JP4675797B2 - 携帯端末装置 - Google Patents

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Description

本発明は、携帯端末装置に係り、さらに詳しくは、二次電池からの電源供給により駆動可能な携帯端末装置に関する。
携帯端末装置の二次電池に対して充電を行うための充電システムとして、二次電池の放電状態に応じて充電モードを切り替えることができるような構成(例えば、特許文献1)や、被給電機器の動作信号に基づいて設定電圧を切り替えるような構成(例えば、特許文献2)が提案されている。
図6は、従来の充電システムの構成例を示したブロック図である。この充電システムは、特許文献2に開示されている構成と同様の構成からなり、電源端子101に外部から供給される電流が、充電電圧又は充電電流が一定となるようにリミッタ103によって制限され、FETなどにより構成される電流調整素子104や、充電電流検出部106を介して、二次電池107に供給されるようになっている。充電制御部105には、外部供給充電電流検出信号111、電池電圧検出信号112、及び、電圧設定部108の設定電圧信号113が入力され、これらの信号に基づいて、電流調整素子104を制御することによって外部供給充電電流Iaが制御される。
一般に、二次電池の定電圧充電は、二次電池に供給される充電電流Icが規定値以下まで低下すれば終了し、あるいは、充電中の充電目標電圧と、充電中に一度充電を停止し、電池電圧を監視し、双方の電圧差がある閾値以下になれば終了する。この充電システムでは、外部供給充電電流Iaを検出しているため、外部供給充電電流Iaを規定値と比較することにより定電圧充電を終了している。しかしながら、被給電機器120を使用しながら二次電池107の充電を行う場合には、電源端子101に外部から供給される外部供給充電電流Iaは、二次電池107だけでなく被給電機器120にも供給される。この場合、被給電機器120に負荷電流Ibが供給されるため、二次電池107に供給される充電電流Icは、Ic=Ia−Ibとなる。したがって、被給電機器120に負荷電流Ibが供給された状態では、二次電池107が満充電となって充電電流Icが規定値以下まで低下していることを、充電電流検出部106で検出される外部供給充電電流Ia(=Ib+Ic)に基づいて検出することができず、過充電となってしまうおそれがある。
そこで、被給電機器120の動作信号117、例えば電源スイッチ(図示せず)の状態に基づき、電圧設定部108のスイッチ116を切り替えることにより、被給電機器120の非動作時には、第1設定部114から二次電池107の満充電電圧値を電圧設定値として出力し、被給電機器120の動作時には、第2設定部115から満充電電圧値よりも小さい電圧設定値を出力することとしている。これにより、二次電池107の充電時に被給電機器120に大きな負荷電流が流れても、充電電圧が満充電電圧以下で制御されるため、過充電となるのを防止できるようになっている。
特開平2−97232号公報 特開2002−34173号公報
被給電機器の動作時中に充電を行った場合、負荷電流の増大に伴って二次電池が加熱され膨張する場合がある。このような二次電池の膨張は、高電圧充電状態かつ高温(約40℃以上)の状況下において電池内部の正極、負極への化学物質の堆積物付着が原因であると考えられる。従って、二次電池が膨張した状態で更に高電圧による充電を続けることは安全上好ましくなく、二次電池の温度に基づいて電圧設定値を変更することが好ましい。
上記のような従来技術では、被給電機器が動作しているか否かに基づいて電圧設定値を変更しているが、二次電池の温度に基づいて電圧値を変更するような構成ではない。そのため、被給電機器が動作しているときには、二次電池が高温になっていなくても電圧設定値が低く設定され、十分な充電容量まで充電を行うことができないこととなる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、十分な充電容量まで安全に充電を行うことができる携帯端末装置を提供することを目的とする。
