JP2020061228A - 燃料電池システム - Google Patents

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Abstract

【課題】要求出力に対する応答性が向上した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１は、負荷装置５０に電力を供給する第１及び第２燃料電池を含む燃料電池ユニット２０ａ、２０ｂと、第１及び第２燃料電池にそれぞれ供給されるカソードガスの流量をそれぞれ制御する第１及び第２供給系１０ａ、１０ｂと、燃料電池ユニットと負荷装置とを電気的に接続又は切断状態に切替え可能な切替装置３６ａ、３６ｂと、燃料電池ユニットへの要求出力が閾値以下の場合に切断状態に切替える切替制御部、切断状態での第１及び第２燃料電池のそれぞれの開放電圧を取得する開放電圧取得部及び第１及び第２供給系を制御して第１及び第２流量を互いに異なるタイミングで増減させることにより、第１及び第２開放電圧がそれぞれ第１及び第２目標範囲内に収束するように周期的に増減させる供給系制御部として動作するＥＣＵ６０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。
燃料電池への要求出力が閾値以下にまで低下すると、燃料電池と負荷装置とは電気的に切断される。この状態での燃料電池の開放電圧が高すぎると、燃料電池のカソード触媒が溶出する可能性がある。そこで、燃料電池内部に十分な量の水素を供給しつつ、燃料電池内部に残存する酸素の量が少なくするように、カソードガスの流量を通常よりも少なくなるように制御することで、開放電圧が高くなりすぎることを抑制する。しかしながら、燃料電池内部に残存する酸素の量が少なすぎると、その後に要求出力が増大した際に、実際の出力の応答性が低下する。このため開放電圧が目標範囲内に収束するように、カソードガスの流量が増減される（例えば特許文献１参照）。
特開２０１６−０９６０８６号
このような燃料電池を複数備えた燃料電池システムでは、要求出力が増大した場合に、複数の燃料電池の何れの開放電圧も低い状態であることが考えられる。この場合、要求出力に対する実際の出力の応答性が低下する可能性がある。
そこで、要求出力に対する応答性が向上した燃料電池システムを提供することを目的とする。
上記目的は、負荷装置に電力を供給する第１及び第２燃料電池を含む燃料電池ユニットと、前記第１及び第２燃料電池にそれぞれ供給されるカソードガスの第１及び第２流量をそれぞれ制御する第１及び第２供給系と、前記燃料電池ユニットと前記負荷装置とを電気的に接続状態又は切断状態に切替え可能な切替装置と、前記燃料電池ユニットへの要求出力が閾値以下の場合に前記切断状態に切替える切替制御部と、前記切断状態での前記第１及び第２燃料電池のそれぞれの第１及び第２開放電圧を取得する開放電圧取得部と、前記第１及び第２供給系を制御して前記第１及び第２流量を互いに異なるタイミングで増減させることにより、前記第１及び第２開放電圧がそれぞれ第１及び第２目標範囲内に収束するように周期的に増減させる供給系制御部と、を備えた、燃料電池システムによって達成できる。
第１及び第２流量を互いに異なるタイミングで増減させることにより、第１及び第２開放電圧も互いに異なるタイミングで増減し、第１及び第２開放電圧の一方は他方よりも高くなる。これにより、第１及び第２開放電圧が双方とも低い状態にあることを回避でき、要求出力に対する応答性が向上する。
前記供給系制御部は、前記第２開放電圧が低下している少なくとも何れかの期間で、前記第２開放電圧が前記第２目標範囲の下限値以下となる前に前記第２流量を増大させることにより、前記第１及び第２流量を互いに異なるタイミングで増減させてもよい。
前記供給系制御部は、前記第２開放電圧が低下している少なくとも何れかの期間で、前記第２開放電圧が前記第２目標範囲の下限値に前記第２目標範囲の上限値と下限値の差分の３０〜７０％の間の値を加えた値になった場合に、前記第２流量を増大させることにより、前記第１及び第２流量を互いに異なるタイミングで増減させてもよい。
前記供給系制御部は、前記第１開放電圧が前記第１目標範囲の上限値及び下限値との間の第１基準値以下であって且つ前記第２開放電圧が前記第２目標範囲の上限値及び下限値の間の第２基準値以下の場合に前記第２流量を増大させることにより、前記第１及び第２流量を互いに異なるタイミングで増減させてもよい。
前記第１基準値は、前記第１目標範囲の下限値に前記第１目標範囲の上限値と下限値の差分の３０〜７０％の間の値を加えた値であり、前記第２基準値は、前記第２目標範囲の下限値に前記第２目標範囲の上限値と下限値の差分の３０〜７０％の間の値を加えた値であってもよい。
前記供給系制御部は、前記第１及び第２流量を同じ周期で増減させてもよい。
要求出力に対する応答性が向上した燃料電池システムを提供できる。
図１は、車両に搭載された燃料電池システムの構成図である。 図２は、開放電圧制御の一例を示したタイミングチャートである。 図３は、開放電圧制御の一例を示したフローチャートである。 図４は、ＦＣ２０ａの開放電圧制御の一例を示したフローチャートである。 図５は、ＦＣ２０ｂの開放電圧制御の一例を示したフローチャートである。 図６は、開放電圧制御の変形例を示したタイミングチャートである。 図７は、ＦＣ２０ｂの開放電圧制御の変形例を示したフローチャートである。
［燃料電池システムの構成］
図１は、車両に搭載された燃料電池システム（以下、単にシステムと称する）１の構成図である。システム１は、カソードガス供給系１０ａ及び１０ｂ、燃料電池（以下、ＦＣと称する）２０ａ及び２０ｂ、電力制御系３０ａ及び３０ｂ、バッテリ（以下、ＢＡＴと称する）４０ａ及び４０ｂ、モータ５０、及びＥＣＵ６０を含む。尚、システム１は、ＦＣ２０ａ及び２０ｂにそれぞれアノードガスである水素ガスを供給する不図示のアノードガス供給系や、ＦＣ２０ａ及び２０ｂに冷却水を循環させて冷却する不図示の冷却系を含む。
