JP7327378B2 - 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。
並列接続された複数の燃料電池を含む燃料電池ユニットへの要求出力が低い場合、これら複数の燃料電池の発電が休止され、要求出力が増大すると複数の燃料電池の発電が再開される。このような要求出力に対する燃料電池の発電再開時での出力の応答性を確保するために、発電休止状態でも各燃料電池への反応ガスの供給量を調整して各燃料電池の開放電圧を上限値及び下限値の間に維持する（例えば特許文献１参照）。
特開２０２０－０６１２２８号
複数の燃料電池が直列に接続されている場合にも、要求出力に対する燃料電池の発電再開時での出力の応答性が求められる。
そこで、発電再開時での出力の応答性に優れ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、複数の同一の単セルが積層され互いに直列に接続され負荷装置に電力を供給する第１～第ｎ（ｎ≧２）燃料電池、を含む燃料電池ユニットと、前記第１～第ｎ燃料電池のそれぞれにカソードガスを独立に供給する第１～第ｎ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替装置を前記接続状態から前記切断状態に切替え、前記第１～第ｎ供給系をそれぞれ制御することにより前記第１～第ｎ燃料電池にそれぞれ供給されるカソードガスの流量を制御する制御装置と、を備え、前記第ｎ燃料電池の前記単セルの積層枚数は、前記第１～第ｎ―１燃料電池のそれぞれの前記単セルの積層枚数以上であり、前記制御装置は、前記切断状態において、前記第１～第ｎ－１燃料電池のそれぞれの開放電圧である第１～第ｎ－１開放電圧と、前記燃料電池ユニットのトータルの開放電圧であるトータル開放電圧とを取得する取得部と、前記第１～第ｎ－１開放電圧がそれぞれ第１～第ｎ－１下限値以下となった場合には、前記第１～第ｎ－１開放電圧がそれぞれ上昇するように前記第１～第ｎ－１燃料電池へそれぞれ供給されるカソードガスの流量を第１～第ｎ－１大流量に制御し、前記第１～第ｎ－１開放電圧がそれぞれ第１～第ｎ－１上限値以上となった場合には、前記第１～第ｎ―１開放電圧がそれぞれ低下するように前記第１～第ｎ－１燃料電池へそれぞれ供給されるカソードガスの流量を前記第１～第ｎ－１大流量よりもそれぞれ小さい第１～第ｎ―１小流量に制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記トータル開放電圧が第ｎ下限値以下となった場合には、前記トータル開放電圧が上昇するように前記第ｎ燃料電池へ供給されるカソードガスの流量を第ｎ大流量に制御し、前記トータル開放電圧が第ｎ上限値以上となった場合には、前記トータル開放電圧が低下するように前記第ｎ燃料電池へ供給されるカソードガスの流量を前記第ｎ大流量よりも小さい第ｎ小流量に制御し、前記第ｎ下限値を前記燃料電池ユニットの全体の前記単セルの積層枚数で除算した値は、前記第１～第ｎ－１下限値のそれぞれを前記第１～第ｎ－１燃料電池のそれぞれの前記単セルの積層枚数で除算した値より大きい、燃料電池システムによって達成できる。
前記制御部は、前記切替装置が前記接続状態から前記切断状態に切り替えられてから前記トータル開放電圧の初回の上昇中に、前記トータル開放電圧が前記第ｎ上限値となる前に、前記第ｎ燃料電池へ供給されるカソードガスの流量を前記第ｎ小流量に切り替えてもよい。
前記制御部は、前記切替装置が前記接続状態から前記切断状態に切り替えられてから前記第１～第ｎ－１開放電圧のうちの一つの開放電圧の初回の低下中に、前記一つの開放電圧が対応する下限値となる前に、前記一つの開放電圧に対応する燃料電池へ供給されるカソードガスの流量を対応する大流量に切り替えてもよい。
前記制御部は、前記トータル開放電圧が前記第ｎ下限値以下となった場合であって、前記第１～第ｎ－１開放電圧の少なくとも一つが対応する上限値及び下限値の間の所定値以上の場合に、前記第ｎ燃料電池へ供給されるカソードガスの流量を前記第ｎ大流量に切り替えてもよい。
前記第１～第ｎ－１開放電圧のうち何れかの開放電圧が対応する下限値となるタイミングを第１タイミングとし、前記第１～第ｎ－１開放電圧と前記トータル開放電圧のうち２つの開放電圧の一方が対応する下限値となるタイミングを第２タイミングとし、前記２つの開放電圧の他方が対応する下限値となるタイミングを第３タイミングとし、前記第１タイミング同士の時間間隔をＴとし、前記第２タイミングと、前記第２タイミングに隣接しており前記第２タイミングの後の前記第３タイミングとの時間間隔をＵとし、（１／２ｎ）＞（Ｕ／Ｔ）の場合には、前記制御部は、前記一方の開放電圧の低下中であって対応する下限値となる前に前記一方の開放電圧に対応する燃料電池へ供給されるカソードガスの流量を対応する大流量に切り替え、（Ｕ／Ｔ）＞（３／２ｎ）の場合には、前記制御部は、前記他方の開放電圧の低下中であって対応する下限値となる前に前記他方の開放電圧に対応する燃料電池へ供給されるカソードガスの流量を対応する大流量に切り替えてもよい。
前記第１～第ｎ小流量のそれぞれを前記第１～第ｎ燃料電池のそれぞれの前記単セルの積層枚数で除算した値は、同じであってもよい。
前記ｎ＝２であってもよい。
前記ｎ＝３であってもよい。
発電再開時での出力の応答性に優れた燃料電池システムを提供できる。
図１は、車両に搭載された第１実施例の燃料電池システムの構成図である。 図２は、第１実施例での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、第１実施例での各電圧値を示した表である。 図４は、第１実施例の発電制御の一例を示したフローチャートである。 図５は、第１実施例のＦＣ４－１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、第１実施例のＦＣ４－２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７は、第２実施例での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８は、第２実施例での各電圧値を示した表である。 図９は、第２実施例でのＦＣ４－１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１０は、第２実施例のＦＣ４－２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１１は、第３実施例のＦＣ４－２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１２は、第４実施例での開放電圧制御の説明図である。 図１３は、第４実施例のＦＣ４－１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１４は、第４実施例のＦＣ４－２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１５は、第５実施例の燃料電池システムの概略構成図である。 図１６は、比較例の燃料電池システムの概略構成図である。 図１７Ａは、第５実施例での各電圧値を示した表であり、図１７Ｂは、比較例での各電圧値を示した表である。 図１８は、第６実施例の燃料電池システムの概略構成図である。 図１９は、第７実施例の燃料電池システムの概略構成図である。
［第１実施例］
［燃料電池システムの構成］
図１は、車両に搭載された第１実施例の燃料電池システム１の概略構成図である。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）４－１及び４－２、二次電池（以下、ＢＡＴと称する）８、カソードガス供給系１０－１及び１０ー２、電力制御系３０を含む。尚、燃料電池システム１は、ＦＣ４－１及び４－２のそれぞれにアノードガスを独立して供給可能な不図示のアノードガス供給系、ＦＣ４－１及び４－２のそれぞれ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、アクセル開度センサ６や走行用のモータ５０、モータ５０により駆動される不図示の車輪が設けられている。
ＦＣ４－１及び４－２のそれぞれは、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る。ＦＣ４－１及び４－２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。第１実施例でのＦＣ４－１及び４－２は、同一の単セルが同じ枚数だけ積層されている、同一の燃料電池である。具体的には、ＦＣ４－１及び４－２には、それぞれ１００枚の単セルが積層されている。尚、同一の単セルとは、大きさや形状、材質が同じことを意味する。ＦＣ４－１及び４－２は、電気的に直列接続されている。ＦＣ４－１及び４－２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１０－１及び１０ー２は、それぞれ、カソードガスとして酸素を含む空気をＦＣ４－１及び４－２に独立して供給可能な第１及び第２供給系の一例である。具体的には、カソードガス供給系１０－１及び１０－２のそれぞれは、供給管１１、排出管１２、バイパス管１３、エアクリーナ１４、エアコンプレッサ１５、バイパス弁１６、インタークーラ１７、及び背圧弁１８を含む。カソードガス供給系１０－１及び１０－２は同じ構成であるため、以下では主にカソードガス供給系１０－１について説明する。
カソードガス供給系１０－１に関して、供給管１１はＦＣ４－１のカソード入口マニホールドに接続され、排出管１２はＦＣ４－１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１６は、供給管１１とバイパス管１３との接続部分に設けられており、供給管１１とバイパス管１３との連通状態を切り替える。エアクリーナ１４、エアコンプレッサ１５、バイパス弁１６、及びインタークーラ１７は、供給管１１上に上流側から順に配置されている。背圧弁１８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。エアクリーナ１４は、フィルタにより空気中の塵等の異物を除去する。エアコンプレッサ１５は、エアクリーナ１４により異物が除去された空気を、供給管１１を介してＦＣ４－１に供給する。ＦＣ４－１に供給されたカソードガスは、ＦＣ４－１の発電に使用された後、排出管１２を介して排出される。インタークーラ１７は、ＦＣ４－１に供給されるカソードガスを冷却する。背圧弁１８は、ＦＣ４－１のカソード側の背圧を調整する。尚、上述したようにカソードガス供給系１０－２もカソードガス供給系１０－１と同様に構成され、カソードガス供給系１０－２の供給管１１及び排出管１２はそれぞれＦＣ４－２のカソード入口マニホールド及びカソード出口マニホールドに接続されている。
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、モータ５０に接続されたインバータ（以下、ＩＮＶと称する）３８を含む。ＦＤＣ３２は、ＦＣ４－１及び４－２からの直流電力を調整してＩＮＶ３８に出力する。ＢＡＴ８は、直流電力をＩＮＶ３８に出力する。ＦＣ４－１及び４－２の発電電力は、それぞれＢＡＴ８に蓄電可能である。ＩＮＶ３８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、不図示の車輪を駆動して車両を走行させる。ＦＤＣ３２及びＢＡＴ８と、ＩＮＶ３８との間には、これらの電気的に接続状態又は切断状態に切替え可能な切替スイッチ３６が設けられている。尚、切替スイッチ３６とＢＡＴ８との間に、ＢＡＴ８からの直流電力を調整するコンバータを設けてもよい。
ＦＣ４－１及び４－２やＢＡＴ８の電力は、負荷装置の一例であるモータ５０に供給可能である。ここで負荷装置は、モータ５０以外に、ＦＣ４－１及び４－２用の補機と、車両用の補機とを含む。ＦＣ４－１及び４－２用の補機とは、上述したカソードガス供給系１０－１及び１０－２のそれぞれのエアコンプレッサ１５、バイパス弁１６、背圧弁１８を含む。車両用の補機は、例えば空調装置や、照明装置、ハザードランプ等を含む。
