專利名稱:燃料電池系統(tǒng)及其運(yùn)行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)及其運(yùn)行方法，特別涉及控制燃料電池發(fā)電停止時(shí)的動(dòng)作的直接甲醇型燃料電池系統(tǒng)及其運(yùn)行方法。
背景技術(shù)：
日本特開2004-2140004號(hào)公報(bào)中公開了這種相關(guān)技術(shù)的一例。
其中公開了在停止通過送液泵供給甲醇水溶液之后的一定時(shí)間內(nèi)繼續(xù)發(fā)電，使殘存在起電部內(nèi)的甲醇量變少的技術(shù)。
但是，根據(jù)特開2004-214004號(hào)公報(bào)中記載的技術(shù)，送液泵停止則甲醇水溶液的循環(huán)停止。如果在這種狀態(tài)下繼續(xù)發(fā)電，則存在起電部內(nèi)特別是在電解質(zhì)膜面處甲醇水溶液的濃度因位置產(chǎn)生偏差的問題。即，由于陰極起電部內(nèi)的空氣供給口處的氧氣濃度比排出口處的氧氣濃度高，空氣供給口側(cè)的反應(yīng)進(jìn)行地更加活躍而引發(fā)的現(xiàn)象。其結(jié)果是，原本應(yīng)該同電位的電解質(zhì)膜上存在電位偏差，加速了電解質(zhì)膜的老化。
另外，如果在送液泵停止的狀態(tài)下在一定時(shí)間內(nèi)繼續(xù)發(fā)電，則供給至燃料電池的甲醇水溶液的濃度下降，那么以送液泵為界燃料箱側(cè)和燃料電池側(cè)的甲醇水溶液產(chǎn)生濃度差。如果發(fā)電停止之后放置在這種狀態(tài)下，則燃料箱側(cè)的甲醇水溶液因濃度梯度所導(dǎo)致的擴(kuò)散而通過送液泵進(jìn)入燃料電池側(cè)，導(dǎo)致燃料電池側(cè)的甲醇濃度上升。其結(jié)果是，存在不能充分控制甲醇滲透(クロスォ一バ一)的問題。

發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的主要目的在于，提供能夠可靠抑制燃料的滲透以及電解質(zhì)膜老化的燃料電池系統(tǒng)及其運(yùn)行方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)方案提供一種燃料電池系統(tǒng)，該燃料電池系統(tǒng)具備燃料電池，其含有電解質(zhì)膜并通過電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能；水溶液循環(huán)裝置，其將燃料水溶液循環(huán)供給至燃料電池；燃料補(bǔ)給裝置，其向水溶液循環(huán)裝置補(bǔ)給濃度大于等于燃料水溶液的燃料；指示裝置，其指示燃料電池的發(fā)電停止；第一控制裝置，其控制燃料補(bǔ)給裝置的燃料補(bǔ)給動(dòng)作，使得在指示裝置指示發(fā)電停止之后，在使燃料水溶液的循環(huán)繼續(xù)而且繼續(xù)發(fā)電的狀態(tài)下減少向水溶液循環(huán)裝置的燃料補(bǔ)給量；以及第二控制裝置，其控制燃料電池的發(fā)電動(dòng)作，使得在使向水溶液循環(huán)裝置的燃料補(bǔ)給量減少之后，在燃料水溶液的濃度低于發(fā)電停止指示前的狀態(tài)下停止發(fā)電。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案提供一種燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行方法，這是一種能夠向用于向含有電解質(zhì)膜的燃料電池循環(huán)供給燃料水溶液的水溶液循環(huán)裝置，補(bǔ)給濃度大于等于燃料水溶液的燃料的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其具有第一步驟，即在燃料電池的發(fā)電停止指示之后，使向水溶液循環(huán)裝置的燃料補(bǔ)給量減少，繼續(xù)燃料水溶液的循環(huán)同時(shí)使燃料電池繼續(xù)發(fā)電；以及第二步驟，即其后使燃料水溶液的濃度低于發(fā)電停止指示前，使得燃料電池停止發(fā)電。
在本發(fā)明中，在發(fā)電停止指示后，使向水溶液循環(huán)裝置的燃料補(bǔ)給量減少，繼續(xù)發(fā)電，而后在燃料水溶液的濃度低于發(fā)電停止指示前時(shí)，使燃料電池停止發(fā)電。在此，因?yàn)樵撊剂想姵叵到y(tǒng)是使燃料水溶液循環(huán)的燃料電池系統(tǒng)，所以使向水溶液循環(huán)裝置的燃料補(bǔ)給量減少而繼續(xù)發(fā)電時(shí)，則循環(huán)的燃料水溶液的整體濃度下降至大體相同的水平。由此，可使向燃料電池供給的燃料水溶液的濃度可靠地低于發(fā)電停止指示前，而能夠停止燃料電池的發(fā)電，同時(shí)能夠抑制燃料水溶液的濃度因電解質(zhì)膜面的位置產(chǎn)生偏差，能夠抑制燃料的滲透以及電解質(zhì)膜的老化。
優(yōu)選的是，還含有通過燃料電池充電的二次電池，基于二次電池的蓄電量控制燃料電池的發(fā)電動(dòng)作。在這種情況下，通過在二次電池的蓄電量達(dá)到規(guī)定值時(shí)停止燃料電池的發(fā)電，在下一次運(yùn)行時(shí)能夠良好的起動(dòng)。
另外優(yōu)選的是，基于向燃料電池供給的燃料水溶液的濃度控制燃料電池的發(fā)電動(dòng)作。在這種情況下，通過在燃料水溶液的濃度沒有達(dá)到規(guī)定濃度時(shí)停止燃料電池的發(fā)電，能夠可靠抑制電解質(zhì)膜的老化。
更加優(yōu)選的是，算出第一能量，即將二次電池充電達(dá)到規(guī)定值所必需的充電量，算出第二能量，即使用存在于水溶液循環(huán)裝置內(nèi)的燃料水溶液能夠?qū)Χ坞姵爻潆姷陌l(fā)電量，基于第一能量與第二能量的比較，控制燃料補(bǔ)給裝置的燃料補(bǔ)給動(dòng)作。在這種情況下，當(dāng)?shù)谝荒芰啃∮诘扔诘诙芰繒r(shí)，使向水溶液循環(huán)裝置的燃料補(bǔ)給量減少，繼續(xù)發(fā)電。由此，通常在發(fā)電結(jié)束時(shí)能夠?qū)⒍坞姵爻潆娺_(dá)到規(guī)定值。
優(yōu)選的是，還含有存儲(chǔ)第二能量的存儲(chǔ)裝置。在這種情況下，因?yàn)槟軌驅(qū)⑹孪却鎯?chǔ)的數(shù)值作為同第一能量比較的第二能量使用，所以沒有算出第二能量的必要。
另外優(yōu)選的是，基于二次電池的蓄電量算出第一能量。在這種情況下，能夠容易地算出第一能量。
更加優(yōu)選的是，基于水溶液循環(huán)裝置內(nèi)的水溶液量以及燃料水溶液的濃度算出第二能量。在這種情況下，能夠容易地算出第二能量。
優(yōu)選的是，能夠參考燃料電池發(fā)電所涉及的功率消耗算出第二能量。
在燃料電池發(fā)電時(shí)，必須驅(qū)動(dòng)向電極供給燃料水溶液的水溶液泵或者供給含有氧氣的空氣的空氣泵等輔機(jī)。如上所述，通過參考燃料電池發(fā)電所涉及的功率消耗，即從積蓄在水溶液循環(huán)裝置內(nèi)的燃料水溶液中的能量中實(shí)質(zhì)性的減去相當(dāng)于燃料電池發(fā)電所涉及的功率消耗的能量，能夠更加正確地算出第二能量。
