(57)【要約】【課題】複数個の太陽電池セル又はその他の電源セルが直列に接続されて成る電源モジュールの全セルの勳作電圧を均一化するバランス回路装置に於いて、全てのセルの電流に差がない場合、スイッチング制御が不要となり、セル総数を偶数にできる構成を提供すること。【解決手段】本発明の装置では、一対の出力端子の間にて直列接続された２ｋ＋１個（ｋは、２以上の整数）のスイッチング手段の列に対し、電気容量を有し直列接続されたｋ個の電源セルをそれぞれ含む第一及び第二の電源セル列の電源セルの各々が互い違いに二つの直列のスイッチング手段の両端に接続され、スイッチング手段列の一方の端に対しインダクタを介してコンデンサが並列に接続され、スイッチング制御はスイッチング手段列の奇数番目のスイッチング手段がＯＮになる第一のモードと偶数番目のスイッチング手段がＯＮになる第二のモードの間で交互に切り替わるように実行される。【選択図】図１
2019017150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気容量を有する直列接続された複数の電源セルのためのバランス回路装置であって、
一対の陽極側及び陰極側の出力端子と、
前記一対の出力端子の間にて直列接続された２ｋ＋１個（ｋは、２以上の整数）のスイッチング手段から成るスイッチング手段列にして前記スイッチング手段の各々がそれぞれの両端子間を選択的に互いに導通するスイッチング手段列と、
前記一対の出力端子の間にて直列に接続されるｋ個の電源セルから成る第一の電源セル列の前記電源セルの各々の電極端子に接続されるｋ対の電極用接続端子から成る第一の接続端子列にして、前記出力端子の陽極側から数えてｉ番目（ｉは、１〜ｋの全ての整数）の電源セルの両端子に接続される一対の前記電極用接続端子が、前記スイッチング手段列の前記出力端子の陽極側から数えて２ｉ番目と２ｉ＋１番目の直列のスイッチング手段の組の両端に対して接続されている第一の接続端子列と、
前記一対の出力端子の間にて直列に接続されるｋ個の電源セルから成る第二の電源セル列の前記電源セルの各々の電極端子に接続されるｋ対の電極用接続端子から成る第二の接続端子列にして、前記出力端子の陽極側から数えてｊ番目（ｊは、１〜ｋの全ての整数）の電源セルの両端子に接続される一対の前記電極用接続端子が、前記スイッチング手段列の前記出力端子の陽極側から数えて２ｊ−１番目と２ｊ番目の直列のスイッチング手段の組の両端に対して接続されている第二の接続端子列と、
前記一対の出力端子の間にて前記スイッチング手段列のいずれか一方の端の前記スイッチング手段に対してインダクタを介して並列に接続されたコンデンサと、
前記スイッチング手段の各々の状態を、それぞれの両端子間を導通した導通状態と両端子間の導通を遮断した遮断状態との間にて切換え可能なスイッチング制御手段と
を含み、
前記スイッチング制御手段によって、前記スイッチング手段列の前記スイッチング手段の状態が、前記スイッチング手段列のうちの前記出力端子の陽極側から数えて奇数番目の前記スイッチング手段の全てが前記導通状態となり偶数番目の前記スイッチング手段の全てが前記遮断状態となる第一のモードと、前記奇数番目の前記スイッチング手段の全てが前記遮断状態となり前記偶数番目の前記スイッチング手段の全てが前記導通状態となる第二のモードとの間にて切換えられる装置。
【請求項２】
請求項１の装置であって、前記出力端子のうちの前記コンデンサに近い方の前記出力端子が前記コンデンサと前記インダクタとの間に接続され、前記コンデンサと前記インダクタとを介して前記スイッチング手段列に接続されている装置。
ている装置。
【請求項３】
請求項１又は２の装置であって、前記コンデンサが前記第一の電源セル列の陽極側の電極用接続端子と前記陽極側の出力端子との間に接続されている装置。
【請求項４】
請求項１又は２の装置であって、前記コンデンサが前記第二の電源セル列の陰極側の電極用接続端子と前記陰極側の出力端子との間に接続されている装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかの装置であって、更に、
前記一対の出力端子の間にて直列接続された２ｋ＋１個のスイッチング手段から成る第二のスイッチング手段列にして前記スイッチング手段の各々がそれぞれの両端子間を選択的に互いに導通する第二のスイッチング手段列と、
前記一対の出力端子の間にて直列に接続されるｋ個の電源セルから成る第三の電源セル列の前記電源セルの各々の電極端子に接続されるｋ対の電極用接続端子から成る第三の接続端子列にして、前記出力端子の陽極側から数えてｌ番目（ｌは、１〜ｋの全ての整数）の電源セルの両端子に接続される一対の前記電極用接続端子が前記第二のスイッチング手段列の前記出力端子の陽極側から数えて２ｌ−１番目と２ｌ番目の直列のスイッチング手段の組の両端に対して接続されている第三の接続端子列と
を含み、
前記第一の接続端子列に於いて、前記出力端子の陽極側から数えてｉ番目（ｉは、１〜ｋの全ての整数）の電源セルの両端子に接続される一対の前記電極用接続端子が、前記第二のスイッチング手段列の前記出力端子の陽極側から数えて２ｉ番目と２ｉ＋１番目の直列のスイッチング手段の組の両端に対して接続され、
前記コンデンサが前記第二のスイッチング手段列の前記いずれか一方の端の前記スイッチング手段に対してインダクタを介して並列に接続され、
前記スイッチング制御手段によって、前記第二のスイッチング手段列の前記スイッチング手段の状態が、前記第一のモードに於いて前記出力端子の陽極側から数えて奇数番目の前記スイッチング手段の全てが前記遮断状態となり偶数番目の前記スイッチング手段の全てが前記導通状態となり、前記第二のモードに於いて前記奇数番目の前記スイッチング手段の全てが前記導通状態となり前記偶数番目の前記スイッチング手段の全てが前記遮断状態となるよう切換えられる装置。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかの装置が直列に接続された装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかの装置であって、前記電源セルが太陽電池セルである装置。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれかの装置であって、前記電源セルが太陽電池セル、化学電池セル、燃料電池セル、蓄電器セル、発電機、熱電素子及び／又はこれらの組み合わせである装置。
【請求項９】
請求項７の装置であって、前記電気容量が前記太陽電池セルの寄生容量である装置。
【請求項１０】
請求項１乃至８のいずれかの装置であって、前記電気容量が前記電源セルに並列に接続されたコンデンサにより与えられている装置。
【請求項１１】
請求項７の装置であって、前記太陽電池セルの全ての受光量が実質的に等しいとき、前記スイッチング制御手段が、前記スイッチング手段列の前記スイッチング手段の状態を前記第一のモードに固定する装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかの装置であって、前記スイッチング制御手段が前記出力端子の間の出力が最大となるように、前記第一のモードと前記第二のモードとの持続時間の比を調節する装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれかの装置であって、前記一対の出力端子が該出力端子間の出力電圧を制御する出力電圧制御手段に接続されている装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の太陽電池セル又はその他の任意の電源セル（電池、蓄電器、燃料電池、発電機、熱電素子等）を直列に接続した電力出力装置に係り、より詳細には、直列接続された太陽電池セル又はその他の電源セルの動作点を制御するためのバランス回路装置又は動作点制御回路装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
一つの太陽電池（セル）の発電電圧は、一般的に、種々の機械器具や充電器の動作電圧よりも低いので、そのような機械器具の作動や充電器の充電に太陽電池を利用するための一つの方法として、太陽光発電システムに於いては、複数個の太陽電池セルを直列に接続した構成（太陽電池モジュール）が採用される。しかしながら、そのような太陽電池モジュールに於いては、各太陽電池セルの設置角度の違いや建造物等によって一部のセル上に影が生じ、セル間の受光量にばらつきが生じると、発電量の小さいセルは抵抗(逆バイアスのダイオード)となり、太陽電池モジュールの出力を低下させることとなり得る。
【０００３】
