(57)【要約】【課題】低温環境でも安定に動作可能な信頼性の高い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、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装置と、水素発生装置で発生した水素を燃料として発電を行う燃料電池１と、発電停止中の燃料電池１に対しパルス通電を行い、発電停止中の燃料電池１が所定の温度以下にならないように燃料電池１を加熱するパルス加熱部とを備える。パルス加熱部は、燃料電池１の温度Ｔを測定する温度測定部８と、温度測定部８で測定した温度Ｔに基づいて、パルス通電時のパルス加熱持続時間、パルス加熱停止時間およびパルス加熱出力の少なくとも一つを制御するパルス加熱制御部９と、パルス加熱制御部９によりＯＮ／ＯＦＦを制御されるパルス加熱スイッチ１０ａとを備える。【選択図】図１
2011119090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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装置と、
前記水素発生装置で発生した水素を燃料として発電を行う燃料電池と、
発電停止中の前記燃料電池に対しパルス通電を行い、発電停止中の前記燃料電池が所定の温度以下にならないように前記燃料電池を加熱するパルス加熱部とを含むことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記パルス加熱部は、
前記燃料電池の温度Ｔを測定する温度測定部と、
前記温度測定部で測定した温度Ｔに基づいて、パルス通電時のパルス加熱持続時間、パルス加熱停止時間およびパルス加熱出力の少なくとも一つを制御するパルス加熱制御部と、
前記パルス加熱制御部によりＯＮ／ＯＦＦを制御されるパルス加熱スイッチとを含む請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記パルス加熱制御部は、
前記温度測定部で測定した温度Ｔが、あらかじめ設定した閾値温度Ｔ＿ｔｈに対して、Ｔ＜Ｔ＿ｔｈを満たす場合のパルス加熱持続時間をＬ＿ｐ１、パルス加熱停止時間をＬ＿ｓ１、パルス加熱出力をＥ＿ｐ１とし、Ｔ＿ｔｈ≦Ｔを満たす場合のパルス加熱持続時間をＬ＿ｐ２、パルス加熱停止時間をＬ＿ｓ２、パルス加熱出力をＥ＿ｐ２としたとき、
Ｅ＿ｐ１・Ｌ＿ｐ１／（Ｌ＿ｐ１＋Ｌ＿ｓ１）＞Ｅ＿ｐ２・Ｌ＿ｐ２／（Ｌ＿ｐ２＋Ｌ＿ｓ２）
の関係を満足する制御を行う請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記パルス加熱制御部は、
Ｔ＿ｔｈ≦Ｔを満たすときの前記パルス加熱持続時間Ｌ＿ｐ２と前記パルス加熱停止時間Ｌ＿ｓ２とが、
Ｌ＿ｐ２＜Ｌ＿ｓ２
の関係を満足する制御を行う請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記パルス加熱制御部は、
Ｔ＜Ｔ＿ｔｈを満たすときの前記パルス加熱持続時間Ｌ＿ｐ１と前記パルス加熱停止時間Ｌ＿ｓ１とが、
Ｌ＿ｐ１＜Ｌ＿ｓ１
の関係を満足する制御を行う請求項３または４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記パルス加熱部は、前記パルス加熱スイッチと前記燃料電池との間に、前記パルス通電時に発熱源となるパルス加熱抵抗を含む請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記水素発生装置は、水が収容されている水収容容器と、前記水素発生材料が収容されている水素発生材料収容容器とを含み、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して前記水素発生材料から水素を発生させるものであり、
前記水収容容器は、前記パルス加熱抵抗の近傍に配置されている請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記パルス加熱制御部は、
前記温度測定部で測定した温度Ｔが、Ｔ＿ｔｈ１＜Ｔ＿ｔｈ２を満足するあらかじめ設定した閾値温度Ｔ＿ｔｈ１およびＴ＿ｔｈ２に対して、Ｔ＜Ｔ＿ｔｈ１を満たす場合のパルス加熱持続時間をＬ＿ｐ１、パルス加熱停止時間をＬ＿ｓ１、パルス加熱出力をＥ＿ｐ１とし、Ｔ＿ｔｈ１≦Ｔ＜Ｔ＿ｔｈ２を満たす場合のパルス加熱持続時間をＬ＿ｐ２、パルス加熱停止時間をＬ＿ｓ２、パルス加熱出力をＥ＿ｐ２とし、Ｔ＿ｔｈ２≦Ｔを満たす場合のパルス加熱持続時間をＬ＿ｐ３、パルス加熱定時時間をＬ＿ｓ３、パルス加熱出力をＥ＿ｐ３としたとき、
Ｅ＿ｐ１・Ｌ＿ｐ１／（Ｌ＿ｐ１＋Ｌ＿ｓ１）＞Ｅ＿ｐ２・Ｌ＿ｐ２／（Ｌ＿ｐ２＋Ｌ＿ｓ２）＞Ｅ＿ｐ３・Ｌ＿ｐ３／（Ｌ＿ｐ３＋Ｌ＿ｓ３）
の関係を満足する制御を行う請求項２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し、詳しくは、水との反応により水素を発生する水素発生材料を用いた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技術としては、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提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００６】
ところで、上記のような水素を燃料として用いる燃料電池を備えた燃料電池システムでは、システムの動作を停止させたとき、燃料電池の正極及び負極の電位が上昇し、触媒又は触媒支持体が酸化により腐食し、燃料電池の性能が劣化することがある。このような問題を回避する方法として、発電停止中の燃料電池を短絡させることを積極的に利用する技術が提案されている（例えば、特許文献２〜５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３０６７００号公報
