(57)【要約】【課題】互いに直列に接続された複数個の電気二重層キャパシタを互いに均等に充電する、改良された技術を提供する。【解決手段】充電システム（１０）は、太陽電池（１２）と、各々少なくとも１個の電気二重層キャパシタを有する複数個のキャパシタユニット（３２）が互いに直列に接続されて成る蓄電装置（１４）と、各キャパシタユニットごとに接続された、選択的にバイパス動作を行う複数個のバイパス回路（３４）と、太陽電池と蓄電装置とに接続されたスイッチングレギュレータ（３８）と、それのスイッチ（４０）を制御する充電制御装置（８０）とを含む。その充電制御装置は、複数個のキャパシタユニットが実質的な満充電前には、通常充電制御を実行する一方、実質的な満充電後には、制限充電制御を、通常充電制御中より太陽電池の発電電力が減少するように実行する。【選択図】図１
2008125211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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ように変化する太陽電池と、
各々少なくとも１個の電気二重層キャパシタを有する複数個のキャパシタユニットが互いに直列に接続されて成る蓄電装置と、
前記複数個のキャパシタユニットの全部または一部に各キャパシタユニットごとに接続された複数個のバイパス回路であって、各バイパス回路は、それに対応するキャパシタユニットの電圧が規定電圧を超えようとすると、各キャパシタユニットをバイパスするバイパス動作を行うものと、
前記太陽電池と前記蓄電装置とに接続された降圧型のスイッチングレギュレータであって、少なくともスイッチを有し、そのスイッチのデューティ比に応じた電力を前記太陽電池から前記蓄電装置に降圧して供給するものと、
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イッチを制御し、それにより、前記太陽電池による前記蓄電装置の充電を制御する充電制御装置と
を含み、
その充電制御装置は、
前記複数個のキャパシタユニットの全部または一部が実質的な満充電状態に至る前においては、通常充電制御を実行する一方、前記複数個のキャパシタユニットの全部または一部が実質的な満充電状態に至った後においては、制限充電制御を実行し、かつ、前記通常充電制御中には、前記太陽電池の動作点を、前記発電電力が実質的に極大化する最大出力動作点に実質的に一致させるための値を前記デューティ比の値として採用する一方、前記制限充電制御中には、前記太陽電池の動作点を、前記最大出力動作点に対応する前記発電電力より少ない発電電力が前記太陽電池において実現される制限出力動作点に実質的に一致させるための値を前記デューティ比の値として採用する充電システム。
【請求項２】
前記充電制御装置は、前記通常充電制御中には、前記太陽電池または前記蓄電装置の作動状態を反映する物理量に基づいて前記デューティ比の値を可変値として決定する一方、前記制限充電制御中には、前記物理量に依存することなく予め設定された固定値を前記デューティ比の値として採用する請求項１に記載の充電システム。
【請求項３】
前記充電制御装置は、
前記スイッチがオン状態にあるオン期間とオフ状態にあるオフ期間とがそれぞれ１回ずつ交互に繰り返される１回のスイッチングサイクルを複数回繰り返すことにより、前記スイッチに対してデューティ比制御を実行するデューティ比制御部と、
前記スイッチの各回のスイッチングサイクルにおける前記オン時間が、前記制限充電制御中において前記通常充電制御中より短くなるように、前記デューティ比を決定するデューティ比決定部と
を含む請求項１または２に記載の充電システム。
【請求項４】
前記スイッチングレギュレータは、さらに、前記スイッチと前記蓄電装置との間に、それらに直列に接続されたコイルを含み、
前記制限充電制御中における前記オン時間は、前記スイッチの各回のスイッチングサイクルごとに、前記コイルに流れる電流がゼロから増加してゼロに減少する長さを有するように設定される請求項３に記載の充電システム。
【請求項５】
前記複数個のバイパス回路の各々は、各バイパス回路がバイパス動作中であるか否かを表すバイパス動作信号を出力し、
前記充電制御装置は、前記複数個のバイパス回路からそれぞれ出力された複数のバイパス動作信号を受信し、その受信したバイパス動作信号が、前記複数個のバイパス回路のいずれもバイパス動作中ではないことを表す場合に、前記通常充電制御を選択する一方、前記受信したバイパス動作信号が、前記複数個のバイパス回路のうちの少なくとも１個がバイパス動作中であることを表す場合に、前記制限充電制御を選択する選択部を含む請求項１ないし４のいずれかに記載の充電システム。
【請求項６】
前記充電制御装置は、
前記複数個のバイパス回路のうちバイパス動作中である少なくとも１個のバイパス回路が連続してバイパス動作を行う時間を連続時間として測定する連続時間測定部と、
その測定された連続時間が長いほど前記太陽電池の発電電力が減少するように前記デューティ比を決定する第１決定部と
を含む請求項１ないし５のいずれかに記載の充電システム。
【請求項７】
前記連続時間測定部は、前記複数個のバイパス回路のうちバイパス動作中である少なくとも１個のバイパス回路が、個々のバイパス回路に着目してそれを個別に見た場合に、連続してバイパス動作を行う時間を前記連続時間として測定する請求項６に記載の充電システム。
【請求項８】
前記連続時間測定部は、前記複数個のバイパス回路のうちバイパス動作中である複数個のバイパス回路が、それらバイパス回路を互いに区別しないで包括的にみた場合に、連続してバイパス動作を行う時間を前記連続時間として測定する請求項６に記載の充電システム。
【請求項９】
前記充電制御装置は、
前記複数個のバイパス回路のうちバイパス動作中であるものの数を測定する数測定部と、
その測定された数が大きいほど前記太陽電池の発電電力が減少するように前記デューティ比を決定する第２決定部と
を含む請求項１ないし８のいずれかに記載の充電システム。
【請求項１０】
前記太陽電池は、前記極大点に対応する発電電力のうち前記蓄電装置に対して出力されない分の電力は前記太陽電池において熱に変換され、その熱は前記太陽電池の表面から大気中に放出される形式の発電装置である請求項１ないし９のいずれかに記載の充電システム。
【請求項１１】
前記太陽電池は、前記発電電流が、前記極大点に対応する発電電流より減少することに対する前記発電電圧の変化が、前記発電電流が、前記極大点に対応する発電電流より増加することに対する前記発電電圧の変化より小さい特性を有する形式の発電装置であり、
前記充電制御装置は、前記制限充電制御中、前記通常充電制御中より前記デューティ比を減少させる請求項１ないし１０のいずれかに記載の充電システム。
【請求項１２】
各々少なくとも１個の電気二重層キャパシタを有する複数個のキャパシタユニットが互いに直列に接続されて成る蓄電装置と、
前記複数個のキャパシタユニットの全部または一部に各キャパシタユニットごとに接続された複数個のバイパス回路であって、各バイパス回路は、それに対応するキャパシタユニットの電圧が規定電圧を超えようとすると、各キャパシタユニットをバイパスするバイパス動作を行うものと、
前記蓄電装置に接続されたスイッチであって、外部装置から前記スイッチを経て前記蓄電装置に供給される電力を制御するものと、
そのスイッチを制御し、それにより、前記外部装置による前記蓄電装置の充電を制御する充電制御装置と
を含み、
前記複数個のバイパス回路の各々は、各バイパス回路がバイパス動作中であるか否かを表すバイパス動作信号を出力し、
前記充電制御装置は、
前記複数個のバイパス回路からそれぞれ出力された複数のバイパス動作信号を受信し、その受信したバイパス動作信号が、前記複数個のバイパス回路のいずれもバイパス動作中ではないことを表す場合に、通常充電制御を選択する一方、前記受信したバイパス動作信号が、前記複数個のバイパス回路のうちの少なくとも１個がバイパス動作中であることを表す場合に、制限充電制御を選択する選択部と、
前記制限充電制御の選択時には、前記通常充電制御の選択時より、前記スイッチがオン状態にあるオン時間が短くなるように前記スイッチを制御する制御部と
を含む充電システム。
【請求項１３】
さらに、前記スイッチと前記蓄電装置との間に、それらに直列に接続されたコイルを含み、
前記制御部は、前記スイッチがオン状態にあるオン期間とオフ状態にあるオフ期間とがそれぞれ１回ずつ交互に繰り返される１回のスイッチングサイクルを複数回繰り返し、それにより、前記通常充電制御と前記制限充電制御とを択一的に実行し、
前記制限充電制御中における前記オン時間は、前記スイッチの各回のスイッチングサイクルごとに、前記コイルに流れる電流がゼロから増加してゼロに減少する長さを有するように設定される請求項１２に記載の充電システム。
【請求項１４】
前記制御部は、
前記複数個のバイパス回路のうちバイパス動作中である少なくとも１個のバイパス回路が連続してバイパス動作を行う時間を連続時間として測定する連続時間測定部と、
その測定された連続時間が長いほど短くなるように前記スイッチのオン時間の長さを決定するオン時間決定部と
を含む請求項１２または１３に記載の充電システム。
【請求項１５】
前記充電制御装置は、前記制限充電制御中におけるデューティ比の値を、それに先行する一回または複数回の通常充電制御中に実際に採用されたデューティ比の値に応じて可変値として決定する請求項１に記載の充電システム。
【請求項１６】
電源からの電気エネルギーを、スイッチングレギュレータを介して、互いに直列に接続された複数段の電気二重層キャパシタに蓄積する充電装置であって、前記複数段の電気二重層キャパシタの電圧を互いに均等化するために、各段の電気二重層キャパシタの電圧が規定電圧に到達したことを検出すると、その電気二重層キャパシタをバイパスするバイパス動作を行うバイパス回路を含むものにおいて、
少なくとも１段の電気二重層キャパシタの電圧が前記規定電圧を超えると、前記スイッチのオン時間を規定値に制御するオン時間制御部を設けたことを特徴とする充電装置。
【請求項１７】
前記オン時間制御部は、
前記各段の電気二重層キャパシタの電圧が前記規定電圧を連続的に超えた時間の長さを測定する時間測定手段と、
その測定された時間の長さに応じ、前記規定値を変更する規定値変更手段と
を含む請求項１６に記載の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気二重層キャパシタを充電する技術に関し、特に、互いに直列に接続された複数個の電気二重層キャパシタを互いに均等に充電する技術の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気エネルギーを蓄積するために電気二重層キャパシタを使用することがすでに行われている。電気エネルギーを蓄積するために使用される電気二重層キャパシタ（以下、単に「キャパシタ」という。）は、一般に、耐電圧、すなわち、キャパシタが蓄積可能な電気エネルギーの電圧の上限値が低い。
【０００３】
そのため、キャパシタを用いて電気エネルギーを蓄積するために、複数個のキャパシタを互いに直列に接続して使用することがすでに行われている。
【０００４】
しかしながら、互いに直列に接続された複数個のキャパシタを、それらに共通の電源（例えば、発電装置や商用電源）を用いて充電する場合には、各キャパシタの静電容量や漏れ電流、等価並列抵抗値等がそれらキャパシタ間でばらつくため、充電過程において、それらキャパシタ間で端子電圧もばらついてしまう。
【０００５】
そのため、互いに直列に接続された複数個のキャパシタを充電する場合には、何ら対策を講じないと、いずれかのキャパシタに過大な電圧が印加されてしまい、キャパシタの特性劣化の原因となる可能性や、すべてのキャパシタについて蓄電能力をフルに利用できない可能性がある。
【０００６】
よって、互いに直列に接続された複数個のキャパシタを充電する場合には、すべてのキャパシタを有効に（すなわち、耐電圧をフルに利用して）充電するために、それらキャパシタを均等に充電することが肝要である。
【０００７】
以上説明した事情をさらに具体的に説明するために、静電容量がＣ１，Ｃ２である２個のキャパシタを互いに直列に接続してそれらキャパシタを充電する場合を想定する。
【０００８】
この場合、それらキャパシタを、それらの電圧が０［Ｖ］である状態から充電し始めると、キャパシタの性質（いわゆるコンデンサの性質）、すなわち、それら２個のキャパシタ間で電荷Ｑ（＝ＣＶ）が互いに一致するという性質があるため、それら２個のキャパシタの電圧Ｖ１，Ｖ２は、
【０００９】
Ｖ１／Ｖ２＝Ｃ２／Ｃ１
【００１０】
なる式で表わされる。
【００１１】
互いに直列に接続された複数個のキャパシタを用いて電気エネルギーを蓄積することが必要である場合には、それらキャパシタ間で充電電圧が互いに一致するようにするために、静電容量が互いに一致する複数個のキャパシタが使用される。
【００１２】
しかしながら、製造の都合上、複数個のキャパシタ間で静電容量がばらつくことを避け難く、そのため、充電過程において、それらキャパシタに同じ量の電荷が供給されても、それらキャパシタ間に電圧差が発生することも避け難い。
【００１３】
そこで、静電容量のばらつきにもかかわらず、複数個のキャパシタ間に電圧差が発生しないようにそれらキャパシタを充電する技術がすでにいくつか提案されている。
【００１４】
例えば、特許文献１には、互いに直列に接続された複数段のキャパシタの各段ごとに、トランスとスイッチとの直列回路を配置し、あるキャパシタが規定電圧に達すると、そのキャパシタに対応するスイッチをオンにしてそのキャパシタとトランスとを互いに導通させる技術が開示されている。
【００１５】
したがって、この技術によれば、あるキャパシタが満充電状態に至ると、そのキャパシタに対応するトランスの効果により、そのキャパシタに流入されるはずであった余剰電流が、そのキャパシタをバイパスさせられるとともに、別の回路部分に転送される。それにより、満充電状態にあるキャパシタの充電電圧が規定電圧を超えることが防止される。
【００１６】
また、特許文献２には、互いに直列に接続された複数段のキャパシタの各段ごとに、抵抗器とスイッチとの直列回路を配置し、あるキャパシタが規定電圧に達すると、そのキャパシタに対応するスイッチをオンにしてそのキャパシタと抵抗器とを互いに導通させる技術が開示されている。
【００１７】
したがって、この技術によれば、あるキャパシタが満充電状態に至ると、そのキャパシタに対応する抵抗器の効果により、そのキャパシタに流入されるはずであった余剰電流が、そのキャパシタをバイパスさせられるとともに、その抵抗器において熱に変換されて消費される。それにより、満充電状態にあるキャパシタの電圧が規定電圧を超えることが防止される。
【００１８】
また、特許文献３には、互いに直列に接続された複数段のキャパシタの各段ごとに、各段のキャパシタに並列に並列モニタを配置し、その並列モニタに、対応するキャパシタの充電電圧をモニタさせるとともに、その充電電圧が規定電圧を超えると、その対応するキャパシタをバイパスする技術が開示されている。
【００１９】
したがって、この技術によれば、あるキャパシタが満充電状態に至ると、そのキャパシタに対応する並列モニタの効果により、そのキャパシタに流入されるはずであった余剰電流が、そのキャパシタをバイパスさせられるとともに、その並列モニタにおいて熱に変換されて消費される。それにより、満充電状態にあるキャパシタの電圧が規定電圧を超えることが防止される。
【００２０】
この技術においては、さらに、キャパシタの充電電圧が規定電圧を超えると、それらキャパシタに共通に接続された充電装置が、それらキャパシタに供給する充電電流が減少するように、制御される。
【００２１】
したがって、この技術によれば、キャパシタの充電電圧が規定電圧を超えると、充電装置からそのキャパシタに供給される充電電流が制限され、それにより、余剰電流を消費するために並列モニタにおいて発生する熱量が減少する。
【００２２】
以上説明したキャパシタを充電するための電源の一例として発電装置があり、この発電装置の一例として、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がある。そして、この発電素子の一例として太陽電池が存在する。
【００２３】
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ように変化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が変化する。
【００２４】
そのため、太陽電池によってキャパシタを高速に充電するために、太陽電池の発電電力が最大化されるようにその太陽電池の発電状態を制御することが必要である。
【００２５】
特許文献４には、それら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例が開示されている。この従来例は、スイッチ、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いる。
【００２６】
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イ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、スイッチのオンオフ状態を制御する。
