JP4419462B2

JP4419462B2 - 光充電式二次電池

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Publication number: JP4419462B2
Application number: JP2003272087A
Authority: JP
Inventors: 春夫渡辺; 富一渡辺; 誠一渡辺
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-07-08
Filing date: 2003-07-08
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2023-07-08
Also published as: JP2005032636A

Description

本発明は、光電変換素子によって蓄電池を充電する構成とされた光充電式二次電池に関する。

光電変換素子は、太陽電池とも言われており、太陽光等の光エネルギーを電気エネルギーに変換する素子である。この光電変換素子は、光エネルギーから電気エネルギーを取り出す際に、従来から利用されてきた化石燃料等と異なり、二酸化炭素等の排出物を出さない。また、光電変換素子は、ほぼ無尽蔵といわれている太陽光等の光エネルギーから電気エネルギーを取り出すことができるために、半永久的に発電を行うことができる。そのため、光電変換素子は、地球環境問題に鑑みて、その利用用途や利用規模が今後も益々拡大してゆくものと考えられている。

しかしながら、光電変換素子は、太陽光等の光エネルギーに時間的な変動が大きい場合が多く、この光エネルギーを変換して発電した電気エネルギーにも時間的な変動が大きくなってしまうために、電気機器の直接の電源とすることには適さない場合が多い。また、光電変換素子は、太陽光等の光エネルギーが空間的に希薄な状態で存在していることから、利用に適した所定量の電力を得るためには大きな受光面積を必要とする。
したがって、光電変換素子は、電気器の補助的な電流として、又は変換した電気エネル
ギーを一度蓄電池に充電し、この蓄電池から放電させて利用するといった用途で用いられている。

一方、電気機器は、近年の各種加工技術の進展により、小型化が進んでおり、携帯型の機器とされることが多い。そのため、電気機器は、その電源として、通常、携帯に便利で手軽に利用することができる乾電池が用いられている。

そこで、上述したような光電変換素子の利点と、乾電池の利便性とをくみあわせた光充電式二次電池が、例えば特許文献１（電池）や特許文献２（円筒形充電式太陽電池）等に記載されているように、提案されている。このような従来の光充電式二次電池は、発電部としての光電変換素子と、充放電部としての蓄電池とを円筒形規格電池型に組み合わせて使用することによって、通常用いられている電気機器を、光エネルギーによって生産した電力により駆動させることを実現している。

しかしながら、従来の光充填式二次電池は、一方向から照射される太陽光等の光エネルギーを、蓄電池の外表面積のすべてを有効に活用して光電変換素子に受光させることが困難なばかりか、その構造上、蓄電池の外表面積を超えて光電変換素子の受光面積を備えることができない。そのため、従来の光充電式二次電池は、蓄電池を充電する際の充電時間が実用に耐えないほど長く、さらには光電変換素子が蓄電池を充電するために必要な電力すら発電できないことがあるといった問題があった。

そこで、本発明の発明者らは、鋭意検討を行った結果、可とう性を有する光電変換素子と蓄電池とを組み合わせた構成とすることによって、太陽光等の光エネルギーを通常用いられている電気機器の電源として利用することを可能とした光充電式二次電池を発明した（特許文献３）。この発明により、本発明者らは、実用的な充電性能を備えるとともに、通常用いられている電気機器の電源としての利用が容易である光充電式二次電池を実現している。
特開昭６３−３１４７８０号公報特開平２−７３６７５号公報特開２０００−１５６５１６号公報

ところで、上述したような光充電式二次電池は、蓄電池を充電する際に、可とう性を有する光電変換素子を、引き延ばし、受光面積を大きくして使用する。そして、充電の完了した上記光充電式二次電池は、上記可とう性を有する光電変換素子を、巻き上げた状態で保持され、適宜、電源として使用する。この場合、上記蓄電池と上記光電変換素子との間には、逆流防止のダイオードを介在させて、上記蓄電池に充電された電力が、上記光電変換素子に沿って、無駄に放電しないようにすることがなされる。この放電を実質的に決定するのが、前記ダイオードの特性である。逆流抵抗は大きく、逆流電流は小さいが、零ではない。特に、長期保存した場合の前記放電は、無視できないものであることが、本光充電式二次電池の検討を通して、大きな課題として明確になった。

そこで、本発明は、上記課題を解決することにより、光電変換素子が形成された可とう性を有する光電変換シートと、蓄電池とを組み合わせてなる光充電式二次電池において、保存時の電力の保持性を高めた光充電式二次電池を提供することを目的とする。

