特許 5852589 燃料電池システムおよびそれを備える輸送機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5852589

(24)【登録日】2015年12月11日

(45)【発行日】2016年2月3日

(54)【発明の名称】燃料電池システムおよびそれを備える輸送機器

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04225 20160101AFI20160114BHJP

   H01M 8/04302 20160101ALI20160114BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20160114BHJP

   H01M 8/04186 20160101ALI20160114BHJP

   H01M 8/04228 20160101ALI20160114BHJP

   H01M 8/04303 20160101ALI20160114BHJP

   H01M 8/00 20160101ALI20160114BHJP

   B60L 11/18 20060101ALI20160114BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20160114BHJP

   B62M 7/12 20060101ALN20160114BHJP

   B62J 31/00 20060101ALN20160114BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/04 X

   H01M8/04 Z

   H01M8/04 L

   H01M8/04 Y

   H01M8/00 A

   H01M8/00 Z

   B60L11/18 G

   !H01M8/10

   !B62M7/12

   !B62J31/00 B

【請求項の数】14

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2012-554611(P2012-554611)

(86)(22)【出願日】2011年8月23日

(86)【国際出願番号】JP2011068968

(87)【国際公開番号】WO2012101853

(87)【国際公開日】20120802

【審査請求日】2014年5月9日

(31)【優先権主張番号】特願2011-14816(P2011-14816)

(32)【優先日】2011年1月27日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000010076

【氏名又は名称】ヤマハ発動機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101351

【弁理士】

【氏名又は名称】辰巳 忠宏

(72)【発明者】

【氏名】古川 和良

(72)【発明者】

【氏名】松本 雄紀

【審査官】 相羽 昌孝

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０６４６８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２１８３９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０２６７３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０４４８３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１０３１１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２０３１３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１０３１５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２９５７０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／００− ８／２４

Ｂ６０Ｌ １１／１８

Ｂ６２Ｊ ３１／００

Ｂ６２Ｍ ７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アノードとカソードとを有する燃料電池と、
前記燃料電池に電気的に接続される二次電池と、
酸化剤を前記カソードへ供給するための酸化剤供給部と、
前記カソードへ前記酸化剤を供給する前記酸化剤供給部の供給動作を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、起動モード、通常運転モードおよび満充電モードのいずれにおいても酸化剤欠乏処理を実行可能に、かつ、前記起動モードおよび前記満充電モードのそれぞれにおける前記酸化剤欠乏処理の回数が、前記通常運転モードにおける前記酸化剤欠乏処理の回数よりも多くなるように、前記酸化剤供給部の供給動作を制御する、燃料電池システム。

【請求項2】

前記燃料電池の起動時間を取得する第１時間取得部をさらに備え、
前記起動モードにおいて、前記制御部は、前記起動時間と第１閾値とに基づいて前記酸化剤欠乏処理を実行するか否かを判断する、請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項3】

前記燃料電池の出力に関する出力情報を取得する出力取得部をさらに備え、
前記起動モードにおいて、前記制御部は、前記出力情報と第２閾値とに基づいて前記酸化剤欠乏処理を実行するか否かを判断する、請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項4】

前記燃料電池の温度を取得する温度取得部をさらに備え、
前記起動モードにおいて、前記制御部は、前記燃料電池の温度と第３閾値とに基づいて前記酸化剤欠乏処理を実行するか否かを判断する、請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項5】

前記燃料電池の電圧に関する電圧情報を取得する電圧取得部をさらに備え、
前記制御部は、前記電圧情報と第４閾値とに基づいて前記酸化剤欠乏処理を終了するか否かを判断する、請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項6】

前記酸化剤欠乏処理の継続時間を取得する第２時間取得部をさらに備え、
前記制御部は、前記酸化剤欠乏処理の継続時間と第５閾値とに基づいて前記酸化剤欠乏処理を終了するか否かを判断する、請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項7】

前記燃料電池の出力に関する出力情報を取得する出力取得部をさらに備え、
前記起動モードにおいて、前記制御部は、前記出力情報と第６閾値とに基づいて前記通常運転モードに移行するか否かを判断する、請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項8】

前記燃料電池の温度を取得する温度取得部をさらに備え、
前記起動モードにおいて、前記制御部は、前記燃料電池の温度と第７閾値とに基づいて前記通常運転モードに移行するか否かを判断する、請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項9】

前記燃料電池の通常運転時間を取得する第３時間取得部と、
前記燃料電池に関する出力保持率を算出する保持率算出部とをさらに備え、
前記通常運転モードにおいて、前記制御部は、前記通常運転時間と前記出力保持率とに基づいて前記酸化剤欠乏処理を実行するか否かを判断する、請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項10】

前記二次電池の蓄電量に関する蓄電情報を検出する蓄電検出部をさらに備え、
前記通常運転モードから前記満充電モードに移行した後、前記制御部は、前記蓄電情報と第８閾値とに基づいて前記通常運転モードに戻るか前記二次電池の定電圧充電を開始するかを判断する、請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項11】

前記満充電モードにおいて前記定電圧充電の開始後、前記制御部は、前記蓄電情報と第９閾値とに基づいて発電を停止するか否かを判断する、請求項１０に記載の燃料電池システム。

【請求項12】

前記二次電池の定電圧充電時間を取得する第４時間取得部をさらに備え、
前記満充電モードにおいて前記定電圧充電の開始後、前記制御部は、前記定電圧充電時間と第１０閾値とに基づいて発電を停止するか否かを判断する、請求項１０に記載の燃料電池システム。

【請求項13】

アノードとカソードとを有する燃料電池と、
前記燃料電池に電気的に接続される二次電池と、
酸化剤を前記カソードへ供給するための酸化剤供給部と、
前記カソードへ前記酸化剤を供給する前記酸化剤供給部の供給動作を制御する制御部と、
前記二次電池の蓄電量に関する蓄電情報を検出する蓄電検出部と、
前記二次電池の定電圧充電時間を取得する第４時間取得部とを備え、
前記制御部は、起動モードおよび満充電モードのそれぞれにおける酸化剤欠乏処理の回数が、通常運転モードにおける酸化剤欠乏処理の回数よりも多くなるように、前記酸化剤供給部の供給動作を制御し、
前記通常運転モードから前記満充電モードに移行した後、前記制御部は、前記蓄電情報と第８閾値とに基づいて前記通常運転モードに戻るか前記二次電池の定電圧充電を開始するかを判断し、
前記満充電モードにおいて前記定電圧充電の開始後、前記制御部は、前記定電圧充電時間と第１１閾値とに基づいて前記酸化剤欠乏処理を実行するか否かを判断する、燃料電池システム。