【特許文献２】特開２００８−１７７１６２号公報
【特許文献３】特開２００８−７１７４７号公報
【特許文献４】特開２００８−２１８２１７号公報
【特許文献５】特開２００９−１６３３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、燃料電池あるいは燃料電池システムを発電停止中に氷点下の低温環境で長時間放置すると、燃料電池を構成する固体高分子電解質膜の中に存在していた水が凍結し、固体高分子電解質膜のプロトン伝導性が低下する。そのため、燃料電池あるいは燃料電池システムの特性は低下し、ユーザが所望する電力を供給できない場合があった。しかし、上記特許文献２〜５には、燃料電池あるいは燃料電池システムを発電停止中に氷点下の低温環境に放置した場合の対策については何ら提案されていない。
【０００９】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、氷点下の低温環境においても安定に動作可能な信頼性の高い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】
【００１０】
本発明の燃料電池システムは、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装置と、上記水素発生装置で発生した水素を燃料として発電を行う燃料電池と、発電停止中の上記燃料電池に対しパルス通電を行い、発電停止中の上記燃料電池が所定の温度以下にならないように上記燃料電池を加熱するパルス加熱部とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、氷点下の低温環境においても安定に動作可能な信頼性の高い燃料電池システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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におけるパルス通電の一例を模式的に示すタイミングチャート図である。
【図３】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４】本発明の実施形態３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４に係る燃料電池システムを示す概略構成図である。
【図６】本発明の実施形態４に係る燃料電池システムにおけるパルス通電の一例を模式的に示すタイミングチャート図である。
【図７】本発明の実施形態５に係る燃料電池システムを示す概略構成図である。
【図８】本発明の実施形態６に係る燃料電池システムにおけるパルス通電の一例を模式的に示すタイミングチャート図である。
【図９】本発明の実施形態７に係る燃料電池システムにおけるパルス通電の一例を模式的に示すタイミングチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の燃料電池システムは、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装置と、上記水素発生装置で発生した水素を燃料として発電を行う燃料電池と、発電停止中の上記燃料電池に対しパルス通電を行い、発電停止中の上記燃料電池が所定の温度以下にならないように上記燃料電池を加熱するパルス加熱部とを備えることを特徴とする。これにより、氷点下の低温環境においても安定に動作可能な信頼性の高い燃料電池システムを実現できる。つまり、本発明の燃料電池システムを氷点下の低温環境に長時間放置しても、固体高分子電解質膜の中に存在している水が凍結せず、固体高分子電解質膜のプロトン伝導性の低下を回避できるため、ユーザが所望する電力を安定して供給可能な燃料電池システムを実現可能である。
【００１４】
上記パルス加熱部は、上記燃料電池の温度Ｔを測定する温度測定部と、上記温度測定部で測定した温度Ｔに基づいて、パルス通電時のパルス加熱持続時間、パルス加熱停止時間およびパルス加熱出力の少なくとも一つを制御するパルス加熱制御部と、上記パルス加熱制御部によりＯＮ／ＯＦＦを制御されるパルス加熱スイッチとを備える。これにより、例えば、氷点下の低温環境では、パルス通電による加熱量（以下、パルス加熱量ともいう。）を多く、室温以上の環境では、パルス加熱量を少なくするように制御できる。
【００１５】
上記パルス加熱制御部は、上記燃料電池の温度Ｔに対して閾値温度を１または２以上設定することで、多段階のパルス加熱制御を行うことができる。
【００１６】
例えば、上記閾値温度を１つ設定した場合は、２段階のパルス加熱制御を行うことができる。この場合、上記パルス加熱制御部は、上記温度測定部で測定した温度Ｔが、あらかじめ設定した閾値温度Ｔ＿ｔｈに対して、Ｔ＜Ｔ＿ｔｈを満たす場合のパルス加熱持続時間をＬ＿ｐ１、パルス加熱停止時間をＬ＿ｓ１、パルス加熱出力をＥ＿ｐ１とし、Ｔ＿ｔｈ≦Ｔを満たす場合のパルス加熱持続時間をＬ＿ｐ２、パルス加熱停止時間をＬ＿ｓ２、パルス加熱出力をＥ＿ｐ２としたとき、下記式（１）
Ｅ＿ｐ１・Ｌ＿ｐ１／（Ｌ＿ｐ１＋Ｌ＿ｓ１）＞Ｅ＿ｐ２・Ｌ＿ｐ２／（Ｌ＿ｐ２＋Ｌ＿ｓ２）  ・・・（１）
の関係を満足する制御を行うことが好ましい。
【００１７】
