特許 7604920 燃料電池システム

(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】2024-12-16

(45)【発行日】2024-12-24

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   B60L 58/31 20190101AFI20241217BHJP

   B60L 58/12 20190101ALI20241217BHJP

   H01M 8/04225 20160101ALI20241217BHJP

   H01M 8/04302 20160101ALI20241217BHJP

   H01M 8/0432 20160101ALI20241217BHJP

   H01M 8/04537 20160101ALI20241217BHJP

   H01M 8/04858 20160101ALI20241217BHJP

   H01M 8/249 20160101ALI20241217BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20241217BHJP

   H01M 8/00 20160101ALN20241217BHJP

【ＦＩ】

B60L58/31

B60L58/12

H01M8/04225

H01M8/04302

H01M8/0432

H01M8/04537

H01M8/04858

H01M8/249

H01M8/10 101

H01M8/00 A

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021014553

(22)【出願日】2021-02-01

(65)【公開番号】P2022117829

(43)【公開日】2022-08-12

【審査請求日】2023-08-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 拓

(72)【発明者】

【氏名】赤松 一志

【審査官】加藤 昌人

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１５３５６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１２６４４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１８４１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１４６２５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１９２２８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０６８０６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１３５１８０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／１２１３８９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００１－２２９９５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１４７７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３１１１１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｌ ５０／５０－５０／７５

Ｂ６０Ｌ ５８／００－５８／４０

Ｈ０１Ｍ ８／００－ ８／２４９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリと、
前記バッテリに接続された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動作を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記複数の燃料電池ユニットを始動させる始動処理を実行可能に構成されており、
前記始動処理は、
前記バッテリから供給される電力を利用して、前記複数の燃料電池ユニットの一部を始動する第１の処理と、
前記第１の処理の実行後に、前記複数の燃料電池ユニットの残部の少なくとも一つを始動する第２の処理と、を含み、
前記始動処理は、特定の条件下にて実行され、
前記特定の条件には、少なくとも、雰囲気温度が所定の温度よりも低いことと、前記バッテリのＳＯＣが所定の値よりも低いこととが含まれる、
燃料電池システム。

【請求項2】

前記第２の処理は、前記第１の処理によって始動された前記燃料電池ユニットが出力する電力を用いて、前記複数の燃料電池ユニットの前記少なくとも一つを始動することをさらに含む、請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項3】

前記第１の処理では、前記複数の燃料電池ユニットの一つのみが始動される、請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。

【請求項4】

前記第２の処理では、前記複数の燃料電池ユニットの前記残部のうちの一つのみが始動される、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。

【請求項5】

前記第２の処理では、前記複数の燃料電池ユニットの前記残部のうちの二以上が同時に始動される、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。

【請求項6】

前記始動処理は、前記第２の処理の実行後に、前記複数の燃料電池ユニットの前記残部の他の少なくとも一つを始動する第３の処理をさらに含む、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料電池システム。

【請求項7】

前記第２の処理で始動される前記燃料電池ユニットの数は、前記第１の処理で始動される前記燃料電池ユニットの数よりも多い、請求項５又は請求項６に記載の燃料電池システム。

【請求項8】

前記第２の処理では、前記複数の燃料電池ユニットの前記残部の全てが同時に始動される、請求項１から請求項７のいずれか一項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】

本明細書が開示する技術は、燃料電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に、燃料電池システムが開示されている。この燃料電池システムは、複数の燃料電池ユニットと、それらの動作を制御する制御装置とを備える。制御装置は、例えばユーザからの要求に応じて、複数の燃料電池ユニットを始動する始動処理を実行するように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－０１４１７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

