(57)【要約】【課題】避難場所表示搭、避難誘導塔等として信頼性が高い屋外表示装置を提供するとともに、維持・管理に要するコストを軽減する。【解決手段】太陽電池４と、電気二重層コンデンサ５と、金属の酸化還元により充放電する二次電池６と、表示照明用のＬＥＤ８とを備える。太陽電池の電圧が所定値以上であるときに優先的に電気二重層コンデンサを充電する。太陽電池の電圧が所定値以下であるときに電気二重層コンデンサの電気を優先的に消費しＬＥＤを点灯させる。電気二重層コンデンサの電圧が所定値以下になったところで二次電池の電気を消費してＬＥＤを点灯させる。二次電池の電圧が所定値以下になったところで給電元を電気二重層コンデンサに切り替える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池と、電気二重層コンデンサと、金属の酸化還元により充放電する二次電池と、表示照明用のＬＥＤと、前記太陽電池の電圧が所定値以上であるときに該太陽電池によって発電された電気を優先的に前記電気二重層コンデンサに充電するとともに該電気二重層コンデンサが満充電となったところで前記太陽電池によって発電された電気を前記二次電池に充電するように充電先を切り替える充電制御手段と、前記太陽電池の電圧が所定値以下であるときに前記電気二重層コンデンサの電気を優先的に消費して前記ＬＥＤを点灯させるとともに該電気二重層コンデンサの電圧が所定値以下になったところで前記二次電池の電気を消費して該ＬＥＤを点灯させるように給電元を切り替え、さらに前記二次電池の電圧が所定値以下になったところで給電元を前記電気二重層コンデンサに切り替え該電気二重層コンデンサに残されている電気を消費して前記ＬＥＤを点灯させる放電制御手段とを備えてなることを特徴とする屋外表示装置。
【請求項２】
前記二次電池の電圧が所定値以下になり前記電気二重層コンデンサに残されている電気を消費して前記ＬＥＤを点灯させるに際し前記ＬＥＤを点滅させる点灯状態制御手段を備えてなることを特徴とする請求項１に記載した屋外表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池と、電気二重層コンデンサと、ニッケル水素電池等の二次電池を備えることにより、夜間にＬＥＤを安定的に点灯させ、災害時に避難誘導等の役割をする屋外表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池と、この太陽電池によって充電されるニッケル水素電池等の二次電池と、この二次電池によって夜間に点灯するＬＥＤ等の光源を備えた避難場所表示、避難誘導等の役割をする独立電源型の避難場所表示・誘導装置が下記特許文献１および特許文献２等に示されている。これらの屋外表示装置は、配線工事が要らず設置が容易であるとともに、地震等の災害時にも停電により消灯するといった心配がないなどの利点がある。
また、下記特許文献３に示された太陽電池付きポールは、太陽電池によって発電された電気を電気二重層コンデンサに蓄電し、夜間に該電気二重層コンデンサから電気の供給を受けて蛍光ランプを点灯させ、案内標識等を照明するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１８４４１１号公報
【特許文献２】特開２００８−２０３９８３号公報
【特許文献３】特開平１０−２３３２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来のこれらの屋外表示装置に内蔵されているニッケル水素電池、ニッケル・カドミウム電池、リチウムイオン電池等の金属の酸化還元により電気を充放電する二次電池は、エネルギー密度は大きいものの、充放電回数が上昇すると性能が劣化することが避け難い。即ち、一般にこれらの二次電池は、充放電が頻繁に繰り返されると劣化が早まり、交換を必要とする頻度が高まるので、その管理・交換に要するコストが高くなるといった問題がある。
一方、周知のように、電気二重層コンデンサは、電気二重層という物理現象を利用した大容量のキャパシタであり、充放電による劣化および径年劣化が少なく寿命が長いのでメンテナンスが容易であるといった利点がある。ちなみに、本発明者等は、特許第３４０１４８６号に係る太陽電池を電源とし電気二重層コンデンサに充電した電気により夜間にＬＥＤを点灯させる交通標識を製作し路上に設置しているが、その装置は２０年を経過した時点でなおも９８％以上の蓄電能力を維持している。一方で、電気二重層コンデンサは、上記のような二次電池と比較すると、蓄電池としてのエネルギー密度が小さいために、容積が大きくて嵩張り大きな収容スペースが必要で小型の非難場所案内標識や小型の交通標識には大容量の電気二重層コンデンサを内蔵できないという問題、および、二次電池のように普及していないので製品自体が高額でありコスト面で採用できないといった問題がある。このため、従来の上記屋外表示装置は、例えば、雨天や曇天の日が続いて日照が十分でなかったり、ＬＥＤの消費電力に対し電気二重層コンデンサの容量が十分でないと、夜間に電力不足により消灯してしまうおそれがあった。
