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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022156671
(43)【公開日】2022-10-14
(54)【発明の名称】燃料電池システム
(51)【国際特許分類】
H01M 8/04044 20160101AFI20221006BHJP
H01M 8/249 20160101ALI20221006BHJP
H01M 8/0432 20160101ALI20221006BHJP
H01M 8/04313 20160101ALI20221006BHJP
H01M 8/0444 20160101ALI20221006BHJP
H01M 8/04 20160101ALI20221006BHJP
H01M 8/04746 20160101ALI20221006BHJP
H01M 8/04007 20160101ALI20221006BHJP
H01M 8/10 20160101ALN20221006BHJP
【ＦＩ】
H01M8/04044
H01M8/249
H01M8/0432
H01M8/04313
H01M8/0444
H01M8/04 J
H01M8/04746
H01M8/04007
H01M8/10 101
【審査請求】有
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021060478
(22)【出願日】2021-03-31
(71)【出願人】
【識別番号】000005326
【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100165179
【弁理士】
【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡
(74)【代理人】
【識別番号】100126664
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 慎吾
(74)【代理人】
【識別番号】100154852
【弁理士】
【氏名又は名称】酒井 太一
(74)【代理人】
【識別番号】100194087
【弁理士】
【氏名又は名称】渡辺 伸一
(72)【発明者】
【氏名】山野 尚紀
(72)【発明者】
【氏名】田村 卓也
【テーマコード（参考）】
5H126
5H127
【Ｆターム（参考）】
5H126BB06
5H127AA06
5H127AB04
5H127AB14
5H127AB29
5H127AC03
5H127AC14
5H127BA21
5H127BB02
5H127BB12
5H127BB37
5H127CC01
5H127DB42
5H127DB72
5H127DB73
5H127DB74
5H127DB93
5H127DC76
5H127DC80
(57)【要約】 （修正有）
【課題】イオン交換器の交換タイミングを精度よく判断することができる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池システム１０は、第１イオン交換器１３と、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２と、第１温度取得部１４および第２温度取得部１５と、第１発電時間取得部１６および第２発電時間取得部１７と、供給路２１と、冷媒の温度および発電時間の少なくとも一方に基づいて冷媒のイオン濃度を推定するイオン濃度推定部１８と、イオン濃度推定部１８により推定されたイオン濃度に基づいて第１イオン交換器１３の交換タイミングを判断する判断部１９と、制御部３０と、を備え、第１冷媒流路２７と第２冷媒流路とが直列または並列に設けられる。
【選択図】図１
【解決手段】燃料電池システム１０は、第１イオン交換器１３と、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２と、第１温度取得部１４および第２温度取得部１５と、第１発電時間取得部１６および第２発電時間取得部１７と、供給路２１と、冷媒の温度および発電時間の少なくとも一方に基づいて冷媒のイオン濃度を推定するイオン濃度推定部１８と、イオン濃度推定部１８により推定されたイオン濃度に基づいて第１イオン交換器１３の交換タイミングを判断する判断部１９と、制御部３０と、を備え、第１冷媒流路２７と第２冷媒流路とが直列または並列に設けられる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の燃料電池スタックと、
冷媒中のイオン濃度を低下させる第１イオン交換器と、
前記複数の燃料電池スタックのそれぞれへ冷媒を供給する複数の冷媒流路の前記複数の燃料電池スタックの下流側で、前記複数の冷媒流路の前記冷媒の温度を取得する温度取得部と、
前記複数の燃料電池スタックの発電時間を取得する発電時間取得部と、
前記複数の燃料電池スタックから排出された前記冷媒を前記第１イオン交換器へ供給する供給路と、
前記温度取得部により取得された前記冷媒の温度および前記発電時間取得部により取得された前記複数の燃料電池スタックの発電時間の少なくとも一方に基づいて前記冷媒のイオン濃度を推定するイオン濃度推定部と、
前記イオン濃度推定部により推定された前記イオン濃度に基づいて前記第１イオン交換器の交換タイミングを判断する判断部と、
前記複数の燃料電池スタック、前記温度取得部、前記発電時間取得部、前記イオン濃度推定部および前記判断部を制御する制御部と、を備え、
前記複数の冷媒流路が直列または並列に設けられる、燃料電池システム。
冷媒中のイオン濃度を低下させる第１イオン交換器と、
前記複数の燃料電池スタックのそれぞれへ冷媒を供給する複数の冷媒流路の前記複数の燃料電池スタックの下流側で、前記複数の冷媒流路の前記冷媒の温度を取得する温度取得部と、
前記複数の燃料電池スタックの発電時間を取得する発電時間取得部と、
前記複数の燃料電池スタックから排出された前記冷媒を前記第１イオン交換器へ供給する供給路と、
前記温度取得部により取得された前記冷媒の温度および前記発電時間取得部により取得された前記複数の燃料電池スタックの発電時間の少なくとも一方に基づいて前記冷媒のイオン濃度を推定するイオン濃度推定部と、
前記イオン濃度推定部により推定された前記イオン濃度に基づいて前記第１イオン交換器の交換タイミングを判断する判断部と、
前記複数の燃料電池スタック、前記温度取得部、前記発電時間取得部、前記イオン濃度推定部および前記判断部を制御する制御部と、を備え、
前記複数の冷媒流路が直列または並列に設けられる、燃料電池システム。
【請求項2】
前記イオン濃度推定部は、前記温度取得部により取得された前記燃料電池スタックの前記冷媒の温度が高くなるほど前記冷媒からのイオン溶出量が多いと推定し、
前記判断部は、前記温度取得部により取得された前記冷媒の温度から推定される前記イオン濃度の積算値に応じて前記第１イオン交換器の交換タイミングを判断する、請求項１に記載の燃料電池システム。
前記判断部は、前記温度取得部により取得された前記冷媒の温度から推定される前記イオン濃度の積算値に応じて前記第１イオン交換器の交換タイミングを判断する、請求項１に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の要求出力に応じて、前記冷媒を供給する圧送部と、
前記複数の燃料電池スタックの停止時間を取得する停止時間取得部と、
前記燃料電池スタックの停止中の外気温度情報を取得する外気温度情報取得部と、を備え、
前記制御部は、前記停止時間および前記外気温度情報の少なくとも一方に基づいて、前記複数の燃料電池スタックの起動時に前記圧送部にて圧送する前記冷媒の起動時吐出量を決定するとともに、前記圧送部は前記複数の燃料電池スタックの起動時は前記要求出力に応じた圧送制御に優先して、前記起動時吐出量に基づく制御を行う、請求項１または２に記載の燃料電池システム。
前記複数の燃料電池スタックの停止時間を取得する停止時間取得部と、
前記燃料電池スタックの停止中の外気温度情報を取得する外気温度情報取得部と、を備え、
前記制御部は、前記停止時間および前記外気温度情報の少なくとも一方に基づいて、前記複数の燃料電池スタックの起動時に前記圧送部にて圧送する前記冷媒の起動時吐出量を決定するとともに、前記圧送部は前記複数の燃料電池スタックの起動時は前記要求出力に応じた圧送制御に優先して、前記起動時吐出量に基づく制御を行う、請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項4】
前記複数の燃料電池スタックが並列に設けられ、
前記供給路で前記冷媒を選択的に分岐させ、前記複数の燃料電池スタックの上流側の前記冷媒流路に戻す分岐流路と、
前記分岐流路に設けられた第２イオン交換器と、を備え、
前記制御部は、前記複数の燃料電池スタックの起動時に、少なくとも前記停止時間に基づいて、前記冷媒を前記分岐流路に流通させる流通時間を制御する、請求項３に記載の燃料電池システム。
前記供給路で前記冷媒を選択的に分岐させ、前記複数の燃料電池スタックの上流側の前記冷媒流路に戻す分岐流路と、
前記分岐流路に設けられた第２イオン交換器と、を備え、
前記制御部は、前記複数の燃料電池スタックの起動時に、少なくとも前記停止時間に基づいて、前記冷媒を前記分岐流路に流通させる流通時間を制御する、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項5】
前記複数の燃料電池スタックが並列に設けられ、
前記供給路で前記冷媒を選択的に分岐させ、前記複数の燃料電池スタックの上流側の前記冷媒流路に戻す分岐流路と、
前記分岐流路に設けられた第２イオン交換器と、を備え、
