(57)【要約】本発明による二次電池を利用した電源装置は、充放電が可能な２以上の二次電池と、前記２以上の二次電池のいずれか一つの二次電池が放電するようにする場合に前記放電モードの二次電池のＤＣ出力電圧を負荷に伝達するインバータと、前記２以上の二次電池の前記放電モードの二次電池を前記インバータに連結してくれて、他の時点では前記２以上の二次電池の前記放電モードと相異な他の二次電池を前記インバータに連結してくれるように切換を行うリレーと、及び前記リレーの切換動作を制御して前記インバータを通じた前記負荷に前記２以上の二次電池の電力を交代に供給するようにする制御部と、を含んで、各ＤＣ端子の(＋)及び(−)端子のうちで同一な一側極性の端子らが相互固定連結されており、固定連結されない他側極性の端子をそれぞれスイチングして制御がなされることを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電が可能な２以上の二次電池と、
前記２以上の二次電池のいずれか一つの二次電池が放電されるようにする場合に放電モードの二次電池のＤＣ出力電圧を負荷に伝達するインバータと、
前記２以上の二次電池の前記放電モードの二次電池を前記インバータに連結してくれて、他の時点では前記２以上の二次電池の前記放電モードと相異な他の二次電池を前記インバータに連結してくれるように切換を行うリレーと、及び
前記リレーの切換動作を制御して前記インバータを通じた前記負荷に前記２以上の二次電池の電力を交代に供給するようにする制御部と、を含んで、各ＤＣ端子の(＋)及び(−)端子のうちで同一な一側極性の端子らが相互固定連結されており、固定連結されない他側極性の端子をそれぞれスイチングして制御がなされることを特徴とする二次電池を利用した電源装置。
【請求項２】
前記２以上の二次電池の前記放電モードの二次電池の出力の一部を有して、前記２以上の二次電池の前記放電モードの二次電池と相異な二次電池が充電モードになるように前記充電モードの二次電池を充電する充電器をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の二次電池を利用した電源装置。
【請求項３】
前記２以上の二次電池の放電モードの二次電池と相異な二次電池を充電するための商用ＡＣ電源が第４スイッチ(ＳＷ４)に連結されることができるし、あるいは、前記充電モードの二次電池を直接充電するための外部ソーラー・セール６０の外部電源をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の二次電池を利用した電源装置。
【請求項４】
前記２以上の二次電池の第１バッテリー１及び第２バッテリー２は２個が一対をなすことを特徴とする請求項１に記載の二次電池を利用した電源装置。
【請求項５】
各ＤＣ端子の(＋)端子らが相互固定連結されており、(−)端子をそれぞれスイチングして制御がなされることを特徴とする請求項１乃至４のうちの何れか１項に記載の二次電池を利用した電源装置。
【請求項６】
前記リレーは、各二次電池の前記他側極性の端子にそれぞれ連結されるバッテリー連結板１５、１６と、前記各バッテリー連結板１５、１６に可動端子が連結されるリレー部１１、１２と、前記リレー部の第１固定端子１１１、１２１に共通接続される充電器連結板１３と、及び前記リレー部の第２固定端子１１２、１２２に共通接続されるインバータ連結板１４と、を含むことを特徴とする請求項１乃至４のうちの何れか１項に記載の二次電池を利用した電源装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記二次電池の電源が入力されるバッテリー電源入力部２１０と、前記バッテリー電源入力部２１０から入力された前記二次電池電圧の大きさを出力するバッテリー電圧表示部２６０、２７０と、前記リレー部の動作を制御する制御信号を出力するリレー制御信号出力部２５０と、及び前記二次電池の電圧の大きさを検出して前記リレー制御信号出力部２５０を通じてリレー制御信号を出力する制御ＩＣを含む処理部２４０と、を含むことを特徴とする請求項１乃至４のうちの何れか１項に記載の二次電池を利用した電源装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項４のうちの何れか１項による二次電池を利用した電源装置のバッテリーモード転換方法として、(ａ)前記二次電池の瞬間電圧を測定して各電圧表示部２６０、２７０を通じて出力する段階(Ｓ１、Ｓ２)と、(ｂ)前記測定された二次電池の瞬間電圧(ＶＢ１、ＶＢ２)を比べる段階(Ｓ３)と、(ｃ)前記測定された二次電池の瞬間電圧(ＶＢ１)が最大の二次電池を放電モードにして、瞬間電圧(ＶＢ１)が一番小さな二次電池を充電モードで指定する段階と、(ｄ)前記放電モードにある二次電池の電圧降下があらかじめ決まった基準値以上降りたかの可否を判断する段階(Ｓ５)と、及び(ｅ)前記電圧降下があらかじめ決まった基準値以上なら放電モードにある二次電池を充電モードで、そして充電モードにあったある二次電池を放電モードに切り替える段階(Ｓ８)と、を含むことを特徴とする二次電池を利用した電源装置のバッテリーモード転換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池を利用した電源装置及び前記電源装置のバッテリーモード転換方法に関するものであり、より詳細には、二次電池を２個以上具備して一つの二次電池を利用して一部出力は負荷に電源を供給しながら同時に他の一部出力は他の一つ以上の二次電池充電に利用することで蓄電池のエネルギー効率を向上させることができる二次電池を利用した電源装置及び前記電源装置のバッテリーモード転換方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、２次バッテリーは一回使ってからは使用することができない１次バッテリーとは異なり、使用後電源を連結して充電すれば、可逆反応を経って再使用することができる充電可能なバッテリーをいう。
【０００３】
ところが、このような２次バッテリーは、バッテリーの充電容量によって一度充電してから一定時間が経過してからは放電されて再び充電しなければならないが、２次バッテリーの充電途中には放電が不可能であるか、または著しく充放電効率が落ちるので、大部分の場合には二次電池を２個以上具備して二つを並列で連結して使用するか、または一つの二次電池を別途の装置で充電する間に、他の二次電池を放電して連続的に使用するようになる。
【０００４】
さらに、このような２次電池の場合には通常正格電流で続いて放電をするようになる場合、製造社で理想的な使用時間より実際使用時間は著しく短くなるという共通された問題点がある。
【０００５】
一例で、２次鉛蓄電池は化学エネルギーを電気エネルギーに変えてくれる放電と電気エネルギーを化学エネルギーに変えてくれる充電のサイクルを通じてバッテリーの機能をする。
【０００６】
通常、前記２次鉛蓄電池は、放電時に硫酸塩(sulfate、SO４)が極板と結合することで水が生成されて比重が低くなって、再び充電時には結合された硫酸塩が電解液に戻って比重が大きくなるようになる。
