2021 Fiscal Year Research-status Report
Extending the cruising distance of fuel cell vehicles by active motor-generator loss control
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19K04335
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
加藤 修平 日本大学, 生産工学部, 准教授 (40802294)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野村 新一 明治大学, 理工学部, 専任准教授 (90401520)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 水素燃料電池自動車 / 電気自動車 / 回生失効 / 永久磁石同期モータ / バッテリーマネージメント |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は開発が期待されている水素を燃料とした水素燃料電池自動車の大きな課題の１つである航続距離（１回の水素充填で走れる距離）を５０％増とするブレークスルーを目指している。この目標は電動発電機の損失を積極的に制御する提案法により水素燃料電池自動車の部品点数を減らし、削減したスペースへ追加の水素燃料を搭載することで達成を目指している。
研究計画に基づき（１）理論値計算に必要な電動発電機定数測定、（２）制御用マイコンへの提案ソフト実装、（３）理論値に基づくゼロ発電実験、（４）ベクトル角度必要分解能明確化、については２０１９年度に実施し下記の知見を得た。（１）（２）については要求ブレーキトルク設定値を用いてゼロ発電の電流進角を計算する提案ソフトウェアを実装した。（３）については定格２０００ＶＡの永久磁石同期電動発電機（定格６０００ｒｐｍ）を用いてゼロ発電（直流側への発電がゼロワット）が達成できた。（４）については（３）で述べた永久磁石同期電動発電機に実装した回転角度検出器の精度は約１．３９度（電気角度で３６０度あたり４逓倍済５００パルス）まで低下させてもゼロ発電の精度に影響がないという指針を得た。２０２０年度と２０２１年度では温度上昇の（５）損失の明確化、（６）温度上昇実測による実用性検証を実施した。特に２０２１年度は電動発電機の損失内訳、インバータ損失を分析しゼロ発電を達成するためのそれぞれの箇所での損失を明確化した。また、ゼロ発電における電動発電機の温度上昇を実測し、連続下り坂の箱根峠を模擬した約１５分のブレーキ時系列パターンにおける温度上昇幅は、100%負荷での高効率駆動連続運転時の温度上昇幅よりも低いことを実証した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
提案法の温度上昇幅に実験検証については順調に進んでいる。これは箱根峠にて計測した約１５分間の要求ブレーキトルク時系列変化のデータを実験室レベルのミニモデルへのスケーリング（変換、区分化）し温度上昇幅を実測した。同様に連続した100%負荷状態における高効率駆動での同一箇所の温度計側幅を実測した。両者を比較し提案法の温度上昇幅が低いことを実証し提案法の有効性を検証した。ただ、電動発電機の温度上昇計測点、提案法の最大ブレーキ動力、ゼロ発電を実現するためのインバータDC側電流の推定方法、水素燃料電池自動車のために開発した提案法の風力発電緊急ブレーキ等への技術転用については今後の課題とする。
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| Strategy for Future Research Activity |
蓄電池容量に空きがある場合は高効率駆動により回生を行うため、インバータDC電流は100%に近い値になる。一方、蓄電池に空きがない場合は提案法のゼロ発電を行うため、インバータDC電流はゼロに近い値となる。したがって提案法のためにインバータDC電流センサとして定格値の低い電流センサを実装することはできない。そのため、インバータDC電流を精度良く検出（推定）する方法を回路シミュレーションにて検討し、効果が完了している。これを実機装置の演算装置に実装し、実機検証を行う予定である。
さらに、風力発電緊急ブレーキ等への技術転用については提案法のゼロ電流を実現するためのDC電圧制御を行う必要があり、回路シミュレーションにてその制御方法を確立している。これを実機装置の演算装置に実装し、実機検証を行う予定である。
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| Causes of Carryover |
世界的な半導体不足による部品調達遅延のため「次年度使用額（B-A)」が生じた。使用計画は当初の研究目的を精緻に達成するために使用する。
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