JP2005210890A - 自転車の電子デバイス用の充電式電力供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池パックを構成している各個の電池の充電前や充電中の充電状態を診断及びチェックできるようにする。
【解決手段】電池素子（５、６、７）は、スイッチング手段によって、電池素子（５、６、７）が直列接続されて電子デバイス（２）にエネルギーを供給する第１動作形態と、電池素子（５、６、７）が充電装置（３）に対して直列ではなく接続される第２動作形態とがとれるように配置されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、自転車の電子デバイス用の充電式電力供給装置に関する。

自転車の電子式変速機の管理および制御のため、または、一般に自転車用コンピュータとして知られている自転車の機能の実現および表示などのために、自転車用電子デバイスが使われていることはよく知られている。

このような装置にあっては、データ取得、処理および制御などに集積型電子デバイスで実現した中央装置が使われているのが通常であり、これには当該装置の動作に必要なエネルギーを供給する電力供給装置が接続されている。

電力供給装置は、充電動作のために適当な充電器で必要に応じて定期的に充電される、一個かまたはそれ以上の充電式電池で構成されることができる。

電子デバイスの動作に必要な、例えば１２ボルト程度の所望の供給電圧は、通常、低電圧電池を複数直列接続する、例えば、４ボルトの充電式電池を３本直列接続することで得られる。そのような方法では、所望電圧を取り出す端子が２個備わった電池パックの形で必要供給電圧が得られるようになっている。したがって、２個の端子を有する電池パックによって、所望の電圧を得ることができる。

この電池パックの充電は、電池充電器と接続することで電池パックにある２個の端子から電池パックを構成している、直列接続された各個の電池に充電電流を供給することで行われている。

ところが、このような充電方法にはいくつかの問題がある。第１に、電池パック全体の充電は、当該電池パックを構成している各個の電池の充電状態を適切に制御できない。そのため、電池パックを構成している個々の電池間で不均一な充電レベルとなり、その結果、電池パックの寿命が短くなると共に、充電時に電池が破損するようなことがなくても、電圧および電流の安定性のような電気特性が劣化してしまう。

もう１つの問題点は、充電前や充電中に各個の電池の充電状態を診断したり、チェックしたりするのが不可能である点にある。そのために、例えば各個の電池の充電電流のような重要なパラメータを検出したり、例えば過熱などに起因する各個の電池の故障を検出したりするのが不可能である。

従って、本発明は前述の諸問題点を解消すべくなされたものであって、従来の電力供給装置に比してより効率的かつ急速に充電ができる自転車の電子デバイス用の充電式電力供給装置を実現することを目的する。

本発明の別の目的は、電池パックを構成する各個の電池のパラメータを充電中にチェックすることができる、自転車の電子デバイス用の充電式電力供給装置のための充電装置を提供することにある。

前述の目的は、正極および負極を有する少なくとも２個の電池素子を備えた自転車の電子デバイス用の充電式電力供給装置において、スイッチング手段を介して、前記電池素子が直列接続されて前記電子デバイスにエネルギーを供給する第１動作形態と、前記電池素子が直列ではなく充電装置に接続される第２動作形態とが実現できるように、前記電池素子が配置されることを特徴とすることにより達成できる。

有利なことに、第１動作形態にあっては、電池素子の直列接続を介して電子デバイスの動作に適した電圧が電力供給装置から供給され、第２動作形態、即ち、充電時には、各個の電池素子が個別的、かつ、充電装置の制御の下で充電される。

本発明の好ましい実施形態によれば、電力供給装置と電子デバイスは一体に固定されるが、充電工程は、充電装置を前述の組立体にコネクタを介して接続することにより行われる。

別の実施形態によれば、電力供給装置と電子デバイスの接続を外すことができるので、電力供給装置は有利に取り外して別個に充電できる。この場合、別の予備の電力供給装置で電子デバイスに電力を供給することができる。

本発明による自転車の電子デバイス用の充電式電力供給装置によれば、効率的かつ急速に充電ができる。

本発明のその他の特徴や利点などは、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態の詳細な説明から明らかになるであろう。

本発明による電子式電力供給装置を図１において符号１で示す。この電力供給装置１は、符号２で示す電子デバイスと接続され、両者は図示しない自転車のフレームに適切に固定されている。同図において、後述する充電装置３は、７個の接点４ａ〜４ｇが設けられている第１コネクタ４を有する。

電力供給装置１は、高分子電解質を有するリチウムイオン充電式蓄電池からなる公称電圧が３．７ボルトの３個の電池素子５、６、７を備える。各蓄電池素子５、６、７には、正極端子５ａ、６ａ、７ａと負極端子５ｂ、６ｂ、７ｂとがそれぞれ備わっている。別の実施形態として、電池素子５、６、７は別種の充電式蓄電池であってもよいことは明らかであり、例えばニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）蓄電池であってもよい。

電池素子５、６、７のいずれかには、端子８ａ、８ｂを有するＰＴＣ（正温度係数）サーミスタのような温度検出素子８が並列に配置されている。この温度検出素子８の端子８ｂは電池素子７の端子７ｂに接続されている。

