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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-05
(45)【発行日】2024-09-13
(54)【発明の名称】電源装置
(51)【国際特許分類】
H02J 7/34 20060101AFI20240906BHJP
H02J 1/00 20060101ALI20240906BHJP
H02J 7/00 20060101ALI20240906BHJP
H02J 7/35 20060101ALI20240906BHJP
H02M 3/07 20060101ALI20240906BHJP
H02M 3/155 20060101ALI20240906BHJP
【ＦＩ】
H02J7/34 A
H02J1/00 304H
H02J7/00 A
H02J7/00 303A
H02J7/35 E
H02M3/07
H02M3/155 H
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2021552389
(86)(22)【出願日】2020-10-13
(86)【国際出願番号】 JP2020038596
(87)【国際公開番号】W WO2021075419
(87)【国際公開日】2021-04-22
【審査請求日】2023-09-28
(31)【優先権主張番号】P 2019190049
(32)【優先日】2019-10-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】304023318
【氏名又は名称】国立大学法人静岡大学
(73)【特許権者】
【識別番号】000229117
【氏名又は名称】日本ゼオン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100124800
【弁理士】
【氏名又は名称】諏澤 勇司
(74)【代理人】
【識別番号】100170818
【弁理士】
【氏名又は名称】小松 秀輝
(72)【発明者】
【氏名】丹沢 徹
(72)【発明者】
【氏名】内田 秀樹
【審査官】田中 慎太郎
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－１９５６５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－２８４２４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２７１４０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｊ ７／３４
Ｈ０２Ｊ １／００
Ｈ０２Ｊ ７／００
Ｈ０２Ｊ ７／３５
Ｈ０２Ｍ ３／０７
Ｈ０２Ｍ ３／１５５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
外部エネルギを電気エネルギに変換して第１電圧として出力する発電素子と、前記発電素子に対して直列に接続されると共に第２電圧を出力する二次電池と、
前記第１電圧及び前記第２電圧を受けて、負荷回路に電力を出力する電力変換部と、を備え、
前記電力変換部は、
前記発電素子及び前記二次電池に対して直列に接続される電圧変換部と、
前記電圧変換部に接続される蓄電部と、
前記蓄電部を前記負荷回路に接続する第１出力端子と、
前記蓄電部を前記二次電池に接続する第２出力端子と、を有する、電源装置。
【請求項2】
前記電圧変換部は、前記発電素子から前記第１電圧を受けると共に前記二次電池から前記第２電圧を受けて、前記第１電圧と前記第２電圧とを足し合わせた第３電圧を前記第２電圧以上前記第３電圧以下である第４電圧に変換する、請求項１に記載の電源装置。【請求項3】
前記蓄電部は、前記第４電圧に基づく電力を蓄積する請求項２に記載の電源装置。【請求項4】
前記電力変換部は、前記蓄電部から前記二次電池へ電力を供給する充電状態と、前記蓄電部から前記二次電池への電力の供給を停止する非充電状態と、を相互に切替可能である、請求項１～３の何れか一項に記載の電源装置。【請求項5】
前記二次電池の一端は、接地電位に接続され、前記二次電池の他端は、前記発電素子及び前記電力変換部に接続され、
前記発電素子の一端は、前記二次電池に接続され、
前記発電素子の他端は、前記電力変換部に接続される、請求項１～４のいずれか一項に記載の電源装置。
【請求項6】
前記発電素子から前記電力変換部へ電力を受け渡すインピーダンス調整部をさらに備え、前記インピーダンス調整部は、
前記発電素子に接続される入力端子と前記電力変換部に接続される出力端子とを有する第１回路部と、
前記第１回路部に接続される第１接続点と、接地電位に接続される第２接続点と、前記第１接続点及び前記第２接続点の間に接続されるキャパシタと、を有する第２回路部と、を有し、
前記第２回路部が含む出力抵抗の大きさは、前記発電素子が含む出力抵抗の大きさより小さい、請求項５に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電源装置に関する。
【背景技術】
【0002】
今までに利用されることのなかった振動または熱といった環境エネルギを活用する技術が注目されている。このような技術は、エナジー・ハーベストと呼ばれる。エナジー・ハーベストは、いわゆるＩｏＴ（物のインターネット：Internet of Things）のためのセンサに適用する電源技術として注目を集めている。例えば、エナジー・ハーベスト技術を適用したセンサは、装置が設置された環境に存在する振動または熱から回収されたエネルギを利用して駆動する。エナジー・ハーベストに関する技術として、特許文献１～３及び非特許文献１、２が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１１－１７２３７７号公報
【文献】特許第５３４０５２号
【文献】特許第５８８００８号
【非特許文献】
【0004】
【文献】アントニオ・カルロス 著（Antonio Carlos M.de Queiroz）、「ベネットダブラー誘導起電機の応用を用いた静電振動エナジーハーベスティング」（Electrostatic Vibrational Energy Harvesting Using a Variation Bennet’s Doubler）、アイ・トリプル・イー（IEEE）、2010年、pp. 404-407。
【文献】丹沢徹 著、「スイッチトキャパシタ電圧増倍器の革新」、アイ・トリプル・イー ソリッドステート サーキット マガジン（IEEE SOLID STATE CIRCUITES MAGAZINE）、アイ・トリプル・イー（IEEE）、2016年9月２日、pp. 63-73。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
一般にエナジー・ハーベスト技術を用いて得られた電力は、微弱である。従って、センサまたは通信ＩＣといった機器を動作させるためには、電力が不足する。そこで、例えば、昇圧回路を用いて機器が要求する電圧まで昇圧する。しかし、昇圧回路は、半導体素子により構成されるスイッチング回路である。従って、昇圧回路に与えられる電圧が低すぎる場合には、昇圧回路の変換効率が著しく低下することがある。例えば、非特許文献１に開示された技術は、発電素子が発生した低電圧の電力をＩＣが要求する電圧の電力に変換するとき、変換効率が低いという問題がある。その結果、要求される電圧を効率よく出力できない場合が生じ得る。
【0006】
さらに、エナジー・ハーベスト技術は、周囲の環境からエネルギを回収することにより、継続的な外部電力の供給又は定期的な電池交換を必要とせず、長期間動作し続けることも望まれる。非特許文献２に開示された技術は、振動発電素子が発生した電力をバッテリの電圧を用いて昇圧することによってエネルギを増加させている。バッテリの電力を他のＩＣが用いる場合、バッテリの出力電圧は、一定であることが望ましい。従って、非特許文献２に開示された技術は、バッテリの長寿命化には寄与しない。
【0007】
そこで、本発明は、所望の電力を長期間に亘って出力可能な電源装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一形態である電源装置は、外部エネルギを電気エネルギに変換して第１電圧として出力する発電素子と、発電素子に対して直列に接続されると共に第２電圧を出力する二次電池と、第１電圧及び第２電圧を受けて、負荷回路に電力を出力する電力変換部と、を備える。電力変換部は、発電素子及び二次電池に対して直列に接続される電圧変換部と、電圧変換部に接続される蓄電部と、蓄電部を負荷回路に接続する第１出力端子と、蓄電部を二次電池に接続する第２出力端子と、を有する。
【0009】
電源装置は、発電素子が出力する第１電圧と二次電池が出力する第２電圧とを電力変換部が受ける。電力変換部は、電圧変換部を有する。従って、第１電圧と第２電圧とが足し合わされた第３電圧を降圧することが可能になる。その結果、電圧の降下に応じて、電力変換部が受けた電流を増やすことができる。電圧を降下させると共に電流を増加させることによって、電力変換部は、負荷回路に出力用電力を出力すると共に、二次電池に充電用電力を出力することが可能になる。蓄積部が蓄積する電力は、第１電圧と第２電圧とが足し合わされた電圧に基づいている。その結果、蓄積部が蓄積する電力から配分される出力用電力は、第１電圧よりも高い電圧として出力することが可能である。従って、電源装置は、所望の電力を負荷回路に対して出力することができる。そのうえ、二次電池には、充電用電力が出力される。従って、発電素子の電圧を高めるために要する電力が実質的に低減する。つまり、二次電池による電圧をアシスト（補助）する機能を長期間に亘って維持することができる。
【0010】
一形態の電源装置の電圧変換部は、発電素子から第１電圧を受けると共に二次電池から第２電圧を受けて、第１電圧と第２電圧とを足し合わせた第３電圧を第２電圧以上第３電圧以下である第４電圧に変換してもよい。この構成によれば、第２電圧以上第３電圧以下である第４電圧を負荷回路に出力することができる。
【0011】
