JPH11206024A - 二次電池の充電完了時間予測方法、二次電池の充電完了時間予測装置、電池パック及び電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フロート充電等の充電モードを問わず、
二次電池の正確な充電完了時間の予測を行うこと。 【解決手段】 二次電池の全容量（Ａ３）から現容量
（Ａ１）を減算して残充電容量（Ａ２）を求め、残充電
容量（Ａ２）を現在の電流値（Ｉ１）で除算して時間
（Ｔ２）を求め、電流によって一義的に定まる補正時間
（Ｔ３）を加算して充電完了時間（Ｔ１）を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二次電池の充電完
了時間を求める方法、二次電池の充電完了時間予測装
置、電池パック及び電子機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】二次電池（充電可能な電池）の市場は急
速に拡大しており、ノート型パソコンや携帯電話などの
携帯型電子機器におけるバッテリーとして広く使用され
るようになった。

【０００３】バッテリーの充電において、満充電状態と
なるまでに要する時間を知ることは電池を管理する上で
重要なことである。特に、最近のパーソナルコンピュー
タの分野では、ＯＳ（オペレーティングシステム）の電
池管理能力を強化する傾向にあり、したがって、全容量
から現容量を引き算した満充電に必要な残充電容量（以
下、単に残充電容量とする）を満充電まで充電するのに
必要な時間（充電完了時間）を正確に把握することの要
求が高まっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】二次電池の中でも、非
水系二次電池、例えばリチウムイオン電池は、安全性を
考慮して過充電を防止する必要があり、このために充電
電圧を無制限に上昇させることはできない。

【０００５】したがって、充電に際しては図１０に示す
ように、最初は定電流モードによる充電（充電電流を一
定に保ちながら行う充電であり、電池電圧は時間の経過
と共に上昇する）を行い、所定の電圧に達すると、定電
圧モードによる充電に切り換え、充電電圧を固定しつつ
充電電流を流して満充電状態とするという２段階の充電
制御が行われる。

【０００６】図１０において、時刻ｔ０〜ｔ１が定電流
モードによる充電期間（図中、ＣＣ期間と示されてい
る。ＣＣはＣｏｎｓｔａｎｔ Ｃｕｒｒｅｎｔの略であ
る。）であり、時刻ｔ１〜ｔ２が定電圧モードによる充
電期間（図中、ＣＶ期間と示されている。ＣＶはＣｏｎ
ｓｔａｎｔ Ｖｏｌｔａｇｅの略である。）である。Ｃ
Ｃ期間では充電電流がＩ１に固定され、一方、ＣＶ期間
では充電電圧がＶ１に固定されていることがわかる。

【０００７】このように、２段階の充電制御がなされる
ため、満充電までの時間（要充電時間）を求めるのに際
し、電池の残充電容量（単位：ｍＡ・ｈｒ）を電流値
（ｍＡ）でわり算するという単純な方法は採用できな
い。

【０００８】電池電圧をウオッチングして満充電までの
時間を予測することも考えられるが、このような手法が
有効なのは、開放時の電池電圧が電池の容量に比例して
いる場合だけであり、例えば、充電期間中において、広
範囲にわたって電池電圧がほぼフラットとなる特性を示
すような場合には、電池電圧から満充電までの時間を予
測することはできない。

【０００９】図１１は、本発明前に本発明者が検討し
た、満充電までの時間を予測するための方法を説明する
ための図（電池の満充電に至るまでの電流と時間との関
係を示す特性図）である。

【００１０】図１１の方法は、現在がＣＣ期間であるか
ＣＶ充電期間であるかを判定し、それぞれの期間用に準
備された算出式を用いて満充電までの時間を求めるもの
である。すなわち、図１１（ａ）に示すように、時刻ｔ
１（現時点）がＣＣ期間に属する場合は、満充電までの
時間ＴＳ（時刻ｔ１から時刻ｔ３までの時間）は、Ｔ１
＋Ｔ２で求められる。Ｔ１はＣＣ期間における残充電時
間であり、Ｔ２はＣＶ期間における充電時間である。

【００１１】そして、Ｔ１はＡ２／Ｉ１で求められ、Ｔ
２は既知であり、Ａ２は（Ａ４−Ａ１−Ａ３）で求めら
れる。ここで、Ａ４は電池の全容量（特性曲線によって
囲まれる部分の全面積）であり、Ａ３はＣＶ期間の容量
（既知）であり、Ａ１は時刻ｔ１における電池の容量
（つまり現容量）であり、Ｉ１はＣＣ期間における充電
電流である。

【００１２】また、図１１（ｂ）に示すように、時刻ｔ
４（現時点）がＣＶ期間に属する場合には、満充電まで
の時間（時刻ｔ４から時刻ｔ５までの時間）はＴ３（つ
まり、ＣＶ期間における残充電時間）である。そして、
この時間Ｔ３は、ＣＶ期間における電流Ｉ２に応じて一
義的に定まるものである。なお、図１１（ｂ）におい
て、Ａ４は電池の全容量であり、Ａ１は現容量であり、
Ａ５は残りの容量（残充電容量）である。

