JP3019248B2 - バッテリーチャージャー付ポータブル電源装置 - Google Patents

バッテリーチャージャー付ポータブル電源装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電池電源の製作に
係るものである。特に太陽光を電気に変換し、変換され
た電気を蓄える二次電池を備えたバッテリーチャージャ
ー付ポータブル電源システムに関するもので、太陽光の
なくなった時間帯や日晝雨天の時間帯での充電時間を引
き延ばすことにより定電圧電池に接続した負荷回路の稼
働時間を長時間にし、実質的に２４時間負荷稼働状態に
保つことを可能にした電源システムである。
【０００２】ここで本明細書で用いる技術的語句につい
ては以下の意味で用いる。「二次電池」とは、何回も充
電放電の繰り返しを可能とした電池をいう。これに対
し、「一次電池」とは乾電池の如く、一旦蓄電された電
気を一回だけ放電し盡すことによりその電池の寿命とし
た電池をいう。
【０００３】「定電流型二次電池」とは電圧が昇降変化
しても電流値が比較的一定な二次電池をいい、後に説明
する電気二重層電池の如きコンデンサータイプの電池を
いう。また、「定電圧型二次電池」とは、電圧は一定で
あるが電流が変化し得る電池で、普通二次電池はこのタ
イプをいい、鉛蓄電池、ニッカド二次電池、リチウム二
次電池はこれに属する。
【０００４】「電気二重層電池」とは定電流型二次電池
の典型的なもので、図２として示されている如き山形の
電圧特性をもち、定電流特性はほぼフラットタイプであ
る。定電圧電池を高速で充電するのにこれを用いる理由
は後述する。
【０００５】
【従来の技術】従来の技術としては、シリコンセルから
の電気を自動車用鉛蓄電池やニッカド電池に蓄え、これ
を用いてトランジスタ機器を稼働せしめる方式がある。
しかしながらこの方式では、（１）二次電池の充放電が
４００回以下であること。（２）二次電池のうち鉛蓄電
池の電極では硫酸鉛（ＰｂＳＯ4）の絶縁層が形成さ
れ、このために充電が思うように行かない。強力な充電
をしないと硫酸鉛を分解することができない。このため
充放電２００回以下になってしまう。（３）重量が重く
なる。鉛蓄電池の場合１２Ｖ用で８ｋｇから１０ｋｇぐ
らいになる。（４）ニッカド電池、リチウム電池は充放
電回数には寿命があるのでコストが高くなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の欠陥を
改良せんとするもので二次電池の寿命を大巾に改善し、
これ迄の二次電池を連続して５年以上ほぼ永久に連続使
用することが出来るバッテリーチャージャー付ポータブ
ル電源装置を提案するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のバッテリーチャ
ージャー付ポータブル電源は、太陽光を受光し発電する
セルと、第１のダイオードを介して前記セルの後段に設
けられた電気二重層電池と、前記二重層電池の後段に設
けられ、インダクタが接続されたＤＣ−ＤＣコンバータ
と、第２のダイオードを介して前記ＤＣ−ＤＣコンバー
タの後段に設けられた定電圧型二次電池とを備え、負荷
の電源として用いられる電源装置であって、前記負荷に
対して、前記セル、前記電気二重層電池、前記ＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ、及び前記定電圧型二次電池をそれぞれ並
列に配置して構成し、前記セルが発電している際には、
発電された電気によって、前記電気二重層電池の充電、
前記定電圧型二次電池の充電、及び前記負荷の駆動をな
さしめ、前記セルが発電していない際には、前記電気二
重層電池及び前記定電圧型二次電池に蓄えられた電気に
よって、前記負荷の駆動をなさしめ、且つ、前記電気二
重層電池の電圧が前記定電圧型二次電池の電圧よりも低
くなっても、前記ＤＣ−ＤＣコンバータにより、前記電
気二重層電池に蓄えられた電気によって前記定電圧型二
次電池の充電を行うバッテリーチャージャー付ポータブ
ル電源装置である。
【０００８】日本の気象庁の発表によると日本の一年間
における一日の平均日照時間は３．８時間である。一
方、１２Ｖ用一般電池、例えば鉛二次電池、ニッカド二
次電池、リチウム二次電池の１Ｖ以下からの充電時間は
早くて４乃至６時間である。これは平均一日では充電を
完了しないことを意味する。本発明は上記の手段を講ず