一形態の電源装置の蓄電部は、第４電圧に基づく電力を蓄積してもよい。この構成によれば、蓄電部から負荷回路に第４電圧を出力することができる。
【0012】
一形態の電源装置の電力変換部は、蓄電部から二次電池へ電力を供給する充電状態と、蓄電部から二次電池への電力の供給を停止する非充電状態と、を相互に切替可能であってもよい。この構成によれば、負荷回路が電力を要求しないタイミングであるとき、二次電池へ電力を送ることにより二次電池を充電する動作と、二次電池へ電力を送らず蓄電部に電力を蓄積する動作と、を行うことができる。
【0013】
一形態の電源装置の二次電池の一端は、接地電位に接続されてもよい。二次電池の他端は、発電素子及び電力変換部に接続されてもよい。発電素子の一端は、二次電池に接続されてもよい。発電素子の他端は、電力変換部に接続されてもよい。この構成によれば、二次電池を好適に充電することができる。
【0014】
一形態の電源装置は、発電素子から電力変換部へ電力を受け渡すインピーダンス調整部をさらに備えてもよい。インピーダンス調整部は、発電素子に接続される入力端子と電力変換部に接続される出力端子とを有する第１回路部と、第１回路部に接続される接続点と、接地電位に接続される接地点と、接続点及び接地点の間に接続されるキャパシタと、を有する第２回路部と、を有してもよい。第２回路部が含む出力抵抗の大きさは、発電素子が含む出力抵抗の大きさより小さくてもよい。この構成によれば、インピーダンス調整回路が有する第２回路部のキャパシタは、第１回路部の入力端子を介して発電素子から受ける電力によって充電される。キャパシタは、第１回路部の出力端子を介して電力変換部に電力を伝送する。その結果、電力変換部に電力が伝送される態様であるとき、発電素子ではなく、キャパシタが電力源として見える。キャパシタから出力端子の間に存在する出力抵抗は、発電素子の出力抵抗よりも小さい。その結果、発電素子を電力変換部に直結する構成と比較して、電力変換部に伝送される電力に発生する電圧降下を抑制できる。従って、効率のよい電力の伝送を行うことができる。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、所望の電力を長期間に亘って出力可能な電源装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【0018】
＜第１実施形態＞
図１に示すように、電源装置１は、負荷回路１０１に対して電力を供給する。負荷回路１０１は、ＩｏＴを構成する装置であってよい。このような装置として、例えば、周囲環境の計測を行うセンサが挙げられる。センサは、温度、湿度または照度など所望の計測パラメータに関する計測値を得る。負荷回路１０１は、数ワット程度の電力を要求する。例えば、負荷回路１０１が要求する電圧は、３Ｖ程度である。電源装置１は、負荷回路１０１が要求するタイミングで、負荷回路１０１に所定の電力を供給する。負荷回路１０１は、継続的に電源装置１に電力を要求するものでなくてもよい。例えば、負荷回路１０１は、周囲の温度を計測する動作と無線ＩＣなどを通じて送信する動作とを予め定められた時間間隔で行う。負荷回路１０１は、温度計測及び通信が行われるタイミングで、電源装置１から電力の供給を受ける。
図１に示すように、電源装置１は、負荷回路１０１に対して電力を供給する。負荷回路１０１は、ＩｏＴを構成する装置であってよい。このような装置として、例えば、周囲環境の計測を行うセンサが挙げられる。センサは、温度、湿度または照度など所望の計測パラメータに関する計測値を得る。負荷回路１０１は、数ワット程度の電力を要求する。例えば、負荷回路１０１が要求する電圧は、３Ｖ程度である。電源装置１は、負荷回路１０１が要求するタイミングで、負荷回路１０１に所定の電力を供給する。負荷回路１０１は、継続的に電源装置１に電力を要求するものでなくてもよい。例えば、負荷回路１０１は、周囲の温度を計測する動作と無線ＩＣなどを通じて送信する動作とを予め定められた時間間隔で行う。負荷回路１０１は、温度計測及び通信が行われるタイミングで、電源装置１から電力の供給を受ける。
【0019】
電源装置１は、出力端子１ａと、接地端子１ｂと、を有する。出力端子１ａは、負荷回路１０１に接続される。出力端子１ａは、負荷回路１０１に電力（ＰＯＵＴ）を出力する。接地端子１ｂは、接地電位ＧＮＤに接続される。接地端子１ｂは、接地電位ＧＮＤから基準となる電位を受ける。
【0020】
電源装置１は、二次電池１０と、発電素子２０と、電力変換部５０と、を有する。電源装置１は、必要に応じて上記の構成要素に加えて付加的な要素を含んでもよい。
【0021】
二次電池１０は、充電動作及び放電動作を行う。二次電池１０は、例えば、３Ｖまたは５Ｖといった直流電圧を出力する。二次電池１０が出力する電圧は、負荷回路１０１が要求する電圧に対応してよい。例えば、負荷回路１０１が３Ｖの直流電圧を要求する場合には、二次電池１０が出力する電圧は、少なくとも３Ｖ以上であるとしてよい。以下の説明において、二次電池１０が出力する電圧を、ＶＢＡＴ（第２電圧）として示す。二次電池１０の負極は、接地端子１ｂに接続される。二次電池１０の正極は、発電素子２０に接続される。
【0022】
発電素子２０は、外部エネルギを受ける。そして、発電素子２０は、受けた外部エネルギを電気エネルギに変換する。発電素子２０は、外部エネルギを電気エネルギに変換可能な種々の素子を用いてよい。
【0023】
直流電圧の発電素子としては、太陽光エネルギを利用した太陽電池及び温度差による電荷の偏りを利用した熱電変換素子などが挙げられる。交流電圧の発電素子としては、振動による双極子モーメントの乱れを利用した圧電素子、電磁誘導電圧を利用した振動素子、焦電効果を利用した焦電素子及び電波の受信によって発電するＲＦ素子などが挙げられる。
【0024】
特に熱電変換素子は、もっともありふれたエネルギである熱エネルギを使用するという点で、今後、応用可能な範囲が拡大することが期待されている。熱電変換素子に用いられる材料は、無機半導体または有機導電性高分子などがある。カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を使った素子は、柔軟性（フレキシビリティ）を有するとともに軽量である。さらに、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を使った素子は、薄膜を使った素子である。従って、発電素子２０としてカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を利用した素子を採用することにより、同一の環境でも他の材料よりも温度差を拡大できる構造を実現することができる。その結果、発電素子２０を取り付けることが可能な使用環境が大きく広がる。従って、応用範囲を広げることができる。
【0025】
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）としては、単層カーボンナノチューブ（単層ＣＮＴ）、及び、多層カーボンナノチューブ（多層ＣＮＴ）を用いることができる。カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）として、単層ＣＮＴを用いることが好ましい。ＣＮＴは、単層ＣＮＴまたは多層ＣＮＴをそれぞれ単独で用いてもよい。ＣＮＴは、混合して用いてもよい。混合して用いる場合、単層ＣＮＴの含有割合は、５０質量％以上であることが好ましい。さらに、単層ＣＮＴの含有割合は、７０質量％以上であることがより好ましい。さらに、単層ＣＮＴの含有割合は、９０質量％以上であることが好ましい。単層ＣＮＴの平均直径は、０．７ｎｍ以上１５ｎｍ以下である。単層ＣＮＴは、ラマンスペクトルにおけるＤバンドピーク強度に対するＧバンドピーク強度の比（Ｇ／Ｄ比）が１以上２０以下であることが好ましい。単層ＣＮＴは、合成時における繊維状の炭素ナノ構造体の平均長さが１００μｍ以上であることが好ましい。単層ＣＮＴのＢＥＴ比表面積は、６００ｍ２／ｇ以上であることが好ましい。ＢＥＴ比表面積は、８００ｍ２／ｇ以上であることが更に好ましい。ＢＥＴ比表面積は、２５００ｍ２／ｇ以下であることが好ましい。ＢＥＴ比表面積は、１２００ｍ２／ｇ以下であることが更に好ましい。
【0026】
単層ＣＮＴの製造には、例えば、スーパーグロース法（国際公開第２００６／０１１６５５号参照）を採用してよい。スーパーグロース法は、触媒層の触媒活性を飛躍的に向上させるものである。例えば、カーボンナノチューブ製造用の触媒層を表面に有する基材上に、原料化合物及びキャリアガスを供給する。つまり、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）によりＣＮＴを合成する際に、系内に微量の酸化剤（触媒賦活物質）を存在させる。この方法によれば、基材表面への触媒層の形成をウェットプロセスにより行うために、効率的に製造することができる。なお、以下では、スーパーグロース法により得られるカーボンナノチューブを「ＳＧＣＮＴ」と称することがある。ＳＧＣＮＴ（Super Growth Carbon nanotube）は、他のＣＮＴに比べて、純度が高い。さらに、ＳＧＣＮＴは、ドーピングの効果が高いため発電能力（ゼーベック係数）が大きい。従って、ＳＧＣＮＴは、熱電変換素子としての適性が高い。ＳＧＣＮＴは、低コストおよび材料純度が高いという特徴を有する。さらにＳＧＣＮＴは、ドーピングがしやすいという特徴も有する。
【0027】
発電素子２０は、二次電池１０に対して直列に接続される。発電素子２０の出力端子２０ｂは、電力変換部５０に接続される。発電素子２０は、発電体２１と、出力抵抗２２と、を有する。発電体２１は、入力端子２０ａを介して二次電池１０に接続される。発電体２１は、出力抵抗２２及び出力端子２０ｂを介して電力変換部５０に接続される。
【0028】
発電素子２０の出力電圧を、記号（ＶＥＨ：第１電圧）として示す。発電素子２０の出力電圧（ＶＥＨ）は、直流電圧であってもよい。発電素子２０の出力電圧（ＶＥＨ）は、交流電圧であってもよい。例えば、発電素子２０が振動エネルギを電気エネルギに変換するものであるとき、発電素子２０は、入力された振動の周波数に応じた周波数を有する交流電圧を出力する。発電素子２０は、二次電池１０に対して直列に接続される。
