JP2008277030A - ２次電池の充放電制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】携帯情報機器の使用者の負担を軽減しながら、２次電池の長時間駆動と長寿命化とを実現する。
【解決手段】携帯情報機器に使用する２次電池の充放電制御方法であって、携帯情報機器をＡＣアダプタ等の外部電源に接続した場合に、２次電池を定格最大容量以下の充電上限値まで充電するステップと、２次電池を定格最大容量以下の所定容量まで放電するステップと、充電上限値まで充電した２次電池を所定容量にまで少なくとも２日間で放電させるステップとを含むことを特徴としている。
【選択図】図３

Description

本発明は、主として事務所で使用されるノートパソコンやＰＤＡ（携帯情報端末）などの携帯情報機器に使用する２次電池の充放電制御方法に関わり、携帯情報機器の使用者の負担を軽減し、かつ、２次電池の使用実態を考慮しながら長時間駆動と長寿命化とを実現する技術に関する。

携帯情報機器に使用される、例えばリチウムイオン電池などの２次電池は、満充電状態で使用すると２次電池の寿命が短くなることが知られている。

そこで一般的に、２次電池に図６に示すような２つの充電モードを備える方法がとられている。

図６について説明すると、モードＡは、ＡＣアダプタを接続した場合は、ＡＣアダプタから供給される電力で携帯情報機器を動作させるとともに、２次電池に定電流で急速充電し、満充電になると以後は、定電圧充電にして微弱な電流で充電するトリクル充電により、ほぼ満充電に近い状態を維持する。

一旦、２次電池が満充電状態になるとＡＣアダプタを携帯情報機器から抜かない限り、２次電池から携帯情報機器への電力は供給されないため、携帯情報機器の使用を停止しても満充電の状態がほぼ維持される。また、ＡＣアダプタからの充電ができない外出先での携帯情報機器の使用に際し、ｔ３〜ｔ５までの時間に２次電池が利用される。

一方、モードＢでは、同様にＡＣアダプタを接続した場合は、ＡＣアダプタから供給される電力で携帯情報機器を動作させるとともに、２次電池に定電流で急速充電し電池容量が満充電の８０％程度に達すると、この状態を維持するようなトリクル充電を継続する。モードＢはモードＡより充電上限値を低くして２次電池にかかる負荷を抑制しているため２次電池の寿命は延びるものの、外出先での使用では、ｔ３〜ｔ４までの２次電池の利用となり、使用時間は短くなってしまう。

従って、携帯情報機器の使用者は、事務所などＡＣアダプタを接続することが多い場合には、２次電池の寿命を延ばすためにモードＢで使用するが、翌日に出張などの外出が予定されている場合には２次電池を満充電の状態にするモードＡで使用して、外出先での使用時間を長くするような使い分けをしていた。

この方法は、使用者がうっかりＡモード操作を忘れると、外出先での携帯情報機器の使用時間が短くなるという欠点がある。

そこで、前述の２個のモードを自動的に切り替える方法として特許文献１および特許文献２に示すようなものが提案されている。

特許文献１に示すものは、タイマーなどにより予め定めたスケジュールに従って２個のモードを切り替えるものであり、特許文献２に示すものは、使用者のスケジュールを記憶するスケジュール記憶部を設け、このスケジュールに従って、２個のモードの切り替えを行うようにしたものである。
特開２００２−３５９００８号公報 特開２００４−９４６０７８号公報

しかしながら、前述の特許文献に示す方法は、いずれも、使用者がスケジュールの入力操作を必要とし、使用者にとって負担であるばかりでなく、突然の外出には対応できないという課題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、携帯情報機器の使用者の負担を軽減しながら、２次電池の長時間駆動と長寿命化とを実現することを第１の目的とする。

また、事務所でのＡＣアダプタで充電しながらの使用が連続すると、たとえＢモードであっても２次電池が８０％程度の容量での使用が連続することになり、２次電池の寿命を短くするので、この課題を解決することを第２の目的としている。

