CN109314461A - 电源装置、设备及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电源装置，其具备：电源；转换部，对电源所供给的电力进行电压转换；及控制部，通过反馈环而生成使转换部输入或输出目标电压或目标电流的第1控制信号，并根据该第1控制信号及在反馈环的外部生成的用于检测电源的状态的第2控制信号来控制转换部。控制部根据前馈项及反馈项来设定第2控制信号的特定参数，所述前馈项基于电源的输出，所述反馈项以由电源输出而被输入至转换部的电力及转换部所输出的电力中的至少1个中所包含的上述特定参数作为反馈成分。

Description

电源装置、设备及控制方法
技术领域
本发明涉及一种电源装置、设备及控制方法。
背景技术
专利文献1中，记载有如下方法：限定叠加于输入电流的交流成分(以下，也称为叠加交流成分)，换言之，限定交流振幅，以使输出电压成为测量仪的测定下限，并根据所需最低限的电流扰动测量燃料电池的电化学光谱特性。在测量燃料电池的阻抗时，使用电流测量仪及电压测量仪的测量值。然而，在燃料电池的电流电压(I-V)特性中包括非线性变化的点(拐点)，在该点附近进行精确的测量非常困难。因此，在专利文献1所记载的方法中，通过反馈作为燃料电池的输出波形的叠加交流成分的交流振幅，并在进行非线性变化的拐点附近减小对电子负载装置赋予的叠加交流成分的振幅，从而抑制由非线性变化所引起的对测量结果的影响，并且测量阻抗。
在先技术文献
专利文献1：日本特开2007-250365号公报
专利文献2：日本特开2007-012418号公报
专利文献3：美国专利第6376111号说明书
发明内容
在专利文献1中记载的方法中，由于在燃料电池的电流电压特性进行非线性变化的点处，降低输入电流的叠加交流成分，因此燃料电池的阻抗的测量精度得到提高。然而，由于是对叠加交流成分进行反馈，因此当在电流电压特性可视为线性的区域被叠加的交流成分为高频时，作为反馈成分的燃料电池的输出电流的抖动变大。为了追随该抖动，需要增加反馈环中的增益，有可能降低电子负载装置的控制稳定性。此外，若不将反馈环中的控制周期设为足够短于与叠加交流成分的频率对应的周期，则在测量时不识别叠加交流成分。因此，由于在叠加高频交流成分时，需要将反馈环中的控制周期设为超高速，因此用于控制电子负载装置的计算负荷变得庞大并且控制稳定性降低。
本发明的目的在于提供一种能够维持对电源所供给的电力进行电压转换的转换部的控制稳定性，并且能够检测电源的状态的电源装置、设备及控制方法。
本发明提供以下方式。
第1方式中，
一种电源装置，其具备：
电源(例如，后述的实施方式中的燃料电池101)；
转换部(例如，后述的实施方式中的FC-VCU103)，对所述电源所供给的电力进行电压转换；及
控制部(例如，后述的实施方式中的ECU113)，通过反馈环而生成使所述转换部输入或输出目标电压或目标电流的第1控制信号，并根据该第1控制信号及在所述反馈环的外部生成的用于检测所述电源的状态的第2控制信号来控制所述转换部，
所述控制部根据前馈项及反馈项来设定所述第2控制信号的特定参数(例如，后述的实施方式中的电流的振幅值)，所述前馈项基于所述电源的输出(例如，后述的实施方式中的输入电流IFC)，所述反馈项以由所述电源输出而被输入至所述转换部的电力及所述转换部所输出的电力中的至少1个中所包含的所述特定参数作为反馈成分。
第2方式中，
根据第1方式的电源装置，其中，
所述控制部在所述反馈环的外部将所述第2控制信号叠加于所述第1控制信号，并将基于叠加有所述第2控制信号的所述第1控制信号的信号输出至所述转换部。
第3方式中，
根据第1方式或第2方式的电源装置，其中，
相较于所述反馈项，所述前馈项对所述第2控制信号的所述特定参数带来的影响更大。
第4方式中，
根据第1方式至第3方式中的任一个电源装置，其中
所述控制部通过根据从所述反馈项导出的所述特定参数修正从所述前馈项导出的所述特定参数，来生成所述第2控制信号。
第5方式中，
根据第1方式至第4方式中的任一个电源装置，其中，
所述控制部以比用于生成所述第1控制信号的反馈控制慢的控制周期执行所述反馈控制。
第6方式中，
根据第1方式至第5方式中的任一个电源装置，其中，
所述控制部根据输入至所述转换部的电流及所述转换部所输出的电流中的至少1个来校正所述反馈项对所述第2控制信号的所述特定参数带来的影响。
第7方式中，
根据第6方式的电源装置，其中，
当输入至所述转换部的电流及所述转换部所输出的电流中的至少1个属于给定范围时，所述控制部减小所述反馈项对所述第2控制信号的所述特定参数带来的影响。
第8方式中，
根据第1方式至第7方式中的任一个电源装置，其中
所述特定参数包含输入至所述转换部的电流及所述转换部所输出的电流中的至少1个振幅值。
第9方式中，
根据第1方式至第8方式中的任一个电源装置，其中
所述控制部根据通过所述第2控制信号而产生的所述电源的输出来测量所述电源的阻抗。
第10方式中，
根据第9方式的电源装置，其中，
所述电源为燃料电池，
所述控制部根据所述阻抗调节所述燃料电池中的加湿量。
第11方式中，
一种电源装置，其具备：
电源(例如，后述的实施方式中的燃料电池101)；
转换部(例如，后述的实施方式中的FC-VCU103)，通过并联电连接能够对所述电源所供给的电力进行电压转换的多个转换单元而构成；
变更部(例如，后述的实施方式中的ECU113)，变更进行所述电压转换的所述转换单元的数量即动作数；及
控制部(例如，后述的实施方式中的ECU113)，通过反馈环而生成使所述转换部输入或输出目标电压或目标电流的第1控制信号，并根据该第1控制信号及在所述反馈环的外部生成的用于检测所述电源的状态的第2控制信号来控制所述转换部，
所述控制部根据前馈项及反馈项来设定所述第2控制信号的特定参数(例如，后述的实施方式中的电流的振幅值)，所述前馈项基于所述动作数及由所述电源输出而被输入至所述转换部的电流中的至少1个，所述反馈项以由所述电源输出而被输入至所述转换部的电力及所述转换部所输出的电力中的至少1个中所包含的所述特定参数作为反馈成分。
