(57)【要約】【課題】常に安定した電力を外部負荷に供給することができる燃料電池システム及び充電装置を提供する。【解決手段】燃料供給により電力を発電し充電可能な外部負荷７に供給する燃料電池本体１と、燃料電池本体１とともに外部負荷７に電力を供給可能にした補助電源４と、燃料電池本体１の発電動作を指示する起動／停止ボタン３１を有し、外部負荷７の接続により燃料電池本体１の発電電力とともに補助電源４の充電電力を外部負荷７に供給するとともに、起動／停止ボタン３１による燃料電池本体の発電動作開始の指示により燃料電池本体１の発電電力により補助電源４の充電を可能にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料供給により電力を発電し、充電可能な外部負荷に供給する燃料電池本体と、
前記燃料電池本体とともに前記外部負荷に電力を供給可能にした蓄電素子からなる補助電源と、
前記燃料電池本体の発電動作開始を指示する発電状態指示手段と、
前記外部負荷の接続により前記燃料電池本体の発電電力とともに前記補助電源の充電電力を前記外部負荷に供給可能にするとともに、前記発電状態指示手段による前記燃料電池本体の発電動作開始の指示により前記燃料電池本体の発電電力による前記補助電源の充電を可能にした制御手段と
を具備したことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記外部負荷の満充電状態により、前記燃料電池本体の発電電力による前記補助電源の充電を可能にしたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記発電状態指示手段による前記燃料電池本体の発電動作開始の指示の際に、前記外部負荷が接続されていると前記燃料電池本体の発電電力とともに前記補助電源の充電電力を前記外部負荷に電力を供給可能にすることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項４】
さらに前記補助電源の自動充電を設定する自動充電設定手段を有し、
前記制御手段は、前記自動充電設定手段による前記補助電源の自動充電の設定により、前記補助電源の不足充電状態で前記燃料電池本体の発電電力による前記補助電源の充電を可能にしたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一記載の燃料電池システムを充電電源として負荷を充電可能にした充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム及びこの燃料電池システムを充電電源とした充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機や携帯情報端末などの電子機器の小型化は目覚しいものがあり、これら電子機器の小型化とともに、電源として燃料電池を使用することが試みられている。燃料電池は、燃料と空気を供給するのみで、発電することができ、燃料のみを補充あるいは交換すれば連続して発電できるという利点を有するため、小型化が実現できれば、小型の電子機器の電源として極めて有効である。
【０００３】
そこで、最近、燃料電池として、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ；Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌと称する。）が注目されている。かかる燃料電池は、液体燃料の供給方式によって分類され、気体供給型や液体供給型等のアクティブ方式のものと、燃料収容部内の液体燃料を電池内部で気化させて燃料極に供給する内部気化型等のパッシブ方式のものがあり、これらのうち、パッシブ方式のものは燃料電池の小型化に対して特に有利である。
【０００４】
従来、このようなパッシブ方式の燃料電池として、特許文献１に開示されるように、例えば燃料極、電解質膜および空気極を有する膜電極接合体（燃料電池セル）を、樹脂製の箱状容器からなる燃料収容部上に配置した構造のものが考えられている。
【０００５】
また、燃料電池の燃料電池セルと燃料収容部とを流路を介して接続する構成のものも特許文献２〜４に開示されている。これら特許文献２〜４は、燃料収容部から供給された液体燃料を燃料電池セルに流路を介して供給することによって、流路の形状や径等に基づいて液体燃料の供給量を調整可能としたもので、特に、特許文献３では燃料収容部から流路にポンプで液体燃料を供給している。また、ポンプに代えて、流路に電気浸透流を形成する電界形成手段を用いることも記載されている。さらに特許文献４には電気浸透流ポンプを用いて液体燃料等を供給することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００５／１１２１７２号パンフレット
【特許文献２】特表２００５−５１８６４６号公報
【特許文献３】特開２００６−０８５９５２号公報
【特許文献４】米国特許公開第２００６／００２９８５１号公報
【特許文献５】特開２００６−１４７４８６号公報
【特許文献６】特開２００８−０４７５３７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、燃料電池には、バッテリなどの補助電源を組合せ、この補助電源により燃料ポンプなどを制御する制御回路に電源を供給することにより、燃料電池より安定した発電出力を発生させるようにしたものがある。この場合、補助電源の充電状態を常に安定させるため、例えば、特許文献５に開示されるように負荷の正規動作停止時に燃料電池の発電電力により補助電源を充電するようにしたものや、特許文献６に開示されるように負荷の停止時に燃料電池の残存燃料により補助電源を充電するようにしたものもある。
