JP4613676B2

JP4613676B2 - 家庭用小型電源装置

Info

Publication number: JP4613676B2
Application number: JP2005114923A
Authority: JP
Inventors: 通孝大蔵
Original assignee: 株式会社トヨトミ
Priority date: 2005-04-12
Filing date: 2005-04-12
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2025-04-12
Also published as: JP2006296109A

Description

この発明は蓄電池を家庭用の交流電源に充電器を介して接続して充電すると共に、この蓄電池電源を交流電源に変換して、アウトドア活動や、家庭用交流電源のトラブルが発生時に利用することができる小型電源装置に関する。

最近好まれるようになってきたアウトドア活動を充実するために、車載用の１２Ｖや２４Ｖの蓄電池を対象として、この蓄電池の直流電源を使って交流１００Ｖ電源を取り出すＤＣ／ＡＣ変換器が安価に販売されるようになり、交流１００Ｖ電源がない自然の中で各種の家庭用の電気器具を簡単に使うことができるようになった。そして、この時使われる市販のＤＣ／ＡＣ変換器は、車に積んだ蓄電池の使用を前提としているが、理論的には車から蓄電池を取り外すなどして、蓄電池単体とＤＣ／ＡＣ変換器とを組み合わせて交流１００Ｖ電源を取り出して使用することも可能である。

しかし、蓄電池を自動車から取り外した使い方をして過放電状態になると、再度この蓄電池を自動車にのせても、消耗した電池では自動車のセルモータが回らないから重大なトラブルとなり、結局、この市販のＤＣ／ＡＣ変換器は、蓄電池を自動車に積んだ状態で、しかも、自動車のエンジンを動かして、充電しながら家庭用の電気器具を使う方法に限定せざるを得なかった。

また、蓄電池には家庭用の交流電源に接続して充電するための充電器が市販されているから、車載用の蓄電池を取り外すのではなくこの目的のために蓄電池を入手すれば、この蓄電池は市販の充電器で充電することができるようになる。そして、満充電の蓄電池を電源としてＤＣ／ＡＣ変換器を使用して、アウトドアの環境で交流１００Ｖ電源を利用することは可能である（特許文献１参照）。
実開昭６２−１６８７４８号公報

しかしながら、この種の目的に使用できる蓄電池の多くは、コストと容量の関係から自動車用の鉛蓄電池に限定されてしまうが、この蓄電池は過放電や過充電を行うと劣化が早くなり、自己放電も進みやすい性質がある。このため、常時使用している車載用の蓄電池であれば全く問題がないが、アウトドアで交流１００Ｖ電源を使用するときには、使用する間隔がまちまちで、自己放電によって現在の電池容量が不明なときが多く、満充電で保管しておいても、実際にＤＣ／ＡＣ変換器を使って交流１００Ｖ電源を取り出して、各種の家庭用の電気器具を使おうとするときには、自己放電で予定した電気容量が失われている場合があり、蓄電池を過放電させてしまうことも多かった。

また、市販の充電器を使って充電するときには、この蓄電池は不使用状態でも自己放電して充電の必要性が出てくるから、なれない人では適正な時期に充電操作が行えず、過充電や過放電を起こしてしまうことが多く、誰でも簡単に取り扱いができるものではなく、使い勝手が非常に悪いものとなっていた。

また、夫々単独に市販されて一般的となった機能部品を組み合わせる使用方法では、充電する時や、交流１００Ｖ電源を取り出す時には、夫々の配線の組換えが必要である。そして、この部分をあらかじめ配線しておいて、スイッチ操作などで切換えできるようになっていても、夫々の性質をよく理解した者にとっては使いこなせても、一般の家庭用として特別な予備知識のない誰もが使いこなせるものではなく、過充電や過放電のトラブルが発生するから、このような電源装置に対する期待があっても、商品化するには多くの問題点がある。

このため、家庭用の交流１００Ｖ電源のない屋外で家庭用電気器具を使おうとするときには、市販のエンジン発電機を使うとか、使用場所の近くに自動車をとめて、この自動車の蓄電池にＤＣ／ＡＣ変換器を接続して交流１００Ｖ電源を取り出して、延長コードを使って引き出して使用することが一般的とならざるを得なかった。

この発明は上記課題を解決するもので、蓄電池１を内装する枠体２を有し、この枠体２には電源入力部３と、この電源入力部３からの電力に基づいて前記蓄電池１に充電するための電池充電制御回路４と、この蓄電池１を電源として直流電源を交流１００Ｖ電源に変換するＤＣ／ＡＣ変換回路５と、このＤＣ／ＡＣ変換回路５の交流出力を外部から使用できるようにする交流電源出力部６、とを備えた電源装置において、前記枠体２に内装された前記蓄電池１は複数個備えており、この複数個の蓄電池１は並列接続されずにその中の１個を所定の順序で選択するための選択手段７を有し、この選択手段７は選択された蓄電池１を前記ＤＣ／ＡＣ変換回路５に接続すると共に、前記電源入力部３から前記電池充電制御回路４に電源が供給されているときに、前記選択手段７によって選択されなかった蓄電池１の中の１個を選択する第二選択手段８を有し、この第二選択手段８は選択した蓄電池１に前記電池充電制御回路４を接続しており、所定の順序で蓄電池１を選択する前記選択手段７が、第二選択手段８で選択中の蓄電池１を選択したとき、この第二選択手段８は他の蓄電池１に選択変更する構成であり、かつ、前記電池充電制御回路４には蓄電池１への充電開始によってカウント開始する第一タイマー手段９ａを備え、前記第二選択手段８によって選択して接続された電池充電制御回路４が充電中の蓄電池１の満充電を検出時、蓄電池１の充電操作を完了し、前記第一タイマー手段９ａが第一時間をカウントしたときに、前記第二選択手段８は残存容量が少ない蓄電池１を選択してこの蓄電池１に電池充電制御回路４を接続することを特徴とする。

