
【特許文献２】特開２００１−１４３７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、水との発熱反応により水素を発生する水素発生材料を用いて水素を発生させ、この水素を燃料として用いる燃料電池システムでは、水素発生材料から継続して水素を発生させるために、水素発生材料収容容器内の温度を高い温度で保持する必要がある。そのため、水素発生材料収容容器内の温度がある温度よりも低くならないように水を供給し続けることになるが、燃料電池システムの外部への電力を供給する必要が無いときや内蔵する二次電池の充電状態が高いときなど燃料電池が発電を行う必要がない場合にも、水素発生材料収容容器への水供給を続け、水素発生材料を無駄に消費することになる。
【０００８】
また、上記のような水素発生材料を用いて水素を発生させるタイプの燃料電池は、通常、発電を行う必要が無い場合、水素発生材料収容容器への水供給を停止し、その後、発電を行う必要が生じた場合、水素発生材料収容容器への水供給を再開する。この水素発生材料収容容器への水供給を再開したときに該水素発生材料収容容器内の温度が低下していると、水素発生材料と水との反応が起こりにくいため、水素発生材料収容容器への水供給を再開してから水素が発生するまでに時間（再起動時間）が長くなる場合がある。
【０００９】
しかし、特許文献１には上記のような問題を解決する方法は何ら提案されていない。
【００１０】
一方、特許文献２には、燃料電池に自動保温機能を設けて、システムの運転停止・保管中に燃料電池が所定温度以下にならないようにする方法が開示されている。しかし、特許文献２の燃料電池は、メタノールなどの液体燃料を改質して水素を発生させるタイプの燃料電池であって、水素発生材料を用いて水素を発生させるタイプの燃料電池ではないため、特許文献２に記載の方法では、上記のような問題を解決できない。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、水素発生材料の消費を抑制可能で、かつ、再起動時間を短縮可能な燃料電池システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の燃料電池システムは、水を収容する水収容容器と、水との発熱反応により水素を発生する水素発生材料を用いて水素を発生させる水素発生材料収容容器と、上記水収容容器内の水を上記水素発生材料収容容器に供給する水供給部と、上記水素発生材料収容容器の温度を検出する温度検出部と、上記燃料電池の発電を休止可能であるか否かを検出する発電休止検出部と、上記水供給部による上記水収容容器から上記水素発生材料収容容器への水供給を制御する水供給制御部と、上記水素発生材料収容容器で発生した水素を燃料として発電を行う燃料電池と、二次電池とを含み、上記水供給制御部は、上記燃料電池の発電中に、上記温度検出部により検出した上記水素発生材料収容容器の温度が予め設定した閾値温度ＴＡを超え、かつ、上記発電休止検出部が上記燃料電池の発電を休止可能であることを検出したとき、上記水収容容器から上記水素発生材料収容容器への水供給を停止する制御を行い、上記水素発生材料収容容器への水供給停止中に、上記温度検出部により検出した上記水素発生材料収容容器の温度が、ＴＢ＜ＴＡなる予め設定した閾値温度ＴＢ以下であるとき、あるいは、上記発電休止検出部が上記燃料電池の発電を休止させることが不可能であることを検出したとき、上記水収容容器から上記水素発生材料収容容器への水供給を開始する制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、水素発生材料の消費を抑制可能で、かつ再起動時間を短縮可能な燃料電池システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１に係る燃料電池システムを示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャート図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る燃料電池システムの動作の一例を説明するためのグラフである。