前記制御部は、前記複数の燃料電池スタックの停止時に、少なくとも前記発電時間に基づいて、前記冷媒を前記分岐流路に流通させる流通時間を制御する、請求項３に記載の燃料電池システム。
前記供給路で前記冷媒を選択的に分岐させ、前記複数の燃料電池スタックの上流側の前記冷媒流路に戻す分岐流路と、
前記分岐流路に設けられた第２イオン交換器と、を備え、
前記制御部は、前記複数の燃料電池スタックの停止時に、少なくとも前記発電時間に基づいて、前記冷媒を前記分岐流路に流通させる流通時間を制御する、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項6】
前記複数の燃料電池スタックは、第１燃料電池スタックと、第２燃料電池スタックと、を有し、
前記制御部は、前記発電時間取得部により取得される起動時の前記第１燃料電池スタックの発電時間と、前記発電時間取得部により取得される起動時の前記第２燃料電池スタックの発電時間とに所定以上の差がある場合に、前記第１燃料電池スタックと前記第２燃料電池スタックとの間で前記冷媒を循環させる、請求項４に記載の燃料電池システム。
前記制御部は、前記発電時間取得部により取得される起動時の前記第１燃料電池スタックの発電時間と、前記発電時間取得部により取得される起動時の前記第２燃料電池スタックの発電時間とに所定以上の差がある場合に、前記第１燃料電池スタックと前記第２燃料電池スタックとの間で前記冷媒を循環させる、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項7】
前記複数の燃料電池スタックは、第１燃料電池スタックと、第２燃料電池スタックと、を有し、
前記制御部は、前記停止時間取得部により取得される前記第１燃料電池スタックの停止時間と、前記停止時間取得部により取得される取得される前記第２燃料電池スタックの停止時間とに所定以上の差がある場合に、前記第１燃料電池スタックと前記第２燃料電池スタックとの間で前記冷媒を循環させる、請求項５に記載の燃料電池システム。
前記制御部は、前記停止時間取得部により取得される前記第１燃料電池スタックの停止時間と、前記停止時間取得部により取得される取得される前記第２燃料電池スタックの停止時間とに所定以上の差がある場合に、前記第１燃料電池スタックと前記第２燃料電池スタックとの間で前記冷媒を循環させる、請求項５に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】
従来、積層電池には金属セパレータが用いられている。金属セパレータから金属イオンが溶出し、積層電池内に金属イオンが溜まると、積層電池が短絡するという課題がある。このような課題を解決するために、積層電池の冷却水中の金属イオンを除去可能なイオン交換樹脂と、イオン交換樹脂が封入され、イオン交換樹脂に冷却水を通過させる樹脂通水路と、樹脂通水路から分岐してイオン交換樹脂をバイパスするバイパス通路と、冷却水の導電状態に応じてバイパス通路を閉じる開閉部と、を含む冷却装置が知られている（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】国際公開第２０１４／１７４９８２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
金属イオンを効果的に除去するためには、１つの電池に対して１つのイオン交換器を設ける必要がある。しかしながら、複数のイオン交換器を用いると、イオン交換器毎に交換タイミングが異なるため、全てのイオン交換器の交換タイミングを精度よく判断することが難しい。
【0005】
本発明は、イオン交換器の交換タイミングを精度よく判断することができる燃料電池システムの提供を目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る燃料電池システムは、複数の燃料電池スタック（例えば、実施形態での第１燃料電池スタック１１、第２燃料電池スタック１２）と、冷媒中のイオン濃度を低下させる第１イオン交換器（例えば、実施形態での第１イオン交換器１３）と、前記複数の燃料電池スタックのそれぞれへ冷媒を供給する複数の冷媒流路（例えば、実施形態での第１冷媒流路２７、第２冷媒流路２８）の前記複数の燃料電池スタックの下流側で、前記複数の冷媒流路の前記冷媒の温度を取得する温度取得部（例えば、実施形態での第１温度取得部１４、第２温度取得部１５）と、前記複数の燃料電池スタックの発電時間を取得する発電時間取得部（例えば、実施形態での第１発電時間取得部１６、第２発電時間取得部１７）と、前記複数の燃料電池スタックから排出された前記冷媒を前記第１イオン交換器へ供給する供給路（例えば、実施形態での供給路２１）と、前記温度取得部により取得された前記冷媒の温度および前記発電時間取得部により取得された前記複数の燃料電池スタックの発電時間の少なくとも一方に基づいて前記冷媒のイオン濃度を推定するイオン濃度推定部（例えば、実施形態でのイオン濃度推定部１８）と、前記イオン濃度推定部により推定された前記イオン濃度に基づいて前記第１イオン交換器の交換タイミングを判断する判断部（例えば、実施形態での判断部１９）と、前記複数の燃料電池スタック、前記温度取得部、前記発電時間取得部、前記イオン濃度推定部および前記判断部を制御する制御部（例えば、実施形態での制御装置３０）と、を備え、前記複数の冷媒流路が直列または並列に設けられる、燃料電池システム。
（１）本発明の一態様に係る燃料電池システムは、複数の燃料電池スタック（例えば、実施形態での第１燃料電池スタック１１、第２燃料電池スタック１２）と、冷媒中のイオン濃度を低下させる第１イオン交換器（例えば、実施形態での第１イオン交換器１３）と、前記複数の燃料電池スタックのそれぞれへ冷媒を供給する複数の冷媒流路（例えば、実施形態での第１冷媒流路２７、第２冷媒流路２８）の前記複数の燃料電池スタックの下流側で、前記複数の冷媒流路の前記冷媒の温度を取得する温度取得部（例えば、実施形態での第１温度取得部１４、第２温度取得部１５）と、前記複数の燃料電池スタックの発電時間を取得する発電時間取得部（例えば、実施形態での第１発電時間取得部１６、第２発電時間取得部１７）と、前記複数の燃料電池スタックから排出された前記冷媒を前記第１イオン交換器へ供給する供給路（例えば、実施形態での供給路２１）と、前記温度取得部により取得された前記冷媒の温度および前記発電時間取得部により取得された前記複数の燃料電池スタックの発電時間の少なくとも一方に基づいて前記冷媒のイオン濃度を推定するイオン濃度推定部（例えば、実施形態でのイオン濃度推定部１８）と、前記イオン濃度推定部により推定された前記イオン濃度に基づいて前記第１イオン交換器の交換タイミングを判断する判断部（例えば、実施形態での判断部１９）と、前記複数の燃料電池スタック、前記温度取得部、前記発電時間取得部、前記イオン濃度推定部および前記判断部を制御する制御部（例えば、実施形態での制御装置３０）と、を備え、前記複数の冷媒流路が直列または並列に設けられる、燃料電池システム。
【0007】
（２）上記（１）に記載の燃料電池システムは、前記イオン濃度推定部が、前記温度取得部により取得された前記燃料電池スタックの前記冷媒の温度が高くなるほど前記冷媒からのイオン溶出量が多いと推定し、前記判断部は、前記温度取得部により取得された前記冷媒の温度から推定される前記イオン濃度の積算値に応じて前記第１イオン交換器の交換タイミングを判断してもよい。
【0008】
（３）上記（１）または（２）に記載の燃料電池システムは、前記複数の燃料電池スタックの要求出力に応じて、前記冷媒を供給する圧送部（例えば、実施形態での第２圧送部２０３）と、前記複数の燃料電池スタックの停止時間を取得する停止時間取得部（例えば、実施形態での第１停止時間取得部２４、第２停止時間取得部２５）と、前記燃料電池スタックの停止中の外気温度情報を取得する外気温度情報取得部（例えば、実施形態での外気温度情報取得部２６）と、を備え、前記制御部は、前記停止時間および前記外気温度情報の少なくとも一方に基づいて、前記複数の燃料電池スタックの起動時に前記圧送部にて圧送する前記冷媒の起動時吐出量を決定するとともに、前記圧送部は前記複数の燃料電池スタックの起動時は前記要求出力に応じた圧送制御に優先して、前記起動時吐出量に基づく制御を行ってもよい。
【0009】
（４）上記（３）に記載の燃料電池システムは、前記複数の燃料電池スタックが並列に設けられ、前記供給路で前記冷媒を選択的に分岐させ、前記複数の燃料電池スタックの上流側の前記冷媒流路に戻す分岐流路（例えば、実施形態での分岐流路２０２）と、前記分岐流路に設けられた第２イオン交換器（例えば、実施形態での第２イオン交換器２０１）と、を備え、前記制御部は、前記複数の燃料電池スタックの起動時に、少なくとも前記停止時間に基づいて、前記冷媒を前記分岐流路に流通させる流通時間を制御してもよい。
【0010】
（５）上記（３）に記載の燃料電池システムは、前記複数の燃料電池スタックが並列に設けられ、前記供給路で前記冷媒を選択的に分岐させ、前記複数の燃料電池スタックの上流側の前記冷媒流路に戻す分岐流路（例えば、実施形態での分岐流路２０２）と、前記分岐流路に設けられた第２イオン交換器（例えば、実施形態での第２イオン交換器２０１）と、を備え、前記制御部は、前記複数の燃料電池スタックの停止時に、少なくとも前記発電時間に基づいて、前記冷媒を前記分岐流路に流通させる流通時間を制御してもよい。
【0011】
（６）上記（４）に記載の燃料電池システムは、前記複数の燃料電池スタックが、第１燃料電池スタックと、第２燃料電池スタックと、を有し、前記制御部は、前記発電時間取得部により取得される起動時の前記第１燃料電池スタックの発電時間と、前記発電時間取得部により取得される起動時の前記第２燃料電池スタックの発電時間とに所定以上の差がある場合に、前記第１燃料電池スタックと前記第２燃料電池スタックとの間で前記冷媒を循環させてもよい。
