(57)【要約】      （修正有）【課題】要求出力に対する応答性が向上した燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システム１において、第１及び第２燃料電池にそれぞれ供給されるカソードガスの第１及び第２流量をそれぞれ調整する第１及び第２供給系１０ａ、１０ｂと、燃料電池ユニットと負荷装置とを電気的に接続状態又は切断状態に切替え可能な切替装置３６ａ、３６ｂと、燃料電池ユニットへの要求出力が閾値以下の場合に切断状態に切替える切替制御部、切断状態での第１及び第２燃料電池のそれぞれの第１及び第２開放電圧を取得する開放電圧取得部及び第１及び第２供給系を制御して第１及び第２流量をそれぞれ増減させることにより、第１及び第２開放電圧がそれぞれ第１及び第２目標範囲内に収束するように周期的に増減させる供給系制御部として動作するＥＣＵ６０と、を備える。第１目標範囲の下限値は、第２目標範囲の下限値よりも大きい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷装置に電力を供給する第１及び第２燃料電池を含む燃料電池ユニットと、
前記第１及び第２燃料電池にそれぞれ供給されるカソードガスの第１及び第２流量をそれぞれ調整する第１及び第２供給系と、
前記燃料電池ユニットと前記負荷装置とを電気的に接続状態又は切断状態に切替え可能な切替装置と、
前記燃料電池ユニットへの要求出力が閾値以下の場合に前記切断状態に切替える切替制御部と、
前記切断状態での前記第１及び第２燃料電池のそれぞれの第１及び第２開放電圧を取得する開放電圧取得部と、
前記第１及び第２供給系を制御して前記第１及び第２流量をそれぞれ増減させることにより、前記第１及び第２開放電圧がそれぞれ第１及び第２目標範囲内に収束するように周期的に増減させる供給系制御部と、を備え、
前記第１目標範囲の下限値は前記第２目標範囲の下限値よりも大きい、燃料電池システム。
【請求項２】
前記第１及び第２目標範囲の一方の大きさは、他方の大きさよりも大きい、請求項１の燃料電池システム。
【請求項３】
前記第１及び第２目標範囲は、少なくとも一部が互いに重なっている、請求項１又は２の燃料電池システム。
【請求項４】
前記第１目標範囲の上限値は前記第２目標範囲の上限値と同じである、請求項１乃至３の何れかの燃料電池システム。
【請求項５】
前記第１目標範囲の上限値は前記第２目標範囲の上限値よりも大きい、請求項１乃至３の何れかの燃料電池システム。
【請求項６】
負荷装置に電力を供給する第１及び第２燃料電池を含む燃料電池ユニットと、
前記第１及び第２燃料電池にそれぞれ供給されるカソードガスの第１及び第２流量をそれぞれ調整する第１及び第２供給系と、
前記燃料電池ユニットと前記負荷装置とを電気的に接続状態又は切断状態に切替え可能な切換装置と、
前記燃料電池ユニットへの要求出力が閾値以下の場合に前記切断状態に切替える切替制御部と、
前記切断状態での前記第１及び第２燃料電池のそれぞれの第１及び第２開放電圧を取得する開放電圧取得部と、
前記第１及び第２供給系を制御して前記第１及び第２流量をそれぞれ増減させることにより、前記第１及び第２開放電圧がそれぞれ第１及び第２目標範囲内に収束するように周期的に増減させる供給制御部と、を備え、
前記第１目標範囲の下限値は前記第２目標範囲の下限値と同じであり、
前記第１目標範囲の上限値は前記第２目標範囲の上限値よりも大きい、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】
燃料電池への要求出力が閾値以下にまで低下すると、燃料電池と負荷装置とは電気的に切断される。この状態での燃料電池の開放電圧が高すぎると、燃料電池のカソード触媒が溶出する可能性がある。そこで、燃料電池内部に十分な量の水素を供給しつつ、燃料電池内部に残存する酸素の量が少なくするように、カソードガスの流量を通常よりも少なくなるように制御することで、開放電圧が高くなりすぎることを抑制する。しかしながら、燃料電池内部に残存する酸素の量が少なすぎると、その後に要求出力が増大した際に、実際の出力の応答性が低下する。このため開放電圧が目標範囲内に収束するように、カソードガスの流量が増減される（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−０９６０８６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような燃料電池を複数備えた燃料電池システムでは、要求出力が増大した場合に、複数の燃料電池の何れの開放電圧も低い状態であることが考えられる。この場合、要求出力に対する実際の出力の応答性が低下する可能性がある。
【０００５】
そこで、要求出力に対する応答性が向上した燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、負荷装置に電力を供給する第１及び第２燃料電池を含む燃料電池ユニットと、前記第１及び第２燃料電池にそれぞれ供給されるカソードガスの第１及び第２流量をそれぞれ調整する第１及び第２供給系と、前記燃料電池ユニットと前記負荷装置とを電気的に接続状態又は切断状態に切替え可能な切替装置と、前記燃料電池ユニットへの要求出力が閾値以下の場合に前記切断状態に切替える切替制御部と、前記切断状態での前記第１及び第２燃料電池のそれぞれの第１及び第２開放電圧を取得する開放電圧取得部と、前記第１及び第２供給系を制御して前記第１及び第２流量をそれぞれ増減させることにより、前記第１及び第２開放電圧がそれぞれ第１及び第２目標範囲内に収束するように周期的に増減させる供給系制御部と、を備え、前記第１目標範囲の下限値は前記第２目標範囲の下限値よりも大きい、燃料電池システムによって達成できる。
【０００７】