より具体的に説明すると、図１３を参照して、この分野に於いてよく知られている如く、或る量の光を受けている太陽電池の発電電圧−電流特性では、電流（細実線Ｉ１００〜Ｉ２５）は、発電電圧が０Ｖから或る値まで増大するまでは、徐々に低減し、発電電圧が更に増大すると、急激に低減する。従って、太陽電池の発電電力（太実線Ｐ１００〜Ｐ２５）は、発電電圧に対して山形に変化する特性を呈し、発電電力の大きさが最大となる最適な動作点（最大電力点又は最適動作点と称される。）が存在する。そして、図示の如く、太陽電池の受光量が低減していくと（Ｒ＝１００％→Ｒ＝２５％）、その発電電圧−電流特性は、発電電圧に対する電流（Ｉ１００→Ｉ２５）が低減する方向に変化して、従って、発電電力（Ｐ１００→Ｐ２５）が低下し、最大出力点も変化する。このような特性の複数の太陽電池セルがそのまま単に直列に接続された回路構成の場合、全ての太陽電池セルに共通の電流が流通することとなるので、全ての太陽電池セルの受光量が実質的に等しく、それらの最大出力点が実質的に一致しているときには、最大出力点に於ける電流が等しくなり、全ての太陽電池セルを最大出力点にて動作させることが可能となる一方、太陽電池モジュール内の一部の太陽電池セルの受光量が影などによって低減すると、その受光量が低減された太陽電池セルでは、受光量の大きいセルと共通の電流が流れることから、その動作点が最大出力点から外れ、その発電量が、受光量の低減に対応するよりも大きな程度にて低減することとなる。また、受光量の低減された太陽電池セルは、それ自体が、かかる電流に対する抵抗となるので、電力損失を生じ、太陽電池モジュールの更なる出力低下が惹起されることにもなる。即ち、太陽電池モジュール内の太陽電池セル間に受光量のばらつきがあると、それに起因して、太陽電池モジュールの受光量に対応した最大の発電出力が得られないだけでなく、出力の損失も生ずることとなる。
【０００４】
そこで、上記の如き太陽電池モジュール内に於ける太陽電池セル間の受光量のばらつきに起因する出力低下及び／又は損失を抑えるための回路構成の一つとして、図１４（Ａ）に例示されている如く、直列に接続された太陽電池セルの各々の発電電圧（勳作電圧）が均一化されるように（即ち、バランスされるように）太陽電池セルの各々に流通する電流を調節する電圧バランス回路が提案されている（特許文献１、非特許文献１  以下、単に「バランス回路」と称する。）。かかるバランス回路の構成に於いては、端的に述べれば、図１４（Ｂ）に模式的に示されている如く、太陽電池セルＰＶが寄生容量を有することにより、コンデンサＣが並列に接続された電流源Ｉｓと等価であると仮定の下、図１４（Ａ）の如く、出力端子ｏｔ＋〜ｏｔ−間にて、ｋ個の太陽電池セルＰＶ１１〜が直列接続され（第一の太陽電池セル列ＰＶＳ１、図ではｋ＝３）、第一の太陽電池セル列ＰＶＳ１の各セルに対して二つの直列のスイッチング手段が並列に接続されるように２ｋ個のスイッチング手段Ｍ１〜が直列に接続され（スイッチング手段列ＳＷＳ）、更に、スイッチング手段列ＳＷＳの二番目のスイッチング手段から一つの太陽電池セルが二つの直列のスイッチング手段に対して並列に接続されるようにｋ−１個の太陽電池セルＰＶ２１〜が直列接続される（第二の太陽電池セル列ＰＶＳ２）。即ち、第一の太陽電池セル列ＰＶＳ１の各セルと第二の太陽電池セル列ＰＶＳ２の各セルとは、それぞれ接続される二つの直列のスイッチング手段が互いに一つずつずれるように接続される。そして、かかる構成に於いて、スイッチング手段列ＳＷＳのスイッチング手段Ｍ１〜は、一方の出力端子から数えて、奇数番目の組と偶数番目の組とに分けられ、それぞれの組が交互にＯＮ状態（導通状態）とＯＦＦ状態（遮断状態）となるようにスイッチング手段の状態が切換えられることとなる。即ち、図１４（Ｃ）左に示されている如く、奇数番目のスイッチング手段の組がＯＮ状態であり、偶数番目のスイッチング手段の組がＯＦＦ状態であるモード１の状態と、図１４（Ｃ）右に示されている如く、奇数番目のスイッチング手段の組がＯＦＦ状態であり、偶数番目のスイッチング手段の組がＯＮ状態であるモード２の状態とが、交互に達成されることとなる。そうすると、第一の太陽電池セル列ＰＶＳ１の各セルのコンデンサは、第二の太陽電池セル列ＰＶＳ２の隣接する二つのセルに交互に接続されることとなるので、その結果、第一の太陽電池セル列ＰＶＳ１及び第二の太陽電池セル列ＰＶＳ２の全てのセルに於いて、電圧が互いに等しくなるようにコンデンサＣ１１〜、Ｃ２１〜に於いて電荷の流れが生じ、かくして、太陽電池セルの各々の勳作電圧が均一化されることとなる。この構成によれば、一部の太陽電池セルの受光量が変化して、（或る動作電圧に於ける）各太陽電池セルに流通する発電電流に差が生じたとしても、かかる発電電流差は、勳作電圧が均一化される過程に於けるコンデンサに於ける電荷の流入出によって吸収されることとなる。なお、出力端子間電圧Ｖｏｕｔは、この分野に於いて知られている如く、電圧調節のための手段により、別途、調節される。図示の例の場合、モード１及びモード２に於いて、出力���子間にて太陽電池セルは直列に３つ接続されることとなるので、各セルの動作電圧は、出力端子間電圧Ｖｏｕｔ／３となる。
【０００５】
上記の如きバランス回路の構成によれば、太陽電池セルが直列接続されてなる太陽電池モジュール内に於いて、セル毎の受光量によらず、全てのセルの勳作電圧が実質的に均一化されるように各セルの動作点が調節されることとなるので、既に述べた如きセル間の受光量のばらつきに起因する出力低下及び／又は損失を小さく抑えることが可能となる。より詳細に説明すると、図１３を再度参照して、太陽電池セルの受光量が低減すると（Ｒ＝１００％〜２５％）、上記の如く、発電電圧に対する発電電力（Ｐ１００〜Ｐ２５）が低減する方向に特性が変化し、これに対応して最大電力点（×）は図中点線にて示されている如く推移する。かかる受光量の低減に対する特性の変化に於いて、電力値（Ｐ１００〜Ｐ２５）及び電流値（Ｉ１００〜Ｉ２５）は大きく変化するのに対して、最大電力点の電圧値（×）の変化幅は比較的小さく、また更に、各々の受光量の場合の発電電力特性に於いて、最大電力点付近での電圧値の変化に対する発電電力値の変化も比較的緩やかであることが見出される。例えば、図示の如く、受光量Ｒが１００％から、７５％、５０％、２５％へと低減した太陽電池セルが在る場合に、それらの発電電圧の全てを、受光量が最大の太陽電池セル（Ｒ＝１００％）の最大電力点に於ける発電電圧（一点鎖線：Ｖｍｐｐ１００）に調節したとしても、各太陽電池セルの最大電力点に於ける電力に対する発電電力（Ｐ７５、Ｐ５０、Ｐ２５）の低減量は、図示の如く、ΔＰ１、ΔＰ２、ΔＰ３程度であり、然程に大きくならないことが理解される。即ち、太陽電池セルが直列接続されてなる太陽電池モジュールに於いて、全てのセルの勳作電圧が均一化されるように各セルに流通する電流差を各セルのコンデンサによって吸収する上記の如きバランス回路であれば、いずれの太陽電池セルも最大電力点付近にて動作させることが可能となり、受光量が低減した太陽電池セルが逆バイアスのダイオードとはならないので、出力損失も回避でき、上記の如きセル間の受光量のばらつきに起因する出力低下又は損失を小さく抑えることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開２０１５−０１４４１７６号
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】チャン，エー・エッチ他３名  アイ・イー・イー・イー・トランザクションズ・オン・パワー・エレクトロニクス  ３０巻  ２号  ２０１５年（IEEE  TRANSACTIONS  ON  POWER  ELECTRONICS,VOL.30,NO.2,  2015）５３７−５４６頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の特許文献１、非特許文献１に記載のバランス回路の構成に於いては、図１４（Ｃ）に示されている如く、モード１、２の双方の場合で、第一の太陽電池セル列ＰＶＳ１のいずれか一方の端のセルが単独にて出力端子へ接続されることとなるので、モード１とモード２との間の状態の切換えを常に実行していなければならない。即ち、太陽電池モジュール内に於いて、セル間の受光量のばらつきがなく、全てのセルの発電電流に差がない場合にも、モード１とモード２との間の状態の切換えが必要となる。従って、太陽電池モジュール内に於いてセル毎の受光量のばらつきがないときでも、スイッチング制御の実行に起因する電力損失が発生することとなる。また、図１４（Ａ）、（Ｃ）の構成から理解される如く、上記のバランス回路の構成に於いては、太陽電池セルの数は、第一の太陽電池セル列ＰＶＳ１に於いてｋ個であれば、第二の太陽電池セル列ＰＶＳ２に於いては、ｋ−１個となり、総数は常に２ｋ−１個、即ち、奇数個となる。そうすると、太陽電池セルのレイアウトを設計するのに制約が生じやすい。即ち、典型的には、太陽電池セルは、略正方形乃至長方形であるので、実際に太陽電池セルを並べて、太陽電池モジュールを設置する場合に、セルの配列は、図１４（Ｄ）の如く、長方形となる。しかしながら、セルの総数が奇数個の場合には、図示の如く、デッドスペース（×）が生じてしまう。（従って、太陽電池モジュールのセルの総数は、偶数個が好ましい。）
【０００９】
かくして、本発明の一つの主な課題は、複数個の直列に接続された太陽電池セルの列を含む太陽電池モジュールに於いて、セル毎の受光量によらず、全てのセルの勳作電圧を均一化するように各セルの動作点を調節するバランス回路装置又は動作点制御回路装置であって、セル間の受光量のばらつきがなく、或る動作電圧に於ける全てのセルの発電電流に差がない場合には、スイッチング制御が不要となる装置を提供することである。
【００１０】
また、本発明のもう一つの課題は、上記の如き太陽電池モジュールのためのバランス回路装置又は動作点制御回路装置であって、太陽電池モジュールのセルの総数を、偶数個にすることのできる装置を提供することである。
【００１１】