【特許文献１】特開平７−３２２５１５号公報
【特許文献２】実開平５−２３５２７号公報
【特許文献３】特開平１０−１７４２８３号公報
【特許文献４】特開２００２−１９９６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
本発明者は、太陽電池を用いることにより、互いに直列に接続された複数個の電気二重層キャパシタを互いに均等に充電する技術について研究を行った。
【００２８】
その結果、発明者は、互いに直列に接続された複数個のキャパシタを太陽電池を用いて充電する場合には、複数個のキャパシタのうちの少なくとも１個または全部が実質的な満充電状態に至る前と後とで、太陽電池によるキャパシタの充電モードを切り換えることが、キャパシタの充電時間の短縮という効果と、キャパシタの過充電の抑制という効果とを両立させるために有効であるという事実に気が付いた。
【００２９】
具体的には、発明者は、実質的な満充電前においては、通常充電制御を実行する一方、実質的な満充電後においては、通常充電制御時より減少した電力がャパシタ側に供給されることを可能にする制限充電制御を実行することが、キャパシタの充電時間の短縮という効果と、キャパシタの過充電の抑制という効果とを両立させるために有効であるという事実に気が付いた。
【００３０】
さらに、発明者は、それら通常充電制御と制限充電制御とを、それらに共通の回路を用いて実行することが理論的にも実用的にも可能であることにも気が付き、さらに、そのような回路を採用すれば、システム設計が容易になり、その結果、構造が簡単化されるとともに費用が削減されるということにも気が付いた。
【００３１】
以上説明した知見に基づき、本発明は、互いに直列に接続された複数個の電気二重層キャパシタを互いに均等に充電する技術を改良することを課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
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いと解釈すべきなのである。
【００３３】
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く、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。
【００３４】
（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ように変化する太陽電池と、
各々少なくとも１個の電気二重層キャパシタを有する複数個のキャパシタユニットが互いに直列に接続されて成る蓄電装置と、
前記複数個のキャパシタユニットの全部または一部に各キャパシタユニットごとに接続された複数個のバイパス回路であって、各バイパス回路は、それに対応するキャパシタユニットの電圧が規定電圧を超えようとすると、各キャパシタユニットをバイパスするバイパス動作を行うものと、
前記太陽電池と前記蓄電装置とに接続された降圧型のスイッチングレギュレータであって、少なくともスイッチを有し、そのスイッチのデューティ比に応じた電力を前記太陽電池から前記蓄電装置に降圧して供給するものと、
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イッチを制御し、それにより、前記太陽電池による前記蓄電装置の充電を制御する充電制御装置と
を含み、
その充電制御装置は、
前記複数個のキャパシタユニットの全部または一部が実質的な満充電状態に至る前においては、通常充電制御を実行する一方、前記複数個のキャパシタユニットの全部または一部が実質的な満充電状態に至った後においては、制限充電制御を実行し、かつ、前記通常充電制御中には、前記太陽電池の動作点を、前記発電電力が実質的に極大化する最大出力動作点に実質的に一致させるための値を前記デューティ比の値として採用する一方、前記制限充電制御中には、前記太陽電池の動作点を、前記最大出力動作点に対応する前記発電電力より少ない発電電力が前記太陽電池において実現される制限出力動作点に実質的に一致させるための値を前記デューティ比の値として採用する充電システム。
【００３５】
この充電システムにおいては、複数個のキャパシタユニットを充電するモードが、通常充電制御と制限充電制御とに切り換えられる。
【００３６】
具体的には、複数個のキャパシタユニットの全部または一部の実質的な満充電前においては、通常充電制御が実行される一方、複数個のキャパシタユニットの全部または一部の実質的な満充電後においては、制限充電制御が実行される。
【００３７】
さらに、この充電システムにおいては、制限充電制御中、最大出力動作点に対応する発電電力より少ない発電電力が太陽電池に発生すること、すなわち、最大出力動作点に対応する発電電力より少ない電力に太陽電池の発電電力が制限される。
【００３８】
よって、この充電システムによれば、制限充電制御中、バイパス回路の負担（例えば、発熱量）が減少するとともに、バイパス回路に要求される性能（例えば、容量）を節減することが可能となる。
【００３９】
したがって、この充電システムによれば、キャパシタユニットの充電時間の短縮という効果と、キャパシタユニットの過充電の抑制という効果とを両立させることが容易となる。
【００４０】
さらに、この充電システムにおいては、通常充電制御と制限充電制御、すなわち、達成すべき目的に関しては互いに異なるが、それぞれの目的を達成するために、スイッチのデューティ比を制御する点では互いに共通する２種類の制御が同じ充電制御装置によって実行される。
【００４１】
よって、この充電システムによれば、互いに異なる充電制御装置を用いることによって通常充電制御と制限充電制御とをそれぞれ実現する場合より、当該充電システムの設計および構造が簡単化されるとともに、コスト削減が容易となる。
【００４２】
この充電システムにおいては、充電制御装置が、通常充電制御中、例えば、太陽電池の出力電力と出力電圧と出力電流との少なくとも一つである物理量（すなわち、太陽電池の作動状態を反映する物理量）と、蓄電装置の充電電力と充電電圧と充電電流との少なくとも一つである物理量（すなわち、蓄電装置の作動状態を反映する物理量）とのうちの少なくとも一方を含む情報に基づいてデューティ比を決定する態様で動作することが可能である。
【００４３】
後に［発明の実施の形態］の欄において詳述するが、一般に、発電装置として太陽電池を使用する場合には、太陽電池の出力電流を減少させることが必ずしも太陽電池の出力電力を減少させることにはならない。一方、スイッチのデューティ比と太陽電池の出力電流との間に必ずしも比例関係が成立するわけではない。
【００４４】
しかしながら、本発明者は、太陽電池の出力電流を、最大出力動作点に対応する出力電流より小さい領域内で変化させる場合には、太陽電池の出力電圧がほとんど変化せず、よって、出力電流と出力電力との間に概して比例的な関係が成立することに気が付いた。この知見は、特許文献３に開示も示唆もされていない。
【００４５】
さらに、本発明者は、スイッチのデューティ比の大きさが特定の範囲内にある場合には、デューティ比と太陽電池の出力電流との間に概して比例的な関係が成立することにも気が付いた。この知見も、特許文献３に記載も示唆もされていない。
【００４６】
さらにまた、本発明者は、それらの知見を組み合わせれば、スイッチのデューティ比と太陽電池の出力電力との間に概して比例的な関係が成立することを結論付けた。この知見も、特許文献３に記載も示唆もされていない。
【００４７】
さらにまた、本発明者は、太陽電池から蓄電装置に転送される電力を制限するために、蓄電装置の電力を直接的な制御対象に選ぶのではなく、太陽電池という発電装置の電力を直接的な制御対象に選ぶことを案出した。後に詳述するように、太陽電池の電力を直接的な制御対象に選ぶ場合には、太陽電池自体が余剰電力を熱に変換して放熱することにより、蓄電装置の負担を軽減することが容易である。この知見も、特許文献３に記載も示唆もされていない。
【００４８】
このような知見に基づき、本項に係る充電システムは、制限充電制御中に、スイッチのデューティ比を直接的に（他の物理量を介在させることなく）制御することにより、太陽電池の出力電力を、通常充電制御中より減少するように、制御する。
【００４９】
よって、この充電システムは、特許文献３に記載された技術に対して顕著に区別されるものと判断されるべきである。
【００５０】
（２）  前記充電制御装置は、前記通常充電制御中には、前記太陽電池または前記蓄電装置の作動状態を反映する物理量に基づいて前記デューティ比の値を可変値として決定する一方、前記制限充電制御中には、前記物理量に依存することなく予め設定された固定値を前記デューティ比の値として採用する（１）項に記載の充電システム。
【００５１】
この充電システムにおいては、制限充電制御中には、太陽電池または蓄電装置の作動状態を反映する物理量に依存することなく予め設定された固定値がデューティ比の値として採用される。よって、この充電システムによれば、制限充電制御中に採用されるデューティ比を、その物理量に基づいて可変値として決定する場合より、簡単に決定することが可能となる。
【００５２】
（３）  前記充電制御装置は、
前記スイッチがオン状態にあるオン期間とオフ状態にあるオフ期間とがそれぞれ１回ずつ交互に繰り返される１回のスイッチングサイクルを複数回繰り返すことにより、前記スイッチに対してデューティ比制御を実行するデューティ比制御部と、
前記スイッチの各回のスイッチングサイクルにおける前記オン時間が、前記制限充電制御中において前記通常充電制御中より短くなるように、前記デューティ比を決定するデューティ比決定部と
を含む（１）または（２）項に記載の充電システム。
【００５３】
この充電システムにおいては、スイッチの各回のスイッチングサイクルにおけるオン時間が、制限充電制御中において通常充電制御中より短くなるように、デューティ比が決定される。
【００５４】
よって、この充電システムによれば、制限充電制御中に、太陽電池の出力電流が減少し、ひいては、その出力電力も減少する。その結果、各キャパシタユニットの電圧が規定電圧を超えないようにするために各バイパス回路に課されるべき負担（例えば、発熱量）が軽減される。
【００５５】
（４）  前記スイッチングレギュレータは、さらに、前記スイッチと前記蓄電装置との間に、それらに直列に接続されたコイルを含み、
前記制限充電制御中における前記オン時間は、前記スイッチの各回のスイッチングサイクルごとに、前記コイルに流れる電流がゼロから増加してゼロに減少する長さを有するように設定される（３）項に記載の充電システム。
【００５６】
この充電システムによれば、各回のスイッチングサイクル中にコイルに流れる電流の総和が、それより過去のスイッチングサイクル中にコイルに流れた電流の大きさとは無関係に、その回のスイッチングサイクルに着目するのみで計算できることになる。
【００５７】
よって、この充電システムによれば、各回のスイッチングサイクル中にコイルに流れる電流の総和が、その回のスイッチングサイクル中のスイッチングレギュレータの動作条件のみで決まることとなり、その結果、各回のスイッチングサイクル中にコイルに流れる電流の総和の管理し易さおよび管理精度が向上する。
【００５８】
（５）  前記複数個のバイパス回路の各々は、各バイパス回路がバイパス動作中であるか否かを表すバイパス動作信号を出力し、
前記充電制御装置は、前記複数個のバイパス回路からそれぞれ出力された複数のバイパス動作信号を受信し、その受信したバイパス動作信号が、前記複数個のバイパス回路のいずれもバイパス動作中ではないことを表す場合に、前記通常充電制御を選択する一方、前記受信したバイパス動作信号が、前記複数個のバイパス回路のうちの少なくとも１個がバイパス動作中であることを表す場合に、前記制限充電制御を選択する選択部を含む（１）ないし（４）項のいずれかに記載の充電システム。
【００５９】
この充電システムにおいては、各バイパス回路がバイパス動作中であるか否かを表すバイパス動作信号に応じて、充電制御装置が実現すべき充電モードが通常充電制御と制限充電制御とに切り換えられる。
【００６０】
そのバイパス動作信号は、対応するバイパス回路がバイパス動作中であることを表す状態と、バイパス動作中ではないことを表す状態という２つの状態を離散的に表せば足りるという意味において、実質的には２値信号として取り扱うことが可能である。
【００６１】
よって、この充電システムによれば、多値信号に基づいて充電モードを切り換える場合より、充電モードの切換えのための信号処理が容易化される可能性がある。
【００６２】
（６）  前記充電制御装置は、
前記複数個のバイパス回路のうちバイパス動作中である少なくとも１個のバイパス回路が連続してバイパス動作を行う時間を連続時間として測定する連続時間測定部と、
その測定された連続時間が長いほど前記太陽電池の発電電力が減少するように前記デューティ比を決定する第１決定部と
を含む（１）ないし（５）項のいずれかに記載の充電システム。
【００６３】
この充電システムにおいては、少なくとも１個のキャパシタユニットが少なくとも１個のバイパス回路によってバイパスさせられている場合において、その少なくとも１個のキャパシタユニットがバイパス動作を必要とする程度、すなわち、太陽電池から蓄電装置に供給される電力が過剰である程度（すなわち、キャパシタユニットが過充電である程度）が、少なくとも１個のバイパス回路が連続してバイパス動作を行う時間（連続時間）の長さとして監視される。その連続時間が長いほど、太陽電池の発電電力が過剰である程度が高い。
【００６４】
よって、この充電システムによれば、各瞬間ごとに、太陽電池の発電電力が過剰であるか否かは表せるが、各瞬間ごとに、太陽電池の発電電力が過剰である程度は表せない種類の信号（例えば、前記バイパス動作信号）しか用いなくても、そのような信号の時間的推移（履歴）を監視することにより、太陽電池の発電電力が過剰である程度を監視することが可能となる。
【００６５】
さらに、この充電システムにおいては、少なくとも１個のバイパス回路が連続してバイパス動作を行う時間が長いほど太陽電池の発電電力が減少するように、デューティ比が決定される。
【００６６】
したがって、この充電システムによれば、太陽電池の発電電力が過剰である程度が高いほどその太陽電池の発電電力が減少させられる。
【００６７】
（７）  前記連続時間測定部は、前記複数個のバイパス回路のうちバイパス動作中である少なくとも１個のバイパス回路が、個々のバイパス回路に着目してそれを個別に見た場合に、連続してバイパス動作を行う時間を前記連続時間として測定する（６）項に記載の充電システム。
【００６８】
この充電システムによれば、連続時間の測定値が、太陽電池の発電電力が過剰である程度を、各バイパス回路ごとに個別に反映するものとされる。
【００６９】
（８）  前記連続時間測定部は、前記複数個のバイパス回路のうちバイパス動作中である複数個のバイパス回路が、それらバイパス回路を互いに区別しないで包括的にみた場合に、連続してバイパス動作を行う時間を前記連続時間として測定する（６）項に記載の充電システム。
【００７０】
この充電システムによれば、連続時間の測定値が、太陽電池の発電電力が過剰である程度を、それらバイパス回路の全体について包括的に反映するものとされる。
【００７１】
（９）  前記充電制御装置は、
前記複数個のバイパス回路のうちバイパス動作中であるものの数を測定する数測定部と、
その測定された数が大きいほど前記太陽電池の発電電力が減少するように前記デューティ比を決定する第２決定部と
を含む（１）ないし（８）項のいずれかに記載の充電システム。
【００７２】
この充電システムにおいては、少なくとも１個のキャパシタユニットが少なくとも１個のバイパス回路によってバイパスさせられている場合において、その少なくとも１個のキャパシタユニットがバイパス動作を必要とする程度、すなわち、太陽電池から蓄電装置に供給される電力が過剰である程度が、複数個のバイパス回路のうちバイパス動作中であるものの数の大きさとして監視される。その数が大きいほど、太陽電池の発電電力が過剰である程度が高い。
【００７３】
よって、この充電システムによれば、各瞬間ごとに、太陽電池の発電電力が過剰であるか否かは表せるが、各瞬間ごとに、太陽電池の発電電力が過剰である程度は表せない種類の信号（例えば、前記バイパス動作信号）しか用いなくても、そのような種類の信号を複数個のバイパス回路について総合的に監視することにより、太陽電池の発電電力が過剰である程度を監視することが可能となる。
【００７４】
さらに、この充電システムにおいては、複数個のバイパス回路のうちバイパス動作中であるものの数が大きいほど太陽電池の発電電力が減少するようにデューティ比が決定される。
【００７５】
したがって、この充電システムによれば、太陽電池の発電電力が過剰である程度が高いほどその太陽電池の発電電力が減少させられる。
【００７６】
（１０）  前記太陽電池は、前記極大点に対応する発電電力のうち前記蓄電装置に対して出力されない分の電力は前記太陽電池において熱に変換され、その熱は前記太陽電池の表面から大気中に放出される形式の発電装置である（１）ないし（９）項のいずれかに記載の充電システム。
【００７７】