第12方式中，
一种设备，其具有第1方式至第11方式中的任一个电源装置。
第13方式中，
一种控制方法，其为由电源装置进行的控制方法，所述电源装置具备：
电源(例如，后述的实施方式中的燃料电池101)；
转换部(例如，后述的实施方式中的FC-VCU103)，对所述电源所供给的电力进行电压转换；及
控制部(例如，后述的实施方式中的ECU113)，通过反馈环而生成使所述转换部输入或输出目标电压或目标电流的第1控制信号，并根据该第1控制信号及在所述反馈环的外部生成的用于检测所述电源的状态的第2控制信号来控制所述转换部，其中，
所述控制部根据前馈项及反馈项来设定所述第2控制信号的特定参数(例如，后述的实施方式中的电流的振幅值)，所述前馈项基于所述电源的输出(例如，后述的实施方式中的输入电流IFC)，所述反馈项以由所述电源输出而被输入至所述转换部的电力及所述转换部所输出的电力中的至少1个中所包含的所述特定参数作为反馈成分。
第14方式中，
一种控制方法，其为由电源装置进行的控制方法，所述电源装置具备：
电源(例如，后述的实施方式中的燃料电池101)；
转换部(例如，后述的实施方式中的FC-VCU103)，通过并联电连接能够对所述电源所供给的电力进行电压转换的多个转换单元而构成；
变更部(例如，后述的实施方式中的ECU113)，变更进行所述电压转换的所述转换单元的数量即动作数；及
控制部(例如，后述的实施方式中的ECU113)，通过反馈环而生成使所述转换部输入或输出目标电压或目标电流的第1控制信号，并根据该第1控制信号及在所述反馈环的外部生成的用于检测所述电源的状态的第2控制信号来控制所述转换部，
所述控制部根据前馈项及反馈项来设定所述第2控制信号的特定参数(例如，后述的实施方式中的电流的振幅值)，所述前馈项基于所述动作数及由所述电源输出而被输入至所述转换部的电流中的至少1个，所述反馈项以由所述电源输出而被输入至所述转换部的电力及所述转换部所输出的电力中的至少1个中所包含的所述特定参数作为反馈成分。
发明效果
在第1方式、第12方式及第13方式中，用于检测电源的状态的第2控制信号的特定参数是根据前馈项及反馈项设定的。从而，第2控制信号的特定参数并非一律固定为根据基于电源的输出的前馈项而确定的值，而是反映基于与转换部的个体误差等对应的反馈项的修正。换言之，第2控制信号的特定参数不仅通过前馈控制，而且还通过反馈控制进行设定。其结果，由于第2控制信号的特定参数还通过考虑转换部的个体误差等而设定，因此由电源输出而被输入至转换部的电力及转换部所输出的电力中的至少1个的波形稳定，提高对转换部的控制稳定性。而且，第2控制信号在生成第1控制信号的反馈环的外部生成。因此，由于第2控制信号的生成不对生成第1控制信号的反馈环的高速化造成影响，因此能够维持对转换部的控制稳定性，并且检测电源的状态。
根据第2方式，由于在生成第1控制信号的反馈环的外部将第2控制信号叠加在第1控制信号，因此即使第2控制信号为高频也能够维持对转换部的控制稳定性。此外，由于通过基于叠加有第2控制信号的第1控制信号的信号来驱动转换部，因此能够进行电压转换及电源的状态检测这两者。
根据第3方式，由于前馈项对第2控制信号带来的影响更大，因此大部分第2控制信号的特定参数通过前馈项确定，并且由于反馈项仅起到前馈项的校正量的作用，因此能够抑制由反馈项引起的第2控制信号的稳定性的降低。
根据第4方式，由于从前馈项导出的第2控制信号的特定参数是通过基于转换部输入输出电力的反馈项而修正的，因此能够将仅通过前馈项无法设定为最佳的第2控制信号的特定参数设定为与转换部输入输出电力对应的适当的值。
根据第5方式，使转换部输出目标电压或目标电流的第1控制信号的控制周期与用于检测电源的状态的第2控制信号的控制周期不同，从而不干扰相互间的控制。此外，由于第2控制信号低于对使转换部输出目标电压或目标电流的第1控制信号所要求的追随性即可，因此优选比较慢的周期，以便能够精确检测电源的状态。据此，在考虑了相互作用的适当的控制周期下，能够生成作用不同的第1控制信号及第2控制信号，并且两者互不干扰。
根据第6方式，由于反馈项基于直接对控制稳定性造成影响的转换部的输入输出电流，因此直接有助于维持对转换部的控制稳定性。
根据第7方式，根据转换部中输入输出的电流，反馈项对第2控制信号的特定参数带来的影响是适当的，第2控制信号变得更稳定。
根据第8方式，由于设定了表示第2控制信号的电流的振幅值，因此，能够有效地避免作为控制不稳定的原因的电源的输出电流的零交叉和不连续模式。
根据第9方式，能够维持对转换部的控制稳定性，并且以良好的精度测量电源的阻抗。
根据第10方式，能够维持对转换部的控制稳定性，并且能够高精度地调节燃料电池中的加湿量，并且可实现燃料电池的高寿命化。
在第11方式、第12方式及第14方式中，用于检测电源的状态的第2控制信号的特定参数是根据前馈项及反馈项来设定的。从而，第2控制信号的特定参数并不固定为通过基于转换单元的动作数的前馈项而确定的值，而反应基于与转换部的个体误差和参数的变更等对应的反馈项的修正。换言之，第2控制信号的特定参数不仅通过前馈控制，而且，还通过反馈控制进行设定。其结果，提高对具有多个转换单元的转换部的控制稳定性。而且，第2控制信号在生成第1控制信号的反馈环的外部生成。因此，第2控制信号的生成不对生成第1控制信号的反馈环的高速化造成影响，因此能够维持对具有多个转换单元的转换部的控制稳定性，并且能够检测电源的状态。
附图说明
图1是表示本发明所涉及的一实施方式的搭载了电源装置的电动汽车的概略结构的框图。
图2是表示一实施方式的电源装置、蓄电池、VCU、PDU及电动发电机的关系的电路图。
图3是表示FC-VCU所具有的4个转换部(相)中仅驱动1个时，开关信号及FC-VCU的输入输出电流随时间变化的图。
