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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-10-21
(45)【発行日】2022-10-31
(54)【発明の名称】燃料電池システムの制御方法、及び燃料電池システム
(51)【国際特許分類】
H01M 8/04303 20160101AFI20221024BHJP
H01M 8/04228 20160101ALI20221024BHJP
H01M 8/00 20160101ALI20221024BHJP
H01M 8/04701 20160101ALI20221024BHJP
H01M 8/04694 20160101ALI20221024BHJP
H01M 8/043 20160101ALI20221024BHJP
H01M 8/0432 20160101ALI20221024BHJP
H01M 8/04537 20160101ALI20221024BHJP
B60L 58/34 20190101ALI20221024BHJP
B60L 58/40 20190101ALI20221024BHJP
B60L 53/64 20190101ALI20221024BHJP
H01M 8/12 20160101ALN20221024BHJP
【ＦＩ】
H01M8/04303
H01M8/04228
H01M8/00 Z
H01M8/04701
H01M8/04694
H01M8/043
H01M8/0432
H01M8/04537
H01M8/00 A
B60L58/34
B60L58/40
B60L53/64
H01M8/12 101
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2021550710
(86)(22)【出願日】2019-10-04
(86)【国際出願番号】 IB2019001155
(87)【国際公開番号】W WO2021064438
(87)【国際公開日】2021-04-08
【審査請求日】2022-03-30
(73)【特許権者】
【識別番号】000003997
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】507308902
【氏名又は名称】ルノー エス．ア．エス．
【氏名又は名称原語表記】ＲＥＮＡＵＬＴ Ｓ．Ａ．Ｓ．
【住所又は居所原語表記】１２２－１２２ ｂｉｓ， ａｖｅｎｕｅ ｄｕ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｌｅｃｌｅｒｃ， ９２１００ Ｂｏｕｌｏｇｎｅ－Ｂｉｌｌａｎｃｏｕｒｔ， Ｆｒａｎｃｅ
(74)【代理人】
【識別番号】110002468
【氏名又は名称】特許業務法人後藤特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】福島 瑛介
(72)【発明者】
【氏名】武田 大
(72)【発明者】
【氏名】筑後 隼人
【審査官】橋本 敏行
(56)【参考文献】
【文献】特開２００９－１４０７０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特許第３６５９２０４（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特開２００２－３４３４０１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－２１７６３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－１９６２４０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ６０Ｌ １／００－３／１２
７／００－１３／００
１５／００－５８／４０
Ｈ０１Ｍ ８／０４－８／０６６８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
燃料電池と、前記燃料電池を暖機するための加熱器とを備え、燃料電池システムの運転停止要求を受け付けた際に停止制御を実行可能な車両用の燃料電池システムの制御方法であって、前記燃料電池システムの運転停止要求を取得し、
次回の車両運転開始タイミングを取得し、
前記運転停止要求及び前記次回の車両運転開始タイミングを取得した後、所定タイミングにおいて第１エネルギコスト及び第２エネルギコストを算出し、
前記第１エネルギコストは、前記所定タイミングから前記停止制御を実行した後、前記次回の車両運転開始タイミングに合わせて前記加熱器を用いた暖機制御を実行して、前記燃料電池の暖機が完了するまでに必要なエネルギコストであり、
前記第２エネルギコストは、前記所定タイミングから前記次回の車両運転開始タイミングまで、前記燃料電池の温度を暖機温度に維持するよう前記燃料電池の運転を継続する場合に必要なエネルギコストであり、
前記運転停止要求を取得してから、前記第１エネルギコストが前記第２エネルギコストより大きい間は、前記燃料電池の温度が暖機温度に維持されるよう前記燃料電池の運転を継続する、
燃料電池システムの制御方法。
【請求項2】
請求項１に記載の燃料電池システムの制御方法であって、前記運転停止要求を取得してから、前記第１エネルギコストが前記第２エネルギコスト以下となった場合に前記停止制御を開始する、
燃料電池システムの制御方法。
【請求項3】
請求項１又は２に記載の燃料電池システムの制御方法であって、前記所定タイミングから前記暖機制御を開始するまでの停止時間と、前記所定タイミングでのスタック温度とに基づいて始動前スタック温度を算出し、算出された始動前スタック温度に基づいて前記第１エネルギコストを算出する、
燃料電池システムの制御方法。
【請求項4】
請求項１から３のいずれか一つに記載の燃料電池システムの制御方法であって、前記所定タイミングから前記次回の車両運転開始タイミングまでの継続時間と、前記燃料電池における発電出力とに基づいて発電継続期間におけるスタック電力量を算出し、当該スタック電力量と前記燃料電池システムにおける電力変換効率とに基づいて前記第２エネルギコストを算出する、
燃料電池システムの制御方法。
【請求項5】
請求項１から４のいずれか一つに記載の燃料電池システムの制御方法であって、前記燃料電池システムは、車両用電源としてのバッテリと、外部充電装置の充電部に接続可能な充電コネクタと、をさらに備え、
前記バッテリは、前記燃料電池及び前記外部充電装置の少なくとも一方により充電可能に構成されており、
前記燃料電池システムの制御方法は、
前記燃料電池システムが前記外部充電装置と接続されている場合に、前記外部充電装置により前記バッテリを目標充電量まで充電する場合に必要な第３エネルギコストを算出し、
前記運転停止要求を取得してから、前記第１エネルギコストと第３エネルギコストの和が前記第２エネルギコストより大きい間は、前記燃料電池の温度が暖機温度に維持されるよう前記燃料電池の運転を継続し、前記第１エネルギコストと第３エネルギコストの和が前記第２エネルギコスト以下となった場合に前記停止制御を開始する、
燃料電池システムの制御方法。
【請求項6】
請求項５に記載の燃料電池システムの制御方法であって、前記所定タイミングから前記次回の車両運転開始タイミングまでの継続時間と、前記燃料電池における発電出力とに基づいて発電継続期間におけるスタック電力量を算出し、前記バッテリの目標充電電力量と前記スタック電力量とに基づいて前記第３エネルギコストを算出する、
燃料電池システムの制御方法。
【請求項7】
