JP2001517419A - バッテリーの再充電装置および再充電方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 バッテリー（１２）を再充電するための装置（１０）および方法。本発明は、高周波周波数、好ましくはバッテリー（１２）の自然共振周波数に一致する周波数で発振する変調信号によってレール電圧を変調することを含む。変調されたレール電圧はバッテリー（１２）に供給されてデバイスを充電する。装置は、バッテリー（１２）の自然共振周波数の変化に追従するように、変調周波数をシフトするフォロワ回路（２４）を備える。

Description

【発明の詳細な説明】 バッテリーの再充電装置および再充電方法 発明の背景 １．発明の技術分野 本発明はバッテリーの再充電装置および再充電方法に関する。 ２．関連技術の説明 バッテリーは、デバイスに一定期間電力を加えることによって再充電すること ができる。電力を加えてバッテリーを再充電するための様々な方法が開発されて きた。ひとつの方法は、そのバッテリー内の化学組成物に変化を引き起こす、連 続した充電電流を供給することである。そのような方法は、比較的大きな充電電 流を必要とし、それは過熱してバッテリープレートを歪ませることがよくある。 それに加えて、直流充電はいつもバッテリーに完全に蓄えられるわけではないこ とがわかった。 カメン（Ｑｕａｍｍｅｎ）らに付与された米国特許第４，７４０，７３９号は 、充電プロセス中でバッテリーに周期的に放電させるステップを含むバッテリー の充電方法を開示している。このカメンの方法では、連続した充電電流がそのバ ッテリーに供給される。カメンの充電装置は、パルス列発生器とバッテリーに接 続された電子スイッチとを含むものである。パルス列発生器は、放電電流がその バッテリーから流れるようにそのスイッチを周期的に駆動する。そのパルス列発 生器は６００から１２００マイクロ秒ごとにそのスイッチを駆動する。 ガリ（Ｇａｌｉ）に付与された米国特許第４，８７１，９５９号；同第５，０ ８４，６６４号および同第５，２７６，３９３号は太陽電池充電器を開示する。 ガリのバッテリー充電器は、バッテリーにパルス電流を供給する直流−交流変換 器を含むものである。米国特許第５，２７６，３９３号は、バッテリーに供給さ れる波形であって、１０，０００から１００，０００ヘルツの周波数で供給され る一連の相当鋭い波形を開示している。このパルスは１００ナノ秒以下の立ち上 がり時間を有する。ガリは、この一連の短いパルスがバッテリーの共振周波数に 一致するリング信号（ｒｉｎｇｉｎｇ ｓｉｇｎａｌ）をそのバッテリー内に発 生させるとしている。さらにガリは、そのようなパルスによって、デバイスに連 続した充電電流を供給することなく、バッテリーを充電することができるとして いる。低電力に対する要求から、ガリは太陽変換エネルギー源を用いている。 従来のこれらの再充電方法は、使用済みのバッテリーを完全に回復させること にいつも成功するわけではないことがわかった。いかなるバッテリーをも完全に 回復させるための装置および方法を提供することが望まれる。 発明の概要 本発明は、バッテリーを再充電するための装置および方法である。本発明は、 レール電圧（ｒａｉｌ ｖｏｌｔａｇｅ）を高周波、好ましくはそのバッテリー の自然共振周波数に一致する周波数で発振する変調信号で変調することを含む。 変調されたレール電圧はバッテリーに供給され、そのデバイスを再充電する。再 充電装置は、その変調周波数をバッテリーの自然共振周波数の変動に追従するよ うにシフトするフォロワ回路を備えていてもよい。 図面の簡単な説明 第１図は、本発明にかかる装置を示す概略図である。 第２図は、バッテリに印加される変調されたレール電圧を示すグラフである。 第３図は、再充電プロセスにおけるバッテリーの出力電圧を示すグラフである 。 発明の詳細な説明 図、特に参照番号を参照すると、第１図は本発明にかかるバッテリー再充電装 置１０を示している。装置１０はバッテリー１２を再充電するのに用いられる。 そのバッテリー１２は典型的には自動車や航空機などの乗り物において用いられ る鉛−酸直流バッテリーである。しかし、他のタイプのバッテリーを充電するの にも本発明を用いることができることは理解されるべきである。