JP2020057460A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池システムの負荷からの要求出力が小さい場合に燃料電池システムを効率よく稼働させる。【解決手段】燃料電池システムは、複数の燃料電池スタック毎に設けられ、それぞれエアコンプレッサが配置された複数のカソードガス供給流路と、前記カソードガス供給流路間を接続する接続流路と、前記接続流路の流通状態を変更する開閉弁と、前記燃料電池スタックへの負荷からの要求出力が予め定められた閾値よりも大きい場合に前記複数のエアコンプレッサを稼働させ前記複数の燃料電池スタックへカソードガスを供給する第１の運転状態と、前記要求出力が前記閾値以下である場合に前記複数のエアコンプレッサのうち、前記第１の運転状態のときよりも少ない数のエアコンプレッサを稼働させるとともに、前記開閉弁を開いて前記各燃料電池スタックにカソードガスを供給する第２の運転状態と、を切り替える制御部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

燃料電池スタックを備えた燃料電池システムに対して、一時的に負荷からの要求出力が極めて小さくなる場合がある。一般的に、燃料電池システムは、その発電電力が非常に小さい場合、燃料電池システム全体のエネルギ効率が低下するという性質を有している。このため、要求出力が非常に小さい場合には、要求出力を２次電池で賄い、燃料電池スタックによる発電を停止する、いわゆる間欠運転を行う場合がある。

燃料電池システムにおいて間欠運転が行われる場合、燃料電池スタックが劣化しないように開回路電圧（Open circuit voltage:ＯＣＶ）を所望範囲に維持すべく、燃料電池スタックへカソードガスを供給するエアコンプレッサの回転数が制御され、カソードガス流量が調整される。ここで、エアコンプレッサには、稼働可能な最低流量が決まっている。このため、この最低流量が開回路電圧を維持するために必要なカソードガス流量よりも多い場合、燃料電池スタックをバイパスして排出する流路に余剰のカソードガスを流す制御が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−９６０８６号公報

しかしながら、余剰のカソードガスをバイパスさせて排出することは余剰のカソードガスを送り出す分の電力が無駄となり、システム全体の効率的な稼働の観点からは改善の余地がある。

そこで、本明細書開示の燃料電池システムは、燃料電池システムの負荷からの要求出力が小さい場合に燃料電池システムを効率よく稼働させることを課題とする。

本明細書に開示された燃料電池システムは、負荷に対して電力を供給する複数の燃料電池スタックを備えた燃料電池システムであって、前記複数の燃料電池スタック毎に設けられ、それぞれエアコンプレッサが配置された複数のカソードガス供給流路と、前記カソードガス供給流路間を接続する接続流路と、前記接続流路の流通状態を変更する開閉弁と、前記燃料電池スタックへの前記負荷からの要求出力が予め定められた閾値よりも大きい場合に前記複数のエアコンプレッサを稼働させ前記複数の燃料電池スタックへカソードガスを供給する第１の運転状態と、前記要求出力が前記閾値以下である場合に前記複数のエアコンプレッサのうち、前記第１の運転状態のときよりも少ない数のエアコンプレッサを稼働させるとともに、前記開閉弁を開いて前記各燃料電池スタックにカソードガスを供給する第２の運転状態と、を切り替える制御部とを備える。

本明細書開示の燃料電池システムによれば、燃料電池システムの負荷からの要求出力が小さい場合に燃料電池システムを効率よく稼働させることができる。

図１は第１実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す構成図である。 図２は第１スタック及び第２スタックの出力電流と出力電力の関係を示す電流電力特性図である。 図３は第１実施形態の燃料電池システムの制御の一例を示すフローチャートである。 図４は第１実施形態の燃料電池システムにおける各部の動作の一例を示すタイムチャートである。 図５は第１実施形態の燃料電池システムが間欠運転を行っている際の電圧挙動の一例を示すグラフである。 図６は第２実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す構成図である。 図７は第２実施形態の燃料電池システムの制御の一例を示すフローチャートである。 図８は第３実施形態の燃料電池システムの主要部の概略構成を示す構成図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。