この充電システムにおいては、太陽電池の、前記極大点に対応する発電電力（可能な最大発電電力）のうち蓄電装置に対して実際には出力されなかった分の電力が、太陽電池において熱に変換される。このようにして太陽電池において発生した熱は、その太陽電池の表面から大気中に放熱される。
【００７８】
よって、この充電システムにおいては、従来であればバイパス回路において消費されていた電力（例えば、熱に変換されて消費されていた電力）のうちの少なくとも一部が、太陽電池において熱として消費されることになる。
【００７９】
ところで、一般に、太陽電池の表面積（放熱面積）は、バイパス回路に比べて広い面積を確保することが容易である。よって、従来であればバイパス回路において消費されていた電力の少なくとも一部が太陽電池において消費されることになっても、太陽電池の温度上昇量がそれほど増加せずに済む。
【００８０】
（１１）  前記太陽電池は、前記発電電流が、前記極大点に対応する発電電流より減少することに対する前記発電電圧の変化が、前記発電電流が、前記極大点に対応する発電電流より増加することに対する前記発電電圧の変化より小さい特性を有する形式の発電装置であり、
前記充電制御装置は、前記制限充電制御中、前記通常充電制御中より前記デューティ比を減少させる（１）ないし（１０）項のいずれかに記載の充電システム。
【００８１】
この充電システムにおいては、制限充電制御中、通常充電制御中よりデューティ比が減少させられる。デューティ比が減少させられると、スイッチが通常充電制御中より絞られる傾向が強くなるため、太陽電池の発電電流が、最大出力動作点（極大点近傍）に対応する発電電流より減少する。
【００８２】
さらに、この充電システムにおいては、太陽電池の発電電流が、最大出力動作点に対応する発電電流より減少する場合には、増加する場合より緩やかな勾配で、太陽電池の発電電圧が変化する。
【００８３】
よって、この充電システムによれば、制限充電制御中、太陽電池の発電電力を、その太陽電池の発電電圧の変化を抑制しつつ、減少させることが可能となる。その結果、制限充電制御中における太陽電池の発電電力を、その太陽電池の発電電圧の変化を軽視ないしは無視して予測することが可能となる。
【００８４】
具体的には、この充電システムによれば、後に詳述するが、制限充電制御中、太陽電池の発電電力Ｉｓｓと、スイッチのデューティ比τ（スイッチのオン時間Ｔｏｎ）との間に線形的な関係が成立することとなる。よって、スイッチのデューティ比τ（スイッチのオン時間Ｔｏｎ）から直接に、太陽電池の発電電力Ｉｓｓを予測することが可能となる。
【００８５】
したがって、この充電システムによれば、制限充電制御中における太陽電池の発電電力を、スイッチのデューティ比の大きさ、すなわち、スイッチのオン時間の長さに直接に関連付けて管理することが可能となる。
【００８６】
（１２）  各々少なくとも１個の電気二重層キャパシタを有する複数個のキャパシタユニットが互いに直列に接続されて成る蓄電装置と、
前記複数個のキャパシタユニットの全部または一部に各キャパシタユニットごとに接続された複数個のバイパス回路であって、各バイパス回路は、それに対応するキャパシタユニットの電圧が規定電圧を超えようとすると、各キャパシタユニットをバイパスするバイパス動作を行うものと、
前記蓄電装置に接続されたスイッチであって、外部装置から前記スイッチを経て前記蓄電装置に供給される電力を制御するものと、
そのスイッチを制御し、それにより、前記外部装置による前記蓄電装置の充電を制御する充電制御装置と
を含み、
前記複数個のバイパス回路の各々は、各バイパス回路がバイパス動作中であるか否かを表すバイパス動作信号を出力し、
前記充電制御装置は、
前記複数個のバイパス回路からそれぞれ出力された複数のバイパス動作信号を受信し、その受信したバイパス動作信号が、前記複数個のバイパス回路のいずれもバイパス動作中ではないことを表す場合に、通常充電制御を選択する一方、前記受信したバイパス動作信号が、前記複数個のバイパス回路のうちの少なくとも１個がバイパス動作中であることを表す場合に、制限充電制御を選択する選択部と、
前記制限充電制御の選択時には、前記通常充電制御の選択時より、前記スイッチがオン状態にあるオン時間が短くなるように前記スイッチを制御する制御部と
を含む充電システム。
【００８７】
この充電システムにおいては、複数個のキャパシタユニットを充電するモードが、通常充電制御と制限充電制御とに切り換えられる。
【００８８】
具体的には、複数のバイパス動作信号が、複数個のバイパス回路のいずれもバイパス動作中ではないことを表す場合、すなわち、複数個のキャパシタユニットの実質的な満充電前においては、通常充電制御が実行される。
【００８９】
一方、複数のバイパス動作信号が、複数個のバイパス回路のうちの少なくとも１個がバイパス動作中であることを表す場合、すなわち、複数個のキャパシタユニットの実質的な満充電後においては、制限充電制御が実行される。
【００９０】
さらに、この充電システムにおいては、制限充電制御中、通常充電制御中よりスイッチのオン時間が減少させられ、それにより、外部装置の電力が減少させられる。よって、この充電システムによれば、制限充電制御中、バイパス回路の負担が軽減されるとともに、バイパス回路に要求される性能を節減することが可能となる。
【００９１】
したがって、この充電システムによれば、キャパシタユニットの充電時間の短縮という効果と、キャパシタユニットの過充電の抑制という効果とを両立させることが容易となる。
【００９２】
さらに、この充電システムにおいては、通常充電制御と制限充電制御、すなわち、達成すべき目的に関しては互いに異なるが、それぞれの目的を達成するために、スイッチのデューティ比を制御する点では互いに共通する２種類の制御が同じ充電制御装置によって実行される。
【００９３】
よって、この充電システムによれば、互いに異なる充電制御装置を用いることによって通常充電制御と制限充電制御とをそれぞれ実現する場合より、当該充電システムの設計および構造が簡単化されるとともに、コスト削減が容易となる。
【００９４】
この充電システムにおける「外部装置」の一例は、太陽電池であるが、これに代えて、例えば、風力発電装置としたり、商用電源とすることが可能である。
【００９５】
（１３）  さらに、前記スイッチと前記蓄電装置との間に、それらに直列に接続されたコイルを含み、
前記制御部は、前記スイッチがオン状態にあるオン期間とオフ状態にあるオフ期間とがそれぞれ１回ずつ交互に繰り返される１回のスイッチングサイクルを複数回繰り返し、それにより、前記通常充電制御と前記制限充電制御とを択一的に実行し、
前記制限充電制御中における前記オン時間は、前記スイッチの各回のスイッチングサイクルごとに、前記コイルに流れる電流がゼロから増加してゼロに減少する長さを有するように設定される（１２）項に記載の充電システム。
【００９６】
この充電システムによれば、前記（４）項に係る充電システムと同様な原理に従い、各回のスイッチングサイクル中にコイルに流れる電流の総和の管理し易さおよび管理精度が向上する。
【００９７】
（１４）  前記制御部は、
前記複数個のバイパス回路のうちバイパス動作中である少なくとも１個のバイパス回路が連続してバイパス動作を行う時間を連続時間として測定する連続時間測定部と、
その測定された連続時間が長いほど短くなるように前記スイッチのオン時間の長さを決定するオン時間決定部と
を含む（１２）または（１３）項に記載の充電システム。
【００９８】
この充電システムによれば、前記（６）項に係る充電システムと同様な原理に従い、各瞬間ごとに、外部装置の電力が過剰であるか否かは表せるが、各瞬間ごとに、外部装置の電力が過剰である程度は表せない種類の信号（例えば、前記バイパス動作信号）しか用いなくても、そのような信号の時間的推移を監視することにより、外部装置の電力が過剰である程度を監視することが可能となる。
【００９９】
（１５）  前記充電制御装置は、前記制限充電制御中におけるデューティ比の値を、それに先行する一回または複数回の通常充電制御中に実際に採用されたデューティ比の値に応じて可変値として決定する（１）項に記載の充電システム。
【０１００】
この充電システムによれば、各回の制限充電制御ごとに、制限充電制御中におけるデューティ比の値を、それに先行する通常充電制御の状態であって当該充電システムの作動状態（太陽電池の日照度、経時劣化等を反映する太陽電池の発電状態や、蓄電装置の蓄電状態を含む。）を反映するものの変化に追従するように適切に決定することが容易となる。
【０１０１】
この充電システムにおいては、制限充電制御中におけるデューティ比の値を、例えば、それに先行する一回の通常充電制御中に実際に採用されたデューティ比の値、または今回の制限充電制御に先行する複数回の通常充電制御中にそれぞれ実際に採用された複数個のデューティ比の合成値（例えば、平均値）と固定係数（例えば、約０．１ないし約０．３の範囲内の値）との積を用いて決定することが可能である。
【０１０２】
（１６）  太陽電池からの電気エネルギーを、スイッチングレギュレータを介して、互いに直列に接続された複数段の電気二重層キャパシタに蓄積する充電装置であって、前記複数段の電気二重層キャパシタの電圧を互いに均等化するために、各段の電気二重層キャパシタの電圧が規定電圧に到達したことを検出すると、その電気二重層キャパシタをバイパスするバイパス動作を行うバイパス回路を含むものにおいて、
少なくとも１段の電気二重層キャパシタの電圧が前記規定電圧を超えると、前記スイッチのオン時間を規定値に制御するオン時間制御部を設けたことを特徴とする充電装置。
【０１０３】
後に［発明の実施の形態］の欄において詳述するが、一般に、発電装置として太陽電池を使用する場合には、太陽電池の出力電流を減少させることが必ずしも太陽電池の出力電力を減少させることにはならない。一方、スイッチのオン時間と太陽電池の出力電流との間に必ずしも比例関係が成立するわけではない。
【０１０４】
しかしながら、本発明者は、太陽電池の出力電流を、最大出力動作点に対応する出力電流より小さい領域内で変化させる場合には、太陽電池の出力電圧がほとんど変化せず、よって、出力電流と出力電力との間に概して比例的な関係が成立することに気が付いた。
【０１０５】
さらに、本発明者は、スイッチのオン時間の長さが特定の範囲内にある場合には、オン時間と太陽電池の出力電流との間に概して比例的な関係が成立することにも気が付いた。
【０１０６】
さらにまた、本発明者は、それらの知見を組み合わせれば、スイッチのオン時間と太陽電池の出力電力との間に概して比例的な関係が成立することを結論付けた。
【０１０７】
さらにまた、本発明者は、太陽電池から蓄電装置に転送される電力を制限するために、蓄電装置の電力を直接的な制御対象に選ぶのではなく、太陽電池という発電装置の電力を直接的な制御対象に選ぶことを案出した。後に詳述するように、太陽電池の電力を直接的な制御対象に選ぶ場合には、太陽電池自体が余剰電力を熱に変換して放熱することにより、蓄電装置の負担を軽減することが容易である。
【０１０８】
このような知見に基づき、本項に係る充電装置は、少なくとも１段の電気二重層キャパシタの電圧が規定電圧を超えると、スイッチのオン時間が規定値に制御され、それにより、太陽電池の出力電力が、少なくとも１段の電気二重層キャパシタの電圧が規定電圧を超えない場合より減少する。
【０１０９】
（１７）  前記オン時間制御部は、
前記各段の電気二重層キャパシタの電圧が前記規定電圧を連続的に超えた時間の長さを測定する時間測定手段と、
その測定された時間の長さに応じ、前記規定値を変更する規定値変更手段と
を含む（１６）項に記載の充電装置。
【０１１０】
この充電装置においては、少なくとも１段の電気二重層キャパシタがバイパス動作を必要とする程度、すなわち、太陽電池から少なくとも１段の電気二重層キャパシタに供給される電力が過剰である程度（すなわち、少なくとも１段の電気二重層キャパシタが過充電である程度）が、各段の電気二重層キャパシタの電圧が規定電圧を連続的に超えた時間（連続時間）の長さとして監視される。その連続時間が長いほど、太陽電池の発電電力が過剰である程度が高い。
【０１１１】
さらに、この充電装置においては、各段の電気二重層キャパシタの電圧が規定電圧を連続的に超えた時間の長さに応じ、前記規定値が変更される。したがって、この充電装置によれば、少なくとも１段の電気二重層キャパシタが過充電である程度の実際に前記規定値を適合させることが可能となる。
【０１１２】
この充電装置は、前記規定値変更手段が、例えば、前記測定された時間の長さが長いほど減少するように、前記規定値を変更する態様で実施される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１１３】
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。
【０１１４】
図１には、本発明の第１実施形態に従う充電システム１０が概念的に系統図で示されている。
【０１１５】
この充電システム１０は、太陽電池１２と、その太陽電池１２によって生成された電気エネルギーを蓄積する蓄電装置１４と、それら太陽電池１２と蓄電装置１４とに接続されて使用される充電装置１６とを含むように構成されている。充電装置１６は、太陽電池１２によって蓄電装置１４を充電するために使用される。
【０１１６】
太陽電池１２は、発電装置の一例を構成するとともに、充電装置１６にとっての外部装置の一例を構成する。太陽電池１２によって生成されて蓄電装置１４に蓄積された電気エネルギーは、例えば、照明器具、モータ等、電気機器の如き負荷（図示しない）によって消費される。
【０１１７】
図１に示すように、充電装置１６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は、両端にそれぞれ外部端子２４，２６を有し、負極ライン２２は、両端にそれぞれ外部端子２８，３０を有している。
【０１１８】
充電装置１６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２８とにおいてそれぞれ、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１６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とにおいてそれぞれ、蓄電装置１４の正極端子と負極端子とに電気的に接続されている。
【０１１９】
図１においては、太陽電池１２の発電電圧（すなわち出力電圧）は「Ｖｓ」、発電電流（すなわち出力電流）は「Ｉｓ」でそれぞれ表記される一方、蓄電装置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。
【０１２０】
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１２には、太陽光の照度に応じて発電電力（すなわち出力電力）Ｐｓ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Ｐｓ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。
【０１２１】
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、それに伴って太陽電池１２の発電電力Ｐｓすなわち出力エネルギーが変化する。すなわち、太陽電池１２においては、それの動作点が、発電電圧Ｖｓまたは発電電流Ｉｓが変化するにつれて、図２に示すグラフに沿って移動するのである。
【０１２２】
図２には、太陽光の照度（＝日照度）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Ｌ１との交点Ａは、充電装置１６が太陽電池１２にとっての負荷（抵抗値（＝Ｖｓ／Ｉｓ）を有する抵抗器）であると考えた場合におけるその負荷の抵抗値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Ｐｓが極大値であることを示している。
【０１２３】
すなわち、太陽電池１２の特性を表わすグラフと直線Ｌ１との交点Ａが、太陽電池１２が取り得る複数個の動作点のうち、太陽電池１２の出力電力Ｐｓが最大である最大出力動作点を示しているのである。
【０１２４】
また、図２においてグラフと直線Ｌ２との交点Ｂは、太陽電池１２にとっての負荷としての充電装置１６の抵抗値が最適値より大きいために、太陽電池１２の発電電力Ｐｓが極大値ではないことを示している。
【０１２５】
すなわち、太陽電池１２の特性を表わすグラフと直線Ｌ２との交点Ｂが、太陽電池１２が取り得る複数個の動作点のうち、太陽電池１２の出力電流Ｉｓが、最大出力動作点Ａに対応する出力電流（以下、「最大出力時出力電流」という。）Ｉｓ０より少ない値に制限された制限出力動作点を示しているのである。その制限出力動作点Ｂの意義については後に詳述する。
【０１２６】
さらに、図２に示すように、太陽電池１２は、発電電流Ｉｓが最大出力時出力電流Ｉｓ０より減少することに対する発電電圧Ｖｓの感度（すなわち勾配）が、発電電流Ｉｓが最大出力時出力電流Ｉｓ０より増加することに対する発電電圧Ｖｓの感度より低い特性を有している。
【０１２７】
この太陽電池１２においては、発電電流Ｉｓが最大出力時出力電流Ｉｓ０より減少することと増加することとは、発電電力Ｐｓの減少を招来する点で互いに共通する。
【０１２８】
