CN110383552A - 燃料电池系统以及燃料电池控制程序 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃料电池系统，其具有：第一燃料电池，其使用含有氢气的燃料气体进行发电；第二燃料电池，其使用从第一燃料电池排出并且含有在第一燃料电池中未反应的氢气的尾气进行发电；第一控制装置，其通过调整从第一燃料电池输出的电流或电压从而对从第一燃料电池输出的电力进行控制；第二控制装置，其通过调整从第二燃料电池(12)输出的电流或电压从而对从第二燃料电池输出的电力进行控制；以及输出控制装置，其对第一控制装置和第二控制装置中的至少一方进行控制，以使通过第一燃料电池和第二燃料电池发电的电力的总和接近电力需求。

Description

燃料电池系统以及燃料电池控制程序
技术领域
本公开涉及一种燃料电池系统以及燃料电池控制程序。详细而言，涉及一种对燃料电池的发电量进行控制的燃料电池系统以及燃料电池控制程序。
背景技术
为了实现燃料电池系统的高效率化，作为提高燃料利用率的方法，提出了燃料电池的多段化。
这是一种使用多个燃料电池，在后段的燃料电池中利用阳极尾气的技术，其中，所述阳极尾气含有在前段的燃料电池中未反应的燃料气体。
由于在多段式燃料电池系统中，还能够从阳极尾气中去除水蒸气和二氧化碳，使用提高了有助于反应的燃料气体(氢气和一氧化碳)的浓度的再生燃料气体，在后段的燃料电池中再次进行发电，因此，与使用单独的燃料电池进行发电的情况相比，能够较高地设定燃料利用率(例如，参照日本特开2016-115495号公报)。
发明内容
发明要解决的问题
但是，在多段式燃料电池系统中，存在关于下述问题没有深入研究的状况：即，如何针对从多段式燃料电池系统接受电力供给的载荷的电力需求的变动(载荷变动)，对各段的燃料电池的输出进行控制，从而能够抑制伴随着发电的燃料电池劣化，并且提高发电效率。
本公开是鉴于上述事实而完成的，目的在于提供一种与载荷变动相配合地对多个燃料电池的输出进行控制的多段式的燃料电池系统。
用于解决课题的方案
为了达成上述目的，第一方面的燃料电池系统具有：第一燃料电池，其使用含有氢气的燃料气体进行发电；第二燃料电池，其使用从所述第一燃料电池排出并且含有在所述第一燃料电池中未反应的氢气的尾气进行发电；第一控制装置，其通过调整从所述第一燃料电池输出的电流或电压从而对从所述第一燃料电池输出的电力进行控制；第二控制装置，其通过调整从所述第二燃料电池输出的电流或电压从而对从所述第二燃料电池输出的电力进行控制；以及输出控制装置，其对所述第一控制装置和所述第二控制装置中的至少一方进行控制，使得通过所述第一燃料电池和所述第二燃料电池发电的电力的总和接近电力需求。
第二方面的燃料电池系统具有：第一燃料电池，其使用含有氢气的燃料气体进行发电；第二燃料电池，其使用从所述第一燃料电池排出并且含有在所述第一燃料电池中未反应的氢气的尾气进行发电；控制装置，其通过调整从串联连接的所述第一燃料电池和所述第二燃料电池输出的电流或电压，从而对从所述第一燃料电池和所述第二燃料电池输出的电力进行控制；以及输出控制装置，其以使通过所述第一燃料电池和所述第二燃料电池发电的电力的总和接近电力需求的方式对所述控制装置进行控制。
第三方面的燃料电池控制程序使计算机执行下述处理：通过调整从第一燃料电池输出的电流或电压从而对从所述第一燃料电池输出的电力进行控制，其中，所述第一燃料电池使用含有氢气的燃料气体进行发电；通过调整从第二燃料电池输出的电流或电压从而对从所述第二燃料电池输出的电力进行控制，其中，所述第二燃料电池使用从所述第一燃料电池排出并且含有在所述第一燃料电池中未反应的氢气的尾气进行发电；以通过所述第一燃料电池和所述第二燃料电池发电的电力的总和接近电力需求的方式进行控制。
第四方面的燃料电池控制程序使计算机执行处理：通过调整从第一燃料电池和与所述第一燃料电池电串联连接的第二燃料电池输出的电流或电压，从而对从所述第一燃料电池和所述第二燃料电池输出的电力进行控制；以通过所述第一燃料电池和所述第二燃料电池发电的电力的总和接近电力需求的方式进行控制；其中，所述第一燃料电池使用含有氢气的燃料气体进行发电，所述第二燃料电池使用从所述第一燃料电池排出的含有在所述第一燃料电池中未反应的氢气的尾气进行发电。
发明效果
根据本公开的多段式燃料电池系统，能够与载荷变动相配合地对多个燃料电池的输出进行控制。
附图说明
图1是示出多段式燃料电池系统的结构例的图。
图2是示出多段式燃料电池系统的控制系统的概略结构图。
图3是示出使用计算机对第一实施方式、第二实施方式、第四实施方式所涉及的多段式燃料电池系统进行控制的情况的结构例的图。
图4是示出第一实施方式所涉及的多段式燃料电池控制处理的流程的一例的流程图。
图5是示出燃料电池中的电流电压特性的一例的图。
图6是示出燃料电池控制处理的流程的一例的流程图。
图7是示出第二实施方式所涉及的多段式燃料电池控制处理的流程的一例的流程图。
图8是示出电流电压特性的变动例的图。
图9是示出使用计算机对第三实施方式、第五实施方式、第七实施方式以及第八实施方式所涉及的多段式燃料电池系统进行控制的情况的结构例的图。
图10是示出第三实施方式所涉及的多段式燃料电池控制处理的流程的一例的流程图。
图11是示出第四实施方式所涉及的多段式燃料电池控制处理的流程的一例的流程图。
图12是示出第五实施方式所涉及的多段式燃料电池控制处理的流程的一例的流程图。
图13是示出第六实施方式所涉及的多段式燃料电池系统的控制系统的概略结构图。
图14是示出使用计算机对第六实施方式所涉及的多段式燃料电池系统进行控制的情况的结构例的图。
图15是示出第六实施方式所涉及的多段式燃料电池控制处理的流程的一例的流程图。
图16是示出第七实施方式所涉及的多段式燃料电池控制处理的流程的一例的流程图。
图17是示出第八实施方式所涉及的多段式燃料电池控制处理的流程的一例的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的实施方式进行说明。另外，针对功能相同的部件和处理贯穿整个附图标记相同的符号，适当地省略重复的说明。
＜第一实施方式＞
在图1中，本实施方式所涉及的多段式燃料电池系统10具有燃料处理装置14、第一燃料电池11、水蒸气分离膜16以及第二燃料电池12。
燃料处理装置14是通过甲烷等原料气体生成含有氢气的燃料气体的FPS(燃料处理系统：Fuel Processing System)，其具有触媒和加热触媒的燃烧器18。触媒是改质触媒，设置在改质器19内。改质器19在其上连接有原料气体通路24，通过该原料气体通路24被提供原料气体。在原料气体通路24上设置有用于送出原料气体的鼓风机25。此外，在原料气体通路24上的鼓风机25与改质器19之间设置有后述的第二热交换器22，原料气体被该第二热交换器22加热。
此外，在改质器19上连接有水供给通路28，该水供给通路28与水箱26连接。水箱26是贮存通过水蒸气分离膜16去除后的水蒸气冷凝而成的水38的容器。在水供给通路28上设置有例如泵32和气化器34。泵32将水箱26内的水38送出到水供给通路28。气化器34设置在泵32的下游侧，使被送出到水供给通路28的水38气化并生成水蒸气。改质器19利用通过该水供给通路28提供的水蒸气，将原料气体改质，并生成含有氢气的燃料气体。即，燃料处理装置14使用通过水蒸气分离膜16去除的水蒸气来将原料气体改质，并生成燃料气体。然后，该燃料气体通过燃料气体通路42被提供到第一燃料电池11的阳极。
在燃料处理装置14的燃烧器18上连接有空气供给通路44和尾气通路46。该燃烧器18使通过空气供给通路44提供的空气与通过尾气通路46提供的燃烧气体(后述的尾气)的混合气体燃烧从而加热改质器19内的触媒。来自燃烧器18的废气通过废气通路48排出。
第一燃料电池11是在燃烧器18的上游使用从燃料处理装置14提供的燃料气体进行发电的燃料电池。该第一燃料电池11是在例如750℃左右工作的高温型的固体氧化物形燃料电池。第一燃料电池11具有电解质层以及分别层叠在该电解质层的正面和背面上的阳极和阴极。阳极是燃料极，阴极是空气极。
空气(氧化气体)通过空气供给通路44被提供给阴极。在该阴极处，氧气和电子在电解质层电化学反应而成为氧离子，在电解质膜中移动。
另一方面，通过燃料气体通路42从燃料处理装置14向阳极提供含有氢气的燃料气体。在该阳极处，氢气与在电解质层中移动过来的氧离子发生反应，生成水、二氧化碳以及电子。在阳极生成的电子通过外部回路移动到阴极。