同図から明らかなように、電力供給装置１と電子デバイス２とは、製造の段階、または、自転車の組立の段階において、機械的かつ電気的に互いに固定されることから、両者は単体を構成している。

電力供給装置１は２つの常閉スイッチ１０、１１からなるスイッチング手段９を有し、これらスイッチ１０，１１は、端子１０ａ、１０ｂおよび１１ａ、１１ｂをそれぞれ有する。

スイッチ１０が閉じていると、電池素子５の負極端子５ｂと電池素子６の正極端子６ａ
との間に電気的ブリッジを形成して短絡し、スイッチ１１が閉じていると、電池素子６の負極端子６ｂと電池素子７の正極端子７ａとの間に電気的ブリッジを形成して短絡する。

スイッチ１０、１１が共に閉じていると、３個の電池素子５，６，７は直列接続されることになり、電池素子５の正極端子５ａと電池素子７の負極端子７ｂとの間は、３個の電池素子５，６，７の電圧の和に等しい電圧、即ち、前述のリチウムイオン蓄電池の場合では１１．１ボルトの電圧となる。この点において、なお、電子デバイス２に必要な電力供給電圧が別の電圧であれば、電池素子としては３個に限らず、１個、２個、または、４個以上を直列接続してもよく、あるいは、公称電圧の異なる電池素子を１個、２個、または、４個以上直列接続して利用してもよい。

直列接続における前述の全電圧は、電力供給ライン２ａと２ｂの間に介在する電子デバイス２にかかる。

別の常閉スイッチ１２が、電池素子７の負極端子７ｂと電子デバイス２の電力供給ライン２ｂとの間に配置されている。別のライン２ｃが、温度検出器８の端子８ａから出力される温度信号を電子デバイス２に供給する。

最後に、電力供給装置１は、７個の電気接点１４ａ〜１４ｇを有し、これらの接点は電池素子５，６，７の正極端子５ａ〜７ａと負極端子５ｂ〜７ｂおよび温度検出素子８の端子８ａにそれぞれ接続されている。

３個のスイッチ１０〜１２は、必ずしもこれに限られるものではないが、好ましくはリードスイッチであり、この場合、当該スイッチの近傍に配置された磁石によって開位置に作動されるようになっている。この磁気要素（磁石）１３は、充電装置３の第１コネクタ４に配置され、後述するように、磁気スイッチ１０〜１２を開位置に維持することができる。

動作について言えば、電池素子５，６，７が充電されて電子デバイス２が自転車に搭載されて機能を実行する際に、図１に示した状態であり、スイッチ１０〜１２は閉じて電池素子５，６，７は直列接続である。したがって、電子デバイス２には、電池素子５，６，７の電圧の合計で定まる所望電圧がかけられる。

３個の電池素子５，６，７の充電レベルが所定の閾値よりも小さくなると、充電を行う必要が生じる。このため、第１コネクタ４の端子４ａ〜４ｇを電力供給装置１の対応する接点１４ａ〜１４ｇに電気的に接触させることにより、当該第１コネクタ４を電力供給装置１に接続する。このように第１コネクタ４を接続すると、磁気要素１３がスイッチ１０〜１２に接近して、これによりスイッチ１０〜１２が開く。

このような形態では、電池素子５，６，７は電子デバイス２との電気的接続が解除されると共に、電池素子どうしの接続が外されて非直列接続状態になり、各電池素子は充電装置３の対応する充電源にそれぞれ接続される。これにより、後述の説明から明らかになるように、充電装置３による電池素子５，６，７の充電を最適管理することができる。

充電が終わると、第１コネクタ４が接続から外され、したがって磁気要素１３がスイッチ１０〜１２から離れることになる。スイッチ１０〜１２は元の閉位置に復帰し、電子デバイス２には、電池素子５，６，７の直列接続で得られる電圧が再びかけられることになる。

以上の説明から、リードスイッチの代わりに、例えば携帯装置用リレーもしくはホール
型センサのような同等の磁気装置もしくは電磁気装置、または、光学信号なもしくは無線周波数信号のようなその他の信号を介して制御されるスイッチ、または、遠隔のスイッチを切り替えて操作するのに適したセンサもしくは近接検出装置なども利用できるのは明らかであろう。

実際、電力供給装置１に配置した磁気感応スイッチと第１コネクタ４に配置した磁気要素１３とは、充電装置３が電力供給装置１に接続されたとき、即ち、第１コネクタ４が電力供給装置１に接続されたときに、切り替え動作を行う近接スイッチング装置を構成している。このような装置は、種々の異なる形態で機能的には同等に具現化できる。

一例として（可能性の範囲を限定するものではないが）、スイッチ１０〜１２として下記の装置を利用することが考えられる。
＊ 機械的な近接検出スイッチ。
＊ 発光器と光検出器との対、または第１コネクタ４が電力供給装置１と接続されているか否かに応じて感光もしくは遮断される光検出器のような半導体近接検出スイッチ。
＊ 電磁界式または超音波式近接検出センサ。