ここで、パルス加熱停止時間Ｌ＿ｓは、パルス加熱１周期からパルス加熱持続時間Ｌ＿ｐを差し引いた数値である。パルス加熱出力Ｅ＿ｐは、パルス通電時の全出力であり、パルス通電を行っているときの単位時間あたりに燃料電池システムに加わる全エネルギー量を意味する。このパルス加熱出力Ｅ＿ｐは、後述するパルス加熱抵抗で発熱するパルス加熱出力だけでなく、燃料電池の内部抵抗によって燃料電池内で発熱するパルス加熱出力も加えた値を示す。そして、パルス加熱持続時間、パルス加熱停止時間、パルス加熱出力の各パラメータを上記式（１）の関係を満足するように決定することで、Ｔ＜Ｔ＿ｔｈにおけるパルス加熱１周期あたりの全エネルギー量を、Ｔ＿ｔｈ≦Ｔにおけるパルス加熱１周期あたりの全エネルギー量よりも大きくすることができるため、つまり、温度Ｔに応じてパルス加熱量を変化させることができるため、燃料電池システムの信頼性を向上できる。
【００１８】
より好ましくは、上記パルス加熱制御部は、上記式（１）の関係に加え、Ｔ＿ｔｈ≦Ｔを満たすときの上記パルス加熱持続時間Ｌ＿ｐ２と上記パルス加熱停止時間Ｌ＿ｓ２とが、下記式（２）
Ｌ＿ｐ２＜Ｌ＿ｓ２  ・・・（２）
の関係を満足する制御を行うことが好ましい。パルス加熱停止時間Ｌ＿ｐ２をパルス加熱持続時間Ｌ＿ｓ２より短くすることにより、蓄熱に伴う暴走などを回避した安全なシステム構築が可能で、燃料電池システムの信頼性をより高めることができる。
【００１９】
さらに好ましくは、上記パルス加熱制御部は、上記式（１）または／及び上記式（２）の関係に加え、Ｔ＜Ｔ＿ｔｈを満たすときの上記パルス加熱持続時間Ｌ＿ｐ１と上記パルス加熱停止時間Ｌ＿ｓ１とが、下記式（３）
Ｌ＿ｐ１＜Ｌ＿ｓ１  ・・・（３）
の関係を満足する制御を行うことが好ましい。パルス加熱持続時間Ｌ＿ｐ１をパルス加熱停止時間Ｌ＿ｓ１より短くすることにより、蓄熱に伴う暴走などを回避した安全なシステム構築が可能で、燃料電池システムの信頼性をさらに高めることができる。
【００２０】
また、上記閾値温度を２つ設定した場合は、３段階のパルス加熱制御を行うことができる。この場合、上記パルス加熱制御部は、上記温度測定部で測定した温度Ｔが、Ｔ＿ｔｈ１＜Ｔ＿ｔｈ２を満足するあらかじめ設定した閾値温度Ｔ＿ｔｈ１およびＴ＿ｔｈ２に対して、Ｔ＜Ｔ＿ｔｈ１を満たす場合のパルス加熱持続時間をＬ＿ｐ１、パルス加熱停止時間をＬ＿ｓ１、パルス加熱出力をＥ＿ｐ１とし、Ｔ＿ｔｈ１≦Ｔ＜Ｔ＿ｔｈ２を満たす場合のパルス加熱持続時間をＬ＿ｐ２、パルス加熱停止時間をＬ＿ｓ２、パルス加熱出力をＥ＿ｐ２とし、Ｔ＿ｔｈ２≦Ｔを満たす場合のパルス加熱持続時間をＬ＿ｐ３、パルス加熱停止時間をＬ＿ｓ３、パルス加熱出力をＥ＿ｐ３としたとき、下記式（４）
Ｅ＿ｐ１・Ｌ＿ｐ１／（Ｌ＿ｐ１＋Ｌ＿ｓ１）＞Ｅ＿ｐ２・Ｌ＿ｐ２／（Ｌ＿ｐ２＋Ｌ＿ｓ２）＞Ｅ＿ｐ３・Ｌ＿ｐ３／（Ｌ＿ｐ３＋Ｌ＿ｓ３）  ・・・（４）
の関係を満足する制御を行うことが好ましい。これにより、Ｔ＜Ｔ＿ｔｈ１におけるパルス加熱１周期あたりの全エネルギー量を、Ｔ＿ｔｈ１≦Ｔ＜Ｔ＿ｔｈ２におけるパルス加熱１周期あたりの全エネルギー量よりも大きくすることができ、Ｔ＿ｔｈ１≦Ｔ＜Ｔ＿ｔｈ２におけるパルス加熱１周期あたりの全エネルギー量を、Ｔ＿ｔｈ２≦Ｔにおけるパルス加熱１周期あたりの全エネルギー量よりも大きくすることができるため、つまり、温度Ｔに応じてパルス加熱量を変化させることができるため、燃料電池システムの信頼性を向上できる。
【００２１】
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。
【００２２】
（実施形態１）
まず、本発明の実施形態１に係る燃料電池システムについて説明する。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。
【００２３】
本実施形態の燃料電池システムは、図１に示すように、燃料電池１、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５、電圧検出器６、電流検出器７、温度測定部８、パルス加熱制御部９、パルス加熱スイッチ１０ａ、パルス加熱抵抗１１ａ、二次電池充電回路１２、二次電池１３、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４とを備え、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の出力は、外部負荷１５に接続されている。また、この燃料電池システムは、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装置（図示しない）を備えており、水素発生装置で発生した水素は、燃料電池１の燃料２２として用いられる。
【００２４】
本実施形態におけるパルス加熱部は、温度測定部８、パルス加熱制御部９、パルス加熱スイッチ１０ａ、パルス加熱抵抗１１ａからなり、発電停止中の燃料電池１に対しパルス通電を行う。これにより、パルス加熱抵抗１１ａ及び燃料電池１が加熱され、発電停止中の燃料電池１が所定温度以下になるのを防止できる。パルス通電とは、燃料電池１への通電をパルス状に断続的に行うことである。
【００２５】
図２において、燃料電池１は、固体高分子電解質膜２を正極３および負極４で挟みこんだものである。燃料電池１の発電中、正極３には酸素２１が供給され、負極４には水素発生装置（図示しない）で発生した水素２２が供給される。
【００２６】
ＬＰＦ５は、燃料電池１の出力信号に含まれる高周波成分を除去する。
【００２７】
電圧検出器６は、ＬＰＦ５を介して燃料電池１に並列接続され、燃料電池１の電圧を検出する。
【００２８】
電流検出器７は、ＬＰＦ５を介して燃料電池１に直列接続され、燃料電池１の電流を検出する。
【００２９】
温度測定部８は、燃料電池１に接して配置され、燃料電池１の温度Ｔを測定する。なお、温度測定部８は必ずしも燃料電池１に接して配置する必要はなく、燃料電池１の近傍に配置して、燃料電池１周辺の温度を測定し、これを温度Ｔとしても良い。
【００３０】
