JP4783700B2 - 携帯端末 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池を搭載した携帯端末にあって、二次電池を搭載したまま、二次電池の特性劣化の判定と表示を行う携帯端末に関する。

（背景技術１）
二次電池は、充放電の繰り返し、高温、高電圧などのストレスにより経年劣化し、内部抵抗が増し、電池容量が減少する。電池の劣化の判断方法として、この内部抵抗を測定する方法や、電池の放電終止状態から満充電までの充電量を測定する方法がある。しかし、電池の内部抵抗は、測定条件によりばらつき、本来の電池劣化に伴う内部抵抗の変化を測定することがむずかしい。充電量を充放電して測定する方法は、測定に時間を要する。内部抵抗値と電池容量の関係は個体バラツキも大きく、内部抵抗値を測定しても電池容量と必ずしも正確に対応が付かないとの問題も有った。
また、二次電池を搭載した携帯電話機では、二次電池を携帯電話機から取り外して、専用の電池測定器で電池特性を測定しており、携帯電話機の販売店などに出向く必要があり、携帯電話機の使用者にとっては不便であった。また、携帯電話機も、二次電池を容易に取り外し可能な構造とする必要があり、構造が複雑になっていた。

（背景技術２）
電池の内部抵抗を測定して、電池寿命の表示を行う電池残容量表示装置がある（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１では、電池から定電流負荷回路７に放電した時の電圧降下により電池の内部抵抗を測る。更に、温度を測定して、常温以外と判断した場合は、前記内部抵抗値に温度補正を加える。この温度補正後の内部抵抗値により電池寿命を判断して、電池交換の表示をしている（段落００２４〜００３９）。

（背景技術３）
電池の内部抵抗を測定して、電池劣化の判定を行う電池劣化判定装置がある（例えば、特許文献２参照。）。この特許文献２では、電池から抵抗１２に放電した時の電圧降下により電池の内部抵抗を測り、更に温度で補正して記憶する。この処理を、電池の出荷時の初期状態で行う。また、実使用上の定期的もしくは任意の時に行い、初期内部抵抗からの変化量でもって劣化を判定している（段落０００６〜００１６）。また、電池の初期状態と実使用時において、トリクル充電中の満充電状態での電圧を測定する。電池が劣化して内部抵抗が高くなると充電電流により前記満充電状態での電圧も高くなるので、初期状態と実使用時とで前記満充電状態での電圧を比較することにより、劣化を判定している（段落００１７）。これらの方法により、電池固体間の内部抵抗ばらつきの問題を解決している。
特開２０００−１２１０４号公報（段落００２４〜００３９、図１、図２、図４） 特開２０００−２１５９２３号公報（段落０００６〜００１９、図１〜図５）

電池の内部抵抗は、電池のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ；満充電や完全放電等を表す充電状態）によっても内部抵抗がばらつくが、背景技術２（特許文献１）、背景技術３（特許文献２）には、その記載はない。また、背景技術１の携帯電話機では、「高頻度充電」又は「低放電深度充電」などと言われるように、使用者は、少し使用してはすぐに充電台に置くという操作が多く、その場合、電池は、常時、満充電状態、つまり、特定のＳＯＣ状態におかれることになる。その場合、内部抵抗の測定に工夫を必要とする。
また、内部抵抗の測定は、電池の放電時、または充電時のみに行っており、その場合、電圧降下の値は小さくて測定精度が悪くなる。また、電池の放電時にのみに測定を行うと、測定のために電池電流を消費してしまうという問題がある。

