JP2012501063A

JP2012501063A - 一体型太陽電池を備えた二次電池

Info

Publication number: JP2012501063A
Application number: JP2011525184A
Authority: JP
Inventors: ジョーダン、トドロフ、ブーリルコフ; デービッド、エヌ．クライン
Original assignee: ザジレットカンパニー
Priority date: 2008-09-02
Filing date: 2009-08-27
Publication date: 2012-01-12
Also published as: EP2321864A1; WO2010027885A1; CN102138234A; US20100052603A1; BRPI0918287A2

Abstract

電池ハウジング（例えば、缶）と、ハウジング内の二次電池セルと、電池ハウジング上に配置され、かつ二次電池セルと電気的に接続された１つ以上の太陽電池を含む充電器回路とを備えた二次電池を提供する。太陽エネルギーを使用した、電池の再充電方法も提供する。

Description

本発明は、二次電池に関する。

小型電子機器のランタイムは、これらの装置への電力供給に使用される電池の容量によって制限されている。一般に、電池パックは、電池及び／又は装置を、外部ＡＣ又はＤＣ電源から電力を受容する充電器に接続することにより再充電される。ある場合に、二次電池は、太陽発電による充電器、例えば一連の太陽電池により充電される。

殆どの電池充電器は、装置内で電池を使用するのに先だって、電池を充電するいくつかのユーザのなんらかの計画及び相互作用を必要とし、充電なしで使用の準備ができている一次（使い捨て）電池と比較して、二次電池を利便性の低いものとしている。

本明細書では、一体型の太陽充電器、例えば電池ラベルに組み込まれた太陽電池を備えた二次電池を開示する。これは、別個の充電器又はユーザ相互作用の必要性を有さずに、単に電池を充電に十分な時間中、光にさらすことを維持することによる電池の再充電を可能にする。

ある場合に、ユーザは、必要数の電池を装置内に保持し、かつ同一数の交換用電池を光に暴露される位置に保持することができ、そのため交換用電池は再充電され、かつ必要なときに使用の準備ができている。装置内の電池と交換用電池とは、必要に応じて相互に循環されることができる。この使用パターンは、断続的な使用及び時たまの電池交換（月に１回以下）を有する装置、例えばフラッシュ、デジタルカメラ、リモコン、玩具等では特に良好に働く。

一態様において、本発明は、（ａ）電池ハウジングと、（ｂ）ハウジング内の１つ以上の二次電池セルと、（ｃ）電池ハウジング上に配置され、かつ二次電池セルと電気的に接続された１つ以上の太陽電池を含む充電器回路と、を備えた二次電池に関する。

一部の実施態様には、以下の特徴の１つ又は複数を包含することができる。回路は、１つ以上の太陽電池に直列であるダイオードを更に含む。太陽電池は、電池ハウジングに取り付けられたラベル上に配置され、例えばラベル上に印刷され又はラベルに取り付けられている。代替的に、太陽電池は、ハウジング表面上に直接配置されてもよい。回路は、太陽電池を電池セルの端子に接続する印刷リード線を更に含む。回路は、３〜５個の太陽電池を含む。太陽電池は、電池ハウジングの周りに周囲方向に配置されたリングの形態を有する。回路は、追加のダイオードを直列で更に含んで暗電流を防止する。太陽電池（１つ又は複数）は、約１．５〜３．５Ｖの総電圧を生成する。太陽電池（１つ又は複数）は、約０．１〜３０ｍＡの総電流を生成する。ラベルは、透明又は半透明の部分を含む。例えば、ラベルは、半透明又は透明の層を有する多層積層体を含んでもよい。ある場合に、多層積層体は、半透明又は透明層の下に存在する第２の層を含み、太陽電池（１つ又は複数）は第２の層上に用意される。多層積層体は、ある場合に、半透明又は透明層の下に存在する複数個の層を含んでもよく、下に存在する２つ以上の層上に太陽電池（１つ又は複数）が用意されて効率を高めることができる。

別の態様において、本発明は、二次電池の充電方法に関する。本方法は、（ａ）電池ハウジングと、前記ハウジング内の二次電池セルとを含む電池を用意し、（ｂ）二次電池セルと電気的に接続された１つ以上の太陽電池を電池ハウジング上に用意し、（ｃ）太陽電池が電気を生成するのに十分な光に電池をさらす、ことを含む。