【0029】
電力変換部５０は、発電素子２０から電力を受ける。電力変換部５０は、発電素子２０から受けた電力の一部または全部を負荷回路１０１に出力する。電力変換部５０は、負荷回路１０１に出力されなかった電力を二次電池１０に出力する。電力変換部５０は、受け入れた電力を負荷回路１０１及び二次電池１０に再配分する。
【0030】
例えば、電力変換部５０は、電力を蓄える蓄電部５１として、キャパシタ５１ｆを有する。電力変換部５０は、キャパシタ５１ｆに蓄積された電力を振り分ける配分部５２を有する。電力変換部５０は、４個の接続端子を有する。具体的には、電力変換部５０は、入力端子５０ａと、出力端子５０ｂ（第１出力端子）と、出力端子５０ｃ（第２出力端子）と、接地端子５０ｄと、を有する。回路構成によっては、電力変換部５０は、接地端子５０ｄを省略してもよい。
【0031】
入力端子５０ａは、発電素子２０の出力端子２０ｂに接続される。入力端子５０ａは、電圧（ＶＩＮ＝ＶＢＡＴ＋ＶＥＨ）＜ＶＩＮ：第３電圧＞を受ける。入力端子５０ａは、キャパシタ５１ｆにも接続される。入力端子５０ａは、受けた電圧（ＶＩＮ）をキャパシタ５１ｆに出力する。出力端子５０ｂは、配分部５２に接続される。出力端子５０ｂは、配分部５２から出力用電力を受ける。出力端子５０ｂは、キャパシタ５１ｆに直接に接続されてもよい。つまり、出力端子５０ｂは、キャパシタ５１ｆから直接に出力用電力を受けてもよい。出力端子５０ｂは、さらに、負荷回路１０１に接続される。出力端子５０ｂは、受けた出力用電圧を負荷回路１０１に出力する。別の出力端子５０ｃは、配分部５２に接続される。出力端子５０ｃは、配分部５２から充電用電力を受ける。なお、出力端子５０ｃも、出力端子５０ｂと同様にキャパシタ５１ｆに直接に接続されてもよい。つまり、出力端子５０ｃは、キャパシタ５１ｆから直接に充電用電力を受けてもよい。出力端子５０ｃは、二次電池１０に接続される。出力端子５０ｃは、受けた充電用電圧を二次電池１０に出力する。接地端子５０ｄは、電源装置１の接地端子１ｂに接続される。
【0032】
配分部５２は、負荷回路１０１からの要求に応じてキャパシタ５１ｆに蓄積された電力を負荷回路１０１に出力する動作を行う。配分部５２は、所定の期間においてキャパシタ５１ｆに蓄積された電力を二次電池１０に出力する動作を行う。配分部５２は、負荷回路１０１及び二次電池１０のいずれにも電力を出力しない動作を行う。この動作によれば、時間の経過と共にキャパシタ５１ｆに電力が蓄積される。
【0033】
次に、図２を参照しながら電源装置１の動作原理について説明する。
【0034】
図２（ａ）は、電力変換部５０に入力される電力を示す。いま、二次電池１０は、電圧（ＶＢＡＴ）を出力する。発電素子２０は、電圧（ＶＥＨ）を出力する。電力変換部５０に入力される電流は、電流（ＩＩＮ）である。二次電池１０、発電素子２０及び電力変換部５０は直列に接続される。従って、二次電池１０が出力する電流は、（ＩＩＮ）である。発電素子２０が出力する電流も、（ＩＩＮ）である。
【0035】
二次電池１０が出力する電力（ＰＢＡＴ）は、矩形Ｒ１により示される。矩形Ｒ１の横は、電流（ＩＩＮ）を示す。矩形Ｒ１の縦は、電圧（ＶＢＡＴ）を示す。矩形Ｒ１の面積（ＶＢＡＴ×ＩＩＮ）は、二次電池１０が出力する電力（ＰＢＡＴ）を示す。
【0036】
発電素子２０が出力する電力（ＰＥＨ）は、矩形Ｒ２により示される。矩形Ｒ２の横は、電流（ＩＩＮ）を示す。矩形Ｒ２の縦は、電圧（ＶＥＨ）を示す。矩形Ｒ２の面積（ＶＥＨ×ＩＩＮ）は、発電素子２０が出力する電力（ＰＥＨ）を示す。
【0037】
図２（ｂ）は、電力変換部５０のキャパシタ５１ｆに蓄積された総合電力（ＰＩＮ）を示す。総合電力（ＰＩＮ）は、電力（ＰＢＡＴ）と電力（ＰＥＨ）との和である。二次電池１０は、発電素子２０に対して直列に接続される。従って、電力変換部５０のキャパシタ５１ｆには、電圧（ＶＢＡＴ）と電圧（ＶＥＨ）との和である総合電圧（ＶＩＮ）が入力される。電流は、電流（ＩＩＮ）である。従って、総合電力（ＰＩＮ）は、ＰＩＮ＝（ＶＢＡＴ＋ＶＥＨ）×ＩＩＮとして示すこともできる。
【0038】
図２（ｃ）は、電力変換部５０の配分部５２の動作によって出力される電力を示す。配分部５２は、キャパシタ５１ｆに蓄積された総合電力（ＰＩＮ）を出力用電力（ＰＯＵＴ）と、充電用電力（ＰＣＨＧ）に配分する。
【0039】
出力用電力（ＰＯＵＴ）は、出力用電圧（ＶＯＵＴ）と出力用電流（ＩＯＵＴ）との積である。出力用電力（ＶＯＵＴ）は、総合電圧（ＶＩＮ＝ＶＢＡＴ＋ＶＥＨ）と等しい。出力用電圧（ＶＯＵＴ）は、発電素子２０が出力する電圧（ＶＥＨ）よりも高い。電力変換部５０は、発電素子２０が出力する電力（ＰＥＨ）に二次電池１０が出力する電力（ＰＢＡＴ）を加える。その結果、電力変換部５０は、発電素子２０が出力する電圧（ＶＥＨ）よりも高い出力用電圧（ＶＯＵＴ）を出力することができる。出力用電流（ＩＯＵＴ）が電流（ＩＩＮ）よりも小さい場合には、電力変換部５０は、発電素子２０が出力する電力（ＰＥＨ）と出力用電力（ＰＯＵＴ）とを互いに等しくすることもできる。
【0040】
総合電力（ＰＩＮ）から出力用電力（ＰＯＵＴ）を差し引いた残りの電力は、充電用電力（ＰＣＨＧ）として二次電池１０へ充電のために戻すことが可能である。
【0041】
その結果、電源装置１が出力する出力用電力（ＰＯＵＴ）は、見かけ上、発電素子２０が出力する電力（ＰＥＨ）と等しく、かつ、発電素子２０が出力する電圧（ＶＥＨ）よりも高い電圧（ＶＯＵＴ）を有する。この動作は、二次電池１０によるアシストと、電力変換部５０の配分部５２の機能と、によって実現される。アシストのために出力した二次電池１０の電力（ＰＢＡＴ）は、出力用電力（ＰＯＵＴ）の大きさによっては、回収することが可能である。回収動作を実現可能な条件とは、出力用電力（ＰＯＵＴ）が発電素子２０の出力する電力（ＰＥＨ）以下であるというものである。
【0042】
従って、電源装置１は、発電素子２０の出力電圧を、負荷回路１０１が要求する電圧まで高めることができる。この発電素子２０の出力電圧を、負荷回路１０１が要求する電圧まで高める動作（かさ上げ動作）を、本実施形態では「アシスト」と称する。つまり、二次電池１０は、電圧のかさ上げのための追加電源又は調整電源であるとも言える。
【0043】
電源装置１は、外部エネルギを電気エネルギに変換して電圧（ＶＥＨ）として出力する発電素子２０と、発電素子２０に対して直列に接続されると共に、電圧（ＶＥＨ）より大きい電圧（ＶＢＡＴ）を出力する二次電池１０と、電圧（ＶＥＨ）及び電圧（ＶＢＡＴ）を受けて、負荷回路１０１に電力（ＰＯＵＴ）を出力する電力変換部５０と、を備える。電力変換部５０は、電圧（ＶＥＨ）及び電圧（ＶＢＡＴ）が足し合わされた電圧（ＶＩＮ）に基づく総合電力（ＰＩＮ）を蓄積する。電力変換部５０は、総合電力（ＰＩＮ）を、出力用電力（ＰＯＵＴ）と充電用電力（ＰＣＨＧ）とに配分する。電力変換部５０は、出力用電力（ＰＯＵＴ）を負荷回路１０１に出力すると共に充電用電力（ＰＣＨＧ）を二次電池１０に出力する。
【0044】
電源装置１の電力変換部５０は、発電素子２０が出力する電圧（ＶＥＨ）と二次電池１０が出力する電圧（ＶＢＡＴ）とを受ける。電力変換部５０は、総合電力（ＰＩＮ）を蓄積する。そして、電力変換部５０は、蓄積した電力の一部を出力用電力（ＰＯＵＴ）として分配する。総合電力（ＰＩＮ）は、電圧（ＶＥＨ）と電圧（ＶＢＡＴ）とが足し合わされた電圧（ＶＩＮ）に基づいている。その結果、総合電力（ＰＩＮ）から配分される出力用電力（ＶＯＵＴ）は、電圧（ＶＥＨ）よりも高い電圧として出力することが可能である。従って、電源装置１は、所望の電力を負荷回路１０１に対して出力することができる。
【0045】
電力変換部５０は、電圧（ＶＩＮ）を受ける入力端子５０ａと、負荷回路１０１に接続されることにより出力用電力（ＰＯＵＴ）を出力する出力端子５０ｂと、二次電池１０に接続されることにより充電用電力（ＰＣＨＧ）を出力する出力端子５０ｃと、を有する。この構成によれば、総合電力（ＰＩＮ）から得た充電用電力（ＰＣＨＧ）によって二次電池１０を充電することが可能である。従って、発電素子２０の電圧（ＶＥＨ）を高めるために用いた電力（ＰＢＡＴ）を回収することができる。その結果、発電素子２０の電圧（ＶＥＨ）を高めるために要する電力（ＰＢＡＴ）が実質的に低減する。従って、二次電池１０による電圧（ＶＢＡＴ）をアシスト（補助）する機能を長期間に亘って維持することができる。
【0046】
出力用電力（ＰＯＵＴ）を規定する出力電圧（ＶＯＵＴ）は、電圧（ＶＥＨ）より大きく、かつ、電圧（ＶＩＮ）以下である。この構成によれば、電圧（ＶＥＨ）より大きく、かつ、電圧（ＶＩＮ）以下である出力電圧（ＶＯＵＴ）を負荷回路１０１に出力することができる。
【0047】
発電素子２０は、出力用電力（ＰＯＵＴ）を出力する。出力用電力（ＰＯＵＴ）は、電圧（ＶＥＨ）によって規定される電力（ＰＥＨ）より小さい。この構成によれば、発電素子２０が出力した電力（ＰＥＨ）よりも消費される出力用電力（ＰＯＵＴ）が小さい。その結果、二次電池１０の充電に供する充電用電力（ＰＣＨＧ）が増加する。従って、二次電池１０による電圧（ＶＥＨ）をアシスト（補助）する機能をさらに長期間に亘って維持することができる。
【0048】
電力変換部５０は、入力端子５０ａに接続されることにより総合電力（ＰＩＮ）を蓄積するキャパシタ５１ｆを有する。この構成によれば、電力変換部５０は、総合電力（ＰＩＮ）を好適に蓄積することができる。
【0049】
＜変形例１＞
第１実施形態の電源装置１は、上記の構成に限定されない。
第１実施形態の電源装置１は、上記の構成に限定されない。
【0050】
例えば、電源装置１Ａは、図３に示す構成としてもよい。変形例１の電源装置１Ａは、第１実施形態の電源装置１に対して、二次電池１０の構成が異なる。電源装置１Ａは、二次電池１１、１２を有する充放電部１０Ａと、スイッチ部３０と、を有する。充放電部１０Ａの一方の二次電池１１は、駆動用（アシスト用）の電源として用いられる。他方の二次電池１２は、充電用の蓄電池として用いられる。スイッチ部３０は、発電素子２０に電力を供給する回路と、二次電池１０を充電するための回路と、を、スイッチ３１、３２によって相互に切り替える。この構成によっても、第１実施形態の電源装置１と同様の作用効果を得ることができる。
