JP7081391B2 - 燃料電池システム - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システムに関する。
複数の燃料電池を備えた燃料電池システムが知られている。例えば、常時高効率で発電するように、発電効率の異なる第１及び第２燃料電池と、被電力供給部からの出力要求に対する発電効率が最大となるように、被電力供給部へ電力を供給する第１及び第２燃料電池を切り換えるスイッチ制御部と、を備える燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献１）。
特開２０１６－０９１６２５号公報
しかしながら、特許文献１に記載の燃料電池システムは、要求電力に対する発電効率を高めることを目的としたものであり、燃料電池システムの耐久性を向上させることについては改善の余地がある。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、耐久性を向上させることを目的とする。
本発明は、第１燃料電池と、前記第１燃料電池よりも最大出力電力が大きい第２燃料電池と、要求電力に応じて前記第１燃料電池及び前記第２燃料電池の発電を制御する発電制御部と、を備え、前記発電制御部は、前記要求電力が第１閾値未満では主に前記第１燃料電池によって前記要求電力が充足するように前記第１燃料電池を発電させ、前記要求電力が前記第１閾値以上且つ前記第１閾値より大きい値である第２閾値未満では前記第１燃料電池と前記第２燃料電池の両方によって前記要求電力が充足するように前記第１燃料電池と前記第２燃料電池を発電させ、前記要求電力が前記第２閾値以上且つ前記第２閾値より大きく前記第２燃料電池の最大出力電力の７０％以上且つ１００％以下の値である第３閾値未満では主に前記第２燃料電池によって前記要求電力が充足するように前記第２燃料電池を発電させ、前記要求電力が前記第３閾値以上では前記第１燃料電池と前記第２燃料電池の両方によって前記要求電力が充足するように前記第１燃料電池と前記第２燃料電池を発電させる、燃料電池システムである。
上記構成において、前記発電制御部は、前記要求電力が前記第１閾値未満では前記第２燃料電池の発電を休止する及び前記要求電力が前記第２閾値以上且つ前記第３閾値未満では前記第１燃料電池の発電を休止することの少なくとも一方を行う構成とすることができる。
上記構成において、前記発電制御部は、前記要求電力が前記第１閾値未満では前記第２燃料電池に含まれる触媒の溶出が抑制されるような電圧で前記第２燃料電池を発電させる及び前記要求電力が前記第２閾値以上且つ前記第３閾値未満では前記第１燃料電池に含まれる触媒の溶出が抑制されるような電圧で前記第１燃料電池を発電させることの少なくとも一方を行う構成とすることができる。
上記構成において、前記発電制御部は、前記要求電力が前記第１閾値以上且つ前記第２閾値未満において、前記要求電力の増加に対して前記第１燃料電池の出力電力を減少させ且つ前記第２燃料電池の出力電力を増加させる構成とすることができる。
上記構成において、前記第１閾値は、前記第１燃料電池の最大出力電力の７０％以上且つ１００％以下の値である構成とすることができる。
上記構成において、前記発電制御部は、前記要求電力の変化速度が所定値以上の場合、前記要求電力の変化速度が前記所定値未満の場合に比べて、前記第１閾値及び前記第３閾値の少なくとも一方を低下させる構成とすることができる。
上記構成において、前記第１燃料電池及び前記第２燃料電池の要求電力と運転時間との相関を示すマップである運転履歴を記憶する記憶部を備え、前記発電制御部は、前記記憶部に記憶された前記運転履歴に基づき、前記第１燃料電池の運転時間と前記第２燃料電池の運転時間が同程度になるように前記第１閾値及び前記第３閾値の少なくとも一方を変更する構成とすることができる。
上記構成において、前記発電制御部は、外部サーバから受信した他の燃料電池システムにおける要求電力と運転時間との相関を示すマップである運転履歴に基づき、前記第１燃料電池の運転時間と前記第２燃料電池の運転時間が同程度になるように前記第１閾値及び前記第３閾値の少なくとも一方を変更する構成とすることができる。
本発明によれば、耐久性を向上させることができる。
図１は、実施例１に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。 図２は、第１燃料電池及び第２燃料電池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２燃料電池に最大許容電流及び最小許容電圧が設定されているときの最大出力電力を説明する図である。 図４は、実施例１に係る燃料電池システムの電気的構成を示す概略図である。 図５は、実施例１における発電制御処理を示すフローチャートである。 図６は、実施例１における発電制御を説明するタイムチャートである。 図７（ａ）及び図７（ｂ）は、実施例１における発電制御を説明するための図である。 図８（ａ）及び図８（ｂ）は、比較例における発電制御を説明するための図である。 図９は、実施例２における発電制御処理を示すフローチャートである。 図１０は、実施例２における発電制御を説明するタイムチャートである。 図１１は、実施例２における発電制御を説明するための図である。 図１２は、実施例３における発電制御処理を示すフローチャートである。 図１３は、実施例３における発電制御を説明するタイムチャートである。 図１４は、実施例４に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。 図１５は、記憶部に記憶された運転履歴の一例を示す図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
図１は、実施例１に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。燃料電池システムは、燃料電池車両又は定置用燃料電池装置などに用いられ、要求電力に応じて電力を出力する発電システムである。なお、以下の実施例では、燃料電池システムが車両に搭載されている場合を例に説明する。図１のように、燃料電池システム１００は、第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１と、制御ユニット２０と、カソードガス配管系３０及び４０と、アノードガス配管系５０及び７０と、を備える。なお、燃料電池システム１００は、冷媒配管系も備えるが、ここでは図示及び説明を省略する。
第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１は、反応ガスとして水素（アノードガス）と空気（カソードガス）の供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１は、複数のセルが積層されたスタック構造を有する。各セルは、電解質膜の両面に電極を配置した発電体である膜電極接合体と、膜電極接合体を挟持する１対のセパレータと、を備える。
電解質膜は、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂材料又は炭化水素系樹脂材料で形成された固体高分子膜であり、湿潤状態において良好なプロトン伝導性を有する。電極は、カーボン担体を含んで構成されている。電極中のカーボン担体には、発電反応を促進させるための触媒（例えば白金又は白金－コバルト合金）が担持されている。各セルには、反応ガスを流すためのマニホールドが設けられている。マニホールドを流れる反応ガスは、各セルに設けられたガス流路を介して、各セルの発電領域に供給される。
