(57)【要約】【課題】複数の燃料電池ユニットで停止処理のタイミングがずれた状態で始動指示が入力される場合であっても、燃料電池の劣化等の不具合を抑える。【解決手段】複数の燃料電池ユニット（１００，２００）を備える燃料電池システム（１０）において、複数の燃料電池ユニットの各々が備える制御部を統括する統括制御部は、複数の燃料電池ユニットのうちの一部の燃料電池ユニットが燃料電池ユニットを停止させるための停止処理を実行しているときに、燃料電池システムの始動を指示する始動信号が入力された場合には、始動信号にかかわらず、一部の燃料電池ユニットにおける停止処理を継続させて、燃料電池システムを再始動可能にする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
燃料電池および前記燃料電池の発電制御を実行する制御部を備える複数の燃料電池ユニットと、
前記複数の燃料電池ユニットの各々が備える前記制御部を統括する統括制御部と、
を備え、
前記統括制御部は、前記複数の燃料電池ユニットのうちの一部の燃料電池ユニットが前記燃料電池ユニットを停止させるための停止処理を実行しているときに、前記燃料電池システムの始動を指示する始動信号が入力された場合には、前記始動信号にかかわらず、前記一部の燃料電池ユニットにおける前記停止処理を継続させて、前記燃料電池システムを再始動可能にする
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】
燃料電池システムとして、燃料電池と、この燃料電池を制御する制御部（ＥＣＵ）と、を含む燃料電池ユニットを、複数備えるシステムが知られている。具体的には、例えば、バスなどの大型車両の駆動用電源として燃料電池を用いる場合に、複数の燃料電池ユニットを搭載して、より大きな駆動力を確保する構成が提案されている（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２０１６−０８１７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように複数の燃料電池ユニットを備える燃料電池システムでは、システムの始動や停止に係る指示が入力されたときには、各燃料電池ユニットが協働して、始動のための始動処理や停止のための停止処理を実行する。本願発明者等は、このような燃料電池システムにおいて、複数の燃料電池ユニット間で停止処理のタイミングがずれる場合があり、停止処理のタイミングがずれた状態でさらに始動の指示が入力されると、複数の燃料電池ユニットが適切に始動できず、その結果、燃料電池へのガス供給等に支障が生じ、燃料電池の劣化等の不具合が生じ得るという問題を見出した。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは；燃料電池および前記燃料電池の発電制御を実行する制御部を備える複数の燃料電池ユニットと；前記複数の燃料電池ユニットの各々が備える前記制御部を統括する統括制御部と；を備え；前記統括制御部は、前記複数の燃料電池ユニットのうちの一部の燃料電池ユニットが前記燃料電池ユニットを停止させるための停止処理を実行しているときに、前記燃料電池システムの始動を指示する始動信号が入力された場合には、前記始動信号にかかわらず、前記一部の燃料電池ユニットにおける前記停止処理を継続させて、前記燃料電池システムを再始動可能にする。
この形態の燃料電池システムによれば、複数の燃料電池ユニットを備える燃料電池システムにおいて、各々の燃料電池ユニット間で停止処理のタイミングがずれた状態でさらに始動の指示が入力される場合であっても、燃料電池へのガス供給等に支障が生じることに起因して、燃料電池の劣化等の不具合が生じることを抑えることができる。
【０００７】
上記形態の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池システムに対して前記始動信号が入力された結果、前記複数の燃料電池ユニットのうちの一部の燃料電池ユニットが始動処理を開始する場合には、前記始動処理を開始した燃料電池ユニットを停止させて、前記燃料電池システムを再始動可能にすることとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、複数の燃料電池ユニットを備える燃料電池システムにおいて、各々の燃料電池ユニット間で停止処理のタイミングがずれた状態でさらに始動の指示が入力される場合に加えて、始動信号が入力された結果、一部の燃料電池ユニットが始動処理を開始する場合にも、燃料電池へのガス供給等に支障が生じることに起因して、燃料電池の劣化等の不具合が生じることを抑えることができる。
【０００８】
本発明は、上記以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池システムの制御方法、燃料電池システムを搭載する車両、燃料電池システムを搭載する車両の制御方法、等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】単一の燃料電池ユニットの運転状態を表わす説明図である。
【図３】第１制御部および第２制御部の構成を模式的に表わす説明図である。
【図４】各燃料電池ユニットにおいて運転状態が変化する様子を表わす説明図である。
【図５】停止後再始動判断処理ルーチンを表わすフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
Ａ．燃料電池システムの構成：
図１は、本発明の一実施形態における燃料電池システム１０の概略構成を示すブロック図である。燃料電池システム１０は、第１燃料電池ユニット１００と、第２燃料電池ユニット２００と、スタートスイッチ３００と、報知部３５０と、を備える。本実施形態において、燃料電池システム１０は、燃料電池車両５０に搭載されており、燃料電池車両５０は、燃料電池システム１０が備える燃料電池を、駆動用電源として用いる。
【００１１】