【図４】本発明の実施形態２に係る燃料電池システムを示す概略構成図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャート図である。
【図６】本発明の実施形態２に係る燃料電池システムの動作の一例を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の燃料電池システムは、水を収容する水収容容器と、水との発熱反応により水素を発生する水素発生材料を用いて水素を発生させる水素発生材料収容容器と、上記水収容容器内の水を上記水素発生材料収容容器に供給する水供給部と、上記水素発生材料収容容器の温度を検出する温度検出部と、上記燃料電池の発電を休止可能であるか否かを検出する発電休止検出部と、上記水供給部による上記水収容容器から上記水素発生材料収容容器への水供給を制御する水供給制御部と、上記水素発生材料収容容器で発生した水素を燃料として発電を行う燃料電池と、二次電池とを備える。上記水供給制御部は、上記燃料電池の発電中に、上記温度検出部により検出した上記水素発生材料収容容器の温度が予め設定した閾値温度ＴＡを超え、かつ、上記発電休止検出部が上記燃料電池の発電を休止可能であることを検出したとき、上記水収容容器から上記水素発生材料収容容器への水供給を停止する制御を行い、上記水素発生材料収容容器への水供給停止中に、上記温度検出部により検出した上記水素発生材料収容容器の温度が、ＴＢ＜ＴＡなる予め設定した閾値温度ＴＢ以下であるとき、あるいは、上記発電休止検出部が上記燃料電池の発電を休止させることが不可能であることを検出したとき、上記水収容容器から上記水素発生材料収容容器への水供給を開始する制御を行う。
【００１６】
これにより、燃料電池の発電中に、水素発生材料収容容器の温度が閾値温度ＴＡより高く、かつ、燃料電池の発電を休止可能であることを検出したとき、水素発生材料収容容器への水供給を停止して、水素発生材料の消費を抑制できる。また、水素発生材料収容容器への水供給の停止中に、燃料電池が電力を発生する必要が生じたとき、あるいは、水素発生材料収容容器の温度が低下したとき、水素発生材料収容容器への水供給を再開して、水素発生材料収容容器の温度が所定温度以下となるのを防ぎ、水素発生までの時間を短縮できる。
【００１７】
以下、本発明の燃料電池システムについて、図面を参照しながら具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１８】
（実施形態１）
まず、本発明の燃料電池システムの一例を実施形態１として説明する。図１は、本実施形態の燃料電池システムを示す概略構成図である。
【００１９】
本実施形態の燃料電池システムは、図１に示すように、水収容容器１と、水供給部としてのポンプ２と、水素発生材料材料収容容器３と、空気流入部４と、燃料電池５と、温度検出部６と、操作部７と、水供給制御部としての演算部８及びポンプ制御装置９と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０と、二次電池１１と、発電休止検出部としての外部出力電力検出部１３と、外部出力端子１２とを備えている。
【００２０】
水収容容器１は、水を収容している。水収容容器１としては、水を収容可能であれば、その材質や形状は特に限定されない。水収容容器１に収容される水は、中性の水、酸性水溶液、アルカリ性水溶液などのいずれであってもよい。すなわち、少なくとも水を含む液体であればよく、後述する水素発生材料との反応性などに応じて好適なものを選択すればよい。
【００２１】
ポンプ２は、水収容容器１内の水を水素発生材料収容容器３に供給する。
【００２２】
水素発生材料収容容器３は、水との反応により水素を発生する水素発生材料を収容している。この水素発生材料収容容器３としては、水が注入される注入口と、容器内で発生した水素を排出可能な排出口とを備え、内部に水素発生材料を収容可能なものであれば、その材質や形状は特に限定されない。具体的な容器の材質としては、液体及び水素が透過しにくく、かつ１２０℃程度に加熱しても容器が破損しない材質が好ましく、例えば、アルミニウム、鉄などの金属、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの樹脂を用いることができる。また、容器の形状としては、角柱状、円柱状などが採用できる。水素発生材料収容容器３内では、ポンプ２により水収容容器１から供給され水と上記水素発生材料とを反応させることにより、水素が発生する。
