(57)【要約】【課題】リフレッシュ処理を適切なタイミングで行うこと。【解決手段】複数の燃料電池スタックと、前記複数の燃料電池スタックへの要求電力に応じて前記複数の燃料電池スタックの発電を制御する発電制御部と、前記複数の燃料電池スタックに対して電圧を低下させるリフレッシュ処理を実行するリフレッシュ制御部と、を備え、前記発電制御部は、前記要求電力が第１閾値以上且つ前記第１閾値よりも大きい第２閾値未満では前記複数の燃料電池スタックのうちの第１燃料電池スタックの発電を休止し、前記要求電力が前記第２閾値以上では前記第１燃料電池スタックを発電させ、前記リフレッシュ制御部は、前記要求電力が前記第１閾値より大きく且つ前記第２閾値未満の第１所定値よりも低い状態から前記第１所定値以上に増加した場合に、前記要求電力が前記第１所定値以上且つ前記第２閾値未満の範囲内にあるときに前記第１燃料電池スタックに対してリフレッシュ処理を実行する、燃料電池システム。【選択図】図１
2020077463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料電池スタックと、
前記複数の燃料電池スタックへの要求電力に応じて前記複数の燃料電池スタックの発電を制御する発電制御部と、
前記複数の燃料電池スタックに対して電圧を低下させるリフレッシュ処理を実行するリフレッシュ制御部と、を備え、
前記発電制御部は、前記要求電力が第１閾値以上且つ前記第１閾値よりも大きい第２閾値未満では前記複数の燃料電池スタックのうちの第１燃料電池スタックの発電を休止し、前記要求電力が前記第２閾値以上では前記第１燃料電池スタックを発電させ、
前記リフレッシュ制御部は、前記要求電力が前記第１閾値より大きく且つ前記第２閾値未満の第１所定値よりも低い状態から前記第１所定値以上に増加した場合に、前記要求電力が前記第１所定値以上且つ前記第２閾値未満の範囲内にあるときに前記第１燃料電池スタックに対してリフレッシュ処理を実行する、燃料電池システム。
【請求項２】
前記リフレッシュ制御部は、前記第１燃料電池スタックに対してリフレッシュ処理が必要か否かを判断し、リフレッシュ処理が必要と判断した場合に、前記第１燃料電池スタックに対してリフレッシュ処理を実行する、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記複数の燃料電池スタックと前記複数の燃料電池スタックから供給される電流が流れる補機との間に接続される複数のスイッチを備え、
前記発電制御部は、前記第１燃料電池スタックの発電を休止させるときには前記複数のスイッチのうちの前記第１燃料電池スタックと前記補機との間に接続されるスイッチを非接続状態とし、
前記リフレッシュ制御部は、前記第１燃料電池に対してリフレッシュ処理を実行するときには前記スイッチを非接続状態から接続状態に切り替える、請求項１または２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記リフレッシュ制御部は、前記第１燃料電池スタックに対してカソードガスを供給せずに電流を掃引することでリフレッシュ処理を実行する、請求項１から３のいずれか一項記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記第１所定値は、前記第１閾値と前記第２閾値の間の中心値である、請求項１から４のいずれか一項記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記第１閾値の値は０である、請求項１から５のいずれか一項記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記発電制御部は、前記要求電力が前記第２閾値以上である第３閾値以上且つ前記第３閾値よりも大きい第４閾値未満の場合に前記複数の燃料電池スタックのうちの第２燃料電池スタックの発電を休止し、前記要求電力が前記第４閾値以上の場合及び前記第３閾値未満の場合に前記第２燃料電池スタックを発電させ、
前記リフレッシュ制御部は、前記要求電力が前記第３閾値より大きく且つ前記第４閾値未満の第２所定値よりも低い状態から前記第２所定値以上に増加した場合に、前記要求電力が前記第２所定値以上且つ前記第４閾値未満の範囲内にあるときに前記第２燃料電池スタックに対してリフレッシュ処理を実行する、請求項１から６のいずれか一項記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記発電制御部は、前記要求電力が前記第２閾値以上である第３閾値以上且つ前記第３閾値よりも大きい第４閾値未満の場合に前記複数の燃料電池スタックのうちの第２燃料電池スタックの発電を休止し、前記要求電力が前記第４閾値以上の場合及び前記第３閾値未満の場合に前記第２燃料電池スタックを発電させ、
前記リフレッシュ制御部は、前記要求電力が前記第３閾値より大きく且つ前記第４閾値未満の第３所定値よりも高い状態から前記第３所定値以下に減少した場合に、前記要求電力が前記第３閾値以上且つ前記第３所定値以下の範囲内にあるときに前記第２燃料電池スタックに対してリフレッシュ処理を実行する、請求項１から７のいずれか一項記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記第１燃料電池スタックは、前記第２燃料電池スタックよりも最大出力電力が大きい、請求項７または８記載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】
電解質膜の両面に電極が配置された膜電極接合体を備える燃料電池において、電極に含まれる触媒の表面に形成された酸化被膜及び付着した不純物を除去するために、燃料電池の電圧を一時的に低下させるリフレッシュ処理を行うことが知られている。例えば、複数の燃料電池スタックを備える燃料電池システムにおいて、燃料電池システムの起動処理時又は停止処理時に、複数の燃料電池スタックに対して順番にリフレッシュ処理を行うことが知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−５９６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
リフレッシュ処理によって触媒表面の酸化被膜及び不純物が除去された後に燃料電池スタックが高電位になると、触媒の溶出が起こり易くなり、溶出によって触媒量が徐々に減少するために長期的には発電性能の低下が生じてしまう。また、リフレッシュ処理によって触媒表面の酸化被膜及び不純物が除去された後に燃料電池スタックが長時間発電されない場合には、触媒表面に再び酸化被膜が形成及び／又は不純物が付着し、発電性能の低下が生じてしまう。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、リフレッシュ処理を適切なタイミングで行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、複数の燃料電池スタックと、前記複数の燃料電池スタックへの要求電力に応じて前記複数の燃料電池スタックの発電を制御する発電制御部と、前記複数の燃料電池スタックに対して電圧を低下させるリフレッシュ処理を実行するリフレッシュ制御部と、を備え、前記発電制御部は、前記要求電力が第１閾値以上且つ前記第１閾値よりも大きい第２閾値未満では前記複数の燃料電池スタックのうちの第１燃料電池スタックの発電を休止し、前記要求電力が前記第２閾値以上では前記第１燃料電池スタックを発電させ、前記リフレッシュ制御部は、前記要求電力が前記第１閾値より大きく且つ前記第２閾値未満の第１所定値よりも低い状態から前記第１所定値以上に増加した場合に、前記要求電力が前記第１所定値以上且つ前記第２閾値未満の範囲内にあるときに前記第１燃料電池スタックに対してリフレッシュ処理を実行する、燃料電池システムである。
【０００７】