第１燃料電池ユニット１００の構成と第２燃料電池ユニット２００の構成とは互いにほぼ同一である。従って、以下においては、第１燃料電池ユニット１００の構成について主に説明し、第２燃料電池ユニット２００の構成については適宜説明を省略する。図１では、第１燃料電池ユニット１００と第２燃料電池ユニット２００との間で共通する構成要素には、同じ参照番号を付した。
【００１２】
第１燃料電池ユニット１００は、燃料電池１２０と、第１コンバータ１３０と、第２コンバータ１４０と、インバータ１６０と、二次電池１５０と、モータ１１０と、第１制御部３１０と、を備える。なお、第２燃料電池ユニット２００は、第１制御部３１０に代えて第２制御部３２０を有している。
【００１３】
燃料電池１２０は、水素を含有する燃料ガスと、酸素を含有する酸化ガスとを反応ガスとして供給されて発電する。図１では、反応ガスの供給に関連して、燃料ガスを供給するための水素タンク１１５のみを表わしており、他は記載を省略している。本実施形態の燃料電池１２０は、複数のセルが積層されたスタック構造を有しており、例えば、固体高分子形燃料電池とすることができる。各セルは、電解質膜の両面に電極を配置した膜電極接合体と、膜電極接合体を挟持する１組のセパレータと、を有する。
【００１４】
第１コンバータ１３０は、燃料電池１２０の出力電圧をモータ１１０で利用可能な高電圧に昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータである。インバータ１６０は、第１コンバータ１３０で昇圧された直流電圧を交流電圧に変換して、モータ１１０に供給する。モータ１１０は、車両の車輪を駆動するモータであり、車両の減速時には回生して回生電力を発生させる。
【００１５】
第２コンバータ１４０は、第１コンバータ１３０で昇圧された電圧やモータ１１０の回生運転で生じた電圧を降圧して二次電池１５０に供給し、あるいは、二次電池１５０の電圧を昇圧してインバータ１６０に供給する双方向のＤＣ／ＤＣコンバータである。二次電池１５０は、燃料電池１２０が発電した電力や、モータ１１０からの回生電力によって充電されると共に、モータ１１０や図示しない補機類を駆動するための電源として機能する。二次電池１５０は、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池で構成することができるが、充放電可能な蓄電装置であればよい。
【００１６】
第１制御部３１０は、燃料電池１２０の発電制御を行なうと共に、第１燃料電池ユニット１００のモータ１１０の駆動制御等、燃料電池車両５０の運転状態の制御を行なう。第１制御部３１０は、燃料電池車両５０の各部に設けられたセンサ（第１燃料電池ユニット１００の各部に設けたセンサ、アクセル開度センサ、ブレーキペダルセンサ、シフトポジションセンサ、および車速センサを含む）やスタートスイッチ３００等からの出力信号を受信する。そして、第１制御部３１０は、燃料電池車両５０における発電や走行等に係る各部に駆動信号を出力する。第１制御部３１０、および第２燃料電池ユニット２００の第２制御部３２０については、後にさらに詳しく説明する。
【００１７】
スタートスイッチ３００は、燃料電池システム１０の始動を指示するために燃料電池車両５０の使用者が行なう入力操作を受け付ける装置である。また、スタートスイッチ３００は、燃料電池システム１０の停止を指示する入力操作も受け付ける。スタートスイッチ３００において始動を指示する操作がユーザにより行なわれたときには、スタートスイッチ３００から第１制御部３１０および第２制御部３２０へと、信号線３４０を介して始動信号が出力される。また、停止を指示する操作が行なわれたときには、スタートスイッチ３００から第１制御部３１０および第２制御部３２０へと、信号線３４０を介して停止信号が出力される。
【００１８】
報知部３５０は、情報を報知するための装置であり、本実施形態では、後述する燃料電池システム１０の始動に係る情報を報知する。報知部３５０は、報知内容を認識可能であればよく、例えば、燃料電池車両５０の使用者が視認可能な表示を行なう装置とすることができる。また、視認可能な表示に代えて、あるいは視認可能な表示に加えて、音声による報知を行なう装置としてもよい。
【００１９】
Ｂ．燃料電池システムにおける始動及び停止の指示と運転状態：
図２は、第１燃料電池ユニット１００の運転状態を表わす説明図である。本実施形態の燃料電池システム１０は、第１燃料電池ユニット１００および燃料電池ユニット２００を有するが、以下ではまず、理解を容易にするために、単一の第１燃料電池ユニット１００を搭載する燃料電池車両の運転状態について、説明する。
【００２０】
図２では、ＦＣ状態として、燃料電池１２０の発電制御に係る状態を示す。また、図２では、ＨＶ状態として、燃料電池車両全体の制御に係る状態を示す。燃料電池車両が機能を停止している（ＦＣ状態およびＨＶ状態が「停止」である）ときに、燃料電池車両の始動を指示する始動信号St1がスタートスイッチ３００から入力されると、ＦＣ状態およびＨＶ状態は、いずれも、「始動処理」を実行する状態となる。
【００２１】
ＦＣ状態における「始動処理」は、例えば、燃料電池１２０と連通する水素の流路に対して水素を加圧供給して水素漏れを検査する処理、燃料電池１２０に酸化ガスを供給する流路のバルブを開弁させる処理、燃料電池１２０に酸化ガスを供給するために用いる補機の起動の確認、燃料電池１２０を冷却する冷媒を燃料電池１２０に供給するために用いる補機の起動の確認、等の動作を含むことができる。ＨＶ状態における「始動処理」とは、燃料電池車両において、二次電池１５０を駆動用電源として用いたＥＶ走行を開始するための処理である。具体的には、例えば、ＥＶ走行のために用いる各種配線における断線のチェックや、ＥＶ走行の際に働く各部間の通信状態の確認の動作を含むことができる。ＨＶ状態において「始動処理」が終了して「通常運転」となった後、ＦＣ状態において「始動処理」が終了するまでの間は、燃料電池車両は、二次電池１５０を駆動用電源とする走行が可能になる。その後、ＦＣ状態において「始動処理」が終了して「通常運転」になると、燃料電池車両では、燃料電池１２０と二次電池１５０の双方を、駆動用電源として利用可能になる。