【０００７】
すなわち、２次鉛蓄電池として濃い硫酸水溶液に浸した鉛(Ｐｂ)と二酸化鉛(ＰｂＯ２)の電極で構成されて結局、
正極:Pb(s)+HSO４-→PbSO４(s)+H++２e-
負極:PbO２(s)+HSO４-+３H++２e-→PbSO４(s)+２H２O
２次鉛蓄電池:Pb(s)+Pbo２(s)+２HSO４-+２H+→２PbSO４(s)+２H２O
のように電池反応が生じる。
【０００８】
二つの電極反応は不溶性であるＰｂＳＯ４を生成して、これが二つの電極に付着される。
前記２次鉛蓄電池が放電時に硫酸が消耗して水が生成されて、この水の密度は硫酸溶液密度のおおよそ７０パーセントになるために電池の充電状態は電解液の密度を測定して分かって、２次鉛蓄電池が再充電される時に電極反応は前記反応の逆反応になる。
【０００９】
しかし、長年の期間の間の充/放電サイクルを経る間に放電(自家放電含む)時に二つの電極にくっ付いていた硫酸塩が充電時に離脱されなくてそのままくっついている場合が発生するが、これを硫酸化(硫酸塩化)現象と呼ぶ。
【００１０】
このような硫酸化現象は２次鉛蓄電池がより多く放電するほどひどくなって、これに起因して化学、電気反応の通路が遮られて絶縁機能をするようになって２次鉛蓄電池の電圧、容量及び比重度を落とす。
【００１１】
これによって２次鉛蓄電池の効率が落ちて一回の２次鉛蓄電池が満充電で使用することができる時間(放電時間)が著しく短縮される問題点があった。
実際に通常自動車用でたくさん使われるデルコバッテリーの場合、鉛蓄電池一つの容量は１２Ｖ、１００Ａとして、電力は１２００Ｗになって、この鉛蓄電池２個を並列で連結すれば総電力は２４００Ｗになるところ、この鉛蓄電池２個を並列で連結して３００Ｗの負荷に電力を供給すれば、理論上に８時間を使わなければならないが、実際では連続放電時にそれにずっと及ばない１．５時間程度しか使用することができない。
【００１２】
これは、次の<表１>でも確認することができるところ、<表１>はＤＣ１２Ｖ、１００Ａ出力の鉛蓄電池２個を並列連結して電源を構成して、１２００Ｗインバータ(モデルＳＩ-１０００Ａ)を通じて、３００Ｗ白熱電球である負荷を連結して連続放電させた場合、鉛蓄電池の電圧とインバータの電圧を１０分単位でチェックした試験結果である。
【００１３】
【表１】
2015505237.tif 000003
<表１>で見るところのように、屋台で３００Ｗ電灯をずっとつけておいた時のような連続放電の場合、時間が経つにつれてバッテリー出力電圧が急速に落ちることを分かって、結局１．５時間(９０分)後にはバッテリー出力電圧が１０．６４Ｖ以下に落ちてそれ以上使用することができなくなることを分かる。
【００１４】
前述したところのように、このような現象は中間充電なしにずっと放電する過程で(＋)極と(−)極表面が硫酸鉛でコーティングされながら反応速度が減ることで、バッテリーの効率が落ちて元々バッテリーが有していた容量(２．４ｋＷｈ)の極めて一部(０．４９ｋＷｈ)だけ使用可能であったためである。
【００１５】
一方、２次電池の充放電使用回数は制限されており、前記鉛蓄電池のようなバッテリーの場合一例で３００サイクルに制限されており、毎日１回程度充放電の場合バッテリーの寿命は１年程度に決まっている。
【００１６】
これは充放電を繰り返えすほど充電及び放電を通じて使用することができる１回容量が減少するためであるところ、一例でデルコ１２Ｖ１００Ａバッテリー２個の場合、１回使用時には１．５時間程度を使って理論上最大容量の１６．６％を使用することができたが、３回充放電をした時には１．２時間(１時間１２分)使用で１５％程度だけ使用可能で、再び６回使用時には１時間７分ほどで１３．９％程度のみを使用可能であり、その％値がずっと減って３００回使用時には意味がなくなるためである。
【００１７】
追加に、前記鉛蓄電池の場合、過負荷による機器破損及び爆発の恐れによって、２次鉛蓄電池の特性上充電中には負荷に絶対的に使用することができないように規定していて、通常的に充電中には２次鉛蓄電池を使用することができない問題点があったし、通常連続放電時には１．５時間程度しか使用することができないが、充電時には１０時間程度が必要となるので、夜間に連続放電をしなければならない屋台の場合、前日多数台のバッテリーをあらかじめ充電をしておかなければならないので、時間的経済的に多くの不便さがあった。
【００１８】
一方、このような問題点を改善するために、２個以上のバッテリーを交代に放電しながら負荷に電力を供給して、放電している電力の一部を他のバッテリーの充電電圧で使用する技術が大韓民国特許公開第２００６-１１１４９９号に開示されたことがある。
【００１９】
すなわち、前記従来技術は、バッテリー電力使用を管理するためのシステム及び方法を提供するところ、第１バッテリーが第２バッテリーを再充電するために電力を提供しながら外部負荷に電力を提供するようにする。指定された時間に、前記スイチングシステム及び方法は第１バッテリー及び第２バッテリーの任務を変更するようにする。すなわち、指定された時間に、第２バッテリーはまた第１バッテリーを充電するために電力を提供する間に外部負荷に電力を提供し始めることができる。前記スイチングシステム及び方法は第１バッテリー及び第２バッテリーにとって外部負荷に電力の伝達を中断しないで任務を変更するようにする。
【００２０】
前記従来技術の第１実施例を図１に示したところ、第１バッテリー１を交換器プレート２５、３３上でスイチングして、第２バッテリー２を交換器プレート２６、３４上でスイチングして、それぞれ放電モードと充電モードで使いながら、交代にインバータ４５を通じて負荷に電力を供給するようになる。
【００２１】
前記スイチングシステムの第１実施例を図１を参照してさらに詳しく説明すれば、図１は二つのバッテリー(１及び２)を含む発電機１００の機械的交換器スイッチ６５の使用を示す。前記実施例は、延長された時間期間の間２０００乃至６０００ワットの通常的な家庭用または他の独立された環境を提供することができる電気発電機１００である。
【００２２】
図１でのように、第１バッテリー１は交換器スイッチ６５に結合されて電力ソースとして使用するための直流電流を提供する。第１バッテリー１の端子らは第１下部交換器プレート３４上のプレート(４６及び４９)に結合される。第１上部交換器プレート２６が下部交換器プレート３４と接触する時、直流電流はプレート(２７及び２８)及びインバータ４５に供給される。インバータ４５はバッテリー１からの直流電流をブレーカー３７及び電力外部負荷(図示せず)に供給された交流電流に変換する。
【００２３】
