JP2022160170A - シミュレーション装置、シミュレーション方法、シミュレーションシステム及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】発電素子が出力可能な電力が負荷回路の消費電力よりも小さい場合にもシミュレーションをできるようにする。【解決手段】シミュレーション装置１は、（１）負荷回路の消費電力よりも小さい電力を出力可能な発電素子から電力が入力されると共に、入力された電力を昇圧した昇圧電力を負荷回路に出力する昇圧回路と、（２）前記発電素子と昇圧回路との間に設けられ、発電素子からの入力電力に基づく電荷を蓄積し、蓄積された電荷により昇圧回路を一定時間動作させることが可能なコンデンサと、（３）発電素子または負荷回路の少なくとも一方と、を含む試験回路のシミュレーション用モデルを作成するモデル作成部１５２と、シミュレーション用モデルに基づいて、試験回路における（Ａ）コンデンサに対する充電動作または（Ｂ）コンデンサからの放電動作の少なくとも一方をシミュレーションするシミュレーション部１５３と、を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、シミュレーション装置、シミュレーション方法、シミュレーションシステム及びプログラムに関する。

従来、電気回路のシミュレーションをするための装置が知られている。特許文献１には、発電素子、昇圧回路及び負荷回路のモデルに基づいて、発電素子昇圧回路及び負荷回路が含まれるセンサシステムのシミュレーションを行う電力シミュレーション装置が開示されている。

特開２０１９－１２２１５１号公報

近年、発電素子が小型化しており、従来よりも出力電力が小さい発電素子も利用されている。発電素子が出力可能な電力が負荷回路の消費電力よりも小さい場合、従来のモデルでは適切なシミュレーションをすることができなかった。

そこで、本発明は発電素子が出力可能な電力が負荷回路の消費電力よりも小さい場合にも適切なシミュレーションをできるようにすることを目的とする。

本発明の第１の態様のシミュレーション装置は、
（１）負荷回路の消費電力よりも小さい電力を出力可能な発電素子から電力が入力されると共に、入力された電力を昇圧した昇圧電力を負荷回路に出力する昇圧回路と、（２）前記発電素子と前記昇圧回路との間に設けられ、前記発電素子からの入力電力に基づく電荷を蓄積し、蓄積された電荷により前記昇圧回路を一定時間動作させることが可能なコンデンサと、（３）前記発電素子または前記負荷回路の少なくとも一方と、を含む試験回路のシミュレーション用モデルを作成するモデル作成部と、前記シミュレーション用モデルに基づいて、前記試験回路における（Ａ）前記コンデンサに対する充電動作又は（Ｂ）前記コンデンサからの放電動作の少なくとも一方をシミュレーション可能なシミュレーション部と、を有する。

本発明の第２の態様のシミュレーション方法は、コンピュータが実行する、（１）負荷回路の消費電力よりも小さい電力を出力可能な発電素子から電力が入力されると共に、入力された電力を昇圧した昇圧電力を負荷回路に出力する昇圧回路と、（２）前記発電素子と前記昇圧回路との間に設けられ、前記発電素子からの入力電力に基づく電荷を蓄積し、蓄積された電荷により前記昇圧回路を一定時間動作させることが可能なコンデンサと、（３）前記発電素子または前記負荷回路の少なくとも一方と、を含む試験回路のシミュレーション用モデルを作成するステップと、前記シミュレーション用モデルに基づいて、前記試験回路における（Ａ）前記コンデンサに対する充電動作又は（Ｂ）前記コンデンサからの放電動作の少なくとも一方をシミュレーションするステップと、を有する。

本発明の第３の態様のシミュレーションシステムは、情報端末と、シミュレーション装置と、を備え、前記情報端末は、負荷回路の消費電力よりも小さい電力を出力可能な発電素子の電気的特性を示す発電素子特性データを前記シミュレーション装置に送信するデータ送信部と、前記シミュレーション装置がシミュレーションした結果を表示する表示部と、を有し、前記シミュレーション装置は、前記発電素子特性データを取得するデータ取得部と、（１）負荷回路の消費電力よりも小さい電力を出力可能な前記発電素子から電力が入力されると共に、入力された電力を昇圧した昇圧電力を負荷回路に出力する昇圧回路と、（２）前記発電素子と前記昇圧回路との間に設けられ、前記発電素子からの入力電力に基づく電荷を蓄積し、蓄積された電荷により前記昇圧回路を一定時間動作させることが可能なコンデンサと、（３）前記発電素子または前記負荷回路の少なくとも一方と、を含む試験回路のシミュレーション用モデルを作成するモデル作成部と、前記シミュレーション用モデルに基づいて、前記試験回路における（Ａ）前記コンデンサに対する充電動作又は（Ｂ）前記コンデンサからの放電動作の少なくとも一方をシミュレーション可能なシミュレーション部と、前記シミュレーション部がシミュレーションした結果を前記情報端末に送信する通信部と、を有する。

本発明の第４の態様のプログラムは、コンピュータに、（１）負荷回路の消費電力よりも小さい電力を出力可能な発電素子から電力が入力されると共に、入力された電力を昇圧した昇圧電力を負荷回路に出力する昇圧回路と、（２）前記発電素子と前記昇圧回路との間に設けられ、前記発電素子からの入力電力に基づく電荷を蓄積し、蓄積された電荷により前記昇圧回路を一定時間動作させることが可能なコンデンサと、（３）前記発電素子又は前記負荷回路の少なくとも一方と、を含む試験回路のシミュレーション用モデルを作成するステップと、前記シミュレーション用モデルに基づいて、前記試験回路における（Ａ）前記コンデンサに対する充電動作または（Ｂ）前記コンデンサからの放電動作の少なくとも一方をシミュレーションするステップと、を実行させる。

