(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料の使用効率を下げることなく燃料電池セルスタックを短時間で所定温度まで昇温できる、燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システムは燃料電池セルスタック１２を含む。システム起動時において、燃料電池セルスタック１２に供給すべきメタノール水溶液Ｓの濃度を濃度センサ６６によって検出し、燃料電池セルスタック１２の温度を温度センサ６８によって検出する。メモリ７８内の燃料電池セルスタック１２の温度とメタノール水溶液Ｓの目標濃度との対応関係を示すデータを参照して、温度センサ６８によって検出された燃料電池セルスタック１２の温度に基づいてメタノール水溶液Ｓの目標濃度を決定する。メタノール水溶液Ｓの濃度と目標濃度とに基づいてメタノール燃料Ｆの投入量を決定し、決定された量のメタノール燃料Ｆをメタノール水溶液Ｓに投入する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料水溶液が供給され電気化学反応によって電気エネルギーを生成する燃料電池セルスタック、
前記燃料電池セルスタックに供給すべき前記燃料水溶液の濃度を検出する濃度検出手段、
前記燃料電池セルスタックの温度を検出する温度検出手段、
前記濃度検出手段によって検出された前記燃料水溶液の濃度と前記温度検出手段によって検出された前記燃料電池セルスタックの温度とに基づいて、前記燃料水溶液に投入すべき燃料の投入量を決定する投入量決定手段、および
決定された量の前記燃料を前記燃料水溶液に投入する投入手段を備える、燃料電池システム。
【請求項２】
前記投入量決定手段は、
前記燃料電池セルスタックの温度と前記燃料水溶液の目標濃度との対応関係を示すデータを記憶する記憶手段、
前記記憶手段内の当該データを参照して、前記温度検出手段によって検出された前記燃料電池セルスタックの温度に基づいて前記燃料水溶液の目標濃度を決定する第１決定手段、および
前記濃度検出手段によって検出された前記燃料水溶液の濃度と前記第１決定手段によって決定された目標濃度とに基づいて、前記燃料の投入量を決定する第２決定手段を含む、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池セルスタックを所定温度まで昇温するのに要する時間を示す目標昇温時間を設定する設定手段をさらに含み、
前記記憶手段内のデータは、前記燃料電池セルスタックの温度および前記目標昇温時間と前記目標濃度との対応関係を示すデータであり、
前記第１決定手段は、当該データを参照して、前記温度検出手段によって検出された前記燃料電池セルスタックの温度と前記設定手段によって設定された目標昇温時間とに基づいて前記燃料水溶液の目標濃度を決定する、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池セルスタックに電気的に接続される二次電池と、前記二次電池の蓄電量を検出するための蓄電量検出手段とをさらに含み、
前記記憶手段内のデータは、前記燃料電池セルスタックの温度および前記二次電池の蓄電量と前記目標濃度との対応関係を示すデータであり、
前記第１決定手段は、当該データを参照して、前記温度検出手段によって検出された前記燃料電池セルスタックの温度と前記蓄電量検出手段によって検出された前記二次電池の蓄電量とに基づいて前記燃料水溶液の目標濃度を決定する、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
外気温度を検出する外気温度検出手段をさらに含み、
前記投入量決定手段は、決定された前記燃料の投入量を前記燃料電池セルスタックの温度と前記外気温度との差に基づいて補正する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記記憶手段は前記燃料水溶液の濃度に関する履歴情報を記憶し、
前記濃度検出手段によって前記燃料水溶液の濃度を検出できない場合、前記履歴情報から前記燃料水溶液の濃度を得る、請求項２から５のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記履歴情報は、前回のシステム起動時において正常に発電できたか否かを示す発電データ、前記濃度検出手段によって検出された前記燃料水溶液の最終濃度を示す最終濃度データ、および当該最終濃度の前記濃度検出手段による検出時を示す時間データを含み、
前記発電データに基づき前回のシステム起動時において正常に発電できかつ前記時間データに基づき前記最終濃度の検出時から第１所定時間以上経過していないと判断した場合、前記最終濃度データが示す前記最終濃度を前記燃料水溶液の濃度とする、請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記履歴情報は、さらに前記燃料の投入情報を含み、
前記発電データに基づき前回のシステム起動時において正常に発電できなかったまたは前記時間データに基づき前記最終濃度の検出時から第１所定時間以上経過していると判断した場合、前記投入情報に基づいて前記燃料の投入量を決定する、請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記投入情報に基づき、前回の前記燃料投入時から第２所定時間以上経過していると判断した場合、前記燃料の投入量を所定量とし、
前記投入情報に基づき、前回の前記燃料投入時からの経過時間が第２所定時間未満であると判断した場合、前記燃料の投入量をゼロとする、請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
燃料水溶液が供給され電気化学反応によって電気エネルギーを生成する燃料電池セルスタック、
前記燃料電池セルスタックに供給すべき前記燃料水溶液の濃度を検出する濃度検出手段、
前記燃料電池セルスタックに電気的に接続される二次電池、
前記二次電池の蓄電量を検出するための蓄電量検出手段、
前記濃度検出手段によって検出された前記燃料水溶液の濃度と前記蓄電量検出手段によって検出された前記二次電池の蓄電量とに基づいて、前記燃料水溶液に投入すべき燃料の投入量を決定する投入量決定手段、および
決定された量の前記燃料を前記燃料水溶液に投入する投入手段を備える、燃料電池システム。
【請求項１１】
燃料水溶液が供給され電気化学反応によって電気エネルギーを生成する燃料電池セルスタック、および
発電終了時に、前記燃料電池セルスタックへ供給すべき前記燃料水溶液に燃料を投入する投入手段を備える、燃料電池システム。
【請求項１２】
発電終了時における前記燃料水溶液の濃度を検出する濃度検出手段、
前記燃料水溶液の濃度と前記燃料の投入量との対応関係を示すデータを記憶する記憶手段、および
前記記憶手段内の当該データを参照して、前記濃度検出手段によって検出された前記燃料水溶液の濃度に基づいて前記燃料の投入量を決定する決定手段を含み、
前記投入手段は、決定された量の前記燃料を投入する、請求項１１に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
発電終了時の前記燃料水溶液の濃度を検出する濃度検出手段、
発電終了時の外気温度を検出する外気温度検出手段、
前記外気温度と前記燃料水溶液の目標濃度との対応関係を示すデータを記憶する記憶手段、
前記記憶手段内の当該データを参照して、前記外気温度検出手段によって検出された外気温度に基づいて前記燃料水溶液の目標濃度を決定する第１決定手段、および
前記濃度検出手段によって検出された前記燃料水溶液の濃度と前記第１決定手段によって決定された前記目標濃度とに基づいて、前記燃料の投入量を決定する第２決定手段を含み、
前記投入手段は、決定された量の前記燃料を投入する、請求項１１に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記記憶手段は、前記濃度検出手段によって検出された前記燃料水溶液の最終濃度を示す最終濃度データをさらに記憶し、
前記濃度検出手段によって発電終了時の前記燃料水溶液の濃度を検出できない場合、前記記憶手段に記憶された前記最終濃度データが示す前記最終濃度を前記燃料水溶液の濃度とする、請求項１２または１３に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
燃料水溶液が供給され電気化学反応によって電気エネルギーを生成する燃料電池セルスタック、
前記燃料電池セルスタックの温度を検出する温度検出手段、
前記温度検出手段によって検出された前記燃料電池セルスタックの温度に基づいて、前記燃料電池セルスタックの温度が目標温度に到達するようにフィードバック制御によって前記燃料水溶液に投入すべき燃料の投入量を決定する投入量決定手段、および
決定された量の前記燃料を前記燃料水溶液に投入する投入手段を備える、燃料電池システム。
【請求項１６】
前記投入量決定手段は、前記温度検出手段によって検出された前記燃料電池セルスタックの温度に基づいて所定時間当たりの温度差を検出し、当該温度差に基づいて前記燃料の投入量を決定する、請求項１５に記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
前記投入量決定手段は、
前記燃料電池セルスタックの温度に対応する温度上昇の基準傾きと燃料投入量とに関するデータを記憶する記憶手段、
前記温度検出手段によって検出された前記燃料電池セルスタックの温度に基づいて温度上昇の傾きを検出する検出手段、および
前記記憶手段内の前記データを参照して、前記検出手段によって検出された温度上昇の傾きに基づいて前記燃料の投入量を決定する決定手段を含む、請求項１５に記載の燃料電池システム。
【請求項１８】
前記投入量決定手段は、前記目標温度と前記温度検出手段によって検出された前記燃料電池セルスタックの温度との差に基づいてＰＩＤ制御によって前記燃料の投入量を決定する、請求項１５に記載の燃料電池システム。
