(57)【要約】      （修正有）【課題】発電効率を維持す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、燃料電池１１の電圧値が予め定めた範囲内に収まるように燃料電池１１の電流値又は電圧値を設定し、設定した電流値に近づくように、燃料電池１１の電流値又は電圧値を制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の電圧値が予め定めた範囲内に収まるように、前記燃料電池の電流値又は電圧値を設定する設定装置と、
前記設定装置で設定された電流値又は電圧値に近づくように、前記燃料電池の電流値又は電圧値を制御する制御装置と、
を備えた燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池として、燃料ガスを用いて発電を行う第１燃料電池と、前記第１燃料電池から排出され、前記第１燃料電池において未反応の水素を含むオフガスを用いて発電を行う第２燃料電池と、を備えると共に、
前記制御装置として、前記第１燃料電池の電流値又は電圧値を制御する第１制御装置と、前記第２燃料電池の電流値又は電圧値を制御する第２制御装置と、を備え、
前記設定装置は、前記第２燃料電池の電圧値が予め定めた範囲内に収まるように前記第２燃料電池の電流値を設定した上で、前記第１燃料電池及び前記第２燃料電池で発電される電力の合計が電力需要に近づくように、前記第１燃料電池の電流値又は電圧値を設定する
請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記設定装置は、予め定められた前記第１燃料電池の電流電圧特性を参照して、前記第１燃料電池及び前記第２燃料電池で発電される電力の合計が電力需要に近づくように、前記第１燃料電池の電流値又は電圧値を設定する
請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記設定装置は、前記第１燃料電池及び前記第２燃料電池の各々の電圧値及び電流値から、前記第１燃料電池及び前記第２燃料電池で発電される電力を各々算出し、算出した電力の合計が電力需要に近づくように、前記第１燃料電池の電流値又は電圧値を設定する
請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池として、燃料ガスを用いて発電を行う第１燃料電池と、前記第１燃料電池から排出され、前記第１燃料電池において未反応の水素を含むオフガスを用いて発電を行う第２燃料電池と、を備えると共に、
前記制御装置として、前記第１燃料電池の電流値又は電圧値を制御する第１制御装置と、前記第２燃料電池の電流値又は電圧値を制御する第２制御装置と、を備え、
前記設定装置は、前記第１燃料電池の電圧値が予め定めた範囲内に収まるように前記第１燃料電池の電流値を設定した上で、前記第１燃料電池及び前記第２燃料電池で発電される電力の合計が電力需要に近づくように、前記第２燃料電池の電流値又は電圧値を設定する
請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記設定装置は、予め定められた前記第２燃料電池の電流電圧特性を参照して、前記第１燃料電池及び前記第２燃料電池で発電される電力の合計が電力需要に近づくように、前記第２燃料電池の電流値又は電圧値を設定する
請求項５記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記設定装置は、前記第１燃料電池及び前記第２燃料電池の各々の電圧値及び電流値から、前記第１燃料電池及び前記第２燃料電池で発電される電力を各々算出し、算出した電力の合計が電力需要に近づくように、前記第２燃料電池の電流値又は電圧値を設定する
請求項５記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃料電池として、燃料ガスを用いて発電を行う第１燃料電池と、前記第１燃料電池から排出され、前記第１燃料電池において未反応の水素を含むオフガスを用いて発電を行う第２燃料電池と、を備えると共に、
前記制御装置として、前記第１燃料電池の電流値又は電圧値を制御する第１制御装置と、前記第２燃料電池の電流値又は電圧値を制御する第２制御装置と、を備え、
前記設定装置は、前記第１燃料電池の電圧値及び前記第２燃料電池の電圧値がそれぞれ目標電圧に近づくように、前記第１燃料電池及び前記第２燃料電池の電流値を設定する
請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記燃料電池として、燃料ガスを用いて発電を行う第１燃料電池と、前記第１燃料電池から排出され、前記第１燃料電池において未反応の水素を含むオフガスを用いて発電を行う第２燃料電池と、を備え、
前記制御装置は、直列に接続された前記第１燃料電池及び前記第２燃料電池を流れる電流値を制御し、
前記設定装置は、前記第１燃料電池の電圧値及び前記第２燃料電池の電圧値の少なくとも一方が予め定めた範囲内に収まるように、前記第１燃料電池及び前記第２燃料電池を流れる電流値を設定する
請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記設定装置は、前記第１燃料電池の電圧値が予め定めた範囲内に収まるように、前記第１燃料電池及び第２燃料電池を流れる電流値を設定する
請求項９記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記設定装置は、前記第２燃料電池の電圧値が予め定めた範囲内に収まるように、前記第１燃料電池及び前記第２燃料電池を流れる電流値を設定する
請求項９記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記設定装置は、前記第１燃料電池及び前記第２燃料電池における電流電圧特性を参照して、前記第１燃料電池及び前記第２燃料電池で発電される電力の合計が電力需要に近づくように、前記第１燃料電池及び前記第２燃料電池を流れる電流値を設定する
請求項９〜請求項１１の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記設定装置は、前記第１燃料電池及び前記第２燃料電池を流れる電流値、前記第１燃料電池の電圧値及び前記第２燃料電池の電圧値から、前記第１燃料電池及び前記第２燃料電池で発電される電力を各々算出し、算出した電力の合計が電力需要に近づくように、前記第１燃料電池及び前記第２燃料電池を流れる電流値を設定する
請求項９〜請求項１１の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
コンピュータを、
燃料電池の電圧値が予め定めた範囲内に収まるように前記燃料電池の電流値又は電圧値を設定し、設定した電流値又は電圧値に近づくように前記燃料電池の電流値又は電圧値を制御する制御手段、
として機能させるための燃料電池制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム及び燃料電池制御プログラムに関する。特に、燃料電池の発電効率を維持する燃料電池システム及び燃料電池制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
環境意識の高まりに伴い、酸素と水素を化学反応させることによって発電を行う燃料電池が次世代のエネルギー源として注目されている（例えば、特許文献１〜５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−８５５０９号公報
【特許文献２】特開２００１−１０２０７４号公報
【特許文献３】特開２００３−２４３００８号公報
【特許文献４】特開２０１５−５３２５９号公報
【特許文献５】特表２０１２−５３３１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池には様々な長所がみられるが、そのうちのひとつに、他の発電装置に比べて発電効率がよいことが知られている。
【０００５】
しかしながら、燃料電池では出力電圧が変動することで、発電効率が低下することがある。
【０００６】
本発明は上記事実を鑑みてなされたものであり、発電効率を維持する燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池の電圧値が予め定めた範囲内に収まるように、前記燃料電池の電流値又は電圧値を設定する設定装置と、前記設定装置で設定された電流値又は電圧値に近づくように、前記燃料電池の電流値又は電圧値を制御する制御装置と、を備える。
【０００８】
また、本発明に係る燃料電池制御プログラムは、コンピュータを、燃料電池の電圧値が予め定めた範囲内に収まるように前記燃料電池の電流値又は電圧値を設定し、設定した電流値又は電圧値に近づくように前記燃料電池の電流値又は電圧値を制御する制御手段、として機能させる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の燃料電池システムによれば、発電効率を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る燃料電池システムの構成例を示す図である。
【図２】第１実施形態に係る燃料電池システムの制御系統を示す概略構成図である。
【図３】第１実施形態に係る燃料電池システムを、コンピュータを用いて制御する場合の構成例を示す図である。
【図４】第１実施形態に係る燃料電池制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図５】燃料電池における電流電圧特性の一例を示す図である。
【図６】第２実施形態〜第４実施形態に係る燃料電池システムの構成例を示す図である。
【図７】第２実施形態〜第４実施形態に係る燃料電池システムの制御系統を示す概略構成図である。
【図８】第２実施形態に係る燃料電池システムを、コンピュータを用いて制御する場合の構成例を示す図である。