しかし、発電電流Ｉｓが最大出力時出力電流Ｉｓ０より減少しても、発電電圧Ｖｓが緩やかにしか変化しないかまたはほぼ一定に保たれるのに対し、発電電流Ｉｓが最大出力時出力電流Ｉｓ０より増加すると、発電電圧Ｖｓが急に低下する。
【０１２９】
本実施形態においては、制限出力動作点Ｂが、発電電流Ｉｓが最大出力時出力電流Ｉｓ０より減少させることによって到達する動作点として選定されている。そのように選定した意義については後に詳述する。
【０１３０】
蓄電装置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。この蓄電装置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、互いに直列に接続された複数個（本実施形態においては、３個）のキャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３を含むように構成されている。
【０１３１】
各キャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３は、少なくとも１個の電気二重層キャパシタ（以下、単に「キャパシタ」という。）を含むように構成されている。各キャパシタには、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。
【０１３２】
各キャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３は、それによって蓄積可能なエネルギーをさらに増加させることが必要である場合には、例えば、互いに並列に接続された複数個のキャパシタを含むように構成することが可能である。ただし、すべてのキャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３は、互いに等しい耐電圧を有するように構成される。
【０１３３】
図１に示すように、蓄電装置１４は、さらに、複数個のキャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３にそれぞれ対応する複数個のバイパス回路３４−１，３４−２，３４−３を備えている。それらバイパス回路３４−１，３４−２，３４−３の構成は後に詳述する。
【０１３４】
図１に示すように、この蓄電装置１４においては、キャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３とバイパス回路３４−１，３４−２，３４−３とのうち互いに対応するもの同士によって３個の蓄電ユニット３６−１，３６−２，３６−３が構成されている。
【０１３５】
図１に示すように、充電装置１６は、降圧型のスイッチングレギュレータ３８を備えている。
【０１３６】
スイッチングレギュレータ３８は、チョッパ式のスイッチ（例えば、半導体スイッチ）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。スイッチ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。ダイオード４４は、正極ライン２０のうちスイッチ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いる。
【０１３７】
このスイッチングレギュレータ３８は、太陽電池１２の発電電圧Ｖｓより低い電圧が蓄電装置１４に印加される一方、太陽電池１２の発電電流Ｉｓより大きい電流が蓄電装置１４に供給されるように、太陽電池１２から蓄電装置１４に供給される電力を変換する機能を有する。
【０１３８】
このスイッチングレギュレータ３８は、よく知られているように、スイッチ４０のオンオフによって発生した方形波（断続波形）を平滑化する方式である。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、蓄電装置１４の充電電圧Ｖｃが低い場合に採用される。
【０１３９】
このスイッチングレギュレータ３８においては、スイッチ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イッチ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、スイッチ４０がオフ（遮断）状態に切り換えられると、コイル４２、蓄電装置１４およびダイオード４４から成る閉回路により、コイル４２に蓄積された磁気エネルギーが電気エネルギーに変換されて蓄電装置１４に供給される。
【０１４０】
スイッチ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蓄電装置１４に供給され、それにより、太陽電池１２によって蓄電装置１４が充電される。
【０１４１】
この際、蓄電装置１４の充電電圧Ｖｃは、スイッチ４０のデューティ比、すなわち、スイッチ４０がオンしているオン時間Ｔｏｎを、そのオン時間Ｔｏｎとオフ時間Ｔｏｆｆとの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蓄電装置１４の充電電流Ｉｃとなる。
【０１４２】
すなわち、スイッチングレギュレータ３８は、太陽電池１２と蓄電装置１４との間において、電圧／電流の変換（電力変換）を行い、具体的には、太陽電池１２と蓄電装置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、蓄電装置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による蓄電装置１４の充電効率が向上する。
【０１４３】
図１に示すように、充電装置１６は、さらに、スイッチングレギュレータ３８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。
【０１４４】
このコンデンサ４８は、スイッチ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可能にするとともに、その放出された電気エネルギーを一時的に蓄積する。一方、このコンデンサ４８は、スイッチ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スイッチ４０を経由して蓄電装置１４に送り出す。
【０１４５】
その結果、このコンデンサ４８によれば、スイッチ４０のスイッチング動作に起因するリップル電圧（太陽電池１２の出力電圧Ｖｓの変動）が抑制され、ひいては、太陽電池１２の出力電力Ｐｓの変動が抑制される。
【０１４６】
以上要するに、このコンデンサ４８は、スイッチ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、スイッチ４０のスイッチング周期（例えば、１０μｓ）の間にコンデンサ４８の電圧が敏感に変化しないことが必要である。
【０１４７】
したがって、このコンデンサ４８は、蓄電装置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、スイッチ４０のスイッチング周期（例えば、１０μｓ）の長さ、スイッチ４０のオン状態において太陽電池１２からスイッチ４０を経て流出する電流の量等に応じて設定される。
【０１４８】
ここで、図１を参照することにより、３個のバイパス回路３４−１，３４−２，３４−３をさらに詳細に説明する。ただし、それらバイパス回路３４−１，３４−２，３４−３は、互いに共通する構成を有するため、１個のバイパス回路３４−１のみを代表的に説明する。
【０１４９】
バイパス回路３４−１は、対応するキャパシタユニット３２−１に並列に接続されている。バイパス回路３４−１は、電流バイパス素子としてのバイパス抵抗器（抵抗値が固定された抵抗器）５０−１とスイッチング素子としてのトランジスタ５２−１とであって互いに直列に接続されたものを、対応するキャパシタユニット３２−１に並列に接続された状態で備えている。
【０１５０】
トランジスタ５２−１がオフされている状態においては、太陽電池１２から電流がバイパス抵抗器５０−１に流入しないのに対し、トランジスタ５２−１がオンされている状態においては、太陽電池１２から電流がバイパス抵抗器５０−１に流入する。電流がバイパス抵抗器５０−１に流入すると、そのバイパス電流は、バイパス抵抗器５０−１において熱に変換されて消費される。
【０１５１】
すなわち、トランジスタ５２−１がオンされると、太陽電池１２から、対応するキャパシタユニット３２−１に流入されるはずであった電流のうちの少なくとも一部が、バイパス抵抗器５０−１により、そのキャパシタユニット３２−１をバイパスさせられるのである。それにより、そのキャパシタユニット３２−１の端子電圧が規定電圧を超えることが防止される。
【０１５２】
したがって、バイパス抵抗器５０−１の抵抗値は、キャパシタユニット３２−１の端子電圧が規定電圧より高くならないように、すなわち、トランジスタ５２−１に流入する電流が、キャパシタユニット３２−１に流入する充電電流より多くなるように、予め設定される。
【０１５３】
なお付言するに、前述の電流バイパス素子は、バイパス抵抗器５０−１に代えて、余剰電流を他の回路（例えば、満充電状態に至っていない他のキャパシタユニット３２−２，３２−３）へ転送する転送素子（例えば、トランス）を用いて構成することが可能である。また、トランジスタ５２−１は、例えば、バイポーラ・トランジスタやＦＥＴなどの半導体スイッチとして構成することが可能である。
【０１５４】
図１に示すように、バイパス回路３４−１においては、トランジスタ５２−１にドライバ５４−１が接続されており、そのドライバ５４−１によってトランジスタ５２−１がオン状態とオフ状態とに切り換えられる。すなわち、ドライバ５４−１は、トランジスタ５２−１を駆動する機能を有しているのである。
【０１５５】
このドライバ５４−１は、対応するキャパシタユニット３２−１の正極側と負極側とにも接続されており、そのキャパシタユニット３２−１の端子電圧（個別充電電圧）をモニタする機能も有している。このドライバ５４−１は、対応するキャパシタユニット３２−１の端子電圧が規定電圧（キャパシタユニット３２−１の端子電圧の規定電圧（「耐電圧」ともいい、例えば、２［Ｖ］）と等しいかまたはそれより低い値）を超えようとするとトランジスタ５２−１がオンするように、トランジスタ５２−１を駆動する。
【０１５６】
このドライバ５４−１は、例えば、入力（キャパシタユニット３２−１の端子電圧）が規定電圧より高くなろうとすると、出力が「０」から「１」に変化する市販の電圧コンパレータＩＣを使用して構成することが可能である。
【０１５７】
図１に示すように、バイパス回路３４−１は、さらに、トランジスタ５２−１がオンになると通電する位置にフォトダイオード５６−１を備えている。そのフォトダイオード５６−１は、通電時に発光する電気素子である。
【０１５８】
本実施形態においては、そのフォトダイオード５６−１が、バイパス抵抗器５０−１に並列に接続されており、トランジスタ５２−１がオンされると、バイパス抵抗器５０−１とフォトダイオード５６−１とに一緒に電流が流入するようになっている。したがって、フォトダイオード５６−１の発光は、バイパス抵抗器５０−１が、対応するキャパシタユニット３２−１をバイパスするバイパス動作の実行中であることを示している。
【０１５９】
図１に示すように、充電装置１６は、さらに、太陽電池１２の出力電流Ｉｓを検出する出力電流検出回路６０を備えている。
【０１６０】
出力電流検出回路６０は、太陽電池１２の出力電流Ｉｓを電圧に変換し、それを増幅して、後述の充電制御回路８０に出力するために設けられている。
【０１６１】
具体的には、この出力電流検出回路６０は、太陽電池１２から出力される電流すなわち出力電流Ｉｓの量を検出するために、負極ライン２２のうち太陽電池１２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器６２を備えている。その電流検出抵抗器６２は、太陽電池１２を流れる電流を電圧に変換する機能を有する。
【０１６２】
なお付言するに、本実施形態においては、充電装置１６の回路のうち、コンデンサ４８より太陽電池１２に近い側に電流検出抵抗器６２が配置されている。すなわち、この電流検出抵抗器６２は、太陽電池１２とコンデンサ４８との閉回路内に配置されているのである。
【０１６３】
その結果、この電流検出抵抗器６２によれば、太陽電池１２の出力電流Ｉｓが直接に検出されることになり、スイッチ４０に流れる電流であって、そのスイッチ４０のスイッチング動作に起因したリップル電流が多く含まれるものが直接に検出されずに済む。
【０１６４】
出力電流検出回路６０は、さらに、その電流検出抵抗器６２の電圧を一定倍率で増幅するアンプ（直流増幅器）６４を備えている。そのアンプ６４は、太陽電池１２の出力電流Ｉｓを表すアナログ信号を出力する。このアンプ６４は、例えば、直流リニア増幅器として構成される。
【０１６５】
図１に示すように、充電装置１６は、さらに、太陽電池１２の出力電圧Ｖｓを検出する出力電圧検出回路７０を備えている。この出力電圧検出回路７０は、太陽電池１２の出力電圧Ｖｓと等電位にある正極ライン２０に接続されている。本実施形態においては、その出力電圧検出回路７０が単なる導線として構成されているが、必要な変更を施すことが可能である。
【０１６６】
図１に示すように、充電装置１６は、さらに、充電制御回路８０を備えている。この充電制御回路８０は、スイッチ４０に対してデューティ比制御を行うことにより、太陽電池１２による蓄電装置１４の充電を制御する。
【０１６７】
具体的には、この充電制御回路８０は、３個のキャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３のうちのいずれか１個でも実質的な満充電状態に至る前においては、通常充電制御を実行する一方、複数個のキャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３のうちのいずれか１個でも実質的な満充電状態に至った後においては、制限充電制御を実行する。
【０１６８】
さらに具体的には、この充電制御回路８０は、通常充電制御においては、太陽電池１２の動作点を、発電電力Ｐｓが実質的に極大化する最大出力動作点Ａに実質的に一致させるための値をスイッチ４０のデューティ比τの値として採用する。
【０１６９】
一方、この充電制御回路８０は、制限充電制御においては、太陽電池１２の動作点を、最大出力動作点Ａに対応する発電電流Ｉｓ０より少ない発電電流Ｉｓ１が太陽電池１２において実現される制限出力動作点Ｂに実質的に一致させるための値をスイッチ４０のデューティ比τの値として採用する。
【０１７０】
本実施形態においては、その制限出力動作点Ｂが、対応する発電電流Ｉｓ１がゼロより大きい大きさを有するように設定される。したがって、本実施形態によれば、複数個のキャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３のうちの一部のみについて端子電圧が規定電圧を超えようとした場合に、端子電圧が規定電圧を超えようとしていない別のキャパシタユニット（満充電状態には至っていないキャパシタユニット）３２については太陽電池１２による充電が継続される。
【０１７１】
その結果、本実施形態によれば、すべてのキャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３を、過充電による特性劣化を防止しつつ、蓄電能力をフルに利用することが可能となる。
【０１７２】
この充電制御回路８０は、通常充電制御中には、太陽電池１２の作動状態を反映する物理量としての発電電力Ｐｓ（＝Ｉｓ×Ｖｓ）に基づいてデューティ比τの値を可変値として決定する一方、制限充電制御中には、いずれの物理量にも依存しないように予め設定された固定値をデューティ比τの値（すなわち制限デューティ比τｃ）として採用する。
【０１７３】
本実施形態においては、この充電制御回路８０は、通常充電制御中、太陽電池１２の出力電流Ｉｓと出力電圧Ｖｓとを実質的に同じタイミングで検出し、それら２個の検出値の積として出力電力Ｐｓを演算するようになっている。
【０１７４】
さらに、この充電制御回路８０は、スイッチ４０がオン状態にあるオン期間とオフ状態にあるオフ期間とがそれぞれ１回ずつ交互に繰り返される１回のスイッチングサイクルを複数回繰り返すことにより、スイッチ４０に対してデューティ比制御を実行する。さらに、この充電制御回路８０は、各回のスイッチングサイクルにおけるオン時間Ｔｏｎが、制限充電制御時において通常充電制御時より短くなるように、デューティ比τを決定する。
【０１７５】
この充電制御回路８０は、スイッチ４０に対してデューティ比制御を行うために、そのスイッチ４０にスイッチング動作を行わせるためにそのスイッチ４０に供給されるべきオン／オフパルスを自ら生成してスイッチ４０に対して出力するように構成することが可能である。
【０１７６】
これに代えて、この充電制御回路８０は、スイッチ４０にＰＷＭ回路を接続し、そのＰＷＭ回路に対して、スイッチ４０のオン時間Ｔｏｎの長さを出力するように構成することも可能である。
【０１７７】
以上説明した機能を実現するため、この充電制御回路８０は、図１に示すように、出力電流検出回路６０に、アンプ６４の出力端子において接続されている。この充電制御回路８０は、さらに、出力電圧検出回路７０にも接続されている。
