(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料のクロスオーバーおよび電解質膜の劣化を確実に抑制できる、燃料電池システムおよびその運転方法を提供する。【解決手段】燃料電池システムは、電解質膜を含む燃料電池、燃料電池にメタノール水溶液を循環供給する水溶液循環手段、水溶液循環手段にメタノール水溶液以上の濃度を有するメタノール燃料を補給する燃料補給手段、およびメインスイッチ１５２を備える。メインスイッチ１５２のオフ後に、ＣＰＵ１７２によって、水溶液循環手段への燃料補給量が減少するように燃料補給手段の燃料補給動作が制御され、その後、メタノール水溶液の濃度がメインスイッチ１５２のオフ前より低い状態で発電を停止するように燃料電池１０４の発電動作が制御される。【選択図】図１１
2007200873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜を含み電気化学反応によって電気エネルギを生成する燃料電池、
燃料水溶液を前記燃料電池に循環供給する水溶液循環手段、
前記水溶液循環手段へ前記燃料水溶液以上の濃度を有する燃料を補給する燃料補給手段、
前記燃料電池の発電停止を指示する指示手段、
前記指示手段からの発電停止指示後に、前記燃料水溶液の循環を継続させかつ発電を継続させた状態で前記水溶液循環手段への燃料補給量が減少するように前記燃料補給手段の燃料補給動作を制御する第１制御手段、および
前記水溶液循環手段への燃料供給量を減少させた後に、前記燃料水溶液の濃度が発電停止指示前より低い状態で発電を停止するように前記燃料電池の発電動作を制御する第２制御手段を備える、燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池によって充電される二次電池、および
前記二次電池の蓄電量を検出する蓄電量検出手段をさらに含み、
前記第２制御手段は前記蓄電量検出手段の検出結果に基づいて前記燃料電池の発電動作を制御する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池へ供給される前記燃料水溶液の濃度を検出する濃度検出手段をさらに含み、
前記第２制御手段は前記濃度検出手段の検出結果に基づいて前記燃料電池の発電動作を制御する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池によって充電される二次電池、
前記二次電池を所定値まで充電するために必要な充電量としての第１エネルギを算出する第１算出手段、および
前記水溶液循環手段内に存在する前記燃料水溶液を用いて前記二次電池を充電することができる発電量としての第２エネルギを算出する第２算出手段をさらに含み、
前記第１制御手段は前記第１エネルギと前記第２エネルギとの比較に基づいて前記燃料補給手段の燃料補給動作を制御する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池によって充電される二次電池、
前記二次電池を所定値まで充電するために必要な充電量としての第１エネルギを算出する第１算出手段、および
前記水溶液循環手段内に存在する前記燃料水溶液を用いて前記二次電池を充電することができる発電量としての第２エネルギを記憶する記憶手段をさらに含み、
前記第１制御手段は前記第１エネルギと前記第２エネルギとの比較に基づいて前記燃料補給手段の燃料補給動作を制御する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記二次電池の蓄電量を検出する蓄電量検出手段をさらに含み、
前記第１算出手段は前記蓄電量検出手段の検出結果に基づいて前記第１エネルギを算出する、請求項４または５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記水溶液循環手段内の水溶液量を検出する水溶液量検出手段、および
前記燃料電池へ供給される前記燃料水溶液の濃度を検出する濃度検出手段をさらに含み、
前記第２算出手段は前記水溶液量検出手段および前記濃度検出手段のそれぞれの検出結果に基づいて前記第２エネルギを算出する、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記第２算出手段は前記燃料電池の発電に係る消費電力を参酌して前記第２エネルギを算出する、請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記第１制御手段は、前記指示手段からの発電停止指示後に前記燃料電池への前記燃料水溶液の供給量を増加させるように前記水溶液循環手段を制御する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記水溶液循環手段に水を補給する水補給手段、および
前記指示手段からの発電停止指示後に前記水溶液循環手段への水補給量が減少するように前記水補給手段の水補給動作を制御する第３制御手段をさらに含む、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記燃料電池によって充電される二次電池をさらに含み、
前記第１制御手段は前記二次電池を充電するための外部電源と当該燃料電池システムとの接続の有無に基づいて前記燃料補給手段の燃料補給動作を制御する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれかに記載の燃料電池システムを備える、自動二輪車。
【請求項１３】
請求項１から１１のいずれかに記載の燃料電池システムを備える、輸送機器。
【請求項１４】
電解質膜を含む燃料電池に燃料水溶液を循環供給する水溶液循環手段に前記燃料水溶液以上の濃度を有する燃料を補給可能な燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料電池の発電停止指示後に、前記水溶液循環手段への燃料補給量を減少させて前記燃料水溶液の循環を継続しつつ前記燃料電池の発電を継続する第１工程、および
その後前記燃料水溶液の濃度を発電停止指示前より低くして前記燃料電池の発電を停止する第２工程を備える、燃料電池システムの運転方法。
【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運転方法に関し、より特定的には、燃料電池の発電停止時の動作を制御する直接メタノール型の燃料電池システムおよびその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の関連技術の一例が特許文献１において開示されている。
ここでは、送液ポンプによるメタノール水溶液の供給停止後も一定時間発電を継続し起電部内に残存するメタノール量を小さくする技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２１４００４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１に記載の技術では、送液ポンプを停止することでメタノール水溶液の循環が止まる。この状態で発電を継続すると起電部内、特に電解質膜面でメタノール水溶液の濃度に位置による偏りが生じてしまうおそれがある。これは、カソード起電部内の空気供給口での酸素濃度が排出口での酸素濃度に比べて高く空気供給口側での反応がより活発に行われるため生じる現象である。その結果、本来同電位であるべき電解質膜に電位の偏りが存在し、電解質膜の劣化が促進されてしまう。