然后，通过这样电子从阳极移动到阴极，从而在第一燃料电池11中进行发电。阴极处的未反应气体和生成气体通过下游侧的空气供给通路44被提供给第二燃料电池12。
水蒸气分离膜16是从尾气(阳极尾气)中将水蒸气以气体的状态去除的膜，所述尾气(阳极尾气)含有从第一燃料电池11排出并且在第一燃料电池11中未反应的燃料气体以及生成气体。水蒸气分离膜16设置于尾气通路52，能够以比水的冷凝点高的温度(例如100℃以上)从尾气中去除水蒸气。
从尾气中去除了水蒸气得到的再生燃料气体通过再生燃料气体通路54被提供给第二燃料电池12。在再生燃料气体通路54设置有第一热交换器21。该第一热交换器21在流动在尾气通路52中的尾气与流动在再生燃料气体通路54中的再生燃料气体之间进行热交换，将尾气冷却到例如200℃左右，并且，与第二燃料电池12的工作温度对应地再次加热再生燃料气体。
另一方面，通过水蒸气分离膜16去除的水蒸气被第二热交换器22冷却而变为水38，储存在水箱26中。在水箱26的上部连接有尾气通路46。在水箱26中没有冷凝的二氧化碳等气体通过该尾气通路46被提供给燃料处理装置14的燃烧器18。第二热交换器22在流动在原料气体通路24中的原料气体与流动经过尾气通路52的尾气之间进行热交换，冷却尾气并且加热原料气体。
此外，也可以设置在空气或水蒸气与尾气之间进行热交换的热交换器。即，本实施方式中的热交换器在再生燃料气体、原料气体、空气、水蒸气以及将该水蒸气冷凝后得到的水38中的至少1个与尾气之间进行热交换。
第二燃料电池12是使用再生燃料气体进行发电的燃料电池。该第二燃料电池12是在例如750℃左右的高温下工作的固体氧化物形燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell；SOFC)。第二燃料电池12也与第一燃料电池11相同地，具有电解质层以及分别层叠在该电解质层的正面和背面的阳极和阴极。再生燃料气体通过再生燃料气体通路54被提供给阳极。
第二燃料电池12的结构与第一燃料电池11相同，使用再生燃料气体进行发电。阴极处的未反应气体和生成气体通过下游侧的空气供给通路44被提供给燃料处理装置14的燃烧器18。
另外，虽然在上文中关于第二燃料电池12使用再生燃料气体进行发电的例子进行了说明，但是第二燃料电池12的发电未必一定使用再生燃料气体，也可以使用从第一燃料电池11排出的尾气。
另外，第一燃料电池11和第二燃料电池12是包括分别进行发电的多个电池的燃料电池堆。1个电池发电的电压为大约0.7V左右，因此，通过串联连接的电池的数量来规定第一燃料电池11和第二燃料电池12的最大输出电压。此外，第一燃料电池11和第二燃料电池12由1个以上的燃料电池堆构成。
通过多段式燃料电池系统10发电的电力被输入到例如受电盘50，在受电盘50中，根据电力的供需平衡，通过多段式燃料电池系统10发电的电力在进行系统互联的基础上被提供给载荷，所述系统互联是使通过多段式燃料电池系统10发电的电力与电力事业者提供的商用电力互联。根据情况，例如也有将多段式燃料电池系统10发电的电力仅以指定的量经由受电盘50逆流到电力事业者的系统、提供给除了设置有多段式燃料电池系统10的需求用户以外的载荷的情况。逆流的电力量根据例如电力事业者的系统整体的电力需求，由另外设置的电力管理中心等指定。以下，对将通过多段式燃料电池系统10发电的电力提供给设置有该多段式燃料电池系统10的需求用户的载荷的例子进行说明。
另外，受电盘50将通过多段式燃料电池系统10发电的电力优先于商用电力提供给载荷。这里的“载荷”是指消耗电力而工作的装置和设备整体的总称。
此外，第一燃料电池11使用从燃料处理装置14提供的燃料气体进行发电，因此是前段的燃料电池的一例；第二燃料电池12使用从含有在第一燃料电池11的发电中使用过的未反应的燃料气体的尾气中再生的再生燃料气体进行发电，因此是后段的燃料电池的一例。另外，以下，在无需区分第一燃料电池11和第二燃料电池12的情况下，只记为“燃料电池”。
图2中示出用于对通过多段式燃料电池系统10发电的电力进行控制的控制系统概略图的一例。如图2所示，在多段式燃料电池系统10中，第一燃料电池11和第二燃料电池12的输出端分别与功率调节器(Power Conditioning System；PCS 20)连接。
由于通过第一燃料电池11和第二燃料电池12发电的电压是直流，因此，通过PCS20转换为交流之后，从PCS 20经由例如受电盘50提供给载荷40。但是，在例如载荷40的输入电压与直流电压对应的情况，以及在多段式燃料电池系统10的外部另外设置直流交流转换装置的情况等，有时PCS 20将从第一燃料电池11和第二燃料电池12输出的直流电压不转换为交流电压就提供给外部。
一般而言，在供给电力超过电力需求的情况下，电力的频率高于预定的商用频率(东日本地区为50Hz，西日本地区为60Hz)，所述商用频率作为电力的供需平衡一致的情况下的频率。另一方面，在供给电力低于电力需求的情况下，电力的频率低于预定的商用频率。
因此，PCS 20以下述方式对第一燃料电池11和第二燃料电池12的发电量进行控制：其根据例如提供给载荷40的电力的频率的变动量来掌握根据情况发生变动的载荷40的电力需求，使通过多段式燃料电池系统10发电的电力接近载荷40的电力需求。
详细而言，PCS 20设定通过第一燃料电池11发电的电力和通过第二燃料电池12发电的电力，以使通过第一燃料电池11和第二燃料电池12各自发电的电力的总和接近载荷40的电力需求。然后，PCS 20为了获取设定的电力，按照每个第一燃料电池11和第二燃料电池12来计算应该从各个燃料电池输出的电流值，即与通过第一燃料电池11和第二燃料电池12发电的各自的电力相对应的电流值。另外，以下，将通过第一燃料电池11和第二燃料电池12各自发电的电力的大小称为“发电量”。
PCS 20将与通过第一燃料电池11发电的电力相对应的电流值(以下，称为“第一电流值”)通知给对第一燃料电池11的发电量进行控制的电流控制器30A。此外，PCS 20将与通过第二燃料电池12发电的电力相对应的电流值(以下，称为“第二电流值”)通知给对第二燃料电池12的发电量进行控制的电流控制器30B。
电流控制器30A从PCS 20接受第一电流值时，对第一燃料电池11进行控制，以使从第一燃料电池11输出的电流的大小接近第一电流值的方式进行控制。此时，电流控制器30A在对第一燃料电池11的电流进行控制的基础上，如有需要的话，也可以对鼓风机25和泵32等调整燃料气体流量的调整部进行控制。
与之相同地，电流控制器30B从PCS 20接受第二电流值时，对第二燃料电池12进行控制，以使从第二燃料电池12输出的电流的大小接近第二电流值的方式进行控制。此时，电流控制器30B与电流控制器30A相同地，在对第二燃料电池12的电流进行控制的基础上，如有需要的话，也可以对鼓风机25和泵32等调整部进行控制。
另外，电流控制器30A和电流控制器30B所控制的调整部不限于鼓风机25和泵32。例如，也可以代替于鼓风机25和泵32，或是附加于鼓风机25和泵32，对调整通过空气供给通路44的空气的供给量的空气鼓风机等进行控制。
这里，PCS 20是输出控制装置的一例，电流控制器30A是第一控制装置的一例，电流控制器30B是第二控制装置的一例。
上述说明的PCS 20和电流控制器30A、30B进行的燃料电池的输出的控制能够使用例如计算机来实现。图3是示出通过将程序从存储器中加载到处理器中并执行，从而使用计算机100、200A以及200B，来实现分别与多段式燃料电池系统10的PCS 20以及电流控制器30A、30B的控制关联的功能部的情况的结构例的图。
计算机100包括：处理程序的CPU(中央处理单元：Central Processing Unit)102、作为CPU 102进行的程序的执行时的工作区域等使用的RAM(随机存取存储器：RandomAccess Memory)104、预先存储了程序和各种参数等的ROM(只读存储器：Read OnlyMemory)106、作为将计算机100和计算机200A、200B等外部装置连接的接口的I/O 108以及内部总线110。在本公开中，CPU是硬件处理器。
计算机100在与内部总线110连接的CPU 102、RAM 104、ROM 106以及I/O 108之间发送各种数据，从而实现对第一燃料电池11和第二燃料电池12的发电量进行控制的PCS 20的控制功能。
此外，I/O 108经由第一外部总线112与计测提供给载荷40的电力的频率的频率传感器23以及计算机200A、200B连接。
