JP2019030097A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の機能に対して優先度を異ならせて電力を供給することができる電源装置を提供する。【解決手段】本実施形態の電源装置は、太陽電池と、第１蓄電部と、第２蓄電部と、前記太陽電池の発電電力で前記第１蓄電部を充電する第１充電部と、前記第１蓄電部から前記第２蓄電部を充電するものであって、前記第２蓄電部の負荷の動作状態に応じて生成された第１制御信号に応じて前記第１蓄電部から前記第２蓄電部への充電を制限する第２充電部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電源装置に関する。

太陽電池は、半導体の光起電力効果を利用して光エネルギを電気エネルギに変換して出力する。そのため、入射光の変化にともない出力が変化する。また、太陽電池は、出力電流に応じて出力電圧や効率が変化する。このため、太陽電池を独立の電源として使用する場合、一般に、特許文献１や特許文献２に記載されているように、太陽電池は、コンデンサ、二次電池等の蓄電デバイスと、蓄電デバイスの充電電圧を制御するための電圧変換回路と組み合わせて使用される。また、電圧変換回路等においてＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御が行われる場合もある。

一方、太陽電池を電源として動作する電子制御装置には、複数種類の機能を有するものがある。また、複数の機能について、機能毎にプライオリティ（優先度）が異なる場合がある。例えば、電子制御装置が、マイコン（マイクロコンピュータ）動作、センシング、無線通信の３つの機能を有する場合、マイコン動作の優先度が最大（高）、センシングの優先度が中、無線通信の優先度が低というようなことがある。例えば、マイコンが動作していないと、すべての機能が停止するので優先度が高い。また、定期的にセンシングを行う場合、センシングを行えないときにはデータの欠損が生じる。よって、全ての機能を行うためには、多くの電力が必要になり、太陽電池の大型化が必要となる。しかし、太陽電池を用いることで、外部からの電源を必要とせず、コンパクトな機器とすることが出来るメリットが失われる。

特開２０１２−１０５５０９号公報 特開２０１１−２３４４８６号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、複数の機能に対して優先度を異ならせて電力を供給することができる電源装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様は、太陽電池と、第１蓄電部と、第２蓄電部と、前記太陽電池の発電電力で前記第１蓄電部を充電する第１充電部と、前記第１蓄電部から前記第２蓄電部を充電するものであって、前記第２蓄電部の負荷の動作状態に応じて生成された第１制御信号に応じて前記第１蓄電部から前記第２蓄電部への充電を制限する第２充電部と、を備える電源装置である。

また、本発明の一態様は、上記電源装置であって、前記第２充電部が前記第１制御信号に応じて前記第１蓄電部と前記第２蓄電部間の回路を遮断するスイッチを有し、前記負荷の消費電力が周期的に大小に変化するものであり、前記第１制御信号が、前記消費電力が大である期間に前記スイッチを遮断するよう生成されたものである。

また、本発明の一態様は、上記電源装置であって、前記太陽電池と前記第１蓄電部と前記第２蓄電部と前記第１充電部と前記第２充電部が、フィルム状に形成されている。

また、本発明の一態様は、上記電源装置であって、前記第２蓄電部の前記負荷の動作状態に応じて前記第１制御信号を生成する制御部をさらに備える。

また、本発明の一態様は、上記電源装置であって、前記第２蓄電部の前記負荷であって、所定の物理量を検知するセンサをさらに備える。

また、本発明の一態様は、上記電源装置であって、第３蓄電部と、前記第２蓄電部から前記第３蓄電部を充電するものであって、前記第３蓄電部の第２負荷の動作状態に応じて生成された第２制御信号に応じて前記第２蓄電部から前記第３蓄電部への充電を制限する第３充電部と、前記第２負荷であって、所定の情報を通信する通信部をさらに備える。

また、本発明の一態様は、上記電源装置であって、前記第１制御信号が、前記第２蓄電部の前記負荷の動作状態と前記第３蓄電部の前記第２負荷の動作状態に応じて生成されたものである。

本発明によれば、例えば、第１蓄電部から優先度が高い機能に電力を供給し、第２蓄電部から優先度が低い機能に電力を供給することができる。すなわち、本発明によれば、複数の機能に対して優先度を異ならせて電力を供給することができる。

本発明の一実施形態に係る電子制御装置の構成例を示すブロック図である。 図１に示す電子制御装置１の動作例を説明するためのフローチャートである。 図１に示す電子制御装置１の動作例を説明するためのフローチャートである。 図１に示す電子制御装置１の動作例を説明するためのタイミングチャートである。 図１に示す電子制御装置１の動作例を説明するためのタイミングチャートである。 図１に示す電子制御装置１の動作例を説明するためのタイミングチャートである。 図１に示す電子制御装置１の動作例を説明するためのタイミングチャートである。 図１に示す電子制御装置１の動作例を説明するためのタイミングチャートである。 図１に示す電子制御装置１の動作例を説明するためのタイミングチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電子制御装置１の構成例を示すブロック図である。図１に示す電子制御装置１は、負荷部２と、電源部３を備える。負荷部２は、マイコン４と、センサ５と、無線機６を備える。電源部３は、太陽電池７と、昇圧回路８と、充電部９と、充電部１０と、コンデンサＣ１、Ｃ２およびＣ３を備える。また、充電部９は、ダイオードＤ１とスイッチＳ１を備える。充電部１０は、ダイオードＤ２とスイッチＳ２を備える。

