JP2021153031A - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】相互に性能の異なる複数の燃料電池セルスタックを含み、簡素な構成で制御することができる燃料電池システム、およびそのような燃料電池システムの製造方法を提供する。【解決手段】燃料電池システム１は、複数の燃料電池セルスタックＣＳ１〜ＣＳ３を備え、うち少なくとも一部は、同じ電圧に対応する出力電流が相互に異なっている。セルスタックＣＳ１〜ＣＳ３は、複数のバンドルＢ１〜Ｂ３に組分けされ、各バンドルを構成する燃料電池セルスタックＣＳ１〜ＣＳ３が、電気的に並列接続されるとともに、バンドル間が、電気的に直列接続されている。各バンドルＢ１〜Ｂ３は、全ての燃料電池セルスタックＣＳ１〜ＣＳ３を出力電流順に並べた序列において、出力電流が隣接しているか同一である燃料電池セルスタックＣＳ１〜ＣＳ３より構成されており、出力電流が小さい燃料電池セルスタックを含むバンドルほど、燃料電池セルスタックを多数含んでいる。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池システムの製造方法に関し、さらに詳しくは、複数の燃料電池セルスタックを含む燃料電池システムおよびその製造方法に関する。

燃料電池を長期にわたって使用し続けると、劣化が進行し、所定の出力が得られなくなる場合が多い。家庭用燃料電池や燃料電池自動車の普及に伴い、使用済みの燃料電池が多く発生することが想定される。燃料電池は、燃料電池単セルを複数積層したセルスタックを主要部として構成されているが、セルスタックは高価な製品であり、使用済み品をそのまま廃棄するのではなく、再利用することが望まれる。燃料電池の再利用方法として、例えば特許文献１に、セルスタックを含む使用済み車両用燃料電池から、一部分の複数セルからなる部分スタックを抜き出して再加工した再加工燃料電池を、車両以外の低出力用途用電池として再利用することが開示されている。

特開２０１０−２７２４０号公報

使用済みの燃料電池を再利用するにあたり、特許文献１のように、セルスタックを分解して、所望される出力に応じて、セルスタックを再構築するとすれば、セルスタックの分解と再構築の工程に、大きな労力と費用がかかる。そこで、使用済みのセルスタックを、分解することなく、複数を電気的に接続して、再利用することが考えられる。複数の燃料電池セルスタックを接続することで、各燃料電池セルスタックの性能の低下を補える可能性がある。しかし、各使用済みセルスタックは、使用履歴等により、劣化の程度が異なっているため、得られる性能が個体ごとに異なっている可能性が高い。それら出力の異なる使用済みセルスタックを電気的に接続し、電流制御装置でそれらのセルスタックを制御する形態が考えられるが、電流制御装置を１つのみ用いて、制御を行う場合には、低性能になったセルスタックに合わせて、制御を行おうとすれば、比較的高性能を維持しているセルスタックの性能を、十分に発電に活用することができない。一方で、比較的高性能を維持しているセルスタックに合わせて、制御を行おうとすれば、低性能になったセルスタックに、過剰な負荷がかかり、損傷が発生する可能性がある。

あるいは、図５に示す燃料電池システム１００のように、セルスタックＣＳごとに電流制御装置Ｃを設け、それらの電流制御装置Ｃをさらに、全体制御装置Ｃ’で制御する形態とすることも考えられる。図５においては、太い実線が電流線、破線が信号線を示している。このように、セルスタックＣＳごとに電流制御装置Ｃを設ける場合には、各電流制御装置Ｃによって、各セルスタックＣＳが有している性能に合わせた制御を行うことで、各セルスタックＣＳにおいて、損傷を避けながら、十分な性能を引き出すことができる。しかし、この場合には、電流制御装置Ｃが多数必要になるため、燃料電池システム１００の構築に、多大な費用を要することになる。費用低減の観点から、簡素な構成で、性能の異なる複数のセルスタックを制御し、損傷を避けながら各セルスタックの能力を有効に活用できるように、燃料電池システムを構成することが望まれる。