另外優(yōu)選的是，控制水溶液循環(huán)裝置，使在指示裝置發(fā)出發(fā)電停止指示之后向燃料電池的燃料水溶液的供給量增加。通過使向燃料電池的燃料水溶液的供給量增加，可以防止由燃料的供給不足而造成電解質(zhì)膜的劣化。
另外優(yōu)選的是，還含有為水溶液循環(huán)裝置補(bǔ)給水的水補(bǔ)給裝置以及第三控制裝置，后者控制水補(bǔ)給裝置的水補(bǔ)給動(dòng)作，使在指示裝置發(fā)出發(fā)電停止指示之后向水溶液循環(huán)裝置的水補(bǔ)給量減少。在這種情況下，通過在接受發(fā)電停止指示之后，減少向水溶液循環(huán)裝置的水補(bǔ)給而繼續(xù)發(fā)電，能夠使因水的補(bǔ)給而產(chǎn)生的燃料水溶液濃度變化變小，因此能夠防止在二次電池充分充電之前燃料電池停止發(fā)電的弊害。
更加優(yōu)選的是，基于對(duì)二次電池充電的外部電源是否與燃料電池系統(tǒng)連接，控制燃料補(bǔ)給裝置的燃料補(bǔ)給動(dòng)作。在這種情況下，在外部電源連接燃料電池系統(tǒng)時(shí)，減少向水溶液循環(huán)裝置的燃料補(bǔ)給量。這樣一來通過使得外部電源的充電優(yōu)先、減少燃料的補(bǔ)給量，能夠防止燃料的無為消耗。
因?yàn)橐种凭哂腥剂想姵叵到y(tǒng)的自動(dòng)二輪車乃至運(yùn)輸機(jī)械中的燃料水溶液的滲透以及電解質(zhì)膜的老化很重要，所以本發(fā)明適宜應(yīng)用在具有燃料電池系統(tǒng)的自動(dòng)二輪車、運(yùn)輸機(jī)械中。
另外，所說的“減少”燃料或水的補(bǔ)給量，并不僅僅是補(bǔ)給量變少的情況，也包括使補(bǔ)給量為零(停止補(bǔ)給)的情況。
參照附圖，通過對(duì)以下各種實(shí)施方式的詳細(xì)說明，本發(fā)明的上述目的以及其他目的、特征、方面以及優(yōu)點(diǎn)將更加明了。
圖1是表示本發(fā)明一種實(shí)施方式所涉及的自動(dòng)二輪車的左側(cè)視圖；圖2是從左側(cè)斜前方觀察到的燃料電池系統(tǒng)相對(duì)自動(dòng)二輪車(二輪摩托車)的車體框架的配置狀態(tài)的透視圖；圖3是從左側(cè)斜后方觀察到的燃料電池系統(tǒng)相對(duì)自動(dòng)二輪車的車體框架的配置狀態(tài)的透視圖；圖4是表示燃料電池系統(tǒng)的配管狀態(tài)的左視圖；圖5是表示燃料電池系統(tǒng)的配管狀態(tài)的右視圖；圖6是從左側(cè)斜前方觀察到的燃料電池系統(tǒng)的配管狀態(tài)的透視圖；圖7是從右側(cè)斜前方觀察到的燃料電池系統(tǒng)的配管狀態(tài)的透視圖；圖8是表示燃料電池堆疊體即燃料電池組的示意圖；圖9是表示燃料電池組件的示意圖；圖10是表示燃料電池系統(tǒng)的配管的系統(tǒng)圖；圖11是表示燃料電池系統(tǒng)的電氣構(gòu)成的框 圖12是用來說明二次電池的充電率的示意圖；圖13是表示本發(fā)明一種實(shí)施方式的示例動(dòng)作的流程圖；圖14是與圖13所示動(dòng)作銜接的流程圖。
具體實(shí)施方式以下參照附圖，說明本發(fā)明的實(shí)施方式。在此，對(duì)將本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)100安裝在作為運(yùn)輸機(jī)械示例的自動(dòng)二輪車10上的情況進(jìn)行說明。
首先，對(duì)自動(dòng)二輪車10進(jìn)行說明。本發(fā)明實(shí)施方式中所指的左右、前后、上下都是指以自動(dòng)二輪車10的駕駛者朝向其手柄24坐在座位上的狀態(tài)為基準(zhǔn)而言的左右、前后、上下。
參照?qǐng)D1～圖7，自動(dòng)二輪車10包括車體11，車體11有車體框架12。車體框架12具有前管14、從前管14向后方傾斜向下方延伸的縱截面呈I字型的前框架16、與前框架16的后端部連接并向后方傾斜向上立起的后框架18和安裝在后框架18上端部的座位導(dǎo)軌20。前框架16的后端部與從后框架18的中央部稍稍靠近下端部的位置連接，前框架16以及后框架18整體上從側(cè)面看大體呈Y字狀。
前框架16包括板狀部件16a，其沿上下方向有寬度，向后方傾斜向下方延伸而且相對(duì)左右方向垂直；凸緣部16b以及16c，分別形成在板狀部件16a的上端邊緣以及下端邊緣，向后方傾斜向下方延伸而且在左右方向上有寬度；突出設(shè)置在板狀部件16a的兩個(gè)表面上的增強(qiáng)筋16d；連接部16e，其設(shè)置在后端部通過例如螺栓等連接后框架18。增強(qiáng)筋16d與凸緣部16b以及16c，共同劃分板狀部件16a的兩個(gè)表面，形成后述的收納燃料電池系統(tǒng)100的構(gòu)成部件的收納空間。
另一方面，后框架18包括板狀部件18a以及18b，其分別向后方斜向上方延伸并在前后方向上有寬度，以夾持前框架16的連接部16e的方式配置；以及連接板狀部件18a和18b的板狀部件(未圖示)。
如圖1所示，在前管14內(nèi)可以自由旋轉(zhuǎn)地插入用于改變車體方向的轉(zhuǎn)向軸22。在轉(zhuǎn)向軸22的上端，安裝著固定有手柄24的手柄支持部26，在手柄24的兩端安裝把手28。右側(cè)的把手28構(gòu)成能夠旋轉(zhuǎn)的節(jié)氣門把手。
在手柄支持部26的手柄24的前方，配置顯示操作部30。顯示操作部30是將儀表30a、顯示部30b以及輸入部30c等一體化的部件，其中儀表30a用于計(jì)測(cè)顯示電動(dòng)馬達(dá)60(后述)的各種數(shù)據(jù)；顯示部30b例如由液晶顯示器等構(gòu)成，用于提供行駛狀態(tài)等的各種信息；輸入部30c用于輸入各種信息。在手柄支持部26的處于顯示操作部30下方的位置固定前照燈32，在前照燈32的左右兩側(cè)分別設(shè)置轉(zhuǎn)向燈34。
在轉(zhuǎn)向軸22的下端安裝左右一對(duì)的前叉36，在各個(gè)前叉36的下端通過前車軸40安裝前輪38。在由前叉36形成的緩沖懸架狀態(tài)下，前輪38由前車軸40軸支持并可以自由旋轉(zhuǎn)。
另一方面，在后框架18的后端部安裝框架狀的座位導(dǎo)軌20。座位導(dǎo)軌20通過例如焊接等方式固定設(shè)置在后框架18的上端部，大體配置在前后方向上。在座位導(dǎo)軌20上開閉自由的設(shè)置未圖示的座位。在座位導(dǎo)軌20的后端部固定設(shè)置安裝托架42，在安裝托架42上分別安裝尾燈44以及左右一對(duì)的轉(zhuǎn)向燈46。
在后框架18的下端部，擺動(dòng)臂(后臂)48通過樞軸50被支持并可以自由擺動(dòng)，在擺動(dòng)臂48的后端部48a通過電動(dòng)馬達(dá)60(后述)支持作為驅(qū)動(dòng)輪的后輪52并可以自由旋轉(zhuǎn)，通過未圖示的后緩沖器使擺動(dòng)臂48以及后輪52相對(duì)后框架18被緩沖懸架。
而且，在后框架18的下端部前側(cè)以從后框架18向左右方向突出的方式固定腳踏板安裝用桿54，在腳踏板安裝用桿54上安裝未圖示的腳踏板。在腳踏板安裝用桿54的后方，主支架56被擺動(dòng)臂48支持并可以旋轉(zhuǎn)，由復(fù)位彈簧58將主支架56向收起側(cè)加力。
