DE102017112654A1 - Spannungssteuersystem, Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren für ein Spannungssteuersystem - Google Patents

Spannungssteuersystem, Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren für ein Spannungssteuersystem Download PDF

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Abstract

Ein Spannungssteuersystem (10) umfasst: einen Wandler-Steuerungsabschnitt (53); einen Stromwert-Erfassungsabschnitt (51); und einen Spannungswert-Erfassungsabschnitt (52). Der Wandler-Steuerungsabschnitt (53) stellt ein Tastverhältnis (D) in einem aktuellen Zyklus durch Addieren eines Additionsterms (ΔD) zu einem Vorsteuerungsterms (FF) ein, wobei der Additionsterm (ΔD) unter Verwendung einer Stromabweichung (ΔI), die eine Differenz zwischen einem Sollwert (It) eines Ausgangsstroms im aktuellen Zyklus und einem Strommesswert (I) in einem vorangegangenen Zyklus ist, und dem Tastverhältnis (Dp) im vorangegangenen Zyklus bestimmt wird, wobei der Additionsterm (ΔD) einer Erhöhung des Ausgangsstroms im aktuellen Zyklus entspricht.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spannungssteuersystem, ein Brennstoffzellensystem und ein Steuerverfahren für ein Spannungssteuersystem.
  • 2. Stand der Technik
  • Bei einem Brennstoffzellensystem ist es wünschenswert, dass einer externen Last, Zubehörteilen und dergleichen unabhängig von einem Betriebszustand einer Brennstoffzelle schnell und beständig eine benötigte eine elektrische Leistung zugeführt wird. Aus diesem Grund ist im Allgemeinen ein Spannungssteuersystem in das Brennstoffzellensystem integriert, das eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle unter Verwendung eines Wandlers erhöht (z. B., japanische Patentanmeldung mit der Nr. 2015-19448 ( JP 2015-19448 A )).
  • Der Wandler wird durch einen Reaktor bzw. eine Drosselspule gebildet, welcher ein Induktivitätselement ist, und ein Schaltelement, das einen Stromfluss zu dem Reaktor steuert. Ein Hochsetzbetrieb des Wandlers wird durch ein Tastverhältnis gesteuert, das ein Verhältnis einer Öffnungs-/Schließzeitdauer des Schaltelements in einem Zyklus angibt. Das Tastverhältnis wird im Allgemeinen einer Rückkopplungssteuerung unterzogen, so dass eine Abweichung zwischen einer Ausgangsspannung oder einem Ausgangsstrom des Wandlers und dessen Sollwert verringert wird.
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Hinsichtlich einer Steuerung des Wandlers kann in einem Fall, in dem sich eine elektrische Sollleistung in kurzer Zeit erheblich verändert, beispielsweise eine Verzögerung, eine Überschreitung oder dergleichen der Rückkopplungssteuerung verursacht werden, wodurch gegebenenfalls die Verfolgbarkeit eines Ausgangsstroms in Bezug of die elektrische Sollleistung beeinträchtigt wird. Solch ein Problem mit der Steuerbarkeit des Wandlers ist nicht auf das Brennstoffzellensystem beschränkt, sondern ist einem allgemeinen Spannungssteuersystem gemeinsam, das eine Eingangsspannung unter Verwendung eines Wandlers erhöht.
  • Die vorliegende Erfindung ist geschaffen worden, um zumindest einige der vorstehenden Probleme zu lösen, und kann nach den folgenden Aspekten realisiert werden.
  • Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Spannungssteuersystem, das eine Eingangsspannung erhöht. Das Spannungssteuersystem dieses Aspekts umfasst eine Wandlereinrichtung, einen Wandler-Steuerungsabschnitt, einen Stromwert-Erfassungsabschnitt, und einen Spannungswert-Erfassungsabschnitt. Die Wandlereinrichtung umfasst einen Reaktor bzw. eine Drosselspule und ist derart konfiguriert, dass sie ein Akkumulieren und Freisetzen von elektrischer Energie in Bezug auf den Reaktor in einem Zyklus durchführt und dass sie unter Verwendung eines Tastverhältnisses betrieben wird, das als ein Verhältnis einer Akkumulationszeitdauer bestimmt wird, während welcher die Energie in dem einen Zyklus in den Reaktor eingegeben und akkumuliert wird. Der Wandler-Steuerungsabschnitt ist derart konfiguriert, dass er das Tastverhältnis einstellt und eine Ausgangsspannung der Wandlereinrichtung steuert. Der Stromwert-Erfassungsabschnitt ist derart konfiguriert, dass der einen Strommesswert, welcher ein Messwert eines im Durchschnitt festgestellten Ausgangsstroms ist, relativ zu einer Zeit einer Stromwertausgabe des Reaktors in dem einen Zyklus erfasst. Der Spannungswert-Erfassungsabschnitt ist derart konfiguriert, dass er einen eingangsseitigen Spannungswert, der eine Eingangsspannung der Wandlereinrichtung anzeigt, und einen ausgangsseitigen Spannungswert, der eine Ausgangsspannung der Wandlereinrichtung anzeigt, erfasst. Der Wandler-Steuerungsabschnitt stellt das Tastverhältnis in einem aktuellen Zyklus unter Verwendung eines Vorsteuerungsterms und eines Additionsterms ein. Der Vorsteuerungsterm wird unter Verwendung des eingangsseitigen Spannungswerts und des ausgangsseitigen Spannungswerts, die zu Beginn des aktuellen Zyklus erfasst werden, abgeleitet. Der Additionsterm wird durch Reflektieren einer Stromabweichung, welche eine Differenz zwischen einem Sollwert des Ausgangsstroms und dem Strommesswert im vorangegangenen Zyklus ist, sowie dem Tastverhältnis im vorangegangenen Zyklus bestimmt, und der Additionsterm wird zu dem Vorsteuerungsterm addiert und entspricht einer Erhöhung des Ausgangsstroms im aktuellen Zyklus. Bei dem Spannungssteuersystem dieses Aspekts ist es aufgrund des unter Verwendung der Stromabweichung und des Tastverhältnisses im vorangegangenen Zyklus bestimmten Additionsterms möglich, eine Erhöhung des Ausgangsstroms zu erhalten, um die Stromabweichung im aktuellen Zyklus weiter zu verringern. Dementsprechend ist es selbst in einem Fall, in dem sich ein Sollstromwert während des vorangegangenen Zyklus erheblich verändert, möglich, ein Auftreten einer Ansprechverzögerung der Wandlereinrichtung in Bezug auf die Veränderung des Sollstromwerts zu begrenzen, wodurch es möglich ist, die Steuerbarkeit der Wandlereinrichtung zu verbessern.
  • Bei dem Spannungssteuersystem des vorstehenden Aspekts kann der Additionsterm einen Wert annehmen, der einem Erhöhungsbetrag des Tastverhältnisses entspricht, wobei der Erhöhungsbetrag den im vorangegangenen Zyklus erhaltenen Strommesswert nur um einen Betrag erhöhen kann, welcher der Stromabweichung entspricht, wenn der Additionsterm zu dem Tastverhältnis im vorangegangenen Zyklus addiert wird. Durch das Spannungssteuersystem dieses Aspekts kann die zu Beginn des aktuellen Zyklus verursachte Stromabweichung während des aktuellen Zyklus weiter verringert werden, da der Additionsterm basierend auf der Steuerung im vorangegangenen Zyklus bereitgestellt wird.
  • Bei dem Spannungssteuersystem des vorstehenden Aspekts kann der Wandler-Steuerabschnitt den Additionsterm unter Verwendung der Stromabweichung und zumindest eines von dem Sollwert des Ausgangsstroms im aktuellen Zyklus, dem Strommesswert im vorangegangenen Zyklus, dem Tastverhältnis im vorangegangenen Zyklus, und dem eingangsseitigen Spannungswert im aktuellen Zyklus ableiten. Durch das Spannungssteuersystem dieses Aspekts kann der Additionsterm unter Verwendung von zu Beginn des aktuellen Zyklus gegebenen Parametern festgestellt werden.
  • Bei dem Spannungssteuersystem des vorstehenden Aspekts wird der eingangsseitige Spannungswert durch VL angezeigt, der ausgangsseitige Spannungswert durch VH angezeigt, das Tastverhältnis im vorangegangenen Zyklus durch Dp angezeigt, die Stromabweichung durch ΔI angezeigt, der Strommesswert im vorangegangenen Zyklus durch I angezeigt, und die Stromwertausgabe des Reaktors zu Beginn des vorangegangenen Zyklus durch I0 angezeigt, wenn der Additionsterm durch ΔD angezeigt wird, wobei ΔD durch den Ausdruck (1) ausgedrückt werden kann.
  • Figure DE102017112654A1_0002
  • Durch das Spannungssteuersystem dieses Aspekts ist es möglich, den Additionsterm in geeigneterer Weise abzuleiten.
  • Bei dem Spannungssteuersystem des vorstehenden Aspekts wird der eingangsseitige Spannungswert durch VL angezeigt, der ausgangsseitige Spannungswert durch VH angezeigt, eine Induktivität des Reaktors durch L angezeigt, eine Zeitdauer des einen Zyklus durch T angezeigt, und die Stromabweichung durch ΔI angezeigt, wenn der Additionsterm durch ΔD angezeigt wird, wobei ΔD durch den Ausdruck (2) ausgedrückt werden kann.
  • Figure DE102017112654A1_0003
  • Durch das Spannungssteuersystem dieses Aspekts kann der Additionsterm unter Verwendung von weniger Parametern festgestellt werden.
  • Bei dem Spannungssteuersystem des vorstehenden Aspekts wird der eingangsseitige Spannungswert durch VL angezeigt, eine Induktivität des Reaktors durch L angezeigt, und die Stromabweichung durch ΔI angezeigt, wenn der Additionsterm durch ΔD angezeigt wird, wobei ΔD durch den Ausdruck (3) ausgedrückt werden kann.
  • Figure DE102017112654A1_0004
  • Durch das Spannungssteuersystem dieses Aspekts ist es möglich, den Additionsterm leicht nur unter Verwendung des eingangsseitigen Spannungswerts und der Stromabweichung unter den Parametern, die in Abhängigkeit von den Zyklen variieren, abzuleiten.
  • Bei dem Spannungssteuersystem des vorstehenden Aspekts wird das Tastverhältnis im vorangegangenen Zyklus durch Dp angezeigt, die Stromabweichung durch ΔI angezeigt, der Strommesswert im vorangegangenen Zyklus durch I angezeigt, und ein Mindestwert der Stromwertausgabe des Reaktors im vorangegangenen Zyklus durch I0 angezeigt, wenn der Additionsterm durch ΔD angezeigt wird, wobei ΔD durch den Ausdruck (4) ausgedrückt wird.
  • Figure DE102017112654A1_0005
  • Durch das Spannungssteuersystem dieses Aspekts kann der Additionsterm durch einen einfacheren Ausdruck festgestellt werden.
  • Bei dem Spannungssteuersystem des vorstehenden Aspekts kann der Wandler-Steuerungsabschnitt das unter Verwendung des Additionsterms abgeleitete Tastverhältnis verwenden, wenn die Stromabweichung einem vorbestimmten Schwellenwert oder darüber entspricht, und wenn die Stromabweichung unterhalb des Schwellenwerts liegt, kann der Wandler-Steuerungsabschnitt ein anderes, nicht unter Verwendung des Additionsterms abgeleitetes Tastverhältnis verwenden. Durch das Spannungssteuersystem dieses Aspekts wird das Tastverhältnis, das unter Verwendung des Additionsterms eingestellt werden soll, oder ein anderes Tastverhältnis, das nicht unter Verwendung des Additionsterms eingestellt werden soll, entsprechend ausgewählt, um in Abhängigkeit von der Größe der Stromabweichung verwendet zu werden. Dementsprechend wird die Verfolgbarkeit der Veränderung des Sollstromwerts durch das Spannungssteuersystems weiter verbessert.
  • Bei dem Spannungssteuersystem des vorstehenden Aspekts kann der Wandler-Steuerungsabschnitt das andere Tastverhältnis unter Verwendung von zumindest dem Vorsteuerungsterm, und einem Rückkopplungsterm einstellen, der zu dem Vorsteuerungsterm addiert werden soll und der sich relativ zur Veränderung der Stromabweichung moderater ändert als der Additionsterm. Durch das Spannungssteuersystem dieses Aspekts wird die Steuerung, wenn die Stromabweichung gering ist, so durchgeführt, dass sich ein Ist-Ausgangsstrom durch den Rückkopplungsterm an den Sollstromwert annähert, während der Zyklus wiederholt wird. Dies ermöglicht es entsprechend, das Tastverhältnis der Wandlereinrichtung präziser zu steuern, so dass die Steuerbarkeit der Wandlereinrichtung weiter verbessert wird.
  • Bei dem Spannungssteuersystem des vorstehenden Aspekts kann der Wandler-Steuerungsabschnitt das Tastverhältnis im aktuellen Zyklus unter Verwendung des Vorsteuerungsterms, des Additionsterms, und eines Rückkopplungsterms einstellen, wobei der Rückkopplungsterm eine Komponente zum Eliminieren der Stromabweichung anders als der Additionsterm ist.
  • Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem. Das Brennstoffzellensystem dieses Aspekts umfasst eine Brennstoffzelle und ein Spannungssteuersystem nach einem der vorstehenden Aspekte, und das Spannungssteuersystem ist derart konfiguriert, dass es eine von der Brennstoffzelle als Eingangsspannung ausgegebene Spannung erhöht. Durch das Brennstoffzellensystem dieses Aspekts ist es möglich, die Steuerbarkeit der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle zu verbessern.
  • Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Steuerverfahren für ein Spannungssteuersystem, das eine Eingangsspannung unter Verwendung einer Wandlereinrichtung erhöht, die einen Reaktor umfasst und derart konfiguriert ist, dass sie ein Akkumulieren und Freisetzten von elektrischer Energie in Bezug auf den Reaktor in einem Zyklus durchführt, wobei die Wandlereinrichtung derart konfiguriert ist, dass sie unter Verwendung eines Tastverhältnisses betrieben wird, das als Verhältnis einer Akkumulationszeitdauer bestimmt wird, während welcher die Energie in dem einen Zyklus in den Reaktor eingegeben und akkumuliert wird. Das Steuerverfahren dieses Aspekts umfasst: das Erfassen eines Strommesswerts, welcher ein Messwert eines im Durchschnitt festgestellten Ausgangsstroms ist, relativ zu einer Zeit einer Stromwertausgabe des Reaktors in dem einen Zyklus; das Erfassen eines eingangsseitigen Spannungswerts, der eine Eingangsspannung der Wandlereinrichtung anzeigt, und eines ausgangsseitigen Spannungswerts, der eine Ausgangsspannung der Wandlereinrichtung zu Beginn eines aktuellen Zyklus anzeigt; und das Einstellen des Tastverhältnisses unter Verwendung des Strommesswerts, des eingangsseitigen Spannungswerts, und des ausgangsseitigen Spannungswerts, um die Ausgangsspannung der Wandlereinrichtung zu steuern. Bei einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Tastverhältnis im aktuellen Zyklus zu einer Steuerungszeit der Ausgangsspannung der Wandlereinrichtung unter Verwendung eines Vorsteuerungsterms und eines Additionsterms eingestellt, wobei der Vorsteuerungsterm unter Verwendung des eingangsseitigen Spannungswerts, und des ausgangsseitigen Spannungswerts abgeleitet wird, und wobei der Additionsterm unter Verwendung einer Stromabweichung, welche eine Differenz zwischen einem Sollwert des Ausgangsstroms und dem Strommesswert in einem vorangegangenen Zyklus ist, und des Tastverhältnisses im vorangegangenen Zyklus bestimmt wird, und wobei der Additionsterm zu dem Vorsteuerungsterm addiert wird, und wobei der Additionsterm einer Erhöhung des Ausgangsstroms im aktuellen Zyklus entspricht. Durch das Steuerverfahren dieses Aspekts ist es selbst in einem Fall, in dem sich ein Sollstromwert während des vorangegangenen Zyklus erheblich verändert, möglich, ein Auftreten einer Ansprechverzögerung der Wandlereinrichtung in Bezug auf die Änderung des Sollstromwerts einzuschränken.
  • Es sind nicht alle der Mehrzahl von den in jeden Aspekt eingeschlossenen Bestandteilen der vorliegenden Erfindung erforderlich, und um einige oder alle der vorstehend genannten Probleme zu lösen, oder um einige oder alle der hierin beschriebenen Effekte zu erzielen, können einige der Mehrzahl von Bestandteilen entsprechend modifiziert, weggelassen, oder durch andere, neue Bestandteile ersetzt werden, und beschränkender Inhalt kann teilweise weggelassen werden. Ferner können, um einige oder alle der vorstehend genannten Probleme zu lösen oder um einige oder alle der hierin beschriebenen Effekte zu erzielen, einige oder alle der in einen Aspekt eingeschlossenen technischen Merkmale der vorliegenden Erfindung mit einigen oder allen der in einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung eingeschlossenen Merkmale kombiniert werden, so dass sie einen unabhängigen Aspekt der vorliegenden Erfindung bilden.
  • Die vorliegende Erfindung kann nach verschiedenen anderen Aspekten als dem Spannungssteuersystem, dem Brennstoffzellensystem, und dem Steuerverfahren für das Spannungssteuersystem erzielt werden. Die vorliegende Erfindung ist beispielsweise durch ein Steuerverfahren für die Wandlereinrichtung, ein Spannungserhöhungsverfahren, ein Computerprogramm, das bewirkt, dass ein Computer eine Funktion zum Realisieren dieser Verfahren hat, oder ein Aufzeichnungsmedium, das kein temporäres Medium ist und das das Computerprogramm speichert, umsetzbar. Zudem ist die vorliegende Erfindung ebenso in Form eines mit dem Brennstoffzellensystem ausgestatten Fahrzeugs, durch Steuerverfahren für das Brennstoffzellensystem und das damit ausgestatteten Fahrzeug, etc., umsetzbar.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Die Merkmale und Vorteile, sowie die technische und industrielle Bedeutung der beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend mit Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung beschrieben, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Elements kennzeichnen, und in der gilt:
  • 1 ist eine schematische Ansicht, die eine elektrische Konfiguration eines Brennstoffzellensystems darstellt, in das ein Spannungssteuersystem integriert ist;
  • 2 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration eines Brennstoffzellenwandlers darstellt;
  • 3 ist eine erklärende Ansicht zum Beschreiben eines Ausgangsstroms eines Reaktors bzw. einer Drosselspule und eines Tastverhältnisses;
  • 4 ist eine erklärende Ansicht zum Beschreiben einer Übersicht des Einstellens des Tastverhältnisses;
  • 5 ist eine erklärende Ansicht, die einen Ablauf eines Steuerprozesses der Spannungssteuersystems durch einen Steuerungsabschnitt darstellt;
  • 6 ist eine erklärende Ansicht, die ein beispielhaftes Zeitdiagramm der jeweiligen Änderungen eines Sollstromwerts, eines Strommesswerts, von FF, ΔD, und FB in einem Tastverhältnis D darstellt; und
  • 7 ist eine erklärende Ansicht zum Beschreiben eines Ableitungsverfahrens einer Berechnungsformel von ΔD.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • A. Ausführungsformen:
  • 1 ist eine schematische Ansicht, die eine elektrische Konfiguration eines Brennstoffzellensystems 100, in das ein Spannungssteuersystem 10 integriert ist, als eine Ausführungsform der Erfindung darstellt. Das Brennstoffzellensystem 100 ist in einem Brennstoffzellenfahrzeug vorgesehen. Das Brennstoffzellensystem 100 bewirkt, dass ein Antriebsmotor 23 unter Verwendung einer elektrischen Leistung, die von einer Brennstoffzelle 20 als Reaktion auf eine mittels eines Beschleunigerpedals AP empfangene Anforderung des Fahrers oder eine durch eine automatische Steuerung oder dergleichen intern erzeugte Anforderung erzeugt wird, eine Antriebskraft für das Brennstoffzellenfahrzeug erzeugt.
  • Zusätzlich zu dem Brennstoffzellensystem 20 und dem Antriebsmotor 23 umfasst das Brennstoffzellensystem 100 einen Brennstoffzellenwandler 11, eine Sekundärbatterie 21, einen Sekundärbatteriewandler 22, einen Wechselrichter 24, einen ersten Spannungsmessabschnitt 31, einen zweiten Spannungsmessabschnitt 32, und einen Steuerungsabschnitt 50. Wie später beschrieben wird, weist der Steuerungsabschnitt 50 eine Funktion als Stromwert-Erfassungsabschnitt 51, eine Funktion als Spannungswert-Erfassungsabschnitt 52, und eine Funktion als Wandler-Steuerungsabschnitt 53 auf. In dem Brennstoffzellensystem 100 wird das Spannungssteuersystem 10, das derart konfiguriert ist, dass es eine von der Brennstoffzelle 20 als Eingangsspannung ausgegebene Spannung erhöht, durch den Brennstoffzellewandler 11, den Stromwert-Erfassungsabschnitt 51, den Spannungswert-Erfassungsabschnitt 52, und den Wandler-Steuerungsabschnitt 53 gebildet.
  • Die Brennstoffzelle 20 ist eine Festpolymer-Brennstoffzelle, die derart konfiguriert ist, dass sie bei Erhalt von Wasserstoff und Sauerstoff als Reaktionsgase eine elektrische Leistung erzeugt. Die Brennstoffzelle 20 ist nicht auf die Festpolymer-Brennstoffzelle beschränkt, sondern es können verschiedene Arten von Brennstoffzellen als Brennstoffzelle 20 verwendet werden. Anstelle der Festpolymer-Brennstoffzelle kann beispielsweise eine Festoxid-Brennstoffzelle als Brennstoffzelle 20 verwendet werden. Die Brennstoffzelle 20 ist mittels eines ersten Gleichstrom-Leitungsdrahts L1 mit einem Eingangsanschluss des Brennstoffzellenwandlers 11 verbunden.
  • Der Brennstoffzellenwandler 11 ist eine Hochsetz-Wandlereinrichtung, und unter der Steuerung des Steuerungsabschnitts 50 führt der Brennstoffzellenwandler 11 einen Hochsetzbetrieb zum Erhöhen einer von der Brennstoffzelle 20 eingegebenen Eingangsspannung auf eine Sollspannung durch. Ein Ausgangsanschluss des Brennstoffzellenwandlers 11 ist mittels eines zweiten Gleichstrom-Leitungsdrahts L2 mit einem Gleichstromanschluss des Wechselrichters 24 verbunden. Zwischen dem Brennstoffzellenwandler 11 und dem Wechselrichter 24 kann eine Relaisschaltung vorgesehen sein. Der Brennstoffzellenwandler 11 überträgt einen Messwert IL eines Reaktorstroms bzw. eines Drosselspulenstroms (später beschrieben) mittels einer Signalleitung zum Steuerungsabschnitt 50. Der Brennstoffzellenwandler 11 kann unter Verwendung eines intelligenten Leistungsmoduls (IPM) gebildet werden. Die Details einer Konfiguration und eines Betriebs des Brennstoffzellenwandlers 11 werden zu einem späteren Zeitpunkt beschrieben.
  • Die Sekundärbatterie 21 wird beispielsweise durch eine Lithium-Ionen-Batterie gebildet, und fungiert als Leistungsquelle des Brennstoffzellensystems 100 sowie der Brennstoffzelle 20. Die Sekundärbatterie 21 ist mittels eines dritten Gleichstrom-Leitungsdrahts L3 mit dem Eingangsanschluss des Sekundärbatteriewandlers 22 verbunden.
  • Der Sekundärbatteriewandler 22 ist eine Hochsetz-Wandlereinrichtung, und weist eine ähnliche Konfiguration wie der Brennstoffzellenwandler 11 auf. Ein Ausgangsanschluss des Sekundärbatteriewandlers 22 ist mittels eines vierten Gleichstrom-Leitungsdrahts L4 mit dem zweiten Gleichstrom-Leitungsdraht L2 verbunden, der den Brennstoffzellenwandler 11 mit dem Wechselrichter 24 verbindet. Unter der Steuerung des Steuerungsabschnitts 50 steuert der Sekundärbatteriewandler 22 ein Laden/Entladen der Sekundärbatterie 21 durch Anpassen einer Spannung im zweiten Gleichstrom-Leitungsdraht L2, welche eine Eingangsspannung des Wechselrichters 24 ist, zusammen mit dem Brennstoffzellenwandler 11. Wenn die Ausgangsleistung des Brennstoffzellenwandlers 11 nicht für dessen Sollausgangsleistung ausreicht, bewirkt der Sekundärbatteriewandler 22, dass die Sekundärbatterie 21 ein Entladen ausführt. Unterdessen bewirkt der Sekundärbatteriewandler 22, wenn der Antriebsmotor 23 eine regenerative Leistung erzeugt, dass die Sekundärbatterie 21 die regenerative Leistung akkumuliert. Es ist zu beachten, der Sekundärbatteriewandler 22 eine andere Konfiguration als der Brennstoffzellenwandler 11 aufweisen kann.
  • Wie vorstehend beschrieben worden ist, stellt der Antriebsmotor 23 eine Leistungsquelle dar, die Radanordnungen des Brennstoffzellenfahrzeugs antreibt, und wird beispielsweise durch einen Drehstrommotor gebildet. Der Antriebsmotor 23 ist mittels eines Wechselstrom-Leitungsdrahts mit einem Wechselstromanschluss des Wechselrichters 24 verbunden.
  • Der Wechselrichter 24 ist ein DC/AC-Wandler, und der Wechselrichter 24 wandelt als Reaktion auf ein Befehl des Steuerungsabschnitts 50 eine als ein Gleichstrom von der Brennstoffzelle 20 und der Sekundärbatterie 21 mittels des zweiten Gleichstrom-Leitungsdrahts L2 zugeführte elektrische Leistung in eine elektrische Leistung eines Drehstroms um, und führt diesen dem Antriebsmotor 23 zu. Ferner wandelt der Wechselrichter 24 die von dem Antriebsmotor 23 erzeugte regenerative Leistung in eine Gleichstromleistung um und gibt diese an den zweiten Gleichstrom-Leitungsdraht L2 aus. Der Wechselrichter 24 kann durch ein IPM gebildet werden. Das Brennstoffzellensystem 100 kann eine Mehrzahl von Wechselrichtern 24 umfassen, die mit dem zweiten Gleichstrom-Leitungsdraht L2 verbunden sind, und es können andere Zubehörteile (nicht gezeigt) als der Antriebsmotor 23 mittels der jeweiligen Wechselrichter 24 elektrisch mit dem zweiten Gleichstrom-Leitungsdraht L2 verbunden sein.