第１目標範囲の下限値が第２目標範囲の下限値よりも大きいことにより、第１開放電圧が第２開放電圧よりも高い状態となる期間を確保できる。これにより、第１及び第２開放電圧が双方とも低い状態にあることを回避でき、要求出力に対する応答性が向上する。
【０００８】
前記第１及び第２目標範囲の一方の大きさは、他方の大きさよりも大きくてもよい。
【０００９】
前記第１及び第２目標範囲は、少なくとも一部が互いに重なっていてもよい。
【００１０】
前記第１目標範囲の下限値は前記第２目標範囲の下限値よりも大きく、且つ前記第１目標範囲の上限値は前記第２目標範囲の上限値と同じであってもよい。
【００１１】
前記第１目標範囲の上限値は前記第２目標範囲の上限値よりも大きくてもよい。
【００１２】
前記第１目標範囲の下限値は前記第２目標範囲の下限値と同じであってもよい。
【００１３】
また、上記目的は、負荷装置に電力を供給する第１及び第２燃料電池を含む燃料電池ユニットと、前記第１及び第２燃料電池にそれぞれ供給されるカソードガスの第１及び第２流量をそれぞれ調整する第１及び第２供給系と、前記燃料電池ユニットと前記負荷装置とを電気的に接続状態又は切断状態に切替え可能な切換装置と、前記燃料電池ユニットへの要求出力が閾値以下の場合に前記切断状態に切替える切替制御部と、前記切断状態での前記第１及び第２燃料電池のそれぞれの第１及び第２開放電圧を取得する開放電圧取得部と、前記第１及び第２供給系を制御して前記第１及び第２流量をそれぞれ増減させることにより、前記第１及び第２開放電圧がそれぞれ第１及び第２目標範囲内に収束するように周期的に増減させる供給制御部と、を備え、前記第１目標範囲の下限値は前記第２目標範囲の下限値と同じであり、前記第１目標範囲の上限値は前記第２目標範囲の上限値よりも大きい、燃料電池システムによっても達成できる。
【００１４】
第１目標範囲の下限値は前記第２目標範囲の下限値と同じであり、前記第１目標範囲の上限値は前記第２目標範囲の上限値よりも大きいことによっても、第１開放電圧が第２開放電圧よりも高い状態となる期間を確保できる。これにより、第１及び第２開放電圧が双方とも低い状態にあることを回避でき、要求出力に対する応答性が向上する。
【発明の効果】
【００１５】
要求出力に対する応答性が向上した燃料電池システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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２は、開放電圧制御の一例を示したタイミングチャートである。
【図３】図３は、上限値及び下限値の大小関係の説明図である。
【図４】図４は、開放電圧制御の一例を示したフローチャートである。
【図５】図５は、第１燃料電池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】図６は、第２燃料電池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】図７Ａ〜図７Ｄは、変形例の開放電圧制御での上限値及び下限値の大小関係の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［燃料電池システムの構成］
図１は、車両に搭載された燃料電池システム（以下、単にシステムと称する）１の構成図である。システム１は、カソードガス供給系１０ａ及び１０ｂ、燃料電池（以下、ＦＣと称する）２０ａ及び２０ｂ、電力制御系３０ａ及び３０ｂ、バッテリ（以下、ＢＡＴと称する）４０ａ及び４０ｂ、モータ５０、及びＥＣＵ６０を含む。尚、システム１は、ＦＣ２０ａ及び２０ｂにそれぞれアノードガスである水素ガスを供給する不図示のアノードガス供給系や、ＦＣ２０ａ及び２０ｂに冷却水を循環させて冷却する不図示の冷却系を含む。
【００１８】
ＦＣ２０ａ及び２０ｂは、カソードガスと燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池である。ＦＣ２０ａ及び２０ｂは、それぞれ、固体高分子電解質型の単セルを複数積層している。ＦＣ２０ａ及び２０ｂは、同一の燃料電池であり、定格出力も同じであるがこれに限定されない。ＦＣ２０ａ及び２０ｂは、燃料電池ユニットの一例であり、それぞれ第１及び第２燃料電池の一例でもある。
【００１９】
カソードガス供給系１０ａ及び１０ｂは、それぞれ、カソードガスとして酸素を含む空気をＦＣ２０ａ及び２０ｂに供給する。具体的には、カソードガス供給系１０ａ及び１０ｂは、それぞれ、供給管１１ａ及び１１ｂ、排出管１２ａ及び１２ｂ、バイパス管１３ａ及び１３ｂ、エアコンプレッサ１４ａ及び１４ｂ、バイパス弁１５ａ及び１５ｂ、インタークーラ１６ａ及び１６ｂ、及び背圧弁１７ａ及び１７ｂを含む。
【００２０】
供給管１１ａ及び１１ｂは、それぞれＦＣ２０ａ及び２０ｂのカソード入口マニホールドに接続されている。排出管１２ａ及び１２ｂは、それぞれＦＣ２０ａ及び２０ｂのカソード出口マニホールドに接続される。バイパス管１３ａは供給管１１ａ及び排出管１２ａを連通しており、同様にバイパス管１３ｂも供給管１１ｂ及び排出管１２ｂを連通している。バイパス弁１５ａは、供給管１１ａとバイパス管１３ａとの接続部分に設けられており、同様にバイパス弁１５ｂは、供給管１１ｂとバイパス管１３ｂとの接続部分に設けられている。バイパス弁１５ａは供給管１１ａとバイパス管１３ａとの連通状態を切り替え、同様にバイパス弁１５ｂは供給管１１ｂとバイパス管１３ｂとの連通状態を切り替える。エアコンプレッサ１４ａ、バイパス弁１５ａ、及びインタークーラ１６ａは、供給管１１ａ上に上流側から順に配置されている。背圧弁１７ａは、排出管１２ａ上であって、排出管１２ａとバイパス管１３ａとの接続部分よりも上流側に配置されている。同様に、エアコンプレッサ１４ｂ、バイパス弁１５ｂ、及びインタークーラ１６ｂは、供給管１１ｂ上に上流側から順に配置されている。背圧弁１７ｂは、排出管１２ｂ上であって、排出管１２ｂとバイパス管１３ｂとの接続部分よりも上流側に配置されている。
