(57)【要約】      （修正有）【課題】製造コストを削減しつつ出力性能の低下を抑制する燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システムは、複数枚の第１単セルが積層された第１燃料電池４ａと、複数枚の第２単セルが積層された第２燃料電池４ｂと、第１及び第２燃料電池にそれぞれ取り付けられた第１及び第２電圧検出装置Ｖａ、Ｖｂと、第１及び第２燃料電池の運転を制御する制御装置３とを備える。第１電圧検出装置は、平均Ｎ枚毎の第１単セルの電圧を検出する。第２電圧検出装置は、第２燃料電池全体の電圧又はＮ枚よりも多い平均Ｍ枚毎の第２単セルの電圧を検出する。制御装置は、第１電圧検出装置の検出結果を参照することにより何れかの第１単セルが燃料欠乏状態であるか否かを判定する判定処理を実行し、肯定判定をした場合には、第１燃料電池に対して発電状態で燃料欠乏状態を解消するための解消処理を実行し、且つ、第２燃料電池の発電を停止状態に制御する。【選択図】図１
2020205203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス及び酸化剤ガスが供給され複数枚の第１単セルが積層された第１燃料電池と、
燃料ガス及び酸化剤ガスが供給され複数枚の第２単セルが積層された第２燃料電池と、
前記第１及び第２燃料電池にそれぞれ取り付けられた第１及び第２電圧検出装置と、
前記第１及び第２燃料電池の運転を制御する制御装置と、を備え、
前記第１電圧検出装置は、平均Ｎ枚毎の前記第１単セルの電圧を検出し、
前記第２電圧検出装置は、前記第２燃料電池全体の電圧、又は前記Ｎ枚よりも多い平均Ｍ枚毎の前記第２単セルの電圧を検出し、
前記制御装置は、前記第１電圧検出装置の検出結果を参照することにより何れかの前記第１単セルが燃料欠乏状態であるか否かを判定する判定処理を実行し、前記判定処理で肯定判定をした場合には、前記第１燃料電池に対して発電状態で燃料欠乏状態を解消するための解消処理を実行し且つ前記第２燃料電池の発電を停止状態に制御する、燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記第１電圧検出装置の検出結果を参照しながら前記第１燃料電池に対して前記解消処理を実行する、請求項１の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記第１電圧検出装置の検出結果を参照して、前記解消処理の実行により何れの前記第１単セルにおいても燃料欠乏状態が解消したか否かを判定する、請求項１又は２の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記解消処理の実行により何れの前記第１単セルにおいても燃料欠乏状態が解消したと判定をした場合、前記解消処理を停止する、請求項３の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記解消処理の実行により何れの前記第１単セルにおいても燃料欠乏状態が解消したとは判定されなかった場合には、前記第１燃料電池の発電を停止状態に制御する、請求項３又は４の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御装置は、何れかの前記第１単セルが燃料欠乏状態であると判定した場合に、前記第１燃料電池に対して前記解消処理を実行し且つ前記第２燃料電池の発電を停止状態に制御し、更に前記第２燃料電池に対して燃料欠乏状態となる要因を前記第２燃料電池の発電開始前に解消する事前処理を実行する、請求項１乃至５の何れかの燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御装置は、何れかの前記第１単セルが燃料欠乏状態であると判定した場合であって、前記第２燃料電池の電圧に相関する電圧パラメータが発電状態である前記第２燃料電池の電圧が閾値未満であることを示す場合に、前記第１燃料電池に対して前記解消処理を実行し且つ前記第２燃料電池の発電を停止状態に制御する、請求項１乃至６の何れかの燃料電池システム。
【請求項８】
前記制御装置は、何れかの前記第１単セルが燃料欠乏状態であると判定した場合であって、前記第２燃料電池の温度に相関する温度パラメータが発電状態である前記第２燃料電池の温度が閾値以下であることを示す場合に、前記第１燃料電池に対して前記解消処理を実行し且つ前記第２燃料電池の発電を停止状態に制御する、請求項１乃至６の何れかの燃料電池システム。
【請求項９】
前記制御装置は、前記第１及び第２燃料電池の少なくとも一方に発電開始要求があった場合に、前記第１燃料電池に対して発電状態で前記判定処理を実行する、請求項１乃至６の何れかの燃料電池システム。
【請求項１０】
前記制御装置は、前記第１及び第２燃料電池の少なくとも一方に発電開始要求があった際に外気温度に相関する外気温度パラメータが外気温度が閾値以下であることを示す場合に、前記第１燃料電池に対して発電状態で前記判定処理を実行する、請求項１乃至６の何れかの燃料電池システム。
【請求項１１】
前記制御装置は、何れかの前記第１単セルが燃料欠乏状態であると判定した場合であって、前記第１及び第２燃料電池への合計の要求出力が閾値未満である場合に、前記第１燃料電池に対して前記解消処理を実行し且つ前記第２燃料電池の発電を停止状態に制御する、請求項１乃至１０の何れかの燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数枚の単セルが積層された燃料電池において、例えば一部の単セルに燃料ガスが十分に供給されずに燃料が欠乏した状態となると、その単セルの電圧は負電圧となるまで低下して、その単セルの出力性能が低下する場合がある（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−０４９２５９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような出力性能の低下を抑制するために、何れかの単セルが燃料欠乏状態であるか否かを判定し、燃料欠乏状態であった場合には燃料欠乏状態を解消するための解消処理を実行することが考えられる。ここで、例えば１枚毎の単セルの電圧を検出する電圧検出装置を用いてその検出結果を参照することにより、何れかの単セルが燃料欠乏状態であるか否かを精度よく判定することができ、これにより解消処理を適切に実行して出力性能の低下を抑制できる。
【０００５】
このような電圧検出装置は、少ない枚数毎に単セルの電圧を検出する方が製造コストは高くなり、１枚毎に単セルの電圧を検出する方が、複数枚毎に電圧を検出するものや、燃料電池全体の電圧のみを検出するものに比べて製造コストは高くなる。また、複数の燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、複数の燃料電池のそれぞれにこのような製造コストの高い電圧検出装置を取り付けると、燃料電池システムの製造コストが増大する。
【０００６】
そこで、製造コストを削減しつつ出力性能の低下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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給され複数枚の第１単セルが積層された第１燃料電池と、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給され複数枚の第２単セルが積層された第２燃料電池と、前記第１及び第２燃料電池にそれぞれ取り付けられた第１及び第２電圧検出装置と、前記第１及び第２燃料電池の運転を制御する制御装置と、を備え、前記第１電圧検出装置は、平均Ｎ枚毎の前記第１単セルの電圧を検出し、前記第２電圧検出装置は、前記第２燃料電池全体の電圧、又は前記Ｎ枚よりも多い平均Ｍ枚毎の前記第２単セルの電圧を検出し、前記制御装置は、前記第１電圧検出装置の検出結果を参照することにより何れかの前記第１単セルが燃料欠乏状態であるか否かを判定する判定処理を実行し、前記判定処理で肯定判定をした場合には、前記第１燃料電池に対して発電状態で燃料欠乏状態を解消するための解消処理を実行し且つ前記第２燃料電池の発電を停止状態に制御する、燃料電池システムによって達成できる。
【０００８】
前記制御装置は、前記第１電圧検出装置の検出結果を参照しながら前記第１燃料電池に対して前記解消処理を実行してもよい。
【０００９】
前記制御装置は、前記第１電圧検出装置の検出結果を参照して、前記解消処理の実行により何れの前記第１単セルにおいても燃料欠乏状態が解消したか否かを判定してもよい。
【００１０】
前記制御装置は、前記解消処理の実行により何れの前記第１単セルにおいても燃料欠乏状態が解消したと判定をした場合、前記解消処理を停止してもよい。
【００１１】
前記制御装置は、前記解消処理の実行により何れの前記第１単セルにおいても燃料欠乏状態が解消したとは判定されなかった場合には、前記第１燃料電池の発電を停止状態に制御してもよい。
【００１２】
前記制御装置は、何れかの前記第１単セルが燃料欠乏状態であると判定した場合に、前記第１燃料電池に対して前記解消処理を実行し且つ前記第２燃料電池の発電を停止状態に制御し、更に前記第２燃料電池に対して燃料欠乏状態となる要因を前記第２燃料電池の発電開始前に解消する事前処理を実行してもよい。
【００１３】