图4是表示驱动FC-VCU所具有的全部4个转换部(相)时，开关信号及FC-VCU的输入输出电流随时间变化的图。
图5是表示每一所驱动的转换部(相)的数量N的对输入电流的考虑了损失的FC-VCU的能量效率的曲线图。
图6是表示从Z轴方向观察到的图2所示的FC-VCU所具有的4个转换部(相)的各构成要件及平滑电容器的位置关系的图。
图7是表示其他实施方式的电源装置、蓄电池、VCU、PDU及电动发电机的关系的电路图。
图8是表示从Z轴方向观察到的图7所示的FC-VCU所具有的4个转换部(相)的各构成要件及平滑电容器的位置关系的图。
图9是表示搭载了具有ECU的电源装置的电动汽车的概略结构的框图。
图10是用于说明由用1个相驱动FC-VCU时所叠加的交流信号的振幅的大小引起的输入电流IFC的波形的差异的输入电流的值为0(A)附近的放大图。
图11是表示系数κ与FC-VCU的输入电流的关系的一例的图。
图12是表示系数κ与FC-VCU的输入电流的关系的其他例的图。
图13是表示搭载了其他实施方式的电源装置的电动汽车的概略结构的框图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示本发明所涉及的一实施方式的搭载了电源装置的电动汽车的概略结构的框图。图1中的粗实线表示机械连接，双重虚线表示电力布线，细实线的箭头表示控制信号。图1所示的1MOT型电动汽车具备电动发电机(MG)11、PDU(Power Drive Unit：电力驱动单元)13、VCU(Voltage Control Unit：电压控制单元)15、蓄电池17及一实施方式的电源装置100。以下，对电动汽车所具备的各构成要件进行说明。
电动发电机11通过从蓄电池17及电源装置100中的至少1个所供给的电力驱动，产生用于电动汽车行驶的动力。由电动发电机11产生的扭矩经由包括变速段或固定段的齿轮箱GB及差速器·齿轮D而传递至驱动轮W。此外，电动发电机11在电动汽车减速时，作为发电机而动作，并输出电动汽车的制动力。另外，通过将电动发电机11作为发电机而动作所产生的再生电力被储存在蓄电池17中。
PDU13将直流电压转换为三相交流电压，并施加于电动发电机11。此外，PDU13将电动发电机11进行再生动作时所输入的交流电压转换为直流电压。
VCU15将蓄电池17的输出电压以直流的状态进行升压。此外，在电动汽车减速时，VCU15对电动发电机11通过发电而转换成直流的电力进行降压。进而，VCU15将电源装置100的输出电压以直流的状态进行降压。通过VCU15降压的电力在蓄电池17中充电。
蓄电池17具有锂离子电池或镍氢电池等多个蓄电单元，并经由VCU15向电动发电机11供给高电压的电力。另外，蓄电池17并不限定于锂离子电池及镍氢电池等二次电池。例如，能够将尽管可蓄电的容量少但能够在短时间内将大量的电力进行充电和放电的电容器(condenser)或电容器件(capacitor)用作蓄电池17。
如图1所示，电源装置100具备燃料电池(FC)101、FC-VCU(Fuel Cell VoltageControl Unit：燃料电池电压控制单元)103、电流传感器105、相电流传感器1051～1054(参考图2)、电压传感器1071，1072、温度传感器1091～1094(参考图2)、电源开关111及ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)113。
燃料电池10具有氢罐、氢泵及FC堆。氢罐储存作为用于使电动汽车行驶的燃料的氢气。氢泵调节从氢罐移送至FC堆的氢量。此外，氢泵将氢罐所储存的已干燥的氢气通过氢泵内的贮水槽而供给至FC堆，从而还能够调节氢气的加湿量。FC堆取入从氢泵供给的氢气及空气中的氧气，并通过化学反应而生成电能。在FC堆所生成的电能被供给至电动发电机11或蓄电池17。
在燃料电池101中，除了固体高分子化型燃料电池(PEFC＝Polymer ElectrolyteFuel Cell)以外，能够适用磷酸型燃料电池(PAFC＝Phosphoric Acid Fuel Cell)、熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC＝Molten Carbonate Fuel Cell)、固体氧化物型燃料电池(SOFC＝Solid Oxide Fuel Cell)等各种类型的燃料电池。
另外，燃料电池101的闭路电压随着放电量而变动。此外，燃料电池101的特性与上述蓄电池17的特性互不相同。燃料电池101只要供给作为燃料的氢气及氧气，则能够继续对大电流进行放电。然而，从通过所供给的燃料气体的电化学反应而生成电的原理来看，难以在短时间内不连续地使燃料电池101的输出变动。若考虑到这些特性，可以说燃料电池101具备作为高容量型电源的特性。一侧的蓄电池17从通过内部活性物质的电化学反应而生成电的原理来看，难以继续地对大电流进行放电，但在短时间内不连续地使其输出变动并不难。若考虑到这些特性，可以说蓄电池17具备作为高输出型电源的特性。
FC-VCU103是具有4个能够对燃料电池101所输出的电力(电能)进行电压转换的转换部，并将这些转换部相互并联连接，其输出节点与输入节点通用化的所谓的多相转换器。图2是表示电源装置100、蓄电池17、VCU15、PDU13及电动发电机11的关系的电路图。如图2所示，FC-VCU103所具有的各转换部具有包含电抗器、与该电抗器串联连接的二极管及连接于电抗器和二极管之间的开关元件的升压斩波电路的电路结构。另外，在FC-VCU103的输入侧与4个转换部并联设置有平滑电容器C1，在FC-VCU103的输出侧与VCU15并联设置有平滑电容器C2。
FC-VCU103所具有的4个转换部被并联电连接，将至少1个转换部的开关元件在所希望的时刻进行开启和断开切换动作，从而将燃料电池101的电压以直流的状态进行升压而输出。转换部的开关元件的开启和断开切换动作通过从ECU113至FC-VCU103的脉冲状的具有预定占空比的开关信号来控制。
