(57)【要約】【課題】燃料電池スタック内の液水が凍結することを抑制すること。【解決手段】第１燃料電池スタックと、第２燃料電池スタックと、前記第１燃料電池スタックの周囲の温度を取得する温度取得部と、前記第１燃料電池スタック及び前記第２燃料電池スタックを含む燃料電池ユニットに対する要求電力に応じて前記第１燃料電池スタック及び前記第２燃料電池スタックの発電を制御する発電制御部と、を備え、前記発電制御部は、前記要求電力が所定の閾値未満の場合、前記第１燃料電池スタックの発電を一時的に休止させるとともに、前記温度取得部で取得された温度が前記第１燃料電池スタック内の液水が凍結する温度に基づく第１所定温度以下の場合では前記第１所定温度よりも高い場合に比べて前記第１燃料電池スタックの連続した発電休止時間が短くなるように、前記第１燃料電池スタックの発電休止時間が所定時間を経過したときに発電休止から発電に切り替える、燃料電池システム。【選択図】図１
2020092001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１燃料電池スタックと、
第２燃料電池スタックと、
前記第１燃料電池スタックの周囲の温度を取得する温度取得部と、
前記第１燃料電池スタック及び前記第２燃料電池スタックを含む燃料電池ユニットに対する要求電力に応じて前記第１燃料電池スタック及び前記第２燃料電池スタックの発電を制御する発電制御部と、を備え、
前記発電制御部は、前記要求電力が所定の閾値未満の場合、前記第１燃料電池スタックの発電を一時的に休止させるとともに、前記温度取得部で取得された温度が前記第１燃料電池スタック内の液水が凍結する温度に基づく第１所定温度以下の場合では前記第１所定温度よりも高い場合に比べて前記第１燃料電池スタックの連続した発電休止時間が短くなるように、前記第１燃料電池スタックの発電休止時間が所定時間を経過したときに発電休止から発電に切り替える、燃料電池システム。
【請求項２】
前記発電制御部は、前記要求電力が前記所定の閾値未満で且つ前記温度取得部で取得された温度が前記第１所定温度以下の場合には前記第１燃料電池スタックに対して発電と発電休止を交互に実行し、前記第１燃料電池スタックの発電を休止させているときは前記第２燃料電池スタックを発電させ、前記第１燃料電池スタックを発電させているときは前記第２燃料電池スタックの発電を休止させる、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記発電制御部は、前記要求電力が前記所定の閾値未満で且つ前記温度取得部で取得された温度が前記第１所定温度よりも高い状態が維持されている間は、前記第１燃料電池スタックの発電を休止し続け、前記第２燃料電池スタックを発電し続ける、請求項１または２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記発電制御部は、前記要求電力が前記所定の閾値未満では前記温度取得部で取得された温度によらずに前記第１燃料電池スタックと前記第２燃料電池スタックを交互に発電させ、前記温度取得部で取得された温度が前記第１所定温度よりも高い場合では前記第１所定温度以下の場合に比べて前記第１燃料電池スタック及び前記第２燃料電池スタックの発電休止と発電の切り替え間隔を長くする、請求項１または２記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記発電制御部は、前記温度取得部で取得された温度が前記第１所定温度以下の範囲内で低いときには高いときに比べて前記所定時間を短くする、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】
前記発電制御部は、前記要求電力が前記所定の閾値未満で且つ前記温度取得部で取得された温度が前記第１所定温度以下の場合で前記第１燃料電池スタックの発電を休止させているときに前記第１燃料電池スタックの温度が第２所定温度以下になった場合には前記第１燃料電池スタックを発電休止から発電に切り替える、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】
第１燃料電池スタックと、
第２燃料電池スタックと、
前記第１燃料電池スタックの温度を取得する温度取得部と、
前記第１燃料電池スタック及び前記第２燃料電池スタックを含む燃料電池ユニットに対する要求電力に応じて前記第１燃料電池スタック及び前記第２燃料電池スタックの発電を制御する発電制御部と、を備え、
前記発電制御部は、前記要求電力が所定の閾値未満の場合、前記第１燃料電池スタックの発電を一時的に休止させるとともに、前記温度取得部で取得された前記第１燃料電池スタックの温度が前記第１燃料電池スタック内の液水が凍結する温度に基づく所定温度以下になった場合に前記第１燃料電池スタックを発電休止から発電に切り替える、燃料電池システム。
【請求項８】
前記温度取得部は、前記第１燃料電池スタックの温度と前記第２燃料電池スタックの温度を取得し、
前記発電制御部は、前記要求電力が前記所定の閾値未満の場合に、前記第１燃料電池スタックの発電を休止させているときは前記第２燃料電池スタックを発電させ、前記第１燃料電池スタックを発電させているときは前記第２燃料電池スタックの発電を休止させるとともに、前記第２燃料電池スタックの発電を休止させているときに前記温度取得部で取得された前記第２燃料電池スタックの温度が前記第２燃料電池スタック内の液水が凍結する温度に基づく所定温度以下になった場合に前記第２燃料電池スタックを発電休止から発電に切り替える、請求項７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】
複数の燃料電池スタックを備えた燃料電池システムが知られている。例えば、燃料電池を有する複数のユニットセルのうちの負荷に接続されるユニットセルの個数を負荷の変動に応じて切り替える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２００３−１７８７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のように、負荷に接続される燃料電池スタックの個数を負荷の変動に応じて切り替える場合、発電を休止する燃料電池スタックが発生する。この場合、発電休止中に燃料電池スタック内部で液水が凍結することが考えられ、その後に燃料電池スタックを発電させようとしても発電が困難になる恐れがある。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、燃料電池スタック内の液水が凍結することを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、第１燃料電池スタックと、第２燃料電池スタックと、前記第１燃料電池スタックの周囲の温度を取得する温度取得部と、前記第１燃料電池スタック及び前記第２燃料電池スタックを含む燃料電池ユニットに対する要求電力に応じて前記第１燃料電池スタック及び前記第２燃料電池スタックの発電を制御する発電制御部と、を備え、前記発電制御部は、前記要求電力が所定の閾値未満の場合、前記第１燃料電池スタックの発電を一時的に休止させるとともに、前記温度取得部で取得された温度が前記第１燃料電池スタック内の液水が凍結する温度に基づく第１所定温度以下の場合では前記第１所定温度よりも高い場合に比べて前記第１燃料電池スタックの連続した発電休止時間が短くなるように、前記第１燃料電池スタックの発電休止時間が所定時間を経過したときに発電休止から発電に切り替える、燃料電池システムである。
【０００７】
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所定の閾値未満で且つ前記温度取得部で取得された温度が前記第１所定温度以下の場合には前記第１燃料電池スタックに対して発電と発電休止を交互に実行し、前記第１燃料電池スタックの発電を休止させているときは前記第２燃料電池スタックを発電させ、前記第１燃料電池スタックを発電させているときは前記第２燃料電池スタックの発電を休止させる構成とすることができる。
