燃料电池系统及车辆的制作方法

本发明涉及燃料电池系统及车辆。

背景技术：

在对燃料电池的要求输出为零的情况下，或者，在对包括燃料电池的燃料电池系统的要求输出低的情况下，停止燃料电池的发电，当要求输出增大时，再次开始燃料电池的发电。为了确保相对于这样的要求输出的、燃料电池的发电再次开始时的输出的响应性，已知如下技术：即使在发电停止状态下也对向燃料电池的反应气体的供给量进行调整而将燃料电池的开路电压维持在目标范围内(例如参照日本特开2016-096086)。

技术实现要素：

如上所述，若长时间进行在发电停止状态下将开路电压维持在目标范围内，则向燃料电池供给反应气体的供给装置的电力消耗量增大。

本发明提供一种在确保对要求输出的响应性的同时抑制电力消耗量的增大的燃料电池系统。

本发明的第一方式涉及燃料电池系统，其具备由包括第一燃料电池及第二燃料电池的多个燃料电池构成的燃料电池单元、向所述第一燃料电池及第二燃料电池分别供给反应气体的第一供给装置及第二供给装置、以及控制所述第一燃料电池及第二燃料电池的运转和所述第一供给装置及第二供给装置的动作的控制装置。在将对所述燃料电池单元的要求输出设为p的情况下，所述控制装置构成为，在p＝0成立的情况下，停止所述第一燃料电池的发电并驱动所述第一供给装置而将所述第一燃料电池的开路电压维持在目标范围内，并且停止所述第二燃料电池的发电并停止所述第二供给装置的驱动。

在p＝0成立的情况下，由于第一燃料电池的发电停止而开路电压维持在目标范围内，因此能够确保发电再次开始时的第一燃料电池的输出的响应性。另外，由于第二燃料电池的发电停止而第二供给装置的驱动停止，因此能够削减为了将第二燃料电池的开路电压维持在目标范围内而消耗的第二供给装置的电力消耗量。

也可以是，在将阈值设为h的情况下，0＜h，所述控制装置构成为，在0＜p≤h成立的情况下，使所述第一燃料电池发电并停止所述第二燃料电池的发电，在h＜p成立的情况下，使所述第一燃料电池及第二燃料电池发电。

也可以是，所述控制装置构成为，在0＜p成立的情况下，使所述第一燃料电池及第二燃料电池发电。

也可以是，在将阈值设为l的情况下，0≤l＜h，所述控制装置构成为，在l＜p≤h成立的情况下，驱动所述第二供给装置而将所述第二燃料电池的开路电压维持在目标范围内。

也可以是，在将阈值设为l的情况下，0＜l≤h，所述控制装置构成为，在0＜p≤l成立的情况下，停止所述第二燃料电池的发电而停止所述第二供给装置的驱动。

燃料电池系统具备二次电池，在将对所述燃料电池系统整体的合计要求输出设为tp，将阈值设为tl及th的情况下tl＜th，所述控制装置构成为，在tp≤th成立的情况下，视为p＝0；在tp≤tl成立的情况下，停止所述第一燃料电池的发电并驱动所述第一供给装置而将所述第一燃料电池的开路电压维持在目标范围内，并且停止所述第二燃料电池的发电并停止所述第二供给装置的驱动；在tl＜tp≤th成立的情况下，驱动所述第一供给装置而将所述第一燃料电池的开路电压维持在目标范围内，并且驱动所述第二供给装置而将所述第二燃料电池的开路电压维持在目标范围内。

也可以是，tp≤tl成立的情况下的所述第一燃料电池的开路电压的目标范围的下限值比tl＜tp≤th成立的情况下的所述第一燃料电池的开路电压的目标范围的下限值大。

也可以是，tp≤tl成立的情况下的所述第一燃料电池的开路电压的目标范围比tl＜tp≤th成立的情况下的所述第一燃料电池的开路电压的目标范围大。

也可以是，所述第一燃料电池所包含的多个电解质膜的厚度的平均值比所述第二燃料电池所包含的多个电解质膜的厚度的平均值大。

也可以是，所述第一燃料电池的额定输出比所述第二燃料电池的额定输出大。

也可以是，所述控制装置构成为，当在停止所述第二燃料电池的发电并停止所述第二供给装置的驱动的状态下所述第二燃料电池内的剩余水可能冻结的情况下，驱动所述第二供给装置而对所述第二燃料电池进行扫气。

本发明的第二方式涉及搭载有第一方式的所述燃料电池单元、所述第一供给装置及第二供给装置、以及所述控制装置的车辆。

能够提供在确保对要求输出的响应性的同时抑制电力消耗量的增大的燃料电池系统。

附图说明

以下将参照附图来说明本发明的示例性实施方式的特征、优点、以及技术和工业重要性，其中同样的附图标记表示同样的部件，并且附图中：

图1是搭载于车辆的燃料电池系统的结构图。

图2是示出第一实施例中的控制的一例的流程图。

图3是示出第一实施例中的控制的一例的时序图。

图4是示出第二实施例的控制的流程图。

图5是示出第二实施例的控制的时序图。

图6是示出第三实施例的控制的流程图。

图7是示出第三实施例的控制的时序图。

图8是示出第四实施例的控制的流程图。

图9是示出第四实施例的控制的时序图。

图10是示出第五实施例的控制的流程图。

图11是示出第五实施例的控制的时序图。

图12a是第六实施例中的燃料电池的开路电压的上限值和下限值的说明图。

图12b是第六实施例中的燃料电池的开路电压的上限值和下限值的说明图。

图12c是第七实施例中的燃料电池的开路电压的上限值和下限值的说明图。

图12d是第七实施例中的燃料电池的开路电压的上限值和下限值的说明图。

图13a是第一变形例中的燃料电池的说明图。

图13b是第一变形例中的燃料电池的说明图。

图14例示了以将燃料电池的开路电压在同一条件下维持在同一目标范围内的方式进行控制的情况下的各开路电压的推移。

图15a是第二变形例中的燃料电池的说明图，

图15b是第三变形例中的燃料电池的说明图。

具体实施方式

[第一实施例]

