(57)【要約】【課題】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、キャパシタへの太陽電池の出力を制御する。【解決手段】充電装置１０を、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降圧型のスイッチングレギュレータ３２と、太陽電池の出力電流を検出する回路５７と、スイッチのデューティ比を制御するデューティ比制御部８４と、キャパシタの電流を検出する回路５０と、キャパシタの電圧を参照することなく、太陽電池の出力電流の指令値を離散的に変更してデューティ比制御部に供給する指令値供給部６０とを含むものとする。その指令値供給部は、各回の離散的変更に伴うキャパシタ電流の時間的変化の特性に基づき、そのキャパシタ電流が実質的に極大化するように指令値を離散的に変更する。【選択図】図１
2007133643.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太陽電池により、その太陽電池によって生成された電気エネルギーを蓄積するとともにその蓄積エネルギーの量に応じて電圧が変化する特性を有する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、
少なくともスイッチを有し、そのスイッチの可変のデューティ比に応じて、前記太陽電池から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降圧型のスイッチングレギュレータと、
前記太陽電池から前記スイッチングレギュレータを経て前記電気二重層キャパシタに出力される電流の実際値を実出力電流として検出する出力電流検出回路と、
それらスイッチングレギュレータと出力電流検出回路とに接続され、その出力電流検出回路による実出力電流の検出値が目標出力電流の指令値に一致するように、前記デューティ比を制御するデューティ比制御部と、
前記電気二重層キャパシタの電流をキャパシタ電流として検出するキャパシタ電流検出回路と、
それらデューティ比制御部とキャパシタ電流検出回路とに接続され、前記電気二重層キャパシタの電圧を参照することなく、前記目標出力電流の指令値を離散的に変更して前記デューティ比制御部に供給する指令値供給部と
を含み、
その指令値供給部は、各回の離散的変更に伴う前記キャパシタ電流の時間的変化の特性に基づき、そのキャパシタ電流が実質的に極大化するように前記目標出力電流の指令値を離散的に変更する充電装置。
【請求項２】
前記指令値供給部は、各回の探索サイクルごとに、前記指令値を刻み幅だけ離散的に変更するサブサイクルを反復することにより、前記キャパシタ電流が実質的に極大化するように前記目標出力電流の最適値を探索的に決定し、
前記サブサイクルの周期は、前記電気二重層キャパシタの蓄積エネルギーをＥ（Ｗｈ）、前記太陽電池の発電電力をＰ（Ｗ）、前記電気二重層キャパシタの充電電圧Ｖｃをその充電電圧Ｖｃの制御誤差ΔＶｃで割り算して取得される制御誤差率をγでそれぞれ表記する場合に、
（Ｅ／Ｐ）・γ
を用いて表される値を超えないように設定される請求項１に記載の充電装置。
【請求項３】
前記デューティ比制御部は、前記スイッチのスイッチング動作をスイッチング周期で行うことを反復するアナログ回路を用いて構成され、
前記指令値供給部は、各回の探索サイクルごとに複数回のサブサイクルを実行し、各回のサブサイクルごとに前記指令値を刻み幅だけ離散的に変更するために、コンピュータを用いて構成され、
前記デューティ比制御部は、前記各回のサブサイクルごとに、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を前記スイッチに行わせる請求項１または２に記載の充電装置。
【請求項４】
当該充電装置は、電力を消費する負荷が前記電気二重層キャパシタに並列に接続されている状態で作動させられる請求項１ないし３のいずれかに記載の充電装置。
【請求項５】
前記指令値供給部は、各回の探索サイクルごとに、前記指令値を刻み幅だけ離散的に変更するサブサイクルを反復することにより、前記キャパシタ電流が実質的に極大化するように前記目標出力電流の最適値を探索的に決定し、
その指令値供給部は、
前記各回のサブサイクルにおいて、前回のサブサイクルにおける前記指令値の変更の特性と、前回のサブサイクルにおける前記キャパシタ電流の時間的変化の特性とに基づき、今回のサブサイクルにおいて前記キャパシタ電流の時間的変化の量が減少するように、今回のサブサイクルにおいて前記指令値を前回のサブサイクルから変更する変更方向と、今回のサブサイクルにおいて前記指令値を決定するために使用する前記刻み幅の大きさとを決定する第１決定部と、
前記各回のサブサイクルにおいて、それら決定された変更方向と刻み幅の大きさとに基づき、前回のサブサイクルにおいて使用された前記指令値を離散的に変更し、それにより、今回のサブサイクルにおいて使用される前記指令値を決定する第２決定部と
を含む請求項１ないし４のいずれかに記載の充電装置。
【請求項６】
前記指令値の変更の特性は、前記指令値の変更の方向を含み、
前記キャパシタ電流の時間的変化の特性は、前記キャパシタ電流の時間的変化の方向を含む請求項５に記載の充電装置。
【請求項７】
前記第１決定部は、前記各回のサブサイクルにおいて、前回のサブサイクルにおける前記キャパシタ電流の時間的変化の量が小さいほど減少するように前記刻み幅の大きさを決定する第１の刻み幅決定部を含む請求項５または６に記載の充電装置。
【請求項８】
前記第１決定部は、前記各回のサブサイクルにおいて、前回のサブサイクルにおける前記太陽電池の出力電流と前記キャパシタ電流との差である電流差が小さいほど減少するように前記刻み幅の大きさを決定する第２の刻み幅決定部を含む請求項５ないし７のいずれかに記載の充電装置。
【請求項９】
前記スイッチは、入力されたオンオフ指令信号に応じてスイッチング動作を行い、
前記出力電流検出回路は、前記実出力電流の大きさを表すアナログ信号を出力し、
前記キャパシタ電流検出回路は、前記キャパシタ電流の大きさを表すアナログ信号を出力し、
前記指令値供給部は、
前記キャパシタ電流検出回路から入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ−Ｄコンバータと、
そのＡ−Ｄコンバータから出力されたデジタル信号に基づき、前記指令値をデジタル信号として決定するコンピュータと、
そのコンピュータから出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ−Ａコンバータと
を含み、
前記デューティ比制御部は、
前記出力電流検出回路と前記Ｄ−Ａコンバータとからそれぞれ入力された２つのアナログ信号に基づいて差動増幅を行う差動アンプと、
三角波を表すアナログ信号を発生させる三角波源と
その三角波源と前記差動アンプとからそれぞれ入力された２つのアナログ信号のレベルを互いに比較し、その比較結果を表すオンオフ指令信号を前記スイッチに出力する比較器と
を含む請求項１ないし８のいずれかに記載の充電装置。
【請求項１０】
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り、その太陽電池によって生成された電気エネルギーを蓄積するとともにその蓄積エネルギーの量に応じて電圧が変化する特性を有する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、
少なくともスイッチを有し、そのスイッチの可変のデューティ比に応じて、前記太陽電池から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降圧型のスイッチングレギュレータと、
前記太陽電池から前記スイッチングレギュレータを経て前記電気二重層キャパシタに出力される電圧の実際値を実出力電圧として検出する出力電圧検出回路と、
それらスイッチングレギュレータと出力電圧検出回路とに接続され、その出力電圧検出回路による実出力電圧の検出値が目標出力電圧の指令値に一致するように、前記デューティ比を制御するデューティ比制御部と、
前記電気二重層キャパシタの電流をキャパシタ電流として検出するキャパシタ電流検出回路と、
それらデューティ比制御部とキャパシタ電流検出回路とに接続され、前記電気二重層キャパシタの電圧を参照することなく、前記目標出力電圧の指令値を離散的に変更して前記デューティ比制御部に供給する指令値供給部と
を含み、
その指令値供給部は、各回の離散的変更に伴う前記キャパシタ電流の時間的変化の特性に基づき、そのキャパシタ電流が実質的に極大化するように前記目標出力電圧の指令値を離散的に変更する充電装置。
【請求項１１】
前記指令値供給部は、各回の探索サイクルごとに、前記指令値を刻み幅だけ離散的に変更するサブサイクルを反復することにより、前記キャパシタ電流が実質的に極大化するように前記目標出力電圧の最適値を探索的に決定し、
前記サブサイクルの周期は、前記電気二重層キャパシタの蓄積エネルギーをＥ（Ｗｈ）、前記太陽電池の発電電力をＰ（Ｗ）、前記電気二重層キャパシタの充電電圧Ｖｃをその充電電圧Ｖｃの制御誤差ΔＶｃで割り算して取得される制御誤差率をγでそれぞれ表記する場合に、
（Ｅ／Ｐ）・γ
を用いて表される値を超えないように設定される請求項１０に記載の充電装置。
【請求項１２】
前記指令値供給部は、各回の探索サイクルごとに、前記指令値を刻み幅だけ離散的に変更するサブサイクルを反復することにより、前記キャパシタ電流が実質的に極大化するように前記目標出力電圧の最適値を探索的に決定し、
その指令値供給部は、
前記各回のサブサイクルにおいて、前回のサブサイクルにおける前記指令値の変更の特性と、前回のサブサイクルにおける前記キャパシタ電流の時間的変化の特性とに基づき、今回のサブサイクルにおいて前記キャパシタ電流の時間的変化の量が減少するように、今回のサブサイクルにおいて前記指令値を前回のサブサイクルから変更する変更方向と、今回のサブサイクルにおいて前記指令値を決定するために使用する前記刻み幅の大きさとを決定する第１決定部と、
前記各回のサブサイクルにおいて、それら決定された変更方向と刻み幅の大きさとに基づき、前回のサブサイクルにおいて使用された前記指令値を離散的に変更し、それにより、今回のサブサイクルにおいて使用される前記指令値を決定する第２決定部と
を含む請求項１０または１１に記載の充電装置。
【請求項１３】
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り、その太陽電池によって生成された電気エネルギーを蓄積するとともにその蓄積エネルギーの量に応じて電圧が変化する特性を有する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、
少なくともスイッチを有し、そのスイッチの可変のデューティ比に応じて、前記太陽電池から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降圧型のスイッチングレギュレータと、
前記太陽電池から前記スイッチングレギュレータを経て前記電気二重層キャパシタに出力される電流の実際値を実出力電流として検出する出力電流検出回路と、
前記太陽電池から前記スイッチングレギュレータを経て前記電気二重層キャパシタに出力される電圧の実際値を実出力電圧として検出する出力電圧検出回路と、
それらスイッチングレギュレータと出力電流検出回路と出力電圧検出回路とに接続され、前記出力電流検出回路による実出力電流の検出値が目標出力電流の指令値に一致するように、前記デューティ比を制御する電流変更型制御と、前記出力電圧検出回路による実出力電圧の検出値が目標出力電圧の指令値に一致するように、前記デューティ比を制御する電圧変更型制御とを選択的に行うデューティ比制御部と、
前記電気二重層キャパシタの電流をキャパシタ電流として検出するキャパシタ電流検出回路と、
それらデューティ比制御部とキャパシタ電流検出回路とに接続され、（ａ）前記目標出力電流の指令値を離散的に変更することを反復し、各回の離散的変更に伴う前記キャパシタ電流の時間的変化の特性に基づき、そのキャパシタ電流が実質的に極大化するように前記目標出力電流の指令値を決定し、その決定された指令値を前記デューティ比制御部に供給する電流変更型制御と、（ｂ）前記目標出力電圧の指令値を離散的に変更することを反復し、各回の離散的変更に伴う前記キャパシタ電流の時間的変化の特性に基づき、そのキャパシタ電流が実質的に極大化するように前記目標出力電圧の指令値を決定し、その決定された指令値を前記デューティ比制御部に供給する電圧変更型制御とを選択的に行う指令値供給部と
を含み、
その指令値供給部は、前記実出力電圧が基準値より高い場合には、前記電流変更型制御を行う一方、前記実出力電圧が前記基準値より高くはない場合には、前記電圧変更型制御を行う充電装置。
【発明の詳細な説明】
【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、電気二重層キャパシタへの太陽電池の出力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エネルギー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】
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が変化する。
【０００４】
そのため、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接続されて使用される充電装置の一例においては、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スイッチング制御回路が使用される。このスイッチング制御回路は、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、電気二重層キャパシタへの太陽電池の出力を制御する機能を有する。
【０００５】
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、特許文献１参照。）。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。
【０００６】
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２００２−１９９６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、キャパシタには、そのキャパシタに蓄積されている電荷の量すなわち蓄積エネルギー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、鉛蓄電池を含む二次電池等、他の種類の蓄電素子には存在しない。
【０００８】
ここに、キャパシタは、太陽電池と同様に、物理的変化から電気エネルギーを取り出す物理電池に分類されるのに対し、二次電池は、一次電池および燃料電池と同様に、化学反応から電気エネルギーを取り出す化学電池に分類される。
【０００９】
しかしながら、前述の従来例においては、キャパシタの充電状態を参照することなく、太陽電池の出力が、その太陽電池の発電状態から一方的に決定される。そのため、この従来例では、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のにも限界があった。
【００１０】
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おいて、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、電気二重層キャパシタへの太陽電池の出力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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
