燃料電池電気自動車向けLCC-Sベース無線電力伝送対応ハイブリッドエネルギー貯蔵システムの有限時間スライディングモード制御
Finite-Time Sliding Mode Control of an LCC-S-Based Wireless-Power-Transfer-Enabled Hybrid Energy-Storage System for Fuel Cell Electric Vehicles
燃料電池ハイブリッド電気自動車(FCHEV)と無線電力伝送(WPT)技術の統合は、エネルギーアクセス性の向上、柔軟性の増加、走行持続可能性の改善に貢献する。しかし、WPTシステム、ハイブリッドエネルギー貯蔵システム(HESS)、および車両推進ユニットの協調動作は、非線形ダイナミクス、パラメータの不確かさ、および急速に変化する負荷要求により、制御上の課題をもたらす。本稿では、LCC-SベースのWPTシステム、燃料電池、バッテリー、スーパーキャパシタベースのHESS、および誘導電動機(IM)ドライブからなるWPT–FCHEVアーキテクチャを提案する。LCC-S補償WPT、エネルギー貯蔵ユニット、双方向DC–DCコンバータインターフェース、DCバス、およびIMドライブのダイナミクスを組み込んだ充電および推進ステージの包括的な数学モデルを開発した。定数係数ベースの有限時間スライディングモードコントローラ(CCFTSMC)を設計し、燃料電池電流、バッテリー電流、スーパーキャパシタ電流、DCバス電圧、およびモータ速度を調整し、動的な動作条件下での有限時間収束とロバストな追従性能を保証する。提案フレームワークの有効性は、MATLAB/Simulinkでの充電および推進シナリオにおける広範なシミュレーションを通じて調査された。結果は、正確な電流調整と電力配分、効果的なDCバス電圧調整、良好な速度追従、および安定した無線充電動作を示した。従来のバックステッピングコントローラと比較して、提案されたCCFTSMCは、整定時間を93.41%、立ち上がり時間を38.06%削減し、RMSEとMAEの追従誤差を低減して、優れた過渡および定常状態の追従性能を達成した。±20%のパラメータ変動下でのロバスト性解析は、コントローラの再調整なしに安定した動作を示し、相互インダクタンス変動下でWPT電力は309.5~310.6 Wの範囲に維持され、コンバータのインダクタンスと抵抗の不確かさ下での速度RMSE変動はわずかであった。これらの結果は、WPT–FCHEVアプリケーションにおける提案された制御戦略のロバスト性と有効性を確認した。
- 燃料電池ハイブリッド電気自動車(FCHEV)向けに、LCC-S方式の無線電力伝送(WPT)と燃料電池・バッテリー・スーパーキャパシタからなるハイブリッドエネルギー貯蔵システム(HESS)、誘導電動機ドライブを統合したWPT–FCHEVアーキテクチャを提案。
- 定数係数ベース有限時間スライディングモードコントローラ(CCFTSMC)を設計し、燃料電池電流・バッテリー電流・スーパーキャパシタ電流・DCバス電圧・モータ速度を調整。従来のバックステッピング制御と比べ整定時間を93.41%、立ち上がり時間を38.06%削減した。
- ±20%のパラメータ変動下でも再調整なしに安定動作し、相互インダクタンス変動下でWPT電力は309.5~310.6 Wに維持されるロバスト性を確認(シミュレーション検証)。
学術シミュレーション段階の研究で直接の投資対象は限定的だが、燃料電池車×無線充電×ハイブリッド蓄電(電池+スーパーキャパシタ)という構成はenergy領域の水素・蓄電技術とmobilityのEV充電インフラが交差するテーマ。制御アルゴリズム(CCFTSMC)の性能改善値は、実車搭載時のECU/パワエレ設計の差別化要素になり得るため、WPT給電の実用化を狙う車載部品・パワー半導体・蓄電デバイス各社の動向と併せて注視したい。