(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された複数の太陽電池セルのための発電動作点制御回路装置であって、
一対の出力端子と、
前記一対の出力端子の間にて直列に接続される複数の太陽電池セルの各々の電極端子に接続される複数の電極用接続端子と、
前記一対の出力端子の間にて、前記複数の太陽電池セルの各々に対して、対応する前記電極用接続端子を介して並列に接続されるコンデンサと、
前記一対の出力端子の間にて、前記複数の太陽電池セルの各々に対して、対応する前記電極用接続端子とインダクタとを介して並列に接続されて、前記接続された一対の前記電極用接続端子の間を選択的に互いに導通するスイッチング手段と
を含み、
更に、前記一対の出力端子の間に於いて、前記直列接続される複数の太陽電池セルの一方の端側の前記電極用接続端子と前記出力端子の一方との間又は前記直列接続される複数の太陽電池セルのうちの隣接する二つの太陽電池セルの間の二つの前記電極用接続端子の間にて、前記コンデンサに対して直列して追加のコンデンサが接続され、該追加のコンデンサに対して並列に且つ前記スイッチング手段に対して直列して追加のスイッチング手段が接続され、前記追加のコンデンサ及び前記追加のスイッチング手段に対して太陽電池セルが並列に接続されておらず、
前記スイッチング手段及び前記追加のスイッチング手段が、同一の所定の周期にて、それぞれ、互いに異なる時期に、前記接続された一対の電極用接続端子の間、前記接続された電極用接続端子と前記出力端子の一方との間及び前記二つの電極用接続端子の間のうちの対応する端子間の導通を遮断し、且つ、常に、前記スイッチング手段及び前記追加のスイッチング手段のうちの一つが、前記接続された一対の電極用接続端子の間、前記接続された電極用接続端子と前記出力端子の一方との間及び前記二つの電極用接続端子の間のうちの対応する端子間の導通を遮断し、その他の前記スイッチング手段及び前記追加のスイッチング手段が、前記接続された一対の電極用接続端子の間、前記接続された電極用接続端子と前記出力端子の一方との間及び前記二つの電極用接続端子の間のうちの対応する端子間を導通するよう前記スイッチング手段及び前記追加のスイッチング手段の導通が制御される装置。
【請求項２】
請求項１の装置であって、前記スイッチング手段の各々の前記所定の周期に対する前記接続された一対の電極用接続端子の間の導通を遮断する時間幅の比が前記一対の出力端子の間の出力電圧に対する前記スイッチング手段の各々の対応する前記太陽電池セルの発電電圧の比であり、前記一対の出力端子の間の出力電圧が前記直列接続された太陽電池セルの発電電圧の総和よりも高い電圧であるときには、前記追加のスイッチング手段の前記所定の周期に対する前記接続された電極用接続端子と前記出力端子の一方との間又は前記二つの電極用接続端子の間の導通を遮断する時間幅の比が前記一対の出力端子の間の出力電圧に対する前記一対の出力端子の間の出力電圧から前記太陽電池セルの発電電圧の総和を差し引いた電圧差の比である装置。
【請求項３】
請求項２の装置であって、前記一対の出力端子の間の出力電圧が所望の電圧であり、前記スイッチング手段の前記所定の周期に対する前記接続された一対の電極用接続端子の間の導通を遮断する時間幅の比が前記対応する太陽電池セルの発電電圧が最大動作点に於ける電圧となるよう調節されている装置。
【請求項４】
請求項３の装置であって、前記直列接続された太陽電池セルの発電電圧が前記最大動作点に於ける電圧となるように前記スイッチング手段の各々の前記所定の周期に対する前記接続された一対の電極用接続端子の間の導通を遮断する時間幅の比を調節する手段を更に含む装置。
【請求項５】
複数の請求項１乃至４のいずれかの装置の一対の出力端子が互いに並列に接続されている装置。
【請求項６】
請求項１の装置であって、前記太陽電池セルの少なくとも一部が化学電池セル又は蓄電器セルに置換されている装置。
【請求項７】
複数の請求項６の装置の一対の出力端子が互いに並列に接続されている装置。
【請求項８】
直列接続された複数の電源セルのための動作点制御回路装置であって、
一対の出力端子と、
前記一対の出力端子の間にて直列に接続される複数の電源セルの各々の電極端子に接続される複数の電極用接続端子と、
前記一対の出力端子の間にて、前記複数の電源セルの各々に対して、対応する前記電極用接続端子を介して並列に接続されるコンデンサと、
前記一対の出力端子の間にて、前記複数の電源セルの各々に対して、対応する前記電極用接続端子とインダクタとを介して並列に接続されて、前記接続された一対の前記電極用接続端子の間を選択的に互いに導通するスイッチング手段と
を含み、
更に、前記一対の出力端子の間に於いて、前記直列接続される複数の電源セルの一方の端側の前記電極用接続端子と前記出力端子の一方との間又は前記直列接続される複数の電源セルのうちの隣接する二つの電源セルの間の二つの前記電極用接続端子の間にて、前記コンデンサに対して直列して追加のコンデンサが接続され、該追加のコンデンサに対して並列に且つ前記スイッチング手段に対して直列して追加のスイッチング手段が接続され、前記追加のコンデンサ及び前記追加のスイッチング手段に対して電源セルが並列に接続されておらず、
前記スイッチング手段及び前記追加のスイッチング手段が、同一の所定の周期にて、それぞれ、互いに異なる時期に、前記接続された一対の電極用接続端子の間、前記接続された電極用接続端子と前記出力端子の一方との間及び前記二つの電極用接続端子の間のうちの対応する端子間の導通を遮断し、且つ、常に、前記スイッチング手段及び前記追加のスイッチング手段のうちの一つが、前記接続された一対の電極用接続端子の間、前記接続された電極用接続端子と前記出力端子の一方との間及び前記二つの電極用接続端子の間のうちの対応する端子間の導通を遮断し、その他の前記スイッチング手段及び前記追加のスイッチング手段が、前記接続された一対の電極用接続端子の間、前記接続された電極用接続端子と前記出力端子の一方との間及び前記二つの電極用接続端子の間のうちの対応する端子間を導通するよう前記スイッチング手段及び前記追加のスイッチング手段の導通が制御される装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池及びその他の任意の電源（電池、蓄電器、燃料電池、発電機、発電素子等）用の動作点制御回路装置に係り、より詳細には、直列接続された太陽電池又はその他の電源用の動作点制御回路装置であって、各電池又は電源の発電電圧又は動作電圧を制御すると共に出力電圧の昇圧が可能な構成を有する装置に係る。