【請求項14】

請求項１から１３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。

【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れを備える輸送機器に関し、より特定的には、燃料電池のカソードに酸化剤を供給する燃料電池システムおよびそれを備える輸送機器に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の燃料電池システムでは、燃料電池のアノードにメタノールが、カソードに酸化剤を含む気体が、それぞれ供給され、発電が行われる。しかし、発電時間の経過とともに燃料電池の出力が低下する。これは、カソード触媒に使用される白金が酸化されて酸化物が形成されることによって、燃料電池（カソード）の電圧が低下するからである。特に、燃料電池の電圧が高い状態では酸化物が形成され易くなる。そこで、一時的に燃料電池のカソードへの酸化剤の供給を停止するあるいは一時的にカソードへの酸化剤の供給量を減少させることによってカソードを酸化剤欠乏状態にする酸化剤欠乏処理（エアスターブ処理）が行われている。それにより燃料電池の電圧を低下させ酸化物を還元させることによって、酸化剤欠乏処理後には、酸化剤欠乏処理前よりも燃料電池の出力（特に起電力）が増加する。

【0003】

特許文献１には、定常的な発電を行う通常運転時に酸化剤欠乏処理を実行することによって、時間経過に伴って低下する燃料電池の出力を回復させる技術が開示されている。

【0004】

特許文献１では、通常運転時に、酸化剤欠乏処理を実行するか否かを状況に応じて判断し、実行すべきと判断した場合に酸化剤欠乏処理を実行する。たとえば、酸化剤欠乏処理によって得られる増加分の電力量が、酸化剤欠乏処理中に得られない電力量よりも多くなることを期待できる場合に、酸化剤欠乏処理を実行する。これによって、通常運転時における燃料電池の発電効率を向上できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００６−１２７８７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述のように、特許文献１では通常運転時における燃料電池の発電効率を向上できるが、燃料電池の起動時や二次電池の蓄電量が大きいときにおける問題を解決するものではない。すなわち、燃料電池の起動時や二次電池の蓄電量が大きいときには、燃料電池の電圧が高い状態が続き、通常運転時よりも電極に酸化物が形成され易く電極が劣化し易いという問題があるが、特許文献１は、そのような弊害を解決するものではない。

【0007】

それゆえに、この発明の主たる目的は、通常運転時における燃料電池の発電効率を向上できるとともに、起動時および二次電池の蓄電量が大きいときにおける電極の劣化を抑制できる、燃料電池システムおよびそれを備える輸送機器を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この発明の一の局面によれば、アノードとカソードとを有する燃料電池と、燃料電池に電気的に接続される二次電池と、酸化剤をカソードへ供給するための酸化剤供給部と、カソードへ酸化剤を供給する酸化剤供給部の供給動作を制御する制御部とを備え、制御部は、起動モードおよび満充電モードのそれぞれにおける酸化剤欠乏処理の回数が、通常運転モードにおける酸化剤欠乏処理の回数よりも多くなるように、酸化剤供給部の供給動作を制御する、燃料電池システムが提供される。

【0009】

この発明では、通常運転モードにおいて酸化剤欠乏処理を実行することによって、燃料電池の出力を回復させ、通常運転時における燃料電池の発電効率を向上できる。また、起動時および二次電池の蓄電量が大きいときには電極に酸化物が形成され易く電極が劣化し易いが、起動モードおよび満充電モードにおいて通常運転モードよりも酸化剤欠乏処理の回数を多くすることによって、燃料電池の電圧を低下させ酸化物を還元する。これによって、起動時および二次電池の蓄電量が大きいときにおける電極の劣化を抑制でき、電極の耐久性を向上できる。さらに、このように起動時の電極の劣化を抑制することによって、その後の通常運転モードに移行する際の燃料電池の出力を高く維持することができる。

【0010】

好ましくは、燃料電池システムは、燃料電池の起動時間を取得する第１時間取得部をさらに備え、起動モードにおいて、制御部は、起動時間と第１閾値とに基づいて酸化剤欠乏処理を実行するか否かを判断する。起動モードでは、燃料電池の電圧が高い状態が継続すると電極に酸化物が形成され電極が劣化するおそれがある。したがって、燃料電池の起動時間が第１閾値に達すると酸化剤欠乏処理を実行することによって、燃料電池の電圧を低下させて酸化物を還元させ、電極の劣化を抑制できる。

【0011】

また好ましくは、燃料電池システムは、燃料電池の出力に関する出力情報を取得する出力取得部をさらに備え、起動モードにおいて、制御部は、出力情報と第２閾値とに基づいて酸化剤欠乏処理を実行するか否かを判断する。起動モードでは、起動開始からの時間の経過とともに燃料電池の出力が上昇し、電極に酸化物が形成され電極が劣化するおそれがある。したがって、燃料電池の出力に関する出力情報が第２閾値に達すると酸化剤欠乏処理を実行することによって、燃料電池の電圧を低下させて酸化物を還元させ、電極の劣化を抑制できる。

【0012】

さらに好ましくは、燃料電池システムは、燃料電池の温度を取得する温度取得部をさらに備え、起動モードにおいて、制御部は、燃料電池の温度と第３閾値とに基づいて酸化剤欠乏処理を実行するか否かを判断する。起動モードでは、時間の経過とともに燃料電池の温度が上昇し、電極に酸化物が形成され電極が劣化するおそれがある。したがって、燃料電池の温度が第３閾値に達すると酸化剤欠乏処理を実行することによって、燃料電池の電圧を低下させて酸化物を還元させ、電極の劣化を抑制できる。

【0013】

好ましくは、燃料電池システムは、燃料電池の電圧に関する電圧情報を取得する電圧取得部をさらに備え、制御部は、電圧情報と第４閾値とに基づいて酸化剤欠乏処理を終了するか否かを判断する。酸化剤欠乏処理を実行すれば、燃料電池の電圧が低下する。したがって、燃料電池の電圧に関する電圧情報が第４閾値まで低下すれば、酸化剤欠乏処理が効果的に行われたと判断し、酸化剤欠乏処理を終了する。これにより酸化剤欠乏処理を効果的に実行することができる。

【0014】

また好ましくは、燃料電池システムは、酸化剤欠乏処理の継続時間を取得する第２時間取得部をさらに備え、制御部は、酸化剤欠乏処理の継続時間と第５閾値とに基づいて酸化剤欠乏処理を終了するか否かを判断する。この場合、酸化剤欠乏処理が効果的に行われたと判断できる時間を第５閾値として設定しておく。そして、酸化剤欠乏処理の継続時間が第５閾値に達すれば、酸化剤欠乏処理が効果的に行われたと判断し、酸化剤欠乏処理を終了する。これにより酸化剤欠乏処理を効果的に実行することができる。

【0015】

さらに好ましくは、燃料電池システムは、燃料電池の出力に関する出力情報を取得する出力取得部をさらに備え、起動モードにおいて、制御部は、出力情報と第６閾値とに基づいて通常運転モードに移行するか否かを判断する。起動モードでは、時間の経過とともに燃料電池の出力が上昇し、やがて燃料電池の通常運転が可能な状態となる。したがって、燃料電池の出力に関する出力情報が第６閾値に達すれば、燃料電池の通常運転が可能な状態になったと判断し、通常運転モードに移行する。これにより円滑に通常運転モードに移行することができる。