计算机200A、200B分别与计算机100相同地，包括CPU 202、RAM204、ROM 206、I/O208以及内部总线210，在与内部总线210连接的CPU 202、RAM204、ROM 206以及I/O 208之间发送各种数据，从而实现电流控制器30A、30B的控制功能。
此外，I/O 208经由第二外部总线212与例如第一燃料电池11、第二燃料电池12、鼓风机25以及泵32连接。
另外，与I/O 108和I/O 208连接的装置等是一例，也可以将其他装置等连接。例如也可以在I/O 108和I/O 208中的至少一方连接通信装置，所述通信装置与互联网或专用线路等通信线路连接，与通信线路上的其他信息处理终端之间进行通信。
此外，例如也可以在I/O 108和I/O 208中的至少一方连接触摸面板等输入装置或者液晶显示器等显示装置。
接着，对多段式燃料电池系统10中的燃料电池的输出控制进行说明。
图4是示出由PCS 20所包含的CPU 102执行的基于多段式燃料电池控制程序的多段式燃料电池控制处理的流程的一例的流程图。多段式燃料电池控制程序预先存储在ROM106中，CPU 102从ROM 106中读出多段式燃料电池控制程序并执行。另外，PCS 20设为已经将通过燃料电池发电的电力提供给载荷40的状态。
首先，在步骤S10中，PCS 20通过频率传感器23计测提供给载荷40的电力的频率，计算相对于商用频率(例如50Hz)的频率的偏差，即频率的变动量。然后，PCS 20根据计算得到的频率的变动量来计算载荷40的电力需求的增减量，根据提供给载荷40的当前的电力的大小和载荷40的电力需求的增减量，获取载荷40的电力需求。PCS 20将获取的载荷40的电力需求存储在例如RAM 104中。
关于频率的变动量与载荷40的电力需求的增减量之间的对应关系，通过例如多段式燃料电池系统10的实机进行的试验和基于多段式燃料电池系统10的设计规格的计算机模拟等预先求出，并存储在例如ROM 106的预定的区域即可。
另外，虽然这里作为一例，计测提供给载荷40的电力的频率并获取载荷40的电力需求，但是也可以使用其他方法来获取载荷40的电力需求。例如，也可以获取通过设置在受电盘50上的电力计计测的载荷40的消耗电力作为载荷40的电力需求，其中，所述受电盘50受电从PCS 20提供的电力以及从电力事业者提供的商用电力并将电力配电给载荷40。
在步骤S20中，PCS 20参照预先规定了燃料电池中的电压与电流的关系的电流电压特性，来决定从第一燃料电池11和第二燃料电池12各自输出的电流的大小，以使第一燃料电池11和第二燃料电池12处的各自的发电量的总和接近在步骤S10获取的载荷40的电力需求。
此时，PCS 20以使从第一燃料电池11和第二燃料电池12各自输出的电流的大小(即第一电流值和第二电流值)变得相同的方式来设定第一电流值和第二电流值。
另外，虽然也可以调整第一燃料电池11和第二燃料电池12的电压，以使第一燃料电池11和第二燃料电池12处的各自的发电量的总和接近在步骤S10中获取的载荷40的电力需求，并且，从第一燃料电池11和第二燃料电池12各自输出的电流的大小相同，但是，以下，对调整电流的例子进行说明。
图5是示出燃料电池中的电流电压特性60的一例的图。图5所示的电流电压特性60的纵轴表示电压，横轴表示电流，能够看出燃料电池中的电流电压特性60的随着从燃料电池输出的电流值的变化、从燃料电池输出的电压值也发生变化的倾向。而且，燃料电池的电流电压特性60根据例如燃料电池中使用的电解质的特性等的不同而不同。
因此，PCS 20以下述方式设定第一电流值和第二电流值：其参照分别对第一燃料电池11和第二燃料电池预先规定的电流电压特性60，在使第一电流值和第二电流值相同这一条件下，使第一燃料电池11和第二燃料电池12中的各个发电量的总和接近在步骤S10中获取的载荷40的电力需求。
另外，关于第一燃料电池11和第二燃料电池12的电流电压特性60，通过使用了例如第一燃料电池11和第二燃料电池12的实物的试验和基于第一燃料电池11和第二燃料电池12的设计规格的计算机模拟等预先求出，并存储在例如ROM 106的预定的区域中即可。
在步骤S30中，PCS 20经由I/O 108向电流控制器30A通知在步骤S20中设定的第一电流值，并且，向电流控制器30B通知在步骤S20中设定的第二电流值。
综上，图4所示的多段式燃料电池控制处理结束。
另一方面，图6是示出由电流控制器30A、30B所包含的CPU 202执行的基于燃料电池控制程序的燃料电池控制处理的流程的一例的流程图。燃料电池控制程序预先存储在ROM 206中，CPU 202从ROM 206中读出燃料电池控制程序并执行。
另外，关于除了电流控制器30A对第一燃料电池11进行控制、电流控制器30B对第二燃料电池12进行控制以外的点，与通过电流控制器30A和电流控制器30B执行的处理没有区别，因此这里以电流控制器30A为例，对燃料电池控制处理进行说明。
在步骤S500中，电流控制器30A判定是否从PCS 20接收了电流值(在该情况下，第一电流值)。在步骤S500的判定处理为否定判定的情况下，反复执行步骤S500的处理直到从PCS 20接收了第一电流值。另一方面，在步骤S500的判定处理是肯定判定的情况下，转移到步骤S510。
在步骤S510中，电流控制器30A对第一燃料电池11进行控制，以使从第一燃料电池11输出的电流的大小接近在步骤S500中接收到的第一电流值。
此时，电流控制器30A也可以一边通过电流计计测电流的大小，一边使从第一燃料电池11输出的电流的大小接近第一电流值。
通过以上的处理，控制成第一燃料电池11和第二燃料电池12中的发电量的总和接近载荷40的电力需求。
另外，如第一实施方式所示，有时将即使分别对第一燃料电池11和第二燃料电池12的发电量进行控制，也不使第一电流值和第二电流值的电流值比率变化的控制方法称为“一律调整”。
这样在第一实施方式所涉及的多段式燃料电池系统10中，由于根据载荷40的电力需求分别对第一燃料电池11和第二燃料电池12的发电量进行控制，因此，能够在第一燃料电池11或第二燃料电池12发生故障的情况下，进行下述控制，使没有发生故障一方的燃料电池在没有超出燃料电池的额定输出的范围内发电以分担载荷40的电力需求。因此，与只对第一燃料电池11和第二燃料电池12中的任意一方的发电量进行控制的情况相比，能够向载荷40稳定地提供电力。
此外，在将第一燃料电池11和第二燃料电池12的电流值比率设为1：1的情况下，显示出第一燃料电池11和第二燃料电池12的温度容易变得均匀、劣化程度相同的倾向，因此，容易预测第一燃料电池11和第二燃料电池12的寿命，提高多段式燃料电池系统10的维护性。
另外，也可以将第一燃料电池11和第二燃料电池12的电流值比率设定为不同于1：1的比率。例如在第二燃料电池12的电压比第一燃料电池11高的情况下，通过使用将第二燃料电池12的电流值设定为比第一燃料电池11的电流值大的电流值比率，能够提高多段式燃料电池系统10的发电效率。
＜第二实施方式＞
虽然在第一实施方式中，对根据载荷40的电力需求来对第一燃料电池11和第二燃料电池12的发电量进行控制的多段式燃料电池系统10进行了说明，但是在第二实施方式中，对通过将作为后段的燃料电池的一例的第二燃料电池12的发电量保持设定为预定的值、并对作为前段的燃料电池的一例的第一燃料电池11的发电量进行控制，从而提供与载荷40的电力需求相应的电力的多段式燃料电池系统10A进行说明。
多段式燃料电池系统10A的概略结构与图1所示的多段式燃料电池系统10的概略结构相同，多段式燃料电池系统10A的控制系统与图2所示的多段式燃料电池系统10的控制系统相同。并且，多段式燃料电池系统10A通过将程序从存储器中加载到处理器中并执行，使用图3所示的计算机100、200A以及200B，能够实现分别与多段式燃料电池系统10A的PCS20以及电流控制器30A、30B的控制相关联的功能部。
以下，对多段式燃料电池系统10A中的燃料电池的输出控制进行说明。
图7是示出由多段式燃料电池系统10A的PCS 20所包含的CPU 102执行的基于多段式燃料电池控制程序的多段式燃料电池控制处理的流程的一例的流程图。多段式燃料电池控制程序被预先存储在ROM 106中，CPU 102从ROM 106中读出多段式燃料电池控制程序并执行。另外，PCS 20是已经将通过燃料电池发电的电力提供给载荷40的状态，尤其第二燃料电池12的发电量被设定为预定的值。另外，也可以使该预定的发电量的值根据载荷40的大小变动。
