JP3476695B2 - 充電装置 - Google Patents

充電装置

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JP3476695B2
JP3476695B2 JP37340398A JP37340398A JP3476695B2 JP 3476695 B2 JP3476695 B2 JP 3476695B2 JP 37340398 A JP37340398 A JP 37340398A JP 37340398 A JP37340398 A JP 37340398A JP 3476695 B2 JP3476695 B2 JP 3476695B2
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健 大川
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、負荷から切り離し
た状態で二次電池の充電を行うトリクル充電動作と、ト
リクル充電電流よりも大きな急速充電電流で充電を短時
間で完了させる急速充電動作とのいずれかを選択的に行
う充電装置に関するものである。
【0002】
【背景技術】従来より、携帯型の測定器や、移動式の測
定機等は、電源線が常時接続されていると、使い勝手が
良くないので、このような電気機器の電源としては、二
次電池が利用されている。二次電池は、一度放電しても
外部の電源から放電時と逆の方向に電流を流すこと(充
電)により、再び放電前の状態に戻り、繰り返し使用で
きる電池である。二次電池の充電には、負荷から切り離
した状態でトリクル充電電流を流しながら二次電池の充
電を行う通常のトリクル充電と、このトリクル充電電流
よりも大きな急速充電電流を流しながら二次電池の充電
を短時間で完了させる急速充電とが行われている。急速
充電の方が二次電池にかかる負担は多いが、充電時間が
短いという長所がある。
【0003】また、電気機器の本体に二次電池を内蔵
し、二次電池に蓄積された電力容量が低下した際に、内
蔵された二次電池を取り外して充電を行うのではなく、
外部電源を接続し、本体を動作させながら二次電池を充
電する電気機器がある。この際、電気機器に内蔵された
二次電池の充電を急速充電で行えば、電源線が接続され
た状態で使用する煩わしさが短時間で済むというメリッ
トが得られる。
【0004】前述のような充電では、急速充電とトリク
ル充電とのいずれかを選択的に行う充電装置を採用する
ことが考えられる。この充電装置としては、急速充電が
完了するまでの時間が異なるモードが複数設定され、必
要に応じてこれらのモードの一つが選択できるようにな
ったものがある。例えば、トリクル充電の完了時間が1
6時間である場合には、第1から第4のモードが設定さ
れ、第1から第4のモードの急速充電完了時間がそれぞ
れ2、1、0.5、0.25時間となっている。ここ
で、急速充電における急速充電電流は、トリクル充電に
おけるトリクル充電電流に、8倍〜64倍程度の倍率を
乗じた値に設定されている。このため、充電装置に前述
の倍率となる数値を設定しておくとともに、急速充電時
に二次電池に流れる急速充電電流値を記憶し、この値を
前述の数値で割れば、二次電池の容量に関わらず、トリ
クル充電電流値が設定でき、この値の電流で充電を行え
ば、トリクル充電が行われるようになっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このような充電装置で
は、急速充電において選択されたモードに関わらず、同
一の充電負荷に対しては、急速充電が完了すると、同じ
値のトリクル充電電流が流れるようになっているので、
二次電池の使用状況によっては、前述のトリクル充電電
流が大きすぎ、二次電池が過充電され、その劣化の進行
が早まるおそれがあるという問題がある。
【0006】本発明の目的は、トリクル充電による二次
電池の過充電を防止し、二次電池の劣化の進行を抑制す
ることが可能な充電装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、負荷から切り
離した状態でトリクル充電電流を流しながら二次電池の
充電を行うトリクル充電動作と、このトリクル充電電流
よりも大きな急速充電電流を流しながら二次電池の充電