（第１実施形態）
Ａ．燃料電池システムの全体構成
図１を参照すると、燃料電池システム１は、二つの燃料電池スタック、すなわち、第１スタック１１と第２スタック１２を備える。また、燃料電池システム１は、第１スタック１１及び第２スタック１２にカソードガスを供給するカソードガス供給部１１０、第１スタック１１及び第２スタック１２にアノードガスを供給するアノードガス供給部１２０を備える。また、燃料電池システム１は、図示しない冷媒循環部を備える。燃料電池システム１は、さらに、制御部としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）４と、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５１ａと、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５２ａと、２次電池６と、第３ＤＣ／ＤＣコンバータ７とを備える。

第１スタック１１は、第１配線５１に設けられた第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５１ａを介して、モータ２に接続され、第２スタック１２は、第２配線５２に設けられた第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５２ａを介してモータ２に接続されている。第１配線５１と第２配線５２とは結線されて、モータ２に接続されている。燃料電池システム１は、燃料電池車両に搭載されるものであり、モータ２は、燃料電池車両の駆動用モータである。第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５１ａ及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５２ａは、それぞれＥＣＵ４の制御信号を受けて、第１スタック１１及び第２スタック１２が発電した電力を所望の電圧に昇圧して、モータ２やその他の負荷に供給する。

カソードガス供給部１１０は、いずれも電動式である第１エアコンプレッサ（以下、「第１ＡＣＰ」という）１３と第２エアコンプレッサ（以下、「第２ＡＣＰ」という）１４とを含む。第１ＡＣＰ１３は、第１スタック１１に接続された第１カソードガス供給流路１５に設けられている。第２ＡＣＰ１４は、第２スタック１２に接続された第２カソードガス供給流路１６に設けられている。

第１カソードガス供給流路１５の第１ＡＣＰ１３の下流側には、第１弁１８が配置されている。また、第２カソードガス供給流路１６の第２ＡＣＰ１４の下流側には、第２弁１９が配置されている。第１弁１８及び第２弁１９は、いずれもＥＣＵ４に電気的に接続されており、第１弁１８及び第２弁１９の開閉状態は、ＥＣＵ４によって制御される。

第１カソードガス供給流路１５の第１弁１８と第１スタック１１との間には、第１分岐点１５ａが設定されている。第２カソードガス供給流路１６の第２弁１９と第２スタック１２との間には、第２分岐点１６ａが設定されている。第１分岐点１５ａと第２分岐点１６ａとが接続流路１７によって接続されている。これにより、第１カソードガス供給流路１５と第２カソードガス供給流路１６とは、接続流路１７によって接続されている。接続流路１７には、接続流路１７の流通状態を変更する開閉弁としての第３弁２０が設けられている。第３弁２０は、ＥＣＵ４に電気的に接続されており、第３弁２０の開閉状態はＥＣＵ４によって制御される。

第１スタック１１の下流側には、第１カソードガス排出流路２１が接続されており、第２スタック１２の下流側には、第２カソードガス排出流路２２が接続されている。第１カソードガス排出流路２１及び第２カソードガス排出流路２２からはそれぞれカソードオフガスが大気放出される。

アノードガス供給部１２０は、アノードガスとしての水素を貯蔵する水素タンク３０と、水素タンク３０から第１スタック１１にアノードガスを供給する第１アノードガス供給流路３１と、水素タンク３０から第２スタック１２にアノードガスを供給する第２アノードガス供給流路３２を含む。第１アノードガス供給流路３１には、第１インジェクタ３１ａが配置され、第２アノードガス供給流路３２には、第２インジェクタ３２ａが配置されている。各スタックへのアノードガス（水素ガス）の供給量は、第１スタック１１及び第２スタック１２への負荷からの要求出力に応じてＥＣＵ４によって調節される。

２次電池６は、第３ＤＣ／ＤＣコンバータ７を介して第１スタック１１及び第２スタック１２をモータ２に接続する配線に接続されている。２次電池６としては、例えば、鉛蓄電池や、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などを採用することができる。第３ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、２次電池６の充放電を制御する充放電制御機能を有しており、ＥＣＵ４の制御信号を受けて２次電池６の充放電を制御する。また、第３ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、ＥＣＵ４の制御信号に基づいて、出力側の目標電圧を設定する。第３ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、２次電池６から電力を引き出し、設定された目標電圧まで昇圧させてモータ２への電圧印加を行う。第３ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、２次電池６において充放電を行なう必要のないときには、第１スタック１１及び第２スタック１２をモータ２に接続する配線から２次電池６の電気的な接続を切断する。

