2022 Fiscal Year Annual Research Report
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21J22845
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
安田 匠 長岡技術科学大学, 技術科学イノベーション専攻, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2024-03-31
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| Keywords | マルチポートコンバータ / 電気自動車 / モジュラーマルチレベルコンバータ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年の電気自動車の普及に伴い，高速な電気自動車の充電システムが求められている。特に，集合住宅においては，多数の電気自動車を同時に充電することができる大容量な電気自動車の充電システムが求められている。そこで本研究では，集合住宅に適した次世代大容量超急速マルチポート充電器の開発を行っている。検討システムは従来に比較して，システム体積とコストを低減しながら，従来のシステムの接続ポート数および電力容量の限界を突破できる。検討システムでは，各ポートへ所望の電力を供給するために入力電力制御が必要となる。しかしながら，これまでに検討されている入力電力制御では，ポート間の電力アンバランスが増加すると，電力供給ができなくなることが明らかになっている。したがって，2021年度には，電力アンバランスの程度にかかわらず各ポートへ所望の入力電力を供給できる制御方式について検討した。
2022年度はまず，マルチポート充電器に必要となる素子容量を明確化した。特に，半導体スイッチングデバイスおよびインダクタンスの電流容量，各充電ポートに接続されるコンデンサの電流容量および静電容量の明確化を行った。これにより，マルチポート変換器の設計が可能となる。加えて，マルチポート変換器の実用化に向けて，オンラインでの劣化診断技術を開発した。提案技術では，電力変換回路において故障の最も大きな要因の一つとされるコンデンサの劣化診断をオンラインで行うことができる。これによって，故障前にマルチポート充電器のメンテナンスを行うことが可能となり，システムの信頼性を向上させる。加えて，マルチポート変換器の信頼性予測を行った。
本年度は，マルチポートコンバータのコンデンサ信頼性に関する論文誌を電気学会論文誌に投稿し，採択されている。
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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
2021年度には，電力アンバランスの程度にかかわらず各ポートへ所望の入力電力を供給できる制御方式について検討した。その結果，すべての電気自動車の充電状態に対して，任意の速度で電気自動車の充電を行うことができる充電制御技術を確立した。そこで，本制御を提案するマルチポート充電器に適用した際のマルチポート充電器の最大電流および電圧，パワーフローについて明らかにすることで，素子容量の明確化を行うことができる。
2022年度はまず，マルチポート充電器に必要となる素子容量を明確化した。まず，提案するマルチポート充電器に適用した際のマルチポート充電器の最大電流および電圧，パワーフローについて明らかにした。そして，半導体スイッチングデバイスおよびインダクタンスの電流容量，各充電ポートに接続されるコンデンサの電流容量および静電容量の明確化を行った。これにより，マルチポート変換器の設計が可能となる。加えて，マルチポート変換器の実用化に向けて，オンラインでの劣化診断技術を開発した。提案技術では，電力変換回路において故障の最も大きな要因の一つとされるコンデンサの劣化診断をオンラインで行うことができる。これによって，故障前にマルチポート充電器のメンテナンスを行うことが可能となり，システムの信頼性を向上させる。加えて，マルチポート充電器の信頼性予測を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年度は，提案システムの更なる付加価値を探求する。特に，大容量のVehicle-to-Grid (V2G)技術について検討を行う予定である。V2Gは電気自動車のバッテリを用いて再生可能エネルギーの余剰電力の吸収だけでなく，電力系統において不足した電力の供給を行う技術であり，電力系統の安定化のために期待されている。提案システムでは，すべての動作条件において充電動作をV2G動作の両立を実現する必要がある。したがって，各ポートの電気自動車に対する大容量V2Gの動作条件について理論およびシミュレーション，実験によって検討を行う。そして，電気自動車の充電動作のための電力制御とV2Gの両立を実現できる制御法について検討する。
加えて，マルチポート充電器のVehicle-to-Home(V2H)技術について検討を行う。V2H技術は，電気自動車と太陽光発電システムを含めた家庭との双方向電力融通を行う技術である。V2Hを検討することによって，電気自動車は家庭側とマルチポート充電器側の両者から充電が可能となる。つまり，マルチポート充電器の動作を考慮してV2Hのパワーフローを決定することによって，システム全体の高効率化を実現することができる。
これらの検討によって得られた成果をまとめ，国内および国際学会において発表を行う。また，成果をまとめて学術誌に投稿する予定である。
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