【０００８】
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所定の閾値未満で且つ前記温度取得部で取得された温度が前記第１所定温度よりも高い状態が維持されている間は、前記第１燃料電池スタックの発電を休止し続け、前記第２燃料電池スタックを発電し続ける構成とすることができる。
【０００９】
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所定の閾値未満では前記温度取得部で取得された温度によらずに前記第１燃料電池スタックと前記第２燃料電池スタックを交互に発電させ、前記温度取得部で取得された温度が前記第１所定温度よりも高い場合では前記第１所定温度以下の場合に比べて前記第１燃料電池スタック及び前記第２燃料電池スタックの発電休止と発電の切り替え間隔を長くする構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記発電制御部は、前記温度取得部で取得された温度が前記第１所定温度以下の範囲内で低いときには高いときに比べて前記所定時間を短くする構成とすることができる。
【００１１】
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所定の閾値未満で且つ前記温度取得部で取得された温度が前記第１所定温度以下の場合で前記第１燃料電池スタックの発電を休止させているときに前記第１燃料電池スタックの温度が第２所定温度以下になった場合には前記第１燃料電池スタックを発電休止から発電に切り替える構成とすることができる。
【００１２】
本発明は、第１燃料電池スタックと、第２燃料電池スタックと、前記第１燃料電池スタックの温度を取得する温度取得部と、前記第１燃料電池スタック及び前記第２燃料電池スタックを含む燃料電池ユニットに対する要求電力に応じて前記第１燃料電池スタック及び前記第２燃料電池スタックの発電を制御する発電制御部と、を備え、前記発電制御部は、前記要求電力が所定の閾値未満の場合、前記第１燃料電池スタックの発電を一時的に休止させるとともに、前記温度取得部で取得された前記第１燃料電池スタックの温度が前記第１燃料電池スタック内の液水が凍結する温度に基づく所定温度以下になった場合に前記第１燃料電池スタックを発電休止から発電に切り替える、燃料電池システムである。
【００１３】
上記構成において、前記温度取得部は、前記第１燃料電池スタックの温度と前記第２燃料電池スタックの温度を取得し、前記発電制御部は、前記要求電力が前記所定の閾値未満の場合に、前記第１燃料電池スタックの発電を休止させているときは前記第２燃料電池スタックを発電させ、前記第１燃料電池スタックを発電させているときは前記第２燃料電池スタックの発電を休止させるとともに、前記第２燃料電池スタックの発電を休止させているときに前記温度取得部で取得された前記第２燃料電池スタックの温度が前記第２燃料電池スタック内の液水が凍結する温度に基づく所定温度以下になった場合に前記第２燃料電池スタックを発電休止から発電に切り替える構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、燃料電池スタック内の液水が凍結することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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、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３】図３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４】図４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５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、実施例１における発電制御を説明するタイムチャートである。
【図６】図６は、実施例２における発電制御を示すフローチャートである。
【図７】図７（ａ）及び図７（ｂ）は、実施例２における発電制御を説明するタイムチャートである。
【図８】図８は、実施例３における発電制御を示すフローチャートである。
【図９】図９は、切り替え間隔の決定に用いられるマップの一例である。
【図１０】図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、実施例３における発電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４における発電制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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】
【００１７】
［燃料電池システムの構成］
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５００は、燃料電池ユニットを構成する第１燃料電池スタック１（以下、第１ＦＣスタック１と称す）及び第２燃料電池スタック２（以下、第２ＦＣスタック２と称す）と、制御ユニット１０と、カソードガス配管系２０及び３０と、アノードガス配管系４０及び６０と、冷媒配管系８０及び９０と、を備える。
【００１８】
第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２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１及び第２ＦＣスタック２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を配置し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。第１ＦＣスタック１と第２ＦＣスタック２は、最大出力電力が同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、第１ＦＣスタック１と第２ＦＣスタック２は、セルの積層枚数が同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００１９】
電解質膜は、例えば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、カーボン担体と、スルホン酸基を有する固体高分子であって湿潤状態で良好なプロトン伝導性を有するアイオノマーと、を含んで構成されている。カーボン担体には、発電反応を促進させるための触媒（白金又は白金−コバルト合金など）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。
【００２０】
制御ユニット１０は、温度取得部１１及び発電制御部１２として機能する。制御ユニット１０には、燃料電池システム５００を搭載する車両の周りの外気温を検出する温度センサ５３から温度検出信号が送信される。なお、温度センサ５３は、第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２が収容される領域内に設けられ、この領域内の温度を検出する場合でもよい。温度取得部１１は、温度センサ５３から送信された温度検出信号に基づき、第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の周囲の温度を取得する。温度取得部１１は、温度検出信号に対して補正をかけずに第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の周囲の温度を取得してもよいし、補正をかけて第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の周囲の温度を取得してもよい。