ところで、後により詳細に説明される本発明による装置の回路構成は、太陽電池に限らず、任意の電力を出力する電源素子又は電源セル（例えば、化学電池、燃料電池、蓄電器、発電機、熱電素子など）が直列に接続されたモジュールに於ける各電源素子又は電源セルの動作電圧の制御にも利用可能である。従って、本発明の更なる課題は、複数個の太陽電池セル及び／又は電源セル（電池セル、蓄電器セル、発電機、熱電素子等）を直列に接続したモジュールに於ける個々の電源セルの動作点を制御するバランス回路装置又は動作点制御回路装置であって、全てのセルの勳作電圧を均一化するように各セルの動作点を調節する装置にして、或る動作電圧に於ける全てのセルの電流に差がない場合には、スイッチング制御が不要となり、モジュール内のセルの総数を、偶数個にすることのできる装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、上記の課題は、電気容量を有する直列接続された複数の電源セルのためのバランス回路装置であって、
一対の陽極側及び陰極側の出力端子と、
前記一対の出力端子の間にて直列接続された２ｋ＋１個（ｋは、２以上の整数）のスイッチング手段から成るスイッチング手段列にして前記スイッチング手段の各々がそれぞれの両端子間を選択的に互いに導通するスイッチング手段列と、
前記一対の出力端子の間にて直列に接続されるｋ個の電源セルから成る第一の電源セル列の前記電源セルの各々の電極端子に接続されるｋ対の電極用接続端子から成る第一の接続端子列にして、前記出力端子の陽極側から数えてｉ番目（ｉは、１〜ｋの全ての整数）の電源セルの両端子に接続される一対の前記電極用接続端子が、前記スイッチング手段列の前記出力端子の陽極側から数えて２ｉ番目と２ｉ＋１番目の直列のスイッチング手段の組の両端に対して接続されている第一の接続端子列と、
前記一対の出力端子の間にて直列に接続されるｋ個の電源セルから成る第二の電源セル列の前記電源セルの各々の電極端子に接続されるｋ対の電極用接続端子から成る第二の接続端子列にして、前記出力端子の陽極側から数えてｊ番目（ｊは、１〜ｋの全ての整数）の電源セルの両端子に接続される一対の前記電極用接続端子が、前記スイッチング手段列の前記出力端子の陽極側から数えて２ｊ−１番目と２ｊ番目の直列のスイッチング手段の組の両端に対して接続されている第二の接続端子列と、
前記一対の出力端子の間にて前記スイッチング手段列のいずれか一方の端の前記スイッチング手段に対してインダクタを介して並列に接続されたコンデンサと、
前記スイッチング手段の各々の状態を、それぞれの両端子間を導通した導通状態と両端子間の導通を遮断した遮断状態との間にて切換え可能なスイッチング制御手段と
を含み、
前記スイッチング制御手段によって、前記スイッチング手段列の前記スイッチング手段の状態が、前記スイッチング手段列のうちの前記出力端子の陽極側から数えて奇数番目の前記スイッチング手段の全てが前記導通状態となり偶数番目の前記スイッチング手段の全てが前記遮断状態となる第一のモードと、前記奇数番目の前記スイッチング手段の全てが前記遮断状態となり前記偶数番目の前記スイッチング手段の全てが前記導通状態となる第二のモードとの間にて切換えられる装置によって達成される。
【００１３】
上記の構成に於いて、「電源セル」とは、典型的には、太陽電池セルであるが、それに限らず、例えば、化学電池、燃料電池、蓄電器、発電機、熱電素子などの任意の電力を出力する電源素子であってもよく、従って、電源セルは、太陽電池セル、化学電池セル、燃料電池セル、蓄電器セル、発電機、熱電素子及び／又はこれらの組み合わせであってよい。「電源セル」の有する「電気容量」とは、図１４（Ｂ）に模式的に描かれている如く、各電源セルの等価回路に於いて、電流源Ｉｓに対して並列に付加される電気容量であってよい。「電源セル」が太陽電池セルの場合であれば、太陽電池セルは、通常、寄生容量を有しているので、「電源セル」の有する「電気容量」は、その「寄生容量」であってよい。しかしながら、ここでの「電気容量」は、電流源となる電源セルに対して並列に接続されたコンデンサにより与えられるものであってもよく、そのような場合も本発明の範囲に属することは理解されるべきである。「スイッチング手段」とは、この分野に於いて通常使用されているＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子であってよい。なお、本明細書に於いて特に断らない限り、“複数の回路素子が並列に（直列に）接続される”という場合には、それらの回路素子が出力端子間に於いて並列に（直列に）接続されることを言うものとする。
【００１４】
上記の本発明の構成に於いては、端的に述べれば、後に説明する図面に於いてより良く理解されるように、一対の出力端子間に於いて、まず、２ｋ＋１個のスイッチング手段が直列に接続され、かかるスイッチング手段列に対して、ｋ個の電源セルが直列接続されて成る第一の電源セル列と、これと同数のｋ個の電源セルが直列接続されて成る第二の電源セル列とが並列に接続されることとなる。かかる第一及び第二の電源セル列の接続に於いては、各々の電源セルは、二つの直列のスイッチング手段から成る組の両端に対して並列に、且つ、第一の電源セル列と第二の電源セル列とで接続されるスイッチング手段が一つずつずれる態様にて接続される。この構成によれば、スイッチング手段列の両端のスイッチング手段に並列に接続される電源セルは一つずつになるところ、スイッチング手段列の両端のうちのいずれか一方の端のスイッチング手段に対しては、更に、インダクタを介してコンデンサが並列に接続される。そして、スイッチング手段列のスイッチング手段のスイッチング制御に於いては、第一のモード、即ち、スイッチング手段列のうちの出力端子の陽極側から数えて奇数番目のスイッチング手段の全てが導通状態となり偶数番目のスイッチング手段の全てが遮断状態となる状態、と、第二のモード、即ち、スイッチング手段列のうちの出力端子の陽極側から数えて奇数番目のスイッチング手段の全てが遮断状態となり偶数番目のスイッチング手段の全てが導通状態となる状態、との二つのモードの間にて、スイッチング手段の状態が切換えられることとなる。出力端子間の出力電圧は、電圧調節のための任意の手段により、別途、調節される。
【００１５】
上記の構成によれば、後述の実施形態の欄に於いても説明される如く、まず、スイッチング手段の状態を第一のモードと第二のモードとの間にて交互に切換えるスイッチング制御の実行中に於いて、第一の電源セル列の各電源セルが、第二の電源セル列の二つの互いに隣接する電源セルに交互に並列に接続されることとなり、第二の電源セル列の各電源セルが、第一の電源セル列の二つの互いに隣接する電源セルに交互に並列に接続され、また、全ての電源セルは電気容量を有していることから、（或る動作電圧に於ける）個々の電源セルに流通する電流に差が生じる状況であったとしても、かかる電流差は、電気容量に蓄積される電荷量の変動によって吸収されることとなり、結果として、上記の特許文献１又は非特許文献１の場合と同様に、第一及び第二の電源セル列の全ての電源セルに於いて、それぞれに流通する電流の大きさによらず、動作電圧が等しく均一化されることとなる。従って、電源セルが太陽電池セルである場合には、セル間の受光量のばらつきに起因する出力低下又は損失をできるだけ抑えることが可能となる。そして、上記の本発明の構成では、第一及び第二の電源セル列のセル数が同数であることから、直列に接続されるセル数が第一のモードと第二のモードとの間で変動するので（図２（Ａ）参照）、第一及び第二の電源セル列自体の両端電圧は変動するところ、既に述べた如く、本発明の構成に於いては、特に、スイッチング手段列のいずれか一方の端のスイッチング手段に対してインダクタを介してコンデンサが並列に接続されているので、かかるインダクタとコンデンサとの作用によって、モード間での直列に接続されるセル数の変動によらず、出力端子間の出力電圧の変動は補償できることとなる。
【００１６】
上記の本発明の回路装置の構成によれば、まず、第一及び第二の電源セル列のセル数が同数であることから、セルの総数は、常に偶数個となり、従って、電源セルが長方形又は正方形の太陽電池セルである場合には、セルの配列（レイアウト）が容易となる（セルの配列をする際に、デッドスペースが生じ難くなる。）。
【００１７】
また、上記の回路装置の構成によれば、スイッチング手段の状態が特に第一のモードである場合、出力端子間にてｋ個の直列の電源セルの列、即ち、第一及び第二の電源セル列、が並列に接続された状態となる。そうすると、第一及び第二の電源セル列のそれぞれの電源セルの全ての動作電流に於いて実質的に差がない状態であれば、第一及び第二の電源セル列のそれぞれに流通すべき電流が共通となるので（単に直列接続された電源セル列が並列された状態と等価となる。）、スイッチング手段の状態が第一のモードに固定した状態でも回路の動作が可能であり、従って、スイッチング制御が不要となり、かかるスイッチング制御による出力損失を回避することが可能となる。かくして、上記の本発明の実施形態に於いて、特に、電源セルが太陽電池セルである場合には、太陽電池セルの全ての受光量が実質的に等しいとき、スイッチング制御手段が、スイッチング手段列のスイッチング手段の状態を第一のモードに固定するよう構成されていてよい。
【００１８】
