JP3792711B1 - Charger - Google Patents

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Abstract

【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
In a charging device that charges an electric double layer capacitor (hereinafter referred to as a “capacitor”) with a solar cell, the output of the solar cell to the capacitor is controlled in order to improve the charging efficiency of the capacitor by the solar cell.
A charging device includes at least a switch, and a step-down switching regulator that converts power supplied from a solar cell to a capacitor in accordance with a variable duty ratio of the switch; The circuit 57 for detecting the output current of the battery, the duty ratio control unit 84 for controlling the duty ratio of the switch, the circuit 50 for detecting the current of the capacitor, and the output current of the solar battery without referring to the voltage of the capacitor A command value supply unit 60 that discretely changes the command value and supplies the command value to the duty ratio control unit is included. The command value supply unit discretely changes the command value so that the capacitor current is substantially maximized based on the characteristics of the temporal change of the capacitor current associated with each discrete change.
[Selection] Figure 1

Description

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。   The present invention relates to a technology for charging an electric double layer capacitor with a solar cell, and more particularly to a technology for controlling the output of the solar cell to the electric double layer capacitor in order to improve the charging efficiency of the electric double layer capacitor by the solar cell. .

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。   There is a solar cell as an example of a power generation element that uses natural energy to generate electrical energy. There is also an electric double layer capacitor (hereinafter simply referred to as “capacitor”) as an example of a storage element that stores electric energy generated by such a power generation element.

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。   Generally, a solar cell has a characteristic that generated power has a maximum point with respect to a generated voltage and a generated current. Therefore, when using a solar cell, when the power generation voltage or power generation current of the solar cell changes, the generated power, that is, the output of the solar cell changes accordingly.

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。   Therefore, in order to charge a capacitor with a solar cell, in one example of a charging device that is used connected to the solar cell and the capacitor, switching control for converting the DC voltage generated by the solar cell and supplying the converted voltage to the capacitor A circuit is used. This switching control circuit has a function of controlling the output of the solar cell to the electric double layer capacitor in order to increase the charging efficiency of the capacitor by the solar cell.

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。   There is a conventional example of a charging device that is used by being connected to a solar cell and a capacitor having the characteristics and characteristics described above (see, for example, Patent Document 1). This conventional example includes a switching converter having a switch, a coil, and a diode, a current detection circuit that detects a power generation current of the solar battery, a voltage detection circuit that detects a power generation voltage of the solar battery, the switching converter and the current detection. A controller is connected to the circuit and the voltage detection circuit.

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。
特開2002−199614号公報
In this conventional example, the controller sets the duty ratio of the switch so that the generated power of the solar cell is maximized based on the generated current detected by the current detecting circuit and the generated voltage detected by the voltage detecting circuit. Determine the optimal value. This controller controls the on / off state of the switch so that the optimum value of the determined duty ratio is realized.
JP 2002-199614 A

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。   By the way, the capacitor has a feature that the voltage largely changes in accordance with the amount of charge accumulated in the capacitor, that is, the amount of stored energy. This feature is unique to the capacitor and does not exist in other types of power storage elements such as secondary batteries including lead storage batteries.

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。   Capacitors are categorized as physical cells that extract electrical energy from physical changes, similar to solar cells, while secondary cells, like primary cells and fuel cells, extract electrical energy from chemical reactions. It is classified as a chemical battery to be taken out.

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。   However, in the above-described conventional example, the output of the solar cell is unilaterally determined from the power generation state of the solar cell without referring to the charged state of the capacitor. Therefore, in this conventional example, there is a limit in improving the charging efficiency of the electric double layer capacitor by the solar cell.

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。   Against the background described above, the present invention relates to a technology for charging an electric double layer capacitor with a solar cell, in order to improve the charging efficiency of the electric double layer capacitor with the solar cell, The task is to determine the output more accurately.

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。   The following aspects are obtained by the present invention. Each aspect is divided into sections, each section is given a number, and is described in a form that cites other section numbers as necessary. This is to facilitate understanding of some of the technical features that the present invention can employ and combinations thereof, and the technical features that can be employed by the present invention and combinations thereof are limited to the following embodiments. Should not be interpreted. That is, it should be construed that it is not impeded to appropriately extract and employ the technical features described in the present specification as technical features of the present invention although they are not described in the following embodiments.

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。   Further, describing each section in the form of quoting the numbers of the other sections does not necessarily prevent the technical features described in each section from being separated from the technical features described in the other sections. It should not be construed as meaning, but it should be construed that the technical features described in each section can be appropriately made independent depending on the nature.

(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。
(1) Electric power generated by a solar cell having a maximum point with respect to a generated voltage and a generated current is stored in the electric energy generated by the solar cell, and the voltage changes depending on the amount of the stored energy. A charging device used to connect the solar cell and the electric double layer capacitor to charge the multilayer capacitor,
A step-down switching regulator that has at least a switch and converts electric power supplied from the solar cell to the electric double layer capacitor according to a variable duty ratio of the switch;
An output current detection circuit that detects, as an actual output current, an actual value of a current output from the solar cell to the electric double layer capacitor via the switching regulator;
A duty ratio control unit that is connected to the switching regulator and the output current detection circuit, and controls the duty ratio so that the detected value of the actual output current by the output current detection circuit matches the command value of the target output current;
A capacitor current detection circuit for detecting a current of the electric double layer capacitor as a capacitor current;
The duty ratio control unit and the capacitor current detection circuit are connected to each other, and the command value of the target output current is discretely changed and supplied to the duty ratio control unit without referring to the voltage of the electric double layer capacitor. Including the command value supply section,
The command value supply unit discretely changes the command value of the target output current so that the capacitor current is substantially maximized based on the characteristics of the time change of the capacitor current with each discrete change. Charging device.

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。   In general, in this type of charging device, it is ultimate that the electric power taken from the solar cell to the electric double layer capacitor (hereinafter simply referred to as “capacitor”) is maximized, that is, the charging power of the capacitor is maximized. Purpose.

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。   On the other hand, in the above-described conventional example, if the switch for controlling the flow of electric energy from the solar cell to the capacitor is controlled so that the generated power of the solar cell is maximized, the charging power of the capacitor is also maximized. Based on the assumption of linear dependence, the switch is controlled so that the power generated by the solar cell is maximized.

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。   However, the dependency relationship is not necessarily established in all charging devices. For example, in an environment in which an electric circuit that supplies electric energy from a solar cell to a capacitor is configured as a linear circuit in the charging device, the linear dependency relationship is established.

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。   On the other hand, in an environment where the electric circuit includes a non-linear element (for example, many semiconductor elements including a diode), the linear dependence relationship is not established. For this reason, when the above-described conventional example is implemented, the generated power of the solar cell is maximized, but the charging power of the capacitor is not maximized.

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。   In the charging device according to this section, the command value of the target output current of the solar cell is determined so that the charging current of the capacitor is substantially maximized and the charging power of the capacitor is substantially maximized.

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。   Therefore, according to this charging device, regardless of the characteristics of the electric circuit between the solar cell and the capacitor, it is easy to reliably achieve the ultimate purpose of maximizing the power taken into the capacitor from the solar cell. It becomes.

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。   In general, a person skilled in the art can come up with detecting a charging current and a charging voltage of a capacitor by a detection circuit in order to monitor the charging power of the capacitor. This is because the power flowing from the solar cell to the capacitor through the switch is represented by the product of the charging voltage and the charging current, and, as described above, unlike the chemical battery, the voltage changes as the charging proceeds in the capacitor. It is because it has the property to do.

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。   However, as a result of research, the present inventor has found that the charging voltage of the capacitor is almost constant even if charging of the capacitor proceeds if observed within a short time range. This will be specifically described below.

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。   In a chemical battery, in almost the entire charging period, the charging voltage is constant if the charging current is constant, whereas the charging voltage changes when the charging current changes. However, when the chemical battery approaches a fully charged state, the charging voltage increases even if the charging current is constant.

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。   This is because, prior to the transition to the fully charged state, a voltage corresponding to the chemical reaction inherent to the chemical battery, that is, the energy gap of the substance constituting the chemical battery, is generated. This is because a chemical reaction (for example, electrolysis of water) occurs in place of the original chemical reaction.

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。   Therefore, in the chemical battery, as long as it is before the transition to the fully charged state, there is a period in which the charging voltage is substantially constant. However, in a chemical battery, a period in which the charging voltage is substantially constant exists on the condition that the charging current is constant.

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。   On the other hand, according to the knowledge of the present inventors, in a capacitor, regardless of whether the charging current is constant or not throughout the charging, the charging voltage is constant if observed within a short time range. Can be considered.

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。   In order to store electric energy, a capacitor uses a physical phenomenon of charge accumulation in an electric double layer in the capacitor. Therefore, although the charging voltage rises as the charging progresses, if it is within a short time range, the characteristic that the change in the charging voltage is so small that it can be ignored with respect to the control error of the charging power is significantly different from the chemical battery Has different properties. In addition, unlike a chemical battery, a capacitor does not cause a phenomenon that a charging voltage increases in a fully charged state.

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。   Therefore, in the short time range, the present inventor sufficiently determines whether the charging power of the capacitor is large or small even if the charging voltage of the capacitor is not considered even if the charging current of the capacitor is considered. I realized I could do it accurately.

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。   Based on the knowledge explained above, in the charging device according to this section, the charging current of the capacitor is referred to, but the charging voltage of the capacitor is not referred to, and the charging current of the capacitor is substantially maximized. A command value for the target output current of the solar cell is determined.

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。   As a result, in this charging apparatus, as a result, the command value of the target output current of the solar cell is determined so that the charging power of the capacitor is substantially maximized, and the solar cell target value is determined to the determined command value. The duty ratio of the switch is determined so that the actual output currents match.

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。   Therefore, according to this charging device, it is easier to simplify the electric circuit for the detection than to detect not only the charging current of the capacitor but also the charging voltage in order to monitor the charging power of the capacitor. It becomes.

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。   Japanese Patent No. 3267054 discloses a power storage device that charges a storage battery with a solar battery. Specifically, the power storage device includes a transformer means for changing the power generation voltage of the solar cell, a detector means for detecting a charging current of the storage battery by the solar battery, and a transformer means for maximizing the detected charging current. And a control means for controlling.

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。   In the publication, “in general, the charging voltage Vb of the storage battery 12 is substantially constant during the charging operation, and therefore the point at which the generated power P of the solar battery 10 is maximized is that the charging current Ib (of the storage battery 12) is the maximum. Is almost equal to the point.

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。   Judging from this description, the “storage battery 12” in the publication is a battery classified as a secondary battery (chemical battery) represented by a lead storage battery, and is different from the “capacitor” in the charging device according to this section. .

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。   Certainly, the capacitor, which is a chemical battery and a physical battery, is common to each other in that it has a function of storing electric energy, and is also common to each other in that there is a period in which the charging voltage is substantially constant.

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。   Therefore, it may seem easy for those skilled in the art to implement the technique disclosed in the publication in the technique of charging a capacitor with a solar cell.

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。   However, those skilled in the art have recognized that a capacitor is a battery whose charging voltage increases as charging progresses, and those skilled in the art are familiar with chemical batteries, and the technology for charging chemical batteries is used in capacitors. It is natural to think that can not be implemented.

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。   Nevertheless, the present inventor has obtained the knowledge that “a capacitor has a substantially constant charging voltage as long as it is within a short time range”, and only applies the capacitor to the charging device. The present inventors have come up with a technique for controlling the output of a solar cell without referring to the charging voltage, but referring to the charging voltage.

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。   As described above, there is a period in which the charging voltage changes even in the case of a chemical battery. Therefore, in order to control the output of the solar cell with high accuracy by focusing on the charging current only during the period when the charging voltage is constant. It is necessary to confirm that the charging current is constant.

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。   On the other hand, with regard to capacitors, as long as the length of the control cycle of interest is managed, regardless of whether or not the charging current is constant, the output of the solar cell can be controlled with high precision, focusing on the charging current. Can do.

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。   Moreover, the chemical battery has an internal resistance. Therefore, when a chemical battery is charged with a load that consumes power (particularly, a load whose power consumption fluctuates with time) being connected in parallel, the charging current of the chemical battery changes greatly. As a result, the charging voltage of the chemical battery also changes.

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。   On the other hand, in this capacitor, there is no phenomenon corresponding to the internal resistance in a chemical battery, so even when the capacitor is charged with a load connected in parallel, it is observed within a short time range. Then, it can be considered that the charging voltage is constant.

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。   Thus, when comparing the environment for charging the chemical battery and the environment for charging the capacitor with respect to the stability of the charging voltage, the latter environment is more stable as the control accuracy of the output of the power generation battery is higher. In addition, the latter environment is more stable as the fluctuation of the charging current of the storage battery is larger.

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。   As is clear from the above description, according to the charging device according to this section, the capacitor that has been recognized as being unstable in voltage than the chemical battery is controlled from the viewpoint of a short control cycle, thereby There is no such viewpoint so far, since the battery is switched to a battery that is stable in terms of voltage.