一部の実施態様には、以下の特徴の１つ又は複数を包含することができる。本方法は、太陽電池（１つ又は複数）に直列であるダイオードを用意することを更に含む。太陽電池（１つ又は複数）の用意は、電池ラベル上に太陽電池（１つ又は複数）を印刷することを含む。電池ハウジングは、任意の所望の形、例えば矩形、円筒形、卵形及び角柱形からなる群より選択される形を有してもよい。本方法は、１つ以上の他のデバイス、例えば燃料計、電力検査装置、（例えば、無線充電用の）印刷誘導ピックアップコイル、（例えば、無線電池判別用の）印刷ＲＦＩＤ、及びサイクル寿命表示器を電池ラベル上に印刷することを更に含む。

本発明の１つ以上の実施形態の詳細を添付図面及び以下の説明に示す。本発明の他の特徴及び利点は、説明及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかになる。

二次電池の側面略図。充電器回路の概略図。

様々な図面における同様の参照記号は同様の要素を示す。

本明細書に開示する電池は、一体型の太陽充電器と共に提供される。充電器は電池の一部であり、別個の充電器の必要性を回避する。太陽充電器は、電池表面上に配置され、かつ直列に接続された１つ以上の太陽電池、好ましくは複数個の太陽電池を含む。一般に、電池はラベルを含み、太陽電池は、それらの太陽電池をラベル上に印刷し又はラベルに取り付けることによってラベル上に用意される。

一部の実施態様では、例えば図１に示すように、太陽電池は電池ラベル１２上のリング１０として印刷され、前記ラベルは、下に存在する電池ハウジング又は「缶」（図示せず）上に装着されている。これらのリング形状の太陽電池は、直列に接続されている。リング形は、充電中の入射光の方向、又は電池の配向に関わらず電池を充電できるため一般に好ましい。ラベルは、例えば３〜５個の太陽電池を含んでもよい。ラベル上にダイオード１４も印刷され、太陽電池と直列に接続されている。太陽電池及びダイオードは、プラスチック・エレクトロニクス（当技術分野で「有機太陽光発電」又は「プリンタブル・エレクトロニクス」とも称される）の形態、又は可撓性を有する任意の所望の薄いシート形態を有する。印刷ワイヤ１６、１８は、それぞれダイオード及び太陽電池を電池端子に接続する。

回路の表面積は、一般にラベルの一部のみに及び、電池ラベル上に通常提供される画像及び情報のための場所を残す。例えば、ラベル面積２０ｃｍ^２を有する単３セルの場合、回路は約１０ｃｍ^２以下に及んでもよい。図１に示すように、一部の実施態様において、回路は電池の長さに沿って片側に配置される一方、画像及び文章（図示せず）は、電池の長さの一部に沿って反対側に配置される。一部の実施態様において、ラベル材料は半透明又は透明の層又は範囲を含み、電池ラベルの同一範囲内で回路と画像／文字とが共存することを可能にする。

例えば、ラベルは、ラベル画像及び文章を支持する透明又は半透明層を有する積層多層フィルムであってもよく、前記透明又は半透明層の下に存在する層は、この層上に印刷された１つ以上の太陽電池を有する。反対に、太陽電池は透明又は半透明フィルム上に印刷されてもよく、太陽電池自体が半透明であってもよく、そのため下に存在する文章及び／又は画像を太陽電池を通して見ることができる。代替的に、ラベルは、電池情報が片面に印刷され、太陽電池が他方の面に印刷された単一層からなる透明又は半透明フィルムであってもよい。

図２に示すように、回路は、任意の光（室内又は屋外）の下での太陽電池の電圧から、ダイオードを横切る電圧降下を減算したものが、実質的に二次電池の最適なトリクル充電電圧以上であるように（例えば、１個のＮｉＭＨセルの場合、１．４〜１．５Ｖ）調整されることが好ましい。したがって、Ｖ_太陽電池−Ｖｆ_{ダイオード}＞＝Ｖｃｈ_電池である。

上記の等式によれば、ダイオードの電圧降下が０．３〜０．７Ｖの場合、太陽電池の組み合わせ電圧は、一般におよそ２Ｖ以上でなければならない。これは例えば、直列に接続されている３〜５個のケイ素太陽電池（例えば、光の状態及び負荷に応じて０．４〜０．７Ｖ／セル）を使用して達成することができる。

