WO2006101107A1 - 充電装置 - Google Patents

Abstract

太陽電池によって電気二重層キャパシタ（以下、「キャパシタ」という）を充電する充電装置において、太陽電池によるキャパシタの充電効率を向上させるために、太陽電池からキャパシタへの電気エネルギーの流れを制御する。充電装置（１０）を、（ａ）少なくともスイッチ（４０）を有し、そのスイッチの可変のデューティ比に応じて、太陽電池（１２）からキャパシタ（１４）に供給される電力を変換するＤＣ－ＤＣコンバータ（３２）と、（ｂ）キャパシタの充電電流を検出する検出回路（５０）と、（ｃ）その検出回路によって検出された充電電流Ｉｃは参照するが、キャパシタの充電電圧Ｖｃは参照することなく、そのキャパシタの充電電流が実質的に極大化するようにデューティ比を決定し、その決定されたデューティ比が実現されるようにスイッチを制御するコントローラ（６０）とを含むものとする。

Description

明 細 書

充電装置

技術分野

[0001] 本発明は、太陽電池によって電気二重層キャパシタを充電する技術に関し、特に、 太陽電池による電気二重層キャパシタの充電効率を向上させるために、太陽電池か ら電気二重層キャパシタへの電気エネルギーの流れを制御する技術に関する。 背景技術

[0002] 自然エネルギーを利用して電気エネルギーを発生させる発電素子の一例として太 陽電池が存在する。また、そのような発電素子によって発生させられた電気工ネルギ 一を蓄積する蓄電素子の一例として電気二重層キャパシタ（以下、単に「キャパシタ」 という。）も存在する。

[0003] 太陽電池によってキャパシタを充電するために、それら太陽電池とキャパシタとに 充電装置が接続されて使用される。この充電装置の一例においては、太陽電池によ るキャパシタの充電効率を増加させるために、太陽電池によって発電された直流電 圧を変換してキャパシタに供給するコンバータが使用される。このコンバータの一例 は、スイッチング型コンバータである。

[0004] 一般に、太陽電池には、発電電力が発電電圧および発電電流に関して極大点を 有するという特性がある。そのため、太陽電池を使用する場合には、太陽電池の発電 電圧または発電電流が変化すると、それに伴って発電電力すなわち太陽電池の出 力エネルギーが変化する。

[0005] 一方、キャパシタには、それの充電状態すなわちキャパシタに蓄積されている電荷 の量に応じて電圧が大きく変化するという特徴がある。この特徴は、キャパシタに固有 のものであり、他の種類の蓄電素子には存在しない。

[0006] 以上説明した特性や特徴を有する太陽電池とキャパシタとに接続されて使用される 充電装置の一従来例が存在する（例えば、日本国特開 2002— 199614号公報参 照。；)。この従来例は、スィッチ、コイルおよびダイオードを有するスイッチング型コン バータと、太陽電池の発電電流を検出する電流検出回路と、太陽電池の発電電圧を 検出する電圧検出回路と、それらスイッチング型コンバータと電流検出回路と電圧検 出回路とに接続されたコントローラとを含むように構成されて 、る。

[0007] この従来例においては、そのコントローラが、電流検出回路によって検出された発 電電流と、電圧検出回路によって検出された発電電圧とに基づき、太陽電池の発電 電力が極大化するようにスィッチのデューティ比の最適値を決定する。このコントロー ラは、その決定されたデューティ比の最適値が実現されるように、スィッチのオンオフ 状態を制御する。

発明の開示

[0008] この従来例においては、太陽電池の発電電力を極大化するために、その太陽電池 にっき、電圧と電流という 2種類の物理量を検出しなければならない。そのため、それ ら 2種類の物理量を検出するためのハードウェア構成力 1つの物理量を検出すれ ば足りる場合より複雑ィ匕し易い。

[0009] さらに、この従来例においては、太陽電池の発電電力が極大化するようにスィッチ のデューティ比を決定するために、（a)発電電力の極大化を実現する発電電圧と発 電電流との関係を予め記憶しておき、その関係に従ってスィッチのデューティ比の最 適値を決定する手法や、（b)発電電圧の検出値と発電電流の検出値との積として発 電電力を計算し、その発電電力が極大化するようにスィッチのデューティ比の最適値 を探索的に決定する手法を採用することが可能である。

[0010] し力しながら、この従来例においては、それら 2種類の手法のいずれを採用するに しても、太陽電池にっき、電圧、電流および電力という 3つの物理量をいずれも可変 値として取り扱わなければならない。そのため、スィッチのデューティ比の最適値を決 定するための論理構成 (電子回路の構成やソフトウェア構成）が、それより少ない数 の物理量を可変値として取り扱えば足りる場合より複雑化し易い。

[0011] 以上説明した事情を背景として、本発明は、太陽電池によって電気二重層キャパシ タを充電する技術にぉ 、て、太陽電池による電気二重層キャパシタの充電効率を向 上させるために、太陽電池から電気二重層キャパシタへの電気エネルギーの流れを 制御するスィッチのデューティ比をより正確に決定することを課題としてなされたもの である。 [0012] 本発明によって下記の各態様が得られる。各態様は、項に区分し、各項には番号 を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、本発明が 採用し得る技術的特徴の一部およびそれの組合せの理解を容易にするためであり、 本発明が採用し得る技術的特徴およびそれの組合せが以下の態様に限定されると 解釈すべきではない。すなわち、下記の態様には記載されていないが本明細書には 記載されている技術的特徴を本発明の技術的特徴として適宜抽出して採用すること は妨げられな 、と解釈すべきなのである。

[0013] さらに、各項を他の項の番号を引用する形式で記載することが必ずしも、各項に記 載の技術的特徴を他の項に記載の技術的特徴から分離させて独立させることを妨げ ることを意味するわけではなぐ各項に記載の技術的特徴をその性質に応じて適宜 独立させることが可能であると解釈すべきである。

[0014] (1) 発電電力が発電電圧および発電電流に関して極大点を有する太陽電池によつ て電気二重層キャパシタを充電するために、それら太陽電池と電気二重層キャパシ タとに接続されて使用される充電装置であって、

少なくともスィッチを有し、そのスィッチの可変のデューティ比に応じて、前記太陽 電池力 前記電気二重層キャパシタに供給される電力を変換する DC— DCコンパ一 タと、

前記電気二重層キャパシタの充電電流を検出する検出回路と、

その検出回路によって検出された充電電流は参照する力 前記電気二重層キャパ シタの充電電圧は参照することなく、その電気二重層キャパシタの充電電流が実質 的に極大化するように前記デューティ比を決定し、その決定されたデューティ比が実 現されるように前記スィッチを制御するコントローラと

を含む充電装置。

[0015] 後に詳述するように、太陽電池からスィッチを経て電気二重層キャパシタ（以下、単 に「キャパシタ」という。）に流れ込む電気エネルギーの瞬間値は、充電電圧と充電電 流との積で表される。また、短い時間的範囲内で観察すれば、キャパシタの充電電 圧はほぼ一定である。したがって、キャパシタに流れ込む電気エネルギーの量は、そ のキャパシタに流れ込む電流すなわち充電電流に比例する。 [0016] よって、短い時間的範囲内においては、キャパシタの充電電流さえ考慮すれば、そ れの充電電圧は考慮しなくても、キャパシタに流れ込む電気エネルギーが多いか少 な！、かと!/、う判定を十分に正確に行 、得る。

[0017] 以上説明した知見に基づき、本項に係る充電装置においては、検出回路によって 検出されたキャパシタの充電電流は参照する力 そのキャパシタの充電電圧は参照 することなぐスィッチのデューティ比が決定される。

[0018] したがって、この充電装置によれば、キャパシタの充電効率を向上させるために、太 陽電池またはキャパシタにっき、電圧および電流という 2種類の物理量を検出しなけ ればならない場合より、必要な物理量を検出するためのハードウェア構成 (例えば、 検出回路)を単純ィ匕することが容易である。

[0019] さらに、この充電装置によれば、キャパシタの充電効率を向上させるために、太陽 電池またはキャパシタにっき、電圧、電流および電力という 3つの物理量をいずれも 可変値として取り扱うことが不要となり、その結果、スィッチのデューティ比の最適値を 決定するための論理構成 (電子回路の構成やソフトウェア構成)を単純化することも 容易である。

[0020] ところで、この種の充電装置においては、太陽電池からキャパシタに取り込まれる電 力が極大化すること、すなわち、キャパシタの充電電力が極大化することが究極的な 目的である。これに対し、前述の従来例においては、太陽電池力 キャパシタへの電 気エネルギーの流れを制御するスィッチを太陽電池の発電電力が極大化するように 制御すれば、キャパシタの充電電力も極大化すると 、う線形的依存関係を前提とし、 その前提のもと、太陽電池の発電電力が極大化するようにスィッチが制御される。

[0021] し力しながら、その依存関係がすべての充電装置において成立するとは限らない。

例えば、充電装置のうち、太陽電池力 キャパシタに電気エネルギーを供給する電 気回路が線形回路として構成される環境にお!、ては、その線形的依存関係が成立 する。これに対し、その電気回路が非線形素子 (例えば、ダイオードを始めとする多く の半導体素子)を含む環境においては、その線形的依存関係が成立しない。そのた め、前述の従来例を実施すると、太陽電池の発電電力は極大化するが、キャパシタ の充電電力は極大化しな ヽと 、う事態が発生してしまう。 [0022] これに対し、本項に係る充電装置においては、キャパシタの充電電流が実質的に 極大化するようにスィッチのデューティ比が決定される。したがって、この充電装置に よれば、太陽電池とキャパシタとの間の電気回路の特性にかかわらず、太陽電池から キャパシタに取り込まれる電力が極大化するという究極的な目的を確実に達成するこ とが容易となる。

[0023] 本項における「DC— DCコンバータ」の一例は、スィッチと、コイルと、ダイオードとを 含むように構成され、また、別の例は、スィッチと、コイルと、転流回路のトランジスタま たは FETとを含む同期整流方式として構成される。

[0024] (2) さらに、前記太陽電池の発電電圧を安定ィ匕させるためにその太陽電池に並列 に接続されるコンデンサを含み、そのコンデンサの静電容量が前記電気二重層キヤ パシタの静電容量より小さい（1)項に記載の充電装置。

[0025] この充電装置においては、スィッチのオフ状態においては、太陽電池からコンデン サへの電気エネルギーの放出が許可される。したがって、この充電装置によれば、ス イッチのオンオフ動作にもかかわらず、太陽電池力 電気エネルギーの放出が許可 される結果、太陽電池の発電電圧すなわちコンデンサの端子電圧が安定化する。

[0026] したがって、この充電装置によれば、スィッチのオンオフ動作にもかかわらず、太陽 電池の発電電圧が安定化し、ひいては、キャパシタの充電電圧も安定ィ匕し、このこと は、キャパシタの充電電圧を検出することなくそのキャパシタの充電電力の極大化を 精度よく行うために有効に寄与する。

[0027] (3) 前記コントローラは、

前記充電電流を記憶する記憶部と、

前記充電電流に基づいて前記デューティ比を決定する決定部と

を含む（1)または（2)項に記載の充電装置。

[0028] (4) 前記記憶部は、前記検出回路による充電電流の検出値をデジタルデータとし て記憶するデジタルメモリを含む（3)項に記載の充電装置。

[0029] (5) 前記記憶部は、前記検出回路による充電電流の検出値をアナログ信号として 記憶するアナログメモリを含む（3)項に記載の充電装置。

[0030] (6) 前記アナログメモリは、指令されたサンプリングタイミングで、前記検出回路によ る充電電流の検出値をサンプリングして保持するサンプルホールド回路を含む（5) 項に記載の充電装置。

[0031] (7) 前記アナログメモリは、前記検出回路による充電電流の検出値を互いに異なる サンプリングタイミングでそれぞれサンプリングして保持する少なくとも 2個のサンプル ホールド回路を含み、

前記決定部は、それら少なくとも 2個のサンプルホールド回路によってそれぞれ保 持された少なくとも 2個の検出値のうちの現在検出値を表すアナログ電圧信号と、少 なくとも 1個の過去検出値を表すアナログ電圧信号とを互いに比較する電圧比較回 路を含み、その比較結果に基づいて前記デューティ比を決定する（6)項に記載の充 電装置。