本発明によれば、発電素子が出力可能な電力が負荷回路の消費電力よりも小さい場合にも適切なシミュレーションをすることができるという効果を奏する。

本実施形態に係るシミュレーション装置がシミュレーションをする対象となる電気システムの概要図である。 シミュレーション装置を含むシミュレーションシステムの概要図である。 シミュレーション装置の構成を示す図である。 モデル作成部が作成するシミュレーション用モデルの模式図である。 シミュレーション部がシミュレーションした結果の一例を示す図である。 シミュレーション装置の動作の流れを示すフローチャートである。 第１変形例に係るシミュレーション用モデルの模式図である。 第２変形例に係るシミュレーション用モデルの模式図である。

［シミュレーション装置１の概要］
図１は、本実施形態に係るシミュレーション装置１がシミュレーションをする対象となる電気システムＳの概要図である。図３は、シミュレーション装置１を含むシミュレーションシステムＴの概要図である。

電気システムＳは、発電素子１００と、変換回路２００と、電子デバイス３００と、を有する。電気システムＳにおいては、発電素子１００が発生した電力の電圧を変換回路２００において変換し、変換後の電圧の電力を電子デバイス３００に供給する。シミュレーション装置１は、発電素子１００が発生した電力を変換回路２００において変換し、変換後の電圧の電力を電子デバイス３００に供給する電気システムＳの動作をシミュレーションする。

シミュレーション装置１は、例えばシミュレーション用プログラムを実行するコンピュータである。シミュレーション装置１は、発電素子１００及び変換回路２００の少なくともいずれかを含む試験回路の動作に対応する入力側シミュレーション、変換回路２００及び電子デバイス３００の少なくともいずれかを含む試験回路の動作に対応する出力側シミュレーション、及び発電素子１００、変換回路２００及び電子デバイス３００の少なくともいずれかを含む試験回路の動作に対応するシステムシミュレーションの少なくともいずれかを実行する。

発電素子１００は、微弱な電力を発生する素子である。発電素子１００は、電子デバイス３００が有する負荷回路の消費電力よりも小さい電力を出力可能な素子である。発電素子１００は、例えば、紫外線センサ、太陽光センサ、温度センサ、糖センサ、土壌センサ、汗センサ、漏水センサ、油センサ、ガスセンサ、尿センサ、植物センサ、触媒センサ、振動センサ又は電磁波センサのような環境発電素子である。

電子デバイス３００は、変換回路２００から供給される電力に基づいて動作する負荷回路を含む。電子デバイス３００は、間欠的に動作をすることが可能なデバイスである。電子デバイス３００は、例えば、マイクロコンピュータ、通信コントローラ、発光ダイオード、ブザー又はモーターであり、供給された電力に基づいて信号を出力したり、機構を動作させたりする。電子デバイス３００は、複数の負荷回路を有する電子機器であってもよい。

発電素子１００が発生する電力は、例えば１ｍＷ以下である。電子デバイス３００が有する負荷回路の消費電力は、例えば１０ｍＷ以上である。電気システムＳにおいては、変換回路２００が、発電素子１００が発生する電力をコンデンサに蓄積してから昇圧する。コンデンサは、変換回路２００が昇圧可能な入力電圧未満の発電素子１００が発生する電力を蓄積することにより、変換回路２００が昇圧可能な入力電圧以上になるまで変換回路２００に入力する電力の電圧を上昇させる。

そして、変換回路２００は、昇圧された電力を電子デバイス３００に供給する。電子デバイス３００は、昇圧された電力に基づいて、間欠的に電波を送信したり、アクチュエータを動作させたりする。電気システムＳがこのように構成されていることで、発電素子１００が発生する電力が、電子デバイス３００が有する負荷回路の消費電力よりも小さいにもかかわらず、発電素子１００が発生する電力によって、電子デバイス３００が間欠的に動作することができる。

ところが、従来、発電素子を含む電気回路のシミュレーションにおいては、このように、発電素子１００が発生する電力をコンデンサに蓄積してから昇圧する場合の動作が考慮されていなかった。したがって、従来、発電素子が出力可能な電力が負荷回路の消費電力よりも小さい場合に適切にシミュレーションをすることができなかった。本実施形態に係るシミュレーション装置は、発電素子１００と変換回路２００との間に設けられたコンデンサと、発電素子が出力可能な電力が負荷回路の消費電力よりも小さい場合に適切にシミュレーションをすることを可能にする。

シミュレーション装置１が電気システムＳの動作をシミュレーションするためには、発電素子１００、変換回路２００及び電子デバイス３００のシミュレーション用モデルが必要である。シミュレーション装置１は、例えば、図２に示すように、ネットワークＮを介して接続された情報端末２を介して発電素子１００の電気的特性を示す発電素子特性データを取得し、ネットワークＮを介して接続された情報端末３を介して電子デバイス３００の電気的特性を示すデバイス特性データを取得する。情報端末２及び情報端末３は、例えばスマートフォン、タブレット又はパーソナルコンピュータである。

情報端末２は、例えば、発電素子１００の発電素子特性データをシミュレーション装置１に送信するデータ送信部と、シミュレーション装置１がシミュレーションした結果を表示する表示部と、を有する。情報端末３が、電子デバイス３００のデバイス特性データをシミュレーション装置１に送信するデータ送信部と、シミュレーション装置１がシミュレーションした結果を表示する表示部と、を有してもよい。

シミュレーション装置１は、取得した発電素子特性データ及びデバイス特性データの少なくとも一部を用いてシミュレーション用モデルを作成し、シミュレーションを実行する。シミュレーション装置は、シミュレーションした結果をディスプレイに表示したり、情報端末２又は情報端末３等のコンピュータに表示させたりする。
以下、シミュレーション装置の構成及び動作を詳細に説明する。

［シミュレーション装置の構成］
図３は、シミュレーション装置１の構成を示す図である。シミュレーション装置１は、操作部１１と、表示部１２と、通信部１３と、記憶部１４と、制御部１５と、を有する。制御部１５は、データ取得部１５１と、モデル作成部１５２と、シミュレーション部１５３と、出力部１５４と、を有する。

操作部１１は、シミュレーション装置１を使用するユーザがシミュレーションをするための操作を行うためのデバイスであり、例えば、キーボード、マウス又はタッチパネルの少なくともいずれかを含む。操作部１１は、ユーザが行った操作の内容をデータ取得部１５１に通知する。