マイコン４は、内部にＣＰＵ（中央処理装置）、主記憶装置、補助記憶装置等の記憶装置、入出力装置等を有し、補助記憶装置が記憶するプログラムをＣＰＵが実行することで所定の動作を行う。マイコン４は、例えば、センサ５の起動や停止を制御したり、センサ５の検知信号を入力してセンサデータとして記憶装置に記憶したりする。また、マイコン４は、無線機６の起動や停止を制御したり、記憶したセンサデータを無線機６から所定の通信先に対して送信したりする。また、マイコン４は、Ｓ１制御線に対して所定の制御信号を出力することで、電源部３が有するスイッチＳ１を接続（オン）したり、開放（オフ）したりする。また、マイコン４は、Ｓ２制御線に対して所定の制御信号を出力することで、電源部３が有するスイッチＳ２を接続したり、開放したりする。また、マイコン４は、電源部３が有するコンデンサＣ１の端子電圧Ｖ１（以下、電圧Ｖ１ともいう）、コンデンサＣ２の端子電圧Ｖ２（以下、電圧Ｖ２ともいう）、およびコンデンサＣ３の端子電圧Ｖ３（以下、電圧Ｖ３ともいう）を監視する機能を有する。また、マイコン４は、コンデンサＣ１に充電された直流電力を電源として動作する。

本実施形態のマイコン４は、センサ５を所定の周期で間欠的に起動させる。センサ５の起動の際、マイコン４は、スイッチＳ１およびＳ２を開放した状態に制御する。また、マイコン４は、無線機６を所定の周期で間欠的に起動させる。無線機６の起動の際、マイコン４は、スイッチＳ１およびＳ２を開放した状態に制御する。すなわち、本実施形態において、電源部３の負荷であるセンサ５と無線機６は、消費電力が周期的に大小に変化する。また、消費電力が大である期間にスイッチＳ１とスイッチＳ２は開放状態に制御され、スイッチＳ１およびスイッチＳ２は、各コンデンサＣ１〜Ｃ３間の回路を遮断する。

本実施形態において、コンデンサＣ１の端子電圧Ｖ１がマイコン４の動作可能範囲内である場合、マイコン４は、常時待機状態で動作している。そして、マイコン４は、一定時間毎にセンサ５を起動する。また、マイコン４は、センサ５を起動する際にはスイッチＳ１およびＳ２を開放する。また、マイコン４は、所定のタイミングで無線機６を起動する。無線機６を起動するときも同様に、マイコン４は、スイッチＳ１およびＳ２を開放する。また、マイコン４は、起動後に、コンデンサＣ１〜Ｃ３における所定の電圧が規定値以下になった場合、スイッチＳ１およびＳ２を開放したままとする。

センサ５は、所定の物理量を検知し、検知結果を示す信号をマイコン４に対して出力する。センサ５は、コンデンサＣ２に充電された直流電力を電源として動作する。また、センサ５は、マイコン４による制御に応じて、起動してセンシングを行う動作状態になったり、停止してセンシングを行わない非動作状態あるいは待機状態になったりする。

無線機６は、マイコン４によって制御され、マイコン４から入力したデータを、所定の通信回線を介して所定の通信先に対して送信する。通信回線は、無線ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）や公衆網の通信回線である。無線機６は、コンデンサＣ３に充電された直流電力を電源として動作する。また、無線機６は、マイコン４による制御に応じて、起動して無線通信を行う動作状態になったり、停止して無線通信を行わない非動作状態あるいは待機状態になったりする。

太陽電池７は、例えば、１セルの太陽電池であり、０．５Ｖ程度の出力電圧で入射光の照度に応じた直流電力を出力する。昇圧回路８は、太陽電池７の出力電圧を、概ね１．５Ｖ〜３Ｖ程度に昇圧し、一般的な低電圧の電子回路を駆動するに足りる電圧に変換する。この場合、昇圧回路８は、太陽電池７の出力電圧を所定の電圧に変換して、太陽電池７が発電した電力でコンデンサＣ１を充電する。充電部９は、マイコン４によってスイッチＳ１が接続された場合、ダイオードＤ１とスイッチＳ１を介して、コンデンサＣ１を電源としてコンデンサＣ２を充電する。また、充電部９は、マイコン４によってスイッチＳ１が開放された場合、コンデンサＣ１からコンデンサＣ２への充電を停止する。充電部１０は、マイコン４によってスイッチＳ２が接続された場合、ダイオードＤ２とスイッチＳ２を介して、コンデンサＣ２を電源としてコンデンサＣ３を充電する。また、充電部１０は、マイコン４によってスイッチＳ２が開放された場合、コンデンサＣ２からコンデンサＣ３への充電を停止する。

スイッチＳ１およびＳ２は、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等の半導体素子で構成されていてもよいし、リレー等の機械式接点を用いて構成されていてもよい。なお、マイコン４とスイッチＳ１を接続するＳ１制御線およびスイッチＳ２を接続するＳ２制御線には、図示していないゲート電圧の駆動回路やコイルの駆動回路が設けられている。また、マイコン４、センサ５、無線機６、昇圧回路８、コンデンサＣ１〜Ｃ３は、共通のグランドに接続されている。また、太陽電池７の負極が共通のグランドに接続されていてもよい。

また、スイッチＳ１およびＳ２は、接続状態において充電電流を一定の値に制御するよう動作したり、開放状態において充電電流を接続状態より小さい一定の値に制御するよう動作したりしてもよい。すなわち、スイッチＳ１およびＳ２は、接続時に充電電流を一定の値（あるいは所定の値以下）に制御するよう動作したり、開放時に例えば微弱な充電電流を流すように動作したりしてもよい。この場合、充電電流の制御は、スイッチＳ１およびＳ２で行ってもよいし、ダイオードＤ１およびＤ２を定電流ダイオードとしたり、ダイオードＤ１およびＤ２に代えてあるいは直列に抵抗を接続したりすることで行ってもよい。

なお、本発明の実施の形態は図１に示す構成に限定されない。例えば、充電部１０とコンデンサＣ３を省略して無線機６の電源をコンデンサＣ２としてもよい。また、太陽電池７は、単セルで構成されていてもよいし、複数のセルを直列や並列に接続することで構成されていてもよい。昇圧回路８は、降圧回路に代えたり、昇圧および降圧をする昇降圧回路に代えたりしてもよい。また、コンデンサＣ１〜Ｃ３の一部または全部は、二次電池に代えたり、二次電池と並列に接続されたりしてもよい。また、無線機６は、例えば有線の通信機器に代えてもよい。また、昇圧回路８等は、例えば、ＭＰＰＴ制御を行う機能を有していてもよい。

