JP7268373B2 - 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。
燃料電池の電圧を低下させることにより、燃料電池の触媒の付着していた被毒物や酸化被膜を除去して、触媒を性能低下から回復させる回復処理が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２００８－１３０４０２号
上記のように回復処理が完了した直後に直ちに燃料電池の電圧が高圧に制御されると、燃料電池の触媒が高電位に晒されて溶出する恐れがある。
そこで、燃料電池の触媒の溶出を抑制する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、燃料電池と、前記燃料電池にカソードガスを供給する供給装置と、前記燃料電池の出力電流を増大させ出力電圧を低下させることにより前記燃料電池の触媒を性能低下から回復させる回復処理を実行する制御装置と、を備え、前記制御装置は、実行されていた前記回復処理が完了した際に、前記供給装置を制御することにより、前記回復処理の実行前の通常運転状態よりも前記カソードガスのストイキ比を低下させつつ前記燃料電池を発電休止状態に制御し、前記供給装置を制御して前記燃料電池に供給される前記カソードガスの流量を増減制御することにより、前記燃料電池の開放電圧を所定の目標範囲内に維持し、前記燃料電池を複数備え、前記供給装置は、複数の前記燃料電池に前記カソードガスを供給し、前記制御装置は、複数の前記燃料電池の何れかに対する前記回復処理の完了の際の複数の前記燃料電池全体に対する要求出力を、前記回復処理が完了した直後の前記燃料電池以外の前記燃料電池によって出力可能である場合には、前記回復処理が完了した直後の前記燃料電池を前記発電休止状態に制御すると共に、前記要求出力を満たすように前記回復処理が完了した直後の前記燃料電池以外の前記燃料電池の出力を制御する、燃料電池システムによって達成できる。また、上記目的は、燃料電池と、前記燃料電池にカソードガスを供給する供給装置と、前記燃料電池の出力電流を増大させ出力電圧を低下させることにより前記燃料電池の触媒を性能低下から回復させる回復処理を実行する制御装置と、を備え、前記制御装置は、実行されていた前記回復処理が完了した際に、前記供給装置を制御することにより、前記回復処理の実行前の通常運転状態よりも前記カソードガスのストイキ比を低下させつつ前記燃料電池を発電休止状態に制御し、前記供給装置を制御して前記燃料電池に供給される前記カソードガスの流量を増減制御することにより、前記燃料電池の開放電圧を所定の目標範囲内に維持し、前記燃料電池を複数備え、前記供給装置は、複数の前記燃料電池に前記カソードガスを供給し、前記制御装置は、複数の前記燃料電池の何れもが前記回復処理を完了した際の複数の前記燃料電池全体に対する要求出力を、複数の前記燃料電池のうち最も出力性能が低下している前記燃料電池以外の前記燃料電池によって出力可能である場合には、複数の前記燃料電池のうち最も出力性能が低下している前記燃料電池を前記発電休止状態に制御し、前記要求出力を満たすように最も出力性能が低下している前記燃料電池以外の前記燃料電池の出力を制御する、燃料電池システムによって達成できる。
実行されていた回復処理が完了した際に、通常運転状態よりもカソードガスのストイキ比を低下させつつ燃料電池を発電休止状態に制御することにより、燃料電池の電圧が高圧となることを抑制できる。これにより、燃料電池の触媒の溶出を抑制できる。
前記制御装置は、前記供給装置を制御することにより、前記発電休止状態での前記燃料電池の開放電圧を、前記通常運転状態でのアイドル運転状態での前記燃料電池の出力電圧未満に制御してもよい。
前記制御装置は、前記供給装置を制御することにより、前記発電休止状態での前記燃料電池の平均セル電圧を０．９Ｖ以下に制御してもよい。
燃料電池の触媒の溶出を抑制する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、燃料電池の通常ＩＶ曲線と低ＩＶ曲線を示したグラフである。 図３Ａは、比較例での回復処理の完了後の燃料電池の出力及び電圧の変化を示したタイミングチャートであり、図３Ｂ及び図３Ｃは、本実施例での回復処理の完了後の燃料電池の出力及び電圧の変化を示したタイミングチャートである。 図４は、本実施例の運転モード制御の一例を示したフローチャートである。 図５は、第１変形例の運転モード制御の説明図である。 図６は、変形例の燃料電池システムの構成図である。 図７は、第２変形例の運転モード制御を示したフローチャートである。 図８は、第２変形例の運転モード制御を示したタイミングチャートである。 図９は、第３変形例の運転モード制御を示したフローチャートである。 図１０は、第３変形例の運転モード制御を示したタイミングチャートである。 図１１は、第４変形例の運転モード制御を示したフローチャートである。 図１２は、第５変形例の運転モード制御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１の構成図である。燃料電池システム１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３、燃料電池（以下、ＦＣと称する）４、二次電池（以下、ＢＡＴと称する）８、カソードガス供給系１０、アノードガス供給系２０、及び電力制御系３０を含む。尚、燃料電池システム１は、ＦＣ４に冷却水を循環させて冷却する不図示の冷却系を含む。また、車両には、走行用のモータ５０や、車輪５、アクセル開度センサ６を備えている。ＦＣ４は、カソードガスとアノードガスの供給を受けて発電する燃料電池であり、固体高分子電解質型の単セルを複数積層して構成されている。
カソードガス供給系１０は、カソードガスとして酸素を含む空気をＦＣ４に供給し、供給管１１、排出管１２、バイパス管１３、エアコンプレッサ１４、バイパス弁１５、インタークーラ１６、及び背圧弁１７を含む。供給管１１は、ＦＣ４のカソード入口マニホールドに接続されている。排出管１２は、ＦＣ４のカソード出口マニホールドに接続されている。バイパス管１３は供給管１１及び排出管１２を連通している。バイパス弁１５は、供給管１１とバイパス管１３との接続部分に設けられている。バイパス弁１５は供給管１１とバイパス管１３との連通状態を切り替える。エアコンプレッサ１４、バイパス弁１５、及びインタークーラ１６は、供給管１１上に上流側から順に配置されている。背圧弁１７は、排出管１２上であって、排出管１２とバイパス管１３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１４は、カソードガスとして酸素を含む空気を、供給管１１を介してＦＣ４に供給する。ＦＣ４に供給されたカソードガスは、排出管１２を介して排出される。インタークーラ１６は、ＦＣ４に供給されるカソードガスを冷却する。背圧弁１７は、ＦＣ４のカソード側の背圧を調整する。エアコンプレッサ１４、バイパス弁１５、及び背圧弁１７の駆動は、ＥＣＵ３により制御される。
