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Dokumentenidentifikation DE69405945T2 30.04.1998
EP-Veröffentlichungsnummer 0637827
Titel Wiederaufladbare Strom-Versorgungseinrichtung
Anmelder World Enterprise Co., Ltd., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Onishi, Yoshihiro, Hachioji-shi, Tokyo 193, JP
Vertreter Schickedanz, W., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 63073 Offenbach
DE-Aktenzeichen 69405945
Vertragsstaaten CH, DE, FR, GB, IT, LI, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 20.07.1994
EP-Aktenzeichen 941113342
EP-Offenlegungsdatum 08.02.1995
EP date of grant 01.10.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.04.1998
IPC-Hauptklasse H01G 4/08
IPC-Nebenklasse H01G 9/00   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungseinrichtung und insbesondere eine wiederaufladbare Stromversorgungseinrichtung, die in Solarmodulen verwendet werden kann wie Solarautos, Solarschiffen, Solarrollern und dergleichen, und zwar zusammen mit bekannten Blei- und dergleichen Batterien, wie es zum Beispiel aus der JP-A-02 149 406 bekannt ist. Weil die wiederaufladbare Einrichtung gute gleichbleibende Stromladungs- und Spannungsladungseigenschaffen aufweist, werden die Funktionen von Solarmodulen vollkommen unterstützt, wobei eine höhere Ladungseffektivität und Benutzungseffektivität erreicht werden. Die wiederaufladbare Einrichtung hat eine derart hohe Stromkapazität, daß sie hinsichtlich ihrer Funktion wiederaufladbar ist wie Kondensatoren.

Beschreibung des Standes der Technik

Bei wiederaufladbaren Batterien, die in bekannten Solarmodulen mit einer Leistung von zum Beispiel 12 V Gleichstrom verwendet werden, reicht die Stromerzeugung vom Solarmodul nicht aus, um die Batterie bei regnerischem oder bewölktem Wetter zu laden. Wenn die Batterie auf ein Potential von 12 V Gleichstrom oder darunter geladen ist, ist die Batterie überhaupt nicht geladen, unabhängig davon wie Strom erzeugt oder wie geladen wird. So wird die erzeugte Elektrizität nur umsonst abgegeben.

Verschiedene Arten von Gleichstromladungseinrichtungen sind bisher vorgeschlagen worden. Alle diese Einrichtungen haben jedoch komplizierte Strukturen. Eine große Gleichstromladungscharakteristik und große Gleichspannungsladungscharakteristiken werden jedoch nicht mit einer niedrigen Ladungseffektivität erreicht. Insbesondere fließen im wesentlichen alle Stromladungen auf einmal und verschwinden zum Zeitpunkt der ersten Entladung, und eine Ladezeit ist lang. Wenn Ladungs- und Entladungsoperationen wiederholt werden, können die Solarmodule beschädigt werden, wodurch die Lebensdauer des Moduls verkürzt wird. Somit weisen die herkömmlichen Ladeeinrichtungen Nachteile hinsichtlich ihrer komplexen Struktur und hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit auf.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung hat die Aufgabe, eine wiederaufladbare Stromversorgungseinrichtung zu schaffen, welche die Nachteile ihrer herkömmlichen Entsprechungen überwindet und eine große Ladungsleistung aufweist, damit die Elektronen über eine längere Zeit fließen können.

Die Erfindung hat weiterhin zur Aufgabe, eine wiederaufladbare Stromversorgungseinrichtung zuschaffen, die bei niedrigem Potential bis zu einem beachtlichen Niveau innerhalb einer sehr kurzen Zeit von etwa einigen Sekunden wiederaufgeladen werden kann und eine sehr große elektrische Kapazität hat.

Die Erfindung hat weiterhin zur Aufgabe, eine wiederaufladbare Stromversorgungseinrichtung zu schaffen, die eine gewünschte Strommenge mit geringen Restladungen, die über eine relativ lange Zeit vermindert werden, abgeben kann.

