动作电压控制电路装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种动作电压控制电路装置。本发明专利技术的动作电压控制电路装置包含串联连接的选择性导通元件的列、与它们并联连接的电容器的列、在选择性导通元件与电容器之间每隔一个地插入的反转电压产生部及与在一对输出端子间并联连接于各电容器且相互串联连接的电源单体连接的电极用连接端子，选择性导通元件的列被交替地分组，被控制成以交替地成为导通状态或切断状态的方式切换，此外，动作电压控制电路装置包括除了选择性导通元件列的两端之外地并联连接于它们的辅助电容器和在选择性导通元件与辅助电容器之间每隔一个地插入的辅助反转电压产生部。辅助反转电压产生部。辅助反转电压产生部。

【技术实现步骤摘要】
动作电压控制电路装置


[0001]本专利技术涉及串联连接的太阳能电池或其他电源用的动作电压控制电路装置。

技术介绍

[0002]一个太阳能电池(单体)的发电电压一般比各种机械器具或充电器的动作电压低。因此，作为用于在这样的机械器具的工作或充电器的充电中利用太阳能电池的一个方法，在太阳能发电系统中，有时采用串联连接多个太阳能电池单体的结构(太阳能电池模块)。然而，在太阳能电池单体简单地串联连接的结构的太阳能电池模块的情况下，若因各太阳能电池单体的设置角度的差异或建造物等而在一部分单体上产生阴影从而单体间的受光量产生不均，则发电量较小的单体成为电阻(反向偏压的二极管)，可能使太阳能电池模块的输出下降。
[0003]更具体地说，参照图10A，如在本领域中周知的那样，一般来说，太阳能电池具有如下的发电电压-电流特性：在接受着一定量的光的状态下，发电电压从0V增大至某值并且电流(细实线I
100
～I
25
)逐渐降低，若发电电压进一步增大，则电流急剧降低，因此，发电功率存在其大小成为最大的最佳的动作点
×
(被称作最大功率点或最佳动作点)。并且，如图所示，若太阳能电池的受光量降低(R＝100％
→
R＝25％)，则其发电电压-电流特性向相对于发电电压的电流(I
100
→
I
25
)降低的方向变化，因此，发电功率(P
100
→
P
25
)也下降，如图中虚线所示，最大输出点
×
也变化。在这样的特性的多个太阳能电池单体在电路中仅串联连接的情况下，会在全部太阳能电池单体中流通共通的电流，所以在全部太阳能电池单体的受光量实质相等且它们的最大输出点实质上一致时，最大输出点下的电流相等，能够使全部太阳能电池单体在最大输出点下动作。但是，若太阳能电池模块内的一部分太阳能电池单体的受光量因阴影等而降低，则在该受光量降低的太阳能电池单体中，流动与受光量大的单体共通的电流，所以其动作点从最大输出点偏离，其发电量会以比与受光量的降低对应的程度大的程度降低。另外，受光量降低的太阳能电池单体其自身成为对于该电流的电阻，因此产生功率损失，也会引起太阳能电池模块的进一步的输出下降。即，如上所述，若在太阳能电池模块内的太阳能电池单体间存在受光量的不均，则不仅会因此而导致无法得到与太阳能电池模块的受光量对应的最大的发电输出，还会产生输出的损失。