（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り、その太陽電池によって生成された電気エネルギーを蓄積するとともにその蓄積エネルギーの量に応じて電圧が変化する特性を有する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、
少なくともスイッチを有し、そのスイッチの可変のデューティ比に応じて、前記太陽電池から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降圧型のスイッチングレギュレータと、
前記太陽電池から前記スイッチングレギュレータを経て前記電気二重層キャパシタに出力される電流の実際値を実出力電流として検出する出力電流検出回路と、
それらスイッチングレギュレータと出力電流検出回路とに接続され、その出力電流検出回路による実出力電流の検出値が目標出力電流の指令値に一致するように、前記デューティ比を制御するデューティ比制御部と、
前記電気二重層キャパシタの電流をキャパシタ電流として検出するキャパシタ電流検出回路と、
それらデューティ比制御部とキャパシタ電流検出回路とに接続され、前記電気二重層キャパシタの電圧を参照することなく、前記目標出力電流の指令値を離散的に変更して前記デューティ比制御部に供給する指令値供給部と
を含み、
その指令値供給部は、各回の離散的変更に伴う前記キャパシタ電流の時間的変化の特性に基づき、そのキャパシタ電流が実質的に極大化するように前記目標出力電流の指令値を離散的に変更する充電装置。
【００１４】
一般に、この種の充電装置においては、太陽電池から電気二重層キャパシタ（以下、単に「キャパシタ」という。）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。
【００１５】
これに対し、前述の従来例においては、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スイ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い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イッチが制御される。
【００１６】
しかしながら、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、太陽電池から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いては、その線形的依存関係が成立する。
【００１７】
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いという事態が発生してしまう。
【００１８】
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してそのキャパシタの充電電力が実質的に極大化するように太陽電池の目標出力電流の指令値が決定される。
【００１９】
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。
【００２０】
一般に、当業者であれば、キャパシタの充電電力を監視するために、そのキャパシタの充電電流と充電電圧とをそれぞれ検出回路によって検出することを思い付く。なぜなら、太陽電池からスイッチを経てキャパシタに流れ込む電力は、充電電圧と充電電流との積で表され、しかも、前述のように、キャパシタにおいては、化学電池とは異なり、充電が進むにつれて電圧が変化するという性質を有するからである。
【００２１】
しかしながら、本発明者は、研究の結果、短い時間的範囲内で観察すれば、キャパシタの充電が進んでも、そのキャパシタの充電電圧はほぼ一定であることに気が付いた。以下、このことを具体的に説明する。
【００２２】
化学電池においては、充電期間内のほぼ全体において、充電電流が一定であれば充電電圧が一定であるのに対し、充電電流が変化すると充電電圧が変化する。ただし、化学電池が満充電状態に近づくと、充電電流が一定であっても、充電電圧が上昇する。
【００２３】
これは、満充電状態への移行前においては、その化学電池本来の化学反応すなわち化学電池を構成する物質のエネルギーギャップに相当する電圧が発生するのに対し、満充電状態に移行すると、化学電池本来の化学反応に代わる化学反応（例えば、水の電気分解）が発生するためである。
【００２４】
したがって、化学電池においては、満充電状態への移行前である限り、充電電圧がほぼ一定である期間が存在する。しかしながら、化学電池においては、充電電圧がほぼ一定である期間が、充電電流が一定であることを条件に存在する。
【００２５】
これに対し、本発明者の知見によれば、キャパシタにおいては、充電中の全体を通じて、充電電流が一定であるか否かを問わず、短い時間的範囲内で観察すれば、充電電圧が一定であるとみなすことができる。
【００２６】
キャパシタは、電気エネルギーを蓄積するために、そのキャパシタにおける電気二重層への電荷の蓄積という物理現象を利用する。したがって、充電が進めば充電電圧が上昇するものの、短い時間的範囲内であれば、充電電圧の変化が充電電力の制御誤差に対して無視できるほどに小さいという性質を、化学電池とは顕著に異なる性質として有する。また、キャパシタにおいては、化学電池とは異なり、満充電状態において充電電圧が上昇するという現象は起こらない。
【００２７】
よって、本発明者は、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、そのキャパシタの充電電圧は考慮しなくても、キャパシタの充電電力が多いか少ないかという判定を十分に正確に行い得るということに気が付いた。
【００２８】
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、キャパシタの充電電流は参照するが、そのキャパシタの充電電圧は参照することなく、キャパシタの充電電流が実質的に極大化するように、太陽電池の目標出力電流の指令値が決定される。
【００２９】
その結果、この充電装置においては、結果的に、キャパシタの充電電力が実質的に極大化するように、太陽電池の目標出力電流の指令値が決定され、その決定された指令値に太陽電池の実出力電流が一致するように、スイッチのデューティ比が決定される。
【００３０】
したがって、この充電装置によれば、キャパシタの充電電力を監視するために、そのキャパシタの充電電流のみならず充電電圧をも検出する場合より、その検出のための電気回路を単純化することが容易となる。
【００３１】
特許第３２６７０５４号公報は、太陽電池によって蓄電池を充電する蓄電装置を開示する。その蓄電装置は、具体的には、太陽電池の発電電圧を変化させる変圧手段と、太陽電池による蓄電池の充電電流を検出する検出手段と、その検出される充電電流が最大となるように変圧手段を制御する制御手段とを含むように構成される。
【００３２】
同公報においては、「一般に蓄電池１２においては充電電圧Ｖｂが充電操作中ほぼ一定になっているので、太陽電池１０の発電電力Ｐが最大になる点は、（蓄電池１２の）充電電流Ｉｂが最大になる点とほぼ等しくなる。」と記載されている。
【００３３】
この記載から判断するに、同公報における「蓄電池１２」は、鉛蓄電池で代表される二次電池（化学電池）に分類される電池であり、本項に係る充電装置における「キャパシタ」とは異なる。
【００３４】
たしかに、化学電池と物理電池であるキャパシタとは、電気エネルギーを蓄積する機能を有する点で互いに共通し、さらに、充電電圧がほぼ一定である期間が存在する点でも互いに共通する。
【００３５】
そのため、当業者であれば、同公報に開示された技術を、太陽電池によってキャパシタを充電する技術においても実施しようと発想することが容易であるように見えるかもしれない。
【００３６】
しかし、当業者はこれまで、キャパシタといえば、充電が進むにつれて充電電圧が上昇する電池であると認識してきており、化学電池に慣れ親しんだ当業者ほど、化学電池を充電するための技術はキャパシタにおいては実施し得ないと考えるのが自然である。
【００３７】
それにもかかわらず、本発明者は、「キャパシタにおいては、短い時間的範囲内である限り、充電電圧がほぼ一定である」との知見を得、それを充電装置に適用することによってはじめて、キャパシタの充電電流は参照するが充電電圧は参照しないで太陽電池の出力を制御するという技術に想到したのである。
【００３８】
前述のように、化学電池といえども充電電圧が変化する期間が存在するのであるから、充電電圧が一定である期間に限って充電電流に着目して太陽電池の出力を高精度に制御するためには、充電電流が一定であることをいちいち確認しなければならない。
【００３９】
これに対し、キャパシタについては、注目する制御周期の長ささえ管理すれば、充電電流が一定であるか否かを問わず、その充電電流に着目して太陽電池の出力を高精度に制御することができる。
【００４０】
また、化学電池は、内部抵抗を有する。そのため、電力を消費する負荷（特に、消費電力が時間的に変動する負荷）が並列に接続された状態で化学電池が充電される場合には、その化学電池の充電電流が大きく変化する。その結果、その化学電池の充電電圧も変化する。
【００４１】
これに対し、このキャパシタにおいては、化学電池における内部抵抗に相当する現象が存在しないため、負荷が並列に接続された状態でキャパシタが充電される場合であっても、短い時間的範囲内で観察すれば、充電電圧が一定であるとみなすことができる。
【００４２】
このように、化学電池を充電する環境と、キャパシタを充電する環境とを、充電電圧の安定性に関して互いに比較すると、発電用電池の出力の制御精度が高いほど後者の環境の方が安定しており、また、蓄電用電池の充電電流の変動が大きいほど後者の環境の方が安定している。
【００４３】
以上の説明から明らかなように、本項に係る充電装置によれば、化学電池より電圧的に不安定であると認識されてきたキャパシタが、短い制御周期という視点で制御されることにより、化学電池より電圧的に安定した電池に転換されるのであり、そのような視点はこれまでに存在しない。
【００４４】
本項における「スイッチングレギュレータ」の一例は、スイッチと、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、スイッチと、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。
【００４５】
（２）  前記指令値供給部は、各回の探索サイクルごとに、前記指令値を刻み幅だけ離散的に変更するサブサイクルを反復することにより、前記キャパシタ電流が実質的に極大化するように前記目標出力電流の最適値を探索的に決定し、
前記サブサイクルの周期は、前記電気二重層キャパシタの蓄積エネルギーをＥ（Ｗｈ）、前記太陽電池の発電電力をＰ（Ｗ）、前記電気二重層キャパシタの充電電圧Ｖｃをその充電電圧Ｖｃの制御誤差ΔＶｃで割り算して取得される制御誤差率をγでそれぞれ表記する場合に、
（Ｅ／Ｐ）・γ
を用いて表される値を超えないように設定される（１）項に記載の充電装置。
【００４６】
前記（１）項に係る充電装置においては、太陽電池の出力電流が離散的に変更される。そのため、キャパシタの充電電流には、太陽電池の出力電流の刻み幅に応答する制御誤差が存在する。
【００４７】
一方、前述のように、前記（１）項に係る充電装置は、「キャパシタの充電電圧は、短い時間内では、変化しないため、キャパシタの充電電力は、そのキャパシタの充電電流に比例する」という本発明者の知見、すなわち、本発明者が提案する原理を利用している。
【００４８】
しかし、厳密に言えば、短い時間内であるといえども、キャパシタの充電によってそのキャパシタの電圧が変化する。「キャパシタの充電電圧が一定である」とは、そのキャパシタの電圧変化量が、そのキャパシタの充電電圧の、太陽電池の出力電流の離散的変更に応答する変化量より小さいという意味である。
【００４９】
以上の知見に基づき、本項に係る充電装置においては、各回の探索サイクルごとに、前記指令値を刻み幅だけ離散的に変更するサブサイクルが反復され、それにより、キャパシタ電流が実質的に極大化するように太陽電池の目標出力電流の最適値が探索的に決定される。
【００５０】
さらに、この充電装置においては、サブサイクルの周期が、電気二重層キャパシタの蓄積エネルギーをＥ（Ｗｈ）、太陽電池の発電電力をＰ（Ｗ）、電気二重層キャパシタの充電電圧Ｖｃをその充電電圧Ｖｃの制御誤差ΔＶｃで割り算して取得される制御誤差率をγでそれぞれ表記する場合に、
（Ｅ／Ｐ）・γ
を用いて表される値を超えないように設定される。
【００５１】
太陽電池の発電電力すなわち出力Ｐが１０（Ｗ）であり、キャパシタの蓄積エネルギーすなわち蓄電容量Ｅが１０（Ｗｈ）である一例においては、当該充電装置の電気的ロスを無視すると、その特定の出力を有する太陽電池でその特定の蓄電容量を有するキャパシタを満充電するには、１（ｈ）必要であり、また、その特定の蓄電容量の１％分を充電するには、１／１００（ｈ）すなわち３６（ｓ）必要である。
【００５２】
キャパシタの蓄積エネルギーＱは、そのキャパシタの電圧Ｖｃの２乗と静電容量Ｃとの積の半値（＝ＣＶｃ２／２）に等しいため、キャパシタの満充電付近においては、そのキャパシタの電圧Ｖｃが１％変化すると、蓄積エネルギーＱは約２％（＝１．０１２−１．００２）変化する。また、充電電圧が全充電電圧の１／２である充電（５０％充電）付近においては、そのキャパシタの電圧Ｖｃが１％変化すると、蓄積エネルギーＱは約１％（＝０．５１２−０．５０２）変化する。
【００５３】
したがって、この例においては、充電電圧が１％変化する時間は、満充電付近においては、７２（ｓ）、５０％充電付近においては、３６（ｓ）となる。
【００５４】
したがって、本項に係る充電装置においては、制御誤差率γが０．０１であるとすると、サブサイクルの周期、すなわち、指令値の最新値が保持される時間の長さが、７２（ｓ）と３６（ｓ）とのうち短い方を超えないように設定される。
【００５５】
この例においては、サブサイクルの周期が３６（ｓ）に設定されるが、この例はあくまでも説明のための例であり、サブサイクルの周期は、実際には、例えば、１０ｍｓのオーダ、１００ｍｓのオーダまたは１ｓのオーダで設定される。
【００５６】
（３）  前記デューティ比制御部は、前記スイッチのスイッチング動作をスイッチング周期で行うことを反復するアナログ回路を用いて構成され、
前記指令値供給部は、各回の探索サイクルごとに複数回のサブサイクルを実行し、各回のサブサイクルごとに前記指令値を刻み幅だけ離散的に変更するために、コンピュータを用いて構成され、
前記デューティ比制御部は、前記各回のサブサイクルごとに、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を前記スイッチに行わせる（１）または（２）項に記載の充電装置。
【００５７】
この充電装置においては、デューティ比制御部が、スイッチのスイッチング動作をスイッチング周期で行うことを反復する。また、指令値供給部が、各回の探索サイクルごとに複数回のサブサイクルを実行し、各回のサブサイクルごとに前記指令値を刻み幅だけ離散的に変更する。
【００５８】
さらに、この充電装置においては、デューティ比制御部が、各回のサブサイクルごとに、デューティ比を共通にする複数回のスイッチング動作をスイッチに行わせる。
【００５９】
したがって、この充電装置においては、デューティ比制御部の動作周期の方が、指令値決定部の動作周期より短くなり、よって、デューティ比制御部の方が、指令値決定部より高速で動作することが要求される。そのため、デューティ比制御部も指令値供給部も、コンピュータを用いて構成する場合には、デューティ比制御部はアナログ回路を用いて構成する一方、指令値供給部はコンピュータを用いて構成する場合より、コンピュータの演算負荷が増加する。
【００６０】
よって、本項に係る充電装置においては、デューティ比制御部が、高速処理を優先し、アナログ回路を用いて構成される一方、指令値供給部が、動作自由度を優先し、コンピュータを用いて構成されている。
【００６１】