ることにより、少なくとも１時間以内でセルにて発生電
力を初段の二次電池に蓄積完了し、この二次電池の蓄電
量（Ｆ＝１×Ｔ／Ｖ）を有効に活用するため、できるだ
け小電圧、例えば３Ｖ以内で、一次側を稼働し、二次側
を次段二次電池の電圧より若干高い電圧まで上昇せしめ
た上でこのパワーを次段二次電池に供給することによ
り、次段二次電池の充放電回数−普通これを二次電池の
呼吸という−を延ばすことにより（普通の二次電池の呼
吸は４００回が限度であるとされているが、その電池の
呼吸時間を長くすることにより）実質１０００回以上の
呼吸回数を可能とするもので、次段二次電池の寿命を５
年以上ほぼ永久に連続して使用することを可能にしたも
のである。尚初段の高速充電用二次電池は普通は電気二
重層電池を使用することにより、充・放電の回数はほぼ
無限とすることができる。ただ電気二重層電池の容量は
現在鉛蓄電池の１／１０程度であり、且つ放電速度も鉛
蓄電池のそれの１／６内外である。そこで太陽光が照っ
ている間は、セルから電気二重層電池への充電は３．８
時間以内に行い、オーバーフローの電流で次段の定電圧
電池を充電し、且つ負荷回路を駆動せしめ、太陽光がな
くなった夜間または雨天においては、ゆっくりと少しず
つ充電電流を次段電池に補充する方法をとり、更に次段
定電圧電池の電位よりも電気二重層電池の電圧が低くな
っても、電気二重層電池にＤＣ−ＤＣコンバーターを接
続することによって、電気二重層電池に蓄えられたエネ
ルギーを底の部分までも能率良く使うことによって更に
長時間充電可能とすることである。
【０００９】一方負荷回路を一部乃至全部デジタル化す
ることにより通常２００ｍＡ程度の電流を要する回路を
その１／１０程度にすることにより、２０ｍＡ平均とす
ることによって負荷を四六時中稼働することも出来る。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の具体例に基
づいて説明する。
【００１１】図１（ａ）に於いて、１は太陽光を電気に
変換するセルで具体的には同図（ｂ）に示す如き大きさ
で出力１６Ｖ、５．３Ｗのものを用いた。２は逆流防止
並に電圧制御用ダイオード、３はセル１と並列に接続
し、セルより送られてくる電気を蓄える高速充電用二次
電池（電気二重層電池を用いた）で、７５Ｆ、１５Ｖの
ものを用いた。４はＤＣ−ＤＣコンバータで図示のよう
にインダクタが接続されている。このＤＣ−ＤＣコンバ
ータ４は、該充電用二次電池の電圧が、次段電池８の電
圧よりも低電圧となっても動作するＤＣ−ＡＣ−ＤＣ変
換のものとした。何故こうしたかは充電用二次電池は定
電流型、いわゆるコンデンサー型で図２に示すように電
圧は山形に変化するもので、そこに含まれる電池エネル
ギーの殆どすべてを使い盡すために１７Ｖから３Ｖの範
囲内の電気エネルギーを使うためである。ＤＣ−ＤＣコ
ンバータは逆流防止並に電圧制御用ダイオード５を介し
て後段二次電池８（ニッカド電池又はリチウム電池）に
パワーを供給する。７は交流除去用のコンデンサーであ
る。９は負荷であり、例えば携帯電話等が用いられる。
【００１２】ところで、定電流型電池の充電速度を遅ら
せたり、次段定電圧型二次電池の電圧より充分に小なる
電位に於いても次段定電圧型二次電池に充電電流を供給
せしめるかは、太陽光のなくなった時間帯や日中雨天の
時間帯でも尚充電が出来るようにし、負荷回路の稼動時
間を長時間にするためである。尚６は後段二次電池から
与えられる電圧を調整する調整スイッチで、例えば、７
Ｖ、８Ｖ、９Ｖと設定するものである。
【００１３】それならば電気二重層電池は役に立たない
かというとそうではない。まず、電池の充電には定電流
での充電が必須だからである。放電は反対に定電圧型の
方が有利である。電気二重層の電圧特性は人も知るコン
デンサの特性、すなわち図２に示す如く右肩下りの低電
流型特性である。そこでセル２の出力を１５Ｖ程度にし
短時間で電気二重層電池３に蓄えるようにする。而して
電気二重層電池出力電圧の最低を３Ｖ程度とする。ちな
みに電気二重層電池３の電気容量を７５Ｆとすると
【００１４】
【数１】 と３０分以内（計算上では２７．５分）で飽和に達し、
以後２５０ｍＡｈの電流を出力側に供給する。ちなみに
純電池、例えば自動車用１２Ｖの鉛電池では５Ａで充電
しても
【００１５】
【数２】 と約３時間、２Ａ充電では７〜８時間を要することとな