電池の過充電の危険性は、太陽電池の電流（０．１〜２０ｍＡ）が非常に小さいため、最小限〜無である（例えば、単３ＮｉＭＨセルは５０ｍＡ迄の充電電流に無期限に耐え得る）。同じ理由により、回路内に限流抵抗器は必要としない。ダイオードは、逆（暗）電流が太陽電池を介して二次電池を放電させることを防止する。

回路は、上述したように、ラベル上の印刷ワイヤによって電池端子に接続されてもよく、導電性接着剤が、ラベルが終わる箇所である正極に接続を提供する。電池ケース自体は、一般にセルの負極である。

一部の実施態様において、ＮｉＭＨ単３セル（２０００ｍＡｈ定格容量低自己放電タイプ）に関する充電時間は、直射日光下で１週間以下である。充電は、より少量の光を用いてより長時間を要し、例えば明るい部屋内で３〜５週間、室内にて光源から離れて１年迄であろう。

本発明の多数の実施形態を記載してきた。しかし、本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく、様々な変更が行われてもよいと理解されるであろう。

例えば、太陽電池は、リング以外の形態を有してもよい。一部の実施態様において、太陽電池は、可撓性ソーラーモジュールの形態を有してもよい。そのようなモジュールは、薄フィルム印刷太陽電池を支持する可撓性プラスチックシートを含む。

一部の実施態様において、追加のダイオード又はトランジスタスイッチを直列で提供して、暗電流による放電を防止又は最小限にしてもよい。そのような場合、追加の太陽電池を含んで、ダイオードを横切る電圧損失を補償してもよい。

任意の所望の太陽電池の数を使用することができ、セルの総電圧及び表面積は、特定のセルサイズ及び充電速度のための所望のトリクル充電に基づいて調整される。

一部の実施態様において、太陽電池、及び／又は回路の他の構成要素は、ラベル上に印刷されるのではなく、ラベルに取り付けられる。また、電池ハウジング（缶）がラベルを含まない場合、回路は電池ハウジングの外部に直接印刷され、又は直接取り付けられてもよい。

一部の実施態様において、電池ラベルは、例えば熱収縮チューブであってもよい。

したがって、その他の実施形態も、以下の特許請求の範囲の範疇にある。

Claims

二次電池であって、
電池ハウジングと、
前記ハウジング内の１つ以上の二次電池セルと、
前記電池ハウジング上に配置されて前記二次電池セルと電気的に接続された１つ以上の太陽電池を含む充電器回路と、
を備えた二次電池。
前記回路が、前記１つ以上の太陽電池に直列であるダイオードを更に含む、請求項１に記載の電池。
前記太陽電池が、前記電池ハウジングに取り付けられたラベル上に配置されている、請求項１に記載の電池。
前記太陽電池が前記ラベル上に印刷されている、請求項３に記載の電池。
前記回路が、前記太陽電池を前記電池セルの端子に接続する印刷リード線を更に含む、請求項１に記載の電池。
前記回路が３〜５個の太陽電池を含む、請求項１に記載の電池。
前記太陽電池が、前記電池ハウジングの周りに周囲方向に配置されたリングの形態を有する、請求項１に記載の電池。
前記回路が、追加のダイオードを直列で更に含んで暗電流を防止する、請求項２に記載の電池。
前記太陽電池（１つ又は複数）が約１．５〜３．５Ｖの総電圧を生成する、請求項１に記載の電池。
前記太陽電池（１つ又は複数）が約０．１〜３０ｍＡの総電流を生成する、請求項１に記載の電池。
前記太陽電池が前記ラベルに取り付けられている、請求項３に記載の電池。
前記ラベルが半透明又は透明の部分を含む、請求項３に記載の電池。
前記ラベルが、半透明又は透明の層を有する多層積層体を含む、請求項１２に記載の電池。
前記多層積層体が、前記半透明又は透明の層の下に存在する第２の層を含み、前記太陽電池（１つ又は複数）は前記第２の層上に提供される、請求項１３に記載の電池。
二次電池の充電方法であって、
電池ハウジング及び前記ハウジング内の二次電池セルを含む電池を用意することと、
前記二次電池セルと電気的に接続された１つ以上の太陽電池を前記電池ハウジング上に用意することと、
前記太陽電池が電気を生成するのに十分な光に前記電池をさらすことと、
を含む方法。