JP6808858B1 - 全固体電池とｌｅｄを組み合わせた構造の蓄電型電灯による照明方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電式の電灯で長時間点灯でも照明できる電灯を提供する。【解決手段】用途に応じた型式に形成する灯器に内蔵する小型化した全固体電池とLEDを接続（配線）させ、一体に組み合わせた構造にした蓄電型電灯（以下「蓄電灯」とう）であって、夜間帯又は日中において照明させる際、通常の如く蓄電灯をソケット器具に差し込みスイッチ「on-off」で点灯させるか又は電力を電源の充電器に接続し蓄電灯を照明させる。この時、蓄電灯内に備えたセンサーにより自動的に全固体電池に充電し、蓄電と同時にLEDを照明させる。災害（天災又は人災）で突然停電し蓄電灯が途切れ一瞬暗くなっても蓄電された電気エネルギーで、センサーの作動により自動点灯させる。蓄電灯の設置環境によりセンサーで自動点灯させ「薄明で照明」する様にした蓄電灯に、蓄電灯に向けリモコン操作し通常の照明度に点灯させる。【選択図】なし

Description

本発明は、全固体電池と更2改善された革新型蓄電池とLEDを組み合わせた構造の蓄電型電灯による照明方法に関し、日没後の夜間帯に災害で突然真っ暗闇となる停電時に、居場所がわからず歩行も困難となる場合あり、特に不特定多数が出入りする官公庁や民間の建造物内で、職員＆社員又は来訪者や利用客などが避難する際に、真っ暗闇を発電機以外の方法で自動的に照らす照明灯の開発が求められていた技術分野である。

本発明の全固体電池又は革新型蓄電池とLEDを組み合わせた構造の蓄電型電灯による照明方法により、夜間帯における災害での停電による不便や不安を解消させ更に屋内外問わず照明により人命救助にも貢献できる蓄電型電灯による照明方法とした技術のイノベーションである。

本発明の全固体電池とLEDを組み合わせた構造の蓄電型電灯による照明方法により課題を解決するものである。

本発明は、このような状況を鑑みて案出された全固体電池とLEDを組み合わせた構造の蓄電型電灯による照明方法に関する。

請求項1の記載において、全固体電池とLEDを一体に組合せて内蔵した構造の蓄電型電灯（以下「蓄電灯」という）とし、蓄電灯をソケット器具に差し込みスイッチ「ON/OFF」で点灯させ、蓄電灯内に備えたセンサーにより自動的に全固体電池に充電し蓄電と同時にLEDを照明させる蓄電灯にはEVの蓄電量を感知するセンサーを備えた蓄電灯を用い、全固体電池又は革新型蓄電池を搭載するEVにおいて、車体外形に似せた形状にした太陽光発電パネルを車体の屋根に備えたEVとし、日中は自然光明により充電し蓄電された電気エネルギーにより走行するも、曇りや夜間帯の走行時に蓄電エネルギーが消費され蓄電残量が少なく充電を必要とする時、蓄電灯設置の駐車場又は車庫に駐車させ、その際にEVに組み合わせた蓄電量を計測するセンサーにより、蓄電灯に内蔵のセンサーでEVの蓄電量を感知し、自動的に蓄電灯が点灯し太陽光発電パネルを照らし、EVへの充電をさせ満充電になると自動的に停止し、蓄電灯も消えるシステムにより、有線による充電装置機器を不要とし、蓄電灯の照明による光明で太陽光発電パネルを作動させEVに充電するシステムを特徴とした全固体電池とLEDを組み合わせた構造の蓄電型電灯による照明方法に関する。

本発明の全固体電池とLEDを組み合わせた構造の蓄電型電灯による照明方法は、日没後の夜間帯に災害の発生で停電することで、不特定多数が出入りする官公庁や民間の建造物内で、職員や社員又は来訪者や利用客などが容易に屋外へ避難でき、特に交通信号機を点灯する照明方法にする事で交通事故防止や、大津波で避難する経路を照明させる事で人命の救助にも効果あり、一方、製品を製造し販売することによる経済効果が期待できる。