を短時間で完了させる急速充電動作とのいずれかを選択
的に行うとともに、急速充電動作時に二次電池に流れる
急速充電電流の値を所定数で除した商をトリクル充電電
流の電流値として設定し、急速充電動作およびトリクル
充電動作の各々で設定された所定電流が前記二次電池に
流れるように制御を行う充電制御手段を備えている充電
装置であって、充電制御手段は、基準となる基準急速充
電電流値を整数倍した異なる急速充電電流値で充電を行
う複数種類のモードが設定されるとともに、各モードの
当該急速充電電流値を所定数で除した商をさらに整数で
除することにより、トリクル充電電流値が設定されるも
のであり、充電制御手段には、急速充電動作のモードを
切り替えるためのモード切替信号が入力される切替信号
入力端子と、急速充電動作が完了すると完了信号を出力
する完了信号出力端子とが設けられ、充電制御手段の完
了信号を受信すると、充電制御手段へのモード切替信号
を変更するモード変更手段が設けられていることを特徴
とする。このような本発明では、急速充電動作が完了す
ると、充電制御手段からモード変更手段に完了信号が出
力され、モード変更手段は、この完了信号を受け、充電
制御手段へのモード切替信号を変更するようになってい
る。ここで、所定数としては、急速充電動作の時間に対
するトリクル充電動作の時間の倍率が採用される。例え
ば、トリクル充電動作で16時間かけて充電する二次電
池に、1時間の急速充電動作で充電を行えば、その倍率
は16となり、2時間の急速充電動作で充電を行えば、
その倍率は8となる。また、整数としては、基準となる
急速充電動作の時間に対しての倍数が採用される。例え
ば、基準となる急速充電動作の時間を2時間として、こ
の2時間を1とすれば、1時間の急速充電動作を2、
0.5時間の急速充電動作を4、0.25時間の急速充
電動作を8と表すことができる。これによれば、例え
ば、まず、基準となるモードで急速充電動作を行い、そ
の際の二次電池に流れる急速充電電流値を充電制御手段
に記憶しておく。急速充電動作の完了後、前記基準とな
るモードよりも、急速充電動作の時間が短いモードにモ
ード変更手段で変更させる。そして、この変更されたモ
ードの所定数で前述の記憶された急速充電電流値を割
り、この割ったものをさらに変更したモードに設定され
た整数で割ることによって、二次電池の容量に関わら
ず、任意の小さなトリクル充電電流値を設定することが
可能となる。そして、この値で充電を行うことによっ
て、値の小さなトリクル充電電流を流すことが可能とな
る。これにより、トリクル充電動作による二次電池の過
充電を防止し、二次電池の劣化の進行を抑制することが
可能となる。
【0008】以上において、複数種類のモードとして
は、基準となる基準急速充電電流値をそれぞれ1倍から
n倍(nは、1よりも大きい整数)した異なる急速充電
電流値で充電を行う第1のモードから第nのモードが設
定され、充電制御手段は、急速充電動作を第1のモード
で行うものとされ、モード変更手段は、急速充電動作が
完了すると、切替信号入力端子に入力されるモード切替
信号を第nのモードに変更するものとなっていることが
好ましい。このようにすれば、急速充電動作の完了後に
行われるトリクル充電動作を、最短時間で急速充電動作
を行う第nのモードで行うことが可能となる。この際、
第1のモードで行った急速充電動作時の急速充電電流値
を充電制御手段で記憶しておき、この急速充電電流値
を、第nのモードに設定された所定数および整数で割れ
ば、トリクル充電動作時のトリクル充電電流値が設定さ
れる。設定されたトリクル充電電流値は、第1のモード
の急速充電電流値を第nのモードの整数で割ることによ
って、第1のモードにおけるトリクル充電電流値よりも
充分小さい値となる。この点からも、トリクル充電動作
による二次電池の過充電を防止し、二次電池の劣化の進
行を抑制することが可能となる。
【0009】また、モード切替信号は、電圧信号である
とともに、モード変更手段は、バイポーラ型トランジス
タを備え、このトランジスタのベース端子に完了信号が
入力されると、当該トランジスタのエミッタ端子とコレ
クタ端子との間が導通し、切替信号入力端子に電源電圧
と略同じ電圧を印加するものであることを特徴とするこ
と望ましい。ここで、トランジスタのベース端子に完了