【請求項１９】
請求項１，１０，１１および１５のいずれかに記載の燃料電池システムを用いる、輸送機器。
【請求項２０】
燃料水溶液が供給され電気化学反応によって電気エネルギーを生成する燃料電池セルスタックを含む燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池セルスタックに供給すべき前記燃料水溶液の濃度を検出するステップ、
前記燃料電池セルスタックの温度を検出するステップ、
検出された前記燃料水溶液の濃度と検出された前記燃料電池セルスタックの温度とに基づいて、前記燃料水溶液に投入すべき燃料の投入量を決定するステップ、および
決定された量の前記燃料を前記燃料水溶液に投入するステップを備える、燃料電池システムの制御方法。
【請求項２１】
燃料水溶液が供給され電気化学反応によって電気エネルギーを生成する燃料電池セルスタック、および前記燃料電池セルスタックに電気的に接続される二次電池を含む燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池セルスタックに供給すべき前記燃料水溶液の濃度を検出するステップ、
前記二次電池の蓄電量を検出するステップ、
検出された前記燃料水溶液の濃度と検出された前記二次電池の蓄電量とに基づいて、前記燃料水溶液に投入すべき燃料の投入量を決定するステップ、および
決定された量の前記燃料を前記燃料水溶液に投入するステップを備える、燃料電池システムの制御方法。
【請求項２２】
燃料水溶液が供給され電気化学反応によって電気エネルギーを生成する燃料電池セルスタックを含む燃料電池システムの制御方法において、
前記燃料電池セルスタックへ供給すべき前記燃料水溶液の濃度を高めるために、発電終了時に前記燃料水溶液に燃料を投入することを特徴とする、燃料電池システムの制御方法。
【請求項２３】
燃料水溶液が供給され電気化学反応によって電気エネルギーを生成する燃料電池セルスタックを含む燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池セルスタックの温度を検出するステップ、
検出された前記燃料電池セルスタックの温度に基づいて、前記燃料電池セルスタックの温度が目標温度に到達するようにフィードバック制御によって前記燃料水溶液に投入すべき燃料の投入量を決定するステップ、および
決定された量の前記燃料を前記燃料水溶液に投入するステップを備える、燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は燃料電池システムおよびその制御方法に関し、より特定的には、ポータブルタイプの直接メタノール型燃料電池システム（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell）およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
メタノール水溶液を燃料とし改質器を不要とする直接メタノール型燃料電池システムを常温から起動するとき、燃料電池セルスタックが十分な発電量が得られる所定温度（６５℃付近）に達するまでの時間を短縮することが望ましい。そのための方策として、たとえば非特許文献１において、システム起動時に濃いメタノール水溶液を燃料電池セルスタックに供給して燃料電池セルスタック内のクロスオーバーによる発熱と燃料電池セルスタックの発電反応による発熱とを利用して温度を上げる技術が開示されている。燃料電池セルスタックに濃いメタノール水溶液を供給すると、メタノールのクロスオーバー量が増加しカソード側での発熱反応が大きくなるため、温度上昇の時間を短縮できるのである。
【非特許文献１】技術総合誌ＯＨＭ  ２００３年７月号目次  第９０巻第７号  ポータブル型燃料電池セルスタックの技術動向  野村栄一  （株）ユアサコーポレーション
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、非特許文献１のシステムでは、メタノール水溶液の濃度制御に関しては開示されておらず、起動および停止を短時間で繰り返すと起動の度にメタノール燃料を投入するためメタノール水溶液の濃度が高くなりすぎる。この場合、燃料電池セルスタック内部が過剰発熱反応により急激に温度上昇し、燃料電池セルスタック温度のオーバーシュートが発生し、温度制御が難しくなる。また、投入過多によりメタノール燃料の使用効率が低下する。
【０００４】
それゆえに、この発明の主たる目的は、システム起動時に燃料水溶液に投入される燃料の投入量を適正に設定でき、燃料の使用効率を下げることなく燃料電池セルスタックを短時間で所定温度まで昇温できる、燃料電池システムおよびその制御方法を提供することである。
【０００５】
また、この発明の他の目的は、速やかに十分な電力を供給できる、燃料電池システムおよびその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するために、請求項１に記載の燃料電池システムは、燃料水溶液が供給され電気化学反応によって電気エネルギーを生成する燃料電池セルスタック、燃料電池セルスタックに供給すべき燃料水溶液の濃度を検出する濃度検出手段、燃料電池セルスタックの温度を検出する温度検出手段、濃度検出手段によって検出された燃料水溶液の濃度と温度検出手段によって検出された燃料電池セルスタックの温度とに基づいて、燃料水溶液に投入すべき燃料の投入量を決定する投入量決定手段、および決定された量の燃料を燃料水溶液に投入する投入手段を備える。
【０００７】
請求項２に記載の燃料電池システムは、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、投入量決定手段は、燃料電池セルスタックの温度と燃料水溶液の目標濃度との対応関係を示すデータを記憶する記憶手段、記憶手段内の当該データを参照して、温度検出手段によって検出された燃料電池セルスタックの温度に基づいて燃料水溶液の目標濃度を決定する第１決定手段、および濃度検出手段によって検出された燃料水溶液の濃度と第１決定手段によって決定された目標濃度とに基づいて、燃料の投入量を決定する第２決定手段を含むことを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の燃料電池システムは、請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、燃料電池セルスタックを所定温度まで昇温するのに要する時間を示す目標昇温時間を設定する設定手段をさらに含み、記憶手段内のデータは、燃料電池セルスタックの温度および目標昇温時間と目標濃度との対応関係を示すデータであり、第１決定手段は、当該データを参照して、温度検出手段によって検出された燃料電池セルスタックの温度と設定手段によって設定された目標昇温時間とに基づいて燃料水溶液の目標濃度を決定することを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の燃料電池システムは、請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、燃料電池セルスタックに電気的に接続される二次電池と、二次電池の蓄電量を検出するための蓄電量検出手段とをさらに含み、記憶手段内のデータは、燃料電池セルスタックの温度および二次電池の蓄電量と目標濃度との対応関係を示すデータであり、第１決定手段は、当該データを参照して、温度検出手段によって検出された燃料電池セルスタックの温度と蓄電量検出手段によって検出された二次電池の蓄電量とに基づいて燃料水溶液の目標濃度を決定することを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の燃料電池システムは、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、外気温度を検出する外気温度検出手段をさらに含み、投入量決定手段は、決定された燃料の投入量を燃料電池セルスタックの温度と外気温度との差に基づいて補正することを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の燃料電池システムは、請求項２から５のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、記憶手段は燃料水溶液の濃度に関する履歴情報を記憶し、濃度検出手段によって燃料水溶液の濃度を検出できない場合、履歴情報から燃料水溶液の濃度を得ることを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の燃料電池システムは、請求項６に記載の燃料電池システムにおいて、履歴情報は、前回のシステム起動時において正常に発電できたか否かを示す発電データ、濃度検出手段によって検出された燃料水溶液の最終濃度を示す最終濃度データ、および当該最終濃度の濃度検出手段による検出時を示す時間データを含み、発電データに基づき前回のシステム起動時において正常に発電できかつ時間データに基づき最終濃度の検出時から第１所定時間以上経過していないと判断した場合、最終濃度データが示す最終濃度を燃料水溶液の濃度とすることを特徴とする。
【００１３】
請求項８に記載の燃料電池システムは、請求項７に記載の燃料電池システムにおいて、履歴情報は、さらに燃料の投入情報を含み、発電データに基づき前回のシステム起動時において正常に発電できなかったまたは時間データに基づき最終濃度の検出時から第１所定時間以上経過していると判断した場合、投入情報に基づいて燃料の投入量を決定することを特徴とする。
【００１４】
請求項９に記載の燃料電池システムは、請求項８に記載の燃料電池システムにおいて、投入情報に基づき、前回の燃料投入時から第２所定時間以上経過していると判断した場合、燃料の投入量を所定量とし、投入情報に基づき、前回の燃料投入時からの経過時間が第２所定時間未満であると判断した場合、燃料の投入量をゼロとすることを特徴とする。
