(57)【要約】【課題】水素ガスを燃料源とする燃料電池システムにおいて、水素タンクの過昇圧を安全に、かつ、エネルギー利用効率を過度に低下させることなく解消することが可能な燃料電池システムを提供すること。【解決手段】燃料電池システム１０は、燃料電池２０と、水素ガスの貯蔵及び供給を行うための水素ガス供給手段３０と、酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給手段４０と、冷却水を循環させる冷却水循環手段５０と、燃料電池２０で発電した電力を蓄える二次電池６０と、これらの動作を制御する制御手段７０とを備えている。制御手段７０は、水素タンク３２内の圧力がある臨界値以上になった時に、燃料電池２０で発電し、得られた電力を二次電池６０に充電する過昇圧制御手段を備えている。制御手段７０は、水素タンク３２内の圧力がある臨界値以上になった時に水素タンク３２内の圧力Ｐを監視するモニター手段をさらに備えていても良い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の構成を備えた燃料電池システム。
（１）前記燃料電池システムは、
燃料電池と、
前記燃料電池の水素極に供給される水素ガスを水素タンクに貯蔵し、貯蔵された前記水素ガスを前記燃料電池に供給するための水素ガス供給手段と、
前記燃料電池の空気極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給手段と、
前記燃料電池とラジエタとの間で冷却水を循環させる冷却水循環手段と、
前記燃料電池で発電した電力を蓄える二次電池と、
前記燃料電池、前記水素ガス供給手段、前記酸化剤ガス供給手段、前記冷却水循環手段、及び前記二次電池の動作を制御する制御手段と
を備えている。
（２）前記制御手段は、
前記水素タンク内の圧力Ｐが第１圧力臨界値Ｐc1以上になった時に、前記燃料電池に前記水素ガス及び前記酸化剤ガスを供給して発電を行い、発電により得られた電力を前記二次電池に充電し、
前記水素タンク内の圧力Ｐが第２圧力臨界値Ｐc2（≦Ｐc1）以下になった時に、前記燃料電池による発電及び前記二次電池への充電を停止させる
過昇圧制御手段を備えている。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記水素タンク内の圧力Ｐが第３圧力臨界値Ｐc3（＜Ｐc1）以上になった時に、前記水素タンク内の圧力Ｐの監視を行い、
前記水素タンク内の圧力Ｐが第４圧力臨界値Ｐc4（≦Ｐc3）以下になった時に、圧力Ｐの監視を終了させる
圧力モニター手段をさらに備えている請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御手段は、
前記二次電池の容量Ｑが第１容量臨界値Ｑc1以上になった時に、前記燃料電池で発電した電力を、余剰電力消費源に供給し、
前記二次電池の容量Ｑが第２容量臨界値Ｑc2（≦Ｑc1）以下になった時、又は、前記水素タンクの過昇圧が解消された時に、前記余剰電力消費源への電力供給を停止させる
過充電制御手段をさらに備えている請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記余剰電力消費源は、前記ラジエタを冷却するためのファン、及び／又は、前記冷却水を循環させるための水ポンプである請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記水素ガス供給手段は、前記水素タンクと前記燃料電池との間に設けられた開閉バルブをさらに備え、
前記制御手段は、前記過昇圧制御手段を実行する際に、前記開閉バルブを間欠的に開閉し、発電可能な最小水素量以上の水素ガスを前記燃料電池に供給する間欠供給手段をさらに備えている