信号が入力されない状態では、当該トランジスタのエミ
ッタ端子とコレクタ端子との間は不通となっており、こ
のため、切替信号入力端子には、電圧は印加されておら
ず、0Vとできる。これにより、トランジスタのベース
端子に完了信号が入力されると、切替信号入力端子に電
源電圧と略同じ電圧が印加される、つまり、トランジス
タのスイッチング動作によって、切替信号入力端子に0
または電源電圧と略同じ電圧のどちらかが印加されるよ
うになっていれば、最長時間の急速充電モードから最短
時間の急速充電モードへの切り替えを簡易な切替回路で
行うことが可能となる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図1には、本発明の一実施形態に
係る充電装置10が示されている。この充電装置10
は、図示しない測定装置の本体に内蔵された二次電池4
0を充電するためのものである。測定装置は、使用中に
二次電池40に蓄積された電力容量が低下した際には、
内蔵された二次電池40を取り外して充電を行うのでは
なく、二次電池40を内蔵したまま、外部電源を接続
し、測定装置本体を動作させながら、図示しないダイオ
ードやスイッチ等で本体から自動的に切り離した状態と
されて、二次電池40の充電を行うように設定されたも
のである。
【0011】充電装置10は、負荷から切り離した状態
でトリクル充電電流を流しながら二次電池40の充電を
行うトリクル充電動作と、このトリクル充電電流よりも
大きな急速充電電流を流しながら二次電池40の充電を
短時間で完了させる急速充電動作とのいずれかを選択的
に行えるようになっているものである。
【0012】充電装置10は、前述したトリクル充電動
作および急速充電動作の制御を行う充電制御手段である
充電回路20(MAXIM社製のMAX712素子等の
IC)と、この充電回路20の後述するモードを変更さ
せるモード変更手段であるモード変更回路30とを備え
ている。なお、充電装置10は、電圧値V+を当該充電
装置10に印加する電源50によって駆動するようにな
っている。
【0013】充電回路20は、二次電池40の充電を行
うに当たり、まず、急速充電動作を行い、この急速充電
動作が完了した後、トリクル充電動作を行うように設定
されたものである。充電回路20には、接続される二次
電池40の個数や使用状況に応じて、急速充電電流の値
が設定されるようになっているとともに、この急速充電
電流値に基づいてトリクル充電電流値が設定されてい
る。急速充電動作時においては、充電完了時間に応じて
急速充電電流値の異なる4つのモードが設定されてい
る。例えば、充電回路20には、表1に示されるよう
に、各モードにおける急速充電電流値と、これらのモー
ドによらず同一のトリクル充電電流値とが設定され、急
速充電動作を行うに当たり、これらのモードの一つが選
択できるようになっている。
【0014】
【表1】
【0015】第1のモードは、他のモードの基準とさ
れ、このモードが選択されると、基準となる急速充電電
流値(C/2)で二次電池40を充電する。この急速充
電動作が完了した後に行われるトリクル充電動作におけ
るトリクル充電電流値は、当該モードの急速充電電流値
を所定数(8)で割った商となっている。ここでは、ト
リクル充電動作が16時間で完了するように、トリクル
充電電流値がC/16(A)に設定されている。なお、
1Cは、電池40の定格容量を1時間で放電するときの
電流値である。
【0016】第2のモードから第4のモードの各急速充
電電流値は、基準となる第1のモードの基準急速充電電
流値を整数倍した値が設定されており、第1のモードか
ら第4のモードに行くに従って、急速充電電流値が大き
くなっている。従って、急速充電動作が完了するまでの
時間も短くなっており、これにより、第1のモードが最
長時間の急速充電モードとなり、第4のモードが最短時
間の急速充電モードに設定されている。具体的には、基
準となる第1のモードでの急速充電動作の時間が2時間
に設定され、急速充電電流値に反比例して、第2のモー
ドでは1時間、第3のモードでは0.5時間(30
分)、第4のモードでは0.25時間(15分)に設定
されている。各モードのトリクル充電電流値は、当該各
モードの急速充電電流値を所定数で割った商を、さらに
整数で割った値が設定されている。
【0017】充電回路20には、前述した第1のモード