通过ECU113的控制进行驱动的转换部的数量对FC-VCU103的输出电流的脉动产生影响。若对转换部的开关元件进行开启和断开切换控制，则在开启动作时向FC-VCU103的输入电流流向开关元件侧，从而电抗器储存能量，在断开动作时向FC-VCU103的输入电流流向二极管侧而电抗器将所储存的能量放出。因此，如图3所示，若仅驱动FC-VCU103所具有的4个转换部中的1个，则从FC-VCU103输出在断开动作时的转换部中流动的电流。此外，如图4所示，在将FC-VCU103所具有的4个转换部的全部都进行驱动时，进行将各转换部的开启和断开切换位相以每次偏移90度的交织控制。此时，各转换部的输出电流在FC-VCU103的输出节点合成，从而FC-VCU103的输出电流的脉动比图3所示的仅驱动1个转换部的情况小。此外，在驱动FC-VCU103所具有的4个转换部中的两个时，进行将所驱动的各转换部的开启和断开切换位相以每次偏移180度的交织控制。此时的FC-VCU103的输出电流的脉动比驱动图4所示的4个转换部的情况大，但比图3所示的仅驱动1个转换部的情况小。如此，输出电流的脉动根据所驱动的转换部的数量发生变化。若将所驱动的转换部之间的相位差设为360度除以所驱动的转换部的数量后的值相等，则能够使输出电流的脉动最小化。
此外，所驱动的转换部的数量对在FC-VCU103产生的损失也产生影响。在FC-VCU103产生的损失包括开关元件在开启和断开状态之间进行过渡时产生的过渡损失ηtrans、从开关元件等所具有的电阻成分所产生的传导损失ηconduct及通过开关而产生的开关损失ηswitch(Fsw)这3种。
在仅驱动4个转换部中的1个时，在FC-VCU103产生的损失ηtotal_1由以下式(1)表示。其中，“IFC”为向FC-VCU103的输入电流，“V1”为FC-VCU103的输入电压，“V2”为FC-VCU103的输出电压。并且，“Ttrans”为开关元件中的从开启至断开或从断开至开启的过渡时间，“Fsw”为开关频率，“RDSon”为构成转换部的开关元件的导通电阻。并且，“A”为常数。
【数学式1】
若基于式(1)所示的损失ηtotal_1，则向FC-VCU103的输入电流IFC越大则传导损失尤其增大，FC-VCU103的发热量增加。由此，在所驱动的转换部的数量增加而驱动N个(N为2以上的整数)转换部时，在FC-VCU103产生的损失ηtotal_N由以下式(2)表示。
【数学式2】
若根据式(2)所示的损失ηtotal_N，则由于所驱动的转换部的数量的增加而使开启和断开损失增大，但传导损失减少。因此，ECU113使用表示每一所驱动的转换部的数量N的考虑了损失的FC-VCU103的能量效率的图等来选择所驱动的转换部的数量。图5是表示每一所驱动的转换部(相)的数量N的针对输入电流IFC的考虑了损失的FC-VCU103的能量效率的曲线图。ECU113从基于图5的曲线图的图中选择与FC-VCU103的输入电流IFC对应的适当的数量N。
图6是表示从Z轴方向观察到的图2所示的FC-VCU103具有的4个转换部的各构成要件及平滑电容器C1、C2的位置关系的图。在以下说明中，FC-VCU103所具有的4个转换部分别表示为“相”。因此，在本实施方式中，如图6所示，将包含电抗器L1的转换部表示为“相1”，将包含电抗器L2的转换部表示为“相2”，将包含电抗器L3的转换部表示为“相3”，将包含电抗器L4的转换部表示为“相4”。此外，若所驱动的转换部(相)的数量(以下，有时记载为“动作相数”。)为1个，则为“1相”，若所驱动的转换部(相)的数量为两个，则为“2相”，根据所驱动的转换部(相)的数量N而将动作相数表示为“N相”。
如图6所示，在本实施方式中，相1～相4在XY平面上配置成一列，在XY平面的最外侧配置有相1及相4，在相1的内侧配置有相2，在相4的内侧配置有相3。并且，构成相1的电抗器L1的铁芯及构成相2的电抗器L2的铁芯被共用，相对于各电抗器的线圈的铁芯的缠绕方向彼此相反。同样地，电抗器L3的铁芯及电抗器L4的铁芯也被共用，相对于各电抗器的线圈的铁芯的缠绕方向彼此相反。因此，电抗器L1与电抗器L2彼此磁耦合，电抗器L3与电抗器L4彼此磁耦合。
进而，在图6中，表示在向彼此磁耦合的电抗器流入相同的电流时，在各自的相中所产生的磁通量被抵消的点。流入电抗器L3的电流IL3通过电磁感应产生磁通量3，流入电抗器L4的电流IL4通过电磁感应产生磁通量4。如上述那样，电抗器L3的铁芯及电抗器L4的铁芯被共用，因此磁通量3与磁通量4成为相反方向而彼此抵消。因此，能够抑制电抗器L3及电抗器L4中的磁饱和。此外，电抗器L1及电抗器L2也相同。
此外，由电抗器L1及电抗器L2共用的铁芯Coa横跨相1及相2而配置在XY平面上，由电抗器L3及电抗器L4共用的铁芯Cob横跨相3及相4而配置在XY平面上。XY平面可以为水平面，也可以为垂直平面。另外，进行磁耦合的电抗器的数量并不限定于两个。如上述那样，通过共用铁芯而能够使3个或4个以上的电抗器磁耦合。
各相的电抗器L1～L4的感应电流IL1～IL4被输入至与将开关元件的一端和二极管的一端连接的节点相接的节点Node2。开关元件的另一端的节点Node1连接于接地线。并且，各相的输出电流通过二极管的另一端的节点Node3来输出。
另外，如图7所示，构成相1～相4的各电抗器的铁芯可以为独立的结构。但是，在该情况下同样地，如图8所示，相1～相4被配置为在XY平面上排成一列，在XY平面的最外侧配置有相1及相4，在相1的内侧配置有相2，在相4的内侧配置有相3。
