JP2006054985A - 自立循環型省エネ電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 地震などの自然災害時，人的災害時，突発的事故時等において停電となった場合，街灯などの照明は全て消灯して暗転となる．本来災害時の夜間照明は不可欠で，これによってパニックを避け，安全な場所への避難を可能とする．太陽電池による照明では十分な明るさを確保するだけの電源容量が取れないことや，その他通信機器などの電源を要する機材も長期にわたり利用するための安定的電源供給の手段がなかった．
【解決手段】 充放電特性の異なる複数の異種電池を同期させ，パルス放電による省電力出力と自然エネルギーによる充電を組み合わせた循環方式で，自立的に安定的電源供給を可能とした．
【選択図】 図１

Description

発明の詳細な説明

本発明は地震などの自然災害時，人的災害時，突発的事故時等において停電となった場合にも，照明として利用するＬＥＤ等の点灯を行い，人々が安全に避難行動をとれるようにする安定的電源供給，並びにその他通信機器等の電源として，電源供給資源のない場面での長期間に及ぶ安定的電源供給に関する。

夜間照明は，従来蛍光灯か白熱電球を用い，これらの電源供給は商用電源によるものがほとんどである．

太陽光発電によって昼間バッテリーを充電し，夜間にこのバッテリーに蓄えた電気エネルギーを放電してＬＥＤを点灯し，明かりをとる形式の灯篭などは実用されている。

発明が解決しようとする課題

しかし，商用電源による供給では，災害などで通電できなくなった場合，否応無く暗闇となり，発電機を用いても燃料が尽きれば電源供給は不可能となる．

太陽光発電によるＬＥＤの照明は，現行では面積や費用などの点を考慮すると利用できるエネルギーに乏しく，照度が低く点灯時間が短いため避難用に照明として利用することには無理がある。

さらに，大容量電池を用いて太陽光発電に加え，風力や地熱など多様な充電手段でフル充電を行ったとしても，一晩中一定の照度を維持して点灯するには相当量の電力を要し，設備費用の増大を招いて実用的でない．

課題を解決するための手段

の課題を解決するために，本発明ではＡ電池，Ｂ電池，Ｃ電池という複数の充放電特性の異なった電池を使用する．

Ａ電池における有効放電（照明機器，非常用機器）の動作点と，Ａ電池充電用に動作するＢ電池の動作点におけるタイミングは同期方式である．

Ａ電池は秒単位の完全充電が可能で，完全放電後も急速充電を可能とし，電気特性において劣化の少ない電池である条件を満たす．例として電気二重層がこれに相当する．

Ｂ電池は瞬時に立ち上がる大電流の放電に対して，自己回復作用による復活力に優れ，本発明の回路構成に適するものとしては鉛シール電池がこの仕様を満たす．

同一電池であっても消耗状態により回復状態が異なるため，回復状態の最もよい電位を最低電圧と定めてこれを検出し，復活後に得た小電力も随時再利用する。

目的の負荷を伴う回路と，充放電を同期させた回路により合成回路を構成し，さらに

の課題を解決するために，メイン電池であるＢ電池のパルス放電間隔を調整して，省エネを実現する．

発明の実施の実態

図１は本発明の省エネ循環型電源によってＬＥＤ等の照明を点灯する処理の流れを示すブロック図であり，Ｂ電池から出力される電力をソースにマイコンでＬＥＤのドライブパルスを発生させる．

また，同時に電力負荷検出装置では，ＬＥＤの点灯需要電力とＡ電池の電気容量の残量を比較し，パルス出力によってＬＥＤの点灯とＡ電池の充電を行う．

Ｂ電池は日中太陽光発電により随時充電し，またその他風力などの自然エネルギーを併用できるようであれば，これらを用いて常にエネルギー確保を可能とする。

日中にＡ電池はフル充電され，災害時の夜間など電源供給がストップしたとき，Ａ電池からの放電電流で照明ＬＥＤを点灯させ，次第に電位が減少してきたら，電力負荷検出装置による残量比較のパルス信号でＢ電池から放電される．

