專(zhuān)利名稱(chēng)：電池系統(tǒng)和使用此系統(tǒng)的周期性運(yùn)轉(zhuǎn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一電池系統(tǒng)和一周期性運(yùn)轉(zhuǎn)裝置。前者由一個(gè)電池向負(fù)載提供電能，后者使用此系統(tǒng)來(lái)周期性地驅(qū)動(dòng)負(fù)載。
這種類(lèi)型的通常的電池系統(tǒng)包括兩個(gè)電池系統(tǒng)。一個(gè)電池系統(tǒng)是由原電池或蓄電池向負(fù)載提供電能(這以后叫做第一電池系統(tǒng))，另一個(gè)電池系統(tǒng)是把太陽(yáng)能電池的電能充入蓄電池中，并將蓄電池的電能供給負(fù)載(這以后叫做第二電池系統(tǒng))。
這種通常的電池系統(tǒng)有以下缺陷。
一般，包括用于第一電池系統(tǒng)中的原電池或蓄電池的電池是由化學(xué)反應(yīng)(例如氧化還原反應(yīng))來(lái)產(chǎn)生電能的，這個(gè)系統(tǒng)具有如下的特征。
就原電池而論，隨著放出電能的增加，即放出電流的增加，化學(xué)反應(yīng)變得更加劇烈，從而加快了內(nèi)部電極材料等的損壞，導(dǎo)致了放電時(shí)間(持續(xù)時(shí)間)的縮短。此外，超出某一值的放電電流也將導(dǎo)致持續(xù)時(shí)間的劇烈下跌。
就蓄電池而論，如原電池那樣，它的持續(xù)時(shí)間隨放電電流增加而成比例地劇烈縮短。隨著放電深度(與放電電流對(duì)于蓄電池的額定容量之比有關(guān))的增加，用蓄電池來(lái)充電和放電的次數(shù)(循環(huán)次數(shù))將減少。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)考慮到上述技術(shù)的現(xiàn)狀，它的目的在于提供了這樣一個(gè)電池系統(tǒng)，即通過(guò)調(diào)整從電池向負(fù)載的放電電流，隨著蓄電池的循環(huán)次數(shù)的增加，使它的原電池或蓄電池的持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)，并且它還提供運(yùn)用此電池系統(tǒng)的周期性運(yùn)動(dòng)裝置。
依照本發(fā)明的第一個(gè)方面，利用一個(gè)電池系統(tǒng)將電能中原電池或蓄電池提供給負(fù)載來(lái)實(shí)現(xiàn)以上目的，此系統(tǒng)包括一個(gè)由原電池或蓄電池組成的電池組；一個(gè)用來(lái)儲(chǔ)存電池中的電能的雙層電容器；一個(gè)限制電阻，用來(lái)限制由電池組提供給雙層電容器的電能；以及一個(gè)放電控制器，當(dāng)對(duì)雙層電容進(jìn)行充電時(shí)，在預(yù)定的操作過(guò)程中這樣使雙層電容器將電能周期性地放給負(fù)載，從而使雙層電容器的電能釋放給負(fù)載的放電時(shí)間短于用電能向雙層電容器充電的時(shí)間，以及使放電電流大于充電電流。
當(dāng)由電池組充電后的雙層電容器釋放電能給負(fù)載時(shí)，放電控制器在預(yù)定的操作過(guò)程中間歇性地給負(fù)載提供了一個(gè)大于充電電流的放電電流，同時(shí)放電時(shí)間也短于充電時(shí)間。因此，電池組以一個(gè)小電流用較長(zhǎng)時(shí)間給雙層電容器充電。這時(shí)，充電電流(即由電池組流出的放電電流)由限制電阻和雙層電容器來(lái)平滑，從而調(diào)整從電池看得的流向負(fù)載的放電電流。而且，充給雙層電容器的電能(充電時(shí)間×充電電流)與從那里放出的電能(放電時(shí)間×放電電流)是相等的。因此，通過(guò)縮短雙層電容器的放電時(shí)間，可使向雙層電容器的充電時(shí)間得以延長(zhǎng)。這樣就有可能增加在周期性運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)循環(huán)中提供給負(fù)載的功率。
這樣，放電控制器完成了這樣的控制，即使得由雙層電容器對(duì)負(fù)載放電的時(shí)間比由電池組向雙層電容器充電的時(shí)間短，由此，延長(zhǎng)了電池組向雙層電容器充電的時(shí)間。這時(shí)，電池組對(duì)雙層電容器的充電電流由限制電阻和雙層電容器來(lái)平滑，這就調(diào)節(jié)了由電池組流向負(fù)載的放電電流。這樣實(shí)現(xiàn)了電池組持續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)而且保證了它的長(zhǎng)壽命。
放電控制器最好提供這樣的控制，即放電時(shí)間為T(mén)1，充電時(shí)間為T(mén)2，其總和為負(fù)載的一個(gè)驅(qū)動(dòng)周期T(＝T1＋T2)，放電時(shí)間T1就是負(fù)載的驅(qū)動(dòng)周期T的1％(占空比K＝0.01)。
電池組最好還包括可由將光能轉(zhuǎn)化為電能的太陽(yáng)能電池來(lái)充電的蓄電池。
在上述結(jié)構(gòu)中，雙層電容器由蓄電池充電，而蓄電池再由太陽(yáng)能電池充電。當(dāng)雙層電容器對(duì)負(fù)載釋放出電能時(shí)，放電控制器就在預(yù)定的循環(huán)中周期性地為負(fù)載提供一個(gè)大于充電電流的放電電流，并且此放電電流的放電時(shí)間短于充電時(shí)間。因此，電池組以小電流長(zhǎng)時(shí)間給雙層電容器充電。這時(shí)，充電電流(即電池組流出的放電電流)由限制電阻和雙層電容器來(lái)平滑，從而調(diào)整了從電池看得的流向負(fù)載的放電電流。即，蓄電池的放電深度降低。而且，用來(lái)給雙層電容器充電的電能(充電時(shí)間×充電電流)與從那里放出的電能(放電時(shí)間×放電電流)是相等的。因此，通過(guò)縮短雙層電容器的放電時(shí)間，可延長(zhǎng)向雙層電容器充電的時(shí)間，這樣使得在周期性運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)周期中供給負(fù)載的功率可能增加。
這樣，放電控制器可產(chǎn)生這樣的控制，即使得雙層電容器對(duì)負(fù)載的放電時(shí)間，比蓄電池對(duì)雙層電容器的充電的時(shí)間短，從而延長(zhǎng)了蓄電池對(duì)雙層電容器充電的時(shí)間。這時(shí)，由蓄電池對(duì)雙層電容器的充電電流由限制電阻和雙層電容器來(lái)平滑，這樣調(diào)節(jié)了從蓄電池流向負(fù)載的放電電流。即，放電深度下降。這樣就實(shí)現(xiàn)了蓄電池持續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)以及它的循環(huán)次數(shù)的增加，從而保證了它的長(zhǎng)壽命。
依據(jù)本發(fā)明此電池系統(tǒng)最好還包括一個(gè)串在太陽(yáng)能電池與蓄電池之間，防止反向電流的二極管。
在多云情況下，例如，太陽(yáng)能電池的電動(dòng)勢(shì)可能小于在蓄電池的相對(duì)端處電壓，上述二極管起到防止由蓄電池流向太陽(yáng)能電池的反向電流的作用。這樣，儲(chǔ)存在畜電池中的電能可以無(wú)損耗地(通過(guò)雙層電容器)提供給負(fù)載。
防止反向電流的二極管最好由肖特基二極管組成。
一般二極管的正向電壓VF為0.6伏，而肖特基二極管具有數(shù)量級(jí)為0.3伏的正向電壓，用來(lái)抑制由太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的電壓的降低。結(jié)果，由太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的電能可以無(wú)損耗地加到雙層電容器中。
