CN104160584A - 利用二次电池的电源装置及电源装置的电池模式转换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及利用二次电池的电源装置，上述利用二次电池的电源装置具有两个以上的二次电池，对于大部分的输出，利用一个二次电池来向负荷供电，对于剩余输出，利用于其他一个二次电池的充电，来提高蓄电池的能量效率，由此能够完全充电一次来延长使用二次电池的时间(放电时间)，并且安全。本发明的利用二次电池的电源装置的特征在于，包括：两个以上的二次电池，能够进行充电/放电，逆变器，在使上述两个以上的二次电池中的某一个二次电池进行放电的情况下，向负荷传递放电模式下的二次电池的直流输出电压，继电器，进行切换，以使上述两个以上的二次电池中的上述放电模式下的二次电池与上述逆变器相连接，另一方面，以使上述两个以上的二次电池中与上述放电模式不同的模式下的其他二次电池与上述逆变器相连接，以及控制部，控制上述继电器的切换动作，来向通过上述逆变器的上述负荷交替地供给上述两个以上的二次电池的电力；在各直流端子的(+)端子及(－)端子中，同一侧极性的端子以固定方式相连接，通过分别转换未被固定连接的另一侧极性的端子来进行控制。
Description
技术领域
本发明涉及利用二次电池的电源装置及上述电源装置的电池模式转换方法，更详细地涉及利用二次电池的电源装置及上述电源装置的电池模式转换方法，上述利用二次电池的电源装置具有两个以上的二次电池，对于一部分输出，利用一个二次电池来向负荷供电，并且，对于其他一部分输出，利用于其他一个以上的二次电池的充电，来能够提高蓄电池的能量效率。
背景技术
通常，二次电池是指，与只能使用一次的一次电池不同，当使用后连接电源来进行充电时，能够通过可逆反应再使用的能够充电的电池。
然而，这种二次电池因电池的充电容量而在进行一次充电之后经过规定时间会被放电，从而需要再次进行充电，而在二次电池的充电过程中，无法进行放电或充电/放电效率明显下降，因此在大部分的情况下，设置两个以上的二次电池，并将它们并联连接而使用，或者在用额外的装置来对一个二次电池进行充电期间，使其他二次电池进行放电来连续使用。
尤其，就这种二次电池而言，在用正常额定电流继续放电的情况下，存在实际使用时间明显短于制造商所理想的使用时间的共同的问题。
作为一例，二次铅蓄电池通过将化学能转换为电能的放电和将电能转换为化学能的充电的循环起到电池的功能。
通常，在上述二次铅蓄电池中，当进行放电时，硫酸盐(sulfate，SO4)与极板相结合，来生成水，使得比重变低，当再次进行充电时，结合的硫酸盐返回到电解液，使得比重变大。
即，作为二次铅蓄电池，由浸泡于稀硫酸水溶液的铅(Pb)和二氧化铅(PbO2)的电极构成，结果发生如下的电池反应：
阳极：Pb(s)+HSO4 -→PbSO4(s)+H++2e-
阴极：PbO2(s)+HSO4 -+3H++2e-→PbSO4(s)+2H2O
二次铅蓄电池：Pb(s)+Pbo2(s)+2HSO4 -+2H+→2PbSO4(s)+2H2O
两个电极反应生成不溶性的PbSO4并附着于两个电极。
当上述二次铅蓄电池进行放电时，消耗硫酸，并生成水，且上述水的密度为硫酸溶液密度的约70％，因此，能够通过测定电解液的密度来了解电池的充电状态，且当二次铅蓄电池再次进行充电时，电极反应成为上述反应的逆反应。
然而，在经过长时间的充电/放电循环期间，发生当进行放电(包括自放电)时附着于两个电极的硫酸盐在进行充电时没有脱离，而是依旧附着的情况，这种情况被称为硫化(硫酸盐化)现象。
二次铅蓄电池放电越多这种硫化现象就越严重，由此，化学、电反应的通道被阻断，并起到绝缘功能，因此降低二次铅蓄电池的电压、容量及比重度。
由此，存在因二次铅蓄电池的效率降低而明显缩短完全充电一次就能够使用二次铅蓄电池的时间(放电时间)的问题。
实际上，在多用于通用汽车的德科电池的情况下，一个铅蓄电池的容量为12V、100A，电力为1200W，当并联连接两个上述铅蓄电池时，总电力为2400W，当并联连接两个上述铅蓄电池来向300W的负荷供给电力，则理论上应使用8小时，但实际上，当连续进行放电时只能使用远远小于8小时的1.5小时左右。
这也能够在下列“表1”中确认，“表1”为在并联连接两个直流(DC)12V、100A输出的铅蓄电池来构成电源，并通过1200W逆变器(模型SI-1000A)连接作为300W的白炽灯的负荷来连续进行放电的情况下，以10分钟为单位检查铅蓄电池的电压和逆变器的电压的试验结果。
表1
如“表1”所示，如在韩式小吃摊上一直开300W的灯，即在连续进行放电的情况下，可知随着时间的经过，电池输出电压急剧下降，结果在1.5小时(90分钟)以后，电池输出电压下降至10.64V以下，从而无法再使用。
如上所述，这种现象的原因如下：在中间不进行充电而继续放电的过程中，(+)极和(－)极表面被硫酸铅涂敷，且反应速度降低，由此电池的效率降低，从而只能使用原电池所具有的容量(2.4kWh)的极小部分(0.49kWh)。
另一方面，二次电池的充电/放电使用次数被限制，在如上述铅蓄电池等电池的情况下，作为一例，被限制为300循环，在每天充电/放电一次左右的情况下，电池的寿命设定为1年左右。