ＦＣ４－１には、ＦＣ４－１の電圧を検出する電圧センサＳ１が設けられている。また、ＦＣ４－１及び４－２の合計の電圧、即ち、燃料電池ユニット全体のトータルの電圧を検出する電圧センサＳｔが設けられている。
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１５、バイパス弁１６、背圧弁１８、ＦＤＣ３２、切替スイッチ３６、電圧センサＳ１及びＳｔ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ＦＣ４－１及び４－２用の補機の駆動状態、ＢＡＴ８の蓄電電力等に基づいて、ＦＣ４－１及び４－２全体への要求出力Ｐを算出する。また、ＥＣＵ３は、要求出力Ｐに応じて、ＦＣ４－１及び４－２用の補機等を制御して、ＦＣ４－１及び４－２の合計の発電電力を制御する。尚、要求出力Ｐは、ＦＣ４－１及び４－２である燃料電池ユニット全体に要求される出力であり、ＢＡＴ８等の燃料電池以外に要求される出力は含まない。
［開放電圧］
ＥＣＵ３は、ＦＣ４－１の開放電圧、及びＦＣ４－１及び４－２のトータルの開放電圧（以下、トータル開放電圧と称する）を制御する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取得部及び制御部により実行される。
例えばアクセル開度が低下すると、要求出力Ｐも低下する。要求出力Ｐが後述する閾値Ｐα以下になると、切替スイッチ３６によりＦＣ４－１及び４－２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、ＦＣ４－１及び４－２が負荷装置から電気的に切断された切断状態では、ＦＣ４－１及び４－２は発電が一時的に休止した発電休止状態となる。発電休止状態ではＦＣ４－１及び４－２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、切替スイッチ３６によりＦＣ４－１及び４－２と負荷装置とが電気的に接続され、ＦＣ４－１及び４－２は通常発電状態に復帰する。これにより、ＦＣ４－１及び４－２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、ＦＣ４－１及び４－２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Ｐが増大した場合でのＦＣ４－１及び４－２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Ｐが増大した場合には、ＦＣ４－１及び４－２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を常時高い値に維持すると、ＦＣ４－１及び４－２に常時大流量のカソードガスを供給する必要があり、消費電力が増大するおそれがある。また、ＦＣ４－１及び４－２に常時大流量のカソードガスを供給すると、ＦＣ４－１及び４－２のカソード極側の圧力が過度に上昇するおそれがある。更に、ＦＣ４－１及び４－２に常時大流量のカソードガスを供給してそれぞれの開放電圧が所定値以上にまで上昇すると、ＦＣ４－１及び４－２の電極触媒が溶出して発電性能が低下するおそれがある。そのため、開放電圧を所定の目標範囲内に維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、ＦＣ４－１の電圧Ｖ１を上限値ＶＨ１と下限値ＶＬ１の範囲内に維持し、ＦＣ４－１及び４－２のトータルの開放電圧であるトータル電圧Ｖｔを上限値ＶＨｔと下限値ＶＬｔの範囲内に維持するように、ＦＣ４－１及び４－２にそれぞれ供給されるカソードガスの流量が増減するように制御される。上記の上限値及び下限値により規定される電圧範囲は、所定のマージンを含めて設定されており、この範囲から外れた際に直ちに問題が生じる範囲ではない。
［第１実施例の開放電圧制御での電圧推移］
次に、図２及び図３を用いて第１実施例の開放電圧制御での電圧推移について説明する。図２は、第１実施例での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、ＦＣ４－１及び４－２のそれぞれと負荷装置との接続状態、ＦＣ４－１及び４－２のそれぞれへ供給されるカソードガスの流量Ｑ１及びＱ２の推移、ＦＣ４－１の電圧Ｖ１、ＦＣ４－１及び４－２の合計の電圧であるトータル電圧Ｖｔ、及び推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）の推移を示している。推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）は、電圧センサにより取得された電圧ではなく、電圧センサＳ１及びＳｔにより取得された電圧Ｖ１及びトータル電圧Ｖｔから推定された、ＦＣ４－２の電圧である。
図３は、第１実施例での各電圧値を示した表である。図３には、電圧Ｖ１、推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）、トータル電圧Ｖｔの値の一例を示している。また、図３には、負荷装置から切断された切断状態でのＦＣ４－１の電圧Ｖ１の上限値ＶＨ１及び下限値ＶＬ１の一例、切断状態でのトータル電圧Ｖｔの上限値ＶＨｔ及び下限値ＶＬｔの一例、及び推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）での上限値及び下限値の一例を示している。
以下に説明する開放電圧制御実行中での流量Ｑ１の制御は、カソードガス供給系１０－１のエアコンプレッサ１５の回転速度を一定に維持し、且つ背圧弁１８の開度を一定に維持しつつ、バイパス弁１６の開度を調整することにより実現される。流量Ｑ２の制御も同様にカソードガス供給系１０－２のバイパス弁１６の開度を調整することにより実現される。但し、これに限定されず、例えば流量Ｑ１の制御は、カソードガス供給系１０－１の背圧弁１８及びバイパス弁１６の開度を一定にしつつエアコンプレッサ１５の回転速度を調整することにより実現してもよい。流量Ｑ２の制御も同様に、カソードガス供給系１０－２のエアコンプレッサ１５の回転速度を調整することにより実現してもよい。
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、図２に示すように時刻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ＦＣ４－１及び４－２の各出力が低下するように、流量Ｑ１及びＱ２が低下する。また、ＦＣ４－１及び４－２の各出力が低下することにより、ＦＣ４－１及び４－２の各電流は低下し、電圧Ｖ１、トータル電圧Ｖｔ、及び推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）は上昇する。
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Ｐα以下となり、切替スイッチ３６を切断状態に切り替えることが可能な状態となる。閾値Ｐα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ＦＣ４－１及び４－２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。時刻ｔ１の時点で、要求出力Ｐは十分に小さいため、切替スイッチ３６を切断状態に切り替えてもよい。閾値Ｐα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ＢＡＴ８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Ｐα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Ｑ１及びＱ２はそれぞれあらかじめ定められた小流量ＱＬに制御され、車両はアイドル運転状態に移行する。小流量ＱＬは、後述する大流量ＱＨよりも小さい流量である。小流量ＱＬはゼロであってもよい。流量Ｑ１及びＱ２がそれぞれ小流量ＱＬに制御されることにより、ＦＣ４－１及び４－２でのカソード極での酸素濃度が低下し、ＦＣ４－１及び４－２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Ｖ１及びトータル電圧Ｖｔは低下し始める。
時刻ｔ２から所定時間経過した時刻ｔ３で、切替スイッチ３６は切断状態に切り替えられ、ＦＣ４－１及び４－２は負荷装置から切断されて開放電圧制御が開始される。これにより、電圧Ｖ１及びトータル電圧Ｖｔは直ちに上昇し、図示はしていないがＦＣ４－１及び４－２の各電流はゼロとなる。ＦＣ４－１及び４－２が負荷装置から切断された状態において、電圧Ｖ１はＦＣ４－１の開放電圧に相当し、トータル電圧Ｖｔは、ＦＣ４－１及び４－２のトータルの開放電圧に相当する。図３に示すように時刻ｔ３では、電圧Ｖ１及び推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）はそれぞれ８５Ｖであり、トータル電圧Ｖｔは１７０Ｖ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Ｖ１及びトータル電圧Ｖｔが低下する。即ち、小流量ＱＬは、クロスリークを加味しても開放電圧が上昇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では、トータル電圧Ｖｔは１５５Ｖであり、電圧Ｖ１及び推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）は、それぞれ７７．５Ｖである。ここで、トータル電圧Ｖｔの下限値ＶＬｔは１５５Ｖに設定されている。このため時刻ｔ４になると、ＦＣ４－２へのカソードガスの流量Ｑ２が予め定められた大流量ＱＨに制御され、トータル電圧Ｖｔが上昇し始める。大流量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上昇する程度の流量に設定されている。
時刻ｔ４～時刻ｔ５まではトータル電圧Ｖｔは上昇し、時刻ｔ５ではトータル電圧Ｖｔは１６１Ｖとなり、推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）も８３．５Ｖにまで上昇するが、電圧Ｖ１は７７．５Ｖとなる。ここで、切替スイッチ３６が切断状態に切り替えられてからトータル電圧Ｖｔが初回の上昇中の場合での上限値である初回上限値ＶＨαｔ以上になると、流量Ｑ２は再び小流量ＱＬに制御される。初回上限値ＶＨαｔは、上限値ＶＨｔよりも小さく下限値ＶＬｔよりも大きい値であり、本実施例では１６１Ｖに設定されている。このため、時刻ｔ５で流量Ｑ２は小流量ＱＬに切り替えられて、トータル電圧Ｖｔが低下し始める。尚、図２では時刻ｔ４から時刻ｔ５にかけて電圧Ｖ１が低下しているが、実際には時刻ｔ４～時刻ｔ５までの期間は短く、この期間で電圧Ｖ１は略同じ値をとり、図２では理解を容易にするためにこの期間を実際よりも長く示している。
時刻ｔ５から時刻ｔ６では、電圧Ｖ１及びトータル電圧Ｖｔがともに低下し、時刻ｔ６では、電圧Ｖ１は７５Ｖであり、トータル電圧Ｖｔは１５６Ｖであり、推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）は８１Ｖとなる。ここで、下限値ＶＬ１は、本実施例では７５Ｖに設定されているため、時刻ｔ６で流量Ｑ１は大流量ＱＨに切り替えられ電圧Ｖ１が上昇し始め、これに伴ってトータル電圧Ｖｔも上昇し始める。尚、時刻ｔ６では、トータル電圧Ｖｔは１５６Ｖであり、下限値ＶＬｔの１５５Ｖよりも高い値にあるため、流量Ｑ２は小流量ＱＬに維持される。