前記制御装置は、何れかの前記第１単セルが燃料欠乏状態であると判定した場合であって、前記第２燃料電池の電圧に相関する電圧パラメータが発電状態である前記第２燃料電池の電圧が閾値未満であることを示す場合に、前記第１燃料電池に対して前記解消処理を実行し且つ前記第２燃料電池の発電を停止状態に制御してもよい。
【００１４】
前記制御装置は、何れかの前記第１単セルが燃料欠乏状態であると判定した場合であって、前記第２燃料電池の温度に相関する温度パラメータが発電状態である前記第２燃料電池の温度が閾値以下であることを示す場合に、前記第１燃料電池に対して前記解消処理を実行し且つ前記第２燃料電池の発電を停止状態に制御してもよい。
【００１５】
前記制御装置は、前記第１及び第２燃料電池の少なくとも一方に発電開始要求があった場合に、前記第１燃料電池に対して発電状態で前記判定処理を実行してもよい。
【００１６】
前記制御装置は、前記第１及び第２燃料電池の少なくとも一方に発電開始要求があった際に外気温度に相関する外気温度パラメータが外気温度が閾値以下であることを示す場合に、前記第１燃料電池に対して発電状態で前記判定処理を実行してもよい。
【００１７】
前記制御装置は、何れかの前記第１単セルが燃料欠乏状態であると判定した場合であって、前記第１及び第２燃料電池への合計の要求出力が閾値未満である場合に、前記第１燃料電池に対して前記解消処理を実行し且つ前記第２燃料電池の発電を停止状態に制御してもよい。
【発明の効果】
【００１８】
製造コストを削減しつつ出力性能の低下を抑制する燃料電池システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】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】図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ電圧センサの説明図である。
【図３】図３は、本実施例の燃料欠乏判定制御の一例を示したフローチャートである。
【図４】図４は、燃料欠乏判定制御の第１変形例を示したフローチャートである。
【図５】図５は、燃料欠乏判定制御の第２変形例を示したフローチャートである。
【図６】図６は、燃料欠乏判定制御の第３変形例を示したフローチャートである。
【図７】図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ電圧センサの第１変形例の説明図である。
【図８】図８Ａ及び図８Ｂは、それぞれ電圧センサの第２変形例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［燃料電池システムの概略構成］
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）４ａ及び４ｂ、二次電池（以下、ＢＡＴと称する）８ａ及び８ｂ、酸化剤ガス供給系１０ａ及び１０ｂ、燃料ガス供給系２０ａ及び２０ｂ、電力制御系３０ａ及び３０ｂ、及び冷却系４０ａ及び４０ｂ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、イグニッションスイッチ７、及び外気温センサ９を備えている。
【００２１】
ＦＣ４ａ及び４ｂは、燃料ガスと酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池である。ＦＣ４ａ及び４ｂ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。ＦＣ４ａ及び４ｂ内のそれぞれには、酸化剤ガスが流れるカソード流路４ａＣ及び４ｂＣと、燃料ガスが流れるアノード流路４ａＡ及び４ｂＡとが形成されている。単セルは、膜電極接合体とそれを挟持する一対のセパレータとを含む燃料電池を構成する最小単位である。アノード流路４ａＡは、複数の単セルのセパレータを貫通したアノード入口マニホールド及びアノード出口マニホールドと、各単セルに設けられた膜電極接合体のアノード側に配置されたセパレータと膜電極接合体との間の空間とを含む。膜電極接合体は、電解質膜と、電解質膜の両面にそれぞれ形成された触媒層とを含む。カソード流路４ａＣは、複数の単セルのセパレータを貫通した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と、各単セルに設けられた膜電極接合体のカソード側に配置されたセパレータと膜電極接合体との間の空間とを含む。本実施例では、ＦＣ４ａ及び４ｂは同一の燃料電池であるがこれに限定されない。ＦＣ４ａ及び４ｂはそれぞれ第１及び第２燃料電池の一例である。
【００２２】
酸化剤ガス供給系１０ａ及び１０ｂは、それぞれ、酸化剤ガスとして酸素を含む空気をＦＣ４ａ及び４ｂに供給する。具体的には、酸化剤ガス供給系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。
【００２３】
供給管１１ａ及び１１ｂは、それぞれＦＣ４ａ及び４ｂ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ＦＣ４ａ及び４ｂ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。
【００２４】
エアコンプレッサ１４ａ及び１４ｂは、それぞれ、酸化剤ガスとして酸素を含む空気を、供給管１１ａ及び１１ｂを介してＦＣ４ａ及び４ｂに供給する。ＦＣ４ａ及び４ｂに供給された酸化剤ガスは、ＦＣ４ａ及び４ｂ内で燃料ガスとの化学反応により電気を発生させた後、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、ＦＣ４ａ及び４ｂに供給される酸化剤ガスを冷却する。背圧弁１７ａ及び１７ｂは、それぞれＦＣ４ａ及び４ｂのカソード側の背圧を調整する。
【００２５】
燃料ガス供給系２０ａ及び２０ｂは、それぞれ、燃料ガスとして水素ガスをＦＣ４ａ及び４ｂに供給する。具体的には、燃料ガス供給系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、圧力センサＰａ及びＰｂ、循環管２３ａ及び２３ｂ、タンク弁２４ａ及び２４ｂ、調圧弁２５ａ及び２５ｂ、インジェクタ（以下、ＩＮＪと称する）２６ａ及び２６ｂ、気液分離器２７ａ及び２７ｂ、排水弁２８ａ及び２８ｂ、及び水素循環ポンプ（以下、ＨＰと称する）２９ａ及び２９ｂを含む。
【００２６】
タンク２０ＴａとＦＣ４ａのアノード入口マニホールドは、供給管２１ａにより接続されている。同様に、タンク２０ＴｂとＦＣ４ｂのアノード入口マニホールドは、供給管２１ｂにより接続されている。タンク２０Ｔａ及び２０Ｔｂには、燃料ガスである水素ガスが貯留されている。排出管２２ａ及び２２ｂの一端は、それぞれＦＣ４ａ及び４ｂのアノード出口マニホールドに接続され、排出管２２ａ及び２２ｂの他端は、それぞれ酸化剤ガス供給系１０ａ及び１０ｂの排出管１２ａ及び１２ｂに接続されている。循環管２３ａ及び２３ｂは、それぞれ、気液分離器２７ａ及び２７ｂと供給管２１ａ及び２１ｂとを連通している。タンク弁２４ａ、調圧弁２５ａ、及びＩＮＪ２６ａは、供給管２１ａの上流側から順に配置されている。タンク弁２４ａが開いた状態で、調圧弁２５ａの開度が調整され、ＩＮＪ２６ａが燃料ガスを噴射する。これにより、ＦＣ４ａに燃料ガスが供給される。タンク弁２４ａ、調圧弁２５ａ、及びＩＮＪ２６ａの駆動は、ＥＣＵ３により制御される。タンク弁２４ｂ、調圧弁２５ｂ、及びＩＮＪ２６ｂについても同様である。
【００２７】
排出管２２ａには、圧力センサＰａ、気液分離器２７ａ、及び排水弁２８ａが、上流側から順に配置されている。圧力センサＰａは、ＦＣ４ａのアノード出口マニホールド近傍に設けられており、ＦＣ４ａのアノード流路の出口側での圧力を検出する。気液分離器２７ａは、ＦＣ４ａから排出された燃料ガスから水分を分離して貯留する。気液分離器２７ａに貯留された水は、排水弁２８ａが開くことにより、排出管２２ａ及び１２ａを介して燃料電池システム１の外部へと排出される。排水弁２８ａの駆動は、ＥＣＵ３により制御される。圧力センサＰｂについても同様に、ＦＣ４ｂのアノード出口マニホールド近傍に設けられており、ＦＣ４ｂのアノード流路の出口側での圧力を検出する。気液分離器２７ｂ及び排水弁２８ｂについても、気液分離器２７ａ及び排水弁２８ａと同様である。
【００２８】
循環管２３ａは、燃料ガスをＦＣ４ａ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２７ａに接続され、ＨＰ２９ａが配置されている。ＦＣ４ａから排出された燃料ガスは、ＨＰ２９ａによって適度に加圧され、供給管２１ａへ導かれる。ＨＰ２９ａの駆動は、ＥＣＵ３により制御される。循環管２３ｂ及びＨＰ２９ｂについても同様である。
【００２９】
冷却系４０ａ及び４０ｂは、それぞれ、冷却水を所定の経路を経て循環させることによりＦＣ４ａ及び４ｂを冷却する。冷却系４０ａ及び４０ｂは、それぞれ、供給管４１ａ及び４１ｂ、排出管４２ａ及び４２ｂ、バイパス管４３ａ及び４３ｂ、ラジエータ４４ａ及び４４ｂ、バイパス弁４５ａ及び４５ｂ、ウォータポンプ（以下、ＷＰと称する）４６ａ及び４６ｂ、及び温度センサＴａ及びＴｂを含む。
【００３０】