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。   An example of a “switching regulator” in this section is configured to include a switch, a coil, and a diode, and another example is a synchronization that includes a switch, a coil, and a transistor or FET of a commutation circuit. It is configured as a rectification method.

(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。
(2) The command value supply unit repeats a subcycle in which the command value is discretely changed by a step size for each search cycle so that the capacitor current is substantially maximized. Exploring the optimum value of the target output current,
The cycle of the sub-cycle includes E (Wh) as the stored energy of the electric double layer capacitor, P (W) as the generated power of the solar cell, and the charging voltage Vc of the electric double layer capacitor as a control error of the charging voltage Vc. When the control error rate obtained by dividing by ΔVc is expressed by γ,
(E / P) · γ
The charging device according to item (1), wherein the charging device is set so as not to exceed a value represented by using.

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。   In the charging device according to the item (1), the output current of the solar cell is discretely changed. Therefore, there is a control error in the capacitor charging current that responds to the step size of the output current of the solar cell.

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。   On the other hand, as described above, the charging device according to the item (1) states that “the charging voltage of the capacitor does not change within a short time, and therefore the charging power of the capacitor is proportional to the charging current of the capacitor”. The inventor's knowledge, that is, the principle proposed by the inventor is used.

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。   Strictly speaking, however, the capacitor voltage changes due to the charging of the capacitor, even within a short time. “Capacitor charging voltage is constant” means that the amount of change in voltage of the capacitor is smaller than the amount of change in charge voltage of the capacitor in response to discrete changes in the output current of the solar cell.

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。   Based on the above knowledge, in the charging device according to this section, the subcycle in which the command value is discretely changed by the increment is repeated for each search cycle, whereby the capacitor current is substantially maximized. Thus, the optimum value of the target output current of the solar cell is determined exploratively.

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。
Further, in this charging device, the cycle of the sub-cycle is that the stored energy of the electric double layer capacitor is E (Wh), the generated power of the solar cell is P (W), and the charging voltage Vc of the electric double layer capacitor is the charging voltage. When the control error rate obtained by dividing by the control error ΔVc of Vc is expressed by γ,
(E / P) · γ
It is set so as not to exceed the value represented by.

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。   In an example in which the generated power of the solar cell, that is, the output P is 10 (W) and the stored energy of the capacitor, that is, the storage capacity E is 10 (Wh), if the electrical loss of the charging device is ignored, the specific output 1 (h) is required to fully charge a capacitor having the specific storage capacity with a solar cell having a 1/100 (h) ), That is, 36 (s) is required.

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(=CVc/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%(=1.01−1.00)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%(=0.51−0.50)変化する。 Stored energy Q of the capacitor, since equal to half (= CVc 2/2) of the product of the square and the capacitance C of the voltage Vc of the capacitor, in the vicinity of full charge of the capacitor, the voltage Vc of the capacitor When it changes by 1%, the stored energy Q changes by about 2% (= 1.01 2 -1.00 2 ). In the vicinity of charging (50% charging) where the charging voltage is ½ of the total charging voltage, if the voltage Vc of the capacitor changes by 1%, the stored energy Q is about 1% (= 0.51 2 −0). .50 2 ) Change.

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。   Therefore, in this example, the time for the charge voltage to change by 1% is 72 (s) near full charge and 36 (s) near 50% charge.

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。   Therefore, in the charging device according to this section, assuming that the control error rate γ is 0.01, the period of the sub cycle, that is, the length of time for which the latest value of the command value is held is 72 (s). And 36 (s) are set so as not to exceed the shorter one.

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。   In this example, the period of the subcycle is set to 36 (s). However, this example is merely an example for explanation, and the period of the subcycle is actually in the order of 10 ms, for example, 100 ms. It is set in order or 1s order.

(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。
(3) The duty ratio control unit is configured using an analog circuit that repeats the switching operation of the switch in a switching cycle,
The command value supply unit executes a plurality of subcycles for each search cycle, and is configured using a computer to discretely change the command value by a step size for each subcycle,
The charging apparatus according to (1) or (2), wherein the duty ratio control unit causes the switch to perform a plurality of switching operations that share the duty ratio for each subcycle.

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。   In this charging apparatus, the duty ratio control unit repeatedly performs the switching operation of the switch in the switching cycle. Further, the command value supply unit executes a plurality of subcycles for each search cycle, and discretely changes the command value by a step size for each subcycle.

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。   Furthermore, in this charging apparatus, the duty ratio control unit causes the switch to perform a plurality of switching operations with a common duty ratio for each subcycle.

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。   Therefore, in this charging apparatus, the operation cycle of the duty ratio control unit is shorter than the operation cycle of the command value determination unit, and therefore the duty ratio control unit operates faster than the command value determination unit. Is required. Therefore, when both the duty ratio control unit and the command value supply unit are configured using a computer, the duty ratio control unit is configured using an analog circuit, whereas the command value supply unit is configured using a computer. The computational load of the computer increases.

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。   Therefore, in the charging device according to this section, the duty ratio control unit prioritizes high-speed processing and is configured using an analog circuit, while the command value supply unit prioritizes operation freedom and uses a computer. It is configured.

(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。 (4) The charging device according to any one of (1) to (3), wherein the charging device is operated in a state where a load that consumes power is connected in parallel to the electric double layer capacitor.

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。   As described above, unlike a chemical battery, a capacitor does not have an internal resistance. Therefore, even if the capacitor is charged in a state where a load that consumes power is connected in parallel, the charging voltage of the capacitor does not decrease due to power consumption by the load. Further, even if the power consumption of the load fluctuates with time, fluctuation of the charging voltage due to the fluctuation is avoided.

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。   Based on such knowledge, in the charging device according to this section, the capacitor is charged by the solar cell in a state where a load that consumes power is connected in parallel to the capacitor.

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。   However, it is not indispensable for this charging device to be used in such a manner that the load is always connected in parallel to the capacitor, and only when the capacitor is not being charged, the load is connected in parallel to the capacitor (that is, charging) Some of them can be used in a manner in which a load is not connected in parallel to the capacitor.

(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。
(5) The command value supply unit repeats a subcycle in which the command value is discretely changed by a step size for each search cycle so that the capacitor current is substantially maximized. Exploring the optimum value of the target output current,
The command value supply unit
In each sub-cycle, based on the characteristic of the command value change in the previous sub-cycle and the characteristic of temporal change in the capacitor current in the previous sub-cycle, the time of the capacitor current in the current sub-cycle In order to reduce the amount of change, the change direction in which the command value is changed from the previous subcycle in the current subcycle, and the step size used to determine the command value in the current subcycle, A first determination unit for determining
In each of the subcycles, the command value used in the previous subcycle is discretely changed based on the determined change direction and the size of the step size, thereby being used in the current subcycle. The charging device according to any one of (1) to (4), including: a second determination unit that determines the command value.

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。   In this charging device, the command value is changed from the previous subcycle in the current subcycle based on the characteristics of the command value change in the previous subcycle and the characteristics of the temporal change in the capacitor current in the previous subcycle. The change direction to be determined and the size of the step size used for determining the command value in the current sub-cycle are determined.

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。   Further, based on the determined change direction and step size, the command value used in the previous sub cycle is discretely changed, thereby determining the command value used in the current sub cycle. The

(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。
(6) The change characteristic of the command value includes a direction of change of the command value,
The characteristic of the time change of the capacitor current includes the direction of time change of the capacitor current.

(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。 (7) In the first sub-cycle, the first determination unit determines the size of the step size so that the smaller the amount of temporal change in the capacitor current in the previous sub-cycle, the smaller the step size. The charging device according to (5) or (6), including a step size determination unit.

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。   As will be described in detail later, the capacitor current changes so as to have a maximum value with respect to a unidirectional change in the output current of the solar cell (as shown in a convex graph as shown in FIG. 8). . The output current of the solar cell corresponding to the maximum value is the optimum value of the output current.

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。   Therefore, as the capacitor current approaches its local maximum, the changing slope of the capacitor current with respect to the output current of the solar cell decreases. This means that the amount of temporal change in capacitor current between adjacent subcycles is reduced.

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。   On the other hand, reducing the step size of the output current of the solar cell as the capacitor current approaches its maximum value is effective for searching for the maximum value of the capacitor current with higher accuracy.

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。   In addition, in a region where the capacitor current is far from its maximum value, increasing the step size of the output current of the solar cell in a region close to the maximum value will result in a search for the maximum value of the capacitor current in a shorter time. It is effective to do.

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。   Based on such knowledge, in the charging device according to this section, in each sub-cycle, 1% of the output current of the solar cell is reduced so that the amount of temporal change of the capacitor current in the previous sub-cycle decreases. A discrete change amount per round, that is, the size of the step size is determined.

(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。 (8) The first determining unit may reduce the step size so that the smaller the current difference, which is the difference between the output current of the solar cell and the capacitor current in the previous subcycle, is smaller in each subcycle. The charging device according to any one of (5) to (7), including a second step size determination unit that determines a size.

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。   Generally, in a switching regulator, when the switch duty ratio is 100%, that is, when the switch is kept on in one switching cycle, the power conversion action of the switching regulator (for example, change in current flowing in the circuit under self-inductance) (A phenomenon in which electromotive force is induced in the circuit due to this) is not performed.

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。   When the power conversion action of the switching regulator is not performed, the current and voltage between the solar cell and the capacitor become equal to each other, and as a result, the output current of the solar cell reaches an optimum value for substantially maximizing the capacitor current. Neither can the output voltage be controlled.

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。   On the other hand, the power conversion action of the switching regulator is smaller as the current difference, which is the difference between the output current of the solar cell and the capacitor current, is smaller.

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。   Based on the knowledge explained above, in the charging device according to this section, in each sub-cycle, the smaller the current difference that is the difference between the output current of the solar cell and the capacitor current in the previous sub-cycle, the smaller the step. The size of the width is determined.

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。   Therefore, according to this charging device, the power conversion action of the switching regulator is not performed due to the switch being kept on, and as a result, the output current of the solar cell and the capacitor current are not optimized. Can be avoided.

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。   In this charging device, the output current of the solar cell and the capacitor current are detected respectively, and the current difference may be directly monitored as the difference between the detected values, but the physical quantity reflecting the current difference is detected, You may monitor a current difference indirectly using the detected value.

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。   For example, when the charging device uses a differential amplifier that operates proportionally according to the difference between the command value of the target output current and the actual output current of the solar battery, the output of the differential amplifier is output when the switch is kept on. The voltage will exceed the set voltage. Therefore, the difference between the output voltage of the differential amplifier and the set voltage may be detected, and the current difference may be indirectly monitored using the detected value.

(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。
(9) The switch performs a switching operation in accordance with the input on / off command signal,
The output current detection circuit outputs an analog signal representing the magnitude of the actual output current,
The capacitor current detection circuit outputs an analog signal representing the magnitude of the capacitor current,
The command value supply unit
An AD converter that converts an analog signal input from the capacitor current detection circuit into a digital signal;
A computer for determining the command value as a digital signal based on the digital signal output from the AD converter;
A digital-to-analog converter that converts a digital signal output from the computer into an analog signal;
The duty ratio controller is
A differential amplifier for performing differential amplification based on two analog signals respectively input from the output current detection circuit and the DA converter;
A triangular wave source for generating an analog signal representing a triangular wave, and the levels of two analog signals respectively input from the triangular wave source and the differential amplifier are compared with each other, and an on / off command signal representing the comparison result is output to the switch. The charging device according to any one of (1) to (8), including a comparator.

(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。
(10) Electric power generated by a solar cell having a maximum point with respect to the generated voltage and generated current is stored in the electric energy generated by the solar cell, and the voltage changes depending on the amount of the stored energy. A charging device used to connect the solar cell and the electric double layer capacitor to charge the multilayer capacitor,
A step-down switching regulator that has at least a switch and converts electric power supplied from the solar cell to the electric double layer capacitor according to a variable duty ratio of the switch;
An output voltage detection circuit for detecting an actual value of a voltage output from the solar cell to the electric double layer capacitor through the switching regulator as an actual output voltage;
A duty ratio control unit that is connected to the switching regulator and the output voltage detection circuit, and controls the duty ratio so that the detected value of the actual output voltage by the output voltage detection circuit matches the command value of the target output voltage;
A capacitor current detection circuit for detecting a current of the electric double layer capacitor as a capacitor current;
The duty ratio control unit and the capacitor current detection circuit are connected to each other and the command value of the target output voltage is discretely changed and supplied to the duty ratio control unit without referring to the voltage of the electric double layer capacitor. Including the command value supply section,
The command value supply unit discretely changes the command value of the target output voltage so that the capacitor current is substantially maximized based on the characteristics of the time change of the capacitor current accompanying the discrete change of each time. Charging device.

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。   According to this charging apparatus, basically the same operation and effect are realized according to the principle that is basically common to the charging apparatus according to the item (1).