【0051】
＜第２実施形態＞
図４に示す第２実施形態の電源装置１Ｂについて説明する。第２実施形態の電源装置１Ｂは、第１実施形態の電源装置１と同様に、発電素子２０の出力を二次電池１０の出力によってアシスト（補助）する。その結果、電源装置１Ｂは、出力として所定の電力及び電圧を出力可能な電池として捉えることができる。電源装置１Ｂは、アシスト（補助）のために用いた二次電池１０の出力を回収する。その結果、理想的には二次電池１０のエネルギの消費がないとみなせる。実質的には、ごくわずかな二次電池１０のエネルギの消費によって、発電素子２０のアシスト（補助）が可能である。つまり、電源装置１Ｂは、全体として寿命が延びた電池として捉えることができる。
図４に示す第２実施形態の電源装置１Ｂについて説明する。第２実施形態の電源装置１Ｂは、第１実施形態の電源装置１と同様に、発電素子２０の出力を二次電池１０の出力によってアシスト（補助）する。その結果、電源装置１Ｂは、出力として所定の電力及び電圧を出力可能な電池として捉えることができる。電源装置１Ｂは、アシスト（補助）のために用いた二次電池１０の出力を回収する。その結果、理想的には二次電池１０のエネルギの消費がないとみなせる。実質的には、ごくわずかな二次電池１０のエネルギの消費によって、発電素子２０のアシスト（補助）が可能である。つまり、電源装置１Ｂは、全体として寿命が延びた電池として捉えることができる。
【0052】
第２実施形態の電源装置１Ｂは、二次電池１０と、発電素子２０と、インピーダンス調整部４０と、電力変換部５０Ｂと、制御部９０Ｂと、を有する。第２実施形態の電力変換部５０Ｂは、第１実施形態の電力変換部５０の具体的な実施態様の一例である。第２実施形態の電源装置１Ｂは、付加的な要素として、インピーダンス調整部４０を有する。インピーダンス調整部４０は、発電素子２０から電力変換部５０Ｂへの電力の伝送効率を改善する。二次電池１０及び発電素子２０の構成及び動作は第１実施形態と同様である。従って、詳細な説明は省略する。インピーダンス調整部４０、電力変換部５０Ｂ及び制御部９０Ｂについて詳細に説明する。
【0053】
インピーダンス調整部４０は、入力端子４０ａと、出力端子４０ｂと、線路Ｌ１と、キャパシタ４１と、を有する。入力端子４０ａは、発電素子２０の出力端子２０ｂに接続される。入力端子４０ａは、線路Ｌ１を介して出力端子４０ｂに接続される。出力端子４０ｂは、電力変換部５０Ｂの入力端子５０ａに接続される。キャパシタ４１は、線路Ｌ１と接地電位ＧＮＤとの間に接続される。
【0054】
インピーダンス調整部４０は、必要に応じて設けることとしてよい。電源装置１Ｂは、二次電池１０と、発電素子２０と、電力変換部５０Ｂと、制御部９０Ｂと、を有してもよい。
【0055】
インピーダンス調整部４０は、構成要素としてキャパシタ４１を有する。その結果、インピーダンス調整部４０は、理想的には出力抵抗を考慮しなくてよい。実際の回路構成では出力抵抗４２が存在する。しかし、出力抵抗４２は、極めて小さいのでゼロと考えてよい。
【0056】
制御部９０Ｂは、電力変換部５０Ｂの動作を制御する。具体的には、制御部９０Ｂは、電力変換部５０Ｂの変圧動作の開始と停止とを制御する。電力変換部５０Ｂの動作を制御することにより、インピーダンス調整部４０の充電動作と放電動作とを切り替えることができる。具体的には、制御部９０Ｂが電力変換部５０Ｂの動作を停止すると、発電素子２０から出力される電力は、キャパシタ４１に充電される（充電動作）。電力変換部５０Ｂの動作が停止した状態では、電力変換部５０Ｂの入力インピーダンスは、ほぼ無限大とみなせる。換言すると、電力変換部５０Ｂの入力インピーダンスは、高インピーダンス状態である。一方、制御部９０Ｂが電力変換部５０Ｂの動作を開始すると、キャパシタ４１から電力変換部５０Ｂに電力が供給される（放電動作）。電力変換部５０Ｂが動作している状態では、電力変換部５０Ｂの入力インピーダンスは、低インピーダンス状態とみなせる。なお、放電動作中に、発電素子２０から電力が出力されることがある。この場合には、発電素子２０からの電力も電力変換部５０Ｂに出力される。しかし、電力変換部５０Ｂの動作は、キャパシタ４１から出力される電力によって支配される。
【0057】
電力変換部５０Ｂは、電圧変換部５３と、蓄電部５１と、スイッチ部５４と、を有する。
【0058】
電圧変換部５３は、インピーダンス調整部４０から出力される電圧を異なる電圧に変換する。電圧変換部５３は、ＤＣ／ＤＣコンバータである。具体的には、電圧変換部５３は、インピーダンス調整部４０から出力される電圧よりも低い電圧に降圧する。電圧変換部５３は、制御部９０Ｂから出力される制御信号φに応じて、電圧変換動作の開始と停止とを相互に切り替える。電圧変換部５３の入力端子５３ａは、電力変換部５０Ｂの入力端子５０ａに接続される。電圧変換部５３の出力端子５３ｂは、蓄電部５１に接続される。電圧変換部５３の出力端子５３ｂは、スイッチ部５４にも接続される。そのうえ、出力端子５３ｂは、電力変換部５０Ｂの出力端子５０ｂにも接続される。
【0059】
蓄電部５１は、降圧された電圧を電圧変換部５３から受ける。蓄電部５１は、負荷回路１０１の求めに応じて負荷回路１０１に電力を出力する。蓄電部５１は、構成要素としてキャパシタ５１ｆを有する。キャパシタ５１ｆの一方の端子５１ａは、電圧変換部５３に接続される。キャパシタ５１ｆの一方の端子５１ｂは、スイッチ部５４にも接続される。さらに、一方の端子５１ｂは、出力端子５０ｂにも接続される。蓄電部５１の他方の端部は、接地端子５０ｄに接続される。
【0060】
スイッチ部５４は、蓄電部５１から二次電池１０への電流の供給を許す。スイッチ部５４は、二次電池１０から蓄電部５１へ向かう電流の流れを禁止する。スイッチ部５４は、所定の条件を満たす場合に、蓄電部５１に蓄積された電力を二次電池１０へ出力する。スイッチ部５４は、構成要素としてダイオード５４ｄを有する。例えば、ダイオード５４ｄの順方向電圧は、電圧（ＶＢＡＴ＋ΔＶ）と等しくてもよい。スイッチ部５４の入力端子５４ａは、蓄電部５１に接続される。スイッチ部５４の入力端子５４ａは、電圧変換部５３に接続される。そのうえ、入力端子５４ａは、出力端子５０ｂにも接続される。スイッチ部５４の出力端子５４ｂは、電力変換部５０の出力端子５０ｃに接続される。
【0061】
電源装置１Ｂは、充電と出力とを相互に切り替えながら動作する。電圧変換部５３は、電圧（ＶＩＮ）を電圧（ＶＢＡＴ＋ΔＶ）に下げる。電圧（ＶＢＡＴ＋ΔＶ）は、電圧（ＶＢＡＴ）以上であり、かつ、電圧（ＶＢＡＴ＋ＶＥＨ）以下である。
【0062】
負荷回路１０１が電力（ＰＯＵＴ）を要求しないとき、蓄電部５１は、電圧変換部５３が出力する電力を蓄える。その結果、端子５１ａにおける電圧が上昇する。端子５１ａにおける電圧が、ダイオード５４ｄの順方向電圧より高くなると、蓄電部５１から二次電池１０に電流が流れる。換言すると、二次電池１０が充電される。端子５１ａにおける電圧がダイオード５４ｄの順方向電圧より低くなると、蓄電部５１から二次電池１０への電力の回収が止まる。再び、電圧変換部５３が出力する電力が蓄電部５１に蓄えられるので、端子５１ａにおける電圧が上昇する。
【0063】
負荷回路１０１が電力を要求するとき、蓄電部５１は、蓄えた電力を負荷回路１０１に出力する。電力を供給している間は、端子５１ａの電圧は、ＶＢＡＴ以上ＶＯＵＴ以下である。この場合には、ダイオード５４ｄはオフ状態である。このとき、二次電池１０への電力の回収は行われない。電力を供給している間も、端子５１ａの電圧がＶＯＵＴを保持できる場合には、ダイオード５４ｄはオン状態である。このとき、二次電池１０への電力の回収は行われる。
【0064】
図５を参照しながら電源装置１Ｂの動作原理について説明する。
【0065】
電圧変換部５３は、電圧（ＶＢＡＴ）と電圧（ＶＥＨ）とを受ける。電圧変換部５３は、電流（ＩＩＮ）を受ける。図５の（ａ）部に示すように電圧変換部５３は、総合電力（ＰＩＮ）を受ける。総合電力（ＰＩＮ）の内訳は、第１実施形態で説明した内容と同様である。総合電力（ＰＩＮ）は、二次電池１０が出力する電力（ＰＢＡＴ）と発電素子２０が出力する電力（ＰＥＨ）との和である。総合電力（ＰＩＮ）の定義は、ＰＩＮ＝（ＶＢＡＴ＋ＶＥＨ）×ＩＩＮである。
【0066】
図５（ｂ）に示すように、電圧変換部５３は、総合電力（ＰＩＮ）に関する電圧（ＶＢＡＴ＋ＶＥＨ）を下げる。電圧変換部５３が出力する電圧は、電源装置１Ｂが出力する電圧（ＶＯＵＴ）である。電圧（ＶＯＵＴ）は、二次電池１０が出力する電圧（ＶＢＡＴ）より高い。電圧（ＶＯＵＴ）は、総合電圧（ＶＢＡＴ＋ＶＥＨ）より低い。電圧（ＶＯＵＴ）は、ＶＯＵＴ＝ＶＢＡＴ＋ΔＶとして示す。電圧（ΔＶ）は、ゼロ以上である。電圧（ΔＶ）は、電圧（ＶＥＨ）以下である。設計上は、負荷回路１０１が要求する電圧が先に設定される。換言すると、電源装置１Ｂが出力すべき電圧（ＶＯＵＴ）が先に設定される。従って、要求電圧に応じて、二次電池１０の電圧を設定すればよい。
【0067】
電力変換部５０Ｂの電力変換効率（η）が１００％であると仮定する。そうすると、電圧変換部５３に入力される電力（ＰＩＮ）と出力される電力（ＰＣＮＶ）とは互いに等しい。例えば、図５（ａ）に示す矩形の面積と、図５（ｂ）に示す矩形の面積とは互いに等しい。一方、電圧に注目すると、電圧変換部５３に入力される電圧（ＶＢＡＴ＋ＶＥＨ）は、電圧（ＶＢＡＴ＋ΔＶ）に下がる。変換による電力の損失がない（η＝１００％）とすると、電圧の降下に対応して電流が増加する。出力される電力（ＰＣＮＶ）は、ＰＣＮＶ＝Ｖｏｕｔ×（ＩＣＨＧ＋ＩＥＨ＿ＣＶ）として示すことができる。
【0068】
発電素子２０が出力する電力（ＰＥＨ）に注目する。電力変換効率（η）が１００％であるとすれば、電圧変換部５３が出力する電力（ＰＣＮＶ）のうち、電力（ＰＥＨ）に起因する電力（ＰＥＨ＿ＣＶ）が設定できる。電圧変換部５３は、電圧（ＶＯＵＴ）を出力する。従って、電力（ＰＥＨ＿ＣＶ）を構成する電流（ＩＥＨ＿ＣＶ）は、ＩＥＨ＿ＣＶ＝ＰＥＨ＿ＣＶ／ＶＯＵＴである。
【0069】
