(57)【要約】【課題】  補助電源の残存容量が低下している場合にも、その残存容量に応じて効率的に起動することができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】  （１）燃料電池発電部および補機からなる燃料電池部、（２）前記燃料電池部システムを起動するための電力を供給する補助電源、（３）前記補助電源の残存容量を測定する容量測定部、（４）少なくとも１つの閾値容量が設定されており、前記容量測定部で測定された残存容量と、前記少なくとも１つの閾値容量とを比較する判定部、ならびに（５）前記判定部からの出力に基づいて、燃料電池システムの起動方法を選択し、その起動方法に基づいて、燃料電池システムの起動を制御する起動部を備える燃料電池システム。【選択図】図１ 
2005347064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）燃料電池発電部および補機からなる燃料電池部
（２）前記燃料電池部を起動するための電力を供給する補助電源、
（３）前記補助電源の残存容量を測定する容量測定部、
（４）少なくとも１つの閾値容量が設定されており、前記容量測定部で測定された残存容量と、前記少なくとも１つの閾値容量とを比較する判定部、ならびに
（５）前記判定部からの出力に基づいて、燃料電池部の起動方法を選択し、その起動方法に基づいて、燃料電池部の起動を制御する起動部
を備える燃料電池システム。
【請求項２】
前記判定部が、前記判定部での判定結果と前記判定結果から派生する情報とのうちの少なくともいずれかを使用者に対して表示する伝達部を備える請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記伝達部が、機械的機構により、前記情報を表示する請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記判定結果から派生する情報が、前記燃料電池部の起動方法である請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記補助電源が着脱可能である請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料電池部を駆動するための駆動専用電源をさらに備える請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池部を駆動するための外部電源を接続するための接続部をさらに備える請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記接続部が、少なくとも１つの電池からなる外部電源を接続する請求項７記載の燃料電池システム。
【請求項９】
さらに、前記駆動用電源からの出力を調節するためのＤＣ−ＤＣコンバータを備える請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
さらに、前記外部電源からの出力を調節するためのＤＣ−ＤＣコンバータを備える請求項７または８に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記燃料電池を駆動するための駆動専用電源と燃料収容容器とを含む脱着可能なパックをさらに備える請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記容量測定部、前記判定部、および前記起動部が、１つの集積回路内に形成されている請求項１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、特に起動特性を改善した燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池をポータブル機器用の電源として応用するための研究が推進されている。燃料電池をポータブル機器の電源として用いる場合には、燃料電池単独ではなく、電池やキャパシタなどの補助電源と組み合わせた燃料電池システムとして用いられることが望ましい。燃料電池は、その起動時に燃料や酸化剤等を、発電部に供給して初めて発電を開始することができるからである。発電部に燃料や酸化剤等を供給するためには、電力を必要とする。
【０００３】
また、燃料電池は、起動後しばらく発電を続け、燃料電池の温度が所定の温度にまで上昇しないと、所定の出力が得られない。しかしながら、燃料電池を補助電源と組み合わせた燃料電池システムとして使用することにより、燃料電池起動直後の低出力時にも、補助電源の出力により燃料電池の出力不足分を補うことができる。このように、燃料電池を上記のような燃料電池システムとして用いることにより、燃料電池システムに接続された機器を早期に起動できるという利点も有する。
【０００４】
しかし、燃料電池を補助電源と組み合わせた燃料電池システムであっても、その起動時に補助電源の容量が残っていない場合には、補助電源としての役割を果たすことができない。実際に、こういう事態は、燃料電池システムの駆動と停止を繰り返した場合等に生じる可能性がある。
