MPPS (最大電力スイッチングコンバーター)   原理      特許第5419252号         2010/3/24

太陽電池・燃料電池などから出力される電流/電圧の特性は、起電力及び内部抵抗等から以下に示すような
電流と電圧により取り出せる電力が大きく変化します。 
従来MPPTはその最大電力点を探索追尾制御して制御しているため複雑な論理回路またプログラムを必要として
時には変化に追従出来なくなり暴走することもありました。

MPPSは追尾制御をしなくても最大電力点にて作動すると言う今までにない特徴を有します。
何故そのようなことが出来るのか? 原理はPV等の発電特性である電流と電圧のカーブの特性によります。


下のIV曲線の代表的例にて、動作点は必ずIV曲線上にあり、その接線はその動作点における接線の傾き(-ΔI/ΔV)が存在する。
この接線の傾き(-ΔI/ΔV)はスイッチングサイクル内の電流電圧変化率であり、スイッチングタイミングで制御される。
この時 最大時電流/最大電力時電圧=-ΔI/ΔVとなるとき(P/V曲線の極値の接線は傾きが零)となる。
この条件を満たせば動作点は入力変動に対して追従制御の必要がなく常にリアルタイムで最大点動作となる。

これにより、太陽電池・燃料電池の出力特性にあわせたハードウェアー的に回路定位数を設定することで、これが実現できます。
勿論、複雑な論理回路も制御電源も不要で単純な回路なのでコスト及び耐久性に優れれます。




波線    - - -   電圧が減少した場合
   電圧が減少するとコイルに流れる電流も比例して減少して結果-ΔI/ΔVの比率は変わらない。

一点鎖線 -- - -- 電流が減少した場合
   電流が減少してもコイルに流れる電流は変わらないが、入力コンデンサーに流れ込む電流は減少して、結果-ΔI/ΔVの比率は電流に比例する。
実際上の電圧電流変化は複合したものとなるが、上記規則に従い最大電力点が動作点となる

また、電池※1の様に内部抵抗によりI/V特性が直線的に変化する場合に於いても、I/V=-ΔI/ΔVの条件を満たす点は一点だけなので最大動作点を特定できる。
※1燃料電池、熱電素子など内部抵抗に発電特性が支配されるもの)

ただし、太陽電池(畜電池ではない)の一部に陰を生じた状態では、P/V曲線の極値が複数になるので、-ΔI/ΔVの比率だけでは特定出来なくなるが、極値の電圧と-ΔI/ΔVには相違があるのでV及-ΔI/ΔVにおいて特定が可能となる。

この原理により従来のMPPT制御(計測/追従)の必要がなく、制御コストが激減すると共に制御遅れ及びミスマッチが生じない制御を可能とした。
(-ΔI/ΔVの制御はMPPSにおいて簡易なパルスタイミングのみ(電圧比較器2回路)によって実現している。)

さらに、制御パルス波形(パルス重畳)の最適化によるコイルの小型、低損失化、低消費電力化及び動作点自動最適化制御等を特許出願中(登録)で、順次製品化を予定する。
また、CPU数値制御による複合機能により、昇圧及び降圧と作動モードを切り換え入力電圧と出力電圧の変動範囲を拡大し、現状での太陽電池システム(降圧+直通+昇圧)、大容量キャパシタ充電(0V〜耐圧電圧)、単セル(0.5Vからの昇圧)、バッテリー充放電コントローラ内蔵などの対応も予定する。

2013/11/18 特許査定となりましたが、この基本回路は実験中に偶然この特性を発見し、作動理論が作った人間でも分かるまで相当な時間を要しています
特許審査官がこのページを見てもサッパリ理解できないと言うことで説明に苦労しましたので(拒絶理由が意味不明で内容審査もされなかった)
短い説明で理解するのは難しかもしれません。 特許が下りたので自動最適化制御をぼつぼつと始める予定です。
※MPPTと一番の違いは電流センサーが不要となってMPP追従制御が不要なことが特徴になります。



サブメニューに戻る