【００２３】
水素発生材料収容容器３に収容される水素発生材料としては、水との反応により水素を発生するものであれば良い。例えば、アルミニウム、マグネシウム及びそれらの合金よりなる群から選択される少なくとも１種の金属材料や、それら材料の水酸化物を用いることができる。特に、上記金属材料が、６０μｍ以下の粒径の粒子を８０質量％以上含むものである場合、水との反応性が向上するため好ましい。
【００２４】
また、水素発生材料は、常温（２０℃〜３０℃の範囲の温度）で水と反応して発熱する発熱材料をさらに含むことが好ましい。水素発生材料が発熱材料を含む場合、水素発生材料収容容器３内に供給された水が低温であっても、発熱材料が水と反応して発熱するため、水素発生材料と水との水素発生反応が促進され、迅速に水素を発生させることができるからである。また、金属材料と発熱材料との合計質量中、金属材料の割合が、８５質量％超で９９質量％以下であることが好ましい。金属材料の量が少なすぎると、水素発生量が低下し、発熱材料の量が多すぎると、温度が上昇しすぎて水素発生反応を制御するのが難しくなるからである。
【００２５】
水素発生材料に含まれる発熱材料としては、例えば、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム及び硫酸カルシウムよりなる群から選択される少なくとも１種の化合物を使用できる。
【００２６】
水素発生材料に含まれる金属材料が、アルミニウム合金またはマグネシウム合金である場合、より効率よく水素を発生させるためには、アルミニウム合金またはマグネシウム合金が、２〜２０質量％の添加元素を含むことが好ましい。添加元素としては、例えば、ケイ素、鉄、銅、マンガン、マグネシウム、亜鉛、ニッケル、チタン、鉛、スズ及びクロムよりなる群から選択される少なくとも１種の元素を使用できる。
【００２７】
ところで、金属材料は、一般に、表面に安定な酸化皮膜が形成されているため、常温では水と反応しにくく、加熱しても水との反応が進行しない場合もある。しかし、平均粒径を１００μｍ以下にすれば、酸化皮膜による水との反応抑制作用が減少し、常温では水と反応しにくいものの、加熱すれば水との反応が促進され、水素発生反応が持続するようになる。金属材料の平均粒径を３０μｍ以下とすれば、より水との反応が促進され、より効率よく水素を発生できる。一方、金属材料の粒径を小さくすれば、水素発生速度を増加できるが、粒径が０．１μｍより小さくなると、引火性が高まり取り扱いが困難となるだけでなく、金属材料の充填密度が低下してエネルギー密度が低下しやすくなる。そのため、金属材料の粒径は、０．１μｍ以上であることが好ましい。
【００２８】
なお、金属材料の平均粒径とは、体積基準の積算分率５０％における粒子直径の値であるＤ50を意味している。平均粒径の測定方法としては、例えば、レーザー回折・散乱法などを用いることができる。具体的には、水などの液相に分散させた測定対象物質にレーザー光を照射することによって検出される散乱強度分布を利用した粒径分布の測定方法である。レーザー回折・散乱法による粒径分布測定装置としては、例えば、日機装株式会社製の「マイクロトラックＨＲＡ（製品名）」などを用いることができる。
【００２９】
また、金属材料は、アトマイズ法により作製された粉末状のものを使用できる。より効率よく水素を発生させるためには、金属材料は、化学的手段または機械的手段により、表面における水との反応性を向上させるための表面処理が施されていることが好ましい。金属材料の表面処理は、例えば、金属材料を溶媒中で機械的に撹拌することにより行う。また、金属材料は、ペレット状または顆粒状に形成されていても良い。
【００３０】
燃料電池５は、例えば、固体高分子型燃料電池で構成されている。具体的には、燃料電池５は、電解質とそれを挟む一対の電極（正極、負極）とで構成されたセルを、複数個備えてスタックを形成している。電解質としては、固体高分子電解質を用いることができる。空気流入部４を介して空気中の酸素（正極活物質）が正極に供給され、水素発生材料収容容器３で発生した水素（負極活物質）が負極に供給されると、負極活物質の水素イオンが電解質を通って正極側へ移動し、酸素分子と結合する時に、外部回路中を電子が移動し、発電されることとなる。なお、燃料電池５において使用される電解質、正極活物質、負極活物質の構成は、上記に限定されるものではない。