ＦＣ２０ａ及び２０ｂは、カソードガスと燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池である。ＦＣ２０ａ及び２０ｂは、それぞれ、固体高分子電解質型の単セルを複数積層している。ＦＣ２０ａ及び２０ｂは、特に限定されないが、同一の燃料電池であり、定格出力も同じである。ＦＣ２０ａ及び２０ｂは、燃料電池ユニットの一例であり、それぞれ第１及び第２燃料電池の一例でもある。
カソードガス供給系１０ａ及び１０ｂは、それぞれ、カソードガスとして酸素を含む空気をＦＣ２０ａ及び２０ｂに供給する。具体的には、カソードガス供給系１０ａ及び１０ｂは、それぞれ、供給管１１ａ及び１１ｂ、排出管１２ａ及び１２ｂ、バイパス管１３ａ及び１３ｂ、エアコンプレッサ１４ａ及び１４ｂ、バイパス弁１５ａ及び１５ｂ、インタークーラ１６ａ及び１６ｂ、及び背圧弁１７ａ及び１７ｂを含む。
供給管１１ａ及び１１ｂは、それぞれＦＣ２０ａ及び２０ｂのカソード入口マニホールドに接続されている。排出管１２ａ及び１２ｂは、それぞれＦＣ２０ａ及び２０ｂのカソード出口マニホールドに接続される。バイパス管１３ａは供給管１１ａ及び排出管１２ａを連通しており、同様にバイパス管１３ｂも供給管１１ｂ及び排出管１２ｂを連通している。バイパス弁１５ａは、供給管１１ａとバイパス管１３ａとの接続部分に設けられており、同様にバイパス弁１５ｂは、供給管１１ｂとバイパス管１３ｂとの接続部分に設けられている。バイパス弁１５ａは供給管１１ａとバイパス管１３ａとの連通状態を切り替え、同様にバイパス弁１５ｂは供給管１１ｂとバイパス管１３ｂとの連通状態を切り替える。エアコンプレッサ１４ａ、バイパス弁１５ａ、及びインタークーラ１６ａは、供給管１１ａ上に上流側から順に配置されている。背圧弁１７ａは、排出管１２ａ上であって、排出管１２ａとバイパス管１３ａとの接続部分よりも上流側に配置されている。同様に、エアコンプレッサ１４ｂ、バイパス弁１５ｂ、及びインタークーラ１６ｂは、供給管１１ｂ上に上流側から順に配置されている。背圧弁１７ｂは、排出管１２ｂ上であって、排出管１２ｂとバイパス管１３ｂとの接続部分よりも上流側に配置されている。
エアコンプレッサ１４ａ及び１４ｂは、それぞれ、カソードガスとして酸素を含む空気を、供給管１１ａ及び１１ｂを介してＦＣ２０ａ及び２０ｂに供給する。ＦＣ２０ａ及び２０ｂに供給されたカソードガスは、それぞれ、排出管１２ａ及び１２ｂを介して排出される。インタークーラ１６ａ及び１６ｂは、それぞれ、ＦＣ２０ａ及び２０ｂに供給されるカソードガスを冷却する。背圧弁１７ａ及び１７ｂは、それぞれＦＣ２０ａ及び２０ｂのカソード側の背圧を制御する。
電力制御系３０ａ及び３０ｂは、それぞれ、燃料電池ＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、ＦＤＣと称する）３２ａ及び３２ｂ、バッテリＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、ＢＤＣと称する）３４ａ及び３４ｂ、スイッチ３６ａ及び３６ｂ、補機インバータ（以下、ＡＩＮＶと称する）３９ａ及び３９ｂを含む。また、電力制御系３０ａ及び３０ｂは、モータ５０に接続されたモータインバータ（以下、ＭＩＮＶと称する）３８を共用している。ＦＤＣ３２ａ及び３２ｂは、それぞれ、ＦＣ２０ａ及び２０ｂからの直流電力を調整してＭＩＮＶ３８に出力する。ＢＤＣ３４ａ及び３４ｂは、それぞれ、ＢＡＴ４０ａ及び４０ｂからの直流電力を調整してＭＩＮＶ３８に出力する。ＦＣ２０ａ及び２０ｂの発電電力は、それぞれＢＡＴ４０ａ及び４０ｂに蓄電可能である。ＭＩＮＶ３８は、入力された直流電力を三相交流電力に変換してモータ５０へ供給する。モータ５０は、車輪５を駆動して車両を走行させる。
スイッチ３６ａは、ＥＣＵ６０からの指令に応じて開閉し、ＦＣ２０ａ及びＢＡＴ４０ａとＭＩＮＶ３８との電気的な接続状態及び切断状態を切り替える。スイッチ３６ｂも同様に、ＥＣＵ６０からの指令に応じて開閉し、ＦＣ２０ｂ及びＢＡＴ４０ｂとＭＩＮＶ３８との電気的な接続状態及び切断状態を切り替える。切断状態では、ＦＣ２０ａ及び２０ｂは、モータ５０を含む複数の負荷装置から電気的に切断される。スイッチ３６ａ及び３６ｂは、ＦＣ２０ａ及び２０ｂと負荷装置とを電気的に接続状態又は切断状態に切替え可能な切替装置の一例である。ここで負荷装置は、モータ５０に加えて、ＦＣ２０ａ及び２０ｂ用の補機と車両用の補機とを含む。ＦＣ２０ａ及び２０ｂ用の補機は、上述したエアコンプレッサ１４ａ及び１４ｂ、バイパス弁１５ａ及び１５ｂ、背圧弁１７ａ及び１７ｂや、アノードガス供給系が備えるアノードガスをそれぞれＦＣ２０ａ及び２０ｂに供給するインジェクタ等を含む。車両用の補機は、例えば空調設備や、照明装置、ハザードランプ等を含む。尚、スイッチ３６ａ及び３６ｂによりＦＣ２０ａ及び２０ｂとＢＡＴ４０ａ及び４０ｂとがＭＩＮＶ３８から切断された状態においても、ＢＡＴ４０ａ及び４０ｂの蓄電電力は、それぞれＢＤＣ３４ａ及び３４ｂで昇圧されて、ＡＩＮＶ３９ａ及び３９ｂを介してエアコンプレッサ１４ａ及び１４ｂ、バイパス弁１５ａ及び１５ｂ、背圧弁１７ａ及び１７ｂに供給可能である。尚、本実施例では、切替スイッチ３６ａ及び３６ｂは、ＦＤＣ３２ａ及び３２ｂとは別の構成部品として説明したが、ＦＤＣ３２ａ及び３２ｂ内部に設けられたスイッチにより、接続と切断の切替を行ってよい。
ＥＣＵ６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。ＥＣＵ６０は、アクセル開度センサ３、エアコンプレッサ１４ａ及び１４ｂ、バイパス弁１５ａ及び１５ｂ、背圧弁１７ａ及び１７ｂ、ＦＤＣ３２ａ及び３２ｂ、ＢＤＣ３４ａ及び３４ｂ、及びスイッチ３６ａ及び３６ｂが電気的に接続されている。