【0016】

好ましくは、燃料電池システムは、燃料電池の温度を取得する温度取得部をさらに備え、起動モードにおいて、制御部は、燃料電池の温度と第７閾値とに基づいて通常運転モードに移行するか否かを判断する。起動モードでは、時間の経過とともに燃料電池の温度が上昇し、やがて燃料電池の通常運転が可能な状態となる。したがって、燃料電池の温度が第７閾値に達すれば、燃料電池の通常運転が可能な状態になったと判断し、通常運転モードに移行する。これにより円滑に通常運転モードに移行することができる。

【0017】

また好ましくは、燃料電池システムは、燃料電池の通常運転時間を取得する第３時間取得部と、燃料電池に関する出力保持率を算出する保持率算出部とをさらに備え、通常運転モードにおいて、制御部は、通常運転時間と出力保持率とに基づいて酸化剤欠乏処理を実行するか否かを判断する。通常運転モードでは、時間の経過とともに徐々に燃料電池が劣化し燃料電池の出力が低下していく。したがって、燃料電池の出力低下が許容範囲を超えている（燃料電池の劣化が予想以上に早い）場合に酸化剤欠乏処理を必要とする。当該燃料電池システムは、燃料電池の出力低下量に相関する出力保持率を算出するとともに、燃料電池の通常運転時間を取得し、出力保持率と通常運転時間とに基づいて酸化剤欠乏処理を実行するか否かを判断する。すなわち、通常運転モードにおいて、時間の経過とともに低下する燃料電池の出力が、許容範囲を超えて低下しているか否かによって、酸化剤欠乏処理の実行の要否を判断する。燃料電池の出力が許容範囲を超えて低下していれば、酸化剤欠乏処理が必要と判断する。これによって、通常運転モードにおいて、燃料電池の劣化状態を把握でき、必要な場合にのみ酸化剤欠乏処理を実行できる。その結果、燃料電池の劣化を抑制して燃料電池の出力を回復させ、燃料電池の発電効率を確実に向上できる。

【0018】

さらに好ましくは、燃料電池システムは、二次電池の蓄電量に関する蓄電情報を検出する蓄電検出部をさらに備え、通常運転モードから満充電モードに移行した後、制御部は、蓄電情報と第８閾値とに基づいて通常運転モードに戻るか二次電池の定電圧充電を開始するかを判断する。この場合、満充電モードにおいて、二次電池の蓄電情報が第８閾値未満であれば通常運転モードに戻り、一方、二次電池の蓄電情報が第８閾値に達すれば二次電池の定電圧充電を開始する。このように定電圧充電を行うことによって二次電池の過充電を防ぐことができる。

【0019】

好ましくは、満充電モードにおいて定電圧充電の開始後、制御部は、蓄電情報と第９閾値とに基づいて発電を停止するか否かを判断する。この場合、満充電モードにおいて定電圧充電の開始後、二次電池の蓄電情報が第９閾値に達すれば、二次電池を満充電できたと判断し、燃料電池の発電を停止させる。これにより二次電池の過充電を防ぐことができる。

【0020】

また好ましくは、燃料電池システムは、二次電池の定電圧充電時間を取得する第４時間取得部をさらに備え、満充電モードにおいて定電圧充電の開始後、制御部は、定電圧充電時間と第１０閾値とに基づいて発電を停止するか否かを判断する。この場合、定電圧充電によって二次電池を満充電できたと判断できる時間を第１０閾値として設定しておく。そして、満充電モードにおいて、定電圧充電時間が第１０閾値に達すれば、二次電池を満充電できたと判断し、燃料電池の発電を停止させる。これにより二次電池の過充電を防ぐことができる。

【0021】

さらに好ましくは、燃料電池システムは、二次電池の定電圧充電時間を取得する第４時間取得部をさらに備え、満充電モードにおいて定電圧充電の開始後、制御部は、定電圧充電時間と第１１閾値とに基づいて酸化剤欠乏処理を実行するか否かを判断する。満充電モードでは、定電圧充電時間の経過とともに徐々に燃料電池が劣化し燃料電池の出力が低下していく。したがって、燃料電池の出力が低下して酸化剤欠乏処理が必要になると考えられる時間を第１１閾値として設定しておく。そして、満充電モードにおいて、定電圧充電時間が第１１閾値に達すれば、酸化剤欠乏処理が必要と判断し、酸化剤欠乏処理を実行する。これによって、燃料電池の劣化を抑制して燃料電池の出力を回復させ、燃料電池の発電効率を向上できる。

【0022】

燃料電池システムを輸送機器に用いる場合には、燃料電池システムを長い時間継続動作できかつ燃料電池の寿命が長いことが望ましい。そのためには燃料電池の発電効率を向上させかつ燃料電池の電極の劣化を抑制する必要がある。この発明では、通常運転時における燃料電池の発電効率を向上できるとともに、起動時および二次電池の蓄電量が大きいときにおける電極の劣化を抑制でき、燃料電池システムを長い時間継続動作できかつ燃料電池の寿命を長くできる。したがって、この発明は、輸送機器に好適に用いられる。

【0023】

この発明では、第６閾値は第２閾値より大きく、第７閾値は第３閾値より大きく、第９閾値は第８閾値より大きく、第１０閾値は第１１閾値より大きい。

【0024】

この発明において、「酸化剤欠乏処理」とは、一時的にカソードへの酸化剤の供給を停止するあるいは一時的にカソードへの酸化剤の供給量をそれまでの供給量よりも減少させる処理をいう。

【0025】

「起動モード」とは、燃料電池が定常的に発電可能となるまでの燃料電池システムの駆動状態をいう。

【0026】

「通常運転モード」とは、燃料電池が定常的に発電可能な燃料電池システムの駆動状態をいう。

【0027】

「満充電モード」とは、二次電池を満充電するための燃料電池システムの駆動状態をいう。

【0028】

「燃料電池に関する出力保持率」とは、通常運転開始時の燃料電池に関する出力に対する、現時点での燃料電池に関する出力の割合をいう。

【0029】

この発明の上述の目的およびその他の目的、特徴、局面および利点は、添付図面に関連して行われる以下のこの発明の実施形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】この発明の一実施形態の燃料電池システムの配管を示すシステム図である。

【図2】この発明の一実施形態の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3】燃料電池システムの起動モードにおける動作を示すフロー図である。

