JP3162675U

JP3162675U - 自転車のための発電機及び電源の管理装置

Info

Publication number: JP3162675U
Application number: JP2010004442U
Authority: JP
Inventors: 金松蔡
Original assignee: 達建工業股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2009-07-30
Filing date: 2010-07-01
Publication date: 2010-09-09
Anticipated expiration: 2020-07-01
Also published as: DE202010008060U1; TWM370884U; FR2948624B3; US20110025123A1; FR2948624A3

Abstract

【課題】自転車のための、発電機及び電力の管理装置を提供する。
【解決手段】発電機７に接続される整流及びフィルタ回路１０と、該整流及びフィルタ回路と負荷との間に接続される電子スイッチセットと、該電子スイッチセットの開閉を制御する制御ユニット５０と、前記整流及びフィルタ回路の出力端子に接続された電圧測定ユニット４０と、前記電子スイッチセットを介して前記発電機及び前記負荷に接続されたエネルギー貯蔵モジュールとを含む。前記エネルギー貯蔵モジュールは複数のエネルギー貯蔵ユニットから成る。前記制御ユニットは、内蔵の充放電パラメータテーブ及び前記発電機によって生成される電力に基づいて、充電されるべき前記エネルギー貯蔵ユニットを決定し、また前記負荷に電力を供給すべくエネルギー貯蔵ユニットを選択し、これにより自転車によって発電される電力を充分に利用し、その動作効率が増大する。
【選択図】図１

Description

本考案は発電機及び電源の管理装置に関し、より具体的には、自転車のための発電機及び電源の管理を対象とする装置に関する。

携帯電話、照明、ノートパソコン、個人的なデータアシスタント、デジタルプレーヤ(MP3またはMP4)、GPS等は、すべて自転車ツアーに携行可能なアイテムである。しかし、これらの付属品のほとんどはエレクトロニクス製品に属しており、それらは普通の電池あるいは充電式電池のいずれかに動作を依存していることを意味しており、充電式電池が好まれる。これらのエレクトロニクス製品は、しばらく稼動した後、電力が使い果たされる前に充電する必要がある。しかしながら、自転車ツアーで、電源コンセントを発見することは、しばしば、砂漠で水を発見するのと同じくらい難しい。

実のところ、自転車ツアーにおいて電源を見つけることはまったく奇跡ではない。最も容易で、利用可能な電源は、自転車の発電装置であることが分かる。標準の自転車のための発電装置は、照明のための電力を供給する。長時間、夜間に乗らない限り、前記発電装置で発生する電力のほとんどが利用可能である。したがって、自転車の発電装置は、まさに自転車の前照灯以外の装置へ供給するに十分な電力を有する。具体的実現への技術は先により多くの開発を必要とするが、先の説明は単に実現可能性の模索である。前記発電機の例であれば、前記発電装置によって発生された電力はより効率的に管理されなければならず、また電力貯蔵媒体の選択は、また種々のエレクトロニクス製品の特性及び要求事項を満たすことになる。

今までのところ、既存の電力貯蔵媒体は、充電式電池、コンデンサ、ウルトラコンデンサ(又はスーパコンデンサ)などを含む。充電式電池は通常多くの貯蔵容量を有するが、過充電及び過放電による前記電池への損傷を防止するために、前記電池は充電回路及び放電制御回路の特別な設計を必要としている。ウルトラコンデンサは、分離された電荷でエネルギーを溜める。電荷を貯蔵しているエリアがより大きいほど、前記分離された電荷がより高密度になり、又は容量はより大きくなる。ウルトラコンデンサのエリアは、多孔性炭素材料に依存する。ウルトラコンデンサが従来のコンデンサに比較して大きな差異の大静電容量を有するように、材料の多孔質構造はより多くの面積を提供する。さらに、ウルトラコンデンサは、以下の利点を有する。

１．小さいサイズであるが、ファラッド級の静電容量、

２．充電回路及び放電制御回路の特別な設計が不要、充電式に比べると、ウルトラコンデンサの寿命は過充電及び過放電に影響を受けず、

３．環境保護の概念に応じた優しい電力。

ウルトラコンデンサのすべての上記した利点にもかかわらず、ウルトラコンデンサが、自転車の発電機及び電源に関して充電式電池に完全にとって代わることができることを意味しない。ウルトラコンデンサは、理想的なパワー特性で有利であるが、その蓄電量はまだ充電式電池の遙か後ろにある。