ＥＣＵ６０は、アクセル開度センサ３の検出値に基づいて、運転者の操作されるアクセルペダルの開度であるアクセル開度を算出し、アクセル開度に基づいてモータ５０を駆動するために必要な電力量を算出する。ＥＣＵ６０は、エアコンプレッサ１４ａ及び１４ｂ等のＦＣ２０ａ及び２０ｂ用の補機や、モータ５０等の車両用の補機を駆動するために必要な電力、及びＢＡＴ４０ａ及び４０ｂでの蓄電電力等に基づいて、ＦＣ２０ａ及び２０ｂ全体への要求出力を算出する。ＥＣＵ６０は、ＦＤＣ３２ａ及び３２ｂ、及びＢＤＣ３４ａ及び３４ｂを制御することにより、ＦＣ２０ａ及び２０ｂ全体への要求出力に応じた電力量がＦＣ２０ａ及び２０ｂ全体からＭＩＮＶ３８に供給されるように制御する。尚、本明細書で「要求出力」とは、ＦＣ２０ａ及び２０ｂの個別の要求出力ではなく、ＦＣ２０ａ及び２０ｂ全体への要求出力、即ち、燃料電池ユニットへの要求出力を意味する。
また、詳しくは後述するが、ＥＣＵ６０は、開放電圧制御を実行する。開放電圧制御は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭにより機能的に実現される切替制御部、開放電圧取得部、及び供給系制御部により実行される。
［開放電圧］
例えばアクセル開度が低下すると、要求出力も低下する。要求出力が後述する閾値以下になると、スイッチ３６ａ及び３６ｂによりＦＣ２０ａ及び２０ｂは負荷装置から電気的に切断され、車両はアイドル運転状態となる。ここで、ＦＣ２０ａ及び２０ｂが負荷装置から電気的に切断された切断状態では、ＦＣ２０ａ及び２０ｂは発電が一時的に停止した状態となる。このような状態では、ＦＣ２０ａ及び２０ｂの各電流はゼロとなり、この状態での各電圧は開放電圧と称される。このようなアイドル運転状態でアクセル開度が再び増大して要求出力が閾値を上回ると、スイッチ３６ａ及び３６ｂによりＦＣ２０ａ及び２０ｂと負荷装置とが電気的に接続される。これにより、ＦＣ２０ａ及び２０ｂの発電電力がモータ５０に供給されて、車両は走行状態となる。
ここで、ＦＣ２０ａ及び２０ｂが負荷装置から電気的に切断された切断状態では、発電により酸素及び水素は消費されないが、水素がアノード極側から電解質膜を介してカソード極側にクロスリークすることにより、カソード極側で水素と酸素とが反応して水が生成される。これによって、カソード極側での酸素濃度が減少する。
カソード極側での酸素濃度が減少することにより、開放電圧が低下する。開放電圧は、その後に要求出力が増大した場合でのＦＣ２０ａ及び２０ｂの実際の出力の応答性を考慮すると、切断状態においても高い状態に保持されることが望ましい。開放電圧が高いことはカソード極側での酸素濃度が高いことを示し、カソード極側で酸素濃度が高い状態で要求出力が増大した場合には、ＦＣ２０ａ及び２０ｂの出力を応答性良く増大させることができるからである。しかしながら開放電圧が高すぎると、カソード触媒が溶出してＦＣ２０ａ及び２０ｂの出力性能が低下する可能性がある。そのため、開放電圧を所定の目標範囲内に保持する上述した開放電圧制御が実行される。開放電圧制御では、ＦＣ２０ａ及び２０ｂの各開放電圧が目標範囲内で増大と減少とを繰り返して収束するように、ＦＣ２０ａ及び２０ｂにそれぞれ供給されるカソードガスの流量を増減される。尚、上記の目標範囲は、開放電圧が目標範囲から外れた際に直ちに問題が生じる範囲ではない。また、ＦＣ２０ａ及び２０ｂのそれぞれの開放電圧の目標範囲は、第１及び第２目標範囲の一例である。
［開放電圧制御のタイミングチャート］
図２は、開放電圧制御の一例を示したタイミングチャートである。図２には、要求出力Ｐの推移と、ＦＣ２０ａ及び２０ｂのそれぞれと負荷装置との接続状態、ＦＣ２０ａ及び２０ｂのそれぞれへ供給されるカソードガスの流量Ｑａ及びＱｂの推移、及びＦＣ２０ａ及び２０ｂのそれぞれの電圧Ｖａ及びＶｂの推移を示している。尚、以下に説明する開放電圧制御実行中での流量Ｑａ及びＱｂの制御は、それぞれ、エアコンプレッサ１４ａ及び１４ｂの回転速度を一定に維持し、且つ背圧弁１７ａ及び１７ｂの開度を一定に維持しつつ、バイパス弁１５ａ及び１５ｂの開度を調整することにより実現される。
例えば車両が走行状態でアクセル開度が徐々に低下すると、時刻ｔ０から要求出力が徐々に低下する。要求出力が低下すると、これに応じてＦＣ２０ａ及び２０ｂの各出力が低下するように、流量Ｑａ及びＱｂが低下する。また、ＦＣ２０ａ及び２０ｂの各出力が低下することにより、ＦＣ２０ａ及び２０ｂの各電流は低下し、電圧Ｖａ及びＶｂは増大する。
例えばアクセル開度がゼロになると、時刻ｔ１で要求出力Ｐが閾値Ｐ１以下となる。閾値Ｐ１は、予め設定されている値であり、要求出力Ｐが略ゼロであるとみなすことができるか否かを判定するための閾値であり、換言すればＦＣ２０ａ及び２０ｂへの発電要求がないとみなすことができるか否かを判定するための閾値である。尚、要求出力Ｐが閾値Ｐ１よりも大きい時の流量Ｑａ及びＱｂは、それぞれ目標流量ＱＨよりも大きい流量に制御される。尚、閾値Ｐ１は、略ゼロに限定されず、例えば、車両の走行及び補機の稼動のために必要な電力が十分に小さくＢＡＴ４０ａ及び４０ｂのみから電力を供給できる値とすることができる。
要求出力Ｐが閾値Ｐ１以下となった時刻ｔ１から所定の微小時間経過して要求出力Ｐが略一定となった時刻ｔ２で、流量Ｑａ及びＱｂはそれぞれ目標流量ＱＬに制御される。目標流量ＱＬは、目標流量ＱＨよりも小さい流量である。流量Ｑａ及びＱｂをそれぞれ目標流量ＱＨから目標流量ＱＬに制御する際には、バイパス管１３ａ及１３ｂをそれぞれ流れるカソードガスの流量が増大するようにそれぞれバイパス弁１５ａ及び１５ｂの開度を制御する。流量Ｑａ及びＱｂがそれぞれ目標流量ＱＬに制御されることにより、ＦＣ２０ａ及び２０ｂのＩＶ特性が、通常発電時でのＩＶ特性よりも低下する。このため、時刻ｔ２から電圧Ｖａ及びＶｂは低下し始める。