放電控制器最好可實(shí)現(xiàn)這樣的控制，即放電時(shí)間為T(mén)1，充電時(shí)間為T(mén)2，其總和就是負(fù)載的驅(qū)動(dòng)周期T(＝T1＋T2)時(shí)，放電時(shí)間T1是負(fù)載驅(qū)動(dòng)周期T的5％(占空比K＝0.05)。
本發(fā)明的另外一個(gè)方面提供了一個(gè)周期性運(yùn)轉(zhuǎn)裝置，它可以由原電池或蓄電池來(lái)為負(fù)載提供電能，從而使負(fù)載周期性工作。此裝置包括一個(gè)由原電池或蓄電池組成的電池組；一個(gè)諸如充當(dāng)負(fù)載的發(fā)光二極管等發(fā)光器件；一個(gè)雙層電容器，用來(lái)儲(chǔ)存來(lái)自電池組的電能；一個(gè)限制電阻，用來(lái)限制由電池組供給雙層電容器的電能；以及一個(gè)放電控制器，當(dāng)向雙層電容器充電時(shí)，它在預(yù)定的操作過(guò)程中使雙層電容器將電能周期性地釋放給發(fā)光器件，以周期性地驅(qū)動(dòng)發(fā)光器件，從而使雙層電容器對(duì)發(fā)光器件釋放電能的時(shí)間，比以電能向雙層電容器充電的時(shí)間短，并且使放電電流大于充電電流。
當(dāng)由電池充電的雙層電容器將電能釋放給發(fā)光器件時(shí)，在預(yù)定的操作過(guò)程中放電控制器周期性地為發(fā)光器件提供一個(gè)大于充電電流的放電電流，而放電時(shí)間短于充電時(shí)間。所以，電池以小電流長(zhǎng)時(shí)間向雙層電容器充電。這時(shí)，充電電流(即從電池流出的放電電流)由限制電阻和雙層電容器來(lái)平滑。從而，調(diào)節(jié)從電池看得的流向發(fā)光器件的電能。此外，用來(lái)給雙層電容器充電的電能(充電時(shí)間×充電電流)和從雙層電容器釋放的電能(放電時(shí)間×放電電流)是相等的。因此，通過(guò)縮短雙層電容器的放電時(shí)間，可以延長(zhǎng)向雙層電容器充電的時(shí)間。這使得在周期運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)周期中，加到發(fā)光器件上的功率可能得到提高。
由此可見(jiàn)，放電控制器可以實(shí)現(xiàn)這樣的控制，即可以使雙層電容器對(duì)發(fā)光器件放電的時(shí)間短于電池對(duì)雙層電容器的充電所用的時(shí)間，從而延長(zhǎng)了電池向雙層電容器充電所用的時(shí)間。這時(shí)，從電池流到雙層電容器的充電電流由限制電阻和雙層電容器來(lái)平滑。從而調(diào)節(jié)從電池流向發(fā)光器件的放電電流，這樣就實(shí)現(xiàn)了電池持續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)，以保證它的長(zhǎng)壽命。
在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，裝置是一個(gè)信號(hào)/導(dǎo)向燈，它包括一沿其周?chē)胖S多發(fā)光二極管用作發(fā)光器件的管狀指示器，一裝配在指示器下且其中裝有雙層電容器、限制電阻及放電控制器的手柄，在柄周?chē)b著一個(gè)用來(lái)提供或切斷從雙層電容器送到放電控制器的電能的開(kāi)關(guān)，并且電池裝在貼在手柄底部的一個(gè)防水蓋所封閉的空間中，此外本裝置還包括一個(gè)用來(lái)包裹著指示器的保護(hù)罩。
在具有上述結(jié)構(gòu)的信號(hào)/導(dǎo)向燈中(用來(lái)在晚間引起駕駛汽車(chē)者的注意)，放電控制器提供控制以延長(zhǎng)電池的壽命。這就省去了替換廢電池，從而減少了對(duì)環(huán)境的不利影響。延長(zhǎng)了的電池壽命帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)效益。
放電控制器最好產(chǎn)生這樣的控制結(jié)果，當(dāng)放電時(shí)間為T(mén)1，充電時(shí)間為T(mén)2，而它們的總和是發(fā)光器件的一個(gè)驅(qū)動(dòng)周期T(＝T1＋T2)時(shí)，使得放電時(shí)間T1變成驅(qū)動(dòng)周期T的20％(占空比K＝0.2)。
本裝置最好還包含一用來(lái)檢測(cè)振動(dòng)的振動(dòng)檢測(cè)器件；和一用來(lái)檢測(cè)低于預(yù)定照度大小的環(huán)境照度的測(cè)光器件，為了在給雙層電容器充電時(shí)，使得雙層電容器在預(yù)先的操作過(guò)程中釋放電能給發(fā)光器件，使之周期性地工作，其中，只有當(dāng)振動(dòng)檢測(cè)器件和測(cè)光器件同處于工作狀態(tài)，放電控制器才會(huì)工作，從而使雙層電容器對(duì)發(fā)生器件釋放電能的放電時(shí)間短于給雙層電容器充電用的充電時(shí)間，以及使放電電流大于充電電流。
只有當(dāng)振動(dòng)檢測(cè)器件和測(cè)光器件都處于工作狀態(tài)時(shí)，由電池充電的雙層電容器才能釋放電能給發(fā)光器件。這時(shí)，放電控制器在預(yù)定的操作過(guò)程中周期性地給發(fā)光器件提供放電電流，它大于充電電流而放電時(shí)間短于充電時(shí)間。這就可能增加在周期性工作的一個(gè)周期中供給發(fā)光器件的功率。只有當(dāng)振動(dòng)檢測(cè)器件和測(cè)光器件同處于工作狀態(tài)時(shí)，發(fā)光器件才能周期性地工作，這就抑制了雙層電容器的放電和電池對(duì)雙層電容器的充電(即電池的放電電流)。這就導(dǎo)致了抑制電池消耗量的好處。
在本發(fā)明的另一個(gè)較佳實(shí)施例中，本裝置是一個(gè)自行車(chē)安全燈，它包括一主體部分和一散光鏡頭。主體部分包含有由用作發(fā)光器件的，安裝在其前部的發(fā)光二極管，和用作測(cè)光器件的，安裝在其外表面上部的光敏電阻，主體部分還包括雙層電容器、限制電阻、振動(dòng)檢測(cè)器件和放電控制器，散光鏡頭是用來(lái)縱向地和橫向地發(fā)散由發(fā)光二極管發(fā)出的光。
在具有以上結(jié)構(gòu)的自行車(chē)安全燈中(為保證夜間騎行的自行車(chē)的安全)，放電控制器提供控制以延長(zhǎng)電池的壽命。只有當(dāng)振動(dòng)檢測(cè)器件和光敏電阻處于工作狀態(tài)時(shí)，發(fā)光二極管才發(fā)光。因此，在照度很低的條件下騎自行車(chē)時(shí)，發(fā)光二極管能自動(dòng)發(fā)光，而不必接通電源開(kāi)關(guān)。當(dāng)自行車(chē)停下時(shí)，電源自動(dòng)切斷。這就消除了由于騎車(chē)者忘記斷開(kāi)電池開(kāi)關(guān)而引起的電池的白白浪費(fèi)。
光敏電阻最好由硫化鎘(CdS)光電導(dǎo)管組成。
硫化鎘光電導(dǎo)管的光譜響應(yīng)特性接近于人的視覺(jué)敏感特性。因此，發(fā)光二極管就可依照人所感受到的亮或暗來(lái)發(fā)光和熄滅。
本裝置最好還包括一個(gè)通過(guò)振動(dòng)檢測(cè)器件與雙層電容器相連的電解電容器，其中，當(dāng)振動(dòng)檢測(cè)器件不工作時(shí)，而發(fā)光器件工作時(shí)，使雙層電容器在一依據(jù)電解電容器的電容大小的時(shí)間間隔內(nèi)預(yù)定的操作過(guò)程中周期性地給發(fā)光二極管提供電能。