【０００４】
また、送液ポンプを停止した状態で一定時間発電を継続すれば燃料電池に与えられるメタノール水溶液の濃度が低くなり、送液ポンプを境として燃料タンク側と燃料電池側とでメタノール水溶液の濃度に差が生じてしまう。発電停止後にこの状態を放置しておくと、燃料タンク側のメタノールが濃度勾配による拡散によって送液ポンプを通過して燃料電池側に侵入し、燃料電池側のメタノール濃度が上昇する。その結果、メタノールのクロスオーバーを十分に抑制できなくなるおそれがある。
【０００５】
それゆえに、この発明の主たる目的は、燃料のクロスオーバーおよび電解質膜の劣化を確実に抑制できる、燃料電池システムおよびその運転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、電解質膜を含み電気化学反応によって電気エネルギを生成する燃料電池、燃料水溶液を燃料電池に循環供給する水溶液循環手段、水溶液循環手段へ燃料水溶液以上の濃度を有する燃料を補給する燃料補給手段、燃料電池の発電停止を指示する指示手段、指示手段からの発電停止指示後に、燃料水溶液の循環を継続させかつ発電を継続させた状態で水溶液循環手段への燃料補給量が減少するように燃料補給手段の燃料補給動作を制御する第１制御手段、および水溶液循環手段への燃料供給量を減少させた後に、燃料水溶液の濃度が発電停止指示前より低い状態で発電を停止するように燃料電池の発電動作を制御する第２制御手段を備える、燃料電池システムが提供される。
【０００７】
また、電解質膜を含む燃料電池に燃料水溶液を循環供給する水溶液循環手段に燃料水溶液以上の濃度を有する燃料を補給可能な燃料電池システムの運転方法であって、燃料電池の発電停止指示後に、水溶液循環手段への燃料補給量を減少させて燃料水溶液の循環を継続しつつ燃料電池の発電を継続する第１工程、およびその後燃料水溶液の濃度を発電停止指示前より低くして燃料電池の発電を停止する第２工程を備える、燃料電池システムの運転方法が提供される。
【０００８】
上述の発明では、発電停止指示後に水溶液循環手段への燃料補給量を減少させて発電を継続し、その後、燃料水溶液の濃度を発電停止指示前より低くして燃料電池の発電を停止する。ここで、当該燃料電池システムは燃料水溶液を循環させる燃料電池システムであるので、水溶液循環手段への燃料供給量を減少させて発電を継続すると、循環する燃料水溶液すべての濃度が略同等に低下していく。したがって、燃料電池に供給される燃料水溶液の濃度を発電停止指示前より確実に低くして燃料電池の発電を停止できるとともに、燃料水溶液の濃度が電解質膜面の位置によってばらつくことを抑制でき、燃料のクロスオーバーおよび電解質膜の劣化を抑制することができる。
【０００９】
好ましくは、燃料電池によって充電される二次電池をさらに含み、二次電池の蓄電量に基づいて燃料電池の発電動作が制御される。この場合、二次電池の蓄電量が所定値に達したとき燃料電池の発電を停止することによって、次回運転時に良好に起動できる。
【００１０】
また好ましくは、燃料電池へ供給される燃料水溶液の濃度に基づいて燃料電池の発電動作が制御される。この場合、燃料水溶液の濃度が規定濃度未満になったとき燃料電池の発電を停止することによって、電解質膜の劣化を確実に抑制できる。
【００１１】
さらに好ましくは、二次電池を所定値まで充電するために必要な充電量としての第１エネルギを算出し、水溶液循環手段内に存在する燃料水溶液を用いて二次電池を充電することができる発電量としての第２エネルギを算出し、第１エネルギと第２エネルギとの比較に基づいて燃料補給手段の燃料補給動作が制御される。この場合、第１エネルギが第２エネルギ以下となったとき水溶液循環手段への燃料補給量を減少させて発電を継続する。これによって、通常、発電終了時において二次電池を所定値まで充電できる。
【００１２】
好ましくは、第２エネルギを記憶する記憶手段をさらに含む。この場合、第１エネルギと比較される第２エネルギとして予め記憶しておいた値を用いることができるので、第２エネルギを算出する必要がない。
【００１３】
また好ましくは、二次電池の蓄電量に基づいて第１エネルギを算出する。この場合、第１エネルギを容易に算出できる。
【００１４】
さらに好ましくは、水溶液循環手段内の水溶液量および燃料水溶液の濃度に基づいて第２エネルギを算出する。この場合、容易に第２エネルギを算出できる。
【００１５】
好ましくは、燃料電池の発電に係る消費電力を参酌して第２エネルギを算出する。
【００１６】
燃料電池の発電時には電極に燃料水溶液を供給する水溶液ポンプや酸素を含む空気を供給するエアポンプなどの補器類を駆動させなければならない。上述のように、燃料電池の発電に係る消費電力を参酌することによって、すなわち燃料電池の発電に係る消費電力に相当するエネルギを水溶液循環手段内の燃料水溶液に蓄えられているエネルギから実質的に差し引くことによって、第２エネルギをより正確に算出できる。
【００１７】
また好ましくは、指示手段からの発電停止指示後に燃料電池への燃料水溶液の供給量を増加させるように水溶液循環手段が制御される。燃料電池への燃料水溶液の供給量を増加させることによって、燃料の供給不足による電解質膜の劣化を防止できる。
【００１８】
また好ましくは、水溶液循環手段に水を補給する水補給手段、および指示手段からの発電停止指示後に水溶液循環手段への水補給量が減少するように水補給手段の水補給動作を制御する第３制御手段をさらに含む。この場合、発電停止指示を受けた後に水溶液循環手段への水の補給を減少させて発電を継続することによって、水の補給による燃料水溶液の濃度変化を小さくすることができるので、二次電池が十分に充電される前に燃料電池の発電が停止してしまうといった弊害を防止できる。
【００１９】
さらに好ましくは、二次電池を充電するための外部電源と燃料水溶液システムとの接続の有無に基づいて燃料補給手段の燃料補給動作が制御される。この場合、外部電源が燃料電池システムに接続されたとき水溶液循環手段への燃料の補給量を減少させる。このように外部電源による充電を優先させて燃料の補給量を減少させることによって、無駄な燃料の消費を防止できる。
【００２０】
燃料電池システムを含む自動二輪車ひいては輸送機器では燃料水溶液のクロスオーバーおよび電解質膜の劣化を抑制することは重要であるので、この発明は燃料電池システムを含む自動二輪車および輸送機器に好適に用いられる。
【００２１】
なお、燃料や水の補給量の「減少」には、補給量を少なくする場合だけではなく、補給量をゼロにする（補給を停止する）場合も含まれる。
【発明の効果】
【００２２】
この発明によれば、燃料のクロスオーバーおよび電解質膜の劣化を確実に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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。ここでは、この発明の燃料電池システム１００を、輸送機器の一例である自動二輪車１０に搭載した場合について説明する。
まず、自動二輪車１０について説明する。この発明の実施の形態における左右、前後、上下とは、自動二輪車１０のシートにドライバがそのハンドル２４に向かって着座した状態を基準とした左右、前後、上下を意味する。
【００２４】