【００２１】
また、制御ユニット１０には、アクセルペダル５６の開度（すなわち、運転者によるアクセルペダル５６の踏み込み量）を検出するアクセルペダルセンサ５７からアクセル開度信号が送信される。発電制御部１２は、アクセル開度信号に基づいて第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２で構成される燃料電池ユニットへの要求電力を算出し、算出した要求電力及び温度取得部１１で取得した温度に応じて以下に説明する燃料電池システム５００の各構成を制御して第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の発電を制御する。ここで、発電制御部１２は、アクセル開度に基づいて、まず燃料電池ユニットを含む燃料電池システム５００全体への要求電力が算出される。燃料電池システム５００が二次電池を備える場合には、発電制御部１２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、燃料電池ユニットへの要求電力を算出してもよい。
【００２２】
カソードガス配管系２０は、第１ＦＣスタック１にカソードガスを供給し、第１ＦＣスタック１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２０は、カソードガス配管２１、エアコンプレッサ２２、開閉弁２３、カソード排ガス配管２４、及び調圧弁２５を備える。カソードガス配管２１は、第１ＦＣスタック１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２２は、カソードガス配管２１を介して第１ＦＣスタック１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１に供給する。制御ユニット１０は、エアコンプレッサ２２の駆動を制御することにより、第１ＦＣスタック１に供給する空気の流量を制御する。開閉弁２３は、エアコンプレッサ２２と第１ＦＣスタック１の間に設けられていて、カソードガス配管２１における空気の流れに応じて開閉する。例えば、開閉弁２３は、通常閉じた状態にあり、エアコンプレッサ２２から所定圧力を有する空気がカソードガス配管２１に供給されたときに開く。カソード排ガス配管２４は、第１ＦＣスタック１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５００の外部へと排出する。調圧弁２５は、カソード排ガス配管２４におけるカソード排ガスの圧力を調整する。
【００２３】
カソードガス配管系３０は、第２ＦＣスタック２にカソードガスを供給し、第２ＦＣスタック２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、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は、カソードガス配管系２０のカソードガス配管２１、エアコンプレッサ２２、開閉弁２３、カソード排ガス配管２４、及び調圧弁２５と同様の機能を有する。したがって、制御ユニット１０は、エアコンプレッサ３２の駆動を制御することにより、第２ＦＣスタック２に供給する空気の流量を制御する。
【００２４】
アノードガス配管系４０は、第１ＦＣスタック１にアノードガスを供給し、第１ＦＣスタック１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４０は、アノードガス配管４１、開閉弁４２、レギュレータ４３、インジェクタ４４、アノード排ガス配管４５、気液分離器４６、アノードガス循環配管４７、循環ポンプ４８、アノード排水配管４９、及び排水弁５０を備える。アノードガス配管４１は、水素タンク５５と第１ＦＣスタック１のアノード入口とを接続する配管である。水素タンク５５は、アノードガス配管４１を介して第１ＦＣスタック１のアノードと接続していて、タンク内に充填された水素を第１ＦＣスタック１に供給する。開閉弁４２、レギュレータ４３、及びインジェクタ４４は、アノードガス配管４１にこの順序で上流側から設けられている。開閉弁４２は、制御ユニット１０からの指令により開閉し、水素タンク５５からインジェクタ４４の上流側への水素の流入を制御する。レギュレータ４３は、インジェクタ４４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４４は、制御ユニット１０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１０は、インジェクタ４４の駆動周期及び／又は開弁時間と、後述する循環ポンプ４８の駆動と、を制御することにより、第１ＦＣスタック１に供給される水素の流量を制御する。
【００２５】
アノード排ガス配管４５は、第１ＦＣスタック１のアノード出口と気液分離器４６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４６へと誘導する。気液分離器４６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４７へと誘導し、水分についてはアノード排水配管４９へと誘導する。アノードガス循環配管４７は、アノードガス配管４１にインジェクタ４４よりも下流で接続されている。アノードガス循環配管４７には循環ポンプ４８が設けられている。気液分離器４６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４８によってアノードガス配管４１へと送り出される。循環ポンプ４８は、制御ユニット１０からの指令に応じて駆動する。アノード排水配管４９は、気液分離器４６によって分離された水分を燃料電池システム５００の外部へと排出するための配管である。排水弁５０は、アノード排水配管４９に設けられていて、制御ユニット１０からの指令に応じて開閉する。
【００２６】
アノードガス配管系６０は、第２ＦＣスタック２にアノードガスを供給し、第２ＦＣスタック２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６０は、アノードガス配管６１、開閉弁６２、レギュレータ６３、インジェクタ６４、アノード排ガス配管６５、気液分離器６６、アノードガス循環配管６７、循環ポンプ６８、アノード排水配管６９、及び排水弁７０を備える。アノードガス配管６１、開閉弁６２、レギュレータ６３、インジェクタ６４、アノード排ガス配管６５、気液分離器６６、アノードガス循環配管６７、循環ポンプ６８、アノード排水配管６９、及び排水弁７０は、アノードガス配管系４０のアノードガス配管４１、開閉弁４２、レギュレータ４３、インジェクタ４４、アノード排ガス配管４５、気液分離器４６、アノードガス循環配管４７、循環ポンプ４８、アノード排水配管４９、及び排水弁５０と同様の機能を有する。したがって、制御ユニット１０は、インジェクタ６４の駆動周期及び／又は開弁時間を制御するとともに、循環ポンプ６８の駆動を制御することにより、第２ＦＣスタック２に供給される水素の流量を制御する。
【００２７】
冷媒配管系８０は、第１ＦＣスタック１を冷却する冷媒を第１ＦＣスタック１に循環させる。冷媒配管系８０は、冷媒配管８１、ラジエータ８２、三方弁８３、循環ポンプ８４、及び温度センサ８５を備える。冷媒配管８１は、第１ＦＣスタック１を冷却する冷媒を循環させるための配管であり、上流側配管８１ａと下流側配管８１ｂとバイパス配管８１ｃとで構成されている。上流側配管８１ａは、第１ＦＣスタック１の冷媒出口とラジエータ８２の入口とを接続する。下流側配管８１ｂは、第１ＦＣスタック１の冷媒入口とラジエータ８２の出口とを接続する。バイパス配管８１ｃは、一端が三方弁８３を介して上流側配管８１ａに接続され、他端が下流側配管８１ｂに接続されている。制御ユニット１０は、三方弁８３の開閉を制御することにより、バイパス配管８１ｃへの冷媒の流入量を調整して、ラジエータ８２への冷媒の流入量を制御する。
【００２８】