【００２１】
エアコンプレッサ１４ａ及び１４ｂは、それぞれ、カソードガスとして酸素を含む空気を、供給管１１ａ及び１１ｂを介してＦＣ２０ａ及び２０ｂに供給する。ＦＣ２０ａ及び２０ｂに供給されたカソードガスは、それぞれ、排出管１２ａ及び１２ｂを介して排出される。インタークーラ１６ａ及び１６ｂは、それぞれ、ＦＣ２０ａ及び２０ｂに供給されるカソードガスを冷却する。背圧弁１７ａ及び１７ｂは、それぞれＦＣ２０ａ及び２０ｂのカソード側の背圧を調整する。
【００２２】
電力制御系３０ａ及び３０ｂは、それぞれ、燃料電池ＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、ＦＤＣと称する）３２ａ及び３２ｂ、バッテリＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、ＢＤＣと称する）３４ａ及び３４ｂ、スイッチ３６ａ及び３６ｂ、補機インバータ（以下、ＡＩＮＶと称する）３９ａ及び３９ｂを含む。また、電力制御系３０ａ及び３０ｂは、モータ５０に接続されたモータインバータ（以下、ＭＩＮＶと称する）３８を共用している。ＦＤＣ３２ａ及び３２ｂは、それぞれ、ＦＣ２０ａ及び２０ｂからの直流電力を調整してＭＩＮＶ３８に出力する。ＢＤＣ３４ａ及び３４ｂは、それぞれ、ＢＡＴ４０ａ及び４０ｂからの直流電力を調整してＭＩＮＶ３８に出力する。ＦＣ２０ａ及び２０ｂの発電電力は、それぞれＢＡＴ４０ａ及び４０ｂに蓄電可能である。ＭＩＮＶ３８は、入力された直流電力を三相交流電力に変換してモータ５０へ供給する。モータ５０は、車輪５を駆動して車両を走行させる。
【００２３】
スイッチ３６ａは、ＥＣＵ６０からの指令に応じて開閉し、ＦＣ２０ａ及びＢＡＴ４０ａとＭＩＮＶ３８との電気的な接続状態及び切断状態を切り替える。スイッチ３６ｂも同様に、ＥＣＵ６０からの指令に応じて開閉し、ＦＣ２０ｂ及びＢＡＴ４０ｂとＭＩＮＶ３８との電気的な接続状態及び切断状態を切り替える。切断状態では、ＦＣ２０ａ及び２０ｂは、モータ５０を含む複数の負荷装置から電気的に切断される。スイッチ３６ａ及び３６ｂは、ＦＣ２０ａ及び２０ｂと負荷装置とを電気的に接続状態又は切断状態に切替え可能な切替装置の一例である。ここで負荷装置は、モータ５０に加えて、ＦＣ２０ａ及び２０ｂ用の補機と車両用の補機とを含む。ＦＣ２０ａ及び２０ｂ用の補機は、上述したエアコンプレッサ１４ａ及び１４ｂ、バイパス弁１５ａ及び１５ｂ、背圧弁１７ａ及び１７ｂや、アノードガス供給系が備えるアノードガスをそれぞれＦＣ２０ａ及び２０ｂに供給するインジェクタ等を含む。車両用の補機は、例えば空調設備や、照明装置、ハザードランプ等を含む。尚、スイッチ３６ａ及び３６ｂによりＦＣ２０ａ及び２０ｂとＢＡＴ４０ａ及び４０ｂとがＭＩＮＶ３８から切断された状態においても、ＢＡＴ４０ａ及び４０ｂの蓄電電力は、それぞれＢＤＣ３４ａ及び３４ｂで昇圧されて、ＡＩＮＶ３９ａ及び３９ｂを介してエアコンプレッサ１４ａ及び１４ｂ、バイパス弁１５ａ及び１５ｂ、背圧弁１７ａ及び１７ｂに供給可能である。尚、本実施例では、切替スイッチ３６ａ及び３６ｂは、ＦＤＣ３２ａ及び３２ｂとは別の構成部品として説明したが、ＦＤＣ３２ａ及び３２ｂ内部に設けられたスイッチにより、接続と切断の切替を行ってよい。
【００２４】
ＥＣＵ６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。ＥＣＵ６０は、アクセル開度センサ３、エアコンプレッサ１４ａ及び１４ｂ、バイパス弁１５ａ及び１５ｂ、背圧弁１７ａ及び１７ｂ、ＦＤＣ３２ａ及び３２ｂ、ＢＤＣ３４ａ及び３４ｂ、及びスイッチ３６ａ及び３６ｂが電気的に接続されている。
【００２５】
ＥＣＵ６０は、アクセル開度センサ３の検出値に基づいて、運転者の操作されるアクセルペダルの開度であるアクセル開度を算出し、アクセル開度に基づいてモータ５０を駆動するために必要な電力量を算出する。ＥＣＵ６０は、エアコンプレッサ１４ａ及び１４ｂ等のＦＣ２０ａ及び２０ｂ用の補機や、モータ５０等の車両用の補機を駆動するために必要な電力、及びＢＡＴ４０ａ及び４０ｂでの蓄電電力等に基づいて、ＦＣ２０ａ及び２０ｂ全体への要求出力を算出する。ＥＣＵ６０は、ＦＤＣ３２ａ及び３２ｂ、及びＢＤＣ３４ａ及び３４ｂを制御することにより、ＦＣ２０ａ及び２０ｂ全体への要求出力に応じた電力量がＦＣ２０ａ及び２０ｂ全体からＭＩＮＶ３８に供給されるように制御する。尚、本明細書で「要求出力」とは、ＦＣ２０ａ及び２０ｂの個別の要求出力ではなく、ＦＣ２０ａ及び２０ｂ全体への要求出力、即ち、燃料電池ユニットへの要求出力を意味する。
【００２６】
また、詳しくは後述するが、ＥＣＵ６０は、開放電圧制御を実行する。開放電圧制御は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭにより機能的に実現される切替制御部、開放電圧取得部、及び供給系制御部により実行される。
【００２７】
［開放電圧］
例えばアクセル開度が低下すると、要求出力も低下する。要求出力が後述する閾値以下になると、スイッチ３６ａ及び３６ｂによりＦＣ２０ａ及び２０ｂは負荷装置から電気的に切断され、車両はアイドル運転状態となる。ここで、ＦＣ２０ａ及び２０ｂが負荷装置から電気的に切断された切断状態では、ＦＣ２０ａ及び２０ｂは発電が一時的に停止した状態となる。このような状態では、ＦＣ２０ａ及び２０ｂの各電流はゼロとなり、この状態での各電圧は開放電圧と称される。このようなアイドル運転状態でアクセル開度が再び増大して要求出力が閾値を上回ると、スイッチ３６ａ及び３６ｂによりＦＣ２０ａ及び２０ｂと負荷装置とが電気的に接続される。これにより、ＦＣ２０ａ及び２０ｂの発電電力がモータ５０に供給されて、車両は走行状態となる。