図１〜図７を参照して、自動二輪車１０は車体１１を含み、車体１１は車体フレーム１２を有する。車体フレーム１２は、ヘッドパイプ１４と、ヘッドパイプ１４から後方へ斜め下方に延びる縦断面Ｉ字型のフロントフレーム１６と、フロントフレーム１６の後端部に連結されかつ後方へ斜め上方に立ち上がるリヤフレーム１８と、リヤフレーム１８の上端部に取り付けられるシートレール２０とを備えている。フロントフレーム１６の後端部はリヤフレーム１８の中央部よりもやや下端部寄りの位置に接続され、フロントフレーム１６およびリヤフレーム１８全体で側面視略Ｙ字状を呈している。
【００２５】
フロントフレーム１６は、上下方向に幅を有して後方へ斜め下方に延びかつ左右方向に対して直交する板状部材１６ａと、それぞれ板状部材１６ａの上端縁および下端縁に形成されかつ後方へ斜め下方に延び左右方向に幅を有するフランジ部１６ｂおよび１６ｃと、板状部材１６ａの両表面に突設される補強リブ１６ｄと、後端部に設けられたとえばボルト等によってリヤフレーム１８が連結される連結部１６ｅとを備えている。補強リブ１６ｄは、フランジ部１６ｂおよび１６ｃと共に板状部材１６ａの両表面を区画して、後述する燃料電池システム１００の構成部材を収納する収納スペースを形成している。
【００２６】
一方、リヤフレーム１８は、それぞれ後方へ斜め上方に延び前後方向に幅を有しフロントフレーム１６の連結部１６ｅを挟むように配置される板状部材１８ａおよび１８ｂと、板状部材１８ａと１８ｂとを連結する板状部材（図示せず）とを備えている。
【００２７】
ヘッドパイプ１４内には、図１に示すように、車体方向変更用のステアリング軸２２が回動自在に挿通されている。ステアリング軸２２の上端には、ハンドル２４が固定されたハンドル支持部２６が取り付けられており、ハンドル２４の両端にはグリップ２８が取り付けられている。右側のグリップ２８は回動可能なスロットルグリップを構成している。
【００２８】
ハンドル支持部２６のハンドル２４の前方には表示操作部３０が配置されている。表示操作部３０は、電動モータ６０（後述）の各種データを計測表示するためのメータ３０ａ、走行状態等の各種情報提供用のたとえば液晶ディスプレイ等で構成された表示部３０ｂ、および各種情報入力用の入力部３０ｃ等が一体化されたものである。ハンドル支持部２６における表示操作部３０の下方には、ヘッドランプ３２が固定されており、ヘッドランプ３２の左右両側には、フラッシャランプ３４がそれぞれ設けられている。
【００２９】
また、ステアリング軸２２の下端には左右一対のフロントフォーク３６が取り付けられており、フロントフォーク３６それぞれの下端には、前輪３８が前車軸４０を介して取り付けられている。前輪３８は、フロントフォーク３６によって緩衝懸架された状態で前車軸４０によって回転自在に軸支されている。
【００３０】
一方、リヤフレーム１８の後端部には、フレーム状のシートレール２０が取り付けられている。シートレール２０は、リヤフレーム１８の上端部にたとえば溶接によって固設され、略前後方向に配設されている。シートレール２０上には図示しないシートが開閉自在に設けられている。シートレール２０の後端部には取り付けブラケット４２が固設されており、取り付けブラケット４２にはテールランプ４４および左右一対のフラッシャランプ４６がそれぞれ取り付けられている。
【００３１】
また、リヤフレーム１８の下端部には、スイングアーム（リヤアーム）４８がピボット軸５０を介して揺動自在に支持されており、スイングアーム４８の後端部４８ａには電動モータ６０（後述）を介して駆動輪である後輪５２が回転自在に支持されており、スイングアーム４８および後輪５２は、図示しないリヤクッションによってリヤフレーム１８に対して緩衝懸架されている。
【００３２】
さらに、リヤフレーム１８の下端部の前側には、リヤフレーム１８から左右方向に突出するようにフットレスト取付用バー５４が固定され、フットレスト取付用バー５４には図示しないフットレストが取り付けられる。フットレスト取付用バー５４の後方には、メインスタンド５６が回動可能にスイングアーム４８に支持されており、メインスタンド５６は、リターンスプリング５８によって閉じ側に付勢されている。
【００３３】
この実施形態では、スイングアーム４８には、後輪５２に連結されかつ後輪５２を回転駆動させるためのたとえばアキシャルギャップ型の電動モータ６０と、電動モータ６０に電気的に接続される駆動ユニット６２とが内蔵されている。図１１をも参照して、駆動ユニット６２は、電動モータ６０の回転駆動を制御するためのコントローラ６４、および二次電池１３４（後述）の蓄電量を検出するための蓄電量検出器６５を含む。
【００３４】
このような自動二輪車１０の車体１１には、車体フレーム１２に沿って燃料電池システム１００が取り付けられている。燃料電池システム１００は、電動モータ６０やその他の構成部材を駆動するための電気エネルギを生成する。
【００３５】
以下、燃料電池システム１００について説明する。
燃料電池システム１００は、メタノール（メタノール水溶液）を改質せずにダイレクトに発電に利用する直接メタノール型燃料電池システムである。
【００３６】
燃料電池システム１００は、フロントフレーム１６の下方に配置される燃料電池セルスタック（以下、単にセルスタックという）１０２を含む。
【００３７】
図８および図９に示すように、セルスタック１０２は、メタノールに基づく水素イオンと酸素との電気化学反応によって電気エネルギを生成することができる燃料電池（燃料電池セル）１０４を、セパレータ１０６を挟んで複数個積層（スタック）して構成されている。セルスタック１０２を構成する各燃料電池セル１０４は、固体高分子膜等から構成される電解質膜１０４ａと、電解質膜１０４ａを挟んで互いに対向するアノード（燃料極）１０４ｂおよびカソード（空気極）１０４ｃとを含む。アノード１０４ｂおよびカソード１０４ｃはそれぞれ、電解質膜１０４ａ側に設けられる白金触媒層を含む。
【００３８】
図４等に示すように、セルスタック１０２はスキッド１０８上に載せられ、スキッド１０８はフロントフレーム１６のフランジ部１６ｃから吊されるステースタック１１０によって支持されている。
【００３９】
図６に示すように、フロントフレーム１６の下方でありかつセルスタック１０２の上方には、水溶液用のラジエータ１１２と気液分離用のラジエータ１１４とが配置されている。ラジエータ１１２と１１４とは一体的に構成され、その前面が車両の前方やや下向きに配置され、前面に対して直交するように設けられる複数の板状のフィン（図示せず）を有する。このようなラジエータ１１２および１１４は、走行時に風を十分に受けることができる。
【００４０】
図６等に示すように、ラジエータ１１２は、旋回するように形成されるラジエータパイプ１１６を含む。ラジエータパイプ１１６は、ステンレス等からなる直線状パイプとＵ字状の継手パイプとを溶接することによって、入口１１８ａ（図５参照）から出口１１８ｂ（図３参照）までの１本の連続したパイプに形成されている。ラジエータ１１２の裏面側にはラジエータパイプ１１６と対向するようにラジエータ冷却用のファン１２０が設けられている。
【００４１】
同様に、ラジエータ１１４は、それぞれ蛇行するように形成される２本のラジエータパイプ１２２を含む。各ラジエータパイプ１２２は、ステンレス等からなる直線状パイプとＵ字状の継手パイプとを溶接することによって、入口１２４ａ（図３参照）から出口１２４ｂ（図３参照）までの１本の連続したパイプに形成されている。ラジエータ１１４の裏面側にはラジエータパイプ１２２と対向するようにラジエータ冷却用のファン１２６が設けられている。
【００４２】
図１〜図７に戻り主に図３を参照して、フロントフレーム１６の連結部１６ｅの後側には、上方から順に燃料タンク１２８、水溶液タンク１３０および水タンク１３２が配置されている。燃料タンク１２８、水溶液タンク１３０および水タンク１３２は、たとえばＰＥ（ポリエチレン）ブロー成型によって得られる。