第1の本発明による携帯端末装置は、二次電池から電源供給され、上記二次電池の充電中に駆動可能な負荷回路と、充電中の上記二次電池へ流入する電池電流を検出する電池電流検出手段と、上記二次電池に対して充電目標電圧を印加し、上記電池電流に基づいて電圧印加を終了する充電制御手段と、上記負荷回路へ流入する負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、負荷電流を所定の閾値と比較し、負荷電流が上記閾値以上の場合に充電目標電圧を第1電圧値に設定し、負荷電流が上記閾値未満の場合に充電目標電圧を上記第1電圧値よりも高い第2電圧値に設定する目標電圧設定手段とを備え、上記充電制御手段が、上記第1電圧値を充電目標電圧として電圧印加が終了した後、一定時間内に負荷電流が上記閾値未満になった場合に、上記二次電池に対する電圧印加を再開し、上記目標電圧設定手段は、再開した電圧印加の充電目標電圧を上記第2電圧値に設定するように構成される。
このような構成により、二次電池の充電中は、負荷電流に基づいて充電目標電圧を印加し、電池電流に基づいて電圧印加を終了することができる。このように、負荷電流を考慮して電圧を印加することにより、二次電池が高温になって膨張するのを防止しつつ、できるだけ高い電圧を印加することができる。また、電池電流に基づいて電圧印加を終了するので、過充電となるのを確実に防止できる。したがって、十分な充電容量まで安全に充電を行うことができる。なお、充電目標電圧は、充電終止電圧と読み替えてもよい。


また、負荷回路へ流入する負荷電流に基づいて二次電池の温度を検出し、充電目標電圧値を設定することができる。これにより、簡易な方法で二次電池の温度を検出することができるので、構成を簡略化でき、製造コストを低減できる。また、負荷電流を監視することにより、携帯端末装置自身の温度上昇を予見することが可能となる。すなわち、温度の上昇及び下降は時間経過を伴うものであり、負荷電流を監視すれば、瞬間的な動作状態を把握することができ、将来の温度を予測するのに好適である。
更に、負荷電流が閾値以上で、二次電池が高温になりやすい状態のときには、充電目標電圧を比較的低い第1電圧値に設定し、負荷電流が閾値未満で、二次電池が高温になりにくい状態のときには、充電目標電圧を比較的高い第2電圧値に設定することができる。したがって、負荷電流が閾値以上のときには、二次電池が加熱されるのを抑制して安全に充電を行い、負荷電流が閾値未満のときには、できるだけ高い電圧を印加して十分な充電容量まで充電を行うことができる。
また、比較的小さい第1電圧値を充電目標電圧として電圧印加が終了した場合、その後の一定時間内に負荷電流が閾値未満となれば、比較的高い第2電圧値を充電目標電圧として電圧印加を再開することができる。したがって、充電目標電圧が低く十分な充電容量まで充電されなかった場合であっても、その後に高い電圧値で十分に充電を行うことができる。
第2の本発明による携帯端末装置において、上記負荷電流検出手段は、一定時間内に負荷電流を複数回検出するものであり、上記目標電圧設定手段は、上記第1電圧値を充電目標電圧として電圧を印加しているときに、上記複数回の負荷電流の検出結果がすべて上記閾値未満になった場合に、充電目標電圧を上記第2電圧値に切り替え、上記第2電圧値を充電目標電圧として電圧を印加しているときに、上記複数回の負荷電流の検出結果が1回でも上記閾値以上になった場合に、充電目標電圧を上記第1電圧値に切り替える。
このような構成により、一定時間内に複数回の負荷電流の検出結果がすべて閾値未満となったときにのみ、充電目標電圧を第1電圧値から第2電圧値へ切り替え、一定時間内に複数回の負荷電流の検出結果が1回でも閾値以上となったときには、充電目標電圧を第2電圧値から第1電圧値へ切り替えることができる。これにより、負荷電流の減少が確実な場合にのみ充電目標電圧を切り替えることができるので、安全性がさらに向上する。
第3の本発明による携帯端末装置において、上記負荷電流検出手段は、一定時間内に負荷電流を複数回検出するものであり、上記目標電圧設定手段は、上記第1電圧値を充電目標電圧として電圧を印加しているときに、上記複数回の負荷電流の平均値が上記閾値未満になった場合に、充電目標電圧を上記第2電圧値に切り替え、上記第2電圧値を充電目標電圧として電圧を印加しているときに、上記複数回の負荷電流の平均値が上記閾値以上になった場合に、充電目標電圧を上記第1電圧値に切り替える。これにより、負荷電流の減少又は増大が確実な場合にのみ充電目標電圧を切り替えることができるので、安全性がさらに向上する。

