JP2008293965A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池の温度を迅速にかつ安定して所定温度に上昇させることが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、セルスタック、セルスタックの温度を検出する温度センサ、外気温度を検出する外気温度センサ、および燃料電池システムの動作を制御するＣＰＵを含む。セルスタックの温度が所定温度よりも小さい場合、燃料電池システムでは、水溶液タンク内のメタノール水溶液の濃度を通常運転時よりも大きくしかつ水溶液ポンプの出力を通常運転時よりも大きくすることによってセルスタックの昇温動作が行われる。ＣＰＵは、外気温度センサの検出結果と温度センサの検出結果とメモリに記憶されている実行時間設定テーブルとを用いて昇温動作の実行時間を設定する。
【選択図】図４

Description

この発明は燃料電池システムに関し、より特定的には、燃料電池の温度を上昇させる昇温動作を行う燃料電池システムに関する。

一般に、燃料電池システムでは、燃料電池が所定温度になることによって定常的に発電可能な通常運転に移行することが知られている。従来、通常運転に迅速に移行することが望まれており、燃料電池の温度を迅速に上昇させるための昇温動作を行う燃料電池システムが種々提案されている。たとえば、ヒータを用いて昇温動作を行う燃料電池システムや、システム内を循環する燃料水溶液の量を少なくすることによって昇温動作を行う燃料電池システムがある。この他にも特許文献１には、燃料水溶液の濃度を通常運転時よりも大きくすることによって昇温動作を行う燃料電池システムが開示されている。また、特許文献２には、燃料電池の温度と目標温度との差に基づいて燃料水溶液の濃度および燃料電池の電圧を調整することによって、昇温動作を行いつつ電気機器に安定して電力を供給する燃料電池システムが開示されている。
特開昭６１−２６９８６５号公報 特開２００６−２８６２３９号公報

これらの技術は、燃料電池の温度が所定温度以上になれば昇温動作を終了するものである。燃料電池の冷却性能は外気温度（雰囲気温度）の影響を受けるので、外気温度が高い場合は、昇温動作後も燃料電池の温度が上昇し続け、燃料電池の温度が目標とする所定温度よりも大きくなりすぎてしまう。その結果、燃料電池の劣化が進むという問題があった。特に、液体の燃料を用いる燃料電池システムでは、気体の燃料を用いるシステムより熱容量が大きいため、過度に上昇した温度が下がりにくく燃料電池の劣化が進みやすい。

それゆえに、この発明の主たる目的は、燃料電池の温度を迅速にかつ安定して所定温度に上昇させることができる、燃料電池システムを提供することである。

上述の目的を達成するために、燃料電池、外気温度に関する温度情報を検出する第１温度検出手段、燃料電池の温度を上昇させる昇温動作を行う昇温手段、および昇温手段を制御する制御手段を備え、制御手段は、第１温度検出手段の検出結果に基づいて昇温手段による昇温動作の終了条件を設定する、燃料電池システムが提供される。

この発明では、外気温度に関する温度情報に基づいて昇温動作の終了条件が設定される。これにより、外気温度が高い場合は昇温動作の終了時期を早くし、外気温度が低い場合は昇温動作の終了時期を遅くする。外気温度が高い場合は昇温動作の終了時期を早くすることによって、燃料電池の温度が通常運転に移行可能な所定温度よりも大きくなりすぎることを防止できる。つまり、外気温度が高くても燃料電池の温度を迅速にかつ安定して所定温度に上昇させることができ、燃料電池の劣化を抑制できる。また、外気温度が低い場合は昇温動作の終了時期を遅くできるので、昇温動作によって燃料電池の温度を迅速にかつ確実に所定温度に上昇させることができる。このように外気温度にかかわらず燃料電池の温度を迅速にかつ安定して所定温度に上昇させることができる。

好ましくは、燃料電池の温度に関する温度情報を検出する第２温度検出手段をさらに含み、制御手段は、第２温度検出手段の検出結果に基づいて昇温動作の要否を判定する。この場合、たとえば前回の通常運転からの経過時間が短い場合等、燃料電池の温度が所定温度に近い場合は昇温動作を行わない。このように燃料電池の温度が所定温度に近い場合は、昇温動作を省くことによって、より確実に燃料電池の劣化を抑制できる。

また好ましくは、燃料電池は燃料水溶液を用いて発電し、昇温手段は燃料水溶液の濃度を調整する調整手段を含み、制御手段は、燃料水溶液の濃度を通常運転時よりも大きくするように調整手段を制御することによって調整手段に昇温動作を行わせる。一般に、燃料を含む燃料水溶液がアノード（燃料極）に供給されるとともに酸素（酸化剤）を含む空気がカソード（空気極）に供給されることによって発電する燃料電池が知られている。このような燃料電池の温度は、発電に伴うジュール熱のみならず、固体高分子膜等の電解質膜を介してアノードからカソードにクロスオーバーした燃料が、空気に含まれる酸素と反応することによっても上昇する。上述のように、通常運転時よりも高濃度に調整された燃料水溶液を燃料電池に供給することによって、アノードからカソードにクロスオーバーする燃料が多くなり、カソードにおける燃料と酸素との反応が活発になる。したがって、ヒータ等の加熱手段を別に準備せずとも燃料電池の温度を簡単にかつ迅速に上昇させることができる。

さらに好ましくは、燃料電池は燃料水溶液を用いて発電し、昇温手段は燃料水溶液を燃料電池に供給する水溶液供給手段を含み、制御手段は、水溶液供給手段の出力が通常運転時よりも大きくなるように水溶液供給手段を制御することによって水溶液供給手段に昇温動作を行わせる。このように水溶液供給手段の出力を大きくすることによって、アノードの内圧が大きくなり、より多くの燃料をアノードからカソードにクロスオーバーさせることができる。したがって、燃料電池の温度をより迅速に上昇させることができる。

好ましくは、制御手段は、昇温動作を終了させるべき燃料電池の温度を第１温度検出手段の検出結果に基づいて設定する。このように外気温度に関する温度情報に基づいて昇温動作を終了させるべき燃料電池の温度を設定することによって、外気温度に応じた昇温動作の終了時期を簡単に設定できる。

また好ましくは、制御手段は、第１温度検出手段の検出結果に基づいて昇温動作の実行時間を設定する。このように検出した外気温度に関する温度情報に基づいて昇温動作の実行時間を設定することによって、外気温度に応じた昇温動作の終了時期を簡単に設定できる。

