(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池システムが元々備える装置を利用して放置時間を算出することにより蓄電装置の電圧低下を抑制できる燃料電池システムおよび自動二輪車を提供すること。【解決手段】燃料電池２５、二次電池２６、電圧センサ５８および燃料電池２５の起動時における出力データ等を記憶するＲＯＭやＲＡＭ等を備えた燃料電池システムＡを電源システム制御装置５０の制御により作動するようにした。そして、電源システム制御装置５０が、電圧センサ５８が検出する燃料電池２５の作動停止時の二次電池２６の電圧値と燃料電池２５の起動直後の二次電池２６の電圧値とから放置時間を算出し、その放置時間が予め設定された閾値よりも長い場合に出力データに基づく燃料電池２５の起動時の出力を制限するようにした。また、その出力制限の解除の判定をエアブロア３６の消費電力に基づいて行うようにした。また、燃料電池システムＡを、自動二輪車に設けた。【選択図】  図２
2008135254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガスと酸素ガスとを反応させて電力を発生する燃料電池と、前記燃料電池により充電される蓄電装置と、前記蓄電装置の電圧を検出する電圧検出手段と、前記燃料電池の起動時における出力データを記憶する記憶装置と、制御装置とを備え、前記制御装置の制御により作動する燃料電池システムであって、
前記制御装置が、前記電圧検出手段によって検出される前記燃料電池システムの作動停止時の前記蓄電装置の電圧値と前記燃料電池システムの起動直後の前記蓄電装置の電圧値とから前記燃料電池システムの放置時間を算出し、その算出された放置時間と前記出力データとに基づいて前記燃料電池システムの起動時の出力を制御するようにしたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池システムの放置時間が、予め設定された閾値よりも長い場合には、前記燃料電池の起動時に出力制限を行って前記燃料電池の出力が小さくなるようにした請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記酸素ガスを空気供給装置から供給される空気中の酸素で構成し、前記燃料電池の起動時に出力制限をしている場合における前記出力制限を解除するか否かの判定を、前記空気供給装置の消費電力に基づいて行うようにした請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１ないし３のうちのいずれか一つに記載の燃料電池システムを備えた自動二輪車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素ガスと酸素ガスとを反応させて電力を発生する燃料電池を備えた燃料電池システムおよびそれを備えた自動二輪車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、車両の中には、燃料電池を備えた燃料電池システムが発生する電力を利用して走行するものがある。このような車両の中に、発電を開始する際に、燃料電池の放置時間に応じて出力を制限したり制限しなかったりすることにより、燃料電池に無理がかからなくして劣化を防止できるようにした燃料電池システムを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この燃料電池システムは、燃料電池の出力制限特性を記憶する記憶装置と、燃料電池の放置時間を計測する計測手段と、計測手段が計測した放置時間と記憶装置に記憶された出力制限特性とに基づいて燃料電池の出力を制限する出力制限手段とを備えている。そして、計測手段が計測する放置時間が、フラッディング（セル電圧低下）が生じ易い所定範囲内の時間のときに出力制限手段の制御によって出力制限を行い、放置時間がそれ以外のフラッディングが生じ難い所定範囲以下または以上の時間であるときには出力制限を行わないようにしている。
【特許文献１】特開２００６−２０２６９６号公報
【発明の開示】
【０００４】
しかしながら、前述した従来の燃料電池システムでは、燃料電池が作動していない放置時間を計測するための計測手段が設けられているため、その分、蓄電装置の電力を消費するようになり、燃料電池システムを長期間使用せずに放置した場合には、蓄電装置の電圧低下を招いてしまう。
【０００５】
本発明は、前述した問題に対処するためになされたもので、その目的は、燃料電池システムが元々備えている装置を利用して放置時間を算出することにより蓄電装置の電圧低下を抑制することのできる燃料電池システムおよびそれを備えた自動二輪車を提供することである。
【０００６】