电源装置100所具有的电流传感器105及相电流传感器1051～1054为不具有与作为电流的检测目标的电路的电接点(节点)的所谓的霍尔型的电流传感器。各电流传感器具有芯部及霍尔元件，作为磁电转换元件的霍尔元件将与在芯部的间隙中产生的输入电流形成比例的磁场转换成电压。电流传感器105检测还作为燃料电池101的输出电流的向FC-VCU103的输入电流IFC。表示与电流传感器105所检测的输入电流IFC对应的电压的信号被发送至ECU113。图2所示的相电流传感器1051～1054检测流向FC-VCU103的各相(各转换部)的相电流IL1～IL4。表示与相电流传感器1051～1054所检测的相电流IL1～IL4对应的电压的信号被发送至ECU113。另外，为了防止ECU113处的控制干扰，电流传感器105的控制周期与相电流传感器1051～1054的控制周期互不相同。在本实施方式中，电流传感器105的控制周期比相电流传感器1051～1054的控制周期快。其原因在于，使用其检测值而变更动作相数这样的对FC-VCU103的效率造成很大影响的电流传感器105以及使用其检测值而实现正在驱动的各相的电流值的平衡这样的辅助相电流传感器1051～1054的作用是不同的。
电压传感器1071检测还作为燃料电池101的输出电压的FC-VCU103的输入电压V1。表示电压传感器1071所检测的电压V1的信号被发送至ECU113。电压传感器1072检测FC-VCU103的输出电压V2。表示电压传感器1072所检测的电压V2的信号被发送至ECU113。
温度传感器1091～1094检测FC-VCU103的尤其是各相(各转换部)的开关元件附近的温度。显示温度传感器1091～1094所检测的温度T1～T4的信号被发送至ECU113。
电源开关111是在启动或停止搭载有电源装置100的电动汽车时由驾驶员进行操作的开关。当电动汽车处于停止状态时，若电源开关111被操作(开启操作)，则在ECU113中输入表示启动的电源开关信号。另一方面，电动汽车为运行的状态时，若电源开关111被操作(断开操作)，则在ECU113中输入表示停止的电源开关信号。
ECU113进行燃料电池101的控制、构成FC-VCU103的4个相中的进行驱动的相的选择及基于向所选择的相的开关元件供给的开关信号的开启和断开切换控制、以及PDU13及VCU15的控制。此外，ECU113进行使用VCU15的电力分配控制，以便利用特性不同的燃料电池101及蓄电池17各自的特性。若进行该电力分配控制，则燃料电池101用于在电动汽车的加速行驶时向电动发电机11供应一定的电力，并且蓄电池17用于在为了使电动汽车行驶而需要较大的驱动力时向电动发电机11供给电力。并且，在电动汽车减速行驶时，ECU113利用由电动发电机11产生的再生电力对蓄电池17进行充电。
进而，ECU113对FC-VCU103进行以下说明的控制。以下，将参考附图，对该控制进行详细说明。
ECU113在控制FC-VCU103的该ECU113中的反馈控制的环(以下，称为“反馈环”。)的外部，将从反馈环输出的用于对FC-VCU103的开关元件进行开启和断开切换控制的控制信号(以下，简称为“控制信号”。)叠加在交流信号。进而，ECU113根据叠加有交流信号的控制信号生成脉冲状的开关信号，将该开关信号输出至FC-VCU103的各开关元件。另外，为了测量燃料电池101的阻抗而叠加开关信号中所包含的交流成分。此外，反馈环的控制周期足够短于与上述交流成分的频率对应的周期。
图9是表示搭载了具有ECU113的电源装置100的电动汽车的概略结构的框图。如图9所示，ECU113具有包含反馈控制部121的反馈环、包含反馈控制部135的交流信号产生部123及开关信号生成部125。另外，由于本实施方式的FC-VCU103以电流控制模式被控制，因此在ECU113中，形成了对通过输入FC-VCU103的输入电流IFC的目标值(以下，称为“IFC电流目标值”。)而由反馈控制部121输出的结果，即反馈电流传感器105的检测值(输入电流IFC)进行反馈的反馈环。
反馈控制部121根据IFC电流目标值与电流传感器105所检测的输入电流IFC的值的差分输出控制信号。为了测量燃料电池101的阻抗，交流信号产生部123产生叠加在控制信号的交流信号。关于交流信号产生部123的详细内容将在以下进行叙述。交流信号产生部123所产生的交流信号在反馈环的外部叠加在反馈控制部121所输出的控制信号。开关信号生成部125根据叠加有交流信号的控制信号而生成脉冲状的开关信号，并将该开关信号输出至FC-VCU103的各开关元件。
以下，对交流信号产生部123进行详细说明。如图9所示，交流信号产生部123具有基本交流设定部131、交流振幅值测量部133及反馈控制部135。
基本交流设定部131根据燃料电池101的状态或电流传感器105的检测值(输入电流IFC)等各种参数来设定振幅ACripFF的基本交流信号。
交流振幅值测量部133根据电流传感器105及电压传感器1071的检测值来测量输入电流IFC中所包含的交流成分的振幅值ACrip_sen。
反馈控制部135根据交流振幅目标值ACrip_tar与交流振幅值测量部133所测量的交流成分的振幅值ACrip_sen的差分(ACrip_tar-ACrip_sen)计算反馈控制量ACripFB。另外，为了有效地防止电流不连续模式和零交叉，也可根据输入电流IFC修正反馈控制量AcripFB。另外，交流振幅目标值ACrip_tar与振幅ACripFF类似，是通过燃料电池101的状态和电流传感器105的检测值(输入电流IFC)等各种参数而没定的值，可以是与振幅ACripFF相同的值，也可以是不同的值。
交流信号产生部123产生将作为前馈项的计算值的基本交流信号的振幅值ACripFF和作为反馈项的计算值的反馈控制量ACripFB进行相加的振幅ACrip的交流信号。