这是因为越反复充电/放电，通过充电及放电能使用的一次容量就越减小，作为一例，就两个德科12V100A电池而言，当使用一次时，使用1.5小时左右，从而理论上能够使用最大容量的16.6％，但当充电/放电三次时，只能使用作为最大容量的15％左右的1.2小时(1小时12分钟)，当再次使用六次时，能够使用作为最大容量的13.9％左右的1小时7分钟左右，且％值持续下降，从而当使用300次时没有意义。
进而，就上述铅蓄电池而言，由于具有过负荷引起的设备损坏及爆破的担忧，在二次铅蓄电池的特性上，规定在充电过程中绝对不能使用于负荷，从而通常存在在充电过程中不能使用二次铅蓄电池的问题，通常，当连续进行放电时只能使用1.5小时左右，但当进行充电时需要10小时，因此需要在夜间连续进行放电的帐篷马车的情况下，需要前一天预先对多个电池进行充电，因此时间上、经济上具有很多不便。
另一方面，为了改善这种问题，在韩国特许公开第2006-111499号中公开了一边交替地对两个以上的电池进行放电，一边向负荷供给电力，并将进行放电的电力的一部分使用为其他电池的充电电压的技术。
即，在上述现有技术中提供了用于管理电池电力使用的系统及方法，第一电池为了再次对第二电池进行充电而提供电力，并向外部负荷提供电力。在指定的时间内，上述开关系统及方法变更第一电池及第二电池的任务。即，在指定的时间内，第二电池还能够在为了对第一电池进行充电而提供电力的期间内，开始向外部负荷提供电力。上述开关系统及方法能使第一电池及第二电池以不中断向外部负荷传递电力的方式变更任务。
图1示出了上述现有技术的第一实施例，在交换器板25、33上转换第一电池1，在交换器板26、34上转换第二电池2，来分别使用为放电模式和充电模式，并交替地通过逆变器45向负荷供给电力。
参照图1，对上述开关系统的第一实施例进行更详细的说明，图1示出了包括两个电池1、2的发电机100的机械交换器开关65的使用。上述实施例为在延长的时间期限内，能够提供2000至6000瓦特(watt)的常规的家庭用或其他独立的环境的电发电机100。
如图1所示，第一电池1提供与交换器开关65相结合，并用于使用为电源的直流电。第一电池1的端子与第一下部交换器板34上的板46、49相结合。当第一上部交换器板26与下部交换器板34相接触时，直流电向板27、28及逆变器45供给。逆变器45将来自电池1的直流电转换为向断路器37及电力外部负荷(未图示)供给的交流电。
另一方面，在上述实施例中，来自逆变器45的交流电向转换器盒36供给而用于使齿轮马达35工作。齿轮马达35驱动上部交换器板25、26的移动。齿轮马达35与用于沿着各自的方向使板移动的两个螺线管53、54相结合。两个螺线管53、54与用于变更上部交换器板25、26的移动方向的两个机械开关51、52相结合。在上述实施例中，机械交换器开关65在时序上工作。换句话说，当上部交换器板25、26借助齿轮马达35来向右侧移动时，上述板使开关51工作，上述开关51使上部交换器板25、26向相反方向(图1中的左侧)移动。上部交换器板25、26直到上述板使开关52工作之后再次向右侧开始移动为止继续向左侧移动。上部交换器板25、26向侧面滑动的速度控制第一电池1在电力供给模式下转换为再充电模式的频率。
当第一上部交换器板26在图1向左侧移动时，直流电从第二电池2通过第一下部交换器板34上的板47、48向板27、28供给。当第一上部交换器板26位于左侧时，第二电池2提供电力，第一电池1处于再充电模式。
结果，如上述现有技术的实施例中所述，提供用于有效使用并管理借助多个电池而产生的电力的系统及方法。交换器开关能够以在两个以上的电池之间进行变更的方式设定，以防止单电池消耗快。当一个电池开始损失电力时，交换器开关开始从其他电池引出电力。其他电池能够向最弱的电池提供再充电电流。交换器开关能够在两个以上的电池之间支援转换。电力供给系统的交换器开关的具体表现为有效使用电池电力，来最终增加电池的使用寿命。
然而，就以上的图1的现有技术而言，理论上能够实现，但存在致命的问题，从而实际上不能使用为产品，其理由为如下。作为参考，上述现有技术的国外各个国家专利申请也都被撤回或放弃。
在图1中，第二电池的(+)端子与第8板相连接，并且与第33板相连接，再次与第9板的第13端子相连接，第二电池的(－)端子与第25板相连接，并且与第25板的第30端子相连接。同时，第一电池的(+)端子与第7板相连接，并且与第34相连接，第二电池的(－)端子与第33板相连接，再次与第9板的第33端子相连接，并且与第34板相连接。
因此，作为一例，当从第二电池2转换为第一电池时，在上述第13端子，第二电池的(+)端子瞬间与第一电池的(－)端子相连接，因此，在此产生强的冲击电流及火花，这成为电池爆炸的原因。并且，即使是把握好的转换时刻，在限制100A左右的强电流的状况下也是不能避开的致命的问题。
另一方面，图2及图3a为上述现有技术的第二实施例及第三实施例，在相关实施例的说明中，针对这种转换端子索性保持沉默，并且也没有具体的说明。
同时，图3b以流程图表示上述现有技术的第三实施例的交换器开关的动作，同样，当检测储电用电池的电压下降时，仅仅是指转换切换，不能给予任何针对之前指出的上述第一现有技术的致命的问题的解答，且这种问题实际上在强的直流(DC)电的转换中也是本质性的问题。
发明内容
技术问题
本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，提供利用二次电池的电源装置及上述电源装置的电池模式转换方法，上述利用二次电池的电源装置具有两个以上的二次电池，对大部分的输出，利用一个二次电池来向负荷供电，对剩余输出，利用于其他一个二次电池的充电，来提高蓄电池的能量效率，由此能够完全充电一次来延长使用二次电池的时间(放电时间)，并且安全。