なお、電源部３は、例えば次のように構成することができる。すなわち、電源部３が有する太陽電池７、昇圧回路８、充電部９、充電部１０、コンデンサＣ１〜Ｃ３は、薄くやわらかいフィルム状の絶縁体である基板上に、プリンテッドエレクトロニクス（印刷回路形成技術）を用いて有機または無機の種々の材料を塗布することでフィルム状に形成することができる。

また、本実施形態において、例えば、電源部３は、電源装置として製品化したり、電源部３にマイコンを設け、そのマイコンに上述したマイコン４の一部または全部の機能を持たせたりしてもよい。また、電源部３内にセンサ５や無線機６を設けてもよい。

次に、図２〜図７を参照して、図１に示す電子制御装置１の動作例について説明する。図２および図３は、マイコン４が実行する処理の流れを示すフローチャートである。図４、図６および図８は、コンデンサＣ１〜Ｃ３の端子電圧Ｖ１〜Ｖ３の時間変化を示すタイミングチャートである。図５、図７および図９は、負荷部２の消費電流の時間変化を示すタイミングチャートである。

図２および図３に示す各処理は、マイコン４が起動後に、マイコン４によって一定の周期で繰り返し実行される。図２に示す処理と図３に示す処理は、同一の周期で実行されてもよいし、異なる周期で実行されてもよい。なお、図２および図３に示す各処理において、判定基準として用いられる電圧Ｖａ〜Ｖｆは、図４に示すように、次の関係を有する。すなわち、使用限界電圧Ｖａは、動作開始電圧Ｖｂと、Ｖａ＜Ｖｂの関係がある。動作開始電圧Ｖｂは、マイコン４、センサ５および無線機６が動作を開始することができる最低電圧であり、電源電圧がこの電圧以上の場合、マイコン４、センサ５および無線機６は起動して動作することができる。この例では、動作開始電圧Ｖｂがマイコン４、センサ５および無線機６で同一である。使用限界電圧Ｖａは、この電圧以下となると、動作中のマイコン４、センサ５および無線機６が正常に動作しなくなる可能性がある電圧である。Ｓ２開放電圧Ｖｃは、電圧Ｖ２がこの電圧以下の場合にマイコン４がスイッチＳ２を開放する基準値であり、Ｖｂ＜Ｖｃの関係がある。Ｓ１開放電圧Ｖｄは、電圧Ｖ１がこの電圧以下の場合にマイコン４がスイッチＳ１を開放する基準値である。Ｓ２接続電圧Ｖｅは、電圧Ｖ２がこの電圧以上の場合にマイコン４がスイッチＳ２を接続する基準値である。Ｓ１開放電圧ＶｄとＳ２接続電圧Ｖｅは等しく、Ｖｄ＝Ｖｅ＞Ｖｃの関係がある。Ｓ１接続電圧Ｖｆは、電圧Ｖ１がこの電圧以上の場合にマイコン４がスイッチＳ１を接続する基準値であり、Ｖｆ＞Ｖｄ＝Ｖｅの関係がある。

次に、図２および図３に示す処理の流れについて説明する。なお、起動時に、スイッチＳ１およびスイッチＳ２は開放（オフ）状態であるとする。また、起動時に、電圧Ｖ２が動作可能範囲か否かを表すフラグＦＶ２と、電圧Ｖ３が動作可能範囲か否かを表すフラグＦＶ３はともにオフであるとする。なお、フラグＦＶ２は、電圧Ｖ２が動作開始電圧Ｖｂ以上になったときにオンされ、使用限界電圧Ｖａ以下になったときにオフされる。なお、フラグＦＶ３は、電圧Ｖ３が動作開始電圧Ｖｂ以上になったときにオンされ、使用限界電圧Ｖａ以下になったときにオフされる。

まず、図２に示す処理の流れについて説明する。図２に示す処理において、マイコン４は、まず、電圧Ｖ１がＳ１接続電圧Ｖｆ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。電圧Ｖ１がＳ１接続電圧Ｖｆ以上である場合（ステップＳ１０１でＹＥＳの場合）、マイコン４は、スイッチＳ１を接続する（ステップＳ１０２）。あるいは、マイコン４は、スイッチＳ１の接続状態を維持する（ステップＳ１０２）。

次に、マイコン４は、電圧Ｖ１がＳ１開放電圧Ｖｄ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。電圧Ｖ１がＳ１開放電圧Ｖｄ以下である場合（ステップＳ１０３でＹＥＳの場合）、マイコン４は、スイッチＳ１を開放する（ステップＳ１０４）。あるいは、マイコン４は、スイッチＳ１の開放状態を維持する（ステップＳ１０４）。

次に、マイコン４は、電圧Ｖ２がＳ２接続電圧Ｖｅ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。電圧Ｖ２がＳ２接続電圧Ｖｅ以上である場合（ステップＳ１０５でＹＥＳの場合）、マイコン４は、スイッチＳ２を接続する（ステップＳ１０６）。あるいは、マイコン４は、スイッチＳ２の接続状態を維持する（ステップＳ１０６）。

次に、マイコン４は、電圧Ｖ２がＳ２開放電圧Ｖｃ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０７）。電圧Ｖ２がＳ２開放電圧Ｖｃ以下である場合（ステップＳ１０７でＹＥＳの場合）、マイコン４は、スイッチＳ２を開放する（ステップＳ１０８）。あるいは、マイコン４は、スイッチＳ２の開放状態を維持する（ステップＳ１０８）。

次に、マイコン４は、電圧Ｖ２が動作開始電圧Ｖｂ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０９）。電圧Ｖ２が動作開始電圧Ｖｂ以上である場合（ステップＳ１０９でＹＥＳの場合）、マイコン４は、フラグＦＶ２をオンする（ステップＳ１１０）。あるいは、マイコン４は、フラグＦＶ２のオン状態を維持する（ステップＳ１１０）。

