| Project/Area Number |
22K04051
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21010:Power engineering-related
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| Research Institution | Tokyo Denki University |
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Principal Investigator |
吉本 貫太郎 東京電機大学, 未来科学部, 教授 (50878387)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥130,000 (Direct Cost: ¥100,000、Indirect Cost: ¥30,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
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| Keywords | パワーエレクトロニクス / ハイブリッドシステム / マルチレベルインバータ / 昇圧制御 / 電気自動車 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、シリーズハイブリッド電気自動車(以下SHEV)における新たな小型・高効率な電力変換システムを実現するため、新しい直接型電力変換器D-EPCを用いた、電力配分制御による昇圧制御を確立する。SHEVは、現在でも広く普及しているシステムであり、将来にも熱効率を向上させたエンジンを適用するシステムとして発展・拡大が期待されている。直接型電力変換器D-EPCは各電位への電力配分制御を可能とし、その電力配分を制御することで昇圧制御を行う。従来の昇圧チョッパにはない新たな昇圧制御のモデルを構築し、高速かつ安定な昇圧制御を創出する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、シリーズハイブリッド電気自動車(以下SHEV)における新たな小型・高効率な電力変換システムを実現するため、新しい直接型電力変換器D-EPCを用いた、電力配分制御による昇圧制御を確立する。提案するシステムでは、昇圧用のコンデンサの電位に新たにスイッチング素子を接続し、モータ・発電機の電力を配分することで、昇圧用コンデンサ電圧を制御し、駆動モータを昇圧した電圧を用いて駆動することができる。しかし、従来の昇圧チョッパのデューティ比による昇圧電圧の制御と異なり、新たにD-EPCの電力の配分制御による昇圧制御の理論構築が必要となる。
本研究では課題を大きく３つ挙げた。「D-EPCの電力配分制御を用いた昇圧制御モデルの理論的構築」「高速かつ安定した昇圧制御設計」「D-EPCの各電力損失の理論的導出」である。
初年度には、検討した昇圧制御モデルに基づいて昇圧制御を提案し、研究2年目には、提案する昇圧用コンデンサの電圧制御を、原理確認用の小出力のモータ・発電機を用いて、その有効性を確認することができた。SHEVの走行状態を想定し、モータ駆動電力が増加し、昇圧コンデンサからモータ駆動D-EPCを用いて電力配分が行われる場合でも、発電機側D-EPCの電力配分制御によって、昇圧コンデンサの電圧を安定的に制御することを実験により確認できた。
「D-EPCの各電力損失の理論的導出」については、定常損失とスイッチング損失を、電力配分比をパラメータとした損失計算のモデル化を行ってきた。今後、この損失計算モデルの妥当性をシミュレーション・実験との比較により確認していく。
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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
課題のうち「D-EPCの電力配分制御を用いた昇圧制御モデルの理論的構築」「高速かつ安定した昇圧制御設計」は研究計画に基づいた進捗が得られ、理論的に検討した昇圧制御の有効性を確認することができた。
「高速かつ安定した昇圧制御設計」に関しては、、駆動モータの電力の変化による昇圧コンデンサの電圧変化への影響を、発電機側の電力配分制御への外乱としてモデル化することによって、その外乱補償を制御として提案し、この昇圧制御の有効性を小出力の原理確認用実験装置で確認することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は「D-EPCの各電力損失の理論的導出」への取り組みを強化し、本研究のねらいである電力変換システムの低損失化を示す。
「高速かつ安定した昇圧制御設計」は、車両走行を模擬した負荷制御により、車両のモード走行時における昇圧制御を実験により確認する。
「D-EPCの各電力損失の理論的導出」としては、各部の電力変換損失を定常損失とスイッチング損失のモデル化を行い、理論的な電力変換損失の計算式を現在までに検討している。検討した電力変換損失の計算方法の妥当性を、シミュレーションと実験装置により確認する。電力変換損失を低減する電力配分制御方法も並行して検討しており、最終年度には、電力変換損失を低減できる昇圧制御システムとしての成果を実験結果として示していきたい。
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