本发明的另一目的在于，提供利用二次电池的电源装置及上述电源装置的电池模式转换方法，上述利用二次电池的电源装置具有两个以上的二次电池，对于大部分的输出，利用一个二次电池来向负荷供电，对于剩余输出，利用于其他一个二次电池的充电，由此能够在对二次电池进行充电的过程中，也将其他一个二次电池用作负荷的电源，来以无过负荷及设备损坏或爆破的方式安全地补充并储存能量。
解决问题的手段
用于达成上述目的的本发明一实施方式的利用二次电池的电源装置，其特征在于，包括：两个以上的二次电池，能够进行充电/放电，逆变器，在使上述两个以上的二次电池中的某一个二次电池进行放电的情况下，向负荷传递放电模式下的二次电池的直流输出电压，继电器，进行切换，以使上述两个以上的二次电池中的上述放电模式下的二次电池与上述逆变器相连接，另一方面，以使上述两个以上的二次电池中与上述放电模式不同的模式下的其他二次电池与上述逆变器相连接，以及控制部，控制上述继电器的切换动作，来向通过上述逆变器的上述负荷交替地供给上述两个以上的二次电池的电力；在各直流端子的(+)端子及(－)端子中，同一侧极性的端子以固定方式相连接，通过分别转换未被固定连接的另一侧极性的端子来进行控制。
优选地，本发明的特征在于，还包括：充电器，用于对上述充电模式的二次电池进行充电，使得上述充电模式的二次电池具有上述两个以上的二次电池中的上述放电模式下的二次电池的一部分输出电源，并使上述两个以上的二次电池中与上述放电模式不同的模式下的二次电池处于充电模式。
并且，优选地，本发明的特征在于，用于对上述两个以上的二次电池中与上述放电模式不同的模式下的二次电池进行充电的商用交流(AC)电源能够与第四开关SW4相连接，或者上述利用二次电池的电源装置还包括外部电源，外部电源能够是用于直接对上述充电模式下的二次电池进行充电的外部太阳能电池60等。
并且，优选地，本发明的特征在于，上述两个以上的二次电池中的第一电池1及第二电池2以成对形式构成。
并且，优选地，本发明的特征在于，各直流端子的(+)端子以固定方式相连接，通过分别转换(－)端子来进行控制。
更优选地，本发明的特征在于，上述继电器包括：电池连接板15、16，分别与各二次电池的上述另一侧极性的端子相连接；继电器部11、12，移动端子与各上述电池连接板15、16相连接；充电器连接板13，同时与上述继电器部的第一固定端子111、121相连接；以及逆变器连接板14，同时与上述继电器部的第二固定端子112、122相连接。
最优选地，本发明的特征在于，上述控制部包括：电池电源输入部210，用于输入上述二次电池的电源；电池电压显示部260、270，用于输出从上述电池电源输入部210输入的上述二次电池的电压大小；继电器控制信号输出部250，用于输出控制上述继电器部的动作的控制信号；以及处理部240，包括控制集成电路，上述控制集成电路检测上述二次电池的电压大小，并通过上述继电器控制信号输出部250来输出继电器控制信号。
另一方面，用于达成上述目的的本发明另一实施方式的利用二次电池的电源装置的电池模式转换方法，其特征在于，包括：步骤(a)，测定上述二次电池的瞬时电压，并通过各电压显示部260、270来输出(步骤S1、步骤S2)；步骤(b)，对已测定的上述二次电池的瞬时电压VB1、VB2进行比较(步骤S3)；步骤(c)，在已测定的上述二次电池中，将瞬时电压VB1最大的二次电池设置为放电模式，将瞬时电压VB1最小的二次电池设置为充电模式；步骤(d)，判断处于放电模式的上述二次电池的电压是否下降预先设定的基准值以上(步骤S5)；以及步骤(e)，若上述电压下降了预先设定的基准值以上，则将处于放电模式的二次电池转换为充电模式，将处于充电模式的某一个二次电池转换为放电模式(步骤S8)。
发明的效果
根据解决上述问题的手段，具有两个以上的二次电池，对于大部分的输出，利用一个二次电池来向负荷供电，对于剩余输出，安全地利用于其他一个二次电池的充电，来提高蓄电池的能量效率，由此能够完全充电一次来延长使用二次电池的时间(放电时间)。
并且，具有两个以上的二次电池，对于大部分的输出，利用一个二次电池来向负荷供电，对于剩余输出，利用于其他一个二次电池的充电，由此能够在对二次电池进行充电的过程中，也将其他二次电池用作负荷的电源，来以无过负荷及设备损坏或爆破的方式安全地补充并储存能量。
附图说明
图1为示出现有技术的第一实施例的具有两个电池及交换器开关的发电机的图。
图2为示出现有技术的第二实施例的电子交换器开关的简图。
图3a为示出现有技术的第三实施例的具有电池及交换器开关的发电机的简图。
图3b为示出现有技术的第三实施例的用于使交换器开关工作的方法的逻辑流程图。
图4为本发明的电源装置的整体结构图。
图5为图1的继电器的前方立体照片。
图6为图1的继电器的后方立体照片。
图7为图1的继电器的侧面照片。
图8为图1的继电器的局部剖视图。
图9为图1的控制部的电路图。
图10为表示图9的控制部的控制动作的流程图。
图11a为本发明的电源装置的电池1处于放电状态的情况的外观照片，是显示电池2的充电程度的状态的实际动作照片。
