JP6247034B2 - コンバータ装置およびそれを備えた燃料電池システム、コンバータ装置の制御方法および制御装置 - Google Patents
コンバータ装置およびそれを備えた燃料電池システム、コンバータ装置の制御方法および制御装置 Download PDFInfo
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Description
図1は、本発明の第1実施形態としてのコンバータ装置を備える燃料電池システムの電気的構成を示す概略図である。この燃料電池システム100は燃料電池車両に搭載され、運転者の要求に応じて燃料電池車両の駆動力を発生させる。燃料電池システム100は、燃料電池10と、燃料電池コンバータ11と、二次電池15と、二次電池コンバータ16と、駆動モータ20と、DC/ACインバータ21と、第1と第2の電圧検出部31,32と、制御部50と、を備える。
<不連続モード用のデューティ比DD>
DD=α・FFD+FBD …(1)
α:補正値
FFD=[2・L・f・{(VHT−VLT)/VH・VL}・It]1/2 …(1a)
FBD=KpD・(VH−VL) …(1b)
L:リアクトル61のインダクタンス
f:燃料電池コンバータ11の周波数
VHT:燃料電池コンバータ11の出力電圧VHの目標値
VLT:燃料電池コンバータ11の入力電圧VLの目標値
It:リアクトル61の実効電流Ieの目標値
KpD:不連続モード用の比例ゲイン
<連続モード用のデューティ比DC>
DC=FFC+FBC …(2)
FFC=1−VLT/VHT …(2a)
FBC=…KpC・(VH−VL) …(2b)
KpC:連続モード用の比例ゲイン
αP=DD/(α・FFD)=(α・FFD+FBD)/(α・FFD) …(3)
B1.変形例1:
上記実施形態では、燃料電池システム100が備える燃料電池コンバータ11において本発明が実現されている。これに対して、本発明は燃料電池システム100が備える燃料電池コンバータ11に限らず、種々のコンバータ装置において実現されても良い。例えば、本発明は、燃料電池システムの二次電池の出力電圧を制御する二次電池コンバータとして実現されても良い。また、電気自動車などに搭載されている直流電力供給システムが備える電源装置の出力電圧を制御するコンバータ装置において実現されても良い。加えて、本発明は、昇圧型コンバータ装置以外に、降圧型コンバータ装置や、反転コンバータ装置として実現されても良い。
上記実施形態において、制御部50は、燃料電池コンバータ11を不連続モードと連続モードとを切り替える制御モードの切替を実行している。これに対して、制御部50は、不連続モードや連続モードに換えて他の制御モードを実行する構成であっても良い。制御部50は、不連続モードと連続モードを含む複数の制御モードの中から実行すべき制御モードを選択して実行する構成であっても良いし、不連続モードと連続モード以外の複数の制御モードの中から実行すべき制御モードを選択して実行する構成であっても良い。
上記実施形態では、補正値αPは、上記の式(3)によって不連続モード用のデューティ比DDのフィードフォワード成分に対する不連続モード用のデューティ比DDのフィードフォワード成分とフィードバック成分との和の割合として算出されている。これに対して、補正値αPは、上記の式(3)によって算出されなくても良く、他の数式や関数、マップなどによって取得されても良い。
上記実施形態では、燃料電池コンバータ11の駆動が開始された直後の不連続モードから連続モードに至るまでの期間に補正値αPが算出されている。これに対して、補正値αPは、当該期間以外の期間において算出されても良い。例えば、補正値αPは、不連続モードの制御の実行中に常に算出されるものとしても良い。