本発明に係る光充電式二次電池は、円筒形状の巻き芯部と、前記巻き芯部に対して捲回されて引き出し自在に配設された可とう性を有する光電変換素子を有する光電変換シートと、充放電可能な蓄電池とを備え、前記巻き芯部に前記光電変換シートを捲回した状態で、全体が円筒形状を呈する光充電式二次電池であって、前記巻き芯部には、その両端部に位置してそれぞれ円形平板状に形成された上部フランジと下部フランジとが一体に設けられ、前記巻き芯部に巻き取る構成において、
前記光電変換シートが前記巻き芯部から引き出された状態においては、前記光電変換シートと前記蓄電池とを電気的に接続し、前記光電変換シートが前記巻き芯部に巻き取られた状態においては、前記光電変換シートと前記蓄電池との電気的な接続を機械的に遮断する手段を有する
ことを特徴とする光充電式二次電池である。

さらには、本発明に係る光充電式二次電池は、前記巻き芯部に捲回された前記光電変換素子を覆い、前記巻き芯部の引き出し口となる引出し孔を有する円筒形状の外周壁が設けられ、前記上部フランジ及び下部フランジに、前記外周壁の側縁と回転自在に支持部が設けられ、引き出された前記光電変換素子が、前記外周壁を回転させることによって、前記巻き芯部と前記外周壁とにより形成された内部空間に巻き取られる光充電式二次電池である。そして、前記巻き芯部に前記光電変換素子を捲回した状態で、所定の円筒電池規格形状となる光充電式二次電池である。また、前記蓄電池は、放電電圧が０．６−１．９Ｖである光充電式二次電池である。そして、前記蓄電池は、前記巻き芯部に対して着脱自在である光充電式二次電池である。さらに、前記蓄電池は、所定の円筒電池規格の形状を有する光充電式二次電池である。

以上のように構成された光充電式二次電池は、充電の完了した前記可とう性を有する光電変換素子を、巻き上げた状態で保持し、適宜、電源として使用する。この場合、前記蓄電池に充電された電力が、前記光電変換素子に沿って、無駄に放電しないようにすることができる。特に、長期保存した場合の前記放電を極力少ないものにすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、本発明を適用した光充電式二次電池として、図１および図２に示すような光充電式二次電池１について説明することとする。

本発明に係る光充電式二次電池１は、円筒状の巻き芯部２と、この巻き芯部２に対して捲回された引き延ばし自在に配設された可とう性を有する光電変換シート３と、巻き芯部２の内部に設けられた蓄電池４と、制御回路部５とを備える。光充電式二次電池１は、図１及び図２に示すように、光電変換シート３を巻き芯部２に捲回した状態で、全体円筒形状を呈する。また、光充電式二次電池１は、図１に示すように、光電変換シート３を巻き芯部２から引き延ばした状態で、光電変換シート３に受光させて蓄電池４を充電する。

巻き芯部２は、例えばＡＢＳ樹脂等の樹脂材料によって円筒形状に形成されている。巻き芯部２は、光電変換シート３が捲回される幅よりも僅かに長く形成されている。したがって、光充電式二次電池１は、巻き芯部２が光電変換シート３の全幅に亘って巻き取ることができる。また、巻き芯部２には、その両端部にそれぞれ上部フランジ６と下部フランジ７とが設けられている。

上部フランジ６及び下部フランジ７は、巻き芯部２と同様な材料によって円形平板状に形成されており、接着剤等の固定手段により、巻き芯部２の両端部にそれぞれ固定されている。なお、上部フランジ６及び下部フランジ７は、巻き芯部２と一体に形成されていてもよい。

上部フランジ６及び下部フランジ７は、その径が、巻き芯部２に捲回された状態での光電変換シート３の径と略同一、若しくはやや大となるように形成されている。これにより、上部フランジ６及び下部フランジ７は、光電変換シート３の側縁部を保護することができるとともに、引き延ばされた光電変換シート３を巻き芯部２に巻き取る際のガイドとなり、位置ずれせずに光電変換シート３を巻き芯部２に捲回させることができる。

巻き芯部２、上部フランジ６及び下部フランジ７は、電気絶縁性を示す材料によって形成されることが望ましい。これにより、光充電式二次電池１は、内部の配線等がこれら各部を介して短絡したり、これら各部が例えば電気機器の電池収納部の端子等に接触することによって電気的に短絡したりといったことを防止することができる。

また、巻き芯部２、上部フランジ６及び下部フランジ７は、断熱特性の優れた材料によって形成されることが望ましい。これにより、光充電式二次電池１は、例えば自動車のダッシュボードに放置される等して高温に晒された場合に、内部に収納した蓄電池４の温度が上昇して破損してしまうことを防止することができる。巻き芯部２、上部フランジ６及び下部フランジ７は、同様の理由から、例えば白色等のように、光や熱を吸収しにくい色に着色されていることが望ましい。