請求項１に記載の燃料電池システムの制御方法であって、前記燃料電池システムは、車両用電源としてのバッテリと、外部充電装置の充電部に接続可能な充電コネクタと、をさらに備え、
前記バッテリは、前記燃料電池及び前記外部充電装置の少なくとも一方により充電可能に構成されており、
前記燃料電池システムの制御方法は、
前記燃料電池システムが前記外部充電装置と接続されている場合には、停止要求取得タイミングにおいて異なる複数の発電継続時間を設定し、
各発電継続時間ごとに第４エネルギコスト、第５エネルギコスト、及び第６エネルギコストの総和を総エネルギコストとして算出し、
前記第４エネルギコストは、前記停止要求取得タイミングから前記設定された発電継続時間を経過した後に前記停止制御を実行し、前記次回の車両運転開始タイミングに合わせて前記加熱器を用いた暖機制御を実行して、前記燃料電池の暖機が完了するまでに必要なエネルギコストであり、
前記第５エネルギコストは、前記停止要求取得タイミングから前記設定された発電継続時間だけ燃料電池スタックを発電する場合に必要なエネルギコストであり、
前記第６エネルギコストは、外部充電装置により前記バッテリを目標充電量まで充電する場合に必要なエネルギコストであり、
前記停止要求取得タイミングから、前記総エネルギコストが最も低くなる前記発電継続時間を経過するまで、前記燃料電池の温度が暖機温度に維持されるよう前記燃料電池の運転を継続し、当該発電継続時間を経過した後に前記停止制御を開始する、
燃料電池システムの制御方法。
【請求項8】
燃料電池と、前記燃料電池を暖機するための加熱器とを備え、燃料電池システムの運転停止要求を受け付けた際に停止制御を実行可能な車両用の燃料電池システムであって、前記停止制御の実行可否を判断するコントローラを備え、
前記コントローラは、
前記燃料電池システムの運転停止要求を取得し、
次回の車両運転開始タイミングを取得し、
前記運転停止要求及び前記次回の車両運転開始タイミングを取得した後、所定タイミングにおいて第１エネルギコスト及び第２エネルギコストを算出し、
前記第１エネルギコストは、前記所定タイミングから前記停止制御を実行した後、前記次回の車両運転開始タイミングに合わせて前記加熱器を用いた暖機制御を実行して、前記燃料電池の暖機が完了するまでに必要なエネルギコストであり、
前記第２エネルギコストは、前記所定タイミングから前記次回の車両運転開始タイミングまで、前記燃料電池の温度を暖機温度に維持するよう前記燃料電池の運転を継続する場合に必要なエネルギコストであり、
前記運転停止要求を取得してから、前記第１エネルギコストが前記第２エネルギコストより大きい間は、前記燃料電池の温度が暖機温度に維持されるよう前記燃料電池の運転を継続する、
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、燃料電池システムの制御方法、及び燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【0002】
ＪＰＨ１０－４０９３１Ａには、燃料電池及び二次電池の少なくとも一方の電力に基づいて電動モータを駆動可能な電気自動車用の電源システムが開示されている。この電源システムにおいては、システム停止の際に二次電池の残存容量が所定量に達するまで燃料電池により二次電池を充電し、充電が完了した後にシステムを停止させている。
【発明の概要】
【0003】
上述したシステムにおいては、システム停止の際に二次電池の残存容量だけを見て燃料電池の発電を継続するか否かを判断しており、燃料電池の発電に伴うエネルギコスト及びシステム停止から再起動までのエネルギコスト等を勘案してシステム停止制御を実行することは一切検討されていない。そのため、システム停止制御後から再起動するまでのタイミングによっては、エネルギコストの観点から無駄が生じているおそれがある。
【0004】
したがって、本発明の目的は、システム停止要求を受けた際に、システム停止から次回の車両運転開始までのエネルギコスト及び燃料電池の発電に伴うエネルギコスト等を考慮し、できる限りエネルギコストを抑制可能なシステム制御を実現する技術を提供することである。
【0005】
本発明の一態様によれば、燃料電池と、燃料電池を暖機するための加熱器とを備え、燃料電池システムの運転停止要求を受け付けた際に停止制御を実行可能な車両用の燃料電池システムの制御方法が提供される。この制御方法では、燃料電池システムの運転停止要求を取得し、次回の車両運転開始タイミングを取得し、運転停止要求及び次回の車両運転開始タイミングを取得した後、所定タイミングにおいて第１エネルギコスト及び第２エネルギコストを算出する。第１エネルギコストは、所定タイミングから停止制御を実行した後、次回の車両運転開始タイミングに合わせて加熱器を用いた暖機制御を実行して、燃料電池の暖機が完了するまでに必要なエネルギコストである。第２エネルギコストは、所定タイミングから次回の車両運転開始タイミングまで、燃料電池の温度を暖機温度に維持するよう燃料電池の運転を継続する場合に必要なエネルギコストである。そして、この制御方法においては、運転停止要求を取得してから、第１エネルギコストが第２エネルギコストより大きい間は、燃料電池の温度が暖機温度に維持されるよう燃料電池の運転を継続する。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【発明を実施するための形態】
【0007】
＜第１実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【0008】
図１は、本発明の第１実施形態による燃料電池システム１００の概略構成図である。
【0009】
図１に示す燃料電池システム１００は、例えばシリーズハイブリッド車両に搭載されるシステムである。燃料電池システム１００は、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）としての燃料電池スタック１、燃料電池スタック１の発電に利用される液体燃料を蓄える燃料タンク１０、及び燃料電池システム１００を統括的に制御するコントローラ５０等を備えている。
【0010】
燃料電池スタック１は、アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する燃料電池の積層体である。燃料電池スタック１の発電電力は、ハイブリッド車両に搭載されたバッテリ（図２参照）を充電するために用いられる。燃料電池スタック１は複数の燃料電池を積層して構成され、発電源である個々の燃料電池は例えば固体酸化物型燃料電池である。
【0011】
燃料タンク１０は、燃料電池スタック１に供給されるアノードガスを生成したり、システム構成部品等を暖機する際に利用される燃焼ガスを生成したりするために必要な液体燃料を貯蔵する。液体燃料は、例えば、水とエタノールからなる燃料（例えば、４０体積％のエタノールを含有する含水エタノール）である。液体燃料は、含水エタノールに限られず、ガソリン又はメタノール等を含む液体燃料であってもよい。
【0012】
燃料電池スタック１と燃料タンク１０とは、アノードガス通路１１を通じて接続されている。アノードガス通路１１には、流れの方向に関して上流側から順に、蒸発器２１、燃料熱交換器２２、及び改質器２３が設けられている。蒸発器２１、燃料熱交換器２２、及び改質器２３は、燃料電池スタック１にアノードガスを供給するために必要な補機である。
【0013】
蒸発器２１の上流側においてはアノードガス通路１１から燃料供給路１５が分岐しており、燃料供給路１５はアノードガス通路１１と触媒燃焼器４０とを接続する。
【0014】