さらに好ましくは、燃料電池の温度に関する温度情報を検出する第２温度検出手段、および外気温度に関する温度情報と燃料電池の温度に関する温度情報と昇温動作の実行時間との対応関係を示す情報を記憶する記憶手段をさらに含み、制御手段は、第１温度検出手段の検出結果と第２温度検出手段の検出結果と記憶手段に記憶される情報とを用いて昇温動作の実行時間を設定する。このように、外気温度に関する温度情報と燃料電池の温度に関する温度情報と昇温動作の実行時間との対応関係を示す情報を予め準備しておき、検出した外気温度に関する温度情報および燃料電池の温度に関する温度情報に対応する実行時間を当該情報から取得する。これによって、適切な実行時間を簡単に設定できる。

液体の燃料を用いる燃料電池システムは過度に上昇した温度が下がりにくく燃料電池の劣化が進みやすい。この発明は、燃料電池の温度を迅速にかつ安定して所定温度に上昇させることができるので、燃料として液体を用いる燃料電池システムに好適に用いられる。

一般に、輸送機器に搭載される燃料電池システムは、外部電源によって二次電池を充電することが困難な場合が多く、特に通常運転に迅速に移行する必要があり、燃料電池の温度が必要以上に上昇しやすかった。この発明によれば燃料電池の温度を迅速にかつ安定して所定温度に上昇させることができるので、この発明は輸送機器に好適に用いられる。

この発明によれば、燃料電池の温度を迅速にかつ安定して所定温度に上昇させることができる。

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。

図１を参照して、自動二輪車１０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、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、およびフロントフレーム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を備えている。

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左右方向に幅を有して後方へ斜め下方に延びるフランジ部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とを備えている。補強リブ１６ｄは、フランジ部１６ｂおよび１６ｃとともに板状部材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。

一方、リヤフレーム１８は、それぞれ前後方向に幅を有して後方へ斜め上方に延びかつフロントフレーム１６の後端部を挟むように左右に配置される一対の板状部材を含む。リヤフレーム１８の一対の板状部材の上端部には、図示しないシートを設けるためのシートレール２０が固設されている。なお、図１には、リヤフレーム１８の左側の板状部材が示されている。

ヘッドパイプ１４内には、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が取り付けられている。ハンドル支持部２６の上端には表示操作部２８が配置されている。

図３をも参照して、表示操作部２８は、電動モータ３８（後述）の各種データを計測表示するためのメータ２８ａ、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る表示部２８ｂ、および各種指示や各種情報入力用の入力部２８ｃを一体的に設けたものである。

また、図１に示すように、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３０が取り付けられており、フロントフォーク３０それぞれの下端には前輪３２が回転自在に取り付けられている。

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）３４が揺動自在に取り付けられている。スイングアーム３４の後端部３４ａには、後輪３６に連結されかつ後輪３６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３８が内蔵されている。また、スイングアーム３４には、電動モータ３８に電気的に接続される駆動ユニット４０が内蔵されている。駆動ユニット４０は、電動モータ３８の回転駆動を制御するためのモータコントローラ４２、および二次電池１２６（後述）の蓄電量を検出する蓄電量検出器４４を含む。

このような自動二輪車１０には、車体フレーム１２に沿って燃料電池システム１００の構成部材が配置されている。燃料電池システム１００は、電動モータ３８や補機類等を駆動するための電気エネルギを生成する。

以下、図１および図２を参照して、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。

燃料電池システム１００は、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。図１に示すように、セルスタック１０２は、フランジ部１６ｃから吊るされ、フロントフレーム１６の下方に配置されている。

図２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（酸化剤）との電気化学反応によって発電できる燃料電池（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１０４は、固体高分子膜からなる電解質膜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。電解質膜１０４ａとしてはパーフルオロスルホン酸系高分子電解質膜の一例であるＮＡＦＩＯＮ(登録商標：デュポン社製)が用いられ、電解質膜１０４ａの耐用温度は８０℃程度である。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。

また、図１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、ラジエータユニット１０８が配置されている。

図２に示すように、ラジエータユニット１０８は、水溶液用のラジエータ１０８ａと気液分離用のラジエータ１０８ｂとを一体的に設けたものである。ラジエータユニット１０８の裏面側には、ラジエータ１０８ａを冷却するためのファン１１０と、ラジエータ１０８ｂを冷却するためのファン１１２（図３参照）とが設けられている。なお、図１においては、ラジエータ１０８ａと１０８ｂとが左右に配置されているものとし、左側のラジエータ１０８ａを冷却するためのファン１１０が示されている。

また、リヤフレーム１８の一対の板状部材の間には、上方から順に燃料タンク１１４、水溶液タンク１１６および水タンク１１８が配置されている。

燃料タンク１１４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。水溶液タンク１１６は、燃料タンク１１４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。水タンク１１８は、セルスタック１０２の電気化学反応に伴って生成される水を収容している。

燃料タンク１１４にはレベルセンサ１２０が装着され、水溶液タンク１１６にはレベルセンサ１２２が装着され、水タンク１１８にはレベルセンサ１２４が装着されている。レベルセンサ１２０，１２２および１２４は、それぞれたとえばフロートセンサであり、タンク内の液面の高さ（液位）を検出する。

燃料タンク１１４の前側でありかつフロントフレーム１６の上側には、二次電池１２６が配置されている。二次電池１２６は、セルスタック１０２からの電力を蓄え、コントローラ１３８（後述）の指示に応じて電気構成部材に電力を供給する。二次電池１２６の上側には、燃料ポンプ１２８が配置されている。また、燃料タンク１１４の前側かつ二次電池１２６の後方斜め上側には、キャッチタンク１３０が配置されている。

また、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１３２およびエアポンプ１３４が収納されている。エアポンプ１３４の左側にはエアチャンバ１３６が配置されている。また、フロントフレーム１６の右側の収納スペースには、コントローラ１３８および水ポンプ１４０が配置されている。

さらに、フロントフレーム１６には、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メインスイッチ１４２が設けられている。メインスイッチ１４２がオンされることによってコントローラ１３８に運転開始指示が与えられ、メインスイッチ１４２がオフされることによってコントローラ１３８に運転停止指示が与えられる。