本発明においては、図中の機械的電気遮断手段２１を有する。前記機械的電気遮断手段２１は、制御回路部５と隣接して形成することができ、又、前記巻き芯部２の表面に形成することができる。前記機械的電気遮断手段２１は、前記光電変換シート３を前記巻き芯部２に捲回されない状態に対しては、電気的な導通状態となり、前記光電変換シート３を前記巻き芯部２に捲回した状態に対しては、電気的な遮断状態となる。すなわち、前記光電変換シート３を前記巻き芯部２から引き延ばした状態で、光電変換シート３に受光させて前記蓄電池４を充電する。この充電状態では、前記機械的電気遮断手段２１は、電気的な導通状態となる。一方、充電の完了した上記光充電式二次電池は、上記可とう性を有する前記光電変換シート３を、巻き上げた状態で保持され、適宜、電源として使用する。この場合、上記蓄電池４と上記前記光電変換シート３との間には、逆流防止のダイオードを介在させて、上記蓄電池４に充電された電力が、上記前記光電変換シート３の光電変換素子に沿って、無駄に放電しないようにすることがなされる。この放電を実質的に決定するのが、前記ダイオードの特性である。逆流抵抗は大きく、逆流電流は小さいが、零ではない。特に、長期保存した場合の前記放電は、無視できないものである。そこで、本発明では、前記光電変換シート３を前記巻き芯部２に捲回した状態に対しては、前記機械的電気遮断手段２１は、電気的な遮断状態となる。この電気的遮断を機械的に行うことにより、逆流抵抗は無限と見なせる大きな値にでき、逆流電流は零に見なせる小さい値とすることができる。これにより、上記蓄電池４に充電された電力が、上記光電変換素子に沿って、無駄に放電することがなくなる。特に、長期保存した場合の前記放電を極力少ないものにすることができる。

さらに、本発明に係る光充電式二次電池は、図３及図４に示すように、外周壁５１を備えて構成される。光充電式二次電池１は、図３及図４に示すように、上部フランジ６及び下部フランジ７と略同径の略円筒形状を呈する外周壁５１を備えて構成される。光充電式二次電池１は、図５に示すように、上部フランジ６及び下部フランジ７にそれぞれ、外周壁５１の側縁部が回動自在に嵌合する嵌合部６ａ及び嵌合部７ａが設けられている。したがって、光充電式二次電池５０に於いては、外周壁５１が捲き芯部２、上部フランジ６及び下部フランジ７に対して自在に回動する。

また、外周壁５１には、図６に示すように、スリット５１ａが穿孔されている。スリット５１ａは、光電変換シート３を引き出すに十分な幅と厚みとを有して外周壁５１に穿孔されている。さらに、光充電式二次電池１においては、図６に示すように、光電変換シート３の最外周部に係止部３ａが形成されている。この係止部３ａは、光電変換シート３が巻き芯部２に捲回された際に、スリット５１ａに接合するに十分な厚みを有して形成されている。係止部３ａは、光電変換シート３が外周壁５１の内部に完全に巻き込まれてしまうことを防止する機能を有するとともに、光電変換シート３を引き出す際の取っ手としての機能を有している。

光充電式二次電池１は、図４に示すように、蓄電池４を充電する際に係止部３ａが引き出されることにより、光電変換シート３が巻き芯部２から引き出される。また、光充電式二次電池１は、外周壁５１を巻き芯部２に対して回転させることにより、光電変換シート３を巻き芯部２に巻き取ることができる。

したがって、光充電式二次電池１は、スリット５１ａを有する外周壁５１が回動自在に備えられていることによって、光電変換シート３の引き出し及び巻き取りが容易となる。また、光充電式二次電池１は外周壁５１を備えることによって、電気機器に収納された際に、光電変換シート３が巻きほぐれてしまうといったことがない。さらに、光充電式二次電池１は、外周壁５１を備えることによって、光電変換シート３を保護し、光電変換シート３が外環境の塵埃や衝撃等によって損傷してしまうことを防止するとともに、蓄電池４が直射日光等によって加熱してしまうことを防止することができる。外周壁５１は、蓄電池４の加熱防止効果をさらに向上するためには、例えば白色等のように光や熱を吸収しにくい色に着色されていることが望ましい。

上部フランジ６と下部フランジ７とには、それぞれ正極端子８と負極端子９とが設けられている。正極端子８と負極端子９とは、誘電性材料によって形成されており、それぞれ図示しない結線手段により、制御回路部５の所定の端子と電気的に接続されている。

光電変換シート３は、図７及び図８に示すように、可とう性を有して略矩形シート状に形成されたシート状基板１０と、このシート状基板１０上に配置された複数の光電変換素子１１とによって構成されている。

