(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と二次電池を併用するシステムにおける二次電池の健全度推定方法であって、
前記システムの待機時間を挟む前後２回の使用の後に、前記二次電池を異なる目標充電率に充電して開放電圧を測定し、それぞれの開放電圧に基づいて開放電圧充電率を算出するとともに、前記２回の開放電圧測定間の入出力電流積算値を求め、それに基づいて電流積算充電率を算出し、前記２回の開放電圧充電率の差をΔＳＯＣｖ、前記電流積算充電率をΔＳＯＣｉとして、前記二次電池の健全度ＳＯＨを、
式：ΔＳＯＣｉ／ΔＳＯＣｖ＝ＳＯＨより推定する、二次電池の健全度推定方法。
【請求項２】
燃料電池と二次電池を併用するシステムにおける二次電池の健全度推定方法であって、
前記二次電池からの放電を伴う前記システムの第一の使用の後に、
前記二次電池を第一の目標充電率に充電するステップと、
前記充電後に前記第一の目標充電率にて第一の開放電圧を測定するステップと、
前記第一の開放電圧に基づいて第一の開放電圧充電率を算出するステップと、
前記目標充電率を前記第一の目標充電率と異なる第二の目標充電率に変更または設定するステップと、
を実施し、
前記二次電池からの放電を伴う前記システムの第二の使用の後に、
前記二次電池を前記第二の目標充電率に充電するステップと、
前記充電後に前記第二の目標充電率にて第二の開放電圧を測定するステップと、
前記第二の開放電圧に基づいて第二の開放電圧充電率を算出するステップと、
前記第一の開放電圧測定から前記第二の開放電圧測定までの入出力電流積算値を求めるステップと、
前記電流積算値に基づいて電流積算充電率を算出するステップと、
前記第一の開放電圧充電率と前記第二の開放電圧充電率との差をΔＳＯＣｖ、前記電流積算充電率をΔＳＯＣｉとして、前記二次電池の健全度ＳＯＨを
式：ΔＳＯＣｉ／ΔＳＯＣｖ＝ＳＯＨより推定するステップと、
を実施することを含む、二次電池の健全度推定方法。
【請求項３】
前記二次電池を第一の目標充電率に充電する前記ステップは、前記二次電池からの放電を伴う前記システムの第一の使用の後の第一の停止操作で開始され、かつ、前記燃料電池からの給電によって実施され、
前記第一の開放電圧充電率を算出する前記ステップは、前記システムの次の起動操作により開始され、
前記二次電池を第二の目標充電率に充電する前記ステップは、前記二次電池からの放電を伴う前記システムの第二の使用の後の第二の停止操作で開始され、かつ、前記燃料電池からの給電によって実施され、
前記第二の開放電圧充電率を算出する前記ステップは、前記システムのさらに次の起動操作により開始される、請求項２に記載の二次電池の健全度推定方法。
【請求項４】
前記第一の開放電圧充電率と前記第二の開放電圧充電率との差は、満充電を１００％として１０％以上である、請求項２または３に記載の二次電池の健全度推定方法。
【請求項５】
前記第一の開放電圧充電率および前記第二の開放電圧充電率は、何れも満充電を１００％として７０％以上である、請求項２〜４の何れか一項に記載の二次電池の健全度推定方法。
【請求項６】
燃料電池と二次電池を併用するシステムであって、
前記燃料電池の発電および前記二次電池の充放電を管理する電力管理装置と、
前記二次電池の状態を管理するバッテリー管理装置と、を備え、
前記電力管理装置は、前記二次電池を目標充電率まで充電する充電制御手段を含み、
前記バッテリー管理装置は、前記二次電池の開放電圧を測定する手段、前記開放電圧に基づいて開放電圧充電率を算出する手段、前記二次電池の電流積算値を測定する手段、および、前記電流積算値に基づいて電流積算充電率を算出する手段を含み、
前記システムの使用後に充電率が所定以下の場合に回復充電が実施されるように構成されているものにおいて、
前記回復充電の完了後に前記目標充電率を、第一の目標充電率から第二の目標充電率に変更し、前記変更された目標充電率を次の回復充電まで記憶する手段と、
前記第一の目標充電率に充電された状態で測定された第一の開放電圧に基づく第一の開放電圧充電率と、前記第二の目標充電率に充電された状態で測定された第二の開放電圧に基づく第二の開放電圧充電率との差をΔＳＯＣｖ、前記電流積算値の測定手段により測定された前記第一の開放電圧測定から前記第二の開放電圧測定までの入出力電流積算値に基づく電流積算充電率をΔＳＯＣｉとして、前記二次電池の健全度ＳＯＨを、