前述した目的を達成するため、本発明に係る燃料電池システムの構成上の特徴は、水素ガスと酸素ガスとを反応させて電力を発生する燃料電池と、燃料電池により充電される蓄電装置と、蓄電装置の電圧を検出する電圧検出手段と、燃料電池の起動時における出力データを記憶する記憶装置と、制御装置とを備え、制御装置の制御により作動する燃料電池システムであって、制御装置が、電圧検出手段によって検出される燃料電池システムの作動停止時の蓄電装置の電圧値と燃料電池システムの起動直後の蓄電装置の電圧値とから燃料電池システムの放置時間を算出し、その算出された放置時間と出力データとに基づいて燃料電池システムの起動時の出力を制御するようにしたことにある。
【０００７】
本発明に係る燃料電池システムでは、燃料電池システムが使用停止状態で放置された時間を、別途計測手段を設けて計測するのではなく、元々このような燃料電池システムに備わっている電圧検出手段が検出する蓄電装置の電圧値から算出するようにしている。すなわち、蓄電装置の電圧は、燃料電池システムの作動を停止したときから、その蓄電装置に備わっている特性に応じて略一定の状態で下降していく。このため、燃料電池システムの作動を停止させたときの蓄電装置の電圧と、燃料電池システムの作動を開始したときの蓄電装置の電圧とを検出し、両電圧値を比較することにより燃料電池システムが使用停止状態で放置された時間を算出することができる。
【０００８】
このため、算出された放置時間を、予め記憶装置に記憶されている燃料電池の出力データに加味して、燃料電池システムの起動時の出力を制御することによりそのときの燃料電池の状態に応じた適正な起動が可能になる。この燃料電池システムの起動時の出力制御は、元々燃料電池システムに備わっている制御装置によって行われるため、この制御を実行するためのプログラムを作成するだけで済み、別途特別な装置を設ける必要はない。
【０００９】
また、蓄電装置の電圧の検出も、元々燃料電池システムに備わっている装置から容易にできるものである。さらに、本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池システムの使用停止中は、燃料電池システムが備えるすべての電子機器への電力供給を遮断することができるため、蓄電装置の電圧低下は自己放電のみに起因するものになる。したがって、燃料電池システムが使用停止状態で長期間放置されても蓄電装置の電圧低下を最小限にとどめることができる。なお、本発明に係る蓄電装置としては、二次電池やキャパシタ等の蓄電が可能な装置を用いることができる。
【００１０】
また、本発明に係る燃料電池システムの他の構成上の特徴は、燃料電池システムの放置時間が、予め設定された閾値よりも長い場合には、燃料電池の起動時に出力制限を行って燃料電池の出力が小さくなるようにしたことにある。
【００１１】
燃料電池においては、水素ガスと酸素ガスとを隔てる電解質膜が水素イオンを通過させて酸素ガスと反応させることによって発電を起こすようになっており、この電解質膜がある程度の水分を含んだ湿潤状態になっているときに、燃料電池は適正に作動する。また、電解質膜に十分な水分が含まれていない場合でも、燃料電池が作動を開始すると、その作動時間の経過にしたがって電解質膜はしだいに水分を含むようになっていく。しかしながら、燃料電池システムを、使用停止状態で、長期間放置した場合には、電解質膜が湿潤不足を通り越して乾燥してしまい、燃料電池の起動直後に高出力を発生させようとすると電解質膜が劣化したり、出力電圧が著しく低下したりすることがある。
【００１２】
このため、本発明では、算出された放置時間が予め設定された閾値よりも長い場合には、燃料電池の起動時に出力制限を行って燃料電池の出力が小さくなるようにしている。これによって、電解質膜の劣化を防止できるとともに、燃料電池に無理のない起動を実行させることができる。なお、算出された放置時間が予め設定された閾値よりも短い場合には、電解質膜に十分な水分が残っているため、燃料電池の起動直後でも燃料電池システムとしての性能を十分に発揮できる。このため、算出された放置時間が予め設定された閾値よりも短い場合には、出力制限は行わなくともよい。すなわち、この閾値は、時間の経過とともに電解質膜が乾燥していく状態に基づいて所定の経過時間のときに出力制限が必要か否かを考慮して設定される。
【００１３】
また、本発明に係る燃料電池システムのさらに他の構成上の特徴は、酸素ガスを空気供給装置から供給される空気中の酸素で構成し、燃料電池の起動時に出力制限をしている場合における出力制限を解除するか否かの判定を、空気供給装置の消費電力に基づいて行うようにしたことにある。
【００１４】
