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。

传统电动汽车使用单相升压斩波器和两电平逆变器，但需要更高的效率。一种方法是使用三电平（NPC）T型逆变器作为逆变器。本研究提出的双向斩波器具有适合T型逆变器的电路。另外，作为比较，还有在两相升压斩波器中添加了EDLC的电路（以往的电路）。传统电路具有单相升压斩波器的并联配置，因此电池控制直流母线电压，并且EDLC回收再生能量。另一方面，在所提出的电路中，电池和EDLC串联连接，因此采用添加一个开关的新电路配置来独立控制EDLC的充电和放电。第一年，我们首先设计了传统电路的控制系统，并通过仿真确认了其运行情况。接下来，我们提出了一种使用双电层电容器 (EDLC) 增强再生功能的 NPC 升压斩波器。然而，我们最初提出了一种仅在 NPC 升压斩波器中添加一个 EDLC 和一个开关的电路，但电路配置最终除了 EDLC 和一个开关之外还添加了一个电感器。此外，我们发现第一年提出的电路存在一个问题，即在对EDLC进行充电和放电时，输出电压会出现因开关而产生的过电压。第二年，我们努力解决这个问题。第二年，我们通过PSIM仿真证实了最初设想的电路系统的有效性。换句话说，我们能够通过对在传统 NPC 升压斩波器中添加 1 个 EDLC 和 1 个开关的电路进行仿真来确认其有效性。通过该电路，我们还能够确认再生能量仅回收到 EDLC，而不是电池。

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