CN1137528C - 光充电型二次电池装置及电力设备 - Google Patents
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Abstract
提供一种光充电型二次电池装置及电力设备，利用光能作为电源。其中，弹性的光电变换器(3)卷绕于圆柱形的卷绕芯(2)上。在对安置在卷绕芯(2)内的蓄电池(4)进行充电时，将卷绕于卷绕芯(2)上的光电变换器(3)拉出接受光照。
Description
技术领域
本发明涉及光充电型二次电池装置，该装置中光电变换器和蓄电池是结合在一起的。本发明还涉及既具有光电变换器又具有蓄电池装置的电力设备。
背景技术
光电变换器，也称太阳电池，是一种用来将光能，比如阳光的光能，转换为电能的器件。与迄今为止所使用的化石燃料不同，光电变换器在由光能生成电能时几乎不产生像二氧化碳这样的废气。同样，由于光电变换器是由似乎取之不尽用之不竭的阳光的光能生成电能，所以电力的生成可确保为半永久性的。由于这一原因，从全球环境保护这一责任重大问题出发，可以设想光电变换器将会获得日益增加的应用领域和范围。
然而，光电变换器经常遇到阳光的光能量随时间而起伏，从而使由光能转换所生成的电能也会发生时间起伏，结果光电变换器可能经常不能用作电力设备的直流电源。
同样，由于像阳光这样的光能是以空间分散状态存在，所以光电变换器需要很大受光面积才能得到适于使用的预定数量的电力。
于是，光电变换器常用作电力设备的辅助电源或用于将所产生的电能临时储存于蓄电池中以备作为蓄电池的放电电力而使用。
另一方面，由于近来各种技术的进步正使电力设备的尺寸日益减小并经常用作便携式设备。由于这一原因，电力设备的常用电源为便于携带的干电池，从而近来对干电池的需求可能会日益增加。
然而，干电池通常是一次电池，如锰干电池或碱锰干电池，并且在其储存的电能释放之后就废弃掉。所以，从经济、自然资源的浪费和给环境造成的负担方面考虑不能说干电池很理想。尽管具有类似于干电池的标准形状的二次电池，如NiMH电池(镍金属氢化物电池)，正在使用，但如果对这种电池进行充电所使用的装置会给全球环境造成负担的话，也不能说这种电池是一次电池的最佳选择。
另外，比如，在标题为“电池”的日本专利特开昭63-314780号公报中或标题为“圆柱型充电型太阳电池”的日本专利特开平2-73675号公报中还提出一种光充电型二次电池装置，该装置可将光电变换器的上述优点与干电池所固有的易于处理的特点结合起来。通常的光充电型二次电池装置是将作为发电部分的光电变换器和作为充放电部分的蓄电池结合起来而实现利用由光能产生的电力去驱动平常使用的电力设备。
然而，采用通常的光充电型二次电池装置很难在利用蓄电池的全部外表面的条件下使光电变换器接受在预定方向上照射的阳光的光能。此外，采用通常的光充电型二次电池装置不可能使光电变换器的受光面积超过蓄电池的外表面。因此，通常的光充电型二次电池装置的一个缺点是电池的充电时间长得令人无法忍受，同时光电变换器不能产生使蓄电池充电所需的电力。
发明内容
因此，本发明的目的在于通过将有弹性的光电变换器与蓄电池结合起来而提供一种可以利用光能，比如阳光的光能，作为通常使用的电力设备的电源的光充电型二次电池装置，并且还具有可实际应用的充放电性能。
本发明的另一个目的是提供一种具有可充放电的蓄电池和弹性光电变换器并且具有借助光电变换器产生实际上足够使蓄电池充电的电力的电力设备。
在一种方案中，本发明提供的光充电型二次电池装置，包括：具有内部空间的圆柱型卷绕芯、以及以可以从卷绕芯中拉出的方式围绕卷绕芯的弹性光电变换器。上述卷绕芯包含一个可充放电的二次电池及一个用来控制二次电池充放电的控制电路。光电变换器卷绕在卷绕芯上而使整体外形呈圆柱形。
在上面定义的光充电型二次电池装置中，卷绕在卷绕芯周围的光电变换器可拉出以便接受使二次电池充电的光线，从而实现实际上足够的充电性能。为了放电，光电变换器卷绕于卷绕芯上而使整体结构成为大致圆柱形以便采用二次电池为常用的电力设备提供电源。
在另一方案中，本发明提供的电力设备包括一可充放电的二次电池和一弹性光电变换器。该光电变换器在卷绕或折叠状态下收存于电力设备的内部空间中。二次电池在卷绕芯从电力设备中拉出的状态下充电。
在上述电力设备中，是将位于在卷绕或折叠状态下的电力设备的内部空间中的光电变换器拉出以便接受使二次电池充电的光线，从而实现实际上足够的充电性能。