首先，在步骤S10中，PCS 20执行与图4所示的步骤S10相同的处理，获取载荷40的电力需求。
在步骤S21中，PCS 20根据在步骤S10中获取的载荷40的电力需求和预定的第二燃料电池12的发电量来决定通过第一燃料电池11发电的电力。在多段式燃料电池系统10A中，第二燃料电池12的发电量被预先设定，以不使第二燃料电池12的发电量变动的方式进行控制。
这里，所谓的第二燃料电池12的发电量被预先设定，不但是指第二燃料电池12的发电量被固定成1个发电量的情况，还指被设定为根据例如载荷40的电力需求而变动的发电量等任何的发电量的情况。
因此，若是PCS 20进行下述的控制，使得从在步骤S10中获取的载荷40的电力需求中减去预定的第二燃料电池12的发电量的电力是由第一燃料电池11发电的，则第一燃料电池11和第二燃料电池12中的发电量的总和变成与载荷40的电力需求一致。
在步骤S31中，PCS 20参照对第一燃料电池11预先规定的电流电压特性60，将这样的电流设定为第一电流值：其使得电压和电流的积成为在步骤S21中决定的通过第一燃料电池11发电的电力。
在步骤S41中，PCS 20经由I/O 108向电流控制器30A通知在步骤S31中设定的第一电流值。
以下，在电流控制器30A中，执行图6所示的燃料电池控制处理，以使从第一燃料电池11输出的电流的大小接近第一电流值的方式进行控制。因此，从多段式燃料电池系统10A提供与载荷40的电力需求相对应的电力。
如已经说明的那样，在多段式燃料电池系统10A中，进行控制，使得第二燃料电池12的发电量成为预定的值(例如第二燃料电池12的额定输出)。详细而言，PCS 20向电流控制器30B通知第二电流值，所述第二电流值是以第二燃料电池12的发电量成为预定的值的方式参照与第二燃料电池12对应的电流电压特性60而设定的。另外，由于在多段式燃料电池系统10A中不使第二电流值变动，因此，向电流控制器30B通知第二电流值在发电开始时进行1次就足够。
另外，如第二实施方式所示，将第二燃料电池12的发电量保持设定为预定的值、而对相当于前段的燃料电池的第一燃料电池11的发电量进行控制的控制方法有时被称为“前段调整”。
这样在第二实施方式所涉及的多段式燃料电池系统10A中，由于将第二燃料电池12的发电量保持设定为预定的值、而对第一燃料电池11的发电量进行控制，因此，与从第一燃料电池11输出的电流的变动量相比，从第二燃料电池12输出的电流的变动量变少。燃料电池的劣化有时也随着从燃料电池输出的电流的变动程度变大而发展，因此，与进行使第二燃料电池12的发电量变动的控制的情况相比，能够抑制第二燃料电池12的劣化。
此外，由于燃料电池的额定输出是由例如发电电池的串联连接数量决定的，因此，在比较第一燃料电池11的额定输出和第二燃料电池12的额定输出时，假设在第一燃料电池11的额定输出比第二燃料电池12的额定输出大的情况下，能够想到在第一燃料电池11中包括比第二燃料电池12所包括的发电电池更多的发电电池。即，第一燃料电池11能够以比第二燃料电池12更少的电流的变化量使相同的电力量变动。
＜第三实施方式＞
在第二实施方式中，参照与第一燃料电池11相对应的电流电压特性60，设定与载荷40的电力需求相应的第一电流值。
但是，如图8所示，随着燃料电池的劣化的发展，电流电压特性60以电流电压特性60→电流电压特性60A→电流电压特性60B的方式发生变化。因此，预先规定的燃料电池的电流电压特性60与对电流进行控制时的燃料电池中的实际的电流电压特性不同的情况较多。
因此，在第三实施方式中，对无需使用预先规定的燃料电池的电流电压特性60，而是通过将第二燃料电池12的发电量保持设定为预定的值、对第一燃料电池11的发电量进行控制、从而提供与载荷40的电力需求相应的电力的多段式燃料电池系统10B进行说明。
多段式燃料电池系统10B的概略结构与图1所示的多段式燃料电池系统10的概略结构相同，多段式燃料电池系统10B的控制系统与图2所示的多段式燃料电池系统10的控制系统相同。
此外，由多段式燃料电池系统10B的PCS 20和电流控制器30A、30B进行的燃料电池的输出的控制能够使用例如图9所示的计算机结构来实现。图9所示的结构与图3所示的结构不同的点是在第二外部总线212上连接有电流计27A、27B以及电压计29A、29B这一点，关于其他结构，具有与图3相同的结构。
这里，电流计27A计测从第一燃料电池11输出的电流的大小，电流计27B计测从第二燃料电池12输出的电流的大小。此外，电压计29A计测从第一燃料电池11输出的电压的大小，电压计29B计测从第二燃料电池12输出的电压的大小。
以下，对多段式燃料电池系统10B中的燃料电池的输出控制进行说明。
图10是示出由多段式燃料电池系统10B的PCS 20所包含的CPU 102执行的基于多段式燃料电池控制程序的多段式燃料电池控制处理的流程的一例的流程图。多段式燃料电池控制程序被预先存储在ROM 106中，CPU 102从ROM 106中读出多段式燃料电池控制程序并执行。另外，PCS 20是已经将通过燃料电池发电的电力提供给载荷40的状态，尤其第二燃料电池12的发电量被设定为预定的值。另外，也可以使该预定的发电量的值根据载荷40的大小而变动。
首先，在步骤S10中，PCS 20执行在图4的步骤S10中说明的处理，获取载荷40的电力需求。
在步骤S21中，PCS 20对电流控制器30B进行下述控制：计测从第二燃料电池12输出的电压值和电流值，并将计测结果通知给PCS 20。受到该控制的电流控制器30B通过电流计27B计测从第二燃料电池12输出的电流值，并且，通过电压计29B计测从第二燃料电池12输出的电压值，并将计测得到的电压值和电流值通知给PCS 20。
PCS 20使用从电流控制器30B通知的电压值和电流值，计算第二燃料电池12的发电量。
在步骤S22中，PCS 20通过从在步骤S10中获取的载荷40的电力需求中减去在步骤S21中计算得到的第二燃料电池12的发电量、来计算相对于载荷40的电力需求的不足电力量，即，应通过第一燃料电池11发电的目标电力量。另外，由于第二燃料电池12的发电量被预先设定为比预想的载荷40的电力需求少，因此，目标电力量成为正值。
在步骤S23中，在初次执行步骤S23的情况下，PCS 20将例如作为初始值而预定的电流值作为第一电流值通知给电流控制器30A。在第二次以后的步骤S23中，PCS 20将从前一次通知给电流控制器30A的第一电流值发生变动后的电流值作为新的第一电流值，通知给电流控制器30A。另外，关于第一电流值的变动方法，在后文叙述。
在步骤S24中，PCS 20对电流控制器30A进行下述的控制：计测从第一燃料电池11输出的电压值和电流值，并将计测结果通知给PCS 20。受到该控制的电流控制器30A通过电流计27A计测从第一燃料电池11输出的电流值，并且，通过电压计29A计测从第一燃料电池11输出的电压值，并将计测得到的电压值和电流值通知给PCS 20。因此，PCS 20能够获取第一燃料电池11的电压值和电流值。
在步骤S25中，PCS 20使用在步骤S24中获取的电压值和电流值，计算第一燃料电池11的发电量。
在步骤S26中，PCS 20判定在步骤S25中计算得到的第一燃料电池11的发电量是否与在步骤S22中计算得到的目标电力量一致。这里，所谓第一燃料电池11的发电量与目标电力量一致，不但是指第一燃料电池11的发电量与目标电力量成为相同的值的情况，还包括第一燃料电池11的发电量与目标电力量的差值的绝对值被包含在预定的范围内的情况，所述预定的范围是：第一燃料电池11的发电量与目标电力量能够看作是相同的值。
在步骤S26的判定处理为否定判定的情况下，表示处于第一燃料电池11的发电量和第二燃料电池12的发电量的总和与载荷40的电力需求不一致的状态，因此，转移到步骤S23，将以使得第一燃料电池11的发电量和第二燃料电池12的发电量的总和与载荷40的电力需求一致的方式调整后的新的第一电流值通知给电流控制器30A。
详细而言，在第一燃料电池11的发电量比目标电力量大的情况下，将以使得第一燃料电池11的发电量降低的方式调整后的电流值作为新的第一电流值，在第一燃料电池11的发电量比目标电力量小的情况下，将以使得第一燃料电池11的发电量上升的方式调整后的电流值作为新的第一电流值即可。
反复步骤S23～S26的处理，在第一燃料电池11的发电量与目标电力量一致的情况下，步骤S26的判定处理成为肯定判定，并结束图10所示的多段式燃料电池控制处理。
即，图10所示的多段式燃料电池控制处理结束，从而控制成第一燃料电池11和第二燃料电池12中的发电量的总和接近载荷40的电力需求。