【０００８】
ところが、これら特許文献５、６に開示されるのは、負荷に対する電力供給を燃料電池からの発電出力のみにより賄うものである。一方、このような燃料電池は、その発電電力を利用して電子機器側の電源である二次電池（外部負荷）を充電する充電装置の電源として用いられることがある。しかし、このような充電装置の電源として用いた場合、燃料電池の発電出力のみを充電電源に利用したのでは、外部負荷の要求する電力量を満足することができないことがあり、特に、燃料電池起動時では、燃料電池の発電量を瞬時に所定の値まで立ち上げることができないため、外部負荷に対し充電不能に陥ることがある。
【０００９】
そこで、燃料電池の発電電力と補助電源の充電電力を組み合わせて外部負荷の充電を安定して行うようにしたものが考えられている。しかし、このように構成したものは、外部負荷の充電後に補助電源の容量が著しく低下することがあると、その後、この状態のままで次の外部負荷の充電に使用されると、補助電源の充電電力が不足し、燃料電池の発電電力だけでは外部負荷の要求する電力量を満足できないことがあり、外部負荷に対し充電不能に陥ることがある。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、常に安定した電力を外部負荷に供給することができる燃料電池システム及び充電装置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】
【００１１】
上記の課題を解決するために、
請求項１記載の発明は、燃料供給により電力を発電し、充電可能な外部負荷に供給する燃料電池本体と、前記燃料電池本体とともに前記外部負荷に電力を供給可能にした蓄電素子からなる補助電源と、前記燃料電池本体の発電動作開始を指示する発電状態指示手段と、前記外部負荷の接続により前記燃料電池本体の発電電力とともに前記補助電源の充電電力を前記外部負荷に供給可能にするとともに、前記発電状態指示手段による前記燃料電池本体の発電動作開始の指示により前記燃料電池本体の発電電力による前記補助電源の充電を可能にした制御手段とを具備したことを特徴としている。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記制御手段は、前記外部負荷の満充電状態により、前記燃料電池本体の発電電力による前記補助電源の充電を可能にしたことを特徴としている。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記制御手段は、前記発電状態指示手段による前記燃料電池本体の発電動作開始の指示の際に、前記外部負荷が接続されていると前記燃料電池本体の発電電力とともに前記補助電源の充電電力を前記外部負荷に電力を供給可能にすることを特徴としている。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、さらに前記補助電源の自動充電を設定する自動充電設定手段を有し、前記制御手段は、前記自動充電設定手段による前記補助電源の自動充電の設定により、前記補助電源の不足充電状態で前記燃料電池本体の発電電力による前記補助電源の充電を可能にしたことを特徴としている。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一記載の燃料電池システムを充電電源として負荷を充電可能にした充電装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、常に安定した電力を外部負荷に供給することができる燃料電池システム及び充電装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる燃料電池システムの概略構成を示す図。
【図２】第１の実施の形態の燃料電池本体を詳細に説明するための断面図。
【図３】第１の実施の形態の燃料電池本体に用いられる燃料分配機構の斜視図。
【図４】第１の実施の形態にかかる燃料電池システムの動作を説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる充電装置を構成する燃料電池システムの概略構成を示している。
【００２０】
図１において、１は燃料電池本体（ＤＭＦＣ）で、この燃料電池本体１は、起電部を構成する燃料電池発電部（セル）１０１、液体燃料を収容する燃料収容部１０２、燃料収容部１０２と燃料電池発電部（セル）１０１を接続する流路１０３及び燃料収容部１０２から燃料電池発電部（セル）１０１に液体燃料を移送するための補器として燃料供給手段のポンプ１０４を有している。
【００２１】
図２は、このような燃料電池本体１をさらに詳細に説明するための断面図である。
【００２２】
この場合、燃料電池発電部１０１は、アノード触媒層１１とアノードガス拡散層１２とを有するアノード（燃料極）１３と、カソード触媒層１４とカソードガス拡散層１５とを有するカソード（空気極／酸化剤極）１６と、アノード触媒層１１とカソード触媒層１４とで挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜１７とから構成される膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）を有している。