  • Der erste Spannungsmessabschnitt 31 ist mit dem ersten Gleichstrom-Leitungsdraht L1 verbunden, und misst eine Ausgangsspannung zu dem Brennstoffzellenwandler 11, um ein Signal an den Steuerungsabschnitt 50 auszugeben, das dessen Messwert anzeigt. Der zweite Spannungsmessabschnitt 32 ist mit dem zweiten Gleichstrom-Leitungsdraht L2 verbunden, und misst eine Ausgangsspannung zu dem Brennstoffzellenwandler 11, um ein Signal an den Steuerungsabschnitt 50 auszugeben, das dessen Messwert anzeigt. Die ersten und zweiten Spannungsmessabschnitte 31, 32 können beide durch einen Spannungssensor gebildet sein.
  • Der Steuerungsabschnitt 50 wird durch einen Mikrocomputer mit einer Zentraleinheit, einem Hauptspeicher, und einem nichtflüchtigen Speicherabschnitt gebildet, und fungiert als verschiedene Funktionspfade, so dass die Zentraleinheit verschiedene vom Hauptspeicher gelesene Programme und Anweisungen ausführt. Der Steuerungsabschnitt 50 ist mittels Signalleitungen mit dem Brennstoffzellenwandler 11, dem Sekundärbatteriewandler 22, und dem Wechselrichter 24 verbunden. Der Steuerungsabschnitt 50 steuert den Ausgangsstrom der Brennstoffzelle 20 und der Sekundärbatterie 21, und bewirkt, dass der Antriebsmotor 23 eine Antriebskraft entsprechend einer Ausgabeanforderung eines Fahrers oder einer intern durch eine automatische Steuerung oder dergleichen erzeugte Ausgabeanforderung erzeugt.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform fungiert der Steuerungsabschnitt 50 als übergeordneter Steuerungsabschnitt, der das gesamte wie vorstehend beschrieben konfigurierte Brennstoffzellensystem 100 steuert, und fungiert außerdem als untergeordneter Steuerungsabschnitt, der das Spannungssteuersystem 10 steuert. Der Steuerungsabschnitt 50 fungiert als Stromwert-Erfassungsabschnitt 51, als Spannungswert-Erfassungsabschnitt 52, und als Wandler-Steuerungsabschnitt 53.
  • Der Stromwert-Erfassungsabschnitt 51 erfasst einen Strommesswert I, welcher ein Messwert eines Ausgangsstroms des im Brennstoffzellenwandler 11 eingeschlossenen Reaktors bzw. der Drosselspule ist, basierend auf dem Messwert IL des Reaktorstroms. Die Details des Reaktors des Brennstoffzellenwandlers 11 und der Strommesswerts I werden zu einem späteren Zeitpunkt beschrieben.
  • Der Spannungswert-Erfassungsabschnitt 52 erfasst einen von dem ersten Spannungsmessabschnitt 31 übertragenen Messwert der Eingangsspannung des Brennstoffzellenwandlers 11 als eingangsseitigen Spannungswert VL, der die Eingangsspannung des Brennstoffzellenwandlers 11 anzeigt. Ferner erfasst der Spannungswert-Erfassungsabschnitt 52 einen von dem zweiten Spannungsmessabschnitt 32 übertragenen Messwert der Ausgangsspannung des Brennstoffzellenwandlers 11 als ausgangsseitigen Spannungswert VH, der die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenwandlers 11 anzeigt.
  • Der Wandler-Steuerungsabschnitt 53 des Steuerungsabschnitts 50 stellt ein Tastverhältnis D zum Steuern der Ausgangsspannung des Brennstoffzellenwandlers 11 ein. Das Tastverhältnis D wird so eingestellt, dass es einer aktuellen Ausgabeanforderung des Spannungssteuersystems 10 entspricht. Der Wandler-Steuerungsabschnitt 53 gibt ein Steuersignal S an den Brennstoffzellenwandler 11 aus, um den Brennstoffzellenwandler 11 anzuweisen, ein Ansteuern mit dem Tastverhältnisses D auszuführen. Die Details des Tastverhältnisses D und einer Steuerprozedur des Spannungssteuersystems 10 durch den Steuerungsabschnitt 50 werden zu einem späteren Zeitpunkt beschrieben.
  • Es ist zu beachten, dass der Steuerungsabschnitt 50 eine einzelne Einheit sein kann, die für den Zweck ausgebildet ist, um das Brennstoffzellensystem 100 zu steuern, oder beispielsweise als Teil einer Steuereinheit mit verschiedenen Steuerfunktionen ausgebildet ist, wie eine Steuereinheit, die ein gesamtes Brennstoffzellenfahrzeug steuert. Ferner kann der Steuerungsabschnitt 50 durch eine Mehrzahl von Schaltungen, Einheiten, Modulen, und dergleichen gebildet sein, die jeweils verschiedene Funktionen implementieren. Der Stromwert-Erfassungsabschnitt 51, der Spannungswert-Erfassungsabschnitt 52, und der Wandler-Steuerungsabschnitt 53 können beispielsweise durch einzelne Schaltungen, einzelne Einheiten, einzelne Module und dergleichen gebildet werden.
  • 2 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration des Brennstoffzellenwandlers 11 darstellt. In 2 ist der vierte Gleichstrom-Leitungsdraht L4, der mit dem zweiten Gleichstrom-Leitungsdraht L2 verbunden ist, zur Vereinfachung nicht dargestellt.
  • Der Brennstoffzellenwandler 11 ist als ein vierphasiger Brückenwandler ausgebildet, und umfasst einen U-Phasen-Schaltungsabschnitt 11 U, einen V-Phasen-Schaltungsabschnitt 11 V, einen W-Phasen-Schaltungsabschnitt 11 W, und einen X-Phasen-Schaltungsabschnitt 11 X. Die Schaltungsabschnitte 11 U, 11 V, 11 W, 11 X der jeweiligen Phasen sind mit ersten und zweiten Stromleitungen L5a, L5b und einer Erdungsleitung L6 verbunden.
  • Die erste Stromleitung L5a ist eine mit der Brennstoffzelle 20 verbundene eingangsseitige Stromleitung, und die zweite Stromleitung L5b ist eine mit dem Wechselrichter 24 verbundene ausgangsseitige Stromleitung. Die Erdungsleitung L6 schafft ein Referenzpotential sowohl für die Brennstoffzelle 20 als auch den Wechselrichter 24.
  • Die Schaltungsabschnitte 11 U, 11 V, 11 W, 11 X der jeweiligen Phasen umfassen alle einen Reaktor 61, eine Ausgangsdiode 62, und ein Schaltelement 63. Der Reaktor 61 ist ein Element, das derart konfiguriert ist, dass es eine elektrische Energie akkumuliert. Ein Eingangsanschluss des Reaktors 61 ist mit der ersten Stromleitung L5a verbunden. Ein Ausgangsanschluss des Reaktors 61 ist mittels der Diode 62 mit der zweiten Stromleitung L5b verbunden, und ist außerdem mittels des Schaltelements 63 mit der Erdungsleitung L6 verbunden.
  • Die Diode 62 ist so vorgesehen, dass eine Richtung vom Reaktor 61 zu der zweiten Stromleitung L5b hin gerichtet entlang einer Vorwärtsrichtung verläuft. Der Fluss des Stroms von der zweiten Stromleitung L5b zum Reaktor 61 ist durch die Diode 62 eingeschränkt.
  • Das Schaltelement 63 wird durch einen Transistor 64 und eine Schutzdiode 65 gebildet. Der Transistor 64 ist npn-Transitor, und wird durch einen IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), durch einen elektrischen MOS-(Metal Oxide Semiconductor)-Transistor, einen elektrischen Bipolartransistor, oder dergleichen gebildet. Der Transistor 64 ist so verbunden, dass eine Seite des Reaktors 61 ein Kollektor ist, und eine Seite der Erdungsleitung L6 ein Emitter ist. Die Schutzdiode 65 ist zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 64 in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung, in die ein Kollektorstrom fließt, verbunden.
  • Ein entsprechendes der Steuersignale SU, SV, SW, SX zum Einstellen eines Tastverhältnisses (später beschrieben) des Schaltelements 63 wird von dem Steuerungsabschnitt 50 zu einem Basisanschluss des Transistors 64 jeder der Schaltungsabschnitte 11 U, 11 V, 11 W, 11 X von jeweiligen Phasen eingegeben. Die Endbuchstaben U, V, W, X der jeweiligen Bezugszeichen zeigen die jeweiligen Phasen ihrer entsprechenden Schaltungsabschnitte an. Das Schaltelement 63 jeder der Schaltungsabschnitte der jeweiligen Phasen 11 U, 11 V, 11 W, 11 X wiederholt ein Einschalten und Ausschalten als Reaktion auf ein entsprechendes der eingegebenen Steuersignale SU, SV, SW, SX. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die zu den Schaltungsabschnitten 11 U, 11 V, 11 W, 11 X der jeweiligen Phasen eingegebenen Steuersignale SU, SV, SW, SX zur Vereinfachung kollektiv als ein „Steuersignal S” bezeichnet, sofern keine spezielle Unterscheidung zwischen ihnen erforderlich ist.
  • Wenn das Schaltelement 63 eingeschaltet wird, beginnt ein Strom mittels des Reaktors 61 von der Brennstoffzelle 20 in das Schaltelement 63 zu fließen, und in dem Reaktor 61 wird aufgrund der Gleichstromerregung eine magnetische Energie akkumuliert. Wenn das Schaltelement 63 ausgeschaltet wird, wird die in dem Reaktor 61 während einer Zeitdauer, in der der Reaktor 61 eingeschaltet war, akkumulierte magnetische Energie mittels der Diode 62 und der zweiten Stromleitung L5b als Strom zum Wechselrichter 24 ausgegeben.
  • Daher wird die magnetische Energie als elektrische Energie im Reaktor 61 akkumuliert während das Schaltelement 63 eingeschaltet ist und der Strom durch den Reaktor 61 fließt. Wenn das Schaltelement 63 ausgeschaltet ist, wird die im Reaktor 61 akkumulierte magnetische Energie ausgegeben, so dass der Strom vom Reaktor 61 in die zweite Stromleitung L5b fließt.
  • Eine Induktionsspannung, die durch die im Reaktor 61 akkumulierte magnetische Energie erzeugt wird, wenn das Schaltelement 63 ausgeschaltet ist, wird der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 20 überlagert. Dementsprechend ist die Spannung der zweiten Stromleitung L5b, welche eine Ausgangsspannung jeder der Schaltungsabschnitte 11 U, 11 V, 11 W, 11 X der jeweiligen Phasen ist, höher als eine Spannung der ersten Stromleitung L5a, welche die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 20 ist.
  • Die Steuersignale S werden zu den Schaltungsabschnitten 11 U, 11 V, 11 W, 11 X der jeweiligen Phasen übertragen, so dass die Schaltelemente 63 der Schaltungsabschnitten 11 U, 11 V, 11 W, 11 X der jeweiligen Phasen sequentiell eingeschaltet werden, und die Ausgangsspannungen der Schaltungsabschnitten 11 U, 11 V, 11 W, 11 X der jeweiligen Phasen werden einander sequentiell überlagert. Hierdurch wird eine zu dem Wechselrichter 24 eingegebene Spannung höher gehalten als die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 20.
  • Aufgrund des vorstehenden Vorgangs erhöht der Brennstoffzellenwandler 11 die von der Brennstoffzelle 20 eingegebene Spannung und gibt die Spannung in den Wechselrichter 24 ein. Es ist zu beachten, dass ein Glättungskondensator 66 zwischen dem Wechselrichter 24 und dem X-Phasen-Schaltungsabschnitt 11x vorgesehen ist. Der Glättungskondensator 66 ist mit der zweiten Stromleitung L5b und der Erdungsleitung L6 verbunden. Der Glättungskondensator 66 ist mit der zweiten Stromleitung L5b und der Erdungsleitung L6 verbunden.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform sind Strommessabschnitte 67 U, 67 V, 67 W, 67 X an jeweiligen Eingangsseiten von jeweiligen Reaktoren 61 der Schaltungsabschnitte 11 U, 11 V, 11 W, 11 X der jeweiligen Phasen vorgesehen. Wenn vorgesehen, zeigen die Endbuchstaben U, V, W, X der jeweiligen Bezugszeichen die jeweiligen Phasen ihrer entsprechenden Schaltungsabschnitte an. Jeder der Strommessabschnitte 67 U, 67 V, 67 W, 67 X ist zwischen einem Eingangsanschluss seines entsprechenden Reaktors 61 und der ersten Stromleitung L5a vorgesehen. Die Strommessabschnitte 67 U, 67 V, 67 W, 67 X werden beispielsweise durch einen Stromsensor gebildet.
  • Die Strommessabschnitte 67 U, 67 V, 67 W, 67 X messen Ströme (Reaktorströme), die in jeweilige Reaktoren 61 ihrer entsprechenden Schaltungsabschnitte 11 U, 11 V, 11 W, 11 X der jeweiligen Phasen fließen, und übertragen Messwerte ILU, ILV, ILW, ILX zum Steuerungsabschnitt 50. In der vorliegenden Beschreibung werden die Messwerte ILU, ILV, ILW, ILX der Reaktorströme der jeweiligen Phasen kollektiv als ein „Messwert IL eines Reaktorstroms" oder lediglich als ein „Reaktorstrom IL” bezeichnet, sofern eine Unterscheidung der Messwerte ILU, ILV, ILW, ILX voneinander nicht erforderlich ist. Der Reaktorstrom IL” erhöht und verringert sich durch die EIN/AUS-Vorgänge des Schaltelements periodisch. Es ist zu beachten, dass jeder der Strommessabschnitte 67 U, 67 V, 67 W, 67 X zwischen seiner entsprechender Diode 62 und der zweiten Stromleitung L5b vorgesehen sein kann, um den Reaktorstrom IL an einer Ausgangsseite seines entsprechenden Reaktors 61 zu messen.