【図９】第２実施形態に係る燃料電池制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図１０】第３実施形態及び第４実施形態に係る燃料電池システムを、コンピュータを用いて制御する場合の構成例を示す図である。
【図１１】第３実施形態に係る燃料電池制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図１２】第４実施形態に係る燃料電池制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図１３】第５実施形態に係る燃料電池システムの制御系統を示す概略構成図である。
【図１４】第５実施形態に係る燃料電池システムを、コンピュータを用いて制御する場合の構成例を示す図である。
【図１５】第５実施形態に係る電流電圧特性を用いた燃料電池制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図１６】第５実施形態に係る実測した発電量を用いた燃料電池制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。なお、機能が同じ部材及び処理には全図面を通して同じ符合を付与し、重複する説明を適宜省略する。
【００１２】
＜第１実施形態＞
図１において、本実施形態に係る燃料電池システム１０は、燃料処理装置１４と、燃料電池１１と、気化器３４とを有している。
【００１３】
燃料処理装置１４は、メタン等の原料ガスから水素を含む燃料ガスを生成するＦＰＳ（Fuel Processing System）であり、触媒（図示せず）と、触媒を加熱する燃焼器１８とを有している。触媒は改質触媒であり、改質器１９内に設けられている。改質器１９には、原料ガス経路２４が接続されており、該原料ガス経路２４を通じて原料ガスが供給されるようになっている。原料ガス経路２４には、原料ガスを送るためのブロワ２５が設けられている。
【００１４】
また、改質器１９には、水供給経路２８が接続されており、該水供給経路２８を通じて改質器１９に水が供給される。水供給経路２８には、例えばポンプ３２と、気化器３４とが設けられている。ポンプ３２は、水を水供給経路２８へ送り出すものである。気化器３４は、ポンプ３２の下流側に設けられ、水供給経路２８に送り出された水を気化させて水蒸気を生成するものである。改質器１９は、この水供給経路２８を通じて供給された水蒸気を利用して、原料ガスを改質して、水素を含む燃料ガスを生成するようになっている。そして、この燃料ガスは、燃料ガス経路４２を通じて、燃料電池１１のアノード（図示せず）へ供給されるようになっている。
【００１５】
燃料処理装置１４の燃焼器１８には、供給経路４４が接続されている。この燃焼器１８は、供給経路４４を通じて供給された空気と、オフガスとの混合ガスを燃焼させ、改質器１９内の触媒を加熱する。燃焼器１８からの排気は、排気経路４８を通じて排出される。
【００１６】
燃料電池１１は、燃料器１８よりも上流で燃料処理装置１４から供給される燃料ガスを用いて発電を行う。この燃料電池１１は、例えば固体高分子形燃料電池、りん酸形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、及び溶融炭酸塩形燃料電池等、何れの種類の燃料電池であってもよい。ここでは一例として、燃料電池１１に固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell:SOFC）を用いる例について説明する。図示は省略するが、燃料電池１１は、電解質層と、該電解質層の表裏面にそれぞれ積層されたアノード及びカソードとを有している。アノードは燃料極であり、カソードは空気極である。
【００１７】
カソードには、供給経路４４を通じて空気（酸化ガス）が供給される。このカソードでは、酸素と電子が、電解質層で電気化学的に反応して酸素イオンとなり、電解質膜を移動する。
【００１８】
一方、アノードには、燃料ガス経路４２を通じて、燃料処理装置１４から水素を含む燃料ガスが供給される。このアノードでは、水素が電解質層を移動してきた酸素イオンと反応し、水、二酸化炭素、及び電子が生成される。アノードで生成された電子は、外部回路を通ってカソードに移動する。
【００１９】
そして、このようにして電子がアノードからカソードに移動することにより、燃料電池１１において発電が行われる。供給された空気及びオフガスは、下流側の供給経路４４を通じて燃料処理装置１４の燃焼器１８へ供給される。
【００２０】
このようにして燃料電池システム１０で発電された電力は、例えば受電盤５０に入力され、受電盤５０において、電力の需給バランスに応じて、燃料電池システム１０で発電された電力を電気事業者が供給する商用電力に連系させる系統連系を行った上で負荷に供給される。場合によっては、例えば燃料電池システム１０で発電した電力を、指定された量だけ受電盤５０を介して電気事業者の系統に逆潮流し、燃料電池システム１０が設置された需要家以外の負荷に供給する場合もある。逆潮流する電力量は、例えば電気事業者の系統全体における電力需要に基づいて、別途設けられた電力管理センター等から指定される。以降では、燃料電池システム１０で発電した電力を、当該燃料電池システム１０が設置された需要家の負荷に供給する例について説明する。
【００２１】
なお、受電盤５０は、燃料電池システム１０で発電された電力を商用電力より優先的に負荷に供給するものとする。ここで「負荷」とは、電力を消費して動作する装置や設備全体の総称である。
【００２２】
図２に、燃料電池システム１０で発電する電力を制御するための制御系統概略図の一例を示す。図２に示すように、燃料電池システム１０では、燃料電池１１の出力端がパワーコンディショナー（Power Conditioning System：ＰＣＳ２０)に接続される。
【００２３】
燃料電池１１で発電される電気の電圧は直流であるため、ＰＣＳ２０で交流に変換すると共に、燃料電池１１で発電される電気の電圧値（以降、「燃料電池１１の電圧値」という）が負荷４０の入力電圧値に調整され、ＰＣＳ２０から例えば受電盤５０を介して負荷４０に供給される。ただし、例えば負荷４０の入力電圧が直流電圧に対応している場合や、多段式燃料電池システム１０の外部に直流交流変換装置を別途設ける場合等には、ＰＣＳ２０は、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２から出力された直流電圧を交流電圧に変換することなく外部に供給することがある。
【００２４】
また、ＰＣＳ２０は、燃料電池１１の電圧値が一定になるように、燃料電池１１で発電される電気の電流値（以降、「燃料電池１１の電流値」という）、若しくは電圧値の何れかを設定し、設定した電流値若しくは電圧値を電流制御器３０に通知する。ここで、燃料電池１１の電圧値が「一定」であるとは、電圧値が変動せずに予め定めた大きさの電圧を出力し続ける場合だけでなく、燃料電池１１の電圧値と予め定めた電圧値との差分の絶対値が、燃料電池１１の電圧値が変動していないとみなすことができるような予め定めた範囲内に含まれる場合も該当する。
【００２５】
以降では、燃料電池１１の電流値を設定して燃料電池１１の電圧値が一定になるように調整する例について説明するが、燃料電池１１の電圧値を調整するようにしてもよい。
【００２６】
電流制御器３０は、ＰＣＳ２０から電流値を受け付けると、燃料電池１１を制御して、燃料電池１１の電流値がＰＣＳ２０から受け付けた電流値に近づくようにする。この際、電流制御器３０は、燃料電池１１の電流値を制御する上で必要があれば、例えばブロワ２５及びポンプ３２等の燃料ガスの流量を調整する調整手段を制御してもよい。なお、電流制御器３０が、ＰＣＳ２０から受け付けた電圧値に燃料電池１１の電圧値を制御する場合、燃料電池１１の電流値の増減に対応して燃料ガスの流量を調整するようにする。
【００２７】
なお、電流制御器３０が制御する調整手段は、ブロワ２５及びポンプ３２に限られない。例えば、ブロワ２５及びポンプ３２に換えて、又はブロワ２５及びポンプ３２に加えて供給経路４４を通過する空気の供給量を調整する図示しない空気ブロワ等を制御してもよい。ここで、ＰＣＳ２０は設定装置の一例であり、電流制御器３０は制御装置の一例である。
【００２８】
上記に説明したＰＣＳ２０及び電流制御器３０による燃料電池１１の出力の制御は、例えばコンピュータを用いて実現することができる。図３は、コンピュータ１００、２００を用いて、燃料電池システム１０のＰＣＳ２０、及び電流制御器３０の制御に関連する機能部を実現する場合の構成例を示す図である。
【００２９】
コンピュータ１００は、プログラムを処理するＣＰＵ(Central Processing Unit)１０２、ＣＰＵ１０２によるプログラムの実行時のワークエリア等として用いられるＲＡＭ(Random Access Memory)１０４、プログラムや各種パラメータ等が予め記憶されたＲＯＭ(Read Only Memory)１０６、コンピュータ１００とコンピュータ２００等の外部装置とを接続するインターフェースであるＩ／Ｏ１０８及び内部バス１１０を含む。
【００３０】
コンピュータ１００は、内部バス１１０に接続されたＣＰＵ１０２、ＲＡＭ１０４、ＲＯＭ１０６及びＩ／Ｏ１０８との間でデータを送受信しながら、ＣＰＵ１０２で燃料電池１１の電圧値を一定にするための電流値を設定し、設定した電流値を、Ｉ／Ｏ１０８を介して第１外部バス１１２に接続されたコンピュータ２００に通知する。
【００３１】
コンピュータ２００はコンピュータ１００と同様に、ＣＰＵ２０２、ＲＡＭ２０４、ＲＯＭ２０６、Ｉ／Ｏ２０８、及び内部バス２１０を含み、内部バス２１０に接続されたＣＰＵ２０２、ＲＡＭ２０４、ＲＯＭ２０６、及びＩ／Ｏ２０８の間でデータを送受信しながら、ＣＰＵ２０２で、燃料電池１１の電流値がコンピュータ１００から指示された電流値に近づくように、Ｉ／Ｏ２０８を介して第２外部バス２１２に接続された燃料電池１１、ブロワ２５及びポンプ３２を制御する。
【００３２】
また、コンピュータ２００は、例えばＣＰＵ１０２の指示に基づいて、Ｉ／Ｏ２０８を介して第２外部バス２１２に接続された電圧計２９で燃料電池１１の電圧値を計測し、計測し電圧値をＣＰＵ１０２に通知する。