請求項１から４までのいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記水素タンクは、その内部に水素貯蔵材料が充填されているタンク（ＭＨタンク）からなる請求項１から５までのいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関し、さらに詳しくは、水素タンクの過昇圧を検知した時に、過昇圧を安全に、かつ、エネルギー利用効率を過度に低下させることなく解消することが可能な燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素を燃料ガスに用いた燃料電池システムにおいて、水素源には、高圧水素ガスタンク、液体水素タンク、水素貯蔵材料を充填したタンク（ＭＨ（Metal Hydride）タンク）などが用いられる。これらの内、ＭＨタンクは単位体積あたりの水素貯蔵密度が高いので、システムを小型化することができる。そのため、これを用いた燃料電池システムは、特に移動体用のエネルギー源として好適である。
このような燃料電池システムにおいて、直射日光の照射、気温の上昇、火災等により水素タンクが過熱されると、水素タンク内の圧力が過度に上昇し、水素タンクの耐久性の低下の要因となるおそれがある。
【０００３】
そこでこの問題を解決するために、従来から種々の提案がなされている。例えば、特許文献１には、温度上昇に伴ってタンク内ガスを外部に自動放出するガス放出弁と、タンク外周の表層に形成された可燃性の薄膜層とを備えた高圧ガスタンクが開示されている。
同文献には、
（ａ）ガス放出弁から離れた場所で火災が発生した場合であっても、可燃性の薄膜層が延焼することによりガス放出弁に熱が伝達されるので、タンク内のガスを速やかに外部に放出できる点、及び、
（ｂ）タンク外周の表層に可燃性の薄膜層を形成するだけで良いので、温度上昇に伴うガス自動放出の信頼性の確保と高圧ガスタンクの軽量化を両立させることができる点
が記載されている。
【０００４】
特許文献１に記載されているように、水素タンクに感温性のガス放出弁を設置すると、火災時に水素ガスを速やかに外気に放出することができる。しかし、水素タンクの過昇圧は、燃料電池システムへの直射日光の照射や気温の上昇などによっても起こりうる。
そのため、水素タンクにガス放出弁が設置されている場合には、温度上昇によりガス放出弁が作動したときに備えて、水素ガスを燃料電池システム外へ排出するためのファン等を新たに設ける必要が生じる。また、ガス放出弁により水素タンク内の圧力を低下させる方法では、水素エネルギーの利用効率が低下する。
【０００５】
さらに、火災等の緊急時以外の状況下において水素タンクの過昇圧が生じた時に、水素タンクの過昇圧を安全に、かつ、エネルギー利用効率を過度に低下させることなく解消することが可能な燃料電池システムが提案された例は、従来にはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２０８７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、水素ガスを燃料源とする燃料電池システムにおいて、水素タンクの過昇圧を安全に、かつ、エネルギー利用効率を過度に低下させることなく解消することが可能な燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明に係る燃料電池システムは、以下の構成を備えていることを要旨とする。
（１）前記燃料電池システムは、
燃料電池と、
前記燃料電池の水素極に供給される水素ガスを水素タンクに貯蔵し、貯蔵された前記水素ガスを前記燃料電池に供給するための水素ガス供給手段と、
前記燃料電池の空気極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給手段と、
前記燃料電池とラジエタとの間で冷却水を循環させる冷却水循環手段と、
前記燃料電池で発電した電力を蓄える二次電池と、
前記燃料電池、前記水素ガス供給手段、前記酸化剤ガス供給手段、前記冷却水循環手段、及び前記二次電池の動作を制御する制御手段と
を備えている。
（２）前記制御手段は、