また、ＦＣ４の通常運転時では、バイパス弁１５及び背圧弁１７の開度を調整することにより、エアコンプレッサ１４からのカソードガスがＦＣ４に供給される供給状態に制御される。供給状態では、バイパス弁１５は、少なくとも供給管１１のバイパス弁１５よりも上流側と下流側とを連通し、背圧弁１７は少なくとも排出管１２を全閉以外の開いた状態に調整する。また、詳しくは後述するが、ＦＣ４の発電が休止した状態では、バイパス弁１５及び背圧弁１７により、ＦＣ４にカソードガスが供給されずにＦＣ４を迂回して外部へと排出される迂回状態に制御される。迂回状態では、背圧弁１７は排出管１２を全閉にし、バイパス弁１５は供給管１１のバイパス弁１５よりも上流側と下流側とを遮断しつつ、バイパス弁１５よりも上流側の供給管１１とバイパス管１３とを連通する。
アノードガス供給系２０は、アノードガスとして水素ガスをＦＣ４に供給し、タンク２０Ｔ、供給管２１、排出管２２、循環管２３、タンク弁２４、調圧弁２５、インジェクタ（以下、ＩＮＪと称する）２６、気液分離器２７、排水弁２８、及び水素循環ポンプ（以下、ＨＰと称する）２９を含む。タンク２０ＴとＦＣ４のアノード入口マニホールドは、供給管２１により接続されている。タンク２０Ｔには、アノードガスである水素ガスが貯留されている。排出管２２は、ＦＣ４のアノード出口マニホールドに接続されている。循環管２３は、気液分離器２７と供給管２１とを連通している。タンク弁２４、調圧弁２５、及びＩＮＪ２６は、供給管２１の上流側から順に配置されている。タンク弁２４が開いた状態で、調圧弁２５の開度が調整され、ＩＮＪ２６がアノードガスを噴射する。これにより、ＦＣ４にアノードガスが供給される。排出管２２には、気液分離器２７及び排水弁２８が、上流側から順に配置されている。気液分離器２７は、ＦＣ４から排出されたアノードガスから水分を分離して貯留する。気液分離器２７に貯留された水は、排水弁２８が開くことにより、排出管２２を介して燃料電池システム１の外部へと排出される。循環管２３は、アノードガスをＦＣ４へ還流させるため配管であり、上流側の端部が気液分離器２７に接続され、ＨＰ２９が配置されている。ＦＣ４から排出されたアノードガスは、ＨＰ２９によって適度に加圧され、供給管２１へ導かれる。タンク弁２４、調圧弁２５、ＩＮＪ２６、排水弁２８、及びＨＰ２９の駆動は、ＥＣＵ３により制御される。
電力制御系３０は、ＦＣ４の放電及びＢＡＴ８の充放電を制御する。電力制御系３０は、燃料電池ＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、ＦＤＣと称する）３２、バッテリＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、ＢＤＣと称する）３４、モータインバータ（以下、ＭＩＮＶと称する）３８、補機インバータ（以下、ＡＩＮＶと称する）３９を含む。ＦＤＣ３２は、ＥＣＵ３から送信される要求電流値に基づきＦＣ４による出力電流を制御すると共に、ＦＣ４からの直流電力を調整してＭＩＮＶ３８やＡＩＮＶ３９に出力する。ＢＤＣ３４は、ＢＡＴ８からの直流電力を調整してＭＩＮＶ３８やＡＩＮＶ３９に出力する。ＦＣ４の発電電力は、ＢＡＴ８に充電可能である。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。また、モータ５０は、車両の減速時や降坂時には、車輪５から入力される運動エネルギーに基づいて発電する発電機として機能する。ＦＣ４及びＢＡＴ８の電力は、ＡＩＮＶ３９を介してモータ５０以外の負荷装置に供給可能である。ここで負荷装置は、モータ５０に加えて、ＦＣ４用の補機と、車両用の補機とを含む。ＦＣ４用の補機とは、上述したエアコンプレッサ１４、バイパス弁１５、背圧弁１７、タンク弁２４、調圧弁２５、ＩＮＪ２６、排水弁２８、ＨＰ２９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。
ＥＣＵ３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。ＥＣＵ３は、アクセル開度センサ６、エアコンプレッサ１４、バイパス弁１５、背圧弁１７、タンク弁２４、調圧弁２５、ＩＮＪ２６、排水弁２８、ＨＰ２９、ＦＤＣ３２、及びＢＤＣ３４が電気的に接続されている。ＥＣＵ３は、アクセル開度センサ６の検出値や上述した車両用の補機及びＦＣ４用の補機の駆動状態、ＢＡＴ８の蓄電電力等に基づいて、ＦＣ４への要求出力を算出する。また、ＥＣＵ３は、ＦＣ４への要求出力に応じたＦＣ４の目標電流値を算出し、エアコンプレッサ１４やＩＮＪ２６を制御してＦＣ４に供給されるカソードガス及びアノードガスの流量を目標電流値に対応した流量に制御しつつ、ＦＤＣ３２を制御することによりＦＣ４の掃引電流値を目標電流値に制御する。また、ＥＣＵ３は、後述する回復処理を実行する制御装置の一例である。
［ＩＶ特性］
ＥＣＵ３は、ＦＣ４に供給されるカソードガスのストイキ比を制御することにより、ＦＣ４の電流－電圧特性（以下、ＩＶ特性と称する）を変更することができる。詳細には、ＦＣ４に供給されるカソードガスの流量を変更することによりカソードストイキ比を変更でき、この結果、ＦＣ４のＩＶ特性を変更できる。「ストイキ比」は、要求される発電量に基づく理論上の反応ガス量に対する供給される反応ガス量の比を示す。通常運転状態では、カソードストイキ比及びアノードストイキ比は共に十分高い状態となるようにカソードガス及びアノードガスの流量が調整され、高い効率で発電がなされる。アノードガスの流量は、所謂水素欠が発生しないように、カソードストイキ比の大きさに関わらずにアノードストイキ比が十分に高い状態に維持されるように制御されている。
図２は、ＦＣ４の通常ＩＶ曲線Ｃ１と低ＩＶ曲線Ｃ２を示したグラフである。通常ＩＶ曲線Ｃ１は、カソードストイキ比及びアノードストイキ比が十分に高い状態でのＩＶ曲線であり、通常運転状態でのＦＣ４のＩＶ特性を示している。低ＩＶ曲線Ｃ２は、通常運転状態よりもカソードストイキ比のみが低下したＦＣ４のＩＶ特性を示しており、通常運転状態よりも発電効率が低いＩＶ特性を示している。また、図２には、動作点Ｄ１、Ｄ２、Ｅ１、Ｅ２、Ｆ１、及びＦ２、目標値α、電圧値β、アイドル目標電流値Ａ１を示している。動作点Ｄ１、Ｅ１、及びＦ１は、通常ＩＶ曲線Ｃ１上での動作点を示し、動作点Ｄ２、Ｅ２、及びＦ２は、低ＩＶ曲線Ｃ２上での動作点を示している。目標値αは、詳しくは後述する回復処理での目標電圧値であり、動作点Ｆ１及びＦ２での電圧値でもある。動作点Ｅ１及びＥ２は、それぞれ通常ＩＶ曲線Ｃ１及び低ＩＶ曲線Ｃ２上で電流がゼロとなる場合での動作点である。アイドル目標電流値Ａ１は、ＦＣ４がアイドル運転に制御される場合で目標電流値である。電圧値βは、通常ＩＶ曲線Ｃ１上での動作点Ｄ１の電圧、即ち、通常運転状態でＦＣ４がアイドル運転に制御される場合での電圧値である。尚、アイドル運転は、例えば車両が一時停止中であって、ＦＣ４の発電を継続するのに最低限必要となるＦＣ４用の補機に消費される電力相当分に、所定のマージンを加えた電力を発電している状態である。
［回復処理］
ＥＣＵ３は、ＦＣ４の触媒を性能低下から回復させる回復処理を実行する。具体的には、ＦＣ４の出力電圧を、ＦＣ４の電極触媒に還元反応が生じる電圧値である目標値にまで低下させることにより、ＦＣ４の触媒の付着していた被毒物や酸化被膜を除去して、触媒を性能低下から回復させる。回復処理が実行されることにより、ＦＣ４の発電性能を回復させることができる。回復処理は、回復処理の実行要求がある場合であって、ＦＣ４が所定の運転状態にある場合に実行される。回復処理の実行要求は、例えば、以下の何れかの条件が成立する場合にあると判断される。ＦＣ４の所定の電流密度における電圧値が閾値未満の場合、前回の回復処理の実行からの経過時間が所定時間以上の場合、前回の回復処理の実行からのＦＣ４の累積運転時間が所定時間以上の場合、前回の回復処理の実行からの車両の走行距離が所定の距離以上の場合、である。