【図4】図３に示す動作の続きを示すフロー図である。

【図5】燃料電池システムの通常運転モードにおける動作を示すフロー図である。

【図6】燃料電池システムの満充電モードにおける動作を示すフロー図である。

【図7】通常運転時間と出力保持率と酸化剤欠乏処理の要否との関係を示すグラフである。

【図8】起動モード、通常運転モードおよび満充電モードにおけるセルスタックの電圧および電流の一例を示す波形図である。

【図9】酸化剤欠乏処理における補機類の動作の一例を示す波形図である。

【図10】酸化剤欠乏処理におけるセルスタックの電圧および電流の一例を示す波形図である。

【図11】燃料電池システムを搭載した自動二輪車を示す左側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

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、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電気エネルギの生成（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。

【0032】

燃料電池システム１０は、燃料電池セルスタック（以下、単にセルスタックという）１２を含む。セルスタック１２は、それぞれメタノールに基づく水素イオンと酸素（酸化剤）との電気化学反応によって発電できる複数の燃料電池（燃料電池セル）１４を含む。これらの燃料電池１４は積層（スタック）されかつ直列接続されている。各燃料電池１４は、固体高分子膜からなる電解質膜１６と、電解質膜１６を挟んで互いに対向するアノード（燃料極）１８およびカソード（空気極）２０とを含む。アノード１８およびカソード２０はそれぞれ、電解質膜１６側に白金触媒層（図示せず）を有する。隣り合う燃料電池１４間にはセパレータ２２が挟まれている。

【0033】

また、燃料電池システム１０は、燃料タンク２４を含む。燃料タンク２４は、セルスタック１２の電気化学反応の燃料となる高濃度（好ましくは、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２４にはレベルセンサ２６が装着されている。レベルセンサ２６は、たとえばフロートセンサであり、燃料タンク２４内の液面の高さ（液位）を検出する。

【0034】

燃料タンク２４は、パイプＰ１を介して水溶液タンク２８に接続されている。水溶液タンク２８は、燃料タンク２４からのメタノール燃料をセルスタック１２の電気化学反応に適した濃度（好ましくは、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。水溶液タンク２８にはレベルセンサ３０が装着されている。レベルセンサ２８は、たとえばフロートセンサであり、水溶液タンク２８内の液面の高さ（液位）を検出する。パイプＰ１には燃料ポンプ３２が介挿されている。燃料ポンプ３２を駆動することによって、燃料タンク２４から水溶液タンク２８へメタノール燃料が供給される。

【0035】

水溶液タンク２８は、パイプＰ２を介してセルスタック１２のアノード入口Ｉ１に接続されている。パイプＰ２には、上流側から順に、水溶液ポンプ３４および濃度センサ３６が介挿されている。水溶液ポンプ３４を駆動することによって、水溶液タンク２８からセルスタック１２へメタノール水溶液が供給される。濃度センサ３６としては、たとえば超音波センサが用いられる。超音波センサは、メタノール水溶液の濃度（メタノール水溶液におけるメタノールの割合）に応じて変化する超音波の伝播時間（伝播速度）を電圧値として検出する。コントローラ５２（後述）は、その電圧値に基づいてメタノール水溶液の濃度を検出する。セルスタック１２のアノード入口Ｉ１付近には、セルスタック温度センサ３８が設けられている。セルスタック温度センサ３８は、メタノール水溶液の温度を検出し、それをセルスタック１２ひいては燃料電池１４の温度とみなす。

【0036】

セルスタック１２のアノード出口Ｉ２は、パイプＰ３を介してラジエータユニット４０の水溶液用ラジエータ４０ａが接続されている。ラジエータユニット４０は、水溶液用のラジエータ４０ａと気液分離用のラジエータ４０ｂとを一体的に設けたものである。ラジエータ４０ａは、パイプＰ４を介して水溶液タンク２８に接続されている。

【0037】

上述したパイプＰ１〜Ｐ４は主として燃料の流路となる。

【0038】

セルスタック１２のカソード入口Ｉ３には、パイプＰ５が接続されており、パイプＰ５には、エアポンプ４２が介挿されている。エアポンプ４２を駆動させることによって、外部からセルスタック１２に酸素（酸化剤）を含む気体としての空気が供給される。パイプＰ５近傍には、外気温を検出する外気温センサ４４が設けられている。

【0039】

セルスタック１２のカソード出口Ｉ４には、パイプＰ６を介して気液分離用のラジエータ４０ｂが接続されている。ラジエータ４０ｂは、パイプＰ７を介して水タンク４６に接続されている。水タンク４６は、水溶液タンク２８に供給すべき水を収容している。水タンク４６にはレベルセンサ４８が装着されている。レベルセンサ４８は、たとえばフロートセンサであり、水タンク４６内の液面の高さ（液位）を検出する。

【0040】

水タンク４６にはパイプ（排気管）Ｐ８が設けられている。パイプＰ８は水タンク４６の排気口に設けられ、セルスタック１２からの排気を外部に排出する。

【0041】

上述したパイプＰ５〜Ｐ８は主として酸化剤の流路となる。

【0042】

水タンク４６は、パイプＰ９を介して水溶液タンク２８に接続されている。パイプＰ９には、水ポンプ５０が介挿されている。水ポンプ５０を駆動させることによって、水タンク４６から水溶液タンク２８へ水が供給される。

【0043】

上述したパイプＰ９は水の流路となる。

【0044】

ついで、図２を参照して、燃料電池システム１０の電気的構成について説明する。
燃料電池システム１０はコントローラ５２を含む。コントローラ５２は、ＣＰＵ５４、クロック回路５６、メモリ５８、電圧検出回路６０、電流検出回路６２、電源制御回路６４および電源回路６６を含む。

【0045】

ＣＰＵ５４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。クロック回路５６は、ＣＰＵ５４にクロック信号を与える。メモリ５８は、たとえばＥＥＰＲＯＭからなり、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。電圧検出回路６０は、セルスタック１２の電圧を検出する。電流検出回路６２は、電気回路６８を流れる電流を検出する。電源制御回路６４は、セルスタック１２の出力（電圧と電流）を制御する。電源回路６６は、電気回路６８に所定の電圧を供給する。

【0046】

コントローラ５２のＣＰＵ５４には、メインスイッチ７０および入力部７２からの入力信号が入力される。メインスイッチ７０がオンされることによってコントローラ５２に運転開始指示が与えられ、メインスイッチ７０がオフされることによってコントローラ５２に運転停止指示が与えられる。セルスタック１２の発電動作中にメインスイッチ７０がオフされた場合は、コントローラ５２に運転停止指示および発電停止指示が与えられる。入力部７２によって、各種指示や各種情報入力が行われる。

【0047】

また、ＣＰＵ５４には、レベルセンサ２６，３０，４８、濃度センサ３６、セルスタック温度センサ３８および外気温センサ４４からの検出信号が入力される。さらに、ＣＰＵ５４には、電圧検出回路６０からの電圧検出値、および電流検出回路６２からの電流検出値が入力される。

