CN107528470A - 电压控制系统、燃料电池系统和电压控制系统的控制方法 - Google Patents

电压控制系统、燃料电池系统和电压控制系统的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电压控制系统、燃料电池系统和电压控制系统的控制方法。一种电压控制系统(10)包括：转换器控制部(53)；电流值获取部(51)；以及电压值获取部(52)。所述转换器控制部(53)通过将加法项(ΔD)加到前馈项(FF)来设定当前循环中的占空比(D)，所述加法项(ΔD)是通过使用电流偏差(ΔI)和前一循环中的占空比(Dp)而确定的，所述电流偏差(ΔI)是所述当前循环中的输出电流的目标值(It)与前一循环中的电流测量值(I)之间的差，所述加法项(ΔD)与所述当前循环中的所述输出电流的增加相对应。

Description

电压控制系统、燃料电池系统和电压控制系统的控制方法
技术领域
本发明涉及电压控制系统、燃料电池系统以及电压控制系统的控制方法。
背景技术
在燃料电池系统中，期望不管燃料电池的操作状态如何，必要的电力被快速地且稳定地供应给外部负载、附件等。为了这个缘故，一般而言通过使用转换器来增加燃料电池的输出电压的电压控制系统被并入燃料电池系统(例如，日本专利申请公开No.2015-19448(JP 2015-19448 A))。
转换器由作为电感元件的电抗器和控制流向该电抗器的电流的开关元件构成。转换器的升压操作通过指示开关元件的断开/闭合时段在一个循环中的比例的占空比来控制。占空比通常经受反馈控制，使得转换器的输出电压或输出电流与其目标值之间的偏差减小。
发明内容
在对转换器的控制方面，在目标电功率在短时间内显著地改变的情况下，例如，可能导致反馈控制的延迟、超调等，这可能损害输出功率相对于目标电功率的可跟随性。关于转换器的可控性的这种问题不限于燃料电池系统，而是为通过使用转换器来增加输入电压的一般电压控制系统共有。
本发明已完成以便解决以上问题中的至少一些，并且可按照以下方面来实现。
本发明的第一方面涉及增加输入电压的电压控制系统。此方面的电压控制系统包括转换器装置、转换器控制部、电流值获取部和电压值获取部。所述转换器装置包括电抗器并且被配置成在一个循环中对所述电抗器执行电能的累积和释放以及通过使用占空比来操作，所述占空比被确定为所述能量被输入并累积到所述电抗器中的累积时段在所述一个循环中的比例。所述转换器控制部被配置成设定所述占空比并且控制所述转换器装置的输出电压。所述电流值获取部被配置成获取电流测量值，所述电流测量值是作为在所述一个循环中从所述电抗器输出的电流值相对于时间的平均值而求得的输出电流的测量值。所述电压值获取部被配置成获取指示所述转换器装置的输入电压的输入侧电压值和指示所述转换器装置的输出电压的输出侧电压值。所述转换器控制部通过使用前馈项和加法项来设定当前循环中的所述占空比。所述前馈项是通过使用在所述当前循环开始时获取的所述输入侧电压值和所述输出侧电压值而导出的。所述加法项是通过反映电流偏差和前一循环中的占空比而确定的，所述电流偏差是所述输出电流的目标值与前一循环中的所述电流测量值之间的差，并且所述加法项被加到所述前馈项并且对应于所述当前循环中的所述输出电流的增加。利用此方面的电压控制系统，由于通过使用所述电流偏差和所述前一循环中的所述占空比而确定的所述加法项，能够获得所述输出电流的增加以便在所述当前循环中更多减小所述电流偏差。因此，即使在电流目标值在所述前一循环期间大大地改变的情况下，也能够抑制相对于所述电流目标值的改变出现所述转换器装置的响应延迟，从而使得有可能增加所述转换器装置的可控性。
在以上方面的电压控制系统中，所述加法项可以取与所述占空比的增加量相对应的值，如果所述加法项被加到所述前一循环中的所述占空比，则所述增加量能够将在所述前一循环中获得的所述电流测量值仅增加与所述电流偏差相对应的量。利用此方面的电压控制系统，因为所述加法项是基于所述前一循环中的控制而设置的，所以在所述当前循环开始时导致的所述电流偏差可在所述当前循环期间减小更多。
在以上方面的电压控制系统中，所述转换器控制部可以通过使用所述当前循环中的所述输出电流的所述目标值、所述前一循环中的所述电流测量值、所述前一循环中的所述占空比和所述当前循环中的所述输入侧电压值中的至少一个以及所述电流偏差来导出所述加法项。利用此方面的电压控制系统，可在所述当前循环开始时通过使用给定参数来求得所述加法项。
在以上方面的电压控制系统中，当所述加法项由ΔD指示、所述输入侧电压值由VL指示、所述输出侧电压值由VH指示、所述前一循环中的所述占空比由Dp指示、所述电流偏差由ΔI指示、所述前一循环中的所述电流测量值由I指示并且在所述前一循环中从所述转换器装置输出的所述电流值的最小值由I0指示时，可以通过表达式(1)来表达ΔD。
利用此方面的电压控制系统，能够更适当地导出所述加法项。
在以上方面的电压控制系统中，当所述加法项由ΔD指示、所述输入侧电压值由VL指示、所述输出侧电压值由VH指示、所述电抗器的电感由L指示、所述一个循环的周期由T指示并且所述电流偏差由ΔI指示时，可以通过表达式(2)来表达ΔD。
利用此方面的电压控制系统，可通过使用更少的参数来求得所述加法项。
在以上方面的电压控制系统中，当所述加法项由ΔD指示、所述输入侧电压值由VL指示、所述电抗器的电感由L指示并且所述电流偏差由ΔI指示时，可以通过表达式(3)来表达ΔD。
利用此方面的电压控制系统，能够在取决于循环而变化的所述参数当中仅通过使用所述输入侧电压值和所述电流偏差来容易地导出所述加法项。
在以上方面的电压控制系统中，当所述加法项由ΔD指示、所述前一循环中的所述占空比由Dp指示、所述电流偏差由ΔI指示、所述前一循环中的所述电流测量值由I指示并且在所述前一循环中从所述转换器装置输出的所述电流值的最小值由I0指示时，可以通过表达式(4)来表达ΔD。
利用此方面的电压控制系统，可通过更简单的表达式来求得所述加法项。
在以上方面的电压控制系统中，当所述电流偏差是预定阈值或更大阈值时，所述转换器控制部可以使用通过使用所述加法项所导出的所述占空比，以及当所述偏差小于所述阈值时，所述转换器控制部可以使用在不使用所述加法项的情况下导出的另一占空比。利用此方面的电压控制系统，待通过使用所述加法项设定的所述占空比或待在不使用所述加法项的情况下设定的另一占空比被适当地选择以取决于所述电流偏差的大小被使用。因此，所述电压控制系统对所述电流目标值的改变的可跟随性增加更多。
在以上方面的电压控制系统中，所述转换器控制部可以通过使用至少所述前馈项以及待加到所述前馈项并且与所述加法项相比相对于所述电流偏差的改变更缓和地改变的反馈项来设定所述另一占空比。利用此方面的电压控制系统，当所述电流偏差小时，所述控制被执行使得实际输出电流在所述循环重复的同时通过所述反馈项而更接近于所述电流目标值。这因此使得有可能更精确地控制所述转换器装置的所述占空比，使得所述转换器装置的可控性增加更多。
在以上方面的电压控制系统中，所述转换器控制部可以通过使用所述前馈项、所述加法项和反馈项来设定所述当前循环中的所述占空比，所述反馈项是用于与所述加法项不同地消除所述电流偏差的分量。
本发明的第二方面涉及燃料电池系统。此方面的燃料电池系统包括燃料电池以及以上方面中的任一项所述的电压控制系统，并且所述电压控制系统被配置成增加作为输入电压从所述燃料电池输出的电压。利用此方面的燃料电池系统，能够增加所述燃料电池的所述输出电压的可控性。