本発明によれば、二次電池の温度を考慮して電圧を印加することにより、二次電池が高温になって膨張するのを防止しつつ、できるだけ高い電圧を印加することができる。また、電池電流に基づいて電圧印加を終了するので、過充電となるのを確実に防止できる。したがって、十分な充電容量まで安全に充電を行うことができる。
図1は、本発明の実施の形態による携帯端末装置の一例を示したブロック図であり、携帯端末装置の一例として携帯電話機1が示されている。この携帯電話機1は、リチウムイオン電池などの二次電池2が着脱可能に取り付けられており、この二次電池2からの電源供給により動作できるようになっている。携帯電話機1の動作時には、携帯電話機1に備えられた負荷回路3が二次電池2からの電源供給により駆動される。
携帯電話機1には、コネクタ(図示せず)を介して充電器4を接続することができるようになっている。この充電器4を介して外部から携帯電話機1に電源を供給することにより、携帯電話機1に取り付けられている二次電池2の充電を行うことができる。ここで、充電器4は、携帯電話機1を保持した状態で接続端子を携帯電話機1に電気的に接続させるホルダと、ホルダの接続端子に配線を介して接続されるACアダプタとからなるような構成であってもよいし、携帯電話機1に配線を介して直接接続されるACアダプタからなるような構成であってもよい。
携帯電話機1には、充電制御部5、目標電圧設定部6、電池電流検出部7及び負荷電流検出部8が備えられている。充電制御部5には、充電器4から電流が流入するようになっており、二次電池2に供給する電流量が充電制御部5により制御される。より具体的には、充電制御部5は、一定の充電目標電圧を印加する定電圧充電や、目標電流に近づくように電圧を印加する定電流充電により、二次電池2に対する充電を行うことができる。充電時の充電目標電圧は、目標電圧設定部6から入力される。
充電制御部5と二次電池2を電気的に接続する経路の途中には分岐点9が形成され、この分岐点9から負荷回路3へ経路が分岐している。これにより、負荷回路3は、充電中であっても二次電池2からの電源供給を受けて駆動することができるようになっている。電池電流検出部7は、分岐点9よりも二次電池2側の経路に設けられ、二次電池2へ流入する電流(以下、「電池電流」と呼ぶ。)を検出する。一方、負荷電流検出部8は、分岐点9よりも負荷回路3側の経路に設けられ、負荷回路3へ流入する電流(以下、「負荷電流」と呼ぶ。)を検出する。
携帯電話機1の動作時には、負荷電流の増大に伴って、二次電池2が周囲の回路部品により加熱される。したがって、負荷電流を検出することにより、二次電池2の周囲温度を間接的に算出することができる。すなわち、本実施の形態において、負荷電流検出部8は、二次電池2の温度を検出する電池温度検出手段として機能している。負荷電流検出部8における検出結果は目標電圧設定部6に入力され、目標電圧設定部6は、入力された検出結果に基づいて充電目標電圧を設定することとなる。
電池電流検出部7における検出結果は、充電制御部5に入力される。充電制御部5は、電池電流検出部7からの検出結果に基づいて充電電圧印加を終了することにより、二次電池2に対する充電を終了することができる。充電制御部5は、分岐点9と二次電池2の間の経路にも接続されており、二次電池2に対する印加電圧(以下、「電池電圧」と呼ぶ。)を検出することができるようになっている。
図2は、充電制御部5による二次電池2に対する充電時の制御の一例を示したフローチャートである。充電器4から電源が供給されることにより充電が開始されると、まず、予備充電として、目標電流を80mAとした定電流充電が行われる(ステップS101)。予備充電は、電池電圧が所定値、例えば3.0V以上になるまで行われる。電池電圧が3.0V以上になると(ステップS102でYes)、予備充電時よりも高い電流値を目標電流として定電流充電が行われる(ステップS103)。