另外，在上述反馈控制部121中所包含的反馈环处的控制周期与在该反馈环的外部将交流信号叠加在控制信号的阶段中的控制周期各自不同，而使相互间的控制不受干扰。在本实施方式中，在包含交流信号产生部123的叠加交流信号的阶段的控制周期比反馈环处的控制周期慢。这是因为为了使得FC-VCU103能够在后述的电压控制模式中输出目标电压，并在后述的电流控制模式中输出目标电流，而在反馈环中需要比较快的控制周期。另一方面，在包含交流信号产生部123的叠加交流信号的阶段中的控制周期中，目前为止，并没有要求较快的控制周期，优选比较慢的周期，以能够精确地测量燃料电池101的阻抗。从而两个反馈环的控制周期互不相同，因此对彼此的控制的干扰得到抑制。优选将各自的控制周期设为不同的素数。进而，由于考虑各自的作用而设定适当的反馈环的控制周期，因此能够避免ECU113的计算负荷的过剩增加。
另外，ECU113在电压V2以电动发电机11的驱动效率成为阈值以上的最佳电压的方式进行驱动的电压控制模式下控制FC-VCU103时，在包含反馈控制部121的反馈环中输入V2电压目标值，并反馈电压V2。并且，ECU113在FC-VCU103的控制稳定的电流控制模式下控制FC-VCU103时，可以在包含反馈控制部121的反馈环中，输入FC-VCU103的输出电流的目标值，并且反馈该输出电流的检测值。在这种情况下，交流信号产生部123所产生的交流信号在反馈环的外部叠加在反馈控制部121所输出的控制信号上。另外，在电流控制模式中，可以控制输入电流IFC来代替FC-VCU103的输出电流。此外，在电压控制模式中，也可以控制输入电压V1来代替输出电压V2。
ECU113基于根据包含交流成分的开关信号而被开启和断开切换控制的FC-VCU103的输入电流IFC及还作为输入电压V1的燃料电池101的输出电压，并利用交流阻抗法来测量燃料电池101的阻抗，并间接地掌握燃料电池101内部的含水状态。另外，根据交流阻抗法，ECU113以预定采样速率将电流传感器105及电压传感器1071的各检测值进行采样，并实施傅里叶变换处理(FFT运算处理和DFT运算处理)等之后，并通过傅里叶变换处理后的电压值除以傅里叶变换处理后的电流值等而求出燃料电池101的阻抗。由于燃料电池101内部的含水状态对燃料电池101内部的电解质中的离子传导产生影响，因此与燃料电池101的阻抗之间具有相关关系。从而，通过利用上述交流阻抗法来测量燃料电池101的阻抗，能够间接地掌握燃料电池101内部的含水状态。ECU113对燃料电池101进行与所掌握的含水状态对应的量的加湿。
如上所述，根据本实施方式，将对FC-VCU103的开关元件进行开启和断开切换控制的开关信号中所包含的交流成分进行叠加的时机处于ECU113中的反馈环的外部。若在反馈环内叠加交流信号，则尤其在交流信号为高频情况下的作为反馈成分的FC-VCU103的输入电流IFC的抖动变大，为了追随该抖动而需要加大反馈环中的增益，FC-VCU103的控制稳定性有可能降低。
此外，从原理考虑，若反馈环中的控制周期不足够快于所叠加的交流信号，则ECU113难以识别交流信号，因此无法进行交流叠加。从而，尤其在交流信号为高频的情况下，反馈环中的控制周期成为超高速，从而导致ECU113的计算负荷变得庞大。
然而，由于在反馈环的外部的控制周期比反馈环中的控制周期慢，如本实施方式，通过在反馈的外部叠加交流信号而不产生上述问题，并且能够确保FC-VCU103的控制稳定性及对ECU113的计算负荷的抑制，并且能够测量燃料电池101的阻抗。根据该测量的燃料电池101的阻抗调节供给至燃料电池101的燃料气体的加湿量，从而能够将燃料电池101的含水状态始终保持在适当的状态，并且能够抑制燃料电池101的劣化和效率降低。
进而，在本实施方式中，叠加在用于控制FC-VCU103的控制信号的交流信号的振幅ACrip是根据基于输入电流IFC的前馈项及以输入电流IFC中所包含的交流成分的振幅作为反馈成分的反馈项而设定的。因此，交流信号的振幅并非一律固定为根据前馈项而确定的值，而是反映了基于与FC-VCU103的个体误差等对应的反馈项的修正。换言之，交流信号的振幅不仅通过前馈控制，而且还通过反馈控制而进行设定。其结果，交流信号的振幅还通过考虑FC-VCU103的个体误差等而设定，因此由燃料电池101输出而输入至FC-VCU103的电力及FC-VCU103所输出的电力中的至少1个波形稳定，提高对FC-VCU103的控制稳定性。
若根据前馈项设定交流信号的振幅的结构中，尤其输入电流IFC较低时，由于FC-VCU103的个体误差等而交流信号的振幅达到目标值需要时间或不收敛于目标值。从而，如图10所示，由于交流信号未叠加适合的值，因此输入电流IFC有时存在成为间断性地包含值成为0的期间的(零交叉)不连续的波形的情况。由于这种不连续的波形的输入电流IFC使FC-VCU103的控制稳定性降低，因此不优选。然而，在本实施方式中，由于交流信号的振幅基于前馈项及反馈项，因此交流信号的振幅被迅速地设定为适合的值。其结果，对转换部的控制稳定性的维持得到提高。另外，前馈项比反馈项对交流信号的振幅的设定带来的影响更大。因此，大部分交流信号的振幅通过前馈项而被确定，由于反馈项始终发挥前馈项的校正量的功能，因此对FC-VCU103的控制稳定性得到提高。
另外，在输入电流IFC较低时及在FC-VCU103的各相(各转换部)中流动的相电流较低时，顾虑到由交流信号引起的零交叉或不连续模式的产生，因此通过前馈项及反馈项这两者设定交流信号的振幅具有效果，但在输入电流IFC或相电流较高的情况下，难以产生由交流信号引起的零交叉或不连续模式。因此，仅当输入电流IFC较低时，以及当输入电流IFC较高且FC-VCU103以多相被驱动而相电流较低时，为了使反馈项对交流信号的振幅产生影响且不受除此以外的影响或减少除此以外的影响，也可以将反馈控制部135所计算的反馈控制量ACripFB与图11所示的系数κ(IFC)相乘。通过减小系数κ(IFC)，能够减轻交流信号产生部123用于执行反馈项的负荷。
此外，在使用单相的VCU来代替FC-VCU103时，仅限于在输入电流IFC较低的情况，为了使得反馈项对交流信号的振幅产生影响且不受除此以外的影响或减少除此以外的影响，也可以将反馈控制部135所计算出的反馈控制量ACripFB与图12所示的系数κ(IFC)相乘。