シート状基板１０は、例えばポリエステル等の絶縁性を有する材料によって形成され、可とう性を有するようにシート状に形成されている。

各光電変換素子１１は、シート状基板１０上に、第１の電極層１２と、光電変換層１３と、第２の電極層１４とがそれぞれ薄膜状に順次積層して形成されてなる。光電変換素子１１を構成する各層は、例えば、スパッタ法や蒸着法に代表される各種ＰＶＤ法、又はプラズマＣＶＤ法やＭＯＣＶＤ法に代表される各種ＣＶＤ法によってシート状基板１０上に薄膜状に形成されている。光電変換素子１１は、各層が薄膜状に形成されていることによって、シート上基板１０と同様に十分な可とう性を有している。

さらに、上記光電変換シート３には可とう性を有する高分子積層シートを有することができる。この高分子積層シートは、上記光電変換素子の受光部上を覆うもので、この部分は少なくとも光透過性を有する。この高分子積層シートは、上記光電変換シートの全面を覆うことが好ましく、さらには、上記光電変換シートの端部より張り出し、上記光電変換シートの端部を保護するように形成することが好ましい。又、上記高分子積層シートは、上記光電変換シートの受光面側に設けることが、好ましいが、上記光電変換シートの受光面の裏側に設けることも、さらに、好ましい。これにより、可とう性を有する光電変換素子を繰り返し、引き延ばし、受光面積を大きくして使用するとき、光電変換素子の繰り返しの屈曲による、上記光電変換素子の損傷あるいは劣化を低減できる。さらに、上記光電変換素子の繰り返しの引き延ばしに伴う、表面の繰り返しの摺動に対し、上記光電変換素子が、損傷あるいは劣化することを防止でき、素子全体としての発電効率が低下、延いては充電性能が低下を防止できる。又、上記光電変換素子が長期に捲回状態にあると、上記光電変換シートは塑性変形（云ゆる、巻き癖が付く）し、上記光電変換素子の有効な受光を妨げることになるが、上記高分子積層シートの存在により、上記塑性変形を低減でき、有効な受光を得ることができる。上記高分子積層シートを、前記のように光電変換シートの表裏に用いる場合は、表裏同一のシート材料で構成することもできるし、適宜異種のシート材料で構成することもできる。材質としては、少なくとも光電変換素子の受光部上を覆うものは、光透過性の材料である。又、摩擦による耐磨耗性、光に対する耐候性を有することが望ましい。このような材料としては、ハロゲン化オレフィン、特に、フッ素化オレフィンの重合体、あるいは、これとオレフィンの共重合体が例示される。さらに、これらシートを光電変換シートに固着させるために、接着層を設けることができる。この接着層の材料としては、エチレンと酢酸ビニルの共重合体が例示される。

上記光電変換シート３においては、各光電変換素子１１が互いに電気的に直列に接続されており、短手方向の両端部に位置する光電変換素子１１の電極層にそれぞれ正極端子１２ａと負極端子１４ａとが形成されている。正極端子１２ａと負極端子１４ａとは、それぞれ、機械的電気遮断手段２１あるいは制御回路部５の所定の端子と電気的に接続されている。

また、光電変換素子１１は、シート状基板１０とは反対側、すなわち外方に臨む側の主面１１ａから太陽光等の光が入射される構成とされている。第１の電極層１２及び第２の電極層１４は、誘電性材料によって形成されており、光電変換層１３に対して一対の電極としての機能を果たしている。光電変換層１３は、例えば、ａ−Ｓｉのｐｉｎ接合構造に代表される非結晶半導体薄膜を備えて形成されて、太陽光等の光が入射されることによって起電力が生ずる構成とされ、いわゆる光電変換効果を有する膜構成で形成されている。

光電変換層１３は、例えばペリレン等のｐ型有機半導体と、例えば銅フタロシアニン等のｎ型有機半導体とにより形成されるｐｎ接合構造であってもよい。なお、光電変換層１３は、上述した薄膜構造に限定されるものではなく、十分な可とう性を有して光電変換効果を有する膜構成で形成されていればよい。

なお、第１の電極層１２は、例えば、Ａｇ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ等の金属材料によって形成されて、光電変換層１３に受光させる光に対する反射率が高くなるように形成されていることが望ましい。これにより、光電変換層１３を透過した光を反射して再び光電変換層１３に入射させ、光電変換層１３の光電変換効率を向上させることができる。また、第２の電極層１４は、例えば、ＳｎＯ_２或いはＩｎ_２Ｏ_３等の金属酸化物を主成分とする材料によって形成された、いわゆる透明電極として形成されていることが望ましい。これにより、光電変換層１３に受光させる光を効率よく透過して、光電変換層１３の光電変換効率を向上させることができる。

