JP2008054394A - 充電装置および充電制御方法ならびにプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】端末装置に装着される二次電池の電池寿命を延ばす。
【解決手段】ＡＣアダプタ２から入力される電源を充電制御回路１１を介して電池パック１３中の電池セル１３１に供給して電池セル１３１を充電する。端末装置１が使用される場合には、電池セル１３１が放電し、端末回路１２に対して電源を供給する。この際、電流検出用抵抗１５は、放電電流を検出し、電池容量積算回路１４は、放電容量情報を算出する。マイクロコンピュータ１２１は、端末装置１のＡＣアダプタ２への接続を検出し、検出した後の所定時間経過するまでの期間における電池セル１３１の総放電容量を、電池容量積算回路１４からの情報を元に求める。そして、電池セル１３１に対して、総放電容量が大きい程、所定時間経過後における電池セル１３１の充電電圧が高くなるように設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、充電装置および充電制御方法ならびにプログラムに係り、特に、携帯型の電子機器に用いられる充電装置および充電制御方法ならびにプログラムに係る。

リチウムイオン電池等の二次電池は、携帯型の電子機器において広く使用されている。このような二次電池は、電池パックに内蔵されて電子機器に装着されてＡＣ電源によって充電される。そして、電子機器を携帯する際には電池パックを装着した状態でＡＣ電源から切り離されて使用される。このような使用形態において、二次電池から供給可能な電流容量はできるだけ大きいことが望ましく、ＡＣ電源を利用して充電装置から二次電池に充電するときに、満充電の状態まで充電しておくことが一般的であった。しかし、この場合、二次電池の充電電圧を高めに設定することになり、二次電池の特性上、その二次電池の寿命が短くなってしまう不都合があった。

そこで、リチウムイオン電池の使用態様に応じて電池寿命を可及的に長くするリチウムイオン電池用の充電システムが特許文献１において開示されている。このシステムは、リチウムイオン電池からの供給電力によって電気機器が動作するときの電気機器の消費電力を推定又は計測する消費電力特定手段と、電気機器をリチウムイオン電池の供給電力で動作させる駆動可能時間を設定する動作時間設定手段とを備え、消費電力特定手段の推定情報又は計測情報と動作時間設定手段の設定情報とによって求まる充電容量に基づいて、リチウムイオン電池に対する充電装置の充電電圧を設定するように構成されている。

なお、関連する技術として、二次電池の動作特性をより精密に反映して充電及び放電状態をモニタリング及び制御するためのデータを生成する技術が特許文献２において開示されている。

特開２００３−３３８３２３号公報 特開２０００−３５０３７２号公報

ところで、例えば携帯電話機に代表されるような携帯型の電子機器においては、電子機器を充電しながら使用する、すなわち放電するという使い方がなされることも多い。このような使用形態において、特許文献１に記載の充電システムは、電気機器の或る瞬間（又は平均）の消費電力を検知し、その値又は平均値を電気機器の消費電力として充電容量を計算しており、充電中の電気機器の使用による充電容量の変動を考慮していない。すなわち、単純に電気機器を或る時間電池駆動するための充電容量を算出しているだけであるので、電気機器を充電しながら長時間使用する場合においては、充電容量がより大きく算出されてしまうことになる。したがって、従来の充電制御方法は、個々ユーザの使用形態に関係なく、充電制御の充電電圧が高めに固定されるため、充電時間が長く、電池寿命が短くなる虞がある。

本発明の１つのアスペクトに係る充電装置は、ＡＣ電源に接続して二次電池を充電すると共に二次電池から負荷に対して放電可能となるように構成される充電装置において、ＡＣ電源への接続を検出する検出部と、ＡＣ電源への接続を検出した後の所定時間経過するまでの期間における二次電池の総放電容量を求める放電容量算出部と、二次電池に対して、所定時間経過するまでは予め定めた充電電圧を設定すると共に、総放電容量を元に所定時間経過後における充電電圧を設定する充電電圧設定部と、を備える。