當(dāng)振動(dòng)檢測(cè)器件不工作時(shí)，例如周?chē)饩€(xiàn)很暗而自行車(chē)在交通信號(hào)燈處停下時(shí)，發(fā)光二極管根據(jù)與電解電容器的電容量相應(yīng)的一段時(shí)間內(nèi)，在預(yù)定的操作過(guò)程中周期性地發(fā)光。因此，當(dāng)騎車(chē)者夜間等在交通信號(hào)燈處時(shí)，就能保障安全。
散光鏡頭最好在其一端面中心凹入，以形成兩個(gè)向底部延伸的傾斜面，而發(fā)光二極管放入散光鏡頭的另一端，使之對(duì)著底部。
從發(fā)光二極管發(fā)出的光線(xiàn)穿過(guò)散光鏡頭的底部向前傳播，它的一部分由斜面反射而向旁邊傳播。當(dāng)不僅僅沿發(fā)光二極管發(fā)光的方向，而且還沿著與之垂直的方向傳播，這就提高了騎車(chē)安全性。
放電控制器最好還產(chǎn)生如下控制作用，當(dāng)放電時(shí)間是T1，充電時(shí)間為T(mén)2，其總和是發(fā)光器件的一個(gè)工作周期T(＝T1＋T2)時(shí)，使得放電時(shí)間T1是發(fā)光器件工作周期T的5％(占空比＝0.05)。
依據(jù)本發(fā)明的裝置還可包含一個(gè)用來(lái)檢測(cè)海水的有/無(wú)的海水檢測(cè)器件，其中只有當(dāng)海水檢測(cè)器件檢測(cè)到海水時(shí)，放電控制器才工作，才能使雙層電容器充電時(shí)，在預(yù)定的操作過(guò)程中使雙層電容器對(duì)發(fā)光器件釋放電能，使之周期地工作，從而雙層電容器對(duì)發(fā)光器件放出電能的放電時(shí)間短于向雙層電容器充電的時(shí)間，以及使放電電流大于充電電流。
只有當(dāng)海水檢測(cè)器件處于工作狀態(tài)時(shí)，由電池充電的雙層電容器才釋放電能給發(fā)光器件。這時(shí)，放電控制器在預(yù)定的操作過(guò)程中周期地給發(fā)光器件提供放電電流，它大于充電電流而放電時(shí)間短于充電時(shí)間。因此，電池以小電流長(zhǎng)時(shí)間給雙層電容器充電。這時(shí)，充電電流(即由電池流出的放電電流)由限制電阻和雙層電容器來(lái)平滑，從而調(diào)整從電池看得的流向發(fā)光器件的放電電流。只有當(dāng)海水檢測(cè)器件處于工作狀態(tài)時(shí)發(fā)光器件才能周期地工作，這就抑制了雙層電容器的放電和電池對(duì)雙層電容器的充電(即電池的放電電流)。這帶來(lái)了抑制電池消耗量的好處。
放電控制器最好產(chǎn)生了這樣的控制，當(dāng)放電時(shí)間為T(mén)1，充電時(shí)間為T(mén)2，其總和是發(fā)光器件的一個(gè)工作周期T(T1＋T2)，使得放電時(shí)間T1是發(fā)光器件工作周期T的5％(占空比＝0.05)。
海水檢測(cè)器件最好包含兩個(gè)電極，每個(gè)電極的形狀約5毫米見(jiàn)方，相隔約5毫米。
具有以上結(jié)構(gòu)的海水檢測(cè)器件，在空氣中其兩電極間電阻是1兆歐而在海水中約為10千歐。電阻值上的這一差別使得海水檢測(cè)成為可能。
電極最好給予防腐處理。
防腐處理可以保護(hù)電極免受海水腐蝕，從而防止其電阻值的變化，以使海水檢測(cè)器件可以使用很長(zhǎng)一段時(shí)間。
在一較佳實(shí)施例中，本裝置是一水下誘魚(yú)燈，它包括上半部分和下半部分，在上半部分中裝有雙層電容器、限制電阻、海水檢測(cè)器件以及放電控制器，在其上端有一捕魚(yú)線(xiàn)連接頭，下半部分與上半部分相連并在其中裝有用作發(fā)光器件的發(fā)光二極管，和許多沿其周?chē)帕械聂~(yú)鉤，在其下端有一捕魚(yú)線(xiàn)連接頭。
在具有上述結(jié)構(gòu)的水下誘魚(yú)燈中(用以吸引生活在相當(dāng)深海中的魚(yú))放電控制器提供控制作用，以延長(zhǎng)電池的壽命。此外，只有當(dāng)海水檢測(cè)器件處于工作狀態(tài)時(shí)，即水下誘魚(yú)燈浸沒(méi)在海水中時(shí)發(fā)光二極管才發(fā)光。因此，電池消耗緩慢以獲得經(jīng)濟(jì)效益。
為了說(shuō)明本發(fā)明，在圖中示出了目前較佳的數(shù)種形式，但是，應(yīng)該明白，本發(fā)明不只限于所示的明確的結(jié)構(gòu)和裝置。


圖1是本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例中的電池系統(tǒng)的電路圖。
圖2A和圖2B是放電控制器的電路圖，以及顯示其工作狀態(tài)的時(shí)間圖。
圖3A和3B是電池系統(tǒng)的時(shí)間圖。
圖4是顯示不同電池的放電電流與持續(xù)時(shí)間的特性圖。
圖5是第二個(gè)實(shí)施例中的電池系統(tǒng)的電路圖。
圖6顯示的是蓄電池的放電深度和循環(huán)次數(shù)的特性圖。
圖7是第三個(gè)實(shí)施例中信號(hào)/導(dǎo)向燈的電路圖。
圖8是信號(hào)/導(dǎo)向燈的透視圖。
圖9是第四個(gè)實(shí)施例中自行車(chē)安全燈的電路圖。
圖10是自行車(chē)安全燈的透視圖。
圖11是散光鏡頭的平面圖。
圖12是第五個(gè)實(shí)施例中水下誘魚(yú)燈的電路圖。
圖13是水下誘魚(yú)燈的透視圖。
圖14是表示水下誘魚(yú)燈的用法的說(shuō)明圖。
<第一個(gè)實(shí)施例>
圖1是第一個(gè)實(shí)施例中的電池系統(tǒng)的電路圖，圖2A是放電控制器的電路圖。圖2B為顯示放電控制器的工作情況的時(shí)間圖。圖3A和3B為表示電池系統(tǒng)的工作情況的時(shí)間圖。
參考圖1，數(shù)字1代表原電池或蓄電池，它的正極通過(guò)限制電阻2與雙層電容器3的一端相連，并且與后面將描述的放電控制器4的電源線(xiàn)Vcc相連，這里假定電池1給出放電電流IB，并且在限制電阻2和雙層電容器3的連接處(即放電控制器4電源線(xiàn)Vcc)給出電勢(shì)Vc。電池1的負(fù)極連接到雙層電容器的另一端以及放電控制器4的接地線(xiàn)GND。負(fù)載L接在放電控制器4的輸出線(xiàn)Vout和接地線(xiàn)GND之間。放電控制器4控制由雙層電容器提供給負(fù)載L的電流(放電電流)I0。
其次，參考圖2A，它表示了放電控制器4的線(xiàn)路圖。此放電控制器4包括多諧振蕩器(它是自勵(lì)的，以產(chǎn)生方波輸出)，它由電阻R1和R5、電容C1、晶體管Tr2、電阻R2和R3、電容C2和晶體管Tr1組成；一電流放大級(jí)電路，由電阻R4和晶體管Tr3組成，用來(lái)放大多諧振蕩器的輸出；以及用來(lái)限制供給與輸出線(xiàn)Vout相連之負(fù)載L的電流的電阻R6。代替限于多諧振蕩器，放電控制器可包括各種其它方波輸出電路中的任何一種，只要它能夠循環(huán)地驅(qū)動(dòng)負(fù)載。例如，可以使用具有C-MOS倒相器的振蕩電路。