典型的にはバッ テリー１２は使い果たされて、電流を十分に供給しない。バッテリー１２はプレ ート、電極、バッテリー液等を含み、これらは自然共振周波数を有する回路を形 成する。 装置１０は公営電力線などの交流電源１４にプラグを差し込むことができる。 その装置１０は、電源１４からの交流電圧を直流電圧に変換する全波整流器１６ を備えている。この直流電圧はレール電圧と呼ばれる。整流器１６は、複数のダ イオード１８と交流電圧を整流するための出力容量Ｃ１とを備え、一定のレール 電圧を供給する。このレール電圧はバッテリーの電極に印加される。したがって 、バッテリー１２には、バッテリーの温度に対し最大の電圧になるまで、連続し た充電電流が供給される。 容量Ｃ１は、変調信号によってレール電圧を変調する変調回路２０に接続され ている。第２図は、バッテリー１２に印加される電圧の波形を示している。その 波形は、ある直流レベルとその直流信号上で変調された変調信号とを含んでいる 。好ましい実施例においてその変調信号は、バッテリー１２の自然共振周波数に 対応する周波数で発振する。そのような変調されたレール電圧が放電されたほと んどいかなるバッテリーを完全に回復させることがわかった。好ましい実施例に おいては、その変調周波数は１０，０００ヘルツ以上の高周波数帯である。しか し、１０から４０，０００，０００ヘルツの間の周波数帯で満足のいく結果が得 られることが実証された。鉛−酸バッテリーを再充電する場合、０．２１５、０ ．３１２および０．６１２、１．８２５並びに１．８７５メガヘルツの周波数で で最良の結果が得られることがわかった。レール電圧は、典型的には１．２から ５０ボルトの範囲にわたり、好ましくは最低１５ボルトである。共振周波数に加 えて、バッテリーの出力は複数の高調波周波数を含むかもしれない。 変調回路２０は、スイッチ２４を駆動する発振器２２を備えている。発振器２ ２は、希望する周波数の希望する波形を有する変調信号を供給することができる 電圧制御型可変波形発生器でよい。例として発振器２２は方形波または鋸波を発 生するものであろう。 好ましい実施例において電子スイッチ２４は、ｎｐｎ型バイポーラ接合トラン ジスタ（ＢＪＴ）Ｑ１を有する一般のコレクタ・エミッタホロワ増幅回路である 。トランジスタＱ１のベースは直流バイアス抵抗Ｒ１とＲ２に接続されている。 そのバイアス抵抗Ｒ１とＲ２はバイパス容量Ｃ２を介して発振器２２と接続され ている。トランジスタＱ１のコレクタはコレクタ抵抗Ｒ３およびバイパス容量Ｃ ３に接続されている。トランジスタＱ１のエミッタはエミッタ抵抗Ｒ４に接続さ れている。そのエミッタ抵抗Ｒ４はバッテリー１２と接続されている。 充電プロセスの間、バッテリーの化学組成物は変化する。この変化はバッテリ ー１２の自然共振周波数を変動させるであろう。装置１０はさらに、バッテリー １２の自然共振周波数に追従するように変調信号の変調周波数を変化させるフォ ロワ回路２６を備えていている。そのフォロワ回路２６は、抵抗Ｒ５を介してバ ッテリー１２の電圧を検知する入力ターミナルを備えたマイクロコントローラー ２８を有しているであろう。好ましい実施例においては、マイクロコントローラ ー２８はバッテリーの電圧波形を解析できるデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳ Ｐ）である。そのコントローラー２８は波形を解析し、変調信号がバッテリー１ ２の共振周波数で発振しているか否かを決定する。 マイクロコントローラー２８は、発振器２２が発生する変調周波数を変更する ために出力コマンドを供給することができる。マイクロコントローラー２８はデ ジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ３０によって発振器２２に接続される。 コントローラー２８は出力コマンドをバイナリ形式で供給し、その出力コマンド はＤ／Ａ３０によってアナログ信号に変換される。そのアナログ信号が発振器２ ２に対する入力電圧Ｖｉｎとなる。 動作中は、コントローラー２８は、あらかじめ決められたアルゴリズムに従っ て変調信号の変調周波数を変化させることによって周波数掃引を開始する。