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技術 電源選択装置

出願人 盛岡セイコー工業株式会社
発明者 服部修
出願日 2006年11月22日 (15年0ヶ月経過) 出願番号 2006-315523
公開日 2008年6月5日 (13年5ヶ月経過) 公開番号 2008-131785
状態 未査定
技術分野 電池の充放電回路 電池等の充放電回路 二次電池の保守(充放電、状態検知)
主要キーワード インターバルタイマー 充電式電源 非充電式電池 変換電池 ボルテージディテクタ 条件設定モード 非充電式 演算条件
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この項目の情報は公開日時点(2008年6月5日)のものです。
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図面 (5)

課題

搭載した非充電式電池寿命最大限延ばす電源選択装置を提供する。

解決手段

充電式電源120は、充電電源130によって充電することができる。非充電式電源110は、充電電源120によって充電することができない。選択装置210は、充電式電源120と非充電式電源110のうちのどちらを電源として使用するかを選択する。中央処理装置190は、負荷220の電荷を算出し、充電式電源120と非充電式電源110のいずれかを使用するかを判断し、前記判断に基づいて、選択装置210に充電式電源120と非充電式電源110のどちらを使用するかを指示する。

概要

背景

電源供給が出来ない場合に於いての電力供給方法としては、一次電池が一般的である。一次電池は小型で容量の大きいものが多いが、その特性から充電出来ないものが多く、従って、その電池内に蓄えられた電気容量を使用してしまうと、一次電池自体を交換しないとその一次電池が電源を供給している装置を継続的に動かすことはできない。一方、発電装置においてその規模が小さい場合は、発電電圧発電容量も小さい場合が多く、これに充電式の電源を接続しても単位時間に充電できる量はさほど多くない場合が多い。従って、充電式の電源のみで負荷装置稼働させることは、難しい場合が多い。しかし、当該充電式電源は、非充電式電源補助電源として非充電式電源の消耗を遅らせることは可能である。

離地や電源供給の困難な場所に於いて長時間稼働が必要な装置に於いては、充電式電源を補助電源として用い、非充電電源用の電池交換頻度を減らすことは、コストやその他の負荷を含めて有利である場合が多い。

しかし、両電源をどの様に切り替えるかが問題である。前にも述べたが一次電源は一般的に容量が多い為に電源電圧も高く、流せる電流量も多い。反面、前出充電式電源はその発電機構が貧弱な為、電気容量も低く且つ電源電圧も低い為に、両者を直接並列に接続すると充電式電源が非充電式電源の補助電源の機能を発揮できなくなる。

監視カメラ装置の電源として、カメラを駆動するための太陽電池と、この太陽電池を補助するために設けられた補助電源装置とからなっている(特許文献1参照)。

また、検針装置においては、時計の出力によって画像入力装置を駆動するための第1の電源と、時計の出力によって無線装置を駆動する第2の電源を有しており、第1の電源と第2の電源はこの時計により、一定期間だけ駆動する(特許文献2参照)。
特開2006−217546号公報
特開2004−94787号公報

概要

搭載した非充電式電池寿命最大限延ばす電源選択装置を提供する。充電式電源120は、充電電源130によって充電することができる。非充電式電源110は、充電電源120によって充電することができない。選択装置210は、充電式電源120と非充電式電源110のうちのどちらを電源として使用するかを選択する。中央処理装置190は、負荷220の電荷を算出し、充電式電源120と非充電式電源110のいずれかを使用するかを判断し、前記判断に基づいて、選択装置210に充電式電源120と非充電式電源110のどちらを使用するかを指示する。

目的

効果

実績

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請求項1

充電電源によって充電することができる充電式電源と、前記充電電源によって充電することができない非充電式電源と、前記充電式電源と前記非充電式電源のうちのどちらを電源として使用するかを選択する選択装置と、負荷電荷を算出し、前記充電式電源と前記非充電式電源のいずれかを使用するかを判断し、前記判断に基づいて、前記選択装置に前記充電式電源と前記非充電式電源のどちらを使用するかを指示する中央処理装置と、を有する電源選択装置