上記構成において、前記リフレッシュ制御部は、前記第１燃料電池スタックに対してリフレッシュ処理が必要か否かを判断し、リフレッシュ処理が必要と判断した場合に、前記第１燃料電池スタックに対してリフレッシュ処理を実行する構成とすることができる。
【０００８】
上記構成において、前記複数の燃料電池スタックと前記複数の燃料電池スタックから供給される電流が流れる補機との間に接続される複数のスイッチを備え、前記発電制御部は、前記第１燃料電池スタックの発電を休止させるときには前記複数のスイッチのうちの前記第１燃料電池スタックと前記補機との間に接続されるスイッチを非接続状態とし、前記リフレッシュ制御部は、前記第１燃料電池に対してリフレッシュ処理を実行するときには前記スイッチを非接続状態から接続状態に切り替える構成とすることができる。
【０００９】
上記構成において、前記リフレッシュ制御部は、前記第１燃料電池スタックに対してカソードガスを供給せずに電流を掃引することでリフレッシュ処理を実行する構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記第１所定値は、前記第１閾値と前記第２閾値の間の中心値である構成とすることができる。
【００１１】
上記構成において、前記第１閾値の値は０である構成とすることができる。
【００１２】
上記構成において、前記発電制御部は、前記要求電力が前記第２閾値以上である第３閾値以上且つ前記第３閾値よりも大きい第４閾値未満の場合に前記複数の燃料電池スタックのうちの第２燃料電池スタックの発電を休止し、前記要求電力が前記第４閾値以上の場合及び前記第３閾値未満の場合に前記第２燃料電池スタックを発電させ、前記リフレッシュ制御部は、前記要求電力が前記第３閾値より大きく且つ前記第４閾値未満の第２所定値よりも低い状態から前記第２所定値以上に増加した場合に、前記要求電力が前記第２所定値以上且つ前記第４閾値未満の範囲内にあるときに前記第２燃料電池スタックに対してリフレッシュ処理を実行する構成とすることができる。
【００１３】
上記構成において、前記発電制御部は、前記要求電力が前記第２閾値以上である第３閾値以上且つ前記第３閾値よりも大きい第４閾値未満の場合に前記複数の燃料電池スタックのうちの第２燃料電池スタックの発電を休止し、前記要求電力が前記第４閾値以上の場合及び前記第３閾値未満の場合に前記第２燃料電池スタックを発電させ、前記リフレッシュ制御部は、前記要求電力が前記第３閾値より大きく且つ前記第４閾値未満の第３所定値よりも高い状態から前記第３所定値以下に減少した場合に、前記要求電力が前記第３閾値以上且つ前記第３所定値以下の範囲内にあるときに前記第２燃料電池スタックに対してリフレッシュ処理を実行する構成とすることができる。
【００１４】
上記構成において、前記第１燃料電池スタックは、前記第２燃料電池スタックよりも最大出力電力が大きい構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、リフレッシュ処理を適切なタイミングで行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、実施例１に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。
【図２】図２は、第１燃料電池スタック及び第２燃料電池スタックの出力電流と出力電力の関係を示す電流電力特性図である。
【図３】図３は、第１燃料電池スタックに最大許容電流及び最小許容電圧が設定されているときの最大出力電力を説明する図である。
【図４】図４は、実施例１に係る燃料電池システムの電気的構成を示す概略図である。
【図５】図５は、実施例１における発電制御を示すフローチャートである。
【図６】図６は、実施例１における発電制御及びリフレッシュ制御を説明するタイムチャートである。
【図７】図７は、実施例１における発電制御を説明するための図である。
【図８】図８は、実施例１におけるリフレッシュ制御を示すフローチャートである。
【図９】図９は、実施例２におけるリフレッシュ制御を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、実施例２における発電制御及びリフレッシュ制御を説明するタイムチャートである。
【図１１】図１１は、実施例２の変形例１におけるリフレッシュ制御を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、実施例２の変形例１における発電制御及びリフレッシュ制御を説明するタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、実施例１に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。燃料電池システムは、燃料電池車両又は定置用燃料電池装置などに用いられ、要求電力に応じて電力を出力する発電システムである。なお、以下の実施例では、燃料電池システムが車両に搭載されている場合を例に説明する。図１のように、燃料電池システム１００は、第１燃料電池スタック１０（以下、第１ＦＣスタック１０と称す場合がある）及び第２燃料電池スタック１１（以下、第２ＦＣスタック１１と称す場合がある）と、制御ユニット２０と、カソードガス配管系３０及び４０と、アノードガス配管系５０及び７０と、を備える。なお、燃料電池システム１００は、冷媒配管系も備えるが、ここでは図示及び説明を省略する。
【００１９】
第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１は、反応ガスとして水素（アノードガス）と空気（カソードガス）の供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１は、複数のセルが積層されたスタック構造をしている。各セルは、電解質膜の両面に電極が配置された発電体である膜電極接合体と、膜電極接合体を挟持する１対のセパレータと、を備える。
【００２０】
電解質膜は、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂材料又は炭化水素系樹脂材料で形成される固体高分子膜であり、湿潤状態において良好なプロトン伝導性を有する。電極は、カーボン担体を含んで構成されている。電極中のカーボン担体には、発電反応を促進させるための触媒（例えば白金又は白金−コバルト合金）が担持されている。各セルには、反応ガスを流すためのマニホールドが設けられている。マニホールドを流れる反応ガスは、各セルに設けられたガス流路を介して、各セルの発電領域に供給される。
【００２１】
第１ＦＣスタック１０は、第２ＦＣスタック１１に比べて、最大出力電力が大きくなっている。例えば、第１ＦＣスタック１０は、第２ＦＣスタック１１に比べて、積層されるセル枚数が多く、これにより最大出力電力が大きくなっている。
【００２２】
図２は、第１ＦＣスタック及び第２ＦＣスタックの出力電流と出力電力の関係を示す電流電力特性図である。図２のように、第１ＦＣスタック１０の最大出力電力Ｐ１は、第２ＦＣスタック１１の最大出力電力Ｐ２に比べて大きくなっている。また、第１ＦＣスタック１０と第２ＦＣスタック１１は、同じ材料且つ同じ発電面積からなるセルの枚数が異なることで最大出力電力が異なっている。このため、第１ＦＣスタック１０の最大出力電力Ｐ１となる出力電流と、第２ＦＣスタック１１の最大出力電力Ｐ２となる出力電流とは、同程度の（例えば同じ）出力電流Ａになっている。なお、第１ＦＣスタック１０は、第２ＦＣスタック１１に対して、積層されるセルの枚数は同じで、セルの材料及び／又は発電面積が異なることで最大出力電力が大きくなっている場合でもよい。
【００２３】
なお、急激な電圧低下を回避する又はＦＣスタックの発熱を抑制するなどの理由によって、第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１の出力電流及び／又は出力電圧に最大許容電流及び／又は最小許容電圧が設定されている場合には、第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１の最大出力電力は許容範囲内で最大となる出力電力としてもよい。