【００２８】
ここで、ＦＣ２０ａ及び２０ｂが負荷装置から電気的に切断された切断状態では、発電により酸素及び水素は消費されないが、水素がアノード極側から電解質膜を介してカソード極側にクロスリークすることにより、カソード極側で水素と酸素とが反応して水が生成される。これによって、カソード極側での酸素濃度が減少する。
【００２９】
カソード極側での酸素濃度が減少することにより、開放電圧が低下する。開放電圧は、その後に要求出力が増大した場合でのＦＣ２０ａ及び２０ｂの実際の出力の応答性を考慮すると、切断状態においても高い状態に保持されることが望ましい。開放電圧が高いことはカソード極側での酸素濃度が高いことを示し、カソード極側で酸素濃度が高い状態で要求出力が増大した場合には、ＦＣ２０ａ及び２０ｂの出力を応答性良く増大させることができるからである。しかしながら開放電圧が高すぎると、カソード触媒が溶出してＦＣ２０ａ及び２０ｂの出力性能が低下する可能性がある。そのため、開放電圧を所定の目標範囲内で保持する上述した開放電圧制御が実行される。開放電圧制御では、ＦＣ２０ａ及び２０ｂの各開放電圧が目標範囲内で増大と減少とを繰り返して収束するように、ＦＣ２０ａ及び２０ｂにそれぞれ供給されるカソードガスの流量を増減される。尚、上記の目標範囲は、開放電圧が目標範囲から外れた際に直ちに問題が生じる範囲ではない。また、ＦＣ２０ａ及び２０ｂのそれぞれの開放電圧の目標範囲は、第１及び第２目標範囲の一例である。
【００３０】
［開放電圧制御のタイミングチャート］
図２は、開放電圧制御の一例を示したタイミングチャートである。図２には、要求出力Ｐの推移と、ＦＣ２０ａ及び２０ｂのそれぞれと負荷装置との接続状態、ＦＣ２０ａ及び２０ｂのそれぞれへ供給されるカソードガスの流量Ｑａ及びＱｂの推移、及びＦＣ２０ａ及び２０ｂのそれぞれの電圧Ｖａ及びＶｂの推移を示している。尚、以下に説明する開放電圧制御実行中での流量Ｑａ及びＱｂの制御は、それぞれ、エアコンプレッサ１４ａ及び１４ｂの回転速度を一定に維持し、且つ背圧弁１７ａ及び１７ｂの開度を一定に維持しつつ、バイパス弁１５ａ及び１５ｂの開度を調整することにより実現される。
【００３１】
例えば車両が走行状態でアクセル開度が徐々に低下すると、時刻ｔ０から要求出力が徐々に低下する。要求出力が低下すると、これに応じてＦＣ２０ａ及び２０ｂの各出力が低下するように、流量Ｑａ及びＱｂが低下する。また、ＦＣ２０ａ及び２０ｂの各出力が低下することにより、ＦＣ２０ａ及び２０ｂの各電流は低下し、電圧Ｖａ及びＶｂは増大する。
【００３２】
例えばアクセル開度がゼロになると、時刻ｔ１で要求出力Ｐが閾値Ｐ１以下となる。閾値Ｐ１は、予め設定されている値であり、要求出力Ｐが略ゼロであるとみなすことができるか否かを判定するための閾値であり、換言すればＦＣ２０ａ及び２０ｂへの発電要求がないとみなすことができるか否かを判定するための閾値である。尚、要求出力Ｐが閾値Ｐ１よりも大きい時の流量Ｑａ及びＱｂは、それぞれ目標流量ＱＨよりも大きい流量に制御される。尚、閾値Ｐ１は、略ゼロに限定されず、例えば、車両の走行及び補機の稼動のために必要な電力が十分に小さくＢＡＴ４０ａ及び４０ｂのみから電力を供給できる値とすることができる。
【００３３】
要求出力Ｐが閾値Ｐ１以下となった時刻ｔ１から所定の微小時間経過して要求出力Ｐが略一定となった時刻ｔ２で、流量Ｑａ及びＱｂはそれぞれ目標流量ＱＬに制御される。目標流量ＱＬは、目標流量ＱＨよりも小さい流量である。流量Ｑａ及びＱｂをそれぞれ目標流量ＱＨから目標流量ＱＬに制御する際には、バイパス管１３ａ及１３ｂをそれぞれ流れるカソードガスの流量が増大するようにそれぞれバイパス弁１５ａ及び１５ｂの開度を制御する。流量Ｑａ及びＱｂがそれぞれ目標流量ＱＬに制御されることにより、ＦＣ２０ａ及び２０ｂのＩＶ特性が、通常発電時でのＩＶ特性よりも低下する。このため、時刻ｔ２から電圧Ｖａ及びＶｂは低下し始める。
【００３４】
電圧Ｖａ及びＶｂは低下し始めた時刻ｔ２から所定時間経過した時刻ｔ３で、ＦＣ２０ａ及び２０ｂは負荷装置から切断され、開放電圧制御が開始される。これにより、電圧Ｖａ及びＶｂは直ちに増大し、図示はしていないがＦＣ２０ａ及び２０ｂの各電流はゼロとなる。ＦＣ２０ａ及び２０ｂが負荷装置から切断された状態での電圧Ｖａ及びＶｂは、それぞれＦＣ２０ａ及び２０ｂの開放電圧に相当する。尚、詳しくは後述するが、ＦＣ２０ａ及び２０ｂが負荷装置から切断された直後に増大する電圧Ｖａ及びＶｂがそれぞれ上限値ＶＨａ及びＶＨｂ以下となるように、切断のタイミングが調整されている。上限値ＶＨａ及びＶＨｂは、予め設定されている値である。
【００３５】
時刻ｔ３からは、上述したクロスリークに起因して電圧Ｖａ及びＶｂが低下する。即ち、目標流量ＱＬは、クロスリークを加味しても開放電圧が増大しない程度の低流量に設定されている。クロスリークに起因する酸素濃度の低下速度は、燃料電池の使用環境や使用時間により変化するものであり、予め想定することが困難だからである。
【００３６】
時刻ｔ４でＦＣ２０ａの電圧Ｖａが下限値ＶＬａとなると、ＦＣ２０ａへのカソードガスの流量Ｑａが増大するように目標流量ＱＨに制御され、電圧Ｖａが増大し始める。目標流量ＱＨは、クロスリークによる酸素濃度の低下分を加味しても酸素濃度が増大する程度の流量に設定されている。下限値ＶＬａについては、詳しくは後述するが、予め設定されている値である。
【００３７】
時刻ｔ５で電圧Ｖａが上限値ＶＨａ以上になると、流量Ｑａは低下するように再び目標流量ＱＬに制御され、これにより電圧Ｖａが低下し始める。時刻ｔ６で電圧Ｖｂが下限値ＶＬｂとなると、流量Ｑｂが増大するように目標流量ＱＨに制御されて電圧Ｖｂが増大し始める。下限値ＶＬｂは、予め設定されている値である。また、時刻ｔ７で電圧Ｖａが下限値ＶＬａとなると、流量Ｑａが増大するように目標流量ＱＨに制御されて電圧Ｖａが増大し始める。時刻ｔ８で電圧Ｖａが上限値ＶＨａとなると、流量Ｑａが低下するように目標流量ＱＬに制御されて電圧Ｖａが低下し始める。同様に、時刻ｔ８で電圧Ｖｂが上限値ＶＨｂになると、流量Ｑｂが低下するように目標流量ＱＬに制御されて電圧Ｖｂが低下し始める。
