(57)【要約】【課題】ＬＩＣの特性を生かして、手動発電によって生成された電力を効率的に蓄えることができる蓄電ユニットを提供する。【解決手段】リチウムイオンキャパシタ４１と、リチウムイオンキャパシタ４１の充電回路４２および放電回路４３を含む充放電回路基板を有する充放電モジュール４と、発電モジュール７で生成された電力を充放電モジュール４を介してリチウムイオンキャパシタ４１を充電する発電モジュール７と、リチウムイオンキャパシタ４１に蓄えられた電力を充放電モジュール４を介して外部機器に給電する外部給電端子２２とを有する。【選択図】図３
2018014803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムイオンキャパシタと、上記リチウムイオンキャパシタの充電回路および放電回路を含む充放電回路基板を有する充放電モジュールと、発電手段で生成された電力を上記充放電モジュールを介して上記リチウムイオンキャパシタに充電する発電モジュールと、上記リチウムイオンキャパシタに蓄えられた電力を上記充放電モジュールを介して外部機器に給電する外部給電端子とを有することを特徴とするリチウムイオンキャパシタを有する蓄電ユニット。
【請求項２】
上記リチウムイオンキャパシタ、上記充放電モジュールおよび上記外部給電端子を含む蓄電ユニット本体と、上記発電モジュールを備える発電ユニットとを有し、上記蓄電ユニットおよび上記発電ユニットは電気的および機械的に分離可能であることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオンキャパシタを有する蓄電ユニット。
【請求項３】
上記蓄電ユニット本体に、上記リチウムイオンキャパシタに蓄えられた電力によって駆動されるラジオチューナと、上記ラジオチューナの音声信号を外部に出力する音声出力端子とを有するラジオモジュールをさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載のリチウムイオンキャパシタを有する蓄電ユニット。
【請求項４】
上記蓄電ユニット本体に、上記リチウムイオンキャパシタに蓄えられた電力によって駆動されるＬＥＤライトを有するＬＥＤライトモジュールをさらに備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のリチウムイオンキャパシタを有する蓄電ユニット。
【請求項５】
上記発電手段は、手動による自己発電方式または太陽光によるソーラ発電方式のいずれかよりなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のリチウムイオンキャパシタを有する蓄電ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源としてのリチウムイオンキャパシタ（以下、単にＬＩＣと省略することがある）を有する蓄電ユニットに関し、さらに詳しく言えば、ＬＩＣに蓄えられた電力を利用して外部機器を充電したり、ラジオを視聴したりすることができる多機能な蓄電ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被災時などの緊急用電源として、例えば非特許文献１に記載の多機能手動発電機がある。この多機能手動発電機は、内部にニッケル水素電池（Ｎｉ−ＭＨ電池）を備え、ニッケル水素電池に蓄電された電力を利用して、携帯電話などの外部機器を充電したり、ラジオを聞いたり、懐中電灯として使用することができるようになっている。
【０００３】
また、この多機能手動発電機には、本体に内蔵された紐を引き出すことによりダイナモ発電を行う手動発電機が内蔵されており、電源が得られない状況下でユーザが紐を数十回繰り返し引っ張ることにより、蓄電池に電力を蓄える手動発電機能も備えている。
【０００４】
しかしながら、非特許文献１で用いられるニッケル水素電池は、容量が大きいため、フル充電するにはＡＣ電源に頼らざるを得ない。また、ニッケル水素電池は充電抵抗が大きいため、最低限の機器の使用時間を確保する電力を得るには、数十回〜数百回程度引っ張る必要があり、非効率的であった。さらに、リチウム水素電池は自己放電によって容量が低下するため、定期的に充電が必要である。また、リチウム水素電池は充電容量が低下するメモリー効果といった問題もある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】株式会社日省エンジニアリング，製品名「Ｖ−ＰＯＷＥＲ」のホームページ参照：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｓｅｇ．ｃｏ．