第１の展開形態の充電装置において、充電電圧設定部は、総放電容量が大きい程、所定時間経過後における二次電池の充電電圧が高くなるように設定することが好ましい。

第２の展開形態の充電装置において、放電容量算出部は、所定の時間間隔で計測した二次電池の放電電流の総和から総放電容量を求めるようにすることが好ましい。

本発明の１つのアスペクトに係る充電制御方法は、ＡＣ電源に接続して二次電池を充電すると共に二次電池から負荷に対して放電可能となるように構成される充電装置の充電制御方法において、充電装置をＡＣ電源に接続後、所定時間経過するまでの期間における二次電池の総放電容量を求め、総放電容量を元に所定時間経過後における二次電池の充電電圧を設定する。

本発明の１つのアスペクトに係るプログラムは、ＡＣ電源に接続して二次電池を充電すると共に二次電池から負荷に対して放電可能となるように構成される充電装置を構成するコンピュータに、充電装置をＡＣ電源に接続後、所定時間経過するまでの期間における二次電池の総放電容量を求める処理と、総放電容量を元に所定時間経過後における二次電池の充電電圧を設定する処理と、を実行させる。

本発明によれば、端末の使用形態に対応した充電を行うので、電池の充電電圧を下げることが可能となって電池寿命を延ばすことができる。

図１は、本発明の実施形態に係る端末装置の構成を示すブロック図である。図１において、端末装置１は、携帯端末装置等であって、充電制御回路１１、端末回路１２、電池パック１３、電池容量積算回路１４、電流検出用抵抗１５を備える。また、端末装置１は、ＡＣアダプタ２から電源供給を受けるため正極となる端子１１４と負極となる端子１１５を備える。ここで、充電制御回路１１、端末回路１２の一部、電池容量積算回路１４、電流検出用抵抗１５が充電装置に該当する。

充電制御回路１１は、電池パック１３を充電するために、充電制御ＩＣ１１３と充電制御ＩＣ１１３によって制御されるスイッチ素子１１１とで、電池パック１３に与える電圧と電流を制御する。

電池パック１３は、電池セル１３１、保護制御ＩＣ１３２、スイッチ素子１３３、温度検出素子１３４、端子１３５、１３６、１３７を備える。電池パック１３は、端末装置１に対して脱着可能に構成され、端子１３５、１３６、１３７を介して充放電が行われる。保護制御ＩＣ１３２とスイッチ素子１３３とは、電池パック１３に何らかの異常がある場合、給電を遮断して電池セル１３１を保護する。温度検出素子１３４は、電池パック１３の温度を検出し、端末回路１２に対して検出した温度情報を送信し、電池パック１３が異常な温度に至らないように安全性を確保している。

電池容量積算回路１４は、スイッチ素子１１１と電池パック１３の端子１３５との間に挿入された電流検出用抵抗１５に流れる電流を検出して、電池パック１３における充放電容量を算出する。

端末回路１２は、マイクロコンピュータ１２１、メモリ１２２、タイマー１２３、その他回路１２４を備える。マイクロコンピュータ１２１は、内蔵するプログラムを実行することで、ＡＣアダプタ２の接続有無の判断、電池容量積算回路１４からの電池パック１３における充放電容量情報の取得、電池パック１３の温度情報の取得を行う。さらに、充電を行っている状態にあるか否かを示すフラグを充電制御ＩＣ１１３から受け取ると共に、充電制御ＩＣ１１３に対して充電電圧の設定を行う。すなわち、マイクロコンピュータ１２１は、充放電容量情報をメモリ１２２に蓄積し、後述するような電池パック１３の充電中における端末装置１の使用状態を電池パック１３の放電状況によって把握することで電池セル１３１に対する充電電圧の変更を行う。タイマー１２３は、充放電の管理における時間監視のためにマイクロコンピュータ１２１によって使用される。その他回路１２４は、端末装置１における例えば通信機能や入出力インタフェース等に係る回路であって本発明とは直接関係しないので、その説明を省略する。