ＥＣＵ４は、ハードウェア構成として、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を有する演算回路と、プログラムメモリやデータメモリその他のＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等を有する記憶装置等からなるマイクロコンピュータを主に備える。ＥＣＵ４は、燃料電池システム１が備える各種センサ、例えば、第１スタック１１の電圧を測定する第１電圧計１１ａや第２スタック１２の電圧を測定する第２電圧計１２ａ、さらには、アクセルペダル４１の踏み込み量を検出するアクセルペダルセンサ４２等の測定結果を示す信号を受信する。そして、受信した信号に基づいて、燃料電池システム１の各構成要素の動作の制御信号を生成し、各構成要素を制御する。

ＥＣＵ４は、アクセルペダルセンサ４２から受信した信号等に基づいて要求出力の大きさを求め、要求出力に応じた電力が第１スタック１１及び第２スタック１２から得られるように、燃料電池システム１の各部に制御信号を出力する。例えば、ＥＣＵ４は、所望の電力を第１スタック１１及び第２スタック１２から得られるように、カソードガス供給部１１０やアノードガス供給部１２０からの各ガスの供給量を制御する。

Ｂ．燃料電池システムの運転モード
燃料電池システム１は、燃料電池車両の運転状況に応じて、通常運転モードと間欠運転モードとを含む複数の運転モードに切り換えることができる。通常運転モードは、燃料電池システム１に対する要求出力が、予め設定した閾値を超える場合に選択される運転モードであり、モータ２の要求電力を含む要求出力を、第１スタック１１及び第２スタック１２が発電する電力により賄う運転モードである。間欠運転モードとは、燃料電池システム１に対する要求出力が、予め設定した閾値以下のときに、第１スタック１１及び第２スタック１２の発電を停止する運転モードである。間欠運転モードが選択されているとき、要求出力は２次電池６によって賄われる。

なお、燃料電池システム１から電力供給を受ける負荷としては、燃料電池車両を駆動するモータ２に加えて、車両補機および燃料電池補機が含まれる。したがって、本実施形態の燃料電池システム１において、要求出力とは、モータ２の要求電力と、車両補機の要求電力と、燃料電池補機の要求電力とを含む。車両補機には、例えば、空調設備（エアコン）、照明装置等が含まれる。燃料電池補機には、例えば、第１ＡＣＰ１３、第２ＡＣＰ１４、第１弁１８、第２弁１９や第３弁２０等の各種弁、既述した冷媒を循環させるための冷媒ポンプ、および、冷媒を冷却するためのラジエータファンが含まれる。これらの車両補機や燃料電池補機はＥＣＵ４と電気的に接続されており、ＥＣＵ４はこれらの補機が稼働する際の電力を要求電力として取得することができる。本実施形態では、これらの各負荷の要求電力の総量として、要求出力を求め、この要求出力が閾値以下のときに、間欠運転モードを選択する。そして、間欠運転モードの選択時に、発電停止中の第１スタック１１及び第２スタック１２の電圧を所定の範囲に制御している。

まず、通常運転モードについて説明する。通常運転モードにおける第１スタック１１及び第２スタック１２の発電量は、第１スタック１１及び第２スタック１２の出力電圧を定めることにより制御される。図２に示す出力電流と出力電力との関係から分かるように、第１スタック１１及び第２スタック１２において、出力すべき電力Ｐが定まれば、そのときの第１スタック１１及び第２スタック１２の出力電流の大きさＩが定まる。そして、図２に示す電流−電圧特性（ＩＶ特性）から分かるように、第１スタック１１及び第２スタック１２の出力電流Ｉが定まれば、そのときの第１スタック１１及び第２スタック１２の出力電圧Ｖが定まる。通常運転モードが選択されているときには、ＥＣＵ４が、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ５１ａ及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータ５２ａに対して、このようにして求めた出力電圧Ｖを目標電圧として指令することによって、第１スタック１１及び第２スタック１２の発電量が所望量となるように制御される。

このような通常運転モードは、第１ＡＣＰ１３と第２ＡＣＰ１４の双方を稼働させて、第１スタック１１及び第２スタック１２へカソードガスを供給する第１の運転状態に相当する。