一方、前記実施例で、インバータ４５からの交流電流は、コンバータボックス３６に供給されてギアモータ３５を動作させるために使われる。ギアモータ３５は上部交換器プレート(２５及び２６)の移動を駆動する。ギアモータ３５はそれぞれの方向にプレートを移動させるための二つのソレノイド(５３及び５４)に結合される。二つのソレノイド(５３及び５４)は上部交換器プレート(２５及び２６)の移動方向を変更する二つの機械的スイッチ(５１及び５２)に結合される。前記実施例で、機械的交換器スイッチ６５はタイミングシーケンスで動作する。言い替えれば、上部交換器プレート(２５及び２６)がギアモータ３５によって右側に移動される時、前記プレートは上部交換器プレート(２５及び２６)が反対方向(図１で左側)に移動されるようにするスイッチ５１を作動させるはずである。上部交換器プレート(２５及び２６)は、前記プレートがスイッチ５２を作動させて、その次の右側でまた動き始めるまで左側にずっと移動するはずである。上部交換器プレート(２５及び２６)が側面にスライドする速度は、第１バッテリー１が電力供給モードで再充電モードにスイチングする頻度を制御する。
【００２４】
第１上部交換器プレート２６が図１から左側に移動する時、直流電流は第２バッテリー２から第１下部交換器プレート３４上のプレート(４７及び４８)を通じてプレート(２７及び２８)に供給される。第１上部交換器プレート２６が左側位置にある時、第２バッテリー２が電力を提供して第１バッテリー１は、再充電モードにあるようになる。
【００２５】
結局、前記従来技術の実施例で表現されたところのように、多重バッテリーによって提供された電力を効率的に使って管理するためのシステム及び方法を提供する。交換器スイッチは単一バッテリーが早く消耗しないように二つ以上のバッテリーの間で変更するように設定されることができる。一つのバッテリーが電力を損失し始める時、交換器スイッチは他のバッテリーから電力を引き出し始める。他のバッテリーは一番弱いバッテリーに再充電の電流を提供することができる。交換器スイッチは二つ以上のバッテリーの間でスイチングを支援することができる。電力供給システムの交換器スイッチ具現はバッテリー電力を効率的に使用することで結果的にバッテリーの使用寿命を増加させる。
【００２６】
しかし、以上の図１の従来技術の場合、理論上では可能であるが、致命的な問題点が存在して、実際に製品で使われることができなかったところ、その理由は次のようである。参照で前記従来技術の諸外国特許出願もすべて取下げあるいは放棄された。
【００２７】
図１で、第２バッテリーの(＋)端子が８番プレートに接続されて、同時に３３番プレートに接続されて、これは再び９番プレートの１３番端子に接続されて、第２バッテリーの(−)端子が２５番プレートに接続されて、同時に２５番プレートの３０番端子に接続される。併せて、第１バッテリーの(＋)端子が７番プレートに接続されて、同時に３４番プレートに接続されて、第２バッテリーの(−)端子が３３番プレートに接続されて、これは再び９番プレートの３３番端子に接続されて、同時に３４番プレートに接続される。
【００２８】
よって、一例で第２バッテリー２から第１バッテリーへの転換時、前記１３番端子で第２バッテリーの(＋)端子が第１バッテリーの(−)端子と瞬間的に接触されるので、ここで強いサージ電流及びスパークが発生して、これはバッテリー爆発の原因になる。そして、これはいくら転換時点が好適に取られるとしても１００Ａ程度の強い電流が断続される状況で避けることができない致命的な問題点でもある。
【００２９】
一方、図２及び図３ａは前記従来技術の第２実施例及び第３実施例であるところ、該当実施例の説明では初めからそのような転換端子に関して黙っているし、具体的な説明もない。
【００３０】
併せて、図３ｂは前記従来技術の第３実施例の交換器スイッチの動作を流れ図で示しているところ、同様に装填用バッテリーの電圧降下を検出時、スイチング切換をいっているだけで、前で指摘した前記第１従来技術の致命的な問題点に対しては何らの解答を与えることができなくて、このような問題点は実際に強いＤＣ電流のスイチングでは本質的な問題点でもある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
本発明は、上述した問題点を解決するために案出されたものであり、二次電池を２個以上具備して一つの二次電池を利用して大部分の出力は負荷に電源を供給しながら、残り出力は他の一つの二次電池充電に利用することで蓄電池のエネルギー効率を向上させる。これを通じて一回の満充電で二次電池を使用することができる時間(放電時間)をふやすことができる安全な二次電池を利用した電源装置及び前記電源装置のバッテリーモード転換方法提供することにその目的がある。
【００３２】
本発明の他の目的は、二次電池を２個以上具備して一つの二次電池を利用して大部分の出力は負荷に電源を供給しながら、残り出力は他の一つの二次電池充電に利用することで二次電池を充電する中にも他の一つの二次電池を負荷の電源で使って過負荷及び機器破損または爆発なしに、安全にエネルギーを補充保存することができる二次電池を利用した電源装置及び前記電源装置のバッテリーモード転換方法提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
前述した目的を達成するための本発明の一側面による二次電池を利用した電源装置は、充放電が可能な２以上の二次電池と、前記２以上の二次電池のいずれか一つの二次電池が放電されるようにする場合に、前記放電モードの二次電池のＤＣ出力電圧を負荷に伝達するインバータと、前記２以上の二次電池の前記放電モードの二次電池を前記インバータに連結してくれて、他の時点では前記２以上の二次電池の前記放電モードと相異な他の二次電池を前記インバータに連結してくれるように切換を行うリレーと、及び前記リレーの切換動作を制御して前記インバータを通じた前記負荷に前記２以上の二次電池の電力を交代に供給するようにする制御部と、を含んで、各ＤＣ端子の(＋)及び(−)端子のうちで同一な一側極性の端子らが相互固定連結されており、固定連結されない他側極性の端子をそれぞれスイチングして制御がなされることを特徴とする。
【００３４】
望ましくは、前記２以上の二次電池の前記放電モードの二次電池の出力の一部を有して前記２以上の二次電池の前記放電モードの二次電池と相異な二次電池が充電モードになるように前記充電モードの二次電池を充電する充電器をさらに含むことを特徴とする。
【００３５】
また望ましくは、前記２以上の二次電池の前記放電モードの二次電池と相異な二次電池を充電するための商用ＡＣ電源が第４スイッチ(ＳＷ４)に連結されることができるし、あるいは前記充電モードの二次電池を直接充電するための外部ソーラー・セール６０などの外部電源をさらに含むことを特徴とする。
【００３６】
また望ましくは、前記２以上の二次電池の第１バッテリー１及び第２バッテリー２は２個が一対をなすことを特徴とする。
また望ましくは、各ＤＣ端子の(＋)端子らが相互固定連結されており、(−)端子をそれぞれスイチングして制御がなされることを特徴とする。
【００３７】
より望ましくは、前記リレー部は、各二次電池の前記他側極性の端子にそれぞれ連結されるバッテリー連結板１５、１６と、前記各バッテリー連結板１５、１６に可動端子が連結されるリレー部１１、１２と、前記リレー部の第１固定端子１１１、１２１に共通接続される充電器連結板１３と、及び前記リレー部の第２固定端子１１２、１２２に共通接続されるインバータ連結板１４と、を含むことを特徴とする。