燃料電池ユニットを始動するためには、酸化ガス（例えば、酸素ガスを含む空気）や燃料ガス（例えば、水素ガス）を燃料電池ユニットに供給する必要がある。そのため、燃料電池ユニットを始動するときは、それらのガスを供給する機器を作動させるために、一定の電力が必要とされる（以下、この電力を「始動電力」と称することがある）。この始動電力を供給するために、燃料電池システムは、バッテリをさらに備えてもよい。この場合、複数の燃料電池ユニットを同時に始動するためには、それぞれの燃料電池ユニットに始動電力を供給する必要があり、バッテリから多くの電力を出力することが求められる。しかしながら、バッテリの状態によっては、複数の燃料電池ユニットに対して、十分な始動電力を供給できないことがある。例えば極寒地（例えば－２０℃以下）において、バッテリが極低温の状態になっていると、バッテリが出力可能な電力は低下する。あるいは、バッテリのＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が低下していても、バッテリが出力可能な電力は低下する。このような特定の条件下では、複数の燃料電池ユニットへ十分な始動電力を供給することができず、複数の燃料電池ユニットを始動できないおそれが生じる。

【0005】

上記の実情を鑑み、本明細書は、複数の燃料電池ユニットを確実に始動するための技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本明細書が開示する技術は、燃料電池システムに具現化される。この燃料電池システムは、バッテリと、前記バッテリに接続された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動作を制御する制御装置とを備える。前記制御装置は、前記複数の燃料電池ユニットを始動させる始動処理を実行可能に構成されている。前記始動処理は、前記バッテリから供給される電力を利用して、前記複数の燃料電池ユニットの一部を始動する第１の処理と、前記第１の処理の実行後に、前記複数の燃料電池ユニットの残部の少なくとも一つを始動する第２の処理とを含む。

【0007】

上記した燃料電池システムでは、複数の燃料電池ユニットを始動するときに、第１の処理と第２の処理とを含む始動処理を実行することができる。第１の処理では、バッテリから供給される電力を利用して、複数の燃料電池ユニットの一部のみを始動する。次いで、第２の処理では、複数の燃料電池ユニットの他の少なくとも一つを始動する。このように、複数の燃料電池ユニットの少なくとも一部を、互いに異なるタイミングで選択的に始動することで、バッテリが出力すべき始動電力を有意に低減することができる。これにより、複数の燃料電池ユニットを確実に始動することができる。なお、第２の処理が完了した段階で、複数の燃料電池ユニットのいくつかが未始動であってもよい。この場合、始動処理は、第２の処理の実行後に、複数の燃料電池ユニットの少なくとも一つを始動する第３の処理や第４の処理をさらに含んでもよい。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施例のＦＣシステム１０の概略構成を示す図。

【図2】特別な始動処理の一例を示すフローチャート。

【図3】図２で示す特別な始動処理における各ＦＣユニットＦＣＵの状態を説明する図。

【図4】特別な始動処理の変形例を示すフローチャート。

【図5】図４で示す特別な始動処理における各ＦＣユニットＦＣＵの状態を説明する図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本技術の一実施形態において、始動処理は、特定の条件下にて実行されてもよい。この場合、特定の条件には、少なくとも、雰囲気温度が所定の温度よりも低いことが含まれてもよい。このような構成によると、バッテリの温度が比較的に低く、バッテリの出力可能な電力が低下している場合でも、複数の燃料電池ユニットを確実に始動することができる。但し、本技術の他の実施形態において、始動処理は、必ずしも特定の条件下のみに限られず、任意の条件下で実行されなくてもよい。

【0010】

上記に加え、又は代えて、前記した特定の条件には、少なくとも、バッテリのＳＯＣが所定の値よりも低いことが含まれてもよい。このような構成によると、バッテリのＳＯＣが比較的に低く、バッテリの出力可能な電力が低下している場合でも、複数の燃料電池ユニットを確実に始動することができる。

【0011】

本技術の一実施形態において、第２の処理は、第１の処理によって始動された燃料電池ユニットが出力する電力を用いて、複数の燃料電池ユニットの少なくとも一つを始動することをさらに含んでもよい。このような構成によると、バッテリの電力を消費することなく、あるいは、その消費量を抑制しながら、第２の処理で燃料電池ユニットを始動することができる。従って、複数の燃料電池ユニットを始動するときに、バッテリから供給すべき電力を低減できるため、例えばバッテリの出力可能な電力が低下している場合でも、複数の燃料電池ユニットを確実に始動することができる。