から第4のモードを切り替えるためのモード切替信号が
入力される切替信号入力端子21(PGM3端子)と、
各モードでの急速充電動作が完了すると完了信号を出力
する完了信号出力端子22(FASTCHG端子)と、
二次電池40が接続される電池接続端子23(Batt
+端子およびBatt−端子)とが設けられている。
【0018】モード切替信号は、電源50の電圧V+を
利用した電圧信号となっており、この信号が切替信号入
力端子21に入力されることにより、充電回路20のモ
ードが切り替わって設定されるようになっている。つま
り、充電回路20は、切替信号入力端子21に0Vが入
力されると、第1のモードに設定され、電源電圧V+と
0Vとの中間レベルの電圧が入力されると、第2のモー
ドが設定され、開放されると、第3のモードが設定さ
れ、電源電圧V+と略同じ電圧が入力されると、第4の
モードが設定されるようになっている。
【0019】完了信号出力端子22は、充電回路20の
内部に設けられたスイッチ24を介して接地可能となっ
ており、急速充電動作時は、このスイッチ24が入って
完了信号出力端子22が接地され、一方、急速充電動作
が完了すると、開放されるようになっている。また、充
電回路20には、急速充電動作時の急速充電電流値を記
憶しておく図示しない記憶部が内蔵されている。
【0020】モード変更回路30は、前述の充電回路2
0の完了信号出力端子22から急速充電動作が完了する
と発信される完了信号を受信し、この受信信号に基づい
て、切替信号入力端子21に入力されるモード切替信号
を変更するものである。
【0021】このモード変更回路30は、スイッチング
素子であり、かつ、ベース端子B、エミッタ端子E、コ
レクタ端子Cの3端子からなるバイポーラ型トランジス
タ31(Tr)と、このトランジスタ31の周辺に配置
される数個の抵抗器R1〜抵抗器R6とを備えている。
詳しくは、トランジスタ31のコレクタ端子Cは、抵抗
器R1を介して電源50に接続され、エミッタ端子E
は、抵抗器R4を介して接地されている。また、電源5
0は、抵抗器R5および抵抗器R6を介しても接地され
ている。ベース端子Bは、抵抗器R3を介してエミッタ
端子Eに接続されている。抵抗器R5と抵抗器R6との
接続部分は、抵抗器R2を介してベース端子Bに接続さ
れているとともに、充電回路20の完了信号出力端子2
2にも接続されている。エミッタ端子Eおよび抵抗器R
4の接続部分は、充電回路20の切替信号入力端子21
に接続されている。つまり、前述の切替信号入力端子2
1に入力されるモード切替信号は、抵抗器R4の電圧降
下となっている。
【0022】一方、トランジスタ31は、充電回路20
の完了信号出力端子22が開放され、電源50からの電
圧V+を抵抗器R5と抵抗器R6とで分圧した電圧、す
なわち、急速充電動作の完了信号がベース端子Bに入力
されると、エミッタ端子Eおよびコレクタ端子Cが導通
するようになっている。なお、抵抗器R2、R3、R4
の抵抗値の和は、抵抗器R6よりも充分大きくなってい
る。
【0023】ここで、充電回路20は、急速充電動作を
開始すると、完了信号出力端子22が接地され、トラン
ジスタ31のベース端子Bの電圧が低い状態となり、ト
ランジスタ31のエミッタ端子Eとコレクタ端子Cとの
間が不通とされ、抵抗器R4にかかる電圧、すなわち、
切替信号入力端子21の入力電圧が0Vとなるように形
成されている。言い換えると、切替信号入力端子21に
入力されるモード切替信号が0Vの場合には、第1のモ
ードで二次電池40の急速充電動作が行われるように設
定されている。
【0024】一方、急速充電動作が完了すると、充電回
路20の完了信号出力端子22が開放され、つまり、ト
ランジスタ31のベース端子Bに急速充電動作の完了信
号が入力されるようになっている。この完了信号の入力
により、トランジスタ31のエミッタ端子Eとコレクタ
端子Cとの間が導通し、充電回路20の切替信号入力端
子21には、電源電圧V+を抵抗器R1および抵抗器R
4で分圧した電圧が入力されるようになっている。そし
て、抵抗器R1の抵抗値は、抵抗器R4よりも充分小さ
いので、切替信号入力端子21には、略電源電圧V+が
入力され、充電回路20の設定が第4のモードに切り替
わるようになっている。つまり、モード変更回路30