上記の本発明の回路装置の構成に於いて、好適には、出力端子のうちのコンデンサに近い方の出力端子がコンデンサとインダクタとの間に接続され、コンデンサとインダクタとを介してスイッチング手段列に接続されていてよい。かかる構成によれば、コンデンサとインダクタと、これに接続されたスイッチング手段と電源セルとで降圧チョッパ回路が形成されることとなる。そうすると、後の実施形態の欄に於いて、より詳細に説明される如く、スイッチング手段の状態を第一のモードと第二のモードとの間にて交互に切換えるスイッチング制御を実行した場合に、出力端子間電圧が、第一のモードのときと第二のモードのときとで実質的に等しくなり、かくして、回路装置の出力を任意の機械器具の作動や充電器の充電に利用する際に有利となる。なお、スイッチング手段列のいずれか一方の端のスイッチング手段に対してインダクタを介して並列に接続されるコンデンサは、第一の電源セル列の陽極側の電極用接続端子と陽極側の出力端子との間に接続されていてもよく、第二の電源セル列の陰極側の電極用接続端子と陰極側の出力端子との間に接続されていてもよい。
【００１９】
また、実施の形態に於いて、二つ以上の本発明の回路装置が直列に又は並列に接続されていてもよい。直列接続の場合、回路の接続は、一方の回路装置の陰極側の出力端子を他方の陽極側の出力端子へ接続することにより達成されてもよく、陰極側の出力端子にコンデンサを接続した回路装置と陽極側の出力端子にコンデンサを接続した回路装置とに於いて、コンデンサ同士を直接に接続し、インダクタを共通にした状態にて達成されてもよい。このような直列接続の構成によれば、より高い出力電圧が得られることとなる。
【００２０】
本発明の回路装置の並列接続の場合、一つの実施形態に於いては、回路の接続が、第一の電源セル列を共通にした態様にて実現されてもよい。具体的には、上記の本発明の装置が、更に、
前記一対の出力端子の間にて直列接続された２ｋ＋１個のスイッチング手段から成る第二のスイッチング手段列にして前記スイッチング手段の各々がそれぞれの両端子間を選択的に互いに導通する第二のスイッチング手段列と、
前記一対の出力端子の間にて直列に接続されるｋ個の電源セルから成る第三の電源セル列の前記電源セルの各々の電極端子に接続されるｋ対の電極用接続端子から成る第三の接続端子列にして、前記出力端子の陽極側から数えてｌ番目（ｌは、１〜ｋの全ての整数）の電源セルの両端子に接続される一対の前記電極用接続端子が前記第二のスイッチング手段列の前記出力端子の陽極側から数えて２ｌ−１番目と２ｌ番目の直列のスイッチング手段の組の両端に対して接続されている第三の接続端子列と
を含み、
前記第一の接続端子列に於いて、前記出力端子の陽極側から数えてｉ番目（ｉは、１〜ｋの全ての整数）の電源セルの両端子に接続される一対の前記電極用接続端子が、前記第二のスイッチング手段列の前記出力端子の陽極側から数えて２ｉ番目と２ｉ＋１番目の直列のスイッチング手段の組の両端に対して接続され、
前記コンデンサが前記第二のスイッチング手段列の前記いずれか一方の端の前記スイッチング手段に対してインダクタを介して並列に接続され、
前記スイッチング制御手段によって、前記第二のスイッチング手段列の前記スイッチング手段の状態が、前記第一のモードに於いて前記出力端子の陽極側から数えて奇数番目の前記スイッチング手段の全てが前記遮断状態となり偶数番目の前記スイッチング手段の全てが前記導通状態となり、前記第二のモードに於いて前記奇数番目の前記スイッチング手段の全てが前記導通状態となり前記偶数番目の前記スイッチング手段の全てが前記遮断状態となるよう切換えられるように構成されていてよい。かかる並列接続の構成によれば、より大きい出力電流が得られることとなる。
【００２１】
上記の本発明の一連の構成に於いて、出力端子間の出力電圧は、第一又は第二（若しくは第三の）の電源セル列の直列接続された電源セルの電圧の総和に、スイッチング手段列の一方の端のスイッチング手段に並列に接続されたコンデンサに作用する電圧を加算した値となる。本発明の構成に於いて、既に述べた如く、出力端子間の出力電圧は、別途、調節されるところ、電源セル列の直列接続された電源セルの電圧は、均一化されるので、結局、出力端子間の出力電圧を調節することによって、各電源セルの動作電圧が調節されることとなる。従って、上記の本発明の装置に於いて、好適には、一対の出力端子が該出力端子間の出力電圧を制御する出力電圧制御手段に接続されていてよい。上記の本発明の実施形態に於いて、特に、電源セルが太陽電池セルである場合には、太陽電池セルの動作電圧が最大出力点での動作電圧に近くなるように出力電圧制御手段によって、好適には、最大電力点追従（ＭＰＰＴ:Maximum  Power  Point  Tracking）を実行するＭＰＰＴ制御器など電圧又は電流制御器を用いて、出力端子間電圧が制御されてよい。その場合、例えば、いずれか一つ又は受光量が最大の太陽電池セルの発電電圧が最大動作点の電圧となるように出力端子間の電圧が調節されてよい。これにより、他の太陽電池セルの発電電圧は、受光量が最大の太陽電池セルの発電電圧に一致し、受光量に依存して最大動作点の電圧からずれる可能性があるが、かかる電圧のずれは、比較的小さく、従って、出力の低下も比較的小さいことが期待されることとなる。
【００２２】
ところで、上記の本発明の装置に於いては、電源セル、スイッチング手段、コンデンサ、インダクタに於ける出力の損失は、第一のモードと第二のモードと各々に於ける各回路要素に流れる電流の大きさに伴って変動する。この点に関し、本発明の発明者等の研究によれば、電源セルの動作条件に依存して、例えば、太陽電池セルの場合には、その受光量の状態に依存して、第一のモードと第二のモードとの持続時間の比を変化させると、装置に於ける回路損失（バランス回路内の各素子に於いて生ずる損失の総和）が変動することが見出された。かくして、上記の本発明の装置に於いては、最大の又は最適な出力が得られるように、好適には、出力端子の間の出力が最大となるように、スイッチング制御手段が、第一のモードと第二のモードとの持続時間の比を調節できるようになっていてよい。
【発明の効果】
【００２３】
かくして、上記の本発明の構成では、複数個の直列に接続された電源セルの列を含む電源モジュールに於いて全てのセルの勳作電圧を均一化するように各セルの動作点を調節するバランス回路装置又は動作点制御回路装置に於いて、スイッチング手段列の両端のうちのいずれか一方の端のスイッチング手段に対して、更に、インダクタを介してコンデンサを並列に接続するだけで、モジュール内のセルの総数を偶数個にして動作する回路が実現され、また、かかる回路に於いて、或る動作電圧に於ける全てのセルの流通する電流に実質的に差がない場合には、スイッチング制御が不要となり、その際には、スイッチング制御に起因する出力損失が抑えられることとなる。特に、電源セルが太陽電池セルである場合には、モジュール内のセル数が偶数個となることで、一連のセルを設置する場合に於いて、デッドスペースが生ずる可能性が低減され、レイアウトの設計が容易となる。また、太陽電池モジュールのセルに於いて部分陰などがなく、セル毎の受光量のばらつきがないときには、第一のモードに固定して太陽電池モジュールを作動でき、スイッチング制御に伴う出力損失を抑えられ、常にスイッチング制御を実行しなければならない構成に比して、より効率的に太陽エネルギーを電力として取り出すことができる点で有利である。
【００２４】
本発明のその他の目的及び利点は、以下の本発明の好ましい実施形態の説明により明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、電気容量を有する電源セルとして寄生容量を有する太陽電池セルＰＶn_m（ｎは、第一、第二のセル列を表す指標であり、ｍは、各列内で直列接続されたセルの陽極側から数えた順番の指標である。以下同様。）を用いた場合の、本発明による直列接続された複数の電源セルのためのバランス回路装置の第一の実施形態を示す回路構成図である。第一の太陽電池セル列ＰＶＳ１、第二の太陽電池セル列ＰＶＳ２のセル数は、それぞれ、ｋ個であり、コンデンサＣｏ、インダクタＬが、出力端子の陽極側に接続されている。
【図２】図２（Ａ）は、図１のバランス回路に於いて、第一及び第二の太陽電池セル列ＰＶＳ１、ＰＶＳ２にて直列に接続された太陽電池セルがそれぞれ３個（ｋ＝３）の場合の等価回路図である。太陽電池セルＰＶn_mは、電流源Ｉｓn_mとコンデンサＣn_mから成る等価回路に置き換えられている（図１４（Ｂ）参照）。左図は、スイッチング手段の状態がモードＡ（第一のモード）にある場合であり、右図は、スイッチング手段の状態がモードＢ（第二のモード）にある場合である。図中、各セル、コンデンサＣｏ、インダクタＬの電圧の割り当てが示されている。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）と同様のモードＡ及びモードＢに於けるバランス回路の等価回路図であって、モードＡ及びモードＢの持続期間の比ＤＡ、ＤＢを等しく設定した場合（ＤＡ：ＤＢ＝５０：５０）に、モードＡ及びモードＢの期間のそれぞれに於いて、電流源Ｉｓn_mとコンデンサＣn_m、コンデンサＣｏ、インダクタＬの各々に流通する電荷の流れの向きと量とを示した図である。図示の例では、各電流源Ｉｓn_mから出力される電流が１Ａに仮定されている。数値は、単位時間（１秒間）当たりに各モード期間に流れるクーロン量を示している。