ラジエータ８２は、冷媒配管８１に設けられていて、冷媒配管８１を流れる冷媒と外気との間で熱交換させることによって冷媒を冷却する。循環ポンプ８４は、下流側配管８１ｂにおいて、バイパス配管８１ｃの接続箇所よりも下流側に設けられていて、制御ユニット１０からの指令に基づき駆動する。温度センサ８５は上流側配管８１ａに設けられていて、冷媒の温度を検出し、温度検出信号を制御ユニット１０へと送信する。
【００２９】
冷媒配管系９０は、第２ＦＣスタック２を冷却する冷媒を第２ＦＣスタック２に循環させる。冷媒配管系９０は、冷媒配管９１、ラジエータ９２、三方弁９３、循環ポンプ９４、及び温度センサ９５を備える。冷媒配管９１、ラジエータ９２、三方弁９３、循環ポンプ９４、及び温度センサ９５は、冷媒配管系８０の冷媒配管８１、ラジエータ８２、三方弁８３、循環ポンプ８４、及び温度センサ８５と同様の機能を有する。したがって、温度センサ９５は、冷媒の温度を検出し、温度検出信号を制御ユニット１０へと送信する。また、制御ユニット１０は、三方弁９３の開閉及び循環ポンプ９４の駆動を制御する。
【００３０】
制御ユニット１０（すなわち温度取得部１１）は、温度センサ８５及び９５から送信された温度検出信号に基づき、第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の温度を取得してもよい。この場合、温度取得部１１は、温度検出信号に対して補正をかけずに第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の温度を取得してもよいし、補正をかけて第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の温度を取得してもよい。
【００３１】
図２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５００は、上述した制御ユニット１０などに加え、ＦＤＣ１０１ａ及び１０１ｂ、インバータ１０２、モータジェネレータ１０３、ＢＤＣ１０４、バッテリ１０５、並びにスイッチ１０６ａ及び１０６ｂを備える。
【００３２】
ＦＤＣ１０１ａ及び１０１ｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータである。ＦＤＣ１０１ａは、第１ＦＣスタック１の出力電圧を変圧してインバータ１０２及びＢＤＣ１０４に供給する。ＦＤＣ１０１ｂは、第２ＦＣスタック２の出力電圧を変圧してインバータ１０２及びＢＤＣ１０４に供給する。ＢＤＣ１０４は、ＤＣ／ＤＣコンバータである。バッテリ１０５は、充放電可能な二次電池である。ＢＤＣ１０４は、バッテリ１０５からの直流電圧を調整してインバータ１０２に出力でき、第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２からの直流電圧及びインバータ１０２により直流に変換されたモータジェネレータ１０３からの電圧を調整してバッテリ１０５に出力可能である。インバータ１０２は、ＤＣ／ＡＣインバータであり、第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２とバッテリ１０５と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１０３に供給する。モータジェネレータ１０３は車輪５８を駆動する。スイッチ１０６ａ及び１０６ｂは、制御ユニット１０からの指令に応じて開閉し、第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２とモータジェネレータ１０３及びバッテリ１０５などとの電気的接続及び非接続を切り換える。
【００３３】
制御ユニット１０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１０は、燃料電池システム５００の各構成を統合的に制御して、燃料電池システム５００の運転を制御する。
【００３４】
制御ユニット１０は、上述したように、温度取得部１１及び発電制御部１２として機能する。温度取得部１１は、温度センサ５３から送信された温度検出信号に基づき、第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の周囲の温度を取得する。発電制御部１２は、アクセル開度信号に基づき第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２で構成される燃料電池ユニットへの要求電力を算出し、算出した要求電力及び温度取得部１１で取得した温度に応じて第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の発電を制御する。
【００３５】
発電制御部１２は、例えばエアコンプレッサ２２及び３２などを制御することで第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２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４４及び６４並びに循環ポンプ４８及び６８などを制御することで第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２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１２は、第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２を発電させるときにはスイッチ１０６ａ及び１０６ｂをＯＮ（接続状態）にし、第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の発電を休止させるときにはスイッチ１０６ａ及び１０６ｂをＯＦＦ（非接続状態）にする。なお、ここでは、ＦＤＣ１０１ａ及び１０１ｂとは別に独立してスイッチ１０６ａ及び１０６ｂを備える構成を例示したが、これに限定されない。例えば、ＦＤＣ１０１ａ及び１０１ｂがスイッチング素子を備え、発電制御部１２がＦＤＣ１０１ａ及び１０１ｂ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１及び第２ＦＣスタック２とモータジェネレータ１０３及びバッテリ１０５などとの電気的接続及び非接続を切り換えてもよい。
【００３６】
また、制御ユニット１０には、タイマー５４から第１ＦＣスタック１の発電時間及び発電休止時間、並びに、第２ＦＣスタック２の発電時間及び発電休止時間を計測した計測時間に関する信号が送信される。すなわち、タイマー５４は、第１ＦＣスタック１の発電時間及び発電休止時間、並びに、第２ＦＣスタック２の発電時間及び発電休止時間を計測する。タイマー５４は、スイッチ１０６ａ及び１０６ｂのＯＮ−ＯＦＦに基づいて、第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の発電時間及び発電休止時間を計測してもよい。
【００３７】
［発電制御］
図３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３のように、制御ユニット１０は、開度がゼロではないアクセル開度信号に基づいてＦＣスタック全体に対する要求電力を算出する（ステップＳ１０）。例えば、制御ユニット１０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て、アクセル開度信号からＦＣスタック全体に対する要求電力を算出する。
【００３８】