【0012】
（７）上記（５）に記載の燃料電池システムは、前記複数の燃料電池スタックが、第１燃料電池スタックと、第２燃料電池スタックと、を有し、前記制御部は、前記停止時間取得部により取得される前記第１燃料電池スタックの停止時間と、前記停止時間取得部により取得される前記第２燃料電池スタックの停止時間とに所定以上の差がある場合に、前記第１燃料電池スタックと前記第２燃料電池スタックとの間で前記冷媒を循環させてもよい。
【発明の効果】
【0013】
上記（１）によれば、イオン濃度推定部により、温度取得部により取得された冷媒の温度および発電時間取得部により取得された複数の燃料電池スタックの発電時間の少なくとも一方に基づいて冷媒のイオン濃度を推定し、判断部により、イオン濃度推定部により推定されたイオン濃度に基づいて第１イオン交換器の交換タイミングを判断することによって、イオン交換器の交換タイミングを精度よく判断することができる。
【0014】
上記（２）の場合、イオン濃度推定部により、温度取得部により取得された冷媒の温度が高くなるほど冷媒からのイオン溶出量が多いと推定し、判断部により、温度取得部により取得された冷媒の温度から推定されるイオン濃度の積算値に応じて第１イオン交換器の交換タイミングを判断する。これにより、イオン交換器の交換タイミングを精度よく判断することができる。
【0015】
上記（３）の場合、停止時間および外気温度情報の少なくとも一方に基づいて、複数の燃料電池スタックの起動時に圧送部にて圧送する冷媒の起動時吐出量を決定するとともに、圧送部は複数の燃料電池スタックの起動時は前記要求出力に応じた圧送制御に優先して、起動時吐出量に基づく制御を行うことにより、複数の燃料電池スタックにおいて、冷媒に含まれるイオンの濃度のばらつきを低減することができる。これにより、イオン交換器の交換タイミングを精度よく判断することができる。
【0016】
上記（４）の場合、燃料電池スタックの起動時に、少なくとも停止時間に基づいて、冷媒を分岐流路に流通させる流通時間を制御することにより、イオン交換器の交換タイミングを精度よく判断することができる。
【0017】
上記（５）の場合、燃料電池スタックの停止時に、少なくとも発電時間に基づいて、冷媒を前記分岐流路に流通させる流通時間を制御することにより、イオン交換器の交換タイミングを精度よく判断することができる。
【0018】
上記（６）の場合、発電時間取得部により取得される起動時の第１燃料電池スタックの発電時間と、発電時間取得部により取得される起動時の第２燃料電池スタックの発電時間とに所定以上の差がある場合に、第１燃料電池スタックと第２燃料電池スタックとの間で冷媒を循環させることにより、第１燃料電池スタックと第２燃料電池スタックにおいて、冷媒に含まれるイオンの濃度のばらつきを低減することができる。これにより、イオン交換器の交換タイミングを精度よく判断することができる。
【0019】
上記（７）の場合、停止時間取得部により取得される第１燃料電池スタックの停止時間と、停止時間取得部により取得される第２燃料電池スタックの停止時間とに所定以上の差がある場合に、第１燃料電池スタックと第２燃料電池スタックとの間で前記冷媒を循環させることにより、第１燃料電池スタックと第２燃料電池スタックにおいて、冷媒に含まれるイオンの濃度のばらつきを低減することができる。これにより、イオン交換器の交換タイミングを精度よく判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の実施形態での燃料電池システムを示模式図である。
【図2】本発明の実施形態での燃料電池システムの運転方法を示すシステムフローの一例である。
【図3】本発明の実施形態での燃料電池システムの運転方法を示すシステムフローの一例である。
【図4】本発明の実施形態での燃料電池システムを示模式図である。
【図5】本発明の実施形態での燃料電池システムの運転方法を示すシステムフローの一例である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0022】
図１は、実施形態での燃料電池システム１０を示模式図である。燃料電池システム１０は、例えば、車両に搭載することができる。車両は、燃料電池システム１０の他に、例えば、蓄電装置、モーター、ラジエータ、冷媒タンク等の装置を備えてもよい。車両は、燃料電池システム１０と、その他の装置を制御する制御装置１００を備えてもよい。車両の制御装置１００は、燃料電池システム１０の制御部（制御装置（ＦＣ制御装置））３０と相互に信号を送受信するものでもよい。
【0023】
燃料電池システム１０は、第１燃料電池（ＦＣ）スタック１１と、第２燃料電池（ＦＣ）スタック１２と、第１イオン交換器１３と、第１温度取得部１４と、第２温度取得部１５と、第１発電時間取得部１６と、第２発電時間取得部１７と、イオン濃度推定部１８と、判断部１９と、冷媒タンク２０と、供給路２１と、制御部の一例であるＦＣ制御装置３０とを備える。ＦＣ制御装置３０は、燃料電池システム１０の各構成部品に信号線で接続される。燃料電池システム１０は、図示しない図示しない燃料タンクと、エアポンプとを備える。燃料電池システム１０では、第１燃料電池スタック１１と、第２燃料電池スタック１２と、第１イオン交換器１３と、第１温度取得部１４と、第２温度取得部１５と、第１発電時間取得部１６と、第２発電時間取得部１７と、イオン濃度推定部１８と、判断部１９と、供給路２１とを含む冷却系回路を形成している。また、燃料電池システム１０は、第１圧送部２２と、第１バルブ機構２３と、第１停止時間取得部２４と、第２停止時間取得部２５と、外気温度情報取得部２６とを備えてもよい。
【0024】
第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２は、例えば、固体高分子形燃料電池である。固体高分子形燃料電池は、例えば、積層された複数の燃料電池セルと、複数の燃料電池セルの積層体を挟み込む一対のエンドプレートとを備える。燃料電池セルは、電解質電極構造体と、電解質電極構造体を挟み込む一対のセパレータと備える。電解質電極構造体は、固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜を挟み込む燃料極及び酸素極とを備える。固体高分子電解質膜は、陽イオン交換膜等を備える。燃料極（アノード）は、アノード触媒およびガス拡散層等を備える。酸素極（カソード）は、カソード触媒およびガス拡散層等を備える。
第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２には、燃料タンクからアノードに供給される燃料ガスと、エアポンプからカソードに供給される酸素を含む空気等の酸化剤ガスとの触媒反応によって発電する。燃料電池スタックに供給されて使用されなかった余剰のガス成分等は、所定の流路を通して排気される。第１燃料電池スタック１１と第２燃料電池スタック１２は並列に設けられている。燃料電池システム１０が、例えば、車両に搭載される場合、第２燃料電池スタック１２の出力はアクセル操作によって調節する。
第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２には、燃料タンクからアノードに供給される燃料ガスと、エアポンプからカソードに供給される酸素を含む空気等の酸化剤ガスとの触媒反応によって発電する。燃料電池スタックに供給されて使用されなかった余剰のガス成分等は、所定の流路を通して排気される。第１燃料電池スタック１１と第２燃料電池スタック１２は並列に設けられている。燃料電池システム１０が、例えば、車両に搭載される場合、第２燃料電池スタック１２の出力はアクセル操作によって調節する。
【0025】
第１イオン交換器１３は、供給路２１を介して第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２と接続されている。第１イオン交換器１３は、冷媒中の不純物イオンを除去可能なイオン交換樹脂を含む。第１イオン交換器１３は、燃料電池システム１０内を流れる冷媒中の不純物イオンを除去して、冷媒のイオン濃度を低下させる。詳細には、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２から排出され、供給路２１を介して導入された冷媒中の不純物イオンを除去する。
【0026】
第１温度取得部１４および第２温度取得部１５は、温度計等の温度測定器である。第１温度取得部１４は、第１燃料電池スタック１１へ冷媒を供給する第１冷媒流路２７の第１燃料電池スタック１１の下流側に設けられ、その位置で冷媒の温度を取得する。第２温度取得部１５は、第２燃料電池スタック１２へ冷媒を供給する第２冷媒流路２８の第２燃料電池スタック１２の下流側に設けられ、その位置で冷媒の温度を取得する。また、第１冷媒流路２７と第２冷媒流路２８とは並列に設けられる。なお、第１冷媒流路２７と第２冷媒流路２８とは直列に設けられてもよい。
【0027】
第１発電時間取得部１６は、第１燃料電池スタック１１と接続され、第１燃料電池スタック１１の発電時間を取得する。第２発電時間取得部１７は、第２燃料電池スタック１２と接続され、第２燃料電池スタック１２の発電時間を取得する。
イオン濃度推定部１８は、例えば、イオン濃度センサーである。イオン濃度推定部１８は、第１温度取得部１４により取得された冷媒の温度および第２温度取得部１５により取得された冷媒の温度、並びに第１発電時間取得部１６により取得された第１燃料電池スタック１１の発電時間および第２発電時間取得部１７により取得された第２燃料電池スタック１２の発電時間の少なくとも一方に基づいて、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２から排出された冷媒のイオン濃度を推定する。冷媒のイオン濃度は、冷媒の導電率によって推定される。