【００１３】このようにして、図１１の方法によれば、
リチウムイオン電池の満充電までの時間を予測すること
ができる。但し、この方法は、現在がＣＣ期間に属する
のか、あるいはＣＶ期間に属するのかの判定を行うこと
が前提であり、その判定結果に基づき、それぞれの期間
用に準備されている算出式を適用するので、ＣＣ期間／
ＣＶ期間の判定を誤ると、予測値が実際の時間から大き
くずれてしまうという問題を有している。

【００１４】つまり、ＣＣ期間／ＣＶ期間の判定は電池
パック側で行うが、実際のＣＣ／ＣＶの各モードの充電
の切換は携帯機器側の充電器により行うので、電池パッ
ク側の判断と携帯機器側の切換との間に必ずタイムラグ
が生じる。例えば、電池パック側でＣＣ期間と判断して
も、そのときには携帯機器側ではＣＶモードの充電に切
り換えていたという事態がおこり得る。したがって、Ｃ
Ｃ期間／ＣＶ期間の判定ミスによる予測値の誤差の発生
の危険性は常に存在する。

【００１５】以上説明したように、リチウムイオン電池
のようなＣＣ／ＣＶの２段階の充電を行う場合の充電完
了時間の正確な予測は困難である。

【００１６】また、上述の問題に加えて、コンピュータ
に使用される電池パックの場合には、フロート充電に伴
う問題がさらに存在する。

【００１７】「フロート充電」とは、ＡＣアダプタがコ
ンセントに接続されているときに、プログラムやＣＤＲ
ＯＭドライブ（負荷）を動作させながら（つまり、パワ
ーオン状態で）、余った電力で二次電池を充電する充電
形態をいう。携帯電話のように専用の充電器により非動
作状態（パワーオフ状態）で一定の電流によって二次電
池を充電する場合と異なり、フロート充電の場合には、
負荷の大きさ（コンピュータ上で動作させているプログ
ラムの種類やＣＤＲＯＭドライブの使用／不使用等によ
り決定される）に応じて充電電流は随時に、しかも瞬時
的に変動する。

【００１８】先に説明した充電完了時間の予測方法は、
固定の充電電流によって一義的に定まる電池の充電特性
カーブを利用して充電完了時間を予測するので、途中で
充電電流が変化したのでは、充電完了時間の予測値は現
実とは大きな隔たりを持った値となる。つまり、上述の
充電完了時間の予測方法では、フロート充電時の充電完
了時間の予測にはまったく対応できていないのである。
この点につき、図１２を用いて説明する。

【００１９】図１２に示すように、フロート充電中の時
刻ｔ１において、負荷の変化に伴い充電電流の値がＩ１
からＩ２に瞬時的に変化したとする。この場合、時刻ｔ
１から満充電までの時間は、本当はＴｂ（つまり、時刻
ｔ４に充電完了）である。なお、Ｔｅの位置は図１２の
２箇所の斜線で囲まれた面積が等しくなる位置である。

【００２０】ところが、従来例では、電池パック側で、
ＣＣ期間の固定の充電電流より低い電流値であるため現
在がＣＶ期間であると判定すると（つまり、図１２の実
線で示される充電特性カーブ上のＸ１１の位置にあると
判定してしまうと）、残り時間はＴａであると予測する
ことになる。

【００２１】一方、電池パック側で、仮に現在がＣＣ期
間であると判定したままである場合（つまり、太い点線
で示される充電特性カーブのＸ１０の位置にあると判定
した場合）は、本来の充電電流であるＩ２より大きい固
定電流値Ｉ１でわり算を行って計算するため残り時間予
測は不正確である。

【００２２】いずれにしろ、本当の充電完了時間とは一
致せず、しかも、ＣＣ期間／ＣＶ期間の判定によって予
測される結果の差がきわめて大きく、電池管理上、問題
が大きい。

【００２３】このように、リチウムイオン電池のような
定電流充電／定電圧充電の２段階の充電制御（つまり、
種類の異なる充電制御）を行う必要がある二次電池につ
いて、フロート充電時にも対応できる充電完了時間の予
測を行うことは考慮されていなかった。

【００２４】本発明は、このような現状の問題点を解消
するためになされたものであり、異なる種類の充電制御
やフロート充電時の充電電流の変化に追従して、常に、
正確な充電完了時間の予測を行うことを可能とすること
を目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、請求項１記載の二次電池の充電完了時間予測方法
の発明は、二次電池の全容量から現在の容量を減算して
残充電容量を求め、その残充電容量を現在の電流値で除
算し、その除算により求められた値に所定の補正値を加
算して満充電までに必要な時間を求めるようにした。