次いで、制御ユニット１０は、算出した要求電力が所定の閾値未満か否かを判断する（ステップＳ１２）。閾値は、例えば第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２のいずれか一方の発電のみでは要求電力を充足させるのが難しくなる値とすることができる。例えば、第１ＦＣスタック１と第２ＦＣスタック２の最大出力電力が同程度である場合、閾値は、第１ＦＣスタック１の最大出力電力と第２ＦＣスタック２の最大出力電力とを合計した合計最大電力の４０％以上５０％以下の値としてもよいし、４５％以上５０％以下の値としてもよい。閾値は、例えば制御ユニット１０の記憶部に記憶されている。なお、閾値は、第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２のいずれか一方の発電のみでは要求電力を充足させるのが難しくなる値でない場合でもよい。例えば、第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の発電効率を考慮して、閾値以下の場合には第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２のいずれか一方のみの発電の方が両方の発電よりも発電効率が良くなる値を閾値としてもよい。
【００３９】
制御ユニット１０は、ステップＳ１２で要求電力が閾値以上であると判断した場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、要求電力を充足するように第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の両方を発電させる（ステップＳ１４）。すなわち、制御ユニット１０は、エアコンプレッサ２２及びインジェクタ４４などを駆動して第１ＦＣスタック１に空気及び水素が供給されるようにするとともに、エアコンプレッサ３２及びインジェクタ６４などを制御して第２ＦＣスタック２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１０は、スイッチ１０６ａ及び１０６ｂをＯＮにして第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２とモータジェネレータ１０３とを電気的に接続させる。
【００４０】
制御ユニット１０は、ステップＳ１２で要求電力が閾値未満であると判断した場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、温度センサ５３から送信される温度検出信号に基づき第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の周囲の温度を取得する（ステップＳ１６）。次いで、制御ユニット１０は、ステップＳ１６で取得した温度が第１ＦＣスタック１内の液水が凍結する温度に基づく第１所定温度以下か否かを判断する（ステップＳ１８）。第１所定温度は、摂氏０℃の場合でもよいし、摂氏０℃±５℃の範囲内の温度の場合でもよいし、摂氏０℃±２℃の範囲内の温度の場合でもよい。
【００４１】
制御ユニット１０は、ステップＳ１６で取得した温度が第１所定温度よりも大きいと判断した場合（ステップＳ１８：Ｎｏ）、第１ＦＣスタック１の発電を休止させ、第２ＦＣスタック２で要求電力が充足するように第２ＦＣスタック２を発電させる（ステップＳ２０）。このとき、制御ユニット１０は、スイッチ１０６ｂをＯＮにするとともに、スイッチ１０６ａはＯＦＦにする。また、制御ユニット１０は、エアコンプレッサ３２及びインジェクタ６４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２に供給されるようにする。なお、制御ユニット１０は、エアコンプレッサ２２及びインジェクタ４４などの駆動を停止してもよいし、駆動させていてもよい。
【００４２】
一方、制御ユニット１０は、ステップＳ１６で取得した温度が第１所定温度以下であると判断した場合（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、第１ＦＣスタック１と第２ＦＣスタック２を所定時間ごとに交互に発電させる（ステップＳ２２）。例えば、制御ユニット１０は、第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の発電時間及び発電休止時間を計測するタイマー５４による計測時間に基づいて第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の発電及び発電休止を所定時間ごとに切り替える。
【００４３】
制御ユニット１０は、第１ＦＣスタック１を発電休止させ、第２ＦＣスタック２を発電させるときは、スイッチ１０６ａをＯＦＦにし、スイッチ１０６ｂをＯＮにする。制御ユニット１０は、第１ＦＣスタック１を発電させ、第２ＦＣスタック２を発電休止させるときは、スイッチ１０６ａをＯＮにし、スイッチ１０６ｂをＯＦＦにする。また、制御ユニット１０は、第１ＦＣスタック１を発電休止させ、第２ＦＣスタック２を発電させるときは、エアコンプレッサ３２及びインジェクタ６４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２に供給されるようにする。また、制御ユニット１０は、第１ＦＣスタック１を発電させ、第２ＦＣスタック２を発電休止させるときは、エアコンプレッサ２２及びインジェクタ４４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１に供給されるようにする。なお、制御ユニット１０は、第１ＦＣスタック１を発電休止及び第２ＦＣスタック２を発電休止させるときは、エアコンプレッサ２２及び３２並びにインジェクタ４４及び６４などの駆動を停止してもよいし、駆動させていてもよい。
【００４４】
次に、制御ユニット１０は、アクセルペダルセンサ５７から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Ｓ２４）。制御ユニット１０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Ｓ２４：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０に戻る。一方、制御ユニット１０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Ｓ２４：Ｎｏ）、すなわち開度がゼロのアクセル開度信号を取得した場合、第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の発電を休止させ（ステップＳ２６）、発電制御を終了する。
【００４５】
図４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４のように、ＦＣスタック全体に対する要求電力が所定の閾値未満の場合では、第１ＦＣスタック１又は第２ＦＣスタック２のいずれか一方を発電させ、他方を発電休止させる。要求電力が所定の閾値以上の場合では、第１ＦＣスタック１と第２ＦＣスタック２の両方を発電させる。
【００４６】
このように、要求電力が所定の閾値未満のような小さい場合では、第１ＦＣスタック１又は第２ＦＣスタック２のいずれか一方を発電させることで要求電力を充足させる。要求電力が所定の閾値以上のような大きい場合では、第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の両方を発電させることで要求電力を充足させる。
【００４７】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、実施例１における発電制御を説明するタイムチャートである。図５（ａ）は、図３のステップＳ１８、Ｓ２０を説明するタイムチャートであり、図５（ｂ）は、図３のステップＳ１８、Ｓ２２を説明するタイムチャートである。
【００４８】
図５（ａ）のように、要求電力が所定の閾値未満になったときに第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の周囲の温度が第１所定温度よりも高い場合では、第１ＦＣスタック１の発電を休止させ、第２ＦＣスタック２を発電させて要求電力を充足させる。要求電力が所定の閾値未満と低い場合では第１ＦＣスタック１又は第２ＦＣスタック２のいずれか一方の発電で要求電力を充足させることができることから、第１ＦＣスタック１の発電を休止させることで、第１ＦＣスタック１の発電時間を短くして耐久性を向上させることができる。また、第１ＦＣスタック１と第２ＦＣスタック２の両方を発電させる場合よりも第２ＦＣスタック２のみを発電させた場合の方が発電効率を向上させることができる場合などの様々な理由によって、第１ＦＣスタック１の発電を休止させる場合もある。