なお、図７及び図８においては、特定の光電変換素子１１の第１の電極層１２及び第２の電極層１４が、それぞれ、この光電変換素子１１と隣接する別の光電変換素子１１の第２の電極層１４及び第１の電極層１２とされて、複数の光電変換素子１１が各々の電極層を共有する構成とされた例を示す。これにより、光電変換シート３においては、隣接する光電変換素子１１同士が電気的に直列接続された構成とされている。

この場合には、例えば、第１の電極層１２及び第２の電極層１４を、上述したようにＳｎＯ_２或いはＩｎ_２Ｏ_３等の金属酸化物を主成分とする材料によって形成し、第１の電極層１２とシート状基板１０との間に、例えば金属材料等によって形成された光反射層（図示せず）を備えて形成してもよい。これにより、各光電変換素子１１は、第２の電極層１４を介して十分な量の光を受光することができるとともに、光反射層によって光電変換効率を向上させることができる。

また、この場合には、各光電変換素子１１同士が、その長手方向の長さと略同等の長さの電極によって（線）で接続されていることとなる。したがって、例えば、各光電変換素子１１同士が、例えばリード線等によって（点）で接続された場合と比較して、断線等の結線不良が生じてしまう虞を低減することができる。

また、光電変換シート３においては、その長手方向に対して並行に各光電変換素子１１が配置されている。すなわち、各光電変換素子１１の一対の電極層は、光電変換シート３の長手方向と並行になるように配設されている。これにより、光充電式二次電池は、蓄電池を充電するために光電変換シート３を引き延ばした際に、この光電変換素子の一部に光が十分に照射されない場合であっても、光電変換シート全体での発電効率が低下してしまうことを防止することができる。

さらに、光電変換シート３は、巻き芯部２に対して捲回されて引き延ばし自在に配設されており、最内周側となる一側が巻き芯部２に接続固定されている。光電変換シート３は、上述した正極端子１２ａ及び負極端子１４ａが、この最内周側の一側に電気的に接続されている。ここにおいて、光電変換シート３の光電変換素子部の端部が、引き延ばし状態で、光電変換シート３における光電変換素子の実効部の内端部が、引き出し状態において実質的に遮光されない位置の外部に存在するようにすることで、発電効率の低下を防ぐことができる。そのために、光電変換シート３の上記最内周側となる一側が巻き芯部２に接続固定位置より、引き出し状態において実質的に遮光されない位置まで、上記光電変換シート３に光電変換素子部を有せず、正極端子１２ａと負極端子１４ａを有するシート部３１を介在させる。さらに、光電変換シート３の最外周端に係止部３ａが形成されているが、光電変換シート３の光電変換素子部の端部が、引き延ばし状態で、光電変換シート３における光電変換素子の実効部の外端部が、引き出し状態において、前記係止部３ａにより、実質的に遮光されない位置の内部に存在するようにすることで、発電効率の低下を防ぐことができる。そのために、光電変換シート３の上記最外周側となる一側が係止部３ａの接続固定位置より、引き出し状態において実質的に遮光されない位置まで、上記光電変換シート３に光電変換素子部を有しないシート部を介在させる。又、図９乃至１０における外周壁５１を有する光充電式二次電池においては、外周壁５１のスリット５１ａより十分に外部に存在できるように、巻き芯部２に接続固定されている上記光電変換シート３の最内周側となる一側から、上記光電変換シート３の光電変換素子部の内周側の端部までの上記光電変換シート３に光電変換素子部を有せず、正極端子１２ａと負極端子１４ａを有するシート部３１を介在させる。これにより、充電操作において、引き出し不十分による光電変換素子部の上記外周壁５１の光の遮蔽を防止できる。さらに、曲率の高い内周から光電変換素子部を、より曲率の低い外周側へ移動させることができ、光電変換素子部の屈曲による疲労劣化を低下できる。

本発明においては、前記光電変換シート３における光電変換素子の実効部の内端部から光電変換シート３の内端部に至るシート部３１と、前記光電変換シート３における光電変換素子の実効部の外端部から光電変換シートの外端部に至るシート部が、光電変換素子の前記実効部と実質的に同一の曲げ弾性を有し、そのために、層構成を実質的に同一とするものである。これにより、前記シート部３１乃至前記シート部と光電変換素子の前記実効部との継ぎ目での屈曲が生ずることがない。これにより、前記光電変換シート３の捲回が均一になされ、前記光電変換シート３の使用耐久性が向上する。又、前記の正極端子１２ａと負極端子１４ａを有するシート部３１と前記光電変換素子の前記実効部との継ぎ目では、屈曲が生じ、前記の正極端子１２ａと負極端子１４ａが継ぎ目の屈曲部に屈曲が集中し、前記の端子材料の疲労が集中し、断線に到りやすくなる。又、前記光電変換シート３全体においても、前記シート部３１乃至前記シート部と光電変換素子の前記実効部との継ぎ目で屈曲が生じ、この部分に材料の疲労が集中し、破断が生じやすい。このためには、前記光電変換シート３の全面にわたって、前記光電変換素子の実効部と同一の層構成とすることで達成できる。前記実効部と他部との電気的な接続と絶縁は、通常の半導体プロセスを駆使して行うことができる。