【００２６】これにより、電池の残充電容量と現在の電
流値とをパラメータとして、ＣＣ充電モード／ＣＶ充電
モード／フロート充電モードのいずれのモードを問わ
ず、統一した算出式を用いて充電完了時間を求めること
が可能となる。

【００２７】請求項２記載の二次電池の充電完了時間予
測方法の発明は、請求項１の発明において、前記補正値
を、前記除算により求められた値を用いて算出される電
流値と、満充電に至るまでの充電電流の変化を示す特性
線の形状とに基づいて求めるようにした。

【００２８】これにより、二次電池のＣＶ期間における
充電特性カーブの形状と電流値とから、加算するべき補
正値を正確に求めることができる。

【００２９】請求項３記載の二次電池の充電完了時間予
測方法の発明は、請求項１又は請求項２の発明におい
て、前記補正値をテーブル化した。

【００３０】これにより、加算するべき補正値を簡易に
得ることができる。二次電池の全容量やＣＶ期間におけ
る充電特性カーブの形状は温度に依存して変化するの
で、例えば、温度と電流をアドレス変数としてＲＯＭテ
ーブルをアクセスする構成とすればよい。

【００３１】請求項４記載の二次電池の充電完了時間予
測方法の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載
の発明において、充電末期において、前記残充電容量を
現在の電流値で除算した値に代えて前記残充電容量を所
定の固定値で除算した値を用い、これによって充電末期
における補正を行うようにした。

【００３２】請求項１記載の方法では、残充電容量を電
流（Ｉ）でわり算するが、この電流（Ｉ）は充電末期に
はその絶対値自体が小さく、さらに充電完了時刻に近づ
くにつれて電流値が減少していくので、残充電容量の誤
差が支配的となって正確な時間予測ができない場合があ
る。したがって、充電末期では、電流値として所定の固
定値を用いることにより逆に充電完了に要する時間が増
大してしまうことを防止し、より正確な時間予測を行う
ものである。

【００３３】請求項５記載の二次電池の充電時間予測方
法の発明は、請求項４記載の発明において、二次電池の
全容量から現在の容量を減算して残充電容量を求め、そ
の残充電容量を現在の電流値で除算して求められる値と
前記残充電容量を所定の固定値で除算して得られる値の
うちの小さい方を選択し、その選択された値に所定の補
正値を加算して満充電までに必要な時間を求めるように
した。

【００３４】これにより、充電末期の補正を含めて、一
つの算出式で充電完了時間を予測できるようになる。

【００３５】請求項６記載の二次電池の充電完了時間予
測方法の発明は、請求項１〜請求項５のいずれかに記載
の発明において、前記二次電池を、定電流充電の後に定
電圧充電を行う必要があるタイプの電池とした。

【００３６】これにより、リチウムイオン電池のような
電池電圧の厳重な管理が必要な電池についても、正確な
充電完了時間の予測を行える。

【００３７】請求項７記載の二次電池の充電完了時間予
測装置の発明は、請求項１〜請求項６のいずれかに記載
の方法を実行して充電完了時間を予測する構成とした。

【００３８】これにより、電池管理装置の電池管理能力
を向上させることができる。

【００３９】請求項８記載の電池パックの発明は、請求
項７記載の二次電池の充電完了時間予測装置と、予測さ
れた充電完了時間を示す信号を外部へ出力するための出
力インタフェースとを具備する構成とした。

【００４０】これにより、充電完了時間の通知を行う機
能をもつ、新規な電池パックが実現される。

【００４１】請求項９記載の電子機器の発明は、請求項
８記載の電池パックから送られてくる充電完了時間を示
す信号を入力するための入力インタフェースと、充電完
了時間を表示する表示手段と、を有する構成とした。

【００４２】これにより、負荷の状態にかかわらず、電
池の充電完了時間を常に正確に表示できる機能がコンピ
ュータ等の電子機器に付加され、ユーザーの使い勝手が
向上する。

【００４３】請求項１０記載の電子機器の発明は、請求
項９の発明において、パワーオン状態において電池パッ
クの二次電池を定電流モード又は定電圧モードで充電す
ることができる充電器を搭載した構成とした。

【００４４】これにより、負荷を駆動しながら電池パッ
クの二次電池を充電している場合（つまり、フロート充
電時）でも、正確な充電完了時間の表示が可能となり、
電子機器の高機能化が達成される。

【００４５】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）次に、本発明の
実施の形態１について図面を参照して説明する。なお、
本実施の形態においては、二次電池としてリチウムイオ
ン電池を用い、その充電特性カーブに対しての図面を用
いて説明を行っているが、本発明は二次電池の電池系を
問わず、ニッケル水素蓄電池やリチウムポリマ二次電池
等の他の種類の電池を用いた場合でも、本発明をその電
池系の充電特性カーブに合わせて適宜に変形して適用す
ることができる。