【００３１】
温度検出部６は、水素発生材料収容容器３の温度を検出する。温度検出部６としては、温度により抵抗値が変化するサーミスタや温度により起電力が変化する熱電対などが用いられる。
【００３２】
操作部７は、外部からの燃料電池システムの発電開始の指示を受けて、発電開始命令を出力する。操作部７としては、スイッチなどが用いられる。
【００３３】
演算部８は、操作部７からの発電開始命令を受けると、燃料電池５の発電を開始させるため、温度検出部６で検出した水素発生材料収容容器３の温度と外部出力電力検出部１３で検出した外部出力電力に基づいて水素発生材料収容容器３に供給すべき水量を演算し、この水量に関する情報をポンプ制御装置９に出力する。ポンプ制御装置９への出力情報としては、例えばＤ／Ａ変換によるアナログ値が用いられるが、他の情報でも良い。演算部８としては、例えばマイクロプロセッサにより構成できるが、電子回路などにより構成することも可能である。
【００３４】
ポンプ制御装置９は、演算部８から出力された水量に関する情報を受け取り、ポンプ２による供給水量を制御する。
【００３５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、燃料電池５が発電した電力の電圧や電流の変換を行い、二次電池１１を充電する。
【００３６】
二次電池１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０により充電され、外部電力出力端子１２に電力を出力する。二次電池１１は、エネルギー密度が高いリチウムイオン二次電池が適しているが、ニッケル水素電池など他の二次電池を用いても良い。
【００３７】
外部出力電力検出部１３は、外部電力出力端子１２から外部へ出力される電力を検出する。電力検出方法としては、例えば、二次電池１１の電圧と電流を計測し、計測した電圧及び電流から電力を求めることにより、二次電池１１の外部出力電力の検出を行う方法が挙げられる。
【００３８】
次に、本実施形態の燃料電池システムの動作を図１及び図２を用いて説明する。図２は、本実施形態の燃料電池システムの動作を示すフローチャート図である。
【００３９】
図２において、閾値温度ＴＡは、燃料電池５の発電を休止可能かどうかの判断基準となる水素発生材料収容容器３の温度、閾値温度ＴＢは、燃料電池５の発電を再開する必要があるかどうかの判断基準となる水素発生材料収容容器３の温度、閾値電力ＰＡは、燃料電池５の発電を休止可能かどうかの判断基準となる二次電池１１の外部出力電力、閾値電力ＰＢは、燃料電池５の発電を再開する必要があるかどうかの判断基準となる二次電池１１の外部出力電力を示している。上記ＴＡ、ＴＢ、ＰＡ、ＰＢは、水素発生材料の種類、水素発生材料収容容器３の形状、燃料電池５の性能、二次電池１１の性能、必要とする出力電力などにより決まる。
【００４０】
演算部８は、操作部７から発電開始命令を受け取ると（ステップＳ１０１）、ポンプ制御装置９に対して水供給を開始するよう指示する。ポンプ制御装置９は、演算部８からの指示に従ってポンプ２を駆動させ、水収容容器１から水素発生材料収容容器３への水供給を開始する（ステップＳ１０２）。
【００４１】
水素発生材料収容容器３への水供給を開始すると、水素発生材料収容容器３内では、水と水素発生材料とが反応して水素が発生する。燃料電池５は、発生した水素を燃料として発電を行う。水素発生材料収容容器３への水供給を行っている間、温度検出部６により水素発生材料収容容器３の温度を検出して予め設定された閾値温度ＴＡと比較するとともに、外部出力電力検出部１３により二次電池１１の外部出力電力を検出して予め設定された閾値電力ＰＡと比較する（ステップＳ１０３）。
【００４２】
ステップＳ１０３において、水素発生材料収容容器３の温度が閾値温度ＴＡ以上で、かつ二次電池１１の出力電力が閾値電力ＰＡ以下であることを検出するまでは、水素発生材料収容容器３への水供給を継続して行い、燃料電池５は発電動作を続ける。