【００３８】
このように上限値ＶＨａ及びＶＨｂ及び下限値ＶＬａ及びＶＬｂは、開放電圧の目標範囲の上限値及び下限値である。従って、電圧Ｖａ及びＶｂのそれぞれが目標範囲内で増減を繰り返して収束するように、流量Ｑａ及びＱｂが増減制御される。尚、本実施例では、上限値ＶＨａ及びＶＨｂは、上述したようにカソード触媒の溶出を抑制するのに適した電圧値であり、具体的には共に０．８４Ｖであるが、例えば０．７５Ｖ〜０．９Ｖの範囲内の値であってもよい。下限値ＶＬａ及びＶＬｂは、要求出力に対する良好な応答性を確保するのに適した電圧値であるが、具体的には下限値ＶＬａは０．７７Ｖであり、下限値ＶＬｂは０．７Ｖであるが、例えば０．５Ｖ〜０．８Ｖの範囲内の値であってもよい。
【００３９】
時刻ｔ９で要求出力Ｐが増大し始めると、時刻ｔ１０で要求出力Ｐが閾値Ｐ１を超え、ＦＣ２０ａ及び２０ｂは負荷装置に接続される。これにより、電圧Ｖａ及びＶｂは直ちに低下し、図示はしていないがＦＣ２０ａ及び２０ｂの各電流は直ちに増大する。時刻ｔ１１で流量Ｑａ及びＱｂが目標流量ＱＨよりも大きい流量に制御されることにより、電圧Ｖａ及びＶｂは低下し、図示はしていないがＦＣ２０ａ及び２０ｂの出力は増大する。尚、本実施例では、時刻ｔ１０でＦＣ２０ａ及び２０ｂは負荷装置に接続した後に、時刻ｔ１１で流量Ｑａ及びＱｂを増加させているがこれに限定されない。流量Ｑａ及びＱｂを増加させた後に、ＦＣ２０ａ及び２０ｂを負荷装置に接続してもよいし、流量Ｑａ及びＱｂの増加とＦＣ２０ａ及び２０ｂと負荷装置との接続とを同時に実施してもよい。
【００４０】
図３は、上述した上限値ＶＨａ及びＶＨｂと下限値ＶＬａ及びＶＬｂとの大小関係の説明図である。図３に示すように、下限値ＶＬａは下限値ＶＬｂよりも大きい。これにより、電圧Ｖａが下限値ＶＬａを下回らないように高い状態に維持され、電圧Ｖａが電圧Ｖｂより高い状態となる期間が確保されている。これにより、電圧Ｖａ及びＶｂが双方とも低い状態にあることが回避される。例えば電圧Ｖａ及びＶｂが双方とも低い状態のときに要求出力Ｐが増大して閾値Ｐ１を超えると、電圧Ｖａ及びＶｂの双方とも低いため、要求出力Ｐに対するＦＣ２０ａ及び２０ｂの実際の出力の応答性が低下し、ドライバビリティに影響を与える可能性がある。本実施例では、上記のような問題の発生が抑制される。
【００４１】
また、上限値ＶＨｂと下限値ＶＬｂとの差分は、上限値ＶＨａと下限値ＶＬａとの差分よりも大きい。このため、開放電圧制御が実行されている同一期間において、流量Ｑｂの増大と低下とが切り替わる回数は、流量Ｑａの増大と低下とが切り替わる回数よりも少ない。これにより、流量Ｑｂの切り替えのために行われるバイパス弁１５ｂの開度の変更の頻度を、流量Ｑａの切り替えのために行われるバイパス弁１５ａの開度の変更の頻度よりも少なくすることができる。従って、バイパス弁１５ｂの耐久性の低下を抑制することができる。
【００４２】
また、上限値ＶＨａから下限値ＶＬａまでの電圧Ｖａの目標範囲と、上限値ＶＨｂから下限値ＶＬｂまでの電圧Ｖｂの目標範囲とは、部分的に重なっている。これにより、開放電圧制御の実行に起因してＦＣ２０ａ及び２０ｂの出力性能のばらつきが大きくなりすぎることを抑制できる。
【００４３】
［開放電圧制御のフローチャート］
図４は、開放電圧制御の一例を示したフローチャートである。最初にＥＣＵ６０は、要求出力Ｐが閾値Ｐ１以下であるか否かが判定される（ステップＳ１）。ＥＣＵ６０は、上述したようにモータ５０や補機等の駆動に必要となる電力に基づいて要求出力Ｐを算出する。例えばアクセル開度がゼロ以外の値であり車両が走行状態の場合には、ステップＳ１でＮｏと判定され本制御は終了する。
【００４４】
例えばアクセル開度がゼロの場合には、ステップＳ１でＹｅｓと判定され、上述した時刻ｔ２のように、ＥＣＵ６０は流量Ｑａ及びＱｂをそれぞれ目標流量ＱＬに制御する（ステップＳ３）。これにより、ＦＣ２０ａ及び２０ｂ内での酸素濃度が低下し、電圧Ｖａ及びＶｂが低下する。
【００４５】
次に、ＥＣＵ６０はＦＣ２０ａのＩＶ特性を取得し（ステップＳ５ａ）、ＦＣ２０ａのＩＶ特性が十分に低下したか否かを判定する（ステップＳ７ａ）。同様にＥＣＵ６０はＦＣ２０ｂのＩＶ特性を取得し（ステップＳ５ｂ）、ＦＣ２０ｂのＩＶ特性が十分に低下したか否かを判定する（ステップＳ７ｂ）。即ち、目標流量ＱＬは、燃料電池と負荷装置とが接続状態で燃料電池のカソード側での酸素濃度が低いことによりＩＶ特性が低下する流量である。ＩＶ特性は、流量Ｑａ及びＱｂのそれぞれが目標流量ＱＬに制御されてからのＦＣ２０ａ及び２０ｂの各電流値及び電圧値に基づいて取得される。電流値及び電圧値が低いほど、ＩＶ特性は低いものとみすことができる。即ち、電流値及び電圧値がそれぞれ所定値以下となった場合には、ＩＶ特性は十分に低下したものと判定される。ステップＳ７ａでＮｏの場合には再度ステップＳ５ａが実行され、同様にステップＳ７ｂでＮｏの場合には再度ステップＳ５ｂが実行される。
【００４６】
ステップＳ７ａでＹｅｓの場合には、上述した時刻ｔ３のように、ＥＣＵ６０はＦＣ２０ａと負荷装置とを切断する（ステップＳ９ａ）。同様に、ステップＳ７ｂでＹｅｓの場合には、時刻ｔ３のように、ＥＣＵ６０はＦＣ２０ｂと負荷装置とを切断する（ステップＳ９ｂ）。ステップＳ９ａ及びＳ９ｂの処理は、要求出力Ｐが閾値Ｐ１以下の場合に切断状態に切替える切替制御部が実行する処理の一例である。ここで、時刻ｔ３で示したように切断状態の直後に電圧Ｖａ及びＶｂはそれぞれ上限値ＶＨａ及びＶＨｂを超えない程度に増大する。上述したステップＳ７ａ及びＳ７ｂで、ＩＶ特性が十分に低下したと判定されてから、上記の切断が行われるからである。即ち、ステップＳ７ａ及びＳ７ｂにおいて「ＩＶ特性が十分に低下した」とは、切断直後において増大する電圧が上限値ＶＨを超えない程度に、ＩＶ特性が低下したことを意味する。
