JPH08149708A - 二次電池の充電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】二次電池がセットされたとき電池容量の減少分
に見合った適切な充電量だけ充電を行うことができ、も
って電池の劣化を防止してサイクル寿命を長くできる二
次電池の充電装置を提供する。 【構成】二次電池が充電装置に対してセットされている
か取り外されているかを検出する電池セット検出部４１
と、電池セット検出部４１の検出結果を受けて二次電池
が充電装置から取り外されている状態にある時間長を計
測するタイマ部４３と、タイマ部４３により計測された
時間長に基づいて二次電池が充電装置に再セットされた
ときの充電時間を決定する充電時間決定部４４と、充電
時間決定部４４で決定された充電時間にわたって二次電
池を充電する制御を行う充電制御部４２を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、二次電池の充電装置に
係り、特に携帯電話機のような二次電池を内蔵した機器
を非使用時に充電するための充電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、携帯電話機はパック形式の二次
電池（電池パックという）を内蔵し、これを電源として
動作する。携帯電話機を会社その他の事務所で使用する
場合には、待ち受け状態において特定の個所に置かれた
充電器に携帯電話機を常時セットしておくことが多い。
携帯電話機に着信があり、通話を行うときは、携帯電話
機を充電器から取り外し、通話終了後は再び充電器にセ
ットすることになる。

【０００３】充電器は、携帯電話機がセットされると自
動的に充電を開始する。この場合、充電器は充電効率を
も考慮して、空の電池が満充電になる充電量、例えば充
電容量（電池容量）の１３０％に相当する時間にわたっ
てタイマで充電を行う。従って、通話時間が短かったた
めに通話終了後も満充電に近い状態の電池では、携帯電
話機が充電器にセットされると、ほぼ１３０％の過充電
状態となってしまう。例えば、通話時間が平均３分と
し、通話時の携帯電話機の消費電流が２００ｍＡとする
と、２００ｍＡ×３分／６０分＝１０ｍＡｈのエネルギ
ーが消費される。この場合、６００ｍＡｈの容量の電池
では、１０ｍＡｈ／６００ｍＡｈ×１００％＝１．７％
しか消費されないにも関わらず、６００ｍＡｈ×１３０
％＝７８０ｍＡｈもの充電量が充電される。しかも、着
信がある度に通話のために携帯電話機が充電器から取り
外され、通話終了で携帯電話機が充電器に再セットされ
る毎に１３０％の充電が行われる。このようにして充電
を行うと、通話時間が比較的長い場合に例えば約３０％
の電池容量が消費されたとしても、電池容量の１３０％
−３０％＝１００％の充電量が過充電となってしまうこ
とになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の携帯電話機などの機器に内蔵される二次電池を充電す
る充電器では、機器がセットされる度に電池容量以上に
充電を行うため、電池は常に過充電状態にさらされるこ
とになり、劣化が進行する。このため、電池のサイクル
寿命が短くなり、結果として電池容量が短期間で低下す
るという問題があった。

【０００５】本発明は、二次電池がセットされたとき電
池容量の減少分に見合った適切な充電量だけ充電を行う
ことができ、もって電池の劣化を防止してサイクル寿命
を長くできる二次電池の充電装置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】上記の課題を解決するた
め、本発明は二次電池がセットされたとき該二次電池を
充電する充電装置において、二次電池が充電装置に対し
てセットされているか取り外されているかを検出する検
出手段と、この検出手段の検出結果を受けて二次電池が
充電装置から取り外されている状態にある時間長を計測
する計測手段と、この計測手段により計測された時間長
に基づいて二次電池が充電装置に再セットされたときの
充電時間を決定する充電時間決定手段とを具備すること
を特徴とする。

【０００７】また、充電時間決定手段は、例えば計測手
段により計測された時間長を予め定められた複数の単位
時間領域に分割し、各々の単位時間領域毎に異なる重み
係数を用いて決定された単位充電時間を割り当てること
により、充電時間を決定することを特徴とする。

【０００８】

【作用】このように、本発明では二次電池が充電装置か
ら取り外されている状態にあった時間長が計測され、電
池が充電装置にセットされると、その時間長に基づいて
電池が充電装置に再セットされたときの充電時間が決定
される。