時刻ｔ７では、電圧Ｖ１は８５Ｖとなり、トータル電圧Ｖｔは１６６Ｖとなり、推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）は８１Ｖとなる。ここで、上限値ＶＨ１は本実施例では８５Ｖに設定されているため、時刻ｔ７で流量Ｑ１は小流量ＱＬに切り替えられて電圧Ｖ１は低下し始め、これに伴ってトータル電圧Ｖｔも低下し始める。尚、時刻ｔ４～時刻ｔ５までの期間と同様に、時刻ｔ６～時刻ｔ７までの期間は短く、この期間で推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）は略同じ値をとる。
時刻ｔ８では、トータル電圧Ｖｔは１５５Ｖであり、電圧Ｖ１は７９．５Ｖであり、推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）は７５．５Ｖである。上述したように下限値ＶＬｔは１５５Ｖになると、流量Ｑ２は大流量ＱＨに切り替えられてトータル電圧Ｖｔが上昇し始める。
時刻ｔ９では、トータル電圧Ｖｔは１６５Ｖであり、電圧Ｖ１は７９．５Ｖであり、推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）は８５．５Ｖである。ここで、上限値ＶＨｔは本実施例では１６５Ｖに設定されているため、時刻ｔ９で流量Ｑ２が小流量ＱＬに制御されてトータル電圧Ｖｔが低下し始める。尚、時刻ｔ６～時刻ｔ７までの期間と同様に、時刻ｔ８～時刻ｔ９までの期間は短く、この期間で電圧Ｖ１は略同じ値をとる。
同様に、時刻ｔ１０で電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１になると、流量Ｑ１が大流量ＱＨに切り替えられて電圧Ｖ１及びトータル電圧Ｖｔが上昇し始める。時刻ｔ１１で電圧Ｖ１が上限値ＶＨ１になると、流量Ｑ１が小流量ＱＬに制御されて電圧Ｖ１及びトータル電圧Ｖｔが低下し始める。時刻ｔ１２でトータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔになると、流量Ｑ２が大流量ＱＨに切り替えられてトータル電圧Ｖｔ及び推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）が上昇し始める。時刻ｔ１３でトータル電圧Ｖｔが上限値ＶＨｔになると、流量Ｑ２が小流量ＱＬに切り替えられてトータル電圧Ｖｔ及び推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）が低下し始める。
このように電圧Ｖ１及びトータル電圧Ｖｔのそれぞれが目標範囲内で増減を繰り返すように流量Ｑ１及びＱ２が増減制御される。ここで、本実施例では上述したように、電圧Ｖ１は上限値ＶＨ１と下限値ＶＬ１の範囲内、即ち８５Ｖ～７５Ｖの範囲内に維持され、トータル電圧Ｖｔの上限値ＶＨｔと下限値ＶＬｔとの範囲内、即ち１６５Ｖ～１５５Ｖの範囲内に、原則維持される。
ここで、単セル一枚当たりの電圧Ｖ１の上限値ＶＨ１ｐ及び下限値ＶＬ１ｐは、ＦＣ４－１の単セルの積層枚数は１００枚であるため、上述した８５Ｖ及び７５Ｖをそれぞれ１００で除算することにより、それぞれ０．８５Ｖ及び０．７５Ｖと算出される。また、単セル一枚当たりのトータル電圧Ｖｔの上限値ＶＨｔｐ及び下限値ＶＬｔｐは、ＦＣ４－１及び４－２の単セルは合計２００枚であるため、上述した１６５Ｖ及び１５５Ｖをそれぞれ２００で除算することにより、それぞれ０．８２５Ｖ及び０．７７５Ｖと算出できる。このようにトータル電圧Ｖｔの下限値ＶＬｔでの単セル一枚当たりの下限値ＶＬｔｐは０．７７５Ｖであり、電圧Ｖ１の下限値ＶＬ１での単セル一枚当たりの下限値ＶＬ１ｐの０．７５Ｖよりも高い。
トータル電圧Ｖｔの下限値ＶＬｔは、ＦＣ４－１及び４－２の発電再開時の出力の応答性を確保する観点から定められているため、上述したように比較的高い値に設定されている。これにより、ＦＣ４－１及び４－２の発電を再開した際のＦＣ４－１及び４－２の出力の応答性が確保されている。
また、時刻ｔ４で示したように、電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１に到達する前にトータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔに到達して、流量Ｑ１よりも流量Ｑ２が先に小流量ＱＬから大流量ＱＨに切り替えられる。従って、トータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔとなるタイミングである時刻ｔ４と、電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となるタイミングである時刻ｔ６とがずれている。ここで、流量Ｑ１及びＱ２はそれぞれ、大流量ＱＨ又は小流量ＱＬに制御される。また、上述したようにＦＣ４－１及び４－２は、同一の単セルが同一の枚数だけ積層されているため、電圧Ｖ１の上昇速度及び低下速度は、ＦＣ４－２の開放電圧と推定できる推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）の上昇速度及び低下速度と略同じである。このため、トータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔとなるタイミングと、電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となるタイミングとが一旦ずれると、時刻ｔ８、ｔ１０、及びｔ１２のように、少なくとも所定期間は両タイミングがずれた状態が維持される。
ここで、両タイミングが一致する場合とは、ＦＣ４－１の電圧Ｖ１とＦＣ４－２の電圧の双方とも低いことを意味する。例えば、この状態で発電を再開すると、発電再開時の出力の応答性が低下する可能性がある。このため、このような両タイミングが一致することを考慮して、発電再開時の出力の応答性を確保するために、単セル一枚当たりの電圧Ｖ１の下限値ＶＬ１ｐについても単セル一枚当たりのトータル電圧Ｖｔの下限値ＶＬｔｐと同じ値に設定することが考えられる。しかしながら、本実施例では上述の手法により両タイミングをずらすことにより、下限値ＶＬ１ｐを、下限値ＶＬｔｐよりも小さい値に設定することができる。これにより、電圧Ｖ１が維持される範囲を広く確保することができ、流量Ｑ１の切替頻度、即ち本実施例ではカソードガス供給系１０－１のバイパス弁１６の切替頻度を低減することができ、カソードガス供給系１０－１のバイパス弁１６の耐久性の低下を抑制することができる。尚、カソードガス供給系１０－１のエアコンプレッサ１５の回転速度を増減することにより流量Ｑ１を切り替える場合には、カソードガス供給系１０－１のエアコンプレッサ１５の耐久性の低下を抑制できる。
また、時刻ｔ５で示したように初回上限値ＶＨαｔを用いることにより、電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となるタイミングと、トータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔとなるタイミングとを交互且つ概ね均等にずらすことができる。これによっても、単セル一枚当たりの電圧Ｖ１の下限値ＶＬ１ｐを、単セル一枚当たりのトータル電圧Ｖｔの下限値ＶＬｔｐよりも小さい値に設定することができ、カソードガス供給系１０－１のバイパス弁１６の切替頻度を低減することができ、カソードガス供給系１０－１のバイパス弁１６の耐久性の低下を抑制することができる。
［第１実施例の発電制御のフローチャート］
図４は、第１実施例の発電制御の一例を示したフローチャートである。最初にＥＣＵ３は、要求出力Ｐが閾値Ｐα以下であるか否かを判定する（ステップＳ１）。ＥＣＵ３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、ＥＣＵ３は流量Ｑ１及びＱｂをそれぞれ小流量ＱＬに制御して所定の時間経過後に切替スイッチ３６を切断状態に切り替える（ステップＳ３）。これによりＦＣ４－１及び４－２は発電休止状態となり、ＥＣＵ３はＦＣ４－１及び４－２のそれぞれについて開放電圧制御を実行する（ステップＳ５）。開放電圧制御の実行中は、ＥＣＵ３は要求出力Ｐが閾値Ｐαより大きくなったか否かを判定する（ステップＳ７）。ステップＳ７でＮｏの場合には、開放電圧制御が継続される。ステップＳ７でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ３はＦＣ４－１及び４－２を通常発電状態へと復帰させる復帰制御を実行する（ステップＳ９）。具体的には、ＥＣＵ３は切替スイッチ３６を接続状態に切り替え、要求出力Ｐの大きさに応じて流量Ｑ１及びＱ２をそれぞれ大流量ＱＨよりも大きい流量に制御する。
［第１実施例のＦＣ４－１の開放電圧制御のフローチャート］
図５は、第１実施例のＦＣ４－１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、ＥＣＵ３は流量Ｑ１を小流量ＱＬに制御する（ステップＳ１１）。次にＥＣＵ３は電圧Ｖ１を取得して、電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３でＮｏの場合、ＥＣＵ３は流量Ｑ１を小流量ＱＬに維持する（ステップＳ１１）。
ステップＳ１３でＹｅｓの場合、例えば時刻ｔ６及びｔ１０で示したようにＥＣＵ３は流量Ｑ１を大流量ＱＨに制御する（ステップＳ１５）。次にＥＣＵ３は電圧Ｖ１を取得して、電圧Ｖ１が上限値ＶＨ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ１７）。ステップＳ１７でＮｏの場合、ＥＣＵ３は流量Ｑ１を大流量ＱＨに維持する（ステップＳ１５）。ステップＳ１７でＹｅｓの場合、例えば時刻ｔ７及びｔ１１で示したように、ＥＣＵ３は流量Ｑ１を小流量ＱＬに切り替える（ステップＳ１１）。
このように、流量Ｑ１が大流量ＱＨ及び小流量ＱＬに交互に切り替えられることにより、電圧Ｖ１は上限値ＶＨ１と下限値ＶＬ１の間に維持される。ステップＳ１１、Ｓ１３、Ｓ１５、Ｓ１７は、取得部及び制御部が実行する処理の一例である。
［第１実施例のＦＣ４－２の開放電圧制御のフローチャート］
図６は、第１実施例のＦＣ４－２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、ＥＣＵ３は流量Ｑ２を小流量ＱＬに制御する（ステップＳ２１）。次にＥＣＵ３はトータル電圧Ｖｔを取得して、トータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔ以下であるか否かを判定する（ステップＳ２３）。ステップＳ２３でＮｏの場合、ＥＣＵ３は流量Ｑ２を小流量ＱＬに維持する。
ステップＳ２３でＹｅｓの場合、例えば時刻ｔ４及びｔ８に示したようにＥＣＵ３は流量Ｑ２を大流量ＱＨに制御する（ステップＳ２５）。次にＥＣＵ３はトータル電圧Ｖｔを取得して、トータル電圧Ｖｔは切替スイッチ３６が切断状態に切り替えられてから初回の上昇中であるか否かを判定する（ステップＳ２６）。ここで初回の上昇中とは、切替スイッチ３６が切断状態に切り替えられてから、トータル電圧Ｖｔが初めて下限値ＶＬｔ以下となって流量Ｑ２が小流量ＱＬから大流量ＱＨに切り替えられてトータル電圧Ｖｔが上昇している場合を意味する。ステップＳ２６の判断は、例えば、切替スイッチ３６が切断状態に切り替えられてからトータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔ以下となる数をカウントしておき、このカウント値が１であって流量Ｑ２が大流量ＱＨに制御されている場合には、トータル電圧Ｖｔは初回の上昇中であると判定する。
ステップＳ２６でＹｅｓの場合、即ちトータル電圧Ｖｔの上昇が初回の場合、ＥＣＵ３はトータル電圧Ｖｔを取得してトータル電圧Ｖｔが初回上限値ＶＨαｔ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２７－１）。ステップＳ２７－１でＮｏの場合、ＥＣＵ３は流量Ｑ２を大流量ＱＨに維持する（ステップＳ２５）。ステップＳ２７－１でＹｅｓの場合、時刻ｔ５で示したように、ＥＣＵ３は流量Ｑ２を小流量ＱＬに切り替える（ステップＳ２１）。