（４）  当該充電装置は、電力を消費する負荷が前記電気二重層キャパシタに並列に接続されている状態で作動させられる（１）ないし（３）項のいずれかに記載の充電装置。
【００６２】
前述のように、キャパシタは、化学電池とは異なり、内部抵抗を有しない。したがって、キャパシタを、電力を消費する負荷が並列に接続された状態で充電しても、負荷による電力消費に起因してキャパシタの充電電圧が低下せずに済む。また、その負荷の消費電力が時間的に変動しても、それに起因した充電電圧の変動が回避される。
【００６３】
このような知見に基づき、本項に係る充電装置においては、電力を消費する負荷がキャパシタに並列に接続されている状態で、そのキャパシタが太陽電池によって充電される。
【００６４】
ただし、この充電装置は、キャパシタに負荷が常時、並列接続される態様で使用されることは不可欠ではなく、キャパシタの非充電中に限り、そのキャパシタに負荷が並列接続される態様（すなわち、充電中には、キャパシタに負荷が並列接続されない態様）で使用することが可能である。
【００６５】
（５）  前記指令値供給部は、各回の探索サイクルごとに、前記指令値を刻み幅だけ離散的に変更するサブサイクルを反復することにより、前記キャパシタ電流が実質的に極大化するように前記目標出力電流の最適値を探索的に決定し、
その指令値供給部は、
前記各回のサブサイクルにおいて、前回のサブサイクルにおける前記指令値の変更の特性と、前回のサブサイクルにおける前記キャパシタ電流の時間的変化の特性とに基づき、今回のサブサイクルにおいて前記キャパシタ電流の時間的変化の量が減少するように、今回のサブサイクルにおいて前記指令値を前回のサブサイクルから変更する変更方向と、今回のサブサイクルにおいて前記指令値を決定するために使用する前記刻み幅の大きさとを決定する第１決定部と、
前記各回のサブサイクルにおいて、それら決定された変更方向と刻み幅の大きさとに基づき、前回のサブサイクルにおいて使用された前記指令値を離散的に変更し、それにより、今回のサブサイクルにおいて使用される前記指令値を決定する第２決定部と
を含む（１）ないし（４）項のいずれかに記載の充電装置。
【００６６】
この充電装置においては、前回のサブサイクルにおける指令値の変更の特性と、前回のサブサイクルにおけるキャパシタ電流の時間的変化の特性とに基づき、今回のサブサイクルにおいて指令値を前回のサブサイクルから変更する変更方向と、今回のサブサイクルにおいて指令値を決定するために使用する刻み幅の大きさとが決定される。
【００６７】
さらに、それら決定された変更方向と刻み幅の大きさとに基づき、前回のサブサイクルにおいて使用された指令値が離散的に変更され、それにより、今回のサブサイクルにおいて使用される指令値が決定される。
【００６８】
（６）  前記指令値の変更の特性は、前記指令値の変更の方向を含み、
前記キャパシタ電流の時間的変化の特性は、前記キャパシタ電流の時間的変化の方向を含む（５）項に記載の充電装置。
【００６９】
（７）  前記第１決定部は、前記各回のサブサイクルにおいて、前回のサブサイクルにおける前記キャパシタ電流の時間的変化の量が小さいほど減少するように前記刻み幅の大きさを決定する第１の刻み幅決定部を含む（５）または（６）項に記載の充電装置。
【００７０】
後に詳述するように、キャパシタ電流は太陽電池の出力電流の一方向変化に対して極大値を有するように（図８に示すように、上に凸のグラフで表されるように）変化する。その極大値に対応する太陽電池の出力電流が、その出力電流の最適値である。
【００７１】
したがって、キャパシタ電流がそれの極大値に近づくにつれて、太陽電池の出力電流に対するキャパシタ電流の変化勾配が減少する。このことは、隣接したサブサイクル間におけるキャパシタ電流の時間的変化の量が減少することを意味する。
【００７２】
一方、キャパシタ電流がそれの極大値に近づくにつれて太陽電池の出力電流の刻み幅を小さくすることは、キャパシタ電流の極大値をより高精度で探索するために有効である。
【００７３】
また、キャパシタ電流がそれの極大値から離れている領域において、その極大値に近い領域におけるより、太陽電池の出力電流の刻み幅を大きくすることは、キャパシタ電流の極大値をより短時間で探索するために有効である。
【００７４】
このような知見に基づき、本項に係る充電装置においては、各回のサブサイクルにおいて、前回のサブサイクルにおけるキャパシタ電流の時間的変化の量が小さいほど減少するように、太陽電池の出力電流の１回当たりの離散的変更量、すなわち、刻み幅の大きさが決定される。
【００７５】
（８）  前記第１決定部は、前記各回のサブサイクルにおいて、前回のサブサイクルにおける前記太陽電池の出力電流と前記キャパシタ電流との差である電流差が小さいほど減少するように前記刻み幅の大きさを決定する第２の刻み幅決定部を含む（５）ないし（７）項のいずれかに記載の充電装置。
【００７６】
一般に、スイッチングレギュレータにおいては、スイッチのデューティ比が１００％すなわち１回のスイッチング周期においてスイッチがオンし続ける場合には、スイッチングレギュレータの電力変換作用（例えば、自己インダクタンスのもと、回路に流れる電流変化に起因してその回路に起電力が誘起される現象）が行われなくなる。
【００７７】
スイッチングレギュレータの電力変換作用が行われなくなると、太陽電池とキャパシタとの間で電流も電圧も互い等しくなり、その結果、キャパシタ電流が実質的に極大化するための最適値に太陽電池の出力電流も出力電圧も制御することができない。
【００７８】
一方、スイッチングレギュレータの電力変換作用は、太陽電池の出力電流とキャパシタ電流との差である電流差が小さいほど、小さい。
【００７９】
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、各回のサブサイクルにおいて、前回のサブサイクルにおける太陽電池の出力電流とキャパシタ電流との差である電流差が小さいほど減少するように刻み幅の大きさが決定される。
【００８０】
したがって、この充電装置によれば、スイッチがオンし続けることに起因してスイッチングレギュレータの電力変換作用が行われなくなり、その結果、太陽電池の出力電流もキャパシタ電流も最適化されないという事態の発生を回避し得る。
【００８１】
この充電装置においては、太陽電池の出力電流とキャパシタ電流とをそれぞれ検出し、それら検出値の差として電流差を直接的に監視してもよいが、その電流差を反映する物理量を検出し、その検出値を用いて電流差を間接的に監視してもよい。
【００８２】
例えば、目標出力電流の指令値と太陽電池の実出力電流との差に応じて比例動作する差動アンプを当該充電装置が使用する場合には、スイッチがオンし続けるとその差動アンプの出力電圧が設定電圧を超えることになる。したがって、その差動アンプの出力電圧と設定電圧との差を検出し、その検出値を用いて電流差を間接的に監視してもよい。
【００８３】
（９）  前記スイッチは、入力されたオンオフ指令信号に応じてスイッチング動作を行い、
前記出力電流検出回路は、前記実出力電流の大きさを表すアナログ信号を出力し、
前記キャパシタ電流検出回路は、前記キャパシタ電流の大きさを表すアナログ信号を出力し、
前記指令値供給部は、
前記キャパシタ電流検出回路から入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ−Ｄコンバータと、
そのＡ−Ｄコンバータから出力されたデジタル信号に基づき、前記指令値をデジタル信号として決定するコンピュータと、
そのコンピュータから出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ−Ａコンバータと
を含み、
前記デューティ比制御部は、
前記出力電流検出回路と前記Ｄ−Ａコンバータとからそれぞれ入力された２つのアナログ信号に基づいて差動増幅を行う差動アンプと、
三角波を表すアナログ信号を発生させる三角波源と
その三角波源と前記差動アンプとからそれぞれ入力された２つのアナログ信号のレベルを互いに比較し、その比較結果を表すオンオフ指令信号を前記スイッチに出力する比較器と
を含む（１）ないし（８）項のいずれかに記載の充電装置。
【００８４】
（１０）  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り、その太陽電池によって生成された電気エネルギーを蓄積するとともにその蓄積エネルギーの量に応じて電圧が変化する特性を有する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、
少なくともスイッチを有し、そのスイッチの可変のデューティ比に応じて、前記太陽電池から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降圧型のスイッチングレギュレータと、
前記太陽電池から前記スイッチングレギュレータを経て前記電気二重層キャパシタに出力される電圧の実際値を実出力電圧として検出する出力電圧検出回路と、
それらスイッチングレギュレータと出力電圧検出回路とに接続され、その出力電圧検出回路による実出力電圧の検出値が目標出力電圧の指令値に一致するように、前記デューティ比を制御するデューティ比制御部と、
前記電気二重層キャパシタの電流をキャパシタ電流として検出するキャパシタ電流検出回路と、
それらデューティ比制御部とキャパシタ電流検出回路とに接続され、前記電気二重層キャパシタの電圧を参照することなく、前記目標出力電圧の指令値を離散的に変更して前記デューティ比制御部に供給する指令値供給部と
を含み、
その指令値供給部は、各回の離散的変更に伴う前記キャパシタ電流の時間的変化の特性に基づき、そのキャパシタ電流が実質的に極大化するように前記目標出力電圧の指令値を離散的に変更する充電装置。
【００８５】
この充電装置によれば、前記（１）項に係る充電装置と基本的に共通する原理に従い、基本的に共通する作用効果が実現される。
【００８６】
この充電装置は、前記（３）、（４）および（６）ないし（９）項のいずれかに記載の技術的特徴を、この充電装置に適用するために必要な変更を施して採用することが可能である。
【００８７】
（１１）  前記指令値供給部は、各回の探索サイクルごとに、前記指令値を刻み幅だけ離散的に変更するサブサイクルを反復することにより、前記キャパシタ電流が実質的に極大化するように前記目標出力電圧の最適値を探索的に決定し、
前記サブサイクルの周期は、前記電気二重層キャパシタの蓄積エネルギーをＥ（Ｗｈ）、前記太陽電池の発電電力をＰ（Ｗ）、前記電気二重層キャパシタの充電電圧Ｖｃをその充電電圧Ｖｃの制御誤差ΔＶｃで割り算して取得される制御誤差率をγでそれぞれ表記する場合に、
（Ｅ／Ｐ）・γ
を用いて表される値を超えないように設定される（１０）項に記載の充電装置。
【００８８】
この充電装置によれば、前記（２）項に係る充電装置と基本的に共通する原理に従い、基本的に共通する作用効果が実現される。
【００８９】
（１２）  前記指令値供給部は、各回の探索サイクルごとに、前記指令値を刻み幅だけ離散的に変更するサブサイクルを反復することにより、前記キャパシタ電流が実質的に極大化するように前記目標出力電圧の最適値を探索的に決定し、
その指令値供給部は、
前記各回のサブサイクルにおいて、前回のサブサイクルにおける前記指令値の変更の特性と、前回のサブサイクルにおける前記キャパシタ電流の時間的変化の特性とに基づき、今回のサブサイクルにおいて前記キャパシタ電流の時間的変化の量が減少するように、今回のサブサイクルにおいて前記指令値を前回のサブサイクルから変更する変更方向と、今回のサブサイクルにおいて前記指令値を決定するために使用する前記刻み幅の大きさとを決定する第１決定部と、
前記各回のサブサイクルにおいて、それら決定された変更方向と刻み幅の大きさとに基づき、前回のサブサイクルにおいて使用された前記指令値を離散的に変更し、それにより、今回のサブサイクルにおいて使用される前記指令値を決定する第２決定部と
を含む（１０）または（１１）項に記載の充電装置。
【００９０】
この充電装置によれば、前記（５）項に係る充電装置と基本的に共通する原理に従い、基本的に共通する作用効果が実現される。
【００９１】
（１３）  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り、その太陽電池によって生成された電気エネルギーを蓄積するとともにその蓄積エネルギーの量に応じて電圧が変化する特性を有する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、
少なくともスイッチを有し、そのスイッチの可変のデューティ比に応じて、前記太陽電池から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降圧型のスイッチングレギュレータと、
前記太陽電池から前記スイッチングレギュレータを経て前記電気二重層キャパシタに出力される電流の実際値を実出力電流として検出する出力電流検出回路と、
前記太陽電池から前記スイッチングレギュレータを経て前記電気二重層キャパシタに出力される電圧の実際値を実出力電圧として検出する出力電圧検出回路と、
それらスイッチングレギュレータと出力電流検出回路と出力電圧検出回路とに接続され、前記出力電流検出回路による実出力電流の検出値が目標出力電流の指令値に一致するように、前記デューティ比を制御する電流変更型制御と、前記出力電圧検出回路による実出力電圧の検出値が目標出力電圧の指令値に一致するように、前記デューティ比を制御する電圧変更型制御とを選択的に行うデューティ比制御部と、
前記電気二重層キャパシタの電流をキャパシタ電流として検出するキャパシタ電流検出回路と、
それらデューティ比制御部とキャパシタ電流検出回路とに接続され、（ａ）前記目標出力電流の指令値を離散的に変更することを反復し、各回の離散的変更に伴う前記キャパシタ電流の時間的変化の特性に基づき、そのキャパシタ電流が実質的に極大化するように前記目標出力電流の指令値を決定し、その決定された指令値を前記デューティ比制御部に供給する電流変更型制御と、（ｂ）前記目標出力電圧の指令値を離散的に変更することを反復し、各回の離散的変更に伴う前記キャパシタ電流の時間的変化の特性に基づき、そのキャパシタ電流が実質的に極大化するように前記目標出力電圧の指令値を決定し、その決定された指令値を前記デューティ比制御部に供給する電圧変更型制御とを選択的に行う指令値供給部と
を含み、
その指令値供給部は、前記実出力電圧が基準値より高い場合には、前記電流変更型制御を行う一方、前記実出力電圧が前記基準値より高くはない場合には、前記電圧変更型制御を行う充電装置。
【００９２】
図８に示す太陽電池の特性に着目すると、太陽電池の実出力電圧の変域全体のうち高い領域においては、低い領域におけるより、電流に対する電圧の勾配が緩やかであるため、目標出力電流を変化させる方が目標出力電圧を変化させるより、目標出力電流の最適値を精度よく検出することができる。
【００９３】
これに対し、太陽電池の実出力電圧の変域全体のうち低い領域においては、高い領域におけるより、電圧に対する電流の勾配が緩やかであるため、目標出力電圧を変化させる方が目標出力電流を変化させるより、目標出力電流の最適値を精度よく検出することができる。
【００９４】
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、太陽電池の実出力電圧が基準値より高い場合には、目標出力電流の指令値を離散的に変更することを反復する電流変更型制御が行われる一方、実出力電圧が前記基準値より高くはない場合には、目標出力電圧の指令値を離散的に変更することを反復する電圧変更型制御が行われる。
【００９５】
この充電装置は、前記（２）ないし（９）、（１１）および（１２）項のいずれかに記載の技術的特徴を、この充電装置に適用するために必要な変更を施して採用することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００９６】
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。
【００９７】