这样，在根据本发明的光充电型二次电池装置中，是将卷绕于卷绕芯上的光电变换器拉出以便接受充电的光线。当使光电变换器卷绕于卷绕芯上以使二次电池放电时，整个装置成为大致圆柱形以便易于利用从装置作为通常的电力设备的电源，并且表现出足以满足实际应用的高水平的充电性能。这样，采用本发明的光充电型二次电池装置就可利用光能，比如阳光的光能，作为电力设备的电源而实现自然资源的有效利用，并可防止废料产生。
同样，采用根据本发明的电力设备，由于该电力设备具有可充放电的二次电池以及以卷绕或折叠状态收存的弹性光电变换器，即使在光电变换器受光面积增加时该光电变换器也可得到有效的容纳。于是，可以为电力设备提供一种具有很大受光面积的光电变换器，从而使用于对二次电池进行充电的光电变换器将具有实际上足够的发电性能。
附图说明
图1为根据本发明的光充电型二次电池装置的示意剖视图。
图2为具有用于二次电池装置的第一实施例的控制电路的电路图。
图3为具有用于二次电池装置的第二实施例的控制电路的电路图。
图4为示出二次电池装置的光电变换器的卷绕状态的透视图。
图5为示出二次电池装置的光电变换器的引出状态的透视图。
图6为根据本发明的改型的光充电型二次电池装置的示意剖视图。
图7为根据本发明的另一改型的光充电型二次电池装置的示意剖视图。
图8为示出图7中所示的二次电池装置的主要部分的放大剖视图。
图9为图7中所示的二次电池装置的纵向剖视图。
图10为示出图7中所示的二次电池装置的光电变换器的伸展状态透视图。
图11A为图7中所示的二次电池装置的转臂的侧剖图和底视图。
图11B为图7中所示的二次电池装置的转臂的突出状态的侧剖图和底视图。
图12A为示出图7中所示的二次电池装置的转臂的侧剖图和底视图。
图12B为示出图7中所示的二次电池装置的转臂的突出状态的侧剖图和底视图。
图13为示出根据本发明的具有两个光电变换器的光充电型二次电池装置的透视图。
图14为示出图7中所示的二次电池装置的限位器的工作情况的平面图。
图15为示出根据本发明的具有三个光电变换器的光充电型二次电池装置的透视图。
图16为示出根据本发明的具有电池控制突起的光充电型二次电池装置的示意剖视图。
图17为显示二次电池装置的电池控制突起的工作情况的示意图。
图18为示出二次电池装置的电池控制突起的另外一种形式的示意图。
图19为示出根据本发明的电力设备的示意图。
图20为示出根据本发明的电力设备的示意图。
图21为示出根据本发明的另外一种电力设备的示意图。
图22为图21中所示的电力设备的主要部分的剖视图。
具体实施方式
下面参考附图对优选实施例详细描述。首先，说明图1所示的光充电型二次电池装置1。
光充电型二次电池装置1包含盒式库卷绕芯2、弹性光电变换器3及设置于卷绕芯2之内的蓄电池4及控制电路5。此光充电型二次电池装置1的形状大致为圆柱形，弹性光电变换器3置于卷绕芯2的周围。
卷绕芯2的形状为圆柱形，其构成材料为树脂，如ABS树脂。弹性光电变换器3卷绕其上的卷绕芯2的长度略大于弹性光电变换器3的宽度。这样，卷绕芯2可占据弹性光电变换器3的整个长度，结果就不存在弹性光电变换器3伸出卷绕芯2的长度之外的危险。卷绕芯2还具有上凸缘6和下凸缘7。
上凸缘6和下凸缘7的构成材料为树脂，如ABS树脂，形状大致为平板形，并且都用固定手段，如粘合剂，固定于卷绕芯2的两端。上下凸缘6，7的直径大致等于置于卷绕芯2周围的弹性光电变换器3的直径。所以，上下凸缘6，7就用来保护置于卷绕芯2的周围的弹性光电变换器3的侧缘并用作使拉出的弹性光电变换器3处于卷绕芯2上的导轨以使弹性光电变换器3在卷绕于卷绕芯2上时不会发生位置移动。
卷绕芯2、上凸缘6和下凸缘7最好是由具有良好电绝缘性能的材料构成。在这种情况下可使光充电型二次电池装置1防止内部布线通过这两个凸缘短路，并可防止在放电时凸缘与电力设备的收存电池的部分的接线端子接触以防止凸缘短路。
卷绕芯2、上凸缘6和下凸缘7最好是由具有良好热绝缘性能的材料构成。这样就可以防止光充电型二次电池装置1由于内部收存的蓄电池4的温度的升高而受到破坏，这种温度升高是由于不留心将其暴露于因为将蓄电池4留置于操纵盘上所造成的高温而发生。
上凸缘6和下凸缘7分别配置有正接线端子8和负接线端子9。正接线端子8和负接线端子9由导电材料构成，并通过连接线(图中未示出)与控制电路5的预定部分实现电连接，见后述。