ステップＳ２６でＮｏの場合、即ちトータル電圧Ｖｔの上昇が２回目以降の場合、ＥＣＵ３はトータル電圧Ｖｔを取得してトータル電圧Ｖｔが上限値ＶＨｔ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２７）。ステップＳ２７でＮｏの場合、ＥＣＵ３は流量Ｑ２を大流量ＱＨに維持する（ステップＳ２５）。ステップＳ２７でＹｅｓの場合、時刻ｔ９で示したように、ＥＣＵ３は流量Ｑ２を小流量ＱＬに切り替える（ステップＳ２１）。
このように、流量Ｑ２は大流量ＱＨ及び小流量ＱＬに交互に切り替えられることにより、トータル電圧Ｖｔは上限値ＶＨｔと下限値ＶＬｔの間で維持される。ステップＳ２１、Ｓ２３、Ｓ２５、Ｓ２６、Ｓ２７－１、Ｓ２７は、取得部及び制御部が実行する処理の一例である。
第１実施例では、初回上限値ＶＨαｔを用いたステップＳ２６及びＳ２７－１の処理を実行するが、本処理は必ずしも必要ではない。第１実施例では、カソードガス供給系１０－１及び１０－２を統合的に制御するＥＣＵ３を例に説明したが、これに限定されず、例えば、カソードガス供給系１０－１を制御するＥＣＵと、カソードガス供給系１０－２を制御するＥＣＵとを個別に設けてもよい。第１実施例では、ＦＣ４－１及び４－２のそれぞれの単セルの積層枚数は１００枚であるが、これに限定されず同じ枚数であればよい。また、詳しくは後述するが、ＦＣ４－２の単セルの積層枚数はＦＣ４－１の積層枚数以上であればよい。電圧センサＳｔによりトータル電圧Ｖｔを検出したが、これに限定されず、電圧センサＳｔの代わりにＦＣ４－２のみの電圧を検出する電圧センサを設けて、この電圧センサの検出値と電圧センサＳ１の検出値の合計値を、トータル電圧Ｖｔとして用いてもよい。
［第２実施例］
第２実施例では、図１に示した燃料電池システム１を使用し、ＥＣＵ３が実行するＦＣ４－１及びＦＣ４－２の開放電圧制御が第１実施例とは異なっている。図７は、第２実施例での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８は、第２実施例での各電圧値を示した表である。第２実施例では、第１実施例と同様に、時刻ｔ１で要求出力Ｐが閾値Ｐα以下となり、時刻ｔ２で流量Ｑ１及びＱ２はそれぞれ小流量ＱＬに制御され、時刻ｔ３で切替スイッチ３６は切断状態に切り替えられる。時刻ｔ３では、図８に示すように電圧Ｖ１及び推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）はそれぞれ８５Ｖであり、トータル電圧Ｖｔは１７０Ｖである。
時刻ｔ４では、電圧Ｖ１及び推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）はそれぞれ８０Ｖであり、トータル電圧Ｖｔは１６０Ｖである。ここで、切替スイッチ３６が切断状態に切り替えられてから電圧Ｖ１が初回の低下中の場合での下限値である初回下限値ＶＬα１以下になると、流量Ｑ１は再び大流量ＱＨに制御される。初回下限値ＶＬαｔは、上限値ＶＨ１よりも小さく下限値ＶＬ１よりも大きい値であり、本実施例では８１Ｖに設定されている。このため時刻ｔ４では流量Ｑ１は大流量ＱＨに切り替えられて、電圧Ｖ１が上昇し始める。
時刻ｔ４～時刻ｔ５までは電圧Ｖ１は上昇し、これに伴ってトータル電圧Ｖｔも上昇する。時刻ｔ５では電圧Ｖ１は８５Ｖとなり、トータル電圧Ｖｔは１６５Ｖとなるが、推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）も８１Ｖのままである。上限値ＶＨ１は８５Ｖであるため、時刻ｔ５で流量Ｑ１は小流量ＱＬに切り替えられて電圧Ｖ１は低下し始め、これに伴ってトータル電圧Ｖｔも低下し始める。尚、時刻ｔ４～時刻ｔ５までの期間は短いため、この期間で推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）は略同じ値をとる。
時刻ｔ６では、トータル電圧Ｖｔは１５５Ｖであり、電圧Ｖ１は７９．５Ｖであり、推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）は７５．５Ｖである。下限値ＶＬｔは１５５Ｖであるため、時刻ｔ６で流量Ｑ２は大流量ＱＨに切り替えられてトータル電圧Ｖｔが上昇し始める。
時刻ｔ７では、トータル電圧Ｖｔは１６５Ｖであり、電圧Ｖ１は７９．５Ｖであり、推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）は８５．５Ｖである。上限値ＶＨｔは１６５Ｖに設定されているため、時刻ｔ７で流量Ｑ２が小流量ＱＬに制御されてトータル電圧Ｖｔが低下し始める。尚、時刻ｔ６～時刻ｔ７までの期間は短いため、この期間で電圧Ｖ１は略同じ値をとる。
時刻ｔ８では、電圧Ｖ１は７５Ｖであり、トータル電圧Ｖｔは１５６Ｖであり、推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）は８１Ｖとなる。ここで、下限値ＶＬ１は７５Ｖであるため、時刻ｔ８で流量Ｑ１は大流量ＱＨに切り替えられ電圧Ｖ１が上昇し始める。
時刻ｔ９では、電圧Ｖ１は８５Ｖであり、トータル電圧Ｖｔは１６６Ｖであり、推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）は８１Ｖとなる。ここで、上限値ＶＨ１は８５Ｖであるため、時刻ｔ９で流量Ｑ１が小流量ＱＬに制御されて電圧Ｖ１が低下し始める。
時刻ｔ１０でトータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔになると、流量Ｑ２が大流量ＱＨに切り替えられてトータル電圧Ｖｔ及び推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）が上昇し始める。時刻ｔ１１でトータル電圧Ｖｔが上限値ＶＨｔになると、流量Ｑ２が小流量ＱＬに切り替えられてトータル電圧Ｖｔ及び推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）が低下し始める。時刻ｔ１２で電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１になると、流量Ｑ１が大流量ＱＨに切り替えられて電圧Ｖ１及びトータル電圧Ｖｔが上昇し始める。時刻ｔ１３で電圧Ｖ１が上限値ＶＨ１になると、流量Ｑ１が小流量ＱＬに制御されて電圧Ｖ１及びトータル電圧Ｖｔが低下し始める。
このように電圧Ｖ１及びトータル電圧Ｖｔのそれぞれが目標範囲内で増減を繰り返すように流量Ｑ１及びＱ２が増減制御される。第２実施例においてもトータル電圧Ｖｔの下限値ＶＬｔは、ＦＣ４－１及び４－２の発電再開時の出力の応答性を確保する観点から定められている。また、時刻ｔ４で示したように初回下限値ＶＬα１を用いることにより、その後の電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となるタイミングと、トータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔとなるタイミングとを交互且つ概ね均等にずらすことができる。これによっても、単セル一枚当たりの電圧Ｖ１の下限値ＶＬ１ｐを、単セル一枚当たりのトータル電圧Ｖｔの下限値ＶＬｔｐよりも小さい値に設定することができ、カソードガス供給系１０－１のバイパス弁１６の切替頻度を低減することができ、カソードガス供給系１０－１のバイパス弁１６の耐久性の低下を抑制することができる。
［第２実施例のＦＣ４－１の開放電圧制御のフローチャート］
第２実施例では、ＥＣＵ３は第１実施例と同様に図４に示した制御を実行するため、ＦＣ４－１の開放電圧制御について説明する。図９は、第２実施例でのＦＣ４－１の開放電圧制御の一例を示したフローチャートである。ＥＣＵ３は流量Ｑ１を小流量ＱＬに制御し（ステップＳ１１）、電圧Ｖ１を取得して電圧Ｖ１は切替スイッチ３６が切断状態に切り替えられてから初回の低下中であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。ここで初回の低下中とは、切替スイッチ３６が切断状態に切り替えられてから、初めて流量Ｑ１が小流量ＱＬに制御されて電圧Ｖ１が低下している場合を意味する。ステップＳ１２の判断は、例えば、切替スイッチ３６が切断状態に切り替えられてから電圧Ｖ１が初めて初回下限値ＶＬα１以下となる場合には、電圧Ｖ１は初回の低下中であると判定する。
ステップＳ１２でＹｅｓの場合、即ち電圧Ｖ１の低下が初回の場合、ＥＣＵ３は電圧Ｖ１を取得して電圧Ｖ１が初回下限値ＶＬα１以下であるか否かを判定する（ステップＳ１３－１）。ステップＳ１３－１でＮｏの場合、ＥＣＵ３は流量Ｑ１を小流量ＱＬに維持する（ステップＳ１１）。ステップＳ１３－１でＹｅｓの場合、時刻ｔ４で示したように、ＥＣＵ３は流量Ｑ１を大流量ＱＨに切り替え（ステップＳ１５）、その後にステップＳ１７の処理を実行する。ステップＳ１２でＮｏの場合、即ち電圧Ｖ１の低下が２回目以降の場合、ＥＣＵ３は第１実施例と同様に、ステップＳ１３、Ｓ１５、及びＳ１７の処理を実行する。
このように、電圧Ｖ１は上限値ＶＨ１及び下限値ＶＬ１の間で増減を繰り返すように制御される。ステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３－１、Ｓ１３、Ｓ１５、Ｓ１７は、取得部及び制御部が実行する処理の一例である。
［第２実施例のＦＣ４－２の開放電圧制御のフローチャート］
図１０は、第２実施例のＦＣ４－２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、ＥＣＵ３は流量Ｑ２を小流量ＱＬに制御する（ステップＳ２１）。次にＥＣＵ３はトータル電圧Ｖｔを取得して、トータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔ以下であるか否かを判定する（ステップＳ２３）。ステップＳ２３でＮｏの場合、ＥＣＵ３は流量Ｑ２を小流量ＱＬに維持する（ステップＳ２１）。
ステップＳ２３でＹｅｓの場合、ＥＣＵ３は流量Ｑ２を大流量ＱＨに制御する（ステップＳ２５）。次にＥＣＵ３はトータル電圧Ｖｔを取得して、トータル電圧Ｖｔが上限値ＶＨｔ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２７）。ステップＳ２７でＮｏの場合、ＥＣＵ３は流量Ｑ２を大流量ＱＨに維持する（ステップＳ２５）。ステップＳ２７でＹｅｓの場合、ＥＣＵ３は流量Ｑ２が小流量ＱＬに切り替える（ステップＳ２１）。
このようにしてトータル電圧Ｖｔは上限値ＶＨｔ及び下限値ＶＬｔの間で増減を繰り返すように制御される。ステップＳ２１、Ｓ２３、Ｓ２５、Ｓ２７は、取得部及び制御部が実行する処理の一例である。
［第３実施例］
第３実施例では、図１に示した燃料電池システム１を使用し、ＥＣＵ３が実行するＦＣ４－２の開放電圧制御が第１実施例とは異なっている。従って、図４及び図５に示した第１実施例の制御は、第３実施例でも行われる。
［第３実施例のＦＣ４－２の開放電圧制御のフローチャート］
図１１は、第３実施例のＦＣ４－２の開放電圧制御の一例を示したフローチャートである。ＥＣＵ３は、ステップＳ２１及びＳ２３の処理を実行する。ステップＳ２３でＹｅｓの場合、ＥＣＵ３は電圧Ｖ１を取得して電圧Ｖ１が基準値Ｖβ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ２４）。基準値Ｖβ１は、電圧Ｖ１の上限値ＶＨ１と下限値ＶＬ１との間の値であり、例えば上限値ＶＨ１と下限値ＶＬ１との中間の値である。