Die obigen Aufgaben werden, allgemein ausgedrückt, erfindungsgemäß durch eine wiederaufladbare Stromversorgungseinrichtung gelöst, die eine Versorgungseinheit umfaßt, bestehend aus einem Paar von mit Abstand voneinander angeordneten Elektroden und einem Gemisch aus (a) gebrannten feinen Pellets aus einem Elektronen absorbierenden Material, zum Beispiel Nb&sub3;5n und V&sub3;ge als supraleitende Materialien, (b) feinen Partikeln aus einem gemischten, Elektronen absorbierenden Material enthaltend V&sub3;Ga, Bi, CuO, Sr und FeO&sub2;, (c) feinen Partikeln eines Katalysators, (d) feinen Partikeln aus C und FeO&sub2;, die als Stabilisatoren wirken, und (e) einem Plastifikator, und aus einem Gehäuse zur Aufnahme des Elektrodenpaars und des Gemischs, so daß die Elektroden des Elektrodenpaars jeweils einzeln in engem Kontakt mit dem Gemisch sind.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Vorderansicht einer wiederaufladbaren Stromversorgungseinrichtung gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die Einrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 ist ein Längsschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 zeigt einen Gleichspannungsladungskreis, der die erfindungsgemäße Einrichtung verwendet;

Fig. 5 zeigt einen Gleichstromladungskreis, der die erfindungsgemäße Einrichtung verwendet;

Fig. 6 ist eine grafische Darstellung einer Gleichspannungsladungscharakteristik von Spannung über der Zeit (Sekunden); und

Fig. 7 ist eine grafische Darstellung einer Gleichstromladungscharakteristik von Spannung über der Zeit (Sekunden).

BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG

Es wird auf die beiliegenden Zeichnungen und insbesondere auf die Fig. 1 bis 3 Bezug genommen, in denen gleiche Bezugszahlen die gleichen Elemente oder Teile bezeichnen.

In den Fig. 1 bis 3 ist eine wiederaufladbare Stromversorgungseinrichtung 10 gezeigt, die eine positive und eine negative Elektrode 30, 30a aufweist, die im Abstand voneinander angeordnet und mit einem Gemisch aus gebrannten Pellets 20 und feinen Partikeln 22 eines gemischten, Elektronen absorbierenden Materials enthaltend V&sub3;Ga, Bi, CuO, Sr und FeO&sub2;, einem Katalysator und C und FeO&sub2; und einem Plastifikator umgeben sind. Die beiden Elektroden 30, 30a sind parallel zueinander angeordnet, wie in Fig. 3 gezeigt. Mit 12 ist ein Gehäuse bezeichnet, das das Paar von Elektroden 30, 30a und das Gemisch aus gebrannten Pellets 20 und feinen Partikeln 22 hermetisch umschließt, so daß die Elektroden 30, 30a in engem Kontakt mit dem Gemisch sind.

Die positive und die negative Elektrode 30, 30a bestehen aus Kohlenstoff. Diese Elektroden sind so angeordnet, daß sie an den Teilen, wo sie mit dem Gehäuse Kontakt haben, elektrisch isoliert sind.

Die Elektroden 30, 30a sollten im Abstand voneinander angeordnet sein, um elektrischen Kontakt zwischen ihnen zu vermeiden. Die positive Elektrode 30 ist mit feinen Partikeln aus Ge-Verbindungen auf der Fläche beschichtet, die sich im Gehäuse 12 befindet. In gleicher Weise ist die negative Elektrode 30 mit feinen Partikeln aus Wismut-Verbindungen beschichtet. Durch die Bildung der Schichten werden die Ladungscharakteristiken noch weiter verbessert.

Die Pellets von (a) sind von Natur aus Elektronen absorbierend und bestehen aus Verbindungen aus Nb&sub3;Dn und V&sub3;Ge. Die Verbindungen dieser Elemente sollten supraleitend sein, das bedeutet, wenn sie Bedingungen unterworfen werden, die für Supraleitfähigkeit ausreichen, dann sollten sie Supraleitfähigkeit aufweisen.