【図３】図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、それぞれ、図２（Ｂ）と同様の、モードＡ及びモードＢの期間のそれぞれに於ける電流源Ｉｓn_m、コンデンサＣn_m、コンデンサＣｏ、インダクタＬの各々に流通する電荷の流れの向きと量とを示したバランス回路の等価回路図である。数値は、単位時間（１秒間）当たりに各モード期間に流れるクーロン量を示している。図３（Ａ）の例では、太陽電池セルＰＶ1_2（Ｉｓ1_2）の受光量がその他のセルの１／５に低減された状態を想定して、出力される電流が０．２Ａに仮定されている。図３（Ｂ）の例では、太陽電池セルＰＶ1_2（Ｉｓ1_2）とＰＶ2_2（Ｉｓ2_2）の受光量がその他のセルの１／５に低減された状態を想定して、出力される電流が０．２Ａに仮定されている。
【図４】図４（Ａ）〜図４（Ｅ）は、図１のバランス回路に於いて、種々のセルの受光条件に於ける回路内で生ずる損失（回路損失）を考慮した出力端子間にて得られる出力（＝総発電量−回路損失）のデューティ比（モードＡ及びモードＢの持続期間の比ＤＡ、ＤＢ）に対する変化の例を示している。図示の例のバランス回路では、図２（Ａ）と同様に、第一及び第二の太陽電池セル列ＰＶＳ１、ＰＶＳ２にて直列に接続された太陽電池セルがそれぞれ３個（ｋ＝３）であり、影がないときの一つのセルの出力電流は１Ａと仮定し、影があるときの一つのセルの出力電流は０．２Ａと仮定した。図４（Ａ）は、全てのセルに影がない場合であり、図４（Ｂ）は、ＰＶ1_2に影がある場合であり、図４（Ｃ）は、ＰＶ1_1に影がある場合であり、図４（Ｄ）は、ＰＶ1_1、ＰＶ1_2に影がある場合であり、図４（Ｅ）は、ＰＶ1_1、ＰＶ2_3に影がある場合である。
【図５】図５は、電気容量を有する電源セルとして寄生容量を有する太陽電池セルＰＶn_mを用いた場合の、本発明による直列接続された複数の電源セルのためのバランス回路装置の第二の実施形態を示す回路構成図である。第一の太陽電池セル列ＰＶＳ１、第二の太陽電池セル列ＰＶＳ２のセル数は、それぞれ、ｋ個であり、コンデンサＣｏ、インダクタＬが、出力端子の陰極側に接続されている。
【図６】図６は、電気容量を有する電源セルとして寄生容量を有する太陽電池セルＰＶn_mを用いた場合の、本発明による直列接続された複数の電源セルのためのバランス回路装置の第三の実施形態を示す回路構成図であり、図１の回路構成と図５の回路構成とを直列に接続状態を示している。
【図７】図７は、電気容量を有する電源セルとして寄生容量を有する太陽電池セルＰＶn_mを用いた場合の、本発明による直列接続された複数の電源セルのためのバランス回路装置の第四の実施形態を示す回路構成図であり、図１の回路構成と図５の回路構成とを、インダクタを共通にした状態にて直列に接続状態を示している。
【図８】図８は、電気容量を有する電源セルとして寄生容量を有する太陽電池セルＰＶn_mを用いた場合の、本発明による直列接続された複数の電源セルのためのバランス回路装置の第五の実施形態を示す回路構成図であり、図１の実施形態の構成に対して、更に、第二のスイッチング手段列ＳＷＳ’と第三の太陽電池セル列ＰＶＳ３とを並列に接続した構成を有する回路の構成を示している。第一の太陽電池セル列ＰＶＳ１、第二の太陽電池セル列ＰＶＳ２、第三の太陽電池セル列ＰＶＳ３のセル数は、それぞれ、ｋ個である。
【図９】図９は、図８のバランス回路に於いて、第一、第二及び第三の太陽電池セル列にて直列に接続された太陽電池セルがそれぞれ３個（ｋ＝３）の場合の、図２（Ｂ）の場合と同様の、モードＡ及びモードＢの期間のそれぞれに於ける電流源Ｉｓn_m、コンデンサＣn_m、コンデンサＣｏ、インダクタＬの各々に流通する電荷の流れの向きと量とを示したバランス回路の等価回路図である。数値は、単位時間（１秒間）当たりに各モード期間に流れるクーロン量を示している。図示の例では、太陽電池セルＰＶ1_3（Ｉｓ1_3）、ＰＶ2_3（Ｉｓ2_3）、ＰＶ3_2（Ｉｓ3_3）の受光量がその他のセルの１／５に低減された状態を想定して、出力される電流が０．２Ａに仮定されている。
【図１０】図１０は、電気容量を有する電源セルとして寄生容量を有する太陽電池セルＰＶn_mを用いた場合の、本発明による直列接続された複数の電源セルのためのバランス回路装置の第六の実施形態を示す回路構成図である。第一の太陽電池セル列ＰＶＳ１、第二の太陽電池セル列ＰＶＳ２のセル数は、それぞれ、ｋ個であり、コンデンサＣｏ、インダクタＬが、出力端子の陽極側に接続されている。
【図１１】図１１（Ａ）は、図１０のバランス回路に於いて第一及び第二の太陽電池セル列にて直列に接続された太陽電池セルがそれぞれ３個（ｋ＝３）の場合の、太陽電池セルＰＶn_mを、電流源Ｉｓn_mとコンデンサＣn_mから成る等価回路に置き換えて表した等価回路図である。左図は、スイッチング手段の状態がモードＡ（第一のモード）にある場合であり、右図は、スイッチング手段の状態がモードＢ（第二のモード）にある場合である。図中、各セル、コンデンサＣｏ、インダクタＬの電圧の割り当てが示されている。図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）の等価回路に於いて、モードＡ及びモードＢの期間のそれぞれに於ける電流源Ｉｓn_mとコンデンサＣn_m、コンデンサＣｏ、インダクタＬの各々に流通する電荷の流れの向きと量とを示した図である。数値は、単位時間（１秒間）当たりに各モード期間に流れるクーロン量を示している。モードＡ及びモードＢの持続期間の比ＤＡ、ＤＢは、等しく設定されている（ＤＡ：ＤＢ＝５０：５０）。図示の例では、各セルから出力される電流が１Ａに仮定されているところ、太陽電池セルＰＶ1_2（Ｉｓ1_2）の受光量がその他のセルの１／５に低減された状態を想定して、出力される電流が０．２Ａに仮定されている。
【図１２】図１２は、電気容量を有する電源セルとして寄生容量を有する太陽電池セルＰＶn_mを用いた場合の、本発明による直列接続された複数の電源セルのためのバランス回路装置の第七の実施形態を示す回路構成図である。第一の太陽電池セル列ＰＶＳ１、第二の太陽電池セル列ＰＶＳ２のセル数は、それぞれ、ｋ個であり、コンデンサＣｏ、インダクタＬが、出力端子の陰極側に接続されている。
【図１３】図１３は、種々の受光量Ｒを受けた太陽電池の発電電圧に対する発電電流ＩＲと発電電力ＰＲの変化を模式的に表す特性図である。Ｒは、Ｒ＝１００％のときの受光量を１００％として、それぞれの受光量の割合を示している。
【図１４】図１４（Ａ）は、従来の技術に於ける直列接続された複数の太陽電池セルの動作点制御のためのバランス回路装置の例を示す回路構成図である。図１４（Ｂ）は、寄生容量を有する太陽電池セルＰＶが電流源Ｉｓに対してコンデンサＣが並列に接続された回路と等価に表現できることを示した図である。図１４（Ｃ）は、図１４（Ａ）のバランス回路に於いて、太陽電池セルＰＶn_mを電流源Ｉｓn_mとコンデンサＣn_mから成る等価回路に置き換えて示した等価回路図であり、左図は、スイッチング手段の状態がモード１にある場合であり、右図は、スイッチング手段の状態がモード２にある場合である。図１４（Ｄ）は、モジュール内の太陽電池セルの数が奇数個である場合の太陽電池セルのレイアウトを模式的に表した図である。
【符号の説明】
【００２６】
ＰＶn_m…太陽電池セル（ｎは、第一、第二又は第三のセル列を表す指標であり、ｍは、各列内で直列接続されたセルの陽極側から数えた順番の指標である。）
Ｉｓn_m…太陽電池セルの等価回路に於ける電流源
Ｃn_m…太陽電池セルの等価回路に於ける寄生容量によって与えられるコンデンサ
Ｍｘ…スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）（ｘは、スイッチング素子列内でスイッチング素子を陽極側から数えた順番の指標である。）
Ｓｘ…制御入力
Ｃｏ…コンデンサ
Ｌ…インダクタ
ｏｔ＋…陽極側出力端子
ｏｔ−…陰極側出力端子
ｃｔ…電極用接続端子
ＣＰ…スイッチング素子の切換制御装置
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を幾つかの好ましい実施形態について詳細に説明する。図中、同一の符号は、同一の部位を示す。
【００２８】
本発明によるバランス回路装置の第一の実施形態
（回路の構成）
