JP2008117628A - 電池パック及び電源供給制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】パーソナルコンピュータ装置用などの各種機器専用に構成された電池パックを使用して、他の機器に適正に電源を供給することができるようにする。
【解決手段】電池セルを内蔵して、第1のコネクタ部を有し、第1のコネクタ部に接続された端子を介して所定の機器に、電池セルからの電源を供給する電池パックに適用される。電池パックには、汎用のコネクタ形状の第2のコネクタ部を設ける。この第2のコネクタ部は、放電制御スイッチを介して電池セルと接続させ、第2のコネクタ部への端子の接続の有無を判定する接続判定部を設ける。そして、接続判定部で接続有りと判定した場合(ステップS12)に、第2のコネクタ部を介した通信を試みて、正しい通信ができない場合に、放電制御スイッチをオフ状態とする(ステップS14)構成とした。
【選択図】図3
【解決手段】電池セルを内蔵して、第1のコネクタ部を有し、第1のコネクタ部に接続された端子を介して所定の機器に、電池セルからの電源を供給する電池パックに適用される。電池パックには、汎用のコネクタ形状の第2のコネクタ部を設ける。この第2のコネクタ部は、放電制御スイッチを介して電池セルと接続させ、第2のコネクタ部への端子の接続の有無を判定する接続判定部を設ける。そして、接続判定部で接続有りと判定した場合(ステップS12)に、第2のコネクタ部を介した通信を試みて、正しい通信ができない場合に、放電制御スイッチをオフ状態とする(ステップS14)構成とした。
【選択図】図3
Description
本発明は、各種電子機器の駆動電源として使用される、二次電池などの電池セルを内蔵した電池パック、及びその電池パックの制御に適用される電源供給制御方法に関する。
従来、ノート型のパーソナルコンピュータ装置などの電子機器においては、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などの二次電池を電源として使用するようにしてある。この場合、リチウムイオン二次電池などで構成される電池セルは、電池パック内に内蔵させて、電池パック内の制御回路が、充電や放電の制御を行う構成としてある。ヒューズなどの電池セルの保護回路についても、電池パック内に内蔵させてある。
ノート型のパーソナルコンピュータ装置などの電子機器用の電池パックは、使用される機器ごとに専用のものが用意されて、電池パックそのものの形状や端子形状についても、使用される(接続される)機器に合わせた形状としてある。
一方、パーソナルコンピュータ装置とその周辺機器を接続するデータ伝送路の規格として、USB(Universal Serial Bus)と称されるものが実用化され、普及している。USB用の端子部は、データを伝送するための端子だけでなく、5Vの直流電源を供給する端子も備えている。このように電源を供給する構成としてあることで、USB用のケーブルでコンピュータ装置と周辺機器とを接続することで、ホスト側の機器から周辺機器に対して作動用の電源を供給することができ、周辺機器がバッテリなどを持つ必要がなく、便利である。電源供給を受ける機器としては、必ずしもコンピュータ装置の周辺機器である必要はなく、例えば、携帯電話端末の充電器を、USB用のケーブルでコンピュータ装置と接続可能に構成して、コンピュータ装置からの電源で携帯電話端末を充電させるようなものも開発されている。
特許文献1には、USB端子を使用して電源を供給するための電源供給装置についての記載がある。
特開2004−127020号公報
従来、パーソナルコンピュータ装置用の電池パックは、パーソナルコンピュータ装置に電源を供給する専用のものとして構成され、その電池パックを使用して、他の機器に電源を供給することは不可能である。コンピュータ装置が上述したUSB用の端子を備えている場合には、そのUSB用の端子に、周辺機器(いわゆるUSB機器)を接続することで、上述したように、電源を供給することも可能であるが、USB用の端子を使用した電源供給は、コンピュータ装置そのものが作動状態である場合にだけ可能であり、コンピュータ装置を立ち上げない限り、電源供給はできない。