燃料供給路１５の分岐点と蒸発器２１との間のアノードガス通路１１には第１インジェクタ２Ａが設けられており、燃料供給路１５には第２インジェクタ２Ｂが設けられている。第１インジェクタ２Ａは、コントローラ５０からの指令信号に応じて作動し、蒸発器２１に対して液体燃料を噴射供給するよう構成されている。また、第２インジェクタ２Ｂは、コントローラ５０からの指令信号に応じて作動し、触媒燃焼器４０に対して液体燃料を噴射供給するよう構成されている。
【0015】
蒸発器２１は、第１インジェクタ２Ａから供給された液体燃料を加熱し、気化燃料を生成する。蒸発器２１は、触媒燃焼器４０から燃焼ガス通路１７を通じて供給される高温の燃焼ガスとの熱交換により、液体燃料を加熱する。
【0016】
燃料熱交換器２２は、触媒燃焼器４０での燃焼により生じた燃焼ガスの熱を受け、気化燃料をさらに加熱する。
【0017】
改質器２３は、改質用触媒を内蔵しており、燃料熱交換器２２から供給される気化燃料を改質し、水素や一酸化炭素等を含むアノードガスを生成する。改質器２３で生成されたアノードガスは、燃料電池スタック１に供給される。
【0018】
一方、燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１に空気（カソードガス）を供給するためのカソードガス通路１２を備えている。カソードガス通路１２には、空気熱交換器３１が設けられている。
【0019】
空気熱交換器３１は、触媒燃焼器４０から燃焼ガス通路１７を通じて供給される燃焼ガスとの熱交換により、カソードガス通路１２を流れるカソードガスを加熱する。本実施形態では、カソードガス通路１２の開放端付近にエアコンプレッサ３が設置されており、カソードガスとしての空気が、エアコンプレッサ３を通じてカソードガス通路１２に吸入される。カソードガスは、空気熱交換器３１を通過する際に加熱され、燃料電池スタック１に供給される。空気熱交換器３１は、燃料電池スタック１が発電するために必要な補機である。なお、空気を吸入する装置としては、エアコンプレッサ３の代わりに、ブロアを用いてもよい。
【0020】
エアコンプレッサ３と空気熱交換器３１との間のカソードガス通路１２からは空気供給路１６が分岐しており、空気供給路１６はカソードガス通路１２と触媒燃焼器４０とを接続する。空気供給路１６には、触媒燃焼器４０に供給される空気の流量を調整するための流量制御弁４が設置されている。
【0021】
触媒燃焼器４０は、白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）等を含む燃焼用触媒を内蔵している。触媒燃焼器４０は、燃料供給路１５及び空気供給路１６を通じて供給される液体燃料及び空気を燃焼させることにより燃焼ガスを生成する。
【0022】
燃料電池システム１００では、触媒燃焼器４０は燃焼ガス通路１７を介して空気熱交換器３１及び蒸発器２１に接続されており、燃焼ガスの熱により空気熱交換器３１及び蒸発器２１を加熱する。他方で、燃料熱交換器２２及び改質器２３が触媒燃焼器４０と共用のケース（図１の一点鎖線Ｌ）に収容されており、ケースＬの内部において触媒燃焼器４０の熱が燃料熱交換器２２及び改質器２３に伝達するように構成されている。
【0023】
また、燃料電池システム１００では、燃料電池スタック１と触媒燃焼器４０とがアノードオフガス通路１３及びカソードオフガス通路１４によって接続されている。触媒燃焼器４０は、燃料電池スタック１から排出されたアノードオフガス及びカソードオフガスを触媒燃焼させて燃焼ガスを生成する。触媒燃焼器４０で生成された燃焼ガスは、燃焼ガス通路１７を通じて外部へと排出される。
【0024】
コントローラ５０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、ＲＯＭ及びＲＡＭ等の各種記憶装置、並びに入出力インターフェース等を備えるマイクロコンピュータからなる電子制御ユニットであって、あらかじめプログラムされた各種制御を実行する。コントローラ５０は、例えば、車両の走行状態及び燃料電池システム１００の運転状態に応じて、第１インジェクタ２Ａ、第２インジェクタ２Ｂ、エアコンプレッサ３、及び流量制御弁４の動作を制御するようにプログラムされている。
【0025】
コントローラ５０は、各種センサ等からの検出信号を取得することで、燃料電池システム１００等の運転状態を検知している。燃料電池システム１００は、各種センサとして、燃料電池スタック１の温度を検出する温度センサ５０Ａ、現在時刻を出力するタイマ５０Ｂ、及び車両の起動・停止に指示するためのスタートスイッチ５０Ｃ等を有している。
【0026】
次に、図２を参照して、燃料電池システム１００の電力系統について説明する。
【0027】
燃料電池システム１００はシリーズハイブリッド車両に搭載され、図２に示すように燃料電池スタック１は車両のバッテリ５に電気的に接続されている。燃料電池システム１００では、燃料電池スタック１で発電された電力は基本的にバッテリ５に充電されるが、外部充電装置８０からの電力を用いてバッテリ５を充電することも可能となっている。外部充電装置８０は、充電スタンド等の施設に配置された急速充電装置、又は急速充電装置よりも出力電力の小さい家庭用の電源である。
【0028】
図２に示すように、燃料電池システム１００の電力系統は、車両用電源としてのバッテリ５と、車両の走行駆動源となる駆動装置６０と、駆動装置６０とバッテリ５の間に設けられる第一配線７１と、第一配線７１と燃料電池スタック１を接続する第二配線７２と、第一配線７１上に設けられるリレー７３と、第二配線上に設けられるコンバータ７４と、外部充電装置８０と接続可能に構成された充電コネクタ７５と、を含んでいる。電力系統を構成する各種機器も上述したコントローラ５０により制御される。
【0029】
駆動装置６０は、バッテリ５及び燃料電池スタック１に接続される負荷であり、バッテリ５及び燃料電池スタック１の少なくとも一方から電力供給を受けて車両を駆動する。駆動装置６０は、駆動源としての電動モータ６１と、バッテリ５及び燃料電池１の少なくとも一方の直流電力を、電動モータ６１に供給される交流電力に変換するインバータ６２と、を備える。
【0030】
第一配線７１は、バッテリ５とインバータ６２とを接続する電源線である。バッテリ５は、駆動装置６０に電力を供給する電源であって、リチウムイオンバッテリ又は鉛バッテリ等である。バッテリ５には、当該バッテリ５の出力電圧を検出するための電圧センサ５０Ｄが設けられており、電圧センサ５０Ｄの検出信号はコントローラ５０に出力される。
【0031】
第一配線７１上にはリレー７３が設置されており、リレー７３はバッテリ５と駆動装置６０との間を接続状態又は遮断状態に切り替える遮断機である。リレー７３は、第一配線７１においてコンバータ７４とバッテリ５との間を接続状態から遮断状態へ切り替え可能な遮断器でもある。
【0032】
第二配線７２は、第一配線７１から分岐して燃料電池スタック１に接続する電源線である。この第二配線７２には、コンバータ７４が設けられている。
【0033】
コンバータ７４は、ＤＣ／ＤＣコンバータであって、第一配線７１への出力電圧（二次電圧）が、燃料電池スタック１の電力を出力可能な所定の電圧となるように当該燃料電池スタック１の電圧（一次電圧）を変換する電力変換器である。このコンバータ７４により、燃料電池スタック１の電力が、第一配線７１を介してバッテリ５や駆動装置６０に伝送される。
【0034】