圖2B顯示了輸出至構(gòu)造如上所述的放電控制器4的輸出線(xiàn)Vout的方波的一個(gè)例子，在圖2B中，記號(hào)T代表了方波輸出的一個(gè)周期。記號(hào)T1代表了這樣一段時(shí)間，在此期間電源放大級(jí)電路的晶體管Tr3處于導(dǎo)通狀態(tài)，以向負(fù)載L提供電流(負(fù)載驅(qū)動(dòng)期)。記錄T2代表這樣一段時(shí)間，在此期間電流放大級(jí)電路的晶體管Tr3處于截止?fàn)顟B(tài)，以不給負(fù)載L提供電流(負(fù)載非驅(qū)動(dòng)期)。眾所周知，負(fù)載驅(qū)動(dòng)期T1和負(fù)載非驅(qū)動(dòng)期T2，以及負(fù)載工作周期T的近似值由以下的公式得出。負(fù)載驅(qū)動(dòng)期T1=.0.069R2C2]]>負(fù)載非驅(qū)動(dòng)期T2=.0.69R1C1]]>負(fù)載驅(qū)動(dòng)周期T=.T1+T2]]>這樣設(shè)定放電控制器4的常數(shù)，使負(fù)載驅(qū)動(dòng)期T1小于負(fù)載非驅(qū)動(dòng)期T2。例如，負(fù)載驅(qū)動(dòng)期T1是周期T的1％(占空比K)。假定，例如，負(fù)載驅(qū)動(dòng)周期是1秒(即充電時(shí)間)，則負(fù)載驅(qū)動(dòng)期T1是0.01秒(＝K·T)，并且負(fù)載非驅(qū)動(dòng)期T2是0.99秒。對(duì)用蓄電池(例如鎳一鎘電池)，在充電時(shí)間T(＝1秒)中如此短暫的充電和放電是不可能的。只有使用雙層電容器3，才能夠在短時(shí)間內(nèi)充電和放電。此雙層電容器3通過(guò)將電荷吸附至活性炭或從活性炭上解吸，來(lái)實(shí)現(xiàn)充電和放電，而且這樣它就可以重復(fù)使用，而不降低品質(zhì)。
其次，參考圖3A和圖3B，圖3A所示是雙層電容器3兩極間的電壓Vc的時(shí)間圖。圖3B所示是對(duì)雙層電容器3充電的電流Ii和供給負(fù)載L的負(fù)載電流I0(放電電流)的時(shí)間圖。
如圖3A中實(shí)線(xiàn)所示，雙層電容器3處的電壓Vc可以由放電控制器4來(lái)改變。然而，電壓Vc可變到如雙點(diǎn)-劃線(xiàn)所示曲線(xiàn)，由限制電阻2和雙層電容器3來(lái)平滑。此外，如圖3B的實(shí)線(xiàn)所示，對(duì)雙層電容器3的充電電流Ii，從電池1輸出的放電電流IB給出的一個(gè)峰處下降。然而，充電電流Ii實(shí)際上也可被平滑如圖所示的雙點(diǎn)-劃線(xiàn)那樣變化。充電特性(充入電能)由以下公式表示，這里雙層電容器的電容量為C(法拉)，充電時(shí)間為T(mén)(秒)，對(duì)充電時(shí)間T來(lái)說(shuō)，充電電流Ii有一平均值I′i。把晶體管Tr1和Tr2的集電極電阻R3和R5設(shè)定為大阻值從而才能使放電控制器4的電流損耗足夠小，與放電電流Io相比可以忽略。
C·VB＝I′i·T…(1)放電特性(放出電能)可由以下公式表示C·VB＝Io·K·T …(2)假定雙層電容器3的電容量C和電池1的電壓VB是不隨重復(fù)的充、放電而改變的，充入的電能和放出的電能是相等的。因此，由方程(1)和(2)可得以下方程，I′i·T＝Io·K·T∴I′i＝Io·K …(3)將占空比K＝0.01(1％)代入方程(3)，I′i＝0.01Io。因此，充電電流的平均值I′i是供給負(fù)載的電流Io的 。(乘以占空比K)。充入雙層電容器3的電能(充電時(shí)間×充電電流)和從那里放出的電能(放電時(shí)間×放電電流)是相等的。因此，通過(guò)縮短雙層電容器3的放電時(shí)間，可以延長(zhǎng)對(duì)雙層電容器充電的時(shí)間。于是延長(zhǎng)電池1對(duì)雙層電容器3的充電時(shí)間(即電池1的放電時(shí)間)就成為可能，這就使電池1的放電電流IB變小了。
雙層電容器相對(duì)兩端間的電壓Vc以基于限制電阻R2和其本身的電容決定的時(shí)間常數(shù)而增加，直到大體上達(dá)到電池1的輸出電壓VB(嚴(yán)格地說(shuō)，要低限制電阻2上的電壓降)。這時(shí)充電電流Ii從電池1的輸出電流IB處于降而形成一個(gè)峰。充入雙層電容器3的電能(即由電池1放出的電能)，由方程(1)及圖3B中區(qū)域S2來(lái)表示。此外，充電電流Ii的平均值I′i由圖3B所示。相對(duì)端處的實(shí)際電壓Vc和放電電流Ii由限制電阻2和雙層電容器3來(lái)平滑，如圖3B雙點(diǎn)-劃線(xiàn)所示。
在負(fù)載非驅(qū)動(dòng)期T2(＝T－KT)終止時(shí)，放電控制器4的晶體管Tr3變成“導(dǎo)通”狀態(tài)，從輸出線(xiàn)Vout向負(fù)載L提供放電電流Io。根據(jù)方程(3)，這個(gè)放電電流Io是平均充電電流的100倍。由雙層電容器3釋放的電能可以由圖3B中的區(qū)域S1表示。在負(fù)載驅(qū)動(dòng)期T1(＝TK)終止時(shí)，重復(fù)由電池1向雙層電容器3充電和由雙層電容器3向負(fù)載L的放電。
如上所述，負(fù)載L不是直接由電池1接收電能供給，而是通過(guò)限制電阻2和雙層電容器3接收的。限制電阻2和雙層電容器3平滑來(lái)自電池1的放電電流IB，從而大大地降低了電池1的實(shí)際放電電流I′i(它就是從雙層電容器的放電電流Io用占空比K乘)以減輕落在電池1上的負(fù)荷。
下文將參考圖4對(duì)本發(fā)明的系統(tǒng)和通常的系統(tǒng)進(jìn)行比較，圖4是表明不同電池放電電流和持續(xù)時(shí)間的特性曲線(xiàn)。在圖4中，圓圈中的標(biāo)號(hào)1指出錳原電池的特性曲線(xiàn)，圓圈中標(biāo)號(hào)2指出鋰原電池的特性曲線(xiàn)，而圓圈中的標(biāo)號(hào)3指出鋰蓄電池的特性曲線(xiàn)。假定，例如，采用圓圈中標(biāo)號(hào)1的錳原電池，在通常的系統(tǒng)中它給負(fù)載提供1安(1000毫安)的放電電流Io，并且負(fù)載L在占空比K為1％時(shí)周期性地工作，于是由電池直接輸出放電電流Io(＝1000毫安)，放電電流的持續(xù)時(shí)間是1小時(shí)，將1小時(shí)被占空比K(＝0.01)除，得出允許負(fù)載周期性工作的持續(xù)時(shí)間TP是100小時(shí)。在實(shí)施本發(fā)明的系統(tǒng)中，雙層電容器的放電電流是1000毫安，但電池的放電電流I′i(＝IB)是被占空比K( 倍)去乘，而變?yōu)?0毫安。因此，持續(xù)時(shí)間TI是700小時(shí)，它是通常的系統(tǒng)的持續(xù)時(shí)間的7倍。如果持續(xù)時(shí)間相等，那么電池容量可以是 <第二個(gè)實(shí)施例>
圖5是第二個(gè)實(shí)施例的電池系統(tǒng)的電路圖。在圖5中，用相同的標(biāo)號(hào)來(lái)表示與第一個(gè)實(shí)施例中的相同部分，而不再說(shuō)明了。
標(biāo)號(hào)5代表正端與蓄電池1的正端通過(guò)一反向電流保護(hù)二極管6相連的太陽(yáng)能電池。當(dāng)太陽(yáng)能電池5受光照射時(shí)，在其相對(duì)端之間產(chǎn)生電壓VS，于是可得電流IS。當(dāng)光照射太陽(yáng)能電池5時(shí)，此電路開(kāi)始大致以電流IS對(duì)蓄電池1充電，持續(xù)到蓄電池相對(duì)端之間的電壓VB與電壓VS相等。此外，當(dāng)蓄電池1的相對(duì)端之間的電壓VB低于電壓VS時(shí)，蓄電池1由太陽(yáng)能電池5充電。
例如，最好由肖特基二極管來(lái)構(gòu)成反向電流保護(hù)二極管6，它具有很小的正向電壓，從而使得太陽(yáng)能電池5產(chǎn)生的電壓VS保持得盡可能高。
在此實(shí)施例中，如在第一個(gè)實(shí)施例那樣，通過(guò)縮短雙層電容器3的放電時(shí)間，可以延長(zhǎng)蓄電池1對(duì)雙層電容器3的充電時(shí)間，因此可以延長(zhǎng)蓄電池1對(duì)雙層電容器3充電的時(shí)間，即蓄電池1的放電時(shí)間。這就使蓄電池1的放電電流變小，并且降低了蓄電池1的放電深度(相應(yīng)于放電電流與蓄電池額定容量之比)。因此，蓄電池的循環(huán)次數(shù)(使用蓄電池來(lái)充、放電的次數(shù))可能增加。