供給管４１ａは、ＦＣ４ａの冷却水入口マニホールドに接続されている。排出管４２ａは、ＦＣ４ａの冷却水出口マニホールドに接続されている。バイパス管４３ａは供給管４１ａ及び排出管４２ａを連通している。バイパス弁４５ａは、供給管４１ａとバイパス管４３ａとの接続部分に設けられている。バイパス弁４５ａは供給管４１ａとバイパス管４３ａとの連通状態を切り替える。ラジエータ４４ａは、供給管４１ａと排出管４２ａとに接続されている。バイパス弁４５ａ及びＷＰ４６ａは、供給管４１ａ上に上流側から順に配置されている。ＷＰ４６ａは、冷媒としての冷却水を、供給管４１ａ及び排出管４２ａを介してＦＣ４ａとラジエータ４４ａとの間で循環させる。ラジエータ４４ａは、ＦＣ４ａから排出された冷却水を外気と熱交換することにより冷却する。バイパス弁４５ａ、及びＷＰ４６ａの駆動は、ＥＣＵ３により制御される。温度センサＴａは、排出管４２ａ上に設けられて、ＦＣ４ａから排出された冷却水の温度を検出し、ＥＣＵ３はその検出結果を取得する。供給管４１ｂ、排出管４２ｂ、バイパス管４３ｂ、ラジエータ４４ｂ、バイパス弁４５ｂ、及びＷＰ４６ｂ、及び温度センサＴｂについても、同様である。
【００３１】
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、補機インバータ（以下、ＡＩＮＶと称する）３９ａ及び３９ｂ、電圧センサＶａ及びＶｂ、及び電流センサＡａ及びＡｂ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、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。
【００３２】
ＦＣ４ａ及びＢＡＴ８ａの電力は、ＡＩＮＶ３９ａを介してモータ５０以外の負荷装置に供給可能である。同様に、ＦＣ４ｂ及びＢＡＴ８ｂの電力は、ＡＩＮＶ３９ｂを介して負荷装置に供給可能である。ここで負荷装置は、ＦＣ４ａ及び４ｂ用の補機と、車両用の補機とを含む。ＦＣ４ａ及び４ｂ用の補機とは、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、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、ＨＰ２９ａ及び２９ｂ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。
【００３３】
電流センサＡａ及び電圧センサＶａは、ＦＣ４ａに取り付けられており、電流センサＡｂ及び電圧センサＶｂは、ＦＣ４ｂに取り付けられている。電流センサＡａ及びＡｂは、それぞれＦＣ４ａ及び４ｂの出力電流を検出し、ＥＣＵ３はその検出結果を取得する。電圧センサＶａは、ＦＣ４ａの単セル１枚毎の電圧を検出し、ＥＣＵ３はその検出結果を取得する。電圧センサＶｂは、ＦＣ４ｂ全体の電圧を検出し、ＥＣＵ３はその検出結果を取得する。電流センサＡａ及び電圧センサＶａや電流センサＡｂ及び電圧センサＶｂは、それぞれＦＣ４ａ及び４ｂの運転を制御するために用いられる。例えば、ＥＣＵ３は電流センサＡａ及び電圧センサＶａに基づいて、ＦＣ４ａの電流電圧特性を取得し、ＦＣ４ａの電流電圧特性を参照してＦＣ４ａの実際の出力とＦＣ４ａへの要求出力とが一致するようにＦＣ４ａの目標電流値を設定し、ＦＤＣ３２ａを制御することによりＦＣ４ａの掃引電流値を目標電流値に制御する。尚、電圧センサＶａはＦＣ４ａの単セル１枚毎の電圧を検出するが、ＥＣＵ３は各単セルの電圧を加算することによりＦＣ４ａ全体の電圧を算出し、これに基づいてＦＣ４ａの電流電圧特性を取得する。同様に、ＥＣＵ３は電流センサＡｂ及び電圧センサＶｂに基づいて、ＦＣ４ｂの出力電流と出力電圧との関係からＦＣ４ｂの電流電圧特性を取得し、ＦＣ４ｂの電流電圧特性を参照して、ＦＣ４ｂの実際の出力とＦＣ４ｂへの要求出力とが一致するようにＦＣ４ｂの目標電流値を設定し、ＦＤＣ３２ｂを制御することによりＦＣ４ｂの掃引電流値を目標電流値に制御する。このように、ＥＣＵ３は、電圧センサＶａ及びＶｂの検出結果に基づいてそれぞれＦＣ４ａ及び４ｂを制御する。電圧センサＶａ及びＶｂは、それぞれ第１及び第２電圧検出装置の一例であり、詳しくは後述する。
【００３４】
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、イグニッションスイッチ７、外気温センサ９、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。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Ｐを算出する。また、ＥＣＵ３は、要求出力Ｐ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。尚、要求出力Ｐは、複数の燃料電池からなる燃料電池ユニットに要求される出力であり、ＢＡＴ８ａ及び８ｂ等の燃料電池以外に要求される出力は含まない。
【００３５】
［電圧センサＶａ及びＶｂ］
図２Ａ及び図２Ｂは、電圧センサＶａ及びＶｂの説明図である。最初にＦＣ４ａ及び４ｂについて説明する。ＦＣ４ａは、複数の単セル４ａ２が積層された積層体４ａ１を有している。積層体４ａ１の一端には、不図示のターミナルプレート、インシュレータ、エンドプレートが積層体４ａ１側から順に積層され、他端にも同様に、ターミナルプレート、インシュレータ、エンドプレートが積層体４ａ１側から順に積層され、ＦＣ４ａはこれらの部材を含む。同様に、ＦＣ４ｂは、複数の単セル４ｂ２が積層された積層体４ｂ１を有し、更に２つのターミナルプレート、２つのインシュレータ、及び２つのエンドプレートを有している。単セル４ａ２は、単セル４ｂ２と同じである。また、単セル４ａ２の合計積層枚数も単セル４ｂ２と同じである。
【００３６】
電圧センサＶａは、ＦＣ４ａの全ての単セル４ａ２について１枚毎に電圧を検出する。即ち、電圧センサＶａの検出チャンネル数は、単セル４ａ２の合計積層枚数と一致する。これに対して電圧センサＶｂは、積層体４ｂ１全体、即ちＦＣ４ｂ全体の電圧を検出する。従って、電圧センサＶｂの検出チャンネル数は１である。このように、電圧センサＶｂは電圧センサＶａよりも検出チャンネル数が少ないため、電圧センサＶｂは電圧センサＶａよりも製造コストが低い。従って、ＦＣ４ｂに対してもＦＣ４ａと同様に１枚毎の単セル４ｂ２の電圧を検出する電圧センサを設ける場合と比較して、本実施例の燃料電池システム１は製造コストが削減されている。
【００３７】
［燃料欠乏状態］
次に、燃料欠乏状態について説明する。例えば、ＦＣ４ａにＩＮＪ２６ａから燃料ガスが供給されていても、何れかの単セル４ａ２に燃料ガスが十分に供給されない燃料欠乏状態となる可能性がある。例えば、発電反応によって生じた液水がアノード流路４ａＡ内に滞留して、燃料ガスが一部の単セル４ａ２の少なくとも一部の発電領域にまで十分に供給されない場合に、燃料欠乏状態となる。また、例えば燃料電池システム１の停止中に外気温が低下してＦＣ４ａのアノード流路４ａＡ内に残留していた液水が凍結し、燃料電池システム１の始動後であっても、凍結した氷により燃料ガスが一部の単セル４ａ２の少なくとも一部の発電領域にまで十分に供給されない場合にも、その単セル４ａ２は燃料欠乏状態となる。燃料欠乏状態となった単セル４ａ２の電圧は、本来予定されていた電圧よりも低下し、発電効率が低下する。更に、燃料欠乏状態が継続すると、その単セル４ａ２のアノード触媒を担持するカーボンやカソード触媒を担持するカーボンが酸化腐食してアノード触媒及びカソード触媒が溶出して、発電性能が低下する可能性がある。ここで、単セル４ａ２に供給される酸化剤ガスが欠乏した場合には発電性能が一時的に低下するだけだが、上記のように燃料ガスが欠乏すると、以降の発電性能が恒久的に低下するおそれがあるため、酸化剤不足よりも適切に検出し、その状態を解消する必要がある。ＦＣ４ｂの単セル４ｂ２についても、同様の原理により燃料欠乏状態となる場合が考えられ、同様の問題が生じ得る。
【００３８】
このため、例えばＦＣ４ａの何れかの単セル４ａ２で燃料欠乏状態となる可能性がある場合には、燃料欠乏状態を解消するための解消処理をＦＣ４ａに対して実行することが考えられる。解消処理については、詳しくは後述する。ここで本実施例では、ＥＣＵ３は、電圧センサＶａの検出結果を参照しながら、ＦＣ４ａのいずれかの単セル４ａ２に燃料欠乏が発生しているか否かを判定し、ＦＣ４ａに対して解消処理を実行する。上述したようにＦＣ４ａに取り付けられている電圧センサＶａは、１枚毎の単セル４ａ２の電圧を検出するため、ＥＣＵ３は、いずれかの単セルＦＣ４ａ２に燃料欠乏が発生しているか否かを精度よく判定することができ、また解消処理の実行中での１枚毎の単セル４ａ２の電圧の変化を精度よく把握することができる。例えば解消処理の実行前に大きく低下していた単セル４ａ２の電圧が解消処理の実行により十分に回復した場合には、これ以上の解消処理の継続は不要であるとして解消処理を停止することができる。また、解消処理の実行によっても一部の単セル４ａ２の電圧の回復が見られない場合には、その単セル４ａ２の出力性能の低下を防止するために、ＦＣ４ａの発電自体を停止することもできる。このように、単セル４ａ２の各電圧を参照して何れかの単セル４ａ２に燃料欠乏が発生しているか否かを精度よく判定し、解消処理の実行中での単セル４ａ２の各電圧に基づいてＦＣ４ａに対して適切な措置をすることができる。
【００３９】