上述したような課題を解決するために、請求項１記載の２次電池の充放電制御方法は、携帯情報機器に使用する２次電池の充放電制御方法であって、携帯情報機器をＡＣアダプタ等の外部電源に接続した場合に、２次電池を定格最大容量以下の充電上限値まで充電するステップと、２次電池を定格最大容量以下の所定容量まで放電するステップと、充電上限値まで充電した２次電池を所定容量にまで少なくとも２日間で放電させるステップとを含むことを特徴としている。このことにより、２次電池の寿命を短くする満充電付近での電池の高負荷状態および長時間使用を回避するとともに、不意の外出があっても電池の長時間駆動ができるとともに電池の長寿命化を図ることができる。

また、請求項２記載の２次電池の充放電制御方法は、請求項１記載の２次電池の充放電制御方法において、充電は、２次電池の電力残容量が所定容量以下の場合に実施することを特徴としたものである。このことにより、充放電のサイクル時間を長くして、すなわち短時間での充放電の繰り返しを回避して、電池寿命の延長を図ることができる。

また、請求項３記載の２次電池の充放電制御方法は、請求項１記載の２次電池の充放電制御方法において、放電は、２次電池の電力残容量が所定容量以上で、充電状態でない場合に実施することを特徴としたものである。このことにより、充放電のサイクル時間を長くして、すなわち短時間での充放電の繰り返しを回避して、電池寿命の延長を図ることができる。

また、請求項４記載の２次電池の充放電制御方法は、ＡＣアダプタ等の外部電源からと２次電池とから給電を受けて使用する携帯情報機器に使用する２次電池の充放電制御方法であって、２次電池の充電上限値を定格最大容量以下の範囲で設定するステップと、外部電源から給電を受けて携帯情報機器が使用される時間と２次電池から給電を受けて携帯情報機器が使用される時間を計測するステップとを有し、所定期間内における外部電源からの給電時間と２次電池から給電時間の比率に対応して２次電池の充電上限値を変更することを特徴としている。このことにより、外部電源からの給電の比率が多い場合は、所定期間内において使用時間の少ない２次電池が、高負荷状態になるまで充電されることを抑制して、使用者に負担をかけることなく電池寿命の延長を図ることができる。なお前述の比率は逐次計測した複数の数値の移動平均で算出するのが望ましい。

また、請求項５記載の２次電池の充放電制御方法は、ＡＣアダプタ等の外部電源からと２次電池とから給電を受けて使用する携帯情報機器に使用する２次電池の充放電制御方法であって、２次電池の充電上限値を定格最大容量以下の範囲で設定するステップと、外部電源から給電を受けて携帯情報機器が使用される時間と、２次電池から給電を受けて携帯情報機器が使用される時間を計測するステップを有し、所定期間内における外部電源からの給電時間と２次電池から給電時間の比率が所定値を超えたときに、２次電池を所定の放電下限値以下に強制放電させることを特徴としている。このことにより、外部電源からの給電の比率が多い場合は、使用時間は少ないが高負荷状態にある２次電池の保有電力を減少させて、使用者に負担をかけることなく電池寿命の延長を図ることができる。なお前述の比率は逐次計測した複数の数値の移動平均で算出するのが望ましい。

また、請求項６記載の２次電池の充放電制御方法は、請求項５記載の２次電池の充放電制御方法において、強制放電は携帯情報機器が２次電池から給電を受けているときは実施しないことを特徴としている。このことにより、２次電池から給電を受けて携帯情報機器を使用する場合に、強制放電による消費電力を低減させ、電池での長時間駆動を図ることができる。なおこの場合、携帯情報機器が外部電源から給電を受けているときに強制放電を実施することは言うまでもない。

また、請求項７記載の２次電池の充放電制御方法は、請求項５記載の２次電池の充放電制御方法において、強制放電は、携帯情報機器を使用者が使用しているときに実施されることを特徴としている。このことにより、携帯情報機器のディスプレイ上のガイダンスによって、電池の充放電動作を使用者が確認することが可能となる。なおガイダンスは文字列、アイコン、アニメーション、音声のいずれかを含むのが望ましい。

また、請求項８記載の２次電池の充放電制御方法は、請求項５記載の２次電池の充放電制御方法において、強制放電は、使用者が指定する時間帯は実施しないことを特徴としている。このことにより、時間帯による給電先の使用実態に合わせて２次電池の保有電力を増減させ、使用者に負担をかけることなく、２次電池による給電時の長時間駆動と電池寿命の延長を図ることができる。