第２燃料電池１１は、第１燃料電池１０に比べて、最大出力電力が大きくなっている。例えば、第２燃料電池１１は、第１燃料電池１０に比べて、積層されたセル数が多く、これにより最大出力電力が大きくなっている。第２燃料電池１１の最大出力電力は、第１燃料電池１０の最大出力電力の１．５倍以上であってもよいし、１．８倍以上であってもよいし、２．０倍以上であってもよい。第２燃料電池１１の最大出力電力は、第１燃料電池１０の最大出力電力の３．０倍以下であってもよいし、２．８倍以下であってもよいし、２．５倍以下であってもよい。
図２は、第１燃料電池及び第２燃料電池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２のように、第２燃料電池１１の最大出力電力Ｐ２は、第１燃料電池１０の最大出力電力Ｐ１に比べて大きくなっている。また、第１燃料電池１０と第２燃料電池１１は、同じ材料且つ同じ発電面積からなるセルの枚数が異なることで最大出力電力が異なっている。このため、第１燃料電池１０の最大出力電力Ｐ１となる出力電流と、第２燃料電池１１の最大出力電力Ｐ２となる出力電流とは、同程度の（例えば同じ）出力電流Ａになっている。なお、第２燃料電池１１は、第１燃料電池１０に対して、積層されるセルの数は同じで、セルの材料及び／又は発電面積が異なることで最大出力電力が大きくなっている場合でもよい。
なお、急激な電圧低下を回避する又は燃料電池の発熱を抑制するなどの理由によって、第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１の出力電流及び／又は出力電圧に最大許容電流及び／又は最小許容電圧が設定されている場合には、第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１の最大出力電力は許容範囲内で最大となる出力電力としてもよい。
図３は、第２燃料電池に最大許容電流及び最小許容電圧が設定されているときの最大出力電力を説明する図である。図３のように、最大許容電流ＬＡ及び／又は最小許容電圧ＬＶが設定されている場合では、電流許容範囲及び／又は電圧許容範囲内での最大電力Ｐ２ａを第２燃料電池１１の最大出力電力としてもよい。第１燃料電池１０においても同じである。
図１のように、制御ユニット２０は、アクセルペダル６６の開度（すなわち、運転者によるアクセルペダル６６の踏み込み量）を検出するアクセルペダルセンサ６７からアクセル開度信号が送信される。制御ユニット２０は、アクセル開度信号に基づいて要求電力を算出し、算出した要求電力に応じて以下に説明する燃料電池システム１００の各構成を制御して第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１の発電を制御する。すなわち、制御ユニット２０は、第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１の発電を制御する発電制御部２２として機能する。ここで、アクセル開度に基づいて、まず第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１を含む燃料電池システム１００全体への要求電力が算出される。燃料電池システム１００が二次電池を備える場合には、二次電池の充電状態を検出し、二次電池が充放電する電力を考慮して、第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１への要求電力を算出してもよい。
カソードガス配管系３０は、第１燃料電池１０にカソードガスを供給し、第１燃料電池１０で消費されなかったカソード排ガスを排出する。カソードガス配管系３０は、カソードガス配管３１、エアコンプレッサ３２、開閉弁３３、カソード排ガス配管３４、及び調圧弁３５を備える。カソードガス配管３１は、第１燃料電池１０のカソード入口に接続された配管である。エアコンプレッサ３２は、カソードガス配管３１を介して第１燃料電池１０のカソードと接続されていて、外気を取り込んで圧縮した空気をカソードガスとして第１燃料電池１０に供給する。制御ユニット２０は、エアコンプレッサ３２の駆動を制御することにより、第１燃料電池１０に供給する空気の供給量を制御する。開閉弁３３は、エアコンプレッサ３２と第１燃料電池１０の間に設けられていて、カソードガス配管３１における空気の流れに応じて開閉する。例えば、開閉弁３３は、通常閉じた状態にあり、エアコンプレッサ３２から所定圧力を有する空気がカソードガス配管３１に供給されたときに開く。カソード排ガス配管３４は、第１燃料電池１０のカソード出口に接続された配管であり、カソード排ガスを燃料電池システム１００の外部へと排出する。調圧弁３５は、カソード排ガス配管３４におけるカソード排ガスの圧力を調整する。
カソードガス配管系４０は、第２燃料電池１１にカソードガスを供給し、第２燃料電池１１で消費されなかったカソード排ガスを排出する。カソードガス配管系４０は、カソードガス配管４１、エアコンプレッサ４２、開閉弁４３、カソード排ガス配管４４、及び調圧弁４５を備える。カソードガス配管４１、エアコンプレッサ４２、開閉弁４３、カソード排ガス配管４４、及び調圧弁４５は、カソードガス配管系３０のカソードガス配管３１、エアコンプレッサ３２、開閉弁３３、カソード排ガス配管３４、及び調圧弁３５と同様の機能を有する。したがって、制御ユニット２０は、エアコンプレッサ４２の駆動を制御することにより、第２燃料電池１１に供給する空気の供給量を制御する。
アノードガス配管系５０は、第１燃料電池１０にアノードガスを供給し、第１燃料電池１０で消費されなかったアノード排ガスを排出する。アノードガス配管系５０は、アノードガス配管５１、開閉弁５２、レギュレータ５３、インジェクタ５４、アノード排ガス配管５５、気液分離器５６、アノードガス循環配管５７、循環ポンプ５８、アノード排水配管５９、及び排水弁６０を備える。アノードガス配管５１は、水素タンク６５と第１燃料電池１０のアノード入口とを接続する配管である。すなわち、水素タンク６５は、アノードガス配管５１を介して第１燃料電池１０のアノードと接続していて、タンク内に充填された水素を第１燃料電池１０に供給する。開閉弁５２、レギュレータ５３、及びインジェクタ５４は、アノードガス配管５１にこの順序で上流側から設けられている。開閉弁５２は、制御ユニット２０からの指令により開閉し、水素タンク６５からインジェクタ５４の上流側への水素の流入を制御する。レギュレータ５３は、インジェクタ５４の上流側における水素の圧力を調整するための減圧弁である。インジェクタ５４は、制御ユニット２０によって設定された駆動周期及び開弁時間に応じて、弁体が電磁的に駆動する電磁駆動式の開閉弁である。制御ユニット２０は、インジェクタ５４の駆動周期及び／又は開弁時間を制御することにより、第１燃料電池１０に供給される水素の量を制御する。
アノード排ガス配管５５は、第１燃料電池１０のアノード出口と気液分離器５６とを接続する配管であり、発電反応に用いられることのなかった未反応ガス（水素及び窒素など）を含むアノード排ガスを気液分離器５６へと誘導する。気液分離器５６は、アノード排ガスに含まれる気体成分と水分とを分離し、気体成分についてはアノードガス循環配管５７へと誘導し、水分についてはアノード排水配管５９へと誘導する。アノードガス循環配管５７は、アノードガス配管５１にインジェクタ５４よりも下流で接続されている。アノードガス循環配管５７には循環ポンプ５８が設けられている。気液分離器５６によって分離された気体成分に含まれる水素は、循環ポンプ５８によってアノードガス配管５１へと送り出される。循環ポンプ５８は、制御ユニット２０からの指令に応じて駆動する。アノード排水配管５９は、気液分離器５６によって分離された水分を燃料電池システム１００の外部へと排出するための配管である。排水弁６０は、アノード排水配管５９に設けられていて、制御ユニット２０からの指令に応じて開閉する。
