JP3508443B2 - バッテリ用充放電制御装置 - Google Patents

バッテリ用充放電制御装置

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JP3508443B2
JP3508443B2 JP02205197A JP2205197A JP3508443B2 JP 3508443 B2 JP3508443 B2 JP 3508443B2 JP 02205197 A JP02205197 A JP 02205197A JP 2205197 A JP2205197 A JP 2205197A JP 3508443 B2 JP3508443 B2 JP 3508443B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電動車両等に搭載
されるバッテリに付設され、このバッテリに対して、充
電器で充電したり電力制御器で放電したりする際に用い
られる、バッテリ用充放電制御装置(以下、単に「充放
電制御装置」という。)に関する。
【0002】
【従来の技術】電動車両等に搭載されるバッテリにおい
て、バッテリを把手付きケースに納めることにより、電
動車両等に対して付け外し自在のバッテリユニットとし
たものがある。このバッテリユニットは、電動車両等か
ら外されて充電器に接続され、充電が終わると電動車両
等に搭載され電力制御器に接続される。このバッテリユ
ニットの外面には、充電又は放電用の端子が設けられて
いる。これらの端子は露出しているので、端子に金属片
等が触れると短絡するおそれがある。そこで、リレー等
からなる充放電制御装置をバッテリに付設することによ
り、充電器又は電力制御器に端子が接続されると、初め
て端子が導通するように改良したものがある。
【0003】図8及び図9は従来の充放電制御装置の一
例を示し、図8はバッテリユニットを充電器に接続する
場合を示す回路図、図9はバッテリユニットを電力制御
器に接続する場合を示す回路図である。以下、これらの
図面に基づき説明する。
【0004】従来の充放電制御装置80は、充放電端子
82と、制御端子84と、バッテリ86の負極86mに
接続された共通端子88と、充放電端子82とバッテリ
86の正極86pとの間に介挿された常開接点90と、
充放電端子82と制御端子84との間に介挿され、充放
電端子82と制御端子84との間に所定の電圧が印加さ
れると常開接点90を閉路させる電磁コイル92とを備
えている。常開接点90と電磁コイル92とは、一個の
電磁リレー93である。充放電制御装置80及びバッテ
リ86は、バッテリユニット94に収容されている。常
開接点90がバッテリ86の正極86pと充放電端子8
2とを遮断しているので、充放電端子82、制御端子8
4及び共通端子88のいずれか二つに同時に触れても、
これらに電位差は生じない。
【0005】充電器96は、商用電源コンセント98か
ら得た交流電圧を直流の充電電圧に変換し、この充電電
圧を正極端子96p及び負極端子96mから出力する。
正極端子96pには充電端子100が接続され、負極端
子96mには制御端子102及び共通端子104が接続
されている。充電器96、充電端子100、制御端子1
02及び共通端子104は、充電器ユニット106に収
容されている。
【0006】バッテリユニット94を充電器ユニット1
06に嵌合すると、充放電端子82と充電端子100、
制御端子84と制御端子102、共通端子88と共通端
子104がそれぞれ接続される。すると、バッテリ86
又は充電器96から所定の電圧が電磁コイル92に印加
されることにより、常開接点90が閉路する。したがっ
て、充放電端子82とバッテリ86の正極86pとが導
通することにより、充電器96からバッテリ86へ充電
が行われる。
【0007】電力制御器108は、例えば電動三輪車に
設けられ、バッテリ86の電力を負荷110へ供給する
ものである。電力制御器108の正極端子108pに
は、放電端子112が接続されている。電力制御器10
8の負極端子108mには、制御端子116及び共通端
子118が接続されている。電力制御器108、放電端
子112、制御端子116及び共通端子118は、電力
制御器ユニット120に収容されている。
【0008】バッテリユニット94を電力制御器ユニッ