イオン濃度推定部１８は、例えば、イオン濃度センサーである。イオン濃度推定部１８は、第１温度取得部１４により取得された冷媒の温度および第２温度取得部１５により取得された冷媒の温度、並びに第１発電時間取得部１６により取得された第１燃料電池スタック１１の発電時間および第２発電時間取得部１７により取得された第２燃料電池スタック１２の発電時間の少なくとも一方に基づいて、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２から排出された冷媒のイオン濃度を推定する。冷媒のイオン濃度は、冷媒の導電率によって推定される。
【0028】
判断部１９は、イオン濃度推定部１８により推定された冷媒のイオン濃度に基づいて第１イオン交換器１３の交換タイミングを判断する。
冷媒タンク２０には、燃料電池システム１０を冷却する冷媒が充填されている。冷媒タンク２０は、燃料電池システム１０の冷却系回路内に冷媒を供給する。
供給路２１は、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２と接続され、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２から排出された冷媒を第１イオン交換器１３へ供給する。
冷媒タンク２０には、燃料電池システム１０を冷却する冷媒が充填されている。冷媒タンク２０は、燃料電池システム１０の冷却系回路内に冷媒を供給する。
供給路２１は、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２と接続され、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２から排出された冷媒を第１イオン交換器１３へ供給する。
【0029】
第１圧送部２２は、例えば、エアポンプである。第１圧送部２２は、冷媒タンク２０および第１バルブ機構２３と接続されている。第１圧送部２２は、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２の要求出力に応じて、冷媒タンク２０内の冷媒を冷却系回路内に供給する。
第１バルブ機構２３は、冷媒タンク２０並びに第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２と接続されている。第１バルブ機構２３は、例えば、冷媒タンク２０と第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２との間でＦＣ制御装置３０の制御によって冷媒の流量Ｑ、圧力Ｐ等を切り替える制御弁と、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２側から冷媒タンク２０への冷媒の流通を禁止する逆止弁となどを備える。
第１バルブ機構２３は、冷媒タンク２０並びに第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２と接続されている。第１バルブ機構２３は、例えば、冷媒タンク２０と第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２との間でＦＣ制御装置３０の制御によって冷媒の流量Ｑ、圧力Ｐ等を切り替える制御弁と、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２側から冷媒タンク２０への冷媒の流通を禁止する逆止弁となどを備える。
【0030】
第１停止時間取得部２４は、第１燃料電池スタック１１と接続されている。第１停止時間取得部２４は、第１燃料電池スタック１１の停止時間を取得する。第２停止時間取得部２５は、第２燃料電池スタック１２と接続されている。第２停止時間取得部２５は、第２燃料電池スタック１２の停止時間を取得する。
外気温度情報取得部２６は、温度計等の温度測定器である。外気温度情報取得部２６は、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２の停止中の外気温度情報（外気温）を取得する。
外気温度情報取得部２６は、温度計等の温度測定器である。外気温度情報取得部２６は、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２の停止中の外気温度情報（外気温）を取得する。
【0031】
ＦＣ制御装置３０は、第１燃料電池スタック１１、第２燃料電池スタック１２、第１温度取得部１４、第２温度取得部１５、第１発電時間取得部１６、第２発電時間取得部１７、イオン濃度推定部１８、判断部１９、第１圧送部２２、第１バルブ機構２３、第１停止時間取得部２４、第２停止時間取得部２５、外気温度情報取得部２６等の動作を統合的に制御する。
【0032】
燃料電池システム１０の運転方法について説明する。
燃料電池システム１０では、イオン濃度推定部１８が、第１温度取得部１４および第２温度取得部１５により取得された第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２の冷媒の温度が高くなるほど冷媒からのイオン溶出量が多いと推定する。また、判断部１９が、第１温度取得部１４および第２温度取得部１５により取得された第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２の冷媒の温度から推定されるイオン濃度の積算値に応じて第１イオン交換器１３の交換タイミングを判断する。ＦＣ制御装置３０は、第１停止時間取得部２４および第２停止時間取得部２５によって取得された停止時間、並びに外気温度情報取得部２６によって取得された外気温度情報の少なくとも一方に基づいて、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２の起動時に第１圧送部２２にて圧送する冷媒の起動時吐出量を決定するとともに、第１圧送部２２は第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２の起動時は要求出力に応じた圧送制御に優先して、起動時吐出量に基づく制御を行う。
燃料電池システム１０では、イオン濃度推定部１８が、第１温度取得部１４および第２温度取得部１５により取得された第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２の冷媒の温度が高くなるほど冷媒からのイオン溶出量が多いと推定する。また、判断部１９が、第１温度取得部１４および第２温度取得部１５により取得された第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２の冷媒の温度から推定されるイオン濃度の積算値に応じて第１イオン交換器１３の交換タイミングを判断する。ＦＣ制御装置３０は、第１停止時間取得部２４および第２停止時間取得部２５によって取得された停止時間、並びに外気温度情報取得部２６によって取得された外気温度情報の少なくとも一方に基づいて、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２の起動時に第１圧送部２２にて圧送する冷媒の起動時吐出量を決定するとともに、第１圧送部２２は第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２の起動時は要求出力に応じた圧送制御に優先して、起動時吐出量に基づく制御を行う。
【0033】
燃料電池システム１０の運転方法の具体例を説明する。
図２は、燃料電池システム１０の運転方法を示すシステムフローの第１の例である。
Ｔ０～Ｔ１において、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２は停止している。そのため、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒の温度が低い。したがって、イオン濃度推定部１８は、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２からのイオン溶出量がほとんどないと推定する。そのため、第１イオン交換器１３の交換までの残時間はほとんど変化しない。
図２は、燃料電池システム１０の運転方法を示すシステムフローの第１の例である。
Ｔ０～Ｔ１において、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２は停止している。そのため、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒の温度が低い。したがって、イオン濃度推定部１８は、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２からのイオン溶出量がほとんどないと推定する。そのため、第１イオン交換器１３の交換までの残時間はほとんど変化しない。
【0034】
Ｔ１にて、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２が起動し、Ｔ１～Ｔ２において、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２の発電量が多くなると、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒の温度が高くなる。イオン濃度推定部１８は、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒の温度が高くなるほど、第１燃料電池スタック１１から排出されるイオン溶出量と第２燃料電池スタック１２から排出されるイオン溶出量との合計溶出量が多くなると推定する。これに伴って、第１イオン交換器１３の交換までの残時間が短くなる。