【００４３】
燃料タンク１２８は、シートレール２０の下側に配置され、シートレール２０の後端部に取り付けられている。燃料タンク１２８は、セルスタック１０２の電気化学反応の燃料となる高濃度（たとえば、メタノールを約５０ｗｔ％含む）のメタノール燃料（高濃度メタノール水溶液）を収容している。燃料タンク１２８はその上面に蓋１２８ａを備え、蓋１２８ａを取り外してメタノール燃料が供給される。
【００４４】
また、水溶液タンク１３０は、燃料タンク１２８の下側に設けられ、リヤフレーム１８に取り付けられている。水溶液タンク１３０は、燃料タンク１２８からのメタノール燃料をセルスタック１０２の電気化学反応に適した濃度（たとえば、メタノールを約３ｗｔ％含む）に希釈したメタノール水溶液を収容している。つまり、水溶液タンク１３０は、水溶液ポンプ１４６（後述）によってセルスタック１０２に向けて送り出すべきメタノール水溶液を収容している。
【００４５】
燃料タンク１２８にはレベルセンサ１２９が装着され、燃料タンク１２８内のメタノール燃料の液面の高さが検出される。水溶液タンク１３０にはレベルセンサ１３１が装着され、水溶液タンク１３０内のメタノール水溶液の液面の高さが検出される。レベルセンサ１２９，１３１で液面高さを検出することによって、タンク内の液量を検出できる。水溶液タンク１３０内の液面は、たとえば図４においてＡで示す範囲内にコントロールされる。
【００４６】
水タンク１３２は、リヤフレーム１８の板状部材１８ａおよび１８ｂ間でありかつセルスタック１０２の後側に配置されている。水タンク１３２にはレベルセンサ１３３が装着され、水タンク１３２内の水面の高さが検出される。
【００４７】
また、燃料タンク１２８の前側でありかつフロントフレーム１６のフランジ部１６ｂの上側には、二次電池１３４が設けられている。二次電池１３４はリヤフレーム１８の板状部材（図示せず）の上面に配置される。二次電池１３４は、セルスタック１０２で生成された電気エネルギを蓄え、コントローラ１５６（後述）の指令に応じて電気エネルギを対応する電気構成部材に供給する。たとえば、二次電池１３４は、補機類や駆動ユニット６２に電気エネルギを供給する。
【００４８】
二次電池１３４の上側かつシートレール２０の下側には、燃料ポンプ１３６、検出用バルブ１３８が配置されている。また、水溶液タンク１３０の上側にはキャッチタンク１４０が配置されている。
【００４９】
キャッチタンク１４０はその上面に蓋１４０ａを備え、たとえば燃料電池システム１００を一度も起動したことがない状態（水溶液タンク１３０が空の状態）において、蓋１４０ａを取り外してメタノール水溶液が供給される。キャッチタンク１４０は、たとえばＰＥ（ポリエチレン）ブロー成型によって得られる。
【００５０】
また、フロントフレーム１６とセルスタック１０２とラジエータ１１２，１１４とによって囲まれた空間には、気体に含まれる塵等の異物を除去するためのエアフィルタ１４２が配置され、エアフィルタ１４２の後方斜め下側には水溶液フィルタ１４４が配置されている。
【００５１】
また、図４に示すように、フロントフレーム１６の左側の収納スペースには、水溶液ポンプ１４６およびエアポンプ１４８が収納されている。エアポンプ１４８の左側にはエアチャンバ１５０が配置されている。水溶液ポンプ１４６の駆動によってセルスタック１０２に向けてメタノール水溶液が送り出される。
【００５２】
さらに、図５に示すように、フロントフレーム１６の右側の収納スペースには、前方から順にメインスイッチ１５２、ＤＣ−ＤＣコンバータ１５４、コントローラ１５６、防錆用バルブ１５８および水ポンプ１６０が配置される。なお、メインスイッチ１５２はフロントフレーム１６の収納スペースを右側から左側に貫通するように設けられている。セルスタック１０２の前面にはホーン１６２が設けられている。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１５４は電圧を２４Ｖから１２Ｖに変換し、変換された１２Ｖの電圧によってファン１２０，１２６が駆動される。
【００５３】
このように配置される燃料電池システム１００の配管について、図４〜図７および図１０を参照して説明する。
燃料タンク１２８と燃料ポンプ１３６とはパイプＰ１によって連通され、燃料ポンプ１３６と水溶液タンク１３０とはパイプＰ２によって連通されている。パイプＰ１は、燃料タンク１２８の左側面下端部と燃料ポンプ１３６の左側面下端部とを結び、パイプＰ２は、燃料ポンプ１３６の左側面下端部と水溶液タンク１３０の左側面下端部とを結ぶ。燃料ポンプ１３６を駆動させることによって、燃料タンク１２８内のメタノール燃料がパイプＰ１，Ｐ２を介して水溶液タンク１３０に与えられる。
【００５４】
水溶液タンク１３０と水溶液ポンプ１４６とはパイプＰ３によって連通され、水溶液ポンプ１４６と水溶液フィルタ１４４とはパイプＰ４によって連通され、水溶液フィルタ１４４とセルスタック１０２とはパイプＰ５によって連通されている。パイプＰ３は、水溶液タンク１３０の左側面下隅部と水溶液ポンプ１４６の後部とを結び、パイプＰ４は、水溶液ポンプ１４６の後部と水溶液フィルタ１４４の左側面とを結び、パイプＰ５は、水溶液フィルタ１４４の右側面とセルスタック１０２の前面右下隅部に位置するアノード入口Ｉ１とを結ぶ。水溶液ポンプ１４６を駆動させることによって、水溶液タンク１３０からのメタノール水溶液が、パイプＰ３側からパイプＰ４側へと送り出され、水溶液フィルタ１４４で不純物が除去された後、パイプＰ５を介してセルスタック１０２に与えられる。この実施形態ではパイプＰ４およびＰ５によって水溶液ポンプ１４６が送り出すメタノール水溶液をセルスタック１０２の各燃料電池１０４に案内するパイプが構成される。
【００５５】
セルスタック１０２と水溶液用のラジエータ１１２とはパイプＰ６によって連通され、ラジエータ１１２と水溶液タンク１３０とはパイプＰ７によって連通されている。パイプＰ６は、セルスタック１０２の後面左上隅部に位置するアノード出口Ｉ２とラジエータ１１２の下面右側端部から引き出されるラジエータパイプ１１６の入口１１８ａ（図５参照）とを結び、パイプＰ７は、ラジエータ１１２の下面左側端部からやや中央寄りの位置から引き出されるラジエータパイプ１１６の出口１１８ｂ（図３参照）と水溶液タンク１３０の左側面上隅部とを結ぶ。セルスタック１０２から排出される未反応メタノール水溶液および二酸化炭素はパイプＰ６を介してラジエータ１１２に与えられ温度が下げられて、パイプＰ７を介して水溶液タンク１３０に戻される。これによって水溶液タンク１３０内のメタノール水溶液の温度を下げることができる。
【００５６】
上述したパイプＰ１〜Ｐ７は主として燃料の流路となる。
【００５７】