第一配線７１には、外部充電装置８０に設置されている充電ガン８１と接続可能な充電コネクタ７５が設けられている。充電コネクタ７５は、車体に設けられた充電ポート内に配置されており、外部充電装置８０による充電時に充電ガン８１からの電力を受け付ける電気接続機器である。充電コネクタ７５に充電ガン８１の先端部を接続することで、外部充電装置８０からバッテリ５に電力を供給可能な状態となる。充電コネクタ７５には、充電ガン８１の先端部が接続されたか否かを検知する接続状態検知センサ、又は、充電コネクタ７５からバッテリ５へ流れる電流を検出する電流センサ等が備えられている。コントローラ５０は、これらセンサの検出信号に基づいてバッテリ５が外部充電装置８０により充電されているか否かを判断する。
【0035】
燃料電池システム１００の電力系統を構成するリレー７３、インバータ６２、及びコンバータ７４等の各種機器の動作は、コントローラ５０によって制御される。
【0036】
上述のような燃料電池システム１００においては、システム起動時に燃料電池スタック１を暖機する暖機制御が実行され、システム停止要求を受けた際にはシステム停止制御が実行される。
【0037】
例えば、図１に示す燃料電池システム１００では、システム起動時に燃料電池スタック１を暖機する必要がある場合、第２インジェクタ２Ｂにより液体燃料を触媒燃焼器４０に供給するとともに、エアコンプレッサ３を作動させて流量制御弁４を開くことにより空気を触媒燃焼器４０に供給する。これにより、液体燃料の燃焼により生じた燃焼ガスにより燃料熱交換器２２等を加熱することができる。その結果、これら熱交換器で昇温されたアノードガス及びカソードガスが燃料電池スタック１に供給され、燃料電池スタック１が暖機されることとなる。このように、触媒燃焼器４０は、燃料電池スタック１を暖機するための加熱器として機能する。
【0038】
ここで、システム起動時とは、燃料電池システム１００の運転が停止している状態（燃料電池スタック１を含む燃料電池システム１００内の各要素の動作が停止している状態）において、コントローラ５０がシステム始動指令を検出したことをトリガとして、燃料電池スタック１等の燃料電池システム１００内の要素をそれぞれの作動に適した所望温度に昇温させるプロセス（燃料電池システム１００の起動のための暖機運転）が実行されている期間を指す。
【0039】
また、燃料電池システム１００では、運転者のキーオフ操作に基づくシステム停止要求等に応じて停止制御が実行される。燃料電池システム１００では燃料電池スタック１の動作温度が高いため、停止制御においては燃料電池システム１００の各要素の動作を完全停止する前に燃料電池スタック１の冷却処理が実行される。停止制御の冷却処理においては、エアコンプレッサ３が駆動されてカソードガスの供給が継続され、燃料電池スタック１がカソードガスによって冷却される。この際、第１インジェクタ２Ａも少量の燃料を供給するように制御され、少量のアノードガスが燃料電池スタック１に供給される。このように燃料電池スタック１にアノードガスを供給することで、触媒燃焼器４０からカソードガス（空気）が燃料電池スタック１に逆流することを抑制でき、燃料電池スタック１のアノード電極における酸化劣化を防止することができる。このような停止制御は、システム停止要求を受け付けたタイミング（停止要求取得タイミング）から開始され、例えば燃料電池スタック１の温度がアノード電極の酸化劣化を抑制若しくは防止できる温度に到達したら終了する。
【0040】
燃料電池システム１００では上述の通り停止制御や暖機制御が実行されることが一般的であり、一旦システムを停止してしまうと、次回の車両運転開始時までに燃料電池スタック１を動作温度まで暖機する必要がある。燃料電池システム１００で採用されている固体酸化物型の燃料電池スタック１は動作温度が７００℃程度と高く、暖機制御を実行する際に液体燃料を多量に消費することとなる。特に、燃料電池システム１００が触媒燃焼器４０で燃料を燃焼させて燃料電池スタック１を暖機するような構成である場合、ここで燃焼される燃料は発電のために使用されるのではなく、主に燃料電池スタック１等を加熱するために使用されることとなる。
【0041】
したがって、燃料電池システム１００を停止してから再起動する場合、次回の車両運転を開始するタイミングによってはシステム停止要求があっても燃料電池スタック１での運転（発電）を継続して燃料電池スタック１の温度を維持していた方が、停止要求の際すぐに停止制御を実行してその後に暖機制御を実行するよりも、エネルギコストの損失を抑制できる可能性がある。
【0042】
【0043】
図３（Ａ）に示すように、例えば、車両のスタートスイッチ５０Ｃが操作されてシステム停止要求が出力された時点（時刻ｔ１）ですぐに停止制御が実行されると、スタック温度が所定温度ＴＬに低下するまでカソードガス及びアノードガスの燃料電池スタック１への供給が継続される。その後、時刻ｔ２でシステム再起動要求があると、暖機制御が開始され、触媒燃焼器４０に供給された燃料の燃焼熱を用いて燃料電池スタック１の暖機が行われる。停止制御では燃料は発電に使用されないため消費した燃料のほぼ全てが発電電力として回収されない燃料となり、暖機制御においても燃料は暖機用の熱源として利用されるため消費燃料のほとんどが発電電力として回収されることはない。このように燃料電池システム１００を停止して再起動する場合には、図３（Ａ）の線Ｌ１に示すように多量の燃料が消費されることとなり、線Ｌ２に示すようにその燃料のほとんどは発電電力には寄与しない。
【0044】
一方、システム停止要求からシステム再起動までの時間が比較的短時間である場合等には、図３（Ｂ）に示すように時刻ｔ１１でシステム停止要求があった場合でも、総合的なエネルギコストの観点から、燃料電池スタック１の温度が維持される程度の発電を継続する方が効率的である場合もある。つまり、停止要求から次回の車両運転開始までの間（時刻ｔ１１～ｔ１３）、燃料電池スタック１に燃料を供給し、燃料電池スタック１の温度が維持される程度の発電を継続しておくことで、車両運転開始タイミングと同時に燃料電池スタック１を通常運転させることができる。通常運転を開始可能なタイミングｔ１３での消費燃料量（線Ｌ３）は、図３（Ａ）の停止要求から暖機完了までの間（時刻ｔ１～ｔ３）に消費される燃料量（線Ｌ１）よりも少なくなる。このように、燃料電池システム１００を再起動するタイミングによっては、車両の運転が再開されるまで発電を継続することで、発電電力として回収されない燃料量を抑制することができ、燃料から生じるエネルギを効率的に発電に利用しているといえる。
【0045】
そこで、本実施形態の燃料電池システム１００では、システム停止要求を検知した際に、システム停止・再起動する場合のエネルギコスト及び燃料電池スタック１での発電を継続する場合のエネルギコスト等を考慮して、できる限りエネルギ損失が少なくなるよう発電の継続、又は停止制御を実行する。
【0046】
以下、図４を参照して、システム停止要求を検知した際に燃料電池システム１００で実行される処理について説明する。図４は、システム停止要求時に実行される処理の流れを示すフローチャートである。燃料電池システム１００のコントローラ５０は、図４の処理を実行するようにプログラムされている。
【0047】
図４に示すように、コントローラ５０は、まずステップＳ１０１において、システム停止要求があるか否かを判定する。車両は、スタートスイッチ５０Ｃがドライバ等により操作されると、車両を停止するために燃料電池システム１００の停止要求を出力するよう構成されている。コントローラ５０は、スタートスイッチ５０Ｃの操作に基づくシステム停止要求を検知（取得）した場合にシステム停止要求ありと判定し、その後ステップＳ１０２の処理を実行する。一方、コントローラ５０は、システム停止要求を検知しない間はシステム停止要求がないものとして、ステップＳ１０１の処理を繰り返し実行する。
【0048】
