ワイヤレス式・有線式を統合したEV向け次世代大容量超急速充電器の開発

• 研究課題/領域番号: 18H03775
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 中区分21:電気電子工学およびその関連分野
• 研究機関: 長岡技術科学大学
• 研究代表者: 伊東 淳一 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (90377218)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 43,680千円 (直接経費: 33,600千円、間接経費: 10,080千円); 2021年度: 14,950千円 (直接経費: 11,500千円、間接経費: 3,450千円); 2020年度: 11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円); 2019年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円); 2018年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円)
• キーワード: 電気自動車 / 急速充電器 / WPT / 急速充電 / ワイヤレス充電 / MMCC / セル方式 / ワイヤセス給電 / マルチセル方式 / DABコンバータ / 漏えい磁界 / ワイヤレス給電

研究成果の概要

本研究では電気自動車の有線式及びワイヤレス式の両者に適用可能な，小型・高効率次世代超急速充電器を開発することを目的とし，システム構成，回路トポロジー，制御手法の3つの観点から次世代超急速充電器のあるべき姿を探求した。本研究の結果，新たなAC-DC電力変換回路構成を創出し，小型かつ高効率なEV充電器を実現する態様を見出した。また，ワイヤレス式充電における漏えい磁界を大幅に低減する手法を開発した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

電気自動車(EV)向け充電器は有線充電とワイヤレス充電に分類できる。EV充電器は年々大容量化が要求されており，システム体積の増加と損失増加に加え，ワイヤレス式充電器においては漏えい磁界の増加が問題となる。本研究では，有線充電とワイヤレス充電の大容量化に向けて小型かつ高効率なEV充電器を実現する手法を開発した。特にワイヤレス式充電は漏えい磁界低減手法も開発し，ワイヤレス充電を含めEV充電器の省スペース化とエネルギーロス低減が実現し，利便性および安全性が向上した。

研究成果

• [雑誌論文] 漏洩磁界キャンセルコイルを用いたワイヤレス給電システムのキャンセルコイル短絡電流実効値補償に着目した漏洩磁界低減 (2021)
  • 著者名/発表者名: 古川啓太, 日下佳祐, 伊東淳一
  • 雑誌名: 電気学会論文誌Ｄ（産業応用部門誌） 巻: 141 号: 5 ページ: 405-415
  • DOI: 10.1541/ieejias.141.405
  • NAID: 130008033183
  • ISSN: 0913-6339, 1348-8163
  • 年月日: 2021-05-01
  • 査読あり
• [雑誌論文] ワイヤレス給電コイルのリラクタンスネットワーク解析法を用いたモデリング (2020)
  • 著者名/発表者名: 古川 啓太, 日下 佳祐, 伊東 淳一
  • 雑誌名: 電気学会論文誌Ｄ（産業応用部門誌） 巻: 140 号: 10 ページ: 791-792
  • DOI: 10.1541/ieejias.140.791
  • NAID: 130007920868
  • ISSN: 0913-6339, 1348-8163
  • 年月日: 2020-10-01
  • 査読あり
• [雑誌論文] 絶縁型AC-DCマトリックスコンバータのスイッチングリプルの影響を打ち消す入力電流制御法 (2020)
  • 著者名/発表者名: 宅間 春介, 日下 佳祐, 伊東 淳一
  • 雑誌名: 電気学会論文誌Ｄ（産業応用部門誌） 巻: 140 号: 8 ページ: 623-624
  • DOI: 10.1541/ieejias.140.623
  • NAID: 130007883864
  • ISSN: 0913-6339, 1348-8163
  • 年月日: 2020-08-01
  • 査読あり
• [雑誌論文] デッドタイムに起因する非線形電力誤差の補償法におけるDual Active Bridgeコンバータの電流実効値低減法 (2020)
  • 著者名/発表者名: 河内 謙吾, 比嘉 隼, 渡辺 大貴, 日下 佳祐, 伊東 淳一
  • 雑誌名: 電気学会論文誌Ｄ（産業応用部門誌） 巻: 140 号: 3 ページ: 175-183
  • DOI: 10.1541/ieejias.140.175
  • NAID: 130007804459
  • ISSN: 0913-6339, 1348-8163
  • 年月日: 2020-03-01
  • 査読あり
• [雑誌論文] インダイレクトマトリックスコンバータを用いた絶縁形DC-ACコンバータのスイッチング損失低減手法 (2020)
  • 著者名/発表者名: 宅間 春介, 大島 涼, 日下 佳祐, 伊東 淳一
  • 雑誌名: 電気学会論文誌Ｄ（産業応用部門誌） 巻: 140 号: 3 ページ: 130-139
  • DOI: 10.1541/ieejias.140.130
  • NAID: 130007804444
  • ISSN: 0913-6339, 1348-8163
  • 年月日: 2020-03-01
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of Solid-state Transformer for 6.6-kV Single-phase Grid with Automatically Balanced Capacitor Voltage (2019)
  • 著者名/発表者名: Jun-ichi Itoh,Kazuki Aoyagi,Keisuke Kusaka,Masakazu Adachi
  • 雑誌名: IEEJ Journal of Industry Applications 巻: 8 号: 5 ページ: 795-802
  • DOI: 10.1541/ieejjia.8.795
  • NAID: 130007700495
  • ISSN: 2187-1094, 2187-1108
  • 年月日: 2019-09-01
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 複数巻線を有するワイヤレス電力伝送システムの等価的な結合係数の改善法 (2019)
  • 著者名/発表者名: 古川 啓太,日下 佳祐,伊東 淳一
  • 雑誌名: 電気学会論文誌Ｄ（産業応用部門誌） 巻: 139 号: 7 ページ: 612-623