  • In Bezug auf 3 wird im Folgenden ein Strommesswert I beschrieben, welcher ein Messwert eines Ausgangsstroms des Reaktors 61 ist, sowie ein Tastverhältnis D zum Ansteuern des Brennstoffzellenwandlers 11. 3 stellt ein beispielhaftes Zeitdiagramm dar, das zeitliche Veränderungen eines Reaktorstroms IL und eines Strommesswerts I, und EIN/AUS-Zeiten des Schaltelements 63 darstellt. In 3 wird die zeitliche Veränderung des Reaktorstroms IL durch eine abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie darstellt, und die zeitliche Veränderung des Strommesswerts I wird durch eine durchgezogene Linie dargestellt. Das Beispiel von 3 wird erhalten, wenn der Strommesswert I im Allgemeinen einheitlich ist.
  • Wie vorstehend beschrieben worden ist, beginnt der Reaktorstrom IL sich zu erhöhen, wenn das Schaltelement 63 eingeschaltet ist, und wenn das Schaltelement 63 ausgeschaltet ist, beginnt der Reaktorstrom IL sich zu verringern. Der Reaktorstrom IL zeigt zu Beginn eines Zyklus einen Mindestwert I0, und zeigt zu der Zeit, zu der das Schaltelement 63 ausgeschaltet ist, einen Höchstwert I1. Bei diesem Beispiel wird der Reaktorstrom IL am Ende des einen Zyklus wieder auf den Mindestwert I0 zurückgesetzt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein Durchschnittswert des Reaktorstroms IL in Bezug auf die Zeit je Zyklus der durch den Stromwert-Erfassungsabschnitt 51 des Steuerungsabschnitts 50 erfasste Strommesswert I. In der vorliegenden Beschreibung gibt der Bezug auf den Ausgangsstrom des Reaktors 61 einen Strom an, der durch den Strommesswert I ausgedrückt wird.
  • Am Ende des einen Zyklus berechnet der Stromwert-Erfassungsabschnitt 51 die Strommesswerte I im Zyklus unter Verwendung von jeweiligen Messwerten ILU, ILV, ILW, ILX, die von den Strommessabschnitten 67 U, 67 V, 67 W, 67 X erhalten werden. Der Stromwert-Erfassungsabschnitt 51 erfasst die jeweiligen Strommesswerte I der Reaktoren 61 der Schaltungsabschnitte 11 U, 11 V, 11 W, 11 X der jeweiligen Phasen.
  • Wie vorstehend beschrieben worden ist, stellt der Wandler-Steuerungsabschnitt 53 des Steuerungsabschnitts 50 bei der vorliegenden Ausführungsform ein Tastverhältnis D jeder der Schaltungsabschnitte 11 U, 11 V, 11 W, 11 X der jeweiligen Phasen ein, wobei das Tastverhältnis D ein Verhältnis einer Akkumulationszeitdauer ist, während welcher das Schaltelement 63 geöffnet ist und eine magnetische Energie als elektrische Energie in einem Zyklus der Ansteuerzeitdauer des Brennstoffzellenwandlers 11 akkumuliert wird. In 3 wird eine Zeitdauer eines Zyklus durch T angezeigt, eine Zeitdauer, während welcher das Schaltelement 63 geöffnet ist, wird durch TON, angezeigt, und eine Zeitdauer, während welcher das Schaltelement 63 geschlossen ist, wird durch TOFF angezeigt. Bei dem Beispiel von 3 ist das Tastverhältnis D TON/T.
  • Der Wandler-Steuerungsabschnitt 53 stellt jeweilige Tastverhältnisse D der Schaltungsabschnitte 11 U bis 11 X der jeweiligen Phasen je Zyklus ein, um jeweilige, von den jeweiligen Reaktoren 61 der Schaltungsabschnitte 11 U bis 11 X der jeweiligen Phasen strömende Ausgangsströme zu steuern. Wenn das Tastverhältnis D erhöht wird, wird ein Verhältnis einer Einschaltzeitdauer TON des Schaltelements 63 in der Zeitdauer T eines Zyklus hoch, so dass sich der Ausgangsstrom des Reaktors 61 erhöht. Indes wird das Verhältnis der Einschaltzeitdauer TON des Schaltelements 63 in der Zeitdauer T des einen Zyklus niedrig, wenn das Tastverhältnis D verringert wird, so dass sich der Ausgangsstrom des Reaktors 61 verringert.
  • 4 ist eine erklärende Ansicht zum Beschreiben einer Übersicht des Einstellens des Tastverhältnisses D durch den Wandler-Steuerungsabschnitt 53. 4 stellt ein Beispiel der zeitlichen Veränderung des Reaktorstroms IL dar. Die jeweiligen Tastverhältnisse D der Schaltungsabschnitte 11 U, 11 V, 11 W, 11 X der jeweiligen Phasen werden durch das gleiche Verfahren eingestellt, daher wird im Folgenden ein Einstellverfahren eines Tastverhältnisses D im Brennstoffzellenwandler 11 ohne Unterscheidung zwischen den Schaltungsabschnitten 11 U, 11 V, 11 W, 11 X der jeweiligen Phasen beschrieben.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform stellt der Wandler-Steuerungsabschnitt 53 ein Tastverhältnis D je Zyklus zu Beginn dieses Zyklus ein. In der folgenden Beschreibung wird ein Zyklus, in dem das Schaltelement 63 mit dem durch den Wandler-Steuerungsabschnitt 53 eingestellten Tastverhältnis D geöffnet und geschlossen wird, als ein „aktueller Zyklus” bezeichnet. Ferner wird ein Zyklus direkt vor diesem als ein „vorangegangener Zyklus” bezeichnet.
  • Im Folgenden wird ein Fall beschrieben, in dem der Wandler-Steuerungsabschnitt 53 ein Tastverhältnis D zu einer Zeit t2 einstellt. In diesem Fall ist eine Zeitdauer zwischen der Zeit t2 und einer Zeit t3 der aktuelle Zyklus, und eine Zeitdauer zwischen einer Zeit t1 und der Zeit t2 ist der vorangegangene Zyklus. Zu der Zeit t2 stellt der Wandler-Steuerungsabschnitt 53 einen Stromsollwert It, welcher ein Sollwert des Ausgangsstroms des Reaktors 61 ist, so ein, dass er einer aktuellen Ausgabeanforderung entspricht. Die Details des Einstellens des Stromsollwerts It entsprechend der Ausgabeanforderung werden zu einem späteren Zeitpunkt beschrieben. Zu der Zeit t2 erfasst der Wandler-Steuerungsabschnitt 53 ferner einen Strommesswert I im vorangegangenen Zyklus, der durch den Stromwert-Erfassungsabschnitt 51 erfasst wird.
  • Wenn sich der Stromsollwert It gegenüber dem vorangegangenen Zyklus verändert, tritt eine Abweichung zwischen dem Stromsollwert It und dem Strommesswert I im Allgemeinen auf. Ferner kann, selbst wenn der Stromsollwert It sich gegenüber dem vorangegangenen Zyklus nicht ändert, aufgrund eines Betriebszustands der Brennstoffzelle 20 oder ähnlicher Faktoren eine Abweichung zwischen dem Stromsollwert It und dem Strommesswert I auftreten. In der folgenden Beschreibung wird die Abweichung als eine „Stromabweichung ΔI” bezeichnet. Wie untenstehend in dem Ausdruck (5) gezeigt ist, wird die Stromabweichung ΔI als ein durch Subtrahieren des Strommesswerts I im vorangegangenen Zyklus von dem Stromsollwert It im aktuellen Zyklus erhaltener Wert berechnet. ΔI = It – I (5)
  • Das Tastverhältnis D ist in eine Richtung einstellt, in der die zu Beginn des aktuellen Zyklus verursachte ΔI eliminiert wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform stellt der Wandler-Steuerungsabschnitt 53 das Tastverhältnis D unter Verwendung des untenstehenden Ausdrucks (6) ein. Nachstehend werden „FF”, „FB”, und „ΔD”, welche Ausdrücke sind, die den Ausdruck (6) bilden, sequentiell beschrieben. D = FF + FB + ΔD (6)
  • „FF” ist ein Vorsteuerungsterm, der eine Vorsteuerungskomponente im Tastverhältnis D anzeigt. In der vorliegenden Beschreibung zeigt die Vorsteuerungskomponente eine Komponente an, die entweder durch einen Istwert oder einen Messwert bestimmt wird, der einen aktuellen Zustand anzeigt und einen Sollwert, der einen Zustand anzeigt, der anschließend erzielt werden soll (einschließlich eines Befehlswerts, gleiches gilt auch später). Bei der vorliegenden Ausführungsform wird FF durch den folgenden Ausdruck (7) festgelegt. FF = 1 – (VL/VH) (7)
  • VL und VH in dem Ausdruck (7) sind ein eingangsseitiger Spannungswert VL und ein ausgangsseitiger Spannungswert VH, die durch den Spannungswert-Erfassungsabschnitt 52 zu Beginn des aktuellen Zyklus erfasst werden. Wie vorstehend beschrieben worden ist, sind der eingangsseitige Spannungswert VL und der ausgangsseitige Spannungswert VH bei der vorliegenden Ausführungsform Istwerte, und ein Wert von FF wird durch eine aktuelle Eingangsspannung und eine aktuelle Ausgangsspannung des Brennstoffzellenwandlers 11 bestimmt.
  • „FB” ist ein Rückkopplungsterm, der eine Rückkopplungskomponente im Tastverhältnis D anzeigt. In der vorliegenden Beschreibung zeigt die Rückkopplungskomponente eine Komponente an, die eine Abweichung zwischen einem Istwert oder einem Messwert, der einen aktuellen Zustand anzeigt, und einem Sollwert, der einen Zustand anzeigt, der anschließend erzielt werden soll, eliminiert. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird FB im Grunde durch den Ausdruck (8) abgeleitet. FB = –K·(I – It) (8)
  • Es ist zu beachten, dass bei der vorliegenden Ausführungsform ein anderer Wert als der durch den Ausdruck (8) abgeleitete Wert für FB eingestellt werden kann (die Details werden zu einem späteren Zeitpunkt beschrieben). Das K in Ausdruck (8) steht für einen Proportionalverstärkungsfaktor und ist ein Koeffizient, der im Voraus bestimmt wird, um eine Komponente, die einen Strom anzeigt, in eine Komponente umzuwandeln, die ein Tastverhältnis anzeigt. In dem Ausdruck (8) kann zur Zeit der Berechnung von FB zusätzlich zu einem Proportionalverstärkungsterm mit dem Proportionalverstärkungsfaktor ein Integrationsterm, der durch Multiplizieren eines kumulativen Werts der Abweichung zwischen dem Strommesswert I und dem Stromsollwert It mit einem Integralverstärkungsfaktor erhalten wird, addiert werden. Es ist zu beachten, dass der Proportionalverstärkungsfaktor und der Integralverstärkungsfaktor eine Funktion haben, eine Veränderung von FB in Bezug auf die Größe der zu eliminierenden Abweichung zu mäßigen. Hierdurch wird eine Überschreitung oder ein Pendeln des Ausgangsstroms des Reaktors 61 aufgrund einer übermäßigen Erhöhung des Tastverhältnisses D begrenzt, selbst wenn die Abweichung besonders groß ist.
  • „ΔD” ist ein Term, der zu FF addiert werden soll, um einer plötzlichen Veränderung des Sollwerts zu entsprechen. In der nachfolgenden Beschreibung wird ΔD auch als Additionsterm bezeichnet. Unter den Komponenten des Tastverhältnisses D können nur FF und FB einer Erhöhung der Stromabweichung ΔI aufgrund der plötzlichen Veränderung des Sollwerts gegebenenfalls nicht folgen. Wenn ΔD zu FF addiert wird, kann eine Zeitdauer, während welcher das Schaltelement 63 in einem Zyklus geöffnet ist, nur um eine Zeitdauer entsprechend ΔD verlängert werden, und ein Höchstwert, den der Reaktorstrom IL im aktuellen Zyklus annehmen kann, wird angehoben. Dies ermöglicht es entsprechend, den Strommesswert I im aktuellen Zyklus zu erhöhen. In 4 wird eine Veränderung des Reaktorstroms IL im aktuellen Zyklus durch Addieren von ΔD konzeptionell dargestellt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ΔD im Grunde durch den untenstehenden Ausdruck (1) abgeleitet.
  • Figure DE102017112654A1_0006
  • Es ist zu beachten, dass bei der vorliegenden Ausführungsform ein anderer Wert als der durch den Ausdruck (1) abgeleitete Wert für ΔD eingestellt werden kann (die Details werden zu einem späteren Zeitpunkt beschrieben). VL und VH in dem Ausdruck (1) sind ein eingangsseitiger Spannungswert VL und ein ausgangsseitiger Spannungswert VH, die durch den Spannungswert-Erfassungsabschnitt 52 zu Beginn des aktuellen Zyklus erfasst werden. Dp ist ein Tastverhältnis des vorangegangenen Zyklus, das heißt, ein vorangegangener Wert des Tastverhältnisses D. I ist ein Strommesswert I im vorangegangenen Zyklus. ΔI ist eine Stromabweichung ΔI, die zu Beginn des aktuellen Zyklus ermittelt wird. I0 ist ein Mindestwert des zu Reaktorstroms IL, der zu Beginn des vorangegangenen Zyklus gemessen wird.