图11b为本发明的电源装置的电池2处于放电状态的情况的外观照片，是显示电池1的充电电压的状态的实际动作照片。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明实施例的结构及作用进行说明。
图4为本发明的电源装置的整体结构图，图5为图1的继电器的前方立体照片，图6为图1的继电器的后方立体照片，图7为图1的继电器的侧面照片，图8为图1的继电器的局部剖视图，图9为图1的控制部的电路图，图10为表示图9的控制部的控制动作的流程图，图11a为本发明的电源装置的电池1处于放电状态的情况的外观照片，是显示电池2的充电程度的状态的实际动作照片，图11b为本发明的电源装置的电池2处于放电状态的情况的外观照片，是显示电池1的充电电压的状态的实际动作照片。
如图4所示，本发明的电源装置包括：作为二次电池的第一电池1及第二电池2；逆变器30，将放电模式下的电池的直流电压逆变为交流电压来向负荷50供电；充电器40，将逆变器30的输出交流电源或商用交流电源整流为直流来对充电模式的电池进行充电；控制部20，控制上述充电器；以及继电器部10，根据分别将上述第一电池1及第二电池2指定为放电模式或充电模式的上述控制部20的控制动作，来将电池与逆变器或充电器相连接。
根据情况，用于直接对电池进行充电的商用交流(AC)电源能够与第四开关SW4相连接，或者上述电源装置还能够包括外部电源，外部电源能够是用于直接对电池进行充电的外部太阳能电池60等。
优选地，作为上述二次电池的第一电池1及第二电池2以成对形式构成，但并不局限于两个，也能够为三个以上。作为二次电池的第一电池1及第二电池2分别通过将化学能转换为电能的放电和将电能转换为化学能的充电的循环执行电池的功能，并借助控制部20的控制，来交替地反复执行在一个二次电池放电期间内，另一个二次电池进行充电的过程。
太阳能电池60利用半导体的性质，将太阳光(光子(photons))转换为电能，从而借助控制部20的转换动作，来向电池供给直流电压，由此能够辅助性地使用于第一电池1及第二电池2的充电或负荷50的电源。此时，作为上述辅助电源并不局限于太阳能电池，能够使用风力发电机或轻水力发电机等其他辅助电源。
上述控制部20以如下方式自动进行控制，即，检测从两个以上的第一电池1及第二电池2中的一个二次电池输出的直流电压的大小，若上述直流电压为基准电压以下，则能够转换为其他一个二次电池，来从其他一个二次电池输出直流电压，此时，检测从其他一个二次电池输出的直流电压的大小，若上述直流电压为基准电压以下，则能够转换为一个二次电池，来从一个二次电池输出直流电压。
并且，上述控制部20控制逆变器30，使得向逆变器30输出的交流电力的大部分能够用作负荷50的电源，并且以向充电器40输出的方式进行控制，使得剩余交流电力能够使用于第一电池1及第二电池2的充电。
并且，上述控制部20能够在控制充电器40来将放电中的一个二次电池用作负荷的电源的情况下，以向其他二次电池输出供给于充电器40的交流电力的方式进行充电。
并且，上述控制部20能够以控制充电器40来向第一电池1及第二电池2输出商用交流电源的方式同时进行充电。在后续内容中，参照图9及图10，对上述控制部20的结构及动作进行详细说明。
首先，本发明的最大特征为除了各种开关之外，各直流端子的(+)端子以固定方式相连接，且转换(－)端子来进行控制。这是与通常将(－)极用作接地，并转换(+)极的连接，来控制动作的通常的方式正相反的方式，其理由为转换(－)电极来将切换时的冲击电流及火花的产生最小化，以防止电池爆炸。
即，不仅是第一电池1、第二电池2、逆变器30及充电器40，控制部20的(+)端子也以固定方式相连接。
另一方面，第一电池1及第二电池2的(－)端子分别与继电器部10的第一电池连接端子15及第二电池连接端子16相连接，这再次与第一继电器11的移动触点110及第二继电器12的移动触点120相连接，并与控制部20的第一电池连接端子B1及第二电池连接端子B2的(－)端子相连接。但优选地，上述继电器部10的第一电池连接端子15及第二电池连接端子16和上述控制部20的第一电池连接端子B1及第二电池连接端子B2通过电源开关SW0相连接，由此能够仅在放入电源开关的情况下，向控制部供电，以使控制部工作。
以下，参照图4至图8，对上述继电器部10的动作进行详细说明。继电器部10在底座10a设有第一继电器11及第二继电器12，在作为基部的各个板110b、120b设有各继电器，且在各个板的前面，作为一例，以固定方式沿着垂直方向设置绝缘体的支架110c、120c。
在各继电器的支架，充电器连接板13和逆变器连接板14以固定方式沿着水平方向横穿设置，且充电器连接板13和逆变器连接板14分别被电分离，另一方面，上述充电器连接板13与第一继电器11的第一固定端子111及第二继电器12的第一固定端子121电连接，上述逆变器连接板14与第一继电器11的第二固定端子112及第二继电器12的第二固定端子122电连接。
因此，在第一开关SW1处于打开(ON)状态的情况下 支撑于上述第一板110b的移动端子支撑板115的上述第一继电器的移动端子110借助螺线管114的动作来与第二固定端子112及逆变器连接板14相连接，因此，通过将第一电池1与逆变器30相连接，来使上述第一电池以放电模式工作(参照图4的实线表示部分)。
此时，第二开关SW2应处于关闭(OFF)状态支撑于上述第二板120b的移动端子支撑板125的上述第二继电器的移动端子120被弹性支撑弹簧126弹性支撑，因而与第一固定端子122及充电器连接板13相连接，因此通过将第二电池2与充电器40相连接，来使上述第二电池以充电模式工作(参照图4的实线表示部分)。