【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、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。かかる複数の太陽電池セルが直列に接続された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、セル毎の受光量のバラつきが生じると、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】
より具体的には、この分野に於いてよく知られている如く、太陽電池は、図７（Ａ）に例示されているように、発電電圧が０Ｖから増大すると伴に電流が変化する特性を有しており、発電電力には、そ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、上記の如き複数の太陽電池セルが直列に接続された太陽電池モジュールの場合、全ての太陽電池セルの最大出力点が実質的に一致しており、従って、直列に接続された全ての太陽電池セルに於いて、共通の最大出力点に於ける電流が流通することが前提となっているところ、実際には、上記の如く、影などによって、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低減することがあり、その場合、その受光量が低減された太陽電池セルの発電特性だけが、発電電圧に対する電流が低減する方向に変化し、最大出力点がずれることとなる。そうすると、太陽電池セルが直列に接続された回路構成に於いて、最大出力点が互いに相異する太陽電池セルに同一の電流が流通することとなり、受光量の小さいセル（発電量の小さいセル）は、電流が受光量の大きいセルの最大出力点に合わされている場合には、実質的に発電しないだけでなく、電流に対する抵抗となるので、太陽電池モジュールの出力低下を惹起することとなる。（太陽電池モジュールの受光量に見合った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、そのような太陽電池セル毎の受光量のバラつきに起因する出力低下を回避するための装置として、直列に接続された太陽電池セルの各々の勳作点を個別に制御することが可能な発電動作点制御回路装置が提案されている（非特許文献１〜３）。かかる発電動作点制御回路装置は、複数の太陽電池セルが直列に接続された回路構成に対して、多段昇降圧チョッパ回路を用いて、太陽電池セル毎に、それぞれの最大出力点に於ける電流が流れるように発電電圧を制御し、これにより、全ての太陽電池セルが実質的に最大出力点にて発電することを可能にする。この発電動作点制御回路装置によれば、影などによって受光量が低減した太陽電池セルについても、その最大出力点にて動作させることができるので、太陽電池モジュールの受光量に見合った発電電力が得られ、また、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、出力損失も低減されることとなる。
【０００５】
なお、太陽電池の動作制御に於いてチョッパ回路を用いる構成に関して、スイッチング素子に於ける損失を低減して太陽電池の発電出力を効率良く充電器に充電させることのできる回路装置の例が特許文献１に於いて提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２８４６０１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】清水敏久他６名、太陽/風カエネルギー講演論文集、1996年57−60頁
【非特許文献２】清水敏久、ＦＢテクニカルニュース  Ｎｏ．５６  ２０００年１１月１日２２−２７頁
【非特許文献３】清水敏久他３名、“Generation  Control  Circuit  for  Photovoltaic  Modules”  IEEE  TRANSACTIONS  ON  POWER  ELECTRONICS,  VOL.16,  NO.  3,  MAY  2001年  ２９３−３００頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
複数個の太陽電池セルを直列に接続した太陽電池モジュールに於いて、上記の非特許文献１〜３に記載されている如き発電動作点制御回路装置を用いた際に得られる太陽電池モジュールの両端の出力電圧は、実質的に、各太陽電池セルがそれぞれの最大電力点にて発電している際の電圧の総和となる。従って、その複数個の直列に接続された太陽電池セルの発電電圧の総和よりも高い電圧が要求される場合、例えば、太陽電池セルの発電電圧の総和よりも高い電圧にて充電が為される充電器に対して充電をする場合など、には、太陽電池モジュールの出力電圧を昇圧する必要がある。しかしながら、上記の非特許文献１〜３にて提案されている発電動作点制御回路装置には、昇圧機能が備えられておらず、太陽電池モジュールの出力電圧を昇圧しようとすると、発電電力が低下してしまうこととなる。従って、かかる発電動作点制御回路装置の場合、太陽電池モジュールの出力電圧の昇圧のためには、発電動作点制御回路装置に加えて、更に、別途、昇圧器が必要となるところ、そうすると、システムが大きくなり、コストが増えることとなる。
【０００９】
この点に関し、本発明の発明者等は、上記の発電動作点制御回路装置の構成の一部を修正するだけで、発電電力を低下させずに、太陽電池モジュールの出力電圧を昇圧することが可能であることを見出した。本発明に於いては、その知見が利用される。
【００１０】
かくして、本発明の一つの課題は、複数個の太陽電池セルを直列に接続した太陽電池モジュールに於ける個々の太陽電池セルの発電動作点を制御する発電動作点制御回路装置であって、発電電力を低下させずに、太陽電池モジュールの出力電圧の昇圧が可能な装置を提供することである。
【００１１】