請求項2

前記中央処理装置は、前記充電式電池では負荷を充分駆動できないと判断された場合は前記非充電式電池を使用し、それ以外の場合には、前記非充電式電源よりも前記充電式電源を優先して使用するように判断する請求項1記載の電源選択装置。

請求項3

前記非充電式電源及び充電式電源の電流を測定するために前記負荷と前記選択装置の間に配置した電流計と、前記非充電式電源の電圧を測定するために前記負荷と前記選択装置の間に配置した第1の電圧計と、前記充電式電源の電圧を測定するために前記充電式電源と前記選択装置の間に配置した第2の電圧計と、を有し、前記中央処理装置は、前記電流計、前記第1及び第2の電圧計から得られた値から前記電荷を算出する請求項1又は2記載の電源選択装置。

請求項4

前記中央処理装置が処理する間隔を決めるインターバルタイマークロックを有する請求項1乃至3のいずれかに記載の電源選択装置。

請求項5

前記中央処理装置の演算条件駆動用ソフトウエアを格納する記憶装置を有する請求項1乃至4のいずれかに記載の電源選択装置。

技術分野

0001

本発明は電源供給の困難な場所に於いて長時間の稼働が必要な装置を駆動し、且つその装置自体体積的に大きな非充電式電源を持つことができない場合、非充電式電源の消耗を押さえる為に充電式電源を組み合わせ、非充電式電源に貯まった電気優先的に使用させる為に切替を行う電源の技術分野に属する。

背景技術

0002

電源供給が出来ない場合に於いての電力供給方法としては、一次電池が一般的である。一次電池は小型で容量の大きいものが多いが、その特性から充電出来ないものが多く、従って、その電池内に蓄えられた電気容量を使用してしまうと、一次電池自体を交換しないとその一次電池が電源を供給している装置を継続的に動かすことはできない。一方、発電装置においてその規模が小さい場合は、発電電圧発電容量も小さい場合が多く、これに充電式の電源を接続しても単位時間に充電できる量はさほど多くない場合が多い。従って、充電式の電源のみで負荷装置を稼働させることは、難しい場合が多い。しかし、当該充電式電源は、非充電式電源の補助電源として非充電式電源の消耗を遅らせることは可能である。

0003

離地や電源供給の困難な場所に於いて長時間稼働が必要な装置に於いては、充電式電源を補助電源として用い、非充電電源用の電池交換頻度を減らすことは、コストやその他の負荷を含めて有利である場合が多い。

0004

しかし、両電源をどの様に切り替えるかが問題である。前にも述べたが一次電源は一般的に容量が多い為に電源電圧も高く、流せる電流量も多い。反面、前出充電式電源はその発電機構が貧弱な為、電気容量も低く且つ電源電圧も低い為に、両者を直接並列に接続すると充電式電源が非充電式電源の補助電源の機能を発揮できなくなる。

0005

監視カメラ装置の電源として、カメラを駆動するための太陽電池と、この太陽電池を補助するために設けられた補助電源装置とからなっている(特許文献1参照)。

0006

また、検針装置においては、時計の出力によって画像入力装置を駆動するための第1の電源と、時計の出力によって無線装置を駆動する第2の電源を有しており、第1の電源と第2の電源はこの時計により、一定期間だけ駆動する(特許文献2参照)。
特開2006−217546号公報
特開2004−94787号公報

発明が解決しようとする課題

0007

充電式の電池を非充電式の電池の補助電池とした場合、充電式の電池に蓄えられている電荷を負荷装置の稼動に用い、充電式電池に蓄えられている電荷が負荷装置を駆動させる為に不十分だった場合に限り非充電式電池を切り替えて用い、負荷装置の稼働に用いる形にすることが非充電式電池の寿命延ばすことに繋がる。

0008

しかし、充電式電池を充電する充電装置は、例えば、太陽電池のように、運動エネルギー変換電池温度差発電電池であったりする場合が多く、その発電量は単位時間内に一定ではなく、充電式電池内に充電された電荷のみで負荷装置を稼働させることが可能かどうかを判定することが課題となる。