図２から図４に、本発明の改良された実施形態をそれぞれ示す。これらの実施形態はいずれも、図１を参照しながら説明した前述の第１実施形態とは、主として電力供給装置１と電子デバイス２とが着脱自在に互いに接続されるようになっている点で異なる。第１の解決方法では、電子デバイス２は自転車に固定されているが、電力供給装置１は、充電動作を施される際に、電子デバイス２から離されて、充電作業に好都合な遠隔地に配置される。

図２に示した変形例では、電力供給装置１は第２コネクタ２０で終端し、電子デバイス２は第３コネクタ２１で終端する。これら第２コネクタ２０と第３コネクタ２１とは互いに接続および切り離しができるようになっている。

充電装置３は第１コネクタ２２を有し、これは第２コネクタ２０に接続できる。したがって、この第１コネクタ２２は第３コネクタ２１と類似したタイプのコネクタである。第２コネクタ２０は、好ましくは多極雌型ソケット（female multipolar socket）からなり、この場合第１および第２コネクタ２２、２１は雄型プラグからなる。しかしながら、これらコネクタは別のタイプでもよく、雌型、雄型を前述とは逆にすることも可能である。

図２に示す実施形態をさらに参照して、電池素子５，６，７の端子５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂは、第２コネクタ２０に集束されて、それぞれ電気接点２０ａ〜２０ｆで開いた状態で終端している。第２コネクタ２０におけるもう１つの電気接点２０ｇは、温度検出素子８の端子８ａに接続されている。

第３コネクタ２１は７個の電気接点２１ａ〜２１ｇを有し、これら接点は第２コネクタ２０の対応する電気接点２０ａ〜２０ｇと接続されるようになっている。

第３コネクタ２１の第２接点２１ｂと第３接点２１ｃとの間には固定された接続部である第１電気的ブリッジ２３が形成されており、また、第４接点２１ｄと第５接点２１ｅとの間にも固定された接続部である第２電気的ブリッジ２４が形成されている。これらの２つのブリッジ２３、２４はいずれも固定されており、例えばプリント回路に形成された銅トラック、または、第２接点２１ｂと第３接点２１ｃの間、および第４接点２１ｄと第５接点２１ｅとの間を延在するように溶着された電線で形成してもよい。

また、第３コネクタ２１の電気接点２１ａ、２１ｅには電子デバイス２から延出する電
力供給ライン２ａ、２ｂが接続されており、また、同様に電子デバイス２から延出する温度制御信号のための第３ライン２ｃが接点２１ｇに接続されている。

さらに、充電装置３の第１コネクタ２２も７個の接触可能な電気接点２２ａ〜２２ｇを有し、第２コネクタ２０の対応する接触可能な電気接点２０ａ〜２０ｇと接続されるようになっている。

動作について説明すれば、電池素子５，６，７が充電されると、第２コネクタ２０が第３コネクタ２１に接続されて、電子デバイス２に電池素子５，６，７の３つの電圧の合計電圧が電力供給ライン２ａ、２ｂの間でかけられ、これにより、自転車に搭載されてその機能が実行されるようになる。このような形態では、実際、第１ブリッジ２３が電池素子５の負極端子５ｂと電池素子６の正極端子６ａとを接続し、第２ブリッジ２４が電池素子６の負極端子６ｂと電池素子７の正極端子７ａとを接続するので、電池素子５，６，７は直列接続されていることになる。電池素子５の正極端子５ａと電池素子７の負極端子７ｂとの間では、３つの電池素子５，６，７のそれぞれの電圧の合計値に等しい所望電圧が得られる。

３個の電池素子５，６，７の充電レベルが所定の閾値よりも小さくなると、これらの電池素子に対する充電を行う必要が生じる。このため、第２コネクタ２０を第３コネクタ２１から外して、充電装置３の第１コネクタ２２に接続する。第１実施形態の場合と同様に、この状態では、すべての電池素子５，６，７は互いに切り離されて（即ち、非直列接続状態になり）、各電池素子が充電装置３の対応する充電源に個別的に接続される。

図３は、図２に示した実施形態の変形例を示す。電力供給装置１は、図２に示した電力供給装置とは、第２コネクタ２０の近傍に２個の常閉磁気感応スイッチ３１、３２が配置されている点で異なっている。改良された実施形態では、磁気感応スイッチ３１、３２は第２コネクタ２０自体に配置されることも可能である。

第１磁気感応スイッチ３１は、閉位置において、電池素子５の負極端子５ｂと電池素子６の正極端子６ａとの間に電気的ブリッジを形成し、第２磁気感応スイッチ３２は、閉位置において、電池素子６の負極端子６ｂと電池素子７の正極端子７ａとの間に電気的ブリッジを形成する。

そこで、第１および第２スイッチ３１、３２が閉じていると、３個の電池素子５，６，７は直列接続されて、電池素子５の正極端子５ａと電池素子７の負極端子７ｂとの間に、３つの電池素子５，６，７の電圧の合計値に等しい電圧が発生する。

