研究課題/領域番号 |
21K04038
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研究種目 |
基盤研究(C)
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配分区分 | 基金 |
応募区分 | 一般 |
審査区分 |
小区分21010:電力工学関連
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研究機関 | 鹿児島工業高等専門学校 |
研究代表者 |
逆瀬川 栄一 鹿児島工業高等専門学校, 電気電子工学科, 准教授 (30390503)
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研究分担者 |
芳賀 仁 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (10469570)
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研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 260千円 (直接経費: 200千円、間接経費: 60千円)
2022年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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キーワード | 昇圧コンバータ / NPCインバータ / 電気二重層キャパシタ / 回生 / 昇圧チョッパ / 双方向チョッパ / Tタイプインバータ / ハイブリッド電源 |
研究開始時の研究の概要 |
本課題では、PHV等の電気自動車用電力変換器の高信頼性と小型高効率化を実現する「ハイブリッド電源双方向チョッパ」を開発する。本システムは、電源構成を運転モードに応じて高効率に組換える。EDLCはバッテリ故障時の非常用電源としての機能を備え、自動車の信頼性を大幅に向上させると同時に回生動作、加速アシストを行うことにより高効率化とバッテリの長寿命化を実現する。提案回路はバッテリまたはEDLCの個別モードか直列接続モードに組換えが可能である。また、提案回路はTタイプインバータに適した回路構成であり、両者を組合わせることで、モータドライブシステムの高信頼性と小型高効率化を実現する。
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研究実績の概要 |
従来の電気自動車では,単相昇圧チョッパと2レベルインバータが用いられているが,さらなる高効率化が求められている。その手法の一つとして,インバータに3レベル(NPC)タイプのTタイプインバータを適用する方法がある。本研究で提案する双方向チョッパは,Tタイプインバータに適した回路となっている。また,その比較対象として,二相昇圧チョッパにEDLCを追加した回路(従来回路)がある。従来回路は,単相昇圧チョッパの並列構成になっているため,バッテリーで直流リンク電圧制御を行い,EDLCで回生エネルギーを回収する方式となっている。一方,提案回路は,バッテリーとEDLCが直列接続になっているため,独立したEDLCの充放電制御を行う工夫として,スイッチを1つ追加した新たな回路構成になっている。 1年目は,まず従来回路の制御系設計を行い,シミュレーションにより動作確認を行うことができた。次に,電気二重層キャパシタ(EDLC)を用いて回生機能を強化したNPC昇圧チョッパを提案した。ただし、当初、NPC昇圧チョッパにEDLCとスイッチ1個を追加するのみでの回路を提案することとしていたが、EDLCとスイッチ1個に加え、インダクタをさらに1つ追加する回路構成となった。また、1年目での提案回路はEDLCの充放電を行う際に,出力電圧にスイッチングに伴う過電圧が生じる問題が明らかになった。2年目はこの問題点の解決に取り組んだ。 2年目は、当初想定していた回路方式の有効性をPSIMによるシミュレーションによって確認した。すなわち、従来のNPC昇圧チョッパにEDLC1つとスイッチ1つを追加した回路でのシミュレーションによる有効性を確認できた。この回路では、回生エネルギーの回収をバッテリーではなく、EDLCのみに行うことも確認することができた。
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現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
2年目において、当初検討していた提案回路の動作をシミュレーションで検証することができた。3年目において実機検証に取り掛かる予定である。実機検証を行うにあたり、必要な直流安定化電源、電子負荷装置、波形観測装置の確保を完了した。
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今後の研究の推進方策 |
今後、提案回路の主回路を製作し、実機検証に取り掛かる。提案回路はNPC昇圧コンバータにEDLCとスイッチ1個を追加したシンプルな回路であるため、主回路の製作に時間はかからない。また、制御にはPI制御を用いているが、シミュレーションによる制御系設計も行えているため、実機においては、制御プログラムの作成のみで実験を行える。EDLCについては、研究室に小容量のもの所有しているため、それを用いた試作機を製作し、昇圧および回生実験を行う。
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