つぎに、間欠運転モードについて説明する。間欠運転モードは、第１ＡＣＰ１３と第２ＡＣＰ１４のうち、一方を停止させ、第３弁２０を開弁して第１スタック１１及び第２スタック１２にカソードガスを供給させる第２の運転状態に相当する。第２の運転状態では、一方のＡＣＰを停止させ、他方のＡＣＰを稼働させてその流量を分配することができるため、各スタックには、稼働させたＡＣＰの最低流量よりも少ない流量を供給することができるようになる。

間欠運転モードの選択時に第１スタック１１及び第２スタック１２の発電を停止する際には、第１スタック１１及び第２スタック１２の出力電流は０となる。第１スタック１１及び第２スタック１２の発電を停止するとき、すなわち、発電のために十分な水素と酸素が第１スタック１１及び第２スタック１２に供給された状態で、第１スタック１１や第２スタック１２とから負荷への出力電流を低下させると、第１スタック１１や第２スタック１２の開回路電圧が高くなる。このことは、第１スタック１１や第２スタック１２のカソードの電極電位が非常に高くなることを示している。第１スタック１１や第２スタック１２のカソードの電極電位が高くなると、電極が備える白金などの触媒金属が溶出して、第１スタック１１や第２スタック１２の性能が低下することが知られている。そこで、第１スタック１１や第２スタック１２の性能低下を抑えるために、第１スタック１１や第２スタック１２においてカソードの電極電位の過剰な上昇を抑えることが望ましい。本実施形態では、第１スタック１１や第２スタック１２の発電停止中に、カソード側流路に供給する酸素量を制御することによって、各スタックにおけるカソードの電極電位の過度な上昇を抑える。

Ｃ．間欠運転モード選択時の制御
つぎに、間欠運転モード選択時の制御につき、図３から図５を参照しつつ説明する。図３におけるフローチャートにおいて、制御開始時における燃料電池システム１は、通常運転モードであり、第１弁１８及び第２弁１９が開弁され、第３弁２０が閉弁された状態となっているものとする。従って、第１ＡＣＰ１３によって圧縮され、送出されたカソードガスは、第１スタック１１に供給され、第２ＡＣＰ１４によって圧縮され、送出されたカソードガスは、第２スタック１２に供給される状態となっている。

まず、ステップＳ１において、ＥＣＵ４は要求出力が予め定められた閾値以下であるか否かを判断する。ここで、閾値とは、通常運転モードと間欠運転モードとを切り替えるための値である。閾値は、実験やシミュレーションの結果に基づいて決定することができる。

ステップＳ１においてＥＣＵ４がＮＯと判定したときは、制御は終了となる。一方、ステップＳ１においてＥＣＵ４がＹＥＳと判定したときは、ステップＳ２へ進む。ステップＳ２において、ＥＣＵ４は、第２ＡＣＰ１４、第２弁１９及び第３弁２０に指令を発する。これにより、図４において間欠運転モードが開始される時刻ｔ１において、第２ＡＣＰ１４を停止し、第２弁１９が閉弁され、また、第３弁２０が開弁される。

一方、間欠運転モードであっても第１弁１８の開弁状態は維持され、第１ＡＣＰ１３の運転は継続される。第１ＡＣＰ１３によって圧送されるカソードガスは、第１カソードガス供給流路１５を通じて第１スタック１１に供給されるとともに、第１カソードガス供給流路１５、接続流路１７、第３弁２０及び第２カソードガス供給流路１６を通じて第２スタック１２にも供給される。なお、第２弁１９が閉弁されていることから第１ＡＣＰ１３によって圧送されたカソードガスが第２ＡＣＰ１４へ流れ込むことはない。

ステップＳ２に引き続いて行われるステップＳ３では、ＥＣＵ４は、スタックの電圧がその上限値よりも高いか否かを判定する。ステップＳ３における判定は、第１スタック１１と第２スタック１２の双方について行われる。従って、スタック電圧は、第１スタック１１については、第１電圧計１１ａによって取得された値であり、第２スタック１２については、第２電圧計１２ａによって取得された値である。ここで、上限値は、間欠運転モードにおいて各スタックが維持する電圧範囲の上限値であり、触媒の劣化が生じる可能性が高いＯＣＶに到達することがないように設定された値である。具体的に、触媒の劣化が生じる可能性が高いＯＣＶに対してマージンを織り込んだ値が上限値として設定されている。ＥＣＵ４は、図５に示す時刻ｔ１２のように、電圧Ｖが上昇してきて上限値に到達すると、ステップＳ３においてＹＥＳと判定する。