同様に、ＦＣ４ｂの何れかの単セル４ｂ２で燃料欠乏状態となる可能性がある場合に、電圧センサＶｂの検出結果を参照しながらＦＣ４ｂに対しても解消処理を実行することが考えられる。しかしながら、ＦＣ４ｂに取り付けられた電圧センサＶｂはＦＣ４ｂ全体の電圧を検出するため、ＥＣＵ３は１枚毎の単セル４ｂ２の電圧の変化は把握することは困難である。このため、ＥＣＵ３は、電圧センサＶｂの検出結果を参照しながらＦＣ４ｂの単セル４ｂ２が燃料欠乏状態にあるか判定しようとしても、正しく判定できない場合がある。例えば、ＦＣ４ｂのうちの１枚の単セルのみが燃料欠乏状態になり、当該単セル４ｂ２の電圧が低下したとしても、電圧センサＶｂはＦＣ４ｂ全体の電圧を検出しているため、ＦＣ４ｂ全体の電圧の変化の割合は小さい。したがって、燃料欠乏以外の要因により角単セル４ｂ２の電圧がほぼ均等に僅かに低下しているのか、１枚の単セルのみが燃料欠乏状態になり大きく電圧低下しているのか、を判断することが難しい。即ち、何れかの単セル４ｂ２に燃料欠乏が発生しているか否かを精度よく判定することは困難である。また、電圧センサＶｂの検出結果を参照しながらＦＣ４ｂに対して解消処理を実行したとしても、燃料欠乏状態であった単セル４ｂ２の電圧が回復したか否かを判断することはできず、ＦＣ４ｂに対して適切な措置をすることが困難となる。本実施例では、ＦＣ４ａの単セル４ａ２及びＦＣ４ｂの単セル４ｂ２の少なくとも何れかが燃料欠乏状態となる可能性がある場合には、ＥＣＵ３はＦＣ４ａに対しては電圧センサＶａの検出結果を参照しながら解消処理を実行するが、ＦＣ４ｂに対しては発電を停止する。
【００４０】
［燃料欠乏解消制御］
図３は、本実施例の燃料欠乏解消制御の一例を示したフローチャートである。本制御は、繰り返し実行される。最初にＥＣＵ３は、ＦＣ４ａ及び４ｂが発電中であるか否かを判定する（ステップＳ１）。例えば、電流センサＡａ及びＡｂがそれぞれ検出した電流値がゼロ以上の場合には、ＦＣ４ａ及び４ｂは共に発電中であると判定できる。ステップＳ１でＮｏの場合には、本制御は終了する。
【００４１】
ステップＳ１でＹｅｓの場合、ＥＣＵ３は、ＦＣ４ａ及び４ｂへの要求出力Ｐが閾値Ｐ１未満であるか否かを判定する（ステップＳ２）。閾値Ｐ１は、ＦＣ４ａのみの出力によって充足させることができる値である。例えば車両の走行速度が低速である場合や、車両が一時的に停車しておりアクセルペダルが操作されていない場合に、要求出力Ｐは閾値Ｐ１未満となる。ステップＳ２でＮｏの場合には、本制御は終了する。
【００４２】
ステップＳ２でＹｅｓの場合、ＥＣＵ３は、電圧センサＶａの検出結果を参照して、単セル４ａ２の各電圧のうちの最小値Ｖａｍｉｎが、閾値α未満であるか否かを判定する（ステップＳ３）。閾値αは、単セル４ａ２が燃料欠乏状態にあるとみなすことができる電圧値であり、発電中のＦＣ４ａが正常運転状態で単セル４ａ２の電圧が積極的にその電圧値に制御されることはない電圧の下限値よりも小さい値である。ステップＳ３の判定処理でＮｏの場合には、ＦＣ４ａの何れの単セル４ａ２も燃料欠乏状態ではないものとして、本制御は終了する。
【００４３】
閾値αは、例えば０．１Ｖであるがこれに限定されない。閾値αは、例えば−０．２Ｖ以上であり０．２Ｖ未満であればよく、好ましくは０Ｖ以上であり０．１５Ｖ未満である。閾値αが−０．２Ｖ以上である理由は、単セル４ａ２の電圧が−０．２Ｖ以下になると、単セル４ａ２のアノード触媒の溶出が大きく進行して、それ以降の単セル４ａ２の出力性能が低下する可能性があるからである。閾値αが０Ｖ以上であることが好ましい理由は、燃料欠乏状態である単セル４ａ２の電圧が負電圧に至る前に、後述する燃料欠乏状態を解消する解消処理を実行することで、発電効率の低下を抑制できるからである。閾値αが０．２Ｖ未満である理由は、上述したように予め設定されている単セル４ａ２の電圧の制御範囲の下限値よりも大きい値とすると、正常状態であるにもかかわらず単セル４ａ２の何れかが燃料欠乏状態にあると判定されないようにするためである。閾値αが０．１５Ｖ未満が好ましい理由は、燃料欠乏状態以外の要因（例えば酸化剤ガスの供給不足）によっても単セル４ａ２の何れかの電圧が０．２Ｖ未満となることがあり、またアノード流路４ａＡ内で液水が一時的に滞留して何れかの単セル４ａ２の電圧が低下して一時的に燃料欠乏状態となるが、ＦＣ４ａの運転状態の変化により滞留した液水が直ちに排出されて燃料欠乏状態が直ちに解消される場合もあるからである。
【００４４】
ステップＳ３の判定処理でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ３は、ＦＣ４ａの何れかの単セル４ａ２については既に燃料欠乏状態にあり、ＦＣ４ｂの何れかの単セル４ｂ２については燃料欠乏状態に至っている可能性があるとして、ＦＣ４ａに対して発電状態で燃料欠乏状態を解消する解消処理を実行し（ステップＳ４）、ＦＣ４ｂに対しては発電を停止すると共に（ステップＳ５）、燃料欠乏状態となる要因をＦＣ４ｂの発電開始前に解消する事前処理を実行する（ステップＳ６）。ＦＣ４ａに対して解消処理が実行され、ＦＣ４ｂに対しては事前処理が実行されることにより、ＦＣ４ａ及び４ｂのそれぞれの単セル４ａ２及び４ｂ２の出力性能の低下が抑制される。
【００４５】
ここで、ＦＣ４ａの何れかの単セル４ａ２で燃料欠乏状態となる可能性がある場合には、ＦＣ４ｂの何れかの単セル４ｂ２についても燃料欠乏状態となる可能性があるとみなすことができる。上述したようにＦＣ４ａの何れかの単セル４ａ２が燃料欠乏状態の原因は、ＦＣ４ａのアノード流路４ａＡ内の液水や氷であるが、これらの液水や氷の量はＦＣ４ａの周辺の温度により依存するところ、ＦＣ４ａ及び４ｂは同じ車両に搭載されており、ＦＣ４ａ及び４ｂの周辺の環境温度も略同じである場合が多いからである。このため、ＦＣ４ａについては発電を継続して後述する解消処理が実行されるのに対して、ＦＣ４ｂについては発電を停止することにより、ＦＣ４ｂの何れかの単セル４ｂ２の電圧の低下が進行して出力性能が低下することを防止できる。
【００４６】
［ＦＣ４ａに対する解消処理］
ＦＣ４ａに対して実行される燃料欠乏状態を解消する解消処理は、ＦＣ４ａから液水の排出を促進させる排水促進処理と、ＦＣ４ａを昇温させる昇温処理とがある。
【００４７】
ＦＣ４ａに対する排水促進処理は、アノード流路４ａＡ内に滞留している液水の排出を促進することにより、アノード流路４ａＡ内での液水の滞留を原因とする燃料欠乏状態を解消する処理である。ＦＣ４ａの排水促進処理は、例えば、
（ａａ）通常運転状態よりもＩＮＪ２６ａの開弁期間を増大させる処理
（ｂａ）通常運転状態よりもＨＰ２９ａの回転速度を増大させる処理
の少なくとも一つである。上記の（ａａ）の処理により、ＩＮＪ２６ａから噴射される燃料ガスの圧力が増大し、アノード流路４ａＡ内に滞留している液水の排出を促進できる。尚、ＩＮＪ２６ａは実際には間欠的に開弁され、開弁期間と閉弁期間との合計である全体期間に対する開弁期間の比を増大することにより上記（ａａ）の処理が実現される。また、上記の（ｂａ）の処理によっても、アノード流路４ａＡを循環する燃料ガスの圧力が増大して、アノード流路４ａＡ内からの液水の排出を促進できる。尚、上記の（ａａ）及び（ｂａ）の双方を実行してもよい。
【００４８】
ＦＣ４ａに対する昇温処理は、ＦＣ４ａを昇温させることにより、アノード流路４ａＡ内に滞留している液水の蒸発を促進し、又はアノード流路４ａＡ内に存在する氷の溶融を促進することにより、燃料欠乏状態を解消する処理である。ＦＣ４ａの昇温処理は、例えば、
（ｃａ）通常運転状態よりもＦＣ４ａに供給される酸化剤ガスのストイキ比を低下させてＦＣ４ａの発電効率を低下させる処理
（ｄａ）通常運転状態よりもＷＰ４６ａの回転速度を低下又は停止させてＦＣ４ａを循環する冷却水の流量を低下又は停止させる処理
（ｅａ）バイパス弁４５ａの開度を制御することにより通常運転状態よりもラジエータ４４ａを流れる冷却水の流量を低下させる処理
の少なくとも一つである。上記の（ｃａ）の処理により、ＦＣ４ａの発熱量が増大して、ＦＣ４ａを昇温させることができる。尚、「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。また、（ｄａ）の処理により、ＦＣ４ａの冷却効率が低下して、ＦＣ４ａを昇温させることができる。（ｅａ）の処理によって、冷却水の温度を上昇させることができ、ＦＣ４ａを昇温させることができる。尚、上記の（ｃａ）、（ｄａ）、及び（ｅａ）のうち、２以上の処理を同時に実行してもよい。
【００４９】
上記の解消処理は、例えば外気温が０℃以上であって燃料電池システム１の起動から所定時間経過後である場合には、燃料欠乏の原因はアノード流路４ａＡ内に滞留している液水であるとして、排水促進処理を実行してもよい。また、外気温度が０℃以下であって燃料電池システム１の起動から所定時間経過前にあっては、燃料欠乏の原因はアノード流路４ａＡ内にある氷であるとして、昇温処理を実行してもよい。また、上記の排水促進処理と昇温処理とを同時に実行してもよい。例えばアノード流路４ａＡ内に氷が存在している場合には、昇温処理により氷の溶融を促進でき、排水促進処理により氷が溶融して増量した液水の排出を促進することができるからである。
【００５０】
［ＦＣ４ｂに対する事前処理］
燃料欠乏状態となる要因をＦＣ４ｂの発電開始前に解消する事前処理についても、ＦＣ４ｂから液水の排出を促進させる排水促進処理と、ＦＣ４ｂを昇温させる昇温処理とがあるが、何れの処理もＦＣ４ｂが発電停止状態で実行される。
【００５１】
ＦＣ４ｂの排水促進処理は、アノード流路４ｂＡ内に滞留している液水の排出を促進することにより、アノード流路４ｂＡ内での液水の滞留を原因とする燃料欠乏状態を発電開始前に事前に解消する処理である。ＦＣ４ｂの排水促進処理は、例えば、