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。   This charging device adopts the technical features described in any one of the items (3), (4), and (6) to (9) with modifications necessary for applying to the charging device. Is possible.

(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。
(11) The command value supply unit repeats a subcycle for discretely changing the command value by a step size for each search cycle so that the capacitor current is substantially maximized. Exploratively determine the optimal value of the target output voltage,
The cycle of the sub-cycle includes E (Wh) as the stored energy of the electric double layer capacitor, P (W) as the generated power of the solar cell, and the charging voltage Vc of the electric double layer capacitor as a control error of the charging voltage Vc. When the control error rate obtained by dividing by ΔVc is expressed by γ,
(E / P) · γ
The charging device according to (10), wherein the charging device is set so as not to exceed a value represented by using.

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。   According to this charging apparatus, basically the same operation effect is realized according to the principle that is basically common to the charging apparatus according to the item (2).

(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。
(12) The command value supply unit repeats a subcycle for discretely changing the command value by a step size for each search cycle so that the capacitor current is substantially maximized. Exploratively determine the optimal value of the target output voltage,
The command value supply unit
In each sub-cycle, based on the characteristic of the command value change in the previous sub-cycle and the characteristic of temporal change in the capacitor current in the previous sub-cycle, the time of the capacitor current in the current sub-cycle In order to reduce the amount of change, the change direction in which the command value is changed from the previous subcycle in the current subcycle, and the step size used to determine the command value in the current subcycle, A first determination unit for determining
In each of the subcycles, the command value used in the previous subcycle is discretely changed based on the determined change direction and the size of the step size, thereby being used in the current subcycle. The charging device according to (10) or (11), including: a second determination unit that determines the command value.

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。   According to this charging apparatus, basically the same function and effect are realized according to the principle that is basically common to the charging apparatus according to the item (5).

(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。
(13) Electric power generated by a solar cell having a local maximum point with respect to the generated voltage and generated current is stored in the electric energy generated by the solar cell and the voltage varies depending on the amount of the stored energy. A charging device used to connect the solar cell and the electric double layer capacitor to charge the multilayer capacitor,
A step-down switching regulator that has at least a switch and converts electric power supplied from the solar cell to the electric double layer capacitor according to a variable duty ratio of the switch;
An output current detection circuit that detects, as an actual output current, an actual value of a current output from the solar cell to the electric double layer capacitor via the switching regulator;
An output voltage detection circuit for detecting an actual value of a voltage output from the solar cell to the electric double layer capacitor through the switching regulator as an actual output voltage;
A current that is connected to the switching regulator, the output current detection circuit, and the output voltage detection circuit, and controls the duty ratio so that the detected value of the actual output current by the output current detection circuit matches the command value of the target output current. Duty ratio control unit that selectively performs change-type control and voltage change-type control that controls the duty ratio so that the detected value of the actual output voltage by the output voltage detection circuit matches the command value of the target output voltage When,
A capacitor current detection circuit for detecting a current of the electric double layer capacitor as a capacitor current;
The duty ratio control unit and the capacitor current detection circuit are connected to each other, and (a) iteratively changes the command value of the target output current, and changes the capacitor current with time according to each discrete change. A current change type control that determines a command value of the target output current so that the capacitor current is substantially maximized, and supplies the determined command value to the duty ratio control unit; b) Iteratively changing the command value of the target output voltage repeatedly, so that the capacitor current is substantially maximized based on the characteristics of the change in the capacitor current with each discrete change. A command value supply unit that determines a command value of the target output voltage and selectively performs voltage change type control that supplies the determined command value to the duty ratio control unit,
The command value supply unit performs the current change type control when the actual output voltage is higher than a reference value, while the voltage change type control when the actual output voltage is not higher than the reference value. To perform the charging device.

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。   Paying attention to the characteristics of the solar cell shown in FIG. 8, the target output current is changed because the slope of the voltage with respect to the current is gentler in the high region of the entire range of the actual output voltage of the solar cell than in the low region. It is possible to detect the optimum value of the target output current with higher accuracy than to change the target output voltage.

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。   On the other hand, in the low region of the entire range of the actual output voltage of the solar cell, the gradient of the current with respect to the voltage is gentler than in the high region, so changing the target output voltage changes the target output current. As a result, the optimum value of the target output current can be detected with high accuracy.

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。   Based on the knowledge described above, in the charging device according to this section, when the actual output voltage of the solar cell is higher than the reference value, the current change type that repeats discretely changing the command value of the target output current On the other hand, when the actual output voltage is not higher than the reference value, the voltage change type control that repeats changing the command value of the target output voltage discretely is performed.

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。   This charging apparatus adopts the technical features described in any one of the items (2) to (9), (11), and (12), with modifications necessary for applying to the charging apparatus. Is possible.

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。   Hereinafter, some of more specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

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。   FIG. 1 shows an electric circuit diagram of a charging device 10 according to a first embodiment of the present invention together with a solar cell 12 and an electric double layer capacitor (hereinafter simply referred to as “capacitor”) 14. FIG. 1 also shows a load 16 (for example, an electric device such as a lighting fixture or a motor) that consumes the electric energy generated by the solar cell 12.

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。   As shown in FIG. 1, the charging device 10 has a positive electrode line 20 and a negative electrode line 22. The positive electrode line 20 has external terminals 24 and 26 at both ends, and the negative electrode line 22 has external terminals 28 and 30 at both ends. The charging device 10 is electrically connected to the positive terminal and the negative terminal of the solar cell 12 at the external terminal 24 of the positive line 20 and the external terminal 28 of the negative line 22, respectively. Further, the charging device 10 is electrically connected to the positive terminal and the negative terminal of the capacitor 14 at the external terminal 26 of the positive line 20 and the external terminal 30 of the negative line 22, respectively.

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。   In FIG. 1, the generated voltage of the solar cell 12 is expressed as “Vs” and the generated current is expressed as “Is”, while the charging voltage of the capacitor 14 is expressed as “Vc” and the charging current is expressed as “Ic”. Yes.

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。   The solar cell 12 converts solar energy into electric energy. The solar cell 12 has a characteristic that the generated power changes according to the illuminance of sunlight. The solar cell 12 also has a characteristic that the generated power has a maximum point with respect to the generated voltage Vs and the generated current Is, as shown in the graph of FIG. Therefore, when this solar cell 12 is used, when the generated voltage Vs or the generated current Is of the solar cell 12 changes, the generated power, that is, the output energy of the solar cell changes accordingly.

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。   FIG. 2 is a graph showing characteristics in which the generated voltage Vs and the generated current Is change under the condition that the illuminance of sunlight (= daily illuminance) is constant. In FIG. 2, the intersection between the graph and the straight line A is the optimum resistance value of the load when the charging device 10 is considered to be a load for the solar cell 12 (a resistor having a resistance value (= Vs / Is)). Therefore, it is indicated that the product of the generated current Is and the generated voltage Vs, that is, the generated power is a maximum value.

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。   Further, in FIG. 2, the intersection of the graph and the straight line B indicates that the generated power is not the maximum value because the resistance value of the charging device 10 as a load for the solar cell 12 is too large. In FIG. 2, the intersection between the graph and the straight line C indicates that the generated power is not the maximum value because the resistance value of the charging device 10 as a load for the solar cell 12 is too small.

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。   The capacitor 14 stores the electrical energy generated by the solar cell 12. The capacitor 14 is characterized in that the voltage varies greatly depending on the state of charge thereof, that is, the amount of charge accumulated in the capacitor 14. This feature is unique to the capacitor 14 and does not exist in other types of power storage elements.

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。   The capacitor 14 is constituted by a series connection of a plurality of individual capacitors in order to increase the energy that can be stored. In the case where it is necessary to further increase the energy that can be stored, the capacitor 14 can be configured by connecting a plurality of parallel circuits of a plurality of individual capacitors in series with each other.

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。   As shown in FIG. 1, the charging device 10 includes a step-down switching regulator 32.

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。   The switching regulator 32 includes a chopper type switch (for example, a semiconductor switch) 40, a coil (inductor) 42, and a diode (flyhole diode) 44. The switch 40 and the coil 42 are connected in series with each other in the positive electrode line 20 in that order. The diode 44 is connected to an intermediate line 46 extending from a portion of the positive electrode line 20 between the switch 40 and the coil 42 and reaching the negative electrode line 22.

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。   The switching regulator 32 is configured so that a voltage lower than the power generation voltage Vs of the solar cell 12 is applied to the capacitor 14, while a current larger than the power generation current Is of the solar cell 12 is supplied to the capacitor 14. 14 has a function of converting power supplied to the power supply 14.

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。   As is well known, the switching regulator 32 is a method of smoothing a square wave (intermittent waveform) generated by turning on and off the switch 40. This method is employed when the output voltage, that is, the charging voltage Vc of the capacitor 14 is lower than the input voltage, that is, the generated voltage Vs of the solar battery 12.

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。   In the switching regulator 32, the electrical energy of the solar cell 12 is stored as magnetic energy in the coil 42 via the switch 40 during a period in which the switch 40 is in an on (conducting) state. Thereafter, when the switch 40 is switched to an off (cut-off) state, the magnetic energy stored in the coil 42 is converted into electric energy by the closed circuit including the coil 42, the capacitor 14, and the diode 44 and supplied to the capacitor 14. .

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。   By repeatedly turning the switch 40 on and off, the electric energy of the solar cell 12 is supplied to the capacitor 14, whereby the capacitor 14 is charged by the solar cell 12.

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。   At this time, the charging voltage Vc of the capacitor 14 is based on the duty ratio of the switch 40, that is, the value obtained by dividing the on-time Ton when the switch 40 is on by the sum of the on-time Ton and the off-time Toff. The power generation voltage Vs of the battery 12 has a reduced height. If the voltage obtained by stepping down the generated voltage Vs becomes the charging voltage Vc, the current obtained by increasing the generated current Is of the solar battery 12 becomes the charging current Ic of the capacitor 14 in return.

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。   That is, the switching regulator 32 performs voltage / current conversion (power conversion) between the solar cell 12 and the capacitor 14. Specifically, the power is stored between the solar cell 12 and the capacitor 14. Under the condition, the high voltage and small current electricity in the solar cell 12 is converted into the low voltage and large current electricity in the capacitor 14. Thereby, the charging efficiency of the capacitor 14 by the solar cell 12 is improved.

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。   As shown in FIG. 1, the charging device 10 further includes a capacitor 48 on the upstream side of the switching regulator 32. The capacitor 48 is connected in parallel to the solar cell 12 in a state of being connected to the positive electrode line 20 and the negative electrode line 22.

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。   The capacitor 48 allows the electric energy to be discharged from the solar cell 12 and temporarily stores the discharged electric energy when the switch 40 is in the OFF state. On the other hand, the capacitor 48 sends the electrical energy accumulated in the capacitor 48 to the capacitor 14 via the switch 40 together with the electrical energy generated by the solar cell 12 when the switch 40 is in the ON state.

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。   If the charging device 10 does not include the capacitor 48, the release of electric energy from the solar cell 12 is prevented when the switch 40 is in the OFF state. Therefore, the power generation voltage Vs of the solar cell 12 is a voltage represented by a portion corresponding to the no-load state in the characteristic curve of the solar cell 12 shown in FIG. In the ON state, the voltage is represented by a portion corresponding to the amount of current flowing through the switch 40 in the characteristic curve of the solar cell 12.

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。   Therefore, regardless of whether the switch 40 is in an off state or an on state, the solar cell 12 is not in an optimal load state in which electric energy extracted from the solar cell 12 is maximized.

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。   On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, since the charging device 10 includes the capacitor 48, the electrical energy is released from the solar cell 12 to the capacitor 48 in the off state of the switch 40. Allowed.

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。   Therefore, according to the present embodiment, as a result of permitting the release of electric energy from the solar cell 12 despite the on / off control of the switch 40, the generated voltage Vs of the solar cell 12, that is, the terminal voltage of the capacitor 48 is stabilized. . Therefore, it becomes possible to maintain the solar cell 12 in the optimum load state in which the electric energy extracted from the solar cell 12 is maximized.

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。   In short, the capacitor 48 has a function of stabilizing the power generation voltage Vs of the solar cell 12 regardless of the on / off operation of the switch 40. In order to perform this function, it is necessary that the voltage of the capacitor 48 does not change sensitively during the switching period of the switch 40 (for example, 10 μs).

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。   Therefore, the capacitor 48 has a smaller capacitance than the capacitor 14. The capacitance of the capacitor 48 is set according to the length of the switching cycle of the switch 40 (for example, 10 μs), the amount of current flowing out from the solar cell 12 through the switch 40 in the ON state of the switch 40, and the like.

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。   As shown in FIG. 1, the charging device 10 further includes a charging current detection circuit 50 that detects the charging current Ic of the capacitor 14.

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。   The charging current detection circuit 50 is connected to the portion of the negative electrode line 22 between the connection point of the negative electrode terminal of the capacitor 14 and the ground point in order to detect the amount of current flowing through the capacitor 14, that is, the amount of the charging current Ic. A current detection resistor 52 is provided. The current detection resistor 52 has a function of converting a current flowing through the capacitor 14 into a voltage.

