JP2019102136A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】電流センサの動作周波数帯域を超過するような、燃料電池に対するインピーダンス計測用の交流信号が出力されても、燃料電池と接続されたリチウムイオン二次電池に対する、適切な充電電力制限値の設定を可能とする。【解決手段】ＦＤＣ１４は、リチウムイオン二次電池１２及び燃料電池１０との間に接続され、燃料電池１０の出力電圧を昇圧する。ＦＤＣ−ＥＣＵ２０は、燃料電池１０に対するインピーダンス計測時に、ＦＤＣ１４への操作信号として昇圧信号に交流信号を重畳させる。Ｂａｔ電流センサ３２は、リチウムイオン二次電池１２への流出入電流を計測する。Ｂａｔ−ＥＣＵ１８は、Ｂａｔ電流センサ３２による計測電流値Ｉｂに基づきリチウムイオン二次電池１２が充電中である場合に、計測電流値Ｉｂに、交流信号に基づく電流リプルの振幅の半値Ａ＿ｈｉｇｈ＿ｋ／２またはＡ＿ｌｏｗ＿ｋ／２を嵩増しした値を用いて、リチウムイオン二次電池１２への充電電力制限値Ｗｉｎを算出する。【選択図】図１

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池を含む燃料電池システムに関する。

水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池では、燃料電池内部の電解質膜の湿潤度に応じて内部抵抗が変化することが知られている。例えば電解質膜が乾燥すると内部抵抗が増加する。また、燃料電池内の水分量が過剰であると、燃料電池の電極が水分で覆われてしまうため、反応物質である酸素、水素の拡散が阻害され（拡散抵抗が増加し）、その結果、出力電圧が低下する。

このように、燃料電池を高効率で運転させる上で、その内部の水分管理が重要となる。燃料電池の内部水分量と燃料電池の複素インピーダンスとの間には相関関係があることが知られており、この複素インピーダンスを計測することで、間接的に燃料電池の内部水分量を把握する、交流インピーダンス法と呼ばれる計測法が従来から用いられている。

例えば特許文献１のように、燃料電池を搭載する燃料電池車等においては、燃料電池の出力電圧を昇圧させるＤＣ／ＤＣコンバータが設けられる。交流インピーダンス法の実施に当たり、昇圧信号にインピーダンス測定のための交流信号を重畳させ、当該重畳信号に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子を駆動させる。さらにこれにより得られた交流電圧及び交流電流から、燃料電池の複素インピーダンスが計測可能となる。

特開２０１５−８８２３８号公報

ところで、ＤＣ／ＤＣコンバータによって昇圧された電力は、回転電機等の負荷や二次電池に送られる。二次電池は例えば燃料電池の出力補助や回生電力の受入れ先等の目的で設けられる。

この二次電池がリチウムイオン二次電池である場合、大電流によるいわゆる高レート充電等を行うとリチウムが析出することが知られている。例えば燃料電池からＤＣ／ＤＣコンバータを経由してリチウムイオン二次電池に供給される電流に、インピーダンス計測に基づく電流リプルが含まれると、その極値（ピーク値）において電力制限値を超過してリチウム析出に至るおそれがある。

そこで例えばリチウムイオン二次電池への流出入電流を電流センサで計測し、計測された電流値のうちそのピーク値に基づいて、リチウムイオン二次電池への充電電力制限値を定め、リチウム析出等の劣化を抑制することが考えられる。

しかしながら、電流センサの仕様によっては、インピーダンス計測用に出力される交流信号の周波数が、予め定められた電流センサの動作周波数帯域を超過する場合がある。このような場合、電流リプルに起因するピーク値の検出が困難となり、その結果、適切な充電電力制限値の設定が困難となるおそれがある。

本発明は、リチウムイオン電池を含む燃料電池システムに関する。当該燃料電池システムは、ＤＣ／ＤＣコンバータ、コンバータ制御部、電流センサ、及び二次電池制御部を備える。ＤＣ／ＤＣコンバータは、リチウムイオン二次電池及び燃料電池との間に接続され、燃料電池の出力電圧を昇圧する。コンバータ制御部は、燃料電池に対するインピーダンス計測時に、ＤＣ／ＤＣコンバータへの操作信号として昇圧信号に交流信号を重畳させる。電流センサは、リチウムイオン二次電池への流出入電流を計測する。二次電池制御部は、電流センサによる計測電流値に基づきリチウムイオン二次電池が充電中である場合に、計測電流値に、交流信号に基づく電流リプルの振幅の半値を嵩増しした値を用いて、リチウムイオン二次電池への充電電力制限値を算出する。