回復処理は、例えば以下のようにして実行される。通常運転状態においてＦＣ４がアイドル運転状態である動作点Ｄ１から、電圧が目標値αとなる動作点Ｆ１に移行するようにＦＣ４は制御される。動作点Ｄ１から動作点Ｆ１への移行は、カソードストイキ比及びアノードストイキ比を十分に高い状態に維持しつつＦＣ４に供給されるカソードガス及びアノードガスの流量が増大され、且つＦＣ４からの掃引電流値が動作点Ｆ１に対応した目標電流値に徐々に到達するようにＦＤＣ３２が制御されることにより実現される。尚、回復処理は、動作点Ｄ１から動作点Ｆ２に移行することにより実現してもよい。この場合、カソードストイキ比を通常運転状態よりも低下させアノードストイキ比は十分に高い状態でカソードガスの流量及びアノードガスの流量を増大させ、ＦＣ４からの掃引電流値が動作点Ｆ２に対応した目標電流値に徐々に到達するようにＦＤＣ３２が制御される。何れの場合も、ＦＣ４の電圧値が目標値αに到達することにより、触媒の付着した被毒物や酸化被膜は除去され、回復処理は完了する。目標値αは、例えば平均セル電圧で０．６Ｖ以下に設定されている。
［比較例での回復処理の完了後の制御］
図３Ａは、比較例での回復処理の完了後のＦＣの出力及び電圧の変化を示したタイミングチャートである。図３Ａでは、動作点Ｄ１、Ｆ１、Ｄ１の順に移行する場合を示している。動作点Ｄ１から回復処理が開始されると（時刻ｔ１）、ＦＣ４の出力が増大し始め、電圧は低下し始める。動作点Ｆ１に到達して電圧が目標値αに到達すると、回復処理は完了する（時刻ｔ２）。回復処理が完了すると、直ちにＦＣ４の出力は低下し電圧は増大して動作点Ｄ１に復帰する（時刻ｔ３ｘ）。このように回復処理の完了直後に直ちにＦＣ４の電圧が高圧に制御されると、ＦＣ４の触媒が高電位に晒らされて溶出する可能性がある。
［本実施例での回復処理の完了後の制御］
本実施例では、ＥＣＵ３は、回復処理の完了後にＦＣ４の電圧が高圧となることを回避するための制御を実行する。図３Ｂ及び図３Ｃは、本実施例での回復処理の完了後のＦＣ４の出力及び電圧の変化を示したタイミングチャートである。本実施例では、回復処理の完了後のＦＣ４の運転モードを、通常運転状態よりもカソードストイキ比を低下しつつ発電休止状態に制御するモード（以下、低ＩＶ休止モードと称する）、通常運転状態よりもカソードストイキ比を低下しつつアイドル運転状態に制御するモード（以下、低ＩＶアイドルモードと称する）、の何れかに切り換える。具体的には、回復処理の完了の際のＦＣ４への要求出力の大きさに応じて、ＦＣ４を低ＩＶ休止モード及び低ＩＶアイドルモードの何れかに制御する。図３Ｂは、ＦＣ４が低ＩＶ休止モードに制御される場合を示しており、具体的には動作点Ｄ１、Ｆ１、Ｅ２の順に移行する場合を示している。図３Ｃでは、ＦＣ４が低ＩＶアイドルモードに制御される場合を示しており、具体的には動作点Ｄ１、Ｆ１、Ｄ２の順に移行する場合を示している。尚、詳しくは後述するが、低ＩＶ休止モード又及び低ＩＶアイドルモードと対比させて、通常運転状態でのＦＣ４の運転モードを通常運転モードと称する。
［低ＩＶ休止モード］
図３Ｂを参照して、回復処理の完了後にＦＣ４が低ＩＶ休止モードに制御される場合について説明する。上述した比較例と同様に回復処理が完了すると（時刻ｔ２）、動作点Ｅ２に移行する（時刻ｔ３）。ここで、動作点Ｆ１から動作点Ｅ２への移行は、カソードストイキ比を通常運転状態よりも低い状態に維持しながらカソードガスの流量を徐々に減少しつつ、ＦＣ４からの掃引電流値をゼロにまで徐々に低下させてＦＣ４の発電を休止することにより実現される。これにより、通常ＩＶ曲線Ｃ１上で動作点Ｆ１から動作点Ｅ１に移行する場合よりも発電効率を低下させてＦＣ４の電圧が低い状態で、ＦＣ４を発電休止状態へと移行することができ、上述した触媒の溶出を抑制できる。尚、動作点Ｅ２の電圧値は、低ＩＶ休止モードに制御されて掃引電流値がゼロに制御された時点での目標電圧値である。この電圧値が目標電圧値となるように、カソードストイキ比、即ち、カソードガスの流量が制御されることが好ましい。
動作点Ｅ２への到達後、即ちＦＣ４の発電が休止した状態では、ＦＣ４の開放電圧が所定の目標範囲内に維持されるようにＦＣ４へ供給されるカソードガスの流量が増減制御される。具体的には、動作点Ｅ２へ到達した時点ではカソードガスの流量はゼロに制御され、所謂クロスリークによりＦＣ４の開放電圧が低下する。ＦＣ４の開放電圧が目標範囲の下限値以下となると、再びＦＣ４にカソードガスが供給されてＦＣ４の開放電圧は上昇する。ＦＣ４の開放電圧が目標範囲の上限値以上となると、再びＦＣ４へ供給されるカソードガスの流量がゼロに制御される。このような目標範囲の上限値は、上述した通常ＩＶ曲線Ｃ１上の動作点Ｅ１での電圧値よりも低い値に設定されている。
尚、動作点Ｅ２での電圧値、及び上述した開放電圧の目標範囲の上限値は、通常運転時でのアイドル運転状態での動作点Ｄ１での電圧値β未満であることが好ましい。回復処理の完了後ではＦＣ４の電圧が低い値に維持されることが好ましいからである。更に、動作点Ｅ２での電圧値、及び開放電圧の目標範囲の上限値は、平均セル電圧で０．９Ｖ以下であり、好ましくは０．８５Ｖ以下、更に好ましくは０．８Ｖ以下である。平均セル電圧が低いほど、各単セルの触媒の溶出を抑制できる。
ＦＣ４が低ＩＶ休止モードで制御されてから所定期間経過後にＦＣ４への要求出力が増大した場合には、発電が再開されカソードガス及びアノードガスの流量は増大されてＦＣ４は通常運転モードに制御される。ここで、上述した開放電圧の目標範囲の下限値が小さすぎると、発電再開時にＦＣ４のカソード極側での酸素濃度が低くなりすぎ、カソード極側での酸素濃度を上昇させるのに時間を要し、要求出力に対するＦＣ４の実際の出力の応答が遅れる可能性がある。従って、開放電圧の目標範囲の下限値は、発電再開時でのＦＣ４の応答遅れが生じない程度に設定することが好ましい。
［低ＩＶアイドルモード］
次に、回復処理の完了後にＦＣ４が低ＩＶアイドルモードに制御される場合について説明する。図３Ｃに示すように回復処理が完了すると（時刻ｔ２）、動作点Ｄ２に移行する（時刻ｔ３ａ）。ここで、動作点Ｆ１から動作点Ｄ２への移行は、カソードストイキ比を通常運転状態よりも低い状態に維持しつつカソードガスの流量を徐々に減少しつつ、ＦＣ４からの掃引電流値をアイドル目標電流値Ａ１にまで徐々に低下させることにより実現される。通常ＩＶ曲線Ｃ１上で動作点Ｆ１から動作点Ｄ１に移行する場合よりも発電効率を低下させてＦＣ４の電圧が低い状態で、ＦＣ４をアイドル運転状態へ移行させることができ、上述したＦＣ４の触媒の溶出を抑制できる。動作点Ｄ２の電圧値は、低ＩＶアイドルモードに制御されて掃引電流値がアイドル目標電流値Ａ１に制御された時点での目標電圧値である。低ＩＶアイドルモードでのＦＣ４での電圧値がこの目標電圧値となるように、カソードストイキ比、即ち、カソードガスの流量が制御されることが好ましい。動作点Ｄ２の電圧値は、上述したように平均セル電圧で０．９Ｖ以下である。