式：ΔＳＯＣｉ／ΔＳＯＣｖ＝ＳＯＨより算出する健全度推定手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池と二次電池とを併用するシステム。
【請求項７】
前記バッテリー管理装置は、目標充電率まで充電後に前記二次電池が定常状態であることを判定する定常状態判定手段をさらに含み、前記二次電池が定常状態であると判定された場合に、前記二次電池の開放電圧が測定または取得されるように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池と二次電池とを併用するシステム。
【請求項８】
前記定常状態判定手段は、前記目標充電率までの充電完了後の所定時間の経過を判定する手段、または、開放電圧の変化が所定値以下となったことを判定する手段を含むことを特徴とする請求項７に記載の燃料電池と二次電池とを併用するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池と二次電池を併用するシステムにおける二次電池の健全度推定方法、および、同方法を実施するための燃料電池と二次電池を併用するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料（水素など）と酸化剤（酸素など）を反応させることにより電力を取り出す発電装置であり、燃料を補充することで継続的に電源として使用できるが、低温始動時に出力が不安定になる問題がある。また、燃料や酸化剤を燃料電池に連続的に供給するための補機用電力も必要である。
【０００３】
そこで、燃料電池と二次電池を併用する電源システムを構築し、始動時の電源や補機用電源に二次電池を用いることが有利である。このようなシステムを搭載した車両では、二次電池の充電率（State of charge：ＳＯＣ）や健全度（State of health：ＳＯＨ）を把握し、走行に支障がないよう管理することが求められる。
【０００４】
二次電池のＳＯＨは、満充電状態からの完全放電によって劣化時の電池容量を測定して初期容量との比を算出することにより求めることができるが、点検時など特殊な場合を除き、車両運用時に満充電から完全放電を行うのは困難である。そこで、二次電池のＳＯＨを直接求める代わりに、他のパラメータからＳＯＨを推定する手法が採られる。
【０００５】
例えば、特許文献１には、二次電池の放電中、コンプレッサによる燃料電池内部の水分掃気中の一定電流、一定出力状態で測定した電圧、温度、電流測定値を、予め作成した劣化判定マップに当てはめ、劣化レベルを判定する方法が開示されている。しかし、この方法では、温度やＳＯＣなど、実際の運用条件毎に多数の劣化マップを作成しておく必要があり、特許文献１には、二次電池の劣化度合いを三段階に分けて判定する場合が示されているものの、劣化判定レベルの細分化には限界がある。
【０００６】
しかも、この方法では、二次電池の健全度（ＳＯＨ＝劣化時の電池容量／初期の電池容量）を数値として求めることができないという問題がある。二次電池の充電率（ＳＯＣ）は、残容量／電池容量から求めるため、二次電池が劣化した場合、ＳＯＨを取得できないと、充電率（ＳＯＣ）を正確に求めることができない。
【０００７】
一方、満充電状態からの完全放電によって劣化時の電池容量を測定する代わりに、ある区間の電流積算値に基づく充電率変化と、開回路電圧（ＯＣＶ）から求めた充電率（開放電圧充電率）の差との比からＳＯＨを推定する方法もある。しかし、この方法では、充放電前後の開回路電圧（ＯＣＶ）の測定を無負荷状態かつ分極緩和状態で行う必要があり、分極緩和状態になるには、充放電終了後数十分ないし数時間を要するので、特殊な場合以外では利用困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２３１１９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は従来技術の上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料電池と二次電池を併用するシステムにおいて、二次電池の健全度を低コストかつ高精度で算出することができ、二次電池の管理精度を向上できる二次電池の健全度推定方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明者が鋭意検討した結果、燃料電池と二次電池を併用するシステムの停止後に次回始動に備えて実施される二次電池の回復充電に着目し、前後２回の回復充電の目標充電率に有意な差を設けることで、その間の開放電圧充電率の差および電流積算充電率が、有意な大きさをもった値となり、それらの値から二次電池の健全度を精度よく算出できるという知見を得て本発明に想到した。