另外，图10所示的多段式燃料电池控制处理也与第二实施方式所涉及的多段式燃料电池控制处理相同地，将第二燃料电池12的发电量保持设定为预定的值、而对相当于前段的燃料电池的第一燃料电池11的发电量进行控制，因此，成为“前段调整”的一例。
虽然在图10所示的多段式燃料电池控制处理中，在步骤S21中，计测第二燃料电池12的电压值和电流值而计算第二燃料电池12的发电量，但是PCS 20也可以参照例如存储在ROM 106中的与第二燃料电池12相对应的电流电压特性60，根据设定的第二电流值来计算第二燃料电池12的发电量。在该情况下，不需要计测第二燃料电池12的电压值和电流值的电压计29B和电流计27B。此外，与计测第二燃料电池12的电压值和电流值来计算第二燃料电池12的发电量的情况相比，能够缩短多段式燃料电池控制处理所需的时间。
这样在第三实施方式所涉及的多段式燃料电池系统10B中，通过保持使第二燃料电池12的发电量固定、一边计测第一燃料电池11的发电量一边使第一电流值可变，从而以使第一燃料电池11和第二燃料电池12中的发电量的总和接近载荷40的电力需求的方式来进行控制。
由于在多段式燃料电池系统10B中，根据第一燃料电池11的实际的发电量来对第一电流值进行控制，因此，与根据预先规定的电流电压特性60来对第一电流值进行控制的情况相比，能够高精度地提供与载荷40的电力需求相应的电力。即，多段式燃料电池系统10B能够一边抑制第二燃料电池12的劣化，一边与燃料电池的劣化状态无关地提供与载荷40的电力需求一致的电力。
＜第四实施方式＞
虽然在第二实施方式中，关于通过将第二燃料电池12的发电量保持设定为预定的值而对第一燃料电池11的发电量进行控制，从而提供与载荷40的电力需求相应的电力的多段式燃料电池系统10A进行了说明；但是，在第四实施方式中，关于通过将作为前段的燃料电池的一例的第一燃料电池11的发电量保持设定为预定的值，对作为后段的燃料电池的一例的第二燃料电池12的发电量进行控制，从而提供与载荷40的电力需求相应的电力的多段式燃料电池系统10C进行说明。
这里，所谓第一燃料电池12的发电量被设定为预定的值，不但是指第一燃料电池12的发电量被固定成1个发电量的情况，还指被设定为根据例如载荷40的电力需求而变动的发电量等任何的发电量的情况。
多段式燃料电池系统10C的概略结构与图1所示的多段式燃料电池系统10的概略结构相同，多段式燃料电池系统10C的控制系统与图2所示的多段式燃料电池系统10的控制系统相同。并且，多段式燃料电池系统10C通过将程序从存储器中加载到处理器中并执行，从而能够使用图3所示的计算机100、200A以及200B，来实现分别与多段式燃料电池系统10C的PCS 20以及电流控制器30A、30B的控制关联的功能部。
以下，对多段式燃料电池系统10C中的燃料电池的输出控制进行说明。
图11是示出由多段式燃料电池系统10C的PCS 20所包含的CPU 102执行的基于多段式燃料电池控制程序的多段式燃料电池控制处理的流程的一例的流程图。多段式燃料电池控制程序预先存储在ROM 106中，CPU 102从ROM 106中读出多段式燃料电池控制程序并执行。另外，PCS 20是已经将通过燃料电池发电的电力提供给载荷40的状态，尤其第一燃料电池11的发电量被设定为预定的值。另外，也可以使该预定的发电量的值根据载荷40的大小变动。
首先，在步骤S10中，PCS 20执行在图4的步骤S10中说明的处理，获取载荷40的电力需求。
在步骤S21A中，PCS 20根据在步骤S10中获取的载荷40的电力需求和第一燃料电池11的发电量，来决定通过第二燃料电池12发电的电力。在多段式燃料电池系统10C中，第一燃料电池11的发电量被预先设定，以不使第一燃料电池11的发电量变动的方式进行控制。因此，若是PCS 20进行下述的控制，使第二燃料电池12发电从在步骤S10中获取的载荷40的电力需求中减去预定的第一燃料电池11的发电量的电力，则第一燃料电池11和第二燃料电池12中的发电量的总和变成与载荷40的电力需求一致。
在步骤S31A中，PCS 20参照对第二燃料电池12预先规定的电流电压特性60，将这样的电流设定为第二电流值：其使得电压和电流的积成为在步骤S21A中决定的通过第二燃料电池12发电的电力。
在步骤S41A中，PCS 20经由I/O 108向电流控制器30B通知在步骤S31A中设定的第二电流值。
以下，在电流控制器30B中，执行图6所示的燃料电池控制处理，进行控制以使得从第二燃料电池12输出的电流的大小接近第二电流值。因此，从多段式燃料电池系统10C提供与载荷40的电力需求相对应的电力。
另外，如第四实施方式所示，将第一燃料电池11的发电量保持设定为预定的值、而对相当于后段的燃料电池的第二燃料电池12的发电量进行控制的控制方法有时被称为“后段调整”。
如已经说明的那样，在多段式燃料电池系统10C中，进行控制使得第一燃料电池11的发电量成为预定的值(例如第二燃料电池11的额定输出)。详细而言，PCS 20向电流控制器30A通知第一电流值，所述第一电流值是以使得第一燃料电池11的发电量成为预定的值的方式、参照与第一燃料电池11对应的电流电压特性60而设定的。另外，由于在多段式燃料电池系统10C中不使第一电流值变动，因此，向电流控制器30A通知第一电流值在发电开始时进行1次就足够。
这样在第四实施方式所涉及的多段式燃料电池系统10C中，由于将第一燃料电池11的发电量保持设定为预定的值、而对第二燃料电池12的发电量进行控制，因此，与从第二燃料电池12输出的电流的变动量相比，从第一燃料电池11输出的电流的变动量变少。因此，与进行使第一燃料电池11的发电量变动的控制的情况相比，能够抑制第一燃料电池11的劣化。
此外，在多段式燃料电池系统10C中，由于将第一燃料电池11的发电量设定为预定的值，因此，与使第一燃料电池11的发电量变动的情况相比，从第一燃料电池11排出的尾气流量的偏差和尾气的组成的偏差变小。因此，与使第一燃料电池11的发电量变动的情况相比，抑制了例如水蒸气分离膜16、第一热交换器21、尾气通路52以及再生燃料气体通路54这些与再生燃料气体的生成相关联的设备的劣化。
此外，在比较第一燃料电池11的额定输出和第二燃料电池12的额定输出时，假设在第二燃料电池12的额定输出比第一燃料电池11的额定输出大的情况下，能够想到在第二燃料电池12中包括比第一燃料电池11所包括的发电电池多的发电电池。即第二燃料电池12能够以比第一燃料电池11少的电流的变化量使相同的电力量变动。
因此，在第二燃料电池12的额定输出比第一燃料电池11的额定输出大的情况下，通过执行图11所示的第四实施方式所涉及的多段式燃料电池控制处理，与使从第一燃料电池11和第二燃料电池12输出的电流一起变动的情况相比，能够抑制第一燃料电池11和第二燃料电池12的劣化。
＜第五实施方式＞
在第四实施方式中，参照与第二燃料电池12对应的电流电压特性60而设定了与载荷40的电力需求相应的第二电流值。
但是，如在第三实施方式中已经说明的那样，电流电压特性60随着燃料电池的劣化的发展而变化。
因此，在第五实施方式中，对无需使用预先规定的燃料电池的电流电压特性60，通过将第一燃料电池11的发电量保持设定为预定的值、而对第二燃料电池12的发电量进行控制，从而提供与载荷40的电力需求相应的电力的多段式燃料电池系统10D进行说明。
多段式燃料电池系统10D的概略结构与图1所示的多段式燃料电池系统10的概略结构相同，多段式燃料电池系统10D的控制系统与图2所示的多段式燃料电池系统10的控制系统相同。
并且，多段式燃料电池系统10D通过将程序从存储器中加载到处理器中并执行，从而能够使用图9所示的计算机100、200A以及200B，来实现分别与多段式燃料电池系统10D的PCS 20以及电流控制器30A、30B的控制关联的功能部。
以下，对多段式燃料电池系统10D中的燃料电池的输出控制进行说明。
图12是示出由多段式燃料电池系统10D的PCS 20所包含的CPU 102执行的基于多段式燃料电池控制程序的多段式燃料电池控制处理的流程的一例的流程图。多段式燃料电池控制程序预先存储在ROM 106中，CPU 102从ROM 106中读出多段式燃料电池控制程序并执行。另外，PCS 20是已经将通过燃料电池发电的电力提供给载荷40的状态，尤其第一燃料电池11的发电量被设定为预定的值。另外，也可以使该预定的发电量的值根据载荷40的大小变动。
首先，在步骤S10中，PCS 20执行在图4的步骤S10中说明的处理，获取载荷40的电力需求。
