JP4108822B2 - 着脱式電池パック及びその充電器 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば電動自転車や電動車椅子等にエネルギー源として使用されるNi−Cd,Ni−MH,リチウムイオン等の着脱式電池パック及びこの着脱式電池パックの充電を行う充電器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、着脱式電池パックを充電する充電器において、充電器には、充電制御機能が付加されており、その着脱式電池パックが充電器に接続されると、電池温度・電池電圧等のその時の電池データを直接充電器に取り込み、充電器が充電全体を制御するのが一般的である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のものにあっては、充電器に充電制御機能を持たせた場合、容量・種類の違う多種の着脱式電池パックを同一の充電器で充電すると、最適な充電制御方法で充電することが出来なくなり、その結果、▲1▼過充電で電池の寿命が著しく短くなる。▲2▼充電不足で電池の性能が発揮できない。といった問題が発生する。
【0004】
そこで、この発明は、容量や種類の違う多種の着脱式電池パックでも、最適な充電を行うことができる着脱式電池パック及びその充電器を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
かかる課題を達成するために、請求項1に記載の発明は、充電器に接続されることにより充電が行われる着脱式電池パックにおいて、前記充電器に対して電池固有の充電制御パラメータと電池データとを送信する電池側制御部を有し、該電池側制御部は、前記着脱式電池パックが前記充電器に接続されると前記充電器に対して前記充電制御パラメータを送信し、前記充電器への充電制御パラメータの送信後は、電池データを常に検出して該充電器に送信するようにしたことを特徴とする。
【0005】
請求項2に記載の発明は、請求項1記載の構成に加え、複数の電池モジュールが並列に接続されて電池アッセンブリを構成し、前記電池側制御部は、前記各電池モジュールの電池温度データを常に検出して前記充電器に送信するようにしたことを特徴とする。
【0006】
請求項3に記載の発明は、請求項1記載の着脱式電池パックが接続されることにより充電を行う充電器において、前記着脱式電池パックが接続されると、前記電池側制御部から送信される電池固有の充電制御パラメータのパラメータデータを受信し、当該パラメータデータに基づき前記着脱式電池パックの充電制御方法を設定すると共に、その後は、前記着脱式電池パックから送信されたその時々の前記電池データを受信して充電制御を行う充電器側制御部を有することを特徴とする。
【0007】
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の構成に加え、前記充電器側制御部は、前記パラメータデータと前記電池データとの比較に基づいて充電開始判定及び充電終了判定のうち少なくとも何れか一方を行うことを特徴とする。
【0008】
請求項5に記載の発明は、請求項3又は4に記載の構成に加え、前記充電器側制御部は、前記着脱式電池パックが接続されると、前記着脱式電池パックの電圧を検出し、前記充電器側制御部は、検出された前記電圧が所定電圧以下である場合には、微小電流で予備充電を実行した後に前記電池側制御部から送信される充電制御パラメータを受信することを特徴とする。
【0009】
請求項6に記載の発明は、充電器に接続されることにより充電が行われ、前記充電器に接続された時点で、前記充電器に送信される電池固有の充電抑制パラメータを有し、前記充電器への前記充電抑制パラメータの送信後は、電池データを常に検出して前記充電器に送信し、複数の電池モジュールが並列に接続されて電池アッセンブリを構成し、前記各電池モジュールの電池温度データを常に検出して前記充電器に送信するようにした着脱式電池パックが接続されることにより充電を行う充電器において、前記着脱式電池パックが接続された時点で、該着脱式電池パックから送信される電池固有の充電制御パラメータのパラメータデータを受信し、当該パラメータデータに基づき前記着脱式電池パックの充電制御方法を設定すると共に、その後は、前記着脱式電池パックから送信されたその時々の各電池の電池データを受信して充電制御を行う充電器側制御部を有し、該充電器側制御部では、前記各電池モジュールの電池温度データのすべての温度が充電開始温度範囲に入ることにより充電を開始し、且つ、前記各電池モジュールの電池温度データの一つの温度が充電停止条件に合致した時点で充電を停止させるように制御することを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
【0011】
図1乃至図6には、この発明の実施の形態を示す。
【0012】