表示部１２は、ユーザが各種の操作をするための画面、及びシミュレーション結果を表示するデバイスであり、例えばディスプレイである。表示部１２は、出力部１５４から出力されたシミュレーション結果を表示する。

通信部１３は、インターネット又はイントラネット等のネットワークを介して外部装置との間でデータを送受信するための通信インターフェースを含む。通信部１３は、例えば、発電素子１００のユーザ、販売者又は製造者等が使用する情報端末２から、発電素子１００の電気的特性を示す発電素子特性データを受信する。通信部１３は、ネットワークと発電素子１００とに接続された素子測定回路において測定された発電素子特性データを素子測定回路から受信してもよい。素子測定回路は、シミュレーションをする対象の発電素子１００を動作させた状態で発電素子１００の電気的特性を測定するための回路である。素子測定回路は、発電素子特性データを送信する通信回路を含んでもよい。情報端末２が素子測定回路として機能してもよい。

また、通信部１３は、電子デバイス３００のユーザ、販売者又は製造者等が使用する情報端末３から、電子デバイス３００の電気的特性を示すデバイス特性データを受信してもよい。通信部１３は、ネットワークと電子デバイス３００とに接続されたデバイス測定回路において測定された電子デバイス３００の電気的特性を示すデバイス特性データをデバイス測定回路から受信してもよい。デバイス測定回路は、シミュレーションをする対象の電子デバイス３００を動作させた状態で電子デバイス３００の電気的特性を測定するための回路である。デバイス測定回路は、デバイス特性データを送信する通信回路を含んでもよい。情報端末３がデバイス測定回路として機能してもよい。通信部１３は、受信したデバイス特性データをデータ取得部１５１に入力する。

また、通信部１３は、出力部１５４が出力するシミュレーション結果を外部装置に送信する。通信部１３は、例えば、発電素子１００の電気特性を示す発電素子特性データを送信したコンピュータ、電子デバイス３００の電気的特性を示すデバイス特性データを送信したコンピュータにシミュレーション結果を送信する。

記憶部１４は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）又はハードディスク等の記憶媒体を含む。記憶部１４は、制御部１５が実行するプログラムを記憶する。また、記憶部１４は、制御部１５がシミュレーションを実行する際に用いるシミュレーション用モデルを記憶する。

また、記憶部１４は、複数の発電素子１００の複数の電気的特性と複数の発電素子１００のモデル候補とが関連付けられたモデルデータベースを記憶する。発電素子１００のモデル候補は、発電素子１００の等価回路と等価回路に含まれる複数の素子の定数とにより構成されている。モデルデータベースにおいては、発電素子１００の型名及び電気的特性の少なくともいずれかとモデル候補とが関連付けられている。発電素子１００の電気的特性は、シミュレーションを実行する際に必要になる発電素子１００の電気的特性であり、例えば、発電素子１００の出力抵抗、出力電流又は出力電圧を含む。

モデルデータベースにおいては、複数の電子デバイス３００の複数の電気的特性と複数の電子デバイスモデル候補とがさらに関連付けられていてもよい。電子デバイスモデル候補は、電子デバイス３００の等価回路と等価回路に含まれる複数の素子の定数とにより構成されている。電子デバイス３００の電気的特性は、シミュレーションを実行する際に必要になる電子デバイス３００の電気的特性であり、例えば、電子デバイス３００の入力抵抗、消費電流又は所要入力電圧を含む。

制御部１５は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む。制御部１５は、記憶部１４に記憶されたプログラムを実行することにより、データ取得部１５１、モデル作成部１５２、シミュレーション部１５３及び出力部１５４として機能する。

データ取得部１５１は、通信部１３を介して、発電素子１００の電気的特性を示す発電素子特性データを取得する。データ取得部１５１は、取得した発電素子特性データをモデル作成部１５２に通知する。データ取得部１５１は、発電素子特性データを記憶部１４に記憶させることにより、発電素子特性データをモデル作成部１５２に通知してもよい。

一例として、データ取得部１５１は、ネットワークと発電素子１００とに接続された素子測定回路において測定された発電素子特性データを、ネットワークを介して取得する。データ取得部１５１は、例えば、発電素子１００の出力電圧と出力電流との関係を示す発電素子特性データを取得する。データ取得部１５１が、素子測定回路において測定された発電素子特性データを取得することで、シミュレーション装置１は、実際に使用される環境における発電素子１００の電気的特性に基づくシミュレーションをすることができるので、シミュレーションの精度が向上する。特に、発電素子１００の出力電圧と出力電流との関係を示す発電素子特性データを含む発電素子１００のモデルを作成することで、発電素子１００と変換回路２００との間に設けられたコンデンサの各充電電圧に対する、発電素子１００からの充電電流値が正確に再現できる。このため、発電素子１００と変換回路２００との間に設けられたコンデンサの充電を発電素子の発電電力で行うシミュレーションに関し、その精度を大きく向上させることができる。

データ取得部１５１は、ネットワークと電子デバイス３００とに接続されたデバイス測定回路において測定された電子デバイス３００の電気的特性を示すデバイス特性データを、ネットワークを介して取得してもよい。データ取得部１５１は、所定の時間における電子デバイスの動作時間と、時間と入力電流との関係を示す電流プロファイルと、をデバイス特性データとして取得する。データ取得部１５１が、デバイス測定回路を用いて得られたデバイス特性データを取得することで、シミュレーション装置１は、実際に使用される環境における電子デバイス３００の電気的特性に基づくシミュレーションをすることができるので、シミュレーションの精度が向上する。