例えば、上述した携帯電話端末用の充電器をUSB用のケーブルでコンピュータ装置と接続して充電させることを考えた場合、コンピュータ装置そのものを電源オン状態としない限り、USB用のケーブルを介して充電器に電源が供給されず、携帯電話端末を充電することはできない。このように電源を供給させるだけのためにコンピュータ装置を作動させるのは、コンピュータ装置が無駄に使用され、好ましい状態とは言えない。
この問題を解決するためには、例えば、パーソナルコンピュータ装置用の電池パックに、コンピュータ装置と接続するための端子とは別の、電源供給用の端子を設ける構成とすることが考えられるが、単純に電池パックに電源供給用の端子を設けて、電池セルの放電出力をその端子から外部に出力させる構成とすると、電池パック内の電池セルの状態や、端子に接続された機器の状態とは無関係に、電池セルから放電が行われてしまい、好ましくない状態で放電される可能性があり、本来の目的である、パーソナルコンピュータ装置用の電源としての電池パックの適正な使用ができなくなる可能性があり、好ましくない。
本発明はかかる点に鑑み、パーソナルコンピュータ装置用などの各種機器専用に構成された電池パックを使用して、他の機器に適正に電源を供給することができるようにすることを目的とする。
かかる課題を解決するため本発明の電池パックは、電池セルを内蔵して、第1のコネクタ部を有し、第1のコネクタ部に接続された端子を介して所定の機器に、電池セルからの電源を供給する電池パックに適用される。電池パックには、汎用のコネクタ形状の第2のコネクタ部を設ける。この第2のコネクタ部は、放電制御スイッチを介して電池セルと接続させ、第2のコネクタ部への端子の接続の有無を判定する接続判定部を設ける。そして、接続判定部で接続有りと判定した場合に、第2のコネクタ部を介した通信を試みて、正しい通信ができない場合に、放電制御スイッチをオフ状態とする構成とした。
また本発明の電源供給制御は、内蔵された電池セルから、第1のコネクタ部に接続された所定の機器に電源を供給する構成のものに適用される。その制御としては、第1のコネクタ部とは別の汎用のコネクタ形状の第2のコネクタ部への端子の接続の有無を判定し、その判定で接続有りと判定した場合に、第2のコネクタ部を介した通信を試みて、正しい通信ができない場合に、電池セルからの電源の第2のコネクタ部からの出力を停止させる。
本発明によると、汎用のコネクタ形状の第2のコネクタ部で通信を行った結果、相手の機器を正しく認証できた場合など、そのコネクタ部での正しい通信が行えた場合にだけ、第2のコネクタ部からの電源の供給が継続して行える。正しい通信ができない、即ちどのような電源供給状態か不明な機器が接続された場合には、電源供給を停止させることが可能となる。
本発明によると、汎用のコネクタ形状の第2のコネクタ部を使用して、第1のコネクタ部に接続される本来の電源供給対象機器とは別の機器にも電源を供給できるようになる。この場合、相手の機器を正しく認証できた場合など、そのコネクタ部での正しい通信が行えた場合にだけ、第2のコネクタ部からの電源の供給を継続して行うので、好ましくない放電を効果的に阻止でき、電池パックとして良好に機能する。
以下、本発明の一実施の形態の例を、添付図面を参照して説明する。
図1は、本例の電池パックの構成例を示したブロック図である。本例の電池パック10は、ノート型のパーソナルコンピュータ装置用の電池パックとしてあり、そのパーソナルコンピュータ装置に接続するための第1のコネクタ部としてのPC用コネクタ20を備える。また、このPC用コネクタ20とは別に、第2のコネクタ部としてのUSB用コネクタ30を備える。USB用コネクタ30は、USB規格で決められた汎用のコネクタ形状のものであり、USB規格のケーブルや、USB規格の機器を直接接続することができるコネクタである。
図1は、本例の電池パックの構成例を示したブロック図である。本例の電池パック10は、ノート型のパーソナルコンピュータ装置用の電池パックとしてあり、そのパーソナルコンピュータ装置に接続するための第1のコネクタ部としてのPC用コネクタ20を備える。また、このPC用コネクタ20とは別に、第2のコネクタ部としてのUSB用コネクタ30を備える。USB用コネクタ30は、USB規格で決められた汎用のコネクタ形状のものであり、USB規格のケーブルや、USB規格の機器を直接接続することができるコネクタである。