【００４６】図１〜図３はそれぞれ、二次電池の充電完
了時間予測方法の原理を説明するための図（満充電まで
の充電電流の変化を示す充電特性図）である。

【００４７】本実施の形態では、ＣＣ期間／ＣＶ期間の
判定を行うことなく、残りの容量と電流値より充電完了
時間を一律に算出する。

【００４８】図１は、ＣＣ期間にある時刻ｔ１から充電
完了までの時間（Ｔ１）を求める例を示す。

【００４９】図１（ａ）において、「Ａ３」は電池の全
容量であり、満充電から放電終了までの放電量を検出し
て予め求められている。この全容量は充電特性カーブで
囲まれる部分の全面積に相当する。また、「Ａ１」は現
容量であり、充電電流（Ｉ１）と時間（Ｔ０）の積によ
り求められる。この現容量は、斜線部分の面積に相当す
る。また、「Ａ２」は残りの容量（残充電容量）であ
る。

【００５０】したがって、残充電容量「Ａ２」は、Ａ３
−Ａ１（単位：ｍＡ・ｈｒ）で求められる。

【００５１】次に、残充電容量「Ａ２」を充電電流Ｉ１
でわり算する。つまり、（Ａ３−Ａ１）／Ｉ１を計算す
る。この計算によって求められるのは、図１（ｂ）の太
い点線で囲まれて示される仮想的な四角形の横の辺の長
さに相当する時間「Ｔ２」である。なお、太い点線で示
される四角形の面積を「Ａ４」とすれば、Ａ４＝Ａ２＝
Ｉ１・Ｔ２である。また、図１（ｂ）中、斜線が施され
ている部分（ア）、（イ）の面積は等しい。

【００５２】次に、時間「Ｔ２」に補正時間「Ｔ３」を
加算する。これによって、時刻ｔ１から満充電の時刻
（ｔ３）までの時間（充電完了時間）「Ｔ１」が求めら
れる。ここで、補正時間「Ｔ３」は次のように求められ
る。すなわち、まず、太い点線で示される四角形の右側
の縦の辺と、充電特性を示す特性線のＣＶ期間のカーブ
との交点「Ｘ２」を求める。この結果、この交点「Ｘ
２」に相当する充電電流「Ｉ２」が判明する。

【００５３】ここで、充電特性を示す特性線のＣＶ期間
におけるカーブの形状は、温度が固定されれば一義的に
定まり、しかも、電流値は時間に対して単調減少を示す
ので、電流「Ｉ２」が定まれば、交点「Ｘ２」に対応す
る時刻ｔ２から満充電完了時刻ｔ３までの時間「Ｔ３」
は一義的に定まることになる。したがって、温度を固定
して、電流値（例えば「Ｉ２」）をパラメータとして対
応するＣＶ期間における時間（例えば「Ｔ３」）を逐次
に測定し、その測定データを予め記憶しておけば、電流
値「Ｘ２」から、対応する補正時間「Ｔ３」を求めるこ
とができる。

【００５４】以上説明したように、ＣＣ期間に属する時
刻ｔ１から満充電までの時間「Ｔ１」は、残充電容量を
現在の充電電流の電流値でわり算し、その結果（Ｔ２）
に、ＣＶカーブと電流値から定まる補正値（Ｔ３）を加
算して求めることができる。

【００５５】次に、図２を用いて、ＣＶ期間に属する時
刻ｔ４（現在）から充電完了時刻ｔ６までの時間Ｔ６を
求める例を説明する。

【００５６】この場合も、上述の例とまったく同じ過程
を経て充電完了時間を求めることができる。

【００５７】つまり、図２に示すように、全容量（Ａ
３）から現容量（Ａ５：斜線部分）を減算して残充電容
量を求め、その残充電容量を現在の電流値（Ｉ３）でわ
り算して太い点線で囲まれる仮想的な四角形の横の辺の
長さに相当する時間「Ｔ４」を求め、そして、その時間
「Ｔ４」に、ＣＶカーブと四角形の右の縦の辺との交点
（Ｘ４）に対応する電流「Ｉ４」から一律に定まる補正
時間「Ｔ５」を加算して、充電完了時間「Ｔ６」が求め
られる。

【００５８】なお、図２中、太い点線の四角形の面積Ａ
６は、Ａ３−Ａ５（＝Ｉ２・Ｔ４）であり、また、斜線
を施して示される部分（ウ）、（エ）の面積は等しい。

【００５９】次に、図３を用いて、フロート充電時にお
ける満充電完了時間の予測方法を説明する。

【００６０】図３の時刻ｔ２において、充電電流が「Ｉ
１」から「Ｉ３」へと瞬時的に変化したとする。このと
きの、時刻ｔ２から充電完了に至るまでの時間を求める
場合について考察する。

