JPH09140071A - バッテリチャージャー付ポータブル電源装置 - Google Patents
バッテリチャージャー付ポータブル電源装置Info
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- JPH09140071A JPH09140071A JP7300318A JP30031895A JPH09140071A JP H09140071 A JPH09140071 A JP H09140071A JP 7300318 A JP7300318 A JP 7300318A JP 30031895 A JP30031895 A JP 30031895A JP H09140071 A JPH09140071 A JP H09140071A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/46—Accumulators structurally combined with charging apparatus
- H01M10/465—Accumulators structurally combined with charging apparatus with solar battery as charging system
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
- H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 バッテリーチャージャー付ポータブル電源装
置に於いて、太陽光のなくなった時間帯での充電時間を
引き延ばすことにより半導体機器の稼働時間を充分長時
間にし、実用上有益な電源装置を供給する。 【構成】 太陽光を受光し、発電するセルの後段に電気
二重層電池を配置し、該電気二重層電池からの電流を小
出しにするため、該電気二重層電池の容量を次段定電圧
電池の容量より充分なる容量となし、更にその次段にＤ
Ｃ−ＤＣコンバーターを接続して該電気二重層電池の出
力電圧を次段接続の定電圧型二次電池の電圧よりも充分
に小なる電位にても該定電圧型二次電池に充分なる充電
をほどこし得るように構成せしめてなるバッテリーチャ
ージャー付ポータブル電源装置。
置に於いて、太陽光のなくなった時間帯での充電時間を
引き延ばすことにより半導体機器の稼働時間を充分長時
間にし、実用上有益な電源装置を供給する。 【構成】 太陽光を受光し、発電するセルの後段に電気
二重層電池を配置し、該電気二重層電池からの電流を小
出しにするため、該電気二重層電池の容量を次段定電圧
電池の容量より充分なる容量となし、更にその次段にＤ
Ｃ−ＤＣコンバーターを接続して該電気二重層電池の出
力電圧を次段接続の定電圧型二次電池の電圧よりも充分
に小なる電位にても該定電圧型二次電池に充分なる充電
をほどこし得るように構成せしめてなるバッテリーチャ
ージャー付ポータブル電源装置。
Description
【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主体とし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ある。
太陽光を受光し発電するセルの後段に充電が定電圧型の
二次電池を配置して、一旦該定電流型二次電池に前記セ
ルからの電気を蓄積し、この定電流型二次電池から電気
をとり出して次段の定電圧型二次電池へ充電する様式の
電池電源システムであって、特に定電流型二次電池から
次段定電圧型二次電池への充電時間を永くし、且つ定電
流型二次電池の出力電圧を次段定電圧電池の電圧より充
分に小ならしめた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ことにより、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。
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主体とし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ある。
太陽光を受光し発電するセルの後段に充電が定電圧型の
二次電池を配置して、一旦該定電流型二次電池に前記セ
ルからの電気を蓄積し、この定電流型二次電池から電気
をとり出して次段の定電圧型二次電池へ充電する様式の
電池電源システムであって、特に定電流型二次電池から
次段定電圧型二次電池への充電時間を永くし、且つ定電
流型二次電池の出力電圧を次段定電圧電池の電圧より充
分に小ならしめた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ことにより、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。
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。
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。
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】尚、太陽光を電気に換えるためのセルを日
本人は「太陽電池」とよんでいるが、これは誤りであ
る。セルは太陽光を電気に変換する変換器の機能を有す