在該實(shí)施方式中，擺動(dòng)臂48內(nèi)內(nèi)置有連接后輪52并用于使后輪52旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的例如軸向間隙(ァキシャルギャツプ)型電動(dòng)馬達(dá)60，以及與電動(dòng)馬達(dá)60電連接的驅(qū)動(dòng)單元62。參照?qǐng)D11，驅(qū)動(dòng)單元62包括用于控制電動(dòng)馬達(dá)60的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的控制器64，以及檢測(cè)二次電池134(后述)的蓄電量的蓄電量檢測(cè)器65。在這樣的自動(dòng)二輪車10的車體11上，沿著車體框架12安裝燃料電池系統(tǒng)100。燃料電池系統(tǒng)100產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)馬達(dá)60或其他構(gòu)成部件的電能。
以下對(duì)燃料電池系統(tǒng)100進(jìn)行說明。
燃料電池系統(tǒng)100是不對(duì)甲醇(甲醇水溶液)進(jìn)行改性而直接用于發(fā)電的直接甲醇燃料電池系統(tǒng)。
燃料電池系統(tǒng)100包括配置在前框架16下方的燃料電池堆疊體(以下只稱作堆疊體)102。
如圖8、圖9所示，堆疊體102是通過隔板106夾持多個(gè)基于甲醇中的氫離子與氧氣的電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能的燃料電池(燃料電池單格電池)104而層(堆)疊構(gòu)成的。構(gòu)成堆疊體102的各個(gè)燃料電池單格電池104，包括由固體高分子膜等構(gòu)成的電解質(zhì)膜104a，夾著電解質(zhì)膜104a的相對(duì)的陽極(燃料極)104b以及陰極(空氣極)104c。陽極104b以及陰極104c分別包括設(shè)置在電解質(zhì)膜104a側(cè)的白金催化劑層。
如圖4等所示，將堆疊體102載置在導(dǎo)軌(スキッド)108上，導(dǎo)軌108由從前框架16的凸緣部16c垂下的支撐組件(ステ一スタツク)110支持。
如圖6所示，在既在前框架16的下方又在堆疊體102上方的位置配置水溶液用散熱器112以及氣液分離用散熱器114。散熱器112和114一體地構(gòu)成，其前面配置在車輛前方稍稍朝下，設(shè)置有多個(gè)與前面垂直的板狀散熱片(未圖示)。這樣的散熱器112和114，在行駛時(shí)能夠充分地受風(fēng)。
如圖6等所示，散熱器112包括回轉(zhuǎn)地形成的散熱管116。散熱管116是通過將由不銹鋼等制成的直線狀管和U字形接頭管焊接，從入口118a(參照?qǐng)D5)到出口118b(參照?qǐng)D3)形成一根連續(xù)的管。在散熱器112的內(nèi)面?zhèn)仍O(shè)置與散熱管116相對(duì)的散熱器冷卻用風(fēng)扇120。同樣，散熱器114包括各自蛇形彎曲形成的兩根散熱管122。各根散熱管122是通過將由不銹鋼等制成的直線狀管和U字形接頭管焊接，從入口124a(參照?qǐng)D5)到出口124b(參照?qǐng)D3)形成一根連續(xù)的管。在散熱器114的內(nèi)面?zhèn)仍O(shè)置與散熱管122相對(duì)的散熱器冷卻用風(fēng)扇126。
回到圖1～圖7，主要參照?qǐng)D3，在前框架16的連接部16e的后側(cè)，從上向下依次配置燃料箱128、水溶液箱130以及水箱132。燃料箱128、水溶液箱130以及水箱132可以通過例如PE(聚乙烯)吹塑成型獲得。
燃料箱128，配置在座位導(dǎo)軌20的下側(cè)，安裝在座位導(dǎo)軌20的后端部。燃料箱128容納作為堆疊體102的電化學(xué)反應(yīng)的燃料的高濃度(例如，含約50wt％的甲醇)甲醇燃料(高濃度甲醇水溶液)。燃料箱128上面有蓋子128a，拿掉蓋子128a后供給甲醇燃料。
另外，水溶液箱130設(shè)置在燃料箱128下側(cè)，安裝在后框架18上。水溶液箱130容納將來自燃料箱128的甲醇燃料稀釋至適于堆疊體102的電化學(xué)反應(yīng)的濃度(例如，含約3wt％的甲醇)的甲醇水溶液。即，水溶液箱130容納應(yīng)該通過水溶液泵146(后述)向堆疊體102輸送的甲醇水溶液。
在燃料箱128上安裝高度傳感器129，用于檢測(cè)燃料箱128內(nèi)的甲醇水溶液的液面高度。水溶液箱130上安裝高度傳感器131，用于檢測(cè)水溶液箱130內(nèi)的甲醇水溶液的液面高度。通過使用高度傳感器129、131檢測(cè)液面高度，能夠檢測(cè)出箱內(nèi)液體的量。將水溶液箱130內(nèi)的液面控制在例如圖4中A所表示的范圍內(nèi)。
水箱132處于后框架18的板狀部件18a以及18b之間，而且被配置在堆疊體102的后側(cè)。在水箱132上安裝高度傳感器133，用于檢測(cè)水箱132內(nèi)的水面高度。
另外，將二次電池134設(shè)置在既在燃料箱128的前側(cè)又在前框架16的凸緣部16b上側(cè)的位置。將二次電池134配置在后框架18的板狀部件(未圖示)的上面。二次電池134存儲(chǔ)堆疊體102產(chǎn)生的電能，對(duì)應(yīng)控制器156(后述)的指令，將電能供給至對(duì)應(yīng)的電氣構(gòu)成部件。例如，二次電池134將電能供給至輔機(jī)或驅(qū)動(dòng)單元62。
在二次電池134的上側(cè)、座位導(dǎo)軌20的下側(cè)配置燃料泵136、檢測(cè)用閥138。另外，將收集槽(キャッチタンク)140配置在水溶液箱130的上側(cè)。
收集槽140上面有蓋子140a，例如在燃料電池系統(tǒng)100一次也沒有起動(dòng)的狀態(tài)(水溶液箱130是空的狀態(tài))下，拿掉蓋子140a，供給甲醇水溶液。收集槽140，可以通過例如PE(聚乙烯)吹塑成型獲得。
另外，在由前框架16、堆疊體102、散熱器112、114圍成的空間內(nèi)，配置用于除去氣體中所含有的灰塵等異物的空氣過濾器142，在該空氣過濾器142的后方斜下側(cè)配置水溶液過濾器144。
另外，如圖4所示，在前框架16左側(cè)的收納空間內(nèi)收納水溶液泵146以及空氣泵148。在空氣泵148的左側(cè)配置空氣室150。在水溶液泵146的驅(qū)動(dòng)下向堆疊體102送出甲醇水溶液。
而且，如圖5所示，在前框架16右側(cè)的收納空間內(nèi)從前向后按順序配置主開關(guān)152、DC-DC轉(zhuǎn)換器154、控制器156、防銹用閥158以及水泵160。主開關(guān)152從右側(cè)向左側(cè)貫通前框架16的收納空間地設(shè)置。在堆疊體102的前面設(shè)置喇叭162。另外，DC-CD轉(zhuǎn)換器154將電壓由24V轉(zhuǎn)換至12V，利用轉(zhuǎn)換過的12V電壓驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇120以及126。
關(guān)于上述配置的燃料電池系統(tǒng)100的配管，參照?qǐng)D4～圖7以及圖10進(jìn)行說明。
通過管P1連通燃料箱128以及燃料泵136，通過管P2連通燃燃料泵136以及水溶液箱130。管P1連接燃料箱128的左側(cè)面下端部和燃料泵136的左側(cè)面下端部，管P2連接燃料泵136的左側(cè)面下端部和水溶液箱130的左側(cè)面下端部。通過使燃料泵136驅(qū)動(dòng)，通過管P1、管P2將燃料箱128內(nèi)的甲醇燃料供給至水溶液箱130。