電圧Ｖａ及びＶｂは低下し始めた時刻ｔ２から所定時間経過した時刻ｔ３で、ＦＣ２０ａ及び２０ｂは負荷装置から切断され、開放電圧制御が開始される。これにより、電圧Ｖａ及びＶｂは直ちに増大し、図示はしていないがＦＣ２０ａ及び２０ｂの各電流はゼロとなる。ＦＣ２０ａ及び２０ｂが負荷装置から切断された状態での電圧Ｖａ及びＶｂは、それぞれＦＣ２０ａ及び２０ｂの開放電圧に相当する。尚、詳しくは後述するが、ＦＣ２０ａ及び２０ｂが負荷装置から切断された直後に増大する電圧Ｖａ及びＶｂがそれぞれ上限値ＶＨ以下となるように、切断のタイミングが調整されている。上限値ＶＨは、予め設定されている値である。
時刻ｔ３からは、上述したクロスリークに起因して電圧Ｖａ及びＶｂが低下する。即ち、目標流量ＱＬは、クロスリークを加味しても開放電圧が増大しない程度の低流量に設定されている。クロスリークに起因する酸素濃度の低下速度は、燃料電池の使用環境や使用時間により変化するものであり、予め想定することが困難だからである。
時刻ｔ４でＦＣ２０ｂの電圧Ｖｂが基準値ＶＭとなると、ＦＣ２０ｂへのカソードガスの流量Ｑｂが増大するように目標流量ＱＨに制御され、電圧Ｖｂが増大し始める。目標流量ＱＨは、クロスリークによる酸素濃度の低下分を加味しても酸素濃度が増大する程度の流量に設定されている。基準値ＶＭについては、詳しくは後述するが、予め設定されている値である。
時刻ｔ５で電圧Ｖｂが上限値ＶＨ以上になると、流量Ｑｂは低下するように再び目標流量ＱＬに制御され、これにより電圧Ｖｂが低下し始める。時刻ｔ６で電圧Ｖａが下限値ＶＬとなると、流量Ｑａが増大するように目標流量ＱＨに制御されて電圧Ｖａが増大し始める。下限値ＶＬは、予め設定されている値である。時刻ｔ７で電圧Ｖａが上限値ＶＨとなると、流量Ｑａが低下するように目標流量ＱＬに制御されて電圧Ｖａが低下し始める。同様に、時刻ｔ８で電圧Ｖｂが下限値ＶＬになると、流量Ｑｂが増大するように目標流量ＱＨに制御されて電圧Ｖｂが増大し始め、時刻ｔ９で電圧Ｖｂが上限値ＶＨになると、流量Ｑｂが低下するように目標流量ＱＬに制御されて電圧Ｖｂが低下し始める。時刻ｔ１０で電圧Ｖａが下限値ＶＬになると、流量Ｑａが増大するように目標流量ＱＨに制御され電圧Ｖａが増大し始め、時刻ｔ１１で電圧Ｖａが上限値ＶＨになると、流量Ｑａが低下するように目標流量ＱＬに制御されて電圧Ｖａが低下し始める。時刻ｔ１２で電圧Ｖｂが下限値ＶＬとなると、流量Ｑｂが増大するように目標流量ＱＨに制御されて電圧Ｖｂが増大を開始し、時刻ｔ１３で電圧Ｖｂが上限値ＶＨとなると、流量Ｑｂが低下するように目標流量ＱＬに制御されて電圧Ｖｂが低下を開始する。
このように上限値ＶＨ及び下限値ＶＬは、それぞれ開放電圧の目標範囲の上限値及び下限値である。従って、電圧Ｖａ及びＶｂのそれぞれが目標範囲内で増減を繰り返して収束するように、流量Ｑａ及びＱｂが増減制御される。尚、上限値ＶＨは、上述したようにカソード触媒の溶出を抑制するのに適した電圧値であり、例えば０．７５Ｖ〜０．９Ｖの範囲内の値であってもよく、より具体的には０．８５Ｖであってもよい。下限値ＶＬは、要求出力に対する良好な応答性を確保するのに適した電圧値であり、例えば０．５Ｖ〜０．８Ｖの範囲内の値であってもよく、より具体的には０．７５Ｖであってもよい。
時刻ｔ１４で要求出力Ｐが増大し始めると、時刻ｔ１５で要求出力Ｐが閾値Ｐ１を超え、ＦＣ２０ａ及び２０ｂは負荷装置に接続される。これにより、電圧Ｖａ及びＶｂは直ちに低下し、図示はしていないがＦＣ２０ａ及び２０ｂの各電流は直ちに増大する。時刻ｔ１６で流量Ｑａ及びＱｂが目標流量ＱＨよりも大きい流量に制御されることにより、電圧Ｖａ及びＶｂは低下し、図示はしていないがＦＣ２０ａ及び２０ｂの出力は増大する。尚、本実施例では、時刻ｔ１５でＦＣ２０ａ及び２０ｂは負荷装置に接続した後に、時刻ｔ１６で流量Ｑａ及びＱｂを増加させているがこれに限定されない。流量Ｑａ及びＱｂを増加させた後に、ＦＣ２０ａ及び２０ｂを負荷装置に接続してもよいし、流量Ｑａ及びＱｂの増加とＦＣ２０ａ及び２０ｂと負荷装置との接続とを同時に実施してもよい。
以上のように、時刻ｔ４で電圧Ｖｂが下限値ＶＬとなる前に流量Ｑａを目標流量ＱＨに増大させて電圧Ｖｂを増大させることにより、それ以降での流量Ｑａ及びＱｂは互いに異なるタイミングで増減する。具体的には、流量Ｑａが増大するタイミングである時刻ｔ６及びｔ１０と、流量Ｑｂが増大するタイミングである時刻ｔ８及びｔ１２とが異なる。同様に、流量Ｑａが低下するタイミングである時刻ｔ７及びｔ１１と、流量Ｑｂが低下するタイミングである時刻ｔ５、ｔ８、及びｔ１２とが異なる。従って、電圧Ｖａ及びＶｂが増大を開始するタイミングも互いに異なり、低下を開始するタイミングも互いに異なる。これにより、電圧Ｖａ及びＶｂがそれぞれ目標範囲内で双方とも低い状態にあることが回避される。
ここで、流量Ｑａ及びＱｂの増減のタイミングが同じであるとすると、電圧Ｖａ及びＶｂの増減のタイミングも同じとなり、電圧Ｖａ及びＶｂの双方とも低い状態となる期間が存在する。このような期間で要求出力Ｐが増大して閾値Ｐ１を超えると、電圧Ｖａ及びＶｂの双方とも低いため、要求出力Ｐに対するＦＣ２０ａ及び２０ｂの実際の出力の応答性が低下し、ドライバビリティに影響を与える可能性がある。本実施例では、電圧Ｖａ及びＶｂの増減のタイミングが互いに異なるため、上記のような問題の発生が抑制される。
流量Ｑａ及びＱｂを同じ周期で増減されるのであれば、ＦＣ２０ａ及び２０ｂの定格出力は異なっていてもよいし、ＦＣ２０ａ及び２０ｂの開放電圧の上限値が互いに異なっていてもよいし、ＦＣ２０ａ及び２０ｂの開放電圧の下限値が互いに異なっていてもよいし、ＦＣ２０ａ及び２０ｂの開放電圧の目標範囲の大きさが互いに異なっていてもよい。また、ＦＣ２０ａ及び２０ｂの開放電圧を増大させる際のカソードガスの流量が互いに異なっていてもよいし、ＦＣ２０ａ及び２０ｂの開放電圧を低下させる際のカソードガスの流量が互いに異なっていてもよい。流量Ｑａ及びＱｂの増減の周期が同じ場合に、流量Ｑａ及びＱｂを互いに異なるタイミングで増減させることにより、上記のような問題の発生を抑制できるからである。尚、流量Ｑａ及びＱｂを同じ周期で増減させるとは、周期が完全に一致していることに限定されず、例えば、一方の増減の周期が、他方の増減の周期の０．９倍から１．１倍までの間である。