そこで、本発明は太陽電池を電源とする屋外表示装置であって、比較的省スペースで構成できるとともに、信頼性が高い装置を提供し、上記課題を解決しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そのために本発明に係る屋外表示装置は、太陽電池と、電気二重層コンデンサと、金属の酸化還元により充放電する二次電池と、表示照明用のＬＥＤと、前記太陽電池の電圧が所定値以上であるときに該太陽電池によって発電された電気を優先的に前記電気二重層コンデンサに充電するとともに該電気二重層コンデンサが満充電となったところで前記太陽電池によって発電された電気を前記二次電池に充電するように充電先を切り替える充電制御手段と、前記太陽電池の電圧が所定値以下であるときに前記電気二重層コンデンサの電気を優先的に消費して前記ＬＥＤを点灯させるとともに該電気二重層コンデンサの電圧が所定値以下になったところで前記二次電池の電気を消費して該ＬＥＤを点灯させるように給電元を切り替え、さらに前記二次電池の電圧が所定値以下になったところで給電元を前記電気二重層コンデンサに切り替え該電気二重層コンデンサに残されている電気を消費して前記ＬＥＤを点灯させる放電制御手段とを備えてなることを特徴とする。
また、本発明は上記屋外表示装置において、前記二次電池の電圧が所定値以下になり前記電気二重層コンデンサに残されている電気を消費して前記ＬＥＤを点灯させるに際し前記ＬＥＤを点滅させる点灯状態制御手段を備えてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
二次電池を備えているので、比較的省スペースで構成できるとともに、日照時間が少なくてもＬＥＤを継続的に点灯させることができ、避難場所表示搭、避難誘導塔として信頼性が高い装置を提供できる。また、電気二重層コンデンサを優先的に充放電することで二次電池の充放電回数が少なくなり、さらには二次電池の過放電が防止されるようにしたので、二次電池の寿命が大幅に向上し、維持・管理に要するコストが軽減される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明に係る屋外表示装置の外観斜視図。
【図２】本発明に係る屋外表示装置の部分断面正面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面矢視図。
【図４】本発明に係る屋外表示装置の制御系のブロック図。
【図５】本発明に係る屋外表示装置の充電制御のフローチャート。
【図６】本発明に係る屋外表示装置の放電制御のフローチャート。
【図７】本発明に係る屋外表示装置の充電制御のタイミングチャート。
【図８】本発明に係る屋外表示装置の放電制御のタイミングチャート。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に本発明の実施の形態を説明する。図１に示した屋外表示装置は、横断面が二等辺三角形の中空状の支柱１が鉛直に支持され、該支柱１の相対する外側二面に非難場所等の案内表示２がなされ、該支柱１よりも広幅に形成された装置ボックス３が該支柱１上に固設され、該装置ボックス３の上面に太陽電池４が配設される。また、図２、図３に示したように該装置ボックス３内に電気二重層コンデンサ５と、ニッケル水素電池等の金属の酸化還元により充放電する二次電池６と、制御基板７が設けられ、該装置ボックス３の下面であって前記外側二面に対して庇状に延びる部分にＬＥＤ８が設けられ、該ＬＥＤ８が夜間に点灯することで前記案内表示２を照明する。なお、この実施形態における太陽電池４の発電容量は３．６Ｖ，７５９ｍＡである。また、電気二重層コンデンサ５の容量は２．５Ｖ−３５００Ｆ、二次電池６の容量は２．４Ｖ−２４５０ｍＡｈ、ＬＥＤ８の消費電力は３．０Ｖ，３８±１ｍＡである。
【０００９】
前記制御基板７は、図４に示したように、充電制御手段１０と放電制御手段２０と点灯状態制御手段３０を備えている。そして、前記太陽電池４の起電圧を示す信号、および前記電気二重層コンデンサ５の電圧を示す信号、および前記二次電池６の電圧を示す信号が該各制御手段１０，２０，３０に入力されるようにしている。１１は前記太陽電池４の発電電力が前記電気二重層コンデンサ５に充電されるように前記太陽電池４と前記電気二重層コンデンサ５とを導通または非導通状態にするＦＥＴからなるスイッチング素子、１２は前記太陽電池４の発電電力が前記二次電池６に充電されるように前記太陽電池４と前記二次電池６とを導通または非導通状態にするＦＥＴからなるスイッチング素子である。また、２１は前記電気二重層コンデンサ５の電気を消費して前記ＬＥＤ８を点灯させるように前記電気二重層コンデンサ５と前記ＬＥＤ８とを導通させるＦＥＴからなるスイッチング素子、２２は前記二次電池６の電気を消費して前記ＬＥＤ８を点灯させるように前記二次電池６と前記ＬＥＤ８とを導通または非導通状態にするＦＥＴからなるスイッチング素子である。なお、３１は該スイッチング素子２１および該スイッチング素子２２と直列に接続されたＦＥＴからなる点滅用スイッチング素子で、該スイッチング素子３１は常態では導通状態としている。
【００１０】