【００４３】
水素発生材料収容容器３の温度が閾値温度ＴＡ以上で、かつ二次電池１１の外部出力電力が閾値電力ＰＡ以下であることを検出すると、演算部８は、ポンプ制御装置９に対して水素発生材料収容容器３への水供給を停止するよう指示する。これにより、ポンプ制御装置９は、ポンプ２の駆動を停止し、水素発生材料収容容器３への水供給を停止する（ステップＳ１０４）。
【００４４】
水素発生材料収容容器３への水供給を停止すると、水素発生材料収容容器３の温度が低下し、水素発生量が減少し、燃料電池５の発電量が低下する。水素発生材料収容容器３への水供給を停止している間、温度検出部６により水素発生材料収容容器３の温度を検出し、ＴＢ＜ＴＡなる予め設定した閾値温度ＴＢと比較する（ステップＳ１０５）。
【００４５】
ステップＳ１０５における比較の結果、水素発生材料収容容器３の温度が閾値温度ＴＢより高い場合、外部出力電力検出部１３により二次電池１１の外部出力電力を検出し、ＰＡ＜ＰＢなる予め設定した閾値電力ＰＢと比較する（ステップＳ１０６）。二次電池１１の外部出力電力が、閾値電力ＰＢより小さい場合、ステップＳ１０５に戻る。二次電池１１の外部出力電力が、閾値電力ＰＢ以上である場合、ステップＳ１０２に戻り、演算部８は、ポンプ制御装置９に対して水供給を開始するよう指示する。これにより、ポンプ制御装置９は、ポンプ２を駆動させて、水素発生材料収容容器３への水供給を開始する。
【００４６】
ステップＳ１０５における比較の結果、水素発生材料収容容器３の温度が閾値温度ＴＢ以下である場合、ステップＳ１０２に戻り、演算部８は、ポンプ制御装置９に対して水供給を開始するよう指示する。これにより、ポンプ制御装置９は、ポンプ２を駆動させて、水素発生材料収容容器３への水供給を開始する。
【００４７】
次に、上述した本実施形態の燃料電池システムの動作の一例を図１を参照しながら図３を用いて具体的に説明する。図３に示すグラフは、水素発生材料収容容器３への水供給量と水素発生材料収容容器３の温度と二次電池１１の外部出力電力と燃料電池５の発電量との関係を示している。図３において、横軸は時間を示し、左側の縦軸は水素発生材料収容容器３への水供給量と燃料電池５の発電量を示し、右側の縦軸は水素発生材料収容容器３の温度と二次電池１１の外部出力電力を示している。また、ＴＡ及びＴＢは上述した閾値温度であり、ＰＡ及びＰＢは上述した閾値電力である。
【００４８】
図３において、時間ｔ１のとき、操作部７からの発電開始命令により、水素発生材料収容容器３への水供給を開始する（図２のステップＳ１０１〜Ｓ１０２）。水素発生材料収容容器３内では、水素発生材料と水との発熱反応により水素が発生するとともに、水素発生材料収容容器３の温度が上昇する。燃料電池５は、発生した水素を燃料として発電を行うため、燃料電池５の発電量が増加する。
【００４９】
時間ｔ２のときに、水素発生材料収容容器３の温度が閾値温度ＴＡ以上で、かつ、二次電池１１の外部出力電力が閾値電力ＰＡ以下となるため（図２のステップＳ１０３）、水素発生材料収容容器３への水供給を停止する（図２のステップＳ１０４）。
【００５０】
時間ｔ３のとき、水素発生材料収容容器３の温度がＴＢ以下となるため（図２のステップＳ１０５）、水素発生材料収容容器３への水供給を開始する（図２のステップＳ１０２）。これにより、水素発生材料収容容器３の温度が上昇し、二次電池１１の外部出力電力及び燃料電池５の発電量が増加する。
【００５１】
なお、図３では図示していないが、水素発生材料収容容器３への水供給を停止中に、二次電池１１の外部出力電力が閾値電力ＰＢ以上になったときにも、水素発生材料収容容器３への水供給を開始する。
【００５２】
本実施形態の燃料電池システムによれば、水素発生材料収容容器３への水供給を行っている間、水素発生材料収容容器３の温度が閾値温度ＴＡ以上で、かつ二次電池１１の外部出力電力が閾値電力ＰＡ以下となったとき、水素発生材料収容容器３への水供給を停止する制御を行い、水素発生材料収容容器３への水供給を停止している間、水素発生材料収容容器３の温度が閾値温度ＴＢ以下となったとき、または二次電池１１の外部出力電力が閾値電力ＰＢ以上となったとき、水素発生材料収容容器３への水供給を開始する制御を行うようにしたので、水素発生材料の消費を抑制できる。