【0035】
Ｔ２～Ｔ３において、Ｔ１～Ｔ２よりも第１燃料電池スタック１１の発電量が低くなり、第１燃料電池スタック１１から排出される冷媒の温度が低くなる。一方、Ｔ１～Ｔ２よりも第２燃料電池スタック１２の発電量がさらに多くなり、第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒の温度がさらに高くなる。したがって、イオン濃度推定部１８は、第１燃料電池スタック１１から排出されるイオン溶出量と第２燃料電池スタック１２から排出されるイオン溶出量との合計溶出量が多くなると推定する。これに伴って、第１イオン交換器１３の交換までの残時間がさらに短くなる。
【0036】
Ｔ３～Ｔ４において、第１燃料電池スタック１１の発電量がさらに少なくなると、第１燃料電池スタック１１から排出される冷媒の温度がさらに低くなる。また、第２燃料電池スタック１２の発電量が少なくなり、第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒の温度が低くなる。Ｔ３～Ｔ４では、第１燃料電池スタック１１の発電量に対して、第２燃料電池スタック１２の発電量が少ない。したがって、イオン濃度推定部１８は、第１燃料電池スタック１１から排出されるイオン溶出量と第２燃料電池スタック１２から排出されるイオン溶出量との合計溶出量が少なくなると推定する。これに伴って、第１イオン交換器１３の交換までの残時間はほとんど変化しない。
【0037】
Ｔ４～Ｔ５において、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２の発電量が多くなると、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒の温度が高くなる。Ｔ４～Ｔ５では、第１燃料電池スタック１１の発電量に対して、第２燃料電池スタック１２の発電量が少ない。したがって、イオン濃度推定部１８は、第１燃料電池スタック１１から排出されるイオン溶出量と第２燃料電池スタック１２から排出されるイオン溶出量との合計溶出量が多くなると推定する。これに伴って、第１イオン交換器１３の交換までの残時間が短くなる。
【0038】
Ｔ５～Ｔ６において、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２の発電量が少なくなると、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒の温度が低くなる。Ｔ５～Ｔ６では、第１燃料電池スタック１１の発電量に対して、第２燃料電池スタック１２の発電量が少ない。したがって、イオン濃度推定部１８は、第１燃料電池スタック１１から排出されるイオン溶出量と第２燃料電池スタック１２から排出されるイオン溶出量との合計溶出量が少なくなると推定する。これに伴って、第１イオン交換器１３の交換までの残時間はほとんど変化しない。
【0039】
Ｔ６～Ｔ７において、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２の発電量が多くなると、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒の温度が高くなる。Ｔ６～Ｔ７では、第１燃料電池スタック１１の発電量に対して、第２燃料電池スタック１２の発電量が少ない。したがって、イオン濃度推定部１８は、第１燃料電池スタック１１から排出されるイオン溶出量と第２燃料電池スタック１２から排出されるイオン溶出量との合計溶出量が多くなると推定する。これに伴って、第１イオン交換器１３の交換までの残時間が短くなる。
【0040】
Ｔ７～Ｔ８において、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２の発電量が少なくなると、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒の温度が低くなる。Ｔ７～Ｔ８では、第１燃料電池スタック１１の発電量に対して、第２燃料電池スタック１２の発電量が少ない。したがって、イオン濃度推定部１８は、第１燃料電池スタック１１から排出されるイオン溶出量と第２燃料電池スタック１２から排出されるイオン溶出量との合計溶出量が少なくなると推定する。これに伴って、第１イオン交換器１３の交換までの残時間はほとんど変化しない。
【0041】
Ｔ８～Ｔ９において、第１燃料電池スタック１１の発電量が多くなり、第１燃料電池スタック１１から排出される冷媒の温度が高くなる一方、第２燃料電池スタック１２の発電量が低くいまま一定であるため、第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒の温度が低いまま一定である。したがって、イオン濃度推定部１８は、第１燃料電池スタック１１から排出されるイオン溶出量と第２燃料電池スタック１２から排出されるイオン溶出量との合計溶出量が少なくなると推定する。これに伴って、第１イオン交換器１３の交換までの残時間はほとんど変化しない。
【0042】
Ｔ９～Ｔ１０において、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２の発電量が少なくなると、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒の温度が低くなる。Ｔ９～Ｔ１０では、第１燃料電池スタック１１の発電量に対して、第２燃料電池スタック１２の発電量が多い。したがって、イオン濃度推定部１８は、第１燃料電池スタック１１から排出されるイオン溶出量と第２燃料電池スタック１２から排出されるイオン溶出量との合計溶出量が少なくなると推定する。これに伴って、第１イオン交換器１３の交換までの残時間はほとんど変化しない。
【0043】
Ｔ１０～Ｔ１１において、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２の発電量が多くなると、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒の温度が高くなる。Ｔ１０～Ｔ１１では、第１燃料電池スタック１１の発電量に対して、第２燃料電池スタック１２の発電量が多い。したがって、イオン濃度推定部１８は、第１燃料電池スタック１１から排出されるイオン溶出量と第２燃料電池スタック１２から排出されるイオン溶出量との合計溶出量が多くなると推定する。これに伴って、第１イオン交換器１３の交換までの残時間が短くなる。
Ｔ１０～Ｔ１１において、下記の式（１）に示すように、第１燃料電池スタック１１の発電時間と第２燃料電池スタック１２の発電時間との合計が所定値１以上である場合に、第１イオン交換器１３の交換までの残時間を通知する。
（第１燃料電池スタックの発電時間×温度頻度係数１）＋（第２燃料電池スタックの発電時間×温度頻度係数２）≧所定値１ （１）
Ｔ１０～Ｔ１１において、下記の式（１）に示すように、第１燃料電池スタック１１の発電時間と第２燃料電池スタック１２の発電時間との合計が所定値１以上である場合に、第１イオン交換器１３の交換までの残時間を通知する。
（第１燃料電池スタックの発電時間×温度頻度係数１）＋（第２燃料電池スタックの発電時間×温度頻度係数２）≧所定値１ （１）
【0044】
Ｔ１１～Ｔ１２において、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２の発電量が少なくなると、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒の温度が低くなる。Ｔ１１～Ｔ１２では、第１燃料電池スタック１１の発電量に対して、第２燃料電池スタック１２の発電量が少ない。したがって、イオン濃度推定部１８は、第１燃料電池スタック１１から排出されるイオン溶出量と第２燃料電池スタック１２から排出されるイオン溶出量との合計溶出量が少なくなると推定する。これに伴って、第１イオン交換器１３の交換までの残時間はほとんど変化しない。
【0045】
Ｔ１２～Ｔ１３において、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２の発電量が多くなると、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒の温度が高くなる。Ｔ１２～Ｔ１３では、第１燃料電池スタック１１の発電量と第２燃料電池スタック１２の発電量がほぼ同等である。したがって、イオン濃度推定部１８は、第１燃料電池スタック１１から排出されるイオン溶出量と第２燃料電池スタック１２から排出されるイオン溶出量との合計溶出量が多くなると推定する。これに伴って、第１イオン交換器１３の交換までの残時間が短くなる。
【0046】
Ｔ１３～Ｔ１４において、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２の発電量が少なくなると、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒の温度が低くなる。Ｔ１３～Ｔ１４では、第１燃料電池スタック１１の発電量に対して、第２燃料電池スタック１２の発電量が少ない。したがって、イオン濃度推定部１８は、第１燃料電池スタック１１から排出されるイオン溶出量と第２燃料電池スタック１２から排出されるイオン溶出量との合計溶出量が少なくなると推定する。これに伴って、第１イオン交換器１３の交換までの残時間がわずかに短くなる。