通過管P3連通水溶液箱130以及水溶液泵146，通過管P4連通水溶液泵146和水溶液過濾器144，通過管P5連通水溶液過濾器144以及堆疊體102。管P3連接水溶液箱130的左側(cè)面下角部和水溶液泵146的后部，管P4連接水溶液泵146的后部和水溶液過濾器144的左側(cè)面，管P5連接水溶液過濾器144的右側(cè)面和位于堆疊體102的前面右下角部的陽極入口I1。通過使水溶液泵146驅(qū)動(dòng)，將來自水溶液箱130的甲醇水溶液從管P3側(cè)向管P4側(cè)送出，經(jīng)水溶液過濾器144除去雜質(zhì)之后，經(jīng)過管P5被送至堆疊體102。在該實(shí)施方式中，由管P4以及管P5，構(gòu)成將水溶液泵146送出的甲醇水溶液引導(dǎo)至堆疊體102的各燃料電池104的管路。
通過管P6連通堆疊體102和水溶液用散熱器112，通過管P7連通散熱器112和水溶液箱130。管P6連接位于堆疊體102的后面左上角部的陽極出口I2以及從散熱器112的下面右側(cè)端部引出的散熱管116的入口118a(參照?qǐng)D5)，管P7連接從散熱器112的下面左側(cè)端部的稍微靠近中央的位置引出的散熱管116的出口118b(參照?qǐng)D3)和水溶液箱130的左側(cè)面上角部。將從堆疊體102排出的未反應(yīng)的甲醇水溶液以及二氧化碳，通過管P6送至散熱器112使其降溫，再通過管P7使其返回水溶液箱130。這樣一來，能夠降低水溶液箱130內(nèi)的甲醇水溶液的溫度。
以上述管P1～P7為主構(gòu)成燃料流路。
通過管P8連通空氣過濾器142和空氣室150，通過管P9連通空氣室150以及空氣泵148，通過管P10連通空氣泵148和防銹用閥158，通過管P11連通防銹用閥158和堆疊體102。管P8連接空氣過濾器142的后部和空氣室150的中央部稍微靠近前方的位置，管P9連接空氣室150的中央部下側(cè)以及空氣泵148的后部，管P10連接位于前框架16的板狀部件16a的左側(cè)的空氣泵148和位于板狀部件16a的右側(cè)的防銹用閥158，管P11連接防銹用閥158和位于堆疊體102的后面右上端部的陰極入口I3。在燃料電池系統(tǒng)100運(yùn)行時(shí)打開防銹用閥158，通過在這種狀態(tài)下使空氣泵148驅(qū)動(dòng)，從外部吸入含有氧氣的空氣。被吸入的空氣，在經(jīng)過空氣過濾器142凈化之后，經(jīng)過管P8、空氣室150以及管P9流入空氣泵148，接著，經(jīng)過管P10、防銹用閥158以及管P11被供給至堆疊體102。在燃料電池系統(tǒng)100停止時(shí)，關(guān)閉防銹用閥158，能夠防止水蒸氣向空氣泵148逆流，防止空氣泵148銹蝕。
通過兩根管P12連通堆疊體102和氣液分離用散熱器114，通過兩根管P13連通散熱器114和水箱132，在水箱132上設(shè)置管(排氣管)P14。各管P12連接位于堆疊體102的前面左下角部的陰極出口I4以及從散熱器114的下面左側(cè)端部引出的各散熱管122的入口124a(參照?qǐng)D3)，各管P13連接從散熱器114的下面左側(cè)端部稍微靠近中央的位置引出的各散熱管122的出口124b(參照?qǐng)D3)和水箱132的前面上部，管P14與水箱132的后面上部連接，形成上升然后下降的“ㄑ”字形狀。從堆疊體102的陰極出口I4排出的含有水分(水以及水蒸氣)或二氧化碳的排氣，經(jīng)管P12被送至散熱器114，使水蒸氣液化。從散熱器114排出的排氣經(jīng)過管P13，與水一起被送至水箱132，接著經(jīng)過管P14被排出到外部。
以上述管P8～P14為主構(gòu)成排氣流路。
而且，通過管P15連通水箱132和水泵160，通過管P16連通水泵160和水溶液箱130。管P15連接水箱132的右側(cè)面下部和水泵160的中央部，管P16連接水泵160的中央部和水溶液箱130的左側(cè)面上角部。通過使水泵160驅(qū)動(dòng)，使水箱132內(nèi)的水經(jīng)過管P15、管P16回到水溶液箱130。
以上述管P15、P16構(gòu)成水流路。
另外，管P4連接管P17，以供由水溶液泵146送出流經(jīng)管P4的甲醇水溶液的一部分流入。如圖4所示，在管P17內(nèi)安裝用于檢測(cè)管P17內(nèi)的甲醇濃度的超聲波傳感器164。超聲波傳感器164，利用超聲波傳播速度對(duì)應(yīng)流入的甲醇水溶液的甲醇濃度(甲醇水溶液中甲醇的比例)的變化關(guān)系，來檢測(cè)管P17內(nèi)的甲醇水溶液的甲醇濃度。
如圖4所示，超聲波傳感器164有產(chǎn)生超聲波的發(fā)信部164a和檢測(cè)超聲波的接收部164b。發(fā)信部164a橫插入管P4內(nèi)。發(fā)信部164a的分叉口165與管P17的開始端連接，經(jīng)過分叉口165將甲醇水溶液導(dǎo)入管P17內(nèi)。接收部164b與管P17的終止端連接，被配置在二次電池134的左側(cè)面。在超聲波傳感器164內(nèi)，由發(fā)信部164a產(chǎn)生超聲波，由接收部164b接收超聲波，根據(jù)從發(fā)信部164a開始產(chǎn)生超聲波到接收部164b接收到超聲波為止的時(shí)間，檢測(cè)所獲得的超聲波的傳播速度，將該傳播速度變換成電壓值，成為物理意義上的濃度信息?？刂破?56基于該濃度信息，檢測(cè)管P17內(nèi)的甲醇水溶液的甲醇濃度。
通過管P18連通接收部164b和檢出用閥138。另外，通過管P19連通檢出用閥138和水溶液箱130。管P18連接接收部164b的上面和檢出用閥138的左側(cè)面，管P19連接檢出用閥138的右側(cè)面和水溶液箱130的上面。
以上述管P17～P19為主構(gòu)成濃度檢測(cè)用流路。
而且，通過管P20連通水溶液箱130和收集槽140，通過管P21連通收集槽140和水溶液箱130，通過管P22連通收集槽140和空氣室150。管P20連接水溶液箱130的左側(cè)面上角部和收集槽140的左側(cè)面上角部，管P21連接收集槽140的下端和水溶液箱130的左側(cè)面下角部，管P22連接收集槽140的靠近左側(cè)面上部的位置和空氣室150的上端面。水溶液箱130內(nèi)的氣體(主要是二氧化碳、氣化了的甲醇以及水蒸氣)，經(jīng)過管P20被供給至收集槽140。氣化了的甲醇以及水蒸氣在收集槽140內(nèi)被冷卻、液化之后，經(jīng)過P21回到水溶液箱130。收集槽140內(nèi)的氣體(二氧化碳、未液化的甲醇以及水蒸氣)經(jīng)過管P22被供給至空氣室150。
以上述管P20～P22為主構(gòu)成燃料處理用流路。
如圖10所示，在超聲波傳感器164的接收部164b設(shè)置第一溫度傳感器166，其用于檢測(cè)通過超聲波傳感器164的甲醇水溶液的溫度。另外，在堆疊體102的陽極入口I1附近設(shè)置電壓傳感器168以及第二溫度傳感器170，前者利用甲醇水溶液的電化學(xué)特性檢測(cè)與供給至堆疊體102的甲醇水溶液的濃度對(duì)應(yīng)的濃度信息，后者用于檢測(cè)供給至堆疊體102的甲醇水溶液的溫度。而且，在空氣過濾器142附近設(shè)置用于檢測(cè)外部氣體溫度的外部氣體溫度傳感器171。電壓傳感器168檢測(cè)燃料電池(燃料電池單格電池)104的開路電壓(Open Circuit Voltage)，將該電壓值作為電化學(xué)的濃度信息。