[0004]于是，作为用于避免由这样的太阳能电池模块内的每个太阳能电池单体的受光量的不均引起的输出下降的装置(也被称作“局部阴影补偿电路”等)，提出了能够独立地控制串联连接的各太阳能电池单体的动作点的发电动作电压控制电路装置(清水敏久及其他6人，太阳/风力能量演讲论文集，1996年57-60页、清水敏久，FB技术新闻No.562000年11月1日22-27页、清水敏久及其他3人，“光伏模块的发电控制电路(Generation Control Circuitfor Photovoltaic Modules)”电力电子学汇刊(IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS)，2001年5月第16卷，第3号，第293-300页)。该发电动作电压控制电路装置对多个太阳能电池单体串联连接的电路结构使用多段升降压斩波电路，能够针对每个太阳能电池单体控制发电电压而使互不相同的电流流通。由此，即使在串联连接的多个太阳能电
池单体的受光量不同的情况下，也能够以在各太阳能电池单体中流通各自的最大输出点下的电流的方式调节发电电压。因此，能够使全部太阳能电池单体实质上在最大输出点下发电。
[0005]另外，在日本特开2018-038245中提出了如下的结构：在使用了如上所述的发电动作电压控制电路装置的结构中，如图10B所例示那样，对与各太阳能电池单体对应地串联连接的n个(n是正整数)开关元件的列中的从其一方数第2k-1个(k是1～n/2的全部整数)和第2k个连接的开关元件的组的全部的两端的各自且对第2κ-2个(κ是2～n/2的全部整数)和第2κ-1个连接的开关元件的组的全部的两端的各自并联连接电容器(被称作“电压稳定化电容器”)，在从开关元件的列的一方数第奇数个连接的开关元件的全部成为导通状态(接通)且第偶数个连接的开关元件的全部成为切断状态(断开)的第一相与第奇数个连接的开关元件的全部成为切断状态(断开)且第偶数个连接的开关元件的全部成为导通状态(接通)的第二相之间串联连接的开关元件的状态交替切换。在该结构中，是对每个太阳能电池单体允许互不相同的大小的电流的流通的状态，开关元件的占空比(切断状态的期间的长度相对于预定的周期的长度即导通状态的期间与切断状态的期间之和的比)不是针对每个太阳能电池单体来调节，而是一律被设定为例如1/2，能够将全部太阳能电池单体的发电电压一律调节为相同的值。在该结构的情况下，如从图10A所理解的那样，若太阳能电池单体的受光量降低(R＝100％～25％)，则发电电压-电流特性向相对于发电电压的发电功率(P
100
～P
25
)及电流值(I
100
～I
25
)降低的方向变化，与此对应，与最大功率点(
×
)对应的发电电压也会变化。因此，在将各太阳能电池单体的实际的发电电压例如一律调节为受光量最大的太阳能电池单体(R＝100％)的最大功率点下的发电电压(单点划线：V
mpp100
)时，在受光量较少的太阳能电池单体(R＝75％、50％、25％)中，实际的发电电压会从最大功率点下的发电电压偏离，发电功率(P
75
、P
50
、P
25
)与各太阳能电池单体的最大功率点下的功率相比会降低。然而，如从图中理解的那样，一般来说，在各受光量的情况下的发电功率特性中，伴随于受光量的变化的最大功率点
×
的电压值的变化幅度比较小，相对于最大功率点附近的电压值的变化的发电功率值的变化也比较缓慢。因此，可理解到，因由一律地调节各太阳能电池单体的实际的发电电压引起的动作点从最大功率点的偏离而可能产生的发电功率的降低量ΔP1、ΔP2、ΔP3不那么大。这样，根据图10B那样的结构，能够将已经叙述的由太阳能电池单体间的受光量的不均引起的输出下降或损失的至少一方抑制得较小，并且，由于无需针对每个太阳能电池单体调节开关元件的占空比，而一律地设定即可，因此开关元件的切换控制被简单化，另外，能够大幅降低该控制的设定所需的时间和劳力。