るだけで蓄電の機能は全くない。発生した電気を貯める
には他に蓄電池が必要なのである。ソーラー電池は、こ
の言葉のあいまさを少なくすることから始まっている技
術でもある。
本人は「太陽電池」とよんでいるが、これは誤りであ
る。セルは太陽光を電気に変換する変換器の機能を有す
るだけで蓄電の機能は全くない。発生した電気を貯める
には他に蓄電池が必要なのである。ソーラー電池は、こ
の言葉のあいまさを少なくすることから始まっている技
術でもある。
【０００６】
【従来の技術】太陽は地球上赤道を中心として南北緯各
６５゜の範囲を平均１ｍ2（１ｍ×１ｍ）１ＫＷのエネ
ルギーを注いでいる。このエネルギーを電気に換えるの
に半導体単結晶では、１５〜１６％、多結晶では１４％
内外、アモルファス（非結晶）では７〜８％の効率（変
換効率）のものが使われている。これらを使って家庭の
電球（１００Ｗ）を光らせると、１ｍ2のセルには、太
陽が注がれている間、単結晶、多結晶セルでは電球１個
だけが光る量の電気を生み、アモルファスではこの電球
を点灯することはできない。これらを技術の根本である
コスト面から比較してみると、単結晶の多くは、一旦、
多結晶を精製し、これを更に引き上げ法などの過程を通
して再精製して造るもので、そのコストは多結晶よりも
高い。変換効率が上記のように１〜２％のアップ差であ
っても、そのコストは多結晶セルの倍以上かかっている
のが普通である。
６５゜の範囲を平均１ｍ2（１ｍ×１ｍ）１ＫＷのエネ
ルギーを注いでいる。このエネルギーを電気に換えるの
に半導体単結晶では、１５〜１６％、多結晶では１４％
内外、アモルファス（非結晶）では７〜８％の効率（変
換効率）のものが使われている。これらを使って家庭の
電球（１００Ｗ）を光らせると、１ｍ2のセルには、太
陽が注がれている間、単結晶、多結晶セルでは電球１個
だけが光る量の電気を生み、アモルファスではこの電球
を点灯することはできない。これらを技術の根本である
コスト面から比較してみると、単結晶の多くは、一旦、
多結晶を精製し、これを更に引き上げ法などの過程を通
して再精製して造るもので、そのコストは多結晶よりも
高い。変換効率が上記のように１〜２％のアップ差であ
っても、そのコストは多結晶セルの倍以上かかっている
のが普通である。
【０００７】一方アモルファスでは、その変換効率が多
結晶の半分にしか達していない。その製造工程におい
て、非結晶と多結晶とのコスト差は殆どない。その上、
非結晶（アモルファス）のセルは経年変化という、日時
がたつにつれてその特性が劣化する不利がまとわりつい
ている。そうなると、同一性能を出すためには、多結晶
のセルの面積の倍の面積を必要とすることになる。さき
ほど述べた１ｍ2当り１４％内外の変換効率を持つ多結
晶が１３０〜１４０Ｗの電気エネルギーを作り出すのに
対し、アモルファスではセル平面が２倍の２ｍ2必要と
なる。すなわち、コスト的に余り合うものではない。
結晶の半分にしか達していない。その製造工程におい
て、非結晶と多結晶とのコスト差は殆どない。その上、
非結晶（アモルファス）のセルは経年変化という、日時
がたつにつれてその特性が劣化する不利がまとわりつい
ている。そうなると、同一性能を出すためには、多結晶
のセルの面積の倍の面積を必要とすることになる。さき
ほど述べた１ｍ2当り１４％内外の変換効率を持つ多結
晶が１３０〜１４０Ｗの電気エネルギーを作り出すのに
対し、アモルファスではセル平面が２倍の２ｍ2必要と
なる。すなわち、コスト的に余り合うものではない。
【０００８】現在、電灯や重工業の電源は１００〜２０
０Ｖの交流商用電源でまかなわれている。そのもとは、
水力、石炭火力、石油火力、ＬＰＧ火力、または原子力
である。これらのエネルギー源は非常に大きなもので、
家庭の一軒一軒においてまかなえるような小さなエネル
ギーではない。同時に家庭一軒一軒で使うにはあまりに
も危険である。このために山や谷や海だとか、民家から
離れたところに大規模に設置し、このエネルギーを遠く
まで配達するために１００Ｖ、２００Ｖと電圧を高め、
送電線をとおして送り、各家庭や工場に配っているのが
現状である。こうしなければ安全が保たれず、法律上の
管理もできず、またコストも安くならない。我々はこれ
を集中管理方式と呼んでおり、この管理方式は電力会
社、国にまかされている。
０Ｖの交流商用電源でまかなわれている。そのもとは、
水力、石炭火力、石油火力、ＬＰＧ火力、または原子力
である。これらのエネルギー源は非常に大きなもので、
家庭の一軒一軒においてまかなえるような小さなエネル
ギーではない。同時に家庭一軒一軒で使うにはあまりに
も危険である。このために山や谷や海だとか、民家から
離れたところに大規模に設置し、このエネルギーを遠く
まで配達するために１００Ｖ、２００Ｖと電圧を高め、
送電線をとおして送り、各家庭や工場に配っているのが
現状である。こうしなければ安全が保たれず、法律上の
管理もできず、またコストも安くならない。我々はこれ
を集中管理方式と呼んでおり、この管理方式は電力会
社、国にまかされている。
【０００９】一方、ソーラーセルは先に述べたように１
ｍ2のセルがたとえば１００％の変換効率でも１００Ｗ
電球１０個が太陽が照っている間発生するだけのエネル
ギーでしかない。これを家庭や工場において、送配電に
よってまかない、必要に応じては売電と称し、家庭の屋
根や塀にセルをつけ、その発生電源の一部を昼間は電力