本発明が解決しようとする課題は、相互に性能の異なる複数の燃料電池セルスタックを含み、簡素な構成で制御することができる燃料電池システム、およびそのような燃料電池システムの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明にかかる燃料電池システムは、複数の燃料電池セルスタックを備え、前記複数の燃料電池セルスタックのうち少なくとも一部は、同じ電圧に対応する出力電流が、相互に異なっており、前記複数の燃料電池セルスタックは、複数のバンドルに組分けされ、前記複数のバンドルのそれぞれを構成する前記燃料電池セルスタックが、電気的に並列接続されるとともに、前記複数のバンドルの相互間が、電気的に直列接続されており、前記複数のバンドルのそれぞれは、全ての前記燃料電池セルスタックを前記出力電流順に並べた序列において、前記出力電流が隣接しているか同一である前記燃料電池セルスタックより構成されており、前記出力電流が小さい前記燃料電池セルスタックを含むバンドルほど、前記燃料電池セルスタックを多数含んでいる。

ここで、前記燃料電池セルスタックは、使用済み品であるとよい。

前記複数のバンドルのそれぞれにおいて、該バンドルを構成する前記燃料電池セルスタックの前記出力電流の合計を、合計出力として、前記複数のバンドルのうち任意に選択した２つのバンドルの間の前記合計出力の差が、前記序列における前記出力電流の最大値と最小値の間の差よりも小さいとよい。

前記複数のバンドルのそれぞれにおいて、該バンドルを構成する前記燃料電池セルスタックの前記出力電流の合計を、合計出力として、各バンドルの前記合計出力が、全バンドルの前記合計出力の平均値に対して、±３０％に収まっているとよい。

前記燃料電池システムは、出力される電流量を制御する電流制御装置を１つのみ有し、前記電流制御装置は、前記複数のバンドルの群に対して、電気的に直列接続されているとよい。

本発明にかかる燃料電池システムの製造方法は、使用済みの燃料電池システムから燃料電池セルスタックを取り出し、取り出した前記燃料電池セルスタックを原料として用いて、上記の燃料電池システムを製造するものである。

ここで、前記使用済みの燃料電池システムから取り出した前記燃料電池セルスタックのそれぞれについて、電流−電圧特性を評価したうえで、前記複数のバンドルのそれぞれにおいて、該バンドルを構成する燃料電池セルスタックの前記出力電流が許容誤差の範囲内で同じになり、各バンドルを構成する前記燃料電池セルスタックの前記出力電流の合計を合計出力として、前記合計出力が、許容誤差の範囲内で、バンドル間で同じになるとともに、各バンドルの前記合計出力が、所望される電流値に達するように、前記複数のバンドルを設定するとよい。

上記発明にかかる燃料電池システムにおいては、同じ電圧に対応する出力電流が相互に異なる複数の燃料電池セルスタックを、複数のバンドルに組分けしている。組分けに際し、出力電流の序列において、出力電流が隣接しているまたは同一の燃料電池セルスタックより、各バンドルを構成している。各バンドルにおいては、燃料電池セルスタックが、電気的に並列接続されており、電圧が相互に揃うが、同一または近接した出力電流を示すものであるため、バンドル内の一部の燃料電池セルスタックに、過剰な負荷を印加することなく、全燃料電池セルスタックから、効率的に出力を引き出すことができる。一方、出力電流が小さい燃料電池セルスタックを含むバンドルほど、燃料電池セルスタックを多数含んでいるため、バンドルごとの合計の出力電流が、バンドル間で、同一または近接したものとなる。それらのバンドルは、相互に類似した電流−電圧特性を示すものとみなすことができ、直列接続して、一括して制御を行っても、一部のバンドルに過剰な負荷を印加することなく、各バンドルを構成する燃料電池セルスタックの能力を有効に活用して、発電を行うことができる。燃料電池セルスタックごとに、あるいはバンドルごとに、制御装置を設けて制御を行う必要がないので、簡素な構成で、相互に性能の異なる複数の燃料電池を制御できる燃料電池システムとなる。