技术实现思路

[0006]然而，在如上述那样将太阳能电池单体串联连接而成的太阳能电池模块的电压、电流的控制中，为了维持输出功率并降低焦耳损失而谋求效率改善，有时采用使输出电流降低但使输出电压上升的结构。例如，最近，在大规模太阳能发电站等大规模的发电设备中，输出电压有时上升至1500V，在该情况下，若一块太阳能电池模块的输出电压设为30V，则会将500块本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动作电压控制电路装置，是串联连接的多个电源单体用的动作电压控制电路装置，所述动作电压控制电路装置的特征在于，具备：选择性导通元件，是串联连接的2k个选择性导通元件，且构成为选择性地成为各所述选择性导通元件的两端子间导通的导通状态或所述两端子间的导通被切断的切断状态，k是正整数；2k个电容器，与各个所述选择性导通元件并联连接且所述2k个电容器相互串联连接；反转电压产生部，分别插入于将所述选择性导通元件的端子与所述电容器的端子之间连接的电路线中的从一侧数的第2i个电路线，且分别构成为在该反转电压产生部的两端间能够双向地流通电流且在所述两端间产生周期性地反转的电压，i是1～k的整数；一对输出端子；多个电极用连接端子，在所述一对输出端子之间，连接于与所述2k个电容器的至少一部分并联连接且相互串联连接的n个电源单体各自的阳极及阴极，n是1～2k的整数；电路控制部，构成为以使在所述反转电压产生部的两端间产生的电压周期性地反转的方式进行控制；及基准电压决定部，构成为决定基准电压，所述基准电压决定所述输出端子间的输出电压，所述动作电压控制电路装置构成为，通过所述电路控制部，以预定的周期，以使所述串联连接的所述选择性导通元件的状态在第一相与第二相之间交替切换、且所述反转电压产生部的产生电压在所述第一相时所述电容器侧变高并且在所述第二相时所述选择性导通元件侧变高的方式使所述反转电压产生部的产生电压的方向交替反转，与所述电极用连接端子连接的各所述电源单体的动作电压基于由所述电路控制部控制的所述选择性导通元件的第一相和第二相的时间宽度比率和所述基准电压而决定，其中，在所述第一相时，在所述串联连接的所述选择性导通元件的列中，从所述电源单体列的阴极侧数第奇数个连接的所述选择性导通元件全部成为导通状态、且从所述电源单体列的阴极侧数第偶数个连接的所述选择性导通元件全部成为切断状态，在所述第二相时，从所述电源单体列的阴极侧数第奇数个连接的所述选择性导通元件全部成为切断状态且从所述电源单体列的阴极侧数第偶数个连接的所述选择性导通元件全部成为导通状态，此外，所述动作电压控制电路装置包含：2(k-1)个辅助电容器，与所述选择性导通元件的列中的除了两端的所述选择性导通元件以外的各所述选择性导通元件并联连接，且所述2(k-1)个辅助电容器相互串联连接；及辅助反转电压产生部，分别插入于将所述选择性导通元件的端子与所述辅助电容器的端子之间连接的电路线中的从一侧数的第2j个电路线，所述辅助反转电压产生部构成为在反转电压产生部的两端间能够双向地流通电流且产生与所述选择性导通元件的状态的所述第一相与所述第二相之间的切换同步地在所述两端间反转的电压，j是1～k-1的整数，所述动作电压控制电路装置构成为，以使所述辅助反转电压产生部的产生电压在所述第一相时所述选择性导通元件侧变高并且在所述第二相时所述辅助电容器侧变高的方式，使所述辅助反转电压产生部的产生电压的方向交替反转。2.根据权利要求1所述的动作电压控制电路装置，其特征在于，所述选择性导通元件全部是将与各所述选择性导通元件对应地连接的所述电容器的两端子间选择性地相互导通的开关元件，
所述反转电压产生部及所述辅助反转电压产生部是电感器，所述电路控制部包含将所述开关元件的状态在所述第一相与所述第二相之间切换的切换控制部，所述反转电压产生部及所述辅助反转电压产生部的产生电压与基于所述切换控制部的所述开关元件的所述第一相与所述第二相之间的切换控制同步地反转，所述基准电压是所述一对输出端子间的输出电压，所述动作电压控制电路装置构成为，基于所述输出电压和所述开关元件的所述第一相和所述第二相的时间宽度比率来决定与所述电极用连接端子连接的各所述电源单体的动作电压。3.根据权利要求2所述的动作电压控制电路装置，其特征在于，对于全部所述电容器中的各所述电容器并联连接有所述电源单体。4.根据权利要求2所述的动作电压控制电路装置，其特征在于，全部所述电容器串联连接于所述输出端子间。5.根据权利要求1所述的动作电压控制电路装置，其特征在于，从所述选择性导通元件的列的一侧数的第2个～第2k个所述选择性导通元件的列是分别具有阳极和阴极且仅在从该阳极向该阴极的方向上允许电流的流通的整流单元串联连接而成的整流单元列，所述整流单元列的阴极侧连接于所述电源单体列的阳极侧，所述电路控制部构成为，在所述反转电压产生部中的从所述选择性导通元件的列的所述一...

【专利技术属性】
技术研发人员：浦部心一，清水敏久，
申请(专利权)人：东京都公立大学法人，
类型：发明
国别省市：