在步骤S21B中，PCS 20对电流控制器30A进行下述控制：计测从第一燃料电池11输出的电压值和电流值，并将计测结果通知给PCS 20。受到该控制的电流控制器30A通过电流计27A计测从第一燃料电池11输出的电流值，并且，通过电压计29A计测从第一燃料电池11输出的电压值，并将计测得到的电压值和电流值通知给PCS 20。
PCS 20使用从电流控制器30A通知的电压值和电流值，计算第一燃料电池11的发电量。
在步骤S22B中，PCS 20从在步骤S10中获取的载荷40的电力需求中减去在步骤S21B中计算得到的第一燃料电池11的发电量，计算相对于载荷40的电力需求的不足电力量、即通过第二燃料电池12应该发电的目标电力量。另外，由于第一燃料电池11的发电量被预先设定为比预想的载荷40的电力需求少，因此，目标电力量成为正值。
在步骤S23B中，在初次执行步骤S23B的情况下，PCS 20将例如作为初始值而预定的电流值作为第二电流值通知给电流控制器30B。在第2次以后的步骤S23B中，PCS 20将从前一次通知给电流控制器30B的第二电流值发生变动后的电流值作为新的第二电流值，通知给电流控制器30B。另外，关于第二电流值的变动方法，在后文叙述。
在步骤S24B中，PCS 20对电流控制器30B进行下述的控制：计测从第二燃料电池12输出的电压值和电流值，并将计测结果通知给PCS 20。受到该控制的电流控制器30B通过电流计27B计测从第二燃料电池12输出的电流值，并且，通过电压计29B计测从第二燃料电池12输出的电压值，并将计测得到的电压值和电流值通知给PCS 20。因此，PCS 20能够获取第二燃料电池12的电压值和电流值。
在步骤S25B中，PCS 20使用在步骤S24B中获取的电压值和电流值，计算第二燃料电池12的发电量。
在步骤S26B中，PCS 20判定在步骤S25B中计算得到的第二燃料电池12的发电量与在步骤S22B中计算得到的目标电力量是否一致。
在步骤S26B的判定处理为否定判定的情况下，表示处于第一燃料电池11的发电量和第二燃料电池12的发电量的总和与载荷40的电力需求不一致的状态，因此，转移到步骤S23B，将以使第一燃料电池11的发电量和第二燃料电池12的发电量的总和与载荷40的电力需求一致的方式调整后的新的第二电流值通知给电流控制器30B。另外，步骤S23B中的第二电流值的调整方法能够使用与图10的步骤S23中的第一电流值的调整方法相同的方法。
反复步骤S23B～S26B的处理，在第二燃料电池12的发电量与目标电力量一致的情况下，步骤S26B的判定处理成为肯定判定，并结束图12所示的多段式燃料电池控制处理。
即，通过图12所示的多段式燃料电池控制处理结束，从而控制成第一燃料电池11和第二燃料电池12中的发电量的总和接近载荷40的电力需求。
另外，图12所示的多段式燃料电池控制处理也与第四实施方式所涉及的多段式燃料电池控制处理相同地，将第一燃料电池11的发电量保持设定为预定的值、而对相当于后段的燃料电池的第二燃料电池12的发电量进行控制，因此，成为“后段调整”的一例。
虽然在图12所示的多段式燃料电池控制处理中，在步骤S21B中，计测第一燃料电池11的电压值和电流值而计算第一燃料电池11的发电量，但是PCS 20也可以参照例如存储在ROM 106中的与第一燃料电池11相对应的电流电压特性60，根据设定的第一电流值来计算第一燃料电池11的发电量。在该情况下，不需要计测第一燃料电池11的电压值和电流值的电压计29A和电流计27A。此外，与计测第一燃料电池11的电压值和电流值来计算第一燃料电池11的发电量的情况相比，能够缩短多段式燃料电池控制处理所需的时间。
这样在第五实施方式所涉及的多段式燃料电池系统10D中，通过保持使第一燃料电池11的发电量固定、一边计测第二燃料电池12的发电量一边使第二电流值可变，从而进行控制，以使第一燃料电池11和第二燃料电池12中的发电量的总和接近载荷40的电力需求。
由于根据第二燃料电池12的实际的发电量来对第二电流值进行控制，因此，与根据预先规定的电流电压特性60来对第二电流值进行控制的情况相比，能够高精度地提供与载荷40的电力需求相应的电力。即，多段式燃料电池系统10D能够一边抑制第一燃料电池11的劣化，一边与燃料电池的劣化状态无关地提供与载荷40的电力需求一致的电力。
＜第六实施方式＞
如图2所示，第一实施方式～第五实施方式所涉及的多段式燃料电池系统10A、10B、10C以及10D的控制系统，针对第一燃料电池11和第二燃料电池12分别存在对发电量进行控制的电流控制器30A和电流控制器30B，分别地进行了控制。
但是，如图13所示，第六实施方式所涉及的多段式燃料电池系统10E的控制系统将第一燃料电池11和第二燃料电池12串联连接，串联连接后的第一燃料电池11和第二燃料电池12各自的输出端与PCS 20连接。而且，将目前为止分别地对第一燃料电池11和第二燃料电池12分别进行控制的电流控制器30A和电流控制器30B整合成1个电流控制器30，通过电流控制器30对第一燃料电池11和第二燃料电池12的发电量进行控制。
图14中示出通过计算机构成多段式燃料电池系统10E的情况的结构例。
这里，计算机200是将构成图3的第一实施方式所涉及的多段式燃料电池系统10的计算机200A和计算机200B整合成1个计算机。
图15是示出由多段式燃料电池系统10E的PCS 20所包含的CPU 102执行的基于多段式燃料电池控制程序的多段式燃料电池控制处理的流程的一例的流程图。CPU 102从ROM106中读出多段式燃料电池控制程序并执行。
首先，在步骤S10中，PCS 20执行与图4所示的步骤S10相同的处理，获取载荷40的电力需求。
在步骤S20中，PCS 20参照电流电压特性60，来决定第一燃料电池11和第二燃料电池12的电流值，使得第一燃料电池11和第二燃料电池12中的各自的发电量的总和接近在步骤S10中获取的载荷40的电力需求。
在步骤S30A中，PCS 20经由I/O 108向电流控制器30通知在步骤S20中所设定的电流值。
从PCS 20中接受了电流值的电流控制器30对第一燃料电池11和第二燃料电池12的输出电流进行控制，使得第一燃料电池11和第二燃料电池12的输出电流的大小接近所接受的电流值。
另外，这里虽然示出对第一燃料电池11和第二燃料电池12的电流值进行控制的例子，但是也可以在图4的步骤S20中以接近电力需求的方式来决定第一燃料电池11和第二燃料电池12的电压值，并进行使第一燃料电池11和第二燃料电池12的电压值接近所决定的电压值的控制。
并且，多段式燃料电池系统10E也可以在步骤S20中无需参照电流电压特性60，而是实际计测第一燃料电池11和第二燃料电池12的电流值和电压值，一边计算第一燃料电池11和第二燃料电池12的发电量，一边对第一燃料电池11和第二燃料电池12中的至少一方的输出进行控制，使得计算得到的发电量的总和接近电力载荷。
这样在第六实施方式所涉及的多段式燃料电池系统10E中，通过1个电流控制器30对串联连接的第一燃料电池11和第二燃料电池的发电量进行控制。
在电力需求的变动较少的情况下，与具有多个电流控制器而分别地对第一燃料电池11和第二燃料电池的发电量进行控制相比，将第一燃料电池11与第二燃料电池串联连接，通过1个电流控制器30对第一燃料电池11和第二燃料电池的发电量进行控制，这样控制变得简单，并且，由于也不需要多个电流控制器，因此能够削减多段式燃料电池系统10E的成本。
＜第七实施方式＞
虽然在第一实施方式～第六实施方式中，对使用一律调整、前段调整以及后段调整中的任意1种控制方法对燃料电池的发电量进行控制的多段式燃料电池系统10、10A～10D进行了说明，但是在第七实施方式中，对将一律调整、前段调整以及后段调整组合后对燃料电池的发电量进行控制的多段式燃料电池系统10F进行说明。
多段式燃料电池系统10F的概略结构与图1所示的多段式燃料电池系统10的概略结构相同，多段式燃料电池系统10F的控制系统与图2所示的多段式燃料电池系统10的控制系统相同。
并且，多段式燃料电池系统10F通过将程序从存储器中加载到处理器中并执行，使用图9所示的计算机100、200A以及200B，能够实现分别与多段式燃料电池系统10F的PCS 20以及电流控制器30A、30B的控制相关联的功能部。
另外，在这里，按照第一燃料电池11的额定输出比第二燃料电池12的额定输出更大来进行说明。
以下，对多段式燃料电池系统10F中的燃料电池的输出控制进行说明。