会社に買ってもらうという方式が一部採用されている。
しかしこの方式はそれなりに極めて意義があるが、技術
面からみれば、余りにもコストが高くなり過ぎるし、こ
れで２％以下のエネルギーしかまかないきれない。さら
に日本のように送配電が行き届いている国は世界でもま
れで、お隣の中国をはじめ、東南アジアや中近東諸国の
多くでは、これらの送電は全く不可能である。海上や山
中での配線のないところでも同様その生活は難しい。現
在、各家庭の電化製品で使われている半導体回路は、メ
モリー素子が３．３Ｖ駆動、ドライバー回路素子が５．
５Ｖ駆動のものが圧倒的に多く、これら回路を動かすの
にも、もっぱら１００Ｖの商用電源が使われている。１
００Ｖの交流を電圧やアンペアを落とし、デジタル信号
用直流電源に直して、使用しているのである。１００Ｖ
の商用電源をして１２Ｖ以下のＩＣ回路用の電圧・電流
に落とす場合、 イ） 電気事業法による法的規制があり、取り扱いには
種々の制約を受け、家庭で勝手にいじることは許されな
い。 ロ） もしトランジスタ回路がＰＮＰ−ＮＰＮのコンプ
リメンタリーの構成であるときは、両者が近似の特性で
ないと、開閉トランジスタ側の電極にアンバランス電流
が発生し、ショートしたり、大きな電流が流れて火災に
なるといった不本意な現象が起きることがある。ＰＮＰ
あるいはＮＰＮ単独の接地型トランジスタ回路素子によ
る電源では、大きな電流が流れるため、電源の消耗が激
しく、時には、この電流量が多くなりすぎて、回路もシ
ョートしたり、負荷に過電流を流してこれをショートし
てしまったりすることがある。
ｍ2のセルがたとえば１００％の変換効率でも１００Ｗ
電球１０個が太陽が照っている間発生するだけのエネル
ギーでしかない。これを家庭や工場において、送配電に
よってまかない、必要に応じては売電と称し、家庭の屋
根や塀にセルをつけ、その発生電源の一部を昼間は電力
会社に買ってもらうという方式が一部採用されている。
しかしこの方式はそれなりに極めて意義があるが、技術
面からみれば、余りにもコストが高くなり過ぎるし、こ
れで２％以下のエネルギーしかまかないきれない。さら
に日本のように送配電が行き届いている国は世界でもま
れで、お隣の中国をはじめ、東南アジアや中近東諸国の
多くでは、これらの送電は全く不可能である。海上や山
中での配線のないところでも同様その生活は難しい。現
在、各家庭の電化製品で使われている半導体回路は、メ
モリー素子が３．３Ｖ駆動、ドライバー回路素子が５．
５Ｖ駆動のものが圧倒的に多く、これら回路を動かすの
にも、もっぱら１００Ｖの商用電源が使われている。１
００Ｖの交流を電圧やアンペアを落とし、デジタル信号
用直流電源に直して、使用しているのである。１００Ｖ
の商用電源をして１２Ｖ以下のＩＣ回路用の電圧・電流
に落とす場合、 イ） 電気事業法による法的規制があり、取り扱いには
種々の制約を受け、家庭で勝手にいじることは許されな
い。 ロ） もしトランジスタ回路がＰＮＰ−ＮＰＮのコンプ
リメンタリーの構成であるときは、両者が近似の特性で
ないと、開閉トランジスタ側の電極にアンバランス電流
が発生し、ショートしたり、大きな電流が流れて火災に
なるといった不本意な現象が起きることがある。ＰＮＰ
あるいはＮＰＮ単独の接地型トランジスタ回路素子によ
る電源では、大きな電流が流れるため、電源の消耗が激
しく、時には、この電流量が多くなりすぎて、回路もシ
ョートしたり、負荷に過電流を流してこれをショートし
てしまったりすることがある。
【００１０】そこで２０Ｖ以下の電圧、２Ａ以下の電流
にたよるトランジスタ回路に最もふさわしい電源は、ソ
ーラーセルで電気を起こし、その電気を貯めたソーラー
電池を電源として使うということになる。
にたよるトランジスタ回路に最もふさわしい電源は、ソ
ーラーセルで電気を起こし、その電気を貯めたソーラー
電池を電源として使うということになる。
【００１１】もう少し詳しくいうと、半導体を使ってい
る機器（その大部分は６Ｖ以下の電極で駆動している機
器）、あるいは、自動車のように１２Ｖ電圧で駆動する
のに、セルと一緒に二次電池を積むことによって、（こ
の二次電池は自動車搭載鉛電池を兼用しても良い）、さ
らにこれにガソリンによるエネルギーとのハイブリッド
構成によって駆動させる機構−これは配線を使わない
で、一戸単位で処理出来るので分散処理機構と呼んでい
るが−においては、機器を動かすエネルギーは従来の集
中管理システム電源エネルギーの数百・数千分の一で済
む分散処理機構電源によってその大部分をまかなうこと
が出来る。つまり、集中管理システムとは別に分散処理
システムでソーラー電池技術による電源は、機器に優し
く、また、何年、何十年と電池交換をしないで済む環境
破壊を防ぐ電源として役に立つのである。ソーラー電池
はその意味ではトータル・エネルギー量の１％程度のエ
ネルギーで主として半導体回路機器の９０％以上を長時
間まかなえ得る技術なのである。
る機器（その大部分は６Ｖ以下の電極で駆動している機
器）、あるいは、自動車のように１２Ｖ電圧で駆動する
のに、セルと一緒に二次電池を積むことによって、（こ
の二次電池は自動車搭載鉛電池を兼用しても良い）、さ
らにこれにガソリンによるエネルギーとのハイブリッド
構成によって駆動させる機構−これは配線を使わない
で、一戸単位で処理出来るので分散処理機構と呼んでい
るが−においては、機器を動かすエネルギーは従来の集
中管理システム電源エネルギーの数百・数千分の一で済