ここで、電子デバイス３００のモデル化にあたっては、電子デバイス３００の動作中における平均消費電流を算出し、この平均消費電流に対応する抵抗値を有する抵抗素子モデルを用いてもよい。すなわち、モデル作成部１５２は、電子デバイス３００を、当該電子デバイスの平均消費電流に対応する抵抗値を有する抵抗素子に置き換えることで、電子デバイス３００部分のシミュレーション用モデルを作成する。これにより、電子デバイス３００の電気的特性に基づくシミュレーションが複雑にならず、シミュレーション時間の短縮やシミュレーション精度の向上が期待できる。なお、通常動作（OPE）／スタンバイ（STANDBY）による間欠動作を行う電子デバイス３００において、その平均消費電流（I_AVE）は、I_OPE＝通常動作時消費電流、I_STANDBY=スタンバイ動作時消費電流、T_OPE=通常動作時間、T_STANDBY=スタンバイ動作時間、として、以下の式により算出することができる。

モデル作成部１５２は、発電素子１００と変換回路２００とが接続された状態の試験回路の動作をシミュレーションするためのシミュレーション用モデルを作成する。モデル作成部１５２は、発電素子１００と、発電素子１００が出力する電力を昇圧して生成した昇圧電力を負荷回路に出力する昇圧回路と、発電素子１００と昇圧回路との間に設けられたコンデンサと、を含む試験回路のシミュレーション用モデルを作成する。モデル作成部１５２は、電子デバイス３００がさらに接続された状態での動作をシミュレーションするためのシミュレーション用モデルを作成してもよい。

すなわち、モデル作成部１５２は、（１）負荷回路の消費電力よりも小さい電力を出力可能な発電素子から電力が入力されると共に、入力された電力を昇圧した昇圧電力を負荷回路に出力する昇圧回路と、（２）発電素子１００と昇圧回路との間に設けられ、発電素子からの入力電力に基づく電荷を蓄積し、蓄積された電荷により昇圧回路を一定時間動作させることが可能なコンデンサと、（３）発電素子１００または負荷回路の少なくとも一方と、を含む試験回路のシミュレーション用モデルを作成する。モデル作成部１５２は、間欠的に複数回にわたって昇圧回路を動作させる場合のシミュレーション用モデルを作成してもよく、１回だけ昇圧回路を動作させる場合のシミュレーション用モデルを作成してもよい。モデル作成部１５２は、予め記憶部１４に記憶されたシミュレーション用モデルに、データ取得部１５１が操作部１１又は通信部１３を介して取得した数値を設定することによりシミュレーション用モデルを作成してもよい。

モデル作成部１５２は、作成したシミュレーション用モデルをシミュレーション部１５３に入力する。モデル作成部１５２は、作成したシミュレーション用モデルを記憶部１４に記憶させてもよい。

図４は、モデル作成部１５２が作成するシミュレーション用モデルの模式図である。モデル作成部１５２は、発電素子１００のシミュレーション用モデルとして、電流源Ｉｏと出力抵抗Ｒｏを含むモデルを作成する。モデル作成部１５２は、例えば、データ取得部１５１が取得した発電素子１００の発電素子特性データに基づいて発電素子１００のシミュレーション用モデルを作成する。具体的には、モデル作成部１５２は、記憶部１４に記憶されたモデルデータベースを参照し、複数の発電素子１００のモデル候補から、データ取得部１５１が取得した発電素子特性データが示す電気的特性に対応する発電素子１００のモデル候補を選択することにより、発電素子１００のシミュレーション用モデルを作成する。

また、モデル作成部１５２は、例えば図４に示すように、コンデンサＣｏと、昇圧回路２０１とを含む変換回路２００のシミュレーション用モデルを作成する。モデル作成部１５２は、例えば、発電素子１００の電気的特性に基づいて、発電素子１００から入力された電圧Ｇ（Ｖｏ）の電力を昇圧回路２０１において所定の電圧Ｈ（Ｖｏ）まで昇圧可能にするためのコンデンサＣｏの定数を決定することにより、変換回路２００のシミュレーション用モデルを作成する。モデル作成部１５２は、昇圧回路２０１の複数のモデル候補から選択したモデル候補を用いて変換回路２００のシミュレーション用モデルを作成してもよい。

モデル作成部１５２は、発電素子１００の発電電力が昇圧回路２０１の駆動電力よりも小さく、コンデンサＣｏに蓄積可能な電力が昇圧回路２０１を一定時間動作させるために必要な駆動電力から当該一定時間における発電素子１００の発電電力よりも大きい試験回路のシミュレーション用モデルを作成してもよい。また、モデル作成部１５２は、コンデンサＣｏに蓄積可能な電力が、負荷回路を一定時間動作させるために必要な駆動電力よりも大きい試験回路のシミュレーション用モデルを作成してもよい。

モデル作成部１５２は、電子デバイス３００の電気的特性にさらに基づいて変換回路２００のシミュレーション用モデルを作成してもよい。モデル作成部１５２は、例えば、電子デバイス３００の消費電流及び所要入力電圧を満たす電圧を出力可能な変換回路２００のシミュレーション用モデルを作成する。具体的には、モデル作成部１５２は、電子デバイス３００の消費電流を昇圧回路２０１が出力可能にするためのコンデンサＣｏの定数を決定することにより、変換回路２００のシミュレーション用モデルを作成してもよい。

モデル作成部１５２は、所定の第１閾値電圧以上の電圧がコンデンサＣｏから入力されると動作を開始し、その後、第１閾値電圧よりも低い第２閾値電圧までコンデンサＣｏの出力電圧が低下すると動作を停止する昇圧回路２０１を含むシミュレーション用モデルを作成してもよい。昇圧回路２０１は、動作を開始していない状態において、コンデンサＣｏの出力電圧が第１閾値以上になると、電子デバイス３００に出力する電力を発生させ、発生させた電力により昇圧動作を行う。昇圧回路２０１がこのように構成されていることで、コンデンサＣｏの電圧が第１閾値電圧未満になっても、第２閾値未満になるまでの間は昇圧回路２０１が動作を継続することができる。

コンデンサＣｏの容量は任意であるが、一例として、電子デバイス３００がＢＬＥ（Bluetooth Low Energy、登録商標）の回路を有しており、当該回路を０．５秒にわたって動作させる必要がある場合、コンデンサＣｏの容量は例えば５ｍＦである。この容量は、ノイズを除去することを目的とするバイパスコンデンサとして使用される場合のμＦオーダーの容量に比べて遥かに大きい。