图16是示出由多段式燃料电池系统10F的PCS 20所包含的CPU 102执行的基于多段式燃料电池控制程序的多段式燃料电池控制处理的流程的一例的流程图。多段式燃料电池控制程序被预先存储在ROM 106中，CPU 102从ROM 106中读出多段式燃料电池控制程序并执行。另外，PCS 20是已经将通过燃料电池发电的电力提供给载荷40的状态。
首先，在步骤S100中，PCS 20执行与图4的步骤S10中说明的处理相同的处理，获取载荷40的电力需求。此时，PCS 20将所获取的载荷40的电力需求按照时间序列存储在RAM104中。
在步骤S110中，PCS 20从较新的获取时间开始依次从RAM 104中将载荷40的电力需求获取2个，计算获取的电力需求相对于在步骤S100中获取的载荷40的电力需求之间的差值的绝对值的比例，即载荷变动率R。
在步骤S120中，PCS 20对阈值R1和在步骤S110中计算得出的载荷变动率R进行比较，判定载荷变动率R是否比阈值R1大，其中，所述阈值R1是在载荷变动率R超过该值的情况下能够看作是载荷变动率R相对较大。另外，阈值R1通过例如多段式燃料电池系统10F的实机进行的试验或基于多段式燃料电池系统10F的设计规格的计算机模拟等预先求出，并存储在例如ROM 106的预定的区域即可。
在步骤S120的判定处理为肯定判定的情况下，若是通过前段调整或后段调整使从多段式燃料电池系统10F提供的电力与载荷40的电力需求一致，与通过一律调整对燃料电池的发电量进行控制的情况相比，必须使从第一燃料电池11或第二燃料电池12输出的电流的变化量增大。即，到从多段式燃料电池系统10F提供的电力与载荷40的电力需求一致为止所需的时间比一律调整要长，载荷跟随响应性能变差。
因此，在步骤S120的判定处理为肯定判定的情况下转移到步骤S130，在步骤S130中，PCS 20执行图4所示的第一实施方式所涉及的多段式燃料电池控制处理、即一律调整，并结束图16所示的多段式燃料电池控制处理。
另一方面，在步骤S120的判定处理为否定判定的情况下转移到步骤S140。
在步骤S140中，PCS 20对阈值R1、阈值R2、以及在步骤S110中计算得出的载荷变动率R进行比较，判定载荷变动率R是否在阈值R2以上并且在阈值R1以下，即载荷变动率R是否是中等程度，其中，所示阈值R2是在载荷变动率R低于该值的情况下，能够看作是载荷变动率R相对较小。
在步骤S140的判定处理为肯定判定的情况下，第一燃料电池11的额定输出比第二燃料电池12的额定输出大，因此，若是使其变动的电力量相同的话，则调整第一燃料电池11的电流而对发电量进行控制与调整第二燃料电池12的电流而对发电量进行控制相比，电流的变化量较少即可。即，在载荷变动率R为中等程度的情况下，进行前段调整时的第一燃料电池11的劣化程度，相较于进行后段调整时的第二燃料电池12的劣化程度得到抑制，以多段式燃料电池系统10F整体来观察的情况的燃料电池的劣化程度得到抑制。
因此，在步骤S140的判定处理为肯定判定的情况下转移到步骤S150，在步骤S150中，PCS 20执行图7所示的第二实施方式所涉及的多段式燃料电池控制处理，或图10所示的第三实施方式所涉及的多段式燃料电池控制处理中示出的前段调整，并结束图16所示的多段式燃料电池控制处理。
另一方面，在步骤S140的判定处理为否定判定的情况下转移到步骤S160。
在该情况下，载荷变动率R相对较小，因此，与即使进行后段调整载荷变动率R也变成阈值R2以上的情况相比，第二燃料电池12的劣化程度较少即可。因此，在步骤S160中，PCS20执行图11所示的第四实施方式所涉及的多段式燃料电池控制处理或图12所示的第五实施方式所涉及的多段式燃料电池控制处理中示出的后段调整，并结束图16所示的多段式燃料电池控制处理。
这样，在第七实施方式所涉及的多段式燃料电池系统10F中，按照载荷40的载荷变动率R来选择燃料电池的发电量的控制方法。因此，与针对任何载荷变动率R都不对燃料电池的发电量进行改变的控制方法的情况相比，能够抑制多段式燃料电池系统10F的燃料电池的劣化，进而能够提高载荷跟随响应性能。
＜第八实施方式＞
在第七实施方式中，对按照载荷变动率R将燃料电池的发电量的控制方法选择为一律调整、前段调整以及后段调整中的任意一个的多段式燃料电池系统10F进行了说明。在第八实施方式中，对根据第一燃料电池11和第二燃料电池12的劣化的程度的比较来选择燃料电池的发电量的控制方法的多段式燃料电池系统10G进行说明。
多段式燃料电池系统10G的概略结构与图1所示的多段式燃料电池系统10的概略结构相同，多段式燃料电池系统10G的控制系统与图2所示的多段式燃料电池系统10的控制系统相同。
并且，多段式燃料电池系统10G通过将程序从存储器中加载到处理器中并执行，使用图9所示的计算机100、200A以及200B，能够实现分别与多段式燃料电池系统10G的PCS 20以及电流控制器30A、30B的控制相关联的功能部。
以下，对多段式燃料电池系统10G中的燃料电池的输出控制进行说明。
图17是示出由多段式燃料电池系统10G的PCS 20所包含的CPU 102执行的基于多段式燃料电池控制程序的多段式燃料电池控制处理的流程的一例的流程图。多段式燃料电池控制程序被预先存储在ROM 106中，CPU 102从ROM 106中读出多段式燃料电池控制程序并执行。另外，PCS 20是已经将通过燃料电池发电的电力提供给载荷40的状态。
首先，在步骤S200中，PCS 20执行与在图4的步骤S10中说明的处理相同的处理，获取载荷40的电力需求。
在步骤S210中，PCS 20执行第一实施方式～第五实施方式中的任意一个示出的多段式燃料电池控制处理，设定第一燃料电池11和第二燃料电池12的电流值和电压值。
在步骤S220中，PCS 20对例如初次通过多段式燃料电池系统10G进行发电情况下的第一燃料电池11的电压值(初始电压值)与在步骤S210中设定的第一燃料电池11的电压值之间的差值的绝对值(初始电压差)进行计算。此外，PCS 20对例如第二燃料电池12的初始电压值与在步骤S210中设定的第二燃料电池12的电压值之间的初始电压差进行计算。
第一燃料电池11和第二燃料电池12中的各自的初始电压值预先存储在例如RAM104或非易失性存储器等中即可。
另外，使用燃料电池的电流值也能计算初始电压差。详细而言，能够根据在步骤S210中设定的燃料电池的电流值和该燃料电池的电流电压特性60获取燃料电池的电压值。因此，通过使用燃料电池的初始电压值和参照电流电压特性60根据电流值计算得到的燃料电池的电压值，能够计算初始电压差。
以下，将第一燃料电池11所涉及的初始电压差设为第一初始电压差Vq1，将第二燃料电池12所涉及的初始电压差设为第二初始电压差Vq2。
在步骤S230中，PCS 20判定在步骤S220中计算得出的第一初始电压差Vq1是否比同样地在步骤S220中计算得出的第二初始电压差Vq2大，在否定判定的情况下转移到步骤S240。
如图8所示，由于随着燃料电池的劣化的发展，电流电压特性60有降低的倾向，因此，燃料电池的电压值也有降低的倾向。即，能够看作是燃料电池的初始电压差越大，则燃料电池的劣化越是严重。
因此，在第二初始电压差Vq2是第一初始电压差Vq1以上的情况下，能够看作是第二燃料电池12的劣化比第一燃料电池11严重，因此，在步骤S240中，PCS 20执行前段调整，并结束多段式燃料电池控制处理。
另一方面，在步骤S230的判定处理为肯定判定的情况下转移到步骤S250。
在该情况下，能够看作是第一燃料电池11的劣化比第二燃料电池12严重，因此，在步骤S250中，PCS 20执行后段调整，并结束多段式燃料电池控制处理。
这样在第八实施方式所涉及的多段式燃料电池系统10G中，根据燃料电池的初始电压差来判定燃料电池的劣化程度，通过使劣化程度较少的燃料电池的电流值变动，从而能够抑制燃料电池的劣化程度的差。在该情况下，能够一次维持第一燃料电池11和第二燃料电池12，因此，多段式燃料电池系统10的维护性提高。
以上，使用各实施方式对本公开进行了说明，但本公开不限于各实施方式中记载的范围。在不脱离本公开的主旨的范围内，能够对各实施方式进行各种各样的变更或改良，加以该变更或改良的方式也包含在本公开的技术范围内。例如，也可以在不脱离本公开的主旨的范围内变更处理的顺序。
例如，虽然在上述的各实施方式中，对第一燃料电池11和第二燃料电池12使用了固体氧化物形燃料电池，但是也可以使用例如700℃左右的高温下工作的溶融碳酸盐型燃料电池(Molten Carbonate Fuel Cell；MCFC)，在100℃左右的低温下工作的固体高分子形燃料电池(Polymer Electrolyte Fuel Cell；PEFC)。此外，也可以在前段和后段的燃料电池中组合不同种类的燃料电池。