【００３３】
なお、Ｉ／Ｏ１０８及びＩ／Ｏ２０８に接続される装置等は一例であり、図示しない他の装置等を接続してもよいことは言うまでもない。例えばＩ／Ｏ１０８及びＩ／Ｏ２０８の少なくとも一方に、インターネット又は専用回線等の通信回線に接続して、通信回線上の他の電子機器との間で通信を行う通信装置を接続してもよい。
【００３４】
また、例えばＩ／Ｏ１０８及びＩ／Ｏ２０８の少なくとも一方に、タッチパネル等の入力装置、或いは液晶ディスプレイ等の表示装置を接続してもよい。
【００３５】
図３では、ＰＣＳ２０を構成するコンピュータ１００と電流制御器３０を構成するコンピュータ２００をそれぞれ設けたが、コンピュータ１００とコンピュータ２００を統合してもよいことは言うまでもない。
【００３６】
次に、燃料電池システム１０における燃料電池の出力制御について説明する。
【００３７】
図４は、ＰＣＳ２０に含まれるＣＰＵ１０２によって実行される燃料電池制御プログラムに基づく燃料電池制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。燃料電池制御プログラムはＲＯＭ１０６に予め記憶されており、ＣＰＵ１０２は燃料電池制御プログラムをＲＯＭ１０６から読み込んで実行する。なお、ＰＣＳ２０は、燃料電池１１で発電された電力を負荷４０に供給している状態であるものとする。
【００３８】
まず、ステップＳ１０において、ＰＣＳ２０は電流制御器３０に対して、燃料電池１１の電圧値を計測し、計測結果をＰＣＳ２０に通知するように制御する。当該制御を受け付けた電流制御器３０は、電圧計２９で燃料電池１１の電圧値を計測して、計測した電圧値をＰＣＳ２０に通知する。
【００３９】
ここで、図５に燃料電池１１の電流電圧特性６０の一例を示す。図５に示すように、燃料電池１１の電流電圧特性６０は、燃料電池１１の電流値を低くするにつれて、燃料電池１１の電圧値が高くなる傾向が見られる。また、燃料電池１１の劣化が進むと、電流電圧特性６０は電流電圧特性６０Ａのように、燃料電池１１の電流値が同じになるように調整しても、燃料電池１１の電圧値が低下する傾向が見られる。例えば、燃料電池１１の電流値を共に電流値Ｉ0に設定しても、燃料電池１１の劣化が進むと電圧値が基準電圧値Ｖから電圧値ＶAに低下する。
【００４０】
したがって、ステップＳ２０において、ＰＣＳ２０は、燃料電池１１の劣化度合いを確認するため、ステップＳ１０で取得した電圧値が基準電圧値Ｖより低下しているか否かを判定する。ここで、基準電圧値Ｖとは、燃料電池１１からＰＣＳ２０に供給する電圧値として予め定めた値であり、基準電圧値Ｖは、例えばＲＯＭ１０６に予め記憶されている。
【００４１】
ステップＳ２０の判定処理が否定判定の場合には、まだ燃料電池１１の劣化は認められないと判定できるため、ステップＳ２０の判定処理を繰り返し実行し、引き続き燃料電池１１の電圧値の変化を監視する。一方、ステップＳ２０の判定処理が肯定判定の場合には、燃料電池１１の劣化が認められるためステップＳ３０に移行する。
【００４２】
上述したように、燃料電池１１が劣化した場合、燃料電池１１の電流値を低下させることによって、燃料電池１１の電圧値を上昇させることができる。例えば、図５に示すように、燃料電池１１の劣化によって燃料電池１１の電流電圧特性が電流電圧特性６０から電流電圧特性６０Ａに変化した場合であっても、燃料電池１１の電流値をＩ0からＩAまで低下させることによって、基準電圧値Ｖを維持することができる。
【００４３】
しかしながら、ＰＣＳ２０は、燃料電池１１が劣化した後の電流電圧特性を予め把握することはできないため、燃料電池１１の電圧値が基準電圧値Ｖになるような燃料電池１１の電流値を最初から設定することができない。
【００４４】
したがって、ステップＳ３０において、ＰＣＳ２０は、燃料電池１１の電圧値が基準電圧値Ｖに近づくように、現在設定している電流値よりも予め定めた値だけ低下させた電流値を新たな電流値として設定し、設定した電流値を電流制御器３０に通知する。
【００４５】
電流値の低下幅は、例えばＲＯＭ１０６に予め記憶されており、ＰＣＳ２０は、当該値をＲＯＭ１０６から読み出して新たな電流値を設定すればよい。なお、電流値の低下幅を小さくするほど燃料電池１１の電圧値を細かく調整することができるため、燃料電池１１の電圧値が基準電圧値Ｖに一致しやすくなる。
【００４６】
ここで、燃料電池１１の電圧値が基準電圧値Ｖと一致するとは、燃料電池１１の電圧値と基準電圧値Ｖとが同じ値になる場合だけでなく、燃料電池１１の電圧値と基準電圧値Ｖとの差分の絶対値が、燃料電池１１の電圧値と基準電圧値Ｖとが同じ値であるとみなすことができるような予め定めた範囲に含まれる場合も該当する。
【００４７】
ＰＣＳ２０から電流値を受け付けた電流制御器３０は、燃料電池１１の電流値がＰＣＳ２０から受け付けた電流値となるように燃料電池１１の電流を制御する。
【００４８】
しかし、電流制御器３０が燃料電池１１の制御を始めてから、燃料電池１１の電流値が設定した電流値になるまでには一定の期間を要するため、ステップＳ４０において、ＰＣＳ２０は、燃料電池１１の電流値の制御に要する時間（以降、「制御時間」という）が経過したか否かを判定する。
【００４９】
なお、時間の計測には、例えばＣＰＵ１０２に備えられたタイマ機能を用いればよい。また、制御時間は、例えば燃料電池システム１０の実機による実験や燃料電池システム１０の設計仕様に基づくコンピュータシミュレーション等により予め求められ、例えばＲＯＭ１０６に予め記憶しておけばよい。
【００５０】
ステップＳ４０の判定処理が否定判定の場合には、制御時間を経過するまでステップＳ４０を繰り返し実行し、ステップＳ４０の判定処理が肯定判定となった場合に、ステップＳ５０に移行する。
【００５１】
ステップＳ５０において、ＰＣＳ２０は、ステップＳ１０と同様の方法によって、燃料電池１１の電流値を低下させた後の燃料電池１１の電圧値を取得する。
【００５２】
ステップＳ６０において、ＰＣＳ２０は、ステップＳ５０で取得した燃料電池１１の電圧値が基準電圧値Ｖと一致するか否かを判定する。
【００５３】
ステップＳ６０の判定処理が肯定判定の場合には、燃料電池１１の電圧値が基準電圧値Ｖと一致したことから、図４に示す燃料電池制御処理を終了する。一方、ステップＳ６０の判定処理が否定判定の場合には、ステップＳ７０に移行する。
【００５４】
ステップＳ７０において、ＰＣＳ２０は、今度はステップＳ５０で取得した燃料電池１１の電圧値が基準電圧値Ｖより高いか否かを判定する。ステップＳ７０の判定処理が肯定判定の場合には、ステップＳ３０で設定した電流値が、基準電圧値Ｖに対応する電流値よりも低かったためであると考えられるため、ステップＳ８０に移行する。
【００５５】
ステップＳ８０において、ＰＣＳ２０は、燃料電池１１の電圧値が基準電圧値Ｖに近づくように、電流制御器３０に前回通知した電流値よりも高い電流値を設定し、設定した電流値を電流制御器３０に通知する。具体的には、ＰＣＳ２０は、電流制御器３０に前回通知した電流値よりも予め定めた値だけ上昇させた電流値を新たな電流値として設定し、電流制御器３０に通知する。なお、燃料電池１１の電圧値が基準電圧値Ｖに徐々に近づいていくように、電流値の上昇幅は、ステップＳ３０における電流値の低下幅より小さく設定することが好ましい。
【００５６】
電流値の上昇幅は、例えばＲＯＭ１０６に予め記憶されており、ＰＣＳ２０は、当該値をＲＯＭ１０６から読み出して新たな電流値を設定すればよい。
【００５７】
そして、ＰＣＳ２０は、ステップＳ６０で燃料電池１１の電圧値が基準電圧値Ｖと一致するまで、既に説明したステップＳ４０以降の処理を実行する。
【００５８】
一方、ステップＳ７０の判定処理が否定判定の場合には、ステップＳ３０で設定した電流値が、基準電圧値Ｖに対応する電流値よりも高かったためであると考えられる。
【００５９】
したがって、ステップＳ３０に移行して、ＰＣＳ２０は、前回設定した電流値よりも更に低い電流値を設定して、設定した電流値を電流制御器３０に通知する。
【００６０】
そして、ＰＣＳ２０は、ステップＳ６０で燃料電池１１の電圧値が基準電圧値Ｖと一致するまで、既に説明したステップＳ４０以降の処理を実行する。
【００６１】
このように第１実施形態に係る燃料電池システム１０では、燃料電池１１の劣化に伴い、燃料電池１１の電流値を低下させることで、燃料電池１１の電圧値が一定になるように燃料電池１１を制御する。
【００６２】
仮に、燃料電池１１の電流値を一定に制御したまま燃料電池１１を発電させる場合、燃料電池１１の劣化が進むにつれて燃料電池１１の電圧値は低下することから、燃料電池１１で発電される電力の大きさ、すなわち燃料電池１１の発電量は低下する。一方で、燃料電池１１の電流値を一定に制御していることから、燃料電池１１の劣化状態に関係なく、燃料電池１１における燃料ガスの消費量は変わらないため、燃料ガス流量を変化させる必要がない。したがって、燃料電池１１の電流値を一定に制御したまま燃料電池１１を発電させた場合、燃料電池１１における燃料ガスの供給熱量に対する発電量、すなわち発電効率は、燃料電池１１の劣化が進むにつれて低下することになる。
【００６３】
しかしながら、図４に示したように、燃料電池１１の電圧値を一定に制御したまま燃料電池１１を発電させる場合、燃料電池１１の電流値の低下に伴って、燃料電池１１の発電量が低下するが、燃料電池１１の電流値を低下させることによって、燃料電池１１における燃料ガスの消費量も低下することになり、燃料ガスの供給量も低下させる制御が行われる。したがって、燃料電池システム１０では、燃料電池１１の劣化が進んだ場合であっても、発電効率の低下を抑制することができる。また、燃料電池１１の電圧値を予め決めた値に制御することで、ＰＣＳ２０に入る電圧範囲が限定されるため、それに合わせてＰＣＳ２０の構成部品を設計することができ、燃料電池システム１０のコスト低下や運転効率向上が見込まれる。
【００６４】