【００１１】
すなわち本発明は、燃料電池と二次電池を併用するシステムにおいて、
前記システムの待機時間を挟む前後２回の使用（１００，２００）の後に、前記二次電池を異なる目標充電率に充電して（１３０，２３０）開放電圧を測定し（１７０，２７０）、それぞれの開放電圧に基づいて開放電圧充電率（ＳＯＣｖ１，ＳＯＣｖ２）を算出する（１８０，２８０）とともに、前記２回の開放電圧測定間の入出力電流積算値を求め（２８０）、それに基づいて電流積算充電率（ΔＳＯＣｉ）を算出し（２８２）、前記２回の開放電圧充電率の差をΔＳＯＣｖ、前記電流積算充電率をΔＳＯＣｉとして、前記二次電池の健全度ＳＯＨを、
式：ΔＳＯＣｉ／ΔＳＯＣｖ＝ＳＯＨより推定する（２８４）ことを特徴とする。
【００１２】
上記方法によれば、燃料電池と二次電池を併用するシステムにおいて通常実施される二次電池の回復充電を利用して二次電池の健全度を実用的な頻度で精度よく算出でき、しかも、二次電池の健全度を充電率（残容量）の算出や劣化判定に直接利用できる数値として取得できることに加えて、劣化マップが不要であり、導入コストおよび運用コストも少なく、二次電池の管理精度を向上するうえで有利である。
【００１３】
本発明に係る二次電池の健全度推定方法は具体的に、
燃料電池と二次電池を併用するシステムにおける二次電池の健全度推定方法であって、
前記二次電池からの放電を伴う前記システムの第一の使用（１００）の後に、
前記二次電池を第一の目標充電率に充電するステップ（１３０）と、
前記充電後に前記第一の目標充電率にて第一の開放電圧を測定するステップ（１７０）と、
前記第一の開放電圧に基づいて第一の開放電圧充電率（ＳＯＣｖ１）を算出するステップ（１８０）と、
前記目標充電率を前記第一の目標充電率と異なる第二の目標充電率に変更または設定するステップ（１３８，２３８）と、を実施し、
前記二次電池からの放電を伴う前記システムの第二の使用（２００）の後に、
前記二次電池を前記第二の目標充電率に充電するステップ（２３０）と、
前記充電後に前記第二の目標充電率にて第二の開放電圧を測定するステップ（２７０）と、
前記第二の開放電圧に基づいて第二の開放電圧充電率（ＳＯＣｖ２）を算出するステップ（２８０）と、
前記第一の開放電圧測定から前記第二の開放電圧測定までの入出力電流積算値（ＳＯＣｉ２）を求めるステップ（２８０）と、
前記電流積算値に基づいて電流積算充電率（ΔＳＯＣｉ）を算出するステップ（２８２）と、
前記第一の開放電圧充電率（ＳＯＣｖ１）と前記第二の開放電圧充電率（ＳＯＣｖ２）との差を（ΔＳＯＣｖ）、前記電流積算充電率を（ΔＳＯＣｉ）として、前記二次電池の健全度ＳＯＨを、式：ΔＳＯＣｉ／ΔＳＯＣｖ＝ＳＯＨより推定するステップ（２８４）と、を実施することを含む、二次電池の健全度推定方法として規定される。
【００１４】
上記によってさらに明らかなように、システムの通常の運用の中で健全度の推定を実施でき、しかも、各算出値は二次電池の充電率管理と共通のパラメータであり、ＳＯＣ管理とＳＯＨ管理を並行して総合的に実施できる利点がある。
【００１５】
本発明に係る二次電池の健全度推定方法の好適な態様では、
前記二次電池を第一の目標充電率に充電する前記ステップ（１３０）は、前記二次電池からの放電を伴う前記システムの第一の使用（１００）の後の第一の停止操作（１１０）で開始され、かつ、前記燃料電池からの給電によって実施され、
前記第一の開放電圧充電率を算出する前記ステップ（１８０）は、前記システムの次の起動操作（１５０）により開始され、
前記二次電池を第二の目標充電率に充電する前記ステップ（２３０）は、前記二次電池からの放電を伴う前記システムの第二の使用（２００）の後の第二の停止操作（２１０）で開始され、かつ、前記燃料電池からの給電によって実施され、
前記第二の開放電圧充電率を算出する前記ステップ（２８０）は、前記システムのさらに次の起動操作（２５０）により開始されるので、通常の運用時の操作で自動的に適正なタイミングで健全度の推定と劣化管理を実施するうえで有利である。
【００１６】