ステップＳ２４でＮｏの場合、トータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔ以下であっても、ＥＣＵ３は流量Ｑ２を小流量ＱＬに維持する（ステップＳ２１）。ステップＳ２４でＹｅｓの場合、ＥＣＵ３は流量Ｑ２を大流量ＱＨに切り替えられ（ステップＳ２５）、その後にステップＳ２７の処理が実行される。即ち、トータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔ以下であって、且つ電圧Ｖ１が基準値Ｖβ１以上という比較的高い値を示している場合に限り、流量Ｑ２が大流量ＱＨに切り替えられてトータル電圧Ｖｔが上昇する。電圧Ｖ１が基準値Ｖβ１未満の場合には、電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１に近づいていると考えられる。したがって、このタイミングで流量Ｑ２を大流量ＱＨに切り替えてトータル電圧Ｖｔを上昇させなくても、直後に電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１に到達するため、流量Ｑ１を大流量ＱＨに切り替えることにより電圧Ｖ１が上昇してトータル電圧Ｖｔを上昇させることができる。これにより、電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となるタイミングと、トータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔとなるタイミングとが接近することを抑制できる。これにより、カソードガス供給系１０－１のバイパス弁１６の切替頻度を低減することができ、カソードガス供給系１０－１のバイパス弁１６の耐久性の低下を抑制することができる。
このようにしてトータル電圧Ｖｔは上限値ＶＨｔ及び下限値ＶＬｔの間で増減を繰り返すように制御される。ステップＳ２１、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５、Ｓ２７は、取得部及び制御部が実行する処理の一例である。
［第４実施例］
第４実施例では、図１に示した燃料電池システム１を使用し、ＥＣＵ３が実行するＦＣ４－１及びＦＣ４－２の開放電圧制御が第１実施例とは異なっている。従って、図４に示した第１実施例の制御は、第４実施例でも行われる。
［第４実施例の開放電圧制御］
第４実施例では、電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となるタイミングと、トータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔとなるタイミングとが近すぎる場合又は遠すぎる場合に、ＥＣＵ３は電圧Ｖ１及びトータル電圧Ｖｔの何れか一方を、その電圧の低下中であって対応する下限値となる前に上昇させる。図１２は、第４実施例での開放電圧制御の説明図である。図１２は、切替スイッチ３６が切断状態に切り替えられてから開放電圧制御が実行中の場合を示している。また、図１２には、電圧Ｖ１のみを示し、トータル電圧Ｖｔについては図示を省略してある。
時刻ｔ２１で電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となり、その後に時刻ｔ２５で再び電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となる。ここで、電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となるタイミング同士である時刻ｔ２１から時刻ｔ２５までの時間間隔をＴとする。時刻ｔ２１及びｔ２５は、第１タイミングの一例である。トータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔとなる理想的なタイミングは、時刻ｔ２１と時刻ｔ２５との間の中間時点である時刻ｔ２３である。この場合には、電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となるタイミングとトータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔとなるタイミングとの間の時間間隔を常に均等にすることができる。ここで、時刻ｔ２１から、その後にトータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔとなるタイミングまでの時間間隔をＵとする。すると、トータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔとなる理想的なタイミングは、（Ｕ／Ｔ）＝（１／２）と示すことができる。電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となる時刻ｔ２１は第２タイミングの一例であり、電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となるタイミングに隣接してその後にトータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔとなるタイミングは第３タイミングの一例である。また、トータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔとなるタイミングは第２タイミングの一例であり、トータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔとなるタイミングに隣接してその後に電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となる時刻ｔ２５は第３タイミングの一例とも解釈できる。
ここで、トータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔとなる、上記の理想的なタイミングから許容されるずれ量を、（１／４）とすると、（１／４）≦（Ｕ／Ｔ）≦（３／４）を満たす場合には、トータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔとなるタイミングは許容範囲内にあることを示す。従って第４実施例では、ＥＣＵ３は上記のタイミングが許容範囲外となった場合には、ＥＣＵ３は電圧Ｖ１及びトータル電圧Ｖｔの何れか一方を、その電圧の低下中であって対応する下限値となる前に上昇させる。尚、ＥＣＵ３は、開放電圧制御の実行中は、常時、時間間隔Ｕ及びＴを取得して更新する。尚、上記では許容されるずれ量を（１／４）としたが、これに限定されず、例えば（１／４）よりも小さい（１／５）や（１／６）などに適宜設定してもよい。
［第４実施例のＦＣ４－１の開放電圧制御のフローチャート］
図１３は、第４実施例のＦＣ４－１の開放電圧制御の一例を示したフローチャートである。ＥＣＵ３はステップＳ１１の処理を実行する。次にＥＣＵ３は、（１／４）＞（Ｕ／Ｔ）が成立するか否かを判定する（ステップＳ１２ａ）。ステップＳ１２ａでＹｅｓの場合には、電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となるタイミングと、トータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔとなるタイミングとが近すぎるとみなすことができる。ステップＳ１２ａでＮｏの場合には、第１実施例と同様にステップＳ１３、Ｓ１５、及びＳ１７の処理が実行される。
ステップＳ１２ａでＹｅｓの場合には、ＥＣＵ３は電圧Ｖ１を取得して、電圧Ｖ１が修正用下限値ＶＬβ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ１３ａ）。修正用下限値ＶＬβ１は、下限値ＶＬ１よりも大きく上限値ＶＨ１よりも小さい値であり、上述したように電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となるタイミングと、トータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔとなるタイミングとが近すぎる場合に、電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となるタイミングを修正するための値である。ステップＳ１３ａでＮｏの場合、ＥＣＵ３は流量Ｑ１を小流量ＱＬに維持する（ステップＳ１１）。
ステップＳ１３ａでＹｅｓの場合、ＥＣＵ３は流量Ｑ１を大流量ＱＨに切り替え（ステップＳ１５）、ステップＳ１７の処理を実行する。これにより、電圧Ｖ１が低下中に下限値ＶＬ１となる前に電圧Ｖ１は上昇する。このため、電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となるタイミングと、トータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔとなるタイミングとを理想的なタイミングに近づけることができる。
［第４実施例のＦＣ４－２の開放電圧制御のフローチャート］
図１４は、第４実施例のＦＣ４－２の開放電圧制御の一例を示したフローチャートである。ＥＣＵ３は流量Ｑ２を小流量ＱＬに制御する（ステップＳ２１）。次にＥＣＵ３は、（Ｕ／Ｔ）＞（３／４）が成立するか否かを判定する（ステップＳ２２ａ）。ステップＳ２２ａでＹｅｓの場合には、電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となるタイミングと、トータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔとなるタイミングとが離れすぎているとみなすことができる。ステップＳ２２ａでＮｏの場合には、第２実施例と同様にステップＳ２３、Ｓ２５、及びＳ２７が実行される。
ステップＳ２２ａでＹｅｓの場合には、ＥＣＵ３はトータル電圧Ｖｔを取得して、トータル電圧Ｖｔが修正用下限値ＶＬβｔ以下であるか否かを判定する（ステップＳ２３ａ）。修正用下限値ＶＬβｔは、下限値ＶＬｔよりも大きく上限値ＶＨｔよりも小さい値であり、上述したように電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となるタイミングと、トータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔとなるタイミングとが遠すぎる場合に、トータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔとなるタイミングを修正するための値である。ステップＳ２３ａでＮｏの場合、ＥＣＵ３は流量Ｑ２を小流量ＱＬに維持する（ステップＳ２１）。
ステップＳ２３ａでＹｅｓの場合、ＥＣＵ３は流量Ｑ２を大流量ＱＨに切り替え（ステップＳ２５）、その後にステップＳ２７の処理を実行する。これにより、トータル電圧Ｖｔが低下中に下限値ＶＬｔとなる前にトータル電圧Ｖｔは上昇する。このため、電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となるタイミングと、トータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔとなるタイミングとを理想的なタイミングに近づけることができる。
このようにして電圧Ｖ１及びトータル電圧Ｖｔがそれぞれ下限値ＶＬ１及び下限値ＶＬｔとなるタイミングの間隔を均等にすることができる。ステップＳ１１、Ｓ１２ａ、１３、１３ａ、Ｓ１５、Ｓ１７、Ｓ２１、Ｓ２２ａ、Ｓ２３、Ｓ２３ａ、Ｓ２５、Ｓ２７は、取得部及び制御部が実行する処理の一例である。
［第５実施例と比較例］
図１５は、第５実施例の燃料電池システム１ａの概略構成図である。上述した第１実施例の燃料電池システム１と同様の構成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。燃料電池システム１ａではＦＣ４－２ａ、ＦＣ４－２ａにカソードガスを供給するカソードガス供給系１０－２ａ、及び電力制御系３０ａを含む。ＦＣ４－２ａの単セルの積層枚数は２００枚であり、ＦＣ４－１の単セルの積層枚数の２倍である。電圧センサＳｔは、ＦＣ４－１及び４－２ａの全体の電圧を検出するため、単セル３００枚分の電圧を検出する。電力制御系３０ａのＦＤＣ３２ａは、ＦＣ４－１及び４－２ａからの直流電力を調整してＩＮＶ３８に出力する。