本発明の２次電池の充放電制御方法によれば、携帯情報機器の使用者の負担を軽減しながら、２次電池の長時間駆動と長寿命化とを実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

なお、説明の便宜上、数値を挙げて説明するが、本発明はこの数値には拘束されない。

（実施の形態１）
本実施の形態は、携帯情報機器（以下単に「機器」と呼ぶこともある）の２次電池（以下単に「電池」と呼ぶこともある）を満充電状態が継続することなく使用し、かつ、外出先等で機器を電池で使用する場合に、電池の使用時間ができるだけ長くなることを目的とした発明の実施の形態である。

図１は、本実施の形態における電池の充放電の状態を示す模式図、図２は同携帯情報機器の要部の構成を示す図、図３は同電池の充放電制御方法の詳細を示す流れ図である。

まず図１を用いて電池の充放電制御の概略を説明し、次いで図２を用いて電池の充放電に関わる機器の要部の構成と機能を説明し、最後に図１、図２を参照しながら図３を用いて電池の充放電制御の詳細（方法の順序）を説明する。

図１は、機器を常時アダプタで給電しながら使用したとき（例えば、事務所で機器を使用する場合）の電池の残存容量の遷移を実線の特性Ｃで示している。なお、ここで電池の残存容量は、電池が収容できる最大の電気エネルギー（アンペアアワー）を１００％として表現しており、この１００％は、後述の満充電（の状態の電気エネルギー）と同義である。

まず、時刻ｔ７において、電池の残存容量が、例えば８０％以下の場合、電池はアダプタから給電を受けた機器により充電され、図示Ｃ１の領域において電池の残存容量が時間経過とともに満充電に向かって充電される（以下、前述のＣ１域の状態を「漸次増加充電」と表記する）。

この漸次増加充電は、充電上限値を除々に上方にシフトすることで得られる。

時刻ｔ８において、電池が満充電になると、図示Ｃ２の領域で電池は放電下限値８０％まで３日間（７２時間）かけて緩やかな放電を行う。

図１で明らかなように、本実施の形態の充放電制御方法では、電池は満充電の状態が継続することがない。

また、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３はそれぞれ時刻ｔ９（翌日）、時刻ｔ１０（２日目）、時刻ｔ１１（３日目）に機器が電池で使用されたときの特性である。

図１から、翌日のＨ１では電池の残存容量約９５％、２日目のＨ２では電池の残存容量約９０％、３日目のＨ３では電池の残存容量８０％から機器を使用できる。すなわち、８０％充電モードで機器を使用する従来の場合と比べて、少なくとも翌日、２日目に突然の出張が入った場合でも、それぞれ１５％、１０％だけ長い時間、機器を使用できることになる。また、突然の出張を想定して常時満充電で使用する従来の場合と比べて、満充電の時間がほとんどないので電池を長寿命に保つことができる。なお、突然の出張に備えて、電池の残存容量が８０％になった後は、漸次増加充電（Ｃ１）から緩やかな放電（Ｃ２）までの定期的な充放電を繰り返すことが望ましい。

図２で、携帯情報機器１０は、電池２０と、電池２０から電池の残存容量などの情報を受けるマイコン（マイクロコンピュータ）３０と、マイコン３０に接続したＣＰＵ４０と充放電制御手段５０、および、充放電制御手段５０に外部のＡＣアダプタ（図示しない）から給電を受けるためのＡＣアダプタ端子６１、６２とを備えている。

充放電制御手段５０は、充電制御部５１と開閉器５２および放電抵抗５３とから構成されている。

マイコン３０は、電池２０からの残存容量の情報に基づいて、ＡＣアダプタ端子６１、６２にＡＣアダプタから給電を受けているかどうかを判断し、かつ、ＣＰＵ４０からの指示があればそれに基づいて充放電制御手段５０を制御する。