課題を解決するための手段

0009

本発明の電源選択装置は、充電電源によって充電することができる充電式電源と、前記充電電源によって充電することができない非充電式電源と、前記充電式電源と前記非充電式電源のうちのどちらを電源として使用するかを選択する選択装置と、負荷の電荷を算出し、前記充電式電源と前記非充電式電源のいずれかを使用するかを判断し、前記判断に基づいて、前記選択装置に前記充電式電源と前記非充電式電源のどちらを使用するかを指示する中央処理装置とを有する。

0010

本発明の電源選択装置は、前記中央処理装置が、前記充電式電池では負荷を充分駆動できないと判断された場合は前記非充電式電池を使用し、それ以外の場合には、前記非充電式電源よりも前記充電式電源を優先して使用するように判断する。

0011

本発明の電源選択装置は、前記非充電式電源及び充電式電源の電流を測定するために前記負荷と前記選択装置の間に配置した電流計と、前記非充電式電源の電圧を測定するために前記負荷と前記選択装置の間に配置した第1の電圧計と、前記充電式電源の電圧を測定するために前記充電式電源と前記選択装置の間に配置した第2の電圧計と、を有し、前記中央処理装置は、前記電流計、前記第1及び第2の電圧計から得られた値から前記電荷を算出する。

0012

本発明の電源選択装置は、負荷装置が稼働する為に必要な単位時間の電気量が一定だと仮定した場合、電流量とその負荷が稼働する定格電圧又は電圧計の値で算定でき、充電式電源に貯まった電気量はその容量と端子電圧から算出できる為、付加装置を充電式電源に貯まった電気量で動かせる時間を算定できる。

0013

本発明の電源選択装置は、前記中央処理装置が処理する間隔を決めるインターバルタイマークロックを有する。

0014

負荷装置を稼働させる為に非充電型電源側を選択するか、充電式電源側を選択するかを判定する為には切り替えを行うべき電子回路が必要となる。しかし、当該電気回路を常に作動させることは電源の消耗を招く結果となる。従って、判定は一定の時間毎に行い、判定回路には当該動作を行う時にだけ通電することが好ましい。測定に関する回路及び判定に関する回路を常時稼働させる必要はなく、一定の時間毎に測定及び算出及び選択装置を作動させれば良い。従って、インターバルタイマークロック等のデバイスを用いて前記測定及び算出及び選択装置に通電して、作動させれば良い。

0015

本発明の電源選択装置は、前記中央処理装置の演算条件駆動用ソフトウエアを格納する記憶装置を有する。

発明の効果

0016

本発明の効果は、非充電式電池と充電式を組み合わせることで非充電式電池のみではその充電量の変化から負荷の確実な稼働を保証することは難しかったが、非充電式で電池を組み合わせることで負荷の確実な稼働が保証し易くなった。更に、充電式電池を優先的に使うことで、非充電式電池の消耗を極力抑え、同時に非充電式電池の消耗が押さえられることで、電池交換の頻度を単に充電式電池を非充電式電池の補助電池として用いたよりも、寿命を延ばすことができる。

0017

このことにより、電池交換が非常に困難な場所に負荷装置が置かれている場合に、電池交換の頻度を下げることにより、電池交換に係わる負荷を軽減することが可能になる。

発明を実施するための最良の形態

0018

本実施例では本発明の電源選択装置の構造について説明する。図1、は本発明の電源選択装置の構造を示すブロック図である。本装置100の構成は、電池系として非充電式電池110及び充電式電池120とその充電式電池120を充電する為の充電電源130、測定系として電源電圧や電流を測定する為に電流計140及び電圧計1(150)及び2(150)、時間管理系として定期的に又一定の時間だけ信号が立ち上がり、電源スイッチをオンにするインターバルタイマークロック170と電源スイッチ180、演算系として中央処理装置190とデータを格納しておくEEPROM電気的消去可能なプログラマブル記憶装置)200と接続する電池を選択する選択装置210とからなる。