[0032] (8) 前記アナログメモリは、前記検出回路による充電電流の検出値をサンプリングタ イミングでサンプリングして、過去検出値として保持するサンプルホールド回路を含み 前記決定部は、そのサンプルホールド回路によって保持された過去検出値を表す アナログ電圧信号と、前記検出回路による充電電流の現在検出値を表すアナログ電 圧信号とを互いに比較する電圧比較回路を含み、その比較結果に基づいて前記デ ユーティ比を決定する（6)項に記載の充電装置。

[0033] (9) 前記決定部は、前記デューティ比の最適値を探索的に決定するために、前記 デューティ比を離散的に強制的に変更する強制的変更サイクルを反復し、各回の強 制的変更サイクルにお 、ては、前記デューティ比の強制的変更に対する前記充電電 流の応答に応じ、前記充電電流が実質的に極大化するように前記デューティ比を決 定する（3)な 、し (8)項の 、ずれかに記載の充電装置。

[0034] 本項に係る充電装置の一具体例においては、スィッチのデューティ比の強制的変 更 (増加または減少）に対するキャパシタの充電電流の応答 (増加または減少）の勾 配が、その充電電流がそれの極大値に近づくにつれて減少するという事実に着目し

、デューティ比の最適値が探索的に決定される。

[0035] 具体的には、例えば、前記決定部が、各回の強制的変更サイクルにお 、て、スイツ チのデューティ比の強制的変更 (増加または減少）に対するキャパシタの充電電流の 応答 (増加または減少）が、今回の強制的変更の向きと同じ向きを有する場合には、 次回の強制的変更を今回の強制的変更と同じ向きで行い、また、充電電流の応答が 実質的に 0である場合には、充電電流の今回値が実質的に極大値であるとして、次 回の強制的変更を省略し、また、充電電流の応答が、今回の強制的変更の向きとは 逆向きを有する場合には、次回の強制的変更を今回の強制的変更とは逆向きで行う

[0036] (10) 前記決定部は、前記各回の強制的変更サイクルにおいて、今回の強制的変 更が行われる前に前記検出回路によって検出された充電電流である前回検出値と、 今回の強制的変更が行われた後に前記検出回路によって検出された充電電流であ る今回検出値とを互 、に比較し、その比較結果を用 、て前記充電電流の応答を監 視する（9)項に記載の充電装置。

[0037] 本項に係る充電装置の一具体例においては、前記決定部が、各回の強制的変更 サイクルにおいて、キャパシタの充電電流に関する前回検出値と今回検出値との大 小関係を判定し、両者が互いに一致しない場合には、今回検出値の前回検出値か らの変化状態 (変化方向と変化量とのうち少なくとも変化量を含む。）を、今回の強制 的変更に対する充電電流の応答として監視し、次回の強制的変更サイクルにおいて 、その監視された変化状態に基づき、デューティ比の今回の強制的変更の内容を決 定する。

[0038] (11) 前記記憶部は、

前記検出回路による充電電流の検出値を互 ヽに異なるサンプリングタイミングでサ ンプリングして保持する第 1および第 2のサンプルホールド回路と、

それら第 1および第 2のサンプルホールド回路による検出値のサンプリングが交互 に行われるように、各サンプルホールド回路による検出値のサンプリングタイミングを それぞれ決定するタイミング回路と

を含み、

前記決定部は、

前記第 1および第 2のサンプルホールド回路にそれぞれ保持された 2個の検出値を 互いに比較する比較回路と、 前記デューティ比の変更履歴を記憶する記憶回路と、

その記憶回路に記憶された変更履歴と、前記比較回路による比較結果とに基づき 、予め定められた規則に従い、前記デューティ比の今回値を決定する論理回路と を含む（3)な 、し（10)項の 、ずれかに記載の充電装置。

[0039] (12) 前記記憶部は、

前記検出回路による充電電流の検出値を保持するサンプルホールド回路と、 そのサンプルホールド回路による検出値のサンプリングタイミングを決定するタイミ ング回路と

を含み、

前記決定部は、

前記サンプルホールド回路によって保持された検出値と、前記検出回路による充 電電流の検出値の最新値とを互いに比較する比較回路と、

前記デューティ比の変更履歴を記憶する記憶回路と、

その記憶回路に記憶された変更履歴と、前記比較回路による比較結果とに基づき 、予め定められた規則に従い、前記デューティ比の今回値を決定する論理回路と を含む（3)な 、し（10)項の 、ずれかに記載の充電装置。

[0040] (13) 前記コントローラは、さらに、前記決定されたデューティ比が実現されるように 前記スィッチを制御するスィッチ制御回路を含む（1)な 、し（12)項の 、ずれかに記 載の充電装置。

[0041] (14) 前記スィッチ制御回路は、前記コントローラのコンピュータからの信号に基づ き、前記スィッチをオン状態とオフ状態とに切り替える（13)項に記載の充電装置。

[0042] (15) 前記スィッチ制御回路は、

前記スィッチに電気的に接続され、そのスィッチをオン状態とオフ状態とに切り替え る切替回路と、

その切替回路に電気的に接続され、前記コントローラによって決定されたデューテ ィ比に応じてカウンタ値が設定され、その設定されたカウンタ値に応じて、前記切替 回路が前記スィッチをオン状態に維持する時間の長さを変化させるカウンタ回路と を含む（13)項に記載の充電装置。 [0043] (16) 前記スィッチ制御回路は、

三角波信号を生成する発振回路と、

その発振回路と前記スィッチとに電気的に接続され、前記発振回路によって生成さ れた三角波信号をしきいレベルで 2値ィ匕することにより、オン信号とオフ信号とを選択 的に生成して前記スィッチに出力する 2値ィ匕回路と、

その 2値ィ匕回路に電気的に接続され、前記コントローラによって決定されたデュー ティ比に応じて、前記しきいレベルを表す信号を生成して前記 2値ィ匕回路に出力する しき ヽレベル信号生成回路と

を含む（13)項に記載の充電装置。

[0044] (17) 前記コントローラは、前記デューティ比の最新値を決定した後、予め定められ た条件が成立するまで、前記デューティ比を保持する保持部を含む（1)ないし（16) 項の 、ずれかに記載の充電装置。

[0045] スィッチのデューティ比の最新値が決定されてそれが実現されると、充電装置の動 作状態が過渡状態に移行する。その過渡状態が整定するまでに時間がかかり、その 整定前にキャパシタの充電電流を検出してその検出値を用 V、て新たなデューティ比 を決定すると、その決定精度が低下してしまう可能性がある。

[0046] これに対し、本項に係る充電装置においては、デューティ比の最新値が決定された 後、予め定められた条件が成立するまで、デューティ比が保持される。したがって、こ の充電装置によれば、スィッチのオンオフ動作に起因して当該充電装置が一時的に 過渡状態に移行するにもかかわらず、その過渡状態に起因した次回のデューティ比 の決定精度の低下を抑制することが可能となる。

[0047] (18) 前記コントローラは、前記検出回路によって検出される充電電流が上限値を 超えな 、ように前記デューティ比を決定する電流制限部を含む（ 1)ないし（ 17)項の

V、ずれかに記載の充電装置。

[0048] (19) 前記 DC— DCコンバータは、降圧型である（1)ないし（18)項のいずれかに 記載の充電装置。

[0049] この充電装置によれば、太陽電池の発電電圧を降圧されてキャパシタに印加する ことにより、太陽電池の発電電流を増加させてキャパシタに供給することが可能となる 。その結果、キャパシタの充電効率を向上させることが可能となる。

図面の簡単な説明

[図 1]図 1は、本発明の第 1実施形態に従う充電装置を示す電気回路図である。

[図 2]図 2は、図 1における太陽電池の特性を表すグラフである。

[図 3]図 3は、図 1におけるコントローラを概念的に表すブロック図である。

[図 4]図 4は、図 3におけるスイッチング制御プログラムを概念的に表すフローチャート である。

[図 5]図 5は、図 3におけるデューティ比制御プログラムを概念的に表すフローチヤ一 トである。

[図 6]図 6は、図 5に示すデューティ比制御プログラムの特徴を説明するためのグラフ である。

[図 7]図 7は、本発明の第 2実施形態に従う充電装置のコンピュータによって実行され るデューティ比制御プログラムを概念的に表すフローチャートである。

[図 8]図 8は、本発明の第 3実施形態に従う充電装置を示す電気回路図である。

[図 9]図 9は、本発明の第 4実施形態に従う充電装置を示す電気回路図である。

[図 10]図 10は、図 9におけるタイミング部の動作を説明するためのタイミングチャート である。

[図 11]図 11は、図 9における判定論理回路の論理演算を説明するための表である。

[図 12]図 12は、本発明の第 5実施形態に従う充電装置を示す電気回路図である。

[図 13]図 13は、図 12におけるコントローラを概念的に表すブロック図である。

[図 14]図 14は、図 13におけるデューティ比制御プログラムを概念的に表すフローチ ヤートである。

[図 15]図 15は、図 14における S2090の論理判定を説明するための表である。

[図 16]図 16は、本発明の第 6実施形態に従う充電装置におけるコントローラを周辺 部品と共に示す電気回路図である。

[図 17]図 17は、図 16におけるタイミング回路の動作を説明するためのタイミングチヤ ートである。

発明を実施するための最良の形態 [0051] 以下、本発明のさらに具体的な実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説 明する。

[0052] 図 1には、本発明の第 1実施形態に従う充電装置 10が太陽電池 12および電気二 重層キャパシタ（以下、単に「キャパシタ」という。） 14と共に電気回路図で示されてい る。図 1には、さらに、太陽電池 12によって生成された電気エネルギーを消費する負 荷 16も示されている。

[0053] 図 1に示すように、充電装置 10は、正極ライン 20と負極ライン 22とを有している。正 極ライン 20および負極ライン 22は、両端にそれぞれ外部端子 24, 26, 28, 30を有 している。充電装置 10は、正極ライン 20の外部端子 24と負極ライン 22の外部端子 2 8とにお 、てそれぞれ、太陽電池 12の正極端子と負極端子とに電気的に接続されて いる。さらに、この充電装置 10は、正極ライン 20の外部端子 26と負極ライン 22の外 部端子 30とにぉ 、てそれぞれ、キャパシタ 14の正極端子と負極端子とに電気的に 接続されている。

[0054] 図 1においては、太陽電池 12の発電電圧は「Vs」、発電電流は「Is」でそれぞれ表 記される一方、キャパシタ 14の充電電圧は「Vc」、充電電流は「Ic」でそれぞれ表記 されている。

[0055] 太陽電池 12は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する。この太陽電池 1 2には、太陽光の照度に応じて発電電力が変化するという特性がある。この太陽電池 12には、さらに、図 2にグラフで表すように、発電電力が発電電圧 Vsおよび発電電流 Isに関して極大点を有するという特性もある。そのため、この太陽電池 12を使用する 場合には、太陽電池 12の発電電圧 Vsまたは発電電流 Isが変化すると、それに伴つ て発電電力すなわち太陽電池の出力エネルギーが変化する。

[0056] 図 2には、太陽光の照度が一定である条件で、発電電圧 Vsおよび発電電流 Isが変 化する特性がグラフで表されている。図 2においてグラフと直線 Aとの交点は、負荷 1 6の抵抗が最適であるために、発電電流 Isと発電電圧 Vsとの積すなわち発電電力が 極大値であることを示している。また、図 2においてグラフと直線 Bとの交点は、負荷 1 6の抵抗が大き過ぎるために、発電電力が極大値ではないことを示している。また、 図 2においてグラフと直線 Cとの交点は、負荷 16の抵抗が小さ過ぎるために、発電電 力が極大値ではな 、ことを示して 、る。

[0057] キャパシタ 14は、太陽電池 12によって生成された電気エネルギーを蓄積する。こ のキャパシタ 14には、それの充電状態すなわちキャパシタ 14に蓄積されている電荷 の量に応じて電圧が大きく変化するという特徴がある。この特徴は、キャパシタ 14に 固有のものであり、他の種類の蓄電素子には存在しない。

