2016 Fiscal Year Annual Research Report
電気自動車の走行中ワイヤレス給電における状態推定に基づく電力制御の構築
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16J06942
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
畑 勝裕 東京大学, 大学院工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | ワイヤレス電力伝送 / 電気自動車 / 走行中給電 / 状態推定 / 効率最大化 / 電力制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は電気自動車の走行中ワイヤレス給電における状態推定を主な目的として，受電側情報に基づく複数パラメータの同時推定法について研究するとともに，制御利用するために推定すべき変数の一般化を行った。また，これらの研究成果をもとに論文にまとめ，学術誌への投稿および国内外の学会で発表を行った。さらに，この手法を送電側の制御に応用し，送電側と受電側が通信することなく，協調して効率と電力を同時に制御可能な手法を提案した。
1) 受電側情報に基づく複数パラメータの同時推定法：受電側の電力変換器を用いた制御が2つの動作モードを有することに着目し，受電側から測定できる電流値の情報を用いた2変数の同時推定法を提案した。この成果は電気学会論文誌D（Vol.137, No. 2）に掲載された。さらに，ワイヤレス電力伝送の伝送効率を最大化する制御法に提案した推定手法を適用し，国内外の学会発表において有効性について議論を行った。
2) 制御利用すべき状態変数の一般化：受電側の制御に利用すべき状態変数について考察し，ワイヤレス電力伝送の特性に寄与する2つの一般化変数の存在を明らかにした。これらの一般化変数は物理量として意味を持つ値として定義し，当技術に従事する技術者が理解しやすい手法として提案した。前述した2変数の同時推定法と併用することによって，送電側情報を一切知らない条件においても受電側における制御法を実装可能とした。この成果は国内外で学会発表を行い，この発表に基づく学術論文を現在執筆中である。
3) 送電側と受電側で協調した効率と電力の同時制御：前述した推定および制御手法を送電側に適用することで，送電側においても受電側情報を一切用いることなく制御目標値を導出できる手法を提案し，送電側と受電側が通信せずに協調して制御できるシステムを構築した。この成果は国内外で学会発表を行い，この発表に基づく学術論文は現在査読中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
今年度までは受電側情報に基づく複数パラメータの同時推定法について研究するとともに，制御利用するために推定すべき変数の一般化を行った。また，この手法を送電側の制御に応用し，送電側と受電側が通信することなく，協調して効率と電力を同時に制御可能な手法を提案した。
1) 受電側情報に基づく複数パラメータの同時推定法：従来実現されていなかった受電側情報のみを用いた複数パラメータの同時推定法として，まずは送電電圧と送受電器の相互インダクタンスの同時推定法に着手した。この成果を一般化させて受電側から測定できる電流値の情報を用いた2変数の同時推定法を確立し，学術論文誌に掲載されるに至った。本成果によって計画通りの進捗が得られている。
2) 制御利用すべき状態変数の一般化：受電側の制御に利用すべき状態変数について考察し，従来の制御手法に必要とされていた3つの変数を個別に推定する必要がなく，ワイヤレス電力伝送の特性に寄与する2つの一般化変数が存在することを明らかにした。この一般化変数は物理量として意味を持つ2変数として定義し，当技術に従事する技術者が理解しやすい手法として提案した。前述した2変数の同時推定法と併用することによって，送電側情報を一切知らない条件においても受電側における制御手法を実装できるようになり，計画以上に研究が進展した。
3) 送電側と受電側で協調した効率と電力の同時制御：前述した推定および制御手法を送電側にも適用することで，送電側においても受電側情報を一切用いることなく制御目標値を導出できる手法を提案し，送電側と受電側が通信せずに協調して制御できるシステムを構築した。本手法は電気自動車の走行中ワイヤレス給電技術に限らず，一般的なワイヤレス電力伝送システムにも適用可能であり，より汎用性の高い手法として有用である。本成果も計画以上の進展であり，これまでに多くの進捗が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度までに提案した推定手法は受電側となるクルマ側の情報を用いた複数パラメータの同時推定法とその制御利用について取り組んだが，来年度以降は送電側となる地上設備の情報を用いた状態推定に着目し，車両検知システムへの応用と送電制御に利用することを検討する。ここでは，走行中ワイヤレス給電システムの動特性を利用した新しい推定手法に取り組み，これまでの状態推定手法をさらにアップデートさせる。また，車両検知から送電制御までを一貫して行う制御システムの構築を行い，実用を考慮した設計手法を提案していく。
理論検証にはこれまでと同様にMatlab/Simlink,SimPowerSystemsを使用したシミュレーションと小電力規模（数～数十W）の実機検証を行う。また，電気自動車への応用を想定した大電力規模（数kW～数十kW）の実験にも取り組み，実際のアプリケーションにおける有効性を検証する。この電力規模における実験では実際の車両を用いた走行試験が不可欠となるため，実験環境の構築に十分な時間が必要なことに留意する。送電側となる地上設備には数十kWクラスを有する電源設備を利用するとともに，PCを用いて制御アルゴリズムを実装可能な実験環境を構築していく。クルマ側は本研究室で所有する軽自動車クラスの電気自動車に提案する制御システムを実装し，走行試験によってデータ収集を行う。
さらに，当初の計画以上に研究が進んでいることから，高速走行時における状態推定および電力制御を実現する高応答な制御システムの検討，高度なエネルギーマネジメント技術の開発，さらには低コストかつ信頼性の高い車両検知技術の提案など，電気自動車の走行中ワイヤレス給電に関わる制御システムについて幅広く取り組み，実用に耐えうるシステム全体の制御技術の確立を目指す。
本研究によって得られた成果は国内外で学会発表を行うとともに，これらを体系的にまとめて学術論文誌に投稿を行う。
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