本発明によれば、電流センサの動作周波数帯域を超過するような、インピーダンス計測用の交流信号が出力されても、リチウムイオン二次電池への適切な充電電力制限値の設定が可能となる。

本実施形態に係る燃料電池システムの全体構成を例示するブロック図である。 インピーダンス計測用交流信号マップを例示する図である。 本実施形態に掛かる充電電力制限値Ｗｉｎの算出プロセス（１／２）を説明する図である。 本実施形態に掛かる充電電力制限値Ｗｉｎの算出プロセス（２／２）を説明する図である。 二次電池制御部による充電電力制限値Ｗｉｎの算出フローを例示する図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。

＜全体構成＞
図１には、実施形態に係る燃料電池システムの全体構成が例示される。燃料電池システムは、燃料電池１０、リチウムイオン二次電池１２、燃料電池コンバータ１４（ＦＤＣ）、二次電池コンバータ１６（ＢＤＣ）、二次電池制御部１８（Ｂａｔ−ＥＣＵ）、ＦＤＣ制御部２０（ＦＤＣ−ＥＣＵ）、及びＢＤＣ制御部２２（ＢＤＣ−ＥＣＵ）を備える。

燃料電池１０は、複数の燃料電池セルが積層されたスタックで構成され、例えば燃料ガスとして水素ガスが陰極室に循環され、酸化ガスとして空気が陽極室に循環される。そして、陽極室と陰極室とを仕切る電解質膜を移動イオン（Ｈ^＋）が通過して、陽極、陰極において水素の酸化反応が進むことで電力が発生する。

燃料電池１０の出力端には、燃料電池１０の出力電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータである、燃料電池コンバータ１４（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ ＤＣ／ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ、以下適宜ＦＤＣと記載する）が設けられる。図１に示されているように、ＦＤＣ１４は燃料電池１０とリチウムイオン二次電池１２との間に接続される。

ＦＤＣ１４はＩＧＢＴ等の複数のスイッチング素子が設けられる。これらスイッチング素子のオン／オフ動作によって入力電圧（燃料電池１０から出力された直流電圧）が昇圧される。また後述するように、燃料電池１０のインピーダンス計測時には、スイッチング素子のオン／オフ動作により、昇圧された出力電圧に交流成分が含まれる。ＦＤＣ１４から出力された電力は、二次電池コンバータ１６を介してリチウムイオン二次電池１２に供給される。また、インバータ２４を介して、回転電機２６等の負荷に電力が供給される。

燃料電池１０には、その状態を計測するための各種センサが設けられている。具体的には、燃料電池１０への流出入電流Ｉｆを計測するＦＣ電流センサ２８及び燃料電池１０の両端電圧Ｖｆを計測するＦＣ電圧センサ３０が設けられる。ＦＣ電流センサ２８により計測された電流Ｉｆ及びＦＣ電圧センサ３０により計測された電圧Ｖｆは、ＦＤＣ制御部２０に送信される。

ＦＤＣ制御部２０（以下適宜、ＦＤＣ−ＥＣＵと記載する）は、ＦＤＣ１４の電力変換制御を行う。この電力変換制御には、昇圧制御と、後述するインピーダンス計測制御が含まれる。昇圧制御では、ＦＤＣ−ＥＣＵ２０はＦＤＣ１４に操作信号として昇圧信号を出力する。例えば所定の昇圧率（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）に応じて一周期当たりのオン期間及びオフ期間が定められたＰＷＭ信号が昇圧信号として、ＦＤＣ１４のスイッチング信号に送信される。

また後述するように、インピーダンス計測制御では、ＦＤＣ−ＥＣＵ２０は操作信号として、上述の昇圧信号にインピーダンス計測用の交流信号を重畳してその重畳信号をＦＤＣ１４のスイッチング信号に送信する。

ＦＤＣ−ＥＣＵ２０は例えばコンピュータから構成され、図示しないＣＰＵ等の演算部や、メモリ及びハードディスクドライブ等の記憶部を備える。記憶部には後述するインピーダンス計測を実行するためのプログラムが記憶されている。当該プログラムを演算部が実行することで、上記した演算部及び記憶部等のリソースが適宜割り当てられて、ＦＤＣ−ＥＣＵ２０には図１に示される機能部が生成される。この機能部はインピーダンス演算部２０Ａが含まれる。この機能については後述する。

リチウムイオン二次電池１２は、回転電機２６等の負荷に対して燃料電池１０と並列に接続される。リチウムイオン二次電池１２は、例えば燃料電池１０の出力補助や、回転電機２６からの回生電力の受入れ先として機能する。リチウムイオン二次電池１２は、リチウムイオン二次電池の単電池（セル）が複数積層されたスタックであってよい。

リチウムイオン二次電池１２の出力端には、二次電池コンバータ１６（Ｂａｔｔｅｒｙ ＤＣ／ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ、以下適宜ＢＤＣと記載する）が設けられる。ＢＤＣ１６はＦＤＣ１４と同様に、ＩＧＢＴ等の複数のスイッチング素子が設けられる。これらスイッチング素子のオン／オフ動作によって入力電圧（リチウムイオン二次電池１２から出力された直流電圧）が昇圧される。ＢＤＣ１６から出力された電力は、インバータ２４を介して、回転電機２６等の負荷に供給される。

リチウムイオン二次電池１２には、その状態を計測するための各種センサが設けられている。具体的には、リチウムイオン二次電池１２への流出入電流Ｉｂを計測するＢａｔ電流センサ３２及びリチウムイオン二次電池１２の両端電圧Ｖｂを計測するＢａｔ電圧センサ３４が設けられる。さらに、リチウムイオン二次電池１２の温度Ｔｂを計測するＢａｔ温度センサ３６が設けられる。

Ｂａｔ電流センサ３２により計測された電流Ｉｂ及びＢａｔ電圧センサ３４により計測された電圧Ｖｂは、ＢＤＣ１６のスイッチング素子のオン・オフ動作を制御するＢＤＣ制御部２２に送られる。ＢＤＣ制御部２２は、例えば受信した電圧Ｖｂと、図示しない統合制御部から受信した要求電圧に基づいて、ＢＤＣ１６における昇圧率を求める。さらにこれに基づいて、ＢＤＣ１６のスイッチング素子へのオン・オフ指令信号であるＰＷＭ信号を昇圧信号として生成する。

またリチウムイオン二次電池１２の電流Ｉｂ、電圧Ｖｂ、及び温度Ｔｂは二次電池制御部１８（以下適宜、Ｂａｔ−ＥＣＵと記載する）に送信される。Ｂａｔ−ＥＣＵ１８は、例えばコンピュータから構成され、図示しないＣＰＵ等の演算部や、メモリ及びハードディスクドライブ等の記憶部を備える。

記憶部には後述する充電電力制限値算出フローを実行するためのプログラムが記憶されている。当該プログラムを演算部が実行することで、上記した演算部及び記憶部等のリソースが適宜割り当てられて、図１に示される各機能部が生成される。すなわちＢａｔ−ＥＣＵ１８は、電流リプル振幅取得部１８Ａ、ＳＯＣ算出部１８Ｂ、Ｗｉｎ演算部１８Ｃ、内部抵抗マップ記憶部１８Ｄ、及びＯＣＶマップ記憶部１８Ｅを備える。これら各機能部の機能については後述する。

さらに、Ｂａｔ−ＥＣＵ１８及びＦＤＣ−ＥＣＵ２０は、インピーダンス計測用交流信号マップ記憶部３８（以下適宜、交流信号マップ記憶部と記載する）にアクセス可能となっている。交流信号マップ記憶部３８には図２に例示するインピーダンス計測用交流信号マップ（以下適宜、交流信号マップと記載する）が記憶される。交流信号マップ記憶部３８は、Ｂａｔ−ＥＣＵ１８及びＦＤＣ−ＥＣＵ２０とは切り離された外部の記憶部であってもよいし、Ｂａｔ−ＥＣＵ１８及びＦＤＣ−ＥＣＵ２０の少なくとも一方に設けられていてもよい。

＜インピーダンス計測＞
燃料電池１０に対するインピーダンス法は公知であることから、ここでは簡単に説明する。燃料電池１０はＮｅｓｔ型やＳｅｒｉｅｓ型と呼ばれる等価回路に置き換えることができる。これらの等価回路には、オーム抵抗（電解質膜の抵抗）、電荷移動抵抗、拡散現象に起因する抵抗等の各種抵抗成分と、電気二重層容量とを含む複素インピーダンスが構成される。

燃料電池１０に交流電力を供給し、そのときに求められたインピーダンスを複素平面状にプロットすると、当該プロットは交流電力の周波数の変化に応じて所定の軌跡を描く。この軌跡に基づいて、複素インピーダンスを構成する各種抵抗を求めることができる。

このように、インピーダンス計測に当たり、燃料電池１０に交流電力が供給される。交流電力の生成に当たり、ＦＤＣ１４が利用される。例えばＦＤＣ−ＥＣＵ２０は、ＦＤＣ１４に出力する信号として、燃料電池１０から出力される直流電圧を昇圧させる昇圧信号に、インピーダンス計測用の交流信号を重畳させる。

上述したように、インピーダンスの軌跡を得るには複数の周波数に亘って交流電力を燃料電池１０に与える必要がある。そこでＦＤＣ−ＥＣＵ２０のインピーダンス演算部２０Ａは、交流信号として、所定の高周波信号と低周波信号とを交互に切り替えて、昇圧信号に重畳させる。

図２には、交流信号マップ（インピーダンス計測用交流信号マップ）が例示されている。このマップには、高周波数ｆ＿ｈｉｇｈの信号Ｓ＿ｈｋ（ｋ＝１〜ｎ）と、低周波数ｆ＿ｌｏｗの信号Ｓ＿ｌｋ（ｋ＝１〜ｎ）が記憶されている。なお、これらの周波数ｆ＿ｈｉｇｈ，ｆ＿ｌｏｗは、インピーダンス計測のモニタリング間隔の短縮化のため（単位時間当たりのサンプリング点数を増やすため）、両者ともＦＣ電流センサ２８及びＢａｔ電流センサ３２に予め定められた動作周波数帯域を超過する。各交流信号Ｓ＿ｈｋ，Ｓ＿ｌｋはそれぞれ、ＦＤＣ１４のスイッチング素子の、一周期当たりのオン期間及びオフ期間を定めるＰＷＭ信号であってよい。

各交流信号Ｓ＿ｈｋ，Ｓ＿ｌｋの下段には、当該交流信号を出力した際の、電流リプルの振幅Ａ＿ｈｉｇｈ＿ｋ（ｋ＝１〜ｎ），Ａ＿ｌｏｗ＿ｋ（ｋ＝１〜ｎ）［Ａ］が記憶されている。つまり、交流信号マップには、それぞれ周波数は等しい（高周波数ｆ＿ｈｉｇｈ）が電流リプルの振幅が異なる交流信号Ｓ＿ｈ１〜Ｓ＿ｈｎと、それぞれ周波数は等しい（低周波数ｆ＿ｌｏｗ）が電流リプルの振幅が異なる交流信号Ｓ＿ｌ１〜Ｓ＿ｌｎが記憶されている。

電流リプルの振幅Ａ＿ｈｉｇｈ＿ｋ（ｋ＝１〜ｎ），Ａ＿ｌｏｗ＿ｋ（ｋ＝１〜ｎ）は、リチウムイオン二次電池１２の温度Ｔｂ（Ｔｂ＝Ｔ１〜Ｔｎ）別に設定される。図２の例ではＴｋ ＜ Ｔｋ＋１であり、表の右側ほど高温となっている。

一般的に、電流の受け手であるリチウムイオン二次電池１２の温度が変動しても、ＦＤＣ１４への入力電流が一定であり、ＦＤＣ１４のオン・オフタイミングを定める周波数も一定である場合には、電流リプル振幅Ａ＿ｈｉｇｈ＿ｋ，Ａ＿ｌｏｗ＿ｋは一定になると考えられる。しかしながら、後述するように、電流リプル振幅Ａ＿ｈｉｇｈ＿ｋ，Ａ＿ｌｏｗ＿ｋは充電電力制限値Ｗｉｎの算出に用いられることから、リチウムイオン二次電池１２のリチウム析出のおそれの高い温度域については、いわゆる安全率を掛けてもよい。

例えば上述したように、リチウムイオン二次電池１２が低温であるほど、リチウム析出のおそれが高くなる。したがって、電流リプルの振幅Ａ＿ｈｉｇｈ＿ｋ（ｋ＝１〜ｎ），Ａ＿ｌｏｗ＿ｋ（ｋ＝１〜ｎ）は、リチウムイオン二次電池１２の温度Ｔｂが低温であるほど、その値が大きくなるように定められる。つまりＡ＿ｈｉｇｈ＿ｋ ＞ Ａ＿ｈｉｇｈ＿ｋ＋１であり、Ａ＿ｌｏｗ＿ｋ ＞ Ａ＿ｌｏｗ＿ｋ＋１である。

インピーダンス計測に当たり、図３下段に示すように、ＦＤＣ−ＥＣＵ２０のインピーダンス演算部２０Ａは、ＦＤＣ１４に出力する交流信号の周波数を、周期的に高周波数ｆ＿ｈｉｇｈと低周波数ｆ＿ｌｏｗとに切り替える。この交流信号は、ＦＤＣ１４への操作信号である昇圧信号に重畳され、リチウムイオン二次電池１２に流れる電流は、図３上段の破線で示すような波形を示すようになる。

また、交流信号の周波数切り替えに当たり、ＦＤＣ−ＥＣＵ２０のインピーダンス演算部２０Ａは、図３下段に示すような周波数切り替え信号を出力する。この信号は、低周波数ｆ＿ｌｏｗが設定されていることを示す値Ｌｏｗと高周波数ｆ＿ｈｉｇｈが設定されていることを示す値Ｈｉｇｈの２値が時刻ｔに沿って周期的に切り替わる。

ここで、上述したように、交流信号の高周波数ｆ＿ｈｉｇｈと低周波数ｆ＿ｌｏｗはＢａｔ電流センサ３２の動作周波数帯から超過しているため、Ｂａｔ電流センサ３２による重畳信号波形の取得は困難となる。したがって例えば図３上段の太実線で示すように、Ｂａｔ電流センサ３２の計測値から交流信号成分が抜ける場合がある。このような場合に備えて、本実施形態では下記に説明するような充電電力制限値Ｗｉｎの算出を行う。

＜充電電力制限値の算出プロセス＞
図３〜図５を参照して、Ｂａｔ−ＥＣＵ１８による充電電力制限値Ｗｉｎの算出プロセスを説明する。Ｂａｔ−ＥＣＵ１８の電流リプル振幅取得部１８Ａは、ＦＤＣ−ＥＣＵ２０のインピーダンス演算部２０Ａから図３下段に示す周波数切り替え信号を常時受信する。（図５Ｓ１０）。また電流リプル振幅取得部１８Ａは、Ｂａｔ電流センサ３２からリチウムイオン二次電池１２への流出入電流の計測値Ｉｂを受信する。さらにＢａｔ温度センサ３６からリチウムイオン二次電池１２の温度Ｔｂを受信する。

また電流リプル振幅取得部１８Ａは、交流信号マップ記憶部３８を参照して、インピーダンス演算部２０Ａから受信した周波数切り替え信号（ＨｉｇｈまたはＬｏｗ）と、Ｂａｔ温度センサ３６から取得したリチウムイオン二次電池１２の温度Ｔｂとに該当する交流信号Ｓ＿ｈｋまたはＳ＿ｌｋを特定する。さらに特定された交流信号の電流リプル振幅Ａ＿ｈｉｇｈ＿ｋまたはＡ＿ｌｏｗ＿ｋを取得する（Ｓ１２）。取得した電流リプル振幅Ａ＿ｈｉｇｈ＿ｋまたはＡ＿ｌｏｗ＿ｋはＷｉｎ演算部１８Ｃに送られる。

さらに電流リプル振幅取得部１８Ａは、取得した電流Ｉｂの値から、リチウムイオン二次電池１２が充電中であるか否かを判定する（Ｓ１４）。例えばＢａｔ電流センサ３２の設定として、リチウムイオン二次電池１２の放電時を正、充電時を負とすると、電流Ｉｂが負のときに、リチウムイオン二次電池１２が充電中であると判定する。

リチウムイオン二次電池１２が充電中のとき、充電電力制限値演算部１８Ｃ（以下適宜、Ｗｉｎ演算部と記載する）は、リチウムイオン二次電池１２の温度Ｔｂ、ＳＯＣ、Ｂａｔ電流センサ３２による計測電流値Ｉｂ，及び電流リプル振幅Ａ＿ｈｉｇｈ＿ｋ，Ａ＿ｌｏｗ＿ｋに基づいて、充電電力制限値Ｗｉｎを算出する（Ｓ１８）。

充電電力制限値Ｗｉｎは、リチウムイオン二次電池１２の過充電を防止するとともにこれに伴うリチウムの析出等の劣化を防止するための制限値である。一般的に、充電電力制限値Ｗｉｎは、リチウムイオン二次電池１２に流れる電流Ｉ、リチウムイオン二次電池１２の開放端電圧（ＯＣＶ）、及びリチウムイオン二次電池１２の内部抵抗Ｒを用いて、下記数式（１）のように表すことができる。

ここで、上述したように、Ｂａｔ電流センサ３２が交流信号による電流リプルの計測が困難である場合、Ｂａｔ電流センサ３２による計測値Ｉｂ≠Ｉとなる。そこで計測値Ｉｂを補償するものとして、電流リプル振幅Ａ＿ｈｉｇｈ＿ｋ，Ａ＿ｌｏｗ＿ｋが用いられる。

Ｗｉｎ演算部１８Ｃは、ＳＯＣ算出部１８Ｂからリチウムイオン二次電池１２のＳＯＣを取得する。ＳＯＣ算出部１８Ｂでは例えばＢａｔ電流センサ３２から電流値Ｉｂが常時送られており、その積算値をもとにしてＳＯＣを求めている。さらにＷｉｎ演算部１８Ｃは、ＯＣＶマップ記憶部１８Ｅにアクセスし、ＳＯＣとＯＣＶとの対応関係が記憶されたＯＣＶマップを参照して、ＳＯＣ算出部１８Ｂから取得したＳＯＣに対応するＯＣＶを取得する。

またＷｉｎ演算部１８Ｃは、内部抵抗マップ記憶部１８Ｄにアクセスし、温度Ｔｂ及びＳＯＣと内部抵抗Ｒとの対応関係が記憶された内部抵抗マップを参照する。そして、Ｂａｔ温度センサ３６から取得した温度Ｔｂと、ＳＯＣ算出部１８Ｂから取得したＳＯＣに対応する内部抵抗Ｒを取得する。

さらにＷｉｎ演算部１８Ｃは、下記数式（２）により、数式（１）の電流Ｉを求め、求められた電流Ｉと数式（１）から、充電電力制限値Ｗｉｎを求める（Ｓ１８）。

数式（２）中、符号Ａは電流リプル振幅取得部１８Ａから取得した交流信号の電流リプルの振幅Ａ＿ｈｉｇｈ＿ｋまたはＡ＿ｌｏｗ＿ｋを示す。なお、電流Ｉｂと振幅Ａ＿ｈｉｇｈ＿ｋまたはＡ＿ｌｏｗ＿ｋの正負は等しいものとする。電流Ｉｂが正負の値を取ることから、数式（２）は下記数式（３）のように書き換えられてもよい。

このように本実施形態では、Ｂａｔ電流センサ３２の計測値Ｉｂに電流リプルの振幅Ａ＿ｈｉｇｈ＿ｋの半値またはＡ＿ｌｏｗ＿ｋの半値を加える（嵩増しする）ことで、Ｂａｔ電流センサ３２の計測困難な周波数帯の電流成分を、充電電力制限値Ｗｉｎに反映可能となる。

図５のステップＳ１６を参照して、リチウムイオン二次電池１２が充電中でない場合には、Ｗｉｎ演算部１８Ｃは、数式（１）の電流Ｉに電流センサ３２の計測値Ｉｂを代入して充電電力制限値Ｗｉｎを求める（Ｓ１６）。またはステップＳ１６に代わり、リチウムイオン二次電池１２が充電中でないときには、充電電力制限値Ｗｉｎの算出を省略してもよい。

このように本実施形態では、図４上段に例示するように、リチウムイオン二次電池１２の充電中に、Ｂａｔ電流センサ３２の計測値Ｉｂに補償値として電流リプルの振幅の半値Ａ＿ｈｉｇｈ＿ｋ／２またはＡ＿ｌｏｗ＿ｋ／２を加える。これにより、リチウムイオン二次電池１２に流れ込む実電流とＢａｔ電流センサ３２の計測値Ｉｂとの乖離が補償される。

図４下段には、充電電力制限値Ｗｉｎによる充電電力制限の例が示されている。横軸は時間、縦軸はリチウムイオン二次電池１２への入出力電力［Ｗ］を示す。充電電力制限値Ｗｉｎは図５のフローチャートに沿って所定のサイクルで更新される。

ここで、一般的に、リチウム析出は負極電位の低下に伴って発生する。負極電位は充電継続時間が長いほど低下する。また充電電流値が高いほどリチウム析出は発生しやすくなる。数式（１）ではこれらの性質が反映されている。ＳＯＣの状態によりＯＣＶ及び内部抵抗Ｒが変化するが、定性的に充電電力制限値Ｗｉｎは、充電継続時間が長いほど低くなる、つまり０に近い値を取る（絞られる）。また、充電電力制限値Ｗｉｎは、数式（１）における電流値Ｉの値が高いほど、低い値を取る（絞られる）。

したがって、充電電力制限値Ｗｉｎは、リチウムイオン二次電池１２の充電期間の経過に伴ってその値が絞られていく（０に近づく）。また充電時には、上述したように、Ｂａｔ電流センサ３２の計測値Ｉｂに電流リプルの振幅Ａ＿ｈｉｇｈ＿ｋまたはＡ＿ｌｏｗ＿ｋの半値を嵩増しした値を、数式（１）に代入される電流Ｉとして用いている。したがって、Ｂａｔ電流センサ３２の計測値Ｉｂのみを用いた充電電力制限値Ｗｉｎ０（破線で示す）よりも、充電電力制限値Ｗｉｎの減少率は高くなる（絞込みがきつくなる）。

特に図４下段の時刻ｔ１〜ｔ２に示されるように、充電電力制限値Ｗｉｎによりリチウムイオン二次電池１２への充電電力が絞られる。これによりリチウムイオン二次電池１２のリチウム析出が抑制される。

１０ 燃料電池、１２ リチウムイオン二次電池、１４ 燃料電池コンバータ（ＦＤＣ）、１６ 二次電池コンバータ（ＢＤＣ）、１８ 二次電池制御部（Ｂａｔ−ＥＣＵ）、１８Ａ 電流リプル振幅取得部、１８Ｂ ＳＯＣ算出部、１８Ｃ 充電電力制限値演算部（Ｗｉｎ演算部）、１８Ｄ 内部抵抗マップ記憶部、１８Ｅ ＯＣＶマップ記憶部、２０ ＦＤＣ制御部（ＦＤＣ−ＥＣＵ）、２０Ａ インピーダンス演算部、２２ ＢＤＣ制御部（ＢＤＣ−ＥＣＵ）、２４ インバータ、２６ 回転電機、２８ ＦＣ電流センサ、３０ ＦＣ電圧センサ、３２ Ｂａｔ電流センサ、３４ Ｂａｔ電圧センサ、３６ Ｂａｔ温度センサ、３８ インピーダンス計測用交流信号マップ記憶部。

Claims (1)

1. リチウムイオン二次電池を含む燃料電池システムであって、
   前記リチウムイオン二次電池及び燃料電池との間に接続され、前記燃料電池の出力電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記燃料電池に対するインピーダンス計測時に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータへの操作信号として昇圧信号に交流信号を重畳させるコンバータ制御部と、
   前記リチウムイオン二次電池への流出入電流を計測する電流センサと、
   前記電流センサによる計測電流値に基づき前記リチウムイオン二次電池が充電中である場合に、前記計測電流値に、前記交流信号に基づく電流リプルの振幅の半値を嵩増しした値を用いて、前記リチウムイオン二次電池への充電電力制限値を算出する、二次電池制御部と、
   を備える、燃料電池システム。