本发明的第三方面涉及电压控制系统的控制方法，所述电压控制系统通过使用转换器装置来增加输入电压，所述转换器装置包括电抗器并且被配置成在一个循环中对所述电抗器执行电能的累积和释放，所述转换器装置被配置成通过使用占空比来操作，所述占空比被确定为所述能量被输入并累积到所述电抗器中的累积时段在所述一个循环中的比例。此方面的控制方法包括：获取电流测量值，所述电流测量值是作为在所述一个循环中从所述电抗器输出的电流值相对于时间的平均值而求得的输出电流的测量值；在当前循环开始时获取指示所述转换器装置的输入电压的输入侧电压值和指示所述转换器装置的输出电压的输出侧电压值；以及通过使用所述电流测量值、所述输入侧电压值和所述输出侧电压值来设定所述占空比以便控制所述转换器装置的所述输出电压。在本发明的第三方面中，在控制所述转换器装置的所述输出电压时，所述当前循环中的所述占空比通过使用前馈项和加法项来设定，所述前馈项是通过使用所述输入侧电压值和所述输出侧电压值而导出的，所述加法项是通过使用电流偏差和前一循环中的占空比而确定的，所述电流偏差是所述输出电流的目标值与前一循环中的所述电流测量值之间的差，所述加法项被加到所述前馈项，所述加法项与所述当前循环中的所述输出电流的增加相对应。利用此方面的控制方法，即使在电流目标值在所述前一循环期间大大地改变的情况下，也能够抑制相对于所述电流目标值的改变出现所述转换器装置的响应延迟。
并非在本发明的每个方面中包括的所有多个组成部分是必要的，并且为了解决前述问题中的一些或全部或者为了实现本文中所描述的效果中的一些或全部，可以酌情修改、删除或者用另一新组成部分替换所述多个组成部分中的一些，并且可以部分地删除限定内容。另外，为了解决前述问题中的一些或全部或者为了实现本文中所描述的效果中的一些或全部，在本发明的一个方面中包括的技术特征中的一些或全部可以与在本发明的另一方面中包括的技术特征中的一些或全部组合，以便形成本发明的一个独立方面。
可在除电压控制系统、燃料电池系统以及用于该电压控制系统的控制方法以外的各个方面中实现本发明。例如，本发明可通过用于转换器装置的控制方法、电压增加方法、用于使计算机具有实现那些方法的功能的计算机程序或不为暂时介质并且存储计算机程序的记录介质来实现。此外，本发明也可以配备有燃料电池系统、用于该燃料电池系统的控制方法的车辆以及与其装配在一起的车辆等的形式实现。
附图说明
将在下面参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业重要性，在附图中相同的标号表示相同的元件，并且其中：
图1是图示被并入有电压控制系统的燃料电池系统的电气配置的示意图；
图2是图示燃料电池转换器的配置的示意图；
图3是用于描述电抗器的输出电流和占空比的说明性视图；
图4是用于描述占空比的设定的概述的说明性视图；
图5是图示通过控制部的电压控制系统的控制过程的流程的说明性视图；
图6是图示指示电流目标值、电流测量值以及占空比D中的FF、ΔD和FB的相应改变的示例性定时图的说明性视图；以及
图7是用于描述ΔD的计算公式的导出方法的说明性视图。
具体实施方式
A.实施例：
图1是作为本发明的一个实施例的图示被并入有电压控制系统10的燃料电池系统100的电气配置的示意图。燃料电池系统100被设置在燃料电池车辆中。燃料电池系统100使驱动电动机23通过使用由燃料电池20响应于驾驶员的经由加速器踏板AP接收到的请求或通过自动控制等在内部产生的请求而产生的电力来为燃料电池车辆产生驱动力。
除燃料电池20和驱动电动机23之外，燃料电池系统100还包括燃料电池转换器11、二次电池21、二次电池转换器22、逆变器24、第一电压测量部31、第二电压测量部32和控制部50。如将稍后描述的，控制部50示出作为电流值获取部51的功能、作为电压值获取部52的功能以及作为转换器控制部53的功能。在燃料电池系统100中，被配置成根据输入电压增加从燃料电池20输出的电压的电压控制系统10由燃料电池转换器11、电流值获取部51、电压值获取部52和转换器控制部53构成。
燃料电池20是被配置成在收到氢气和氧气作为反应气体时产生电力的固体聚合物燃料电池。燃料电池20不限于固体聚合物燃料电池，并且可采用各种类型的燃料电池作为燃料电池20。例如，作为燃料电池20，可以采用固体氧化物燃料电池代替固体聚合物燃料电池。燃料电池20经由第一直流引线L1连接到燃料电池转换器11的输入端子。
燃料电池转换器11是升压转换器装置，并且在控制部50的控制下，燃料电池转换器11执行升压操作以将从燃料电池20输入的输入电压增加至目标电压。燃料电池转换器11的输出端子经由第二直流引线L2连接到逆变器24的直流端子。可以在燃料电池转换器11与逆变器24之间设置中继电路。燃料电池转换器11经由信号线向控制部50发送电抗器电流的测量值IL(稍后描述)。可以通过使用智能功率模块(IPM)来构成燃料电池转换器11。将稍后描述燃料电池转换器11的配置和操作的细节。
二次电池21例如由锂离子电池构成，并且充当燃料电池系统100以及燃料电池20的电源。二次电池21经由第三直流引线L3连接到二次电池转换器22的输入端子。
二次电池转换器22是升压转换器装置，并且具有与燃料电池转换器11类似的配置。二次电池转换器22的输入端子经由第四直流引线L4连接到第二直流引线L2，所述第二直流引线L2将燃料电池转换器11连接到逆变器24。在控制部50的控制下，二次电池转换器22通过与燃料电池转换器11合作调节第二直流引线L2中的电压来控制二次电池21的充电/放电，所述电压是逆变器24的输入电压。当来自燃料电池转换器11的输出电力对其目标输出电力而言不足时，二次电池转换器22使二次电池21执行放电。同时，当在驱动电动机23中产生再生电力时，二次电池转换器22使二次电池21累积该再生电力。注意，二次电池转换器22可以具有与燃料电池转换器11不同的配置。
如上所述，驱动电动机23是驱动燃料电池车辆的车轮组件的动力源，并且例如由三相交流电动机构成。驱动电动机23经由交流引线连接到逆变器24的交流端子。
逆变器24是DC/AC逆变器，并且响应于来自控制部50的命令，逆变器24将经由第二直流引线L2从燃料电池20和二次电池21作为直流供应的电力转换成三相交流的电力，并且将它供应给驱动电动机23。另外，逆变器24将在驱动电动机23中产生的再生电力转换成直流电力并且将它输出到第二直流引线L2。逆变器24可以由IPM构成。燃料电池系统100可以包括连接到第二直流引线L2的多个逆变器24，并且除驱动电动机23以外的附件(未示出)可以经由相应的逆变器24电连接到第二直流引线L2。
第一电压测量部31连接到第一直流引线L1，并且测量燃料电池转换器11的输入电压以便向控制部50输出指示其测量值的信号。第二电压测量部32连接到第二直流引线L2，并且测量燃料电池转换器11的输出电压以便向控制部50输出指示其测量值的信号。第一电压测量部31和第二电压测量部32可以各自由电压传感器构成。
控制部50由包括中央处理单元、主存储部和非易失性存储部的微计算机构成，并且充当各种功能部分，使得中央处理单元执行由主存储部读取的各种程序和命令。控制部50经由信号线连接到燃料电池转换器11、二次电池转换器22和逆变器24。控制部50控制来自燃料电池20和二次电池21的输出电力，并且使驱动电动机23产生与来自驾驶员的输出请求或由于自动控制等在内部产生的输出请求相对应的驱动力。
在本实施例中，控制部50充当控制如上所述配置的整个燃料电池系统100的上级控制部并且也充当控制电压控制系统10的下级控制部。控制部50充当电流值获取部51、电压值获取部52和转换器控制部53。