ＥＣＵ４は、ステップＳ３においてＹＥＳと判定したときは、ステップＳ４へ進み、第１ＡＣＰ１３の回転数を減らし、各スタックの電圧が所定の範囲内となるようにカソードガス流量を調整する。ステップＳ４で第１ＡＣＰ１３の回転数を減らした後は、ステップＳ３からの処理を繰り返す。一方、ステップＳ３でＮＯと判断したときは、ステップＳ５へ進む。

ステップＳ５では、ＥＣＵ４は、スタック電圧がその下限値よりも低いか否かを判定する。ステップＳ５における判定は、ステップＳ３と同様に、第１スタック１１と第２スタック１２の双方について行われる。ここで、下限値は、間欠運転モードにおいて各スタックが維持する電圧範囲の下限値である。下限値は、間欠運転モードからの復帰後に、即座に所望の出力が立ち上がることができる電圧として規定されている。ＥＣＵ４は、図５に示す時刻ｔ１１のように、電圧Ｖが低下してきて下限値に到達すると、ステップＳ５においてＹＥＳと判定する。

ＥＣＵ４は、ステップＳ５においてＹＥＳと判定したときは、ステップＳ６へ進み、第１ＡＣＰ１３の回転数を増やし、各スタックの電圧が所定の範囲内となるようにカソードガス流量を調整する。ステップＳ６で第１ＡＣＰ１３の回転数を増やした後は、ステップＳ３からの処理を繰り返す。一方、ステップＳ５でＮＯと判断したときは、ステップＳ１からの処理を繰り返す。再度のステップＳ１においてＥＣＵ４がＮＯと判定したときは、ＥＣＵ４は、図４における時刻ｔ２のように、第２ＡＣＰ１４の稼働を再開し、第２弁１９を開弁し、第３弁２０を閉弁する。これにより、通常運転モードに復帰する。なお、図４は、間欠運転がされている間の第１ＡＣＰ１３の回転数が一定であるように描かれているが、第１ＡＣＰ１３の回転数はステップＳ４やステップＳ６の措置によって増減することがある。

このように、本実施形態は、一つのＡＣＰを稼働させて送り出されるカソードガスを２つのスタックに分配する。このため、本実施形態は、各スタックへ供給するカソードガス流量を、一つのＡＣＰの最低流量よりも少ない量まで減らすことができ、電力の無駄を抑制しつつ、適切なＯＣＶを維持することができる。

本実施形態において、ＥＣＵ４は、第１ＡＣＰ１３、第２ＡＣＰ１４、第１弁１８、第２弁１９及び第３弁２０を制御対象として、第２ＡＣＰ１４を停止し、第１ＡＣＰ１３を稼働させ、さらに、各弁の開閉状態を制御することで、各スタックへ所望のカソードガスを供給する。これらの制御対象のうち、第１ＡＣＰ１３の回転数を制御することで、第１スタック１１と第２スタック１２に供給するカソードガス流量の合計量が制御される。第３弁２０は、開弁状態とされることで第１スタック１１及び第２スタック１２の双方にカソードガスを供給することができる。ここで、第１スタック１１及び第２スタック１２の状態によっては、双方に供給するカソードガス流量の分配比率を変更することが求められる場合がある。例えば、第１スタック１１のＯＣＶと第２スタックのＯＣＶが異なっており、第１スタック１１に供給するカソードガス流量と、第２スタック１２の供給するカソードガス流量とが異なるような場合である。このような場合、その分配比率は第３弁２０の開度によって調整される。

なお、本実施形態では、第２ＡＣＰ１４を停止し、第１ＡＣＰ１３によって圧送されたカソードガスを第１スタック１１と第２スタック１２に分配しているが、第１ＡＣＰ１３を停止、第２ＡＣＰ１４を稼働させるようにしてもよい。この場合、いずれのＡＣＰを停止させるかは、例えば、双方の稼働時間が概ね一致するように選定することができる。これにより、ＡＣＰの偏った劣化を抑制することができる。