0019

電池系に於いて、非充電式電池110は一次電池であり、リチウム電池水銀電池等の小型で高容量のものが好ましく、本実施例ではリチウム電池を用いた。一方、充電式電池120は二次電池であり、ニッケル水素電池リチウムイオン電池等があるが、前記二次電池では充放電の繰り返しには弱く、従って本実施例では前記二次電池ではなく、耐電圧5.5Vの電気二重層コンデンサを用いた。一方、充電電源130は太陽電池パネルと運動エネルギー変換型発電器が検討されたが、動物の体と共に移動する応用分野であることから、本実施例では運動エネルギー変換型発電装置が採用された。しかし、電気二重層コンデンサは過電圧に弱い為、発電装置による発電電圧が5.5Vを越える可能性があるため、降伏電圧が5.5Vのツェナーダイオード保護回路として発電装置と電気二重層コンデンサの間に挿入した。

0020

測定計では、電流計140に於いては極力内部抵抗の少ない通過型電流計を用い、電圧計150、160に付いては半導体ボルテージディテクタを用い、分解能は電流計140及び電圧計150、160とも10ビットの分解能とした。電流計140の示す値に数値化については、中央処理装置190が搭載しているA/D変換器を用いた。電圧計1(150)及び電流計140については負荷装置220の消費電流印加電圧及び消費電力を測定するセンサーとして稼働し、電圧計2(160)は充電式電池120の電圧を測定する目的を持つ。

0021

時間管理系では、32768Hzの水晶発振器を搭載したインターバルタイマークロック170と、低電力で作動するC−MOS(コンプリメンタリー・メタルセミコンダクタオキサイド)型の電源スイッチ180を採用した。インターバルタイマークロック170の消費電力は、10ナノアンペア以下と非常に小さいものを使用した。

0022

次に、非充電式電池110又は充電式電池120のいずれを選択するのか、という選択する方法について説明する。図2は、充電式電池の充電量を示した図である。また、図2(a)は充電式電池120に貯まった電荷を負荷装置220の電源として使用する選択を示し、図2(b)は非充電式電池120を負荷装置220の電源として使用する選択を示す。

0023

負荷装置220には、その装置が可動する最低限の電圧が存在する。その電圧を下回れば負荷装置220は正常に稼働することができない為、インターバルタイマークロック170が作動して、次回にどちらの電池を使うかを判断する迄の時間Tに、充電式電池120の電位図2の「負荷稼働最低電圧」を下回らないようにしなければならない。負荷装置220の使用電力は、電流計140の値に電圧計1(150)の値の積に相当する為、この積の値に時間Tと定数掛けると、必要な電荷の量が算出される。この値を電気二重層コンデンサの静電容量で割る事で、電圧の値が得られる。この電圧の値に負荷稼働最低電圧を加えたものが、電圧A及び電圧A’である。一方、現充電完了点は現在、電気二重層コンデンサに蓄えられている電位を電圧で表している。従って、点A又は点A’が現充電完了点を超えているか否かで、どちらの電池を使うか判定できる。

0024

電圧Aの場合は、現充電完了点を超えているので、充電式電池120を電源として選択する。反面、電圧A’の場合は現充電完了点を下回っているので、非充電式電池110を電源として選択する。

0025

これらの選択は、インターバルタイマークロック170が作動する度に行われる。インターバルタイマークロック170の状態がオンになると、測定系及び演算系の回路に電源が供給される。この電源は、時間管理系の電源を含めて非充電式電池110が電源となる。また、インターバルタイマークロック170の状態がオフになると、測定系及び演算系の回路の電源が供給されなくなるが、時間管理系の電源は引き続き供給される。

0026

電圧計は、充電式電池120の出力側と選択された電源と負荷装置220の間にある。充電式電池120の電圧は常に変化する為、監視が必要であるが、電圧計は電子式のものでも微弱な電流が流れる為、非充電式電池110の消耗につながる。また、負荷の消費電力量を測定するときは、選択装置210で非充電式電池110を選択すれば、負荷220と非充電式電池110が直結されることから、図1の電圧計1(150)の位置が適切である。因って、電圧計2(160)を図1に示す位置に配置することした。