光电变换器3是配置成为基本为矩形片状的弹性光电变换器，即所谓的太阳电池。具体说，光电变换器3是一个弹性薄膜，并是通过依次淀积具有主要成分为Ag、Al、Cr、Ni、Cu和C的金属电极的反射电极层；一个由无定形半导体如α-硅p-n结结构薄膜形成的光电变换层；以及一个在绝缘薄膜如聚酯薄膜上的主要成分为ZnO、SnO2或In2O3的透明电极层而形成的。光电变换器3的各层是利用PVD法例如溅射法或蒸发法，或是CVD法例如离子CVD法或MOCVD法形成的薄膜。光电变换器3也可是由p型有机半导体和n型半导体，如酞菁铜，形成的p-n结结构。
光电变换器3置于卷绕芯2的周围以便可以从其中拉出，并且使其最靠边侧固定于卷绕芯2上。在光电变换器3的最靠边侧分别配置有正接线端子和负接线端子(图中未示出)，通过连接线(图中未示出)与控制电路5的预定部分实现电连接，见后述。
光电变换器3置于卷绕芯2的周围以使其受光面向内。这可以防止用来放电的光充电型二次电池装置1由于光电变换器3的受光面向外暴露损伤光电变换器3的受光面，而受到破坏。
在优选实施例中，在将光电变换器3置于卷绕芯2上时，光电变换器3的受光面是向着内侧。不过本发明并不限于这种具体结构。比如，在将光电变换器3置于卷绕芯2上时，光电变换器3的受光面可向着外侧。于是，利用光充电型二次电池装置1，即使在光电变换器3不拉出而是保持卷绕在卷绕芯2上时，蓄电池4也可以进行充电。
收存于卷绕芯2的内部空间的蓄电池4是一种可充电/可放电的二次电池。具体说，蓄电池4可以例如是镍氢二次电池、镍镉二次电池、镍锌二次电池、锌氧化银二次电池或铁镍二次电池。
蓄电池4最好是镍氢二次电池。这可以使蓄电池4的单位容积的能量密度增加而保证获得良好的环境适应性，并且无需应用像铅或镉这样的重金属。
蓄电池4可以是具有预先设定的标准电池形状的标准化二次电池。具体说，蓄电池4可以是IEC或JIS标准规定的R-6型电池，称为tan-3电池；R03型电池，称为tan-4电池；R-1型电池，称为tan-5电池；或是R44或R1220型电池，称为钮扣电池。这可以保证抑制光充电型二次电池装置1的开发和生产成本。
考虑到储存容量，蓄电池组成材料如电解液，最好是收存于卷绕芯2的内部空间之中，而不使用标准二次电池。这可使蓄电池组成材料密封于与标准二次电池的外部部分的空间中以增加储存容量。
蓄电池4的构形使之可以安装于卷绕芯2上或从卷绕芯2上取下。具体说，下凸缘7可制作成为可开可关以便使蓄电池4可以通过此开口部分插入到卷绕芯2中，也可从卷绕芯2上取下。另外一种办法是，在光电变换器3的延伸状态中向外暴露的卷绕芯2的一部分可开可关以便使蓄电池4可以通过此开口部分插入到卷绕芯2中或从卷绕芯2上取下。
在此场合，即或是蓄电池4由于反复充放电而耗尽不能再使用时，可以只更换蓄电池4。这样，在使用光充电型二次电池装置1时，除了耗尽的蓄电池4，就没有必要与耗尽的蓄电池4一起，废弃光充电型二次电池装置1的寿命比蓄电池4更长的其他部件，从而有助于更有效地利用自然资源。
另外，光充电型二次电池装置1也可用作使蓄电池4充电的充电器。即蓄电池4可由光充电型二次电池装置1充电，并且充电达到其满容量的蓄电池4可从光充电型二次电池装置1中取出并用作电力设备的电源。
如上所述，蓄电池4也可以是标准的二次电池，并且其构成使之可以安装于卷绕芯2上或从卷绕芯2上取下。采用标准二次电池作为蓄电池4并在标准二次电池为可取下类型时，如上所述，在更换蓄电池4时利用光充电型二次电池装置1就易于和简单地实行更换操作。另外，在此场合，如上所述，可将光充电型二次电池装置1用作使蓄电池4充电的充电器。采用这样的做法，具有标准二次电池形状的蓄电池4就可以安装于光充电型二次电池装置1上或从光充电型二次电池装置1上取下，从而使蓄电池4可用于采用通常的筒状标准电池作为电源的电力设备。
蓄电池4的放电容量最好是0.6至1.9V。在此场合，在将光充电型二次电池装置1用于采用通常的筒状标准电池作为电源的电力设备上时，可以防止因光充电型二次电池装置1的蓄电池4的放电电压达不到电力设备的运行电压而无法使电力设备运行。此外，也可以防止由于蓄电池4的放电电压超过电力设备的容许电压而破坏电力设备。
控制电路5收存于卷绕芯2的内部空间之中。控制电路5具有对光电变换器3和蓄电池4整流的功能、借助光电变换器3防止蓄电池4充电过度的功能、防止蓄电池4放电过度的功能和控制在下述的实施例中所说明的多个二次电池充放电状态的功能。下面示出控制电路5的一个说明性结构。应当指出，控制电路5并不限于下面这种典型的结构，只要控制电路5具有上面所确定的功能即可。