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（例えば、照明器具、モータ等、電気機器）１６も示されている。
【００９８】
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。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とにおいてそれぞれ、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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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Ａとの交点は、充電装置１０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が極大値であることを示している。
【０１０２】
また、図２においてグラフと直線Ｂとの交点は、太陽電池１２にとっての負荷としての充電装置１０の抵抗値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、太陽電池１２にとっての負荷としての充電装置１０の抵抗値が小さ過ぎるために、発電電力が極大値ではないことを示している。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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、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いる。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、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。
【０１０５】
図１に示すように、充電装置１０は、降圧型のスイッチングレギュレータ３２を備えている。
【０１０６】
スイッチングレギュレータ３２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。
【０１０７】
このスイッチングレギュレータ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。
【０１０８】
このスイッチングレギュレータ３２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、キャパシタ１４の充電電圧Ｖｃが低い場合に採用される。
【０１０９】
このスイッチングレギュレータ３２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、キャパシタ１４およびダイオード４４から成る閉回路により、コイル４２に蓄積された磁気エネルギー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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
この際、キャパシタ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キャパシタ１４の充電電流Ｉｃとなる。
【０１１２】
すなわち、スイッチングレギュレータ３２は、太陽電池１２とキャパシタ１４との間において、電圧／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。
【０１１３】
図１に示すように、充電装置１０は、さらに、スイッチングレギュレータ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。
【０１１４】
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、太陽電池１２によって生成された電気エネルギーと共に、スイッチ４０を経由してキャパシタ１４に送り出す。
【０１１５】
仮に充電装置１０がコンデンサ４８を備えていないとすると、スイッチ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、スイッチ４０のオフ状態においては、図２に示す太陽電池１２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、スイッチ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イッチ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。
【０１１６】
そのため、スイッチ４０のオ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。
【０１１７】
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、スイッチ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。
【０１１８】
したがって、本実施形態によれば、スイッチ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エネルギー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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
したがって、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。
【０１２１】
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を検出する充電電流検出回路５０を備えている。
【０１２２】
充電電流検出回路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。
【０１２３】
充電電流検出回路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。このアンプ５４は、例えば、直流リニア増幅器として構成される。
【０１２４】
充電電流検出回路５０は、スイッチ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Ｉｃの検出値を用いた後段の処理を確実化するため、フィルタ５５を備えている。
【０１２５】
そのフィルタ５５は、例えば、平均電流によるローパスフィルタとして構成したり、ピーク電流によるピーク検出回路として構成したり、特定位相の電流による方式（スイッチ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。図３の（ａ）には、ローパスフィルタの一例が示され、同図の（ｂ）には、ピーク検出回路の一例が示されている。
【０１２６】
なお付言するに、充電電流Ｉｃのリップル成分が少ない領域においてのみ、充電装置１０が動作させられる場合（スイッチング周期に比べてコイル４２のインダクタンスが十分に大きい場合）には、フィルタ５５を省略することが可能である。
【０１２７】
充電装置１０は、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、Ａ−Ｄコンバータ５６を備えている。
【０１２８】
図１に示すように、充電装置１０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５７を備えている。
【０１２９】
出力電流検出回路５７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５８を備えている。その電流検出抵抗５８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。
【０１３０】
出力電流検出回路５７は、さらに、その電流検出抵抗５８の電圧を一定倍率で増幅するアンプ（直流増幅器）５９を備えている。そのアンプ５９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５９は、例えば、直流リニア増幅器として構成される。
【０１３１】
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４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によっ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、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を介してコンピュータ７０はＡ−Ｄコンバータ５６に電気的に接続されている。
【０１３２】
充電装置１０は、コントローラ６０から出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換するために、Ｄ−Ａコンバータ８２を備えている。コントローラ６０は、Ｉ／Ｏインタフェース８０を介して、そのＤ−Ａコンバータ８２にも電気的に接続されている。
【０１３３】
図１に示すように、充電装置１０は、スイッチ４０のスイッチング動作を制御するために、スイッチ制御回路８４を備えている。そのスイッチ制御回路８４は、三角波源８６と、差動アンプ８７と、比較器８８とを備えている。それら三角波源８６、差動アンプ８７および比較器８８はいずれも、アナログ信号を用いて高速で演算を行うアナログ回路として構成されている。
【０１３４】
三角波源８６は、周波数が一定である三角波信号を発生させる発振器として構成されている。その発振器の一例は、発振周波数が１００ｋＨｚに設定されたものである。  
【０１３５】
差動アンプ８７は、アンプ５９の出力電圧（太陽電池１２の出力電流が変換された電圧）と、Ｄ−Ａコンバータ８２の出力電圧（コントローラ６０から出力される、太陽電池１２の目標出力電流の指令値を表す電圧）との差に比例した電圧を出力する。この差動アンプ８７の出力電圧は、誤差信号として、比較器８８に入力される。
【０１３６】
この差動アンプ８７は、コントローラ６０の指令値が変化してＤ−Ａコンバータ８２の出力電圧が変化すると、過渡状態に移行する。その過渡状態においては、Ｄ−Ａコンバータ８２の出力電圧とアンプ５９の出力電圧とが互いに一致しない。やがてそれら出力電圧が互いに一致すると、この差動アンプ８７は定常状態に移行する。その定常状態においては、コントローラ６０の指令値と太陽電池１２の出力電流とが互いに一致する。
【０１３７】
比較器８８は、２つの入力電圧の対象を判定する電圧比較器として構成されている。この比較器８８の出力電圧は、それら２つの入力電圧の大小関係に応じ、ハイレベルとローレベルとの２値のいずれかに変化する。
【０１３８】
具体的には、この比較器８８には、差動アンプ８７の出力電圧と、三角波源８６の出力電圧とが入力され、その結果、この比較器８８は、差動アンプ８７の出力電圧に比例するパルス幅を有する、ＰＷＭ化された矩形波信号を出力する。その矩形波信号は、スイッチ４０をオンオフするために、そのスイッチ４０に出力される。その矩形波信号のパルス幅に応じて、スイッチ４０のデューティ比が決まる。
【０１３９】
この充電装置１０の動作中、コントローラ６０の指令値が変化すると、差動アンプ８７の出力電圧が変化して、比較器８８の矩形波信号のパルス幅が変化する。そのパルス幅が変化すると、スイッチ４０のデューティ比が変化して、太陽電池１２からスイッチングレギュレータ３２を介してキャパシタ１４に出力される電流、すなわち、キャパシタ１４の充電電流Ｉｃが変化する。
【０１４０】
図５には、スイッチングレギュレータ３２の定常状態において、三角波源８６の三角波信号と、スイッチ４０に供給されるスイッチ指令信号と、コイル４２、キャパシタ１４および負荷１６に流れる電流（表記の便宜上、充電電流Ｉｃで代表する）の時間的推移とがそれぞれ示す波形が、互いに時期的に関連付けて、グラフで表されている。
【０１４１】
具体的には、図５の（ａ）には、一定の周期を有する三角波信号が、スレッショールド電圧Ｖｔｈを表すスレッショールド電圧信号と共にグラフで表されている。そのスレッショールド電圧Ｖｔｈは、差動アンプ８７の出力電圧によって与えられる。
【０１４２】
図５の（ｂ）には、スイッチ指令信号が、スイッチ４０のオン状態とオフ状態とに関連付けてグラフで表されている。このスイッチ指令信号は、比較器８８から出力される矩形波信号に等しく、その矩形波信号は、三角波信号をしきい電圧信号で２値化することによって取得される。スレッショールド電圧Ｖｔｈが上昇するにつれて、スイッチ指令信号のオンパルス幅が増加し、その結果、スイッチ４０のオン時間が長くなる。
【０１４３】
図５の（ｃ）には、キャパシタ１４の充電電流Ｉｃがスイッチ４０のスイッチング動作に伴って増減する様子がグラフで表されている。充電電流Ｉｃは、スイッチ４０のオン期間に増加し、オフ期間に減少する。充電電流Ｉｃの平均電流が小さいときを除く通常状態においては、コイル４２の電流が、ゼロにはならず、流れ続けている。
【０１４４】
図１に示す差動アンプ８７は、アンプ５９の出力電圧がＤ−Ａコンバータ８２の出力電圧に一致するように動作する。その結果、コントローラ６０の指令値が変化すると、アンプ５９の出力電圧がＤ−Ａコンバータ８２の出力電圧に一致するように、スイッチ４０のデューティ比が変化させられる。やがてアンプ５９の出力電圧がＤ−Ａコンバータ８２の出力電圧に一致すると、スイッチ４０のデューティ比がそのときの値に固定される。
【０１４５】
具体的には、太陽電池１２の出力電流Ｉｓがコントローラ６０の電流指令値に対して相対的に増加すると、差動アンプ８７の出力電圧が低下して、比較器８８のスレッショールド電圧Ｖｔｈも低下する。すると、比較器８８からスイッチ４０に供給される矩形波信号としてのスイッチ指令信号のデューティ比τが減少し、太陽電池１２の出力電流Ｉｓを減少させるようにスイッチングレギュレータ３２が動作する。
【０１４６】
逆に、太陽電池１２の出力電流Ｉｓがコントローラ６０の電流指令値に対して相対的に減少すると、差動アンプ８７の出力電圧が上昇して、比較器８８のスレッショールド電圧Ｖｔｈも上昇する。すると、比較器８８からスイッチ４０に供給される矩形波信号としてのスイッチ指令信号のデューティ比τが増加し、太陽電池１２の出力電流Ｉｓを増加させるようにスイッチングレギュレータ３２が動作する。
【０１４７】
それら２種類の動作により、充電装置１０が過渡状態にある期間を除く期間において、太陽電池１２の出力電流Ｉｓと、コントローラ６０の電流指令値とが互いに一致する。
【０１４８】
図１に示すうように、この充電装置１０においては、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との間の部分にダイオード８９が接続されている。このダイオード８９は、キャパシタ１４から太陽電池１２に電流が逆方向に流れることを防止するために設けられている。スイッチ４０がバイポーラトランジスタである場合のように、スイッチ４０自体が逆流防止機能を有する場合には、そのダイオード８９は省略可能である。
【０１４９】
図４に示すように、ＲＯＭ７４には、指令値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いる。その指令値決定プログラムは、充電電流検出回路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し、その検出値に基づき、太陽電池１２の目標出力電流の指令値を決定するために、ＣＰＵ７２によって実行される。
【０１５０】
具体的には、その指令値決定プログラムは、キャパシタ１４の充電電流Ｉｃが実質的に極大化するために太陽電池１２の出力電流Ｉｓが取るべき値（コントローラ６０が差動アンプ８７に出力すべき電流指令値）を、その出力電流Ｉｓの離散的変更により、探索的に決定するために、ＣＰＵ７２によって実行される。