【００２２】
このように、ＦＣ状態とＨＶ状態の双方が「通常運転」であるときに、燃料電池システムに対してスタートスイッチ３００から停止信号Stopが入力されると、まず、ＦＣ状態が「暖機運転」を実行する状態となる。「暖機運転」では、停止信号の入力後も、燃料電池１２０の温度が基準温度に昇温するまで燃料電池１２０の発電が続行される。燃料電池１２０の発電停止時には、後述するＦＣ状態の「停止処理」において、燃料電池内の反応ガス流路を掃気して液水を除去することにより、反応ガス流路における結露や凍結を抑制している。上記したように燃料電池１２０の発電停止時に暖機運転を行なうと、燃料電池１２０が昇温して反応ガス流路内の飽和水蒸気圧が高まるため、掃気による液水の除去効果を向上させることができる。なお、このようなシステム停止時の暖機運転は、寒冷地で燃料電池車両を使用する場合、あるいは環境温度が低温である場合以外は、行なわないこととしてもよい。
【００２３】
暖機運転の後、あるいは、暖機運転を行なわない場合には、停止信号Stopの入力後速やかにＦＣ状態は「停止処理」を実行する状態になる。ＦＣ状態の「停止処理」は、上記した掃気によるガス流路からの液水の除去、燃料電池１２０と連通する酸化ガス流路の封止、冷媒を燃料電池１２０に供給するために用いる補機の停止処理、燃料電池１２０と連通する水素の流路に対して水素を加圧供給して水素漏れを検査する処理、燃料電池１２０内の燃料ガスの流路において水素を確保する処理、燃料電池１２０の発電に関与する各部の停止確認、等の動作を含むことができる。ＦＣ状態が「停止処理」であるとき、ＨＶ状態は、ＦＣ状態における「停止処理」の終了まで待機する「停止待ち」状態となる。
【００２４】
ＦＣ状態の「停止処理」が終了すると、ＦＣ状態は、動作を終了した「停止」状態になる。そして、ＨＶ状態は、「停止処理」を実行する状態になる。ＨＶ状態の「停止処理」は、車両走行に係る各部の停止確認、燃料電池１２０のディスチャージ、二次電池１５０の接続配線の遮断、等の動作を含むことができる。ＨＶ状態の「停止処理」が終了すると、ＨＶ状態は、動作を終了した「停止」状態になり、燃料電池システム全体が停止する。
【００２５】
燃料電池システムにおいて停止信号Stopが入力された後、燃料電池システム全体が停止するまでの間に、再び始動信号が入力される場合が有り得る。以下では、このような場合の動作について説明する。
【００２６】
ＦＣ状態が「暖機運転」であるとき（図２に示す期間Ａ）に始動信号が入力される場合には、燃料電池１２０は発電している状態であり、ＨＶ状態は「通常運転」であるため、そのまま速やかに再始動することができる。
【００２７】
ＦＣ状態が「停止処理」であって、ＨＶ状態が「ＦＣ停止待ち」であるとき（図２に示す期間Ｂ）に始動信号が入力される場合には、ＦＣ状態の「停止処理」を強制的に完了することにより、速やかに再始動が可能である。
【００２８】
ＦＣ状態が「停止」であって、ＨＶ状態が「ＦＣ停止待ち」であるとき（図２に示す期間Ｃ）に始動信号が入力される場合には、ＨＶ状態の「ＦＣ停止待ち」の終了と共に、再始動が可能になる。なお、ＦＣ状態が「停止処理」から「停止」となっても、ＨＶ状態が「ＦＣ停止待ち」である状態は、例えば、ＦＣ状態の「停止処理」において燃料電池１２０と第１コンバータ１３０との間の遮断を行なうときに、ＨＶ−ＥＣＵが上記遮断を確認するまでに時間を要する場合に生じ得る。
【００２９】
ＦＣ状態が「停止」であって、ＨＶ状態が「停止処理」であるとき（図２に示す期間Ｄ）に始動信号が入力される場合には、ＨＶ状態の「停止処理」を継続し、ＨＶ状態の「停止処理」が終了した後、再始動が可能である。
【００３０】
Ｃ．複数の燃料電池ユニットにおける運転状態の制御とタイミングのずれ：
図３は、第１制御部３１０および第２制御部３２０の構成と、これらのＥＣＵの間で信号がやり取りされる様子とを、模式的に表わす説明図である。
【００３１】
図３に示すように、第１制御部３１０は、第１ＦＣ−ＥＣＵ３１２と第１ＨＶ−ＥＣＵ３１４とを備えており、第２制御部３２０は、第２ＦＣ−ＥＣＵ３２２と第２ＨＶ−ＥＣＵ３２４とを備えている。これら第１ＦＣ−ＥＣＵ３１２、第１ＨＶ−ＥＣＵ３１４、第２ＦＣ−ＥＣＵ３２２、および第２ＨＶ−ＥＣＵ３２４の各々は、マイクロコンピュータによって構成されており、ＣＰＵと、ＲＯＭと、ＲＡＭと、入出力ポートと、を有する。第１ＦＣ−ＥＣＵ３１２と第２ＦＣ−ＥＣＵ３２２とは、それぞれ、第１燃料電池ユニット１００あるいは第２燃料電池ユニット２００における燃料電池１２０の発電に係る制御、すなわちＦＣ状態に係る制御を主として行なう。第１ＨＶ−ＥＣＵ３１４と第２ＨＶ−ＥＣＵ３２４とは、それぞれ、第１燃料電池ユニット１００あるいは第２燃料電池ユニット２００における燃料電池車両５０の走行に係る制御、すなわちＨＶ状態に係る制御を主として行なう。
【００３２】
本実施形態では、第１制御部３１０は、第１制御部３１０および第２制御部３２０を統括する統括制御部として機能する。すなわち、統括制御部である第１制御部３１０は、第１制御部３１０が制御する第１燃料電池ユニット１００側の情報、および、第２制御部３２０が制御する第２燃料電池ユニット２００側の情報を取得して、燃料電池システム１０全体の状態を判断する。そして、判断結果に応じて、第１制御部３１０、第２制御部３２０、および燃料電池システム１０の各部に信号を出力する。第１ＦＣ−ＥＣＵ３１２と第１ＨＶ−ＥＣＵ３１４とは、信号線３１６によって接続されており、第２ＦＣ−ＥＣＵ３２２と第２ＨＶ−ＥＣＵ３２４とは、信号線３２６によって接続されている。また、第１制御部３１０と第２制御部３２０とは、信号線３３０によって接続されている。なお、いずれかの燃料電池ユニットが備える制御部を統括制御部とする構成に代えて、各燃料電池ユニットが備える制御部とは別個に、各制御部と通信可能な統括制御部を設けることとしてもよい。
【００３３】