カソードガス供給系１０－２ａは、ＦＣ４－２ａに供給されるカソードガスの流量Ｑ２ａを調整するが、開放電圧制御においては、流量Ｑ２ａは、小流量ＱＬ２ａ又は大流量ＱＨ２ａに切り替えられる。小流量ＱＬ２ａ及び大流量ＱＨ２ａは、それぞれ、上述した小流量ＱＬ及び大流量ＱＨの２倍の値である。ＦＣ４－２ａの単セルの積層枚数は、ＦＣ４－１や第１実施例のＦＣ４－２の単セルの積層枚数の２倍であるため、流量もこれに対応させている。これにより、流量Ｑ２ａが小流量ＱＬ２ａに制御されている場合のＦＣ４－２ａの単セル一枚当たりの、ＦＣ４－２ａの推定開放電圧に相当する推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）の低下速度は、流量Ｑ１が小流量ＱＬに制御されている場合のＦＣ４－１の単セル一枚当たりの電圧Ｖ１の低下速度と略同じである。同様に、流量Ｑ２ａが大流量ＱＨ２ａに制御されている場合のＦＣ４－２ａの単セル一枚当たりの、ＦＣ４－２ａの推定開放電圧に相当する推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）の上昇速度は、流量Ｑ１が大流量ＱＨに制御されている場合のＦＣ４－１の単セル一枚当たりの電圧Ｖ１の上昇速度と略同じである。
図１６は、比較例の燃料電池システム１ｘの概略構成図である。比較例の燃料電池システム１ｘでは、ＦＣ４－１ｘでの単セルの積層枚数は２００枚であり、ＦＣ４－２の単セルの積層枚数の２倍である。比較例では電圧センサＳ１がＦＣ４－１ｘの電圧を検出する。カソードガス供給系１０－１ｘは、ＦＣ４－１ｘに供給されるカソードガスの流量Ｑ１ｘを調整するが、開放電圧制御においては、流量Ｑ１ｘは、小流量ＱＬ１ｘ又は大流量ＱＨ１ｘに切り替えられる。小流量ＱＬ１ｘ及び大流量ＱＨ１ｘは、それぞれ、上述した小流量ＱＬ及び大流量ＱＨの２倍の値である。
第５実施例での上限値ＶＨｔ及び下限値ＶＬｔはそれぞれ２５０Ｖ及び２３０Ｖである。単セル一枚当たりのトータル電圧Ｖｔの上限値ＶＨｔｐ及び下限値ＶＬｔｐは、ＦＣ４－１及び４－２ａの単セルの積層枚数の合計は３００枚であるため、上述した２５０Ｖ及び２３０Ｖをそれぞれ３００で除算することにより、それぞれ約０．８３３Ｖ及び０．７６７Ｖと算出できる。電圧Ｖ１の上限値ＶＨ１及び下限値ＶＬ１は第１実施例と同様にそれぞれ８５Ｖ及び７５Ｖであり、単セル一枚当たりの電圧Ｖ１の上限値ＶＨ１ｐ及び下限値ＶＬ１ｐはそれぞれ０．８５Ｖ及び０．７５Ｖである。従って、第１実施例と同様に下限値ＶＬｔｐは、下限値ＶＬ１ｐよりも高い値に設定されている。
比較例においても第５実施例と同様に、上限値ＶＨｔ及び下限値ＶＬｔはそれぞれ２５０Ｖ及び２３０Ｖであり、単セル一枚当たりのトータル電圧Ｖｔの上限値ＶＨｔｐ及び下限値ＶＬｔｐはそれぞれ約０．８３３Ｖ及び０．７６７Ｖである。ＦＣ４－１ｘの電圧Ｖ１の上限値ＶＨ１及び下限値ＶＬ１は、それぞれ１７０Ｖ及び１５０Ｖであり、単セル一枚当たりの電圧Ｖ１の上限値ＶＨ１ｐ及び下限値ＶＬ１ｐは、ＦＣ４－１ｘの単セルの積層枚数は２００枚であるため、上述した１７０Ｖ及び１５０Ｖをそれぞれ２００で除算することにより、それぞれ０．８５Ｖ及び０．７５Ｖと算出できる。
［第５実施例での各電圧値］
第５実施例及び比較例では、ＥＣＵ３は、図４、図９、図１０に示した制御を実行する。図１７Ａは、第５実施例での各電圧値を示した表である。時刻ｔ３で切替スイッチ３６は切断状態に切り替えられ、電圧Ｖ１は８５Ｖであり、トータル電圧Ｖｔは２５５Ｖであり、推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）は１７０Ｖとなる。
時刻ｔ４では、電圧Ｖ１は８０Ｖであり、トータル電圧Ｖｔは２４０Ｖであり、推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）は１６０Ｖである。ここで、切替スイッチ３６が切断状態に切り替えられてから電圧Ｖ１が初回の低下中の場合での下限値である初回下限値ＶＬα１以下になると、流量Ｑ１は再び大流量ＱＨに制御される。初回下限値ＶＬα１は、第２実施例と異なり８０Ｖに設定されている。このため時刻ｔ４では流量Ｑ１は大流量ＱＨに切り替えられて、電圧Ｖ１が上昇し始める。
時刻ｔ４～時刻ｔ５までは電圧Ｖ１は上昇し、これに伴ってトータル電圧Ｖｔも上昇する。時刻ｔ５では電圧Ｖ１は８５Ｖとなり、トータル電圧Ｖｔは２４５Ｖとなるが、推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）は１６０Ｖのままである。
時刻ｔ６では、トータル電圧Ｖｔは２３０Ｖであり、電圧Ｖ１は８０Ｖであり、推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）は１５０Ｖである。下限値ＶＬｔは２３０Ｖであるため、時刻ｔ６で流量Ｑ２は大流量ＱＨａに切り替えられてトータル電圧Ｖｔが上昇し始める。
時刻ｔ７では、トータル電圧Ｖｔは２５０Ｖであり、電圧Ｖ１は８０Ｖであり、推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）は１７０Ｖである。上限値ＶＨｔは２５０Ｖであるため、時刻ｔ７で流量Ｑ２が小流量ＱＬａに制御されてトータル電圧Ｖｔが低下し始める。
時刻ｔ８では、電圧Ｖ１は７５Ｖであり、トータル電圧Ｖｔは２３５Ｖであり、推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）は１６０Ｖとなる。ここで、下限値ＶＬ１は７５Ｖであるため、時刻ｔ８で流量Ｑ１は大流量ＱＨに切り替えられ電圧Ｖ１が上昇し始める。
時刻ｔ９では、電圧Ｖ１は８５Ｖであり、トータル電圧Ｖｔは２４５Ｖであり、推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）は１６０Ｖとなる。ここで、上限値ＶＨ１は８５Ｖであるため、時刻ｔ９で流量Ｑ１が小流量ＱＬに制御されて電圧Ｖ１が低下し始める。
このように電圧Ｖ１及びトータル電圧Ｖｔのそれぞれが目標範囲内で増減を繰り返すように流量Ｑ１及びＱ２ａが増減制御される。第５実施例においてもトータル電圧Ｖｔの下限値ＶＬｔは、ＦＣ４－１及び４－２ａの発電再開時の出力の応答性を確保する観点から定められている。また、時刻ｔ４で示したように初回下限値ＶＬα１を用いることにより、その後の電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となるタイミングと、トータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔとなるタイミングとを交互且つ均等にずらすことができる。これによっても、単セル一枚当たりの電圧Ｖ１の下限値ＶＬ１ｐを、単セル一枚当たりのトータル電圧Ｖｔの下限値ＶＬｔｐよりも小さい値に設定することができ、カソードガス供給系１０－１のバイパス弁１６の切替頻度を低減することができ、カソードガス供給系１０－１のバイパス弁１６の耐久性の低下を抑制することができる。
また、上述したようにＦＣ４－２ａの単セル一枚当たりの推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）の低下速度及び上昇速度は、それぞれＦＣ４－１の単セル一枚当たりの電圧Ｖ１の低下速度及び上昇速度と略同じである。また、上述したようにＦＣ４－２ａの単セルの積層枚数はＦＣ４－１の２倍である。このため、推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）の低下速度及び上昇速度は、それぞれ、電圧Ｖ１の低下速度及び上昇速度の２倍速い。これに対応するように、トータル電圧Ｖｔの上限値ＶＨｔ及び下限値ＶＬｔの差分は２０Ｖであり、電圧Ｖ１の上限値ＶＨ１及び下限値ＶＬ１の差分である１０Ｖの２倍である。即ち、電圧Ｖ１が上限値ＶＨ１から下限値ＶＬ１まで低下するのに要する時間と、トータル電圧Ｖｔが上限値ＶＨｔから下限値ＶＬｔまで低下するのに要する時間とはほぼ同じとなる。従って、電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となるタイミングと、トータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔとなるタイミングとを一旦適切にずらすことができれば、それ以降両タイミングがずれた状態を長期間維持することができる。
［比較例での各電圧値］
図１７Ｂは、比較例での各電圧値を示した表である。時刻ｔ３で切替スイッチ３６は切断状態に切り替えられ、電圧Ｖ１は１７０Ｖであり、トータル電圧Ｖｔは２５５Ｖであり、推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）は８５Ｖとなる。
時刻ｔ４では、電圧Ｖ１は１６０Ｖであり、トータル電圧Ｖｔは２４０Ｖであり、推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）は８０Ｖである。ここで、切替スイッチ３６が切断状態に切り替えられてから電圧Ｖ１が初回の低下中の場合での下限値である初回下限値ＶＬα１以下になると、流量Ｑ１ｘは再び大流量ＱＨ１ｘに制御される。初回下限値ＶＬα１は、１６０Ｖに設定されている。このため時刻ｔ４では流量Ｑ１ｘは大流量ＱＨ１ｘに切り替えられて、電圧Ｖ１が上昇し始める。
時刻ｔ４～時刻ｔ５までは電圧Ｖ１は上昇し、これに伴ってトータル電圧Ｖｔも上昇する。時刻ｔ５では電圧Ｖ１は１７０Ｖとなり、トータル電圧Ｖｔは２５０Ｖとなるが、推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）は８０Ｖのままである。
時刻ｔ６では、トータル電圧Ｖｔは２３０Ｖであり、電圧Ｖ１は１５６．７Ｖであるが、ＦＣ４－２の推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）は７３．３Ｖと低い値となる。下限値ＶＬｔは２３０Ｖであるため、時刻ｔ６で流量Ｑ２は大流量ＱＨに切り替えられてトータル電圧Ｖｔが上昇し始める。
時刻ｔ６からトータル電圧Ｖｔが上昇して、時刻ｔ７でトータル電圧Ｖｔは２５０Ｖととなり、推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）は９３．３Ｖとなり、電圧Ｖ１は１５６．７Ｖのままである。このように、ＦＣ４－２の開放電圧と推定される推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）は、高い値となって電極触媒が溶出しやすくなるおそれがある。
尚、時刻ｔ８では、電圧Ｖ１は１５０Ｖであり、トータル電圧Ｖｔは２３０Ｖであり、推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）は８０Ｖとなる。時刻ｔ８では、電圧Ｖ１が１５０Ｖであるため、流量Ｑ１ｘが大流量ＱＨ１ｘに切り替えられて電圧Ｖ１及びトータル電圧Ｖｔは上昇する。時刻ｔ９では、電圧Ｖ１は１７０Ｖとなり、トータル電圧Ｖｔは２５０Ｖとなり、推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）は８０Ｖのままである。
以上のように比較例では、電圧Ｖ１に基づいて流量Ｑ１ｘが制御されるＦＣ４－１ｘの単セルの積層枚数の方が、トータル電圧Ｖｔに基づいて流量Ｑ２が制御されるＦＣ４－２より多いため、電圧Ｖ１の変化によるトータル電圧Ｖｔへの影響が大きく、トータル電圧Ｖｔに基づいて流量Ｑ２を適切に制御することが困難となる。第５実施例では、電圧Ｖ１に基づいて流量Ｑ１が制御されるＦＣ４－１の単セルの積層枚数よりも、トータル電圧Ｖｔに基づいて流量Ｑ２が制御されるＦＣ４－２ａの方が多いため、電圧Ｖ１によるトータル電圧Ｖｔへの影響を少なくし、トータル電圧Ｖｔに基づいて流量Ｑ２を適切に制御することが可能となる。