ＣＰＵ４０は、マイコン３０の要求により、ディスプレイ（図示せず）上に各種のガイダンスを表示する。

充放電制御手段５０は、マイコン３０の指示に従って、充電制御部５１により電池２０の定電流充電や定電圧充電（トリクル充電）あるいは充電停止を実施し、また、開閉器５２を閉路して電池２０の電荷を放電抵抗５３に放出して、緩やかな放電や後述の実施の形態２で述べる強制放電を実施する。

通常、２次電池の充電は、残存容量が所定値（充電下限値）以下になると充電を開始する。また、充電が進行して残存容量が所定値（充電上限値）に達すると微少電流を流し続けるトリクル充電を行う。充電上限値は、固定もしくは２つのレベルの選択であるが、マイコン３０は、この充電上限値を時間的に上方に移動させる（残存容量の漸次増加充電）。

図１の、Ｃ１の領域の特性は、この充電上限値の軌跡を示したものである。この漸次増加充電と、その他の制御動作は、マイコン３０の内部のＲＯＭに収納されたプログラムが、同内部のＲＡＭやカウンターなどを共働させる形態で実施される。

最後に、充放電の詳細について図３で説明する（指定なき動作の主語はマイコン３０）。ステップＳ１０１において機器の電源がＯＮされると、ステップＳ１０２において、アダプタ給電かをチェックする。ＹＥＳであれば、ステップＳ１０３で電池残存容量が８０％以上であるかどうかをチェックする。ＹＥＳであれば、ステップＳ１０４でアダプタから電池への充電を禁止する。これにより、機器へは電池から電力が供給され、残存容量は低下する（ステップＳ１０５）。

次にステップＳ１０６で残存容量が８０％以下になるのを待って、ステップＳ１０７で電池への充電を開始させる。ステップＳ１０８が、図２で説明した漸次増加充電であり、充電上限値を８０％から、例えば８時間で満充電になるよう制御する。

ステップＳ１０９で満充電に達すると、ステップＳ１１０で、図２で説明した放電を開始させる。この放電の程度は図１で説明した残存容量が１００％から７２時間で８０％になるよう、図２の放電抵抗５３の抵抗値が設定される。

次にステップＳ１１１で電池が使用されたかをチェックし、次いでステップＳ１１２で残存容量が８０％に達したかをチェックする。このステップＳ１１１とステップＳ１１２でいずれかがＹＥＳであれば図２の開閉器５２を開路させて放電を停止させる（ステップＳ１１３，ステップＳ１１４）。

以上のように、本実施の形態の充放電制御方法は、電池を常時満充電に維持することなく（電池の耐久上の負担を軽減して）、不意の出張などで携帯情報機器を電池で使用する場合に、電池をより長時間使用できるものである。また、切り替えなどの操作をする必要がないから使用者に負担をかけることもない。

なお、本実施の形態では、ステップＳ１０８の漸次増加充電において、終点を満充電までとしているが、かならずしも満充電である必要はなく、満充電の近傍、例えば電池の残存容量が９５％程度に設定しても差し支えがない。また、ステップＳ１０９〜ステップＳ１１０において放電の開始点を満充電としているが、機器の電源が０ＦＦされた時点（機器の使用を停止）で放電を開始するようにしても差し支えない。

（実施の形態２）
本実施の形態は、携帯情報機器の２次電池の充電レベルを、携帯情報機器の使用実態に応じて制御し、ノートパソコンなどで、省スペースを目的で購入され、専らアダプタで使用される場合は、２次電池の充電レベルを低位にして、２次電池の負担を軽くして２次電池の長寿命化を図ること目的とした発明の実施の形態である。

図４は、本実施の形態における電池の充放電の状態を示す模式図、図５は、同じく電池の充放電制御方法の詳細（方法の順序）を示す流れ図である。

まず図４を用いて電池の充放電制御の概略を説明し、次に、図２と図４を参照しながら図５を用いて電池の充放電制御の詳細（方法の順序）を説明する。なお、実施の形態１で用いた用語の略記は、ここでも準用する。