単一の燃料電池ユニットにおける動作は、図２に基づいて説明したが、本実施形態のように複数の燃料電池ユニットを備える場合には、統括制御部によって、各燃料電池ユニットが協働して動作するよう制御される。その際に、種々の要因により、複数の燃料電池ユニット間で動作にずれが生じる場合がある。以下では、第１燃料電池ユニット１００と第２燃料電池ユニット２００との間に生じるずれについて説明する。
【００３４】
図４は、燃料電池ユニット１００および燃料電池ユニット２００において、始動信号や停止信号の入力に応じて運転状態が変化する様子を表わす説明図である。図４において、第１ＦＣ状態および第１ＨＶ状態は、それぞれ、第１燃料電池ユニット１００におけるＦＣ状態あるいはＨＶ状態を示す。また、第２ＦＣ状態および第２ＨＶ状態は、第２燃料電池ユニット２００におけるＦＣ状態あるいはＨＶ状態を示す。既述したように、本実施形態の燃料電池システム１０では、統括制御部である第１制御部３１０が、第１燃料電池ユニット１００および第２燃料電池ユニット２００との間で情報をやり取りすることにより、燃料電池システム１０全体の状態を統括して制御する。図４に示す各ＦＣ状態およびＨＶ状態は、いずれも、統括制御部としての第１制御部３１０が認識している状態を表わす。
【００３５】
本実施形態では、スタートスイッチ３００は、第１制御部３１０および第２制御部３２０の双方に接続されている。そのため、スタートスイッチ３００において始動が指示されたときには、スタートスイッチ３００からの始動信号St1は、第１制御部３１０および第２制御部３２０の双方に直接入力される。そのため、第１燃料電池ユニット１００および第２燃料電池ユニット２００の双方において、ＦＣ状態とＨＶ状態とは同時に「始動処理」となる。そして、「始動処理」の終了後、ＦＣ状態とＨＶ状態とは共に「通常運転」となる。上記した各「始動処理」の終了は、第１燃料電池ユニット１００と第２燃料電池ユニット２００との間で同期される。
【００３６】
第１燃料電池ユニット１００および第２燃料電池ユニット２００が通常運転であるときに、スタートスイッチ３００において停止が指示されると、スタートスイッチ３００からの停止信号Stopは、第１制御部３１０および第２制御部３２０の双方に直接入力される。そのため、第１燃料電池ユニット１００および第２燃料電池ユニット２００の双方において、ＦＣ状態は同時に「暖機運転」となる。
【００３７】
図４では、第１ＦＣ状態と第２ＦＣ状態との間で、「暖機運転」の終了のタイミングがずれる様子を表わしている。このように「暖機運転」の終了のタイミングがずれる理由としては、例えば、第１燃料電池ユニット１００と第２燃料電池ユニット２００とでは、種々の要因により、暖機運転に要する時間が異なることが挙げられる。具体的には、各燃料電池１２０の性能のばらつき（性能の個体差）、各燃料電池１２０の劣化の程度のばらつき、各二次電池１５０の状態等により、各燃料電池１２０における発電量や発熱量が異なる。また、各燃料電池１２０に供給される冷媒を冷却するために設けたラジエータにおける風当たりや日射の状態に違いがある場合には、各燃料電池１２０が冷却される程度が異なる。その結果、各燃料電池１２０の温度に違いが生じる場合があるが、暖機運転の際に設定される目標温度は共通している。そのため、燃料電池１２０の温度が、共通する目標温度に到達するタイミングである「暖機運転」終了のタイミングが、第１燃料電池ユニット１００と第２燃料電池ユニット２００との間で異なる場合がある。さらに、各燃料電池ユニットで暖機運転が終了した際に、暖機運転終了の情報が統括制御部に伝えられるまでに通信遅れが生じることによっても、統括制御部が認識する「暖機運転」終了のタイミングにずれが生じ得る。
【００３８】
各燃料電池ユニットにおいて、ＦＣ状態が「暖機運転」から「停止処理」に移行すると、ＨＶ状態は、「通常運転」から「ＦＣ停止待ち」となる。既述したように各燃料電池ユニットのＦＣ状態において「暖機運転」の終了のタイミングがずれると、ＨＶ状態において「通常運転」から「ＦＣ停止待ち」に移行するタイミングもずれる。
【００３９】
各ＦＣ状態において「停止処理」が終了すると、各ＦＣ状態は「停止」となる。第１ＦＣ状態と第２ＦＣ状態における「停止処理」の終了は、統括制御部によって同期される。
【００４０】
第１燃料電池ユニット１００および第２燃料電池ユニット２００において、ＦＣ状態の「停止処理」が終了されると、 ＨＶ状態は「ＦＣ停止待ち」から「停止処理」になる。図２に基づいて説明したように、ＨＶ状態の「ＦＣ停止待ち」の終了は、ＦＣ状態の「停止処理」終了よりも遅れる場合がある。このようにＨＶ状態の「ＦＣ停止待ち」を終了するために要する時間が異なる場合には、ＦＣ状態の「停止処理」の終了が、第１燃料電池ユニットと第２燃料電池ユニット２００との間で同期されても、「ＦＣ停止待ち」終了のタイミングにずれが生じることがある。さらに、各燃料電池ユニットのＨＶ状態において「ＦＣ停止待ち」が終了した際に、「ＦＣ停止待ち」終了の情報が統括制御部に伝えられるまでに通信遅れが生じることによっても、統括制御部が認識する「ＦＣ停止待ち」終了のタイミングにずれが生じ得る。
【００４１】
Ｄ．停止処理中に始動信号が入力されたときの動作：
以下では、燃料電池システム１０が通常運転中であるときに、停止信号Stopが入力された後、燃料電池システム１０全体が停止するまでの間に、再び始動信号が入力される場合の燃料電池システム１０の動作について説明する。以下の説明では、引き続き図４を参照する。
【００４２】
燃料電池システム１０に対して停止信号Stopが入力されると、統括制御部は、燃料電池システム１０が再始動可能か否かの判断（以下、始動可否判定と呼ぶ）を行なう。すなわち、統括制御部は、第１燃料電池ユニット１００および第２燃料電池ユニット２００の運転状態を取得して、第１ＦＣ状態と第２ＦＣ状態が同一であり、且つ、第１ＨＶ状態と第２ＨＶ状態とが同一であれば、再始動可能と判断する（始動可否判定が「可」）。また、統括制御部は、第１ＦＣ状態と第２ＦＣ状態とを比較すると共に、第１ＨＶ状態と第２ＨＶ状態とを比較し、少なくとも一方が異なっていれば、再始動不可と判断する（始動可否判定が「否」）。既述した図３では、統括制御部である第１制御部３１０が、各ＦＣ−ＥＣＵからＦＣ状態を取得すると共に、各ＨＶ−ＥＣＵからＨＶ状態を取得して、始動可否判定する様子を示す。