【００１５】
請求項１０に記載の燃料電池システムは、燃料水溶液が供給され電気化学反応によって電気エネルギーを生成する燃料電池セルスタック、燃料電池セルスタックに供給すべき燃料水溶液の濃度を検出する濃度検出手段、燃料電池セルスタックに電気的に接続される二次電池、二次電池の蓄電量を検出するための蓄電量検出手段、濃度検出手段によって検出された燃料水溶液の濃度と蓄電量検出手段によって検出された二次電池の蓄電量とに基づいて、燃料水溶液に投入すべき燃料の投入量を決定する投入量決定手段、および決定された量の燃料を燃料水溶液に投入する投入手段を備える。
【００１６】
請求項１１に記載の燃料電池システムは、燃料水溶液が供給され電気化学反応によって電気エネルギーを生成する燃料電池セルスタック、および発電終了時に、燃料電池セルスタックへ供給すべき燃料水溶液に燃料を投入する投入手段を備える。
【００１７】
請求項１２に記載の燃料電池システムは、請求項１１に記載の燃料電池システムにおいて、発電終了時における燃料水溶液の濃度を検出する濃度検出手段、燃料水溶液の濃度と燃料の投入量との対応関係を示すデータを記憶する記憶手段、および記憶手段内の当該データを参照して、濃度検出手段によって検出された燃料水溶液の濃度に基づいて燃料の投入量を決定する決定手段を含み、投入手段は、決定された量の前記燃料を投入することを特徴とする。
【００１８】
請求項１３に記載の燃料電池システムは、請求項１１に記載の燃料電池システムにおいて、発電終了時の燃料水溶液の濃度を検出する濃度検出手段、発電終了時の外気温度を検出する外気温度検出手段、外気温度と燃料水溶液の目標濃度との対応関係を示すデータを記憶する記憶手段、記憶手段内の当該データを参照して、外気温度検出手段によって検出された外気温度に基づいて燃料水溶液の目標濃度を決定する第１決定手段、および濃度検出手段によって検出された燃料水溶液の濃度と第１決定手段によって決定された目標濃度とに基づいて、燃料の投入量を決定する第２決定手段を含み、投入手段は、決定された量の前記燃料を投入することを特徴とする。
【００１９】
請求項１４に記載の燃料電池システムは、請求項１２または１３に記載の燃料電池システムにおいて、記憶手段は、濃度検出手段によって検出された燃料水溶液の最終濃度を示す最終濃度データをさらに記憶し、濃度検出手段によって発電終了時の燃料水溶液の濃度を検出できない場合、記憶手段に記憶された最終濃度データが示す最終濃度を燃料水溶液の濃度とすることを特徴とする。
【００２０】
請求項１５に記載の燃料電池システムは、燃料水溶液が供給され電気化学反応によって電気エネルギーを生成する燃料電池セルスタック、燃料電池セルスタックの温度を検出する温度検出手段、温度検出手段によって検出された燃料電池セルスタックの温度に基づいて、燃料電池セルスタックの温度が目標温度に到達するようにフィードバック制御によって燃料水溶液に投入すべき燃料の投入量を決定する投入量決定手段、および決定された量の燃料を燃料水溶液に投入する投入手段を備える。
【００２１】
請求項１６に記載の燃料電池システムは、請求項１５に記載の燃料電池システムにおいて、投入量決定手段は、温度検出手段によって検出された燃料電池セルスタックの温度に基づいて所定時間当たりの温度差を検出し、当該温度差に基づいて燃料の投入量を決定することを特徴とする。
【００２２】
請求項１７に記載の燃料電池システムは、請求項１５に記載の燃料電池システムにおいて、投入量決定手段は、燃料電池セルスタックの温度に対応する温度上昇の基準傾きと燃料投入量とに関するデータを記憶する記憶手段、温度検出手段によって検出された燃料電池セルスタックの温度に基づいて温度上昇の傾きを検出する検出手段、および記憶手段内のデータを参照して、検出手段によって検出された温度上昇の傾きに基づいて燃料の投入量を決定する決定手段を含むことを特徴とする。
【００２３】
請求項１８に記載の燃料電池システムは、請求項１５に記載の燃料電池システムにおいて、投入量決定手段は、目標温度と温度検出手段によって検出された燃料電池セルスタックの温度との差に基づいてＰＩＤ制御によって燃料の投入量を決定することを特徴とする。
【００２４】
請求項１９に記載の輸送機器は、請求項１，１０，１１および１５のいずれかに記載の燃料電池システムを用いることを特徴とする。
【００２５】
請求項２０に記載の燃料電池システムの制御方法は、燃料水溶液が供給され電気化学反応によって電気エネルギーを生成する燃料電池セルスタックを含む燃料電池システムの制御方法であって、燃料電池セルスタックに供給すべき燃料水溶液の濃度を検出するステップ、燃料電池セルスタックの温度を検出するステップ、検出された燃料水溶液の濃度と検出された燃料電池セルスタックの温度とに基づいて、燃料水溶液に投入すべき燃料の投入量を決定するステップ、および決定された量の燃料を燃料水溶液に投入するステップを備える。
【００２６】
請求項２１に記載の燃料電池システムの制御方法は、燃料水溶液が供給され電気化学反応によって電気エネルギーを生成する燃料電池セルスタック、および燃料電池セルスタックに電気的に接続される二次電池を含む燃料電池システムの制御方法であって、燃料電池セルスタックに供給すべき燃料水溶液の濃度を検出するステップ、二次電池の蓄電量を検出するステップ、検出された燃料水溶液の濃度と検出された二次電池の蓄電量とに基づいて、燃料水溶液に投入すべき燃料の投入量を決定するステップ、および決定された量の燃料を燃料水溶液に投入するステップを備える。
【００２７】
請求項２２に記載の燃料電池システムの制御方法は、燃料水溶液が供給され電気化学反応によって電気エネルギーを生成する燃料電池セルスタックを含む燃料電池システムの制御方法において、燃料電池セルスタックへ供給すべき燃料水溶液の濃度を高めるために、発電終了時に燃料水溶液に燃料を投入することを特徴とする。
【００２８】
請求項２３に記載の燃料電池システムの制御方法は、燃料水溶液が供給され電気化学反応によって電気エネルギーを生成する燃料電池セルスタックを含む燃料電池システムの制御方法であって、燃料電池セルスタックの温度を検出するステップ、検出された燃料電池セルスタックの温度に基づいて、燃料電池セルスタックの温度が目標温度に到達するようにフィードバック制御によって燃料水溶液に投入すべき燃料の投入量を決定するステップ、および決定された量の燃料を燃料水溶液に投入するステップを備える。
【００２９】
「燃料水溶液の目標濃度」とは、燃料電池システムの発電開始時において燃料電池セルスタックに供給される燃料水溶液の目標とする濃度をいい、発電中の濃度よりも高濃度に設定される。
【００３０】
「燃料水溶液の最終濃度」とは、濃度検出手段によって検出された燃料水溶液の濃度のうち、時間的に最後（最新）の濃度をいう。
【００３１】
「温度上昇の傾き」とは、単位時間あたりの温度上昇幅をいう。
【００３２】
「温度上昇の基準傾き」とは、燃料を投入するか否かを判断するために、燃料電池セルスタックの温度上昇の傾きと比較される値をいう。
【００３３】
請求項１に記載の燃料電池システムでは、システム起動時に、燃料電池セルスタックの温度と燃料水溶液の濃度とを検出し、当該温度と濃度とに基づいて燃料の投入量を決定し、決定された量の燃料を燃料水溶液に投入し所定濃度の燃料水溶液を得る。このようにして、システム起動時に燃料水溶液に投入される燃料の投入量を適正に設定でき、燃料水溶液の濃度を簡単に所定の濃度に設定できる。したがって、燃料の使用効率を下げることなく始動時に燃料電池セルスタックを短時間で所定温度まで昇温できる。請求項２０に記載の燃料電池システムの制御方法についても同様である。
【００３４】
請求項２に記載の燃料電池システムでは、燃料水溶液の目標濃度を記憶手段内のデータを参照して決定する。そして、燃料水溶液の濃度と目標濃度とに基づいて燃料の投入量を決定し、決定された量の燃料を燃料水溶液に投入し、目標濃度の燃料水溶液を得る。このように記憶手段内のデータを参照することによって、目標濃度を簡単に決定でき、ひいては燃料の投入量を簡単に決定できる。
【００３５】
請求項３に記載の燃料電池システムでは、目標昇温時間をも考慮して燃料水溶液の目標濃度を決定する。これによって、使用者が望む時間内に燃料電池セルスタックを所望の温度まで昇温でき、利便性が高まる。
【００３６】
発電開始時において燃料電池セルスタックが所定温度に達するまで二次電池によって補完する場合、二次電池の蓄電量がシステムを維持できる値を下回る前に燃料電池セルスタックを所定温度まで昇温させなければならない。二次電池の蓄電量が少ないほど、燃料電池セルスタックの所定温度までの昇温時間を短縮する必要がある。そこで、請求項４に記載の燃料電池システムでは、二次電池の蓄電量をも考慮して目標濃度を決定し、蓄電量が少ないほど燃料電池セルスタックの所定温度までの昇温時間を短くする。これによって、発電開始時において燃料電池システムからの出力を維持しながら、燃料電池セルスタックを良好に所定温度まで昇温できる。
【００３７】
燃料電池セルスタックの温度より外気温度の方が低い場合には、燃料電池セルスタックの昇温が妨げられる。そこで、請求項５に記載の燃料電池システムでは、燃料の投入量を両者の温度差に基づいて補正することによって、燃料電池セルスタックを円滑に昇温できる。
【００３８】
請求項６に記載の燃料電池システムでは、濃度検出手段によって燃料水溶液の濃度を検出できない場合、履歴情報から燃料水溶液の濃度を得、その濃度を目標濃度の決定に用いる。したがって、燃料水溶液の濃度を検出できない場合であっても目標濃度ひいては燃料の投入量を決定することができる。
【００３９】
請求項７に記載の燃料電池システムでは、燃料水溶液の濃度を検出できない場合、前回のシステム起動時において正常に発電できかつ記憶手段に記憶されている最終濃度データが示す燃料水溶液の最終濃度の検出時から第１所定時間（たとえば６ヶ月）以上経過していないときには、当該最終濃度の信頼性は高いと判断して、当該最終濃度を燃料水溶液の濃度とする。そして、当該最終濃度に基づいて目標濃度を決定する。
