JP2002315214A - 充電装置およびその充電装置を備えた携帯式小型電気機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 二次電池１１の使用および保存上に発生する
問題、例えば長期保存時の劣化やメモリ効果を未然に防
止するとともに、内蔵する機能を実行するのに必要最小
限の充電が簡易に行える様にする。 【解決手段】 充放電制御手段３と電池容量検出手段２
を設け、二次電池１１を満充電状態に充電するばかりで
なく、それ以下の任意の残容量状態に充放電制御可能と
するとともに、実行する機能に必要な容量を算出可能と
する演算手段６を備えて追加すべき容量の充電を自動的
に行わせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、二次電池の充電
装置とその充電装置を備えた携帯式の小型電気機器に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の充電装置は、専ら二次電池
を満充電状態にすることのみを目的とするものが一般的
であった。また、充電装置を備えた携帯電話機の様な各
種の小型電気機器にあっても同様である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで近年、上記し
た二次電池としてリチウムイオン電池が使用されること
が多くなってきたが、この種類の二次電池は、満充電状
態のまま長期保存すると劣化することが知られている。
また二次電池に対する充放電を繰り返すと、メモリ効果
により電池電圧が低下するという不都合も有る。

【０００４】本発明にかかる充電装置は、二次電池を満
充電状態に充電するばかりでなく、それ以下の任意の残
容量状態に放電制御可能とすることにより、二次電池の
使用および保存上に発生する各種問題を未然に防止でき
る充電装置を提供することを目的とする。

【０００５】本発明は更に、必要な容量に限定して追加
の充電を可能とすることにより、当面使用するのに必要
最小限の充電量が限定して充電可能となり、充電時間の
短縮を図ることができる携帯式の小型電気機器を提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる充電装置
１は、図１にその全体的な構成を概略的に示す如く、二
次電池１１の残容量を検出可能とする電池容量検出手段
２と、その電池容量検出手段２によって検出された残容
量に基づいて二次電池１１に対する充電および放電量を
制御可能とする充放電制御手段３とを備えている。更
に、この充放電制御手段３が、前記した二次電池１１の
残容量を任意の値に制御可能としたことを特徴とする。

【０００７】前記した二次電池１１は、図２の様なパッ
ク化されたリチウムイオン二次電池であって、充放電制
御手段３が制御可能とする残容量を、二次電池１１を長
期保存可能な満充電を下回る所定容量に設定可能とす
る。

【０００８】上記した充電装置１を備える携帯式の小型
電気機器４は更に、二次電池１１を駆動電源とする携帯
電話としての機能など、複数の機能手段５ａ・５ｂ・５
ｃを一体に備えている。

【０００９】前記した電池容量検出手段２で検出された
残容量を使用して前記した各機能手段５を駆動した場合
における駆動可能量を算出可能とする演算手段６を更に
備え、充放電制御手段３が、演算手段６による演算結果
に基づいて残容量の制御を行う様に構成することができ
る。

【００１０】

【発明の効果】本発明にかかる電源装置１は上記の如
く、二次電池を満充電状態に充電するばかりでなく、そ
れ以下の任意の残容量状態に放電制御可能とすることに
より、二次電池の使用および保存上に発生する問題、例
えば長期保存時の劣化やメモリ効果を未然に防止でき
る。

【００１１】本発明にかかる携帯式電気機器４は、必要
な容量に限定して追加の充電を可能とすることにより、
当面使用するのに必要最小限の充電量が限定して充電可
能となり、充電時間の短縮を図ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる電源装置お
よび携帯式小型電気機器を、図２〜図４に示す携帯電話
１０に実施した一例を示すがこれに限らず、電源装置を
単独で実施することも可能であるし、ポケットタイプの
パソコンなど、二次電池を駆動電源として使用した各種
の携帯式情報端末に対して実施することもできる。

【００１３】携帯電話１０は、図２にその外観形状を示
す如く、扁平な矩形箱状の本体ケース１２の正面側に、
液晶表示板による表示画面１３およびスピーカ１４から
なる表示部１５と、キーボード３３およびマイク３４か
らなる操作部１７とを備える。更に裏面側には、二次電
池１１を内蔵した電池ケース１８を、電極３５を介して
着脱自在に取り付けるとともに、本体ケース１２の内部
に電子回路１６を収納している。