【0012】

本技術の一実施形態において、第１の処理では、複数の燃料電池ユニットの一つのみが始動されてもよい。このような構成によると、複数の燃料電池ユニットを始動するときに、バッテリから供給すべき電力をさらに低減することができる。

【0013】

本技術の一実施形態において、第２の処理では、複数の燃料電池ユニットの残部のうちの一つのみが始動されてもよい。このような構成によると、第２の処理において必要とされる始動電力を低減することができる。あるいは、本技術の他の実施形態において、第２の処理では、複数の燃料電池ユニットの残部のうちの二以上が同時に始動されてもよい。このような構成によると、複数の燃料電池ユニットを始動するのに要する時間を短縮することが可能である。なお、第２の処理が完了した段階で、複数の燃料電池ユニットの全てが始動されていなくてもよく、始動処理は、下記する第３の処理のように、第２の処理に続けて実行される他の処理をさらに含んでもよい。

【0014】

本技術の一実施例において、始動処理は、第２の処理の実行後に、複数の燃料電池ユニットの残部の他の少なくとも一つを始動する第３の処理をさらに含んでもよい。即ち、複数の燃料電池ユニットは、三以上の処理によって、順次始動されてもよい。このような構成によると、各処理で始動すべき燃料電池ユニットの数を少なくして、必要とされる始動電力を低減することができる。また、始動後の燃料電池ユニットを、ある一定の時間に亘って暖機運転する場合は、暖機運転に伴って発電された電力が、余剰電力となることがある。この点に関しても、同時に始動される燃料電池ユニットの数を少なくすることで、その後の暖機運転によって生じる発電電力を抑制することができ、余剰電力の発生を回避又は抑制することができる。

【0015】

上記したいくつかの実施形態において、第２の処理で始動される燃料電池ユニットの数は、第１の処理で始動される燃料電池ユニットの数よりも多くてもよい。このような構成によると、第１の処理で必要とされる始動電力、即ち、バッテリから供給すべき電力を低減することができるとともに、複数の燃料電池ユニットのより多くを短時間で始動することができる。

【0016】

本技術の一実施形態において、第２の処理では、複数の燃料電池ユニットの残部の全てが同時に始動されてもよい。このような構成によると、第１の処理及び第２の処理が実行されることで、複数の燃料電池ユニットの全てを始動することができる。即ち、複数の燃料電池ユニットを始動するのに要する時間を短縮することが可能である。

【実施例】

【0017】

図面を参照して、実施例の燃料電池システム（以下、ＦＣ（Ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ）システム）１０について説明する。ＦＣシステム１０は、燃料電池車両（例えば、自動車、バス、トラック、電車）や定置用燃料電池装置等に搭載され、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、ＦＣシステム１０は、車両以外の各種移動体（例えば、船舶や飛行機）に搭載されてもよい。

【0018】

図１に示すように、ＦＣシステム１０は、複数の燃料電池ユニット（以下、ＦＣユニット）ＦＣＵを備える。ここでは、説明の便宜上、ＦＣシステム１０が備えるＦＣユニットＦＣＵの数をＮとする（Ｎは２以上の整数である）。即ち、複数のＦＣユニットＦＣＵには、第１ＦＣユニットＦＣＵ１から第ＮＦＣユニットＦＣＵＮまでが含まれる。なお、ＦＣシステム１０が備える複数のＦＣユニットＦＣＵの数（即ち、Ｎ）は、特に限定されず、ＦＣシステム１０への要求電力に応じて、適宜変更することができる。