図２に示すように、燃料タンク１１４と燃料ポンプ１２８とはパイプＰ１によって連通され、燃料ポンプ１２８と水溶液タンク１１６とはパイプＰ２によって連通され、水溶液タンク１１６と水溶液ポンプ１３２とはパイプＰ３によって連通され、水溶液ポンプ１３２とセルスタック１０２とはパイプＰ４によって連通されている。パイプＰ４はセルスタック１０２のアノード入口Ｉ１に接続されている。水溶液ポンプ１３２を駆動させることによってセルスタック１０２にメタノール水溶液が供給される。

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（メタノール水溶液におけるメタノールの割合）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電圧センサ１４４が設けられている。電圧センサ１４４は、燃料電池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。コントローラ１３８は、その濃度情報に基づいて、セルスタック１０２に供給されたメタノール水溶液の濃度を検出する。

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温度をセルスタック１０２の温度として検出する温度センサ１４６が設けられている。

セルスタック１０２と水溶液用のラジエータ１０８ａとはパイプＰ５によって連通され、ラジエータ１０８ａと水溶液タンク１１６とはパイプＰ６によって連通されている。パイプＰ５はセルスタック１０２のアノード出口Ｉ２に接続されている。
上述したパイプＰ１〜Ｐ６は主として燃料の流路となる。

また、エアチャンバ１３６にはパイプＰ７が接続され、エアチャンバ１３６とエアポンプ１３４とはパイプＰ８によって連通され、エアポンプ１３４とセルスタック１０２とはパイプＰ９によって連通されている。パイプＰ９はセルスタック１０２のカソード入口Ｉ３に接続されている。エアポンプ１３４を駆動させることによってセルスタック１０２に外部からの酸素（酸化剤）を含む空気が供給される。パイプＰ７の入口近傍には、外気温度（雰囲気温度）を検出する外気温度センサ１４８が設けられている。

セルスタック１０２と気液分離用のラジエータ１０８ｂとはパイプＰ１０によって連通され、ラジエータ１０８ｂと水タンク１１８とはパイプＰ１１によって連通され、水タンク１１８にはパイプ（排気管）Ｐ１２が設けられている。パイプＰ１０はセルスタック１０２のカソード出口Ｉ４に接続されている。パイプＰ１２は水タンク１１８の排気口に設けられ、セルスタック１０２からの排気を外部に排出する。
上述したパイプＰ７〜Ｐ１２は主として酸化剤の流路となる。

また、水タンク１１８と水ポンプ１４０とはパイプＰ１３によって連通され、水ポンプ１４０と水溶液タンク１１６とはパイプＰ１４によって連通されている。
上述したパイプＰ１３，Ｐ１４は水の流路となる。

また、パイプＰ４の分岐部Ａには、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Ｐ１５が接続されている。パイプＰ１５には超音波センサ１５０が取り付けられている。超音波センサ１５０は、濃度に応じてメタノール水溶液における超音波の伝播時間（伝播速度）が変化することを利用して、メタノール水溶液の濃度を検出するために用いられる。超音波センサ１５０は、発信部１５０ａと受信部１５０ｂとを含み、発信部１５０ａから発信した超音波を受信部１５０ｂで受信してパイプＰ１５内での超音波伝播時間を検出し、その伝播時間に対応する電圧値を物理的な濃度情報とする。コントローラ１３８は、その濃度情報に基づいて、パイプＰ１５内のメタノール水溶液の濃度を検出する。

パイプＰ１５には検出用バルブ１５２が接続され、検出用バルブ１５２と水溶液タンク１１６とはパイプＰ１６によって連通されている。濃度の検出時には検出用バルブ１５２が閉じられ、パイプＰ１５内でのメタノール水溶液の流れが止められる。濃度の検出後、検出用バルブ１５２が開けられ、濃度検出済みのメタノール水溶液が水溶液タンク１１６に戻される。
上述したパイプＰ１５，Ｐ１６は濃度検出用の流路となる。

さらに、水溶液タンク１１６とキャッチタンク１３０とはパイプＰ１７，Ｐ１８によって連通され、キャッチタンク１３０とエアチャンバ１３６とはパイプＰ１９によって連通されている。
上述したパイプＰ１７〜Ｐ１９は燃料処理用の流路となる。

ついで、図３を参照して、燃料電池システム１００の電気的構成について説明する。
燃料電池システム１００のコントローラ１３８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ＣＰＵ１５４、ＣＰＵ１５４にクロック信号を与えるクロック回路１５６、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テーブルデータおよび演算データ等を記憶（格納）する、たとえばＥＥＰＲＯＭからなるメモリ１５８、電動モータ３８にセルスタック１０２を接続する電気回路１６０における電圧を検出するための電圧検出回路１６２、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１６４、電気回路１６０を開閉するためのＯＮ／ＯＦＦ回路１６６、ならびに電気回路１６０に所定の電圧を供給するための電源回路１６８を含む。

このようなコントローラ１３８のＣＰＵ１５４には、メインスイッチ１４２および入力部２８ｃからの入力信号が入力される。また、ＣＰＵ１５４には、レベルセンサ１２０，１２２，１２４、電圧センサ１４４、温度センサ１４６、外気温度センサ１４８および超音波センサ１５０からの検出信号が入力される。さらに、ＣＰＵ１５４には、電圧検出回路１６２からの電圧検出値および電流検出回路１６４からの電流検出値が入力される。ＣＰＵ１５４は、入力された電圧検出値と電流検出値とを用いてセルスタック１０２の出力を算出する。

ＣＰＵ１５４によって、燃料ポンプ１２８、水溶液ポンプ１３２、エアポンプ１３４、水ポンプ１４０、ファン１１０，１１２および検出用バルブ１５２等の補機類が制御される。また、ドライバに各種情報を報知するための表示部２８ｂがＣＰＵ１５４によって制御される。さらに、セルスタック１０２と、二次電池１２６および駆動ユニット４０とを接続しまた非接続にするＯＮ／ＯＦＦ回路１６６がＣＰＵ１５４によって制御される。

二次電池１２６は、セルスタック１０２の出力を補完するものであり、セルスタック１０２からの電力によって充電され、その放電によって電動モータ３８や補機類等に電力を供給する。

電動モータ３８には、電動モータ３８の各種データを計測するためのメータ２８ａが接続される。メータ２８ａによって計測された各種データは、インターフェイス回路１７０を介してＣＰＵ１５４に与えられる。また、ＣＰＵ１５４には、インターフェイス回路１７０を介して蓄電量検出器４４からの蓄電量検出値が入力される。ＣＰＵ１５４は、入力された蓄電量検出値と二次電池１２６の容量とを用いて二次電池１２６の蓄電率を算出する。

