JP2018110518A - 電流フィードバックを用いたドループ補償 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】システムは、1又は複数の電源から受けた入力電圧を出力電圧へと増幅するように構成されたブーストコンバータ225を含む。このシステムはまた、誘導によって入力電圧の電流を検知するように構成された電流センサ320を含む。このシステムは、電流センサによって検知された電流に応じてブーストコンバータの増幅を調整するように構成されたコントローラを更に含む。共通の負荷に接続された複数の電源モジュールの各々において用いられるときに、電源モジュールは、共通の負荷の要求を介して変化する入力電圧の検知された電流に応じて、それらのブーストコンバータの増幅を、それらの出力電圧及びそれらの電流が均一化する方向に調整する。
【選択図】図2
Description
ルは、親の(master)電池又はモジュールにくくりつけられており、親の電池又はモジュールが、システムの消費電流を設定する。しかしながら、親の電池又はモジュールが故障し、又は、他の性能低下となっている場合には、システム全体の性能が相応して低下してしまう。他にも欠点はあるものの、この従来の方法では、モジュールの独立性を維持することが出来ない。
される。複数の電源モジュールは、共通の負荷の要求を介して変化する入力電圧の検知された電流に応じて、それらのブーストコンバータの増幅を、それらの出力電圧及びそれらの電流が均一化する方向に調整する。
特定の電池モジュール110内の各電池120の電圧は合算される。各電池モジュール110内に8つの電気化学電池120を有する図示する実施形態において、各電気化学電池110が1VDCボルトを供給するときには、直列の8つの電池120は8VDCを供給する。異なる電池モジュール110が異なる電圧を供給し得る(例えば、一の電池モジュールが8VDCを供給し、他が6VDCを供給する)ことは理解されよう。
力に変換するように構成されたインバータに関連付けられ得ることは理解されよう。他の実施形態においては、各電池モジュール110は1又は複数のインバータを含み、ACバス190にAC電圧を供給するように構成される。一部の実施形態においては、図1において破線によって示されるように、ACバス190は、メイン制御ユニット170に(例えば、任意の適切なセンサ又はセンシングシステムを介して)接続する。一実施形態において、メイン制御ユニット170はACバス190に関連するインバータを制御する。一部の実施形態においては、ACフェイル回路180の機能は、CANバス160、又は他の適切な別の制御リンクに結合される。
VDCでドロップアウトし、重要負荷(critical loads)(CL)のみが約42−45VDCでアクティブに維持される。固定値に代えてCL電圧が範囲を有することは一般的ではないが、その範囲は、顧客が要求する任意の範囲に基づく。上記範囲を収容する(accommodate)ために、スケーリングファクターを調整し得ることは理解されよう。より詳し
くは後述するが、ブースト回路225の増幅は可変であり、要求されるドループ補償を提供する。一実施形態において、ブースト出力電圧220は、電気化学電池システム100のACバス190に対して出力される。
この5VDCは、典型的な基準点(scaling point)であって、基板の公称動作電圧に依
存して、一部の実施形態においては1VDCから10VDCまでの任意の値とすることができることは理解されよう。固定基準電圧230は、任意の適切な電源によって供給され、例えば、最終的には電気化学電池120の1又は複数、又は、別の電源から供給され得る。第1の合計ジャンクション240において、固定基準電圧230は、そこから減じら
れる第1の電圧修正250を有する。より詳しくは後述するが、第1の電圧修正250は、ブースト入力電圧210に対応する検知電流(I)から演算することが出来る。また、ソフトウェア電圧調整260が第1の合計ジャンクション240において適用され、固定基準電圧230から減じられる。一部の実施形態においては、ソフトウェア電圧調整260は、電池の特性から演算又は導出することができ、又は、ユーザ入力として受け付けることが出来る。一実施形態において、ソフトウェア電圧調整260は、詳しくは後述するが、0Vから0.962Vの範囲にわたる。0.962という値が、5VDCという基準に基づくスケーリングファクターとして演算されることは理解されよう。スケーリングファクターがゼロにおける場合、ブースト出力電圧は52VDCである。スケーリングファクターが0.962における場合、ブースト出力電圧は42VDCである。調整による変更は、どの負荷(即ち、重要負荷、非重要負荷)がアクティブであるかのユーザ制御に基づく。この値は、任意の数とすることができ、要求されるブースト出力電圧の範囲のみに依存する。固定基準電圧230の合計は、ソフトウェア電圧調整260及び第1の電圧修正250が減じられたものであり、電圧基準270として出力される。