  • ΔD, das durch den Ausdruck (1) festgestellt wird, kann als Wert interpretiert werden, der so bestimmt wird, dass das Tastverhältnis Dp im vorangegangenen Zyklus und die Stromabweichung ΔI reflektiert werden. Ferner kann ΔD als ein Wert interpretiert werden, der so bestimmt wird, dass er einer Erhöhung des Ausgangsstroms des Reaktors 61 im aktuellen Zyklus entspricht, so dass die Erhöhung des Ausgangsstroms des Reaktors 61 im aktuellen Zyklus entsprechend der Stromabweichung ΔI erhalten wird. Der Ausdruck (1) leitet einen Wert von ΔD basierend auf einem Ausgangszustand des Reaktorstroms IL im vorangegangenen Zyklus ab, so dass die Erhöhung des Ausgangsstroms des Reaktors 61 im aktuellen Zyklus entsprechend der Stromabweichung ΔI erzielt werden kann. Ferner lässt sich sagen, dass der Ausdruck (1) ein Funktionsterm ist, der so definiert ist, dass ΔD einen Wert annimmt, der den Strommesswert I nur um einen Betrag entsprechend der Stromabweichung ΔI weiter erhöhen kann als einen Istwert, wenn ΔD zu dem Tastverhältnis D im vorangegangenen Zyklus addiert wird. Ein Prinzip, das den Ausdruck (1) ableitet, wird zu einem späteren Zeitpunkt beschrieben.
  • In Bezug auf 5 wird im Folgenden ein Ablauf des Steuerprozesses des Spannungssteuersystems 10 durch den Steuerungsabschnitt 50 unter Verwendung des Tastverhältnisses D beschrieben. Nachdem das Brennstoffzellensystem 100 gestartet wird, wiederholt der Steuerungsabschnitt 50 eine Reihe von Prozessen der folgenden Schritte S10 bis S60 für eine vorbestimmte Steuerzeitdauer bis das Brennstoffzellensystem 100 angehalten wird. Es ist zu beachten, dass die vorliegende Ausführungsform der Einfachheit halber unter der Annahme beschrieben wird, dass die Steuerzeitdauer des Steuerungsabschnitts 50 gleich ist wie eine Ansteuerzeitdauer T des Brennstoffzellenwandlers 11. Die Steuerzeitdauer des Steuerungsabschnitts 50 muss nicht notwendigerweise gleich sein wie die Ansteuerzeitdauer T des Brennstoffzellenwandlers 11, und kann länger sein als die Ansteuerzeitdauer des Brennstoffzellenwandlers 11.
  • Bei Schritt S10 bestimmt der Steuerungsabschnitt 50 eine elektrische Sollleistung PFC, die von der Brennstoffzelle 20 ausgegeben werden soll und eine elektrische Sollleistung PIV, die zu dem Wechselrichter 24 eingegeben werden soll. Der Steuerungsabschnitt 50 erfasst über das Beschleunigerpedal AP des Brennstoffzellenfahrzeugs eine Ausgabeanforderung eines Fahrers, und bestimmt die elektrischen Sollleistungen PFC, PIV entsprechend der Ausgabeanforderung. In einem Fall, in dem eine automatische Steuerung wie automatisches Fahren in dem Brennstoffzellenfahrzeug ausgeführt wird, kann der Steuerungsabschnitt 50 die elektrischen Sollleistungen PFC, PIV so bestimmen, dass sie einer von der automatischen Steuerung erzeugten Ausgabeanforderung entsprechen. Ferner kann der Steuerungsabschnitt 50 die elektrischen Sollleistungen PFC, PIV zusätzlich oder anstelle solch einer Ausgabeanforderung so bestimmen, dass sie eine intern für den Betrieb des Brennstoffzellensystems 100 oder des Brennstoffzellenfahrzeugs erzeugte Steueranforderung reflektieren, z. B. eine elektrische Leistung, die den Zubehörteilen zugeführt werden soll, die in dem Brennstoffzellenfahrzeug vorgesehen sind. Der Steuerungsabschnitt 50 kann beispielsweise einen Leistungserzeugungsbetrag der Brennstoffzelle 20 zum Aufwärmen der Brennstoffzelle 20 und anderer Zubehörteile basierend auf einer Außentemperatur, einer Temperatur der Brennstoffzelle 20, und einem Ladezustand (SOC) der Sekundärbatterie 21 bestimmen, und die elektrischen Sollleistungen PFC, PIV basierend auf dem Leistungserzeugungsbetrag bestimmen. Zur Zeit des Bestimmens der elektrischen Sollleistungen PFC, PIV können aktuelle Ausgangscharakteristiken (I–V-Charakteristiken) der Brennstoffzelle 20, der SOC der Sekundärbatterie 21, und dergleichen berücksichtig werden.
  • Anschließend bestimmt der Steuerungsabschnitt 50 eine Sollspannung VFC der Brennstoffzelle 20, um die elektrische Sollleistung PFC basierend auf den aktuellen I–V-Charakteristiken der Brennstoffzelle 20 zu erhalten, und stellt die Sollspannung VFC als einen Sollwert VLt der Eingangsspannung des Brennstoffzellenwandlers 11 ein. Ferner startet der Steuerungsabschnitt 50 eine Betriebssteuerung der Brennstoffzelle 20 entsprechend der Sollspannung VFC der Brennstoffzelle 20. Der Steuerungsabschnitt 50 steuert insbesondere eine Zufuhrmenge der Reaktionsgase der Brennstoffzelle 20. Ferner bestimmt der Wandler-Steuerungsabschnitt 53 des Steuerungsabschnitts 50 einen Sollwert VHt der Ausgangsspannung des Brennstoffzellenwandlers 11 im aktuellen Zyklus und einen Stromsollwert It, welcher ein Sollwert des Ausgangsstroms jedes Reaktors 61 im aktuellen Zyklus ist, so dass sie der elektrischen Sollleistung PIV entsprechen, die zum Wechselrichter 24 eingegeben werden soll.
  • Bei Schritt S20 erfasst der Wandler-Steuerungsabschnitt 53 eine Stromabweichung ΔI. Wie in dem Ausdruck (5) gezeigt ist, berechnet der Wandler-Steuerungsabschnitt 53 die Stromabweichung ΔI durch Subtrahieren des Strommesswerts I, der einen Ausgangsstrom des Reaktors 61 im vorangegangenen Zyklus anzeigt, von dem Stromsollwert It.
  • Bei den Schritten S30 bis S45 berechnet der Wandler-Steuerungsabschnitt 53 ein Tastverhältnis D unter Verwendung des Ausdrucks (6). Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das Tastverhältnis D in einem Fall, in dem die Stromabweichung ΔI besonders groß ist, durch Einstellen des Additionsterms ΔD in dem Ausdruck (6) auf einen unter Verwendung des Ausdrucks (1) abgeleiteten Effektivwert eingestellt, so dass die Stromabweichung ΔI im aktuellen Zyklus so klein wie möglich ist. Indes wird der Additionsterm ΔD des Ausdrucks (6) zum Berechnen des Tastverhältnisses D auf einen nicht durch Ausdruck (1) abgeleiteten, ungültigen Wert eingestellt, wenn die Stromabweichung ΔI solch ein niedriger Wert ist, dass die Stromabweichung ΔI durch FB in dem Ausdruck (6) kompensiert werden kann. Dies wird nachstehend genauer beschrieben.
  • Bei Schritt S30 führt der Wandler-Steuerungsabschnitt 53 eine Bestimmung über die Stromabweichung ΔI aus. Der Wandler-Steuerungsabschnitt 53 vergleicht die Stromabweichung ΔI mit einem vorbestimmten Schwellenwert Ith. Der Schwellenwert Ith sollte eine positive, wirkliche Zahl sein, die im Voraus experimentell als ein Wert festlegt wird, der zur Zeit, zu der die entsprechende Stromabweichung ΔI verursacht wird, eine Ansprechverzögerung des Brennstoffzellenwandlers 11 verursachen kann.
  • Wenn die Stromabweichung ΔI geringer ist als der Schwellenwert Ith (ΔI < Ith), leitet der Wandler-Steuerungsabschnitt 53 FB unter Verwendung des Ausdrucks (8) ab (Schritt S41). Ferner stellt der Wandler-Steuerungsabschnitt 53 ΔD auf einen ungültigen Wert ein, der eine wesentliche Funktion von ΔD verliert, ohne ΔD unter Verwendung des Ausdrucks (1) abzuleiten. Der Wandler-Steuerungsabschnitt 53 kann ΔD insbesondere auf einen ungültigen Wert nahe 0 einstellen, oder kann ΔD auf einen extrem kleinen Wert (z. B., einen Wert von etwa einigen Prozent von FB) in Bezug auf FB einstellen.
  • Wenn die Stromabweichung ΔI dem Schwellenwert Ith (ΔI ≥ Ith) oder darüber entspricht, stellt der Wandler-Steuerungsabschnitt 53 ΔD auf einen unter Verwendung des Ausdrucks (1) abgeleiteten Wert ein (Schritt S42). Ferner stellt der Wandler-Steuerungsabschnitt 53 FB auf einen ungültigen Wert ein, der eine wesentliche Funktion von FB verliert, ohne FB unter Verwendung des Ausdrucks (8) abzuleiten. Der Wandler-Steuerungsabschnitt 53 kann FB auf Null oder einen Wert nahe 0 einstellen, oder kann FB auf einen extrem kleinen Wert (z. B., einen Wert von etwa einigen Prozent von ΔD) in Bezug auf ΔD einstellen. Alternativ kann der Wandler-Steuerungsabschnitt 53 FB auf einen unter Verwendung des Ausdrucks (8) im vorangegangenen Zyklus abgeleiteten Wert einstellen. Es ist zu beachten, dass FB nicht unbedingt auf einen ungültigen Wert eingestellt werden muss, und ein unter Verwendung des Ausdrucks (8) abgeleiteter Wert für FB eingestellt werden kann.
  • Bei Schritt S43 berechnet der Wandler-Steuerungsabschnitt 53 FF unter Verwendung des Ausdrucks (7). FF kann vor Schritt S41 oder Schritt S42 abgeleitet werden. Bei Schritt S45 addiert der Wandler-Steuerungsabschnitt 53 die so eingestellten Werte FF, FB und ΔD, um das Tastverhältnis D wie in Ausdruck (6) gezeigt zu berechnen.
  • Bei Schritt S50 bewirkt der Wandler-Steuerungsabschnitt 53, dass der Brennstoffzellenwandler 11 einen Hochsetzbetrieb mit dem bei Schritt S45 eingestellten Tastverhältnis D ausführt. Der Wandler-Steuerungsabschnitt 53 erzeugt insbesondere ein Steuersignal S, das das Tastverhältnis D anzeigt, und überträgt dieses zu dem Schaltelement 63 jeder der Schaltungsabschnitte 11 U, 11 V, 11 W, 11 X der jeweiligen Phasen, um eine Öffnungs-/Schließzeitdauer des Schaltelements 63 einzustellen. Das durch Einstellen von ΔD auf einen effektiven Wert mittels Schritt S42 abgeleitete Tastverhältnis D entspricht einem untergeordneten Konzept des Tastverhältnisses im aktuellen Zyklus, und das durch Einstellen von ΔD auf einen ungültigen Wert mittels Schritt S41 abgeleitete Tastverhältnis D entspricht einem untergeordneten Konzept eines weiteren Tastverhältnisses der vorliegenden Erfindung.
  • Da der Additionsterm ΔD, wie vorstehend beschrieben worden ist, eine Komponente zum Eliminieren der Stromabweichung ΔI ist, kann der Additionsterm ΔD hier im Hinblick auf die Definition der Rückkopplungskomponente auch als eine Art eines Rückkopplungsterms interpretiert werden. Es ist zu beachten, dass ΔD eine Komponente ist, die die Stromabweichung ΔI in einem Zyklus des aktuellen Zyklus minimieren soll. FB ist hingegen eine Komponente, die bewirken soll, dass der Strommesswert I sich durch Wiederholen mehrerer Zyklen allmählich dem Stromsollwert It annähert, und wird derart eingestellt, dass er sich relativ zu der Veränderung der Stromabweichung ΔI gegenüber ΔD moderat verändert. Somit kann gesagt werden, dass FB und ΔD einander ähneln, selbst wenn ihre Wirkungen in Bezug auf das Tastverhältnis D nicht die gleichen sind. Wenn das Tastverhältnis D erhöht wird, bewirkt die Verwendung von FB und ΔD jeweils als effektive Werte, dass jeweilige Funktionen überlappend wirken, was dazu führen kann, dass das Tastverhältnis D eher von einem ursprünglich angestrebten Wert separiert wird. Angesichts dessen wird ΔD, wie vorstehend beschrieben worden ist, bei der vorliegenden Ausführungsform auf einen unter Verwendung des Ausdrucks (1) abgeleiteten effektiven Wert eingestellt, wenn die Stromabweichung ΔI dem Schwellenwert Ith oder darüber entspricht, während ΔD auf einen ungültigen Wert eingestellt wird, wenn die Stromabweichung ΔI unterhalb des Schwellenwerts liegt. Dadurch wird die Abnahme der Steuerbarkeit des Brennstoffzellenwandlers 11 aufgrund der Interferenz zwischen den jeweiligen Funktionen von FB und ΔD auf die Berechnung des Tastverhältnisses D begrenzt.