まず、構成を説明すると、図1中符号1は、電動自転車や電動車椅子等に使用され、Ni−Cd電池で構成される着脱式電池パックで、この着脱式電池パック1は、充電器21に接続されることにより充電が行われるようになっている。
【0013】
その着脱式電池パック1は、図1に示すブロック図のように、パック内に複数個のセルを直列に接続して構成された一つの電池モジュール2が内蔵されると共に、電池側制御部3が設けられている。この電池側制御部3には、前記充電器21に送信される電池固有の充電制御パラメータ4が接続されている。
【0014】
この充電制御パラメータ4は、例えば図2に示すような、各パラメータデータとして当該電池固有の値が入力されており、これらの値が電池側制御部3に入力されるようになっている。図2に示すパラメータデータに限定されるものでないが、ここに挙げてあるNi−Cd用のパラメータデータについて説明する。「NO.1充電開始温度範囲」とは、電池モジュール2がこの温度範囲にある時に充電が開始される温度範囲であり、ここでは0℃〜40℃に設定されており、又、「NO.2充電電流値」とは、充電する際の電流の値である。「NO.3トータルタイマー値」とは、過充電を防止するため、通常の充電に掛かる時間の120%〜150%に充電時間が設定されており、この時間が経過した時に自動的に充電を停止させる値である。「NO.4ーΔV値」とは、例えばニカド電池では充電が終了する付近で、電圧が降下するため、この降下電圧(ーΔV値)が所定値(ここでは0.1V)より大きくなった時点で充電を停止させるための値である。「NO.5充電停止電圧」とは、一定電流で充電を行っている場合に任意の電池電圧より高くなったときに充電を停止させる電圧である。「NO.6充電停止温度」とは、電池モジュール2の温度が所定の温度より高くなった時に充電を停止させる当該所定温度である。「NO.7dT/dt値」とは、電池モジュール2の温度の上がり勾配の値が一定値より大きくなったときに充電を停止させる値である。「NO.8電池残存容量」とは、電池モジュール2の残存容量が所定の値になったときに充電を停止させる容量である。「NO.9補充電」とは、補充電の必要性が有るか無いかの指示が入力されており、又、「NO.10補充電出力」とは、補充電する場合の出力の値である。「NO.11補充電タイマー値」とは、補充電する場合のタイマー値であり、この時間を経過することにより補充電が終了するように設定されている。「NO.12温度入力数」とは、電池モジュール2が一つであれば「1」、又、電池モジュール2が複数並列接続されていれば、その複数個の数となる。これらパラメータデータは、後述するように充電器21にデジタル信号にて送信される。勿論、Ni−MH等の電池の時は、Ni−MH等用のパラメータデータが用いられる。
【0015】
また、この電池側制御部3には、サーミスタ5から電池モジュール2の温度Tが入力されるようになっていると共に、電池電圧V及び電流Iが入力されるようになっている。これらT,VやIから積算された電池残存容量は電池データを構成し、後述するように充電器21に送信される。さらに、その制御部3には、表示指令により任意の表示を行う表示装置6が接続されると共に、充電器21側とのデータの交信を行う通信インターフェイス7が接続されている。
【0016】
なお、この着脱式電池パック1は車両に搭載したときにはモータ駆動回路9に接続されるようになっている。
【0017】
一方、充電器21は、充電器側制御部22を有し、この制御部22には、着脱式電池パック1が接続されたか否かを検知する電池接続検知部23が接続されると共に、着脱式電池パック1との信号の送受信を行う通信インターフェイス24が接続されている。また、この充電器側制御部22には、リフレッシュ放電スイッチ26,電圧検出部27及び電流検出部28が接続される一方、この充電器側制御部22は、リフレッシュ放電器30,出力制御部31及びLEDドライバ32に接続されている。そして、その出力制御部31がAC/DCコンバータ34に接続され、又、前記LEDドライバ32がLED35に接続されている。このLED35により、充電中、待機中及びリフレッシュ中の3つの表示がなされるようになっている。
【0018】
また、充電器側制御部22では、着脱式電池パック1が接続されることにより、該着脱式電池パック1から送信される電池固有の充電制御パラメータ4のパラメータデータを受信し、当該パラメータデータに基づき着脱式電池パック1の充電制御方法を設定すると共に、その後は、前記着脱式電池パック1から常に送信される前記電池データを受信して充電制御を行うようになっている。詳細は、以下の作用の欄で述べる。
【0019】
次に、作用について説明する。
【0020】
まず、図3に示すように、充電器21側では、ステップS1で、ACプラグが接続されると、ステップS2で、着脱式電池パック1の検知待機状態となる。この待機状態は、着脱式電池パック1が接続されるのを待っている状態で、この着脱式電池パック1が充電器21に接続されると電池接続検知部23により着脱式電池パック1が接続されたことが検知され、ステップS3に進む。