パルス加熱制御部９は、温度測定部８で測定した温度Ｔ、電圧検出器６で検出した電圧値、電流検出器７で検出した電流値に基づいて燃料電池１に対するパルス通電を制御する。本実施形態では、パルス加熱制御部９は、温度測定部８で測定した温度Ｔが、あらかじめ設定した閾値温度Ｔ＿ｔｈに対して、Ｔ＜Ｔ＿ｔｈを満たす場合のパルス加熱持続時間（以下、パルス幅という。）をＬ＿ｐ１、パルス加熱停止時間（以下、パルス間隔という。）をＬ＿ｓ１、パルス加熱出力（以下、パルス出力という）をＥ＿ｐ１とし、Ｔ＿ｔｈ≦Ｔを満たす場合のパルス幅をＬ＿ｐ２、パルス間隔をＬ＿ｓ２、パルス出力をＥ＿ｐ２としたとき、
Ｅ＿ｐ１・Ｌ＿ｐ１／（Ｌ＿ｐ１＋Ｌ＿ｓ１）＞Ｅ＿ｐ２・Ｌ＿ｐ２／（Ｌ＿ｐ２＋Ｌ＿ｓ２）  ・・・（１）
Ｌ＿ｐ２＜Ｌ＿ｓ２  ・・・（２）
Ｌ＿ｐ１＜Ｌ＿ｓ１  ・・・（３）
の関係を満足する制御を行う。
【００３１】
パルス加熱スイッチ１０ａとしては、例えば、電界効果型トランジスタを用いることができる。パルス加熱抵抗１１ａとしては、例えば、外部負荷１５に比較して極めて小さな抵抗値を有する抵抗を用いることができる。
【００３２】
二次電池充電回路１２は、二次電池１３の特性に合わせた充電制御を行いながら、二次電池１３の充電を行う。また、二次電池充電回路１２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４を介して、安定した直流電流を外部負荷１５に供給する。
【００３３】
次に、本実施形態によるパルス加熱制御方法について図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におけるパルス通電の一例を模式的に示すタイミングチャート図であり、図２Ａは、温度Ｔが閾値温度Ｔ＿ｔｈより低い場合、図２Ｂは、温度Ｔが閾値温度Ｔ＿ｔｈ以上の場合を示している。図２において、Ｌ＿ｐ１及びＬ＿ｐ２はパルス幅を示し、Ｌ＿ｓ１及びＬ＿ｓ２はパルス間隔を示し、Ｅ＿ｐ１及びＥ＿ｐ２はパルス出力を示している。
【００３４】
発電停止中の燃料電池１の温度Ｔ、電圧値、電流値がパルス加熱制御部９に入力されると、パルス加熱制御部９では、まず、上記電流値および上記電圧値が燃料電池システムの許容範囲にあることを確認し、上記温度Ｔに応じてパルス通電時のパルス幅、パルス間隔、パルス出力を決定する。ここでは、パルス出力は一定とし、上記温度Ｔに応じてパルス幅、パルス間隔を、上記式（１）〜（３）の関係を満足するように決定する。なお、上記電流値および上記電圧値が燃料電池システムの許容範囲にない場合（例えば、上記電流値および上記電圧値が極度に大きい場合）、燃料電池システム内の部品を破損する虞があるため、燃料電池システムをシャットダウンする。
【００３５】
温度Ｔが、あらかじめ設定した閾値温度Ｔ＿ｔｈよりも低い場合、図２Ａに示すパルス幅Ｌ＿ｐ１、パルス間隔Ｌ＿ｓ１でパルス加熱スイッチ１０ａをＯＮ／ＯＦＦする。この場合、パルス通電時のパルス出力は、Ｅ＿ｐ１である。
【００３６】
一方、温度Ｔが、閾値温度Ｔ＿ｔｈ以上である場合、図２Ｂに示すパルス幅Ｌ＿ｐ２、パルス間隔Ｌ＿ｓ２でパルス加熱スイッチ１０ａをＯＮ／ＯＦＦする。この場合、パルス通電時のパルス出力は、Ｅ＿ｐ２である。図２Ｂにおいて、パルス出力Ｅ＿ｐ２は、図２Ａのパルス出力Ｅ＿ｐ１と同一の値であるが、パルス幅Ｌ＿ｐ２は、図２Ａのパルス幅Ｌ＿ｐ１よりも短く、パルス間隔Ｌ＿ｓ２は、図２Ａのパルス間隔Ｌ＿ｓ１よりも長い。
【００３７】
このように、温度Ｔに応じてパルス幅及びパルス間隔を変化させてパルス通電を行うことにより、パルス加熱量（ここでは、燃料電池１の加熱量と、パルス加熱抵抗１１ａの加熱量との合計量である。）を制御できるため、蓄熱に伴う暴走を回避しながら、発電停止中の燃料電池１が所定温度以下になるのを防止できる。
【００３８】
本実施形態の燃料電池システムによれば、燃料電池１の温度Ｔに応じてパルス幅及びパルス間隔を変化させてパルス通電を行うことにより、パルス加熱抵抗１１ａ及び燃料電池１を加熱し、発電停止中の燃料電池１が所定温度以下になるのを防止できる。これにより、氷点下の低温環境においても安定に動作可能な信頼性の高い燃料電池システムを実現できる。
【００３９】
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係る燃料電池システムについて説明する。上記実施形態１と異なる点は、パルス通電時に発熱源となるパルス加熱抵抗の近傍に、水素発生装置を構成する水収容容器を配置したことである。
【００４０】
図３は、本実施形態２の燃料電池システムを示す概略構成図である。図３において、図１と同一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。
【００４１】
本実施形態の燃料電池システムは、図３に示すように、燃料電池１、ＬＰＦ５、電圧検出器６、電流検出器７、温度測定部８、パルス加熱制御部９、パルス加熱スイッチ１０ａ、パルス加熱抵抗１１ａ、二次電池充電回路１２、二次電池１３、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４を備え、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の出力は、外部負荷１５に接続されている。
【００４２】
本実施形態におけるパルス加熱部は、上記実施形態１と同様、温度測定部８、パルス加熱制御部９、パルス加熱スイッチ１０ａ、パルス加熱抵抗１１ａからなり、発電停止中の燃料電池１に対しパルス通電を行う。これにより、パルス加熱抵抗１１ａ及び燃料電池１が加熱され、発電停止中の燃料電池１が所定温度以下になるのを防止できる。
【００４３】