また、モデル作成部１５２は、電子デバイス３００のシミュレーション用モデルを作成してもよい。モデル作成部１５２は、例えば図４に示すように、入力抵抗Ｒａ及び制御回路３０１を含む電子デバイス３００のシミュレーション用モデルを作成する。制御回路３０１は、例えば電子デバイス３００を動作させるタイミングを示すパルス信号を発生し、パルス信号を発生した期間に電圧Ｖａの信号を出力する。電子デバイス３００は、制御回路３０１が電圧Ｖａを出力する期間において、電圧Ｖａに基づいて定まる電流Ｉａを消費する。

シミュレーション部１５３は、モデル作成部１５２が作成したシミュレーション用モデルに基づいて、発電素子１００が発生する電力による昇圧回路２０１及びコンデンサＣｏの動作をシミュレーションする。シミュレーション部１５３は、例えば、変換回路２００の出力電圧又は出力電流の少なくともいずれかを示す波形の画像データを作成する。シミュレーション部１５３は、昇圧回路２０１の入力電圧又は入力電流の少なくともいずれかと、昇圧回路２０１の出力電圧又は出力電流の少なくともいずれかとの関係を示す画像データを作成してもよい。シミュレーション部１５３は、作成した画像データを出力部１５４に入力する。出力部１５４は、入力された画像データを表示部１２に表示させたり、通信部１３を介して外部装置に送信したりする。

シミュレーション部１５３は、発電素子１００のモデルと、コンデンサＣｏのモデルと、電子デバイス３００の電気的特性に対応する電子デバイスモデルと、を接続したシミュレーション用モデルに基づいて、発電素子１００が発生する電力によりコンデンサＣｏを充電している間に、コンデンサＣｏに充電された電力の一部を電子デバイス３００に供給する動作をシミュレーションする。

シミュレーション部１５３は、例えば、データ取得部１５１が取得した発電素子特性データが示す電気的特性に基づいて決定された容量のコンデンサＣｏを充電する動作をシミュレーションする。シミュレーション部１５３は、シミュレーション用モデルに対応する電子回路である変換回路２００に接続されて使用される電子デバイス３００の電気的特性に基づいて定められた容量を有するコンデンサＣｏを含むシミュレーション用モデルに基づいてシミュレーションしてもよい。シミュレーション部１５３が、このようにして決定された容量のコンデンサＣｏを充電する動作をシミュレーションすることで、発電素子１００及び電子デバイス３００を使用するユーザが、決定されたコンデンサＣｏの容量が適切であるか否かを判断することができる。

図５は、シミュレーション部１５３がシミュレーションした結果の一例を示す図である。図５においては、変換回路２００の動作状態を示す第１波形と、コンデンサＣｏに蓄積された電力量を示す第２波形と、電子デバイス３００の負荷回路の動作電流を示す第３波形とが示されている。

第１波形がロウレベルになっている期間（時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間）は、発電素子１００が出力する電力を蓄積する蓄電期間であり、第２波形が示す蓄積電力量が時間の経過に伴って増加している。第１波形がハイレベルになっている期間（時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間）は、変換回路２００が有するコンデンサＣｏに蓄積された電力を放電する放電期間である。

蓄電期間においては、発電素子１００が発生した電力をコンデンサＣｏに蓄積し、昇圧回路２０１は蓄積された電力を消費しない。放電期間においては、昇圧回路２０１が、コンデンサＣｏに蓄積された電力を消費する。放電期間においては、第３波形が示すように負荷回路が動作して負荷電流が流れることによって、第２波形が示す蓄積電力量が時間の経過に伴って減少している。ユーザは、図５に示す波形を確認することにより、シミュレーションを行った発電素子１００及び変換回路２００を用いて電子デバイス３００を動作させることができるか否かを判断することができる。出力部１５４は、シミュレーションを行った発電素子１００及び変換回路２００を用いて電子デバイス３００を動作させることができるか否かを示す情報を出力してもよい。

シミュレーション部１５３は、コンデンサＣｏの出力電圧が第１閾値以上になり、昇圧回路２０１がコンデンサＣｏの出力電力を昇圧する動作を開始した後に電力を電子デバイス３００に出力する動作をシミュレーションしてもよい。この場合、シミュレーション部１５３は、コンデンサＣｏの出力電力が第１閾値未満である場合に、シミュレーションを中止してエラーが生じたことを出力部１５４に通知してもよい。シミュレーション部１５３は、例えば、シミュレーションをした結果、電子デバイス３００が間欠的に動作する場合の非動作期間にわたって発電素子１００が出力する電力をコンデンサＣｏに蓄積した時点におけるコンデンサＣｏの両端間の電圧が第１閾値未満である場合に、シミュレーションを中止する。

上述したように、第１閾値は、例えば昇圧回路２０１が昇圧するために必要な最小入力電圧である。第１閾値は、電子デバイス３００を動作させるための必要な電圧まで昇圧回路２０１が昇圧するために必要な最小入力電圧であってもよい。出力部１５４は、電子デバイス３００を動作させるために必要な電圧に昇圧することができないことを示すエラー情報を出力する。シミュレーション部１５３及び出力部１５４がこのように動作することで、変換回路２００を用いて、電子デバイス３００の動作に必要な電圧を発生させることができないということをユーザが認識することができる。

シミュレーション部１５３は、シミュレーションをした結果、コンデンサＣｏの出力電圧が第１閾値未満である場合に、シミュレーション用モデルにおけるコンデンサＣｏの容量を変更するようにモデル作成部１５２に指示してもよい。シミュレーション部１５３は、例えばコンデンサＣｏの容量を大きくしたシミュレーション用モデルをモデル作成部１５２に作成させ、作成させたシミュレーション用モデルを用いて再度シミュレーションを実行する。

シミュレーション部１５３は、シミュレーションをした結果、コンデンサＣｏの出力電圧が第１閾値未満である場合に、シミュレーション用モデルにおいて発電素子１００が出力する電力を蓄積する期間を変更するようにモデル作成部１５２に指示してもよい。すなわち、シミュレーション部１５３は、例えばコンデンサＣｏの容量を大きくして発電素子１００が出力する電力を蓄積する期間を長くしたシミュレーション用モデルをモデル作成部１５２に作成させ、作成させたシミュレーション用モデルを用いて再度シミュレーションを実行する。