また、エアフィルタ１４２とエアチャンバ１５０とはパイプＰ８によって連通され、エアチャンバ１５０とエアポンプ１４８とはパイプＰ９によって連通され、エアポンプ１４８と防錆用バルブ１５８とはパイプＰ１０によって接続され、防錆用バルブ１５８とセルスタック１０２とはパイプＰ１１によって接続されている。パイプＰ８は、エアフィルタ１４２の後部とエアチャンバ１５０の中央部よりもやや前方寄りの位置とを結び、パイプＰ９は、エアチャンバ１５０の中央部の下側とエアポンプ１４８の後部とを結び、パイプＰ１０は、フロントフレーム１６の板状部材１６ａの左側に位置するエアポンプ１４８と板状部材１６ａの右側に位置する防錆用バルブ１５８とを結び、パイプＰ１１は、防錆用バルブ１５８とセルスタック１０２の後面右上端部に位置するカソード入口Ｉ３とを結ぶ。燃料電池システム１００の運転時には防錆用バルブ１５８を開いておき、その状態でエアポンプ１４８を駆動させることによって、酸素を含む空気が外部から吸入される。吸入された空気は、エアフィルタ１４２で浄化された後、パイプＰ８、エアチャンバ１５０およびパイプＰ９を介してエアポンプ１４８に流入し、さらに、パイプＰ１０、防錆用バルブ１５８およびパイプＰ１１を介してセルスタック１０２に与えられる。防錆用バルブ１５８は、燃料電池システム１００の停止時には閉じられており、エアポンプ１４８への水蒸気の逆流を防ぎエアポンプ１４８の錆を防止する。
【００５８】
セルスタック１０２と気液分離用のラジエータ１１４とは２本のパイプＰ１２によって連通され、ラジエータ１１４と水タンク１３２とは２本のパイプＰ１３によって連通され、水タンク１３２にはパイプ（排気管）Ｐ１４が設けられている。各パイプＰ１２は、セルスタック１０２の前面左下隅部に位置するカソード出口Ｉ４とラジエータ１１４の下面左側端部から引き出される各ラジエータパイプ１２２の入口１２４ａ（図３参照）とを結び、各パイプＰ１３は、ラジエータ１１４の下面左側端部からやや中央寄りの位置から引き出される各ラジエータパイプ１２２の出口１２４ｂ（図３参照）と水タンク１３２の前面上部とを結び、パイプＰ１４は、水タンク１３２の後面上部に接続され、一旦上昇しその後下降するようにくの字状に形成されている。セルスタック１０２のカソード出口Ｉ４から排出される水分（水および水蒸気）や二酸化炭素を含む排気は、パイプＰ１２を介してラジエータ１１４に与えられ、水蒸気が液化される。ラジエータ１１４からの排気は、パイプＰ１３を介して水と共に水タンク１３２に与えられ、パイプＰ１４を介して外部に排出される。
【００５９】
上述したパイプＰ８〜Ｐ１４は、主として排気の流路となる。
【００６０】
さらに、水タンク１３２と水ポンプ１６０とはパイプＰ１５によって連通され、水ポンプ１６０と水溶液タンク１３０とはパイプＰ１６によって連通されている。パイプＰ１５は、水タンク１３２の右側面下部と水ポンプ１６０の中央部とを結び、パイプＰ１６は、水ポンプ１６０の中央部と水溶液タンク１３０の左側面上隅部とを結ぶ。水ポンプ１６０を駆動させることによって、水タンク１３２内の水がパイプＰ１５，１６を介して水溶液タンク１３０に戻される。
【００６１】
上述したパイプＰ１５，１６は水の流路となる。
【００６２】
また、パイプＰ４には、水溶液ポンプ１４６によって送り出されパイプＰ４を流れるメタノール水溶液の一部が流入するように、パイプＰ１７が接続される。図４に示すように、パイプＰ１７には、パイプＰ１７内でのメタノール濃度を検出するための超音波センサ１６４が取り付けられている。超音波センサ１６４は、流入したメタノール水溶液のメタノール濃度（メタノール水溶液におけるメタノールの割合）に応じて超音波の伝播速度が変化することを利用してパイプＰ１７内のメタノール水溶液のメタノール濃度を検出するために用いられる。
【００６３】
図４に示すように、超音波センサ１６４は、超音波を発生させる発信部１６４ａと超音波を検出する受信部１６４ｂとを有する。発信部１６４ａは、パイプＰ４に介挿される。発信部１６４ａの分岐口１６５にはパイプＰ１７の始端が接続され、パイプＰ１７内には分岐口１６５を介してメタノール水溶液が導入される。受信部１６４ｂは、パイプＰ１７の終端に接続され二次電池１３４の左側面に配置される。超音波センサ１６４では、発信部１６４ａで超音波を発生させ、受信部１６４ｂで超音波を受信して、発信部１６４ａでの超音波の発生開始から受信部１６４ｂでの超音波の受信までの時間によって得られる超音波の伝播速度を検出し、その伝播速度を電圧値に変換して物理的な濃度情報とする。コントローラ１５６は、その濃度情報に基づいて、パイプＰ１７内のメタノール水溶液のメタノール濃度を検出する。
【００６４】
受信部１６４ｂと検出用バルブ１３８とはパイプＰ１８によって連通されている。また、検出用バルブ１３８と水溶液タンク１３０とはパイプＰ１９によって連通されている。パイプＰ１８は、受信部１６４ｂの上面と検出用バルブ１３８の左側面とを結び、パイプＰ１９は、検出用バルブ１３８の右側面と水溶液タンク１３０の上面とを結ぶ。
【００６５】
上述したパイプＰ１７〜Ｐ１９は主として濃度検出用の流路となる。
【００６６】
さらに、水溶液タンク１３０とキャッチタンク１４０とはパイプＰ２０によって連通され、キャッチタンク１４０と水溶液タンク１３０とはパイプＰ２１によって連通され、キャッチタンク１４０とエアチャンバ１５０とはパイプＰ２２によって連通されている。パイプＰ２０は、水溶液タンク１３０の左側面上隅部とキャッチタンク１４０の左側面上隅部とを結び、パイプＰ２１は、キャッチタンク１４０の下端部と水溶液タンク１３０の左側面下隅部とを結び、パイプＰ２２は、キャッチタンク１４０の左側面上部寄りの位置とエアチャンバ１５０の上端面とを結ぶ。水溶液タンク１３０内にある気体（主に、二酸化炭素、気化したメタノールおよび水蒸気）は、パイプＰ２０を介してキャッチタンク１４０に与えられる。気化したメタノールと水蒸気とはキャッチタンク１４０で冷却、液化された後、パイプＰ２１を介して水溶液タンク１３０に戻される。キャッチタンク１４０内の気体（二酸化炭素、液化されなかったメタノールおよび水蒸気）は、パイプＰ２２を介してエアチャンバ１５０に与えられる。
【００６７】
上述したパイプＰ２０〜Ｐ２２は主として燃料処理用の流路となる。
【００６８】
なお、図１０に示すように、超音波センサ１６４の受信部１６４ｂには、超音波センサ１６４を通るメタノール水溶液の温度を検出するための第１温度センサ１６６が設けられている。また、セルスタック１０２のアノード入口Ｉ１付近には、セルスタック１０２に供給されたメタノール水溶液の濃度に対応する濃度情報をメタノール水溶液の電気化学的特性を利用して検出するための電圧センサ１６８とセルスタック１０２に供給されたメタノール水溶液の温度を検出するための第２温度センサ１７０とが設けられている。さらに、エアフィルタ１４２付近には、外気温度を検出するための外気温度センサ１７１が設けられている。電圧センサ１６８は、燃料電池（燃料電池セル）１０４の開回路電圧（Open Circuit Voltage）を検出し、その電圧値を電気化学的な濃度情報とする。
【００６９】
このような燃料電池システム１００の電気的構成について、図１１を参照して説明する。
燃料電池システム１００のコントローラ１５６は、必要な演算を行い燃料電池システム１００の動作を制御するためのＣＰＵ１７２、ＣＰＵ１７２にクロックを与えるクロック回路１７４、燃料電池システム１００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１７６、燃料電池システム１００の誤動作を防ぐためのリセットＩＣ１７８、外部機器と接続するためのインターフェイス回路１８０、自動二輪車１０を駆動する電動モータ６０にセルスタック１０２を接続するための電気回路１８２における電圧を検出するための電圧検出回路１８４、燃料電池１０４ひいてはセルスタック１０２を流れる電流を検出するための電流検出回路１８６、電気回路１８２を開閉するためのＯＮ／ＯＦＦ回路１８８、電気回路１８２の過電圧を防止するための電圧保護回路１９０、電気回路１８２に設けられるダイオード１９２、および電気回路１８２に所定の電圧を供給するための電源回路１９４を含む。
【００７０】
