JP5795776B2 - 電気エネルギーを発生または蓄積する素子の直列結合を磁気カップリングにより平衡させるためのシステム - Google Patents
電気エネルギーを発生または蓄積する素子の直列結合を磁気カップリングにより平衡させるためのシステム Download PDFInfo
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Description
POPTI=n・VOPTI・IOPTI=n・max(V・I)であるような、各セルの端末を介する電位差VOPTIが得られる。
この状況に対して、MPPTモジュールは、セルPViがもう一度エネルギーを生成するように、電流をレベルI’=IOPTI−ΔIまで低減させることにより対応する。しかしながら、総電力は、
P’=I’・[(n−1)・V2+V’]まで低減され、電力損失は、
ΔP2=P’−POPTIとなる。ここで、V2は、I=I’の場合のセルPVj(j≠1)の端子間の電圧であり、V’は、I=I’の場合のセルPViの端子間の電圧である。
各インバータのエンドポートに保護スイッチが直列に接続されてもよい。
基準値より大きい電圧を提供する前記直列結合の1つまたは複数の素子に接続される1つまたは複数のインバータを、磁気カプラのコア内にエネルギーを磁気形式で蓄積するようにして制御すべくハーフサイクルに渡って行動するように、次に、
ハーフサイクルに渡って、より低い電圧を提供する前記直列結合の1つまたは複数の素子へ接続されるインバータを、前記磁気エネルギーを放電するようにして制御するように、
前記直列結合の1つまたは複数の素子からエネルギーが、磁気カプラを介して具体的には1つまたは複数の他の素子内へ注入されるように抽出される「強制平衡化」を実行するために、上述の動作を周期的に反復するように構成されてもよい。
のように規定し、かつ下記のような出力電力も規定する。
I2=IOPTI−ΔIを送出するだけでよい。この方法では、平衡化が理想的な効率で実行されるという想定において、N個全てのセルにより発生される電力は、
[(N−1)VOPTI・IOPTI]+V2・(I2−ΔI)によって与えられる。言い替えれば、故障した、または日陰のセルの存在はもはや他のセルのパフォーマンスに影響せず、他のセルはその最大電力VOPTI・IOPTIを送出し続けることができる。
ΔP=−(VOPTI・IOPTI)−(2Vd・IOPTI)に制限される。但し、Vdは、直列接続された2つのボディダイオードの各々の端子間の電圧降下である。この電力損失は、各インバータのポート間に接続されるダイオードD(図中の破線で示される)を提供することによって大幅に低減されることが可能である。このダイオードも、同様に集積されてもよい。
OPC 1 、OPC 2 、OPC N フルブリッジ型インバータ
T hnm トップトランジスタ
T bnm ボトムトランジスタ
D hnm ダイオード
NM 磁気コア
W j 巻線
C 1 、C N キャパシタ
CC 電流センサ
CR1、CR2、CTP 精密制御回路
MC 外部制御モジュール
PV 1 、PV 2 、PV N 太陽電池
Claims (18)
- 電気エネルギーを発生しかつ/または蓄積するための素子の直列結合を平衡化するためのシステムであって、前記システムは、
複数のフルブリッジ型インバータ(OPC 1 、OPC 2 、OPC N )であって、その各々は前記インバータの2つのエンドポート間に並列に接続される2つのインバータアームによって構成され、各インバータアームは、前記アームの所謂「中点」(P 11 、P 12 )を介して直列に接続される2つのスイッチ(T h1 、T b1 ;T h2 、T b2 )によって構成される、複数のフルブリッジ型インバータ(OPC 1 、OPC 2 、OPC N )と、
各フルブリッジ型インバータの前記2つのエンドポートを前記直列結合の個々の素子(CA 1 、CA 2 、CA N 、PV 1 、PV 2 、PV N )へ接続するための複数のコネクタと、
上に巻かれた複数の巻線(W 1 、W 2 、W N )を有する磁気コアによって形成される磁気カプラ(NM)であって、前記巻線は各々、前記インバータの個々の1つのアームの中点へ接続される磁気カプラ(NM)と、を備え、