【００４７】
次にＥＣＵ６０は、ＦＣ２０ａの開放電圧制御を実行し（ステップＳ１０ａ）、ＦＣ２０ｂの開放電圧制御を実行する（ステップＳ１０ｂ）。尚、上記のステップＳ５ａ及び５ｂ以降の処理は、並列的に実行される。
【００４８】
［ＦＣ２０ａの開放電圧制御のフローチャート］
図５は、ＦＣ２０ａの開放電圧制御の一例を示したフローチャートである。最初に、ＥＣＵ６０は流量Ｑａを目標流量ＱＬに制御する（ステップＳ１１ａ）。上述したステップＳ３において既に流量Ｑａは目標流量ＱＬに制御されている場合には、ステップＳ１１ａによりこの状態が継続される。次に、ＥＣＵ６０は要求出力Ｐが閾値Ｐ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ１３ａ）。ステップＳ１３ａでＮｏの場合、ＥＣＵ６０はＦＣ２０ａ及び２０ｂを通常発電状態へ復帰させる復帰制御を実行する（ステップＳ１００）。復帰制御については後述する。
【００４９】
ステップＳ１３ａでＹｅｓの場合、ＥＣＵ６０は電圧Ｖａを取得し（ステップＳ１５ａ）、電圧Ｖａが下限値ＶＬａ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１７ａ）。ステップＳ１７ａでＮｏの場合、ＥＣＵ６０は再度ステップＳ１１ａ以降の処理を実行する。即ち、ステップＳ１３ａでＹｅｓであってステップＳ１７ａでＮｏである限り、流量Ｑａは目標流量ＱＬに制御される。例えば、上述した時刻ｔ２以降で示したように流量Ｑａが目標流量ＱＬに制御される。尚、ステップＳ１７ａでＮｏである限りステップＳ１３ａが繰り返し実行されるため、流量Ｑａが目標流量ＱＬに制御されている最中で要求出力が増大した場合であっても、復帰制御を実行することができる。
【００５０】
ステップＳ１７ａでＹｅｓの場合、例えば時刻ｔ７で示したように、ＥＣＵ６０は流量Ｑａを目標流量ＱＨに制御する（ステップＳ２１ａ）。次に、ＥＣＵ６０は要求出力Ｐが閾値Ｐ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ２３ａ）。ステップＳ２３ａでＮｏの場合も同様に、復帰制御が実行される（ステップＳ１００）。
【００５１】
ステップＳ２３ａでＹｅｓの場合、ＥＣＵ６０は電圧Ｖａを取得し（ステップＳ２５ａ）、電圧Ｖａが上限値ＶＨａ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２７ａ）。ステップＳ２７ａでＮｏの場合、ＥＣＵ６０は再度ステップＳ２１ａの処理を実行する。ステップＳ２３ａでＹｅｓであってステップＳ２７ａでＮｏである限り、流量Ｑａは目標流量ＱＨに制御される。即ち、上述した時刻ｔ７から時刻ｔ８までの期間で示したように、流量Ｑａが目標流量ＱＨに制御される。尚、ステップＳ２７ａでＮｏである限りステップＳ２３ａが繰り返し実行されるため、流量Ｑａが目標流量ＱＨに制御されている最中で要求出力が増大した場合にも対応できる。
【００５２】
ステップＳ２７ａでＹｅｓの場合、ＥＣＵ６０は再度ステップＳ１１ａ以降の処理を実行し、例えば時刻ｔ８で示したように、流量Ｑａが目標流量ＱＬに制御される。このように、流量Ｑａが目標流量ＱＨ及び目標流量ＱＬに交互に制御されることにより、電圧Ｖａは上限値ＶＨａ及び下限値ＶＬａの間で増大と減少を繰り返すように制御される。ステップＳ１１ａ、Ｓ１７ａ、Ｓ２１ａ、及びＳ２７ａの処理は、バイパス弁１５ａを制御して流量Ｑａを増減させることにより、ＦＣ２０ａの開放電圧が第１目標範囲内に収束するように周期的に増減させる供給系制御部が実行する処理の一例である。
【００５３】
尚、ステップＳ１３ａの処理は、ステップＳ１１ａの前に実行してもよいし、ステップＳ１５ａ及びＳ１７ａの間で実行してもよい。同様に、ステップＳ２３ａの処理は、ステップＳ２１ａの前に実行してもよいし、ステップ２５ａ及び２７ａの間で実行してもよい。
【００５４】
［ＦＣ２０ｂの開放電圧制御のフローチャート］
図６は、ＦＣ２０ｂの開放電圧制御の一例を示したフローチャートである。最初に、ＥＣＵ６０は流量Ｑｂを目標流量ＱＬに制御する（ステップＳ１１ｂ）。上述したステップＳ３において既に流量Ｑｂは目標流量ＱＬに制御されている場合には、ステップＳ１１ｂによりこの状態が継続される。次に、ＥＣＵ６０は要求出力Ｐが閾値Ｐ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ１３ｂ）。ステップＳ１３ｂでＮｏの場合、ＥＣＵ６０は復帰制御を実行する（ステップＳ１００）。
【００５５】
ステップＳ１３ｂでＹｅｓの場合、ＥＣＵ６０は電圧Ｖｂを取得し（ステップＳ１５ｂ）、電圧Ｖｂが下限値ＶＬｂ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１７ｂ）。ステップＳ１７ｂでＮｏの場合、ＥＣＵ６０は再度ステップＳ１１ｂ以降の処理を実行する。即ち、ステップＳ１３ｂでＹｅｓであってステップＳ１７ｂでＮｏである限り、流量Ｑｂは目標流量ＱＬに制御される。例えば、上述した時刻ｔ２以降で示したように流量Ｑｂが目標流量ＱＬに制御される。尚、ステップＳ１７ｂでＮｏである限りステップＳ１３ｂが繰り返し実行されるため、流量Ｑｂが目標流量ＱＬに制御されている最中で要求出力が増大した場合であっても、復帰制御を実行することができる。
【００５６】
ステップＳ１７ｂでＹｅｓの場合、例えば時刻ｔ６で示したように、ＥＣＵ６０は流量Ｑｂを目標流量ＱＨに制御する（ステップＳ２１ｂ）。次に、ＥＣＵ６０は要求出力Ｐが閾値Ｐ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ２３ｂ）。ステップＳ２３ｂでＮｏの場合も同様に、復帰制御が実行される（ステップＳ１００）。