[燃料电池系统的结构]

图1是搭载于车辆的燃料电池系统1的结构图。燃料电池系统1包括两个控制系统(以下简称为系统)2a及2b以及ecu(electroniccontrolunit：电子控制单元)3。系统2a及2b分别包括燃料电池(以下称为fc)4a及4b、二次电池(以下称为bat)8a及8b、阴极气体供给系统10a及10b、阳极气体供给系统20a及20b、电力控制系统30a及30b。此外，系统2a及2b分别包括使冷却水在fc4a及4b中循环而进行冷却的未图示的冷却系统。另外，车辆具备行驶用的马达50、车轮5、加速器开度传感器6。

fc4a及4b是接受阴极气体和阳极气体的供给而发电的燃料电池。fc4a及4b分别层叠有多个固体高分子电解质型的单电池。在第一实施例中，fc4a及4b是同一种燃料电池，额定输出也相同，但并不限定于此。fc4a及4b是燃料电池单元的一例，分别是第一燃料电池及第二燃料电池的一例。

阴极气体供给系统10a及10b分别是将含有氧的空气作为阴极气体而供给至fc4a及4b的第一供给装置及第二供给装置的一例。具体而言，阴极气体供给系统10a及10b分别包括供给管11a及11b、排出管12a及12b、旁通管13a及13b、空气压缩机14a及14b、旁通阀15a及15b、中间冷却器(中冷器)16a及16b以及背压阀17a及17b。

供给管11a及11b分别与fc4a及4b的阴极入口歧管连接。排出管12a及12b分别与fc4a及4b的阴极出口歧管连接。旁通管13a将供给管11a及排出管12a连通，同样地，旁通管13b也将供给管11b及排出管12b连通。旁通阀15a设置于供给管11a与旁通管13a的连接部分，同样地，旁通阀15b设置于供给管11b与旁通管13b的连接部分。旁通阀15a切换供给管11a与旁通管13a的连通状态，同样地，旁通阀15b切换供给管11b与旁通管13b的连通状态。空气压缩机14a、旁通阀15a及中间冷却器16a从上游侧起依次配置在供给管11a上。背压阀17a配置于排出管12a上且比排出管12a与旁通管13a的连接部分靠上游侧。同样地，空气压缩机14b、旁通阀15b及中间冷却器16b从上游侧依次配置在供给管11b上。背压阀17b配置于排出管12b上且比排出管12b与旁通管13b的连接部分靠上游侧。

空气压缩机14a及14b分别经由供给管11a及11b向fc4a及4b供给含有氧的空气作为阴极气体。供给至fc4a及4b的阴极气体分别经由排出管12a及12b排出。中间冷却器16a及16b分别对供给至fc4a及4b的阴极气体进行冷却。背压阀17a及17b分别调整fc4a及4b的阴极侧的背压。

阳极气体供给系统20a及20b分别是将氢气作为阳极气体供给至fc4a及4b的第一供给装置及第二供给装置的一例。具体而言，阳极气体供给系统20a及20b分别包括罐20ta及20tb、供给管21a及21b、排出管22a及22b、循环管23a及23b、罐阀24a及24b、调压阀25a及25b、喷射器(以下称为inj)26a及26b、气液分离器27a及27b、排水阀28a及28b以及氢循环泵(以下称为hp)29a及29b。

罐20ta与fc4a的阳极入口歧管通过供给管21a连接。同样地，罐20tb与fc4b的阳极入口歧管通过供给管21b连接。在罐20ta及20tb中贮存有作为阳极气体的氢气。排出管22a及22b分别与fc4a及4b的阳极出口歧管连接。循环管23a及23b分别将气液分离器27a及27b与供给管21a及21b连通。罐阀24a、调压阀25a以及inj26a从供给管21a的上游侧起依次配置。在罐阀24a打开的状态下，调整调压阀25a的开度，inj26a喷射阳极气体。由此，向fc4a供给阳极气体。罐阀24a、调压阀25a及inj26a的驱动由ecu3控制。对于罐阀24b、调压阀25b以及inj26b也是同样的。

在排出管22a上，从上游侧依次配置有气液分离器27a及排水阀28a。气液分离器27a从fc4a所排出的阳极气体分离水分并贮存。贮存在气液分离器27a中的水通过排水阀28a打开而经由排出管22a向燃料电池系统1的外部排出。排水阀28a的驱动由ecu3控制。对于气液分离器27b和排水阀28b也是同样的。

循环管23a是用于使阳极气体向fc4a回流(再次循环)的配管，上游侧的端部与气液分离器27a连接，配置有hp29a。从fc4a排出的阳极气体由hp29a适当地加压，向供给管21a引导。hp29a的驱动由ecu3控制。对于循环管23b及hp29b也是同样的。