【0019】

図１に示すように、ＦＣシステム１０は、システム制御装置１２と、バッテリ１４とをさらに備える。システム制御装置１２は、複数のＦＣユニットＦＣＵ及びバッテリ１４の動作を制御する制御装置である。バッテリ１４は、例えばリチウムイオンバッテリやニッケル水素バッテリであって、複数の二次電池を内蔵している。システム制御装置１２は、各々のＦＣユニットＦＣＵと通信可能に接続されており、上記したように、各々のＦＣユニットＦＣＵの動作を制御する。同様に、システム制御装置１２は、バッテリ１４と通信可能に接続されており、上記したように、バッテリ１４の動作を制御する。バッテリ１４は、各々のＦＣユニットＦＣＵと電気的に接続されており、各々のＦＣユニットＦＣＵに電力を供給可能に構成されている。なお、この場合、必要に応じて、バッテリ１４と各々のＦＣユニットＦＣＵとの間に、電力を昇圧又は降圧するコンバータが設けられてもよい。

【0020】

図１に示すように、各々のＦＣユニットＦＣＵは、燃料電池ユニット制御装置（以下、ＦＣユニット制御装置）１６と、燃料電池スタック（以下、ＦＣスタック）１８と、コンプレッサ２０と、水素供給弁２２とを備える。ＦＣユニット制御装置１６は、システム制御装置１２と通信可能に接続されており、システム制御装置１２からの指示に基づいて、ＦＣスタック１８と、コンプレッサ２０と、水素供給弁２２との動作を制御する。このように、各々のＦＣユニットＦＣＵにおける動作は、対応するＦＣユニット制御装置１６によって制御される。なお、各々のＦＣユニットＦＣＵに、ＦＣユニット制御装置１６は必ずしも必要とされない。例えば、システム制御装置１２は、ＦＣユニット制御装置１６を介することなく、各ＦＣユニットＦＣＵの構成要素の各々を直接的に制御してもよい。

【0021】

ＦＣスタック１８は、例えば、高分子電解質型燃料電池であり、複数の単セルが積層された構造を有する。上記したように、ＦＣユニット制御装置１６は、システム制御装置１２からの指示に基づいて、ＦＣスタック１８の動作を制御する。例えば、ＦＣユニット制御装置１６は、ＦＣスタック１８による発電の開始、又は発電の休止を制御する。一例ではあるが、各ＦＣユニットＦＣＵにおいて、ＦＣユニット制御装置１６は、ＦＣスタック１８の動作を監視してもよい。

【0022】

コンプレッサ２０は、外部から取り入れた空気を圧縮して、ＦＣスタック１８へ供給する。一方、水素供給弁２２は、ＦＣシステム１０に接続された水素タンク２４とＦＣスタック１８との間に設けられている。上記したように、ＦＣユニット制御装置１６は、システム制御装置１２からの指示に基づいて、コンプレッサ２０及び水素供給弁２２の動作を制御する。例えば、ＦＣユニット制御装置１６は、コンプレッサ２０を制御して、酸素ガスを含む空気をＦＣスタック１８に供給する。同様に、ＦＣユニット制御装置１６は、水素供給弁２２を制御して、水素タンク２４からＦＣスタック１８に供給される水素ガス量を調整する。このようなコンプレッサ２０及び水素供給弁２２の動作に必要な電力は、バッテリ１４から供給されてもよいし、自己又は他のＦＣユニットＦＣＵから供給されてもよい。ＦＣスタック１８での発電を終えた空気及び水素ガスは、ＦＣスタック１８から外部に排出される。この場合、ＦＣスタック１８から外部に排出されるガスの中には、未反応の水素ガスが含まれることがある。そのため、各ＦＣユニットＦＣＵは、循環経路（不図示）をさらに備え、ＦＣスタック１８へ未反応の水素ガスを循環できるようにしてもよい。なお、コンプレッサ２０は、各々のＦＣユニットＦＣＵへ空気を供給する機器の一例である。また、水素ガスは燃料ガスの一例であり、空気は酸化ガスの一例である。特に限定されないが、ＦＣシステム１０は、各々のＦＣユニットＦＣＵに冷却水を循環させて冷却する冷却系（不図示）をさらに備えてもよい。