本実施形態によれば、、燃料電池システム１の負荷からの要求出力が所定の値よりも小さい場合に少なくとも一つのＡＣＰを停止させるので燃料電池システム１を効率よく稼働させることができる。

（第２実施形態）
つぎに、図６及び図７を参照して、第２実施形態について説明する。第２実施形態の燃料電池システム５０は、第１実施形態の燃料電池システム１と比較して、以下の点で異なっている。すなわち、燃料電池システム５０は、第１スタック１１をバイパスする第１バイパス流路２３と第２スタック１２をバイパスする第２バイパス流路２５を備えている。第１バイパス流路２３の一端は、第１カソードガス供給流路１５の第１分岐点１５ａと第１スタック１１との間に接続されており、他端は、第１カソードガス排出流路２１に接続されている。第２バイパス流路２５の一端は、第２カソードガス供給流路１６の第２分岐点１６ａと第２スタック１２との間に接続されており、他端は、第２カソードガス排出流路２２に接続されている。第１バイパス流路２３には、第４弁２４が配置されている。第２バイパス流路２５には、第５弁２６が配置されている。その他の構成については、第１実施形態と異なるところがないので、共通する構成要素には、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。

第２実施形態では、第１実施形態と同様に間欠運転モードにおいて、一方のＡＣＰを停止させ、他方のＡＣＰを稼働させてその流量を分配する。そして、第２実施形態では、分配されたカソードガス流量を第４弁２４の開度を調整して、第１スタック１１に供給されるカソードガス流量を調整することができる。また、分配されたカソードガス流量を第５弁２６の開度を調整して、第２スタック１２に供給されるカソードガス流量を調整することができる。

すなわち、第１実施形態では、稼働させたＡＣＰの回転数と、必要に応じて第３弁２０の開度調整によって、各スタックへ導入されるカソードガス流量を調整していたが、第２実施形態では、第４弁２４や第５弁２６の開度調整によって各スタックへ導入されるカソードガス流量を調整することができる。

このような第２実施形態の制御の一例について、図６に示すフローチャートを参照しつつ説明する。図６に示すフローチャートは、第１実施形態を説明する図２に示すフローチャートと比較して、ステップＳ１４とステップＳ１６が異なっている。すなわち、図２におけるステップＳ４がステップＳ１４に置き換わり、ステップ６がステップＳ１６に置き換わっている。以下の説明では、ステップＳ１４及びステップＳ１６を中心に説明する。

ＥＣＵ４がステップＳ３でＹＥＳと判定したときにステップＳ１４の処理が実行される。ステップＳ３における判定が第１スタック１１に対するものである場合、ステップＳ１４では、第４弁２４の開度を増す。すなわち、第１スタック１１をバイパスするカソードガス流量を増やして第１スタック１１に供給されるカソードガス流量を減らす。ステップＳ１４の処理を行った後は、ステップＳ３からの処理を繰り返す。ステップＳ３における判定が第２スタック１２に対するものである場合、ステップＳ１４では、第５弁２６に対し、同様の制御を実行する。

ＥＣＵ４がステップＳ５でＹＥＳと判定したときにステップＳ１６の処理が実行される。ステップＳ５における判定が第１スタック１１に対するものである場合、ステップＳ１６では、第４弁２４の開度を減らす。すなわち、第１スタック１１をバイパスするカソードガス流量を減らして第１スタック１１に供給されるカソードガス流量を増す。ステップＳ１６の処理を行った後は、ステップＳ３からの処理を繰り返す。ステップＳ５における判定が第２スタック１２に対するものである場合、ステップＳ１６では、第５弁２６に対し、同様の制御を実行する。

なお、第２実施形態において、各スタックに供給されるカソードガス流量は、第４弁２４及び第５弁２６の開度で調整するが、第３弁２０の開度調整と併せて実施してもよい。

第２実施形態においても、間欠運転モードでは、一方のＡＣＰを停止するため、燃料電池システム５０の消費電力を抑制し、燃料電池システム５０を効率よく稼働させることができ、電力の無駄を抑制しつつ、適切なＯＣＶを維持することができる。