図４は、電池の残存容量の遷移を実線の特性Ｅで示している。経過日数１〜７までは機器の使用実態での特性を示し、経過日数８以降は、制御による特性を示している。

経過日数１〜７までの特性は、図１の充放電特性Ｃと同様である。すなわち、事務所等で機器をアダプタに接続して使用する日が７日連続していることを示している。このような場合、８日目に示すように電池は強制放電により残存容量４０％（放電下限値）まで放電され（Ｅ１）、その後、３日かけて充電上限値６０％まで充電と放電下限値４０％までの放電が繰り返される。これは、充放電特性Ｃを４０％だけ下方にシフトしたことになる。これは、機器をアダプタで使用する機会が多い場合には、所定期間内において、使用時間の少ない電池が、高負荷状態になるまで充電されることを抑制して、使用者に負担をかけることなく電池寿命の延長を図るためである。

次に、充放電制御方法の詳細について説明する。図５で、ステップＳ２０１において、マイコン３０は、外部電源から給電を受けて機器が使用される時間と、電池から給電を受けて機器が使用される時間を計測し、所定期間内における両者の比率Ｋを演算し、マイコン３０のＲＡＭに記憶する。この比率Ｋは、例えば１日毎に計測した複数の数値の移動平均であることが望ましい。

次に、ステップＳ２０２において、比率Ｋが所定値以上であるかどうかをチェックする。すなわち、アダプタ給電であることが多いかをチェックする。

ここで、ＹＥＳであれば、ステップＳ２０３で、現在アダプタ給電の状態であるかを確認し、ＹＥＳであれば、次のステップＳ２０４で、機器が使用中であるか（機器の電源がＯＮされているか）をチェックし、ＹＥＳであれば、次のステップＳ２０５で、指定時間帯であるかをチェックする。この指定時間帯は、予め、機器のディスプレイ上で使用者にガイダンスして、使用者によって設定された時間帯であり、通常は深夜時間帯以外に設定される。なぜなら、以後に説明する一連の動作が、電源ブレーカを切断されて中断されることを避けるためである。

指定時間帯であれば、ステップＳ２０６で、マイコン３０はＣＰＵ４０に指示し、ＣＰＵ４０はディスプレイ上に電池を強制的に放電させる旨のガイダンスを表示する。

続いてステップＳ２０７で、ディスプレイ上に了解を求める了解釦を表示し、使用者が了解釦をマウスでクリックすると、次のステップＳ２０８において、マイコン３０は、充放電制御手段５０に指示して、アダプタから機器への給電を停止させる。

次に、ステップＳ２０９において、電池の電荷を図２の放電抵抗５３に放電させる。但しこの放電の早さは図４のＥ１に示すように急峻であるので、実施の形態１での抵抗値よりも十分小さなものである（実際には、図２の開閉器５２と放電抵抗５３とからなる放電路をもう一組設けて使い分けをするが図示を省略する）。このステップでは、電池は機器へも電力を供給しており、そのことによっても電池の残存容量は低下する。

この強制放電中に、電池給電の状態、すなわち、アダプタが機器から切り離された場合は、ステップＳ２１０でのチェックでステップＳ２１２にジャンプし、マイコン３０は強制放電を停止させる。これは、使用者がうっかりして機器を会議などに携行した場合に、電池の残量がないため機器が使えなくなることを防止するためである。

ステップＳ２１０で、アダプタが機器から切り離されることなく放電が進行し、ステップＳ２１１で電池の残存容量が所定の放電下限値（図４では４０％）以下になると、ステップＳ２１２で強制放電を停止する。

この強制放電を停止すると、ステップＳ２１３でアダプタからの給電を復活し、ステップＳ２１４で充電上限値を６０％に変更して、ステップＳ２１５で電池への充電（Ｅ２）が開始される。

そして、電池の残存容量が所定の充電上限値（図４では６０％）に達すると、以後は、Ｅ期間と同様に３日かけて所定の放電下限値（図４では４０％）まで放電（Ｅ３）するよう図４のステップが実行される。

なお、ステップＳ２１５で一連の動作は終了するが、かならずしも機器が継続してアダプタ接続で使用されるとは限らない。そこで、ステップＳ２１６の電源ＯＮ後に、ステップＳ２１７において、上記のディスプレイ上に、出張などで機器を電池で駆動させる予定があるかを問いかけるガイダンスを表示して、使用者がＹＥＳをした場合には、充電上限値を１００％、放電の所定容量を８０％に戻して、電池を満充電状態にすることが望ましい（図示せず）。

