JP4967584B2 - コンバータ制御装置 - Google Patents

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Description

本発明はコンバータ制御装置に係り、特に第1電源と第2電源との間に配置され、複数のスイッチング素子とリアクトルとを含み双方向に電圧変換を行うコンバータを複数並列に接続し、コンバータ通過電力に応じて駆動させるコンバータ相数を変更するコンバータ制御装置に関する。
燃料電池を用いる電源システムにおいては、燃料電池の発電能力を超える負荷変動に対応する等のために、2次電池の出力を昇圧または降圧する電圧変換器を設けて燃料電池の出力端子に接続し電力を供給することが行われる。ここで電圧変換器は、直流電圧変換機能を有するコンバータで、DC/DCコンバータと呼ばれることもあるが、例えばスイッチング素子とリアクトルで構成するものが用いられる。そして、スイッチング素子の定格容量を小さくすること等を考慮し、複数のコンバータを並列接続して用いることが行われる。
例えば、特許文献1には、燃料電池の充電能力を超える急な負荷量の変化に対応するため、燃料電池とバッテリと間に複数相で作動する電圧変換器を接続し、負荷量の変化を予測して電圧変換器の相数の変更、デューティの変更を行うことが開示されている。そして、一般に、複数相を備える電圧変換器では、入出力変換エネルギ量や作動仕事量に対応する通過電力の値によって変換器中で失われる損失電力が変動し、通過電力の多いときは相数の多い三相運転の方が単相運転より損失が少なく、通過電力の少ないときは単相運転の方が三相運転より損失が少ないことが述べられている。すなわち、三相ブリッジ形コンバータにおける損失は、リアクトルのコイルによって失われるリアクトル銅損、スイッチング素子の動作によって失われるモジュール損失、リアクトルLの磁性体によって失われるリアクトル鉄損があり、前2者は、通過電力が増大するにつれ増大し、単相運転の方が三相運転よりも大きく、最後のリアクトル鉄損は通過電力にほとんど依存せず、三相運転の方が単相運転よりも大きいからである、と説明されている。そして、通過電力の少ない領域では単相運転とし、通過電力の大きい領域で三相運転とし、三相運転から単相運転に変更する際に電圧変換に係る交流電流の実効値が変動することによりPID制御においては一時的に電圧、電流、電力が変動するので、一時的にデューティを上昇させ、電力不足を補うことが述べられている。
また、特許文献2には、インバータとバッテリの間に複数のDC/DCコンバータを設ける場合の変換効率を最大化する方法が開示されている。ここでは、複数のDC/DCコンバータの中で、1つをマスターDC/DCコンバータとするマスタースレーブ型DC/DCコンバータとして、マスターDC/DCコンバータの入力電力または出力電力をリファレンス電力として、マスターDC/DCコンバータを含めて作動させるDC/DCコンバータの個数を定め、次にバッテリの最大許容充電電圧及び最大許容充電電流を超えない範囲でこのマスタースレーブ型DC/DCコンバータの出力電圧を増減させてその変換効率を計算し、最大変換効率にほぼ一致するように出力電圧を調整することが述べられている。なお、DC/DCコンバータの変換効率は、1次側のスイッチング損失と2次側の整流ダイオードの順方向電圧降下による損失があり、高入力電力時は1次側の損失が増大し、低入力電力時には1次側の損失が減少して2次側の損失が支配的になると述べられている。
特許文献3には、主電源の電力の電圧を複数の並列接続されたDC/DCコンバータで変換して補助バッテリに供給する場合、特定のDC/DCコンバータに使用頻度が高くならないようにする方法が開示されている。ここでは、複数のDC/DCコンバータについての各起動順序を所定の規定順序に従って変化させるものとし、所定の規定順序としては、各DC/DCコンバータの電圧−電流特性を測定し、その内容に従って設定すること等が述べられている。
特開2006−33934号公報 特開2003−235252号公報 特開2003−111384号公報
このように、複数のコンバータを並列接続して用いる構成においては、その通過電力に応じて、駆動させるコンバータ相数を変更する制御が行われる。また、所望の昇圧または降圧になるように電圧変換を行うには、スイッチングのデューティを制御して実行される。その制御は、デューティ指令値に対し、実際に作動しているデューティ実測値をフィードバックしてその偏差を抑制するフィードバック制御等が用いられる。