本実施の形態では、定電流充電(ステップS103)の目標電流は650mAに設定されている。ただし、定電流充電の目標電流は、上記電流値に限定されるものではなく、上記電流値とは異なる電流値であってもよい。また、1つの目標電流に基づいて1回だけ定電流充電を行うような構成に限らず、目標電流の異なる定電流充電を順次に2回以上行うような構成であってもよい。
定電流充電中、二次電池2の充電容量が小さい間は、設定した目標電流に達するように電圧を印加することができるが、充電容量が大きくなってくると、二次電池2へ流入する電池電流が目標電流に到達できず、徐々に低下することとなる。そこで、電池電流が240mA以下まで低下した場合には(ステップS104でYes)、二次電池2に対する充電態様が定電流充電から定電圧充電に切り替えられるようになっている(ステップS105)。
図3は、定電圧充電時の制御の一例を示したフローチャートである。図3に示すように、定電圧充電中は、定期的に負荷電流が測定され、その測定された負荷電流に基づいて、充電目標電圧が2段階に切り替えられるようになっている。
より具体的に説明すると、定電圧充電中は、例えば640msが経過するごとに(ステップS201でYes)、負荷電流が測定される(ステップS202)。そして、一定時間、例えば30sが経過すると(ステップS203でYes)、30s間に測定された複数回の負荷電流の検出結果を、所定の閾値と比較する。本実施の形態において、上記閾値は200mAである。
複数回の負荷電流の検出結果が1回でも200mA以上であった場合には(ステップS204でYes)、充電目標電圧が比較的低い第1電圧値、例えば4.2Vに設定される(ステップS205)。複数回の負荷電流の検出結果がすべて200mA未満であった場合には(ステップS204でNo)、充電目標電圧が比較的高い第2電圧値、例えば4.4Vに設定される(ステップS206)。よって、複数回の負荷電流の検出結果に、200mA以上の値と、200mA未満の値とが含まれる場合には充電目標電圧は比較的低い第1電圧値のままとなる。
このように、定電圧充電中は、負荷電流に基づいて充電目標電圧が切り替えられ、電池電流が規定値以下、例えば50mA以下になると(ステップS207でYes)、定電圧充電が終了する。ただし、定電圧充電の充電目標電圧は、上記電圧値に限定されるものではなく、上記電圧値とは異なる電圧値であってもよい。また、充電目標電圧は2段階に限らず、負荷電流と比較する閾値を2以上設定して、充電目標電圧を3段階以上に切り替えることができるような構成としてもよい。
また、図3では、30秒間に検出された複数回の負荷電流が、全て200mA未満であるか否かに基づいて充電目標電圧の切り替えを行っているが、30秒間に検出された複数回の負荷電流の平均値に基づいて、充電目標電圧の切り替えを行ってもよい。すなわち、30秒間に検出された複数回の負荷電流の平均値を求めて閾値と比較し、この平均値が閾値未満であれば充電目標電圧を第2電圧値に切り替え、閾値以上であれば充電目標電圧を第1電圧値に切り替えるように構成することもできる。この場合、負荷電流の減少又は増大が確実な場合にのみ充電目標電圧を切り替えることができる。
再び図2を参照して、定電圧充電が終了すると(ステップS105)、二次電池2に対する電圧印加が停止されることにより、充電が終了する(ステップS106)。このとき、充電目標電圧を4.4Vとした定電圧充電中に充電が終了した場合には(ステップS107でNo)、その後に充電が再開されることはないが、充電目標電圧を4.2Vとした定電圧充電中に充電が終了した場合には(ステップS107でYes)、一定の待機期間内に負荷電流が上記閾値未満になったことを条件として、充電が再開されるようになっている。
すなわち、待機期間として30minが経過するまでに(ステップS108でNo)、負荷電流が200mA未満になった場合には(ステップS109でYes)、充電目標電圧が4.4Vに設定され(ステップS110)、定電流充電が行われた後(ステップS103)、電池電流が240mA以下まで低下すると(ステップS104でYes)、設定された4.4Vの充電目標電圧で定電圧充電が行われる(ステップS105)。
