統合型コンバータの研究(Integrated Converter for Photovoltaic and Energy Storage Systems)

Photovoltaic (PV) systems require not only the main converter for PV panel control but also a PV equalizer to preclude partial shading issues. In other words, two separate converters are necessary, increasing the system complexity and cost. Similarly, energy storage systems require a cell voltage equalizer in addition to a charge-discharge regulator, likely resulting in cost increase and system complication.

We propose 'integrated converters' that combine the main converter and PV equalizer or cell voltage equalizers. The main converter and equalizer can be integrated into a single unit with reducing the numbers of switches and inductors, achieving not only system-level but also circuit-level simplifications. Some collaborative research projects on the innovation integrated converter are underway.

太陽電池光発電システムでは太陽電池パネル制御用コンバータに加えて部分影の悪影響を防止するための部分影補償器が必要となるため、最低2台のコンバータが個別に必要となりシステムが複雑化ならびに高コスト化する傾向にあります。また、蓄電池システムでは充放電器とは別個にセルバランス回路が必要となりるため、これもシステムの高コスト化の要因となります。

研究室では2台のコンバータ、即ちメインコンバータと部分影補償器もしくはセルバランス回路を統合した「統合型コンバータ」の開発を行っています。スイッチング素子ならびに磁性素子を共有させつつメインコンバータと補償器/バランス回路を統合することができるため、統合によるシステムの簡素化・低コスト化のみならず部品点数の削減による回路構成の簡素化も同時に実現可能な画期的な技術です。

ばらつきによる過充電の恐れ  統合によるシステムの簡素化 System simplification by integration


ばらつきによる過充電の恐れ

共振倍電圧方式部分影補償器とPWMコンバータを統合した統合型コンバータ PWM converter integrating PV equalizer using resonant voltage multiplier

 

ばらつきによる過充電の恐れ

部分影補償器統合型コンバータによる補償実験結果 Experimental string characteristics with/without equalization

 

ばらつきによる過充電の恐れ

部分影補償器を統合したZソースインバータ Z-source inverter integrating PV equalizer

ばらつきによる過充電の恐れ

セルバランス回路統合型充放電器(9セル用) Integrated charge-discharge regulator for 9 cells

 

ばらつきによる過充電の恐れ

統合型充放電器を用いた充放電サイクル実験結果の例(電気二重層キャパシタ、6直列)Experimental charge-discharge cycling profiles of 6 EDLCs