次に、マイコン４は、電圧Ｖ２が使用限界電圧Ｖａ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１１１）。電圧Ｖ２が使用限界電圧Ｖａ以下である場合（ステップＳ１１１でＹＥＳの場合）、マイコン４は、フラグＦＶ２をオフする（ステップＳ１１２）。あるいは、マイコン４は、フラグＦＶ２のオフ状態を維持する（ステップＳ１１２）。

次に、マイコン４は、電圧Ｖ３が動作開始電圧Ｖｂ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１１３）。電圧Ｖ３が動作開始電圧Ｖｂ以上である場合（ステップＳ１１３でＹＥＳの場合）、マイコン４は、フラグＦＶ３をオンする（ステップＳ１１４）。あるいは、マイコン４は、フラグＦＶ３のオン状態を維持する（ステップＳ１１４）。

次に、マイコン４は、電圧Ｖ３が使用限界電圧Ｖａ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１１５）。電圧Ｖ３が使用限界電圧Ｖａ以下である場合（ステップＳ１１５でＹＥＳの場合）、マイコン４は、フラグＦＶ３をオフする（ステップＳ１１６）。あるいは、マイコン４は、フラグＦＶ３のオフ状態を維持する（ステップＳ１１６）。

次に、図３に示す処理の流れについて説明する。図３に示す処理において、マイコン４は、まず、フラグＦＶ２がオンであるか否かを判定する（ステップＳ２０１）。フラグＦＶ２がオンである場合（ステップＳ２０１でＹＥＳの場合）、マイコン４は、センサ起動タイミングであるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。本実施形態では、マイコン４は、センサ５が動作可能な場合、所定の周期でセンサ５を起動し、センサデータを取得する。ステップＳ２０２において、この所定の周期に対応するタイミングで、マイコン４は、センサ起動タイミングであると判定する（ステップＳ２０２でＹＥＳ）。

センサ起動タイミングであると判定した場合（ステップＳ２０２でＹＥＳの場合）、マイコン４は、スイッチＳ１とスイッチＳ２を開放する（ステップＳ２０３）。ステップＳ２０３で、スイッチＳ１またはスイッチＳ２がすでに開放状態である場合、マイコン４は、それらの開放状態を維持する。次に、マイコン４は、センサ５を起動する（ステップＳ２０４）。次に、マイコン４は、センサ５を停止させる条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ２０５）。センサ５を停止させる条件は、例えば、マイコン４がセンサ５から検知結果を示す信号を正常に受信できた場合、センサ５を起動してからセンサ５の出力信号が安定するまでに要する時間を経過した場合、あるいは、なんらかの異常が発生したと認められる場合に対応する。マイコン４は、センサ５を停止させる条件が成立するまで待機し（ステップＳ２０５でＮＯの繰り返し）、センサ５を停止させる条件が成立した場合（ステップＳ２０５でＹＥＳの場合）、センサ５を停止させる（ステップＳ２０６）。なお、マイコン４は、センサ５から正常に受信した検知結果を示す信号、あるいはセンサ５を起動してからセンサ５の出力信号が安定するまでに要する時間を経過した後に取得した信号を、センサデータとして例えば取得時刻を示す情報に対応づけて所定の記憶装置に記憶する。

ステップＳ２０６でセンサ５を停止した場合、あるいは、センサ起動タイミングでないと判定した場合（ステップＳ２０２でＮＯの場合）、あるいは、フラグＦＶ２がオフの場合（ステップＳ２０１でＮＯの場合）、マイコン４は、フラグＦＶ３がオンであるか否かを判定する（ステップＳ２０７）。フラグＦＶ３がオンである場合（ステップＳ２０７でＹＥＳの場合）、マイコン４は、無線機起動タイミングであるか否かを判定する（ステップＳ２０８）。本実施形態で、マイコン４は、無線機６が動作可能な場合、所定の周期で無線機６を起動し、センサデータ等を所定の通信先に対して送信する。ステップＳ２０８において、この所定の周期に対応するタイミングで、マイコン４は、無線機起動タイミングであると判定する（ステップＳ２０８でＹＥＳ）。

無線機起動タイミングであると判定した場合（ステップＳ２０８でＹＥＳの場合）、マイコン４は、スイッチＳ１とスイッチＳ２を開放する（ステップＳ２０９）。ステップＳ２０９で、スイッチＳ１またはスイッチＳ２がすでに開放状態である場合、マイコン４は、それらの開放状態を維持する。次に、マイコン４は、無線機６を起動する（ステップＳ２１０）。次に、マイコン４は、無線機６を停止させる条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ２１１）。無線機６を停止させる条件は、例えば、マイコン４が無線機６からセンサデータ等を正常に送信できたとの通知を受けた場合、無線機６にセンサデータ等の送信を指示してから送信が完了するまでに要する時間を経過した場合、あるいはなんらかの異常が発生したと認められる場合に対応する。マイコン４は、無線機６を停止させる条件が成立するまで待機し（ステップＳ２１１でＮＯの繰り返し）、無線機６を停止させる条件が成立した場合（ステップＳ２１１でＹＥＳの場合）、無線機６を停止させる（ステップＳ２１２）。

ステップＳ２１２で無線機６を停止した場合、あるいは、無線機起動タイミングでないと判定した場合（ステップＳ２０８でＮＯの場合）、あるいは、フラグＦＶ３がオフの場合（ステップＳ２０７でＮＯの場合）、マイコン４は、図３に示す処理を終了する。

次に、図４に示す、コンデンサＣ１〜Ｃ３の端子電圧Ｖ１〜Ｖ３の時間変化を示すタイミングチャートを参照して、図１に示す電子制御装置１の動作例について説明する。図４に示す例では、初期状態として、コンデンサＣ１〜Ｃ３が全く充電されていない状態で、時刻ｔ０から太陽電池７が発電した電力によって充電が始まる。また、スイッチＳ１およびＳ２は、初期状態では、開放状態に設定されている。時刻ｔ０以降、先ずコンデンサＣ１が充電される。電圧Ｖ１が上昇し、動作開始電圧Ｖｂに達するとマイコン４が起動する（時刻ｔ１）。この時点で、コンデンサＣ１に充電された電力が消費されるが、太陽電池７の発電量はマイコン４の消費量以上に十分高いものとする。時刻ｔ１以降、コンデンサＣ１への充電が継続され電圧Ｖ１が上昇し続ける。