燃料電池に供給する酸素ガスを、配管を備えた空気供給装置から供給される空気中の酸素とした場合、電解質膜における酸素極（カソード極）の湿潤状態によって、空気供給装置の配管の圧力損失が変化する。そして、この配管の圧力損失の変化にともなって、空気供給装置の消費電力も変化する。すなわち、電解質膜の酸素極が乾燥しているときには、配管内を含めて水分が減少しているため、空気が電解質膜の酸素極を通過しやすくなる。このため、一定量の空気を燃料電池に供給するために空気供給装置が消費する電力は少なくて済むが、電解質膜の酸素極の湿潤状態が良好になるにしたがって、空気供給装置が消費する電力は徐々に増加していく。
【００１５】
したがって、燃料電池の起動時に出力制限を行った場合に、空気供給装置が消費する電力が所定値まで増加すると、出力制限を解除して通常の出力に切り換えることにより、時間の経過とともに変化する燃料電池の状態に応じた適正な出力を実行させることができる。なお、電解質膜の湿潤状態を直接検出することは特殊な装置が必要となり困難であるが、空気供給装置の消費電力は、空気供給装置に印加する電圧や電流から容易に算出できるため、湿潤状態を検出するために特殊な検出装置を設ける必要はない。
【００１６】
また、本発明に係る自動二輪車の構成上の特徴は、前述した燃料電池システムを備えたことにある。これによると、冬期などに、使用停止状態で長期間自動二輪車を放置しても、自動二輪車の起動時に、燃料電池の出力に無理がかかって電解質膜が劣化することを防止できる。また、放置時間が短時間の場合には、自動二輪車の起動直後から燃料電池の出力を制限することなく通常の出力を実行させるため、自動二輪車の走行性能が制限されることがなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムを図面を用いて詳しく説明する。図１は、同実施形態に係る燃料電池システムＡ（図２参照）を備えた自動二輪車１０を示している。この自動二輪車１０は、前輪１１と後輪１２とからなる一対の車輪と、この一対の車輪が取り付けられた車体１０ａとを備えている。また、車体１０ａは、車体１０ａの主要部分を構成する車体フレーム１３と、車体フレーム１３に着脱自在に取り付けられるサブフレーム１４とを備えている。そして、車体フレーム１３は、車体１０ａの前部側部分を構成するヘッドパイプ１５と、ヘッドパイプ１５から後方に延びるメインフレーム１６とで構成されている。
【００１８】
また、前輪１１は、下方が二股に分岐したフロントフォーク１７の下端部に回転可能に支持され、フロントフォーク１７の上端部には、ヘッドパイプ１５内に配置されたステアリング軸１８の下端部が連結されている。このステアリング軸１８は、ヘッドパイプ１５の軸周り方向に回転可能な状態で、ヘッドパイプ１５内に取り付けられており、上端部がヘッドパイプ１５から突出して上方に延びている。そして、ステアリング軸１８の上端部に略水平方向に配置されたハンドル１９の中央部が連結されている。
【００１９】
このため、ハンドル１９を回転操作して、ステアリング軸１８を軸周り方向に回転させると、ステアリング軸１８の回転量に応じて前輪１１はフロントフォーク１７の軸を中心として左右に方向を変える。また、ハンドル１９の左右両端には、グリップ（図示せず）が設けられている。このグリップのうちの一方のグリップは、軸回り方向に回転可能な状態で設けられており、手で持つための把持部として使用される外、後述する駆動モータ４３の駆動力を調節するためのアクセル操作子を構成する。そして、他方のグリップは、ハンドル１９に固定され手で持つための把持部として使用される。また、グリップの近傍には、それぞれ、グリップから離れるように付勢され、グリップ側に引っ張られることにより前輪１１または後輪１２の回転を抑制するブレーキレバー（図示せず）が設置されている。
【００２０】
メインフレーム１６は、湾曲した一対のフレーム（一方しか図示せず）で構成されており、その前端部（上端部）はヘッドパイプ１５の下部側部分の両側部に連結されている。そして、各メインフレーム１６は、ヘッドパイプ１５との連結部からそれぞれ互いの間隔を広げるようにして、後方に向って斜め下方に延びたのちに湾曲して後方水平方向に延びている。さらに、各メインフレーム１６の後部側部分は、互いの間隔を保って後方斜め上方に向って延びている。そして、両メインフレーム１６の後端部は、水平方向に配置された板状の取付部材２１に連結されている。
【００２１】
また、両メインフレーム１６における後部側部分の上面には、クロスメンバ２２が掛け渡されている。このクロスメンバ２２は両端側部分が略直角に屈曲した略コ字状の棒状に形成されており、屈曲した両端部をそれぞれメインフレーム１６に連結して本体部分が両メインフレーム１６の上側に突出している。また、両メインフレーム１６の下端部には、両メインフレーム１６間の下方に突出する設置台２３が掛け渡されている。この設置台２３の上面は、凹部に形成され、その凹部に収容部２４が設けられている。そして、この収容部２４の内部に燃料電池２５（図２参照）が収容されている。