【０００５】
例えば、上記のような燃料電池システムにおいて、補助電源は、燃料電池システムの起動時に放電し、燃料電池システムの定常運転時に、燃料電池で発電した電力により充電される。システムの定常運転時間が短く、またシステムの起動を多く繰り返した場合、補助電源の放電時間がその充電時間よりも長くなる。このため、補助電源の容量が低下してしまう。
【０００６】
そこで、燃料電池を起動する際の補助電源の容量を確保すべく、以下のような提案がなされている。
具体的には、燃料電池システム起動時に消費した補助電源の電力を、燃料電池駆動停止前に補助電源に充電し、その後に、燃料電池の駆動を停止する燃料電池システムの駆動方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、燃料電池の起動直後に、起動に要した補助電源の容量を充電し、補助電源の容量が回復した後に、機器駆動を開始する燃料電池システムの駆動方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−１９９６１７号公報
【特許文献２】特開２００２−１３４１４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記のような運転方法は、燃料電池システム起動時に用いられる補助電源の容量を確保するための運転方法であり、システム起動時に補助電源の容量が低下している場合には対応できない。なぜなら、上記の燃料電池システムの運転方法は、その作動時または動作終了時に、次回の燃料電池システムの起動を想定して、補助電源の充電を十分にしておくというものであり、次回の起動時に、補助電源の容量が低下していること自体は全く想定していないからである。
【０００９】
ところが、実際には、機器の電源として燃料電池システムを用いる場合、機器および燃料電池システムを駆動させていない時にも、補助電源の容量が低下してしまうことがある。この原因の一つとして、機器を起動するための待機電力、燃料電池システムの起動のための待機電力等の電力消費が挙げられる。
また、上記以外の原因としては、補助電源の周辺回路に発生する漏れ電流や、補助電源の自己放電が挙げられる。
【００１０】
これらの原因により、燃料電池システムを長期間駆動せずに放置しておいた場合、補助電源の容量が徐々に低下し、燃料電池システムを起動することができなくなるという問題が生じる。
【００１１】
さらには、燃料電池システムの補助電源の容量がほとんど残っていない場合、使用者は、燃料電池システムを起動しようとしても、そのシステムを起動することさえできない。この場合、使用者は、燃料電池システムを起動できない原因が、補助電源の容量が残っていないためであるということを知ることはできない。このため、その対処方法を知ることもできない。
【００１２】
そこで、本発明は、補助電源の残存容量が低下している場合にも、その残存容量に応じて効率的に起動することができる燃料電池システム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】
【００１３】
前記従来の課題を解決するため、本発明の燃料電池システムは、
（１）燃料電池発電部および補機からなる燃料電池部、
（２）燃料電池部を起動するための電力を供給する補助電源、
（３）補助電源の残存容量を測定する容量測定部、
（４）少なくとも１つの閾値容量が設定されており、容量測定部で測定された補助電源の残存容量と、少なくとも１つの閾値容量とを比較する判定部、ならびに
（５）判定部からの出力に基づいて、燃料電池部の起動方法を選択し、その起動方法に基づいて、燃料電池部の起動を制御する起動部を備える。本構成によって、補助電源の残存容量が低下している場合にも、その残存容量に応じて効率的に起動することができる。
【００１４】
上記燃料電池システムにおいて、判定部が、判定部での判定結果と判定結果から派生する情報とのうちの少なくともいずれかを使用者に対して表示する伝達部を備えることが好ましい。この伝達部によって、判定部での判定結果である補助電源の残存容量が十分か否かという情報や、判定結果から派生する情報である燃料電池システムが起動可能な状態であるか否かという情報を、使用者はいつでも知ることができる。
【００１５】
上記燃料電池システムにおいて、伝達部は、機械的機構による表示、液晶ディスプレイ上への表示、ＬＥＤの点灯による表示など、情報を使用者に認識可能に表示できるものであれば良い。
なかでも、機械的機構により、情報を表示することが、電力消費の観点から好ましい。使用者への情報は、使用者が認識し、その内容を理解できる程度の時間の間、表示される必要がある。液晶ディスプレイ上への表示、ＬＥＤの点灯による表示などは、情報を所定の時間表示するのに電力を必要とする。このため、補助電源の残存容量が低下している場合には、使用者が情報を理解する前に情報が表示されなくなるおそれがある。一方、機械的機構により情報を表示する場合には、一旦情報が表示された後は、電力を消費することがないか、あるいは電力消費がごくわずかで済む。このため、補助電源が残存容量が低下している場合でも、使用者が情報を理解する前に情報が表示されなくなる可能性が低下される。よって、使用者の利便性を向上することができる。