【００３８】
一番望ましくは、前記制御部は、前記二次電池の電源が入力されるバッテリー電源入力部２１０と、前記バッテリー電源入力部２１０から入力された前記二次電池電圧の大きさを出力するバッテリー電圧表示部２６０、２７０と、前記リレー部の動作を制御する制御信号を出力するリレー制御信号出力部２５０と、及び前記二次電池の電圧の大きさを検出して前記リレー制御信号出力部２５０を通じてリレー制御信号を出力する制御ＩＣを含む処理部２４０と、を含むことを特徴とする。
【００３９】
一方、前述した目的を達成するための本発明の他の側面による二次電池を利用した電源装置のバッテリーモード転換方法は、(a)前記二次電池の瞬間電圧を測定して各電圧表示部２６０、２７０を通じて出力する段階(Ｓ１、Ｓ２)と、(ｂ)前記測定された二次電池の瞬間電圧(ＶＢ１、ＶＢ２)を比べる段階(Ｓ３)と、(ｃ)前記測定された二次電池の瞬間電圧(ＶＢ１)が最大の二次電池を放電モードにして、瞬間電圧(ＶＢ１)が一番小さな二次電池を充電モードと指定する段階と、(ｄ)前記放電モードにある二次電池の電圧降下があらかじめ決まった基準値以上降りたかの可否を判断する段階(Ｓ５)と、及び(ｅ)前記電圧降下があらかじめ決まった基準値以上なら放電モードにある二次電池を充電モードで、そして充電モードにあったある二次電池を放電モードで切り替える段階(Ｓ８)と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００４０】
前述した課題の解決手段によれば、二次電池を２個以上具備して一つの二次電池を利用して大部分の出力は負荷に電源を供給しながら残りの出力は他の一つの二次電池充電に安全に利用することで蓄電池のエネルギー効率を向上させて、これを通じて一回の満充電で二次電池を使用することができる時間(放電時間)をふやすことができる。
【００４１】
また、二次電池を２個以上具備して一つの二次電池を利用して大部分の出力は負荷に電源を供給しながら残り出力は他の一つの二次電池充電に利用することで二次電池を充電する中にも他の二次電池を負荷の電源で使って過負荷及び機器破損または爆発の恐れなしに安全にエネルギーを補充保存することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】従来技術の第１実施例による二つのバッテリー及び交換器スイッチを有した発電機を示す図面である。
【図２】従来技術の第２実施例による電子交換器スイッチを示す概略図である。
【図３ａ】従来技術の第３実施例による３個のバッテリー及び交換器スイッチを有した発電機を示す概略図である。
【図３ｂ】従来技術の第３実施例による交換器スイッチを動作させるための方法を示す論理流れ図である。
【図４】本発明による電源装置の全体構成図である。
【図５】図１のリレーの前方斜視写真である。
【図６】図１のリレーの後方斜視写真である。
【図７】図１のリレーの側面写真である。
【図８】図１のリレーの部分断面図である。
【図９ａ】図１の制御部の回路図である。
【図９ｂ】図１の制御部の回路図である。
【図９ｃ】図１の制御部の回路図である。
【図９ｄ】図１の制御部の回路図である。
【図１０】図９の制御部の制御動作を示す流れ図である。
【図１１ａ】本発明の電源装置のバッテリー１が放電状態である場合の外観写真であり、バッテリー２の充電位がディスプレイされている状態の実際動作写真である。
【図１１ｂ】本発明の電源装置のバッテリー２が放電状態である場合の外観写真であり、バッテリー１の充電電圧がディスプレイされている状態の実際動作写真である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明の実施例に対して添付された図面を参照して、その構成及び作用を説明することにする。
図４は、本発明による電源装置の全体構成図であり、図５は図１のリレーの前方斜視写真であり、図６は図１のリレーの後方斜視写真であり、図７は図１のリレーの側面写真であり、図８は図１のリレーの部分断面図であり、図９は図１の制御部の回路図であり、図１０は図９の制御部の制御動作を示す流れ図であり、図１１aは本発明の電源装置のバッテリー１が放電状態である場合の外観写真としてバッテリー２の充電位がディスプレイされている状態の実際動作写真であり、図１１ｂは本発明の電源装置のバッテリー２が放電状態である場合の外観写真としてバッテリー１の充電電圧がディスプレイされている状態の実際動作写真である。
【００４４】
図４に示されたところのように本発明による電源装置は、二次電池としての第１バッテリー１及び第２バッテリー２、放電モードのバッテリーのＤＣ電圧をＡＣにインバータして負荷５０に電源を供給するインバータ３０、インバータ３０の出力交流、あるいは商用交流電源をＤＣに整流して充電モードのバッテリーを充電する充電器４０及びこれらを制御する制御部２０、そして前記第１バッテリー１及び第２バッテリー２を放電モード、あるいは充電モードでそれぞれ指定してくれる前記制御部２０の制御動作によってバッテリーをインバータや充電器に連結してくれるリレー部１０を含む。
【００４５】
場合によって、直接バッテリーを充電するための商用ＡＣ電源が第４スイッチ(ＳＷ４)に連結されることができるし、あるいは直接バッテリーを充電するための外部ソーラー・セール６０などの外部電源をさらに含むことができる。
【００４６】
前記二次電池としての第１バッテリー１及び第２バッテリー２は、２個が一対をなすことが望ましいが、必ず２個で限定されるものではなくて、３個以上であってもよい。二次電池としての第１バッテリー１及び第２バッテリー２それぞれは、化学エネルギーを電気エネルギーに変えてくれる放電と電気エネルギーを化学エネルギーに変えてくれる充電のサイクルを通じてバッテリーの機能を遂行し、制御部２０の制御によって一つの二次電池が放電される間に他の一つの二次電池が充電される過程を交代に繰り返し遂行する。
【００４７】
ソーラー・セール６０は半導体の性質を利用して太陽光(photons)を電気エネルギーに変換させて、ＤＣ電圧を制御部２０のスイチング動作によってバッテリーに供給することで、第１バッテリー１及び第２バッテリー２の充電や負荷５０の電源に補助的に使用できるようにする。この時、前記補助電源としては必ずソーラー・セールに限定されるものではなくて、風力発電機や軽水力発電機などの他の補助電源が可能である。
【００４８】
前記制御部２０は２個以上の第１バッテリー１及び第２バッテリー２のうちで一つの二次電池から出力されるＤＣ電圧の大きさを感知して基準電圧以下ならば他の一つの二次電池に切り替えて他の一つの二次電池からＤＣ電圧を出力することができるようにするし、この時他の一つの二次電池から出力されるＤＣ電圧の大きさを感知して基準電圧以下ならば、一つの二次電池に切り替えて一つの二次電池からＤＣ電圧を出力することができるように自動で制御する。
【００４９】
また、前記制御部２０はインバータ３０を制御して、インバータ３０に出力されるＡＣ電力の大部分を負荷５０の電源で使用できるように制御して、残りＡＣ電力は第１バッテリー１及び第２バッテリー２の充電に使用できるように充電器４０に出力されるように制御する。