全固体電池又は改善された革新型蓄電池とは、「全て固体で出来ている電池」のことで、多くの電池では電極材料（活物質）は固体ですが、その間に電解液と呼ばれる液体がありますが、この電解液を固体にしたものが全固体電池です。電解液は正極と負極の間で電荷を持ったイオンを移動させる役割を持っていて、これを固体にするためにはイオンが移動する固体が必要です、これを固体電解質とよびます。現在、開発されているのはセラミック系の固体電解質です、電解質を液体から固体に変えるだけでメリットがあります。それは液体を使わないという事から次のような利点があります。
・液漏れの心配がない、・液漏れを防ぐ必要がないので構造が簡単になる、・液体を閉じ込めないので製造が簡単になる可能性がある、・可燃性の液体を使わないので発火の危険性がない、従って構造が簡単になるので電池自体が小さくでき、安全性の高い電池になる。
液体は高電圧では分解されてしまうが、通常の使用でもわずかずつ分解して寿命を縮めてしまい、高電圧をかけると分解に拍車がかかりますがその点、固体電解質は安定です。
そのため、・寿命が長くなる、・急速充電が可能になる、・更に電圧の高い電極材料も使用できる、という特徴もあります。
・革新型蓄電池とは、「満充電まで５分の超高速充電」と「発火しない安全性」と「形状自由な柔軟性」
などの特徴を有し、リチウムイオン電池を凌駕する蓄電池といった形容もあり、エネルギー密度を現状の５倍程度まで高め、一回の充電でEV航続距離約５００ｋｍ、つまり、リチウムイオン電池のエネルギー密度の約７倍、コスト１?４０にする新原理の電池で全固体電池を改善し進化させた電池で専門家の言う「革新型蓄電池」である。

液体は低温では凍り、高温では蒸発することからも分かる様に低温や高温の環境では使えませんが、その点、固体電解質は基本的にはセラミック材料なので、温度変化、特に高温に強いという特徴があります。つまり、・高温、低温の条件でも使える、・高温になってもいいので冷却する心配がない、という利点もあります。電池容量を上げようと狭い空間に押し込めると、どうしても温度が上がってしまいます、そのため、液体を使う場合には温度上昇を抑えるために空間を開ける設計が必要でした。
しかし全固体電池にすると、その心配がないので電池を小さくできます。現在のリチウムイオン電池に比べて、小さく、寿命が長く、急速充電ができて、安全性が高い電池になるのです。

全固体電池又は革新型蓄電池には「硫化物系（硫黄系）」と「酸化物系」の２種類が存在するが、硫化物系の全固体電池は固体電解質の能力が高く、混ぜてプレスすれば電池ができます、というぐらい作成方法が簡単なことが特長だが、硫化物系にはリスクもある、それは万一、空気中に中身が出てしまうと空気中の水分と反応して硫化水素、つまり有毒物質に変化してしまうことです、そうならないように製品化に際しては厳重な封止加工がなされているのだが、製造コストの問題や小型化への対応などもありウエアラブル機器などでの利用には課題が多い。これに対して、酸化物系全固体電池にはそのリスクはない。これは、そもそも水分に反応しないので、モバイルやウエアラブルコンピュータなどに使っても硫化水素が発生する心配はないからです。

実用化に成る全固体電池は、正極、固体電解質、負極などの粉をシート形状にして積層し、焼き固めて造る、つまり、セラミックスを製造するのと同じプロセスだ。固体電解質は硫黄系でなく酸化物系で硫黄系に比べてイオン伝導率は低く、電池のエネルギー密度は26Wh/Lと、現行のリチウムイオン電池に比べても1/8程度にとどまる。エネルギー密度は低いものの、酸化物系の固体電解質には硫黄系固体電解質のように水に弱い、発火性が高いという弱点がないことから、より信頼性が高い。このため液漏れがなく長寿命で、広い温度範囲で使えるなどの特徴を生かしプリント基板上に電子部品と同様に実装してしまい、交換しないで使うことができる。電子機器に内蔵した時計の電源として使ったり、IoT機器の電源として使えば、電池交換が不要となってメンテナンスコストを削減できる。寿命が長いLED照明が主流になり照明器具も電球を交換できなくなりつつある構造のものが本発明の全固体電池とLEDを組み合わせた構造の蓄電型電灯による照明方法にある。