电力控制系统30a及30b分别包括燃料电池dc/dc转换器(以下称为fdc)32a及32b、电池dc/dc转换器(以下称为bdc)34a及34b、辅机逆变器(以下称为ainv)39a及39b。另外，电力控制系统30a及30b共用与马达50连接的马达逆变器(以下称为minv)38。fdc32a及32b分别调整来自fc4a及4b的直流电力而输出到minv38。bdc34a及34b分别调整来自bat8a及8b的直流电力而输出到minv38。fc4a及4b的发电电力分别能够存储在bat8a及8b中。minv38将输入的直流电力转换为三相交流电力而向马达50供给。马达50驱动车轮5而使车辆行驶。

fc4a及bat8a的电力能够经由ainv39a向马达50以外的负载装置供给。同样地，fc4b及bab8b的电力能够经由ainv39b向负载装置供给。在此，负载装置除了马达50以外，还包括fc4a及4b用的辅机和车辆用的辅机。fc4a及4b用的辅机包括上述空气压缩机14a及14b、旁通阀15a及15b、背压阀17a及17b、罐阀24a及24b、调压阀25a及25b、inj26a及26b、排水阀28a及28b、hp29a及29b。车辆用的辅机例如包括空调装置、照明装置、危险警示灯等。

ecu3包括cpu(centralprocessingunit：中央处理单元)、rom(readonlymemory：只读存储器)、ram(randomaccessmemory：随机存取存储器)。ecu3与加速器开度传感器6、点火开关7、空气压缩机14a及14b、旁通阀15a及15b、背压阀17a及17b、罐阀24a及24b、调压阀25a及25b、inj26a及26b、排水阀28a及28b、fdc32a及32b、以及bdc34a及34b电连接。ecu3基于加速器开度传感器6的检测值、上述的车辆用的辅机以及fc4a及4b用的辅机的驱动状态、bat8a及8b的蓄电电力等，算出对fc4a及4b整体的要求输出p。另外，ecu3根据要求输出p控制fc4a及4b用的辅机等，控制fc4a及4b的合计的发电电力。此外，要求输出p是由多个燃料电池构成的燃料电池单元所要求的输出，不包括bat8a及8b等燃料电池以外所要求的输出。

ecu3根据要求输出p的大小，切换分别控制系统2a及2b的控制模式。具体而言，系统2a由发电模式或维持模式控制，系统2b由发电模式、维持模式及节电模式中的任一个控制。要求输出p的大小通过与预先决定的阈值l及h的比较来判定。这些阈值中满足l＜h的关系。此外，对于系统2b，当fc4b的扫气条件成立时，由扫气模式控制。根据这些控制模式，控制fc4a及4b的运转、阴极气体供给系统10a及10b和阳极气体供给系统20a及20b的动作。

[发电模式]

当系统2a的控制模式被切换为发电模式时，ecu3使fc4a发电，控制阴极气体供给系统10a和阳极气体供给系统20a来调整供给至fc4a的阳极气体及阴极气体的流量。fc4a的发电通过向fc4a供给阴极气体及阳极气体并利用设置在fdc32a内部的开关将fc4a与负载装置电连接来实现。同样地，当系统2b的控制模式被切换为发电模式时，使fc4b发电，控制阴极气体供给系统10b及阳极气体供给系统20b来调整向fc4b供给的阳极气体及阴极气体的流量。fc4b的发电通过向fc4b供给阴极气体及阳极气体并利用设置在fdc32b内部的开关将fc4b与负载装置电连接来实现。

此外，如后面详细所述，在系统2a及2b双方由发电模式控制的情况下，调整分别供给到fc4a及4b的阴极气体及阳极气体的流量，以使fc4a及4b的合计的输出成为要求输出p，在仅系统2a由发电模式控制的情况下，调整供给到fc4a的阴极气体及阳极气体的流量，以使fc4a的输出成为要求输出p。

[维持模式]

当系统2a的控制模式被切换为维持模式时，ecu3使fc4a的发电停止，并且将fc4a的开路电压维持在目标范围内。fc4a的发电的停止通过利用设置在fdc32a内部的开关切断fc4a与负载装置的电连接来实现。另外，fc4a的开路电压通过调整向fc4a供给的阴极气体及阳极气体的供给量而维持在目标范围内。因此，在系统2a由维持模式控制的状态下，fc4a的发电处于停止状态，但控制阴极气体供给系统10a及阳极气体供给系统20a的驱动来连续或断续地进行阴极气体及阳极气体向fc4a的供给。例如，当将系统2a从维持模式切换为发电模式时，在由维持模式控制的状态下已经向fc4a供给了阴极气体及阳极气体，因此能够fc4a的输出的响应性良好地再次开始发电。此外，若开路电压过高，则阴极催化剂有可能熔出，若开路电压过低，则发电再次开始时的输出的响应性有可能降低，因此考虑到这些方面来确定目标范围的上限值及下限值。

fc4a的开路电压如以下那样被维持在目标范围内。当系统2a的控制模式被切换为维持模式时，fc4a的发电停止，一旦阳极气体向fc4a充分地供给后停止阳极气体的供给，以fc4a的阴极处的氧浓度比发电模式下的情况低的方式调整向fc4a供给的阴极气体的流量。在该状态下，由于所谓的交叉泄漏，fc4a的阴极的氧浓度随着时间经过而逐渐降低，fc4a的开路电压也逐渐降低，再次低于下限值。交叉泄漏是指氢从阳极侧经由电解质膜向阴极侧透过的现象。由此，在阴极侧，氢与氧反应而生成水，阴极侧的氧浓度降低。若fc4a的阴极处的氧浓度降低，fc4a的开路电压低于目标范围的下限值，则通过阴极气体供给系统10a向fc4a供给的阴极气体的流量增大。由此，fc4a的阴极处的氧浓度上升，fc4a的开路电压上升。若fc4a的开路电压超过目标范围的上限值，则通过阴极气体供给系统10a向fc4a供给的阴极气体的流量减少。由此，抑制fc4a的阴极处的氧浓度的上升，抑制fc4a的开路电压的上升。如上所述，通过阴极气体供给系统10a切换阴极气体向fc4a的流量，fc4a的开路电压被维持在目标范围内。此外，阴极气体供给系统10a的阴极气体的流量的切换通过调整旁通阀15a的开度来控制，但并不限定于此，也可以通过调整空气压缩机14a的转速、旁通阀15a的开度及背压阀17a的开度中的至少一个来控制阴极气体的流量。