  • DOI: 10.1541/ieejias.139.612
  • NAID: 130007672127
  • ISSN: 0913-6339, 1348-8163
  • 年月日: 2019-07-01
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of Three-Phase Wireless Power Transfer System with Reduced Radiation Noise (2019)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Kusaka,Keita Furukawa,Jun-ichi Itoh
  • 雑誌名: IEEJ Journal of Industry Applications 巻: 8 号: 4 ページ: 600-607
  • DOI: 10.1541/ieejjia.8.600
  • NAID: 130007673088
  • ISSN: 2187-1094, 2187-1108
  • 年月日: 2019-07-01
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] General Analytical Model of Inductance Variation by EMF-canceling Coil for Inductive Power Transfer System (2019)
  • 著者名/発表者名: Keita Furukawa,Keisuke Kusaka,Jun-ichi Itoh
  • 雑誌名: IEEJ Journal of Industry Applications 巻: 8 号: 4 ページ: 660-668
  • DOI: 10.1541/ieejjia.8.660
  • NAID: 130007673086
  • ISSN: 2187-1094, 2187-1108
  • 年月日: 2019-07-01
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 広い電圧駆動範囲に対して動作モード切り替え法を適用したT-type Dual Active Bridge DC-DCコンバータの開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Higa, S. Takuma, K. Kusaka, J. Itoh
  • 雑誌名: 電気学会論文誌Ｄ（産業応用部門誌） 巻: 139 号: 4 ページ: 388-400
  • DOI: 10.1541/ieejias.139.388
  • NAID: 130007622127
  • ISSN: 0913-6339, 1348-8163
  • 年月日: 2019-04-01
  • 査読あり
• [雑誌論文] フライングキャパシタ形DABコンバータの動作モード切り替え時におけるトランス電流の直流偏差抑制法 (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Higa, J. Itoh
  • 雑誌名: 電気学会論文誌Ｄ（産業応用部門誌） 巻: 139 号: 3 ページ: 360-361
  • DOI: 10.1541/ieejias.139.360
  • NAID: 130007606816
  • ISSN: 0913-6339, 1348-8163
  • 年月日: 2019-03-01
  • 査読あり
• [雑誌論文] 等価励磁インダクタンス切り替え方式を用いたデュアルアクティブブリッジコンバータの実機検証 (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Higa, J. Itoh
  • 雑誌名: 電気学会論文誌Ｄ（産業応用部門誌） 巻: 139 号: 1 ページ: 40-50
  • DOI: 10.1541/ieejias.139.40
  • NAID: 130007542292
  • ISSN: 0913-6339, 1348-8163
  • 年月日: 2019-01-01
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparative Verification of Radiation Noise Reduction Effect Using Spread Spectrum for Inductive Power Transfer System (2019)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Kusaka, Kent Inoue, Jun-ichi Itoh
  • 雑誌名: World Electric Vehicle Journal 巻: 10 号: 2 ページ: 1-12
  • DOI: 10.3390/wevj10020040
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 3レベル駆動によるDual Active Bridgeコンバータのデッドタイム誤差補償法 (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Kawauchi, H. Higa, K. Kusaka, J. Itoh
  • 雑誌名: 電気学会論文誌Ｄ（産業応用部門誌） 巻: 138 号: 12 ページ: 944-945
  • DOI: 10.1541/ieejias.138.944
  • NAID: 130007539578
  • ISSN: 0913-6339, 1348-8163
  • 年月日: 2018-12-01
  • 査読あり
• [学会発表] 「階調制御による ISOP 型 Solid-State Transformerのコモンモードノイズ低減効果の検証」 (2022)
  • 著者名/発表者名: 菊地尚斗, 日下佳祐, 伊東淳一
  • 学会等名: 電気学会 全国大会
• [学会発表] セル方式マルチポートEV 充電器の無線通信を用いた電力バランス制御」 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大畠慶太, 渡辺大貴, 伊東淳一, 日下佳祐
  • 学会等名: 電気学会 全国大会
• [学会発表] T. Yasuda, J. Itoh, G. Guidi: "Power Distribution Control between Cells with Imbalanced Load for Modular Multilevel multiport Converter" (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Yasuda, J. Itoh, G. Guidi
  • 学会等名: IEEE 2021 - Energy Conversion Congress & Exposition - Asia (ECCE Asia 2021)