【００２４】
図３は、第１ＦＣスタックに最大許容電流及び最小許容電圧が設定されているときの最大出力電力を説明する図である。図３のように、最大許容電流ＬＡ及び最小許容電圧ＬＶが設定されている場合では、電流許容範囲及び電圧許容範囲内での最大電力Ｐ１ａを第１ＦＣスタック１０の最大出力電力としてもよい。第２ＦＣスタック１１においても同じである。
【００２５】
図１のように、制御ユニット２０は、発電制御部２２及びリフレッシュ制御部２４として機能する。制御ユニット２０には、アクセルペダル６６の開度（すなわち、運転者によるアクセルペダル６６の踏み込み量）を検出するアクセルペダルセンサ６７からアクセル開度信号が送信される。
【００２６】
発電制御部２２は、アクセル開度信号に基づいて要求電力を算出し、算出した要求電力に応じて以下に説明する燃料電池システム１００の各構成を制御して第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１の発電を制御する。リフレッシュ制御部２４は、アクセル開度信号に基づいて要求電力を算出し、算出した要求電力に応じて以下に説明する燃料電池システム１００の各構成を制御して第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１に対して電圧を一時的に低下させるリフレッシュ処理を実行する。ここで、アクセル開度に基づいて、まず第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１を含む燃料電池システム１００全体への要求電力が算出される。燃料電池システム１００が二次電池を備える場合には、二次電池の充電状態を検出し、二次電池が充放電する電力を考慮して、第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１への要求電力を算出してもよい。なお、リフレッシュ制御部２４は、自らアクセル開度信号に基づいて要求出力を算出する代わりに、発電制御部２２が算出した要求電力を用いてもよい。
【００２７】
カソードガス配管系３０は、第１ＦＣスタック１０にカソードガスを供給し、第１ＦＣスタック１０で消費されなかったカソード排ガスを排出する。カソードガス配管系３０は、カソードガス配管３１、エアコンプレッサ３２、開閉弁３３、カソード排ガス配管３４、及び調圧弁３５を備える。カソードガス配管３１は、第１ＦＣスタック１０のカソード入口に接続される配管である。エアコンプレッサ３２は、カソードガス配管３１を介して第１ＦＣスタック１０のカソードと接続されていて、外気を取り込んで圧縮した空気をカソードガスとして第１ＦＣスタック１０に供給する。制御ユニット２０は、エアコンプレッサ３２の駆動を制御することにより、第１ＦＣスタック１０に供給する空気の流量を制御する。開閉弁３３は、エアコンプレッサ３２と第１ＦＣスタック１０の間に設けられていて、カソードガス配管３１における空気の流れに応じて開閉する。例えば、開閉弁３３は、通常閉じた状態にあり、エアコンプレッサ３２から所定圧力を有する空気がカソードガス配管３１に供給されたときに開く。カソード排ガス配管３４は、第１ＦＣスタック１０のカソード出口に接続される配管であり、カソード排ガスを燃料電池システム１００の外部へと排出する。調圧弁３５は、カソード排ガス配管３４におけるカソード排ガスの圧力を調整する。
【００２８】
カソードガス配管系４０は、第２ＦＣスタック１１にカソードガスを供給し、第２ＦＣスタック１１で消費されなかったカソード排ガスを排出する。カソードガス配管系４０は、カソードガス配管４１、エアコンプレッサ４２、開閉弁４３、カソード排ガス配管４４、及び調圧弁４５を備える。カソードガス配管４１、エアコンプレッサ４２、開閉弁４３、カソード排ガス配管４４、及び調圧弁４５は、カソードガス配管系３０のカソードガス配管３１、エアコンプレッサ３２、開閉弁３３、カソード排ガス配管３４、及び調圧弁３５と同様の機能を有する。したがって、制御ユニット２０は、エアコンプレッサ４２の駆動を制御することにより、第２ＦＣスタック１１に供給する空気の流量を制御する。
【００２９】
アノードガス配管系５０は、第１ＦＣスタック１０にアノードガスを供給し、第１ＦＣスタック１０で消費されなかったアノード排ガスを排出する。アノードガス配管系５０は、アノードガス配管５１、開閉弁５２、レギュレータ５３、インジェクタ５４、アノード排ガス配管５５、気液分離器５６、アノードガス循環配管５７、循環ポンプ５８、アノード排水配管５９、及び排水弁６０を備える。アノードガス配管５１は、水素タンク６５と第１ＦＣスタック１０のアノード入口とを接続する配管である。すなわち、水素タンク６５は、アノードガス配管５１を介して第１ＦＣスタック１０のアノードと接続していて、タンク内に充填する水素を第１ＦＣスタック１０に供給する。開閉弁５２、レギュレータ５３、及びインジェクタ５４は、アノードガス配管５１にこの順序で上流側から設けられている。開閉弁５２は、制御ユニット２０からの指令により開閉し、水素タンク６５からインジェクタ５４の上流側への水素の流入を制御する。レギュレータ５３は、インジェクタ５４の上流側における水素の圧力を調整するための減圧弁である。インジェクタ５４は、制御ユニット２０によって設定される駆動周期及び開弁時間に応じて、弁体が電磁的に駆動する電磁駆動式の開閉弁である。制御ユニット２０は、インジェクタ５４の駆動周期及び／又は開弁時間を制御することにより、第１ＦＣスタック１０に供給される水素の流量を制御する。
【００３０】
アノード排ガス配管５５は、第１ＦＣスタック１０のアノード出口と気液分離器５６とを接続する配管であり、発電反応に用いられることのなかった未反応ガス（水素及び窒素など）を含むアノード排ガスを気液分離器５６へと誘導する。気液分離器５６は、アノード排ガスに含まれる気体成分と水分とを分離し、気体成分についてはアノードガス循環配管５７へと誘導し、水分についてはアノード排水配管５９へと誘導する。アノードガス循環配管５７は、アノードガス配管５１にインジェクタ５４よりも下流で接続されている。アノードガス循環配管５７には循環ポンプ５８が設けられている。気液分離器５６によって分離された気体成分に含まれる水素は、循環ポンプ５８によってアノードガス配管５１へと送り出される。循環ポンプ５８は、制御ユニット２０からの指令に応じて駆動する。アノード排水配管５９は、気液分離器５６によって分離された水分を燃料電池システム１００の外部へと排出するための配管である。排水弁６０は、アノード排水配管５９に設けられていて、制御ユニット２０からの指令に応じて開閉する。
【００３１】
アノードガス配管系７０は、第２ＦＣスタック１１にアノードガスを供給し、第２ＦＣスタック１１で消費されなかったアノード排ガスを排出する。アノードガス配管系７０は、アノードガス配管７１、開閉弁７２、レギュレータ７３、インジェクタ７４、アノード排ガス配管７５、気液分離器７６、アノードガス循環配管７７、循環ポンプ７８、アノード排水配管７９、及び排水弁８０を備える。アノードガス配管７１、開閉弁７２、レギュレータ７３、インジェクタ７４、アノード排ガス配管７５、気液分離器７６、アノードガス循環配管７７、循環ポンプ７８、アノード排水配管７９、及び排水弁８０は、アノードガス配管系５０のアノードガス配管５１、開閉弁５２、レギュレータ５３、インジェクタ５４、アノード排ガス配管５５、気液分離器５６、アノードガス循環配管５７、循環ポンプ５８、アノード排水配管５９、及び排水弁６０と同様の機能を有する。したがって、制御ユニット２０は、インジェクタ７４の駆動周期及び／又は開弁時間を制御することにより、第２ＦＣスタック１１に供給される水素の流量を制御する。
【００３２】