【0048】

ＣＰＵ５４によって、燃料ポンプ３２、水溶液ポンプ３４、エアポンプ４２、水ポンプ５０およびラジエータファン７４等の補機類が制御される。ラジエータファン７４は、ラジエータ４０の近傍に設けられ、ラジエータ４０を冷却する。

【0049】

また、ユーザに各種情報を報知するための表示部７６がＣＰＵ５４によって制御される。さらに、セルスタック１２の出力（電圧と電流）を制御する電源制御回路６４がＣＰＵ５４によって制御される。

【0050】

また、電気回路６８には、負荷７８、駆動ユニット８０および二次電池８２が接続されている。負荷７８はたとえば電動モータである。駆動ユニット８０は、負荷７８および二次電池８２に電気的に接続されている。駆動ユニット８０は、負荷７８の駆動を制御するためのコントローラ８４、および二次電池８２の蓄電量を検出する蓄電量検出器８６を含む。二次電池８２は、セルスタック１２の出力を補完するものであり、セルスタック１２からの電力によって充電され、その放電によって負荷７８や補機類等に電力を供給する。

【0051】

ＣＰＵ５４には、インターフェイス回路８８を介して蓄電量検出器８６からの蓄電量検出値が入力される。ＣＰＵ５４は、入力された蓄電量検出値と二次電池８２の容量とを用いて二次電池８２の蓄電率を算出する。また、ＣＰＵ５４は、電圧検出回路６０からの電圧検出値と電流検出回路６２からの電流検出値とに基づいて、セルスタック１２の出力を算出する。そして、ＣＰＵ５４は、算出されたセルスタック１２の出力とメモリ５８に記憶された出力とに基づいて出力保持率を算出する。

【0052】

記憶手段であるメモリ５８には、図３〜図６の動作を実行するためのプログラム、閾値、各種演算値および各種検出値等が格納される。また、メモリ５８には、図７に示すような、燃料電池システム１０の通常運転時間と出力保持率と酸化剤欠乏処理の要否との関係を示すテーブルデータが格納されている。

【0053】

この実施形態では、酸化剤供給部はエアポンプ４２を含む。制御部はＣＰＵ５４を含む。ＣＰＵ５４およびクロック回路５６が、第１〜第４時間取得部に相当する。セルスタック温度センサ３８が温度取得部に相当する。電圧検出回路６０が電圧取得部に相当する。出力取得部は、ＣＰＵ５４、電圧検出回路６０および電流検出回路６２を含む。保持率算出部は、ＣＰＵ５４、メモリ５８、電圧検出回路６０および電流検出回路６２を含む。蓄電検出部は、ＣＰＵ５４および蓄電量検出器８６を含む。

【0054】

ついで、図３および図４を参照して、燃料電池システム１０の起動モードの動作の一例について説明する。
たとえば、メインスイッチ７０がオンされると燃料電池システム１０が起動される。

【0055】

その後、ＣＰＵ５４が二次電池８２の蓄電率が所定値（好ましくは５０％）未満であることを検出すれば、セルスタック１２ひいては燃料電池１４の発電が開始される。このとき、ＣＰＵ５４が、燃料ポンプ３２を駆動させ（ステップＳ１）、水溶液ポンプ３４を駆動させ（ステップＳ３）、エアポンプ４２を駆動させ（ステップＳ５）、電源制御回路６４によって負荷７８を接続させる（ステップＳ７）。そして、ＣＰＵ５４によって燃料電池システム１０の起動時間の計測を開始し、電圧検出回路６０によってセルスタック１２の電圧の検出を開始し、ＣＰＵ５４によってセルスタック１２の出力の検出を開始し、セルスタック温度センサ３８によってセルスタック１２の温度の検出を開始する（ステップＳ９）。

【0056】

ＣＰＵ５４は、燃料電池システム１０の起動時間が第１閾値（好ましくは１分）以上か否かを判断する（ステップＳ１１）。燃料電池システム１０の起動時間が第１閾値以上であれば、ステップＳ１３へ進み、一方、燃料電池システム１０の起動時間が第１閾値未満であれば、セルスタック１２の出力が第２閾値（好ましくは３００Ｗ）以上か否かを判断する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５において、セルスタック１２の出力が第２閾値以上であれば、ステップＳ１３へ進み、一方、セルスタック１２の出力が第２閾値未満であれば、セルスタック１２の温度が第３閾値（好ましくは２０℃）以上か否かを判断する（ステップＳ１７）。ステップＳ１７において、セルスタック１２の温度が第３閾値以上であれば、ステップＳ１３へ進み、一方、セルスタック１２の温度が第３閾値未満であれば、ステップＳ１１へ戻る。

【0057】

ステップＳ１３において、エアポンプ４２が停止されて酸化剤欠乏処理が開始されると、ＣＰＵ５４によって酸化剤欠乏処理の継続時間の計測が開始され（ステップＳ１９）、燃料ポンプ３２が停止される（ステップＳ２１）。

【0058】

そして、ＣＰＵ５４は、セルスタック１２の電圧が第４閾値（好ましくは５Ｖ）以下か否かを判断する（ステップＳ２３）。これによって、エアポンプ４２が実際に停止しているか否かを認識することができる。セルスタック１２の電圧が第４閾値より大きければ待機し、一方、セルスタック１２の電圧が第４閾値以下であればステップＳ２５へ進み、ＣＰＵ５４は、酸化剤欠乏処理の継続時間が第５閾値（好ましくは１０秒）以上か否かを判断する。酸化剤欠乏処理の継続時間が第５閾値未満であれば待機し、一方、酸化剤欠乏処理の実行時間が第５閾値以上であれば、エアポンプ４２の駆動を再開して酸化剤欠乏処理を終了し（ステップＳ２７）、燃料ポンプ３２の駆動を再開し（ステップＳ２９）、酸化剤欠乏処理の実行回数Ａ、すなわち酸化剤欠乏処理区間の回数をカウントする（ステップＳ３１）。

【0059】

その後、ＣＰＵ５４は、セルスタック１２の出力が第６閾値（好ましくは５００Ｗ）以上か否かを判断する（ステップＳ３３）。セルスタック１２の出力が第６閾値未満であれば、セルスタック１２の温度が第７閾値（好ましくは６５℃）以上か否かを判断する（ステップＳ３５）。セルスタック１２の温度が第７閾値未満であれば、第１閾値、第２閾値および第３を所定値分インクリメントし（ステップＳ３７）、ステップＳ１１に戻る。好ましくは、第１閾値は１分、第２閾値は５０Ｗ、第３閾値は５℃、それぞれインクリメントされる。

【0060】

一方、ステップＳ３３においてセルスタック１２の出力が第６閾値以上であるか、ステップＳ３５においてセルスタック１２の温度が第７閾値以上であれば、ラジエータファン７４を駆動し（ステップＳ３９）、その時点でのセルスタック１２の出力をメモリ５８に記録して（ステップＳ４１）、起動モードの動作を終了し、通常運転モードの動作に移行する。起動モードの実行時間は、たとえば１０分程度である。