ここで、燃料電池セルスタックが、使用済み品である場合には、使用履歴等によって、燃料電池システムを構成する各燃料電池セルスタックの性能の劣化の程度が異なっている場合があるが、同一または近接した出力電流を示す燃料電池セルスタックどうしでバンドルを構成し、燃料電池システムに組み込むことで、各燃料電池セルスタックが残している性能を、有効に活用することができる。再利用のために、使用済みの燃料電池セルスタックを構成部品に分解して、再加工することは必要でないので、燃料電池セルスタックの再利用に要する労力と費用を、小さく抑えることができる。

複数のバンドルのそれぞれにおいて、該バンドルを構成する燃料電池セルスタックの出力電流の合計を、合計出力として、複数のバンドルのうち任意に選択した２つのバンドルの間の合計出力の差が、序列における出力電流の最大値と最小値の間の差よりも小さい場合、あるいは各バンドルの合計出力が、全バンドルの合計出力の平均値に対して、±３０％に収まっている場合には、バンドル間の合計出力の差が小さく抑えられるので、各バンドルを一括して制御した際に、特定のバンドルへの負荷の集中を抑えながら、各バンドルを構成する燃料電池セルスタックの性能を有効に利用しやすくなる。

燃料電池システムが、出力される電流量を制御する電流制御装置を１つのみ有し、電流制御装置が、複数のバンドルの群に対して、電気的に直列接続されている場合には、燃料電池システムが、多数の燃料電池セルスタックを備えながら、全体として１つの電流制御装置しか有さない、簡素な構成となる。この場合には、各バンドルが、同じ電流量を出力するように制御されることになるが、各バンドルが、同一または近接した合計出力を示すように設定されているため、各バンドルを構成する燃料電池セルスタックに、過剰な負荷を印加することなく、それらの燃料電池セルスタックの性能を効率的に引き出して、発電を行うことができる。

上記発明にかかる燃料電池システムの製造方法は、使用済みの燃料電池セルスタックを用いて、複数の燃料電池セルスタックが出力電流の序列に従ってバンドルを構成した、上記燃料電池システムを製造するものである。使用済みの燃料電池セルスタックは、使用履歴等によって性能が異なる可能性があるが、上記のように、出力電流に応じてバンドルを構成することで、各燃料電池セルスタックに対して個別の制御を行わなくても、過剰な負荷を印加することなく、各燃料電池セルスタックの性能を有効に引き出すことができる。このように、簡素な装置構成で、様々な性能を示す使用済みの燃料電池セルスタックを再活用して、燃料電池システムを製造することができる。

ここで、使用済みの燃料電池システムから取り出した燃料電池セルスタックのそれぞれについて、電流−電圧特性を評価したうえで、複数のバンドルのそれぞれにおいて、該バンドルを構成する燃料電池セルスタックの出力電流が許容誤差の範囲内で同じになり、各バンドルを構成する燃料電池セルスタックの出力電流の合計を合計出力として、合計出力が、許容誤差の範囲内で、バンドル間で同じになるとともに、各バンドルの合計出力が、所望される電流値に達するように、複数のバンドルを設定する場合には、使用済みの燃料電池セルスタックのそれぞれが残している性能を実際に評価したうえで、各セルスタックに過剰な負荷が印加されるのを避けながら、各セルスタックの性能を有効に活用でき、かつ全体として所望の出力が得られる燃料電池システムを、構築することができる。

本発明の一実施形態にかかる燃料電池システムの回路構成を示す図である。 上記燃料電池システムを構成する燃料電池セルスタックの電流−電圧特性を示す図である。 上記燃料電池セルスタックを出力電流の順番に並べた序列とバンドル構成を示す図である。 燃料電池セルスタックの序列とバンドル構成の別の例を示す図である。 各燃料電池セルスタックを個別に制御する場合の回路構成を示す図である。