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、燃料電池の劣化が進んだ場合であっても燃料電池１１の発電効率を維持する燃料電池システム１０について説明したが、第２実施形態では、複数の燃料電池のうち少なくとも１つの燃料電池の発電効率を維持した上で、負荷４０の電力需要に追従する燃料電池システム１０Ａについて説明する。
【００６５】
図６は、燃料電池システム１０Ａの構成例を概略的に示す図である。図６に示した燃料電池システム１０Ａが第１実施形態に係る燃料電池システム１０と異なる点は、燃料電池１２、熱交換器２１、水蒸気分離膜１６、熱交換器２２、水タンク２６及び再生燃料ガス経路５４が追加され、当該追加に伴い、オフガス経路４６、オフガス経路５２及び供給経路４４が変更された点である。
【００６６】
図６に示すように、燃料電池システム１０Ａには２つの燃料電池１１、１２と、２つの熱交換器２１、２２が含まれる。したがって、説明をわかりやすくするため、燃料電池１１を「第１燃料電池１１」、燃料電池１２を「第２燃料電池１２」、熱交換器２１を「第１熱交換器」、熱交換器２２を「第２熱交換器」と表記することにする。ここでは一例として、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２共に、固体酸化物形燃料電池を用いるものとする。
【００６７】
以下に  燃料電池システム１０Ａが燃料電池システム１０と異なる点を中心にして、燃料電池システム１０Ａの構成を説明する。
【００６８】
燃料電池システム１０Ａでは、第１燃料電池１１におけるカソードでの未反応ガスは、下流側の供給経路４４を通じて第２燃料電池１２へ供給される。
【００６９】
一方、水蒸気分離膜１６には、燃料電池１１において未反応の燃料ガス及び生成ガスを含むオフガス（アノードオフガス）が供給され、水蒸気分離膜１６は、オフガスに含まれる水蒸気を気体の状態で除去する。水蒸気分離膜１６は、水の凝縮点よりも高い温度（例えば１００℃以上）で、オフガスから水蒸気を除去することができる。
【００７０】
水蒸気分離膜１６で除去された水蒸気は、熱交換器２２で冷却されて水３８となり、水タンク２６に貯えられるようになっている。水タンク２６の上部にはオフガス経路４６が接続されている。水タンク２６で凝縮しない二酸化炭素等のガスは、該オフガス経路４６を通じて、燃料処理装置１４の燃焼器１８へ供給されるようになっている。熱交換器２２は、原料ガス経路２４を流れる原料ガスと、オフガス経路５２を流れるオフガスとの間で熱交換を行い、オフガスを冷却すると共に原料ガスを加熱するものである。
【００７１】
また、燃料電池システム１０Ａでは、水蒸気分離膜１６でオフガスから水蒸気を除去した後の再生燃料ガスは、再生燃料ガス経路５４を通じて、第２燃料電池１２へ供給されるようになっている。そして、再生燃料ガス経路５４には、第１熱交換器２１が設けられている。この第１熱交換器２１は、オフガス経路５２を流れるオフガスと、再生燃料ガス経路５４を流れる再生燃料ガスとの間で熱交換を行い、オフガスを例えば２００℃程度に冷却すると共に再生燃料ガスを第２燃料電池１２の作動温度に対応して再度加熱するものである。
【００７２】
一方、第２燃料電池１２は、再生燃料ガスを用いて発電を行う固体酸化物形燃料電池である。図示は省略するが、第２燃料電池１２も、第１燃料電池１１と同様に、電解質層と、該電解質層の表裏面にそれぞれ積層されたアノード及びカソードとを有している。アノードには、再生燃料ガス経路５４を通じて、再生燃料ガスが供給される。
【００７３】
また、第２燃料電池１２の構成は、第１燃料電池１１と同様であり、再生燃料ガスを用いて発電が行われる。未反応の空気は、下流側の供給経路４４を通じて、燃料処理装置１４の燃焼器１８へ供給される。
【００７４】
なお、上記では、第２燃料電池１２が再生燃料ガスを用いて発電する例について説明したが、第２燃料電池１２の発電には、必ずしも再生燃料ガスを用いる必要はなく、第１燃料電池１１から排出されたオフガスを用いてもよい。
【００７５】
第１燃料電池１１は、燃料処理装置１４から供給される燃料ガスを用いて発電を行うことから、前段の燃料電池の一例であり、第２燃料電池１２は、第１燃料電池１１での発電に用いられた未反応の燃料ガス及び生成ガスを含むオフガスから再生した再生燃料ガスを用いて発電を行うことから、後段の燃料電池の一例である。また、このように前段と後段にそれぞれ第１燃料電池１１、第２燃料電池１２を設けて各々発電させる燃料電池システム１０Ａは、多段式燃料電池システムの一例である。
【００７６】
燃料電池システム１０Ａでは、第１燃料電池１１のオフガスから水蒸気や二酸化炭素を取り除き、反応に寄与する燃料ガス（水素や一酸化炭素）の濃度を高めた再生燃料ガスを用いて後段の第２燃料電池１２で再度発電を行うため、第１燃料電池１１だけで発電する場合に比べて、発電効率が向上する。
【００７７】
なお、以降では、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２を区別する必要がない場合、単に「燃料電池」と表記する場合がある。
【００７８】
図７に、燃料電池システム１０Ａで発電する電力を制御するための制御系統概略図の一例を示す。図７に示すように、燃料電池システム１０Ａでは、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２の出力端がそれぞれＰＣＳ２０Ａに接続される。
【００７９】
一般的に、供給電力が電力需要を上回る場合、電力の周波数は電力の需給バランスが一致する場合の周波数として予め定めた商用周波数（東日本地域であれば５０Ｈｚ、西日本地域であれば６０Ｈｚ）より上昇する。一方、供給電力が電力需要を下回る場合、電力の周波数は予め定めた商用周波数より低下する。
【００８０】
したがって、ＰＣＳ２０Ａは、例えば負荷４０に供給している電力の周波数の変動量から、状況に応じて変動する負荷４０の電力需要を把握し、燃料電池システム１０Ａで発電する電力が、負荷４０の電力需要に近づくように第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２の発電量を制御する。
【００８１】
具体的には、ＰＣＳ２０Ａは、第２燃料電池１２の電圧値が基準電圧値Ｖになるように設定した第２燃料電池１２の電流値を電流制御器３０Ｂに通知し、設定した電流値と基準電圧値Ｖから第２燃料電池１２の発電量を算出する。そして、ＰＣＳ２０Ａは、負荷４０の電力需要と第２燃料電池１２の発電量との差分を、第１燃料電池１１の発電量として決定し、決定した発電量を得るために第１燃料電池１１から出力すべき電流値、すなわち、第１燃料電池１１の発電量に対応した電流値を電流制御器３０Ａに通知する。
【００８２】
電流制御器３０Ａは、ＰＣＳ２０Ａから電流値を受け付けると、第１燃料電池１１を制御して、第１燃料電池１１から出力される電流の大きさが指示された電流値に近づくように制御する。この際、電流制御器３０Ａは、第１燃料電池１１の電流を制御する上で必要があれば、ブロワ２５及びポンプ３２等の燃料ガスの流量を調整する調整手段を制御してもよい。
【００８３】
同様に、電流制御器３０Ｂも、ＰＣＳ２０Ａから電流値を受け付けると、第２燃料電池１２を制御して、第２燃料電池１２から出力される電流の大きさが指示された電流値に近づくように制御する。この際、電流制御器３０Ｂは、第２燃料電池１２の電流を制御する上で必要があれば、ブロワ２５及びポンプ３２等の調整手段を制御してもよい。
【００８４】
なお、電流制御器３０Ａ及び電流制御器３０Ｂが制御する調整手段は、ブロワ２５及びポンプ３２に限られない。例えば、供給経路４４を通過する空気の供給量を調整する図示しない空気ブロワ等であってもよい。以降、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２での各々の発電量の合計が、負荷４０の電力需要に近づくように、第１燃料電池１１の電流及び第２燃料電池１２の電流を制御する例を用いて本発明について説明するが、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２の各々の発電量の制御方法はこれに限られない。例えば、電流制御器３０Ａ及び電流制御器３０Ｂは、ＰＣＳ２０から目標とする電圧値を受け付け、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２の電圧値を制御することで、受け付けた電圧値に近づくように調整するようにしてもよい。
【００８５】
ここで、電流制御器３０Ａは第１制御装置の一例であり、電流制御器３０Ｂは第２制御装置の一例である。
【００８６】
上記に説明したＰＣＳ２０Ａ、電流制御器３０Ａ、３０Ｂによる燃料電池の出力の制御は、例えばコンピュータを用いて実現することができる。図８は、コンピュータ１００、２００Ａ、及び２００Ｂを用いて、それぞれ燃料電池システム１０ＡのＰＣＳ２０Ａ、電流制御器３０Ａ、及び電流制御器３０Ｂの制御に関連する機能部を実現する場合の構成例を示す図である。
【００８７】
図８に示す構成例が、図３に示した構成例と異なる点は、電流制御器３０Ａ、３０Ｂの各々が、第１実施形態に係るコンピュータ２００と同じ構成を有するコンピュータ２００Ａ、２００Ｂで構成され、第１外部バス１１２に周波数センサ２３が追加された点である。また、第２外部バス２１２に、燃料電池１１の代わりに第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２が接続された点である。
【００８８】
ＰＣＳ２０Ａに対応するコンピュータ１００に含まれるＣＰＵ１０２は、Ｉ／Ｏ１０８を介して、電流制御器３０Ａに対応するコンピュータ２００Ａに含まれるＣＰＵ２０２及び電流制御器３０Ｂに対応するコンピュータ２００Ｂに含まれるＣＰＵ２０２とデータを送受信する。また、コンピュータ２００ＡのＣＰＵ２０２は、Ｉ／Ｏ２０８を介して、第２外部バス２１２に接続される第１燃料電池１１、ブロワ２５及びポンプ３２を制御する。コンピュータ２００ＢのＣＰＵ２０２は、Ｉ／Ｏ２０８を介して、第２外部バス２１２に接続される第２燃料電池１２、電圧計２９、ブロワ２５及びポンプ３２を制御する。
【００８９】