前記水素タンク内の圧力Ｐが第１圧力臨界値Ｐc1以上になった時に、前記燃料電池に前記水素ガス及び前記酸化剤ガスを供給して発電を行い、発電により得られた電力を前記二次電池に充電し、
前記水素タンク内の圧力Ｐが第２圧力臨界値Ｐc2（≦Ｐc1）以下になった時に、前記燃料電池による発電及び前記二次電池への充電を停止させる
過昇圧制御手段を備えている。
【０００９】
前記制御手段は、
前記水素タンク内の圧力Ｐが第３圧力臨界値Ｐc3（＜Ｐc1）以上になった時に、前記水素タンク内の圧力Ｐの監視を行い、
前記水素タンク内の圧力Ｐが第４圧力臨界値Ｐc4（≦Ｐc3）以下になった時に、圧力Ｐの監視を終了させる
圧力モニター手段をさらに備えていても良い。
【００１０】
また、前記制御手段は、
前記二次電池の容量Ｑが第１容量臨界値Ｑc1以上になった時に、前記燃料電池で発電した電力を、余剰電力消費源に供給し、
前記二次電池の容量Ｑが第２容量臨界値Ｑc2（≦Ｑc1）以下になった時、又は、前記水素タンクの過昇圧が解消された時に、前記余剰電力消費源への電力供給を停止させる
過充電制御手段をさらに備えていても良い。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る燃料電池システムは、水素タンク内の過昇圧を検知した時に燃料電池を作動させ、得られた電力を二次電池に蓄えることができる。そのため、外部に水素を放出することなく、安全に水素タンクの過昇圧を防止することができる。また、過昇圧を解消するために放出された水素由来の電力を二次電池で回収しているので、システムのエネルギー利用効率の低下を抑制することができる。
【００１２】
また、水素タンク内の圧力Ｐが第３圧力臨界値Ｐc3以上になった時に水素タンク内の圧力の監視を行い、水素タンク内の圧力Ｐが第１圧力臨界値Ｐc1以上になった時に二次電池への充電を開始する手段を備えている場合には、過昇圧の解消に消費される水素量を最小限に抑制することができる。
さらに、電力を余剰電力消費源に供給する過充電制御手段をさらに備えている場合には、水素タンクの過昇圧が解消される前に二次電池がフル充電の状態になった場合であっても、燃料電池による発電を継続することができ、水素タンクの過昇圧を安全に解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る燃料電池システムの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１．  燃料電池システム］
図１に、本発明に係る燃料電池システムの模式図を示す。図１において、燃料電池システム１０は、
燃料電池２０と、
燃料電池２０の水素極に供給される水素ガスを水素タンク３２に貯蔵し、貯蔵された水素ガスを燃料電池２０に供給するための水素ガス供給手段３０と、
燃料電池２０の空気極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給手段４０と、
燃料電池２０とラジエタ５２との間で冷却水を循環させる冷却水循環手段５０と、
燃料電池２０で発電した電力を蓄える二次電池６０と、
燃料電池２０、水素ガス供給手段３０、酸化剤ガス供給手段４０、冷却水循環手段５０、及び二次電池６０の動作を制御する制御手段７０と
を備えている。
【００１５】
［１．１．  燃料電池］
本発明において、燃料電池２０の種類は特に限定されない。燃料電池２０としては、例えば、固体高分子型燃料電池、アルカリ型燃料電池、固体酸化物型燃料電池、リン酸型燃料電池などがある。これらの中でも、固体高分子型燃料電池は、（ａ）常温で起動することができる、（ｂ）起動時間が短い、（ｃ）小型・軽量化が可能である、等の利点がある。そのため、固体高分子型燃料電池は、移動体用の燃料電池システム１０に用いられる燃料電池２０として好適である。
【００１６】
燃料電池２０は、一般に、電解質膜の両面に電極（水素極、空気極）が接合された膜電極接合体と、膜電極接合体の両面に配置された集電体（又は、セパレータ）とを備えた単セルを基本単位とする。集電体には、それぞれ、水素ガス又は酸化剤ガスを電極に供給するためのガス流路が形成されている。燃料電池２０は、通常、このような単セルの積層体（セルスタック）からなる。