具体说，控制电路5可由图2示例中的电路(第一控制电路5a)构成。此第一控制电路5a配置有一个具有可对光电变换器3和蓄电池4进行整流的功能的二极管20以及一个用来防止蓄电池4由于光电变换器3而发生充电过度的齐纳(雪崩)二极管21。
在第一控制电路5a中，光电变换器3的正端与二极管20的阳极相连接，二极管20的阴极与齐纳二极管的阴极、正端8及蓄电池4的正端相连接。还有，在第一控制电路5a中，光电变换器3的负端与齐纳二极管21的阳极、负接线端子9及蓄电池4的负端相连接。
这样，第一控制电路5a的构成使二极管20可以防止电流从蓄电池4反流到光电变换器3。第一控制电路5a的构成也可以通过将蓄电池4上的电压由齐纳二极管21限制为预先设定值而防止蓄电池4充电过度。
控制电路5也可由如图3所示的示例中的电路(第二控制电路5b)构成。此第二控制电路5b，除了上述功能之外，还具有整流、防止充电过度和防止放电过度的功能。
下面参考图3。第二控制电路5b包含一个具有可对光电变换器3和蓄电池4进行整流的功能的二极管30以及一个用来防止蓄电池4由于光电变换器3而发生充电过度的齐纳(雪崩)二极管31，第一比较控制器32，第二比较控制器33，第一开关元件34，第二开关元件35，用于在光电变换器3的输出端子上进行分压电阻36，37和38，39以及用于吸收齐纳二极管31的电压降的电阻40。
在此第二控制电路5b中，第一比较控制器32和第二比较控制器33每一个都是由运算放大器和电阻构成。第一开关元件34和第二开关元件35是例如晶体管。
在第二控制电路5b中，光电变换器3的正端与二极管30的阳极相连接，二极管30的阴极与蓄电池4的正端相连接。另外，在此第二控制电路5b中，光电变换器3的负端与齐纳二极管31的阳极、负端9及蓄电池4的负端相连接。另外，在此第二控制电路5b中，齐纳二极管31的阳极在接点41与电阻40相连接，其另一端与二极管30的阴极相连接。由于此齐纳二极管31的作用，在接点41处的电压值不超过预先设定值。
另外，在第二控制电路5b中，光电变换器3的经过电阻36，37分压的输出电压输入到第一比较控制器32的输入端，其另一输入端与接点41相连接。比较控制器32比较这些输入端子上的电压以控制第一开关元件34。第一开关元件34的作用是用作使光电变换器3的正负端之间短路的开关。
在第二控制电路5b中，光电变换器3的经过电阻38，39分压的输出电压输入到第二比较控制器33的输入端，其另一输入端与接点41相连接。比较控制器32比较这些输入端子上的电压以控制第一开关元件35。第二开关元件35的作用是用作使蓄电池4的正端和蓄电池4的正接线端子之间短路的开关。
第二控制电路5b的构成可以防止电流从蓄电池4反流到光电变换器3。
如果在第二控制电路5b中蓄电池4的两个接线端子上的电压值达到预先设定值，则第一比较控制器32控制第一开关元件34使光电变换器3的正负端子短路。于是，第二控制电路5b就可以防止蓄电池4充电过度。
另外，如果在第二控制电路5b中蓄电池4的两个接线端子上的电压值达到预先设定值，则第二比较控制器33控制第二开关元件35切断蓄电池4和正接线端子8之间的连接。于是，第二控制电路5b就可以防止蓄电池4过度放电。
按如上所述构成的光充电型二次电池装置1的整体形状大致为图4所示的圆柱形。电池装置1在此条件下是用于电力设备，并使其可以易于相对电力设备进行安装或取下。
在光充电型二次电池装置1中，各个部分的尺寸的设定使得电池装置1在光电变换器3卷绕于卷绕芯2上的状态下时具有预先设定的筒状电池的标准形状。具体说，光充电型二次电池装置1可以是在IEC或JIS标准中所规定的所谓R-20型电池，称为tan-1型；R-14型，称为tan-2型；或R-6型，称为tan-3型。
这就可以保证能够在设计使用内置普通标准的筒状电池驱动的电力设备中使用二次电池。这样，在此场合，光充电型二次电池装置1可以将例如阳光的光能转换为电能，并且利用所储存的电能作为应用通常的筒状电池的电力设备的电源。
另外，在光充电型二次电池装置1中，蓄电池4充电时是将光电变换器3从卷绕芯2中拉出，如图5所示。由于光充电型二次电池装置1的光电变换器3的受光面积可以加大，而光电变换器3的整个受光面积可以指向光照方向，所以可使光电变换器3的发电能力增加，并从而使蓄电池4充电达到实际上足够的电平所需的的充电时间缩短。