なお、Ｉ／Ｏ１０８及びＩ／Ｏ２０８に接続される装置等は一例であり、図示しない他の装置等を接続してもよいことは言うまでもない。
【００９０】
次に、燃料電池システム１０Ａにおける燃料電池の出力制御について説明する。
【００９１】
図９は、ＰＣＳ２０Ａに含まれるＣＰＵ１０２によって実行される燃料電池制御プログラムに基づく燃料電池制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。燃料電池制御プログラムはＲＯＭ１０６に予め記憶されており、ＣＰＵ１０２は燃料電池制御プログラムをＲＯＭ１０６から読み込んで実行する。なお、ＰＣＳ２０Ａは、燃料電池で発電された電力を既に負荷４０に供給している状態であるものとする。
【００９２】
まず、ステップＳ１００において、ＰＣＳ２０Ａは、図４に示した第１実施形態に係る燃料電池制御処理、すなわち電圧一定制御を実行して、第２燃料電池１２の電圧値が基準電圧値Ｖで一定になるように第２燃料電池１２を制御する。
【００９３】
ステップＳ１１０において、ＰＣＳ２０Ａは、周波数センサ２３で負荷４０に供給している電力の周波数を計測し、商用周波数（例えば５０Ｈｚ）に対する周波数のずれ、すなわち周波数の変動量を算出する。そして、ＰＣＳ２０Ａは、算出した周波数の変動量から負荷４０の電力需要の増減量を算出し、ＰＣＳ２０Ａが負荷４０に供給している現在の電力の大きさと、負荷４０の電力需要の増減量とから、負荷４０の電力需要を取得する。ＰＣＳ２０Ａは、取得した負荷４０の電力需要を例えばＲＡＭ１０４に記憶する。
【００９４】
周波数の変動量と負荷４０の電力需要の増減量との対応関係は、例えば燃料電池システム１０Ａの実機による実験や燃料電池システム１０Ａの設計仕様に基づくコンピュータシミュレーション等により予め求められ、例えばＲＯＭ１０６の予め定めた領域に記憶しておけばよい。
【００９５】
なお、ここでは一例として、負荷４０に供給する電力の周波数を計測して負荷４０の電力需要を取得したが、他の手法を用いて負荷４０の電力需要を取得するようにしてもよい。例えば、ＰＣＳ２０Ａから供給される電力、及び電気事業者から供給される商用電力を受電して負荷４０に電力を配電する受電盤５０に設置された電力計で計測された負荷４０の消費電力を、負荷４０の電力需要として取得するようにしてもよい。この場合、周波数センサ２３は不要となる。
【００９６】
ステップＳ１２０において、ＰＣＳ２０Ａは、ステップＳ１００で設定した第２燃料電池１２の電流値と基準電圧値Ｖから第２燃料電池１２の発電量を算出する。そして、ＰＣＳ２０Ａは、ステップＳ１１０で取得した負荷４０の電力需要から第２燃料電池１２の発電量を差し引いた電力を、第１燃料電池１１の発電量に決定する。このように、第１燃料電池１１の発電量を決定することによって、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２における発電量の合計が負荷４０の電力需要に一致することになる。
【００９７】
ステップＳ１３０において、ＰＣＳ２０Ａは、例えばＲＯＭ１０６に予め記憶された第１燃料電池１１の電流電圧特性６０を参照して、電圧と電流の積がステップＳ１２０で決定した第１燃料電池１１の発電量となるような電流値を設定する。第１燃料電池１１の電流電圧特性６０は、例えば第１燃料電池１１の実物を用いた実験や、第１燃料電池１１の設計仕様に基づくコンピュータシミュレーション等により予め求めておけばよい。
【００９８】
以降では、電圧と電流の積がステップＳ１２０で決定した第１燃料電池１１の発電量となるような電流値を「目標電流値」という。
【００９９】
ステップＳ１４０において、ＰＣＳ２０Ａは、Ｉ／Ｏ１０８を介して電流制御器３０ＡにステップＳ１３０で設定した目標電流値を通知する。
【０１００】
すると、電流制御器３０Ａによって、第１燃料電池１１から出力される電流の大きさが目標電流値に近づくように制御される。したがって、燃料電池システム１０Ａから負荷４０の電力需要に応じた電力が供給されることになる。
【０１０１】
このように第２実施形態に係る燃料電池システム１０Ａでは、第２燃料電池１２の電圧値を一定に保った状態で、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２で発電される電力の合計が負荷４０の電力需要に近づくように、第１燃料電池１１の電流値を制御する。したがって、燃料電池システム１０Ａは、第２燃料電池１２の劣化が進んでも、第２燃料電池１２における発電効率の低下を抑制したまま、負荷４０の電力需要にあわせた電力を供給することができる。
【０１０２】
また、第２燃料電池１２は再生燃料ガスを用いて発電を行うが、再生燃料ガスは、第１燃料電池１１のオフガスから生成される上に、水蒸気分離膜１６の劣化等の影響を受けるため、燃料ガスに比べてガスの組成が安定しにくい場合がある。したがって、第２燃料電池１２の電圧は、第１燃料電池１１の電圧に比べて変動幅が大きくなる傾向がある。
【０１０３】
更に、燃料電池システム１０Ａのように、後段に位置する第２燃料電池１２の電圧値が一定になるように制御することで、例えば、水蒸気分離膜１６の破損などで再生燃料ガス量の急激な低下が起こったとしても燃料枯れが起こらずに、第２燃料電池１２の損傷を抑制することもできる。
【０１０４】
＜第３実施形態＞
第２実施形態では、第１燃料電池１１に対応した電流電圧特性６０を参照して、負荷４０の電力需要に応じた目標電流値を設定した。
【０１０５】
しかしながら、図５に示すように、電流電圧特性６０は、燃料電池の劣化が進むにつれて電流電圧特性６０→電流電圧特性６０Ａのように変化する。したがって、予め定めた燃料電池の電流電圧特性６０と、電流を制御する際の燃料電池における実際の電流電圧特性とは異なることがある。
【０１０６】
そこで、第３実施形態では、第２燃料電池１２の電圧値を一定に保った状態で、予め定めた燃料電池の電流電圧特性６０を用いることなく第１燃料電池１１の発電量を制御することで、負荷４０の電力需要に応じた電力を精度よく供給する燃料電池システム１０Ｂについて説明する。
【０１０７】
燃料電池システム１０Ｂの概略構成は、図６に示した燃料電池システム１０Ａの概略構成と同じであり、燃料電池システム１０Ｂの制御系統は、図７に示した燃料電池システム１０Ａの制御系統と同じである。
【０１０８】
また、燃料電池システム１０ＢのＰＣＳ２０Ｂ及び電流制御器３０Ａ、３０Ｂによる燃料電池の制御は、例えば図１０に示すコンピュータ構成を用いて実現することができる。図１０に示す構成が図８に示した構成と異なる点は、第２外部バス２１２に電圧計２９の代わりに電圧計２９Ａ、２９Ｂが接続され、また、電流計２７が追加された点である。その他の図１０の構成については図８と同じ構成である。
【０１０９】
ここで、電流計２７は第１燃料電池１１の電流値を計測し、電圧計２９Ａは第１燃料電池１１の電圧値を計測する。また、電圧計２９Ｂは第２燃料電池１２の電圧値を計測する。すなわち、電圧計２９Ｂは、図８における電圧計２９に相当する。
【０１１０】
以下に、燃料電池システム１０Ｂにおける燃料電池の出力制御について説明する。
【０１１１】
図１１は、燃料電池システム１０ＢのＰＣＳ２０Ｂに含まれるＣＰＵ１０２によって実行される燃料電池制御プログラムに基づく燃料電池制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。燃料電池制御プログラムはＲＯＭ１０６に予め記憶されており、ＣＰＵ１０２は燃料電池制御プログラムをＲＯＭ１０６から読み込んで実行する。なお、ＰＣＳ２０Ｂは、燃料電池で発電された電力を既に負荷４０に供給している状態であるものとする。
【０１１２】
まず、ステップＳ２００において、ＰＣＳ２０Ｂは、図４に示した第１実施形態に係る燃料電池制御処理、すなわち電圧一定制御を実行して、第２燃料電池１２の電圧値が基準電圧値Ｖで一定になるように第２燃料電池１２の出力を制御する。
【０１１３】
ステップＳ２１０において、ＰＣＳ２０Ｂは、図９に示した第２実施形態に係る燃料電池制御処理のステップＳ１１０と同様の処理を実行して、負荷４０の電力需要を取得する。
【０１１４】
ステップＳ２２０において、ＰＣＳ２０Ｂは、ステップＳ２００で設定した第２燃料電池１２の電流値と基準電圧値Ｖから第２燃料電池１２の発電量を算出する。そして、ＰＣＳ２０Ｂは、ステップＳ２１０で取得した負荷４０の電力需要から第２燃料電池１２の発電量を差し引いた電力を、第１燃料電池１１の発電量として算出する。このように、第１燃料電池１１の発電量を決定することによって、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２における発電量の合計が負荷４０の電力需要に一致することになる。
【０１１５】
なお、第２燃料電池１２の発電量は予想される負荷４０の電力需要よりも少なくなるように予め設定されているものとする。したがって、第１燃料電池１１の発電量は正値となる。
【０１１６】
以降、ステップＳ２２０で算出した第１燃料電池１１の発電量を「目標発電量」ということにする。
【０１１７】
ステップＳ２３０において、ＰＣＳ２０Ｂは、初めてステップＳ２３０を実行する場合、例えば初期値として予め定めた電流値を目標電流値として電流制御器３０Ａに通知する。２回目以降のステップＳ２３０では、ＰＣＳ２０Ｂは、直前に電流制御器３０Ａに通知した目標電流値から変動させた電流値を新たな目標電流値として、電流制御器３０Ａに通知する。なお、目標電流値の変動方法に関しては後述することにする。
【０１１８】
ステップＳ２３０の処理によって、電流制御器３０Ａが第１燃料電池１１の電流値を目標電流値に制御する。
【０１１９】
ステップＳ２４０において、ＰＣＳ２０Ｂは、電流制御器３０Ａに対して、第１燃料電池１１の電圧値及び電流値を計測させ、計測結果をＰＣＳ２０Ｂに通知するように制御する。当該制御を受け付けた電流制御器３０Ａは、電流計２７で第１燃料電池１１の電流値を計測すると共に、電圧計２９Ａで第１燃料電池１１の電圧値を計測し、計測した電圧値及び電流値をＰＣＳ２０Ｂに通知する。したがって、ＰＣＳ２０Ｂは、第１燃料電池１１の電圧値及び電流値を取得することができる。