また、本実施形態の燃料電池システムは、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装置を備えている。水素発生装置は、例えば、水が収容されている水収容容器１６と、水素発生材料１８が収容されている水素発生材料収容容器１９と、ポンプ１７とを有するものであり、水収容容器１６内の水は、ポンプ１７により水素発生材料収容容器１９に供給され、水素発生材料収容容器１９内では、水素発生材料１８と水とが発熱反応して水素が発生し、発生した水素は、燃料電池１の燃料２２として、水素排出口２０を介して燃料電池１の負極４に供給される。
【００４４】
本実施形態において、水収容容器１６は、パルス加熱抵抗１１ａ近傍に配置されている。通常、水は比熱容量が約４２００［Ｊ／（Ｋ・ｋｇ）］と大きいため、水収容容器１６をパルス加熱抵抗１１ａ近傍に設置することで、水収容容器１６内の水は、パルス加熱抵抗１１ａの熱を吸収して水温が上昇するため、当該水と水素発生材料１８との発熱反応が促進されることになる。一方、パルス加熱抵抗１１ａは、水収容容器１６内の水により冷却されるため、パルス加熱抵抗１１ａの過熱を防止でき、蓄熱に伴う暴走を回避できる。ただし、水収容容器１６内の水が使用により少なくなった場合に水収容容器１６内の水の温度上昇が過剰にならないように、水収容容器１６を冷却するための送風ファンなどの冷却手段（図示しない）を用いることが望ましい。
【００４５】
水収容容器１６としては、水を収容可能であれば特に制限はなく、例えば、従来から知られている水素製造装置と同様の水を収容するタンクなどを使用できる。
【００４６】
水素発生材料収容容器１９は、水素発生材料１８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が、液体や水素が漏れない材質や形状が好ましい。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。
【００４７】
水素発生材料収容容器１９に収容される水素発生材料１８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。
【００４８】
また、水素発生材料１８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１８が発熱材料を含む場合、水素発生材料収容容器１９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１８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。
【００４９】
水素発生材料１８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。
【００５０】
水素発生材料１８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。
【００５１】
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。
【００５２】
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子径分布の測定方法である。レーザー回折・散乱法による粒子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。
【００５３】
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。
【００５４】
本実施形態の燃料電池システムによれば、パルス通電時に発熱源となるパルス加熱抵抗１１ａ近傍に水収容容器１６を配置したことにより、パルス加熱抵抗１１ａの過熱を防止して蓄熱に伴う暴走を回避できるとともに、水収容容器１６内の水の温度が上昇して水素発生反応を促進し、水素を効率よく発生可能となる。これにより、氷点下の低温環境においても安定に動作可能なより信頼性の高い燃料電池システムを実現できる。
【００５５】
（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３の燃料電池システムについて説明する。上記実施形態１と異なる点は、図１のパルス加熱抵抗１１ａを省略し、パルス通電時の発熱源を燃料電池のみとしたことである。
【００５６】
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において、図１と同一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。
【００５７】
本実施形態の燃料電池システムは、図４に示すように、燃料電池１、ＬＰＦ５、電圧検出器６、電流検出器７、温度測定部８、パルス加熱制御部９、パルス加熱スイッチ１０ａ、二次電池充電回路１２、二次電池１３、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４を備え、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の出力は、外部負荷１５に接続されている。また、この燃料電池システムは、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装置（図示しない）を備えており、水素発生装置で発生した水素は、燃料電池１の燃料２２として用いられる。
【００５８】
本実施形態におけるパルス加熱部は、温度測定部８、パルス加熱制御部９、パルス加熱スイッチ１０ａからなり、発電停止中の燃料電池１に対しパルス通電を行う。これにより、燃料電池１が加熱され、発電停止中の燃料電池１が所定温度以下になるのを防止できる。
【００５９】
本実施形態において、パルス通電により発熱する箇所は、燃料電池１のみである。本実施形態におけるパルス通電とは、燃料電池を短絡させることを意味している。燃料電池１の過熱を防ぐには、例えば、パルス通電におけるパルス幅を上記実施形態１あるいは２の場合よりも小さくするなどの方法が考えられる。これにより、氷点下の低温環境においても安定に動作可能な信頼性の高い燃料電池システムを実現できる。