同时，根据本发明的光充电型二次电池既不受二次电池的形状、数量和安装位置的限制，也不受控制电路5的安装位置的限制，只要蓄电池4和控制电路5是设置于卷绕芯2之内即可。
这样，如图6中所示的光充电型二次电池装置50的的情况相同，光充电型二次电池的构成可包括多个蓄电池4。在光充电型二次电池装置50中，相应的各个蓄电池4由弹性部件10例如位置不会移动的盘簧或板簧，支持。
光充电型二次电池的构形也可具有外壁11，如图7所示。下面说明具有外壁11的光充电型二次电池装置60。在下面的说明中，与前面说明中相同或等效的部分和部件就不再说明，并用同样标号表示。
参考图7可知，光充电型二次电池装置60包含大致为圆柱形的外壁11，其直径大致与上凸缘6和下凸缘7的直径相同。在光充电型二次电池装置60中，上下凸缘6，7分别具有沟槽6a，7a，其中以可转动方式安置外壁11的侧缘。这样，在光充电型二次电池装置60中外壁11可以自由地相对卷绕芯2、上凸缘6和下凸缘7而转动。
如图9所示，在外壁11上形成一个缝隙11a。缝隙11a的宽度和厚度足以使拉出的光电变换器3通过并且是形成于缝隙11a上。
在光充电型二次电池装置60中，在光电变换器3的最外端处形成一个限位器3a，如图9所示。此限位器3a的厚度足以使其在光电变换器3卷绕于卷绕芯2上时停留在缝隙11a处。限位器3a的作用是防止光电变换器3整个都进入外壁11的内部，并且在拉出光电变换器3之际用作手柄。
在光充电型二次电池装置60中，在蓄电池4充电时，利用限位器3a将光电变换器3从卷绕芯2中拉出，如图10所示。另外，在光充电型二次电池装置60中，通过使外壁11相对卷绕芯2转动可以使光电变换器3卷绕到卷绕芯2之上。
这样，在光充电型二次电池装置60中，利用可转动安装的具有缝隙11a的外壁11就能够很容易地拉出或卷绕光电变换器3。在光充电型二次电池装置60中，由于具有外壁11，所以在电池装置安装于电力设备中时就不会出现光电变换器3开卷的危险。同样，由于具有外壁11，光充电型二次电池装置60可以从外部保护光电变换器3使其在对光充电型二次电池装置60进行操作时免受损伤，同样还可以防止由于阳光直接照射而使蓄电池4发热。为了更可靠地防止蓄电池4的发热，外壁11最好是涂上不大会吸收光或热的颜色，如白色。
光充电型二次电池装置60还可以装设一个转臂12用来使外壁11相对卷绕芯2转动。在此场合，光充电型二次电池装置60上设置有一个转臂凹槽7b，该凹槽7b从中心附近延伸到下凸缘外表面的侧缘，如图11A和11B所示。转臂12为矩形片状，厚度大致等于转臂凹槽7b的深度。在转臂12向外的主表面上面形成一个向着下凸缘7的中心的滑槽12a。下凸缘7的侧缘上有一个用来转动的突起12b。
转臂12位于下凸缘7的凹槽7b之内使其不会从下凸缘7的外缘突出，如图11A所示。另外，当外壁11相对卷绕芯2转动卷绕光电变换器3时，转臂12从下凸缘7的外缘突出，如图11B所示。
在光充电型二次电池装置60中，为了将光电变换器3卷绕到卷绕芯2上，外壁11相对卷绕芯2的转动是通过使外壁11不动而转动突出转臂12的转动突起12b。换言之，光充电型二次电池装置60，由于具有转臂12，可以迅速方便地卷绕光电变换器3。
转臂12不限于上述这种转臂12从下凸缘7滑动而突出的结构。比如，也可以是如12A和12B所示那样经转动而从下凸缘7突出。
在此场合，转臂12在下凸缘7的中心处具有一个转动突起12b，并且在下凸缘7的侧缘的两个侧面上设置有一对突起12c。这一对突起12c纳入下凸缘7上的一对图中未示出的凹口中而能在其中转动。
转臂12置于凹槽7b之中以使其不会从下凸缘7的外缘突出，如图12A所示。在图12A中转臂12可按箭头A所示以一对突起12c为中心转动而从下凸缘7的外缘向外突出。
在上面的叙述中，转臂12是设置于下凸缘7上。另外一种方式是也可以将转臂12设置于上凸缘6上。
根据本发明的光充电型二次电池装置可具有多个光电变换器，如图13所示。下面说明具有多个光电变换器的光充电型二次电池装置70。在下面的说明中，与前面说明中相同或等效的部分和部件就不再说明并以同样标号表示。
光充电型二次电池装置70具有两个光电变换器3b，3c，如图13所示。这两个光电变换器3b，3c在其相连侧互相连接并使这两个光电变换器3b，3c可在基本上垂直于光电变换器从卷绕芯2中拉出的方向上互相叠合。在光充电型二次电池装置70中，这两个光电变换器3b，3c在收存时两个光电变换器3b，3c是互相叠合并在叠合状态下卷绕于卷绕芯2上，而在如图13所示在从卷绕芯2中拉出时则在如图13中的箭头B所示的方向上展开。