于是，上述逆变器30借助内部电路来将从第一电池输出的直流电源逆变为交流，且向第一输出用插座30a及第二输出用插座30b输出交流电源。因此，使用人员能够将负荷(作为一例，300W灯泡)的插头SW3与上述第一插座相连接来点灯。
同时，若将上述逆变器30的第二输出用插座30b与上述充电器40的插头SW4相连接，则逆变器的交流输出的一部分(优选为15～35％)向充电器输出，且充电器通过整流等方式将上述逆变器的交流输出的一部分转换为直流，来向当前处于充电模式的第二电池2传递，从而对第二电池2进行充电。
在此情况下，若进行追加说明，则充电器的(－)端子通过充电器连接板13、第二继电器的第一固定端子121及第二继电器的移动端子120，并通过第二电池连接端子16与第二电池的(－)端子相连接，因此第二电池能以充电模式工作。
一方面，作为上述充电器的插头的上述第四开关SW4能够与逆变器的第二插座30b相连接，也能够与未图示的交流商用电源(120V、60Hz)的插座相连接，或者能够与作为辅助发电机的小型油类发电机或小水力发电机等辅助交流电源相连接。
另一方面，上述继电器部的第一开关SW1及第二开关SW2与控制部20的第一控制信号输出端子HD1及第二控制信号输出端子HD2相连接，并借助各自的第一控制信号及第二控制信号来进行转换，同样，各控制信号输出端HD1、HD2的(+)端子以固定方式与+12V相连接，并借助第一螺线管114及第二螺线管124来进行移动触点的切换，上述第一螺线管114及第二螺线管124借助通过各控制信号输出端的(－)端子输出的上述控制信号来工作。
即，由于第一控制信号‘低(LOW)’，第二控制信号‘高(HIGH)’，因而若第一螺线管114处于‘打开’状态，第二螺线管124处于‘关闭’状态(图4的实线表示部分)，则第一电池1的(－)端子通过‘第一电池连接板15－第一继电器移动端子110－第一继电器第二固定端子112－逆变器连接板14－逆变器30’与负荷50相连接(逆变器和充电器以电感耦合方式相结合，但通过电而被断绝)、第二电池2的(－)端子通过‘第二电池连接板16－第二继电器移动端子120－第二继电器第一固定端子121－充电器连接板13’与充电器40相连接，且第一电池处于放电模式，第二电池处于充电模式。作为参考，图4中的箭头表示的不是电流的方向，而是能量的传递方向。
相反，由于第一控制信号‘高’，第二控制信号‘低’，因而若第一螺线管114处于‘关闭’状态，第二螺线管124处于‘打开’状态(图4的虚线表示部分)，则第一电池1的(－)端子通过‘第一电池连接板15－第一继电器移动端子110－第一继电器第一固定端子111－充电器连接板13’与充电器40相连接，且第二电池2的(－)端子通过‘第二电池连接板16－第二继电器移动端子120－第二继电器第二固定端子122－逆变器连接板14－逆变器30’与负荷50相连接，且第一电池处于充电模式，第二电池处于放电模式。
未说明附图标记113及123为将第一电池连接端子15及第二电池连接端子16与各继电器的移动端子110、120相连接的电线，为了确切的连接，左右两个端子呈相同的形态，分别以两个电线与各端子相连接，从而以共4个电线将各电池连接端子15、16与相应继电器的移动端子相连接。未说明附图标记110a及120a为各继电器的移动触点110、120固定部。未说明附图标记127为第二继电器的控制信号端子。
接着，参照图9及图10，对本发明的控制部20的结构及动作进行说明。
如图9所示，上述控制部20包括：电池电源输入部210，输入第一电池及第二电池的电源；稳压电路部220，转换从上述电池电源输入部210输入的电池的电压(+12V或+24V)来产生+5V及+12V的稳压；第一电池电压显示部260及第二电池电压显示部270，输出从上述电池电源输入部210输入的第一电池及第二电池的电压的大小；继电器控制信号输出部250，输出控制上述继电器部的动作的控制信号；以及处理部，包括控制集成电路(IC)，上述控制集成电路检测上述第一电池及第二电池的电压的大小，并通过上述继电器控制信号输出部250输出继电器控制信号。
进而，上述控制部还能够包括选项设定部290，能够由此任意变更用于转换第一电池及第二电池的充电/放电模式下的基准值。
未说明附图标记230为控制集成电路的复位部，附图标记280为能够用作追加的输入输出端子的预备端子部。
首先，若说明电池电源输入部210，则通过分压电阻R37、R33检测第一电池1的直流电压VB1，来通过控制集成电路Q1的VBA端子输入，并通过分压电阻R41、R34检测第二电池2的直流电压VB2，来通过控制集成电路Q1的VBB端子输入。作为参考，C14及C13为噪声滤波用电容器。
另一方面，从上述电池电源输入部210输入的第一电池及第二电池的电压借助二极管D11、D12而被混合，从而向稳压电路部220的直流－直流转换器221输入，且直流－直流转换器221输出继电器驱动用稳压(+12V)及本控制电路用稳压(+9V)。进而，从上述直流－直流转换器221输出的控制电路用稳压(+9V)在稳压集成电路Q5重新调整为+5V的稳压。
接着，处理部240的控制集成电路Q1通过第一电池电压显示部260的发光二极管(LED)(L1～L23)输出第一电池的瞬时电压的大小，并通过第二电池电压显示部270的发光二极管(L6～L25)输出第二电池的瞬时电压的大小。作为一例，上述控制集成电路U1能够使用PIC16F877A。