ト120に嵌合すると、充放電端子82と放電端子11
2、制御端子84と制御端子116、共通端子88と共
通端子118がそれぞれ接続される。端子相互の接続構
造は、スライド接触式、コネクタ式等どのようなもので
もよい。続いて、例えば手動により常開接点90を閉路
させると、共通端子88,118及び制御端子84,1
16を介して電磁コイル92にバッテリ86の出力電圧
が印加される。すると、電磁コイル66は常開接点90
の閉路を保持する。これにより、充放電端子82とバッ
テリ86の正極86pとが、常開接点90を介して導通
する。こうして、バッテリ86から電力制御器108へ
放電が行われる。
【0009】また、電力制御器108は、パワー用素子
からなる出力回路122と、信号用素子からなる制御電
源回路124とから構成されている。制御電源回路12
4は図示しないが制御回路と直流安定化電源回路とから
なり、制御回路は出力回路122を制御する例えばマイ
クロコンピュータ等であり、直流安定化電源回路は三端
子レギュレータIC等である。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
充放電制御装置80では、バッテリユニット94を電力
制御器120に接続し、常開接点90を閉路させると、
出力回路122及び制御電源回路124の両方に同時に
バッテリ80から電力が供給される。そのため、制御電
源回路124の動作が十分に立ち上がらない不安定な状
態で出力回路122を制御し始めることにより、出力回
路122の出力電力も不安定になるおそれがあった。
【0011】
【発明の目的】そこで、本発明の主な目的は、バッテリ
ユニットを電力制御器に接続した直後の、電力制御器か
ら負荷への供給電力を安定化できる、充放電制御装置を
提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明に係る充放電制御
装置は、バッテリユニット内にバッテリとともに収容さ
れる。このバッテリユニットは、電動車両に対して付け
外し自在のものであって、前記電動車両から外されて充
電器に接続され、充電が終わると前記充電器から外され
て前記電動車両に戻され、当該電動車両の電力制御器に
接続されるものである。そして、請求項1記載の充放電
制御装置は、充電端子及び放電端子と、制御端子と、前
記バッテリの第二極に接続された共通端子と、制御電源
端子と、前記放電端子と前記バッテリの第一極との間に
介挿された常開接点と、前記バッテリの第一極と前記制
御端子及び前記制御電源端子との間に介挿され、当該第
一極と当該制御端子との間に所定の電圧が印加されると
当該制御電源端子と当該第一極とを導通させ、一定時間
経過後に所定の電圧を出力する遅延回路と、この遅延回
路から所定の電圧が出力されると前記常開接点を閉路さ
せる接点制御部とを備えたものである。第一極を正極か
つ第二極を負極としてもよいし、逆に第一極を負極かつ
第二極を正極としてもよい。常開接点と接点制御部と
は、性能及び価格の点から電磁リレーとすることが好ま
しい。
【0013】第一極と制御端子との間に所定の電圧が印
加されると、まず制御電源端子と第一極とが導通し、一
定時間経過後に放電端子と第一極とが導通する。したが
って、電力制御器において、制御電源端子から制御電源
回路へ電力を供給し、放電端子から出力回路へ電力を供
給することにより、制御電源回路を立ち上げた後、一定
時間経過後に出力回路を立ち上げることが可能である。
【0014】請求項2記載の充放電制御装置は、請求項
1記載の充放電制御装置の構成に加えて、前記充電端子
前記バッテリの第一極との間に介挿され当該バッテリ
に対する充電電流のみを導通させるダイオード備えた
ものである。
【0015】充放電制御装置に何も接続しない場合、充
電端子、放電端子、制御端子、制御電源端子及び共通端
子のいずれか二つに同時に触れても、これらに大きな電
流を流し得る電位差は生じない。なぜならば、充電端子
はダイオードにより、放電端子は常開接点により、制御
電源端子及び制御端子は遅延回路の内部抵抗により、そ
れぞれバッテリの第一極と遮断されているからである。
また、バッテリが過放電気味である場合も、ダイオード
に順方向電圧さえ印加されれば、バッテリの放電状態に
関係なく正常な充電が可能である。