したがって、それらの特性に関する限り、従来の電力貯蔵媒体はそれぞれの分野で優れている。それらの媒体を採用する原則は、単に取り替えるのでなく、種々の電力を必要とする装置の特性を考慮して、前記電力貯蔵媒体を効率的かつ選択的に選ぶことにある。

本考案の主たる目的は、自転車のための、発電機及び電源の管理装置を提供することにある。前記装置は異なる特性を有する種々のエネルギー貯蔵ユニットを含んでおり、異なるエネルギー貯蔵ユニットを選択的に充電し、発電状態及び現実の電力消費需要に応じて適正なエネルギー貯蔵ユニットから異なる負荷を電力を選択的に供給し、これにより自転車のための前記発電機の作動効率を著しく高める。

前記した主目的を達成すべく、自転車のための、発電機及び電源の管理装置は、電力入力端子と、整流及びフィルタ回路と、電子スイッチセットと、エネルギー貯蔵モジュールと、電圧測定ユニットと、制御ユニットと、出力端子とを備える。

前記電力入力端子は発電機に接続するように適合する。前記出力端子は負荷に接続するように適合する。前記整流及びフィルタ回路は、出力端子と、前記電力入力端子に接続される入力端子とを有する。前記電子スイッチセットは、前記整流及びフィルタ回路の前記出力端子と前記電力出力端子との間に接続されている。前記エネルギー貯蔵モジュールは、前記電子スイッチセットを経て、前記整流及びフィルタ回路と前記電力出力端子とにそれぞれ接続されており、複数のエネルギー貯蔵ユニットを有する。前記電圧測定ユニットは、複数の入力端子と、１つの出力端子とを有する。前記複数の入力端子は、前記整流及びフィルタ回路の前記出力端子及び前記電力出力端子にそれぞれ接続されている。前記制御ユニットは、内蔵の充放電パラメータテーブルを有し、前記電圧測定ユニットの前記出力端子に接続されており、充放電のために前記電子スイッチセットを切り換えるべく前記エネルギー貯蔵モジュールに結合されている。

前記発電機が電源オンされると、前記制御ユニットは前記発電機が発生する電力を測定し、前記内蔵式充放電パラメータに基づいて、どのエネルギー貯蔵ユニットを充電するか、又は放電するかを決定する。前記制御ユニットは、電力消費要求を検出すると、前記内蔵式充放電パラメータに従って、要求した前記負荷に電力を供給すべく、前記スイッチを切り換えてエネルギー貯蔵ユニットを選択する。

本考案に係る第１の好適な実施例のブロック回路図であり、本考案に係る第２の好適な実施例の部分的な回路図であり、本考案に係る電子スイッチセットの第１の電子スイッチ及び第２の電子スイッチのアナログスイッチ回路図である。

以下、本考案を図示の実施例に沿って詳細に説明する。

図１を参照するに、自転車のための発電機及び電源の管理装置は、電力入力端子（IN）と、整流及びフィルタ回路１０と、電子スイッチセットと、エネルギー貯蔵モジュール３０と、電圧測定ユニット４０と、制御ユニット５０と、電力出力端子（OUT）とを備える。

整流及びフィルタ回路１０は、入力端子及び出力端子を有する。前記入力端子は、自転車に搭載された発電機７が接続される前記電力入力端子(IN)に接続されている。その結果、発電機７は、前記電力入力端子(IN)を経て電力を整流及びフィルタ回路１０に供給する。

本実施例では、前記電子スイッチセットは、整流及びフィルタ回路１０の前記出力端子及び前記出力端子(OUT)間でそれぞれ接続された第１の電子スイッチ２１及び第２の電子スイッチ２２を有する。第１及び第２の電子スイッチ２１、２２は、常開放スイッチであり、制御ユニット５０によりスイッチのオン、オフを制御される。図３を参照するに、第１及び第２の電子スイッチ２１、２２のそれぞれに関連した詳細な回路図が示されている。制御電流入力端子の電圧が高いと、スイッチ電流入力端子とスイッチ電流出力端子との間のスイッチは閉接し、そして前記スイッチ電流入力端子からの電流は前記スイッチ電流出力端子に流れる。前記制御電流入力端子の電圧が低いと、前記スイッチ電流入力端子と前記スイッチ電流出力端子との間の前記スイッチは開放され、いかなる電流も前記スイッチ電流入力端子から前記スイッチ電流出力端子に流れない。