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。   The charging current detection circuit 50 further includes an amplifier (DC amplifier) 54 that amplifies the voltage of the current detection resistor 52 at a constant magnification. The amplifier 54 outputs an analog signal representing the charging current Ic of the capacitor 14. The amplifier 54 is configured as a DC linear amplifier, for example.

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。   The charging current detection circuit 50 removes a ripple component generated in the charging current of the capacitor 14 due to the on / off operation of the switch 40, thereby ensuring the subsequent processing using the detected value of the charging current Ic. The filter 55 is provided.

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。   For example, the filter 55 is configured as a low-pass filter using an average current, a peak detection circuit using a peak current, or a method using a current of a specific phase (sampling hold or synchronous detection at the timing when the switch 40 is turned off). Is possible. FIG. 3 (a) shows an example of a low-pass filter, and FIG. 3 (b) shows an example of a peak detection circuit.

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。   In addition, when the charging device 10 is operated only in a region where the ripple component of the charging current Ic is small (when the inductance of the coil 42 is sufficiently large compared to the switching period), the filter 55 is omitted. Is possible.

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。   The charging device 10 includes an AD converter 56 in order to convert the analog signal output from the amplifier 54 into a digital signal.

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。   As shown in FIG. 1, the charging device 10 further includes an output current detection circuit 57 that detects the output current Is of the solar cell 12.

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。   The output current detection circuit 57 is a portion of the negative electrode line 22 between the connection point of the negative terminal of the solar cell 12 and the ground point in order to detect the amount of current output from the solar cell 12, that is, the amount of output current Is. And a current detection resistor 58 connected to the. The current detection resistor 58 has a function of converting a current flowing through the solar cell 12 into a voltage.

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。   The output current detection circuit 57 further includes an amplifier (DC amplifier) 59 that amplifies the voltage of the current detection resistor 58 at a constant magnification. The amplifier 59 outputs an analog signal representing the output current Is of the solar cell 12. The amplifier 59 is configured as a DC linear amplifier, for example.

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。   As shown in FIG. 1, the charging device 10 further includes a controller 60. The controller 60 is mainly composed of a computer 70 as conceptually shown in a block diagram in FIG. The computer 70 includes a CPU 72, a ROM 74, and a RAM 76 that are connected to each other via a bus 78. The controller 60 further includes an I / O interface 80, and the computer 70 is electrically connected to the AD converter 56 via the I / O interface 80.

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。   The charging device 10 includes a DA converter 82 in order to convert the digital signal output from the controller 60 into an analog signal. The controller 60 is also electrically connected to the DA converter 82 via the I / O interface 80.

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。   As shown in FIG. 1, the charging apparatus 10 includes a switch control circuit 84 in order to control the switching operation of the switch 40. The switch control circuit 84 includes a triangular wave source 86, a differential amplifier 87, and a comparator 88. The triangular wave source 86, the differential amplifier 87, and the comparator 88 are all configured as analog circuits that perform calculations at high speed using analog signals.

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。   The triangular wave source 86 is configured as an oscillator that generates a triangular wave signal having a constant frequency. An example of the oscillator is one in which the oscillation frequency is set to 100 kHz.

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。   The differential amplifier 87 includes an output voltage of the amplifier 59 (a voltage obtained by converting the output current of the solar battery 12) and an output voltage of the DA converter 82 (a target output current of the solar battery 12 output from the controller 60). A voltage proportional to the difference from the command value) is output. The output voltage of the differential amplifier 87 is input to the comparator 88 as an error signal.

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。   The differential amplifier 87 shifts to a transient state when the command value of the controller 60 changes and the output voltage of the DA converter 82 changes. In the transient state, the output voltage of the DA converter 82 and the output voltage of the amplifier 59 do not match each other. When these output voltages eventually coincide with each other, the differential amplifier 87 shifts to a steady state. In the steady state, the command value of the controller 60 and the output current of the solar cell 12 match each other.

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。   The comparator 88 is configured as a voltage comparator that determines a target of two input voltages. The output voltage of the comparator 88 changes to either a high level or a low level in accordance with the magnitude relationship between the two input voltages.

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。   Specifically, the comparator 88 receives the output voltage of the differential amplifier 87 and the output voltage of the triangular wave source 86, and as a result, the comparator 88 is proportional to the output voltage of the differential amplifier 87. A PWM-generated rectangular wave signal having a pulse width to be output is output. The rectangular wave signal is output to the switch 40 in order to turn the switch 40 on and off. The duty ratio of the switch 40 is determined according to the pulse width of the rectangular wave signal.

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。   When the command value of the controller 60 changes during the operation of the charging device 10, the output voltage of the differential amplifier 87 changes and the pulse width of the rectangular wave signal of the comparator 88 changes. When the pulse width changes, the duty ratio of the switch 40 changes, and the current output from the solar cell 12 to the capacitor 14 via the switching regulator 32, that is, the charging current Ic of the capacitor 14 changes.

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。   FIG. 5 shows the triangular wave signal of the triangular wave source 86, the switch command signal supplied to the switch 40, the current flowing through the coil 42, the capacitor 14 and the load 16 in the steady state of the switching regulator 32. Waveforms respectively represented by temporal transitions (represented by Ic) are temporally related to each other and are represented by graphs.

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。   Specifically, in FIG. 5A, a triangular wave signal having a certain period is represented by a graph together with a threshold voltage signal representing the threshold voltage Vth. The threshold voltage Vth is given by the output voltage of the differential amplifier 87.

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。   In FIG. 5B, the switch command signal is represented by a graph in association with the ON state and the OFF state of the switch 40. This switch command signal is equal to the rectangular wave signal output from the comparator 88, and the rectangular wave signal is obtained by binarizing the triangular wave signal with a threshold voltage signal. As the threshold voltage Vth increases, the ON pulse width of the switch command signal increases, and as a result, the ON time of the switch 40 becomes longer.

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。   FIG. 5C is a graph showing how the charging current Ic of the capacitor 14 increases and decreases with the switching operation of the switch 40. The charging current Ic increases during the ON period of the switch 40 and decreases during the OFF period. In a normal state except when the average current of the charging current Ic is small, the current of the coil 42 does not become zero but continues to flow.

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。   The differential amplifier 87 shown in FIG. 1 operates so that the output voltage of the amplifier 59 matches the output voltage of the DA converter 82. As a result, when the command value of the controller 60 changes, the duty ratio of the switch 40 is changed so that the output voltage of the amplifier 59 matches the output voltage of the DA converter 82. When the output voltage of the amplifier 59 eventually matches the output voltage of the DA converter 82, the duty ratio of the switch 40 is fixed to the value at that time.

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。   Specifically, when the output current Is of the solar battery 12 increases relative to the current command value of the controller 60, the output voltage of the differential amplifier 87 decreases, and the threshold voltage Vth of the comparator 88 also increases. descend. Then, the duty ratio τ of the switch command signal as a rectangular wave signal supplied from the comparator 88 to the switch 40 decreases, and the switching regulator 32 operates so as to decrease the output current Is of the solar cell 12.

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。   Conversely, when the output current Is of the solar cell 12 decreases relative to the current command value of the controller 60, the output voltage of the differential amplifier 87 increases and the threshold voltage Vth of the comparator 88 also increases. . Then, the duty ratio τ of the switch command signal as a rectangular wave signal supplied from the comparator 88 to the switch 40 increases, and the switching regulator 32 operates so as to increase the output current Is of the solar cell 12.

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。   With these two types of operations, the output current Is of the solar cell 12 and the current command value of the controller 60 coincide with each other in a period other than the period in which the charging apparatus 10 is in a transient state.

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。   As shown in FIG. 1, in the charging device 10, a diode 89 is connected to a portion of the positive line 20 between the connection point with the positive terminal of the capacitor 48 and the external terminal 24. The diode 89 is provided to prevent current from flowing from the capacitor 14 to the solar cell 12 in the reverse direction. When the switch 40 itself has a backflow prevention function, such as when the switch 40 is a bipolar transistor, the diode 89 can be omitted.

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。   As shown in FIG. 4, the ROM 74 stores various programs including a command value determination program in advance. The command value determination program detects the charging current Ic of the capacitor 14 in a time discrete manner via the charging current detection circuit 50 and determines the command value of the target output current of the solar cell 12 based on the detected value. , Executed by the CPU 72.

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。   Specifically, the command value determination program determines the value that the output current Is of the solar cell 12 should take in order to substantially maximize the charging current Ic of the capacitor 14 (the controller 60 should output to the differential amplifier 87). In order to determine the current command value) in an exploratory manner by discrete change of the output current Is, it is executed by the CPU 72.

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。   More specifically, as shown in the time chart of FIG. 6, the command value determination program executes a plurality of subcycles for each search cycle, and increments the current command value for each subcycle. It is executed by the CPU 72 to change only discretely.

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。   On the other hand, the switch control circuit 84 causes the switch 40 to perform a plurality of switching operations with a common duty ratio τ for each subcycle, as shown in the time chart of FIG.

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。   In one example, the period of the sub cycle is 10 ms, and the length of one switching operation, that is, the switching period is 10 μs. In this example, the switching operation is performed 1,000 times during one subcycle.

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。   In this example, the stored energy E of the capacitor 14 is 10 (Wh), and the generated power P of the solar cell 12 is 10 (W). Furthermore, the full charge voltage of the capacitor 14 is 10 (V).

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。   In this example, since the period of the sub cycle is set to 0.01 seconds, the energy accumulated in the capacitor 14 is equal to one sub cycle (0.01 seconds) if the loss of the charging circuit is ignored. It changes by 0.00028% (= 0.01 seconds ÷ 3600 seconds).

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。   On the other hand, the stored energy of the capacitor 14 is proportional to the square of the charging voltage Vc of the capacitor 14. Therefore, when the charging voltage Vc changes by 1% with respect to the full charging voltage near the full charging of the capacitor 14, the stored energy of the capacitor 14 changes by 2%. On the other hand, when the charging voltage Vc is around 5 (V), when the charging voltage Vc changes by 1% with respect to the full charging voltage, the accumulated energy of the capacitor 14 changes by 1%.

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。   Therefore, if the accumulated energy of the capacitor 14 changes by 0.00028% during one subcycle (0.01 seconds), a control error rate of 0.00014% occurs in the charging voltage Vc near full charge. . On the other hand, when the charging voltage is around 5 (V), a control error rate of 0.00028% occurs in the charging voltage Vc.

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。   Therefore, in the present embodiment, the control error rate γ obtained by dividing the charging voltage Vc of the capacitor 14 by the control error ΔVc of the charging voltage Vc is 0.00028% (0.00014% control error rate and 0 The larger of the control error rates of .0208%).

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。   Therefore, in this example, the period of the subcycle is set so as not to exceed (E / P) · γ, that is, 0.00028%.

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。   As shown in FIG. 4, the RAM 76 includes a plurality of memories allocated for storing various digital data. The memories include (a) a command value memory 90 that temporarily stores the determined current command value, and (b) a current current that temporarily stores a current detection value of the charging current Ic by the charging current detection circuit 50. A memory 92; and (c) a previous current memory 94 that temporarily stores a previous detected value of the charging current Ic by the charging current detection circuit 50.

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。   FIG. 7 conceptually shows a flowchart of the above-described command value determination program. Hereinafter, the current command value determination process in the controller 60 will be described with reference to FIG. 7, but prior to that, the basic principle will be described.

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。   When the entire system including the charging device 10, the solar battery 12, and the capacitor 14 is operatively in a steady state, the relationship represented by the following expression (1) is established between the solar battery 12 and the capacitor 14. .

Vs×Is=Vc×Ic   Vs × Is = Vc × Ic

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。   In the solar cell 12, due to the presence of the capacitor 48, the temporal variation of the generated voltage Vs is small when observed within a time range as short as the subcycle period. Since the temporal variation of the generated voltage Vs is small, the temporal variation of the generated power of the solar cell 12 is also small, and as a result, the temporal variation of the generated current Is of the solar cell 12 is also small.

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。   On the other hand, in the capacitor 14, the inductance of the coil 42 is normally designed to a value that is large enough to make the direct current component larger than the current change of the coil 42. However, since there is some current fluctuation in the coil 42, the current flowing through the coil 42 is a ripple current. On the other hand, the capacitance of the capacitor 14 has such a large value that the charging voltage Vc of the capacitor 14 does not change in a short time.

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。   The instantaneous value of the electric energy flowing into the capacitor 14 is represented by the product of the charging voltage Vc and the charging current Ic. As described above, the charging voltage Vc of the capacitor 14 is substantially constant when observed within a short time range. Therefore, the amount of electric energy flowing into the capacitor 14 is proportional to the current flowing into the capacitor 14, that is, the charging current Ic.

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。   Therefore, within a short time range, the determination of whether the electric energy flowing into the capacitor 14 is large or small is sufficient by determining whether the charging current Ic is large or small without considering the charging voltage Vc of the capacitor 14. Can be done accurately.