以下に、本発明の一実施形態にかかる燃料電池システムおよびその製造方法について、図面を参照しながら説明する。

［燃料電池セルスタックの構成］
図１に、本発明の一実施形態にかかる燃料電池システム１の電気回路構成を示す。本燃料電池システム１は、複数の燃料電池セルスタックＣＳ（ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３）を含んでいる。図１においては、電流線を太い実線で示し、バンドルを鎖線で表示している。

本燃料電池システム１において、各燃料電池セルスタック（以下、単にセルスタックと称する場合がある）ＣＳは、複数の燃料電池単セルが積層され、それらの燃料電池単セルが電気的に直列接続されたものとして構成されている。燃料電池システム１を構成する複数のセルスタックＣＳのうち少なくとも一部は、性能が相互に異なっている。つまり、電流−電圧特性において、同じ電圧に対応する出力電流の値が、相互に異なっている。セルスタックＣＳとしては、使用済み品、つまり他の燃料電池システムに組み込まれて、一旦使用された後、その燃料電池システムから取り出されたものを再利用することが好ましい。使用済みのセルスタックは、多くの場合、劣化を起こしているが、劣化の程度は、使用履歴等によって異なっており、複数の使用済みセルスタックを準備した際に、それらは異なる出力電流を示すことが多い。

セルスタックＣＳの種類は特に限定されるものではなく、セルスタックＣＳを構成する燃料電池単セルとして、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）やプロトン伝導型セラミック燃料電池（ＰＣＦＣ）、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、アルカリ電解質型燃料電池（ＡＦＣ）、溶融炭酸塩型燃料電池等、様々な種類の燃料電池を用いることができる。

燃料電池システム１を構成するセルスタックＣＳとしては、上記で列挙したもの等の中から、１種類のものを用いることが、セルスタックＣＳ間での特性の類似性等の観点から好ましい。しかし、本燃料電池システム１では、後に説明するように、各セルスタックＣＳの出力電流に応じて、バンドルを設定するので、複数の異なる種類のセルスタックＣＳを用いることもできる。また、セルスタックＣＳとして使用済みのものを用いる場合に、単一の燃料電池システムを構成していたセルスタックのみを利用しても、複数の燃料電池システムを構成していたセルスタックを合わせて利用してもよい。後者の場合に、同種別個体の燃料電池システムのセルスタックを用いても、あるいは別種の燃料電池システムのセルスタックを用いてもよく、さらには、家庭用と自動車用等、用途の完全に異なる燃料電池システムのセルスタックを用いることもできる。

本燃料電池システム１においては、複数のセルスタックＣＳが、複数のバンドルＢ（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３）に組分けされている。各バンドルＢは、１つまたは複数のセルスタックＣＳを含んでいる。バンドルＢの数は、特に限定されるものではないが、図示した形態では、第一バンドルＢ１、第二バンドルＢ２、第三バンドルＢ３の３つのバンドルＢを有している。

複数のセルスタックＣＳを含むバンドルＢ１，Ｂ２においては、そのバンドルを構成するセルスタックＣＳが、相互に、電気的に並列に接続されている。そして、各バンドルＢの間は、電気的に直列に接続されて、バンドル群Ｇを構成している。バンドル群Ｇは、適宜、負荷装置（図略）に接続され、出力を負荷装置に供給することができる。

燃料電池システム１はさらに、電流制御装置Ｃを含んでいる。電流制御装置Ｃは、負荷抵抗を調整することで、燃料電池セルスタックから出力される電流量を可変に制御できる装置であり、燃料電池セルスタックを含む装置に設けられる公知の制御装置を利用することができる。電流制御装置Ｃは、バンドル群Ｇに対して、電気的に直列に接続されている。本燃料電池システム１は、電流制御装置Ｃを１つのみ備えている。