Die Pellets können alle Formen annehmen, wie Kugeln, Sphäroide, Zylinder und dergleichen und eine Größe von nicht mehr als 1,5 mm Maximallänge haben.

Die feinen Partikel (b) sollten Elektronen abweisend sein können wie die oben beschriebenen Pellets (a). Die feinen Partikel bestehen aus V&sub3;Ga, Bi, CuO, Sr und FeO&sub2;.

Der Bestandteil (c) ist ein Katalysator, der in Form feiner Partikel verwendet wird und eine Größe von nicht mehr als 0,03 µm hat. Der Katalysator besteht aus Ca.

Der Bestandteil (d) besteht aus C und FeO&sub2;, die jeweils als Stabilisatoren verwendet werden, die benötigt werden, um Elektronen in der wiederaufladbaren Stromversorgungseinrichtung zu speichern, in Form von feinen Partikeln, deren Größe in einem Bereich liegt, der oben bezüglich der Bestandteile (b) und (c) definiert wurde.

Schließlich wird der Bestandteil (e) zu den Bestandteilen (a) bis (d) als eine Art Plastifikator hinzugefügt, der zum engen Kontakt der Bestandteile (a) bis (d) beiträgt. Der Plastifikator enthält Dioktyl-Salizylphthalat und Natriumborat. Diese Verbindungen werden in Kombination miteinander verwendet.

Die Bestandteile (a) bis (e) werden in vorgegebenen Mengen verwendet und durchmischt, so daß sie als Gemisch in das Gehäuse eingegeben werden können.

Die vorliegende Erfindung wird durch ein Beispiel näher beschrieben.

Beispiel

In diesem Beispiel wird die Herstellung einer wiederaufladbaren Stromversorgungseinrichtung, wie sie in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, beschrieben.

Nb&sub3;Dn, das als Elektronen absorbierendes Material dient, und V&sub3;Ge, das ebenfalls als Elektronen absorbierendes Material dient, werden in einem gleichmäßigen Gemisch bereitgestellt und anschließend unter solchen Bedingungen gebrannt, daß man Pellets 20 von einer Größe von nicht mehr als 1.5 mm erhält.

Eine Elektrodeneinheit mit einem Paar aus einer positiven Kohlenstoffelektrode 30 und einer negativen Kohlenstoffelektrode 30a werden so angeordnet, daß man eine Stromversorgungseinrichtung 10 erhält. Es wird darauf hingewiesen, daß die positive Kohlenstoffelektrode 30 mit feinen Partikeln einer Germanium-Verbindung beschichtet wurde und die negative Kohlenstoffelektrode 30a mit feinen Partikeln einer Wismut-Verbindung beschichtet wurde.

Fig. 4 zeigt einen Gleichspannungsladungskreis, der die erfindungsgemäße Einrichtung verwendet. Das wie oben beschrieben hergestellte Stromversorgungssystem wird einer Messung der Gleichspannungsladungscharakteristik durch den Schaltkreis der Fig. 4 unterzogen, wobei Io 5 A war und R = 2.034 Ohm. Die Ergebnisse werden in Fig. 6 gezeigt, wo die Ordinate eine Spannung bezeichnet und die Abszisse eine Ladungszeit für verschiedene elektrische Kapazitäten von 408 F, 470 F und 660 F bezeichnet. Aus der Figur geht hervor, daß elektrische Kapazitäten proportional zu der beaufschlagten Spannung linear zunehmen.

Aus den obigen Ergebnissen erhält man die folgende Gleichung.

Ec=1/C dt, also Ec=1/C t

wobei Ec[V] eine Kondensatorspannung und C[F] eine Stromkapazität ist.

Fig. 5 zeigt einen Gleichstromladungskreis, der die erfindungsgemäße Einrichtung benutzt, wobei Eo = 10 A und R = 2.034 Ohm. In dieser Figur bezeichnet die Ordinate eine Spannung und die Abszisse bezeichnet eine Zeit in Sekunden. Die Ergebnisse werden in Fig. 7 gezeigt, woraus hervorgeht, daß das Kondensatorpotential linear zunimmt, während der Ladungsstrom mit der Zeit leicht abnimmt.