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。   By the way, if the switching period of the switch 40 is represented by T, the on time is represented by Ton, and the off time is represented by Toff, the relationship represented by the following equation (2) is established among these three members.

T=Ton+Toff   T = Ton + Toff

また、スイッチ40のデューティ比τは、次式(3)で表される。   The duty ratio τ of the switch 40 is expressed by the following equation (3).

τ=Ton/T   τ = Ton / T

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。   When the duty ratio τ of the switch 40 is determined, the relationship expressed by the following equation (4) is approximately established between the power generation voltage Vs of the solar cell 12 and the charging voltage Vc of the capacitor 14.

(Vs−Vc)÷L×Ton≒Vc÷L×Toff=Vc÷L×(T−Ton)   (Vs−Vc) ÷ L × Ton≈Vc ÷ L × Toff = Vc ÷ L × (T-Ton)

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。   In this equation, “L” represents the inductance value of the coil 42. In this equation, the left side means an increase in the current of the coil 42 when the switch 40 is in the on state, while the right side means a decrease in the current of the coil 42 when the switch 40 is in the off state. From this equation, the following equations (5) to (7) are derived.

Vs×Ton=Vc×T   Vs × Ton = Vc × T

Ton/T=Vc/Vs   Ton / T = Vc / Vs

Ton/T=Is/Ic   Ton / T = Is / Ic

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。   Due to the characteristics of the capacitor 14 described above, the charging voltage Vc of the capacitor 14 does not change sensitively. On the other hand, the power generation voltage Vs of the solar cell 12 can change within the voltage range represented by the characteristic curve shown in FIG. Thus, since the charging voltage Vc of the capacitor 14 does not change within a short time range, when the duty ratio τ of the switch 40 is changed, the power generation voltage Vs of the solar cell 12 changes. Immediately after the change of the duty ratio τ, the switching regulator 32 is in a transient state, but eventually the generated voltage Vs of the solar cell 12 converges to a value represented by the following equation (8).

Vs=Vc×T÷Ton   Vs = Vc × T ÷ Ton

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。   When the power generation voltage Vs of the solar cell 12 changes in this way, the power generation current Is of the solar cell 12 also changes. The generated current Is after the change is determined according to the characteristic curve of the solar cell 12 and the illuminance of sunlight at that time.

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。   When the power generation voltage Vs and the power generation current Is of the solar battery 12 change in this way, the power generation of the solar battery 12 also changes. If the generated power of the solar cell 12 changes, the charging power of the capacitor 14 also changes, and the change is reflected only in the charging current Ic, not in the charging voltage Vc of the capacitor 14.

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。   FIG. 8 shows the change indicated by the charging current Ic of the capacitor 14 when the command value of the output current Is of the solar cell 12 (duty ratio τ of the switch 40) is changed under the condition that the illuminance of sunlight is constant. An example is shown in a graph.

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。   As described above, because the generated power of the solar cell 12 has a maximum value with respect to the generated voltage Vs and the generated current Is, the charging power of the capacitor 14 also has a maximum value. On the other hand, in the capacitor 14, as described above, within a short time range, the charging voltage Vc does not change with time, whereas the charging current Ic is variable. Therefore, the phenomenon that the generated power of the solar cell 12 has a maximum value is observed as a phenomenon in which the charging current Ic of the capacitor 14 has a maximum value.

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。   Therefore, if the command value of the output current Is continues to increase from the value corresponding to the point A in FIG. 8, the charging current Ic continues to decrease, whereas if the command value of the output current Is continues to decrease from the value corresponding to the point A, the charging current After Ic increases and reaches the maximum value, it starts to decrease.

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。   On the other hand, if the command value of the output current Is continues to decrease from the value corresponding to the point B in FIG. 8, the charging current Ic continues to decrease, whereas if the command value continues to increase from the value corresponding to the point B, the charging current After Ic increases and reaches the maximum value, it starts to decrease.

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。   Therefore, the optimum value of the command value of the output current Is, that is, the value corresponding to the maximum value of the charging current Ic can be determined in an exploratory manner by changing the command value of the output current Is.

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。   Based on the knowledge described above, in the command value determination program shown in FIG. 7, generally, in order to exploratively determine the optimum value of the output current Is of the solar cell 12, the command value of the output current Is (current A sub-cycle in which the command value) Id is changed discretely, that is, in a stepwise manner under a predetermined condition is repeated in a time discrete manner.

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。   In each subcycle, the change condition (whether to increase or decrease) of the current command value Id in the next subcycle is determined according to the response of the charging current Ic of the capacitor 14 to the discrete change of the current command value Id. The These multiple subcycles are repeated until the charging current Ic of the capacitor 14 is substantially maximized.

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。   Further, in each sub-cycle, the previous detection value that is the charging current Ic detected by the charging current detection circuit 50 before the current discrete change is performed, and the charge current detection after the current discrete change is performed. The current detection value that is the charging current Ic detected by the circuit 50 is compared with each other.

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。   Using the comparison result, the response of the charging current Ic of the capacitor 14 to the current discrete change of the current command value Id is monitored. As will be described later, one sub-cycle is a measurement of the charging current Ic, determination of a current command value, and a series of duty ratio control of the switch 40 (that is, a switching operation of a plurality of setting times, and a waiting time Tf described later). Is continued for an equal period of time). However, the series of duty ratio control is executed by the switch control circuit 84.

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。   Here, the command value determination program will be specifically described with reference to FIG. 7. When the command value determination program is executed by the CPU 72, first, in S100, the current value Id1 of the current command value Id is initialized. It is set as a value I0 and stored in the command value memory 90. The initial value I0 can be set to 0 (A), for example.

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。   Next, in S110, it is waited for a certain waiting time Tf to elapse. The length of the waiting time Tf (for example, 10 ms) is set so as not to be shorter than the time required for the switching regulator 32 to settle after the transition to the transient state because the current command value Id is changed stepwise. Is done. The length of the waiting time Tf is set in consideration of the time constant of the capacitor 14 and the coil 42 (for example, the time constant of the LC filter described above).

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。   If the waiting time Tf is set to 10 ms and the switching period T of the switch 40 is set to 10 μs, the sub-cycle period is approximately 10 ms, and the switching operation (minimum unit of on / off control) of the switch 40 is 1 during that period. 1,000 times. If a switching operation of this length is performed, it is expected that the transient phenomenon of the entire circuit due to the step change of the current command value Id will converge well.

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。   The switch control circuit 40 continues to control the duty ratio of the switch 40 for a time equal to the waiting time Tf.

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。   Subsequently, in S120, the current value of the charging current Ic of the capacitor 14 is measured as the previous current ia through the charging current detection circuit 50. The measured previous current ia is stored in the previous current memory 94. Thereafter, in S130, the current value of the step size ΔI of the current command value Id is set to be equal to the initial value ΔI0 (this time is equal to the default value).

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。   Subsequently, the maximum value of the charging current Ic is searched by increasing the current command value Id by the increment ΔI and monitoring the response appearing in the charging current Ic of the capacitor 14.

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。   Specifically, in S200, the current value Id1 of the current command value Id is updated so as to increase by the current value of the step width ΔI (this time is equal to the initial value ΔI0). The updated value Id2 is stored in the command value memory 90 and is supplied from the computer 70 to the switch control circuit 84 via the DA converter 82. When the update value Id2 is supplied, the switch control circuit 84 controls the duty ratio τ of the switch 40 so that the output current Is of the solar cell 12 becomes equal to the update value Id2.

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。   Subsequently, in S210, it is waited for the waiting time Tf to elapse. The switch control circuit 40 continues to control the duty ratio of the switch 40 for a time equal to the waiting time Tf.

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。   Thereafter, in S220, the current value of the charging current Ic of the capacitor 14 is measured as the current current ib through the charging current detection circuit 50. The measured current current ib is stored in the current current memory 92.

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。   Subsequently, in S230, it is determined whether or not the current current ib is smaller than the previous current ia. That is, it is determined whether or not the charging current Ic has decreased with respect to the step increase of the current command value Id.

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。   If it is assumed that the current current ib is smaller than the previous current ia this time, the determination in S230 is YES, and in S240, the step size ΔI corresponds to the content of the response of the charging current Ic to the temporal change in the current command value Id. Flexible.

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。   Specifically, the next value of the step size ΔI is determined by doubling the absolute value of the current value of the step size ΔI and inverting the sign thereof. More specifically, the next value of the step size ΔI is calculated by multiplying the value obtained by subtracting the previous value Id1 from the current value Id2 of the current command value Id by “−2”.

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。   In FIGS. 9A and 9B, two examples of changes in the charging current Ic with respect to the current command value Id are respectively represented by graphs.

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。   FIG. 9A shows an example in which the charging current Ic decreases with a discrete increase in the current command value Id. In this example, by executing the above-described S240, the line segment between the plot point A of the previous value ia and the plot point B of the current value ib of the charging current ic is 1: 1 and from the plot point B to the plot point A. The next value ΔInx of the step size ΔI necessary to determine the next value of the current command value Id is determined so that the plot point C of the next value ic of the charging current ic is located at a point that is divided externally.

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。   In the example shown in FIG. 9A, the next value ΔInxt of the step size ΔI is calculated as −2 (Id2-Id1). Therefore, the next value of the current command value Id is calculated using the following formula: Id2 + ΔInxt = Id2-2 (Id2-Id1) = 2 × Id1-Id2.

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。   Thereafter, in S250 of FIG. 7, the previous value Id1 of the current command value Id is updated to be equal to the current value Id2 in preparation for the next execution of S200. Thereafter, in S260, the previous current ia is updated to be equal to the current current ib in preparation for the next execution of S230. Subsequently, returning to S200, the current value Id2 of the current command value Id is calculated by addition to the latest step size ΔI.

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。   On the other hand, assuming that the current current ib is larger than the previous current ia this time, the determination in S230 is NO, and in S270, it is determined whether or not the current current ib is larger than the previous current ia. The determination in S270 is YES based on the above assumption, and the process proceeds to S280.

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。   In S280, the step size ΔI is determined flexibly according to the content of the response of the charging current Ic to the temporal change in the current command value Id.

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。   Specifically, the next value of the step width ΔI is determined so as to be equal to the current value of the step width ΔI. More specifically, the next value of the step width ΔI is calculated so as to be equal to the value obtained by subtracting the previous value Id1 from the current value Id2 of the current command value Id.

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。   FIG. 9B shows an example in which the charging current Ic increases with a discrete increase in the current command value Id. In this example, by executing the above-described S280, the line segment between the plot point A of the previous value ia and the plot point B of the current value ib of the charging current ic is 1: 1 and from the plot point A to the plot point B. The next value ΔInx of the step size ΔI necessary to determine the next value of the current command value Id is determined so that the plot point C of the next value ic of the charging current ic is located at a point that is divided externally.

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。   In the example shown in FIG. 9B, the next value ΔInxt of the step size ΔI is calculated as + (Id2−Id1). Therefore, the next value of the current command value Id is calculated using the following formula: Id2 + ΔInxt = Id2 + (Id2-Id1) = 2 × Id2-Id1.

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。   Thereafter, the process proceeds to S250 in FIG. In preparation for the next execution of S200, the previous value Id1 of the current command value Id is updated to be equal to the current value Id2. Thereafter, in S260, the previous current ia is updated to be equal to the current current ib in preparation for the next execution of S230. Subsequently, returning to S200, the current value Id2 of the current command value Id is calculated by addition to the latest step size ΔI.

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。   If it is assumed that the current current ib is substantially equal to the previous current ia (the difference between the two is equal to or less than the allowable value) this time, both the determination in S230 and the determination in S270 are NO, and the current search cycle ends. Thereafter, in S290, the initial value I0 is set to be equal to the current value Id2 of the current command value Id in preparation for the next execution of S100.

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。   Thereafter, in S300, it is determined whether a condition for resuming the search cycle is satisfied.

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。   For example, if the next search cycle is not started until the set time has elapsed since the end of the previous search cycle, whether or not the set time has elapsed since the end of the previous search cycle is determined in S300. Determined. Further, when the next search cycle is started when the current value of the charging current Ic changes more than the allowable value from the value at the end of the previous search cycle, in this S300, the current value of the charging current Ic It is determined whether the value has changed by more than an allowable value from the value at the end of the previous search cycle.

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。   In any case, if the condition for resuming the search cycle is satisfied, the determination in S300 is YES, the process returns to S100, and a new search cycle is started.

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。   In the present embodiment, when the execution of the command value determination program is started in a state where the initial value I0 is 0 (A), the operating point of the solar cell 12, that is, as shown in FIG. The plot point on the graph moves from point E to point B, and further moves from point B to point A for optimization.

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。   In the present embodiment, the optimization control of the output current Is of the solar cell 12 is started from a state where the current command value Id is 0. This is because the optimization control is performed when the output voltage Vs of the solar cell 12 is It means that the tendency to be performed in a high region becomes strong. On the other hand, the electric power necessary for the operation of the charging device 10 is supplied from the solar battery 12.