また、前記ＤＣ／ＡＣ変換回路５の入力電気容量、もしくは交流電源出力部６の所定の出力電気容量が設定値から外れたときにおいて、前記選択手段７は前記ＤＣ／ＡＣ変換回路５の入力を所定の順序で次の蓄電池１に接続を切換え、前記交流電源出力部６から交流電源を連続して出力する構成としたから、複数個の蓄電池１を使って長時間使用できるようになった。

また、前記電池充電制御回路４には蓄電池１の充電時間をカウントする第一タイマー手段９ａを備え、蓄電池１の充電操作を完了している電池充電制御回路４は、前記第一タイマー手段９ａが第一時間をカウントしたときに、前記第二選択手段８が選択した蓄電池１に充電を開始するから、蓄電池１の使用頻度が少ないときにも複数個の蓄電池１は過充電にはならないものとなった。

また、前記電池充電制御回路４には蓄電池１の充電時間をカウントする第二タイマー手段９ｂを備え、前記電池充電制御回路４が充電中の蓄電池１の満充電を検出する前に前記第二タイマー手段９ｂが第二時間をカウントしたときに、前記電池充電制御回路４は警報手段１０を作動させてその蓄電池１の充電操作を完了する構成としたから、利用している蓄電池１が劣化している時にはこの蓄電池１の異常がわかるようになる。

更に、前記蓄電池１が前記電池充電制御回路４及びＤＣ／ＡＣ変換回路５と接続するための接続端子１１は、前記蓄電池１を着脱自在に内装する枠体２の蓋１２に取り付けられ、台枠１３の上に載せられた蓄電池１は、この台枠１３と前記接続端子１１との間に狭着されながら、前記電池充電制御回路４及びＤＣ／ＡＣ変換回路５に接続されているから、なれない人にも劣化した電池の交換が簡単にできるようになった。

この発明の枠体２内には複数個の蓄電池１が備え付けられており、この複数個の蓄電池１の中のひとつに、ＤＣ／ＡＣ変換回路５を接続して交流出力を取り出し、また、残った複数個の蓄電池１のひとつに電池充電制御回路４を接続して充電する構成であり、この蓄電池１の使用と充電は選択手段７によって所定の順序で選択されるから、ひとつの蓄電池１もしくは並列接続された蓄電池１を使って、蓄電池１への充電と交流１００Ｖ電源の出力とを交互に行うものと違って、蓄電池１に充電しながら他の蓄電池１から１００Ｖ交流電源の使用が可能となった。このため、主たる目的がアウトドアの環境で使う電源装置であっても、家庭で常に使う小電力の電気器具のラジオやテレビなどを、この小型電源装置に接続して使用できるようになる。

このようにこの小型電源装置はアウトドアの使用要求のないときでも、屋内で積極的にラジオやテレビに接続して使用できるようになったから、使われる蓄電池１は定期的に管理された状態で充電と放電を繰り返しており、蓄電池１は劣化せずに長期間に亘って使用できるようになった。また、本来の目的であるアウトドア環境で使用するときでも、備え付けられた蓄電池１は満充電に近い状態からの使用となるから、期待する電気容量を確保することができる。更に、アウトドアの環境で使って蓄電池１が放電しても、帰宅してからは先の電気器具の電源として使われるから、蓄電池１の充電が直ちにはじまり、過放電のまま放置して蓄電池１を劣化させてしまうようなことはない。

また、この発明では前記ＤＣ／ＡＣ変換回路５の入力電気容量、もしくは交流電源出力部６の所定の出力電気容量が維持できなくなったときに、入力側の蓄電池１の接続を自動的に交換する構成であるから、複数個の蓄電池１を使って必要とする容量の交流１００Ｖ電源が連続して出力できるから、アウトドアの環境においても長時間に渡り交流１００Ｖ電源を連続して使用することができるようになった。

また、前記ＤＣ／ＡＣ変換回路５が接続されていない蓄電池１を対象に電池充電制御回路４が接続されており、この電池充電制御回路４が接続されて満充電となったときに、第二選択手段８は残存容量が少ない蓄電池１を選択してこの蓄電池１に電池充電制御回路４を接続するから、アウトドアの環境で交流１００Ｖ電源を使用するときに備えて蓄電池１は常に満充電状態に維持できて、アウトドアの環境での使用可能時間が長くなるものである。

また、この電源装置において、交流１００Ｖの出力電源の使用頻度が少ないときには、各蓄電池１は満充電状態が維持されるから、更なる充電は過充電の恐れがある。この発明では、蓄電池１の充電時間をカウントする第一タイマー手段９ａを設け、ひとつの蓄電池１に充電後次の蓄電池１の充電が開始される時間が管理できるようになったから、蓄電池１は必要以上の充電が行なわれなくなり、蓄電池１の耐久性が維持できるとともに、ひとつの蓄電池１から取り出せる電気容量は長期間に亘って安定することができた。