[0058] このキャパシタ 14は、蓄積可能なエネルギーを増加させるため、図 1に示すように、 複数個の個別キャパシタの直列接続によって構成されて 、る。蓄積可能なエネルギ 一をさらに増カロさせることが必要である場合には、このキャパシタ 14は、複数個の個 別キャパシタの並列回路が複数個、互いに直列に接続されることによって構成するこ とが可能である。

[0059] 図 1に示すように、充電装置 10は、降圧型の DC— DCコンバータ（以下、単に「コン バータ」という。） 32を備えている。

[0060] コンバータ 32は、チヨッパ式のスィッチ（例えば、半導体スィッチ） 40と、コイル (イン ダクタ） 42と、ダイオード（フライホール ·ダイオード) 44とを含んでいる。スィッチ 40と コイル 42とは、それらの順に正極ライン 20において互いに直列に接続されている。ダ ィオード 44は、正極ライン 20のうちスィッチ 40とコイル 42との間の部分から延びて負 極ライン 22に至る中間ライン 46の途中に接続されて 、る。

[0061] このコンバータ 32は、太陽電池 12の発電電圧 Vsより低い電圧がキャパシタ 14に印 加される一方、太陽電池 12の発電電流 Isより大きい電流がキャパシタ 14に供給され るように、太陽電池 12からキャパシタ 14に供給される電力を変換する機能を有する。

[0062] このコンバータ 32は、よく知られて!/、るように、スィッチ 40のオンオフによって発生し た方形波（断続波形)を平滑ィ匕する方式である。この方式は、入力電圧、すなわち、 太陽電池 12の発電電圧 Vsより出力電圧、すなわち、キャパシタ 14の充電電圧 Vcが 低い場合に採用される。

[0063] このコンバータ 32においては、スィッチ 40がオン (導通）状態にある期間に、太陽 電池 12の電気エネルギーがスィッチ 40を経てコイル 42に磁気エネルギーとして蓄 積される。その後、スィッチ 40がオフ（遮断)状態に切り換えられると、コイル 42、キヤ パシタ 14およびダイオード 44から成る閉回路により、コイル 42に蓄積された磁気ェ ネルギ一が電気エネルギーに変換されてキャパシタ 14に供給される。スィッチ 40の オンオフを繰り返すことにより、太陽電池 12の電気エネルギーがキャパシタ 14に供 給され、それにより、太陽電池 12によってキャパシタ 14が充電される。

[0064] この際、キャパシタ 14の充電電圧 Vcは、スィッチ 40のデューティ比、すなわち、ス イッチ 40がオンしている導通時間 T を、その導通時間 T と非導通時間 T との

ON ON OFF

和で割り算した値に基づいて太陽電池 12の発電電圧 Vsが降圧された高さを有する 。発電電圧 Vsが降圧された電圧が充電電圧 Vcとなれば、それと引き換えに、太陽電 池 12の発電電流 Isが増加させられた電流がキャパシタ 14の充電電流 Icとなる。

[0065] すなわち、コンバータ 32は、太陽電池 12とキャパシタ 14との間において、電圧 Z 電流の変換 (電力変換)を行い、具体的には、太陽電池 12とキャパシタ 14との間に おいて電力が保存されるという条件のもと、太陽電池 12における高電圧かつ小電流 の電気を、キャパシタ 14における低電圧かつ大電流の電気に変換する。それにより、 太陽電池 12によるキャパシタ 14の充電効率が向上する。

[0066] 図 1に示すように、充電装置 10は、さらに、コンバータ 32より上流側においてコンデ ンサ 48を備えている。このコンデンサ 48は、正極ライン 20と負極ライン 22とにそれぞ れ接続される状態で、太陽電池 12に並列に接続されている。このコンデンサ 48は、 スィッチ 40のオフ状態において、太陽電池 12からの電気エネルギーの放出を許可 するとともに、その放出された電気エネルギーを一時的に蓄積する。これに対し、この コンデンサ 48は、スィッチ 40のオン状態においては、このコンデンサ 48に蓄積され た電気エネルギーを、太陽電池 12によって生成された電気エネルギーと共に、スイツ チ 40を経由してキャパシタ 14に送り出す。

[0067] 仮に充電装置 10がコンデンサ 48を備えて 、な 、とすると、スィッチ 40のオフ状態 においては、太陽電池 12から電気エネルギーの放出が阻止される。そのため、太陽 電池 12の発電電圧 Vsは、スィッチ 40のオフ状態においては、図 2に示す太陽電池 1 2の特性曲線のうち無負荷状態に対応する部分によって表される電圧となり、一方、 スィッチ 40のオン状態においては、太陽電池 12の特性曲線のうちスィッチ 40に流れ る電流の量に対応する部分によって表される電圧となる。そのため、スィッチ 40のォ フ状態においてもオン状態においても、太陽電池 12は、その太陽電池 12から取り出 される電気エネルギーが極大化する最適負荷状態にならない。

[0068] これに対し、本実施形態においては、図 1に示すように、充電装置 10がコンデンサ 48を備えているため、スィッチ 40のオフ状態においては、太陽電池 12からコンデン サ 48への電気エネルギーの放出が許可される。したがって、本実施形態によれば、 スィッチ 40のオンオフ制御にもかかわらず、太陽電池 12から電気エネルギーの放出 が許可される結果、太陽電池 12の発電電圧 Vsすなわちコンデンサ 48の端子電圧が 安定化する。よって、太陽電池 12を、その太陽電池 12から取り出される電気工ネル ギ一が極大化する最適負荷状態に維持することが可能となる。

[0069] 以上要するに、このコンデンサ 48は、スィッチ 40のオンオフ動作にもかかわらず、 太陽電池 12の発電電圧 Vsを安定化させる機能を有するのである。この機能を果た すためには、スィッチ 40のデューティ比制御の 1サイクルの間にコンデンサ 48の電圧 が敏感に変化することが必要であるため、このコンデンサ 48は、キャパシタ 14より小 さい静電容量を有している。このコンデンサ 48の静電容量は、スィッチ 40のスィッチ ング周期 T (例えば、 10 s)の長さ、スィッチ 40のオン状態において太陽電池 12か らスィッチ 40を経て流出する電流の量等に応じて設定される。

[0070] 図 1に示すように、充電装置 10は、さらに、キャパシタ 14の充電電流 Icを検出する 検出回路 50を備えている。

[0071] 検出回路 50は、キャパシタ 14を流れる電流すなわち充電電流 Icの量を検出するた めに、負極ライン 22のうちキャパシタ 14の負極端子との接続点と接地点との間の部 分に接続された電流検出抵抗 52を備えている。その電流検出抵抗 52は、キャパシ タ 14を流れる電流を電圧に変換する機能を有する。

[0072] 検出回路 50は、さらに、その電流検出抵抗 52の電圧を一定倍率で増幅するアン プ（直流増幅器） 54を備えている。そのアンプ 54は、キャパシタ 14の充電電流 Icを 表すアナログ信号を出力する。そのアンプ 54から出力されたアナログ信号をデジタ ル信号に変換するために、充電装置 10は、 A—Dコンバータ 56を備えている。

[0073] 図 1に示すように、充電装置 10は、さらに、コントローラ 60を備えている。このコント ローラ 60は、図 3にブロック図で概念的に表すように、コンピュータ 70を主体として構 成されている。そのコンピュータ 70は、 CPU72と ROM74と RAM76とがバス 78によ つて互いに接続されて構成されている。コントローラ 60は、さらに、 IZOインタフエ一 ス 80を備えており、その I/Oインタフェース 80を介してコンピュータ 70はスィッチ 40 と A— Dコンバータ 56とに電気的に接続されて!、る。

[0074] 図 3に示すように、 ROM74には、スイッチング制御プログラムおよびデューティ比 決定プログラムを始めとする各種プログラムが予め記憶されて 、る。デューティ比決 定プログラムは、検出回路 50を介してキャパシタ 14の充電電流 Icを時間離散的に検 出するとともに、その検出値に基づいてスィッチ 40のデューティ比てを決定するため に CPU72によって実行される。スイッチング制御プログラムは、その決定されたデュ 一ティ比てでスィッチ 40を制御するために CPU72によって実行される。

[0075] それらスイッチング制御プログラムおよびデューティ比決定プログラムは、 CPU72 によって交互にかつ、充電装置 10の作動応答時間に比して極めて短い周期で反復 的に実行される。したがって、デューティ比決定プログラムの実行によるデューティ比 決定処理と、スイッチング制御プログラムの実行によるスイッチング制御とが、みかけ 上、互いに並行的に実行される。また、スイッチング制御プログラムは、スィッチ 40の スイッチング周期 Tと同じ周期で反復的に実行される。

[0076] 一方、 RAM76は、各種デジタルデータを記憶するために割り当てられた複数のメ モリを備えている。それらメモリは、（a)上記決定されたデューティ比 τを一時的に記 憶するデューティ比メモリ 90と、（b)検出回路 50による充電電流 Icの今回検出値を 一時的に記憶する今回電流メモリ 92と、（c)検出回路 50による充電電流 Icの前回検 出値を一時的に記憶する今回電流メモリ 94とを含んでいる。

[0077] 図 4には、スイッチング制御プログラムが概念的にフローチャートで表されている。こ のスイッチング制御プログラムは、 CPU72によって繰り返し実行される。各回の実行 時には、まず、ステップ S10 (以下、単に「S 10」で表す。他のステップについても同じ とする。 )において、デューティ比てがデューティ比メモリ 90から読み出される。次に、 S 11にお 、て、電流 iが今回電流メモリ 92から読み出される。

[0078] 続いて、 S12において、その読み出された電流 iが最大値 iMAX以上であるか否か が判定される。今回は、電流 iが最大値 iMAX以上ではないと仮定すれば、その判定 が NOとなり、 S13において、その読み出されたデューティ比 τをスィッチ 40におい て実現するのに適当なスイッチング制御信号がそのスィッチ 40に対して出力される。 以上で、このスイッチング制御プログラムの一回の実行が終了する。

[0079] これに対し、今回は、 S11において読み出された電流 iが最大値 iMAX以上である と仮定すると、 S12の半 IJ定カ ^YESとなり、 S14に移行する。この S14にお!/ヽては、 S1 0において読み出されたデューティ比てが規制値て 0以上であるか否かが判定され る。今回は、デューティ比てが規制値て 0以上ではないと仮定すれば、その判定が N Oとなり、直ちに S 13に移行する。

[0080] また、 S 10において読み出されたデューティ比てが規制値て 0以上であると仮定す れば、 S14の判定力 SYESとなり、 S15において、そのデューティ比 τが規制値 τ 0に 減少させられた後、 S 13に移行する。

[0081] したがって、本実施形態においては、キャパシタ 14の充電電流 Icが過大でもないし 過大になる可能性もない場合には、後に詳述するデューティ比決定プログラムの実 行によって決定されたデューティ比てがそのまま実現されるようにスィッチ 40がオン オフ制御される。これに対し、キャパシタ 14の充電電流 Icが過大であるかまたは過大 になる可能性がある場合には、上記決定されたデューティ比 τが減少させられ、その 結果、それより小さいデューティ比てが実現されるようにスィッチ 40がオンオフ制御さ れる。それにより、過電流による破損力もスィッチ 40、ダイオード 44、キャパシタ 14等 が保護される。

[0082] 本実施形態にぉ 、ては、スィッチ 40のオン時間 Tonとオフ時間 Toffと力 コント口 ーラ 60によって直接制御される。ただし、コントローラ 60がスィッチ 40を制御する方 式として、後に別の実施形態において説明するように、他の方式を採用することが可 能である。

[0083] 図 5には、前述のデューティ比決定プログラムが概念的にフローチャートで表されて いる。以下、図 5を参照することにより、コントローラ 60におけるデューティ比ての決定 処理を説明するが、それに先立ち、その基本原理を説明する。

[0084] 充電装置 10、太陽電池 12およびキャパシタ 14を含む系全体が作動的に定常状態 にある場合には、太陽電池 12とキャパシタ 14との間に、次式（1)で表される関係が 成立する。 [0085] Vs X Is=Vc X Ic