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。   Therefore, according to this embodiment, it becomes possible to operate the charging device 10 effectively using the high voltage of the solar cell 12.

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。   As is apparent from the above description, in the present embodiment, the switch control circuit 84 constitutes an example of the “duty ratio control unit” in the item (1), and the AD converter 56, the controller 60, and the DA The converters 82 cooperate with each other to constitute an example of the “command value supply unit” in the same section.

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。   Furthermore, in the present embodiment, the portion of the controller 60 that executes S230, S240, S270, and S280 in FIG. 7 constitutes an example of the “first determining unit” in the above section (5). The part that executes S200 in the figure constitutes an example of the “second determining unit” in the same section.

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。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. However, this embodiment differs from the first embodiment only in the software configuration related to command value determination, and the other software configuration and hardware configuration are common, so only the different parts will be described in detail and shared. The part which performs is quoted using the same code | symbol or name, and the duplicate description is abbreviate | omitted.

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。   In the first embodiment, the command value Id of the output current Is of the solar cell 12 is discretely changed so that the charging current Ic of the capacitor 14 is substantially maximized, whereby the optimum value of the output current Is is reached. Is determined exploratoryly.

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。   On the other hand, in this embodiment, the command value Vd of the output voltage Vs of the solar cell 12 is discretely changed so that the charging current Ic of the capacitor 14 is substantially maximized, whereby the output voltage Vs. Is optimally determined.

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。   FIG. 10 shows a charging device 200 according to the present embodiment in the same manner as FIG. The charging apparatus 200 shown in FIG. 10 has many elements common to the charging apparatus 10 shown in FIG. 1 with respect to the hardware configuration, and only the elements for monitoring the power generation state of the solar cell 12 are different.

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。   Specifically, in the charging apparatus 200, an output voltage detection circuit 202 that detects the output voltage Vs of the solar battery 12 is provided instead of the output current detection circuit 57 shown in FIG. The output voltage detection circuit 202 is connected to the positive electrode line 20 that is equipotential with the output voltage Vs of the solar battery 12 and one input terminal of the differential amplifier 87. In the present embodiment, the output voltage detection circuit 202 is configured as a simple conductor, but necessary changes can be made.

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。   Unlike the controller 60 shown in FIG. 1, the controller 60 shown in FIG. 10 determines a command value for the output voltage Vs of the solar battery 12 and outputs a digital signal representing the determined command value (voltage command value) Vd. -Output to A converter 82. The DA converter 82 outputs an analog signal representing the voltage command value Vd to the other input terminal of the differential amplifier 87.

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。   The differential amplifier 87 determines the difference between the output voltage Vs of the solar battery 12 and the output voltage of the DA converter 82 (the voltage representing the command value Vd of the output voltage Vs of the solar battery 12 output from the controller 60). Outputs a proportional voltage. The differential amplifier 87 operates so that the voltage command value Vd and the output voltage Vs of the solar battery 12 coincide with each other.

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。   FIG. 11 conceptually shows a command value determination program executed by the computer 70 of the controller 60 shown in FIG. 10 in a flowchart. The command value determination program is stored in the ROM 74.

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。   The command value determination program will be described below with reference to FIG. However, this command value determination program is different from the command value determination program shown in FIG. 7 in that the output current Is is replaced with the output voltage Vs and the current command value Id is replaced with the voltage command value Vd. The common steps are simply described.

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。   When the command value determination program is executed by the CPU 72, first, in S500, the current value Vd1 of the voltage command value Vd is set as the initial value V0 in accordance with S100.

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。   Similarly to the charging device 10, the charging device 200 is also supplied with electric power from the solar cell 12 and operates. Therefore, if the initial value V0 is too close to 0, it is difficult to effectively operate the charging device 200 by the solar battery 12. Therefore, the initial value V0 is not 0 (V) but can be set to be equal to the product of the maximum output voltage of the solar cell 12 and a value within a range from about 1/2 to about 1/4. desirable.

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。   Next, in S510, it is waited for the waiting time Tf to elapse as in S110. Subsequently, in S520, the current value of the charging current Ic of the capacitor 14 is measured as the previous current ia through the charging current detection circuit 50, as in S120. Thereafter, in S530, in accordance with S130, the current value of the increment ΔV of the voltage command value Vd is set to be equal to the initial value ΔV0 (this time is equal to the default value).

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。   Thereafter, in S600, in accordance with S200, the current value Vd1 of the voltage command value Vd is updated so as to increase by the current value of the step width ΔV (this time is equal to the initial value ΔV0). Subsequently, in S610, it is waited for the waiting time Tf to elapse as in S210. Thereafter, in S620, as in S220, the current value of the charging current Ic of the capacitor 14 is measured as the current current ib through the charging current detection circuit 50.

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。   Subsequently, in S630, as in S230, it is determined whether or not the current current ib is smaller than the previous current ia. If it is assumed that the current current ib is smaller than the previous current ia this time, the determination in S630 is YES, and in S640, the current value Vd1 is subtracted from the current value Vd2 of the voltage command value Vd according to S240. -2 "is multiplied to calculate the next step value ΔV.

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。   Thereafter, in S650, in accordance with S250, the previous value Vd1 of the voltage command value Vd is updated to be equal to the current value Vd2 in preparation for the next execution of S600. Thereafter, in S660, as in S260, the previous current ia is updated to be equal to the current current ib in preparation for the next execution of S630. Subsequently, returning to S600, the current value Vd2 of the voltage command value Vd is calculated by addition to the latest step size ΔV.

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。   On the other hand, this time, assuming that the current current ib is larger than the previous current ia, the determination in S630 is NO, and in S670, it is determined whether the current current ib is larger than the previous current ia as in S270. The The determination in S670 is YES based on the above assumption, and the process proceeds to S680.

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。   In S680, in accordance with S280, the next value of the step size ΔV is calculated so as to be equal to the value obtained by subtracting the previous value Vd1 from the current value Vd2 of the voltage command value Vd. Thereafter, the process proceeds to S650.

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。   This time, assuming that the current current ib is substantially equal to the previous current ia (the difference between them is equal to or less than the allowable value), both the determination in S630 and the determination in S670 are NO, and the current search cycle ends. Thereafter, in S690, in accordance with S290, the initial value V0 is set to be equal to the current value Vd2 of the voltage command value Vd in preparation for the next execution of S500.

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。   Thereafter, in S700, as in S300, it is determined whether a condition for restarting the search cycle is satisfied. If the condition for resuming the search cycle is satisfied, the determination in S700 is YES, the process returns to S500, and a new search cycle is started.

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。   In the present embodiment, when the execution of the command value determination program is started in a state where the initial value V0 is 0 (V), the operating point of the solar cell 12, that is, as shown in FIG. The plot point on the graph moves from point D to point C, and further moves from point C to point A for optimization.

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。   In the present embodiment, such optimization control is started from a state in which the voltage command value Vd is close to 0. This is because the optimization control is performed when the output current Is of the solar cell 12 is large. It means that the tendency to be done in the area becomes stronger.

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。   As is clear from the above description, in the present embodiment, the switch control circuit 84 constitutes an example of the “duty ratio control unit” in the item (10), and the AD converter 56, the controller 60, and the DA The converters 82 cooperate with each other to constitute an example of the “command value supply unit” in the same section.

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。   Further, in the present embodiment, the portion of the controller 60 that executes S630, S640, S670, and S680 in FIG. 11 constitutes an example of the “first determination unit” in the above item (12). The part that executes S600 in the figure constitutes an example of the “second determining unit” in the same section.

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。   Next, a third embodiment of the present invention will be described. However, this embodiment differs from the first embodiment only in the software configuration related to command value determination, and the other software configuration and hardware configuration are common, so only the different parts will be described in detail and shared. The part which performs is quoted using the same code | symbol or name, and the duplicate description is abbreviate | omitted.

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。   In general, in the switching regulator 32, when the duty ratio of the switch 40 is 100%, that is, when the switch 40 continues to be turned on in one switching cycle, the power conversion action of the switching regulator 32 (based on the inductance of the coil 42). The phenomenon in which an electromotive force is induced in the circuit due to a change in the current flowing in the circuit of the charging device 10 is not performed.

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。   In the first embodiment, the switch 40 is controlled so as to extract output energy from the solar cell 12 exceeding the power generation capacity of the solar cell 12 according to the amount of solar radiation, that is, the output current Is of the solar cell 12 is When the switch 40 is controlled to be larger than the actual power generation capacity of the solar cell 12, the duty ratio of the switch 40 becomes 100%.

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。   When the power conversion action of the switching regulator 32 is not performed, the current and the voltage between the solar cell 12 and the capacitor 16 become equal to each other, and as a result, the optimum for the charging current Ic of the capacitor 14 to be substantially maximized. Neither the output current Is nor the output voltage Vs of the solar cell 12 can be controlled.

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。   In other words, if it is detected that the output current Is of the solar cell 12 and the charging current Ic of the capacitor 14 are equal to each other, the duty ratio of the switch 40 becomes 100%, and a state where control is impossible is detected. Can do.

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。   In the first embodiment, a signal representing the output current Is of the solar cell 12 is not input to the controller 60. Therefore, the output current Is and the charging current Ic cannot be directly compared with each other.

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。   However, by detecting that the charging current Ic of the capacitor 14 has become smaller than the current command value Id to the solar battery 12, it can be detected that the duty ratio of the switch 40 has become 100%. The reason will be specifically described below.

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。   When the current command value Id gradually increases from 0, the output current Is also increases. Meanwhile, the current command value Id and the output current Is coincide with each other. As the output current Is increases, the charging current Ic of the capacitor 14 also increases. Meanwhile, the duty ratio of the switch 40 also increases.

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。   When the current command value Id further increases, the duty ratio of the switch 40 eventually reaches 100%. At that time, the output current Is and the charging current Ic coincide with each other, and the output current Is and the charging current Ic when the duty ratio of the switch 40 is 100% are both expressed as the maximum current Imax.

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。   Since neither the output current Is nor the charging current Ic can exceed the maximum current Imax, when the current command value Id is determined to be larger than the maximum current Imax, the current command value Id is the maximum current Imax, that is, the output current Is. A state larger than the actual value and the actual value of the charging current Ic is realized.

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。   Therefore, by detecting that the charging current Ic of the capacitor 14 is smaller than the current command value Id, it can be detected that the duty ratio of the switch 40 has reached 100%.

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。   On the other hand, the power conversion action of the switching regulator 32 is smaller as the current difference that is the difference between the output current Is of the solar cell 12 and the charging current Ic of the capacitor 14 is smaller. That is, the smaller the current difference, the closer the power conversion action of the switching regulator 32 approaches its limit.

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。   Based on the knowledge described above, in charging device 10 according to the present embodiment, in each sub-cycle, a current difference that is a difference between output current Is of solar cell 12 and charging current Ic of capacitor 14 in the previous sub-cycle is obtained. The step size ΔI of the current command value Id is determined so as to decrease as the value decreases.

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。   Therefore, according to the charging device 10, the power conversion action of the switching regulator 32 is not performed due to the switch 40 being kept on. As a result, the output current Is of the solar cell 12 is also the charging current Ic of the capacitor 14. Can be avoided from being optimized.

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。   FIG. 12 conceptually shows a command value determination program executed by the computer 70 of the controller 60 shown in FIG. 1 in a flowchart. The command value determination program is stored in the ROM 74.

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。   Hereinafter, this command value determination program will be described with reference to FIG. However, this command value determination program will be briefly described by quoting steps common to the command value determination program shown in FIG. 7 using the same step numbers.

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。   When this command value determination program is executed by the CPU 72, first, in S100, the current value Id1 of the current command value Id is set as the initial value I0. Next, in S110, it is waited for the waiting time Tf to elapse.

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。   Subsequently, in S120, the current value of the charging current Ic of the capacitor 14 is measured as the previous current ia through the charging current detection circuit 50. Thereafter, in S130, the current value of the step size ΔI of the current command value Id is set to be equal to the initial value ΔI0 (this time is equal to the default value).

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。   Thereafter, in S200, the current value Id1 of the current command value Id is updated so as to increase by the current value of the step width ΔI (this time is equal to the initial value ΔI0), and this is set as the current value Id2. Subsequently, in S210, it is waited for the waiting time Tf to elapse. Thereafter, in S220, the current value of the charging current Ic of the capacitor 14 is measured as the current current ib through the charging current detection circuit 50.

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。   Subsequently, in S221, it is determined whether or not the absolute value of the previous current difference, which is the difference between the previous current ia and the previous value Id1, is larger than the reference value A. If it is assumed that the absolute value of the previous current difference is not larger than the reference value A this time, the determination in S221 is NO and the process proceeds to S222.

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。   In S222, it is determined whether or not the absolute value of the current current difference, which is the difference between the current current ib and the current value Id2, is greater than the reference value A. This time, assuming that the absolute value of the current difference is not larger than the reference value A, the determination in S222 is NO, and the process proceeds to S223.