また、使用する蓄電池１への充電時間は、使用する蓄電池１と電池充電制御回路４の組み合わせによっておおよその時間は決まってくる。蓄電池１が劣化して来ると、長時間に亘って高電流の充電電流が流れ続けるから、充電完了までの時間が長くなってしまう。この発明では第二タイマー手段９ｂを備えて第二時間をカウントしたときにまだ充電が完了できていない時にはこの蓄電池１は異常であり、この時には警報手段１０によって異常を知らせるから、取扱者は蓄電池１の交換などの対応が直ぐにできるようになる。

また、家庭用の電池電源として使われる蓄電池１は、かなりの期間使い続けることができても、時期がくれば劣化して新しい蓄電池１に交換しなければならなくなる。この発明では枠体２の蓋１２に蓄電池１の接続端子１１が取り付けられており、この接続端子１１と蓄電池１を載せる台枠１３との間で蓄電池１を挟み込んで保持しているから、電池交換の信号などで、蓄電池１を取り外す時には、枠体２の蓋１２を開けるだけで蓄電池１の上部が開放され、容易に蓄電池１の交換ができるようになった。また、新しい蓄電池１を台枠１３の上に置いて蓋１２を閉じるだけでそのまま電源が接続されるものであり、重くて大型のために取扱いにくい蓄電池１であっても、この発明ではその取扱いが非常に簡単にできるようになった。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１はこの発明の小型電源装置の構成を表したブロック図、図２はこの実施例の小型電源装置の斜視図、図３はその断面図である。２はこの小型電源装置の枠体、１はこの枠体２内に複数個収納された蓄電池、１４は枠体２の底部に取り付けた車輪、１５は車輪１４とは反対側の枠体２の底部に取り付けられた補助脚、１６はこの小型電源装置の移動時に使用する伸縮自在の把手であり、この把手１６を引き出して補助脚１５側を浮かせて枠体２を引っ張って移動することができ、使用する場所ではこの把手１６を収納して、補助脚１５を着地させることで枠体２が固定することができる。この時、車輪１４に図示せざるストッパーが取り付けてあれば更に確実に固定することができる。

６は枠体２の側壁に設けた交流電源出力部であり、この交流電源出力部６に家庭用交流１００Ｖを使う電気器具を接続することによって、屋外などで交流１００Ｖ電源がない場所であっても、これらの電気器具を使用することができるようになり、この発明となる小型電源装置の主たる使用目的となっている。

この発明の小型電源装置の構成を表したブロック図である図１において、３は交流１００Ｖなどの電源を取り込むための電源入力部、４はこの電源入力部３から供給された電源に基づいて前記蓄電池１に充電する為の電池充電制御回路であり、この電池充電制御回路４は対象となる蓄電池１に最も適した充電電流で蓄電池１を充電することができる。５は前記蓄電池１に接続されてこの蓄電池１の１２Ｖまたは２４Ｖの直流電源を交流１００Ｖ電源に変換するためのＤＣ／ＡＣ変換回路であり、このＤＣ／ＡＣ変換回路５は前記交流電源出力部６に接続され、ＤＣ／ＡＣ変換回路５の交流１００Ｖ出力を前記交流電源出力部６から取り出して、家庭用の交流１００Ｖ仕様の電気器具を屋外などで使用することができる。

前記枠体２内には少なくとも２個以上の蓄電池１が装備されており、電池充電制御回路４に接続されている蓄電池１はＤＣ／ＡＣ変換回路５には接続されず、逆にＤＣ／ＡＣ変換回路５に接続されている蓄電池１は電池充電制御回路４には接続されることはない。７は複数個ある蓄電池１のひとつをＤＣ／ＡＣ変換回路５に接続するための選択手段、１１は蓄電池１を着脱可能とするための接続端子、１７は予備の蓄電池のための外部接続端子であり、前記選択手段７は所定の順序、例えば回路構成が非常に簡単になる取り付け場所の並び順とか、それぞれの蓄電池１の残存電気容量がわかる時には蓄電池１の電気容量の多い順序などの、あらかじめ定められた順序で蓄電池１を選択し、接続端子１１や外部接続端子１７に接続した蓄電池１をＤＣ／ＡＣ変換回路５に切換え接続できるようになっている。

図に示す実施例の選択手段７の主要部はリレーブロックで構成されており、前記ＤＣ／ＡＣ変換回路５から蓄電池交換の指令が選択手段７に入力されると、新しい蓄電池１をＤＣ／ＡＣ変換回路５に接続した直後に古い蓄電池１を開放しており、瞬間的には二つの蓄電池１が並列接続して新しい蓄電池１は放電した蓄電池１とＤＣ／ＡＣ変換回路５に電流を流しながら古い蓄電池１を開放する構成であるから、ＤＣ／ＡＣ変換回路５に供給する直流電源は停電状態を起こすことがない。なお、ＤＣ／ＡＣ変換回路５の中にコンデンサーなどの蓄電機能が備え付けられており、蓄電池１からの供給電源が瞬間停電しても出力である交流１００Ｖ電源が途切れることがない機能になっておれば、実施例のような切換え機構を使わず、同時に二つのリレーの切換え操作を行うことが可能となる。このようにＤＣ／ＡＣ変換回路５からの蓄電池交換の指令があるたびに、選択手段７は複数個の備え付けられた蓄電池１を交換接続しており、備え付けられて複数個の蓄電池１の電気容量を使い切るまで連続して交流１００Ｖ電源を出力できるようになった。