[0086] 太陽電池 12においては、コンデンサ 48が存在するおかげで、スィッチ 40のデュー ティ比制御周期と同程度の時間的範囲内で観察すれば、発電電圧 Vsの時間的変 動は少ない。発電電圧 Vsの時間的変動が少ないため、太陽電池 12の発電電力の 時間的変動も少なぐその結果、太陽電池 12の発電電流 Isの時間的変動も少ない。

[0087] 一方、キャパシタ 14にお 、ては、通常、コイル 42の電流変化分より直流分が大きく なる程度に大きな値にコイル 42のインダクタンスが設計される。もっとも、コイル 42に おいて多少の電流変動があるため、コイル 42を流れる電流はリップル電流となる。一 方、キャパシタ 14の容量は、キャパシタ 14の充電電圧 Vcが短時間には変化しない 程度に大きい値を有する。

[0088] キャパシタ 14に流れ込む電気工ネルギ一の瞬間値は、充電電圧 Vcと充電電流 Ic との積で表される。上述のように、短い時間的範囲内で観察すれば、キャパシタ 14の 充電電圧 Vcはほぼ一定である。したがって、キャパシタ 14に流れ込む電気工ネルギ 一の量は、そのキャパシタ 14に流れ込む電流すなわち充電電流 Icに比例する。

[0089] よって、短い時間的範囲内においては、キャパシタ 14に流れ込む電気エネルギー が多いか少ないかという判定は、キャパシタ 14の充電電圧 Vcを考慮することなぐ充 電電流 Icが多 、か少な 、かと 、う判定により、十分に正確に行 、得る。

[0090] ところで、スィッチ 40のスイッチング周期を T、オン時間を Τοη、オフ時間を Toffで それぞれ表記すれば、それら 3者間に次式（2)で表される関係が成立する。

[0091] T = Ton + Toff

[0092] また、デューティ比 τは、次式（3)で表される。

[0094] スィッチ 40のデューティ比 τが決まると、太陽電池 12の発電電圧 Vsとキャパシタ 1

4の充電電圧 Vcとの間に次式 (4)で表される関係が近似的に成立する。

[0095] (Vs— Vc) ÷L X Ton=Vc ÷L X Toff=Vc ÷L X (T Ton)

[0096] この式にぉ 、て「L」は、コイル 42のインダクタンス値を表す。この式にぉ 、て、左辺 は、スィッチ 40のオン状態におけるコイル 42の電流増加分を意味し、一方、右辺は、 スィッチ 40のオフ状態におけるコイル 42の電流減少分を意味する。この式から、次 式（5)な 、し (7)が誘導される。

[0097] Vs X Ton=Vc X T

[0098] Ton/T=Vc/Vs

[0099] Ton/T=Is/lc

[0100] 前述のキャパシタ 14の特性のため、キャパシタ 14の充電電圧 Vcは敏感に変化し ない。一方、太陽電池 12の発電電圧 Vsは、図 2に示す特性曲線により表される電圧 の範囲内においては、変化し得る。このように、キャパシタ 14の充電電圧 Vcは、短い 時間的範囲内においては変化しないため、スィッチ 40のデューティ比てを変化させ ると、太陽電池 12の発電電圧 Vsが変化する。デューティ比ての変化直後において は、充電装置 10も太陽電池 12もキャパシタ 14も過渡状態にある力 やがて、太陽電 池 12の発電電圧 Vsは、次式（8)で表される値に収束する。

[0101] Vs =Vc X T÷Ton

[0102] このようにして太陽電池 12の発電電圧 Vsが変化すれば、太陽電池 12の発電電流 Isも変化する。変化後の発電電流 Isは、太陽電池 12の特性曲線と、そのときにおけ る太陽光の照度とに応じて決まる。このようにして太陽電池 12の発電電圧 Vsと発電 電流 Isとが変化すれば、太陽電池 12の発電電力も変化する。太陽電池 12の発電電 力が変化すれば、キャパシタ 14の充電電力も変化し、その変化は、キャパシタ 14の 充電電圧 Vcにではなぐ充電電流 Icのみに反映される。

[0103] 図 6には、太陽光の照度が一定である条件で、スィッチ 40のデューティ比 τを変化 させた場合に、キャパシタ 14の充電電流 Icが示す変化の一例がグラフで表されてい る。前述のように、太陽電池 12の発電電力が発電電圧 Vsおよび発電電流 Isに関し て極大値を有する関係上、キャパシタ 14の充電電力も極大値を有する。一方、キヤ パシタ 14においては、前述のように、短い時間的範囲内においては、充電電圧 Vc は時間的に不変であるのに対し、充電電流 Icは可変である。よって、太陽電池 12の 発電電力が極大値を有するという現象は、キャパシタ 14の充電電流 Icが極大値を有 する現象として発現されることになる。

[0104] したがって、デューティ比 τを、図 6において Α点に対応する値力も増加させ続ける と、充電電流 Icが減少し続けるのに対し、 A点に対応する値力 減少させ続けると、 充電電流 Icが増加して極大値に到達した後に減少に転ずる。一方、デューティ比て を、図 6において B点に対応する値力も減少させ続けると、充電電流 Icが減少し続け るのに対し、増加させ続けると、充電電流 Icが増加して極大値に到達した後に減少 に転ずる。よって、デューティ比ての最適値、すなわち、充電電流 Icの極大値に対応 する値は、デューティ比てを強制的に変更することにより、探索的に決定することが 可能である。

[0105] 以上説明した知見に基づき、図 5に示すデューティ比決定プログラムにおいては、 概略的には、デューティ比ての最適値を探索的に決定するために、デューティ比て を予め定められた条件で離散的に強制的に変更する強制的変更サイクルが時間離 散的に反復される。各回の強制的変更サイクルにおいては、デューティ比 τの強制 的変更に対するキャパシタ 14の充電電流 Icの応答に応じ、次回の強制的変更サイク ルにおけるデューティ比ての強制的変更条件 (増加させるの力減少させるの力）が決 定される。それら複数回の強制的変更サイクルは、キャパシタ 14の充電電流 Icが実 質的に極大化するまで反復される。

[0106] さらに、各回の強制的変更サイクルにおいて、今回の強制的変更が行われる前に 検出回路 50によって検出された充電電流 Icである前回検出値と、今回の強制的変 更が行われた後に検出回路 50によって検出された充電電流 Icである今回検出値と が互いに比較される。その比較結果を用いて、キャパシタ 14の充電電流 Icの、デュ 一ティ比ての今回の強制的変更に対する応答が監視される。

[0107] 後述のように、一回の強制的変更サイクルは、充電電流 Icの計測、デューティ比て の決定、およびスィッチ 40の一連のデューティ制御（後述の待ち時間 WTと等しい時 間継続される一回のデューティ比制御サイクル)を含むように構成される。

[0108] 具体的には、本実施形態においては、各回のデューティ比決定処理において、デ ユーティ比てをステップ幅 Δ てだけ離散的に強制的に変更する強制的変更サイクル 力 各回の強制的変更サイクルの実行中はデューティ比 τが変化しないように、反復 させられる。強制的変更サイクルは、デューティ比制御サイクルと同じ周期で行われ、 よって、強制的変更サイクルの周期は、上述の待ち時間 WTと等しい。

[0109] スィッチ 40については、デューティ比 τを共通にする複数回のスイッチング動作（ オンとオフとを一回ずつ交互に行う動作）により構成されるデューティ比制御サイクル が反復的に実行される。各回のデューティ比制御サイクルごとに、デューティ比てが 決定され、その決定されたデューティ比てが実現されるように、スィッチ 40が制御さ れる。

[0110] 具体的には、一回のデューティ比制御サイクルにおいては、一つのデューティ比 τ で、スィッチ 40のオンオフ動作がスイッチング周期（例えば、 10 sec)で反復させら れる。その反復は、システム全体の過渡現象が収束するであると予想される時間（上 述の待ち時間 WT (例えば、 10ms) )継続される。

[0111] 各回の強制的変更サイクルにおいては、前回の強制的変更サイクルにおけるデュ 一ティ比 τの強制的変更に対する充電電流 Icの応答に応じ、充電電流 Icが実質的 に極大化するようにデューティ比 τが決定される。充電電流 Icが実質的に極大化す ると、一回のデューティ比決定処理が終了する。

[0112] 上述のデューティ比決定プログラムの一連の実行により、複数回のデューティ比決 定処理が順次実行され、各回のデューティ比決定処理においては、複数回の強制 的変更サイクルが順次実行される。

[0113] ここで、このデューティ比決定プログラムを図 5を参照して具体的に説明するに、こ のデューティ比決定プログラムが CPU72によって実行されると、まず、 S100におい て、デューティ比ての今回値に初期値て 0が設定され、それがデューティ比メモリ 90 に格納される。スイッチング制御プログラムは、そのデューティ比メモリ 90を媒介にし て、デューティ比決定プログラムの実行によって決定されたデューティ比 τの最新値 を取り込む。初期値て 0は、スィッチ 40において現実に実現されるオン時間の最小 値 (例えば、スィッチ 40をオン状態に切り替えるためにスィッチ 40に出力されるパル スの最小長さ）に対応するデューティ比 τに設定すること力 キャパシタ 14の過電流 を回避するために望ましい。

[0114] 次に、 S 110において、一定の待ち時間 WTが経過するのが待たれる。その待ち時 間 WTの長さ（例えば、 10ms)は、スィッチ 40のデューティ比 τが変化させられた結 果、充電装置 10、太陽電池 12およびキャパシタ 14の作動状態が過渡状態に移行し た後に整定するまでに必要な時間より短くならないように設定される。この待ち時間 WTの長さは、キャパシタ 14とコイル 42の時定数（例えば、前述の LCフィルタの時定 数)を考慮して設定される。

[0115] この待ち時間 WTを 10msに設定し、かつ、スィッチ 40のスイッチング周期 Tを 10 μ secに設定すれば、デューティ比 τの 1回の強制的変更サイクルの周期はほぼ 10ms となり、その間、スィッチ 40のスイッチング動作 (オンオフ制御の最小単位）が 1, 000 回行われることになる。この程度の長さのスイッチング動作が行われれば、デューティ 比 τの変更に伴う回路全体の過渡現象は良好に収束すると予想される。

[0116] 続いて、 S120において、検出回路 50を介して、キャパシタ 14の充電電流 Icの現 在値が電流 iとして計測される。その計測された電流 iは、前回電流メモリ 94に格納さ れる。

[0117] その後、 S200ないし S270において、デューティ比 τを一定のステップ幅 Δ τだけ 、強制的に増加させてキャパシタ 14の充電電流 Icに現れる応答を監視することにより 、充電電流 Icの極大値が探索される。

[0118] 具体的には、 S200において、デューティ比 τの現在値が、ステップ幅 Δ τだけ増 加するように更新され、その内容が、デューティ比メモリ 90に格納される。その後、 S2 10において、前記待ち時間 WTが経過するのが待たれる。続いて、 S220において、 検出回路 50を介して、キャパシタ 14の充電電流 Icの現在値が電流 ilとして計測され る。その計測された電流 ilは、今回電流メモリ 92に格納される。

[0119] 続いて、 S230において、電流 il (今回検出値)の電流 i (前回検出値)からの変化 量 (以下、単に「電流変化量 A i」という。）が基準変化量 Δ )より大きいか否かが判定 される。すなわち、デューティ比ての強制的増加に対して充電電流 Icが上昇したか 否かが判定されるのである。今回は、電流変化量 A iが基準変化量 Δ )より大きいと 仮定すれば、、その半 IJ定カ SYESとなり、 S240にお!/、て、 S200な! /、し S250の次回の 実行に備えて、前回電流メモリ 94の内容が電流 iから電流 ilに更新される。その後、 S200に戻る。

[0120] これに対し、今回は、電流変化量 A iが基準変化量 Δ )以下であると仮定すれば、 S230の半 IJ定カ ^ΝΟとなり、 S250に移行する。この S250においては、電流変ィ匕量 A i の絶対値が前記基準変化量 Δ )以下である力否かが判定される。この S250におい ては、先行する S230の存在と相俟って、充電電流 Icが実質的に極大化している力、 下降して!/、るかが判定される。