保護スイッチ(Tpi)は各インバータのエンドポートと直列に接続される、平衡化システム。 - 電気エネルギーを発生しかつ/または蓄積するための素子の直列結合を平衡化するためのシステムであって、前記システムは、
複数のフルブリッジ型インバータ(OPC 1 、OPC 2 、OPC N )であって、その各々は前記インバータの2つのエンドポート間に並列に接続される2つのインバータアームによって構成され、各インバータアームは、前記アームの所謂「中点」(P 11 、P 12 )を介して直列に接続される2つのスイッチ(T h1 、T b1 ;T h2 、T b2 )によって構成される、複数のフルブリッジ型インバータ(OPC 1 、OPC 2 、OPC N )と、
各フルブリッジ型インバータの前記2つのエンドポートを前記直列結合の個々の素子(CA 1 、CA 2 、CA N 、PV 1 、PV 2 、PV N )へ接続するための複数のコネクタと、
上に巻かれた複数の巻線(W 1 、W 2 、W N )を有する磁気コアによって形成される磁気カプラ(NM)であって、前記巻線は各々、前記インバータの個々の1つのアームの中点へ接続される磁気カプラ(NM)と、を備え、
前記直列結合の前記素子の各々はサブ素子の並列結合によって構成され、各保護スイッチ(Tpi 1、Tpi 2、Tpi 3)は前記サブ素子の各々と対応するインバータのエンドポートとの間に直列に接続される、平衡化システム。 - 個々のフィルタキャパシタ(C1、C2、CN)は、対応するインバータの2つのエンドポート間で前記直列結合の各素子と並列に接続される、請求項1または2に記載の平衡化システム。
- 前記素子を平衡化すべく前記インバータを制御するための制御信号を発生するための制御手段(MC)も含む、請求項1から請求項3のいずれかに記載の平衡化システム。
- 前記直列結合における各素子の端子間の電圧を測定するための測定手段(CC)も含み、前記制御手段は、2素子間の最大電圧差が第1のしきい値を超えた時点で、かつ前記差が第2のしきい値より下に降下するまで前記インバータを動作させるように構成されている、請求項4に記載の平衡化システム。
- 電気エネルギーを発生しかつ/または蓄積するための素子の直列結合を平衡化するためのシステムであって、前記システムは、
複数のフルブリッジ型インバータ(OPC 1 、OPC 2 、OPC N )であって、その各々は前記インバータの2つのエンドポート間に並列に接続される2つのインバータアームによって構成され、各インバータアームは、前記アームの所謂「中点」(P 11 、P 12 )を介して直列に接続される2つのスイッチ(T h1 、T b1 ;T h2 、T b2 )によって構成される、複数のフルブリッジ型インバータ(OPC 1 、OPC 2 、OPC N )と、
各フルブリッジ型インバータの前記2つのエンドポートを前記直列結合の個々の素子(CA 1 、CA 2 、CA N 、PV 1 、PV 2 、PV N )へ接続するための複数のコネクタと、
上に巻かれた複数の巻線(W 1 、W 2 、W N )を有する磁気コアによって形成される磁気カプラ(NM)であって、前記巻線は各々、前記インバータの個々の1つのアームの中点へ接続される磁気カプラ(NM)と、を備え、
前記素子を平衡化すべく前記インバータを制御するための制御信号を発生するための制御手段(MC)も含み、
前記直列結合における各素子の端子間の電圧を測定するための測定手段(CC)も含み、前記制御手段は、2素子間の最大電圧差が第1のしきい値を超えた時点で、かつ前記差が第2のしきい値より下に降下するまで前記インバータを動作させるように構成されている、平衡化システム。 - 前記測定手段は、インバータのスイッチと並列に接続される電流センサ(CC)を備え、前記制御手段は、エネルギーを前記磁気カプラのコア内に磁気形式で蓄積し、続いて前記電流センサが装着されたインバータを、前記エネルギーを前記センサを介して方向づけられる電流の形式で放電するように制御すべく、各インバータを個別方式で制御するように構成されている、請求項5または6に記載の平衡化システム。
- 前記制御手段は、前記複数のインバータを同期式に、0.5に等しい共通デューティ比で制御するように構成される、請求項4から請求項7のいずれかに記載の平衡化システム。
- 前記制御手段は、「マスタ」インバータと称される、前記インバータのうちの1つを制御するように構成され、かつ、