ステップＳ１０２では、コントローラ５０は、次回運転開始時刻（次回の車両運転開始タイミング）が設定登録されているか否かを判定する。本実施形態による燃料電池システム１００を備える車両は、ドライバの車両運転計画等をコントローラ５０のＲＯＭ等に記憶することが可能な車両であって、ドライバ等がカーナビ装置又は自身が所有するスマートフォンを介して次に車両を使用する日時等を設定登録することができるよう構成されている。また、車両がカーシェリングで利用される車両である場合には、カーシェアリングでの利用状況に基づいて次回の車両運転開始タイミングが設定されてもよい。この次回運転開始時刻は、燃料電池システム１００の暖機後であって、車両の運転が再開可能なタイミングを意味する。
【0049】
ステップＳ１０２において次回の車両運転開始タイミングを取得した場合には、コントローラ５０はステップＳ１０３の処理を実行する。一方、次回の車両運転開始タイミングが設定登録されておらず、当該時刻を取得できなかった場合には、コントローラ５０は、ステップＳ１０８の処理を実行し、各種エネルギコストを考慮することなく停止制御を開始して、燃料電池スタック１の温度を所定温度まで低下させた後に燃料電池システム１００の運転を終了させる。
【0050】
ステップＳ１０３では、コントローラ５０は、燃料電池システム１００が外部充電装置８０に接続されているか否かを判定する。この判定は、例えば、外部充電装置８０の充電ガン８１が充電コネクタ７５に接続されたか否かを検知する接続状態検知センサの出力信号に基づいて実行される。外部充電装置８０が接続されていない場合には、コントローラ５０はステップＳ１０４以降の処理を実行する。一方、外部充電装置８０が接続されている場合には、システム停止の際にバッテリ５を目標充電量まで充電する必要があると判断し、ステップＳ１０９以降の処理を実行する。
【0051】
外部充電装置８０が接続されていない場合には、コントローラ５０は、ステップＳ１０４において停止・起動を実行した場合におけるエネルギコスト（以下、「停止・起動エネルギコスト」という。）を算出する。ステップＳ１０４で算出される停止・起動エネルギコストは、現時点（コスト算出タイミング）から燃料電池システム１００を停止するための停止制御を実行した後、次回の車両運転開始タイミングに合わせて触媒燃焼器４０を用いた暖機制御を実行して燃料電池スタック１の暖機が完了するまでに必要なエネルギコスト（第１エネルギコスト）である。この停止・起動エネルギコストは、例えば図５Ａに示すように算出される。
【0052】
図５Ａは、コントローラ５０の停止・起動エネルギコスト算出部５１を示す図である。図５Ａに示すように、停止・起動エネルギコスト算出部５１は、停止時間算出部５１Ａと、始動前スタック温度算出部５１Ｂと、停止エネルギ算出部５１Ｃと、起動エネルギ算出部５１Ｄと、加算部５１Ｅと、コスト算出部５１Ｆと、を備えている。
【0053】
停止時間算出部５１Ａは、次回の車両運転開始タイミングに基づく燃料電池スタック１の再起動タイミングから現在の時刻（今回のコスト算出タイミング）を減算することで、車両及び燃料電池システム１００を停止しておく停止時間を算出する。今回のコスト算出タイミングは、燃料電池システム１００の停止要求を取得してから現時点までの時間であり、システム停止要求タイミングからの燃料電池スタック１の発電継続時間でもある。
【0054】
燃料電池スタック１の再起動タイミングは、ステップＳ１０２で取得される次回の車両運転開始タイミングに基づいて図５Ｂのように算出される。図５Ｂに示すように、コントローラ５０は、現在のスタック温度を取得し、当該スタック温度に基づいて停止制御実行した際の温度低下特性線Ｌａを算出する。この特性線Ｌａは、現在のスタック温度ごとのマップデータとして予め記憶されていてもよいし、燃料電池スタック１の放熱量に基づく放熱シミュレーションから取得されてもよい。そして、コントローラ５０は、温度低下特性線Ｌａと、スタック温度－暖機時間特性線Ｌｂと、取得した次回の車両運転開始タイミングとに基づいて、車両運転開始時に燃料電池スタック１の暖機が完了する燃料電池スタック１の再起動タイミングを算出する。つまり、コントローラ５０は、現時刻からのスタック温度の低下を示す低下線Ｌａと、次回車両運転開始時に暖機温度に到達するスタック温度－暖機時間特性線Ｌｂとの交点を燃料電池スタック１の再起動タイミング（暖機開始タイミング）とする。なお、スタック温度－暖機時間特性線Ｌｂは、暖機制御を行う時間とスタック温度上昇度合いとの関係を予めの実験等により得たデータである。この特性線Ｌｂは、スタック熱容量と燃料電池スタック１に供給可能な熱量とに基づく昇温シミュレーションから取得されてもよい。
【0055】
図５Ａに示すように、停止時間算出部５１Ａで停止時間を算出した後、始動前スタック温度算出部５１Ｂは、停止時間と現在のスタック温度とに基づいて、燃料電池システム１００の再起動タイミング（暖機開始タイミング）におけるスタック温度（始動前スタック温度）を算出する。現在のスタック温度は、燃料電池スタック１に設けられた温度センサ５０Ａにより取得されたものを使用してもよいし、燃料電池スタック１から排出されるオフガスの温度から推定するようにしてもよい。停止時間と始動前スタック温度との関係を示す特性線は、図５Ａに示すように停止時間が長くなるほど始動前スタック温度が低くなるような特性となっている。また、この特性線は、所定のスタック温度毎に設定されている。
【0056】
停止エネルギ算出部５１Ｃは、始動前スタック温度に基づいて停止エネルギを算出する。この停止エネルギは、燃料電池システム１００において停止制御を実行し、再起動タイミングまで当該システム１００を停止しておく場合に必要なエネルギ（燃料量等）である。停止エネルギは、始動前スタック温度が小さくなるほど小さく算出される。また、この停止エネルギは、所定温度以下では一定値となるように算出される。これは、燃料電池スタック１の温度が所定温度以下になった場合はガス等による冷却は行われず、自然冷却する状態となるため、燃料等のエネルギの消費がないからである。
【0057】
起動エネルギ算出部５１Ｄは、始動前スタック温度に基づいて起動エネルギを算出する。この起動エネルギは、再起動タイミングから暖機制御を開始し、燃料電池スタック１の暖機完了するまでに必要なエネルギ（燃料量等）である。起動エネルギは、始動前スタック温度が低くなるほど大きな値となる。
【0058】
加算部５１Ｅは、停止エネルギと起動エネルギとを加算して、停止・起動エネルギを算出する。このように算出された停止・起動エネルギはコスト算出部５１Ｆに入力される。コスト算出部５１Ｆは、停止・起動エネルギに対して、単位エネルギ当たりのコストを積算して、停止・起動エネルギコストを算出する。単位エネルギ当たりのコストは、例えば単位リットル当たりの燃料費であり、予めコントローラ５０に記憶されている値であってもよいし、外部情報端末等から適宜受信する値であってもよい。
【0059】
図４のＳ１０４で停止・起動エネルギコストを算出した後、コントローラ５０は、Ｓ１０５において、このまま次回の車両運転開始タイミングまで燃料電池スタック１で発電を継続した場合におけるエネルギコスト（以下、「発電継続エネルギコスト」という）を算出する。Ｓ１０５で算出される発電継続エネルギコストは、現時点（コスト算出タイミング）から次回の車両運転開始タイミングまで、燃料電池スタック１の温度を暖機温度に維持可能な状態で発電させ続けた場合に必要なエネルギコスト（第２エネルギコスト）である。この発電継続エネルギコストは、例えば図６に示すように算出される。
【0060】
図６は、コントローラ５０の発電継続エネルギコスト算出部５２及び外部充電エネルギコスト算出部５３を示す図である。図６に示すように、発電継続エネルギコスト算出部５２は、電力量算出部５２Ａと、システム効率算出部５２Ｂと、減算部５２Ｃと、非回収エネルギ算出部５２Ｄと、発電エネルギ算出部５２Ｅと、選択部５２Ｆと、コスト算出部５２Ｇと、を備えている。