參照?qǐng)D11對(duì)這樣的燃料電池系統(tǒng)100的電氣構(gòu)成進(jìn)行說明。
燃料電池系統(tǒng)100中的控制器156包括CPU 172，其用于進(jìn)行必要的運(yùn)算來控制燃料電池系統(tǒng)100的動(dòng)作；時(shí)鐘電路174，其向CPU 172提供時(shí)鐘脈沖；存儲(chǔ)器176，其存儲(chǔ)用于控制燃料電池系統(tǒng)100的動(dòng)作的程序或數(shù)據(jù)以及運(yùn)算數(shù)據(jù)等，例如由EEPROM構(gòu)成；復(fù)位IC 178，用于防止燃料電池系統(tǒng)100的錯(cuò)誤動(dòng)作；接口電路180，用于與外部設(shè)備連接；電壓檢測(cè)電路184，用于檢測(cè)將驅(qū)動(dòng)自動(dòng)二輪車10的電動(dòng)馬達(dá)60與堆疊體102連接的電路182中的電壓；電流檢測(cè)電路186，用于檢測(cè)流經(jīng)燃料電池104以及堆疊體102的電流；開關(guān)(ON/OFF)電路188，用于開閉電路182；電壓保護(hù)電路190，其防止電路182的過電壓；二極管192，其設(shè)置在電路182上；以及為電路182提供規(guī)定電壓的電源電路194。
向這樣的控制器156的CPU 172中輸入來自超聲波傳感器164、電壓傳感器168、第一溫度傳感器166、第二溫度傳感器170以及外部氣體溫度傳感器171的檢測(cè)信號(hào)，來自電壓檢測(cè)電路184的電壓檢測(cè)值以及來自電流檢測(cè)電路186的電流檢測(cè)值。另外，向CPU 172中輸入來自檢測(cè)是否顛倒的顛倒開關(guān)196的檢測(cè)信號(hào)、來自用于開閉電源的主開關(guān)152的輸入信號(hào)、來自用于各種設(shè)定或信息輸入的輸入部30c的信號(hào)。而且，也向CPU 172中輸入來自高度傳感器129、131以及133的檢測(cè)信號(hào)。作為存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)器176除了存儲(chǔ)用于實(shí)行如圖13、14所示的動(dòng)作的程序或運(yùn)算數(shù)據(jù)等之外，還存儲(chǔ)用于將通過超聲波傳感器164獲得的甲醇水溶液的物理的濃度信息(對(duì)應(yīng)超聲波傳播速度的電壓)變換成濃度的變換信息，以及用于將通過電壓傳感器168獲得的甲醇水溶液的電化學(xué)上的濃度信息(燃料電池104的開路電壓)變換成濃度的變換信息。這些變換信息，可以是例如顯示傳感器的輸出信息和與其所對(duì)應(yīng)的濃度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系的表格數(shù)據(jù)。
而且，在存儲(chǔ)器176中存儲(chǔ)了用于算出第二能量的發(fā)電效率以及充電效率，該第二能量是指使用水溶液箱130內(nèi)的甲醇水溶液能對(duì)二次電池134充電的發(fā)電量。另外，在存儲(chǔ)器176中存儲(chǔ)了甲醇水溶液的規(guī)定濃度、應(yīng)作為二次電池134的目標(biāo)的規(guī)定值以及外部電源連接標(biāo)志。
另外，通過CPU 172控制燃料泵136、水溶液泵146、空氣泵148、水泵160、冷卻用風(fēng)扇120、冷卻用風(fēng)扇126、檢測(cè)用閥138以及防銹用閥158等輔機(jī)。而且，通過CPU 172控制用于顯示各種信息、將各種信息告知自動(dòng)二輪車的乘坐者的顯示部30b。
另外，堆疊體102與二次電池134以及驅(qū)動(dòng)單元62連接。二次電池134以及驅(qū)動(dòng)單元62與電動(dòng)馬達(dá)60接續(xù)。二次電池134，將堆疊體102的輸出插補(bǔ)，通過來自堆疊體102的電能被充電，其通過放電為電動(dòng)馬達(dá)62或輔機(jī)提供電能。
電動(dòng)馬達(dá)60與用于計(jì)測(cè)電動(dòng)馬達(dá)60的各種數(shù)據(jù)的儀表30a連接，由儀表30a計(jì)測(cè)的數(shù)據(jù)或電動(dòng)馬達(dá)60的狀況經(jīng)過接口電路198被送至CPU172。
另外，接口電路198可以與充電器200連接，充電器200能夠與外部電源(商用電源)202連接。在接口電路198經(jīng)過充電器200與外部電源202連接的情況下，即燃料電池系統(tǒng)100與外部電源202連接的情況下，經(jīng)過接口電路198將外部電源連接信號(hào)送至CPU 172。通過CPU 172可以控制充電器200的開關(guān)200a的開/關(guān)。在燃料電池系統(tǒng)100與外部電源202連接的情況下，如果開關(guān)200a打開(接通)，則外部電源202與二次電池134電連接。
在這種實(shí)施方式下，水溶液循環(huán)裝置包括水溶液箱130、管P3、P4、P5、P6以及P7和水溶液泵146。燃料補(bǔ)給裝置包括燃料箱128、管P1、管P2以及燃料泵136。水補(bǔ)給裝置包括水箱132、管P15、管P16以及水泵160。主開關(guān)151相當(dāng)于指示裝置。CPU 172相當(dāng)于第一控制裝置、第二控制裝置、第三控制裝置、第一算出裝置以及第二算出裝置。存儲(chǔ)器176相當(dāng)于存儲(chǔ)裝置。蓄電量檢測(cè)器65相當(dāng)于蓄電量檢測(cè)裝置。電壓傳感器168、CPU 172以及存儲(chǔ)器176相當(dāng)于濃度檢測(cè)裝置。另外，超聲波傳感器164、CPU 172以及存儲(chǔ)器176相當(dāng)于濃度檢測(cè)裝置。水溶液量檢測(cè)裝置包括高度傳感器131以及CPU 172。充電器200和外部電源202相當(dāng)于充電裝置。
接著，對(duì)燃料電池系統(tǒng)100運(yùn)行時(shí)的主要?jiǎng)幼鬟M(jìn)行說明。
燃料電池系統(tǒng)100以主開關(guān)152打開為契機(jī)，驅(qū)動(dòng)水溶液泵146或空氣泵148等輔機(jī)，開始運(yùn)行。
通過水溶液泵146的驅(qū)動(dòng)，容納在水溶液箱130內(nèi)的甲醇水溶液被從管P3側(cè)向管P4側(cè)送出，供給至水溶液過濾器144。接著，將經(jīng)水溶液過濾器144除去雜質(zhì)等的甲醇水溶液經(jīng)過管P5、陽極入口I1直接提供至構(gòu)成堆疊體102的各燃料電池單格電池104的陽極104b。
另一方面，通過驅(qū)動(dòng)空氣泵148而從空氣過濾器142吸入的空氣(air)，經(jīng)過管P8流入空氣室150，進(jìn)而被消音。接著，將被吸入的空氣以及被供給至空氣室150的來自收集槽140的氣體，經(jīng)過管P9～P11、陰極入口I3，提供至構(gòu)成堆疊體102的各燃料電池單格電池104的陰極104c。