【0023】

次に、本実施例のＦＣシステム１０の始動に係る動作について説明する。ＦＣシステム１０の始動は、システム制御装置１２と、各々のＦＣユニットＦＣＵに設けられたＦＣユニット制御装置１６によって実行される。通常、システム制御装置１２は、各々のＦＣユニットＦＣＵへ始動指令を同時に与えて、全てのＦＣユニットＦＣＵを同時に始動させる。このとき、各々のＦＣユニットＦＣＵを始動するために要する始動電力は、バッテリ１４から供給される。しかしながら、バッテリ１４の状態によっては、複数のＦＣユニットＦＣＵに対して、十分な始動電力を供給できないことがある。例えば極寒地（例えば－２０℃以下）において、バッテリ１４が極低温の状態になっていると、バッテリ１４が出力可能な電力は低下する。あるいは、バッテリ１４のＳＯＣが低下していても、バッテリ１４出力可能な電力は低下する。このような特定の条件下では、複数のＦＣユニットＦＣＵへ十分な始動電力を供給することができず、複数のＦＣユニットＦＣＵを始動できないおそれが生じる。

【0024】

上記の点に関して、本実施例のＦＣシステム１０では、特定の条件下で始動する必要があるときに、以下に説明する特別な始動処理を実行するように構成されている。ここでいう特定の条件には、例えばＦＣシステム１０の雰囲気温度が所定の温度よりも低いことが含まれてもよい。加えて、又は代えて、特定の条件には、バッテリ１４のＳＯＣが所定の値よりも低いことが含まれてもよい。これらに限られず、特定の条件には、バッテリ１４の出力可能な電力を低下させ得る各種の条件が設定されてもよい。但し、本技術の他の実施形態において、始動処理は、必ずしも特定の条件下のみに限られず、任意の条件下で実行されなくてもよい。以下、図２、図３を参照して、この特別な始動処理について説明する。

【0025】

図２に示すように、システム制御装置１２は、始動操作を検知すると（ステップＳ１０でＹＥＳ）、ステップＳ１２以降の処理へ移行する（図３の時刻Ｔ０）。ここで、始動操作とは、例えば、ユーザがＦＣシステム１０のメインスイッチをオンすることをいう。一方、始動操作が検知されない場合には（ステップＳ１０でＮＯ）、システム制御装置１２は、ステップＳ１０へ再び戻る。即ち、始動操作が検知されない場合には、システム制御装置１２により、ステップＳ１０の処理が繰り返される。

【0026】

先ず、ステップＳ１２では、システム制御装置１２が、パラメータｎに「１」を設定する。このパラメータｎは、始動対象のＦＣユニットＦＣＵを示すものであり、後続のステップＳ１４～Ｓ１８の処理において、第ｎＦＣユニットＦＣＵｎが始動されることを意味する。本実施例では、パラメータｎに対して最初に「１」が設定されるので、先ずは第１ＦＣユニットＦＣＵ１のみが始動される。

【0027】

ステップＳ１４では、システム制御装置１２が、第１ＦＣユニットＦＣＵ１のＦＣユニット制御装置１６に、始動指令を与える（図３の時刻Ｔ１）。始動指令を受けたＦＣユニット制御装置１６は、第１ＦＣユニットＦＣＵ１を始動させるための処理を開始する。コンプレッサ２０は作動を開始し、外部から取り入れた空気を圧縮してＦＣスタック１８に供給する。このとき、水素供給弁２２も制御され、ＦＣスタック１８に供給する水素ガス量を調整する。これにより、第１ＦＣユニットＦＣＵ１では、コンプレッサ２０から供給された空気と、水素タンク２４から供給された水素ガスとを用いて、発電が開始される。即ち、第１ＦＣユニットＦＣＵ１が始動する。このステップＳ１４の処理において、コンプレッサ２０といった第１ＦＣユニットＦＣＵ１の各構成要素には、バッテリ１４から電力が供給される。即ち、第１ＦＣユニットＦＣＵ１の始動電力は、バッテリ１４から供給される。