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。   In S223, a coefficient K described in detail later is set as the coefficient K1. On the other hand, since either the previous current difference or the current current difference is larger than the reference value A, the determination in S221 is YES, or the determination in S221 is NO, but the determination in S222 is YES. In S224, the coefficient K is set as a coefficient K0 that is larger than the coefficient K1. The coefficient K0 can be set to “1”, and the coefficient K1 can be set to a numerical value smaller than “1” (for example, 1/10 of the coefficient K0).

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。   Subsequently, in S230, it is determined whether or not the current current ib is smaller than the previous current ia. If it is assumed that the current current ib is smaller than the previous current ia this time, the determination in S230 is YES, and in S241, the value obtained by subtracting the previous value Id1 from the current value Id2 of the current command value Id is set to (−2). By multiplying the product with K, the next value of the step size ΔI is calculated.

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。   Therefore, according to the present embodiment, the step width ΔI is calculated such that the smaller the previous current difference and the current current difference, the smaller the absolute value of the step width ΔI.

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。   Thereafter, in S250, the previous value Id1 of the current command value Id is updated to be equal to the current value Id2 in preparation for the next execution of S200. Thereafter, in S260, the previous current ia is updated to be equal to the current current ib in preparation for the next execution of S230. Subsequently, returning to S200, the current value Id2 of the current command value Id is calculated by addition to the latest step size ΔI.

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。   On the other hand, assuming that the current current ib is larger than the previous current ia this time, the determination in S230 is NO, and in S270, it is determined whether or not the current current ib is larger than the previous current ia. The determination in S270 is YES based on the above assumption, and the process proceeds to S281.

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。   In S281, the next value of the step size ΔI is calculated so as to be equal to the product of the value Kd obtained by subtracting the previous value Id1 from the current value Id2 of the current command value Id. Thereafter, the process proceeds to S250.

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。   Therefore, according to the present embodiment, the step width ΔI is calculated such that the smaller the previous current difference and the current current difference, the smaller the absolute value of the step width ΔI.

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。   This time, assuming that the current current ib is substantially equal to the previous current ia (the difference between the two is equal to or less than the allowable value), both the determination at S230 and the determination at 2670 are NO, and the current search cycle ends. Thereafter, in S290, the initial value I0 is set to be equal to the current value Id2 of the current command value Id in preparation for the next execution of S100.

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。   Thereafter, in S300, it is determined whether a condition for resuming the search cycle is satisfied. If the condition for resuming the search cycle is satisfied, the determination in S700 is YES, the process returns to S100, and a new search cycle is started.

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。   FIG. 13 is a graph showing an example of how the coefficient K changes with time during one search cycle. In this example, when one search cycle is started, the coefficient K is first set to a coefficient K0 (for example, “1”) for setting the coarse step size ΔI. In this example, since the current difference becomes smaller than the reference value A after a plurality of sub-cycles are repeated using this coefficient K0, the coefficient K is a coefficient K1 for setting a fine step size ΔI ( For example, “0.1”).

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。   In addition, in this embodiment, the next value of the step size ΔI is obtained by multiplying the value estimated from the current value Id2 and the previous value Id1 of the current command value Id by a coefficient corresponding to the current difference. Although calculated, it can be determined to change only in accordance with the current difference.

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。   For example, when a candidate step size ΔIL and a smaller candidate step size ΔIS are set in advance and the current difference is larger than the reference value A, the coarse candidate step size ΔIL is determined as the step size ΔI, while the current difference is If it is not larger than the reference value A, the present invention can be implemented in such a manner that the fine candidate step size ΔIS is determined as the step size ΔI.

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。   This aspect can be implemented by setting the candidate step sizes ΔIL and ΔIS to, for example, 10% and 1% of the maximum output current of the solar cell 12, respectively. In this case, after the subcycle with the coarse candidate step size ΔIL is repeated about 10 times, the subcycle with the fine step size ΔIS is repeated about 10 times. As a result, the actual value of the charging current Ic of the capacitor 14 is The optimal value may be reached with an error range of 1% with respect to the true maximum value.

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。   As is apparent from the above description, in this embodiment, the portion of the controller 60 that executes S221 to S224, S230, S241, S270, and S281 in FIG. It constitutes an example of a “width determining unit”.

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。   Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. However, this embodiment differs from the first embodiment only in the software configuration related to command value determination, and the other software configuration and hardware configuration are common, so only the different parts will be described in detail and shared. The part which performs is quoted using the same code | symbol or name, and the duplicate description is abbreviate | omitted.

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。   In the first embodiment, the absolute value of the step size ΔI does not change during one search cycle. That is, whether the actual value of the charging current Ic of the capacitor 14 has just begun to approach the maximum value that is the optimum value (whether it is the beginning of the optimization control of the output current Is of the solar cell 12) or soon. The current command value Id is determined using the step size ΔI having the same absolute value regardless of whether it reaches (optimization control is about to end).

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。   By the way, in an environment where the absolute value of the step size ΔI does not change during one search cycle, setting the absolute value of the step size ΔI to a large value is necessary for the actual value of the charging current Ic to approach the optimum value. Time can be shortened, whereby the speed of optimization control can be easily increased. On the other hand, however, since the step size ΔI is coarse, there is a possibility that the possibility that it becomes difficult to make the actual value of the charging current Ic coincide with the true optimum value sufficiently accurately may increase.

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。   On the other hand, when the absolute value of the step width ΔI is set to a small value, since the step size ΔI is fine, the actual value of the charging current Ic can be easily matched with the true optimum value with sufficient accuracy. can get. However, on the other hand, since the step size ΔI is small, the time required for the actual value of the charging current Ic to approach the optimum value becomes long, thereby making it difficult to speed up the optimization control. there is a possibility.

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。   On the other hand, during one search cycle, as shown in FIG. 2, the rate of change of the output voltage Vs with respect to the output current Is of the solar cell 12 increases as the output power of the solar cell 12 approaches its maximum value. To do.

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。   This means that as the charging power of the capacitor 14 approaches its maximum value, the current change rate, which is the change rate of the charging current Ic with respect to the output current Is of the solar cell 12, increases. If attention is paid to the fact that the charging voltage Vc of the capacitor 14 is substantially constant during one sub-cycle, the current change rate increases as the charging current Ic of the capacitor 14 approaches its maximum value. Means to increase.

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。   On the other hand, while the charging current Ic of the capacitor 14 is away from its maximum value, the output current Is of the solar cell 12 is repeatedly changed discretely with a coarse step size ΔI, while the charging of the capacitor 14 is repeated. During a period in which the current Ic is sufficiently close to its maximum value, it is possible to repeatedly change the output current Is of the solar cell 12 with a small step size ΔI to speed up the optimization control of the output current Is. It is desirable to achieve both high performance and high accuracy.

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。   In view of the knowledge described above, in the present embodiment, while the current change rate is small, it is possible to repeatedly change the output current Is of the solar cell 12 with a coarse step size ΔI while repeating the above. During the period in which the current change rate is large, the output current Is of the solar cell 12 can be changed discretely with a small step size ΔI.

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。   FIG. 14 conceptually shows a command value determination program executed by the computer 70 of the controller 60 shown in FIG. 1 in a flowchart. The command value determination program is stored in the ROM 74.

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。   Hereinafter, this command value determination program will be described with reference to FIG. However, this command value determination program will be briefly described by quoting steps common to the command value determination program shown in FIG. 7 using the same step numbers.

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。   When this command value determination program is executed by the CPU 72, first, in S100, the current value Id1 of the current command value Id is set as the initial value I0. Next, in S110, it is waited for the waiting time Tf to elapse. Subsequently, in S120, the current value of the charging current Ic of the capacitor 14 is measured as the previous current ia through the charging current detection circuit 50. Thereafter, in S130, the current value of the step size ΔI of the current command value Id is set to be equal to the initial value ΔI0 (this time is equal to the default value).

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。   Thereafter, in S200, the current value Id1 of the current command value Id is updated so as to increase by the current value of the step width ΔI (this time is equal to the initial value ΔI0), and this is set as the current value Id2. Subsequently, in S210, it is waited for the waiting time Tf to elapse. Thereafter, in S220, the current value of the charging current Ic of the capacitor 14 is measured as the current current ib through the charging current detection circuit 50.

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。   Subsequently, in S225, the rate of change of the charging current Ic with respect to the output current Is is calculated as the current rate of change γ. The current change rate γ is calculated, for example, by dividing the change amount of the charging current Ic (= current current ib−previous current ia) by the change amount of the current command value Id (= current value Id2−previous value Id1). Is done.

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。   Thereafter, in S227, the current value of the step width ΔI is determined according to the calculated current change rate γ. Specifically, data (for example, a function formula, a table, etc.) for defining the relationship between the two so that the step size ΔI decreases according to the current change rate γ is stored in advance in the ROM 74, and the data is referred to. Thus, the current value of the step width ΔI corresponding to the current value of the current change rate γ is determined.

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。   FIG. 15 is a graph showing an example of the relationship between the current change rate γ and the step size ΔI. In this example, when the current change rate γ is within the range of 0 and the reference value γ0, the step size ΔI is determined to be equal to the initial value ΔI0. As the current change rate γ increases from the reference value γ0, the step size ΔI is determined to decrease from the initial value ΔI0. The step width ΔI is maintained at the minimum value ΔImin after reaching the minimum value ΔImin regardless of the increase in the current change rate γ. As a result, the step size ΔI is changed between the initial value ΔI0 and the minimum value ΔImin greater than zero.

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。   Subsequently, in S230, it is determined whether or not the current current ib is smaller than the previous current ia. If it is assumed that the current current ib is smaller than the previous current ia this time, the determination in S230 is YES. In S242, the next value of the step size ΔI is equal to the step size ΔI determined in S227. Are determined to be the opposite. That is, in S242, the next value of the step width ΔI is determined by inverting the sign of the step width ΔI determined in S227.

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。   Thereafter, in S250, the previous value Id1 of the current command value Id is updated to be equal to the current value Id2 in preparation for the next execution of S200. Thereafter, in S260, the previous current ia is updated to be equal to the current current ib in preparation for the next execution of S230. Subsequently, returning to S200, the current value Id2 of the current command value Id is calculated by addition to the latest step size ΔI.

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。   On the other hand, assuming that the current current ib is larger than the previous current ia this time, the determination in S230 is NO, and in S270, it is determined whether or not the current current ib is larger than the previous current ia. The determination in S270 is YES based on the above assumption, and the process proceeds to S282.

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。   In S282, the next value of the step width ΔI is determined so that the step width ΔI determined in S227 is equal to the absolute value and the sign. That is, in S282, the step width ΔI determined in S227 is determined as it is as the next value of the step width ΔI. Thereafter, the process proceeds to S250.

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。   If it is assumed that the current current ib is substantially equal to the previous current ia (the difference between the two is equal to or less than the allowable value) this time, both the determination in S230 and the determination in S270 are NO, and the current search cycle ends. Thereafter, in S290, the initial value I0 is set to be equal to the current value Id2 of the current command value Id in preparation for the next execution of S100.

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。   Thereafter, in S300, it is determined whether a condition for resuming the search cycle is satisfied. If the condition for resuming the search cycle is satisfied, the determination in S700 is YES, the process returns to S100, and a new search cycle is started.

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。   In FIGS. 16A and 16B, the characteristics of the solar cell 12 are shown in graphs for the case where the amount of sunlight received by the solar cell 12 is large and the case where the amount of sunlight is small. In any case, as the output power of the solar cell 12 approaches its maximum value, the rate of change of the output voltage Vs with respect to the output current Is of the solar cell 12 increases. As apparent from FIGS. 16A and 16B, the optimum value of the output current Is of the solar cell 12 varies depending on the amount of sunlight received by the solar cell 12. Generally, the smaller the amount of sunlight, the optimum value. Decrease.

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。   Therefore, even if the step width ΔI is changed in accordance with the degree of control of the output current Is, if the change pattern of the step width ΔI does not depend on the amount of sunlight, it is apparent from FIGS. 16 (a) and 16 (b). For example, when the amount of sunshine is large, the control of the output current Is is performed with a small step size ΔI in the vicinity of the true optimum value, but when the amount of sunshine is small, the control of the output current Is is performed. There is a possibility that the fine step size ΔI is not performed in the vicinity of the true optimum value.

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。   On the other hand, according to the present embodiment, since the step width ΔI is changed according to the current change rate, the change pattern of the step width ΔI is performed so as to reflect the amount of sunlight. As a result, regardless of the amount of sunlight, it is guaranteed that the control of the output current Is with a small step size ΔI is performed in the vicinity of the true optimum value.

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。   As is apparent from the above description, in this embodiment, the portion of the controller 60 that executes S225, S227, S230, S242, S270, and S282 in FIG. It constitutes an example of a “width determining unit”.