【００２３】
ここで、アノード触媒層１１やカソード触媒層１４に含有される触媒としては、例えば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挙げられる。アノード触媒層１１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１４にはＰｔやＰｔ−Ｎｉ等を用いることが好ましい。ただし、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することができる。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、あるいは無担持触媒のいずれであってもよい。
【００２４】
電解質膜１７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）等）、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が挙げられる。ただし、プロトン伝導性の電解質膜１７はこれらに限られるものではない。
【００２５】
アノード触媒層１１に積層されるアノードガス拡散層１２は、アノード触媒層１１に燃料を均一に供給する役割を果たすと同時に、アノード触媒層１１の集電体も兼ねている。カソード触媒層１４に積層されるカソードガス拡散層１５は、カソード触媒層１４に酸化剤を均一に供給する役割を果たすと同時に、カソード触媒層１４の集電体も兼ねている。アノードガス拡散層１２およびカソードガス拡散層１５は多孔質基材で構成されている。
【００２６】
アノードガス拡散層１２やカソードガス拡散層１５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用いられる。電解質膜１７と後述する燃料分配機構１０５およびカバープレート１８との間には、それぞれゴム製のＯリング１９が介在されており、これらによって燃料電池発電部１０１からの燃料漏れや酸化剤漏れを防止している。
【００２７】
カバープレート１８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１８とカソード１６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１４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１４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。
【００２８】
燃料電池発電部１０１のアノード（燃料極）１３側には、燃料供給部として燃料分配機構１０５が配置されている。燃料分配機構１０５には配管のような液体燃料の流路１０３を介して燃料収容部１０２が接続されている。
【００２９】
燃料収容部１０２には、燃料電池発電部１０１に対応した液体燃料が収容されている。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。いずれにしても、燃料収容部１０２には燃料電池発電部１０１に応じた液体燃料が収容される。
【００３０】
燃料分配機構１０５には燃料収容部１０２から流路１０３を介して燃料が導入される。流路１０３は燃料分配機構１０５や燃料収容部１０２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１０５と燃料収容部１０２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１０５は流路１０３を介して燃料収容部１０２と接続されていればよい。
【００３１】
ここで、燃料分配機構１０５は図３に示すように、燃料が流路１０３を介して流入する少なくとも１個の燃料注入口２１と、燃料やその気化成分を排出する複数個の燃料排出口２２とを有する燃料分配板２３を備えている。燃料分配板２３の内部には図２に示すように、燃料注入口２１から導かれた燃料の通路となる空隙部２４が設けられている。複数の燃料排出口２２は燃料通路として機能する空隙部２４にそれぞれ直接接続されている。
【００３２】
燃料注入口２１から燃料分配機構１０５に導入された燃料は空隙部２４に入り、この燃料通路として機能する空隙部２４を介して複数の燃料排出口２２にそれぞれ導かれる。複数の燃料排出口２２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。これによって、燃料電池発電部１０１のアノード（燃料極）１３には燃料の気化成分が供給される。なお、気液分離体は燃料分配機構１０５とアノード１３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２２からアノード１３の複数個所に向けて排出される。
【００３３】
燃料排出口２２は燃料電池発電部１０１の全体に燃料を供給することが可能なように、燃料分配板２３のアノード１３と接する面に複数設けられている。燃料排出口２２の個数は２個以上であればよいが、燃料電池発電部１０１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２２が存在するように形成することが好ましい。
【００３４】