同时，比较上述第一电池及第二电池的瞬时电压大小，来通过继电器控制信号输出部250控制上述继电器部10的打开/关闭。
例如，若通过输出第一继电器的控制信号的端子S1输出‘高’信号，则转换用晶体管Q2被打开，使得第一继电器控制信号输出端HD1的控制端子信号‘低’，因此通过第一继电器控制信号输出端HD1的上位电源端子向第一继电器11的螺线管(图4的SW1)(图6的114)输出的+12V电压通过上述输出端HD1的下位电源端子被通电，其结果，使第一螺线管114工作，从而将上述第一继电器的移动端子110与第二固定端子112一侧相连接，由此最终使第一电池的(－)端子通过逆变器连接板13与逆变器30的(－)端子相连接，最终使第一电池1以放电模式工作。在此情况下，第一继电器动作显示用二极管L3也被通电，因此呈现第一继电器工作的状态(参照图11a左侧发光二极管)。
相反，此时，若通过输出第二继电器的控制信号的端子(步骤S2)输出‘低’信号，则转换用晶体管Q3被关闭，使得第二继电器控制信号输出端HD2的控制端子信号‘高’，因此通过第二继电器控制信号输出端HD2的上位电源端子向第二继电器12的螺线管(图4的SW2)(图6的124)输出的+12V电压不通过上述输出端HD2的下位电源端子被通电，其结果，第二螺线管124不工作，从而将上述第二继电器的移动端子120与第一固定端子121一侧相连接，最终使第二电池的(－)端子通过充电器连接板13与充电器40的(－)端子相连接，最终使第二电池2以充电模式工作。在此情况下，第二继电器动作显示用二极管L5也不被通电，因此不呈现第二继电器工作的状态(参照图11a右侧发光二极管)。
以后，第一电池电压继续减小，且第一电池处于充电状态，从图11a中可知第二电池的充电状态为80％。
进一步，在接着第一电池的电压降低规定以上或电流减少或经过规定的时间而需要转换充电/放电的情况下，控制部20使继电器控制信号相反，如图11b所示，相反地第二继电器处于放电模式，第一继电器处于充电模式，另一方面，图11b为表示当前第一电池的充电状态电压为14.3V的实际动作照片。
接着，若参照图10说明以上的上述控制集成电路的基本控制动作，则首先测定第一电池及第二电池的瞬时电压，并通过各电压显示部260、270输出(步骤S1、步骤S2)，之后，对已测定的两个电池的瞬时电压VB1、VB2(步骤S3)进行比较，当第一电池的瞬时电压VB1大于第二电池的瞬时电压VB2时，打开第一继电器，来使第一电池处于放电模式，并关闭第二继电器，来使第二电池处于充电模式(步骤S4)(参照图11a)。
以后，判断处于放电模式的第一电池1的电压是否下降基准值(作为一例，0.2V)以上(步骤S5)，不然测定第一电池电压及第二电池电压来显示，测定处于充电模式的第二电池的充电程度及充电电压来显示，并继续反复步骤S4至步骤S6。
另一方面，根据上述步骤S5中的判断结果，若判断为处于放电模式的第一电池1的电压下降基准值(作为一例，0.2V)以上，则以相反方式转换第一继电器及第二继电器，使得第一电池转换为充电模式，第二电池转换为放电模式(步骤S7)，并返回到第一步骤来反复进行上述步骤(步骤S8)。
相反地，根据上述步骤S3中的判断结果，若第一电池的瞬时电压VB1小于第二电池的瞬时电压VB2，则打开第二继电器，来使第二电池处于放电模式，且关闭第一继电器，来使第一电池处于充电模式(步骤S14)(参照图11b)。
同样，之后，判断处于放电模式的第二电池2的电压是否下降基准值(作为一例，0.2V)以上(步骤S15)，否则测定第一电池电压及第二电池电压来显示，测定处于充电模式的第一电池的充电程度及充电电压来显示，并继续反复步骤S14至步骤S16。
另一方面，根据上述步骤S15中的判断结果，若判断为处于放电模式的第二电池2的电压下降基准值(作为一例，0.2V)以上，则以相反方式转换第一继电器及第二继电器，使得第二电池再次转换为充电模式，第一电池转换为放电模式步骤(步骤S7)，并返回到第一步骤来反复进行以上的步骤(步骤S8)。
同时，以上说明了通过图9的双列直插封装(DIP)开关DIP1的操作，只将第一电池及第二电池的动作模式的转换基准设定为电池的电压下降(0.2V)的情况的实施例，根据情况，除了电池电压之外，也能够通过图9的双列直插封装开关DIP1的操作，预先将电池电流或充电/放电转换时间设定成不同。
图9的选项设定部290由与控制集成电路的端子相连接的上拉电阻阵列RA2和双列直插封装开关DIP1构成，能够通过双列直插封装开关DIP1进行设定。作为一例，能够设定为如下：若只打开双列直插封装开关的第一开关，则当处于放电模式的电池的0.1V电压下降时进行充电/放电模式转换，若只打开双列直插封装开关的第二开关，则当处于放电模式的电池的0.2V电压下降时进行充电/放电模式转换，若均打开双列直插封装开关的第一开关及第二开关，则当处于放电模式的电池的0.3V电压下降时进行充电/放电模式转换，若只打开双列直插封装开关的第三开关，则当处于放电模式的电池的0.4V电压下降时进行充电/放电模式转换，若均打开双列直插封装开关的第一开关至第三开关，则当处于放电模式的电池的0.7V电压下降时进行充电/放电模式转换。同时，若打开双列直插封装开关的第四开关，则当处于放电模式的电池的电压从100A电流降下至5A时能够进行充电/放电模式转换。或者，若打开双列直插封装开关的第五开关，则在处于放电模式的电池的放电时间经过2.5分钟的情况下，能够进行充电/放电模式转换，若打开双列直插封装开关的第六开关，则在处于放电模式的电池的放电时间经过5分钟的情况下，能够进行充电/放电模式转换，若打开双列直插封装开关的第七开关，则在处于放电模式的电池的放电时间经过10分钟的情况下，能够进行充电/放电模式转换，若打开双列直插封装开关的第八开关，则在处于放电模式的电池的放电时间经过20分钟的情况下，能够进行充电/放电模式转换。