【００１７】
［１．２．  水素ガス供給手段］
水素ガス供給手段３０は、燃料電池２０の水素極に供給される水素ガスを水素タンク３２に貯蔵し、貯蔵された水素ガスを燃料電池２０に供給するためのものである。水素ガス供給手段３０の構造は、水素ガスの貯蔵及び供給が可能なものである限りにおいて、特に限定されない。図１に示す例において、水素ガス供給手段３０は、水素タンク３２と、ガス管３４と、開閉バルブ３６とを備えている。
【００１８】
本発明において、水素タンク３２の構造は特に限定されない。水素タンク３２としては、例えば、高圧水素ガスタンク、液体水素タンク、水素貯蔵材料を充填したタンク（ＭＨ（Metal Hydride）タンク）などがある。
これらの中でも、ＭＨタンクは、単位体積あたりの水素貯蔵密度は高いが、僅かな温度上昇によってタンク内の圧力が急上昇する場合がある。そのため、ＭＨタンクに対して本発明を適用すると、過昇圧による水素タンク３２の破裂を抑制することができる。
水素タンク３２がＭＨタンクである場合、タンク内に充填される水素貯蔵材料の種類は、特に限定されない。
【００１９】
ガス管３４は、水素タンク３２から放出される水素ガスを燃料電池２０に供給するためのものである。ガス管３４の一端は水素タンク３２の出口に接続され、他端は燃料電池２０の水素極の入口に接続されている。
【００２０】
ガス管３４の中間には、開閉バルブ３６が接続されている。開閉バルブ３６は、水素タンク３２から燃料電池２０への水素ガスの放出・停止を行うためのものである。開閉バルブ３６は、燃料電池２０の燃料極に水素ガスを連続的に供給するためのものでも良く、あるいは、水素ガスを間欠的に供給するためのものでも良い。後者の場合、過昇圧を解消する際の水素の消費量を最小限に抑制することができる。この点については、後述する。
なお、開閉バルブ３６に加えて、水素タンク３２の出口に水素ガスの放出・停止を行うためのバルブがさらに設けられていても良い。
【００２１】
［１．３．  酸化剤ガス供給手段］
酸化剤ガス供給手段４０は、燃料電池２０の空気極に酸化剤ガスを供給するためのものである。酸化剤ガス供給手段４０の構造は、燃料電池２０の空気極に酸化剤ガスを供給可能なものである限りにおいて、特に限定されない。図１に示す例において、酸化剤ガス供給手段４０は、エアコンプレッサ４２と、ガス管４４とを備えている。
【００２２】
エアコンプレッサ４２は、空気を圧縮し、圧縮された空気を燃料電池２０に供給するためのものである。
ガス管４４は、エアコンプレッサ４２から供給される空気を燃料電池２０に供給するためのものである。ガス管４４の一端はエアコンプレッサ４２の出口に接続され、他端は燃料電池２０の空気極の入口に接続されている。
【００２３】
［１．４．  冷却水循環手段］
冷却水循環手段５０は、燃料電池２０とラジエタ５２との間で冷却水を循環させるためのものである。冷却水循環手段５０の構造は、燃料電池２０を適切に冷却可能なものである限りにおいて、特に限定されない。図１に示す例において、冷却水循環手段５０は、ラジエタ５２と、ファン５４と、水ポンプ５６と、水管５８とを備えている。
【００２４】
ラジエタ５２は、放熱フィンを介して冷却水の温度を冷却するためのものである。ファン５４は、放熱フィンに送風し、放熱フィンからの放熱を促進するためのものである。水ポンプ５６は、燃料電池２０とラジエタ５２との間で冷却水を強制的に循環させるためのものである。
水管５８は、冷却水の循環流路である。水管５８の一端は燃料電池２０の冷却水流路の入口に接続され、他端は燃料電池２０の冷却水流路の出口に接続されている。図１に示す例では、冷却水は、反時計回りに循環する。また、冷却水の循環方向に沿って、ラジエタ５２及び水ポンプ５６がこの順で水管５８に接続されている。
【００２５】
［１．５．  二次電池］