また、上記の発電動作点制御回路装置の構成の一部を修正して太陽電池モジュールの出力電圧の昇圧機能が付与された装置の構成は、太陽電池に限らず、複数の電池、蓄電器、発電機、発電素子などの任意の電源素子が直列に接続されたモジュールに於いて、個々の電源素子の動作電圧を制御するため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、電源素子（電池セル、蓄電器セル、発電機、発電素子等）を直列に接続したモジュールに於ける個々のセルの動作点を制御する動作点制御回路装置であって、発電電力又は出力電力を低下させずに、モジュールの出力電圧の昇圧が可能な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、直列接続された複数の太陽電池セルのための発電動作点制御回路装置であって、一対の出力端子と、一対の出力端子の間にて直列に接続される複数の太陽電池セルの各々の電極端子に接続される複数の電極用接続端子と、一対の出力端子の間にて、複数の太陽電池セルの各々に対して、対応する電極用接続端子を介して並列に接続されるコンデンサと、一対の出力端子の間にて、複数の太陽電池セルの各々に対して、対応する電極用接続端子とインダクタとを介して並列に接続されて、接続された一対の電極用接続端子の間を選択的に互いに導通するスイッチング手段とを含み、更に、一対の出力端子の間に於いて、直列接続される複数の太陽電池セルの一方の端側の電極用接続端子と出力端子の一方との間又は直列接続される複数の太陽電池セルのうちの隣接する二つの太陽電池セルの間の二つの電極用接続端子の間にて、前記のコンデンサに対して直列して追加のコンデンサが接続され、該追加のコンデンサに対して並列に且つ前記のスイッチング手段に対して直列して追加のスイッチング手段が接続され、スイッチング手段及び追加のスイッチング手段が、同一の所定の周期にて、それぞれ、互いに異なる時期に、接続された一対の電極用接続端子の間、接続された電極用接続端子と出力端子の一方との間及び前記の二つの電極用接続端子の間のうちの対応する端子間の導通を遮断し、且つ、常に、スイッチング手段及び追加のスイッチング手段のうちの一つが、接続された一対の電極用接続端子の間、接続された電極用接続端子と出力端子の一方との間及び前記の二つの電極用接続端子の間のうちの対応する端子間の導通を遮断し、その他のスイッチング手段及び追加のスイッチング手段が、接続された一対の電極用接続端子の間、接続された電極用接続端子と出力端子の一方との間及び前記の二つの電極用接続端子の間のうちの対応する端子間を導通するようスイッチング手段及び追加のスイッチング手段の導通が制御される装置によって達成される。
【００１３】
上記の本発明の装置は、後述の図面を参照した説明から理解される如く、基本的には、非特許文献１〜３に記載されている、多段型の昇降圧チョッパ回路を用いた直列接続された複数の太陽電池セルのための発電動作点制御回路装置と同様の回路構成を有する。しかしながら、本発明の装置の場合、上記の如く、多段型の昇降圧チョッパ回路（太陽電池セル、コンデンサ、インダクタ、スイッチング手段から成る回路）の一方の端と一方の出力端子との間或いは多段型の昇降圧チョッパ回路の段の間に、更に、追加のコンデンサと追加のスイッチング手段とが並列に接続されて成る回路部分が追加される。そして、これらのスイッチング手段の動作に於いては、上記の如く、同一の所定の周期にて、それぞれ、互いに異なる時期に、接続された一対の電極用接続端子の間、接続された電極用接続端子と出力端子の一方との間又は隣接する二つの太陽電池セルにそれぞれ接続される二つの電極用接続端子の間のうちの対応する端子間の導通を遮断し、その際、常に、スイッチング手段及び追加のスイッチング手段のうちの一つが、接続された一対の電極用接続端子の間、接続された電極用接続端子と出力端子の一方との間又は隣接する二つの太陽電池セルにそれぞれ接続される二つの電極用接続端子の間のうちの対応する端子間の導通を遮断するようスイッチング手段及び追加のスイッチング手段の導通が制御される。
【００１４】
上記の回路装置の構成によれば、追加のコンデンサとスイッチング手段とが並列に接続された回路部分の存在によって、一対の出力端子間の出力電圧を、発電電力を低下させずに、複数の太陽電池セルの全てがそれぞれの最大動作点にて発電動作をした場合の複数の太陽電池セルの発電電圧の総和よりも高い値にすることが可能となる。即ち、上記の回路装置の構成に於いては、出力端子に対して、別途、昇圧器を追加しなくても、出力端子間の電圧を昇圧することが可能となる。
【００１５】
この点に関し、より詳細には、既に触れた如く、太陽電池は、一般に、発電電圧に対して電流が図７（Ａ）の如く変化する特性を有しているので、太陽電池の動作に於いては、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、太陽電池の端子間の出力電圧（即ち、発電電圧）が調節される。即ち、端的に述べれば、太陽電池の端子間の出力電圧は、ＭＰＰＴ制御器等の電圧又は電流制御器によって設定された電圧に制御され、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の場合には、太陽電池モジュールの両端の出力電圧が電圧又は電流制御器によって制御されることとなる。その際、太陽電池セルが直列接続された回路構成に於いては、既に触れた如く、受光量のずれなどに起因して複数の太陽電池セルの間に於いて最大電力点のずれがあると、出力損失が生ずるところ、上記の如き発電動作点制御回路装置（非特許文献１〜３）を用いると、各太陽電池セルの発電電圧を個別に調節することが可能となるので、ＭＰＰＴ制御器等の電圧又は電流制御器による太陽電池モジュールの両端の出力電圧の調節に於いて、直列接続された太陽電池セルの全てが最大電力点にて発電する状態が実現可能となる。しかしながら、非特許文献１〜３の発電動作点制御回路装置を用いた場合であっても、太陽電池の端子間の出力電圧を各太陽電池セルの最大電力点の発電電圧の総和よりも高いに値に設定してしまうと、少なくとも一つの太陽電池セルの発電電圧が最大電力点からずれてしまうこととなり、発電電力が低下することとなる。
【００１６】
一方、本発明の装置の構成の場合、即ち、非特許文献１〜３の発電動作点制御回路装置の出力端子間に追加のコンデンサとスイッチング手段とが並列に接続された回路部分が追加された構成の場合、ＭＰＰＴ制御器等の電圧又は電流制御器によって調節された出力電圧が、直列接続された太陽電池セルの各々の最大電力点に於ける発電電圧の総和よりも高いときには、かかる電圧又は電流制御器によって調節された出力電圧と太陽電池セルの各々の最大電力点に於ける発電電圧の総和との差圧は、追加のコンデンサで保持させることが可能となる。従って、各太陽電池セルがそれぞれの最大電力点にて発電動作を実行し、且つ、太陽電池モジュールの両端の出力電圧が太陽電池セルの各々の最大電力点に於ける発電電圧の総和よりも高い電圧に保持された状態が実現される。そして、各太陽電池セルがそれぞれの最大電力点にて発電動作をしているので、発電電力が実質的に低下しない状態が可能となる。
【００１７】