出力する。この電流は、電流センサ320によってアンペア(A)として測定される。こうしたアンペアのインダクタ電流測定値325は、電流電圧コンバータ330によって電圧値に変換される(制御回路220において実装される制御は通常は電圧で動作するため)。インダクタ電流測定値325は、電圧に変換され、上述したように、第1の電圧修正250を設定するために、その後、制御回路200を介してフィードバックされる。第1の電圧修正250が電圧基準270の設定に用いられるから、インダクタ電流測定値32
5もまたエラー出力310を設定するために用いられることは理解されよう。一部の実施形態においては、電流センサ320は、誘導(インダクション)以外の他の方法によって電流を検知する。例えば、電流検知抵抗器を既知の精密抵抗にて用いることができる。
2VDCより低くなるが、48VDCより高く維持し、重要負荷CLがドロップアウトしないようにすることが望ましい。従って、入力電流が40Aであるときに、480mVとう値は、ソフトウェア調整と同様に、5VDCという典型的な選択から調整される(be scaled)。図示する実施形態において、電圧基準270に関連するエラー出力310は電
圧リミッタ340を通過する。この電圧リミッタ340は、エラー出力310を、40ADCに対応する2.5V以下に制限する。エラー出力310は、電圧リミッタ340によって制限され、電流基準335として考慮される。同様に、40Aの制限が電流センサ320の測定のために存在するから、電流電圧コンバータ330もまた2.5Vの制限に対応する。この2.5Vの制限は、62.5mV/Aとなる。0.192のゲインを有するステップダウンオペアンプ350は、制御回路200におけるインダクタ電流の影響を12mV/A(480mV=40ADC)まで減らす。一部の実施形態において、インダクタ電流に対応する減電圧は、その後、タイミングディレイ360に供給される。図示する実施形態において、タイミングディレイ360は、100ms用である。他の実施形態においては、他の遅延時間(time delays)もまた可能である。タイミングディレイ360が、制御ループの動作を遅くするように構成され、これにより、詳しくは後述するが、制御回路200のループを抑制し(dampen out)、安定状態に達する前の高い振動(high oscillation)を防止することは理解されよう。一部の実施形態はタイミングディレイ360を含まないかもしれないが、制御回路200のループの望ましくない振動を防止するための他のメカニズムを含み得ることは理解されよう。
入力として受け付けることが出来る。一実施形態において、ソフトウェア電流調整400は、電圧として測定され、上述したように、0から40ADCの範囲に対応する0から2.5Vの範囲となる。これに限らず、電流基準335からインダクタ電流測定値325(例えば、電流電圧コンバータ330によって電圧へと変換され、及び、ソフトウェア電流調整400によって潜在的に修正される)を減じることによって、電流基準335に関連するエラー出力370を演算し得る。エラー出力370は、その後、ブースト回路225によって受け付けられ、それのパルス幅変調器410のためのエラー入力を設定する。パルス幅変調器410は、後述するように、どれくらいの量の電流がブースト回路225によって引き出されるかを指令するように構成され、ブースト入力電圧210からブースト出力電圧220へのブースト増幅(boost amplification)を修正するように、ブースト
回路225に連結される。
力電圧220が、電池又は電池モジュールから得られるブースト入力電圧210から独立していることは理解されよう。
。図1のシステム100におけるこの理解を適用するために、制御回路200の制御スキームがクラスタ制御ユニット150の各々において実装されると、ACバス190に関連する負荷によってクラスタ制御ユニット150が相互に反応し、複数の電池モジュール110に跨って電流要求を均一化しようとするために、各々に関連するブースト回路225の増幅を変化させる。このように、電池モジュール110aが初めに、ACバス190に出力される最も高いブースト出力電圧220を有すると、電気化学電池120a(i−viii)が、負荷に対する電力の全てを供給しようとし、電流センサ320が、それに関連する増加した電流を確認する。検知された電流は電池モジュール110aの制御回路200を介してフィードバックされ、クラスタ制御ユニット150aのブースト回路225が増幅をドループさせて、最も小さいブースト出力電圧220を供給する。続いて、電池モジュール110bが最も大きいブースト出力電圧220を有するようになると、その後、電気化学電池120b(i−viii)が、ACバス190を介して負荷に対する電力の全てを供給しようとし、クラスタ制御ユニット150bにおいて検知される電流の対応する増加が生じる。この電流は、クラスタ制御ユニット150bの制御回路200を介してフィードバックされ、ブースト回路225が増幅を同様にドループさせる。これが、ブースト回路225の各々が安定点に達するまで、電池モジュール110のクラスタ制御ユニット130の各々に関連するブースト回路225を介して生じ、電池モジュール110によって引き出される概ね等しい電流を実現する。
電池120のアノード又はカソードの何れか一方に選択的に接続され、各電気化学電池120内で複数の電気化学電池を形成する(例えば、異なる透過性電極本体をアノード及びカソードに二者択一的に関連付けることによって、燃料が、一部の透過性電極本体において他の透過性電極本体に向かって成長する)。