図4は、充電が再開される場合の電池電圧及び電池電流の変化を概略的に示したタイミングチャートである。この図4に示すように、充電が開始されると、まず、目標電流が80mAの予備充電が行われた後、目標電流を650mAとして定電流充電が行われる。その後、充電容量が大きくなってくると、電池電流が目標電流に到達できず徐々に低下し、電池電流が240mA以下まで低下すると、充電目標電圧を4.2Vとした定電圧充電に切り替わる。
充電中に携帯電話機1を使用している場合のように、負荷回路3が常に駆動しているような状態では、負荷電流が常に200mA以上となる場合がある。このような場合には、図4に示すように、定電圧充電中に充電目標電圧が4.2Vから4.4Vに切り替えられずに、4.2Vの充電目標電圧のまま定電圧充電が終了することとなる。4.2Vの充電目標電圧で定電圧充電が終了したとき、二次電池2の充電容量は750mAh程度となる。
このように、充電目標電圧を4.2Vとして定電圧充電が終了した場合には、その後の待機期間内に負荷電流が閾値未満になったことを条件として、充電が再開される。充電が再開されると、まず、目標電流を650mAとして定電流充電が行われる。このとき、二次電池2はある程度充電されて充電容量が比較的大きいため、電池電流は目標電流に到達できず徐々に低下する。そして、電池電流が240mA以下まで低下すると、充電目標電圧を4.4Vとした定電圧充電が行われ、その後に電池電流が50mA以下になると充電が終了する。4.4Vの充電目標電圧で定電圧充電が終了したとき、二次電池2の充電容量は830mAh程度となる。
図5は、定電圧充電中に充電目標電圧が切り替えられる場合の電池電圧及び電池電流の変化を概略的に示したタイミングチャートである。この図5に示すように、充電が開始されると、まず、目標電流が80mAの予備充電が行われた後、目標電流を650mAとして定電流充電が行われる。その後、二次電池2への充電容量が大きくなってくると、電池電流が目標電流に到達できず徐々に低下し、電池電流が240mA以下まで低下すると、充電目標電圧を4.2Vとした定電圧充電に切り替わる。
充電中に携帯電話機1のユーザ操作が中止された場合のように、負荷回路3の駆動が途中で停止したような状態では、充電目標電圧を4.2Vとした定電圧充電中に負荷電流が200mA未満にまで低下する場合がある。このような場合には、図5に示すように、定電圧充電中に充電目標電圧が4.2Vから4.4Vに切り替えられ、その後に電池電流が50mA以下になると充電が終了する。
本実施の形態では、二次電池2の充電中は、負荷電流に基づいて二次電池2の温度を検出して、その二次電池2の温度に基づいて充電目標電圧を印加し、電池電流に基づいて電圧印加を終了することができる。このように、二次電池2の温度を考慮して電圧を印加することにより、二次電池2が高温になって膨張するのを防止しつつ、できるだけ高い電圧を印加することができる。また、電池電流に基づいて電圧印加を終了するので、過充電となるのを確実に防止できる。したがって、十分な充電容量まで安全に充電を行うことができる。
特に、負荷回路3へ流入する負荷電流に基づいて二次電池2の温度を検出することにより、簡易な方法で二次電池2の温度を検出することができるので、構成を簡略化でき、製造コストを低減できる。
また、負荷電流が200mA以上で、二次電池2が高温になりやすい状態のときには、充電目標電圧を比較的低い4.2Vに設定し、負荷電流が200mA未満で、二次電池2が高温になりにくい状態のときには、充電目標電圧を比較的高い4.4Vに設定することができる。したがって、負荷電流が200mA以上のときには、二次電池2が加熱されるのを抑制して安全に充電を行い、負荷電流が200mA未満のときには、できるだけ高い電圧を印加して十分な充電容量まで充電を行うことができる。
このとき、一定時間内に複数回の負荷電流の検出結果がすべて200mA未満となったときにのみ、充電目標電圧を4.2Vから4.4Vへ切り替え、一定時間内に複数回の負荷電流の検出結果が1回でも200mA以上となったときには、充電目標電圧を4.4Vから4.2Vへ切り替えることができる。これにより、負荷電流の減少又は増大が確実な場合にのみ充電目標電圧を切り替えることができるので、安全性がさらに向上する。