本発明において、前記第一の開放電圧充電率と前記第二の開放電圧充電率との差は、満充電を１００％として１０％以上であることが好適である。この構成により、開放電圧充電率の差および電流積算充電率の差が有意な大きさをもった値となり、測定誤差の影響を排除して高精度かつ安定的に健全度の算出を行うのに有利である。
【００１７】
本発明において、前記第一の開放電圧充電率および前記第二の開放電圧充電率は、何れも満充電を１００％として７０％以上であることが好適である。始動時に燃料電池の出力不足を補うためには、二次電池の充電率が十分に確保されている必要があり、７０％以上であれば、そのようなシステムの機能を損なうことなく、健全度推定を実施できる。
【００１８】
また、本発明は、燃料電池（３）と二次電池（２）を併用するシステムであって、
前記燃料電池の発電および前記二次電池の充放電を管理する電力管理装置（４）と、
前記二次電池の状態を管理するバッテリー管理装置（１）と、を備え、
前記電力管理装置（４）は、前記二次電池を目標充電率まで充電する充電制御手段（４０）を含み、
前記バッテリー管理装置（１）は、前記二次電池の開放電圧を測定する手段（２２）、前記開放電圧に基づいて開放電圧充電率を算出する手段（１２）、前記二次電池の電流積算値を測定する手段（２１，１１）、および、前記電流積算値に基づいて電流積算充電率を算出する手段（１１）を含み、
前記システムの使用後に充電率が所定以下の場合に回復充電が実施されるように構成されているものにおいて、
前記回復充電の完了後に前記目標充電率を、第一の目標充電率から第二の目標充電率に変更し、前記変更された目標充電率を次の回復充電まで記憶する手段（１０，４１）と、
前記第一の目標充電率に充電された状態で測定された第一の開放電圧に基づく第一の開放電圧充電率（ＳＯＣｖ１）と、前記第二の目標充電率に充電された状態で測定された第二の開放電圧に基づく第二の開放電圧充電率（ＳＯＣｖ２）との差をΔＳＯＣｖ、前記電流積算値の測定手段により測定された前記第一の開放電圧測定から前記第二の開放電圧測定までの入出力電流積算値に基づく電流積算充電率をΔＳＯＣｉとして、前記二次電池の健全度ＳＯＨを、式：ΔＳＯＣｉ／ΔＳＯＣｖ＝ＳＯＨより算出する健全度推定手段（１０）と、を備えたことを特徴とするシステムをも対象としている。
【００１９】
本発明において、前記バッテリー管理装置（１）は、目標充電率まで充電後に前記二次電池が定常状態であることを判定する定常状態判定手段（１３）をさらに含み、前記二次電池が定常状態であると判定された場合に、前記二次電池の開放電圧が測定または取得されるように構成されていることが好適である。
【００２０】
本発明において、前記定常状態判定手段は、前記目標充電率までの充電完了後の所定時間の経過を判定する手段、または、開放電圧の変化が所定値以下となったことを判定する手段を含むことができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、上述の通り構成されているので、燃料電池と二次電池を併用するシステムにおいて、二次電池の健全度を低コストかつ高精度で算出することができ、二次電池の管理精度を向上するうえで有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】燃料電池と二次電池を併用する車両用電源システムを示すブロック図である。
【図２】燃料電池と二次電池を併用する車両用電源システムにおけるバッテリー管理ユニットを示すブロック図である。
【図３】本発明実施形態に係る燃料電池と二次電池を併用する車両用電源システムの運用に沿った二次電池の健全度推定プロセスを示すフローチャートである。
【図４】本発明実施形態に係る燃料電池と二次電池を併用する車両用電源システムの回復充電シーケンスを示すフローチャートである。
【図５】本発明実施形態に係る燃料電池と二次電池を併用する車両用電源システムにおける二次電池の充電率変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、燃料電池３と二次電池２を併用する車両用電源システムを構成する主要部品を示しており、この電源システムを搭載した車両（燃料電池車両）は、電力管理装置４により、燃料電池３で発電した電力と二次電池２に蓄電した電力を制御して、駆動用モータ５を駆動して走行する。車両の減速時には、回生電力を二次電池２に充電する。
【００２４】