上記の構成に於いて、回路構成は、所謂昇降圧チョッパ回路であり、各太陽電池セルの発電電圧と追加のコンデンサの保持電圧とは、スイッチング手段と追加のスイッチング手段に於ける導通と導通遮断とを周期的に繰り返すことにより調節され、これらの電圧の各々の高さは、スイッチング手段と追加のスイッチング手段に於ける所定の周期に対する導通を遮断する時間幅の比（オフ時間デューティ比）によって決定される。そして、後述の実施形態の欄に於いて説明される如く、各スイッチング手段のオフ時間デューティ比は、対応する太陽電池モジュールの両端の出力電圧に対する、各スイッチング手段の対応する太陽電池セルの発電電圧又は追加コンデンサの保持電圧（一対の出力端子の間の出力電圧に対する一対の出力端子の間の出力電圧から太陽電池セルの発電電圧の総和を差し引いた電圧差）となる。従って、上記の本発明の装置の構成に於いて、スイッチング手段の各々の所定の周期に対する、接続された一対の電極用接続端子の間の導通を遮断する時間幅の比が、一対の出力端子の間の出力電圧に対するスイッチング手段の各々の対応する太陽電池セルの（要求される又は好適な）発電電圧の比であり、一対の出力端子の間の出力電圧が直列接続された太陽電池セルの発電電圧の総和よりも高い電圧であるときには、追加のスイッチング手段の所定の周期に対する接続された電極用接続端子と出力端子の一方との間又は隣接する二つの太陽電池セルにそれぞれ接続される二つの電極用接続端子の間の導通を遮断する時間幅の比が、一対の出力端子の間の出力電圧に対する一対の出力端子の間の出力電圧から太陽電池セルの発電電圧の総和を差し引いた電圧差の比であるように、スイッチング手段と追加のスイッチング手段に於ける導通と導通遮断が制御されてよい。
【００１８】
なお、上記の説明から理解される如く、太陽電池モジュールから取り出せる発電電力が最大となるのは、各太陽電池セルがそれぞれの最大電力点に於ける発電電圧にて発電しているときである。かくして、上記の本発明の装置に於いて、一対の出力端子の間の出力電圧が所望の電圧であってよく、スイッチング手段の所定の周期に対する接続された一対の電極用接続端子の間の導通を遮断する時間幅の比は、対応する太陽電池セルの発電電圧が最大動作点に於ける電圧となるよう調節されてよい。
【００１９】
また、一般に、太陽光発電システムに於いては、太陽電池の環境条件、例えば、受光量、温度等の環境条件が変化した場合には、その変化に応じて、リアルタイムに、太陽電池の発電電圧が調節できるようになっていることが好ましく、多くの場合、ＭＰＰＴ制御器等の電圧又は電流制御器は、逐次的に太陽電池の発電電力をモニターして、発電電圧の調節を実行するよう構成されている。これと同様に、本発明の装置に於いても、逐次的に太陽電池モジュール内の太陽電池セルの各々の発電電圧を調節できるようになっていることが好ましい。この点に関し、既に述べた如く、本発明の装置の場合には、各太陽電池セルの発電電圧は、それぞれに並列に接続されたスイッチング手段の所定の周期に対する接続された一対の電極用接続端子の間の導通を遮断する時間幅の比によって調節される。従って、上記の本発明の装置に於いて、直列接続された太陽電池セルの発電電圧が最大動作点に於ける電圧となるようにスイッチング手段の各々の所定の周期に対する接続された一対の電極用接続端子の間の導通を遮断する時間幅の比を調節する手段が更に設けられていてよい。かかる手段は、一対の出力端子間の出力電圧を調節するＭＰＰＴ制御器等の電圧又は電流制御器に於いてモニターされる発電電力の変化に基づいて、発電電力が最大となるようにスイッチング手段の各々の所定の周期に対する接続された一対の電極用接続端子の間の導通を遮断する時間幅の比を適宜変更するように構成されていてよい。
【００２０】
ところで、上記の本発明の装置が複数準備され、それらが並列に接続されれば、より多くの電流が得られることとなる。従って、本発明の別の態様に於いて、複数の上記の本発明の装置の一対の出力端子が互いに並列に接続されている装置が提供されてよい。
【００２１】
また、上記の本発明の装置の回路構成は、太陽電池の他に、充電池（化学電池）セル、蓄電器セル、燃料電池セル、発電機或いは発電素子などの任意の電力を出力する素子（以下、太陽電池セルを含めて、任意の電力を出力する素子を「電源セル」と称する。）を直列に接続してなるモジュール、太陽電池セル、化学電池セル、蓄電器セル及び／又はその他の電源セルが混在して直列に接続してなるモジュール等に適用され、それぞれのセルの動作電圧を調節しながら、モジュールの発電及び／又は放電動作を行う場合にも利用可能である。従って、本発明の更なる別の態様に於いては、上記の本発明の装置の回路構成のうち、太陽電池の少なくとも一部が化学電池セル又は蓄電器セルに置換されてよい。
【００２２】
そして、本発明の更に一つの態様によれば、直列接続された複数の電源セルのための動作点制御回路装置であって、一対の出力端子と、一対の出力端子の間にて直列に接続される複数の電源セルの各々の電極端子に接続される複数の電極用接続端子と、一対の出力端子の間にて、複数の電源セルの各々に対して、対応する電極用接続端子を介して並列に接続されるコンデンサと、一対の出力端子の間にて、複数の電源セルの各々に対して、対応する電極用接続端子とインダクタとを介して並列に接続されて、接続された一対の電極用接続端子の間を選択的に互いに導通するスイッチング手段とを含み、更に、一対の出力端子の間に於いて、直列接続される複数の電源セルの一方の端側の電極用接続端子と出力端子の一方との間又は直列接続される複数の電源セルのうちの隣接する二つの電源セルの間の二つの電極用接続端子の間にて、前記のコンデンサに対して直列して追加のコンデンサが接続され、該追加のコンデンサに対して並列に且つ前記のスイッチング手段に対して直列して追加のスイッチング手段が接続され、スイッチング手段及び追加のスイッチング手段が、同一の所定の周期にて、それぞれ、互いに異なる時期に、接続された一対の電極用接続端子の間、接続された電極用接続端子と出力端子の一方との間及び前記の二つの電極用接続端子の間のうちの対応する端子間の導通を遮断し、且つ、常に、スイッチング手段及び追加のスイッチング手段のうちの一つが、接続された一対の電極用接続端子の間、接続された電極用接続端子と出力端子の一方との間及び前記の二つの電極用接続端子の間のうちの対応する端子間の導通を遮断し、その他のスイッチング手段及び追加のスイッチング手段が、接続された一対の電極用接続端子の間、接続された電極用接続端子と出力端子の一方との間及び前記の二つの電極用接続端子の間のうちの対応する端子間を導通するようスイッチング手段及び追加のスイッチング手段の導通が制御される装置が提供される。上記の任意の電源セルに適用される動作点制御回路装置の作動制御の構成は、太陽電池セルのための発電動作点制御回路装置の場合と同様であってよい。太陽電池の少なくとも一部が化学電池セル又は蓄電器セルに置換された装置或いは任意の電源セルに適用される動作点制御回路装置も、複数準備され、それらが並列に接続されて使用されてよい。従って、太陽電池の少なくとも一部が化学電池セル又は蓄電器セルに置換されている複数の上記の本発明の装置又は電源セルに適用される動作点制御回路装置の一対の出力端子が互いに並列に接続されている装置が提供されてよい。
【発明の効果】