電池パック10内には、複数個(ここでは3個)の二次電池セル11,12,13を内蔵させてある。二次電池セル11,12,13としては、ここではリチウムイオン二次電池を使用してある。また、図1では3個のセルを直列接続させたセル構成としてあるが、内蔵させるセルの数は3個に限定されず、接続状態についても、直列接続に限らない。
二次電池セル11の正極側は、放電制御用電界効果トランジスタ14と充電制御用電界効果トランジスタ15を介して、PC用コネクタ20の正極端子21に接続してある。二次電池セル13の負極側は、電流検出用抵抗器16を介して、PC用コネクタ20の負極端子22に接続してある。
放電制御用電界効果トランジスタ14と充電制御用電界効果トランジスタ15は、それぞれ充放電制御部17によるオン・オフが制御されるスイッチ手段である。充放電制御部17による制御状態としては、二次電池セル11,12,13からの放電を行う際には、放電制御用電界効果トランジスタ14をオン状態とし、放電停止時にはオフ状態とする。また、二次電池セル11,12,13への充電を行う際には、充電制御用電界効果トランジスタ15をオン状態とし、充電停止時にはオフ状態とする。
充放電制御部17は、各セル11,12,13のセル電圧を測定すると共に、電流検出用抵抗器16の両端の電圧差に基づいて充放電時の電流を測定する構成としてある。これらの測定結果に基づいて充電や放電を制御する。また、充放電制御部17は、MPU(Micro Processing Unit)で構成されるシステム制御部18と通信を行う構成としてあり、システム制御部18からの指令によっても、充電や放電を制御する。なお、図1の例では、電流検出用抵抗器16による電流検出は、システム制御部18でも行う構成としてある。
PC用コネクタ20については、この電池パック10が接続されるコンピュータ装置側の端子に適合した専用の形状としてあり、正極端子21、負極端子22の他に、通信端子23,24を備える。この通信端子23,24は、コンピュータ装置側の制御部と双方向の通信を行う端子であり、この通信端子23,24を介した通信で、正しいコンピュータ装置が接続されたことを、システム制御部18が判断する。
USB用コネクタ30については、電源端子としてVBUS端子31と負極端子32とを備える。VBUS端子31については、電池パック10が備えるレギュレータ19の出力が供給される。レギュレータ19は、二次電池セル11の正極側が、放電制御用電界効果トランジスタ14と充電制御用電界効果トランジスタ15を介して接続してあり、また二次電池セル13の負極側が、抵抗器16を介して接続してあり、+5Vの直流電源をVBUS端子31に供給する。なお、VBUS端子31からの最大出力電流は、USB規格で500mAと決められており、レギュレータ19からの出力についても最大500mAに制限するようにしてある。USB用コネクタ30の負極端子32は、抵抗器16を介して二次電池セル13の負極と接続してある。
また、USB用コネクタ30の通信用の端子である、D+端子33とD−端子34とID端子35については、システム制御部18に接続してあり、システム制御部18の制御で、USB用コネクタ30に接続された機器と通信を行う。D+端子33とD−端子34については、USB規格上、USB用コネクタ30に正しくUSB機器が接続された場合に、電圧変化が現れるようになっており、その電圧変化をシステム制御部18が検出して、USB用コネクタ30への機器接続の判定を行うようにしてある。なお、ID端子35については、USB規格のコネクタでも省略する場合がある。
次に、図2を参照して、本例の電池パック10をコンピュータ装置に接続する際の例を説明する。図2に示すように、本例の電池パック10は、ノート型のパーソナルコンピュータ装置本体50の背面51に接続される。なお、図2では、ノート型のパーソナルコンピュータ装置本体50は、閉じた状態で示してある。電池パック10は、この背面51に接続可能な細長形状としてあり、パーソナルコンピュータ装置本体50側に接続させるための溝部10a,10bを有し、図示しない本体50側の保持用の突起が、この溝10a,10bに嵌ることで、接続される構成としてある。