【００５７】
ステップＳ２３ｂでＹｅｓの場合、ＥＣＵ６０は電圧Ｖｂを取得し（ステップＳ２５ｂ）、電圧Ｖｂが上限値ＶＨｂ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２７ｂ）。ステップＳ２７ｂでＮｏの場合、ＥＣＵ６０は再度ステップＳ２１ｂの処理を実行する。ステップＳ２３ｂでＹｅｓであってステップＳ２７ｂでＮｏである限り、流量Ｑｂは目標流量ＱＨに制御される。即ち、上述した時刻ｔ６から時刻ｔ８までの期間で示したように、流量Ｑｂが目標流量ＱＨに制御される。尚、ステップＳ２７ｂでＮｏである限りステップＳ２３ｂが繰り返し実行されるため、流量Ｑｂが目標流量ＱＨに制御されている最中で要求出力が増大した場合にも対応できる。
【００５８】
ステップＳ２７ｂでＹｅｓの場合、ＥＣＵ６０は再度ステップＳ１１ｂ以降の処理を実行し、例えば時刻ｔ８で示したように、流量Ｑｂが目標流量ＱＬに制御される。このように、流量Ｑｂが目標流量ＱＨ及び目標流量ＱＬに交互に制御されることにより、電圧Ｖｂは上限値ＶＨｂ及び下限値ＶＬｂの間で増大と減少を繰り返すように制御される。ステップＳ１１ｂ、Ｓ１７ｂ、Ｓ２１ｂ、及びＳ２７ｂの処理は、バイパス弁１５ｂを制御して流量Ｑｂを増減させることにより、ＦＣ２０ｂの開放電圧が第２目標範囲内に収束するように周期的に増減させる供給系制御部が実行する処理の一例である。
【００５９】
尚、ステップＳ１３ｂの処理は、ステップＳ１１ｂの前に実行してもよいし、ステップＳ１５ｂ及びＳ１７ｂの間で実行してもよい。同様に、ステップＳ２３ｂの処理は、ステップＳ２１ｂの前に実行してもよいし、ステップ２５ｂ及び２７ｂの間で実行してもよい。
【００６０】
このように、上述したＦＣ２０ａ及び２０ｂの開放電圧制御は略同じ制御内容であって上限値ＶＨａ及びＶＨｂも同じ値であり、相違点は下限値ＶＬａが下限値ＶＬｂよりも大きいだけである。このように上限値及び下限値を設定することにより、要求出力に対する応答性を確保しつつＦＣ２０ｂへ供給されるカソードガスの流量を調整する供給系の耐久性の低下を抑制できる。従って、ＦＣ２０ａ及び２０ｂの開放電圧制御を実行するプログラムの製作コストの増大を抑制でき、またＥＣＵ６０の処理負荷の増大も抑制できる。
【００６１】
［復帰制御］
ＦＣ２０ａ及び２０ｂが負荷装置から切断された状態で要求出力Ｐが閾値Ｐ１以上となると、時刻ｔ１０で示したようにＥＣＵ６０はスイッチ３６ａ及び３６ｂを制御してＦＣ２０ａ及び２０ｂと負荷装置とを電気的に接続し、これにより電圧Ｖａ及びＶｂが直ちに低下する。ＦＣ２０ａ及び２０ｂが接続状態では、時刻ｔ１１で示したように要求出力Ｐの増大に伴って流量Ｑａ及びＱｂも増大するように制御される。これにより、要求出力Ｐを満たすようにＦＣ２０ａ及び２０ｂの出力も増大する。尚、ＦＣ２０ａ及び２０ｂの何れかの開放電圧制御内で復帰制御が実行されると、ＦＣ２０ａ及び２０ｂの双方が通常発電状態に復帰される。
【００６２】
［開放電圧制御の第１変形例］
次に、開放電圧制御の第１変形例について説明する。図７Ａは、開放電圧制御の第１変形例での上限値ＶＨａ及びＶＨｂと下限値ＶＬａ及びＶＬｂとの大小関係の説明図である。第１変形例では、上限値ＶＨａは上限値ＶＨｂよりも大きく、下限値ＶＬａは下限値ＶＬｂよりも大きく、上限値ＶＨｂは上限値ＶＨａよりも小さく下限値ＶＬａよりも大きい。下限値ＶＬａが下限値ＶＬｂよりも大きいため、電圧Ｖａが電圧Ｖｂより高い状態となる期間が確保され、要求出力の増大に対する応答性が確保されている。
【００６３】
また、上限値ＶＨｂが上限値ＶＨａよりも低いため、ＦＣ２０ｂのカソード触媒の溶出をより抑制でき、ＦＣ２０ｂの出力性能の低下をより抑制できる。このような構成は、例えば、ＦＣ２０ａよりもＦＣ２０ｂの方がより多くの補機に電力を供給するシステムや、ＦＣ２０ｂの定格出力の方がＦＣ２０ａの定格出力よりも大きい場合等、など、ＦＣ２０ｂの出力性能の低下を特に抑制したい場合に適している。従って、第１変形例では、要求出力の増大に対する応答性を確保しつつ、ＦＣ２０ｂの出力性能の低下をＦＣ２０ａよりも優先的に抑制できる。
【００６４】
また、第１変形例においても、上述した実施例と同様に、上限値ＶＨｂと下限値ＶＬｂとの差分は上限値ＶＨａと下限値ＶＬａとの差分よりも大きいため、バイパス弁１５ｂの耐久性の低下を抑制することができる。従って、ＦＣ２０ｂの出力性能の低下を抑制しつつＦＣ２０ｂの補機であるバイパス弁１５ｂの耐久性の低下をも抑制でき、ＦＣ２０ｂの出力を長期的に確保することができる。
【００６５】
尚、第１変形例では、例えば上限値ＶＨａは０．８４Ｖであり、上限値ＶＨｂは０．８２Ｖであり、下限値ＶＬａは０．７７Ｖであり、下限値ＶＬｂは０．７Ｖである。
【００６６】
［開放電圧制御の第２変形例］
図７Ｂは、開放電圧制御の第２変形例での上限値ＶＨａ及び上限値ＶＨｂと下限値ＶＬａ及びＶＬｂとの大小関係の説明図である。第２変形例では、上限値ＶＨｂは上限値ＶＨａよりも大きく、下限値ＶＬａと下限値ＶＬｂとは同じ値であり、上限値ＶＨａは上限値ＶＨｂより小さく下限値ＶＬｂよりも大きい。上限値ＶＨｂは上限値ＶＨａよりも大きいため、電圧Ｖｂが電圧Ｖａより高い状態となる期間が確保され、要求出力の増大に対する応答性が確保されている。また、上限値ＶＨａが上限値ＶＨｂよりも低いため、ＦＣ２０ａのカソード触媒の溶出をより抑制でき、ＦＣ２０ａの出力性能の低下を抑制できる。また、第２変形例においても、上限値ＶＨｂと下限値ＶＬｂとの差分は上限値ＶＨａと下限値ＶＬａとの差分よりも大きいため、バイパス弁１５ｂの耐久性の低下を抑制することができる。
【００６７】