アノードガス配管系７０は、第２燃料電池１１にアノードガスを供給し、第２燃料電池１１で消費されなかったアノード排ガスを排出する。アノードガス配管系７０は、アノードガス配管７１、開閉弁７２、レギュレータ７３、インジェクタ７４、アノード排ガス配管７５、気液分離器７６、アノードガス循環配管７７、循環ポンプ７８、アノード排水配管７９、及び排水弁８０を備える。アノードガス配管７１、開閉弁７２、レギュレータ７３、インジェクタ７４、アノード排ガス配管７５、気液分離器７６、アノードガス循環配管７７、循環ポンプ７８、アノード排水配管７９、及び排水弁８０は、アノードガス配管系５０のアノードガス配管５１、開閉弁５２、レギュレータ５３、インジェクタ５４、アノード排ガス配管５５、気液分離器５６、アノードガス循環配管５７、循環ポンプ５８、アノード排水配管５９、及び排水弁６０と同様の機能を有する。したがって、制御ユニット２０は、インジェクタ７４の駆動周期及び／又は開弁時間を制御することにより、第２燃料電池１１に供給される水素の量を制御する。
図４は、実施例１に係る燃料電池システムの電気的構成を示す概略図である。燃料電池システム１００は、上述した制御ユニット２０などに加え、ＦＤＣ８１ａ及び８１ｂ、インバータ８２、モータジェネレータ８３、ＢＤＣ８４、バッテリ８５、並びにスイッチ８６ａ及び８６ｂを備える。
ＦＤＣ８１ａ及び８１ｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータである。ＦＤＣ８１ａは、第１燃料電池１０の出力電圧を変圧してインバータ８２及びＢＤＣ８４に供給する。ＦＤＣ８１ｂは、第２燃料電池１１の出力電圧を変圧してインバータ８２及びＢＤＣ８４に供給する。ＢＤＣ８４は、ＤＣ／ＤＣコンバータである。バッテリ８５は、充放電可能な二次電池である。ＢＤＣ８４は、バッテリ８５からの直流電圧を調整してインバータ８２に出力でき、第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１からの直流電圧及びインバータ８２により直流に変換されたモータジェネレータ８３からの電圧を調整してバッテリ８５に出力可能である。インバータ８２は、ＤＣ／ＡＣインバータであり、第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１とバッテリ８５から出力される直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータ８３に供給する。モータジェネレータ８３は車輪６８を駆動する。スイッチ８６ａ及び８６ｂは、制御ユニット２０からの指令に応じて開閉し、第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１とモータジェネレータ８３との電気的接続及び非接続を切り換える。
制御ユニット２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び記憶部などを備えるマイクロコンピュータを含んで構成されている。記憶部は、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）又はフラッシュメモリなどの不揮発性メモリである。制御ユニット２０は、燃料電池システム１００の各構成を統合的に制御して、燃料電池システム１００の運転を制御する。例えば、制御ユニット２０は、アクセルペダル６６の開度を検出するアクセルペダルセンサ６７からアクセル開度信号を取得し、取得したアクセル開度信号から要求電力を算出する。そして、制御ユニット２０は、要求電力に応じて第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１へのガス供給量並びにＦＤＣ８１ａ及び８１ｂのデューティ比などを制御して、第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１の発電を制御する発電制御部２２として機能する。発電制御部２２は、例えばエアコンプレッサ３２及び４２などを制御することで第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１に供給されるカソードガスの供給量を制御し、インジェクタ５４及び７４並びに循環ポンプ５８及び７８などを制御することで第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１に供給されるアノードガスの供給量を制御する。
図５は、実施例１における発電制御処理を示すフローチャートである。図６は、実施例１における発電制御を説明するタイムチャートである。図５のように、制御ユニット２０は、アクセルペダルセンサ６７から送出されるアクセル開度信号を取得するまで待機する（ステップＳ１０）。制御ユニット２０は、アクセル開度信号を取得した後（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、アクセル開度信号に基づいて要求電力を算出する（ステップＳ１２）。例えば、制御ユニット２０は、記憶部に記憶されたアクセル開度信号と要求電力との相関を示すマップを参照し、取得したアクセル開度信号から要求電力を算出する。
次いで、制御ユニット２０は、算出した要求電力が第１閾値未満であるか否かを判断する（ステップＳ１４）。第１閾値として、例えば第１燃料電池１０の最大出力電力の７０％以上且つ１００％以下の値を用いることができる。第１閾値は、例えば制御ユニット２０の記憶部に記憶されている。なお、第１閾値は、第１燃料電池１０の初期状態における最大出力電力から決定してもよいし、第１燃料電池１０の最大出力電力は使用状況に応じて低下していくことから、所定のタイミングで取得した第１燃料電池１０の最大出力電力から決定してもよい。
制御ユニット２０は、ステップＳ１４で要求電力が第１閾値未満であると判断した場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、燃料電池システム１００の各構成を制御して、要求電力が第１燃料電池１０によって充足するように第１燃料電池１０を発電させ、第２燃料電池１１の発電は休止させる（ステップＳ１６）。すなわち、制御ユニット２０は、エアコンプレッサ３２及びインジェクタ５４などを駆動して、要求電力を充足させるための発電に必要な量の空気及び水素が第１燃料電池１０に供給されるようにする。また、制御ユニット２０は、エアコンプレッサ４２及びインジェクタ７４などの駆動を停止して、第２燃料電池１１に空気及び水素が供給されないようにする。これにより、図６のように、要求電力が第１閾値未満である第１時間までは、第１燃料電池１０の発電によって要求電力が充足される。なお、この場合、制御ユニット２０は、スイッチ８６ａをＯＮにして第１燃料電池１０とモータジェネレータ８３とを電気的に接続させるとともに、スイッチ８６ｂはＯＦＦにして第２燃料電池１１とモータジェネレータ８３との電気的接続を遮断する。なお、スイッチ８６ｂをＯＦＦにして第２燃料電池１１とモータジェネレータ８３との電気的接続を遮断することで、第２燃料電池１１に反応ガスが供給されている状態であっても、第２燃料電池１１の発電を休止できる。