本発明は、従来の問題点を解決して、携帯端末をＡＣアダプタに載置して充電しながら、携帯端末自体で電池劣化の判定を短時間で正確に行い、内部抵抗値と電池容量の関係の個体バラツキの影響が無く、その結果を表示または出力することができる携帯端末を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の携帯端末は、充電可能な電池と、前記電池から電流を供給される負荷部と、前記電池電圧を第１の測定精度で測定しながら所定の満充電近辺の電圧まで充電制御し、前記所定の満充電近辺の電圧に達したら、充電中に前記負荷部を軽負荷として前記負荷部に第１負荷電流を流す第１状態と、充電停止中に前記負荷部を重負荷として前記負荷部に当該第１負荷電流より多い第２負荷電流を流す第２状態とを切り替え、前記第１状態と前記第２状態の電池電圧を前記第１の測定精度より高精度の第２の測定精度で測定して当該電池電圧の差分を算出、又は、当該電池電圧差分を前記第１状態と第２状態の電池電流差分で除算して前記電池の内部抵抗を算出し、更に、前記電池電圧差分の変化量又は前記内部抵抗の変化量を算出し、前記電池電圧差分の変化量又は前記内部抵抗の変化量に対応して前記電池の特性に関する情報を報知する制御手段とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、携帯端末に電池を搭載したまま、携帯端末自体で電池劣化の判定を短時間で正確に行い、その結果を表示または出力することが可能となる。

以下、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の各実施例に係る携帯端末の関連部分のブロック図である。携帯端末１００は、接点１、ダイオード２、充電回路３、電池６、サーミスタ７、操作部８、トランジスタスイッチ９〜１１、送信パワーアンプ１２、ＬＣＤ１３、白色ＬＥＤ１４、制御部１５などによって構成される。更に、充電回路３は、トランジスタスイッチ４、電圧制御回路５などを有する。また、制御部１５は、検出部１６、電流記憶メモリ１７、電池温度特性メモリ１８、測定データ記憶メモリ１９、充電回数カウンタ２０などを有する。図示しないＡＣアダプタ２００は、携帯端末１００の充電用の定電流源であり、充電時は、携帯端末１００がＡＣアダプタ２００に載置される。

携帯端末１００の接点１は、ＡＣアダプタ２００との接続接点である。ダイオード２は、純正以外のＡＣアダプタが間違って極性が逆に接続された時の携帯端末１００の保護用である。また、ダイオード２は、電池６から充電回路３内部の特定の経路を経て接点１に電力が供給されることを防止する。これは、接点１は構造上、外部に露出しており、外部で金属ショートによる発熱などを防止するためである。

充電回路３は、ＡＣアダプタ２００から供給される定電流を制御して電池６に所定の充電を行う。充電回路３のトランジスタスイッチ４や電圧制御回路５は、制御部１５の制御により充電のオン／オフ制御や、充電電圧の制御が行われる。電池６は、二次電池である。サーミスタ７は、電池６の温度測定用である。操作部８は、ユーザー操作用の入力手段である。

トランジスタスイッチ９〜１１は、携帯端末１００が本来備える負荷である送信パワーアンプ１２、ＬＣＤ１３、白色ＬＥＤ１４への電源供給の断続用スイッチであり、制御部１５により制御される。なお、これらのスイッチおよび負荷は、この３種類に限らず、例えば、図示しないカメラ部とその断続用のスイッチなどを更に設けてもよい。送信パワーアンプ１２は、図示しない基地局などへ無線送信するパワーアンプであり、消費電流が大きい。ＬＣＤ１３は表示手段であり、やはり消費電流が大きい。白色ＬＥＤ１４は、ＬＣＤ１３のバックライトであり、やはり消費電流が大きい。

制御部１５は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ等により構成され、携帯端末１００の全体の制御を行う。特に、電池６の内部抵抗測定に関する部分として、検出部１６は、ＡＤＣ（ＡＤコンバータ）により電池電圧６ａの検出および温度７ａの検出を行う。電流記憶メモリ１７は、ＡＣアダプタ２００の定電流値を予め記憶しておく。また、実験などにより予め測定した負荷電流、すなわち、送信パワーアンプ１２、ＬＣＤ１３、白色ＬＥＤ１４などの負荷電流を記憶しておく。内部抵抗測定用に送信パワーアンプ１２を動作させる場合は、不要な高周波電力の放射を避けるような周波数をシンセサイザなどの信号源回路で発生させて送信パワーアンプに入力して動作させても良い。それにより、消費電流は発生するが同調がずれて余計な電波を出すおそれがなくなる。電池温度特性メモリ１８は、電池の内部抵抗と温度との関連性を予め記憶するメモリであり、一般的には、電池メーカーなどから予め入手したデータを記憶しておく。