パーソナルコンピュータ装置本体50側に電池パック10を接続させたときに、その装置本体50の背面51と接する面10cに、PC用コネクタ20が配置してあり、パーソナルコンピュータ装置本体50側には、PC用コネクタ20側の各端子21〜24と接続される端子(図示せず)を有し、これらの端子が接続することで、電池パック10からの電源をパーソナルコンピュータ装置本体50に供給することができると共に、パーソナルコンピュータ装置本体50内の制御部と、電池パック10内のシステム制御部18(図1)とが通信を行うことができる。
そして本例においては、図2に示すように、電池パック10の一方の面10cに、USB用コネクタ30を配置する。この面10cには、PC用コネクタ20についても配置してあり、図2に示すように、PC用コネクタ20とUSB用コネクタ30とが同一面に並んだ構成としてある。これらのコネクタ20,30が配置された面10cは、電池パック10をパーソナルコンピュータ装置本体50に取り付けた際には、隠れる面であり、電池パック10をパーソナルコンピュータ装置本体50に装着した状態では、PC用コネクタ20とUSB用コネクタ30との双方が、見えない隠された状態となる。従って、USB用コネクタ30に、USBケーブルやUSB機器を接続する場合には、電池パック10をパーソナルコンピュータ装置本体50から外す必要がある。また、PC用コネクタ20は、パーソナルコンピュータ装置本体50に接続するための専用の端子であるので、パーソナルコンピュータ装置本体50に接続させる以外では使用されることはなく、結局、PC用コネクタ20とUSB用コネクタ30とは、同時には使用されない。
次に、本例の電池パック10のUSB用コネクタ30のVBUS端子31からの電源供給処理を、図3のフローチャートを参照して説明する。この電源供給処理は、システム制御部18の制御で実行される。USB用コネクタ30からの電源供給制御としては、まず電源供給を許可する(ステップS11)。ここでの電源供給の許可とは、放電制御用電界効果トランジスタ14をオン状態とする制御に相当する。その後、USB用コネクタ30にUSB端子を備えた機器(USB機器)の接続があるか否か判断する。ここでの接続としては、USB機器が直接接続される場合と、USBケーブルを介して接続される場合のいずれでもよい。
USB規格では、正しくUSB機器が接続された状態では、D+端子33とD−端子34との電圧に変化が現れるようにしてあり、システム制御部18は、その電圧変化からUSB機器の接続があるか否か判断を行う(ステップS12)。ここで、未接続であると判断した場合には、ステップS11に戻り、電源供給を許可する。ステップS12で、USB機器の接続があると判断した場合には、システム制御部18がD+端子33とD−端子34を使用して、接続された機器と通信を試みて、接続された機器に関する情報を得る処理を行う。ここで正しく通信が行えて、USB通信による確認が有効であるか否か判断し(ステップS13)、有効であると判断した場合には、ステップS11に戻り、電源供給を許可した状態を継続させる。
そして、ステップS13でUSB通信による確認が無効であると判断した場合には、放電制御用電界効果トランジスタ14をオフ状態とする制御を行い、電源供給を停止させる(ステップS14)。その後、ステップS14での電源供給停止から所定時間経過したか否か判断し(ステップS15)、経過するまで待機する。ここでの所定時間としては、例えば30秒から1分程度の比較的長い時間である。ステップS15で所定時間経過したと判断した場合、ステップS11に戻り、電源供給を許可し、再度同じ制御処理を繰り返させる。
次に、本例の電池パック10のPC用コネクタ20からの電源供給処理を、図4のフローチャートを参照して説明する。この電源供給処理についても、システム制御部18の制御で実行される。UPC用コネクタ20からの電源供給制御としては、まず電源供給を許可する(ステップS21)。ここでの電源供給の許可とは、放電制御用電界効果トランジスタ14をオン状態とする制御に相当する。その後、システム制御部18が通信端子23,24を介した通信を試みて、パーソナルコンピュータ装置本体と通信を行う処理を行う。ここで正しく通信が行えて、パーソナルコンピュータ装置からの正しい指令がある有効な状態か否か判断し(ステップS22)、有効であると判断した場合には、ステップS21に戻り、電源供給を許可した状態を継続させる。
