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発明の名称 2次電池の深放電防止装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平8−185892
公開日 平成8年(1996)7月16日
出願番号 特願平6−325681
出願日 平成6年(1994)12月27日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】川▲崎▼ 研二 (外1名)
発明者 斎藤 幹夫 / 伊藤 雅樹
要約 目的
2次電池の深放電の発生を確実に防止することができ、よって、2次電池の早期劣化を防止することができる2次電池の深放電防止装置を提供する。

構成
2次電池39が充電を必要とする状態か否かを判定する充電判定手段108と、この充電判定手段108が充電を必要とすると判定したときに2次電池39からの放電を停止する放電停止判断部108と、2次電池39に充電が行われたことを検出する充電検出手段105と、2次電池39に充電が行われたときに、2次電池39を放電可能な状態とする放電開始判断部116とを備えた。
特許請求の範囲
【請求項1】 2次電池が充電を必要とする状態か否かを判定する充電判定手段と、この充電判定手段が充電を必要とすると判定したときに上記2次電池からの放電を停止する放電停止判断部と、上記2次電池に充電が行われたことを検出する充電検出手段と、上記2次電池に充電が行われたときに、上記2次電池を放電可能な状態とする放電開始判断部とを備えたことを特徴とする2次電池の深放電防止装置。
【請求項2】 前記充電判定手段は、前記2次電池の電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記放電停止判断部は、上記電圧検出手段により検出された上記2次電池の電圧と予め記憶した放電停止下限値とを比較し、上記電圧が上記放電停止下限値未満もしくはそれ以下のときに上記2次電池からの放電を停止することを特徴とする請求項1に記載の2次電池の深放電防止装置。
【請求項3】 前記充電検出手段は、前記電圧検出手段により検出された前記2次電池の電圧と、前記放電停止下限値よりも高い価に設定された放電開始下限値とを比較し、前記充電開始判断部は、上記電圧が上記放電開始下限値以上もしくはそれを上回るときに上記2次電池を放電可能な状態とすることを特徴とする請求項1または2に記載の2次電池の深放電防止装置。
【請求項4】 前記2次電池は、充電時に車両から取り外せるように同車両に着脱自在に設けられ、前記充電検出手段は、上記2次電池が上記車両から着脱されたことを検出するスイッチを備えていることを特徴とする請求項1または2に記載の2次電池の深放電防止装置。
【請求項5】 前記充電検出手段は、充電のために前記2次電池に供給される電流を検出する電流検出手段を備えていることを特徴とする請求項1または2に記載の2次電池の深放電防止装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、自動車、自動二輪車や補助モータ付き自転車などに使用される2次電池の深放電を防止し、2次電池の早期劣化を防止する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】2次電池にある限界以上まで放電させると、2次電池が早期に劣化して寿命が短くなることが知られている。このため、上記のような電動車両において2次電池を使用する場合には、2次電池の電圧が所定の値まで低下したらモータに給電するシステムを停止して深放電を防止するように構成することが望まれる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、2次電池は、放電により電圧が低下しても、その後放置しておくと電圧がある程度回復し、上記のように構成してもシステムを再起動することが可能になる。そして、そのような再起動を何回か行うことにより、2次電池が深放電してしまい、結局は2次電池が早期に劣化してしまう事態が予想される。
【0004】この発明は上記事情を考慮してなされたものであり、2次電池の深放電の発生を確実に防止することができ、よって、2次電池の早期劣化を防止することができる2次電池の深放電防止装置を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の2次電池の深放電防止装置は、2次電池が充電を必要とする状態か否かを判定する充電判定手段と、この充電判定手段が充電を必要とすると判定したときに上記2次電池からの放電を停止する放電停止判断部と、上記2次電池に充電が行われたことを検出する充電検出手段と、上記2次電池に充電が行われたときに、上記2次電池を放電可能な状態とする放電開始判断部とを備えたことを特徴としている。