  • Der Steuerungsabschnitt 50 wiederholt die Prozesse der Schritte S10 bis S50 mit der Steuerzeitdauer T, bis der Betrieb des Brennstoffzellensystems 100 angehalten wird (Schritt S60). Ein Fall, in dem der Betrieb des Brennstoffzellensystems 100 angehalten wird, kann ein Fall sein, in dem die Zufuhr der elektrischen Leistung von der Brennstoffzelle 20 zu anderen Teilen unterbrochen wird, oder kann ein Fall sein, in dem der Betrieb der Brennstoffzelle 20 angehalten wird. Es ist zu beachten, dass der Steuerungsabschnitt 50 das Tastverhältnis D im aktuellen Zyklus bei der vorliegenden Ausführungsform als ein Tastverhältnis Dp in einem vorangegangenen Zyklus speichert, bevor er zu einem nächsten Zyklus wechselt, und einen Messwert eines aktuellen Reaktorstroms IL als einen Mindestwert I0 des Reaktorstroms IL im aktuellen Zyklus speichert. Diese Werte werden im nächsten Zyklus zur Berechnung von ΔD bei Schritt S42 verwendet.
  • 6 ist eine erklärende Ansicht, die ein beispielhaftes Zeitdiagramm darstellt, das jeweilige Veränderungen des Stromsollwerts It des Ausgangsstroms des Reaktors 61, den Strommesswert I, und FF, ΔD, und FB im Tastverhältnis D anzeigt. In 6 wird eine Zeitachse je Steuerzeitdauer T (Zeiten t1 bis t4) unterteilt. Im Folgenden wird ein Fall behandelt, in dem der Stromsollwert It sich derart erhöht, dass die Stromabweichung ΔI während eines Zyklus zwischen der Zeit t1 und der Zeit t2 den Schwellenwert Ith oder darüber annimmt.
  • Der Wandler-Steuerungsabschnitt 53 führt eine Bestimmung zum Vergleichen der Stromabweichung ΔI mit dem Schwellenwert Ith zu der Zeit t2 durch (Schritt S30). Bei diesem Beispiel wird ΔD unter Verwendung des Ausdrucks (1) eingestellt und FB wird auf einen ungültigen Wert eingestellt (Schritt S42), und FF wird unter Verwendung des Ausdrucks (7) eingestellt (Schritt S43), da ΔI ≥ Ith hergestellt wird. Diese werden addiert, um das Tastverhältnis D zu berechnen (Schritt S45), und die Steuerung mit dem Tastverhältnis D wird gestartet (Schritt S50).
  • Der unter Verwendung des Ausdrucks (1) abgeleitete Wert ΔD wird zu dem zu der Zeit t2 eingestellten Tastverhältnis D addiert. Wie vorstehend beschrieben worden ist, ist der Ausdruck (1) ein Funktionsterm zum Einstellen von ΔD auf einen Wert, der die Erhöhung des Ausgangsstroms des Reaktors 61 entsprechend der Stromabweichung ΔI in einem Zyklus erzielen kann. Aus diesem Grund wird der Strommesswert I in einem Zyklus zwischen der Zeit t2 und der Zeit t3 stark erhöht, so dass er sich dem Stromsollwert It annähert.
  • Zu der Zeit t3 stellt der Wandler-Steuerungsabschnitt 53 FB unter Verwendung des Ausdrucks (8) ein und stellt ΔD zur Zeit der Berechnung des Tastverhältnisses D auf einen ungültigen Wert ein (Schritte S41 bis S45), wenn die Stromabweichung ΔI ein niedrigerer Wer ist als der Schwellenwert Ith. Somit wird eine Differenz zwischen dem Stromsollwert It und dem Strommesswert I in den Zyklen nach Zeit t3 hauptsächlich durch FB ohne Verwendung des Additionsterms ΔD für die Berechnung des Tastverhältnisses D allmählich verringert.
  • Wie vorstehend beschrieben worden ist, wird bei dem Spannungssteuersystem 10 der vorliegenden Ausführungsform das Tastverhältnis D unter Verwendung des durch Ausdruck (1) abgeleiteten Terms ΔD eingestellt, wenn die Ausgabeanforderung an das Brennstoffzellensystem 100 gestellt wird, die die Stromabweichung ΔI deutlich erhöht. Wie zu einem späteren Zeitpunkt beschrieben wird, ist der Ausdruck (1) ein Funktionsterm, der zum Ableiten von ΔD definiert wird, so dass die Erhöhung des Ausgangsstroms des Reaktors 61 entsprechend der Stromabweichung ΔI erzielt werden kann. Aus diesem Grund kann die Stromabweichung ΔI bis zum nächsten Zyklus unter Verwendung des Tastverhältnisses D stark verringert werden. Ferner ist ΔD ein Wert, der basierend auf einem Ausgangszustand des Reaktorstroms im vorangegangenen Zyklus derart bestimmt wird, dass ein Sollerhöhungsbetrag erhalten wird. Das heißt, ΔD wird als ein Wert in Übereinstimmung mit einer aktuellen Situation eingestellt, um den Sollwert zu erzielen. Daher verkürzt sich die Zeit zum Eliminieren der Stromabweichung ΔI weiter, was es ermöglicht, ein Auftreten einer Ansprechverzögerung in Bezug auf eine deutliche Erhöhung der Ausgabeanforderung zu begrenzen.
  • Um FF abzuleiten, welcher eine Vorsteuerungskomponente des Tastverhältnisses D ist, verwendet das Spannungssteuersystem 10 der vorliegenden Ausführungsform Istwerte als eingangsseitigen Spannungswert VL, der eine Eingangsspannung des Brennstoffzellenwandlers 11 anzeigt, und ausgangsseitigen Spannungswert VH, der dessen Ausgangsspannung anzeigt. Dementsprechend ist es, selbst wenn eine deutliche Diskrepanz zwischen einem Sollwert und einem aktuellen Wert in Bezug auf die Eingangsspannung und die Ausgangsspannung aufgetreten ist, möglich, den Einfluss der deutlichen Diskrepanz auf das Tastverhältnis D zu begrenzen. Dies ermöglicht es, das Auftreten eines Überstroms oder einer Überspannung in dem Brennstoffzellenwandler 11 aufgrund einer solchen Diskrepanz zwischen dem Sollwert und dem aktuellen Wert in Bezug auf die Eingangsspannung und die Ausgangsspannung zu begrenzen. Die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle ist im Allgemeinen hoch, z. B., etwa 100 V, und schwankt leicht in Abhängigkeit von einer Bedingung wie dem Betriebszustand. Jedoch ist es bei dem Brennstoffzellensystem 100 der vorliegenden Ausführungsform möglich, den Einfluss einer Diskrepanz zwischen dem Sollwert und dem aktuellen Wert in Bezug auf die Eingangsspannung und die Ausgangsspannung in dem Brennstoffzellenwandler 11 zu verringern, da das Spannungssteuersystem 10 vorgesehen ist, wobei die Diskrepanz durch die Schwankung der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 20 verursacht wird. Dies ermöglicht es, bessere Effekte zu erzielen.
  • Bei dem Spannungssteuersystem 10 der vorliegenden Ausführungsform wird ΔD auf einen ungültigen Wert eingestellt, wenn die Stromabweichung ΔI ursprünglich gering ist oder wenn die Stromabweichung ΔI durch die Steuerung unter Verwendung des effektiven Werts ΔD verringert wird, so dass die Stromabweichung ΔI allmählich um FB verringert wird. Dies ermöglicht es entsprechend, eine unnötige Erhöhung des Tastverhältnisses D aufgrund von ΔD zu begrenzen, wenn die Stromabweichung ΔI gering ist. Ferner wird der Ausgangsstrom des Reaktors 61 in diesem Fall durch FB präziser in eine Richtung gesteuert, in der die Stromabweichung ΔI reduziert wird, wodurch es ermöglich wird, eine bessere Steuerbarkeit zu erzielen.
  • Bei dem Spannungssteuersystem 10 der vorliegenden Ausführungsform wird ΔD, wie in dem Ausdruck (1) gezeigt ist, unter Verwendung des eingangsseitigen Spannungswerts VL, des ausgangsseitigen Spannungswerts VH, der Stromabweichung ΔI, dem Strommesswert I im vorangegangenen Zyklus, und dem Mindestwert I0 des Reaktorstroms IL im vorangegangenen Zyklus abgeleitet. Auf diese Weise kann der geeignete Wert ΔD leicht nur unter Verwendung vorgegebener Parameter festgestellt werden, was es ermöglicht, die Steuerbarkeit des Brennstoffzellenwandlers 11 effektiv zu erhöhen.
  • 7 ist eine erklärende Ansicht zum Beschreiben eines Verfahrens zum Ableiten des Ausdrucks (1), um ΔD zu berechnen. In 7 ist ein Graph dargestellt, der ein Beispiel einer zeitlichen Veränderung des Reaktorstroms IL anzeigt. In einem Zyklus zwischen einer Zeit ta und einer Zeit tb in 7 ist eine Veränderung des Reaktorstroms IL zu der Zeit, zu der der Strommesswert I dem Sollstromwert It in dem Zyklus entspricht, durch eine durchgezogene Linie angezeigt. Ferner ist eine Veränderung des Reaktorstroms IL in einem nächsten Zyklus zwischen der Zeit tb und einer Zeit tc, die festgelegt wird, um einen Strommesswert I entsprechend dem Sollstromwert It in dem Zyklus zwischen der Zeit tb und der Zeit tc unter der gleichen Bedingung wie im Zyklus zwischen der Zeit ta und Zeit tb zu erhalten, durch eine abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie angezeigt. In der folgenden Beschreibung wird der Zyklus zwischen der Zeit ta und der Zeit tb als ein „vorangegangener Zyklus” bezeichnet, und der Zyklus zwischen der Zeit tb und der Zeit t wird als ein „aktueller Zyklus” bezeichnet.
  • Im vorangegangenen Zyklus verändert sich der Reaktorstrom IL mit einer Steigung VH/L in einer Zeitdauer TON, während welcher das Schaltelement 63 eingeschaltet ist, und der Reaktorstrom IL verändert sich mit einer Steigung – (VH – VL)/L in einer Zeitdauer, während welcher das Schaltelement 63 im Anschluss ausgeschaltet wird. VL zeigt eine Eingangsspannung des Brennstoffzellenwandlers 11 an, VH zeigt eine Ausgangsspannung des Brennstoffzellenwandlers 11 an, und L zeigt eine Induktivität des Reaktors 61 an. Zu dieser Zeit wird ein Tastverhältnis Dp im vorangegangenen Zyklus durch den Ausdruck (9) ausgedrückt.
  • Figure DE102017112654A1_0007
  • Ferner kann der Strommesswert I im vorangegangenen Zyklus als ein Wert festgelegt werden, der durch Dividieren einer Gesamtsumme an Flächen S1, S2 zweier durch verschiedene schräge Schraffuren unterteilte Regionen durch eine Zeit erhalten wird. Dementsprechend wird der Strommesswert I als der Ausdruck (10) ausgedrückt.
  • Figure DE102017112654A1_0008
  • Ferner erhöht sich der Reaktorstrom IL im vorangegangenen Zyklus von einem Mindestwert I0 zur Zeit ta und kehrt zur Zeit tb, wieder zu dem Mindestwert I0 zurück, so dass der untenstehende Ausdruck (11) erhalten wird. Der Ausdruck (11a) wird durch Umstellen des Ausdrucks (11) abgeleitet.
  • Figure DE102017112654A1_0009
  • Indes wird eine Zeitdauer, während welcher das Schaltelement 63 eingeschaltet ist im aktuellen Zyklus als T'ON angenommen, eine Erhöhungszeit in der Zeitdauer ab dem vorangegangenen Zyklus wird als ΔT angenommen, und ein Erhöhungsbetrag des Tastverhältnisses D im aktuellen Zyklus von dem Tastverhältnis Dp des vorangegangenen Zyklus wird als ΔD. Hierbei wird das Tastverhältnis D im aktuellen Zyklus als die untenstehenden Ausdrücke (12), (13) ausgedrückt, und ΔD und ΔT können als jeweils als die untenstehenden Ausdrücke (14), (15) ausgedrückt werden.
  • Figure DE102017112654A1_0010
  • Eine Differenz zwischen dem Reaktorstrom IL zu der Zeit tb und dem Reaktorstrom IL zur Zeit tc wird als Iα angenommen. Iα entspricht einem Erhöhungsbetrag des Reaktorstroms IL im aktuellen Zyklus. Zu dieser Zeit werden die Eingangsspannung und die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenwandlers 11 als die gleichen wie jene des vorangegangenen Zyklus angenommen, so dass Iα als der untenstehende Ausdruck (16) erhalten werden kann. Es ist zu beachten, dass ΔTON = ΔD·T, was durch den Ausdruck (14) erhalten wird, zur Zeit des Ableitens des Ausdrucks (16) ersetzt wird.
  • Figure DE102017112654A1_0011
  • Ein Sollstromwert It, der im aktuellen Zyklus erzielt werden soll, kann als ein Wert festgelegt werden, der durch Dividieren einer Gesamtsumme an Flächen S3, S4, S5 dreier durch verschiedene schräge Schraffuren unterteilte Regionen durch eine Zeit erhalten wird. Dementsprechend wird der Sollstromwert It als der untenstehende Ausdruck (17) ausgedrückt.
  • Figure DE102017112654A1_0012
  • Eine Stromabweichung ΔI, die zur Zeit tb verursacht wird, welche den Anfang des aktuellen Zyklus darstellt, wird als der untenstehende Ausdruck (18) von Ausdruck (10) und Ausdruck (17) ausgedrückt.