燃料電池システム１は、その他、各セルスタックＣＳでの発電に必要な部材を、適宜含んでいる。例えば、各セルスタックＣＳに反応ガスを供給するガス流路と、ガス供給の制御装置、各セルスタックＣＳの温度を調整するための加熱装置および温度制御装置を含んでいる（いずれも図略）。ただし、燃料電池システム１が同種のセルスタックＣＳを複数含む場合には、それらのセルスタックＣＳにおいて、共通のガス流路およびガス供給制御装置、温度制御装置を用いるように構成することもできる。また、燃料電池システム１は、各セルスタックＣＳの運転を補助するために、改質器、脱硫装置、ガス予熱器等の補器類を備えることが好ましく、それら補器類としても、使用済み品を再利用することができる。

［各燃料電池セルスタックの性能とバンドルの設定］
本燃料電池システム１においては、各セルスタックＣＳが、その性能に応じて、複数のバンドルＢに組分けされている。以下に、セルスタックＣＳの性能に応じたバンドルＢの設定について説明する。

上記のように、本燃料電池システム１を構成するセルスタックＣＳは、少なくとも一部において、性能が相互に異なっている。つまり、図２に示すように、相互に異なる電流−電圧特性を示すセルスタックＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３が共存している。なお、図２の電流−電圧特性は、燃料利用率（Ｕｆ）を一定として評価したものを想定している。相互に異なる電流−電圧特性を示すセルスタックＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３においては、同じ評価電圧Ｖに対応する出力電流が、Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３と、相互に異なる。ここで、評価電圧Ｖとしては、任意の電圧値を採用することができるが、燃料電池システム１を構成するセルスタックＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３が、同じ定格電圧を有するものである場合には、その定格電圧を評価電圧Ｖとして採用すればよい。あるいは、構築される燃料電池システム１に所望される定格電圧に対応する電圧値、つまり燃料電池システム１に所望される定格電圧をバンドル数で除したものを、評価電圧Ｖとすればよい。ただし、燃料電池を電圧が低い状態で使用し続けると、劣化が加速する可能性や、さらには故障につながる可能性もある。そのため評価電圧Ｖは、セルスタックＣＳの劣化の加速が起こる電圧よりも、高く設定しておくことが望ましい。

図１に示した形態では、燃料電池システム１に、異なる電流−電圧特性を示す３水準のセルスタックＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３が共存している。セルスタックＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３は、評価電圧Ｖにおける出力電流が、Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３となっている。それらの出力電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の大きさは、Ｉ１＜Ｉ２＜Ｉ３の関係にある。つまり、セルスタックＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３を、出力電流Ｉの順番に並べた序列Ｏは、図３のようになる。ここでは、出力電流が最も小さいＩ１である第一水準スタックＣＳ１が３個、出力電流が次に小さいＩ２である第二水準スタックＣＳ２が２個、出力電流が最も大きいＩ３である第三水準スタックＣＳ３が１個、序列Ｏを構成している。

この序列Ｏに従って、バンドルＢ（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３）が、設定されている。各バンドルＢは、出力電流Ｉが隣接しているか同一であるセルスタックＣＳを含むように設定されている。図示した例では、各バンドルＢが、出力電流Ｉが同一であるセルスタックＣＳより構成されている。つまり、第一バンドルＢ１が、出力電流がＩ１である第一水準スタックＣＳ１より、第二バンドルＢ２が、出力電流がＩ２である第二水準スタックＣＳ２より、第三バンドルＢ３が、出力電流がＩ３である第三水準スタックＣＳ３より構成されている。同一のバンドルＢ内のセルスタックＣＳは、出力電流Ｉが相互に近接しているほど好ましく、使用済みのセルスタックを利用する場合に、許容誤差の範囲で同一とみなせる出力電流Ｉを与えるものを複数準備することができれば、それらを用いて、１つのバンドルＢを構成することが好ましい。ここで、出力電流Ｉに想定される許容誤差としては、おおむね、そのバンドルＢを構成する全セルスタックＣＳの平均値に対して、３０％以下、好ましくは１０％以下である。