ところで、電圧変換に用いるコンバータ相数が変更されると、そのフィードバックループの状態が変化し、そのままでは必ずしも最適なフィードバック制御とならないことがある。
本発明の目的は、負荷に応じてコンバータの駆動相数を変更して電圧変換を行う際に、その駆動相数に適したフィードバック制御を可能とするコンバータ制御装置を提供することである。
本発明に係るコンバータ制御装置は、第1電源と第2電源との間に配置され、複数のスイッチング素子とリアクトルとを含み双方向に電圧変換を行うコンバータを複数並列に接続し、コンバータ通過電力に応じて駆動させるコンバータ相数を変更するコンバータ制御装置であって、電圧変換を行うために複数のスイッチング素子に与えられるデューティ指令値に対し、実際に作動しているデューティ実測値をフィードバックしてその偏差を抑制する制御部と、フィードバック制御におけるゲインと駆動相数との関係を予め求めて記憶する記憶手段と、コンバータ通過電力に応じて駆動相数を変更する際に、フィードバック制御におけるゲインを変更先の駆動相数に対応するゲインに切り換えるゲイン切換手段と、を備えることを特徴とする。
また、本発明に係るコンバータ制御装置において、ゲイン切換手段は、駆動相数を判定する手段を有し、駆動相数の判定により、駆動相数が変更されたことを確認した後に、ゲインを切り換えることが好ましい。
また、本発明に係るコンバータ制御装置において、記憶手段は、フィードバック制御におけるゲインを、フィードバック制御における応答性及び制御性に基づいて各駆動相数ごとに求められた値をそれぞれ記憶することが好ましい。
また、本発明に係るコンバータ制御装置において、フィードバック制御はPID制御であって、記憶手段は、PID制御におけるゲインと駆動相数との関係を予め求めて記憶し、ゲイン切換手段は、PID制御における各ゲインを変更先の駆動相数に対応する各ゲインにそれぞれ切り換えることが好ましい。
上記構成により、コンバータ制御装置は、コンバータの電圧変換のためのフィードバック制御に用いられるゲインと駆動相数との関係を予め求めて記憶し、コンバータの駆動相数を変更する際に、フィードバック制御におけるゲインを変更先の駆動相数に対応するゲインに切り換える。これにより、負荷に応じてコンバータの駆動相数を変更するときに、その駆動相数に適したフィードバック制御が可能となる。
また、駆動相数を判定して、駆動相数が変更されたことを確認した後に、ゲインを切り換えるので、その駆動相数に適したフィードバック制御を確実に実行できる。
また、フィードバック制御におけるゲインを、フィードバック制御における応答性及び制御性に基づいて各駆動相数ごとに求められた値をそれぞれ記憶するので、それぞれの駆動相数に適したフィードバック制御が可能となる。
また、フィードバック制御がPID制御のときは、PID制御におけるゲインと駆動相数との関係を予め求めて記憶し、PID制御における各ゲインを変更先の駆動相数に対応する各ゲインにそれぞれ切り換えるので、負荷に応じてコンバータの駆動相数を変更するときに、その駆動相数に適したPID制御による電圧変換が可能となる。
以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、コンバータ制御装置が適用される電源システムとして、車両の駆動用モータ・ジェネレータに接続される車両搭載用電源システムを説明するが、車両用以外の電源システムに適用されるコンバータ制御装置であってもよい。たとえば、建物内に固定の電源システム等であってもよい。また、コンバータ制御装置が適用される電源システムとして、第1電源がニッケル水素型2次電池、第2電源が固体高分子膜型燃料電池の場合について説明するが、これら以外の種類の電源であってもよい。例えば、2次電池として、リチウムイオン型のものとすることができ、燃料電池として、固体電解質型以外のものとすることもできる。また、以下では、コンバータ装置として、コンバータ回路を3つ並列に接続する構成を説明するが、コンバータ装置を構成するコンバータ回路の数は3以外の複数であってもよい。また、以下では、PID制御によって駆動デューティを制御して所望の電圧変換を実行するものとして説明するが、場合によっては、P制御のみによって、あるいはPI制御等によって電圧変換を実行するものであってもよい。
図1は、コンバータ制御装置20を含む車両用電源システムの構成を示す図である。ここでは、車両用モータ・ジェネレータ16に接続される電源システムとして、第1電源としての2次電池10と、第2電源としての燃料電池12と、その間に設けられるコンバータ装置30とが示されている。コンバータ装置30は、制御部40によってその作動が制御される。したがって、コンバータ装置30と制御部40とを含んで、コンバータ制御装置20が構成される。
