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2. 原 理
〈2・1〉 直 列 補 償 方 式 の 概 念 図 1(a)に 従 来曹 の 昇 降 圧
スョミッセド 回 路 の 概 念 図 を 示 す。 従 来曹 の 回 路 構 成 では, 入 力
電 圧 と 出 力 電 圧 の 関 係 にかかわわらず 出 力 に 必 要 な 全 電 力 を
変 換 する。 特 に,1 石 の 昇 降 圧 スョミッセドを 用 いた 場 合 , 入 力
電 圧 V in と 目 標 出 力 電 圧 V out がほぼ 等 しいとき,デュポヴティ
比 D は,オンル 時昷 間 を t on ,オネ 時昷 間 を t off とすると,(1) 式 で
表 される。
ton
Vout
D = = = 0.5 ......................................(1)
t + t V + V
on
off
in
out
この 場 合 , 入 力 電 圧 と 出 力 電 圧 の 関 係 に 関 わわらずケイッセ
スは 動 作 しなければならない。それに 加 えて,リアェトル
やキャドシタに 全 エ゠ネルウヴを 一 旦 蓄 積 しなければならな
い。この 結 果 , 効 率 の 低 下 が 懸 念 される。
図 1(b)に 直 列 補 償 方 式 カンルトヴタの 概 念 を 示 す。 燃 料 電 池
に 直 列 にカンルトヴタを 接 続 し, 燃 料 電 池 電 圧 と 目 標 出 力 電
圧 の 差 分 の 電 圧 のみをカンルトヴタが 出 力 する。そのため,
特 に 燃 料 電 池 電 圧 と 目 標 出 力 電 圧 が 近 い 領 域 では, 直 列 カ
ンルトヴタの 出 力 電 力 は 小 さく, 変 換 器 容 量 が 小 さくなり,
たとえ 効 率 が 悪 くても 相 対 的 に 損 失 が 小 さくなるので 高 効
率 が 得 られる。その 一 方 , 燃 料 電 池 と 負 荷 を 直 列 に 接 続 す
るため, 負 荷 電 流泴 の 変 動 はそのまま 燃 料 電 池 電 流泴 の 変 動 と
なる。その 結 果 , 燃 料 電 池 の 内 部 インルピヴダンルケにより 電
圧 変 動 が 生 じる。また, 負 荷 変 動 に 伴 うリハル 電 流泴 は 燃 料
電 池 の 寿 命 にも 悪 影 響 を 与 える。
〈2・2〉 直 並 列 補 償 方 式 による 電 圧 電 流 補 償 図 1(c)に
本曓 論 文 で 提 案 する 直 並 列 補 償 方 式 回 路 の 概 念 を 示 す。 提 案
方 式 は 直 列 補 償 方 式 回 路 に, 並 列 カンルトヴタを 燃 料 電 池 と
並 列 に 接 続 する。 定 常 時昷 には 並 列 カンルトヴタを 停 止 して,
直 列 補 償 方 式 回 路 として 高 効 率 に 昇 降 圧 する。このとき,
出 力 電 圧 は,(2) 式 で 表 される。
V ±
out
= V
fc
Vconv
.............................................................(2)
ただし, V fc は 燃 料 電 池 電 圧 ,V conv は 直 列 カンルトヴ
タの 出 力 電 圧 である。
負 荷 変 動 時昷 には 燃 料 電 池 の 電 流泴 を 急 変 させないように 並
列 カンルトヴタで 電 流泴 を 補 償 する。 負 荷 の 急 速 な 増 減浦 に 伴 う
電 力 は,トッセテリが 補 償 する。また,トッセテリ 電 圧 が 低 下
したときや, 過 充 電 となったときは 並 列 カンルトヴタを 動 作
させて, 燃 料 電 池 から 充 電 するもしくは, 負 荷 へ 電 力 を 供
給 する。なお, 提 案 回 路 の 始 動 時昷 の 電 力 補 償 を 考 慮 すると
並 列 カンルトヴタの 容 量 は 起 動 時昷 間 に 相 当 する 短 時昷 間 定 格 で
あるが, 定 格 出 力 分 必 要 となる。したがって, 提 案 回 路 全
体 の 容 量 は 定 格 出 力 と 直 列 カンルトヴタの 容 量 の 総 和 とな
り, 従 来曹 回 路 に 比 べて 直 列 カンルトヴタの 分 , 回 路 容 量 およ
び 体 積 が 増 加 する。しかし, 提 案 方 式 では 燃 料 電 池 とトッセ
テリの 電 流泴 が 制 御 できるため 燃 料 電 池 の 長 寿 命 化 の 観 点 か
ら 優 れている。
〈2・3〉 提 案 回 路 の 構 成 図 2 に 本曓 論 文 で 提 案 する 直 並
Converter
V conv
V in Converter V out V in V out
V sb
(a) Conventional topology.
(c) Proposed topology.
図 1 回 路 構 成
(b) Series compensation topology.
Fig. 1. Construction of conventional, series compensation
and proposed circuit.
図 2 提 案 回 路
Fig. 2. Proposed circuit.
列 補 償 方 式 を 実 現 する 具 体 的 回 路 例 を 示 す。 直 列 カンルトヴ
タに, 昇 圧 スョミッセドと 降 圧 スョミッセドを 用 いる。 燃 料 電 池 と
並 列 に 接 続 した 並 列 カンルトヴタの 出 力 は, 燃 料 電 池 のエラ
ンルドに 接 続 する。
図 3(a)は 直 列 補 償 時昷 の 等 価 ノュッセェ 図 を 示 している。 定 常
時昷 では 直 列 カンルトヴタのみを 動 作 させ, 差 分 電 圧 の 直 列 補
償 をする。 図 3(b)に 昇 圧 時昷 ,(c)に 降 圧 時昷 の 負 荷 変 動 時昷 の 等
価 ノュッセェ 図 を 示 す。 負 荷 変 動 時昷 には, 並 列 カンルトヴタを
動 作 させ, 直 列 カンルトヴタで 電 圧 制 御 を 行 い, 並 列 カンルト
ヴタで 電 流泴 制 御 を 行 う。なお, 燃 料 電 池 からトッセテリへの
突 入 電 流泴 を 防 止 するためトッセテリ 電 圧 V sb は 燃 料 電 池 電 圧
V fc および 出 力 電 圧 V out よりも 大 きい 必 要 がある。
3. 提 案 回 路 の 制 御 法
図 4 に, 提 案 回 路 の 制 御 ノュッセェ 図 を 示 す。 提 案 回 路 の
制 御 は, 燃 料 電 池 電 流泴 制 御 と 並 列 カンルトヴタ 電 流泴 制 御 の 2
つのインルナヴルヴハと 出 力 電 圧 制 御 のアウゞタヴルヴハで 構
成 する。 制 御 器 には,PI 制 御 器 を 用 いる。この 提 案 手 法沵 で
は, 負 荷 電 力 が 大 きく 変 化 しない 定 常 時昷 に 並 列 カンルトヴタ
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