図４は、実施例１に係る燃料電池システムの電気的構成を示す概略図である。燃料電池システム１００は、上述した制御ユニット２０などに加え、ＦＤＣ８１ａ及び８１ｂ、インバータ８２、モータジェネレータ８３、ＢＤＣ８４、バッテリ８５、並びにスイッチ８６ａ及び８６ｂを備える。
【００３３】
ＦＤＣ８１ａ及び８１ｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータである。ＦＤＣ８１ａは、第１ＦＣスタック１０の出力電圧を変圧してインバータ８２及びＢＤＣ８４に供給する。ＦＤＣ８１ｂは、第２ＦＣスタック１１の出力電圧を変圧してインバータ８２及びＢＤＣ８４に供給する。ＢＤＣ８４は、ＤＣ／ＤＣコンバータである。バッテリ８５は、充放電可能な二次電池である。ＢＤＣ８４は、バッテリ８５からの直流電圧を調整してインバータ８２に出力でき、第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１からの直流電圧及びインバータ８２により直流に変換されたモータジェネレータ８３からの電圧を調整してバッテリ８５に出力可能である。インバータ８２は、ＤＣ／ＡＣインバータであり、第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１とバッテリ８５から出力される直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータ８３に供給する。モータジェネレータ８３は車輪６８を駆動する。スイッチ８６ａ及び８６ｂは、制御ユニット２０からの指令に応じて開閉し、第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１とモータジェネレータ８３及びバッテリ８５などとの電気的接続及び非接続を切り換える。
【００３４】
制御ユニット２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び記憶部などを備えるマイクロコンピュータを含んで構成されるＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。記憶部は、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）又はフラッシュメモリなどの不揮発性メモリである。制御ユニット２０は、燃料電池システム１００の各構成を統合的に制御して、燃料電池システム１００の運転を制御する。
【００３５】
制御ユニット２０は、アクセルペダル６６の開度を検出するアクセルペダルセンサ６７からアクセル開度信号を取得し、取得したアクセル開度信号から第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１への要求電力を算出する。そして、制御ユニット２０は、算出した要求電力に応じて第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１へのガス供給流量並びにＦＤＣ８１ａ及び８１ｂのデューティ比などを制御して、第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１の発電を制御する。このように、制御ユニット２０は、アクセル開度信号から第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１への要求電力を算出し、算出した要求電力に応じて第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１の発電を制御する発電制御部２２として機能する。
【００３６】
発電制御部２２は、例えばエアコンプレッサ３２及び４２などを制御することで第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１に供給されるカソードガスの供給流量を制御し、インジェクタ５４及び７４並びに循環ポンプ５８及び７８などを制御することで第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１に供給されるアノードガスの供給流量を制御する。また、発電制御部２２は、第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１を発電させるときにはスイッチ８６ａ及び８６ｂをＯＮ（接続状態）にし、第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１の発電を休止させるときにはスイッチ８６ａ及び８６ｂをＯＦＦ（非接続状態）にする。なお、実施例１においては、ＦＤＣ８１ａ及び８１ｂとは別に、独立してスイッチ８６ａ及び８６ｂを備える構成を例示したが、これに限定されない。例えば、ＦＤＣ８１ａ及び８１ｂがスイッチング素子を備え、制御ユニット２０がＦＤＣ８１ａ及び８１ｂのスイッチング素子を制御することにより、第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１とモータジェネレータ８３及びバッテリ８５などとの電気的接続及び非接続を切り換えてもよい。
【００３７】
また、制御ユニット２０は、上述したように、アクセル開度信号から第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１への要求電力を算出する。そして、制御ユニット２０は、算出した要求電力に応じて第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１に対してリフレッシュ処理を実行する。このように、制御ユニット２０は、アクセル開度信号から第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１への要求電力を算出し、算出した要求電力に応じて第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１に対してリフレッシュ処理を実行するリフレッシュ制御部２４として機能する。リフレッシュ制御部２４は、例えばエアコンプレッサ３２及び４２などを制御することで第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１に供給されるカソードガスの供給流量を制御する。そして、リフレッシュ制御部２４は、スイッチ８６ａ及び８６ｂをＯＮにして第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１の電流を掃引することで、第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１の電圧を一時的に低下させてリフレッシュ処理を実行する。
【００３８】
図５は、実施例１における発電制御を示すフローチャートである。図６は、実施例１における発電制御及びリフレッシュ制御を説明するタイムチャートである。図５のように、制御ユニット２０は、アクセルペダルセンサ６７から送出される開度がゼロではないアクセル開度信号を取得するまで待機する（ステップＳ１０）。制御ユニット２０は、開度がゼロではないアクセル開度信号を取得した後（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、アクセル開度信号に基づいて要求電力を算出する（ステップＳ１２）。例えば、制御ユニット２０は、記憶部に記憶されたアクセル開度信号と要求電力との相関を示すマップなどを参照し、取得したアクセル開度信号から第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１に対する要求電力を算出する。
【００３９】
次いで、制御ユニット２０は、算出した要求電力が０（第１閾値）以上且つ０よりも大きい第２閾値未満であるか否かを判断する（ステップＳ１４）。第２閾値として、例えば第２ＦＣスタック１１の最大出力電力の７０％以上且つ１００％以下の値を用いることができる。なお、第２閾値は、第２ＦＣスタック１１の初期状態における最大出力電力から決定してもよいし、第２ＦＣスタック１１の運転後に所定のタイミングで取得した最大出力電力から決定してもよい。
