JP3716300B2 - 電池有効利用回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、並列に接続された２のｎ乗（ｎ：正の整数）個の電池を有効に利用する電池有効利用回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複数のバッテリや乾電池を、並列に接続して例えば光源用電源として用いる場合、電池が消耗すると、たとえそれぞれの電池に容量が残存していたとしても、光源を点灯させた時の光量は光源としての活用に耐えない程度のものとなるため、従来このような場合は、電池が寿命であるとして、並列接続していた複数の電池をすべて廃却処分としていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のように、光源を点灯させることができないという理由で、並列接続していた複数の電池を廃却していたのでは、それぞれの電池には未だ容量が残存しているため、エネルギを有効に活用しているとは言えず、無駄が発生していた。また、電池交換に至る寿命も十分とは言えないのが現状であった。
【０００４】
この発明は上記に鑑み提案されたもので、全ての電池を均等にほぼ最後まで使い切ることができ、エネルギを有効に活用して無駄をなくし、また電池としての寿命も延ばすことができる電池有効利用回路を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、並列に接続された２のｎ乗個（ｎ：正の整数）の電池を有効に利用する電池有効利用回路において、上記２のｎ乗個の電池を２個宛の対としたときの２の（ｎ−１）乗個の対毎に設けられ、その対をなす２個の電池をスイッチ機構の切り替え前に並列にするとともに、切り替えによってその２個並列電池を直列にして２個直列電池を形成する２個直列電池形成手段と、ｍを２から始まってｎまで１宛順次増大する変数とするとき、２の（ｍ−１）乗個直列電池の２組をスイッチ機構の切り替え前には並列にするとともに、切り替えによってその並列の２の（ｍ−１）乗個直列電池同士を直列にして２のｍ乗個直列電池を形成する２のｍ乗個直列電池形成手段と、を備え、２個直列形成手段および２のｍ乗個直列電池形成手段の各々は、電池消耗の初期段階ではスイッチ機構が切り替えられる前の状態にあって２のｎ乗個の電池は並列になっており、電池消耗の進行段階に応じて先ず最初に２個直列形成手段のスイッチ機構を切り替え、続いて順次２のｍ乗個直列電池形成手段（ｍ：２から始まってｎまで１宛順次増大する変数）のスイッチ機構を切り替えることによって、全ての電池をほぼ均等に消尽することを特徴としている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【０００７】
図１はこの発明の電池有効利用回路の一例を模式的に示す図である。図において、この発明の電池有効利用回路１は、並列に接続された複数個の電池をほぼ均等に消尽することを可能にした回路であり、ここでは、複数個の電池として８個（２の３乗個）のバッテリ１１，１２，…，１７，１８を用いる場合について説明する。
【０００８】
８個のバッテリ１１〜１８は２個宛の対となっており、バッテリ１１，１２が対Ｐ１、バッテリ１３，１４が対Ｐ２，バッテリ１５，１６が対Ｐ３，バッテリ１７，１８が対Ｐ４を構成し、この対Ｐ１，Ｐ２が上位の対Ｐ５を、また対Ｐ３，Ｐ４が上位の対Ｐ６を構成している。そして、対Ｐ５，Ｐ６がさらに上位の対Ｐ７を構成している。
【０００９】
対Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７にはそれぞれスイッチ機構Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７が設けられている。スイッチ機構Ｓ１は切り替え部材Ｓ１ａ，Ｓ１ｂを有し、切り替え部材Ｓ１ａはバッテリ１１，１２の正極同士を接続し、切り替え部材Ｓ１ｂはその負極同士を接続している。以下、同様に、スイッチ機構Ｓ２は切り替え部材Ｓ２ａ，Ｓ２ｂを有し、切り替え部材Ｓ２ａはバッテリ１３，１４の正極同士を接続し、切り替え部材Ｓ２ｂはその負極同士を接続している。スイッチ機構Ｓ３は切り替え部材Ｓ３ａ，Ｓ３ｂを有し、切り替え部材Ｓ３ａはバッテリ１５，１６の正極同士を接続し、切り替え部材Ｓ３ｂはその負極同士を接続している。また、スイッチ機構Ｓ４は切り替え部材Ｓ４ａ，Ｓ４ｂを有し、切り替え部材Ｓ４ａはバッテリ１７，１８の正極同士を接続し、切り替え部材Ｓ４ｂはその負極同士を接続している。
【００１０】
さらに、スイッチ機構Ｓ５は切り替え部材Ｓ５ａ，Ｓ５ｂを有し、切り替え部材Ｓ５ａは対Ｐ１，Ｐ２の正極同士を接続し、切り替え部材Ｓ５ｂはその負極同士を接続している。スイッチ機構Ｓ６は切り替え部材Ｓ６ａ，Ｓ６ｂを有し、切り替え部材Ｓ６ａは対Ｐ３，Ｐ４の正極同士を接続し、切り替え部材Ｓ６ｂはその負極同士を接続している。そして、スイッチ機構Ｓ７は切り替え部材Ｓ７ａ，Ｓ７ｂを有し、切り替え部材Ｓ７ａは対Ｐ５，Ｐ６の正極同士を接続し、切り替え部材Ｓ７ｂはその負極同士を接続している。
【００１１】
このような回路構成の基で、バッテリ１１〜１８は、並列に正極同士、負極同士が接続され、その正極側と負極側との間に負荷として、ここではモータ２が接続されている。
【００１２】
上記構成の電池有効利用回路１において、各バッテリ１１〜１８が消耗し、モータ２が駆動しなくなったとき、この実施形態では、第２段階としてスイッチ機構Ｓ１〜Ｓ４を切り替え、図２の回路構成を形成する。すなわち、図２に示すように、スイッチ機構Ｓ１の切り替え部材Ｓ１ａ，Ｓ１ｂを切り替えて互いに接続し、またスイッチ機構Ｓ２の切り替え部材Ｓ２ａ，Ｓ２ｂを切り替えて互いに接続し、さらにスイッチ機構Ｓ３の切り替え部材Ｓ３ａ，Ｓ３ｂを切り替えて互いに接続し、スイッチ機構Ｓ４の切り替え部材Ｓ４ａ，Ｓ４ｂを切り替えて互いに接続する。
【００１３】
このように、スイッチ機構Ｓ１〜Ｓ４は、その切り替えによって、対をなす２個のバッテリを直列に接続して２個組バッテリ（２個直列バッテリ）とし、それによって、対Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、それぞれ直列構成の２個組バッテリに変化する。例えば、スイッチ機構Ｓ１は、対Ｐ１をなす２個のバッテリ１１，１２を並列にするとともに、切り替えによってその２個のバッテリ１１，１２を直列に接続して２個組バッテリを形成するようになる。
【００１４】
この対Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の２個組バッテリは、合計で４個形成され、それらは互いに並列に接続されている。そして、各２個組バッテリは、１個のバッテリの残存容量に基づく各バッテリ電圧を２個分加算して出力するので、モータ２は再び駆動可能となる。
【００１５】
次に、図２の回路構成の下で、各バッテリ１１〜１８がさらに消耗し、モータ２が駆動しなくなったとき、この実施形態では、第３段階としてスイッチ機構Ｓ５，Ｓ６を切り替え、図３の回路構成を形成する。すなわち、図３に示すように、スイッチ機構Ｓ５の切り替え部材Ｓ５ａ，Ｓ５ｂを切り替えて互いに接続し、またスイッチ機構Ｓ６の切り替え部材Ｓ６ａ，Ｓ６ｂを切り替えて互いに接続する。
【００１６】
このように、スイッチ機構Ｓ５は、それまで並列であった対Ｐ１の２個組バッテリと対Ｐ２の２個組バッテリとを、その切り替えによって、直列に接続して４個のバッテリからなる４個組バッテリ（４個直列バッテリ）とする。また、同様に、スイッチ機構Ｓ６は、それまで並列であった対Ｐ３の２個組バッテリと対Ｐ４の２個組バッテリとを、その切り替えによって、直列に接続して４個のバッテリからなる４個組バッテリとする。