バンドル群Ｇにおいて、バンドルＢを相互間で比較すると、出力電流Ｉが小さいセルスタックＣＳを含むバンドルＢほど、つまり、序列Ｏにおいて、出力電流Ｉが小さい領域に設定されたバンドルＢほど、セルスタックＣＳを多数含んでいる。図示した形態においては、出力電流が最も小さいＩ１である第一水準スタックＣＳ１を含む第一バンドルＢ１は３個、出力電流が次に小さいＩ２である第二水準スタックＣＳ２を含む第二バンドルＢ２は２個、出力電流が最も大きいＩ３である第三水準スタックＣＳ３を含む第三バンドルＢ３は１個のセルスタックを、それぞれ含んでいる。これにより、各バンドルＢにおいて、そのバンドルＢを構成するセルスタックＣＳの出力電流Ｉの値を合計して得られる合計出力を、バンドルＢの間で、近い値とすることができる。ここで扱っている例では、第一バンドルＢ１の合計出力３・Ｉ１と、第二バンドルＢ２の合計出力２・Ｉ２と、第三バンドルＢ３の合計出力Ｉ３とを、相互に近い値とすることができる。

好ましくは、バンドル群Ｇを構成する各バンドルＢの間で、合計出力が、許容誤差の範囲内で、同一とみなせるとよい。許容誤差としては、序列Ｏにおける出力電流Ｉの最大値と最小値の間の差を例示することができる。図示した例では、Ｉ３−Ｉ１が、許容誤差となる。バンドル群Ｇを構成するバンドルＢのうち、任意に選択した２つのバンドルＢの間の合計出力の差が、この許容誤差よりも小さければよい。つまり、バンドルＢからどの２つを選択しても、それらの合計出力の差が、許容誤差よりも小さくなっていればよい。あるいは、許容誤差として、全バンドルＢの合計出力の平均値の３０％を例示することができる。この場合には、各バンドルＢの合計出力が、平均値に対して、±３０％に収まっていればよい。図示した形態では、全バンドルＢ１，Ｂ２，Ｂ３の合計出力の平均値は、（３・Ｉ１＋２・Ｉ２＋Ｉ３）／３となる。許容誤差は、全バンドルＢの合計出力の平均値に対して、２０％以下、また１０％以下であると、さらに好ましい。

バンドルＢの間で、合計出力が所定の許容誤差の範囲に抑えられれば、各バンドルＢを構成するセルスタックＣＳの具体的な数は、特に限定されるものではない。各バンドルＢの合計出力が、燃料電池システム１において所望される電流値に達するように、その数を決定すればよい。例えば、図１の形態では、第一バンドルＢ１、第二バンドルＢ２、第三バンドルＢ３が、それぞれ、３個、２個、１個のセルスタックＣＳを含んでいるが、燃料電池システム１において所望される電流量が大きい場合には、３：２：１の比率を維持したまま、各バンドルＢ１，Ｂ２，Ｂ３を構成するセルスタックＣＳの数を、多くすればよい。

本燃料電池システム１においては、バンドルＢが複数のセルスタックＣＳを含むことができ、各バンドルＢにおいて、セルスタックＣＳが並列接続されている。そのため、各セルスタックＣＳが、使用による劣化等によって、十分に大きな出力を有していなくても、バンドル単位で、十分な出力を確保することが可能となる。ここで、各バンドルＢを構成するセルスタックＣＳは、序列Ｏにおいて、同一または隣接した出力電流Ｉを有しているものであるため、電流−電圧特性も、類似した挙動を示す蓋然性が高い。特に、各バンドルＢを構成するセルスタックＣＳが同種のものである場合には、電流−電圧特性が相互に類似したものとなりやすい。電流−電圧特性の類似性から、各バンドルＢにおいて並列接続された各セルスタックＣＳにおいて、発電を行った際に、同程度の電流が出力されることになり、一部のセルスタックＣＳに過剰な負荷を印加することなく、そのバンドルＢを構成する各セルスタックＣＳから、効率的に出力を得ることができる。