燃料電池３（燃料電池スタック）は、正極に酸化剤（正極活性物質）として空気中の酸素をコンプレッサ３２で供給し、負極に燃料（負極活性物質）として水素タンク３１から水素を供給することで、膜電極複合体に担持された触媒による酸化還元反応を生じさせ、電力を得るものであり、水素タンク３１のバルブやコンプレッサ３２などの補機類を作動させるための電力は二次電池２から供給される。
【００２５】
燃料電池３の起動時は、１）作動温度（６０℃〜８０℃程度）に比べて低温（−３０〜４５℃程度）であることによる低触媒活性、２）固体高分子膜内が低加湿状態であることによるイオン低電導性、３）停止中に正極側が空気に置換されることによる酸素過多、４）触媒表面の被毒物質被覆による触媒活性低下等の理由により、燃料電池３の出力が不安定となる。
【００２６】
そこで、起動直後から燃料電池３が定常運転状態になるまでの間、二次電池２を駆動用モータ５の電力源として用いることで、キーオン後、車両を即時に通常走行させることができるようにしている。二次電池２は、バッテリー管理ユニット（以下ＢＭＵ：Battery management unit）により、所定の使用範囲内（例えば、ＳＯＣ：３０〜７０％）で充放電するように制御されるが、燃料電池３の起動時には、上述の理由により、二次電池２のＳＯＣを使用上限に近い状態にしておくことが望ましい。
【００２７】
図２は、燃料電池３と二次電池２を併用する車両用電源システムにおけるＢＭＵ１を示すブロック図であり、ＢＭＵ１は、電流、電圧、温度データの記録、ＳＯＣ管理（ＳＯＣ推定アルゴリズム・テーブルデータ）、ＳＯＨ管理（ＳＯＨ推定アルゴリズム）、ＳＯＰ管理（ＳＯＰ推定アルゴリズム・テーブルデータ）、電流・電圧・温度上下限管理、セルバランス制御などを実行するプログラムを格納するＲＯＭ、演算処理を行うＣＰＵ、データ記録を行うメモリー、入出力インターフェースなどで構成され、電流センサ２１、電圧センサ２２、温度センサ２３を介して電流・電圧・電池温度を常時モニタし、安全な状態で使用できるように、基本ルーチンに従って二次電池２を管理しつつ、電力管理装置４からの入出力要求に応じて二次電池２の充放電制御を行う。
【００２８】
ＳＯＣ管理は、二次電池の充電率（ＳＯＣ＝残容量／電池容量）を電流積算値およびＯＣＶ−ＳＯＣ特性から推定する。電流センサ２１に測定される充放電時の電流積算値と初期残量の和を電池容量で除して得られるＳＯＣｉ（電流積算充電率）を用いて残量表示を行う。長時間の運用では積算電流の計測誤差が蓄積するので、所定待機時間後のキーオン時に無負荷かつ分極緩和状態で電圧センサ２２に測定される開回路電圧（ＯＣＶ）に基づきＯＣＶ−ＳＯＣ特性からＳＯＣｖ（開放電圧充電率）を算出し、ＳＯＣを補正する。なお、二次電池の劣化により電池容量が減少するため、ＳＯＣ管理にはＳＯＨの正確な推定と可及的高頻度のアップデートが不可欠である。
【００２９】
二次電池２は、車両減速時には回生電力により充電されるが、急加速時や上り坂等では燃料電池３の出力をアシストするために放電するので、走行後にＳＯＣが高い状態にあるとは限らない。二次電池２のＳＯＣが低い状態で燃料電池３を起動すると、燃料電池３が定常状態になる前に二次電池２のＳＯＣが使用範囲を下回ってしまい、システム停止の恐れがある。
【００３０】
このような問題を回避するために、燃料電池車には、起動時における二次電池のＳＯＣを使用上限付近に維持するための「回復充電モード」が組み込まれている。回復充電モードでは、図４に示す充電シーケンスが、図示しない燃料電池車両のＥＣＵにより制御、実行されるが、二次電池のＳＯＣ管理部分はＢＭＵにより制御される。回復充電モードについては後述する。
【００３１】
ＳＯＨ管理は、二次電池２の健全度（ＳＯＨ＝劣化時の電池容量／初期の電池容量）を、後述のように、ＳＯＣｉ（電流積算充電率）とＳＯＣｖ（開放電圧充電率）に基づいて推定し、所定値以上あるか否か判定する。ＳＯＨが所定値未満の場合は劣化警報を出力し、二次電池の交換を促す。ＳＯＨは二次電池の劣化に伴う容量減少により新品時の１から徐々に低下していく。リチウムイオン二次電池の場合、充放電の繰り返しによるサイクル劣化や保管による貯蔵劣化が知られており、車両用電源としての用途ではＳＯＨは０.８以上とされ、０．８未満になると劣化警報が出されるように設定されている。
【００３２】
