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電気二重層キャパシタを用いた電気鉄道用電力貯蔵装置の研究

 近年、直流電気鉄道における電圧降下補償あるいは回生エネルギーの有効活用を目的とした電力貯蔵装置が、地上設備として適用されるようになった。しかしながら、従来の電力貯蔵装置で採用された制御は、電車線電圧があるしきい値電圧 (充電開始電圧)以上で充電し、しきい値電圧 (放電開始電圧)以下で放電する単純な手法であった。そのため、電力貯蔵装置の充電状態が上限もしくは下限に達すると充電もしくは放電が不可となり、満足な省エネルギー効果が得られないケースが多かった。そこで、充電状態に応じて充電開始電圧と放電開始電圧を変動させる制御 (可変電圧制御)、電車線電圧の状態に応じて蓄電媒体を中間充電状態に保つ制御 (補充電・補放電制御)の2 つの手法を提案した。

 また、蓄電媒体に電気二重層キャパシタを採用すると、短時間における最大使用電圧を通常時よりも高く設定することが可能になり、最大エネルギー容量を30%程度増大することに成功した。さらに、実験設備を用いた実証試験では、提案した制御手法を採用することで、変電所の消費エネルギーを5%程度低減することに成功した。

 本研究の成果に対して、電気学会は、2013年、小西 武史 (公益財団法人 鉄道総合技術研究所 電力技術研究部)、上村 正 (株式会社 明電舎 社会システム事業本部 電鉄技術部)に電気学会 進歩賞を贈った。

文献

[1] 小西 武史、上村 正、他3 名,「電気二重層キャパシタを用いた直流電気鉄道用電力貯蔵による電圧降下補償に関する検証」,電気学会論文誌D ( 平成20 年2 月 )
[2] 小西 武史、上村 正、他3 名,「電気二重層キャパシタと蓄電池を併用した電気鉄道用電力貯蔵装置の基礎研究」, 電気学会論文誌D ( 平成17 年11 月 )
[3] 小西 武史、他4 名,「複合する電車負荷による地上用電力貯蔵装置の検証試験」,電気学会産業応用部門大会, ( 平成24 年8 月 )
[4]小西 武史、他2 名, 「 高温超電導電動機と電力貯蔵装置の適用による電気鉄道の省エネルギー化に関する基礎検討」, 電気学会論文誌B ( 平成24 年5 月 ) 
[5] 小西 武史、他3 名,「Fixed Energy Storage Technology Applied for DC Electrified Railway」, TEEE (Industry Applications) ( 平成22 年5 月 )

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電気二重層キャパシタ、電力貯蔵装置、電気鉄道
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