【0006】請求項2に記載の2次電池の深放電防止装置は、請求項1において、前記充電判定手段が、前記2次電池の電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記放電停止判断部が、上記電圧検出手段により検出された上記2次電池の電圧と予め記憶した放電停止下限値とを比較し、上記電圧が上記放電停止下限値未満もしくはそれ以下のときに上記2次電池からの放電を停止することを特徴としている。
【0007】請求項3に記載の2次電池の深放電防止装置は、請求項1または2において、前記充電検出手段が、前記電圧検出手段により検出された前記2次電池の電圧と、前記放電停止下限値よりも高い価に設定された放電開始下限値とを比較し、前記充電開始判断部が、上記電圧が上記放電開始下限値以上もしくはそれを上回るときに上記2次電池を放電可能な状態とすることを特徴としている。
【0008】請求項4に記載の2次電池の深放電防止装置は、請求項1または2において、前記2次電池が、充電時に車両から取り外せるように同車両に着脱自在に設けられ、前記充電検出手段が、上記2次電池が上記車両から着脱されたことを検出するスイッチを備えていることを特徴としている。
【0009】請求項5に記載の2次電池の深放電防止装置は、請求項1または2において、前記充電検出手段が、充電のために上記2次電池に供給される電流を検出する電流検出手段を備えていることを特徴としている。
【0010】
【作用】請求項1に記載の2次電池の深放電防止装置にあっては、2次電池が放電を必要とする状態になるとこれを充電判定手段が検出し、放電停止判断部により2次電池の放電が停止される。よって、それ以降は2次電池からの放電が行われず深放電が防止される。また、充電がなされない限り2次電池が放電可能な状態とならないので、2次電池を放置することによりその電圧が回復した場合であっても再放電されるようなことがない。
【0011】請求項2に記載の2次電池の深放電防止装置にあっては、2次電池の電圧が充電を必要とする値まで低下するとこれを電圧検出手段が検出し、放電停止判断部により2次電池の放電が停止される。
【0012】請求項3に記載の2次電池の深放電防止装置にあっては、2次電池の電圧に基づいて放電可能な状態とするから、装置の多くをソフトウエアで構成することができ、製造コストことを低減することができる。
【0013】請求項4に記載の2次電池の深放電防止装置にあっては、2次電池が車両から着脱されることにより、スイッチが作動して充電が行われたと判断し、請求項5に記載の2次電池の深放電防止装置においては、充電のために2次電池に供給される電流を検出することにより充電が行われたと判断する。
【0014】
【実施例】
(1)第1実施例以下、図面を参照してこの発明の第1実施例について説明する。
A.自転車の全体構成図1はこの発明に係る2次電池の深放電防止装置を備えた補助モータ付き自転車を示す側面図である。まず、実施例の説明に先立ち、この自転車の構成について説明する。図において符号10はメインチューブを示しており、このメインチューブ10の前部にはヘッドチューブ11が固定されている。ヘッドチューブ11の内部には、ハンドルステム12がヘッドチューブ11の軸線を中心にして回動自在に挿入されている。ハンドルステム12の下部には左右一対の前フォーク16が固定されており、この前フォーク16には前輪14が回転可能に取り付けられている。また、ハンドルステム12の上部には左右に延びるハンドルバー18が固定されている。
【0015】メインチューブ10は前部から斜め下後方に延びており、その後端には中ラグ44が固定され、この中ラグ44にシートチューブ22と1本のリアチューブ26とが固定されている。また、メインチューブ10は下方に向けて凹むように湾曲しており、これによって、使用者が例えばスカートを着用した女性の場合であってもメインチューブ10を簡単に跨ぎ越して乗車することができるようになされている。
【0016】シートチューブ22は、シート20が固定されたシートポスト19を支持している。リアチューブ26にはハンガーラグ45を介して一対のチェーンステー27が固定され、チェーンステー27とシートチューブ22は、左右一対のシートステー24で連結されている。図示のように、シートチューブ22、シートステー24、リアチューブ26およびチェーンステー27はほぼ三角形をなしており、使用者が乗車したときの体重を支持しうるようになっている。シートステー24とチェーンステー27との連結部には後輪28が回転可能に取り付けられている。