【０００９】すなわち、電池が充電装置から取り外され
ている状態にあった時間長から電池容量の減少分をある
程度推測できるので、その電池容量の減少分を補充でき
るだけの充電量が得られるように充電時間を決定してタ
イマをセットし、その時間だけ充電を行う。これによ
り、電池が充電装置にセットされる毎に空の電池が満充
電になるような充電量までタイマにより充電を行う従来
の方式に比較して、過充電の程度が緩和され、電池の劣
化が最小限に抑えられる。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は、本発明の一実施例に係る二次電池の充電
装置の回路構成図であり、携帯電話機３０に内蔵され携
帯電話機３０の負荷３２に接続された二次電池または電
池パック（以下、単に電池という）３１に充電を行う充
電装置の例を示している。

【００１１】図１において、商用電源１からの例えばＡ
Ｃ１００Ｖの電圧はトランス２により降圧され、ダイオ
ードによる整流ブリッジ３と平滑コンデンサ４により例
えばＤＣ＋１２Ｖの直流電圧とされる。このＤＣ＋１２
Ｖからレギュレータ５により例えば＋５Ｖの直流電源Ｖ
ｄｄが作成される。コンデンサ６は、Ｖｄｄのための平
滑コンデンサである。Ｖｄｄは、マイクロコンピュータ
７の電源として用いられる。

【００１２】一方、ＤＣ＋１２Ｖの電源端は電流制限抵
抗８を介して抵抗９の一端とＰＮＰトランジスタ１０の
エミッタに接続され、抵抗９の他端とトランジスタ１０
のコレクタは逆流防止用ダイオード１１を介して携帯電
話機３０の＋側電源入力端子に接続される。携帯電話機
３０の＋側電源入力端子と接地端との間には、例えば＋
５Ｖのツェナー電圧を有するツェナーダイオード１２と
抵抗１３，１４の直列回路が接続されている。抵抗１
３，１４は、電池３１の端子電圧（以下、電池電圧とい
う）を分圧するためのものであり、その分圧点はマイク
ロコンピュータ７の入力ポートＰ１に接続されている。

【００１３】また、ＤＣ＋１２Ｖの電源端はさらにダイ
オード１５，１６を直列に介してトランジスタ１０のベ
ースと抵抗１７の一端に接続され、抵抗１７の他端はＮ
ＰＮトランジスタ１８のコレクタに接続される。トラン
ジスタ１８のエミッタは接地端に接続されている。トラ
ンジスタ１８のベースは抵抗２０の一端に接続されると
ともに、抵抗２１を介して接地端に接続される。抵抗２
０の他端はマイクロコンピュータ７の出力ポートＰ２に
接続されるとともに、抵抗１９を介してＶｄｄに接続さ
れる。なお、携帯電話機３０の−側電源入力端子は接地
端に接続されている。

【００１４】次に、図１の充電装置の動作を説明する。
マイクロコンピュータ７は、普通充電を行うときは出力
ポートＰ２を“Ｈ”レベルとする。これによりトランジ
スタ１８がオンとなり、ＤＣ＋１２Ｖからダイオード１
５，１６、抵抗１７およびトランジスタ１８を介して電
流が流れ、トランジスタ１０のベース電位が＋１２Ｖよ
り下がるため、トランジスタ１０がオンとなる。ここ
で、充電装置に携帯電話機３０がセットされていると、
ＤＣ＋１２Ｖから抵抗８、トランジスタ１０およびダイ
オード１１を介して電池３１に充電電流が流れる。この
とき充電電流が規定値、例えば１１０ｍＡとなるように
電流制限抵抗８の抵抗値が決められている。

【００１５】一方、マイクロコンピュータ７の出力ポー
トＰ２が“Ｌ”レベルになると、上記と逆にトランジス
タ１８はオフとなり、ダイオード１５，１６および抵抗
１７にほとんど電流が流れなくなるため、トランジスタ
１０はそのベース電位がほぼ＋１２Ｖとなることにより
オフとなる。このため、ＤＣ＋１２Ｖから抵抗８、抵抗
９およびダイオード１１を介して携帯電話機３０に微小
電流、例えば１２ｍＡが流れ込む。このとき携帯電話機
は充電装置にセットされており、待ち受け状態であるの
で、電池３１には２ｍＡ、負荷３２には１０ｍＡがそれ
ぞれ流れる。