エネルギー貯蔵モジュール３０は、複数のエネルギー貯蔵ユニット３１〜３３を有する。エネルギー貯蔵ユニット３１〜３３は、二次電池、コンデンサ及びウルトラコンデンサ、又は電池アレイ、コンデンサアレイ及びウルトラコンデンサアレイの１つとすることができる。エネルギー貯蔵モジュール３０のエネルギー貯蔵ユニット３１〜３３の1つは、充電のために、制御ユニット５０により第１の電子スイッチ２１を通して選択される。エネルギー貯蔵モジュール３０のエネルギー貯蔵ユニット３１〜３３の1つは、放電のために、制御ユニット５０により第２の電子スイッチ２２を通して選択される。負荷６０が前記電力出力端子に接続されているので、前記発電機及び電源の管理装置は、エネルギー貯蔵モジュール３０から負荷６０へ電力を供給する。

電圧測定ユニット４０の入力端子は、整流及びフィルタ回路１０からの入力電圧及び前記電力出力端子からの出力電圧を測定し、対応する測定電圧信号を出力するために、整流及びフィルタ回路１０の出力端子と整流及びフィルタ回路１０の出力端子と、前記電力出力端子とにそれぞれ接続されている。制御ユニット５０は、電圧測定ユニット４０から測定された電圧信号を取得するために、電圧測定ユニット４０の出力端子に接続されている。制御ユニット５０は、該制御ユニット５０に記憶された電圧値を取得するために、またエネルギー貯蔵ユニット３１〜３３の出力端子に接続されている。したがって、制御ユニット５０は、電圧測定ユニット４０を介して、発電機７からの入力電圧と、前記電力出力端子(OUT)の出力電圧とを取得することができ、またエネルギー貯蔵ユニット３１〜３３の前記電圧を取得することができる。制御ユニット５０は、エネルギー貯蔵ユニット３１〜３３のいずれの１つが発電機７によって生成された前記電力によって充電されるかを決定する。エネルギー貯蔵ユニット３１〜３３の電力貯蔵状態に応じて、エネルギー貯蔵ユニット３１〜３３の１つが、負荷６０へ電力を供給すべく、第２の電子スイッチ２２の制御によって選択的に前記電力出力端子(OUT)に接続される。

図２を参照するに、自転車のための、発電機及び電源の管理装置は、電力入力端子(IN)と、整流及びフィルタ回路１０と、電子スイッチセットと、エネルギー貯蔵モジュール３０と、電圧測定ユニット４０と、制御ユニット５０と、出力端子(OUT)とを有する。前記装置は、基本的に、前記第１実施例と同様な構成要素を有するが、より詳細に説明がなされている。前記装置は、エネルギー貯蔵モジュール３０、電圧測定ユニット４０及び制御ユニット５０間の接続が前記第１実施例と異なる。電圧測定ユニット４０は、２つの電圧測定バッファ４１、４２を有する。一方の電圧測定バッファ４１の入力端子は、整流及びフィルタ回路１０の前記出力端子及び第１の電子スイッチ２１の前記出力端子にそれぞれ接続されている。他方の電圧測定バッファ４２の入力端子は、第２の電子スイッチ２２の前記出力端子及び負荷バッファ５４の前記出力端子にそれぞれ接続されている。制御ユニット５０は、内蔵の充放電パラメータテーブルを有するマイクロプロセッサ５３を含む。前記充放電パラメータテーブルは、各エネルギー貯蔵ユニット３１〜３３の充電及び放電のパラメータを記憶する。本実施例では、マイクロプロセッサ５３は、電圧測定バッファ４１、４２の出力端子に接続される複数の入力端子を有し、電圧測定ユニット４０からの測定電圧信号をデジタル信号に変換すべく複数のアナログ−デジタル変換器(ADC)に接続されている。したがって、マイクロプロセッサ５３は、整流及びフィルタ回路１０からの入力電圧と、前記電力出力端子(OUT)と、エネルギー貯蔵ユニット３１〜３３からの前記出力電圧とを取得することができる。マイクロプロセッサ５３は、さらに複数のI／Oバッファ５１、５２を有し、該バッファは第１の電子スイッチ２１と、マイクロプロセッサ５３との間及び第２の電子スイッチ２２とマイクロプロセッサ５３との間にそれぞれ接続されている。第１及び第２の電子スイッチ２１、２２は、複数の常開放アナログスイッチから構成されている。図３を参照するに、図２に破線で表示された前記アナログスイッチのそれぞれは、第１のトランジスタ２３及び第２のトランジスタ２４を有する。第１のトランジスタ２３はＢＪＴ（バイポーラジャンクショントランジスタ）であり、第２のトランジスタはＭＯＳＦＥＴである。第１のトランジスタ２３のベースは制御電流入力端子（Ｃ）であり、該トランジスタのコレクタは、第２のトランジスタ２４のゲートに接続されており、また抵抗器(100K)を経て第２のトランジスタ２４のソース及びスイッチ電流入力端子（Ａ）に接続されている。第２のトランジスタ２４のドレインはスイッチ電流出力端子（Ｂ）である。