ＳＯＰ管理は、二次電池２の充放電可能電力（State of power：ＳＯＰ）を算出し、二次電池の充放電制御を最適化する。ＳＯＰは二次電池の内部抵抗に依存し、電池の内部抵抗は、ＳＯＨ・ＳＯＣ・温度で異なるため、これらをパラメータとしたＳＯＰマップ（テーブルデータ）を用意し、ＳＯＣ推定値・温度実測値をマップに当てはめてＳＯＰを算出する。したがって、ＳＯＰ管理にもＳＯＨの正確な推定と可及的高頻度のアップデートが不可欠である。
【００３３】
次に、本発明の主題である回復充電を利用したＳＯＨ推定について説明する。
【００３４】
回復充電は、電源システム（燃料電池車両）の使用後に次回使用に備えて、燃料電池３の発電電力を利用して、二次電池２を定電流制御または定電圧制御により目標充電率まで充電する。この充電制御は電力管理装置４の充電制御部４０によって行われるが、回復充電を利用したＳＯＨ推定アルゴリズム１０はＢＭＵ１に実装され、ＳＯＨ推定アルゴリズム１０によって目標充電率４１が設定または更新される。
【００３５】
図３は、電源システム（燃料電池車両）の運用に沿った二次電池の健全度推定プロセスを示すフローチャートであり、図５は、その間における二次電池の充電率変化を示すグラフである。本発明では、連続した２回の回復充電（１３０，２３０）における目標充電率（ＳＯＣ）を異なる値にすることで、その間の開放電圧充電率差（ΔＳＯＣｖ＝ＳＯＣｖ１−ＳＯＣｖ２）と電流積算充電率差（ΔＳＯＣｉ＝ＳＯＣｉ１−ＳＯＣｉ２）が有意な大きさの値になるようにして、ΔＳＯＣｖとΔＳＯＣｉの比からＳＯＨを算出する。
【００３６】
目標充電率差（ΔＳＯＣ）について、理論的には、ΔＳＯＣが０でない限りＳＯＨを算出可能であるが、ΔＳＯＣｖはＯＣＶ測定時の電圧測定誤差の影響を受け、ΔＳＯＣｉは電流積算時の電流測定誤差の影響を受けるため、ΔＳＯＣが小さいと、ΔＳＯＣｖとΔＳＯＣｉの比が誤差に埋もれてしまう虞がある。したがって、その観点からは目標充電率差（ΔＳＯＣ）は大きい方がよいが、二次電池２のＳＯＣは、電池の安全性確保と劣化抑制の観点から使用上限ＳＯＣが設定され、さらに、不意の過充電なども想定して適度なマージンも考慮される。加えて、そもそも回復充電の目的は、次回起動時のアシスト電力確保であるため、各回の目標充電率は可及的上限側にあることが望ましい。本実施例では、後述の実験から、前後２回の目標充電率（ＳＯＣ）を７０％および８０％、目標充電率差（ΔＳＯＣ）＝１０％としている。
【００３７】
開放電圧充電率（ＳＯＣｖ）の基になるＯＣＶ測定時期（１７０，２７０）について、既に述べたように、ＯＣＶ測定は、無負荷状態かつ分極緩和状態で行う必要があり、二次電池が分極緩和状態になるには、充放電終了後数十分〜数時間を要する。燃料電池車両では、キーＯＦＦ（１１０，２１０）後、システムチェック（１２０，２２０）を経て回復充電（１３０，２３０）モードに移行するので、回復充電が終了して完全停止（１４０，２４０）状態になってから次回キーＯＮ（１５０，２５０）までの待機時間（図５中の時刻ｔ１２〜ｔ２１区間、ｔ２２〜ｔ３１区間）が所定時間（数十分〜数時間）を経過した場合（１６０，２６０）が最適である。
【００３８】
回復充電後の所定時間は、二次電池の分極緩和時間に対応するが、電池の種類や充放電履歴、温度・ＳＯＣ・ＳＯＨによって異なるため、温度・ＳＯＣ・ＳＯＨ毎に緩和時間を求め、ＯＣＶ測定時の状態に応じて可変とするか、予想される条件における最長時間に設定する。例えば、ＳＯＣ７０％・ＳＯＨ１.０のリチウムイオン二次電池の例では、温度２５℃時の緩和時間：２３分に対して、−１０℃時の緩和時間は９０分となる。また、ＳＯＨ１.０・温度２５℃・ＳＯＣ７０％時の緩和時間：２３分に対して、ＳＯＨ０.９３時の緩和時間は６０分となる。車両運用時の目標充電率（例えば７０〜８０％）を基準に、想定される温度範囲０〜３５℃、ＳＯＨ範囲１.０〜０.８として緩和時間を概算することにより所定時間を設定してもよいし、上記電池使用条件において緩和時間が最長と予想されるＳＯＨ０.８・温度−１０℃時の緩和時間を基準に所定時間を設定してもよい。
【００３９】