【００６１】この場合の予測時間を求める方法も、上述
の方法とまったく同じである。但し、ここで重要なの
は、リチウムイオン電池（二次電池）のＣＶ期間におけ
る充電特性カーブは、過去の充電電流の履歴によらず充
電電流と温度が特定されればほとんど同じ形状を示すと
いう、本発明者の実験によって見いだされた新規な知見
に基づき、本時間予測方法が成立しているということで
ある。

【００６２】つまり、図３において、実線で示される特
性線のように、電流「Ｉ１」による定電流充電（ＣＣ）
の後、時刻ｔ３から定電圧充電（ＣＶ）に移行して時刻
ｔ６に充電が完了する場合におけるＣＶ期間のカーブの
形状と、太い点線で示す特性線のように、電流「Ｉ３」
による定電流充電（ＣＣ）の後、時刻ｔ７から定電圧充
電（ＣＶ）に移行して時刻ｔ９に充電が完了する場合に
おけるＣＶ期間のカーブの形状とは、ほぼ同じである。

【００６３】したがって、どちらの場合も、例えば、電
流値「Ｉ３」と「Ｉ５」が決まれば、「Ｉ３」から「Ｉ
５」に至るまでの時間は「Ｔ４」となり、その後、充電
完了に至るまでの時間も「Ｔ５」となり、それ以前の充
電電流の履歴によらず、電流値により一義的に時間を算
出することが可能である。なお、図３中、斜線が施され
た部分（ウ）と（エ）の面積はほぼ同じである。

【００６４】このような二次電池の特性を利用して、フ
ロート充電時においても、上述の方法で充電完了時間を
求めることができる。

【００６５】つまり、時刻ｔ２において充電電流が「Ｉ
１」から「Ｉ３」に変化した場合、その時刻ｔ２におけ
る電池の現容量は「Ａ７（斜線部）」であり、したがっ
て、残充電容量は、全容量「Ａ３」から現容量「Ａ７」
を引き算して求められる。

【００６６】次に、残充電容量（Ａ３−Ａ７）を、現在
の充電電流の電流値「Ｉ３」でわり算することにより、
電流「Ｉ３」を縦の辺とする仮想的な四角形と、電流
「Ｉ３」で当初から定電流充電（ＣＣ）した場合の太い
点線で示される特性線のＣＶ期間におけるカーブとの交
点（Ｘ９）に対応する時刻ｔ８までの時間「Ｔ９」が求
められる。

【００６７】次に、交点（Ｘ９）に対応する電流値「Ｉ
５」から、これに対応する補正時間「Ｔ５」が求められ
る。

【００６８】そして、「Ｔ９」に補正時間「Ｔ５」を加
算して、時刻ｔ２から満充電に至るまでの時間（充電完
了予測時間）が求められる。

【００６９】このように、現在がＣＣ充電モードにある
か、ＣＶ充電モードにあるか、あるいはフロート充電モ
ードにあるかを問わず、どの場合も、「残充電容量を現
電流値で除算し、所定の補正時間を加算する」という統
一した算出式を用いて一律に充電完了時間を求めること
ができる。

【００７０】これにより、ＣＣ／ＣＶの各充電モードの
判断が不要となって誤判定の危険が解消され、かつ、フ
ロート充電時にどのように充電電流が変動しても、任意
の時点から充電完了に至るまでの時間を正確に求めるこ
とができる。

【００７１】（実施の形態２）次に、上述の方法を用い
て充電完了時間の予測を行う装置の構成について説明す
る。

【００７２】図４は、電池管理装置を内蔵する電池パッ
クの構成を示す図である。

【００７３】図示されるように、電池パック１の出力電
圧端子１９、２１は、機器本体（携帯型のパーソナルコ
ンピュータ）２の電池端子２２、２４に接続されて使用
される。

【００７４】機器本体２は、ＡＣアダプタ３によって交
流電圧を直流電圧に変換した電源電圧が供給されている
ときは、その電源電圧で内部負荷２６を動作させると共
に、余った電力で電池パック１内の二次電池５を充電
し、一方、ＡＣアダプタ３からの電源電圧の供給がない
ときは、電池パック１から供給される電池電圧を電源電
圧として内部負荷２６を動作させる。

【００７５】電池パック１は、リチウムイオン電池（二
次電池）５と、このリチウムイオン電池５の充放電を管
理する電池管理装置３４とを具備する。リチウムイオン
電池５の正極、負極はそれぞれ、電池管理装置３４の電
池端子６、７に接続されている。