  • Figure DE102017112654A1_0013
  • Wenn der Ausdruck (18) zu einem quadratischen Ausdruck mit ΔD umgestellt wird, wird der untenstehende Ausdruck (19) erhalten. Eine Lösung für ΔD ergibt sich aus dem Ausdruck (19). ΔD wird dann als der untenstehende Ausdruck (20) ausgedrückt.
  • Figure DE102017112654A1_0014
  • Ferner ist das Tastverhältnis D ein Wert von nicht weniger als 0, aber nicht mehr als 1, weswegen ΔD als der untenstehende Ausdruck (2) erhalten wird.
  • Figure DE102017112654A1_0015
  • Hierbei wird der untenstehende Ausdruck (21) erhalten, wenn der durch Umstellen des Ausdrucks (9) erhaltene Wert TON in den Ausdruck (10) eingesetzt wird. Ferner wird der Ausdruck (22) durch Umstellen des Ausdrucks (21) erhalten.
  • Figure DE102017112654A1_0016
  • Durch Umformulieren des Ausdrucks (2) unter Verwendung des Ausdrucks (22) wird der nachfolgende Ausdruck (1) erhalten.
  • Figure DE102017112654A1_0017
  • Somit dient der Ausdruck (1) dazu, ΔD als einen Erhöhungsbetrag von einem Tastverhältnis Dp zu erhalten, der erforderlich ist, um einen Sollstromwert It zu erhalten, der nur um die Stromabweichung ΔI im aktuellen Zyklus höher ist als der Strommesswert I zur Zeit, zu der angenommen wird, dass VL, VH gleich sind wie im vorangegangenen Zyklus. Das heißt, gemäß dem Ausdruck (1) wird ΔD als ein Wert entsprechend einem Erhöhungsbetrag festgelegt, der den im vorangegangenen Zyklus erhaltenen Strommesswert I nur um einen Betrag entsprechend der Stromabweichung ΔI von einem Istwert erhöhen kann, wenn ΔD zu dem Tastverhältnis Dp im vorangegangenen Zyklus addiert wird. Dementsprechend ist es unter Verwendung des Tastverhältnisses D durch den mit dem Ausdruck (1) abgeleiteten Wert ΔD möglich, das Auftreten einer Ansprechverzögerung in dem Brennstoffzellenwandler 11 zu der Zeit, zu der es eine Erhöhung der Ausgabeanforderung gibt, welche die Stromabweichung ΔI deutlich erhöht, weiter effektiv zu begrenzen.
  • B. Zweite Ausführungsform:
  • Ein Spannungssteuersystem in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist im Allgemeinen die gleiche Konfiguration auf wie das in der ersten Ausführungsform beschriebene Spannungssteuersystem 10, außer dass ein Ausdruck zum Ableiten eines Additionsterms ΔD unterschiedlich ist. Das Spannungssteuersystem der zweiten Ausführungsform ist ein Brennstoffzellensystem integriert, das eine ähnliche Konfiguration aufweist wie das in der ersten Ausführungsform beschriebene Brennstoffzellensystem 100. Bei dem Spannungssteuersystem der zweiten Ausführungsform wird ein Hochsetzbetrieb eines Brennstoffzellenwandlers 11 durch einen ähnlichen Ablauf wie der in 5 beschriebene Ablauf gesteuert. Es ist zu beachten, dass ein Wandler-Steuerungsabschnitt 53 den Additionsterm ΔD bei Schritt S42 unter Verwendung des untenstehenden Ausdrucks (2) einstellt.
  • Figure DE102017112654A1_0018
  • Wie vorstehend beschrieben worden ist, wird der Ausdruck (1), der in der ersten Ausführungsform zum Berechnen von ΔD verwendet wird, durch den Ausdruck (2) abgeleitet. Dementsprechend ist der unter Verwendung des Ausdrucks (2) abgeleitete Term ΔD im Wesentlichen gleich wie der in der ersten Ausführungsform beschriebene Term ΔD. Das heißt, ΔD ist ein Term, der durch Reflektieren einer Stromabweichung ΔI und eines Tastverhältnisses Dp in einem vorangegangenen Zyklus bestimmt wird. Ferner ist ΔD ein Term, der so bestimmt wird, dass er einer Erhöhung eines Ausgangsstroms eines Reaktors 61 in einem aktuellen Zyklus entspricht, so dass die Erhöhung des Ausgangsstroms des Reaktors 61 im aktuellen Zyklus entsprechend der Stromabweichung ΔI erhalten wird. Durch den Ausdruck (2) ist es möglich, ΔD unter Verwendung eines eingangsseitigen Spannungswerts VL, eines ausgangsseitigen Spannungswerts VH, der Stromabweichung ΔI, einer Induktivität L, welche ein im Voraus eingestellter Koeffizient ist, und einer Steuerzeitdauer T zu berechnen. Dementsprechend kann ΔD ohne Verwendung des Tastverhältnisses Dp im vorangegangenen Zyklus und I0 berechnet werden, wodurch die Berechnung von ΔD weiter vereinfacht wird. Zudem ist es bei dem Spannungssteuersystem und dem Brennstoffzellensystem der zweiten Ausführungsform möglich, verschiedene ähnliche Effekte wie die in der ersten Ausführungsform beschriebenen zu erzielen.
  • C. Dritte Ausführungsform:
  • Ein Spannungssteuersystem in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist im Allgemeinen die gleiche Konfiguration auf wie das in der ersten Ausführungsform beschriebene Spannungssteuersystem 10, außer dass ein Ausdruck zum Ableiten eines Additionsterms ΔD unterschiedlich ist. Das Spannungssteuersystem der dritten Ausführungsform ist in ein Brennstoffzellensystem integriert, das eine ähnliche Konfiguration aufweist wie das in der ersten Ausführungsform beschriebene Brennstoffzellensystem 100. Bei dem Spannungssteuersystem der dritten Ausführungsform wird ein Hochsetzbetrieb eines Brennstoffzellenwandlers 11 durch einen ähnlichen Ablauf wie der in 5 beschriebene Ablaufgesteuert. Es ist zu beachten, dass ein Wandler-Steuerungsabschnitt 53 den Additionsterm ΔD bei Schritt S42 unter Verwendung des untenstehenden Ausdrucks (3) einstellt.
  • Figure DE102017112654A1_0019
  • Mit dem Ausdruck (3) ist es möglich, ΔD unter Verwendung einer Stromabweichung ΔI, eines eingangsseitigen Spannungswerts VL, einer Induktivität L, welche ein im Voraus eingestellter Koeffizient ist, und einer Steuerzeitdauer T zu berechnen. Der untenstehende Ausdruck (3) wird von dem in der ersten Ausführungsform beschriebenen und auch in der zweiten Ausführungsform verwendeten Ausdruck (2) abgeleitet.
  • Hierbei wird der untenstehende Ausdruck (23) aufgestellt, wenn β eine vorgegebene tatsächliche Zahl ist, die β << 1 erfüllt. (1 + (β1/2 ≈ 1 + (1/2)·β (23)
  • Daher kann der Ausdruck (2) im Wesentlichen auf einen als der untenstehende Ausdruck (24) gezeigten Näherungsterm umformuliert werden. Durch Ausarbeitung des Ausdrucks (24) wird der Ausdruck (3) erhalten.
  • Figure DE102017112654A1_0020
  • Somit kann der Additionsterm ΔD bei dem Spannungssteuersystem der dritten Ausführungsform durch den einfacheren Ausdruck (3) berechnet werden, und eine Zeit zum Ableiten des Additionsterms ΔD kann verkürzt werden. Zudem ist es bei dem Spannungssteuersystem und dem Brennstoffzellensystem der dritten Ausführungsform möglich, verschiedene ähnliche Effekte wie die in der ersten Ausführungsform beschriebenen zu erzielen.
  • D. Vierte Ausführungsform:
  • Ein Spannungssteuersystem in der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist im Allgemeinen die gleiche Konfiguration auf wie das in der ersten Ausführungsform beschriebene Spannungssteuersystem 10, außer dass ein Ausdruck zum Ableiten eines Additionsterms ΔD unterschiedlich ist. Das Spannungssteuersystem der vierten Ausführungsform ist in ein Brennstoffzellensystem integriert, das eine ähnliche Konfiguration aufweist wie das in der ersten Ausführungsform beschriebene Brennstoffzellensystem 100. Bei dem Spannungssteuersystem der vierten Ausführungsform wird ein Hochsetzbetrieb eines Brennstoffzellenwandlers 11 durch einen ähnlichen Ablauf wie der in 5 beschriebene Ablauf gesteuert. Es ist zu beachten, dass ein Wandler-Steuerungsabschnitt 53 den Additionsterm ΔD bei Schritt S42 unter Verwendung des untenstehenden Ausdrucks (4) einstellt.
  • Figure DE102017112654A1_0021
  • Der Ausdruck (4) wird durch Einsetzen des Ausdrucks (22) in den in der dritten Ausführungsform beschriebenen Ausdruck (3) erhalten. Durch den Ausdruck (4) kann ΔD unter Verwendung einer Stromabweichung ΔI, eines Tastverhältnisses Dp in einem vorangegangenen Zyklus, eines Strommesswerts I, und eines Mindestwerts I0 eines Reaktorstroms IL im vorangegangenen Zyklus berechnet werden. Durch den Ausdruck (4) kann eine Zeit zum Ableiten des Additionsterms ΔD verkürzt werden. Zudem ist es bei dem Spannungssteuersystem und dem Brennstoffzellensystem der vierten Ausführungsform möglich, verschiedene ähnliche Effekte wie die in der ersten Ausführungsform beschriebenen zu erzielen.
  • E. Modifikationen:
  • E1. Modifikation 1:
  • In jeder der Ausführungsformen erfasst der Spannungswert-Erfassungsabschnitt 52 einen von dem ersten Spannungsmessabschnitt 31 gemessenen Messwert als eingangsseitigen Spannungswert VL, der die Eingangsspannung des Brennstoffzellenwandlers 11 anzeigt. Ferner erfasst der Spannungswert-Erfassungsabschnitt 52 einen von dem zweiten Spannungsmessabschnitt 32 gemessenen Messwert als ausgangsseitigen Spannungswert VH, der die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenwandlers 11 anzeigt. In diesem Zusammenhang kann der Spannungswert-Erfassungsabschnitt 52 einen Sollwert der Eingangsspannung des Brennstoffzellewandlers 11, der der dem Steuerungsabschnitt 50 eingestellt wird, als eingangsseitigen Spannungswert VL erfassen, der die Eingangsspannung des Brennstoffzellenwandlers 11 anzeigt, und kann einen Sollwert der Ausgangsspannung des Brennstoffzellenwandlers 11, der von dem Steuerungsabschnitt 50 eingestellt wird, als ausgangsseitigen Spannungswert VH erfassen, der die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenwandlers 11 anzeigt. In diesem Fall verwendet der Wandler-Steuerungsabschnitt 53 den eingangsseitigen Spannungswert VL und den ausgangsseitigen Spannungswert VH, welche Sollwerte sind, zum Einstellen des Tastverhältnisses D. Bei einer solchen Konfiguration wird FF, welcher eine Vorsteuerungskomponente des Tastverhältnisses D ist, als ein Wert entsprechend einer Ausgabeanforderung abgeleitet, wodurch eine Erhöhung der Verfolgbarkeit der Ausgabeanforderung des Brennstoffzellenwandlers 11 ermöglicht wird.
  • E2. Modifikation 2:
  • In jeder der vorstehenden Ausführungsformen wird der Additionsterm ΔD unter Verwendung einer des Ausdrucks (1) bis Ausdrucks (4) abgeleitet. In diesem Zusammenhang kann der Additionsterm ΔD auch unter Verwendung anderer Ausdrücke abgeleitet werden. Die Ausdrücke zum Ableiten des Additionsterms ΔD können durch Reflektieren einer Stromabweichung ΔI, die zu Beginn des aktuellen Zyklus erzeugt wird und ein Tastverhältnis Dp im vorangegangenen Zyklus bestimmt werden, und derart bestimmt werden, dass sie einer Erhöhung des Ausgangsstroms des Reaktors 61 entsprechen, so dass die Erhöhung des Ausgangsstroms des Reaktors 61 im aktuellen Zyklus der Stromabweichung ΔI entspricht. Es ist zu beachten, dass ΔD sich verändern sollte, um der Stromabweichung ΔI und dem Tastverhältnis Dp im vorangegangenen Zyklus zu entsprechen, damit die Stromabweichung und das Tastverhältnis Dp im vorangegangenen Zyklus auf ΔD reflektiert werden können. Dementsprechend ist der Ausdruck zum Ableiten von ΔD gegebenenfalls kein Ausdruck, in den die Stromabweichung ΔI und das Tastverhältnis Dp im vorangegangenen Zyklus direkt eingesetzt werden.
  • E3. Modifikation 3:
  • In jeder der vorstehenden Ausführungsformen können FF und FB, die in der Berechnung des Tastverhältnisses D addiert werden, unter Verwendung anderer Ausdrücke als des in der ersten Ausführungsform beschriebenen Ausdrucks (7) und Ausdrucks (8) abgeleitet werden. FF kann durch andere Ausdrücke unter Verwendung des eingangsseitigen Spannungswerts VL und des ausgangsseitigen Spannungswerts VH abgeleitet werden, vorausgesetzt, dass FF als Vorsteuerungsterm fungiert. FB ist nicht auf einen Ausdruck beschränkt, der einen Wert entsprechend einer Differenz zwischen einem Messwert des Stroms und dessen Sollwert bereitstellen kann, sondern kann durch einen Ausdruck abgeleitet werden, der einen Wert entsprechend einer Differenz zwischen einem Messwert der Spannung und dessen Sollwert bereitstellen kann, vorausgesetzt, dass FB als der Rückkopplungsterm fungiert. FB kann durch einen Ausdruck abgeleitet werden, der einen Wert entsprechend einer Differenz zwischen einem Messwert der elektrischen Leistung und deren Sollwert bereitstellen kann.