【００１６】ここで、充電装置に携帯電話機３０（電池
３１）がセットされていない場合、つまり充電装置に電
池３１が接続されていない場合には、ダイオード１１を
通過した電流は抵抗１３，１４に流れ込むが、抵抗１
３，１４の値を十分大きくしておけば、ダイオード１１
のカソード側には約＋１２Ｖが現れる。ここで、抵抗１
３とダイオード１１のカソードとの間にはツェナーダイ
オード１２が挿入されているため、抵抗１３，１４の直
列回路の両端には１２Ｖ−５Ｖ＝７Ｖがかかる。この場
合、抵抗１３，１４の値を等しくしておけば、抵抗１
３，１４による分圧値は３．５Ｖであり、これがマイク
ロコンピュータ７の入力ポートＰ１に“Ｈ”レベル信号
として与えられる。

【００１７】また、充電装置に携帯電話機３０（電池３
１）がセットされている場合、つまり、充電装置に電池
３１が接続されている場合、電池電圧は４．２Ｖ以下で
ある故、ツェナーダイオード１２の働きで抵抗１３，１
４の直列回路の両端には電圧が現れない。従って、マイ
クロコンピュータ７の入力ポートＰ１は“Ｌ”レベルと
なる。このようにマイクロコンピュータ７は、入力ポー
トＰ１のレベル状態から電池３１がセットされているか
否かを判別することができる。

【００１８】図２は、マイクロコンピュータ７の本発明
に関係する部分の機能的構成を示すブロック図である。
このマイクロコンピュータ７は、電池セット検出部４
１、充電制御部４２、タイマ部４３、充電時間決定部４
４および充電電流オンオフ制御部４５を有する。電池セ
ット検出部４１は、入力ポートＰ１のレベル状態から電
池３１が充電装置にセットされているか取り外されてい
るかを検出するものであり、その検出結果は充電制御部
４２に与えられる。充電制御部４２は、電池３１が充電
装置にセットされると電池セット検出部４１からその旨
を示す信号を受けてタイマ部４３の第１タイマを起動
し、また電池３１が充電装置から取り外されると電池セ
ット検出部４１からその旨を示す信号を受けてタイマ部
４３の第２タイマを起動する。第１タイマは電池３１が
セットされたとき設定されたタイマ値に相当する時間が
経過したかどうかを計測するためのものであり、第２タ
イマは電池３１が取り外されている状態にある時間長、
つまり電池３１が取り外されてから再セットされるまで
の時間長を計測するためのものである。充電時間算出部
４４は、第２タイマで計測された時間長に基づいて、電
池３１が充電装置に再セットされたときの充電時間を計
算により決定するものである。充電制御部４２は、電池
セット検出部４１とタイマ部４３および充電時間決定部
４４からの出力に基づいて、出力ポートＰ２へ充電電流
オンオフ制御信号を出力する。

【００１９】次に、図３に示すフローチャートを参照し
て本実施例の動作を説明する。電池セット検出部４１は
充電装置に電池３１がセットされたかどうかを検出して
おり（ステップＳ１１）、電池３１がセットされたこと
が検出されると、充電制御部４２により１００％充電を
目標に充電効率を考慮して充電量１３３％に相当する充
電タイマ値が設定され（ステップＳ１２）、タイマ部４
３の第１タイマがスタートされる（ステップＳ１３）。
第１タイマのスタートとともに、充電制御部４２から出
力ポートＰ２に出力される充電電流オンオフ制御信号が
“Ｈ”レベルとなり、充電が開始される（ステップＳ１
４）。すなわち、充電電流オンオフ制御信号が“Ｈ”レ
ベルになるとトランジスタ１８がオンとなり、トランジ
スタ１０もオンとなるため、ＤＣ＋１２Ｖの電源端から
抵抗８、トランジスタ１０およびダイオード１１を介し
て電池３１に普通充電電流（例えば１１０ｍＡ）が流れ
る。