【0016】請求項3記載の充放電制御装置は、請求項
1又は2記載の充放電制御装置の構成に加え、バッテリ
の温度を電気信号に変換する二端子の温度検出素子が付
設され、当該二端子がそれぞれ前記制御電源端子と前記
共通端子とに接続されたものである。温度検出素子とし
ては、サーミスタ、熱電対等を用いることができる。バ
ッテリの温度を正確に検出するためには、温度検出素子
をバッテリにできるだけ密接させることが好ましい。制
御電源端子は充電時には使用しないので、この制御電源
端子を温度検出に使用している。
【0017】請求項4記載の充放電制御装置は、請求項
1又は2記載の充放電制御装置の構成に加え、バッテリ
の第一極と前記放電端子との間に介挿された抵抗器を備
えたものである。換言すれば、請求項3記載の充放電制
御装置は、上記常開接点に並列接続された抵抗器を備え
ている。この抵抗器は、常開接点が閉路する前に微小電
流を電力制御器の出力回路のリップル吸収コンデンサへ
供給しておくことにより、常開接点が閉路した瞬間に過
大な突入電流が流れることを防止する、いわゆるプリチ
ャージ抵抗として動作する。
【0018】
【発明の実施の形態】図1乃至図5は本発明に係る充放
電制御装置の第一実施形態を示し、図1はバッテリユニ
ットを充電器に接続する場合を示す回路図、図2はバッ
テリユニットを電力制御器に接続する場合を示す回路
図、図3はバッテリユニットの内部構造を示す外観図、
図4はバッテリユニットを充電器に接続した場合の外観
図、図5はバッテリユニットを電力制御器に接続した場
合の外観図である。以下、これらの図面に基づき説明す
る。ただし、図8及び図9と同一部分は同一符号を付す
ことにより重複説明を省略する。
【0019】充放電制御装置10は、充電端子12と、
放電端子14と、制御端子16と、バッテリ86の負極
86mに接続された共通端子18と、制御電源端子19
と、充電端子12に接続されバッテリ86に対する充電
電流のみを導通させるダイオード20と、ダイオード2
0とバッテリ86の正極86pとの間に介挿された常閉
接点22と、放電端子14とバッテリ86の正極86p
との間に介挿された常開接点24と、バッテリ86の正
極86pと制御端子16との間に介挿され、バッテリ8
6の正極86pと制御端子16及び制御電源端子19と
の間に介挿され、正極86pと制御端子16との間に所
定の電圧が印加されると制御電源端子19と正極86p
とを導通させ、一定時間td 経過後に所定の電圧を出力
する遅延回路25と、遅延回路25から所定の電圧が出
力されると常閉接点22を開路させ常開接点24を閉路
させる接点制御部としての電磁コイル26とを備えたも
のである。更に、バッテリ86の温度を電気信号に変換
するとともに制御電源端子19と共通端子18との間に
介挿された温度検出素子としてのサーミスタ52と、バ
ッテリ86の正極86pと放電端子12との間に介挿さ
れた抵抗器54とが付設されている。サーミスタ52に
は、電流制限用の抵抗器521が直列に接続されてい
る。常閉接点22は省略してもよく、この場合はダイオ
ード20をバッテリ86の正極86pに直接接続する。
常閉接点22及び常開接点24は、トランスファー接点
で構成してもよい。
【0020】常閉接点22、常開接点24及び電磁コイ
ル26は、一個の電磁リレー28である。充放電制御装
置10及びバッテリ86は、バッテリユニット30に収
容されている。充放電制御装置10に何も接続しない場
合、充電端子12、放電端子14、制御端子16、共通
端子18及び制御電源端子19は、バッテリユニット3
0から露出している。ここで、これらの端子のいずれか
二つに同時に触れても、これらに電位差は生じない。な
ぜならば、充電端子12はダイオード20により、放電
端子14は常開接点24により、制御端子16及び制御
電源端子19は遅延回路25の内部抵抗により、それぞ
れバッテリ86の正極86pと遮断されているからであ
る。バッテリ86は、二つのバッテリ861,862
(図3)からなり、例えばシール形鉛電池である。
【0021】遅延回路25は、トランジスタTR1〜T
R3、ダイオードD1及びD2、抵抗器R1〜R9、コ
ンデンサC1等によって構成されている。トランジスタ
TR1は、制御電源端子19と正極86pとを導通又は