【０１７８】
図１に示すように、充電装置１６は、さらに、フォトダイオード５６−１，５６−２，５６−３の数と同数のフォトトランジスタ８２−１，８２−２，８２−３を備えている。フォトダイオード５６−１，５６−２，５６−３とフォトトランジスタ８２−１，８２−２，８２−３とのうち互いに対応するもの同士により、３組のフォトカプラ８４−１，８４−２，８４−３が構成されている。各組のフォトカプラ８４−１，８４−２，８４−３は、各キャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３ごとに設けられている。
【０１７９】
それらフォトトランジスタ８２−１，８２−２，８２−３に対応し、充電制御回路８０は、それらフォトトランジスタ８２−１，８２−２，８２−３の数と同数の検出端子８６−１，８６−２，８６−３を備えている。充電制御回路８０は、それら検出端子８６−１，８６−２，８６−３（本実施形態においては、３個の検出端子８６−１，８６−２，８６−３）において、それらと同数のフォトトランジスタ８２−１，８２−２，８２−３にそれぞれ電気的に接続されている。
【０１８０】
その結果、充電制御回路８０は、各キャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３ごとに、対応するフォトカプラ８４−１，８４−２，８４−３を介して、バイパス回路３４−１，３４−２，３４−３に光学的に接続されている。
【０１８１】
本実施形態においては、３個のキャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３のうち最も上流側に位置するものに対応するフォトダイオード５６−１に光学的に結合されるフォトトランジスタ８２−１の出力信号が「ＰＴ１」と表記され、２番目のキャパシタユニット３２−２に対応するフォトダイオード５６−２に光学的に結合されるフォトトランジスタ８２−２の出力信号が「ＰＴ２」と表記され、そして、最も下流側に位置するキャパシタユニット３２−３に対応するフォトダイオード５６−３に光学的に結合されるフォトトランジスタ８２−３の出力信号が「ＰＴ３」と表記される。
【０１８２】
いずれの出力信号ＰＴ１，ＰＴ２，ＰＴ３も、アナログ信号であるが、充電制御回路８０においては、後に詳述するように、信号処理上、対応するフォトダイオード５６−１，５６−２，５６−３が発光中であるか否か、すなわち、対応するキャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３の端子電圧が規定電圧を超えたか否かを表す２値信号として取り扱われる。
【０１８３】
このように、本実施形態においては、充電制御回路８０が各バイパス回路３４−１，３４−２，３４−３の動作を個別にモニタするために、充電制御回路８０と各バイパス回路３４−１，３４−２，３４−３とが電気的にではなく光学的に接続されている。その結果、各バイパス回路３４−１，３４−２，３４−３に流れる電流が予定外に充電制御回路８０に漏れることが防止される。
【０１８４】
なお付言するに、本実施形態においては、各バイパス回路３４−１，３４−２，３４−３が充電制御回路８０に、各バイパス回路３４−１，３４−２，３４−３がバイパス動作中であるか否か（すなわち、それに対応するキャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３の端子電圧が規定電圧を超えているか否か）という情報を伝達可能な状態でワイヤレス結合されている。
【０１８５】
そのワイヤレス結合を実現するために、各バイパス回路３４−１，３４−２，３４−３を充電制御回路８０に光学的に結合するフォトカプラ８４−１，８４−２，８４−３が用いられる。各フォトカプラ８４−１，８４−２，８４−３は、例えば、各バイパス回路３４−１，３４−２，３４−３を充電制御回路８０に磁気的に結合するトランスに置換したり、各バイパス回路３４−１，３４−２，３４−３を充電制御回路８０に静電的に結合するコンデンサに置換することが可能である。
【０１８６】
図３にブロック図で概念的に表すように、充電制御回路８０は、コンピュータ９０を主体として構成されている。そのコンピュータ９０は、ＣＰＵ９２とＲＯＭ９４とＲＡＭ９６とがバス９８によって互いに接続されて構成されている。
【０１８７】
充電制御回路８０は、さらに、Ｉ／Ｏインタフェース１００（例えば、ＡＤコンバータや、ＤＡコンバータを内蔵することが可能である）を備えている。そのＩ／Ｏインタフェース１００を介してコンピュータ９０は、スイッチ４０と出力電流検出回路６０と出力電圧検出回路７０と３個のフォトトランジスタ８２−１，８２−２，８２−３とに電気的に接続されている。
【０１８８】
ところで、本実施形態においては、蓄電装置１４のエネルギー源として、太陽光という自然エネルギーが利用される。自然エネルギーは、人工的なエネルギーとは異なり、時間的に変動し易い。そのため、太陽電池１２の発電エネルギーも時間的に変動し易く、結局、蓄電装置１４の充電エネルギーも時間的に変動し易い。
【０１８９】
一方、太陽電池１２の発電電流を、満充電状態にあるキャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３をバイパスさせるとともに、そのバイパス電流をバイパス抵抗器５０−１，５０−２，５０−３によって消費するためには、必ずバイパス抵抗器５０−１，５０−２，５０−３の発熱を伴う。
【０１９０】
ところで、太陽電池１２によって蓄電装置１４を充電する場合、充電制御回路８０に電気的ロスがないと仮定すると、本来であれば、太陽電池１２の発電エネルギーのすべてが蓄電装置１４の側に転送されるはずである。
【０１９１】
例えば、順次規定電圧に達するｎ（ｎ＞１）段のキャパシタユニット３２のそれぞれのバイパス抵抗器５０に順次電流を流していくと、最大で、（ｎ−１）個のバイパス抵抗器５０、すなわち、（ｎ−１）段のキャパシタユニット３２にそれぞれ対応するバイパス抵抗器５０に電流が流れる可能性がある。なぜなら、すべての段のキャパシタユニット３２の電圧が規定電圧に達したときには、通常、充電が中止されるように充電装置１６が設計されるからである。
【０１９２】
そのため、最大で、太陽電池１２の出力エネルギーの（ｎ−１）／ｎ倍に当たる電気エネルギーが、（ｎ−１）個のバイパス抵抗器５０により、熱に変換される可能性がある。例えば、キャパシタユニット３２を５段直列（ｎ＝５）に接続し、その直列キャパシタユニット３２を、出力が１００［Ｗ］である太陽電池１２によって充電すると、
【０１９３】
Ｐｓ×（ｎ−１）／ｎ
【０１９４】
＝１００［Ｗ］×（５−１）／５
【０１９５】
＝８０［Ｗ］
【０１９６】
の電気エネルギーが熱に変わる可能性がある。
【０１９７】
また、太陽電池１２の余剰電流がバイパス抵抗器５０−１，５０−２，５０−３によってバイパスされるようにするためには、最大電力でキャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３が充電される期間中でも、それに見合った量の電流バイパスが可能であるようにシステム設計を行うことが必要である。
【０１９８】
そのため、キャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３の段数と同数段必要とされるバイパス回路３４−１，３４−２，３４−３を、大きな電流を流すことが可能であるように設計することが必要である。
【０１９９】
その結果、太陽電池１２の余剰電流がバイパス抵抗器５０−１，５０−２，５０−３によってバイパスされるようにするためには、大きな電流に耐える多数の回路部品を充電システム１０に用いることが必要になり、しかも、それら回路部品の発熱量が大きくなる。
【０２００】
一方、太陽光等、自然エネルギー源を用いて充電する場合には、通常、自然エネルギーをできる限り効率よく利用して充電を行うようにする充電制御機能が充電装置１６に組み込まれる。
【０２０１】
そのため、自然エネルギー源を用いて充電する場合には、蓄電装置１４の充電電流が増加する傾向があるが、充電電流の増加を一方的に優先させたのでは、バイパス回路３４−１，３４−２，３４−３の規模が過大となる傾向があり、バイパス回路３４−１，３４−２，３４−３の発熱量も過大となる傾向がある。
【０２０２】
そこで、本実施形態においては、充電制御回路８０が、スイッチ４０のデューティ比τを制御することにより、太陽電池１２による蓄電装置１４の充電を制御することを前提にして、直列接続された複数段のキャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３のうちのいずれも規定電圧に達しない場合には、太陽電池１２の出力電力Ｐｓが極大化するようにスイッチ４０のデューティ比τを探索的に決定する通常充電制御が行われる一方、それら複数段のキャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３のうちのいずれかでも規定電圧に達すると、制限充電制御が行われる。
【０２０３】
その制限充電制御においては、同じ充電制御回路８０がスイッチ４０のデューティ比τを直接的に（他の物理量を媒介させることなく）低下させて太陽電池１２と蓄電装置１４との間の電流通路を絞り、それにより、太陽電池１２自体の発電エネルギーが制限される。
【０２０４】
その結果、キャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３の直列段数と同数必要である複数個のバイパス回路３４−１，３４−２，３４−３に流れる電流が減少し、ひいては、それらバイパス回路３４−１，３４−２，３４−３全体に発生する総発熱量が減少する。
【０２０５】
ここで、充電制御回路８０の動作を、制限充電制御に関し、概念的に説明する。
【０２０６】
充電制御回路８０は、太陽電池１２から最大エネルギーを取り出す場合には、充電制御回路８０の伝達ロスがなければ、その最大エネルギーがキャパシタ（すなわち蓄電装置１４）に流れることになる。太陽電池１２から取り出される電気エネルギーすなわち発電電力Ｐｓは、
【０２０７】
Ｐｓ＝Ｖｓ×Ｉｓ
【０２０８】
なる式で表される。これに対し、キャパシタへの流入エネルギーすなわち充電電力Ｐｃは、
【０２０９】
Ｐｃ＝Ｖｃ×Ｉｃ
【０２１０】
なる式で表される。電力Ｐｃは太陽電池１２の出力状態で決まり、キャパシタの電圧Ｖｃは充電進行状態で決まるため、キャパシタの電流Ｉｃは、太陽電池１２の出力状態とキャパシタの充電状態とで決まることになる。
【０２１１】
各バイパス抵抗器５０−１，５０−２，５０−３に流れる電流すなわちバイパス電流は、各キャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３の電流Ｉｃより大きくなければならないため、各バイパス抵抗器５０−１，５０−２，５０−３や各トランジスタ５２−１，５２−２，５２−３は、各キャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３の電流Ｉｃより大きなバイパス電流に耐えるものでなければならない。
【０２１２】
一方、太陽電池１２の出力電流（太陽電池１２からスイッチ４０を経て蓄電装置１４に流入しようとする電流）を小さく制限することができれば、バイパス電流も小さく制限することができる。
【０２１３】
３個のキャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３のすべての電圧が規定電圧（各キャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３の端子電圧の上限値が２［Ｖ］であれば、規定電圧が例えば、２［Ｖ］に設定される）より低い状態においては、通常充電制御が実行される。その結果、充電制御回路８０の働きで、太陽電池１２から最大エネルギーが取り込まれて、キャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３に供給される。このとき、いずれのバイパス抵抗器５０−１，５０−２，５０−３にも、電流が流れない。
【０２１４】
いま、充電が進み、例えば、２番目のキャパシタユニット３２−２の端子電圧のみが規定電圧（例えば、２［Ｖ］）に達したとすると、それに対応するドライバ５４−２がバイパス動作状態に移行する。それにより、そのドライバ５４−２は、それに対応するトランジスタ５２−２をオンにし、その結果、対応するバイパス抵抗器５０−２とフォトダイオード５６−２とに共に電流が流れる。
【０２１５】
そのフォトダイオード５６−２は、それに電流が流れると、光を発し、その発しられた光は、そのフォトダイオード５６−２に対応するフォトトランジスタ８２−２によって受光される。その結果、そのフォトトランジスタ８２−２がオンになり、それの出力信号ＰＴ２が、アクティブ信号（例えば、オン信号）として、充電制御回路８０に入力される。充電制御回路８０は、アクティブな出力信号ＰＴ２を受信すると、スイッチ４０のデューティ比τを予め設定された規定値（制限デューティ比τｃ）に設定する。
【０２１６】
その結果、制限充電制御が開始され、それにより、太陽電池１２からスイッチ４０を通過して出力されるエネルギーが減少し、蓄電装置１４へ流れる電気エネルギーもバイパス電流も減少する。
【０２１７】
２番目のキャパシタユニット３２−２の端子電圧が規定電圧に達した状態で、３番目のキャパシタユニット３２−３の端子電圧も規定電圧に達したと仮定すると、２番目のキャパシタユニット３２−２に対応するドライバ５４−２がバイパス動作状態に移行することに加えて、３番目のキャパシタユニット３２−３に対応するドライバ５４−３もバイパス動作状態に移行することになる。
【０２１８】
その結果、３番目のキャパシタユニット３２−３に対応するトランジスタ５２−３もオンになり、それに対応するバイパス抵抗器５０−３とフォトダイオード５６−３とに共に電流が流れる。その結果、それに対応するフォトトランジスタ８２−３もオンになる。それの出力信号ＰＴ３が、アクティブ信号として、充電制御回路８０に入力される。
【０２１９】
しかし、このときすでに、アクティブな出力信号ＰＴ２が充電制御回路８０に入力されているため、充電制御回路８０は、既に開始された制限充電制御を、同じデューティ比τｃのままで継続する。
【０２２０】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、３個のキャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３のうち少なくとも１個が規定電圧に達すると、充電制御回路８０が、通常充電制御時のデューティ比τより小さいデューティ比τｃを用いて制限充電制御を実行する。
【０２２１】
図４には、スイッチ４０のスイッチング動作およびコイル４２に流れる電流の時間的推移がグラフを用いて模式的に表されている。
【０２２２】
充電制御回路８０は、通常充電制御においては、図４（ａ）において実線グラフで示すように、スイッチ４０をオン／オフするスイッチ制御信号を出力する。これに対し、充電制御回路８０は、制限充電制御においては、図４（ａ）において破線グラフで示すように、スイッチ４０をオン／オフするスイッチ制御信号を出力する。
【０２２３】
通常充電制御においては、コイル４２に流れる電流すなわち蓄電装置１４に流れる電流が、図４（ｂ）において実線グラフで示すように、時間的に推移する。これに対し、制限充電制御においては、コイル４２に流れる電流が、図４（ｂ）において破線グラフで示すように、時間的に推移するように、図４（ｂ）において実線グラフで示す時間的推移から変化する。
【０２２４】
なお付言するに、図４（ｂ）に示す２種類の電流波形は、いずれも、コンデンサ４８のおかげで太陽電池１２の電圧がスイッチ４０のスイッチング周期内では変化しないときの波形である。
【０２２５】
さらに付言するに、図４（ｂ）の各グラフにおいては、スイッチ４０の各回のスイッチングサイクルにおいて、スイッチ４０のオン期間中にスイッチ４０からコイル４２に供給される電流が右上がりの破線で示され、一方、スイッチ４０のオフ期間中にフライホイール・ダイオード４４からコイル４２に供給される電流が右下がりの破線で示されている。
【０２２６】
図４（ｂ）の破線グラフで示す電流波形においては、コイル４２の電流が増加するときは、スイッチ４０からコイル４２へ電流が流れ、これに対し、コイル４２の電流が減少するときは、フライホイール・ダイオード４４からコイル４２へ電流が流れる。
【０２２７】
充電システム１０は、一般に、通常充電制御において、図４（ｂ）の実線グラフで示すように、コイル４２の電流がゼロにならないように設計されるが、制限充電制御が実行されると、図４（ｂ）において破線グラフで示すように、コイル４２の電流がゼロである期間が存在するように設計される。
【０２２８】
具体的には、制限充電制御中、コイル４２の電流がゼロである期間が存在するようにするために、その制限充電制御中に採用されるオン時間Ｔｏｎの長さおよびデューティ比τｃの値が予め設定される。このことは後に詳述する。
【０２２９】
ここで、図２を参照することにより、充電制御回路８０の動作を説明する。
【０２３０】