図１は、本発明の第一の本実施形態によるバランス回路装置が、電気容量を有する直列接続された電源セルとして、寄生容量を有する直列接続された太陽電池セルに適用され、かかる直列接続された太陽電池セルの発電動作点制御として利用される例を示している。同図を参照して、本発明の第一の本実施形態によるバランス回路の具体的な構成に於いては、まず、一対の出力端子ｏｔ＋、ｏｔ−の間にて、ｋ個（ｋは、２以上の整数。以下同様。）の太陽電池セルＰ1_1〜Ｐ1_kが電極用接続端子ｃｔを介して直列接続されて成る第一の太陽電池セル列ＰＶＳ１と、これと同数のｋ個の太陽電池セルＰＶ2_1〜ＰＶ2_kが電極用接続端子ｃｔを介して直列接続されて成る第二の太陽電池セル列ＰＶＳ２と、第一の太陽電池セル列ＰＶＳ１と第二の太陽電池セル列ＰＶＳ２とに挟まれる状態にて２ｋ＋１個のスイッチング素子Ｍ１〜Ｍ2k+1が直列接続されて成るスイッチング素子列ＳＷＳとが、並列に接続される。これらの接続に於いて、より詳細には、図示の如く、第一及び第二の太陽電池セル列ＰＶＳ１、ＰＶＳ２の太陽電池セルＰＶn_mは、それぞれ、二つの直列のスイッチング素子Ｍｘの組に対して並列に接続されるところ、第一の太陽電池セル列ＰＶＳ１の太陽電池セルＰＶ1_mは、陽極側（図中、上側）から数えて、２番目のスイッチング素子Ｍ２から順にスイッチング素子Ｍ2k+1まで接続され、第二の太陽電池セル列ＰＶＳ２の太陽電池セルＰＶ2_mは、陽極側から数えて、１番目のスイッチング素子Ｍ１から順にスイッチング素子Ｍ2kまで接続される。即ち、第一の太陽電池セル列ＰＶＳ１の太陽電池セルＰＶ1_mと第二の太陽電池セル列ＰＶＳ２の太陽電池セルＰＶ2_mとは、スイッチング素子列ＳＷＳに対して一つずつ対応するスイッチング素子Ｍｘがずれるように互い違いに接続されることとなる。スイッチング素子列ＳＷＳのスイッチング素子Ｍ１〜Ｍ2k+1は、それぞれ、制御入力Ｓ１〜Ｓ2k+1を有し、切換制御装置ＣＰからの制御入力への入力信号に応じて、それぞれの上下の端子間を選択的に導通又は遮断するスイッチング手段であってよく、典型的には、通常の太陽電池セルの最大電力点追従制御回路装置に於いて利用されているＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子であってよい。そして、図示の第一の実施形態に於いては、陽極側の出力端子ｏｔ＋と第一の太陽電池セル列ＰＶＳ１の陽極側の太陽電池セルＰＶ1_1との間にて、追加のコンデンサＣｏが挿入され、コンデンサＣｏは、インダクタＬを介してスイッチング素子列ＳＷＳの陽極側の端にあるスイッチング素子Ｍ１に対して並列に接続される。ここに於けるコンデンサＣｏとインダクタＬとは、この分野で通常使用されている任意のものであってよい。更に、出力端子ｏｔ＋、ｏｔ−には、出力端子間の電圧Ｖｏｕｔを制御するＭＰＰＴ制御回路又はその他の任意の電圧制御器が接続される。
【００２９】
（回路の作動）
上記のバランス回路装置の作動に於いては、電圧制御器が出力端子間の出力電圧Ｖｏｕｔを、要求される電圧又は所望の電圧に調節する一方、切換制御装置ＣＰからスイッチング素子Ｍ１〜Ｍ2k+1の制御入力Ｓ１〜Ｓ2k+1へ制御信号が与えられ、スイッチング素子は、それぞれ、両端子間を導通させるＯＮ状態（導通状態）と、その導通を遮断するＯＦＦ状態（遮断状態）との間で周期的に切換えられることとなる（スイッチング制御）。かかるスイッチング制御に関して、より詳細には、スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ2k+1は、陽極側の出力端子ｏｔ＋から数えて、奇数番目の群と、偶数番目の群とに分けられ、スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ2k+1の状態は、奇数番目の群がＯＮ状態となり、偶数番目の群がＯＦＦ状態となる「モードＡ」と、奇数番目の群がＯＦＦ状態となり、偶数番目の群がＯＮ状態となる「モードＢ」との間で、交互に周期的に切換えられるよう制御される（図２（Ａ）参照）。なお、モードＡとモードＢとのそれぞれの状態の持続時間の比（デューティ比）ＤＡ：ＤＢは、後に説明されるように適宜調節可能であってよい（ＤＡ＋ＤＢ＝１と定義する。）。
【００３０】
上記の如くスイッチング制御が為されると、まず、既に触れた如く、各太陽電池セルＰＶn_mは、有意な寄生容量を有し（ここで「有意な寄生容量を有する」とは、スイッチング制御中の電荷の充放電に於いて過放電や過充電又は飽和状態にならないほど十分に大きな電気容量を有することを言うものとする。）、図１４（Ｂ）に関連して説明したように、電流源ＩｓとコンデンサＣとが並列に接続された回路と等価であると考えられるので、図２（Ａ）の如く、回路の状態がモードＡとモードＢとの間で交互に切換えられることにより、第一の太陽電池セル列ＰＶＳ１に於ける各太陽電池セルＰＶ1_mの寄生容量によるコンデンサＣ1_mは、第二の太陽電池セル列ＰＶＳ２に於ける二つの隣接する太陽電池セルＰＶ2_m、ＰＶ2_m+1の寄生容量によるコンデンサＣ2_m、Ｃ2_m+1と交互に並列に接続され、第二の太陽電池セル列ＰＶＳ２に於ける各太陽電池セルＰＶ2_mの寄生容量によるコンデンサＣ2_mは、第一の太陽電池セル列ＰＶＳ１に於ける二つの隣接する太陽電池セルＰＶ1_m-1、ＰＶ1_mの寄生容量によるコンデンサＣ1_m-1、Ｃ1_mと交互に並列に接続される。そうすると、並列に接続されたコンデンサの電圧は等しくなるので、
Ｃ2_mの電圧＝Ｃ1_mの電圧＝Ｃ2_m+1の電圧
Ｃ1_mの電圧＝Ｃ2_mの電圧＝Ｃ1_m-1の電圧
となる関係が成立し、結局、図２（Ａ）に示されている如く、全ての太陽電池セルの動作電圧が或る電圧値Ｖに等しく均一化されることとなる。
【００３１】
また、図１の回路構成から理解される如く、出力端子ｏｔ＋と太陽電池セルＰＶ1_1との間にて追加されたコンデンサＣｏとインダクタＬは、スイッチング素子Ｍ１、Ｍ２が交互にＯＮ状態とＯＦＦ状態とに切換えられることにより、第二の太陽電池セル列ＰＶＳ２の陽極側の太陽電池セルＰＶ2_1の電圧を降圧してコンデンサＣｏの両端に出力する「降圧チョッパ回路」を構成する。具体的には、太陽電池セルＰＶ2_1の電圧がＶであるとき、コンデンサＣｏの両端の電圧は、ＤＢＶとなる。
【００３２】
かくして、上記の如く、モードＡとモードＢとの間で交互にスイッチング制御が実行されると、出力端子間電圧がＶｏｕｔに制御された状態となっているので、図１のバランス回路に於いては、図２（Ａ）に示されている如く、モードＡ、モードＢのいずれの状態でも、電圧に関して次の関係が成立することとなる。
Ｖｏｕｔ＝ｋＶ＋ＤＢＶ＝（ｋ＋ＤＢ）Ｖ      …（１）
即ち、
Ｖ＝Ｖｏｕｔ／（ｋ＋ＤＢ）      …（２）
【００３３】
上記の式（１）、（２）或いは図２（Ａ）に示した電圧の状態は、二つの太陽電池セル列内のセル毎に受光量が互いに異なり、これにより、或る動作電圧に於いてセル内に流通する電流がセル毎に異なる場合（図１３参照）でも、即ち、セル間に（或る動作電圧に於ける）電流差がある場合でも成立し、かかるセル間の電流差は、各セルの寄生容量によるコンデンサＣn_mに於ける電荷の移動によって吸収されることとなる。
【００３４】
このことを確認するために、例として、図２（Ａ）の如く、各太陽電池セル列のセル数が３個（ｋ＝３）である場合について、モードＡ、モードＢでの等価回路での電流源Ｉｓn_m、寄生容量Ｃn_m、コンデンサＣｏ、インダクタＬに於けるそれぞれの電荷の流れの向きと量とをキルヒホッフの法則に従って種々の受光条件に於いて演算した。図２（Ｂ）、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に於いては、それぞれ、（１）全てのセルの受光量が等しく、各セルの出力電流が１Ａ（単位時間当たりの電荷流量が１．０）であると仮定した場合、（２）セルＰＶ1_2の受光量が８割低減し（１／５となる）、同セルの電流だけが０．２Ａ（単位時間当たりの電荷流量が０．２）であると仮定した場合、及び、（３）セルＰＶ1_2、ＰＶ2_2の受光量が８割低減し（１／５となる）、これらのセルの電流だけが０．２Ａ（単位時間当たりの電荷流量が０．２）であると仮定した場合の、等価回路内の各素子及び出力端子ｏｔ＋に於ける電荷の流れの向きと量とが矢印と数値にて示されている。なお、いずれの場合も、各セルの発電電圧（動作電圧）は、１Ｖである仮定し、ＤＡ：ＤＢ＝５０％：５０％と設定されている。（図中、数値は、ＤＡ×１秒間、ＤＢ×１秒間当たりの電荷の流量を示している。）
【００３５】
図２（Ｂ）、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）の各素子及び出力端子ｏｔ＋の電荷の流れの向きと量とを比較して参照すると、まず、寄生容量Ｃn_mの各々に流通する電荷量が、電流源Ｉｓn_mの流通する電荷量の変化に伴って変化していることが観察される。即ち、セル（電流源Ｉｓn_m）間での電流差（電荷の流量差）は、各セルの寄生容量Ｃn_mに流出入する電荷の流量が変化するによって吸収されることが理解される。
【００３６】
また、出力電力について、各セルの受光量に基づく出力（発電量）から算出される総出力（ＴＯ１）と、バランス回路の出力端子間の電流（単位時間当たりの電荷の流出量）と電圧とから算出される総出力（ＴＯ２）とは、下記の如くであった。
ＴＯ１ ＴＯ２
（１）図２（Ｂ）    6W(=6*1A*1V)              6W(=(0.91+0.8)A*3.5V)
（２）図３（Ａ）    5.2W(=(5*1A+0.2A)*1V      5.2W(=(0.84+0.65)A*3.5V)
（３）図３（Ｂ）    4.4W(=(4*1A+2*0.2A)*1V    4.4W(=(0.67+0.59)A*3.5V)
（いずれの場合も、各セルの動作電圧が１Ｖであり、ＤＢ＝０．５であるので、出力端子間電圧は、３．５Ｖとなる。）
【００３７】
上記の算出結果によれば、いずれの場合も、ＴＯ２は、ＴＯ１に実質的に等しくなっていることが理解される。即ち、この結果は、直列接続された太陽電池セルを含む太陽電池モジュールに於いて、一部のセルに影がかかるなどして、セル間の受光量にばらつきがある場合でも、上記の本発明の第一の本実施形態によるバランス回路によれば、その作動に於いて、かかるセル間の受光量のばらつきによらず、全てのセルの勳作電圧を均一化し、且つ、各セルにて得られる出力の総和がバランス回路の出力端子間にて取り出せることを示している（なお、ここでは、後に説明する回路損失（回路内の各素子に電流が流通することにより生ずる損失）は考慮されていない。）。従って、各セルの動作電圧Ｖをいずれかのセル、例えば、最も受光量の大きいセルの最大出力点に於ける電圧に一致するように、出力端子間電圧Ｖｏｕｔ（＝（ｋ＋ＤＢ）Ｖ）を調節することにより、効率よく、太陽電池モジュールを動作させること、即ち、太陽電池モジュールに発電させること、が可能となる。そして、上記の第一の本実施形態の場合、上記の説明から理解される如く、太陽電池セルの総数は、２ｋ個、即ち、常に偶数となるので、セルのレイアウトの設計が容易となる。