【００４３】
停止信号Stopが入力された後に再び始動信号が入力される場合に、第１ＦＣ状態と第２ＦＣ状態が同一であり、且つ、第１ＨＶ状態と第２ＨＶ状態とが同一である場合には、燃料電池システム１０は、支障無く始動の処理を行なうことができる。すなわち、始動可否判定が「可」の場合には、図２に示した単一の第１燃料電池ユニット１００を備える燃料電池システムの場合と同様の動作により、第１燃料電池ユニット１００と第２燃料電池ユニット２００との間で共通する状態に応じて、適宜、始動のための処理を行なうことができる。
【００４４】
統括制御部における始動可否判定の結果は、始動可否信号として、第１制御部３１０および第２制御部３２０に送信される。第１制御部３１０および第２制御部３２０の各々では、入力された始動可否信号に基づいて、現在の始動可否状態を設定する。図４では、第１制御部３１０が、入力された始動可否信号に基づいて設定した始動可否状態を、「第１始動可否状態」として示している。また、第２制御部３２０が、入力された始動可否信号に基づいて設定した始動可否状態を、「第２始動可否状態」として示している。第１制御部３１０および第２制御部３２０の各々では、停止信号Stopが入力された後に再び始動信号が入力される場合に、始動可否状態が「可」であれば、始動要求が「ＯＮ」となって、始動のための処理が開始される。また、停止信号Stopが入力された後に再び始動信号が入力される場合に、始動可否状態が「否」であれば、始動要求は「ＯＦＦ」であって、始動のための処理は行なわれない。図４では、第１制御部３１０における第１始動要求と、第２制御部３２０における第２始動要求と、の各々について、始動可否状態が「可」のときに始動信号が入力された場合を、始動要求「ＯＮ」として示している。
【００４５】
このような燃料電池システム１０において、第１制御部３１０および第２制御部３２０の各々に対して、統括制御部から始動可否信号が入力される際には、通信遅れが生じ得る。図４では、第１制御部３１０と第２制御部３２０との間で、始動可否状態が「可」と「否」とで切り替わるタイミングにずれが生じる様子が示されている。以下では、始動信号が入力されたときに、燃料電池ユニット１００と第２燃料電池ユニット２００との間でＦＣ状態やＨＶ状態が一致しない場合、あるいは、始動可否信号の入力の際に通信遅れが生じる場合、の動作について説明する。
【００４６】
図５は、燃料電池システム１０の稼働中（ＦＣ状態およびＨＶ状態がいずれも「通常運転」）に、スタートスイッチ３００から停止信号Stopが入力されたときに、統括制御部のＣＰＵにおいて実行される停止後再始動判断処理ルーチンを表わすフローチャートである。本ルーチンは、燃料電池システム１０に停止信号Stopが入力された後に、燃料電池システム１０において始動の処理が実行されるまで、あるいは、燃料電池システム１０において停止処理が完了するまで、統括制御部において繰り返し実行される。
【００４７】
本ルーチンが起動されると、統括制御部は、第１燃料電池ユニット１００および第２燃料電池ユニット２００の運転状態を比較して、第１ＦＣ状態と第２ＦＣ状態が一致し、且つ、第１ＨＶ状態と第２ＨＶ状態とが一致するか否かを判断する（ステップＳ１００）。上記したＦＣ状態同士およびＨＶ状態同士が一致する場合には（ステップＳ１００：ＹＥＳ）、統括制御部は、第１制御部３１０および第２制御部３２０に対して、始動可否信号「可」を送信する（ステップＳ１１０）。ここで、統括制御部では、統括制御部のメモリ内において、図５の停止後再始動判断処理ルーチンを前回実行したときにステップＳ１００で行なった判断の結果を記憶している。統括制御部は、ステップＳ１１０の後に、停止後再始動判断処理ルーチンを前回行なったときのステップＳ１００における判断結果を参照し、前回のステップＳ１００における判断結果が「否」であったか否かを判断する（ステップＳ１２０）。なお、燃料電池システム１０に停止信号Stopが入力されて停止後再始動判断処理ルーチンが実行されるときには、ステップＳ１００における前回の判断結果の初期値は、「可」となっている。
【００４８】
前回のステップＳ１００における判断結果が「否」であった場合には（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）、統合制御部は、前回のステップＳ１００において始動可否判定を「否」としてから、予め設定した「通信遅れ時間」を経過したか否かを判断する（ステップＳ１３０）。統合制御部が第１制御部３１０および第２制御部３２０に対して始動可否信号を送信する場合には、既述したように通信遅れが生じる。上記「通信遅れ時間」は、統合制御部が新たに始動可否信号を送信した場合に、第１制御部３１０と第２制御部３２０の双方が始動可否信号を受信して同じ始動可否状態になるまでに要する時間として、予め設定され、統合制御部内のメモリに記憶されている。
【００４９】
ステップＳ１３０において「通信遅れ時間」が経過していないと判断した場合には（ステップＳ１３０：ＮＯ）、統括制御部は、燃料電池システム１０が、スタートスイッチ３００から始動信号を入力されたか否かを判断する（ステップＳ１４０）。始動信号を受信していない場合には（ステップＳ１４０：ＮＯ）、統合制御部は、ステップＳ１３０に戻り、「通信遅れ時間」が経過するまで、ステップＳ１４０の判断を繰り返す。
【００５０】
ステップＳ１４０において始動信号を受信したと判断した場合には（ステップＳ１４０：ＹＥＳ）、統合制御部は、始動した燃料電池ユニットを強制停止させ（ステップＳ１５０）、さらに、報知部３５０に対して駆動信号を出力して、「始動不可」であることを報知部３５０に報知させて（ステップＳ１６０）、本ルーチンを終了する。
【００５１】