電子デバイス２の第３コネクタ４１は７個の電気接点４１ａ〜４１ｇを有し、この内の第１接点４１ａと第６接点４１ｆとは電子デバイス２の電力供給ライン２ａ、２ｂにそれぞれ接続され、接点４１ｇは温度制御信号用ライン２ｃに接続されている。他方、残りの電気接点４１ｂ〜４１ｅは電気接続を有しない。

充電装置３の第１コネクタ４２は７個の接触可能な電気接点４２ａ〜４２ｇと、磁気感応スイッチ３１、３２の近傍に置かれると当該スイッチ３１、３２を開く磁気要素４３とを有する。

動作について説明すれば、電池素子５，６，７が充電されると、第２コネクタ２０が第３コネクタ４１に接続されて、電子デバイス２に電池素子５，６，７の３つの電圧の合計電圧が電力供給ライン２ａ、２ｂの間でかけられ、これにより、自転車に搭載されてその機能が実行されるようになる。このような形態では、実際、第１スイッチ３１は閉じられ
て電池素子５の負極端子５ｂと電池素子６の正極端子６ａとの間に電気的ブリッジを形成し、また、第２スイッチ３２も閉じられて電池素子６の負極端子６ｂと電池素子７の正極端子７ａとの間に電気的ブリッジを形成して、３つの電池素子５，６，７が直列接続されていることになる。電池素子５の正極端子５ａと電池素子７の負極端子７ｂとの間で、３つの電池素子５，６，７のそれぞれの電圧の合計値に等しい所望電圧が得られる。

３個の電池素子５，６，７の充電レベルが所定の閾値よりも小さくなると、これらの電池素子に対する充電が必要になる。このため、第２コネクタ２０を第３コネクタ４１から外して、第１コネクタ４２の接点４２ａ〜４２ｇを第２コネクタ２０の対応する接点２０ａ〜２０ｇと接続することで第２コネクタ２０を充電装置３の第１コネクタ４２に接続する。このように第１コネクタ４２を接続すると、磁気要素４３が磁気感応スイッチ３１、３２に接近して、当該スイッチ３１、３２を開ける。

前述のように磁気感応スイッチ３１、３２が開くと、３個の電池素子５，６，７は互いに切り離されて（即ち、非直列接続状態になり）、各電池素子は充電装置３の対応する充電源に個別的に接続されるようになる。

電池素子の充電が完了すると、第１コネクタ４２は外されて、磁気要素４３が磁気感応スイッチ３１、３２から離間される。スイッチ３１、３２は元の閉位置に復帰し、電力供給装置１が再び電子デバイス２と接続されるようになる。

図４は図２に示した実施形態の別の変形例を示す。電力供給装置１は、図２に示した電力供給装置とは、第２コネクタ２０の近傍に２個の常開磁気感応スイッチ５１、５２が配置されている点で異なっている。改良された実施形態では、磁気感応スイッチ５１、５２は第２コネクタ２０自体に配置されることも可能である。

第１磁気感応スイッチ５１は、閉じられると、電池素子５の負極端子５ｂと電池素子６の正極端子６ａとの間に電気的ブリッジを形成し、第２磁気感応スイッチ５２は、閉じられると、電池素子６の負極端子６ｂと電池素子７の正極端子７ａとの間に電気的ブリッジを形成する。

そこで、スイッチ５１、５２が閉じていると、３個の電池素子５，６，７は直列接続されて、電池素子５の正極端子５ａと電池素子７の負極端子７ｂとの間に、３つの電池素子５，６，７の電圧の合計値に等しい電圧が発生する。

電子デバイス２の第３コネクタ６１は７個の電気接点６１ａ〜６１ｇを有し、この内の第１接点６１ａと第６接点６１ｆとは電子デバイス２の電力供給ライン２ａ、２ｂにそれぞれ接続され、接点６１ｇは温度制御信号用ライン２ｃに接続されている。他方、残りの電気接点６１ｂ〜６１ｅは電気的接続を有しない。さらに、近傍に配置されると、磁気感応スイッチ５１、５２を閉位置に維持する磁気要素６３が設けられている。

充電装置３の第１コネクタ２２は図２に示した第１コネクタ２０と同等で、７個の接触可能な電気接点２２ａ〜２２ｇを有する。

動作について説明すれば、電池素子５，６，７が充電されると、第２コネクタ２０が第３コネクタ６１に接続される。このような接続によって、磁気要素６３が磁気感応スイッチ５１、５２に近接して当該スイッチ５１、５２を閉じて、電子デバイス２に電池素子５，６，７の３つの電圧の合計電圧が電力供給ライン２ａ、２ｂの間で供給される。これにより、自転車に搭載されてその機能が実行されるようになる。

３個の電池素子５，６，７の充電レベルが所定の閾値よりも小さくなると、これらの電池素子に対する充電が必要になる。この充電に当たっては、第２コネクタ２０を第３コネクタ６１から外して、これにより磁気要素６３が磁気感応スイッチ５１、５２から離間される。磁気感応スイッチ５１、５２は元の開位置に復帰し、第２コネクタ２０を有する電力供給装置１が、第１コネクタ２２の接点２２ａ〜２２ｇと第２コネクタ２０の対応する接点２０ａ〜２０ｇとの接続により第１コネクタ２２と接続されるようになる。