また、上述したように流量Ｑａ及びＱｂを略同じ周期で増減させることにより、バイパス弁１５ａ及び１５ｂの経年劣化の度合を略同じにすることができる。開放電圧を制御している期間での、バイパス弁１５ａ及び１５ｂの開度の切り替え回数も略同じにすることができるからである。従って、バイパス弁１５ａ及び１５ｂの何れか一方のみが早期に経年劣化してしまうことを回避できる。
［開放電圧制御のフローチャート］
図３は、開放電圧制御の一例を示したフローチャートである。最初にＥＣＵ６０は、要求出力Ｐが閾値Ｐ１以下であるか否かが判定される（ステップＳ１）。ＥＣＵ６０は、上述したようにモータ５０や補機等の駆動に必要となる電力に基づいて要求出力Ｐを算出する。例えばアクセル開度がゼロ以外の値であり車両が走行状態の場合には、ステップＳ１でＮｏと判定され本制御は終了する。
例えばアクセル開度がゼロの場合には、ステップＳ１でＹｅｓと判定され、上述した時刻ｔ２のように、ＥＣＵ６０は流量Ｑａ及びＱｂをそれぞれ目標流量ＱＬに制御する（ステップＳ３）。これにより、ＦＣ２０ａ及び２０ｂ内での酸素濃度が低下し、電圧Ｖａ及びＶｂが低下する。
次に、ＥＣＵ６０はＦＣ２０ａのＩＶ特性を取得し（ステップＳ５ａ）、ＦＣ２０ａのＩＶ特性が十分に低下したか否かを判定する（ステップＳ７ａ）。同様にＥＣＵ６０はＦＣ２０ｂのＩＶ特性を取得し（ステップＳ５ｂ）、ＦＣ２０ｂのＩＶ特性が十分に低下したか否かを判定する（ステップＳ７ｂ）。即ち、目標流量ＱＬは、燃料電池と負荷装置とが接続状態で燃料電池のカソード側での酸素濃度が低いことによりＩＶ特性が低下する流量である。ＩＶ特性は、流量Ｑａ及びＱｂのそれぞれが目標流量ＱＬに制御されてからのＦＣ２０ａ及び２０ｂの各電流値及び電圧値に基づいて取得される。電流値及び電圧値が低いほど、ＩＶ特性は低いものとみなすことができる。即ち、電流値及び電圧値がそれぞれ所定値以下となった場合には、ＩＶ特性は十分に低下したものと判定される。ステップＳ７ａでＮｏの場合には再度ステップＳ５ａが実行され、同様にステップＳ７ｂでＮｏの場合には再度ステップＳ５ｂが実行される。
ステップＳ７ａでＹｅｓの場合には、上述した時刻ｔ３のように、ＥＣＵ６０はＦＣ２０ａと負荷装置とを切断する（ステップＳ９ａ）。同様に、ステップＳ７ｂでＹｅｓの場合には、時刻ｔ３のように、ＥＣＵ６０はＦＣ２０ｂと負荷装置とを切断する（ステップＳ９ｂ）。ステップＳ９ａ及びＳ９ｂの処理は、要求出力Ｐが閾値Ｐ１以下の場合に切断状態に切替える切替制御部が実行する処理の一例である。ここで、時刻ｔ３で示したように切断状態の直後に電圧Ｖａ及びＶｂはそれぞれ上限値ＶＨを超えない程度に増大する。上述したステップＳ７ａ及びＳ７ｂで、ＩＶ特性が十分に低下したと判定されてから、上記の切断が行われるからである。即ち、ステップＳ７ａ及びＳ７ｂにおいて「ＩＶ特性が十分に低下した」とは、切断直後において増大する電圧が上限値ＶＨを超えない程度に、ＩＶ特性が低下したことを意味する。
次にＥＣＵ６０は、ＦＣ２０ａの開放電圧制御を実行し（ステップＳ１０ａ）、ＦＣ２０ｂの開放電圧制御を実行する（ステップＳ１０ｂ）。尚、上記のステップＳ５ａ及び５ｂ以降の処理は、並列的に実行される。
［ＦＣ２０ａの開放電圧制御のフローチャート］
図４は、ＦＣ２０ａの開放電圧制御の一例を示したフローチャートである。最初に、ＥＣＵ６０は流量Ｑａを目標流量ＱＬに制御する（ステップＳ１１ａ）。上述したステップＳ３において既に流量Ｑａは目標流量ＱＬに制御されている場合には、ステップＳ１１ａによりこの状態が継続される。次に、ＥＣＵ６０は要求出力Ｐが閾値Ｐ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ１３ａ）。ステップＳ１３ａでＮｏの場合、ＥＣＵ６０はＦＣ２０ａ及び２０ｂを通常発電状態へ復帰させる復帰制御を実行する（ステップＳ１００）。復帰制御については後述する。
ステップＳ１３ａでＹｅｓの場合、ＥＣＵ６０は電圧Ｖａを取得し（ステップＳ１５ａ）、電圧Ｖａが下限値ＶＬ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１７ａ）。ステップＳ１７ａでＮｏの場合、ＥＣＵ６０は再度ステップＳ１１ａ以降の処理を実行する。即ち、ステップＳ１３ａでＹｅｓであってステップＳ１７ａでＮｏである限り、流量Ｑａは目標流量ＱＬに制御される。例えば、上述した時刻ｔ３以降で示したように流量Ｑａが目標流量ＱＬに制御される。尚、ステップＳ１７ａでＮｏである限りステップＳ１３ａが繰り返し実行されるため、流量Ｑａが目標流量ＱＬに制御されている最中で要求出力が増大した場合であっても、復帰制御を実行することができる。
ステップＳ１７ａでＹｅｓの場合、例えば時刻ｔ６で示したように、ＥＣＵ６０は流量Ｑａを目標流量ＱＨに制御する（ステップＳ２１ａ）。次に、ＥＣＵ６０は要求出力Ｐが閾値Ｐ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ２３ａ）。ステップＳ２３ａでＮｏの場合も同様に、復帰制御が実行される（ステップＳ１００）。
ステップＳ２３ａでＹｅｓの場合、ＥＣＵ６０は電圧Ｖａを取得し（ステップＳ２５ａ）、電圧Ｖａが上限値ＶＨ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２７ａ）。ステップＳ２７ａでＮｏの場合、ＥＣＵ６０は再度ステップＳ２１ａの処理を実行する。ステップＳ２３ａでＹｅｓであってステップＳ２７ａでＮｏである限り、流量Ｑａは目標流量ＱＨに制御される。即ち、上述した時刻ｔ６から時刻ｔ７までの期間で示したように、流量Ｑａが目標流量ＱＨに制御される。尚、ステップＳ２７ａでＮｏである限りステップＳ２３ａが繰り返し実行されるため、流量Ｑａが目標流量ＱＨに制御されている最中で要求出力が増大した場合にも対応できる。