【００４０】
請求項８に記載の燃料電池システムでは、燃料水溶液の濃度を検出できない場合、前回のシステム起動時において正常に発電できなかったときまたは記憶手段に記憶されている最終濃度データが示す燃料水溶液の最終濃度の検出時から第１所定時間以上経過しているときには、当該最終濃度の信頼性は低いと判断する。そして、当該最終濃度を用いず、履歴情報に含まれる投入情報に基づいて燃料の投入量を決定する。
【００４１】
請求項９に記載の燃料電池システムでは、投入情報に基づき、前回の燃料投入時から第２所定時間（たとえば５〜１０分）以上経過していると判断した場合、ある程度燃料を投入する必要があると判断し、所定量の燃料を投入する。一方、投入情報に基づき、前回の燃料投入時からの経過時間が第２所定時間未満であると判断した場合、すでに必要量の燃料が供給されていると判断し、さらに燃料を投入することなく発電を開始する。
【００４２】
請求項１０に記載の燃料電池システムでは、システム起動時に、二次電池の蓄電量と燃料水溶液の濃度とに基づいて燃料の投入量を決定し、決定された量の燃料を燃料水溶液に投入し所定濃度の燃料水溶液を得る。このように二次電池の蓄電量を考慮して、蓄電量システム起動時に燃料水溶液に投入される燃料の投入量を設定でき、燃料水溶液の濃度を簡単に所定の濃度に設定できる。したがって、メタノール燃料の使用効率を下げることなく始動時に燃料電池セルスタックを短時間で所定温度まで昇温できる。請求項２１に記載の燃料電池システムの制御方法についても同様である。
【００４３】
請求項１１に記載の燃料電池システムでは、発電が終了すると、燃料を投入して燃料水溶液の濃度を運転時の標準濃度より高くし次回の発電に備える。これによって、次回のシステム起動時に燃料を投入することなくあるいは僅かに投入するだけで、速やかに発電を開始でき、速やかに十分な電力を供給できる。請求項２２に記載の燃料電池システムの制御方法についても同様である。
【００４４】
請求項１２に記載の燃料電池システムでは、発電終了時の燃料水溶液の濃度に基づいて決定された量の燃料を投入することによって、次回の発電開始用に濃度の高い燃料水溶液を予め準備することができる。
【００４５】
請求項１３に記載の燃料電池システムでは、発電終了時の外気温度に基づいて目標濃度を決定し、燃料水溶液の濃度と目標濃度とに基づいて燃料の投入量を決定し、決定された量の燃料を投入する。これによって次回の発電開始用に濃度の高い燃料水溶液を予め準備することができる。
【００４６】
請求項１４に記載の燃料電池システムでは、濃度検出手段によって検出された燃料水溶液の最終濃度を記憶手段に記憶しておくことによって、発電終了時において燃料水溶液の濃度を検出できない場合であっても、記憶された当該最終濃度を用いて燃料の投入量を決定できる。
【００４７】
請求項１５に記載の燃料電池システムでは、システム起動時に、燃料電池セルスタックの温度を検出する。そして、燃料電池セルスタックの温度が目標温度に到達するようにフィードバック制御によって、当該温度に基づいて燃料の投入量を決定し、決定された量の燃料を燃料水溶液に投入する。この処理を燃料電池セルスタックの温度が目標温度に達するまで繰り返す。このようにして、燃料水溶液の濃度を検出することなく、システム起動時に燃料水溶液に投入される燃料の投入量を適正に設定でき、システム起動時の燃料水溶液の濃度を簡単に好ましい濃度に設定できる。したがって、燃料の使用効率を下げることなく始動時に燃料電池セルスタックを短時間で目標温度まで昇温できる。請求項２３に記載の燃料電池システムの制御方法についても同様である。
【００４８】
請求項１６に記載の燃料電池システムでは、燃料電池セルスタックの所定時間当たりの温度差に基づいて燃料の投入量を簡単に決定できる。
【００４９】
請求項１７に記載の燃料電池システムでは、記憶手段内のデータを参照して、燃料電池セルスタックの温度上昇の傾きに基づいて燃料の投入量を決定する。すなわち、所定インターバルで燃料電池セルスタックの温度を検出しその温度上昇の傾きを求める。そして、求められた温度上昇の傾きが、記憶手段内の対応する温度上昇の基準傾きより小さければ、当該基準傾きに対応付けられた燃料投入量を燃料の投入量とし、決定された量の燃料を燃料水溶液に投入する。一方、求められた温度上昇の傾きが、記憶手段内の対応する温度上昇の基準傾き以上であれば、燃料は投入されない。このように記憶手段内のデータを参照することによって、燃料の投入の要否および投入量を簡単に決定できる。
【００５０】
請求項１８に記載の燃料電池システムでは、目標温度と燃料電池セルスタックの温度との差に基づいてＰＩＤ制御によって燃料の投入量を決定する。このようにＰＩＤ制御によって決定された量の燃料を投入するだけで、短時間で燃料電池セルスタックの温度が目標温度に達する。しかも燃料電池セルスタックの温度は簡単に検出できるので、簡単にＰＩＤ制御できる。
【００５１】
請求項１９に示すように上述の燃料電池システムは輸送機器に好適に用いられる。
【発明の効果】
【００５２】
この発明によれば、システム起動時に燃料水溶液に投入される燃料の投入量を適正に設定でき、燃料水溶液の濃度を簡単に所定の濃度に設定できる。したがって、燃料の使用効率を下げることなく燃料電池セルスタックを短時間で所定温度まで昇温できる。
【００５３】
また、発電終了時に燃料を投入しておくことによって、次回のシステム起動時に燃料を投入することなくあるいは僅かに投入するだけで、速やかに発電を開始でき、速やかに十分な電力を供給できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
図１を参照して、この発明の一実施形態の燃料電池システム１０は、直接メタノール型燃料電池システムとして構成され、燃料電池セルスタック１２を含む。燃料電池セルスタック１２は、電解質膜としての固体高分子膜１２ａと固体高分子膜１２ａを両側から挟むアノード（燃料極）１２ｂおよびカソード（空気極）１２ｃを含む。
【００５５】
また、燃料電池システム１０は、高濃度のメタノール燃料（メタノールを約５０ｗｔ％程度含む水溶液）Ｆを収容する燃料タンク１４を含み、燃料タンク１４は燃料供給パイプ１６を介してメタノール水溶液Ｓが収容される水溶液タンク１８に接続される。燃料供給パイプ１６には燃料ポンプ２０が介挿され、燃料ポンプ２０の駆動によって燃料タンク１４内のメタノール燃料Ｆが水溶液タンク１８に供給される。定常発電中（目標温度まで燃料電池セルスタック１２が昇温し安定的に運転している状態）においては、水溶液タンク１８内のメタノール水溶液Ｓの濃度は約３ｗｔ％に設定されるが、後述するように発電開始時（起動時）におけるメタノール水溶液Ｓの濃度はそれより高濃度に設定される。
【００５６】
燃料タンク１４には水位レベルセンサ１５が装着され、燃料タンク１４内のメタノール燃料Ｆの水位が検出され、また、水溶液タンク１８には水位レベルセンサ２２が装着され、水溶液タンク１８内のメタノール水溶液Ｓの水位が検出される。水溶液タンク１８は、水溶液パイプ２４を介して燃料電池セルスタック１２のアノード１２ｂに接続される。水溶液パイプ２４には、上流側から水溶液ポンプ２６、冷却ファン２８を有する熱交換器３０および水溶液フィルタ３２が順に介挿される。水溶液タンク１８内のメタノール水溶液Ｓは、水溶液ポンプ２６によってアノード１２ｂに向けて供給され、必要に応じて熱交換器３０によって冷却され、さらに水溶液フィルタ３２によって浄化されてアノード１２ｂに供給される。このようにメタノール水溶液Ｓは、所定濃度、所定温度、所定量にコントロールされ、燃料電池セルスタック１２に対して循環供給される。
【００５７】
一方、燃料電池セルスタック１２のカソード１２ｃにはエアポンプ３４がエア側パイプ３６を介して接続され、エア側パイプ３６にはエアフィルタ３８が介挿される。したがって、エアポンプ３４からの酸素を含むエアがエアフィルタ３８によって浄化されたのちカソード１２ｃに与えられる。
【００５８】
また、アノード１２ｂと水溶液タンク１８とはパイプ４０を介して接続され、アノード１２ｂから排出される未反応のメタノール水溶液や生成された二酸化炭素が水溶液タンク１８に与えられる。
【００５９】
さらに、カソード１２ｃにはパイプ４２を介して水タンク４４が接続される。パイプ４２には冷却ファン４６を有する気液分離器４８が介挿される。カソード１２ｃから排出される反応生成水がパイプ４２を介して水タンク４４に供給される。また、水溶液タンク１８と水タンク４４とはＣＯ2ベントパイプ５０を介して接続され、ＣＯ2ベントパイプ５０にはメタノール水溶液Ｓを分離するためのメタノールトラップ５２が介挿される。これによって、水溶液タンク１８から排出される二酸化炭素が水タンク４４に与えられる。
【００６０】
水タンク４４には、水位レベルセンサ５４が装着され、水タンク４４内の水位が検出される。また、水タンク４４には排気ガスパイプ５６および水ドレイン５８が取り付けられ、排気ガスパイプ５６からは二酸化炭素が排出され、水ドレイン５８からは所定量を超えた水が排出される。また、水タンク４４は水還流パイプ６０を介して水溶液タンク１８に接続され、水還流パイプ６０には水ポンプ６２が介挿される。したがって、水タンク４４内の水が水ポンプ６２によって水溶液タンク１８に還流される。
【００６１】
さらに、水溶液パイプ２４において、熱交換器３０と水溶液フィルタ３２との間には、バイパスパイプ６４が形成される。
【００６２】
図２をも参照して、バイパスパイプ６４にメタノール水溶液Ｓの濃度を検出するための濃度センサ６６が設けられ、燃料電池セルスタック１２の温度を検出するための温度センサ６８が燃料電池セルスタック１２に装着され、外気温度を検出するための外気温度センサ７０がエアポンプ３４近傍に設けられる。セルスタック自体の温度ではなく、循環されるメタノール水溶液Ｓの温度を検出し、当該水溶液温度を燃料電池セルスタック１２の温度として用いてもよい。