ｊｐ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｃｈａｒｇｅｒ／ｃｈａｒｇｅｒｔｏｐ．ｈｔｍｌ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の課題は、ＬＩＣの特性を生かして、手動発電によって生成された電力を効率的に蓄えることができる蓄電ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するため、本発明は、リチウムイオンキャパシタと、上記リチウムイオンキャパシタの充電回路および放電回路を含む充放電回路基板を有する充放電モジュールと、発電手段で生成された電力を上記充放電モジュールを介して上記リチウムイオンキャパシタに充電する発電モジュールと、上記リチウムイオンキャパシタに蓄えられた電力を上記充放電モジュールを介して外部機器に給電する外部給電端子とを有することを特徴としている。
【０００８】
より好ましい態様として、上記リチウムイオンキャパシタ、上記充放電モジュールおよび上記外部給電端子を含む蓄電ユニット本体と、上記発電モジュールを備える発電ユニットとを有し、上記蓄電ユニットおよび上記発電ユニットは電気的および機械的に分離可能である。
【０００９】
さらに好ましい態様として、上記蓄電ユニット本体に、上記リチウムイオンキャパシタに蓄えられた電力によって駆動されるラジオチューナと、上記ラジオチューナの音声信号を外部に出力する音声出力端子とを有するラジオモジュールをさらに備える。
【００１０】
さらに別の態様として、上記蓄電ユニット本体に、上記リチウムイオンキャパシタに蓄えられた電力によって駆動されるＬＥＤライトを有するＬＥＤライトモジュールをさらに備えることが好ましい。
【００１１】
また、上記発電手段は、手動による自己発電方式または太陽光によるソーラ発電方式のいずれかよりなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、充電効率の高いリチウムイオンキャパシタ（ＬＩＣ）を蓄電池として用いることにより、ニッケル水素電池を用いた場合と比較して充電効率が約２倍となり、手動発電で得られる電力のみで十分使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る蓄電ユニットを示す（ａ）正面側斜視図、（ｂ）背面側斜視図。
【図２】上記蓄電ユニットの発電ユニット単体を示す斜視図。
【図３】上記蓄電ユニットの電気的な構成を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、図１ないし図３を参照して、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されない。
【００１５】
図１に示すように、この実施形態に係る蓄電ユニット１は、基本的な構成として、蓄電ユニット本体２と、発電ユニット３とを備え、発電ユニット３は、蓄電ユニット本体２の下端側に電気的および機械的に着脱可能に取り付けられている。
【００１６】
蓄電ユニット本体２は、合成樹脂製の筐体２１を有し、筐体２１の上面には、外部給電端子２２と、外部音声出力用の音声出力端子２３と、蓄電池の残量を確認する残量インジケータ２４とを備えている。
【００１７】
外部給電端子２２は、ＵＳＢ端子タイプＡの雌コネクタが用いられている。外部給電端子２２からは、ＵＳＢ規格に準拠した給電能力の電力が供給されるようになっている。
【００１８】
この実施形態において、外部給電端子２２は、タイプＡ型のＵＳＢ端子が１箇所だけ設置されているが、外部給電端子２２の設置数は、内部の蓄電池の容量などに応じて任意に変更されてよい。また、ＵＳＢ端子に代えて別の給電端子が用いられてもよい。
【００１９】
この実施形態において、音声出力端子２３は、アナログ方式のモノラル音声信号を伝送するメスジャック端子である。この音声出力端子２３にイヤホンなどの外部音声機器が有するミニピンプラグが差し込まれる。音声出力端子２３は、ステレオ音声出力端子であってもよい。また、音声出力端子２３に加えてスピーカなどの外部音声出力要素をさらに備えてもよい。
【００２０】
残量インジケータ２４は、いわゆるＬＥＤインジケータランプであり、蓄電池の充電残量に応じて点灯するようになっている。この実施形態において、残量インジケータ２４は、充電を要する状況まで充電量が減ると点滅して、ユーザに蓄電池への充電（または発電）を促すようになっている。
【００２１】
筐体２１の背面（図１（ｂ）では正面）には、ＬＥＤライト２５が配置されている。ＬＥＤライト２５は、１個ないしは複数個の高輝度ＬＥＤ素子を備えたＬＥＤ回路基板（図示しない）が筐体２１内に埋設されており、高輝度ＬＥＤ素子がドーム状のライトカバー２５１によって覆われている。