制御ユニット２０は、ステップＳ１４で要求電力が第１閾値未満でないと判断した場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、要求電力が第１閾値以上且つ第１閾値よりも大きい第２閾値未満であるか否かを判断する（ステップＳ１８）。第２閾値は、例えば制御ユニット２０の記憶部に記憶されている。
制御ユニット２０は、ステップＳ１８で要求電力が第１閾値以上且つ第２閾値未満であると判断した場合（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、燃料電池システム１００の各構成を制御して、要求電力を充足するように第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１の両方を発電させる（ステップＳ２０）。すなわち、制御ユニット２０は、エアコンプレッサ３２及びインジェクタ５４などを駆動して、第１燃料電池１０に空気及び水素が供給されるようにする。また、制御ユニット２０は、エアコンプレッサ４２及びインジェクタ７４などを駆動して、第２燃料電池１１に空気及び水素が供給されるようにする。これにより、図６のように、要求電力が第１閾値以上且つ第２閾値未満の場合である第１時間から第２時間の間では、第１燃料電池１０の発電及び第２燃料電池１１の発電の両方によって要求電力が充足される。なお、この場合、制御ユニット２０は、スイッチ８６ａ及び８６ｂをＯＮにして第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１とモータジェネレータ８３とを電気的に接続させる。
このとき、制御ユニット２０は、要求電力の増加に対して第１燃料電池１０の出力電力が減少するように、エアコンプレッサ３２及びインジェクタ５４などの駆動を制御することが好ましい。また、制御ユニット２０は、要求電力の増加に対して第２燃料電池１１の出力電力が増加するように、エアコンプレッサ４２及びインジェクタ７４などの駆動を制御することが好ましい。このように、要求電力が第１閾値以上且つ第２閾値未満の場合に、第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１の両方を発電させる理由については後述する。
制御ユニット２０は、ステップＳ１８で要求電力が第１閾値以上且つ第２閾値未満ではないと判断した場合（ステップＳ１８：Ｎｏ）、要求電力が第２閾値以上且つ第２閾値よりも大きく第２燃料電池１１の最大出力電力の７０％以上且つ１００％以下の値である第３閾値未満であるか否かを判断する（ステップＳ２２）。第３閾値は、例えば制御ユニット２０の記憶部に記憶されている。なお、第３閾値は、第２燃料電池１１の初期状態における最大出力電力から決定してもよいし、第２燃料電池１１の最大出力電力は使用状況に応じて低下していくことから、所定のタイミングで取得した第２燃料電池１１の最大出力電力から決定してもよい。
制御ユニット２０は、ステップＳ２２で要求電力が第２閾値以上且つ第３閾値未満であると判断した場合（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）、燃料電池システム１００の各構成を制御して、第１燃料電池１０の発電は休止させ、要求電力が第２燃料電池１１によって充足するように第２燃料電池１１を発電させる（ステップＳ２４）。すなわち、制御ユニット２０は、エアコンプレッサ３２及びインジェクタ５４などの駆動を停止して、第１燃料電池１０に空気及び水素が供給されないようにする。また、制御ユニット２０は、エアコンプレッサ４２及びインジェクタ７４などを駆動して、要求電力を充足させるための発電に必要な量の空気及び水素が第２燃料電池１１に供給されるようにする。これにより、図６のように、要求電力が第２閾値以上且つ第３閾値未満の場合である第２時間から第３時間の間では、第２燃料電池１１の発電によって要求電力が充足される。なお、この場合、制御ユニット２０は、スイッチ８６ｂをＯＮにして第２燃料電池１１とモータジェネレータ８３とを電気的に接続させるとともに、スイッチ８６ａはＯＦＦにして第１燃料電池１０とモータジェネレータ８３との電気的接続を遮断する。なお、スイッチ８６ａをＯＦＦにして第１燃料電池１０とモータジェネレータ８３との電気的接続を遮断することで、第１燃料電池１０に反応ガスが供給されている状態であっても、第１燃料電池１０の発電を休止できる。
このように、要求電力が第１閾値未満の場合では主に第１燃料電池１０の発電によって要求電力が充足され、要求電力が第１閾値よりも大きい第２閾値以上且つ第２閾値よりも大きい第３閾値未満の場合では主に第２燃料電池１１の発電によって要求電力が充足される。例えば第２閾値が第１閾値と同じ値であった場合、要求電力が第１閾値（すなわち、第２閾値）まで増加すると、第１燃料電池１０の発電を休止し且つ第２燃料電池１１を発電させることで要求電力を充足させることになる。しかしながら、第２燃料電池１１の発電量を要求電力量まで急激に増加させることは難しい場合がある。同様に、要求電力が第２閾値（すなわち、第１閾値）まで減少すると、第２燃料電池１１の発電を休止し且つ第１燃料電池１０を発電させることで要求電力を充足させることになる。しかしながら、第１燃料電池１０の発電量を要求電力量まで急激に増加させることは難しい場合がある。これは、例えばエアコンプレッサ３２及び４２からの第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１への空気の供給量を急激に増大させることが難しいなどの理由によるものである。このようなことから、図５のステップＳ１８及びＳ２０のように、要求電力が第１閾値以上且つ第１閾値よりも大きい第２閾値未満である場合には、第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１の両方に反応ガスを供給して第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１の両方を発電させる。これにより、要求電力が第２閾値にまで増加したときに第２燃料電池１１の発電量を要求電力量とすることを早急に実現でき、要求電力が第１閾値にまで減少したときに第１燃料電池１０の発電量を要求電力量とすることを早急に実現できる。
このようなことから、第２閾値は、第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１の発電量の増加割合を考慮して、第１燃料電池１０を主とする発電と第２燃料電池１１を主とする発電との間の切り替えが滑らかに行うことができる値に設定することができる。言い換えると、第２閾値は、要求電力が第１閾値から第２閾値に増加したときに第２燃料電池１１の発電量がほぼ０から要求電力量まで増加し、要求電力が第２閾値から第１閾値に減少したときに第１燃料電池１０の発電量がほぼ０から要求電力量まで増加するような値に設定することができる。
制御ユニット２０は、ステップＳ２２で要求電力が第３閾値以上であると判断した場合（ステップＳ２２：Ｎｏ）、要求電力を充足するように第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１の両方を発電させる（ステップＳ２６）。これにより、図６のように、要求電力が第３閾値以上の場合である第３時間からは、第１燃料電池１０の発電及び第２燃料電池１１の発電の両方によって要求電力が充足される。なお、この場合、制御ユニット２０は、スイッチ８６ａ及び８６ｂをＯＮにして第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１とモータジェネレータ８３とを電気的に接続させる。