另外，阳极气体不像阴极气体那样频繁地进行流量的切换，例如在设置于循环管23a等阳极气体循环的路径内的氢浓度传感器的检测值低于预定值的情况下或在设置于阳极气体循环的路径内的压力传感器的检测值低于预定值的情况下，从喷射器26a喷射预定量的阳极气体。由此，阳极中的氢浓度维持在较高的状态。另外，用于驱动维持模式下的阴极气体供给系统10a及阳极气体供给系统20a的电力从bat8a及8b中的至少一者供给。在由维持模式控制系统2b的情况下，也通过与上述同样的方法，将fc4b的开路电压维持在目标范围内。此外，在经由ainv39b将fc4b与阴极气体供给系统10a及阳极气体供给系统20a电连接的结构的情况下，在系统2b为发电模式且系统2a为维持模式的情况下，用于驱动阴极气体供给系统10a及阳极气体供给系统20a的电力也可以从fc4b供给。同样地，在经由ainv39a将fc4a与阴极气体供给系统10b及阳极气体供给系统20b电连接的结构的情况下，在系统2a为发电模式且系统2b为维持模式的情况下，用于驱动阴极气体供给系统10b及阳极气体供给系统20b的电力也可以从fc4a供给。

[节电模式]

系统2a的控制模式不会被切换为节电模式，但系统2b的控制模式会被切换为节电模式。当系统2b的控制模式被切换为节电模式时，ecu3停止fc4b的发电，并且停止阴极气体供给系统10b及阳极气体供给系统20b的驱动。即，停止向fc4b供给阴极气体及阳极气体。由此，与系统2b由上述维持模式控制的情况相比，在节电模式下，能够削减在维持模式下消耗的由阴极气体供给系统10b及阳极气体供给系统20b的驱动产生的电力消耗量。另外，在维持模式下，如上所述，以填补由于交叉泄漏导致的氢的消耗的方式继续向fc4b供给阳极气体，但在节电模式下，能够抑制这样的氢的消耗，即也能够削减燃料消耗量。

[扫气模式]

如后面详细所述，若fc4b的扫气条件成立，则ecu3将系统2b的控制模式切换为扫气模式。具体而言，ecu3以在fc4b的发电停止的状态下从fc4b内的阴极气体流路及阳极气体流路中的至少一方排出剩余水的方式驱动阴极气体供给系统10b及阳极气体供给系统20b中的至少一方。例如在对fc4b内的阳极气体流路进行扫气的情况下，将hp29b驱动预定期间，使残留在循环管23b等中的气体在fc4b内的阳极气体流路中循环，由此从该阳极气体流路排出剩余水。另外，也可以代替hp29b而将inj26b驱动预定期间，由此从fc4b内的阳极气体流路排出剩余水。在对fc4b内的阴极气体流路进行扫气的情况下，例如在排出管12b与旁通管13b的连通被切断的状态下驱动空气压缩机14b预定期间，将阴极气体向fc4b内的阴极气体流路供给而从该阴极气体流路排出剩余水。

[系统2a及2b的控制]

接着，对ecu3所执行的系统2a及2b的控制进行说明。图2是示出第一实施例中的控制的一例的流程图。反复执行图2所示的控制。图3是示出第一实施例中的控制的一例的时序图。图3示出了要求输出p的推移和系统2a及2b的控制模式的推移。

ecu3判定h＜p是否成立(步骤s1)。在第一实施例中，阈值h被设定为例如车辆的比较高速的行驶、上坡路的行驶、货物的装载量多的状态下的行驶等运行状态下的要求输出。

[系统2a：发电模式]

[系统2b：发电模式]

在h＜p成立的情况下(在步骤s1中为“是”)，ecu3以发电模式控制系统2a及2b(步骤s2)。即，ecu3使fc4a及4b双方发电，能够满足较高的要求输出p。

在h＜p不成立的情况下(在步骤s1中为“否”)，ecu3判定l＜p≤h是否成立(步骤s3)。阈值l被设定为例如车辆以比较低速行驶的运行状态下的要求输出或者即使在车辆停止的状态下车辆用的辅机的消耗电力也比较大的状态下的要求输出。车辆用的辅机的消耗电力比较大的状态是指例如车辆为家用车或公共汽车且外部空气温度与空调装置的设定温度之差大的情况、或者车辆为冷藏车或冷冻车且集装箱内用的冷藏设备正在运转的情况。

[系统2a：发电模式]

[系统2b：维持模式]

在l＜p≤h成立的情况下(在步骤s3中为“是”)，ecu3以发电模式控制系统2a，在维持模式下对系统2b进行控制(步骤s4、时刻t1)。fc4a继续发电，因此能够如上所述地确保车辆的行驶用的马达50、车辆用的辅机所消耗的电力量。另外，虽然fc4b的发电停止但维持开路电压，因此例如即使车辆从低速行驶状态转移到高速行驶状态而要求输出p比阈值h大，也能够在fc4b的输出的响应性良好的状态下再次开始发电，能够确保车辆的加速性。

[系统2a：发电模式]

[系统2b：节电模式]