ステップＳ２７ａでＹｅｓの場合、ＥＣＵ６０は再度ステップＳ１１ａ以降の処理を実行し、例えば時刻ｔ７で示したように、流量Ｑａが目標流量ＱＬに制御される。このように、流量Ｑａが目標流量ＱＨ及び目標流量ＱＬに交互に制御されることにより、電圧Ｖａは上限値ＶＨ及び下限値ＶＬの間で増大と減少を繰り返すように制御される。
尚、ステップＳ１３ａの処理は、ステップＳ１１ａの前に実行してもよいし、ステップＳ１５ａ及びＳ１７ａの間で実行してもよい。同様に、ステップＳ２３ａの処理は、ステップＳ２１ａの前に実行してもよいし、ステップ２５ａ及び２７ａの間で実行してもよい。
［ＦＣ２０ｂの開放電圧制御のフローチャート］
図５は、ＦＣ２０ｂの開放電圧制御の一例を示したフローチャートである。尚、上述したステップＳ３で説明したように流量Ｑｂは目標流量ＱＬに制御された状態で、ＦＣ２０ｂの開放電圧制御が実行される。最初に、ＥＣＵ６０は要求出力Ｐが閾値Ｐ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ０１ｂ）。ステップＳ０１ｂでＮｏの場合、復帰制御が実行される（ステップＳ１００）。ステップＳ０１ｂでＹｅｓの場合、ＥＣＵ６０は電圧Ｖｂを取得し（ステップＳ０３ｂ）、電圧Ｖｂは基準値ＶＭ以下であるか否かを判定する（ステップＳ０５ｂ）。ここで、基準値ＶＭは、上限値ＶＨよりも小さく下限値ＶＬよりも大きい値であり、例えば上限値ＶＨと下限値ＶＬとの中央値としてもよい。ステップＳ０５ｂでＮｏの場合、再度ステップＳ０１ｂ以降の処理が実行され、流量Ｑｂは目標流量ＱＬに制御された状態が継続する。ここで、基準値ＶＭは上限値ＶＨと下限値ＶＬとの中央値に限定されず、下限値ＶＬに上限値ＶＨと下限値ＶＬとの差分の３０〜７０％の間の値を加えた値としてもよいし、下限値ＶＬに上限値ＶＨと下限値ＶＬとの差分の４０〜６０％の値を加えた値としてもよい。基準値ＶＭを、上限値ＶＨと下限値ＶＬの中央値の近傍とすることで、ＦＣ２０ａ及び２０ｂのそれぞれの開放電圧が低下するタイミングをほぼ等間隔にすることができ、応答性が向上する。
ステップＳ０５ｂでＹｅｓの場合、上述した時刻ｔ４のようにＥＣＵ６０は流量Ｑｂが増大するように目標流量ＱＨに制御する（ステップＳ１１ｂ）。次にＥＣＵ６０は要求出力Ｐが閾値Ｐ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ１３ｂ）。ステップＳ１３ｂでＮｏの場合には、ＥＣＵ６０は復帰制御を実行する（ステップＳ１００）。ステップＳ１３ｂでＹｅｓの場合には、ＥＣＵ６０は電圧Ｖｂを取得し（ステップＳ１５ｂ）、電圧Ｖｂが上限値ＶＨ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１７ｂ）。ステップＳ１７ｂでＮｏの場合には、ＥＣＵ６０は再度ステップＳ１１ｂ以降の処理を実行する。即ち、ステップＳ１３ｂでＹｅｓであってステップＳ１７ｂでＮｏである限り、流量Ｑｂは目標流量ＱＨに制御された状態が維持される。
ステップＳ１７ｂでＹｅｓの場合、上述した時刻ｔ５のようにＥＣＵ６０は流量Ｑｂが低下するように目標流量ＱＬに制御する（ステップＳ２１ｂ）。次にＥＣＵ６０は要求出力Ｐが閾値Ｐ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ２３ｂ）。ステップＳ２３ｂでＮｏの場合には、ＥＣＵ６０は復帰制御を実行する（ステップＳ１００）。ステップＳ２３ｂでＹｅｓの場合には、ＥＣＵ６０は電圧Ｖｂを取得し（ステップＳ２５ｂ）、電圧Ｖｂが下限値ＶＬ以下であるか否かを判定する（ステップＳ２７ｂ）。ステップＳ２７ｂでＮｏの場合には、ＥＣＵ６０は再度ステップＳ２１ｂ以降の処理を実行する。
ステップＳ２７ｂでＹｅｓの場合には、ＥＣＵ６０は再度ステップＳ１１ｂ以降の処理を実行して、上述した時刻ｔ８のように流量Ｑｂを目標流量ＱＨに制御する。ＦＣ２０ａの開放電圧制御と同様に、流量Ｑｂが目標流量ＱＨ及び目標流量ＱＬに交互に制御されることにより、電圧Ｖｂは上限値ＶＨ及び下限値ＶＬの間で増大と減少を繰り返すように制御される。
以上のようなＦＣ２０ａ及び２０ｂの開放電圧制御により、電圧Ｖａ及びＶｂが互いに異なるタイミングで増減する。上述したステップＳ１１ａ、Ｓ１７ａ、Ｓ２１ａ、Ｓ２７ａ、Ｓ０５ｂ、Ｓ１１ｂ、Ｓ１７ｂ、Ｓ２１ｂ、及びＳ２７ｂの処理は、バイパス弁１５ａ及び１５ｂを制御して流量Ｑａ及びＱｂを互いに異なるタイミングで増減させることにより、ＦＣ２０ａ及び２０ｂの開放電圧がそれぞれ第１及び第２目標範囲内に収束するように周期的に増減させる供給系制御部が実行する処理の一例である。
また、ＦＣ２０ｂの開放電圧制御が実行されてから電圧Ｖｂが基準値ＶＭ以下になるまでステップＳ０１ｂ〜Ｓ０５ｂまでの処理が繰り返し実行され、電圧Ｖｂが基準値ＶＭ以下になった後はステップＳ１１ｂ〜Ｓ２７ｂの処理が繰り返し実行される。このように、上述したＦＣ２０ａの開放電圧制御と略同じ制御内容であるステップＳ１１ｂ〜Ｓ２７ｂの処理に、ステップＳ０１ｂ〜Ｓ０５ｂの処理を追加するだけで、電圧Ｖａ及びＶｂを互いに異なるタイミングで増減させることができる。従って、このような制御を実行するプログラムの製作コストの増大を抑制でき、またＥＣＵ６０の処理負荷の増大も抑制できる。
上述したＦＣ２０ｂの開放電圧制御では、ＦＣ２０ｂと負荷装置とが切断されてから電圧Ｖｂが最初に低下する期間中であって下限値ＶＬ以下となる前に、流量Ｑｂを増大させているがこれに限定されない。例えば、ＦＣ２０ｂが切断状態となってから、２回目以降に電圧Ｖｂが低下している何れかの期間であって下限値ＶＬ以下となる前に、流量Ｑｂを増大させてもよい。但し、要求出力の増大要求に対する応答性を確保する観点からは、このように電圧Ｖｂを増大させるタイミングは、できるだけ早い方が望ましい。