【００１６】
上記燃料電池システムにおいて、判定結果から派生する情報は、燃料電池部の起動方法であることが好ましい。燃料電池部の起動方法は、補助電源の残存容量によって変える必要がある。起動方法は燃料電池システムの作動マニュアルなどに記載することも可能であるが、燃料電池システム自体にその方法を提示する方が使用者の利便性を向上することができる。
【００１７】
上記燃料電池システムにおいて、補助電源は、着脱可能であることが好ましい。補助電源を脱着可能にすることで、補助電源の残存容量が不十分になった補助電源を、残存容量が十分にある補助電源と容易に交換することができる。これにより、補助電源の残量容量を常に高く維持することができる。
【００１８】
上記燃料電池システムは、燃料電池部を駆動するための駆動専用電源をさらに備えることが好ましい。これにより、補助電源の残存容量が低下してしまっている場合にも、燃料電池システムを起動することが可能になるからである。
【００１９】
上記燃料電池システムは、燃料電池部を駆動するための外部電源を接続するための接続部をさらに備えることが好ましい。これにより、上記のような駆動専用電源を燃料電池システムが有さなくても、必要な場合に外部電源を用いて燃料電池システムを起動することが可能になるからである。
【００２０】
上記燃料電池システムにおいて、接続部は、少なくとも１つの電池からなる外部電源を接続することが好ましい。上記少なくとも１つの電池としては、市販の乾電池を用いることができるために、例えば、屋外において、補助電源の残存容量がなくなってしまった場合においても、燃料電池システムを起動することが可能になる。
【００２１】
上記燃料電池システムは、駆動用電源または外部電源からの出力を調節するためのＤＣ−ＤＣコンバータをさらに備えることが好ましい。これにより、駆動用電源または外部電源として、種々の電圧の電源を用いることが可能となるからである。
【００２２】
上記燃料電池システムは、燃料電池を駆動するための駆動専用電源と燃料収容容器とを含む脱着可能なパックをさらに備えることが好ましい。このようなパックを備えることにより、駆動専用電源あるいは燃料電池システムに関して知識の少ない使用者であっても、燃料電池の燃料交換時に意図せずとも駆動専用電源を交換することが可能となるからである。
【００２３】
上記燃料電池システムにおいて、容量測定部、判定部、および起動部は、１つの集積回路内に形成されていることが好ましい。これにより、回路部品の小型化、省電力化を図ることが可能となるために、小型かつ高効率の燃料電池システムを提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明により、補助電源の残存容量が低下している場合にも、その残存容量に応じて効率的に起動することができる燃料電池システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
実施の形態１
本発明の燃料電池システムについて、図１を参照しながら説明する。
図１に、本発明の一実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成図を示す。
【００２７】
図１の燃料電池システムは、燃料電池部、出力調整部１４、補助電源１５、容量測定部１６、判定部１７、起動部１８、ならびに伝達部１９からなる。燃料電池部は、燃料電池発電部１１、補機１２、および燃料収容容器１３からなる。
【００２８】
補機１２は、燃料電池発電部１１での発電を補助する機構を意味する。例えば、補機１２は、燃料電池発電部１１に燃料収容容器１３から燃料を供給するための燃料供給機構、燃料電池発電部１１に酸化剤を供給する酸化剤供給機構、燃料電池発電部１１の温度を調節する温度調節機構などを備えてもよい。補機１２の一例として、ポンプまたはファン、ヒーター、冷却器などからなるものが挙げられる。
【００２９】
補助電源１５は、燃料電池部を起動するために用いられる電力を供給する。この補助電源１５としては、二次電池やキャパシタなどが挙げられる。
【００３０】
出力調整部１４は、燃料電池発電部１１で発電した電力あるいは補助電源１５からの電力をそれぞれ入力し、その入力された電力を補機１２へ、あるいは外部負荷へ、あるいは補助電源１５へ出力する。例えば、出力調整部１４は、ＤＣ−ＤＣコンバータおよび複数のスイッチを含んでなる。
【００３１】
容量測定部１６は、補助電源１５の残存容量を測定する。容量測定部１６としては、電池あるいはキャパシタの容量を測定するための一般的な装置が使用可能である。容量を測定する装置としては、電圧測定器、補助電源への入力あるいは出力電流を積算する入出力積算器などを用いてもよい。
【００３２】
判定部１７には、少なくとも１つの閾値容量が設定されている。この判定部１７は、容量測定部で測定された残存容量と、前記少なくとも１つの閾値容量とを比較する。
【００３３】
起動部１８は、判定部１７からの信号に基づいて、燃料電池システムの起動方法を選択し、その起動方法に基づいて、燃料電池システムの起動を制御する。