また、光電変換シート３は、巻き芯部２に対して捲回した状態で、その受光面が内側となるように配設される。これにより、光充電式二次電池は、光電変換シート３が巻き芯部２に捲回させて放電使用される際に、光電変換シート３の受光面が外方に露出する事がなく、受光面が傷つく等して破損してしまうことを防止することができる。

蓄電池４は、巻き芯部２の内部空間に収納されており、充放電が可能な二次電池である。蓄電池４は、具体的には例えば、ニッケル−水素二次電池、ニッケル−カドミウム二次電池、ニッケル−亜鉛二次電池、亜鉛−酸化銀二次電池、鉄−ニッケル二次電池等である。蓄電池４は、ニッケル−水素二次電池であることが望ましい。これにより、蓄電池４は、体積当たりのエネルギー密度を向上させることができるとともに、鉛やカドミウムといった重金属を使用せず、環境適合性に優れたものとなる。

蓄電池４は、所定の電池規格形状を有する規格乾電池であってもよい。蓄電池４は、具体的には、ＩＥＣやＪＩＳ等により定められた、いわゆる単３型と呼ばれるＲ６型電池、単４型と呼ばれるＲ０３型電池、単５型と呼ばれるＲ１型電池、あるいはボタン型と呼ばれるＲ４４型電池、Ｒ１２２０型電池等であってもよい。これにより、光充電式二次電池１においては、開発・製造コストを抑えることができる。

ただし、蓄電池４は、蓄電容量の観点からみた場合には、規格蓄電池を使用せずに、巻き芯部２の内部空間に直接電解液等の蓄電池構成物を封入することも望ましい。これにより、蓄電池４は、規格蓄電池の外装部に相当する空間にまで蓄電池構成物を封入することができ、蓄電容量を増大させることができる。

また、蓄電池４は、巻き芯部２に対して着脱自在であるように構成してもよい。具体的には、例えば下部フランジ７の一部を開閉自在として、この開閉部から巻き芯部２に対して蓄電池４を挿脱するように構成してもよい。あるいは、例えば、光電変換シート３を引き延ばした状態で外方へと露出する巻き芯部２の一部を開閉自在として、この開閉部から巻き芯部２に対して蓄電池４を着脱するように構成してもよい。

これにより、光充電式二次電池１においては、蓄電池４が充放電を繰り返して寿命が尽きた場合でも、この蓄電池４のみを交換することができる。したがって、光充電式二次電池１は、蓄電池４に比べて長い寿命を有する他の各部を、寿命が尽きた蓄電池４とともに廃棄する必要がなくなり、資源の有効活用の観点から望ましいものとなる。

また、これにより、光充電式二次電池１は、蓄電池４を充電するための充電器として利用することができる。すなわち、光充電式二次電池１によって蓄電池４を充電し、充電が完了した蓄電池４を光充電式二次電池１から取り出して、この蓄電池４を電子機器の電源として利用することもできる。

さらに、蓄電池４は、上述したように規格蓄電池を利用すると共に、巻き芯部２に対して着脱自在としてもよい。このように、蓄電池４として規格蓄電池を着脱自在に使用することで、光充電式二次電池１は、蓄電池４を交換する際に、この交換作業を簡便且つ容易に行えるようになる。また、この場合にも、上述したように、蓄電池４を充電するための充電器として光充電式二次電池１を使用してもよい。これにより、規格蓄電池形状を有する蓄電池４は、光充電式二次電池１から着脱自在とされて、通常の規格電池を電源とする電気機器に対して用いることが容易となる。

また、蓄電池４は、その放電電圧が０、６−１、９Ｖであることが望ましい。これにより、光充電式二次電池１は、通常の筒型規格電池を電源として用いる電気機器に対して用いられた場合に、それら電気機器の動作電圧に満たずに動作させることができなかったり、許容電圧を超えてしまって機器を破損してしまったりといったことを防止することができる。