測定データ記憶メモリ１９は、電池６の内部抵抗などを測定して記憶するメモリである。充電回数カウンタ２０は、携帯端末１００がＡＣアダプタ２００に載置されて充電を行った回数をカウントする。充電回数カウンタ２０のイニシャライズは、例えば、サービスマンが電池交換時などに、特殊キー操作により行うようにしてもよい。また、電池が個別ＩＤ番号を有して、自動で読み取ることができる場合は、制御部１５の処理により個別ＩＤ番号が変わったことを検出して充電回数のイニシャライズを行ってもよい。

図２は、本発明の各実施例に係る携帯端末の電池の内部抵抗測定を説明する図であり、関連部分の電圧と電流を示す。電池の内部抵抗は、リチウムイオン電池の場合、新品の状態で例えば４０〜６０ｍΩ、劣化すると１００ｍΩ程度の値となる。この劣化の進捗を測定するためには、１０ｍΩステップ程度の測定精度を必要とする。
（ａ）は、「充電中かつ軽負荷」状態での電圧と電流を示す。ＡＣアダプタ２００の定電流を５００ｍＡとすると、充電電流５００ｍＡが供給される。この値は、予め制御部１５の電流記憶メモリ１７に記憶されている。充電電流値スイッチ９〜１１は全てオフであり、負荷電流は、制御部１５に供給されるＩｄｄのみである。従って、電池６には、５００−Ｉｄｄ［ｍＡ］が充電される。この時、電池電圧６ａ＝電池セル電圧Ｖ＋（５００−Ｉｄｄ）×内部抵抗６１であり、制御部１５によりこの電池電圧６ａが測定される。

（ｂ）は、「充電中かつ重負荷」状態での電圧と電流を示す。ＡＣアダプタ２００の定電流を５００ｍＡとすると、充電電流５００ｍＡが供給される。スイッチ９〜１１は全てオンである。スイッチ９〜１１側の負荷電流は予め実験等で測定されて、制御部１５の電流記憶メモリ１７に記憶されている。この電流を例えば６００ｍＡとする。負荷電流の合計は、６００＋Ｉｄｄ［ｍＡ］となる。充電電流は５００ｍＡなので、負荷電流に足りない分の（６００＋Ｉｄｄ−５００）［ｍＡ］は、電池６から放電される。この時の電池電圧６ａ＝電池セル電圧Ｖ−（６００＋Ｉｄｄ−５００）×内部抵抗６１であり、制御部１５によりこの電池電圧６ａが測定される。

この、（ａ）（第１状態）と（ｂ）（第２状態）を比較すると、内部抵抗６１に流れる電池電流の差分は、（５００−Ｉｄｄ）＋（６００＋Ｉｄｄ−５００）＝６００［ｍＡ］である。また、電池電圧６ａの差分も算出される。内部抵抗６１は、オームの法則により、電池電圧６ａの差分を電池電流の差分６００［ｍＡ］で割り算すれば算出される。

（ｃ）は、「充電停止かつ軽負荷」状態での電圧と電流を示す。携帯端末１００を充電中に制御部１３により充電を一旦停止した状態でもよいし、携帯端末１００をＡＣアダプタ２００から外した通常の使用状態でもよい。充電電流は０ｍＡである。スイッチ９〜１１は全てオフであり、負荷電流は、制御部１５に供給されるＩｄｄのみである。従って、電池６からＩｄｄが放電される。

（ｄ）は、「充電停止かつ重負荷」状態での電圧と電流を示す。充電電流は０ｍＡである。スイッチ９〜１１は全てオンであり、スイッチ９〜１１側の負荷電流は６００ｍＡとする。負荷電流の合計は、６００＋Ｉｄｄ［ｍＡ］となる。従って、電池６から６００＋Ｉｄｄ［ｍＡ］が放電される。