む分散処理機構電源によってその大部分をまかなうこと
が出来る。つまり、集中管理システムとは別に分散処理
システムでソーラー電池技術による電源は、機器に優し
く、また、何年、何十年と電池交換をしないで済む環境
破壊を防ぐ電源として役に立つのである。ソーラー電池
はその意味ではトータル・エネルギー量の１％程度のエ
ネルギーで主として半導体回路機器の９０％以上を長時
間まかなえ得る技術なのである。
【００１２】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４
００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。
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４
００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。
【００１３】
【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。
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。
【００１４】
【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、高速で充電する二次電
池、例えば活性炭を電極とする電気二重層電池などを太
陽光を受光し発電するセルの後段に設置し、後段二次電
池電圧より極めて低い電圧でも作動し、一旦この電圧を
昇圧して次段にパワーを供給するＤＣ−ＤＣコンバータ
を設け、更に該ＤＣ−ＤＣコンバータの出力により充電
され、且つ後段の負荷に電力を供給する次段二次電池、
例えばニッカドやリチウム等の二次電池を設置したこと
を特徴とする。
ージャー付ポータブル電源は、高速で充電する二次電
池、例えば活性炭を電極とする電気二重層電池などを太
陽光を受光し発電するセルの後段に設置し、後段二次電
池電圧より極めて低い電圧でも作動し、一旦この電圧を
昇圧して次段にパワーを供給するＤＣ−ＤＣコンバータ
を設け、更に該ＤＣ−ＤＣコンバータの出力により充電
され、且つ後段の負荷に電力を供給する次段二次電池、
例えばニッカドやリチウム等の二次電池を設置したこと
を特徴とする。
【００１５】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。
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。
【００１６】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。
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。
【００１７】
【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。
づいて説明する。
【００１８】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。どの程度遅らすか
は、図３〜図７に示す如く電気二重層電池の容量、特に
電流容量を次段定電圧電池の容量よりも小さくとるこ
と、ここでは１／１０程度にしたことによって達成され
る。
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。どの程度遅らすか
は、図３〜図７に示す如く電気二重層電池の容量、特に
電流容量を次段定電圧電池の容量よりも小さくとるこ
と、ここでは１／１０程度にしたことによって達成され
る。
【００１９】９は負荷である。（ＤｏＣｏＭｏＮ型電話
機を用いたので後段ニッカド電池は６Ｖ、９００ｍＡｈ
のもので、待時間帯はパルス受信となり、負荷電流は１
００ｍＡが１０ｍＡ乃至２０ｍＡ迄落とされている。）
ここで用いた電気二重層電池の容量（ひいては内部抵
抗）は一般電池のおよそ１／１０（内部抵抗では１０
倍）であることに注意を要する。
機を用いたので後段ニッカド電池は６Ｖ、９００ｍＡｈ
のもので、待時間帯はパルス受信となり、負荷電流は１
００ｍＡが１０ｍＡ乃至２０ｍＡ迄落とされている。）
ここで用いた電気二重層電池の容量（ひいては内部抵
抗）は一般電池のおよそ１／１０（内部抵抗では１０
倍）であることに注意を要する。
【００２０】何故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晝雨天の時間
帯でも尚充電が出来るようにし、負荷回路の稼働時間を
長時間にするためである。尚６は後段二次電池に与える
電圧を調整する調整スイッチで、例えば、７Ｖ、８Ｖ、
９Ｖと設定するものである。
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晝雨天の時間
帯でも尚充電が出来るようにし、負荷回路の稼働時間を
長時間にするためである。尚６は後段二次電池に与える
電圧を調整する調整スイッチで、例えば、７Ｖ、８Ｖ、
９Ｖと設定するものである。
【００２１】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
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
【００２２】
【数１】