如上所述，負(fù)載L不直接由蓄電池1接收電能供給，而通過(guò)限制電阻2和雙層電容器3接收。限制電阻2和雙層電容器3可以平滑蓄電池1的放電電流IB，從而顯著地減小實(shí)際蓄電池1的放電電流I′i(即降低放電深度)(它是雙層電容器3的放電電流Io被占空比K除得的值)，以減輕落在蓄電池1上的負(fù)荷。
假定向負(fù)載L的放電電流Io為50毫安，占空比是5％。
IB＝Ii＝50毫安×0.05＝2.5毫安若負(fù)載一天工作12小時(shí)，蓄電池1所需的容量由以下方程式表示，2.5毫安×12小時(shí)/天＝30毫安·小時(shí)/天若放電深度是10％，則蓄電池1所需的容量由下式表示30毫安·小時(shí)÷0.1＝300毫安·小時(shí)若太陽(yáng)能電池5的損耗系數(shù)是0.6，而光照時(shí)間是3小時(shí)，則太陽(yáng)能電池的輸出(IS)可由下式表達(dá)，30毫安·小時(shí)/(3小時(shí)＋0.6)＝8.33毫安考慮到雨天的充電情況，將此值乘以10。因此，太陽(yáng)能電池可提供輸出IS為83毫安。
參考圖4將本發(fā)明的系統(tǒng)與通常的系統(tǒng)作一比較，其中圖4示出不同電池的放電電流和持續(xù)時(shí)間特性曲線(xiàn)。本實(shí)施例中的蓄電池1是圓圈中標(biāo)號(hào)3所指的鋰蓄電池。
本實(shí)施例中的蓄電池1提供了2.5毫安的放電電流，由圖4得它的持續(xù)時(shí)間T1是35小時(shí)。這樣，一個(gè)蓄電池1的容量是2.5毫安×35小時(shí)＝87.5毫安·小時(shí)，使負(fù)載L一天工作12小時(shí)所需的蓄電池1的容量是300毫安·小時(shí)(放電深度10％)。蓄電池的數(shù)量為300毫安·小時(shí)/87.5毫安·小時(shí)＝3.4。即，用四個(gè)蓄電池并聯(lián)就足夠了。
另一方面，在通常的系統(tǒng)中，IB＝50毫安，由圖4得蓄電池1的放電持續(xù)時(shí)間為0.2小時(shí)。具有占空比K＝5％的放電持續(xù)時(shí)間TP＝0.2小時(shí)/0.05小時(shí)＝4小時(shí)。因此，一個(gè)蓄電池1的容量是50毫安×0.05×4小時(shí)＝10毫安·小時(shí)。使負(fù)載一天工作12小時(shí)所需的蓄電池1的容量為300毫安·小時(shí)。蓄電池的數(shù)量是300毫安·小時(shí)/10毫安·小時(shí)＝30。即，需要多達(dá)30個(gè)蓄電池相并聯(lián)。
其次，參考圖6，它是表示放電深度和循環(huán)次數(shù)的特性曲線(xiàn)。一般蓄電池的放電深度為30％～50％，這使得循環(huán)次數(shù)大約為100到300。在本實(shí)施例中，放電深度定為10％。這樣，根據(jù)圖4，循環(huán)次數(shù)大約為1000，它大約是在更大放電深度(30％至50％)下循環(huán)次數(shù)的3到10倍。當(dāng)把放電深度降到低于10％時(shí)，可能得到大約3000次循環(huán)。即可以延長(zhǎng)蓄電池的壽命。在由太陽(yáng)能電池對(duì)蓄電池充電，并由蓄電池向負(fù)載提供電能來(lái)使負(fù)載工作的電池系統(tǒng)中，一般蓄電池具有維持10到20天的容量，以補(bǔ)償陽(yáng)光少的天氣。這樣，此系統(tǒng)不可避免需要一大容量的蓄電池。然而，循環(huán)數(shù)是幾千的數(shù)量級(jí)，可以每天實(shí)行充、放電。不必對(duì)陽(yáng)光少的天氣作補(bǔ)償，因而使蓄電池的容量可減少。因此，一個(gè)小容量的蓄電池就足夠了。此外，在雨天情況下，設(shè)定太陽(yáng)能電池的輸出電流，可實(shí)現(xiàn)全天候電池系統(tǒng)。
<第三個(gè)實(shí)施例>
下文將描述信號(hào)/導(dǎo)向燈，它是運(yùn)用第一個(gè)實(shí)施例中所描述的電池系統(tǒng)的周期性運(yùn)作裝置的一個(gè)實(shí)例。圖7是信號(hào)/導(dǎo)向燈的電路圖，而圖8是透視圖，它顯示了信號(hào)/導(dǎo)向燈的外觀。此信號(hào)/導(dǎo)向燈是一個(gè)在晚上提醒駕車(chē)者留心馬路上的工程等類(lèi)似的障礙物，或者指出一條行駛路線(xiàn)的裝置，并且它還運(yùn)用了發(fā)光二極管或者類(lèi)似器件來(lái)促使人們留心。
在圖7中，標(biāo)號(hào)10代表開(kāi)關(guān)，是用來(lái)啟動(dòng)和停止雙層電容器3向放電控制器4和負(fù)載L提供電能的，此開(kāi)關(guān)10閉合或打開(kāi)以進(jìn)行或中斷對(duì)放電控制器4和負(fù)載L提供電能。此信號(hào)/導(dǎo)向燈中的負(fù)載L包括15個(gè)用作發(fā)光器件的并聯(lián)的發(fā)光二極管，此信號(hào)/導(dǎo)向燈的電源是由兩個(gè)AA型的錳原電池串聯(lián)而成。舉例來(lái)說(shuō)，可設(shè)置放電控制器4的周期T＝0.1秒，占空比K＝20％。
參考圖8，信號(hào)/導(dǎo)向燈包括在其上半部分形成的指示器11，用來(lái)引起駕車(chē)者等的注意。指示器11具有15個(gè)發(fā)光二極管(負(fù)載L)，排列在其周界上，指示器11外螺接一保護(hù)罩12，以保護(hù)發(fā)光二極管L免受雨水等的侵蝕。保護(hù)罩12給出不光滑的為外表面，以散射發(fā)光二極管L發(fā)出的光。此外信號(hào)/導(dǎo)向燈還包括一安裝在指示器11下面的手柄13，可讓使用者可以拿在手上。手柄13包括一裝在其底面上的防水蓋14，擰開(kāi)蓋可以裝入電池1。信號(hào)/導(dǎo)向燈的開(kāi)關(guān)10裝在手柄13的上部的周界部位。
本信號(hào)/導(dǎo)向燈的負(fù)載L(由15個(gè)發(fā)光二極管并聯(lián)而成)消耗100毫安的電流。即，放電電流Io＝1000毫安。取占空比K＝0.2，根據(jù)方程3，電池1的電流IB是200毫安。因此，從顯示放電電流和持續(xù)時(shí)間的圖4中的特性曲線(xiàn)可見(jiàn)，此信號(hào)/導(dǎo)向燈的電池1的持續(xù)時(shí)間TI為20小時(shí)。
在通常的信號(hào)/導(dǎo)向燈中，電池1的電流IB是1000毫安，因此它的持續(xù)時(shí)間是1小時(shí)。取占空比K＝0.2，電池1的持續(xù)時(shí)間TP＝1小時(shí)/0.2＝5小時(shí)。則本實(shí)施例中的信號(hào)/導(dǎo)向燈提供了四倍于(＝TI/TP)通常的信號(hào)/導(dǎo)向燈的持續(xù)時(shí)間。若工作時(shí)間相同，則電池1的容量可以減少到1/4。
當(dāng)用作電源的電池在晚上用完時(shí)，則此信號(hào)/導(dǎo)向燈不能引起駕車(chē)者的注意。這對(duì)施工的人和駕車(chē)者都構(gòu)成嚴(yán)重危險(xiǎn)。因此，為穩(wěn)當(dāng)起見(jiàn)，不論目前使用的電池是否還有充足的能量，在使用前還是要換上一個(gè)新電池。換下的電池就扔掉了，這就提出了對(duì)環(huán)境有不利影響的問(wèn)題。然而，對(duì)于本實(shí)施例，電池的壽命延長(zhǎng)了，是通常系統(tǒng)的4倍，這就產(chǎn)生了經(jīng)濟(jì)上的效益。
<第四個(gè)實(shí)施例>
下文將描述自行車(chē)安全燈，它是運(yùn)用第一個(gè)實(shí)施例中所描述的電池系統(tǒng)的周期性工作裝置的又一個(gè)實(shí)施例。圖9是此自行車(chē)安全燈的電路圖，圖10是示出此自行車(chē)安全燈外觀的透視圖。此自行車(chē)安全燈是為了保證晚間騎車(chē)安全而裝在自行車(chē)的座墊或尾部擋泥板上的裝置。