【００３８】
（全てのセルの受光量が等しい場合の回路の作動）
上記の図２（Ｂ）の場合の如く、全てのセルの受光量が等しく、或る等しい動作電圧に於けるセル間の電流差が実質的にない場合、バランス回路をモードＡの状態に固定しても、太陽電池モジュールは発電動作可能である（各セルの出力は実質的に直流出力となるので、インダクタＬは、通常の導線と等価となる。）。この場合、出力端子間電圧は、ｋ個の直列接続された太陽電池セルの発電電圧の総和となる（一つのセルの発電電圧をＶとすると、出力端子間電圧は、ｋＶとなる。）。従って、図１の第一の本実施形態によるバランス回路の作動に於いて、全てのセルの受光量が等しい場合には、スイッチング素子列の状態は、モードＡの状態、即ち、奇数番目の群がＯＮ状態となり、偶数番目の群がＯＦＦ状態となる状態に固定されてよい。この場合、スイッチング素子の状態をモードＡとモードＢとの間にて切換える際に発生する回路の損失が節約され、その分、太陽電池モジュールから得られる出力が大きくなる。
【００３９】
（回路損失とデューティ比ＤＡ：ＤＢの調節）
既に述べた如く、図１の全てのセルの動作電圧を均一化するバランス回路の構成に於いては、セル間の受光量にばらつきがあり、（或る等しい動作電圧に於ける）セル間の電流差がある場合には、かかる電流差を各セルのコンデンサＣn_mでの電荷の流出入によって補償するために、モードＡとモードＢとの間にてスイッチング素子の状態が切換えられる。即ち、図１のバランス回路は、全てのセルの受光量が等しい場合（或る等しい動作電圧に於けるセル間の電流差が実質的にない場合）を除いて、モードＡとモードＢとの間に状態を交互に切換えないと正常に動作しないこととなる。
【００４０】
ところで、上記のモードＡとモードＢとの間の切換制御に於いて、モードＡとモードＢのそれぞれの持続時間は、既に述べた如く、デューティ比ＤＡ：ＤＢを適宜設定して調節されるところ（１周期Ｔ当たりに、ＤＡＴ、ＤＢＴとなる。）、本発明の発明者等による詳細な研究によれば、セルの受光条件に依存して、デューティ比ＤＡ：ＤＢの設定によって、バランス回路内で生ずる出力の損失（回路損失）が変化し、出力端子間で得られる正味の出力電力が変動することが見出された。換言すれば、出力端子間の出力電力が最大となるデューティ比ＤＡ：ＤＢが、太陽電池モジュール内の各セルの受光状態によって変化することが見出された。これは、モードＡとモードＢとのそれぞれの状態に於いて、回路内の各素子に於いて流通する電流の分布が各セルの受光量に依存して変化し、これに伴って、各素子での電流に起因する損失が変化するためである。
【００４１】
セルの受光状態によって出力端子間の出力電力が最大となるデューティ比ＤＡ：ＤＢが変化する具体例として、図４（Ａ）〜図４（Ｅ）は、太陽電池モジュールの種々の受光条件に於いて、デューティ比ＤＡ：ＤＢを変化させながら、回路損失を算出し、かかる回路損失を各セルから出力される電力の総和から差し引いて得られる正味の出力電力、即ち、出力端子間で実際に得られる出力電力の変化を例示したものである。
【００４２】
なお、図４（Ａ）〜図４（Ｅ）の出力電力の算出に際しては、発電電圧が全てのセルで１Ｖであるとし、影がないときの一つのセルの出力電流が１Ａであるとし、影があるときの一つのセルの出力電流が０．２Ａとして、各セルの発電電力を算出した後、それらを合算して、総発電量を算出した（上記のＴＯ１に相当。）。また、回路損失は、以下の手順で算出した。
（ｉ）各セルに流通する電流Ｉn_mとデューティ比ＤＡ：ＤＢとからモードＡ、モードＢの各々に於ける各セルの電流源Ｉｓn_mの電荷の流量を算出。
（ii）キルヒホッフの法則に従って、モードＡ、モードＢの各々に於けるＣn_m、Ｃｏ、Ｌ、ｏｔ＋〜ｏｔ−に流通する電荷の流量を決定し、更に、それらの素子の間にてＯＮ状態にあるスイッチング素子に於ける電流を決定。
（iii）下記の式を用いて各要因の損失を計算。
（ａ）スイッチング素子に流通する電流による損失＝Σ(Ix,A2DA+Ix,B2DB)・Ron
（Σは、各スイッチング素子ｘの総和）
（ｂ）太陽電池セルに流通する電流による損失＝Σ(PVn_m,A2DA+PVn_m,B2DB)・RPV
（Σは、各セルn_mの総和）
（ｃ）スイッチング時に於けるスイッチング素子に於ける損失
＝Σ((Ix,A・VD-S)/6・DA+(Ix,B・VD-S)/6・DB)TR-F・F
（Σは、各スイッチング素子ｘの総和）
（ｄ）スイッチング素子をＯＮ状態にする際に生ずる損失＝Σ2k・Ciss・VG-S2F
（Σは、各スイッチング素子ｘの総和）
（ｅ）インダクタに於ける損失＝(IL,A2DA+IL,B2DB)・RL
（ｆ）コンデンサに於ける損失
＝Σ(ICn_m,A2DA+ICn_m,B2DB)・Rc+ICo,A2DA+ICo,B2DB)・Rc
上記に於いて、Ix,A、Ix,Bは、モードＡ、モードＢに於いて各スイッチング素子に流れる電流であり、PVn_m,A、PVn_m,Bは、モードＡ、モードＢに於いて各セル（電流源）に流れる電流であり、IL,A、IL,Bは、モードＡ、モードＢに於いてインダクタに流れる電流であり、ICo,A、ICo,Bは、モードＡ、モードＢに於いてコンデンサＣｏに流れる電流であり、ICn_m,A、ICn_m,Bは、モードＡ、モードＢに於いて各セルの寄生容量に等価なコンデンサＣn_mに流れる電流である。また、その他のパラメータの設定は、下記の通りである。
Ron:スイッチング素子(MOSFET)のドレイン−ソース間抵抗:10mΩ
RPV:太陽電池セルの寄生抵抗：10mΩ
VD-S：ドレイン−ソース間電圧：1V
TR-F：スイッチング素子の切換所要時間：200nsec.
F：スイッチング周波数：100kHz
Ciss：スイッチング素子の入力容量：1nF
VG-S：ゲート−ソース間電圧：5V
RL：インダクタＤＣ抵抗：10mΩ
Rc：コンデンサＥＳＲ：10mΩ
（iv）(iii)で算出された損失を合算。
【００４３】
図４（Ａ）〜図４（Ｅ）を参照して理解される如く、いずれの太陽電池セルの受光条件の場合も、デューティ比ＤＡを１から０までの間にて変化させると（即ち、ＤＢを０から１までの間にて変化させると）、出力端子間の出力電力は、山形に変化し、また、出力電力が最大となるデューティ比ＤＡが太陽電池セルの受光条件によって変化することが示された。具体的には、最大出力は得られるＤＡは、それぞれ、影がPV1_2にあるときには、ＤＡ＝０．７５付近（図４（Ｂ））、影がPV1_１にあるときには、ＤＡ＝０．６７付近（図４（Ｃ））、影がPV1_１とPV1_2にあるときには、ＤＡ＝０．７３付近（図４（Ｄ））、影がPV1_１とPV2_3にあるときには、ＤＡ＝０．６４付近（図４（Ｅ））であった。また、影がない状態でスイッチング制御を実行した場合には、最大出力は得られるＤＡは、ＤＡ＝０．６８付近となった（図４（Ａ））。［ただし、この場合、上記の如く、回路は、モードＡに固定して動作可能であり、その際の損失は、スイッチング制御を実行した場合の損失よりも小さくなり、最大出力が増大する。］
【００４４】
上記の結果から、太陽電池セルの受光条件に依存して損失が最も低減するデューティ比は変化することが理解される。かくして、本実施形態に於いては、スイッチング素子のための切換制御手段は、太陽電池セルの受光条件又は電源セルの動作条件に応じて、出力端子の間の出力が最大となるようにデューティ比を調整できるようになっていてよい。実際のデューティ比の調整は、デューティ比を変化させながら出力電力をモニターして、出力電力が最大となる条件を探索することにより為されてよい。
【００４５】
本発明によるバランス回路装置の第二の実施形態
図５は、本発明の第二の実施形態によるバランス回路装置の回路の構成を示している。この第二の本実施形態バランス回路装置に於いては、第一の太陽電池セル列ＰＶＳ１、第二の太陽電池セル列ＰＶＳ２、スイッチング素子列ＳＷＳ、切換制御装置ＣＰ、出力端子間の電圧制御の一連構成は、第一の実施形態と同様であるところ、図示の如く、追加のコンデンサＣｏが、第二の太陽電池セル列ＰＶＳ２の陰極側の太陽電池セルＰＶ2_kと陰極側の出力端子ｏｔ−との間に挿入され、スイッチング素子列ＳＷＳの陰極側の端のスイッチング素子Ｍ2k+1に対して、インダクタＬを介して並列に接続される。スイッチング素子の状態の制御、出力端子間電圧の制御は、第一の実施形態と同様に実行され、出力端子間出力は、第一の実施形態の場合と同様に与えられる。
【００４６】
本発明によるバランス回路装置の直列接続