前述のように、図２は、太陽電池１２の出力電圧Ｖｓと出力電流Ｉｓの関係を示す特性図である。通常充電制御中には、太陽電池１２が最大出力動作点Ａ近傍で動作するようにスイッチ４０が制御される。これに対し、制限充電制御中には、太陽電池１２が制限出力動作点Ｂで動作するようにスイッチ４０が制御される。
【０２３１】
具体的には、充電制御回路８０は、通常は、太陽電池１２が最大電力を出力するようにスイッチ４０を制御する。これに対し、いずれかのバイパス回路３４−１，３４−２，３４−３がバイパス動作状態に移行していずれかのバイパス抵抗器５０−１，５０−２，５０−３にバイパス電流が流れると、充電制御回路８０は、太陽電池１２が制限出力動作点Ｂ、すなわち、太陽電池１２の出力が最大出力動作点Ａより減少する動作点で動作するようにスイッチ４０が制御される。それにより、太陽電池１２の出力電力Ｐｓすなわち蓄電装置１４の側への転送電力が減少する。
【０２３２】
図２に示すように、太陽電池１２においては、それの出力電流Ｉｓが最大出力動作点Ａより増加すると、出力電圧Ｖｓが急激に変化するのに対し、出力電流Ｉｓが最大出力動作点Ａより減少しても、出力電圧Ｖｓが緩やかにしか変化しないという特性を有する。
【０２３３】
一般に、インダクタンスＬのコイル４２に電圧Ｖを印加したとき、コイル４２を流れる電流ｉは、経過時間を「ｔ」で表すと、
【０２３４】
ｉ＝Ｖ×ｔ÷Ｌ
【０２３５】
なる式で表される。また、スイッチ４０のオン期間の終了時には、コイル４２に流れる電流のピーク値（以下、「ピーク電流」という。）ｉｐが、
【０２３６】
ｉｐ＝（Ｖｓ−Ｖｃ）×Ｔｏｎ÷Ｌ
【０２３７】
なる式で表される。この状態からスイッチ４０がオフになると、コイル４２の電流ｉｄが減少していく。コイル４２に流れる電流ｉｄは、スイッチ４０のオフ期間の終了時から時間ｔが経過したとき、
【０２３８】
ｉｄ＝（Ｖｓ−Ｖｃ）×Ｔｏｎ÷Ｌ−Ｖｃ×ｔ÷Ｌ
【０２３９】
なる式で表される。この式の前半は、スイッチ４０のオフ期間の終了時にコイル４２に流れる電流すなわちピーク電流ｉｐを表し、後半は、そのピーク電流ｉｐからの減少量を表している。
【０２４０】
充電装置１６の回路にはフライホイール・ダイオード４４が入っているため、逆方向に電流が流れることはない。よって、上記の式に従い、コイル４２の電流ｉｄが減少していく場合、その電流ｉｄがゼロになることはあっても、その電流ｉｄがマイナスになることはない。
【０２４１】
本実施形態においては、制限充電制御中、スイッチ４０のオン時間Ｔｏｎが減少させられる。その間、太陽電池１２の出力電圧Ｖｓも、蓄電装置１４の充電電圧Ｖｃも、ほぼ一定であり、よって、コイル４２の電圧（＝Ｖｓ−Ｖｃ）もほぼ一定である。
【０２４２】
そのため、コイル４２のピーク電流ｉｐは、上述の式から明らかなように、スイッチ４０のオン時間Ｔｏｎが減少するにつれて比例的に減少する。よって、オン時間Ｔｏｎの設定値次第で、スイッチ４０のオフ期間中に、コイル４２の電流ｉｄがゼロになる状態が発生する。
【０２４３】
このような特性があるため、デューティ比τが最適値（最大出力動作点Ａに対応する値）より減少すると、図４（ｂ）において破線グラフで示すように、スイッチ４０の各回のオン期間の終了後、次回のオン期間の開始時までの間、コイル４２の電流がゼロになる。すなわち、本実施形態においては、各回のスイッチングサイクルごとに、コイル４２に流れる電流がゼロから増加してゼロに減少するようになっているのである。
【０２４４】
したがって、一回のスイッチングサイクル中にコイル４２に流れる電流の総和が、それより過去のスイッチングサイクルにおいてコイル４２に流れていた電流とは無関係に、その回のスイッチングサイクルに着目するのみで計算できることになる。
【０２４５】
よって、本実施形態によれば、各回のスイッチングサイクル中にコイル４２に流れる電流の総和が、その回のスイッチングサイクル中のスイッチ４０、コイル４２およびフライホイール・ダイオード４４の動作条件のみで決まることとなり、その結果、各回のスイッチングサイクル中にコイル４２に流れる電流の総和の管理し易さや予測精度が向上する。
【０２４６】
ここで、太陽電池１２の出力電力Ｐｓであってスイッチ４０を通過するものとスイッチ４０のオン時間Ｔｏｎとの間に成立する関係を具体的に説明する。
【０２４７】
説明の便宜上、スイッチ４０に流れる電流（平均値）を「Ｉｓｓ」で表し、スイッチ４０を通過する（すなわち、コイル４２を通過する）電力（平均値）、すなわち、太陽電池１２の出力電力Ｐｓであってスイッチ４０を通過するものを「Ｐｓｓ」で表す。
【０２４８】
さらに、コイル４２のインダクタンスを「Ｌ」で表し、スイッチ４０のスイッチング周期を「Ｔ」で表し、スイッチ４０の電流のピーク値（すなわち、スイッチ４０のオン期間終了時にスイッチ４０およびコイル４２に流れる電流）を「ｉｐ」で表す。
【０２４９】
それらの物理量に関し、次の式で表される関係が成立する。
【０２５０】
ｉｐ＝（Ｖｓ−Ｖｃ）×Ｔｏｎ÷Ｌ
【０２５１】
Ｉｓｓ＝１／２×ｉｐ×Ｔｏｎ÷Ｔ
＝１／２×（Ｖｓ−Ｖｃ）×Ｔｏｎ÷Ｌ×Ｔｏｎ÷Ｔ
【０２５２】
Ｐｓｓ＝Ｖｓ×Ｉｓｓ
＝１／２×Ｖｓ×（Ｖｓ−Ｖｃ）×Ｔｏｎ÷Ｌ×Ｔｏｎ÷Ｔ
【０２５３】
ここに、スイッチング周期Ｔは、スイッチングレギュレータ３８のスイッチング周波数の逆数に相当し、例えば、１００［μｓｅｃ］（＝１０ｋＨｚ）、１０［μｓｅｃ］（＝１００ｋＨｚ）などが考えられる。
【０２５４】
なお付言するに、電力Ｐｓｓを記述する上記の式は、理論的には、オン時間Ｔｏｎの期間中、太陽電池１２の電圧Ｖｓも蓄電装置１４の電圧Ｖｃも変化しないときに成立する式である。
【０２５５】
この点、図２を参照して前述したように、太陽電池１２の電圧Ｖｓは、制限充電制御中、ほぼ一定に保たれる。また、蓄電装置１４の電圧Ｖｃは、通常充電制御中であるか制限充電制御中であるかを問わず、オン時間Ｔｏｎの期間中は実質的に変化しない。
【０２５６】
よって、電力Ｐｓｓを記述する上記の式は、充電システム１０における現実の電気的現象を実用的なレベルにおいて高精度で近似するといえる。
【０２５７】
蓄電装置１４の電圧Ｖｃは、蓄電装置１４が放電を開始するときの電圧であるから、蓄電装置１４が満充電に近いときの電圧でもある。また、制限充電制御中には、太陽電池１２の電圧Ｖｓは、前述のように、時間的な変化が小さい。また、インダクタンスＬおよびスイッチング周期Ｔはいずれも、時間的に変化しない。
【０２５８】
したがって、電力Ｐｓｓを記述する上記の式中、「Ｖｓ」、「Ｖｓ」、「Ｌ」および「Ｔ」はいずれも、ほぼ一定であるとみなすことができる。よって、電力Ｐｓｓとスイッチ４０のオン時間Ｔｏｎとの間に線形的な関係が成立することが分かる。
【０２５９】
その結果、電力Ｐｓｓは、スイッチ４０のオン時間Ｔｏｎのみで精度よく制御することができることが分かる。すなわち、上記式を用いることにより、太陽電池１２の出力電力すなわち蓄電装置１４への入力電力を予め決めさえすれば、必要とするスイッチ４０のオン時間Ｔｏｎの長さを計算で求めることができるのである。
【０２６０】
本実施形態においては、そのようにして計算されたオン時間Ｔｏｎの値を用いることにより、制限充電制御のために採用するデューティ比τの値が固定値（例えば、図５におけるτｃ）として予め設定されている。
【０２６１】
ここで、制限充電制御のために採用するオン時間Ｔｏｎおよびデューティ比τｃの計算をさらに具体的に説明する。
【０２６２】
説明の便宜上、太陽電池１２が、最大出力が１００［Ｗ］、最大電力を出すときの出力電圧（図２におけるＡ点に相当）が１６［Ｖ］である太陽電池であり、かつ、蓄電装置１４が、各々定格電圧が２［Ｖ］である５段の直列キャパシタ（すなわち、直列５段のキャパシタユニット３２）を有する場合を想定する。
【０２６３】
この場合、太陽電池１２の出力電力を最大出力の１／４倍である２５［Ｗ］に制限すると、出力電圧が２０［Ｖ］程度（図２における点Ｂに相当）になり、出力電流が１．２５［Ａ］程度になる。
【０２６４】
直列５段のキャパシタ側に２５［Ｗ］の電力が流入すると、そのときにバイパス抵抗器５０に発生する最大の発熱量は、前述の式から、２５［Ｗ］×（５−１）／５＝２０［Ｗ］になる。
【０２６５】
それらバイパス抵抗器５０にバイパス電流が流れるときには、直列キャパシタの全電圧がほぼ１０［Ｖ］になっている。よって、前述の式に、Ｖｓ＝２０［Ｖ］、Ｖｃ＝１０［Ｖ］、Ｌ＝回路設計値、およびＴ＝回路設計値を代入すると、オン時間Ｔｏｎが計算によって求められる。その求められたオン時間Ｔｏｎの値（ｓｅｃ）を変換すれば、制限充電制御中のデューティ比τｃが取得される。
【０２６６】
ところで、太陽電池１２は、太陽光の照度に応じて、電気エネルギーを発生する。上記数値例においては、最大出力が１００［Ｗ］である太陽電池１２で発生した１００［Ｗ］の電気エネルギーから、直列キャパシタの側へ２５［Ｗ］しか取り出されない。その結果、７５［Ｗ］の電気エネルギーは、太陽電池１２の中で熱となって消える。
【０２６７】
具体的には、太陽エネルギーにより太陽電池１２に励起された正孔と電子が、外部に取り出される前に、太陽電池１２の中で再結合して熱に変わり、電気エネルギーとしては消えてしまい、熱エネルギーに変わる。
【０２６８】
太陽電池１２において発生した熱エネルギーは、太陽電池１２の表面から、大気中に放熱される。よって、本実施形態においては、蓄電装置１４におけるバイパス抵抗器５０−１，５０−２，５０−３の発熱量が減少した分、太陽電池１２の発熱量が増加することになる。
【０２６９】
しかし、太陽電池１２の表面積（放熱面積）は、バイパス抵抗器５０−１，５０−２，５０−３の表面積に比べて広い面積を確保することが容易であるため、バイパス抵抗器５０−１，５０−２，５０−３の発熱を部分的に太陽電池１２の発熱で置換しても、太陽電池１２の温度上昇量がそれほど増加せずに済む。
【０２７０】
なお付言するに、以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、蓄電装置１４を充電するための発電装置が、太陽電池１２の出力電流が減少する向きにスイッチ４０のデューティ比τを変更しても太陽電池１２の出力電圧の変動が小さい太陽電池１２（例えば、商用電源でも同様）として構成されているため、デューティ比τの減少によってバイパス電流を減少させる方式の制限充電制御が有効である。
【０２７１】
これに対し、蓄電装置１４を充電するための発電装置が、スイッチ４０のデューティ比τを変更すると発電装置の出力電圧の変動が大きい場合には、デューティ比τを減少させても、スイッチ４０を通過する電気エネルギーの減少量が少ないという理由で、デューティ比τの減少によってバイパス電流を減少させる方式の制限充電制御は有効に適用することが困難であると推測される。
【０２７２】
次に、各キャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３の電圧の変化について説明する。
【０２７３】
各キャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３の電圧が規定電圧より高すぎる値にならないように、それに対応するトランジスタ５２−１，５２−２，５２−３に流れるバイパス電流が、そのキャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３への充電電流より大きくなるように、充電システム１０が設計されるのが普通である。
【０２７４】
したがって、各トランジスタ５２−１，５２−２，５２−３への電流バイパスが開始されると、余剰電流が各キャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３をバイパスする結果、各キャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３の電圧上昇が抑制される可能性がある。
【０２７５】
各トランジスタ５２−１，５２−２，５２−３への電流バイパスが開始されると、さらに、各キャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３の電荷が各トランジスタ５２−１，５２−２，５２−３に流入することによって各キャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３が放電する可能性もある。
【０２７６】
よって、各トランジスタ５２−１，５２−２，５２−３への電流バイパスが開始されると、各キャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３の電圧はやがて規定電圧より低くなる。
【０２７７】
理論的には、各キャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３が放電を開始したら、それの電圧は直ちに規定電圧より低くなるはずである。しかし、現実には、ドライバ５４−１，５４−２，５４−３による電圧検出が、回路動作を安定化するためヒステリシスを持つように設計されるのが普通である。そのため、放電開始後しばらく経ってから、対応するトランジスタ５２−１，５２−２，５２−３がオフに復帰する。
【０２７８】
仮に、充電が進み、例えば、２番目のキャパシタユニット３２−２の端子電圧が規定電圧を超えようとすると、制限充電制御に移行し、その結果、蓄電装置１４の全体に流れ込む充電電流が減少する。
【０２７９】
２番目のキャパシタユニット３２−２につき、充電電流が放電電流を下回れば、そのキャパシタユニット３２−２の電圧が低下し始め、やがて、それに対応するトランジスタ５２−２がオフに復帰する。そのトランジスタ５２−２がオフに復帰すると、充電制御回路８０は、通常充電制御、すなわち、太陽電池１２の出力電力を最大化するための通常の制御に復帰する。
【０２８０】
すると、２番目のキャパシタユニット３２−２につき、放電電流より充電電流が大きくなり、その結果、そのキャパシタユニット３２−２の電圧が上昇し、やがて、そのキャパシタユニット３２−２の電圧は、規定電圧を超えようとするに至る。
【０２８１】
このように、２番目のキャパシタユニット３２−２については、対応するトランジスタ５２−２のオンオフ動作を繰り返しながら、充電が進行する。制限充電制御中は、１番目および３番目のキャパシタユニット３２−１，３２−３においても放電が行われる可能性がある。１番目および３番目のキャパシタユニット３２−１，３２−３においては、２番目のキャパシタユニット３２−２とは異なるタイミングで、対応するトランジスタ５２−１，５２−３のオンオフ動作が繰り返される可能性がある。
【０２８２】
したがって、本実施形態においては、通常充電制御と制限充電制御とが交互に繰り返されながら、すべてのキャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３が、それぞれの端子電圧が規定電圧に一致するように、互いに均等に充電されていく。
【０２８３】
図３に示すうように、充電制御回路８０は、通常充電制御と制限充電制御とを択一的に実行するために、ＲＯＭ９４において、充電制御プログラムと最大出力デューティ比決定ルーチンとを始めとする各種プログラムを記憶している。
【０２８４】
図５には、充電制御プログラムが概念的にフローチャートで表されており、一方、図６には、最大出力デューティ比決定ルーチンが概念的にフローチャートで表されている。
【０２８５】
本実施形態においては、通常充電制御であるか制限充電制御であるかを問わず、デューティ比制御が、デューティ比制御周期Ｔｓで繰り返し実行される。各回のデューティ比制御においては、スイッチ４０のスイッチング動作（オンとオフとを１回ずつ繰り返す動作）が、スイッチング周期Ｔで繰り返し実行される。
【０２８６】
ある例においては、デューティ比制御周期Ｔｓが０．１［ｓ］で、スイッチング周期Ｔが１００［μｓ］である。この例においては、一回のデューティ比制御サイクルにおいて、１，０００回のスイッチング動作（スイッチングサイクル）が行われることになる。同じ回のデューティ比制御サイクルに属する複数回のスイッチングサイクルの間、スイッチ４０のデューティ比τは一定に保たれる。
【０２８７】
したがって、図５に示す充電制御プログラムは、デューティ比制御周期Ｔｓで繰り返し起動されて実行される。各回の実行時には、まず、ステップＳ１００において、３個のフォトトランジスタ８２−１，８２−２，８２−３から３つの出力信号ＰＴ１，ＰＴ２，ＰＴ３が入力される。出力信号ＰＴ１は、フォトトランジスタ８２−１がオンのときに論理値「１」を取り、そのフォトトランジスタ８２−１がオフのときに論理値「０」を取る。他の出力信号ＰＴ２，ＰＴ３も同様の論理値を取る。
【０２８８】
次に、ステップＳ２００において、３つの出力信号ＰＴ１，ＰＴ２，ＰＴ３の論理値の和が「０」であるか否かが判定される。この判定は、いずれのバイパス回路３４−１，３４−２，３４−３もバイパス動作中ではないためにいずれのトランジスタ５２−１，５２−２，５２−３もオフであるか否かを判定するために行われる。
【０２８９】
今回は、論理値の和が「０」であると仮定すると、ステップＳ２００の判定がＹＥＳとなり、この充電制御プログラムはステップＳ１０００に進む。これに対し、今回は、論理値の和が「０」ではないと仮定すると、ステップＳ２００の判定がＮＯとなり、この充電制御プログラムはステップＳ３００に進む。
【０２９０】