【0021】
このステップS3では、着脱式電池パック1の低電圧電池検出が行われ、20V以下の時には、急激に大きな電流を流すと電池モジュール2に悪影響を与えるため、ステップS4で、微少電流で予備充電が開始され、ステップS5で、タイマーがONとなる。次いで、ステップS6で、電圧判定が行われ、20V以上の時にはステップS7で出力が停止され、ステップS8で接続信号▲1▼が送信される。また、20V以下の時には、ステップS9でタイムオーバーか否か判断されて「NO」の時は、ステップS6に戻り、「YES」の時には充電不可能と判断して終了する。
【0022】
一方、着脱式電池パック1側では、図4に示すように、ステップS10で、待機モードと成っており、ステップS11で、接続信号が割り込まれたか否か判断され、「NO」、つまり、図3のステップS8の充電器21からの接続信号▲1▼が受信されていない状態では、ステップS10に戻り、又、「YES」、つまり充電器21からの接続信号が受信された状態では、ステップS12に進む。そして、ステップS12では、その割り込まれた信号が充電器接続信号か否か判断され、「NO」の時は、車両に着脱式電池パック1が搭載された車両モードとなり、「YES」の時は、ステップS13に進む。
【0023】
ステップS13では、充電制御パラメータ4のパラメータデータが送信され(矢印▲2▼)、図3の充電器21側のステップS14で、そのパラメータデータが受信され、次いで、ステップS15で、そのデータに基づいて、充電器側制御部22により、当該着脱式電池パック1固有の充電制御方法が設定され、ステップS16で、設定完了信号を着脱式電池パック1側に送信した後(矢印▲3▼)、充電モードに移行する。
【0024】
一方、図4に示す着脱式電池パック1側では、ステップS18で、設定完了信号が受信されたか否か判断され、受信されていないときにはステップS18に戻り、受信されたときには、ステップS19で、電池データ(電池電圧データ,容量データ,電池温度データT)の充電器21側への送信が開始され、ステップS20で、充電終了信号が割り込まれたか否か判断され、「NO」の時は、ステップS19に戻り、引き続き電池データの送信を継続し、「YES」の時は電池データの送信を停止してステップS21の待機モードへ移行する。
【0025】
一方、充電器21は、充電モードでは、図5に示すように、ステップS22で、開始温度判定が行われ、範囲外の時は、ステップS23で、充電待機となり、ステップS22に戻り、範囲内のときは、ステップS24で充電が開始される。具体的には、図4のステップS19にてステップS20の充電終了信号の割込があるまで、電池温度データT,電池電圧V,電池残存容量等の電池データが常に充電器側制御部22に入力され、この制御部22にてそのデータの温度が開始温度範囲に入っているか否か判断される。ここでは、開始温度範囲は0℃から40℃の間に設定されている。勿論、この温度範囲は、ステップS15にて、着脱式電池パック1からの充電制御パラメータ4にて設定されているため、電池固有のものが設定される。
【0026】
次いで、充電開始後には、ステップS25で、トータルタイマーが開始され、ステップS26で、設定されているパラメータデータとその時の電池データとを比較して終了判定が成され、「YES」の時にはステップS27で充電終了信号▲5▼が図4のステップS20に送信され、「NO」の時にはステップS28でタイムオーバーか否かが判断される。
【0027】
そのステップS26での終了判定は、図6に示すように行われる。すなわち、ステップS26aで、常に送られてくる電池温度データTが充電制御パラメータ4にて設定されている充電停止温度の50℃より大きいか否か判断され、「YES」のときには、ステップS27で充電が終了となる。
【0028】
一方、ステップS26aで、「NO」の時には、ステップS26bに進み、dT/dt値が同じく充電制御パラメータ4で設定された値の1より大きいか否か判断され、「YES」の時には、ステップS27で充電が終了となり、「NO」の時には、ステップS26cに進む。このステップS26cは、常に送られてくる電池電圧Vが同じく充電制御パラメータ4で設定された充電停止電圧38Vより大きいか否か判断され、「YES」の時には、ステップS27で充電が終了され、「NO」の時、つまり、電池電圧Vが38V以下の時には、ステップS26dに進む。このステップS26dでは、ーΔV値が同じく充電制御パラメータ4で設定された値の0.1Vより大きいか否か判断され、「YES」の時には、ステップS27で充電が終了し、「NO」の時、つまりーΔV値が0.1V以下の時には、ステップS26eに進む。このステップS26eでは、残存容量が同じく充電制御パラメータ4で設定された設定容量より大きいか否か判断され、「YES」の時には、ステップS27で充電が終了し、「NO」の時、つまり残存容量が設定容量以下の時には、ステップS28に進む。