本願のLEDとは発光ダイオードのことで、順方向に電圧を加えた際に発光する半導体素子である。発明当時は赤色のみであったが、その後黄緑色LEDが発明され、更に、窒化ガリウムによる青色LEDの半導体が発明され、蛍光体を利用して波長分布を拡散している白色タイプもあり、光源のもともとの波長である青色のところにひときわ強い波長の光が分布している。入力電流変化に対する光出力の応答が早く通信などにも利用されるほか、照明に用いた場合は点灯と同時に最大光量が得られる。

LEDの特徴、・１）低消費電力：LEDは特定の波長の光を出す半導体素子からできています、これは、白熱電球や蛍光灯で特定の波長（色）の光を得ようとするときカラーフイルタを使うのとは異なります。電力を効率よく光に変換することができ、発熱もしないため消費電力を低く抑えることができます。２）低発熱：熱の発生を伴わずに発光します、また赤外線を伴わずに発光するため、対象物を熱によって傷めることがありません。（赤外線LED以外）、３）長寿命：素子が壊れることはほぼないと考えられています、また、LEDの発光に必要な周辺回路などの部品の故障を考えても数万時間の点灯が可能です。４）省スペース、小型化が可能：白熱電球や蛍光灯は発熱や破壊の心配があるため、小型化に限界がありました、LEDはそれらの心配が少なく小型化が可能です。また、電子回路の基板上に電子部品として実装することができ、扱いやすいといえます。５）高指向性（指向性の調節が可能）：LED素子とレンズの形状により指向性を変えることができます、これにより、直上方向に多くの光を出すLEDや、反対に、全方位に万遍なく光を出すLEDができます。６）多色：LED素子に使う物質を変えることにより色々の光を出すことができます。特に、青色発光ダイオードが開発された今では、光の三原色が揃い、原理的にはすべての色を出せるようになりました。

本願の電灯とは、電気を利用した照明の一般的な装置の総称で、単に電気などとも呼び、電源は商用電源や電池などが使用される。
照明の種類には電球型、丸型（蛍光灯型）、直管形（蛍光灯型、アーク放電灯型、エレクトロルミネセンス型）など。また用途の種類には室内灯、街灯、道路灯、トンネル灯、車内灯、機内灯、船内灯、懐中電灯、バックライト、非常灯などにLEDが使われる。
全固体電池とLEDを組み合わせた構造の概略として、口金・絶縁リング・全固体電池電源基盤＋LED電源基板＋センサー・点灯回路・アルミダイキャスト（放熱）・LED実装基板・グローブ（ガラスカバー）等で構成された構造の全固体電池とLEDによる蓄電型電灯である。
生活の中で用いる用途毎分類、1．ペンダントライト、2．スポットライト、3.シャンデリア、4.シーリングファン、5.スタンドライト、6.ダウンライト、7.シーリングライト、8.ダクトレール、9.フットライト、10.ブラケットライト、11.間接照明、12.エクステリアライト等その他のインテリアによく似合うLED照明器具として用いることもできる、全固体電池とLEDによる蓄電型電灯である。