負荷回路１０１が電力（ＰＯＵＴ）を要求するとき、電源装置１Ｂは、負荷回路１０１に対して電流（ＩＯＵＴ＝ＰＯＵＴ／ＶＯＵＴ）を提供する。電流（ＩＯＵＴ）が電流（ＩＥＨ＿ＣＶ）より小さいとき（ＩＯＵＴ＜ＩＥＨ＿ＣＶ）、電力変換部５０Ｂは、電力変換部５０Ｂに入力された電流（ＩＩＮ）よりも大きい電流（ＩＣＨＧ）を二次電池１０に戻すことができる。つまり、発電素子２０のアシスト（補助）に用いた二次電池１０の電力を回収することができる。
【0070】
要するに、電源装置１Ｂの動作のポイントは、電圧変換部５３に入力した電圧（ＶＢＡＴ＋ＶＥＨ）を下げることによって、電流を増加させる。電流の一部を負荷回路１０１に出力する。電流の残りを二次電池１０に戻す。電力変換効率（η）と、負荷回路１０１が要求する電力（ＰＯＵＴ）と、に応じて、二次電池１０に回収可能な電力（ＰＣＨＧ）が決まる。負荷回路１０１が要求する電力（ＰＯＵＴ）によっては、アシスト（補助）に用いた電力（ＰＢＡＴ）よりも大きい電力を回収することが可能である。つまり、二次電池１０は、出力した電力（ＰＢＡＴ）と回収した電力（ＰＣＨＧ）の差分が正味の消費電力である。回収した電力（ＰＣＨＧ）が多くなるほど正味の消費電力は小さくなる。その結果、二次電池１０の寿命は延びる。
【0071】
電源装置１Ｂは、外部エネルギを電気エネルギに変換することにより電圧（ＶＥＨ）として出力する発電素子２０と、発電素子２０に対して直列に接続されると共に、電圧（ＶＥＨ）より大きい電圧（ＶＢＡＴ）を出力する二次電池１０と、電圧（ＶＥＨ）及び電圧（ＶＢＡＴ）を受けて、負荷回路１０１に電力（ＰＯＵＴ）を出力する電力変換部５０Ｂと、を備える。電力変換部５０Ｂは、発電素子２０及び二次電池１０に対して直列に接続される電圧変換部５３と、電圧変換部５３に接続される蓄電部５１と、蓄電部５１を負荷回路１０１に接続する出力端子５０ｂと、蓄電部５１を二次電池１０に接続する出力端子５０ｃと、を有する。電圧（ＶＢＡＴ）は電圧（ＶＥＨ）より低くてもよい。すなわち、電源装置１Ｂの効果は、電圧（ＶＢＡＴ）及び電圧（ＶＥＨ）の大小関係に関係なく奏される。
【0072】
電源装置１Ｂの電力変換部５０Ｂは、発電素子２０が出力する電圧（ＶＥＨ）と二次電池１０が出力する電圧（ＶＢＡＴ）とを受ける。電力変換部５０Ｂは、電圧変換部５３を有する。従って、電圧（ＶＥＨ）と電圧（ＶＢＡＴ）とが足し合わされた総合電圧（ＶＩＮ）を下げることが可能になる。その結果、総合電圧（ＶＩＮ）の降圧に応じて、電力変換部５０Ｂが受けた電流（ＩＩＮ）を増やすことができる。総合電圧（ＶＩＮ）を下げると共に電流を増加させることによって、電力変換部５０Ｂは、負荷回路１０１に電力（ＰＯＵＴ）を出力すると共に、二次電池１０に電力（ＰＣＨＧ）を出力することが可能になる。蓄電部５１が蓄積する電力（ＰＩＮ）は、電圧（ＶＥＨ）と電圧（ＶＢＡＴ）とが足し合わされた総合電圧（ＶＩＮ）に基づいている。その結果、蓄電部５１が蓄積する電力（ＰＩＮ）から配分される出力用の電力（ＰＯＵＴ）は、電圧（ＶＥＨ）よりも高い電圧（ＶＢＡＴ＋ΔＶ）とすることが可能である。従って、電源装置１Ｂは、所望の電力を負荷回路１０１に対して出力することができる。そのうえ、二次電池１０には、充電用の電力（ＰＣＨＧ）が出力される。その結果、発電素子２０の電圧（ＶＥＨ）を高めるために実質的に要する電力が低減する。つまり、二次電池１０によって、電圧（ＶＥＨ）をアシスト（補助）する機能を長期間に亘って維持することができる。
【0073】
電圧変換部５３は、発電素子２０から電圧（ＶＥＨ）を受けると共に二次電池１０から電圧（ＶＢＡＴ）を受ける。電圧変換部５３は、電圧（ＶＥＨ）と電圧（ＶＢＡＴ）とを足し合わせた総合電圧（ＶＩＮ）を電圧（ＶＢＡＴ）以上であり電圧（ＶＩＮ）以下である出力用の電圧（ＶＢＡＴ＋ΔＶ）に変換する。この構成によれば、電圧（ＶＢＡＴ）以上であり総合電圧（ＶＩＮ）以下である出力用の電圧（ＶＢＡＴ＋ΔＶ）を負荷回路１０１に出力することができる。
【0074】
蓄電部５１は、出力用の電圧（ＶＢＡＴ＋ΔＶ）に基づく電力（ＰＣＮＶ）を蓄積する。この構成によれば、蓄電部５１から負荷回路１０１に出力用の電圧（ＶＢＡＴ＋ΔＶ）を出力することができる。
【0075】
スイッチ部５４は、蓄電部５１から二次電池１０へ電力（ＰＯＵＴ）を供給する充電状態と、蓄電部５１から二次電池１０への電力の供給を停止する非充電状態と、を相互に切替可能である。この構成によれば、負荷回路１０１に電力（ＰＯＵＴ）を供給する動作に加えて、発電素子２０から出力される電力（ＰＥＨ）が小さい場合に、時間の経過と共に蓄電部５１に蓄積される電力を増加させる動作を行うことができる。
【0076】
二次電池１０の一端は、接地電位ＧＮＤに接続される。二次電池１０の他端は、発電素子２０に接続される。二次電池１０の他端は、電力変換部５０Ｂにも接続される。発電素子２０の一端は、二次電池１０に接続される。発電素子２０の他端は、電力変換部５０Ｂに接続される。この構成によれば、二次電池１０を好適に充電できる。
【0077】
電源装置１Ｂは、電力変換部５０Ｂの前に設置されるインピーダンス調整部４０をさらに備える。インピーダンス調整部４０は、発電素子２０に接続される入力端子４０ａと電力変換部５０Ｂに接続される出力端子４０ｂとを有する第１回路部Ｓｂ１と、第１回路部Ｓｂ１に接続される接続点４３（第１接続点）と、接地電位ＧＮＤに接続される接続点４４（第２接続点）と、接続点４３及び接続点４４の間に接続されるキャパシタ４１と、を有する第２回路部Ｓｂ２と、を有する。第２回路部Ｓｂ２が含む出力抵抗４２の大きさは、発電素子２０が含む出力抵抗２２の大きさより小さい。
【0078】
この構成によれば、インピーダンス調整部４０が有する第２回路部Ｓｂ２のキャパシタ４１は、第１回路部Ｓｂ１の入力端子４０ａを介して発電素子２０から受ける電力によって充電される。キャパシタ４１は、第１回路部Ｓｂ１の出力端子４０ｂを介して電力変換部５０Ｂに電力を伝送する。その結果、電力変換部５０Ｂに電力が伝送されるとき、発電素子２０ではなく、キャパシタ４１が電力源として見える。キャパシタ４１から出力端子４０ｂの間に存在する出力抵抗４２は、発電素子２０の出力抵抗２２よりも小さい。その結果、発電素子２０を電力変換部５０Ｂに直結する構成と比較して、電力変換部５０Ｂに伝送される電力に生じる電圧の降下を抑制できる。従って、効率のよい電力（ＰＩＮ）の伝送を行うことができる。
【0079】
換言すると、電力変換部５０Ｂを動作させるためには、負荷回路１０１が要求する所定の電圧によって、所定の電流を発生させる必要がある。発電素子２０を電力変換部５０Ｂに直結すると、発電素子２０の高い出力インピーダンス（出力抵抗２２）によって電力変換部５０Ｂに出力される電圧が低下してしまう。その結果、電圧降下がなければ出力可能であった出力電流は、著しく低下してしまう。一方、インピーダンス調整部４０を用いることにより、インピーダンスがゼロという理想状態を実現することができる。その結果、理想的な状態において電力変換部５０Ｂに電力を出力することが可能になる。
【0080】
＜第３実施形態＞
図６に示す第３実施形態の電源装置１Ｃについて説明する。第３実施形態の電源装置１Ｃは、スイッチ部５４Ｃがトランジスタ５４ｔによって構成される点で、第２実施形態の電源装置１Ｂと相違する。蓄電部５１から二次電池１０への電力を伝送する制御をダイオード５４ｄに代えて、トランジスタ５４ｔによって行う。二次電池１０、発電素子２０、インピーダンス調整部４０、電圧変換部５３及び蓄電部５１の構成及び動作は、第２実施形態と同様である。従って、詳細な説明は省略する。以下、スイッチ部５４Ｃについて詳細に説明する。
図６に示す第３実施形態の電源装置１Ｃについて説明する。第３実施形態の電源装置１Ｃは、スイッチ部５４Ｃがトランジスタ５４ｔによって構成される点で、第２実施形態の電源装置１Ｂと相違する。蓄電部５１から二次電池１０への電力を伝送する制御をダイオード５４ｄに代えて、トランジスタ５４ｔによって行う。二次電池１０、発電素子２０、インピーダンス調整部４０、電圧変換部５３及び蓄電部５１の構成及び動作は、第２実施形態と同様である。従って、詳細な説明は省略する。以下、スイッチ部５４Ｃについて詳細に説明する。
【0081】
スイッチ部５４Ｃのトランジスタ５４ｔは、電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を用いてよい。トランジスタ５４ｔのソースは、スイッチ部５４Ｃの入力端子５４ａである。トランジスタ５４ｔのソースは、蓄電部５１に接続される。トランジスタ５４ｔのドレインは、スイッチ部５４の出力端子５４ｂである。トランジスタ５４ｔのドレインは、電力変換部５０Ｃの出力端子５０ｃに接続される。トランジスタ５４ｔのゲートは、制御部９０Ｃから制御信号θを受ける。トランジスタ５４ｔは、ゲートに出力される制御信号θに応じて、二次電池１０への充電の開始と停止とを制御する。
【0082】
制御部９０Ｃは、図７に示す制御信号θをトランジスタ５４ｔのゲートに出力する。期間ＴＯＮであるとき、制御部９０Ｃは、二次電池１０へ電力を供給させる。期間ＴＯＦＦであるとき、制御部９０Ｃは、二次電池１０への電力の供給を停止する。
【0083】
例えば、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、制御部９０Ｃは、出力端子５０ｂに生じる電圧（ＶＯＵＴ）に基づいて制御信号θを生成する。図７（ａ）は、出力端子５０ｂの電圧（ＶＯＵＴ）を示す。図７（ｂ）は、制御部９０Ｃが出力する制御信号θを示す。
【0084】
負荷回路１０１が電力を要求しない場合について説明する。以下の説明は、電圧変換部５３が動作していることを前提にする。時間の経過と共に、蓄電部５１に蓄えられる電力が増加する。その結果、出力端子５０ｂに生じる電圧（ＶＯＵＴ）は、次第に高まる。この期間において、制御部９０Ｃは、制御信号θ＜ＬＯＷ＞をトランジスタ５４ｔに出力する。制御部９０Ｃは、電圧（ＶＯＵＴ）が電圧（ＶＢＡＴ＋ΔＶ）に達したことを検知した場合に、制御信号θ＜ＨＩＧＨ＞をトランジスタ５４ｔに出力する。その結果、蓄電部５１から二次電池１０への充電が開始される。その後、時間の経過と共に、出力端子５０ｂに生じる電圧（ＶＯＵＴ）が低下する。この期間において、制御部９０Ｃは、制御信号θ＜ＨＩＧＨ＞の出力を継続する。制御部９０Ｃは、電圧（ＶＯＵＴ）が電圧（ＶＢＡＴ）まで低下したことを検知した場合に、制御信号θ＜ＬＯＷ＞をトランジスタ５４ｔに出力する。その結果、蓄電部５１から二次電池１０への充電が停止される。その後、時間の経過と共に、出力端子５０ｂに生じる電圧（ＶＯＵＴ）が次第に高まる。