【００５０】
また、前記制御部２０は充電器４０を制御して放電中である一つの二次電池を負荷の電源で使用する場合、充電器４０に供給されるＡＣ電力を他の一つの二次電池に出力して充電できるようにする。
【００５１】
また、前記制御部２０は充電器４０を制御して商用ＡＣ電源を二つの第１バッテリー１及び第２バッテリー２に出力して共に充電できるようにする。前記制御部２０の構成及び動作に対しては図９及び図１０を参照して追って詳しく説明する。
【００５２】
先ず、本発明の最大の特徴は、各種スイッチを除いて、各ＤＣ端子の(＋)端子が相互固定連結されており、(−)端子をスイチングして制御がなされるという点である。これは一般に(−)極を接地で使って、(＋)極の連結をスイチングすることで動作を制御する一般な方式と正反対になる方式であるところ、その理由は、(−)電極をスイチングすることで切換時にサージ電流及びスパーク発生を最小化してバッテリーを爆発の危険から保護するためである。
【００５３】
すなわち、第１バッテリー１及び第２バッテリー２、インバータ３０、充電器４０は勿論、制御部２０の(＋)端子らが相互固定的に連結されている。
一方、第１バッテリー１及び第２バッテリー２の(−)端子はそれぞれ、リレー部１０の第１バッテリー連結端子１５及び第２バッテリー連結端子１６にそれぞれ接続されて、これは再び第１リレー１１の可動接点１１０及び第２リレー１２の可動接点１２０に接続されて、制御部２０の第１バッテリー連結端子(Ｂ１)及び第２バッテリー連結端子(Ｂ２)の(−)端子に接続される。但し、前記リレー部１０の第１バッテリー連結端子１５及び第２バッテリー連結端子１６と前記制御部２０の第１バッテリー連結端子(Ｂ１)及び第２バッテリー連結端子(Ｂ２)は電源スイッチ(ＳＷ０)を通じて連結されることで、電源スイッチを入れた時だけに制御部にパワーが供給されて制御部が動作されるようにすることが望ましい。
【００５４】
以下、前記リレー部１０の動作を図４乃至図８を参照して詳しく説明する。リレー部１０はベース１０a上に第１リレー１１及び第２リレー１２が具備されるところ、各リレーは基部としてのそれぞれのプレート１１０ｂ、１２０ｂ上に具備されて、再び各プレートの前面に不導体の支持台１１０ｃ、１２０ｃが一例で垂直方向に固定設置される。
【００５５】
各リレーの支持台上には水平方向に充電器連結板１３とインバータ連結板１４が横切って固定設置されるところ、充電器連結板１３とインバータ連結板１４はそれぞれ電気的に分離されており、一方では前記充電器連結板１３は第１リレー１１の第１固定端子１１１及び第２リレー１２の第１固定端子１２１が電気的に接続されて、前記インバータ連結板１４は第１リレー１１の第２固定端子１１２及び第２リレー１２の第２固定端子１２２が電気的に接続される。
【００５６】
よって、第１スイッチ(ＳＷ１)がＯＮ状態である場合(='ＬＯＷ')には、前記第１プレート１１０ｂ上の可動端子支持板１１５に支持されている前記第１リレーの可動端子１１０は、ソレノイド１１４の動作によって第２固定端子１１２及びインバータ連結板１４に接続されて、したがって第１バッテリー１をインバータ３０に連結してくれることで、前記第１バッテリーが放電モードで動作するようにする(図４の実線表示部分参照)。
【００５７】
この時、第２スイッチ(ＳＷ２)はＯＦＦ状態ではなければならないし(='ＨＩＧＨ')、前記第２プレート１２０ｂ上の可動端子支持板１２５に支持されている前記第２リレーの可動端子１２０は、弾指スプリング１２６によって弾指されるので、第１固定端子１２２及び充電器連結板１３に接続されて、したがって第２バッテリー２を充電器４０に連結してくれることで前記第２バッテリーが充電モードで動作するようにする(図４の実線表示部分参照)。
【００５８】
そのようにして、前記インバータ３０は第１バッテリーから出力されるＤＣ電源を内部回路によってＡＣにインバータして、第１出力用コンセント３０a及び第２出力用コンセント３０ｂに交流電源を出力するようになる。よって、使用者は負荷(一例で３００Ｗ電球)のプラグ(ＳＷ３)を前記第１コンセントに接続して、電球を灯すことができるようになる。
【００５９】
併せて、前記インバータ３０の第２出力用コンセント３０ｂに前記充電器４０のプラグ(ＳＷ４)を接続すれば、インバータの交流出力の一部(望ましくは１５〜３５％)が充電器に出力されるところ、充電器はこれを整流するなどの方式でＤＣに変えて現在充電モードにある第２バッテリー２に送って、第２バッテリー２を充電するようになる。
【００６０】
この場合、追加で説明すれば、充電器の(−)端子が充電器連結板１３、第２リレーの第１固定端子１２１及び第２リレーの可動端子１２０を通じて、第２バッテリー連結端子１６を通じて第２バッテリーの(−)端子に接続されるために、第２バッテリーが充電モードで動作可能なものである。
【００６１】
一方、前記充電器のプラグである前記第４スイッチ(ＳＷ４)はインバータの第２コンセント３０ｂに接続されることもできるが、図示されなかった交流商用電源(１２０Ｖ、６０Ｈｚ)のコンセントに接続されるようにすることもでき、あるいは補助発電機としての小型油類発電機や小水力発電機等の補助交流電源に接続されるようにすることも可能である。
【００６２】
一方、前記リレー部の第１及び第２スイッチ(ＳＷ１、ＳＷ２)は制御部２０の第１及び第２制御信号出力端子(ＨＤ１、ＨＤ２)に接続されて、それぞれの第１及び第２制御信号
【００６３】
【数１】
2015505237.tif 000004
によってスイチングがなされるところ、同様に各制御信号出力端(ＨＤ１、ＨＤ２)の(＋)端子は+１２Ｖに固定接続されて、各制御信号出力端の(−)端子を通じて出力される前記制御信号によって動作する第１及び第２ソレノイド(１１４、１２４)によって可動接点の切換がなされる。
【００６４】
すなわち、第１ 制御信号
【００６５】
【数２】
2015505237.tif 000005
が'ＬＯＷ'であり、第２制御信号
【００６６】
【数３】
2015505237.tif 000006
が'ＨＩＧＨ'であって、第１ソレノイド１１４が'オン'であって、第２ソレノイド１２４が'オフ'なら(図４の実線表示部分)、第１バッテリー１の(−)端子が'第１バッテリー連結板１５-第１リレー可動端子１１０-第１リレー第２固定端子１１２-インバータ連結板１４-インバータ３０'を通じて負荷５０に連結されて(インバータと充電器は誘導結合で結合できるが電気的には断絶される)、第２バッテリー２の(−)端子は'第２バッテリー連結板１６-第２リレー可動端子１２０-第２リレー第１固定端子１２１-充電器連結板１３'を通じて充電器４０に連結されて、第１バッテリーは放電モードで、そして第２バッテリーは充電モードにあるようになる。参照で図４で矢印は電流の方向ではなくて、エネルギーの伝達方向を示すものである。
【００６７】
反対に第１制御信号
【００６８】
【数４】
2015505237.tif 000007
が'ＨＩＧＨ'であり、第２制御信号
【００６９】
【数５】