前記アナログスイッチが第１の電子スイッチ２１に用いられる場合、スイッチ電流入力端子（Ａ）は整流及びフィルタ回路１０に接続され、スイッチ電流出力端子（Ｂ）は電圧測定バッファ４１に接続され、制御電流入力端子（Ｃ）はI／Oバッファ５１に接続される。したがって、I／Oバッファ５１から制御電流入力端子（Ｃ）に出力される信号が高い（high）とき、スイッチ電流出力端子（Ｂ）を経てスイッチ電流入力端子（Ａ）から電圧測定バッファ４１に電流が流れるように、第２のトランジスタ２４はスイッチが入る。I／Oバッファ５１から制御電流入力端子（Ｃ）に出力される信号が低い（low）とき、第１のトランジスタ２３及び第２のトランジスタ２４はすべてスイッチが切れ、いかなる電流もスイッチ電流入力端子（Ａ）からスイッチ電流出力端子（Ｂ）に流れない。

前記アナログスイッチが第１の電子スイッチ２２のために使われる場合、スイッチ電流入力端子（Ａ）は電圧測定バッファ４１に接続され、スイッチ電流出力端子（Ｂ）は負荷バッファ５４に接続され、制御電流入力端子（Ｃ）はI／Oバッファ５２に接続される。したがって、I／Oバッファ５２から制御電流入力端子（Ｃ）に出力される信号が高い（high）とき、スイッチ電流出力端子（Ｂ）を経てスイッチ電流入力端子（Ａ）から電圧測定バッファ４２に電流が流れるように、第２のトランジスタ２４はスイッチが入る。I／Oバッファ５２から制御電流入力端子（Ｃ）に出力される信号が低い（low）とき、第１のトランジスタ２３及び第２のトランジスタ２４はすべてスイッチが切れ、いかなる電流もスイッチ電流入力端子（Ａ）からスイッチ電流出力端子（Ｂ）に流れない。

前記スイッチの制御電流入力端子は、I／Oバッファ５１、５２を経てマイクロプロセッサ５３の前記出力端子に接続されており、マイクロプロセッサ５３で制御を受ける。負荷バッファ５４は、第２の電子スイッチ２２と前記電力出力端子(OUT)との間に実装される。負荷バッファ５４はI／Oバッファ５２を経てマイクロプロセッサ５３に接続されている。内蔵の充放電パラメータテーブルにおける電圧値と、エネルギー貯蔵ユニット３１〜３３の電圧値との比較の協力で、マイクロプロセッサ５３は、いずれのエネルギー貯蔵ユニット３１〜３３が発電機７によって発生された電力によって充電されるかを決定する。エネルギー貯蔵ユニット３１〜３３の電力貯蔵状態に応じて、該エネルギー貯蔵ユニット３１〜３３の1つは電力供給のために、前記電力出力端子OUTに選択的に接続される。

前述の説明は本考案の実質的な構造に関連する。動作概念は次の通り詳細に記載される。

前記発電機が動作し始めると、制御ユニット５０のマイクロプロセッサ５３は発電機７によって発生する電力及びエネルギー貯蔵ユニット３１〜３３の電力貯蔵状態をそれぞれ電圧測定バッファ４１、４２を通して測定する。内蔵の充放電パラメータテーブルとの協力でマイクロプロセッサ５３は第１の電子スイッチ２１の前記アナログスイッチの1つのスイッチを入れ、対応する前記エネルギー貯蔵ユニットを充電することを決める。電力消費の要求を検出すると、マイクロプロセッサ５３は、電力を負荷６０に供給すべく、適切なエネルギー貯蔵ユニット３１〜３３を選ぶために、エネルギー貯蔵ユニット３１〜３３の電力貯蔵状態、充放電パラメータ及び負荷状態に応じて第２の電子スイッチ２２の１つのアナログスイッチを入れる。前記した回路によって、自転車からの前記発電機は、異なる負荷の電力消費要求を満たし、その動作効率を高める。