【００１４】図３は、本体ケース１２に内蔵する電子回
路１６がハードウェアとして備える機能を模式的に示し
たものであって、携帯電話としての基本的な送受機能を
備えた送受信部１９に加え、１チップマイコンを制御の
中心に備えた制御部２０および記憶部２１に格納された
ソフトウェアを利用した制御動作によって、後記する各
種の機能を実現している。なお、携帯電話としての基本
的な回路構成は従来の多機能電話と略同様なので、詳細
な説明は省略する。

【００１５】本発明にあっては更に、二次電池１１の残
量監視部２２を備えて二次電池１１における残容量をリ
アルタイムで正確に把握可能とする一方、検出した電池
残容量に関するデータに基づいて、後記する各種の制御
動作を実行可能とする。

【００１６】ここで図４は、電池残量監視部２２の構成
を明確にするため、電池ケース１８内の二次電池１１に
対する充放電に関する構成を中心に表したブロック図で
ある。二次電池１１からの出力電圧は、制御回路２３で
その動作が制御される放電回路２４を介して上記した各
部に印加されることにより、通常は二次電池１１を駆動
電源として電子回路１６は動作する。

【００１７】また、商用交流電源２５から出力される１
００〜２００Ｖの商用交流電圧は、ＡＣ−ＤＣコンバー
タ２６により低圧の直流電圧に変換されたのち、本体ケ
ース１２の下面に備えた着脱自在なコネクタ２７を介
し、本体ケース１２内の電子回路１６に印加される。

【００１８】この本体ケース１２の外部から送られる直
流電圧は、二次電池１１に代えて電子回路１６の各部に
駆動電力を供給可能とすると同時に、制御回路２３で制
御される充電回路２８によって充電電圧および充電電流
を制御しながら二次電池１１に印加することにより、上
記した放電回路２４と連動して二次電池１１における正
確な電池残容量を把握しながら、所定の充電率まで二次
電池１１を充放電可能とする。

【００１９】電池残量監視部２２は、充電電流の大きさ
を検出可能とする充電電流センサ２９を充電回路２８
に、放電電流の大きさを検出可能とする放電電流センサ
３０を放電回路２４に各々備え、各センサ２９・３０に
よる検出値に基づいて二次電池１１に対する充放電量を
制御すると同時に、検出した充放電電流を積算すること
により、現在の電池残容量をリアルタイムで算出可能と
する。

【００２０】本実施例にあっては更に、電池ケース１８
内に記憶回路３１と温度センサ３２を一体に内蔵し、記
憶回路３１に備えた電池の特性情報と、温度センサ３２
による電池表面における温度変化情報に基づき、前記し
た積算による電池残量を補正可能とする。

【００２１】ここで記憶回路３１は、フラッシュメモリ
あるいは電池でバックアップされたＲＡＭの様な書き換
え可能な記憶素子を備え、その記憶素子に対するデータ
の書き込みおよび読み出しを可能とする必要最小限に抑
制された回路構成をとる。更に記憶回路３１内には、内
蔵する二次電池１１を構成する素電池の負荷特性、温度
特性あるいは劣化特性の様な充放電量を計算するの必要
な電池の特性情報や、充放電中における電池残量および
その時点の時刻の様に、充放電中は勿論、電池ケース１
８を本体ケース１２から取り外したのちも電池の残容量
の変化を推測するのに必要な情報が含まれるが、記憶回
路３１の構成および記憶内容は限定されるものではな
い。

【００２２】一方、本体ケース１２側の制御回路２３に
は、電池の電池残量を検出するためのアルゴリズムが格
納されている。かかるアルゴリズムとしては、電池電圧
が下限値を下回った完全放電時にその残容量を０％と
し、満充電の検出時にその残容量を１００％に絶対補正
するとともに、その間における残容量は充放電量を積算
して行くことにより算出されるが、その電池残量の検出
方法は限定されるものではない。