このような状態において、３個の電池素子５，６，７は互いに切り離されて（即ち、非直列接続状態になり）、各電池素子が充電装置３の対応する充電源に個別的に接続されるようになる。

図５に、本発明による電力供給装置１に利用できる充電装置の好ましい実施形態を概略的に示す。充電装置３は、図２と図４を参照しながら前述した第１コネクタ２２を備える。しかし、別の方法として、例えば図１と図３を参照しながら説明したコネクタのように、別種の第１コネクタを備えてもよいが、その場合、同図に示した電力供給装置１と電子デバイス２を採用する必要がある。

この充電装置３は、互いに独立した３つの充電源８１、８２、８３と、管理監視装置８４と、充電源８１〜８３の電力供給装置８５とからなる。各充電源８１〜８３は互いに独立しており、第１コネクタ２２の接点２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆの接点対にそれぞれ電気的に接続される充電端子８１ａ，８１ｂ，８８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂの第１対が設けられている。

電力供給端子８１ｃ、８１ｄ、８２ｃ、８２ｄ、８３ｃ、８３ｄの第２対は、各充電源８１、８２、８３を電力供給装置８５に接続し、この電力供給装置８５は電力供給ケーブル８５ａ、８５ｂを介して、例えば２２０Ｖ_ａｃの単相商用電源のようなメイン電力供給源に接続される。

管理監視装置８４は、各制御ライン８４ａ、８４ｂ、８４ｃを介して各充電源８１、８２、８３と電気的に接続される。さらに、入力ライン８４ｄは、管理監視装置８４を第１コネクタ２２の電気接点２２ｇに接続する。

充電時、即ち、第１コネクタ２２が電力供給装置１の第２コネクタ２０に接続されているときには、３つの充電源８１、８２、８３はそれぞれ個別的に充電端子対８１ａ，８１ｂ，８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂを介して電池素子の各端子５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂにそれぞれ接続されている。それと同時に、温度検出素子８からの温度信号が入力ライン８４ｄを介して管理監視装置８４に供給される。

この形態により、管理監視装置８４の制御の下で電池素子５、６、７が対応する充電源８１、８２、８３によって個別的に充電できる。管理監視装置８４は、制御ライン８４ａ、８４ｂ、８４ｃを介して個別の充電源８１〜８３と交信することによりそれぞれの電池素子５，６，７のパラメータを取得する。また、入力ライン８４ｄを介して供給される信号によって、充電時における温度の制御が行われる。これにより、各電池素子５，６，７の同時に起きる充電、つまり、急速な充電を充電状態の制御かつ診断で管理できる。最終の充電状態に達したことや、例えば過熱のようないずれかの電池素子の故障の可能性の検出も、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）のような適切な表示手段を介して表示することができる。

各充電源８１，８２，８３の充電動作に関して、図６に示したフローチャートを参照しながら好ましい充電方法を説明する。図６において、ブロック１００は充電開始を表し、
これは電力供給装置１に充電装置３が接続されると行われる。また、各充電源８１〜８３がそれぞれの電池素子５，６，７の充電を行う。

ブロック１０１においては、電池素子の電圧Ｖ_ｂａｔが、充電完了時の電圧Ｖ_ｃｃの値と比較される。電圧Ｖ_ｂａｔがＶ_ｃｃよりも低くない場合、当該電池素子は充電されていることになり、ブロック１０２にて待機状態になる。他方、電圧Ｖ_ｂａｔがＶ_ｃｃよりも低い場合、当該電池は完全に充電されているわけではないことになり、ブロック１０３において電池素子の電圧Ｖ_ｂａｔが最低の閾値Ｖ_ｌｏｗよりも小さいか否かが判定される。

比較の結果がNOの場合、つまりブロック１０３で電圧Ｖ_ｂａｔが最低の閾値Ｖ_ｌｏｗよりも低くないいと判定されると、ブロック１０８において通常の充電が行われる。他方、比較の結果がYESの場合、つまりブロック１０３で電圧Ｖ_ｂａｔが最低の閾値Ｖ_ｌｏｗよりも低いと判定されると、ブロック１０４において慣らし(pre-conditioning（プリコンディショニング）)工程が行われる。この慣らし工程では、電池電圧Ｖ_ｂａｔが慣らし時間Ｔ_ｐｃ内に所定値に達するまで、当該電池素子に電流が与えられる。

次のブロック１０５では、電池素子の電圧Ｖ_ｂａｔが最低の閾電圧Ｖ_ｌｏｗよりも低いか否かが判定される。比較の結果がYESの場合、つまり電圧Ｖ_ｂａｔが最低の閾電圧Ｖ_ｌｏｗよりも低いと判定されると、ブロック１０６に進んで慣らし時間Ｔ_ｐｃが経過したか否かが判定される。この慣らし時間Ｔ_ｐｃが経過していると判定される（Ｙ）と、電池素子が慣らし時間Ｔ_ｐｃ以内に最低の閾電圧Ｖ_ｌｏｗに達していないことを意味するので、ブロック１０７において充電動作を中断し、当該電池素子が故障している旨を通知する。