シミュレーション部１５３は、コンデンサＣｏの出力電圧が第１閾値以上になるまで、このように変更したシミュレーション用モデルを用いて複数回のシミュレーションを実行してもよい。シミュレーション部１５３がこのようなシミュレーションを繰り返すことで、ユーザが、発電素子１００を用いて電子デバイス３００を動作させる場合に適した変換回路２００のパラメータを決定することができる。

シミュレーション部１５３は、シミュレーションをした結果、変換回路２００が出力することができる電流が、電子デバイス３００を動作させるために必要な電流よりも小さい場合に、シミュレーションを中止して、エラーが生じたことを出力部１５４に通知してもよい。出力部１５４は、電子デバイス３００を動作させるために必要な電流を変換回路２００が出力できないことを示すエラー情報を出力する。シミュレーション部１５３及び出力部１５４がこのように動作することで、電子デバイス３００の動作に必要な電流を変換回路２００が出力できないということをユーザが認識することができる。

シミュレーション部１５３は、昇圧回路２０１がコンデンサＣｏの出力電力を昇圧する動作を開始した後に、コンデンサＣｏに蓄積された電力が減少し、コンデンサＣｏの出力電圧が第２閾値未満になった時点で昇圧回路２０１の昇圧動作が停止する動作をシミュレーションしてもよい。シミュレーション部１５３は、電子デバイス３００の動作に必要な期間が経過する前に昇圧回路２０１が昇圧動作を停止するというシミュレーション結果が得られた場合に、コンデンサＣｏの容量が不足していることを示すエラー情報を出力してもよい。

シミュレーション部１５３は、電子デバイス３００の動作に必要な期間が経過する前に昇圧回路２０１が昇圧動作を停止するというシミュレーション結果が得られた場合に、コンデンサＣｏの容量を大きくしたシミュレーション用モデルをモデル作成部１５２に作成させ、作成させたシミュレーション用モデルを用いて再度シミュレーションを実行してもよい。この場合、シミュレーション部１５３は、電子デバイス３００の動作に必要な期間が経過するまでの間、コンデンサＣｏの出力電圧が第２閾値以上に維持されるようになるまで、シミュレーションを繰り返してもよい。シミュレーション部１５３がこのようなシミュレーションを繰り返すことで、ユーザが、発電素子１００を用いて電子デバイス３００を動作させるために必要な時間にわたって変換回路２００が電力を出力できるように、コンデンサＣｏの容量を決定することができる。

図６は、シミュレーション装置１の動作の流れを示すフローチャートである。図６に示すフローチャートは、データ取得部１５１が、操作部１１又は通信部１３を介して、シミュレーションを実行する指示を取得した時点から開始している。

データ取得部１５１は、発電素子１００の発電素子特性データを取得する。データ取得部１５１は、例えば通信部１３を介して、発電素子１００の電気的特性が実測された結果を示す発電素子特性データを取得する（Ｓ１１）。モデル作成部１５２は、データ取得部１５１が取得した発電素子特性データに基づいて、発電素子１００のモデルを作成する（Ｓ１２）。

モデル作成部１５２は、データ取得部１５１を介して、電子デバイス３００のデバイス特性データを取得した場合（Ｓ１３においてＹＥＳ）、発電素子特定データ及びデバイス特性データに基づいて、コンデンサＣｏの容量値を決定する（Ｓ１４）。モデル作成部１５２は、例えば、発電素子１００が出力する電力の電圧を電子デバイス３００が必要とする電圧に昇圧回路２０１が昇圧するために適した容量値にコンデンサＣｏの容量値を決定する。モデル作成部１５２は、電子デバイス３００のデバイス特性データを取得していない場合（Ｓ１３においてＮＯ）、発電素子特性データに基づいてコンデンサＣｏの容量値を決定する（Ｓ１５）。

モデル作成部１５２は、決定した容量値に基づいて、シミュレーション用モデルを作成する（Ｓ１６）。モデル作成部１５２は、例えば電子デバイス３００のデバイス特性データに基づいて、コンデンサＣｏに蓄電する期間の長さと、コンデンサＣｏに放電させる期間の長さとを決定することにより、シミュレーション用モデルを作成する。シミュレーション部１５３は、モデル作成部１５２が作成したシミュレーション用モデルを用いてシミュレーションを実行する（Ｓ１７）。

［入力側シミュレーションと出力側シミュレーション］
以上の説明においては、シミュレーション装置１が、発電素子１００、変換回路２００及び電子デバイス３００から構成されるシステム全体のシミュレーションを実行する場合を例示したが、シミュレーション装置１は、発電素子１００及び変換回路２００の動作のシミュレーション（入力側シミュレーション）、並びに変換回路２００及び電子デバイス３００の動作のシミュレーション（出力側シミュレーション）を実行してもよい。

入力側シミュレーションを実行する指示をデータ取得部１５１が受けた場合、モデル作成部１５２は、発電素子１００の電気的特性を示す発電素子特性データに基づいて、発電素子１００及び変換回路２００のシミュレーション用モデルを作成する。シミュレーション部１５３は、例えば、発電素子１００の出力電圧と、発電素子１００が発電した場合のコンデンサＣｏの両端間の電圧波形と、変換回路２００が出力する電圧波形とを出力するシミュレーションを実行する。シミュレーション装置１が、このような入力側シミュレーションを実行することで、発電素子１００が発生する電力に基づいて、変換回路２００がどのような電圧を出力するかをユーザが確認することができる。