[0121] 今回は、充電電流 Icが実質的に極大化しているために、電流変化量 A iの絶対値 が基準変化量 Δ )以下であると仮定すれば、 S250の判定力YESとなり、 S260にお ヽて、 S240と同様にして、 S200な!ヽし S250の次回の実行に備えて、前回電流メモ リ 94の内容が電流 も電流 ilに更新される。その後、 S270において、 S200の前回 の実行がデューティ比ての現在値に与えた影響をキャンセルするために、デューティ 比ての現在値が、ステップ幅 Δ てだけ減少するように更新され、その内容が、デュー ティ比メモリ 90に格納される。その後、 S 200に戻る。

[0122] 今回は、充電電流 Icが下降中にあるために、電流変化量 A iの絶対値が基準変化 量 Δ )より大き!/ヽと仮定すれば、、 S250の半 IJ定カ ^ΝΟとなり、 S280にお!/、て、 S240と 同様にして、 S300ないし S350の次回の実行に備えて、前回電流メモリ 94の内容が 電流 ら電流 ilに更新される。

[0123] S300ないし S370においては、デューティ比 τをステップ幅 Δ τだけ、強制的に減 少させてキャパシタ 14の充電電流 Icに現れる応答を監視することにより、充電電流 Ic の極大値が探索される。

[0124] 具体的には、 S300にお!/、て、デューティ比 τの現在値が、ステップ幅 Δ τだけ減 少するように更新され、その内容が、デューティ比メモリ 90に格納される。その後、 S3 10において、前記待ち時間 WTが経過するのが待たれる。続いて、 S320において、 検出回路 50を介して、キャパシタ 14の充電電流 Icの現在値が電流 ilとして計測され る。その計測された電流 ilは、今回電流メモリ 92に格納される。

[0125] 続 、て、 S330にお 、て、電流変化量 Δ iが基準変化量 Δ iOより大き 、か否かが判 定される。すなわち、デューティ比ての強制的減少に対して充電電流 Icが上昇した か否かが判定されるのである。今回は、電流変化量 A iが基準変化量 Δ )より大きい と仮定すれば、その判定が YESとなり、 S340において、 S300ないし S350の次回の 実行に備えて、前回電流メモリ 94の内容が電流 iから電流 ilに更新される。その後、 S300に戻る。

[0126] これに対し、今回は、電流変化量 A iが基準変化量 Δ )以下であると仮定すれば、 S330の半 IJ定カ ^NOとなり、 S350に移行する。この S350においては、電流変ィ匕量 A i の絶対値が前記基準変化量 Δ )以下である力否かが判定される。この S350におい ては、先行する S330の存在と相俟って、充電電流 Icが実質的に極大化している力、 下降して!/、るかが判定される。

[0127] 今回は、充電電流 Icが実質的に極大化しているために、電流変化量 A iの絶対値 が基準変化量 Δ )以下であると仮定すれば、 S350の判定力YESとなり、 S360にお ヽて、 S340と同様にして、 S300な!ヽし S350の次回の実行に備えて、前回電流メモ リ 94の内容が電流 も電流 ilに更新される。その後、 S370において、 S300の前回 の実行がデューティ比ての現在値に与えた影響をキャンセルするために、デューティ 比ての現在値が、ステップ幅 Δ てだけ増加するように更新され、その内容が、デュー ティ比メモリ 90に格納される。その後、 S300に戻る。

[0128] 今回は、充電電流 Icが下降中にあるために、電流変化量 A iの絶対値が基準変化 量 Δ )より大き!/ヽと仮定すれば、、 S350の半 IJ定カ ^ΝΟとなり、 S380にお!/、て、 S280と 同様にして、 S200ないし S250の次回の実行に備えて、前回電流メモリ 94の内容が 電流 ら電流 ilに更新される。

[0129] なお付言するに、スィッチ 40が順方向のみならず逆方向へも電流が流れることを許 容するスィッチ素子として構成される場合には、キャパシタ 14から太陽電池 12に電 流が流れてキャパシタ 14が放電してしまうことを防止するために、後の実施形態にお いて説明するように、逆流防止素子 (例えば、ダイオード）を付加することが望ましい。

[0130] 以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、コントローラ 60が前記（1 )項における「コントローラ」の一例を構成し、コンデンサ 48が前記（2)項における「コ ンデンサ」の一例を構成しているのである。さらに、図 3における今回電流メモリ 92お よび前回電流メモリ 94がそれぞれ、前記（3)項における「記憶部」の一例を構成する とともに、前記 (4)項における「デジタルメモリ」の一例を構成し、コンピュータ 70のう ち図 5のデューティ比決定プログラムを実行するための部分が前記（3)項における「 決定部」の一例を構成して 、るのである。

[0131] さらに、本実施形態においては、コンピュータ 70のうち図 5のデューティ比決定プロ グラムを実行するための部分が前記（9)および（10)項のそれぞれにおける「決定部 」の一伊 [Jを構成し、図 5における S200ないし S280と、 S300ないし S380と力 ^それぞ れ、前記（9)項における「各回の強制的変更サイクル」の一例を構成して 、るのであ る。

[0132] さらに、本実施形態においては、コンピュータ 70のうち図 4のスイッチング制御プロ グラムを実行するための部分が前記（18)項における「電流制限部」の一例を構成し ているのである

[0133] 次に、本発明の第 2実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第 1実施形態に 対し、デューティ比決定に関するソフトウェア構成が異なるのみで、他のソフトウェア 構成およびハードウェア構成は共通するため、異なる部分のみを詳細に説明し、共 通する部分は同一の符号または名称を使用して引用することにより、重複した説明を 省略する。

[0134] 本実施形態においては、第 1実施形態と同様にして、スィッチ 40のデューティ比て を予め定められた条件で離散的に強制的に変更する強制的変更サイクルが時間離 散的に反復され、それにより、デューティ比ての最適値すなわちキャパシタ 14の充電 電流 Icひいては充電電力が極大化するときの値が探索的に決定される。

[0135] 本実施形態においては、 1回の強制的変更サイクルが、第 1実施形態と同様に、充 電電流 Icの計測、デューティ比 τの決定およびスィッチ 40の一連のデューティ制御（ 後述の待ち時間 WTと等しい時間継続される。）を含むように構成される。さらに、デ ユーティ比 τの最適値を決定するために、複数回の強制的変更サイクルが反復され 、それら複数回の強制的変更サイクルによって 1回のデューティ比決定処理が終了 する。

[0136] 本実施形態においては、デューティ比ての最適値の最新値が決定されると、 1回の 強制的変更サイクルの周期より長い時間、デューティ比ての決定も更新も中止される 。すなわち、今回のデューティ比決定処理の終了時期と、次回のデューティ比決定 処理の開始時期との間に、デューティ比てがホールドされるホールド期間 HP (例え ば、 lmin)が設定されているのである。

[0137] 図 7には、本実施形態におけるデューティ比決定プログラムが概念的にフローチヤ ートで表されている。以下、このデューティ比決定プログラムを図 7を参照して説明す る力 図 5に示すデューティ比決定プログラムと共通するステップについては、共通す るステップを参照して引用することにより、重複した説明を省略する。

[0138] 図 7に示すデューティ比決定プログラムが CPU72によって実行されると、まず、 S1 100において、 S100と同様にして、デューティ比 τの今回値に初期値 τ 0が設定さ れ、それがデューティ比メモリ 90に格納される。次に、 S 1110において、 S 110と同 様にして、前記待ち時間 WTが経過するのが待たれる。続いて、 S 1120において、 S 120と同様にして、検出回路 50を介して、キャパシタ 14の充電電流 Icの現在値が電 流 iとして計測される。その計測された電流 iは、前回電流メモリ 94に格納される。

[0139] その後、 S 1200な!ヽし S1250力 S200な!ヽし S270と同様にして、デューティ it τ を前記ステップ幅 Δ τだけ、強制的に増加させてキャパシタ 14の充電電流 Icに現れ る応答を監視することにより、充電電流 Icの極大値が探索される。

[0140] 具体的には、 S1200において、 S200と同様にして、デューティ比 τの現在値が、 ステップ幅 Δ てだけ増加するように更新され、その内容が、デューティ比メモリ 90に 格納される。その後、 S1210において、 S210と同様にして、前記待ち時間 WTが経 過するのが待たれる。続いて、 S 1220において、 S220と同様にして、検出回路 50を 介して、キャパシタ 14の充電電流 Icの現在値が電流 ilとして計測される。その計測さ れた電流 ilは、今回電流メモリ 92に格納される。

[0141] 続いて、 S1230において、電流 il (今回検出値）が電流 i (前回検出値）と実質的に 等しいか否かが判定される。今回は、充電電流 Icが極大値であるために、デューティ 比ての強制的増カロにも力かわらず、電流 il (今回検出値)が電流 i (前回検出値)と実 質的に等しいと仮定すれば、その判定が YESとなり、 S1300に移行する。

[0142] この S1300にお!/ヽて ίま、 S 1210、 S1220また ίま S1230の実行終了時期力ら前述 のホールド期間 HPが経過するのが待たれる。ホールド期間 HPが経過したなら、 S 1 300の判定力YESとなる。その後、 S1120に戻り、電流 iが計測されて前回電流メモ リ 94に格納される。続いて、 S 1200に移行する。

[0143] これに対し、今回は、充電電流 Icが極大値ではな 、ために、デューティ比 τの強制 的増加に起因して、電流 il (今回検出値)が電流 i (前回検出値)から変化したと仮定 すれば、、 S1230の半 IJ定カ SNOとなり、その後、 S1240に移行する。この S1240にお いては、電流 il (今回検出値)が電流 i (前回検出値)より大きいか否かが判定される。

[0144] 今回は、充電電流 Icが極大値ではな 、ために、デューティ比ての強制的増加に起 因して、電流 il (今回検出値)が電流 i (前回検出値)より増加したと仮定すれば、 S 12 40の半 IJ定カ ^YESとなり、 S 1250にお!/ヽて、 S 1200な!ヽし S 1240の次回の実行に備 えて、前回電流メモリ 94の内容が電流 も電流 ilに更新される。その後、 S1200に 戻る。

[0145] また、今回は、充電電流 Icが極大値ではないために、デューティ比ての強制的増 加に起因して、電流 il (今回検出値)が電流 i (前回検出値)より減少したと仮定すれ ば、 S 1240の判定が NOとなる。

[0146] その後、 S 1400ないし S1450において、デューティ比 τをステップ幅 Δ τだけ、強 制的に減少させてキャパシタ 14の充電電流 Ic現れる応答を監視することにより、充電 電流 Icの極大値が探索される。

[0147] 具体的には、 S1400において、前回電流メモリ 94の内容が電流 電流 ilに更 新される。続いて、 S 1410において、 S300と同様にして、デューティ比 τの現在値 力 ステップ幅 Δ てだけ減少するように更新され、その内容が、デューティ比メモリ 90 に格納される。その後、 S 1420において、 S310と同様にして、前記待ち時間 WTが 経過するのが待たれる。続いて、 S 1430〖こおいて、 S320と同様〖こして、検出回路 5 0を介して、キャパシタ 14の充電電流 Icの現在値が電流 ilとして計測される。その計 測された電流 ilは、今回電流メモリ 92に格納される。

[0148] 続いて、 S1440において、電流 il (今回検出値）が電流 i (前回検出値）と実質的に 等しいか否かが判定される。今回は、充電電流 Icが極大値であるために、デューティ 比ての強制的減少にもかかわらず、電流 il (今回検出値)が電流 i (前回検出値)と実 質的に等しいと仮定すれば、その判定が YESとなり、 S1300に移行する。

[0149] これに対し、今回は、充電電流 Icが極大値ではな 、ために、デューティ比 τの強制 的増加に起因して、電流 il (今回検出値)が電流 i (前回検出値)から変化したと仮定 すれば、、 S1440の半 IJ定カ SNOとなり、その後、 S1450に移行する。この S1450にお いては、電流 il (今回検出値)が電流 i (前回検出値)より大きいか否かが判定される。

[0150] 今回は、充電電流 Icが極大値ではないために、デューティ比 τの強制的増加に起 因して、電流 il (今回検出値)が電流 i (前回検出値)より増加したと仮定すれば、 S14 50の判定力YESとなり、その後、 S1400に戻る。また、今回は、充電電流 Icが極大 値ではないために、デューティ比ての強制的減少に起因して、電流 il (今回検出値） が電流 i (前回検出値)より減少したと仮定すれば、 S1450の判定が NOとなり、その 後、 S1250を経て、 S1200に戻る。