次いで、制御ユニット２０は、アクセルペダルセンサ６７からアクセル開度信号を取得しているか否かを判断する（ステップＳ２８）。制御ユニット２０は、アクセル開度信号を取得している場合（ステップＳ２８：Ｙｅｓ）、ステップＳ１２に戻る。一方、制御ユニット２０は、アクセル開度信号を取得しなくなった場合（ステップＳ２８：Ｎｏ）、第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１の発電を休止し（ステップＳ３０）、発電制御処理を終了する。
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、実施例１における発電制御を説明するための図である。なお、図７（ａ）及び図７（ｂ）では、第１燃料電池１０の最大出力電力と第２燃料電池１１の最大出力電力の合計（以下、合計最大電力と称す場合がある）を１００％とした場合に、第１燃料電池１０の最大出力電力は３０％、第２燃料電池１１の最大出力電力は７０％である場合を例に説明する。
また、第１閾値は第１燃料電池１０の最大出力電力の７０％以上且つ１００以下であることが好ましいため、図７（ａ）では、第１閾値は第１燃料電池１０の最大出力電力の１００％である場合、すなわち合計最大電力の３０％である場合を例に説明する。図７（ｂ）では、第１閾値は第１燃料電池１０の最大出力電力の７０％である場合、すなわち合計最大出力の２１％である場合を例に説明する。第３閾値は第２燃料電池１１の最大出力電力の７０％以上且つ１００％以下であることから、図７（ａ）では、第３閾値は第２燃料電池１１の最大出力電力の１００％である場合、すなわち合計最大電力の７０％である場合を例に説明する。図７（ｂ）では、第３閾値は第２燃料電池１１の最大出力電力の７０％である場合、すなわち合計最大出力の４９％である場合を例に説明する。また、図７（ａ）では第２閾値は合計最大電力の３５％であるとし、図７（ｂ）では第２閾値は合計最大電力の２５％であるとする。
図７（ａ）では、要求電力が合計最大電力の３０％未満（第１閾値未満）の場合に、第１燃料電池１０の発電によって要求電力を充足させる。要求電力が合計最大電力の３５％以上且つ７０％未満（第２閾値以上且つ第３閾値未満）の場合に、第２燃料電池１１の発電によって要求電力を充足させる。要求電力が合計最大電力の７０％以上（第３閾値以上）の場合に、第１燃料電池１０と第２燃料電池１１の両方の発電によって要求電力を充足させる。
図７（ｂ）では、要求電力が合計最大電力の２１％未満（第１閾値未満）の場合に、第１燃料電池１０の発電によって要求電力を充足させる。要求電力が合計最大電力の２５％以上且つ４９％未満（第２閾値以上且つ第３閾値未満）の場合に、第２燃料電池１１の発電によって要求電力を充足させる。要求電力が合計最大電力の４９％以上（第３閾値以上）の場合に、第１燃料電池１０と第２燃料電池１１の両方の発電によって要求電力を充足させる。
ここで、比較例として、最大出力電力が同じ２つの燃料電池を備える燃料電池システムについて説明する。図８（ａ）及び図８（ｂ）は、比較例における発電制御を説明するための図である。なお、図８（ａ）及び図８（ｂ）では、図７（ａ）及び図７（ｂ）と同様に、２つの燃料電池の最大出力電力の合計（以下、合計最大出力と称す場合がある）を１００％としている。比較例では、２つの燃料電池の最大出力電力が同じであることから、２つの燃料電池それぞれの最大出力電力は合計最大出力の５０％となる。よって、図８（ａ）のように、２つの燃料電池を最大出力電力まで運転させる場合、要求電力が合計最大電力の５０％よりも大きい場合では２つの燃料電池の両方の発電によって要求電力を充足させることになる。すなわち、２つの燃料電池各々単独での発電によって要求電力を充足させることができるのは、要求電力が合計最大電力の５０％以下の場合である。また、図８（ｂ）のように、発電効率などを考慮して２つの燃料電池を最大出力電力の７０％までの運転とする場合、要求電力が合計最大電力の３５％よりも大きい場合では２つの燃料電池の両方の発電によって要求電力を充足させることになる。すなわち、２つの燃料電池各々単独での発電によって要求電力を充足させることができるのは、要求電力が合計最大電力の３５％以下の場合である。
これに対し、実施例１によれば、第２燃料電池１１は第１燃料電池１０よりも最大出力電力が大きい。制御ユニット２０は、要求電力が第１閾値未満では第１燃料電池１０によって要求電力が充足するように第１燃料電池１０を発電させる。要求電力が第２閾値以上且つ第２閾値よりも大きく第２燃料電池１１の最大出力電力の７０％以上且つ１００％以下である第３閾値未満では第２燃料電池１１によって要求電力が充足するように第２燃料電池１１を発電させる。要求電力が第３閾値以上では第１燃料電池１０と第２燃料電池１１の両方によって要求電力が充足するように第１燃料電池１０と第２燃料電池１１を発電させる。このように、第１燃料電池１０よりも最大出力電力が大きい第２燃料電池１１の最大出力電力に基づいて第３閾値を設定することで、図７（ａ）から図８（ｂ）のように、最大出力電力が等しい２つの燃料電池を備える比較例に比べて、第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１各々単独での発電によって要求電力を充足させることができる範囲を大きくすることができる。すなわち、第１燃料電池１０及び／又は第２燃料電池１１が単独で発電する時間を長くすることができ、その結果、第１燃料電池１０及び／又は第２燃料電池１１の発電を休止する時間を長くすることができる。よって、第１燃料電池１０及び／又は第２燃料電池１１の発電時の電位変動による劣化を抑制することができ、燃料電池システム１００の耐久性を向上させることができる。
第２燃料電池１１が単独で発電する時間を長くする点から、第３閾値は第２燃料電池１１の最大出力電力の７５％以上の値としてもよいし、８０％以上の値としてもよい。また、発電効率の低下の抑制及び／又は急激な電圧低下の抑制を考慮して、第３閾値は第２燃料電池１１の最大出力電力の９５％以下の値としてもよいし、９０％以下の値としてもよい。
図５及び図６のように、制御ユニット２０は、要求電力が第１閾値未満では、第２燃料電池１１の発電を休止させる。要求電力が第２閾値以上且つ第３閾値未満では、第１燃料電池１０の発電を休止させる。これにより、第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１の発電を休止する時間を長くすることができ、燃料電池システム１００の耐久性を向上させることができる。なお、制御ユニット２０は、要求電力が第１閾値未満では第２燃料電池１１の発電を休止させる及び要求電力が第２閾値以上且つ第３閾値未満では第１燃料電池１０の発電を休止させることの少なくとも一方を行う場合でもよい。
図６のように、第２閾値は第１閾値よりも大きな値であり、制御ユニット２０は、要求電力が第１閾値以上且つ第２閾値未満では、第１燃料電池１０と第２燃料電池１１の両方によって要求電力が充足するように第１燃料電池１０と第２燃料電池１１を発電させる。これにより、要求電力が第２閾値にまで増加したときに第２燃料電池１１の出力電力を要求電力とすることを早急に実現でき、要求電力が第１閾値にまで減少したときに第１燃料電池１０の出力電力を要求電力とすることを早急に実現できる。この場合、図６のように、要求電力が第１閾値以上且つ第２閾値未満において、制御ユニット２０は、要求電力の増加に対して第１燃料電池１０の出力電力を減少させ且つ第２燃料電池１１の出力電力を増加させることが好ましい。