（ａｂ）ＦＣ４ｂの発電停止状態でＩＮＪ２６ｂを駆動させる処理
（ｂｂ）ＦＣ４ｂの発電停止状態でＨＰ２９ｂを駆動させる処理
の少なくとも一つである。上記の（ａｂ）の処理により、ＩＮＪ２６ｂから噴射される燃料ガスの圧力により、アノード流路４ｂＡ内の燃料ガスの圧力を上昇させてアノード流路４ｂＡ内に滞留している液水の排出を促進できる。また、上記の（ｂｂ）の処理によっても、アノード流路４ｂＡを循環する燃料ガスの圧力を上昇させて、アノード流路４ｂＡ内からの液水の排出を促進できる。尚、上記の（ａｂ）及び（ｂｂ）の双方を実行してもよい。
【００５２】
ＦＣ４ｂに対する昇温処理は、発電停止中のＦＣ４ｂを昇温させることにより、アノード流路４ｂＡ内に滞留している液水の蒸発を促進し、又はアノード流路４ｂＡ内に存在する氷の溶融を促進することにより、燃料欠乏状態を解消する処理である。発電停止中であるＦＣ４ｂの昇温処理は、例えば、
（ｃｂ）ＦＣ４ａの発熱を利用してＦＣ４ｂを昇温する処理
（ｄｂ）ヒータを用いてＦＣ４ｂを加熱する処理
の少なくとも一つである。
【００５３】
上記の（ｃｂ）の処理により、ＦＣ４ａの発熱を有効利用して発電停止中のＦＣ４ｂの温度を上昇させ、例えばＦＣ４ｂのアノード流路４ｂＡ内での凝縮水を減少させ、又はアノード流路４ｂＡ内での氷の溶融を促進できる。尚、上記の（ｃｂ）の処理では、例えばＦＣ４ａの発熱によってＦＣ４ｂが昇温される程度にまで両者が接近した位置に配置されてあることが好ましく、例えばＦＣ４ａ及び４ｂのそれぞれの積層体４ａ１及び４ｂ１が、共通のケース内に収納されていてもよい。（ｃｂ）の処理では、上記のような例に限定されない。例えばＦＣ４ａから排出された酸化剤ガス、燃料ガス、及び冷却水がそれぞれ流れる排出管１２ａ、２２ａ、及び４２ａの少なくとも一つが、ＦＣ４ｂを包囲するように設けられていてもよい。これにより、ＦＣ４ａから排出される酸化剤ガス、燃料ガス、及び冷却水の少なくとも何れかを介して、ＦＣ４ａの熱をＦＣ４ｂに伝達することができる。尚、事前処理として（ｃｂ）の処理のみを実行する場合には、ＦＣ４ｂに対して特別な処理は不要であり、ＦＣ４ａの発電が継続されていることがＦＣ４ｂに対する事前処理に相当する。
【００５４】
上記の（ｄｂ）の処理により、発電停止中のＦＣ４ｂを早期に高温に昇温させて、ＦＣ４ｂでの燃料欠乏状態の原因を早期に解消できる。上記の（ｄｂ）の処理を実行するには、ＦＣ４ｂの積層体４ｂ１を加熱可能なヒータが予め設けられている必要がある。
【００５５】
事前処理は、上述した解消処理と同様に、外気温が氷点下以上であって燃料電池システム１の起動から所定時間経過後である場合には、燃料欠乏の原因はアノード流路４ｂＡ内に滞留している液水であるとして、排水促進処理を実行してもよい。また、外気温度が氷点下以下であって燃料電池システム１の起動から所定時間経過前にあっては、燃料欠乏の原因はアノード流路４ｂＡ内にある氷であるとして、昇温処理を実行してもよい。また、上記の排水促進処理と昇温処理とを同時に実行してもよい。
【００５６】
次にＥＣＵ３は、最小値Ｖａｍｉｎが閾値βより大きいか否かを判定する（ステップＳ７）。閾値βは、閾値αよりも大きい値であり、燃料欠乏状態が解消された単セル４ａ２が取り得る電圧値の最小値よりも所定のマージン分だけ高い電圧値に設定されている。閾値βは、例えば０．２Ｖであるがこれに限定されない。
【００５７】
ステップＳ７でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ３は、ＦＣ４ａにおいて燃料欠乏状態が解消されたものとみなして解消処理を停止する（ステップＳ８）。次に、ＥＣＵ３は、ＦＣ４ｂに対して事前処理の実行を開始してから所定期間が経過したか否かを判定する（ステップＳ９）。ここで所定期間は、事前処理を開始してからＦＣ４ｂの何れの単セル４ｂ２に関しても燃料欠乏の要因が十分に解消されるまでに必要な期間に設定されている。ステップＳ９でＮｏの場合は、再度ステップＳ９が実行され、ステップＳ９でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ３は、事前処理を停止する（ステップＳ１０）。尚、事前処理が上述した（ｃｂ）の処理のみであった場合には、ステップＳ９及びＳ１０の処理は実行しなくてよい。
【００５８】
ステップＳ７でＮｏの場合、ＥＣＵ３は、最小値Ｖａｍｉｎが閾値γ未満か否かを判定する（ステップＳ１１）。閾値γは、閾値αよりも小さい値であり、単セル４ａ２の負電圧が進行して単セル４ａ２の出力性能の低下が大きく進行する可能性がある電圧値に設定されている。閾値γは、例えば−０．２Ｖであるがこれに限定されない。ステップＳ１１でＮｏの場合には、再度ステップＳ７の処理が実行される。即ち、ステップＳ７及びＳ１１でＮｏの場合には、上述した事前処理及び解消処理が継続される。
【００５９】
ステップＳ１１でＹｅｓの場合には、単セル４ａ２の出力性能の低下を防止するために、ＥＣＵ３はＦＣ４ａに対して解消処理を停止する（ステップＳ１２）と共に発電を停止し（ステップＳ１３）、更に事前処理も停止する（ステップＳ１０）。ステップＳ１１でＹｅｓの場合には、ＦＣ４ａ等に何らかの異常が発生している可能性もあり、ＦＣ４ｂに関しても同様の可能性があるため、ＦＣ４ａの発電を停止すると共にＦＣ４ｂに対する事前処理を停止する。尚、この場合には、ＢＡＴ８ａ及び８ｂの電力を利用して車両を退避走行させ、車室内に設置された警告灯を点灯させる等により運転者に車両の点検や修理を促してもよい。
【００６０】
以上のように、ＥＣＵ３は、ＦＣ４ａに取り付けられた電圧センサＶａの検出結果を参照して、ＦＣ４ａの何れかの単セル４ａ２が燃料欠乏状態であるか否かを精度よく判定する（ステップＳ３）。また、電圧センサＶａの検出結果を参照して、ＦＣ４ａに対して実行されている解消処理の停止の可否を決定する（ステップＳ４、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ１１、Ｓ１２）。即ち、解消処理の実行中での単セル４ａ２の各電圧に基づいてその後のＦＣ４ａに対して適切な措置をとることができる。
【００６１】
また、上述したようにＦＣ４ｂに取り付けられた電圧センサＶｂは、ＦＣ４ａに取り付けられた電圧センサＶａよりも製造コストが低いため、燃料電池システム１の製造コストが削減されている。更に、ＦＣ４ｂの全体の電圧を検出する電圧センサＶｂが取り付けられたＦＣ４ｂは、上述したように発電が停止されるため、少なくとも発電停止中は何れかの単セル４ｂ２が負電圧となって出力性能が低下することは抑制される。以上のように、燃料電池システム１は、製造コストを削減しつつ出力性能の低下が抑制されている。
【００６２】
上記実施例では、要求出力Ｐが閾値Ｐ１未満の場合に（ステップＳ２でＹｅｓ）、ＦＣ４ａに対して解消処理が実行され（ステップＳ４）、ＦＣ４ｂに対しては発電が停止されると共に事前処理が実行される（ステップＳ５及びＳ６）。このため、要求出力Ｐを充足しつつ、ＦＣ４ａ及び４ｂの出力性能の低下を抑制できる。尚、ステップＳ２の処理を実行しなくてもよい。この場合、ＦＣ４ａの出力とＢＡＴ８ａ及び８ｂの少なくとも一方の出力と合計により、要求出力Ｐを充足させてもよい。
【００６３】
上記実施例では、電圧センサＶａの検出結果を参照してＦＣ４ａに対して解消処理の要否および停止の可否が決定されるがこれに限定されず、電圧センサＶａの検出結果を参照して解消処理自体の内容を制御してもよい。例えば、最小値Ｖａｍｉｎが小さいほど、ＦＣ４ａの燃料欠乏状態となる原因を解消するために消費されるエネルギーが増大するように解消処理を実行してもよい。最小値Ｖａｍｉｎが小さいほど、その単セル４ａ２の電圧が負電圧となって出力性能が低下する可能性が高いため、早急にＦＣ４ａから燃料欠乏状態となる原因を解消して、単セル４ａ２の出力性能が低下することを防ぐことができる。例えば、最小値Ｖａｍｉｎが小さいほど、ＦＣ４ａのアノード流路４ａＡからの排水が促進されるように、ＩＮＪ２６ａの開弁期間やＨＰ２９ａの回転速度を増大させてもよい。また、最小値Ｖａｍｉｎが小さいほど、アノード流路４ａＡ内の氷が早期に溶融されるように、ＦＣ４ｂの目標昇温温度を高く設定してもよい。また、最小値Ｖａｍｉｎが小さいほど、上述した（ａａ）〜（ｅａ）のうち多くの処理を同時に実行してもよい。
【００６４】
また、解消処理の実行中での最小値Ｖａｍｉｎが上述した閾値β以下であって閾値γ以上となる期間、即ち、ステップＳ７及びＳ１１でＮｏと繰り返し判定される期間が長期化するほど、ＦＣ４ａの燃料欠乏状態となる原因を解消するために消費されるエネルギーが増大するように解消処理を実行してもよい。例えば、上記の期間が長期化するほど、ＩＮＪ２６ａの開弁期間やＨＰ２９ａの回転速度を増大させてもよいし、上述した（ａａ）〜（ｅａ）のうち多くの処理を同時に実行してもよい。
【００６５】
また、事前処理についても、電圧センサＶａの検出結果を参照して、事前処理自体の内容を制御してもよい。例えば、最小値Ｖａｍｉｎが小さいほど、ＦＣ４ｂの燃料欠乏状態となる要因を解消するために消費されるエネルギーが増大するように事前処理を実行してもよい。例えば、最小値Ｖａｍｉｎが小さいほど、ＦＣ４ｂのアノード流路４ｂＡからの排水が促進されるように、ＩＮＪ２６ｂの開弁期間やＨＰ２９ｂの回転速度を増大させてもよい。
【００６６】