【0061】
電力量算出部５２Ａは、燃料電池スタック１での発電出力に対して、次回運転時刻（次回の車両運転開始タイミング）と現在時刻（今回のコスト算出タイミング）との差である継続時間を乗算することで、スタック電力量を算出する。発電継続中においては、燃料電池スタック１はスタック温度が暖機温度に維持されるような状態で発電しているため、発電出力は予め設定された所定値としてコントローラ５０のＲＯＭ等に記憶されている。なお、現時点での出力電流及び出力電圧に基づいて発電出力を算出し、このように算出した発電出力値を電力量算出部５２Ａで使用する発電出力としてもよい。
【0062】
システム効率算出部５２Ｂは、システム効率テーブルを参照し、発電出力に基づいて、燃料電池システム１００の各種構成要素での電力損失等を考慮した、システム全体における電力変換効率を算出する。電力変換効率は、０以上１以下の数値となる。
【0063】
減算部５２Ｃは１から電力変換効率を減算した値を算出し、非回収エネルギ算出部５２Ｄは、減算部５２Ｃで算出された値とスタック電力量とを乗算して、非回収エネルギを算出する。この非回収エネルギは、発電継続中において消費されるエネルギのうち電力としては回収されないエネルギ（燃料量等）である。
【0064】
発電エネルギ算出部５２Ｅは、スタック電力量をシステム全体における電力変換効率で除算することで、燃料電池スタック１を用いて当該スタック電力量を生み出すために必要な総発電エネルギ（燃料量等）を算出する。
【0065】
選択部５２Ｆは、バッテリ５に対する目標充電電力量が設定されているか否かに応じて、非回収エネルギ及び総発電エネルギの一方を発電継続エネルギとして出力する。燃料電池システム１００ではシステム停止時におけるバッテリ最低充電量が定められており、このバッテリ最低充電量を満たすように目標充電電力量が設定される。なお、バッテリ５の充電量が許容上限充電量となるように目標充電電力量が設定されてもよい。燃料電池システム１００は、目標充電電力量が設定される場合、外部充電装置８０によりバッテリ５を充電するようドライバ等に報知するよう構成されてもよい。したがって、選択部５２Ｆは、燃料電池システム１００が外部充電装置８０に接続されている場合に、目標充電電力量が設定されていると判断してもよい。選択部５２Ｆは、目標充電電力量が設定されていない場合には非回収エネルギを発電継続エネルギとして出力し、目標充電電力量が設定されている場合には総発電エネルギを発電継続エネルギとして出力する。
【0066】
コスト算出部５２Ｇは、発電継続エネルギ（燃料量等）に対して、単位エネルギ当たりのコストを積算して、発電継続エネルギコストを算出する。単位エネルギ当たりのコストは、例えば単位リットル当たりの燃料費であり、予めコントローラ５０に記憶されている値であってもよいし、外部情報端末等から適宜受信する値であってもよい。
【0067】
図４のステップＳ１０４及びＳ１０５において停止・起動エネルギコスト及び発電継続エネルギコストを算出した後、コントローラ５０はＳ１０６の処理を実行する。Ｓ１０６において、コントローラ５０は、このまま次回の車両運転開始タイミングまで発電を継続する場合に必要な発電継続エネルギコストと、現時点から停止制御を行った後、車両運転開始時までに暖機制御を行う場合に必要な停止・起動エネルギコストとを比較する。
【0068】
コントローラ５０は、停止・起動エネルギコストが発電継続エネルギコストよりも大きい場合、燃料電池スタック１での発電を継続した方がエネルギ損失が小さいと判断し、ステップＳ１０７の処理を実行する。一方、コントローラ５０は、停止・起動エネルギコストが発電継続エネルギコスト以下である場合、この段階で停止制御を開始した方がエネルギ損失が小さいと判断し、ステップＳ１０８の処理を実行する。
【0069】
ステップＳ１０７では、コントローラ５０は、燃料電池スタック１にアノードガス及びカソードガスを供給し続け、燃料電池スタック１の温度が暖機温度に維持されるような発電状態で燃料電池スタック１での発電を継続させる。ステップＳ１０７の処理を実行後、コントローラ５０はステップＳ１０３の処理を実行する。
【0070】
ステップＳ１０８において、コントローラ５０は、燃料電池スタック１での発電を終了して停止制御を開始する。この停止制御では、主にカソードガスを燃料電池スタック１に供給することで当該燃料電池スタック１の温度を所定温度まで低下させ、燃料電池システム１００の運転を終了させる。なお、このように運転が停止された燃料電池システム１００では、燃料電池スタック１の再起動タイミングまで動作が停止され、再起動タイミングにおいて暖機制御が開始されることとなる。
【0071】
一方、外部充電装置８０が接続される等して、バッテリ５の目標充電電力量が設定されている場合には、コントローラ５０は、ステップＳ１０９で停止・起動エネルギコストを算出し、ステップＳ１１０で発電継続エネルギコストを算出する。ステップＳ１０９での停止・起動エネルギコストの算出はステップＳ１０４での停止・起動エネルギコスト算出と同じであり、ステップＳ１１０での発電継続エネルギコストの算出はステップＳ１０５での発電継続エネルギコストを同じである。
【0072】
ステップＳ１１０の処理後、コントローラ５０は、ステップＳ１１１において、現時点から外部充電装置８０によりバッテリ５を目標充電量まで充電した場合に必要なエネルギコスト（以下、「外部充電エネルギコスト」という）を算出する。ステップＳ１１１で算出される外部充電エネルギコストは、今回のコスト算出タイミングから目標充電量に到達するまで外部充電装置８０によりバッテリ５を充電した場合に必要なエネルギコスト（第３エネルギコスト）である。この外部充電エネルギコストは、例えば図６に示すように算出される。
【0073】
図６に示すように、外部充電エネルギコスト算出部５３は、外部充電エネルギ算出部５３Ａと、コスト算出部５３Ｂと、を備えている。
【0074】
外部充電エネルギ算出部５３Ａは、目標充電量まで充電を行うために必要な目標充電電力量から、発電継続エネルギコスト算出部５２で算出されたスタック電力量（燃料電池スタック１からバッテリ５に充電される電力量）を引くことで、外部充電エネルギ（電力量等）を算出する。目標充電電力量は、バッテリ充電量がシステム起動時に必要な電力を考慮して予め定められた最低充電量を下回っている場合に、最低充電量（目標充電量）と現在のバッテリ充電量との差に基づいて算出される。コントローラ５０は、電圧センサ５０Ｄ等の検出値に基づいて現在のバッテリ充電量を算出する。
【0075】
コスト算出部５３Ｂは、外部充電エネルギ（電力量等）に対して、単位エネルギ当たりの電気コストを積算して、外部充電エネルギコストを算出する。単位エネルギ当たりの電気コストは、例えば単位電力量当たりの電気代であり、予めコントローラ５０に記憶されている値であってもよいし、外部情報端末等から適宜受信する値であってもよい。
【0076】
図４のステップＳ１０９～Ｓ１１１において停止・起動エネルギコスト、発電継続エネルギコスト、外部充電エネルギコストを算出した後、コントローラ５０はステップＳ１１２の処理を実行する。ステップＳ１１２において、コントローラ５０は、発電継続エネルギコストと、停止・起動エネルギコスト及び外部充電エネルギコストの和とを比較する。
【0077】
コントローラ５０は、停止・起動エネルギコスト及び外部充電エネルギコストの和が発電継続エネルギコストよりも大きい場合、燃料電池スタック１での発電を継続した方がエネルギ損失が小さいと判断し、ステップＳ１１３の処理を実行する。