  • 国際学会
• [学会発表] "Flying-capacitor Linear Amplifier with N-channel MOSFETs for Radiation Noise Reduction of Wireless Power Transfer System" (2021)
  • 著者名/発表者名: R.Kusui, K.Kusaka, J.Itoh
  • 学会等名: 5th International Electric Vehicle Technology Conference
  • 国際学会
• [学会発表] 「ISOP 型 Solid-State Transformer の回路構成によるコモンモードノイズの比較」 (2021)
  • 著者名/発表者名: 菊地尚斗, 日下佳佑, 伊東淳一
  • 学会等名: 電気学会 半導体電力変換研究会
• [学会発表] モジュラーマルチレベルマルチポートコンバータにおけるセル間の直流電圧平衡法 (2020)
  • 著者名/発表者名: 安田匠, 宅間春介, 伊東淳一
  • 学会等名: 電気学会 半導体電力変換研究会
• [学会発表] Input Current Balancing Control Method under Imbalanced Load for Three-phase Multi-port Converter based on Modular Multilevel Converter (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Yasuda, T. Kumagai, M. Miyashita, K. Kusaka, J. Itoh
  • 学会等名: IPEMC2020-ECCE Asia
  • 国際学会
• [学会発表] Hybrid Multiple Chopper Cells of PWM and Square-wave Operation for Solid-state Transformer (2020)
  • 著者名/発表者名: N.Kikuchi, K.Kusaka, J.Itoh, H.N.Le
  • 学会等名: EPE2020-ECCE Europe
  • 国際学会
• [学会発表] 異なる動作周波数を併用したマルチセルSolid-State Transformer の制御法 (2020)
  • 著者名/発表者名: 菊地尚斗, 日下佳祐, 伊東淳一, レ・ホアイ・ナム
  • 学会等名: 電気学会 半導体電力変換研究会
• [学会発表] Downsizing of Three-Phase Wireless Power Transfer System with 12 coils by Reducing Magnetic Interference (2020)
  • 著者名/発表者名: R. Kusui, K. Kusaka, J. Itoh, S. Obayashi, T. Shijo, M. Ishida
  • 学会等名: IEEE 29th International Symposium on Industrial Electronics (ISIE)
  • 国際学会
• [学会発表] Three-phase AC-DC Converter for EV Rapid Charging with Wireless Communication for Decentralized Controller (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Ohata, M. Adachi, K. Kusaka, J. Itoh
  • 学会等名: International Conference on Power Electronics
  • 国際学会
• [学会発表] 電気自動車向けワイヤレス給電コイルのパーミアンス法を用いた設計と評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 古川啓太, 日下佳祐, 伊東淳一
  • 学会等名: 自動車技術会2019年春季大会学術講演会
• [学会発表] マトリックスコンバータを用いた三相ワイヤレス給電システム (2019)
  • 著者名/発表者名: 山ノ口皓喜, 宅間春介, 日下佳祐, 伊東淳一
  • 学会等名: 電気学会産業応用部門大会
• [学会発表] Three-Phase Wireless Power Supply System Using Matrix Converter (2019)
  • 著者名/発表者名: J. Itoh, K. Yamanokuchi, S. Takuma, K. Kusaka
  • 学会等名: European Power Electronics Conference 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 三相12コイル非接触給電システムのコイル配置角度変更による小型化の検討 (2019)
  • 著者名/発表者名: 楠居琳太郎, 古川啓太, 日下佳祐, 伊東淳一
  • 学会等名: 電気関係学会北陸支部連合大会
• [学会発表] 大容量ワイヤレス電力伝送システムの負荷変動を考慮した冷却器構造の設計法 (2019)
  • 著者名/発表者名: 溝口洸輔, 日下佳祐, 伊東淳一
  • 学会等名: 電気学会半導体電力変換/モータドライブ合同研究会
• [学会発表] Computational Model of Coils for Wireless Power Transfer with Reluctance Network Analysis (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Furukawa, K. Kusaka, J. Itoh
  • 学会等名: 20th International Symposium POWER ELECTRONICS Ee2019
  • 国際学会
• [学会発表] PWM駆動と方形波駆動を併用したマルチセルSoild-State Transformerの制御法 (2019)
  • 著者名/発表者名: N.Kikuchi, H. N. Le, M. Miyashita, K. Kusaka, J. Itoh
  • 学会等名: 電気学会東京支部新潟支所研究発表会
• [学会発表] Switching Device Number Reduction for Three-Phase Cascade-Modular Solid-State Transformer System with Employment of Three-Phase T-Type Converter (2019)
  • 著者名/発表者名: H. N. Le, S. Nagai, K..Kusaka, J..Itoh
  • 学会等名: Energy Conversion Congress Exposition 2019
  • 国際学会