【0028】

ステップＳ１６では、始動された第１ＦＣユニットＦＣＵ１において、急速暖機運転が実施される。急速暖機運転とは、始動直後の低温なＦＣスタック１８を暖機するための暖機運転の一例である。一般に、ＦＣスタック１８の暖機運転では、通常の発電時よりも発電効率を低下させて発電を行い、発電損失に伴う発熱を用いてＦＣスタック１８の温度を上昇させる。これに対して、急速暖機運転では、例えばＦＣスタック１８への空気の供給量をさらに制限し、ＦＣスタック１８における発電損失を増大させることで、ＦＣスタック１８の温度をより短時間で上昇させる。

【0029】

ステップＳ１８では、第１ＦＣユニットＦＣＵ１の急速暖機運転が完了すると、ＦＣユニット制御装置１６からシステム制御装置１２へ、完了信号が送信される。なお、急速暖機運転は、所定時間が経過することによって完了されてもよいし、ＦＣスタック１８の測定された温度に基づいて完了されてもよい。例えば、ＦＣユニット制御装置１６は、急速暖機運転中にＦＣスタック１８の温度を監視し、その温度が閾値以上となったときに急速暖機運転が完了したと判断してもよい。

【0030】

ステップＳ２０では、完了信号を受信したシステム制御装置１２が、パラメータｎの設定値が「Ｎ」であるのか否かを判定する。パラメータｎの設定値が「Ｎ」でない場合、システム制御装置１２はステップＳ２２の処理に進んで、パラメータｎに「ｎ＋１」を設定する。ここでは、パラメータｎに「１」が設定されているので、パラメータｎには新たに「２」が設定される。次いで、システム制御装置１２はステップＳ１４の処理に戻り、第２ＦＣユニットＦＣＵ２に対して始動指令を与える（図３の時刻Ｔ２）。これにより、第２ＦＣユニットＦＣＵ２が始動されるとともに、始動後の第２ＦＣユニットＦＣＵ２において急速暖機運転が実行される。このとき、第２ＦＣユニットＦＣＵ２の始動電力は、図３中の矢印で模式的に示すように、始動済みの第１ＦＣユニットＦＣＵ１から供給される。なお、第２ＦＣユニットＦＣＵ２の始動電力は、第１ＦＣユニットＦＣＵ１に代えて、又は加えて、バッテリ１４から供給されてもよい。以後、第ＮＦＣユニットＦＣＵＮの始動及び急速暖機運転が完了するまで、即ち、ステップＳ２０の処理においてＹＥＳとなるまで、上述した処理が繰り返される（図３のＴ３、・・・・、ＴＮ）。このとき、図３中の矢印で模式的に示すように、第３ＦＣユニットＦＣＵ３の始動電力は、始動済みの第２ＦＣユニットＦＣＵ２から供給される。なお、第３ＦＣユニットＦＣＵ３の始動電力は、第２ＦＣユニットＦＣＵ２に代えて、又は加えて、バッテリ１４と始動済みの第１ＦＣユニットＦＣＵ１の少なくとも一方から供給されてもよい。即ち、第ＮＦＣユニットＦＣＵＮの始動電力は、バッテリ１４から供給されてもよいし、その一部又は全部が、始動済みの他のＦＣユニットＦＣＵから供給されてもよい。これにより、図３の時刻ＴＦにおいて、全てのＦＣユニットＦＣＵについて始動が完了する。