そして、ステップS22で通信が出来なく無効であると判断した場合には、放電制御用電界効果トランジスタ14をオフ状態とする制御を行い、電源供給を停止させる(ステップS23)。その後、ステップS23での電源供給停止から所定時間経過したか否か判断し(ステップS24)、経過するまで待機する。ここでの所定時間としては、例えば30秒から1分程度の比較的長い時間である。ステップS24で所定時間経過したと判断した場合、ステップS21に戻り、電源供給を許可し、再度同じ制御処理を繰り返させる。
図5は、電池パック10のUSB用コネクタ30にUSB機器を接続した場合の、電源供給例を示した図である。正しい通信が行えるUSB機器が接続された場合には、図5(a)に示すように、機器の接続で電源供給を開始した後に、USB機器との正しい通信で機器認証が行われ、電源の供給が継続して行われる。但し、電池パック10内の二次電池セル11,12,13の充電残量が少なくなった場合の放電停止や、温度異常時の放電停止などのシステム制御部18による制御は、PC用コネクタ20を介した放電制御時と同様に行われる。
そして、図5(b)に示すように、正しい通信ができないUSB機器が接続された場合には、そのUSB通信ができないことの検出に基づいて、放電開始から所定時間Taで放電が停止する。この所定時間Taは、例えば3秒から5秒程度の時間である。その後、30秒から1分程度の一定時間Tbだけ、電源供給を停止させた後、再度、電源供給を再開させて、USB通信を試みる処理を繰り返す。
なお、USB通信ができないUSB機器が接続される状態とは、USB規格で定められた通信を行わない、USBケーブルが接続可能なUSB端子を備えた機器が接続された状態に相当する。このような機器は、接続されたUSBケーブルを介して電源の供給を受けることだけを目的として、USB端子を備えた機器であり、USB規格に準拠していない機器である可能性が高い。具体的には、例えば、USB規格で定められた最大電流500mAが守られていない機器である可能性があるなど、電池パック10との接続をすることが好ましくない機器である。USB端子を備えた携帯電話端末用の充電器などの、USB端子を電源入力端子として使用する場合でも、USB規格に準拠した機器である限りは、正しい通信を行う構成としてある。
以上説明したように、本例の電池パック10は、パーソナルコンピュータ装置本体50に接続させることで、そのコンピュータ装置との接続の確認を行った上で、コンピュータ装置に電源を供給することができるが、電池パック10をコンピュータ装置本体50から外した状態で、その電池パック10に設けたUSB用コネクタ30を使用して、USB機器を作動させることができる。例えば、コンピュータ用の周辺機器として構成された機器の内で、その周辺機器単体で作動可能な機器に、電源を供給して作動させることが可能になる。或いは、携帯電話端末などの携帯機器の充電器が、正規のUSB端子を備えた場合には、携帯端末の充電が可能となる。この場合、USB用コネクタ30を介して接続された機器と正しく通信ができた場合にだけ、USB用コネクタ30を使用した電源供給を行うので、USB規格で定められた500mA以下の電源供給だけが行われ、USB規格から外れる大電流の放電などが行われることがなく、二次電池セルの放電状態を良好な状態に保つことができる。
そして、本例の電池パック10の場合には、USB用コネクタ30は、コンピュータ装置本体50から外した状態でしか使用できない配置としてあるので、コンピュータ装置本体50への電源供給と、USB用コネクタ30を使用した電源供給とが同時に行われることはなく、この点からも二次電池セルの放電状態を良好な状態に保つことができる。本例の場合のUSB用コネクタ30を使用した電源供給は、あくまでも補助的なものであり、常時使用されることを想定したものではない。