このようなコントローラ１５６のＣＰＵ１７２には、超音波センサ１６４、電圧センサ１６８、第１温度センサ１６６、第２温度センサ１７０および外気温度センサ１７１からの検出信号、電圧検出回路１８４からの電圧検出値、ならびに電流検出回路１８６からの電流検出値が入力される。また、ＣＰＵ１７２には、転倒の有無を検知する転倒スイッチ１９６からの検知信号や、電源をオンオフするためのメインスイッチ１５２からの入力信号や、各種設定や情報入力のための入力部３０ｃからの信号が与えられる。さらに、ＣＰＵ１７２には、レベルセンサ１２９，１３１および１３３からの検出信号も与えられる。
【００７１】
記憶手段であるメモリ１７６には、図１３および図１４に示す動作を実行するためのプログラムや演算データ等の他、超音波センサ１６４によって得られたメタノール水溶液の物理的な濃度情報（超音波伝播速度に対応する電圧）を濃度に変換するための変換情報、電圧センサ１６８によって得られたメタノール水溶液の電気化学的な濃度情報（燃料電池１０４の開回路電圧）を濃度に変換するための変換情報が格納される。これらの変換情報は、たとえば、センサの出力情報とそれに対応する濃度との対応関係を示すテーブルデータである。
【００７２】
さらに、メモリ１７６には、水溶液タンク１３０内のメタノール水溶液を用いて二次電池１３４を充電することができる発電量としての第２エネルギを算出するための発電効率および充電効率が格納される。また、メモリ１７６には、メタノール水溶液の規定濃度、二次電池１３４の目標とすべき所定値および外部電源接続フラグが格納される。
【００７３】
また、ＣＰＵ１７２によって、燃料ポンプ１３６、水溶液ポンプ１４６、エアポンプ１４８、水ポンプ１６０、冷却用ファン１２０，１２６、検出用バルブ１３８および防錆用バルブ１５８等の補機類が制御される。さらに、ＣＰＵ１７２によって、各種情報を表示し自動二輪車の搭乗者に各種情報を報知するための表示部３０ｂが制御される。
【００７４】
また、セルスタック１０２には二次電池１３４および駆動ユニット６２が接続される。二次電池１３４および駆動ユニット６２は電動モータ６０に接続される。二次電池１３４は、セルスタック１０２からの出力を補完するものであり、セルスタック１０２からの電気エネルギによって充電され、その放電によって電動モータ６０や補機類に電気エネルギを与える。
【００７５】
電動モータ６０には、電動モータ６０の各種データを計測するためのメータ３０ａが接続され、メータ３０ａによって計測されたデータや電動モータ６０の状況は、インターフェイス回路１９８を介してＣＰＵ１７２に与えられる。
【００７６】
また、インターフェイス回路１９８には充電器２００が接続可能であり、充電器２００は外部電源（商用電源）２０２に接続できる。充電器２００を介してインターフェイス回路１９８と外部電源２０２とが接続されている場合、すなわち燃料電池システム１００と外部電源２０２とが接続されている場合には、インターフェイス回路１９８を介してＣＰＵ１７２に外部電源接続信号が与えられる。充電器２００のスイッチ２００ａはＣＰＵ１７２によってオン／オフできる。燃料電池システム１００と外部電源２０２とが接続されている場合において、スイッチ２００ａがオンされると、外部電源２０２と二次電池１３４とが電気的に接続される。
【００７７】
この実施形態では、水溶液循環手段は、水溶液タンク１３０、パイプＰ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６およびＰ７ならびに水溶液ポンプ１４６を含む。燃料補給手段は、燃料タンク１２８、パイプＰ１，Ｐ２および燃料ポンプ１３６を含む。水補給手段は、水タンク１３２、パイプＰ１５，Ｐ１６および水ポンプ１６０を含む。メインスイッチ１５２が指示手段に相当する。ＣＰＵ１７２が第１制御手段、第２制御手段、第３制御手段、第１算出手段および第２算出手段に相当する。メモリ１７６が記憶手段に相当する。蓄電量検出器６５が蓄電量検出手段に相当する。電圧センサ１６８、ＣＰＵ１７２およびメモリ１７６が濃度検出手段に相当する。または、超音波センサ１６４、ＣＰＵ１７２およびメモリ１７６が濃度検出手段に相当する。水溶液量検出手段は、レベルセンサ１３１およびＣＰＵ１７２を含む。充電器２００と外部電源２０２とが充電手段に相当する。
【００７８】
ついで、燃料電池システム１００の運転時の主要動作について説明する。
燃料電池システム１００は、メインスイッチ１５２がオンされることを契機として、水溶液ポンプ１４６やエアポンプ１４８等の補機類を駆動し、運転を開始する。
【００７９】
水溶液ポンプ１４６の駆動によって、水溶液タンク１３０に収容されるメタノール水溶液が、パイプＰ３側からパイプＰ４側へと送り出され、水溶液フィルタ１４４に供給される。そして、水溶液フィルタ１４４で不純物等が除去されたメタノール水溶液は、パイプＰ５、アノード入口Ｉ１を介してセルスタック１０２を構成する各燃料電池セル１０４のアノード１０４ｂにダイレクトに供給される。
【００８０】
一方、エアポンプ１４８の駆動によってエアフィルタ１４２から吸入された空気（エア）は、パイプＰ８を介してエアチャンバ１５０に流入することによって消音される。そして、吸入された空気およびエアチャンバ１５０に与えられたキャッチタンク１４０からの気体が、パイプＰ９〜Ｐ１１、カソード入口Ｉ３を介してセルスタック１０２を構成する各燃料電池セル１０４のカソード１０４ｃに供給される。
【００８１】
各燃料電池セル１０４のアノード１０４ｂでは、供給されたメタノール水溶液におけるメタノールと水とが化学反応し、二酸化炭素および水素イオンが生成される。生成された水素イオンは、電解質膜１０４ａを介してカソード１０４ｃに流入し、そのカソード１０４ｃ側に供給された空気中の酸素と電気化学反応して水（水蒸気）および電気エネルギが生成される。つまり、セルスタック１０２において発電が行われる。生成された電気エネルギは、二次電池１３４に送られて蓄えられると共に、自動二輪車１０の走行駆動等に利用される。
【００８２】
一方、各燃料電池セル１０４のアノード１０４ｂで生成された二酸化炭素および未反応メタノール水溶液は、上記電気化学反応によって発生する熱によって温度上昇し（たとえば約６５℃〜７０℃となる）、未反応メタノール水溶液の一部は気化される。二酸化炭素および未反応メタノール水溶液は、セルスタック１０２のアノード出口Ｉ２を介して水溶液用のラジエータ１１２内に流入し、ラジエータパイプ１１６を流れる間にファン１２０によって冷却される（たとえば約４０℃となる）。冷却された二酸化炭素および未反応メタノール水溶液は、パイプＰ７を介して水溶液タンク１３０に戻される。
【００８３】
一方、各燃料電池セル１０４のカソード１０４ｃで生成された水蒸気の大部分は液化して水となってセルスタック１０２のカソード出口Ｉ４から排出されるが、飽和水蒸気分はガス状態で排出される。カソード出口Ｉ４から排出された水蒸気の一部は、ラジエータ１１４で冷却されその温度が露点以下になることによって液化される。ラジエータ１１４による水蒸気の液化動作は、ファン１２６を動作させることによって行われる。カソード出口Ｉ４からの水分（水および水蒸気）は未反応の空気と共にパイプＰ１２、ラジエータ１１４およびパイプＰ１３を介して水タンク１３２に与えられる。
【００８４】