第５実施例のように、上限値ＶＨｔと下限値ＶＬｔの差分に相当するトータル電圧Ｖｔの振幅は、上限値ＶＨ１と下限値ＶＬ１の差分に相当する電圧Ｖ１の振幅よりも大きいことが好ましい。ＦＣ４－２ａの単セルの積層枚数はＦＣ４－１の単セルの積層枚数よりも多いためトータル電圧Ｖｔの低下速度は電圧Ｖ１の低下速度よりも速く、トータル電圧Ｖｔの振幅が電圧Ｖ１の振幅以下であると、流量Ｑ２の切替頻度が増大するおそれがあるからである。また、上述したが、比較例のようにＦＣ４－２の単セルの積層枚数がＦＣ４－１ｘの単セルの積層枚数未満の場合にトータル電圧Ｖｔの上限値ＶＨｔが高すぎると、ＦＣ４－２の開放電圧に相当する推定電圧（Ｖｔ－Ｖ１）が高くなり、電極触媒が溶出しやすくなるおそれがある。このため、第５実施例のようにＦＣ４－２ａの単セルの積層枚数がＦＣ４－１の単セルの積層枚数より多い方が好ましい。
第５実施例では、ＦＣ４－２ａの単セルの積層枚数は２００枚であるが、これに限定されず、ＦＣ４－２ａの単セルの積層枚数がＦＣ４－１の単セルの積層枚数以上であればよい。また、この場合、ＦＣ４－２ａに供給されるカソードガスの小流量ＱＬ２ａをＦＣ４－２ａの単セルの積層枚数で除算して得られる単セル一枚当たりの流量と、ＦＣ４－１に供給されるカソードガスの小流量ＱＬをＦＣ４－１の単セルの積層枚数で除算して得られる単セル一枚当たりの流量とがほぼ同じであることが好ましい。同様に、ＦＣ４－２ａに供給されるカソードガスの大流量ＱＨ２ａをＦＣ４－２ａの単セルの積層枚数で除算して得られる単セル一枚当たりの流量と、ＦＣ４－１に供給されるカソードガスの大流量ＱＨをＦＣ４－１の単セルの積層枚数で除算して得られる単セル一枚当たりの流量とがほぼ同じであることが好ましい。これにより、電圧Ｖ１とトータル電圧Ｖｔに関して、単セル一枚当たりの電圧の低下速度をほぼ同じに制御でき、同様に上昇速度もほぼ同じに制御することができる。
第５実施例では、ＥＣＵ３はＦＣ４－１に関して図５の制御を実行し、ＦＣ４－２ａに関して図６又は図１１の制御を実行してもよい。またＥＣＵ３は、ＦＣ４－１に関して図９の制御を実行し、ＦＣ４－２ａに関して図１２の制御を実行してもよい。ＥＣＵ３は、ＦＣ４－１に関して図１３の制御を実行し、ＦＣ４－２ａについて図１４の制御を実行してもよい。
［第６実施例］
図１８は、第６実施例の燃料電池システム１ｂの概略構成図である。燃料電池システム１ｂは、ＦＣ４－１、４－２、及び４－３、及びカソードガス供給系１０－１、１０－２、及び１０－３、電力制御系３０ｂを含む。ＦＣ４－１、４－２、及び４－３はそれぞれ同じ単セルが複数積層されており、各燃料電池の単セルの積層枚数は同じであり具体的には１００枚である。ＦＣ４－１、４－２、及び４－３は燃料電池ユニットの一例である。電圧センサＳ２は、ＦＣ４－２の電圧Ｖ２を検出する。電圧センサＳｔは、ＦＣ４－１、４－２、及び４－３の合計のトータル電圧Ｖｔを検出する。電力制御系３０ｂのＦＤＣ３２ｂは、ＦＣ４－１、４－２、及び４－３からの直流電力を調整してＩＮＶ３８に出力する。
カソードガス供給系１０－１、１０－２、１０－３は、それぞれＦＣ４－１、４－２、及び４－３に供給されるカソードガスの流量Ｑ１、Ｑ２、及びＱ３を制御する。具体的には、開放電圧制御において、流量Ｑ１、Ｑ２、及びＱ３はそれぞれ小流量ＱＬ又は大流量ＱＨの何れかに制御される。このため、開放電圧制御において、ＦＣ４－１の単セル一枚当たりの電圧Ｖ１の低下速度、ＦＣ４－２の単セル一枚当たりの電圧Ｖ２の低下速度、及び燃料電池ユニット全体の単セル一枚当たりのトータル電圧Ｖｔの低下速度は略同じであり、同様に上昇速度もほぼ同じとなる。
第１実施例と同様に、電圧Ｖ１の上限値ＶＨ１及び下限値ＶＬ１はそれぞれ８５Ｖ及び７５Ｖに設定されており、電圧Ｖ２の上限値ＶＨ２及び下限値ＶＬ２もそれぞれ同じ値に設定される。従って単セル一枚当たりの電圧Ｖ１の上限値ＶＨ１ｐ及び下限値ＶＬ１ｐは、それぞれ０．８５Ｖ及び０．７５Ｖであり、単セル一枚当たりの電圧Ｖ２の上限値ＶＨ２ｐ及び下限値ＶＬ２ｐと同じ値である。トータル電圧Ｖｔの上限値ＶＨｔ及び下限値ＶＬｔは、それぞれ２４５Ｖ及び２３５Ｖに設定される。単セル一枚当たりのトータル電圧Ｖｔの上限値ＶＨｔｐ及び下限値ＶＬｔｐは、それぞれ０．８１７Ｖ及び０．７８３Ｖである。このようにトータル電圧Ｖｔの下限値ＶＬｔでの単セル一枚当たりの下限値ＶＬｔｐは０．７８３Ｖであり、下限値ＶＬ１ｐ及び下限値ＶＬ２ｐのそれぞれよりも高い。このため、ＦＣ４－１、４－２、及び４－３の発電再開時での出力の応答性が確保されている。また、トータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔとなるタイミングを、電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となるタイミング、及び電圧Ｖ２が下限値ＶＬ２となるタイミングとをずらすことができる。
第６実施例では、ＥＣＵ３は図４に示した制御を実行し、電圧Ｖ１に関しては図５に示した制御を実行し、トータル電圧Ｖｔに関しては、図６の制御での流量Ｑ２をＦＣ４－３に供給されるカソードガスの流量Ｑ３に置き換えて制御する。電圧Ｖ２に関しては、電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となるタイミングと電圧Ｖ２が下限値ＶＬ２となるタイミングが一致しないように、電圧Ｖ２が初回の低下中に下限値ＶＬ２よりも大きい初回下限値となった場合に流量Ｑ２を大流量ＱＨに切り替え、２回目以降は電圧Ｖ２が下限値ＶＬ２となった場合に流量Ｑ２を大流量ＱＨに切り替える。このように制御することにより、電圧Ｖ１、電圧Ｖ２、及びトータル電圧Ｖｔを所定の範囲内に維持するように適切に増減制御することができる。
また、第６実施例では、ＥＣＵ３は電圧Ｖ１に関しては図９の制御を実行し、トータル電圧Ｖｔに関しては、図１０の制御での流量Ｑ２をＦＣ４－３に供給されるカソードガスの流量Ｑ３に置き換えて制御してもよい。電圧Ｖ２に関しては、図９に示した電圧Ｖ１用の初回下限値ＶＬα１とは異なる値である初回下限値を用いることにより、電圧Ｖ１、電圧Ｖ２、及びトータル電圧Ｖｔがそれぞれ下限値となるタイミングをずらしてもよい。
第６実施例では、ＥＣＵ３は、トータル電圧Ｖｔに関して図１１の制御のように、トータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔ以下となって、且つ電圧Ｖ１及びＶ２又は電圧Ｖ１及びＶ２の少なくとも一つが対応する目標範囲内で比較的高い値にある場合に、トータル電圧Ｖｔが上昇するように対応する流量を大流量ＱＨに切り替えるようにしてもよい。
第６実施例では、ＥＣＵ３は図１３及び図１４の制御を実行してもよい。例えば、切替スイッチ３６が切断状態に切り替えられてから初期の段階で、電圧Ｖ１、電圧Ｖ２、トータル電圧Ｖｔの順にそれぞれ対応する下限値となるように調整されていると仮定する。電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となるタイミング同士の時間間隔をＴとし、電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となるタイミングとこのタイミングに隣接してその後に電圧Ｖ２が下限値ＶＬ２となるタイミングとの時間間隔をＵ１とする。電圧Ｖ２が下限値ＶＬ２となるタイミングとこのタイミングに隣接してその後にトータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔとなるタイミングとの時間間隔をＵ２とする。トータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔとなるタイミングとこのタイミングに隣接してその後に電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となるタイミングとの時間間隔をＵ３とする。この場合、理想的なタイミングは（Ｕ１／Ｔ）＝（Ｕ２／Ｔ）＝（Ｕ３／Ｔ）＝１／３であり、タイミングの許容ずれ量を（１／６）とすると、タイミングの許容範囲は、（１／６）≦（Ｕ１／Ｔ）≦（３／６）、（１／６）≦（Ｕ２／Ｔ）≦（３／６）、（１／６）≦（Ｕ３／Ｔ）≦（３／６）となる。
ＥＣＵ３は、（１／６）＞（Ｕ１／Ｔ）の場合には、電圧Ｖ１が低下中に下限値ＶＬ１となる前に電圧Ｖ１を上昇させ、（Ｕ１／Ｔ）＞（３／６）の場合には、電圧Ｖ２が低下中に下限値ＶＬ２となる前に電圧Ｖ２を上昇させる。この場合、時間間隔Ｔ及びＵ１に関して、電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となるタイミングは第１タイミングの一例であって且つ第２タイミングの一例でもあり、電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となるタイミングに隣接してその後に電圧Ｖ２が下限値ＶＬ２となるタイミングは第３タイミングの一例である。また、ＥＣＵ３は、（１／６）＞（Ｕ２／Ｔ）の場合には、電圧Ｖ２が低下中に下限値ＶＬ２となる前に電圧Ｖ２を上昇させ、（Ｕ２／Ｔ）＞（３／６）の場合には、トータル電圧Ｖｔが低下中に下限値ＶＬｔとなる前にトータル電圧Ｖｔを上昇させる。このようにすることにより、電圧Ｖ１、電圧Ｖ２、トータル電圧Ｖｔの順にそれぞれ対応する下限値となるタイミングを理想的なタイミングに近づけることができる。この場合、時間間隔Ｔ及びＵ２に関して、電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となるタイミングは第１タイミングの一例であり、電圧Ｖ２が下限値ＶＬ２となるタイミングは第２タイミングの一例であり、電圧Ｖ２が下限値ＶＬ２となるタイミングに隣接してその後にトータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔとなるタイミングは第３タイミングの一例である。
尚、上述のように時間間隔Ｕ１及びＵ２に関して理想的なタイミングに近づけることができれば、必然的に時間間隔Ｕ３に関しても理想的なタイミングに近づけることができるが、ＥＣＵ３は以下のように制御してもよい。ＥＣＵ３は、（１／６）＞（Ｕ３／Ｔ）の場合には、トータル電圧Ｖｔが低下中に下限値ＶＬｔとなる前にトータル電圧Ｖｔを上昇させ、（Ｕ３／Ｔ）＞（３／６）の場合には、電圧Ｖ１が低下中に下限値ＶＬ１となる前に電圧Ｖ１を上昇させてもよい。この場合、時間間隔Ｔ及びＵ３に関して、電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となるタイミングは第１タイミングの一例であり、トータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔとなるタイミングは第２タイミングの一例であり、トータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔとなるタイミングに隣接してその後に、電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となるタイミングは第３タイミングの一例である。
第６実施例では、カソードガス供給系１０－１、１０－２、及び１０－３を統合的に制御するＥＣＵ３を例に説明したが、これに限定されず、例えば、カソードガス供給系１０－１を制御するＥＣＵと、カソードガス供給系１０－２を制御するＥＣＵと、カソードガス供給系１０－３を制御するＥＣＵとを個別に設けてもよい。また、ＦＣ４－３の単セルの積層枚数は、ＦＣ４－１及び４－２のそれぞれの単セルの積層枚数以上であればよい。また、ＦＣ４―１とＦＣ４－２とで単セルの積層枚数が異なっていてもよい。いずれの場合も、トータル電圧Ｖｔの下限値ＶＬｔでの単セル一枚当たりの下限値ＶＬｔｐが、単セル一枚当たりの電圧Ｖ１の下限値ＶＬ１ｐ、及び単セル一枚当たりの電圧Ｖ２の下限値ＶＬ２ｐよりも高い値であればよい。電圧センサＳｔによりトータル電圧Ｖｔを検出したが、これに限定されず、電圧センサＳｔの代わりにＦＣ４－３のみの電圧検出する電圧センサを設けて、この電圧センサの検出値と電圧センサＳ１及びＳ２のそれぞれの検出値の合計値を、トータル電圧Ｖｔとして用いてもよい。
［第７実施例］