第１閾値は第１燃料電池１０の最大出力電力の７０％以上且つ１００％以下の値の場合を例に示したがこの場合に限られない。第１燃料電池１０が単独で発電する時間を長くする点から、第１閾値は第１燃料電池１０の最大出力電力の７５％以上の値としてもいし、８０％以上の値としてもよい。また、発電効率の低下の抑制及び／又は急激な電圧低下の抑制を考慮して、第１閾値は第１燃料電池１０の最大出力電力の９５％以下の値としてもよいし、９０％以下の値としてもよい。
第３閾値は、第１燃料電池１０の最大出力電力と第２燃料電池１１の最大出力電力とを合計した合計最大電力の５０％よりも大きい値である場合が好ましい。これにより、最大出力電力が等しい２つの燃料電池を備える場合に比べて、第１燃料電池１０と第２燃料電池１１の両方の発電によって要求電力を充足させる時間を短くすることができる。よって、第１燃料電池１０及び／又は第２燃料電池１１の発電を休止する時間を長くすることができる。
実施例２に係る燃料電池システムの構成は実施例１の図１と同じであり、電気的構成は実施例１の図４と同じであるため説明を省略する。図９は、実施例２における発電制御処理を示すフローチャートである。図１０は、実施例２における発電制御を説明するタイムチャートである。図９のように、制御ユニット２０は、まずステップＳ４０からＳ４４を実施する。ステップＳ４０からＳ４４は、実施例１の図５におけるステップＳ１０からＳ１４と同じであるため説明を省略する。
制御ユニット２０は、ステップＳ４４で要求電力が第１閾値未満であると判断した場合（ステップＳ４４：Ｙｅｓ）、要求電力が第１燃料電池１０によって充足するように第１燃料電池１０を発電させ、第２燃料電池１１の発電は休止させる（ステップＳ４６）。これにより、図１０のように、要求電力が第１閾値未満である第１時間までは、第１燃料電池１０の発電によって要求電力が充足される。
制御ユニット２０は、ステップＳ４４で要求電力が第１閾値未満でないと判断した場合（ステップＳ４４：Ｎｏ）、要求電力が第１閾値以上且つ第３閾値未満であるか否かを判断する（ステップＳ４８）。制御ユニット２０は、ステップＳ４８で要求電力が第１閾値以上且つ第３閾値未満であると判断した場合（ステップＳ４８：Ｙｅｓ）、第１燃料電池１０の発電は休止させ、要求電力が第２燃料電池１１によって充足するように第２燃料電池１１を発電させる（ステップＳ５０）。これにより、図１０のように、要求電力が第１閾値以上且つ第３閾値未満の場合である第１時間から第３時間の間では、第２燃料電池１１の発電によって要求電力が充足される。
制御ユニット２０は、ステップＳ４８で要求電力が第３閾値以上であると判断した場合（ステップＳ４８：Ｎｏ）、要求電力を充足させるために第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１の両方を発電させる（ステップＳ５２）。これにより、図１０のように、要求電力が第３閾値以上の場合である第３時間からは、第１燃料電池１０の発電及び第２燃料電池１１の発電の両方によって要求電力が充足される。
次いで、制御ユニット２０は、アクセルペダルセンサ６７からアクセル開度信号を取得しているか否かを判断する（ステップＳ５４）。制御ユニット２０は、アクセル開度信号を取得している場合（ステップＳ５４：Ｙｅｓ）、ステップＳ４２に戻る。一方、制御ユニット２０は、アクセル開度信号を取得しなくなった場合（ステップＳ５４：Ｎｏ）、第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１の発電を休止し（ステップＳ５６）、発電制御処理を終了する。
実施例１では、第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１の出力電力が早急に要求電力になるよう、要求電力が第１閾値以上且つ第１閾値よりも大きい第２閾値未満の場合には第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１の両方を発電させている。しかしながら、上述したように、第１燃料電池１０に反応ガスが供給されている状態であっても、スイッチ８６ａをＯＦＦにすることにより、第１燃料電池１０からの発電を休止できる。第２燃料電池１１に反応ガスが供給されている状態であっても、スイッチ８６ｂをＯＦＦにすることにより、第２燃料電池１１からの発電を休止できる。したがって、第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１への反応ガスの制御並びにスイッチ８６ａ及び８６ｂのＯＮ、ＯＦＦの制御によって、第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１の出力電力を急激に増大させて早急に要求電力とすることができる。よって、第２閾値を設けない（言い換えると、第２閾値を第１閾値と同じ値にする）ことができる。
図１１は、実施例２における発電制御を説明するための図である。なお、図１１では、図７（ａ）と同様に、第１燃料電池１０の最大出力電力と第２燃料電池１１の最大出力電力の合計を１００％とし、第１閾値を合計最大電力の３０％、第３閾値を合計最大電力の７０％としている。図１１のように、要求電力が合計最大電力の３０％未満（第１閾値未満）では第１燃料電池１０を発電させて要求電力を充足させ、３０％以上且つ７０％未満（第１閾値以上且つ第３閾値未満）では第２燃料電池１１を発電させて要求電力を充足させる。要求電力が合計最大電力の７０％以上（第３閾値以上）では第１燃料電池１０と第２燃料電池１１の両方を発電させて要求電力を充足させる。このように、第２閾値を設けない（言い換えると、第２閾値を第１閾値と同じ値にする）ことで、第１燃料電池１０及び／又は第２燃料電池１１が単独で発電する時間を実施例１よりも長くすることができ、その結果、第１燃料電池１０及び／又は第２燃料電池１１の発電を休止する時間を実施例１よりも長くすることができる。よって、燃料電池システムの耐久性をより向上させることができる。
実施例３に係る燃料電池システムの構成は実施例１の図１と同じであり、電気的構成は実施例１の図４と同じであるため説明を省略する。図１２は、実施例３における発電制御処理を示すフローチャートである。図１３は、実施例３における発電制御を説明するタイムチャートである。図１２のように、制御ユニット２０は、まずステップＳ６０からＳ６４を実施する。ステップＳ６０からＳ６４は、実施例１の図５におけるステップＳ１０からＳ１４と同じであるため説明を省略する。
制御ユニット２０は、ステップＳ６４で要求電力が第１閾値未満であると判断した場合（ステップＳ６４：Ｙｅｓ）、要求電力が第１燃料電池１０によって充足するように第１燃料電池１０を発電させ、第２燃料電池１１の発電を休止させる（ステップＳ６６）。これにより、図１３のように、要求電力が第１閾値未満である第１時間までは、第１燃料電池１０の発電によって要求電力が充足される。
制御ユニット２０は、ステップＳ６４で要求電力が第１閾値未満ではないと判断した場合（ステップＳ６４：Ｎｏ）、要求電力が第１閾値以上且つ第２閾値未満であるか否かを判断する（ステップＳ６８）。制御ユニット２０は、要求電力が第１閾値以上且つ第２閾値未満であると判断した場合（ステップＳ６８：Ｙｅｓ）、要求電力を充足させるために第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１の両方を発電させる（ステップＳ７０）。これにより、図１３のように、要求電力が第１閾値以上且つ第２閾値未満の場合である第１時間から第２時間の間では、第１燃料電池１０の発電及び第２燃料電池１１の発電の両方によって要求電力が充足される。