或者也能够以组合这些电压、电流及经过时间来决定充电/放电模式转换的方式进行编程。
最终，若放电中的电池的电压小于10.7V，则需要终止所有动作，这是因为通常，当小于10.5V的情况下也继续放电时，因过放电而具有无法进行电池的再充电的可能性。在此情况下，在图10的流程图中，在步骤S4之前，应添加判断第一电池的电压VB1是否小于10.7V的步骤，在第一电池的电压VB1为10.7V以上的情况下，应过渡至步骤S4，如果在第一电池的电压VB1小于10.7V的情况下，应过渡至全面终止充电/放电程序的步骤，同样，在步骤S14之前，也应添加判断第二电池的电压VB2是否小于10.7V的步骤，在第二电池的电压VB2为10.7V以上的情况下，应过渡至步骤S14，如果在第二电池的电压VB2小于10.7V的情况下，应过渡至全面终止充电/放电程序的步骤。
进而，在步骤S5及步骤S15中，也能够与根据如下的条件来试图进行充电/放电模式转换一样，变更流程图，上述条件为：满足了处于放电模式的电池的电压是否下降基准值(在此，0.2V)以上、处于放电模式的电池的电流是否下降基准值(作为一例，5A)以上和处于放电模式的电池的连续放电经过时间是否为基准值(作为一例，5分钟)以上的条件中的某一个条件，或满足了两个条件以上，或全部满足了三个条件。
另一方面，以下，对以上本发明的作用效果进行详细说明。
众所周知，二次电池作为利用可逆性电化学反应的蓄电池，作为一例，在铅蓄电池的情况下，使用过氧化铅作为阳极，使用铅作为阴极，并使用稀硫酸作为电解液。
上述二次电池在放电期间，在电极物质和电解质之间发生化学反应，在(－)极中纯铅原子(Pb)和电解质的硫酸离子(SO4 2-)发生反应，硫酸(H2SO4)溶于水而成为带阴电荷的硫酸离子和带阳电荷的氢离子(H+)，且铅原子与硫酸离子相结合，并失去两个电子而成为硫酸铅(PbSO4)。
越使用(放电)上述二次电池，就越消耗硫酸，并生成水，使得硫酸渐渐变稀，此时利用充电器来进行充电。
充电器强制性地使电子流向上述放电过程的相反方向而发生逆反应，若向放电过程的相反方向发生反应，则电极物质变回原物质，且硫酸的量也重新增加，从而能够利用已充电的二次电池来再次供电。
即，若进行放电，则(－)极和(+)极均变为硫酸铅，而反应速度变小，且水作为副产物而生成，使得电解液的浓度变低，但利用可逆性化学反应来进行充电。
在本发明中，在利用两个以上的二次电池来反复进行充电/放电的过程中，减小(+)极和(－)极变成硫酸铅的速度，来使二次电池的效率逐渐降低，从而能够增加对二次电池进行完全充电来使用的放电时间。
例如，在两个电池均为12.7V的情况下，通过使第一电池进行放电来向负荷供给电力，直到成为12.5V便转换模式，并使第二电池处于放电模式，使第一电池处于充电模式，作为一例，在第二电池的电压为12.5V的时刻，第一电池以12.6V被再充电，从而最终均小于10.7V而需要全面禁止放电，但不管怎样能够增加使负荷工作的时间。
另一方面，在额定电压为12V的铅蓄电池的情况下，当完全充电时，能观察14.5～13.5V左右的电池电压，随着进行放电，电压持续降低，直到12V为止并没有发生大的变化，但当降低至小于12V时，电池的性能急剧减少(这根据各电池的特性而有所差异，但通常，所有电池的性能不成正比地减少，而是具有在某个时刻性能急剧降低的绝壁现象)。这是因为放电引起的硫酸盐物质附着于电池之间的电极而大大降低电池的性能，在本发明中，经常交替进行充电和放电，从而经常频繁发生硫酸盐和铅之间的可逆反应，其结果，最大限度地延迟硫酸盐物质附着于电极的现象。即，推测为与虽然在相同的条件下，经过相同的时间，但在流动的水中几乎不生成水苔的现象类似的现象。
“表2”为具有与“表1”相同的电池，且在相同的条件下，在使用本发明的充电/放电方式来进行放电的情况下，针对电池电压的变化及使用时间的实际实验结果。
表2
如上述“表2”所述，可知完全充电一次就能够使用铅蓄电池约3小时14分钟，且可见在进行放电期间，电池的输出电压和逆变器输出电压慢慢减小的现象，这是因为在反复进行充电/放电的过程中，减少(+)极和(－)极变化的速度，来使电池的效率慢慢变低，从而与连续放电时(0.49kWh)相比，使用了更多的(0.95kWh)原电池所具有的理想的固有容量(2.4kWh)。
尤其，通常，不可能在10.7V条件下进行放电，但在本发明的情况下，由于硫酸盐物质没有附着于电极，因此观察到在9.5V条件下也能进行放电，只是为了容易进行再充电，优选地，如上所述，在10.7V以下条件下停止进行放电。
同时，根据本发明，如上所述，大大减少硫酸盐附着于电极的现象，从而能够以比电池制造商所规定的300循环次数更多的循环次数进行再充电及放电，且具有能够延长2～3倍的电池的整体寿命的追加的优点。即，可知当进行第一次充电时，电池的效率作为37.7％，比通常的连续充电的情况(16.6％)效率更好，当进行第三次充电时，电池的效率作为43.7％，也比通常的连续充电的情况(15％)效率更好，且当进行第五次充电时，电池的效率作为56.2％，比通常的连续充电的情况(13.9％)效率更好。