８は複数個ある蓄電池１のひとつを電池充電制御回路４に接続するための第二選択手段、１８は臨時に用意した蓄電池に充電するための充電接続端子であり、この第二選択手段８は家庭用の交流１００Ｖ電源が電源入力部３に接続されるなどして蓄電池１に充電可能状態にあれば、前記選択手段７が選択していない蓄電池１や充電接続端子１８に接続した蓄電池に対して電池充電制御回路４を接続して充電することができる。１９は備え付けられた複数個の蓄電池１の電池容量センサーであり、この電池容量センサー１９は前記電池充電制御回路４やＤＣ／ＡＣ変換回路５が接続されていない蓄電池１に対してその電池容量検出を行っている。

図に示す実施例の第二選択手段８の主要部は前記選択手段７と同様にリレーブロックで構成されており、前記選択手段７のリレーの逆接点が第二選択手段８のリレーのコモン接点に接続され、更にこの第二選択手段８のリレーの逆接点が前記電池容量センサー１９の検出入力となっている。このため、選択手段７が選択した蓄電池１を前記ＤＣ／ＡＣ変換回路５に接続するリレーが切り換われば、この蓄電池１は第二選択手段８のリレーブロックや電池容量センサー１９に接続されることがない。そして、電池充電制御回路４やＤＣ／ＡＣ変換回路５に接続されていない蓄電池１だけが電池容量センサー１９に接続されて電池容量の検出を行っている。

また、第二選択手段８が選択して充電中の蓄電池１に対して選択手段７のリレー接点が切り換われば、直ちに充電は中止されてこの蓄電池１が前記ＤＣ／ＡＣ変換回路５に接続されて、交流１００Ｖ電源の出力に利用される関係にある。このため、前記電池充電制御回路４は選択手段７によって電流が遮断されるので、この電流の変化を検出するなどの充電が停止した信号によって、前記第二選択手段８は次の充電すべき蓄電池１を電池充電制御回路４に接続することになる。

したがって、複数個の蓄電池１のひとつがＤＣ／ＡＣ変換回路５に接続されて交流１００Ｖ電源の出力のために使われており、その他の枠体２内にセットした蓄電池１や、外部接続端子１７に接続した予備の蓄電池１や、長時間のアウトドア環境での使用に備える充電接続端子１８に接続した臨時使用の蓄電池に対して、第二選択手段８が夫々の蓄電池１が満充電となるように接続変更を適宜行っており、一方、選択手段７はＤＣ／ＡＣ変換回路５に接続された蓄電池１が完全放電する前に随時他の蓄電池１に接続変更を行うことによって、複数の使用可能な蓄電池１は常に満充電の状態に維持できるようになった。

そして、この電源装置をアウトドア環境で使うときには、電池充電制御回路４は不作動状態となるが、前記選択手段７が交流１００Ｖ電源の使用状況にあわせて備え付けられた蓄電池１の接続変更を行い、長時間に亘って家庭用交流１００Ｖ電源使用の電気器具が使用できるようになる。このアウトドアの環境では前記外部接続端子１７に接続した蓄電池１を優先使用することによって、この蓄電池１が放電したときには、前記充電接続端子１８で充電した臨時使用の蓄電池を外部接続端子１７に接続することで、この臨時使用の蓄電池も交流１００Ｖ電源の出力に利用できるようになり、更なる長時間にわたってアウトドア環境で家庭用交流１００Ｖ電源を使う電気器具が利用可能になった。

また、このようなアウトドア環境での使用によって放電した蓄電池１であっても、電源入力部３が家庭用１００Ｖ電源などから電力の供給を受ければ直ちに蓄電池１への充電が始まり、また、この小型電源装置を家庭で使うラジオやテレビの電源としてそのまま利用すれば、取扱者は放電した蓄電池１に充電するという特別な意識を持つことなく蓄電池の充電ができ、誰でも気軽に小型電源装置の使用ができるようになった。

一方、前記ＤＣ／ＡＣ変換回路５が蓄電池１に接続されて、この電池電源によって交流１００Ｖ電源を得て、交流電源出力部６に電気器具を接続して運転している時において、ＤＣ／ＡＣ変換回路５に接続された蓄電池１が消耗して、交流１００Ｖの出力電圧やそのための出力電気容量が維持できなくなって設定値から外れ、また、交流１００Ｖが維持できても蓄電池１の寿命を長く保つための出力電圧値や取り出せる電気容量値があらかじめ設定された値から外れると、ＤＣ／ＡＣ変換回路５は接続した蓄電池１の取替え時期と判断して、電源である蓄電池１の接続変更を前記選択手段７に指示することになる。そして、この接続変更指示を受けた前記選択手段７は先に説明したように、単純に蓄電池１の取り付け場所に基づく順序や、それぞれの蓄電池１に電池容量を検出する電池容量センサー１９が接続されておれば、この蓄電池１の電池容量の検出出力などに基づいた、所定の順序によって次の蓄電池１への接続を切換えるものである。