【００７６】電池パック１は、電池電圧検出回路８と、
温度検出回路９と、電流検出抵抗Ｒ１の電圧降下から充
放電電流の電流値を測定する電流検出回路１０と、電流
の向き（充電・放電）を検出するためのコンパレータ１
１、１２と、温度と電流の情報から充電完了時間を求め
る充電完了時間検出回路１３と、情報出力端子２０を介
して充電完了時間を示す信号を本体機器２に通知するイ
ンタフェース回路１４と、充放電制御回路１５と、スイ
ッチ制御回路１６と、充放電制御用のスイッチとして機
能するｎ型パワーＭＯＳＦＥＴ１７、１８と、を具備す
る。

【００７７】なお、コンパレータ１１、１２の反転端子
と非反転端子にはそれぞれ、基準電圧Ｅ１、Ｅ２が接続
されており、充放電経路Ｌ１の電圧とこれらの基準電圧
との比較から電流の向き（充電／放電）を検出する。

【００７８】電池電圧検出回路８により過充電又は過放
電が検出されると、充放電制御回路１５は、スイッチ制
御回路１６に指示してパワーＭＯＳＦＥＴ１７、１８の
いずれか、あるいは双方をオフさせて充電又は放電を禁
止する。

【００７９】充電完了時間検出回路１３は、実施の形態
１で説明した方法を実行してリチウムイオン電池５の充
電完了時間を算出する。この充電完了時間検出回路１３
の具体的構成と動作は後述する。

【００８０】また、機器本体２は、リチウムイオン電池
５の充電（ＣＣ／ＣＶ）を行うＤＣ−ＤＣコンバータ２
５と、内部負荷（プログラム等）２６と、ＤＣ−ＤＣコ
ンバータ２５の動作を制御する制御回路２７と、電流検
出抵抗Ｒ２の電圧降下から充放電電流の電流値を検出す
る電流検出回路２８と、モニター４の表示を制御する表
示制御回路３５と、を具備する。

【００８１】表示制御回路３５は、負荷２６の状態と、
電池パック１側から送られてくる充電完了時間を示す信
号とに基づいて表示制御信号を生成し、その表示制御信
号を、表示制御端子３１を介してモニター４に送信す
る。これにより、モニター４の所定の位置３６には、電
池パック１側から送られてきた情報に基づく充電完了時
間が適宜に表示される。

【００８２】次に、図５を用いて充電完了時間検出回路
１３の具体的構成（機能ブロックの構成）を説明する。

【００８３】図５に示すように、充電完了時間検出回路
１３は、リチウムイオン電池５の全容量を記憶している
全容量テーブル４０と、時間軸に対する充放電電流の変
化を積算（積分）してリチウムイオン電池の現容量を検
出する積算手段（現容量検出手段）４１と、全容量から
現容量を減算して残充電容量を求める残充電容量検出手
段４２と、残充電容量を電流検出回路１０で検出された
現在の電流値でわり算する除算手段４３と、残充電容量
を所定の固定値でわり算する除算手段４４と、除算手段
４３、４４の出力値の大小を判定し、小さい方を出力す
る大小判定手段４５と、除算手段４３の出力値又は大小
判定手段４５の出力値のいずれかを選択する選択手段４
６と、補正時間を求めるのに必要な電流値を算出する電
流算出手段４７と、補正時間を記憶しているテーブル
（ＲＯＭテーブル）４８と、加算手段４９と、を有す
る。

【００８４】除算手段４４と大小判定手段４５は、充電
末期における充電完了時間の予測値の誤差増大を防止す
るための補正用に設けられているものである。この点に
ついては後述する。なお、選択手段４６は、通常は除算
手段４３からの情報を優先して選択するが、充電末期に
なると、大小判定手段４５からの情報を優先して出力す
る。

【００８５】上述の全容量テーブル４０には、予め、満
充電状態から放電完了までの全放電量を測定した結果
（これが全容量である）が格納されている。

【００８６】積算手段４１は、リチウムイオン電池５が
充電されている場合には内蔵するコンデンサを充電し、
放電の場合にはコンデンサを放電することによって、充
放電電流を時間で積分して、電池の現容量を求める。

【００８７】除算手段４３によって、残充電容量を電流
値（Ｉ）でわり算した値は、図１（ｂ）の太い点線で示
される仮想的な四角形の横の辺の長さを示す時間（Ｔ
１）に相当する。

【００８８】電流算出回路４７は、図１（ｂ）におけ
る、太い点線の四角形の右側の縦の辺と、ＣＶ期間にお
ける充電特性カーブとの交点Ｘ２に対応する電流値（Ｉ
２）を求めるものである。

【００８９】補正時間テーブル４８は、図６に示すよう
に、補正時間を温度（Ｔ）と電流値（Ｉ）の関数として
記憶している。温度をパラメータとするのは、上述した
ように、リチウムイオン電池５のＣＶ（定電圧充電）期
間における充電特性カーブの形状が温度に依存して変化
するからである。そして、温度と電流が決まれば、補正
時間（図１（ｂ）における時間「Ｔ３」）が一義的に定
まり、補正時間テーブル４８からその補正時間を示すデ
ータが出力される。