そこで、全固体電池又は革新型蓄電池とLEDの特徴を活用した本願の発明は、実用化にある全固体電池又は革新型蓄電池（硫化物系又は酸化物系）とLED（発光ダイオード）を用い、用途に応じた型式に形成する灯器に内蔵する小型化した全固体電池とLEDを接続（配線）させ、一体に組み合わせた構造の蓄電型電灯（以下「蓄電灯」とう）とし、夜間帯又は日中において照明させる際、通常の如く蓄電灯をソケット器具に差し込みスイッチ「on-off」で点灯させ、又は、電力を電源の充電器に接続し蓄電灯を照明させる、この時、蓄電灯内に備えたセンサーにより自動的に全固体電池に充電し蓄電と同時にLEDを照明させるも、災害（天災又は人災）で突然停電し蓄電灯が途切れ一瞬暗くなっても蓄電された電気エネルギーで、センサーの作動により自動点灯させる仕組みと、又、蓄電灯の設置環境によりセンサーで自動点灯させるも「薄明で点灯」する様にした蓄電灯には、リモコン器で蓄電灯に向けリモコン操作し通常の照明度に点灯させるシステムとした手段とし、しかも全固体電池の蓄電灯は短時間で電源からの充電で蓄電できることから、蓄電された電気エネルギーで長時間でも照明できる蓄電灯から、日常の照明においても消費電力が極めて少なく省エネ効果と、災害時の停電で不便や不安を解消させ、更に屋内外問わず照明により人命救助にも役立つ全固体電池による蓄電でLEDを点灯させる特徴とした、全固体電池とLEDを組み合わせた構造の蓄電型電灯による照明方法である。

電力を電源とした高照明度のLEDの蓄電灯（投光器）で、EV車の蓄電量を感知するセンサーを備えた蓄電灯を用い、全固体電池又は革新型蓄電池を搭載するEV（電気自動車）において、車体外形の色彩やデザインにより形状した太陽光発電パネルを車の屋根に備えたEV車とし、日中は自然光明により充電と蓄電により走行するも、曇りや夜間帯の走行時に蓄電エネルギーが消費され蓄電残量が少なく充電を必要とする時、蓄電灯設置の駐車場又は車庫に入り駐車させ「蓄電灯(明暗センサーで40w前後の明るさにし、車が入庫時センサー作動で300w前後の明るさに自動照明)は１台に１灯3m前後の高さで設置」し、その際にEVに組み合わせた蓄電量を計測するセンサーにより、蓄電灯に内蔵のセンサーでEVの蓄電量を感知し、自動的に蓄電灯が点灯し太陽光発電パネルを照らし、EVへの充電をさせ満充電になると自動的に停止し、蓄電灯も消えるシステムにより、短時間の電力で充電した蓄電灯の蓄電で、長時間の蓄電灯で太陽光発電パネルからEVに充電する仕組みとする事で、有線（コード）の充電装置機器を不要とし、しかも航続距離を延ばすことを特徴とした全固体電池とLEDを組み合わせた構造の蓄電型電灯による照明方法である。
電力を電源とした高照明度のLEDの蓄電灯で、EV車の蓄電量を感知するセンサーを備えた蓄電灯（照明灯「投光器」）とし、青空駐車場や屋根付き車庫に照明灯を１台に１灯を標準として設置し、全固体電池又は革新型蓄電池を搭載したEV（電気自動車）で、車体（屋根）に太陽光発電パネルを備えたEV車は、日中は自然光により充電と蓄電により走行するも、曇りや夜間帯の走行時に蓄電エネルギーが消費され蓄電残量が少なくなり充電を必要とする場合、照明灯設置の駐車場に入り駐車させ、エンジンキーを抜いた状態で、EVの蓄電量を計測するセンサーをEVにも取付けておき、照明灯内蔵のセンサーでEVの蓄電量を感知できる用にし、しかも駐車したEVには自動的に照明灯が点灯し太陽光発電パネルを照らし、EVへの充電をさせ満充電なると自動的に停止し、照明灯も消えるシステムにより有線による充電装置の設備を不要とした特徴の全固体電池とLEDを組み合わせた構造の蓄電型電灯による照明方法である。