この蓄電池交換時期の判断の基準となる設定値は、電源入力部３に家庭用１００Ｖ電源などが接続された充電可能な時と、電源入力部３に電源のない屋外で使用中の時と、別個に設定することができ、家庭内で蓄電池１に充電しながら、他の蓄電池１から交流１００Ｖ電源を出力して使用する時は、蓄電池１の出力電圧が比較的高い間に電池交換の信号を出力する設定値とすれば、複数個の蓄電池１は常に満充電に近い状態に維持することができる。また、アウトドア環境の充電できない状態で交流１００Ｖ電源を使用する時には、それぞれの蓄電池１の電気容量を使い切った時に電池交換の信号を出力する設定値とすれば、長時間に亘って、屋外で交流１００Ｖ仕様の電気器具が利用できるようになった。

また、前記電池容量センサー１９は前記電池充電制御回路４やＤＣ／ＡＣ変換回路５が接続されていない蓄電池１に対してその電池容量の検出を行っており、この検出信号は前記選択手段７と第二選択手段８による蓄電池１の切換え先の蓄電池１の選択の判断に利用できる。前記電池充電制御回路４には充電中の蓄電池１の満充電を検出する手段が組み込まれており、蓄電池１の満充電を検出した電池充電制御回路４は、第二選択手段８に対して接続する蓄電池１の変更を指示する。そして、前記第二選択手段８は電池容量センサー１９の検出信号に基づいて電池充電制御回路４を残存容量が少ない蓄電池１に接続するから、複数個の蓄電池１は放電した状態で放置されることはなく、常に蓄電池１は満充電の状態に維持できるようになった。

前記電池容量センサー１９は電池充電制御回路４とＤＣ／ＡＣ変換回路５とが接続されていない蓄電池１の電池容量の検出を行っており、この結果、複数個の蓄電池１の中には満充電状態の蓄電池１や放電がかなり進んだ蓄電池１が交じっている。そして、放電が進んだ蓄電池１に対しては、優先して充電制御回路４を接続して充電する必要があり充電時間も長くなる。しかし、満充電に近い蓄電池１の充電時間は短く、短時間で次の蓄電池１の充電が開始されるときには、満充電された蓄電池１に電池充電制御回路４が頻繁に接続されて充電が繰り返されることになり、それが短時間であっても蓄電池１は過充電となる恐れがある。

９ａは前記電池充電制御回路４に配置した第一タイマー手段であり、この第一タイマー手段９ａは蓄電池１への充電開始と共にカウントを開始し、第一時間までカウントを継続するタイマーである。そして、前記電池充電制御回路４が接続された蓄電池１から早い時間に満充電を検出することがあっても、電池充電制御回路４は第二選択手段８に充電中の蓄電池１への接続を開放する指示を出すものの、次の蓄電池１への接続は第一時間がカウントアップするまで保留して蓄電池１への充電を中止しており、第一時間が経過して初めて次の蓄電池１へ電池充電制御回路４を接続する働きがある。このため、電池充電制御回路４によって充電される蓄電池１が過充電を起こすことはなくなり、長期間に亘って良好な状態を保ち、蓄電池１の耐久性が向上するものとなった。

ところで、従来の蓄電池は管理された状態で充電と放電が繰り返されていても、少しずつ発生する劣化を食い止めることはできず、やがて、寿命が尽きてしまうものである。この発明のように複数個の蓄電池を利用して自動で充電と電力の取り出しを行うときには、このような寿命がきた蓄電池が交じっていて、この蓄電池から短時間で所望の電力が取り出せなくなっても、自動的に次の蓄電池に接続変更が行われて連続して充電や電力の取り出しが行われるから、蓄電池の不良に気が付くのが遅れてしまうことになる。そして、アウトドアの環境で使うときになって、蓄電池の使用個数から期待した電力が取り出せないというトラブルによって、はじめて蓄電池の異常に気が付くことになる。

９ｂは第一タイマー手段９ａと同様に前記電池充電制御回路４に配置した第二タイマー手段であり、この第二タイマー手段９ｂも蓄電池１への充電開始と共にカウントを開始し、第二時間までカウントを継続するタイマーである。そして、この第二タイマー手段９ｂの第二時間は使用している蓄電池１が放電状態から満充電となるまでの通常の時間よりも長い時間に設定されており、前記電池充電制御回路４が接続された蓄電池１が満充電を検出するまでの間に、この第二タイマー手段９ｂの第二時間がカウントアップする時には、蓄電池１の劣化が進んでいると見なすことができる。劣化が進んだ蓄電池では自己放電によって充電電流の変化が検出しにくく、満充電の検出が遅れてしまうものであり、使用する蓄電池の性状に合わせてこの第二時間を適宜設定することによって、蓄電池の劣化が進み蓄電池の交換の必要性をこの第二タイマー手段９ｂの第二時間によって特定することができたものである。

２０は枠体２の表面に設けた表示パネル、１０ａはこの表示パネル２０の中に蓄電池１の取り付け位置に対応して設置された警告表示ランプ、１０はこの警告表示ランプ１０ａや枠体２に装置した警告音を発生する警報器で構成する警報手段であり、前記第二タイマー手段９ｂによって充電時間の異常が検出されたときにはこの警報手段１０を作動すると共に、充電中の蓄電池１への電池充電制御回路４の接続を開放する指示を第二選択手段８に出しており、その蓄電池１の充電操作を完了する。このため、警告音と警告表示ランプ１０ａの例えば赤色の点灯によって異常となる蓄電池１を特定することができ、この蓄電池１を取り外して交換することで、このトラブルに対応できるようになる。