【００４９】
図５（ｂ）のように、要求電力が所定の閾値未満になったときに第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の周囲の温度が第１所定温度以下の場合では、第１ＦＣスタック１と第２ＦＣスタック２を所定時間で交互に発電させて要求電力を充足させる。すなわち、第１ＦＣスタック１の発電を休止させているときは、第２ＦＣスタック２を発電させて要求電力を充足させる。第２ＦＣスタック２の発電を休止させているときは、第１ＦＣスタック１を発電させて要求電力を充足させる。第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の発電及び発電休止の切り替えはタイマー５４の計測時間に基づいて行うことができ、一例として第１ＦＣスタック１と第２ＦＣスタック２を３０分間隔で交互に発電させてもよい。すなわち、所定時間を３０分としてもよい。なお、所定時間は、３０分の場合に限られず、５分や１０分など数分から数十分程度としてもよいし、１時間や２時間などの数時間程度としてもよい。所定時間が短い場合には、発電を休止するＦＣスタックの温度低下を効果的に抑制して、凍結による発電性能の低下を抑制することができる。一方、所定時間が長い場合には、発電の切り替えに伴う電力消費の増大を抑制することができる。また、第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２において、発電期間と発電休止期間とを同じ長さにしてもよいし、異なる長さにしてもよい。
【００５０】
図５（ａ）で説明したように、要求電力が所定の閾値未満であるときでは、第１ＦＣスタック１の発電を休止させることで耐久性を向上させることができる。しかしながら、第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の周囲の温度が第１ＦＣスタック１内の液水が凍結する温度に基づく第１所定温度以下の場合では、第１ＦＣスタック１の発電を長時間休止していると、第１ＦＣスタック１の温度が低下して、第１ＦＣスタック１内の液水が凍結することがある。この場合、要求電力が所定の閾値以上となって第１ＦＣスタック１を発電させようとしても、第１ＦＣスタック１のガス流路が液水の凍結によって閉塞していることがあり、第１ＦＣスタック１の発電が困難になることがある。
【００５１】
そこで、図５（ｂ）のように、第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の周囲の温度が第１所定温度以下の場合では、第１ＦＣスタック１に対して発電休止と発電とを交互に行い、第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の周囲の温度が第１所定温度よりも高い場合に比べて第１ＦＣスタック１の発電休止時間を短くする。これにより、第１ＦＣスタック１の温度の低下を抑制して第１ＦＣスタック１内の液水が凍結することを抑制でき、要求電力が所定の閾値以上になった場合でも第１ＦＣスタック１の発電が困難になることを抑制できる。
【００５２】
実施例１によれば、図５（ａ）及び図５（ｂ）のように、制御ユニット１０は、要求電力が所定の閾値未満の場合、第１ＦＣスタック１の周囲の温度が第１所定温度以下の場合では第１所定温度よりも高い場合に比べて第１ＦＣスタック１の連続した発電休止時間が短くなるように、第１ＦＣスタック１の発電休止時間が所定時間を経過したときに発電休止から発電に切り替える。これにより、第１ＦＣスタック１の温度の低下を抑制して第１ＦＣスタック１内の液水が凍結することを抑制でき、要求電力が所定の閾値以上になった場合でも第１ＦＣスタック１の発電が困難になることを抑制できる。
【００５３】
第１所定温度は、摂氏０℃の場合でもよいし、摂氏０℃±５℃の範囲内の温度でもよいし、摂氏０℃±２℃の範囲内の温度でもよい。第１所定温度を０℃よりも高い値とした場合、第１ＦＣスタック１内の液水が凍結することをより確実に抑制できる。また、第１所定温度を０℃よりも低い値とした場合でも、第１ＦＣスタック１内の液水が直ちに凍結するとは限られないため第１ＦＣスタック１内の液水が凍結することが抑制され得る。なお、温度センサ５３が取り付けられている場所によっては、温度センサ５３で検出された温度よりも第１ＦＣスタック１の温度が高い場合や低い場合があることも考えられる。
【００５４】
図５（ｂ）のように、制御ユニット１０は、要求電力が所定の閾値未満で且つ第１ＦＣスタック１の周囲の温度が第１所定温度以下の場合、第１ＦＣスタック１に対して発電と発電休止を交互に実行し、第１ＦＣスタック１の発電を休止させているときは第２ＦＣスタック２を発電させ、第１ＦＣスタック１を発電させているときは第２ＦＣスタック２の発電を休止させる。これにより、第２ＦＣスタック２の発電時間が短くなり、第２ＦＣスタック２の耐久性を向上させることができる。なお、第１ＦＣスタック１を発電させているときに第２ＦＣスタック２の発電を休止させる場合に限られず、第２ＦＣスタック２を発電させ続けてもよい。
【００５５】
図５（ａ）のように、制御ユニット１０は、要求電力が所定の閾値未満で且つ第１ＦＣスタック１の周囲の温度が第１所定温度よりも高い状態が維持されている間は、第１ＦＣスタック１の発電を休止し続け、第２ＦＣスタック２を発電し続けてもよい。発電休止と発電とを切り替える際にはＦＣスタックに対して掃気などを行うために電力を消費する。したがって、上記のように、第１ＦＣスタック１の発電を休止し続け、第２ＦＣスタック２を発電し続けることで、電力消費量の増大を抑制することができる。
【００５６】
図５（ｂ）のように、要求電力が所定の閾値未満で且つ第１ＦＣスタック１の周囲の温度が第１所定温度以下の場合、第１ＦＣスタック１と第２ＦＣスタック２は、発電休止期間と発電期間とが同じ長さで繰り返される場合が好ましい。これにより、第２ＦＣスタック２の発電が長時間休止することが抑制され、第２ＦＣスタック２内の液水が凍結することを抑制される。なお、発電休止期間と発電期間とが同じ長さとは、完全に同じ長さの場合に限られず、第１ＦＣスタック１と第２ＦＣスタック２で液水の凍結が同程度に抑制されることができる範囲であれば多少異なる長さであってもよい。
【００５７】
図５（ａ）及び図５（ｂ）のように、制御ユニット１０は、要求電力が所定の閾値未満になったときから時間Δｔが経過した後に第１ＦＣスタック１の発電を休止させてもよい。要求電力が所定の閾値未満の状態が時間Δｔ経過した場合はその後も要求電力が所定の閾値未満の状態が継続されると推定されるため、第１ＦＣスタック１の発電を休止する制御を開始することが好ましいためである。
【実施例２】
【００５８】
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２と同じであるため説明を省略する。図６は、実施例２における発電制御を示すフローチャートである。図６におけるステップＳ３０からＳ３８は、実施例１の図３におけるステップＳ１０からＳ１８と同じであるため説明を省略する。
【００５９】
制御ユニット１０は、ステップＳ３６で取得した温度が第１所定温度よりも大きいと判断した場合（ステップＳ３８：Ｎｏ）、第１ＦＣスタック１と第２ＦＣスタック２を第１所定時間ごとに交互に発電させる（ステップＳ４０）。一方、制御ユニット１０は、ステップＳ３６で取得した温度が第１所定温度以下であると判断した場合（ステップＳ３８：Ｙｅｓ）、第１ＦＣスタック１と第２ＦＣスタック２を第１所定時間よりも短い第２所定時間ごとに交互に発電させる（ステップＳ４２）。制御ユニット１０は、実施例１と同様に、タイマー５４による計測時間に基づいて第１ＦＣスタック１と第２ＦＣスタック２の発電休止及び発電の切り替えを行うことができる。その後、制御ユニット１０はステップＳ４４及びＳ４６を実行するが、ステップＳ４４及びＳ４６は実施例１の図３におけるステップＳ２４及びＳ２６と同じであるため説明を省略する。