【０１５１】
さらに具体的には、この指令値決定プログラムは、図６にタイムチャートで表すように、各回の探索サイクルごとに複数回のサブサイクルを実行し、各回のサブサイクルごとに電流指令値を刻み幅だけ離散的に変更するために、ＣＰＵ７２によって実行される。
【０１５２】
これに対し、スイッチ制御回路８４は、図６にタイムチャートで示すように、各回のサブサイクルごとに、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をスイッチ４０に行わせる。
【０１５３】
一例においては、サブサイクルの周期が１０ｍｓであり、１回のスイッチング動作の長さすなわちスイッチング周期が１０μｓである。この例においては、１回のサブサイクル中にスイッチング動作が１，０００回行われる。
【０１５４】
この例においては、キャパシタ１４の蓄積エネルギーＥが１０（Ｗｈ）であり、太陽電池１２の発電電力Ｐが１０（Ｗ）である。さらに、キャパシタ１４の満充電電圧が１０（Ｖ）である。
【０１５５】
この例においては、サブサイクルの周期が０．０１秒に設定されているため、キャパシタ１４に蓄積されるエネルギーは、充電回路のロスを無視すると、１回のサブサイクル（０．０１秒）の間に０．０００２８％（＝０．０１秒÷３６００秒）変化する。
【０１５６】
一方、キャパシタ１４の蓄積エネルギーは、そのキャパシタ１４の充電電圧Ｖｃの２乗に比例する。したがって、キャパシタ１４の満充電付近においては、充電電圧Ｖｃが満充電電圧に対して１％変化すると、キャパシタ１４の蓄積エネルギーは２％変化する。これに対し、充電電圧Ｖｃが５（Ｖ）付近であると、その充電電圧Ｖｃが満充電電圧に対して１％変化すると、キャパシタ１４の蓄積エネルギーは１％変化する。
【０１５７】
よって、キャパシタ１４の蓄積エネルギーが１回のサブサイクル（０．０１秒）の間に０．０００２８％変化すると、満充電付近においては、充電電圧Ｖｃに０．０００１４％の制御誤差率が発生する。これに対し、充電電圧が５（Ｖ）付近においては、充電電圧Ｖｃに０．０００２８％の制御誤差率が発生する。
【０１５８】
したがって、本実施形態においては、キャパシタ１４の充電電圧Ｖｃをその充電電圧Ｖｃの制御誤差ΔＶｃで割り算して取得される制御誤差率γが０．０００２８％（０．０００１４％の制御誤差率と０．０００２８％の制御誤差率とのうち大きい方）である。
【０１５９】
したがって、この例においては、サブサイクルの周期が、（Ｅ／Ｐ）・γすなわち０．０００２８％を超えないように設定されていることになる。
【０１６０】
図４に示すように、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）上記決定された電流指令値を一時的に記憶する指令値メモリ９０と、（ｂ）充電電流検出回路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）充電電流検出回路５０による充電電流Ｉｃの前回検出値を一時的に記憶する前回電流メモリ９４とを含んでいる。
【０１６１】
図７には、前述の指令値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７を参照することにより、コントローラ６０における電流指令値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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
Ｖｓ×Ｉｓ＝Ｖｃ×Ｉｃ
【０１６４】
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、サブサイクルの周期と同程度に短い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く、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。
【０１６５】
一方、キャパシタ１４においては、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。
【０１６６】
キャパシタ１４に流れ込む電気エネルギーの瞬間値は、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に流れ込む電気エネルギーの量は、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。
【０１６７】
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を考慮することなく、充電電流Ｉｃが多いか少ないかという判定により、十分に正確に行い得る。
【０１６８】
ところで、スイッチ４０のスイッチング周期をＴ、オン時間をＴｏｎ、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。
【０１６９】
Ｔ＝Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ
【０１７０】
また、スイッチ４０のデューティ比τは、次式（３）で表される。
【０１７１】
τ＝Ｔｏｎ／Ｔ
【０１７２】
スイッチ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１４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。
【０１７３】
（Ｖｓ−Ｖｃ）÷Ｌ×Ｔｏｎ≒Ｖｃ÷Ｌ×Ｔｏｆｆ＝Ｖｃ÷Ｌ×（Ｔ−Ｔｏｎ）
【０１７４】
この式において「Ｌ」は、コイル４２のインダクタンス値を表す。この式において、左辺は、スイッチ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、スイッチ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）ないし（７）が誘導される。
【０１７５】
Ｖｓ×Ｔｏｎ＝Ｖｃ×Ｔ
【０１７６】
Ｔｏｎ／Ｔ＝Ｖｃ／Ｖｓ
【０１７７】
Ｔｏｎ／Ｔ＝Ｉｓ／Ｉｃ
【０１７８】
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、スイッチ４０のデューティ比τ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τの変化直後においては、スイッチングレギュレータ３２が過渡状態にあるが、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。
【０１７９】
Ｖｓ＝Ｖｃ×Ｔ÷Ｔｏｎ
【０１８０】
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。
【０１８１】
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にではなく、充電電流Ｉｃのみに反映される。
【０１８２】
図８には、太陽光の照度が一定である条件で、太陽電池１２の出力電流Ｉｓの指令値（スイッチ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。
【０１８３】
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、キャパシタ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観察されることになる。
【０１８４】
したがって、出力電流Ｉｓの指令値を、図８においてＡ点に対応する値から増加させ続けると、充電電流Ｉｃが減少し続けるのに対し、Ａ点に対応する値から減少させ続けると、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。
【０１８５】
一方、出力電流Ｉｓの指令値を、図８においてＢ点に対応する値から減少させ続けると、充電電流Ｉｃが減少し続けるのに対し、Ｂ点に対応する値から増加させ続けると、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。
【０１８６】
よって、出力電流Ｉｓの指令値の最適値、すなわち、充電電流Ｉｃの極大値に対応する値は、出力電流Ｉｓの指令値を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。
【０１８７】
以上説明した知見に基づき、図７に示す指令値決定プログラムにおいては、概略的には、太陽電池１２の出力電流Ｉｓの最適値を探索的に決定するために、出力電流Ｉｓの指令値（電流指令値）Ｉｄを予め定められた条件で離散的にすなわちステップ的に変更するサブサイクルが時間離散的に反復される。
【０１８８】
各回のサブサイクルにおいては、電流指令値Ｉｄの離散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、次回のサブサイクルにおける電流指令値Ｉｄの変更条件（増加させるのか減少させるのか）が決定される。それら複数回のサブサイクルは、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。
【０１８９】
さらに、各回のサブサイクルにおいて、今回の離散的変更が行われる前に充電電流検出回路５０によって検出された充電電流Ｉｃである前回検出値と、今回の離散的変更が行われた後に充電電流検出回路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。
【０１９０】
その比較結果を用いて、キャパシタ１４の充電電流Ｉｃの、電流指令値Ｉｄの今回の離散的変更に対する応答が監視される。後述のように、一回のサブサイクルは、充電電流Ｉｃの計測、電流指令値の決定、およびスイッチ４０の一連のデューティ比制御（すなわち、設定複数回のスイッチング動作であり、後述の待ち時間Ｔｆと等しい時間継続される。）を含むように構成される。ただし、その一連のデューティ比制御は、スイッチ制御回路８４によって実行される。
【０１９１】
ここで、この指令値決定プログラムを図７を参照して具体的に説明するに、この指令値決定プログラムがＣＰＵ７２によって実行されると、まず、Ｓ１００において、電流指令値Ｉｄの今回値Ｉｄ１が初期値Ｉ０として設定され、それが指令値メモリ９０に格納される。その初期値Ｉ０は、例えば、０（Ａ）に設定することができる。
【０１９２】
次に、Ｓ１１０において、一定の待ち時間Ｔｆが経過するのが待たれる。その待ち時間Ｔｆの長さ（例えば、１０ｍｓ）は、電流指令値Ｉｄがステップ的に変化させられたためにスイッチングレギュレータ３２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Ｔｆ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。
【０１９３】
この待ち時間Ｔｆを１０ｍｓに設定し、かつ、スイッチ４０のスイッチング周期Ｔを１０μｓに設定すれば、サブサイクルの周期はほぼ１０ｍｓとなり、その間、スイッチ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、電流指令値Ｉｄのステップ的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。
【０１９４】
その待ち時間Ｔｆと等しい時間、スイッチ制御回路４０によってスイッチ４０のデューティ比制御が継続される。
【０１９５】
続いて、Ｓ１２０において、充電電流検出回路５０を介して、キャパシタ１４の充電電流Ｉｃの現在値が前回電流ｉａとして計測される。その計測された前回電流ｉａは、前回電流メモリ９４に格納される。その後、Ｓ１３０において、電流指令値Ｉｄの刻み幅ΔＩの今回値が初期値ΔＩ０（今回は、デフォールト値に等しい）と等しくなるように設定される。
【０１９６】
続いて、電流指令値Ｉｄを刻み幅ΔＩだけ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。
【０１９７】
具体的には、Ｓ２００において、電流指令値Ｉｄの今回値Ｉｄ１が刻み幅ΔＩの今回値（今回は、初期値ΔＩ０に等しい）だけ増加するように更新される。その更新値Ｉｄ２は、指令値メモリ９０に格納されるとともに、コンピュータ７０からＤ−Ａコンバータ８２を介してスイッチ制御回路８４に供給される。そのスイッチ制御回路８４は、更新値Ｉｄ２が供給されると、その更新値Ｉｄ２に太陽電池１２の出力電流Ｉｓが等しくなるようにスイッチ４０のデューティ比τを制御する。
【０１９８】
続いて、Ｓ２１０において、前記待ち時間Ｔｆが経過するのが待たれる。その待ち時間Ｔｆと等しい時間、スイッチ制御回路４０によってスイッチ４０のデューティ比制御が継続される。
【０１９９】
その後、Ｓ２２０において、充電電流検出回路５０を介して、キャパシタ１４の充電電流Ｉｃの現在値が今回電流ｉｂとして計測される。その計測された今回電流ｉｂは、今回電流メモリ９２に格納される。
【０２００】
続いて、Ｓ２３０において、今回電流ｉｂが前回電流ｉａより少ないか否かが判定される。すなわち、電流指令値Ｉｄのステップ的増加に対して充電電流Ｉｃが減少したか否かが判定されるのである。
【０２０１】
今回は、今回電流ｉｂが前回電流ｉａより少ないと仮定すれば、Ｓ２３０の判定がＹＥＳとなり、Ｓ２４０において、刻み幅ΔＩが、電流指令値Ｉｄの時間的変化に対する充電電流Ｉｃの応答の内容に応じてフレキシブルに決定される。
【０２０２】
具体的には、刻み幅ΔＩの今回値に対し、それの絶対値を２倍にしてそれの符号を反転させることにより、刻み幅ΔＩの次回値が決定される。さらに具体的には、電流指令値Ｉｄの今回値Ｉｄ２から前回値Ｉｄ１を引き算した値に「−２」を掛け算することにより、刻み幅ΔＩの次回値が計算される。
【０２０３】
図９の（ａ）および（ｂ）には、電流指令値Ｉｄに対する充電電流Ｉｃの変化の２つの例がそれぞれグラフで表されている。
【０２０４】
図９の（ａ）には、電流指令値Ｉｄの離散的増加に対して充電電流Ｉｃが減少する例が示されている。この例においては、上述のＳ２４０の実行により、充電電流ｉｃの前回値ｉａのプロット点Ａと今回値ｉｂのプロット点Ｂとの線分を１：１にかつプロット点Ｂからプロット点Ａに向かって外分する点に、充電電流ｉｃの次回値ｉｃのプロット点Ｃが位置するように電流指令値Ｉｄの次回値を決定するために必要な刻み幅ΔＩの次回値ΔＩｎｘｔが決定される。
【０２０５】
図９の（ａ）に示す例においては、刻み幅ΔＩの次回値ΔＩｎｘｔが、−２（Ｉｄ２−Ｉｄ１）として計算される。したがって、電流指令値Ｉｄの次回値が、Ｉｄ２＋ΔＩｎｘｔ＝Ｉｄ２−２（Ｉｄ２−Ｉｄ１）＝２×Ｉｄ１−Ｉｄ２なる式を用いて計算されることになる。
【０２０６】
その後、図７のＳ２５０において、Ｓ２００の次回の実行に備えて、電流指令値Ｉｄの前回値Ｉｄ１が今回値Ｉｄ２と等しくなるように更新される。その後、Ｓ２６０において、Ｓ２３０の次回の実行に備えて、前回電流ｉａが今回電流ｉｂと等しくなるように更新される。続いて、Ｓ２００に戻り、電流指令値Ｉｄの今回値Ｉｄ２が、最新の刻み幅ΔＩとの加算によって計算される。
【０２０７】
これに対し、今回は、今回電流ｉｂが前回電流ｉａより多いと仮定すると、Ｓ２３０の判定がＮＯとなり、Ｓ２７０において、今回電流ｉｂが前回電流ｉａより多いか否かが判定される。このＳ２７０の判定は、上記の仮定により、ＹＥＳとなり、Ｓ２８０に移行する。
【０２０８】
このＳ２８０においては、刻み幅ΔＩが、電流指令値Ｉｄの時間的変化に対する充電電流Ｉｃの応答の内容に応じてフレキシブルに決定される。
【０２０９】
具体的には、刻み幅ΔＩの今回値と等しくなるように、刻み幅ΔＩの次回値が決定される。さらに具体的には、電流指令値Ｉｄの今回値Ｉｄ２から前回値Ｉｄ１を引き算した値と等しくなるように、刻み幅ΔＩの次回値が計算される。
【０２１０】