【0047】
Ｔ１４～Ｔ１５において、第１燃料電池スタック１１の発電量がＴ１３～Ｔ１４よりも少なくなると、第１燃料電池スタック１１から排出される冷媒の温度が低くなる。また、第２燃料電池スタック１２の発電量がＴ１３～Ｔ１４と同じであり、第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒の温度がＴ１３～Ｔ１４と同じである。Ｔ１４～Ｔ１５では、第１燃料電池スタック１１の発電量と第２燃料電池スタック１２の発電量がほぼ同等である。したがって、イオン濃度推定部１８は、第１燃料電池スタック１１から排出されるイオン溶出量と第２燃料電池スタック１２から排出されるイオン溶出量との合計溶出量が少なくなると推定する。これに伴って、第１イオン交換器１３の交換までの残時間がわずかに短くなる。
【0048】
Ｔ１４～Ｔ１５において、下記の式（２）に示すように、第１燃料電池スタック１１の発電時間と第２燃料電池スタック１２の発電時間との合計が所定値２以上である場合に、第１イオン交換器１３の交換を要求する。
（第１燃料電池スタックの発電時間×温度頻度係数１）＋（第２燃料電池スタックの発電時間×温度頻度係数２）≧所定値２ （２）
（第１燃料電池スタックの発電時間×温度頻度係数１）＋（第２燃料電池スタックの発電時間×温度頻度係数２）≧所定値２ （２）
【0049】
図３は、燃料電池システム１０の運転方法を示すシステムフローの第２の例である。
Ｔ０～Ｔ１において、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２が停止している。そのため、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒の温度が低い。また、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２が停止している時間（停止時間）が長くなる。Ｔ０～Ｔ１において、第１イオン交換器１３の交換までの残時間はほとんど変化しない。
Ｔ０～Ｔ１において、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２が停止している。そのため、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒の温度が低い。また、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２が停止している時間（停止時間）が長くなる。Ｔ０～Ｔ１において、第１イオン交換器１３の交換までの残時間はほとんど変化しない。
【0050】
Ｔ１～Ｔ２において、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２を起動する前に、第１圧送部２２であるエアポンプを動作させて、冷媒タンク２０内の冷媒を冷却系回路内に供給し、第１イオン交換器１３のイオン交換樹脂をイオン交換する。したがって、イオン濃度推定部１８は、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２からのイオン溶出量が少なくなると推定する。これに伴って、第１イオン交換器１３の交換までの残時間が短くなる。また、Ｔ１～Ｔ２において、途中で、第１燃料電池スタック１１から排出されるイオン溶出量と第２燃料電池スタック１２から排出されるイオン溶出量との合計溶出量が一定になると推定されるため、第１イオン交換器１３の交換までの残時間の減少量の変化率が小さくなる。
【0051】
Ｔ２～Ｔ３において、第１燃料電池スタック１１の発電量が多くなり、第１燃料電池スタック１１から排出される冷媒の温度が高くなる一方、第２燃料電池スタック１２の発電量がわずかに少なくなり、第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒の温度がわずかに少なくなる。さらに、第１圧送部２２による冷却系回路内への冷媒の供給量を多くする。したがって、イオン濃度推定部１８は、第１燃料電池スタック１１から排出されるイオン溶出量と第２燃料電池スタック１２から排出されるイオン溶出量との合計溶出量が多くなると推定する。これに伴って、第１イオン交換器１３の交換までの残時間が短くなる。
【0052】
Ｔ３～Ｔ４において、第１燃料電池スタック１１の発電量が少なくなり、第１燃料電池スタック１１から排出される冷媒の温度が低くなる一方、第２燃料電池スタック１２の発電量が多くなり、第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒の温度が高くなる。さらに、第１圧送部２２による冷却系回路内への冷媒の供給量を少なくする。Ｔ３～Ｔ４において、第１燃料電池スタック１１の発電量および第１燃料電池スタック１１から排出される冷媒の温度の減少量に対して、第２燃料電池スタック１２の発電量および第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒の温度の増加量が少ない。したがって、イオン濃度推定部１８は、Ｔ３～Ｔ４において、第１燃料電池スタック１１から排出されるイオン溶出量と第２燃料電池スタック１２から排出されるイオン溶出量との合計溶出量が途中まで多くなり、その後、前記合計溶出量が少なくなると推定する。これに伴って、第１イオン交換器１３の交換までの残時間が短くなる。
【0053】
Ｔ４～Ｔ５において、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２の発電量が少なくなると、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒の温度が低くなる。さらに、第１圧送部２２による冷却系回路内への冷媒の供給量を少なくする。したがって、イオン濃度推定部１８は、第１燃料電池スタック１１から排出されるイオン溶出量と第２燃料電池スタック１２から排出されるイオン溶出量との合計溶出量が少なくなると推定する。これに伴って、第１イオン交換器１３の交換までの残時間が短くなる。
【0054】
Ｔ５～Ｔ６において、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２の発電量が多くなると、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒の温度が高くなる。Ｔ５～Ｔ６では、第１燃料電池スタック１１の発電量に対して、第２燃料電池スタック１２の発電量が少ない。さらに、第１圧送部２２による冷却系回路内への冷媒の供給量を多くする。したがって、イオン濃度推定部１８は、第１燃料電池スタック１１から排出されるイオン溶出量と第２燃料電池スタック１２から排出されるイオン溶出量との合計溶出量が少なくなると推定する。これに伴って、第１イオン交換器１３の交換までの残時間が短くなる。
【0055】
Ｔ６～Ｔ７において、第１燃料電池スタック１１の発電量が多くなり、第１燃料電池スタック１１から排出される冷媒の温度が高くなる一方、第２燃料電池スタック１２の発電量が低くなり、第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒の温度が低くなる。さらに、第１圧送部２２による冷却系回路内への冷媒の供給量を多くする。したがって、イオン濃度推定部１８は、第１燃料電池スタック１１から排出されるイオン溶出量と第２燃料電池スタック１２から排出されるイオン溶出量との合計溶出量がわずかに多くなると推定する。これに伴って、第１イオン交換器１３の交換までの残時間がわずかに短くなる。
【0056】
Ｔ７～Ｔ８において、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２の発電量が少なくなると、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒の温度が低くなる。Ｔ７～Ｔ８では、第１燃料電池スタック１１の発電量の変化率に対して、第２燃料電池スタック１２の発電量の変化率が小さい。さらに、第１圧送部２２による冷却系回路内への冷媒の供給量を少なくする。したがって、イオン濃度推定部１８は、第１燃料電池スタック１１から排出されるイオン溶出量と第２燃料電池スタック１２から排出されるイオン溶出量との合計溶出量がわずかに低くなると推定する。これに伴って、第１イオン交換器１３の交換までの残時間はほとんど変化しない。
【0057】
Ｔ８～Ｔ９において、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２の発電量がほとんど変化しないと、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒の温度がほとんど変化しない。さらに、第１圧送部２２による冷却系回路内への冷媒の供給量もほとんど変化させない。したがって、イオン濃度推定部１８は、第１燃料電池スタック１１から排出されるイオン溶出量と第２燃料電池スタック１２から排出されるイオン溶出量との合計溶出量がほとんど変化しないと推定する。これに伴って、第１イオン交換器１３の交換までの残時間はほとんど変化しない。
【0058】
Ｔ９～Ｔ１０において、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２の発電量が多くなると、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒の温度が高くなる。Ｔ９～Ｔ１０では、第１燃料電池スタック１１の発電量の変化率に対して、第２燃料電池スタック１２の発電量の変化率が小さい。さらに、第１圧送部２２による冷却系回路内への冷媒の供給量をわずかに多くする。したがって、イオン濃度推定部１８は、第１燃料電池スタック１１から排出されるイオン溶出量と第２燃料電池スタック１２から排出されるイオン溶出量との合計溶出量が多くなると推定する。これに伴って、第１イオン交換器１３の交換までの残時間が短くなる。