【００２２】
筐体２１の前面（図１（ａ）では正面）には、上述したＬＥＤライト２５と後述するラジオモジュール６を操作するためのスイッチパネル２７が設けられている。スイッチパネル２７は、複数のボタン素子を実装してなるスイッチ回路基板からなり、筐体２１の前面に埋設されている。
【００２３】
スイッチパネル２７には、上から順にＬＥＤライト２５のＯＮ／ＯＦＦ用スイッチ２７１、ラジオモジュール５のＯＮ／ＯＦＦ用スイッチ２７１、バンド変更スイッチ２７３、チューニングスイッチ２７４、ボリュームスイッチ２７５が配置されている。なお、この配置は入れ替えられてもよい。
【００２４】
この実施形態において、バンド変更スイッチ２７３、チューニングスイッチ２７４、ボリュームスイッチ２７５は、それぞれ「▲」と「▼」の２つのボタンが２個１組として配置されている。これにより、バンド変更スイッチ２７３を操作することでＡＭ／ＦＭバンドが変更でき、チューニングスイッチ２７４を操作することによりチューニング合わせをすることができ、ボリュームスイッチ２７５を操作することによりボリュームを調節することができる。
【００２５】
図２を参照して、発電ユニット３は、蓄電ユニット本体２とほぼ同じ形状を有する円筒状を呈し、内部には発電手段としての発電機が収納されている。この実施形態において、発電機は、いわゆるダイナモ発電機であり、発電ユニット３の下端に設けられた発電ストラップ３２を下に繰り出すことによってダイナモが回転して発電する。
【００２６】
この実施形態において、発電手段は引出式のダイナモ発電が用いられているが、ダイナモ発言としては、ハンドルを手で回して発電する手回し式や手でグリップを握って発電するグリップ式などが採用されてもよい。また、発電ユニット３を手で把持して上下に振ることで発電する振動式などの発電方式も採用されてもよい。さらには、太陽光発電パネルを用いたソーラ発電が採用されてもよい。
【００２７】
発電ユニット３の上面には、発電した電力を蓄電ユニット本体２に給電する給電端子としてのマイクロＵＳＢ端子３２（オス端子）が設けられている。発電ユニット３の上面にはさらに、発電ユニット３を蓄電ユニット２の下面に係合させるためのボス３３が設けられている。この例において、ボス３３は円錐状に形成されている。なお、発電ユニット３の側面には、発電ストラップ３１の牽引方向を示す説明書きが施されていることが好ましい。
【００２８】
これに対し、蓄電ユニット本体２の下面には、発電ユニット３のマイクロＵＳＢ端子３１が接続される受け手側のマイクロＵＳＢ端子４４（メス端子：図３参照）と、ボス３３の受け手側の図示しない嵌合孔とが設けられている。
【００２９】
次に、図３を参照して、本発明の蓄電ユニット１の電気的な構成を説明する。蓄電ユニット本体２の内部には、図示しない回路基板が設けられており、この回路基板には充放電モジュール４と、ラジオモジュール５と、ＬＥＤライトモジュール６とが含まれている。
【００３０】
充放電モジュール４は、蓄電素子としてのリチウムイオンキャパシタ（ＬＩＣ）４１と、第１および第２の２つのＤＣ／ＤＣコンバータ４２，４３と、発電ユニット２から充放電モジュール４に電力を供給するためのコネクタ４４とを備えている。
【００３１】
図示しないが、この実施形態において、ＬＩＣ４１は、有底円筒状のアルミニウムケース内に、電極は国リチウムイオンがドープされたコンデンサ素子を電解液とともに封入し、封口部から一対のリード端子を同一方向に引き出してなるリード同一方向型ＬＩＣである。
【００３２】
一方の第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４２は充電用で、他方の第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４３は放電用であり、以下の説明において、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４２を充電用回路、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４３を放電用回路ということがある。
【００３３】
この実施形態において、充放電モジュール４には、ＬＩＣ４１の過放電防止部４５と、バッテリー残量警告部４６とをさらに備えている。過放電防止部４５は、ＬＩＣ４１内に蓄電された電力が過放電するとセルが劣化するため、電圧監視のための制御回路である。バッテリー残量警告部４６は、過放電防止部４５によって放電回路をシャットダウンする前に残量インジケータ２４を介してユーザに充電を促す制御回路である。
【００３４】