【００６３】
濃度センサ６６としては、たとえばメタノール濃度変化による音速変化を測定する超音波センサが用いられる。この場合、超音波の発振器と受信器の間に水溶液を満たす。発振器としてはＰＫＨ３−５１２Ｂ１Ｓ（村田製作所製）、受信器としてはＰＫＨ３−５１２Ｂ１Ｒ（同社製）をそれぞれ使用できる。水溶液濃度の違いに応じて超音波の伝播速度が変化することから、水溶液のメタノール濃度を測定できる。メタノール水溶液Ｓの濃度は、メタノールの重さ、屈折率、粘性、光屈折率、電気抵抗を利用して測定されてもよい。
【００６４】
図２に示すように、燃料電池システム１０は制御回路７２を含む。
制御回路７２は、必要な演算を行い燃料電池システム１０の動作を制御するためのＣＰＵ７４、ＣＰＵ７４にクロックを与えるクロック回路７６、燃料電池システム１０の動作を制御するためのプログラムやデータおよび演算データ等を格納するための、たとえばＥＥＰＲＯＭからなるメモリ７８、燃料電池システム１０の誤動作を防ぐためのリセットＩＣ８０、外部機器と接続するためのインターフェイス回路８２、燃料電池セルスタック１２を負荷８４に接続するための電気回路８６における電圧を検出するための電圧検出回路８８、電気回路８６を流れる電流を検出するための電流検出回路９０、電気回路８６を開閉するためのＯＮ／ＯＦＦ回路９２、電気回路８６の過電圧を防止するための電圧保護回路９４、電気回路８６に設けられるダイオード９６、および電気回路８６に所定の電圧を供給するための電源回路９８を含む。
【００６５】
このような制御回路７２のＣＰＵ７４には、濃度センサ６６、温度センサ６８および外気温度センサ７０からの検出信号が入力され、また転倒の有無を検知する転倒スイッチ１００からの検知信号や各種設定や情報入力のための入力部１０１から信号が与えられる。さらに、ＣＰＵ７４には、水位レベルセンサ１５，２２および５４からの検出信号も与えられる。
【００６６】
また、ＣＰＵ７４によって、燃料ポンプ２０、水溶液ポンプ２６、エアポンプ３４、熱交換器用冷却ファン２８、気液分離器用冷却ファン４６および水ポンプ６２等の補機類が制御され、さらに各種情報を表示する表示部１０２が制御される。
【００６７】
また、燃料電池セルスタック１２には二次電池１０４および二次電池１０４の蓄電量を検出するための蓄電量検出装置１０６を直列接続したものが並列接続される。二次電池１０４および蓄電量検出装置１０６の直列接続は負荷８４にも並列接続される。二次電池１０４は、燃料電池セルスタック１２からの出力を補完するものであり、燃料電池セルスタック１２からの電気エネルギーによって充電され、その放電によって負荷８４や補機類に電気エネルギーを与える。
【００６８】
負荷８４には、負荷８４の各種データを計測するためのメーター１０８が接続され、メーター１０８によって計測されたデータや負荷８４の状況は、インターフェイス回路１１０を介してＣＰＵ７４に与えられる。負荷８４はたとえば輸送機器を駆動するモータである。
【００６９】
なお、メモリ７８には、図３に示すような燃料電池セルスタック１２の温度と目標濃度との対応関係を示すテーブルデータ、図４（ａ）に示すような燃料電池セルスタック１２の温度および目標昇温時間と目標濃度との対応関係を示すテーブルデータ、図５（ａ）に示すような二次電池１０４の蓄電量と目標昇温時間との対応関係を示すテーブルデータ、図５（ｃ）に示すような燃料電池セルスタック１２の温度および二次電池１０４の蓄電量と目標濃度との対応関係を示すテーブルデータ、図６（ａ）に示すような燃料電池セルスタック１２の温度と外気温度の差に対する補正量を示すテーブルデータ、図６（ｂ）に示すような二次電池１０４の蓄電量と目標濃度との対応関係を示すテーブルデータ、図１０に示すような発電終了時のメタノール水溶液Ｓの濃度とメタノール燃料Ｆの投入量との対応関係を示すテーブルデータ、図１２に示すような外気温度と目標濃度との対応関係を示すテーブルデータ等が格納され、さらに図７、図８、図９および図１１に示すような動作を実行するためのプログラム等が格納される。
【００７０】
なお、図４（ｂ）は、燃料電池セルスタック１２の発電開始からの経過時間と燃料電池セルスタック１２の温度との関係を、目標昇温時間毎に示すグラフであり、外気温度が２０℃の場合の例を示す。
【００７１】
また、図５（ｂ）は、燃料電池セルスタック１２の発電開始からの経過時間と二次電池１０４の蓄電量との関係、当該経過時間と燃料電池セルスタック１２の温度との関係を、目標昇温時間毎に示すグラフである。図５（ａ）および（ｂ）より、二次電池１０４の蓄電量が少なくなるほど、短時間で燃料電池スタック１２を所定温度（６５℃程度）まで昇温させなければならないことがわかる。なお、二次電池１０４の蓄電量は発電開始前において充電率で１０％未満とならないように充電されている。
【００７２】
また、メモリ７８には、メタノール水溶液Ｓの濃度に関する履歴情報が格納される。
履歴情報は、少なくとも、前回のシステム起動時において正常に発電できたか（十分昇温して安定的に運転したか）否かを示す発電データ、濃度センサ６６によって検出されたメタノール水溶液Ｓの最終濃度を示す最終濃度データ、当該最終濃度の濃度センサ６６による検出時を示す時間データ、およびメタノール燃料Ｆの投入量および投入時を示す投入情報を含む。この実施形態では、メタノール水溶液Ｓの濃度は、濃度センサ６６によって所定時間間隔で（たとえば１分おきに）検出され、メモリ７８に最終濃度データおよびそれより前の所定時間分の濃度データならびに当該各濃度データに対応する時間データが記憶されるように、メモリ７８内のデータが更新されていく。
【００７３】
この実施形態では、投入量決定手段はＣＰＵ７４およびメモリ７８を含んで構成される。また、ＣＰＵ７４は、第１決定手段、第２決定手段および決定手段としても機能する。投入手段は燃料供給パイプ１６および燃料ポンプ２０を含んで構成される。
【００７４】
ついで、このような燃料電池システム１０のシステム起動時の動作の一例について説明する。
図７を参照して、まず、燃料電池システム１０の初期動作が開始され（ステップＳ１）、ポンプや冷却ファン等の補機類が動作可能となる。
【００７５】
そして、濃度センサ６６によってメタノール水溶液Ｓの濃度が正常に検出されたか否かが判断される（ステップＳ３）。たとえば、濃度センサ６６が超音波センサである場合、気泡等が混じってしまうと濃度を測定できないことがある。特に、燃料電池システム１０を長時間停止させておくと、再起動時にパイプ内にたまった気泡によって濃度を正しく検出できないことがある。
【００７６】
メタノール水溶液Ｓの濃度が正常に検出されれば、メタノール水溶液Ｓの濃度がその検出された濃度に決定される（ステップＳ５）。
【００７７】
一方、ステップＳ３において水溶液濃度が正常に検出されない場合には、メモリ７８に格納されている発電データに基づいて前回のシステム起動時において正常に発電できたか否かが判断される（ステップＳ７）。たとえば、起動時にすぐに終了されていないか等が判断される。前回正常に発電できていれば、濃度センサ６６によって検出されたメタノール水溶液Ｓの最終濃度を示す最終濃度データは有効であるか否かが判断される（ステップＳ９）。これは、当該最終濃度データが示す最終濃度の濃度センサ６６による検出時から所定時間（たとえば６ヶ月）以上経過しているか否かによって判断され、時間データに基づいて判断できる。所定時間以上経過していなければ有効と判断され、所定時間以上経過していれば無効と判断される。このように判断するのは、当該最終濃度の検出時から所定時間以上経過していれば、メタノールが気化して水溶液濃度が大きく変化し、当該最終濃度が今回のシステム起動時の濃度と大きく異なっている可能性が大きいからである。
【００７８】
ステップＳ９において、当該最終濃度データが有効であると判断されれば、ステップＳ５に進み、その最終濃度データが示す最終濃度がメタノール水溶液Ｓの濃度とされる。
【００７９】
そして、図８に示す処理によってメタノール燃料Ｆの投入量が決定され（ステップＳ１１）、決定された量のメタノール燃料Ｆを投入するために必要な時間だけ燃料ポンプ２０が駆動され、メタノール燃料Ｆが投入された（ステップＳ１３）後、燃料電池システム１０の発電が開始される（ステップＳ１５）。
【００８０】
一方、ステップＳ７において前回正常に発電できなかった場合や、ステップＳ９において濃度データが無効と判断されると、ステップＳ１７に進む。
ステップＳ１７では、メタノール燃料Ｆの投入情報に基づいて所定時間（たとえば５〜１０分）以内の投入履歴があるか否かが判断される。
【００８１】
そして、所定時間内の投入履歴が有れば（たとえば起動シーケンス中に停止した場合）、メタノール水溶液Ｓの濃度は十分に濃くなっている可能性があるので、メタノール水溶液Ｓにさらにメタノール燃料Ｆが投入されることなくステップＳ１５に進み、燃料電池システム１０の発電が開始される。これによって、起動シーケンスを繰り返して水溶液濃度が必要以上に濃くなることを防止できる。
【００８２】
一方、ステップＳ１７において所定時間内の投入履歴がなければ、燃料ポンプ２０を一定時間駆動させ予め設定された所定量のメタノール燃料Ｆが投入された（ステップＳ１９）後、ステップＳ１５に進み、燃料電池システム１０の発電が開始される。
【００８３】
発電開始後、正常に発電できたか否かを示す発電データとともに、ステップＳ３がＹＥＳの場合には検出された濃度を示す濃度データおよび対応する時間データが、メモリ７８に書き込まれる（ステップＳ２１）。また、メモリ７８には、メタノール燃料Ｆの投入量および投入時を示す投入情報も書き込まれる。
【００８４】
ここで、燃料電池セルスタック１２が正常に発電される場合について簡単に説明する。
発電開始時には、水溶液タンク１８内に収容された高濃度のメタノール水溶液Ｓが水溶液ポンプ２６の駆動によって燃料電池セルスタック１２に向けて送られ、水溶液フィルタ３２によって浄化されてアノード１２ｂに供給される。一方、酸素を含むエアがエアポンプ３４の駆動によって燃料電池セルスタック１２に向けて送られ、エアフィルタ３８によって浄化されカソード１２ｃに供給される。