尚、第２変形例では、上述した実施例及び第１変形例や、後述する第３及び第４変形例とは異なり、ＦＣ２０ｂの開放電圧の目標範囲が第１目標範囲に相当し、ＦＣ２０ａの開放電圧の目標範囲が第２目標範囲に相当する。従って、上限値ＶＨｂが第１目標範囲の上限値に相当し、上限値ＶＨａが第２目標範囲の上限値に相当する。尚、第２変形例では、例えば上限値ＶＨａは０．８Ｖであり、上限値ＶＨｂは０．８４Ｖであり、下限値ＶＬａ及びＶＬｂは共に０．７５Ｖである。
【００６８】
［開放電圧制御の第３変形例］
図７Ｃは、開放電圧制御の第３変形例での上限値ＶＨａ及びＶＨｂと下限値ＶＬａ及びＶＬｂとの大小関係の説明図である。第３変形例では、上限値ＶＨｂは上限値ＶＨａよりも大きく、下限値ＶＬｂは下限値ＶＬａよりも小さい。従って、上限値ＶＨｂと下限値ＶＬｂとの差分は上限値ＶＨａと下限値ＶＬａとの差分よりも、より大きいため、バイパス弁１５ｂの耐久性の低下をより抑制することができる。また、上限値ＶＨａが上限値ＶＨｂよりも低いため、ＦＣ２０ａのカソード触媒の溶出を抑制でき、ＦＣ２０ａの出力性能の低下を抑制できる。
【００６９】
尚、第３変形例では、例えば上限値ＶＨａは０．８Ｖであり、上限値ＶＨｂは０．８４Ｖであり、下限値ＶＬａは０．７５Ｖであり、下限値ＶＬｂは０．７Ｖである。
【００７０】
［開放電圧制御の第４変形例］
図７Ｄは、開放電圧制御の第４変形例での上限値ＶＨａ及びＶＨｂと下限値ＶＬａ及びＶＬｂとの大小関係の説明図である。第４変形例では、上限値ＶＨｂは上限値ＶＨａよりも大きく、下限値ＶＬｂは下限値ＶＬａよりも大きく、上限値ＶＨａは上限値ＶＨｂよりも小さく下限値ＶＬｂよりも大きく、下限値ＶＬｂは上限値ＶＨａよりも小さく下限値ＶＬａよりも大きい。上限値ＶＨｂが上限値ＶＨａよりも大きく、且つ下限値ＶＬｂが下限値ＶＬａよりも大きいため、電圧Ｖｂが電圧Ｖａより高い状態となる期間が確保され、要求出力の増大に対する応答性が確保されている。また、上限値ＶＨａが上限値ＶＨｂよりも低いことにより、ＦＣ２０ａのカソード触媒の溶出が抑制されている。また、上限値ＶＨｂと下限値ＶＬｂとの差分は上限値ＶＨａと下限値ＶＬａとの差分よりも大きいため、バイパス弁１５ｂの耐久性の低下をより抑制することができる。
【００７１】
尚、第４変形例では、例えば上限値ＶＨａは０．８Ｖであり、上限値ＶＨｂは０．８４Ｖであり、下限値ＶＬａは０．７５Ｖであり、下限値ＶＬｂは０．７７Ｖである。
【００７２】
尚、第１〜第４変形例においても、電圧Ｖａ及びＶｂの目標電圧は部分的に互いに重なっているため、開放電圧制御の実行に起因するＦＣ２０ａ及び２０ｂの出力性能のばらつきを抑制できる。
【００７３】
上述した実施例及び変形例において、目標流量ＱＬはゼロであってもよい。
【００７４】
図２に示したように、流量Ｑａ及びＱｂを矩形状に調整することにより開放電圧を制御したが、これに限定されない。流量Ｑａ及びＱｂの少なくとも一方を直線的又は曲線的に徐々に増大又は減少するように調整してもよいし、部分的に直線的又は曲線的に調整してもよいし、正弦波的に調整してもよい。
【００７５】
上述した実施例及び変形例において、バイパス弁１５ａの開度を調整することにより流量Ｑａを制御したが、これに限定されない。エアコンプレッサ１４ａの回転速度、バイパス弁１５ａの開度、及び背圧弁１７ａの開度の少なくとも一つを調整することにより、流量Ｑａを制御してもよい。例えば、流量Ｑａが目標流量ＱＬより大きい状態から目標流量ＱＬに制御する場合には、バイパス弁１５ａ及び背圧弁１７ａの開度を変更せずにエアコンプレッサ１４ａの回転速度のみを低下させてもよいし、エアコンプレッサ１４ａの回転速度とバイパス弁１５ａの開度とを変更せずに背圧弁１７ａの開度のみを低下させてもよい。尚、エアコンプレッサ１４ａの回転速度のみを調整して流量Ｑａを制御する場合には、バイパス弁１５ａや背圧弁１７ａの開度のみを調整する場合と比較して、エアコンプレッサ１４ａにより消費されるエネルギーの損失量を低下させることができる。流量Ｑｂについても同様である。
【００７６】
上述したシステム１は、２つのエアコンプレッサ１４ａ及び１４ｂを含むが、これに限定されない。例えば、２つのエアコンプレッサ１４ａ及び１４ｂの代わりに、単一のエアコンプレッサと、このエアコンプレッサと供給管１１ａ及び１１ｂの双方とを連通した配管とを設けて、バイパス弁１５ａ及び１５ｂや背圧弁１７ａ及び１７ｂの各開度を制御することにより、流量Ｑａ及びＱｂをそれぞれ制御するようにしてもよい。
【００７７】
上述したシステム１では、２つのＦＣ２０ａ及び２０ｂを含むが、互いに３つ以上の燃料電池を含んでもよい。この場合、複数の燃料電池のうち少なくとも２つの開放電圧が上述したように制御できればよい。この場合においても、全ての燃料電池の開放電圧が低い状態にあることを抑制できるからである。
【００７８】
燃料電池システムは車両に搭載されているが、これに限定されない。例えば、据置型の燃料電池システムであってもよい。また、車両には、自動車のみならず、二輪車、鉄道車両や、船舶、航空機等であってもよい。また、車両は、駆動にモータと内燃機関とを併用可能なハイブリット車両であってもよい。
【００７９】
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】
【００８０】
１  燃料電池システム
１０ａ、１０ｂ  カソードガス供給系
１１ａ、１１ｂ  供給管
１２ａ、１２ｂ  排出管
１３ａ、１３ｂ  バイパス管
１４ａ、１４ｂ  エアコンプレッサ
１５ａ、１５ｂ  バイパス弁
２０ａ、２０ｂ  燃料電池
３０ａ、３０ｂ  電力制御系
３６ａ、３６ｂ  スイッチ（切替装置）
４０ａ、４０ｂ  バッテリ
５０  モータ
６０  ＥＣＵ（切替制御部、開放電圧取得部、供給系制御部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020061229.tif 000008
【図７】
2020061229.tif 000009