上記実施形態では、燃料電池コンバータ11は、U相回路部11Uと、V相回路部11Vと、W相回路部11Wと、を備える三相ブリッジコンバータとして構成されている。これに対して、燃料電池コンバータ11は、三相よりも少ない数の相の回路部(例えば一相の回路部)を有していても良いし、さらに、複数の相の回路部(例えば、四相の回路部)を有していても良い。ただし、燃料電池コンバータ11が二以上の相回路部を有している場合には、制御部50は、各相回路部ごとに補正値αPを記憶しておき、各相回路部ごとに補正値αを用いたデューティ比の補正を実行することが好ましい。
上記実施形態では、不連続モード用のデューティ比DDと連続モード用のデューティ比DCとを比較することによって、不連続モードと連続モードの切り替えが判定されている。これに対して、不連続モードと連続モードの切り替えは、不連続モード用のデューティ比DDと連続モード用のデューティ比DCとの比較によって判定されなくても良い。不連続モードと連続モードの切り替えは、例えば、不連続モード用のデューティ比DDが所定の閾値に到達したときに、不連続モードから連続モードに切り替えられても良い。
上記実施形態では、不連続モード用のデューティ比DDと連続モード用のデューティ比DCとが算出された上で、いずれのデューティ比DD,DCを用いるかが選択されていた(図3のステップS30〜S50)。これに対して、不連続モード用のデューティ比DDと連続モード用のデューティ比DCとは常にともに算出されなくても良い。例えば、不連続モード用のデューティ比DDを算出し、不連続モード用のデューティ比DDに基づいて不連続モードの実行の適否を判断し、否判定がなされたときに、連続モード用のデューティ比DCを算出して連続モードの制御が実行される構成であっても良い。
2…第2の直流導線
3…第3の直流導線
4…第4の直流導線
5a,5b…第1と第2の電源ライン
6…アースライン
10…燃料電池
11…燃料電池コンバータ
11U…U相回路部
11V…V相回路部
11W…W相回路部
15…二次電池
16…二次電池コンバータ
20…駆動モータ
21…DC/ACインバータ
31…第1の電圧検出部
32…第2の電圧検出部
50…制御部
61…リアクトル
62…整流ダイオード
63…スイッチング素子
64…トランジスタ
65…保護用ダイオード
66…平滑コンデンサ
67U,67V,67W…電流計測部
100…燃料電池システム
Claims (7)
- 入力電圧を目標電圧に変換して出力するコンバータ装置であって、
リアクトルと、
前記リアクトルに対する電流の流れを制御するスイッチング素子と、
前記リアクトルの実際の入力電圧の測定値と、前記リアクトルの実際の出力電圧の測定値と、を取得する出力情報取得部と、
前記目標電圧を得るための前記リアクトルの目標実効電流に応じたフィードフォワード項に対して、予め記憶している補正値を乗算したフィードフォワード成分に、前記入力電圧の測定値と前記出力電圧の測定値とに応じたフィードバック項を含むフィードバック成分を加算して、前記スイッチング素子を開閉するデューティ比を設定し、前記リアクトルの実効電流を制御するリアクトル電流制御を繰り返し実行する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記リアクトル電流制御において、
前記フィードフォワード項を、少なくとも、前記リアクトルのインダクタンスと、前記入力電圧の目標値と、前記目標電圧と、前記目標実効電流と、を用いて算出し、
前記フィードバック項を、前記入力電圧の測定値と、前記出力電圧の測定値と、の差を用いて算出し、
前記制御部は、今回の前記リアクトル電流制御において設定した前記デューティ比を、今回の前記デューティ比の算出に用いた前記フィードフォワード成分で除算した値を、次回以降の前記リアクトル電流制御に用いる前記補正値として記憶する、コンバータ装置。 - 請求項1記載のコンバータ装置であって、
前記制御部は、前記デューティ比を第1のデューティ比として設定して用いる第1の制御モードと、前記第1のデューティ比とは異なる第2のデューティ比を設定して用いる第2の制御モードと、を含む複数の制御モードのうちのいずれかの制御モードによって前記リアクトル電流制御を実行し、