在各燃料電池單格電池104的陽極104b，被供給來的甲醇水溶液中的甲醇與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成二氧化碳和氫離子。生成的氫離子，透過電解質(zhì)膜104a流入陰極104c，與被供給至其陰極104c側(cè)的空氣中的氧氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，生成水(水蒸氣)和電能。即，在堆疊體102中進(jìn)行發(fā)電。產(chǎn)生的電能在被送往二次電池134存儲(chǔ)的同時(shí)，也用于驅(qū)動(dòng)自動(dòng)二輪車10行駛等。
另一方面，在各燃料電池單格電池104的陽極104b生成的二氧化碳以及沒有反應(yīng)的甲醇水溶液，因上述電化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的熱而溫度上升(例如至約65℃～70℃)，沒有反應(yīng)的甲醇水溶液中的一部分氣化。二氧化碳以及沒有反應(yīng)的甲醇水溶液，經(jīng)過堆疊體102的陽極出口I2，流入水溶液用散熱器112內(nèi)，在流經(jīng)散熱管116期間由風(fēng)扇120冷卻(例如至約40℃)。被冷卻的二氧化碳以及沒有反應(yīng)的甲醇水溶液經(jīng)過管P7流回水溶液箱130。
另一方面，雖然在各燃料電池單格電池104的陰極104c所產(chǎn)生的水蒸氣的大部分都液化為水并從堆疊體102的陰極出口I4排出，但是飽和水蒸氣以氣體的形式被排出。從陰極出口I4排出的水蒸氣的一部分，由散熱器114冷卻其溫度達(dá)到露點(diǎn)以下，從而液化。基于散熱器114的水蒸氣液化動(dòng)作，通過使風(fēng)扇126驅(qū)動(dòng)而進(jìn)行。經(jīng)過管P12、散熱器114以及管P13，將從陰極出口I4排出的水份(水以及水蒸氣)與沒有反應(yīng)的空氣一起供給至水箱132。
另外，在各燃料電池單格電池104的陰極104c，來自收集槽140的氣化了的甲醇以及通過滲透移動(dòng)至陰極的甲醇在白金催化劑層與氧氣反應(yīng)分解為無害的水分和二氧化碳。經(jīng)過散熱器114，將從陰極出口I4排出從甲醇分解而來的水分和二氧化碳，供給至水箱132。而且，將通過水的滲透移動(dòng)到各燃料電池單格電池104的陰極104c的水分從陰極出口I4排出，經(jīng)過散熱器114供給至水箱132。
回收到水箱132內(nèi)的水，在水泵160的驅(qū)動(dòng)下經(jīng)過管P15、管P16，適宜地回流至水溶液箱130，作為甲醇水溶液中的水加以利用。
為了防止各燃料電池單格電池104的老化也為了使各燃料電池單格電池104有效地發(fā)電，在運(yùn)行中的燃料電池系統(tǒng)100中定期實(shí)行甲醇水溶液的濃度檢測(cè)處理。接著，根據(jù)該檢測(cè)結(jié)果將應(yīng)該供給至堆疊體102的、水溶液箱130內(nèi)的甲醇水溶液的甲醇濃度調(diào)整到例如3wt％左右。具體而言，通過控制器156來控制燃料泵136以及水泵160，根據(jù)甲醇濃度的檢測(cè)結(jié)果，將燃料箱128內(nèi)的甲醇燃料供給至水溶液箱130，使水箱132內(nèi)的水回流至水溶液箱130。
對(duì)從關(guān)閉這樣的燃料電池系統(tǒng)100中的主開關(guān)152開始到堆疊體102發(fā)電停止為止的動(dòng)作進(jìn)行說明。
如圖12所示，調(diào)整二次電池134的充電率(相對(duì)滿充電的蓄電量的比例)，以在自動(dòng)二輪車10運(yùn)行時(shí)在例如10％～60％的范圍內(nèi)調(diào)整，運(yùn)行停止時(shí)達(dá)到規(guī)定值(在本實(shí)施方式中為98％)為目標(biāo)。
參照?qǐng)D13以及圖14，首先，通過CPU 172判斷主開關(guān)152是否被關(guān)閉(步驟S1)。這是通過CPU 172是否接收到表示主開關(guān)152被關(guān)閉的車輛停止信號(hào)來判斷的。待機(jī)直到主開關(guān)152被關(guān)閉，如果主開關(guān)152被關(guān)閉，則通過CPU 172判斷燃料電池系統(tǒng)100是否與外部電源202連接(步驟S3)。這是通過在接口電路198經(jīng)充電器200與外部電源202連接時(shí)，CPU 172是否接收到從接口電路198發(fā)出的外部電源連接信號(hào)來判斷的。
如果燃料電池系統(tǒng)100沒有與外部電源202連接，那么利用CPU 172對(duì)燃料泵136以及水泵160的控制，調(diào)整水溶液箱130內(nèi)的水溶液量以及水溶液濃度(步驟S5)。其后，通過蓄電量檢測(cè)器65檢測(cè)二次電池134的蓄電量(步驟S7)，根據(jù)該蓄電量，通過CPU 172容易地算出將二次電池134充電至規(guī)定值所必要的第一能量(必要充電量)(步驟S9)。
接下來，通過電壓傳感器168獲得甲醇水溶液的濃度信息，通過CPU172基于存儲(chǔ)器176內(nèi)的變換信息將該濃度信息變換成濃度，從而獲得甲醇濃度(步驟S11)。接著，根據(jù)高度傳感器131所檢測(cè)出來的水溶液箱130的高度，通過CPU 172得到甲醇水溶液的量(步驟S13)。根據(jù)甲醇濃度和甲醇水溶液的量，通過CPU 172算出水溶液中的甲醇發(fā)電能量(步驟S15)。而且，通過CPU 172可以容易并正確地算出第二能量，即甲醇發(fā)電能量乘以發(fā)電效率和充電效率(步驟S17)。甲醇發(fā)電能量乘以發(fā)電效率和充電效率相當(dāng)于從甲醇發(fā)電能量中實(shí)質(zhì)上減掉涉及發(fā)電的功率消耗等能量。
在此，發(fā)電效率是考慮了驅(qū)動(dòng)例如空氣泵148等在堆疊體102運(yùn)行時(shí)必要的輔機(jī)所必要的電能等，而預(yù)先設(shè)定的值，在該實(shí)施方式中設(shè)定為15％。即，蓄積在水溶液箱130內(nèi)的甲醇水溶液中的能量的15％可以用于二次電池134的充電。
另外，充電效率是考慮了在二次電池134充電時(shí)的化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的損失而預(yù)先設(shè)定的，在該實(shí)施方式中設(shè)定為95％～98％。
由此，能用在充電上的第二能量是蓄積在水溶液箱130內(nèi)的能量的14％～15％左右。
接著，由CPU 172判斷第一能量是否在第二能量或以下(步驟S19)。如果第一能量在第二能量或以下，那么通過CPU 172停止來自燃料箱128的甲醇燃料補(bǔ)給以及來自水箱132的水補(bǔ)給(步驟S21)。
另一方面，如果第一能量大于第二能量，那么返回步驟S3。
另外，在步驟S3中，如果燃料電池系統(tǒng)100與外部電源202連接，即接口電路198經(jīng)充電器200與外部電源202連接，那么通過CPU 172關(guān)閉開關(guān)200a，并設(shè)定為充電器200沒有隨即開始充電的待機(jī)狀態(tài)(步驟S23)。接著，在顯示部30b顯示燃料電池系統(tǒng)100與外部電源202連接的信息(步驟S25)，建立應(yīng)該記錄燃料電池系統(tǒng)100與外部電源202連接的外部電源連接標(biāo)志(步驟S27)。其后，進(jìn)入步驟S21，停止來自燃料箱128的甲醇燃料補(bǔ)給以及來自水箱132的水補(bǔ)給。