【００８５】
燃料電池セルスタック１２のアノード１２ｂ側では、メタノール水溶液Ｓのメタノールと水とが電気化学反応して二酸化炭素と水素イオンとが生成され、生成された水素イオンは、固体高分子膜１２ａを通ってカソード１２ｃ側に流入する。この水素イオンは、カソード１２ｃ側に供給されたエア中の酸素と電気化学反応して、水蒸気と電気エネルギーとが生成される。
【００８６】
燃料電池セルスタック１２が目標温度（６５℃程度）に達するまで徐々に発電量が上昇し、目標温度に達すると所望の発電量が得られる。定常運転時には、メタノール水溶液Ｓは熱交換器３０によって冷却され、冷却ファン２８の回転数を調整することによって、メタノール水溶液Ｓの温度を所定温度に維持する。
【００８７】
燃料電池セルスタック１２のアノード１２ｂ側で生成された二酸化炭素はパイプ４０、水溶液タンク１８およびＣＯ2ベントパイプ５０を通って水タンク４４に供給され、排気ガスパイプ５６から排出される。一方、燃料電池セルスタック１２のカソード１２ｃ側で生成された水蒸気の大部分は液化して水となって排出されるが、一部はガス状態で排出され、気液分離器４８で気液分離される。気液分離によって生成された乾いたエアは水タンク４４を通り排気ガスパイプ５６から排出される。また、カソード１２ｃから排出された水および気液分離で生成された水は、水タンク４４に回収され、水ポンプ６２の駆動によって水溶液タンク１８に還流される。
【００８８】
つぎに、図８を参照して、ステップＳ７における燃料投入量決定処理について説明する。
まず、燃料電池セルスタック１２の温度が温度センサ６８によって検出される（ステップＳ３１）。
【００８９】
そして、他の要因も考慮するか否かが判断され（ステップＳ３３）、他の要因を考慮しない場合には、ステップＳ３５に進み、図３のテーブルデータを参照して、燃料電池セルスタック１２の温度に基づいて目標濃度が決定される。
【００９０】
他の要因も考慮する場合には、目標昇温時間を考慮するか否かが判断され（ステップＳ３７）、目標昇温時間を考慮する場合には、目標昇温時間が設定される（ステップＳ３９）。この実施形態では、目標昇温時間としては図４に示すような３種類の時間（５分、１５分、３０分）が用意され、使用者が入力部１０１によって所望の時間を選択し、目標昇温時間が設定される。その後、ステップＳ３５に進み、図４（ａ）に示すテーブルデータを参照して、燃料電池セルスタック１２の温度と目標昇温時間とに基づいて目標濃度が決定される。
【００９１】
目標昇温時間を考慮しない場合には、二次電池１０４の蓄電量を考慮するか否かが判断され（ステップＳ４１）、二次電池１０４の蓄電量を考慮する場合には、蓄電量検出装置
１０６によって二次電池１０４の蓄電量が検出された（ステップＳ４３）後、ステップＳ３５に進み、図５（ｃ）に示すテーブルデータを参照して、燃料電池セルスタック１２の温度と二次電池１０４の蓄電量とに基づいて目標濃度が決定される。図５（ａ），（ｂ）および図６（ｂ）に示すテーブルにおいて蓄電量は満充電量に対する現在の蓄電量の割合（パーセント）で表現されている。この蓄電量は割合ではなく、絶対蓄電量（Ａｈ）で表現されてもよい。この実施形態では、二次電池１０４の蓄電量は電流値に基づいて検出される。電圧に基づいて二次電池１０４の蓄電量を検出してもよい。
【００９２】
二次電池１０４の蓄電量を考慮しない場合には、燃料電池セルスタック１２の温度と外気温度との差を考慮するとして外気温度センサ７０によって外気温度が検出された（ステップＳ４５）後、ステップＳ３５に進み、図３に示すテーブルデータを参照して、燃料電池セルスタック１２の温度に基づいて目標濃度が決定される。
【００９３】
水溶液タンク１８内のメタノール水溶液Ｓの量およびメタノール燃料Ｆの濃度は予め分かっているので、得られたメタノール水溶液Ｓの濃度から、水溶液タンク１８内のメタノールの量を計算して、目標濃度にする為に必要なメタノール燃料Ｆの投入量が決定される（ステップＳ４７）。ここで、燃料電池セルスタック１２の温度と外気温度との差を考慮する場合には、図６（ａ）に示すテーブルデータを参照してメタノール燃料Ｆの補正量が決定され、その分投入量が追加される。
【００９４】
このように、目標濃度を決定するモードとしては、燃料電池セルスタック１２の温度に基づいて目標濃度を決定するモードと、燃料電池セルスタック１２の温度と目標昇温時間とに基づいて目標濃度を決定するモードと、燃料電池セルスタック１２の温度と二次電池１０４の蓄電量とに基づいて目標濃度を決定するモードとがあり、さらに温度差を考慮して補正するモードを有する。
【００９５】
また、図６（ｂ）に示すテーブルデータを参照して、二次電池１０４の蓄電量に基づいて目標濃度を決定するようにしてもよい。図６（ｂ）からわかるように、蓄電量が少ないほど目標濃度が高くなるように設定されている。このようにして目標濃度を決定すると、その後は上述したようにメタノール燃料Ｆの投入量が決定され、決定された量のメタノール燃料Ｆが投入される。
【００９６】
いずれのモードを選択するかは使用者が予め設定できる。また、目標昇温時間も予め設定されてもよい。
【００９７】
このような燃料電池システム１０によれば、システム起動時にメタノール水溶液Ｓに投入されるメタノール燃料Ｆの投入量を適正に設定でき、メタノール水溶液Ｓの濃度を簡単に所定の濃度に設定できる。したがって、メタノール燃料Ｆの使用効率を下げることなく燃料電池セルスタック１２を短時間で所定温度まで昇温できる。
【００９８】
また、目標昇温時間をも考慮してメタノール水溶液Ｓの目標濃度を決定することによって、使用者が望む時間内に燃料電池セルスタック１２を所望の温度まで昇温でき、利便性が高まる。
【００９９】
燃料電池セルスタック１２が所定温度（６５℃程度）に達するまでは、燃料電池セルスタック１２からの十分な発電量を得ることができないので、システムとしては二次電池１０４からの持ち出しによって、補機類等を駆動させることになる。起動の際には発電量よりも持ち出し量の方が多くなるため、二次電池１０４の蓄電量が少ないと燃料電池セルスタック１２が所定温度に達するまでに二次電池１０４が空になってしまい、システムが駆動できなくなるおそれがある。しかし、燃料電池システム１０では、二次電池１０４の蓄電量をも考慮して目標濃度を決定する。すなわち、蓄電量が少ないほど燃料電池セルスタック１２の所定温度までの昇温時間が短くなるように目標濃度を決定する。これによって、発電開始時において燃料電池システム１０からの出力を維持しながら、燃料電池セルスタック１２を良好に所定温度まで昇温できる。
【０１００】
また、燃料電池セルスタック１２の温度より外気温度の方が低い場合には、当該温度差に基づいてメタノール燃料Ｆの投入量を追加補正し、メタノール水溶液Ｓの濃度をさらに高くすることによって、燃料電池セルスタック１２の温度上昇を助けることができる。
【０１０１】
さらに、泡の発生等により濃度センサ６６によってメタノール水溶液Ｓの濃度を検出できない場合であっても、メモリ７８内の履歴情報に基づいて、目標濃度、メタノール燃料Ｆの投入量を決定することができる。
【０１０２】
なお、上述の実施形態では、目標濃度を決定してからメタノール燃料Ｆを投入することとしたが、昇温スピードを無視すれば、濃度情報とセルスタック温度とに対応して投入量が設定されているデータをメモリ７８に格納しておき、このデータを参照して、検出されたメタノール水溶液濃度とセルスタック温度とに基づいてメタノール燃料Ｆの投入量を決定してもよい。
【０１０３】
つぎに、図９を参照して、燃料電池セルスタック１２の発電終了時の動作の一例について説明する。
燃料電池セルスタック１２の発電が終了すると（ステップＳ５１）、濃度センサ６６によってメタノール水溶液Ｓの濃度が検出され、メタノール水溶液Ｓの濃度が正常に検出されると（ステップＳ５３がＹＥＳ）、メモリ７８に記憶されている図１０に示すテーブルデータを参照して、検出されたメタノール水溶液Ｓの濃度に基づいてメタノール燃料Ｆの投入量が決定される（ステップＳ５５）。一方、メタノール水溶液Ｓの濃度を正常に検出できなければ（ステップＳ５３がＮＯ）、メタノール水溶液Ｓの最終濃度を示す最終濃度データおよび対応する時間データがメモリ７８から読み出され、当該最終濃度データが有効か否かが判断される（ステップＳ５７）。最終濃度データが有効か否かは、当該最終濃度データが示す最終濃度の濃度センサ６６による検出時から所定時間（たとえば６ヶ月）以上経過しているか否かによって判断され、時間データに基づいて判断できる。所定時間以上経過していなければ有効と判断され、所定時間以上経過していれば無効と判断される。
【０１０４】
最終濃度データが有効であれば、その情報に基づいて燃料投入量が決定される（ステップＳ５５）。そして、決定された量のメタノール燃料Ｆが投入される（ステップＳ５９）。ステップＳ５３がＹＥＳの場合には検出された濃度を示す濃度データおよび対応する時間データがメモリ７８に書き込まれ（ステップＳ６１）、システムが停止される（ステップＳ６３）。
【０１０５】
一方、ステップＳ５７において最終濃度データが無効であれば、メタノール燃料Ｆの投入も濃度データのメモリ７８への書き込みもなく、ステップＳ６３に進む。
【０１０６】
このように動作する燃料電池システム１０によれば、発電が終了すると、メタノール燃料Ｆを投入してメタノール水溶液Ｓの濃度を高くし次回の発電に備えることによって、次回のシステム起動時にメタノール燃料Ｆを投入することなくあるいは僅かに投入するだけで、速やかに発電を開始でき、速やかに十分な電力を供給できる。
【０１０７】
また、濃度センサ６６によって検出されたメタノール水溶液Ｓの最終濃度をメモリ７８に記憶しておくことによって、発電終了時にメタノール水溶液Ｓの濃度を検出できなくても、記憶された当該最終濃度を用いてメタノール燃料Ｆの投入量を決定できる。
【０１０８】