上記実施例では、ステップＳ７又はＳ１１でＹｅｓと判定されてから、ＦＣ４ｂに対する事前処理が停止され得るが（ステップＳ１０）、これに限定されない。例えば、事前処理を開始してから所定期間が経過した場合には、ステップＳ７及びＳ１１の判定結果に関わらずに、事前処理を停止してもよい。
【００６７】
［燃料欠乏解消制御の第１変形例］
図４は、燃料欠乏解消制御の第１変形例を示したフローチャートである。上記の実施例の制御と同一の処理については同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
【００６８】
第１変形例では、ＥＣＵ３は、上述したステップＳ４とステップＳ５との間で、ＦＣ４ｂに取り付けられた電圧センサＶｂにより検出された電圧値Ｖｂ１が閾値δ未満であるか否かを判定する（ステップＳ５ａ）。電圧値Ｖｂ１は、ＦＣ４ｂの電圧に相関する電圧パラメータの一例である。閾値δは、ＦＣ４ｂの出力電流に応じて設定される値であり、ＦＣ４ｂの出力電流が大きいほど、閾値δは小さい値に設定される。ＦＣ４ｂの出力電流が大きいほど、出力電圧は低下するからである。また、閾値δは、何れの単セル４ｂ２においても燃料欠乏状態が発生していない正常状態でＦＣ４ｂの出力電流に対応したＦＣ４ｂの出力電圧よりも低い値に設定されている。
【００６９】
ステップＳ５ａでＹｅｓの場合には、ＦＣ４ｂの電圧の低下度合が大きく、この場合には、ＦＣ４ｂの少なくとも何れかの単セル４ｂ２で燃料欠乏状態である可能性があり、ＦＣ４ｂの発電が停止され事前処理が実行される（ステップＳ５及びＳ６）。ステップＳ５ａでＮｏの場合には、ステップＳ５及びＳ６は実行されず、ＦＣ４ｂは発電が継続される。
【００７０】
また、第１変形例では、ＥＣＵ３は、上述したステップＳ８とＳ９との間で、事前処理が実行中であるか否かを判定する（ステップＳ９ａ）。ステップＳ９ａでＮｏの場合には、本制御は終了し、ステップＳ９ａでＹｅｓの場合には、ステップＳ９以降の処理が実行される。また、ＥＣＵ３は、上述したステップＳ１３の処理の実行後に、事前処理が実行中であるか否かを判定する（ステップＳ１３ａ）。ステップＳ１３ａでＮｏの場合には、本制御は終了し、ステップＳ１３ａでＹｅｓの場合には、ステップＳ１０の処理が実行される。
【００７１】
上述した閾値δは、固定値であってもよい。例えば閾値δは、何れの単セル４ｂ２においても燃料欠乏状態が発生していない正常状態で、ＦＣ４ｂの出力電流が所定値以下となる際の取り得る出力電圧の最小値よりも小さい値に設定されていてもよい。この場合、ＦＣ４ｂの出力電流が所定値以下となった際に、電圧センサＶｂの電圧値Ｖｂ１が閾値δ未満か否かを判定する。
【００７２】
ステップＳ５ａにおいて、例えばＦＣ４ｂに例えば複数枚毎に電圧を検出する電圧センサが設けられている場合に、電圧センサが検出した複数の検出値のうち何れかが閾値未満となった場合には、ＦＣ４ｂの電圧は閾値δ未満であることを示していると判定してもよい。また、例えばＦＣ４ｂに例えば複数枚毎に電圧を検出する電圧センサが設けられている場合に、電圧センサが検出した複数の検出値の平均値が閾値未満となった場合に、ＦＣ４ｂの電圧は閾値δ未満であることを示していると判定してもよい。また、電圧値Ｖｂ１の逆数が所定の閾値以上となった場合には、ＦＣ４ｂの電圧は閾値δ未満であることを示していると判定してもよい。このように電圧センサが検出した複数の検出値や、その平均値、電圧値Ｖｂ１の逆数等も、ＦＣ４ｂの電圧に相関する電圧パラメータの一例である。
【００７３】
［燃料欠乏解消制御の第２変形例］
図５は、燃料欠乏解消制御の第２変形例を示したフローチャートである。第２変形例では、ＥＣＵ３は、上述したステップＳ５ａの代わりに、ＦＣ４ｂの冷却水の温度を検出する温度センサＴｂにより検出された温度Ｔｂ１が、閾値Ｔα以下であるか否かを判定する（ステップＳ５ｂ）。温度Ｔｂ１は、ＦＣ４ｂの温度に相関する温度パラメータの一例である。閾値Ｔαは、例えば３０℃である。温度Ｔｂ１が閾値Ｔαである３０℃以下であると、ＦＣ４ｂのアノード流路４ｂＡ内に凝縮水が発生しやすいと考えられるからである。また閾値Ｔαは、例えば０℃であってもよい。０℃以下であれば氷が存在しているものと考えられるからである。
【００７４】
第２変形例では、ＦＣ４ｂの冷却水の温度をＦＣ４ｂの温度として検出しているが、これに限定されず、ＦＣ４ｂの温度を直接検出する温度センサを用いてもよいし、ＦＣ４ｂに直接接触はしていないがＦＣ４ｂの温度が十分に伝わるＦＣ４ｂの近傍に配置された温度センサを用いてもよい。また、ＦＣ４ｂの温度ではなく外気温度を検出する外気温センサ９の温度を用いてもよい。外気温度が低いほど、ＦＣ４ｂの温度も低いと考えられるからである。従って、ステップＳ５ｂでは、これらの温度センサにより検出された温度が閾値以下の場合には、ＦＣ４ｂの温度は閾値Ｔα以下であることを示していると判定してもよい。また、温度Ｔｂ１の逆数が所定の閾値以上の場合には、ＦＣ４ｂの温度は閾値Ｔα以下であることを示していると判定してもよい。上記のように検出された温度や温度Ｔｂ１の逆数等も、ＦＣ４ｂの温度に相関する温度パラメータの一例である。
【００７５】
尚、上述したステップＳ５ａ及びＳ５ｂの双方の処理を実行し、その処理の全てでＹｅｓの場合にのみ、ステップＳ５及びＳ６の処理を実行してもよい。これにより、単セル４ａ２及び４ｂ２の少なくとも何れかが燃料欠乏状態となる可能性があるか否かの判定精度が向上する。
【００７６】
［燃料欠乏解消制御の第３変形例］
図６は、燃料欠乏解消制御の第３変形例を示したフローチャートである。ＥＣＵ３は、ＦＣ４ａ及び４ｂに対して発電開始要求があるか否かを判定する（ステップＳ１ａ）。ＦＣ４ａ及び４ｂの双方に対して発電開始要求がある場合とは、具体的には、ＦＣ４ａ及び４ｂの双方とも発電が停止した状態でＦＣ４ａ及び４ｂの双方に対して発電開始要求がある場合である。例えば、イグニッションスイッチ７がＯＦＦからＯＮに切り換えられた直後はＦＣ４ａ及び４ｂは発電停止状態であり、ＦＣ４ａ及び４ｂに対して発電の開始が要求される。また、例えば車両が一時停止中の場合にＦＣ４ａ及び４ｂの双方の発電を一時的に停止するシステムにおいて、この状態でアクセルペダルが操作されて車両の発進要求があった場合に、ＦＣ４ａ及び４ｂに対して発電の開始が要求される。ステップＳ１ａでＮｏの場合には、本制御は終了する。
【００７７】
ステップＳ１ａでＹｅｓの場合には、ＥＣＵ３は外気温センサ９の温度Ｔｏｕｔが閾値Ｔβ以下であるか否かを判定する（ステップＳ２ａ）。温度Ｔｏｕｔは、外気温度に相関する外気温度パラメータの一例である。閾値Ｔβは、例えば０℃であるがこれに限定されない。ステップＳ２ａでＮｏの場合、ＥＣＵ３はＦＣ４ａ及び４ｂの発電を開始する（ステップＳ３−１）。ステップＳ２ａでＹｅｓの場合、ＥＣＵ３はＦＣ４ａのみの発電を開始すると共に（ステップＳ３−２）、電圧センサＶａの検出結果を参照して、単セル４ａ２の各電圧のうちの最小値Ｖａｍｉｎが、閾値α未満であるか否かを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３でＹｅｓの場合には、解消処理が実行され（ステップＳ４）、更に発電停止状態であるＦＣ４ｂに対して事前処理が実行される（ステップＳ６）。ステップＳ２ａでＹｅｓの場合には、ＦＣ４ａ及び４ｂのそれぞれのアノード流路４ａＡ及び４ｂＡ内で液水が凍結している可能性があるため、この場合にステップＳ３−２及びＳ３を実行することにより、ＦＣ４ａの何れかの単セル４ａ２が燃料欠乏状態にあるか否かを精度よく判定することができる。尚、ステップＳ３でＮｏの場合には、ＦＣ４ａ及び４ｂの何れも燃料欠乏状態である可能性は低いものとして、ステップＳ３−１が実行される。また、第３変形例での解消処理及び事前処理では、それぞれ上述した昇温処理が採用される。
【００７８】
尚、第３変形例では、図３に示した本実施例とは異なり、ステップＳ４の処理の実行後にステップＳ５の処理は実行されない。これは、第３変形例では既にＦＣ４ｂは発電が停止状態にあるからである。従って、ステップＳ１ａでＹｅｓと判定されてＦＣ４ａ及び４ｂについて発電開始要求があるにもかかわらず、ＦＣ４ｂの発電を開始しないことが、「ＦＣ４ｂの発電を停止状態に制御する」ことを意味する。
【００７９】
ステップＳ７でＹｅｓの場合であって、ＦＣ４ａに対する解消処理が停止されると（ステップＳ８）、ＥＣＵ３は温度センサＴｂにより検出された温度Ｔｂ１が閾値Ｔγより大きいか否かを判定する（ステップＳ９ｂ）。閾値Ｔγは、例えば０℃であるがこれに限定されず、０℃よりも僅かに高い温度であってもよい。ステップＳ９ｂでＮｏの場合、再度ステップＳ９ｂの処理が実行される。ステップＳ９ｂでＹｅｓの場合、ＦＣ４ｂのアノード流路４ｂＡ内の氷は溶融したものとして、ＦＣ４ｂに対する事前処理が停止されて発電が開始される（ステップＳ９及びＳ１０）。なお、ステップＳ９ｂでＹｅｓの場合に、すぐにＦＣ４ｂの発電を開始せず、所定時間経過後に発電を開始してもよい。ＦＣ４ｂの温度が０℃よりも高くなった後、ＦＣ４ｂのアノード流路４ｂＡ内の氷が溶融するのに時間がかかる場合があるからである。尚、ステップＳ９ｂにおいて、ＦＣ４ｂの冷却水の温度を検出する温度センサＴｂを用いたが、これに限定されず、例えばＦＣ４ｂの温度やその周辺温度を検出する温度センサを用いてもよい。
【００８０】
