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研究グループ
GROUP 1
GROUP 2
自然共生型スマート・エネルギーマネジメント技術の開発
GROUP 2
自然共生型スマート・エネルギーマネジメント技術の開発
TEAM１
クラウド型蓄電池を中心とした高信頼・高効率な電源管理システムの開発
GROUP 3
研究概要
IoTデバイスとしての蓄電池スマートセンサーの開発と
インターネットによる知的電源保守管理システムの開発
蓄電池状態のセンシングと、多数の末端センサーと中継マイコン、全体を統括するセンターの階層構造を、センサー、通信、ホストコンピュータで実現し、蓄電池の劣化診断、異常検知、熱暴走防止を実現する。末端センサーは、ＬＳＩ技術により、低電力、低コストを実現する。
中間のゲートウエイ機能には、社会システムとしてのセキュアなシステムづくりを行う。
ホスト側では、ビッグデータを用いた高信頼な蓄電池状態把握技術を完成させる。
ユーザインタフェースとしては、一般への受け入れられやすさを考慮し、スマホアプリでのシステム管理が行える形態を実現する。
最終的には、保守サービスビジネスとしての広がりを意識し、ビジネスモデルの確立、特許化なども戦略的に行う。
図：SiCトランジスタを使った小型高効率充電器
蓄電池や燃料電池、太陽電池間の高効率電力転送技術の開発
自然エネ、水素エネの共存社会の到来に備え、PV（太陽光パネル）、 FC(燃料電池)、 LIB（リチウムイオン蓄電池）の最適連系システムを構築する。
要素としては、PVからのエネルギー最大化と蓄電池劣化抑制の両立システムの開発、発電ばらつき大きなFCからの最大電力供給システムの構築、今後爆発的に普及するLIBへの最適無線充電システムの開発、LIB間の最適電力転送システムの開発が含まれる。
このテーマは、チーム2と共通する技術内容が多いので、密連携で開発を進める。
劣化抑制および安全安心のための蓄電池熱解析、最適冷却技術の開発
エネルギーシステムにおいて、熱管理は最重要事項である。デバイスの表面温度だけでなく、内部温度を精度よく管理、制御するシステムの開発を行う。
また、熱に起因する事故を完全防止する技術の確立を行い、夢のPV-FC-LIB連携システムを高安全に普及させることを目指す。
TEAM2
TEAM2
次世代パワーデバイスを活用した高電力密度変換器の先進技術開発
研究概要
太陽電池用直流変換器の開発
太陽電池から発電した電力を有効利用するためには、最大電力点追従（MPPT)制御機能をもつ電力変換器が必要である。
本研究では、太陽電池モジュールまたはストリングごとにMPPT制御する直流変換器について、100 kHz～1 MHzで高速スイッチングを行うことにより変換器の小型化を目指す。
具体的には、スイッチング素子にSiCやGaNなどの次世代半導体パワーデバイスを適用し、スイッチング損失を抑えつつコイル・キャパシタの容量を低減することで高電力密度（小型化）を達成する。
一般に太陽電池に用いられている電力変換器のスイッチング周波数は約20 kHzであり、これを5～50倍に高速化するにつれ種々の課題が生じる。
ソフトスイッチングによるスイッチング損失低減や有限要素法解析を用いたコイル設計など、これまでに研究室で蓄積してきた技術をさらに発展させ課題を解決する。
図：SiCパワーデバイスを用いた太陽電池のMPPT用昇圧チョッパ
二次電池用双方向絶縁型直流変換器の開発
一次エネルギーのほとんどを輸入に頼る我が国では、持続可能な社会の構築に向け太陽電池のさらなる導入量拡大を目指している。
しかし、太陽電池は日射量の変化に伴う出力変動の問題があり、これまでは商用系統が出力変動を補償してきたが、北海道・東北・四国・九州エリアでは導入限界に達し、新規の接続申請に対する回答を保留するという状況が続いている。
この太陽電池の出力変動に対しては二次電池で補償する手法が有力候補であり、今後太陽電池と二次電池がセットになったシステムの普及が想定される。
この二次電池の充放電に適用する双方向絶縁型直流変換器について、高速スイッチングによる変換器の高電力密度化を目指す。
特に、絶縁のための変圧器の小型化が重要なテーマとなり、有限要素法解析を用いた変圧器の設計やパワーエレクトロニクス用回路シミュレータによる解析により、スイッチング周波数100 kHz以上で最高効率95%以上を目指す。
負荷供給用単相交直変換器の開発
太陽電池や二次電池の出力は直流であり、家電などの負荷に電力供給するためには交流に変換する必要がある。この単相交直変換器について、高速スイッチングによる変換器の小型化を目指す。
また、交直変換器には様々な負荷が接続することが想定され、特性が非線形である負荷も多い。急峻な電流変化を伴う負荷が接続した場合、出力電圧が変化し他の負荷にも影響を与えてしまう。
よって、制御応答の高速化も課題となり、デジタル制御にFPGAを用いることで高速化を図る。
研究グループメンバー
グループ（チーム）リーダー
福井 正博（立命館大学理工学部）
チームリーダー
柿ヶ野 浩明（立命館大学理工学部）
プロジェクトメンバー
鷹羽 浄嗣（立命館大学理工学部）
道平 雅一（神戸高専）
Hung-Ming Chen（台湾交通大学）
前田 利之（阪南大学）
L. Lin（R-GIRO/専門研究員）
博士後期課程院生
M. Hazarul（立命館大学大学院）