【００２０】タイマ部４３の第１タイマがタイムアウト
すると（ステップＳ１５）、充電制御部４２から出力ポ
ートＰ２に出力される充電電流オンオフ制御信号が
“Ｌ”レベルとなり、充電が終了する（ステップＳ１
６）。すなわち、充電電流オンオフ制御信号が“Ｌ”レ
ベルになるとトランジスタ１８がオフとなり、トランジ
スタ１０もオフとなるため、ＤＣ＋１２Ｖの電源端から
抵抗８、抵抗９およびダイオード１１を介して、電池３
１には普通充電電流に比較して極く僅かな電流（例えば
１２ｍＡ）が流れるのみとなる。

【００２１】ところで、ステップＳ１４での充電中は、
電池セット検出部４１で常時、電池３１が充電装置から
取り外されているかどうかが検出されており（ステップ
Ｓ１８）、電池３１が取り外されたことが検出される
と、充電制御部４２によりタイマ部４３の第２タイマが
起動され、図４（ａ）に示す電池３１が取り外されてい
る状態にある時間長Ｔ１が計測される（ステップＳ１
９）。すなわち、ステップＳ１８で電池が取り外された
ことが検出されると、電池セット検出部４１で電池３１
が充電装置に再セットされたかどうかが検出され（ステ
ップＳ２０）、電池３１が再セットされなければステッ
プＳ１９での計測が継続して行われる。

【００２２】電池３１が再セットされると、その時点で
のステップＳ１９により計測されている時間長に基づい
て、充電時間決定部４４で図４（ｂ）に示す電池３１の
充電時間Ｔ２が計算される（ステップＳ２１）。そし
て、この計算された充電時間に基づいて、タイマ部４３
の第１タイマの充電タイマ値が再設定され（ステップＳ
２２）、その後ステップＳ１３に戻る。

【００２３】このように本実施例では、電池３１が充電
装置から取り外されている状態にある時間長（図４
（ａ）のＴ１）に基づいて、電池３１が充電装置に再セ
ットされたときの充電時間（図４（ｂ）のＴ２）を決定
するため、電池３１が充電装置から取り外されている間
の電池容量の減少分を補充できるだけの充電量が得られ
るように充電時間Ｔ２を決定することにより、過充電の
程度を緩和することができるので、過充電による電池３
１の劣化を最小限に抑えることが可能となる。

【００２４】次に、充電時間決定部４４において、電池
３１が充電装置から取り外されている状態にある時間長
Ｔ１から再セット時の充電時間Ｔ２を決定する方法の具
体的な実施例について説明する。表１は、時間長Ｔ１と
充電時間Ｔ２の関係を示したもので、携帯電話機３０の
消費電流（負荷３２の消費電流）は通話時２００ｍＡ、
待受時１０ｍＡであり、充電条件は普通充電電流Ｉ１＝
１１０ｍＡ、普通充電後の電流Ｉ２＝１２ｍＡ、普通充
電時間は８時間であるとする。また、電池３１は６００
ｍＡｈの単位電池が３本直列されているものとする。

【００２５】

【表１】

【００２６】表１に示されるように、充電時間Ｔ２は時
間長Ｔ１に比例しては決められていない。すなわち、時
間長Ｔ１がＴ1a＝０〜６０分のように比較的短い範囲で
は、全期間にわたり通話が行われていたとの前提に基づ
いて、充電時間Ｔ２はＴ2aに示されるように、時間長Ｔ
1aに通話時の消費電流（２００ｍＡ）／普通充電電流
（１１０ｍＡ）を乗じ、これにさらに充電効率（この場
合、１．２）を乗じた時間として求められる。