また、充電目標電圧を比較的小さい4.2Vとして電圧印加が終了した場合、その後の一定時間内に負荷電流が200mA未満となれば、充電目標電圧を比較的高い4.4Vとして電圧印加を再開することができる。したがって、充電目標電圧が低く十分な充電容量まで充電されなかった場合であっても、その後に高い電圧値で十分に充電を行うことができる。
本実施の形態では、二次電池2の温度を負荷電流に基づいて間接的に検出するような構成について説明したが、このような構成に限らず、二次電池2にサーミスタなどの温度検出部を設けて、二次電池2の温度を温度検出部により直接的に検出するような構成であってもよい。さらに、二次電池2の温度を検出する温度検出手段(温度検出IC)を設けている場合であっても、この温度検出手段によって検出された温度と、負荷電流の検出結果に基づいて、二次電池の温度を予測し、電池充電目標電圧を切り替えることもできる。
また、本実施の形態では、携帯端末装置の一例として携帯電話機1について説明したが、本発明は、携帯電話機に限らず、携帯型のパーソナルコンピュータやPDA(Personal Digital Assistance)、携帯型の小型テレビなどの他の携帯端末装置にも適用可能である。
本発明の実施の形態による携帯端末装置の一例を示したブロック図であり、携帯端末装置の一例として携帯電話機が示されている。 充電制御部による二次電池に対する充電時の制御の一例を示したフローチャートである。 定電圧充電時の制御の一例を示したフローチャートである。 充電が再開される場合の電池電圧及び電池電流の変化を概略的に示したタイミングチャートである。 定電圧充電中に充電目標電圧が切り替えられる場合の電池電圧及び電池電流の変化を概略的に示したタイミングチャートである。 従来の充電システムの構成例を示したブロック図である。
符号の説明
1 携帯電話機
2 二次電池
3 負荷回路
4 充電器
5 充電制御部
6 目標電圧設定部
7 電池電流検出部
8 負荷電流検出部

Claims (3)

  1. 二次電池から電源供給され、上記二次電池の充電中に駆動可能な負荷回路と、
    充電中の上記二次電池へ流入する電池電流を検出する電池電流検出手段と、
    上記二次電池に対して充電目標電圧を印加し、上記電池電流に基づいて電圧印加を終了する充電制御手段と、
    上記負荷回路へ流入する負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、
    負荷電流を所定の閾値と比較し、負荷電流が上記閾値以上の場合に充電目標電圧を第1電圧値に設定し、負荷電流が上記閾値未満の場合に充電目標電圧を上記第1電圧値よりも高い第2電圧値に設定する目標電圧設定手段とを備え
    上記充電制御手段は、上記第1電圧値を充電目標電圧として電圧印加が終了した後、一定時間内に負荷電流が上記閾値未満になった場合に、上記二次電池に対する電圧印加を再開し、
    上記目標電圧設定手段は、再開した電圧印加の充電目標電圧を上記第2電圧値に設定することを特徴とする携帯端末装置。
  2. 上記負荷電流検出手段は、一定時間内に負荷電流を複数回検出するものであり、
    上記目標電圧設定手段は、上記第1電圧値を充電目標電圧として電圧を印加しているときに、上記複数回の負荷電流の検出結果がすべて上記閾値未満になった場合に、充電目標電圧を上記第2電圧値に切り替え、上記第2電圧値を充電目標電圧として電圧を印加しているときに、上記複数回の負荷電流の検出結果が1回でも上記閾値以上になった場合に、充電目標電圧を上記第1電圧値に切り替えることを特徴とする請求項1に記載の携帯端末装置。
  3. 上記負荷電流検出手段は、一定時間内に負荷電流を複数回検出するものであり、
    上記目標電圧設定手段は、上記第1電圧値を充電目標電圧として電圧を印加しているときに、上記複数回の負荷電流の平均値が上記閾値未満になった場合に、充電目標電圧を上記第2電圧値に切り替え、上記第2電圧値を充電目標電圧として電圧を印加しているときに、上記複数回の負荷電流の平均値が上記閾値以上になった場合に、充電目標電圧を上記第1電圧値に切り替えることを特徴とする請求項1に記載の携帯端末装置。
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