2015505237.tif 000008
が'ＬＯＷ'であって、第１ソレノイド１１４が'オフ'であり、第２ソレノイド１２４が’オン’なら(図４の点線表示部分)、第１バッテリー１の(−)端子が'第１バッテリー連結板１５-第１リレー可動端子１１０-第１リレー第１固定端子１１１-充電器連結板１３'を通じて充電器４０に連結されて、第２バッテリー２の(−)端子は'第２バッテリー連結板１６-第２リレー可動端子１２０-第２リレー第２固定端子１２２-インバータ連結板１４-インバータ３０'を通じて負荷５０に連結されて、第１バッテリーは充電モードで、そして第２バッテリーは放電モードにあるようになる。
【００７０】
未説明参照符号１１３及び１２３は、第１及び第２バッテリー接続端子１５、１６と各リレーの可動端子１１０、１２０を連結する電線であり、確かな接続のために、左右二つずつの端子が同一な形態で具備されて、各端子にそれぞれ２個の電線で接続して総４個の電線で、各バッテリー接続端子１５、１６を該当リレーの可動端子と接続するようになる。未説明参照符号１１０a及び１２０aは各リレーの可動接点１１０、１２０固定部である。未説明符号１２７は第２リレーの制御信号端子である。
【００７１】
これから、図９及び図１０を参照して、本発明の制御部２０の構成及び動作を説明する。
図９に示されたところのように前記制御部２０は、第１及び第２バッテリーの電源が入力されるバッテリー電源入力部２１０、前記バッテリー電源入力部２１０から入力されたバッテリーの電圧(+１２Ｖあるいは+２４Ｖ)をコンバートして+５Ｖ及び+１２Ｖの静電圧を発生する静電圧回路部２２０、前記バッテリー電源入力部２１０から入力された第１及び第２バッテリーの電圧の大きさを出力する第１バッテリー電圧表示部２６０及び第２バッテリー電圧表示部２７０、前記リレー部の動作を制御する制御信号を出力するリレー制御信号出力部２５０及び前記第１及び第２バッテリーの電圧の大きさを検出して、前記リレー制御信号出力部２５０を通じてリレー制御信号を出力する制御ＩＣを含む処理部２４０を含む。
【００７２】
追加で、前記制御部はオプション設定部２９０をさらに含むことができるところ、これを通じて第１及び第２バッテリーの充放電モードを切り替える基準値を任意に変更することが可能である。
【００７３】
未説明符号２３０は制御ＩＣのリセット部であり、２８０は追加的な入出力端子で使用可能な予備端子部である。
先ず、バッテリー電源入力部２１０を説明すれば、第１バッテリー１のＤＣ電圧(ＶＢ１)を分圧抵抗Ｒ３７、Ｒ３３を通じて検出して制御ＩＣ(Ｑ１)のＶＢＡ端子を通じて入力して、第２バッテリー２のＤＣ電圧(ＶＢ２)を分圧抵抗Ｒ４１、Ｒ３４を通じて検出して制御ＩＣ(Ｑ１)のＶＢＢ端子を通じて入力する。参照で、Ｃ１４及びＣ１３はノイズフィルタリング用コンデンサである。
【００７４】
一方、前記バッテリー電源入力部２１０から入力された第１及び第２バッテリーの電圧はダイオード(Ｄ１１、Ｄ１２)によってミキシングされて静電圧回路部２２０のＤＣ-ＤＣコンバータ２２１に入力されるところ、ＤＣ-ＤＣコンバータ２２１はリレー駆動用静電圧(+１２Ｖ)及び本制御回路用静電圧(+９Ｖ)を出力するようになる。追加で、前記ＤＣ-ＤＣコンバータ２２１から出力される制御回路用静電圧(+９Ｖ)は静電圧ＩＣ(Ｑ５)から再び+５Ｖの静電圧で調整される。
【００７５】
これから、処理部２４０の制御ＩＣ(Ｑ１)は、第１バッテリーの瞬間電圧の大きさを第１バッテリー電圧表示部２６０のＬＥＤ(Ｌ１〜Ｌ２３)を通じて、そして、第２バッテリーの瞬間電圧の大きさを第２バッテリー電圧表示部２７０のＬＥＤ(Ｌ６〜Ｌ２５)を通じて出力するようになる。一例で前記制御ＩＣ(Ｕ１)はＰＩＣ１６Ｆ８７７Ａが使われることができる。
【００７６】
併せて、前記第１及び第２バッテリーの瞬間電圧の大きさを比べてリレー制御信号出力部２５０を通じて前記リレー部１０のオン/オフを制御するようになる。
例えば、第１リレーの制御信号を出力する端子(Ｓ１)を通じて、'ＨＩＧＨ'信号を出力するようになれば、スイチング用トランジスター(Ｑ２)がターンオンされて、したがって、第１リレー制御信号出力端(ＨＤ１)の制御端子信号
【００７７】
【数６】
2015505237.tif 000009
が'ＬＯＷ'になるので、第１リレー制御信号出力端(ＨＤ１)の上位電源端子を通じて第１リレー１１のソレノイド(図４のＳＷ１)(図６の１１４)に出力された+１２Ｖ電圧が前記出力端(ＨＤ１)の下位電源端子を通じて通電されるので、結局第１ソレノイド１１４が動作して、前記第１リレーの可動端子１１０を第２固定端子１１２側に接続されるようにすることで、結局第１バッテリーの(−)端子がインバータ連結板１３を通じてインバータ３０の(−)端子に接続されるようにすることで、結局第１バッテリー１が放電モードで動作するようになる。この場合、第１リレー動作表示用ダイオード(Ｌ３)も通電されるので、第１リレーが動作する状態を見せるようになる(図１１a左側ＬＥＤ参照)。
【００７８】
反対に、この時第２リレーの制御信号を出力する端子(Ｓ２)を通じて、'ＬＯＷ'信号を出力するようになれば、スイチング用トランジスター(Ｑ３)がターンオフされて、したがって、第２リレー制御信号出力端(ＨＤ２)の制御端子信号
【００７９】
【数７】
2015505237.tif 000010
が'ＨＩＧＨ'になるので、第２リレー制御信号出力端(ＨＤ２)の上位電源端子を通じて第２リレー１２のソレノイド(図４のＳＷ２)(図６の１２４)に出力された+１２Ｖ電圧が前記出力端(ＨＤ２)の下位電源端子を通じて通電されなくなるので、結局第２ソレノイド１２４が動作しなくなって、前記第２リレーの可動端子１２０を第１固定端子１２１側に接続されるようにすることで、結局第２バッテリーの(−)端子が充電器連結板１３を通じて充電器４０の(−)端子に接続されるようにすることで、結局第２バッテリー２が充電モードで動作するようになる。この場合、第２リレー動作表示用ダイオード(Ｌ５)も通電されなくなるので、第２リレーが動作しない状態を見せるようになる(図１１a右側ＬＥＤ参照)。
以後、第１バッテリー電圧はずっと減少するようになって、第１バッテリーは充電途中にあるようになるところ、図１１aでは第２バッテリーの充電状態が８０％であることを分かる。
【００８０】
さらに進行して、もう第１バッテリーの電圧が一定以上落ちるか、または電流が減少するか、あるいは決まった時間が経過して充放電を切り替える必要がある場合、制御部２０はリレー制御信号を反対にするようになって、図１１ｂで見るところのように、逆に第２リレーが放電モードになって、第１リレーが充電モードになるところ、一方、図１１ｂでは現在第１バッテリーの充電状態電圧が１４．３Ｖであることを示している実際動作写真である。
【００８１】
続いて、以上の前記制御ＩＣの基本的な制御動作を図１０を参照して説明すれば、先ず、第１バッテリー及び第２バッテリーの瞬間電圧を測定して各電圧表示部２６０、２７０を通じて出力し(Ｓ１、Ｓ２)、以後測定された両バッテリーの瞬間電圧(ＶＢ１、ＶＢ２)を比べて(Ｓ３)、仮に第１バッテリーの瞬間電圧(ＶＢ１)が第２バッテリーの瞬間電圧(ＶＢ２)より大きければ、第１リレーをターンオンさせて第１バッテリーを放電モードにし、第２リレーをターンオフさせて第２バッテリーを充電モードにする(Ｓ４)(図１１a参照)。
