発電素子・二次電離（バッテリー）

技術概要

発電素子（VEH）と直列接続された二次電池（VBAT)と、これを受けて負荷回路に電カを供給する電力変換部が、VEH・VBATに直列接続される電圧変換部と蓄電部とを備え、発電素子の交換を不要とする。

用途・応用

発電素子・二次電離（バッテリー）・交換不要

背景

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 

 特許文献1: 特開2011-172377号公報 

特許文献2 : 特許第534052号 

特許文献3: 特許第588008号 

非特許文献 

” 

[0004] 非特許文献1: 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 Variati 

on Bennet’s Doubler)、アイ・トリプル・イー (IEEE)、2010年、pp.404 

-407. 

非特許文献2: 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 S 

TATE CIRCUITES MAGAZINE)、アイ・トリプル・イー (IEEE) 2016年9月2日、 pp. 63-73。

課題

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。 

 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。 

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。

手段

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。 

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。 

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。 

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 

 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。 

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。 

 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

効果

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。

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