【００２２】
また、両メインフレーム１６の前部側部分と、両メインフレーム１６の後部に設けられたクロスメンバ２２との間に板状のサブフレーム１４が取り付けられている。そして、サブフレーム１４の上面における中央よりもやや前部側部分にリチウムイオン電池からなる本発明の蓄電装置としての二次電池２６が固定され、サブフレーム１４の上面における後部側部分に燃料電池システムＡが備える各装置を制御する本発明の制御装置としての電源システム制御装置５０が固定されている。
【００２３】
また、ヘッドパイプ１５の前部には、固定部材２７ａを介してラジエータ２７が取り付けられ、ラジエータ２７の裏面（ラジエータ２７とヘッドパイプ１５との間）には、ラジエータ２７を空冷するためのファン２７ｂが取り付けられている。そして、メインフレーム１６の前部側部分における収容部２４の前側でかつサブフレーム１４（二次電池２６）の下方部分にウォーターポンプ２８が取り付けられている。ラジエータ２７と燃料電池２５との間は、冷却水配管２９ａで接続されており、ウォーターポンプ２８は、冷却水配管２９ａに設けられている。
【００２４】
すなわち、冷却水配管２９ａは、ラジエータ２７からウォーターポンプ２８に延び、さらにウォーターポンプ２８から収容部２４に向って延びて収容部２４の前面部から内部に入って燃料電池２５に接続されている。また、燃料電池２５とラジエータ２７との間は、燃料電池２５を冷却した冷却水が燃料電池２５からラジエータ２７側に向って流れる冷却水配管２９ｂで接続されている。このため、ウォーターポンプ２８が作動すると、ラジエータ２７内の冷却水が冷却水配管２９ａを通って燃料電池２５に送られ燃料電池２５を冷却する。そして、燃料電池２５を冷却することによって熱を吸収した冷却水は、冷却水配管２９ｂを通ってラジエータ２７に戻され、ラジエータ２７を通過する間にファン２７ｂによって冷却される。
【００２５】
また、両メインフレーム１６の後端部に連結された取付部材２１の上面には、燃料電池２５に供給するための水素が充填された水素タンク３１が取り付けられている。この水素タンク３１は、図２に示したように、ガス配管３２ａによって燃料電池２５の水素ガス供給口に接続されている。また、燃料電池２５の水素ガス排出口は、水素循環用のガス配管３２ｂによって、ガス配管３２ａに接続されている。そして、ガス配管３２ａにおける水素タンク３１側部分に圧力調整用のバルブ３１ａが設けられている。また、ガス配管３２ｂには、燃料電池２５の水素ガス排出口から排出される未反応の水素ガスをガス配管３２ａに送り返すための循環ポンプ３３が設けられている。
【００２６】
このため、バルブ３１ａを開けることにより、水素タンク３１内の水素ガスを、ガス配管３２ａを介して燃料電池２５に供給することができる。また、その状態で、循環ポンプ３３を作動させることにより、燃料電池２５内で反応しないまま残った水素ガスを、ガス配管３２ｂを通過させてガス配管３２ａに送り返し、水素タンク３１から新たにガス配管３２ａに送り出される水素ガスと合流させることができる。そして、水素ガスは、燃料電池２５内で酸素ガスと反応するまでガス配管３２ａ，３２ｂ内を循環する。
【００２７】
また、水素タンク３１の前部側部分の上部にシート３４が配置されている。このシート３４は、支持部材３４ａを介してメインフレーム１６の後部側に連結されている。また、メインフレーム１６の後部側部分におけるクロスメンバ２２の後方にエアフィルタ３５が取り付けられ、メインフレーム１６の後部側部分におけるクロスメンバ２２の前方に本発明の空気供給装置としてのエアブロア３６が取り付けられている。
【００２８】
また、エアフィルタ３５とエアブロア３６との間およびエアブロア３６と燃料電池２５との間はそれぞれ図２に示したガス配管３５ａ，３６ａによって接続されている。このため、エアブロア３６の作動により、シート３４の下部側の空気がエアフィルタ３５を介して吸引され、燃料電池２５に供給される。このときエアフィルタ３５に吸引された空気はエアフィルタ３５内を通過する際に、異物を除去される。また、燃料電池２５を通過する際に水素ガスと反応して燃料電池２５の発電に使用された酸素ガス以外の空気は外部に排出される。なお、ガス配管３２ａやガス配管３６ａの一部およびガス配管３２ｂは、燃料電池２５とともに収容部２４内に収容されている。
【００２９】
また、両メインフレーム１６の後部側部分の下部には、後方に向って延びる一対のアーム部材からなるリヤアーム（図示せず）が連結部材４１を介して連結されている。そして、リヤアームの両アーム部材の後端部に、後輪１２の中心軸の両側部分が回転可能に支持されており、これによって、後輪１２は、中心軸を中心として回転可能になっている。また、リヤアームの一方のアーム部材の外面側には、アーム部材を覆うようにして、モータユニット４２が取り付けられている。