电流值获取部51基于电抗器电流的测量值IL来获取电流测量值I，所述电流测量值I是包括在燃料电池转换器11中的电抗器的输出电流的测量值。将稍后描述燃料电池转换器11的电抗器和电流测量值I的细节。
电压值获取部52获取从第一电压测量部31发送的燃料电池转换器11的输入电压的测量值作为指示燃料电池转换器11的输入电压的输入侧电压值VL。另外，电压值获取部52获取从第二电压测量部32发送的燃料电池转换器11的输出电压的测量值作为指示燃料电池转换器11的输出电压的输出侧电压值VH。
控制部50的转换器控制部53设定占空比D以控制燃料电池转换器11的输出电压。占空比D被设定以便对应于给电压控制系统10的当前输出请求。转换器控制部53向燃料电池转换器11输出用于指示燃料电池转换器11以占空比D执行驱动的控制信号S。将稍后描述占空比D以及电压控制系统10通过控制部50的控制过程的细节。
注意，控制部50可以是为了控制燃料电池系统100而构成的单个单元，或者可以被构成为具有各种控制功能的控制单元(诸如例如控制整个燃料电池车辆的控制单元)的一部分。另外，控制部50可以由单独地实现各种功能的多个电路、单元、模块等构成。例如，电流值获取部51、电压值获取部52和转换器控制部53可以由单独的电路、单独的单元、单独的模块等构成。
图2是图示燃料电池转换器11的配置的示意图。在图2中，为了方便在此未图示连接到第二直流引线L2的第四直流引线L4。
燃料电池转换器11被构成为四相桥式转换器，并且包括U相电路部11U、V相电路部11V、W相电路部11W和X相电路部11X。相应相的电路部11U、11V、11W、11X连接到第一电力线L5a和第二电力线L5b及地线L6。
第一电力线L5a是连接到燃料电池20的输入侧电力线，而第二电力线L5b是连接到逆变器24的输出侧电力线。地线L6向燃料电池20和逆变器24两者提供参考电位。
相应相的电路部11U、11V、11W、11X各自包括电抗器61、输出二极管62和开关元件63。电抗器61是被配置成累积电能的元件。电抗器61的输入端子连接到第一电力线L5a。电抗器61的输出端子经由二极管62连接到第二电力线L5b并且也经由开关元件63连接到地线L6。
二极管62被设置为使得从电抗器61导向第二电力线L5b的方向是沿着正向方向。电流从第二电力线L5b到电抗器61的流动由二极管62限制。
开关元件63由晶体管64和保护二极管65构成。晶体管64是npn型晶体管，并且由IGBT(绝缘栅双极晶体管)、电功率MOS(金属氧化物半导体)晶体管、电功率双极晶体管等构成。晶体管64连接使得电抗器61侧是集电极并且地线L6侧是发射极。保护二极管65在与集电极电流流动的方向相反的方向上连接在晶体管64的集电极与发射极之间。
用于设定开关元件63的占空比(稍后描述)的控制信号SU、SV、SW、SX中的对应一个被从控制部50输入到相应相的电路部11U、11V、11W、11X中的每一个的晶体管64的基极端子。相应附图标记的尾字母U、V、W、X指示它们对应的电路部的相应相。相应相的电路部11U、11V、11W、11X中的每一个的开关元件63响应于其中输入的控制信号SU、SV、SW、SX中的对应一个而重复导通和断开。在本实施例中，为了方便，输入到相应相的电路部11U、11V、11W、11X中的控制信号SU、SV、SW、SX在不必特别地将它们彼此区分开时被统称为“控制信号S”。
当开关元件63导通时，电流开始经由电抗器61从燃料电池20流入开关元件63，并且由于dc激励而导致的磁能累积在电抗器61中。当开关元件63断开时，在当电抗器61导通时的时段期间累积在电抗器61中的磁能经由二极管62和第二电力线L5b作为电流被输出到逆变器24。
因此，当开关元件63导通并且电流流经电抗器61时，磁能作为电能累积在电抗器61中。当开关元件63断开时，累积在电抗器61中的磁能被放电，使得电流从电抗器61流入第二电力线L5b。
当开关元件63断开时通过累积在电抗器61中的磁能所产生的感应电压叠加在燃料电池20的输出电压上。因此，作为相应相的电路部11U、11V、11W、11X中的每一个的输出电压的第二电力线L5b的电压高于作为燃料电池20的输出电压的第一电力线L5a的电压。
控制信号S被发送到相应相的电路部11U、11V、11W、11X，使得相应相的电路部11U、11V、11W、11X的开关元件63顺序地导通，并且相应相的电路部11U、11V、11W、11X的输出电压顺序地叠加在彼此上。因此，输入到逆变器24中的电压被维持高于燃料电池20的输出电压。
由于以上操作，燃料电池转换器11增加从燃料电池20输入的电压并且将该电压输入到逆变器24。注意，在本实施例中，平滑电容器66被设置在逆变器24与X相电路部11X之间。平滑电容器66连接到第二电力线L5b和地线L6。平滑电容器66用来减小第二电力线L5b与地线L6之间的电压波动。
在本实施例中，电流测量部67U、67V、67W、67X被设置在相应相的电路部11U、11V、11W、11X的相应电抗器61的相应输入侧。相应附图标记的尾字母U、V、W、X指示它们被设置在的电路部的相应相。电流测量部67U、67V、67W、67X中的每一个被设置在它对应的电抗器61的输入端子与第一电力线L5a之间。例如，电流测量部67U、67V、67W、67X由电流传感器构成。
电流测量部67U、67V、67W、67X测量流入它们对应的相应相的电路部11U、11V、11W、11X的相应电抗器61的电流(电抗器电流)，并且将测量值ILU、ILV、ILW、ILX发送到控制部50。在本说明书中，相应相的电抗器电流的测量值ILU、ILV、ILW、ILX在不必将测量值ILU、ILV、ILW、ILX彼此区分开的情况下被统称为“电抗器电流的测量值IL”或者仅仅称为“电抗器电流IL”。电抗器电流IL通过开关元件的ON/OFF操作周期性地增加和减小。注意，可以将电流测量部67U、67V、67W、67X中的每一个设置在它对应的二极管62与第二电力线L5b之间，以便测量在它对应的电抗器61的输出侧的电抗器电流IL。
现在参考图3，下文描述作为电抗器61的输出电流的测量值的电流测量值I以及用于驱动燃料电池转换器11的占空比D。图3图示举例说明电抗器电流IL和电流测量值I的时间改变以及开关元件63的ON/OFF定时的示例性定时图。在图3中，电抗器电流IL的时间改变由交替长短虚线来指示，并且电流测量值I的时间改变由连续线来指示。图3的示例是在电流测量值I通常均匀时获得的。
如上所述，当开关元件63导通时，电抗器电流IL开始增加，而当开关元件63断开时，电抗器电流IL开始减小。电抗器电流IL在一个循环开始时示出最小值I0，并且在开关元件63断开时示出最大值I1。在此示例中，电抗器电流IL在一个循环结束时再次返回到最小值I0。在本实施例中，电抗器电流IL每一个循环相对于时间的平均值是由控制部50的电流值获取部51获取的电流测量值I。在本说明书中，当涉及电抗器61的输出电流时，它指示由电流测量值I表达的电流。
在一个循环结束时，电流值获取部51通过使用从电流测量部67U、67V、67W、67X获取的相应测量值ILU、ILV、ILW、ILX来计算该循环中的电流测量值I。电流值获取部51获取相应相的电路部11U、11V、11W、11X的电抗器61的相应电流测量值I。
如上所述，在本实施例中，控制部50的转换器控制部53为相应相的电路部11U,、11V、11W、11X中的每一个设定占空比D，所述占空比D是开关元件63断开并且磁能作为电能累积的累积时段在燃料电池转换器11的驱动周期的一个循环中的比例。在图3中，一个循环的周期由T指示，开关元件63断开的时段由TON指示，并且开关元件63闭合的时段由TOFF指示。在图3的示例中，占空比D是TON/T。
转换器控制部53设定相应相的电路部11U至11X每一个循环的相应占空比D，以便控制从相应相的电路部11U至11X的相应电抗器61流动的相应输出电流。当占空比D增加时，开关元件63的导通时段TON在一个循环的周期T中的比例变大，使得电抗器61的输出电流增加。同时，当占空比D减小时，开关元件63的导通时段TON在一个循环的周期T中的比例变小，使得电抗器61的输出电流减小。
图4是用于描述由转换器控制部53设定占空比D的概述的说明性视图。图4图示电抗器电流IL的时间改变的示例。相应相的电路部11U、11V、11W、11X的相应占空比D通过相同的方法来设定，所以下文描述燃料电池转换器11中的占空比D的设定方法，而不用将相应相的电路部11U、11V、11W、11X彼此区分开。
在本实施例中，转换器控制部53在一个循环开始时设定每一个循环的占空比D。在以下描述中，开关元件63以由转换器控制部53设定的占空比D断开和闭合的循环被称为“当前循环”。另外，正好在那之前的循环被称为“前一循环”。
下文描述转换器控制部53在时间t2设定占空比D的情况。在这种情况下，时间t2与时间t3之间的时段是当前循环，而时间t1与时间t2之间的时段是前一循环。在时间t2，转换器控制部53设定作为电抗器61的输出电流的目标值的电流目标值It，以便对应于当前输出请求。将稍后描述与输出请求相对应的电流目标值It的设定的细节。在时间t2，转换器控制部53还获取前一循环中的电流测量值I，所述电流测量值I由电流值获取部51获取。
当电流目标值It从前一循环改变时，一般而言在电流目标值It与电流测量值I之间出现偏差。另外，即使电流目标值I未从前一循环改变，也可能由于燃料电池20的操作状态或类似因素而在电流目标值It与电流测量值I之间出现偏差。在以下描述中，所述偏差被称为“电流偏差ΔI”。如如下表达式(5)中所示，电流偏差ΔI被计算为通过将当前循环中的电流目标值It减去前一循环中的电流测量值I而获得的值。
ΔI＝It-I...(5)
占空比D是按照在当前循环开始时导致的电流偏差ΔI被消除的方向而设定的。在本实施例中，转换器控制部53通过使用如下表达式(6)来设定占空比D。在下文中，将顺序地描述作为构成表达式(6)的项的“FF”、“FB”和“ΔD”。
D＝FF+FB+ΔD...(6)
“FF”是指示占空比D中的前馈分量的前馈项。在本说明书中，前馈分量指示通过指示当前状态的实际值或测量值以及指示待顺序地实现的状态的目标值(包括命令值，相同情况将在下文中适用)中的任何一个所确定的分量。在本实施例中，FF是通过如下表达式(7)求得的。
FF＝1-(VL/VH)...(7)
表达式(7)中的VL和VH是由电压值获取部52在当前循环开始时获取的输入侧电压值VL和输出侧电压值VH。如上所述，在本实施例中，输入侧电压值VL和输出侧电压值VH是实际值，并且FF的值通过燃料电池转换器11的当前输入电压和当前输出电压来确定。
“FB”是指示占空比D中的反馈分量的反馈项。在本说明书中，反馈分量指示消除指示当前状态的实际值或测量值与指示待顺序地实现的状态的目标值之间的偏差的分量。在本实施例中，FB是基本上从表达式(8)导出的。
FB＝-K·(I-It)...(8)
注意，在本实施例中，可以将与从表达式(8)导出的值不同的值设定为FB(将稍后描述细节)。表达式(8)中的K是比例增益并且是提前确定以将指示电流的分量转换成指示占空比的分量的系数。在表达式(8)中，在计算FB时，除具有比例增益的比例项之外还可以添加通过将当期测量值I与电流目标值It之间的偏差的累积值乘以积分增益所获得的积分项。注意，比例增益和积分增益具有用于相对于待消除的偏差的大小使FB的改变适中的功能。因此，即使偏差相当大，电抗器61的输出电流由于占空比D的过度增加而导致的超调或振荡也被抑制。
“ΔD”是待加到FF以便对应于目标值的突然改变的项。在以下描述中，ΔD也被称为“加法项”。在占空比D的分量当中，仅FF和FB可能不跟随由于目标值的突然改变而导致的电流偏差ΔI的增加。当ΔD被加到FF时，在一个循环中开关元件63断开的时段可仅延长与ΔD相对应的时段，并且电抗器电流IL可在当前循环中取的最大值上升。这因此使得有可能增加当前循环中的电流测量值I。在图4中，概念地图示了当前循环中的电抗器电流IL通过ΔD的加法的改变。在本实施例中，ΔD是基本上从如下表达式(1)导出的。
注意，在本实施例中，可以将与从表达式(1)导出的值不同的值设定为ΔD(将稍后描述细节)。表达式(1)中的VL和VH是由电压值获取部52在当前循环开始时获取的输入侧电压值VL和输出侧电压值VH。Dp是当前循环中的占空比，即，占空比D的先前值。I是前一循环中的电流测量值I。ΔI是在当前循环开始时检测到的电流偏差ΔI。I0是在前一循环开始时测量到的电抗器电流IL的最小值。
可将通过表达式(1)求得的ΔD解释为被确定为使得前一循环中的占空比Dp和电流偏差ΔI被反映的值。另外，可将ΔD解释为被确定以便对应于电抗器61在当前循环中的输出电流的增加使得在当前循环中获得与电流偏差ΔI相对应的电抗器61的输出电流的增加的值。表达式(1)基于前一循环中的电抗器电流IL的输出状态导出ΔD的值，使得可在当前循环中实现与电流偏差ΔI相对应的电抗器61的输出电流的增加。另外，可以说表达式(1)是被定义为使得在ΔD被加到前一循环中的占空比D的情况下，ΔD取可将电流测量值I增加比实际值大仅与电流偏差ΔI相对应的量的值的函数表达式。将稍后描述导出表达式(1)的原理。
现在参考图5，下文描述电压控制系统10由控制部50通过使用占空比D的控制过程的流程。在燃料电池系统100被启动之后，控制部50在预定控制周期内重复以下步骤S10至S60的一系列过程直到燃料电池系统100被停止为止。注意，为了方便，本实施例是在控制部50的控制周期与燃料电池转换器11的驱动周期T相同的假设下描述的。控制部50的控制周期可能未必与燃料电池转换器11的驱动周期T相同，并且可以比燃料电池转换器11的驱动周期长。
在步骤S10中，控制部50确定待从燃料电池20输出的目标电功率PFC和待输入到逆变器24中的目标电功率PIV。控制部50通过燃料电池车辆的加速器踏板AP从驾驶员获取输出请求，并且确定与该输出请求相对应的目标电功率PFC、PIV。在燃料电池车辆中执行诸如自动驾驶的自动控制的情况下，控制部50可以确定目标电功率PFC、PIV以便对应于通过自动控制所产生的输出请求。另外，除这种输出请求之外或者代替这种输出请求，控制部50可以确定目标电功率PFC、PIV以便反映针对燃料电池系统100或燃料电池车辆的操作在内部产生的控制请求，诸如待供应给设置在燃料电池车辆中的附件的电功率。例如，控制部50可以基于外部温度、燃料电池20的温度以及二次电池21的充电状态(SOC)来确定用于燃料电池20和其它附件的预热的燃料电池20的发电量，并且基于该发电量确定目标电功率PFC、PIV。在确定目标电功率PFC、PIV时，可以考虑燃料电池20的当前输出特性(I-V特性)、二次电池21的SOC等。
随后，控制部50确定燃料电池20的目标电压VFC以基于燃料电池20的当前I-V特性获得目标电功率PFC，并且将目标电压VFC设定为燃料电池转换器11的输入电压的目标值VLt。另外，控制部50启动与燃料电池20的目标电压VFC相对应的燃料电池20的操作控制。更具体地，控制部50控制给燃料电池20的反应气体的供应量。另外，控制部50的转换器控制部53确定当前循环中的燃料电池转换器11的输出电压的目标值VHt以及作为当前循环中的每个电抗器61的输出电流的目标值的电流目标值It，以便对应于待输入到逆变器24中的目标电功率PIV。
在步骤S20中，转换器控制部53获取电流偏差ΔI。如表达式(5)中所示，转换器控制部53通过将电流目标值It减去指示前一循环中的电抗器61的输出电流的电流测量值I来计算电流偏差ΔI。
在步骤S30至S45中，转换器控制部53通过使用表达式(6)来计算占空比D。在本实施例中，在电流偏差ΔI相当大的情况下，占空比D是通过将表达式(6)中的加法项ΔD设定为通过使用表达式(1)所导出的有效值来计算的，使得电流偏差ΔI在当前循环中尽可能小。同时，如果电流偏差ΔI小到电流偏差ΔI可由表达式(6)中的FB来补偿的程度，则表达式(6)的加法项ΔD被设定为在不使用表达式(1)的情况下导出的无效值，以便计算占空比D。将在下面更具体地对此进行描述。
在步骤S30中，转换器控制部53对电流偏差ΔI执行确定。转换器控制部53将电流偏差ΔI与预定阈值Ith进行比较。阈值Ith应该是作为可能在导致它对应的电流偏差ΔI时导致燃料电池转换器11的响应延迟的值提前用实验方法求得的正实数。
当电流偏差ΔI小于阈值Ith(ΔI<Ith)时，转换器控制部53通过使用表达式(8)导出FB(步骤S41)。另外，转换器控制部53将ΔD设定为丢失ΔD的本质作用的无效值，而不用通过使用表达式(1)导出ΔD。更具体地，转换器控制部53可以将ΔD设定为0或接近于0的值，或者可以将ΔD设定为相对于FB极其小的值(例如，FB的大约几百分比的值)。
当电流偏差ΔI是阈值Ith或更大(ΔI≥Ith)时，转换器控制部53将ΔD设定为通过使用表达式(1)所导出的值(步骤S42)。另外，转换器控制部53将FB设定为丢失D的本质作用的无效值，而不用通过使用表达式(8)导出FB。更具体地，转换器控制部53可以将FB设定为0或接近于0的值，或者可以将FB设定为相对于ΔD极其小的值(例如，ΔD的大约几百分比的值)。可替选地，转换器控制部53可以将FB设定为在前一循环中通过使用表达式(8)所导出的值。注意，可以不必将FB设定为无效值，并且可以将通过使用表达式(8)所导出的值设定为FB。
在步骤S43中，转换器控制部53通过使用表达式(7)导出FF。可以在步骤S41或步骤S42之前导出FF。在步骤S45中，转换器控制部53合计如此设定的FF、FB和ΔD以便计算占空比D，如表达式(6)中所示。
在步骤S50中，转换器控制部53使燃料电池转换器11以步骤S45中设定的占空比D执行升压操作。更具体地，转换器控制部53产生指示占空比D的控制信号S并且将它发送到相应相的电路部11U、11V、11W、11X中的每一个的开关元件63，以便设定开关元件63的断开/闭合周期。通过经由步骤S42将ΔD设定为有效值所导出的占空比D对应于本发明中的占空比的下位概念，并且通过经由步骤S41将ΔD设定为无效值所导出的占空比D对应于本发明中的另一占空比的下位概念。
这里，因为加法项ΔD是用于消除如上所述的电流偏差ΔI的分量，所以也可以鉴于反馈分量的定义将加法项ΔD解释为反馈项的一种类型。注意，ΔD是旨在使当前循环的一个循环中的电流偏差ΔI最小化的分量。另一方面，FB是旨在通过重复多个循环来使电流测量值I逐渐接近于电流目标值It的分量，并且被设定成与ΔD相比相对于电流偏差ΔI的改变缓和地改变。因此，可以说即使FB和ΔD对占空比D的动作是不相同的它们也彼此类似。当占空比D增加时，将FB和ΔD两者用作有效值使相应功能以重叠方式工作，这可能导致占空比D相当地与原先作为目标的值分离。如上所述，鉴于此，在本实施例中，当电流偏差ΔI是阈值Ith或更大时，ΔD被设定为通过使用表达式(1)所导出的有效值，并且同时，当电流偏差ΔI小于阈值Ith时，ΔD被设定为无效值。这抑制由于FB和ΔD对占空比D的计算的相应作用之间的干扰而导致的燃料电池转换器11的可控性的减小。
控制部50按控制周期T重复步骤S10至S50的过程直到燃料电池系统100的操作被停止为止(步骤S60)。燃料电池系统100的操作被停止的情况可以是电力从燃料电池20到其它部分的供应被切断的情况，或者可以是燃料电池20的操作被停止的情况。注意，在本实施例中，控制部50在转移到下一个循环之前将当前循环中的占空比D存储为前一循环中的占空比Dp，并且将当前电抗器电流IL的测量值存储为当前循环中的电抗器电流IL的最小值I0。这些值被用在下一个循环中用于在步骤S42中计算ΔD。
图6是图示指示电抗器61的输出电流的电流目标值It、电流测量值I以及占空比D中的FF、ΔD和FB的相应改变的示例性定时图的说明性视图。在图6中，时间轴被按照控制周期T(时间t1至t4)划分。下文处理电流目标值It增加使得电流偏差ΔI在时间t1与时间t2之间的一个循环期间变成阈值Ith或更大。
转换器控制部53执行用于在时间t2将电流偏差ΔI与阈值Ith进行比较的确定(步骤S30)。在此示例中，因为ΔI≥Ith被确立，所以通过使用表达式(1)来设定ΔD并且FB被设定为无效值(步骤S42)，并且通过使用表达式(7)来设定FF(步骤S43)。它们被合计以计算占空比D(步骤S45)，并且启动占空比D下的控制(步骤S50)。
通过使用表达式(1)所导出的ΔD被加到在时间t2设定的占空比D。如上所述，表达式(1)是用于将ΔD设定为可实现电抗器61的输出电流的增加以便对应于一个循环中的电流偏差ΔI的值的函数表达式。为了那个缘故，在时间t2与时间t3之间的循环中，电流测量值I大大地增加以接近于电流目标值It。
在时间t3，如果电流偏差ΔI是比阈值Ith小的值，则转换器控制部53通过使用表达式(8)来设定FB并且在计算占空比D时将ΔD设定为无效值(步骤S41至S45)。因此，在时间t3之后的循环中，电流目标值It与电流测量值I之间的差主要通过FB逐渐地减小，而不用将加法项ΔD用于占空比D的计算。
如上所述，利用本实施例的电压控制系统10，当对燃料电池系统100做出显著地增加电流偏差ΔI的输出请求时，设定使用从表达式(1)导出的ΔD的占空比D。如将稍后描述的，表达式(1)是被定义成导出可实现电抗器61的输出电流的增加以便对应于电流偏差ΔI的ΔD的函数表达式。为了那个缘故，可通过使用占空比D通过下一个循环大大地减小电流偏差ΔI。另外，ΔD是基于前一循环中的电抗器电流的输出状态确定为使得目标增加量被获得的值。也就是说，ΔD被设定为与当前情形相符以便实现目标值的值。因此，用于消除电流偏差ΔI的时间被缩短更多，从而使得有可能抑制相对于输出请求的显著增加出现响应延迟。
为了导出作为占空比D的前馈分量的FF，本实施例的电压控制系统10将实际值用作指示燃料电池转换器11的输入电压的输入侧电压值VL和指示其输出电压的输出侧电压值VH。因此，即使已在输入电压和输出电压方面在目标值与当前值之间出现显著间隙，也能够抑制占空比D不受该显著间隙影响。这使得有可能抑制在输入电压和输出电压方面由于目标值与当前值之间的这种间隙而在燃料电池转换器11中出现过电流和过电压。特别地，燃料电池的输出电压通常是高的，例如，大约100V，并且取决于诸如操作状态的条件而容易地波动。然而，利用本实施例的燃料电池系统100，因为设置了电压控制系统10，所以能够在燃料电池转换器11中在输入电压和输出电压方面减小目标值与当前值之间的间隙的影响，所述间隙是由于燃料电池20的输出电压的波动而导致的。这使得有可能获得更高的效果。
在本实施例的电压控制系统10中，当电流偏差ΔI原先小时或者当电流偏差ΔI通过使用有效ΔD的控制来减小时，ΔD被设定为无效值，使得电流偏差ΔI通过FB逐渐地减小。这因此使得有可能抑制占空比D在电流偏差ΔI小时由于ΔD而徒然变大。另外，在这种情况下，电抗器61的输出电流在电流偏差ΔI减小的方向上通过FB更精确地控制，这使得有可能获得更高的可控性。
在本实施例的电压控制系统10中，如表达式(1)中所示，ΔD是通过使用输入侧电压值VL、输出侧电压值VH、电流偏差ΔI、前一循环中的电流测量值I以及前一循环中的电抗器电流IL的最小值I0而导出的。因此，可仅通过使用给定参数容易地求得适当的ΔD，从而使得有可能有效地增加燃料电池转换器11的可控性。
图7是用于描述用于导出表达式(1)以计算ΔD的方法的说明性视图。在图7中，图示了指示电抗器电流IL的时间改变的示例的曲线图。在图7中的时间ta与时间tb之间的循环中，电抗器电流IL在电流测量值I与该循环中的电流目标值It相对应时的改变由连续线来指示。另外，在时间tb与时间tc之间的下一个循环中，被求得以在与时间ta与时间tb之间的循环相同的条件下获得与时间tb与时间tc之间的循环中的电流目标值It相对应的电流测量值I的电抗器电流IL的改变由交替长短虚线来指示。在以下描述中，时间ta与时间tb之间的循环被称为“前一循环”并且时间tb与时间之tc间的循环被称为“当前循环”。
在前一循环中，电抗器电流IL在开关元件63导通的时段TON中以斜度VH/L改变，并且电抗器电流IL在此后开关元件63断开的时段中以斜度-(VH-VL)/L改变。VL指示燃料电池转换器11的输入电压，VH指示燃料电池转换器11的输出电压，并且L指示电抗器61的电感。这时，先前循环中的占空比Dp通过表达式(9)来表达。
另外，前一循环中的电流测量值I可作为通过将由不同的斜影线分段的两个区域的面积S1、S2的总和除以时间所获得的值被求得。因此，电流测量值I被表达为表达式(10)。
另外，在前一循环中，电抗器电流IL在时间ta从最小值I0增加并且在时间tb再次返回到最小值I0，使得如下表达式(11)被获得。表达式(11a)是通过重新布置表达式(11)而导出的。
同时，在当前循环中，开关元件63导通的时段被假定为T'ON，在该时段中从前一循环起的增加时间被假定为ΔT，并且当前循环中的占空比D从前一循环的占空比Dp起的增加量被假定为ΔD。因此，当前循环中的占空比D被表达为如下表达式(12)、(13)，并且可分别将ΔD和ΔT表达为如下表达式(14)、(15)。
D＝Dp+ΔD...(13)
ΔTON＝T′ON-TON...(15)
在时间tb的电抗器电流IL与在时间tc的电抗器电流IL之间的差被假定为Iα。Iα对应于当前循环中的电抗器电流IL的增加量。这时，燃料电池转换器11的输入电压和输出电压被假定与前一循环的那些输入电压和输出电压相同，使得可像如下表达式(16)那样获得Iα。注意，在导出表达式(16)时代入从表达式(14)获得的ΔTON＝ΔD·T。
待在当前循环中实现的电流目标值It可作为通过将由不同的斜影线分段的三个区域的面积S3、S4、S5的总数除以时间所获得的值被求得。因此，电流目标值It被表达为如下表达式(17)。
在作为当前循环的开始的时间tb导致的电流偏差ΔI根据表达式(10)和表达式(17)被表达为如下表达式(18)。
当表达式(18)被重新布置成关于ΔD的二次方程时，获得如下表达式(19)。ΔD的解是从表达式(19)求得的。然后，ΔD被表达为如下表达式(20)。
另外，占空比D是不小于0但不超过1的值，并且因此，像如下表达式(2)那样获得ΔD。
这里，当通过重新布置表达式(9)所获得的TON被代入到表达式(10)中时，获得如下表达式(21)。另外，表达式(22)是通过重新布置表达式(21)而获得的。
通过通过使用表达式(22)重写表达式(2)，获得如下表达式(1)。
因此，表达式(1)将获得ΔD作为在VL、VH被假定与前一循环中的那些相同时，在当前循环中获得比电流测量值I高仅电流偏差ΔI的电流目标值It所必需的、从占空比Dp起的增加量。也就是说，依照表达式(1)，ΔD被求得为与可在ΔD被加到前一循环中的占空比Dp的情况下将在前一循环中获得的电流测量值I从实际值仅增加与电流偏差ΔI相对应的量的增加量相对应的值。因此，通过使用利用从表达式(1)导出的ΔD的占空比D，能够在存在显著地增加电流偏差ΔI的输出请求的增加时进一步有效地抑制在燃料电池转换器11中出现响应延迟。
B.第二实施例：
除了用于导出加法项ΔD的表达式是不同的之外，作为本发明的第二实施例的电压控制系统通常具有与第一实施例中所描述的电压控制系统10相同的配置。第二实施例的电压控制系统被并入具有与第一实施例中所描述的燃料电池系统100的配置类似的配置的燃料电池系统。在第二实施例的电压控制系统中，燃料电池转换器11的升压操作通过与图5中所描述的流程类似的流程来控制。注意，转换器控制部53在步骤S42中通过使用如下表达式(2)来设定加法项ΔD。
如上所述，在第一实施例中用于ΔD的计算的表达式(1)是从表达式(2)导出的。因此，通过使用表达式(2)所导出的ΔD与第一实施例中所描述的ΔD基本上相同。也即是说，ΔD是通过反映电流偏差ΔI和前一循环中的占空比Dp所确定的项。另外，ΔD是被确定以便对应于当前循环中的电抗器61的输出电流的增加使得在当前循环中获得与电流偏差ΔI相对应的电抗器61的输出电流的增加的项。利用表达式(2)，能够通过使用输入侧电压值VL、输出侧电压值VH、电流偏差ΔI、作为提前设定的系数的电感L和控制周期T来计算ΔD。因此，可在不使用前一循环中的占空比Dp和I0的情况下计算ΔD，并且因此，ΔD的计算是更方便的。此外，利用第二实施例的电压控制系统和燃料电池系统，能够产生与第一实施例中所描述的那些效果类似的各种效果。
C.第三实施例：
除了用于导出加法项ΔD的表达式是不同的之外，作为本发明的第三实施例的电压控制系统通常具有与第一实施例中所描述的电压控制系统10相同的配置。第三实施例的电压控制系统被并入具有与第一实施例中所描述的燃料电池系统100的配置类似的配置的燃料电池系统。在第三实施例的电压控制系统中，燃料电池转换器11的升压操作通过与图5中所描述的流程类似的流程来控制。注意，转换器控制部53在步骤S42中通过使用如下表达式(3)来设定加法项ΔD。
利用表达式(3)，能够通过使用电流偏差ΔI、输入侧电压值VL、作为提前设定的系数的电感L和控制周期T来计算ΔD。表达式(3)是如下从第一实施例中所描述的并且也在第二实施例中使用的表达式(2)导出的。
这里，当β是满足β<<1的给定实数时，如下表达式(23)被确立。
(1+β)1/2≈1+(1/2)·β...(23)
因此，可将表达式(2)基本上上重写为作为如下表达式(24)所示出的近似表达式。通过开发表达式(24)，获得表达式(3)。
因此，利用第三实施例的电压控制系统，可通过更简单的表达式(3)来计算加法项ΔD，并且可缩短用于导出加法项ΔD的时间。此外，利用第三实施例的电压控制系统和燃料电池系统，能够产生与以上实施例中所描述的那些效果类似的各种效果。
D.第四实施例：
除了用于导出加法项ΔD的表达式是不同的之外，作为本发明的第四实施例的电压控制系统通常具有与第一实施例中所描述的电压控制系统10相同的配置。第四实施例的电压控制系统被并入具有与第一实施例中所描述的燃料电池系统100的配置类似的配置的燃料电池系统。在第四实施例的电压控制系统中，燃料电池转换器11的升压操作通过与图5中所描述的流程类似的流程来控制。注意，转换器控制部53在步骤S42中通过使用如下表达式(4)来设定加法项ΔD。
表达式(4)是通过将表达式(22)代入到第三实施例中所描述的表达式(3)中而获得的。利用表达式(4)，可通过使用电流偏差ΔI、前一循环中的占空比Dp、电流测量值I以及先前时段中的电抗器电流IL的最小值I0来计算ΔD。利用表达式(4)，可缩短用于导出加法项ΔD的时间。此外，利用第四实施例的电压控制系统和燃料电池系统，能够产生与以上实施例中所描述的那些效果类似的各种效果。
E.修改：
E1.修改1：在以上实施例中的每一个中，电压值获取部52获取由第一电压测量部31测量到的测量值作为指示燃料电池转换器11的输入电压的输入侧电压值VL。另外，电压值获取部52获取由第二电压测量部32测量到的测量值作为指示燃料电池转换器11的输出电压的输出侧电压值VH。在这方面，电压值获取部52可以获取由控制部50设定的燃料电池转换器11的输入电压的目标值作为指示燃料电池转换器11的输入电压的输入侧电压值VL，并且可以获取由控制部50设定的燃料电池转换器11的输出电压的目标值作为指示燃料电池转换器11的输出电压的输出侧电压值VH。在这种情况下，转换器控制部53将作为目标值的输入侧电压值VL和输出侧电压值VH用于占空比D的设定。利用这种配置，作为占空比D的前馈分量的FF是作为与输出请求相对应的值而导出的，从而使得有可能增加燃料电池转换器11的输出请求的可跟随性。
E2.修改2：
在以上实施例中的每一个中，加法项ΔD是通过使用表达式(1)至表达式(4)中的任何一个而导出的。在这方面，可以通过使用其它表达式来导出加法项ΔD。用于导出加法项ΔD的表达式可以通过反映在当前循环开始时产生的电流偏差ΔI和前一循环中的占空比Dp来确定，并且被确定以便对应于电抗器61的输出电流的增加，使得当前循环中的电抗器61的输出电流的增加对应于电流偏差ΔI。注意，为了电流偏差ΔI和前一循环中的占空比Dp被反映在ΔD上，ΔD应该改变以便对应于电流偏差ΔI和前一循环中的占空比Dp。因此，用于导出ΔD的表达式可以不是直接取代电流偏差ΔI和前一循环中的占空比Dp的表达式。
E3.修改3：
在以上实施例中的每一个中，可以通过使用除第一实施例中所描述的表达式(7)和表达式(8)以外的表达式来导出在占空比D的计算中加的FF和FB。假如FF充当前馈项，可以通过使用输入侧电压值VL和输出侧电压值VH的其它表达式来导出FF。假如FB充当反馈项，FB不限于可提供与电流的测量值与其目标值之间的差相对应的值的表达式，但是可以从可提供与电压的测量值与其目标值之间的差相对应的值的表达式导出。可以从可提供与电功率的测量值与其目标值之间的差相对应的值的表达式导出FB。
E4.修改4：
在以上实施例中的每一个中，转换器控制部53在电流偏差ΔI小于提前确定的阈值Ith时将ΔD设定为无效值。在这方面，不管电流偏差ΔI的大小如何，转换器控制部53都可以将ΔD设定为从以上实施例中所描述的表达式(1)至(4)中的任一个导出的值，而不用将ΔD设定为无效值。另外，在图5中的步骤S42中，可以将FB设定为从表达式(8)导出的值，而不用被设定为无效值。
E5.修改5：
在以上实施例中的每一个中，燃料电池转换器11由四相桥式转换器构成。在这方面，燃料电池转换器11可以不由四相桥式转换器构成。燃料电池转换器11的相数不限于四个，而是可以为一个、两个或三个，或者可以是四个或更多个。
E6.修改6：
以上实施例中的每一个的电压控制系统被并入设置在燃料电池车辆中的燃料电池系统。在这方面，以上实施例中的每一个的电压控制系统可以被并入设置在除燃料电池车辆以外的可移动主体中的燃料电池系统，或者可以被并入固定地设置在建筑物、设施等中的燃料电池系统。另外，以上实施例中的每一个的电压控制系统可以未被并入燃料电池系统，而是例如可以被并入包括风力涡轮发电动机的发电系统。
本发明不限于以上实施例、示例和修改，并且可在不脱离本发明的要点的范围内按照各种配置实现。例如，可适当地替换或者组合对应于本发明的发明内容中所描述的各方面的技术特征的实施例、示例和修改的技术特征，以便解决以上所描述的问题中的一些或全部或者以便实现以上效果中的一些或全部。另外，如果技术特征在本说明书中尚未被描述为必要的，则可适当地删除这些技术特征。

Claims (12)

1.一种增加输入电压的电压控制系统，所述电压控制系统的特征在于包括：
转换器装置，所述转换器装置包括电抗器并且被配置成在一个循环中对所述电抗器执行电能的累积和释放，所述转换器装置被配置成通过使用占空比来操作，所述占空比被确定为所述能量被输入并累积到所述电抗器中的累积时段在所述一个循环中的比例；
转换器控制部，所述转换器控制部被配置成设定所述占空比并且控制所述转换器装置的输出电压；
电流值获取部，所述电流值获取部被配置成获取电流测量值，所述电流测量值是作为在所述一个循环中从所述电抗器输出的电流值相对于时间的平均值而求得的输出电流的测量值；以及
电压值获取部，所述电压值获取部被配置成获取指示所述转换器装置的输入电压的输入侧电压值和指示所述转换器装置的输出电压的输出侧电压值，其中
所述转换器控制部通过使用前馈项和加法项来设定当前循环中的所述占空比，所述前馈项是通过使用在所述当前循环开始时获取的所述输入侧电压值和所述输出侧电压值而导出的，所述加法项是通过使用电流偏差和前一循环中的所述占空比而确定的，所述电流偏差是所述输出电流的目标值与所述前一循环中的所述电流测量值之间的差，所述加法项被加到所述前馈项，所述加法项与所述当前循环中的所述输出电流的增加相对应。
2.根据权利要求1所述的电压控制系统，其特征在于
所述加法项取与所述占空比的增加量相对应的值，如果所述加法项被加到所述前一循环中的所述占空比，则所述增加量能够将在所述前一循环中获得的所述电流测量值仅增加与所述电流偏差相对应的量。
3.根据权利要求1或2所述的电压控制系统，其特征在于
所述转换器控制部通过使用所述当前循环中的所述输出电流的所述目标值、所述前一循环中的所述电流测量值、所述前一循环中的所述占空比和所述当前循环中的所述输入侧电压值中的至少一个以及所述电流偏差来导出所述加法项。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的电压控制系统，其特征在于
当所述加法项由ΔD指示、所述输入侧电压值由VL指示、所述输出侧电压值由VH指示、所述前一循环中的所述占空比由Dp指示、所述电流偏差由ΔI指示、所述前一循环中的所述电流测量值由I指示并且在所述前一循环开始时从所述电抗器输出的所述电流值由I0指示时，ΔD通过表达式(1)来表达：
<mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>D</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>V</mi> <mi>L</mi> </msub> <msub> <mi>V</mi> <mi>H</mi> </msub> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msqrt> <mrow> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mfrac> <msub> <mi>V</mi> <mi>H</mi> </msub> <msub> <mi>V</mi> <mi>L</mi> </msub> </mfrac> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>D</mi> <mi>p</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mfrac> <mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>I</mi> </mrow> <mrow> <mi>I</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>I</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow> </msqrt> <mo>)</mo> </mrow> <mn>...</mn> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>.</mo> </mrow>
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的电压控制系统，其特征在于
当所述加法项由ΔD指示、所述输入侧电压值由VL指示、所述输出侧电压值由VH指示、所述电抗器的电感由L指示、所述一个循环的周期由T指示并且所述电流偏差由ΔI指示时，ΔD通过表达式(2)来表达：
<mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>D</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>V</mi> <mi>L</mi> </msub> <msub> <mi>V</mi> <mi>H</mi> </msub> </mfrac> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msqrt> <mrow> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>V</mi> <mi>H</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>L</mi> </mrow> <mrow> <msup> <msub> <mi>V</mi> <mi>L</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>T</mi> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>I</mi> </mrow> </msqrt> <mo>)</mo> </mrow> <mn>...</mn> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>.</mo> </mrow>
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的电压控制系统，其特征在于
当所述加法项由ΔD指示、所述输入侧电压值由VL指示、所述电抗器的电感由L指示并且所述电流偏差由ΔI指示时，ΔD通过表达式(3)来表达：
<mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>D</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>L</mi> <mrow> <msub> <mi>V</mi> <mi>L</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>T</mi> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>I</mi> <mn>...</mn> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>.</mo> </mrow>
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的电压控制系统，其特征在于
当所述加法项由ΔD指示、所述前一循环中的所述占空比由Dp指示、所述电流偏差由ΔI指示、所述前一循环中的所述电流测量值由I指示并且在所述前一循环开始时从所述电抗器输出的所述电流值由I0指示时，ΔD通过表达式(4)来表达：
<mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>D</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>D</mi> <mi>p</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mfrac> <mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>I</mi> </mrow> <mrow> <mi>I</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>I</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> </mfrac> <mn>...</mn> <mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>.</mo> </mrow>
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的电压控制系统，其特征在于
当所述电流偏差是预定阈值或更大时，所述转换器控制部使用通过使用所述加法项所导出的所述占空比，以及
当所述电流偏差小于所述阈值时，所述转换器控制部使用在不使用所述加法项的情况下导出的另一占空比。
9.根据权利要求8所述的电压控制系统，其特征在于
所述转换器控制部通过使用至少所述前馈项以及待加到所述前馈项的反馈项来设定所述另一占空比，所述反馈项与所述加法项相比相对于所述电流偏差的改变更缓和地改变。
10.根据权利要求1所述的电压控制系统，其特征在于
所述转换器控制部通过使用所述前馈项、所述加法项和反馈项来设定所述当前循环中的所述占空比，所述反馈项是用于与所述加法项不同地消除所述电流偏差的分量。
11.一种燃料电池系统，其特征在于包括：
燃料电池；以及
根据权利要求1至9中的任一项所述的电压控制系统，其中
所述电压控制系统被配置成将从所述燃料电池输出的电压作为所述输入电压而增加。
12.一种电压控制系统的控制方法，所述电压控制系统通过使用转换器装置来增加输入电压，所述转换器装置包括电抗器并且被配置成在一个循环中对所述电抗器执行电能的累积和释放，所述转换器装置被配置成通过使用占空比来操作，所述占空比被确定为所述能量被输入并累积到所述电抗器中的累积时段在所述一个循环中的比例，所述控制方法的特征在于包括：
获取电流测量值，所述电流测量值是作为在所述一个循环中从所述电抗器输出的电流值相对于时间的平均值而求得的输出电流的测量值；
在当前循环开始时获取指示所述转换器装置的输入电压的输入侧电压值和指示所述转换器装置的输出电压的输出侧电压值；
通过使用所述电流测量值、所述输入侧电压值和所述输出侧电压值来设定所述占空比，以便控制所述转换器装置的所述输出电压；
在控制所述转换器装置的所述输出电压时，通过使用前馈项和加法项来设定所述当前循环中的所述占空比，所述前馈项是通过使用所述输入侧电压值和所述输出侧电压值而导出的，所述加法项是通过使用电流偏差和前一循环中的所述占空比而确定的，所述电流偏差是所述输出电流的目标值与所述前一循环中的所述电流测量值之间的差，所述加法项被加到所述前馈项，所述加法项与所述当前循环中的所述输出电流的增加相对应。
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