図２〜図４に示す実施例において、１２は枠体２内に収容する蓄電池１の上方に位置した蓋、２１は蓋１２を開閉するための支軸、２２は蓋１２の閉じた位置を保持するためのクランプであり、このクランプ２２を外して支軸２１を中心に蓋１２を回動すると、図４に示すように枠体２内に収容した蓄電池１の上方が開放される。１３は枠体２内に設置した蓄電池１の台枠、１１ａは蓄電池１の上部に配置した端子であり、前記電池充電制御回路４及びＤＣ／ＡＣ変換回路５と接続するための接続端子１１は蓋１２の裏面で蓄電池１に向けて取り付けられており、図３に示すようにこの蓋１２が閉じた状態では接続端子１１が蓄電池１の端子１１ａと接合し、前記台枠１３の上に載せられた蓄電池１は、この台枠１３と前記接続端子１１との間に狭着されて固定している。

このため、前記蓄電池１の端子１１ａと蓋１２の接続端子１１を介して接続された電池充電制御回路４及びＤＣ／ＡＣ変換回路５は、前記警報手段１０が作動して警告音と警告表示ランプ１０ａが点灯した時に、前記クランプ２２を外して蓋１２を開けば接続が開放される。そして、蓋１２が開かれてできた空間から劣化した蓄電池１を引き出して、新しい蓄電池１と交換取り付けできるようになり、大型で重い蓄電池１であっても取り出しや取り付けが簡単で、蓄電池１の交換が初めての人でも取り扱えるようになった。また、一般に蓄電池１は電圧が低いから大電流を取り出さなければならず、蓄電池１と電気回路との接続は確実性が要求されるが、この発明では台枠１３によって指定された位置に蓄電池１を載せて、蓋１２を閉じるだけで確実に蓄電池１との接続ができるようになるから、蓄電池１の接続によるトラブルをなくすことができた。

この発明の実施例を示す図２において、２３は表示パネル２０に取り付けた電源スイッチであり、この電源スイッチ２３を閉路としたときには、枠体２内に備え付けられた蓄電池１のひとつから電池充電制御回路４やＤＣ／ＡＣ変換回路５を構成する制御部に給電される。次にこの制御部では電源入力部３に外部電源が接続されているかを検出し、外部電源が接続されている時には、この電源入力部３からの電源に切換えて供給することによって、蓄電池１の電源を開放して不要な放電を停止し、蓄電池１の消耗を防止する。この時、電源スイッチ２３が閉路となったときに接続される蓄電池１は枠体２内に収納する位置などで決まる特定の蓄電池とすることができ、この位置には必ず蓄電池がセットしてあることが要件となる。また、アウトドア環境で使用する時には前記選択手段７は最後にこの蓄電池を指定することによって、制御部の電源が途中で遮断してしまうトラブルの発生を防止している。

また、２４は表示パネルに取り付けた表示ランプであり、前記警告表示ランプ１０ａと併設して内装する複数の蓄電池１と対応させて取り付けている。この表示ランプ２４は枠体２内に設置された蓄電池１の状態を表示しており、例えばＤＣ／ＡＣ変換回路５が接続されている蓄電池１に対応する表示ランプ２４は黄色系の点灯状態であり、放電した蓄電池１は消灯、蓄電池１の充電中は緑の点滅、満充電状態では緑色に点灯している。したがって、この表示パネル２０の両ランプ表示によって蓄電池１の状態が一目でわかるようになった。

上記の制御部はマイクロコンピュータ回路を使って構成することができる。図５に示す実施例において、２５はマイクロコンピュータ、２６はこのマイクロコンピュータ２５で実現する動作手順のプログラムや基本数値が書き込まれたＲＯＭ、２７はプログラムの動作を実現するための一時的にデータなどを記憶するＲＡＭ、２８はマイクロコンピュータ２５の動作と外部の機器とをリンクさせるための入出力回路であり、これらの構成部分はデータをやり取りするバスラインによって一体化されている。

前記電池充電制御回路４やＤＣ／ＡＣ変換回路５はこのマイクロコンピュータ２５によって直接機能部を実現する構成であってもよいが、図５の実施例では、前記電池充電制御回路４と電源入力部３と一体化したモジュールと、ＤＣ／ＡＣ変換回路５と交流電源出力部６と一体化したモジュールとを利用して、これらのモジュールがマイクロコンピュータ２５の入出力回路２８を介して制御される形態を備えている。そして、マイクロコンピュータ２５は、両モジュールからの満充電の検出や交流１００Ｖ電源にかかる入力電圧検出、及び、各蓄電池の電池容量検出などの出力を入出力回路２８から取り込んで、従来では知識のない人では取り扱いが困難であった、蓄電池１の充電と、蓄電池１から交流１００Ｖ電源の取り出しが簡単にできるようになった。

このマイクロコンピュータ２５によるＤＣ／ＡＣ変換回路５に関連する動作を図６に示すフローチャートによって説明すると、スタートのＳ１００ステップでは交流電源出力部６に家庭用１００Ｖ電気器具が接続されて電源要求の有無を判断しており、電源要求がないときにはＳ１０１へ分岐して電源となる蓄電池１がＤＣ／ＡＣ変換回路５に接続されているかを確認し、接続されている時には選択手段７によってリレーブロックを開放して、すべての蓄電池１を第二選択回路８のリレーブロックに接続する。次に、Ｓ１０２ステップに進んでＤＣ／ＡＣ変換回路５が不作動状態にあるかを確認して、ＤＣ／ＡＣ変換回路５が作動中であればこの動作を停止し、Ｓ１１０にジャンプして次回の交流電源の出力要求の有無判断を開始するための時間調整を行う。