遮断するPNPトランジスタである。トランジスタTR
3は、電磁リレー28駆動用のNPNトランジスタであ
る。トランジスタTR2は、トランジスタTR3駆動用
のPNPトランジスタである。抵抗器R3〜R5の抵抗
値をそれぞれr3〜r5とすると、r5>>r3,r4と
なっている。これにより、コンデンサC1及び抵抗器R
5とは、一定時間td を決定するためのCR直列回路を
構成している。
【0022】次に、バッテリユニット30を充電器60
に接続する場合について、図1及び図4に基づき説明す
る。
【0023】充電器60は、従来の充電器96(図8)
の構成に加え、温度信号入力端子601及び電圧信号入
力端子602を備えている。充電器ユニット62には、
温度信号入力端子601に接続された温度検出端子62
1と、電圧信号入力端子602に接続された電圧検出端
子622が設けられている。
【0024】バッテリユニット30を充電器ユニット6
2に嵌合すると、充電端子12と充電端子100、放電
端子14と電圧検出端子622、制御電源端子19と温
度検出端子621、共通端子18と共通端子104がそ
れぞれ接続される。端子相互の接続構造は、スライド接
触式、コネクタ式等どのようなものでもよい。これによ
り、ダイオード20に順方向電圧が印加されるので、充
電端子12とバッテリ86の正極86pとが、ダイオー
ド20及び常閉接点22を介して導通する。こうして、
充電器60からバッテリ86へ充電が行われる。また、
バッテリ86が過放電気味である場合も、従来のように
バッテリ86の出力電圧や充電器60の充電電圧で電磁
リレーを動作させているわけではないので、バッテリ8
6の放電状態に関係なく正常に充電を行うことができ
る。
【0025】また、バッテリ86の温度は、サーミスタ
52の抵抗値として検出され、抵抗器521、制御電源
端子19及び温度検出端子621を介して充電器60へ
出力される。バッテリ86の出力電圧は、抵抗器54、
放電端子14及び電圧検出端子622を介して、充電器
60へ出力される。充電器60に内蔵されているCPU
(図示せず)は、バッテリ86の温度及び出力電圧の情
報に基づき、プログラムに従って充電制御を実行する。
このように、制御電源端子19は温度検出端子としての
機能を兼用し、放電端子14は電圧検出端子としての機
能を兼用することから、端子数は最小限となっている。
【0026】次に、バッテリユニット30を電力制御器
32に接続する場合について、図2及び図5に基づき説
明する。
【0027】電力制御器32は、例えば電動三輪車34
に設けられ、バッテリ86の電力を負荷110へ供給す
るものである。電力制御器32は、従来の電力制御器1
08(図9)の構成に加え、制御電源回路124のみに
接続された電源電圧入力端子32sを備えている。これ
により、正極端子32pは出力回路122のみに接続さ
れている。正極端子32pには放電端子38が、電源電
圧入力端子32sには制御電源端子39が、それぞれ接
続されている。負極端子32mには、メインスイッチ4
0を介して制御端子42が接続されるとともに、共通端
子44が接続されている。電力制御器32、放電端子3
8、制御電源端子39、制御端子42及び共通端子44
は、電力制御器ユニット46に収容されている。
【0028】バッテリユニット30を電力制御器ユニッ
ト46に嵌合すると、放電端子14と放電端子38、制
御電源端子19と制御電源端子39、制御端子16と制
御端子42、共通端子18と共通端子44がそれぞれ接
続される。端子相互の接続構造は、スライド接触式、コ
ネクタ式等どのようなものでもよい。続いて、電動三輪
車34のメインスイッチ40を閉じると、共通端子1
8,44、メインスイッチ40及び制御端子42を介し
て制御端子16が負極86mに接続されることにより、
正極86pと制御端子16との間にバッテリ86の出力
電圧が印加されることになる。すると、遅延回路25
は、制御電源端子19と正極86pとを導通されるとと
もに、一定時間td 経過後に所定の電圧を出力する。こ
の電圧によって電磁コイル26は常閉接点22を開路さ
せ常開接点24を閉路させる。これにより、放電端子1
4とバッテリ86の正極86pとが、常開接点24を介
して導通する。こうして、バッテリ86から電力制御器
32へ放電が行われる。