尚、ステップＳ０１ｂの処理は、ステップＳ０３ｂ及びＳ０５ｂの間で実行してもよい。ステップＳ１３ｂの処理は、ステップＳ１１ｂの前に実行してもよいし、ステップＳ１３ｂ及び１５ｂの間で実行してもよい。ステップＳ２３ｂの処理は、ステップＳ２１ｂの前に実行してもよいし、ステップＳ２３ｂ及びＳ２５ｂの間で実行してもよい。
［復帰制御］
ＦＣ２０ａ及び２０ｂが負荷装置から切断された状態で要求出力Ｐが閾値Ｐ１以上となると、時刻ｔ１５で示したようにＥＣＵ６０はスイッチ３６ａ及び３６ｂを制御してＦＣ２０ａ及び２０ｂと負荷装置とを電気的に接続し、これにより電圧Ｖａ及びＶｂが直ちに低下する。ＦＣ２０ａ及び２０ｂが接続状態では、時刻ｔ１６で示したように要求出力Ｐの増大に伴って流量Ｑａ及びＱｂも増大するように制御される。これにより、要求出力Ｐを満たすようにＦＣ２０ａ及び２０ｂの出力も増大する。尚、ＦＣ２０ａ及び２０ｂの何れかの開放電圧制御内で復帰制御が実行されると、ＦＣ２０ａ及び２０ｂの双方が通常発電状態に復帰される。
［開放電圧制御の変形例のタイミングチャート］
次に、ＦＣ２０ｂの開放電圧制御の変形例について説明する。図６は、ＦＣ２０ｂの開放電圧制御の変形例を示すタイミングチャートである。尚、ＦＣ２０ａの開放電圧制御については、上述した場合と同じであるためその説明を省略する。
時刻ｔ４で電圧Ｖｂが基準値ＶＭｂ以下となり且つ電圧Ｖａが基準値ＶＭａ以下となった場合に、流量Ｑｂは目標流量ＱＨに制御され、電圧Ｖｂは増大を開始する。基準値ＶＭｂ及びＶＭａは、予め設定された値であり、それぞれ上限値ＶＨよりも小さく下限値ＶＬよりも大きく、上限値ＶＨと下限値ＶＬとの中央値としてもよい。また、基準値ＶＭｂ及びＶＭａは、それぞれ、上限値ＶＨと下限値ＶＬとの中央値に限定されず、下限値ＶＬに上限値ＶＨと下限値ＶＬとの差分の３０〜７０％の間の値を加えた値としてもよいし、下限値ＶＬに上限値ＶＨと下限値ＶＬとの差分の４０〜６０％の値を加えた値としてもよい。基準値ＶＭａは第１基準値の一例であり、基準値ＶＭｂは第２基準値の一例である。
時刻ｔ５で電圧Ｖｂが上限値ＶＨとなると、流量Ｑｂは目標流量ＱＨに制御されて電圧Ｖｂは低下を開始する。次に、時刻ｔ７と時刻ｔ８との間の時刻ｔ７ａで、電圧Ｖｂは基準値ＶＭｂ以下となるが、電圧Ｖａは基準値ＶＭａより大きいため、流量Ｑｂは目標流量ＱＬに制御された状態が継続する。時刻ｔ８で電圧Ｖａが基準値ＶＭａ以下となると、流量Ｑｂは目標流量ＱＨに制御されて電圧Ｖｂは増大を開始する。時刻ｔ９で電圧Ｖｂが上限値ＶＨとなると、流量Ｑｂは目標流量ＱＨに制御されて電圧Ｖｂは低下を開始する。
時刻ｔ１１と時刻ｔ１２との間の時刻ｔ１１ａで電圧Ｖｂは基準値ＶＭｂ以下となるが、電圧Ｖａは基準値ＶＭａより大きいため、流量Ｑｂは目標流量ＱＬに制御された状態が継続する。時刻ｔ１２で電圧Ｖａが基準値ＶＭａ以下となると、流量Ｑｂは目標流量ＱＨに制御されて電圧Ｖｂは増大を開始する。時刻ｔ１３で電圧Ｖｂが上限値ＶＨとなると、流量Ｑｂは目標流量ＱＨに制御されて電圧Ｖｂは低下を開始する。
以上のように流量Ｑｂは、電圧Ｖｂが基準値ＶＭｂ以下であって且つ電圧Ｖａが基準値ＶＭａ以下となった場合に増大され、流量Ｑａは上述した実施例と同様に下限値ＶＬ以下となった場合に増大する。これにより、流量Ｑａ及びＱｂが互いに異なるタイミングで増減し、電圧Ｖａ及びＶｂも互いに異なるタイミングで増減する。よって、電圧Ｖａ及びＶｂが双方とも低い状態にあることを回避でき、要求出力に対するＦＣ２０ａ及び２０ｂの応答性が向上する。
［ＦＣ２０ｂの開放電圧制御の変形例を示すフローチャート］
図７は、ＦＣ２０ｂの開放電圧制御の変形例を示すフローチャートである。尚、上述した本実施例と同様の処理については同様の符号を付することにより重複する説明を省略する。最初に、ＥＣＵ６０は流量Ｑｂを目標流量ＱＬに制御する（ステップＳ０１ｂＡ）。上述したステップＳ３において既に流量Ｑｂは目標流量ＱＬに制御されている場合には、ステップＳ０１ｂＡによりこの状態が継続される。次にステップＳ０１ｂ及びＳ０３ｂの処理が実行されると、ＥＣＵ６０は電圧Ｖｂが基準値ＶＭｂ以下となったか否かを判定する（ステップＳ０５ｂＡ）。ステップＳ０５ｂＡでＮｏの場合には、再度ステップＳ０１ｂＡ以降の処理が実行される。ステップＳ０５ｂＡでＹｅｓの場合には、ステップＳ０７ｂの処理が実行され、ＥＣＵ６０は電圧Ｖａが基準値ＶＭａ以下であるが否かを判定する（ステップＳ０９ｂＡ）。ステップＳ０９ｂＡでＮｏの場合には、再度ステップＳ０１ｂＡ以降の処理が実行される。即ち、ステップＳ０１ｂでＹｅｓであってステップＳ０５ｂＡ及び０９ｂＡの何れかでＮｏである限り、流量Ｑｂは目標流量ＱＬに制御された状態が継続する。
ステップＳ０５ｂＡ及び０９ｂＡの双方でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ６０は流量Ｑｂを目標流量ＱＨに制御し（ステップＳ１１ｂ）、上述したステップＳ１３ｂ、Ｓ１５ｂ、及びＳ１７ｂの処理を実行する。ステップＳ１７ｂでＹｅｓの場合には、再度ステップＳ０１ｂＡの処理が実行される。
以上のように、流量Ｑｂを増大させる要件に、電圧Ｖｂが基準値ＶＭｂ以下である（ステップＳ０５ｂＡでＹｅｓ）ことのみならず、電圧Ｖａが基準値ＶＭａ以下であること（ステップＳ０９ｂＡでＹｅｓ）を含むため、電圧Ｖａ及びＶｂが双方とも低い状態となることをより効果的に回避することができる。尚、本変形例では、上述した実施例とは異なり、電圧Ｖｂの制御には下限値ＶＬを用いないが、結果的に電圧Ｖｂは所定の範囲内で増減するように制御される。
上記変形例において、ステップＳ０３ｂ及びＳ０５ｂＡと、ステップＳ０７ｂ及びＳ０９ｂＡとは、順番が逆であってもよい。
上述した実施例及び変形例において、目標流量ＱＬはゼロであってもよい。