【０１２０】
ステップＳ２５０において、ＰＣＳ２０Ｂは、ステップＳ２４０で取得した電圧値及び電流値を用いて、第１燃料電池１１の発電量を算出する。
【０１２１】
ステップＳ２６０において、ＰＣＳ２０Ｂは、ステップＳ２５０で算出した第１燃料電池１１の発電量が、ステップＳ２２０で算出した目標電力量と一致するか否かを判定する。
【０１２２】
ステップＳ２６０の判定処理が否定判定の場合には、第１燃料電池１１の発電量と第２燃料電池１２の発電量の合計が負荷４０の電力需要に一致していない状態にあることを示しているため、ステップＳ２３０に移行し、第１燃料電池１１の発電量と第２燃料電池１２の発電量の合計が負荷４０の電力需要に一致するように調整した新たな目標電流値を電流制御器３０Ａに通知する。
【０１２３】
具体的には、第１燃料電池１１の発電量が目標電力量より大きい場合には、第１燃料電池１１の発電量を低下させるように調整した電流値を新たな目標電流値とし、第１燃料電池１１の発電量が目標電力量より小さい場合には、第１燃料電池１１の発電量を上昇させるように調整した電流値を新たな目標電流値とすればよい。
【０１２４】
ステップＳ２３０〜Ｓ２６０の処理を繰り返して、第１燃料電池１１の発電量が目標電力量に一致した場合、ステップＳ２６０の判定処理が肯定判定となり、図１１に示した燃料電池制御処理を終了する。
【０１２５】
このように第３実施形態に係る燃料電池システム１０Ｂでは、第２燃料電池１２の電圧値を一定に保った状態で、第１燃料電池１１の電流値を可変しながら第１燃料電池１１の発電量を算出することで、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２における発電量の合計が負荷４０の電力需要に近づくように制御する。
【０１２６】
燃料電池システム１０Ｂでは、第１燃料電池１１の実際の発電量に基づいて目標電流値を制御するため、予め定めた電流電圧特性６０に基づいて第１燃料電池１１の電流値を制御する場合と比較して、負荷４０の電力需要に応じた電力を精度よく供給することができる。すなわち、燃料電池システム１０Ｂは、電圧変動に伴う第２燃料電池１２の損傷を抑制しながら、負荷４０の電力需要に一致した電力を供給することができる。
【０１２７】
＜第４実施形態＞
第２実施形態に係る燃料電池システム１０Ａ、及び第３実施形態に係る燃料電池システム１０Ｂでは、後段の第２燃料電池１２に対して電圧一定制御を行い、発電効率の低下を抑制したが、第２燃料電池１２に加えて第１燃料電池１１に対しても電圧一定制御をおこなってもよい。
【０１２８】
そこで、第４実施形態では、第１燃料電池１１の電圧値及び第２燃料電池１２の電圧値を目標とする出力に応じて一定に保つ燃料電池システム１０Ｃについて説明する。
【０１２９】
燃料電池システム１０Ｃの概略構成は、図６に示した燃料電池システム１０Ａの概略構成と同じであり、燃料電池システム１０Ｃの制御系統は、図７に示した燃料電池システム１０Ａの制御系統と同じである。また、燃料電池システム１０Ｃは、図１０に示したコンピュータ構成と同じ構成を用いて実現することができる。
【０１３０】
図１２は、燃料電池システム１０ＣのＰＣＳ２０Ｃに含まれるＣＰＵ１０２によって実行される燃料電池制御プログラムに基づく燃料電池制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【０１３１】
まず、ステップＳ３００において、ＰＣＳ２０Ｃは、電圧計２９Ａで第１燃料電池１１の電圧値を計測しながら、第１燃料電池１１に対して図４に示した電圧一定制御を実行し、第１燃料電池１１の電圧値を、予め定めた第１燃料電池１１の基準電圧値Ｖ1に設定する。
【０１３２】
次に、ステップＳ３１０において、ＰＣＳ２０Ｃは、電圧計２９Ｂで第２燃料電池１２の電圧値を計測しながら、第２燃料電池１２に対して図４に示した電圧一定制御を実行し、第２燃料電池１２の電圧値を、予め定めた第２燃料電池１２の基準電圧値Ｖ2に設定する。
【０１３３】
なお、本実施形態における「基準電圧値Ｖ1」及び「基準電圧値Ｖ2」は、例えば電力需要に追従して予め設定される電圧であってもよい。例えば、燃料電池システム１０Ｃで発電した電力を逆潮する場合には、燃料電池システム１０Ｃで発電した電力が負荷４０の電力需要より大きくなるように、基準電圧値Ｖ1、Ｖ2を設定する。逆に、燃料電池システム１０Ｃで発電した電力を逆潮させないようにする場合には、燃料電池システム１０Ｃで発電した電力が負荷４０の電力需要以下となるように、基準電圧値Ｖ1、Ｖ2を設定する。すなわち、基準電圧値Ｖ1、Ｖ2は目標電圧の一例である。
【０１３４】
このように第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２の電圧値を制御することで、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２が劣化した場合であっても、第１燃料電池１１の電圧値及び第２燃料電池１２の電圧値をそれぞれ基準電圧値Ｖ1及び基準電圧値Ｖ2に保つことができる。
【０１３５】
第１燃料電池１１の電圧値及び第２燃料電池１２の電圧値をそれぞれ基準電圧値Ｖ1及び基準電圧値Ｖ2に保つには、第１燃料電池１１及び第２燃料電池の電流値を低下させる制御が行われるため、それに伴い燃料ガスの供給量も低下する。したがって、燃料電池システム１０Ｃでは、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２が劣化した場合であっても、発電効率の低下を抑制することができる。
【０１３６】
＜第５実施形態＞
第２実施形態〜第４実施形態に係る燃料電池システム１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃの制御系統は、図７に示したように、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２に対して、それぞれ発電量を制御する電流制御器３０Ａ及び電流制御器３０Ｂが存在し、個別に制御を行っていた。
【０１３７】
しかし、第５実施形態に係る燃料電池システム１０Ｄの制御系統は、図１３に示すように、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２を直列に接続し、直列に接続された第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２の各々の出力端がＰＣＳ２０Ｄに接続される。そして、これまで第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２をそれぞれ個別に制御していた電流制御器３０Ａ及び電流制御器３０Ｂを１つの電流制御器３０に統合し、電流制御器３０で第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２の発電量を制御する。
【０１３８】
図１４に、燃料電池システム１０Ｄをコンピュータで構成する場合の構成例を示す。
【０１３９】
ここで、コンピュータ２００は、図８の燃料電池システム１０Ａ又は図１０の燃料電池システム１０Ｂを構成するコンピュータ２００Ａ及びコンピュータ２００Ｂを、１つのコンピュータに統合したものである。
【０１４０】
このような構成を有する燃料電池システム１０Ｄで、第１燃料電池１１または第２燃料電池１２に対して、図４に示した燃料電池制御処理、すなわち、電圧一定制御を行ってもよい。
【０１４１】
第１燃料電池１１に対して電圧一定制御を行った場合、第１燃料電池１１に対する電圧一定制御によって設定された電流に応じた電圧が、第２燃料電池１２から出力される。反対に、第２燃料電池１２に対して電圧一定制御を行った場合、第２燃料電池１２に対する電圧一定制御によって設定された電流に応じた電圧が、第１燃料電池１１から出力される。
【０１４２】
この場合、燃料電池システム１０Ｄから供給される電力は、必ずしも負荷４０の電力需要と一致しない。
【０１４３】
したがって、燃料電池システム１０Ｄから供給される電力を負荷４０の電力需要に近づけるためには、例えばＰＣＳ２０Ｄは、第１燃料電池１１と第２燃料電池１２の電流電圧特性６０を参照することで、負荷４０の電力需要に近づくように、第１燃料電池１１と第２燃料電池１２の電圧が予め定めた範囲内で、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２を流れる電流値を調整してもよい。
【０１４４】
図１５は、ＰＣＳ２０Ｄに含まれるＣＰＵ１０２によって実行される燃料電池制御プログラムに基づく燃料電池制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。具体的には、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２の電流電圧特性６０を用いて電流値の設定を行う。
【０１４５】
ステップＳ４００において、ＰＣＳ２０Ｄは、図９に示した第２実施形態に係る燃料電池制御処理のステップＳ１１０と同様の処理を実行して、負荷４０の電力需要を取得する。なお、負荷４０の電力需要は目標電力量の一例であり、目標電力量は必ずしも負荷４０の電力需要に限られない。目標電力量は、例えば燃料電池システム１０Ｄのユーザ等が予め定めた電力量であればよい。
【０１４６】
ステップＳ４１０において、ＰＣＳ２０Ｄは、初期電流値を設定する。具体的には、ＰＣＳ２０Ｄは、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２の各々の電流電圧特性６０を参照して、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２における各々の予め定めた電圧の範囲の上限のうち、高い方の電圧に対応した電流値を初期電流値に設定する。
【０１４７】
