成果報告書詳細
管理番号20110000000019
タイトル平成19年度-平成21年度成果報告書 次世代自動車用高性能蓄電システム技術開発/要素技術開発/高効率制御回路を用いた電池電力利用技術の研究開発
公開日2011/1/25
報告書年度2007 - 2009
委託先名FDK株式会社
プロジェクト番号P07001
部署名燃料電池・水素技術開発部
和文要約本研究では、多直列電池の電力を有効に利用するために回生方式のSOC均等化制御技術を開発した。隣接セル間のバランスに有効なコンバータ方式を中心に、小型化と省電力化の課題解決を進めた。また、組合せとして有効なトランス方式の均等化制御技術も研究した。
小型化へのアプローチとしては、大きさを支配しているインダクタサイズが電力変換周波数に逆比例することから、これまで以上に高い3MHz-5MHzの変換周波数を適用することとし、これに使える磁性材料と巻線構造の開発を行った。
磁性材料開発ではフェライトを採用した。自然共鳴周波数(fr)を高める設計とMnO添加による歪の緩和、さらにはSnO添加によるFeの価数制御で効果の得られることが分かった。
巻線構造設計では高周波化により必要な巻線数が減少し、これまで支配的でなかったマイナーな磁路が重畳性能を悪化させていることを磁場解析により解明した。磁路を制御する新たなギャップ構造を採用することで直流重畳性能の高いパワーインダクタの技術を開発した。
均等化後の消費電力を無くすために、隣接するセル電圧差に応じて2段のワンショットマルチバイブレータを固定周波数でパルス幅制御する新たな制御方式を開発した。モジュール内の均等化制御はコンバータ方式が優位であるが、モジュール間はトランス方式が優位であることから、トランス方式も組み合わせて実証試験を行った。
実証試験としては、車載用の使用済みリチウムイオン二次電池を用いた16直列セル構成で効果の確認を行った。結果として、電池容量として均等化制御のない場合に対して制御を行なうことで、利用効率が約8%向上した。
英文要約Title : Development of High-performance Battery System for Next-generation Vehicles. Elemental technology development. Research and development of the technology used electric power of battery with highly effective control circuit
In this study, the SOC equalization control technologies of the resurrection method have been developed to use the electric power of multi series battery effectively. The solution of the problems of the miniaturization and the power saving was advanced around an effective converter method for the balance between adjacent cells. Moreover, the equalization control technology of an effective transformer method was researched as a combination with converter method. The approach to the miniaturization of the system was to use the higher conversion frequency of 3MHz ~ 5MHz than conventional one, because the size of the system was ruled by the inductor size, and the inductor size was reversibly proportional to the electric power conversion frequency. The magnetic material and the winding structure, which could be used for this frequency range, have been developed.
In this development, the ferrite was adopted as the magnetic material. It has been understood that the ease of the swerve by the addition of MnO, the material design of the improvement of natural resonance frequency (fr), and furthermore the value number control of Fe by the SnO addition were effective. It was clarified that a necessary number of windings decreased by the higher frequency in the winding structure design, and the minor magnetic circuit that was not predominant up to now depraved the overlay performance by the magnetic field analysis. The technology of the power inductor with high direct current overlay performance was developed by adopting a new gap structure where the magnetic circuit was controlled.
In order to lose the power consumption after equalization has been achieved, a new control scheme that controlled the one shot multivibrator of two steps in a fixed frequency by pulse width according to the difference of the voltage of adjacent cells was developed. The proof examination of the transformer methods combined with converter method has been achieved, because the converter method was dominant for the equalization control in the module, but the transformer method between modules was dominant. The effect of the equalization control was confirmed as a proof examination by 16 series cell composition that used the used lithium ion rechargeable batteries for the vehicles. As a result, the utilization efficiency has improved by about 8% as capacity of the battery by the equalization control compared without equalization control.
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