【0029】すなわち、最初に制御電源端子19と正極
86pとが導通し、一定時間td 経過後に放電端子14
と正極86pとが導通する。そのため、図6に示すよう
に、メインスイッチ40をオンにすると、まず制御電源
回路124が立ち上がり、一定時間td 経過後に出力回
路122が立ち上がる。したがって、制御電源回路12
4の動作が十分に安定化した後に、出力回路122が動
作し始めることにより、出力回路122の出力電力も安
定化する。
【0030】また、常開接点24に並列接続された抵抗
器54は、常開接点24が閉路する前に微小電流を出力
回路122のリップル吸収コンデンサ(図示せず)へ供
給しておくことにより、常開接点24が閉路した瞬間に
過大な突入電流が流れることを防止する、いわゆるプリ
チャージ抵抗として動作する。また、サーミスタ52に
直列接続された抵抗器521は、トランジスタTR1が
オンとなったときに、サーミスタ52へ過大な電流が流
れることを防止する、保護抵抗として動作する。
【0031】次に、遅延回路25の動作について更に詳
しく説明する。メインスイッチ40を閉じると、トラン
ジスタTR1がオンになることにより、制御電源端子1
9と正極86pとが導通する。これと同時に、ダイオー
ドD1のカソードが接地されることにより、抵抗器R3
→抵抗器R4→ダイオードD1へと電流が流れる。する
と、抵抗器R3と抵抗器R4との接続点Pに電位差Vp
が生じるので、コンデンサC1に抵抗器R5を介して充
電電流が流れることにより、コンデンサC1の両端電圧
が徐々に上昇する。そして、コンデンサC1の両端電圧
が一定以上になった時にトランジスタTR2がオンとな
り、これによりトランジスタTR3がオンとなって電磁
コイル26が通電される。
【0032】図7は、本発明に係る充放電制御装置の第
二実施形態を示す回路図である。以下、この図面に基づ
き説明する。ただし、図1と同一部分は同一符号を付す
ことにより重複説明を省略する。
【0033】本実施形態の充放電制御装置50は、第一
実施形態の充放電制御装置10(図1)の構成において
トランジスタTR1の代わりに直流安定化電源回路51
を用いたものである。直流安定化電源回路51として
は、例えば三端子レギュレータIC等を挙げることがで
きる。したがって、充放電制御装置50によれば、制御
電源回路124に設けられていた直流安定化電源回路を
省略できるという利点がある。
【0034】
【発明の効果】請求項1乃至4記載の充放電制御装置に
よれば、第一極と制御端子との間に所定の電圧が印加す
ると、まず制御電源端子と第一極とが導通し、一定時間
経過後に放電端子と第一極とが導通するようにしたの
で、電力制御器において、制御電源端子から制御電源回
路へ電力を供給し、放電端子から出力回路へ電力を供給
することにより、制御電源回路を立ち上げた後、一定時
間経過後に出力回路を立ち上げることができる。したが
って、制御電源回路の動作が十分に安定化した後に、出
力回路が動作し始めることにより、バッテリユニットを
電力制御器に接続した直後の、電力制御器から負荷への
供給電力を安定化できる。
【0035】請求項2乃至4記載の充放電制御装置によ
れば、充放電制御装置に何も接続しない場合、充電端子
はダイオードにより、放電端子は常開接点により、制御
端子及び制御電源端子は遅延回路の内部抵抗により、そ
れぞれバッテリの第一極と遮断されているので、これら
の端子のいずれか二つに同時に触れても短絡の発生を防
止できる。また、従来のようにバッテリの出力電圧や充
電器の充電電圧で電磁リレーを動作させているわけでは
ないので、バッテリが過放電気味である場合もダイオー
ドに順方向電圧さえ印加されればバッテリの放電状態に
関係なく正常に充電できるとともに、充電完了期におい
て電磁リレーに過電圧が印加されることによる不都合も
回避できる。
【0036】請求項3記載の充放電制御装置によれば、
介挿したことにより、充電時には使用しない制御電源端
子に温度検出素子を接続したことにより、端子数を増加
させることなく、バッテリの温度を検出できる。
【0037】請求項4記載の充放電制御装置によれば、
バッテリの第一極と放電端子との間に常開接点に並列に
抵抗器を接続したことにより、常開接点が閉路する前に
微小電流を電力制御器へ供給しておくことができ、これ