【００３４】
また、上記容量測定部１６、判定部１７、および起動部１８は、１つの集積回路に含まれていてもよい。これにより、回路部品の小型化、省電力化を図ることが可能となる。すなわち、小型かつ高効率の燃料電池システムを提供することが可能となる。
【００３５】
伝達部１９は、判定部１７での判定結果を使用者に伝えることができる機構を用いることができる。具体的には、機械的機構による表示、液晶ディスプレイ上への文字表示、ＬＥＤの点灯、音声による情報提供などが挙げられる。これらは、単独で用いてもよいし、複数組み合わせて用いてもよい。
この伝達部１９の役割によって、使用者は、補助電源１５の容量が十分か否か、すなわち燃料電池システムが起動可能な状態であるか否かを、いつでも知ることができる。
【００３６】
具体的な伝達部の一例を、図２Ａおよび図２Ｂを用いて説明する。
図２Ａは、伝達部の一例である、表示機構を上から見た図であり、図２Ｂは、構成要素ごとに分解した表示機構の斜視図である。この表示機構は、機械的機構により、情報を表示する。ここで、機械的機構とは、以下に示されるような、機械的な力により、所定の表示媒体を回転させたり、スライドさせたりすること等により、特定の情報が示すことができるものをいう。
【００３７】
例えば、図２Ａの表示機構は、Ａ、Ｂ、Ｃの３個の表示可能な選択肢がある。この場合、Ａは、残存容量が８０％より大きい場合、Ｂは、残存容量が４０％より大きい場合、Ｃは、残存容量が１０％より小さい場合を示す。なお、図２Ａでは、Ｃが表示されている場合を表している。
【００３８】
また、このような機械的機構は、図２Ｂに示すような、３つの開口部を有する上板２１と、回転軸２３を中心軸として回転可能な下板２２からなる。また、下板２２は、着色部分２４を備える。
例えば、下板２２を、回転軸２３に固定された歯車（図示せず）を、モーター等により、所定の角度だけ回転させて、着色部分２４を開口部の１つに移動させることにより、Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれいずれかの選択肢を表示することが可能とある。
【００３９】
この表示機構は、判定部１７での判定結果を常時更新し、常時最新の状況を表示する機構であってもよい。または、使用者が知りたいと思ったときにのみ、例えば、伝達部に備えられたボタンを押している間のみ、判定部１７において判定を行い、正しい判定結果を表示するような機構であってもよい。
【００４０】
後者の場合においては、使用者が知りたいと思ったとき、例えば、上記ボタンを押した際に、補助電源の残存容量が判定部１７をも駆動できないほどに低下しているときがある。このような場合にも対応できるように、ボタンを押していない間は、常に表示機構における表示を最低の位置にしておくことが有効である。こうすることにより、補助電源の残存容量が全くない場合においても、正しい表示をすることが可能になる。ここで、最低の位置とは、補助電源の残存容量を何段階かの段階に分けて、表示機構において表示する場合、最も低い容量を意味する段階のことである。図２Ａにおいては、補助電源の残存容量が最も低い状態であるＣを意味する。
また、このような機構は、燃料電池システムの待機時の消費電力を極力抑えることも可能である。
【００４１】
図２においては、表示機構における表示可能な選択肢として、補助電源の残存容量を８０％より大きい場合、４０％より大きい場合、１０％より小さい場合の３通りに分割して表示する場合を例に挙げて説明した。このような表示の仕方以外の表示法を用いてもよい。例えば、補助電源の残存容量を、例えば、１０段階のように、図２に示されるよりも細かく分割してもよいし、あるいはもっと大まかに２段階で表示してもよい。あるいは、補助電源の最大容量を１００％とし、その残存容量を％表示で数値化して表示してもよい。
【００４２】
さらに、伝達部において表示する内容は、補助電源の残存容量のみではなく、それに派生する情報を表示してもよい。この派生する情報としては、例えば、燃料電池部の起動方法、補助電源が外部機器を駆動可能であるかどうか、燃料電池システムを起動するまでに要するおおよその時間、あるいは補助電源の交換の指示、その交換方法、補助電源の寿命などが挙げられる。
【００４３】
このような伝達部を備えることにより、燃料電池システムは、燃料電池システム起動前において、補助電源の残存容量を、補助電源の残存容量が低下している場合であっても提供することが可能となる。さらには、補助電源の残存容量に応じて、補助電源を交換することなく、燃料電池システムが立ち上げ可能かどうか、燃料電池システムの起動方法などという情報をも使用者に提供することが可能になる。
【００４４】
また、燃料電池システムの起動が不可能である場合には、その旨のみならずその対処方法が伝達部１９に伝達されるようにすることができる。      
【００４５】
さらに、補助電源１５の容量が完全に無くなった場合においても、使用者に燃料電池システムが起動可能かどうかを知らせるためには、その表示機構は電気的な操作である以外にも、機械的な操作であることが有効である。