さらに、本燃料電池システム１においては、複数のバンドルＢを電気的に直列に接続しているが、出力電流Ｉの小さいセルスタックＣＳを含むバンドルＢほど、多数のセルスタックＣＳを含んでおり、バンドルＢごとの合計出力が、バンドルＢの間で近接したものとなっている。よって、バンドル単位の電流−電圧特性も、バンドルＢの間で、類似した挙動を示す蓋然性が高い。特に、同種のセルスタックＣＳよりなるバンドルＢの間では、電流−電圧特性が相互に類似したものとなりやすい。バンドル単位の電流−電圧特性の類似性から、直列接続された各バンドルＢにおいて、発電を行った際に、各バンドルＢを構成するセルスタックＣＳに同程度の負荷が印加されることになる。よって、一部のバンドルＢに負荷を集中させることなく、各バンドルＢを構成するセルスタックＣＳを、効率的に発電に利用することができる。

そのため、全バンドルＢを電気的に直列接続し、そのバンドル群Ｇに対して直列に、電流制御装置Ｃを１つのみ設けておき、全バンドルＢにおける電流値を一括で制御することで、各セルスタックＣＳにおいて、過剰な負荷の印加による損傷を避けながら、各セルスタックＣＳの性能を効率的に引き出し、所望の出力を得ることができる。電流制御装置ＣをバンドルＢごとやセルスタックＣＳごとに設ける必要がないので、燃料電池システム１の構成が簡素になり、製造コストも抑制することができる。なお、一部のセルスタックＣＳおよび／またはバンドルＢの電流−電圧特性が他と異なっており、その差が無視できない場合等には、それらを個別に制御する制御装置を別途設けることを妨げるものではない。

本燃料電池システム１においては、各セルスタックＣＳの性能が相互に異なっていても、バンドル化により、燃料電池システム１全体として、過負荷によるセルスタックＣＳの損傷を避けながら、各セルスタックＣＳの性能を有効に活用して、発電を行うことができる。よって、各セルスタックＣＳの構成原料として、使用済みの他の燃料電池システムから取り出したセルスタックを再活用することができ、それら使用済みのセルスタックの性能が、劣化の程度の差等により、相互に異なっていてもよい。使用済みセルスタックの再利用に際し、各セルスタックＣＳの電流−電圧特性を実際に評価したうえで、バンドルＢの設定を適切に行うことで、所望の出力を有する燃料電池システム１を構築できるので、各セルスタックＣＳに対して、分解や、部材単位での再加工を行う必要はない。よって、使用済みセルスタックの再利用に要する労力と費用を抑えることができる。多くの燃料電池システムにおいては、各セルスタックが、改質器、脱硫装置、ガス予熱器等の補器類とともに、ケーシングに収容されているが、セルスタックを再利用して、本燃料電池システム１を構築するに際し、セルスタックと補器類の集合体を崩すことなく、そのまま、セルスタック間で電気接続を構築すれば、簡便に、セルスタックを補器類とともに再利用することができる。

以上で説明した形態においては、燃料電池システム１を構成するバンドルＢが、複数のセルスタックＣＳを含む場合に、相互に同じ出力電流Ｉを有するセルスタック（３つの第一水準スタックＣＳ１または２つの第二水準スタックＣＳ２）より、バンドルＢを構成した。しかし、このように、許容誤差の範囲内で同じ出力電流Ｉを有するセルスタックＣＳを複数準備できない場合でも、出力電流Ｉの序列に従ってバンドルＢを設定することで、同様に燃料電池システム１を構築することができる。つまり、図４に例示するように、全てのセルスタックＣＳ（ＣＳ１〜ＣＳ４）を出力電流順に並べた序列Ｏ’において、出力電流Ｉが隣接しているか同一であるセルスタックＣＳより、バンドルＢ’（Ｂ’１〜Ｂ’３）を構成し、出力電流Ｉが小さいセルスタックＣＳを含むバンドルＢ’ほど、セルスタックＣＳを多数含むようにすればよい。図４でも、図１と同様に、同じ符号を付したセルスタックＣＳ１〜ＣＳ４が、同じ出力電流Ｉを有するものとする。バンドルＢ’の設定に際して、上記で説明した許容誤差の範囲内で、各バンドルＢ’の合計出力が同じになるように、また、燃料電池システム１において所望される電流値に達するようにすれば、より好ましい。序列Ｏ’に従ってバンドルＢ’を設定する際に、１つのバンドルＢ’の中に、異なる出力電流Ｉを有するセルスタックＣＳが混在してもよい。例えば、図５で、第一バンドルＢ’１の第一水準スタックＣＳ１と第二水準スタックＣＳ２や、第二バンドルＢ’２の第二水準スタックＣＳ２と第三水準スタックＣＳ３が、その状態に該当する。また、同じ出力電流Ｉを有するセルスタックＣＳが、異なるバンドルＢ’に分かれてもよい。例えば、図５で、第一バンドルＢ’１と第二バンドルＢ’２のそれぞれに属する第二水準スタックＣＳ２が、その状態に該当する。