【００２３】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
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
【００２４】
【数２】
【００２５】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０．００
１Ａ（１ｍＡ）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
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０．００
１Ａ（１ｍＡ）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
【００２６】
【数３】
【００２７】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。
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。
【００２８】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
効時間を図３の如く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。
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
効時間を図３の如く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。
【００２９】そこで図３〜図７について少し詳細に述べ
ておく。
ておく。
【００３０】図３は電気二重層電池からの放電電流によ
る次段ニッカド定電圧電池への充電量の変化を示す。
（Ａ）はセル（１０．５Ｖ）から電気二重層電池（７５
Ｆ／１１Ｖ及び１５０Ｆ／１１Ｖ）への充電（１０．５
Ｖまでの充電）回路ブロック図、（Ｂ）は（Ａ）図によ
り電気二重層電池に１０．５Ｖ充電後、電気二重層電池
からニッカド電池への充電回路ブロック図、（Ｃ）はニ
ッカド電池から負荷への放電回路ブロック図、（Ｄ）は
（Ｂ）図と同様のブロック図であるが電気二重層電池を
１５０Ｆ／１１Ｖのものにしたものである。
る次段ニッカド定電圧電池への充電量の変化を示す。
（Ａ）はセル（１０．５Ｖ）から電気二重層電池（７５
Ｆ／１１Ｖ及び１５０Ｆ／１１Ｖ）への充電（１０．５
Ｖまでの充電）回路ブロック図、（Ｂ）は（Ａ）図によ
り電気二重層電池に１０．５Ｖ充電後、電気二重層電池
からニッカド電池への充電回路ブロック図、（Ｃ）はニ
ッカド電池から負荷への放電回路ブロック図、（Ｄ）は
（Ｂ）図と同様のブロック図であるが電気二重層電池を
１５０Ｆ／１１Ｖのものにしたものである。
【００３１】ここで９００ｍＡｈの電流容量を１Ｃとし
（Ｂ）図による充電で電気二重層電池の放電電流を１Ｃ
（９００ｍＡｈ）としたとき（図４）、０．５Ｃとした
とき（図６）、０．１Ｃとしたとき（図７）、（Ｄ）図
の如く接続し、１Ｃで充電したとき（図５）にそれぞれ
ニッカド端子電圧と時間の関係を表示したものである。
（Ｂ）図による充電で電気二重層電池の放電電流を１Ｃ
（９００ｍＡｈ）としたとき（図４）、０．５Ｃとした
とき（図６）、０．１Ｃとしたとき（図７）、（Ｄ）図
の如く接続し、１Ｃで充電したとき（図５）にそれぞれ
ニッカド端子電圧と時間の関係を表示したものである。
【００３２】これらから明らかな如く、電気二重層電池
からの放電電流をニッカド電池電流の１／１０にすれば
充電時間がゆっくりとなることがわかる。ただし、電気
二重層電池からの放電電流容量をあまり小さくし過ぎる
と、次段ニッカド電池に充電しなくなることに注意して
電気二重層電池の容量を決めなければならない。
からの放電電流をニッカド電池電流の１／１０にすれば
充電時間がゆっくりとなることがわかる。ただし、電気
二重層電池からの放電電流容量をあまり小さくし過ぎる
と、次段ニッカド電池に充電しなくなることに注意して
電気二重層電池の容量を決めなければならない。
【００３３】
【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。
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１】（ａ）は本発明のバッテリーチャジャー付ポー
タブル電源装置の回路図、（ｂ）はセルの概略構成図で
ある。
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。
【図３】電気二重層電池の充電速度を遅らせるためのコ
ンデンサー特性を示す回路図である。
ンデンサー特性を示す回路図である。
【図４】電気二重層電池の充電速度を遅らせるためのコ
ンデンサー特性のチャートである。
ンデンサー特性のチャートである。
【図５】電気二重層電池の充電速度を遅らせるためのコ
ンデンサー特性のチャートである。
ンデンサー特性のチャートである。
【図６】電気二重層電池の充電速度を遅らせるためのコ
ンデンサー特性のチャートである。
ンデンサー特性のチャートである。
【図７】電気二重層電池の充電速度を遅らせるためのコ
ンデンサー特性のチャートである。
ンデンサー特性のチャートである。
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
