EV向け電源システムの高信頼と高効率を両立するハイブリッド双方向チョッパの開発

开发混合双向斩波器，实现电动汽车电源系统的高可靠性和高效率

• 批准号: 21K04038
• 负责人: 逆瀬川 栄一
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kagoshima National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04038/
• 关键词: 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

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。

在传统的电动汽车中，已经使用了单相助推器和两级逆变器，但需要进一步提高效率。这些技术之一是将3级（NPC）型T型逆变器应用于逆变器。本研究中提出的双向切碎机是适合T型逆变器的电路。此外，作为比较，还有一个电路（常规电路），其中EDLC被添加到两相助推器中。常规电路与单相增压斩波器并联配置，因此使用电池控制直流链路电压，并使用EDLC恢复再生能量。另一方面，提议的电路具有新的电路结构，其中一个开关添加了一个串联充电和排放EDLC的想法，以控制独立的EDLC。在第一年，我们能够首先设计传统电路的控制系统，然后通过模拟进行操作检查。接下来，我们提出了使用电动双层电容器（EDLC）增强再生功能的NPC助推器斩波器。但是，最初，我们提出了一个仅在NPC助推器切碎机中添加EDLC和一个开关的电路，但是创建了电路配置，其中除了EDLC和一个开关外，还增加了一个其他电感器。此外，第一年提议的电路揭示了一个问题，即由于充电和排放EDLC时的输出电压切换而发生过电压。在第二年，我致力于解决这个问题。在第二年，通过使用PSIM模拟确认了最初预期的电路系统的有效性。换句话说，已经证实，在一个EDLC和一个开关中，将模拟的有效性添加到常规的NPC助推器斩波器中。还可以确认仅在EDLC而不是电池上进行再生能量回收。

项目成果

3レベルインバータに適した昇圧チョッパと2相昇圧チョッパの特性比較

适用于三电平逆变器的升压斩波器和两相升压斩波器的特性比较

• 发表时间: 2022
• 作者: 知識凜,逆瀬川栄一;添田拓巳;芳賀仁
• 通讯作者: 芳賀仁

Comparison of interleaved boost converter and two-phase boost converter characteristics for three-level inverters

三电平逆变器交错式升压转换器和两相升压转换器特性比较

• 发表时间: 2022
• 期刊: World Electric Vehicle Journal an Open Access Journal by MDPI, 26 December 2022
• 作者: E.Sakasegawa;R.Chishiki;R.Sedutsu;T.Soeda;H.Haga;R.M.Kennel
• 通讯作者: R.M.Kennel