制御ユニット２０は、ステップＳ６８で要求電力が第１閾値以上且つ第２閾値未満ではないと判断した場合（ステップＳ６８：Ｎｏ）、要求電力が第２閾値以上且つ第３閾値未満であるか否かを判断する（ステップＳ７２）。制御ユニット２０は、ステップＳ７２で要求電力が第２閾値以上且つ第３閾値未満であると判断した場合（ステップＳ７２：Ｙｅｓ）、第１燃料電池１０を燃料電池の劣化を抑制できるような電位範囲に維持しながら低電力で発電させ、第２燃料電池１１を要求電力と第１燃料電池１０が発電する電力の差分相当で発電させる（ステップＳ７４）。ここで、燃料電池の劣化を抑制できる電位とは、燃料電池の単位セルあたりの電圧が０．７以上且つ０．９Ｖ以下の範囲で電位の変化が少ない状態である。なお、燃料電池の単位セルあたりの電圧が０．７Ｖ以上且つ０．８Ｖ以下の範囲で電位の変化が少ない状態でもよいし、０．７５Ｖ以上且つ０．８Ｖ以下の範囲で電位の変化が少ない状態でもよい。制御ユニット２０は、エアコンプレッサ３２及びインジェクタ５４などを駆動して、上述の発電をするのに必要な量の空気及び水素が第１燃料電池１０に供給されるようにしつつ、ＦＤＣ８１ａを制御することにより、例えば第１燃料電池１０の単位セルあたりの電圧が０．７６Ｖ以上且つ０．７８Ｖ以下の範囲に維持されるよう、実質的に一定の電圧で発電する。単位セルあたりの電圧を所定の範囲に維持する理由については後述する。また、制御ユニット２０は、エアコンプレッサ４２及びインジェクタ７４などを駆動して、要求電力と第１燃料電池１０が発電する電力の差分相当の発電をするのに必要な量の空気及び水素が第２燃料電池１１に供給されるようにする。これにより、図１３のように、要求電力が第２閾値以上且つ第３閾値未満の場合である第２時間から第３時間の間では、主に第２燃料電池１１によって要求電力が充足されるとともに、第１燃料電池１０は一定の電圧で発電する。ここで、主に第２燃料電池１１によって要求電力が充足されるとは、上記のように、第１燃料電池１０が一定の電圧で発電し、要求電力と第１燃料電池１０の電力との差分を第２燃料電池１１が発電する場合を含む。例えば、主に第２燃料電池１１によって要求電力が充足されるとは、第２燃料電池１１の出力電力が、要求電力に対して、８５％以上となる場合でもよいし、９０％以上となる場合でもよいし、９５％以上となる場合でもよい。
制御ユニット２０は、ステップＳ７２で要求電力が第３閾値以上であると判断した場合（ステップＳ７２：Ｎｏ）、要求電力を充足させるために第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１の両方を発電させる（ステップＳ７６）。これにより、図１３のように、要求電力が第３閾値以上の場合である第３時間からは、第１燃料電池１０の発電及び第２燃料電池１１の発電の両方によって要求電力が充足される。
次いで、制御ユニット２０は、アクセルペダルセンサ６７からアクセル開度信号を取得しているか否かを判断する（ステップＳ７８）。制御ユニット２０は、アクセル開度信号を取得している場合（ステップＳ７８：Ｙｅｓ）、ステップＳ６２に戻る。一方、制御ユニット２０は、アクセル開度信号を取得しなくなった場合（ステップＳ７８：Ｎｏ）、第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１の発電を休止し（ステップＳ８０）、発電制御処理を終了する。
燃料電池は高電位では触媒金属表面に酸化被膜が形成される一方、低電位では酸化被膜が除去される。触媒の酸化被膜が除去された状態で高電位となると、触媒の溶出が発生し易くなって発電性能の低下が生じてしまう。例えば、要求電力が第２閾値以上且つ第３閾値未満で第１燃料電池１０の発電を完全に休止すると、第１燃料電池１０の電位が高くなり過ぎて触媒の溶出による発電性能の低下が生じる恐れがある。そこで、実施例３では、制御ユニット２０は、要求電力が第２閾値以上且つ第３閾値未満では、第１燃料電池１０に含まれる触媒の溶出が抑制されるような範囲の一定の電圧で第１燃料電池１０を発電させるとともに、第２燃料電池１１を要求電力と第１燃料電池１０の電力との差分相当で発電させて主に第２燃料電池１１で要求電力を充足させる。これにより、第１燃料電池１０の電位が高くなり過ぎることを抑制でき、第１燃料電池１０の発電性能の低下を抑制することができる。
なお、実施例３では、要求電力が第２閾値以上且つ第３閾値未満の場合に第１燃料電池１０を一定の電圧で発電させる場合を例に示したが、これに加えて又はこれに代えて、要求電力が第１閾値未満の場合に、第２燃料電池１１に含まれる触媒の溶出が抑制されるような範囲の一定の電圧で第２燃料電池１１を発電させるとともに第１燃料電池１０を要求電力と第２燃料電池１１の電力との差分相当で発電させて、主に第１燃料電池１０によって要求電力を充足させてもよい。これにより、第２燃料電池１１の電位が高くなりすぎることを抑制でき、第２燃料電池１１の発電性能の低下を抑制することができる。ここで、主に第１燃料電池１０によって要求電力が充足されるとは、第２燃料電池１１が一定の電圧で発電し、要求電力と第２燃料電池１１の電力との差分を第１燃料電池１０が発電する場合を含む。例えば、主に第１燃料電池１０によって要求電力が充足されるとは、第１燃料電池１０の出力電力が、要求電力に対して、８５％以上となる場合でもよいし、９０％以上となる場合でもよいし、９５％以上となる場合でもよい。
実施例１から実施例３において、第１閾値、第２閾値、及び第３閾値は変更することができない固定値であってもよいし、変更することが可能な変動値であってもよい。制御ユニット２０は、要求電力の変化速度が所定値以上の場合、要求電力の変化速度が所定値未満の場合に比べて、第１閾値及び第３閾値の少なくとも一方を低下させてもよい。これにより、要求電力が急激に変化する場合でも、第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１の発電によって要求電力を充足させることが可能となる。また、パワーモード（動力性能優先制御）とエコモード（燃費優先制御）の設定がある場合に、制御ユニット２０は、パワーモードが選択されている場合に、エコモードが選択されている場合に比べて、第１閾値及び第３閾値の少なくとも一方を低下させてもよい。
図１４は、実施例４に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。図１４のように、実施例４の燃料電池システム４００では、制御ユニット２０は、発電制御部２２に加えて、記憶部２４と通信部２６を備える。記憶部２４には、例えば燃料電池システム４００を備える車両の運転履歴が記憶されている。図１５は、記憶部２４に記憶された運転履歴の一例を示す図である。図１５のように、記憶部２４に記憶された運転履歴は、要求電力と第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１の運転時間との相関を示すマップである。図１５において、要求電力が第１閾値未満の領域９１では主に第１燃料電池１０が運転され、要求電力が第２閾値以上且つ第３閾値未満の領域９２では主に第２燃料電池１１が運転される。通信部２６については後述する。