ＦＣ４が低ＩＶアイドルモードに制御された状態で所定期間経過した後にＦＣ４への要求出力が増大した場合には、カソードガス及びアノードガスの流量が増大されてＦＣ４は通常運転モードに制御される。ここで、低ＩＶアイドルモードでのＦＣ４の電圧値が小さすぎると、通常運転状態での通常ストイキ比に復帰するまでに時間を要し、要求出力に対するＦＣ４の実際の出力の応答が遅れる可能性がある。従って、低ＩＶアイドル運転状態での電圧の目標範囲の下限値は、発電再開時でのＦＣ４の応答遅れが生じない程度に設定することが好ましい。
尚、低ＩＶ休止モード及び低ＩＶアイドルモードの何れも、ＦＣ４へのカソードガスの流量が制御されることにより実現されるが、カソードガスの流量の制御は、上述したようにバイパス弁１５及び背圧弁１７の開度を調整することにより実現される。例えば、カソードガスの流量をゼロに切り換える場合には、エアコンプレッサ１４の回転速度を最低回転速度で回転を継続した状態で、上述した迂回状態に制御される。また、カソードガスの流量を増大させる場合には、背圧弁１７が排出管１２を開き、バイパス弁１５によりバイパス弁１５よりも供給管１１の上流側と下流側とを連通させる。カソードガスの流量の制御は、これに限定されず、例えばＦＣ４へカソードガスが供給され得る供給状態で、エアコンプレッサ１４の駆動を停止することによりＦＣ４へのカソードガスの流量をゼロに制御してもよい。また、開放電圧が目標範囲の上限値以上となった場合に設定されるカソードガスの目標流量はゼロに制御されるが、これに限定されず、開放電圧が低下する流量であればよい。
［本実施例の運転モード制御］
次に、ＥＣＵ３が実行する回復処理の完了後の運転モード制御について具体的に説明する。図４は、本実施例の運転モード制御の一例を示したフローチャートである。この制御は、繰り返し実行される。ＥＣＵ３は、回復処理が完了したか否かを判定する（ステップＳ１）。具体的には、回復処理の実行中であってＦＣ４の出力電圧が上述した目標値α以下になったか否かが判定される。ＦＣ４の出力電圧は、ＦＣ４に接続された不図示の電圧センサにより検出される。回復処理が実行中ではない場合や、回復処理は実行中であるがＦＣ４の出力電圧が目標値α以下ではない場合に（ステップＳ１でＮｏ）、本制御は終了する。
回復処理が完了した場合（ステップＳ１でＹｅｓ）、ＥＣＵ３はＦＣ４への要求出力Ｐが閾値Ａ未満であるか否かを判定する（ステップＳ２）。要求出力Ｐが閾値Ａ未満の場合とは、例えば車両用の補機に消費される電力消費量は少なく、ＢＡＴ８の充電残量が十分にありＢＡＴ８の充電電力により車両用の補機に消費される電力量を十分に確保することができる状態である。例えば、車両が停止状態や減速走行時、降坂路の走行時等であって、車両の空調装置は停止している状態である。閾値Ａは、第１閾値の一例である。
要求出力Ｐが閾値Ａ未満である場合（ステップＳ２でＹｅｓ）、ＥＣＵ３はＦＣ４を低ＩＶ休止モードで制御する（ステップＳ３）。これにより、ＦＣ４の触媒の溶出を抑制できる。
要求出力Ｐが閾値Ａ以上の場合（ステップＳ２でＮｏ）、ＥＣＵ３は、要求出力Ｐが閾値Ａ以上であって閾値Ｂ未満であるか否かを判定する（ステップＳ４）。要求出力Ｐが閾値Ａ以上であって閾値Ｂ未満の場合とは、例えば車両が停止状態であって車両用の補機による消費電力が比較的大きい場合である。車両用の補機による消費電力が比較的大きい場合とは、例えば車両の空調装置の設定温度と外気温度との差が大きい場合である。閾値Ｂは、第２閾値の一例である。
要求出力Ｐが閾値Ａ以上であって閾値Ｂ未満の場合（ステップＳ４でＹｅｓ）、ＥＣＵ３は、ＦＣ４を低ＩＶアイドルモードで制御する（ステップＳ５）。これにより、ＦＣ４の触媒の溶出を抑制できる。尚、ＦＣ４を低ＩＶアイドルモードに制御することにより、要求出力Ｐに対してＦＣ４の出力が不足する場合には、ＢＤＣ３４を制御することによりＢＡＴ８によりその不足分の電力を出力させてもよい。
要求出力Ｐが閾値Ａ以上であって閾値Ｂ未満ではない場合（ステップＳ４でＮｏ）、即ち、要求出力Ｐが閾値Ｂ以上の場合には、ＥＣＵ３は、ＦＣ４を通常運転モードで制御する（ステップＳ６）。要求出力Ｐが閾値Ｂ以上の場合とは、車両が走行状態であって、加速走行時や登坂路を走行している状態である。図２に示したように、ＦＣ４の出力が大きいほどＦＣ４の電圧は低下するため、ＦＣ４を通常運転モードで制御しても、ＦＣ４の電圧は高圧にまで増大せず、触媒の溶出は抑制される。
尚、ステップＳ６において、要求出力ＰよりもＦＣ４の出力を意図的に増大させることにより、ＦＣ４の電圧の増大を抑制してもよい。上述したように、ＦＣ４の出力が大きいほどＦＣ４の電圧は低下するからである。例えば、要求出力Ｐが閾値Ｂ以上であるが閾値Ｂより大きい閾値Ｃ未満である場合、即ち、本来であればアイドル運転状態での出力よりは大きいが比較的低い出力でＦＣ４が制御される場合に、意図的にＦＣ４の出力を要求出力Ｐよりも増大させることにより、ＦＣ４の電圧が高圧に制御されることを抑制できる。尚、この際に生じたＦＣ４の余剰電力は、ＢＡＴ８に充電してもよい。
［第１変形例の運転モード制御］
次に、運転モード制御の複数の変形例について説明する。図５は、第１変形例の運転モード制御の説明図である。変形例の運転モード制御では、上述した本実施例の運転モード制御と同一の処理に関しては同一の符号を付して重複する説明を省略する。
回復処理が完了した場合（ステップＳ１でＹｅｓ）、ＥＣＵ３は、ＦＣ４への要求出力ＰがＢＡＴ８により出力可能な出力上限値Ｐｖ未満であるか否かを判定する（ステップＳ２１）。出力上限値Ｐｖは、ステップＳ２１の実行の際に、ＢＡＴ８の充電残量（ＳＯＣ：State Of Charge）と、ＢＡＴ８から車両用の補機等に供給されている電力量とに基づいて算出される。
要求出力Ｐが出力上限値Ｐｖ未満の場合（ステップＳ２１でＹｅｓ）、ＥＣＵ３は、ＢＤＣ３４を制御して要求出力Ｐを満たすようにＢＡＴ８の出力を増大させ（ステップＳ３１）、ＦＣ４を低ＩＶ休止モードに制御してＦＣ４の発電を休止する（ステップＳ３）。要求出力Ｐが出力上限値Ｐｖ以上の場合（ステップＳ２１でＮｏ）、上述した本実施例と同様にステップＳ２以降の処理が実行される。上記のステップＳ２１、Ｓ３１、及びＳ３は、回復処理の完了の際のＦＣ４に対する要求出力ＰをＢＡＴ８が出力可能である場合には、ＦＣ４を発電休止状態に制御すると共に要求出力Ｐを満たすようにＢＡＴ８の出力を制御する処理の一例である。
このように、ＢＡＴ８の充電残量が多く要求出力Ｐを出力可能である場合にＦＣ４を低ＩＶ休止モードで制御してＢＡＴ８の出力を増大させることにより、回復処理の完了後にＦＣ４の電圧が高圧となることを回避できると共に、要求出力Ｐを充足させることができる。また、ＢＡＴ８により要求出力Ｐを出力可能である場合にＦＣ４を低ＩＶ休止モードで制御することにより、ＦＣ４の発電が休止される機会を多く確保できる。ここで、ＦＣ４の累積運転時間が長期化するほどＦＣ４も経年劣化して出力性能が低下するが、本変形例のようにＦＣ４の発電が休止される機会を多く確保することにより、ＦＣ４の累積運転時間を削減でき、ＦＣ４の経年劣化をも抑制できる。