マイコン４は、起動後、所定の初期設定等を行った後、図２および図３に示す処理を実行する。

（１）時刻ｔ１〜時刻ｔ２：いま、図４において、時刻ｔ１でマイコン４が起動した後、電圧Ｖ１がＳ１接続電圧Ｖｆ以上となる時刻ｔ２に到達していないとする。この場合、電圧Ｖ１はＳ１接続電圧Ｖｆ未満、電圧Ｖ２はゼロ、電圧Ｖ３はゼロなので、マイコン４が図２に示す処理を実行した場合、スイッチＳ１は開放、スイッチＳ２は開放、フラグＦＶ２はオフ、フラグＦＶ３はオフに設定される（ステップＳ１０１で「ＮＯ」→ステップＳ１０３で「ＹＥＳ」→ステップＳ１０４→ステップＳ１０５で「ＮＯ」→ステップＳ１０７で「ＹＥＳ」→ステップＳ１０８→ステップＳ１０９「ＮＯ」→ステップＳ１１１で「ＹＥＳ」→ステップＳ１１２→ステップＳ１１３で「ＮＯ」→ステップＳ１１５で「ＹＥＳ」→ステップＳ１１６）。また、マイコン４が図３に示す処理を実行した場合、センサ５は起動されず、無線機６も起動されない（ステップＳ２０１で「ＮＯ」→ステップＳ２０７で「ＮＯ」）。

（２）時刻ｔ２：図４において、時刻ｔ２で、電圧Ｖ１がＳ１接続電圧Ｖｆ以上となったとする。この場合、電圧Ｖ１はＳ１接続電圧Ｖｆ以上、電圧Ｖ２はゼロ、電圧Ｖ３はゼロなので、マイコン４が図２に示す処理を実行した場合、スイッチＳ１は接続、スイッチＳ２は開放、フラグＦＶ２はオフ、フラグＦＶ３はオフに設定される（ステップＳ１０１で「ＹＥＳ」→ステップＳ１０２→ステップＳ１０３で「ＮＯ」→ステップＳ１０５で「ＮＯ」→ステップＳ１０７で「ＹＥＳ」→ステップＳ１０８→ステップＳ１０９「ＮＯ」→ステップＳ１１１で「ＹＥＳ」→ステップＳ１１２→ステップＳ１１３で「ＮＯ」→ステップＳ１１５で「ＹＥＳ」→ステップＳ１１６）。また、マイコン４が図３に示す処理を実行した場合、センサ５は起動されず、無線機６も起動されない（ステップＳ２０１で「ＮＯ」→ステップＳ２０７で「ＮＯ」）。ここで、コンデンサＣ２の充電が開始される。コンデンサＣ２の充電が開始されるので電圧Ｖ２が上昇し始める。

（３）時刻ｔ３：次に、時刻ｔ３で、電圧Ｖ２が動作開始電圧Ｖｂ以上になったとする。また、電圧Ｖ１は、Ｓ１接続電圧Ｖｆ未満でＳ１開放電圧Ｖｄより大きいとする。また、電圧Ｖ３はゼロである。ここで、センサ５は、動作可能な状態となる。マイコン４が図２に示す処理を実行した場合、スイッチＳ１は接続、スイッチＳ２は開放、フラグＦＶ２はオン、フラグＦＶ３はオフに設定される（ステップＳ１０１で「ＮＯ」→ステップＳ１０３で「ＮＯ」→ステップＳ１０５で「ＮＯ」→ステップＳ１０７で「ＹＥＳ」→ステップＳ１０８→ステップＳ１０９「ＹＥＳ」→ステップＳ１１０→ステップＳ１１１で「ＮＯ」→ステップＳ１１３で「ＮＯ」→ステップＳ１１５で「ＹＥＳ」→ステップＳ１１６）。また、マイコン４が図３に示す処理を実行した場合、センサ５はセンサ起動タイミングで起動され、無線機６は起動されない（ステップＳ２０１で「ＹＥＳ」→ステップＳ２０２で「ＹＥＳ」からステップＳ２０６またはステップＳ２０２で「ＮＯ」→ステップＳ２０７で「ＮＯ」）。

（４）時刻ｔ４：次に、時刻ｔ４で、電圧Ｖ２がＳ２接続電圧Ｖｅ以上となったとする。また、電圧Ｖ１は、Ｓ１接続電圧Ｖｆ未満でＳ１開放電圧Ｖｄより大きいとする。また、電圧Ｖ３はゼロである。また、電圧Ｖ２は使用限界電圧Ｖａより大きいとする。ここで、スイッチＳ２が接続される。マイコン４が図２に示す処理を実行した場合、スイッチＳ１は接続、スイッチＳ２は接続、フラグＦＶ２はオン、フラグＦＶ３はオフに設定される（ステップＳ１０１で「ＮＯ」→ステップＳ１０３で「ＮＯ」→ステップＳ１０５で「ＹＥＳ」→ステップＳ１０６→ステップＳ１０７で「ＮＯ」→ステップＳ１０９「ＹＥＳ」→ステップＳ１１０→ステップＳ１１１で「ＮＯ」→ステップＳ１１３で「ＮＯ」→ステップＳ１１５で「ＹＥＳ」→ステップＳ１１６）。また、マイコン４が図３に示す処理を実行した場合、センサ５はセンサ起動タイミングで起動され、無線機６は起動されない（ステップＳ２０１で「ＹＥＳ」→ステップＳ２０２で「ＹＥＳ」からステップＳ２０６またはステップＳ２０２で「ＮＯ」→ステップＳ２０７で「ＮＯ」）。ここで、コンデンサＣ３の充電が開始される。コンデンサＣ３の充電が開始されるので電圧Ｖ３が上昇し始める。