參考圖9，振動(dòng)傳感器20的一端與雙層電容器3的正端相連，電解電容器21的一端與振動(dòng)傳感器20的另一端相連。電解電容器21的另一端與放電控制器4的接地線(xiàn)GND相連。振動(dòng)傳感器20可以是各種類(lèi)型中的一種。在本實(shí)施例中，振動(dòng)傳感器包括一可繞樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的電極和一固定電極，可轉(zhuǎn)動(dòng)電極的一端是固定在它上面，另一端附帶有重物。此振動(dòng)傳感器20對(duì)應(yīng)于本發(fā)明中的振動(dòng)檢測(cè)裝置。
電阻器22和用作光檢測(cè)器件的光敏電阻23串聯(lián)在振動(dòng)傳感器20和電解電容器21的節(jié)點(diǎn)上。一般，光敏電阻23是硫化鎘(CdS)或碲化鎘(CdTe)光電導(dǎo)管，它是具有隨著光照而阻值可變的光傳感器。雖然光敏電阻23可由各種類(lèi)型中的一種來(lái)構(gòu)成，但對(duì)用來(lái)檢測(cè)日落，最好選用硫化鎘光電導(dǎo)管，因?yàn)樗墓庾V響應(yīng)特性接近于人的視覺(jué)敏感特性。晶體管24的基極連在電阻器22和光敏電阻23的節(jié)點(diǎn)上。晶體管24的集電極通過(guò)電阻器25連在雙層電容器3的正端上。晶體管24的發(fā)射極連在放電控制器4的接地線(xiàn)GND上。此外，晶體管24的集電極通過(guò)電阻器26與晶體管27的基極相連。晶體管27的發(fā)射極連到雙層電容器3的正端。晶體管27的集電極連到放電控制器4的電源線(xiàn)Vcc。用作發(fā)光器件的一發(fā)光二極管L連到放電控制器4的輸出端Vout上。例如，周期性地供給發(fā)光二極管L50毫安的正向電流。設(shè)定放電控制器4的不同的常數(shù)，以得到周期T＝0.5秒，占空比K＝0.05(5％)。
在此自行車(chē)安全燈中，只有當(dāng)振動(dòng)傳感器20和光敏電阻23同時(shí)工作時(shí)，發(fā)光二極管L才周期性地發(fā)光。即，當(dāng)振動(dòng)傳感器20檢測(cè)到振動(dòng)時(shí)，電解電容器21連到雙層電容器3的正端上。然后，雙層電容器3對(duì)電解電容器21充電，電流流向電阻器22和光敏電阻23。在白天條件下，因?yàn)楣饷綦娮?3的阻值為幾百歐姆的數(shù)量級(jí)，所以晶體管4不導(dǎo)通。日落以后，光敏電阻23的阻值變?yōu)閹装偾W姆的數(shù)量級(jí)，使得晶體管24處于導(dǎo)通狀態(tài)。隨著晶體管24的導(dǎo)通，電流流經(jīng)電阻器25，使晶體管27變得導(dǎo)通，隨著晶體管27的導(dǎo)通，放電控制器4工作，以使發(fā)光二極管L周期性地工作。
電解電容器21與電阻22和光敏電阻23是并聯(lián)的。因此，晚上當(dāng)自行車(chē)因交通信號(hào)燈而停下時(shí)，即當(dāng)振動(dòng)傳感器20不工作時(shí)，儲(chǔ)存在電解電容器21中的電能流向電阻器22和光敏電阻23，以維持晶體管24在一段由電解電容器的電容量確定的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通。這樣，晚上當(dāng)騎車(chē)人等在交通信號(hào)燈處時(shí)也可以保證安全。
參考圖10，光敏電阻23裝在自行車(chē)安全燈主殼體30的上表面上。發(fā)光二極管L裝在主殼體30的前部位置處，該處有一個(gè)由高折射率的樹(shù)脂做成的散光鏡頭31。正如在圖11的設(shè)計(jì)圖所示，散光鏡頭31在其一端向中間凹入，以形成兩個(gè)向底部31a延伸的斜面31b。發(fā)光二極管L嵌入鏡頭31的另一端，而與底面31a相對(duì)。從嵌在散光鏡頭31中的發(fā)光二極管L發(fā)出的光(在圖11中由箭頭示出)，主要穿過(guò)底面31a向前傳播，而有一小部分光由斜面31b反射，以從散光鏡頭31向側(cè)面?zhèn)鞑?。因此，?dāng)有此散光鏡頭31的自行車(chē)安全燈的主殼體30裝在自行車(chē)的座墊或尾部泥板上時(shí)，增加了側(cè)面和后部的可見(jiàn)度以保證安全。
自行車(chē)安全燈一般帶有裝在車(chē)把上或安全燈上的電源開(kāi)關(guān)，用來(lái)開(kāi)燈和關(guān)燈。在此情況下，騎車(chē)人常常忘記關(guān)掉開(kāi)關(guān)，從而浪費(fèi)電池。因此，大多數(shù)騎車(chē)人騎車(chē)時(shí)不打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，而這樣做是危險(xiǎn)的。然而，應(yīng)用本實(shí)施例中的自行車(chē)安全燈時(shí)，由光敏電阻23在白天或晚上檢測(cè)亮暗情況，并且由振動(dòng)傳感器20檢測(cè)自行車(chē)的使用情況，來(lái)免除打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)的麻煩。由于不用電源開(kāi)關(guān)，就避免了當(dāng)騎車(chē)人忘記關(guān)掉電源開(kāi)關(guān)而在需要時(shí)電池卻用完而引起的不便。
為了減小自行車(chē)安全燈的體積和減輕其重量，例如，電池1可由體積小且高密度型的鋰原電池來(lái)構(gòu)成(圖4中標(biāo)號(hào)2)?，F(xiàn)在計(jì)算一下此電池可用的時(shí)間。假定發(fā)光二極管L消耗電流為50毫安，放電控制器4提供的周期T＝0.5秒，占空比為0.05(5％)。則對(duì)雙層電容器3的充電電流Ii(電池1的放電電流IB)由下式得到Ii＝50毫安×0.05＝2.5毫安由圖4的標(biāo)號(hào)2，可得鋰原電池的持續(xù)時(shí)間TI為700小時(shí)，這樣，若自行車(chē)安全燈的使用率為每天十五分鐘，且電池1無(wú)自行放電，則此電池可用大約八年(700小時(shí)×60分/15＝2800天)。
其次，對(duì)通常的電池系統(tǒng)也做同樣的計(jì)算。電池1的放電電流IB為50毫安，因此它的持續(xù)時(shí)間不能由圖4的標(biāo)號(hào)2的特性曲線(xiàn)來(lái)得出。這表明鋰原電池不能在如此大的電流下使用。假定對(duì)圖4的特性曲線(xiàn)作延長(zhǎng)線(xiàn)，它的持續(xù)時(shí)間為0.1小時(shí)，發(fā)光二極管L以占空比K＝0.05發(fā)光，則持續(xù)時(shí)間TP是2小時(shí)(＝0.1小時(shí)/0.05)。這樣，本實(shí)施例具有延長(zhǎng)電池壽命的優(yōu)點(diǎn)，它的壽命是通常的系統(tǒng)的350倍(＝700H/2H)。
<第五個(gè)實(shí)施例>
下文將描述水下誘魚(yú)燈，它是運(yùn)用第一個(gè)實(shí)施例中所描述的電池系統(tǒng)的周期性工作裝置的又一個(gè)實(shí)例。圖12是水下誘魚(yú)燈的電路圖，圖13是表示了水下誘魚(yú)燈外觀的透視圖。水下誘魚(yú)燈是一個(gè)用來(lái)吸引生活在相當(dāng)深的海水(大約100米)中魚(yú)類(lèi)(例如魷魚(yú)，彎刀魚(yú)和大海鰻)的發(fā)光燈。