【００２３】
かくして、上記の本発明の装置によれば、既に述べた如く、複数個の太陽電池セルを直列に接続した太陽電池モジュールの出力電圧を、発電電力を低下させずに昇圧することが可能となる。従って、作動したい機械器具や充電器の仕様により、複数の太陽電池セルがそれぞれ最大電力点にて動作している場合の発電電圧の総和よりも高い電圧が要求される場合に於いても、別途、昇圧器を必要がなくなる点で、システムのサイズ又はコストの増大が回避できることとなる。
【００２４】
ところで、上記の本発明の装置の回路構成は、端的に述べれば、非特許文献１〜３の発電動作点制御回路装置に於いて、一つの太陽電池セルを除去した構成と同様となる。既に触れた如く、非特許文献１〜３の発電動作点制御回路装置の場合には、多段型の昇降圧チョッパ回路の全ての段に太陽電池セルが接続されているので、その昇降圧チョッパ回路の両端の電圧は、全ての太陽電池セルが最大電力点にて発電した場合の発電電圧の総和と一致していないと、いずれかの太陽電池セルの発電電圧が最大電力点からずれることとなり、その太陽電池セルの発電電力が低下し、太陽電池モジュール全体で得られる発電電力が低下することとなる。例えば、ｎ個の太陽電池セルを直列接続した太陽電池モジュールに於いて、太陽電池モジュールの出力電圧がｎ個の太陽電池セルが最大電力点にて発電した場合の発電電圧の総和と一致していないときには、太陽電池セルｎ個分の電力が得られないこととなる。一方、本発明の場合には、昇降圧チョッパ回路の両端の電圧は、全ての太陽電池セルが最大電力点にて発電した場合の発電電圧の総和よりも高くなっても、その差分は、追加のコンデンサで保持されることとなり、全ての太陽電池セルが最大電力点にて発電した状態とすることが可能となる。例えば、ｎ個の太陽電池セルを直列接続した太陽電池モジュールの場合には、ｎ＋１段の昇降圧チョッパ回路の構成が準備されることとなるところ、太陽電池モジュールの出力電圧がｎ個の太陽電池セルが最大電力点にて発電した場合の発電電圧の総和より高くても、ｎ個の太陽電池セルの全てが最大電力点にて発電した状態とすることができ、従って、太陽電池セルｎ個分の電力が得られることとなる。換言すれば、本発明の構成によれば、用意した太陽電池セルの全ての発電能力から得られる電力を低下させることなく、全ての太陽電池セルが最大電力点にて発電した場合の発電電圧の総和よりも高い出力電圧が得られることとなるので、全ての太陽電池セルを有効に利用することができ、太陽電池モジュールのサイズ及びコストの増大の抑制が図られることとなる。任意の電源セルに対して本発明の装置を適用する場合にも、電源セルの作動特性に依存して、同様のことが言える。
【００２５】
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】
【００２６】
【図１】図１（Ａ）は、本発明による発電動作点制御回路装置の一つの実施形態の例示的な回路構成図であり、図１（Ｂ）は、スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ状態の例示的なタイムチャートを示す図である。図１（Ｃ）は、本発明による発電動作点制御回路装置の一つの実施形態の例示的な回路構成図であって、追加のコンデンサとスイッチング素子が多段の昇降圧チョッパ回路の段の間に設けられている例である。
【図２】図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、図１（Ａ）の回路構成に於いて、各スイッチング素子がＯＦＦ状態となっているときの電流の流れを示す図である。点線の矢印が電流の流れの方向を示している。
【図３】図３は、二つの、図１（Ａ）に示されている如き回路構成（ユニット）を並列に接続した状態の回路構成図である。
【図４】図４（Ａ）は、図１（Ａ）の本発明による発電動作点制御回路装置に於いて、太陽電池セルに置換して充電池セルを直列接続した場合の回路構成図である。図４（Ｂ）は、図１（Ａ）の本発明による発電動作点制御回路装置に於いて、太陽電池セルに置換して蓄電器セルを直列接続した場合の回路構成図である。
【図５】図５（Ａ）は、図１（Ａ）の本発明による発電動作点制御回路装置に於いて、太陽電池セルに置換して燃料電池セル及び熱電素子（熱電発電）を直列接続した場合の回路構成図である。図５（Ｂ）は、図１（Ａ）の本発明による発電動作点制御回路装置に於いて、太陽電池セルに置換して燃料電池セル及び発電機を直列接続した場合の回路構成図である。
【図６】図６は、図３と同様に、二つの図１（Ａ）に示されている如き回路構成（ユニット）を並列に接続した状態の回路構成図であって、一方のユニットに於いて、太陽電池セルに置換して充電池セルを直列接続した場合の回路構成図である。
【図７】図７（Ａ）は、太陽電池の発電電圧に対する発電電流と発電電力の変化を模式的に表す特性図である。図７（Ｂ）は、従来の技術に於ける発電動作点制御回路装置の回路構成の例を示す図である。図７（Ｃ）は、図７（Ｂ）の回路に於けるスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ状態の例示的なタイムチャートを示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
ＰＶ１〜ＰＶ６…太陽電池セル
Ｍ１〜Ｍ７…スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）
Ｃ１〜Ｃ７…コンデンサ
Ｌ１〜Ｌ６…インダクタ
Ｓ１〜Ｓ７…制御入力
ｃｔ…電極用接続端子
Ｂｔ１〜Ｂｔ６…充電池（化学電池）セル
Ｃｏｎｄ１〜Ｃｏｎｄ２…蓄電器セル
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
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。
【００２９】
動作点制御回路装置の構成