尤其，要想在完全放电之后进行充电，就德科电池而言，需要充电10小时以上，但根据本发明，在第一电池的放电过程中，也能够以无任何爆炸或过热危险的方式用太阳能电池等外部电源来对第二电池进行充电，从而像这样，在使用外部辅助电源的情况下，具有放电时间不受限的追加的优点。
同时，本发明的效果尤其在将铅蓄电池用作电池的实施例中突出，但并不局限于铅蓄电池，也发现了在包括锂二次电池在内的其他二次电池中也具有值得注意的效果，且电池的数量也并不局限于两个，也能以成对方式构成三个以上的电池来适用本发明。
像这样，如上所述的本发明的实施例不能被解释为限制本发明的技术思想。本发明的保护范围只根据发明要求保护范围中所记载的事项来限制，本发明所属技术领域的普通技术人员能够以各种方式对本发明的技术思想进行改良和变更。因此，这种改良及变更对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说是显而易见的，且属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种利用二次电池的电源装置，其特征在于，
包括：
两个以上的二次电池，能够进行充电/放电，
逆变器，在使上述两个以上的二次电池中的一个二次电池进行放电的情况下，向负荷传递放电模式下的二次电池的直流输出电压，
继电器，进行切换，以使上述两个以上的二次电池中的上述放电模式下的二次电池与上述逆变器相连接，另一方面，以使上述两个以上的二次电池中与上述放电模式不同的模式下的其他二次电池与上述逆变器相连接，以及
控制部，控制上述继电器的切换动作，来向通过上述逆变器的上述负荷交替地供给上述两个以上的二次电池的电力；
在各直流端子的(+)端子及(－)端子中，同一侧极性的端子以固定方式相连接，通过分别转换未被固定连接的另一侧极性的端子来进行控制。
2.根据权利要求1所述的利用二次电池的电源装置，其特征在于，还包括：充电器，用于对上述充电模式的二次电池进行充电，使得上述充电模式的二次电池具有上述两个以上的二次电池中的上述放电模式下的二次电池的一部分输出电源，并使上述两个以上的二次电池中与上述放电模式不同的模式下的二次电池处于充电模式。
3.根据权利要求1所述的利用二次电池的电源装置，其特征在于，用于对上述两个以上的二次电池中与上述放电模式不同的模式下的二次电池进行充电的商用交流电源能够与第四开关(SW4)相连接，或者上述利用二次电池的电源装置还包括外部电源，外部电源能够是用于直接对上述充电模式下的二次电池进行充电的外部太阳能电池(60)。
4.根据权利要求1所述的利用二次电池的电源装置，其特征在于，上述两个以上的二次电池中的第一电池(1)及第二电池(2)以成对形式构成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的利用二次电池的电源装置，其特征在于，各直流端子的(+)端子以固定方式相连接，通过分别转换(－)端子来进行控制。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的利用二次电池的电源装置，其特征在于，
上述继电器包括：
电池连接板(15、16)，分别与各二次电池的另一侧极性的端子相连接；
继电器部(11、12)，移动端子与各上述电池连接板(15、16)相连接；
充电器连接板(13)，同时与上述继电器部的第一固定端子(111、121)相连接；以及
逆变器连接板(14)，同时与上述继电器部的第二固定端子(112、122)相连接。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的利用二次电池的电源装置，其特征在于，
上述控制部包括：
电池电源输入部(210)，用于输入上述二次电池的电源；
电池电压显示部(260、270)，用于输出从上述电池电源输入部(210)输入的上述二次电池的电压大小；
继电器控制信号输出部(250)，用于输出控制上述继电器部的动作的控制信号；以及
处理部(240)，包括控制集成电路，上述控制集成电路检测上述二次电池的电压大小，并通过上述继电器控制信号输出部(250)来输出继电器控制信号。
8.一种利用二次电池的电源装置的电池模式转换方法，利用根据权利要求1至4中任一项所述的二次电池，上述利用二次电池的电源装置的电池模式转换方法的特征在于，包括：
步骤(a)，测定上述二次电池的瞬时电压，并通过各电压显示部(260、270)来输出(步骤S1、步骤S2)；
步骤(b)，对已测定的上述二次电池的瞬时电压(VB1、VB2)进行比较(步骤S3)；
步骤(c)，在已测定的上述二次电池中，将瞬时电压(VB1)最大的二次电池设置为放电模式，将瞬时电压(VB1)最小的二次电池设置为充电模式；
步骤(d)，判断处于放电模式的上述二次电池的电压是否下降预先设定的基准值以上(步骤S5)；以及
步骤(e)，若上述电压下降了预先设定的基准值以上，则将处于放电模式的二次电池转换为充电模式，将处于充电模式的一个二次电池转换为放电模式(步骤S8)。
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