【００４０】
制御ユニット２０は、ステップＳ１４で要求電力が０（第１閾値）以上且つ第２閾値未満であると判断した場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、燃料電池システム１００の各構成を制御して、第１ＦＣスタック１０の発電を休止させ、第２ＦＣスタック１１で要求電力が充足するように第２ＦＣスタック１１を発電させる（ステップＳ１６）。このとき、制御ユニット２０は、スイッチ８６ｂをＯＮにして第２ＦＣスタック１１とモータジェネレータ８３とを電気的に接続させるとともに、スイッチ８６ａはＯＦＦにして第１ＦＣスタック１０とモータジェネレータ８３との電気的接続を遮断する。制御ユニット２０は、エアコンプレッサ４２及びインジェクタ７４などを駆動して、要求電力を充足させるための発電に必要な量の空気及び水素が第２ＦＣスタック１１に供給されるようにする。また、制御ユニット２０は、エアコンプレッサ３２及びインジェクタ５４などの駆動を停止して第１ＦＣスタック１０に空気及び水素が供給されないようにしてもよいし、エアコンプレッサ３２及びインジェクタ５４などを駆動して第１ＦＣスタック１０に空気及び水素が供給されるようにしてもよい。第１ＦＣスタック１０に空気及び水素が供給されても、第１ＦＣスタック１０とモータジェネレータ８３とを電気的に接続するスイッチ８６ａがＯＦＦになっているため、第１ＦＣスタック１０は発電しない。
【００４１】
ステップＳ１４及びＳ１６の制御を行うことで、図６のように、第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１への要求電力が０（第１閾値）から第２閾値までの間の時間では、第２ＦＣスタック１１の発電によって要求電力が充足される。
【００４２】
制御ユニット２０は、ステップＳ１４で要求電力が０（第１閾値）以上且つ第２閾値未満でないと判断した場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、要求電力が第２閾値以上且つ第２閾値よりも大きい第３閾値未満であるか否かを判断する（ステップＳ１８）。
【００４３】
制御ユニット２０は、ステップＳ１８で要求電力が第２閾値以上且つ第３閾値未満であると判断した場合（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、燃料電池システム１００の各構成を制御して、要求電力を充足するように第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１の両方を発電させる（ステップＳ２０）。すなわち、制御ユニット２０は、エアコンプレッサ３２及びインジェクタ５４などを駆動して、第１ＦＣスタック１０に空気及び水素が供給されるようにする。また、制御ユニット２０は、エアコンプレッサ４２及びインジェクタ７４などを駆動して、第２ＦＣスタック１１に空気及び水素が供給されるようにする。このとき、制御ユニット２０は、スイッチ８６ａ及び８６ｂをＯＮにして第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１とモータジェネレータ８３とを電気的に接続させる。これにより、図６のように、要求電力が第２閾値以上且つ第３閾値未満の間の時間では、第１ＦＣスタック１０の発電及び第２ＦＣスタック１１の発電の両方によって要求電力が充足される。
【００４４】
制御ユニット２０は、ステップＳ１８で要求電力が第２閾値以上且つ第３閾値未満ではないと判断した場合（ステップＳ１８：Ｎｏ）、要求電力が第３閾値以上且つ第３閾値よりも大きい第４閾値未満であるか否かを判断する（ステップＳ２２）。第４閾値として、例えば第１ＦＣスタック１０の最大出力電力の７０％以上且つ１００％以下の値を用いることができる。なお、第４閾値は、第１ＦＣスタック１０の初期状態における最大出力電力から決定してもよいし、第１ＦＣスタック１０の運転後に所定のタイミングで取得した最大出力電力から決定してもよい。
【００４５】
制御ユニット２０は、ステップＳ２２で要求電力が第３閾値以上且つ第４閾値未満であると判断した場合（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）、燃料電池システム１００の各構成を制御して、第２ＦＣスタック１１の発電を休止させ、要求電力が第１ＦＣスタック１０によって充足するように第１ＦＣスタック１０を発電させる（ステップＳ２４）。このとき、制御ユニット２０は、スイッチ８６ａをＯＮにして第１ＦＣスタック１０とモータジェネレータ８３とを電気的に接続させるとともに、スイッチ８６ｂはＯＦＦにして第２ＦＣスタック１１とモータジェネレータ８３との電気的接続を遮断する。制御ユニット２０は、エアコンプレッサ３２及びインジェクタ５４などを駆動して、要求電力を充足させるための発電に必要な量の空気及び水素が第１ＦＣスタック１０に供給されるようにする。また、制御ユニット２０は、エアコンプレッサ４２及びインジェクタ７４などの駆動を停止して、第２ＦＣスタック１１に空気及び水素が供給されないようにしてもよいし、エアコンプレッサ４２及びインジェクタ７４などを駆動して第２ＦＣスタック１１に空気及び水素が供給されるようにしてもよい。第２ＦＣスタック１１に空気及び水素が供給されても、第２ＦＣスタック１１とモータジェネレータ８３とを電気的に接続するスイッチ８６ｂがＯＦＦになっているため、第２ＦＣスタック１１は発電しない。これにより、図６のように、要求電力が第３閾値以上且つ第４閾値未満の間の時間では、第１ＦＣスタック１０の発電によって要求電力が充足される。
【００４６】
なお、要求電力が第２閾値以上且つ第３閾値未満の場合に第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１の両方を発電させているのは、第２ＦＣスタック１１のみで要求電力を充足させる第２閾値未満のときと、第１ＦＣスタック１０のみで要求電力を充足させる第３閾値以上のときと、の切り替えのためである。なお、第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１に十分な量の反応ガスを供給しつつスイッチ８６ａ及び８６ｂをＯＦＦすることで第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１の発電を休止させる場合には、スイッチ８６ａ及び８６ｂをＯＮすることで第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１の出力電力を急激に増加させることができる。この場合、第２閾値と第３閾値は同じ値であってもよい。
【００４７】
制御ユニット２０は、ステップＳ２２で要求電力が第４閾値以上であると判断した場合（ステップＳ２２：Ｎｏ）、要求電力を充足するように第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１の両方を発電させる（ステップＳ２６）。これにより、図６のように、要求電力が第４閾値以上の時間では、第１ＦＣスタック１０の発電及び第２ＦＣスタック１１の発電の両方によって要求電力が充足される。このとき、制御ユニット２０は、スイッチ８６ａ及び８６ｂをＯＮにして第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１とモータジェネレータ８３とを電気的に接続させる。
【００４８】
次いで、制御ユニット２０は、アクセルペダルセンサ６７から開度がゼロではないアクセル開度信号を取得しているか否かを判断する（ステップＳ２８）。制御ユニット２０は、開度がゼロではないアクセル開度信号を取得している場合（ステップＳ２８：Ｙｅｓ）、ステップＳ１２に戻る。一方、制御ユニット２０は、開度がゼロではないアクセル開度信号を取得しなくなった場合（ステップＳ２８：Ｎｏ）、第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１の発電を休止させ（ステップＳ３０）、発電制御を終了する。