ステップＳ１１でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ３はＦＣ４ａに対して解消処理を停止して発電を停止し（ステップＳ１２及びＳ１３）、ＦＣ４ｂに対しては事前処理を停止する（ステップＳ１４）。
【００８１】
上述したように、ステップＳ２ａ及びＳ３でＹｅｓの場合にのみ、ＦＣ４ａが先に発電が開始され、ステップＳ２ａ及びＳ３の少なくとも一方でＮｏの場合には、ＦＣ４ａ及び４ｂは共に発電が開始される。このため、ＦＣ４ａ及び４ｂの累積発電時間の差を最小限に抑制でき、ＦＣ４ｂに比してＦＣ４ａの累積発電時間が増大して経年劣化が進行することを防止できる。
【００８２】
また、閾値Ｔβは、１０℃であってもよい。この場合、外気温度が０℃以上であって１０℃未満の場合には、ＦＣ４ａ及び４ｂのアノード流路４ａＡ及び４ｂＡ内で水分が凝縮しやすく、液水の滞留により燃料欠乏が生じやすいからである。この場合、解消処理及び事前処理としては、上述した排水促進処理を実行する。また、この場合ステップＳ９ｂ及びＳ９の処理は実行せず、再び外気温度Ｔｏｕｔを取得し、Ｔｏｕｔが閾値Ｔβ以上の場合にＦＣ４ｂの発電を開始してもよい。
【００８３】
第３変形例では、ステップＳ２ａで外気温センサ９により検出された温度Ｔｏｕｔを用いたが、これに限定されず、例えばＦＣ４ａ及び４ｂのそれぞれの冷却水の温度を検出する温度センサＴａ及びＴｂの少なくとも一方により検出された温度を用いてもよい。また、ＦＣ４ａ及び４ｂの一方の温度を直接検出する温度センサやその周辺温度を検出する温度センサにより検出された温度を用いてもよい。これらの温度は、何れも外気温度に相関するため、外気温度パラメータの一例である。
【００８４】
また、これらの温度に関わりなく、ＦＣ４ａ及び４ｂに対して発電開始要求があった場合に、一律にＦＣ４ａに対しては発電を開始して最小値Ｖａｍｉｎが閾値未満のときに解消処理を実行し、ＦＣ４ｂに対しては事前処理を実行してもよい。一般的に、燃料電池の発電停止中は発電中よりも温度が低く、発電の開始と共にアノード流路内に凝縮水が発生しやすいからである。
【００８５】
第３変形例では、ＦＣ４ａ及び４ｂの双方に対して発電開始要求がある場合を例に説明したが、これに限定されず、ＦＣ４ａ及び４ｂの少なくとも一方に発電開始要求がある場合に、ＦＣ４ａを発電状態で上述したステップＳ３の判定処理を実行してもよい。例えば、ＦＣ４ａ及び４ｂの双方が発電停止状態でＦＣ４ａのみに発電開始要求がある場合に、ＦＣ４ａの発電を開始してステップＳ３の判定処理を実行してもよい。この場合に解消処理及び事前処理が実行された後は、ＦＣ４ｂに対して発電要求がない限りＦＣ４ｂの発電を開始する必要はない。また、ＦＣ４ａ及び４ｂの双方が発電停止状態でＦＣ４ｂに対してのみ発電開始要求がある場合に、ＦＣ４ｂは発電停止状態のままＦＣ４ｂではなくＦＣ４ａを発電させて上述しステップＳ３の判定処理を実行してもよい。ＦＣ４ｂを発電させてもＦＣ４ｂに取り付けられた電圧センサＶｂではＦＣ４ｂの何れかの単セル４ｂ２が燃料欠乏状態であるか否かを精度よく判定できないところ、ＦＣ４ｂではなくＦＣ４ａを発電させてステップＳ３の判定処理を実行することにより、電圧センサＶａの検出結果を参照してＦＣ４ａの何れかの単セル４ａ２が燃料欠乏状態であるか否かを精度よく判定することができるからである。また、ＦＣ４ａが発電停止状態にありＦＣ４ｂが発電状態にあってＦＣ４ａに発電開始要求がある場合、ＦＣ４ａの発電を開始してステップＳ３の判定処理を実行してもよい。この場合、ステップＳ３でＹｅｓの場合には、ＦＣ４ｂの発電を停止して事前処理を実行してもよい。また、ＦＣ４ａが発電状態にありＦＣ４ｂが発電停止状態にあってＦＣ４ｂに発電開始要求がある場合、ＦＣ４ｂの発電を開始する前にステップＳ３の判定処理を実行し、ステップＳ３でＹｅｓの場合に、解消処理を実行すると共にＦＣ４ｂに対して事前処理を実行してもよい。
【００８６】
［その他］
上述したステップＳ３、Ｓ７、及びＳ１１において、電圧センサＶａが検出する電圧の最小値Ｖａｍｉｎを参照するがこれに限定されない。例えば、電圧センサＶａにより検出された単セル４ａ２の各電圧のうち、その低下速度が最も大きい最大値が閾値以上であるか否か判定してもよい。また、複数の単セル４ａ２の各電圧の合計値を単セル４ａ２の枚数で除算して１枚当たりの電圧の平均値を算出し、この平均値から単セル４ａ２の各電圧を減算した値のうちの最大値が、閾値以上であるか否かを判定してもよい。上記の判定でＹｅｓと判定がなされることは、その単セルの電圧の低下度合が大きいことを示し、何れかの単セル４ａ２で燃料欠乏状態が生じているとみなすことができる。また、上記の方法を組み合わせてもよい。また、上述の最大値の大きさに応じて、解消処理自体の内容を制御してもよい。例えば、上述の最大値が大きいほど、ＦＣ４ａの燃料欠乏状態となる原因を解消するために消費されるエネルギーが増大するように解消処理を実行してもよい。例えば、最大値が多きいほど、ＩＮＪ２６ａの開弁期間やＨＰ２９ａの回転速度を増大させてもよいし、アノード流路４ａＡ内の氷が早期に溶融されるように、ＦＣ４ｂの目標昇温温度を高く設定してもよいし、上述した（ａａ）〜（ｅａ）のうち多くの処理を同時に実行してもよい。
【００８７】
［電圧センサの第１変形例］
図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ電圧センサの第１変形例の説明図である。図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ電圧センサＶａａ及びＶｂａの一部を示している。電圧センサＶａａは、ＦＣ４ａの全ての単セル４ａ２について２枚毎に電圧を検出する。即ち、電圧センサＶａａの検出チャンネル数は、単セル４ａ２の合計積層枚数の２分の１である。これに対して電圧センサＶｂａは、全ての単セル４ｂ２について４枚毎に電圧を検出する。従って、電圧センサＶｂａの検出チャンネル数は単セル４ｂ２の合計積層枚数の４分の１である。この場合においても、電圧センサＶｂａは電圧センサＶａａよりも検出チャンネル数が少ないため、電圧センサＶｂａは電圧センサＶａａよりも製造コストが低い。従って、ＦＣ４ｂに対してもＦＣ４ａと同様に２枚毎の単セル４ｂ２の電圧を検出する電圧センサを設ける場合と比較して、製造コストが削減されている。
【００８８】
上述したステップＳ３、Ｓ７、及びＳ１１において、電圧センサＶａａにより検出された電圧のうち最小値を用いてもよいし、電圧センサＶａａにより検出された電圧から１枚当たりの単セル４ａ２の電圧を算出してこれらの電圧のうち最小値を用いてもよい。
【００８９】
電圧センサＶａａは単セル４ａ２の電圧を２枚毎に検出し、電圧センサＶｂａは単セル４ｂ２の電圧を４枚毎に検出するがこれに限定されず、電圧センサＶａａはｎ枚毎の単セル４ａ２の電圧を検出し、電圧センサＶｂａはｎ枚よりも多いｍ枚毎の単セル４ｂ２の電圧を検出してもよい。
【００９０】
［電圧センサの第２変形例］
図８Ａ及び図８Ｂは、それぞれ電圧センサの第２変形例の説明図である。電圧センサＶａｂは、一部の単セル４ａ２に関しては１枚毎に電圧を検出し、一部の単セル４ａ２に関しては２枚毎に電圧を検出する。電圧センサＶｂｂは、一部の単セル４ｂ２に関しては２枚毎に電圧を検出し、一部の単セル４ｂ２に関しては４枚毎に電圧を検出する。この場合も、電圧センサＶａｂがＦＣ４ａ全体で平均Ｎ枚毎の単セル４ａ２の電圧を検出し、電圧センサＶｂｂがＦＣ４ｂ全体の電圧、又はＦＣ４ｂ全体でＮ枚よりも多い平均Ｍ枚毎の単セル４ｂ２の電圧を検出すればよい。この場合であれば電圧センサＶｂｂは電圧センサＶａｂよりも製造コストが低いためである。
【００９１】
また、上記の場合には、例えば、ステップＳ３、Ｓ７、及びＳ１１においては、電圧センサＶａｂの検出結果から１枚毎の単セル４ａ２の電圧を算出して、その電圧の最小値を用いてもよい。ステップＳ３ａにおいては、電圧センサＶｂｂにより検出された電圧値の合計値を電圧値Ｖｂ１として用いてもよいし、検出された電圧から１枚当たりの単セル４ｂ２の電圧の平均値を算出して、この平均値を電圧値Ｖｂ１として用いてもよい。
【００９２】
電圧センサＶａｂは、詳細には、積層体４ａ１の両端周辺に配置された単セル４ａ２については１枚毎に電圧を検出し、積層体４ａ１の中央部に配置された単セル４ａ２については２枚毎に電圧を検出する。同様に、電圧センサＶｂｂは、詳細には、積層体４ｂ１の両端周辺に配置された単セル４ｂ２については２枚毎に電圧を検出し、積層体４ｂ１の中央部に配置された単セル４ｂ２については４枚毎に電圧を検出する。ここで、積層体４ａ１の両端部周辺に配置されている単セル４ａ２の方が、積層体４ａ１の中央部に配置されている単セル４ａ２よりも燃料欠乏状態が生じやすい。積層体４ａ１の両端部の方が中央部よりも外気温の影響により冷却されやすく、積層体４ａ１の両端部周辺の単セル４ａ２で凝縮水の発生や液水の凍結が生じやすいためである。従って、ステップＳ３、Ｓ７、及びＳ１１において、積層体４ａ１の両端周辺に配置された単セル４ａ２の電圧のうちの最小値Ｖａｍｉｎを用いることが好ましい。これにより、燃料欠乏状態となって電圧が低下しやすい積層体４ａ１の両端周辺に配置された単セル４ａ２については、精度よく電圧の低下を検出でき、更に、全ての単セル４ａ２について１枚毎に電圧を検出する場合よりも電圧センサＶａｂの製造コストを削減できるからである。
【００９３】