なお、この電源システムは、インバータ14を介して、モータ・ジェネレータ16に接続される。インバータ14は、上記電源システムの直流電力を3相交流電力に変換して、モータ・ジェネレータ16に供給して車両の駆動源として機能させ、また、車両が制動時には、モータ・ジェネレータ16によって回収される回生エネルギを直流電力に変換し、上記電源システムに充電電力として供給する機能を有する。
2次電池10は、リチウムイオン単電池を複数組み合わせて構成され、所望の高電圧を有し、充放電可能な高電圧電源パックである。例えば、200Vから400V程度の高電圧を正極母線と負極母線の間に供給することができる。
燃料電池12は、燃料電池セルを複数組み合わせて、所望の高電圧の発電電力を取り出せるように構成された一種の組電池で、燃料電池スタックと呼ばれる。ここで、各燃料電池セルは、アノード側に燃料ガスとして水素を供給し、カソード側に酸化ガスとして空気を供給し、固体高分子膜である電解質膜を通しての電池化学反応によって必要な電力を取り出す機能を有する。燃料電池12は、例えば、200Vから400V程度の高電圧を正極母線と負極母線の間に供給することができる。
コンバータ装置30は、複数のコンバータ回路を含む装置である。コンバータ回路は、第1電源である2次電池10と、第2電源である燃料電池12との間で電圧変換を行う機能を有する直流電圧変換回路である。コンバータ回路を複数用いるのは、コンバータ回路を構成する電子素子の定格容量を大きくすることなく、大きな負荷に対応するためである。図1の例では、3つのコンバータ回路を並列接続して1つのコンバータ装置30が構成されている。例えば、3つのコンバータ回路を相互に120°ずつ位相をずらし、いわゆる3相駆動を行うことで、個々のコンバータ回路の負荷を軽くすることができる。
コンバータ装置30は、例えば、モータ・ジェネレータ16等の負荷変動に燃料電池12の発電能力が対応しきれないとき等に、2次電池10の電力を電圧変換して、燃料電池12側に供給し、電源システム全体として、モータ・ジェネレータ16等の負荷に対応する機能を有する。
コンバータ装置30を構成するコンバータ回路は、第1電源側に設けられる複数のスイッチング素子及び複数の整流器を含む1次側スイッチング回路と、同様に第2電源側に設けられる複数のスイッチング素子及び複数の整流器を含む2次側スイッチング回路と、1次側スイッチング回路と2次側スイッチング回路との間に設けられるリアクトルとで構成される。
1次側スイッチング回路は、高電圧ラインの正極母線と負極母線との間に配置され、直列に接続された2つのスイッチング素子と、各スイッチング素子にそれぞれ並列に接続された2つの整流器で構成することができる。正極母線側に接続されるスイッチング素子等を上側アーム、負極母線側に接続されるスイッチング素子を下側アームと呼ぶことがある。2次側スイッチング回路も同様の構成とすることができる。スイッチング素子としては、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の高電圧大電力用スイッチング素子を用いることができ、整流器としては大電力用ダイオードを用いることができる。
リアクトルは、磁気エネルギを蓄えあるいは放出することができる機能を有する素子で、空心コイルまたは鉄心を有するコイルが用いられる。リアクトルは、1次側スイッチング回路の2つのスイッチング素子の接続点と、2次側スイッチング回路の2つのスイッチング素子の接続点とを接続するように配置される。
コンバータ回路は、1次側スイッチング回路を構成する上側アームと下側アーム、及び2次側スイッチング回路を構成する上側アームと下側アームのそれぞれについて、適当なタイミングでオン・オフ制御することで、第1電源側の電力を交流エネルギに変えてリアクトルに一時的に磁気エネルギとして蓄え、その蓄えた磁気エネルギを再び交流エネルギに変換して第2電源側に電力として供給することができる。このスイッチングのオン・オフ比、すなわちデューティを変更することによって、第1電源側の電圧を昇圧して第2電源側に供給することもでき、あるいは第1電源側の電圧を降圧して第2電源側に供給することもできる。同様に、第2電源側の電力を第1電源側に電圧変換して供給することもできる。
制御部40は、コンバータ装置30と共にコンバータ制御装置20を構成し、具体的には、負荷に応じて、コンバータ装置30の電圧変換動作を制御する機能を有する。制御部40は、車両搭載用のコンピュータで構成することができる。制御部40は、独立のコンピュータで構成してもよいが、他の車載用コンピュータに、制御部40の機能を持たせることもできる。例えば、ハイブリッドCPU等が車両に設けられているときは、ハイブリッドCPUに、制御部40の機能を持たせることができる。
