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大電力・高電圧用単方向絶縁型AC-DCコンバータの出力電力制御

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ1623
補助金の研究課題番号 22J13863 (2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2022)
応募区分国内
審査区分 小区分21010:電力工学関連
研究機関名古屋工業大学

研究代表者

武道 宏平  名古屋工業大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2023年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2022年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワードパワーエレクトロニクス / 絶縁型AC-DCコンバータ / 電力変換器 / 急速充電器
研究開始時の研究の概要

脱炭素社会実現に向けて,世界的に電気自動車(EV)が普及している。EVにおいて,充電時間をガソリン車の給油と同程度とするために高出力急速充電器が社会に求められている。高出力急速充電器には,大電力の小型高効率絶縁型AC-DCコンバータの開発が必要となる。
本研究では,大電力の小型高効率絶縁型AC-DCコンバータとして,高電圧電源からEVのバッテリへ電力送電できる大電力・高電圧用単方向絶縁型AC-DCコンバータを提案し,制御法を理論と実験により確立する。

研究実績の概要

脱炭素社会に向けて電気自動車(EV)の普及が進んでおり,充電インフラ整備が急務となっている状況において,EVの充電時間をガソリン車の給油程度の5分とするために350kW高出力の急速充電器の開発が進められている。高出力の急速充電器には,大電力の絶縁型AC-DCコンバータが必要となる。本研究では,大電力の絶縁型AC-DCコンバータとして,高電圧の単方向絶縁型AC-DCコンバータを提案する。提案回路は,高周波トランス一次側に高耐電圧回路のモジュラーマトリックスコンバータを用いることで大型な商用変圧器を用いずに高電圧電源からバッテリへの大電力送電を実現できる特徴がある。最終年度は以下を実施した。
1.高電圧の単方向絶縁型AC-DCコンバータの出力電力制御の確立では,昨年度実施した高周波トランスに印加される高周波電圧の波形制御による電力制御法の実験特性を分析し,電力制御法の特徴を明らかにした。また,EVの充電を考えた時,提案回路の出力電圧が変動した時においても,一定の直流電流を実現する必要があることが分かり,当初予定にはなかった出力電圧変化時の一定直流電流制御の理論を導出し,実験まで完了した。
2.三相絶縁型AC-DCコンバータの回路構成と制御法の確立では,回路構成を導出し,電源電流,高周波電圧の基本制御を構築した。回路と制御の妥当性をシミュレーションにより確認し,基本特性を明らかにした。上記2項目で確立した技術を絶縁型単相AC-DCコンバータへ適用できることが新たに分かり,本研究の技術を適用した高周波絶縁型単相AC-DCコンバータの新たな回路と制御法を提案した。
研究期間全体の成果として,大電力の絶縁型AC-DCコンバータの研究分野において新たな回路構成とその電力制御法を確立できた。また,本研究成果を発展させて,高周波絶縁型単相AC-DCコンバータの回路構成と制御法まで提案できた。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (6件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 学会発表 (6件) (うち国際学会 3件)

  • [学会発表] 高周波絶縁単相AC-DCコンバータの基本動作2024

    • 著者名/発表者名
      濱田慎太郎,武道宏平,竹下隆晴
    • 学会等名
      令和6年電気学会全国大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 単方向絶縁型高圧AC-DCコンバータの出力電力制御法の比較2023

    • 著者名/発表者名
      武道宏平,竹下隆晴
    • 学会等名
      2023年電気学会産業応用部門大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Output Power Control for Isolated Secondary-Resonant AC-DC Modular Matrix Converter Using Pulse Amplitude Modulation2023

    • 著者名/発表者名
      Kohei Budo, Takaharu Takeshita
    • 学会等名
      11th International Conference on Power Electronics 2023 (ICPE 2023 -ECCE Asia-)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Capacitor-Voltage-Balancing Control for an Isolated Secondary-Resonant AC-DC Modular Matrix Converter2022

    • 著者名/発表者名
      Kohei Budo, Takaharu Takeshita
    • 学会等名
      2022 International Power Electronics Conference (IPEC-Himeji 2022- ECCE Asia)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Output Power Control of Isolated Secondary-Resonant Medium-Voltage AC-DC Converter2022

    • 著者名/発表者名
      Kohei Budo, Takaharu Takeshita
    • 学会等名
      2022 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE 2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 高電圧絶縁型二次共振AC-DCモジュラーマトリックスコンバータの動作原理2022

    • 著者名/発表者名
      武道宏平,竹下隆晴
    • 学会等名
      2022年電気学会産業応用部門大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2022-04-28   更新日: 2024-12-25  

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