本発明による太陽電池セルの発電動作点制御回路装置の回路構成は、基本的には、非特許文献１〜３に記載されている多段型の昇降圧チョッパ回路の構成と同様である。具体的には、図１（Ａ）を参照して、例えば、２個の太陽電池セルＰＶ１、ＰＶ２を直列に接続する場合には、一対の出力端子ｏｔ＋、ｏｔ−の間にて直列に接続された複数の太陽電池セルＰＶ１、ＰＶ２の各々に対して（電極用接続端子ｃｔを介して）、コンデンサＣ１、Ｃ２とスイッチング素子Ｍ１、Ｍ２とが並列に接続され、太陽電池セルＰＶ１、ＰＶ２の各々の電極端子ｃｔとスイッチング素子Ｍ１、Ｍ２の端子との間に於いて、インダクタＬ１、Ｌ２がそれぞれ装入される。しかしながら、本発明の回路構成の場合には、上記の回路構成に対して、更に、太陽電池セル列と出力端子ｏｔ−と間にて、コンデンサ列に対して直列にコンデンサＣ３が追加され、スイッチング素子列に対してスイッチング素子Ｍ３が追加される。かかる回路構成に於いては、一組の太陽電池セル、コンデンサ、インダクタ、スイッチング素子から成る回路が一段のチョッパ回路を構成することとなるので、端的に述べれば、本発明の回路は、ｎ個の太陽電池セルを直列に接続する場合には、ｎ＋１段のチョッパ回路を含み、そのうちの一段には、太陽電池セルが配置されない構成となっているということができる（従って、例えば、３個の太陽電池セルが直列接続される場合には、４段のチョッパ回路が用いられることとなる。）。なお、上記の追加のコンデンサＣ３とスイッチング素子Ｍ３は、図１（Ｃ）に示されている如く、太陽電池セルＰＶ１、ＰＶ２の段の間に設けられていてもよく、更に、追加のコンデンサとスイッチング素子との回路は、複数の組にて設けられてもよい（即ち、ｎ個の太陽電池セルを直列に接続する場合には、ｎ＋ｍ段のチョッパ回路（ｍは、正の整数）が用いられてもよい。）。そのような場合も本発明の範囲に含まれることは理解されるべきである。
【００３０】
上記の構成に於いて、スイッチング素子Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３は、典型的には、通常の太陽電池セルの発電動作点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。スイッチング素子Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３は、それぞれ、制御入力Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を有し、後に述べる態様にて、その制御入力Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の入力に応じて、図中、上下の端子間、即ち、並列に接続された対応する太陽電池セル（ＰＶ１、ＰＶ２）及びコンデンサ（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）の両端の端子間を選択的に導通又は遮断する。コンデンサとインダクタとは、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。
【００３１】
また、発電動作点制御回路装置を実際に使用する場合には、出力端子ｏｔ＋、ｏｔ−の間に、負荷、例えば、任意の機械器具、装置、充電器等が接続されると伴に、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／電流制御器が接続される。電圧／電流制御器は、出力端子間の出力電圧を、負荷に於いて要求される電圧又は所望の電圧に保持し、更に、太陽電池セルＰＶ１、ＰＶ２の各々の発電電圧を調節するべく選択的に導通又は遮断するための制御信号を制御入力Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３へ与えるよう構成される。ＭＰＰＴ制御回路又はその他の任意の電圧／電流制御器は、太陽電池の発電制御の分野で知られている任意の形式の構成の回路又は制御器であってよい。また、負荷は、ＭＰＰＴ制御回路又はその他の任意の電圧／電流制御器を介して接続されるようになっていてもよい。
【００３２】
動作点制御回路装置の作動
上記の本発明が適用される発電動作点制御回路装置の作動に於いては、基本的には、既に触れた如く、電圧／電流制御器の作動により、出力端子ｏｔ＋／ｏｔ−間の出力電圧Ｖｏｕｔが保持されるとともに、出力端子間に接続された太陽電池セル（ＰＶ１，ＰＶ２）の発電電圧（Ｖ１，Ｖ２）を調節するべくスイッチング素子の導通状態［導通（ＯＮ）／遮断（ＯＦＦ）］が制御される。かかる装置は、後述の如く、所謂、多段型の昇圧チョッパ回路であり、各太陽電池セルの発電電圧の高さは、スイッチング素子のスイッチング周期に対するＯＮ／ＯＦＦ状態の時間幅の比率を変更することによって、任意に制御可能であるところ、太陽電池セルは、発電電圧によって発電電力が変化する特性を有し、最大電力点が存在するので、各々の太陽電池セルの発電能力を有効に利用しようとする場合には、出力端子間の出力電圧が各太陽電池セルの最大電力点に於ける発電電圧の総和と実質的に一致させざるをえないこととなる。その場合、出力端子間の出力電圧、即ち、太陽電池セルの最大電力点に於ける発電電圧の総和よりも、負荷の要求する電圧が高いときには、別途、昇圧器を用いる必要が出てくることとなる。
【００３３】
この点に関し、本発明の発明者等は、上記の発電動作点制御回路装置の回路構成に於いて、図１（Ａ）に関連して説明された如く、コンデンサとスイッチング素子が並列に接続された回路部分を出力端子間に追加するだけで、換言すると、ｎ個の太陽電池セルを直列接続する場合に、発電動作点制御回路装置の回路構成をｎ＋１段の昇降圧チョッパ回路として、そのうちの一段については、太陽電池セルを接続しないという構成とするだけで、全ての太陽電池セルに最大電力点にて発電を行わせるとともに、出力端子間の出力電圧を太陽電池セルの最大電力点に於ける発電電圧の総和よりも高くすることが可能となることを見出した。以下、発電動作点制御回路装置の制御の原理と作動について説明する。
【００３４】
（１）発電動作点制御回路装置（非特許文献１〜３）の発電電圧制御の原理
図７（Ａ）を参照して、既に触れた如く、太陽電池は、一般に、図示の如き発電電圧に対して電流（実線）が変化する特性を有しており、その発電電力（一点鎖線）の変化に於いて、電力が最大となる最大電力点（Ｐｍ１、Ｐｍ２）が存在する。かかる太陽電池の電流−電圧特性及び電力−電圧特性は、太陽電池の環境条件によって変化し、影などによって、受光量が低減すると、例えば、図中、電流Ｈにて示された特性曲線が、電流Ｌにて示された特性曲線へと電流が低下する方向へ変化し、従って、電力Ｈにて示された特性曲線も電力Ｌにて示された特性曲線へと変化する、といった現象が生ずる。
【００３５】
上記の如き電流−電圧特性を有する太陽電池セルが直列に接続される場合に、例えば、一部の太陽電池セルが日陰に入るなどの要因によって、太陽電池セル間に於いて電流−電圧特性曲線のずれが生ずると、最大電力点に於ける電流に差が生ずることとなるので、直列接続された太陽電池セルに同一の電流が流れる構成の場合では、一部の太陽電池セルを最大電力点にて発電させることができなくなる。そうすると、その状態で得られる電力は、全ての太陽電池セルの受光量に対応して得られるはずの最大の電力よりも低下してしまうこととなる。そこで、全ての太陽電池セルがそれぞれの最大電力点にて発電動作させられるように、図７（Ｂ）に例示されている如く、太陽電池セル毎に昇圧チョッパ回路が接続される発電動作点制御回路装置が用いられ、そこに於いて、太陽電池セル毎に発電電圧と電流とが調節される（非特許文献１−３）。