制御部40は、PID制御によってコンバータ装置30を制御し、所望の電圧変換を実行させるPID制御モジュール42と、コンバータ装置30の通過電力に応じてコンバータ装置30の駆動相数を変更する駆動相数変更モジュール44と、駆動相数を変更する際に、PID制御のフィードバックゲインを切り換えるゲイン切換モジュール46とを含む。これらの機能はソフトウェアで実現でき、具体的には、対応するコンバータ制御プログラムを実行することで実現できる。また、これらの機能の一部をハードウェアで実現することもできる。
制御部40におけるPID制御モジュール42は、コンバータ装置30を構成する各スイッチング素子のオン・オフのタイミングと、オン・オフのディーティ比等について、PID制御方式によって制御し、2次電池10と燃料電池12との間において所望の電圧変換を実行する機能を有する。例えば、デューティを大きくすることで2次電池10の電圧を昇圧して燃料電池12側に供給し、デューティを小さくすることで2次電池10の電圧を降圧して燃料電池12側に供給するものとすることができる。そして、指令されたデューティに対し、実際に作動しているデューティをフィードバックし、PID制御方式を用いて、指令されたデューティと実際に作動しているデューティとの間の偏差を抑制する制御を実行する。
図2は、PID制御方式を用いて電圧変換制御を実行するPID制御回路58のブロックダイアグラムである。なお、以下の説明では、各要素について図1で説明した符号を用いる。ここでは、デューティ指令値をVref(60)として示し、実際に作動しているデューティをVraw(66)として示し、Vraw(66)のフィードバックと、2次電池10の出力電圧も考慮したフィードフォワードとに基づいて、コンバータ装置30への出力90を作り出す様子が示されている。なお、このブロックダイアグラムは、Vref(60)、Vraw(66)とあるように、電圧を基準にして示されているが、これは制御回路の構成が電圧を基準に考えることが便利なためであり、実際のデューティは、時間比あるいは、単なるディジタル数値である。また、図2は、コンバータ装置30を構成する3つのコンバータ回路の1つについてのブロックダイアグラムであるが、他のコンバータ回路のブロックダイアグラムも同じ内容である。
図2において、Vref(60)は、コンバータ装置30を構成するスイッチング素子におけるオン・オフ指令値、具体的にはデューティの指令値である。デューティとは、オン時間とオフ時間の和に対してオン時間の占める割合で、例えば、100μsecごとにオン・オフ制御を繰り返すとして、オン時間が40μsec、オフ時間が60μsecのときは、デューティが40/(40+60)=0.4である。Vref(60)は、このデューティ=0.4が、適当な電圧値のデータに換算されたものである。デューティ指令値Vref(60)は、燃料電池12と2次電池10の状態から、昇圧または降圧をどの程度にするかによって定められる。例えば、要求負荷量、そのときの燃料電池12の発電能力、2次電池10の充電状態等を入力として、予め定めてある関係式、あるいはマップ等を用いて、電圧変換すべき昇圧または降圧に対応するデューティを求めることができる。
リミッタ62は、Vref(60)が過大にならないように上下限を制限する制限回路である。1次遅れ要素64は、リミッタ62の出力のノイズを除去する等の機能を有するフィルタである。
減算器68は、1次遅れ要素64の出力から、Vraw(66)の値を減算する機能を有する。Vraw(66)は、コンバータ装置30において実際に作動している状態のデューティである。Vraw(66)は、コンバータ装置30を構成するスイッチング素子の実際のオン・オフ波形等から得られる値を用いることができる。減算器68の機能により、デューティ指令値に対し実際のデューティをフィードバックし、その間の偏差を出力することができる。
減算器68から出力されるデューティの偏差は、PID演算部69に入力される。PID演算部69は、偏差を抑制するための比例制御を実行するための比例制御ゲインKPを有する比例演算要素70と、比例制御で抑制しきれない要素を積分処理によって抑制するための積分器72及び積分制御ゲインKIを有する積分演算要素74と、微分処理によって抑制するための微分器76及び微分制御ゲインKdを有する微分演算要素78とを含んで構成される。