ステップＳ４２０において、ＰＣＳ２０Ｄは、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２の各々の電流電圧特性６０を参照して、ステップＳ４１０で設定した電流値に対応する第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２の電圧値が、それぞれ第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２の予め定めた電圧の範囲内であるか否かを判定する。
【０１４８】
ステップＳ４２０の判定処理が否定判定の場合には、ステップＳ４８０に移行する。そして、ステップＳ４８０において、ＰＣＳ２０Ｄは、電流値の予め定めた増分である電流Δｉだけ電流値を増加して、ステップＳ４２０に移行する。既に説明したように、燃料電池の電流電圧特性６０は、電流値を大きくするに従って、電圧が低下する傾向があるため、電流Δｉだけ電流値を増加することで、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２の電圧値を低下させる。そして、再びステップＳ４２０で、設定した電流値に対応する第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２の電圧値が、それぞれ第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２の予め定めた電圧の範囲内であるか否かを判定する。
【０１４９】
一方、ステップＳ４２０の判定処理が肯定判定の場合には、ステップＳ４３０に移行する。
【０１５０】
ステップＳ４３０において、ＰＣＳ２０Ｄは、現在の電流値（候補電流値）と、第１燃料電池１１の電流電圧特性６０から得られる候補電流値に対する電圧値とから、候補電流値を電流制御器３０に設定した場合の第１燃料電池１１の発電量を算出する。
【０１５１】
ステップＳ４４０において、ＰＣＳ２０Ｄは、候補電流値と、第２燃料電池１２の電流電圧特性６０から得られる候補電流値に対する電圧値とから、候補電流値を電流制御器３０に設定した場合の第２燃料電池１２の発電量を算出する。
【０１５２】
ステップＳ４５０において、ＰＣＳ２０Ｄは、ステップＳ４３０で算出した第１燃料電池１１の発電量、及びステップＳ４４０で算出した第２燃料電池１２の発電量の合計発電量と、目標電力量との差分がこれまでの最小値であるか否かを判定し、肯定判定の場合にはステップＳ４６０に移行する。
【０１５３】
ステップＳ４６０において、ＰＣＳ２０Ｄは、ステップＳ４５０で算出した電力の差分を、例えばＲＡＭ１０４に記憶する。すなわち、ＲＡＭ１０４には、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２の各々における予め定めた電圧の範囲内において、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２の合計発電量が目標電力量に最も近づく電流値が記憶される。
【０１５４】
一方、ステップＳ４５０の判定処理が否定判定の場合には、ステップＳ４６０の処理を実行せずにステップＳ４７０に移行する。
【０１５５】
ステップＳ４７０において、ＰＣＳ２０Ｄは、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２の各々の電流電圧特性６０を参照して、候補電流値が、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２における各々の予め定めた電圧の範囲の下限に対応した電流値のうち、より高い方の電流値（上限電流値）に達したか否かを判定する。
【０１５６】
ステップＳ４７０の判定処理が否定判定の場合には、ステップＳ４８０に移行して、候補電流値をΔｉ増加して、既に説明したステップＳ４２０〜Ｓ４８０の処理を実行する。
【０１５７】
一方、ステップＳ４７０の判定処理が肯定判定の場合には、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２における各々の予め定めた電圧の範囲に対応した電流値について、当該電流値を電流制御器３０に設定した場合の燃料電池システム１０Ｄの発電量を試算したことになるため、ステップＳ４９０に移行する。
【０１５８】
ステップＳ４９０において、ＰＣＳ２０Ｄは、ステップＳ４６０でＲＡＭ１０４に記憶された電流値を電流制御器３０に設定する。
【０１５９】
以上の処理により、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２の電圧値を予め定めた範囲の電圧に制御しながら、燃料電池システム１０Ｄの発電量を目標電力量に近づけることができる。
【０１６０】
なお、この制御方法では第１燃料電池１１と第２燃料電池１２に対してそれぞれ電圧計２９Ａ、２９Ｂを設置する必要がない。
【０１６１】
また、ＰＣＳ２０Ｄは、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２を流れる電流値、第１燃料電池１１の電圧値及び第２燃料電池１２の電圧値から、第１燃料電池１１及び第２燃料電池で発電される電力を各々算出し、算出した電力の合計が負荷４０の電力需要に近づくように、第１燃料電池１１と第２燃料電池１２の電圧が予め定めた範囲内で、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２を流れる電流値を調整してもよい。
【０１６２】
図１６は、ＰＣＳ２０Ｄに含まれるＣＰＵ１０２によって実行される燃料電池制御プログラムに基づく燃料電池制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。具体的には、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２の発電量を計測しながら、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２を流れる電流値の設定を行う。
【０１６３】
ステップＳ５００において、ＰＣＳ２０Ｄは、図９に示した第２実施形態に係る燃料電池制御処理のステップＳ１１０と同様の処理を実行して、負荷４０の電力需要を取得する。既に説明したように、負荷４０の電力需要は目標電力量の一例であり、目標電力量は必ずしも負荷４０の電力需要に限られない。
【０１６４】
ステップＳ５１０において、ＰＣＳ２０Ｄは、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２における各々の予め定めた電圧の範囲のうち、高い方の電圧に対応した電流値と考えられる電流値よりも十分低い電流値を初期電流値として電流制御器３０に設定する。この初期電流値は、例えば燃料電池システム１０Ｄの実機による実験や燃料電池システム１０Ｄの設計仕様に基づくコンピュータシミュレーション等により予め求められ、例えばＲＯＭ１０６に予め記憶しておけばよい。
【０１６５】
ステップＳ５２０において、ＰＣＳ２０Ｄは、電圧計２９Ａで第１燃料電池１１の電圧値を取得する。
【０１６６】
ステップＳ５３０において、ＰＣＳ２０Ｄは、電圧計２９Ｂで第２燃料電池１２の電圧値を取得する。
【０１６７】
ステップＳ５４０において、ＰＣＳ２０Ｄは、ステップＳ５２０で取得した第１燃料電池１１の電圧値と、ステップＳ５３０で取得した第２燃料電池１２の電圧値が、それぞれ第１燃料電池１１の電圧値として予め定めた範囲と、第２燃料電池１２の電圧値として予め定めた範囲に含まれるか否かを判定する。
【０１６８】
ステップＳ５４０の判定処理が否定判定の場合には、ステップＳ６００に移行する。そして、ステップＳ６００において、ＰＣＳ２０Ｄは、電流値の予め定めた増分である電流Δｉだけ増加させた電流値を電流制御器３０に設定し、ステップＳ５２０に移行する。
【０１６９】
そして、ステップＳ６００で設定した電流値における第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２の電圧値が、それぞれ第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２の予め定めた電圧の範囲内であるか否かを、ステップＳ５４０で判定する。
【０１７０】
そして、ステップＳ５４０の判定処理が肯定判定の場合には、ステップＳ５５０に移行する。
【０１７１】
ステップＳ５５０において、ＰＣＳ２０Ｄは、電流計２７で第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２を流れる電流値を取得する。
【０１７２】
ステップＳ５６０において、ＰＣＳ２０Ｄは、ステップＳ５２０で取得した第１燃料電池１１の電圧値と、ステップＳ５３０で取得した第２燃料電池１２の電圧値と、ステップＳ５５０で取得した第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２を流れる電流値とを用いて、燃料電池システム１０Ｄ全体の発電量を算出する。
【０１７３】
ステップＳ５７０において、ＰＣＳ２０Ｄは、ステップＳ５６０で算出した発電量と目標電力量との差分がこれまでの最小値であるか否かを判定し、肯定判定の場合にはステップＳ５８０に移行する。
【０１７４】
ステップＳ５８０において、ＰＣＳ２０Ｄは、ステップＳ５７０で算出した電力の差分を、例えばＲＡＭ１０４に記憶する。すなわち、ＲＡＭ１０４には、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２の各々における予め定めた電圧の範囲内において、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２の合計発電量が目標電力量に最も近づく電流値が記憶される。
【０１７５】
一方、ステップＳ５７０の判定処理が否定判定の場合には、ステップＳ５８０の処理を実行せずにステップＳ５９０に移行する。
【０１７６】
ステップＳ５９０において、ＰＣＳ２０Ｄは、候補電流値が、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２における各々の予め定めた電圧の範囲の下限に対応した電流値のうち、より高い方の電流値（上限電流値）に達したか否かを判定する。