本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

１ 燃料電池システム
Ｂ１，Ｂ’１ （第一）バンドル
Ｂ２，Ｂ’２ （第二）バンドル
Ｂ３，Ｂ’３ （第三）バンドル
Ｃ 電流制御装置
ＣＳ１ （第一水準）セルスタック
ＣＳ２ （第二水準）セルスタック
ＣＳ３ （第三水準）セルスタック
ＣＳ４ （第四水準）セルスタック
Ｇ バンドル群
Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３ 出力電流
Ｏ，Ｏ’ 序列
Ｖ 評価電圧

Claims (7)

1. 複数の燃料電池セルスタックを備え、
   前記複数の燃料電池セルスタックのうち少なくとも一部は、同じ電圧に対応する出力電流が、相互に異なっており、
   前記複数の燃料電池セルスタックは、複数のバンドルに組分けされ、
   前記複数のバンドルのそれぞれを構成する前記燃料電池セルスタックが、電気的に並列接続されるとともに、前記複数のバンドルの相互間が、電気的に直列接続されており、
   前記複数のバンドルのそれぞれは、全ての前記燃料電池セルスタックを前記出力電流順に並べた序列において、前記出力電流が隣接しているか同一である前記燃料電池セルスタックより構成されており、
   前記出力電流が小さい前記燃料電池セルスタックを含むバンドルほど、前記燃料電池セルスタックを多数含んでいる、燃料電池システム。
2. 前記燃料電池セルスタックは、使用済み品である、請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記複数のバンドルのそれぞれにおいて、該バンドルを構成する前記燃料電池セルスタックの前記出力電流の合計を、合計出力として、
   前記複数のバンドルのうち任意に選択した２つのバンドルの間の前記合計出力の差が、前記序列における前記出力電流の最大値と最小値の間の差よりも小さい、請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記複数のバンドルのそれぞれにおいて、該バンドルを構成する前記燃料電池セルスタックの前記出力電流の合計を、合計出力として、
   各バンドルの前記合計出力が、全バンドルの前記合計出力の平均値に対して、±３０％に収まっている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
5. 前記燃料電池システムは、出力される電流量を制御する電流制御装置を１つのみ有し、
   前記電流制御装置は、前記複数のバンドルの群に対して、電気的に直列接続されている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電流制御装置。
6. 使用済みの燃料電池システムから燃料電池セルスタックを取り出し、
   取り出した前記燃料電池セルスタックを原料として用いて、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池システムを製造する、燃料電池システムの製造方法。
7. 前記使用済みの燃料電池システムから取り出した前記燃料電池セルスタックのそれぞれについて、電流−電圧特性を評価したうえで、
   前記複数のバンドルのそれぞれにおいて、該バンドルを構成する燃料電池セルスタックの前記出力電流が許容誤差の範囲内で同じになり、
   各バンドルを構成する前記燃料電池セルスタックの前記出力電流の合計を合計出力として、前記合計出力が、許容誤差の範囲内で、バンドル間で同じになるとともに、各バンドルの前記合計出力が、所望される電流値に達するように、
   前記複数のバンドルを設定する、請求項６に記載の燃料電池システムの製造方法。

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