【００６０】
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、実施例２における発電制御を説明するタイムチャートである。図７（ａ）は、図６のステップＳ３８、Ｓ４０を説明するタイムチャートであり、図７（ｂ）は、図６のステップＳ３８、Ｓ４２を説明するタイムチャートである。
【００６１】
図７（ａ）のように、要求電力が所定の閾値未満になったときに第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の周囲の温度が第１所定温度よりも高い場合では、第１ＦＣスタック１と第２ＦＣスタック２を第１所定時間で交互に発電させて要求電力を充足させる。第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の発電休止及び発電の切り替えはタイマー５４の計測時間に基づいて行うことができ、一例として第１ＦＣスタック１と第２ＦＣスタック２を２時間間隔で交互に発電させてもよい。
【００６２】
図７（ｂ）のように、要求電力が所定の閾値未満になったときに第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の周囲の温度が第１所定温度以下の場合では、第１ＦＣスタック１と第２ＦＣスタック２を第１所定時間よりも短い第２所定時間で交互に発電させて要求電力を充足させる。第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の発電休止及び発電の切り替えはタイマー５４の計測時間に基づいて行うことができ、一例として第１ＦＣスタック１と第２ＦＣスタック２を３０分間隔で交互に発電させてもよい。
【００６３】
実施例２によれば、図７（ａ）及び図７（ｂ）のように、制御ユニット１０は、要求電力が所定の閾値未満の場合では第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の周囲の温度によらず第１ＦＣスタック１と第２ＦＣスタック２を交互に発電させる。このときに、制御ユニット１０は、第１ＦＣスタック１の周囲の温度が第１所定温度よりも高い場合では第１所定温度以下の場合に比べて第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の発電休止と発電の切り替え間隔を長くする。第１ＦＣスタック１の周囲の温度が第１所定温度よりも高い場合でも第１ＦＣスタック１と第２ＦＣスタック２を交互に発電させることで、実施例１の場合に比べて、第２ＦＣスタック２の発電時間が短くなり耐久性を向上させることができる。また、上述したように、発電休止と発電を切り替える際にはＦＣスタックに対して掃気などを行うために電力を消費する。このため、第１ＦＣスタック１の周囲の温度が第１所定温度よりも高い場合では第１所定温度以下の場合に比べて第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の発電休止と発電の切り替え間隔を長くすることで、電力消費量の増大を抑制することができる。
【実施例３】
【００６４】
実施例３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２と同じであるため説明を省略する。図８は、実施例３における発電制御を示すフローチャートである。図８におけるステップＳ５０からＳ６０は、実施例１の図３におけるステップＳ１０からＳ２０と同じであるため説明を省略する。
【００６５】
制御ユニット１０は、ステップＳ５６で取得した温度が第１所定温度以下であると判断した場合（ステップＳ５８：Ｙｅｓ）、第１ＦＣスタック１と第２ＦＣスタック２の発電を切り替える間隔を決定する（ステップＳ６２）。図９は、切り替え間隔の決定に用いられるマップの一例である。図９のように、制御ユニット１０は、温度と切り替え間隔とを関係付けたマップが予め記憶部に記憶されている。温度が低いほど、高い場合に比べて、切り替え間隔が短くなっている。制御ユニット１０は、ステップＳ５６で取得した温度と図９のマップとを用いて切り替え間隔を決定する。
【００６６】
次いで、制御ユニット１０は、ステップＳ６２で決定した切り替え間隔を用いて、第１ＦＣスタック１と第２ＦＣスタック２を交互に発電させる（ステップＳ６４）。制御ユニット１０は、実施例１と同様に、タイマー５４による計測時間に基づいて第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の発電休止及び発電の切り替えを行うことができる。その後、制御ユニット１０はステップＳ６６及びＳ６８を実行するが、ステップＳ６６及びＳ６８は実施例１の図３におけるステップＳ２４及びＳ２６と同じであるため説明を省略する。
【００６７】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、実施例３における発電制御を説明するタイムチャートである。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、図８のステップＳ５８、Ｓ６２、及びＳ６４を説明するタイムチャートであり、図１０（ａ）は、第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の周囲の温度が第１所定温度以下の範囲内で高い場合のタイムチャートであり、図１０（ｂ）は、第１所定温度以下の範囲内で低い場合のタイムチャートである。
【００６８】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）のように、図９のマップを用いて第１ＦＣスタック１と第２ＦＣスタック２の発電の切り替え間隔を決定することで、第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の周囲の温度が低い場合は、高い場合に比べて、第１ＦＣスタック１と第２ＦＣスタック２の切り替え頻度が高くなっている。
【００６９】
実施例３によれば、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）のように、制御ユニット１０は、第１ＦＣスタック１の周囲の温度が第１所定温度以下の範囲内で低いときは高いときに比べて第１ＦＣスタック１の発電休止時間をより短くして発電休止から発電に切り替える。このように、第１ＦＣスタック１の周囲の温度に応じて第１ＦＣスタック１の発電休止と発電の切り替え間隔を制御することで、第１ＦＣスタック１内の液水が凍結することを抑制しつつ、発電休止と発電の切り替え頻度を低減させて電力消費量の増大を抑制することができる。
【００７０】
実施例１から実施例３において、制御ユニット１０は、要求電力が所定の閾値未満で且つ第１ＦＣスタック１の周囲の温度が第１所定温度以下の場合において、第１ＦＣスタック１の発電を休止させている場合に、第１ＦＣスタック１の温度が第２所定温度以下になったときに第１ＦＣスタック１を発電休止から発電に切り替えてもよい。第１ＦＣスタック１の温度は、上述したように、温度センサ８５からの温度検出信号に基づいて取得することができる。第２所定温度は、第１ＦＣスタック１内の液水が凍結する恐れのある温度とすることができ、例えば摂氏０℃又は摂氏０℃±２℃の範囲内の温度などとすることができる。これにより、第１ＦＣスタック１内の液水が凍結することを効果的に抑制できる。なお、第２ＦＣスタック２についても同様に、第２ＦＣスタック２の発電を休止させている場合に、第２ＦＣスタック２の温度が第３所定温度以下になったときに第２ＦＣスタック２を発電休止から発電に切り替えてもよい。第３所定温度は、第２ＦＣスタック２内の液水が凍結する恐れのある温度とすることができ、例えば摂氏０℃又は摂氏０℃±２℃の範囲内の温度などとすることができる。