回復充電モードは、図示しない燃料電池車両のＥＣＵにより、図４に示すような充電シーケンスに従って次のように実行される。充電シーケンスが開始されると（１３１）、ＢＭＵ１は前回の回復充電時に更新されかつ記憶された目標充電率が取得され（１３２）、現在のＳＯＣと比較される（１３３）。現在のＳＯＣが目標充電率より大きい場合は回復充電を行わず、充電シーケンスを終了する。現在のＳＯＣが目標充電率に満たない場合は、現在のＳＯＣと目標充電率の差に基づいて必要な充電量が算出され（１３４）、所定Ｃレートでの充電時間が算出され（１３５）、電力管理装置４により定電流制御にて回復充電が開始される（１３６）。そして充電が完了すると（１３７）、次回の回復充電のために目標充電率が更新され（１３８）、ＢＭＵ１のメモリーに記憶される。充電シーケンスが終了すると、システムの電源がＯＦＦになり完全停止状態となる（１３９）。
【００４０】
（目標充電率およびＳＯＨ推定精度を検証するための模擬充放電試験）
次に、種々の目標充電率の設定例に基づくＳＯＨ推定精度を検証するために、二次電池として３Ａｈ級リチウムイオン電池（定格容量２.９Ａｈ、東芝製）の劣化セル（ＳＯＨ：０.９３、満充電からの放電容量測定実測値）を用い、図５に示されるような走行（１００，２００）〜キーＯＦＦ（１１０，２１０）〜回復充電（１３０，２３０）〜完全停止（１４０，２４０）〜キーＯＮ（１５０，２５０）を模擬した充放電試験を以下のように実施した。
【００４１】
但し、二次電池は、温度２５℃の恒温槽内に設置し、２回の回復充電を行う代わりに、初期ＳＯＣを１回目の回復充電後に待機時間を経て測定した開放電圧充電率（ＳＯＣｖ１）およびそれに基づいて更新された電流積算充電率（ＳＯＣｉ１）として、キーＯＮ（１５０）から１回の走行（２００）を模擬した充放電を行い、その後、初期ＳＯＣ（＝ＳＯＣｖ１＝ＳＯＣｉ１）と有意な目標充電率差（ΔＳＯＣ：２、５、１０、１５％）のある目標充電率まで回復充電（２３０）を実施し、待機時間を経たのちＯＣＶ測定（２５０，２７０）を行い、初期ＳＯＣ（＝ＳＯＣｖ１＝ＳＯＣｉ１）と回復充電後のＳＯＣｖとＳＯＣｉ（図５におけるＳＯＣｖ２とＳＯＣｉ２）からΔＳＯＣ（＝初期ＳＯＣ−ＳＯＣｖ２）とΔＳＯＣｉ（＝初期ＳＯＣ−ＳＯＣｉ２）を求め、ΔＳＯＣＶとΔＳＯＣｉの比からＳＯＨを算出した。
【００４２】
回復充電条件を表１に示す。表１中、初期ＳＯＣは、図５中１回目のキーＯＮ時（１５０）におけるＳＯＣ（ＳＯＣｖ１、ＳＯＣｉ１）を模擬し、目標充電率は、図５中２回目のキーＯＮ時（２５０）におけるＳＯＣ（ＳＯＣｖ２、ＳＯＣｉ２）を模擬している。
【表１】
0006631297.tif 000002
【００４３】
（１）初期ＳＯＣ調整充放電
直前の充放電から３時間以上経過していることを確認の上、端子電圧を測定して、ＯＣＶ−ＳＯＣ法により現在のＳＯＣを求め、試験を実施する初期ＳＯＣ（７０、７２、７５、８０、８５％）とズレがある場合には、ＳＯＣ調整のための充放電を行った。
【００４４】
（２）ＳＯＣｖ１、ＳＯＣｉ１の取得
調整充放電後、３時間静置した後の端子電圧測定値をＯＣＶとし、ＯＣＶ−ＳＯＣ特性から開放電圧充電率ＳＯＣｖ１を求め、このＳＯＣｖ１に基づいて電流積算充電率の初期値（ＳＯＣｉ１＝ＳＯＣｖ１）を更新した（１８０）。
【００４５】
（３）車両走行模擬充放電
車両の走行を模擬し、１０Ｃ放電３秒、１０Ｃ充電３秒、１Ｃ放電３秒、１Ｃ充電３秒、１５Ｃ放電３秒、１５Ｃ充電３秒、２５Ｃ放電６秒、１５Ｃ充電３秒の基本パターンを１セットとして繰り返し、走行終了時のＳＯＣ目標値を５０％として充放電を行うとともに、充放電中の電流積算値を逐次記録した。
なお、１Ｃ（Ｃレート）は、ある定格容量の電池を定電流放電して１時間で放電終了となる場合の電流レート、電流値（Ａ）／電池容量（Ａｈ）である。
【００４６】
（４）静置
キーＯＦＦ（２１０）および回復充電前のシステムチェック（２２０）を想定し、１分間静置した。
【００４７】
（５）回復充電模擬充電
回復充電（２３０）を模擬し、１０Ｃレートで充電を行った。回復充電における目標充電率は表１に示したように初期ＳＯＣ±２、５、１０、１５％とした。なお、この間も電流積算値の逐次記録は継続される。
【００４８】
（６）ＳＯＣｖ２、ＳＯＣｉ２の取得
回復充電（２３０）後に一晩放置した後、キーＯＮ（２５０）することを想定し、回復充電後に所定時間（６時間）静置し、その後、ＯＣＶ測定（２７０）を実施し、ＯＣＶ−ＳＯＣ特性からＳＯＣｖ２を求めるとともに、上記（２）以降の電流積算値に基づいて電流積算充電率ＳＯＣｉ２を算出した（２８０）。
【００４９】
（７）ＳＯＨの算出
電流積算値を∫ｉ（ｔ）ｄｔとすると、ΔＳＯＣｉは次式１で表される。
ΔＳＯＣｉ＝ＳＯＣｉ１−ＳＯＣｉ２＝∫ｉ（ｔ）ｄｔ／ＦＣＣｉ  （式１）
電流積算値∫ｉ（ｔ）ｄｔを用いると、ΔＳＯＣｖは次式２で表される。