【００９０】そして、加算手段４において、除算手段４
３からの時間データ（図１（ａ）の「Ｔ２」）に補正時
間（図１（ｂ）の「Ｔ３」）が加算され、充電完了時間
が求められる。この充電完了時間を示すデータはインタ
フェース回路１４を介して機器本体２に送出される。

【００９１】以上が通常の動作であり、これによって、
上述のように充電のモードを問わずに、正確に充電完了
時間を予測することができる。

【００９２】但し、本発明者の検討によると、充電末期
において、誤差が増大する場合があることが明らかとな
った。

【００９３】すなわち、図７の太い二点鎖線で示す部分
（Ｐ３）のように、充電末期で充電完了が近くなってく
ると、予測時間が実際の時間（本当の時間）よりも増大
して誤差が拡大する現象が生じる場合があることがわか
った。

【００９４】この原因は、充電末期においては電流値の
絶対値が小さくなるため、相対的に残充電容量の誤差が
支配的となるからである。つまり、本発明の充電完了時
間予測方法では、残充電容量（＝全容量−現容量）／電
流という計算を行うが、残充電容量（分子）も電流（分
母）も時間の経過と共に減少していくので、通常は充電
時間の経過とともに予測時間は順調に減少していく。し
かし、充電末期では、電流値自体が小さくなるので、相
対的に残充電容量の誤差（多くは現容量を求める際の充
放電電流の積算時の誤差である）が支配的となり、場合
によっては、充電が進行しているにもかかわらず、時間
の経過と共に予測時間が増大するという逆転現象が生じ
るのである。

【００９５】したがって、この充電末期の誤差を抑制す
るために、充電末期においては、残充電容量を所定の固
定値でわり算して、その結果を優先的に採用することに
する。

【００９６】つまり、残充電容量／固定値ならば、分母
は一定のまま、時間の経過と共に分子が必ず減少してい
くので、結果的に、充電時間の経過と共に予測時間も必
ず減少していくことになる。これによって、図７の太い
二点鎖線で示される部分（Ｐ３）のような予測時間が増
大していくという逆転現象の発生が確実に防止されるこ
とになる。

【００９７】すなわち、図５の大小判定手段４５は、実
際の電流で除算した値と、所定の固定値で除算した値の
いずれか小さい方を出力し、選択手段４６は、充電末期
においては、大小判定手段４５の出力値を優先的に選択
するのである。

【００９８】本実施の形態では、上述の所定の固定値と
して、「９００ｍＡ」を採用した。このような充電末期
の補正を含めた本実施の形態の効果が、図７に示され
る。図７において、実線で示される特性線Ｐ１が本実施
の形態における予測時間の変化を示し、点線で示される
特性線Ｐ２が理想的な予測時間（本来の充電完了時間）
を示している。

【００９９】図７から明らかなように、本実施の形態の
予測時間は本来の充電完了時間とほぼ一致しており、充
電初期から充電末期に至るまで、きわめて正確に充電完
了時間の予測を行うことができることがわかる。

【０１００】上述の充電末期の補正を含めて考えた場
合、本発明の充電完了時間の予測に用いられる算出式
は、以下のように表される。

【０１０１】 ｍｉｎ｛（全容量−現容量）／電流、（全容量−現容量）／固定値｝…（１） （１）式において、ｍｉｎは、いずれか小さい方を優先
的に選択するという意味である。

【０１０２】本実施の形態で実行される充電完了時間の
予測の手順をまとめると、図８に示すようになる。

【０１０３】すなわち、まず、全容量と現容量から残充
電容量を算出し（ステップ５０）、現在の電流値で除算
し（ステップ５１）、補正値を加算して（ステップ５
２）、充電完了時間が求められる。

【０１０４】また、充電末期には、固定値で除算し（ス
テップ５３）、ステップ５１の結果とステップ５３の結
果のいずれか小さい方を選択し（ステップ５４）、その
選択された値に対して補正値（補正時間）を加算して
（ステップ５２）充電完了時間が求められる。

【０１０５】（実施の形態３）図９のノート型パソコン
６０では、バッテリー挿入口６１を介して機器本体に搭
載される電池パック１の充電完了時間の予測値を、表示
画面６２の右下の箇所６３に必要に応じて表示する構成
となっている。

【０１０６】これにより、ユーザーは、二次電池の充電
に必要な時間や電池の残充電容量を適宜に知ることがで
きる。

【０１０７】また、例えば、フロート充電時において、
電池の残容量が少ない状態で重いプログラムを起動した
場合等に、充電完了までの予測時間を自動的に所定期間
だけ表示するようにしても良い。

【０１０８】この充電完了までの予測時間表示は、モバ
イル通信用途のパームトップ型パソコンのユーザー等に
とっては、あとどれぐらいの時間充電すれば満充電状態
で携帯して外出できるかが容易にわかる意味で便利であ
る。