ステップＳ１４０において始動信号を受信する場合とは、統合制御部における始動可否判定が「否」から「可」に変更されて、一方の燃料電池ユニットの制御部では始動可否状態「可」となっているものの、他方の燃料電池ユニットの制御部では始動可否状態の「否」が維持されているときに、始動信号を受信する場合を指す。図４では、例えば、始動信号St4、あるいは始動信号St7として示したタイミングで始動信号が入力された場合に該当する。このような場合には、始動可否状態「可」である第１制御部３１０では始動要求が「ＯＮ」となって、始動のための処理が開始される。これに対して、始動可否状態「否」である第２制御部３２０では、始動要求「ＯＦＦ」が維持されているため、始動のための処理は開始されない。統合制御部における始動可否判定は「可」であるが、上記のように第２制御部３２０が通信遅れのために始動可否状態「可」となっておらず、一方の第１燃料電池ユニット１００のみが始動される状態となる。一方の燃料電池ユニットのみが始動される場合には、双方の燃料電池ユニットの各々が備える燃料電池に対する水素の供給を同期して行なうことができず、始動された燃料電池ユニット１００が備える燃料電池に対する水素の供給を適切に行なうことができなくなる。その結果、始動された燃料電池ユニットの燃料電池において水素が不足し、当該燃料電池の劣化や損傷が引き起こされる可能性がある。そのため、本実施形態では、一方の燃料電池ユニットのみが始動された場合には、一旦始動を開始した第１燃料電池ユニット１００を強制的に停止させ、一方の燃料電池ユニットのみが始動される不都合を抑えている。
【００５２】
さらに、本実施形態では、ステップＳ１６０において「始動不可」であることを報知部３５０に報知させるため、ユーザは、スタートスイッチ３００に対して始動を指示する操作を行なったにもかかわらず、燃料電池システム１０が始動できない状態であることを知ることができる。なお、本実施形態のステップＳ１５０では、始動された一方の燃料電池ユニット１００を強制停止させると共に、燃料電池システム１０全体を停止させる処理が実行される。ステップＳ１６０において報知部３５０による報知を行なわせた後、燃料電池システム１０の停止が完了したときには、報知部３５０における「始動不可」を表わす報知を終了することとしてもよい。あるいは、報知部３５０において、始動可能になった旨をさらに報知させることとしてもよい。これにより、ユーザは、再始動可能であることを認識して、スタートスイッチ３００を再度操作することにより、燃料電池システム１０を始動させることができる。
【００５３】
ステップＳ１３０において、「通信遅れ時間」が経過したと判断した場合には（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）、統括制御部において始動可否判定が「否」から「可」に変化した後、第１始動可否状態および第２始動可否状態も「可」になったといえる。この場合には、統括制御部は、燃料電池システム１０が、スタートスイッチ３００から始動信号を入力されたか否かを判断する（ステップＳ１７０）。始動信号を受信した場合には、（ステップＳ１７０：ＹＥＳ）、統合制御部は始動処理を行ない（ステップＳ１８０）、本ルーチンを終了する。このとき、始動信号を受信した第１制御部３１０および第２制御部３２０では、それぞれ、第１燃料電池ユニット１００あるいは第２燃料電池ユニット２００を始動させるための処理が実行される。すなわち、ステップＳ１８０では、始動可否判定が「可」であって、第１制御部３１０および第２制御部３２０における始動可否状態がいずれも「可」であるときに、始動信号が入力されている。そのため、単一の燃料電池ユニットを備えるシステムにおける再始動時と同様に、始動信号入力時の状態に応じた適切な始動の処理が実行される。
【００５４】
ステップＳ１７０において始動信号を受信していないと判断した場合には、（ステップＳ１７０：ＮＯ）、統合制御部は、燃料電池システム１０を停止させるための一連の処理を続行し（ステップＳ１９０）、本ルーチンを終了する。この場合には、統合制御部は、その後、停止後再始動判断処理ルーチンを再び実行する。
【００５５】
ステップＳ１２０において、前回のステップＳ１００における判断結果が「可」であったと判断する場合には（ステップＳ１２０：ＮＯ）、燃料電池システム１０において再始動可能な状態が継続していることになる。この場合には、統合制御部は、ステップＳ１７０に移行し、ステップＳ１７０以降の既述した処理を実行する。
【００５６】
ステップＳ１００において、第１燃料電池ユニット１００と第２燃料電池ユニット２００との間でＦＣ状態同士およびＨＶ状態同士が一致しないと判断する場合には（ステップＳ１００：ＮＯ）、統括制御部は、第１制御部３１０および第２制御部３２０に対して、始動可否信号「否」を送信する（ステップＳ２００）。そして、統合制御部は、前回のステップＳ１００における判断結果が「可」であったか否かを判断する（ステップＳ２１０）。
【００５７】
前回のステップＳ１００における判断結果が「可」であった場合には（ステップＳ２１０：ＹＥＳ）、統合制御部は、前回のステップＳ１００において始動可否判定を「否」としてから、予め設定した「通信遅れ時間」を経過したか否かを判断する（ステップＳ２２０）。ステップＳ２２０で用いる「通信遅れ時間」は、ステップＳ１３０で説明した「通信遅れ時間」と同様にして、予め定めて記憶されている。
【００５８】
ステップＳ２２０において、「通信遅れ時間」が経過したと判断した場合には（ステップＳ２２０：ＹＥＳ）、統括制御部において始動可否判定が「可」から「否」に変化した後、第１始動可否状態および第２始動可否状態も「否」になったといえる。この場合には、統括制御部は、燃料電池システム１０が、スタートスイッチ３００から始動信号を入力されたか否かを判断する（ステップＳ２３０）。始動信号を受信した場合には、（ステップＳ２３０：ＹＥＳ）、統合制御部は、報知部３５０に対して駆動信号を出力して、「始動不可」であることを報知部３５０に報知させて（ステップＳ２４０）、本ルーチンを終了する。この場合には、統合制御部は、停止後再始動判断処理ルーチンを再び実行する。