また、各燃料電池セル１０４のカソード１０４ｃでは、キャッチタンク１４０からの気化したメタノールおよびクロスオーバーによってカソードに移動したメタノールが白金触媒層で酸素と反応して無害な水分と二酸化炭素とに分解される。メタノールから分解された水分と二酸化炭素とは、カソード出口Ｉ４から排出されラジエータ１１４を介して水タンク１３２に与えられる。さらに、水のクロスオーバーによって各燃料電池セル１０４のカソード１０４ｃに移動した水分が、カソード出口Ｉ４から排出されラジエータ１１４を介して水タンク１３２に与えられる。
【００８５】
水タンク１３２に回収された水は、水ポンプ１６０の駆動によってパイプＰ１５，Ｐ１６を介して水溶液タンク１３０に適宜還流され、メタノール水溶液の水として利用される。
【００８６】
運転中の燃料電池システム１００では、各燃料電池セル１０４の劣化を防ぎつつ各燃料電池セル１０４に効率よく発電させるために、メタノール水溶液の濃度検出処理が定期的に実行される。そして、その検出結果に基づいてセルスタック１０２に供給すべき水溶液タンク１３０内のメタノール水溶液のメタノール濃度がたとえば３ｗｔ％程度に調整される。具体的には、コントローラ１５６によって燃料ポンプ１３６および水ポンプ１６０が制御され、メタノール濃度の検出結果に基づいて、燃料タンク１２８内のメタノール燃料が水溶液タンク１３０へ供給され、水タンク１３２内の水が水溶液タンク１３０へ還流される。
【００８７】
このような燃料電池システム１００におけるメインスイッチ１５２がオフされてからセルスタック１０２の発電が停止するまでの動作について説明する。
なお、図１２に示すように、二次電池１３４の充電率（満充電に対する蓄電量の割合）は、自動二輪車１０の運転中にはたとえば１０％〜６０％の範囲内で調整され、運転停止時に所定値（この実施形態では９８％）になることを目標として調整される。
【００８８】
図１３および図１４を参照して、まず、メインスイッチ１５２がオフされたか否かがＣＰＵ１７２によって判断される（ステップＳ１）。これは、メインスイッチ１５２がオフされたことを示す車両停止信号をＣＰＵ１７２が受信したか否かによって判断される。メインスイッチ１５２がオフされるまで待機し、メインスイッチ１５２がオフされると、燃料電池システム１００が外部電源２０２に接続されたか否かがＣＰＵ１７２によって判断される（ステップＳ３）。これは、インターフェイス回路１９８と外部電源２０２とが充電器２００を介して接続されたときにインターフェイス回路１９８から送信される外部電源接続信号をＣＰＵ１７２が受信したか否かによって判断される。
【００８９】
燃料電池システム１００が外部電源２０２に接続されていなければ、ＣＰＵ１７２が燃料ポンプ１３６および水ポンプ１６０を制御することによって水溶液タンク１３０内の水溶液量および水溶液濃度が調整される（ステップＳ５）。その後、二次電池１３４の蓄電量が蓄電量検出器６５によって検出され（ステップＳ７）、その蓄電量に基づいてＣＰＵ１７２によって二次電池１３４を所定値まで充電するために必要な第１エネルギ（必要充電量）が容易に算出される（ステップＳ９）。
【００９０】
ついで、電圧センサ１６８によってメタノール水溶液の濃度情報が得られ、ＣＰＵ１７２によってその濃度情報がメモリ１７６内の変換情報に基づいて濃度に変換され、メタノール濃度が得られる（ステップＳ１１）。そして、レベルセンサ１３１によって検出された水溶液タンク１３０のレベルに基づいてＣＰＵ１７２によってメタノール水溶液量が得られる（ステップＳ１３）。メタノール濃度とメタノール水溶液量とに基づいてＣＰＵ１７２によって水溶液中のメタノール発電エネルギが算出される（ステップＳ１５）。さらに、ＣＰＵ１７２によってメタノール発電エネルギに発電効率および充電効率をかける（乗算する）ことによって第２エネルギ（充電量）が容易かつ正確に算出される（ステップＳ１７）。なお、メタノール発電エネルギに発電効率および充電効率をかけることは、メタノール発電エネルギから発電に係る消費電力等のエネルギを実質的に差し引くことに相当する。
【００９１】
ここで、発電効率は、たとえばエアポンプ１４８のようなセルスタック１０２の運転に必要な補器類を駆動するために必要な電力等を考慮して予め設定されている値であり、この実施形態では１５％に設定されている。つまり、水溶液タンク１３０内のメタノール水溶液に蓄えられているエネルギのうち１５％が二次電池１３４の充電に使用できる。
【００９２】
また、充電効率は、二次電池１３４を充電する際の化学反応で生じる損失を考慮して予め設定されている値であり、この実施形態では９５％〜９８％に設定されている。
【００９３】
したがって、充電に使用できる第２エネルギは水溶液タンク１３０内に蓄えられるエネルギの１４％〜１５％程度である。
【００９４】
そして、ＣＰＵ１７２によって第1エネルギが第２エネルギ以下であるか否かが判断される（ステップＳ１９）。第1エネルギが第２エネルギ以下であれば、ＣＰＵ１７２によって燃料タンク１２８からのメタノール燃料および水タンク１３２からの水の補給が停止される（ステップＳ２１）。
【００９５】
一方、第1エネルギが第２エネルギより大きければ、ステップＳ３に戻る。
【００９６】
また、ステップＳ３において、燃料電池システム１００に外部電源２０２が接続されていれば、すなわちインターフェイス回路１９８と外部電源２０２とが充電器２００を介して接続されていれば、ＣＰＵ１７２によって、スイッチ２００ａがオフされて充電器２００は即座には充電を開始しない充電待機状態に設定される（ステップＳ２３）。そして、燃料電池システム１００に外部電源２０２が接続されている旨が表示部３０ｂに表示され（ステップＳ２５）、燃料電池システム１００に外部電源２０２が接続されていることを記録すべく外部電源接続フラグが立ち上げられる（ステップＳ２７）。その後、ステップＳ２１に進み燃料タンク１２８からのメタノール燃料および水タンク１３２からの水の補給が停止される。
【００９７】
このようにインターフェイス回路１９８に充電器２００を介して外部電源２０２が接続されていれば外部電源２０２からの充電が可能であるので、無駄な燃料の消費を抑えるべく燃料タンク１２８からのメタノール燃料および水タンク１３２からの水の補給が停止される。しかし、外部電源２０２が接続された直後にセルスタック１０２の発電まで停止してしまうと水溶液濃度は高いため発電停止後にクロスオーバーを生じてしまう。したがって、接続後しばらくの間は充電を開始することなく発電を継続する。
【００９８】
上述のようにステップＳ２１において燃料タンク１２８からのメタノール燃料および水タンク１３２からの水の補給が停止されると、水溶液タンク１３０内のメタノール水溶液の濃度は低下していく。したがって、ＣＰＵ１７２によって水溶液ポンプ１４６の駆動が制御され、水溶液中のメタノールがアノード１０４ｂで不足しないようにメタノール水溶液の流量を増加させる（ステップＳ２９）。
【００９９】
そして、メタノール水溶液の濃度が電圧センサ１６８を介して検出され（ステップＳ３１）、水溶液濃度が規定濃度（この実施形態では１％）より小さくなったか否かがＣＰＵ１７２によって判断される（ステップＳ３３）。水溶液濃度が規定濃度より小さくなければ二次電池１３４の蓄電量が蓄電量検出器６５によって検出され（ステップＳ３５）、二次電池１３４が所定値まで充電されたか否かがＣＰＵ１７２によって判断される（ステップＳ３７）。二次電池１３４が所定値まで充電されていなければステップＳ２９に戻り、所定値まで充電されていれば二次電池１３４の過充電を回避するためにＣＰＵ１７２によって直ちに発電が停止されて（ステップＳ３９）、終了する。このように、運転中に消費された二次電池１３４の蓄電量を所定値（たとえば９８％）まで充電した後にセルスタック１０２の発電を停止させる。