[0151] 次に、本発明の第 3実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第 1実施形態に 対し、コントローラ 60がスィッチ 40を制御するハードウェア構成が異なるのみで、他 のハードウェア構成およびソフトウェア構成は共通するため、異なる部分のみを詳細 に説明し、共通する部分は同一の符号または名称を使用して引用することにより、重 複した説明を省略する。

[0152] 図 8に示すように、本実施形態に従う充電装置 120は、コントローラ 60によるスイツ チ 40の制御を可能にするために、スィッチ制御回路 122を備えている。そのスィッチ 制御回路 122は、三角波信号を生成する発振回路としての三角波源 124と、コント口 ーラ 60から出力されるデジタル信号であってスィッチ 40の目標デューティ比を表すも のをアナログ信号に変換する D— Aコンバータ 126とを備えている。その D— Aコンパ ータ 126は、コントローラ 60から出力されるデジタル信号を、しきいレベルを表すアナ ログ信号に変換する。

[0153] スィッチ制御回路 122は、さらに、スィッチ 40と三角波源 124と D— Aコンバータ 12 6とに接続されたコンパレータ 128を備えている。そのコンパレータ 128は、 2値化回 路の一例として機能し、具体的には、三角波源 124によって生成された三角波信号 を、 D— Aコンバータ 126から出力されるアナログ信号によって表されるしきいレベル で 2値ィ匕することにより、スィッチ 40をオンするためにオン信号とオフするためのオフ 信号とを選択的に生成し、それをスィッチ 40に供給する。

[0154] このスィッチ制御回路 122においては、コンパレータ 128により、周波数が一定であ る三角波信号力 パルス幅がしきいレベルに比例して増加するように PMW化された 矩形波信号に変換される。したがって、このスィッチ制御回路 122においては、 D- Aコンバータ 126の出力アナログ信号を変えることにより、スィッチ 40のデューティ比 を変えることができる。 [0155] 本実施形態によれば、コントローラ 60によってスィッチ 40を制御するために、コント ローラ 60の外部〖こ、クロック発振器と、そのクロック発振器から出力されるクロックパノレ ス信号の数をカウントする、ワイヤードロジック回路のカウンタと、そのカウンタのタイム アップの有無に応じてスィッチ 40のオンオフ状態を制御するフリップフロップとを設け ずに済む。

[0156] 図 8に示すように、本実施形態においては、第 1実施形態に対し、アンプ 54の入力 側と電流検出抵抗 52との間にフィルタ 130が接続されている。このフィルタ 130は、 スィッチ 40のオンオフ動作に起因してキャパシタ 14の充電電流に発生するリップル 成分を除去するために設けられる。本実施形態においては、さらに、正極ライン 20の うち、コンデンサ 48の正極端子との接続点と、外部端子 24との間の部分に、逆流防 止用のダイオード 132が接続されて 、る。

[0157] 次に、本発明の第 4実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第 1実施形態に 対し、コントローラ 60のコンピュータ 70によって実現される動作と基本的に同じ動作 をワイヤードロジック回路によって実現する点のみにおいて異なり、他の点において は共通する。そのため、本実施形態については、第 1実施形態と異なる要素のみを 詳細に説明し、共通する要素については、同一の符号または名称を使用して引用す ることにより、重複した説明を省略する。

[0158] 図 9に示すように、本実施形態に従う充電装置 150は、第 1実施形態に従う充電装 置 10と同様に、太陽電池 12とキャパシタ 14とに接続されて使用される。この充電装 置 150は、充電装置 10と同様に、スィッチ 40とコイル 42とダイオード 44とを有するコ ンバータ 32と、コンデンサ 48と、電流検出抵抗 52とアンプ 54とを有する検出回路 50 とを含むように構成されて 、る。

[0159] 図 9に示すように、充電装置 150は、検出回路 50に接続された記憶部 160と、その 記憶部 160に接続された決定部 162と、その決定部 162とスィッチ 40とに接続された スィッチ制御回路 164とを備えている。この充電装置 150は、さらに、それら記憶部 1 60と決定部 162とスィッチ制御回路 164とに接続されたタイミング部 166を備えてい る。本実施形態においては、それら記憶部 160、決定部 162、スィッチ制御回路 164 およびタイミング部 166によってコントローラ 168が構成されている。 [0160] 記憶部 160は、検出回路 50によって検出されたキャパシタ 14の充電電流をアナ口 グ信号 (充電電流の値が電流検出抵抗 52とアンプ 54とによって電圧に変換された信 号）として記憶するために、検出回路 50に共通に接続された 2個のサンプルホールド 回路 170, 172と、それらサンプルホールド回路 170, 172を選択的に有効にする選 択回路としてのフリップフロップ 174とを備えている。そのフリップフロップ 174は、サ ンプリングタイミング T1が到来するごとに、 2個のサンプルホールド回路 170, 172に 交互にィネーブル信号を出力するように動作する。その結果、それら 2個のサンプル ホールド回路 170, 172は、充電電流の今回検出値と前回検出値とをそれぞれ、交 互に検出回路 50からサンプリングして一時的に記憶するように動作する。

[0161] 具体的には、まず、一方のサンプルホールド回路を有効とし、その有効とされたサ ンプルホールド回路に、充電電流の検出値を検出回路 50からサンプリングするサン プリング動作を行わせて、その検出値を一時的に記憶させる。その後、サンプリング タイミング T1が到来すると、今度は、他方のサンプルホールド回路を有効とし、その 有効とされたサンプルホールド回路にサンプリング動作を行わせて充電電流の検出 値を一時的に記憶させる。今回のサンプリング動作が終了すると、一方のサンプルホ 一ルド回路は、充電電流の前回検出値を記憶していることになる一方、他方のサン プルホールド回路は、充電電流の今回検出値を記憶していることになる。

[0162] そして、次のサンプリングタイミング T1が到来すると、今回は、前回のサンプリングタ イミング T1にお!/、て有効にされたサンプルホールド回路とは別のサンプルホールド 回路を有効とし、その有効とされたサンプルホールド回路に充電電流の検出値のサ ンプリングおよび記憶を行わせる。今回のサンプリングタイミング T1においては、前 回のサンプリングタイミング T1にお 、て有効とされたサンプルホールド回路に記憶さ れている充電電流力 充電電流の前回検出値を意味する。

[0163] 以上の説明から明らかなように、サンプリングタイミング T1が到来するごとに、それら 2個のサンプルホールド回路 170, 172を選択的に有効とするためにフリップフロップ 174が設けられている。

[0164] 図 9に示すように、スィッチ制御回路 164は、 R—Sフリップフロップとして構成された フリップフロップ 180を備えている。このフリップフロップ 180は、セット状態においてス イッチ 40をオンにする一方、リセット状態においてスィッチ 40をオフにするように動作 する。

[0165] スィッチ制御回路 164は、さらに、コントローラ 168の動作全体を制御する基本クロ ックのクロックパルス（例えば、 25MHz, 0. 04 s)を出力するクロック発振器 182と、 そのクロック発振器 182から出力されたクロックパルスの数をカウントするカウンタ 184 とを備えている。そのカウンタ 184は、タイムアップする（それのカウント値が最大値に 達する）ごとに、フリップフロップ 180をリセット状態力もセット状態に切り替えるための セット信号 Sをフリップフロップ 180に供給する。

[0166] 具体的な仕様セッティングの一例においては、スィッチ 40のスイッチング周波数を 1 00kHzに設定するために、カウンタ 184のカウント値を 2進 8ビットで構成して、その力 ゥンタ 184からの出力パルス信号 (タイムアップを表す信号)の出力周波数を lOOkH z、出力インターバル (サイクルタイム）を 10 sにすることが考えられる。

[0167] 図 9に示すように、決定部 162は、スィッチ 40の目標デューティ比すなわちオン時 間の長さを決定するための論理演算を行う判定論理回路 190と、その判定論理回路 190によって決定された前回判定結果を記憶する前回判定メモリ 192とを備えている 。それら判定論理回路 190および前回判定メモリ 192の機能および動作については 、後に詳述するが、判定論理回路 190は、判定論理タイミング T2が到来するごとに 所定の論理演算を行うように設計されて!ヽる。

[0168] 図 9に示すように、スィッチ制御回路 164は、さらに、リバーシブル式のカウンタ 200 と、そのカウンタ 200と前述のカウンタ 184との間に設けられた一致検出論理回路 20 2とを備えている。

[0169] カウンタ 200は、決定部 162によって決定された目標デューティ比に対応する目標 カウント値を記憶するために設けられている。このカウンタ 200は、デューティ比変更 タイミング T3が到来するごとに、カウントアップ動作とカウントダウン動作とのうち指定 されたものを行う。これに対し、一致検出論理回路 202は、カウンタ 200に記憶されて いる目標カウント値と、前述のカウンタ 184のカウント値とが互いに一致することを検 出するために設けられて 、る。

[0170] カウンタ 200のカウント値がカウンタ 184の目標カウント値と一致すると、一致検出 論理回路 202は、フリップフロップ 180をセット状態力もリセット状態に切り替えるため のリセット信号 Rをフリップフロップ 180に供給する。その結果、スィッチ 40がオン状態 からオフ状態に切り替わり、それにより、スィッチ 40の実際のオン時間が、 目標デュー ティ比を実現するように制御される。

[0171] 図 9に示すように、タイミング部 166は、カウンタ 184からの出力パルス信号 (タイム アップを表す信号）に応答して 1ずつカウントアップするカウンタ 210を備えている。そ のカウンタ 210は、タイムアップすると、前述のサンプリングタイミング T1が到来したこ とを表す出力パルス信号を前述のフリップフロップ 174に出力する。

[0172] 具体的な仕様セッティングの一例において、前述のサンプリングタイミング T1の周 期を 10msに設定するためには、カウンタ 210のカウント値を 2進 10ビットで構成して 、出カノ ルス信号の出力インターバルを 10msにすることが考えられる。

[0173] 図 9に示すように、タイミング部 166は、さらに、タイミング発生器 212を備えている。

このタイミング発生器 212は、カウンタ 210から出力される出力パルス信号の数をカウ ントすることにより、前述の判定論理タイミング T2とデューティ比変更タイミング T3とを それぞれ計測する。

[0174] 本実施形態においては、サンプリングタイミング T1の周期の長さ力 スィッチ 40の デューティ比変更に伴う充電装置 150の過渡現象が収束するのに必要な時間を考 慮して設定される。また、判定論理タイミング T2の周期の長さ力 サンプルホールド 回路 170, 172の一回の動作完了に必要な時間を考慮して設定される。また、デュ 一ティ比変更タイミング T3が、判定論理回路 190の一回の論理判定完了に必要な 時間を考慮して設定される。図 10には、それら 3つのタイミング Tl, T2および T3が 成立するシーケンスがタイミングチャートで表されている。

[0175] 図 9に示すように、決定部 162は、さらに、 2個のサンプルホールド回路 170, 172 の出力端子にそれぞれ接続された 2個の電圧設定回路 220, 222と、それら 2個の電 圧設定回路 220, 222にそれぞれ接続された 2個の比較器 230, 232とを備えている

[0176] 各電圧設定回路 220, 222は、 2個の分圧抵抗 Rl l, R12, R21, R22の直列回 路として構成されており、 2個のサンプルホールド回路 170, 172のうち対応するもの に記憶されて 、る充電電流を表す信号の電圧を所定の比率で分圧して、 2個の比較 器 230, 232のうち対応するものに出力する。

[0177] 具体的には、 2個のサンプルホールド回路 170, 172の出力電圧をそれぞれ Vhl, Vh2で表せば、比較器 230は、 Vhlと Vh2 XR22Z (R21 +R22)とを互いに比較し 、一方、比較器 232は、 112と¥111 1^12/ (1^11 +1^12)とを互ぃに比較する。比 較器 230は、 Vh2力Vhlより、一定電圧以上高いことを検出するために使用され、一 方、比較器 232は、 Vhlが Vh2より、一定電圧以上高いことを検出するために使用さ れる。