（５）時刻ｔ５：次に、時刻ｔ５で、電圧Ｖ３が動作開始電圧Ｖｂ以上となったとする。また、電圧Ｖ１は、Ｓ１接続電圧Ｖｆ未満でＳ１開放電圧Ｖｄより大きいとする。また、電圧Ｖ２は、Ｓ２接続電圧Ｖｅ未満でＳ２開放電圧Ｖｃより大きいとする。ここで、無線機６は、動作可能な状態となる。マイコン４が図２に示す処理を実行した場合、スイッチＳ１は接続、スイッチＳ２は接続、フラグＦＶ２はオン、フラグＦＶ３はオンに設定される（ステップＳ１０１で「ＮＯ」→ステップＳ１０３で「ＮＯ」→ステップＳ１０５で「ＮＯ」→ステップＳ１０７で「ＮＯ」→ステップＳ１０９「ＹＥＳ」→ステップＳ１１０→ステップＳ１１１で「ＮＯ」→ステップＳ１１３で「ＹＥＳ」→ステップＳ１１４→ステップＳ１１５で「ＮＯ」）。また、マイコン４が図３に示す処理を実行した場合、センサ５はセンサ起動タイミングで起動され、また、無線機６は無線機起動タイミングで起動される（ステップＳ２０１で「ＹＥＳ」→ステップＳ２０２で「ＹＥＳ」からステップＳ２０６またはステップＳ２０２で「ＮＯ」→ステップＳ２０７で「ＹＥＳ」→ステップＳ２０８で「ＹＥＳ」からステップＳ２１２またはステップＳ２０８で「ＮＯ」）。

（６）時刻ｔ７：次に、時刻ｔ６以降、太陽電池７の発電電力が停止または不足し、時刻ｔ７で電圧Ｖ２がＳ２開放電圧Ｖｃ以下になったとする。また、電圧Ｖ１は、Ｓ１接続電圧Ｖｆ未満でＳ１開放電圧Ｖｄより大きいとする。また、電圧Ｖ２は使用限界電圧Ｖａより大きいとする。また、電圧Ｖ３は使用限界電圧Ｖａより大きいとする。マイコン４が図２に示す処理を実行した場合、スイッチＳ１は接続、スイッチＳ２は開放、フラグＦＶ２はオン、フラグＦＶ３はオンに設定される（ステップＳ１０１で「ＮＯ」→ステップＳ１０３で「ＮＯ」→ステップＳ１０５で「ＮＯ」→ステップＳ１０７で「ＹＥＳ」→ステップＳ１０８→ステップＳ１０９「ＹＥＳ」→ステップＳ１１０→ステップＳ１１１で「ＮＯ」→ステップＳ１１３で「ＹＥＳ」→ステップＳ１１４→ステップＳ１１５で「ＮＯ」）。また、マイコン４が図３に示す処理を実行した場合、センサ５はセンサ起動タイミングで起動され、無線機６は無線機起動タイミングで起動される（ステップＳ２０１で「ＹＥＳ」→ステップＳ２０２で「ＹＥＳ」からステップＳ２０６またはステップＳ２０２で「ＮＯ」→ステップＳ２０７で「ＹＥＳ」→ステップＳ２０８で「ＹＥＳ」からステップＳ２１２またはステップＳ２０８で「ＮＯ」）。

（７）時刻ｔ８：次に、時刻ｔ８で電圧Ｖ３が使用限界電圧Ｖａ以下になったとする。また、電圧Ｖ１は、Ｓ１接続電圧Ｖｆ未満でＳ１開放電圧Ｖｄより大きいとする。また、電圧Ｖ２は使用限界電圧Ｖａより大きいとする。マイコン４が図２に示す処理を実行した場合、スイッチＳ１は接続、スイッチＳ２は開放、フラグＦＶ２はオン、フラグＦＶ３はオフに設定される（ステップＳ１０１で「ＮＯ」→ステップＳ１０３で「ＮＯ」→ステップＳ１０５で「ＮＯ」→ステップＳ１０７で「ＹＥＳ」→ステップＳ１０８→ステップＳ１０９「ＹＥＳ」→ステップＳ１１０→ステップＳ１１１で「ＮＯ」→ステップＳ１１３で「ＮＯ」→ステップＳ１１５で「ＹＥＳ」→ステップＳ１１６）。また、マイコン４が図３に示す処理を実行した場合、センサ５はセンサ起動タイミングで起動され、無線機６は起動されない（ステップＳ２０１で「ＹＥＳ」→ステップＳ２０２で「ＹＥＳ」からステップＳ２０６またはステップＳ２０２で「ＮＯ」→ステップＳ２０７で「ＮＯ」）。

（８）時刻ｔ９：次に、時刻ｔ９で電圧Ｖ１がＳ１開放電圧Ｖｄ以下になったとする。この場合、電圧Ｖ２は使用限界電圧Ｖａより大きいとする。マイコン４が図２に示す処理を実行した場合、スイッチＳ１は開放、スイッチＳ２は開放、フラグＦＶ２はオン、フラグＦＶ３はオフに設定される（ステップＳ１０１で「ＮＯ」→ステップＳ１０３で「ＹＥＳ」→ステップＳ１０４→ステップＳ１０５で「ＮＯ」→ステップＳ１０７で「ＹＥＳ」→ステップＳ１０８→ステップＳ１０９「ＹＥＳ」→ステップＳ１１０→ステップＳ１１１で「ＮＯ」→ステップＳ１１３で「ＮＯ」→ステップＳ１１５で「ＹＥＳ」→ステップＳ１１６）。また、マイコン４が図３に示す処理を実行した場合、センサ５はセンサ起動タイミングで起動され、無線機６は起動されない（ステップＳ２０１で「ＹＥＳ」→ステップＳ２０２で「ＹＥＳ」からステップＳ２０６またはステップＳ２０２で「ＮＯ」→ステップＳ２０７で「ＮＯ」）。