【０１００】
一方、ステップＳ３３において、水溶液濃度が規定濃度より小さくなれば、インターフェイス回路１９８に充電器２００を介して外部電源２０２が接続されているか否かが判断される（ステップＳ４１）。これは、外部電源接続フラグが立っているか否かによって判断される。外部電源２０２が接続されていなければ、直ちにステップＳ３９において発電が停止されて終了する。一方、外部電源２０２が接続されていれば、ＣＰＵ１７２がスイッチ２００ａをオンすることによって充電器２００による充電が開始された（ステップＳ４３）のち、ステップＳ３９において発電が停止されて終了する。
【０１０１】
このような燃料電池システム１００によれば、メインスイッチ１５２のオフ後に第１エネルギが第２エネルギ以下となれば、水溶液タンク１３０への燃料供給を停止させて発電を継続し、その後、メタノール水溶液の濃度をメインスイッチ１５２のオフ前より低くしてセルスタック１０２の発電を停止する。ここで、燃料電池システム１００は、セルスタック１０２内のメタノール水溶液を水溶液タンク１３０へ還流可能な燃料電池システムであるので、水溶液タンク１３０への燃料供給を停止させて発電を継続すると、循環するメタノール水溶液すべての濃度が略同等に低下していく。したがって、セルスタック１０２に供給されるメタノール水溶液の濃度をメインスイッチ１５２のオフ前より確実に低くしてセルスタック１０２の発電を停止できるとともに、メタノール水溶液の濃度が電解質膜面の位置によってばらつくことを抑制でき、メタノールのクロスオーバーおよび電解質膜１０４ａの劣化を抑制することができる。
【０１０２】
また、通常、発電終了時において二次電池を所定値まで充電でき、次回運転時に良好に起動できる。二次電池が所定値まで充電される前にメタノール水溶液の濃度が規定濃度未満になれば、セルスタック１０２の発電を停止させることによって、電解質膜１０４ａの劣化を確実に抑制できる。
【０１０３】
さらに、メインスイッチ１５２のオフ後に水溶液タンク１３０への水の補給を停止させて発電を継続することによって、水溶液タンク１３０内のメタノール水溶液の濃度を発電によってのみ徐々に低下させることができるので、二次電池１３４が十分に充電される前にセルスタック１０２の発電が停止してしまうといった弊害を防止できる。
【０１０４】
また、二次電池１３４を充電するための外部電源２０２が燃料電池システム１００に接続されたとき水溶液タンク１３０へのメタノール燃料の補給を停止させる。このように外部電源２０２による充電を優先させてメタノール燃料の補給を停止させることによって、無駄な燃料の消費を防止できる。
【０１０５】
この発明によれば、メタノール水溶液のクロスオーバーおよび電解質膜１０４ａの劣化を確実に抑制できるので、この発明は、燃料電池システム１００を含む自動二輪車１０ひいては自動車、船舶等の輸送機器に好適に用いられる。
【０１０６】
なお、上述の実施形態では、第２エネルギを算出するための水溶液量として水溶液タンク１３０内の水溶液量を用いたが、これに限定されない。水溶液循環手段のうち水溶液タンク１３０以外の部分、すなわちパイプＰ６、ラジエータ１１２、パイプＰ７，Ｐ３、水溶液ポンプ１４６、パイプＰ４、水溶液フィルタ１４４、パイプＰ５からなる循環流路内の水溶液量は既知であるので、その水溶液量を水溶タンク１３０内の水溶液量に加えてもよい。これによれば、水溶液循環手段内に存在するメタノール水溶液を用いて得られる第２エネルギをより正確に算出できる。
【０１０７】
また、水溶液タンク１３０内の液位が一定に制御されていれば、水溶液タンク１３０内の水溶液量から第２エネルギを算出する場合だけではなく、水溶液タンク１３０内の水溶液量と循環流路内の水溶液量との合計から第２エネルギを算出する場合においても、第２エネルギは略一定である。したがってこの場合には、第２エネルギを既知としてメモリ１７６に予め記憶させておいてもよい。これによれば、第２エネルギを算出する必要がなくなる。
【０１０８】
さらに、図１３に示す動作のステップＳ２１において燃料ポンプ１３６の補給動作を停止するようにしたが、燃料ポンプ１３６を停止することなく燃料ポンプ１３６からの燃料補給量を減少させるようにしてもよい。また、同ステップＳ２１において、水ポンプ１６０を停止することなく、水ポンプ１６０からの水補給量を減少させるようにしてもよい。
【０１０９】
また、図１３に示す動作のステップＳ１１および図１４に示す動作のステップＳ３１において、超音波センサ１６４、ＣＰＵ１７２およびメモリ１７６を用いてメタノール水溶液の濃度を検出するようにしてもよく、さらにその他の手段を用いてもよい。なお、濃度の変換情報は、濃度情報を濃度に変換するための演算式であってもよい。
【０１１０】
さらに、上述の実施形態では、ＣＰＵ１７２が第１〜第３制御手段に相当していたが、これに限定されず、第１〜第３制御手段はそれぞれ個別のＣＰＵによって構成されてもよい。
【０１１１】
上述の実施形態では、燃料としてメタノールを、燃料水溶液としてメタノール水溶液を用いたが、これに限定されず、燃料としてエタノール等のアルコール系燃料、燃料水溶液としてエタノール水溶液等のアルコール系水溶液を用いてもよい。
【０１１２】
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特許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】
【０１１３】
【図１】この発明の一実施形態の自動二輪車を示す左側面図である。
【図２】自動二輪車の車体フレームに対する燃料電池システムの配置状態を左斜め前方からみた斜視図である。
【図３】自動二輪車の車体フレームに対する燃料電池システムの配置状態を左斜め後方からみた斜視図である。
【図４】燃料電池システムの配管状態を示す左側面図である。
【図５】燃料電池システムの配管状態を示す右側面図である。
【図６】燃料電池システムの配管状態を左斜め前方からみた斜視図である。
【図７】燃料電池システムの配管状態を右斜め前方からみた斜視図である。
【図８】燃料電池セルスタックを示す図解図である。
【図９】燃料電池セルを示す図解図である。
【図１０】燃料電池システムの配管を示すシステム図である。
【図１１】燃料電池システムの電気的構成を示すブロック図である。
【図１２】二次電池の充電率を説明するための図解図である。
【図１３】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１４】図１３の動作の続きを示すフロー図である。
【符号の説明】
【０１１４】
１０      自動二輪車
６５      蓄電量検出器
１００      燃料電池システム
１０２      燃料電池セルスタック
１０４      燃料電池（燃料電池セル）
１０４ａ      電解質膜
１２８      燃料タンク
１３０      水溶液タンク
１３２      水タンク
１３４      二次電池
１３６      燃料ポンプ
１４６      水溶液ポンプ
１５２    メインスイッチ
１５６      コントローラ
１６０      水ポンプ
１６４      超音波センサ
１６８      電圧センサ
１７２      ＣＰＵ
１７６      メモリ
Ｐ１〜Ｐ２２      パイプ
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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