【００４９】
図７は、実施例１における発電制御を説明するための図である。なお、図７では、第１ＦＣスタック１０の最大出力電力と第２ＦＣスタック１１の最大出力電力の合計（以下、合計最大電力と称す場合がある）を１００％とした場合に、第１ＦＣスタック１０の最大出力電力は７０％、第２ＦＣスタック１１の最大出力電力は３０％である場合を例に説明する。また、第２閾値は第２ＦＣスタック１１の最大出力電力の１００％である場合、すなわち合計最大電力の３０％であり、第４閾値は第１ＦＣスタック１０の最大出力電力の１００％である場合、すなわち合計最大電力の７０％である場合を例に説明する。また、第３閾値は合計最大電力の３５％であるとする。
【００５０】
図７のように、要求電力が合計最大電力の３０％未満（第２閾値未満）の場合には、第２ＦＣスタック１１の発電によって要求電力が充足される。要求電力が合計最大電力の３５％以上且つ７０％未満（第３閾値以上且つ第４閾値未満）の場合には、第１ＦＣスタック１０の発電によって要求電力が充足される。要求電力が合計最大電力の３０％以上且つ３５％未満（第２閾値以上且つ第３閾値未満）の場合及び要求電力が合計最大電力の７０％以上（第４閾値以上）の場合には、第１ＦＣスタック１０と第２ＦＣスタック１１の両方の発電によって要求電力が充足される。
【００５１】
例えば、第１ＦＣスタック１０と第２ＦＣスタック１１の最大出力電力が同じである場合、要求電力が合計最大電力の５０％よりも大きい場合では第１ＦＣスタック１０と第２ＦＣスタック１１の両方の発電によって要求電力を充足させることになる。すなわち、第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１各々単独での発電によって要求電力を充足できるのは、要求電力が合計最大電力の５０％以下の場合である。これに対し、実施例１では、第１ＦＣスタック１０が第２ＦＣスタック１１よりも最大出力電力が大きいため、図７のように、第１ＦＣスタック１０及び／又は第２ＦＣスタック１１が単独で発電する時間を長くすることができる。言い換えると、第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１の少なくとも一方が発電を休止する時間を長くできる。よって、第１ＦＣスタック１０及び／又は第２ＦＣスタック１１の発電時の電位変動による劣化を抑制することができ、第１ＦＣスタック１０及び／又は第２ＦＣスタック１１の耐久性を向上させることができる。
【００５２】
図８は、実施例１におけるリフレッシュ制御を示すフローチャートである。リフレッシュ制御は、燃料電池システムが起動している間、所定の時間間隔ごとに繰り返し実行される。ここで所定の時間間隔とは、例えば１秒であってもよく、１分であってもよく、１時間であってもよい。図８のように、制御ユニット２０は、第１ＦＣスタック１０に対してリフレッシュ処理が必要か否かを判断する（ステップＳ４０）。リフレッシュ処理が必要か否かは、例えば以下の（１）から（４）のうちの少なくとも１つを用いて判断してもよい。
（１）第１ＦＣスタック１０の所定の電流密度における電圧値が閾値未満の場合にリフレッシュ処理が必要と判断。
（２）第１ＦＣスタック１０に対する前回のフレッシュ処理からの経過時間が所定時間以上の場合にリフレッシュ処理が必要と判断。
（３）第１ＦＣスタック１０に対する前回のリフレッシュ処理からの第１ＦＣスタック１０の運転時間が所定時間以上の場合にリフレッシュ処理が必要と判断。
（４）第１ＦＣスタック１０に対する前回のリフレッシュ処理からの燃料電池システム１００を搭載する車両の走行距離が所定の距離以上の場合にリフレッシュが必要と判断。
【００５３】
制御ユニット２０は、第１ＦＣスタック１０に対してリフレッシュ処理が必要ないと判断した場合（ステップＳ４０：Ｎｏ）、リフレッシュ制御を終了する。一方、制御ユニット２０は、第１ＦＣスタック１０に対してリフレッシュ処理が必要と判断した場合（ステップＳ４０：Ｙｅｓ）、ステップＳ４２に進む。
【００５４】
ステップＳ４２では、制御ユニット２０は、取得したアクセル開度信号に基づいて第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１に対する要求電力を算出する。次いで、制御ユニット２０は、第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１に対する要求電力が０（第１閾値）より大きく且つ第２閾値未満の第１所定値よりも低い状態から第１所定値以上に増加したか否かを判断する（ステップＳ４４）。第１所定値は、図６のように、例えば０（第１閾値）と第２閾値の間の中心の値とすることができる。
【００５５】
制御ユニット２０は、要求電力が第１所定値よりも低い値から第１所定値以上に増加したと判断した場合（ステップＳ４４：Ｙｅｓ）、要求電力が第２閾値になるまでの間に第１ＦＣスタック１０に対してリフレッシュ処理を実行する（ステップＳ４６）。すなわち、図６において、時間Ａの間で第１ＦＣスタック１０に対してリフレッシュ処理を実行する。リフレッシュ処理は、例えば第１ＦＣスタック１０への空気の供給を停止又は供給量を少なくした状態でスイッチ８６ａをＯＮにして第１ＦＣスタック１０を所定の出力電流に掃引し、第１ＦＣスタック１０の電圧を目標電圧まで一時的に下げることで行うことができる。なお、リフレッシュ処理は、第１ＦＣスタック１０に十分な反応ガスを供給した状態でスイッチ８６ａをＯＮにして第１ＦＣスタック１０に大電流が流れるようにして第１ＦＣスタック１０の電圧を目標電圧まで一時的に下げることで行ってもよい。
【００５６】
制御ユニット２０は、要求電力が第１所定値以上にまで増加していないと判断した場合（ステップＳ４４：Ｎｏ）、開度がゼロではないアクセル開度信号を取得し続けているか否かを判断する（ステップＳ４８）。制御ユニット２０は、開度がゼロではないアクセル開度信号を取得し続けている場合（ステップＳ４８：Ｙｅｓ）、ステップＳ４２に戻る。一方、制御ユニット２０は、開度がゼロではないアクセル開度信号を取得しなくなった場合（ステップＳ４８：Ｎｏ）、リフレッシュ制御を終了する。
【００５７】
実施例１によれば、図５及び図６のように、制御ユニット２０は、要求電力が０（第１閾値）以上且つ第２閾値未満では第１ＦＣスタック１０の発電を休止させ、要求電力が第２閾値以上では第１ＦＣスタック１０を発電させる。図６及び図８のように、制御ユニット２０は、要求電力が第１閾値よりも大きく且つ第２閾値未満の第１所定値よりも低い状態から第１所定値以上に増加した場合に、要求電力が第１所定値以上且つ第２閾値未満の範囲内にあるときに第１ＦＣスタック１０に対してリフレッシュ処理を実行する。要求電力が第１所定値以上に増加したときは、第１ＦＣスタック１０が発電を開始する可能性が高い場合である。したがって、要求電力が第１所定値以上且つ第２閾値の範囲内にあるときに第１ＦＣスタック１０に対してリフレッシュ処理を実行することで、リフレッシュ処理によって触媒表面の酸化被膜及び不純物を除去した後に間もなく第１ＦＣスタック１０が発電を開始する可能性が高い。よって、リフレッシュ処理によって触媒表面の酸化被膜及び不純物が除去された状態で第１ＦＣスタック１０が高電位に長時間保持されることが抑制される。また、リフレッシュ処理によって触媒表面の酸化被膜及び不純物を除去した後に間もなく第１ＦＣスタック１０が発電を開始する可能性が高いため、触媒表面への酸化被膜の形成及び不純物の付着が抑制された状態で第１ＦＣスタック１０が発電される。このように、発電性能の低下が生じ難い適切なタイミングで第１ＦＣスタック１０に対してリフレッシュ処理を実行することができる。また、第１ＦＣスタック１０の発電を開始する可能性が高いときに第１ＦＣスタック１０に対してリフレッシュ処理が実行されるため、リフレッシュ処理が過度に行われることが抑制され、リフレッシュ処理時の第１ＦＣスタック１０の発熱及び冷却による損失低下も抑制される。