一方、全固体電池又は革新型蓄電池は「リチウムイオン電池」と比較し、安全性の向上や小型化を可能にし、しかも「電力の入出力密度が高い」ことと、「エネルギー密度が高まること」含め、長寿命で広い温度範囲で使用でき、しかも充電に必要な時間が短縮され、エネルギー密度が高まることで蓄電型電灯として活用するもので、用途として、室内灯、街灯、道路灯、トンネル灯、非常灯、車内灯、機内灯、船内灯、懐中電灯、交通信号機（灯）、及び液晶パネルのバックライト、へと広範囲に用いる事ができ、そして、蓄電容量を計測するセンサー内蔵で点灯による電力消費量を計測させ、所定の残容量時にセンサー作動で充電させ満充電で停止するシステムとし、しかも通常の点灯時でも電力での充電時間短縮で蓄電できる利点から、蓄電された電気で長時間点灯できるため電力消費の節約となり、全電力に占める割合は民生（家庭）で「５０，１％」あり、その内、照明の電力消費は３１％を占め本願の方法による省エネ効果は火力発電所の数か所分に相当し経済効果と温暖化対策にも効果が期待できる。
従って全固体電池に蓄電された電気エネルギーによる点灯で、電力の省エネによりインフラ環境が改善される事を特徴とした全固体電池とLEDを組み合わせた構造の蓄電型電灯による照明方法である。

全固体電池又は革新型蓄電池に配線し用いる単数LEDとは、全固体電池又は革新型蓄電池１個に対しLED１個の組み合わせてあり、通常市販されているLEDによる照明器具に全固体電池を組み合わせて成る電灯であって、エレベーター内の照明灯や冷蔵庫内の電灯も含むものとし、用途として、室内灯、街灯、道路灯、トンネル灯、非常灯、車内灯、機内灯、船内灯、懐中電灯、交通信号機（灯）、及び液晶パネルのバックライト等に用いる。
小型のLED液晶ディスプレイ（PCやテレビ等）でバックライトには、本願の全固体電池又は革新型蓄電池に単数LEDを使用した液晶ディスプレイでLED有機EL（白色）や、有機EL(RGB)つまり“マイクロLED”は、消費電力が少ないで済むものの、電源を切るとバックライトのLEDが消灯で完全が黒の画面になり”イメージ“が悪いことから、リモコンで電源を切った後も全固体電池の蓄電で有色状態にしたデイスプレのシステムとすることも出来る。但し、主電源を切りにした場合には画面は黒のデイスプレなる仕組みとする。

複数LEDとは、全固体電池又は革新型蓄電池１個に対してLED複数個を組み合わせ用いるものをいう。例えば、交通信号灯、ネオン・ツリーや電飾に使う「イルミネーション」、液晶パネルのバックライト等に用いる。
中型と大型のLED液晶ディスプレイ（スポーツ施設や街中の大型サイネージ）でバックライトには、本願の全固体電池又は革新型蓄電池に複数LEDを使用した液晶ディスプレイでLED有機EL（白色）や有機EL(RGB)、つまり“マイクロLED”は、従来、電源を切るとバックライトのLEDが消灯により画面が完全に黒くなり「見た感じが悪い」ことから、リモコンで電源を切った後も全固体電池の蓄電で有色状の画面にし、黒から明るい色に表現することで見た感じが良くイメージアップとなる。特に大型サイネージ画面に有色画面の状態で背景に景色や地域の物産品等を、静止画、動画で映しPRする方法も考えられる、この場合には蓄電された電気で点灯されることから、電力メーターとは絶縁になっておりメーターは上がらないので消費電力されない。そして、主電源を切りにした場合には画面は黒のデイスプレになる仕組みとする。

全固体電池又は革新型蓄電池とLEDを組み合わせた懐中電灯は電線と接続した専用のボックスに建込み収納させ、常時蓄電状態にしておくか、又は、全固体電池は充電した後の自然放電がないことから懐中電灯とし停電での非常灯又はキャンプやレジャー等の屋外で長時間に亘り点灯できる形態の電灯（照明器）を作り、用途に応じた懐中電灯や照明器とする。
本願において上述明細書の文章には電圧と電流に係る図式なく、しかも照明方法に関する発明から「計算式は不要」である。