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。   Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. However, this embodiment differs from the first embodiment only in the software configuration related to command value determination, and the other software configuration and hardware configuration are common, so only the different parts will be described in detail and shared. The part which performs is quoted using the same code | symbol or name, and the duplicate description is abbreviate | omitted.

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。   In the first embodiment, the charging current Ic of the capacitor 14 is maximized by discretely changing the output current Is of the solar cell 12 regardless of the output voltage Vs of the solar cell 12.

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。   On the other hand, in the present embodiment, when the output voltage Vs of the solar cell 12 is higher than the reference value V0, current change type control that repeats discretely changing the command value Id of the output current Is is performed. On the other hand, when the output voltage Vs is not higher than the reference value V0, the voltage change type control that repeats changing the command value Id of the output voltage Is discretely is performed.

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。   FIG. 17 shows a charging device 300 according to the present embodiment in the same manner as FIG. The charging device 300 has the same basic configuration as the charging device 10 shown in FIG. The difference from the charging device 10 is that the charging device 300 includes an output voltage detection circuit 202 as in the charging device 200 shown in FIG.

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。   As shown in FIG. 17, in the charging device 300, the output terminal of the output current detection circuit 57 and the output terminal of the output voltage detection circuit 202 are connected to the two inputs of the differential amplifier 87 via the selector switch 310. It is electrically connected to one of the terminals.

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。   A command signal from the controller 60 is supplied to the selector switch 310 via the DA converter 82. In accordance with the command signal, selector switch 310 connects output current detection circuit 57 to differential amplifier 87, while differentiating output voltage detection circuit 202 from a current detection state in which output voltage detection circuit 202 is disconnected from differential amplifier 87. While being connected to the dynamic amplifier 87, the output current detection circuit 57 is selectively switched to a voltage detection state in which the differential amplifier 87 is cut off.

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。   As shown in FIG. 17, in the charging device 300, the output terminal of the output voltage detection circuit 202 is electrically connected to the controller 60 via the AD converter 56.

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。   FIG. 18 conceptually shows a command value determination program executed by the computer 70 of the controller 60 shown in FIG. 1 in a flowchart. The command value determination program is stored in the ROM 74.

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。   When the command value determination program shown in FIG. 18 is executed, first, in S1000, the output voltage Vs is detected based on the output signal of the output voltage detection circuit 202. Next, in S1010, it is determined whether or not the detected output voltage Vs is higher than the reference value V0. If it is assumed that the output voltage Vs is higher than the reference value V0 this time, the determination in S1010 is YES, and the process proceeds to S1020.

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。   In S1020, a command signal for realizing the current detection state is output to the selector switch 310. Thereafter, in S1030, a program common to the command value determination program shown in FIG. 7 is executed to execute one search cycle. Thereby, a current change type search is executed. Subsequently, when one search cycle by this current change type search is completed, the process returns to S1000.

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。   On the other hand, if it is assumed that the output voltage Vs is not higher than the reference value V0 this time, the determination in S1010 is NO, and the process proceeds to S1040.

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。   In S1040, a command signal for realizing the voltage detection state is output to the selector switch 310. Thereafter, in S1050, a program common to the command value determination program shown in FIG. 11 is executed to execute one search cycle. Thereby, a voltage change type search is executed. Subsequently, when one search cycle by the voltage change type search is completed, the process returns to S1000.

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。   As is apparent from the above description, in the present embodiment, the switch control circuit 84 and the selector switch 302 jointly constitute an example of the “duty ratio control unit” in the above section (13), and the A / D converter 56, the controller 60, and the D-A converter 82 together constitute an example of the “command value supply unit” in the same section.

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。   As described above, some of the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, these are exemplifications, and are based on the knowledge of those skilled in the art including the aspects described in the section of [Disclosure of the Invention]. The present invention can be implemented in other forms with various modifications and improvements.

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。It is an electric circuit diagram which shows the charging device according to 1st Embodiment of this invention. 図1における太陽電池の特性を表すグラフである。It is a graph showing the characteristic of the solar cell in FIG. 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。FIG. 2 is an electric circuit diagram conceptually showing two specific examples of the filter in FIG. 1. 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。FIG. 2 is a block diagram conceptually showing a controller in FIG. 1. 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。It is a time chart for demonstrating each operation | movement of the triangular wave source in FIG. 1, a switch, and an electrical double layer capacitor. 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。3 is a time chart for illustrating a switching cycle, a sub cycle, and a search cycle in the charging device shown in FIG. 1. 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。5 is a flowchart conceptually showing a command value determination program shown in FIG. 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。It is a graph for demonstrating the relationship between the output current of the solar cell in the charging device shown in FIG. 1, and the charging current of an electric double layer capacitor. 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。It is a graph for demonstrating S240 and S280 in FIG. 7, respectively. 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。It is an electric circuit diagram which shows the charging device according to 2nd Embodiment of this invention. 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。FIG. 11 is a flowchart conceptually showing a command value determination program executed by a computer of the controller in FIG. 10. 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。It is a flowchart which represents notionally the command value determination program run by the computer of the controller of the charging device according to 3rd Embodiment of this invention. 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。13 is a graph for explaining S221 to S224 in FIG. 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。It is a flowchart which represents notionally the command value determination program run by the computer of the controller of the charging device according to 3rd Embodiment of this invention. 図14におけるS227を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating S227 in FIG. 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。It is a graph which shows the time transition of step size (DELTA) I determined by execution of the command value determination program shown in FIG. 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。It is an electric circuit diagram which shows the charging device according to 5th Embodiment of this invention. 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。18 is a flowchart conceptually showing a command value determination program executed by a computer of the controller in FIG.

Claims (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。
An electric double layer capacitor having a characteristic in which electric power generated by a solar cell having a maximum point with respect to the generated voltage and generated current is stored in the electric energy generated by the solar cell and the voltage changes according to the amount of the stored energy. In order to charge, it is a charging device used connected to the solar cell and the electric double layer capacitor,
A step-down switching regulator that has at least a switch and converts electric power supplied from the solar cell to the electric double layer capacitor according to a variable duty ratio of the switch;
An output current detection circuit that detects, as an actual output current, an actual value of a current output from the solar cell to the electric double layer capacitor via the switching regulator;
A duty ratio control unit that is connected to the switching regulator and the output current detection circuit, and controls the duty ratio so that the detected value of the actual output current by the output current detection circuit matches the command value of the target output current;
A capacitor current detection circuit for detecting a current of the electric double layer capacitor as a capacitor current;
The duty ratio control unit and the capacitor current detection circuit are connected to each other, and the command value of the target output current is discretely changed and supplied to the duty ratio control unit without referring to the voltage of the electric double layer capacitor. Including the command value supply section,
The command value supply unit discretely changes the command value of the target output current so that the capacitor current is substantially maximized based on the characteristics of the time change of the capacitor current with each discrete change. And
The command value supply unit repeats a subcycle for discretely changing the command value by a step size for each search cycle, so that the target output current is substantially maximized. Exploratoryly determine the optimal value of
The cycle of the sub-cycle includes E (Wh) as the stored energy of the electric double layer capacitor, P (W) as the generated power of the solar cell, and the charging voltage Vc of the electric double layer capacitor as a control error of the charging voltage Vc. When the control error rate obtained by dividing by ΔVc is expressed by γ,
(E / P) · γ
A charging device that is set so as not to exceed the value represented by using .
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、A solar cell in which the generated power has a maximum point with respect to the generated voltage and generated current;
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、  An electric double layer capacitor that stores electric energy generated by the solar cell and has a characteristic that the voltage changes according to the amount of the stored energy;
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  A charging device connected to the solar cell and the electric double layer capacitor to charge the electric double layer capacitor with the solar cell;
を含む充電システムであって、  A charging system comprising:
前記充電装置は、  The charging device is:
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、  A step-down switching regulator that has at least a switch and converts electric power supplied from the solar cell to the electric double layer capacitor according to a variable duty ratio of the switch;
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、  An output current detection circuit that detects, as an actual output current, an actual value of a current output from the solar cell to the electric double layer capacitor via the switching regulator;
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、  A duty ratio control unit that is connected to the switching regulator and the output current detection circuit, and that controls the duty ratio so that the detected value of the actual output current by the output current detection circuit matches the command value of the target output current;
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、  A capacitor current detection circuit for detecting a current of the electric double layer capacitor as a capacitor current;
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  The duty ratio control unit and the capacitor current detection circuit are connected to each other, and the command value of the target output current is discretely changed and supplied to the duty ratio control unit without referring to the voltage of the electric double layer capacitor. Command value supply
を含み、  Including
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、  The command value supply unit discretely changes the command value of the target output current so that the capacitor current is substantially maximized based on the characteristics of the time change of the capacitor current with each discrete change. And
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、  The command value supply unit repeats a sub-cycle for discretely changing the command value by a step size for each search cycle, so that the target output current is substantially maximized. Exploratoryly determine the optimal value of
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、  The cycle of the sub-cycle includes E (Wh) as the stored energy of the electric double layer capacitor, P (W) as the generated power of the solar cell, and the charging voltage Vc of the electric double layer capacitor as a control error of the charging voltage Vc. When the control error rate obtained by dividing by ΔVc is expressed by γ,
(E/P)・γ  (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。A charging system that is set so that it does not exceed the value represented using.
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。
An electric double layer capacitor having a characteristic in which electric power generated by a solar cell having a maximum point with respect to the generated voltage and generated current is stored in the electric energy generated by the solar cell and the voltage changes according to the amount of the stored energy. In order to charge, it is a charging device used connected to the solar cell and the electric double layer capacitor,
A step-down switching regulator that has at least a switch and converts electric power supplied from the solar cell to the electric double layer capacitor according to a variable duty ratio of the switch;
An output voltage detection circuit for detecting an actual value of a voltage output from the solar cell to the electric double layer capacitor through the switching regulator as an actual output voltage;
A duty ratio control unit that is connected to the switching regulator and the output voltage detection circuit, and controls the duty ratio so that the detected value of the actual output voltage by the output voltage detection circuit matches the command value of the target output voltage;
A capacitor current detection circuit for detecting a current of the electric double layer capacitor as a capacitor current;
The duty ratio control unit and the capacitor current detection circuit are connected to each other and the command value of the target output voltage is discretely changed and supplied to the duty ratio control unit without referring to the voltage of the electric double layer capacitor. Including the command value supply section,
The command value supply unit discretely changes the command value of the target output voltage so that the capacitor current is substantially maximized based on the characteristics of the time change of the capacitor current accompanying the discrete change of each time. And
The command value supply unit repeats a subcycle for discretely changing the command value by a step size for each search cycle, so that the target output voltage is substantially maximized so that the capacitor current is substantially maximized. Exploratoryly determine the optimal value of
The cycle of the sub-cycle includes E (Wh) as the stored energy of the electric double layer capacitor, P (W) as the generated power of the solar cell, and the charging voltage Vc of the electric double layer capacitor as a control error of the charging voltage Vc. When the control error rate obtained by dividing by ΔVc is expressed by γ,
(E / P) · γ
A charging device that is set so as not to exceed the value represented by using .
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、A solar cell in which the generated power has a maximum point with respect to the generated voltage and generated current;
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、  An electric double layer capacitor that stores electric energy generated by the solar cell and has a characteristic that the voltage changes according to the amount of the stored energy;
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  A charging device connected to the solar cell and the electric double layer capacitor to charge the electric double layer capacitor with the solar cell;
を含む充電システムであって、  A charging system comprising:
前記充電装置は、  The charging device is:
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、  A step-down switching regulator that has at least a switch and converts electric power supplied from the solar cell to the electric double layer capacitor according to a variable duty ratio of the switch;
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、  An output voltage detection circuit for detecting, as an actual output voltage, an actual value of a voltage output from the solar cell to the electric double layer capacitor via the switching regulator;
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、  A duty ratio control unit that is connected to the switching regulator and the output voltage detection circuit, and controls the duty ratio so that the detected value of the actual output voltage by the output voltage detection circuit matches the command value of the target output voltage;
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、  A capacitor current detection circuit for detecting a current of the electric double layer capacitor as a capacitor current;
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  The duty ratio control unit is connected to the capacitor current detection circuit, and the command value of the target output voltage is discretely changed and supplied to the duty ratio control unit without referring to the voltage of the electric double layer capacitor. Command value supply
を含み、  Including
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、  The command value supply unit discretely changes the command value of the target output voltage so that the capacitor current is substantially maximized based on the characteristics of the time change of the capacitor current accompanying the discrete change of each time. And
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、  The command value supply unit repeats a subcycle for discretely changing the command value by a step size for each search cycle, so that the target output voltage is substantially maximized so that the capacitor current is substantially maximized. Exploratoryly determine the optimal value of
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、  The cycle of the sub-cycle includes E (Wh) as the stored energy of the electric double layer capacitor, P (W) as the generated power of the solar cell, and the charging voltage Vc of the electric double layer capacitor as a control error of the charging voltage Vc. When the control error rate obtained by dividing by ΔVc is expressed by γ,
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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。A charging system that is set so that it does not exceed the value represented using.
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