ラジオモジュール５は、この実施形態において、ＡＭ／ＦＭマルチバンド対応型のラジオチューナＩＣチップを含むラジオ回路であって、ＯＮ／ＯＦＦ用スイッチ２７２によって通電が制御されている。
【００３５】
ラジオモジュール５には、上述したバンド変更スイッチ２７３、チューニングスイッチ２７４、ボリュームスイッチ２７５が含まれている。ラジオモジュール５にはさらにアンプ回路も含まれており、増幅したアナログ信号を音声出力端子２３から出力するようになっている。
【００３６】
ＬＥＤライトモジュール６は、ＬＥＤライト２５のＯＮ／ＯＦＦ用スイッチ２７１によって通電され、ＬＥＤライト２５を点灯させるためのＬＥＤライト制御回路である。
【００３７】
発電モジュール７は、この例において牽引式発電機からなる電源部で生成された電力をＵＳＢ規格に準拠した出力電圧に変換して給電用のマイクロＵＳＢ端子３２から給電する給電用ＤＣ／ＤＣコンバータ回路基板である。
【実施例】
【００３８】
次に、本発明の具体的な実施形態について比較例とともに比較検討する。まず、図３に示す構成の蓄電ユニット１を作成し、蓄電素子として実施例１，２では容量の異なる２種類のＬＩＣを用い、比較例１〜３ではニッケル水素電池（Ｎｉ−ＨＭ）を用いた。
【００３９】
〔評価方法〕
まず、発電ストラップ３１を所定の回数引っ張って発電を行った後、ＬＥＤライトの点灯時間と、発電ラジオ起動時間と、ＵＳＢケーブルを介して携帯電話への充電を行いながら待受時間と通話時間をそれぞれ計測した。また、電池特性におけるメンテナンスの有無についても考察した。以下にその条件および測定結果のまとめを示す。
【００４０】
《実施例１》
〔電池方式〕ＬＩＣ（容量：２０Ｆ）
〔発電時間〕４５回（満充電）
〔ＬＥＤ点灯時間〕３５分
〔ラジオ起動時間〕１０５分
〔ＵＳＢ充電（待受／通話）〕４５分／１分３０秒
〔メンテナンス〕不要
【００４１】
《実施例２》
〔電池方式〕ＬＩＣ（容量：４０Ｆ）
〔発電時間〕９０回（満充電）
〔ＬＥＤ点灯時間〕７０分
〔ラジオ起動時間〕２１０分
〔ＵＳＢ充電（待受／通話）〕９０分／３分
〔メンテナンス〕不要
【００４２】
〈比較例１〉
〔電池方式〕Ｎｉ−ＭＨ
〔発電時間〕６０回
〔ＬＥＤ点灯時間〕２０分
〔ラジオ起動時間〕６０分
〔ＵＳＢ充電（待受／通話）〕３０分／１分
〔メンテナンス〕要（３ヶ月に一度は充電する必要がある）
【００４３】
〈比較例２〉
〔電池方式〕Ｎｉ−ＭＨ
〔発電時間〕９０回
〔ＬＥＤ点灯時間〕３０分
〔ラジオ起動時間〕９０分
〔ＵＳＢ充電（待受／通話）〕４５分／１分３０秒
〔メンテナンス〕要（３ヶ月に一度は充電する必要がある）
【００４４】
〈比較例３〉
〔電池方式〕Ｎｉ−ＭＨ
〔発電時間〕９００回
〔ＬＥＤ点灯時間〕３００分
〔ラジオ起動時間〕９００分
〔ＵＳＢ充電（待受／通話）〕４５０分／１５分
〔メンテナンス〕要（３ヶ月に一度は充電する必要がある）
【００４５】
上記実施例１，２および比較例１〜３のまとめを以下の表１に示す。
【００４６】
【表１】
2018014803.tif 000003
【００４７】
上記実施例１，２および比較例１〜３により以下の知見を得た。
・ＬＩＣは充電効率が高く、実用的な発電回数（４５〜９０回）で満充電となり、急速充電しやすい。
・ＬＩＣはメモリー効果や自然放電などがないため、数年の期間にわたって放置することができ、緊急用電源として極めて有用である。
・Ｎｉ−ＭＨ電池は容量が多いため充電池としての利用するには有用であるが、手動発電による充電では満充電とするまで数百回程度の発電回数を要するため、実用的な使用に適さない。
・Ｎｉ−ＭＨ電池は自然放電するため定期的なメンテナンスを要する。また、メモリー効果による充電量が低下する。
【００４８】
本発明によれば、充電効率の高いリチウムイオンキャパシタ（ＬＩＣ）を蓄電池として用いることにより、ニッケル水素電池を用いた場合と比較して充電効率が約２倍となり、手動発電で得られる電力のみで十分使用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１  蓄電ユニット
２  蓄電ユニット本体
２１  筐体
２２  外部給電端子
２３  音声出力端子
２４  残量インジケータ
２５  ＬＥＤライト
３  発電ユニット
３１  発電ストラップ
４  充放電モジュール
４１  リチウムイオンキャパシタ（ＬＩＣ）
４２  第１ＤＣ／ＤＣコンバータ（充電用）
４３  第２ＤＣ／ＤＣコンバータ（放電用）
４４  マイクロＵＳＢ端子
４５  過放電防止部
４６  バッテリー残量警告部
５  ラジオモジュール
６  ＬＥＤライトモジュール
７  発電モジュール
【図１】
2018014803.tif 000004
【図２】
2018014803.tif 000005
【図３】
2018014803.tif 000006