次に、充電装置の動作について説明する。図２は、本発明の実施形態に係る充電装置の動作を示すフローチャートである。図２において、ステップＳ１０１でスタートすると、マイクロコンピュータ１２１は、端子１１４、１１５を介してＡＣアダプタ２が挿入されたことを検出し（ステップＳ１０２）、電池パック１３が充電されることを示す充電電池フラグを充電制御ＩＣ１１３から取得する（ステップＳ１０３）。ここで電池充電フラグは、マイクロコンピュータ１２１に送出され、マイクロコンピュータ１２１は、電池充電フラグを受け取ってタイマー１２３をスタートさせ、充放電容量情報の取得を開始する。

マイクロコンピュータ１２１は、充電電池フラグを取得後、タイマー１２３から時刻Ｔ１、電池容量積算回路１４から電池容量Ｃ１を取得する（ステップＳ１０４）。一定時間後、同様に時刻Ｔ２、電池容量Ｃ２を取得し（ステップＳ１０５）、電池容量Ｃ２とＣ１を比較し（ステップＳ１０６）、その差分から電池パック１３の充電容量または放電容量を取得し、放電した場合には放電容量をメモリ１２２に蓄積する（ステップＳ１１２）。その後同様に、時刻と電池容量の取得を、充電制御ＩＣ１１３から電池充電完了フラグを取得する（ステップＳ１０９）まで繰り返す。その後、充電完了時の時刻Ｔｎ１、電池容量Ｃｎ１を一度だけ取得する（ステップＳ１１０）。

次に、ＡＣアダプタ２が抜かれたことを検出した（ステップＳ１１５のＹＥＳ）際の時刻Ｔｎ２、電池容量Ｃｎ２を取得し（ステップＳ１１６）、時刻Ｔｎ２が２４時間を経過していれば（ステップＳ１１７のＹＥＳ）、全ての放電容量を合計する（ステップＳ１１８）。そして、あらかじめメモリ１２２に蓄積してある放電容量に対応する充電電圧データから必要な充電電圧を算出し（ステップＳ１１９）、マイクロコンピュータ１２１から充電制御ＩＣ１１３に対して充電電圧変更の信号を送出して充電電圧を変更し（ステップＳ１２０）、一連の処理を終了する（ステップＳ１２１）。

一方、ＡＣアダプタ２が抜かれず（ステップＳ１１５のＮＯ）、充電制御ＩＣ１１３から電池再充電フラグを取得すると（ステップＳ１２２）、時刻ＴＲ１、電池容量ＣＲ１を取得する（ステップＳ１２３）。この時、時刻ＴＲ１が２４時間を経過していれば（ステップＳ１２４のＹＥＳ）、ステップＳ１１８に進む。

また、ステップＳ１１７において、時刻Ｔｎ２が２４時間を経過していなければ（ステップＳ１１７のＮＯ）、充電制御ＩＣ１１３から電池充電フラグを取得し（ステップＳ１２６）、この時の時刻ＴＳ１、電池容量ＣＳ１を取得する（ステップＳ１２７）。時刻ＴＳ１が２４時間を経過していれば（ステップＳ１２８のＹＥＳ）、ステップＳ１１８に進む。ステップＳ１２４において、時刻ＴＲ１が２４時間を経過していないことを示す場合、およびステップＳ１２８において、時刻ＴＳ１が２４時間を経過していないことを示す場合には、ステップＳ１０５に戻り、引続き時刻と容量の取得を繰り返す。

以上のように端末装置１は動作し、端末の使用状態に対応する放電容量の情報を蓄積することによって、放電容量を元に以降の電池パック１３に対する充電電圧の設定を行う。例えば、通常の携帯電話機に使われるリチウムイオン電池の充電電圧は、４．２Ｖで１００％容量となる。総放電容量が９０％、８０％、７０％、・・・３０％であった場合、それぞれに対応して充電電圧を４．１Ｖ、４．０Ｖ、３．９Ｖ、・・・３．５Ｖと０．１Ｖ間隔として設定する。この時、例えば２４時間内で求めた総放電容量が７０％である場合には、充電電圧を３．９Ｖに変更する。総放電容量が極端に多く１００％を超える場合には、リチウムイオン電池の性能上の上限である４．２Ｖのままとする。

充電電圧を下げることは、すなわち放電容量が少く、放電容量が少ないことは、充電時間が短くできる（充電の供給電流が一定の場合）ことを意味する。例えば端末装置が携帯電話機である場合、通話時間が極端に少ない場合や短いメールを１日に数件のみ使用する場合等においては、放電容量が少なくて済む。したがって、このような放電容量が少ない場合には充電電圧を下げて電池の高電圧状態による劣化を軽減し、電池寿命を延ばすことができる。

なお、図２において、個々のユーザの端末使用形態を２４時間で取得するようにしているが、この時間を延ばすことによって使用形態の精度をより向上させることが可能となる。

本発明の実施形態に係る端末装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る充電装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 端末装置
２ ＡＣアダプタ
１１ 充電制御回路
１２ 端末回路
１３ 電池パック
１４ 電池容量積算回路
１５ 電流検出用抵抗
１１１、１３３ スイッチ素子
１１３ 充電制御ＩＣ
１１４、１１５、１３５、１３６、１３７ 端子
１２１ マイクロコンピュータ
１２２ メモリ
１２３ タイマー
１２４ その他回路
１３１ 電池セル
１３２ 保護制御ＩＣ
１３４ 温度検出素子

Claims (11)

1. ＡＣ電源に接続して二次電池を充電すると共に二次電池から負荷に対して放電可能となるように構成される充電装置において、
   ＡＣ電源への接続を検出する検出部と、
   前記ＡＣ電源への接続を検出した後の所定時間経過するまでの期間における二次電池の総放電容量を求める放電容量算出部と、
   前記二次電池に対して、前記所定時間経過するまでは予め定めた充電電圧を設定すると共に、前記総放電容量を元に前記所定時間経過後における充電電圧を設定する充電電圧設定部と、
   を備えることを特徴とする充電装置。
2. 前記充電電圧設定部は、前記総放電容量が大きい程、前記所定時間経過後における前記二次電池の充電電圧が高くなるように設定することを特徴とする請求項１記載の充電装置。
3. 前記放電容量算出部は、所定の時間間隔で計測した前記二次電池の放電電流の総和から前記総放電容量を求めることを特徴とする請求項１記載の充電装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一に記載の充電装置を含み、前記負荷となることを特徴とする携帯端末装置。
5. 前記二次電池は、携帯端末装置に装着可能な電池パックに含まれることを特徴とする請求項４記載の携帯端末装置。
6. ＡＣ電源に接続して二次電池を充電すると共に二次電池から負荷に対して放電可能となるように構成される充電装置の充電制御方法において、
   充電装置をＡＣ電源に接続後、所定時間経過するまでの期間における二次電池の総放電容量を求め、該総放電容量を元に前記所定時間経過後における前記二次電池の充電電圧を設定することを特徴とする充電制御方法。
7. 前記総放電容量が大きい程、前記所定時間経過後における前記二次電池の充電電圧が高くなるように設定することを特徴とする請求項６記載の充電制御方法。
8. 前記総放電容量は、所定の時間間隔で計測した前記二次電池の放電電流の総和から求めることを特徴とする請求項６または７記載の充電制御方法。
9. ＡＣ電源に接続して二次電池を充電すると共に二次電池から負荷に対して放電可能となるように構成される充電装置を構成するコンピュータに、
   充電装置をＡＣ電源に接続後、所定時間経過するまでの期間における二次電池の総放電容量を求める処理と、
   前記総放電容量を元に前記所定時間経過後における前記二次電池の充電電圧を設定する処理と、
   を実行させるプログラム。
10. 前記充電電圧を設定する処理において、前記総放電容量が大きい程、前記所定時間経過後における前記二次電池の充電電圧が高くなるように設定することを特徴とする請求項９記載のプログラム。
11. 前記二次電池の総放電容量を求める処理において、所定の時間間隔で計測した前記二次電池の放電電流の総和から前記総放電容量を求めることを特徴とする請求項９記載のプログラム。
    

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