【００５９】
ステップＳ２３０において始動信号を受信する場合とは、統合制御部における始動可否判定が「可」から「否」に変更されて、第１制御部３１０および第２制御部３２０における始動可否状態がいずれも「否」になっているときに、始動信号を受信する場合を指す。図４では、例えば、始動信号St3、あるいは始動信号St6として示したタイミングで始動信号が入力された場合に該当する。このような場合には、第１制御部３１０および第２制御部３２０の双方において、入力された始動信号が受け付け拒否される。
【００６０】
そのため、始動信号St3のタイミングで始動信号が入力されたときには、第１燃料電池ユニット１００で実行されるＦＣ状態の「暖機運転」と、第２燃料電池ユニット２００で実行されるＦＣ状態の「停止処理」とが継続される。その結果、第１燃料電池ユニット１００における暖機運転の終了後、第１燃料電池ユニット１００と第２燃料電池ユニット２００との間で、ＦＣ状態とＨＶ状態とが一致して、始動可能になる。
【００６１】
また、始動信号St6のタイミングで始動信号が入力されたときには、第１燃料電池ユニット１００におけるＨＶ状態の「ＦＣ停止待ち」と、第２燃料電池ユニット２００におけるＨＶ状態の「停止処理」とが継続される。その結果、第１燃料電池ユニット１００における「ＦＣ停止待ち」の終了後、第１燃料電池ユニット１００と第２燃料電池ユニット２００との間で、ＦＣ状態とＨＶ状態とが一致して、始動可能になる。
【００６２】
上記のように、ステップＳ２４０における報知の後に、第１燃料電池ユニット１００と第２燃料電池ユニット２００との間で、ＦＣ状態とＨＶ状態とが一致したときには、報知部３５０における「始動不可」を表わす報知を終了することとしてもよい。あるいは、報知部３５０において、始動可能になった旨をさらに報知させることとしてもよい。
【００６３】
ステップＳ２３０において始動信号を受信していないと判断した場合には、（ステップＳ２３０：ＮＯ）、統合制御部は、燃料電池システム１０を停止させるための一連の処理を続行し（ステップＳ２５０）、本ルーチンを終了する。この場合には、統合制御部は、その後、停止後再始動判断処理ルーチンを再び実行する。
【００６４】
ステップＳ２１０において、前回のステップＳ１００における判断結果が「否」であったと判断する場合には（ステップＳ２１０：ＮＯ）、燃料電池システム１０において再始動不可である状態が継続していることになる。この場合には、統合制御部は、ステップＳ２３０に移行し、ステップＳ２３０以降の既述した処理を実行する。
【００６５】
ステップＳ２２０において、「通信遅れ時間」が経過していないと判断した場合には（ステップＳ２２０：ＮＯ）、統括制御部は、燃料電池システム１０が、スタートスイッチ３００から始動信号を入力されたか否かを判断する（ステップＳ２６０）。始動信号を受信していない場合には（ステップＳ２６０：ＮＯ）、統合制御部は、ステップＳ２２０に戻り、「通信遅れ時間」が経過するまで、ステップＳ２６０の判断を繰り返す。
【００６６】
ステップＳ２６０において始動信号を受信したと判断した場合には（ステップＳ２６０：ＹＥＳ）、統合制御部は、始動した燃料電池ユニットを強制停止させ（ステップＳ２７０）、さらに、報知部３５０に対して駆動信号を出力して、「始動不可」であることを報知部３５０に報知させて（ステップＳ２８０）、本ルーチンを終了する。ステップＳ２７０およびステップＳ２８０は、既述したステップＳ１５０およびステップＳ１６０と同様の処理であり、これにより、燃料電池システム１０は停止される。
【００６７】
ステップＳ２６０において始動信号を受信する場合とは、統合制御部における始動可否判定が「可」から「否」に変更されて、一方の燃料電池ユニットの制御部では始動可否状態「否」となっているものの、他方の燃料電池ユニットの制御部では、始動可否状態「可」が維持されているときに、始動信号を受信する場合を指す。図４では、例えば、始動信号St2、あるいは始動信号St5として示したタイミングで始動信号が入力された場合に該当する。このような場合には、始動可否状態「可」である第２制御部３２０では始動要求が「ＯＮ」となって、始動のための処理が開始される。これに対して、始動可否状態「否」である第１制御部３１０では始動要求「ＯＦＦ」が維持されているため、始動のための処理は開始されない。統合制御部における始動可否判定は「否」であるが、上記のように第２制御部３２０が通信遅れのために始動可否状態「否」となっておらず、一方の第２燃料電池ユニット２００のみが始動される状態となる。本実施形態では、一方の燃料電池ユニットのみが始動された場合には、一旦始動を開始した第２燃料電池ユニット２００を強制的に停止させ、一方の燃料電池ユニットのみが始動される不都合を抑えている。
【００６８】
以上のように構成された本実施形態の燃料電池システム１０によれば、複数の燃料電池ユニットを備える燃料電池システム１０において、各々の燃料電池ユニット間で停止処理のタイミングがずれた状態でさらに始動の指示が入力される場合であっても、燃料電池１２０へのガス供給等に支障が生じることに起因して、燃料電池１２０の劣化等の不具合が生じることを抑えることができる。
【００６９】
すなわち、本実施形態では、複数の燃料電池ユニットのうちの一部の燃料電池ユニットが燃料電池ユニットを停止させるための停止処理を実行しているときに、燃料電池システム１０の始動を指示する始動信号が入力された場合には、始動信号を拒否して、始動信号にかかわらず上記停止処理を継続させて、燃料電池システム１０の再始動を可能にする。
【００７０】