[0178] ここで、判定論理回路 190の論理演算を説明する。

[0179] 判定論理回路 190の入力信号には、フリップフロップ 174の出力信号と、 2個の比 較器 230, 232からの出力信号と、前回判定メモリ 192からの出力信号とがある。フリ ップフロップ 174の出力信号は、 2個のサンプルホールド回路 170, 172のうちのい ずれが今回有効とされたものであるかを特定するために使用される。 2個の比較器 2 30, 232力もの出力信号は、 2個のサンプルホールド回路 170, 172のうち今回有効 とされたものに対応する比較器からの出力信号のみが使用される。前回判定メモリ 1 92からの出力信号は、カウンタ 200のカウント方向がカウントアップであつたかカウン トダウンであつたかを特定するために使用される。

[0180] 一方、判定論理回路 190の出力信号には、（a)スィッチ 40のオン時間が第 1変化 量だけ増加するようにカウンタ 200のカウント値 (スィッチ 40の目標オン時間に相当 する。）を 1だけカウントアップするための小カウントアップ信号と、（b)スィッチ 40のォ ン時間が第 1変化量より多い第 2変化量だけ増加するようにカウンタ 200のカウント値 を 2だけカウントアップするための大カウントアップ信号と、（c)スィッチ 40のオン時間 が第 1変化量だけ減少するようにカウンタ 200のカウント値を 1だけカウントダウンする ための小カウントダウン信号と、（d)スィッチ 40のオン時間が第 2変化量だけ減少す るようにカウンタ 200のカウント値を 2だけカウントダウンするための大カウントダウン信 号と、 (e)カウンタ 200のカウント値に変化を加えな 、ための 0信号とがある。

[0181] 図 11には、判定論理回路 190の動作が場合分けされて表で表されている。この表 によれば、例えば、前回判定が、カウンタ 200のカウントアップ (カウント値の前回増 加量が 1であった力 2であつたかを問わない。）であり、かつ、 2個のサンプルホールド 回路 170, 172のうち 170が今回有効とされている場合には、比較器 230において V h2 (前回検出値)が Vhl (今回検出値)より大きいと判定されることを条件に、カウンタ 200に大カウントダウン信号 D2が出力される一方、比較器 232〖こおいて Vhl (今回 検出値)が Vh2 (前回検出値)より大きいと判定されることを条件に、カウンタ 200に小 カウントアップ信号 U1が出力される。

[0182] また、前回判定が、カウンタ 200のカウントダウン (カウント値の前回減少量が 1であ つたか 2であつたかを問わない。）であり、かつ、 2個のサンプルホールド回路 170, 1 72のうち 172が今回有効とされている場合には、比較器 230において Vh2 (今回検 出値)が Vhl (前回検出値)より大きいと判定されることを条件に、カウンタ 200に小力 ゥントダウン信号 D1が出力される一方、比較器 232において Vhl (前回検出値）が V h2 (今回検出値)より大き!/、と判定されることを条件に、カウンタ 200に大カウントアツ プ信号 U2が出力される。

[0183] 以上、 2つの場合を例にとり、判定論理回路 190の動作を説明したが、残りの場合 については、図 11の表を引用することにより、文章による説明を省略する。

[0184] なお付言するに、本実施形態においては、判定論理回路 190により決定された目 標デューティ比が一定時間（例えば、 10秒)変化しな 、場合に目標デューティ比を強 制的に一定方向に一定量だけ変更する論理回路を追加すれば、キャパシタ 14の充 電電流の実際値をそれの極大値により確実に追従させることが容易となる。

[0185] 次に、本発明の第 5実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第 1実施形態に 対し、コンピュータ 70によって実現される動作と基本的に同じ動作をワイヤードロジッ ク回路とコンピュータとを組み合わせたハイブリッド方式で実現する点のみにおいて 異なり、他の点においては共通する。そのため、本実施形態については、第 1実施形 態と異なる要素のみを詳細に説明し、共通する要素については、同一の符号または 名称を使用して引用することにより、重複した説明を省略する。

[0186] 図 12に示すように、本実施形態に従う充電装置 250は、第 1実施形態に従う充電 装置 10と同様に、太陽電池 12とキャパシタ 14とに接続されて使用される。この充電 装置 150は、充電装置 10と同様に、スィッチ（半導体スィッチ) 40とコイル 42とダイォ ード 44とを有するコンバータ（降圧型のスイッチングレギユレータ） 32と、コンデンサ 4 8と、電流検出抵抗 52とアンプ 54とを有する検出回路 50とを含むように構成されて いる。

[0187] その検出回路 50は、スィッチ 40のオンオフ動作に起因してキャパシタ 14の充電電 流に発生するリップル成分を除去し、それにより、充電電流の検出値を用いた後段の 処理を確実化するため、リップル対策回路 252を備えている。そのリップル対策回路 252は、例えば、平均電流による方式 (ローパスフィルタ、積分回路等）としたり、ピー ク電流による方式 (ダイオードを用いた整流回路等）としたり、特定位相の電流による 方式 (スィッチ 40がオフするタイミングにおけるサンプリングホールドないしは同期検 波等）とすることが可能である。

[0188] 図 12に示すように、充電装置 250は、検出回路 50に接続されたサンプルホールド 回路 254と、そのサンプルホールド回路 254に接続された決定部 256とを備えている 。その決定部 256は、 2つの入力端子においてサンプルホールド回路 254と検出回 路 50とにそれぞれ接続された比較器 258と、その比較器 258の出力端子と、サンプ ルホールド回路 254の制御端子とに接続されたコントローラ 260とを備えている。

[0189] 比較器 258には、検出回路 50による充電電流の今回検出値を表す電圧信号と、 充電電流の前回検出値を表す電圧信号であってサンプルホールド回路 254に記憶 されているものとが入力される。この比較器 258は、それら電圧信号の大小を比較す るために設けられている。

[0190] 図 13に示すように、コントローラ 260は、コンピュータ 262を主体として構成されて おり、そのコンピュータ 262は、図 3に示す第 1実施形態と同様に、 CPU72と、 ROM 74と、 RAM76と、バス 78とを含むように構成されている。コントローラ 260は、さらに 、図 3に示す第 1実施形態と同様に、 I/Oインタフェース 80を備えており、その I/O インタフェース 80を介してサンプルホールド回路 254と比較器 258とに接続されてい る。

[0191] ROM74には、図 14にフローチャートで概念的に表されているデューティ比制御プ ログラムが記憶されている。また、図 13に示すように、 RAM76には、判定結果メモリ 270と比較結果メモリ 272とが設けられて 、る。 [0192] 図 12に示すように、充電装置 250は、決定部 256とスィッチ 40とに接続されたスィ ツチ制御回路 280とを備えている。そのスィッチ制御回路 280は、発振回路としての 三角波源 282と、その三角波源 282によって発生させられた三角波信号をしきいレ ベルによって 2値化する 2値化回路としてのコンパレータ 284とを備えて!/、る。その 2 値化処理により、コンパレータ 284からスィッチ 40に、ハイレベルとローレベルとを有 する矩形波が出力され、その矩形波のデューティ比は、コンパレータ 284のしきぃレ ベルに応じて変化する。

[0193] 図 12に示すように、そのスィッチ制御回路 280は、コンパレータ 284にしきいレベル 信号を出力するしき ヽレベル信号生成回路 290を備えて ヽる。そのしき ヽレベル信 号生成回路 290は、そのしきいレベル信号を生成するために、可変の電圧を所定時 間保持する素子としてのコンデンサ 292と、そのコンデンサ 292に蓄積される電圧を 昇圧するためにオンにされる昇圧スィッチ（例えば、半導体スィッチ） 294および降圧 するためにオンにされる降圧スィッチ（例えば、半導体スィッチ） 296とを備えている。 コンデンサ 292の電圧を表す信号がしきいレベル信号としてコンパレータ 284に供給 される。

[0194] スィッチ制御回路 280は、さらに、それら昇圧スィッチ 294および降圧スィッチ 296 にそれぞれ接続された 2個のタイミング回路 298, 300を備えている。それら 2個のタ イミング回路 298, 300は、図 13に示すように、 I/Oインタフェース 80を介してコンビ ユータ 262に接続されている。

[0195] このしきいレベル信号生成回路 290においては、昇圧スィッチ 294のオンによって コンデンサ 292が抵抗 R1を経て正極電源端子に導通されると、その昇圧スィッチ 29 4のオン時間の長さに応じてコンデンサ 292の電圧が上昇させられる。一方、降圧ス イッチ 296のオンによってコンデンサ 292が抵抗 R2を経て負極電源端子に導通され ると、その降圧スィッチ 296のオン時間の長さに応じてコンデンサ 292の電圧が降圧 させられる。

[0196] それら昇圧スィッチ 294および降圧スィッチ 296はそれぞれ、 2個のタイミング回路 298, 300を介してコン卜ローラ 260【こ接続されて!ヽる。各タイミング回路 298, 300ίま 、例えば、単安定バイブレータとして構成され、コントローラ 260からトリガ信号が入力 されると、所定時間、昇圧スィッチ 294と降圧スィッチ 296とのうち対応するものをオン にする信号を出力し続ける。

[0197] 図 12に示すように、スィッチ制御回路 280は、さらに、コンデンサ 292とコンパレー タ 284の入力端子とに接続されたバッファアンプ 302を備えて 、る。そのバッファアン プ 302は、入力のインピーダンスが高ぐかつ、入力のリーク電流が少ないアンプとし て構成されている。このバッファアンプ 302は、リーク電流により、コンデンサ 292に電 圧ドリフトが発生することを防止するために設けられて 、る。

[0198] この充電装置 250の初期状態（電源投入直後）にお 、ては、コンピュータ 262の起 動前に、スィッチ 40がオフであり、かつ、コンデンサ 292の電圧が 0である回路初期 状態が実現される。

[0199] やがてコンピュータ 262が起動して図 14に示すデューティ比制御プログラムが実行 されると、まず、 S2000において、所定時間が経過するのが待たれる。次に、 S2010 において、充電装置 250が回路リセット状態力 解除される。続いて、 S2020におい て、サンプルホールド回路 254の制御端子にサンプリング指令が送出される。その後 、 S2030において、そのサンプルホール回路 254のァクイジシヨン'タイム以上の所 定時間が経過するのが待たれる。

[0200] 続、て、 S2040にお 、て、スィッチ 40のデューティ比を、現在値から所定量、所定 方向（例えば、増加方向）に強制的に変更するための信号が、 2個のタイミング回路 2 98. 300のうち該当するものに送出される。その結果、昇圧スィッチ 294と降圧スイツ チ 296とのうち該当するものが所定時間オンにされ、それに応じて、コンデンサ 292 の電圧すなわちコンパレータ 284のしき!/、電圧、ひ!、てはスィッチ 40のデュテーィ比 力 現在値から所定量、所定方向（例えば、増加方向）に強制的に変更される。その 後、 S2050において、充電装置 250の作動状態が整定するのが待たれる。

[0201] その後、 S2060にお!/ヽて、 it較器 258の it較結果力 ^人力され、続!、て、 S2070に おいて、その入力された比較結果が比較結果メモリ 272に記憶される。その後、 S20 80において、判定結果メモリ 270から前回判定結果が読み込まれる。前回判定結果 は、前回、昇圧スィッチ 294がオンにされた力、降圧スィッチ 296がオンにされたかを 表している。 [0202] 続いて、 S2090において、それら比較結果と前回判定結果とに基づき、今回、昇 圧スィッチ 294と降圧スィッチ 296とのうちいずれをオンにすべきであるか否かが判 定される。

[0203] 具体的には、コンピュータ 262による論理判定が図 15に場合分けされて表で表さ れているように、例えば、前回判定結果力 昇圧スィッチ 294をオンにすることであり 、かつ、今回の比較結果が、充電電流の検出値の今回値が前回値より大きい場合に は、今回も、昇圧スィッチ 294をオンにすべきであると判定される。これに対し、前回 判定結果が、昇圧スィッチ 294をオンにすることであり、かつ、今回の比較結果が、充 電電流の検出値の今回値が前回値より小さい場合には、今回は、降圧スィッチ 296 をオフにすべきであると判定される。他の場合についての論理判定については、図 1 5の表を引用することにより、文章による説明を省略する。