尚、上述した本実施例及び第１変形例において、ＦＣ４は低ＩＶアイドルモードに制御されるが、必ずしも低ＩＶアイドルモードに制御する必要はない。例えば、通常運転モードでのアイドル運転状態でのＦＣ４の出力電圧が、触媒が溶出し得る電圧よりも低く、例えば、平均セル電圧で０．９Ｖ以下の場合には、低ＩＶアイドルモードを実施する必要はない。この場合、上述したステップＳ４を実行することなくステップＳ６を実行すればよい。
［変形例の燃料電池システム］
次に、変形例の燃料電池システム１Ａについて説明する。尚、類似する構成については類似する符号を付して重複する説明を省略する。図６は、変形例の燃料電池システム１Ａの構成図である。燃料電池システム１Ａは、２つの制御システム（以下、単にシステムと称する）２ａ及び２ｂ、及びＥＣＵ（Electronic Control Unit）３Ａを含む。システム２ａ及び２ｂは、それぞれ、ＦＣ４ａ及び４ｂ、ＢＡＴ８ａ及び８ｂ、カソードガス供給系１０ａ及び１０ｂ、アノードガス供給系２０ａ及び２０ｂ、電力制御系３０ａ及び３０ｂを含む。尚、システム２ａ及び２ｂは、それぞれ、ＦＣ４ａ及び４ｂに冷却水を循環させて冷却する不図示の冷却系を含む。ＦＣ４ａ及び４ｂは、同一の燃料電池であり、ＦＣ４ａの定格出力ＲａとＦＣ４ｂの定格出力Ｒｂとは同じであるが、これに限定されない。尚、２つのＦＣ４ａ及び４ｂが搭載される車両としては、例えばバスやトラックなどの大型自動車が考えられるが、これに限定されない。
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ＦＣ４ａ及び４ｂに供給する供給装置の一例である。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。
アノードガス供給系２０ａ及び２０ｂは、それぞれ、タンク２０Ｔａ及び２０Ｔｂ、供給管２１ａ及び２１ｂ、排出管２２ａ及び２２ｂ、循環管２３ａ及び２３ｂ、タンク弁２４ａ及び２４ｂ、調圧弁２５ａ及び２５ｂ、ＩＮＪ２６ａ及び２６ｂ、気液分離器２７ａ及び２７ｂ、排水弁２８ａ及び２８ｂ、及びＨＰ２９ａ及び２９ｂを含む。
電力制御系３０ａ及び３０ｂは、それぞれ、ＦＤＣ３２ａ及び３２ｂ、ＢＤＣ３４ａ及び３４ｂ、ＡＩＮＶ３９ａ及び３９ｂを含む。また、電力制御系３０ａ及び３０ｂは、ＭＩＮＶ３８を共用している。ＦＤＣ３２ａ及び３２ｂは、それぞれ、ＦＣ４ａ及び４ｂ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、ＢＡＴ８ａ及び８ｂからの直流電力を調整してＭＩＮＶ３８に出力する。ＦＣ４ａ及び４ｂの発電電力は、それぞれＢＡＴ８ａ及び８ｂ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５０Ａへ供給する。尚、モータ５０Ａは、上述した本実施例のモータ５０よりも駆動トルクが大きく消費電力も大きいが、これに限定されない。
ＥＣＵ３Ａは、アクセル開度センサ６、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、タンク弁２４ａ及び２４ｂ、調圧弁２５ａ及び２５ｂ、ＩＮＪ２６ａ及び２６ｂ、排水弁２８ａ及び２８ｂ、ＦＤＣ３２ａ及び３２ｂ、及び、ＢＤＣ３４ａ及び３４ｂが電気的に接続されている。ＥＣＵ３Ａは、アクセル開度センサ６の検出値や上述した車両用の補機及びＦＣ４ａ及び４ｂ用の補機の駆動状態、ＢＡＴ８ａ及び８ｂの蓄電電力等に基づいて、ＦＣ４ａ及び４ｂ全体への要求出力ＰＡを算出する。また、ＥＣＵ３Ａは、要求出力ＰＡに応じて、ＦＣ４ａ及び４ｂ用の補機等を制御して、ＦＣ４ａ及び４ｂの合計の発電電力を制御する。
［第２変形例の運転モード制御］
図７は、第２変形例の運転モード制御を示したフローチャートである。尚、第２変形例の運転モード制御は、ＦＣ４ａ及び４ｂの回復処理が同時ではなく異なるタイミングで実行されることを前提としている。例えば、ＦＣ４ａ及び４ｂの運転状態が常に同一となるように制御される場合であっても、ＦＣ４ａ及び４ｂのそれぞれの触媒の性能低下にはバラツキが生じ、ＦＣ４ａ及び４ｂの一方は回復処理の実行要求があるが、他方は回復処理の実行要求はない場合もあるからである。また、第２変形例の運転モード制御では、ＦＣ４ａ及び４ｂは同じ燃料電池であり、ＦＣ４ａの定格出力ＲａとＦＣ４ｂの定格出力Ｒｂとは同じであることを前提としている。
ＥＣＵ３Ａは、ＦＣ４ａ及び４ｂの何れか一方で実行されていた回復処理が完了したか否かを判定する（ステップＳ１ａ）。具体的には、ＦＣ４ａ及び４ｂの一方の回復処理の実行中に一方の出力電圧が回復処理の目標値α以下となったか否かが判定される。ステップＳ１ａでＮｏの場合には、本制御は終了する。
ＦＣ４ａ及び４ｂの何れか一方での回復処理が完了した場合（ステップＳ１ａでＹｅｓ）、ＥＣＵ３Ａは、要求出力ＰＡが閾値Ａａ未満であるか否かを判定する（ステップＳ２ａ）。要求出力ＰＡが閾値Ａａ未満の場合とは、例えば、ＢＡＴ８ａ及び８ｂの充電残量が十分にあり、車両用の補機に消費される電力消費量は少なく、ＢＡＴ８ａ及び８ｂの充電電力により車両用の補機に消費される電力量を十分に確保することができる状態である。例えば、車両が停止状態や減速走行時、降坂路の走行時等であって、車両の空調装置は停止している状態である。
要求出力ＰＡが閾値Ａａ未満の場合（ステップＳ２ａでＹｅｓ）、ＥＣＵ３Ａは、ＦＣ４ａ及び４ｂの双方を低ＩＶ休止モードに制御する（ステップＳ３ａ）。これにより、ＦＣ４ａ及び４ｂの何れが回復処理の完了直後であっても、ＦＣ４ａ及び４ｂの双方の電圧が高圧となることが抑制され、回復処理の完了直後のＦＣの触媒の溶出を抑制できる。
要求出力ＰＡが閾値Ａａ以上の場合（ステップＳ２ａでＮｏ）、ＥＣＵ３Ａは、要求出力ＰＡが所定値γ以下であるか否かを判定する（ステップＳ２ｂ）。所定値γは、ＦＣ４ａのみによっても出力可能であり、ＦＣ４ｂのみによっても出力可能な出力値である。即ち、ステップＳ２ｂでは、要求出力ＰＡがＦＣ４ａ単独でも、ＦＣ４ｂ単独でも出力可能であるか否かが判定される。所定値γは、具体的には、ＦＣ４ａ及び４ｂの最大出力の合計である合計最大出力Ｐｍａｘに１／２を乗算して得られた値から、所定のマージン値を減算して得られる値である。ＦＣ４ａ及び４ｂの各最大出力が同一である場合には、合計最大出力Ｐｍａｘに１／２を乗算して得られた値はＦＣ４ａ及び４ｂの何れによっても出力可能な出力値である。しかしながら、ＦＣ４ａ及び４ｂの実際の出力性能にはばらつきがあるため、合計最大出力Ｐｍａｘに１／２を乗算した値から所定のマージン値を減算して得られた値を所定値γとしている。尚、所定値γは、上述した閾値Ａａよりも大きい値である。
合計最大出力Ｐｍａｘは、例えば以下のようにしてＥＣＵ３Ａにより事前に算出される。通常運転モードで所定の出力範囲に亘ってＦＣ４ａが制御されている状態で、ＦＣ４ａの実際の出力電流値及び出力電圧値から実際の動作点を複数記憶し、記憶された複数の動作点に基づいてＦＣ４ａのＩＶ特性を推定する。この推定されたＩＶ特性に基づいて、予め定められているＦＣ４ａから掃引可能な電流値の上限値に対応する出力電圧値を推定し、この上限値と推定された出力電圧値とを乗算して得られた値が、ＦＣ４ａの最大出力として算出される。同様の方法により、ＦＣ４ｂの最大出力を算出し、ＦＣ４ａの最大出力とＦＣ４ｂの最大出力とを加算することにより、合計最大出力Ｐｍａｘが算出される。