制御回路部５は、図１乃至図２に示すように、上部フランジ６に、図３乃至図４に示すように、巻き芯部２の内部空間に配設されている。制御回路部５は、光電変換シート３と蓄電池４との整流機能、光電変換シート３による蓄電池４の過充電防止機能、蓄電池４の過放電防止機能等からえらばれる機能を適宜備える。制御回路部５は、具体的には、ダイオードやオペアンプ等を用いた電気的な回路によって構成することができるが、電気／電子分野で通常用いられているような整流回路、過充電防止回路及び過放電防止回路によって構成することができるため、その回路構成についての詳細な説明を省略する。

また、制御回路部５は、少なくとも４つの端子を備えており、これら端子にそれぞれ、光電変換シート３の正極端子１２ａ及び負極端子１４ａと、蓄電池４の正極端子及び負極端子とが電気的に接続される。そして、制御回路部５は、蓄電池４の光電変換シート３による充電と、蓄電池４からの放電とを効率よく行うことができるように機能する。

さらに、本発明では、前記機械的電気遮断手段２１を、上記光電変換シート３と上記蓄電池４との間に介在させる。これにより、本発明の光充電式二次電池の電力の保持性を飛躍的に改善できる。この機械的電気遮断手段２１によって、前記光電変換シートが前記巻き芯部から引き出された状態においては、前記光電変換シートと上記充電可能な蓄電池の電気的に接続され、前記光電変換シートが前記巻き芯部に巻き取られた状態においては、前記光電変換シートと上記充電可能な蓄電池の電気的な接続が機械的に遮断される。このような機械的電気遮断手段２１の具体例としては、図１１（ａ）、１１（ｂ）、図１２（ａ）、１２（ｂ）、図１３（ａ）、１３（ｂ）で示される手段が挙げられる。図１１（ａ）、図１２（ａ）及び図１３（ａ）は、上記光電変換シート３が前記巻き芯部から引き出された状態において、前記光電変換シートと上記充電可能な蓄電池の電気的に接続された状態を表し、図１１（ｂ）、図１２（ｂ）及び図１３（ｂ）は、上記光電変換シート３が前記巻き芯部に巻き取られた状態において、前記光電変換シートと上記充電可能な蓄電池の電気的な接続が機械的に遮断された状態を表す。

光充電式二次電池１は、以上で説明したように構成され、光電変換シート３を巻き芯部２に捲回した状態で、図２に示すように、全体略円筒形状を呈する。この状態で、光充電式二次電池１は、電気機器の電源として、これら電気機器に対して着脱して用いることが容易となる。

また、光充電式二次電池１は、光電変換シート３を巻き芯部２に捲回した状態で、所定の筒型電池規格形状を有するように各部の寸法等を定められることが望ましい。光充電式二次電池１は、具体的には例えば、ＩＥＣやＪＩＳ等により定められた、いわゆる単１型と呼ばれるＲ２０型電池、単２型と呼ばれるＲ１４型電池、あるいは単３型と呼ばれるＲ６型電池等であってもよい。

これにより、光充電式二次電池１は、通常の筒型規格電池を収納して使用するように設計された電気機器に対して用いることを容易とすることができる。したがって、この場合に、光充電式二次電池１は、太陽光の光エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄え、通常用いられているような筒型規格電池を使用する電気機器の電源とすることができる。

また、光充電式二次電池１は、図１乃至図４乃至図９乃至図１０に示すように、光電変換シート３を巻き芯部２から引き延ばした状態で、蓄電池４を充電する。このとき、光充電式二次電池１は、光電変換シート３の受光面積に全てを光の照射方向に向けることができるために、この光電変換シート３の発電力を向上させることができる。したがって、光充電式二次電池１は、蓄電池４を充電する際の充電時間を実用上十分に短くすることができる。

なお、本発明に係る光充電式二次電池は、蓄電池４の形状・個数・収納位置等に限定されるものではない。蓄電池４は、例えば、光充電式二次電池１の内部に複数設けられて、コイルスプリングや板バネ等の弾性体によって位置ずれしないように支持固定されてもよい。

また、本発明に係る光充電式二次電池は、上述したように、光電変換シート３の最内周側となる一側が巻き芯部２に対して接続固定された構成に限定されるものではなく、例えば、光電変換シート３を光充電式二次電池１に対して着脱自在としてもよい。これにより、光充電式二次電池１は、光電変換シート３に物理的あるいは電気的な破損が生じた場合等に、これを正常な光電変換シート３に交換して使用することができる。すなわち、本発明に係る光充電式二次電池は、光電変換シート３が少なくとも充電時には蓄電池４と電気的に接続される構成であればよい。