另外，本发明并不限定于上述实施方式，能够进行适当地形变和改进等。例如，虽然在上述第1～第11实施例中分别独立地进行了说明，但也可以设为将两个以上的实施例组合而成的电源装置。此外，在上述说明的电动汽车中作为能源而具备燃料电池101及蓄电池17，但也可以使用能量重量密度比蓄电池17高的锂离子电池或镍氢电池等二次电池来代替燃料电池101。此时，如图13所示，在FC-VCU103所具有的各转换部中，与串联连接于电抗器的二极管并联设置有开关元件，换言之，二极管成为开关元件的寄生二极管，ECU113将由高电平侧及低电平侧组成的两个开关元件进行开启和断开切换动作，从而将代替燃料电池101而设置的二次电池的电压进行升压而输出。
此外，上述中说明的电动汽车为1MOT型的EV(Electrical Vehicle：电动汽车)，但可以是搭载有多个电动发电机的EV，也可以是与至少1个电动发电机一同搭载有内燃机的HEV(Hybrid Electrical Vehicle：混合动力汽车)或PHEV(Plug-in Hybrid ElectricalVehicle：插电式混合动力汽车)。此外，在本实施方式中，电源装置100搭载于电动汽车，但电源装置100也可以设置于不以输送为目的电器设备上。电源装置100适合于能够输出大电流的电源，近年来尤其优选适用于大电流化显著的计算机中。
本实施方式的VCU15虽然对蓄电池17的电压进行升压，但在燃料电池101的电压比蓄电池17的电压低时，使用使蓄电池17的电压降低的VCU。此外，也可以使用能够双向升降压的VCU。此外，FC-VCU103并不限定于升压型，也可以是降压型或升降压型。
附图标记说明：
11 电动发电机(MG)
13 PDU
15 VCU
17 蓄电池
100 电源装置
101 燃料电池(FC)
103 FC-VCU
105 电流传感器
1051～1054 相电流传感器
1071、1072 电压传感器
1091～1094 温度传感器
111 电源开关
113 ECU
121 反馈控制部
123 交流信号产生部
125 开关信号生成部
131 基本交流设定部
133 交流振幅值测量部
135 反馈控制部
C1、C2 平滑电容器
L1～L4 电抗器
Coa、Cob 铁芯。

Claims (14)

1.一种电源装置，其具备：
电源；
转换部，对所述电源所供给的电力进行电压转换；及
控制部，通过反馈环而生成使所述转换部输入或输出目标电压或目标电流的第1控制信号，并根据该第1控制信号及在所述反馈环的外部生成的用于检测所述电源的状态的第2控制信号来控制所述转换部，
所述控制部根据前馈项及反馈项来设定所述第2控制信号的特定参数，所述前馈项基于所述电源的输出，所述反馈项以由所述电源输出而被输入至所述转换部的电力及所述转换部所输出的电力中的至少1个中所包含的所述特定参数作为反馈成分。
2.根据权利要求1所述的电源装置，其中，
所述控制部在所述反馈环的外部将所述第2控制信号叠加在所述第1控制信号，并将基于叠加有所述第2控制信号的所述第1控制信号的信号输出至所述转换部。
3.根据权利要求1或2所述的电源装置，其中，
相较于所述反馈项，所述前馈项对所述第2控制信号的所述特定参数带来的影响更大。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电源装置，其中，
所述控制部通过根据从所述反馈项导出的所述特定参数修正从所述前馈项导出的所述特定参数，来生成所述第2控制信号。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电源装置，其中，
所述控制部以比用于生成所述第1控制信号的反馈控制慢的控制周期执行所述反馈控制。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电源装置，其中，
所述控制部根据输入至所述转换部的电流及所述转换部所输出的电流中的至少1个来校正所述反馈项对所述第2控制信号的所述特定参数带来的影响。
7.根据权利要求6所述的电源装置，其中，
当输入至所述转换部的电流及所述转换部所输出的电流中的至少1个属于给定范围时，所述控制部减小所述反馈项对所述第2控制信号的所述特定参数带来的影响。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电源装置，其中，
所述特定参数包含输入至所述转换部的电流及所述转换部所输出的电流中的至少1个振幅值。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电源装置，其中，
所述控制部根据通过所述第2控制信号而产生的所述电源的输出来测量所述电源的阻抗。
10.根据权利要求9所述的电源装置，其中，
所述电源为燃料电池，
所述控制部根据所述阻抗调节所述燃料电池中的加湿量。
11.一种电源装置，其具备：
电源；
转换部，通过并联电连接能够对所述电源所供给的电力进行电压转换的多个转换单元而构成；
变更部，变更进行所述电压转换的所述转换单元的数量即动作数；及
控制部，通过反馈环而生成使所述转换部输入或输出目标电压或目标电流的第1控制信号，并根据该第1控制信号及在所述反馈环的外部生成的用于检测所述电源的状态的第2控制信号来控制所述转换部，
所述控制部根据前馈项及反馈项来设定所述第2控制信号的特定参数，所述前馈项基于所述动作数及由所述电源输出而被输入至所述转换部的电流中的至少1个，所述反馈项以由所述电源输出而被输入至所述转换部的电力及所述转换部所输出的电力中的至少1个中所包含的所述特定参数作为反馈成分。
12.一种设备，其具有权利要求1至11中任一项所述的电源装置。
13.一种控制方法，其为由电源装置进行的控制方法，所述电源装置具备：
电源；
转换部，对所述电源所供给的电力进行电压转换；及