制御ユニット２０は、記憶部２４に記憶された運転履歴に基づき、第１燃料電池１０と第２燃料電池１１の劣化具合が同程度となるように第１閾値及び第３閾値を変更してもよい。例えば、制御ユニット２０は、記憶部２４に記憶された図１５のような要求電力と運転時間の相関マップである運転履歴に基づき、第１燃料電池１０の運転時間（すなわち領域９１の面積）と第２燃料電池１１の運転時間（すなわち領域９２の面積）が同程度になるように第１閾値及び第３閾値の少なくとも一方を変更してもよい。これにより、車両の運転パターン（例えば市街地走行が多い場合又は高速道路走行が多い場合など）に応じて第１燃料電池１０と第２燃料電池１１の劣化具合を同程度にすることができるため、燃料電池システム４００の耐久性をより向上させることができる。なお、第１燃料電池１０と第２燃料電池１１の運転時間が同程度とは、例えば、第２燃料電池１１の運転時間である領域９２の面積が、第１燃料電池１０の運転時間である領域９１の面積に対して、８０％以上且つ１２０％以下である場合でもよいし、９０％以上且つ１１０％以下である場合でもよい。なお、運転履歴は、要求電力と運転時間の関係を示すマップに限られず、例えば要求電力と総発電量の関係を示すマップ又は要求電力と当該要求電力を通過する回数を示すマップなどであってもよいし、これらを組み合わせて用いてもよい。
通信部２６は、外部サーバ９０との間でデータのやり取りを行う。例えば、通信部２６は、運転履歴（例えば、図１５のような要求電力と運転時間との相関マップ）を外部サーバ９０に送信する。また、通信部２６は、他の車両から送信され外部サーバ９０に記憶されていた運転履歴（例えば、図１５のような要求電力と運転時間との相関マップ）を外部サーバ９０から受信する。
制御ユニット２０は、外部サーバ９０から受信した他の車両の燃料電池システムの運転履歴に基づき、第１燃料電池１０と第２燃料電池１１の劣化具合が同程度となるように第１閾値及び第３閾値を変更してもよい。例えば、制御ユニット２０は、外部サーバ９０から受信した図１５のような要求電力と運転時間の相関マップからなる運転履歴に基づき、第１燃料電池１０の運転時間と第２燃料電池１１の運転時間が同程度になるように第１閾値及び第３閾値の少なくとも一方を変更してもよい。これにより、燃料電池システム４００の運転実績が少ない場合でも、第１燃料電池１０と第２燃料電池１１の劣化具合を同程度にすることができ、燃料電池システム４００の耐久性を向上させることはできる。なお、町ごとなどのようなエリアが設定されている場合には、制御ユニット２０は、燃料電池システム４００を備える車両の現在の位置又は車両が通常保管されている位置に応じたエリアにおける外部サーバ９０から運転履歴を取得してもよい。
実施例１から実施例４では、燃料電池システムに２つの燃料電池が備わる場合を例に示したが、３つ以上の燃料電池が備わる場合でもよい。この場合、３つ以上の燃料電池のうちの２つの燃料電池が実施例１から実施例３で説明した第１燃料電池１０及び第２燃料電池１１に相当する場合であればよい。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例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。
１０ 第１燃料電池
１１ 第２燃料電池
２０ 制御ユニット
２２ 発電制御部
２４ 記憶部
２６ 通信部
３０、４０ カソードガス配管系
３１、４１ カソードガス配管
３２、４２ エアコンプレッサ
３３、４３ 開閉弁
３４、４４ カソード排ガス配管
３５、４５ 調圧弁
５０、７０ アノードガス配管系
５１、７１ アノードガス配管
５２、７２ 開閉弁
５３、７３ レギュレータ
５４、７４ インジェクタ
５５、７５ アノード排ガス配管
５６、７６ 気液分離器
５７、７７ アノードガス循環配管
５８、７８ 循環ポンプ
５９、７９ アノード排水配管
６０、８０ 排水弁
６５ 水素タンク
６６ アクセルペダル
６７ アクセルペダルセンサ
６８ 車輪
８１ａ、８１ｂ ＦＤＣ
８２ インバータ
８３ モータジェネレータ
８４ ＢＤＣ
８５ バッテリ
８６ａ、８６ｂ スイッチ
９０ 外部サーバ
９１、９２ 領域
１００、４００ 燃料電池システム

Claims (8)

  1. 第１燃料電池と、
    前記第１燃料電池よりも最大出力電力が大きい第２燃料電池と、
    要求電力に応じて前記第１燃料電池及び前記第２燃料電池の発電を制御する発電制御部と、を備え、
    前記発電制御部は、前記要求電力が第１閾値未満では主に前記第１燃料電池によって前記要求電力が充足するように前記第１燃料電池を発電させ、前記要求電力が前記第１閾値以上且つ前記第１閾値より大きい値である第２閾値未満では前記第１燃料電池と前記第２燃料電池の両方によって前記要求電力が充足するように前記第１燃料電池と前記第２燃料電池を発電させ、前記要求電力が前記第２閾値以上且つ前記第２閾値より大きく前記第２燃料電池の最大出力電力の７０％以上且つ１００％以下の値である第３閾値未満では主に前記第２燃料電池によって前記要求電力が充足するように前記第２燃料電池を発電させ、前記要求電力が前記第３閾値以上では前記第１燃料電池と前記第２燃料電池の両方によって前記要求電力が充足するように前記第１燃料電池と前記第２燃料電池を発電させる、燃料電池システム。
  2. 前記発電制御部は、前記要求電力が前記第１閾値未満では前記第２燃料電池の発電を休止する及び前記要求電力が前記第２閾値以上且つ前記第３閾値未満では前記第１燃料電池の発電を休止することの少なくとも一方を行う、請求項１記載の燃料電池システム。
  3. 前記発電制御部は、前記要求電力が前記第１閾値未満では前記第２燃料電池に含まれる触媒の溶出が抑制されるような電圧で前記第２燃料電池を発電させる及び前記要求電力が前記第２閾値以上且つ前記第３閾値未満では前記第１燃料電池に含まれる触媒の溶出が抑制されるような電圧で前記第１燃料電池を発電させることの少なくとも一方を行う、請求項１または２記載の燃料電池システム。
  4. 前記発電制御部は、前記要求電力が前記第１閾値以上且つ前記第２閾値未満において、前記要求電力の増加に対して前記第１燃料電池の出力電力を減少させ且つ前記第２燃料電池の出力電力を増加させる、請求項１から３のいずれか一項記載の燃料電池システム。
  5. 前記第１閾値は、前記第１燃料電池の最大出力電力の７０％以上且つ１００％以下の値である、請求項１から４のいずれか一項記載の燃料電池システム。
  6. 前記発電制御部は、前記要求電力の変化速度が所定値以上の場合、前記要求電力の変化速度が前記所定値未満の場合に比べて、前記第１閾値及び前記第３閾値の少なくとも一方を低下させる、請求項１から５のいずれか一項記載の燃料電池システム。
  7. 前記第１燃料電池及び前記第２燃料電池の要求電力と運転時間との相関を示すマップである運転履歴を記憶する記憶部を備え、
    前記発電制御部は、前記記憶部に記憶された前記運転履歴に基づき、前記第１燃料電池の運転時間と前記第２燃料電池の運転時間が同程度になるように前記第１閾値及び前記第３閾値の少なくとも一方を変更する、請求項１から６のいずれか一項記載の燃料電池システム。
  8. 前記発電制御部は、外部サーバから受信した他の燃料電池システムにおける要求電力と運転時間との相関を示すマップである運転履歴に基づき、前記第１燃料電池の運転時間と前記第２燃料電池の運転時間が同程度になるように前記第１閾値及び前記第３閾値の少なくとも一方を変更する、請求項１から７のいずれか一項記載の燃料電池システム。
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