【００６０】
（実施形態４）
次に、本発明の実施形態４に係る燃料電池システムについて説明する。上記実施形態１と異なる点は、パルス加熱スイッチ及びパルス加熱抵抗をそれぞれ２つずつ設けたことである。
【００６１】
図５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５において、図１と同一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。
【００６２】
本実施形態の燃料電池システムは、図５に示すように、燃料電池１、ＬＰＦ５、電圧検出器６、電流検出器７、温度測定部８、パルス加熱制御部９、パルス加熱スイッチ１０ａ、１０ｂ、パルス加熱抵抗１１ａ、１１ｂ、二次電池充電回路１２、二次電池１３、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４を備え、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の出力は、外部負荷１５に接続されている。また、この燃料電池システムは、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装置（図示しない）を備えており、この水素発生装置で発生した水素は、燃料電池１の燃料２２として用いられる。
【００６３】
本実施形態におけるパルス加熱部は、温度測定部８、パルス加熱制御部９、パルス加熱スイッチ１０ａ、１０ｂ、パルス加熱抵抗１１ａ、１１ｂからなり、発電停止中の燃料電池１に対しパルス通電を行う。これにより、パルス加熱抵抗１１ａ、１１ｂ及び燃料電池１が加熱され、発電停止中の燃料電池１が所定温度以下になるのを防止できる。
【００６４】
本実施形態では、パルス加熱抵抗１１ａおよび１１ｂとして、外部負荷１５に比較して極めて小さな抵抗値を有する抵抗を用いる。パルス加熱抵抗１１ａの抵抗値Ｒ１１ａと、パルス加熱抵抗１１ｂの抵抗値Ｒ１１ｂとの間には、Ｒ１１ｂ＞Ｒ１１ａの関係が成立する。また、パルス加熱スイッチ１０ａおよび１０ｂとしては電界効果型トランジスタを用いることとするが、別の手段をパルス加熱スイッチ１０ａおよび１０ｂに使用してもよい。
【００６５】
次に、本実施形態におけるパルス加熱制御方法について図５及び図６を用いて説明する。図６は、本実施形態の燃料電池システムにおけるパルス通電の一例を模式的に示すタイミングチャート図であり、図６Ａは、温度Ｔが閾値温度Ｔ＿ｔｈより低い場合、図６Ｂは、温度Ｔが閾値温度Ｔ＿ｔｈ以上の場合を示している。
【００６６】
発電停止中の燃料電池１の温度Ｔ、電圧値、電流値がパルス加熱制御部９に入力されると、パルス加熱制御部９では、上記電流値および上記電圧値が燃料電池システムの許容範囲にあることを確認した上で、上記温度Ｔに応じてパルス通電時のパルス幅、パルス間隔、パルス出力を決定する。ここでは、パルス幅及びパルス間隔は一定とし、上記温度Ｔに応じてパルス出力を、上記実施形態１で説明した式（１）の関係を満足するように決定する。なお、パルス幅及びパルス間隔は、上記実施形態１で説明した式（２）、（３）の関係を満足する値に設定される。
【００６７】
温度Ｔが、あらかじめ設定した閾値温度Ｔ＿ｔｈよりも低い場合、抵抗の小さいパルス加熱抵抗１１ａに電流が流れるように、図６Ａに示すパルス幅Ｌ＿ｐ１、パルス間隔Ｌ＿ｓ１でパルス加熱スイッチ１０ａをＯＮ／ＯＦＦする。この場合、パルス通電時のパルス出力は、Ｅ＿ｐ１であり、パルス加熱抵抗１１ａと燃料電池１が発熱することとなる。
【００６８】
一方、温度Ｔが、閾値温度Ｔ＿ｔｈ以上である場合、抵抗の大きいパルス加熱抵抗１１ｂに電流が流れるように、図６Ｂに示すパルス幅Ｌ＿ｐ２、パルス間隔Ｌ＿ｓ２でパルス加熱スイッチ１０ｂをＯＮ／ＯＦＦする。この場合、パルス通電時のパルス出力は、Ｅ＿ｐ２であり、パルス加熱抵抗１１ｂと燃料電池１が発熱することとなる。図６Ｂにおいて、パルス出力Ｅ＿ｐ２は、図６Ａのパルス出力Ｅ＿ｐ１より小さいが、パルス幅Ｌ＿ｐ２は、図６Ａのパルス幅Ｌ＿ｐ１と同一の値であり、パルス間隔Ｌ＿ｓ２も、図６Ａのパルス間隔Ｌ＿ｓ１と同一の値である。
【００６９】
このように、温度Ｔに応じてパルス加熱スイッチ１０ａまたは１０ｂを切り替えて抵抗値の異なるパルス加熱抵抗１１ａまたは１１ｂに電流が流れるようにすることで、パルス加熱量（ここでは、燃料電池１の加熱量と、パルス加熱抵抗１１ａまたは１１ｂの加熱量との合計量である。）を制御できるため、蓄熱に伴う暴走を回避しながら、発電停止中の燃料電池１が所定温度以下になるのを防止できる。
【００７０】
本実施形態の燃料電池システムによれば、燃料電池１の温度Ｔに応じてパルス出力のみを変化させてパルス通電を行うことにより、パルス加熱抵抗１１ａまたは１１ｂと燃料電池１とを加熱し、発電停止中の燃料電池１が所定温度以下になるのを防止できる。これにより、氷点下の低温環境においても安定に動作可能な信頼性の高い燃料電池システムを実現できる。
【００７１】
（実施形態５）
次に、本発明の実施形態５に係る燃料電池システムについて説明する。上記実施形態４と異なる点は、図５のパルス加熱抵抗１１ｂを省略し、パルス加熱スイッチ１０ｂを導通させたときに燃料電池１のみが発熱源となるようにしたことである。
【００７２】
図７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７において、図１、図５と同一構成要素について同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００７３】