【実施例４】
【００７１】
実施例４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２と同じであるため説明を省略する。図１１は、実施例４における発電制御を示すフローチャートである。図１１のフローチャートは、例えばＦＣスタック全体に対する要求電力が所定の閾値以上である状態から実行される。図１１のように、制御ユニット１０は、開度がゼロではないアクセル開度信号に基づいてＦＣスタック全体に対する要求電力を算出する（ステップＳ７０）。
【００７２】
次いで、制御ユニット１０は、算出した要求電力が所定の閾値未満か否かを判断する（ステップＳ７２）。制御ユニット１０は、ステップＳ７２で要求電力が閾値以上であると判断した場合（ステップＳ７２：Ｎｏ）、要求電力を充足するように第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の両方を発電させる（ステップＳ７４）。
【００７３】
一方、制御ユニット１０は、ステップＳ７２で要求電力が閾値未満であると判断した場合（ステップＳ７２：Ｙｅｓ）、第１ＦＣスタック１の発電を休止させ、第２ＦＣスタック２で要求電力が充足するように第２ＦＣスタック２を発電させる（ステップＳ７６）。次いで、制御ユニット１０は、発電を休止している第１ＦＣスタック１の温度が第１ＦＣスタック１内の液水が凍結する温度に基づく所定温度以下であるか否かを判断する（ステップＳ７８）。第１ＦＣスタック１の温度は、上述したように、温度センサ８５からの温度検出信号に基づいて取得することができる。所定温度は、摂氏０℃の場合でもよいし、摂氏０℃±５℃の範囲の温度の場合でもよいし、摂氏０℃±２℃の範囲の温度の場合でもよい。
【００７４】
制御ユニット１０は、ステップＳ７８で第１ＦＣスタック１の温度が所定温度以下ではないと判断した場合（ステップＳ７８：Ｎｏ）、アクセルペダルセンサ５７から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Ｓ８８）。制御ユニット１０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Ｓ８８：Ｙｅｓ）、ステップＳ７０に戻る。
【００７５】
一方、制御ユニット１０は、ステップＳ７８で第１ＦＣスタック１の温度が所定温度以下であると判断した場合（ステップＳ７８：Ｙｅｓ）、第２ＦＣスタック２を発電休止させ、第１ＦＣスタック１で要求電力が充足するように第１ＦＣスタック１を発電させる（ステップＳ８０）。次いで、制御ユニット１０は、アクセルペダルセンサ５７から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Ｓ８２）。制御ユニット１０は、ステップＳ８２で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Ｓ８２：Ｎｏ）、第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の発電を休止させ（ステップＳ９０）、発電制御を終了する。制御ユニット１０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は（ステップＳ８２：Ｙｅｓ）、要求電力が閾値未満か否かを判断する（ステップＳ８４）。
【００７６】
制御ユニット１０は、ステップＳ８４で要求電力が閾値以上であると判断した場合（ステップＳ８４：Ｎｏ）、要求電力を充足するように第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の両方を発電させる（ステップＳ７４）。一方、制御ユニット１０は、ステップＳ８４で要求電力が閾値未満であると判断した場合（ステップＳ８４：Ｙｅｓ）、発電を休止している第２ＦＣスタック２の温度が第２ＦＣスタック２内の液水が凍結する温度に基づく所定温度以下であるか否かを判断する（ステップＳ８６）。第２ＦＣスタック２の温度は、上述したように、温度センサ９５からの温度検出信号に基づいて取得することができる。所定温度は、摂氏０℃の場合でもよいし、摂氏０℃±５℃の範囲の温度の場合でもよいし、摂氏０℃±２℃の範囲の温度の場合でもよい。
【００７７】
制御ユニット１０は、ステップＳ８６で第２ＦＣスタック２の温度が所定温度以下ではないと判断した場合（ステップＳ８６：Ｎｏ）、ステップＳ８０に戻る。一方、制御ユニット１０は、ステップＳ８６で第２ＦＣスタック２の温度が所定温度以下であると判断した場合（ステップＳ８６：Ｙｅｓ）、ステップＳ８８に移行する。制御ユニット１０は、ステップＳ８８で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Ｓ８８：Ｎｏ）、第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２の発電を休止させ（ステップＳ９０）、発電制御を終了する。
【００７８】
実施例４によれば、制御ユニット１０は、要求電力が所定の閾値未満の場合、第１ＦＣスタック１の発電を一時的に休止させるとともに、第１ＦＣスタック１の温度が第１ＦＣスタック１内の液水が凍結する温度に基づく所定温度以下になった場合に第１ＦＣスタック１を発電休止から発電に切り替える。これにより、第１ＦＣスタック１内の液水が凍結することを抑制できる。
【００７９】
また、実施例４によれば、制御ユニット１０は、要求電力が所定の閾値未満の場合に、第１ＦＣスタック１の発電を休止させているときは第２ＦＣスタック２を発電させ、第１ＦＣスタック１を発電させているときは第２ＦＣスタック２の発電を休止させる。そして、制御ユニット１０は、第２ＦＣスタック２の発電を休止させているときに第２ＦＣスタック２の温度が第２ＦＣスタック２内の液水が凍結する温度に基づく所定温度以下になった場合に第２ＦＣスタック２を発電休止から発電に切り替える。これにより、第２ＦＣスタック２内の液水が凍結することを抑制できる。
【００８０】
図１１のステップＳ７８及びＳ８６の所定温度は、摂氏０℃の場合でもよいし、摂氏０℃±５℃の範囲内の温度でもよいし、摂氏０℃±２℃の範囲内の温度でもよい。所定温度を０℃よりも高い値とした場合、第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２内の液水が凍結することをより確実に抑制できる。また、所定温度を０℃よりも低い値とした場合でも、第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２内の液水が直ちに凍結するとは限られないため第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２内の液水が凍結することが抑制され得る。
【００８１】
実施例１から実施例４では、燃料電池システムに２つの燃料電池スタックで構成された燃料電池ユニットが備わる場合を例に示したが、３つ以上の燃料電池スタックで構成された燃料電池ユニットが備わる場合でもよい。この場合、燃料電池ユニットに含まれる燃料電池スタックのうちの２つの燃料電池スタックが第１ＦＣスタック１及び第２ＦＣスタック２に相当する場合であればよい。
【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】
１  第１燃料電池スタック
２  第２燃料電池スタック
１０  制御ユニット
１１  温度取得部
１２  発電制御部
２０、３０  カソードガス配管系
４０、６０  アノードガス配管系
８０、９０  冷媒配管系
５３、８５、９５  温度センサ
５４  タイマー
５５  水素タンク
５７  アクセルペダルセンサ
１０３  モータジェネレータ
１０６ａ、１０６ｂ  スイッチ
５００  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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