ポータブル空冷燃料電池/リチウムイオン電池ハイブリッド電源システムのリアルタイムモデル予測エネルギー管理
Real-Time Model Predictive Energy Management for Portable Air-Cooled Fuel Cell/Lithium-Ion Battery Hybrid Power Systems
本研究は、ポータブル空冷燃料電池/リチウムイオン電池ハイブリッド電源システムのリアルタイムモデル予測エネルギー管理を調査する。計算効率を維持しつつ、システムを電気的・熱的に連成させる制御指向の集中定数モデルを開発した。このモデルは、燃料電池の電圧特性と熱力学、リチウムイオン電池の充電状態(SOC)、水素タンク内の水素量(LOH)を記述する。このモデルに基づき、電力、ランプレート、SOC、LOHの制約下で燃料電池とリチウムイオン電池間の電力配分を調整するモデル予測制御(MPC)ベースのエネルギー管理戦略を提案する。提案戦略は、定格電力、短時間負荷変動、長時間負荷変動の条件下で、従来のルールベース戦略と比較される。シミュレーション結果は、提案戦略が燃料電池の電力を平滑化し、バッテリーSOCを妥当な範囲内に維持し、協調的なエネルギー利用を改善することを示した。STM32コントローラーを用いたハードウェアインザループ(HIL)実験により、リアルタイムでの実現可能性も検証された。HILテストでは、ルールベース戦略と比較して、提案手法は最大燃料電池電力変動率を85.7%削減し、燃料電池電力の安定性を向上させた。
- モデル予測制御(MPC)ベースのエネルギー管理戦略をポータブル空冷燃料電池/リチウムイオン電池ハイブリッド電源システムに適用し、従来のルールベース戦略と比較して最大燃料電池電力変動率を85.7%削減した
- STM32コントローラーを用いたハードウェアインザループ(HIL)実験により、提案戦略のリアルタイム実現可能性を検証した
燃料電池とリチウムイオン電池を組み合わせたハイブリッド電源システムにおいて、モデル予測制御(MPC)ベースのエネルギー管理戦略を提案し、従来のルールベース戦略と比較して最大燃料電池電力変動率を85.7%削減した点は、ポータブル電源分野におけるエネルギー管理技術の進展を示す。燃料電池・水素関連の電源システムの実用化に向けた制御技術の向上は、ポータブル電源市場や水素エネルギー市場での競争力に直結するため注目に値する。