【0061】

つぎに、図５を参照して、燃料電池システム１０の通常運転モードの動作の一例について説明する。
まず、ＣＰＵ５４によって、燃料電池システム１０の通常運転時間（発電積算時間）の計測が開始され、出力保持率の算出が開始され、二次電池８２の蓄電率の算出が開始される（ステップＳ５１）。この実施形態において、「出力保持率」とは、通常運転開始時のセルスタック１２の出力に対する、現時点でのセルスタック１２の出力の割合をいう。具体的には、図４のステップＳ４１においてメモリ５８に記憶されたセルスタック１２の出力に対する、現時点でのセルスタック１２の出力の割合をいう。

【0062】

そして、ＣＰＵ５４は、通常運転モードでの酸化剤欠乏処理の実行回数Ｂに１を加えた値が、起動モードでの酸化剤欠乏処理の実行回数Ａ以上である（Ｂ＋１≧Ａ）か否かを判断し（ステップＳ５３）、Ｂ＋１≧Ａでなければ、通常運転時間および出力保持率に基づいて酸化剤欠乏処理の要否を判断する（ステップＳ５５）。このとき、図７に示す関係を有するテーブルデータを参照して、酸化剤欠乏処理の要否が判断される。

【0063】

ステップＳ５５において酸化剤欠乏処理が必要であると判断されれば、エアポンプ４２が停止されて酸化剤欠乏処理が開始され（ステップＳ５７）、ラジエータファン７４が停止され（ステップＳ５９）、燃料ポンプ３２が停止される（ステップＳ６１）。

【0064】

そして、ＣＰＵ５４は、セルスタック１２の電圧が第４閾値以下か否かを判断する（ステップＳ６３）。セルスタック１２の電圧が第４閾値より大きければ待機し、一方、セルスタック１２の電圧が第４閾値以下であればステップＳ６５へ進み、ＣＰＵ５４は、酸化剤欠乏処理の継続時間が第５閾値以上か否かを判断する。酸化剤欠乏処理の継続時間が第５閾値未満であれば待機し、一方、酸化剤欠乏処理の継続時間が第５閾値以上であれば、エアポンプ４２の駆動を再開して酸化剤欠乏処理を終了し（ステップＳ６７）、燃料ポンプ３２の駆動を再開し（ステップＳ６９）、ラジエータファン７４の駆動を再開する（ステップＳ７１）。そして、酸化剤欠乏処理の実行回数Ｂをカウントし（ステップＳ７３）、ステップＳ５３に戻る。

【0065】

ステップＳ５３においてＢ＋１≧Ａであるときや、ステップＳ５５において酸化剤欠乏処理が不要であると判断されたときには、終了し、満充電モードへ移行する。なお、図５に示す動作においてステップＳ５３がＹＥＳになる場合は、通常運転モードにおける酸化剤欠乏処理の実行回数Ｂが、起動モードにおける酸化剤欠乏処理の実行回数Ａより１回少ない場合である。

【0066】

さらに、図６を参照して、燃料電池システム１０の満充電モードにおける動作の一例について説明する。
まず、二次電池８２の蓄電率が第８閾値（好ましくは９０％）以上であるか否かが判断される（ステップＳ１０１）。二次電池８２の蓄電率が第８閾値未満であれば、通常運転モードに戻り、一方、二次電池８２の蓄電率が第８閾値以上であれば、定電圧充電が開始され（ステップＳ１０３）、ＣＰＵ５４は、定電圧充電時間の計測を開始する（ステップＳ１０５）。この実施形態では、電源制御回路６４でセルスタック１２の出力（電圧と電流）を制御することによって、二次電池８２の定電圧充電を行うことができる。定電圧充電を行うことによって、二次電池８２の過充電を防ぐことができる。

【0067】

そして、二次電池８２の蓄電率が第９閾値（好ましくは１００％）以上であるか否かが判断される（ステップＳ１０７）。二次電池８２の蓄電率が第９閾値未満であれば、定電圧充電時間が第１０閾値（好ましくは１時間）以上であるか否かが判断される（ステップＳ１０９）。定電圧充電時間が第１０閾値未満であれば、ＣＰＵ５４は、満充電モードでの酸化剤欠乏処理の実行回数Ｃが、通常運転モードでの酸化剤欠乏処理の実行回数Ｂより多い（Ｃ＞Ｂ）か否かを判断し（ステップＳ１１１）、Ｃ＞Ｂでなければ、定電圧充電時間が第１１閾値（好ましくは１０分）以上であるか否かが判断される（ステップＳ１１３）。そして、定電圧充電時間が第１１閾値未満であれば待機し、一方、定電圧充電時間が第１１閾値以上であれば、エアポンプ４２が停止されて酸化剤欠乏処理が開始され (ステップＳ１１５)、ラジエータファン７４が停止され（ステップＳ１１７）、燃料ポンプ３２が停止される（ステップＳ１１９）。

【0068】

そして、ＣＰＵ５４は、セルスタック１２の電圧が第４閾値以下か否かを判断する（ステップＳ１２１）。セルスタック１２の電圧が第４閾値より大きければ待機し、一方、セルスタック１２の電圧が第４閾値以下であればステップＳ１２３へ進み、ＣＰＵ５４は、酸化剤欠乏処理の継続時間が第５閾値以上か否かを判断する。酸化剤欠乏処理の継続時間が第５閾値未満であれば待機し、一方、酸化剤欠乏処理の継続時間が第５閾値以上であれば、エアポンプ４２の駆動を再開して酸化剤欠乏処理を終了し（ステップＳ１２５）、燃料ポンプ３２の駆動を再開し（ステップＳ１２７）、ラジエータファン７４の駆動を再開する（ステップＳ１２９）。そして、酸化剤欠乏処理の実行回数Ｃをカウントし（ステップＳ１３１）、第１１閾値を所定値（好ましくは１０秒）分インクリメントし（ステップＳ１３３）、ステップＳ１０１に戻る。

【0069】

ステップＳ１１１において、満充電モードでの酸化剤欠乏処理の実行回数Ｃが、通常運転モードでの酸化剤欠乏処理の実行回数Ｂより多ければ、ステップＳ１０７に戻る。

【0070】

また、ステップＳ１０７において二次電池８２の蓄電率が第９閾値以上であるか、ステップＳ１０９において定電圧充電時間が第１０閾値以上であれば、発電を停止し、終了する。

【0071】

このように動作する燃料電池システム１０によれば、セルスタック１２の電圧および電流は、たとえば図８に示すようになる。図８において、下向きの矢印（↓）は、酸化剤欠乏処理を実行した箇所を示す。