要求出力ＰＡが所定値γ以下の場合（ステップＳ２ｂでＹｅｓ）、ＥＣＵ３Ａは、ＦＣ４ａの回復処理の完了後であるか否か、即ち、回復処理が完了したのはＦＣ４ａであるか否かを判定する（ステップＳ２ｃ）。
回復処理が完了したのはＦＣ４ａである場合（ステップＳ２ｃでＹｅｓ）、ＥＣＵ３Ａは、回復処理の完了後であるＦＣ４ａを低ＩＶ休止モードで制御し、回復処理の完了後ではないＦＣ４ｂを補償発電モードに制御する（ステップＳ３ｂ）。ＦＣ４ｂが補償発電モードに切り替えられると、ＦＣ４ａの発電が休止することによる発電電力の不足分を補うようにＦＣ４ｂの出力が制御される。これにより、ＦＣ４ｂにより要求出力ＰＡを充足しつつ、回復処理が完了したＦＣ４ａの電圧の増大を抑制でき、ＦＣ４ａの触媒の溶出を抑制できる。
回復処理が完了したのはＦＣ４ｂである場合（ステップＳ２ｃでＮｏ）、ＥＣＵ３Ａは、回復処理の完了後ではないＦＣ４ａを補償発電モードで制御し、回復処理の完了後であるＦＣ４ｂを低ＩＶ休止モードで制御する（ステップＳ３ｃ）。これにより、ＦＣ４ａにより要求出力ＰＡを充足しつつ、回復処理が完了したＦＣ４ｂの電圧の増大を抑制でき、ＦＣ４ｂの触媒の溶出を抑制できる。ステップＳ２ｂ、Ｓ２ｃ、Ｓ３ｂ、及びＳ３ｃは、複数のＦＣの何れかに対する回復処理の完了の際の複数のＦＣ全体に対する要求出力を、回復処理が完了した直後のＦＣ以外のＦＣによって出力可能である場合には、回復処理が完了した直後のＦＣを発電休止状態に制御すると共に、要求出力を満たすように回復処理が完了した直後のＦＣ以外のＦＣの出力を制御する処理の一例である。
要求出力ＰＡが所定値γよりも大きい場合（ステップＳ２ｂでＮｏ）、ＥＣＵ３Ａは、ＦＣ４ａ及び４ｂの双方を通常運転モードに制御する（ステップＳ６ａ）。即ち、要求出力ＰＡが大きい場合には、ＦＣ４ａ及び４ｂの双方とも通常運転が実施され、高い要求出力ＰＡを充足させることができる。また、この場合、回復処理の完了後である一方のＦＣも比較的高い電力で発電されるため、回復処理の完了後に一方のＦＣの電圧が高圧に制御されることも抑制される。
図８は、第２変形例の運転モード制御を示したタイミングチャートである。図８には、ＦＣ４ａ及び４ｂのそれぞれの出力と電圧と推移を示しており、ＦＣ４ａに対して回復処理が実行された場合を示している。ＦＣ４ａの回復処理が完了すると（時刻ｔ２）、ステップＳ２ｂ及び２ｃでＹｅｓの場合には、ＦＣ４ａ及び４ｂはそれぞれ低ＩＶ休止モード及び補償発電モードで制御され、ＦＣ４ｂの出力は増大を開始し電圧は低下を開始する（時刻ｔ３）。ＦＣ４ｂの出力が増大されるため、ＦＣ４ａの発電が休止されても、要求出力を充足することができる。
尚、ステップＳ６ａでは、ＦＣ４ａ及び４ｂの出力が同じとなるように制御することに限定されない。例えば要求出力ＰＡを充足するように、ＦＣ４ａ及び４ｂのうち回復処理が完了した一方の出力が他方の出力よりも大きくなるように、ＦＣ４ａ及び４ｂの出力を制御してもよい。これにより、要求出力ＰＡを充足しつつ、ＦＣ４ａ及び４ｂのうち回復処理の完了した一方の電圧が高圧となることが抑制され、ＦＣ４ａ及び４ｂのうち回復処理が完了した一方の触媒の溶出を抑制できる。また、ＦＣ４ａ及び４ｂの一方が低ＩＶアイドルモードで制御しても他方の出力により要求出力ＰＡを満たすことができる場合には、ＦＣ４ａ及び４ｂのうち回復処理が完了した一方を低ＩＶアイドルモードに制御し、他方を通常運転モードに制御してもよい。
ＦＣ４ａ及び４ｂのそれぞれの定格出力Ｒａ及びＲｂは同じであるため、ステップＳ２ｂにおいて、所定値γは、例えばこの定格出力から所定のマージン値を減算した値であってもよい。マージン値は、ＦＣ４ａ及び４ｂの実際の出力性能のばらつきや低下等を考慮して定めることが好ましい。
ステップＳ２ｂにおいて、例えば定格出力が同一であるＦＣをｎ個（ｎ≧３）備えているシステムでは、ｎ個のＦＣの最大出力の合計をＰｎｍａｘとすると、所定値γは、｛（ｎ－１）／ｎ｝×Ｐｎｍａｘから所定のマージン値を減算した値に設定してもよい。これにより、ＦＣを３つ以上備えたシステムにおいて、回復処理が完了した直後のＦＣ以外のＦＣにより要求出力を充足させることができるか否かを判定することができ、肯定判定の場合には回復処理が完了した直後のＦＣ以外のＦＣにより要求出力を充足しつつ、回復処理が完了した直後のＦＣを低ＩＶ休止モードで制御することにより、回復処理が完了した直後のＦＣの電圧が高圧となることを回避できる。
［第３変形例の運転モード制御］
図９は、第３変形例の運転モード制御を示したフローチャートである。第３変形例の運転モード制御は、ＦＣ４ａ及び４ｂの回復処理は同じタイミングで実行されることを前提としている。例えば、ＦＣ４ａ及び４ｂの一方のみに対して回復処理の実行要求が生じた場合に、双方とも回復処理を実行する場合である。また、第３変形例の運転モード制御では、ＦＣ４ａ及び４ｂは同じ燃料電池であることを前提としている。
ＥＣＵ３Ａは、ＦＣ４ａ及び４ｂの双方に対して実行されていた回復処理が完了したか否かを判定する（ステップＳ１ｂ）。具体的には、ＦＣ４ａ及び４ｂの回復処理の実行中に各出力電圧が目標値α以下となったか否かを判定する。ＦＣ４ａ及び４ｂの双方とも回復処理の実行要求がない場合や、回復処理の実行中であるが完了前の場合（ステップＳ１ｂでＮｏ）、本制御は終了する。
ＦＣ４ａ及び４ｂの双方の回復処理が完了し（ステップＳ１ｂでＹｅｓ）、要求出力ＰＡが閾値Ａａ以上であり（ステップＳ２ａでＮｏ）、要求出力ＰＡが所定値γ以下の場合（ステップＳ２ｂでＹｅｓ）、ＥＣＵ３Ａは、ＦＣ４ａの方がＦＣ４ｂよりも出力性能が低下しているか否かを判定する（ステップＳ２ｄ）。
ＥＣＵ３Ａは、ＦＣ４ａ及び４ｂの出力性能を以下のようにして事前に取得する。ＦＣ４ａ及び４ｂの双方とも高出力状態であって掃引電流値が同じであり且つその他の運転条件も同じ状態で所定期間以上継続している間に、ＥＣＵ３ＡはＦＣ４ａ及び４ｂの各出力電圧値を記憶する。この記憶した電圧値が出力性能を示す指標として用いられる。ＥＣＵ３Ａは、記憶した電圧値が低い方のＦＣを出力性能が低下していると判定する。ここで、ＦＣ４ａ及び４ｂの双方とも高出力状態で所定期間以上継続することにより、電圧が低下し且つ生成水量が増大するため、ＦＣ４ａ及び４ｂ内の乾燥や触媒への被毒物や酸化被膜等による可逆的な性能低下を解消できる。従って、上述した状態で記憶された電圧値には、ＦＣ４ａ及び４ｂの経年劣化による不可逆的な性能低下の度合が反映されている。尚、ＦＣ４ａ及び４ｂの運転条件が同一である場合とは、例えばＦＣ４ａ及び４ｂのそれぞれ供給されるカソードガスの流量やアノードガスの流量が同じに制御され、循環管２３ａ及び２３ｂ内の圧力差が所定値以下であり略同じとみなせる場合である。また、ＦＣ４ａ及び４ｂの出力性能を取得する方法は上記に限定されない。
ＦＣ４ａの方がＦＣ４ｂよりも出力性能が低下している場合（ステップＳ２ｄでＹｅｓ）、ＥＣＵ３Ａは、出力性能が低下しているＦＣ４ａを低ＩＶ休止モードで制御し、ＦＣ４ｂを補償発電モードに制御する（ステップＳ３ｂ）。ＦＣ４ｂの方がＦＣ４ａよりも出力性能が低下している場合（ステップＳ２ｄでＮｏ）、ＥＣＵ３Ａは、ＦＣ４ａを補償発電モードで制御し、出力性能が低下しているＦＣ４ｂを低ＩＶモードに制御する（ステップＳ３ｃ）。これにより、出力性能が低下しているＦＣの発電を休止することにより累積運転期間を削減でき、出力性能が低下しているＦＣの更なる経年劣化を抑制できる。また、出力性能が高いＦＣを発電させることにより、発電効率の高いＦＣを発電でき、燃費が向上する。ステップＳ２ｂ、Ｓ２ｄ、Ｓ３ｂ、及びＳ３ｃは、複数のＦＣの何れもが回復処理を完了した際の複数のＦＣ全体に対する要求出力を、複数のＦＣのうち最も出力性能が低下しているＦＣ以外のＦＣによって出力可能である場合には、複数のＦＣのうち最も出力性能が低下しているＦＣを発電休止状態に制御し、要求出力を満たすように最も出力性能が低下しているＦＣ以外のＦＣの出力を制御する処理の一例である。