により常開接点が閉路した瞬間に過大な突入電流が流れ
ることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る充放電制御装置の第一実施形態に
おいて、バッテリユニットを充電器に接続する場合を示
す回路図である。
【図2】本発明に係る充放電制御装置の第一実施形態に
おいて、バッテリユニットを電力制御器に接続する場合
を示す回路図である。
【図3】本発明に係る充放電制御装置の第一実施形態に
おいて、バッテリユニットの内部構造を示す外観図であ
る。
【図4】本発明に係る充放電制御装置の第一実施形態に
おいて、バッテリユニットを充電器に接続した場合の外
観図である。
【図5】本発明に係る充放電制御装置の第一実施形態に
おいて、バッテリユニットを電力制御器に接続した場合
の外観図である。
【図6】本発明に係る充放電制御装置の第一実施形態に
おける動作を示すタイムチャートであり、図6〔1〕が
メインスイッチの動作、図6〔2〕が電力制御器の制御
電源回路の動作、図6〔3〕が電力制御器の出力回路の
動作である。
【図7】本発明に係る充放電制御装置の第二実施形態示
す等価回路図である。
【図8】従来の充放電制御装置において、バッテリユニ
ットを充電器に接続する場合を示す回路図である。
【図9】従来の充放電制御装置において、バッテリユニ
ットを電力制御器に接続する場合を示す回路図である。
【符号の説明】
10,50 充放電制御装置 12 充電端子 14 放電端子 16 制御端子 18 共通端子 19 制御電源端子 20 ダイオード 24 常開接点 25 遅延回路 26 電磁コイル(接点制御部) 52 サーミスタ(温度検出素子) 54 抵抗器 86 バッテリ 86m バッテリの負極 86p バッテリの正極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−23601(JP,A) 特開 平8−116604(JP,A) 特開 平9−322414(JP,A) 特開 平7−245095(JP,A) 特開 平7−194013(JP,A) 特開 平9−35755(JP,A) 特開 平8−191502(JP,A) 特開 平8−191545(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 (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電動車両に対して付け外し自在のバッテ
    リユニットであって、前記電動車両から外されて充電器
    に接続され、充電が終わると前記充電器から外されて前
    電動車両に戻され、当該電動車両の電力制御器に接続
    されるバッテリユニット、このようなバッテリユニット
    内にバッテリとともに収容されるバッテリ用充放電制御
    装置において、 充電端子及び放電端子と、制御端子と、前記バッテリの
    第二極に接続された共通端子と、制御電源端子と、 前記放電端子と前記バッテリの第一極との間に介挿され
    た常開接点と、 前記バッテリの第一極と前記制御端子及び前記制御電源
    端子との間に介挿され、当該第一極と当該制御端子との
    間に所定の電圧が印加されると当該制御電源端子と当該
    第一極とを導通させ、一定時間経過後に所定の電圧を出
    力する遅延回路と、 この遅延回路から所定の電圧が出力されると前記常開接
    点を閉路させる接点制御部と、 を備えたことを特徴とするバッテリ用充放電制御装置。
  2. 【請求項2】 前記充電端子と前記バッテリの第一極と
    の間に介挿され当該バッテリに対する充電電流のみを導
    通させるダイオードを備えた、 請求項1 記載のバッテリ用充放電制御装置。
  3. 【請求項3】 前記バッテリの温度を電気信号に変換す
    る二端子の温度検出素子が付設され、当該二端子がそれ
    ぞれ前記制御電源端子と前記共通端子とに接続された、 請求項1又は2記載のバッテリ用充放電制御装置。
  4. 【請求項4】 前記バッテリの第一極と前記放電端子と
    の間に介挿された抵抗器を備えた 請求項1又は2記載のバッテリ用充放電制御装置。
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