本実施形態の燃料電池システムは、図７に示すように、燃料電池１、ＬＰＦ５、電圧検出器６、電流検出器７、温度測定部８、パルス加熱制御部９、パルス加熱スイッチ１０ａ、１０ｂ、パルス加熱抵抗１１ａ、二次電池充電回路１２、二次電池１３、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４を備え、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の出力は、外部負荷１５に接続されている。また、この燃料電池システムは、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装置（図示しない）を備えており、水素発生装置で発生した水素は、燃料電池１の燃料２２として用いられる。
【００７４】
本実施形態におけるパルス加熱部は、温度測定部８、パルス加熱制御部９、パルス加熱スイッチ１０ａ、１０ｂ、パルス加熱抵抗１１ａからなり、燃料電池１に対しパルス通電を行うことで、パルス加熱抵抗１１ａ及び燃料電池１が加熱され、燃料電池１が所定温度以下になるのを防止できる。
【００７５】
次に、本実施形態におけるパルス加熱制御方法について図７を用いて説明する。
【００７６】
発電停止中の燃料電池１の温度Ｔ、電圧値、電流値がパルス加熱制御部９に入力されると、パルス加熱制御部９では、上記電流値および上記電圧値が燃料電池システムの許容範囲にあることを確認した上で、上記温度Ｔに応じてパルス通電時のパルス幅、パルス間隔、パルス出力を決定する。上記実施形態４と同様、パルス幅及びパルス間隔は一定とし、上記温度Ｔに応じてパルス出力を、上記実施形態１で説明した式（１）の関係を満足するように決定する。なお、パルス幅及びパルス間隔は、上記実施形態１で説明した式（２）、（３）の関係を満足する値に設定される。
【００７７】
温度Ｔが、あらかじめ設定した閾値温度Ｔ＿ｔｈよりも低い場合、パルス加熱スイッチ１０ｂをＯＮ／ＯＦＦする。この場合、短絡により燃料電池１のみが発熱することとなる。
【００７８】
一方、温度Ｔが、閾値温度Ｔ＿ｔｈ以上である場合、パルス加熱スイッチ１０ａをＯＮ／ＯＦＦする。この場合、パルス加熱抵抗１１ａと燃料電池１が発熱することとなる。
【００７９】
このように、温度Ｔに応じてパルス加熱スイッチ１０ａまたは１０ｂを切り替えてパルス通電によって加熱される箇所を変更することで、パルス加熱量を制御できるため、蓄熱に伴う暴走を回避しながら、発電停止中の燃料電池１が所定温度以下になるのを防止できる。
【００８０】
本実施形態の燃料電池システムによれば、燃料電池１の温度Ｔに応じて、燃料電池１のみ、あるいは、パルス加熱抵抗１１ａ及び燃料電池１を加熱することで、発電停止中の燃料電池１が所定温度以下になるのを防止できる。これにより、氷点下の低温環境においても安定に動作可能な信頼性の高い燃料電池システムを実現できる。
【００８１】
（実施形態６）
次に、本発明の実施形態６に係る燃料電池システムについて説明する。本実施形態の燃料電池システムは、例えば、図５に示す構成により実現可能であるが、図５の詳細説明については上記実施形態４で説明したので、ここでは省略する。
【００８２】
次に、本実施形態におけるパルス加熱制御方法について図５及び図８を用いて説明する。図８は、本実施形態の燃料電池システムにおけるパルス通電の一例を模式的に示すタイミングチャート図であり、図８Ａは、温度Ｔが閾値温度Ｔ＿ｔｈより低い場合、図８Ｂは、温度Ｔが閾値温度Ｔ＿ｔｈ以上の場合を示している。
【００８３】
発電停止中の燃料電池１の温度Ｔ、電圧値、電流値がパルス加熱制御部９に入力されると、パルス加熱制御部９では、上記電流値および上記電圧値が燃料電池システムの許容範囲にあることを確認した上で、上記温度Ｔに応じてパルス通電時のパルス幅、パルス間隔、パルス出力を決定する。このとき、上記実施形態１で説明した式（１）〜（３）の関係を満足するようにパルス幅、パルス間隔、パルス出力を決定する。
【００８４】
温度Ｔが、あらかじめ設定した閾値温度Ｔ＿ｔｈよりも低い場合、抵抗の小さいパルス加熱抵抗１１ａに電流が流れるように、図８Ａに示すパルス幅Ｌ＿ｐ１、パルス間隔Ｌ＿ｓ１でパルス加熱スイッチ１０ａをＯＮ／ＯＦＦする。この場合、パルス通電時のパルス出力はＥ＿ｐ１であり、パルス加熱抵抗１１ａと燃料電池１が発熱することとなる。
【００８５】
一方、温度Ｔが、閾値温度Ｔ＿ｔｈ以上である場合、抵抗の大きいパルス加熱抵抗１１ｂに電流が流れるように、図８Ｂに示すパルス幅Ｌ＿ｐ２、パルス間隔Ｌ＿ｓ２でパルス加熱スイッチ１０ｂをＯＮ／ＯＦＦする。この場合、パルス通電時のパルス出力はＥ＿ｐ２であり、パルス加熱抵抗１１ｂと燃料電池１が発熱することとなる。図８Ｂにおいて、パルス出力Ｅ＿ｐ２は、図８Ａのパルス出力Ｅ＿ｐ１より小さく、パルス幅Ｌ＿ｐ２は、図８Ａのパルス幅Ｌ＿ｐ１より短く、パルス間隔Ｌ＿ｓ２は、図８Ａのパルス間隔Ｌ＿ｓ１より長い。
【００８６】
このように、温度Ｔに応じてパルス加熱スイッチ１０ａまたは１０ｂを切り替えて抵抗値の異なるパルス加熱抵抗１１ａまたは１１ｂに電流が流れるようにすることで、パルス加熱量（ここでは、燃料電池１に対する加熱量と、パルス加熱抵抗１１ａまたは１１ｂに対する加熱量との合計量である。）を制御できるため、蓄熱に伴う暴走を回避しながら、発電停止中の燃料電池１が所定温度以下になるのを防止できる。
【００８７】
本実施形態の燃料電池システムによれば、燃料電池１の温度Ｔに応じてパルス出力、パルス幅、パルス間隔を変化させてパルス通電を行うことにより、パルス加熱抵抗１１ａまたは１１ｂと燃料電池１とを加熱し、発電停止中の燃料電池１が所定温度以下になるのを防止できる。これにより、氷点下の低温環境においても安定に動作可能な信頼性の高い燃料電池システムを実現できる。
【００８８】
（実施形態７）
上記実施形態１〜６では、閾値温度を１つ用いて２段階のパルス加熱制御を行う燃料電池システムについて説明したが、閾値温度を２つ以上設けて多段階のパルス通電を行うパルス加熱制御を行っても良い。本実施形態７では、閾値温度を２つ設けた場合について説明する。