【００３０】
このモータユニット４２内には、燃料電池２５が発生する電力によって作動する駆動モータ４３や減速機が収容されている。この駆動モータ４３の作動により後輪１２が回転して自動二輪車１０が走行する。また、メインフレーム１６の後端部と、リヤアームの後端上部との間には、リヤクッション４４がそれぞれ掛け渡されている。このリヤクッション４４の伸縮によって、リヤアームの後端側が揺動自在になっている。また、モータユニット４２の内側面側にはドラムブレーキ（図示せず）が取り付けられている。
【００３１】
駆動モータ４３は、電源システム制御装置５０の制御によってグリップの操作量に応じて作動し、後輪１２に駆動力を自動的に発生させる。また、この自動二輪車１０は、静止状態のときに、自動二輪車１０を起立状態に維持させるための回転式のスタンド４５を備えており、自動二輪車１０を走行させるときには、図１に実線で示したように、スタンド４５を上方に上げておき、自動二輪車１０を静止させておくときには、図１に二点鎖線で示したようにスタンド４５を下方に下ろして、スタンド４５に自動二輪車１０を支持させる。
【００３２】
さらに、この燃料電池システムＡは、燃料電池２５が発生する電力の電圧を昇圧する昇圧装置４６および逆流防止用のダイオード４７も備えており、燃料電池２５、二次電池２６、駆動モータ４３、昇圧装置４６、ダイオード４７およびこれらを接続する配線で電気回路４８が形成されている。また、この燃料電池システムＡを構成する各装置には、各装置の種々の状態を検出するための各種のセンサが設けられており、これらのセンサと電源システム制御装置５０との間が各電気配線を介して接続されている。
【００３３】
すなわち、水素タンク３１には、水素タンク３１内の水素の残量を内部圧力に基づいて検出する残量検出センサ５１が設けられ、冷却水配管２９ｂには、ラジエータ２７から燃料電池２５に送られ燃料電池２５を冷却したのちに燃料電池２５からラジエータ２７に送られる冷却水の温度を検出する温度センサ５２が設けられている。また、燃料電池２５には、燃料電池２５の温度を検出する温度センサ５３および電圧値を検出する本発明の電圧検出手段としての電圧センサ５４が設けられ、二次電池２６には二次電池２６の温度を検出する温度センサ５５が設けられている。
【００３４】
そして、電気回路４８には、電気回路４８を流れる電流の値を検出する電流センサ５６、駆動モータ４３に流れる電流の値を検出する電流センサ５７および電圧値を検出する電圧センサ５８が設けられている。また、電気回路４８における二次電池２６に接続された配線４８ａには、二次電池２６に流れる電流の値を検出する電流センサ５９が設けられている。これらの各センサはそれぞれ配線５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａ，５５ａ，５６ａ，５７ａ，５８ａ，５９ａを介して電源システム制御装置５０に接続されており、検出した値を電気信号として電源システム制御装置５０に送信する。
【００３５】
また、電源システム制御装置５０から、エアブロア３６、バルブ３１ａ、循環ポンプ３３、ファン２７ｂ、ウォーターポンプ２８、昇圧装置４６および駆動モータ４３にそれぞれ指示信号を送信するための配線６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７がそれぞれ電源システム制御装置５０と対応する装置との間を接続している。エアブロア３６は、電源システム制御装置５０からの流量指示信号に応じて作動して空気を燃料電池２５に供給する。また、配線６１には、電流センサ３７および電圧センサ３８が設けられており、これらのセンサはエアブロア３６に供給される電流や電圧を検出する。
【００３６】
バルブ３１ａは電源システム制御装置５０からの圧力指示信号に応じて開度を調節しながら開閉して、水素タンク３１から水素ガスを燃料電池２５に供給させる。そして、燃料電池２５は、エアブロア３６から供給される空気中の酸素と、水素タンク３１から供給される水素とを反応させて水を発生させるとともに電気を発生させる。また、その際、循環ポンプ３３は、電源システム制御装置５０からの動作指示信号に応じて作動して、燃料電池２５で酸素ガスと反応しなかった水素ガスを、ガス配管３２ｂを介してガス配管３２ａに戻し、水素タンク３１から新たにガス配管３２ａに送り出される水素ガスと合流させる。
【００３７】