図９の（ｂ）には、電流指令値Ｉｄの離散的増加に対して充電電流Ｉｃが増加する例が示されている。この例においては、上述のＳ２８０の実行により、充電電流ｉｃの前回値ｉａのプロット点Ａと今回値ｉｂのプロット点Ｂとの線分を１：１にかつプロット点Ａからプロット点Ｂに向かって外分する点に、充電電流ｉｃの次回値ｉｃのプロット点Ｃが位置するように電流指令値Ｉｄの次回値を決定するために必要な刻み幅ΔＩの次回値ΔＩｎｘｔが決定される。
【０２１１】
図９の（ｂ）に示す例においては、刻み幅ΔＩの次回値ΔＩｎｘｔが、＋（Ｉｄ２−Ｉｄ１）として計算される。したがって、電流指令値Ｉｄの次回値が、Ｉｄ２＋ΔＩｎｘｔ＝Ｉｄ２＋（Ｉｄ２−Ｉｄ１）＝２×Ｉｄ２−Ｉｄ１なる式を用いて計算されることになる。
【０２１２】
その後、図７のＳ２５０に移行する。Ｓ２００の次回の実行に備えて、電流指令値Ｉｄの前回値Ｉｄ１が今回値Ｉｄ２と等しくなるように更新される。その後、Ｓ２６０において、Ｓ２３０の次回の実行に備えて、前回電流ｉａが今回電流ｉｂと等しくなるように更新される。続いて、Ｓ２００に戻り、電流指令値Ｉｄの今回値Ｉｄ２が、最新の刻み幅ΔＩとの加算によって計算される。
【０２１３】
今回は、今回電流ｉｂが前回電流ｉａと実質的に等しい（両者の差が許容値以下である）と仮定すると、Ｓ２３０の判定もＳ２７０の判定もＮＯとなり、今回の探索サイクルが終了する。その後、Ｓ２９０において、Ｓ１００の次回の実行に備えて、初期値Ｉ０が電流指令値Ｉｄの今回値Ｉｄ２と等しくなるように設定される。
【０２１４】
その後、Ｓ３００において、探索サイクルを再開するための条件が成立したか否かが判定される。
【０２１５】
例えば、前回の探索サイクルの終了時から設定時間が経過するまでは次回の探索サイクルを開始しない場合には、このＳ３００においては、前回の探索サイクルの終了時から設定時間が経過したか否かが判定される。また、充電電流Ｉｃの現在値が、前回の探索サイクルの終了時における値より許容値以上変化したときに、次回の探索サイクルが開始される場合には、このＳ３００においては、充電電流Ｉｃの現在値が、前回の探索サイクルの終了時における値より許容値以上変化したか否かが判定される。
【０２１６】
いずれにしても、探索サイクルを再開するための条件が成立した場合には、Ｓ３００の判定がＹＥＳとなり、Ｓ１００に戻り、新たな探索サイクルが開始される。
【０２１７】
本実施形態においては、指令値決定プログラムの実行が、初期値Ｉ０が０（Ａ）である状態で開始されると、その実行の進行につれて、太陽電池１２の動作点、すなわち、図２に示すグラフ上におけるプロット点が点Ｅから点Ｂに移動し、さらに点Ｂから点Ａに移動して最適化されることになる。
【０２１８】
本実施形態においては、太陽電池１２の出力電流Ｉｓの最適化制御が、電流指令値Ｉｄが０である状態から開始されるが、これは、その最適化制御が太陽電池１２の出力電圧Ｖｓが高い領域において行われる傾向が強くなることを意味する。一方、充電装置１０の動作に必要な電力は、太陽電池１２から供給される。
【０２１９】
したがって、本実施形態によれば、太陽電池１２の高電圧を利用して充電装置１０を効果的に動作させることが可能となる。
【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、スイッチ制御回路８４が前記（１）項における「デューティ比制御部」の一例を構成し、Ａ−Ｄコンバータ５６、コントローラ６０およびＤ−Ａコンバータ８２が互いに共同して同項における「指令値供給部」の一例を構成しているのである。
【０２２１】
さらに、本実施形態においては、コントローラ６０のうち、図７におけるＳ２３０、Ｓ２４０、Ｓ２７０およびＳ２８０を実行する部分が前記（５）項における「第１決定部」の一例を構成し、コントローラ６０のうち、同図におけるＳ２００を実行する部分が同項における「第２決定部」の一例を構成しているのである。
【０２２２】
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、指令値決定に関するソフトウエア構成が異なるのみで、他のソフトウエア構成およびハードウエ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。
【０２２３】
第１実施形態においては、キャパシタ１４の充電電流Ｉｃが実質的に極大化するように太陽電池１２の出力電流Ｉｓの指令値Ｉｄが離散的に変更されることにより、その出力電流Ｉｓの最適値が探索的に決定される。
【０２２４】
これに対し、本実施形態においては、キャパシタ１４の充電電流Ｉｃが実質的に極大化するように太陽電池１２の出力電圧Ｖｓの指令値Ｖｄが離散的に変更されることにより、その出力電圧Ｖｓの最適値が探索的に決定される。
【０２２５】
図１０には、本実施形態に従う充電装置２００が図１と同様にして示されている。図１０に示す充電装置２００は、ハードウエア構成に関しては、図１に示す充電装置１０と共通する要素が多く、異なるのは、太陽電池１２の発電状態を監視するための要素のみである。
【０２２６】
具体的には、充電装置２００においては、太陽電池１２の出力電圧Ｖｓを検出する出力電圧検出回路２０２が、図１に示す出力電流検出回路５７に代えて設けられている。その出力電圧検出回路２０２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と、差動アンプ８７の一方の入力端子とに接続されている。本実施形態においては、その出力電圧検出回路２０２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。
【０２２７】
図１０に示すコントローラ６０は、図１に示すコントローラ６０とは異なり、太陽電池１２の出力電圧Ｖｓの指令値を決定し、その決定された指令値（電圧指令値）Ｖｄを表すデジタル信号をＤ−Ａコンバータ８２に出力する。そのＤ−Ａコンバータ８２は、その電圧指令値Ｖｄを表すアナログ信号を差動アンプ８７の他の入力端子に出力する。
【０２２８】
その差動アンプ８７は、太陽電池１２の出力電圧ＶｓとＤ−Ａコンバータ８２の出力電圧（コントローラ６０から出力される、太陽電池１２の出力電圧Ｖｓの指令値Ｖｄを表す電圧）との差に比例した電圧を出力する。この差動アンプ８７は、電圧指令値Ｖｄと太陽電池１２の出力電圧Ｖｓとが互いに一致するように動作する。
【０２２９】
図１１には、図１０に示すコントローラ６０のコンピュータ７０によって実行される指令値決定プログラムがフローチャートで概念的に表されている。その指令値決定プログラムはＲＯＭ７４に記憶されている。
【０２３０】
以下、図１１を参照しつつ、この指令値決定プログラムを説明する。ただし、この指令値決定プログラムは、図７に示す指令値決定プログラムに対し、出力電流Ｉｓが出力電圧Ｖｓに置換されている点と、電流指令値Ｉｄが電圧指令値Ｖｄに置換されている点とにおいて異なるのみであるため、共通するステップについては、簡単に説明する。
【０２３１】
この指令値決定プログラムがＣＰＵ７２によって実行されると、まず、Ｓ５００において、Ｓ１００に準じて、電圧指令値Ｖｄの今回値Ｖｄ１が初期値Ｖ０として設定される。
【０２３２】
充電装置２００も、充電装置１０と同様に、太陽電池１２から電力が供給されて動作するようになっている。そのため、初期値Ｖ０が０に近すぎると、太陽電池１２によって充電装置２００を効果的に動作させることが困難となる。したがって、初期値Ｖ０は、０（Ｖ）ではなく、太陽電池１２の最大出力電圧と、１／２程度から１／４程度までの範囲内の値との積と等しくなるように設定することが望ましい。
【０２３３】
次に、Ｓ５１０において、Ｓ１１０と同様に、前記待ち時間Ｔｆが経過するのが待たれる。続いて、Ｓ５２０において、Ｓ１２０と同様に、充電電流検出回路５０を介して、キャパシタ１４の充電電流Ｉｃの現在値が前回電流ｉａとして計測される。その後、Ｓ５３０において、Ｓ１３０に準じて、電圧指令値Ｖｄの刻み幅ΔＶの今回値が初期値ΔＶ０（今回は、デフォールト値に等しい）と等しくなるように設定される。
【０２３４】
その後、Ｓ６００において、Ｓ２００に準じて、電圧指令値Ｖｄの今回値Ｖｄ１が刻み幅ΔＶの今回値（今回は、初期値ΔＶ０に等しい）だけ増加するように更新される。続いて、Ｓ６１０において、Ｓ２１０と同様に、前記待ち時間Ｔｆが経過するのが待たれる。その後、Ｓ６２０において、Ｓ２２０と同様に、充電電流検出回路５０を介して、キャパシタ１４の充電電流Ｉｃの現在値が今回電流ｉｂとして計測される。
【０２３５】
続いて、Ｓ６３０において、Ｓ２３０と同様に、今回電流ｉｂが前回電流ｉａより少ないか否かが判定される。今回は、今回電流ｉｂが前回電流ｉａより少ないと仮定すれば、Ｓ６３０の判定がＹＥＳとなり、Ｓ６４０において、Ｓ２４０に準じて、電圧指令値Ｖｄの今回値Ｖｄ２から前回値Ｖｄ１を引き算した値に「−２」を掛け算することにより、刻み幅ΔＶの次回値が計算される。
【０２３６】
その後、Ｓ６５０において、Ｓ２５０に準じて、Ｓ６００の次回の実行に備えて、電圧指令値Ｖｄの前回値Ｖｄ１が今回値Ｖｄ２と等しくなるように更新される。その後、Ｓ６６０において、Ｓ２６０と同様に、Ｓ６３０の次回の実行に備えて、前回電流ｉａが今回電流ｉｂと等しくなるように更新される。続いて、Ｓ６００に戻り、電圧指令値Ｖｄの今回値Ｖｄ２が、最新の刻み幅ΔＶとの加算によって計算される。
【０２３７】
これに対し、今回は、今回電流ｉｂが前回電流ｉａより多いと仮定すると、Ｓ６３０の判定がＮＯとなり、Ｓ６７０において、Ｓ２７０と同様に、今回電流ｉｂが前回電流ｉａより多いか否かが判定される。このＳ６７０の判定は、上記の仮定により、ＹＥＳとなり、Ｓ６８０に移行する。
【０２３８】
このＳ６８０においては、Ｓ２８０に準じて、電圧指令値Ｖｄの今回値Ｖｄ２から前回値Ｖｄ１を引き算した値と等しくなるように、刻み幅ΔＶの次回値が計算される。その後、Ｓ６５０に移行する。
【０２３９】
今回は、今回電流ｉｂが前回電流ｉａと実質的に等しい（両者の差が許容値以下である）と仮定すると、Ｓ６３０の判定もＳ６７０の判定もＮＯとなり、今回の探索サイクルが終了する。その後、Ｓ６９０において、Ｓ２９０に準じて、Ｓ５００の次回の実行に備えて、初期値Ｖ０が電圧指令値Ｖｄの今回値Ｖｄ２と等しくなるように設定される。
【０２４０】
その後、Ｓ７００において、Ｓ３００と同様に、探索サイクルを再開するための条件が成立したか否かが判定される。探索サイクルを再開するための条件が成立した場合には、Ｓ７００の判定がＹＥＳとなり、Ｓ５００に戻り、新たな探索サイクルが開始される。
【０２４１】
本実施形態においては、指令値決定プログラムの実行が、初期値Ｖ０が０（Ｖ）である状態で開始されると、その実行の進行につれて、太陽電池１２の動作点、すなわち、図２に示すグラフ上におけるプロット点が点Ｄから点Ｃに移動し、さらに点Ｃから点Ａに移動して最適化されることになる。
【０２４２】
本実施形態においては、そのような最適化制御が、電圧指令値Ｖｄが０に近い値である状態から開始されるが、これは、その最適化制御が、太陽電池１２の出力電流Ｉｓが大きい領域において行われる傾向が強くなることを意味する。
【０２４３】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、スイッチ制御回路８４が前記（１０）項における「デューティ比制御部」の一例を構成し、Ａ−Ｄコンバータ５６、コントローラ６０およびＤ−Ａコンバータ８２が互いに共同して同項における「指令値供給部」の一例を構成しているのである。
【０２４４】
さらに、本実施形態においては、コントローラ６０のうち、図１１におけるＳ６３０、Ｓ６４０、Ｓ６７０およびＳ６８０を実行する部分が前記（１２）項における「第１決定部」の一例を構成し、コントローラ６０のうち、同図におけるＳ６００を実行する部分が同項における「第２決定部」の一例を構成しているのである。
【０２４５】
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、指令値決定に関するソフトウエア構成が異なるのみで、他のソフトウエア構成およびハードウエ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。
【０２４６】
一般に、スイッチングレギュレータ３２においては、スイッチ４０のデューティ比が１００％、すなわち、一回のスイッチング周期においてスイッチ４０がオンし続ける場合には、スイッチングレギュレータ３２の電力変換作用（コイル４２のインダクタンスのもと、充電装置１０の回路に流れる電流変化に起因してその回路に起電力が誘起される現象）が行われなくなる。
【０２４７】
第１実施形態においては、日射量に応じた太陽電池１２の発電能力を超えてその太陽電池１２から出力エネルギーを取り出すようにスイッチ４０を制御すること、すなわち、太陽電池１２の出力電流Ｉｓをその太陽電池１２の実際の発電能力以上に大きくするようにスイッチ４０を制御することが行われると、そのスイッチ４０のデューティ比が１００％になる。
【０２４８】
スイッチングレギュレータ３２の電力変換作用が行われなくなると、太陽電池１２とキャパシタ１６との間で電流も電圧も互い等しくなり、その結果、キャパシタ１４の充電電流Ｉｃが実質的に極大化するための最適値に太陽電池１２の出力電流Ｉｓも出力電圧Ｖｓも制御することができない。
【０２４９】
換言するに、太陽電池１２の出力電流Ｉｓとキャパシタ１４の充電電流Ｉｃとが互いに等しくなったことを検出すれば、スイッチ４０のデューティ比が１００％になり、制御不能である状態を検出することができる。
【０２５０】
第１実施形態においては、太陽電池１２の出力電流Ｉｓを表す信号がコントローラ６０に入力されていない。そのため、出力電流Ｉｓと充電電流Ｉｃとを直接的に互いに比較することはできない。
【０２５１】
しかしながら、キャパシタ１４の充電電流Ｉｃが太陽電池１２への電流指令値Ｉｄより小さくなったことを検出することにより、スイッチ４０のデューティ比が１００％になったことを検出することができる。以下、その理由を具体的に説明する。
【０２５２】
電流指令値Ｉｄが０から徐々に増加すると、出力電流Ｉｓも増加する。その間、それら電流指令値Ｉｄと出力電流Ｉｓとは互いに一致する。出力電流Ｉｓの増加につれて、キャパシタ１４の充電電流Ｉｃも増加する。その間、スイッチ４０のデューティ比も増加する。
【０２５３】
電流指令値Ｉｄがさらに増加すると、やがて、スイッチ４０のデューティ比が１００％に達する。そのとき、出力電流Ｉｓと充電電流Ｉｃとが互いに一致し、スイッチ４０のデューティ比が１００％であるときにおける出力電流Ｉｓおよび充電電流Ｉｃをいずれも最大電流Ｉｍａｘとして表す。
【０２５４】
出力電流Ｉｓも充電電流Ｉｃも最大電流Ｉｍａｘを超えることができないため、電流指令値Ｉｄが最大電流Ｉｍａｘより大きい値として決定された場合には、電流指令値Ｉｄが最大電流Ｉｍａｘすなわち出力電流Ｉｓの実際値および充電電流Ｉｃの実際値より大きい状態が実現される。
【０２５５】
したがって、キャパシタ１４の充電電流Ｉｃが電流指令値Ｉｄより小さいことを検出することにより、スイッチ４０のデューティ比が１００％に達したことを検出することができる。
【０２５６】
一方、スイッチングレギュレータ３２の電力変換作用は、太陽電池１２の出力電流Ｉｓとキャパシタ１４の充電電流Ｉｃとの差である電流差が小さいほど、小さい。すなわち、その電流差が小さいほど、スイッチングレギュレータ３２の電力変換作用がそれの限界に近づいているからである。
【０２５７】
以上説明した知見に基づき、本実施形態に従う充電装置１０においては、各回のサブサイクルにおいて、前回のサブサイクルにおける太陽電池１２の出力電流Ｉｓとキャパシタ１４の充電電流Ｉｃとの差である電流差が小さいほど減少するように、電流指令値Ｉｄの刻み幅ΔＩの大きさが決定される。
【０２５８】
したがって、この充電装置１０によれば、スイッチ４０がオンし続けることに起因してスイッチングレギュレータ３２の電力変換作用が行われなくなり、その結果、太陽電池１２の出力電流Ｉｓもキャパシタ１４の充電電流Ｉｃも最適化されないという事態の発生を回避し得る。
【０２５９】
図１２には、図１に示すコントローラ６０のコンピュータ７０によって実行される指令値決定プログラムがフローチャートで概念的に表されている。その指令値決定プログラムはＲＯＭ７４に記憶されている。