PID演算部69は、このように、比例制御ゲインKP、積分制御ゲインKI、微分制御ゲインKdを含む。これらの制御ゲインは、実際のコンバータ装置30について、PID制御を実行し、そのときの応答性及び制御性に基づいて、実験的に定めることができる。
比例制御、積分制御、微分制御の各結果は加算器80によって加算される。このように、PID制御方式を用い、偏差を抑制することができるように補正されたオン・オフデータが加算器80に出力される。
フィードフォワード項82は、上記の指令値Vrefと、2次電池10の出力電圧とから所定の算出式で求められる値を、デューティに反映させるフィードフォワード量とするものである。加算器84は、PID制御のあとの加算器80の出力に、このフィードフォワード項を加算する機能を有する。リミッタ86は、加算器84の出力が過大にならないように上下限を制限する制限回路である。各相バランス処理88は、他の駆動相のコンバータ回路についての結果と合わせて、3つの駆動相の間でのデューティバランスを取るための処理を行う機能を有する。各相バランス処理88の結果は、コンバータ装置を構成する各コンバータ回路のスイッチング素子に対するオン・オフ信号として、コンバータ装置30に出力(90)される。
かかるブロックダイアグラムの内容を有するPID制御回路58は、アナログ回路またはディジタル回路によって実現することができる。また、一部をディジタル回路で、一部をアナログ回路で構成することができる。
図3は、PID制御方式による作用を説明するタイムチャート図である。これらの図において横軸は時間、縦軸は電圧であり、時間軸の原点は共通にしてある。図3(a),(b)は、仮にPID制御を実行しない場合のVrefとVrawの関係を示す図である。すなわち、コンバータ装置30におけるスイッチング素子のオン・オフ信号の指令として、Vrefが与えられると、実際にコンバータ装置30の作動においてはVrawとなる。つまり、Vrefが指令されても、遅れが生じ、デューティそのものが変化する。これによって、Vrefで指令されるデューティと、コンバータ装置30で実際に作動しているデューティであるVrawとの間に偏差が生じる。例えば、図3(a)で示されるように、Vrefで指令されるデューティ=0.6が、実際のVrawにおいては、図3(b)に示されるように、デューティ=0.4となることが生じ得る。
この原因は、Vrefを算出して出力する制御回路から、コンバータ装置30のスイッチング素子までに、多くの遅れ要素等が存在することにある。例えば、Vref算出回路の出力は、フォトカプラを介して図2で説明したPID制御回路58に供給され、PID制御回路58の出力(90)は、フォトカプラを介してコンバータ装置30の各スイッチング素子に供給されるので、このフォトカプラにおける信号の授受に伴う遅れ及び波形の歪等が存在する。また、コンバータ装置30を構成する上アームと下アームとが同時にオンとならないように、遅れを設けていることも1つの原因として作用する。また、コンバータ装置30内での遅れも存在する。
PID制御は、Vrefで指令されるデューティと、実際に作動しているVrawのデューティとの差である偏差を抑制する機能を有する。図3(c)は、PID制御が実行されるときの出力、すなわち、コンバータ装置に与えられるオン・オフ信号を示す。この信号は、図2で説明した出力90に相当する。この信号波形は、もともとのデューティ指令であるVrefの信号波形に比較し、Δだけオン時間が長く補正される。この補正量Δは、PID制御により補正項であるが、その大きさは、この出力がコンバータ装置30に入力されたときに、コンバータ装置30を構成するスイッチング素子の実際の作動におけるデューティが、もともとのVrefで指令されたデューティと同じになるようにされるものである。図3(d)には、補正された出力に対するスイッチング素子における作動デューティ、すなわちVrawが示されている。このVrawにおけるデューティは、もともとのVrefで指令されたデューティ=0.6とほぼ同じとなっている。
このようにして、指令されたデューティに対し、実際に作動しているデューティをフィードバックし、PID制御方式を用いて、指令されたデューティと実際に作動しているデューティとの間の偏差を抑制することができる。