さらに、図１１を参照して、燃料電池セルスタック１２の発電終了時の動作の他の例について説明する。
燃料電池セルスタック１２の発電が終了すると（ステップＳ７１）、外気温度センサ７０によって外気温度が検出され（ステップＳ７３）、メモリ７８に記憶されている図１２に示すテーブルデータを参照して、検出された外気温度に基づいて目標濃度が決定される（ステップＳ７５）。燃料電池システム１０の次の起動時の状況は分からないので、次の起動時の外気温度は現在の外気温度と同じであると仮定して、検出された外気温度から目標濃度を決定するものである。
【０１０９】
ついで、濃度センサ６６によってメタノール水溶液Ｓの濃度が正常に検出されると（ステップＳ７７がＹＥＳ）、メタノール水溶液Ｓの濃度が決定される（ステップＳ７９）。
【０１１０】
一方、メタノール水溶液Ｓの濃度を正常に検出できなければ（ステップＳ７７がＮＯ）、メタノール水溶液Ｓの最終濃度を示す最終濃度データおよび対応する時間データがメモリ７８から読み出され、当該最終濃度データが有効か否かが判断される（ステップＳ８１）。最終濃度データが有効か否かは、当該最終濃度データが示す最終濃度の濃度センサ６６による検出時から所定時間（たとえば６ヶ月）以上経過しているか否かによって判断され、時間データに基づいて判断できる。所定時間以上経過していなければ有効と判断され、所定時間以上経過していれば無効と判断される。
【０１１１】
当該最終濃度データが有効であれば、ステップＳ７９において、その最終濃度データが示す最終濃度を水溶液濃度とする。そして、決定された濃度と目標濃度とに基づいてメタノール燃料Ｆの投入量が決定され（ステップＳ８３）、燃料ポンプ２０を駆動して決定された量のメタノール燃料Ｆがメタノール水溶液Ｓに投入される（ステップＳ８５）。そして、ステップＳ７７がＹＥＳの場合には検出された濃度を示す濃度データおよび対応する時間データがメモリ７８に書き込まれ（ステップＳ８７）、システムが停止される（ステップＳ８９）。
【０１１２】
一方、ステップＳ８１において最終濃度データが無効であれば、メタノール燃料Ｆの投入も濃度データのメモリ７８への書き込みもなく、ステップＳ８９に進む。
【０１１３】
上述のように、発電終了時に次回のシステム起動時に必要な水溶液濃度を概計算し、メタノール燃料Ｆを投入して終了する。
【０１１４】
図１１に示す処理を実行する場合も図９に示す処理を実行する場合と同様の効果が得られる。
【０１１５】
さらに、他の実施形態の燃料電池システム１０について説明する。
この実施形態では、メモリ７８には、図１３に示すような燃料電池セルスタック１２の温度レンジと各温度レンジに対応する温度上昇の基準傾きおよび燃料投入量とに関するテーブルデータが格納され、さらに図１４および図１６に示すような動作を実行するためのプログラム等が格納される。図１３に示すテーブルデータでは、温度レンジが目標温度（この実施形態では６５℃）に近づくほど徐々に、温度上昇の基準傾きが小さくかつメタノール燃料Ｆの投入量が少なく設定される。なお、図１３に示すテーブルデータは、容量が３リットルの水溶液タンク１８に、２．５リットルのメタノール水溶液Ｓが収容されている場合の例を示す。
【０１１６】
この実施形態では、投入量決定手段はＣＰＵ７０およびメモリ７４を含んで構成され、ＣＰＵ７０は、温度上昇の傾きを検出する検出手段やメタノール燃料Ｆの投入量を決定する決定手段としても機能する。投入手段は燃料供給パイプ１６および燃料ポンプ２０を含んで構成される。
【０１１７】
この実施形態の燃料電池システム１０のシステム起動時の動作の一例について説明する。
図１４を参照して、まず、燃料電池システム１０の起動が開始され（ステップＳ１０１）、ポンプや冷却ファン等の補機類が動作可能となる。
【０１１８】
そして、温度センサ６８によって燃料電池セルスタック１２の温度が検出され（ステップＳ１０３）、検出された温度が目標温度（この実施形態では６５℃）に達しているか否かが判断される（ステップＳ１０５）。目標温度に到達していなければ、その温度検出は１回目か否かが判断される（ステップＳ１０７）。温度検出が１回目でなければ、燃料電池セルスタック１２の温度が図１３に示すテーブルデータ中のいずれの温度レンジに属するかが決定される（ステップＳ１０９）。そして、前回の検出温度と今回の検出温度とに基づき、温度上昇の傾きすなわち単位時間あたりの温度上昇幅が検出され（ステップＳ１１１）、図１３に示すテーブルデータを参照して、検出された温度上昇の傾きが、対応する（同じ温度レンジの）温度上昇の基準傾きより小さいか否かが判断される（ステップＳ１１３）。
【０１１９】
温度上昇の傾きが温度上昇の基準傾きより小さければ、メタノール水溶液Ｓの濃度が低いために温度上昇が鈍いと判断され、図１３に示すテーブルデータを参照して、対応する（同じ温度レンジの）燃料投入量がメタノール燃料Ｆの投入量とされる（ステップＳ１１５）。そして、燃料ポンプ２０が駆動されて、その決定された量のメタノール燃料Ｆが水溶液タンク１８内のメタノール水溶液Ｓに投入される（ステップＳ１１７）。これによりメタノール水溶液Ｓの濃度を高くして昇温速度を上げる。そして、温度検出から一定時間（たとえば３０秒）経過するまで待機し（ステップＳ１１９）、一定時間経過するとステップＳ１０３に戻り、再度燃料電池セルスタック１２の温度が検出される。
【０１２０】
一方、ステップＳ１１３において、温度上昇の傾きが温度上昇の基準傾き以上であれば、メタノール水溶液Ｓの濃度は問題ないと判断され、メタノール燃料Ｆは投入されずその状態が維持され、ステップＳ１１９に進み次の温度検出に備える。また、ステップＳ１０７において温度検出が１回目であるときには、ステップＳ１０９に進まずステップＳ１１９に進む。このように、所定インターバルで燃料電池セルスタック１２の温度が検出される。
【０１２１】
ステップＳ１０５において燃料電池セルスタック１２の温度が目標温度に到達するまで上述の処理が繰り返され、ステップＳ１０５において燃料電池セルスタック１２の温度が目標温度に達すると、通常運転モードへ移行される（ステップＳ１２１）。
【０１２２】
このような燃料電池システム１０によれば、システム起動時に、メタノール水溶液Ｓの濃度を検出することなく燃料電池セルスタック１２の温度を検出することによって、システム起動時にメタノール水溶液Ｓに投入されるメタノール燃料Ｆの投入量を適正に設定でき、システム起動時のメタノール水溶液Ｓの濃度を簡単に好ましい濃度に設定できる。したがって、メタノール燃料Ｆの使用効率を下げることなく始動時に燃料電池セルスタック１２を短時間で目標温度まで昇温できる。
【０１２３】
また、メモリ７８内のテーブルデータを参照することによって、メタノール燃料Ｆの投入の要否および投入量を簡単に決定でき、基準傾きに沿うように燃料電池セルスタック１２を目標温度まで昇温できる。
【０１２４】
なお、上記実施形態では、燃料投入量を温度上昇の傾きに基づいて決定したがこれに限定されない。たとえば、燃料電池セルスタック１２の所定時間当たりの温度差に燃料投入量を対応させたテーブルを予め用意しておき、温度センサ６８によって燃料電池セルスタック１２の温度を所定時間間隔で検出し、ＣＰＵ７４によって、検出された温度に基づいて当該所定時間当たりの温度差を求め当該温度差に対応する燃料投入量を当該テーブルに従って決定するようにしてもよい。この場合もメタノール燃料Ｆの投入量を簡単に決定できる。
【０１２５】
ついで、この発明の他の実施形態の燃料電池システム１０について説明する。
図１５を参照して、この実施形態では、ＣＰＵ７４において、目標温度と検出された燃料電池セルスタック１２の温度との温度差に基づいて、ＰＩＤ（比例積分微分）制御によって演算され、必要量のメタノール燃料Ｆを投入するための燃料ポンプ２０の駆動時間を示す操作信号ｘが算出される。そして、操作信号ｘが燃料ポンプ２０に与えられて燃料ポンプ２０が駆動され、水溶液タンク１８にメタノール燃料Ｆが投入される。その後、燃料電池セルスタック１２の温度が検出され、その温度がフィードバックされる。
【０１２６】
ＰＩＤ制御による演算では、数１によって操作信号ｘが求められる。
【０１２７】
【数１】
2005340174.tif 000003
【０１２８】
数１に示す比例項、積分項および微分項は、それぞれＰ（比例）制御、Ｉ（積分）制御およびＤ（微分）制御によって求められ、操作信号ｘは温度差に基づいて算出される。
この実施形態では、投入量決定手段はＣＰＵ７４を含んで構成される。
【０１２９】
このようなＰＩＤ制御に用いた燃料電池システム１０の動作について、図１６を参照して説明する。
図１６を参照して、まず、燃料電池システム１０の起動が開始され（ステップＳ１５１）、ポンプや冷却ファン等の補機類が動作可能となる。
【０１３０】
そして、温度センサ６８によって燃料電池セルスタック１２の温度が検出され（ステップＳ１５３）、検出された温度が目標温度（この実施形態では６５℃）に達しているか否かが判断される（ステップＳ１５５）。目標温度に到達していなければ、温度差（目標温度と検出された燃料電池セルスタック１２の温度との差）が検出され（ステップＳ１５７）、Ｐ制御によって当該温度差に基づいてメタノール燃料Ｆの投入量が算出される（ステップＳ１５９）。
【０１３１】
具体的には、燃料電池セルスタック１２を１℃昇温するのに必要な熱量を、燃料電池セルスタック自体の熱容量、クロスオーバーしたメタノールの発熱量、メタノール水溶液Ｓの熱容量、発電による発熱量、冷却ファン２８，４６やエア等で失われる熱容量等を考慮して、予め算出してメモリ７８に保持しておく。燃料電池セルスタック１２を目標温度まで昇温するのに必要な熱量は、目標温度と燃料電池セルスタック１２の温度との差に比例するので、燃料電池セルスタック１２を１℃昇温するのに必要な熱量に当該温度差をかける（乗算する）ことで、燃料電池セルスタック１２を当該温度差分昇温させるのに必要な熱量を算出できる。燃料電池セルスタック１２を温度差分昇温させるのに必要な熱量がわかると、その熱量を得るために必要なメタノール燃料Ｆの投入量が算出される。