【0017】中ラグ44およびハンガーラグ45の下方には、ブラケット46,47を介してパワーユニット34が取り付けられている。このパワーユニット34は、人力による駆動系、電動モータによる駆動系、および両者の合力機構をユニットとしたものであり、そのケースには、クランク軸33が取り付けられ、このクランク軸33の両端にはクランク32が固定されている。クランク32にはそれぞれ足踏みペダル31が取り付けられている。なお、符号36は電動モータを示す。
【0018】使用者が足踏みペダル31を踏んだときのクランク軸33の回転は、パワーユニット34内の機構を通じてチェーン37に伝達され、さらにフリーホイール29を介して後輪28に伝達され、後輪28が回転することによってこの補助モータ付き自転車が推進される。その一方、電動モータ36が駆動されると、そのロータの回転がパワーユニット34内部の別の機構を通じてチェーン37に伝達され、これによっても後輪28が回転されるようになっている。このようにして、この電動モータ付き自転車は、クランク軸33によって伝えられる人力による駆動系と、電動モータ36による駆動系とを備えている。
【0019】また、メインチューブ10の下部にはケーシング41が固定されている。このケーシング41の内部にはコントローラ42が設けられている。電動モータ36には充電可能なバッテリ(2次電池)39から駆動用の電流が供給される。バッテリ39は電動モータ36に電流を供給し、コントローラ42はこの電流を増減させるようになっている。すなわち、人力の駆動力つまり足踏みペダル31、クランク32、クランク軸33を通じて与えられる踏力が大きいときは、コントローラ42が電動モータ36に流れる電流を大きくし、踏力が小さいときは、コントローラ42が電動モータ36に流れる電流を小さくする。これによって、人力の負担が大きいときには電動モータ36の駆動力を大きくして、人力の負担を減らすことが可能となる。
【0020】バッテリ39はインナーボックス38内に上下2段に収納されており、このインナーボックス38がさらにアウターボックス40に収容されている。アウターボックス40は、シートチューブ22と後輪28との間に配置され、シートチューブ22、シートステー24、およびリアチューブ26に固定されている。なお、図中符号61はアウターボックス40の上蓋であり、この上蓋40を開くことにより、インナーボックス38をアウターボックス40へ収納し、あるいはそこから取り出すことができる。
【0021】B.深放電防止装置の構成次に、図2を参照して実施例の深放電防止装置について説明する。図2は、深放電防止装置の制御回路の概略を示すブロック図である。図2に示すように、コントローラ42の指示電流計算部101には、パワーユニット34内に設けられたトルクセンサ(図示略)から足踏みペダル31を踏む踏力を示すデータが供給され、指示電流計算部101は、踏力に比例した指示電流を計算してそのデータをPWM計算部102に供給する。PWM計算部102は、指示電流に対応したパルス電流のデューティ比を計算し、その計算結果を示すデータをインターフェース103を介して電流制御部104へ供給する。電流制御部104は、PWM計算部102で計算されたデューティ比のパルス電流がバッテリ39から電動モータ36へ供給されるように制御する。
【0022】バッテリ39には電圧センサ(充電判定手段,電圧検出手段、充電検出手段)105が接続され、バッテリ39の電圧を示すデータはインターフェース106を介してコントローラ42の電圧検出部107へ供給され、電圧検出部107は、上記データを適切な処理信号に変換してこれをバッテリ容量判断部(充電停止判断部)108へ供給するとともに、後に詳述する情報リセット判断部(充電開始判断部)116へ供給する。バッテリ容量判断部108は、バッテリ39の電圧と容量下限値記憶部109が記憶しているバッテリ電圧の放電停止下限値とを比較し、その結果を示すデータをシステム停止判断部110へ供給する。たとえば、バッテリ電圧が放電停止下限値を上回る場合には、信号「0」、そうでない場合には信号「1」をシステム停止判断部110へ供給する。