メモリ１５８には、図４および図９に示す動作を実行するためのプログラム、電圧センサ１４４および超音波センサ１５０によって得られた濃度情報をそれぞれ濃度に変換するための変換情報、昇温動作の実行時間を設定するための情報である実行時間設定テーブル、昇温動作を終了させるべきセルスタック１０２の温度を設定するための情報である目標温度設定テーブル、ならびに演算データ等が記憶されている。

この実施形態では、外気温度センサ１４８が第１温度検出手段に相当し、ＣＰＵ１５４が制御手段に相当し、温度センサ１４６が第２温度検出手段に相当し、メモリ１５８が記憶手段に相当する。調整手段は、燃料保持手段である燃料タンク１１４、および燃料供給手段である燃料ポンプ１２８を含む。水溶液供給手段は、水溶液ポンプ１３２を含む。

ついで、燃料電池システム１００の基本的な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１４２がオンされることを契機として、コントローラ１３８を起動し、運転を開始する。運転開始後、二次電池１２６の蓄電率が所定値（たとえば４０％）未満になれば、ＯＮ／ＯＦＦ回路１６６をオンにしてセルスタック１０２と二次電池１２６とを接続する。そして、二次電池１２６からの電力によって水溶液ポンプ１３２やエアポンプ１３４等の補機類の駆動を開始し、セルスタック１０２に発電を開始させる。

図２を参照して、水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液は、水溶液ポンプ１３２の駆動によってパイプＰ３，Ｐ４およびアノード入口Ｉ１を介してセルスタック１０２を構成する各燃料電池１０４のアノード１０４ｂにダイレクトに供給される。セルスタック１０２が定常的に発電可能な通常運転時の水溶液ポンプ１３２の出力（以下、通常出力という）は、ＣＰＵ１５４によって２．０Ｌ／ｍ（リットル／分）に制御される。

また、水溶液タンク１１６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Ｐ１７を介してキャッチタンク１３０に与えられる。キャッチタンク１３０内では気化したメタノールと水蒸気とが冷却される。そして、キャッチタンク１３０内で得られたメタノール水溶液は、パイプＰ１８を介して水溶液タンク１１６に戻される。また、キャッチタンク１３０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Ｐ１９を介してエアチャンバ１３６に与えられる。

一方、エアポンプ１３４の駆動によってパイプＰ７を介して吸入された空気は、エアチャンバ１３６に流入することによって消音される。そして、エアチャンバ１３６に与えられた空気およびキャッチタンク１３０からの気体が、パイプＰ８を介してエアポンプ１３４に流入し、さらに、パイプＰ９およびカソード入口Ｉ３を介してセルスタック１０２を構成する各燃料電池１０４のカソード１０４ｃに供給される。

各燃料電池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。セルスタック１０２からの電力は、二次電池１２６の充電や自動二輪車１０の走行駆動等に利用される。

セルスタック１０２の温度は、各種反応に伴って生じる熱およびセルスタック１０２を電流が流れることによって生じるジュール熱によって上昇する。各燃料電池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を含むメタノール水溶液は、セルスタック１０２で熱せられる。当該二酸化炭素およびメタノール水溶液は、セルスタック１０２のアノード出口Ｉ２およびパイプＰ５を介してラジエータ１０８ａに与えられ冷却される。ファン１１０の駆動によってその冷却動作が促進される。ラジエータ１０８ａからのメタノール水溶液は、パイプＰ６を介して水溶液タンク１１６に還流される。

このようにラジエータ１０８ａでメタノール水溶液を冷却することによって、通常運転時に水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液の温度ひいてはセルスタック１０２の温度が所定範囲（６０℃〜７０℃）に保たれる。この実施形態では、各燃料電池１０４の電解質膜１０４ａの耐用温度は８０℃程度であるので、セルスタック１０２の温度を所定範囲に保つことで電解質膜１０４ａの劣化が抑制される。

一方、各燃料電池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は、パイプＰ１０を介してラジエータ１０８ｂに与えられラジエータ１０８ｂで冷却される。その一部は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１０８ｂによる水蒸気の液化動作は、ファン１１２を動作させることによって促進される。水分（水および水蒸気）、二酸化炭素および未反応の空気を含むカソード出口Ｉ４からの排気は、パイプＰ１０、ラジエータ１０８ｂおよびパイプＰ１１を介して水タンク１１８に与えられ、水タンク１１８に水が回収された後にパイプＰ１２を介して外部に排出される。

また、各燃料電池１０４のカソード１０４ｃでは、キャッチタンク１３０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１０４ｃに移動したメタノールが白金触媒層で酸素と化学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１０８ｂを介して水タンク１１８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１０８ｂを介して水タンク１１８に与えられる。

水保持手段である水タンク１１８内の水は、水ポンプ１４０の駆動によってパイプＰ１３，Ｐ１４を介して水溶液保持手段である水溶液タンク１１６に適宜供給される。ＣＰＵ１５４は、レベルセンサ１２２からの検出信号に基づいて、水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液を所定液位（所定液量）に保つように水ポンプ１４０を制御する。

また、燃料タンク１１４内のメタノール燃料は、燃料ポンプ１２８の駆動によってパイプＰ１，Ｐ２を介して水溶液タンク１１６に適宜供給される。ＣＰＵ１５４は、電圧センサ１４４または超音波センサ１５０を用いて検出した濃度に基づいて、水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液を所定濃度に保つように燃料ポンプ１２８を制御する。燃料電池１０４における電気化学反応はメタノール水溶液の温度が高いほど活発になるので、メタノール水溶液の温度が高いほど異なる濃度毎の開回路電圧の差は大きくなる。したがって、セルスタック１０２の温度が比較的高ければ電圧センサ１４４を用いることによってメタノール水溶液の濃度を精度よく検出できる。一方、メタノールと水との超音波伝播速度の差はメタノール水溶液の温度が低いほど大きくなるのでセルスタック１０２の温度が比較的低ければ超音波センサ１５０を用いることによってメタノール水溶液の濃度を精度よく検出できる。ＣＰＵ１５４は、セルスタック１０２の温度が４５℃以上であれば電圧センサ１４４を用いてメタノール水溶液の濃度を検出し、セルスタック１０２の温度が４５℃未満であれば超音波センサ１５０を用いてメタノール水溶液の濃度を検出する。たとえば通常運転時には、電圧センサ１４４を用いて検出した濃度に基づいてＣＰＵ１５４が燃料ポンプ１２８を駆動させることによって、水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液の濃度が３ｗｔ％に保たれる。