【００８２】
以後、放電モードにある第１バッテリー１の電圧降下が基準値(一例で、０．２Ｖ)以上降りたかの可否を判断して(Ｓ５)、そうではなければ第１及び第２バッテリー電圧を測定して表示し、充電モードにある第２バッテリーの充電程度及び充電電圧を測定して表示して、続いてＳ４乃至Ｓ６段階を繰り返す。
【００８３】
一方、前記Ｓ５段階での判断結果、放電モードにある第１バッテリー１の電圧降下が基準値(一例で０．２Ｖ)以上降りたと判断されれば、第１リレー及び第２リレーを反対にスイチングして第１バッテリーを充電モードに、第２バッテリーを放電モードに切り替えるようになって(Ｓ７)、最初にリターンして以上を繰り返すようになる(Ｓ８)。
【００８４】
逆に、前記Ｓ３段階での判断結果、第１バッテリーの瞬間電圧(ＶＢ１)が第２バッテリーの瞬間電圧(ＶＢ２)より小さければ、第２リレーをターンオンさせて第２バッテリーを放電モードにして、第１リレーをターンオフさせて第１バッテリーを充電モードにする(Ｓ１４)(図１１ｂ参照)。
【００８５】
同様に以後、放電モードにある第２バッテリー２の電圧降下が基準値(一例で０．２Ｖ)以上降りたかの可否を判断して(Ｓ１５)、そうではなければ第１及び第２バッテリー電圧を測定して表示し、充電モードにある第１バッテリーの充電程度及び充電電圧を測定して表示し、続いてＳ１４乃至Ｓ１６段階を繰り返す。
【００８６】
一方、前記Ｓ１５段階での判断結果、放電モードにある第２バッテリー２の電圧降下が基準値(一例で０．２Ｖ)以上降りたと判断されれば、第１リレー及び第２リレーを反対にスイチングして第２バッテリーを充電モードに、第１バッテリーを放電モードに再び切り替えるようになって(Ｓ７)、最初にリターンして以上を繰り返すようになる(Ｓ８)。
【００８７】
併せて、以上は第１及び第２バッテリーの動作モードの転換基準を図９のＤＩＰスイッチ(ＤＩＰ１)の操作を通じてバッテリーの電圧降下(０．２Ｖ)だけにセッティングした場合の実施例を説明したものであり、場合によってバッテリー電圧以外にバッテリー電流や、あるいは充放電転換時間を図９のＤＩＰスイッチ(ＤＩＰ１)の操作を通じて予め異なるようにセッティングして行うように設定することも可能である。
【００８８】
図９のオプション設定部２９０は、制御ＩＣの端子に接続されたプルアップアレイ抵抗(ＲＡ２)とＤＩＰスイッチ(ＤＩＰ１)で構成されるところ、ＤＩＰスイッチ(ＤＩＰ１)を通じて設定が可能である。一例で、ＤＩＰスイッチの１番スイッチだけを上げれば、放電モードバッテリーの０．１Ｖ電圧降下時に充放電モード転換をするように設定されて、ＤＩＰスイッチの2番スイッチのみを上げれば、放電モードバッテリーの０．２Ｖ電圧降下時に充放電モード転換をするように設定されて、ＤＩＰスイッチの１番及び２番スイッチをすべて上げれば、放電モードバッテリーの０．３Ｖ電圧降下時に充放電モード転換をするように設定されて、ＤＩＰスイッチの３番スイッチのみを上げれば、放電モードバッテリーの０．４Ｖ電圧降下時に充放電モード転換をするように設定されて、ＤＩＰスイッチの１番乃至３番スイッチをすべて上げれば、放電モードバッテリーの０．７Ｖ電圧降下時に充放電モード転換をするように設定されることができる。併せて、ＤＩＰスイッチの４番スイッチを上げれば、放電モードバッテリーの電圧が１００Ａで５Ａ電流降下時に充放電モード転換をするように設定されることができる。あるいは、ＤＩＰスイッチの５番スイッチを上げれば、放電モードバッテリーの放電時間が２．５分経過した場合に充放電モード転換をするように設定されて、ＤＩＰスイッチの６番スイッチを上げれば、放電モードバッテリーの放電時間が５分経過した場合に充放電モード転換をするように設定されて、ＤＩＰスイッチの７番スイッチを上げれば、放電モードバッテリーの放電時間が１０分経過した場合に充放電モード転換をするように設定されて、ＤＩＰスイッチの８番スイッチを上げれば、放電モードバッテリーの放電時間が２０分経過した場合に充放電モード転換をするように設定されることができる。
【００８９】
あるいはこれら電圧、電流及び経過時間を組み合わせて充放電モード転換を決めるようにプログラミングすることもできる。
最終的に、放電中であるバッテリーの電圧が１０．７Ｖ未満になれば、すべての動作を止めらせる必要があるところ、通常１０．５Ｖ未満でも続いて放電時には、過放電によってバッテリーの再充電が不可能になるようになってしまう可能性があるためである。この場合、図１０の流れ図で、Ｓ４段階すぐ以前に、第１バッテリーの電圧(ＶＢ１)が１０．７Ｖ未満であるかを判断する段階が加えられなければならないし、第１バッテリーの電圧(ＶＢ１)が１０．７Ｖ以上である場合に、Ｓ４段階に履行して、仮に、第１バッテリーの電圧(ＶＢ１)が１０．７Ｖ未満である場合には充放電プログラムを全面中止する段階に行かなければならないし、同様にＳ１４段階すぐ以前にも、第２バッテリーの電圧(ＶＢ２)が１０．７Ｖ未満であるかを判断する段階が加えられなければならないし、第２バッテリーの電圧(ＶＢ２)が１０．７Ｖ以上である場合に、Ｓ１４段階で履行して、仮に第２バッテリーの電圧(ＶＢ２)が１０．７Ｖ未満である場合には充放電プログラムを全面中止する段階に行かなければならない。
【００９０】
追加的に、Ｓ５及びＳ１５段階でもそれぞれ、放電モードであるバッテリーの電圧降下が基準値(ここでは０．２Ｖ)以上であるかと、放電モードであるバッテリーの電流降下が基準値(一例で５Ａ)以上であるかと、放電モードであるバッテリーの連続放電経過時間が基準値(一例で５分)以上であるかの条件のうちでいずれか一つの条件が充足されたか、あるいは二つの条件以上が充足されたか、あるいは三つの条件がすべて充足されたかの可否を有して、充放電モード転換を試みることのように流れ図を変更することが可能である。
【００９１】
一方、以上の本発明の作用効果を以下に詳述する。
周知のように、二次電池は可逆的な電気化学反応を利用する蓄電池として、一例で鉛蓄電池の場合には過酸化鉛を正極で、鉛を負極で使って電解液で緩い硫酸を使用する。
【００９２】
前記二次電池は放電する間に電極物質と電解質との間に化学反応が生じるが、(−)極では純粋な鉛原子(Ｐｂ)が電解質の硫酸イオン(ＳＯ４２-)と反応して、硫酸(Ｈ２ＳＯ４)は水にとけて負電荷を帯びた硫酸イオンと正電荷を帯びた水素イオン(Ｈ＋)になって、鉛原子は硫酸イオンと結合しながら電子を二つ失って硫酸鉛(ＰｂＳＯ４)になる。
【００９３】
前記二次電池を使用(放電)するほど硫酸が消耗されて水が生じて硫酸がますます緩くなるようになって、この時に充電器を利用して充電するようになる。
充電器は強制で前記放電過程の反対方向に電子を流れるようにして逆反応が生じるようにして、放電過程の反対方向に反応が生じれば、電極物質が元々どおりに変わって、硫酸の量も再び増加して、充電された二次電池を利用して再び電源を供給することができるようになる。