【0023】システム停止判断部110は、バッテリ電圧が放電停止下限値を上回る場合には、電動モータ36と電流制御部104との間に介装されたリレー111のコイル(図示略)に励磁電流を供給し、それ以外の場合には供給を停止する。リレー111はノルマルオープン式のもので、インターフェース112を介して励磁電流が供給されているときに、電磁モータ36および電流制御部104間を接続し、励磁電流の供給が停止されると電磁モータ36および電流制御部104間の接続を切る。この構成により、バッテリ39の電圧が放電停止下限値に達すると、バッテリ39の放電が停止される。また、システム停止判断部110は、バッテリ電圧が放電停止下限値を上回る場合には、指示電流計算部101に指示電流をゼロにする旨の信号を供給する。これにより、例えばリレー111がその接点間でのスパークなどによって接触したままになっても、バッテリ39からの放電は停止させられる。
【0024】バッテリ39からの放電が停止されると、放電停止を示す信号が書込・読出制御部113へ供給され、書込・読出制御部113は、その信号をインターフェース114を介して情報記憶部120へ供給する。情報記憶部120は、コントローラ42に併設されたEP・ROMなどのICにより構成され、放電停止状態であることを記憶する。そして、書込・読出制御部113は、情報記憶部120の記憶内容を常に読み出し、放電停止状態であることを記憶している場合には、システム停止判断部110に放電を停止する旨の信号を供給し続ける。これにより、一度放電停止が行われた後に放置され、その結果、バッテリ39の電圧が回復して放電停止下限値を上回ることになっても、バッテリ39からの放電が再開されるようなことがない。
【0025】次に、バッテリ39への充電は、インナーボックス38をアウターボックス40から取り出し、バッテリ39を家庭用電源に接続することにより行われる。そして、充電が終了するとインナーボックス38はアウターボックス40内に収納され、そのときにバッテリ39と図2に示す制御回路との接続が行われる。その後、補助モータシステムのメインスイッチをオンにすることによりコントローラ42が起動し、電圧センサ105によるバッテリ電圧の検出が開始され、バッテリ電圧を示すデータが電圧検出部107に供給される。
【0026】ここで、電圧検出部107からのバッテリ電圧を示すデータは、前述のように情報リセット判断部116にも供給される。情報リセット判断部116は、バッテリ電圧と放電下限値記憶部117に記憶させた放電可能下限値とを比較し、バッテリ電圧が放電可能下限値以上である場合には、書込・読出制御部113に情報記憶部120のリセットを行う旨の信号を供給する。この信号により、書込・読出制御部113は、情報記憶部120に記憶させていた放電停止状態であることを示すデータを消去する。
【0027】これと同時に、書込・読出制御部113は情報記憶部120の記憶内容を読み出し、その記憶内容が存在しないことにより、システム停止判断部110に放電停止状態が解除された旨の信号を供給する。この信号により、システム停止判断部110は、リレー111のコイルに励磁電流を供給し、それまで指示電流計算部101に供給していた指示電流をゼロにする旨の信号の供給を停止する。これにより、バッテリ39からの電流を電動モータ36へ供給することが可能な状態となる。なお、放電可能下限値は、放電停止後に放置されてバッテリ電圧が回復する電圧よりも充分に高い価とされる。
【0028】C.実施例の動作次に、上記構成の2次電池の深放電防止装置の動作について図3を参照しながら説明する。自転車の補助モータシステムの電源が入れられるとコントローラ42が起動する。そして、情報記憶部120の記憶内容の読出が行われ(ステップS1)、放電停止状態を示すデータを記憶しているか否かを判定する(ステップS2)。ここで、バッテリ39の残量が充分な状態で補助モータシステムの電源が入れられた場合には、情報記憶部120は放電停止状態を示すデータを記憶していないから、ステップS2での判定結果は「NO」となり、ステップS3へ進んで指定電流値を計算する。この指定電流値は、足踏みペダル31に加えられる踏力に比例した値を有している。次に、指定電流値に対応する電流をバッテリ39から電流制御部104を介して電動モータ36へ供給し(ステップS4)、次いで、バッテリ39の電圧と容量下限値記憶部109に記憶させた放電停止下限値とを読み込む(ステップS5)。
【0029】次に、ステップS6へ進み、バッテリ39の電圧が下限値以下であるか否かを判定する。バッテリ39の電圧が下限値を上回る場合には、ステップS1へ戻り、その後ステップS6までの動作を繰り返す。そして、自転車の運転が続けられてバッテリ39の電圧が放電停止下限値に達すると、情報記憶部120に放電停止状態を示す情報を書き込み(ステップS7)、システム停止判断部110は、指示電流計算部101に指示電流値をゼロにする旨の信号を供給するとともにリレー111を切る(ステップS8,S9)。