【０１３２】
ついで、Ｉ制御によって当該温度差の累積値に基づいてメタノール燃料Ｆの投入量が補正される（ステップＳ１６１）。一般的にＰ制御のみでは目標温度には達しない。これは残留偏差（僅かな温度差）が生じるためである。この残留偏差をなくすためにＩ制御を用いる。すなわち、残留偏差を時間的に累積し、ある大きさになった所で偏差（温度差）がなくなるように投入量を増やす。
【０１３３】
さらに、Ｄ制御によって今回の温度差と前回の温度差との差に基づいてメタノール燃料Ｆの投入量が補正される（ステップＳ１６３）。ＰＩ制御によって燃料電池セルスタック１２の温度を目標温度に到達させることはできるが、制御応答を速くするためにＤ制御を行う。Ｄ制御では、今回の偏差と前回の偏差とに差があるときにメタノール燃料Ｆの投入量をさらに補正する。
【０１３４】
このような処理を経てメタノール燃料Ｆの投入量が決定され（ステップＳ１６５）、その量のメタノール燃料Ｆをメタノール水溶液Ｓに供給するために必要な燃料ポンプ２０の駆動時間が算出され、その算出された駆動時間を示す操作信号ｘが決定される（ステップＳ１６７）。そして、操作信号ｘが燃料ポンプ２０に与えられて燃料ポンプ２０が駆動され、水溶液タンク１８に必要量のメタノール燃料Ｆが供給される（ステップＳ１６９）。その後、温度検出から一定時間（たとえば１０秒）経過するまで待機し（ステップＳ１７１）、一定時間経過するとステップＳ１５３に戻り、再度燃料電池セルスタック１２の温度が検出される。
【０１３５】
なお、図１６におけるステップＳ１５９〜Ｓ１６７が数１の演算に相当する。
【０１３６】
ステップＳ１５５において燃料電池セルスタック１２の温度が目標温度に到達するまで上述の処理が繰り返され、ステップＳ１５５において燃料電池セルスタック１２の温度が目標温度に達すると、通常運転モードへ移行される（ステップＳ１７３）。
【０１３７】
このように動作する燃料電池システム１０によれば、目標温度と燃料電池セルスタック１２の温度との差に基づいてＰＩＤ制御によってメタノール燃料Ｆの最適な投入量を決定する。このようにＰＩＤ制御によって決定された量のメタノール燃料Ｆを投入するだけで、短時間で燃料電池セルスタック１２の温度が目標温度に達する。しかも燃料電池セルスタック１２の温度は簡単に検出できるので、簡単にＰＩＤ制御できる。
【０１３８】
上述した燃料電池システム１０は、図１７に示すような自動二輪車２００に好適に用いられる。
【０１３９】
自動二輪車２００は、図示しないステアリング軸の上端にハンドル２０２が取り付けられ、ステアリング軸の下部には左右一対のフロントフォーク２０４が取り付けられる。各フロントフォーク２０４の下部において前輪２０６が回転可能に軸支される。ハンドル２０２の中央部にはメーター１０８が配置され、該メーター１０８の前方には、ヘッドランプ２０８が配置され、その両側にはフラッシャランプ２１０がそれぞれ設けられる。
【０１４０】
自動二輪車２００では、上方に開いた円弧状の図示しない車体フレームがハンドル２０２の下方から後方に設けられ、その後端部上方にはシート（座席）２１２が配置される。また、車体フレームはリヤアーム２１４の前端部を支持しリアアーム２１４の後端部が上下揺動自在とされている。リヤアーム２１４の後端部において駆動輪である後輪２１６が回転自在に軸支される。
【０１４１】
自動二輪車２００では、車体フレーム内に燃料電池システム１０が円弧状に配置される。リヤアーム２１４内には、制御回路７２、電動モータおよび駆動機構（ともに図示せず）が設けられ、制御回路７２からの指示によって燃料電池セルスタック１２で発生した電気エネルギーを電動モータに供給して当該電動モータを回転させ、電動モータの回転力を駆動機構が後輪２１６に伝達することで、自動二輪車２００が走行する。
【０１４２】
燃料電池システム１０を上方からしかもハンドル２０２近傍まで上カバー２１８が覆う。上カバー２１８の前部には、乗員の足を保護するレッグシールド（泥よけ）２２０が取り付けられる。
【０１４３】
上カバー２１８の両側端面にはそれぞれ左カバー２２２と右カバー２２４とが連設される。左カバー２２２と右カバー２２４とはともに透明な部材で構成されており、燃料電池システム１０を視認できる。
【０１４４】
このような透明の左カバー２２２と右カバー２２４の双方に下カバー２２６が連設される。下カバー２２６は、リヤアーム２１４が突出するように切り欠かれている。
【０１４５】
下カバー２２６の前端部は、前輪２０６の上方まで延びてフロントキャリア２２８を構成する。また、下カバー２２６の後端部は、後輪２１６の上方まで延びてリアキャリア２３０を構成する。また、フロントキャリア２２８からヘッドランプ２０８へとフロントカバー２３２が設けられている。フロントカバー２３２は、左カバー２２２と右カバー２２４の双方に連設される。
【０１４６】
なお、上述の実施形態においてメモリ７８に記憶されるテーブルデータは、たとえば図３の場合では、検出する燃料電池セルスタック温度に幅を持たせ、その温度レンジ毎に目標濃度を対応させたものであったが、これに限定されず、燃料電池セルスタック温度の検出値毎に目標濃度を対応させたものでもよい。図４〜図６、図１０および図１２に示すテーブルデータについても同様である。同様に、図１３に示すテーブルデータについても、燃料電池セルスタック温度の検出値毎に温度上昇の基準傾きおよび燃料投入量を対応させるようにしてもよい。
【０１４７】
また、燃料電池システム１０は自動二輪車だけではなく、自動車、船舶等の任意の輸送機器に用いることができる。
【０１４８】
使用される燃料はメタノールに限られず、エタノール等アルコール系燃料を使用した燃料電池システムに本発明を適用できる。
【０１４９】
さらに、フィードバック制御として、ＰＩ制御が用いられてもよい。
【０１５０】
この発明が詳細に説明され図示されたが、それは単なる図解および一例として用いたものであり、限定であると解されるべきではないことは明らかであり、この発明の精神および範囲は添付された請求の範囲の文言のみによって限定される。
【図面の簡単な説明】
【０１５１】
【図１】この発明の一実施形態の要部を示す図解図である。
【図２】この発明の一実施形態の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】燃料電池セルスタック温度と目標濃度との対応関係を示すテーブルである。
【図４】（ａ）は、燃料電池セルスタック温度および目標昇温時間と目標濃度との対応関係を示すテーブル、（ｂ）は、燃料電池セルスタックの発電開始からの経過時間と燃料電池セルスタック温度との関係を、目標昇温時間毎に示すグラフである。
【図５】（ａ）は、二次電池蓄電量と目標昇温時間との対応関係を示すテーブル、（ｂ）は、燃料電池セルスタックの発電開始からの経過時間と二次電池蓄電量との関係、当該経過時間と燃料電池セルスタック温度との関係を、目標昇温時間毎に示すグラフ、（ｃ）は、燃料電池セルスタック温度および二次電池蓄電量と目標濃度との対応関係を示すテーブルである。
【図６】（ａ）は、燃料電池セルスタック温度と外気温度との差に対応する補正量を示すテーブル、（ｂ）は、二次電池蓄電量と目標濃度との対応関係を示すテーブルである。
【図７】この発明のシステム起動時の動作の一例を示すフロー図である。
【図８】燃料投入量決定処理動作の一例を示すフロー図である。
【図９】この発明の発電終了時の動作の一例を示すフロー図である。
【図１０】目標濃度を６ｗｔ％とする場合の発電終了時のメタノール水溶液の濃度とメタノール燃料Ｆの投入量との対応関係を示すテーブルである。
【図１１】この発明の発電終了時の動作の他の例を示すフロー図である。
【図１２】外気温度と目標濃度との対応関係を示すテーブルである。
【図１３】燃料電池セルスタックの温度レンジと温度上昇の基準傾きおよび燃料投入量との対応関係を示すテーブルである。
【図１４】この発明の一実施形態の動作の一例を示すフロー図である。
【図１５】ＰＩＤ制御を用いた実施形態の制御システムを示すブロック図である。
【図１６】この発明の他の実施形態の動作の一例を示すフロー図である。
【図１７】燃料電池システムを搭載した自動二輪車を示す側面図である。
【符号の説明】
【０１５２】
１０      燃料電池システム
１２      燃料電池セルスタック
１４      燃料タンク
１６      燃料供給パイプ
１８      水溶液タンク
２０      燃料ポンプ
２４      水溶液パイプ
２６      水溶液ポンプ
６６      濃度センサ
６８      温度センサ
７０      外気温度センサ
７２      制御回路
７４      ＣＰＵ
７８      メモリ
８４      負荷
１０１      入力部
１０４      二次電池
１０６      蓄電量検出装置
２００      自動二輪車
Ｆ      メタノール燃料
Ｓ      メタノール水溶液
【図１】
2005340174.tif 000004
【図２】
2005340174.tif 000005
【図３】
2005340174.tif 000006
【図４】
2005340174.tif 000007
【図５】
2005340174.tif 000008
【図６】
2005340174.tif 000009
【図７】
2005340174.tif 000010
【図８】
2005340174.tif 000011
【図９】
2005340174.tif 000012
【図１０】
2005340174.tif 000013
【図１１】
2005340174.tif 000014
【図１２】
2005340174.tif 000015
【図１３】
2005340174.tif 000016
【図１４】
2005340174.tif 000017
【図１５】
2005340174.tif 000018
【図１６】
2005340174.tif 000019
【図１７】
2005340174.tif 000020