再び図1に戻り、制御部40の駆動相数変更モジュール44は、コンバータ装置30を通過する電力に応じて、コンバータ装置30を構成する3つのコンバータ回路について駆動する数を変更する機能を有する。コンバータ装置30を通過する電力は、例えば、マップ等を用いて演算により求めることができる。一例を挙げると、2次電池10の出力電圧と出力電流の測定値から2次電池10のコンバータ装置30へ向けた出力電力を求め、そこから負荷損失を減じ、これにコンバータ装置30の変換効率を乗じる演算によって、コンバータ装置30の通過電力を求めることができる。また、コンバータ装置30の通過電力は、コンバータ装置30を構成するリアクトルを通過する電力であるので、リアクトルに適当な電流検出センサを設けてリアクトルを流れる電流を検出し、その検出データに基づいてコンバータ装置30の通過電力を求めるものとしてもよい。
図4は、コンバータ装置30を通過する電力と、コンバータ装置30の損失の関係を、コンバータ装置30の駆動相数をパラメータとして、模式的に説明する図である。図4において、横軸はコンバータ通過電力であり、縦軸はコンバータ装置30の損失である。コンバータ通過電力の符号は、2次電池側から燃料電池側に電流が流れるときを+とし、燃料電池側から2次電池側に電流が流れるときを−としてある。ここで、コンバータ装置30において、1つのコンバータ回路のみを駆動する単相駆動の場合の損失特性曲線51、2つのコンバータ回路を駆動する2相駆動の場合の損失特性曲線52、3つのコンバータ回路を駆動する3相駆動の場合の損失特性曲線53が示されている。
上記の特許文献1においても述べられているように、スイッチング素子とリアクトルとを用いるコンバータ装置の損失は、リアクトルのコイルによって失われるリアクトル銅損、スイッチング素子の動作によって失われるモジュール損失、リアクトルLの磁性体によって失われるリアクトル鉄損がある。そして、前2者は、通過電力が増大するにつれ増大し、単相運転の方が三相運転よりも大きく、最後のリアクトル鉄損は通過電力にほとんど依存せず、三相運転の方が単相運転よりも大きい。図4には、その様子が示されている。すなわち、通過電力が小さくてAの範囲にあるときは、単相駆動の損失特性曲線51が最も損失が少ない。次に通過電流が増加し、Bの範囲にあるときは、2相駆動の損失特性曲線52が最も損失が少ない。さらに通過電力が増加し、Cの範囲にあるときは、3相駆動の損失特性曲線53が最も損失が少ない。
図4の結果に基づき、制御部40の駆動相数変更モジュール44は、コンバータ装置30の通過電力に応じ、通過電力がAの範囲にあるときは単相駆動を指示し、通過電力がBの範囲にあるときは2相駆動を指示し、通過電力がCの範囲にあるときは3相駆動を指示する。
ここで、単相駆動のときの損失特性曲線51と、2相駆動のときの損失特性曲線52との交点が、Aの範囲とBの範囲との分岐点であり、2相駆動のときの損失特性曲線52と3相駆動のときの損失特性曲線53との交点がBの範囲とCの範囲との分岐点である。各損失特性曲線は予め求めておくことができるので、Aの範囲とBの範囲の分岐点となる単相駆動−2相駆動変更の通過電力の値、Bの範囲とCの範囲の分岐点となる2相駆動−3相駆動変更の通過電力の値は、それぞれ予め設定することができる。前者の絶対値を単相−2相変更閾値P12とし、後者の絶対値を2相−3相変更閾値P23とすれば、コンバータ装置30の通過電力の絶対値Pを求めて、P≦P12のときは単相駆動、P12<P<P23のときは2相駆動、P≧P23のときは3相駆動を指示するものとできる。
再び図1に戻り、制御部40のゲイン切換モジュール46は、駆動相数を変更する際に、PID制御のフィードバックゲインを切り換える機能を有する。上記のように、PID制御方式においては、比例制御ゲインKP、積分制御ゲインKI、微分制御ゲインKdを含み、これらの制御ゲインは、実際のコンバータ装置30について、PID制御を実行し、そのときの応答性及び制御性に基づいて、実験的に定めることができる。したがって、コンバータ装置30の駆動相数を変更すると、PID制御の対象の構成が変更されるので、その構成に適した制御ゲインが変わることになる。
図5は、コンバータ装置30の駆動相数に応じて、その駆動相数に適したPID制御の各制御ゲインを一覧表にして示す図である。このように、駆動相数が変更されると、比例制御ゲインKP、積分制御ゲインKI、微分制御ゲインKdのそれぞれが、最適値が異なる。各駆動相数における各制御ゲインの最適値は、上記のように、実際に3相駆動、2相駆動、単相駆動の場合について、PID制御を実行し、そのときの応答性及び制御性に基づいて、実験的に定められる。このようにして予め求められた各制御ゲインの最適値は、駆動相数を検索キーとして適当な記憶装置に記憶され、駆動相数の変更があるときに読み出されて利用されることが好ましい。記憶装置としては、適当な半導体メモリ等を用いることができ、例えば制御部40が備えるメモリを用いることができる。