  • E4. Modifikation 4:
  • In jeder der vorstehenden Ausführungsformen stellt der Wandler-Steuerungsabschnitt 53 ΔD zu der Zeit, zu der die Stromabweichung ΔI niedriger ist als der im Voraus bestimmte Schwellenwert Ith auf einen ungültigen Wert ein. In diesem Zusammenhang kann der Wandler-Steuerungsabschnitt 53 ΔD ungeachtet der Größe der Stromabweichung ΔI auf einen durch irgendeine der in den vorstehenden Ausführungsformen beschriebenen Ausdrücke (1) bis (4) abgeleiteten Wert einstellen, ohne ΔD auf einen ungültigen Wert einzustellen. Ferner kann FB bei Schritt S42 in 5 auf einen durch den Ausdruck (8) abgeleiteten Wert eingestellt werden, ohne auf einen ungültigen Wert eingestellt zu werden.
  • E5. Modifikation 5:
  • In jeder der Ausführungsformen wird der Brennstoffzellenwandler 11 durch einen vierphasigen Brückenwandler gebildet. In diesem Zusammenhang muss der Brennstoffzellenwandler 11 jedoch nicht durch einen vierphasigen Brückenwandler gebildet sein. Die Anzahl der Phasen des Brennstoffzellenwandlers 11 ist nicht auf vier beschränkt, sondern kann eine, zwei, oder drei betragen, ebenso wie vier oder mehr.
  • E6. Modifikation 6:
  • Das Spannungssteuersystem jeder der vorstehenden Ausführungsformen ist in das Brennstoffzellensystem integriert, das in dem Brennstoffzellenfahrzeug vorgesehen ist. In diesem Zusammenhang kann das Spannungssteuersystem jeder der vorstehenden Ausführungsformen jedoch auch in ein Brennstoffzellensystem integriert sein, dass in einem beweglichen Körper vorgesehen ist, oder kann in ein Brennstoffzellensystem integriert sein, das fest in einem Gebäude, einer Anlage oder dergleichen vorgesehen ist. Ferner muss das Spannungssteuersystem jeder der vorstehenden Ausführungsformen nicht in das Brennstoffzellensystem integriert sein, sondern kann beispielsweise in ein Leistungserzeugungssystem mit einem Windturbinengenerator integriert sein.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen, Beispiele, und Modifikationen beschränkt, und kann mit verschiedenen Konfigurationen innerhalb eines Bereichs, der nicht vom Wesen der vorliegenden Erfindung abweicht, realisiert werden. Die technischen Merkmale der Ausführungsformen, der Beispiele und der Modifikationen, die den technischen Merkmalen der im Abschnitt „KURZFASSUNG DER ERFINDUNG” beschriebenen Aspekte entsprechen, können entsprechend ersetzt oder kombiniert werden, um einige oder alle der vorstehend beschriebenen Aufgaben zu lösen oder um einige oder alle der vorstehenden Effekte zu erzielen. Ferner können die technischen Merkmale entsprechend gestrichen werden, sofern die technischen Merkmale in der vorliegenden Beschreibung nicht als wesentlich beschrieben worden sind.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2015-19448 A [0002]

Claims (12)

  1. Spannungssteuersystem (10), das eine Eingangsspannung erhöht, wobei das Spannungssteuersystem aufweist: eine Wandlereinrichtung (11), die einen Reaktor (61) umfasst und derart konfiguriert ist, dass sie ein Akkumulieren und Freisetzen von elektrischer Energie in Bezug auf den Reaktor (61) in einem Zyklus durchführt, wobei die Wandlereinrichtung (11) derart konfiguriert ist, dass sie unter Verwendung eines Tastverhältnisses (D) betrieben wird, das als Verhältnis einer Akkumulationszeitdauer bestimmt wird, während welcher die Energie in dem einen Zyklus in den Reaktor (61) eingegeben und akkumuliert wird; einen Wandler-Steuerungsabschnitt (53), der derart konfiguriert ist, dass er das Tastverhältnis (D) einstellt und eine Ausgangsspannung der Wandlereinrichtung (11) steuert; einen Stromwert-Erfassungsabschnitt (51), der derart konfiguriert ist, dass der einen Strommesswert (I), welcher ein Messwert eines im Durchschnitt festgestellten Ausgangsstroms ist, relativ zu einer Zeit einer Stromwertausgabe des Reaktors (61) in einem Zyklus erfasst; und einen Spannungswert-Erfassungsabschnitt (52), der derart konfiguriert ist, dass er einen eingangsseitigen Spannungswert (VL), der eine Eingangsspannung der Wandlereinrichtung (11) anzeigt, und einen ausgangsseitigen Spannungswert (VH), der eine Ausgangsspannung der Wandlereinrichtung (11) anzeigt, erfasst, wobei der Wandler-Steuerungsabschnitt (53) das Tastverhältnis (D) in einem aktuellen Zyklus unter Verwendung eines Vorsteuerungsterms (FF) und eines Additionsterms (ΔD) einstellt, wobei der Vorsteuerungsterm (FF) unter Verwendung des eingangsseitigen Spannungswerts (VL) und des ausgangsseitigen Spannungswerts (VH) abgeleitet wird, die zu Beginn des aktuellen Zyklus erfasst werden, und der Additionsterm (ΔD) unter Verwendung einer Stromabweichung (ΔI), welche eine Differenz zwischen einem Sollwert (It) des Ausgangsstroms und dem Strommesswert (I) in einem vorangegangenen Zyklus ist, und des Tastverhältnisses (Dp) im vorangegangenen Zyklus bestimmt wird, und wobei der Additionsterm (ΔD) zu dem Vorsteuerungsterm (FF) addiert wird, und wobei der Additionsterm (ΔD) einer Erhöhung des Ausgangsstroms im aktuellen Zyklus entspricht.
  2. Spannungssteuersystem (10) nach Anspruch 1, wobei der Additionsterm (ΔD) einen Wert annimmt, der einem Erhöhungsbetrag des Tastverhältnisses (D) entspricht, wobei der Erhöhungsbetrag den im vorangegangenen Zyklus erhaltenen Strommesswert (I) nur um einen Betrag erhöhen kann, welcher der Stromabweichung (ΔI) entspricht, wenn der Additionsterm (ΔD) zu dem Tastverhältnis (D) im vorangegangenen Zyklus addiert wird.
  3. Spannungssteuersystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Wandler-Steuerabschnitt (53) den Additionsterm (ΔD) unter Verwendung der Stromabweichung (ΔI) und zumindest einem von dem Sollwert (It) des Ausgangsstroms im aktuellen Zyklus, dem Strommesswert (I) im vorangegangenen Zyklus, dem Tastverhältnis (Dp) im vorangegangenen Zyklus, und dem eingangsseitigen Spannungswert (VL) im aktuellen Zyklus ableitet.
  4. Spannungssteuersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der eingangsseitige Spannungswert durch VL angezeigt wird, der ausgangsseitige Spannungswert durch VH angezeigt wird, das Tastverhältnis im vorangegangenen Zyklus durch Dp angezeigt wird, die Stromabweichung durch ΔI angezeigt wird, der Strommesswert im vorangegangenen Zyklus durch I angezeigt wird, und die Stromwertausgabe des Reaktors zu Beginn des vorangegangenen Zyklus durch I0 angezeigt wird, wenn der Additionsterm durch ΔD angezeigt wird, wobei ΔD durch den Ausdruck (1) ausgedrückt wird:
    Figure DE102017112654A1_0022
  5. Spannungssteuersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der eingangsseitige Spannungswert durch VL angezeigt wird, der ausgangsseitige Spannungswert durch VH angezeigt wird, eine Induktivität des Reaktors durch L angezeigt wird, eine Zeitdauer des einen Zyklus durch T angezeigt wird, und die Stromabweichung durch ΔI angezeigt wird, wenn der Additionsterm durch ΔD angezeigt wird, wobei ΔD den Ausdruck (2) ausgedrückt wird:
    Figure DE102017112654A1_0023
  6. Spannungssteuersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der eingangsseitige Spannungswert durch VL angezeigt wird, eine Induktivität des Reaktors durch L angezeigt wird, und die Stromabweichung durch ΔI angezeigt wird, wenn der Additionsterm durch ΔD angezeigt wird, wobei ΔD durch den Ausdruck (3) ausgedrückt wird:
    Figure DE102017112654A1_0024
  7. Spannungssteuersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Tastverhältnis im vorangegangenen Zyklus durch Dp angezeigt wird, die Stromabweichung durch ΔI angezeigt wird, der Strommesswert im vorangegangenen Zyklus durch I angezeigt wird, und die Stromwertausgabe des Reaktors zu Beginn des vorangegangenen Zyklus durch I0 angezeigt wird, wenn der Additionsterm durch ΔD angezeigt wird, wobei ΔD durch den Ausdruck (4) ausgedrückt wird:
    Figure DE102017112654A1_0025
  8. Spannungssteuersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Wandler-Steuerungsabschnitt (53) das unter Verwendung des Additionsterms (ΔD) abgeleitete Tastverhältnis (D) verwendet, wenn die Stromabweichung (ΔI) einem vorbestimmten Schwellenwert oder darüber entspricht, und der Wandler-Steuerungsabschnitt (53) ein anderes, nicht unter Verwendung des Additionsterms (ΔD) abgeleitetes Tastverhältnis verwendet, wenn die Stromabweichung (ΔI) unterhalb des Schwellenwerts liegt.
  9. Spannungssteuersystem (10) nach Anspruch 8, wobei der Wandler-Steuerungsabschnitt (53) das andere Tastverhältnis unter Verwendung von zumindest dem Vorsteuerungsterm (FF), und einem Rückkopplungsterm (FB) einstellt, der zu dem Vorsteuerungsterm (FF) addiert wird, wobei der Rückkopplungsterm (FB) sich relativ zur Veränderung der Stromabweichung (ΔI) moderater ändert als der Additionsterm (ΔD).
  10. Spannungssteuersystem (10) nach Anspruch 1, wobei der Wandler-Steuerungsabschnitt (53) das Tastverhältnis (D) im aktuellen Zyklus unter Verwendung des Vorsteuerungsterms (FF), des Additionsterms (ΔD), und eines Rückkopplungsterms (FB) einstellt, wobei der Rückkopplungsterm (FB) eine Komponente zum Beseitigen der Stromabweichung (ΔI) anders als der Additionsterm (ΔD) ist.
  11. Brennstoffzellensystem (100), aufweisend: eine Brennstoffzelle (20); und ein Spannungssteuersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Spannungssteuersystem (10) derart konfiguriert ist, dass es eine von der Brennstoffzelle (20) als Eingangsspannung ausgegebene Spannung erhöht.
  12. Steuerverfahren für ein Steuersystem, das eine Eingangsspannung unter Verwendung einer Wandlereinrichtung (11) erhöht, die einen Reaktor (61) umfasst und derart konfiguriert ist, dass sie ein Akkumulieren und Freisetzten von elektrischer Energie in Bezug auf den Reaktor (61) in einem Zyklus durchführt, wobei die Wandlereinrichtung (11) derart konfiguriert ist, dass sie unter Verwendung eines Tastverhältnisses (D) betrieben wird, das als Verhältnis einer Akkumulationszeitdauer bestimmt wird, während welcher die Energie in dem einen Zyklus in den Reaktor (61) eingegeben und akkumuliert wird, wobei das Steuerverfahren aufweist: das Erfassen eines Strommesswerts (I), der ein Messwert eines im Durchschnitt festgestellten Ausgangsstroms ist, relativ zu einer Zeit einer Stromwertausgabe des Reaktors (61) in dem einen Zyklus; das Erfassen eines eingangsseitigen Spannungswerts (VL), der eine Eingangsspannung der Wandlereinrichtung (11) anzeigt, und eines ausgangsseitigen Spannungswerts (VH), der eine Ausgangsspannung der Wandlereinrichtung (11) zu Beginn eines aktuellen Zyklus anzeigt; das Einstellen des Tastverhältnisses (D) unter Verwendung des Strommesswerts (I), des eingangsseitigen Spannungswerts (VL), und des ausgangsseitigen Spannungswerts (VH), um die Ausgangsspannung der Wandlereinrichtung (11) zu steuern; das Einstellen des Tastverhältnisses (D) im aktuellen Zyklus zu einer Steuerungszeit der Ausgangsspannung der Wandlereinrichtung (11) unter Verwendung eines Vorsteuerungsterms (FF) und eines Additionsterms (ΔD), wobei der Vorsteuerungsterm (FF) unter Verwendung des eingangsseitigen Spannungswerts (VL), und des ausgangsseitigen Spannungswerts (VH) abgeleitet wird, und wobei der Additionsterm (ΔD) unter Verwendung einer Stromabweichung (ΔI) bestimmt wird, welche eine Differenz zwischen einem Sollwert (It) des Ausgangsstroms und dem Strommesswert (I) in einem vorangegangenen Zyklus, sowie dem Tastverhältnis (Dp) im vorangegangenen Zyklus ist, und wobei der Additionsterm (ΔD) mit dem Vorsteuerungsterm (FF) addiert wird, und wobei der Additionsterm (ΔD) einer Erhöhung des Ausgangsstroms im aktuellen Zyklus entspricht.
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