前記制御部は、少なくとも、前記第1の制御モードと前記第2の制御モードとの切替を、前記第1のデューティ比の値に基づいて実行する、コンバータ装置。 - 請求項2記載のコンバータ装置であって、
前記第1の制御モードは、前記目標実効電流が低く、前記リアクトルが出力する電流が断続的に0になる期間に適用される不連続モードであり、
前記第2の制御モードは、前記目標実効電流が高く、前記リアクトルが連続的に電流を出力し続けている期間に適用される連続モードであり、
前記制御部は、前記不連続モードから前記連続モードへの切替を、前記不連続モード用の前記第1のデューティ比に基づいて決定する、コンバータ装置。 - 請求項3記載のコンバータ装置であって、
前記制御部は、前記リアクトルの実効電流が0から上昇する期間に、前記補正値を算出する、コンバータ装置。 - 燃料電池システムであって、
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のコンバータ装置と、
前記コンバータ装置に接続された燃料電池と、
を備え、
前記コンバータ装置は、前記燃料電池の出力電圧を目標電圧まで昇圧させて出力する、燃料電池システム。 - リアクトルと、前記リアクトルに対する電流の流れを制御するスイッチング素子と、を備える入力電圧を目標電圧に変換して出力するコンバータ装置の制御方法であって、
前記リアクトルの実際の入力電圧の測定値と、前記リアクトルの実際の出力電圧の測定値と、を取得する出力情報取得工程と、
前記目標電圧を得るための前記リアクトルの目標実効電流に応じたフィードフォワード項に対して、予め取得されている補正値を乗算したフィードフォワード成分に、前記入力電圧の測定値と前記出力電圧の測定値とに応じたフィードバック項を含むフィードバック成分を加算して、前記スイッチング素子を開閉するデューティ比を設定し、前記リアクトルの実効電流を制御するリアクトル電流制御を繰り返し実行するリアクトル出力制御工程と、
を備え、
前記リアクトル出力制御工程は、前記フィードフォワード項を、少なくとも、前記リアクトルのインダクタンスと、前記入力電圧の目標値と、前記目標電圧と、前記目標実効電流と、を用いて算出し、前記フィードバック項を、前記入力電圧の測定値と、前記出力電圧の測定値と、の差を用いて算出する工程を含み、
前記リアクトル出力制御工程は、さらに、今回の前記リアクトル電流制御において設定した前記デューティ比を、今回の前記デューティ比の算出に用いた前記フィードフォワード成分で除算した値を、次回以降の前記リアクトル電流制御に用いる前記補正値として記憶する工程を含む、制御方法。 - リアクトルと、前記リアクトルに対する電流の流れを制御するスイッチング素子と、を備える入力電圧を目標電圧に変換して出力するコンバータ装置の制御装置であって、
前記リアクトルの実際の入力電圧の測定値と、前記リアクトルの実際の出力電圧の測定値と、を取得する出力情報取得部と、
前記目標電圧を得るための前記リアクトルの目標実効電流に応じたフィードフォワード項に対して、予め取得されている補正値を乗算したフィードフォワード成分に、前記入力電圧の測定値と前記出力電圧の測定値とに応じたフィードバック項を含むフィードバック成分を加算して、前記スイッチング素子を開閉するデューティ比を設定し、前記リアクトルの実効電流を制御するリアクトル電流制御を繰り返し実行するリアクトル出力制御部と、
を備え、
前記リアクトル出力制御部は、前記リアクトル電流制御において、
前記フィードフォワード項を、少なくとも、前記リアクトルのインダクタンスと、前記入力電圧の目標値と、前記目標電圧と、前記目標実効電流と、を用いて算出し、
前記フィードバック項を、前記入力電圧の測定値と、前記出力電圧の測定値と、の差を用いて算出し、
前記リアクトル出力制御部は、今回の前記リアクトル電流制御において設定した前記デューティ比を、今回の前記デューティ比の算出に用いた前記フィードフォワード成分で除算した値を、次回以降の前記リアクトル電流制御に用いる前記補正値として記憶する、制御装置。
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