【００３６】
上記の発電動作点制御回路装置の作動に於いては、図７（Ｂ）を参照して、まず、直列接続された太陽電池ＰＶ１、ＰＶ２の両端の電圧、即ち、発電動作点制御回路装置の出力電圧は、負荷及びＭＰＰＴ制御回路等によって調節され、太陽電池セルＰＶ１、ＰＶ２の各々の発電電圧Ｖ１、Ｖ２は、スイッチング素子Ｍ１、Ｍ２のＯＮ状態とＯＦＦ状態、即ち、導通状態と遮断状態の時間幅の比によって決定される。そして、スイッチング素子Ｍ１、Ｍ２は、図７（Ｃ）に例示されている如く、所定の周期ＴｓにてＯＮ状態とＯＦＦ状態との切替が行われ、且つ、いずれか一つがＯＦＦ状態となり、それ以外がＯＮ状態となるように制御される。その場合、図示の如き昇圧チョッパ回路に於いては、太陽電池セルの電圧Ｖ１、Ｖ２と、出力電圧Ｖｏｕｔとの間には、スイッチング素子の所定の周期Ｔｓに対するＯＦＦ状態の時間幅の比であるＯＦＦ時間デューティ比Ｄ１、Ｄ２（以下、単に、「デューティ比」と称する。）を用いて、下記の関係が成立する。
Ｖｏｕｔ＝Ｖ１＋Ｖ２      …（１ａ）
Ｖ１＝Ｄ１・Ｖｏｕｔ      …（１ｂ）
Ｖ２＝Ｄ２・Ｖｏｕｔ      …（１ｃ）
即ち、Ｄ１＋Ｄ２＝１となる。
なお、ここで、Ｖｏｕｔ、Ｄ１、Ｄ２の値は、各素子の許容限界の範囲内で任意に設定可能であることは理解されるべきである。
【００３７】
かくして、図示の回路に於いて、出力電圧Ｖｏｕｔが全ての太陽電池セルの最大電力点に於ける発電電圧の総和に等しいとき、即ち、
Ｖｏｕｔ＝Ｖ１_pm＋Ｖ２_pm      …（２ａ）
であるとき（Ｖ１_pm、Ｖ２_pmは、それぞれ、太陽電池セルの最大電力点に於ける発電電圧）、デューティ比Ｄ１、Ｄ２を
Ｄ１＝Ｖ１_pm／Ｖｏｕｔ      …（２ｂ）
Ｄ２＝Ｖ２_pm／Ｖｏｕｔ      …（２ｃ）
となるように調節すると、全ての太陽電池セルが、それぞれ、最大電力点に於ける発電電圧にて発電することとなり、全ての太陽電池セルの受光量に対応して得られるはずの最大の電力が得られることとなる。なお、上記の回路に於いて、Ｖｏｕｔ、Ｄ１、Ｄ２の値の実際の設定に於いては、ＭＰＰＴ制御回路がＶｏｕｔ、Ｄ１、Ｄ２を変更しながら出力端子間の電圧と電流とをモニターして、発電電力を計測し、最大の電力を与えるＶｏｕｔ、Ｄ１、Ｄ２の条件が決定され、使用されることとなる。
【００３８】
ところで、出力電圧Ｖｏｕｔが全ての太陽電池セルの最大電力点に於ける発電電圧の総和より大きい場合（負荷及びＭＰＰＴ制御回路等の調節によって、そのように設定することが可能である。）、即ち、
Ｖｏｕｔ＝Ｖ１_pm＋Ｖ２_pm＋ΔＶ      …（３ａ）
であるときでも、式（１ａ）〜（１ｃ）が成立するので、例えば、式（２ｂ）が成立するとき、即ち、
Ｖ１＝Ｖ１_pm＝Ｄ１・Ｖｏｕｔ      …（３ｂ）
が成立するときには、Ｖ２は、
Ｖ２＝Ｖ２_pm＋ΔＶ＝Ｄ２・Ｖｏｕｔ      …（３ｃ）
に決定される。即ち、この場合、太陽電池セルＰＶ２の発電電圧は、その最大電力点での発電電圧Ｖ２_pmからずれることとなる。そうすると、例えば、図７（Ａ）の特性曲線電力Ｌを参照して理解される如く、太陽電池セルＰＶ２の発電電力は、Ｖ２のずれΔＶに伴って、最大電力点の場合に比して低下することとなる（動作点が黒点の位置から白点の位置へ変化する）。即ち、図７（Ｂ）の如く、昇圧チョッパ回路の全てに太陽電池セルが接続されている構成に於いては、要求される出力電圧が全ての太陽電池セルの最大電力点に於ける発電電圧の総和より大きいときに、全ての太陽電池セルを最大電力点にて発電させて受光量に対応して最大の電力を得るためには、出力端子ｏｔ＋、ｏｔ−間に、別途、昇圧器の装入が必要となる。
【００３９】
（２）本発明による発電動作点制御回路装置の発電電圧制御の改良
一方、本発明に於いては、既に述べた如く、上記の発電動作点制御回路装置の回路構成に於いて、コンデンサとスイッチング素子とを追加することにより、要求される出力電圧が全ての太陽電池セルの最大電力点に於ける発電電圧の総和より大きいときでも、全ての太陽電池セルを最大電力点にて発電させた状態が実現可能となる。
【００４０】
具体的には、再度、図１（Ａ）を参照して、本発明による発電動作点制御回路装置の回路構成は、図７（Ｂ）の多段型昇圧チョッパ回路に対して太陽電池セルが接続されていない段が一つ追加された構成となる。かかる構成に於いて、太陽電池セルが接続されていない段には、それ自身に発電能を持った素子が存在していないが、コンデンサＣ３が電荷を蓄積して電圧を保持することができるため、出力電圧Ｖｏｕｔと太陽電池セルが接続された段の電圧（Ｖ１＋Ｖ２）との差が生ずる場合には、その差分の電圧が保持されることとなる。かくして、図１（Ａ）の構成に於いては、スイッチング素子が一つ追加されるので、スイッチング素子Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３は、図１（Ｂ）に例示されている如く、所定の周期ＴｓにてＯＮ状態とＯＦＦ状態との切替が行われ、且つ、いずれか一つがＯＦＦ状態となり、それ以外がＯＮ状態となるように制御される。その場合、図示の如き昇圧チョッパ回路に於いては、昇圧チョッパ回路の各段の電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３と、出力電圧Ｖｏｕｔとの間には、スイッチング素子のデューティ比Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３を用いて、下記の関係が成立する。
Ｖｏｕｔ＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３      …（４ａ）
Ｖ１＝Ｄ１・Ｖｏｕｔ      …（４ｂ）
Ｖ２＝Ｄ２・Ｖｏｕｔ      …（４ｃ）
Ｖ３＝Ｄ３・Ｖｏｕｔ      …（４ｄ）
即ち、Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３＝１      …（４ｅ）
となる。
【００４１】
そして、上記の回路の場合も、Ｖｏｕｔ、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３の値は、各素子の許容限界の範囲内で任意に設定可能であり、式（４ａ）〜（４ｄ）は、常に成立する。従って、まず、出力電圧Ｖｏｕｔが全ての太陽電池セルの最大電力点に於ける発電電圧の総和に等しいとき、即ち、
Ｖｏｕｔ＝Ｖ１_pm＋Ｖ２_pm      …（５ａ）
であるとき、デューティ比Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３を