0027

次に、本実施例に於ける本発明の電源選択装置の具体的な動作について説明する。先ず、本電源選択装置100で使用する条件、変数及びソフトウエアはEEPROMの中に格納されている。条件の書き込みに付いては、外部からの書き込みで行う。

0028

本発明の電源選択装置100のモードには「条件設定モード」と「運用モード」がある。条件設定モードは外部的にEEPROMの内容が書き換えられたときに行われ、運用モードは実際の運用時に用いられる。

0029

先ずは、条件設定モードから説明する。条件設定モードに入ると非充電式電池から演算系と時間管理系の素子に電源が供給される(工程101)。これによって演算系と時間管理系の回路が立ち上がる(工程102)。図1の中央処理装置190は、EEPROM200からのソフトウエアで処理を開始する(工程103)。中央処理装置190は、EEPROM200から運用モードで必要になる条件を読み込み、中央処理装置190内にセットする(工程104)。次に、中央処理装置190はインターバルタイマークロック170に条件をセットし(工程105)、インターバルタイマークロック170の動作を開始させる(工程106)。インターバルタイマークロック170の条件としては、立ち上がる時間や立ち上がりが持続する時間等がある。次に、中央処理装置を「運用モード」にセットし(工程107)、演算系の電源を切断する(工程108)。

0030

次に「運用モード」について説明する。運用モードでは、インターバルタイマークロック170の立ち上がっている時間のみ演算系及び測定系が作動する。その手順を図3で示す。

0031

先ず、インターバルタイマークロック170が立ち上がると演算系と測定系に非充電式電池110から電源が供給される。電源が供給されると中央処理装置190がEEPROM200からソフトウエアと条件を読み出し初期化を行う(工程201)。次に、図1の電流計140、電圧計1(150)及び電圧計2(160)の数値を読み込む(工程202)。この時測定した電圧計2(160)の値をBとする。読み込んだ数値から負荷の消費電力を計算する(工程203)。更に計算された消費電力とインターバルタイマークロックの設定時間から次にインターバルタイマークロックが作動するまでの間に負荷が消費する電力量を推定し、更に前記電力量を充電式電池120の静電容量から対応する電圧値B’を計算する。前記B値と前記B’値を比較する。この時、B値がB’値を上回っていれば充電式電池に充分な電荷が貯まっている訳であるがら図1の選択装置210を充電式電池側に設定して、充電式電池120を電源として選択する。一方、B’値がBを上回る場合は、充電式電池120は充電不充分であるから、選択装置210を非充電式電池側に設定し、非充電式電池110を電源として選択する(工程204)。選択装置作業が終了すると、中央制御装置190は測定系の電源を切断し、続いて演算系の電源を切断する。続いて、インターバルタイマークロック170が立ち下がり、次にインターバルタイマークロック170が立ち上がるまで選択された電池が、負荷用の電池として使用される。

0032

本発明は太陽光風力動体等の自然エネルギーを用いた発電ステムはその発電量や発電時期が不規則であり、継続性が求められる電源としての機能を満たすことは難しかったが、非充電式電池と組み合わせることで安定的に電源供給が可能となる。

0033

また、不規則であるとは言え自然エネルギーで充電が可能である為、非充電式電池の寿命を延ばすことは可能である。産業上の利用分野としては電源供給が無く、しかも電池交換が難しい分野、例えば原野に設置されたセンサーや通信装置の電源等が考えられる。

図面の簡単な説明

0034

電源選択装置ブロック図である。
充電式電池の充電状況と電池選択に係わる条件であり、図2(a)は充電式電池が選択される場合、図2(b)は非充電式電池が選択される場合を示す。
電源スイッチの状態と処理との関係を示す。
条件設定モードを設定するフローチャートを示す。

符号の説明

0035

100電源選択装置
110非充電式電池
120充電式電池
130充電電源
140電流計
150、160電圧計
170インターバルタイマークロック
180電源スイッチ
190中央処理装置
200 EEPROM(記憶装置)
210 選択装置

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