図６、７を参照して、上記の第一及び第二の実施形態のバランス回路については、複数のバランス回路が、出力端子に於いて、直列に接続されてよい。図６に記載の本発明による第三の実施形態の場合は、第二の実施形態のバランス回路の陰極側の出力端子と第一の実施形態のバランス回路の陽極側の出力端子とを直列に接続した場合であり、図示していないが、切換制御装置ＣＰによるスイッチング素子の状態の制御及び出力端子間の電圧制御は、第一及び第二の実施形態と同様に実行されてよい。図７に記載の本発明による第四の実施形態の場合は、第二の実施形態のバランス回路の陰極側と第一の実施形態のバランス回路の陽極側とを、インダクタを共通にして、直列に接続した場合であり、この場合も図示していないが、切換制御装置ＣＰによるスイッチング素子の状態の制御及び出力端子間の電圧制御は、第一及び第二の実施形態と同様に実行されてよい。これらの構成によれば、出力端子間電圧は、直列接続されたバランス回路の太陽電池セル列の太陽電池セルの総和となるので、更に高い出力電圧が得られることとなる。（図６、７に於いては、各バランス回路の第一及び第二の太陽電池セル列のセル数は、３個ずつとなっているが、かかるセル数は、任意の数であってよく、そのような場合も本発明の範囲に属することは理解されるべきである。）
【００４７】
本発明によるバランス回路装置の並列接続
更に、上記の第一及び第二の実施形態のバランス回路は、複数の回路が並列に接続されてもよい。図８の本発明による第五の実施形態の場合は、二つの第一の実施形態のバランス回路が、第一の太陽電池セル列と追加のコンデンサＣｏとを共通にして並列に接続された構成となっている。即ち、図８の構成に於いては、図１の第一の実施形態の構成に於ける第一の太陽電池セル列ＰＶＳ１に対して、第二のスイッチング素子列ＳＷＳ’を並列に接続し、更に、第二のスイッチング素子列ＳＷＳ’に対して、第三の太陽電池セル列ＰＶＳ３を並列に接続した構成となっており、第一の太陽電池セル列ＰＶＳ１の太陽電池セルが、第二のスイッチング素子列ＳＷＳ’の陽極側から数えて、２番目のスイッチング素子Ｍ’２から順にスイッチング素子Ｍ’2k+1まで接続され、第三の太陽電池セル列ＰＶＳ３の太陽電池セルが、第二のスイッチング素子列ＳＷＳ’の陽極側から数えて１番目のスイッチング素子Ｍ’１から順にスイッチング素子Ｍ’2kまで接続された構成となっている。そして、切換制御装置ＣＰによるスイッチング素子の状態の制御及び出力端子間の電圧制御は、第一の実施形態と同様に実行されてよい。
【００４８】
図９は、図８の回路構成に於いてｋ＝３の場合の太陽電池セルＰＶn_mを電流源Ｉｓn_mとコンデンサＣn_mとが並列に接続されて成る等価回路を置き換えた回路図であって、スイッチング素子列ＳＷＳと第二のスイッチング素子列ＳＷＳ’のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ状態が互い違いになるように切換えた例、即ち、「モードＡ」の状態では、スイッチング素子列ＳＷＳの奇数番目と第二のスイッチング素子列ＳＷＳ’の偶数番目のスイッチング素子がＯＮ状態となり、スイッチング素子列ＳＷＳの偶数番目と第二のスイッチング素子列ＳＷＳ’の奇数番目のスイッチング素子がＯＦＦ状態となっており、「モードＢ」の状態では、スイッチング素子列ＳＷＳの偶数番目と第二のスイッチング素子列ＳＷＳ’の奇数番目のスイッチング素子がＯＮ状態となり、スイッチング素子列ＳＷＳの奇数番目と第二のスイッチング素子列ＳＷＳ’の偶数番目のスイッチング素子がＯＦＦ状態となっているように、各スイッチング素子の状態が切換えられている例を示している。図中、矢印は、それぞれの回路素子に於ける電荷の流れの向きを、数値は、単位時間当たりのモードＡ及びモードＢのそれぞれの状態に在る間に流れる電荷量を示している。なお、図示の例では、ＰＶ1_3、ＰＶ2_3、ＰＶ3_3の受光量がその他の１／５に低減した状態となっている。
【００４９】
図８の回路構成の場合も、図９から理解される如く、モードＡとモードＢとが交互に実現されることによって、各太陽電池セルの寄生容量が隣接する列の二つの直列する太陽電池セルの寄生容量と交互に並列に接続され、これにより、全ての太陽電池セルの動作電圧は、均一化され、セル間の受光量のばらつきによる電流差は、それぞれの寄生容量に流通する電荷流量の差によって吸収され、かくして、同図の回路構成に於いても、セル間の受光量のばらつきに起因した出力損失を発生させずに、各セルの発電量の総和（回路損失の分を差し引いた総和）をバランス回路の出力端子間にて取り出すことが実質的に可能である。図８の構成の場合、一つの太陽電池セル列のセル数が奇数となると、セル数は、奇数となるが、３の倍数となるので、セルを３列又は３の倍数の列に並べることによってデッドスペースを発生させずに、長方形又は正方形にセルをレイアウトすることが可能となる。また、セル間の受光量が実質的に等しいときには、スイッチング素子列ＳＷＳ及び第二のスイッチング素子列ＳＷＳ’の双方のスイッチング素子の奇数番目をＯＮ状態とし、偶数番目をＯＦＦ状態とする状態に固定することによって、３列の太陽電池セル列が互いに並列に接続された状態となり、スイッチング制御を実行せずに、太陽電池モジュールを作動可能とすることができる。
【００５０】
出力端子の引き出し位置の変更
上記の図１、図５に示されている如き第一及び第二の実施形態のバランス回路に於いて、それぞれ、出力端子ｏｔ＋、ｏｔ−の引き出し位置を追加のコンデンサＣｏとインダクタＬの間から、図１０、１２に示されている如く、インダクタＬとスイッチング素子との間に変更してもよい。この場合も、切換制御装置ＣＰによるスイッチング素子の状態の制御は、第一又は第二の実施形態と同様に実行されてよく、図１１（Ａ）に示されている如く、モードＡとモードＢとが交互に実現されることによって、各太陽電池セルの寄生容量が隣接する列の二つの直列する太陽電池セルの寄生容量と交互に並列に接続され、これにより、全ての太陽電池セルの動作電圧は、均一化され、また、図１１（Ｂ）に示されている如く、セル毎の受光量のばらつきによる電流差は、それぞれの寄生容量に流通する電荷流量の差によって吸収されることとなる。そして、かかる構成に於いても、セル数は、偶数となるので、セルのレイアウトが容易となり、更に、セル間の受光量のばらつきがない場合には、バランス回路は、モードＡに固定して作動可能であり、その場合には、モードＡとモードＢとの間を交互に切換えるスイッチング制御が不要となる。
【００５１】
ところで、図１０、１２の構成の場合には、図１１（Ａ）からも理解される如く、出力端子間の電圧Ｖｏｕｔについては、一つのセルの動作電圧をＶ、各太陽電池セル列にて直列接続されたセル数をｋとすると、モードＡの場合には、Ｖｏｕｔ＝ｋＶとなる一方、モードＢの場合には、Ｖｏｕｔ＝（ｋ＋１）Ｖとなり、モードＡとモードＢとの間で交互に状態が切換えられる際に、出力端子間の電圧Ｖｏｕｔが変化するので、出力端子間の電圧制御は、この変化に追従して実行される必要がある。一方、バランス回路内での回路損失を算出してみると、第一の実施形態の図３（Ａ）の場合における回路損失が０．３２Ｗであったのに対し、これと同じセルの受光条件、デューティ比条件に於ける図１１（Ｂ）の構成の場合の回路損失は、０．２２Ｗであり、第一の実施形態に比して、大幅に低減した（回路損失は、上記と同じ条件にて算出した。）。即ち、このことは、セルの受光状態によっては、図１０、１２の構成の如く、出力端子の引き出し位置を変更すると、回路損失が低減され、より大きな出力が出力端子間から取り出し得ることを示している。
【００５２】
本発明によるバランス回路装置のその他の電源素子への応用
上記に説明された本実施形態によるバランス回路の一連の構成は、太陽電池セルの他に、化学電池セル、蓄電器セル、燃料電池セル（固形酸化物型燃料電池であってもよい。）、熱電発電素子、発電機セル（風力、水力、潮力、エンジン等による任意の発電機であってよい。）など、任意の電源セルを直列接続する際に適用されてよい。直列接続される電源セルの各々の最適な動作電圧が異なっていても、その動作電圧のずれによる出力低下が然程に大きくない場合には、本発明による教示に従って、バランス回路を利用することにより、出力を大きく低減させずに動作点制御が可能となる。また、上記の本発明によるバランス装置の構成は、直列接続される電源の種類は同じ場合であっても異なる場合であっても適用されてもよい。例えば、図示していないが、図１、図５〜図８、図１０、図１２に例示されている如き本発明による回路構成を有するバランス回路装置に於いて、太陽電池セルに換えて、化学電池セル、蓄電器セル、燃料電池セル、熱電発電素子、発電機セル等の任意の電源セルが直列に接続されてよく、互いに異なる電源セルが直列に接続された状態で使用されてもよい。
【００５３】
また、上記に説明された電源セルとして太陽電池セルを用いた場合のバランス回路に於いては、各太陽電池セルが有意な寄生容量をしているので、動作電圧の均一化には、かかる寄生容量が利用されている。しかしながら、電源セルに十分な寄生容量がない場合などには、電流源となる電源セルに対して別途コンデンサを並列に接続して有意な電気容量が付与されるようになっていてもよく、そのような場合も本発明の範囲に属することは理解されるべきである。
【００５４】
以上の説明は、本発明の実施の形態に関連してなされているが、当業者にとつて多くの修正及び変更が容易に可能であり、本発明は、上記に例示された実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の概念から逸脱することなく種々の装置に適用されることは明らかであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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