すなわち、いずれかのバイパス回路３４−１，３４−２，３４−３がバイパス動作中であるために論理値の和が「０」ではない場合には、この充電制御プログラムは、ステップＳ１０００にではなく、ステップＳ３００に進むのである。
【０２９１】
ステップＳ１０００においては、太陽電池１２から最大エネルギー（最大の出力電力）を取り込むことを可能にするためのデューティ比τである最大出力デューティ比（デューティ比τの最適値）が今回デューティ比τとして決定される。その決定された今回デューティ比τはＲＡＭ９６に一時的に格納される。
【０２９２】
このステップＳ１０００の詳細が前記最大出力デューティ比決定ルーチンとして図６にフローチャートで概念的に表されており、これについては後述する。
【０２９３】
その後、図５のステップＳ４００において、ＲＡＭ９６から今回デューティ比τが読み出され、その読み出された今回デューティ比τがスイッチ４０に対して出力される。
【０２９４】
このように、今回は、ステップＳ２００の判定がＹＥＳであるため、ステップＳ１０００およびＳ４００の実行により、通常充電制御が行われる。以上で、この充電制御プログラムの一回の実行が終了する。
【０２９５】
これに対し、ステップＳ２００の判定がＮＯである場合には、ステップＳ３００においては、図２に示すように、制限充電制御中に採用されるデューティ比である制限デューティ比τｃ（固定値）がＲＯＭ９４から読み出される。その読み出された制限デューティ比τｃは今回デューティ比τとしてＲＡＭ９６に一時的に格納される。
【０２９６】
制限デューティ比τｃは、通常充電制御中に採用されるデューティ比τの最適値（可変値）の変化可能範囲の下限値より小さい値を有するように予め設定されている。したがって、制限充電制御中におけるスイッチ４０のオン時間Ｔｏｎは、通常充電制御中におけるスイッチ４０のオン時間Ｔｏｎより短くなる。
【０２９７】
その後、ステップＳ４００が、ステップＳ２００の判定がＹＥＳである場合と同様にして、実行される。
【０２９８】
このように、今回は、ステップＳ２００の判定がＮＯであるため、ステップＳ３００およびＳ４００の実行により、制限充電制御が行われる。以上で、この充電制御プログラムの一回の実行が終了する。
【０２９９】
ここで、図６に示す最大出力デューティ比決定ルーチンを概略的に説明する。
【０３００】
この最大出力デューティ比決定ルーチンの実行が開始されると、各回のデューティ比制御サイクルにおいて、デューティ比τが今回の変化量Δτだけ離散的に変更される。デューティ比τが変更される向き、すなわち、今回の変化量Δτの符号は、前回のデューティ比制御サイクルにおけるデューティ比τの前回の変更に対する出力電力Ｐｓの応答に応じ、次回の出力電力Ｐｓが実質的に極大化するように決定される。
【０３０１】
具体的には、各回のデューティ比制御サイクルにおいて、前回のデューティ比制御サイクルにおいて検出された出力電力Ｐｓ（前回の変化量Δτの影響を受けていない出力電力Ｐｓであり、「前回電力Ｐｓ０」という。）と、今回のデューティ比制御サイクルにおいてデューティ比τが変更される前に検出された出力電力Ｐｓ（前回の変化量Δτの影響を受けている出力電力Ｐｓであり、「今回電力Ｐｓ」という。）とが互いに比較される。
【０３０２】
今回電力Ｐｓが前回電力Ｐｓ０より大きいと仮定すると、デューティ比τを前回と同じ向きに変更することが出力電力Ｐｓの極大化につながるとして、変化量Δτの符号が維持される。
【０３０３】
これに対し、今回電力Ｐｓが前回電力Ｐｓ０より小さいと仮定すると、デューティ比τを前回とは逆向きに変更することが出力電力Ｐｓの極大化につながるとして、変化量Δτの符号が反転させられる。
【０３０４】
以上、この最大出力デューティ比決定ルーチンを概略的に説明したが、以下、図６を参照することにより、具体的に説明する。
【０３０５】
この最大出力デューティ比決定ルーチンが実行されると、まず、ステップＳ１１００において、出力電流検出回路６０から太陽電池１２の出力電流Ｉｓの今回値が入力され、さらに、出力電圧検出回路７０から太陽電池１２の出力電圧Ｖｓの今回値が入力される。
【０３０６】
次に、ステップＳ１２００において、それら入力された出力電流Ｉｓの今回値と出力電圧Ｖｓの今回値との積として、太陽電池１２の出力電力Ｐｓの今回値が今回電力Ｐｓとして計算される。
【０３０７】
続いて、ステップＳ１３００において、その計算された今回電力Ｐｓが、太陽電池１２の出力電力Ｐｓの前回値である前回電力Ｐｓ０より大きいか否かが判定される。
【０３０８】
その前回電力Ｐｓ０は、この最大出力デューティ比決定ルーチンの前回の実行によって取得されてＲＡＭ９６に格納されている。格納された前回電力Ｐｓ０が存在しない場合には、前回電力Ｐｓ０が「０」であるとみなしてこのステップＳ１３００が実行される。
【０３０９】
今回電力Ｐｓが前回電力Ｐｓ０より大きくはないと仮定すると、ステップＳ１３００の判定がＮＯとなり、ステップＳ１４００において、デューティ比τの変化量Δτの今回値が、変化量Δτの前回値と絶対値は等しいが符号は反転されたものとなるように決定される。変化量Δτの絶対値は、例えば、通常充電制御中におけるデューティ比τの標準値の１％に相当する値を有するように予め設定される。
【０３１０】
その後、ステップＳ１５００において、その決定された今回の変化量Δτが、デューティ比τの前回値に加算されることにより、デューティ比τの今回値が計算される。今回の変化量Δτの符号は前回の変化量Δτの符号を反転したものであるため、今回は、デューティ比τが、前回とは逆向きに変化するように計算されることになる。
【０３１１】
よって、その後、図５のステップＳ４００が実行されてデューティ比τの今回値がスイッチ４０に対して出力されると、そのスイッチ４０は、蓄電装置１４の充電電流が前回とは逆向きに変化するように動作させられる。その結果、太陽電池１２の出力電力Ｐｓが、前回のデューティ比制御サイクルにおいて出力電力Ｐｓが変化した向きとは逆向きに変化させられる。
【０３１２】
図６のステップＳ１５００の実行後、ステップＳ１６００において、この最大出力デューティ比決定ルーチンの次回の実行に備えて、前回電力Ｐｓ０が今回電力Ｐｓと等しくなるように更新される。以上で、この最大出力デューティ比決定ルーチンの一回の実行が終了し、その後、コンピュータ９０は図５のＳ４００に進む。
【０３１３】
これに対し、今回電力Ｐｓが前回電力Ｐｓ０より大きいと仮定すると、図６のステップＳ１３００の判定がＹＥＳとなり、この最大出力デューティ比決定ルーチンはステップＳ１４００をスキップしてステップＳ１５００に進む。その結果、デューティ比τの変化量Δτの今回値は、変化量Δτの前回値と絶対値も符号も等しいものとなる。
【０３１４】
ステップＳ１５００においては、その今回の変化量Δτが、デューティ比τの前回値に加算されることにより、デューティ比τの今回値が計算される。今回の変化量Δτの符号は前回の変化量Δτの符号と一致するため、今回は、デューティ比τが、前回と同じ向きに変化するように計算されることになる。
【０３１５】
よって、その後、図５のステップＳ４００が実行されてデューティ比τの今回値がスイッチ４０に対して出力されると、そのスイッチ４０は、蓄電装置１４の充電電流が前回と同じ向きに変化するように動作させられ、その結果、太陽電池１２の出力電力Ｐｓが、前回のデューティ比制御サイクルにおいて出力電力Ｐｓが変化した向きと同じ向きに変化させられる。
【０３１６】
図６のステップＳ１５００の実行後、ステップＳ１６００の実行を経て、この最大出力デューティ比決定ルーチンの一回の実行が終了し、その後、コンピュータ９０は図５のＳ４００に進む。
【０３１７】
図７には、充電装置１６の動作の一例がグラフで表されている。
【０３１８】
図７（ａ）には、充電装置１６が、いずれのバイパス回路３４−１，３４−２，３４−３もバイパス動作を行っていない状態から、少なくとも１個のバイパス回路３４−１，３４−２，３４−３がバイパス動作を行っている状態に移行ない状態に移行し、さらに、いずれのバイパス回路３４−１，３４−２，３４−３もバイパス動作を行っていない状態に移行する様子がグラフで表されている。
【０３１９】
一方、図７（ｂ）には、充電装置１６が、いずれのバイパス回路３４−１，３４−２，３４−３もバイパス動作を行っていない状態において通常充電制御が行われる一方、少なくとも１個のバイパス回路３４−１，３４−２，３４−３がバイパス動作を行っている状態において制限充電制御が行われる様子がグラフで表されている。
【０３２０】
制限充電制御においては、通常充電制御より小さなデューティ比τが採用される。充電装置１６が制御充電制御から通常充電制御に復帰すると、デューティ比τが制限デューティ比τｃから、デューティ比制御周期Ｔｓが経過するごとに、変化量Δτずつ、離散的に増加する。
【０３２１】
本実施形態によれば、各キャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３の端子電圧が規定電圧を超えないようにするための電流バイパス動作の実行中、制限充電制御が行われる。
【０３２２】
その制限充電制御が実行される結果、太陽電池１２から蓄電装置１４に転送される電力が減少するため、各キャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３をバイパスする回路（各バイパス抵抗器５０−１，５０−２，５０−３および各トランジスタ５２−１，５２−２，５２−３）に流入する最大電流も減少する。
【０３２３】
よって、本実施形態によれば、上記電流バイパス動作の実行中、各キャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３をバイパスする回路の発熱量が減少する。
【０３２４】
さらに、本実施形態によれば、上記電流バイパス動作の実行中、各キャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３をバイパスする回路に流入する最大電流が減少するため、キャパシタユニット３２−１，３２−２，３２−３と同数使用することが必要である複数個の回路のそれぞれを、最大定格の小さな部品を用いて構成することが可能となる。
【０３２５】
例えば、太陽電池１２の出力が１００［Ｗ］で、蓄電装置１４の電圧が１０［Ｖ］である場合、その蓄電装置１４には１０［Ａ］の充電電流が流れ得る。そのため、その蓄電装置１４をバイパスする回路に１０［Ａ］の電流が流れてもよいようにする必要があり、よって、その蓄電装置１４をバイパスする回路を、１０［Ａ］の電流に耐える電子部品を用いて構成することが必要となる。
【０３２６】
これに対し、本実施形態によれば、制限充電制御中、例えば太陽電池１２から蓄電装置１４に転送される電力を１０［Ｗ］に制限することが可能である。その転送電力を１０［Ｗ］に制限した上で、蓄電装置１４に流れる電流を１［Ａ］に制限すれば、その蓄電装置１４をバイパスする回路は、１［Ａ］の電流に耐える電子部品を用いて構成すれば足りる。
【０３２７】
よって、本実施形態によれば、上記電流バイパス動作を実現するために充電装置１６に使用することが必要な回路の信頼性・耐久性を向上させることが容易となり、さらに、その回路のコストを低減することも容易となる。
【０３２８】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、充電制御回路８０が前記（１）項における「充電制御装置」の一例を構成し、その充電制御回路８０のうち、図５のステップＳ４００を実行する部分が、前記（３）項における「デューティ比制御部」の一例を構成し、その充電制御回路８０のうち、図５のステップＳ１００ないしＳ３００およびＳ１０００を実行する部分が、同項における「デューティ比決定部」の一例を構成しているのである。
【０３２９】
さらに、本実施形態においては、出力信号ＰＴ１，ＰＴ２およびＰＴ３がそれぞれ、前記（４）項における「バイパス動作信号」の一例を構成しているのである。
【０３３０】
さらに、本実施形態においては、充電制御回路８０が前記（９）項における「充電制御装置」の一例を構成し、その充電制御回路８０のうち、図５のステップＳ１００およびＳ２００を実行する部分が、同項における「選択部」の一例を構成し、その充電制御回路８０のうち、図５のステップＳ３００，Ｓ４００およびＳ１０００を実行する部分が、同項における「制御部」の一例を構成し、出力信号ＰＴ１，ＰＴ２およびＰＴ３がそれぞれ、同項における「バイパス動作信号」の一例を構成しているのである。
【０３３１】
なお付言するに、本実施形態においては、制限充電制御中における制限デューティ比τｃが、それに先行する通常充電制御中に採用されたデューティ比τ（最適値）とは無関係に固定値として決定される。これに対し、制限充電制御中における制限デューティ比τｃを、それ先行する一回または複数回の通常充電制御中に採用されたデューティ比τ（最適値）に応じて可変値として決定することが可能である。
【０３３２】
後者の場合、制限充電制御中における制限デューティ比τｃは、例えば、先行する一回の通常充電制御中に採用されたデューティ比τ（最適値）、または今回の制限充電制御に先行する複数回の通常充電制御中にそれぞれ採用された複数個のデューティ比τ（最適値）の合成値（例えば、平均値）と固定係数（例えば、約０．１ないし約０．３の範囲内の値）との積を用いて決定することが可能である。
【０３３３】
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、制限デューティ比τｃを決定する要素に関してのみ異なり、他の要素については共通するため、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一方、異なる要素については、図８ないし図１２を参照して詳細に説明する。
【０３３４】
第１実施形態においては、制限デューティ比τｃについて唯一の候補値が固定値として予め設定されているため、同じ回の制限充電制御中に、制限デューティ比τｃが変化することはない。
【０３３５】
このように、制限デューティ比τｃについて唯一の候補値を固定値として設定する場合には、その候補値は、充電システム１０のあらゆる動作環境および製造ばらつきを想定してもなお妥当であることが理想的である。しかしながら、そのような理想的な唯一の候補値を設定することが困難である場合も考えられる。
【０３３６】
これに対し、本実施形態においては、制限デューティ比τｃについて互いに異なる複数個の候補値がそれぞれ固定値として予め設定されている。それら候補値のうちのいずれかが、予め定められた規則に従って選択され、その選択された候補値が最終的な制限デューティ比τｃとして用いられる。
【０３３７】
一方、複数個のバイパス回路３４−１，３４−２，３４−３のうちバイパス動作中である少なくとも１個のバイパス回路が連続してバイパス動作を行う時間（すなわち、フォトトランジスタ８２−１，８２−２，８２−３のうち対応するものの出力信号ＰＴがアクティブであり続ける時間）であるバイパス動作連続時間の長さに着目すると、制限充電制御中にあっては、太陽電池１２の出力電流Ｉｓが大きいほど、バイパス動作連続時間が長くなる。
【０３３８】
したがって、バイパス動作連続時間の長さを監視すれば、太陽電池１２の出力電流Ｉｓの大きさが適切であるか否か、すなわち、制限デューティ比τｃの大きさが妥当であるか否かを判定することが可能である。
【０３３９】
このような知見に基づき、本実施形態においては、複数個のバイパス回路３４−１，３４−２，３４−３のうちバイパス動作中である少なくとも１個のバイパス回路が連続してバイパス動作を行う時間（すなわち、フォトトランジスタ８２−１，８２−２，８２−３のうち対応するものの出力信号ＰＴがアクティブであり続ける時間）がバイパス動作連続時間として測定される。
【０３４０】
具体的には、本実施形態においては、複数個のバイパス回路３４−１，３４−２，３４−３のうちバイパス動作中である少なくとも１個のバイパス回路が、個々のバイパス回路に着目してそれを個別に見た場合に、連続してバイパス動作を行う時間が前記バイパス動作連続時間として測定される。
【０３４１】
さらに、本実施形態においては、その測定されたバイパス動作連続時間が長いほど太陽電池１２の発電電流が減少するように、前記複数個の候補値のうちのいずれかが最終的な制限デューティ比τｃとして選択される。
【０３４２】
このように、本実施形態においては、バイパス動作連続時間が長いほど、スイッチ４０のオン時間Ｔｏｎが短くなるように、制限デューティ比τｃが変更される。
【０３４３】
よって、本実施形態によれば、バイパス動作連続時間の長さを媒介として制限デューティ比τｃの大きさ、ひいては、スイッチ４０のオン時間Ｔｏｎの長さが最適化され、それにより、制限充電制御の実行中であるにもかかわらず同じキャパシタユニット３２の端子電圧が規定電圧を超え続け、その結果、それに対応するバイパス回路３４がパイバス動作中にあり続けることが防止される。
【０３４４】
本実施形態においては、そのようにして制限デューティ比τｃを決定するために、図８に示すように、充電制御回路８０のコンピュータ９０のＲＯＭ９４に、（ａ）第１実施形態における充電制御プログラムとは部分的にのみ異なる充電制御プログラムと、（ｂ）第１実施形態における最大出力デューティ比決定ルーチンと共通する最大出力デューティ比決定ルーチンと、（ｃ）第１実施形態には存在しない制限デューティ比決定ルーチンとが予め記憶されている。