【００４６】
次に、燃料電池システムの起動方法について、説明する。
本発明において、上記燃料電池システムは、
（ａ）補助電源の残存容量を測定する工程、
（ｂ）設定された少なくとも１つの閾値容量と、前記測定された残存容量とを比較する工程、ならびに
（ｃ）前記工程（ｂ）での結果に基づいて燃料電池システムの起動方法を選択し、その起動方法に基づいて、燃料電池システムの起動を制御する工程を包含する方法によって、起動される。ここで、本発明において、燃料電池システムの起動とは、電力が外部負荷（つまり、外部機器）に定常的に供給されるまでをいう。
【００４７】
燃料電池システムの起動が開始されると、まず補助電源１５の残存容量Ｑが、容量測定部１６により測定される（工程（ａ））。
【００４８】
次いで、容量測定部１６により測定された残存容量Ｑが、判定部１７に出力される。この判定部１７において、設定された少なくとも１つの閾値容量と、前記測定された残存容量とが比較される（工程（ｂ））。この比較の一例について、図３に示されるフローチャートを参照しながら説明する。
【００４９】
図３に示されるフローチャートに従って比較が行われる場合、判定部１７には、２つの第１閾値Ｑ0および第２閾値Ｑ1が設定される。
【００５０】
補助電源１５の残存容量Ｑが、第１閾値Ｑ0以上である場合（Ｑ≧Ｑ0）、補助電源１５の残存容量が十分にあるということ、つまりすぐにシステムが起動することが可能である。この場合、判定部１７での結果に基づいて、起動部１８において、起動パターンＡが選択される。
このとき、補助電源の残存容量、起動までの時間等が、伝達部１９に出力される。
【００５１】
補助電源の残存容量Ｑが第１閾値Ｑ0より小さい場合、さらにその残存容量Ｑが、第２閾値（下限値）Ｑ1より大きいかどうかの確認が行われる。
残存容量Ｑが下限値Ｑ1より大きい場合（つまり、Ｑ0＞Ｑ＞Ｑ1）、補助電源の容量が十分ではないが最低限はあるということ、つまり少し時間は要するがシステムは起動可能である。この場合、判定部１７での結果に基づいて、起動部１８において、起動パターンＢが選択される。
このとき、補助電源の残存容量、起動までの時間等が、伝達部１９に出力される。
【００５２】
補助電源の残存容量Ｑが下限値Ｑ1以下である（つまり、Ｑ1≧Ｑ）場合、対処を施さないとそのままでは燃料電池システムが起動不可能である。
この場合、例えば、以下に説明する補助電源を十分な容量のあるものに交換した場合、起動パターンＡもしくは起動パターンＢが選択される。もしくは、同様に以下に説明する駆動専用電源を取り付ける場合には、起動パターンＣが選択される。
【００５３】
補助電源の残存容量Ｑが下限値Ｑ1以下である場合、補機を駆動させることもできない。この場合、伝達部１９に、補助電源の残存容量Ｑが下限値Ｑ1以下であること、およびその対処方法が出力される。その対処方法としては、例えば、以下に説明されるような、補助電源を交換する場合、補機駆動専用電源を用いる場合、外部電源を用いる場合等が挙げられる。
【００５４】
次に、判定部１７での結果に基づいて、起動部１８において、起動パターンが選択され、この起動パターンに従って、燃料電池システムの起動が制御される（工程（ｃ））。この起動パターンについて、図４〜６を参照しながら説明する。
【００５５】
上記起動パターンＡでの燃料電池システムの起動は、図４に示すようなフローチャートに従って行われる。
起動パターンＡは、補助電源の残存容量Ｑが第１閾値Ｑ0以上である場合に選択される。この場合、補助電源の電力により、補機の駆動および外部負荷へ電力の供給をほぼ同時に行うことができる。このとき、補助電源の残存容量Ｑの閾値となる第１閾値Ｑ0としては、燃料電池発電部の出力が十分上昇するまで、補機および外部負荷を駆動することができる容量以上の値を設定することが好ましい。
【００５６】
起動パターンＡにおいては、まず、補助電源からの電力が、補機および外部負荷に出力される。燃料電池の出力Ｗが所定値Ｗ1以上になった場合、燃料電池からの電力により、補機、および上記外部負荷を備える外部機器が駆動され、定常運転となる。上記燃料電池の出力の所定値Ｗ1としては、補機および外部負荷の平均消費電力の合計以上の値を設定することが好ましい。
【００５７】
また、このとき、補助電源の残存容量Ｑが所定値Ｑ’より小さい（つまり、Ｑ’＞Ｑ）場合には、燃料電池からの電力により、補助電源も同時に充電される。ここで、上記所定値Ｑ’は、次回、燃料電池システムを起動する場合に、起動パターンＡで起動することが可能となる上記Ｑ0以上の値であり、補助電源の最大容量（ＱMAX）以下の値（ＱMAX≧Ｑ’≧Ｑ0）に設定することができる。この所定値Ｑ’は、補助電源の最大容量値、もしくはそれに近い値（例えば、補助電源の最大容量値の９５％）などで、設定することが好ましい。なお、残存容量Ｑが、所定値Ｑ’以上となると（つまり、Ｑ≧Ｑ’）、補助電源の充電が停止される。
【００５８】
燃料電池の出力Ｗが所定値Ｗ1よりも小さく、下限値Ｗ2よりも大きい場合（つまり、Ｗ1＞Ｗ＞Ｗ2）、補機のみが燃料電池によって駆動され、外部機器は補助電源によって駆動される。