図１０は、第３変形例の運転モード制御を示したタイミングチャートである。図１０には、ＦＣ４ａ及び４ｂのそれぞれの出力と電圧と推移を示しており、ＦＣ４ａ及び４ｂの双方に対して回復処理が実行され、且つＦＣ４ａの出力性能がＦＣ４ｂよりも低下している場合を示している。ＦＣ４ａ及び４ｂの何れの電圧も目標値α以下となると回復処理は完了し（時刻ｔ２）、出力性能が低下しているＦＣ４ａの発電が休止され、出力性能の高いＦＣ４ｂの出力が増大される。
尚、ＦＣ４ａ及び４ｂのそれぞれの回復処理が異なるタイミングで実行される場合と、同一のタイミングで実行される場合との何れの場合もあり得る場合には、以下のような運転モード制御を実行してもよい。ＦＣ４ａ及び４ｂの一方のみの回復処理の完了後であるか否かを判定し、肯定判定の場合には、図７に示したステップＳ２ａ以降の処理を実行し、否定判定の場合には、ＦＣ４ａ及び４ｂの双方の回復処理の完了後であるか否かを判定する。ＦＣ４ａ及び４ｂの双方の回復処理の完了後ではない場合には、本制御を終了し、ＦＣ４ａ及び４ｂの双方の回復処理の完了後である場合には、図９に示したステップＳ２ａ以降の処理を実行してもよい。
例えば定格出力が同一のＦＣを３つ以上備えている場合には、ステップＳ２ｄ、Ｓ３ｂ、及びＳ３ｃにおいて、最も出力性能が低下しているＦＣのみを低ＩＶ休止モードに制御し、残りのＦＣを補償発電モードに制御してもよい。
［第４変形例の運転モード制御］
第４変形例の運転モード制御について説明する。第４変形例の運転モード制御は、ＦＣ４ａ及び４ｂの回復処理は異なるタイミングで実行されることを前提とし、更にＦＣ４ａ及び４ｂは異なる燃料電池であって定格出力Ｒａ及びＲｂも異なっており、ＦＣ４ａの最大出力ＰａｍａｘとＦＣ４ｂの最大出力Ｐｂｍａｘも異なっていることを前提とする。
図１１は、第４変形例の運転モード制御を示したフローチャートである。ＦＣ４ａ及び４ｂの何れか一方での回復処理が完了し（ステップＳ１ａでＹｅｓ）、要求出力ＰＡが閾値Ａａ以上であり（ステップＳ２ａでＮｏ）、回復処理が完了したのはＦＣ４ａである場合（ステップＳ２ｃでＹｅｓ）、ＥＣＵ３Ａは、要求出力ＰＡが、ＦＣ４ｂの最大出力Ｐｂｍａｘから所定のマージン値ｄを減算して得られた値以下であるか否かを判定する（ステップＳ２ｅ）。ステップＳ２ｅは、ＦＣ４ａの回復処理の完了の際の要求出力ＰＡを、ＦＣ４ｂのみによって出力可能であるか否かを判定する処理である。
ＦＣ４ｂの最大出力Ｐｂｍａｘとは、例えば以下のようにしてＥＣＵ３Ａにより事前に算出される。通常運転モードで所定の出力範囲に亘ってＦＣ４ｂが制御されている状態で、ＦＣ４ａの実際の出力電流値及び出力電圧値から実際の動作点を複数記憶し、記憶された複数の動作点に基づいてＦＣ４ｂのＩＶ特性を推定する。この推定されたＩＶ特性に基づいて、予め定められているＦＣ４ｂから掃引可能な電流値の最大値に対応する出力電圧値を推定し、この掃引可能な電流値と推定された出力電圧値とを乗算して得られた値が、ＦＣ４ｂの最大出力Ｐｂｍａｘとして算出される。
要求出力ＰＡが、最大出力Ｐｂｍａｘからマージン値ｄを減算して得られた値以下の場合（ステップＳ２ｅでＹｅｓ）、ＦＣ４ａは低ＩＶ休止モードで制御され、ＦＣ４ｂは補償発電モードで制御される（ステップＳ３ｂ）。要求出力ＰＡが、最大出力Ｐｂｍａｘからマージン値ｄを減算して得られた値よりも大きい場合（ステップＳ２ｅでＮｏ）、ＦＣ４ａ及び４ｂの双方は通常運転モードで制御される（ステップＳ６ａ）。即ち、ＦＣ４ａの回復処理の完了の際の要求出力ＰＡがＦＣ４ｂのみにより出力可能である場合には、ＦＣ４ａの発電を休止しつつＦＣ４ｂは要求出力ＰＡを充足するように出力が増大される。
回復処理が完了したのはＦＣ４ｂである場合（ステップＳ２ｃでＮｏ）、ＥＣＵ３Ａは、要求出力ＰＡがＦＣ４ａの最大出力Ｐａｍａｘから所定のマージン値ｅを減算して得られた値以下であるか否かを判定する（ステップＳ２ｆ）。ステップＳ２ｆは、ＦＣ４ｂの回復処理の完了の際の要求出力ＰＡを、ＦＣ４ａのみによって出力可能であるか否かを判定する処理である。ＦＣ４ａの最大出力Ｐａｍａｘは、ＦＣ４ｂの最大出力Ｐｂｍａｘと同様の方法により、ＥＣＵ３Ａにより事前に取得されている。
要求出力ＰＡが、最大出力Ｐａｍａｘから所定のマージン値ｅを減算して得られた値以下の場合（ステップＳ２ｆでＹｅｓ）、ＦＣ４ａは補償発電モードで制御され、ＦＣ４ｂは低ＩＶ休止モードで制御される（ステップＳ３ｃ）。要求出力ＰＡが、最大出力Ｐａｍａｘからマージン値ｅを減算して得られた値よりも大きい場合（ステップＳ２ｆでＮｏ）、ＦＣ４ａ及び４ｂの双方は通常運転モードで制御される（ステップＳ６ａ）。即ち、ＦＣ４ｂの回復処理の完了の際の要求出力ＰＡがＦＣ４ａのみにより出力可能である場合には、ＦＣ４ｂの発電を休止しつつＦＣ４ａは要求出力ＰＡを充足するように出力が増大される。ステップＳ２ｃ、Ｓ２ｅ、Ｓ２ｆ、Ｓ３ｂ、及びＳ３ｃは、複数のＦＣの何れかに対する回復処理の完了の際の複数のＦＣ全体に対する要求出力を、回復処理が完了した直後のＦＣ以外のＦＣによって出力可能である場合には、回復処理が完了した直後のＦＣを発電休止状態に制御すると共に、要求出力を満たすように回復処理が完了した直後のＦＣ以外のＦＣの出力を制御する処理の一例である。
以上のように、ＦＣ４ａ及び４ｂのそれぞれの定格出力Ｒａ及びＲｂが異なっており、それぞれの最大出力Ｐａｍａｘ及びＰｂｍａｘも異なっている場合においても、回復処理が完了した直後にそのＦＣの電圧が高圧となることを抑制して触媒の溶出を抑制できる。
尚、定格出力Ｒａ及びＲｂが異なっている場合においては、ステップＳ６ａでは、定格出力Ｒａに対するＦＣ４ａの実際の出力の割合と、定格出力Ｒｂに対するＦＣ４ｂの実際に出力の割合とを同じに制御することに限定されない。例えば、ＦＣ４ａの回復処理が完了してステップＳ２ｅでＮｏと判定された後のステップＳ６ａでは、定格出力Ｒａに対するＦＣ４ａの実際の出力の割合を、定格出力Ｒｂに対するＦＣ４ｂの実際の出力の割合よりも大きくし、且つＦＣ４ａ及び４ｂの合計の出力が要求出力ＰＡを充足するように、ＦＣ４ａ及び４ｂの出力を制御してもよい。ＦＣ４ｂの回復処理が完了してステップＳ２ｆでＮｏと判定された後のステップＳ６ａでは、定格出力Ｒｂに対するＦＣ４ｂの実際の出力の割合を、定格出力Ｒａに対するＦＣ４ａの実際の出力の割合よりも大きくし、且つＦＣ４ａ及び４ｂの合計の出力が要求出力ＰＡを充足するように、ＦＣ４ａ及び４ｂの出力を制御してもよい。これにより、要求出力ＰＡを充足しつつ、ＦＣ４ａ及び４ｂのうち回復処理の完了した一方のＦＣの出力が増大されて一方のＦＣの電圧が高圧に制御されることが抑制され、一方のＦＣの触媒の溶出を抑制できる。
［第５変形例の運転モード制御］