【0085】
負荷回路１０１が電力を要求する場合の動作は、第２実施形態の場合と同様である。負荷回路１０１が電力を要求する場合には、制御部９０Ｃは、トランジスタ５４ｔのゲートに制御信号θ＜ＬＯＷ＞を出力する。従って、トランジスタ５４ｔは、オフ状態である。つまり、二次電池１０への電力の回収は行われない。
【0086】
第３実施形態の電源装置１Ｃも、第２実施形態の電源装置１Ｂと同様に、所望の電力を長期間に亘って出力し続けることができる。
【0087】
第３実施形態の電源装置１Ｃは、トランジスタ５４ｔによって二次電池１０への充電動作と、蓄電部５１への充電動作と、を切り替える。従って、回路内において取得可能な所望のパラメータを用いた切り替え制御を行うことができる。回路内において取得可能な所望のパラメータには、例えば、出力端子５０ｂに生じる電圧が例示できる。
【0088】
＜第４実施形態＞
図８に示す第４実施形態の電源装置１Ｄについて説明する。第４実施形態の電源装置１Ｄは、二次電池１０と、発電素子２０と、インピーダンス調整部４０と、電力変換部５０Ｄと、制御部９０Ｄと、を有する。第４実施形態の電源装置１Ｄの制御部９０Ｄは、電力変換部５０Ｄの出力端子５０ｂに生じる電圧（ＶＯＵＴ）を用いて、電圧変換部５３Ｄを制御する。二次電池１０、発電素子２０及びインピーダンス調整部４０の構成及び動作は、第２実施形態と同様である。従って、詳細な説明は省略する。以下、電圧変換部５３Ｄ及び制御部９０Ｄについて詳細に説明する。
図８に示す第４実施形態の電源装置１Ｄについて説明する。第４実施形態の電源装置１Ｄは、二次電池１０と、発電素子２０と、インピーダンス調整部４０と、電力変換部５０Ｄと、制御部９０Ｄと、を有する。第４実施形態の電源装置１Ｄの制御部９０Ｄは、電力変換部５０Ｄの出力端子５０ｂに生じる電圧（ＶＯＵＴ）を用いて、電圧変換部５３Ｄを制御する。二次電池１０、発電素子２０及びインピーダンス調整部４０の構成及び動作は、第２実施形態と同様である。従って、詳細な説明は省略する。以下、電圧変換部５３Ｄ及び制御部９０Ｄについて詳細に説明する。
【0089】
電圧変換部５３Ｄは、入力端子５３ａから受け入れた電圧を出力端子５３ｂに間欠的に送る。その結果、出力端子５３ｂには送られた電圧の平均として、降圧された電圧が生じる。電圧変換部５３Ｄは、入力端子５３ａ、出力端子５３ｂ、５３ｃを有する。入力端子５３ａは、電力変換部５０Ｄの入力端子５０ａに接続される。出力端子５３ｂは、電力変換部５０Ｄの出力端子５０ｂに接続される。
出力端子５３ｂは、キャパシタ５１ｆにも接続される。出力端子５３ｃは、電力変換部５０Ｄの出力端子５０ｃに接続される。
出力端子５３ｂは、キャパシタ５１ｆにも接続される。出力端子５３ｃは、電力変換部５０Ｄの出力端子５０ｃに接続される。
【0090】
電圧変換部５３Ｄの入力端子５３ａは、電圧（ＶＩＮ）を受ける。電圧変換部５３Ｄは、受けた電圧（ＶＩＮ）を電圧（ＶＣＮＶ：第４電圧）に下げる。電圧変換部５３Ｄは、電圧（ＶＣＮＶ）を出力端子５３ｂ、５３ｃのいずれか一方に出力する。電圧変換部５３Ｄにおける降圧動作と、出力端子５３ｂ、５３ｃの選択動作とは、制御部９０Ｄから出力される制御信号φ１、φ２、φ３、φ４によって制御される。
【0091】
具体的には、電圧変換部５３Ｄは、降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ５３ｖと、スイッチ５３ｓ３、５３ｓ４と、を有する。ＤＣ／ＤＣコンバータ５３ｖは、チョッパ方式の回路である。ＤＣ／ＤＣコンバータ５３ｖは、スイッチ５３ｓ１、５３ｓ２と、コイル５３ｈと、キャパシタ５３ｆとを有する。スイッチ５３ｓ１、５３ｓ２のＯＮ／ＯＦＦ動作によって、入力端子５３ａから受け入れた電圧が下がる。スイッチ５３ｓ１、５３ｓ２の動作は、制御部９０Ｄから出力される制御信号φ１、φ２に従う。ＤＣ／ＤＣコンバータ５３ｖは、スイッチ５３ｓ３及びスイッチ５３ｓ４のいずれか一方に電圧を出力する。スイッチ５３ｓ３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５３ｖに接続される。スイッチ５３ｓ３は、出力端子５３ｂにも接続される。スイッチ５３ｓ４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５３ｖに接続される。スイッチ５３ｓ４は、出力端子５３ｃにも接続される。スイッチ５３ｓ３、５３ｓ４の動作は、電圧の出力先を選択する動作である。スイッチ５３ｓ３、５３ｓ４の動作は、制御部９０Ｄから出力される制御信号φ３、φ４に従う。
【0092】
【0093】
制御部９０Ｄは、出力端子５０ｂに生じる電圧（ＶＯＵＴ）を監視する。制御部９０Ｄは、電圧（ＶＯＵＴ）に基づいて制御信号φ１、φ２、φ３、φ４を生成する。制御部９０Ｄは、電圧変換部５３に制御信号φ１、φ２、φ３、φ４を出力する。
【0094】
電圧変換部５３Ｄは、出力端子５０ｂに生じる電圧（ＶＯＵＴ）に応じて、キャパシタ５１ｆの充電動作と、二次電池１０の充電動作と、のいずれか一方を選択する。
【0095】
電圧（ＶＯＵＴ）が低い場合には、制御部９０Ｄは、図９（ａ）に示すキャパシタ５１ｆの充電動作を行う。制御部９０Ｄは、スイッチ５３ｓ３を導通にする制御信号φ３と、スイッチ５３ｓ４を切断にする制御信号φ４と、を出力する。制御部９０Ｄは、降圧動作のための制御信号φ１、φ２をスイッチ５３ｓ１、５３ｓ２に出力する。その結果、出力端子５３ｂを介してキャパシタ５１ｆに降圧された電圧（ＶＣＮＶ）が出力される。つまり、キャパシタ５１ｆが充電される。
【0096】
電圧（ＶＯＵＴ）が高い場合には、制御部９０Ｄは、図９（ｂ）に示す二次電池１０の充電動作を行う。制御部９０Ｄは、スイッチ５３ｓ４を導通にする制御信号φ４と、スイッチ５３ｓ３を切断にする制御信号φ３と、を出力する。制御部９０Ｄは、降圧動作のための制御信号φ１、φ２をスイッチ５３ｓ１、５３ｓ２に出力する。その結果、出力端子５３ｃを介して二次電池１０に降圧された電圧（ＶＣＮＶ）が出力される。つまり、二次電池１０が充電される。
【0097】
図１０に示すように、制御部９０Ｄは、電圧（ＶＯＵＴ）が要求電圧（ＶＴ）より低い場合には、キャパシタ５１ｆの充電動作Ｍ１（第１動作モード：図９の（ａ）部参照）を継続する（動作Ａ１）。そして、キャパシタ５１ｆの充電動作により、電圧（ＶＯＵＴ）が要求電圧（ＶＴ）より高くなったとき、制御部９０Ｄは、キャパシタ５１ｆの充電動作Ｍ１（第１動作モード）から二次電池１０の充電動作Ｍ２（第２動作モード：図９（ｂ）参照）に切り替える（動作Ａ２）。その後、制御部９０Ｄは、電圧（ＶＯＵＴ）が要求電圧（ＶＴ）より高い場合には、二次電池１０の充電動作Ｍ２（第２動作モード）を継続する。電圧（ＶＯＵＴ）が要求電圧（ＶＴ）より低くなったとき、制御部９０Ｄは、二次電池１０の充電動作Ｍ２（第２動作モード）からキャパシタ５１ｆの充電動作Ｍ１（第１動作モード）に切り替える（動作Ａ３）。
【0098】
第４実施形態の電源装置１Ｄも、第２実施形態の電源装置１Ｂと同様に、所望の電力を長期間に亘って出力し続けることができる。
【0099】
＜変形例２＞
第４実施形態では、二次電池１０の充電動作は、発電素子２０から出力される電圧を利用していた。例えば、二次電池１０の充電動作には、キャパシタ５１ｆにから出力される電圧を利用してもよい。この場合には、電圧変換部５３Ｅは、３つの接続構成を取り得る。図１１（ａ）、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）は、３つの接続構成の一例を示す。
第４実施形態では、二次電池１０の充電動作は、発電素子２０から出力される電圧を利用していた。例えば、二次電池１０の充電動作には、キャパシタ５１ｆにから出力される電圧を利用してもよい。この場合には、電圧変換部５３Ｅは、３つの接続構成を取り得る。図１１（ａ）、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）は、３つの接続構成の一例を示す。
【0100】
変形例２の電圧変換部５３Ｅは、第４実施形態の電圧変換部５３Ｄの回路構成に対して、スイッチ５３ｓ５、５３ｓ６を追加したものである。スイッチ５３ｓ５は、入力端子５３ａとスイッチ５３ｓ１との間に配置される。スイッチ５３ｓ６は、キャパシタ５１ｆとスイッチ５３ｓ１との間に配置される。
【0101】
図１１（ａ）は、キャパシタ５１ｆの充電動作における接続構成である。この場合には、制御部９０Ｅは、スイッチ５３ｓ３、５３ｓ５を導通とする制御信号φ３、φ５を出力する。制御部９０Ｅは、スイッチ５３ｓ４、５３ｓ６を切断とする制御信号φ４、φ６を出力する。
【0102】
図１１（ｂ）は、二次電池１０の充電動作における接続構成である。この接続構成では、発電素子２０からの入力を利用する。制御部９０Ｅは、スイッチ５３ｓ４、５３ｓ５を導通とする制御信号φ４、φ５を出力する。制御部９０Ｅは、スイッチ５３ｓ３、５３ｓ６を切断とする制御信号φ３、φ６を出力する。
【0103】
図１１（ｃ）は、二次電池１０の充電動作における接続構成である。この接続構成では、キャパシタ５１ｆからの入力を利用する。制御部９０Ｅは、スイッチ５３ｓ４、５３ｓ６を導通とする制御信号φ４、φ６を出力する。制御部９０Ｅは、スイッチ５３ｓ３、５３ｓ５を切断とする制御信号φ３、φ５を出力する。
【0104】
変形例の電源装置１Ｅも、第２実施形態の電源装置１Ｂと同様に、所望の電力を長期間に亘って出力し続けることができる。
【0105】
＜第５実施形態＞
図１２に示す第５実施形態の電源装置１Ｆについて説明する。第５実施形態の電源装置１Ｆは、二次電池１０と、発電素子２０と、インピーダンス調整部４０と、電力変換部５０Ｆと、制御部９０Ｆと、を有する。第５実施形態の電源装置１Ｆの制御部９０Ｆは、二次電池１０から電力を受ける。第５実施形態では、電圧変換部５３Ｆの具体的な回路例を示す。二次電池１０、発電素子２０、インピーダンス調整部４０、スイッチ部５４及び蓄電部５１の構成及び動作は、第２実施形態と同様である。従って、詳細な説明は省略する。制御部９０Ｆ及び電圧変換部５３Ｆについて詳細に説明する。