出力側シミュレーションを実行する指示をデータ取得部１５１が受けた場合、モデル作成部１５２は、電子デバイス３００のデバイス特性データに基づいて、変換回路２００及び電子デバイス３００のシミュレーション用モデルを作成する。シミュレーション部１５３は、変換回路２００が出力する電力に基づいて電子デバイス３００を動作させる動作のシミュレーションを実行する。シミュレーション部１５３は、例えば、コンデンサＣｏの両端間の電圧波形と、昇圧回路２０１の出力電圧波形と、電子デバイス３００を流れる電流の波形とを出力するシミュレーションを実行する。シミュレーション装置１が、このような出力側シミュレーションを実行することで、変換回路２００から供給される電力に基づいて電子デバイス３００が動作するか否かをユーザが確認することができる。

［第１変形例］
図７は、第１変形例に係るシミュレーション用モデルの模式図である。図７に示すシミュレーション用モデルに対応する試験回路においては、図４に示した変換回路２００の代わりに変換回路２００ａが含まれている。変換回路２００ａにおいては、昇圧回路２０１と負荷回路として機能する電子デバイス３００との間に第２コンデンサＣ_１が設けられているという点で、図４に示したシミュレーション用モデルの模式図と異なり、他の点で同じである。当該シミュレーション用モデルにおいては、コンデンサＣｏに蓄積可能な電力が、電子デバイス３００を一定時間動作させるために必要な駆動電力よりも小さく、第２コンデンサＣ_１が、電子デバイス３００を一定時間動作させるために必要な電力を蓄積可能である。本構成によれば、電子デバイス３００の駆動電力（消費電力）が比較的大きい場合であっても、シミュレーションを適切に行うことができる。

［第２変形例］
図８は、第２変形例に係るシミュレーション用モデルの模式図である。図８に示すシミュレーション用モデルに対応する試験回路においては、図７に示した変換回路２００ａの代わりに変換回路２００ｂが含まれている。変換回路２００ｂは、第２コンデンサＣ_１と電子デバイス３００との間に第２昇圧回路２０２が接続されている。試験回路に第２コンデンサＣ_１が設けられている場合、第２昇圧回路２０２を駆動する電圧が昇圧回路２０１を駆動する電圧よりも高いので、第１コンデンサＣｏの容量よりも第２コンデンサＣ_１の容量は小さくてよい。第１コンデンサＣｏが５ｍＦである場合、第２コンデンサＣ_１は例えば６８０μＦである。本構成によれば、電子デバイス３００の駆動電力（消費電力）が比較的大きい場合であっても、シミュレーションを適切に行うことができる。

［シミュレーション装置１による効果］
以上説明したように、モデル作成部１５２は、負荷回路の消費電力よりも小さい電力を出力可能な発電素子１００と、発電素子１００が出力する電力を昇圧して生成した昇圧電力を電子デバイス３００に出力する昇圧回路２０１と、発電素子１００と昇圧回路２０１との間に設けられたコンデンサＣｏと、を含む回路のシミュレーション用モデルを作成する。そして、シミュレーション部１５３は、モデル作成部１５２が作成したシミュレーション用モデルに基づいて、発電素子１００が発生する電力による昇圧回路２０１の動作をシミュレーションする。シミュレーション装置１がこのように構成されていることで、シミュレーション装置１は、発電素子１００が出力可能な電力が電子デバイス３００の消費電力よりも小さい場合であっても、発電素子１００が出力する電力を変換回路２００によって昇圧する場合の動作をシミュレーションすることができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

１ シミュレーション装置
２ 情報端末
１１ 操作部
１２ 表示部
１３ 通信部
１４ 記憶部
１５ 制御部
１００ 発電素子
１５１ データ取得部
１５２ モデル作成部
１５３ シミュレーション部
１５４ 出力部
２００ 変換回路
２０１ 昇圧回路
２０２ 第２昇圧回路
３００ 電子デバイス
３０１ 制御回路

Claims (18)