図２及び図６に示したように、流量Ｑａ及びＱｂを矩形状に制御することにより開放電圧を制御したが、これに限定されない。流量Ｑａ及びＱｂの少なくとも一方の少なくとも一部分を、直線的又は曲線的に増大又は減少するように制御してもよいし、正弦波的に制御してもよい。この場合、流量の増減のタイミングとは、流量が減少している状態から増大する状態に切り替わるタイミングと、流量が増大している状態から減少する状態に切り替わるタイミングとを意味する。
上述した実施例及び変形例において、バイパス弁１５ａの開度を調整することにより流量Ｑａを制御したがこれに限定されない。エアコンプレッサ１４ａの回転速度、バイパス弁１５ａの開度、及び背圧弁１７ａの開度の少なくとも一つを調整することにより、流量Ｑａを制御してもよい。例えば、流量Ｑａが目標流量ＱＬより大きい状態から目標流量ＱＬに制御する場合には、バイパス弁１５ａ及び背圧弁１７ａの開度を変更せずにエアコンプレッサ１４ａの回転速度のみを低下させてもよいし、エアコンプレッサ１４ａの回転速度とバイパス弁１５ａの開度とを変更せずに背圧弁１７ａの開度のみを低下させてもよい。尚、エアコンプレッサ１４ａの回転速度のみを調整して流量Ｑａを制御する場合には、バイパス弁１５ａや背圧弁１７ａの開度のみを調整する場合と比較して、エアコンプレッサ１４ａにより消費されるエネルギーの損失量を低下させることができる。流量Ｑｂについても同様である。
上述したシステム１は、２つのエアコンプレッサ１４ａ及び１４ｂを含むが、これに限定されない。例えば、２つのエアコンプレッサ１４ａ及び１４ｂの代わりに、単一のエアコンプレッサと、このエアコンプレッサと供給管１１ａ及び１１ｂの双方とを連通した配管とを設けて、バイパス弁１５ａ及び１５ｂや背圧弁１７ａ及び１７ｂの各開度を制御することにより、流量Ｑａ及びＱｂをそれぞれ制御するようにしてもよい。
上記実施例及び変形例では、基準値ＶＭ、ＶＭａ、及びＶＭｂを用いて、流量Ｑａ及びＱｂを互いに異なるタイミングで増減させたがこれに限定されない。例えば、ＦＣ２０ａと負荷装置とが切断されるタイミングと、ＦＣ２０ｂと負荷装置とが切断されるタイミングとを、意図的にずらすことにより、流量Ｑａ及びＱｂを互いに異なるタイミングで増減させてもよい。この場合、上述した基準値ＶＭ、ＶＭａ、及びＶＭｂを用いる必要はない。
上述したシステム１では、２つのＦＣ２０ａ及び２０ｂを含むが、互いに３以上の燃料電池を含んでもよい。この場合、複数の燃料電池のうち少なくとも２つの開放電圧が上述したように制御できればよい。この場合においても、全ての燃料電池の開放電圧が低い状態にあることを抑制できるからである。
燃料電池システムは車両に搭載されているが、これに限定されない。例えば、据置型の燃料電池システムであってもよい。また、車両には、自動車のみならず、二輪車、鉄道車両や、船舶、航空機等であってもよい。また、車両は、駆動にモータと内燃機関とを併用可能なハイブリット車両であってもよい。
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１ 燃料電池システム
１０ａ、１０ｂ カソードガス供給系
１１ａ、１１ｂ 供給管
１２ａ、１２ｂ 排出管
１３ａ、１３ｂ バイパス管
１４ａ、１４ｂ エアコンプレッサ
１５ａ、１５ｂ バイパス弁
２０ａ 燃料電池（第１燃料電池）
２０ｂ 燃料電池（第２燃料電池）
３０ａ、３０ｂ 電力制御系
３６ａ、３６ｂ スイッチ（切替装置）
４０ａ、４０ｂ バッテリ
５０ モータ
６０ ＥＣＵ（切替制御部、開放電圧取得部、供給系制御部）

Claims (6)

  1. 負荷装置に電力を供給する第１及び第２燃料電池を含む燃料電池ユニットと、
    前記第１及び第２燃料電池にそれぞれ供給されるカソードガスの第１及び第２流量をそれぞれ制御する第１及び第２供給系と、
    前記燃料電池ユニットと前記負荷装置とを電気的に接続状態又は切断状態に切替え可能な切替装置と、
    前記燃料電池ユニットへの要求出力が閾値以下の場合に前記切断状態に切替える切替制御部と、
    前記切断状態での前記第１及び第２燃料電池のそれぞれの第１及び第２開放電圧を取得する開放電圧取得部と、
    前記第１及び第２供給系を制御して前記第１及び第２流量を互いに異なるタイミングで増減させることにより、前記第１及び第２開放電圧がそれぞれ第１及び第２目標範囲内に収束するように周期的に増減させる供給系制御部と、を備えた、燃料電池システム。
  2. 前記供給系制御部は、前記第２開放電圧が低下している少なくとも何れかの期間で、前記第２開放電圧が前記第２目標範囲の下限値以下となる前に前記第２流量を増大させることにより、前記第１及び第２流量を互いに異なるタイミングで増減させる、請求項１の燃料電池システム。
  3. 前記供給系制御部は、前記第２開放電圧が低下している少なくとも何れかの期間で、前記第２開放電圧が前記第２目標範囲の下限値に前記第２目標範囲の上限値と下限値の差分の３０〜７０％の間の値を加えた値になった場合に、前記第２流量を増大させることにより、前記第１及び第２流量を互いに異なるタイミングで増減させる、請求項２の燃料電池システム。
  4. 前記供給系制御部は、前記第１開放電圧が前記第１目標範囲の上限値及び下限値との間の第１基準値以下であって且つ前記第２開放電圧が前記第２目標範囲の上限値及び下限値の間の第２基準値以下の場合に前記第２流量を増大させることにより、前記第１及び第２流量を互いに異なるタイミングで増減させる、請求項１の燃料電池システム。
  5. 前記第１基準値は、前記第１目標範囲の下限値に前記第１目標範囲の上限値と下限値の差分の３０〜７０％の間の値を加えた値であり、前記第２基準値は、前記第２目標範囲の下限値に前記第２目標範囲の上限値と下限値の差分の３０〜７０％の間の値を加えた値である、請求項４の燃料電池システム。
  6. 前記供給系制御部は、前記第１及び第２流量を同じ周期で増減させる、請求項１乃至５の何れかの燃料電池システム。
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