另外，虽然在各实施方式中，使用由前段和后段的燃料电池构成的多段式燃料电池系统10进行了说明，但是对于由3段以上的燃料电池构成的多段式燃料电池系统也能够应用本发明所涉及的多段式燃料电池控制处理。
在该情况下，代替前段调整和后段调整，从多个燃料电池中分类为将发电量设定为预定的值的燃料电池和根据载荷40的电力需求对发电量进行控制的燃料电池即可。
此外，虽然在上述各实施方式中，作为一例对通过软件来实现多段式燃料电池系统中的多段式燃料电池控制处理的方式进行了说明，但是，也可以通过硬件使其处理与各实施方式中所示的多段式燃料电池控制处理同等的处理。在该情况下，与通过软件来实现多段式燃料电池控制处理的情况相比，可实现处理的高速化。
此外，虽然在上述各实施方式中，对多段式燃料电池控制程序被预先存储在作为存储器的一例的ROM 106的方式进行了说明，但是不限于此。本公开所涉及的多段式燃料电池控制程序也能够通过记录在计算机可读的非暂时记录介质中的方式来提供。例如，可以通过将本公开所涉及的燃料电池控制程序记录到CD(Compact Disc)-ROM、或DVD-ROM等的光盘中的方式来提供，也可以通过将本公开所涉及的燃料电池控制程序记录到USB存储器以及闪速存储器等半导体存储器中的方式来提供。此外，多段式燃料电池系统也可以从与通信线路连接的其他电子设备下载多段式燃料电池控制程序，并存储在ROM 106中。
此外，虽然在上述各实施方式中，通过PCS 20来决定与设置有多段式燃料电池系统的需求用户的电力需求相应的电流值，并通知给电流控制器30A、30B；但是，也可以将例如各需求用户处的多段式燃料电池系统与通信线路连接，通过与通信线路连接的信息处理终端来决定与每个需求用户的电力需求相应的电流值，并通知给设置在各需求用户处的多段式燃料电池系统的电流控制器30A、30B。在该情况下，能够从与设置有多段式燃料电池系统的场所不同的远程位置，与每个需求用户的载荷变动相配合地对第一燃料电池11和第二燃料电池12的发电量进行控制。
于2017年3月10日申请的日本国专利申请2017-046685号的公开的整体通过参引的方式被并入本说明书中。

Claims (14)

1.一种燃料电池系统，其具有：
第一燃料电池，其使用含有氢气的燃料气体进行发电；
第二燃料电池，其使用从所述第一燃料电池排出并且含有在所述第一燃料电池中未反应的氢气的尾气进行发电；
第一控制装置，其通过调整从所述第一燃料电池输出的电流或电压从而对从所述第一燃料电池输出的电力进行控制；
第二控制装置，其通过调整从所述第二燃料电池输出的电流或电压从而对从所述第二燃料电池输出的电力进行控制；以及
输出控制装置，其对所述第一控制装置和所述第二控制装置中的至少一方进行控制，使得通过所述第一燃料电池和所述第二燃料电池发电的电力的总和接近电力需求。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
所述输出控制装置参照针对所述第一燃料电池和所述第二燃料电池预定的各自的电流电压特性，分别设定与通过所述第一燃料电池和所述第二燃料电池发电的电力相对应的电流值或电压值，对所述第一控制装置和所述第二控制装置中的至少一方进行控制，使得从所述第一燃料电池和所述第二燃料电池输出的电流或电压成为所述设定的电流值或电压值。
3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
所述输出控制装置根据从所述第一燃料电池和所述第二燃料电池输出的各自的电流和电压，计算通过所述第一燃料电池和所述第二燃料电池发电的各自的电力，对所述第一控制装置和所述第二控制装置中的至少一方进行控制，使得计算得出的各自的电力的总和接近电力需求。
4.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，
所述输出控制装置对所述第一控制装置和所述第二控制装置进行控制，使得从所述第一燃料电池和所述第二燃料电池输出的各自的电流的大小的比例成为预定的比例。
5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中，
所述输出控制装置对所述第一控制装置和所述第二控制装置进行控制，使得从所述第一燃料电池输出的电流的大小与从所述第二燃料电池输出的电流的大小相同。
6.根据权利要求2或3所述的燃料电池系统，其中，
所述输出控制装置以使从所述第二燃料电池输出的电流不从预定的值发生变动的方式对所述第二控制装置进行控制，另一方面，所述输出控制装置以下述方式对所述第一控制装置进行控制：通过使从所述第一燃料电池输出的电流或电压发生变动，从而使得通过所述第一燃料电池和所述第二燃料电池发电的电力的总和接近电力需求。
7.根据权利要求2或3所述的燃料电池系统，其中，
所述输出控制装置以使从所述第一燃料电池输出的电流不从预定的值发生变动的方式对所述第一控制装置进行控制，另一方面，所述输出控制装置以下述方式对所述第二控制装置进行控制：通过使从所述第二燃料电池输出的电流或电压发生变动，从而使得通过所述第一燃料电池和所述第二燃料电池发电的电力的总和接近电力需求。
8.根据权利要求2或3所述的燃料电池系统，其中，
所述输出控制装置根据电力需求的变动程度，选择所述第一燃料电池和所述第二燃料电池中的至少一方作为成为电流的控制对象的燃料电池，以下述方式对所述第一燃料电池和所述第二燃料电池中的至少一方进行控制：通过使从所选择的燃料电池输出的电流或电压发生变动，从而使得通过所述第一燃料电池和所述第二燃料电池发电的电力的总和接近电力需求。
9.根据权利要求2或3所述的燃料电池系统，其中，
所述输出控制装置从所述第一燃料电池和所述第二燃料电池中选择劣化的程度较低的燃料电池，以下述方式对所选择的燃料电池进行控制：通过使从所选择的燃料电池输出的电流或电压发生变动，从而使得通过所述第一燃料电池和所述第二燃料电池发电的电力的总和接近电力需求。
10.一种燃料电池系统，其具有：
第一燃料电池，其使用含有氢气的燃料气体进行发电；
第二燃料电池，其使用从所述第一燃料电池排出并且含有在所述第一燃料电池中未反应的氢气的尾气进行发电；
控制装置，其通过调整从串联连接的所述第一燃料电池和所述第二燃料电池输出的电流或电压，从而对从所述第一燃料电池和所述第二燃料电池输出的电力进行控制；以及
输出控制装置，其以使通过所述第一燃料电池和所述第二燃料电池发电的电力的总和接近电力需求的方式对所述控制装置进行控制。
11.根据权利要求10所述的燃料电池系统，其中，
所述输出控制装置参照对所述第一燃料电池和所述第二燃料电池预定的各自的电流电压特性，分别设定与通过所述第一燃料电池和所述第二燃料电池发电的电力相对应的电流值或电压值，对所述控制装置进行控制，使得从所述第一燃料电池和所述第二燃料电池输出的电流或电压成为所述设定的电流值或电压值。
12.根据权利要求10所述的燃料电池系统，其中，
所述输出控制装置根据从所述第一燃料电池和所述第二燃料电池输出的各自的电流和电压，计算通过所述第一燃料电池和所述第二燃料电池发电的各自的电力，对所述控制装置进行控制，使得计算得出的各自的电力的总和接近电力需求。
13.一种燃料电池控制程序，其用于使计算机执行下述处理：
通过调整从第一燃料电池输出的电流或电压从而对从所述第一燃料电池输出的电力进行控制，其中，所述第一燃料电池使用含有氢气的燃料气体进行发电；
通过调整从第二燃料电池输出的电流或电压从而对从所述第二燃料电池输出的电力进行控制，其中，所述第二燃料电池使用从所述第一燃料电池排出并且含有在所述第一燃料电池中未反应的氢气的尾气进行发电；
以通过所述第一燃料电池和所述第二燃料电池发电的电力的总和接近电力需求的方式进行控制。
14.一种燃料电池控制程序，其用于使计算机执行下述处理：
通过调整从第一燃料电池和与所述第一燃料电池电串联连接的第二燃料电池输出的电流或电压，从而对从所述第一燃料电池和所述第二燃料电池输出的电力进行控制；
以通过所述第一燃料电池和所述第二燃料电池发电的电力的总和接近电力需求的方式进行控制；
其中，所述第一燃料电池使用含有氢气的燃料气体进行发电，所述第二燃料电池使用从所述第一燃料电池排出的含有在所述第一燃料电池中未反应的氢气的尾气进行发电。
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