また、ウォーターポンプ２８は、電源システム制御装置５０からの動作指示信号に応じて作動して、ラジエータ２７と燃料電池２５との間で冷却水を循環させて燃料電池２５の温度を所定の温度に維持する。そして、ファン２７ｂは、電源システム制御装置５０からの動作指示信号に応じて作動して、ラジエータ２７を空冷する。昇圧装置４６は、電源システム制御装置５０からの電圧指示信号に応じて燃料電池２５が発生した電気を昇圧して駆動モータ４３に送ったり、二次電池２６に送って二次電池２６を充電したりする。また、駆動モータ４３は、アクセル操作子を構成するグリップの操作量に応じた動作信号を電源システム制御装置５０から受信し、その動作信号に応じて作動する。
【００３８】
電源システム制御装置５０は、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ，不揮発性メモリ等を備えており、ＲＯＭには、予め用意された各種のプログラムや燃料電池２５の出力データを示したマップ等の各種のデータが記憶されている。また、ＲＡＭや不揮発性メモリには、各センサが検出した検出値等のデータが書き換え可能に記憶される。そして、ＣＰＵは、運転者によるグリップ等の操作や、予め用意されたプログラム等に基づいて、駆動モータ４３、バルブ３１ａ、エアブロア３６、ウォーターポンプ２８等を制御する。さらに、この自動二輪車１０は、メインスイッチ３９等のスイッチも備えている。
【００３９】
ＲＯＭは、ＲＡＭおよび不揮発性メモリとともに本発明の記憶装置を構成するもので、図３に示した二次電池２６の電圧と、燃料電池システムＡが放置されたときの経過時間との関係を示したマップデータや、図４に示した出力制限初期値と放置時間Ｔとの関係を示したマップデータ等が記憶されている。図３において横軸は燃料電池２５の作動が停止してからの経過時間を示し、縦軸は電圧センサ５８が検出する二次電池２６の電圧値を示している。そして、図３に示した曲線ａは、燃料電池２５の作動を停止した直後の二次電池２６の電圧値がＶ1でそのときの時間がｔ1であったとした場合に、燃料電池２５を起動させたときの二次電池２６の電圧値がＶ2になっていればそのときの時間ｔ2は時間ｔ1から放置時間Ｔが経過していると算出することを示している。
【００４０】
また、図４において、横軸は、放置時間Ｔ（図３に示した放置時間Ｔと同じ）を示し、縦軸は、出力制限初期値（燃料電池２５を起動させる際の出力の初期値）を示している。このマップデータでは、放置時間Ｔが、曲線ｂで示した部分のうちの左側の水平部分ｂ1に相当する場合には、出力制限は行わず、傾斜部分ｂ2および右側の水平部分ｂ3に相当する場合には、出力制限を行うことを示している。また、傾斜部分ｂ2においては、上下方向の位置に応じて出力制限初期値が変更され、上部側に位置する場合ほど出力制限初期値が大きく、出力制限を行う時間は短くなる。また、下側に位置する場合ほど出力制限初期値が小さく、出力制限を行う時間は長くなる。
【００４１】
すなわち、燃料電池２５の放置時間が図４に示したｔ1の場合には、出力制限初期値は曲線ｂの水平部分ｂ1上に位置するため出力制限は行われず、この場合は、図５に示したように、燃料電池２５の起動時の出力は起動直後から最大の通常の大きさになるように制御される。なお、図５に示した直線ｃの出力値の大きさは、図４の水平部分ｂ1と同じである。また、燃料電池２５の放置時間がｔ2の場合には、出力制限初期値は曲線ｂの傾斜部分ｂ2上に位置するため出力制限が行われる。この場合、図６に曲線ｄで示したように、燃料電池２５の起動時の出力は起動直後はやや小さくなるように抑制され時間の経過とともに大きくなるように制御される。そして、出力制限値が図４の水平部分ｂ1と同じ大きさになったのちにはその最大の大きさに維持される。
【００４２】
さらに、燃料電池２５の放置時間がｔ3の場合には、出力制限初期値は曲線ｂの水平部分ｂ3上に位置するため出力制限が行われる。この場合、図７に曲線ｅで示したように、燃料電池２５の起動時の出力は起動直後は小さくなるように抑制され時間の経過とともに大きくなるように制御される。そして、出力制限値が図４の水平部分ｂ1と同じ最大の大きさになったのちにはその大きさに維持される。この場合、出力制限値が図４の水平部分ｂ1と同じ最大の大きさに到達するまでの時間は、図６に示した燃料電池２５の放置時間がｔ2の場合よりも長くなる。また、燃料電池２５の放置時間がｔ3よりも長くなった場合にも図７に示した曲線ｅと同様の出力制限が行われる。
【００４３】
すなわち、本実施形態では、燃料電池２５の放置時間Ｔが、図４の曲線ｂにおける水平部分ｂ1と傾斜部分ｂ2との境界部ｆに相当する時間よりも短ければ出力制限は行わず、境界部ｆに相当する時間よりも長くなれば出力制限を行うように設定している。この境界部ｆに相当する時間が本発明の閾値として設定される。なお、図６の曲線ｄおよび図７の曲線ｅにおける出力制限を行う部分を、階段状の実線と曲線状の破線とで示しているが、これは、所定幅の段階ごとに出力制限が小さくなるように変化させていくことができるし、滑らかな曲線状になるように出力制限が小さくなるように変化させていくこともできることを示している。