采用光充电型二次电池装置70时，由于受光的两个光电变换器3b，3c在展开状态下可使受光面积增加，所以可使光电变换器3的发电能力增加并从而使蓄电池4充电达到实际上足够的电平所需的充电时间缩短。
另外，在光充电型二次电池装置70中，在将两个光电变换器3b，3c收存时两者是互相面对面叠合而卷绕于卷绕芯2上。因此，当卷绕于卷绕芯2上，两个光电变换器3b，3c的方向相对的相应受光面被卷成为圆形。于是，在两个光电变换器3b，3c打开时其圆形状态互相抵消而可以防止挠曲。
光充电型二次电池装置70还可以具有一个止动器13来代替光充电型二次电池装置60的限位器3a，如图13及14所示。止动器13具有足够的厚度以便与缝隙11a配合。止动器13还具有一个在纵向上延伸的缝隙。光电变换器3b的外缘可占据该缝隙并沿该缝隙滑动。
止动器13可滑动到处于展开状态的两个光电变换器3b，3c的连接部并将两个光电变换器3b，3c固定于展开状态。
光充电型二次电池装置70不限于上述由两个光电变换器构成的结构。比如，光充电型二次电池装置70也可如图15所示具有三个光电变换器。在此场合，光充电型二次电池装置70包含三个光电变换器3d，3e和3f，其中光电变换器3e和3f与光电变换器3d的两个侧边相连接。光充电型二次电池装置70卷绕在卷绕芯2上时光电变换器3e和3f是叠合于光电变换器3d之上。在光电变换器3e和3f处于从卷绕芯2中拉出的状态时，光电变换器3e和3f在图15中的箭头D，E所指示的方向上展开。
其结果是光充电型二次电池装置70的受光面积可进一步增加并进一步缩短蓄电池4的充电时间。
光充电型二次电池装置70还可以配置一个如图16所示的电池控制突起14。下面说明具有电池控制突起14的光充电型二次电池装置80。在下面的说明中，与前面说明中相同或等效的部分和部件就不再说明并以同样标号表示。
光充电型二次电池装置80在其用来放置蓄电池4的卷绕芯2的内部具有一个电池控制突起14，如图16所示。在光充电型二次电池装置80中，蓄电池4可以安装于卷绕芯2上或从卷绕芯2上取下，并且其形状与尺寸大致与预先设定的标准电池的形状及尺寸相同。
电池控制突起14形成为向着卷绕芯2的内侧突出，比如可通过将置于卷绕芯2内部的蓄电池4的正电极侧角切掉而完成。蓄电池4也具有切角4a与电池控制突起14相配合。即，蓄电池4的外形与尺寸与预先设定的标准电池形状大致相同，除了在正电极侧角上形成的切角4a之外。
这样，在采用光充电型二次电池装置80时，如图17A所示，在将蓄电池4装入卷绕芯2上时，电池控制突起14与蓄电池4的切角4a配合。然而，如果试图在光充电型二次电池装置80中装入标准电池形状与尺寸的标准电池，如图17B的示意图所示，电池控制突起14会顶到标准电池的正电极侧角上而无法完全使标准电池插入到卷绕芯2中。
采用具有电池控制突起14的光充电型二次电池装置80时可以避免不小心将一次电池装到卷绕芯2中并进行充电，对现在广泛使用的锰干电池和碱锰干电池等一次电池最好不要充电。
另外，由于除了在其正电极侧角上形成的切角4a之外光充电型二次电池装置80中的蓄电池4的外形和尺寸大致与预先设定的电池的标准形状相同，所以蓄电池4可以安装于应用具有标准电池形状与尺寸的标准电池的通常的电力设备上安放电池的部分之中或从其上取下。于是，蓄电池4可以从卷绕芯2中取出而安放于通常电力设备的安放电池的部分中并用作通常的电力设备的电源。区别说来，光充电型二次电池装置80可用作为蓄电池4充电的充电器。
对电池控制突起14的形状没有特别的限制，只要它是通过将具有预先设定的标准电池的形状和尺寸的标准电池进行切割的方式形成就足够了。下面参考图18对几种其中的电池控制突起14具有其他形状的实施例进行说明。应当指出，在图18中，标准电池的形状以虚线表示以便清楚显示电池控制突起14是以切割标准电池的方式形成的。
在第一实施例中，电池控制突起14的形成方式是通过切割蓄电池4的正电极侧角，如图18A所示。在第二实施例中，电池控制突起14的形成方式是通过从蓄电池4的中心向其外缘切割蓄电池4，从而使切割深度从蓄电池4的中心向其外缘越来越浅，如图18B所示。在第三实施例中，电池控制突起14的形成方式是通过切割蓄电池4的正电极的中心部分，如图18C所示。在第四实施例中，电池控制突起14的形成方式是通过同心切割带有蓄电池4的正电极端子的蓄电池4的表面，如图18D所示。