コン トローラー２８はまたバッテリー１２の電圧を検知し、デバイス１２の自然共振 周波数を決定するであろう。次いでコントローラー２８は、発振器２２がその共 振周波数で変調信号を生成するように出力コマンドを供給することができる。も しコントローラー２８が自然共振周波数の変化を検知した場合には、コントロー ラー２８は、その共振周波数をあらためて決定するために再度周波数掃引を開始 することができる。典型的にはその２番目の掃引は最初の掃引よりも狭い範囲を 有する。コントローラー２８は、バッテリー１２が十分に再充電されるまでこの 手順を継続することができる。 特定の例示的な実施例が説明され、また添付の図面に示されたが、当該技術に 関する通常の知識を有する者にとって他のさまざまな変更が想起されることから も、そのような実施例はただの例示であって広範な本発明を制限するものではな いこと、および本発明が説明された特定の構造ならびに構成に限定されるもので はないことが理解されよう。 例えば第３図はバッテリーから計測された出力信号を示している。キャメルハ ンプ（ｃａｍｅｌ ｈｕｍｐ）又はジッターを生成する変調周波数がバッテリー １２を効率的に再充電することが明らかになった。したがって、コントローラー ２８はその波形を解析してキャメルハンプおよび／又はジッターが存在するかを 決定し、次いでその好ましい波形特性を生成する変調信号に固定することができ る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，Ｙ Ｕ，ＺＷ (72)発明者 キルブリュウ，ウィリアム・デビッド アメリカ合衆国・89449・ネヴァダ州・レ ーク タホ・（番地なし）・ピイオーボク ス 4710

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．自然共振周波数を有するバッテリーを再充電する装置であって、 ほぼ前記バッテリーの前記自然共振周波数である周波数で発振する変調信号に よって変調されたレール電圧を前記バッテリーに供給する再充電回路を備えるこ とを特徴とする再充電装置。 ２．前記変調周波数は１０，０００ヘルツ以上であることを特徴とする請求項１ 記載の装置。 ３．前記変調周波数はメガヘルツの周波数帯にあることを特徴とする請求項２記 載の装置。 ４．前記再充電回路は、前記バッテリーが再充電されるとともに前記バッテリー の前記自然共振周波数の変化に追従するように前記変調周波数を変化させる周波 数フォロワを備えることを特徴とする請求項１記載の装置。 ５．前記再充電回路は、前記レール電圧を変調する変調回路を備えることを特徴 とする請求項１記載の装置。 ６．前記変調回路は、波形発生器を備えることを特徴とする請求項５記載の装置 。 ７．前記波形発生器は鋸波を発生することを特徴とする請求項６記載の装置。 ８．前記波形発生器は方形波を発生することを特徴とする請求項６記載の装置。 ９．バッテリーを再充電する装置であって、 高周波周波数で発振する変調信号によって変調されたレール電圧を前記バッテ リーに供給する再充電回路を備えることを特徴とする再充電装置。 １０．前記再充電回路は、前記バッテリーが再充電されるとともに変化する前記 バッテリーの前記自然共振周波数に追従するように前記変調信号の周波数を変化 させるフォロワ回路を備えることを特徴とする請求項９記載の装置。 １１．前記再充電回路は、波形発生器を備えることを特徴とする請求項９記載の 装置。 １２．前記波形発生器は、方形波を発生することを特徴とする請求項１１記載の 装置。 １３．自然共振周波数を有するバッテリーを再充電する方法であって、 ａ）前記バッテリーにレール電圧を印加するステップと、 ｂ）前記レール電圧をほぼ前記バッテリーの前記自然共振周波数である周波数 で発振する変調信号によって変調するステップと を含むことを特徴とする方法。 １４．前記変調周波数は 前記バッテリーが再充電されるとともに前記バッテリーの前記自然共振周波数 の変化に追従するように変化することを特徴とする請求項１３記載の方法。 １５．バッテリーを再充電する方法であって、 ａ）前記バッテリーにレール電圧を印加するステップと、 ｂ）前記レール電圧を高周波周波数で発振する変調信号によって変調するステ ップと を含むことを特徴とする方法。