本発明の方法を広義で解釈すると、次の記載する仕組みにおいても同様な方法に成りえる、つまりEVに用いる大型の全固体電池（硫化物系又は酸化物系）又は「革新型蓄電池」を用い、電力（電気）での充電時間が数分と短い時間で充電できる特徴の全固体電池は「リチウムイオン電池」と比較し、安全、長寿命、長急速充電、超軽量、超低価格、広い温度範囲での使用ができるメリットを活用し、EVでは約１分の充電で800km、更に改善により１回の充電で1,000km走行できると言われる「電力の入出力密度が高く、エネルギー密度が高かい」優れた性能の全固体電池を、用途に応じた型式の車台付収納庫に備えた可動式の構造体とした「充電式蓄電機」とする事で、屋内外施設や一般家庭向けに使用できる。電力（電気）線を蓄電機に接続し、電力メーターを通じて家庭内の冷蔵庫、照明、エアコン、テレビ、電子レンジ、炊飯器、電気ストーブ、電気冷暖房機、換気扇などあらゆる電気器具製品を用いるオール電化住宅の電源として従来通り使用でき、電気を使用中には自動的に充電・蓄電、放電して用いることができる「充電式蓄電機」とする。

例えば、一日の消費電力平均、2人世帯の標準家庭で、空調の要らない季節は一日あたりの消費電力は平均で１０、５kwh、４人世帯で１３，１kwh、６人以上世帯で１８，４kwh、季節差もるが、猛暑の日になるとエアコンの稼働率が上がり、1時間当たりエアコンだけで平均３７０w消費しながら1日の電力消費量を倍の１７、４kwhまで押し上げるが、「充電式蓄電機」にする事で、電力（電気）を主電源とする全固体電池は、リチウムイオン電池の蓄電力量約６２kwh、の４倍となり、蓄電力量２４８kwh程の電力量になり、２人世帯で２４日分、６人世帯で１３日分の蓄電量があることになります。そして、蓄電容量を計測するセンサー内蔵で点灯による電力消費量を計測させ、所定の残容量時にセンサー作動で充電させ満充電で停止するシステムとし、しかも通常の点灯時でも電力での充電時間短縮で蓄電できる事から、蓄電された電気で長時間点灯できる電力消費の節約となり、従って全固体電池に蓄電された電気エネルギーによる点灯で、電力の省エネによりインフラ環境が改善される「充電式蓄電機」を屋内外施設に照明として用いることで、各家庭や施設で電源として太陽光又は風力発電の設置でよく、エネルギー密度や容量が少なくても、再生エネルギーの発電でも賄う事ができるため、大規模等の「石炭火力発電は不要」となり、発電所休止によるCO2削減で地球温暖化防止になる。

本発明の全固体電池とLEDを組み合わせた構造の蓄電型電灯による照明方法は、日没後の夜間帯に災害で停電するに当たり、不特定多数が出入りする官公庁や民間の建造物内で、職員や社員又は来訪者や利用客などが容易に避難でき、特に交通信号機を点灯する照明方法にする事で交通事故などの人命の救助に多大な効果あり産業上の利用効果が期待できる。

Claims (1)

1. 全固体電池とLEDを一体に組合せて内蔵した構造の蓄電型電灯（以下「蓄電灯」という）とし、蓄電灯をソケット器具に差し込みスイッチ「ON/OFF」で点灯させ、蓄電灯内に備えたセンサーにより自動的に全固体電池に充電し蓄電と同時にLEDを照明させる蓄電灯にはEVの蓄電量を感知するセンサーを備えた蓄電灯を用い、全固体電池又は革新型蓄電池を搭載するEVにおいて、車体外形に似せた形状にした太陽光発電パネルを車体の屋根に備えたEVとし、日中は自然光明により充電し蓄電された電気エネルギーにより走行するも、曇りや夜間帯の走行時に蓄電エネルギーが消費され蓄電残量が少なく充電を必要とする時、蓄電灯設置の駐車場又は車庫に駐車させ、その際にEVに組み合わせた蓄電量を計測するセンサーにより、蓄電灯に内蔵のセンサーでEVの蓄電量を感知し、自動的に蓄電灯が点灯し太陽光発電パネルを照らし、EVへの充電をさせ満充電になると自動的に停止し、蓄電灯も消えるシステムにより、有線による充電装置機器を不要とし、蓄電灯の照明による光明で太陽光発電パネルを作動させEVに充電するシステムを特徴とした全固体電池とLEDを組み合わせた構造の蓄電型電灯による照明方法。