Claims (24)
- システムであって、
1又は複数の電源から受けた入力電圧を出力電圧へと増幅するように構成されたブーストコンバータと、
前記入力電圧の電流を検知するように構成された電流センサと、
前記電流センサによって検知された前記電流に応じて前記ブーストコンバータの増幅を調整するように構成されたコントローラと、を備える、
システム。 - 前記電流センサは、前記入力電圧の前記電流を誘導によって検知するように構成されている請求項1のシステム。
- 前記電流センサは、前記入力電圧の前記電流を抵抗の方法によって検知するように構成されている請求項1のシステム。
- 前記コントローラは、前記出力電圧に応じて前記ブーストコンバータの前記増幅を調整するように更に構成されている請求項1のシステム。
- 請求項1のシステムであって、
前記コントローラは、更に、
固定基準電圧を受け付け、
前記電流センサによって検知された前記電流に応じて前記固定基準電圧を電圧基準へと調整し、
前記出力電圧に応じて前記電圧基準を電流基準へと調整し、
前記電流センサによって検知された前記電流に応じて前記電流基準を前記電流基準に対応するエラー出力へと調整する、ように構成されている、
システム。 - 前記固定基準電圧は、前記1又は複数の電源から受ける請求項5のシステム。
- 前記コントローラは、
前記電流センサによって検知された前記電流を前記電流に対応する電圧へと変換し、
前記電流に対応する前記電圧を、前記電流及び前記固定基準電圧に対応する減電圧へと変更し、
前記固定基準電圧から前記減電圧を減じる、ことによって前記固定基準電圧を調整するように構成されている、
請求項5のシステム。 - 前記電圧の変更は、前記電流に対応する前記電圧を、前記固定基準電圧及び前記出力電圧に応じて減少させることを含む請求項7のシステム。
- 前記コントローラは、ソフトウェア電圧調整を減じることによって前記固定基準電圧を調整するように更に構成されている請求項7のシステム。
- 前記ソフトウェア電圧調整は、ユーザ入力として受け付けられる請求項9のシステム。
- 前記電流に対応する前記減電圧を時間的に遅延させることを更に含む請求項7のシステム。
- 前記コントローラは、
固定基準電圧に応じた前記出力電圧を変更出力電圧として変更し、
前記固定基準電圧から前記変更出力電圧を減じる、ことによって前記出力電圧に応じて前記電圧基準を調整するように更に構成されている、
請求項5のシステム。 - 前記コントローラは、
前記電流センサによって検知された前記電流を前記電流に対応する電圧へと変換し、
前記電流基準から前記電流に対応する前記電圧を減じる、ことによって前記電流基準を調整するように更に構成されている、
請求項5のシステム。 - 前記コントローラは、前記電流に対応する前記電圧からソフトウェア電流調整を減じることによって前記電流基準を調整するように更に構成されている請求項13のシステム。
- 前記ソフトウェア電流調整は、ユーザ入力として受け付けられる請求項14のシステム。
- 前記ブーストコンバータは、パルス幅変調器を備え、前記コントローラは、前記電流基準に対応する前記エラー出力を前記パルス幅変調器へと受け付けることによって前記ブーストコンバータの前記増幅を調整するように構成されている請求項5のシステム。
- 前記1又は複数の電源は、電気化学電池を備える請求項1のシステム。
- 前記電気化学電池は、金属空気電池を備える請求項17のシステム。
- 前記1又は複数の電源モジュールは、電圧バスに並列に接続される請求項1のシステム。
- システムであって、
複数の電源モジュールを備え、各電源モジュールは、
1又は複数の電源から受けた入力電圧を出力電圧へと増幅するように構成されたブーストコンバータと、
前記入力電圧の電流を検知するように構成された電流センサと、
前記電流センサによって検知された前記電流に応じて前記ブーストコンバータの増幅を調整するように構成されたコントローラと、を備え、
前記複数の電源モジュールは、前記出力電圧を介して共通の負荷に接続され、
前記複数の電源モジュールは、前記共通の負荷の要求を介して変化する前記入力電圧の検知された電流に応じて、それらのブーストコンバータの増幅を、それらの出力電圧及びそれらの電流が均一化する方向に調整する、
システム。 - 前記電流センサは、前記入力電圧の前記電流を誘導によって検知するように構成されている請求項20のシステム。
- 前記電流センサは、前記入力電圧の前記電流を抵抗の方法によって検知するように構成されている請求項20のシステム。
- 各電源モジュールは、1又は複数の電気化学電池を備える請求項20のシステム。
- 共通の負荷に接続された複数の電源を跨って電流を均一化する方法であって、
前記複数の電源の各々において、
ブーストコンバータを用いて、1又は複数の電源から受けた入力電圧を出力電圧へと増幅し、
電流センサを用いて、前記入力電圧の電流を誘導によって検知し、
前記電流センサによって検知された前記電流に応じて前記増幅の量を調整し、
前記増幅の量を調整することによって、前記複数の電源が、出力電圧及び電流の安定平衡に近づく、
方法。
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