例えば、ＦＣ４ａが１００枚以上の単セル４ａ２を備えている場合には、電圧センサＶａｂは積層体４ａ１の一端に配置された２０枚の単セル４ａ２と他端に配置された２０枚の単セル４ａ２とに関しては１枚毎に電圧を検出し、それ以外の積層体４ａ１の中央部に配置された単セル４ａ２に関しては２枚毎に電圧を検出してもよい。電圧センサＶｂｂに関しては、例えばＦＣ４ｂも１００枚以上の単セル４ｂ２を備えている場合には、電圧センサＶｂｂは積層体４ｂ１の一端に配置された２０枚の単セル４ｂ２と他端に配置された２０枚の単セル４ｂ２に関しては２枚毎の電圧を検出し、それ以外の積層体４ｂ１の中央部に配置された単セル４ｂ２に関しては４枚毎の電圧を検出してもよい。
【００９４】
何れの場合でも、ＦＣ４ａに取り付けられた電圧センサは、ＦＣ４ａ全体で平均Ｎ枚毎の単セル４ａ２の電圧を検出し、ＦＣ４ｂに取り付けられた電圧センサは、ＦＣ４ｂ全体の電圧、又はＦＣ４ｂ全体でＮ枚よりも多い平均Ｍ枚毎の単セル４ｂ２の電圧を検出すればよい。
【００９５】
尚、上述した平均Ｎ枚は、単セル４ａ２の合計積層枚数をＦＣ４ａに取り付けられた電圧センサの検出チャンネル数で除算することにより算出できる。例えば、ＦＣ４ａの単セル４ａ２の合計積層枚数が１００枚であり、積層体４ａ１の一端の２０枚と他端の２０枚の単セル４ａ２が１枚毎に電圧が検出され、残りの６０枚の単セル４ａ２に関しては２枚毎に電圧が検出される場合を想定する。合計積層枚数は１００枚であり、検出チャンネル数は７０であるため、１００÷７０≒１．４と算出でき、この場合、ＦＣ４ａに取り付けられた電圧センサは平均約１．４枚毎に単セル４ａ２の電圧を検出する。
【００９６】
平均Ｍ枚についても、同様に、単セル４ｂ２の合計積層枚数をＦＣ４ｂに取り付けられた電圧センサＶｂの検出チャンネル数で除算することにより算出できる。例えば、ＦＣ４ｂの単セル４ｂ２の合計積層枚数が１００枚であり、積層体４ｂ１の一端の２０枚と他端の２０枚の単セル４ｂ２が２枚毎に電圧が検出され、残りの６０枚の単セル４ｂ２に関しては４枚毎に電圧が検出される場合を想定する。合計積層枚数は１００枚であり、電圧センサの検出チャンネル数は３５であるため、１００÷３５≒２．９と算出でき、この場合、ＦＣ４ｂに取り付けられた電圧センサは平均約２．９枚毎に単セル４ｂ２の電圧を検出する。
【００９７】
尚、ＦＣ４ａの単セル４ａ２の合計積層枚数が、ＦＣ４ｂの単セル４ａ２の合計積層枚数よりも少ない場合には、上述したようにＦＣ４ａに取り付けられた電圧センサが平均Ｎ枚毎の単セル４ａ２の電圧を検出し、ＦＣ４ｂに取り付けられた電圧センサが平均Ｍ枚毎の単セル４ｂ２の電圧を検出する場合であっても、ＦＣ４ａに取り付けられた電圧センサがＦＣ４ｂに取り付けられた電圧センサよりも検出チャンネル数が小さくなる場合がある。しかしながらこの場合であっても、単セル４ｂ２の１枚当たりのＦＣ４ｂに取り付けられた電圧センサの製造コストは、ＦＣ４ｂに平均Ｎ枚毎の単セル４ｂ２に電圧センサを取り付けた場合の電圧センサの製造コストよりも安いため、このようなＦＣ４ｂに取り付けられた電圧センサを採用することにより燃料電池システムの製造コストを削減できる。
【００９８】
上述した実施例及び変形例では、２つのＦＣ４ａ及び４ｂを備えた燃料電池システム１を例に説明した、燃料電池システムは３つ以上の燃料電池を備えていてもよい。３つ以上の燃料電池を備えた燃料電池システムでは、例えば、複数の燃料電池にそれぞれ取り付けられている電圧センサのうち、最も少ない枚数毎の単セルの電圧を検出する電圧センサの検出結果を参照して、この電圧センサが取り付けられている燃料電池については解消処理を実行し、それ以外の燃料電池については発電を停止してもよい。
【００９９】
上述した燃料電池システムは、車両に搭載されるが、これに限定されず、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。
【０１００】
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。
【符号の説明】
【０１０１】
１  燃料電池システム
３  ＥＣＵ（制御装置）
４ａ  燃料電池（第１燃料電池）
４ｂ  燃料電池（第２燃料電池）
Ｖａ  電圧センサ（第１電圧検出装置）
Ｖｂ  電圧センサ（第２電圧検出装置）
【図１】
2020205203.tif 000003
【図２】
2020205203.tif 000004
【図３】
2020205203.tif 000005
【図４】
2020205203.tif 000006
【図５】
2020205203.tif 000007
【図６】
2020205203.tif 000008
【図７】
2020205203.tif 000009
【図８】
2020205203.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】令和2年5月19日(2020.5.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス及び酸化剤ガスが供給され複数枚の第１単セルが積層された第１燃料電池と、
燃料ガス及び酸化剤ガスが供給され複数枚の第２単セルが積層された第２燃料電池と、
前記第１及び第２燃料電池にそれぞれ取り付けられた第１及び第２電圧検出装置と、
前記第１及び第２燃料電池の運転を制御する制御装置と、を備え、
前記第１電圧検出装置は、平均Ｎ枚毎の前記第１単セルの電圧を検出し、
前記第２電圧検出装置は、前記第２燃料電池全体の電圧、又は前記Ｎ枚よりも多い平均Ｍ枚毎の前記第２単セルの電圧を検出し、
前記制御装置は、前記第１電圧検出装置の検出結果を参照することにより何れかの前記第１単セルが燃料欠乏状態であるか否かを判定する判定処理を実行し、前記判定処理で肯定判定をした場合には、前記第１燃料電池に対して発電状態で燃料欠乏状態を解消するための解消処理を実行し且つ前記第２燃料電池の発電を停止状態に制御する、燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記第１電圧検出装置の検出結果を参照しながら前記第１燃料電池に対して実行中である前記解消処理を継続する、請求項１の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記第１電圧検出装置の検出結果を参照して、前記解消処理の実行により何れの前記第１単セルにおいても燃料欠乏状態が解消したか否かを判定する、請求項１又は２の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記解消処理の実行により何れの前記第１単セルにおいても燃料欠乏状態が解消したと判定をした場合、前記解消処理を停止する、請求項３の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記解消処理の実行により何れの前記第１単セルにおいても燃料欠乏状態が解消したとは判定されなかった場合には、前記第１燃料電池の発電を停止状態に制御する、請求項３又は４の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御装置は、何れかの前記第１単セルが燃料欠乏状態であると判定した場合に、前記第１燃料電池に対して前記解消処理を実行し且つ前記第２燃料電池の発電を停止状態に制御し、更に前記第２燃料電池に対して燃料欠乏状態となる要因を前記第２燃料電池の発電開始前に解消する事前処理を実行する、請求項１乃至５の何れかの燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御装置は、何れかの前記第１単セルが燃料欠乏状態であると判定した場合であって、前記第２燃料電池の電圧に相関する電圧パラメータが発電状態である前記第２燃料電池の電圧が閾値未満であることを示す場合に、前記第１燃料電池に対して前記解消処理を実行し且つ前記第２燃料電池の発電を停止状態に制御する、請求項１乃至６の何れかの燃料電池システム。
【請求項８】
前記制御装置は、何れかの前記第１単セルが燃料欠乏状態であると判定した場合であって、前記第２燃料電池の温度に相関する温度パラメータが発電状態である前記第２燃料電池の温度が閾値以下であることを示す場合に、前記第１燃料電池に対して前記解消処理を実行し且つ前記第２燃料電池の発電を停止状態に制御する、請求項１乃至６の何れかの燃料電池システム。
【請求項９】
前記制御装置は、前記第１及び第２燃料電池の少なくとも一方に発電開始要求があった場合に、前記第１燃料電池に対して発電状態で前記判定処理を実行する、請求項１乃至６の何れかの燃料電池システム。
【請求項１０】
前記制御装置は、前記第１及び第２燃料電池の少なくとも一方に発電開始要求があった際に外気温度に相関する外気温度パラメータが外気温度が閾値以下であることを示す場合に、前記第１燃料電池に対して発電状態で前記判定処理を実行する、請求項１乃至６の何れかの燃料電池システム。
【請求項１１】
前記制御装置は、何れかの前記第１単セルが燃料欠乏状態であると判定した場合であって、前記第１及び第２燃料電池への合計の要求出力が閾値未満である場合に、前記第１燃料電池に対して前記解消処理を実行し且つ前記第２燃料電池の発電を停止状態に制御する、請求項１乃至１０の何れかの燃料電池システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
前記制御装置は、前記第１電圧検出装置の検出結果を参照しながら前記第１燃料電池に対して実行中である前記解消処理を継続してもよい。