り、２日間掛かりで充電しなければならないことは日頃
自動車をもつ者にとっては納得の事柄である。このよう
に電気二重層電池３は現在の容量では単独で電池として
の役割を果たすのは難しい。勿論０．００１Ａ（１ｍ
Ａ）内外の時計とか液晶製品の一部には電池として使用
出来るが１Ａ程度のトランジスタ機器に対しては難しい
のである。なぜならそれは前述の計算の如く
【００１６】
【数３】 約１５分で電池の作用がなくなるからである。勿論、太
陽が出ていれば１Ａ以上の充電がなされるのでこれでま
かなえるが、要は日没後の問題である。
【００１７】そこでどうしても純二次電池のお世話にな
らなければならない。二次電池例えばニッカド二次電池
がメイン電池として必要になってくる。ところがこの二
次電池は充放電が４００回程度が最高である。１０００
回程度のものも出来るそうであるが現在は存在しない
し、又コスト的にもまったく合わない。４００回程度の
充放電といえばせいぜい１年間か多くても２年間でだめ
になってしまう。そこでこの４００回程度の充電を充電
パワーは少ない乍ら常時行うことによって二次電池の有
効時間を実質的に長時間にしてやることである。その為
には初段の高速充電用二次電池３を電気二重層電池と
し、３０分以内で満タンにするようにする。このとき重
要なことは満タン以後の高速充電用二次電池からの充電
を如何に長時間内にするかということにつきる。
【００１８】本発明は、前記のとおり、セル１が発電し
ていない際には、前記電気二重層電池たる高速充電用二
次電池３及び前記二次電池８に蓄えられた電気によっ
て、負荷９の駆動をせしめ、且つ、前記電気二重層電池
の電圧が前記定電圧型二次電池の電圧よりも低くなって
も、ＤＣ−ＤＣコンバータ４により、前記電気二重層電
池に蓄えられた電気によって前記定電圧型二次電池の充
電を行うようにしたものである。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るバッ
テリーチャージャー付ポータブル電源装置によれば、半
導体電気機器の９０％以上のものが分散処理により各家
庭で扱うことができ、自動車のイグニッションをはじめ
とする瞬間パルス電圧、電流の供給等搬送車の電源の一
部にも長時間充電の出来る電池電源が得られるものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明のバッテリーチャージャー付ポ
ータブル電源装置の回路図、（ｂ）はセルの概略構成図
である。
【図２】電気二重層電池の電圧特性図である。
【符号の説明】
１ セル ２ 逆流防止並列電圧制御ダイオード ３ 高速充電用二次電池 ４ ＤＣ−ＤＣコンバータ ５ 逆流防止並列電圧制御ダイオード ６ スイッチ回路 ７ 交流除去用コンデンサー ８ 二次電池 ９ 負荷

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 太陽光を受光し発電するセルと、第１の
    ダイオードを介して前記セルの後段に設けられた電気二
    重層電池と、前記二重層電池の後段に設けられ、インダ
    クタが接続されたＤＣ−ＤＣコンバータと、第２のダイ
    オードを介して前記ＤＣ−ＤＣコンバータの後段に設け
    られた定電圧型二次電池とを備え、負荷の電源として用
    いられる電源装置であって、前記負荷に対して、前記セ
    ル、前記電気二重層電池、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ、
    及び前記定電圧型二次電池をそれぞれ並列に配置して構
    成し、 前記セルが発電している際には、発電された電気によっ
    て、前記電気二重層電池の充電、前記定電圧型二次電池
    の充電、及び前記負荷の駆動をなさしめ、 前記セルが発電していない際には、前記電気二重層電池
    及び前記定電圧型二次電池に蓄えられた電気によって、
    前記負荷の駆動をなさしめ、且つ、前記電気二重層電池
    の電圧が前記定電圧型二次電池の電圧よりも低くなって
    も、前記ＤＣ−ＤＣコンバータにより、前記電気二重層
    電池に蓄えられた電気によって前記定電圧型二次電池の
    充電を行うこと を特徴とするバッテリーチャージャー付
    ポータブル電源装置。
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