【０１７７】
ステップＳ５９０の判定処理が否定判定の場合には、ステップＳ６００に移行して、候補電流値をΔｉ増加して、既に説明したステップＳ５２０〜Ｓ６００の処理を実行する。
【０１７８】
一方、ステップＳ５９０の判定処理が肯定判定の場合には、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２における各々の予め定めた電圧の範囲に対応した電流値について、当該電流値を電流制御器３０に設定した場合の燃料電池システム１０Ｄの発電量を算出したことになるため、ステップＳ６１０に移行する。
【０１７９】
ステップＳ６１０において、ＰＣＳ２０Ｄは、ステップＳ５８０でＲＡＭ１０４に記憶された電流値を電流制御器３０に設定する。
【０１８０】
以上の処理により、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２の電圧値を予め定めた範囲の電圧に制御しながら、燃料電池システム１０Ｄの発電量を目標電力量に近づけることができる。
【０１８１】
なお、ここでは、燃料電池システム１０Ｄから供給される電力を負荷４０の電力需要に近づけるように、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２を流れる電流値を調整する例について説明したが、燃料電池システム１０Ｄで発電した電力を逆潮する場合には、燃料電池システム１０Ｄで発電する電力が負荷４０の電力需要より大きくなるように目標電力量を定め、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２を流れる電流値を調整すればよい。
【０１８２】
また、第１燃料電池１１と第２燃料電池１２の両方の電圧が予め定めた範囲内に収まる必要もなく、第１燃料電池１１の電圧、第２燃料電池１２の電圧どちらか一方が予め定めた範囲内に収まるように電流値を調整してもよい。
【０１８３】
このように第５実施形態に係る燃料電池システム１０Ｄでは、１つの電流制御器３０で、直列に接続した第１燃料電池１１と第２燃料電池の発電量を制御する。
【０１８４】
電力需要の変動が少ない場合、複数の電流制御器を備えて個別に第１燃料電池１１と第２燃料電池の発電量を制御するより、第１燃料電池１１と第２燃料電池を直列に接続して、１つの電流制御器３０で第１燃料電池１１と第２燃料電池の発電量を制御した方が制御が簡単になり、かつ、電流制御器を複数備える必要がなくなるため、燃料電池システム１０Ｄのコストが削減できる。
【０１８５】
なお、第１実施形態〜第３実施形態では、燃料電池の電圧が変動する事例として、燃料電池の劣化によって出力電圧が低下する例を示した。第４実施形態および第５実施形態では、負荷４０の電力需要や逆潮電力に応じて設定した基準電圧値から燃料電池の出力電圧が変動している例を示した。
【０１８６】
一方、燃料電池システムには、燃料電池で効率よく発電することができる電圧値が設定されている場合があり、この電圧値を含む予め設定した範囲を「高効率電圧範囲」という。燃料電池の出力電圧が高効率電圧範囲に含まれる場合、他の出力電圧に比べて燃料電池の発電効率が高くなる。
【０１８７】
したがって、燃料電池の出力電圧が高効率電圧範囲内に収まるように、第１実施形態〜第５実施形態に示した燃料電池制御処理を用いて、燃料電池の出力電圧を制御するようにしてもよい。この場合であっても、燃料電池の発電効率が最高効率を示す範囲で維持されることになる。
【０１８８】
また、燃料電池の出力電圧が高効率電圧範囲に含まれない場合であっても、燃料電池の出力電圧が変動すると、その変動に追従しようとして無駄な燃料ガスが消費されることがある。すなわち、燃料電池の出力電圧の変動量は、出力電圧が一定とみなすことができる予め定めた範囲に抑制することが好ましい。
【０１８９】
したがって、燃料電池の出力電圧が予め定めた範囲内に収まるように、第１実施形態〜第５実施形態に示した燃料電池制御処理を用いて、燃料電池の出力電圧を制御するようにしてもよい。この場合であっても、燃料電池の発電効率が維持されることになる。
【０１９０】
以上、各実施形態を用いて本発明について説明したが、本発明は各実施形態に記載の範囲には限定されない。本発明の要旨を逸脱しない範囲で各実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、当該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１９１】
例えば、燃料電池システム１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ及び１０Ｄでは、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２に固体酸化物形燃料電池を用いたが、例えば７００℃程度の高温で作動する溶融炭酸塩形燃料電池（Molten Carbonate Fuel Cell：ＭＣＦＣ）、１００℃程度の低温で作動する固体高分子形燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）を用いてもよい。また、第１燃料電池１１と第２燃料電池１２で、異なる種類の燃料電池を組み合わせもよい。
【０１９２】
また、第２実施形態〜第５実施形態では、第２燃料電池１２に対して電圧一定制御を実行し、第１燃料電池１１の電流値又は電圧を制御することで、燃料電池システム１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ及び１０Ｄの発電量を負荷４０の電力需要に近づけるようにした。しかし、第１燃料電池１１に対して電圧一定制御を実行し、第２燃料電池１２の電流値又は電圧値を制御することで、燃料電池システム１０Ａ及び燃料電池システム１０Ｂの発電量を負荷４０の電力需要に近づけるようにしてもよい。
【０１９３】
この場合、図９に示した燃料電池制御処理、及び図１１に示した燃料電池制御処理において、「第２燃料電池１２」を「第１燃料電池１１」に、「第１燃料電池１１」を「第２燃料電池１２」にそれぞれ読み替えればよい。この際、電流計２７は第２燃料電池１２の電流値を計測するものとする。
【０１９４】
また、第２実施形態〜第５実施形態では、第１燃料電池１１及び第２燃料電池１２の２段から成る多段式燃料電池システム１０を用いて説明を行ったが、３段以上の燃料電池から成る多段式燃料電池システムに対しても本発明に係る燃料電池制御処理を適用することができる。この場合、複数の燃料電池の中から発電量を予め定めた値に設定する燃料電池と、負荷４０の電力需要に応じて発電量を制御する燃料電池とに分類すればよい。
【０１９５】
また、上述した各実施形態では、一例として燃料電池制御処理をソフトウエアで実現する形態について説明したが、各実施形態に示した燃料電池制御処理と同等の処理をハードウエアで処理させるようにしてもよい。この場合、燃料電池制御処理をソフトウエアで実現する場合に比べて、処理の高速化が図られる。
【０１９６】
また、上述した各実施形態では、燃料電池制御プログラムが予めＲＯＭ１０６に記憶されている形態について説明したが、これに限定されるものではない。本発明に係る燃料電池制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録した形態で提供することも可能である。例えば、本発明に係る燃料電池制御プログラムを、ＣＤ(Compact Disc)−ＲＯＭ、又はＤＶＤ−ＲＯＭ等の光ディスクに記録した形態で提供してもよいし、ＵＳＢメモリ及びフラッシュメモリ等の半導体メモリに記録した形態で提供してもよい。また、燃料電池システムは、通信回線に接続された図示しない他の電子機器から燃料電池制御プログラムをダウンロードして、ＲＯＭ１０６に格納するようにしてもよい。
【０１９７】
また、上述した各実施形態では、ＰＣＳで燃料電池の電流値を決定して、電流制御器に通知した。しかし、例えば各需要家における燃料電池システムを通信回線に接続して、燃料電池の電流値を通信回線に接続された情報処理端末で決定し、各需要家に設置された燃料電池システムの電流制御器に通知するようにしてもよい。この場合、燃料電池システムが設置された場所とは異なる遠隔地から、燃料電池の電圧及び発電量を制御することができる。
【符号の説明】
【０１９８】
１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ）・・・燃料電池システム、１１・・・（第１）燃料電池、１２・・・第２燃料電池、１４・・・燃料処理装置、１６・・・水蒸気分離膜、１８・・・燃焼器、１９・・・改質器、２１・・・（第１）熱交換器、２２・・・第２熱交換器、２３・・・周波数センサ、２４・・・原料ガス経路、２５・・・ブロワ、２６・・・水タンク、２７・・・電流計、２８・・・水供給経路、２９（２９Ａ、２９Ｂ）・・・電圧計、３０（３０Ａ、３０Ｂ）・・・電流制御器、３２・・・ポンプ、３４・・・気化器、４０・・・負荷、４２・・・燃料ガス経路、４４・・・供給経路、４６（５２）・・・オフガス経路、４８・・・排気経路、５４・・・再生燃料ガス経路、６０（６０Ａ）・・・電流電圧特性、１００（２００、２００Ａ、２００Ｂ）・・・コンピュータ、１０２（２０２）・・・ＣＰＵ
【図１】
2018152206.tif 000003
【図２】
2018152206.tif 000004
【図３】
2018152206.tif 000005
【図４】
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【図５】
2018152206.tif 000007
【図６】
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【図７】
2018152206.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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