【００２７】また、時間長Ｔ１がＴ1b＝６０〜１２０分
の範囲では、充電時間Ｔ２はＴ2bに示されるように、最
初の６０分（０〜６０分）の時間領域についてはＴ2aと
同様に求められ、残り６０〜１２０分の時間領域につい
ては１／２の期間にわたり通話が行われ、それ以外の期
間については待ち受け状態（この待ち受け状態の消費電
流は１０ｍＡと小さく、また通話時間を多く見積もった
値にしているため、待ち受け期間の消費電流はここでは
計算上、無視している。）にあったとの前提に基づい
て、時間長Ｔ1b−６０に通話時の消費電流（２００ｍ
Ａ）／普通充電電流（１１０ｍＡ）を乗じ、これに重み
係数１／２を乗じた時間として求められる。すなわち、
この場合の充電時間Ｔ２＝Ｔ2bは、Ｔ2b＝Ｔ2a＋（Ｔ1b
−６０）２００／（１１０×２）で計算される。

【００２８】また、時間長Ｔ１がＴ1c＝１２０〜４８０
分の範囲では、充電時間Ｔ２はＴ2cに示されるように、
最初の１２０分（０〜１２０分）の時間領域については
Ｔ2bと同様に求められ、残り１２０〜４８０分の時間領
域については１／３の期間にわたり通話が行われ、それ
以外の期間については待ち受け状態にあったとの前提に
基づいて、時間長Ｔ1c−１２０に通話時の消費電流（２
００ｍＡ）／普通充電電流（１１０ｍＡ）を乗じ、これ
に重み係数１／３を乗じた時間として求められる。すな
わち、この場合の充電時間Ｔ２＝Ｔ2cは、Ｔ2c＝Ｔ2b＋
（Ｔ1b−１２０）２００／（１１０×３）で計算され
る。

【００２９】さらに、時間長Ｔ１がＴ1d＝４８０分以上
の範囲では、１３３％の充電を行うべく、充電時間Ｔ２
は一律Ｔ2d＝４８０分に設定される。なお、表１には時
間長Ｔ１に対して推定される放電容量Ｄの値も併せて示
している。すなわち、Ｄa ，Ｄb ，Ｄc ，Ｄd はそれぞ
れ時間長Ｔ１がＴ1a，Ｔ1b，Ｔ1c，Ｔ1dに対応する放電
容量であり、上述したＴ2a，Ｔ2b，Ｔ2c，Ｔ2dは、これ
らの放電容量Ｄa ，Ｄb ，Ｄc ，Ｄd に対応する充電時
間である。

【００３０】このように本実施例では、電池２１が取り
外されていた時間長Ｔ１を複数の単位時間領域、すなわ
ち０〜６０分，６０〜１２０分，１２０〜４８０分の３
つの単位時間領域に分割し、これらの各単位時間領域毎
に異なる重み係数（１，１／２，１／３）を用いて決定
された単位充電時間を割り当てることにより、時間長Ｔ
１に対応する充電時間を決定する。

【００３１】図２における充電時間決定部４４は、タイ
マ部４３の第２タイマで計測された時間長Ｔ１（Ｔ1a，
Ｔ1b，Ｔ1c，Ｔ1d）に基づいて、表１に示した計算を行
うことにより、充電時間Ｔ２（Ｔ2a，Ｔ2b，Ｔ2c，Ｔ2
d）を決定し、それを充電制御部４２に与えることにな
る。

【００３２】図５は、充電装置に対する電池３１のセッ
ト・取り外しの時間パターンと、電池３１の再セット時
の充電時間の関係を示した図である。これは電池３１が
Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５の時間長だけ間欠的にＴ６，Ｔ７の時
間をおいて取り外された例を示している。

【００３３】まず最初、電池３１は時間長Ｔ３だけ取り
外されていたため、Ｔ９の時間だけ充電すべきところ、
Ｔ６（Ｔ６＜Ｔ９）の時間をおいて再び電池３１が時間
長Ｔ４にわたり取り外されたため、Ｔ９−Ｔ６の時間だ
け充電が先送りになり、Ｔ４の終了時点で充電が再開さ
れる。そして、Ｔ１０の時間が経過した時点で、１回目
に電池３１が取り外されたＴ３の時間長に対応するＴ９
の時間分の充電が完了する。

【００３４】２回目に電池３１が取り外されたＴ４の時
間長に対応する充電時間は、本来ならＴ１１となるが、
途中で電池３１が３回目に取り外されたＴ５の時間長が
存在するため、結果的にＴ１１に等しいＴ１２−Ｔ５の
時間にわたりＴ４に対応する充電が行われる。

