2019 Fiscal Year Research-status Report
熱電用電力変換回路の定性的性質の解明と最大電力整合
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18K18126
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| Research Institution | Okayama University of Science |
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Principal Investigator |
麻原 寛之 岡山理科大学, 工学部, 准教授 (50709615)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 熱電池 / DC-DCコンバータ / 最大電力点追従制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、排熱発電システムに用いられる電力変換回路の定性的性質を解明し、回路理論の発展および将来的な排熱発電システムの実用化に資する取り組みである。電源に熱電池を有するDC-DCコンバータ(熱電用電力変換回路)は、電源と負荷をインピーダンスマッチングさせ、熱電池から最大電力を取り出す電力整合機能が求められる。当該年度は、熱電池を有する昇圧型DC-DCコンバータへ最大電力点追従制御を実装し、性能評価することを主目的に取り組んだ。以下、具体的な取り組み内容と得られた成果について報告する。
まず、前年度予算で購入した熱試験装置を用い、熱電池設置箇所の高温側極板温度および低温側極板温度を一定に保った理想的な発電環境を構築し、KELK社製熱電池の出力特性を計測・モデル化した。次に、最大電力点追従制御を組み込んだ昇圧型DC-DCコンバータの回路動作を可視化するため、回路シミュレータの開発に取り組んだ。回路シミュレータの開発においては、C言語を用いた数値積分法をベースとした。また、熱電池の出力電流および出力電圧値をセンシングし、山登り法に基づく最大電力点追従制御アルゴリズムを計算機実装し、回路動作を解析・評価した。最後に、回路設計ソフトおよび基板加工機を用いて昇圧型DC-DCコンバータの回路実装を行った。ここで、最大電力点追従制御アルゴリズムは車載用高性能マイクロコンピュータへ実装し、電力利用率、電力変換効率およびシステム変換効率の観点から回路動作を検証した。得られた研究成果の一部は、学術論文および国際会議にて発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当該年度の目標を下記する。
(1) 熱電池を有する昇圧型DC-DCコンバータの回路実装
(2) 最大電力点追従制御の実装と性能評価
(1)については、回路シミュレータPSpiceを用いて回路動作をシミュレーションした後、回路設計ソフトを用いてSchematic図およびPCB図を設計した。また、基板加工機を用いて、片面基板にパターン線を実装した。ここで、回路性能を向上させるため、低オン抵抗の同期整流型GaNスイッチングデバイスを導入した。なお、本同期整流型GaNスイッチングデバイスは高周波数帯において良好な性能を示すため、制御用マイクロコンピュータには車載用の高性能マイコンを選定した。また、数値シミュレーションにより熱電池の出力電流および出力電圧を計算し、最適な感度の電流センサおよび電圧センサを選定した。一方、(2)の取組においては、回路シミュレータを用いて回路動作を検証した後、山登り法に基づく最大電力点追従制御アルゴリズムをマイクロコンピュータへ実装した。回路実験において、電力利用率、電力変換効率およびシステム変換効率の観点から性能評価した結果、いずれも90%程度の良好な結果が確認できたため、当初目標は達成されたと考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
当該年度までに、本研究取組の当初目標は概ね達成されたと考えている。最終取組年度となる次年度は、これまでに得られた研究成果を国内外の会議および学術論文にて発表する。
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| Causes of Carryover |
参加予定の国際会議（RISP International Workshop on Nonlinear Circuits, Communications and Signal Processing 2020）および国内会議（2020年電子情報通信学会総合大会）が新型コロナウイルスの影響により開催延期になったため。
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