【0072】

燃料電池システム１０によれば、通常運転モードにおいて酸化剤欠乏処理を実行することによって、セルスタック１２の出力を回復させ、通常運転時におけるセルスタック１２の発電効率を向上できる。また、起動時および二次電池８２の蓄電量が大きいときには電極（特にカソード２０）に酸化物が形成され易く電極が劣化し易いが、起動モードおよび満充電モードにおいて通常運転モードよりも酸化剤欠乏処理の回数を多くすることによって、セルスタック１２の電圧を低下させ酸化物を還元する。これによって、起動時および二次電池８２の蓄電量が大きいときにおける電極の劣化を抑制でき、電極の耐久性を向上できる。さらに、このように起動時の電極の劣化を抑制することによって、その後の通常運転モードに移行する際のセルスタック１２の出力を高く維持することができる。このように通常運転モード以外の期間において、積極的に酸化剤欠乏処理を行うことによって、上述のような効果が得られる。

【0073】

起動モードにおいて、セルスタック１２の起動時間が第１閾値に達すると酸化剤欠乏処理を実行することによって、セルスタック１２の電圧を低下させて酸化物を還元させ、電極の劣化を抑制できる。

【0074】

起動モードにおいて、セルスタック１２の出力が第２閾値に達すると酸化剤欠乏処理を実行することによって、セルスタック１２の電圧を低下させて酸化物を還元させ、電極の劣化を抑制できる。

【0075】

起動モードにおいて、セルスタック１２の温度が第３閾値に達すると酸化剤欠乏処理を実行することによって、セルスタック１２の電圧を低下させて酸化物を還元させ、電極の劣化を抑制できる。

【0076】

酸化剤欠乏処理の実行中に、セルスタック１２の電圧が第４閾値まで低下すれば、酸化剤欠乏処理が効果的に行われたと判断し、酸化剤欠乏処理を終了する。これにより酸化剤欠乏処理を効果的に実行することができる。

【0077】

酸化剤欠乏処理の継続時間が第５閾値に達すれば、酸化剤欠乏処理が効果的に行われたと判断し、酸化剤欠乏処理を終了する。これにより酸化剤欠乏処理を効果的に実行することができる。

【0078】

起動モードにおいて、セルスタック１２の出力が第６閾値に達すれば、燃料電池システム１０は、セルスタック１２の通常運転が可能な状態になったと判断し、通常運転モードに移行する。これにより円滑に通常運転モードに移行することができる。

【0079】

起動モードにおいて、セルスタック１２の温度が第７閾値に達すれば、燃料電池システム１０は、セルスタック１２の通常運転が可能な状態になったと判断し、通常運転モードに移行する。これにより円滑に通常運転モードに移行することができる。

【0080】

燃料電池システム１０では、セルスタック１２の出力低下が許容範囲を超えている（セルスタック１２の劣化が予想以上に早い）場合に酸化剤欠乏処理を必要とする。燃料電池システム１０は、セルスタック１２の出力低下量に相関する出力保持率を算出するとともに、セルスタック１２の通常運転時間を取得し、出力保持率と通常運転時間とに基づいて酸化剤欠乏処理を実行するか否かを判断する。すなわち、通常運転モードにおいて、時間の経過とともに低下するセルスタック１２の出力が、許容範囲を超えて低下しているか否かによって、酸化剤欠乏処理の実行の要否を判断する。セルスタック１２の出力が許容範囲を超えて低下していれば、酸化剤欠乏処理が必要と判断する。これによって、通常運転モードにおいて、セルスタック１２の劣化状態を把握でき、必要な場合にのみ酸化剤欠乏処理を実行できる。その結果、セルスタック１２の劣化を抑制してセルスタック１２の出力を回復させ、セルスタック１２の発電効率を確実に向上できる。

【0081】

満充電モードにおいて、二次電池８２の蓄電率が第８閾値未満であれば通常運転モードに戻り、一方、二次電池８２の蓄電率が第８閾値に達すれば二次電池８２の定電圧充電を開始する。このように定電圧充電を行うことによって、二次電池８２の過充電を防ぐことができる。

【0082】

満充電モードにおいて二次電池８２の定電圧充電の開始後、二次電池８２の蓄電率が第９閾値に達すれば、二次電池８２を満充電できたと判断し、二次電池８２の発電を停止させる。これにより二次電池８２の過充電を防ぐことができる。

【0083】

満充電モードにおいて、定電圧充電時間が第１０閾値に達すれば、二次電池８２を満充電できたと判断し、セルスタック１２の発電を停止させる。これにより二次電池８２の過充電を防ぐことができる。

【0084】

満充電モードにおいて、定電圧充電時間が第１１閾値に達すれば、酸化剤欠乏処理が必要と判断し、酸化剤欠乏処理を実行する。これによって、セルスタック１２の劣化を抑制してセルスタック１２の出力を回復させ、セルスタック１２の発電効率を向上できる。

【0085】

なお、酸化剤欠乏処理時において、たとえば図９に示すように、エアポンプ４２を停止するだけでなく、燃料ポンプ３２およびラジエータファン７４を停止し、水溶液ポンプ３４の駆動を抑制するようにしてもよい。これによって、酸化剤欠乏処理時における燃料電池システム１０の補機類の消費電力を低減できる。また、酸化剤欠乏処理時において、水溶液ポンプ３４の駆動を停止せず、水溶液ポンプ３４の駆動を抑制してメタノール水溶液を一定量流すことによって、アノード１８に発生した二酸化炭素をセルスタック１２の外へ除去し、セルスタック１２の電位を安定させることができる。さらに、酸化剤欠乏処理後のセルスタック１２の出力を向上させることができる。

【0086】

また、水溶液ポンプ３４は、図９において点線で示すように、水溶液ポンプ３４の駆動の停止期間が短くなるように駆動制御されてもよい。

【0087】

さらに、図１０に示すように、酸化剤欠乏処理時において、電源制御回路６４によってセルスタック１２の電圧を略Ｖ字状に、すなわち、定格電圧から漸次減少させゼロにしてから漸次増加させ定格電圧に戻すように、制御してもよい。このようにセルスタック１２の電圧を抑制することによって、セルスタック１２の電流を抑制することができる。したがって、定格電流以上の大電流によるセルスタック１２や二次電池８２へのダメージを防ぐことができる。また、酸化剤欠乏処理時において、酸素の消費速度を上げ、図１０に示すＰ−Ｑ期間を短くすることによって、酸化剤欠乏処理区間（図１０のＰ−Ｒ期間）を短くすることができる。

【0088】

このような燃料電池システム１０は、輸送機器に好適に用いることができる。

【0089】

ここでは、燃料電池システム１０を自動二輪車１００に搭載した場合について説明する。
図１１を参照して、自動二輪車１００について説明する。自動二輪車１００について左右、前後、上下とは、自動二輪車１００のシートにドライバがそのハンドル１１４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。