【0059】
Ｔ１０～Ｔ１１において、第１燃料電池スタック１１の発電量が少なくなり、第１燃料電池スタック１１から排出される冷媒の温度が低くなる一方、第２燃料電池スタック１２の発電量がわずかに多くなり、第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒の温度がわずかに高くなる。さらに、第１圧送部２２による冷却系回路内への冷媒の供給量を少なくする。Ｔ１０～Ｔ１１において、第１燃料電池スタック１１の発電量の変化率に対して、第２燃料電池スタック１２の発電量の変化率が小さい。さらに、第１圧送部２２による冷却系回路内への冷媒の供給量を少なくする。したがって、イオン濃度推定部１８は、Ｔ１０～Ｔ１１において、第１燃料電池スタック１１から排出されるイオン溶出量と第２燃料電池スタック１２から排出されるイオン溶出量との合計溶出量が多くなると推定する。これに伴って、第１イオン交換器１３の交換までの残時間が短くなる。
【0060】
Ｔ１０～Ｔ１１において、下記の式（１）に示すように、第１燃料電池スタック１１の発電時間と第２燃料電池スタック１２の発電時間との合計が所定値１以上である場合に、第１イオン交換器１３の交換までの残時間を通知する。
（第１燃料電池スタックの発電時間×温度頻度係数１）＋（第２燃料電池スタックの発電時間×温度頻度係数２）≧所定値１ （１）
（第１燃料電池スタックの発電時間×温度頻度係数１）＋（第２燃料電池スタックの発電時間×温度頻度係数２）≧所定値１ （１）
【0061】
Ｔ１１～Ｔ１２において、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２の発電量が多くなると、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒の温度が高くなる。Ｔ１１～Ｔ１２では、第１燃料電池スタック１１の発電量に対して、第２燃料電池スタック１２の発電量が少ない。さらに、第１圧送部２２による冷却系回路内への冷媒の供給量を多くする。したがって、イオン濃度推定部１８は、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２からのイオン溶出量が少なくなると推定する。これに伴って、第１イオン交換器１３の交換までの残時間が短くなる。
【0062】
Ｔ１２～Ｔ１３において、第１燃料電池スタック１１の発電量および第１燃料電池スタック１１から排出される冷媒の温度がほとんど変化しない一方、第２燃料電池スタック１２の発電量がわずかに少なく、第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒の温度がわずかに低くなる。さらに、第１圧送部２２による冷却系回路内への冷媒の供給量を多くしたまま一定とする。したがって、イオン濃度推定部１８は、第１燃料電池スタック１１から排出されるイオン溶出量と第２燃料電池スタック１２から排出されるイオン溶出量との合計溶出量が多くなると推定する。これに伴って、第１イオン交換器１３の交換までの残時間が短くなる。
【0063】
Ｔ１３～Ｔ１４において、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２の発電量が少なくなると、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒の温度が低くなる。Ｔ１３～Ｔ１４では、第１燃料電池スタック１１の発電量の変化率に対して、第２燃料電池スタック１２の発電量の変化率が小さい。さらに、第１圧送部２２による冷却系回路内への冷媒の供給量をわずかに少なくする。したがって、イオン濃度推定部１８は、第１燃料電池スタック１１から排出されるイオン溶出量と第２燃料電池スタック１２から排出されるイオン溶出量との合計溶出量が多くなると推定する。これに伴って、第１イオン交換器１３の交換までの残時間がわずかに短くなる。
【0064】
Ｔ１４～Ｔ１５において、第１燃料電池スタック１１の発電量がＴ１３～Ｔ１４よりも少なくなると、第１燃料電池スタック１１から排出される冷媒の温度が低くなり、第２燃料電池スタック１２の発電量がＴ１３～Ｔ１４よりも少なくなると、第２燃料電池スタック１２から排出される冷媒の温度が低くなる。Ｔ１４～Ｔ１５では、第１燃料電池スタック１１の発電量の変化率に対して、第２燃料電池スタック１２の発電量の変化率が少ない。さらに、第１圧送部２２による冷却系回路内への冷媒の供給量を少なくする。したがって、イオン濃度推定部１８は、第１燃料電池スタック１１から排出されるイオン溶出量と第２燃料電池スタック１２から排出されるイオン溶出量との合計溶出量が少なくなると推定する。これに伴って、第１イオン交換器１３の交換までの残時間が短くなる。
【0065】
Ｔ１４～Ｔ１５において、下記の式（２）に示すように、第１燃料電池スタック１１の発電時間と第２燃料電池スタック１２の発電時間との合計が所定値２以上である場合に、第１イオン交換器１３の交換を要求する。
（第１燃料電池スタックの発電時間×温度頻度係数１）＋（第２燃料電池スタックの発電時間×温度頻度係数２）≧所定値２ （２）
（第１燃料電池スタックの発電時間×温度頻度係数１）＋（第２燃料電池スタックの発電時間×温度頻度係数２）≧所定値２ （２）
【0066】
上述したように、実施形態の燃料電池システム１０は、イオン濃度推定部１８により、第１温度取得部１４と第２温度取得部１５により取得された冷媒の温度および第１発電時間取得部１６と第２発電時間取得部１７により取得された発電時間の少なくとも一方に基づいてイオン濃度を推定し、判断部１９により、イオン濃度推定部１８により推定されたイオン濃度に基づいて第１イオン交換器１３の交換タイミングを判断することによって、第１イオン交換器１３の交換タイミングを精度よく判断することができる。これにより、第１イオン交換器１３を最後まで使い切ることができ、利便性を向上させることができる。
【0067】
イオン濃度推定部１８により、第１温度取得部１４と第２温度取得部１５により取得された冷媒の温度が高くなるほどイオン溶出量が多いと推定し、判断部１９により、第１温度取得部１４と第２温度取得部１５により取得された冷媒の温度から推定されるイオン濃度の積算値に応じて第１イオン交換器１３の交換タイミングを判断する。これにより、第１イオン交換器１３の交換タイミングを精度よく判断することができる。
【0068】
停止時間および外気温度情報の少なくとも一方に基づいて、第１燃料電池スタック１１と第２燃料電池スタック１２の起動時に第１圧送部２２にて圧送する冷媒の起動時吐出量を決定するとともに、第１圧送部２２は第１燃料電池スタック１１と第２燃料電池スタック１２の起動時は要求出力に応じた圧送制御に優先して、起動時吐出量に基づく制御を行うことにより、第１燃料電池スタック１１と第２燃料電池スタック１２において、冷媒に含まれるイオンの濃度のばらつきを低減することができる。これにより、第１イオン交換器１３の交換タイミングを精度よく判断することができる。
【0069】
（その他の例）
図４は、実施形態での燃料電池システム２００を示す模式図である。
なお、燃料電池システム２００では、前記燃料電池システム１０における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
燃料電池システム２００は、燃料電池システム１０の構成に加えて、第２イオン交換器２０１と、分岐流路２０２とを備える。また、燃料電池システム２００は、第２圧送部２０３と、第２バルブ機構２０４とを備えてもよい。
図４は、実施形態での燃料電池システム２００を示す模式図である。
なお、燃料電池システム２００では、前記燃料電池システム１０における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
燃料電池システム２００は、燃料電池システム１０の構成に加えて、第２イオン交換器２０１と、分岐流路２０２とを備える。また、燃料電池システム２００は、第２圧送部２０３と、第２バルブ機構２０４とを備えてもよい。
【0070】
第２イオン交換器２０１は、分岐流路２０２に設けられ、分岐流路２０２、第２バルブ機構２０４、第１冷媒流路２７および第２冷媒流路２８を介して、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２と接続されている。
分岐流路２０２は、供給路２１で第２バルブ機構２０４によって冷媒を選択的に分岐させ、第１燃料電池スタック１１の上流側の第１冷媒流路２７および第２燃料電池スタック１２の上流側の第２冷媒流路２８に冷媒を戻す。
分岐流路２０２は、供給路２１で第２バルブ機構２０４によって冷媒を選択的に分岐させ、第１燃料電池スタック１１の上流側の第１冷媒流路２７および第２燃料電池スタック１２の上流側の第２冷媒流路２８に冷媒を戻す。
【0071】
第２圧送部２０３は、分岐流路２０２に設けられ、供給路２１から分岐された冷媒を、第１燃料電池スタック１１の上流側の第１冷媒流路２７および第２燃料電池スタック１２の上流側の第２冷媒流路２８に圧送する。
【0072】
燃料電池システム２００の運転方法について説明する。