【0078】
ステップＳ１１３では、コントローラ５０は、燃料電池スタック１にアノードガス及びカソードガスを供給し続け、燃料電池スタック１の温度が暖機温度に維持されるような発電状態で燃料電池スタック１での発電を継続させる。この際、外部充電装置８０によるバッテリ充電も継続されている。ステップＳ１１３の処理を実行後、コントローラ５０はステップＳ１０３の処理を実行する。
【0079】
一方、ステップＳ１１２において停止・起動エネルギコスト及び外部充電エネルギコストの和が発電継続エネルギコスト以下であると判定された場合、コントローラ５０は、この段階でシステム停止制御を実行した方がエネルギ損失が小さいと判断し、ステップＳ１０８の処理を実行する。Ｓ１０８において、コントローラ５０は、燃料電池スタック１での発電を終了してシステム停止制御を開始する。なお、システム停止制御により燃料電池スタック１での発電は停止されるが、外部充電装置８０によるバッテリ充電は継続されることとなる。
【0080】
上記した本実施形態の燃料電池システム１００によれば、以下の効果を得ることができる。
【0081】
燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１と、燃料電池スタック１を暖機するための触媒燃焼器４０とを備え、ドライバ等からのシステム運転停止要求を受け付けた際に停止制御を実行するよう構成されている。燃料電池システム１００のコントローラ５０は、燃料電池システム１００の運転停止要求を取得し、次回の車両の運転開始タイミングを取得し、当該運転停止要求及び次回の運転開始タイミングを取得した後、所定タイミング（今回のコスト算出タイミング）において停止・起動エネルギコスト及び発電継続エネルギコストを算出する。停止・起動エネルギコストは、所定タイミングから停止制御を実行した後、次回の車両運転開始タイミングに合わせて触媒燃焼器４０を用いた暖機制御を実行して、燃料電池スタック１の暖機が完了するまでに必要なエネルギコストである。発電継続エネルギコストは、所定タイミングから次回の車両運転開始タイミングまで、燃料電池スタック１の温度を暖機温度に維持するよう燃料電池スタック１の運転を継続する場合に必要なエネルギコストである。コントローラ５０は、運転停止要求を取得してから停止・起動エネルギコストが発電継続エネルギコストより大きい間は、燃料電池スタック１の温度が暖機温度に維持されるよう燃料電池スタック１の運転を継続する。
【0082】
このように燃料電池システム１００は、システム停止要求を取得してから停止・起動エネルギコストが発電継続エネルギコストより大きい間は、燃料電池スタック１の運転を継続するので、システム停止要求後におけるエネルギ損失を抑制することが可能となる。このように、システム停止要求を受けた際に、システム停止から次回の車両運転開始までのエネルギコスト及び燃料電池の発電に伴うエネルギコスト等を考慮することで、エネルギコストを抑制可能な燃料電池システム１００の制御を実現することが可能となる。
【0083】
また、コントローラ５０は、運転停止要求を取得してから、停止・起動エネルギコストが発電継続エネルギコスト以下となった場合に停止制御を開始する。このように停止・起動エネルギコストが発電継続エネルギコスト以下となった時に停止制御を実行することで、システム停止要求後におけるエネルギ損失を抑制することが可能となる。
【0084】
また、コントローラ５０は、所定タイミング（コスト算出タイミング）から燃料電池スタック１の再起動タイミング（暖機開始タイミング）までの停止時間と、所定タイミングでのスタック温度とに基づいて停止制御実行後の始動前スタック温度を算出し、算出された始動前スタック温度に基づいて停止・起動エネルギコストを算出する。このように始動前スタック温度を用いることで、停止制御及び暖機制御に係るエネルギコストを精度よく算出することが可能となる。
【0085】
さらに、燃料電池システム１００のコントローラ５０は、所定タイミング（コスト算出タイミング）から次回の車両運転開始タイミングまでの継続時間と、燃料電池スタック１での発電出力とに基づいてスタック電力量を算出し、算出されたスタック電力量と燃料電池システム１００における電力変換効率とに基づいて発電継続エネルギコストを算出する。このように、燃料電池スタック１で発電され得るスタック電力量と、システム全体を考慮して定めれた電力変換効率とを用いることで、燃料電池スタック１で発電を継続した場合におけるエネルギコストを精度よく算出することが可能となる。
【0086】
さらに、燃料電池システム１００は車両用電源としてのバッテリ５と、外部充電装置８０の充電部８１と接続可能な充電コネクタ７５とをさらに備え、バッテリ５は燃料電池スタック１及び外部充電装置８０の少なくとも一方により充電可能に構成される。コントローラ５０は、燃料電池システム１００が外部充電装置８０に接続されている場合に、外部充電装置８０によりバッテリ５を目標充電量まで充電するのに必要な外部充電エネルギコストを算出する。コントローラ５０は、運転停止要求を取得してから、停止・起動エネルギコスト及び外部充電エネルギコストの和が発電継続エネルギコストより大きい間は、燃料電池スタック１の温度が暖機温度に維持されるよう燃料電池スタック１の運転を継続し、停止・起動エネルギコスト及び外部充電エネルギコストの和が発電継続エネルギコスト以下となった時に停止制御を開始する。
【0087】
燃料電池システム１００では、外部充電装置８０によりバッテリ充電が行われる場合、停止・起動エネルギコスト及び発電継続エネルギコストだけでなく、外部充電エネルギコストについも考慮したうえで、燃料電池スタック１の運転を継続するか又は停止制御を実行するかを決定することができる。これにより、燃料電池システム１００が外部充電装置８０に接続された場合であっても、システム停止要求後におけるエネルギ損失を抑制することが可能となる。
【0088】
燃料電池システム１００のコントローラ５０は、所定タイミング（コスト算出タイミング）から次回の車両運転開始タイミングまでの継続時間と、燃料電池スタック１での発電出力とに基づいてスタック電力量を算出し、バッテリ５の目標充電電力量と当該スタック電力量とに基づいて外部充電エネルギコストを算出する。このようにバッテリ５の目標充電電力量とスタック電力量とを用いることで、外部充電装置８０によりバッテリ５を充電する場合におけるエネルギコストを精度よく算出することが可能となる。
【0089】
＜第２実施形態＞
次に、図７～図９を参照して、本発明の第２実施形態による燃料電池システム１００について説明する。以下の実施形態では、第１実施形態と同じ機能を果たす構成等には同一の符号を用い、重複する説明を適宜省略する。
次に、図７～図９を参照して、本発明の第２実施形態による燃料電池システム１００について説明する。以下の実施形態では、第１実施形態と同じ機能を果たす構成等には同一の符号を用い、重複する説明を適宜省略する。
【0090】
第２実施形態による燃料電池システム１００は、当該システムが外部充電装置８０に接続されている場合等において、システム停止要求後のエネルギ損失が最小となるよう燃料電池スタック１の発電継続時間を設定するよう構成されている。
【0091】
図７を参照して、システム停止要求を検知した際に、第２実施形態による燃料電池システム１００で実行される処理について説明する。図７は、システム停止要求時に実行される処理の流れを示すフローチャートである。図７のステップＳ２０１～Ｓ２０８以外の処理は図４で説明した処理と同じであるので、ここではステップＳ２０１～Ｓ２０８の処理について説明する。
【0092】