【００２３】なお、満充電時の検出方法としては、例え
ば、電池温度の時間変化率がある設定値以上になった時
点とする方法、電池電圧が上昇後下降に転じて更にある
設定値以上降下した時点とする方法、電池電圧の時間に
対する二次微分が充電量１００％に近い領域で正から負
に変化した時点とする方法など、そのシステムに最適な
アルゴリズムが採用される。

【００２４】更に、電池ケース１８中の記憶回路３１に
格納した電池特性情報を利用し、前記した満充電の検出
と充放電量の積算動作を、実際に使用している二次電池
１１に対応させて行わせる。また、算出された電池残容
量とその時刻は絶えず記憶回路３１中に記憶されてお
り、例えば電池ケース１８を本体ケース１２から一旦外
して再度取り付けた場合にあっては、取り外し中の経過
時間と放電特性とから自己放電量を推測し、電池ケース
１８の取り外し前の電池残容量から自己放電量を引いて
現在容量の補正を行う。

【００２５】次に、ソフトウェアを使用して実現される
機能としては、通常の携帯電話１０としての送受話機能
に加えて、次の様なものが用意されている。例えば、イ
ンターネット回線に接続して情報を検索する機能、音楽
・映像あるいはプログラムの様な各種情報を記憶部２１
にダウンロードする機能、記憶部２１にダウンロードし
た情報を実行する機能、商品の購入や銀行取引の様な所
定の商行為をする機能であるが、その機能の内容は限定
されるものではない。

【００２６】ところで携帯電話１０は一般的に、上記し
た様に待ち受け受信や音声による通話といった携帯電話
としての基本的な機能に加えて、インターネット回線へ
接続したデータ通信動作、データのダウンロード、音楽
の記録再生、画像の記録再生、ゲーム等のプログラム実
行の様な付加機能が設けられているが、各機能の実行時
に動作する回路部分あるいはＣＰＵの使用率等が異なっ
ているために、選択した機能を実行するのに必要な単位
時間当りの電力量も異なる。

【００２７】しかしながら、使用する機能が特定されれ
ば単位時間当たりに必要な電力量が決まり、その時の電
池残量から該当の機能を実行可能な時間も推測できる。
また、音楽や映像であれば１つの曲の様な単位となる時
間が、データのダウンロードであれば、通信速度とデー
タのバイト数からダウンロードするのに必要な時間が予
測される。

【００２８】そこで本発明を実施した携帯電話１０にあ
っては更に、前記した各機能を実行する際に、図５の様
に、上記した電池残量監視部２２で把握される二次電池
１１の残容量と連動させた以下の様な各モードに対応さ
せた動作を、手動あるいは自動的にさせる様に構成して
いる。なお以下の各モードは、単独に実行することも可
能であるし、関連する動作を互いに連動して行うことも
できる。

【００２９】第１のモードとしては、上記した各種の機
能について、現在の電池残容量であればどの程度の時間
継続して実行できるかを報知可能とする「報知モード」
である。その際、音楽や映像の再生であれば、使用可能
時間に加えて、再生可能な曲数の様な直感的に判りやす
い方法でも表示される。もし単位となるデータの一部し
か実行できないことが判断される場合であれば、その旨
の警告表示も同時になされる。

【００３０】第２のモードとしては、選択した機能を全
て実行するのに電池の残容量が不足すると判断された場
合に、その機能を実行するのに重要度が低いと思われる
機能から順番に停止あるいは能力を落として節電を図る
「節電モード」である。

【００３１】例えば、音楽の再生中やダウンロード中に
あっては表示部１５における画像表示は基本的には必要
ない。そこで、液晶表示板のバックライトの様な表示に
不要な動作の内で重要度の低いものから順番に停止ある
いは機能を低下させることによって省電力化を図り、動
作可能時間の延長を可能とするのである。

【００３２】第３のモードとしては、選択した機能の最
小単位を完了しない前に二次電池１１の残量不足でその
動作継続が不能となった場合に、二次電池１１を取り替
え或いは充電を行った後に、中断した部分から再開して
完了させる「継続モード」である。