【００９４】
すなわち、放電が進行されれば(−)極と(＋)極はすべて硫酸鉛に変化して反応速度が減って副産物で水が生成されて電解液の濃度が低くなるようになるが、可逆的な化学反応を利用して充電をするようになるものである。
【００９５】
本発明は２個以上の二次電池を利用して充放電を繰り返す過程で、(＋)極と(−)極が硫酸鉛に変化する速度を減らすことで二次電池の効率が徐徐に落ちて二次電池の満充電で使用することができる放電時間をふやすことができるものである。
【００９６】
例えば、両バッテリーがすべて１２．７Ｖである場合、第１バッテリーを放電させて負荷に電力を供給してから、１２．５Ｖになればモードを切り替えるようになって、第２バッテリーを放電モードに及び第１バッテリーを充電モードにするようになって、一例で第２バッテリーの電圧が１２．５Ｖである時点で第１バッテリーは１２．６Ｖで再充電になることで、たとえ後にはすべて１０．７Ｖ未満になって放電を全面禁止させなければならないが、どうであれ負荷を動作させる時間をふやすことができるものである。
【００９７】
一方、正格電圧１２Ｖ鉛蓄電池の場合、完全充電時１４．５〜１３．５Ｖ程度のバッテリー電圧が観察されて、放電をするようになることによって電圧が続いて低くなって、１２Ｖまでは大きい変化がないが、１２Ｖ未満に落ちる時にはバッテリーの性能が急激に減少するようになる(これは各バッテリーの特性によってちょっと差があるが、すべてのバッテリーの性能が比例的に減少しないである時点で急激に性能が落ちるクリフ現象を有することは一般的である)。これは、放電による硫酸塩物質がセルの間の電極にくっついてバッテリーの性能を大きく落とすためであるところ、本発明では充電と放電を交代に頻りに行うことで、硫酸塩と鉛の間の可逆反応が頻繁に生じて、結局硫酸塩物質が電極にくっつくことを最大限引き延ばさせるためであるもので推定される。すなわち、同一な条件で同一な時間が経つが、流れる水では苔がほとんど立ち込めないことと似ている現象であるもので推測される。
【００９８】
<表２>は<表１>と同一なバッテリーを有して同一な条件で本発明による充放電方式を使って放電をさせた場合に、バッテリー電圧の変化及び使用時間に対する実際実験結果である。
【００９９】
【表２】
2015505237.tif 000011
前記<表２>で見るところのように、一度の鉛蓄電池が満充電で約３時間１４分を使用することができることを分かって、放電するうちにもバッテリーの出力電圧とインバータ出力電圧が徐徐に減少する現象を見られるし、結局充放電を繰り返す過程で(＋)極と(−)極が変化する速度を減らすことで、バッテリーの効率が徐徐に落ちて元々バッテリーが有していた理想的な固有容量(２．４ｋＷｈ)を連続放電時(０．４９ｋＷｈ)より多く使用(０．９５ｋＷｈ)したためである。
【０１００】
特に、一般には１０．７Ｖ以下では放電が不可能であるが、本発明の場合にはこのように硫酸塩物質が電極に立ち込めないので、９．５Ｖでも放電が可能なものとして観察されたし、単に再充電を容易にするために前述したところのように１０．７Ｖ以下では放電を停止させることが望ましい。
【０１０１】
併せて、本発明によれば、以上説明したところのように、硫酸塩が電極にくっつく現象を大きく減らすことで、バッテリー製造会社で規定している３００サイクル回数よりもっと多いサイクル程度再充電及び放電が可能であり、バッテリーの全体寿命を２〜３倍ふやすことができるという追加的な長所を有する。すなわち、第１回充電時にバッテリーの効率が３７．７％で一般的な連続充電の場合(１６．６％)より効率が良いことは勿論、第３回目充電時にもバッテリーの効率が４３．７％で一般的な連続充電の場合(１５％)より効率がよく、第５回目充電時にもバッテリーの効率が５６．２％で一般的な連続充電の場合(１３．９％)より効率が良いことが分かった。
【０１０２】
さらに、完全放電後に充電しようとすればデルコバッテリーの場合に１０時間以上を充電しなければならない。しかし、本発明によれば第１バッテリーの放電途中にも何らの爆発や過熱危険なしに第２バッテリーをソーラー・セールなどの外部電源でも充電することが可能で、このように外部補助電源を使用する場合、放電時間に制限がなくなるという追加的な長所がある。
【０１０３】
併せて、本発明の効果は、特に、鉛蓄電池をバッテリーで使用する実施例で著しいが、必ず鉛蓄電池だけに限定されるものではなくて、リチウム二次電池は勿論、その他の二次電池でも留意すべき効果があることを見つけたし、バッテリーの個数も２個に限定されるものではなくて、３個以上のバッテリーを一対で縛って本発明を適用することも可能である。
【０１０４】
このように、前で説明された本発明の実施例らは本発明の技術的思想を限定するものとして解釈されてはいけない。本発明の保護範囲は、請求範囲に記載された事項によって制限されて、本発明が属する技術分野で通常の知識を有した者は本発明の技術的思想を多様な形態で改良変更することが可能である。したがって、このような改良及び変更は通常の知識を有した者に自明なことである限り、本発明の保護範囲に属するようになるはずである。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
以上説明したように、本発明によれば、二次電池を２個以上具備して一つの二次電池を利用して大部分の出力は負荷に電源を供給しながら残りの出力は他の一つの二次電池充電に安全に利用することで蓄電池のエネルギー効率を向上させて、これを通じて一回の満充電で二次電池を使用することができる時間(放電時間)をふやすことができる。
【０１０６】
また、二次電池を２個以上具備して一つの二次電池を利用して大部分の出力は負荷に電源を供給しながら残り出力は他の一つの二次電池充電に利用することで二次電池を充電する中にも他の二次電池を負荷の電源で使って過負荷及び機器破損または爆発の恐れなしに安全にエネルギーを補充保存することができる。
【図５】
2015505237.tif 000012
【図６】
2015505237.tif 000013
【図７】
2015505237.tif 000014
【図９ｃ】
2015505237.tif 000015
【図９ｄ】
2015505237.tif 000016
【図１１ａ】
2015505237.tif 000017
【図１１ｂ】
2015505237.tif 000018
【図１】
2015505237.tif 000019
【図２】
2015505237.tif 000020
【図３ａ】
2015505237.tif 000021
【図３ｂ】
2015505237.tif 000022
【図４】
2015505237.tif 000023
【図８】
2015505237.tif 000024
【図９ａ】
2015505237.tif 000025
【図９ｂ】
2015505237.tif 000026
【図１０】
2015505237.tif 000027
【国際調査報告】
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