再び図1に戻り、制御部40のゲイン切換モジュール46は、コンバータ通過電力に応じて駆動相数を変更する際に、フィードバック制御におけるゲインを変更先の駆動相数に対応するゲインに切り換える機能を有する。具体的には、次の処理手順を実行する機能を有する。すなわち、コンバータ装置30において駆動相数が変更されると、まず、コンバータ装置30において駆動されている相数を判定する(相数判定工程)。この判定は、コンバータ装置30の通過電力の検出によって行うのではなく、制御部40の駆動相数切換モジュール44の出力に基づくことが望ましい。すなわち、駆動相数変更モジュール44の出力から、実際の駆動相数の指令が、3相駆動指令であるか、2相駆動指令であるか、単相駆動指令であるかを判定する。この判定により、コンバータ装置30において、駆動相数の変更が確実に行われていることを確認することができる。次に、PID制御に用いる各ゲインを、相数判定工程で確認できた駆動相数に対応するものに切り換える。このためには、例えば、図5で説明したように、予め求めておいた各ゲインを記憶する記憶装置において、駆動相数を検索キーとして、駆動相数に対応する各ゲインを読み出して取得する(ゲイン取得工程)。そして、取得した各ゲインに、今までの駆動相数の場合に用いていた各ゲインを切り換える(ゲイン切換工程)。そしてPID制御を実行する(PID制御工程)。
このようにして、コンバータ通過電力に応じて駆動相数を変更する際に、フィードバック制御におけるゲインを変更先の駆動相数に対応するゲインに切り換えることができ、その駆動相数に適した電圧変換制御が可能となる。
本発明に係る実施の形態のコンバータ制御装置を含む車両用電源システムの 構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態のコンバータ制御装置におけるPID制御回路のブ ロックダイアグラムである。 本発明に係る実施の形態のコンバータ制御装置において、PID制御方式に よる作用を説明するタイムチャート図である。 本発明に係る実施の形態において、コンバータ装置を通過する電力と、コン バータ装置の損失の関係を、コンバータ装置の駆動相数をパラメータとして、模式 的に説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、コンバータ装置の駆動相数に応じて、そ の駆動相数に適したPID制御の各制御ゲインを一覧表にして示す図である。
符号の説明
10 2次電池、12 燃料電池、14 インバータ、16 モータ・ジェネレータ、20 コンバータ制御装置、30 コンバータ装置、40 制御部、42 PID制御モジュール、44 駆動相数変更モジュール、46 ゲイン切換モジュール、51,52,53 損失特性曲線、58 PID制御回路、60 Vref、62,86 リミッタ、64 1次遅れ要素、66 Vraw、68 減算器、69 PID演算部、70 比例演算要素、72 積分器、74 積分演算要素、76 微分器、78 微分演算要素、80,84 加算器、82 フィードフォワード項、88 各相バランス処理、90 出力。

Claims (2)

  1. 第1電源と第2電源との間に配置され、複数のスイッチング素子とリアクトルとを含み双方向に電圧変換を行うコンバータを複数並列に接続された構成を含み、コンバータ通過電力に応じて駆動させるコンバータ相数を変更するコンバータ制御装置であって、
    電圧変換を行うために複数のスイッチング素子に与えられるデューティ指令値に対し、実際に作動しているデューティ実測値をフィードバックしてその偏差を抑制する制御部と、
    フィードバック制御におけるゲインと駆動相数との関係を予め求めて記憶する記憶手段と、
    コンバータ通過電力に応じて駆動相数を変更する際に、フィードバック制御におけるゲインを変更先の駆動相数に対応するゲインに切り換えるゲイン切換手段と、
    を備え
    ゲイン切換手段は、
    駆動相数を判定する手段を有し、
    駆動相数の判定により、駆動相数が変更されたことを確認した後に、ゲインを切り換えることを特徴とするコンバータ制御装置。
  2. 請求項1に記載のコンバータ制御装置において、
    記憶手段は、
    フィードバック制御におけるゲインを、フィードバック制御における応答性及び制御性に基づいて各駆動相数ごとに求められた値をそれぞれ記憶することを特徴とするコンバータ制御装置。

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