図７に示すように、ステップＳ１０３において外部充電装置８０が接続されており、バッテリ５の目標電力量が設定されている場合、コントローラ５０はステップＳ２０１の処理を実行する。
【0093】
ステップＳ２０１において、コントローラ５０は、例えば、次回運転開始時刻に基づく燃料電池スタック１の再起動タイミングから停止要求を取得した時刻（停止要求取得タイミング）を差し引くことで、燃料電池スタック１の発電継続可能時間の最大値としての最大発電継続時間ＴＭＡＸを算出する。
【0094】
ステップＳ２０２において、コントローラ５０は、最大発電継続時間ＴＭＡＸを所定回数ｋで分割した発電継続時間Ｔｋ（例えばｋ＝０～１０）を決定する。発電継続時間Ｔｋは停止要求取得タイミングからの経過時間を示し、例えば最大発電継続時間ＴＭＡＸが１０分である場合には各発電継続時間の値はＴ０＝０分、Ｔ１＝１分、Ｔ２＝２分、・・・、Ｔ１０＝１０分となる。
【0095】
ステップＳ２０３において、コントローラ５０は、停止要求取得タイミングから発電継続時間Ｔｋだけ発電した後に停止・起動制御を実行する場合に必要なエネルギコスト（第２の停止・起動エネルギコスト）を算出する。図８に示すように、コントローラ５０（停止・起動エネルギコスト算出部５１）は、再起動タイミングと発電継続時間Ｔｋとに基づいて停止時間を算出し、この停止時間を始動前スタック温度算出部５１Ｂに入力することで第２の停止・起動エネルギコスト（第４エネルギコスト）を算出している。第２の停止・起動エネルギコストは、停止要求タイミングから設定された発電継続時間を経過した後に停止制御を実行し、次回の車両運転開始タイミングに合わせて加熱器を用いた暖機制御を実行して、燃料電池の暖機が完了するまでに必要なエネルギコストである。図８の停止時間算出部５１Ａには、第１実施形態のように実際のコスト算出タイミング（現在時刻）を入力するのではなく、ステップＳ２０２で算出された発電継続時間Ｔｋが入力される。
【0096】
ステップＳ２０３で第２の停止・起動エネルギコストを算出した後、ステップＳ２０４において、コントローラ５０は、停止要求取得タイミングから発電継続時間Ｔｋだけ発電する場合に必要なエネルギコスト（第２の発電継続エネルギコスト）を算出する。図９に示すように、コントローラ５０（発電継続エネルギコスト算出部５２）は、燃料電池スタック１の発電出力と発電継続時間Ｔｋとに基づいて発電継続期間におけるスタック電力量を算出し、このスタック電力量を発電エネルギ算出部５２Ｅに入力することで第２の発電継続エネルギコスト（第５エネルギコスト）を算出している。図９の電力量算出部５２Ａには、第１実施形態のように停止時間を入力するのではなく、ステップＳ２０２で算出された発電継続時間Ｔｋが入力される。
【0097】
ステップＳ２０４で第２の発電継続エネルギコストを算出した後、ステップＳ２０５において、コントローラ５０は、外部充電装置８０によりバッテリ５を目標充電量まで充電する場合に必要なエネルギコスト（第２の外部充電エネルギコスト）を算出する。図９に示すように、コントローラ５０（外部充電エネルギコスト算出部５３）は、目標充電電力量と、発電出力及び発電継続時間Ｔｋから算出されたスタック電力量とに基づいて、第２の外部充電エネルギコスト（第６エネルギコスト）を算出している。
【0098】
上述のように外部充電エネルギコストを算出した後、コントローラ５０は、図７のステップＳ２０６において、発電継続時間Ｔｋにおける停止・起動エネルギコスト、発電継続エネルギコスト、及び外部充電エネルギコストを加算して、総エネルギコストＣｋを算出する。この総エネルギコストＣｋは、コントローラ５０のＲＡＭ等の記憶媒体に一時的に記憶される。
【0099】
ステップＳ２０７において、コントローラ５０は、発電継続時間Ｔ０～１０の全てにおいて総エネルギコストＣ０～１０が算出されたか否かを判定し、全ての計算が終わっていない場合には変数ｋをカウントアップし、ステップＳ２０３以降の処理を繰り返す。発電継続時間Ｔ０～１０の全てにおいて総エネルギコストＣ０～１０が算出されると、コントローラ５０はステップＳ２０８の処理を実行する。
【0100】
ステップＳ２０８において、コントローラ５０は、発電継続時間Ｔ０～１０における各総エネルギコストＣ０～１０のうち、総エネルギコストが最も小さくなる発電継続時間を選択し、停止要求取得タイミングから選択された発電継続時間を経過するまで、燃料電池スタック１の温度が暖機温度に維持されるような発電状態で燃料電池スタック１の運転（発電）を継続させる。そして、発電継続時間経過したタイミングで、コントローラ５０は燃料電池スタック１での発電を終了して停止制御を開始する。
【0101】
上記した本実施形態の燃料電池システム１００によれば、図１０に示すように、ドライバ等からのシステム停止要求時に、最大発電継続時間を分割して得られた各発電継続時間Ｔ０～１０ごとに第２の停止・起動エネルギコスト、第２の発電継続エネルギコスト、及び第２の外部充電エネルギコストの総和（総エネルギコスト）を算出する。コントローラ５０は、発電継続時間Ｔ０～１０における各総エネルギコストのうち、総エネルギコストが最も小さくなる発電継続時間を選択する。例えば、図１０に示すように、発電継続時間Ｔ５における総エネルギコストが最も小さい場合には、停止要求取得タイミングから発電継続時間Ｔ５を経過するまで燃料電池スタック１の運転（発電）が継続され、その後停止制御が実行される。燃料電池システム１００は総エネルギコストが最も小さくなる発電継続時間だけ燃料電池スタック１の運転（発電）を継続する構成であるため、システム停止要求後におけるエネルギ損失をより確実に抑制することが可能となる。
【0102】
なお、第２実施形態では、コントローラ５０は、発電継続時間Ｔｋの中で最もエネルギコストが小さくなるものを発電継続時間として選択するが、発電継続時間の選択手法はこれに限られない。例えば、発電継続時間Ｔｋのうち、最もエネルギコストが小さい時間と、その次にエネルギコストが小さい時間との２つの時間を抽出し、これら２つの時間から平均時間を算出する。そして、この平均時間における総エネルギコストを算出し、平均時間における総エネルギコストと発電継続時間Ｔｋにおける最低総エネルギコストとを比較して、小さいエネルギコストの方を発電継続時間として選択するようにしてもよい。
【0103】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は、本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を、上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。上記実施形態に対し、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内で様々な変更及び修正が可能である。また、上述した第１実施形態及び第２実施形態で説明した技術思想は適宜組み合わせが可能である。
【0104】
上記した実施形態による燃料電池システム１００は、触媒燃焼器４０での燃焼熱を利用して燃料電池スタック１の暖機を行う構成であるが、燃料電池スタック１自体の温度を調整可能な電気式温度調整器を用いて燃料電池スタック１を暖機する構成であってもよい。このように電気式温度調整器を用いる場合には、当該調整器で消費される電力に基づいて起動エネルギ等が算出される。
【0105】
上記した実施形態では、燃料電池スタック１は、固体酸化物型燃料電池であるが、システム停止時に所定の停止制御を実行し、かつ起動時に所定の暖機制御を実行する燃料電池であれば、固体酸化物型燃料電池以外の燃料電池であってもよい。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】