図４に示す動作例は、太陽電池の発電電力が十分でなく、充電が完了して、センサ５および無線機６が動作すると、電圧が低下し、動作が停止するまでの状況を想定している。初期状態として、コンデンサＣ１〜Ｃ３が全く充電されていない状態から充電が始まり（時刻ｔ０）、先ずコンデンサＣ１が充電される。電圧Ｖ１が上昇し、電圧Ｖ１が動作開始電圧Ｖｂに達するとマイコン４が起動する（時刻ｔ１）。この時点で、コンデンサＣ１に充電された電力が消費されるが、太陽電池７の発電量はマイコン４の消費量以上に十分高いものとすると、コンデンサＣ１への充電が継続され電圧Ｖ１が上昇し続ける。このとき、スイッチＳ１、スイッチＳ２共に開放状態である（時刻ｔ１〜時刻ｔ２（時刻ｔ２は含まず））。電圧Ｖ１がＳ１接続電圧Ｖｆに達するとマイコン４はスイッチＳ１を接続し、コンデンサＣ２の充電が開始される（時刻ｔ２）。コンデンサＣ２の充電が開始されるので電圧Ｖ２が上昇し始める。このときの太陽電池７の発電量がコンデンサＣ２を充電するのに十分な電力を発電していない状態であるとすると、電圧Ｖ１は低下し始める。ここでは、説明を簡単にするために電圧の上昇下降は直線で表現しているが実際の動作は切替時に急激に変化したり、発電量と充電量の関係で電圧の上昇下降は直線的にはならない。ここではＣ１〜Ｃ３が全く充電されていない状態から説明したが、状態の変化は、この説明の順番で必ず起こるものではなく、特定の状態の変化が繰り返し発生する場合もある。

電圧Ｖ２がコンデンサＣ２の充電により上昇し始めＳ２接続電圧Ｖｅに達するとマイコン４はスイッチＳ２を接続し、コンデンサＣ３の充電が開始される（時刻ｔ４）。コンデンサＣ３の充電が開始されるので、電圧Ｖ３が上昇し始める。このとき太陽電池７の発電量がコンデンサＣ３の充電をするのに十分ではない状態であるとすると、電圧Ｖ１および電圧Ｖ２は低下し始める。図４では、センサ５や無線機６の動作に伴う電圧変化については表現していないが、太陽電池７の発電量が十分な場合であってもセンサ５や無線機６が動作した場合には、電圧は低下し、動作が終了した後に再び電圧が上昇する動作となる。

電圧Ｖ３が上昇し、時刻ｔ５で無線機６が動作可能な電圧に達する。この状態では、マイコン４、センサ５、および無線機６のすべてが動作可能な状態になっている。この状態で、すべての機器が動作可能な平均電力以上の電力を太陽電池が発電している場合は電圧Ｖ１、電圧Ｖ２および電圧Ｖ３は、電圧を維持し続けることができる。

図４に示す例では、時刻ｔ６で発電が停止し、センサ５と無線機６が動作を続け、コンデンサＣ１〜Ｃ３の電圧が下がっていく状態を示す。スイッチＳ１およびスイッチＳ２がすべて閉じた状態では、すべての電圧が低下していく。まず、電圧Ｖ２が低下し時刻ｔ７でスイッチＳ２が開放される（時刻ｔ７）。コンデンサＣ３は充電されることはなくなるが、電圧Ｖ３は使用限界電圧Ｖａ以上であるので無線機６は動作可能な状態のままである。

電圧Ｖ３がさらに低下し使用限界電圧Ｖａに達すると無線機６は動作を停止するので電圧Ｖ３の低下が止まる（時刻ｔ８）。このとき、スイッチＳ２が開放されているので他のコンデンサＣ１やＣ２から充電されることはない。次に電圧Ｖ１がＳ１開放電圧Ｖｄまで低下すると、スイッチＳ１が開放され、コンデンサＣ２への充電が停止される（時刻ｔ９）。ただし、この例では、電圧Ｖ２は使用限界電圧Ｖａ以上であるので、センサ５の動作は継続する。

この後、なおも発電がない場合には、電圧Ｖ２が使用限界電圧Ｖａまで低下してセンサ５が停止する。電圧Ｖ１は引き続き徐々に低下するが、電圧Ｖ１の消費電流は十分に小さく、コンデンサＣ１の容量を十分に大きくしておくことにより、長期の発電がない場合でもマイコン４は動作を継続することができる。

例えば、２０時間程度となるようにコンデンサＣ１を設計すれば、夜間に長時間照度がない場合でも動作を継続することができる。同様にして、コンデンサＣ２の容量をセンサ５が２０時間継続できる容量に設計しておけば、動作を継続することができる。このようにして、電力が十分ある場合に無線機６を使用してデータを送信し、電力が不足する場合にはセンサ５による計測のみを継続し、さらに電力が不足する場合には、電力が回復した場合に動作が再開できるように備えることができる。

図５は、図４においてセンサ５と無線機６が動作可能な期間（時刻ｔ５〜ｔ８）における負荷部２の消費電流の時間変化を示す。マイコン４は常時Ｐ１の電力を消費している。また、一定時間間隔Ｔ１でセンサ電力Ｐ２と無線電力Ｐ３を消費する。図５は、各コンデンサＣ１〜Ｃ３の電圧が十分に高い場合の正常に動作を示している。図４ではこの期間に図５のように消費電流が変化していると、図４に示すように電圧変化は直線的にはならず、電流変化の周期に一致して変化することになるが、ここでは、大きな変化のみを直線的に模して表現している。