このような燃料電池システム１００では、その温度上昇に伴ってセルスタック１０２の出力が大きくなり、セルスタック１０２が所定温度（ここでは６０℃）になることによって定常的に発電可能な通常運転に移行する。通常運転では、セルスタック１０２の出力によって補機類および電動モータ３８等の消費電力を賄いつつ二次電池１２６を充電できる。したがって、通常運転に迅速に移行することが望まれ、燃料電池システム１００では、セルスタック１０２の温度を迅速に上昇させる昇温動作が必要に応じて行われる。

燃料電池システム１００では、水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液を通常運転時の濃度（３ｗｔ％：以下、通常濃度という）よりも大きな濃度（５ｗｔ％：以下、昇温濃度という）に保ちつつ水溶液ポンプ１３２を通常出力（２．０Ｌ／ｍ）よりも大きな出力（３．０Ｌ／ｍ：以下、昇温出力という）で駆動させることによって昇温動作が行われる。

セルスタック１０２に供給するメタノール水溶液の濃度を昇温濃度（５ｗｔ％）に保つことによって、通常運転時よりもカソード１０４ｃにクロスオーバーするメタノールが多くなる。同様に、水溶液ポンプ１３２を昇温出力（３．０Ｌ／ｍ）で駆動させることによって、通常運転時よりも、アノード１０４ｂの内圧が大きくなり、カソード１０４ｃにクロスオーバーするメタノールが多くなる。このようにカソード１０４ｃにクロスオーバーさせるメタノールを多くすることによって、カソード１０４ｃにおけるメタノールと酸素との化学反応を活発にでき、セルスタック１０２の温度を迅速に上昇させることができる。

このような昇温動作の終了時期（終了タイミング）を設定するために、外気温度とセルスタック１０２の温度と昇温動作の実行時間との対応関係を示す情報として実行時間設定テーブルがメモリ１５８に予め記憶されている。表１に実行時間設定テーブルの一例を示す。

ＣＰＵ１５４は、外気温度センサ１４８によって検出された外気温度と温度センサ１４６によって検出されたセルスタック１０２の温度とに対応する実行時間を実行時間設定テーブルから取得し、これを今回の昇温動作の実行時間に設定する。たとえば、外気温度が２０℃以上３０℃未満でありかつセルスタック１０２が２０℃以上３０℃未満であれば、昇温動作の実行時間は６分に設定される。

表１に示す実行時間設定テーブルで注目すべきは、外気温度が高くなるにつれて実行時間が短くなっていることである。ラジエータ１０８ａの冷却性能は外気温度の影響を受けるので、外気温度が高い場合に昇温動作を長時間行うと昇温動作後にセルスタック１０２の温度が電解質膜１０４ａの耐用温度（８０℃）を超えてしまうおそれがある。外気温度をも考慮した実行時間設定テーブルを用いて実行時間を設定することで、昇温動作によってセルスタック１０２を迅速に所定温度（６０℃）にでき、昇温動作後にセルスタック１０２の温度が電解質膜１０４ａの耐用温度（８０℃）を超える（オーバーシュートする）ことを防止できる。

なお、実行時間が０分である場合は、セルスタック１０２の温度が高く、昇温動作を行う必要がないことを意味している。

ついで、図４を参照して、実行時間設定テーブルを用いて昇温動作の実行時間を設定する場合の燃料電池システム１００の動作について説明する。
まず、ステップＳ１で二次電池１２６の蓄電率が所定値（４０％）未満になれば、外気温度センサ１４８によって外気温度を検出するとともに温度センサ１４６によってセルスタック１０２の温度を検出する（ステップＳ３）。ＣＰＵ１５４は、検出した外気温度とセルスタック１０２の温度とに対応する実行時間をメモリ１５８に予め記憶されている実行時間設定テーブル（表１参照）から取得し、これを今回の昇温動作の実行時間に設定する（ステップＳ５）。

つづいて、ＣＰＵ１５４は、実行時間が０分か否かを判定する（ステップＳ７）。つまり、昇温動作の要否を判定する。実行時間が０分でなければ、ＣＰＵ１５４は、セルスタック１０２に供給されるメタノール水溶液を昇温濃度（５ｗｔ％）に保つように、燃料ポンプ１２８の制御を開始する。つまり、昇温濃度調整を開始する（ステップＳ９）。

ステップＳ９では、電圧センサ１４４または超音波センサ１５０を用いて検出した濃度に基づいてＣＰＵ１５４が燃料ポンプ１２８を駆動させることによって、水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液を昇温濃度（５ｗｔ％）に調整する。その後、所定間隔で濃度検出結果に基づいてＣＰＵ１５４が燃料ポンプ１２８を駆動させることによって、水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液が昇温濃度に保たれる。

つづいて、ＣＰＵ１５４は、昇温出力（３．０Ｌ／ｍ）で水溶液ポンプ１３２に駆動を開始させかつエアポンプ１３４に駆動を開始させ、セルスタック１０２に発電を開始させる。このように昇温濃度（５ｗｔ％）かつ昇温出力（３．０Ｌ／ｍ）で発電させることによって、通常濃度（３ｗｔ％）かつ通常出力（２．０Ｌ／ｍ）で発電させるよりも、セルスタック１０２の温度を迅速に上昇させることができる。また、これと同時にＣＰＵ１５４は、クロック回路１５６からのクロック信号に基づいて実行時間の計測を開始する。つまり、昇温出力でセルスタック１０２に発電を開始させるとともに実行時間の計測を開始する（ステップＳ１１）。

そして、ステップＳ５で設定した実行時間を経過するまで待機し（ステップＳ１３）、実行時間を経過すれば、ＣＰＵ１５４は、水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液を通常濃度（３ｗｔ％）に保つように、燃料ポンプ１２８の制御を開始する。つまり、昇温濃度調整から通常濃度調整に切り替える（ステップＳ１５）。つづいて、ＣＰＵ１５４は、水溶液ポンプ１３２の出力を昇温出力（３．０Ｌ／ｍ）から通常出力（２．０Ｌ／ｍ）に切り替える（ステップＳ１７）。つまり、ステップＳ５で設定した実行時間を経過すれば昇温動作を終了させ、通常濃度かつ通常出力でセルスタック１０２に発電させる。