參考圖12，放電控制器4′具有圖2A所示的電路，它把電流放大電路(晶體管Tr3和電阻器R6)給去除了，并且將電阻器R4和電阻器R5之間的接點(diǎn)作為輸出端Vout。用作海水檢測(cè)器件的海水傳感器40的一端40a與放電控制器4′的輸出端Vout相連。海水傳感器40的另一端40b通過(guò)晶體管41的偏置電阻42連到雙層電容器3的正端，并與晶體管41的基極相連。晶體管41的發(fā)射極連到雙層電容器3的正端上。晶體管41的集電極通過(guò)一限制電阻器43連到用作發(fā)光器件的發(fā)光二極管L上。
設(shè)定放電控制器的各個(gè)常數(shù)，以得到周期T＝0.2秒，占空比K＝0.05(5％)。限制電阻器43的值為以提供發(fā)光二極管L大小為提供50毫安的正向電流所需的值。
海水傳感器40有電極40a和40b，它們的形狀都是每邊長(zhǎng)約為5毫米的正方形，并且相隔約5毫米。由于電極40a和40b要接觸海水，因此最好首先對(duì)它們進(jìn)行防腐處理，為使它們的阻值不會(huì)隨所受的腐蝕而改變。海水傳感器40的電極40a和40b之間的阻值在海水中大約為10千歐，在空氣中阻值大約是1兆歐。此外，當(dāng)它們接觸雨水而不是海水時(shí)，它們之間的阻值大約為100千歐。這樣，海水傳感器40的阻值只有在海水中才下降，從而產(chǎn)生流經(jīng)偏置電阻42的電流，以使晶體管41處于導(dǎo)通狀態(tài)。
參考圖13，水下誘魚(yú)燈包括上半部分50a和下半部分50b(后者是由一種用來(lái)透射從發(fā)光二極管L發(fā)出的光的材料構(gòu)成)，在每一部分的一端都有捕魚(yú)線(xiàn)連接頭51。電池1、雙層電容器3、放電控制器4′和海水傳感器40都裝在上半部分50a中。海水傳感器40在上半部分50a的側(cè)面上，使電極40a和40b接觸到海水。在設(shè)計(jì)圖中，下半部分50b包括沿其周?chē)鷮?duì)稱(chēng)地排列的四個(gè)魚(yú)鉤52。發(fā)光二極管裝在下半部分50b中。
如圖14所示，例如70個(gè)水下誘魚(yú)燈50是以間隔1米連接在捕魚(yú)線(xiàn)上的。這些誘魚(yú)燈50從捕魚(yú)船上吊入水中，最上面的一個(gè)捕魚(yú)燈50位于捕魚(yú)船下大約30米深處。因?yàn)榇撕Ｋ畟鞲衅?0如前所述只有在海水中才能工作，所以只有當(dāng)水下誘魚(yú)燈放入水中時(shí)，發(fā)光二極管L才發(fā)光。那么，將慢慢使用電池1而產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。使用此種水下誘魚(yú)燈的捕魚(yú)過(guò)程大約能持續(xù)12小時(shí)。此外，因?yàn)樵谑褂眯糇鳛楣庠磿r(shí)，每次工作時(shí)電池要更換。然而，依據(jù)本實(shí)施例，由發(fā)光二極管作為光源，而且電池1的放電電流可以減小。那么可以壓縮電池1的消耗。
現(xiàn)在計(jì)算一下由鋰原電池(圖4中標(biāo)號(hào)2)構(gòu)成的電池1的持續(xù)時(shí)間。電池1的放電電流IB為2.5毫安(＝50毫安×0.05)，由圖4得持續(xù)時(shí)間TI是700小時(shí)。若一天工作12小時(shí)，此電池可用大約58天，(700小時(shí)/12小時(shí)＝58.3)(大約兩個(gè)月)。
在通常的系統(tǒng)中，電池1的放電電流IB為50毫安，那么它的持續(xù)時(shí)間不能由圖4標(biāo)號(hào)2的特征曲線(xiàn)得出。這表明鋰原電池不能在如此大電流下使用。假定延長(zhǎng)圖4的特性曲線(xiàn)得持續(xù)時(shí)間大約是0.1小時(shí)。而發(fā)光二極管L以占空比K＝0.05發(fā)光，則持續(xù)時(shí)間TP是2小時(shí)(＝0.1小時(shí)/0.05)，因此，此實(shí)施例具有延長(zhǎng)電池壽命350(＝700小時(shí)/2小時(shí))倍于通常的系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。
壓力傳感器可串聯(lián)到海水傳感器40上，或者可以使用壓力傳感器來(lái)代替海水傳感器40，當(dāng)水下誘魚(yú)燈50達(dá)到預(yù)定深度時(shí)，可以驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管L。最好用一個(gè)機(jī)械膜型的簡(jiǎn)單壓力傳感器。這樣的壓力傳感器可包括在振動(dòng)膜不接觸海水的一側(cè)形成的導(dǎo)電電極，以及對(duì)著導(dǎo)電電極以一預(yù)定間隔安裝的一對(duì)電極。當(dāng)水下誘魚(yú)燈50達(dá)到某一預(yù)定深度，具有如此結(jié)構(gòu)的膜就發(fā)生變形，從而使導(dǎo)電電極移動(dòng)，并與那一對(duì)電極接觸。則，當(dāng)或僅當(dāng)水下誘魚(yú)燈達(dá)到海水中某一深度時(shí)，才能使發(fā)光二極管L開(kāi)始發(fā)光。這就達(dá)到更進(jìn)一步壓縮電池1消耗的效果。
第三至第五個(gè)實(shí)施例已描述過(guò)了，即以用作負(fù)載的發(fā)光器件例如一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管L來(lái)作示例。然而，負(fù)載可由不同的可周期性工作的操作機(jī)構(gòu)或發(fā)聲器件中的任一種來(lái)構(gòu)成，以代替一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管。
信號(hào)/導(dǎo)向燈、自行車(chē)安全燈和水下誘魚(yú)燈都作為周期性工作裝置被描述過(guò)了。本發(fā)明不局限于這些燈，而還適用于不同的周期性工作裝置。這些裝置包括太陽(yáng)能收音機(jī)、無(wú)線(xiàn)電收發(fā)報(bào)機(jī)、電池供電的打火機(jī)、泵、灑水器、電力驅(qū)動(dòng)的百葉窗、平交道口欄水以及自動(dòng)門(mén)。
本發(fā)明可以在不違背其精神或其主要特征的基礎(chǔ)上以其它的特殊形式來(lái)體現(xiàn)，因此在指定本發(fā)明的范圍時(shí)應(yīng)參考附加的權(quán)利要求而不是參考以上的說(shuō)明。
權(quán)利要求
1.由原電池或蓄電池向負(fù)載提供電能的電池系統(tǒng)，其特征在于包括一個(gè)由所述原電池或所述蓄電池組成的電池組；一個(gè)用來(lái)儲(chǔ)存由所述電池組放出的電能的雙層電容器；一個(gè)用來(lái)限制由該電池組供給該雙層電容器電能的限制電阻；以及放電控制設(shè)備，其作用是當(dāng)向所述雙層電容器充電時(shí)，使所述雙層電容器在預(yù)定的操作過(guò)程中周期性地向所述負(fù)載釋放電能，從而使由所述雙層電容器向該負(fù)載釋放電能的放電時(shí)間小于向該雙層電容器充入電能的充電時(shí)間，并且使放電電流大于充電電流。
2.如權(quán)利要求1所述的一種電池系統(tǒng)，其特征在于該放電控制裝置提供了這樣的控制，當(dāng)所述放電時(shí)間是T1，所述充電時(shí)間是T2，其總和是該負(fù)載工作周期T(＝T1＋T2)時(shí)，所述放電時(shí)間T1是所述負(fù)載的所述驅(qū)動(dòng)周期的1％(占空比K＝0.01)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種電池系統(tǒng)，其特征在于該電池組由可由把光能轉(zhuǎn)化為電能的太陽(yáng)能電池充電的蓄電池來(lái)組成。
4.如權(quán)利要求3所述的一種電池系統(tǒng)，其特征在于還包括串聯(lián)在該太陽(yáng)能電池和該蓄電池之間的反向電流保護(hù)二極管。
5.如權(quán)利要求4所述的一種電池系統(tǒng)，其特征在于該反向電流保護(hù)二極管由肖特基二極管構(gòu)成