【００５３】
（実施形態２）
次に、本発明の燃料電池システムの他の例を実施形態２として説明する。図４は、本実施形態の燃料電池システムを示す概略構成図である。図４は、図３の外部出力電力検出部１３に代えて充電状態検出部１４を設置したもので、図４において、図１と同一の構成要素については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５４】
図４において、発電休止検出部としての充電状態検出部１４は、二次電池１１の充電状態を検出し、二次電池１１の充電状態情報を演算部８に出力する。充電状態を検出する方法としては、例えば、二次電池１１の電圧を計測する方法がある。充電状態の検出方法は他にも考えられ、充放電電流の積算により行うこともできる。
【００５５】
演算部８は、操作部７の発電開始命令を受け取ると、燃料電池５の発電を開始させるため、温度検出部６で検出した水素発生材料収容容器３の温度と充電状態検出部１４で検出した二次電池１１の電圧に基づいて水素発生材料収容容器３に供給すべき水量を演算し、この水量に関する情報をポンプ制御装置９に出力する。
【００５６】
次に、本実施形態の燃料電池システムの動作を図４及び図５を用いて説明する。図５は、本実施形態の燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャート図である。
【００５７】
図５において、閾値温度ＴＡは、燃料電池５の発電を休止可能かどうかの判断基準となる水素発生材料収容容器３の温度、閾値温度ＴＢは、燃料電池５の発電を再開する必要があるかどうかの判断基準となる水素発生材料収容容器３の温度、閾値電圧ＶＡは、燃料電池５の発電を休止可能かどうかの判断基準となる二次電池１１の電圧、閾値電圧ＶＢは、燃料電池５の発電を再開する必要があるかどうかの判断基準となる二次電池１１の電圧を示している。上記ＴＡ、ＴＢ、ＶＡ、ＶＢは、水素発生材料の種類、水素発生材料収容容器３の形状、燃料電池５の性能、二次電池１１の性能、必要とする出力電力などにより決まる。
【００５８】
演算部８は、操作部７から発電開始命令を受け取ると（ステップＳ２０１）、ポンプ制御装置９に対して水供給を開始するよう指示する。ポンプ制御装置９は、演算部８からの指示に従ってポンプ２を駆動させ、水収容容器１から水素発生材料収容容器３への水供給を開始する（ステップＳ２０２）。
【００５９】
水素発生材料収容容器３への水供給を開始すると、水素発生材料収容容器３内では、水と水素発生材料とが反応して水素が発生する。燃料電池５は、発生した水素を燃料として発電を行う。水素発生材料収容容器３への水供給を行っている間、温度検出部６により水素発生材料収容容器３の温度を検出して予め設定された閾値温度ＴＡと比較するとともに、充電状態検出部１４により二次電池１１の電圧を検出して予め設定された閾値電力ＶＡと比較する（ステップＳ２０３）。
【００６０】
ステップＳ２０３において、水素発生材料収容容器３の温度が閾値温度ＴＡ以上で、かつ二次電池１１の電圧が閾値電圧ＶＡ以上であることを検出するまでは、水素発生材料収容容器３への水供給を継続して行い、燃料電池５は発電動作を続ける。
【００６１】
水素発生材料収容容器３の温度が閾値温度ＴＡ以上で、かつ二次電池１１の電圧が閾値電圧ＶＡ以上であることを検出すると、演算部８は、ポンプ制御装置９に対して水素発生材料収容容器３への水供給を停止するよう指示する。これにより、ポンプ制御装置９は、ポンプ２の駆動を停止し、水素発生材料収容容器３への水供給を停止する（ステップＳ２０４）。
【００６２】
水素発生材料収容容器３への水供給を停止すると、水素発生材料収容容器３の温度が低下し、水素発生量が減少し、燃料電池５の発電量が低下する。水素発生材料収容容器３への水供給を停止している間、温度検出部６により水素発生材料収容容器３の温度を検出し、ＴＢ＜ＴＡなる予め設定した閾値温度ＴＢと比較する（ステップＳ２０５）。
【００６３】