以上、説明したように、本発明に係る光充電式二次電池は、光充電された電力の漏洩を防止し、長期間保存した場合でも、電力の低下を最小限に抑えることができる。したがって、本発明に係る光充電式二次電池によれば、太陽光等の光エネルギーを電気機器の電源として利用することが実用的となり、有害な排出物の発生による環境汚染を防止することができるとともに、地球資源を有効に活用することができる。

光電変換素子を担持している光電変換シートを引き出された状態を示す光充電式二次電池の概略斜視図である。本発明の光充電式二次電池の縦断面図である。本発明の光充電式二次電池の縦断面図である。光電変換素子を担持している光電変換シートが一部引き出された状態の光充電式二次電池の概略斜視図である。外周壁の側縁部が回動自在に嵌合するように溝部が設けられている上部および下部フランジを有する光充電式二次電池の縦断面図である。図４の横断面図である。

巻き芯部から引き延ばされた状態の光電変換シートの概略図である。図７のＡ−Ａ’断面図である。光電変換素子を担持している光電変換シートが一部引き出された状態の光充電式二次電池の斜視図である。図９の横断面図である。本発明における機械的電気遮断手段２１の具体例を模式的に示す図である。（ａ）は、光電変換シート３が前記巻き芯部２から引き出された状態において、前記光電変換シートと上記充電可能な蓄電池の電気的に接続された状態を表し、（ｂ）は、上記光電変換シート３が前記巻き芯部２に巻き取られた状態において、前記光電変換シートと上記充電可能な蓄電池の電気的な接続が機械的に遮断された状態を表す。本発明における機械的電気遮断手段２１の具体例を模式的に示す図である。（ａ）は、光電変換シート３が前記巻き芯部２から引き出された状態において、前記光電変換シートと上記充電可能な蓄電池の電気的に接続された状態を表し、（ｂ）は、上記光電変換シート３が前記巻き芯部２に巻き取られた状態において、前記光電変換シートと上記充電可能な蓄電池の電気的な接続が機械的に遮断された状態を表す。本発明における機械的電気遮断手段２１の具体例を模式的に示す図である。（ａ）は、光電変換シート３が前記巻き芯部２から引き出された状態において、前記光電変換シートと上記充電可能な蓄電池の電気的に接続された状態を表し、（ｂ）は、上記光電変換シート３が前記巻き芯部２に巻き取られた状態において、前記光電変換シートと上記充電可能な蓄電池の電気的な接続が機械的に遮断された状態を表す。

符号の説明

１光充電式二次電池
２巻き芯部
３光電変換シート
４蓄電池
５制御回路部
６上部フランジ
６ａ溝部
７下部フランジ
７ａ溝部
８正極端子
９負極端子
１０シート状基板
１１光電変換素子
１１ａ主面
１２電極層
１２ａ正極端子
１３光電変換層
１４電極層
１４ａ負極端子
２１機械的電気遮断手段
３１シート部
５１外周壁
５１ａスリット
２１１通電部材
２１２通電部材
２１３通電部材
２１４通電部材
２１５押圧部
２１６バネ

Claims

円筒形状の巻き芯部と、前記巻き芯部に対して捲回されて引き出し自在に配設された可とう性を有する光電変換素子を有する光電変換シートと、充放電可能な蓄電池とを備え、前記巻き芯部に前記光電変換シートを捲回した状態で、全体が円筒形状を呈する光充電式二次電池であって、前記巻き芯部には、その両端部に位置してそれぞれ円形平板状に形成された上部フランジと下部フランジとが一体に設けられ、前記巻き芯部に巻き取る構成において、
前記光電変換シートが前記巻き芯部から引き出された状態においては、前記光電変換シートと前記蓄電池とを電気的に接続し、前記光電変換シートが前記巻き芯部に巻き取られた状態においては、前記光電変換シートと前記蓄電池との電気的な接続を機械的に遮断する手段を有する
ことを特徴とする光充電式二次電池。
前記巻き芯部に捲回された前記光電変換素子を覆い、前記巻き芯部の引き出し口となる引出し孔を有する円筒形状の外周壁が設けられ、前記上部フランジ及び下部フランジに、前記外周壁の側縁と回転自在に支持部が設けられ、引き出された前記光電変換素子が、前記外周壁を回転させることによって、前記巻き芯部と前記外周壁とにより形成された内部空間に巻き取られる、請求項１に記載の光充電式二次電池。
前記巻き芯部に前記光電変換素子を捲回した状態で、所定の円筒電池規格形状となる、請求項１に記載の光充電式二次電池。
前記蓄電池の放電電圧が０．６−１．９Ｖである、請求項１に記載の光充電式二次電池。
前記蓄電池は、前記巻き芯部に対して着脱自在である、請求項１に記載の光充電式二次電池。
前記蓄電池は、所定の円筒電池規格の形状を有する、請求項１に記載の光充電式二次電池。