その後、通常運転に移行し、ステップＳ１９で二次電池１２６が満充電（蓄電率９８％）になれば、セルスタック１０２の発電を停止させ、終了する。

一方、ステップＳ７で実行時間が０分であれば、通常濃度調整を開始し（ステップＳ２１）、通常出力（２．０Ｌ／ｍ）で水溶液ポンプ１３２に駆動を開始させかつエアポンプ１３４に駆動を開始させる（ステップＳ２３）。つまり、昇温動作を行う必要がない場合は、通常濃度かつ通常出力でセルスタック１０２に発電を開始させる。その後、ステップＳ１９で二次電池１２６が満充電になれば発電を停止させ、終了する。

なお、ステップＳ９とＳ１１とは、その順番を入れ替えてもよいし、同時に行ってもよい。ステップＳ１５とＳ１７とについても同様である。

また、図４の動作では、検出したメタノール水溶液の濃度に基づいて濃度調整を行う場合について説明したが、メタノール水溶液の濃度検出は必ずしも必要ではない。たとえば前回の通常運転からの時間が短い場合は水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液の濃度が３ｗｔ％であると推定できるので、濃度検出を行うことなく所定間隔で所定量のメタノール燃料を水溶液タンク１１６に供給することによって昇温濃度調整または通常濃度調整を行ってもよい。

さらに、図４の動作では、発電開始とともに実行時間の計測を開始する場合について説明したが、実行時間の計測開始時期はこれに限定されない。たとえば昇温濃度調整の開始とともに実行時間の計測を開始するようにしてもよい。この場合、表１の実行時間設定テーブルの各実行時間に昇温濃度調整開始から発電開始までの時間を加算しておけばよい。

なお、図４の動作では、実行時間が０分であるか否かによって昇温動作の要否を判定する場合について説明したが、セルスタック１０２の温度に基づいて昇温動作の要否を判定するようにしてもよい。

また、図４の動作では、発電開始前に昇温動作の実行時間を設定する場合について説明したが、実行時間の設定時期および昇温動作の開始時期は任意に設定できる。たとえば、通常濃度かつ通常出力で発電を開始した後に外気温度とセルスタック１０２の温度とを検出して昇温動作の実行時間を設定し、昇温動作を開始するようにしてもよい。また、昇温動作を開始してから昇温動作の実行時間を設定するようにしてもよい。

このような燃料電池システム１００では、外気温度が高い場合は昇温動作の実行時間を短く設定できるので、セルスタック１０２の温度が電解質膜１０４ａの耐用温度（８０℃）を超えることを防止できる。つまり、外気温度が高くてもセルスタック１０２の温度を迅速にかつ安定して所定温度（６０℃）に上昇させることができ、セルスタック１０２の劣化を抑制できる。また、外気温度が低い場合は昇温動作の実行時間を長く設定できるので、昇温動作によってセルスタック１０２の温度を迅速にかつ確実に所定温度に上昇させることができる。このように外気温度にかかわらずセルスタック１０２の温度を迅速にかつ安定して所定温度に上昇させることができる。

セルスタック１０２の温度が所定温度（６０℃）に近く、昇温動作の実行時間が０分である場合は昇温動作を行わないことによって、より確実にセルスタック１０２の劣化を抑制できる。

昇温動作として昇温濃度（５ｗｔ％）かつ昇温出力（３．０Ｌ／ｍ）でセルスタック１０２に発電させることによって、ヒータ等を別に準備せずともセルスタック１０２の温度を簡単にかつ迅速に上昇させることができる。

検出した外気温度およびセルスタック１０２の温度に対応する実行時間をメモリ１５８に予め記憶されている実行時間設定テーブルから取得することによって、昇温動作の適切な終了時期を簡単に設定できる。

燃料電池システム１００によればセルスタック１０２の温度を迅速にかつ安定して所定温度に上昇させることができるので、燃料電池システム１００は通常運転に迅速に移行することが特に望まれる自動二輪車１０に好適に用いられる。

ついで、図５〜図８を参照して、燃料電池システム１００と従来技術の燃料電池システムとにおけるセルスタックの温度推移について説明する。
燃料電池システム１００では上述のように昇温動作の実行時間を設定し、従来技術の燃料電池システムでは外気温度にかかわらずセルスタックの温度が５０℃になることによって昇温動作を終了させた。

図５に燃料電池システム１００におけるセルスタックの温度推移を示し、図６に従来技術の燃料電池システムにおけるセルスタックの温度推移を示す。図５および図６にはそれぞれ、外気温度が０℃でありかつセルスタックが２０℃であるときに昇温動作を開始した場合、外気温度が２０℃でありかつセルスタックが２０℃であるときに昇温動作を開始した場合、および外気温度が４０℃でありかつセルスタックが２０℃であるときに昇温動作を開始した場合のセルスタックの温度推移が示されている。

図５に示すように、燃料電池システム１００では、外気温度が０℃である場合には昇温動作の実行時間が７分に設定され、セルスタックの温度が５５℃で昇温動作が終了された（Ｔ１参照）。また、外気温度が２０℃である場合には昇温動作の実行時間が６分に設定され、セルスタックの温度が５０℃で昇温動作が終了された（Ｔ２参照）。さらに、外気温度が４０℃の場合には昇温動作の実行時間が５分に設定され、セルスタックの温度が４５℃で昇温動作が終了された（Ｔ３参照）。このように燃料電池システム１００では、外気温度に応じて昇温動作終了時のセルスタックの温度を異ならせることができ、昇温動作後にセルスタックが達する最も高い温度（以下、最高温度という）をいずれの場合であっても略同じにできた。

一方、図６に示すように、従来技術の燃料電池システムでは、いずれの場合であってもセルスタックが５０℃になったときに昇温動作を終了させた（Ｔ４参照）。ラジエータによるセルスタックの冷却性能は外気温度の影響を受けるので、従来技術の燃料電池システムでは昇温動作後のセルスタックの最高温度にばらつきが生じた。

図７に示すように、外気温度が高い場合（ここでは４０℃の場合）、従来技術の燃料電池システムでは、昇温動作後のセルスタックの温度上昇を８０℃未満で止めることができなかった。これに対して、燃料電池システム１００では、外気温度が高ければ昇温動作の実行時間を短く設定し、セルスタックの温度が４５℃で昇温動作を終了させるので（Ｔ３参照）、セルスタックの温度が８０℃を超えることがなかった。