6.如權(quán)利要求3所述的一種電池系統(tǒng)，其特征在于該放電控制裝置產(chǎn)生了這樣的控制，當(dāng)所述放電時(shí)間是T1，所述充電時(shí)間是T2，其總和是所述負(fù)載的驅(qū)動(dòng)周期T(＝T1＋T2)時(shí)，所述放電時(shí)間T1是所述負(fù)載的所述驅(qū)動(dòng)周期的5％(占空比K＝0.05)。
7.一種用來(lái)將原電池或蓄電池的電能提供給負(fù)載，并驅(qū)動(dòng)該負(fù)載周期性工作的周期性工作裝置，其特征在于所述裝置包括一個(gè)由所述原電池或所述蓄電池組成的電池組；用作所述負(fù)載的發(fā)光裝置，例如發(fā)光二極管；一個(gè)用來(lái)存儲(chǔ)該電池組放出電能的雙層電容器；一個(gè)用來(lái)限制從該電池供給該雙層電容器的電能的限制電阻；以及放電控制設(shè)備，其作用是當(dāng)向所述雙層電容器充電時(shí)，使所述雙層電容器在預(yù)定的操作過(guò)程中周期性地對(duì)所述發(fā)光裝置放電，從而使所述雙層電容器對(duì)所述發(fā)光裝置釋放電能的放電時(shí)間小于向所述雙層電容器充入電能的充電時(shí)間，并且使放電電流大于充電電流。
8.如權(quán)利要求7所述的一種裝置，其特征在于該裝置是一個(gè)信號(hào)/導(dǎo)向燈，它包括一用作所述發(fā)光裝置并在其周界上排列著許多發(fā)光二極管的管狀指示器；一裝在所述指示器下，并在其中裝有所述雙層電容器、所述限制電阻和所述放電控制裝置的手柄；一用來(lái)提供或切斷由所述雙層電容器向所述放電控制裝置的電能且裝在手柄外面的開(kāi)關(guān)；以及裝在由貼于手柄底部的防水蓋形成的閉合空間中的所述電池組，還包括包圍著所述指示器的保護(hù)罩。
9.如權(quán)利要求7所述的一種裝置，其特征在于所述放電控制裝置提供了這樣的控制，當(dāng)所述放電時(shí)間為T(mén)1，充電時(shí)間為T(mén)2，其總和為所述發(fā)光裝置的驅(qū)動(dòng)周期T(＝T1＋T2)時(shí)，所述放電時(shí)間T1是所述驅(qū)動(dòng)周期T的20％(占空比K＝0.2)。
10.如權(quán)利要求7所述的一種裝置，其特征在于還包括用來(lái)檢測(cè)振動(dòng)的振動(dòng)檢測(cè)裝置，和用來(lái)檢測(cè)低于一預(yù)定照度的環(huán)境照度的照明檢測(cè)裝置，其中，只有當(dāng)所述振動(dòng)檢測(cè)裝置和所述照明檢測(cè)裝置都處于工作狀態(tài)時(shí)，所述放電控制裝置才能工作，從而當(dāng)給雙層電容器充電時(shí)，在預(yù)定的操作過(guò)程中周期性地使所述雙層電容器向所述發(fā)光裝置釋放電能以驅(qū)動(dòng)其工作，從而使所述雙層電容器對(duì)所述發(fā)光裝置放電的放電時(shí)間小于向所述雙層電容器充電的充電時(shí)間，并且使放電電流大于充電電流。
11.如權(quán)利要求7所述的一種裝置，其特征在于該裝置是一個(gè)自行車(chē)安全燈，它包括一個(gè)主殼體部分，在其前部裝有用作所述發(fā)光裝置的發(fā)光二極管，在其外表面的頂部裝有用作所述照明檢測(cè)裝置的光敏電阻，所述主殼體包括所述雙層電容器、所述振動(dòng)檢測(cè)裝置和所述放電控制裝置，以及一散光鏡頭，用以使從所述發(fā)光二極管發(fā)出的光縱向和橫向地向外發(fā)散。
12.如權(quán)利要求11所述的一種裝置，其特征在于該光敏電阻由硫化鎘光電導(dǎo)管來(lái)構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求11所述的一種裝置，其特征在于還包括一通過(guò)振動(dòng)檢測(cè)裝置連到所述雙層電容器上的電解電容器，其中，當(dāng)所述振動(dòng)檢測(cè)裝置不工作且所述照明檢測(cè)裝置工作時(shí)，可使所述放電控制裝置工作，從而在預(yù)定的操作過(guò)程中使所述雙層電容器周期性地對(duì)所述發(fā)光二極管提供電能，其時(shí)間間隔依據(jù)該電解電容器的電容量。
14.如權(quán)利要求11所述的一種裝置，其特征在于，所述散光鏡頭的一頭向中間凹入，而形成兩個(gè)向底面延伸的斜面，所述發(fā)光二極管嵌入所述散光鏡頭的另一端，正對(duì)著所述底面。
15.如權(quán)利要求10所述的一種裝置，其特征在于所述放電控制裝置提供了這樣的控制，當(dāng)所述放電時(shí)間為T(mén)1，所述充電時(shí)間為T(mén)2，其總和是該發(fā)光裝置的工作周期T(＝T1＋T2)時(shí)，所述放電時(shí)間T1是所述發(fā)光裝置的所述驅(qū)動(dòng)周期T的5％(占空比K＝0.05)。
16.如權(quán)利要求7所述的一種裝置，其特征在于還包括用來(lái)檢測(cè)是否有海水的海水檢測(cè)裝置，其中，只有當(dāng)所述海水檢測(cè)裝置檢測(cè)到海水時(shí)，所述放電控制裝置才能工作，從而當(dāng)向該雙層電容器充電時(shí)，使所述雙層電容器在預(yù)定的操作過(guò)程中周期性地釋放電能來(lái)驅(qū)動(dòng)所述發(fā)光裝置，這樣使所述雙層電容器對(duì)所述發(fā)光裝置放電的放電時(shí)間小于給所述雙層電容器充電的充電時(shí)間，并且使放電電流大于充電電流。
17.如權(quán)利要求16所述的一種裝置，其特征在于所述放電控制裝置提供這樣的控制，當(dāng)所述放電時(shí)間為T(mén)1，所述充電時(shí)間為T(mén)2，其總和為所述發(fā)光裝置的驅(qū)動(dòng)周期T(＝T1＋T2)時(shí)，所述放電時(shí)間T1是該發(fā)光裝置的所述驅(qū)動(dòng)周期的5％(占空比K＝0.05)。
18.如權(quán)利要求16所述的一種裝置，其特征在于該海水檢測(cè)裝置包括兩個(gè)電極，形狀都是邊長(zhǎng)大約為5毫米的正方形，并相隔大約5毫米的間隔。
19.如權(quán)利要求16所述的一種裝置，其特征在于所述電極經(jīng)防腐處理。
20.如權(quán)利要求16所述的一種裝置，其特征在于所述裝置是一個(gè)水下誘魚(yú)燈，它包括上半部分，在其中裝有所述雙層電容器、所述限制電阻、所述海水檢測(cè)裝置和所述放電控制裝置，在其上端形成了捕魚(yú)線(xiàn)連接頭，下半部分與所述上半部分相連，并在其中含有用作所述發(fā)光裝置的發(fā)光二極管，在所述下半部分周界上排列著多個(gè)魚(yú)鉤，并且有一個(gè)捕魚(yú)線(xiàn)連接器在其下端形成。
全文摘要
一種電池系統(tǒng)，通過(guò)原電池或蓄電池向負(fù)載提供電能。此系統(tǒng)包括一個(gè)由原電池和蓄電池組成的電池組；一個(gè)用來(lái)存儲(chǔ)電池放出電能的雙層電容器；一個(gè)用來(lái)限制由電池對(duì)雙層電容器提供的電能的限制電阻；以及一個(gè)用來(lái)控制雙層電容器的放電控制器。當(dāng)向雙層電容器充電時(shí)，此放電控制器使雙層電容器在預(yù)定的操作過(guò)程中周期性地向負(fù)載釋放電能，雙層電容器向負(fù)載放電的放電時(shí)間短于對(duì)雙層電容器充電的充電時(shí)間。同時(shí)，放電電流大于充電電流。
文檔編號(hào)H02J9/06GK1122055SQ95109810
公開(kāi)日1996年5月8日 申請(qǐng)日期1995年8月17日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月8日
發(fā)明者藤井喬 申請(qǐng)人:沃達(dá)株式會(huì)社