図１２に示す第５実施形態の電源装置１Ｆについて説明する。第５実施形態の電源装置１Ｆは、二次電池１０と、発電素子２０と、インピーダンス調整部４０と、電力変換部５０Ｆと、制御部９０Ｆと、を有する。第５実施形態の電源装置１Ｆの制御部９０Ｆは、二次電池１０から電力を受ける。第５実施形態では、電圧変換部５３Ｆの具体的な回路例を示す。二次電池１０、発電素子２０、インピーダンス調整部４０、スイッチ部５４及び蓄電部５１の構成及び動作は、第２実施形態と同様である。従って、詳細な説明は省略する。制御部９０Ｆ及び電圧変換部５３Ｆについて詳細に説明する。
【0106】
第５実施形態の電圧変換部５３Ｆは、降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ５３ｗである。電圧変換部５３Ｆは、スイッチ素子としてのトランジスタ５３ｔ１、５３ｔ２と、コイル５３ｈと、を有する。トランジスタ５３ｔ１は、コイル５３ｈに対して直列に接続されている。トランジスタ５３ｔ１は、コイル５３ｈへのエネルギ（電力）の転送を制御する。トランジスタ５３ｔ１を制御することによって、転送される電圧のデューティー比の調整が可能になる。従って、降下させる電圧の高さを制御することができる。トランジスタ５３ｔ１、５３ｔ２の動作は、制御部９０Ｆから出力される制御信号φ７、φ８によって制御される。
【0107】
制御部９０Ｆは、電圧変換部５３Ｆのトランジスタ５３ｔ１、５３ｔ２に制御信号φ７、φ８を出力する。例えば、制御部９０Ｆは、図１３（ａ）に示す制御信号φ７及び図１３（ｂ）に示す制御信号φ８を出力する。それぞれの制御信号φ７、φ８において、期間ＴＯＮであるとき、電圧変換部５３Ｆは降圧動作を行う。期間ＴＯＦＦであるとき、電圧変換部５３Ｆは、降圧動作を停止する。制御信号φ７、φ８の内容は、受ける電圧（ＶＩＮ）と出力する電圧（ＶＣＮＶ）との関係に応じて、適宜変更してよい。
【0108】
制御部９０Ｆは、その動作に要する電力を、二次電池１０から受ける。制御部９０Ｆは、二次電池１０に接続される。発電素子２０は、外部エネルギの入力に応じて電力を出力する。二次電池１０は、予め蓄えられている電力を出力する。従って、二次電池１０は、外部の要因に左右されることなく、制御部９０Ｆに電力を安定して供給することができる。
【0109】
第５実施形態では、制御部９０Ｆは、電圧変換部５３Ｆを構成する要素として説明した。制御部９０Ｆは、電圧変換部５３Ｆを構成する要素でなくてもよい。制御部９０Ｆは、電源装置１Ｆが有する電圧変換部５３Ｆとは別の構成要素としてもよい。
【0110】
第５実施形態の電源装置１Ｆも、第２実施形態の電源装置１Ｂと同様に、所望の電力を長期間に亘って出力し続けることができる。
【0111】
第５実施形態の電源装置１Ｆでは、電圧変換部５３Ｆを制御する制御部９０Ｆが二次電池１０から電力を受ける。二次電池１０は、安定した電力供給が可能である。従って、制御部９０Ｆは確実に動作する。その結果、電圧変換部５３Ｆを確実に動作させることができる。
【0112】
本発明の電源装置は、上記の実施形態に限定されない。例えば、インピーダンス調整部は、以下の変形例３～５に示す回路構成を採用してもよい。
【0113】
＜変形例３＞
図１４（ａ）に示すように、変形例３の電源装置１Ｇのインピーダンス調整部４０Ｇは、スイッチ４３ａ、４３ｂを有する。スイッチ４３ａ、４３ｂは、入力端子４０ａと出力端子４０ｂとの間に配置されている。スイッチ４３ａは、入力端子４０ａに接続される。スイッチ４３ａは、スイッチ４３ｂにも接続される。スイッチ４３ｂは、スイッチ４３ａに接続される。スイッチ４３ｂは、出力端子４０ｂにも接続される。入力端子４０ａ、出力端子４０ｂ及びスイッチ４３ａ、４３ｂは、第１回路部Ｓｇ１を構成する。スイッチ４３ａ、４３ｂは、キャパシタ４１にそれぞれ接続される。換言すると、スイッチ４３ａ、４３ｂを互いに接続する線路Ｌ１は、キャパシタ４１に接続される線路との接続点４３を有する。
図１４（ａ）に示すように、変形例３の電源装置１Ｇのインピーダンス調整部４０Ｇは、スイッチ４３ａ、４３ｂを有する。スイッチ４３ａ、４３ｂは、入力端子４０ａと出力端子４０ｂとの間に配置されている。スイッチ４３ａは、入力端子４０ａに接続される。スイッチ４３ａは、スイッチ４３ｂにも接続される。スイッチ４３ｂは、スイッチ４３ａに接続される。スイッチ４３ｂは、出力端子４０ｂにも接続される。入力端子４０ａ、出力端子４０ｂ及びスイッチ４３ａ、４３ｂは、第１回路部Ｓｇ１を構成する。スイッチ４３ａ、４３ｂは、キャパシタ４１にそれぞれ接続される。換言すると、スイッチ４３ａ、４３ｂを互いに接続する線路Ｌ１は、キャパシタ４１に接続される線路との接続点４３を有する。
【0114】
入力端子４０ａは、出力端子４０ｂに接続される。入力端子４０ａ及び出力端子４０ｂを互いに接続する線路Ｌ１は、キャパシタ４１の一端が接続される接続点４３を有する。接続点４３、４４及びキャパシタ４１は、第２回路部Ｓｇ２を構成する。
【0115】
制御部９０Ｇは、充電動作のための制御信号λ１、λ２をインピーダンス調整部４０Ｇに出力する。具体的には、制御部９０Ｇは、制御信号λ１をＨＩＧＨとする。制御信号λ２をＬＯＷとする。インピーダンス調整部４０Ｇは、制御信号λ１＜ＨＩＧＨ＞を受けたとき、スイッチ４３ａによって入力端子４０ａをキャパシタ４１に接続する。その結果、発電素子２０が発生する電力によって、キャパシタ４１が充電される。さらに、インピーダンス調整部４０Ｇは、制御信号λ２＜ＬＯＷ＞を受けたとき、スイッチ４３ｂによって出力端子４０ｂとキャパシタ４１とを切断する。その結果、出力端子４０ｂには何らの電力も出力されない。換言すると、電力変換部５０Ｇは、インピーダンス調整部４０から切り離されている。電力変換部５０Ｇは、発電素子２０から切り離されている。従って、充電動作では、電力変換部５０Ｇは、電力を出力しない。
【0116】
制御部９０Ｇは、充電動作のための制御信号を出力したタイミングから所定時間が経過した後に、放電動作のための制御信号をインピーダンス調整部４０Ｇに出力する。具体的には、制御部９０Ｇは、制御信号λ１＜ＬＯＷ＞と、制御信号λ２＜ＨＩＧＨ＞と、を出力する。インピーダンス調整部４０Ｇは、制御信号λ１＜ＬＯＷ＞を受けたとき、スイッチ４３ａによって入力端子４０ａとキャパシタ４１とを切断する。その結果、入力端子４０ａからキャパシタ４１が切り離される。この状態は、インピーダンス調整部４０Ｇから発電素子２０が切り離された状態である。換言すると、電力変換部５０Ｇから発電素子２０が切り離された状態である。インピーダンス調整部４０Ｇは、制御信号λ２＜ＨＩＧＨ＞を受けたとき、スイッチ４３ｂによって出力端子４０ｂをキャパシタ４１に接続する。換言すると、インピーダンス調整部４０Ｇは、電力変換部５０Ｇに接続されている。その結果、出力端子４０ｂにはキャパシタ４１から電圧が出力される。発電素子２０のインピーダンス（出力抵抗２２）は、電力変換部５０Ｇからは見えない。従って、電力変換部５０Ｇは、発電素子２０のオープン電圧に近い電圧を受けることが可能である。その結果、電力変換部５０Ｇには電圧降下の影響が小さいまたは影響がない電圧が出力される。電力変換部５０Ｇは当該電圧によって動作を開始する。その結果、電力変換部５０Ｇは、昇圧した電圧を出力する。
【0117】
制御部９０Ｇは、充電動作の期間と、放電動作の期間と、のそれぞれの長さを予め設定した。つまり、充電動作の期間及び放電動作の期間は、固定された時間である。例えば、充電動作の期間は、放電動作の期間よりも長い。電力変換部５０Ｇは、放電動作の期間だけ電力変換を行う。電力変換部５０Ｇは、放電動作の期間にのみ出力端子４０ｂに出力電流を出力する。
【0118】
放電動作を行うとき、電力変換部５０Ｇは、発電素子２０から切り離されている。インピーダンス調整部４０Ｇは、構成要素として、スイッチ４３ａ、４３ｂとキャパシタ４１とを有している。従って、インピーダンス調整部４０Ｇは、理想的には出力抵抗を考慮しなくてよい。実際の回路構成では出力抵抗４２が存在する。しかし、出力抵抗４２は、極めて小さいのでゼロと考えてよい。図１４（ａ）には、出力抵抗４２を明示している。しかし、インピーダンス調整部４０Ｇは、出力抵抗４２を抵抗素子として備えるものではない。出力抵抗４２は、例えば、キャパシタ４１をスイッチ４３ｂに接続する線路の抵抗という通常は無視するような抵抗成分を明示的に示したものである。この回路構成では、出力インピーダンスがゼロであるか、または極めて低い電源を、電力変換部５０Ｇに接続した状態である。従って、電源側（インピーダンス調整部４０Ｇ）と負荷側（電力変換部５０Ｇ）のインピーダンスの不調整により、電源側の電圧が下がることがない。その結果、電力変換部５０Ｇに対して電力を効率よく受け渡すことができる。
【0119】
電力変換部５０Ｇを動作させるためには、電力変換部５０Ｇの負荷となる集積回路が要求する所定の電圧によって、所定の電流を発生させる必要がある。発電素子２０を電力変換部５０Ｇに直結した場合には、発電素子２０の高い出力インピーダンス（出力抵抗２２）によって電力変換部５０Ｇに出力される電圧が低下してしまう。電圧降下がなければ出力できていた出力電流は、著しく低下してしまう。そこで、インピーダンス調整部４０Ｇを用いることにより、インピーダンスがゼロという理想状態を実現する。この理想的な状態によれば、電力変換部５０Ｇに電力を出力することが可能になる。その結果、例えば、インピーダンス調整部４０Ｇを電力変換部５０Ｇに接続する期間を、発電素子２０から電力を出力している期間の１／３とした場合でも、出力電流の１／３を電力変換部５０Ｇに出力することができる。
【0120】
インピーダンス調整部４０Ｇによれば、低いオープン電圧であっても、電力変換を行うことが可能となる。従って、発電素子２０に入力されるエネルギが低い場合でも、エネルギを電力として回収することができる。
【0121】
＜変形例４＞