在上述实施例的任何一个之中，都是通过部分切割标准电池突出形成电池控制突起14。所形成的蓄电池4带有切角4a与在各个实施例中的电池控制突起14配合。
光充电型二次电池装置50是根据本发明的优选实施例制备的，并进行了充电特性测量试验。在此测量试验中，光充电型二次电池装置50的形状及尺寸与称为tan-3型的R6型标准电池的形状及尺寸相同。
在此测量试验中，一个45mm宽及300mm长的非晶硅元件用作光电变换器3。此元件具有3V的输出电压和250mA的输出电流。
另外，在此测量试验中，采用6个SR527型标准电池(氧化银锌电池)作为并联的蓄电池4。在此场合，光充电型二次电池装置50具有120mAh的容量以改进较高的电压稳定性。
采用上述的光充电型二次电池装置50时，充电状态由控制电路5控制使充电电压为2.4V并使每个电池的电压都不超过2.05V。采用这样的做法在将直射阳光照射于光电变换器3上时可使蓄电池4的充电经过3小时后结束。
从上述可知，根据本发明的光充电型二次电池装置显示出在实际中足够的充电性能。
下面描述根据本发明的电力设备。下面的描述是针对图19和20中的电力设备90。尽管在图19，20中示出的是便携式CD播放机作为电力设备90的示例，但本发明不限于便携式CD播放机，只要设备可利用电力运行即可。在下面的描述中，对构成便携式CD播放机的部件和元件未进行说明，只对与本发明的要点相关的部件和元件才进行了说明。
电力设备90的构成包括外部部件91、操作设备部分(图中未示出)及电源单元92。操作设备部分及电源单元92配置于外部部件91的内部空间中。
在外部部件91上在靠近电源单元92处有一个缝隙91a。缝隙91a的宽度和长度比下面将要说明的光电变换器95稍大。在电力设备90中光电变换器95可从外部部件91中通过缝隙91a抽出。
操作设备部分利用电源单元92发出的电力执行各种操作。具有电源单元92的电力设备90可设计成为使操作设备部分可以利用室内的插座配合AC/DC变换器所提供的电力运行。
电源单元92包含正接线端子93、负接线端子94、光电变换器95、蓄电池96及控制电路97。正接线端子93和负接线端子94分别与蓄电池96的正负端电连接。在电力设备90中，从蓄电池96通过正接线端子93和负接线端子94向操作设备部分提供电力使操作设备部分运行。
负接线端子94的一部分设计成为一个可拆装的盖子94a。电力设备90的结构为可以通过取下盖子94a将蓄电池96取出。通过这样的做法，如果电力设备90的蓄电池96由于反复充放电而耗尽，可以只更换蓄电池96。因此，在电力设备90中，除了耗尽的蓄电池4，就没有必要与耗尽的蓄电池4一起废弃电力设备90的寿命比蓄电池4为长的各种操作部分，从而可以有助于更有效地利用自然资源。
光电变换器95，即所谓的太阳电池，有弹性并且大致为矩形片状。具体说，由弹性薄膜构成的光电变换器95的构成是通过在绝缘薄膜如聚酯薄膜上顺序淀积反射电极层，一个由α-硅p-n结结构为例子的无定形半导体薄膜形成的光电变换层、一个主要成分为金属氧化物如SnO、SnO2或In2O3的透明电极层。反射层包括主要由Ag、Al、Cr、Ni、Cu或C构成的金属电极。光电变换器95的各层是利用PVD法例如溅射法或蒸发法，或是CVD法例如离子CVD法或MOCVD法(金属有机物化学汽相淀积法)形成的薄层。光电变换器95也可是由p型有机半导体和n型半导体，如酞菁铜，形成的p-n结结构。
光电变换器95通过卷绕于蓄电池96周围收存于外部部件91的内部空间，并且使光电变换器的最靠边侧固定。采用这种做法，电力设备90可容纳光电变换器95而使电力设备的内部空间得到更有效的利用。在光电变换器95的最靠边侧配置有正接线端子和负接线端子(图中未示出)，并通过连接线(图中未示出)与控制电路97的预定部分电连接。
光电变换器95的最外端可通过外部部件91的缝隙91a向外拉出，并且具有一个限位器95a。此限位器95a为圆柱形，其直径比缝隙91a的厚度稍大其作用是防止光电变换器95整个都拉入外部部件91的内部。限位器95a在向外拉出光电变换器95之际的作用是用作手柄。
如图19所示，光电变换器95是以卷绕状态收存于电力设备90的内部空间之中，同时光电变换器95可以自由地从电力设备90中拉出，如图20所示。利用电力设备90时，可将光电变换器95拉出接受光照以便生成电能供蓄电池96充电。
蓄电池96为可充放电的二次电池。比如，蓄电池96是镍氢二次电池、镍镉二次电池、镍锌二次电池、或铁镍二次电池。