【0029】
そして、図5中ステップS28で、タイムオーバーか否か判断されて、「NO」の時は、ステップS26に戻り、「YES」の時は、ステップS29で、充電終了信号▲5▼が送信された後、終了する。
【0030】
一方、ステップS26の終了判定が「YES」の時には、ステップS27で充電終了信号▲5▼が送信された後、ステップS30で、充電制御パラメータ4のデータから補充電の必要があるものか否か判断され、「無し」の時には終了し、「有り」の時には、ステップS31に進み、補充電タイマーが開始(始動)し、ステップS32で補充電が開始される。その後、ステップS33で、タイムオーバーか否か判断され、「NO」の時には、ステップS32に戻り、「YES」の時には、終了する。
【0031】
以上のように、着脱式電池パック1から電池固有の充電制御パラメータ4を充電器21に送信し、この充電器21の充電器側制御部22で、そのパラメータ4に応じた充電制御を行うことにより、着脱式電池パック1の種類に応じた適切な充電を行うことができ、過充電や充電不足等を回避できる。
【0032】
[発明の実施の形態2]
図7乃至図10には、この発明の実施の形態2を示す。
【0033】
上記実施の形態1では、電池モジュール2が一つ設けられているが、この実施の形態2は、図7に示すように、複数の電池モジュール2…が並列に接続されて電池アッセンブリを構成している。これら各電池モジュール2…の電池温度データT1…TNが各サーミスタ5から電池側制御部3に入力されるようになっていると共に、電池電圧V及び電流Iが入力されるようになっている。これらT1〜TN,VやIから積算された電池残存容量は電池データを構成するものである。
【0034】
この電池側制御部3は、図8に示すように、温度計測部3aを有し、この温度計測部3aに前記各電池モジュール2の温度T1…TNが入力されるようになっていると共に、この温度計測部3aが放電制御部3b,残存容量演算部3c及び通信部3dに接続されている。そして、その残存容量演算部3cは、表示装置6に接続され、通信部3dは、充電制御パラメータ4及び通信インターフェイス7に接続されている。
【0035】
具体的には、図5のステップS22の開始温度判定の詳細は、図9に示すように、ステップS22a,ステップS22b,ステップS22cにおいて、複数の電池モジュール2…の電池温度データT1,T2…TNのすべてが充電制御パラメータ4で設定された0℃より大きく40℃より小さい時(開始温度範囲内の時)には、ステップS24で充電が開始され、又、各電池モジュール2…の電池温度データT1,T2…TNの内の一つが開始温度範囲外の時には、ステップS23で、充電待機状態となる。
【0036】
このように制御することにより、並列接続されたすべての電池モジュール2…を所定の温度範囲内で充電することにより、電池の寿命を伸ばすことができる。
【0037】
一方、図5のステップS26の充電終了判定の詳細は、図10に示すように、まず、ステップS26f…ステップS26gにおいて、複数の並列接続された電池モジュール2…の温度T1,…TNの内の一つが充電制御パラメータ4で設定された50℃より大きいときにステップS27で充電が終了となる。これにより、各電池モジュール2…の過充電が防止され、電池モジュール2…の寿命が伸びることとなる。
【0038】
また、各電池の温度T1,…TNのすべてが50℃以下の時には、ステップS26h以降に進み、ステップS26h…ステップS26iにおいて、dT/dt値,…dTN/dt値の内の一つが充電制御パラメータ4で設定された1より大きいときにステップS27で充電が終了となる。一方、dT/dt値,…dTN/dt値のすべてが1以下の時には、ステップS26jに進み、電池電圧Vが充電制御パラメータ4で設定された充電停止電圧38Vより大きいか否か判断され、大きいときには、ステップS27で充電が終了され、「NO」の時、つまり、電池電圧Vが充電停止電圧38V以下の時には、ステップS26kに進む。このステップS26kでは、ーΔV値が0.1Vより大きいときには、ステップS27で充電が終了し、ーΔV値が0.1V以下の時には、ステップS26mに進む。このステップS26mでは、残存容量が同じく充電制御パラメータ4で設定された設定容量より大きいか否か判断され、「YES」の時には、ステップS27で充電が終了し、「NO」の時、つまり残存容量が設定容量以下の時には、図5のステップS28に進むこととなる。
【0039】
【発明の効果】
以上説明してきたように、各請求項に記載された発明によれば、着脱式電池パック側に、電池固有の充電制御パラメータを設け、充電器側に、着脱式電池パックから送信される電池固有の充電制御パラメータのパラメータデータを受信し、当該パラメータデータに基づき前記着脱式電池パックに充電するように制御する充電器側制御部を設けることにより、電池の種類に応じた適切な充電を行うことができ、過充電や充電不足を防止できる。