【００５９】
燃料電池の出力Ｗが下限値Ｗ2以下である場合（つまり、Ｗ2≧Ｗ）、上記のように、補機および外部機器の駆動は補助電源によって行われる。この場合、燃料電池の出力の下限値Ｗ2としては、補機の消費電力以上の値を設定することが好ましい。
【００６０】
このように、起動パターンＡは、燃料電池の出力が増加するにつれて、補機および外部機器の駆動が、補助電源から燃料電池に段階的に切り替えられる運転パターンである。
【００６１】
起動パターンＢでの燃料電池システムの起動は、図５に示すようなフローチャートに従って行われる。
起動パターンＢは、補助電源の残存容量が前記Ｑ0より小さく、第２閾値Ｑ1より大きい場合に選択される。この場合、まず、補助電源により補機のみが駆動され、外部負荷への電力供給は行われない。ここで、第２閾値Ｑ1は、補機を駆動することのできる容量以上の値に設定することができる。
【００６２】
燃料電池の出力Ｗが、下限値Ｗ2より大きくなっても、所定値Ｗ1よりも小さい場合（つまり、Ｗ1＞Ｗ＞Ｗ2）、補機のみが、燃料電池からの電力によって駆動される。
【００６３】
燃料電池の出力Ｗが、所定値（Ｗ1）以上になる（つまり、Ｗ≧Ｗ1）と、燃料電池の電力が、補機および外部負荷（外部機器）へ入力される。これにより、外部機器が作動される。このとき、補助電源の残存容量Ｑが所定値Ｑ’より小さい（つまり、Ｑ’＞Ｑ）場合には、燃料電池の電力により、補助電源も同時に充電される。なお、残存容量Ｑが、所定値Ｑ’以上になると（つまり、Ｑ≧Ｑ’）、補助電源の充電が停止される。
【００６４】
また、燃料電池の出力が、下限値（Ｗ2）以下である場合（Ｗ2≧Ｗ）、上記のように、補機の駆動は補助電源によって行われる。
【００６５】
このように、起動パターンＢでは、燃料電池の出力が十分上昇するまで、補機および外部負荷の両方を駆動することはできない。従って、燃料電池の出力が十分に上昇するまでの時間、燃料電池システムから外部機器への出力は待たなければならない。
【００６６】
また、補助電源により補機を駆動し、燃料電池で発電される電力を補助電源に充電して、補助電源の残存容量を所定値Ｑ0以上（Ｑ≧Ｑ0）にすることにより、補助電源を用いて、外部機器を駆動することもできる。
【００６７】
起動パターンＣでの燃料電池システムの起動は、図６に示すようなフローチャートに従って行われる。
起動パターンＣは、補助電源の残存容量が前記Ｑ1以下である場合に選択される。補助電源の残存容量が、Ｑ1以下である場合、補助電源の出力では、補機を駆動することはできない。この場合は、以下に説明するように、補助電源を交換あるいは、駆動専用電源を利用することにより、燃料電池システムを起動することが初めて可能となる。
【００６８】
一例として、駆動専用電源を用いる場合について説明する。
まず、駆動専用電源により、補機が駆動されるが、外部負荷への電力供給は行われない。燃料電池の出力Ｗが増加して、その出力が所定値（Ｗ1）以上になると（つまり、Ｗ≧Ｗ1）、燃料電池の電力が、補機および外部機器へ供給される。これにより、外部機器が作動される。
このとき、補助電源の残存容量Ｑが所定値Ｑ’より小さい（つまり、Ｑ’＞Ｑ）場合、燃料電池の電力により、補助電源も同時に充電される。なお、残存容量Ｑが、所定値Ｑ’以上になると（つまり、Ｑ≧Ｑ’）、補助電源の充電が停止される。
【００６９】
また、燃料電池の出力Ｗが、所定値（Ｗ1）よりも小さく、かつ下限値（Ｗ2）よりは大きい場合（Ｗ1＞Ｗ＞Ｗ2）、補機のみが燃料電池からの電力に駆動される。
【００７０】
燃料電池の出力が、下限値（Ｗ2）以下である場合（Ｗ2≧Ｗ）、上記のように、補機の駆動は補助電源によって行われる。燃料電池の出力が上がって（Ｗ≧Ｗ1）初めて、外部負荷への出力が可能になるため、機器の起動には時間を要する。
【００７１】
この例では、燃料電池の出力Ｗが所定値Ｗ1以上になる（つまり、Ｗ≧Ｗ1）場合に、燃料電池システムからの外部負荷への電力供給が可能になることを説明した。この場合以外にも、補助電源の残存容量が所定値Ｑ0以上（Ｑ≧Ｑ0）になった場合も、補助電源から外部負荷への電力供給が可能になる。
【００７２】
このように、補助電源の残存容量値によって、異なる数種類の燃料電池システムの起動スタートフローを用いることにより、燃料電池システム内の補助電源の容量が必ずしも十分でない場合においても、燃料電池システムを効率的に起動させることが可能となる。
【００７３】
実施の形態２
補助電源の残存容量がほとんどない場合にも、補助電源が交換することにより、起動することが可能な燃料電池システムについて、図７を参照しながら説明する。
【００７４】
補助電源の容量が低下してしまっている場合の対策の一つとして、補助電源を交換することが可能な燃料電池システムにすることが挙げられる。燃料電池システムの補助電源として好適なものとしては、たとえばリチウム電池などの二次電池やキャパシタ等が挙げられる。しかしながら、これらの電源は機器およびシステムに組み込まれた設計になっていることから、通常ユーザーがその電池燃料システム内の一部のみを交換するような構造にはなっていない。
【００７５】
例えば、ノートパソコンを例にとってみると、中にはキャパシタや複数の二次電池を含んだ電池パックがあるが、これらのうち、電池パックのみが通常交換可能である。これは、燃料電池システムの場合では、燃料電池システム全ての交換に相当する。本実施形態では、燃料電池システム全てを交換するのではなく、通常行われることの無かった補助電源のみを交換可能にするのである。
【００７６】
具体的な、補助電源を交換可能な燃料電池システムを実現するための補助電源を図７に示す。
図７の補助電源５１は、交換可能な交換パック５４からなり、この交換パック５４は、電源５２と安全素子５３とからなる。
補助電源５１に含まれる電源５２は、例えば、二次電池やキャパシタなどである。安全素子５３としては、電源５２が危険な状態を引き起こさないように、電源５２から大電流が流れないようにする電流抑制機構、例えば、熱ヒューズなどが挙げられる。
【００７７】
本実施形態においては、補助電源５１内部に含まれる電源５２を、電源５２とともに安全素子５３を常に内部に含んだ交換パック５４とすることにより、残存容量がほとんどない電源を、残存容量が十分にある電源と容易に交換することが可能となる。
【００７８】
実施の形態３
駆動専用電源を備える燃料電池システムについて、図８を参照しながら説明する。
図８の燃料電池システムは、駆動専用電源６１およびＤＣ−ＤＣコンバータ６２をさらに備え、駆動専用電源６１の出力が、ＤＣ−ＤＣコンバータ６２を通して出力調整部１４に入力されていること以外、図１の燃料電池システムと同じである。ここで、上記駆動専用電源とは、燃料電池部、つまり補機を駆動するための電源である。このことは、以下の実施の形態４〜６でも同様である。
【００７９】
このように、駆動専用電源６１を燃料電池システム内に設けておくことにより、補助電源１５の残存容量が低下してしまっている場合にも、燃料電池システムを起動することができる。
【００８０】
ここで、駆動専用電源６１は、以下の点で、補助電源１５と異なる。
すなわち、補助電源１５は、燃料電池の出力の足りない場合もしくは燃料電池が発電していない場合に、燃料電池システムに必要な電力を供給する。この場合、システムの起動待機電力や回路部への漏れ電流等に、補助電源の電力が消費されるため、燃料電池システム不使用時においても、補助電源の容量が低下する。
【００８１】
一方、駆動専用電源６１は、補助電源１５の容量が低下している場合に、燃料電池部（つまり、補機）を駆動するときにのみ用いられる。さらに、この駆動専用電源６１は、燃料電池システムが使用されていない場合には、スイッチを切り、出力調整部１４と電気的に絶縁しておくことにより、回路部への漏れ電流等の電力消費を極力抑えることができる。このため、燃料電池システムが使用されていないときには、駆動専用電源６１の容量低下を、抑制することが可能となる。
また、駆動専用電源６１は、上記のような交換可能な交換パックとして、交換することもできる。
【００８２】
本実施形態においては、駆動専用電源６１の出力を出力調整部１４に入力している。駆動専用電源６１の出力を出力調整部１４に入力する場合以外にも、直接、補機１２を駆動するために、駆動専用電源６１からの出力を補機１２に入力してもよい。さらには、補助電源１５を充電するために、駆動専用電源６１からの出力を補助電源１５に入力してもよい。
【００８３】
また、駆動専用電源６１の出力を、出力調整部１４に入力するために、駆動専用電源６１と出力調整部１４との間にＤＣ−ＤＣコンバータ６２を設けている。しかしながら、駆動専用電源６１の電圧や電流値を、補助電源１５の電圧や電流値と同等に設定しておけば、ＤＣ−ＤＣコンバータを設ける必要は必ずしもない。
【００８４】
実施の形態４
外部電源を用いて燃料電池システムを起動するために、その外部電源を接続するための接続部を備える燃料電池システムについて、図９を参照しながら説明する。
【００８５】
図９の燃料電池システムは、外部電源を接続するための接続部７３およびＤＣ−ＤＣコンバータを備えること以外、図１の燃料電池システムと同じである。
【００８６】
上記実施の形態３で、駆動専用電源をあらかじめ燃料電池システム内に設けている。しかし、駆動専用電源をシステム内に常備しておく必要は必ずしもなく、駆動専用電源の電力を必要とする時に電力が供給されればよい。このため、本実施形態の燃料電池システムは、必要なときに駆動専用電源（つまり、外部電源）７１を接続するための接続部７３を有している。
【００８７】
このように外部電源７１を必要なときに接続することのできる接続部７３を燃料電池システム内に設けておくことにより、補助電源１５の容量が低下してしまっている場合にも、システムを起動することができる。また、外部電源７１としては、屋外で容易に入手することのできる電源を用いることができる。その一例として、市販の乾電池等が挙げられる。
【００８８】
また、図９においては、外部電源７１の出力を、ＤＣ−ＤＣコンバータを通して、出力調整部１４に入力しているが、補機１２を駆動するために、補機１２に直接入力してもよい。さらには、補助電源１５を充電するために、外部電源７１の出力を、補助電源１５に入力してもよい。