【０３４５】
さらに、本実施形態においては、図８に示すように、ＲＯＭ９４に、前記複数個の候補値としての２個の候補値、すなわち、第１デューティ比τｃ０と、第２デューティ比τｃ１とが予め記憶されている。それら２個の候補値はいずれも、固定値としてＲＯＭ９４に予め記憶されている。
【０３４６】
それら第１デューティ比τｃ０および第２デューティ比τｃ１はいずれも、例えば、通常充電制御中にデューティ比τが取り得り範囲の下限値より小さい値（スイッチ４０のオン時間Ｔｏｎが短くなる値）に予め設定されている。さらに、第１デューティ比τｃ０は、第２デューティ比τｃ１より大きい値として予め設定されている。
【０３４７】
図９には、本実施形態における充電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。以下、この充電制御プログラムを説明するが、第１実施形態における充電制御プログラムと共通するステップについては、簡単に説明する。
【０３４８】
図９に示す充電制御プログラムは、第１実施形態における充電制御プログラムと同様に、デューティ比制御サイクルＴｓごとに起動されて実行される。
【０３４９】
この充電制御プログラムの各回の実行時には、まず、ステップＳ１００が、第１実施形態におけるステップＳ１００と同様にして実行され、次に、ステップＳ２００が、第１実施形態におけるステップＳ２００と同様にして実行される。
【０３５０】
ステップＳ２００の判定がＹＥＳである場合には、ステップＳ３０００において、フォトトランジスタ８２−１の出力信号ＰＴ１がアクティブであり続けた時間の長さを表すカウンタＴＭ１の値と、フォトトランジスタ８２−２の出力信号ＰＴ２がアクティブであり続けた時間の長さを表すカウンタＴＭ２の値と、フォトトランジスタ８２−３の出力信号ＰＴ３がアクティブであり続けた時間の長さを表すカウンタＴＭ３の値とがいずれも、「０」に初期化される。
【０３５１】
このステップＳ３０００においては、さらに、ＲＯＭ９４から第１デューティ比τｃ０が読み出され、その読み出された第１デューティ比τｃ０がＲＡＭ９６に、制限デューティ比τｃとして記憶される。
【０３５２】
このように、本実施形態においては、第１デューティ比τｃ０が制限デューティ比τｃの初期値として使用される。
【０３５３】
したがって、充電装置１６が制限充電制御状態から通常充電制御状態に復帰した場合に、図１１にグラフで表すように、デューティ比τが、第２デューティ比τｃ１、すなわち、制限充電制御中における制限デューティ比τｃの下限値から最適値に向かって離散的に変更されるのではなく、図１２にグラフで表すように、制限充電制御中における制限デューティ比τｃの上限値である第１デューティ比τｃ０から最適値に向かって離散的に変更されることになる。
【０３５４】
よって、本実施形態によれば、デューティ比τが制限デューティ比τｃから最適値に復帰するまでに必要な時間を短縮することが可能となる。
【０３５５】
図９のステップＳ３０００の実行が終了すると、その後、ステップＳ１０００が、第１実施形態におけるステップＳ１０００と同様にして実行される。
【０３５６】
続いて、ステップＳ４００が、第１実施形態におけるステップＳ４００と同様にして実行される。以上で、この充電制御プログラムの一回の実行が終了する。
【０３５７】
これに対し、ステップＳ２００の判定がＮＯである場合には、ステップＳ２０００において、前記制限デューティ比決定ルーチンが実行されることにより、今回の制限デューティ比τｃが、必要に応じて、第１デューティ比τｃ０から第２デューティ比τｃ１に変更される。
【０３５８】
いずれにしても、その後、ステップＳ３００において、今回の制限デューティ比τｃが今回デューティ比τとしてＲＡＭ９６に記憶される。続いて、ステップＳ４００の実行を経て、この制限デューティ比決定ルーチンの一回の実行が終了する。
【０３５９】
図１０には、その制限デューティ比決定ルーチンが概念的にフローチャートで表されている。
【０３６０】
この制限デューティ比決定ルーチンが実行されると、まず、ステップＳ２１００において、出力信号ＰＴ１の論理値が「１」であるか否か、すなわち、フォトダイオード８２−１がオン（すなわち、対応するバイパス回路３４−１がバイパス動作中）であるか否かが判定される。
【０３６１】
今回は、出力信号ＰＴ１の論理値が「１」ではなく、「０」であると仮定すると、ステップＳ２１００の判定がＮＯとなり、ステップＳ２１５０において、カウンタＴＭ１の値を「０」に初期化するための処理が行われる。その後、この制限デューティ比決定ルーチンは、後述のステップＳ２２００に進む。
【０３６２】
これに対し、今回は、出力信号ＰＴ１の論理値が「１」であると仮定すると、ステップＳ２１００の判定がＹＥＳとなり、ステップＳ２１１０において、カウンタＴＭ１の値が「１」だけカウントアップされる。
【０３６３】
この制限デューティ比決定ルーチンは、充電制御プログラムの実行に付随して、デューティ比制御周期Ｔｓごとに実行されるため、カウンタＴＭ１の値とデューティ比制御周期Ｔｓの長さとの積が、バイパス回路３４−１についての前記バイパス動作連続時間の長さに相当することになる。このことは、他のカウンタＴＭ２およびＴＭ３についても該当する。
【０３６４】
続いて、ステップＳ２１２０において、カウンタＴＭ１の値が基準値ＴＭａより大きいか否かが判定される。今回は、カウンタＴＭ１の値が基準値ＴＭａより大きくはないと仮定すると、ステップＳ２１２０の判定がＮＯとなり、その後、この制限デューティ比決定ルーチンは、後述のステップＳ２１３０をスキップして、ステップＳ２２００に進む。したがって、現時点では、制限デューティ比τｃが第１デューティ比τｃ０に維持されている。
【０３６５】
これに対して、今回は、カウンタＴＭ１の値が基準値ＴＭａより大きいと仮定すると、ステップＳ２１２０の判定がＹＥＳとなり、ステップＳ２１３０において、制限デューティ比τｃが第２デューティ比τｃ１、すなわち、第１デューティ比τｃ０より大きいデューティ比τにセットされる。
【０３６６】
その結果、今回は、図１１にグラフで表すように、制限デューティ比τｃが第１デューティ比τｃ０から第２デューティ比τｃ１に減少させられる。したがって、今回は、太陽電池１２の出力電流Ｉｓが減少させられ、それにより、太陽電池１２の出力電力Ｐｓも減少させられる。
【０３６７】
その結果、今回のバイパス回路３４−１に対応するキャパシタユニット３２−１の端子電圧が規定電圧より低い電圧に低下することが早期に達成される可能性が増加する。その後、この制限デューティ比決定ルーチンは、ステップＳ２２００に進む。
【０３６８】
このステップＳ２２００においては、ステップＳ２１００と同様にして、出力信号ＰＴ２の論理値が「１」であるか否か、すなわち、フォトダイオード８２−２がオン（すなわち、対応するバイパス回路３４−２がバイパス動作中）であるか否かが判定される。
【０３６９】
今回は、出力信号ＰＴ２の論理値が「１」ではなく、「０」であると仮定すると、ステップＳ２２００の判定がＮＯとなり、ステップＳ２２５０において、カウンタＴＭ２の値を「０」に初期化するための処理が行われる。その後、この制限デューティ比決定ルーチンは、後述のステップＳ２３００に進む。
【０３７０】
これに対し、今回は、出力信号ＰＴ２の論理値が「１」であると仮定すると、ステップＳ２２００の判定がＹＥＳとなり、ステップＳ２２１０において、カウンタＴＭ２の値が「１」だけカウントアップされる。カウンタＴＭ２の値とデューティ比制御周期Ｔｓの長さとの積が、バイパス回路３４−２についての前記バイパス動作連続時間の長さに相当することになる。
【０３７１】
続いて、ステップＳ２２２０において、カウンタＴＭ２の値が基準値ＴＭａより大きいか否かが判定される。今回は、カウンタＴＭ２の値が基準値ＴＭａより大きくはないと仮定すると、ステップＳ２２２０の判定がＮＯとなり、その後、この制限デューティ比決定ルーチンは、後述のステップＳ２２３０をスキップして、ステップＳ２３００に進む。
【０３７２】
これに対して、今回は、カウンタＴＭ２の値が基準値ＴＭａより大きいと仮定すると、ステップＳ２２２０の判定がＹＥＳとなり、ステップＳ２２３０において、制限デューティ比τｃが第２デューティ比τｃ１、すなわち、第１デューティ比τｃ０より大きいデューティ比にセットされる。
【０３７３】
ステップＳ２２００の実行時に、制限デューティ比τｃが第１デューティ比τｃ０であった場合には、ステップＳ２２３０の実行により、制限デューティ比τｃが第１デューティ比τｃ０から第２デューティ比τｃ１に減少させられる。
【０３７４】
この場合には、太陽電池１２の出力電流Ｉｓが減少させられ、それにより、太陽電池１２の出力電力Ｐｓも減少させられる。その後、この制限デューティ比決定ルーチンは、ステップＳ２３００に進む。
【０３７５】
これに対し、ステップＳ２２００の実行時に、制限デューティ比τｃが第２デューティ比τｃ１であった場合には、ステップＳ２２３０の実行にもかかわらず、制限デューティ比τｃが第２デューティ比τｃ１に維持される。なぜなら、本実施形態においては、第２デューティ比τｃ１が、制限デューティ比τｃの上限値として設定されているからである。その後、この制限デューティ比決定ルーチンは、ステップＳ２３００に進む。
【０３７６】
このステップＳ２３００においては、ステップＳ２１００と同様にして、出力信号ＰＴ３の論理値が「１」であるか否か、すなわち、フォトダイオード８２−３がオン（すなわち、対応するバイパス回路３４−３がバイパス動作中）であるか否かが判定される。
【０３７７】
今回は、出力信号ＰＴ３の論理値が「１」ではなく、「０」であると仮定すると、ステップＳ２３００の判定がＮＯとなり、ステップＳ２３５０において、カウンタＴＭ３の値を「０」に初期化するための処理が行われる。以上で、この制限デューティ比決定ルーチンの一回の実行が終了する。
【０３７８】
これに対し、今回は、出力信号ＰＴ３の論理値が「１」であると仮定すると、ステップＳ２３００の判定がＹＥＳとなり、ステップＳ２３１０において、カウンタＴＭ３の値が「１」だけカウントアップされる。カウンタＴＭ３の値とデューティ比制御周期Ｔｓの長さとの積が、バイパス回路３４−３についての前記バイパス動作連続時間の長さに相当することになる。
【０３７９】
続いて、ステップＳ２３２０において、カウンタＴＭ３の値が基準値ＴＭａより大きいか否かが判定される。今回は、カウンタＴＭ３の値が基準値ＴＭａより大きくはないと仮定すると、ステップＳ２３２０の判定がＮＯとなり、その後、この制限デューティ比決定ルーチンは、後述のステップＳ２３３０をスキップする。以上で、この制限デューティ比決定ルーチンの一回の実行が終了する。
【０３８０】
これに対して、今回は、カウンタＴＭ３の値が基準値ＴＭａより大きいと仮定すると、ステップＳ２３２０の判定がＹＥＳとなり、ステップＳ２３３０において、制限デューティ比τｃが第２デューティ比τｃ１、すなわち、第１デューティ比τｃ０より大きいデューティ比にセットされる。
【０３８１】
ステップＳ２３００の実行時に、制限デューティ比τｃが第１デューティ比τｃ０であった場合には、ステップＳ２３３０の実行により、制限デューティ比τｃが第１デューティ比τｃ０から第２デューティ比τｃ１に減少させられる。
【０３８２】
この場合には、太陽電池１２の出力電流Ｉｓが減少させられ、それにより、太陽電池１２の出力電力Ｐｓも減少させられる。以上で、この制限デューティ比決定ルーチンの一回の実行が終了する。
【０３８３】
これに対し、ステップＳ２３００の実行時に、制限デューティ比τｃが第２デューティ比τｃ１であった場合には、ステップＳ２３３０の実行にもかかわらず、制限デューティ比τｃが第２デューティ比τｃ１に維持される。以上で、この制限デューティ比決定ルーチンの一回の実行が終了する。
【０３８４】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、バイパス動作連続時間（すなわち、出力信号ＰＴがオン状態にあり続ける時間）の長さに基準値ＴＭａ（または、上限値と下限値とによって規定される幅を有する基準範囲でもよい）が設定される。
【０３８５】
さらに、本実施形態においては、そのバイパス動作連続時間の長さが基準値ＴＭａ（または、上記基準範囲の上限値）をオーバーしたときには、太陽電池１２の充電電流Ｉｓが大きすぎるとして、制限デューティ比τｃが、第１デューティ比τｃ０（標準値）より小さくされる。
【０３８６】
これに対し、バイパス動作連続時間の長さが基準値ＴＭａ（または、上記基準範囲の下限値）をオーバーしないときには、太陽電池１２の充電電流Ｉｓが適当であるとして、制限デューティ比τｃが、第１デューティ比τｃ０（標準値）と等しくされる。
【０３８７】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、充電制御回路８０のうち、図９のステップＳ３０００の一部ならびに図１０のステップＳ２１１０、Ｓ２１５０，Ｓ２２１０，Ｓ２２５０，Ｓ２３１０およびＳ２３５０を実行する部分が、前記（５）、（６）および（１４）項のそれぞれにおける「連続時間測定部」の一例を構成しているのである。
【０３８８】
さらに、本実施形態においては、充電制御回路８０のうち、図１０のステップＳ２１００，Ｓ２１２０，Ｓ２１３０，Ｓ２２００，Ｓ２２２０，Ｓ２２３０，Ｓ２３００，Ｓ２３２０およびＳ２３３０を実行する部分が前記（５）および（６）項のそれぞれにおける「第１決定部」の一例および前記（１４）項における「オン時間決定部」の一例を構成しているのである。
【０３８９】
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２実施形態に対し、制限デューティ比τｃを決定する要素に関してのみ異なり、他の要素については共通するため、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一方、異なる要素については、図１３を参照して詳細に説明する。
【０３９０】
第２実施形態においては、制限デューティ比τｃの大きさが、前記バイパス動作連続時間の長さに応じて減少させられる。これに対し、本実施形態においては、制限デューティ比τｃの大きさが、複数個のバイパス回路３４のうちバイパス動作中であるものの数に応じて減少させられる。
【０３９１】
具体的には、本実施形態においては、各出力信号ＰＴ１，ＰＴ２，ＰＴ３のオンオフ状態を監視することにより、複数個のバイパス回路３４のうちバイパス動作中であるものの数が測定される。
【０３９２】
さらに、本実施形態においては、複数個のバイパス回路３４のうちバイパス動作中であるものの数と、制限デューティ比τｃとの関係が予め設定される。その設定される関係は、複数個のバイパス回路３４のうちバイパス動作中であるものの数に応じて制限デューティ比τｃが減少することを表す関係である。その設定された関係は、テーブル、関数式等の形態でＲＯＭ９６に記憶されている。
【０３９３】
さらに、本実施形態においては、その記憶された関係に従い、上記測定された数に対応する制限デューティ比τｃが決定される。
【０３９４】
その結果、本実施形態によれば、図１３にグラフで表すように、制限充電制御中、複数個のバイパス回路３４のうちバイパス動作中であるものの数が変化すると、それに応じて制限デューティ比τｃが変化する。
【０３９５】
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。
【図面の簡単な説明】
【０３９６】
【図１】本発明の第１実施形態に従う充電システム１０を概念的に表す系統図である。
【図２】図１における太陽電池１２の特性を表すグラフである。
【図３】図１における充電制御回路８０の構成を概念的に表すブロック図である。
【図４】図１におけるスイッチ４０およびコイル４２の動作を説明するためのグラフである。
【図５】図３における充電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６】図３における最大出力デューティ比決定ルーチンを概念的に表すフローチャートである。
【図７】図１における充電制御回路８０の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図８】本発明の第２実施形態に従う充電システム１０における充電制御回路８０を概念的に表すブロック図である。
【図９】図８における充電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１０】図８における制限デューティ比決定ルーチンを概念的に表すフローチャートである。
【図１１】図８に示す充電制御回路８０にとっての比較例の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図１２】図８に示す充電制御回路８０の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図１３】本発明の第３実施形態に従う充電システム１０における充電制御回路８０の動作を説明するためのタイムチャートである。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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