二次電池６０は、燃料電池２０で発電した電力を蓄えるためのものである。本発明において、二次電池６０の構造は特に限定されない。
二次電池６０は、配線６２を介して燃料電池２０に接続されている。配線６２は、燃料電池２０から二次電池６０に電力を供給するため、及び、二次電池６０から燃料電池２０の周辺機器（例えば、酸化剤ガス供給手段４０、冷却手段５０など）に電力を供給するためのものである。さらに、二次電池６０は、配線６４を介して制御手段７０に接続されている。配線６４は、二次電池６０から制御手段７０に電力を供給するため、及び、二次電池６０に蓄えられた電気の容量Ｑをモニターするために用いられる。この点については、後述する。
【００２６】
［１．６．  制御手段］
制御手段７０は、燃料電池２０、水素ガス供給手段３０、酸化剤ガス供給手段４０、冷却水循環手段５０、及び二次電池６０の動作を制御するためのものである。制御手段７０の構造は、燃料電池システム１０を適切に制御可能なものである限りにおいて、特に限定されない。図１に示す例において、制御手段７０は、圧力計７２と、圧力スイッチ７４と、システム制御部７６とを備えている。
【００２７】
［１．６．１．  圧力計］
圧力計７２は、水素タンク３２内の圧力Ｐを計測し、圧力信号を圧力スイッチ７４及びシステム制御部７６に送信するためのものである。本発明において、圧力計７２の構造は、このような機能を奏する限りにおいて、特に限定されない。
圧力計７２で検出された圧力信号は、圧力スイッチ７４に送信され、水素タンク３２内の圧力Ｐに応じて圧力スイッチ７４をオン・オフ制御するために用いられる。また、圧力信号は、システム制御部７６に送信され、水素タンク３２内の圧力Ｐに応じて、燃料電池システム１０の動作を制御するためにも用いられる。
上記の制御に加え、圧力スイッチ７４自体が、所定圧力によって機械的にスイッチがＯＮ／ＯＦＦする機構を備えているものでも良い。この場合、圧力計７２は、必ずしも必要ではない。
【００２８】
［１．６．２．  圧力スイッチ］
圧力スイッチ７４は、水素タンク３２内の圧力Ｐがある臨界値Ｐcになった時に、システム制御部７６を起動又は停止させるために用いられる。本発明において、圧力スイッチ７４の構造は、このような動作が可能な限りにおいて、特に限定されない。
【００２９】
圧力スイッチ７４がオン（通電）又はオフ（非通電）となる圧力臨界値Ｐcは、目的に応じて任意に設定することができる。また、オンとなる時の圧力臨界値ＰcONとオフとなる時の圧力臨界値ＰcOFFは、同一であっても良く、あるいは、異なっていても良い。通常、オフとなる時の圧力臨界値ＰcOFFは、ＰcON以下の値に設定される。
【００３０】
例えば、水素タンク３２内の圧力Ｐが第１圧力臨界値Ｐc1以上になった時に、直ちにシステム制御部７６の起動及び二次電池６０への充電開始を行う場合、ＰcONとして第１圧力臨界値Ｐc1を用いることができる。また、圧力Ｐが第２圧力臨界値Ｐc2（≦Ｐc1）以下になった時に、直ちに二次電池６０への充電停止及びシステム制御部７６の停止を行う場合、ＰcOFFとして第２圧力臨界値Ｐc2を用いることができる。
【００３１】
あるいは、水素タンク３２内の圧力Ｐが第３圧力臨界値Ｐc3（＜Ｐc1）以上になった時にシステム制御部７６を起動させ、圧力Ｐが第１圧力臨界値Ｐc1以上になった時に二次電池６０への充電を開始する場合、ＰcONとして、第３圧力臨界値Ｐc3を用いることができる。また、水素タンク３２内の圧力Ｐが第２圧力臨界値Ｐc2以下になった時に二次電池６０への充電を停止させ、圧力Ｐが第４圧力臨界値Ｐc4以下になった時にシステム制御部７６を停止させる場合、ＰcOFFとして第４圧力臨界値Ｐc4を用いることができる。
【００３２】
［１．６．３．  システム制御部］
システム制御部７６は、燃料電池２０、水素ガス供給手段３０、酸化剤ガス供給手段４０、冷却水循環手段５０、及び二次電池６０の動作を制御するためのものである。システム制御部７６は、通常運転時に燃料電池システム１０の動作を制御するための各種の手段に加えて、水素タンク３２の過昇圧を抑制するための各種の手段を備えている。システム制御部７６は、二次電池６０の過充電を抑制するための各種の手段をさらに備えていても良い。このような手段としては、具体的には、以下のようなものがある。