【００３５】同様に、Ｔ５の時間長に対応する充電時間
は、本来はＴ１３であるが、Ｔ４に対応する充電がＴ１
２の後半に行われるため、Ｔ１２の終了後Ｔ１４の時間
だけ充電が追加して行われることにより、Ｔ５に対応す
る充電が行われる。

【００３６】ここで、電池３１が取り外された時間長Ｔ
３，Ｔ４，Ｔ５に対応する各々の充電時間Ｔ９，Ｔ１
１，Ｔ１３は、表１に示した計算式に従ってＴ３，Ｔ
４，Ｔ５がＴ1a，Ｔ1b，Ｔ1c，Ｔ1dのどれに属するかに
応じて計算される。

【００３７】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではない。例えば、上記実施例では電池を充電装置か
ら取り外した後、充電装置に再セットした時の充電時間
Ｔ２を表１に示す計算式に従って、電池が充電装置から
取り外された時間長Ｔ１に基づいて求めたが、この計算
式はあくまで一例であり、他の計算式を用いて充電時間
を決定することもできる。また、充電時間Ｔ２を時間長
Ｔ１からその都度計算で求めずに、例えば時間長Ｔ１に
対応する充電時間Ｔ２のデータをＲＯＭに記憶してお
き、このＲＯＭから充電時間Ｔ２のデータを読み出すよ
うにしてもよい。その場合、全ての時間長Ｔ１に対応す
る充電時間Ｔ２を予め求めて記憶するのはＲＯＭ容量の
制限から困難であるので、代表的ないくつかの時間長Ｔ
１に対応する充電時間Ｔ２のデータをＲＯＭに記憶して
おき、補間により実際の時間長Ｔ１に対応する充電時間
Ｔ２を求めるようにすればよい。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば電
池が充電装置から取り外された状態にある時間長に応じ
て、電池を充電装置に再セットした時の充電時間を決定
することにより、電池が充電装置にセットされる毎に空
の電池が満充電になるような充電量まで充電を行う従来
の方式に比較して、電池を必要以上に過充電状態にする
ことがなく、過充電による電池の劣化を最小限に抑える
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る二次電池の充電装置の
回路構成図

【図２】図１におけるマイクロコンピュータの本発明に
関係する部分の機能的構成を示すブロック図

【図３】同実施例の動作を説明するためのフローチャー
ト

【図４】同実施例における充電装置に対する電池のセッ
ト・取り外し状態と再セット時の充電時間および充電電
流の関係を示す図

【図５】同実施例における充電装置に対する電池のセッ
ト・取り外しの時間パターンと電池の再セット時の充電
時間の関係を示す図

【符号の説明】

１…商用電源 ２…トラ
ンス ３…整流ブリッジ ４…平滑
コンデンサ ５…レギュレータ ６…平滑
コンデンサ ７…マイクロコンピュータ ８…電流
制限抵抗 ９，１３，１４，１７，１９〜２１…抵抗 １０，１８
…トランジスタ １１…逆流防止用ダイオード １２…ツ
ェナーダイオード ３０…携帯電話機 ３１…二
次電池 ３２…負荷 ４１…電
池セット検出部 ４２…充電制御部 ４３…タ
イマ部 ４４…充電時間決定部 ４５…充
電電流オンオフ制御部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】二次電池がセットされたとき該二次電池を
   充電する充電装置において、 前記二次電池が該充電装置に対してセットされているか
   取り外されているかを検出する検出手段と、 この検出手段の検出結果を受けて前記二次電池が該充電
   装置から取り外されている状態にある時間長を計測する
   計測手段と、 この計測手段により計測された時間長に基づいて前記二
   次電池が該充電装置に再セットされたときの充電時間を
   決定する充電時間決定手段とを具備することを特徴とす
   る二次電池の充電装置。
2. 【請求項２】前記充電時間決定手段は、前記計測手段に
   より計測された時間長を予め定められた複数の単位時間
   領域に分割し、各々の単位時間領域毎に異なる重み係数
   を用いて決定された単位充電時間を割り当てることによ
   り、前記充電時間を決定することを特徴とする請求項１
   に記載の二次電池の充電装置。