因?yàn)槿绻涌陔娐?98經(jīng)充電器200與外部電源202連接，則能夠利用外部電源202來充電，所以應(yīng)該抑制燃料的無為消耗，停止來自燃料箱128的甲醇燃料補(bǔ)給以及來自水箱132的水補(bǔ)給。但是，如果從連接外部電源202后立刻開始停止補(bǔ)給直至堆疊體102發(fā)電，那么因水溶液濃度升高，在停止發(fā)電后發(fā)生滲透。因此，在連接后的短暫時(shí)間內(nèi)并不開始充電而是繼續(xù)發(fā)電。
如上所述，如果在步驟S21中停止來自燃料箱128的甲醇燃料補(bǔ)給以及來自水箱132的水補(bǔ)給，那么水溶液箱130內(nèi)的甲醇水溶液的濃度降低。因此，通過CPU 172控制水溶液泵146的驅(qū)動(dòng)，增加甲醇水溶液的流量，使在陽極104b有足夠多的水溶液中的甲醇(步驟29)。
接著，通過電壓傳感器168檢測(cè)甲醇水溶液的濃度(步驟S31)，通過CPU 172判斷水溶液濃度是否變得比規(guī)定濃度(本實(shí)施方式中為1％)小(步驟S33)。如果水溶液濃度不比規(guī)定濃度小，那么通過蓄電量檢測(cè)器65檢測(cè)二次電池134的蓄電量(步驟S35)，通過CPU 172判斷二次電池134是否被充電至規(guī)定值(步驟S37)。如果二次電池134沒有被充電至規(guī)定值，則返回步驟S29；如果被充電至規(guī)定值，則為避免二次電池134充電過度，通過CPU 172立即停止發(fā)電(步驟S39)，結(jié)束。這樣，在將運(yùn)行中所消耗的二次電池134的蓄電量充電至規(guī)定值(例如98％)之后，停止堆疊體102的發(fā)電。
另一方面，如果在步驟S33中水溶液濃度比規(guī)定濃度小，那么判斷接口電路198是否經(jīng)充電器200與外部電源202連接(步驟S41)。這是通過外部電源連接標(biāo)志是否建立來判斷。如果沒有與外部電源202連接，則立刻進(jìn)入步驟S39停止發(fā)電，結(jié)束。另一方面，如果與外部電源202連接，則通過CPU 172使開關(guān)202a打開(接通)，充電器200開始充電(步驟S43)，然后在步驟S39停止發(fā)電，結(jié)束。
利用這樣的燃料電池系統(tǒng)100，如果在關(guān)閉主開關(guān)152之后第一能量變得小于等于第二能量，那么停止向水溶液箱130供給燃料，繼續(xù)發(fā)電，之后，在主開關(guān)152的關(guān)閉之前使甲醇水溶液的濃度變低，以使堆疊體102停止發(fā)電。在此，因?yàn)槿剂想姵叵到y(tǒng)100，是堆疊體102內(nèi)的甲醇水溶液可以向水溶液箱130回流的燃料電池系統(tǒng)，所以若使向水溶液箱130的燃料供給停止而繼續(xù)發(fā)電，則循環(huán)的甲醇水溶液整體的濃度下降至大體相同的水平。因此，供給至堆疊體102的甲醇水溶液的濃度在主開關(guān)152關(guān)閉前可靠地降低，能夠停止堆疊體102的發(fā)電，同時(shí)能夠抑制甲醇水溶液的濃度因電解質(zhì)膜面的位置而產(chǎn)生偏差，能夠抑制甲醇的滲透以及電解質(zhì)膜104a的老化。
另外，通常在發(fā)電結(jié)束時(shí)二次電池能夠充電至規(guī)定值，下次運(yùn)行時(shí)能夠良好地起動(dòng)。如果在二次電池充電至規(guī)定值之前，甲醇水溶液的濃度變得沒有達(dá)到規(guī)定濃度，那么通過使堆疊體102停止發(fā)電，能夠抑制電解質(zhì)膜104a的老化。
而且，因?yàn)樵陉P(guān)閉主開關(guān)152之后停止對(duì)水溶液箱130的水補(bǔ)給，繼續(xù)發(fā)電，這樣一來水溶液箱130內(nèi)的甲醇水溶液的濃度僅隨著發(fā)電就能夠逐漸降低，所以能夠防止在二次電池134充分充電之前堆疊體102停止發(fā)電的弊害。
另外，當(dāng)用于二次電池134充電的外部電源202與燃料電池系統(tǒng)100連接時(shí)，停止對(duì)水溶液箱130的甲醇燃料補(bǔ)給。這樣，借助于使外部電源202的發(fā)電優(yōu)先而停止甲醇燃料補(bǔ)給，由此能夠防止燃料的無為消耗。
根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)槟軌蚩煽恳种萍状妓芤旱臐B透以及電解質(zhì)膜104a的老化，本發(fā)明適宜用于具有燃料電池系統(tǒng)100的自動(dòng)二輪車10以及汽車、船舶等運(yùn)輸機(jī)械。
在上述實(shí)施方式中，雖然將所水溶液箱130內(nèi)的水溶液量作為用于算出第二能量的水溶液量使用，但是并不局限于此。水溶液循環(huán)裝置中除了水溶液箱130之外的部分，即由管P6、散熱器112、管P7、管P3、水溶液泵146、管P4、水溶液過濾器144、管P5構(gòu)成的循環(huán)流路內(nèi)的水溶液量是已知的，因此，將該水溶液量加上水溶液箱130內(nèi)的水溶液量也可。因此，利用存在于水溶液循環(huán)裝置中的甲醇水溶液能夠更加準(zhǔn)確地算出第二能量。
另外，如果將水溶液箱130內(nèi)的液面控制恒定，那么不僅在由水溶液箱130內(nèi)的水溶液量算出第二能量的情況下，而且在由水溶液箱130內(nèi)的水溶液量與循環(huán)流路內(nèi)的水溶液量的合計(jì)值而算出第二能量的情況下，第二能量也都大體恒定。因此，在這種情況下，可以將第二能量作為已知值預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器176內(nèi)。這樣一來，沒有必要算出第二能量。
而且，在圖13所示動(dòng)作的步驟S21中，雖然停止燃料泵136的補(bǔ)給動(dòng)作，但是不停止燃料泵136而是減少來自燃料泵136的燃料補(bǔ)給量也可以。另外，在同樣的S21中，水泵160不停止，而是減少來自水泵160的水補(bǔ)給量也可以。
另外，在圖13所示動(dòng)作的步驟S11以及圖14所示動(dòng)作的步驟S31中，可以使用超聲波傳感器164、CPU 172以及存儲(chǔ)器176檢測(cè)甲醇水溶液的濃度，而且也可以使用其它的裝置。濃度變換信息，只要是用于將濃度信息變換成濃度的計(jì)算式即可。
而且，雖然在上述的實(shí)施方式中，CPU 172相當(dāng)于第一～第三控制裝置，但是并不局限于此，第一～第三控制裝置各自構(gòu)成單獨(dú)的CPU也可以。
而且，雖然在上述的實(shí)施方式中，將甲醇作為燃料使用，并將甲醇水溶液作為燃料水溶液使用，但是并不局限于此，將乙醇等的酒精類燃料作為燃料使用，并將乙醇水溶液等的酒精類水溶液作為燃料水溶液使用也可以。
雖然對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)說明和圖示，但是其只是單純的圖解以及作為一個(gè)例子，很明顯不應(yīng)被理解為對(duì)本發(fā)明的限定，本發(fā)明的實(shí)質(zhì)以及范圍只由權(quán)利要求