次に、図６および図７を参照して、コンデンサＣ３の電圧Ｖ３が使用限界電圧Ｖａまで低下した場合の動作例について説明する。図６は、図４と同様にコンデンサＣ１〜Ｃ３の端子電圧Ｖ１〜Ｖ３の時間変化を示すタイミングチャートであり、図７は、図６において、時刻ｔ１０で電圧Ｖ３が、動作開始電圧Ｖｂまで上昇し、その後、使用限界電圧Ｖａまで低下して再び動作開始電圧Ｖｂまで上昇するまでの期間（時刻ｔ１１〜ｔ１２）に対応する負荷部２の消費電流の時間変化を示す。図６および図７に示す例では、時刻ｔ１１で最初に一回無線送信した後に、発電量が低下して、電圧Ｖ３が低下し、コンデンサＣ３の電圧Ｖ３が下がり、その後時刻ｔ１２で回復している。

次に、図８および図９を参照して、コンデンサＣ２の電圧Ｖ２とコンデンサＣ３の電圧Ｖ３が使用限界電圧Ｖａまで低下した場合の動作例について説明する。
図８は、図４と同様にコンデンサＣ１〜Ｃ３の端子電圧Ｖ１〜Ｖ３の時間変化を示すタイミングチャートであり、図９は、図８において、時刻ｔ２０で動作開始電圧Ｖｂまで上昇した電圧Ｖ３が、使用限界電圧Ｖａまで低下し（時刻ｔ２１）、その後、電圧Ｖ２が使用限界電圧Ｖａまで低下し（時刻ｔ２２）、その後、動作開始電圧Ｖｂまで上昇するまでの期間（時刻ｔ２１〜ｔ２３）に対応する負荷部２の消費電流の時間変化を示す。図８および図９に示す例では、最初に時刻ｔ２１より前に一回無線送信した後に、発電量が低下して、各電圧が低下し、コンデンサＣ３の電圧Ｖ３が下がり、さらにコンデンサＣ２の電圧Ｖ２が下がり、その後、コンデンサＣ２の電圧Ｖ２が回復している。

以上のように、本実施形態では、電源部３から負荷部２に対して、負荷部２の複数の機能に対して優先度を異ならせて電力を供給することができる。例えば、本発明によれば、太陽電池セルと充電回路が２つ以上の電力を蓄積するコンデンサとスイッチを介して接続された回路によって電源部３が構成される。これによれば、充電するコンデンサと放電するコンデンサを、スイッチを電源部３の外部から操作して切り替えることができる。コンデンサを優先度が異なる用途ごとに割振ることによって、例えば、センシング、無線通信といった用途毎に残量を管理することができる。また、本実施形態によれば、プライオリティの高い動作から順に電力を供給する安全で、すぐに使えるハーベスタ電源（電源の無いところで電力を得ることができる電源）を提供することができる。

なお、本実施形態において、コンデンサＣ１が本発明の第１蓄電部の一例である。コンデンサＣ２が本発明の第２蓄電部の一例である。コンデンサＣ３が本発明の第３蓄電部の一例である。昇圧回路８が本発明の第１充電部の一例である。充電部９が本発明の第１蓄電部から第２蓄電部を充電するものであって、第２蓄電部の負荷の動作状態に応じて生成された第１制御信号に応じて第１蓄電部から第２蓄電部への充電を制限する第２充電部の一例である。ここで、第２蓄電部の負荷の一例がセンサ５である。充電部１０が本発明の第２蓄電部から第３蓄電部を充電するものであって、第３蓄電部の第２負荷の動作状態に応じて生成された第２制御信号に応じて第２蓄電部から第３蓄電部への充電を制限する第３充電部の一例である。ここで、第２負荷の一例が無線機６である。マイコン４が、第２蓄電部の負荷の動作状態に応じて第１制御信号を生成する制御部の一例である。また、無線機６が、本発明の所定の情報を通信する通信部の一例である。また、Ｓ１制御線に出力される所定の制御信号が本発明の第１制御信号の一例である。また、Ｓ２制御線に出力される所定の制御信号が本発明の第２制御信号の一例である。

以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１ 電子制御装置
２ 負荷部
３ 電源部
４ マイコン
５ センサ
６ 無線機
７ 太陽電池
８ 昇圧回路
９、１０ 充電部
Ｃ１〜Ｃ３ コンデンサ
Ｓ１、Ｓ２ スイッチ
Ｄ１、Ｄ２ ダイオード

Claims (7)

1. 太陽電池と、
   第１蓄電部と、
   第２蓄電部と、
   前記太陽電池の発電電力で前記第１蓄電部を充電する第１充電部と、
   前記第１蓄電部から前記第２蓄電部を充電するものであって、前記第２蓄電部の負荷の動作状態に応じて生成された第１制御信号に応じて前記第１蓄電部から前記第２蓄電部への充電を制限する第２充電部と、
   を備える電源装置。
2. 前記第２充電部が前記第１制御信号に応じて前記第１蓄電部と前記第２蓄電部間の回路を遮断するスイッチを有し、
   前記負荷の消費電力が周期的に大小に変化するものであり、
   前記第１制御信号が、前記消費電力が大である期間に前記スイッチを遮断するよう生成されたものである
   請求項１に記載の電源装置。
3. 前記太陽電池と前記第１蓄電部と前記第２蓄電部と前記第１充電部と前記第２充電部が、フィルム状に形成されている
   請求項１または２に記載の電源装置。
4. 前記第２蓄電部の前記負荷の動作状態に応じて前記第１制御信号を生成する制御部を
   さらに備える請求項１から３のいずれか１項に記載の電源装置。
5. 前記第２蓄電部の前記負荷であって、所定の物理量を検知するセンサを
   さらに備える請求項１から４のいずれか１項に記載の電源装置。
6. 第３蓄電部と、
   前記第２蓄電部から前記第３蓄電部を充電するものであって、前記第３蓄電部の第２負荷の動作状態に応じて生成された第２制御信号に応じて前記第２蓄電部から前記第３蓄電部への充電を制限する第３充電部と、
   前記第２負荷であって、所定の情報を通信する通信部を
   さらに備える請求項１から５のいずれか１項に記載の電源装置。
7. 前記第１制御信号が、前記第２蓄電部の前記負荷の動作状態と前記第３蓄電部の前記第２負荷の動作状態に応じて生成されたものである
   請求項６に記載の電源装置。

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