控制部，通过反馈环而生成使所述转换部输入或输出目标电压或目标电流的第1控制信号，并根据该第1控制信号及在所述反馈环的外部生成的用于检测所述电源的状态的第2控制信号来控制所述转换部，其中，
所述控制部根据前馈项及反馈项来设定所述第2控制信号的特定参数，所述前馈项基于所述电源的输出，所述反馈项以由所述电源输出而被输入至所述转换部的电力及所述转换部所输出的电力中的至少1个中所包含的所述特定参数作为反馈成分。
14.一种控制方法，其为由电源装置进行的控制方法，所述电源装置具备：
电源；
转换部，通过并联电连接能够对所述电源所供给的电力进行电压转换的多个转换单元而构成；
变更部，变更进行所述电压转换的所述转换单元的数量即动作数；及
控制部，通过反馈环而生成使所述转换部输入或输出目标电压或目标电流的第1控制信号，并根据该第1控制信号及在所述反馈环的外部生成的用于检测所述电源的状态的第2控制信号来控制所述转换部，
所述控制部根据前馈项及反馈项来设定所述第2控制信号的特定参数，所述前馈项基于所述动作数及由所述电源输出而被输入至所述转换部的电流中的至少1个，所述反馈项以由所述电源输出而被输入至所述转换部的电力及所述转换部所输出的电力中的至少1个中所包含的所述特定参数作为反馈成分。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6708156B2 (ja) * 2017-03-31 2020-06-10 株式会社オートネットワーク技術研究所 車両用電源装置
JP6954239B2 (ja) * 2018-07-19 2021-10-27 トヨタ自動車株式会社 電力変換器及びモータシステム
US10637271B2 (en) * 2018-09-30 2020-04-28 AGIGA Tech Adaptive charge voltage management for lithium ion and hybrid capacitors
DE102019200586B4 (de) * 2019-01-17 2023-05-17 Audi Ag Spannungswandleranordnung, Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben einer Spannungswandleranordnung
JP7159992B2 (ja) * 2019-07-29 2022-10-25 トヨタ自動車株式会社 燃料電池モジュール
CN114172347B (zh) * 2021-12-14 2024-04-09 广州合成材料研究院有限公司 一种输出功率控制装置及方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007195373A (ja) * 2006-01-20 2007-08-02 Sharp Corp 給電方法、給電回路及びプロジェクタ
JP2009060759A (ja) * 2007-09-03 2009-03-19 Toyota Motor Corp 電源システムおよびその充電制御方法
JP2010004607A (ja) * 2008-06-18 2010-01-07 Honda Motor Co Ltd Ｄｃ／ｄｃコンバータ装置、電気車両及びｄｃ／ｄｃコンバータの制御方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6376111B1 (en) 2000-01-25 2002-04-23 General Motors Corporation System and method for controlling the humidity level of a fuel cell
JP4821187B2 (ja) 2005-06-30 2011-11-24 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP5066821B2 (ja) 2006-03-16 2012-11-07 横河電機株式会社 交流インピーダンス計測方法
JP4535297B2 (ja) * 2008-03-28 2010-09-01 三菱自動車工業株式会社 車両用発電制御装置
KR101297833B1 (ko) * 2011-09-22 2013-08-26 카코뉴에너지 주식회사 적응적 최대 전력점 추종 기능을 가진 태양광 발전 시스템 및 그 방법
JP5664589B2 (ja) * 2012-04-20 2015-02-04 株式会社安川電機 電源回生コンバータおよび電力変換装置
JP5751240B2 (ja) * 2012-11-07 2015-07-22 トヨタ自動車株式会社 交流電動機の制御システム
CN104638722B (zh) * 2015-02-02 2017-07-28 成都芯源系统有限公司 基于数字控制的电池充电系统及其控制电路
JP6414491B2 (ja) * 2015-03-06 2018-10-31 住友電気工業株式会社 変換装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007195373A (ja) * 2006-01-20 2007-08-02 Sharp Corp 給電方法、給電回路及びプロジェクタ
JP2009060759A (ja) * 2007-09-03 2009-03-19 Toyota Motor Corp 電源システムおよびその充電制御方法
JP2010004607A (ja) * 2008-06-18 2010-01-07 Honda Motor Co Ltd Ｄｃ／ｄｃコンバータ装置、電気車両及びｄｃ／ｄｃコンバータの制御方法

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