限定。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于其具有燃料電池，其含有電解質(zhì)膜通過電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能；水溶液循環(huán)裝置，其將燃料水溶液循環(huán)供給至所述燃料電池；燃料補(bǔ)給裝置，其向所述水溶液循環(huán)裝置補(bǔ)給濃度大于等于所述燃料水溶液的燃料；指示裝置，其指示所述燃料電池的發(fā)電停止；第一控制裝置，其控制所述燃料補(bǔ)給裝置的燃料補(bǔ)給動(dòng)作，使得在所述指示裝置指示發(fā)電停止之后，在使所述燃料水溶液的循環(huán)繼續(xù)而且繼續(xù)發(fā)電的狀態(tài)下減少向所述水溶液循環(huán)裝置的燃料補(bǔ)給量；以及第二控制裝置，其控制所述燃料電池的發(fā)電動(dòng)作，使得在使向所述水溶液循環(huán)裝置的燃料補(bǔ)給量減少之后，在所述燃料水溶液的濃度低于發(fā)電停止指示前的狀態(tài)下停止發(fā)電。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，還包括通過所述燃料電池充電的二次電池以及檢測(cè)所述二次電池的蓄電量的蓄電量檢測(cè)裝置，其中，所述第二控制裝置基于所述蓄電量檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果控制所述燃料電池的發(fā)電動(dòng)作。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，還包括檢測(cè)向所述燃料電池供給的所述燃料水溶液的濃度的濃度檢測(cè)裝置，其中，所述第二控制裝置基于所述濃度檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果控制所述燃料電池的發(fā)電動(dòng)作。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，還包括通過所述燃料電池充電的二次電池；第一算出裝置，其算出第一能量，即將所述二次電池充電達(dá)到規(guī)定值所必需的充電量；以及第二算出裝置，其算出第二能量，即使用存在于所述水溶液循環(huán)裝置內(nèi)的所述燃料水溶液能夠?qū)λ龆坞姵爻潆姷陌l(fā)電量，其中，所述第一控制裝置基于所述第一能量與所述第二能量的比較控制所述燃料補(bǔ)給裝置的燃料補(bǔ)給動(dòng)作。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，還包括通過所述燃料電池充電的二次電池；第一算出裝置，其算出第一能量，即將所述二次電池充電達(dá)到規(guī)定值所必需的充電量；以及存儲(chǔ)裝置，其存儲(chǔ)第二能量，即使用存在于所述水溶液循環(huán)裝置內(nèi)的所述燃料水溶液能夠?qū)λ龆坞姵爻潆姷陌l(fā)電量，其中，所述第一控制裝置基于所述第一能量與所述第二能量的比較控制所述燃料補(bǔ)給裝置的燃料補(bǔ)給動(dòng)作。
6.根據(jù)權(quán)利要求
4或5所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，還包括檢測(cè)所述二次電池的蓄電量的蓄電量檢測(cè)裝置，所述第一算出裝置基于所述蓄電量檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果，算出所述第一能量。
7.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，還包括水溶液量檢測(cè)裝置，其檢測(cè)所述水溶液循環(huán)裝置內(nèi)的水溶液量；以及濃度檢測(cè)裝置，其檢測(cè)向所述燃料電池供給的所述燃料水溶液的濃度，其中，所述第二算出裝置基于所述水溶液量檢測(cè)裝置以及所述濃度檢測(cè)裝置各自的檢測(cè)結(jié)果，算出所述第二能量。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述第二算出裝置參考所述燃料電池發(fā)電所涉及的功率消耗算出所述第二能量。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述第一控制裝置控制所述水溶液循環(huán)裝置，使在所述指示裝置發(fā)出發(fā)電停止指示之后向所述燃料電池的所述燃料水溶液的供給量增加。
10.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，還包括水補(bǔ)給裝置，其對(duì)所述水溶液循環(huán)裝置補(bǔ)給水；以及第三控制裝置，其控制所述水補(bǔ)給裝置的水補(bǔ)給動(dòng)作，使得在所述指示裝置發(fā)出發(fā)電停止指示之后向所述水溶液循環(huán)裝置的水補(bǔ)給量減少。
11.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，還包括通過所述燃料電池充電的二次電池，其中，所述第一控制裝置基于為所述二次電池充電的外部電源是否與該燃料電池系統(tǒng)連接，控制所述燃料補(bǔ)給裝置的燃料補(bǔ)給動(dòng)作。
12.一種自動(dòng)二輪車，其具備權(quán)利要求
1至11中任意一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)。
13.一種運(yùn)輸機(jī)械，其具備權(quán)利要求
1至11中任意一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)。
14.一種燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行方法，該運(yùn)行方法是一種能夠向用于向含有電解質(zhì)膜的燃料電池循環(huán)供給燃料水溶液的水溶液循環(huán)裝置，補(bǔ)給濃度大于等于所述燃料水溶液的燃料的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其特征在于其具有第一步驟，即在所述燃料電池的發(fā)電停止指示之后，使向所述水溶液循環(huán)裝置的燃料補(bǔ)給量減少，繼續(xù)所述燃料水溶液的循環(huán)同時(shí)使所述燃料電池繼續(xù)發(fā)電；以及第二步驟，即其后使所述燃料水溶液的濃度低于發(fā)電停止指示前，使得所述燃料電池停止發(fā)電。
專利摘要
本發(fā)明提供一種能夠可靠抑制燃料的滲透以及電解質(zhì)膜老化的燃料電池系統(tǒng)及其運(yùn)行方法。燃料電池系統(tǒng)(100)，其具備含有電解質(zhì)膜(104a)的燃料電池(104)；向燃料電池(104)循環(huán)供給甲醇水溶液的水溶液循環(huán)裝置；向水溶液循環(huán)裝置補(bǔ)給濃度高于等于甲醇水溶液的甲醇燃料的燃料補(bǔ)給裝置；以及主開關(guān)(152)。關(guān)閉主開關(guān)(152)之后，通過CPU(172)控制燃料補(bǔ)給裝置的燃料補(bǔ)給動(dòng)作，以減少向水溶液循環(huán)裝置的燃料補(bǔ)給量，之后，控制燃料電池(104)的發(fā)電動(dòng)作，以在甲醇水溶液的濃度低于主開關(guān)(152)關(guān)閉之前的狀態(tài)下停止發(fā)電。
文檔編號(hào)H01M8/10GK1992403SQ200610171406
公開日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2006年12月26日
發(fā)明者村松恭行 申請(qǐng)人:雅馬哈發(fā)動(dòng)機(jī)株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan