CN101512883B - 转换器控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种转换器控制装置。一种转换器装置(30)，在作为第一电源的二次电池(10)和作为第二电源的燃料电池(12)之间并列连接有三个转换器电路而构成。控制部(40)由PID控制来控制转换器装置(30)，包括如下构造：执行所需的电压转换的PID控制模块(42)；根据转换器装置(30)的通过电力来变更转换器装置(30)的驱动相数的驱动相数变更模块(44)；和在变更驱动相数时，切换PID控制的反馈增益的增益切换模块(46)。
Description
技术领域
本发明涉及一种转换器控制装置，特别是涉及如下的转换器控制装置：连接于第一电源和第二电源之间，包括将具有多个开关元件和电抗器并双方向进行电压转换的转换器多个并列连接的结构，根据转换器通过电力来变更所驱动的转换器相数。
背景技术
在使用燃料电池的电源系统中，为了应对超过燃料电池发电能力的负载变动等，设置使二次电池的输出升压或降压的电压转换器并与燃料电池的输出端子相连接而供给电力。在此，电压转换器是具有直流电压转换功能的转换器，也称作DC/DC转换器，例如使用由开关元件和电抗器构成的构造。并且，考虑到使开关元件的额定容量减小等，将多个转换器并列连接而使用。
例如，在日本特开2006-33934号公报中公开了下述内容：为了应对超过燃料电池充电能力的急剧的负载量变化，在燃料电池和蓄电池之间连接有以多相动作的电压转换器，预测负载量的变化而进行电压转换器的相数的变更、占空比的变更。并且，记载了如下内容：一般地，在具有多个相的电压转换器中，转换器中损失的损失电力根据与输入输出转换能量及动作作功量相对应的通过电力的值而变动，在通过电力较多时，相数较多的三相运转比单相运转损失小，在通过电力较少时，单相运转比三相运转损失小。即，进行了如下说明：三相桥式转换器的损失有：由电抗器的线圈损失的电抗器铜损、由开关元件的动作损失的模块损失、由电抗器的磁性体损失的电抗器铁损，电抗器铜损和模块损失随着通过电力增大而增大，单相运转比三相运转大，电抗器铁损几乎不依赖于通过电力，这是因为三相运转比单相运转大。并且，记载了如下内容：在通过电力较少的区域为单相运转，通过电力较大的区域为三相运转，在从三相运转变更为单相运转时电压转换的交流电流的有效值变动，由此在PID控制中电压、电流、电力暂时变动，从而使占空比暂时上升，补偿电力不足。
另外，在日本特开2003-235252号公报中公开了使在逆变器和蓄电池之间设置多个DC/DC转换器时的转换效率最大化的方法。在此，记载了在多个DC/DC转换器中，作为将一个DC/DC转换器作为主DC/DC转换器的主从型DC/DC转换器，将主DC/DC转换器的输入电力或输出电力作为参考电力，确定包含主DC/DC转换器在内的动作的DC/DC转换器的个数，接着在不超过蓄电池的最大容许充电电压及最大容许充电电流的范围内增减该主从型DC/DC转换器的输出电压并计算该转换效率，调整输出电压以使其与最大转换效率几乎一致。另外，DC/DC转换器的转换效率存在一次侧的开关损失和由二次侧的整流二极管的正向的电压下降引起的损失，高输入电力时一次侧的损失增大，低输入电力时一次侧的损失减少，二次侧的损失变为主要损失。
在日本特开2003-111384号公报中公开了在用多个并列连接的DC/DC转换器转换主电源的电力的电压并供给辅助蓄电池的情况下，特定的DC/DC转换器的使用频率不会提高的方法。在此，记载了下述内容：使多个DC/DC转换器的各起动顺序按照预定的规定顺序变化，所谓预定的规定顺序是测定各DC/DC转换器的电压-电流特性，并根据其内容来设定的顺序等。
这样，在将多个转换器并列连接而使用的结构中，根据该通过电力来进行变更所驱动的转换器相数的控制。另外，为了进行电压转换以实现所需的升压或降压，通过控制开关的占空比来执行。关于该控制，采用相对于占空比指令值反馈实际动作的占空比实测值以抑制其偏差的反馈控制等。
然而，存在如下情况：变更了用于电压转换的转换器相数后，该反馈回路的状态变化，在该状态下有时并不一定达到最佳的反馈控制。
本发明的目的在于提供一种转换器控制装置，其根据负载变更转换器的驱动相数来进行电压转换时，可进行与其驱动相数相适的反馈控制。
发明内容
本发明的转换器控制装置连接于第一电源和第二电源之间，包括将具有多个开关元件和电抗器并双方向进行电压转换的转换器多个并列连接的结构，根据转换器通过电力来变更所驱动的转换器相数，其特征在于，具有：控制部，相对于为了进行电压转换而给予多个开关元件的占空比指令值，反馈实际动作的占空比实测值以抑制其偏差；存储单元，预先求出并存储反馈控制的增益和驱动相数之间的关系；和增益切换单元，在根据转换器通过电力来变更驱动相数时，将反馈控制的增益切换为与变更目标的驱动相数相对应的增益。
另外，在本发明的转换器控制装置中，优选增益切换单元具有判断驱动相数的单元，在通过驱动相数的判断确认变更了驱动相数后，切换增益。
另外，在本发明的转换器控制装置中，优选存储单元分别存储基于反馈控制的响应性及控制性对于每个驱动相数求出的反馈控制的增益的值。
另外，在本发明的转换器控制装置中，优选反馈控制为PID控制，存储单元预先求出并存储PID控制的增益和驱动相数之间的关系，增益切换单元将PID控制的各增益分别切换为与变更目标的驱动相数相对应的各增益。
根据上述构成，转换器控制装置预先求出并存储用于转换器的电压转换的反馈控制中所使用的增益和驱动相数之间的关系，在变更转换器的驱动相数时，将反馈控制的增益切换为与变更目标的驱动相数相对应的增益。由此，根据负载变更转换器的驱动相数时，能够执行与其驱动相数相适的反馈控制。
另外，判断驱动相数，在确认变更了驱动相数后，切换增益，因此能够可靠地执行与其驱动相数相适的反馈控制。
另外，存储单元分别存储基于反馈控制的响应性及控制性对于每个驱动相数求出的反馈控制的增益的值，因此能够执行与各驱动相数相适的反馈控制。
另外，反馈控制为PID控制时，预先求出并存储PID控制的增益和驱动相数之间的关系，将PID控制的增益分别切换为与变更目标的驱动相数相对应的各增益，因此根据负载变更转换器的驱动相数时，能够通过与其驱动相数相适的PID控制进行电压转换。
附图说明
图1是表示包括本发明的实施方式的转换器控制装置的车辆用电源系统的结构的图。
图2是本发明的实施方式的转换器控制装置的PID控制电路的框图。
图3是在本发明的实施方式的转换器控制装置中说明PID控制方式产生的作用的时间图。
图4是在本发明的实施方式中以转换器装置的驱动相数作为参数来示意性地说明通过转换器装置的电力和转换器装置的损失之间的关系的图。
图5是在本发明的实施方式中根据转换器装置的驱动相数以一览表形式表示与其驱动相数相适的PID控制的各控制增益的图。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的实施方式进行详细说明。以下，作为适用转换器控制装置的电源系统，说明了与车辆的驱动用马达/发电机相连接的车辆搭载用电源系统，但是也可以是适用于车辆用电源系统以外的电源系统的转换器控制装置。例如，也可以是固定在建筑物内的电源系统等。另外，作为适用转换器控制装置的电源系统，对第一电源为镍氢型二次电池、第二电源为固体高分子膜型燃料电池的情况进行了说明，但是也可以是除此以外的其他种类的电源。例如，作为二次电池，可以为锂离子型电池；作为燃料电池可以为固体电解质型以外的电池。另外，以下作为转换器装置，对将三个转换器电路并列连接的结构进行了说明，但是转换器装置的转换器电路的数量也可以是三以外的多个。另外，以下对由PID控制而控制驱动占空比来执行所需的电压转换进行了说明，但是根据情况，也可以仅由P控制或PI等控制来执行电压转换。
图1是表示包含转换器控制装置20的车辆用电源系统的结构的图。在此，作为与车辆用马达/发电机16相连接的电源系统，表示了作为第一电源的二次电池10、作为第二电源的燃料电池12以及设置于它们之间的转换器装置30。转换器装置30的动作由控制部40控制。因此，转换器控制装置20包含转换器装置30和控制部40而成。
该电源系统经由逆变器14与马达/发电机16相连接。逆变器14将上述电源系统的直流电力转换为三相交流电力而供给马达/发电机16，以作为车辆的驱动源而发挥作用；另外，具有在车辆制动时将由马达/发电机16回收的再生能量转换为直流电力，并作为充电电力供给上述电源系统的功能。
二次电池10是将组合多个锂离子单电池而构成的、具有所需的高电压、可充放电的高压电源组件。例如，能够将从200V到400V左右的高电压供给到正极母线和负极母线之间。
燃料电池12对多个燃料电池进行组合，以取得所需的高电压的发电电力的方式构成的一种的组电池，被称为燃料电池组。在此，各燃料电池单体电池向阳极侧供给作为燃料气体的氢，向阴极侧供给作为氧化气体的空气，具有由通过作为固体高分子膜的电解质膜的电化学反应取得必要的电力的功能。燃料电池12例如能够将从200V到400V左右的高电压供给正极母线和负极母线之间。
转换器装置30是包含多个转换器电路的装置。转换器电路是具有如下功能的直流电压转换电路：在作为第一电源的二次电池10和作为第二电源的燃料电池12之间进行电压转换。使用多个转换器电路是为了：不增大构成转换器电路的电子元件的额定容量即可应对较大的负载。在图1的例子中，将三个转换器电路并列连接而构成一个转换器装置30。例如，三个转换器电路相互分别相差120°相位，进行所谓的三相驱动，从而能够使各转换器电路的负载变小。
转换器装置30例如具有如下功能：在燃料电池12的发电能力不能应对马达-发电机16等的负载变动时等情况下，对二次电池10的电力进行电压转换后供给燃料电池12一侧，并且作为电源系统的整体来应对马达-发电机16等负载。
构成转换器装置30的转换器电路由如下结构构成：包含设于第一电源侧的多个开关元件和多个整流器的一次侧开关电路；包含同样地设于第二电源侧的多个开关元件及多个整流器的二次侧开关电路；以及设于一次侧开关电路和二次侧开关电路之间的电抗器。
一次侧开关电路能够由在高压线的正极母线和负极母线之间串联连接的两个开关元件和分别与各开关元件并列连接的两个整流器构成。有时将与正极母线侧连接的开关元件等称为上侧臂，将与负极母线侧连接的开关元件等称为下侧臂。二次侧开关电路也可以为同样的结构。作为开关元件，可以使用例如IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor：绝缘栅双极型晶体管)等的高电压大功率用开关元件，可以使用大功率用二极管作为整流器。
电抗器是具有能够蓄积或放出磁能的功能的元件，使用空心线圈或具有铁心的线圈。电抗器以将一次侧开关电路的两个开关元件的连接点和二次侧开关电路的两个开关元件的连接点相连接的方式设置。
对于构成一次侧开关电路的上侧臂和下侧臂及构成二次侧开关电路的上侧臂和下侧臂，转换器电路能够分别在适当的时间内进行开/关控制，从而将第一电源侧的电力转换为交流能量并暂时蓄积在电抗器中作为磁能，将所蓄积的该磁能再次转换为交流能量并作为电力供给第二电源侧。通过变更该开关的开/关比，即变更占空比，可以使第一电源侧的电压升高并供给第二电源侧，或者也可以使第一电源侧的电压降低并供给第二电源侧。同样地，可以在对第二电源侧的电力进行电压转换并供给第一电源侧。
控制部40与转换器装置30一起构成转换器控制装置20，具体而言，具有根据负载控制转换器装置30的电压转换动作的功能。控制部40能够由车辆搭载用的计算机构成。控制部40也可以由独立的计算机构成，但是也能够使其他的车载用计算机具有控制部40的功能。例如，当在车辆上设置了混合CPU等时，能够使混合CPU具有控制部40的功能。
控制部40由PID控制来控制转换器装置30，包括：执行所需的电压转换的PID控制模块42；根据转换器装置30的通过电力变更转换器装置30的驱动相数的驱动相数变更模块44；和在变更驱动相数时，切换PID控制的反馈增益的增益切换模块46。这些功能可由软件实现，具体而言，能够通过执行对应的转换器控制程序而实现。另外，也可以通过硬件实现这些功能的一部分。
控制部40的PID控制模块42具有如下功能：由PID控制方式对构成转换器装置30的各开关元件的开/关的定时和开/关的占空比等进行控制，并在二次电池10和燃料电池12之间执行所需的电压转换。例如，能够通过增大占空比来使二次电池10的电压升高而供给燃料电池12一侧，通过减小占空比来使二次电池10的电压降低而供给燃料电池12一侧。并且，执行如下控制：相对于所指示的占空比，反馈实际动作的占空比，使用PID控制方式抑制所指示的占空比和实际动作的占空比之间的偏差。
图2是使用PID控制方式执行电压转换控制的PID控制电路58的框图。在以下的说明中，对于各要素使用在图1中说明的标号。在此，用Vref(60)表示占空比指令值，用Vraw(66)表示实际动作的占空比，表示基于Vraw(66)的反馈和也考虑了二次电池10的输出电压的前馈而生成向转换器装置30的输出90的情况。该框图如Vref(60)、Vraw(66)所示是以电压为基准进行表示的，这是因为控制电路的构成以电压为基准便于考虑，实际占空比为时间比或简单的数字数值。另外，图2是构成转换器装置30的三个转换器电路中的一个转换器电路的框图，其他的转换器电路的简图也是同样的内容。
图2中，Vref(60)是构成转换器装置30的开关元件的开/关指令值，具体而言是占空比的指令值。所谓占空比是指开时间相对于开时间与关时间之和的比例，例如，设每隔100μsec反复进行开/关控制，开时间为40μsec、关时间为60μsec时，占空比为40/(40+60)＝0.4。Vref(60)是将该占空比＝0.4换算为适当的电压值的数据的值。占空比指令值Vref(60)根据从燃料电池12和二次电池10的状态升压或降压到何种程度来决定。例如，能够以所需负载量、此时的燃料电池12的发电能力、二次电池10的充电状态等作为输入，使用预先确定的关系式或映射图等，求出与应电压转换的升压或降压相对应的占空比。
限制器62是限制上下限以防止Vref(60)变得过大的限制电路。一次延迟要素64是具有除去限制器62的输出噪声等功能的滤波器。
减法器68具有从一次延迟要素64的输出减去Vraw(66)的值的功能。Vraw(66)是在转换器装置30中实际动作的状态的占空比。Vraw(66)可以使用从构成转换器装置30的开关元件的实际开/关波形等获得的值。利用减法器68的功能，能够相对于占空比指令值反馈实际的占空比，并输出它们之间的偏差。
从减法器68输出的占空比的偏差被输入到PID运算部69。PID运算部69包括如下要素而构成：比例运算要素70，具有用于执行比例控制的比例控制增益Kp，该比例控制用于抑制偏差；积分运算要素74，具有用于通过积分处理来抑制在比例控制中不能抑制的要素的积分器72及积分控制增益KI；以及微分运算要素78，具有用于通过微分处理来抑制在比例控制中不能抑制的要素的微分器76及微分控制增益Kd。
这样，PID运算部69包括比例控制增益KP、积分控制增益KI以及微分控制增益Kd。这些控制增益，可以对于实际的转换器装置30执行PID控制，并基于此时的响应性及控制性而通过实验方式来决定。
比例控制、积分控制、微分控制的各结果由加法器80进行加法运算。这样，使用PID控制方式进行校正以抑制偏差，将校正后的开/关数据输出到加法器80。
前馈项82是将从上述的指令值Vref和二次电池10的输出电压用预定的计算式求得的值反映到占空比的前馈量。加法器84具有将该前馈项加到PID控制后的加法器80的输出上的功能。限制器86是限制上下限以防止加法器84的输出过大的限制电路。各相平衡处理88具有进行如下处理的功能：与其他驱动相的转换器电路的结果一起，同时取得三个驱动相之间的占空比平衡。各相平衡处理88的结果是：作为对应于构成转换器装置的各转换器电路的开关元件的开/关信号，输出到转换器装置30(参照输出90)。
具有该框图的内容的PID控制电路58可以由模拟电路或数字电路来实现。另外，可以使一部分由数字电路构成，一部分由模拟电路构成。
图3是说明PID控制方式的作用的时间图。这些图中，横轴为时间，纵轴为电压，时间轴的原点相同。图3(a)、图3(b)是表示假设不执行PID控制时的Vref和Vraw的关系的图。即，作为转换器装置30的开关元件的开/关信号的指令，指示了Vref后，在转换器装置30实际动作时变为Vraw。即，即使指示了Vref，也会产生延迟，占空比本身变化。由此，在由Vref指示的占空比和作为转换器装置30实际动作时的占空比Vraw之间产生偏差。例如，产生如下情况：如图3(a)所示，由Vref指示的占空比＝0.6，但是在实际的Vraw中，则如图3(b)所示，占空比＝0.4。
其原因为：从算出Vref而输出的控制电路、到转换器装置30的开关元件为止，存在较多的延迟要素等。例如，Vref算出电路的输出经由光耦合器被提供给图2中说明的PID控制电路58，PID控制电路58的输出(90)经由光耦合器被提供给转换器装置30的各开关元件，因此存在伴随该光耦合器信号的收发而产生的延迟及波形的失真等。另外，设定延迟以使构成转换器装置30的上臂和下臂不同时打开，也作为一个原因起作用。另外，在转换器装置30内也存在延迟。
PID控制具有抑制作为由Vref指示的占空比和实际动作的Vraw的占空比之间的差即偏差的功能。图3(c)表示执行PID控制时的输出，即表示指示给转换器装置的开/关信号。该信号相当于图2中说明的输出90。与作为原来的占空比指令的Vref的信号波形相比，该信号波形的打开时间被延长校正了Δ。其校正量Δ是基于PID控制的校正项，其大小形成为：在该输出被输入到转换器装置30时，构成转换器装置30的开关元件的实际动作时的占空比与原来的由Vref指令的占空比相同。在图3(d)中，表示开关元件相对于校正后的输出的动作占空比，即Vraw。该Vraw的占空比与原来的由Vref指示的占空比＝0.6大致相同。
这样，能够相对于所指示的占空比，对实际动作的占空比进行反馈，使用PID控制方式抑制所指示的占空比和实际动作的占空比之间的偏差。
再次返回图1，控制部40的驱动相数变更模块44具有如下功能：根据通过转换器装置30的电力，对构成转换器装置30的三个转换器电路变更驱动的数量。通过转换器装置30的电力，例如，能够通过使用映射图等运算求出。举一个例子，从二次电池10的输出电压和输出电流的测定值求出二次电池10向转换器装置30输出的电力，从其中减去负载损失，将其与转换器装置30的转换效率相乘，从而能够计算求出转换器装置30的通过电力。另外，转换器装置30的通过电力是通过构成转换器装置30的电抗器的电力，因此也可以在电抗器中设置适当的电流检测传感器来检测出流过电抗器的电流，并基于此检测数据求出转换器装置30的通过电力。
图4是以转换器装置30的驱动相数为参数示意性地说明通过转换器装置30的电力和转换器装置30的损失之间的关系的图。在图4中，横轴为转换器通过电力，纵轴为转换器装置30的损失。关于转换器通过电力的符号，将电流从二次电池侧向燃料电池侧流动时设为“+”，将电流从燃料电池侧向二次电池侧流动时设为“-”。在此，表示在转换器装置30中，仅驱动一个转换器电路的单相驱动时的损失特性曲线51、驱动两个转换器电路的二相驱动时的损失特性曲线52、驱动三个转换器电路的三相驱动时的损失特性曲线53。
同样地，如上述日本特开2006-33934号公报所述，使用开关元件和电抗器的转换器装置的损失包括：由电抗器的线圈损失的电抗器铜损、由开关元件的动作损失的模块损失、由电抗器磁性体损失的电抗器铁损。并且，电抗器铜损和模块损失随着通过电力增大而增大，单相运转比三相运转大；电抗器铁损几乎不依赖于通过电力，三相运转比单相运转大。在图4中，表示了该情况。即，在通过电力较小、且处于A范围内时，单相驱动的损失特性曲线51的损失最小。接着通过电流增加，当处于B范围内时，二相驱动的损失特性曲线52的损失最小。通过电力进一步增加，当处于C范围内时，三相驱动的损失特性曲线53的损失最小。
基于图4的结果，控制部40的驱动相数变更模块44，根据转换器装置30的通过电力，在通过电力处于A范围内时指示单相驱动，在通过电力处于B范围内时指示二相驱动，在通过电力处于C范围内时指示三相驱动。
在此，单相驱动时的损失特性曲线51和二相驱动时的损失特性曲线52的交点是A范围和B范围的分叉点，二相驱动时的损失特性曲线52和三相驱动时的损失特性曲线53的交点是B范围和C范围的分叉点。可以预先求出各损失特性曲线，因此可以分别设定以下值：作为A范围和B范围的分叉点的单相驱动-二相驱动变更的通过电力的值；作为B范围和C范围的分叉点的二相驱动-三相驱动变更的通过电力的值。如果设前者的绝对值为单相-二相变更阈值P12，后者的绝对值为二相-三相变更阈值P23，则在求出转换器装置30的通过电力的绝对值P、且P≤P12时可以指示单相驱动，在P12＜P＜P23时可以指示二相驱动，在P≥P23时可以指示三相驱动。
再次返回图1，控制部40的增益切换模块46具有在变更驱动相数时切换PID控制的反馈增益的功能。如上所述，在PID控制方式中，包含比例控制增益KP、积分控制增益KI、微分控制增益Kd，可以通过对实际的转换器装置30执行PID控制并基于此时的响应性和控制性而以实验方式来确定这些控制增益。因此，变更转换器装置30的驱动相数后，PID控制的对象的结构被变更，因此与其结构相适的控制增益改变。
图5是对应转换器装置30的驱动相数以一览表来表示与其驱动相数相适的PID控制的各控制增益的图。这样，变更驱动相数后，比例控制增益KP、积分控制增益KI、微分控制增益Kd各自的最佳值不同。如上所述，各驱动相数的各控制增益的最佳值，可以通过实际地针对三相驱动、二相驱动、单相驱动的情况执行PID控制，基于此时的响应性和控制性而以实验方式确定。优选将这样预先求出的各控制增益的最佳值以驱动相数作为检索关键词而存储在适当的存储装置中，在驱动相数发生变更时读出而加以利用。作为存储装置，可以使用适当的半导体存储器等，例如可以使用具有控制部40的存储器。
再次返回到图1，控制部40的增益切换模块46具有在根据转换器通过电力变更驱动相数时，将反馈控制的增益切换为与变更目标的驱动相数相对应的增益的功能。具体而言，具有执行以下处理程序的功能。即，在转换器装置30中变更驱动相数后，首先，判断在转换器装置30中被驱动的相数(相数判断工序)。优选不是通过检测转换器装置30的通过电力而进行此判断的，而是基于控制部40的驱动相数切换模块44的输出进行此判断。即，根据驱动相数变更模块44的输出判断实际驱动相数指令是三相驱动指令、二相驱动指令还是单相驱动指令。通过此判断，可以确认在转换器装置30中的驱动相数是否确实发生了变更。接着，将用于PID控制的各增益切换为与可在相数判断工序中确认的驱动相数相对应的增益。因此，例如，如在图5所说明的那样，在存储预先求出的各增益的存储装置中，将驱动相数作为检索关键词，读出并取得与驱动相数相对应的各增益(增益取得工序)。并且，将在此前的驱动相数的情况下使用的各增益切换为上述取得的各增益(增益切换工序)。并且执行PID控制(PID控制工序)。
这样，根据转换器通过电力变更驱动相数时，能够将反馈控制的增益切换为与变更目标的驱动相数相对应的增益，因而能够执行与其驱动相数相适的电压转换控制。
本发明被利用于转换器控制装置。特别是利用于如下转换器控制装置：连接于第一电源和第二电源之间，包括将具有多个开关元件和电抗器并双方向进行电压转换的转换器多个并列连接的结构，根据转换器通过电力来变更所驱动的转换器相数。
Claims (2)
1.一种转换器控制装置，其连接于第一电源和第二电源之间，包括将具有多个开关元件和电抗器并双方向进行电压转换的转换器多个并列连接的结构，根据转换器的通过电力来变更所驱动的转换器相数，其特征在于，具有：
控制部，相对于为了进行电压转换而给予多个开关元件的占空比指令值，反馈实际动作的占空比实测值以抑制所述占空比指令值与所述占空比实测值之间的偏差，和
存储单元，存储预先求出的、反馈控制的增益和驱动相数之间的关系，
所述控制部具有增益切换单元，在根据转换器的通过电力来变更驱动相数时，所述增益切换单元将反馈控制的增益切换为与变更目标的驱动相数相对应的增益，
所述增益切换单元具有判断驱动相数的单元，在通过驱动相数的判断确认变更了驱动相数后，切换增益。
2.如权利要求1所述的转换器控制装置，其特征在于，
存储单元分别存储基于反馈控制的响应性及控制性对于每个驱动相数求出的反馈控制的增益的值。
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| JP5041010B2 (ja) * | 2010-01-18 | 2012-10-03 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
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| US8461816B2 (en) * | 2010-02-25 | 2013-06-11 | International Rectifier Corporation | Coefficient scaling depending on number of active phases |
| US8450021B2 (en) | 2010-03-15 | 2013-05-28 | GM Global Technology Operations LLC | Method for HV bus voltage control in fuel cell vehicles featuring HV lithium batteries |
| WO2013110273A1 (en) * | 2012-01-27 | 2013-08-01 | Kk-Electronic A/S | Control system for power stacks in a power converter, power converter with such control system and wind turbine with such power converter |
| JP5682764B2 (ja) * | 2012-02-15 | 2015-03-11 | トヨタ自動車株式会社 | コンバータの制御方法、コンバータの制御装置及び燃料電池システム |
| WO2013165401A1 (en) * | 2012-05-01 | 2013-11-07 | Intel Corporation | Voltage regulator with adaptive control |
| JP2015050787A (ja) | 2013-08-30 | 2015-03-16 | カシオ計算機株式会社 | 駆動装置、発光装置、投影装置、制御方法及び記憶媒体 |
| JP6980366B2 (ja) * | 2016-07-22 | 2021-12-15 | ローム株式会社 | Ｄｃ／ｄｃコンバータ及びその制御回路、システム電源 |
| US10131245B2 (en) | 2016-08-16 | 2018-11-20 | Ford Global Technologies, Llc | Electrified vehicle DC power conversion with distributed control |
| US10214111B2 (en) | 2016-08-16 | 2019-02-26 | Ford Global Technologies, Llc | Electrified vehicle power conversion for low voltage bus |
| JP6998252B2 (ja) * | 2018-03-28 | 2022-01-18 | 株式会社Ｇｓユアサ インフラシステムズ | スイッチング電源装置 |
| WO2019207747A1 (ja) * | 2018-04-27 | 2019-10-31 | サンケン電気株式会社 | スイッチング電源装置 |
| US10793019B2 (en) | 2018-08-16 | 2020-10-06 | Ford Global Technologies, Llc | Electrified vehicle DC power conversion with balancing of battery states |
| CN111063923B (zh) * | 2019-12-12 | 2021-05-11 | 北京氢璞创能科技有限公司 | 一种通过微分曲率法判断单片电池故障的方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2826488Y (zh) * | 2005-08-31 | 2006-10-11 | Bcd半导体制造有限公司 | 抗尖峰干扰的稳压电路 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4399395A (en) * | 1981-09-08 | 1983-08-16 | General Electric Company | Line-to-line voltage reconstruction for synchronizing thyristor power converter |
| JPS59169369A (ja) * | 1983-03-16 | 1984-09-25 | Toshiba Corp | 交流電流制御装置 |
| JP3311214B2 (ja) * | 1995-09-05 | 2002-08-05 | 東京電力株式会社 | 電力変換装置の制御装置 |
| JPH0984400A (ja) * | 1995-09-14 | 1997-03-28 | Fanuc Ltd | サーボモータの電流制御方法 |
| JPH09200957A (ja) * | 1996-01-22 | 1997-07-31 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 交直変換器の制御装置 |
| JP3695379B2 (ja) | 2001-10-02 | 2005-09-14 | 日産自動車株式会社 | 電源システム |
| JP2003235252A (ja) | 2002-02-08 | 2003-08-22 | Toyota Motor Corp | 電源回路 |
| JP4110470B2 (ja) * | 2003-05-28 | 2008-07-02 | 株式会社デンソー | 多相多重制御方式 |
| JP4011534B2 (ja) * | 2003-09-16 | 2007-11-21 | 株式会社日立製作所 | 多重変換器で構成される直流送電設備及びその運転方法 |
| JP4314165B2 (ja) * | 2004-07-13 | 2009-08-12 | トヨタ自動車株式会社 | ハイブリッド燃料電池システム |
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2826488Y (zh) * | 2005-08-31 | 2006-10-11 | Bcd半导体制造有限公司 | 抗尖峰干扰的稳压电路 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
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| JP特开2006-33934A 2006.02.02 |
| JP特开平9-74769A 1997.03.18 |
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