【0030】次に、プログラムはステップS1へ戻り、情報記憶部120の記憶内容の読出を行う。情報記憶部120にはステップS7において放電停止状態を示す情報が書き込まれているから、次のステップS2における判定結果は「YES」となり、ステップS10へ進んでバッテリ39の電圧と、放電下限値記憶部117に記憶させた放電可能下限値とを読み込む。次に、ステップS11へ進んで、読み込んだバッテリ39の電圧が放電可能下限以上であるか否かを判定する。
【0031】バッテリ39に充電がなされていない場合には、その電圧は放電下限値未満となるから、ステップS11での判定結果は「NO」となり、ステップS8へ進んで指示電流計算部101に指示電流値をゼロにする旨の信号を供給するとともに、リレー111を切った状態を継続する(ステップS9)。これにより、バッテリ39に充電がなされない間は、バッテリ39からの放電が行われないことになる。
【0032】一方、バッテリ39に充電がなされてその電圧が放電下限値以上となると、ステップS11での判定結果は「YES」となり、ステップS12へ進んで情報記憶部120に記憶させた放電停止状態を示すデータを消去する。次いで、ステップS3を経由してステップS6まで進むと、バッテリ39の電圧が放電停止下限値を上回っているため、ステップS6での判定結果は「NO」となる。そして、その後は、バッテリ39の電圧が放電停止下限値に低下するまでステップS6〜S1〜S5を循環する。
【0033】上記構成の2次電池の深放電防止装置においては、バッテリ39の電圧が充電を必要とする値まで低下するとこれをバッテリ容量判断部108が検出し、システム停止判断部110によりバッテリ39からの放電が停止される。よって、それ以降はバッテリ39からの放電が行われず深放電が防止される。また、充電がなされてバッテリ39の電圧が所定以上にならない限り、情報記憶部120の充電停止状態を示すデータが消去されないので、バッテリ39を放置することによりその電圧が回復した場合であっても再放電されるようなことがない。
【0034】特に、上記実施例では、バッテリ39の電圧に基づいて放電を停止するとともに放電可能な状態とするから、装置の多くをコントローラ42内のソフトウエアで構成することができ、製造コストことを低減することができる。
【0035】(2)第2実施例次に、本発明の第2実施例について図1および図4を参照して説明する。第2実施例は、バッテリ39を収容したインナーボックス38がアウターボックス40から取り出されるのを検出することにより、バッテリ39に充電がなされたと判断する点においてのみ前記第1実施例と異なっている。よって、以下の説明においては、前記第1実施例と同等の構成要素には同符号を付してその説明を省略する。
【0036】図1において符号200はリミットスイッチ(充電検出手段)である。リミットスイッチ200は、本体から伸縮自在に突出する操作子(図示略)を有しており、この操作子は、アウターボックス40の底部から内側へ突出している。インナーボックス38をアウターボックス40に収納した状態では、操作子はインナーボックス38によって縮小状態とされている。そして、インナーボックス38をアウターボックス40から取り出すと、リミットスイッチ200の操作子が伸長状態となり、リミットスイッチ200の接続状態が切り替わる。
【0037】図4は第2実施例の制御回路を示すブロック図である。この実施例では、リミットスイッチ200の操作子が伸長状態となってその接続状態が切り替わると、コントローラ42の電源がオンとなって一時的に起動するように構成されている(ただし、その回路については図示を略す)。図4に示すように、リミットスイッチ200の接続状態が切り替わると、その信号がインターフェース201を介して情報リセット判断部116に供給され、前記第1実施例と同様に、情報記憶部120に記憶させた放電停止状態を示すデータが消去される。これにより、書込・読出制御部113は、システム停止判断部110に放電停止状態が解除された旨の信号を供給する。この信号により、システム停止判断部110は、リレー111のコイルに励磁電流を供給するとともに、それまで指示電流計算部101に供給していた指示電流をゼロにする旨の信号の供給を停止する。これにより、バッテリ39から電動モータ36への電流の供給が可能な状態となる。なお、その後、コントローラ42の電源は、補助モータシステムのメインスイッチがオンにされない限りオフとなる。