７発電機
１０整流及びフィルタ回路
２１第１の電子スイッチ
２２第２の電子スイッチ
２３第１のトランジスタ
２４第２のトランジスタ
３０エネルギー貯蔵モジュール
３１〜３３エネルギー貯蔵ユニット
４０電圧測定ユニット
４１、４２電圧測定バッファ
５０制御ユニット
５１、５２ I／Oバッファ
５３マイクロプロセッサ
５４負荷バッファ
６０負荷

Claims

自転車のための、発電機及び電源の管理装置であって、
発電機に接続されるように適合された電力入力端子と、
負荷に接続されるように適合された電力出力端子と、
出力端子と前記電力入力端子に接続される入力端子とを有する整流及びフィルタ回路と、
該整流及びフィルタ回路の前記出力端子と前記電力出力端子との間に接続される電子スイッチセットと、
該電子スイッチセットを経て前記整流及びフィルタ回路と前記電力出力端子に接続され、複数のエネルギー貯蔵ユニットを有するエネルギー貯蔵モジュールと、
複数の入力端子及び１つの出力端子を有し、前記複数の入力端子のそれぞれが前記整流及びフィルタ回路の前記出力端子と前記電力出力端子とに接続される電圧測定ユニットと、
内蔵の充放電パラメータテーブルを有し、前記電圧測定ユニットの前記出力端子に接続され、充電及び放電のために前記電子スイッチセットを切り換えるべく前記エネルギー貯蔵モジュールに結合された制御ユニットとを含む、管理装置。
前記制御ユニットは前記エネルギー貯蔵モジュールに直接に接続されている、請求項１に記載の管理装置。
前記制御ユニットは前記電圧測定ユニットを経て前記エネルギー貯蔵モジュールに接続されている、請求項１に記載の管理装置。
前記電子スイッチセットは、前記整流及びフィルタ回路の前記出力端子及び前記電力出力端子にそれぞれ接続された第１の電子スイッチ及び第２の電子スイッチを含み、
前記制御ユニットは、
複数のアナログ−デジタルコンバータと、
出力端子と、
前記第１の電子スイッチと前記マイクロプロセッサとの間及び前記第２の電子スイッチと前記マイクロプロセッサとの間にそれぞれ接続された複数のI／Oバッファとを含む、請求項３に記載の管理装置。
前記第１の電子スイッチ及び第２の電子スイッチは、複数の常開放アナログスイッチとを有し、該各アナログスイッチのスイッチ制御端子は、対応する前記I／Oバッファを通して前記マイクロプロセッサの前記出力端子に接続されている、請求項４に記載の管理装置。
さらに前記第２の電子スイッチと前記電力出力端子との間に設けられる負荷バッファであって前記マイクロプロセッサと前記第２の電子スイッチとの間に接続された前記I／Oバッファを経て前記マイクロプロセッサに接続され、該マイクロプロセッサにより制御を受ける負荷バッファを含む、請求項５に記載の装置。
前記電圧測定ユニットは、
前記整流及びフィルタ回路の前記出力端子と前記第１の電子スイッチの出力端子にそれぞれ接続された入力端子を有する第１の電圧測定バッファと、
前記第２の電子スイッチの出力端子と前記負荷バッファの出力端子にそれぞれ接続された入力端子を有する第２の電圧測定バッファとを含む、請求項６に記載の管理装置。
前記エネルギー貯蔵ユニットは、二次電池、コンデンサ及びウルトラコンデンサの１つである、請求項７に記載の管理装置。
前記第１の電子スイッチの各アナログスイッチは、第１のトランジスタ及び第２のトランジスタを備え、前記第１のトランジスタはＢＪＴであり、前記第２のトランジスタはＭＯＳＦＥＴであり、前記第１のトランジスタのベースは対応する前記I／Oバッファに接続された制御電流入力端子であり、前記第１のトランジスタのコレクタは、前記第２のトランジスタのゲートに接続され、また抵抗器を経て前記第２のトランジスタのソース及び前記整流及びフィルタ回路の出力端子に接続されており、前記第２のトランジスタのドレインは前記第１の電圧測定バッファに接続されている、請求項７に記載の管理装置。