在l＜p≤h不成立的情况下(在步骤s3中为“否”)，ecu3判定0＜p≤l是否成立(步骤s5)。在0<p≤l成立的情况下(在步骤s5中为“是”)，ecu3对系统2a继续发电模式下的控制，并以节电模式控制系统2b(步骤s6、时刻t2)。由于系统2a继续发电模式，因此能够确保车辆的行驶用的马达50、车辆用的辅机所消耗的电力量。另外，由于对系统2b实施节电模式，因此为了以维持模式控制系统2b而消耗的电力消耗量被削减。而且，如上所述，由于系统2b由发电模式控制的情况是h＜p成立的情况，因此要求输出p难以从0＜p≤l成立的状态急剧增大而变得比阈值h大，系统2b的控制模式难以从节电模式不经由维持模式而切换为发电模式。因此，在0＜p≤l成立的状态下，即使不是由维持模式而是由节电模式控制系统2b，也能够抑制问题的产生。

[系统2a：维持模式]

[系统2b：节电模式]

在0＜p≤l不成立的情况下(在步骤s5中为“否”)，即在p＝0成立的情况下，ecu3以维持模式控制系统2a，对系统2b继续节电模式(步骤s7、时刻t3)。p＝0成立的情况例如是指bat8a及8b的充电电力的余量充足、车辆用的辅机所消耗的电力消耗量少、能够通过bat8a及8b的充电电力充分地确保车辆用的辅机所消耗的电力量的状态。例如，是指在车辆为停止状态、减速行驶时、下坡路的行驶时等且车辆的空调装置、冷藏设备停止并且仅照明装置处于点亮的状态。由于系统2a由维持模式控制，因此即使在要求输出p增大的情况下，也能够输出的响应性良好地再次开始fc4a的发电。另外，在p＝0成立的状态下，要求输出p难以急剧增大而变得比阈值h大，因此，在这样的状态下，通过在节电模式下继续系统2b的控制，能够削减为了以维持模式控制系统2b而消耗的电力消耗量，从而也削减燃料消耗量。

如上所述，在p≤l成立的情况下，执行步骤s6或s7，系统2b由节电模式控制。因此，在p≤l成立的状态长时间持续的情况下，削减与以维持模式控制系统2b相伴的电力消耗量的效果变大。

另外，在0＜p≤h成立的情况下，执行步骤s4或s6，系统2a由发电模式控制，但系统2b由维持模式或节电模式控制。因此，fc4b的累积发电期间比fc4a的累积发电期间短，fc4b的随时间劣化的进行得到抑制。由此，能够抑制fc4b的输出性能的降低。例如在燃料电池系统1的修理作业时，与fc4b相比，fc4a的输出性能降低的可能性高，作业者能够高效地推进作业。

[系统2b：扫气模式]

在步骤s6或s7之后，ecu3判定fc4b的扫气条件是否成立(步骤s8)。fc4b的扫气条件成立的情况是指，在系统2b中的节电模式下的控制开始后fc4b内的剩余水可能冻结的情况。具体而言，是指在系统2b中的节电模式下的控制开始后外部空气温度为例如预定温度以下的状态持续了预定时间的情况。外部空气温度例如可以由ecu3基于对fc4a及4b进行冷却的冷却水的温度来推定，也可以将检测外部空气温度的温度传感器的检测值用作外部空气温度。预定温度可以是fc4b内的剩余水冻结的可能性高的0℃，也可以是考虑外部空气温度的变化而高出预定的余量的温度例如1～5℃之间的温度。预定时间例如是10分钟、1小时、3小时等，根据设想的车辆的使用环境而适当设定。在这样的环境下，若以节电模式控制系统2b，则由于未向fc4b供给阴极气体及阳极气体，因此存在剩余水在fc4b内的阴极气体流路及阳极气体流路中的至少一方冻结，在fc4b再次开始发电时有可能对输出性能造成影响。

因此，在fc4b的扫气条件成立的情况下(在步骤s8中为“是”)，ecu3以扫气模式控制系统2b(步骤s9、时刻t4)。由此，能够抑制剩余水在fc4b内冻结。伴随扫气模式的实施的电力从bat8a及8b中的至少一方供给。扫气模式持续执行预定时间，当经过预定时间时，扫气模式停止(时刻t5)。在fc4b的扫气条件不成立的情况下，ecu3结束本控制并再次执行步骤s1以后的处理。此外，当在0＜p≤l成立时将系统2b控制为扫气模式的情况下，也可以从由发电模式控制的系统2a的fc4a供给与扫气模式的实施相伴的电力。

随着扫气模式的实施，电力消耗量暂时增大。如上所述，若考虑为了抑制电力消耗量的增大而对系统2b实施节电模式这一点，则优选不实施这样的扫气模式。然而，扫气模式仅在对系统2b继续节电模式且外部空气温度为预定温度以下的状况持续了预定时间的情况下实施，实施扫气模式的情况是有限的。因此，即使实施扫气模式，由节电模式的实施引起的电力消耗量的增大的抑制与伴随扫气模式的实施的电力消耗量的增大相比，效果也更大。

此外，在系统2b由维持模式控制的情况下，也可以不执行扫气模式。这是因为，在系统2b由维持模式控制的情况下，系统2b的控制模式被切换为发电模式的可能性高，因此，剩余水在fc4b内冻结的可能性低。在系统2a由维持模式控制的情况下不执行扫气模式的理由也相同。

在步骤s5中为“是”及“否”中的任一方的情况下，都能够判定是否有fc4b的扫气要求并实施扫气模式(步骤s8及s9)，但也可以是，仅在步骤s5中为“否”的情况下，即，仅在系统2a由维持模式控制且系统2b由节电模式控制(步骤s7)的情况下，执行步骤s8及s9。即，如果系统2a是发电模式，则即使系统2b是节电模式，也可以不实施fc4b的扫气。这是因为，例如在以伴随fc4a的发电而产生的热被传递到fc4b的程度将fc4a及4b接近(靠近)配置的结构的情况下，或者在接受伴随fc4a的发电的热的冷却水通过散热器之前在fc4b内流动的结构的情况下，只要fc4a进行发电，就能够抑制fc4b内的剩余水的冻结。