【００５８】
図８のように、制御ユニット２０は、第１ＦＣスタック１０に対してリフレッシュ処理が必要か否かを判断し、リフレッシュ処理が必要と判断した場合に、第１ＦＣスタック１０に対してリフレッシュ処理を実行することが好ましい。これにより、リフレッシュ処理が不要な場合にはリフレッシュ処理が実行されないため、リフレッシュ処理を実施するための電力消費及び燃料消費を抑制できる。
【００５９】
制御ユニット２０は、第１ＦＣスタック１０の発電を休止させるときにはスイッチ８６ａをＯＦＦとし、第１ＦＣスタック１０に対してリフレッシュ処理を実行するときにはスイッチ８６ａをＯＦＦからＯＮに切り替えることが好ましい。これにより、第１ＦＣスタック１０の発電をより確実に休止させて第１ＦＣスタック１０の耐久性を向上させつつ、第１ＦＣスタック１０に対してリフレッシュ処理を行うことができる。
【００６０】
第１ＦＣスタック１０に対するリフレッシュ処理は、第１ＦＣスタック１０に対して空気を供給せずに電流を掃引することで行う場合が好ましい。これにより、リフレッシュ処理時での第１ＦＣスタック１０の出力電力を低く抑えることができるため、要求電力に対する第１ＦＣスタック１０の出力電力の影響を抑えることができる。
【００６１】
実施例１では、第１所定値が第１閾値と第２閾値の間の中心値である場合を例に示したが、第１閾値よりも大きく且つ第２閾値未満の値であれば、中心値よりも低い場合でもよいし、高い場合でもよい。例えば、第１所定値は、第１閾値と第２閾値の間を３等分する２本の線での電力値のうちの大きい方の電力値としてもよいし、４等分する３本の線での電力値のうちの最も大きい電力値としてもよいし、５等分する４本の線での電力値のうちの最も大きい電力値としてもよい。第１ＦＣスタック１０の発電の開始に近づいたときに第１ＦＣスタック１０に対してリフレッシュ処理が実行されることが好ましいことから、第１所定値は第２閾値に近い場合が好ましい。
【実施例２】
【００６２】
実施例１では、第１ＦＣスタック１０に対してリフレッシュ処理を実行する場合を例に示したが、実施例２では、第１ＦＣスタック１０に加えて第２ＦＣスタック１１に対してもリフレッシュ処理を実行する場合について説明する。実施例２に係る燃料電池システムの構成は実施例１の図１と同じであり、電気的構成は実施例１の図４と同じであるため説明を省略する。また、実施例２における発電制御は、実施例１の図５と同じであり、第１ＦＣスタック１０に対するリフレッシュ制御は、実施例１の図８と同じであるため説明を省略する。
【００６３】
図９は、実施例２におけるリフレッシュ制御を示すフローチャートである。図１０は、実施例２における発電制御及びリフレッシュ制御を説明するタイムチャートである。図９のように、制御ユニット２０は、第２ＦＣスタック１１に対してリフレッシュ処理が必要か否かを判断する（ステップＳ６０）。第２ＦＣスタック１１に対してリフレッシュ処理が必要か否かの判断は、図８のステップＳ４０において第１ＦＣスタック１０に対してリフレッシュ処理が必要か否かの判断と同様の判断によって行うことができる。
【００６４】
制御ユニット２０は、第２ＦＣスタック１１に対してリフレッシュ処理が必要ないと判断した場合（ステップＳ６０：Ｎｏ）、リフレッシュ制御を終了する。一方、制御ユニット２０は、第２ＦＣスタック１１に対してリフレッシュ処理が必要と判断した場合（ステップＳ６０：Ｙｅｓ）、ステップＳ６２に進む。
【００６５】
ステップＳ６２では、制御ユニット２０は、取得したアクセル開度信号に基づいて第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１に対する要求電力を算出する。制御ユニット２０は、第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１に対する要求電力が第３閾値より大きく且つ第４閾値未満の第２所定値よりも低い状態から第２所定値以上に増加したか否かを判断する（ステップＳ６４）。第２所定値は、図１０のように、例えば第３閾値と第４閾値の間の中心の値とすることができる。
【００６６】
制御ユニット２０は、要求電力が第２所定値よりも低い値から第２所定値以上に増加したと判断した場合（ステップＳ６４：Ｙｅｓ）、要求電力が第４閾値になるまでの間に第２ＦＣスタック１１に対してリフレッシュ処理を実行する（ステップＳ６６）。すなわち、図１０において、時間Ｂの間で第２ＦＣスタック１１に対してリフレッシュ処理を実行する。第２ＦＣスタック１１に対するリフレッシュ処理は、第１ＦＣスタック１０に対するリフレッシュ処理と同様に、例えば第２ＦＣスタック１１への空気の供給を停止又は供給量を少なくした状態でスイッチ８６ｂをＯＮにして第２ＦＣスタック１１を所定の出力電流に掃引し、第２ＦＣスタック１１の電圧を目標電圧まで一時的に下げることで行うことができる。なお、第２ＦＣスタック１１に対するリフレッシュ処理は、第２ＦＣスタック１１に十分な反応ガスを供給した状態でスイッチ８６ｂをＯＮにして第２ＦＣスタック１１に大電流が流れるようにして第２ＦＣスタック１１の電圧を目標電圧まで一時的に下げることで行ってもよい。
【００６７】
制御ユニット２０は、要求電力が第２所定値よりも低い状態から第２所定値以上に増加していないと判断した場合（ステップＳ６４：Ｎｏ）、開度がゼロではないアクセル開度信号を取得し続けているか否かを判断する（ステップＳ６８）。制御ユニット２０は、開度がゼロではないアクセル開度信号を取得し続けている場合（ステップＳ６８：Ｙｅｓ）、ステップＳ６２に戻る。一方、制御ユニット２０は、開度がゼロではないアクセル開度信号を取得しなくなった場合（ステップＳ６８：Ｎｏ）、リフレッシュ制御を終了する。
【００６８】
実施例２によれば、図１０のように、制御ユニット２０は、要求電力が第３閾値以上且つ第４閾値未満では第２ＦＣスタック１１の発電を休止させ、要求電力が第４閾値以上の場合及び第３閾値未満の場合では第２ＦＣスタック１１を発電させる。図９及び図１０のように、制御ユニット２０は、要求電力が第３閾値より大きく且つ第４閾値未満の第２所定値よりも低い状態から第２所定値以上に増加した場合に、要求電力が第２所定値以上且つ第４閾値未満の範囲内にあるときに第２ＦＣスタック１１に対してリフレッシュ処理を実行する。これにより、第２ＦＣスタック１１が発電を開始する可能性が高いときに第２ＦＣスタック１１に対してリフレッシュ処理が実行されるため、発電性能の低下が生じ難い適切なタイミングで第２ＦＣスタック１１に対してリフレッシュ処理を実行することができる。
【００６９】
実施例２では、第２所定値が第３閾値と第４閾値の間の中心値である場合を例に示したが、第３閾値より大きく且つ第４閾値未満の値であれば、中心値よりも低い場合でもよいし、高い場合でもよい。例えば、第２所定値は、第３閾値と第４閾値の間を３等分する２本の線での電力値のうちの大きい方の電力値としてもよいし、４等分する３本の線での電力値のうちの最も大きい電力値としてもよいし、５等分する４本の線での電力値のうちの最も大きい電力値としてもよい。第２ＦＣスタック１１の発電開始に近づいたときに第２ＦＣスタック１１に対してリフレッシュ処理が実行されることが好ましいことから、第２所定値は第４閾値に近い場合が好ましい。
【００７０】
図１１は、実施例２の変形例１におけるリフレッシュ制御を示すフローチャートである。図１２は、実施例２の変形例１における発電制御及びリフレッシュ制御を説明するタイムチャートである。図１１のように、制御ユニット２０は、第２ＦＣスタック１１に対してリフレッシュ処理が必要か否かを判断する（ステップＳ７０）。第２ＦＣスタック１１に対してリフレッシュ処理が必要か否かの判断は、図８のステップＳ４０において第１ＦＣスタック１０に対してリフレッシュ処理が必要か否かの判断と同様の判断によって行うことができる。
【００７１】