なお、上述した実施の形態においては、電池パック内に内蔵させるセルとして、リチウムイオン二次電池で構成される二次電池を使用したが、ニッケル水素二次電池などのその他の二次電池セルを内蔵した電池パックにおいて、同様の電源供給が可能な汎用のコネクタ部を設けて、その汎用のコネクタ部からの電源供給制御を行う場合にも本発明は適用可能である。
また、汎用のコネクタ部として、上述した実施の形態では、USB規格のコネクタ部としたが、電源供給が可能な汎用のコネクタ形状であれば、その他の規格のコネクタ部を設けてもよい。
また、上述した実施の形態では、USB用コネクタ30から出力させる電源を一定電圧とするレギュレータ19は、二次電池セルからの放電を行う状態で常時作動させる構成としてあるが、このレギュレータの作動・非作動をシステム制御部18などが制御するようにしてもよい。
さらに、上述した実施の形態では、図2に示したように、本来の接続対象機器用のコネクタ20が配置された面10cと同一面にUSB用コネクタ部30を設けて、コネクタ20,30が同時使用できない構成としたが、電池パック10をコンピュータ装置本体50に接続した状態で、外側に露出する面に、USB用コネクタ部30などの汎用のコネクタ部を設けるようにしてもよい。この場合、電池パック内のシステム制御部が、2つのコネクタ部への同時電源供給を禁止する制御を行い、両コネクタで通信ができる場合に、予め決めた優先順位で、いずれか一方のコネクタ部からの電源供給だけを行うように制御してもよい。
10…電池パック、11,12,13…二次電池セル、14…放電制御用電界効果トランジスタ、15…電制御用電界効果トランジスタ、16…電流検出用抵抗器、17…充放電制御部、18…システム制御部、19…レギュレータ、20…PC用コネクタ、21…正極端子、22…負極端子、23,24…通信端子、30…USB用コネクタ、31…VBUS端子、32…負極端子、33…D+端子、34…D−端子、35…ID端子、50…パーソナルコンピュータ装置本体
Claims (6)
- 電池セルを内蔵して、第1のコネクタ部を有し、前記第1のコネクタ部に接続された端子を介して所定の機器に、前記電池セルからの電源を供給する電池パックにおいて、
前記電池セルの放電を制御する放電制御スイッチと、
汎用のコネクタ形状とされ、前記放電制御スイッチを介して前記電池セルと接続される第2のコネクタ部と、
前記第2のコネクタ部への端子の接続の有無を判定する接続判定部と、
前記接続判定部で接続有りと判定した場合に、前記第2のコネクタ部を介した通信を試みて、正しい通信ができない場合に、前記放電制御スイッチをオフ状態とする制御部とを備えたことを特徴とする
電池パック。 - 請求項1記載の電池パックにおいて、
前記制御部は、前記第1のコネクタ部を介して前記所定の機器と通信を試みて、正しい通信ができない場合にも、前記放電制御スイッチをオフ状態とすることを特徴とする
電池パック。 - 請求項1記載の電池パックにおいて、
前記制御部は、前記オフ状態とした後、所定時間経過後に再度、前記放電制御スイッチをオン状態として、前記第1のコネクタ部を介して前記所定の機器と通信を試みる処理を繰り返し実行することを特徴とする
電池パック。 - 請求項1記載の電池パックにおいて、
前記第2のコネクタ部は、所定電圧に安定させるレギュレータを介して、前記電池セルからの電源が供給されることを特徴とする
電池パック。 - 請求項1記載の電池パックにおいて、
前記第1のコネクタ部を前記所定の機器と接続させた際に、その接続で隠れる位置に前記第2のコネクタ部を配置したことを特徴とする
電池パック。 - 内蔵された電池セルから、第1のコネクタ部に接続された所定の機器に電源を供給する電源供給制御方法において、
前記第1のコネクタ部とは別の汎用のコネクタ形状の第2のコネクタ部への端子の接続の有無を判定し、
前記判定で接続有りと判定した場合に、前記第2のコネクタ部を介した通信を試みて、正しい通信ができない場合に、前記電池セルからの電源の前記第2のコネクタ部からの出力を停止させることを特徴とする
電源供給制御方法。
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