【００３３】例えばデータのダウンロード途中に中断し
た場合にあっては、最初からダウンロードを行わせるの
ではなく、残りのデータのみをダウンロードし、既にダ
ウンロード済みのデータと結合可能とする。

【００３４】第４のモードとしては、外出等する場合に
あって、動作を必要とする機能を全うするのに二次電池
１１の残容量が不足することが上記した「報知モード」
により判定された場合、その機能を実行するのに不足す
る充電量に対応させた充電制御を可能とする「充電量制
御モード」であって、本発明はかかる構成に特徴を有す
る。

【００３５】次に上記した第１〜第４の各モードについ
て、更に詳細に説明する。先ず第１の「報知モード」
は、次に実行させようとする機能を選択する前に、その
機能に関する情報を積極的に得る目的で操作者が意識的
に入る場合と、所定の機能を実行しようとした場合に、
自動的にそのモードに入って警告等の報知動作が行われ
る場合と、他の外部機器と連動した動作を行わせるため
にその外部機器側に自動的に報知される場合とがある。
なお報知される情報は、上記した特定の機能の動作可能
時間に加えて、二次電池１１の残容量や充電率の様な二
次電池１１の充電状態に関する情報など適宜増減して実
施できるものであり、またその報知形式も限定されるも
のではない。

【００３６】ここで操作者が明示的に「報知モード」に
入った場合にあっては、実行可能な機能のリストが表示
画面１３上で一覧表示され、更に現在の電池残容量を用
いて各機能を実行できる時間が算出表示される。この場
合、ダウンロードされるデータや再生される音楽のファ
イルサイズが特定されていないので、概略値として表示
される。

【００３７】一方、自動的に「報知モード」に入った場
合にあっては、実行すべき機能選択がなされて具体的な
動作条件が決定しているのが一般的である。そこで、例
えば必要なファイルをすべてダウンロードするのには電
池の残容量が不足することが判定されると、その旨の警
告表示がなされ、それでもダウンロードを実行するか否
かの判断が求められる。

【００３８】この時に充分な電池残容量がある場合には
逆に、動作可能な時間に関する情報を表示しないか、安
心してその機能を実行できることを、マーク等をもって
表示することができる。また不足することはないが、十
分でもない場合にあっては、例えば音楽の再生の場合に
あっては、その曲であればあと何曲分あるいは何分の再
生が可能かといった、該当の機能を継続して実行できる
具体的な時間等の情報が表示されると同時に、次の「節
電モード」に入るか否かの判断が求められる。

【００３９】また、携帯電話１０をパソコン装置や携帯
式通信端末の様な他の外部機器と連動して動作させる場
合にあっては、有線あるいは無線状態でその外部機器側
に上記した情報がデータ伝送される。するとその情報を
受け取った外部機器側では、例えば携帯電話１０側にお
ける二次電池１１の電池容量が減少していることを判断
すると、データの保存処理等の必要な動作が連動して行
われるのである。

【００４０】次に第２のモードである「節電モード」
は、電池の残容量の不足に起因する動作時間の不足を補
うため、実施しようとする機能に関係が小さい動作を停
止または実施能力を強制的に低下させることにより消費
電力を減少させるものである。

【００４１】このモードに入る条件および入った後の動
作内容は、システムとして基本的な設定が予めなされて
いるが、初期設定時に操作者自らがその内容を設定変更
することも可能とする。

【００４２】ここで「節電モード」に入るための具体的
な条件としては、二次電池１１の残容量が例えば満充電
時の１０％程度の下限値を下回った場合の様に、実行さ
せる機能にかかわりなく、一律に決定することもでき
る。

【００４３】しかし、通話や待ち受け受信機能の様に単
位となる区切りがない場合にあっては、その動作可能時
間が下限値として設定される。一方、データのダウンロ
ードや音楽の再生の様に所定の単位が予め設定されてい
る場合にあっては、少なくともその単位となる量の実行
が出来なくなる時点を条件としているが、適宜変更でき
ることは勿論である。