また、図８に示すように、外気温度が低い場合（ここでは０℃の場合）、従来技術の燃料電池システムでは、昇温動作後にセルスタックの温度上昇が急激に緩やかになり、セルスタックの温度が６０℃になるまでの時間が長くなった。これに対して、燃料電池システム１００では、外気温度が低ければ昇温動作の実行時間を長く設定し、セルスタックの温度が５５℃になるまで昇温動作を継続させるので（Ｔ１参照）、セルスタックの温度を迅速に６０℃にできた。

このように、燃料電池システム１００では、外気温度が高くてもセルスタックを安定して所定温度に昇温でき、外気温度が低くてもセルスタックを迅速に所定温度にできた。

なお、上述の実施形態では、実行時間設定テーブルを用いて昇温動作の実行時間を設定する場合について説明したが、昇温動作の終了時期の設定方法はこれに限定されない。

たとえば、外気温度と昇温動作を終了させるべきセルスタック１０２の温度（以下、目標温度という）との対応関係を示す情報である目標温度設定テーブルを用いて、外気温度に対応する目標温度を設定するようにしてもよい。表２にメモリ１５８に予め記憶されている目標温度設定テーブルの一例を示す。

目標温度設定テーブルで注目すべきは、外気温度が高くなるにつれて目標温度が小さくなっていることである。外気温度にかかわらず同じ温度で昇温動作を終了させれば、外気温度が高い場合はセルスタックの温度が電解質膜の耐用温度を超えてしまい、外気温度が低い場合は所定温度になるまでの時間が長くなってしまう（図６〜図８参照）。ＣＰＵ１５４は、外気温度センサ１４８によって検出された外気温度に対応する目標温度を目標温度設定テーブルから取得し、これを今回の昇温動作の目標温度に設定する。このように目標温度を設定することによって、実行時間設定テーブルを用いて実行時間を設定する場合と同様に、セルスタック１０２を迅速に所定温度（６０℃）にでき、昇温動作後にセルスタック１０２の温度が電解質膜１０４ａの耐用温度（８０℃）を超えることを防止できる。

ついで、図９を参照して、目標温度設定テーブルを用いて昇温動作の目標温度を設定する場合の燃料電池システム１００の動作について説明する。なお、図４と図９とにおいて同一の処理には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

まず、ＣＰＵ１５４は、ステップＳ３で検出された外気温度に対応する目標温度をメモリ１５８に予め記憶されている目標温度設定テーブル（表２参照）から取得し、これを今回の昇温動作における目標温度に設定する（ステップＳ５ａ）。

つづいて、ＣＰＵ１５４は、ステップＳ３で検出されたセルスタック１０２の温度がステップＳ５ａで設定した目標温度未満か否かを判定する（ステップＳ７ａ）。目標温度未満であれば、ステップＳ９で昇温濃度調整を開始する。

つづいて、ＣＰＵ１５４は、昇温濃度かつ昇温出力でセルスタック１０２に発電を開始させるとともに温度センサ１４６によって検出されるセルスタック１０２の温度の監視（モニタリング）を開始する（ステップＳ１１ａ）。

そして、セルスタック１０２がステップＳ５ａで設定した目標温度になるまで待機し（ステップＳ１３ａ）、目標温度になれば、ステップＳ１５で昇温濃度調整から通常濃度調整に切り替え、ステップＳ１７で水溶液ポンプ１３２の出力を昇温出力から通常出力に切り替える。その後、通常運転に移行し、ステップＳ１９で二次電池１２６が満充電になればセルスタック１０２の発電を停止させ、終了する。

一方、ステップＳ７ａでセルスタック１０２の温度が目標温度以上であれば、ステップＳ２１で通常濃度調整を開始し、ステップＳ２３で通常濃度かつ通常出力でセルスタック１０２に発電を開始させる。

このように、検出した外気温度に対応する目標温度をメモリ１５８に予め記憶されている目標温度設定テーブルから取得することによっても、昇温動作の適切な終了時期を簡単に設定でき、図５に示すようにセルスタック１０２の温度を推移させることができる。

なお、上述の図４および図９に示す動作では、昇温濃度調整から通常濃度調整に切り替えることによって、図１０にＣ１で示すように昇温濃度から通常濃度にメタノール水溶液の目標濃度を変更する場合について説明したが、この発明はこれに限定されない。通常運転時よりもメタノール水溶液の目標濃度を大きく設定するのであれば、昇温動作時のメタノール水溶液の目標濃度は任意に制御できる。たとえば、実行時間の経過（セルスタックの温度上昇）に応じてメタノール水溶液の目標濃度を、図１０にＣ２で示すように段階的に小さくしてもよいし、図１０にＣ３で示すように連続的かつ曲線的に小さくしてもよいし、図１０にＣ４で示すように連続的かつ直線的に小さくしてもよい。

上述の実施形態では、外気温度センサ１４８はパイプＰ７の入口近傍に設けられたが、外気温度を検出できるならば任意の箇所に設けることができる。外気温度センサ１４８は雨や走行風が当たらない場所に設けられることが好ましく、たとえば、ハンドル２４の下側かつハンドル支持部２６内（図１に破線Ｘ１で示す位置）やシートレール２０の下側（図１に破線Ｘ２で示す位置）に設けられてもよい。

また、発電停止から時間が経過している場合には、セルスタック温度やメタノール水溶液温度を外気温度として用いてもよい。

上述の実施形態では、第２温度検出手段としてセルスタック１０２に供給されたメタノール水溶液の温度を検出する温度センサ１４６を用いる場合について説明したが、第２温度検出手段はこれに限定されない。たとえば、セルスタック１０２からの排気の温度を燃料電池の温度として検出する第２温度検出手段をセルスタック１０２に取り付けるようにしてもよい。また、第２温度検出手段は、燃料水溶液や排気から燃料電池温度を検出できるならば、セルスタック１０２から離れた位置に設けられていてもよい。