• [学会発表] A 22 kW-85 kHz Three-phase Wireless Power Transfer System with 12 coils (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Kusaka, R. Kusui, J. Itoh, D. Sato, S. Obayashi, M. Ishida
  • 学会等名: Energy Conversion Congress Exposition 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 電流不連続モードで駆動する絶縁型AC-DCマトリックスコンバータの電流ひずみ改善法 (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Takuma, H. Watanabe, J. Itoh
  • 学会等名: 令和2年 電気学会 全国大会
• [学会発表] 22kW三相12コイル非接触給電システムの漏えい電磁界評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 日下佳祐, 楠居琳太郎, 伊東淳一, 司城徹, 尾林秀一, 石田正明
  • 学会等名: 令和2年 電気学会 全国大会
• [学会発表] チョッパセルを用いた単相 Solid-state Transformer の 高パワー密度化に向けた単相電力脈動補償法 (2019)
  • 著者名/発表者名: 菊地尚斗, 古川啓太, 宮下充, 日下佳祐, 伊東淳一
  • 学会等名: 電気学会半導体電力変換研究会
• [学会発表] General Analytical Model for Inductive Power Transfer System with EMF Canceling Coils (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Furukawa, K. Kusaka, J. Itoh
  • 学会等名: The 2018 International Power Electronics Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Three-phase Inductive Power Transfer System with 12 coils for Radiation Noise Reduction (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Kusaka, J. Itoh
  • 学会等名: The 2018 International Power Electronics Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Single-phase Solid-State Transformer using Multi-call with Automatic Capacitor Voltage Balance Capability (2018)
  • 著者名/発表者名: J. Itoh, K. Aoyagi, K. Kusaka, M. Adachi
  • 学会等名: The 2018 International Power Electronics Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Dead-time Compensation with DC Offset Current Elimination Method using Three-level Operation for Dual Active Bridge DC-DC Converter (2018)
  • 著者名/発表者名: J. Itoh, K. Kawauchi, H. Higa
  • 学会等名: Energy Conversion Congress Exposition 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Radiative Noise Reduction Technique using 12 Coils Suitable for High-power Inductive Power Transfer (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Kusaka, K. Furukawa, J. Itoh
  • 学会等名: Energy Conversion Congress Exposition 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Comparative Verification of Radiation Noise Reduction Effect using Spread Spectrum for Inductive Power Transfer System (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Kusaka, K. Inoue, J. Itoh
  • 学会等名: EVS 31 & EVTeC 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Reduction of Transmission Power Error and Current for Dual Active Bridge DC-DC Converter in Energy Storage Systems (2018)
  • 著者名/発表者名: J. Itoh, K. Kawauchi, H. Watanabe, K. Kusaka
  • 学会等名: 7th International Conference on Renewable Energy Research and Applications
  • 国際学会
• [学会発表] Non-linear Dead-time Error Compensation Method of Dual Active Bridge DC-DC Converter for Variable DC-bus Voltage (2018)
  • 著者名/発表者名: J. Itoh, K. Kawauchi, H. Watanabe
  • 学会等名: 6th International Conference On Smart Grid
  • 国際学会
• [学会発表] Control Method of Flying Capacitor Converter Operated in Discontinuous Current Mode for High Voltage Photovoltaic Cell (2018)
  • 著者名/発表者名: J. Itoh, R. Ishibashi, K. Kusaka
  • 学会等名: 6th International Conference On Smart Grid
  • 国際学会