【００１７】
この対Ｐ５，Ｐ６の４個組バッテリは、互いに並列に接続されている。そして、各４個組バッテリは、２個組バッテリの残存容量に基づく各バッテリ電圧を２つ分加算して出力するので、モータ２は再度駆動可能となる。
【００１８】
次に、図３の回路構成の下で、各バッテリ１１〜１８がさらに消耗し、モータ２が駆動しなくなったとき、この実施形態では、第４段階としてスイッチ機構Ｓ７を切り替え、図４の回路構成を形成する。すなわち、図４に示すように、スイッチ機構Ｓ７の切り替え部材Ｓ７ａ，Ｓ７ｂを切り替えて互いに接続する。
【００１９】
このように、スイッチ機構Ｓ７は、それまで並列であった対Ｐ５の４個組バッテリと対Ｐ６の４個組バッテリとを、その切り替えによって、直列に接続して８個のバッテリからなる８個組バッテリ（８個直列バッテリ）とする。
【００２０】
この対Ｐ７の８個組バッテリは、すべてのバッテリ１１〜１８を直列に接続した構成を備え、４個組バッテリの残存容量に基づく各バッテリ電圧を２つ分加算して出力するので、モータ２は再度駆動可能となる。
【００２１】
図５はスイッチ機構の具体例を示す図である。この図では、スイッチ機構Ｓ１を例として挙げている。スイッチ機構としては、例えばこの図に示すように、６点スイッチ２０を採用すればよい。この６点スイッチ２０の操作レバー２１が切り替え部材Ｓ１ａ、Ｓ２ｂに相当し、この操作レバー２１を一方に倒すと、図５（ｃ）に示すように、対Ｐ１のバッテリ１１，１２は並列となり、他方に倒すと、図５（ｄ）に示すように、対Ｐ１のバッテリ１１，１２は直列となり、２個組バッテリを形成するようになる。
【００２２】
なお、ここでは、スイッチ機構として６点スイッチのような力学的スイッチを挙げて説明したが、力学的スイッチだけでなく、スイッチング素子のような電気的に作動するスイッチを活用し、電気回路に組み込むようにしてもよい。
【００２３】
また、スイッチ機構としてスイッチング素子を用いた場合、マイコンを用いてその動作を制御し、例えばモータが駆動しなくなると、マイコンがそれを認識し、スイッチング素子を作動させて次の段階のバッテリ並列構成へと自動的に移行させるように構成してもよい。そのようにすることで、人手を介することなく、自動的にバッテリがほぼ完全に消耗するまで使用できるようになる。
【００２４】
以上述べたように、この発明の実施形態では、始めはすべてのバッテリ１１〜１８を並列にしてモータ２を駆動させ、モータ２が駆動しなくなると、互いに並列の２個組バッテリを形成し、次に互いに並列の４個組バッテリを形成し、最後に８個組バッテリ、すなわちすべてのバッテリ１１〜１８を直列に接続するようにしたので、何れのバッテリもほぼ最後まで使い切ることができるようになる。また、エネルギを有効に活用して無駄をなくすことができ、さらにバッテリとしての寿命も延ばすことができる。
【００２５】
なお、上記の説明では、例示としてバッテリの個数を８個としたが、このバッテリの個数は２のｎ乗個（ｎ：正の整数）であれば何個でも構成することができる。
【００２６】
その場合の電池有効利用回路は、２のｎ乗個の電池を２個宛の対としたときの２の（ｎ−１）乗個の対毎に設けられ、その対をなす２個のバッテリを並列にするととともに、切り替えによってその対をなす２個のバッテリを直列に接続して２個組バッテリとするスイッチ機構（２個直列電池形成手段）と、ｎがｍ（ｍは２から始まってｎまで１宛順次増大する変数）のとき、２の（ｍ−１）乗個組バッテリ同士を並列にするとともに、切り替えによってその２の（ｍ−１）乗個組バッテリ同士を直列に接続して２のｍ乗個組バッテリとするスイッチ機構（２のｍ乗個直列電池形成手段）と、を備えることとなる。