図１４（ｂ）に示すように、変形例４に係る電源装置１Ｈの制御部９０Ｈは、インピーダンス調整部４０Ｈの出力端子４０ｂに出力される電圧を利用して、制御を行ってもよい。変形例４の電源装置１Ｈは、変形例３のインピーダンス調整部４０Ｇの構成に加えて、出力端子４０ｂに接続された制御部９０Ｈを有する。放電動作によって出力端子４０ｂに出力される電圧は、時間の経過とともに低下する。制御部９０Ｈは、出力端子４０ｂに出力される電圧を監視する。制御部９０Ｈは、放電動作を開始したときの電圧を基準として、所定の割合だけ電圧が低下したとき、放電動作から充電動作に切り替える。例えば、放電動作を開始したときの電圧を１００％と規定する。放電動作を開始したときの電圧に対して出力端子４０ｂの電圧が９０％以下に低下したとき、放電動作から充電動作に切り替えてもよい。
図１４（ｂ）に示すように、変形例４に係る電源装置１Ｈの制御部９０Ｈは、インピーダンス調整部４０Ｈの出力端子４０ｂに出力される電圧を利用して、制御を行ってもよい。変形例４の電源装置１Ｈは、変形例３のインピーダンス調整部４０Ｇの構成に加えて、出力端子４０ｂに接続された制御部９０Ｈを有する。放電動作によって出力端子４０ｂに出力される電圧は、時間の経過とともに低下する。制御部９０Ｈは、出力端子４０ｂに出力される電圧を監視する。制御部９０Ｈは、放電動作を開始したときの電圧を基準として、所定の割合だけ電圧が低下したとき、放電動作から充電動作に切り替える。例えば、放電動作を開始したときの電圧を１００％と規定する。放電動作を開始したときの電圧に対して出力端子４０ｂの電圧が９０％以下に低下したとき、放電動作から充電動作に切り替えてもよい。
【0122】
＜変形例５＞
図１５に示すように、変形例５の電源装置１Ｊは、インピーダンス調整部４０Ｊと、制御部９０Ｊと、を有する。変形例５のインピーダンス調整部４０Ｊは、４個のスイッチ４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄと、２個のキャパシタ４１ａ、４１ｂと、をさらに有する。この構成は、変形例３のインピーダンス調整部４０Ｇを並列に接続したものである。
図１５に示すように、変形例５の電源装置１Ｊは、インピーダンス調整部４０Ｊと、制御部９０Ｊと、を有する。変形例５のインピーダンス調整部４０Ｊは、４個のスイッチ４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄと、２個のキャパシタ４１ａ、４１ｂと、をさらに有する。この構成は、変形例３のインピーダンス調整部４０Ｇを並列に接続したものである。
【0123】
具体的には、スイッチ４３ａは、入力端子４０ａとスイッチ４３ｂとキャパシタ４１ａとに接続される。スイッチ４３ｂは、スイッチ４３ａとキャパシタ４１ａと出力端子４０ｂとに接続される。キャパシタ４１ａは、スイッチ４３ａ、４３ｂと接地電位ＧＮＤとに接続される。スイッチ４３ｃは、入力端子４０ａとスイッチ４３ｄとキャパシタ４１ｂとに接続される。スイッチ４３ｄは、スイッチ４３ｃとキャパシタ４１ｂと出力端子４０ｂとに接続される。キャパシタ４１ｂは、スイッチ４３ｃ、４３ｄと接地電位ＧＮＤとに接続される。スイッチ４３ａ、４３ｄは、制御信号λ１によって制御される。スイッチ４３ｂ、４３ｃは、制御信号λ２によって制御される。制御部９０Ｊは、インピーダンス調整部４０Ｊの出力端子４０ｂの電圧を用いて充電動作と放電動作とを切り替える。制御部９０Ｊは、予め設定した期間に基づいて、定期的に動作を切り替えてもよい。
【0124】
インピーダンス調整部４０Ｊは、一方のキャパシタ４１ａを充電するとき、他方のキャパシタ４１ｂを放電させる。例えば、制御信号λ１＜ＨＩＧＨ＞及び制御信号λ２＜ＬＯＷ＞が出力されたとき、キャパシタ４１ａは発電素子２０に接続されるとともに電力変換部５０Ｊから切断される。キャパシタ４１ｂは、発電素子２０から切断されるとともに電力変換部５０Ｊに接続される。つまり、キャパシタ４１ａは充電される。キャパシタ４１ｂは放電する。制御信号λ１＜ＬＯＷ＞及び制御信号λ２＜ＨＩＧＨ＞が出力されたとき、キャパシタ４１ａは発電素子２０から切断されると共に電力変換部５０Ｊに接続される。キャパシタ４１ｂは、発電素子２０に接続されると共に電力変換部５０Ｊから切断される。つまり、キャパシタ４１ａは放電する。キャパシタ４１ｂは充電される。
【0125】
変形例５のインピーダンス調整部４０Ｊは、２個のキャパシタ４１ａ、４１ｂを含んでいる。その結果、電力変換部５０Ｊに電力を出力する期間を増加させることができる。従って、電力変換部５０Ｊから電圧を出力させる期間（電圧変換期間）を増加させることができる。換言すると、電圧変換期間を増加させることができる。
【0126】
＜変形例６＞
上記の説明では、スイッチ部５４をダイオード５４ｄによって構成する例と、スイッチ部５４をトランジスタ５４ｔによって構成する例と、を説明した。スイッチ部５４は、ダイオード及びトランジスタに限定されない。例えば、スイッチ部５４は、電気抵抗素子によって構成することも可能である。
上記の説明では、スイッチ部５４をダイオード５４ｄによって構成する例と、スイッチ部５４をトランジスタ５４ｔによって構成する例と、を説明した。スイッチ部５４は、ダイオード及びトランジスタに限定されない。例えば、スイッチ部５４は、電気抵抗素子によって構成することも可能である。
【0127】
＜検討例＞
検討例では、図１６に示す電源装置１Ｋにおいて、二次電池１０への電力の回収が二次電池１０の寿命に及ぼす影響を確認した。電源装置１Ｋは、第３実施形態の電源装置１Ｃと類似した構成を有する。具体的には、電源装置１Ｋは、第３実施形態の電源装置１Ｃからインピーダンス調整部４０を省略したものである。
検討例では、図１６に示す電源装置１Ｋにおいて、二次電池１０への電力の回収が二次電池１０の寿命に及ぼす影響を確認した。電源装置１Ｋは、第３実施形態の電源装置１Ｃと類似した構成を有する。具体的には、電源装置１Ｋは、第３実施形態の電源装置１Ｃからインピーダンス調整部４０を省略したものである。
【0128】
比較例として図１７に示す回路２００を提示する。回路２００は、電池２０１と、負荷回路２０２と、を有している。電池２０１は、放電するのみである。電池２０１は、充電されない。電池２０１は、電圧（ＶＢＡＴ）を出力する。その結果、負荷回路２０２には電流（ＩＣＫＴ）が出力される。このとき、電流（ＩＣＫＴ）に起因するエネルギの喪失をΔＥＣＯＮＶとして定義する。喪失エネルギ（ΔＥＣＯＮＶ）は、式（１）によって定義される。
【数1】
【0129】
二次電池１０への電力の回収が二次電池１０の寿命に及ぼす影響を評価する指標として、指標ＢＬＥ（Battery Life Extension）を提示する。指標ＢＬＥは、式（２）によって定義される。
ΔＥＣＯＮＶ：比較例の回路における喪失エネルギ。
ΔＥＰＲＯＰ：検討例の回路のおける喪失エネルギ。
【数2】
ΔＥＰＲＯＰ：検討例の回路のおける喪失エネルギ。
【0130】
電源装置１Ｋの喪失エネルギ（ΔＥＰＲＯＰ）を得る。喪失エネルギ（ΔＥＰＲＯＰ）は、式（３）によって定義される。
ΔＥＢ：電圧変換部５３に入力される電流（ＩＤＩＳ）に起因する喪失エネルギ。
ΔＥＲ：蓄電部５１から二次電池１０に出力される回収エネルギ。
【数3】
ΔＥＲ：蓄電部５１から二次電池１０に出力される回収エネルギ。
【0131】
喪失エネルギ（ΔＥＢ）は、式（４）により定義される。
【数4】
【0132】
回収エネルギ（ΔＥＲ）は、式（５）により定義される。
【数5】
【0133】
【0134】
上述した式に対して、現実的な値を代入し、二次電池１０の寿命を評価した。評価に用いた値は、以下のとおりである。
【0135】
電圧（ＶＢＡＴ）：３Ｖ
電流（ＩＤＩＳ）：１×１０－４Ａ
電圧（ＶＴＥＧ）：０．６Ｖ
抵抗（ＲＴＥＧ）：１×１０３Ω
キャパシタ容量（ＣＳ）：１×１０－６Ｆ
電圧（ΔＶ）：０．１Ｖ
変換効率（η）：０．９４
電流（ＩＣＨＧ）：１．０６×１０－４Ａ
電流（ＩＣＫＴ）：１．００×１０－５Ａ
電流（ＩＳ）：９．６１×１０－５Ａ
時間（ＴＳ）：１．０４×１０－３秒
電流（ＩＤＩＳ）：１×１０－４Ａ
電圧（ＶＴＥＧ）：０．６Ｖ
抵抗（ＲＴＥＧ）：１×１０３Ω
キャパシタ容量（ＣＳ）：１×１０－６Ｆ
電圧（ΔＶ）：０．１Ｖ
変換効率（η）：０．９４
電流（ＩＣＨＧ）：１．０６×１０－４Ａ
電流（ＩＣＫＴ）：１．００×１０－５Ａ
電流（ＩＳ）：９．６１×１０－５Ａ
時間（ＴＳ）：１．０４×１０－３秒
【0136】
図１８は、評価の結果を示すグラフである。横軸は、ＤＣ／ＤＣコンバータの効率を示す。縦軸は、バッテリ寿命の延びの指標（ＢＬＥ）を示す。グラフＧ１７ａは、負荷回路１０１、２０２が消費する電流（ＩＣＫＴ）を２０μＡとした場合の結果である。グラフＧ１７ｂは、負荷回路１０１、２０２が消費する電流（ＩＣＫＴ）を１０μＡとした場合の結果である。グラフＧ１７ｃは、負荷回路１０１、２０２が消費する電流（ＩＣＫＴ）を５μＡとした場合の結果である。
【0137】
負荷回路１０１、２０２が消費する電流（ＩＣＫＴ）の値によらず、ＤＣ／ＤＣコンバータの変換効率が９０％以上であるとき、指標（ＢＬＥ）は、１より大きいことがわかった。つまり、二次電池１０への電力の回収によって、二次電池１０の寿命が延びることがわかった。例えば、電流（ＩＣＫＴ）が５μＡであり変換効率（η）が９２％である場合には、負荷回路１０１が消費する電力は、全て発電素子２０が出力する電力によって賄えることがわかった。換言すると、理論的には、二次電池１０において電力の消耗は発生しない。実際には、二次電池１０における自然放電などの特性によって、二次電池１０の寿命は有限である。つまり、二次電池１０の寿命は、自然放電特性によって決まる。ＤＣ／ＤＣコンバータの変換効率（η）は、市販の部品によって９０％を超えることは可能である。従って、現実的な動作変数によれば、二次電池１０への電力回収によって、二次電池１０の寿命は数倍から１０倍にまで延長できることが明らかになった。
【符号の説明】
【0138】
１…電源装置、１０…二次電池、２０…発電素子、２２…出力抵抗、３０…スイッチ部、４０…インピーダンス調整部、４１…キャパシタ、４２…出力抵抗、５０…電力変換部、５０ａ…入力端子、５０ｂ…出力端子（第１出力端子）、５０ｃ…出力端子（第２出力端子）、５１…蓄電部、５１ｆ…キャパシタ、５２…配分部、５３…電圧変換部、５４…スイッチ部、５４ｄ…ダイオード、５４ｔ…トランジスタ、１０１…負荷回路。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】