は、そのエミッタ端子Eと抵抗器R4との接続部分に生
じる電圧が0Vまたは電源電圧V+と略同じ電圧のいず
れかとなるように設定されており、この2つの電圧値を
モード切替信号として充電回路20の切替信号入力端子
21に入力することで、第1のモードと第4のモードと
が切り替わるようになっている。
【0025】トリクル充電動作を第4のモードで行う際
のトリクル充電電流値は、記憶部に記憶された第1のモ
ードの急速充電電流値を、表1に示す第4のモードに設
定された所定数および整数で割ることによって得られる
電流値、すなわち、C/(2*8*8)=C/128
(A)が設定されるようになっている。この設定された
トリクル充電電流値は、第1のモードの急速充電電流値
を第4のモードの整数で割ることによって、第1のモー
ドのトリクル充電電流値C/16(A)よりも小さい値
となっている。つまり、最長時間の急速充電モードから
最短時間の急速充電モードに切り替えることによって、
トリクル充電電流値を小さくすることが可能となってい
る。なお、Cとしては、4000mAh等、V+として
は、12V、7.8V等の値が設定できる。
【0026】次に、このような充電装置10の動作を説
明する。急速充電動作時は、完了信号出力端子22が接
地され、トランジスタ31のベース端子Bの電圧は低
く、トランジスタ31のエミッタ端子Eとコレクタ端子
Cとの間が不通となり、切替信号入力端子21に0Vの
モード切替信号が入力される。これにより、充電回路2
0は、第1のモードで二次電池40を急速充電する。そ
して、急速充電動作が完了すると、完了信号出力端子2
2が開放され、抵抗器R5と抵抗器R6とで電源電圧V
+を分圧した電圧がトランジスタ31のベース端子Bに
入力される、つまり、ベース端子Bに完了信号が入力さ
れる。すると、トランジスタ31のコレクタ端子Cとエ
ミッタ端子Eとが導通し、電源電圧V+と略同じ電圧が
切替信号入力端子21に入力され、充電回路20が第4
のモードに変更され、この状態で、二次電池40にトリ
クル充電動作が行われる。この際、トリクル充電電流値
は、記憶部に記憶されていた第1のモードでの急速充電
電流値を第4のモードにおける所定数および整数で割っ
た値(C/128)が設定され、充分小さなトリクル充
電電流で二次電池40の充電が行われる。
【0027】このような本実施形態によれば、次のよう
な効果が得られる。すなわち、急速充電動作を第1のモ
ードで行い、トリクル充電動作を第4のモードで行った
ので、トリクル充電電流値を、第1のモードの急速充電
電流値を第4のモードの所定数および整数で割ることに
よって、第1のモードにおけるトリクル充電電流値より
も充分小さい値に設定することができ、これにより、ト
リクル充電動作による二次電池40の過充電を防止し、
二次電池40の劣化の進行を抑制することができる。
【0028】また、トランジスタ31のスイッチング動
作によって、切替信号入力端子21に0Vまたは電源電
圧V+と略同じ電圧のどちらかを印加するようにしたの
で、最長時間の急速充電モードから最短時間の急速充電
モードへの切り替えを簡易な切替回路で行うことができ
る。
【0029】さらに、測定中に、測定装置本体に内蔵さ
れている二次電池40に蓄積されていた電力容量が低下
しても、急速充電動作によって二次電池40が急速に充
電されるので、外部電源が接続された状態で使用する煩
わしさを短時間で済ませることができる。
【0030】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等
を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、急速充電動作のモードおよびトリクル充電動作
のモードとしては、急速充電動作を第1のモード、トリ
クル充電動作を第4のモードで行うように設定していた
が、これに限らず、例えば、急速充電動作を第2のモー
ドで行い、トリクル充電動作を第4のモードで行っても
よく、各動作のモード設定は、取り扱う二次電池40の
種類や個数、使用状況等によって適宜設定すればよい。
【0031】また、充電回路20に設定されるモードと
しては、4つに限らず、2つまたは3つ、あるいは5つ
以上のモードが設定されていてもよい。
【0032】さらに、モード変更手段としては、トラン