【０２６０】
以下、図１２を参照しつつ、この指令値決定プログラムを説明する。ただし、この指令値決定プログラムは、図７に示す指令値決定プログラムと共通するステップについては、同一のステップ番号を使用して引用することにより、簡単に説明する。
【０２６１】
この指令値決定プログラムがＣＰＵ７２によって実行されると、まず、Ｓ１００において、電流指令値Ｉｄの今回値Ｉｄ１が初期値Ｉ０として設定される。次に、Ｓ１１０において、前記待ち時間Ｔｆが経過するのが待たれる。
【０２６２】
続いて、Ｓ１２０において、充電電流検出回路５０を介して、キャパシタ１４の充電電流Ｉｃの現在値が前回電流ｉａとして計測される。その後、Ｓ１３０において、電流指令値Ｉｄの刻み幅ΔＩの今回値が初期値ΔＩ０（今回は、デフォールト値に等しい）と等しくなるように設定される。
【０２６３】
その後、Ｓ２００において、電流指令値Ｉｄの今回値Ｉｄ１が刻み幅ΔＩの今回値（今回は、初期値ΔＩ０に等しい）だけ増加するように更新され、それが今回値Ｉｄ２とされる。続いて、Ｓ２１０において、前記待ち時間Ｔｆが経過するのが待たれる。その後、Ｓ２２０において、充電電流検出回路５０を介して、キャパシタ１４の充電電流Ｉｃの現在値が今回電流ｉｂとして計測される。
【０２６４】
続いて、Ｓ２２１において、前回電流ｉａと前回値Ｉｄ１との差である前回電流差の絶対値が基準値Ａより大きいか否かが判定される。今回は、その前回電流差の絶対値が基準値Ａより大きくはないと仮定すると、このＳ２２１の判定がＮＯとなり、Ｓ２２２に移行する。
【０２６５】
このＳ２２２においては、今回電流ｉｂと今回値Ｉｄ２との差である今回電流差の絶対値が基準値Ａより大きいか否かが判定される。今回は、その今回電流差の絶対値が基準値Ａより大きくはないと仮定すると、このＳ２２２の判定がＮＯとなり、Ｓ２２３に移行する。
【０２６６】
このＳ２２３においては、後に詳述する係数Ｋが係数Ｋ１として設定される。これに対し、前回電流差と今回電流差とのいずれかでも基準値Ａより大きいために、Ｓ２２１の判定がＹＥＳであるかまたはＳ２２１の判定はＮＯであるがＳ２２２の判定がＹＥＳである場合には、Ｓ２２４において、係数Ｋが、係数Ｋ１より大きい係数Ｋ０として設定される。係数Ｋ０は「１」、係数Ｋ１は「１」より小さい数値（例えば、係数Ｋ０の１０分の１）に設定することが可能である。
【０２６７】
続いて、Ｓ２３０において、今回電流ｉｂが前回電流ｉａより少ないか否かが判定される。今回は、今回電流ｉｂが前回電流ｉａより少ないと仮定すれば、Ｓ２３０の判定がＹＥＳとなり、Ｓ２４１において、電流指令値Ｉｄの今回値Ｉｄ２から前回値Ｉｄ１を引き算した値に（−２）と係数Ｋとの積を掛け算することにより、刻み幅ΔＩの次回値が計算される。
【０２６８】
したがって、本実施形態によれば、前回電流差および今回電流差が小さいほど、刻み幅ΔＩの絶対値が減少するように、刻み幅ΔＩが計算される。
【０２６９】
その後、Ｓ２５０において、Ｓ２００の次回の実行に備えて、電流指令値Ｉｄの前回値Ｉｄ１が今回値Ｉｄ２と等しくなるように更新される。その後、Ｓ２６０において、Ｓ２３０の次回の実行に備えて、前回電流ｉａが今回電流ｉｂと等しくなるように更新される。続いて、Ｓ２００に戻り、電流指令値Ｉｄの今回値Ｉｄ２が、最新の刻み幅ΔＩとの加算によって計算される。
【０２７０】
これに対し、今回は、今回電流ｉｂが前回電流ｉａより多いと仮定すると、Ｓ２３０の判定がＮＯとなり、Ｓ２７０において、今回電流ｉｂが前回電流ｉａより多いか否かが判定される。このＳ２７０の判定は、上記の仮定により、ＹＥＳとなり、Ｓ２８１に移行する。
【０２７１】
このＳ２８１においては、電流指令値Ｉｄの今回値Ｉｄ２から前回値Ｉｄ１を引き算した値と係数Ｋとの積と等しくなるように、刻み幅ΔＩの次回値が計算される。その後、Ｓ２５０に移行する。
【０２７２】
したがって、本実施形態によれば、前回電流差および今回電流差が小さいほど、刻み幅ΔＩの絶対値が減少するように、刻み幅ΔＩが計算される。
【０２７３】
今回は、今回電流ｉｂが前回電流ｉａと実質的に等しい（両者の差が許容値以下である）と仮定すると、Ｓ２３０の判定も２６７０の判定もＮＯとなり、今回の探索サイクルが終了する。その後、Ｓ２９０において、Ｓ１００の次回の実行に備えて、初期値Ｉ０が電流指令値Ｉｄの今回値Ｉｄ２と等しくなるように設定される。
【０２７４】
その後、Ｓ３００において、探索サイクルを再開するための条件が成立したか否かが判定される。探索サイクルを再開するための条件が成立した場合には、Ｓ７００の判定がＹＥＳとなり、Ｓ１００に戻り、新たな探索サイクルが開始される。
【０２７５】
図１３には、一回の探索サイクル中に、係数Ｋが時間と共に変化する様子の一例がグラフで表されている。この例においては、一回の探索サイクルが開始されると、係数Ｋが、まず、粗い刻み幅ΔＩを設定するための係数Ｋ０（例えば、「１」）に設定される。この例においては、この係数Ｋ０を用いて複数回のサブサイクルが反復された後、前記電流差が基準値Ａより小さくなったため、係数Ｋが、細かい刻み幅ΔＩを設定するための係数Ｋ１（例えば、「０．１」）に変更される。
【０２７６】
なお付言するに、本実施形態においては、刻み幅ΔＩの次回値が、電流指令値Ｉｄの今回値Ｉｄ２と前回値Ｉｄ１とから推定された値に前記電流差に応じた係数を掛け算することによって計算されるが、電流差のみに応じて変化するように決定することが可能である。
【０２７７】
例えば、候補刻み幅ΔＩＬとそれより細かい候補刻み幅ΔＩＳとを予め設定し、前記電流差が基準値Ａより大きい場合には、粗い候補刻み幅ΔＩＬを刻み幅ΔＩとして決定する一方、電流差が基準値Ａより大きくない場合には、細かい候補刻み幅ΔＩＳを刻み幅ΔＩとして決定する態様で本発明を実施することが可能である。
【０２７８】
この態様は、候補刻み幅ΔＩＬおよびΔＩＳをそれぞれ、例えば、太陽電池１２の最大出力電流の１０％および１％に設定して実施することが可能である。この場合には、粗い候補刻み幅ΔＩＬによるサブサイクルが１０回程度反復された後に、細かい刻み幅ΔＩＳによるサブサイクルが１０回程度反復され、その結果、キャパシタ１４の充電電流Ｉｃの実際値が、真の極大値に対する１％の誤差範囲で、最適値に到達する可能性がある。
【０２７９】
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のうち、図１２におけるＳ２２１ないしＳ２２４、Ｓ２３０、Ｓ２４１、Ｓ２７０およびＳ２８１を実行する部分が前記（８）項における「第２の刻み幅決定部」の一例を構成しているのである。
【０２８０】
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、指令値決定に関するソフトウエア構成が異なるのみで、他のソフトウエア構成およびハードウエ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。
【０２８１】
第１実施形態においては、一回の探索サイクル中に刻み幅ΔＩの絶対値が変化しない。すなわち、キャパシタ１４の充電電流Ｉｃの実際値が、最適値である極大値に接近し始めたばかりであるのか（太陽電池１２の出力電流Ｉｓの最適化制御の開始当初であるのか）極大値にもうすぐ到達するのか（最適化制御の終了間際であるのか）にかかわらず、同じ絶対値を有する刻み幅ΔＩを用いて電流指令値Ｉｄが決定されるのである。
【０２８２】
ところで、一回の探索サイクル中に刻み幅ΔＩの絶対値が変化しない環境において、その刻み幅ΔＩの絶対値を大きな値に設定すると、充電電流Ｉｃの実際値が最適値に接近するのに必要な時間が短縮され、それにより、最適化制御の高速化が容易となるという利点が得られる。しかしながら、その反面、刻み幅ΔＩが粗いため、充電電流Ｉｃの実際値を真の最適値に十分に精度よく一致させることが困難となる可能性が増加するという欠点が生じる可能性がある。
【０２８３】
これに対し、刻み幅ΔＩの絶対値を小さな値に設定すると、刻み幅ΔＩが細かいため、充電電流Ｉｃの実際値を真の最適値に十分に精度よく一致させることが容易となるという利点が得られる。しかしながら、その反面、刻み幅ΔＩが細かいため、充電電流Ｉｃの実際値が最適値に接近するのに必要な時間が長くなり、それにより、最適化制御の高速化が困難となるという欠点が生じる可能性がある。
【０２８４】
一方、一回の探索サイクル中には、図２に示すように、太陽電池１２の出力電力がそれの極大値に接近するにつれて、太陽電池１２の出力電流Ｉｓに対する出力電圧Ｖｓの変化率が増加する。
【０２８５】
このことは、キャパシタ１４の充電電力がそれの極大値に接近するにつれて、太陽電池１２の出力電流Ｉｓに対する充電電流Ｉｃの変化率である電流変化率が増加することを意味する。このことは、一回のサブサイクル中にはキャパシタ１４の充電電圧Ｖｃがほぼ一定であることに着目すれば、キャパシタ１４の充電電流Ｉｃがそれの極大値に接近するにつれて、上記電流変化率が増加することを意味する。
【０２８６】
一方、キャパシタ１４の充電電流Ｉｃがそれの極大値から離れている期間中には、太陽電池１２の出力電流Ｉｓを粗い刻み幅ΔＩで離散的に変化させることを反復させる一方、キャパシタ１４の充電電流Ｉｃがそれの極大値に十分に近い期間中には、太陽電池１２の出力電流Ｉｓを細かい刻み幅ΔＩで離散的に変化させることを反復させることが、出力電流Ｉｓの最適化制御の高速化と高精度化とを両立させるために望ましい。
【０２８７】
以上説明した知見に鑑み、本実施形態においては、上記電流変化率が小さい期間中には、太陽電池１２の出力電流Ｉｓを粗い刻み幅ΔＩで離散的に変化させることを反復させられる一方、上記電流変化率が大きい期間期間中には、太陽電池１２の出力電流Ｉｓを細かい刻み幅ΔＩで離散的に変化させることを反復させられる。
【０２８８】
図１４には、図１に示すコントローラ６０のコンピュータ７０によって実行される指令値決定プログラムがフローチャートで概念的に表されている。その指令値決定プログラムはＲＯＭ７４に記憶されている。
【０２８９】
以下、図１４を参照しつつ、この指令値決定プログラムを説明する。ただし、この指令値決定プログラムは、図７に示す指令値決定プログラムと共通するステップについては、同一のステップ番号を使用して引用することにより、簡単に説明する。
【０２９０】
この指令値決定プログラムがＣＰＵ７２によって実行されると、まず、Ｓ１００において、電流指令値Ｉｄの今回値Ｉｄ１が初期値Ｉ０として設定される。次に、Ｓ１１０において、待ち時間Ｔｆが経過するのが待たれる。続いて、Ｓ１２０において、充電電流検出回路５０を介して、キャパシタ１４の充電電流Ｉｃの現在値が前回電流ｉａとして計測される。その後、Ｓ１３０において、電流指令値Ｉｄの刻み幅ΔＩの今回値が初期値ΔＩ０（今回は、デフォールト値に等しい）と等しくなるように設定される。
【０２９１】
その後、Ｓ２００において、電流指令値Ｉｄの今回値Ｉｄ１が刻み幅ΔＩの今回値（今回は、初期値ΔＩ０に等しい）だけ増加するように更新され、それが今回値Ｉｄ２とされる。続いて、Ｓ２１０において、前記待ち時間Ｔｆが経過するのが待たれる。その後、Ｓ２２０において、充電電流検出回路５０を介して、キャパシタ１４の充電電流Ｉｃの現在値が今回電流ｉｂとして計測される。
【０２９２】
続いて、Ｓ２２５において、出力電流Ｉｓに対する充電電流Ｉｃの変化率が電流変化率γとして計算される。その電流変化率γは、例えば、充電電流Ｉｃの変化量（＝今回電流ｉｂ−前回電流ｉａ）を、電流指令値Ｉｄの変化量（＝今回値Ｉｄ２−前回値Ｉｄ１）で割り算することによって計算される。
【０２９３】
その後、Ｓ２２７において、その計算された電流変化率γに応じて刻み幅ΔＩの今回値が決定される。具体的には、電流変化率γに応じて刻み幅ΔＩが減少するように両者の関係を定義するためのデータ（例えば、関数式、テーブル等）がＲＯＭ７４に予め記憶されており、データを参照することにより、電流変化率γの今回値に応じた刻み幅ΔＩの今回値が決定される。
【０２９４】
図１５には、それら電流変化率γと刻み幅ΔＩとの関係の一例がグラフで表されている。この例においては、電流変化率γが０および基準値γ０の範囲内においては、刻み幅ΔＩが前記初期値ΔＩ０と等しくなるように決定される。電流変化率γが基準値γ０から増加するにつれて、刻み幅ΔＩは、初期値ΔＩ０から減少するように決定される。その刻み幅ΔＩは、最小値ΔＩｍｉｎに到達した後には、電流変化率γの増加にかかわらず、最小値ΔＩｍｉｎに維持される。その結果、刻み幅ΔＩは、初期値ΔＩ０と、０より大きい最小値ΔＩｍｉｎとの間において変化させられることになる。
【０２９５】
続いて、Ｓ２３０において、今回電流ｉｂが前回電流ｉａより少ないか否かが判定される。今回は、今回電流ｉｂが前回電流ｉａより少ないと仮定すれば、Ｓ２３０の判定がＹＥＳとなり、Ｓ２４２において、刻み幅ΔＩの次回値が、Ｓ２２７において決定された刻み幅ΔＩと絶対値は等しいは符号は逆であるように決定される。すなわち、このＳ２４２においては、Ｓ２２７において決定された刻み幅ΔＩの符号が反転されることにより、刻み幅ΔＩの次回値が決定されるのである。
【０２９６】
その後、Ｓ２５０において、Ｓ２００の次回の実行に備えて、電流指令値Ｉｄの前回値Ｉｄ１が今回値Ｉｄ２と等しくなるように更新される。その後、Ｓ２６０において、Ｓ２３０の次回の実行に備えて、前回電流ｉａが今回電流ｉｂと等しくなるように更新される。続いて、Ｓ２００に戻り、電流指令値Ｉｄの今回値Ｉｄ２が、最新の刻み幅ΔＩとの加算によって計算される。
【０２９７】
これに対し、今回は、今回電流ｉｂが前回電流ｉａより多いと仮定すると、Ｓ２３０の判定がＮＯとなり、Ｓ２７０において、今回電流ｉｂが前回電流ｉａより多いか否かが判定される。このＳ２７０の判定は、上記の仮定により、ＹＥＳとなり、Ｓ２８２に移行する。
【０２９８】
このＳ２８２においては、刻み幅ΔＩの次回値が、Ｓ２２７において決定された刻み幅ΔＩと絶対値も符号も等しくなるように決定される。すなわち、このＳ２８２においては、Ｓ２２７において決定された刻み幅ΔＩがそのまま、刻み幅ΔＩの次回値として決定されるのである。その後、Ｓ２５０に移行する。
【０２９９】
今回は、今回電流ｉｂが前回電流ｉａと実質的に等しい（両者の差が許容値以下である）と仮定すると、Ｓ２３０の判定もＳ２７０の判定もＮＯとなり、今回の探索サイクルが終了する。その後、Ｓ２９０において、Ｓ１００の次回の実行に備えて、初期値Ｉ０が電流指令値Ｉｄの今回値Ｉｄ２と等しくなるように設定される。
【０３００】
その後、Ｓ３００において、探索サイクルを再開するための条件が成立したか否かが判定される。探索サイクルを再開するための条件が成立した場合には、Ｓ７００の判定がＹＥＳとなり、Ｓ１００に戻り、新たな探索サイクルが開始される。
【０３０１】
図１６の（ａ）および（ｂ）には、太陽電池１２が受ける日照量が多い場合と少ない場合とについてそれぞれ、太陽電池１２の特性がグラフで表されている。いずれの場合にも、太陽電池１２の出力電力がそれの極大値に接近するにつれて、太陽電池１２の出力電流Ｉｓに対する出力電圧Ｖｓの変化率が増加する。図１６の（ａ）および （ｂ）から明らかなように、太陽電池１２が受ける日照量に応じて、太陽電池１２の出力電流Ｉｓの最適値が異なり、一般に、日照量が少ないほど、最適値が減少する。
【０３０２】
そのため、出力電流Ｉｓの制御到達度に応じて刻み幅ΔＩを変化させるにしても、刻み幅ΔＩの変化パターンを日照量に依存させない場合には、図１６の（ａ）および（ｂ）から明らかなように、例えば、日照量が多い場合には、出力電流Ｉｓの制御が真の最適値の近傍において細かい刻み幅ΔＩで行われるが、日照量が少ない場合には、出力電流Ｉｓの制御が真の最適値の近傍において細かい刻み幅ΔＩでは行われない可能性がある。
【０３０３】
これに対し、本実施形態によれば、前記電流変化率に応じて刻み幅ΔＩを変化させるため、その刻み幅ΔＩの変化パターンが日照量を反映するように行われることとなる。その結果、日照量の如何を問わず、細かい刻み幅ΔＩでの出力電流Ｉｓの制御が真の最適値の近傍において行われることが保証される。
【０３０４】