【0040】
また、複数の電池が並列接続された着脱式電池パックにおいては、各電池温度データのすべての温度が充電開始温度範囲に入ることにより充電を開始し、且つ、各電池温度データの一つの温度が充電停止条件に合致した時点で充電を停止させるように制御しているため、並列接続されたすべての電池の過充電等を防止できる、という実用上有益な効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1に係る着脱式電池パック及び充電器のブロック図である。
【図2】同実施の形態1に係るパラメータデータ等を示す表図である。
【図3】同実施の形態1に係る充電器の充電準備のフローチャートを示す図である。
【図4】同実施の形態1に係る着脱式電池パックのフローチャートを示す図である。
【図5】同実施の形態1に係る充電器の充電モードのフローチャートを示す図である。
【図6】同実施の形態1に係る充電器の充電モードの充電終了判定のフローチャートを示す図である。
【図7】この発明の実施の形態2に係る図1に相当するブロック図である。
【図8】同実施の形態2に係る着脱式電池パックの詳細を示すブロック図である。
【図9】同実施の形態2に係る充電器の充電モードの充電開始温度判定のフローチャートを示す図である。
【図10】同実施の形態2に係る充電器の充電モードの充電終了判定のフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
1 着脱式電池パック
2 電池モジュール
3 電池側制御部
4 充電制御パラメータ
21 充電器
22 充電器側制御部

Claims (6)

  1. 充電器に接続されることにより充電が行われる着脱式電池パックにおいて、
    前記充電器に対して電池固有の充電制御パラメータと電池データとを送信する電池側制御部を有し、
    該電池側制御部は、前記着脱式電池パックが前記充電器に接続されると前記充電器に対して前記充電制御パラメータを送信し、前記充電器への充電制御パラメータの送信後は、電池データを常に検出して該充電器に送信するようにしたことを特徴とする着脱式電池パック。
  2. 複数の電池モジュールが並列に接続されて電池アッセンブリを構成し、前記電池側制御部は、前記各電池モジュールの電池温度データを常に検出して前記充電器に送信するようにしたことを特徴とする請求項1記載の着脱式電池パック。
  3. 請求項1記載の着脱式電池パックが接続されることにより充電を行う充電器において、
    前記着脱式電池パックが接続されると、前記電池側制御部から送信される電池固有の充電制御パラメータのパラメータデータを受信し、当該パラメータデータに基づき前記着脱式電池パックの充電制御方法を設定すると共に、その後は、前記着脱式電池パックから送信されたその時々の前記電池データを受信して充電制御を行う充電器側制御部を有することを特徴とする充電器。
  4. 前記充電器側制御部は、前記パラメータデータと前記電池データとの比較に基づいて充電開始判定及び充電終了判定のうち少なくとも何れか一方を行うことを特徴とする請求項3に記載の充電器。
  5. 前記充電器側制御部は、前記着脱式電池パックが接続されると、前記着脱式電池パックの電圧を検出し、前記充電器側制御部は、検出された前記電圧が所定電圧以下である場合には、微小電流で予備充電を実行した後に前記電池側制御部から送信される充電制御パラメータを受信することを特徴とする請求項3又は4に記載の充電器。
  6. 充電器に接続されることにより充電が行われ、前記充電器に接続された時点で、前記充電器に送信される電池固有の充電抑制パラメータを有し、前記充電器への前記充電抑制パラメータの送信後は、電池データを常に検出して前記充電器に送信し、複数の電池モジュールが並列に接続されて電池アッセンブリを構成し、前記各電池モジュールの電池温度データを常に検出して前記充電器に送信するようにした着脱式電池パックが接続されることにより充電を行う充電器において、
    前記着脱式電池パックが接続された時点で、該着脱式電池パックから送信される電池固有の充電制御パラメータのパラメータデータを受信し、当該パラメータデータに基づき前記着脱式電池パックの充電制御方法を設定すると共に、その後は、前記着脱式電池パックから送信されたその時々の各電池の電池データを受信して充電制御を行う充電器側制御部を有し、
    該充電器側制御部では、前記各電池モジュールの電池温度データのすべての温度が充電開始温度範囲に入ることにより充電を開始し、且つ、前記各電池モジュールの電池温度データの一つの温度が充電停止条件に合致した時点で充電を停止させるように制御することを特徴とする充電器。
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