【００３３】
［Ａ．  過昇圧制御手段］
本発明において、システム制御部７６（すなわち、制御手段７０）は、少なくとも過昇圧抑制手段を備えている。
「過昇圧抑制手段」とは、
（ａ）水素タンク２０内の圧力Ｐが第１圧力臨界値Ｐc1以上になった時に、燃料電池２０に水素ガス及び前記酸化剤ガスを供給して発電を行い、発電により得られた電力を二次電池６０に充電し、
（ｂ）水素タンク２０内の圧力Ｐが第２圧力臨界値Ｐc2（≦Ｐc1）以下になった時に、燃料電池２０による発電及び二次電池６０への充電を停止させる
手段をいう。
「第１圧力臨界値Ｐc1」とは、二次電池６０への充電を開始する時の圧力の臨界値をいう。
「第２圧力臨界値Ｐc2」とは、二次電池６０への充電を停止させる時の圧力の臨界値であって、Ｐc1以下の圧力をいう。
【００３４】
システム制御部７６が過昇圧制御手段のみを備えている場合において、水素タンク３２内の圧力Ｐが第１圧力臨界値Ｐc1以上になった時には、圧力スイッチ７４を介してシステム制御部７６が起動する。また、システム制御部７６の起動と同時に、二次電池６０への充電が開始される。
一方、水素タンク３２内の圧力Ｐが第２圧力臨界値Ｐc2以下になった時には、圧力スイッチ７４を介してシステム制御部７６が停止し、二次電池６０への充電が終了する。
【００３５】
第１圧力臨界値Ｐc1及び第２圧力臨界値Ｐc2の値は、特に限定されるものではなく、水素タンク３２の構造、水素タンク３２の内容物（例えば、水素貯蔵材料の種類）、使用環境などに応じて最適な値を選択するのが好ましい。
例えば、水素タンク３２がＭＨタンクであり、水素貯蔵材料の５０℃での平衡圧力が０．９５ＭＰａであり、水素タンク３２の最大許容圧力が１．１ＭＰａである場合、第１圧力臨界値Ｐc1として、１．０５±０．０２ＭＰａを選択し、第２圧力臨界値Ｐc2として、１．００±０．０２ＭＰａを選択するするのが好ましい。
【００３６】
［Ｂ．  圧力モニター手段］
システム制御部７６は、過昇圧制御手段に加えて、圧力モニター手段をさらに備えていても良い。
「圧力モニター手段」とは、
（ａ）水素タンク２０内の圧力Ｐが第３圧力臨界値Ｐc3（＜Ｐc1）以上になった時に、水素タンク２０内の圧力を監視し、
（ｂ）水素タンク２０内の圧力Ｐが第４圧力臨界値Ｐc4（≦Ｐc3）以下になった時に、圧力の監視を終了させる
手段をいう。
「第３圧力臨界値Ｐc3」とは、システム制御部７６を起動させ、圧力の監視を開始する時の圧力の臨界値であって、第１圧力臨界値Ｐc1より低い圧力をいう。
「第４圧力臨界値Ｐc4」とは、圧力の監視を停止し、システム制御部７６を停止させる時の圧力の臨界値であって、Ｐc3以下の圧力をいう。
【００３７】
システム制御部７６が過昇圧制御手段と圧力モニター手段の双方を備えている場合において、水素タンク３２内の圧力Ｐが第３圧力臨界値Ｐc3以上になった時には、圧力スイッチ７４を介してシステム制御部７６が起動し、水素タンク３２内の圧力Ｐの監視のみが行われる。水素タンク３２内の圧力Ｐがさらに上昇し、第１圧力臨界値Ｐc1以上になった時には、二次電池６０への充電が開始される。
一方、水素タンク３２内の圧力Ｐが第２圧力臨界値Ｐc2以下になった時には、二次電池６０への充電を終了させるが、圧力Ｐの監視は継続する。水素タンク３２内の圧力Ｐがさらに低下し、第４圧力臨界値Ｐc4以下になった時には、システム制御部７６を停止させる。
【００３８】
第３圧力臨界値Ｐc3及び第４圧力臨界値Ｐc4の値は、特に限定されるものではなく、水素タンク３２の構造、水素タンク３２の内容物（例えば、水素貯蔵材料の種類）、使用環境などに応じて最適な値を選択するのが好ましい。
例えば、水素タンク３２がＭＨタンクであり、水素貯蔵材料の５０℃での平衡圧力が０．９５ＭＰａであり、水素タンク３２の最大許容圧力が１．１ＭＰａである場合、第３圧力臨界値Ｐc3として、０．９５±０．０２ＭＰａを選択し、第４圧力臨界値Ｐc4として、０．９２±０．０１ＭＰａを選択するするのが好ましい。