Aus den Ergebnissen erhält man folgende Gleichungen:

Wie aus dem obigen Beispiel hervorgeht, weist die erfindungsgemäße Einrichtung eine erhebliche Zunahme der Ladungsleistung auf, mit der Fähigkeit, über eine längere Zeit Elektronen zu emittieren.

Wurden darüber hinaus die achtundzwanzig Teile (alle 14 in Reihe geschalteten Einrichtungen wurden parallelgeschaltet) der wiederaufladbaren Stromversorgungseinrichtung für 30 Sekunden geladen, konnte ein Bürstenmotor mit einer Abgabeleistung von 130W/24V ohne Last 14 Minuten lang betrieben werden. Mit Last konnte der Motor über 5 Minuten betrieben werden.

Wie oben ausgeführt, kann bzw. können die erfindungsgemäße Stromversorgungs einrichtung bzw. Stromversorgungseinrichtungen mit einer großen Strommenge bei niedriger Spannung innerhalb einiger Sekunden geladen werden. Darüber hinaus ist die elektrische Kapazität sehr groß. Es wurde bestätigt, daß bei Entladung unter Last eine gewünschte Strommenge entladen wird, während Restladungen kaum verringert werden.

Wenn die erfindungsgemäße Einrichtung bei Solarmodulen in Kombination mit Bleibatterien oder dergleichen eingesetzt wird, weist sie eine gute Gleichstromladungscharakteristik und Gleichspannungsladungscharakteristik auf, so daß die Solarmodule zufriedenstellend betrieben werden können. Die erfindungsgemäße Einrichtung gewährleistet eine bemerkenswerte Ladungseffektivität und Benutzungseffektivität und ist vorteilhaft wegen der großen elektrischen Kapazität und auch in ihrer Funktion als Kondensator.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung bestehen darin, daß die Lade zeit sehr kurz ist, und daß wenn die Lade- und Entladezyklen wiederholt werden, die Solarmodule wenig oder gar nicht beschädigt werden, wodurch ihre Lebensdauer erhöht wird. Somit ist die Einrichtung aufgrund ihrer strukturellen Anordnung und Wirtschaftlichkeit vorteilhaft.


Anspruch[de]

1. Wiederaufladbare Stromversorgungseinrichtung, die eine Versorgungseinheit umfaßt, bestehend aus einem Paar von mit Abstand voneinander angeordneten Elektro den und einem Gemisch aus (a) gebrannten feinen Pellets aus einem Elektronen absorbierenden Material, (b) feinen Partikeln aus einem gemischten, Elektronen absorbierenden Material enthaltend V&sub3;Ga, Bi, CuO, Sr und FeO&sub2;, (c) feinen Partikeln eines Katalysators, (d) feinen Partikeln aus C und FeO&sub2; und (e) einem Plastifikator, und aus einem Gehäuse zur Aufnahme des Elektrodenpaars und des Gemischs, so daß die Elektroden des Elektrodenpaars jeweils einzeln in engem Kontakt mit dem Gemisch sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Pellets aus Nb&sub3;Sn und V&sub3;Ge als einem supraleitenden Material bestehen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die feinen Pellets jeweils eine Größe von nicht mehr als 1,5 mm haben.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die feinen Partikel (b) aus V&sub3;Ga, Bi, CuO, Sr und FeO&sub2; bestehen und eine Größe von nicht mehr als 0,03 µm haben.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die feinen Partikel (c) aus Ca bestehen und eine Größe von nicht mehr als 0,03 µm haben.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die feinen Partikel (d) aus C und FeO&sub2; bestehen und eine Größe von nicht mehr als 0,03 µm haben.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei der Plastifikator aus Dioktyl-Salizylphthalat und Natriumborat besteht.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei das Elektrodenpaar aus Kohlenstoff besteht, wobei der positiv geladene Kohlenstoff mit feinen Partikeln aus einer Germanium- Verbindung beschichtet ist und der negativ geladene Kohlenstoff mit feinen Partikeln aus einer Wismut-Verbindung beschichtet ist.







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