1. （１）負荷回路の消費電力よりも小さい電力を出力可能な発電素子から電力が入力されると共に、入力された電力を昇圧した昇圧電力を負荷回路に出力する昇圧回路と、（２）前記発電素子と前記昇圧回路との間に設けられ、前記発電素子からの入力電力に基づく電荷を蓄積し、蓄積された電荷により前記昇圧回路を一定時間動作させることが可能なコンデンサと、（３）前記発電素子または前記負荷回路の少なくとも一方と、を含む試験回路のシミュレーション用モデルを作成するモデル作成部と、
   前記シミュレーション用モデルに基づいて、前記試験回路における（Ａ）前記コンデンサに対する充電動作又は（Ｂ）前記コンデンサからの放電動作の少なくとも一方をシミュレーション可能なシミュレーション部と、
   を有するシミュレーション装置。
2. 前記モデル作成部は、前記発電素子の発電電力が前記昇圧回路の駆動電力よりも小さく、前記コンデンサに蓄積可能な電力が前記昇圧回路を前記一定時間動作させるために必要な駆動電力から前記一定時間における前記発電素子の発電電力よりも大きい前記試験回路の前記シミュレーション用モデルを作成する、
   請求項１に記載のシミュレーション装置。
3. 前記コンデンサに蓄積可能な電力が、前記負荷回路を前記一定時間動作させるために必要な駆動電力よりも大きい前記試験回路の前記シミュレーション用モデルを作成する、
   請求項１又は２に記載のシミュレーション装置。
4. 前記モデル作成部は、前記昇圧回路と前記負荷回路との間に第２コンデンサを含む前記試験回路のシミュレーション用モデルであって、前記コンデンサに蓄積可能な電力が、前記負荷回路を前記一定時間動作させるために必要な駆動電力よりも小さく、前記第２コンデンサが、前記負荷回路を前記一定時間動作させるために必要な電力を蓄積可能な前記試験回路の前記シミュレーション用モデルを作成する、
   請求項１又は２に記載のシミュレーション装置。
5. 前記モデル作成部は、前記第２コンデンサと前記負荷回路との間に第２昇圧回路が接続された前記試験回路の前記シミュレーション用モデルを作成する、
   請求項４に記載のシミュレーション装置。
6. 前記発電素子の電気的特性を示す発電素子特性データを取得するデータ取得部をさらに有し、
   前記モデル作成部は、前記発電素子特性データに基づいて前記発電素子のモデルを作成する、
   請求項１から５のいずれか一項に記載のシミュレーション装置。
7. 前記データ取得部は、前記発電素子の出力電圧と出力電流との関係を示す前記発電素子特性データを取得する、
   請求項６に記載のシミュレーション装置。
8. 前記データ取得部は、ネットワークと前記発電素子とに接続された素子測定回路において測定された前記発電素子特性データを、前記ネットワークを介して取得する、
   請求項６又は７に記載のシミュレーション装置。
9. 前記モデル作成部は、複数の前記発電素子の複数の電気的特性と複数の発電素子モデル候補とが関連付けられたデータベースを参照し、前記複数の発電素子モデル候補から、前記データ取得部が取得した前記発電素子特性データが示す電気的特性に対応する発電素子モデル候補を選択することにより、前記発電素子のモデルを作成する、
   請求項６から８のいずれか一項に記載のシミュレーション装置。
10. 前記シミュレーション部は、前記コンデンサの出力電力が閾値以上である場合に前記昇圧回路が前記出力電力を昇圧した後の電力を電子デバイスに出力する動作をシミュレーションする、
    請求項１から９のいずれか一項に記載のシミュレーション装置。
11. 前記シミュレーション部は、前記シミュレーション用モデルに対応する電子回路に接続されて使用される前記負荷回路の電気的特性に基づいて定められた容量を有する前記コンデンサを含む前記試験回路の前記シミュレーション用モデルに基づいてシミュレーションする、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載のシミュレーション装置。
12. ネットワークと前記電子デバイスとに接続されたデバイス測定回路において測定された前記電子デバイスの電気的特性を示す特性データを、前記ネットワークを介して取得するデータ取得部を有し、
    前記シミュレーション部は、前記特性データが示す前記電気的特性に基づいて決定された容量の前記コンデンサを充電する動作をシミュレーションする、
    請求項１１に記載のシミュレーション装置。
13. 前記データ取得部は、所定の時間における前記電子デバイスの動作時間と、時間と入力電流との関係を示す電流プロファイルと、を前記特性データとして取得する、
    請求項１２に記載のシミュレーション装置。
14. 前記データ取得部は、前記電子デバイスの動作時間と前記電流プロファイルに基づき、前記電子デバイスの動作中における平均消費電流を算出し、
    前記モデル作成部は、前記電子デバイスを、当該電子デバイスの平均消費電流に対応する抵抗値を有する抵抗素子に置き換えることで、前記負荷回路のシミュレーション用モデルを作成する、
    請求項１３に記載のシミュレーション装置。
15. 前記シミュレーション部は、前記発電素子のモデルと、前記コンデンサのモデルと、前記電子デバイスの電気的特性に対応する電子デバイスモデルと、を接続した前記シミュレーション用モデルに基づいて、前記発電素子が発生する電力により前記コンデンサを充電している間に、前記コンデンサに充電された電力の一部を前記電子デバイスに供給する動作をシミュレーションする、
    請求項１２から１４のいずれか一項に記載のシミュレーション装置。
16. コンピュータが実行する、
    （１）負荷回路の消費電力よりも小さい電力を出力可能な発電素子から電力が入力されると共に、入力された電力を昇圧した昇圧電力を負荷回路に出力する昇圧回路と、（２）前記発電素子と前記昇圧回路との間に設けられ、前記発電素子からの入力電力に基づく電荷を蓄積し、蓄積された電荷により前記昇圧回路を一定時間動作させることが可能なコンデンサと、（３）前記発電素子または前記負荷回路の少なくとも一方と、を含む試験回路のシミュレーション用モデルを作成するステップと、
    前記シミュレーション用モデルに基づいて、前記試験回路における（Ａ）前記コンデンサに対する充電動作又は（Ｂ）前記コンデンサからの放電動作の少なくとも一方をシミュレーションするステップと、
    を有するシミュレーション方法。
17. 情報端末と、シミュレーション装置と、を備え、
    前記情報端末は、
    負荷回路の消費電力よりも小さい電力を出力可能な発電素子の電気的特性を示す発電素子特性データを前記シミュレーション装置に送信するデータ送信部と、
    前記シミュレーション装置がシミュレーションした結果を表示する表示部と、
    を有し、
    前記シミュレーション装置は、
    前記発電素子特性データを取得するデータ取得部と、
    （１）負荷回路の消費電力よりも小さい電力を出力可能な前記発電素子から電力が入力されると共に、入力された電力を昇圧した昇圧電力を負荷回路に出力する昇圧回路と、（２）前記発電素子と前記昇圧回路との間に設けられ、前記発電素子からの入力電力に基づく電荷を蓄積し、蓄積された電荷により前記昇圧回路を一定時間動作させることが可能なコンデンサと、（３）前記発電素子または前記負荷回路の少なくとも一方と、を含む試験回路のシミュレーション用モデルを作成するモデル作成部と、
    前記シミュレーション用モデルに基づいて、前記試験回路における（Ａ）前記コンデンサに対する充電動作又は（Ｂ）前記コンデンサからの放電動作の少なくとも一方をシミュレーション可能なシミュレーション部と、
    前記シミュレーション部がシミュレーションした結果を前記情報端末に送信する通信部と、
    を有するシミュレーションシステム。
18. コンピュータに、
    （１）負荷回路の消費電力よりも小さい電力を出力可能な発電素子から電力が入力されると共に、入力された電力を昇圧した昇圧電力を負荷回路に出力する昇圧回路と、（２）前記発電素子と前記昇圧回路との間に設けられ、前記発電素子からの入力電力に基づく電荷を蓄積し、蓄積された電荷により前記昇圧回路を一定時間動作させることが可能なコンデンサと、（３）前記発電素子又は前記負荷回路の少なくとも一方と、を含む試験回路のシミュレーション用モデルを作成するステップと、
    前記シミュレーション用モデルに基づいて、前記試験回路における（Ａ）前記コンデンサに対する充電動作または（Ｂ）前記コンデンサからの放電動作の少なくとも一方をシミュレーションするステップと、
    を実行させるためのプログラム。

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