ジスタ31等のスイッチング素子を含んだものに限ら
ず、例えば、タイマーで時間的にモード変更を行うもの
でもよく、自動的にモードを切り替えられるものであれ
ば、実施に当たって適宜選択できる。
【0033】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明の充電装置
によれば、トリクル充電による二次電池の過充電を防止
し、二次電池の劣化の進行を抑制することができるとい
う効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態における充電装置を示す概
略回路図である。
【符号の説明】 10 充電装置 20 充電制御手段である充電回路 21 切替信号入力端子 22 完了信号出力端子 30 モード変更手段であるモード変更回路 31 トランジスタ 40 二次電池 B ベース端子 E エミッタ端子 C コレクタ端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石橋 一成 広島県呉市広古新開6−8−20 株式会 社ミツトヨ内 (56)参考文献 特開 平6−14472(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02J 7/00 - 7/12 H02J 7/34 - 7/36

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】負荷から切り離した状態でトリクル充電電
    流を流しながら二次電池の充電を行うトリクル充電動作
    と、前記トリクル充電電流よりも大きな急速充電電流を
    流しながら前記二次電池の充電を短時間で完了させる急
    速充電動作とのいずれかを選択的に行うとともに、前記
    急速充電動作時に前記二次電池に流れる前記急速充電電
    流の値を所定数で除した商を前記トリクル充電電流の電
    流値として設定し、前記急速充電動作および前記トリク
    ル充電動作の各々で設定された所定電流が前記二次電池
    に流れるように制御を行う充電制御手段を備えている充
    電装置であって、 前記充電制御手段は、基準となる基準急速充電電流値を
    整数倍した異なる急速充電電流値で充電を行う複数種類
    のモードが設定されるとともに、各モードの前記急速充
    電電流値を前記所定数で除した商をさらに前記整数で除
    することにより、前記トリクル充電電流値が設定される
    ものであり、 前記充電制御手段には、前記急速充電動作の前記モード
    を切り替えるためのモード切替信号が入力される切替信
    号入力端子と、前記急速充電動作が完了すると完了信号
    を出力する完了信号出力端子とが設けられ、 前記充電制御手段の前記完了信号を受信すると、前記充
    電制御手段へのモード切替信号を変更するモード変更手
    段が設けられていることを特徴とする充電装置。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の充電装置において、前記
    複数種類のモードとしては、基準となる基準急速充電電
    流値をそれぞれ1倍からn倍(nは、1よりも大きい整
    数)した異なる急速充電電流値で充電を行う第1のモー
    ドから第nのモードが設定され、 前記充電制御手段は、前記急速充電動作を前記第1のモ
    ードで行うものとされ、 前記モード変更手段は、急速充電動作が完了すると、前
    記切替信号入力端子に入力されるモード切替信号を第n
    のモードに変更するものとなっていることを特徴とする
    充電装置。
  3. 【請求項3】請求項1または請求項2に記載の充電装置
    において、前記モード切替信号は、電圧信号であるとと
    もに、 前記モード変更手段は、バイポーラ型トランジスタを備
    え、前記トランジスタのベース端子に前記完了信号が入
    力されると、当該トランジスタのエミッタ端子とコレク
    タ端子との間が導通し、切替信号入力端子に電源電圧と
    略同じ電圧を印加するものであることを特徴とする充電
    装置。
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