【0031】

図３に示すように、上述した一連の始動処理によると、第１の処理として、先ずは第１ＦＣユニットＦＣＵ１のみが始動される（時刻Ｔ１）。次いで、第２の処理として、第２ＦＣユニットＦＣＵ２のみが始動される（時刻Ｔ２）。その後も同様の処理が繰り返されることによって（時刻Ｔ３、・・・、ＴＮ）、複数のＦＣユニットＦＣＵが、一つずつ順番に始動されていく。このように、始動処理が少なくとも第１の処理と第２の処理とを含んでおり、複数のＦＣユニットＦＣＵの少なくとも一部を、互いに異なるタイミングで選択的に始動することで、同時に始動するＦＣユニットＦＣＵを制限することができるので、バッテリ１４が出力すべき始動電力を有意に低減することができる。例えばバッテリ１４が極低温の状態になっており、バッテリ１４の出力可能な電力が低下している場合でも、複数のＦＣユニットＦＣＵを確実に始動することができる。なお、複数のＦＣユニットＦＣＵは、必ずしも一つずつ順番に始動される必要はなく、他の実施形態として、二以上のＦＣユニットＦＣＵが同時に始動されてもよい。

【0032】

本実施例のＦＣシステムでは、各々のＦＣユニットＦＣＵが始動するときに、その始動に係る動作の一部として、急速暖機運転が実施される。急速暖機運転（あるいは、暖機運転）では、ＦＣスタック１８において発電が実施されることから、多くのＦＣユニットＦＣＵが同時に始動された場合、急速暖機運転によって比較的に大きな電力が無用に発電されるおそれがある。この点に関しても、複数のＦＣユニットＦＣＵの少なくとも一部を、互いに異なるタイミングで選択的に始動し、同時に始動するＦＣユニットＦＣＵを制限することで、急速暖機運転に伴う余剰な電力が発電されることを避けることができる。

【0033】

加えて、先に始動されたＦＣユニットＦＣＵの急速暖機運転による発電電力を、その後に始動されるＦＣユニットＦＣＵに始動電力として供給すれば、バッテリ１４が出力すべき始動電力をさらに低減することができる。この場合、システム制御装置１２は、一又は複数のＦＣユニットＦＣＵが始動した後、その急速暖機運転が完了する前に（即ち、図２のステップＳ１８よりも前に）、次のＦＣユニットＦＣＵに対して始動指令を与えてもよい。

【0034】

次に、図４、図５を用いて、特別な始動処理の変形例について説明する。この変形例では、始動処理は、第１の処理と第２の処理とを含んでおり、第１の処理では、第１ＦＣユニットＦＣＵ１が始動され、第２の処理では、第２ＦＣユニットＦＣＵ２から第ＮＦＣユニットＦＣＵＮまでが同時に始動される。従って、図４に示すステップＳ２４からステップＳ３０までは、上記した第１の処理、即ち、図２のステップＳ１２においてｎを「１」と設定したときのステップＳ１０からステップＳ１８までと同様である。

【0035】

図４に示すように、システム制御装置１２は、始動操作を検知すると（ステップＳ２４でＹＥＳ）、ステップＳ２６以降の処理へ移行する（図５の時刻Ｔ０）。一方、始動操作が検知されない場合には、システム制御装置１２は、ステップＳ２４へ再び戻り、始動操作を検知するまで、ステップＳ２４の処理を繰り返す。ステップＳ２６では、システム制御装置１２が、第１ＦＣユニットＦＣＵ１のＦＣユニット制御装置１６に、始動指令を与える（図５の時刻Ｔ１）。始動指令を受けたＦＣユニット制御装置１６は、第１ＦＣユニットＦＣＵ１を始動させるための処理を開始する。このステップＳ２６の処理において、第１ＦＣユニットＦＣＵ１の始動電力は、バッテリ１４から供給される。ステップＳ２８では、始動された第１ＦＣユニットＦＣＵ１において、急速暖機運転が実施される。ステップＳ３０では、第１ＦＣユニットＦＣＵ１の急速暖機運転が完了すると、ＦＣユニット制御装置１６からシステム制御装置１２へ、完了信号が送信される。

