双方向性DC-DCコンバータを用いた新型電池電力貯蔵システムに関する研究

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究は,直交磁心の双方向性電力伝送機能に着目し,近年開発が進められている高性能二次電池と任意の直流系統を,簡単且つ安全に結ぶためのDC-DCコンバータの開発を目的として行ったものである。以下に本研究で得られた成果を記述する。先ず,直交磁心形DC-DCコンバータの回路解析を行った。その結果,本装置の動作機構及び電力制御特性など,設計に必要な事項が明らかになった。次いで,これらの成果に基づき装置の作製を行った。磁心材質にはMn-Znフェライト,励磁用チョッパ回路の主素子にはIGBTを使用し,動作周波数を20kHzまで高め,装置の小型軽量化を図った。試作器の特性試験を行ったところ,(1)チョッパの位相調整のみで双方向性の電力伝送が可能,(2)伝送電力は零から最大値まで容易に制御される,(3)伝送方向は位相調整のみで決定され,電源電圧変動の影響を受けない,(4)直交磁心を使用しているため,特別な保護回路を必要とせず短絡等の事故に対する安全性が確保されることなどが明らかになった。試作器の電力変換効率は80%と実用に供し得る値であるが,省エネルギーのためには一層の効率向上が望まれる。本研究においては,主構成要素である直交磁心の最適設計手法についても検討を行った。近年磁場解析に基づく電気機器設計が進展を見せているが,直交磁心のように,磁束分布が立体的で複雑な非線形磁気素子に適用するには至っていない。ここでは,直交磁心を三次元的な電気回路網でモデル化し,任意の直交磁心の電力変換特性を高速に算定する新しい手法を確立した。以上より直交磁心形DC-DCコンバータの特徴が実証されるとともに,簡単で安全性の高い新型電池電力貯蔵システムの実現のための基礎的知見が得られ,本研究の所期の目的が一応達成されたものと考えられる。以上の成果は電気学会,応用磁気学会等において報告した。