具体的には、既述したように、始動信号St2あるいは始動信号St3のタイミングで始動信号が入力されたときには、一部の燃料電池ユニットである第２燃料電池ユニット２００においてＦＣ状態が「停止処理」となっており、他の燃料電池ユニットである第１燃料電池ユニット１００においてＦＣ状態が「暖機運転」となっている。ＦＣ状態の「暖機運転」は、燃料電池１２０が発電している状態であるため、他の燃料電池ユニットのＦＣ状態との同期を待つことなく直ちに再始動が可能な状態であるが、ＦＣ状態の「停止処理」は、始動のためには他の燃料電池ユニットと同期して「停止処理」を終了する必要がある。そのため、始動信号St2あるいは始動信号St3のタイミングで始動信号が入力されると、ＦＣ状態が「停止処理」である第２燃料電池ユニット２００は、始動のために「停止処理」を終了しようとするが、「停止処理」の終了を同期することができないため、ＦＣ状態が「停止処理」で滞留することになる。その結果、例えば始動可能な第１燃料電池ユニット１００において、燃料電池１２０への水素供給が適切に行なわれなくなり、燃料電池１２０の劣化等が引き起こされ得る。本実施形態では、始動信号にかかわらず第２燃料電池ユニット２００におけるＦＣ状態の「停止処理」を継続させて、燃料電池システム１０を再始動可能にすることにより、このような不都合を抑えることができる。
【００７１】
また、既述したように、始動信号St5あるいは始動信号St6のタイミングで始動信号が入力されたときには、一部の燃料電池ユニットである第２燃料電池ユニット２００においてＨＶ状態が「停止処理」となっており、他の燃料電池ユニットである第１燃料電池ユニット１００においてＨＶ状態が「ＦＣ停止待ち」となっている。ＨＶ状態の「ＦＣ停止待ち」は、直ちに再始動が可能な状態であるが、ＨＶ状態の「停止処理」は、始動のためには他の燃料電池ユニットと同期して「停止処理」を終了する必要がある。そのため、始動信号St5あるいは始動信号St6のタイミングで始動信号が入力されると、ＨＶ状態が「停止処理」である第２燃料電池ユニット２００は、始動のために「停止処理」を終了しようとするが、「停止処理」の終了を同期することができないため、ＨＶ状態が「停止処理」で滞留することになる。その結果、例えば始動可能な第１燃料電池ユニット１００において、燃料電池１２０への水素供給が適切に行なわれなくなり、燃料電池１２０の劣化等が引き起こされ得る。本実施形態では、始動信号にかかわらず第２燃料電池ユニット２００におけるＨＶ状態の「停止処理」を継続させて、燃料電池システム１０を再始動可能にすることにより、このような不都合を抑えることができる。
【００７２】
本実施形態では、さらに、燃料電池システム１０に対して始動信号が入力された結果、複数の燃料電池ユニットのうちの一部の燃料電池ユニットが始動処理を開始する場合には、始動処理を開始した燃料電池ユニットを停止させている。具体的には、既述したように、始動信号St4および始動信号St7のタイミングで始動信号が入力されたときには、統括制御部における始動可否判定が「可」であるにもかかわらず、通信遅れにより、第２制御部３２０における始動可否状態が「否」となる。その結果、上記始動信号が入力されても、第２制御部３２０は始動要求を「ＯＮ」にすることができず、第１燃料電池ユニット１００のみが始動する。この場合にも、一方の燃料電池ユニットのみが始動可能となることで、第１燃料電池ユニット１００において水素供給が適切に行なわれない等の同様の不都合を生じ得る。本実施形態では、始動信号の入力時に、一部の燃料電池ユニットのみが始動される（始動要求がＯＮになる）場合には、始動された燃料電池ユニットを停止させるため、このような不都合を抑えることができる。
【００７３】
Ｅ．他の実施形態：
上記した実施形態では、燃料電池システム１０は２つの燃料電池ユニットを備えることとしたが、異なる構成としてもよい。例えば、３つ以上の燃料電池システムを備えることとしてもよい。このような場合であっても、複数の燃料電池ユニットのうちの一部の燃料電池ユニットが燃料電池ユニットを停止させるための停止処理を実行しているときに、始動信号が入力された場合に、始動信号にかかわらず停止処理を継続させて、燃料電池システムを再始動可能にするならば、実施形態と同様の効果が得られる。
【００７４】
上記した実施形態では、スタートスイッチ３００は、信号線３４０によって、第１制御部３１０および第２制御部３２０の双方と接続されることとしたが、異なる構成としてもよい。例えば、スタートスイッチ３００は、一方の燃料電池ユニットが備える制御部、例えば、統括制御部である第１制御部３１０に対してのみ直接接続されることとしてもよい。この場合には、他の燃料電池ユニットが備える制御部は、統括制御部を介して始動信号および停止信号を受信すればよい。
【００７５】
上記した実施形態では、第１制御部３１０および第２制御部３２０の各々は、ＦＣ−ＥＣＵとＨＶ−ＥＣＵとを備えることとしたが、異なる構成としてもよい。例えば、単一のＨＶ−ＥＣＵを、複数の燃料電池ユニットで共有することとしてもよい。少なくとも、燃料電池と、燃料電池を制御する制御部（ＦＣ−ＥＣＵ）を備える燃料電池ユニットを複数備える燃料電池システムであれば、複数の燃料電池ユニット間で同期して発電制御を行なう際に同様の問題が生じる可能性があり、実施形態で説明した構成を適用することにより、同様の効果が得られる。
【００７６】
燃料電池システム１０は、車両の駆動用電源として用いる他、車両以外の移動体の駆動用電源として用いてもよい。あるいは、燃料電池システム１０は、定置型の発電装置としてもよい。
【００７７】
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１０…燃料電池システム
５０…燃料電池車両
１００…第１燃料電池ユニット
１１０…モータ
１１５…水素タンク
１２０…燃料電池
１３０…第１コンバータ
１４０…第２コンバータ
１５０…二次電池
１６０…インバータ
２００…第２燃料電池ユニット
３００…スタートスイッチ
３１０…第１制御部
３１２…第１ＦＣ−ＥＣＵ
３１４…第１ＨＶ−ＥＣＵ
３１６，３２６，３３０，３４０…信号線
３２０…第２制御部
３２２…第２ＦＣ−ＥＣＵ
３２４…第２ＨＶ−ＥＣＵ
３５０…報知部
【図１】
2019153519.tif 000003
【図２】
2019153519.tif 000004
【図３】
2019153519.tif 000005
【図４】
2019153519.tif 000006
【図５】
2019153519.tif 000007