（第３実施形態）
つぎに、図８を参照して、第３実施形態の燃料電池システム６０について説明する。図８は、第３実施形態の燃料電池システム６０の主要部の概略構成を示している。

第３実施形態の燃料電池システム６０が、第１実施形態の燃料電池システム１と異なる点は、第３スタック６１と第３ＡＣＰ６４を備えた点である。第３スタック６１は、第３配線６６に設けられた第４ＤＣ／ＤＣコンバータ６６ａを介して、モータ２に接続されている。第３配線６６は、第１配線５１、第２配線５２と結線されてモータ２に接続されている。

第３ＡＣＰ６４は、第３スタック６１に接続された第３カソードガス供給流路６２に設けられている。第３カソードガス供給流路６２の第３ＡＣＰ６４の下流側には、第６弁６３が配置されている。

第３カソードガス供給流路６２の第６弁６３と第３スタック６１との間には、第３分岐点６２ａが設定されている。第３分岐点６２ａと第２分岐点１６ａとは、接続流路６７によって接続されている。これにより、第１カソードガス供給流路１５と第２カソードガス供給流路１６が接続流路１７によって接続され、第２カソードガス供給流路１６と第３カソードガス供給流路６２とが接続流路６７によって接続された状態とされている。接続流路６７には、接続流路６７の流通状態を変更する第７弁６８が設けられている。第７弁６８は、他の弁と同様にＥＣＵ４に電気的に接続されており、第７弁６８の開度はＥＣＵ４によって制御される。

なお、第３スタック６１の下流側には、第３カソードガス排出流路６５が接続されており、第３カソードガス排出流路６５からは、カソードオフガスが大気放出される。

このような燃料電池システム６０では、間欠運転モードにおいて、第１ＡＣＰ１３、第２ＡＣＰ１４及び第３ＡＣＰ６４のうち、２つを停止させ、いずれか一つを稼働させる。そして、第３弁２０と第７弁６８を開弁することで、各スタックにカソードガスを供給することができる。

また、第３実施形態では、３つのスタックと、３つのＡＣＰを備えているが、スタックとＡＣＰの数は、これに限定されない。要は、間欠運転モード時にいくつかのＡＣＰを停止させ、稼働させるＡＣＰから圧送されるカソードガスを各スタックに分配することで、ＡＣＰの最低流量よりも少ないカソードガス流量を各スタックに供給し、ＯＣＶを所定値内に維持することができればよい。

上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

１、５０、６０ 燃料電池システム
２ モータ
４ ＥＣＵ
１１ 第１スタック
１２ 第２スタック
１３ 第１ＡＣＰ
１４ 第２ＡＣＰ
１５ 第１カソードガス供給流路
１５ａ 第１分岐点
１６ 第２カソードガス供給流路
１６ａ 第２分岐点
１７、６７ 接続流路
１８ 第１弁
１９ 第２弁
２０ 第３弁
２１ 第１カソードガス排出流路
２２ 第２カソードガス排出流路
２３ 第１バイパス流路
２４ 第４弁
２５ 第２バイパス流路
２６ 第５弁
６１ 第３スタック
６２ 第３カソードガス供給流路
６２ａ 第３分岐点
６３ 第６弁
６４ 第３ＡＣＰ
６５ 第３カソードガス排出流路
６８ 第７弁

Claims (1)

1. 負荷に対して電力を供給する複数の燃料電池スタックを備えた燃料電池システムであって、
   前記複数の燃料電池スタック毎に設けられ、それぞれエアコンプレッサが配置された複数のカソードガス供給流路と、
   前記カソードガス供給流路間を接続する接続流路と、
   前記接続流路の流通状態を変更する開閉弁と、
   前記燃料電池スタックへの前記負荷からの要求出力が予め定められた閾値よりも大きい場合に前記複数のエアコンプレッサを稼働させ前記複数の燃料電池スタックへカソードガスを供給する第１の運転状態と、前記要求出力が前記閾値以下である場合に前記複数のエアコンプレッサのうち、前記第１の運転状態のときよりも少ない数のエアコンプレッサを稼働させるとともに、前記開閉弁を開いて前記各燃料電池スタックにカソードガスを供給する第２の運転状態と、を切り替える制御部と、
   を備えた燃料電池システム。

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