燃料分配機構１０５と燃料収容部１０２の間を接続する流路１０３には、ポンプ１０４が挿入されている。このポンプ１０４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１０２から燃料分配機構１０５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１０４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。この場合、ポンプ１０４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。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ものである。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。ダイアフ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。これらのうち、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フラムポンプを使用することがより好ましい。ポンプ１０４には、後述する燃料供給制御回路１０が接続され、ポンプ１０４の駆動が制御される。
【００３５】
このような構成において、燃料収容部１０２に収容された燃料は、ポンプ１０４により流路１０３を移送され、燃料分配機構１０５に供給される。そして、燃料分配機構１０５から放出された燃料は、燃料電池発電部１０１のアノード（燃料極）１３に供給される。燃料電池発電部１０１内において、燃料はアノードガス拡散層１２を拡散してアノード触媒層１１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１１で下記の(1)式に示すメタノールの内部改質反応が生じる。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１４で生成した水や電解質膜１７中の水をメタノールと反応させて(1)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。
【００３６】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2＋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）１６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１７を経てカソード１６に導かれる。カソード（空気極）１６には酸化剤として空気が供給される。カソード（空気極）１６に到達した電子（ｅ-）とプロトン（Ｈ+）は、カソード触媒層１４で空気中の酸素と下記の(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。
【００３７】
６ｅ-＋６Ｈ+＋（３／２）Ｏ2  →  ３Ｈ2Ｏ  …(2)
図１に戻って、このように構成された燃料電池本体１は、燃料電池発電部（セル）１０１に温度検出手段としての温度センサ１０６が設けられている。この温度センサ１０６は、燃料電池発電部１０１のカソード温度を検出するもので、例えば、サーミスタや熱電対からなり、図２に示す燃料電池発電部１０１のカソード(空気極)１６に配置されている。なお、温度センサ１０６は、アノード（燃料極）１３側に設け、アノード温度を検出するようにしてもよい。つまり、温度センサ１０６は、発電部側に設けられていればよい。
【００３８】
燃料電池本体１には、第１の出力制御手段としての１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ（電圧調整回路）２が接続されている。１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２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燃料電池発電部１０１で発電された電気エネルギーを蓄積／放出させ、比較的低い出力電圧を十分の電圧まで昇圧して生成される出力を発生する。この場合、１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２は、制御部９の指示にしたがってコンバータ動作を制御されるとともに、起動、停止を設定される。制御部９については、後述する。
【００３９】
なお、ここでは標準的な昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータを示したが、昇圧動作が可能なものならば、他の回路方式のものでも実施可能である。
【００４０】
１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２には、スイッチング手段としてのスイッチ部１３１，１３２を介して補助電源充電回路３が接続されている。また、この補助電源充電回路３には、補助電源４が接続されている。補助電源充電回路３は、１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力により補助電源４を充電するためのもので、制御部９の指示にしたがって起動又は停止が設定される。スイッチ部１３１，１３２は、１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電力の供給先を外部負荷７又は補助電源充電回路３に切換えるもので、制御部９の指示にしたがって切換え方向が決定される。補助電源４は、補助電源充電回路３により充電されるもので、ここでは、充放電可能な蓄電素子(例えばリチウムイオン二次電池（ＬＩＢ）)や電気二重層コンデンサ）が用いられる。
【００４１】
補助電源４には、第２の出力制御手段としての２ｎｄＤＣ−ＤＣコンバータ５が接続されている。２ｎｄＤＣ−ＤＣコンバータ５は、上述した１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２と同じ構成をしたもので、制御部９の指示にしたがってコンバータ動作を制御されるとともに、起動、停止を設定される。補助電源４には、出力検出手段として充電電圧検出部６が接続されている。この充電電圧検出部６は、補助電源４の充電電圧を検出する。
【００４２】
１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２には、外部負荷７が接続されている。この場合、外部負荷７は、例えば電子機器の電源である電子機器に内蔵された二次電池からなるもので、１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２及び２ｎｄＤＣ−ＤＣコンバータ５からの充電出力により充電される。
【００４３】
外部負荷７には、負荷検出部８が接続されている。負荷検出部８は、例えば、外部負荷７に流れる微小電流から外部負荷７の接続の有無を検出するとともに、充電電流の大きさから外部負荷７の満充電状態を検出可能にしている。
【００４４】
補助電源４には、燃料供給制御回路１０が接続されている。燃料供給制御回路１０は、補助電源４を電源としてポンプ１０４のオンオフ動作を制御するもので、制御部９の指示に基づいてポンプ１０４による燃料供給量を制御する。
【００４５】
制御部９は、システム全体を制御するもので、１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２、補助電源充電回路３、２ｎｄＤＣ−ＤＣコンバータ５、充電電圧検出部６、負荷状態検出部８、燃料供給制御回路１０が接続され、さらに発電状態指示手段としての起動／停止ボタン３１及び自動充電設定手段としての自動充電設定スイッチ３２が接続されている。起動／停止ボタン３１は、ユーザが燃料電池本体１の発電状態として起動（発電動作開始）又は停止（発電動作停止）を指示するためのもので、例えば、最初の押し操作で燃料電池本体１の発電動作開始を指示し、次の押し操作で燃料電池本体１の発電動作停止を指示する。自動充電設定スイッチ３２は、補助電源４の充電電圧が不足充電状態にまで低下すると、自動的に補助電源４を充電する状態を設定する。
【００４６】
制御部９は、充電状態判定部９０１、コンバータ制御部９０２、充電回路制御部９０３を有している。この場合、これら充電状態判定部９０１、コンバータ制御部９０２、充電回路制御部９０３は、例えばハードウェアから構成されている。勿論、これらはソフトウェアにより構成することもできる。充電状態判定部９０１は、充電電圧検出部６の検出出力に基づいて補助電源４の充電状態を判定するもので、例えば、補助電源４の充電電位が第１の設定値以上であれば満充電状態、第２の設定値以下であれば不足充電状態を判定する。コンバータ制御部９０２は、１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２及び２ｎｄＤＣ−ＤＣコンバータ５のコンバータ動作を制御するとともに、これら１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２及び２ｎｄＤＣ−ＤＣコンバータ５の起動又は停止も制御する。充電回路制御部９０３は、補助電源充電回路３での充電動作を制御するとともに、充電回路制御部３の起動又は停止も制御する。
【００４７】
次に、このように構成した実施の形態の作用を図４に示すフローチャートにしたがい説明する。この場合、外部負荷７への充電を始めるには、外部負荷７が接続された場合と、起動／停止ボタン３１の操作による方法がある。
【００４８】
（１）まず、外部負荷７が接続された場合を説明する。
【００４９】
この場合は、ステップ４０１では、起動／停止ボタン３１の操作がないのでＮｏと判断され、ステップ４０２に進む。ステップ４０２では、外部負荷７が接続されるのでＹｅｓと判断され、ステップ４０３に進む。ここで、外部負荷７の接続の有無は、負荷検出器８により検出される。ステップ４０３では、燃料電池発電部１０１の発電動作を開始する。この場合、制御部９により燃料供給制御回路１０に対してポンプ１０４の送液動作が指示され、燃料電池本体１に燃料供給が行われ、燃料電池発電部１０１の発電電力が立ち上げられる。そして、ステップ４０４で、制御部９のコンバータ制御部９０２により１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２及び２ｎｄＤＣ−ＤＣコンバータ５を順次起動し、ステップ４０５で、充電回路制御部９０３により補助電源充電回路３を動作停止状態とする。これにより、燃料電池本体１の発電電力と補助電源４の充電電力は、充電出力として外部負荷７に供給される。この場合、外部負荷７へ供給される充電電力のうち、補助電源４の充電電力は、燃料電池本体１の発電出力の補助として用いられる。つまり、燃料電池本体１の発電動作開始当初は、燃料電池発電部１０１の発電量を瞬時に所定の値まで立ち上げることができないため、この間、補助電源４の充電電力により外部負荷７への充電出力の不足分を補うようにしている。
【００５０】
そして、ステップ４０７で、補助電源４の充電電圧が不足充電状態まで低下したかが判断される。この場合、制御部９の充電状態判定部９０１は、充電電圧検出部６の検出出力に基づいて、補助電源４の充電電位が第２の設定値以下であれば不足充電状態を判定する。ここで、補助電源４が不足充電状態でＹｅｓと判断されると、ステップ４０８で、コンバータ制御部９０２により２ｎｄＤＣ−ＤＣコンバータ５の動作を停止状態として補助電源４より外部負荷７への充電出力の供給を停止し、ステップ４０９に進む。一方、ステップ４０７で、補助電源４が不足充電状態でなくＮｏと判断されると、補助電源４より外部負荷７へ充電出力の供給を続けたままステップ４０９に進む。
【００５１】
ステップ４０９では、外部負荷７が満充電状態かが判断される。この場合、外部負荷７の満充電は、負荷検出部８により検出される外部負荷７に対する充電電流の大きさから判断される。ここで、外部負荷７が満充電状態でなければＮｏと判断され、ステップ４１０に進む。ステップ４１０では、発電停止要件として起動／停止ボタン３１による発電動作停止の操作又は燃料切れの有無を判断する。ここで、これらの停止要件が存在しない場合は、Ｎｏと判断され、ステップ４０７に戻って、上述したと同様な動作を繰り返す。また、ステップ４１０で、発電停止要件として起動／停止ボタン３１による発電動作停止の操作又は燃料切れが発生した場合は、Ｙｅｓと判断され、ステップ４１１に進み、燃料電池本体１の発電動作を停止し、ステップ４０１に戻る。
【００５２】
一方、ステップ４０９で、外部負荷７が満充電状態でＹｅｓと判断されると、ステップ４１２に進み、コンバータ制御部９０２により２ｎｄＤＣ−ＤＣコンバータ５を動作停止状態にして補助電源４より外部負荷７への充電出力の供給を停止し、ステップ４１３に進む。ステップ４１３では、制御部９の充電回路制御部９０３により補助電源充電回路３を起動し、さらに制御部９によりスイッチ部１３１，１３２を切換えて１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２より外部負荷７への充電出力の供給を停止するとともに、今度は、１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電力を補助電源充電回路３に供給する。そして、ステップ４１４に進み、補助電源充電回路３を介して補助電源４への充電を開始する。
【００５３】
その後、ステップ４１５で、補助電源４が満充電状態かを判断する。この場合、補助電源４の満充電は、充電電圧検出部６の検出出力に基づいて充電状態判定部９０１により判断される。ここで、補助電源４が満充電状態でなければ、Ｎｏと判断され、ステップ４１６に進む。ステップ４１６では、発電停止要件として起動／停止ボタン３１による発電動作停止の操作又は燃料切れの有無を判断する。ここで、これらの停止要件が存在しない場合は、Ｎｏと判断され、ステップ４１５に戻って、上述したと同様な動作を繰り返す。また、停止要件として起動／停止ボタン３１による発電動作停止の操作又は燃料切れが発生した場合は、ｙｅｓと判断され、ステップ４１７に進み、燃料電池本体１の発電動作を強制的に停止し、ステップ４０１に戻る。一方、ステップ４１５で、補助電源４が満充電状態でＹｅｓと判断されると、直ちにステップ４１７に進み、燃料電池本体１の発電動作を強制的に停止し、ステップ４０１に戻る。
【００５４】
このようにすれば、外部負荷７に対して燃料電池本体１の発電電力とともに補助電源４の充電電力が充電出力として供給され、このとき補助電源４の充電電力は、燃料電池本体１の発電出力の補助として用いられるようになるので、燃料電池本体１の発電動作開始時点で燃料電池発電部１０１の発電量を瞬時に所定の値まで立ち上げることができないことがあっても、補助電源４の充電電力により外部負荷７への充電出力の不足分を補うことができ、外部負荷７の要求する常に安定した充電電力を、外部負荷７に対し供給することができる。また、外部負荷７が満充電状態となると、燃料電池本体１から外部負荷７への発電電力の供給を停止し、この発電電力を補助電源４に供給して満充電まで充電するようにもしているので、外部負荷７の充電終了後も補助電源４を常に満充電の状態に維持することができる。
【００５５】
（２）次に、起動／停止ボタン３１の操作により外部負荷７への充電を行う場合を説明する。
【００５６】
この場合、起動／停止ボタン３１の発電動作開始の操作により、ステップ４０１でＹｅｓと判断され、ステップ４１８に進む。このステップ４１８で、外部負荷７が接続されているかが判断される。ここで、外部負荷７が接続されている場合は、Ｙｅｓと判断され、ステップ４０３に進み、上述したと同様な動作が実行される。
【００５７】
一方、外部負荷７が接続されていない場合は、積極的に補助電源４の充電を行う。この場合、ステップ４１８で、外部負荷７が接続されておらず、Ｎｏと判断され、ステップ４１９に進む。ステップ４１９では、制御部９の充電回路制御部９０３により補助電源充電回路３を起動し、さらに制御部９によりスイッチ部１３１，１３２を切換えて１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電力を補助電源充電回路３に供給可能にする。そして、ステップ４２０に進み、燃料電池発電部１０１の発電動作を開始する。この場合、制御部９により燃料供給制御回路１０に対してポンプ１０４の送液動作が指示され、燃料電池本体１に燃料供給が行われ、燃料電池発電部１０１の発電電力が立ち上げられる。この状態で、ステップ４１４に進み、以下、上述したと同様にして、１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電力により補助電源充電回路３を介して補助電源４への充電を開始する。
【００５８】
このようにすれば、ユーザが起動／停止ボタン３１の発電動作開始の操作を行うことで、外部負荷７が接続されている場合は、外部負荷７の充電が行われ、外部負荷７が接続されていない場合は、補助電源４を積極的に充電することができるので、補助電源４を常に満充電の状態に維持することができる。これにより、仮に、外部負荷７の充電後に補助電源４の容量が低下することがあっても、ユーザによる起動／停止ボタン３１の操作のみで、速やかに補助電源４を満充電の状態に復帰させることが可能となるので、続け様に外部負荷７の充電に使用されることがあっても補助電源４の充電電力が不足することがなく、燃料電池本体１の発電電力とともに外部負荷７の要求する電力量を満足させることが可能となり、常に安定した充電電力を外部負荷７に供給することができる。
【００５９】
（３）次に、自動充電設定スイッチ３２により予め自動充電が設定されている場合を説明する。
【００６０】
この場合、ステップ４０１で、起動／停止ボタン３１の操作がなくＮｏと判断され、ステップ４１８でも外部負荷７が接続されておらずＮｏ判断されると、ステップ４２１に進む。ステップ４１２では、補助電源４の充電電圧が不足充電状態に低下しているか判断する。この場合、制御部９の充電状態判定部９０１は、充電電圧検出部６の検出出力に基づいて、補助電源４の充電電位が第２の設定値以下であれば不足充電状態を判定する。ここで、不足充電状態でなくＮｏと判断されれば、ステップ４０１に戻り、上述の動作が繰り返される。一方、補助電源４の充電電圧が不足充電状態で、Ｙｅｓと判断されると、ステップ４２２に進み、自動充電設定スイッチ３２により自動充電が設定されているか判断される。ここで、自動充電が設定されており、Ｙｅｓと判断されると、ステップ４１９に進み、制御部９の充電回路制御部９０３により補助電源充電回路３を起動し、さらに制御部９によりスイッチ部１３１，１３２を切換えて１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電力を補助電源充電回路３に供給可能にする。そして、ステップ４２０に進み、燃料電池発電部１０１の発電動作を開始してステップ４１４に進み、以下、上述したと同様にして、１ｓｔＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電力により補助電源充電回路３を介して補助電源４への充電を開始する。
【００６１】
おな、自動充電設定スイッチ３２により自動充電が設定されていない場合は、ステップ４２２でＮｏと判断されるので、常にステップ４０１に戻り、外部負荷７が接続されるか、起動／停止ボタン３１による充電開始が操作されるまで、ステップ４０１、４０２〜ステップ４２１、４２２までの動作が繰り返される。
【００６２】
このようにすれば、ユーザが予め自動充電設定スイッチ３２により自動充電を設定しておけば、補助電源４が不足充電状態になると、自動的に補助電源４を満充電まで充電して維持することができるので、急に外部負荷７の充電に使用されることがあっても、補助電源４の充電電力が不足することがなく、燃料電池本体１の発電電力とともに外部負荷７の要求する電力量を満足させることが可能となり、常に安定した充電電力を外部負荷７に供給することができる。
【００６３】
また、補助電源４の自動充電をユーザの判断により設定できるので、ユーザの意図しない燃料電池本体１の発電動作を防止することもできる。
【００６４】
その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。
【００６５】
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【００６６】
さらに燃料電池発電部へ供給される液体燃料の気化成分においても、全て液体燃料の気化成分を供給してもよいが、一部が液体状態で供給される場合であっても本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１…燃料電池本体、１０１…燃料電池発電部
１０２…燃料収容部、１０３…流路
１０４…ポンプ、１０５…燃料分配機構
２…１ｓｔＤＣ／ＤＣコンバータ、３…補助電源充電回路、
４…補助電源、５…２ｎｄＤＣ／ＤＣコンバータ、
６…充電電圧検出部、７…外部負荷、８…負荷検出部、９…制御部、
９０１…充電状態判定部、９０２……コンバータ制御部、
９０３…充電回路制御部、１０…燃料供給制御回路、
１１…アノード触媒層、１２…アノードガス拡散層
１３…アノード、１４…カソード触媒層
１５…カソードガス拡散層、１６…カソード
１７…電解質膜、１８…カバープレート
１９…Ｏリング、２１…燃料注入口
２２…燃料排出口、２３…燃料分配板
２４…空隙部、３１…起動／停止ボタン、３２…自動充電設定スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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