【００８９】
本実施形態の燃料電池システムは、例えば、図１に示す構成により実現可能である。図１の詳細説明については上記実施形態１で説明したので、ここでは省略する。
【００９０】
本実施形態では、パルス加熱制御部９は、温度測定部８で測定した温度Ｔが、Ｔ＿ｔｈ１＜Ｔ＿ｔｈ２を満足するあらかじめ設定した閾値温度Ｔ＿ｔｈ１およびＴ＿ｔｈ２に対して、Ｔ＜Ｔ＿ｔｈ１を満たす場合のパルス幅をＬ＿ｐ１、パルス間隔をＬ＿ｓ１、パルス出力をＥ＿ｐ１とし、Ｔ＿ｔｈ１≦Ｔ＜Ｔ＿ｔｈ２を満たす場合のパルス幅をＬ＿ｐ２、パルス間隔をＬ＿ｓ２、パルス出力をＥ＿ｐ２とし、Ｔ＿ｔｈ２≦Ｔを満たす場合のパルス幅をＬ＿ｐ３、パルス間隔をＬ＿ｓ３、パルス出力をＥ＿ｐ３としたとき、下記式（４）
Ｅ＿ｐ１・Ｌ＿ｐ１／（Ｌ＿ｐ１＋Ｌ＿ｓ１）＞Ｅ＿ｐ２・Ｌ＿ｐ２／（Ｌ＿ｐ２＋Ｌ＿ｓ２）＞Ｅ＿ｐ３・Ｌ＿ｐ３／（Ｌ＿ｐ３＋Ｌ＿ｓ３）  ・・・（４）
の関係を満足する制御を行う。
【００９１】
次に、本実施形態におけるパルス加熱制御方法について図１及び図９を用いて説明する。図９は、本実施形態の燃料電池システムにおけるパルス通電の一例を模式的に示すタイミングチャート図であり、図９Ａは、温度Ｔが、閾値温度Ｔ＿ｔｈ１より低い場合、図９Ｂは、温度Ｔが、閾値温度Ｔ＿ｔｈ１以上で閾値温度Ｔ＿ｔｈ２より低い場合、図９Ｃは、温度Ｔが、閾値温度Ｔ＿ｔｈ２以上の場合を示している。
【００９２】
発電停止中の燃料電池１の温度Ｔ、電圧値、電流値がパルス加熱制御部９に入力されると、パルス加熱制御部９では、上記電流値および上記電圧値が燃料電池システムの許容範囲にあることを確認した上で、上記温度Ｔに応じてパルス通電時のパルス幅、パルス間隔、パルス出力を決定する。ここでは、パルス出力は一定とし、上記温度Ｔに応じてパルス幅、パルス間隔を、上記式（４）の関係を満足するように決定する。
【００９３】
温度Ｔが、あらかじめ設定した閾値温度Ｔ＿ｔｈ１より低い場合、図９Ａに示すパルス幅Ｌ＿ｐ１、パルス間隔Ｌ＿ｓ１でパルス加熱スイッチ１０ａをＯＮ／ＯＦＦする。この場合、パルス通電時のパルス出力はＥ＿ｐ１である。
【００９４】
温度Ｔが、閾値温度Ｔ＿ｔｈ１以上で閾値温度Ｔ＿ｔｈ２より低い場合、図９Ｂに示すパルス幅Ｌ＿ｐ２、パルス間隔Ｌ＿ｓ２でパルス加熱スイッチ１０ａをＯＮ／ＯＦＦする。この場合、パルス通電時のパルス出力は、Ｅ＿ｐ２である。図９Ｂにおいて、パルス出力Ｅ＿ｐ２は、図９Ａのパルス出力Ｅ＿ｐ１と同一の値であるが、パルス幅Ｌ＿ｐ２は、図９Ａのパルス幅Ｌ＿ｐ１よりも短く、パルス間隔Ｌ＿ｓ２は、図９Ａのパルス間隔Ｌ＿ｓ１よりも長い。
【００９５】
温度Ｔが、閾値温度Ｔ＿ｔｈ２以上の場合、図９Ｃに示すパルス幅Ｌ＿ｐ３、パルス間隔Ｌ＿ｓ３でパルス加熱スイッチ１０ａをＯＮ／ＯＦＦする。この場合、パルス通電時のパルス出力は、Ｅ＿ｐ３である。図９Ｃにおいて、パルス出力Ｅ＿ｐ３は、図９Ａのパルス出力Ｅ＿ｐ１と同一の値であるが、パルス幅Ｌ＿ｐ３は、図９Ｂのパルス幅Ｌ＿ｐ２よりも短く、パルス間隔Ｌ＿ｓ３は、図９Ｂのパルス間隔Ｌ＿ｓ２よりも長い。
【００９６】
このように、温度Ｔに応じてパルス幅及びパルス間隔を変化させてパルス通電を行うことにより、パルス加熱量（ここでは、燃料電池１に対する加熱量と、パルス加熱抵抗１１ａに対する加熱量の合計量である。）を制御できるため、蓄熱に伴う暴走を回避しながら、発電停止中の燃料電池１が所定温度以下になるのを防止できる。
【００９７】
本実施形態の燃料電池システムによれば、燃料電池１の温度Ｔに応じてパルス幅及びパルス間隔を変化させてパルス通電を行うことにより、パルス加熱抵抗１１ａ及び燃料電池１を加熱し、発電停止中の燃料電池１が所定温度以下になるのを防止できる。これにより、氷点下の低温環境においても安定に動作可能な信頼性の高い燃料電池システムを実現できる。また、閾値温度を２つ設定したことにより、３段階のパルス加熱制御を行うことができる。
【００９８】
なお、上記実施形態１〜７において、パルス通電時に発熱源となる燃料電池やパルス加熱抵抗の近傍に、送風ファンなどの冷却手段を設けても良い。この場合、燃料電池やパルス加熱抵抗が過熱するのを防止し、蓄熱に伴う暴走を回避できるため、燃料システムの信頼性をさらに高めることができる。ただし、上記発熱源の冷却を過剰に行うと、本発明のパルス加熱効果を損なうので、適度な冷却を行うように上記冷却手段を設定することが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明の燃料電池システムは、氷点近傍の低温環境においても安定に動作可能な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】
【０１００】
１  燃料電池
２  固体高分子電解質膜
３  正極
４  負極
５  ＬＰＦ
６  電圧検出器
７  電流検出器
８  温度測定部
９  パルス加熱制御部
１０ａ、１０ｂ  パルス加熱スイッチ
１１ａ、１１ｂ  パルス加熱抵抗
１２  二次電池充電回路
１３  二次電池
１４  ＤＣ−ＤＣコンバータ
１５  外部負荷
１６  水収容容器
１７  ポンプ
１８  水素発生材料
１９  水素発生材料収容容器
２０  水素供給口
２１  酸素
２２  水素
【図１】
2011119090.tif 000003
【図２】
2011119090.tif 000004
【図３】
2011119090.tif 000005
【図４】
2011119090.tif 000006
【図５】
2011119090.tif 000007
【図６】
2011119090.tif 000008
【図７】
2011119090.tif 000009
【図８】
2011119090.tif 000010
【図９】
2011119090.tif 000011