节电模式实施中的扫气模式的实施并不是必须的。例如，p＝0成立的情况被认为是在点火即将从接通切换为断开之前的情况也较多，但在该情况下，也可以在检测到点火断开之后以扫气模式控制系统2b。

[第二实施例]

图4是示出第二实施例的控制的流程图。图5是示出第二实施例的控制的时序图。此外，对与第一实施例的控制相同的处理标注相同的附图标记，由此省略重复的说明。图5所示的要求输出p的推移为了容易理解而例示了与图3相同的情况。在图5中，与图3不同地，示出了不实施扫气模式的情况。

在第二实施例中，不使用上述阈值l，不执行步骤s3、s5及s6。即，由于不执行步骤s6，因此不会有如下情况：系统2a由发电模式控制，系统2b由节电模式控制。此外，第二实施例的控制与将第一实施例中所使用的阈值l设定为0的情况下的控制相同。

在第二实施例中，在h＜p不成立的情况下(在步骤s1中为“否”)，ecu3判定0＜p≤h是否成立(步骤s3a)。在0<p≤h成立的情况下(在步骤s3a中为“是”)，ecu3以发电模式控制系统2a，以维持模式控制系统2b(步骤s4、时刻t1)，在0<p≤h不成立的情况下(在步骤s3a中为“否”)，即在p＝0成立的情况下，ecu3以维持模式控制系统2a，以节电模式控制系统2b(步骤s7、时刻t3)。

如上所述，在第二实施例中，与第一实施例相比，系统2b由节电模式控制的要求输出p的范围缩小，但系统2b由维持模式控制的要求输出p的范围扩大。因此，例如即使在要求输出p从接近0的状态急剧增大而增大到比阈值h大的情况下，也能够输出的响应性良好地再次开始fc4b的发电。

[第三实施例]

图6是示出第三实施例的控制的流程图。图7是示出第三实施例的控制的时序图。此外，对与第一实施例的控制相同的处理标注相同的附图标记，由此省略重复的说明。图7所示的要求输出p的推移为了容易理解而例示了与图3相同的情况。在图7中，与图3不同地，示出了不实施扫气模式的情况。

在第三实施例中，不使用上述阈值l，不执行步骤s3、s4及s5，执行第二实施例的步骤s3a。由于不执行步骤s4，因此不会有如下情况：系统2a由发电模式控制，系统2b由维持模式控制。第三实施例的控制与第一实施例中使用的阈值l设定为与阈值h相同的值的情况下的控制相同。

在0＜p≤h成立的情况下(在步骤s3a中为“是”)，ecu3以发电模式控制系统2a，以节电模式控制系统2b(步骤s6、时刻t1)。如上所述，在第三实施例中，系统2b不会由维持模式控制，除了发电模式以外由节电模式控制。由于系统2b不会由维持模式控制，因此削减了在维持模式下消耗的电力消耗量及燃料消耗量。另外，在系统2b从节电模式切换为发电模式时，有可能无法确保fc4b的输出的响应性，但此时系统2a已经由发电模式控制，因此能够利用fc4a抑制对要求输出p的输出的响应性降低。

[第四实施例]

图8是示出第四实施例的控制的流程图。图9是示出第四实施例的控制的时序图。此外，对与第一实施例的控制相同的处理标注相同的附图标记，由此省略重复的说明。图9所示的要求输出p的推移为了容易理解而例示了与图3相同的情况。在图9中，与图3不同地，示出了不实施扫气模式的情况。

在第四实施例中，不使用上述阈值l及h，不执行步骤s1、s3、s3a、s4、s5及s6。由于不执行步骤s4及s6，因此不会有如下情况：系统2a由发电模式控制，系统2b由维持模式或节电模式控制。

ecu3判定0＜p是否成立(步骤s1b)，在0＜p成立的情况下，以发电模式控制系统2a及2b(步骤s2)，在0＜p不成立的情况下，即，在p＝0的情况下，ecu3以维持模式控制系统2a，以节电模式控制系统2b(步骤s7、时刻t3)。即，在第四实施例中也与第三实施例同样地，系统2b不会由维持模式控制，因此削减了在维持模式下消耗的电力消耗量。另外，在要求输出p从0增大的情况下，系统2b从节电模式切换为发电模式，但由于系统2a从维持模式切换为发电模式，所以fc4a能够响应性良好地再次开始发电，抑制对要求输出p的输出的响应性的延迟。

[第五实施例]

图10是示出第五实施例的控制的流程图。图11是示出第五实施例的控制的时序图。此外，对与第一实施例的控制相同的处理标注相同的附图标记，由此省略重复的说明。图11所示的要求输出p的推移为了容易理解而例示了与图3相同的情况。在图11中，与图3不同地，示出了不实施扫气模式的情况。

在第五实施例中，不使用上述阈值h以及l，而使用要求输出p、合计要求输出tp、阈值tl及th。合计要求输出tp是指fc4a及4b和bat8a及8b的整体所要求的输出。在此，如上所述，要求输出p是由多个燃料电池构成的燃料电池单元所要求的输出，不包括bat8a及8b等燃料电池以外所要求的输出，与此相对，向燃料电池系统整体的合计要求输出tp包括除了bat8a等燃料电池以外所要求的输出，在这一点上不同。阈值tl及th用于根据合计要求输出tp的大小来切换控制模式，tl＜th成立。ecu3在tp≤th成立的情况下视为p＝0，在th＜tp的情况下视为p≠0，如上述那样基于加速器开度传感器6的检测值、bat8a及8b的蓄电电力等来算出要求输出p。在第五实施例中，不执行上述的步骤s1、s3、s3a、s4、s5及s6。