【００４４】一方、節電動作として行われる内容は、該
当の機能を実行する内容を分析し、影響が少ないものか
ら順位をつけるとともに、各内容を停止した場合に節電
できる電力量がリストアップされる。そして、不足する
電力量に対応するだけの電力量を賄うのに必要な節電内
容が順次に判断されて実行される。

【００４５】例えば音楽の再生時にあっては、画像表示
は基本的に必要ではないので停止できる。またＣＰＵの
能力が実施すべき機能に比して高い場合、ＣＰＵの動作
周波数を低下させるなどして消費電力を低下させること
ができる。またスピーカ１４から出力される音量を制限
することによっても節電が可能である。その他、節電で
きる内容は機能毎に異なるので、ここでは言及しない。

【００４６】次に第３のモードである「継続モード」
は、主としてデータのダウンロード時に有効なモードで
あって、例えば記憶部２１上に、ダウンロードの状態を
示す「ダウンロードステータス」と、ダウンロードの対
象となる「データサイズ」と、「ダウンロード済みのデ
ータサイズ」と、ダウンロードされたデータの「インデ
ックス情報」がダウンロード中に記憶される様に構成す
るとともに、図６の流れ図に示す動作が行われる。

【００４７】すなわち、図６のステップＳＴ１でダウン
ロード処理をスタートさせた場合、まずステップＳＴ２
でダウンロードの再開処理であるか否かが判定される。
この判定で再開処理でないことが判定されると、ステッ
プＳＴ３でダウンロード元に対してダウンロードすべき
データサイズを問い合わせる。

【００４８】次にステップＳＴ４において、データサイ
ズとデータ通信可能な速度からダウンロードに必要な時
間を算出する。更にステップＳＴ５では、電池の残容量
とダウンロード時に予想される消費電流量から電池の残
り動作時間を算出し、次のステップＳＴ６で電池の残容
量がダウンロードに必要な容量を下回っていることが判
定されると、ステップＳＴ７において操作者に対してダ
ウンロードを実行するか否かの確認が行われ、ステップ
ＳＴ８でダウンロードを行わないことを決定すると、ス
テップＳＴ９に移ってダウンロードを終了する。

【００４９】ステップＳＴ８でダウンロードの実行を選
択すると、ステップＳＴ１０でダウンロードすべきデー
タサイズと、インデックス情報をメモリに書き込むとと
もに、ステップＳＴ１１でダウンロードステータスを
「開始」状態にする。

【００５０】更に次のステップＳＴ１２で電池の残容量
を調べ、電池残容量が僅少またはゼロになってないこと
が確認されると、ステップＳＴ１３で単位量のデータ受
信が行われるとともに、ステップＳＴ１４でダウンロー
ド済みのデータサイズを更新する。更にステップＳＴ１
５で全データを受信したか否かが判定され、受信が完了
した場合はステップＳＴ９に移ってダウンロードを終了
するが、完了していない場合はステップＳＴ１２に戻っ
てデータの受信を続ける。またデータの受信途中で、ス
テップＳＴ１２の判定により電池容量がゼロになったこ
とが確認されると、その旨を表示してダウンロードを中
断する。

【００５１】この様な形でダウンロードを中断した後
に、二次電池１１を充電するなどしてダウンロードをス
テップＳＴ１から再開すると、ステップＳＴ２において
ダウンロードステータスが調べられ、ステップＳＴ１３
に移ってデータ受信の再開処理がなされるのである。

【００５２】なお「継続モード」で再開処理がされる機
能は、上記した様なデータのダウンロード処理に限定さ
れることなく、音楽や画像の再生の様に、中断位置が特
定できるものであれば、略同様に実施できる。

【００５３】最後に第４のモードである「充電量制御モ
ード」は、二次電池１１の残容量が減少しているために
充電が必要であるが、外出時間が迫っているなどして、
満充電を待つまでの時間的余裕が少ない場合に有効なモ
ードである。