次に請求項２にかんして図２に示す．完全放電されたＡ電池の充電に相当な複数の一次ＬＥＤ群を負荷とし，これに直列接続した電池Ｂからの充電電流でＬＥＤを発光させ，次の瞬間，充電されたＡ電池の電力を，これに相当した別回路に接続された二次ＬＥＤ群の発光に再利用する．

電池Ｂは，日中太陽光発電などにより十分充電されるが，ＬＥＤ点灯時間を延長するための省エネを実現する方法として，放電方向制御装置が機能する．

この放電方向制御装置は，Ａ電池が完全充電になったとき，また放電してＬＥＤの電源供給先の切り替えを要するとき，タイミングパルスを発して切り替えを行う．またＬＥＤ発光のためのパルス幅の変更も行う．

パルスを発生させるなど，照明の制御に用いるＬＳＩやマイコンなどは，安定した直流を必要とするため，Ｂ電池の劣化効果を考慮し，ＬＥＤの発光においても保護的にパルスドライブを用いる．必要な照度を得るためにはＬＥＤの数量を増すなどの方法が必要となる．

太陽電池などにより長時間Ｂ電池を充電し，さらにパルス放電を行う制御回路とＬＥＤ照明用パルスの制御回路という二つの発振回路が必要であり，図２のようにＢ電池パルスとＡ電池回路の間に平滑回路を設ける．

Ａ電池は目的の照度を満たすのに十分なだけの蓄電容量を持ち，極めて電圧降下のない十分な蓄電が可能なように，Ｂ電池から最小のパルス間隔で蓄電を行って省エネを実現し，長時間の使用に耐えるものである．

一日のうちでも一年のうちでも日照程度は大きく異なるため，図３に示すように，常に充電用電圧を検出して，Ａ電池の放電パルス間隔を自動調整し，日々の日照，季節変動に対応する特殊構造を内蔵する．

常にはＢ電池を充電するが，日照時間などの変化によって過充電が発生する場合は，発電電圧をＣ電池の充電に用いる．

Ｃ電池はＢ電池と同様の役割と特殊比較回路で常に連動し，いわゆるＢ電池のバックアップ電源として，本装置の信頼性を保証するよう構成するものである．

発明の効果

以上説明したように，本発明によれば，従来のように災害時など通電が麻痺し，人々の不安がピークとなるような場面でも，長時間の照明効果により，迅速に避難先を認識し，安全に避難行動をとることが可能となる．

本発明は従来の電池技術と制御装置の組み合わせで新たに省エネ効果の高い電源を作り得ることを示したもので，ＬＥＤを照明に用い，これを商用電源供給がない場面で長時間一定の照度を確保するのに有効である説明を行った．

実験室では１００個の直列ＬＥＤを全くのブラックアウトの状態で点灯し，１００ルクス以上の照度を７２時間持続し，さらに図１の構成のように日中の充電作用を付加することにより，電池の寿命に匹敵する期間，循環的にエネルギーを供給し，照明として利用できることを確認している．

本自立循環型省エネ電源装置をＬＥＤ照明に用いた図 ＬＥＤ発光タイミング切替による省エネ電源供給方式 本装置のバックアップ電池構成

Claims (2)

1. 充放電特性の異なる複数の異種電池を同期させ，パルス放電による省電力出力と自然エネルギーによる充電を組み合わせた循環方式で，自立的に安定的電源供給を可能とすることを特徴とした，異種電池の多重化充放電による自立循環型省エネ電源装置．
2. 請求項１の装置に関連し，夜間の照明用として複数の直列ＬＥＤを点灯させ，同時にこれらに直列接続した電池を充電して，次のタイミングでこの充電電池により別回路のＬＥＤを点灯するよう回路合成することで，省エネ電源供給を可能とする方式．

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