燃料電池システム２００では、ＦＣ制御装置３０は、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２の停止時に、少なくとも発電時間に基づいて、冷媒を分岐流路２０２に流通させる流通時間を制御する。また、ＦＣ制御装置３０は、第１発電時間取得部１６により取得される起動時の第１燃料電池スタック１１の発電時間と、第２発電時間取得部１７により取得される起動時の第２燃料電池スタック１２の発電時間とに所定以上の差がある場合に、第１燃料電池スタック１１と第２燃料電池スタック１２との間で冷媒を循環させる。また、ＦＣ制御装置３０は、第１停止時間取得部２４により取得される第１燃料電池スタック１１の停止時間と、第２停止時間取得部２５により取得される第２燃料電池スタック１２の停止時間とに所定以上の差がある場合に、第１燃料電池スタック１１と第２燃料電池スタック１２との間で冷媒を循環させる。
燃料電池システム２００では、ＦＣ制御装置３０は、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２の停止時に、少なくとも発電時間に基づいて、冷媒を分岐流路２０２に流通させる流通時間を制御する。また、ＦＣ制御装置３０は、第１発電時間取得部１６により取得される起動時の第１燃料電池スタック１１の発電時間と、第２発電時間取得部１７により取得される起動時の第２燃料電池スタック１２の発電時間とに所定以上の差がある場合に、第１燃料電池スタック１１と第２燃料電池スタック１２との間で冷媒を循環させる。また、ＦＣ制御装置３０は、第１停止時間取得部２４により取得される第１燃料電池スタック１１の停止時間と、第２停止時間取得部２５により取得される第２燃料電池スタック１２の停止時間とに所定以上の差がある場合に、第１燃料電池スタック１１と第２燃料電池スタック１２との間で冷媒を循環させる。
【0073】
燃料電池システム２００の運転方法の具体例を説明する。
図５は、燃料電池システム２００の運転方法を示すシステムフローの一例である。
Ｔ０～Ｔ１において、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２は停止している。第１バルブ機構２３と第２バルブ機構２０４は開いている。第１圧送部２２と第２圧送部２０３は起動していない。ＦＣ制御装置３０は、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２の停止時に、少なくとも第１発電時間取得部１６によって取得された第１燃料電池スタック１１の発電時間および第２発電時間取得部１７によって取得された第２燃料電池スタック１２の発電時間に基づいて、冷媒を分岐流路２０２に流通させる流通時間を制御する。すなわち、第２バルブ機構２０４を調節して、冷媒を分岐流路２０２に流通させる流通時間を制御する。
図５は、燃料電池システム２００の運転方法を示すシステムフローの一例である。
Ｔ０～Ｔ１において、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２は停止している。第１バルブ機構２３と第２バルブ機構２０４は開いている。第１圧送部２２と第２圧送部２０３は起動していない。ＦＣ制御装置３０は、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２の停止時に、少なくとも第１発電時間取得部１６によって取得された第１燃料電池スタック１１の発電時間および第２発電時間取得部１７によって取得された第２燃料電池スタック１２の発電時間に基づいて、冷媒を分岐流路２０２に流通させる流通時間を制御する。すなわち、第２バルブ機構２０４を調節して、冷媒を分岐流路２０２に流通させる流通時間を制御する。
【0074】
Ｔ１にて、ＦＣ制御装置３０は、第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２の起動時に、少なくとも第１停止時間取得部２４によって取得された第１燃料電池スタック１１の停止時間および第２停止時間取得部２５によって取得された第２燃料電池スタック１２の停止時間に基づいて、冷媒を分岐流路２０２に流通させる流通時間を制御する。すなわち、第２バルブ機構２０４を調節して、冷媒を分岐流路２０２に流通させる流通時間を制御する。Ｔ１～Ｔ２において、第２バルブ機構２０４を閉じ、第２圧送部２０３を起動させて、供給路２１から分岐された冷媒を、第１燃料電池スタック１１の上流側の第１冷媒流路２７および第２燃料電池スタック１２の上流側の第２冷媒流路２８に圧送する。
【0075】
Ｔ２～Ｔ３において、第２バルブ機構２０４を少し開けて、第１圧送部２２を起動させ、第２圧送部２０３を起動させたままとする。第１圧送部２２の出力（冷媒を圧送する出力）と第２圧送部２０３の出力（冷媒を圧送する出力）をほぼ同等とする。これにより、供給路２１から分岐された冷媒を、第１燃料電池スタック１１の上流側の第１冷媒流路２７および第２燃料電池スタック１２の上流側の第２冷媒流路２８に圧送するとともに、供給路２１を介して第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２から排出された冷媒を第１イオン交換器１３へ供給する。
【0076】
Ｔ３～Ｔ４において、第２バルブ機構２０４をさらに開けて、第１圧送部２２と第２圧送部２０３を起動させたままとする。第１圧送部２２の出力を第２圧送部２０３の出力よりも大きくする。これにより、供給路２１を介して第１燃料電池スタック１１および第２燃料電池スタック１２から排出された冷媒を第１イオン交換器１３のみへ供給する。
【0077】
上述したように、実施形態の燃料電池システム２００は、第１燃料電池スタック１１と第２燃料電池スタック１２の起動時に、少なくとも停止時間に基づいて、冷媒を分岐流路２０２に流通させる流通時間を制御することにより、第１イオン交換器１３と第２イオン交換器２０１の交換タイミングを精度よく判断することができる。
第１燃料電池スタック１１と第２燃料電池スタック１２の起動時に、少なくとも停止時間に基づいて、冷媒を分岐流路２０２に流通させる流通時間を制御することにより、第１イオン交換器１３と第２イオン交換器２０１の交換タイミングを精度よく判断することができる。
第１燃料電池スタック１１と第２燃料電池スタック１２の起動時に、少なくとも停止時間に基づいて、冷媒を分岐流路２０２に流通させる流通時間を制御することにより、第１イオン交換器１３と第２イオン交換器２０１の交換タイミングを精度よく判断することができる。
【0078】
第１燃料電池スタック１１と第２燃料電池スタック１２の停止時に、少なくとも発電時間に基づいて、冷媒を分岐流路２０２に流通させる流通時間を制御することにより、第１イオン交換器１３と第２イオン交換器２０１の交換タイミングを精度よく判断することができる。
第１発電時間取得部１６により取得される起動時の第１燃料電池スタック１１の発電時間と、第２発電時間取得部１７により取得される起動時の第２燃料電池スタック１２の発電時間とに所定以上の差がある場合に、第１燃料電池スタック１１と第２燃料電池スタック１２との間で冷媒を循環させることにより、第１燃料電池スタック１１と第２燃料電池スタック１２において、冷媒に含まれるイオンの濃度のばらつきを低減することができる。これにより、第１イオン交換器１３と第２イオン交換器２０１の交換タイミングを精度よく判断することができる。
第１発電時間取得部１６により取得される起動時の第１燃料電池スタック１１の発電時間と、第２発電時間取得部１７により取得される起動時の第２燃料電池スタック１２の発電時間とに所定以上の差がある場合に、第１燃料電池スタック１１と第２燃料電池スタック１２との間で冷媒を循環させることにより、第１燃料電池スタック１１と第２燃料電池スタック１２において、冷媒に含まれるイオンの濃度のばらつきを低減することができる。これにより、第１イオン交換器１３と第２イオン交換器２０１の交換タイミングを精度よく判断することができる。
【0079】
第１停止時間取得部２４により取得される第１燃料電池スタック１１の停止時間と、第２停止時間取得部２５により取得される第２燃料電池スタック１２の停止時間とに所定以上の差がある場合に、第１燃料電池スタック１１と第２燃料電池スタック１２との間で冷媒を循環させることにより、第１燃料電池スタック１１と第２燃料電池スタック１２において、冷媒に含まれるイオンの濃度のばらつきを低減することができる。これにより、第１イオン交換器１３と第２イオン交換器２０１の交換タイミングを精度よく判断することができる。
【0080】
上述した実施形態では、燃料電池システムが、燃料電池において発電された電力を走行用の電力または車載機器の動作用の電力として用いる燃料電池車両に搭載されている例について説明したが、当該システムは、二輪や三輪、四輪等の自動車や他の移動体（例えば、船舶、飛行体、ロボット）に搭載されてもよく、また、定置型の燃料電池システムに搭載されてもよい。
【0081】
本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【0082】
１０，２００・・・燃料電池システム、１１・・・第１燃料電池スタック、１２・・・第２燃料電池スタック、１３・・・第１イオン交換器、１４・・・第１温度取得部、１５・・・第２温度取得部、１６・・・第１発電時間取得部、１７・・・第２発電時間取得部、１８・・・イオン濃度推定部、１９・・・判断部、２０・・・冷媒タンク、２１・・・供給路、２２・・・第１圧送部、２３・・・第１バルブ機構、２４・・・第１停止時間取得部、２５・・・第２停止時間取得部、２６・・・外気温度情報取得部、２７・・・第１冷媒流路、２８・・・第２冷媒流路、３０・・・制御部（制御装置（ＦＣ制御装置））、１００・・・制御装置、２０１・・・第２イオン交換器、２０２・・・分岐流路、２０３・・・第２圧送部、２０４・・・第２バルブ機構。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】