ecu3判定0＜p是否成立(步骤s1b)，在0＜p成立的情况下，以发电模式控制系统2a及2b(步骤s2)，在0＜p不成立的情况下，判定tl＜tp≤th是否成立(步骤s3b)。阈值th如上述的p＝0成立的情况那样设定为，bat8a及8b的充电电力的余量充足、车辆用的辅机所消耗的电力消耗量少、能够通过bat8a及8b的充电电力充分确保车辆的行驶用的马达50、车辆用的辅机所消耗的电力量的合计要求输出tp。例如，是指在车辆为停止状态、减速行驶时、下坡路的行驶时等且车辆的冷藏设备等停止并且仅车辆的空调装置以不过高的负载驱动的状态。阈值tl被设定为电池bat8a及8b的充电电力的余量充足、车辆用的辅机所消耗的电力消耗量少、能够通过bat8a及8b的充电电力充分确保车辆的行驶用的马达50、车辆用的辅机所消耗的电力量的合计要求输出tp。例如，是指在车辆为停止状态、减速行驶时、下坡路的行驶时等且车辆用的辅机的大部分停止并且仅车辆的照明装置点亮的状态。

在tl＜tp≤th成立的情况下(在步骤s3b中为“是”)，ecu3以维持模式控制系统2a及2b双方(步骤s4b、时刻t3)。由此，即使从tl＜tp≤th成立且p＝0成立的状态到合计要求输出tp急剧增大而成为th＜tp且0＜p成立，也能够输出的响应性良好地再次开始fc4a及4b双方的发电。此外，在tp≤tl成立的情况下(在步骤s3b中为“否”)，与第一实施例等同样地仅以维持模式控制系统2a，以节电模式控制系统2b(步骤s7、时刻t4b)。此外，在第五实施例中，系统2a及2b双方由维持模式控制的情况下的fc4a的开路电压的上限值及下限值分别与仅系统2a由维持模式控制的情况下的fc4a的开路电压的上限值及下限值相同。

[第六实施例]

在第六实施例中，ecu3所执行的控制自身如图10及图11所示那样与第五实施例的控制相同，但仅系统2a由维持模式控制的情况下的fc4a的开路电压的下限值不同。图12a及图12b是第六实施例中的fc4a及4b的开路电压的上限值和下限值的说明图。在图12a中，示出tl＜tp≤th成立的情况下，即，系统2a及2b双方由维持模式控制的情况下的fc4a的开路电压的上限值vha及下限值vla、和fc4b的开路电压的上限值vhb及下限值vlb。上限值vha及vhb都是相同的值，下限值vla及vlb都是相同的值。在图12b中，示出tp≤tl成立的情况下，即，仅系统2a由维持模式控制的情况下的fc4a的开路电压的上限值vha及下限值vla1。

不管系统2a及2b双方由维持模式控制的情况还是仅系统2a由维持模式控制的情况下，上限值vha都相同，但下限值vla1被设定为比下限值vla高的值。因此，仅系统2a由维持模式控制的状态下的fc4a的开路电压被维持为比在系统2a及2b双方由维持模式控制的状态下的fc4a的开路电压高的电压值。由此，还设想如下情况：例如从tp≤tl成立的状态、即仅系统2a由维持模式控制的状态起合计要求输出tp急剧增大而th＜tp且0＜p成立，系统2a切换为发电模式，在这样的情况下，也能够响应性良好地再次开始fc4a的发电。

此外，上限值vha及vhb都是相同的值，但并不限定于此。在第六实施例中，在0＜p成立的情况下，系统2a及2b双方由发电模式控制，但在0＜p成立的情况下，也可以以发电模式控制系统2a，并且如第一实施例所示，在h＜p成立的情况下，可以以发电模式控制系统2b，例如，也可以使用上述的阈值l在l＜p成立的情况下，以发电模式控制系统2b。

[第七实施例]

在第七实施例中，ecu3所执行的控制自身如图10及图11所示那样与第五实施例的控制相同，但仅系统2a由维持模式控制的情况下的fc4a的开路电压的下限值不同。图12c及图12d是第七实施例中的fc4a及4b的开路电压的上限值和下限值的说明图。

如图12c所示，在tl＜tp≤th成立的情况下，与第五实施例同样地，fc4a的开路电压被维持在上限值vha与下限值vla之间，fc4b的开路电压被维持在上限值vhb与下限值vlb之间。另一方面，如图12d所示，在tp≤tl成立的状态下，即，仅系统2a由维持模式控制的情况下，fc4a的开路电压的下限值vla2小于下限值vla。由此，仅系统2a由维持模式控制的情况下的fc4a的开路电压的目标范围比系统2a及2b双方由维持模式控制的情况下的fc4a的开路电压的目标范围大。因此，能够降低仅系统2a由维持模式控制的情况下的阴极气体的流量的切换的频率、即阴极气体供给系统10a的驱动的频率，由此能够降低与以维持模式控制系统2a相伴的消耗电力。此外，上限值vha及vhb都是相同的值，但并不限定于此。

[第一变形例]

接着，对系统2a及2b分别采用的fc的变形例进行说明。在第一变形例中，系统2a及2b分别采用fc4a1及4b1来代替fc4a及4b。图13a及图13b分别是第一变形例中的fc4a1及4b1的说明图。fc4a1通过层叠多个单电池41a而构成，同样fc4b1通过层叠多个单电池41b而构成。另外，fc4a1的单电池41a所具备的电解质膜43a的厚度ta比fc4b1的单电池41b所具备的电解质膜43b的厚度tb厚。此外，电解质膜43a及43b的表面积s都相同，单电池41a及41b的层叠个数n也都相同。厚度ta例如为20～50μm左右，厚度tb例如为5～15μm左右，但并不限定于此。