蓄电池96最好是镍氢二次电池。在此场合，可以使蓄电池96的单位容积的能量密度增加而保证获得良好的环境适应性，并且无需应用像铅或镉这样的重金属。
控制电路97置于电源单元92的剩余空间之中，并且具有对光电变换器95和蓄电池96整流的功能、借助光电变换器95防止蓄电池96充电过度的功能、防止蓄电池96放电过度的功能。控制电路97的结构与光充电型二次电池装置1中的控制电路5类似。
在上述结构的光充电型二次电池装置90中，光电变换器95是从外部部件91的缝隙91a中拉出去接受光线，如图20所示。光电变换器95将光能，比如阳光的光能，转换为电能。光电变换器95将此电能供给蓄电池96对蓄电池96充电。
由于电力设备90的光电变换器95的受光面积可以加大，所以可使光电变换器95的电力输出增加。于是可以使电力设备90的蓄电池96充电达到实际上足够的电平所需的的充电时间缩短。另外，由于光电变换器95是以卷绕状态收存于电力设备90的内部空间之中，如图19所示，所以虽然光电变换器95的面积增加，但安装好的光电变换器95所占据的空间却可以减小。
在电力设备90中，光电变换器95所生成的电力临时储存于蓄电池96中，并且在操作设备部分运行时，此电力从蓄电池96供给操作设备部分。与将电力直接由光电变换器95供给相较，这可使电力设备90的操作设备部分能够利用更大量的电能。另外，电力设备90的操作设备部分可由蓄电池96供给的电力运行，即使是处于难于使光电变换器95接受足够量的光能的地点或场合。
在电力设备90中，光电变换器95是在其置于蓄电池96周围的状态下收存。不过此种结构纯粹是为了示例。光电变换器95也可以以卷绕于蓄电池96之外的部件上的状态收存于电力设备90之中。蓄电池96也可以以类似波纹管状态收存于电力设备90的内部空间之中，如图21和22所示。采用电力设备90，即使光电变换器95是以这种折叠状态收存，也可以高效地容纳光电变换器95。
Claims (12)
1.一种光充电型二次电池装置，其构成包括：
具有内部空间的圆柱形卷绕芯，以及
以可从所述卷绕芯中拉出的方式围绕所述卷绕芯的的弹性光电变换器；
在所述卷绕芯内设置可充放电的二次电池、和用于控制二次电池充放电的控制电路；
在所述卷绕芯被拉出的状态下，所述控制电路控制所述二次电池进行充电；
所述光电变换器卷绕在所述卷绕芯上而呈现圆柱形的整体形状。
2.如权利要求1的光充电型二次电池装置，其中所述光电变换器卷绕于所述卷绕芯上而具有预先设定的圆柱形标准电池的形状。
3.如权利要求1的光充电型二次电池装置，其中放电电压范围为0.6至1.9V。
4.如权利要求1的光充电型二次电池装置，其中所述电池装置包括镍氢二次电池。
5.如权利要求1的光充电型二次电池装置，其中所述电池装置包括具有预先设定的标准电池的形状的标准二次电池。
6.如权利要求1的光充电型二次电池装置，其中二次电池可安装于卷绕芯上，也可从其上取下。
7.如权利要求6的光充电型二次电池装置，其中：
在用来收存所述二次电池的所述卷绕芯的收存空间中，设置有一个用来阻止装入具有预先设定的标准电池形状的标准电池的突起；而且
所述二次电池的外形与预先设定的标准电池的形状类似，且具有一个与所述突起配合的切角或凹槽。
8.如权利要求1的光充电型二次电池装置，其中
所述光电变换器是在垂直于光电变换器从卷绕芯中拉出的方向上裹紧的状态下卷绕于所述卷绕芯上，所述光电变换器在从卷绕芯拉出时展开。
9.如权利要求1的光充电型二次电池装置，其中在所述卷绕芯的两端形成有上凸缘和下凸缘，所述上下凸缘为平板形。
10.如权利要求9的光充电型二次电池装置，其中还包括：
用来覆盖卷绕于所述卷绕芯上的光电变换器的圆柱形外壁，所述外壁具有一个用来把所述卷绕芯拉出并展开的拉出开口；
所述上下凸缘具有沟槽，在该沟槽中以允许所述外壁可以转动的方式安置所述外壁的侧缘；而且
通过转动所述外壁使处于拉出状态的光电变换器进入由卷绕芯和外壁构成的内部空间。
11.一种电力设备，其中包括：
可充放电的二次电池及弹性光电变换器；
所述光电变换器以卷绕或裹紧状态收存于所述电力设备的内部空间之中，并可从所述电力设备的内部以展开的方式拉出；所述二次电池在所述光电变换器从电力设备中拉出的状态下被充电。
12.如权利要求11的电力设备，其中以卷绕于所述二次电池之上的状态安置所述光电变换器。
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