【０１０９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、リ
チウムイオン電池のような複雑な充電制御が必要な場合
や、携帯型パソコンに内蔵された二次電池をフロート充
電する場合においても、リアルタイムで正確に充電完了
時間を予測することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ） リチウムイオン電池の充電電流の変化
を示す充電特性図 （ｂ） 本発明の実施の形態１に係る充電完了時間予測
方法の原理を説明するための充電特性図

【図２】実施の形態１に係る充電完了時間予測方法の原
理を説明するための充電特性図

【図３】実施の形態１に係る充電完了時間予測方法の原
理を説明するための充電特性図

【図４】本発明の実施の形態２に係る電池パックと機器
本体の構成を示すブロック図

【図５】実施の形態２に係る充電完了時間検出回路の構
成を示す機能ブロック図

【図６】実施の形態２に係る補正テーブルの構成の一例
を示す図

【図７】実施の形態２に係る充電完了時間検出回路の予
測値と実際の充電完了時間との関係を示す図

【図８】本発明の充電完了時間予測方法における処理手
順を示すフローチャート

【図９】本発明の実施の形態３に係るノート型パソコン
の概観を示す斜視図

【図１０】リチウムイオン電池の充電電流と電池電圧と
の関係を示す特性図

【図１１】（ａ） 本発明前に本発明者が検討した充電
完了時間の予測方法を説明するための充電特性図 （ｂ）本発明前に本発明者が検討した充電完了時間の予
測方法を説明するための充電特性図

【図１２】フロート充電の場合の充電完了時間予測の問
題点を説明するための充電特性図

【符号の説明】

Ａ１ 現容量 Ａ２ 残充電容量 Ａ３ 全容量 Ａ４ 現在の電流を縦軸とする仮想的な四角形 Ｔ１ 充電完了時間の予測値 Ｔ２ 仮想的な四角形の横の辺の長さに相当する時間 Ｔ３ 補正時間 １ 電池パック ２ 機器本体 ３ ＡＣアダプタ ４ モニター ５ リチウムイオン電池（二次電池） ８ 電池電圧検出回路 ９ 温度検出回路 １０ 電流検出回路 １１、１２ コンパレータ １３ 充電完了時間検出回路 １４ 出力インタフェース １５ 充放電制御回路 １６ スイッチ回路 １７、１８ パワーＭＯＳＦＥＴ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二次電池の全容量から現在の容量を減算
   して残充電容量を求め、その残充電容量を現在の電流値
   で除算し、その除算により求められた値に所定の補正値
   を加算して満充電までに必要な時間を求めることを特徴
   とする二次電池の充電完了時間予測方法。
2. 【請求項２】 前記補正値は、前記除算により求められ
   た値を用いて算出される電流値と、満充電に至るまでの
   充電電流の変化を示す特性線の形状とに基づいて求めら
   れることを特徴とする請求項１記載の二次電池の充電完
   了時間予測方法。
3. 【請求項３】 前記補正値はテーブル化されていること
   を特徴とする請求項１又は請求項２記載の二次電池の充
   電完了時間予測方法。
4. 【請求項４】 充電末期において、前記残充電容量を現
   在の電流値で除算した値に代えて前記残充電容量を所定
   の固定値で除算した値を用い、これによって充電末期に
   おける補正を行うことを特徴とする請求項１〜請求項３
   のいずれかに記載の二次電池の充電完了時間予測方法。
5. 【請求項５】 二次電池の全容量から現在の容量を減算
   して残充電容量を求め、その残充電容量を現在の電流値
   で除算して求められる値と前記残充電容量を所定の固定
   値で除算して得られる値のうちの小さい方を選択し、そ
   の選択された値に所定の補正値を加算して満充電までに
   必要な時間を求めることを特徴とする請求項４記載の二
   次電池の充電完了時間予測方法。
6. 【請求項６】 前記二次電池は、定電流充電の後に定電
   圧充電を行う必要があるタイプの電池であることを特徴
   とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の二次電池
   の充電完了時間予測方法。
7. 【請求項７】 請求項１〜請求項６のいずれかに記載の
   方法を実行して充電完了時間を予測する二次電池の充電
   完了時間予測装置。
8. 【請求項８】 請求項７記載の二次電池の充電完了時間
   予測装置と、予測された充電完了時間を示す信号を外部
   へ出力するための出力インタフェースとを具備する電池
   パック。
9. 【請求項９】 請求項８記載の電池パックから送られて
   くる充電完了時間を示す信号を入力するための入力イン
   タフェースと、充電完了時間を表示する表示手段と、を
   有することを特徴とする電子機器。
10. 【請求項１０】 パワーオン状態において、電池パック
    の二次電池を定電流モード又は定電圧モードで充電する
    ことができる充電器を搭載したことを特徴とする請求項
    ９記載の電子機器。