Ｓ１００ステップの交流電源の出力要求の有無判断で、交流電源の出力要求がある時には、Ｓ１０３で始めての出力要求では接続予定の蓄電池、継続使用中なら接続している蓄電池の電池電圧を検出し、Ｓ１０４ステップで検出電圧が設定された電圧を満足しているかを判断して、電池電圧が設定電圧を越えておれば電池出力はＯＫということでＳ１０９にジャンプする。

一方、電池電圧が設定電圧を得られない時にはＳ１０５で次の電池番号を決め、次のＳ１０６ステップでこの電池番号が存在しているかを判断して、蓄電池１が存在していないときにはＳ１０７で電池番号を初期値に戻す。そして、次のＳ１０８で決められた電池番号の蓄電池１をＤＣ／ＡＣ変換回路５に接続するように選択手段７に指示すると共に、接続後は速やかに先に接続していた蓄電池１を開放する。

このように、正常な電圧を持った蓄電池１がＤＣ／ＡＣ変換回路５に接続されているから、Ｓ１０９ステップでこのＤＣ／ＡＣ変換回路５の起動を確認し、初回の動作でまだ起動していないときにはＤＣ／ＡＣ変換回路５を起動させる。

その後のＳ１１０ステップは、次回の交流電源の出力要求の有無判断を開始するための時間調整を行っており、このステップを設けて時間調整をしてから前記Ｓ１００ステップに動作を戻せば、交流電源の出力要求の有無判断のタイミングが、常に一定の時間ごとに行われるようになった。

次に、このマイクロコンピュータ２５による電池充電制御回路４に関連する動作を図７に示すフローチャートによって説明すると、スタートのＳ２００ステップでは選択手段７や第二選択手段８で選択されていない蓄電池１に対して、電池容量センサー１９が電池容量を検出しており、次のＳ２０１ではこの電池容量を判断し、検出した電池容量が満充電を検出しているときには、次回のこのプログラムの起動まで保留となる。また、この電池容量の判断において、検出した電池容量が充電要求の蓄電池１を検出した時には、Ｓ２０２ステップで最も残存容量の少ない蓄電池１を電池充電制御回路４に接続するように第二選択手段８に動作指示し、Ｓ２０３ステップで電池充電制御回路４を起動し、Ｓ２０４ステップで第一タイマー手段９ａと第二タイマー手段９ｂのカウントを開始する。

この動作によって、蓄電池１は充電が開始されており、Ｓ２０５ステップではこの充電中の蓄電池１の充電が完了しているかを判断しており、まだ充電が完了していないときには、Ｓ２０６で第二タイマー手段９ｂの第二時間が経過したかを判断しており、この第二時間が経過していないときにはＳ２０７でタイマーカウントの継続を指示してＳ２０５の充電完了判断に戻す。また、先のＳ２０６ステップで第二時間が経過したと判断されたときには、この充電中の蓄電池１は劣化して、所定の電気容量を期待できないことが明らかであるから、Ｓ２０８でタイマーカウントを停止し、Ｓ２０９で電池充電制御回路４を停止し、Ｓ２１０で警報手段１０を起動して、取扱者に蓄電池１が劣化して使用不能であることを警告する。その後は、警告された蓄電池１以外の蓄電池１の充電操作が開始される、次回のこのプログラムの起動まで保留となる。

一方、前記Ｓ２０５ステップの充電完了判断において、電池充電制御回路４の検出出力が充電完了を示した時には、Ｓ２１１ステップに進み、電池充電制御回路４を停止する。次に、Ｓ２１２では第一タイマー手段９ａの第一時間が経過しているかを判断し、この第一時間が経過していない時にはＳ２１３で第一タイマー手段９ａのカウントの継続を指示して、その動作をＳ２１２の第一時間の経過判断に戻す。このＳ２１２ステップにおいて、第一時間が経過していると判断されたときには、Ｓ２１４ステップで第一タイマー手段９ａと第二タイマー手段９ｂのカウントを停止すると共に、まだ、充電を必要とする蓄電池１の存在が予想されるので、動作を最初のＳ２００ステップに戻し、不使用中の蓄電池１の容量読み出しを開始する。

以上のようにマイクロコンピュータ２５のプログラムによっても本願発明の基本的な動作を実現することができ、ＤＣ／ＡＣ変換回路５を作動させるプログラムにおいて、交流電源の出力要求がないときには、ＤＣ／ＡＣ変換回路５と交流電源出力部６で構成するモジュールは不作動状態になっており、また、選択手段７は蓄電池からの出力を電池充電制御回路４や電池容量センサー１９へ接続させており、電池充電制御回路４は装置された蓄電池１のすべてを対象として充電動作ができるようになる。また、電池充電制御回路４を作動させるプログラムにおいては、不良蓄電池の廃棄案内と、正常な蓄電池１であれば全ての蓄電池１が所定のタイミングで充電できるようになったものであり、過充電による蓄電池１の耐久性の劣化を最小限に抑制することができる機能を盛り込むことができた。そして、この発明の実施例では、ＤＣ／ＡＣ変換回路５と交流電源出力部６を構成するモジュールと、電池充電制御回路４と電源入力部３を構成するモジュールとを組み合わせて実現しているから、全体の回路構成はシンプルに実現できるようになった。