[0204] その後、図 14における S2100において、判定結果メモリ 270の内容が前回判定結 果カも今回判定結果に更新される。続いて、 S2110において、サンプルホールド回 路 254の制御端子にサンプリング指令が送出される。その後、 S2120において、そ のサンプルホール回路 254のァクイジシヨン'タイム以上の長さを有する所定時間が 経過するのが待たれる。

[0205] 続いて、 S2130において、今回判定結果に従い、スィッチ 40のデューティ比を、現 在値から所定量、所定方向（例えば、増加方向）に変更するための信号が、 2個のタ イミング回路 298, 300のうち該当するものに送出される。その結果、スィッチ 40のデ ュテーィ比力 極大値に接近するように変更される。その後、 S2140において、充電 装置 250の動作力整定するの力待たれる。続!/、て、 S2060に戻り、 S2060な!ヽし S2 140の実行が周期的に反復される。

[0206] 具体的な仕様セッティングの一例においては、その実行周期が 10msのオーダであ り、 S2030および S2120におけるそれぞれの待ち時間は 100 sであり、 S2050お よび S2140におけるそれぞれの待ち時間は 10msである。

[0207] 次に、本発明の第 6実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第 5実施形態に 対し、コンピュータ 262によって実現される動作と基本的に同じ動作をワイヤードロジ ック回路によって実現する点のみにおいて異なり、他の点においては共通する。その ため、本実施形態については、第 1実施形態と異なる要素のみを詳細に説明し、共 通する要素については、同一の符号または名称を使用して引用することにより、重複 した説明を省略する。

[0208] 図 16に示すように、本実施形態に従う充電装置 330は、第 5実施形態におけるコン トローラ 260に代えて論理回路 332を備えている。その論理回路 332は、クロックパ ルスを発生させるクロック発振器 (例えば、発振周期： 10 s) 334と、そのクロック発 振器 334から出力されたクロックパルスの数をカウントするカウンタ 336とを備えてい る。このカウンタ 336は、所定のビット数を有するフリップフロップとして構成される。

[0209] 論理回路 332は、さらに、カウンタ 336の出力をアンド論理素子によってデコードし 、それぞれ周期的な 3つのタイミングパルス tO、 tl、 t2を生成するタイミング回路 338 を備えている。論理回路 332は、さらに、 2個のフリップフロップ 340, 342と、 XOR論 理素子 350と、 2個の AND論理素子 360, 362とを備えている。

[0210] フリップフロップ 340は、シフト型で、タイミングパルス tOに応答し、 XOR論理素子の 演算結果、すなわち、次回は昇圧スィッチ 294と降圧スィッチ 296とのうちいずれが オンにされるかを表す情報を記憶する。このフリップフロップ 340は、次のタイミングパ ルス tOが到来するまで、記憶内容を保持する。

[0211] フリップフロップ 342も、シフト型で、タイミングパルス tlに応答し、フリップフロップ 3 40の記憶内容を記憶する。このフリップフロップ 342も、次のタイミングパルス tlが到 来するまで、記憶内容を保持する。

[0212] XOR論理素子 350は、比較器 250の出力とフリップフロップ 342の出力とがそれぞ れ入力され、それら 2入力が同じ論理値であれば、論理値「0」を出力する一方、互い に異なる論理値であれば、論理値「1」を出力するように動作する。フリップフロップ 34 2の出力は、図 15における前回判定結果を表し、これに対し、比較器 250の出力は 、図 15における今回比較結果を表している。したがって、この XOR論理素子 350は 、図 15に表で表す論理演算と同じ論理演算を行う。

[0213] 2個の AND論理素子 360, 362はいずれも、 2つの入力がいずれも論理値「1」で ある場合に、論理値「1」を出力するように動作する。 AND論理素子 360は、フィリツ プフロップ 342の出力を入力するため、このフリップフロップ 342の出力の論理値が「 1」である場合に、タイミングパルス t2の到来時に、タイミング回路 298に出カノ ルス を出力する。これに対し、 AND論理素子 362は、フリップフロップ 342の出力の NO Tを入力するため、このフリップフロップ 342の出力の論理値が「0」である場合に、タ イミングパルス t2の到来時に、タイミング回路 300に出力パルスを出力する。

[0214] 図 17には、 3つのタイミングパルス t0、 tl、 t2の発生タイミングがタイミングチャート で表されている。タイミングパルス tOの周期 Dは、例えば、 10msであり、また、タイミン グパルス tOと tlとの時間間隔 dlは、例えば、 10 sであり、また、タイミングパルス tl と t2との時間間隔 d2は、例えば、 100 sである。

[0215] 論理回路 332の動作を説明するに、スィッチ 40のオンオフ動作に起因した充電装 置 330の過渡現象が収束したころ、タイミングパルス tOが立ち上がり、それに応答し て、 XOR論理素子 350の論理演算結果がフリップフロップ 340に記憶される。次に、 タイミングパルス tlが立ち上がると、サンプリング指令がサンプルホールド回路 254に 送出されると同時に、フリップフロップ 340の記憶内容がフリップフロップ 342に記憶 される。

[0216] その後、タイミングパルス t2が立ち上がると、フリップフロップ 342の記憶内容に応じ 、 2個のタイミング回路 298, 300のうちのいずれ力〖こ、対応する AND論理素子 360 , 362から出力パルスが出力される。その結果、図 12に示すコンデンサ 292の電圧 が昇圧または降圧し、それに応じてスィッチ 40のデューティ比が変更される。この変 更に起因する充電装置 330の過渡現象が収束するころに、次のタイミングパルス tO が立ち上がり、上述の動作が反復される。

[0217] 以上、本発明の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これ らは例示であり、前記 [発明の開示]の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識 に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能であ る。

Claims

請求の範囲

[1] 発電電力が発電電圧および発電電流に関して極大点を有する太陽電池によって 電気二重層キャパシタを充電するために、それら太陽電池と電気二重層キャパシタと に接続されて使用される充電装置であって、

少なくともスィッチを有し、そのスィッチの可変のデューティ比に応じて、前記太陽 電池力 前記電気二重層キャパシタに供給される電力を変換する DC— DCコンパ一 タと、

前記電気二重層キャパシタの充電電流を検出する検出回路と、

その検出回路によって検出された充電電流は参照する力 前記電気二重層キャパ シタの充電電圧は参照することなく、その電気二重層キャパシタの充電電流が実質 的に極大化するように前記デューティ比を決定し、その決定されたデューティ比が実 現されるように前記スィッチを制御するコントローラと

を含む充電装置。

[2] 前記電気二重層キャパシタは、電荷を蓄積するとともにその電荷の蓄積量に応じて 充電電圧が変化する請求の範囲第 1項に記載の充電装置。

[3] 発電電力が発電電圧および発電電流に関して極大点を有する太陽電池によって 電気二重層キャパシタを充電するために、それら太陽電池と電気二重層キャパシタと に接続されて使用される充電装置であって、

少なくともスィッチを有し、そのスィッチの可変のデューティ比に応じて、前記太陽 電池力 前記電気二重層キャパシタに供給される電力を変換する DC— DCコンパ一 タと、

前記電気二重層キャパシタの充電電流を検出する検出回路と、

前記スィッチに対して、前記デューティ比を共通にする複数回のスイッチング動作 により構成されるデューティ比制御サイクルを反復的に実行するコントローラであって 、各回のデューティ比制御サイクルごとに、前記デューティ比を可変に決定し、その 決定されたデューティ比が実現されるように前記スィッチを制御するものと

を含み、

そのコントローラは、前記検出回路によって検出された充電電流は参照するが、前 記電気二重層キャパシタの充電電圧は参照することなぐその電気二重層キャパシタ の充電電流が実質的に極大化するための前記デューティ比の最適値を探索的に決 定する各回の処理をデューティ比決定処理として行うデューティ比決定部を含み、 そのデューティ比決定部は、各回のデューティ比決定処理において、前記デュー ティ比をステップ幅だけ離散的に強制的に変更する強制的変更サイクルを、各回の 強制的変更サイクルの実行中は前記デューティ比を変化させないように、反復し、各 回の強制的変更サイクルにお 、ては、前回の強制的変更サイクルにおける前記デュ 一ティ比の強制的変更に対する前記充電電流の応答に応じ、前記充電電流が実質 的に極大化するように前記デューティ比を決定し、

そのデューティ比決定部は、前記強制的変更サイクルを、前記デューティ比制御サ イタルと同じ周期で行い、

そのデューティ比決定部は、前記充電電流が実質的に極大化すると、各回のデュ 一ティ比決定処理を終了する充電装置。

[4] 前記コントローラは、各回のデューティ比制御サイクルにお 、て、前記スィッチを制 御するスィッチ制御部を含み、

そのスィッチ制御部は、各回のデューティ比制御サイクルにおいて、前記充電電流 の今回値を監視し、

(a)前記充電電流の今回値が最大値以上ではな 、場合には、前記デューティ比決 定部によって決定されたデューティ比が実現されるように前記スィッチを制御し、

(b)前記充電電流の今回値が前記最大値以上である場合には、前記デューティ比 が規制値以上でなければ、前記デューティ比が実現されるように前記スィッチを制御 し、前記デューティ比が前記規制値以上であれば、前記デューティ比を減少させ、そ の減少させられたデューティ比が実現されるように前記スィッチを制御する請求の範 囲第 3項に記載の充電装置。

[5] 前記デューティ比決定部は、前記各回の強制的変更サイクルにお 、て、今回の強 制的変更が行われる前に前記検出回路によって検出された充電電流である前回検 出値と、今回の強制的変更が行われた後に前記検出回路によって検出された充電 電流である今回検出値とを互 、に比較し、その比較結果を用 、て前記充電電流の 応答を監視する請求の範囲第 3項に記載の充電装置。

[6] 前記デューティ比決定部は、前記検出回路を介して前記充電電流を離散的に監 視し、ある回の充電電流監視が終了すると、予め定められた長さを有する待ち時間 が経過するのを待って、次回の充電電流監視を行う請求の範囲第 3項に記載の充電 装置。

[7] 前記待ち時間は、前記デューティ比制御サイクルの 1回当たりの継続時間と実質的 に等 、請求の範囲第 6項に記載の充電装置。

[8] 前記コントローラは、前記デューティ比の最適値の最新値を決定した後、前記 1回 の強制的変更サイクルの周期より長いように予め定められた時間が経過するまで、前 記デューティ比を保持するデューティ比保持部を含む請求の範囲第 3項に記載の充 電装置。

[9] 前記デューティ比決定部は、各回の強制的変更サイクルごとに、その実行終了時 に、前記検出回路を介して前記充電電流を検出し、前回の強制的変更サイクルの実 行終了時に検出された充電電流である前回検出値と、今回の強制的変更サイクルの 実行終了時に検出された充電電流である今回検出値とを互いに比較し、その比較 結果を用いて、今回の強制的変更サイクルにおける前記デューティ比の強制的変更 に対する前記充電電流の応答を監視し、

そのデューティ比決定部は、各回のデューティ比決定処理を構成する複数回の強 制的変更サイクルの各々において、

(a)今回の強制的変更サイクルにおける前記充電電流の応答が、今回の強制的変 更サイクルにおける前記デューティ比の強制的変更の向きと同じ向きを有する場合 には、次回の強制的変更サイクルにお!/、て前記デューティ比の強制的変更を今回の 強制的変更サイクルと同じ向きで行い、

(b)今回の強制的変更サイクルにおける前記充電電流の応答が実質的に 0である 場合には、前記充電電流の今回値が実質的に極大値であるとして、今回のデューテ ィ比決定処理を終了し、

(c)今回の強制的変更サイクルにおける前記充電電流の応答が、今回の強制的変 更サイクルにおける前記デューティ比の強制的変更の向きとは逆の向きを有する場 合には、次回の強制的変更サイクルにお!/、て前記デューティ比の強制的変更を今回 の強制的変更サイクルとは逆向きで行う請求の範囲第 3項に記載の充電装置。 前記電気二重層キャパシタは、電荷を蓄積するとともにその電荷の蓄積量に応じて 充電電圧が変化するものであり、

当該充電装置は、さらに、前記電気二重層キャパシタの静電容量より小さい静電容 量を有して前記太陽電池に並列に接続されるコンデンサを含む請求の範囲第 3項に 記載の充電装置。