ΔＳＯＣｖ＝ＳＯＣｖ１−ＳＯＣｖ２＝∫ｉ（ｔ）ｄｔ／ＦＣＣ  （式２）
したがって、ＳＯＨ推定値は次式３により算出される（２８２）。
ＳＯＨ＝ΔＳＯＣｉ／ΔＳＯＣｖ
＝［｛∫ｉ（ｔ）ｄｔ｝／ＦＣＣｉ］／［｛∫ｉ（ｔ）ｄｔ｝／ＦＣＣ］  （式３）
【００５０】
（８）試験結果
満充電からの完全放電によって事前に求めたＳＯＨ実測値（＝０．９２）と、上式１〜３により求めたＳＯＨ推定値との差、ΔＳＯＨを算出した結果を表２に示す。この結果から、目標充電率の差ΔＳＯＣが満充電を１００％として１０％以上であれば、実測値と同等のＳＯＨ推定値が得られることが分かる。
【表２】
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【００５１】
また、全体的に、初期ＳＯＣより目標充電率が高い場合、すなわち、前後２回の回復充電における２回目の目標充電率が高くなる場合の方が僅かに良好な結果を示しているが、ΔＳＯＣが１０％以上では２回目の目標充電率が相対的に低くなる場合にも十分に実用的な結果となっており、図３、図５に示すような運用において、高低２つの目標充電率を交互に設定する継続的な運用が可能であることを示している。
【００５２】
（取得されたＳＯＨ推定値のＢＭＵ内パラメータへの反映）
以上のプロセスを通して取得されたＳＯＨ推定値に基づいて、図２に示すＢＭＵ１のＳＯＨが更新され（２８４）、さらに所定値（例えば０．８）と比較され、所定値未満の場合はバッテリー劣化警報が出力され（２８６）、電池点検・交換を促す。さらに、取得されたＳＯＨに基づいて、ＦＣＣ値、ＳＯＣ算出のためのＯＣＶ−ＳＯＣ特性（ルックアップテーブル）、電力管理装置４の充放電制御に利用されるＳＯＰ算出用マップがアップデートされる。また、ＯＣＶ測定のための待機時間が可変の使用では、ＳＯＨに基づいて待機時間の基礎パラメータが更新される。
【００５３】
上記実施形態では、二次電池２が回復充電後に所定時間が経過することをもって分極緩和状態にあると判断する場合を示したが、ＢＭＵ１に定常状態判定手段１３を実装し、二次電池２が定常状態にあることを実際に検知してＯＣＶ測定に移行するように構成することもできる。
【００５４】
このような定常状態判定手段１３としては、二次電池の分極緩和時間を温度、ＳＯＣ、ＳＯＨ等をパラメータとして予めマップ（ルックアップテーブル）を作成しておき、判定時の状況から分極緩和時間を推定する態様や、端子電圧（ＯＣＶ）の単位時間当たりの変化が所定以下になった場合に定常状態であると判定する（その際のＯＣＶを採用する）態様で実施可能である。
【００５５】
また、二次電池２に対して分極緩和時間短縮処理を実施することで強制的に分極を緩和させ、ＯＣＶ測定に移行するように構成することもできる。このような分極緩和時間短縮処理としては、例えば、二次電池に対して、ごく短い時間（２〜３秒）の単発放電と単発充電を連続して実施し、充電状態で電流を遮断し、開回路状態とする構成にて実施可能である。
【００５６】
以上、本発明の実施の形態について述べたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいてさらに各種の変形および変更が可能である。
【００５７】
例えば、上記実施形態では、本発明を、燃料電池と二次電池を併用する電源システムを搭載した燃料電池車両（ＨＥＶ）に実施する場合について述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、電動車両（ＥＶ）はもちろん、自動車、二輪車、電動船外機などの移動体の電源システム、さらには、燃料電池と二次電池を併用する家庭用電源・緊急電源のための電源システムとしても実施可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１  ＢＭＵ（バッテリー管理ユニット）
２  二次電池
３  燃料電池
４  電力管理装置
５  モータ
１０  ＳＯＨ推定
１１  電流積算充電率
１２  開放電圧充電率
１３  定常状態判定
２１  電流センサ
２２  電圧センサ
２３  温度センサ
４０  充放電制御
４１  目標充電率
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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