他方、ブロック１０５において比較の結果がNOの場合、つまり電圧Ｖ_ｂａｔが最低の閾電圧Ｖ_ｌｏｗよりも低くないと判定されると、慣らしが首尾よく行われたことになり、ブロック１０８へ進んで電池素子に対する通常の充電が行われる。この通常充電工程では、一定電流Ｉ_ｃでの第１充電工程と一定電圧Ｖ_ｃでの第２充電工程とが、全体での充電時間Ｔ_ｔｏｔにわたって行われる。

ブロック１０９においては、充電している電池素子の温度Ｔ_ｅが所定の動作限界温度Ｔ_ｌｉｍと比較される。温度Ｔ_ｅが温度Ｔ_ｌｉｍよりも低くないと判定される（Ｎ）と、ブロック１１０に進んで充電を中断し、過熱信号エラーを表示する。他方、温度Ｔ_ｅが温度Ｔ_ｌｉｍよりも低いと判定される（Ｙ）と、ブロック１１１に進んで充電時間が所定の最長充電限界時間ｔ_ｌｉｍに達したか否かが判定される。比較の結果がYESの場合、つまり充電時間が最長充電限界時間ｔ_ｌｉｍに達したと判定されると、ブロック１０７に進んで充電を中断し、電池素子の故障を通知する。

他方、ブロック１１１において充電時間がまだ限界時間ｔ_ｌｉｍに達していないと判定される（Ｎ）と、ブロック１１２に進んで電池素子の電圧Ｖ_ｂａｔが最低の閾電圧Ｖ_ｌｏｗよりも小さいか否かが判定される。比較の結果がYESの場合、つまりこの判定で電圧Ｖ_ｂａｔが最低の閾電圧Ｖ_ｌｏｗよりも小さいと判定されると、判定ブロック１０３に戻って充電サイクルを再度開始する。

他方、比較の結果がNOの場合、つまりブロック１１２において電池素子の電圧Ｖ_ｂａｔが最低の閾電圧Ｖ_ｌｏｗよりも小さくないと判定されると、ブロック１１３に進んで検出した充電電流Ｉ_ｃｒを予測される最終充電電流Ｉ_ｆｃと比較する。ブロック１１３での比較の結果がYESの場合、つまり充電電流Ｉ_ｃｒが予測される最終充電電流Ｉ_ｆｃ以上である場合、最終ブロック１１６に進んで充電を終了し、その旨を通知する。他方、ブロック１１３での判定結果がNOの場合、つまり充電電流Ｉ_ｃｒが予測される最終充電電流Ｉ_ｆｃよりも小さい場合、充電はまだ終わっていないことになり、ブロック１１４に進んで検出
電流が最終充電工程における開始時点での所定値Ｉ_ｆｆｃになっているか否かが判定される。

比較の結果がNOの場合、つまりブロック１１４の判定により検出電流が最終充電工程における開始時点での所定値Ｉ_ｆｆｃになっていないと判定されると、ブロック１０８に戻って充電サイクルを継続する。逆に比較の結果がYESの場合、つまり検出電流が最終充電工程における開始時点での所定値Ｉ_ｆｆｃになっていると判定されると、ブロック１１５に進む。ブロック１１５では、最終充電工程の所定時間Ｔ_ｆｃが経過したか否かが判定される。比較の結果がYESの場合、つまり最終充電工程の所定時間Ｔ_ｆｃが経過したと判定されると、充電は終了したことになって、最終ブロック１１６に進む。比較の結果がNOの場合、ブロック１０８に戻って充電サイクルが継続する。

前述の充電方法は、図５に示した充電装置の充電源の充電サイクルに対するものである。しかしながら、当該充電方法は、例えば充電源が１つのみで、複数の電池素子が充電工程において並列接続されるような改良された実施形態による充電装置についても適用できる。このような実施形態における充電装置は、第１コネクタに、すべての電池素子の正極端子を共に接続する電気的ブリッジと、当該電池素子の負極端子を共に接続する電気的ブリッジとを設け、これらブリッジを単一の充電源の２本のラインに接続することにより得られる。

本発明の第１実施形態による、自転車の電子デバイスに接続された電力供給装置と、充電装置との概略図である。 図１に示した電力供給装置の第２実施形態を示す概略図である。 図２に示した電力供給装置の変形例を示す概略図である。 図２に示した電力供給装置の別の変形例を示す概略図である。 図１から図４に示した電力供給装置に利用できる電池充電装置の概略図である。 本発明の電力供給装置用の充電装置の作用を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 電力供給装置
２ 電子デバイス
３ 充電装置
５，６，７ 電池素子
５ａ，６ａ，７ａ 正極
５ｂ，６ｂ，７ｂ 負極
９ スイッチング手段

Claims (41)