「スレーブ」インバータと称される前記システムの他のインバータのスイッチは、前記マスタインバータの動作の結果として個々の巻線の端子に現出する電圧により制御される、請求項8に記載の平衡化システム。 - 前記制御手段は、前記インバータを、様々なインバータを制御する信号間の調整可能な位相シフトと同期式に制御するように構成される、請求項8または請求項9に記載の平衡化システム。
- 前記制御手段は、
前記直列結合の1つまたは複数の素子へ接続される、基準値より大きい電圧を提示する1つまたは複数のインバータを、エネルギーを前記磁気カプラのコア内へ磁気形式で蓄積するようにして制御すべく1つのハーフサイクルに渡って作用するように、続いて、
ハーフサイクルに渡って、前記直列結合の1つまたは複数の素子へ接続される、より低い電圧を提示するインバータを、前記磁気エネルギーを放出するような方式で制御するように、
上述の動作を周期的に反復するように構成される、請求項4から請求項7のいずれかに記載の平衡化システム。 - 各インバータは、個々のチップ上へモノリシックに集積される、請求項1から請求項11のいずれかに記載の平衡化システム。
- 電気エネルギーを発生しかつ/または蓄積するための素子の直列結合を平衡化するためのシステムであって、前記システムは、
複数のフルブリッジ型インバータ(OPC 1 、OPC 2 、OPC N )であって、その各々は前記インバータの2つのエンドポート間に並列に接続される2つのインバータアームによって構成され、各インバータアームは、前記アームの所謂「中点」(P 11 、P 12 )を介して直列に接続される2つのスイッチ(T h1 、T b1 ;T h2 、T b2 )によって構成される、複数のフルブリッジ型インバータ(OPC 1 、OPC 2 、OPC N )と、
各フルブリッジ型インバータの前記2つのエンドポートを前記直列結合の個々の素子(CA 1 、CA 2 、CA N 、PV 1 、PV 2 、PV N )へ接続するための複数のコネクタと、
上に巻かれた複数の巻線(W 1 、W 2 、W N )を有する磁気コアによって形成される磁気カプラ(NM)であって、前記巻線は各々、前記インバータの個々の1つのアームの中点へ接続される磁気カプラ(NM)と、を備え、
各インバータは、個々のチップ上へモノリシックに集積される、平衡化システム。 - 前記チップは各々、パワートランジスタの形式で実装される前記スイッチのための精密制御手段(CR1、CR2、CTP)も集積する、請求項12または13に記載の平衡化システム。
- 前記チップはCMOS技術を用いて製造される、請求項12から請求項14のいずれかに記載の平衡化システム。
- 電気エネルギーを電気化学的に蓄積しかつ請求項1から請求項15のいずれかに記載の電圧平衡化システムを包含するための素子(CA1、CA2、CAN)の直列結合。
- 請求項1から請求項15のいずれかに記載の平衡化システムを含む太陽電池(PV1、PV2、PVN)の直列結合。
- 電気エネルギーを発生しかつ/または蓄積するための素子の直列結合を平衡化するためのシステムであって、前記システムは、
複数のフルブリッジ型インバータ(OPC 1 、OPC 2 、OPC N )であって、その各々は前記インバータの2つのエンドポート間に並列に接続される2つのインバータアームによって構成され、各インバータアームは、前記アームの所謂「中点」(P 11 、P 12 )を介して直列に接続される2つのスイッチ(T h1 、T b1 ;T h2 、T b2 )によって構成される、複数のフルブリッジ型インバータ(OPC 1 、OPC 2 、OPC N )と、
各フルブリッジ型インバータの前記2つのエンドポートを前記直列結合の個々の素子(CA 1 、CA 2 、CA N 、PV 1 、PV 2 、PV N )へ接続するための複数のコネクタと、
上に巻かれた複数の巻線(W 1 、W 2 、W N )を有する磁気コアによって形成される磁気カプラ(NM)であって、前記巻線は各々、前記インバータの個々の1つのアームの中点へ接続される磁気カプラ(NM)と、を備える平衡化システムを含む太陽電池(PV1、PV2、PVN)の直列結合。
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