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成７年１１月２１日
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の名称】 バッテリチャージャー付ポータブル電
源装置
源装置
Claims (1)
- 【請求項１】 太陽光を受光し発電するセルの後段に電
気二重層電池を配置し、該電気二重層電池からの電流を
小出しにするために該電気二重層電池の電流容量を後段
定電圧型二次電池の電流容量より小となし、更にその次
段にＤＣ−ＤＣコンバーターを接続して該電気二重層電
池の出力電圧を次段接続の定電圧型二次電池の電圧より
も小なる電位にても該定電圧型二次電池に充電をほどこ
し得るようにしてなる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。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7300318A JP3019248B2 (ja) | 1995-11-17 | 1995-11-17 | バッテリーチャージャー付ポータブル電源装置 |
| US08/749,692 US5811958A (en) | 1995-11-17 | 1996-11-15 | Portable electric power source with attached battery charger |
| JP10256961A JPH11164495A (ja) | 1995-11-17 | 1998-09-10 | バッテリーチャジャー付ポータブル電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7300318A JP3019248B2 (ja) | 1995-11-17 | 1995-11-17 | バッテリーチャージャー付ポータブル電源装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10256961A Division JPH11164495A (ja) | 1995-11-17 | 1998-09-10 | バッテリーチャジャー付ポータブル電源装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09140071A true JPH09140071A (ja) | 1997-05-27 |
| JP3019248B2 JP3019248B2 (ja) | 2000-03-13 |
Family
ID=17883345
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7300318A Expired - Fee Related JP3019248B2 (ja) | 1995-11-17 | 1995-11-17 | バッテリーチャージャー付ポータブル電源装置 |
| JP10256961A Pending JPH11164495A (ja) | 1995-11-17 | 1998-09-10 | バッテリーチャジャー付ポータブル電源装置 |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10256961A Pending JPH11164495A (ja) | 1995-11-17 | 1998-09-10 | バッテリーチャジャー付ポータブル電源装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5811958A (ja) |
| JP (2) | JP3019248B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH11164495A (ja) * | 1995-11-17 | 1999-06-18 | Shigeo Yamamoto | バッテリーチャジャー付ポータブル電源装置 |
| JP2010115109A (ja) * | 1999-11-02 | 2010-05-20 | Shigeo Yamamoto | 照合装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH0879984A (ja) * | 1994-09-06 | 1996-03-22 | Ritsuku:Kk | 充電回路 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11164495A (ja) * | 1995-11-17 | 1999-06-18 | Shigeo Yamamoto | バッテリーチャジャー付ポータブル電源装置 |
| JP2010115109A (ja) * | 1999-11-02 | 2010-05-20 | Shigeo Yamamoto | 照合装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3019248B2 (ja) | 2000-03-13 |
| US5811958A (en) | 1998-09-22 |
| JPH11164495A (ja) | 1999-06-18 |
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