なお、ステップＳ２１４での所定の充電上限値は、ステップＳ２０１で求めた比率Ｋに応じた値に設定される。すなわち、機器がアダプタでの使用がほとんどの場合は、充電上限値を低位にし（例えば５０％）、電池での使用が多い場合は高位にし（例えば１００％）、その中間の場合は、その中間値（例えば７５％）にするといった関連付けをして、この数値は、マイコン３０のＲＯＭ内に収納されている。

以上のように、本実施の形態の充放電制御方法は、携帯情報機器の２次電池の充電レベルを、携帯情報機器の使用実態に応じて制御し、使用性を維持しつつ２次電池の長寿命化を図ることのできるものである。

なお、本実施の形態では、ステップＳ２０９の強制放電の後に、比率Ｋに関連付けされた充電上限値による電池充電を行っているが、両者は、それぞれ別個に（別のタイミングで）実施しても差し支えない。

本発明は、携帯情報機器等に使用される２次電池の充放電制御方法として広く利用することが可能である。

本発明の実施の形態１における電池の充放電の状態を示す模式図 本発明の実施の形態１における携帯情報機器の要部の構成を示す図 本発明の実施の形態１における電池の充放電制御方法の詳細を示す流れ図 本発明の実施の形態２における電池の充放電の状態を示す模式図 本発明の実施の形態２における電池の充放電制御方法の詳細を示す流れ図 従来の充放電方法の課題を説明するための図

符号の説明

１０ 携帯情報機器
２０ ２次電池
３０ マイコン
４０ ＣＰＵ
５０ 充放電制御手段
５１ 充電制御部
５２ 開閉器
５３ 放電抵抗
６１，６２ ＡＣアダプタ端子

Claims (8)

1. 携帯情報機器に使用する２次電池の充放電制御方法であって、前記携帯情報機器をＡＣアダプタ等の外部電源に接続した場合に、前記２次電池を定格最大容量以下の充電上限値まで充電するステップと、前記２次電池を定格最大容量以下の所定容量まで放電するステップと、前記充電上限値まで充電した前記２次電池を前記所定容量になるまで少なくとも２日間で放電させるステップとを含む２次電池の充放電制御方法。
2. 前記充電は、前記２次電池の電力残容量が前記所定容量以下の場合に実施される請求項１記載の２次電池の充放電制御方法。
3. 前記放電は、前記２次電池の電力残容量が前記所定容量以上で、充電状態でない場合に実施される請求項１または請求項２記載の２次電池の充放電制御方法。
4. ＡＣアダプタ等の外部電源からと２次電池とから給電を受けて使用する携帯情報機器に使用する２次電池の充放電制御方法であって、前記２次電池の充電上限値を定格最大容量以下の範囲で設定するステップと、前記外部電源から給電を受けて前記携帯情報機器が使用される時間と、前記２次電池から給電を受けて前記携帯情報機器が使用される時間とを計測するステップを有し、所定期間内における前記外部電源からの給電時間と前記２次電池からの給電時間の比率に対応して前記２次電池の前記充電上限値を変更することを特徴とする２次電池の充放電制御方法。
5. ＡＣアダプタ等の外部電源からと２次電池とから給電を受けて使用する携帯情報機器に使用する２次電池の充放電制御方法であって、前記外部電源から給電を受けて前記携帯情報機器が使用される時間と、前記２次電池から給電を受けて前記携帯情報機器が使用される時間を計測するステップを有し、所定期間内における前記外部電源からの給電時間と前記２次電池からの給電時間の比率が所定値を超えたときに、前記２次電池を所定の放電下限値以下に強制放電させることを特徴とする２次電池の充放電制御方法。
6. 前記強制放電は、前記携帯情報機器が前記２次電池から給電を受けているときは実施しないことを特徴とする請求項５記載の２次電池の充放電制御方法。
7. 前記強制放電は、前記携帯情報機器を使用者が使用しているときに実施されることを特徴とする請求項５記載の２次電池の充放電制御方法。
8. 前記強制放電は、使用者が指定する時間帯は実施しないことを特徴とする請求項５記載の２次電池の充放電制御方法。

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