【００２７】
また、上記の説明では、最終段階としてすべてのバッテリを直列に接続するようにしたが、その途中の段階を最終段階としてもよい。
【００２８】
また、上記の説明では、バッテリを用いるようにしたが、バッテリに限定されることなく、乾電池やその他の、化学エネルギ、熱エネルギ、核エネルギ、太陽エネルギ等の各種エネルギを電気エネルギに変換する直流電圧源（電池）であればどのようなものでも用いることができる。その場合、起電力が同一で出力（減り）が同一な同じ型、ロットの電池を用いるようにするのが最も好ましい。
【００２９】
さらに、負荷としてモータを使用するようにしたが、モータ以外の様々な電気機器を使用するようにしてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の電池有効利用回路では、始めはすべての電池を並列にして負荷を駆動させ、負荷が駆動しなくなると、互いに並列の２個組電池を形成し、次に互いに並列の４個組バッテリを形成し、この段階を順次行い、最後にすべての電池を直列に接続するようにしたので、何れの電池もほぼ最後まで使い切ることができるようになる。また、エネルギを有効に活用して無駄をなくすことができ、さらに電池としての寿命も延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の電池有効利用回路の一例を模式的に示す図である。
【図２】この発明の電池有効利用回路の第２段階における回路構成を模式的に示す図である。
【図３】この発明の電池有効利用回路の第２段階における回路構成を模式的に示す図である。
【図４】この発明の電池有効利用回路の第２段階における回路構成を模式的に示す図である。
【図５】スイッチ機構の具体例を示す図である。
【符号の説明】
１ 電池有効利用回路
２ モータ
１１ バッテリ
１２ バッテリ
１３ バッテリ
１４ バッテリ
１５ バッテリ
１６ バッテリ
１７ バッテリ
１８ バッテリ
２０ ６点スイッチ
２１ 操作レバー
Ｐ１ 対
Ｐ２ 対
Ｐ３ 対
Ｐ４ 対
Ｐ５ 対
Ｐ６ 対
Ｐ７ 対
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７ スイッチ機構
Ｓ１ａ，Ｓ２ａ，Ｓ３ａ，Ｓ４ａ，Ｓ５ａ，Ｓ６ａ，Ｓ７ａ 切り替え部材
Ｓ１ｂ，Ｓ２ｂ，Ｓ３ｂ，Ｓ４ｂ，Ｓ５ｂ，Ｓ６ｂ，Ｓ７ｂ 切り替え部材

Claims (1)

1. 並列に接続された２のｎ乗個（ｎ：正の整数）の電池を有効に利用する電池有効利用回路において、
   上記２のｎ乗個の電池を２個宛の対としたときの２の（ｎ−１）乗個の対毎に設けられ、その対をなす２個の電池をスイッチ機構の切り替え前に並列にするとともに、切り替えによってその２個並列電池を直列にして２個直列電池を形成する２個直列電池形成手段と、
   ｍを２から始まってｎまで１宛順次増大する変数とするとき、２の（ｍ−１）乗個直列電池の２組をスイッチ機構の切り替え前には並列にするとともに、切り替えによってその並列の２の（ｍ−１）乗個直列電池同士を直列にして２のｍ乗個直列電池を形成する２のｍ乗個直列電池形成手段と、を備え、
   ２個直列形成手段および２のｍ乗個直列電池形成手段の各々は、電池消耗の初期段階ではスイッチ機構が切り替えられる前の状態にあって２のｎ乗個の電池は並列になっており、電池消耗の進行段階に応じて先ず最初に２個直列形成手段のスイッチ機構を切り替え、続いて順次２のｍ乗個直列電池形成手段（ｍ：２から始まってｎまで１宛順次増大する変数）のスイッチ機構を切り替えることによって、全ての電池をほぼ均等に消尽することを特徴とする電池有効利用回路。

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