制御ユニット２０は、第２ＦＣスタック１１に対してリフレッシュ処理が必要ないと判断した場合（ステップＳ７０：Ｎｏ）、リフレッシュ制御を終了する。一方、制御ユニット２０は、第２ＦＣスタック１１に対してリフレッシュ処理が必要と判断した場合（ステップＳ７０：Ｙｅｓ）、ステップＳ７２に進む。ステップＳ７２では、制御ユニット２０は、取得したアクセル開度信号に基づいて第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１に対する要求電力を算出する。制御ユニット２０は、要求電力が第３閾値より大きく且つ第４閾値未満の第３所定値よりも大きな状態から第３所定値以下に減少したか否かを判断する（ステップＳ７４）。第３所定値は、図１２のように、例えば第３閾値と第４閾値の間の中心の値とすることができる。
【００７２】
制御ユニット２０は、要求電力が第３所定値よりも大きな値から第３所定値以下に減少したと判断した場合（ステップＳ７４：Ｙｅｓ）、要求電力が第３閾値になるまでの間に第２ＦＣスタック１１に対してリフレッシュ処理を実行する（ステップＳ７６）。すなわち、図１２において、時間Ｃの間で第２ＦＣスタック１１に対してリフレッシュ処理を実行する。
【００７３】
一方、制御ユニット２０は、要求電力が第３所定値よりも大きな値から第３所定値以下に減少していないと判断した場合（ステップＳ７４：Ｎｏ）、開度がゼロではないアクセル開度信号を取得し続けているか否かを判断する（ステップＳ７８）。制御ユニット２０は、開度がゼロではないアクセル開度信号を取得し続けている場合（ステップＳ７８：Ｙｅｓ）、ステップＳ７２に戻る。一方、制御ユニット２０は、開度がゼロではないアクセル開度信号を取得しなくなった場合（ステップＳ７８：Ｎｏ）、リフレッシュ制御を終了する。
【００７４】
実施例２の変形例１によれば、図１２のように、制御ユニット２０は、要求電力が第３閾値以上且つ第４閾値未満では第２ＦＣスタック１１の発電を休止し、要求電力が第４閾値以上及び第３閾値未満では第２ＦＣスタック１１を発電させる。図１１及び図１２のように、制御ユニット２０は、要求電力が第３閾値より大きく且つ第４閾値未満の第３所定値よりも大きい状態から第３所定値以下に減少した場合に、要求電力が第３閾値以上且つ第３所定値以下の範囲内にあるときに第２ＦＣスタック１１に対してリフレッシュ処理を実行する。これにより、第２ＦＣスタック１１の発電を開始する可能性が高いときに第２ＦＣスタック１１に対してリフレッシュ処理が実行されるため、発電性能の低下が生じ難い適切なタイミングで第２ＦＣスタック１１に対してリフレッシュ処理を実行することができる。また、実施例２の変形例１では、実施例２とは異なり、要求電力が第４閾値以上に増加しない場合でも、第２ＦＣスタック１１に対して適切なタイミングでリフレッシュ処理を実行することが可能となる。
【００７５】
実施例２の変形例１では、第３所定値が第３閾値と第４閾値の間の中心値である場合を例に示したが、第３閾値より大きく且つ第４閾値未満の値であれば、中心値よりも高い場合でもよいし、低い場合でもよい。例えば、第３所定値は、第３閾値と第４閾値の間を３等分する２本の線での電力値のうちの小さい方の電力値としてもよいし、４等分する３本の線での電力値のうちの最も小さい電力値としてもよいし、５等分する４本の線での電力値のうちの最も小さい電力値としてもよい。第２ＦＣスタック１１の発電開始に近づいたときに第２ＦＣスタック１１に対してリフレッシュ処理が実行されることが好ましいことから、第３所定値は第３閾値に近い場合が好ましい。
【００７６】
なお、実施例２におけるリフレッシュ制御と実施例２の変形例１におけるリフレッシュ制御とを組み合わせてもよい。すなわち、図１０における時間Ｂの間と図１２における時間Ｃの間との両方で第２ＦＣスタック１１に対してリフレッシュ処理を実行してもよい。
【００７７】
実施例１、実施例２、及び実施例２の変形例１では、第１ＦＣスタック１０の最大出力電力が第２ＦＣスタック１１の最大出力電力よりも大きい場合を例に説明したが、第１ＦＣスタック１０の最大出力電力と第２ＦＣスタック１１の最大出力電力とが同じである場合でもよい。この場合でも、第１ＦＣスタック１０と第２ＦＣスタック１１とで発電を切り替える閾値を適切に設定することで同様の発電制御及びリフレッシュ制御を行うことができる。
【００７８】
実施例１、実施例２、及び実施例２の変形例１では、複数のＦＣスタックが備わる例として、２つのＦＣスタック（第１ＦＣスタック１０と第２ＦＣスタック１１）が備わる場合を例に示したが、３つ以上のＦＣスタックが備わる場合でもよい。３つ以上のＦＣスタックが備わる場合でも同様の発電制御及びリフレッシュ制御を行うことができる。
【００７９】
すなわち、要求電力が０（第１閾値）以上且つ第２閾値未満では、複数のＦＣスタックのうちの第１ＦＣスタックの発電が休止し、第１ＦＣスタック以外のＦＣスタックによって要求電力が充足される。要求電力が第２閾値以上且つ第３閾値未満では、複数のＦＣスタックのうちの第１ＦＣスタック及び第２ＦＣスタックを含む複数のＦＣスタックの発電によって要求電力が充足される。要求電力が第３閾値以上且つ第４閾値未満では、複数のＦＣスタックのうちの第２ＦＣスタックの発電が休止し、第２ＦＣスタック以外のＦＣスタックによって要求電力が充足される。要求電力が第４閾値以上では、複数のＦＣスタックのうちの第２ＦＣスタックを含む複数のＦＣスタックによって要求電力が充足される。
【００８０】
また、複数のＦＣスタックの発電及び発電休止の切り替えは、実施例１で説明した場合に限られず、要求電力に応じてＦＣスタックの発電及び発電休止の切り替えが行われる場合であれば、その他の場合でもよい。第１閾値の値が０である場合を例に示したが、この場合に限られず、第１閾値は０より大きく且つ第２閾値よりも小さい値としてもよい。要求電力が第１閾値以上且つ第２閾値未満では第１ＦＣスタック１０の発電が休止し、第２閾値以上では第１ＦＣスタック１０が発電する制御を含んでいればよい。
【００８１】
第１ＦＣスタック１０及び第２ＦＣスタック１１の発電及び発電休止の制御方法によっては、第１ＦＣスタック１０は、要求電力が第１閾値以上且つ第２閾値未満の間以外でも発電が休止する場合があり得る。例えば、第１ＦＣスタック１０は、要求電力が第２閾値よりも大きい第Ｘ閾値以上且つ第Ｘ閾値よりも大きい第Ｙ閾値未満の間で発電が休止し、第Ｙ閾値以上で発電する場合があり得る。この場合、要求電力が第Ｘ閾値と第Ｙ閾値の間を２等分する２等分線での電力の値以上に増加した後に第Ｙ閾値までの間に第１ＦＣスタック１０に対してリフレッシュ処理を実行してもよい。
【００８２】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１０  第１燃料電池スタック
１１  第２燃料電池スタック
２０  制御ユニット
２２  発電制御部
２４  リフレッシュ制御部
３０、４０  カソードガス配管系
３１、４１  カソードガス配管
３２、４２  エアコンプレッサ
３３、４３  開閉弁
３４、４４  カソード排ガス配管
３５、４５  調圧弁
５０、７０  アノードガス配管系
５１、７１  アノードガス配管
５２、７２  開閉弁
５３、７３  レギュレータ
５４、７４  インジェクタ
５５、７５  アノード排ガス配管
５６、７６  気液分離器
５７、７７  アノードガス循環配管
５８、７８  循環ポンプ
５９、７９  アノード排水配管
６０、８０  排水弁
６５  水素タンク
６６  アクセルペダル
６７  アクセルペダルセンサ
６８  車輪
８１ａ、８１ｂ  ＦＤＣ
８２  インバータ
８３  モータジェネレータ
８４  ＢＤＣ
８５  バッテリ
８６ａ、８６ｂ  スイッチ
１００  燃料電池システム
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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