【0036】

次いで、ステップＳ３２では、システム制御装置１２が、第２ＦＣユニットＦＣＵ２から第ＮＦＣユニットＦＣＵＮまでの各ＦＣユニット制御装置１６に対して、同時に始動指令を与える（図５の時刻Ｔ２）。始動指令を受けた各ＦＣユニット制御装置１６は、第２ＦＣユニットＦＣＵ２から第ＮＦＣユニットＦＣＵＮまでを始動させるための処理を同時に開始する。このステップＳ３２の処理において、始動される各々のＦＣユニットＦＣＵの始動電力は、図５中の矢印で模式的に示すように、始動済みの第１ＦＣユニットＦＣＵ１から供給される。なお、各々のＦＣユニットＦＣＵの始動電力の一部は、第１ＦＣユニットＦＣＵ１に代えて、バッテリ１４から供給されてもよい。

【0037】

ステップＳ３４では、始動された第２ＦＣユニットＦＣＵ２から第ＮＦＣユニットＦＣＵＮまでにおいて、急速暖機運転が実施される。ステップＳ３６では、第２ＦＣユニットＦＣＵ２から第ＮＦＣユニットＦＣＵＮまでの急速暖機運転が完了すると、各ＦＣユニット制御装置１６からシステム制御装置１２へ、完了信号が送信される。これにより、図５の時刻ＴＦにおいて、全てのＦＣユニットＦＣＵについて始動が完了する。

【0038】

図５に示すように、上述した一連の始動処理によると、第１の処理として、先ずは第１ＦＣユニットＦＣＵ１のみが始動される（時刻Ｔ１）。次いで、第２の処理として、第２ＦＣユニットＦＣＵ２から第ＮＦＣユニットＦＣＵＮまでが始動される（時刻Ｔ２）。即ち、第２の処理では、第１の処理で始動されなかったＦＣユニットＦＣＵの残部が全て始動される。従って、このような構成を採用することで、ＦＣシステム１０に含まれる全てのＦＣユニットＦＣＵを始動するのに要する時間を短縮することができる。また、このような構成では、第１の処理で始動済みの第１ＦＣユニットＦＣＵ１から、第２の処理で始動する各ＦＣユニットＦＣＵへ、各ＦＣユニットＦＣＵの始動電力を供給することができる。そのため、例えば、バッテリ１４について出力可能な電力が低下している場合でも、複数のＦＣユニットＦＣＵを確実に始動することができる。

【0039】

なお、第１の処理で始動されるＦＣユニットＦＣＵの数は、一つに限定されない。他の実施形態として、第１の処理は、二以上のＦＣユニットＦＣＵを同時に始動するものであってもよい。また、第２の処理において、第２ＦＣユニットＦＣＵ２から第ＮＦＣユニットＦＣＵＮまでの全てが、必ずしも同時に始動される必要はない。他の実施形態として、第２の処理は、少なくとも二つのＦＣユニットＦＣＵを同時に始動するものであればよい。これらの場合でも、特に限定されないが、第２の処理で始動されるＦＣユニットＦＣＵの数は、第１の処理で始動されるＦＣユニットＦＣＵの数よりも多くてもよい。そして、システム制御装置１２は、第２の処理に続けて、未始動のＦＣユニットＦＣＵを始動するための一又は複数の処理をさらに実行してもよい。

【0040】

以上、いくつかの具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは組み合わせによって技術的有用性を発揮するものである。

【符号の説明】

【0041】

１０ ：ＦＣシステム
１２ ：システム制御装置
１４ ：バッテリ
１６ ：ＦＣユニット制御装置
１８ ：ＦＣスタック
２０ ：コンプレッサ
２２ ：水素供給弁
２４ ：水素タンク
ＦＣＵ ：ＦＣユニット
ＦＣＵ１ ：第１ＦＣユニット
ＦＣＵ２ ：第２ＦＣユニット
ＦＣＵ３ ：第３ＦＣユニット
ＦＣＵＮ ：第ＮＦＣユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】