【0090】

図１１を参照して、自動二輪車１００は車体フレーム１０２を有する。車体フレーム１０２は、ヘッドパイプ１０４、ヘッドパイプ１０４から後方へ斜め下方に延びるフロントフレーム１０６、およびフロントフレーム１０６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１０８を備えている。リヤフレーム１０８の上端部には、図示しないシートを設けるためのシートレール１１０が固設されている。

【0091】

ヘッドパイプ１０４内には、ステアリング軸１１２が回動自在に挿通されている。ステアリング軸１１２の上端には、ハンドル１１４が固定されたハンドル支持部１１６が取り付けられている。ハンドル支持部１１６の上端には表示操作部１１８が配置されている。表示操作部１１８は、入力部７２および表示部７６を備える。

【0092】

ステアリング軸１１２の下端にはフロントフォーク１２０が取り付けられており、フロントフォーク１２０それぞれの下端には前輪１２２が回転自在に取り付けられている。

【0093】

リヤフレーム１０８の下端部には、スイングアーム（リヤアーム）１２４が揺動自在に取り付けられている。スイングアーム１２４の後端部１２４ａには、後輪１２６に連結されかつ後輪１２６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１２８が内蔵されている。この例では、電動モータ１２８が負荷７８に相当する。

【0094】

このような自動二輪車１００には、主として車体フレーム１０２に沿って燃料電池システム１０の構成部材が配置されている。

【0095】

セルスタック１２は、フロントフレーム１０６から吊るされ、フロントフレーム１０６の下方に配置されている。フロントフレーム１０６の下方でありかつセルスタック１２の上方には、ラジエータユニット４０が配置されている。リヤフレーム１０８の一対の板状部材の間には、上方から順に燃料タンク２４、水溶液タンク２８および水タンク４６が配置されている。燃料タンク２４の前側でありかつフロントフレーム１０６の上側には、二次電池８２が配置されている。二次電池８２の上側には、燃料ポンプ３２が配置されている。フロントフレーム１０６の左側の収納スペースには、水溶液ポンプ３４およびエアポンプ４２が収納されている。フロントフレーム１０６の右側の収納スペースには、コントローラ５２および水ポンプ４６が配置されている。フロントフレーム１０６にはメインスイッチ７０が設けられている。スイングアーム１２４には、電動モータ１２８に電気的に接続される駆動ユニット８０が内蔵されている。駆動ユニット８０は、電動モータ１２８の回転駆動を制御するためのコントローラ８４、および二次電池８２の蓄電量を検出する蓄電量検出器８６を含む。

【0096】

このように燃料電池システム１０を自動二輪車１００に用いる場合には、燃料電池システム１０を長い時間継続動作できかつセルスタック１２の寿命が長いことが望ましい。燃料電池システム１０では、通常運転時におけるセルスタック１２の発電効率を向上できるとともに、起動時および二次電池８２の蓄電量が大きいときにおける電極の劣化を抑制でき、燃料電池システム１０を長い時間継続動作できかつセルスタック１２の寿命を長くできる。したがって、燃料電池システム１０は自動二輪車１００に好適に用いられる。

【0097】

なお、図３のステップＳ９において、起動時間の計測は、ステップＳ７における負荷接続から開始されたが、これに限定されない。たとえば、起動時間の計測は、ステップＳ１における燃料ポンプ３２の駆動開始時点から行われてもよい。

【0098】

図３および図４に示す起動モードでは、ステップＳ２３およびＳ２５がともにＹＥＳの場合に、ステップＳ２７へ進み、酸化剤欠乏処理を終了させていたが、これに限定されない。ステップＳ２３およびＳ２５のいずれか一方がＹＥＳになれば、酸化剤欠乏処理を終了させるようにしてもよい。

【0099】

上述の実施形態では、図５のステップＳ５３においてＢ＋１≧Ａか否かを判断し、かつ図６のステップＳ１１１においてＣ＞Ｂか否かを判断することによって、起動モードおよび満充電モードのそれぞれにおける酸化剤欠乏処理の回数が、通常運転モードにおける酸化剤欠乏処理の回数よりも多くなるように、エアポンプ４２の動作が制御されていた。しかし、この発明はこれに限定されない。たとえば、図５のステップＳ５３においてＢ＝Ａ／２か否かを判断するようにしてもよい。また、所定値を設定しておき、Ａ≧所定値、Ｃ≧所定値、Ｂ＜所定値、の条件を満たすようにエアポンプ４２の動作が制御されてもよい。さらに、起動モードにおける酸化剤欠乏処理の回数と、通常運転モードにおける酸化剤欠乏処理の回数とは等しくてもよい。

【0100】

上述の実施形態では、図７に示すように出力保持率と通常運転時間とに基づいて酸化剤欠乏処理の要否を判断したが、これに限定されない。たとえば、出力低下率（＝１００−出力保持率）と通常運転時間とに基づいて酸化剤欠乏処理の要否を判断するようにしてもよい。

【0101】

上述の実施形態では、出力情報として、セルスタック１２の出力が用いられたが、これに限定されない。出力情報は、燃料電池１４の出力であってもよい。電圧情報として、セルスタック１２の電圧が用いられたが、これに限定されない。電圧情報は、燃料電池１４の電圧であってもよい。蓄電情報として、二次電池８２の蓄電率が用いられたが、これに限定されない。蓄電情報は、二次電池８２の蓄電量であってもよい。

【0102】

温度取得部は、燃料電池１４自体の温度を直接検出するセンサであってもよい。

【0103】

上述の実施形態では、セルスタック１２（燃料電池１４）のカソード２０にエアポンプ４２によって空気を供給する場合について説明したが、これに限定されない。この発明では、酸化剤を含む任意の気体をカソード２０に供給でき、酸化剤供給部は任意の送気ポンプを含むことができる。

【0104】

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。

【0105】

この発明の燃料電池システムは、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好適に用いることができる。

【0106】

この発明は、改質器搭載タイプの燃料電池システムや水素を燃料電池に供給するタイプの燃料電池システムにも適用できる。また、この発明は、据え付けタイプの燃料電池システムにも適用でき、さらに、パーソナルコンピュータ、携帯機器等の電子機器に搭載される可搬型の燃料電池システムにも適用できる。

【0107】

以上、この発明の好ましい実施形態について説明されたが、この発明の範囲および精神を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能であることは明らかである。この発明の範囲は、添付された請求の範囲のみによって限定される。

【符号の説明】

【0108】

１０ 燃料電池システム
１２ 燃料電池セルスタック
１４ 燃料電池
１８ アノード
２０ カソード
３８ セルスタック温度センサ
４２ エアポンプ
５２，８４ コントローラ
５４ ＣＰＵ
５６ クロック回路
５８ メモリ
６０ 電圧検出回路
６２ 電流検出回路
８２ 二次電池
８６ 蓄電量検出器
１００ 自動二輪車

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】