第５変形例の運転モード制御について説明する。第５変形例の運転モード制御は、ＦＣ４ａ及び４ｂの回復処理が同じタイミングで実行されることを前提とし、且つＦＣ４ａ及び４ｂのそれぞれの定格出力Ｒａ及びＲｂが異なっており、ＦＣ４ａの最大出力ＰａｍａｘとＦＣ４ｂの最大出力Ｐｂｍａｘとが異なっていることを前提とする。
図１２は、第５変形例の運転モード制御を示したフローチャートである。ＦＣ４ａ及び４ｂの双方の回復処理が完了し（ステップＳ１ｂでＹｅｓ）、要求出力ＰＡが閾値Ａａ以上の場合（ステップＳ２ａでＮｏ）、ＥＣＵ３Ａは、ＦＣ４ａの方がＦＣ４ｂよりも出力性能が低下しているか否かを判定する（ステップＳ２ｄ１）。
ここで、ＦＣ４ａ及び４ｂのそれぞれの定格出力Ｒａ及びＲｂは異なっているため、ステップＳ２ｄ１の判定は、具体的には以下のように行う。上述したステップＳ２ｄと同様の手法でＦＣ４ａ及び４ｂの各出力性能を算出する。次に、ＦＣ４ａの定格出力Ｒａに対するＦＣ４ａの出力性能の割合を算出し、ＦＣ４ｂの定格出力Ｒｂに対するＦＣ４ｂの出力性能の割合を算出する。このように算出された割合が小さい方のＦＣは、他方のＦＣよりも出力性能が低下していると判定される。
ＦＣ４ａの方がＦＣ４ｂよりも出力性能が低下しており（ステップＳ２ｄ１でＹｅｓ）、要求出力ＰＡが、最大出力Ｐｂｍａｘからマージン値ｄを減算して得られた値以下の場合（ステップＳ２ｅでＹｅｓ）、ＦＣ４ａは低ＩＶ休止モードで制御され、ＦＣ４ｂは補償発電モードで制御される（ステップＳ３ｂ）。要求出力ＰＡが、最大出力Ｐｂｍａｘからマージン値ｄを減算して得られた値よりも大きい場合（ステップＳ２ｅでＮｏ）、ＦＣ４ａ及び４ｂは通常運転モードで制御される（ステップＳ６ａ）。即ち、ＦＣ４ａの方がＦＣ４ｂよりも出力性能が低く、要求出力ＰＡがＦＣ４ｂのみにより出力可能である場合には、ＦＣ４ａの発電を休止しつつＦＣ４ｂは要求出力ＰＡを充足するように出力が増大される。
ＦＣ４ｂの方がＦＣ４ａよりも出力性能が低下しており（ステップＳ２ｄ１でＮｏ）、要求出力ＰＡが、最大出力Ｐａｍａｘからマージン値ｅを減算して得られた値以下の場合（ステップＳ２ｆでＹｅｓ）、ＦＣ４ａは補償発電モードで制御され、ＦＣ４ｂは低ＩＶ休止モードで制御される（ステップＳ３ｃ）。要求出力ＰＡが、最大出力Ｐａｍａｘからマージン値ｅを減算して得られた値よりも大きい場合（ステップＳ２ｆでＮｏ）、ＦＣ４ａ及び４ｂは通常運転モードで制御される（ステップＳ６ａ）。即ち、ＦＣ４ｂの方がＦＣ４ａよりも出力性能が低く、要求出力ＰＡがＦＣ４ａのみにより出力可能である場合には、ＦＣ４ｂの発電を休止しつつＦＣ４ａは要求出力ＰＡを充足するように出力が増大される。ステップＳ２ｄ１、Ｓ２ｅ、Ｓ２ｆ、Ｓ３ｂ、及びＳ３ｃは、複数のＦＣの何れもが回復処理を完了した際の複数のＦＣ全体に対する要求出力を、複数のＦＣのうち最も出力性能が低下しているＦＣ以外のＦＣによって出力可能である場合には、複数のＦＣのうち最も出力性能が低下しているＦＣを発電休止状態に制御し、要求出力を満たすように最も出力性能が低下しているＦＣ以外のＦＣの出力を制御する処理の一例である。
尚、定格出力Ｒａ及びＲｂが異なっており、ＦＣ４ａ及び４ｂのそれぞれの回復処理が異なるタイミングで実行される場合と、同一のタイミングで実行される場合との何れの場合もあり得る場合には、以下のような運転モード制御を実行してもよい。ＦＣ４ａ及び４ｂの一方のみの回復処理の完了後であるか否かを判定し、肯定判定の場合には、図１１に示したステップＳ２ａ以降の処理を実行し、否定判定の場合には、ＦＣ４ａ及び４ｂの双方の回復処理の完了後であるか否かを判定する。ＦＣ４ａ及び４ｂの双方の回復処理の完了後ではない場合には、本制御を終了し、ＦＣ４ａ及び４ｂの双方の回復処理の完了後である場合には、図１２に示したステップＳ２ａ以降の処理を実行してもよい。
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。
３、３Ａ ＥＣＵ（制御装置）
４、４ａ、４ｂ 燃料電池
１０、１０ａ、１０ｂ カソードガス供給系（供給装置）

Claims (4)

  1. 燃料電池と、
    前記燃料電池にカソードガスを供給する供給装置と、
    前記燃料電池の出力電流を増大させ出力電圧を低下させることにより前記燃料電池の触媒を性能低下から回復させる回復処理を実行する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、実行されていた前記回復処理が完了した際に、前記供給装置を制御することにより、前記回復処理の実行前の通常運転状態よりも前記カソードガスのストイキ比を低下させつつ前記燃料電池を発電休止状態に制御し、前記供給装置を制御して前記燃料電池に供給される前記カソードガスの流量を増減制御することにより、前記燃料電池の開放電圧を所定の目標範囲内に維持し、
    前記燃料電池を複数備え、
    前記供給装置は、複数の前記燃料電池に前記カソードガスを供給し、
    前記制御装置は、複数の前記燃料電池の何れかに対する前記回復処理の完了の際の複数の前記燃料電池全体に対する要求出力を、前記回復処理が完了した直後の前記燃料電池以外の前記燃料電池によって出力可能である場合には、前記回復処理が完了した直後の前記燃料電池を前記発電休止状態に制御すると共に、前記要求出力を満たすように前記回復処理が完了した直後の前記燃料電池以外の前記燃料電池の出力を制御する、燃料電池システム。
  2. 燃料電池と、
    前記燃料電池にカソードガスを供給する供給装置と、
    前記燃料電池の出力電流を増大させ出力電圧を低下させることにより前記燃料電池の触媒を性能低下から回復させる回復処理を実行する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、実行されていた前記回復処理が完了した際に、前記供給装置を制御することにより、前記回復処理の実行前の通常運転状態よりも前記カソードガスのストイキ比を低下させつつ前記燃料電池を発電休止状態に制御し、前記供給装置を制御して前記燃料電池に供給される前記カソードガスの流量を増減制御することにより、前記燃料電池の開放電圧を所定の目標範囲内に維持し、
    前記燃料電池を複数備え、
    前記供給装置は、複数の前記燃料電池に前記カソードガスを供給し、
    前記制御装置は、複数の前記燃料電池の何れもが前記回復処理を完了した際の複数の前記燃料電池全体に対する要求出力を、複数の前記燃料電池のうち最も出力性能が低下している前記燃料電池以外の前記燃料電池によって出力可能である場合には、複数の前記燃料電池のうち最も出力性能が低下している前記燃料電池を前記発電休止状態に制御し、前記要求出力を満たすように最も出力性能が低下している前記燃料電池以外の前記燃料電池の出力を制御する、燃料電池システム。
  3. 前記制御装置は、前記供給装置を制御することにより、前記発電休止状態での前記燃料電池の開放電圧を、前記通常運転状態でのアイドル運転状態での前記燃料電池の出力電圧未満に制御する、請求項１又は２の燃料電池システム。
  4. 前記制御装置は、前記供給装置を制御することにより、前記発電休止状態での前記燃料電池の平均セル電圧を０．９Ｖ以下に制御する、請求項１乃至３の何れかの燃料電池システム。
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