ステップＳ２０５における比較の結果、水素発生材料収容容器３の温度が閾値温度ＴＢより高い場合、充電状態検出部１４により二次電池１１の電圧を検出し、ＶＢ＜ＶＡなる予め設定した閾値電圧ＶＢと比較する（ステップＳ２０６）。二次電池１１の電圧が、閾値電圧ＶＢより大きい場合、ステップＳ２０５に戻る。二次電池１１の電圧が、閾値電圧ＶＢ以下である場合、ステップＳ２０２に戻り、演算部８は、ポンプ制御装置９に対して水供給を開始するよう指示する。これにより、ポンプ制御装置９は、ポンプ２を駆動させて、水素発生材料収容容器３への水供給を開始する。
【００６４】
ステップＳ２０５にける比較の結果、水素発生材料収容容器３の温度が閾値温度ＴＢ以下である場合、ステップＳ２０２に戻り、演算部８は、ポンプ制御装置９に対して水供給を開始するよう指示する。これにより、ポンプ制御装置９は、ポンプ２を駆動させて、水素発生材料収容容器３への水供給を開始する。
【００６５】
次に、上述した本実施形態の燃料電池システムの動作の一例を図４を参照しながら図６を用いて具体的に説明する。図６に示すグラフは、水素発生材料収容容器３への水供給量と水素発生材料収容容器３の温度と二次電池１１の電圧と燃料電池５の発電量との関係を示している。図６において、横軸は時間を示し、左側の縦軸は水素発生材料収容容器３への水供給量と燃料電池５の発電量を示し、右側の縦軸は水素発生材料収容容器３の温度と二次電池１１の電圧を示している。また、ＴＡ及びＴＢは上述した閾値温度であり、ＶＡ及びＶＢは上述した閾値電圧である。
【００６６】
図６において、時間ｔ１のとき、操作部７からの発電開始命令により、水素発生材料収容容器３への水供給を開始する（図５のステップＳ２０１〜Ｓ２０２）。水素発生材料収容容器内３では、水素発生材料と水との発熱反応により水素が発生するとともに、水素発生材料収容容器３の温度が上昇する。燃料電池５は、発生した水素を燃料として発電を行うため、燃料電池５の発電量が増加する。
【００６７】
時間ｔ２のときに、水素発生材料収容容器３の温度が閾値温度ＴＡ以上で、かつ二次電池１１の電圧が閾値電圧ＶＡ以上となるため（図５のステップＳ２０３）、水素発生材料収容容器３への水供給を停止する（図５のステップＳ２０４）。
【００６８】
時間ｔ３のとき、水素発生材料収容容器３の温度は閾値温度ＴＢより大きいが、二次電池１１の電圧は閾値電圧ＶＢ以下となるため（図５のステップＳ２０６）、水素発生材料収容容器３への水供給を開始する（図５のステップＳ２０２）。これにより、水素発生材料収容容器３の温度が上昇し、二次電池１１の電圧及び燃料電池５の発電量が増加する。
【００６９】
なお、図６では図示していないが、水素発生材料収容容器３への水供給を停止中に、水素発生材料収容容器３の温度が閾値温度ＴＢ以下になったときにも、水素発生材料収容容器３への水供給を開始する。
【００７０】
本実施形態の燃料電池システムによれば、水素発生材料収容容器３への水供給を行っている間、水素発生材料収容容器３の温度が閾値温度ＴＡ以上で、かつ二次電池１１の電圧が閾値電圧ＶＡ以上となったとき、水素発生材料収容容器３への水供給を停止する制御を行い、水素発生材料収容容器３への水供給を停止中に、水素発生材料収容容器３の温度が閾値温度ＴＢ以下となったとき、または二次電池１１の電圧が閾値電圧ＶＢ以下となったとき、水素発生材料収容容器３への水供給を開始する制御を行うようにしたので、水素発生材料の消費が抑制される。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の燃料電池システムは、水素発生材料の消費を抑制可能で、かつ、水素を発生させるために要する起動時間を短縮できるポータブル電源として幅広く利用可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１  水収容容器
２  ポンプ
３  水素発生材料収容容器
４  空気流入部
５  燃料電池
６  温度検出部
７  操作部
８  演算部
９  ポンプ制御装置
１０  ＤＣ／ＤＣコンバータ
１１  二次電池
１２  電力出力端子
１３  外部出力電力検出部
１４  充電状態検出部
【図１】
2011146145.tif 000003
【図２】
2011146145.tif 000004
【図３】
2011146145.tif 000005
【図４】
2011146145.tif 000006
【図５】
2011146145.tif 000007
【図６】
2011146145.tif 000008