【００５４】すなわち、上記した「報知モード」を利用
することによって、実行すべき機能毎に、現在の残容量
で実行可能な時間がわかる。そこでこの「充電量制御モ
ード」では逆に、音楽再生の様な特定の機能をどれだけ
の時間実行したいか入力すると、その実行のために不足
する電池容量が判るので、その不足する電池容量分だけ
を限定的に充電可能とすることによって必要最小限の充
電を行い、充電時間の短縮を図るのである。

【００５５】なお、上記の様に二次電池１１を充電する
場合ばかりでなく、満充電状態の二次電池１１を放電さ
せて任意の残容量に減少させるために使用することもで
きる。例えばリチウムイオン電池は満充電状態で長期保
存すると劣化するが、長期保存に最適な所定容量まで強
制的に放電させる機能は有用である。

【００５６】その場合にあっても、携帯電話１０の使用
を再開する時のことを考慮し、上記した「報知モード」
を利用して、放電後に維持される二次電池１１の残容量
を決定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的な構成を示す概略図である。

【図２】本発明を携帯電話に実施した一例を示す斜視図
である。

【図３】電子回路の構成を概略的に示すブロック図であ
る。

【図４】電池残量監視部の構成を示すブロック図であ
る。

【図５】電池残量監視部で行われる動作モードを示す説
明図である。

【図６】ダウンロード処理の手順を示す流れ図である。

【符号の説明】

１ 電源装置 ２ 電池容量検出手段 ３ 充放電制御手段 ４ 携帯式小型電気機器 ５ 機能手段 ６ 演算手段 １０ 携帯電話 １１ 二次電池 １２ 本体ケース １３ 表示画面 １４ スピーカ １５ 表示部 １６ 電子回路 １７ 操作部 １８ 電池ケース １９ 送受信部 ２０ 制御部 ２１ 記憶部 ２２ 電池残量監視部 ２３ 制御回路 ２４ 放電回路 ２５ 商用交流電源 ２６ ＡＣ−ＤＣコンバータ ２７ コネクタ ２８ 充電回路 ２９ 充電電流センサ ３０ 放電電流センサ ３１ 記憶回路 ３２ 温度センサ ３３ キーボード ３４ マイク ３５ 電極

フロントページの続き (72)発明者 蓮田 大 大阪府茨木市丑寅１丁目１番88号 日立マ クセル株式会社内 Ｆターム(参考） 5G003 AA01 BA01 CA06 CB01 EA05 EA08 GC05 5H030 AA02 AA10 AS06 AS14 BB01 BB21 DD06 DD20 FF41

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二次電池を充放電可能とする充電装置で
   あって、 二次電池の残容量を検出可能とする電池容量検出手段
   と、 該電池容量検出手段によって検出された残容量に基づい
   て二次電池に対する充電および放電量を制御可能とする
   充放電制御手段とを備え、 前記充放電制御手段が、前記二次電池の残容量を任意の
   値に制御可能としたことを特徴とする充電装置。
2. 【請求項２】 前記二次電池はパック化されたリチウム
   イオン二次電池であって、 前記充放電制御手段が制御する残容量は、二次電池を長
   期保存可能な満充電を下回る所定容量である請求項１記
   載の充電装置。
3. 【請求項３】 複数回の充放電を可能とする二次電池
   と、 該二次電池に対する充電および放電量を制御可能とする
   充放電制御手段と、 前記二次電池の残容量を検出可能とする電池容量検出手
   段と、 前記二次電池を駆動電源とする複数の機能手段とを一体
   に備えた携帯式の小型電気機器であって、 前記充放電制御手段が、前記二次電池の残容量を任意の
   値に制御可能としたことを特徴とする携帯式小型電気機
   器。
4. 【請求項４】 前記電池容量検出手段で検出された残容
   量で前記各機能手段を駆動した場合における駆動可能量
   を算出可能とする演算手段を更に備え、 前記充放電制御手段が、前記演算手段による演算結果に
   基づいて残容量の制御を行う請求項３記載の携帯式小型
   電気機器。
5. 【請求項５】 前記機能手段には、少なくとも携帯電話
   としての機能を含む請求項３または４記載の携帯式小型
   電気機器。