この（ｃ）（第１状態）と（ｄ）（第２状態）を比較すると、内部抵抗６１に流れる電池電流の差分は、（６００＋Ｉｄｄ）−Ｉｄｄ＝６００［ｍＡ］である。同様に、内部抵抗６１は、電池電圧６ａの差分を電池電流の差分６００［ｍＡ］で割り算すれば算出される。

また、（ａ）（第１状態）と（ｄ）（第２状態）を比較すると、内部抵抗６１に流れる電池電流の差分は、（５００−Ｉｄｄ）＋（６００＋Ｉｄｄ）＝１１００［ｍＡ］と大きい。また、電池電圧６ａの差分も算出される。内部抵抗６１は、電池電圧６ａの差分を電池電流の差分１１００［ｍＡ］で割り算すれば算出される。この場合、電池電流の差分が大きいので、電池電圧６ａの差分も大きくなり、内部抵抗算出の精度を上げることができる。

なお、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）において、制御部１５に供給されるＩｄｄは、スイッチ９〜１１側の負荷電流に比べて小さい場合は無視してもよい。また、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）それぞれのＩｄｄが異なる場合は、予め実験等で測定しておき、それぞれの電流値を上記計算式に適用してもよい。また、負荷電流は、電池電圧６ａの値によっても変化するので、予め実験等で測定して、電池電圧ＶＳ負荷電流のデータとして電流記憶メモリ１７に記憶しておき、内部抵抗測定時の電池電圧に対応する負荷電流を上記計算式に適用してもよい。また、電池電圧が所定の電圧値の時に、内部抵抗を測定するようにすれば、負荷電流も固定できるので、抵抗値算出の精度が上がる。

また、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）において、充電の状態は、定電流充電を行うか充電停止かの２通りであったが、例えば、充電回路３（図１）と並列に他の充電回路を設けて、充電の状態として、大電流の定電流充電を行うか小電流の定電流充電を行うかの２通りの状態としてもよい。また、負荷の状態は、スイッチ９〜１１の全てをオンにするかオフにするかの２通りであったが、負荷電流が大と小の２通りに切り替わるようにしてもよい。いずれも、充電電流の差異および負荷電流の差異が生じる組み合わせであれば、電池の内部抵抗を算出することができる。

また、（ａ）−（ｂ）間の変移、（ｃ）−（ｄ）間の変移、（ａ）−（ｄ）間の変移について説明したが、（ａ）−（ｃ）間の変移、（ｂ）−（ｄ）間の変移でも、電池に流れる電流の電池電流差分として、５００ｍＡが得られる。

次に、測定電圧の必要精度について説明する。電池の内部抵抗は、リチウムイオン電池の場合、新品の状態で例えば４０〜６０ｍΩ、劣化すると１００ｍΩ程度の値となる。この劣化の進捗を測定するためには、１０ｍΩステップ程度の測定精度を必要とする。従って、前記の電流差分が６００ｍＡの場合は、６００ｍＡ×１０ｍΩ＝６ｍＶステップ程度の電圧検出精度を必要とする。また、電流差分が１１００ｍＡの場合は、１１００ｍＡ×１０ｍΩ＝１１ｍＶステップ程度の電圧検出精度を必要とする。

図３は、本発明の各実施例に係る携帯端末の電池電圧の検出部の回路図である。制御部１５の検出部１６は、抵抗３１、抵抗３２、増幅器３３、抵抗３４〜３６、トランジスタスイッチ３７、レジスタ３８、ＡＤＣ３９などによって構成される。なお、これらの構成要素は、制御部１５と充電回路３に分散して配置してもよい。