図５にこの屋外表示装置の充電制御のフローチャート、図７にタイミングチャートを示すように、前記充電制御手段１０は前記太陽電池４の起電圧を常時検出し、該起電圧が所定値（この実施形態では１．１Ｖ）以上となったときに、前記スイッチング素子１１を作動させて前記太陽電池４と前記電気二重層コンデンサ５とを導通状態にし、太陽電池４の起電力を電気二重層コンデンサ５に充電する。即ち、図５のステップ（ａ），（ｂ）で示したように、太陽電池４で発電された電力を前記二次電池６よりも優先して前記電気二重層コンデンサ５に供給し、該電気二重層コンデンサ５を充電するのにあてる。そして該電気二重層コンデンサ５が満充電となり該電気二重層コンデンサ５の電圧が所定値（実施形態では２．６Ｖ）以上になったところで、スイッチング素子１１をオフするとともにスイッチング素子１２をオンさせ、太陽電池４の起電力を前記二次電池６に充電する。即ち、図５のステップ（ｃ），（ｄ）で示したように、充電先を電気二重層コンデンサ５から二次電池６に切り替える。そして、ステップ（ｅ），（ｆ）で示したように、該二次電池６の電圧が所定値（実施形態では２．９Ｖ）以上になったところで、スイッチング素子１２をオフし、充電を停止させる。
【００１１】
一方、図６にこの屋外表示装置の放電制御のフローチャート、図８にタイミングチャートを示す。前記放電制御手段２０は前記太陽電池４の起電圧を常時検出し、図６のステップ（ｈ）で示したように、該起電圧が所定値（この実施形態では０．８Ｖ）以下となったときに、前記スイッチング素子２１をオンにして前記電気二重層コンデンサ５と前記ＬＥＤ８とを導通させ、該電気二重層コンデンサ５によって該ＬＥＤ８を点灯させる。該電気二重層コンデンサ５の電圧は放電制御手段２０により常時検出され、ステップ（ｊ）で示したように、該電気二重層コンデンサ５の電圧が所定値（この実施形態では１．２Ｖ）以下となったときに、前記スイッチング素子２１をオフにするとともに前記スイッチング素子２２をオンにすることで前記二次電池６と前記ＬＥＤ８とを導通させ、該二次電池６の電力により該ＬＥＤ８を点灯状態に維持する。該二次電池６の電圧は放電制御手段２０により常時検出され、ステップ（ｌ）で示したように、該二次電池６の電圧が所定値（この実施形態では２．１Ｖ）以下となったときに、前記スイッチング素子２１を再びオンにするとともに前記スイッチング素子２２をオフにし、同時に前記点滅用スイッチング素子３１を開閉作動させ、前記ＬＥＤ８を点滅させる。即ち、再び電気二重層コンデンサ５を電源として該ＬＥＤ８が点滅状態で点灯されるように給電元が切り替えられる。
【００１２】
このように構成した屋外表示装置は、電気二重層コンデンサ５だけでなく、概してエネルギー密度が大きい二次電池６を備えているので、比較的省スペースで小型に構成することができるとともに、日照時間が少なくても夜間にＬＥＤ８が点灯し前記案内表示２を継続的に照明し得る。このため、避難場所表示搭、避難誘導塔として信頼性が高い装置を提供できる。
また、電気二重層コンデンサ５が二次電池６よりも優先的に充電され、該電気二重層コンデンサ５に充電された電気がＬＥＤ８を点灯させるのに優先的に使われるようにしたことにより、日照時間が長い季節や晴天時が続いたときなどは、該電気二重層コンデンサ５だけが充放電され、二次電池６の電気がＬＥＤ８を点灯させるのに使われることが少ない。このため二次電池６の充放電回数を少なくでき、充放電による劣化が抑えられるので、二次電池６の維持・管理に要するコストが大幅に軽減される。一方、電気二重層コンデンサ５は電気二重層という物理現象を利用しており、二次電池６のような化学的変化で充放電するものでないので、頻繁に充放電しても劣化が少なく、径年劣化も少なく、寿命が長い。
【００１３】
また、二次電池６の電気がＬＥＤ８を点灯させるのに使われて該二次電池の電圧が所定値以下になると、ＬＥＤ８への給電元が再び電気二重層コンデンサ５に切り替えられるので、二次電池６の電圧が維持される。このため二次電池６は使用中も常に一定電圧以上に維持され、過放電になることなく使用されるので、二次電池６の寿命も大幅に延長される。そして、電気二重層コンデンサに残されている電気を消費する際にはＬＥＤ８を点滅させることから、その消費電力が低く抑えられ、ＬＥＤ８を時間的になるべく長く点灯させる。また、その点滅は、間もなくＬＥＤ８が消えることを周囲にアナウンスし、注意を喚起することとなる。
【符号の説明】
【００１４】
１            支柱
２            案内表示
３            装置ボックス
４            太陽電池
５            電気二重層コンデンサ
６            二次電池
７            制御基板
８            ＬＥＤ
１０          充電制御手段
１１，１２    スイッチング素子
２０          放電制御手段
２１，２２    スイッチング素子
３０          点灯状態制御手段
３１          スイッチング素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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