1. 正極（５ａ、６ａ、７ａ）および負極（５ｂ、６ｂ、７ｂ）を有する少なくとも２個の電池素子（５、６、７）を備えた自転車の電子デバイス（２）用の充電式電力供給装置（１）において、
   前記電池素子（５、６、７）が直列接続されて電子デバイス（２）にエネルギーを供給する第１動作形態と、前記電池素子（５、６、７）が充電装置（３）に対して非直列接続される第２動作形態とが、スイッチング手段（９；２３、２４：３１、３２；５１、５２）によって実現できるように、前記電池素子（５、６、７）が配置されることを特徴とする、自転車の電子デバイス用の充電式電力供給装置。
2. 請求項１において、前記第２動作形態にあっては、各電池素子（５、６、７）が個別的に前記充電装置（３）の対応する充電源（８１、８２、８３）に接続されることを特徴とする自転車の電子デバイス用の充電式電力供給装置。
3. 請求項１において、前記第２動作形態にあっては、前記電池素子（５、６、７）がすべて前記充電装置（３）の単一充電源に並列に接続されることを特徴とする自転車の電子デバイス用の充電式電力供給装置。
4. 請求項１において、前記スイッチング手段（９；３１、３２；５１、５２）が電力供給装置（１）内に存在することを特徴とする自転車の電子デバイス用の充電式電力供給装置。
5. 請求項１において、前記スイッチング手段（２３、２４）が電力供給装置（１）の外部に存在することを特徴とする自転車の電子デバイス用の充電式電力供給装置。
6. 請求項１において、前記スイッチング手段（９；２３、２４：３１、３２；５１、５２）が前記電池素子の内の１つの正極／負極（５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ）を電池素子の負極／正極（５ｂ、５ａ、６ｂ、６ａ、７ｂ、７ａ）に電気的に接続するのに適した少なくとも１つの電気的ブリッジを備えて直列接続を実現することを特徴とする自転車の電子デバイス用の充電式電力供給装置。
7. 請求項６において、前記少なくとも１つの電気的ブリッジが固定された接続部（２３、２４）からなることを特徴とする自転車の電子デバイス用の充電式電力供給装置。
8. 請求項６において、前記電気的ブリッジがスイッチ（１０、１１；３１、３２；５１、５２）からなることを特徴とする自転車の電子デバイス用の充電式電力供給装置。
9. 請求項７または８において、前記電池素子（５、６、７）の直列接続と前記電子デバイス（２）との間に配置されたスイッチ（１２）からなる第２電気的ブリッジを備えたことを特徴とする自転車の電子デバイス用の充電式電力供給装置。
10. 請求項４において、前記スイッチング手段（９）が前記電池素子の内の１つの正極／負極（５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ）を電池素子の負極／正極（５ｂ、５ａ、６ｂ、６ａ、７ｂ、７ａ）に電気的に接続するのに適した少なくとも１つの電気的ブリッジを備えて直列接続を実現し、
    前記電気的ブリッジがスイッチ（１０）からなり、
    さらに、前記電子デバイス（２）に固定して接続され、前記スイッチ（１０、１１）が常閉スイッチであることを特徴とする自転車の電子デバイス用充電式電力供給装置。
11. 請求項１０において、前記充電装置（３）が、前記スイッチ（１０、１１）を開かせる指令手段（１３）を備えた自転車の電子デバイス用充電式電力供給装置。
12. 請求項１において、前記充電装置（３）が、前記電力供給装置（１）への接続用に第１コネクタ（４；２２；４２）を備えた自転車の電子デバイス用充電式電力供給装置。
13. 請求項１１において、前記充電装置（３）が、前記電力供給装置（１）への接続用に第１コネクタ（４）を備え、
    前記指令手段（１３）が、前記充電装置（３）の第１コネクタ（４）に組み込まれていることを特徴とする自転車の電子デバイス用充電式電力供給装置。
14. 請求項１３において、前記指令手段（１３）は、前記第１コネクタ（４）が前記電力供給装置（１）に接続されると作用することを特徴とする自転車の電子デバイス用充電式電力供給装置。
15. 請求項６において、第２コネクタ（２０）を備え、前記電子デバイス（２）が、切断可能な電気接続を実現するように、前記第２コネクタ（２０）に接続されるのに適した第３コネクタ（２１；４１；６１）を備えたことを特徴とする自転車の電子デバイス用充電式電力供給装置。
16. 請求項５において、前記スイッチング手段（２３、２４）が前記電池素子の内の１つの正極／負極（５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ）を電池素子の負極／正極（５ｂ、５ａ、６ｂ、６ａ、７ｂ、７ａ）に電気的に接続するのに適した少なくとも１つの電気的ブリッジを備えて直列接続を実現し、
    さらに、第２コネクタ（２０）を備え、前記電子デバイス（２）が、切断可能な電気接続を実現するように、前記第２コネクタ（２０）に接続されるのに適した第３コネクタ（２１）を備え、
    前記第３コネクタ（２１）が、前記第３コネクタ（２１）が前記第２コネクタ（２０）に接続されると前記第１動作形態を実現する前記少なくとも１つのブリッジ（２３、２４）を備えたことを特徴とする自転車の電子デバイス用充電式電力供給装置。
17. 請求項１６において、前記少なくとも１つのブリッジ（２３、２４）が固定されていることを特徴とする自転車の電子デバイス用充電式電力供給装置。
18. 請求項８において、第２コネクタ（２０）を備え、前記電子デバイス（２）が、切断可能な電気接続を実現するように、前記第２コネクタ（２０）に接続されるのに適した第３コネクタ（４１；６１）を備え、
    前記スイッチ（３１、３２；５１、５２）が前記第２コネクタ（２０）に組み込まれていることを特徴とする自転車の電子デバイス用充電式電力供給装置。
19. 請求項１８において、前記スイッチ（３１、３２）が常閉スイッチであることを特徴とする自転車の電子デバイス用充電式電力供給装置。
20. 請求項１９において、前記充電装置（３）が前記スイッチ（３１）を開かせる指令手段（４３）を備えたことを特徴とする自転車の電子デバイス用充電式電力供給装置。
21. 請求項２０において、前記指令手段（４３）が前記充電装置（３）の前記第１コネクタ（４２）に組み込まれたことを特徴とする自転車の電子デバイス用充電式電力供給装置。
22. 請求項２０において、前記指令手段（４３）は、前記第１コネクタ（４２）が前記電力
    供給装置（１）に接続されると作用することを特徴とする自転車の電子デバイス用充電式電力供給装置。
23. 請求項１８において、前記スイッチ（５１、５２）が常開スイッチであることを特徴とする自転車の電子デバイス用充電式電力供給装置。
24. 請求項２３において、前記電子デバイス（２）が前記スイッチ（５１、５２）を閉じさせる指令手段（６３）を備えたことを特徴とする自転車の電子デバイス用充電式電力供給装置。
25. 請求項２４において、前記指令手段（６３）が前記電子デバイス（２）の前記第３コネクタ（６１）に組み込まれたことを特徴とする自転車の電子デバイス用充電式電力供給装置。
26. 請求項２５において、前記指令手段（６３）は、前記第３コネクタ（６１）が前記第２コネクタ（２０）に接続されると作用することを特徴とする自転車の電子デバイス用充電式電力供給装置。
27. 請求項８または９において、前記スイッチは機械的スイッチであることを特徴とする自転車の電子デバイス用充電式電力供給装置。
28. 請求項８または９において、前記スイッチは電気機械的スイッチであることを特徴とする自転車の電子デバイス用充電式電力供給装置。
29. 請求項８または９において、前記スイッチ（１０、１１、１２；３１、３２；５１、５２）は磁気感応スイッチであることを特徴とする自転車の電子デバイス用充電式電力供給装置。
30. 請求項８または９において、前記スイッチ（１０、１１、１２；３１、３２；５１、５２）は磁気要素（１３；４３；６３）により作動させられるリードスイッチであることを特徴とする自転車の電子デバイス用充電式電力供給装置。
31. 請求項１において、前記電子デバイス（２）と前記充電装置（３）のいずれか、または両方のための信号を発生させるのに適した温度検出素子（８）を備えたことを特徴とする自転車の電子デバイス用充電式電力供給装置。
32. 請求項１において、前記電池素子（５、６、７）がリチウムイオン電池、または、高分子電解質を有するリチウムイオン電池であることを特徴とする自転車の電子デバイス用充電式電力供給装置。
33. 請求項２に記載の電力供給装置用の充電装置（３）において、
    電池素子（５、６、７）用の少なくとも２つの充電源（８１、８２、８３）と、
    前記充電源（８１、８２、８３）の管理監視装置（８４）とを備えたことを特徴とする充電装置。
34. 請求項３３において、前記管理監視装置（８４）が、温度信号の取得用に入力（８４ｄ）を備えていることを特徴とする充電装置。
35. 請求項３３において、メイン電力供給源への接続用に前記充電源（８１、８２、８３）の電力供給装置（８５）を備えていることを特徴とする充電装置。
36. 請求項３３において、前記電池素子（５、６、７）のそれぞれの充電状態を表示する表示手段を備えていることを特徴とする充電装置。
37. 請求項３６において、前記表示手段が発光ダイオードからなることを特徴とする充電装置。
38. 請求項３３に記載の充電装置（３）を充電する方法であって、前記各電池素子（５、６、７）の充電工程が、
    接続されている電池素子（５、６、７）の残留電荷状態を判定し、
    第１所定時間にわたって一定電流で前記電池素子（５、６、７）を充電し、
    第２所定時間にわたって一定電圧で前記電池素子（５、６、７）を充電し、
    充電の完了を検出する充電方法。
39. 請求項３８において、残留電荷状態の判定後に、慣らし工程を行うことを特徴とする充電方法。
40. 請求項３９において、前記慣らし工程が、所定値の電池電圧（Ｖ_ｌｏｗ）に達するまで、前記電池素子（５、６、７）に所定電流を与えることを特徴とする充電方法。
41. 請求項３８において、さらに、各電池素子（５、６、７）の温度を制御し、考えられる過熱を通知することを特徴とする充電方法。

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