【0038】この実施例においても前記第1実施例と同等の効果を得ることができる。特に、この実施例では、リミットスイッチ200によってインナーボックス38の出入を検出するという簡単な構成で充電がなされたことを検出するので、製造コストを低減することができる。また、リミットスイッチ200の接続の切替でコントローラ42の電源が自動的にオンとなり、上記のようにして放電停止状態を解除する構成であるから、メインスイッチを操作する手間が省けて簡便である。なお、上記第2実施例では、リミットスイッチ200を使用しているが、磁気式スイッチや光スイッチを使用することもできる。
【0039】(3)第3実施例次に、図5を参照しながら本発明の第3実施例について説明する。第3実施例は、バッテリを自転車に装着した状態で充電を行うようになっている点、および、バッテリ39に充電する際の充電電流を検出することにより、バッテリ39に充電がなされたと判断する点において前記第1実施例と異なっている。よって、第3実施例においても、第1実施例と同等の構成要素には同符号を付してその説明を省略する。
【0040】図5において符号130はコントローラ42に併設された充電制御部であり、充電制御部130に家庭用電源に接続された充電器を接続することにより、バッテリ39への充電が行われる。バッテリ39に充電電流が流れると、これを信号としてコントローラ42の電源がオンとなるように構成されている。ただし、その回路については図示を省略する。充電によりバッテリ39に電流が流れると、その電流の値を電流センサ(充電検出手段)131が検出し、その電流値に対応するデータをインターフェース132を介して充電電流読込部133へ供給する。
【0041】充電電流読込部133は、供給されたデータが所定の充電電流の値以上である場合には、充電が開始された旨を示す信号を情報リセット判断部116に供給し、前記第1実施例と同様に、情報記憶部120に記憶させた放電停止状態を示すデータが消去される。これにより、書込・読出制御部113は、システム停止判断部110に放電停止状態が解除された旨の信号を供給する。この信号により、システム停止判断部110は、リレー111のコイルに励磁電流を供給するとともに、それまで指示電流計算部101に供給していた指示電流をゼロにする旨の信号の供給を停止する。これにより、バッテリ39からの電流を電動モータに供給することができる状態となる。なお、この実施例においても、コントローラ42の電源は、補助モータシステムのメインスイッチを入れない限りオフになる。
【0042】この実施例においても、前記実施例と同様に深放電を確実に防止することができる。特に、この実施例では、充電電流を検出することにより放電停止状態を解除するので、上記のような車載状態でバッテリに充電を行うタイプの自転車に適用することが可能となる。
【0043】(4)変更例本発明は前記実施例に限定されるものではなく、以下のように種々の変更が可能である。
■第3実施例では充電電流を検出することにより充電開始を検出しているが、充電器のカプラに充電用とは別の端子を配置し、カプラをバッテリ39に接続することにより、上記端子から情報リセット判断部116に信号を供給するように構成することもできる。具体的には、カプラの端子から信号が供給されるとコントローラ42の電源が一時的にオンとなるように回路を構成する。そして、上記信号を情報リセット判断部116に入力し、情報記憶部120に記憶させた放電停止状態を示すデータを消去する。なお、コントローラ42の電源は、補助モータシステムのメインスイッチを入れない限り、その後自動的にオフになるように構成する。
■前記各実施例では、バッテリ39の容量低下を電圧センサ105によって検出しているが、バッテリ39から放電した電流を積算する回路を構成し、積算放電量が所定値に達することにより放電停止状態とするように構成することができる。
■第3実施例において、電流制御部104と電動モータ36との間にもリレーを介装し、2つのリレーを切ることで放電停止状態を形成するようにすることができる。
【0044】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の2次電池の深放電防止装置においては、2次電池が充電を要する状態となるとそれ以降は2次電池からの放電が行われず、また、充電がなされない限り2次電池が放電可能な状態とならないので、2次電池の深放電を確実に防止することができる(請求項1)。また、装置の多くをソフトウエアで構成することができ、製造コストことを低減することができる(請求項3)。




 

 


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