ＡＤＣ３９は、電池電圧の検出や、図示しない電池温度の検出（サーミスタ７）などを行うが、ここでは、電池電圧の検出について説明する。ＡＤＣ３９は、８ビット（２５６ステップ）のＡＤコンバータであり、参照電圧Ｖｒｅｆ端子には、２．６［Ｖ］が供給される。従って、ＡＤＣ３９のＩＮ入力の（０〜２．６）［Ｖ］の入力に対して、電圧検出精度は、２．６［Ｖ］／２５６＝１０．１５［ｍＶ］ステップである。

抵抗３１、抵抗３２は、電池電圧６ａの検出すべき範囲を、ＡＤＣ３９のＩＮ入力の（０〜２．６）［Ｖ］に合わせるためである。なお、抵抗３１、抵抗３２は、高抵抗であり、その電流は無視できる。増幅器３３、抵抗３４〜３６は、帰還増幅器である。この帰還増幅器は電池電圧６ａの検出すべき精度に合わせて、ＡＤＣ３９のＩＮ入力に供給するためである。帰還増幅器のゲインは、トランジスタスイッチ３７がオフの時は、ゲインは、（抵抗３４＋抵抗３５＋抵抗３６）／抵抗３４となる。トランジスタスイッチ３７がオンとなって抵抗３５が短絡した時のゲインは、（抵抗３４＋抵抗３６）／抵抗３４となる。

ところで、電池電圧６ａの検出範囲は、通常の充電制御を行う場合には、０〜４．３［Ｖ］の電圧範囲を検出する必要があり、電池電圧６ａのポイントで、４．３［Ｖ］／２５６＝１６．７９［ｍＶ］ステップの検出精度となる。また、内部抵抗の測定を行う場合には、図２で説明したように、６ｍＶステップや１１ｍＶステップの精度が必要である。従って、１つのＡＤＣ３９を共用して使うために、用途に応じて、前記帰還増幅器のゲインを制御する。

なお、ＡＤコンバータが１０ｂｉｔや１２ｂｉｔの分解能が有ればゲイン制御は不要である。１６ｂｉｔのＡＤコンバータも実用化されているがＡＤ変換に時間が掛かる。携帯端末、特に携帯電話ではＡＤコンバータはＣＰＵなどと共に制御用ＬＳＩに集積されて通信用と兼用されるので高速性も要求されるので、逐次変換型や全並列型（フラッシュ型）が用いられる。逐次比較型の場合は抵抗の精度が低いと単調性が維持出来ないが、制御用ＬＳＩでは十分な精度を確保することはコスト上昇が大きいので分解能を８ｂｉｔ程度に制限して単調性を確保することが多い。全並列型（フラッシュ型）は多ｂｉｔとするとコンパレータのオフセットの精度が必要となり、回路規模と消費電流も大きいので、ＬＳＩの目的に応じた現実的な分解能である８ｂｉｔ程度にすることが多い。よって、ゲインの制御は簡単で廉価かつ小規模な回路を集積するだけで実現出来るので有効な方法である。

図４は、本発明の各実施例に係る携帯端末の電池の劣化に伴う内部抵抗の変化を説明する図である。電池６は、充放電サイクルの繰り返しなどの経年変化により劣化し、内部抵抗が増加していく。電池６は、個体バラツキがあり、新品の時点でも、電池Ａと電池Ｂとでは、内部抵抗の初期値が異なる。しかし、どちらの電池も、使用するにつれて内部抵抗が増加していく。この内部抵抗を、新品の使用開始時点および毎充電時や、所定の頻度で測定し、初期値からの変化量を算出することにより、電池の劣化を判断し、その劣化程度を、使用者やサービスマンに報知する。使用者は特に意識することなく抵抗値は測定されて蓄積されているので、使用に制約は無く、又、使用者が抵抗値を知りたい場合は直ちに抵抗値に関わる情報を報知することが出来る。電池容量と電池内部抵抗の比は電池個体バラツキが有る。説明した方法で電池内部抵抗値を測定しても、絶対値を報知するとユーザーに電池容量について個体バラツキを含む情報を示すことになる。携帯機器と電池の製造時に、機器メーカーが電池容量を確認して保証した初期時点からの劣化値を報知することにより、使用者やサービスマンに個体バラツキの影響を受けない電池の劣化の情報を提供することが可能になる。電池内部抵抗測定回路にもバラツキが有り、電池との接続抵抗もバラツキが有るので、電池交換が行なわれにくい携帯機器の場合は初期時点からの劣化値は電池容量との相関を高くすることが容易なので有効である。