【００４４】
また、ＲＯＭには、図８に示したエアブロア３６の作動時の消費電力と、エアブロア３６から燃料電池２５に供給される空気量との関係を示したマップデータも記憶されている。図８において横軸はエアブロア３６の作動により燃料電池２５に供給される空気量を示し、縦軸はエアブロア３６の作動によって消費される電力を示している。また、図８において、破線ｇ1、ｇ2で挟まれた領域は、燃料電池２５内の電解質膜（図示せず）が適度な湿潤状態になっている場合の燃料電池２５への供給空気量に対するエアブロア３６の消費電力を示しており、実線ｇ3はその中心部（最も好ましい部分）を示している。このため、消費電力と空気量との関係が、この破線ｇ1、ｇ2で挟まれた領域内にある場合には、燃料電池２５の出力制限は不要になる。
【００４５】
そして、実線ｈは、燃料電池２５の電解質膜が乾燥した状態になっている場合の燃料電池２５への供給空気量に対するエアブロア３６の消費電力を示している。すなわち、この実線ｈは、燃料電池システムＡが使用停止状態で長時間放置されて、図４における曲線ｂの水平部分ｂ3に対応する状態になったときの燃料電池２５への供給空気量に対するエアブロア３６の消費電力を示している。このため、消費電力と空気量との関係が実線ｈの状態である場合には、出力制限を行った状態で燃料電池２５を起動させ、その出力制限は、消費電力と空気量との関係が、破線ｇ2で示した部分を越えて実線ｇ3に達する程度まで行われる。
【００４６】
この場合、エアブロア３６の消費電力は、電流センサ３７が検出する通電電流値と電圧センサ３８が検出する印加電圧値に基づいてＣＰＵが算出する。この際、燃料電池システムＡにおけるガス配管３６ａおよび燃料電池２５内の発電時の圧力が略大気圧である場合には、ガス配管３６ａおよび燃料電池２５内の圧力損失が変化することでエアブロア３６の消費電力に大きな変化が現われるため、容易かつ高い信頼性で出力制限の解除時の判断ができる。また、この場合、図８に矢印ｉで示した実線ｈの状態から実線ｇ3に近づいていく加湿達成率をＢとすると、この加湿達成率Ｂは、下記の式１で表すことができる。
加湿達成率Ｂ＝計測された消費電力／空気流量から求められる消費電力の代表値…式１
【００４７】
そして、図９に示したように、横軸を加湿達成率Ｂとし縦軸を出力制限緩和率（出力制限を徐々に解除していくときのその割合）とすると、加湿達成率Ｂが高くなるほど出力制限を緩和する特性になるように設定する。すなわち、加湿量が不足している場合（加湿達成率Ｂが低い場合）には出力制限を行い、加湿量が増えるにしたがって、出力制限を徐々に緩和して出力制限をしない方向にしていく。そして、加湿量が通常範囲（図８における破線ｇ1、ｇ2で挟まれた領域で加湿達成率が略１００％の領域）になったときに出力制限を解除する。この特性を段階的に変化させていくと、図９に実線ｊ1で示した曲線になり、連続的に変化させていくと、破線ｊ2で示した滑らかな曲線になる。
【００４８】
そして、ＣＰＵは、電圧センサ５８が検出する二次電池２６の電圧値から燃料電池２５の作動停止状態の放置時間Ｔを算出し、その算出値とＲＯＭ、ＲＡＭおよび不揮発性メモリに記憶された各データに基づいて燃料電池２５の起動時の出力を制御する。その際、図３ないし図９を用いて説明した前述の制御が行われる。
【００４９】
この構成において、自動二輪車１０を運転する場合には、まず、メインスイッチ３９等のスイッチをオン状態にする。これによって、燃料電池２５には、エアブロア３６から空気が供給されるとともに、水素タンク３１から水素が供給され、燃料電池２５は、供給される空気中の酸素と水素を反応させて電気を発生する。その発電の開始時においては、燃料電池２５の放置時間Ｔに基づいて出力制限を行うか否かの判断がなされ、そののちに実際の出力が行われる。この自動二輪車１０においては、前回に行われた使用が終了して、燃料電池システムＡが停止したときに、電圧センサ５８が検出するその停止時の二次電池２６の電圧値が不揮発性メモリに記憶される。
【００５０】
そして、燃料電池システムＡが起動したときに、まず電圧センサ５８が検出する二次電池２６の電圧値がＲＡＭに記憶され、この電圧値と、前回記憶された電圧値との比較が行われる。この場合、両電圧値を、図３の曲線ａに挿入して、両電圧値の差から放置時間Ｔを求める。そして、その放置時間Ｔが、図４に示した曲線ｂのどの部分に位置するかを判定する。放置時間Ｔが、曲線ｂにおける境界部ｆよりも小さければ、図５に示したように、出力制限を行わずに燃料電池２５は通常の出力を実行する。
【００５１】