図１９は、第７実施例の燃料電池システム１ｃの概略構成図である。燃料電池システム１ｃは、ＦＣ４－１、４－２、…及び４－ｎを含み、即ちｎ個の燃料電池を備えている。ＦＣ４－１～４－ｎは、燃料電池ユニットの一例である。同様に、燃料電池システム１ｃは、カソードガス供給系１０－１、１０－２、…及び１０－ｎを含み、即ちｎ個のカソードガス供給系を備えている。電圧センサＳ１、Ｓ２、…及びＳ（ｎ－１）は、それぞれＦＣ４－１の電圧Ｖ１、ＦＣ４－２の電圧Ｖ２、…及びＦＣ４－（ｎ―１）の電圧Ｖ（ｎ－１）を検出する。第７実施例ではｎ≧４である。尚、図１９においては、ＦＣ４－３～４－（ｎ―１）や、カソードガス供給系１０－３～１０－（ｎ―１）、電圧センサＳ３～Ｓ（ｎ－１）についての図示は省略してある。
ＦＣ４－１～４－ｎのそれぞれは同じ単セルが同じ枚数だけ積層されており、具体的な積層枚数は１００枚である。電圧センサＳｔは、ＦＣ４－１～４－ｎの合計のトータル電圧Ｖｔを検出する。電力制御系３０ｃのＦＤＣ３２ｃは、ＦＣ４－１～４－ｎからの直流電力を調整してＩＮＶ３８に出力する。
カソードガス供給系１０－１～１０－ｎは、それぞれＦＣ４－１～４－ｎに供給されるカソードガスの流量Ｑ１～Ｑｎを制御する。具体的には、開放電圧制御において、流量Ｑ１～Ｑｎはそれぞれ小流量ＱＬ又は大流量ＱＨの何れかに制御される。このため、開放電圧制御において、電圧Ｖ１～Ｖ（ｎ－１）、及びトータル電圧Ｖｔのそれぞれの低下速度は略同じであり、上昇速度もほぼ同じとなる。
開放電圧制御時でのトータル電圧Ｖｔの下限値ＶＬｔの単セル一枚当たりの電圧は、電圧Ｖ１～Ｖ（ｎ－１）の何れの下限値の単セル一枚当たりの電圧よりも高い値である。詳細には、ＦＣ４－ｎの単セルの一枚当たりのトータル電圧Ｖ１の下限値は、ＦＣ４－１～４－（ｎ－１）のそれぞれの単セル一枚当たりの電圧の下限値よりも高い。このため、ＦＣ４－１～４－ｎの発電再開時の出力の応答性が確保されている。また、トータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔとなるタイミングを、他の電圧が下限値となるタイミングからずらすことができる。
第７実施例では、ＥＣＵ３は図４に示した制御を実行し、電圧Ｖ１に関しては図５に示した制御を実行し、トータル電圧Ｖｔに関しては図６の制御での流量Ｑ２をＦＣ４－ｎに供給されるカソードガスの流量Ｑｎに置き換えて制御する。電圧Ｖ２～Ｖ（ｎ―１）に関しては、電圧Ｖ１～Ｖ（ｎ－１）のそれぞれが対応する下限値となるタイミングが一致しないように、電圧Ｖ２～Ｖ（ｎ―１）のそれぞれについて、初回の低下中に下限値となる前に上昇させ、２回目以降は対応する下限値となった場合に上昇させてもよいし、初回の上昇中に上限値となる前に低下させ、２回目以降は対応する上限値となった場合に低下させてもよい。このように制御することにより、電圧Ｖ１～Ｖ（ｎ－１）、及びトータル電圧Ｖｔを所定の範囲内に維持するように適切に増減制御することができる。
また、第７実施例では、ＥＣＵ３は電圧Ｖ１に関しては図９の制御を実行し、トータル電圧Ｖｔに関しては、図１０の制御での流量Ｑ２をＦＣ４－ｎに供給されるカソードガスの流量Ｑｎに置き換えて制御する。電圧Ｖ２～Ｖ（ｎ―１）に関しては、電圧Ｖ１～Ｖ（ｎ－１）のそれぞれが対応する下限値となるタイミングが一致しないように、電圧Ｖ２～Ｖ（ｎ―１）のそれぞれについて、初回の低下中に下限値となる前に上昇させ、２回目以降は対応する下限値となった場合に上昇させる。このように制御することにより、電圧Ｖ１～Ｖ（ｎ－１）、及びトータル電圧Ｖｔを所定の範囲内に維持するように適切に増減制御することができる。
第７実施例では、ＥＣＵ３は、図１１の制御のように、トータル電圧Ｖｔが対応する下限値以下となって且つ電圧Ｖ１～Ｖ（ｎ―１）がそれぞれ対応する下限値に所定のマージンを加えた値よりも大きい場合に、トータル電圧Ｖｔが上昇するように対応する流量を大流量ＱＨに切り替えるようにしてもよい。尚、下限値に所定のマージンを加えた値とは、予め定められている上限値及び下限値の間の中間値よりも低い値であり、例えば、上限値から下限値までの差分の１０分の１程度の大きさの値をマージンとして下限値に加えた値である。このマージンの大きさは、燃料電池システムが備える燃料電池の個数が多いほど、小さい値にするのが好ましい。
第７実施例では、ＥＣＵ３は図１３及び図１４の制御を実行してもよい。例えば、切替スイッチ３６が切断状態に切り替えられてから初期の段階で、電圧Ｖ１、Ｖ２、…Ｖ（ｎ―１）、トータル電圧Ｖｔの順にそれぞれ対応する下限値となるように調整されていると仮定し、電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となるタイミング同士の時間間隔をＴとし、電圧Ｖ１が下限値ＶＬ１となるタイミングとこのタイミングに隣接してその後に電圧Ｖ２が下限値ＶＬ２となるタイミングとの時間間隔をＵ１とする。電圧Ｖ２が下限値ＶＬ２となるタイミングとこのタイミングに隣接してその後に電圧Ｖ３が下限値ＶＬ３となるタイミングとの時間間隔をＵ２とする。同様に、Ｖ（ｎ－１）が対応する下限値となるタイミングとこのタイミングに隣接してその後にトータル電圧Ｖｔが下限値ＶＬｔとなるタイミングとの時間間隔をＵ（ｎ－１）とする。この場合、理想的なタイミングは（Ｕ１／Ｔ）＝（Ｕ２／Ｔ）＝…（Ｕ（ｎ―１）／Ｔ）＝１／ｎである。タイミングの許容ずれ量を（１／２ｎ）とすると、タイミングの許容範囲は、（１／２ｎ）≦（Ｕ１／Ｔ）≦（３／２ｎ）であり、他の時間間隔Ｕ２～Ｕ（ｎ－１）のそれぞれの許容範囲も同様である。
ＥＣＵ３は、（１／２ｎ）＞（Ｕ１／Ｔ）の場合には、電圧Ｖ１が低下中に下限値ＶＬ１となる前に電圧Ｖ１を上昇させ、（Ｕ１／Ｔ）＞（３／２ｎ）の場合には、電圧Ｖ２が低下中に下限値ＶＬ２となる前に電圧Ｖ２を上昇させる。また、ＥＣＵ３は、（１／２ｎ）＞（Ｕ（ｎ－１）／Ｔ）の場合には、Ｖ（ｎ－１）が低下中に対応する下限値となる前にＶ（ｎ－１）を上昇させ、（Ｕ（ｎ－１）／Ｔ）＞（３／２ｎ）の場合には、トータル電圧Ｖｔが低下中に下限値ＶＬｔとなる前にトータル電圧Ｖｔを上昇させる。このようにすることにより、電圧Ｖ１、Ｖ２…及びトータル電圧Ｖｔの順にそれぞれ対応する下限値となるタイミングを理想的なタイミングに近づけることができる。
第７実施例では、カソードガス供給系１０－１～１０－ｎを統合的に制御するＥＣＵ３を例に説明したが、これに限定されず、例えば、カソードガス供給系１０－１～１０－ｎをそれぞれ制御するＥＣＵを個別に設けてもよい。また、ＦＣ４－ｎの単セルの積層枚数は、ＦＣ４－１～４－（ｎ－１）のそれぞれの単セルの積層枚数以上であればよい。また、ＦＣ４－１～４－（ｎ－１）で単セルの積層枚数が異なっていてもよい。電圧センサＳｔによりトータル電圧Ｖｔを検出したが、これに限定されず、電圧センサＳｔの代わりにＦＣ４－ｎのみの電圧検出する電圧センサを設けて、この電圧センサの検出値と電圧センサＳ１～Ｓ（ｎ－１）のそれぞれの検出値の合計値を、トータル電圧Ｖｔとして用いてもよい。
上述した燃料電池システムは、自家用車、バス、冷蔵車、冷凍車等の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
３ ＥＣＵ（制御装置）
４－１、４－２ 燃料電池
１０－１、１０－２ カソードガス供給系
３６ 切替スイッチ（切替装置）

Claims (8)

  1. 複数の同一の単セルが積層され互いに直列に接続され負荷装置に電力を供給する第１～第ｎ（ｎ≧２）燃料電池、を含む燃料電池ユニットと、
    前記第１～第ｎ燃料電池のそれぞれにカソードガスを独立に供給する第１～第ｎ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替装置を前記接続状態から前記切断状態に切替え、前記第１～第ｎ供給系をそれぞれ制御することにより前記第１～第ｎ燃料電池にそれぞれ供給されるカソードガスの流量を制御する制御装置と、を備え、
    前記第ｎ燃料電池の前記単セルの積層枚数は、前記第１～第ｎ―１燃料電池のそれぞれの前記単セルの積層枚数以上であり、
    前記制御装置は、
    前記切断状態において、前記第１～第ｎ－１燃料電池のそれぞれの開放電圧である第１～第ｎ－１開放電圧と、前記燃料電池ユニットのトータルの開放電圧であるトータル開放電圧とを取得する取得部と、
    前記第１～第ｎ－１開放電圧がそれぞれ第１～第ｎ－１下限値以下となった場合には、前記第１～第ｎ－１開放電圧がそれぞれ上昇するように前記第１～第ｎ－１燃料電池へそれぞれ供給されるカソードガスの流量を第１～第ｎ－１大流量に制御し、前記第１～第ｎ－１開放電圧がそれぞれ第１～第ｎ－１上限値以上となった場合には、前記第１～第ｎ―１開放電圧がそれぞれ低下するように前記第１～第ｎ－１燃料電池へそれぞれ供給されるカソードガスの流量を前記第１～第ｎ－１大流量よりもそれぞれ小さい第１～第ｎ―１小流量に制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記トータル開放電圧が第ｎ下限値以下となった場合には、前記トータル開放電圧が上昇するように前記第ｎ燃料電池へ供給されるカソードガスの流量を第ｎ大流量に制御し、前記トータル開放電圧が第ｎ上限値以上となった場合には、前記トータル開放電圧が低下するように前記第ｎ燃料電池へ供給されるカソードガスの流量を前記第ｎ大流量よりも小さい第ｎ小流量に制御し、
    前記第ｎ下限値を前記燃料電池ユニットの全体の前記単セルの積層枚数で除算した値は、前記第１～第ｎ－１下限値のそれぞれを前記第１～第ｎ－１燃料電池のそれぞれの前記単セルの積層枚数で除算した値より大きい、燃料電池システム。
  2. 前記制御部は、前記切替装置が前記接続状態から前記切断状態に切り替えられてから前記トータル開放電圧の初回の上昇中に、前記トータル開放電圧が前記第ｎ上限値となる前に、前記第ｎ燃料電池へ供給されるカソードガスの流量を前記第ｎ小流量に切り替える、請求項１の燃料電池システム。
  3. 前記制御部は、前記切替装置が前記接続状態から前記切断状態に切り替えられてから前記第１～第ｎ－１開放電圧のうちの一つの開放電圧の初回の低下中に、前記一つの開放電圧が対応する下限値となる前に、前記一つの開放電圧に対応する燃料電池へ供給されるカソードガスの流量を対応する大流量に切り替える、請求項１の燃料電池システム。
  4. 前記制御部は、前記トータル開放電圧が前記第ｎ下限値以下となった場合であって、前記第１～第ｎ－１開放電圧の少なくとも一つが対応する上限値及び下限値の間の所定値以上の場合に、前記第ｎ燃料電池へ供給されるカソードガスの流量を前記第ｎ大流量に切り替える、請求項１の燃料電池システム。
  5. 前記第１～第ｎ－１開放電圧のうち何れかの開放電圧が対応する下限値となるタイミングを第１タイミングとし、
    前記第１～第ｎ－１開放電圧と前記トータル開放電圧のうち２つの開放電圧の一方が対応する下限値となるタイミングを第２タイミングとし、
    前記２つの開放電圧の他方が対応する下限値となるタイミングを第３タイミングとし、
    前記第１タイミング同士の時間間隔をＴとし、
    前記第２タイミングと、前記第２タイミングに隣接しており前記第２タイミングの後の前記第３タイミングとの時間間隔をＵとし、
    （１／２ｎ）＞（Ｕ／Ｔ）の場合には、前記制御部は、前記一方の開放電圧の低下中であって対応する下限値となる前に前記一方の開放電圧に対応する燃料電池へ供給されるカソードガスの流量を対応する大流量に切り替え、（Ｕ／Ｔ）＞（３／２ｎ）の場合には、前記制御部は、前記他方の開放電圧の低下中であって対応する下限値となる前に前記他方の開放電圧に対応する燃料電池へ供給されるカソードガスの流量を対応する大流量に切り替える、請求項１の燃料電池システム。
  6. 前記第１～第ｎ小流量のそれぞれを前記第１～第ｎ燃料電池のそれぞれの前記単セルの積層枚数で除算した値は、同じである、請求項１乃至５の何れかの燃料電池システム。
  7. 前記ｎ＝２である、請求項１乃至６の何れかの燃料電池システム。
  8. 前記ｎ＝３である、請求項１乃至６の何れかの燃料電池システム。
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