【００８９】
また、図９の燃料電池システムにおいては、駆動専用電源７１の出力を、ＤＣ−ＤＣコンバータ７２をとして出力調整部１４に入力しているが、このＤＣ−ＤＣコンバータ７２は、燃料電池システムに備えられている必要はない。この場合は、同じくシステム外部にある外部電源７１と一体化しておくことが望ましい。
【００９０】
また、外部電源の電圧および電流値を補助電源１５の電圧および電流値と同等に設定しておけば、ＤＣ−ＤＣコンバータ７２は必ずしも設ける必要はない。外部電源の電圧および電流値は、例えば、外部電源７１が市販の乾電池よりなる場合、複数個の乾電池を直列あるいは並列に接続することにより、補助電源１５のそれと同等に設定することが出来る。
【００９１】
実施の形態６
燃料電池の燃料収容容器が脱着可能であり、かつ、駆動専用電源および燃料収容容器が一体化された脱着可能な電源および燃料パックを備える燃料電池システムについて、図１０を参照しながら説明する。
【００９２】
図１０の燃料電池システムは、着脱可能である駆動専用電源８１と燃料収容容器１３が一体化された着脱可能な電源および燃料パック８４、駆動専用電源８１が接続される接続部８３、ならびにＤＣ−ＤＣコンバータ８２を備えること以外、図１の燃料電池システムと同じである。
【００９３】
図１０の燃料電池システムでは、交換可能な駆動専用電源８１と燃料収容容器１３が、一つの電源および燃料パック８４内に収められている。このため、電源および燃料パック８４を交換することにより、駆動専用電源８１および燃料収容容器１３を同時に交換することが可能となる。
【００９４】
このように、着脱可能である二つの部品を備えた着脱可能な電源および燃料パック８４を用いることにより、駆動専用電源あるいは燃料電池システムに関しての知識の少ない使用者であっても、燃料交換時に意図せずとも駆動専用電源を交換することが可能となる。
【００９５】
また、図１０の燃料電池システムにおいて、駆動専用電源８１の出力を、ＤＣ−ＤＣコンバータ８２を通して出力調整部１４に入力しているが、補機１２を駆動するために、補機１２に直接入力してもよい。さらには、補助電源１５を充電するために、駆動専用電源８１の出力を補助電源１５に入力してもよい。
【００９６】
また、図１０の燃料電池システムでは、駆動専用電源８１の出力を、ＤＣ−ＤＣコンバータ８２を通して出力調整部１４に入力しているが、このＤＣ−ＤＣコンバータ８２は電源および燃料パック８４の内部に配置してもよい。また、駆動専用電源８１の電圧および電流値を、上記実施の形態４または５のように調節すれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ８２は、必ずしも設ける必要はない。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明の燃料電池システムは、従来の燃料電池システムの起動特性を改善した燃料電池システムであり、可搬型の発電機、もしくは電子機器等のポータブル機器用の電源システム等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる燃料電池システムの概略的に示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる燃料電池システムに用いられる伝達部の上面図（Ａ）および構成要素に分解された前記伝達部の斜視図（Ｂ）である。
【図３】本発明の燃料電池システムを起動する場合の起動フローチャートである。
【図４】本発明の燃料電池システムを起動パターンＡで起動する場合のフローチャートである。
【図５】本発明の燃料電池システムを起動パターンＢで起動する場合のフローチャートである。
【図６】本発明の燃料電池システムを起動パターンＣで起動する場合のフローチャートである。
【図７】本発明の別の実施形態にかかる燃料電池システムで用いられる交換可能な補助電源を概略的に示す上面図である。
【図８】本発明の別の実施形態にかかる燃料電池システムの概略的に示す構成図である。
【図９】本発明の別の実施形態にかかる燃料電池システムの概略的に示す構成図である。
【図１０】本発明の別の実施形態にかかる燃料電池システムの概略的に示す構成図である。
【符号の説明】
【００９９】
１１  燃料電池発電部
１２  補機
１３  燃料収容容器
１４  出力調整部
１５、５１  補助電源
１６  容量測定部
１７  判定部
１８  起動部
１９  伝達部
２１  上板
２２  下板
５２  電源
５３  安全素子
５４  交換パック
６１、８１  駆動専用電源
７１  外部電源（駆動専用電源）
６２、７２、８２  ＤＣ−ＤＣコンバータ
７３、８３  接続部
８４  電源および燃料パック
【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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【図１０】
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