在此，在电解质膜厚的情况下，每单位时间氢从阳极侧经由电解质膜透过至阴极侧的量较少，因此由交叉泄漏引起的氧浓度及氢浓度的降低速度较慢。对由此带来的效果进行说明。图14例示了以将fc4a1及4b1的开路电压在同一条件下维持在同一目标范围内的方式进行控制的情况下的各开路电压的推移。fc4a1与fc4b1相比，由交叉泄漏引起的氧浓度及氢浓度的降低速度慢，因此fc4a1的开路电压的降低速度也比fc4b1慢。因此，在要求仅将fc4a1及4b1中的一方的开路电压维持在目标范围内的状态下，优选以维持模式控制具备fc4a1而非fc4b1的系统。由此，能够降低维持fc4a1的开路电压所需的阴极气体的流量的切换的频率，能够降低与以维持模式控制具备fc4a1的系统相伴的消耗电力，也能够降低燃料消耗量。特别是在仅系统2a被控制为维持模式的状态长时间持续的情况下，消耗电力及燃料消耗量的降低效果较大。

在第一变形例中，fc4a1所具备的多个电解质膜43a的厚度无需全部相同，同样地，fc4a2所具备的多个电解质膜43b的厚度无需全部相同。即，fc4a1所具备的多个电解质膜的厚度的平均值大于fc4a2所具备的多个电解质膜的厚度的平均值即可。此外，电解质膜的厚度的平均值能够通过将fc4a1所具备的电解质膜43a的厚度的合计值除以单电池41a的层叠数而算出。关于fc4b1也是同样的。

[第二变形例]

在第二变形例中，系统2b采用上述fc4b，系统2a采用fc4a2来代替fc4a。图15a是第二变形例中的fc4a2及4b的说明图。fc4a2及4b由多个相同的单电池41构成，但fc4a2的单电池41的层叠个数na比fc4b的单电池41的层叠个数n多。因此，fc4a2的额定输出比fc4b大。

因此，在系统2a从维持模式切换为发电模式的情况下，能够确保额定输出大的fc4a2的输出的响应性，能够输出的响应性更良好地再次开始fc4a2的发电。另外，fc4a2的额定输出大，因此能够确保仅通过fc4a2的输出能够应对的要求输出p的范围，能够扩大系统2a由发电模式控制且系统2b由发电模式以外的模式控制的要求输出p的范围。由此，能够进一步减少fc4b的发电累积期间，能够抑制fc4b的随时间劣化的进行。此外，额定输出是指燃料电池能够连续输出预定时间的电力，例如可以是能够以10秒等短时间连续地输出的最大电力，也可以是能够以1小时以上等长时间连续地输出的最大电力。

[第三变形例]

在第三变形例中，系统2a采用上述fc4a，系统2b采用fc4b2来代替fc4b。图15b是第三变形例中的fc4a及4b2的说明图。fc4a及4b2由多个相同的单电池41构成，fc4b2的单电池41的层叠个数nb比fc4a的单电池41的层叠个数n多。由此，fc4b2的额定输出比fc4a大。

在此，fc4b2的额定输出比fc4a大，因此fc4b2的以相同的单电池电压发电的情况下所需的反应气体量比fc4a多。因此，在以相同的单电池电压发电的情况下，为了向fc4b2供给反应气体而消耗的电力消耗量比为了向fc4a供给反应气体而消耗的电力消耗量多。在此，由于系统2a不会由节电模式控制，系统2b能够由节电模式控制，因此通过以节电模式控制在第三变形例中具备fc4b2的系统2b，能够确保上述的电力消耗量的降低的效果。

另外，fc4b2的将开路电压在相同的目标范围内维持相同的期间所需的反应气体量也比fc4a多，因此，fc4b2的为此消耗的电力消耗量比fc4a多。因此，在系统2b由节电模式控制的情况下，由维持模式消耗的电力消耗量的削减效果较大。

在上述实施例及变形例中，记载了fc4a优先由发电模式或维持模式控制的情况，但并不限定于此。例如也可以每隔预定的总运转时间，更换fc4a和fc4b的控制模式。由此，能够使fc4a和fc4b、以及fc4a用的辅机和fc4b用的辅机的劣化程度分别相同，延长直到需要更换部件为止的期间。

在上述实施例及变形例中，设置有两个fc4a及4b，但也可以是具备三个以上的燃料电池和向各个燃料电池供给反应气体的供给装置的燃料电池系统。在上述实施例及变形例中，设置有两个bat8a及8b，但并不限定于此，也可以具备与fc4a及4b共同连接的单一的二次电池，也可以具备三个以上的二次电池。在上述实施例中，具备与fc4a及4b分别对应的罐20ta及20tb，但并不限定于此，也可以具备由fc4a及4b共用的罐来代替罐20ta及20tb，也可以具备三个以上的罐。

在上述实施例及变形例中，是利用hp29a及29b使阳极气体循环的结构，但并不限定于此，例如也可以是利用喷射器来代替hp29a及29b的至少一方使阳极气体循环的结构。在采用喷射器来代替hp29b的情况下，在扫气模式下，通过从inj26b喷射阳极气体，能够对fc4b内的阳极流路进行扫气。

所述燃料电池系统搭载于家用车、公共汽车、冷藏车、冷冻车等车辆，但并不限定于此。例如，也可以是固定型的燃料电池系统。另外，车辆不仅可以是汽车，也可以是二轮车、铁路车辆、船舶、航空器等。另外，车辆也可以是能够在驱动中一并使用马达和内燃机的混合动力车辆。

以上，对本发明的优选的实施方式进行了详细叙述，但本发明并不限定于该特定的实施方式，能够进行各种变形、变更。