Ｄ１＝Ｖ１_pm／Ｖｏｕｔ      …（５ｂ）
Ｄ２＝Ｖ２_pm／Ｖｏｕｔ      …（５ｃ）
Ｄ３＝０／Ｖｏｕｔ      …（５ｄ）
となるように調節すると、全ての太陽電池セルが、それぞれ、最大電力点に於ける発電電圧にて発電する状態が実現されることとなる。更に、出力電圧Ｖｏｕｔが全ての太陽電池セルの最大電力点に於ける発電電圧の総和より大きくした場合、即ち、
Ｖｏｕｔ＝Ｖ１_pm＋Ｖ２_pm＋ΔＶ      …（６ａ）
であるときには、デューティ比Ｄ１、Ｄ２は、式（４ｅ）を満たす範囲で任意に設定可能なので、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３を
Ｄ１＝Ｖ１_pm／Ｖｏｕｔ      …（５ｂ）
Ｄ２＝Ｖ２_pm／Ｖｏｕｔ      …（５ｃ）
Ｄ３＝ΔＶ／Ｖｏｕｔ      …（５ｄ）
となるように調節することが可能となる。即ち、既に述べた如く、図１（Ａ）の回路構成の場合には、コンデンサＣ３にΔＶを保持させることが可能となるため、式（５ｂ）、（５ｃ）の如く、全ての太陽電池セルが最大電力点に於ける発電電圧にて発電を実行する状態が実現可能となる。
【００４２】
なお、コンデンサＣ３がΔＶを保持するための電荷は、スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ状態の変化過程に於けるインダクタからの電流の流入によって与えられることとなる。図２を参照して、スイッチング素子動作中の電流の流れに於いて、コンデンサＣ３に於いては、対応するスイッチ素子がＯＮ状態にあるときには、他段のインダクタから電流が流入し、対応するスイッチ素子がＯＦＦ状態にあるときには、コンデンサＣ３から電流が流出することとなる。その際、出力電圧がＶｏｕｔに保持されているので、時間平均に於いて、コンデンサＣ３の電圧は、出力電圧Ｖｏｕｔから太陽電池セル発電電圧の総和を差し引いた電圧となる。
【００４３】
かくして、上記の本発明による発電動作点制御回路装置に於いては、出力電圧Ｖｏｕｔが全ての太陽電池セルの最大電力点に於ける発電電圧の総和より大きい場合には、その差分の電圧がコンデンサＣ３によって保持されるため、上記の如く、要求される出力電圧が全ての太陽電池セルの最大電力点に於ける発電電圧の総和より大きいときでも、全ての太陽電池セルを最大電力点にて発電させた状態が実現可能となり、従って、全ての太陽電池セルを最大電力点にて発電させて受光量に対応して最大の電力を得ることが可能となる。なお、上記の回路に於いて、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３の値の実際の設定に於いては、ＭＰＰＴ制御回路が任意の値のＶｏｕｔを保持した状態で、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３の値を変更しながら出力端子間の電圧と電流とをモニターして、発電電力を計測し、最大の電力を与えるＤ１、Ｄ２、Ｄ３の条件が決定され、使用されることとなる。
【００４４】
本発明による発電動作点制御回路装置の並列接続
上記の本発明による発電動作点制御回路装置は、図３に例示されている如く、二つ以上のユニットＵ１、Ｕ２をそれらの出力端子に於いて並列に接続した状態で使用されてよい。かかる並列接続の構成に於いては、それぞれのユニットＵ１、Ｕ２の出力電圧を一致させる必要があるところ、本発明による発電動作点制御回路装置の場合には、上記の如く、ユニットの出力電圧は、任意に設定できるので、ユニットＵ１、Ｕ２の出力電圧を一致させるための昇高圧手段を別途準備する必要がない点で有利である。
【００４５】
本発明による発電動作点制御回路装置のその他の電源素子への応用
上記の本発明による発電動作点制御回路装置の構成は、太陽電池の他に、図４、図５に例示されている如く、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る場合、本発明による回路構成を使用すれば、それぞれのセルを最適な動作電圧にて動作させることが可能となる。また、上記の本発明による発電動作点制御回路装置の構成は、直列接続される電源の種類が異なる場合に適用されてもよい。例えば、図３に例示されている如き本発明による回路構成を有する複数のユニットを並列接続の構成は、図６に例示されている如く、直列接続される電源セルが互いに異なる複数のユニット（例えば、太陽電池セルが直列接続されているユニットと、充電池（化学電池）セルが直列接続されているユニット）を並列に接続した状態で使用されてよい。
【００４６】
また、直列接続される電源セルが互いに異なる複数のユニットを並列接続する構成に於いて、図６に例示されている如く、各ユニットの出力端子に適宜スイッチング素子Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１０が設けられていてもよい。図６の場合、太陽電池の発電電力を充電池へ適宜充電することも可能となる。
【００４７】
例えば、図示の例の作動に於いては、スイッチング素子Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１０のＯＮ／ＯＦＦ状態によって、下記の如き、種々の運転モードが実現される。
（ａ）Ｓ８＝ＯＮ、Ｓ９＝ＯＮ、Ｓ１０＝ＯＦＦのとき
太陽電池で発電した電力を充電池に充電するモード
（ｂ）Ｓ８＝ＯＮ、Ｓ９＝ＯＮ、Ｓ１０＝ＯＮのとき
太陽電池で発電した電力を出力しながら、余剰な電力を充電池に充電するモード
（ｃ）Ｓ８＝ＯＦＦ、Ｓ９＝ＯＮ、Ｓ１０＝ＯＮのとき
充電池の電力だけを出力するモード
（ｄ）Ｓ８＝ＯＮ、Ｓ９＝ＯＦＦ、Ｓ１０＝ＯＮのとき
太陽電池の電力だけを出力するモード
かかる構成によれば、太陽電池やその他の電源間で適宜エネルギーの授受ができるので、システムとしてエネルギー効率の良い状態で電力を出力できることとなる。例えば、太陽電池を搭載した電気自動車(EV)に適用すると、走行中は太陽電池で発電した電力と充電池を併用して走行し、駐車中は、太陽電池の発電した電力を出力せずに充電池に蓄電するなどの構成が実現される。
【００４８】
上記の一連の作動に於いて有利な点は、本発明による発電動作点制御回路装置に於いては、出力電圧が全ての太陽電池セル又はその他の電源セルが最適に動作する場合の電圧の総和より大きいときでも、それらの太陽電池セル又はその他の電源セルから取得な可能な最大の電力を、昇圧器等を使用せずに、利用できるという点である。
【００４９】
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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