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のうち、図１４におけるＳ２２５、Ｓ２２７、Ｓ２３０、Ｓ２４２、Ｓ２７０およびＳ２８２を実行する部分が前記（７）項における「第１の刻み幅決定部」の一例を構成しているのである。
【０３０５】
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、指令値決定に関するソフトウエア構成が異なるのみで、他のソフトウエア構成およびハードウエ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。
【０３０６】
第１実施形態においては、太陽電池１２の出力電圧Ｖｓの如何を問わず、太陽電池１２の出力電流Ｉｓの離散的変更によってキャパシタ１４の充電電流Ｉｃの極大化が行われる。
【０３０７】
これに対し、本実施形態においては、太陽電池１２の出力電圧Ｖｓが基準値Ｖ０より高い場合には、出力電流Ｉｓの指令値Ｉｄを離散的に変更することを反復する電流変更型制御が行われる一方、出力電圧Ｖｓが基準値Ｖ０より高くはない場合には、出力電圧Ｉｓの指令値Ｉｄを離散的に変更することを反復する電圧変更型制御が行われる。
【０３０８】
図１７には、本実施形態に従う充電装置３００が図１と同様にして示されている。この充電装置３００は、図１に示す充電装置１０と基本的な構成が共通している。充電装置１０と異なるのは、充電装置３００が、図１０に示す充電装置２００と同様に、出力電圧検出回路２０２を有する点である。
【０３０９】
図１７に示すように、充電装置３００においては、出力電流検出回路５７の出力端子と、出力電圧検出回路２０２の出力端子とが、セレクタスイッチ３１０を介して、差動アンプ８７の２個の入力端子の一方に電気的に接続されている。
【０３１０】
セレクタスイッチ３１０には、コントローラ６０からの指令信号がＤ−Ａコンバータ８２を介して供給される。セレクタスイッチ３１０は、その指令信号に従い、出力電流検出回路５７を差動アンプ８７に接続する一方、出力電圧検出回路２０２を差動アンプ８７から遮断する電流検出状態と、出力電圧検出回路２０２を差動アンプ８７に接続する一方、出力電流検出回路５７を差動アンプ８７から遮断する電圧検出状態とに択一的に切り換わる。
【０３１１】
図１７に示すように、充電装置３００においては、出力電圧検出回路２０２の出力端子が、Ａ−Ｄコンバータ５６を介してコントローラ６０に電気的に接続されている。
【０３１２】
図１８には、図１に示すコントローラ６０のコンピュータ７０によって実行される指令値決定プログラムがフローチャートで概念的に表されている。その指令値決定プログラムはＲＯＭ７４に記憶されている。
【０３１３】
図１８に示す指令値決定プログラムが実行されると、まず、Ｓ１０００において、出力電圧検出回路２０２の出力信号に基づき、出力電圧Ｖｓが検出される。次に、Ｓ１０１０において、その検出された出力電圧Ｖｓが前記基準値Ｖ０より高いか否かが判定される。今回は、出力電圧Ｖｓが基準値Ｖ０より高いと仮定すれば、このＳ１０１０の判定がＹＥＳとなり、Ｓ１０２０に移行する。
【０３１４】
このＳ１０２０においては、セレクタスイッチ３１０に対し、前記電流検出状態を実現するための指令信号が出力される。その後、Ｓ１０３０において、図７に示す指令値決定プログラムと共通するプログラムが一回の探索サイクルを実行するために実行される。それにより、電流変更型探索が実行される。続いて、この電流変更型探索による一回の探索サイクルが終了すると、Ｓ１０００に戻る。
【０３１５】
これに対し、今回は、出力電圧Ｖｓが基準値Ｖ０より高くはないと仮定すれば、Ｓ１０１０の判定がＮＯとなり、Ｓ１０４０に移行する。
【０３１６】
このＳ１０４０においては、セレクタスイッチ３１０に対し、前記電圧検出状態を実現するための指令信号が出力される。その後、Ｓ１０５０において、図１１に示す指令値決定プログラムと共通するプログラムが一回の探索サイクルを実行するために実行される。それにより、電圧変更型探索が実行される。続いて、この電圧変更型探索による一回の探索サイクルが終了すると、Ｓ１０００に戻る。
【０３１７】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、スイッチ制御回路８４およびセレクタスイッチ３０２が互いに共同して前記（１３）項における「デューティ比制御部」の一例を構成し、Ａ−Ｄコンバータ５６、コントローラ６０およびＤ−Ａコンバータ８２が互いに共同して同項における「指令値供給部」の一例を構成しているのである。
【０３１８】
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】
【０３１９】
【図１】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１における太陽電池の特性を表すグラフである。
【図３】図１におけるフィルタの２つの具体例を概念的に表す電気回路図である。
【図４】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５】図１における三角波源とスイッチと電気二重層キャパシタとのそれぞれの動作を説明するためのタイムチャートである。
【図６】図１に示す充電装置におけるスイッチング周期とサブサイクルと探索サイクルとをそれぞれ説明するためのタイムチャートである。
【図７】図４に示す指令値決定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１に示す充電装置における太陽電池の出力電流と電気二重層キャパシタの充電電流との関係を説明するためのグラフである。
【図９】図７におけるＳ２４０とＳ２８０とをそれぞれ説明するためのグラフである。
【図１０】本発明の第２実施形態に従う充電装置を示す電気回路図である。
【図１１】図１０におけるコントローラのコンピュータによって実行される指令値決定プログラムを概念的に表すフローチャートである。
【図１２】本発明の第３実施形態に従う充電装置のコントローラのコンピュータによって実行される指令値決定プログラムを概念的に表すフローチャートである。
【図１３】図１２におけるＳ２２１ないしＳ２２４を説明するためのグラフである。
【図１４】本発明の第３実施形態に従う充電装置のコントローラのコンピュータによって実行される指令値決定プログラムを概念的に表すフローチャートである。
【図１５】図１４におけるＳ２２７を説明するためのグラフである。
【図１６】図１４に示す指令値決定プログラムの実行によって決定される刻み幅ΔＩの時間的推移を日照量が多い場合と少ない場合とについてそれぞれ示すグラフである。
【図１７】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１８】図１７におけるコントローラのコンピュータによって実行される指令値決定プログラムを概念的に表すフローチャートである。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年2月17日(2006.2.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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太陽電池により、その太陽電池によって生成された電気エネルギーを蓄積するとともにその蓄積エネルギーの量に応じて電圧が変化する特性を有する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、
少なくともスイッチを有し、そのスイッチの可変のデューティ比に応じて、前記太陽電池から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降圧型のスイッチングレギュレータと、
前記太陽電池から前記スイッチングレギュレータを経て前記電気二重層キャパシタに出力される電流の実際値を実出力電流として検出する出力電流検出回路と、
それらスイッチングレギュレータと出力電流検出回路とに接続され、その出力電流検出回路による実出力電流の検出値が目標出力電流の指令値に一致するように、前記デューティ比を制御するデューティ比制御部と、
前記電気二重層キャパシタの電流をキャパシタ電流として検出するキャパシタ電流検出回路と、
それらデューティ比制御部とキャパシタ電流検出回路とに接続され、前記電気二重層キャパシタの電圧を参照することなく、前記目標出力電流の指令値を離散的に変更して前記デューティ比制御部に供給する指令値供給部と
を含み、
その指令値供給部は、各回の離散的変更に伴う前記キャパシタ電流の時間的変化の特性に基づき、そのキャパシタ電流が実質的に極大化するように前記目標出力電流の指令値を離散的に変更し、
その指令値供給部は、各回の探索サイクルごとに、前記指令値を刻み幅だけ離散的に変更するサブサイクルを反復することにより、前記キャパシタ電流が実質的に極大化するように前記目標出力電流の最適値を探索的に決定し、
前記サブサイクルの周期は、前記電気二重層キャパシタの蓄積エネルギーをＥ（Ｗｈ）、前記太陽電池の発電電力をＰ（Ｗ）、前記電気二重層キャパシタの充電電圧Ｖｃをその充電電圧Ｖｃの制御誤差ΔＶｃで割り算して取得される制御誤差率をγでそれぞれ表記する場合に、
（Ｅ／Ｐ）・γ
を用いて表される値を超えないように設定される充電装置。
【請求項２】
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と、
その太陽電池によって生成された電気エネルギーを蓄積するとともにその蓄積エネルギーの量に応じて電圧が変化する特性を有する電気二重層キャパシタと、
その電気二重層キャパシタを前記太陽電池によって充電するために、それら太陽電池と電気二重層キャパシタとに接続される充電装置と
を含む充電システムであって、
前記充電装置は、
少なくともスイッチを有し、そのスイッチの可変のデューティ比に応じて、前記太陽電池から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降圧型のスイッチングレギュレータと、
前記太陽電池から前記スイッチングレギュレータを経て前記電気二重層キャパシタに出力される電流の実際値を実出力電流として検出する出力電流検出回路と、
それらスイッチングレギュレータと出力電流検出回路とに接続され、その出力電流検出回路による実出力電流の検出値が目標出力電流の指令値に一致するように、前記デューティ比を制御するデューティ比制御部と、
前記電気二重層キャパシタの電流をキャパシタ電流として検出するキャパシタ電流検出回路と、
それらデューティ比制御部とキャパシタ電流検出回路とに接続され、前記電気二重層キャパシタの電圧を参照することなく、前記目標出力電流の指令値を離散的に変更して前記デューティ比制御部に供給する指令値供給部と
を含み、
その指令値供給部は、各回の離散的変更に伴う前記キャパシタ電流の時間的変化の特性に基づき、そのキャパシタ電流が実質的に極大化するように前記目標出力電流の指令値を離散的に変更し、
その指令値供給部は、各回の探索サイクルごとに、前記指令値を刻み幅だけ離散的に変更するサブサイクルを反復することにより、前記キャパシタ電流が実質的に極大化するように前記目標出力電流の最適値を探索的に決定し、
前記サブサイクルの周期は、前記電気二重層キャパシタの蓄積エネルギーをＥ（Ｗｈ）、前記太陽電池の発電電力をＰ（Ｗ）、前記電気二重層キャパシタの充電電圧Ｖｃをその充電電圧Ｖｃの制御誤差ΔＶｃで割り算して取得される制御誤差率をγでそれぞれ表記する場合に、
（Ｅ／Ｐ）・γ
を用いて表される値を超えないように設定される充電システム。
【請求項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り、その太陽電池によって生成された電気エネルギーを蓄積するとともにその蓄積エネルギーの量に応じて電圧が変化する特性を有する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、
少なくともスイッチを有し、そのスイッチの可変のデューティ比に応じて、前記太陽電池から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降圧型のスイッチングレギュレータと、
前記太陽電池から前記スイッチングレギュレータを経て前記電気二重層キャパシタに出力される電圧の実際値を実出力電圧として検出する出力電圧検出回路と、
それらスイッチングレギュレータと出力電圧検出回路とに接続され、その出力電圧検出回路による実出力電圧の検出値が目標出力電圧の指令値に一致するように、前記デューティ比を制御するデューティ比制御部と、
前記電気二重層キャパシタの電流をキャパシタ電流として検出するキャパシタ電流検出回路と、
それらデューティ比制御部とキャパシタ電流検出回路とに接続され、前記電気二重層キャパシタの電圧を参照することなく、前記目標出力電圧の指令値を離散的に変更して前記デューティ比制御部に供給する指令値供給部と
を含み、
その指令値供給部は、各回の離散的変更に伴う前記キャパシタ電流の時間的変化の特性に基づき、そのキャパシタ電流が実質的に極大化するように前記目標出力電圧の指令値を離散的に変更し、
その指令値供給部は、各回の探索サイクルごとに、前記指令値を刻み幅だけ離散的に変更するサブサイクルを反復することにより、前記キャパシタ電流が実質的に極大化するように前記目標出力電圧の最適値を探索的に決定し、
前記サブサイクルの周期は、前記電気二重層キャパシタの蓄積エネルギーをＥ（Ｗｈ）、前記太陽電池の発電電力をＰ（Ｗ）、前記電気二重層キャパシタの充電電圧Ｖｃをその充電電圧Ｖｃの制御誤差ΔＶｃで割り算して取得される制御誤差率をγでそれぞれ表記する場合に、
（Ｅ／Ｐ）・γ
を用いて表される値を超えないように設定される充電装置。
【請求項４】
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と、
その太陽電池によって生成された電気エネルギーを蓄積するとともにその蓄積エネルギーの量に応じて電圧が変化する特性を有する電気二重層キャパシタと、
その電気二重層キャパシタを前記太陽電池によって充電するために、それら太陽電池と電気二重層キャパシタとに接続される充電装置と
を含む充電システムであって、
前記充電装置は、
少なくともスイッチを有し、そのスイッチの可変のデューティ比に応じて、前記太陽電池から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降圧型のスイッチングレギュレータと、
前記太陽電池から前記スイッチングレギュレータを経て前記電気二重層キャパシタに出力される電圧の実際値を実出力電圧として検出する出力電圧検出回路と、
それらスイッチングレギュレータと出力電圧検出回路とに接続され、その出力電圧検出回路による実出力電圧の検出値が目標出力電圧の指令値に一致するように、前記デューティ比を制御するデューティ比制御部と、
前記電気二重層キャパシタの電流をキャパシタ電流として検出するキャパシタ電流検出回路と、
それらデューティ比制御部とキャパシタ電流検出回路とに接続され、前記電気二重層キャパシタの電圧を参照することなく、前記目標出力電圧の指令値を離散的に変更して前記デューティ比制御部に供給する指令値供給部と
を含み、
その指令値供給部は、各回の離散的変更に伴う前記キャパシタ電流の時間的変化の特性に基づき、そのキャパシタ電流が実質的に極大化するように前記目標出力電圧の指令値を離散的に変更し、
その指令値供給部は、各回の探索サイクルごとに、前記指令値を刻み幅だけ離散的に変更するサブサイクルを反復することにより、前記キャパシタ電流が実質的に極大化するように前記目標出力電圧の最適値を探索的に決定し、
前記サブサイクルの周期は、前記電気二重層キャパシタの蓄積エネルギーをＥ（Ｗｈ）、前記太陽電池の発電電力をＰ（Ｗ）、前記電気二重層キャパシタの充電電圧Ｖｃをその充電電圧Ｖｃの制御誤差ΔＶｃで割り算して取得される制御誤差率をγでそれぞれ表記する場合に、
（Ｅ／Ｐ）・γ
を用いて表される値を超えないように設定される充電システム。