一方、この発明の小型電源装置は、複数の蓄電池１を使いながら充電はひとつの蓄電池１に対して行い、他の充電されていない満充電された蓄電池１から交流１００Ｖを取り出すシステムであるから、アウトドア環境で使用しないときにも積極的に家庭用の電気器具を本願発明の電源を使うことができ、この使用法であれば使用する複数の蓄電池１は常時適正な放電と充電を繰り返すことができるようになり、使用された蓄電池１の劣化は最小に抑えることができたものである。また、一般の取扱者にとって最も困難な過放電の判断や過充電の判断は、特徴あるマイクロコンピュータシステムで実現できるから、初めて家庭用の蓄電池を使った誰でも簡単に使用できる本格的な電源装置が実用化できたものである。

また、この発明の小型電源装置の電源入力部３は家庭用の交流１００Ｖ電源から電池充電制御回路４に電源を供給しているが、従来のこの種のＤＣ／ＡＣ変換回路５が接続される蓄電池１のように、自動車の１２Ｖの電源を入力としてアウトドア環境でも蓄電池１に充電できるような電源入力部３とすることができる。この構成であれば蓄電池１は自動車のエンジンをまわして充電可能となり、また、このような直流電源も入力できる電源入力部３であれば、アウトドア環境では太陽光発電などの自然エネルギーから得られる直流電源を使って、蓄電池１に充電できるようになる。

この発明の小型電源装置の構成を表したブロック図である。この発明の実施例を示す小型電源装置の斜視図である。図２の実施例の小型電源装置の断面図である。図３の実施例における開閉蓋を開いた状態の断面図である。この発明をマイクロコンピュータ回路によって実施するときの構成を示すブロック図である。図５の実施例におけるＤＣ／ＡＣ変換回路に関連する動作を説明するフローチャートである。図５の実施例における充電制御回路に関連する動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１蓄電池
２枠体
３電源入力部
４電池充電制御回路
５ＤＣ／ＡＣ変換回路
６交流電源出力部
７選択手段
８連結配管
９ａタイマー手段
９ｂタイマー手段
１０警報手段
１１接続端子
１２蓋
１３台枠

Claims

蓄電池１を内装する枠体２を有し、この枠体２には電源入力部３と、この電源入力部３からの電力に基づいて前記蓄電池１に充電するための電池充電制御回路４と、この蓄電池１を電源として直流電源を交流１００Ｖ電源に変換するＤＣ／ＡＣ変換回路５と、このＤＣ／ＡＣ変換回路５の交流出力を外部から使用できるようにする交流電源出力部６、とを備えた電源装置において、
前記枠体２に内装された前記蓄電池１は複数個備えており、この複数個の蓄電池１は並列接続されずにその中の１個を所定の順序で選択するための選択手段７を有し、この選択手段７は選択された蓄電池１を前記ＤＣ／ＡＣ変換回路５に接続すると共に、
前記電源入力部３から前記電池充電制御回路４に電源が供給されているときに、前記選択手段７によって選択されなかった蓄電池１の中の１個を選択する第二選択手段８を有し、この第二選択手段８は選択した蓄電池１に前記電池充電制御回路４を接続しており、
所定の順序で蓄電池１を選択する前記選択手段７が、第二選択手段８で選択中の蓄電池１を選択したとき、この第二選択手段８は他の蓄電池１に選択変更する構成であり、
かつ、前記電池充電制御回路４には蓄電池１への充電開始によってカウント開始する第一タイマー手段９ａを備え、
前記第二選択手段８によって選択して接続された電池充電制御回路４が充電中の蓄電池１の満充電を検出時、蓄電池１の充電操作を完了し、前記第一タイマー手段９ａが第一時間をカウントしたときに、前記第二選択手段８は残存容量が少ない蓄電池１を選択してこの蓄電池１に電池充電制御回路４を接続することを特徴とする家庭用小型電源装置。
前記ＤＣ／ＡＣ変換回路５の入力電気容量、もしくは交流電源出力部６の所定の出力電気容量が設定値から外れたときにおいて、前記選択手段７は前記ＤＣ／ＡＣ変換回路５の入力を所定の順序で次の蓄電池１に接続を切換え、前記交流電源出力部６から交流電源を連続して出力することを特徴とする請求項１に記載の家庭用小型電源装置。
前記電池充電制御回路４には蓄電池１の充電時間をカウントする第二タイマー手段９ｂを備え、前記電池充電制御回路４が充電中の蓄電池１の満充電を検出する前に前記第二タイマー手段９ｂが第二時間をカウントしたときに、前記電池充電制御回路４は警報手段１０を作動させてその蓄電池１の充電操作を完了する請求項１又は２に記載の家庭用小型電源装置。
前記蓄電池１が前記電池充電制御回路４及びＤＣ／ＡＣ変換回路５と接続するための接続端子１１は、前記蓄電池１を着脱自在に内装する枠体２の蓋１２に取り付けられ、
台枠１３の上に載せられた蓄電池１は、この台枠１３と前記接続端子１１との間に狭着されながら、前記電池充電制御回路４及びＤＣ／ＡＣ変換回路５に接続されていることを特徴とする請求項１から３の１項に記載の家庭用小型電源装置。