【００３９】
［Ｃ．  過充電制御手段］
システム制御部７６は、上記の各手段に加えて、過充電制御手段をさらに備えていても良い。
「過充電制御手段」とは、
（ａ）二次電池６０の容量Ｑが第１容量臨界値Ｑc1以上になった時に、燃料電池２０で発電した電力を、余剰電力消費源に供給し、
（ｂ）二次電池６０の容量Ｑが第２容量臨界値Ｑc2（≦Ｑc1）以下になった時、又は、水素タンク３２の過昇圧が解消された時に、余剰電力消費源への電力供給を停止させる
手段をいう。
「第１容量臨界値Ｑc1」とは、余剰電力消費源への電力の供給を開始する時の容量Ｑの臨界値をいう。
「第２容量臨界値Ｑc2」とは、余剰電力消費源への電力の供給を停止する時の容量Ｑの臨界値であって、Ｑc1以下の容量をいう。
「余剰電力消費源」とは、水素タンク３２の過昇圧を解消するための二次電池６０への充電以外の用途に電力を消費する電気機器をいう。
【００４０】
二次電池６０の容量Ｑが相対的に少ない場合において、過昇圧制御手段が作動した時には、過昇圧に由来する水素ガスのすべてを二次電池６０への充電のために消費することができる。しかし、二次電池６０の容量Ｑが相対的に多い場合において、過昇圧制御手段が作動した時には、水素タンク３２の過昇圧が解消される前に、二次電池６０の容量Ｑが最大容量Ｑc0に達することがある。このような場合には、二次電池６０の容量Ｑが最大容量Ｑc0未満となるまで、又は、過昇圧が解消されるまで燃料電池２０で発電を行い、得られた電力を余剰電力消費源で消費させるのが好ましい。
【００４１】
第１容量臨界値Ｑc1及び第２容量臨界値Ｑc2の値は、特に限定されるものではなく、二次電池６０の最大容量Ｑc0に応じて最適な値を選択するのが好ましい。
水素エネルギーの利用効率を高めるためには、第１容量臨界値Ｑc1及び第２容量臨界値Ｑc2は、それぞれ、Ｑc0に近いほど良い。
【００４２】
本発明において、余剰電力消費源の種類は、余剰電力を消費可能なものである限りにおいて、特に限定されない。余剰電力消費源は、燃料電池システム１０外にある電気機器でも良く、あるいは、燃料電池システム１０内にある電気機器であっても良い。
例えば、燃料電池システム１０が自動車に搭載されている場合、自動車に搭載されたエアコン、オーディオなどは、余剰電力消費源となりうる。
【００４３】
また、例えば、過昇圧に由来する水素ガスを燃料電池２０で消費させる場合、燃料電池２０の温度はあまり上昇しない。そのため、冷却水循環手段５０は、必ずしも起動させる必要はなく、余剰電力消費源となり得る。図１に示す例の場合、ラジエタ５２を冷却するためのファン５４、及び／又は、冷却水を循環させるための水ポンプ５６は、いずれも余剰電力消費源となり得る。
なお、二次電池６０への充電を行うためには、少なくとも、水素ガス供給手段３０、酸化剤ガス供給手段４０、及び制御手段７０を起動させる必要がある。そのため、これらの手段は、余剰電力消費源とはなり得ない。
【００４４】
［Ｄ．  間欠供給手段］
システム制御部７６は、上記の各手段に加えて、間欠供給手段をさらに備えていても良い。
「間欠供給手段」とは、水素タンク３２と燃料電池２０との間に開閉バルブ３６が設けられている場合において、過昇圧制御手段を実行する際に開閉バルブ３６を間欠的に開閉し、発電可能な最小水素量以上の水素ガスを燃料電池２０に供給する手段をいう。
【００４５】
燃料電池２０で発電するためには、水素ガスの圧力は、ある下限値以上である必要がある。そのため、水素極に連続的に水素ガスを流した状態で発電を行うと、過昇圧を解消するために必要な量以上の水素ガスが消費される場合がある。
これに対し、開閉バルブ３６を開いて必要最小限の水素ガスを燃料電池２０に供給した後、開閉バルブ３６を閉じると、水素極が高圧の水素ガスで満たされる。この状態で空気極に酸化剤ガスを供給すると、水素極の水素ガスが電極反応に消費され、水素極の圧力が低下する。そのため、このような水素ガスの間欠供給を繰り返すと、必要最小限の水素量で過昇圧を解消することができ、エネルギー利用率の低下を抑制することができる。