この状態で、グリップやハンドル１９を操作することにより、所定の速度で所定の方向に自動二輪車１０を走行させることができる。また、放置時間Ｔが、曲線ｂにおける境界部ｆよりも大きければ、図６または図７に示したように、その放置時間Ｔに応じた出力制限を行いながら燃料電池２５は出力を実行する。その間、図９に示したように、加湿達成率Ｂは徐々に１００％に近づいていき、出力制限は徐々に緩和されていく。そして加湿達成率Ｂが１００％に達したときに、出力制限は解除され通常の出力が行われる。
【００５２】
このように、本実施形態に係る燃料電池システムＡでは、燃料電池システムＡの作動を停止したときから、経過時間に比例して低下していく二次電池２６の電圧を検出し、その検出値から燃料電池システムＡが使用停止状態で放置された時間を算出するようにしている。そして、算出された放置時間を、予めＲＯＭ、ＲＡＭおよび不揮発性メモリに記憶されている燃料電池２５の出力データのマップ等に加味して、燃料電池２５の起動時の出力を制御することによりそのときの燃料電池２５の状態に応じた適正な起動が可能になる。これによると、経過時間を計測するための計測装置等を別途設けることは不要になる。
【００５３】
また、燃料電池システムＡの使用停止中は、メインスイッチ３９等の各スイッチをオフにして燃料電池システムＡが備えるすべての電子機器への電力供給を遮断することができるため、二次電池２６の電圧低下は自己放電のみに起因するものになる。したがって、燃料電池システムＡが使用停止状態で長期間放置されても二次電池２６の電圧低下を最小限にとどめることができる。また、算出された放置時間が予め設定された閾値よりも長い場合には、燃料電池２５の起動時に出力制限を行って燃料電池２５の出力が小さくなるようにしているため、燃料電池２５の電解質膜の劣化を防止できるとともに、燃料電池２５に無理のない起動を実行させることができる。
【００５４】
そして、算出された放置時間が予め設定された閾値よりも短い場合には、出力制限は行わないため、燃料電池２５の起動直後でも燃料電池システムＡとしての性能を十分に発揮できる。さらに、燃料電池システムＡでは、燃料電池２５の起動時に出力制限をしている場合に、その出力制限を解除するか否かの判定を、エアブロア３６の消費電力に基づいて行うようにしている。電解質膜の湿潤状態を直接検出することは困難であるが、エアブロア３６の消費電力は、エアブロア３６に印加する電圧と電流から容易に算出できるため、本実施形態によると湿潤状態を検出するために特殊な検出装置を設ける必要がなくなる。
【００５５】
また、本発明では、燃料電池システムＡを自動二輪車１０に設けたため、冬期などに、長期間使用停止状態で自動二輪車１０を放置しても、自動二輪車１０の起動時に、燃料電池２５の出力に無理がかかって電解質膜が劣化することを防止できる。また、放置時間が短時間の場合には、燃料電池２５の出力を制限しないため自動二輪車１０の起動直後から走行性能が制限されなくなる。
【００５６】
また、本発明に係る燃料電池システムＡは、前述した実施形態に限定するものでなく、適宜変更して実施することが可能である。例えば、前述した実施形態では、蓄電装置として二次電池２６を用いているが、これに代えてキャパシタ等の蓄電が可能な装置を用いてもよい。また、前述した実施形態では、燃料電池システムＡを自動二輪車１０に設けているが、この燃料電池システムＡを設ける装置は、自動二輪車１０に限らず、自動三輪車や自動四輪車等の車両であってもよいし、車両以外の装置であってもよい。また、本発明に係る燃料電池システムＡを構成する各部分についても、本発明の技術的範囲内で適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムを備えた自動二輪車を示した側面図である。
【図２】燃料電池システムを示した構成図である。
【図３】二次電池の電圧と経過時間との関係を示したグラフである。
【図４】出力制限初期値と放置時間との関係を示したグラフである。
【図５】出力制限を行わない場合の出力値と起動時間との関係を示したグラフである。
【図６】出力制限を行う場合の出力値と起動時間との関係を示したグラフである。
【図７】最大の出力制限を行う場合の出力値と起動時間との関係を示したグラフである。
【図８】エアブロアの消費電力とエアブロアから燃料電池に供給される空気量との関係を示したグラフである。
【図９】出力制限緩和率と加湿達成率との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
１０…自動二輪車、２５…燃料電池、３６…エアブロア、３７…電流センサ、３８…電圧センサ、５０…電源システム制御装置、５４…電圧センサ、Ａ…燃料電池システム。
【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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