以上より、言い換えれば、外気温度に関する温度情報としては、外気温度だけではなく、セルスタック温度やメタノール水溶液温度を用いることができる。

また、燃料電池の温度に関する情報としては、セルスタック１０２に供給されたメタノール水溶液の温度やセルスタック１０２からの排気温度を用いることができる。

なお、上述の実施形態において、表１の実行時間設定テーブルでは、外気温度に関する温度情報として外気温度が、燃料電池の温度に関する情報としてセルスタック１０２の温度が用いられている。表２の目標温度設定テーブルでは、外気温度に関する情報として外気温度が用いられている。上述のように外気温度としてセルスタック温度やメタノール水溶液温度を用いる場合であっても、得られた温度を外気温度とみなすことによって表１および表２のテーブルをそのまま用いることができる。また、燃料電池温度としてセルスタック１０２からの排気の温度を用いる場合であっても、得られた排気温度を燃料電池温度とみなすことによって表１のテーブルをそのまま用いることができる。但し、用いる外気温度に関する温度情報および燃料電池の温度に関する情報に応じて、表１および表２のデータを差し替えてもよいことはいうまでもない。

さらに、上述の実施形態では、燃料タンク１１４と燃料ポンプ１２８とを有する調整手段、および水溶液ポンプ１３２を有する水溶液供給手段を含んで昇温手段を構成する場合について説明したが、昇温手段はこれに限定されない。たとえばヒータ等の加熱手段を含む昇温手段を用いてもよい。また、ラジエータ１０８ａをバイパスさせることによって水溶液タンク１１６に還流させるメタノール水溶液を高温に保ち、当該メタノール水溶液をセルスタック１０２に供給することによって昇温動作を行うようにしてもよい。この場合、セルスタック１０２からのメタノール水溶液を直接的に水溶液タンク１１６に還流させるための流路（パイプ）や弁（バルブ）等によって昇温手段が構成される。システム内を循環するメタノール水溶液の量を少なくすることによっても、セルスタック１０２の温度を迅速に上昇させることができる。また、ラジエータ１０８ａを冷却するためのファン１１０を制御することによって冷却性能を変化させるようにしてもよい。さらに、これらを組み合わせてもよい。

上述の実施形態では、昇温動作として昇温濃度かつ昇温出力でセルスタック１０２に発電させる場合について説明したが、これに限定されない。昇温動作として、昇温濃度および昇温出力のいずれか一方のみを採用してセルスタック１０２に発電させるようにしてもよい。

なお、上述の実施形態では、耐用温度が８０℃である電解質膜１０４ａを用いる場合について説明したが、電解質膜はこれに限定されず、所望の耐用温度の電解質膜を用いることができる。実行時間設定テーブルや目標温度設定テーブルの値は、用いる電解質膜の耐用温度に応じて適宜変更すればよい。

この発明は、外気温度に基づいて昇温動作の実行時間を設定するようにしてもよい。

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。

この発明は、燃料電池１０４ひいてはセルスタック１０２の温度を迅速にかつ安定して所定温度に上昇させることができるので、燃料として液体を用いる燃料電池システムに好適に用いられる。

この発明は、水素ガスを燃料として燃料電池に供給する水素型燃料電池システムや改質器搭載型燃料電池システムにも適用できる。

なお、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。

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。

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。 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。 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。 この発明の一実施形態の燃料電池システムの主要動作の一例を示すフロー図である。 この発明の一実施形態の燃料電池システムにおけるセルスタックの温度推移を示すグラフである。 従来技術の燃料電池システムにおけるセルスタックの温度推移を示すグラフである。 この発明の一実施形態の燃料電池システムと従来技術の燃料電池システムとにおける外気温度が高い場合のセルスタックの温度推移を示すグラフである。 この発明の一実施形態の燃料電池システムと従来技術の燃料電池システムとにおける外気温度が低い場合のセルスタックの温度推移を示すグラフである。 この発明の一実施形態の燃料電池システムの主要動作の他の例を示すフロー図である。 昇温動作におけるメタノール水溶液の目標濃度推移を示すグラフである。

符号の説明

１０ 自動二輪車
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）
１３８ コントローラ
１１４ 燃料タンク
１１６ 水溶液タンク
１１８ 水タンク
１２８ 燃料ポンプ
１３２ 水溶液ポンプ
１４６ 温度センサ
１４８ 外気温度センサ
１５４ ＣＰＵ
１５８ メモリ

Claims (9)

1. 燃料電池、
   外気温度に関する温度情報を検出する第１温度検出手段、
   前記燃料電池の温度を上昇させる昇温動作を行う昇温手段、および
   前記昇温手段を制御する制御手段を備え、
   前記制御手段は、前記第１温度検出手段の検出結果に基づいて前記昇温手段による前記昇温動作の終了条件を設定する、燃料電池システム。
2. 前記燃料電池の温度に関する温度情報を検出する第２温度検出手段をさらに含み、
   前記制御手段は、前記第２温度検出手段の検出結果に基づいて前記昇温動作の要否を判定する、請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記燃料電池は、燃料水溶液を用いて発電し、
   前記昇温手段は、前記燃料水溶液の濃度を調整する調整手段を含み、
   前記制御手段は、前記燃料水溶液の濃度を通常運転時よりも大きくするように前記調整手段を制御することによって前記調整手段に前記昇温動作を行わせる、請求項１に記載の燃料電池システム。
4. 前記燃料電池は、燃料水溶液を用いて発電し、
   前記昇温手段は、前記燃料水溶液を前記燃料電池に供給する水溶液供給手段を含み、
   前記制御手段は、前記水溶液供給手段の出力が通常運転時よりも大きくなるように前記水溶液供給手段を制御することによって前記水溶液供給手段に前記昇温動作を行わせる、請求項１に記載の燃料電池システム。
5. 前記制御手段は、前記昇温動作を終了させるべき前記燃料電池の温度を前記第１温度検出手段の検出結果に基づいて設定する、請求項１に記載の燃料電池システム。
6. 前記制御手段は、前記第１温度検出手段の検出結果に基づいて前記昇温動作の実行時間を設定する、請求項１に記載の燃料電池システム。
7. 前記燃料電池の温度に関する温度情報を検出する第２温度検出手段、および
   外気温度に関する温度情報と前記燃料電池の温度に関する温度情報と前記昇温動作の実行時間との対応関係を示す情報を記憶する記憶手段をさらに含み、
   前記制御手段は、前記第１温度検出手段の検出結果と前記第２温度検出手段の検出結果と前記記憶手段に記憶される前記情報とを用いて前記昇温動作の実行時間を設定する、請求項６に記載の燃料電池システム。
8. 燃料として液体を用いる、請求項１に記載の燃料電池システム。
9. 請求項１から８のいずれかに記載の燃料電池システムを含む、輸送機器。

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