【００４６】
［２．  燃料電池システムの運転方法］
図１を参照しながら、燃料電池システム１０の運転方法の一例について説明する。以下の説明において、水素タンク３２には、ＭＨタンクであって、最大許容圧力が１．１ＭＰａであるものを用いた。水素吸蔵合金には、５０℃での平衡圧力が０．９５ＭＰａであるものを用いた。さらに、圧力スイッチ７４には、水素圧力が０．９５ＭＰａ以上でオン（通電）となり、その後、水素圧力が０．９２ＭＰａ以下になるとＯＦＦ（非通電）となるものを用いた。
【００４７】
（１）炎天下放置等により水素タンク３２の温度が上昇（５０℃）し、水素タンク３２内部の水素圧力が０．９５ＭＰａになると、圧力スイッチ７４がオンとなる。
（２）圧力スイッチ７４がオンになると、二次電池６０からシステム制御部７６に電力が供給され、システム制御部７６が起動する。システム制御部７６が起動すると、圧力計７２により、水素タンク３２の内部圧力のモニターが開始される。
（３）さらに水素タンク３２の温度が上昇して内部圧力が１．０５ＭＰａになると、開閉バルブ３６及びエアコンプレッサー４２を作動させ、水素ガス及び大気をそれぞれ燃料電池２０に供給して発電し、二次電池６０を充電する。この時、発電可能な最小水素流量を確保するために、開閉バルブ３６の間欠的な開閉制御を行っても良い。また、二次電池６０の電圧により過充電を検知した場合は、水ポンプ５６やファン５４を作動させることにより、余剰電力を消費させる。
【００４８】
（４）圧力計７２により水素タンク３２の内部圧力が１．０ＭＰａまで低下したことを検知した時には、開閉バルブ３６を閉とし、エアコンプレッサ４２をオフにし、発電を停止させる。
（５）上記の（３）〜（４）を繰り返すことにより、水素タンク３２の内部圧力を１．０〜１．０５ＭＰａの範囲に制御する。
（６）水素タンク３２内の水素量の減少、又は水素タンク３２の温度の低下により、水素タンク３２の内部圧力が０．９２ＭＰａ以下になった時には、圧力スイッチ７４がオフとなり、システム制御部７６が停止する。
【００４９】
［３．  作用］
本発明に係る燃料電池システム１０は、水素タンク３２内の過昇圧を検知した時に燃料電池２０を作動させ、得られた電力を二次電池６０に蓄えることができる。そのため、外部に水素を放出することなく、安全に水素タンク３２の過昇圧を防止することができる。また、過昇圧を解消するために放出された水素由来の電力を二次電池６０で回収しているので、システムのエネルギー利用効率の低下を抑制することができる。
【００５０】
また、水素タンク３２内の圧力Ｐが第３圧力臨界値Ｐc3以上になった時に水素タンク３２内の圧力の監視を行い、水素タンク３２内の圧力Ｐが第１圧力臨界値Ｐc1以上になった時に二次電池６０への充電を開始する手段を備えている場合には、過昇圧の解消に消費される水素量を最小限に抑制することができる。
さらに、電力を余剰電力消費源に供給する過充電制御手段をさらに備えている場合には、水素タンク３２の過昇圧が解消される前に二次電池６０がフル充電の状態になった場合であっても、燃料電池２０による発電を継続することができ、水素タンク３２の過昇圧を安全に解消することができる。
【００５１】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明に係る燃料電池システムは、定置型の発電システム、移動体のエネルギー源等に使用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１０  燃料電池システム
２０  燃料電池
３０  水素ガス供給手段
３２  水素タンク
３６  開閉バルブ
４０  酸化剤ガス供給手段
５０  冷却水循環手段
６０  二次電池
７０  制御手段
【図１】
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