なお、サービスマンなどが電池を交換したり、電池容量値と抵抗値を確認した時を起点として電池抵抗値の劣化を測定して表示する為に、請求項6に記載した如く充電回数をリセットし、初期の抵抗値を設定出来ることが便利である。

しかし、電池の内部抵抗は、測定する条件により、劣化以外の要因で大きく異なり、図４に示した本来の劣化に伴う内部抵抗の変化を正確に検出する必要がある。次に、劣化以外の要因で内部抵抗が異なる場合について、説明する。

図５は、本発明の各実施例に係る携帯端末のリチウムイオン電池の内部抵抗の劣化以外のばらつき要因を説明する図である。
（ａ）は、内部抵抗とＳＯＣ（満充電や完全放電等を表す充電状態）との一般的な関係、および電池電圧とＳＯＣとの一般的な関係を示す。内部抵抗は、ＳＯＣの状態によっても変化する。横軸のＳＯＣは、０［％］が完全放電状態、１００［％］が満充電状態を表す。太い実線で示した内部抵抗［ｍΩ］は、ＳＯＣが小さい状態では大きく、ＳＯＣが大きくなるにつれて小さくなり、ＳＯＣの中央付近のＮ以上ではほぼ平坦な特性となる。従って、正確な内部抵抗を測定するためには、この抵抗値が平坦な部分で測定するのが望ましい。しかし、このＳＯＣを検知するために充放電量をチェックするのは時間が掛かるので、電池電圧でＳＯＣ状態を把握する。

次に、電池電圧とＳＯＣとの一般的な関係を説明する。電池電圧の変化を点線で示す。電池電圧は、ＳＯＣが小さい状態では小さく、ＳＯＣの中央付近では電圧が略平坦な状態となり、ＳＯＣが満充電に近い部分では電圧が急峻になる。電圧のチェックにより抵抗値が平坦な部分を認識するためには、電圧が略平坦な部分の電圧チェックでは、電圧バラツキにより抵抗値が平坦な部分を認識するのはむずかしい。従って、電圧値が満充電近辺の電圧範囲にあるかをチェックして、その電圧部分において抵抗値を測定すれば、抵抗平坦な部分の内、満充電に近い部分の値を正確に測定することができる。

また、使用者による携帯端末の使われ方として、ＡＣアダプタを携帯端末の置き台代わりにＡＣアダプタに載置されることが多い。その場合、電池がほぼ満充電状態にあることが多い、すなわち、電池電圧は、ほぼ高い状態にある。従って、電圧値が満充電に近い部分、例えば、電池電圧４．１０［V］や満充電状態にあるかをチェックして、その電圧部分において抵抗値を測定するようにしておけば、その測定頻度を上げることができる。

以上に記載したように、抵抗値の測定は適切な電池電圧（ＳＯＣ）で行なうことが肝要である。４．２０Ｖが満充電（ＳＯＣ；１００％）の、コバルト酸リチウムが正極材料でグラファイトが負極材料であるようなリチウムイオン電池を例に取って説明する。例えば、電池電圧（点線）が３．６Ｖ以下で測定する設計では太い実線で示した電池の抵抗値が急峻に変わる状態で測定している可能性が高く、電池容量と相関が強い抵抗値を測定していないことが懸念されるので本特許の目的には不適切である。例えば３．８Ｖ程度で測定する設計では、通話毎に充電する「高頻度充電」又は「低放電深度充電」を行なう習慣のユーザーの場合は、常に４．００Ｖ以上であり得るので抵抗値を測定する機会が少ないことが懸念される。

例えば４．２０Ｖで測定する設計では、充電電圧が４．２０Ｖであっても電池電圧は充電電流を開放すると同時に４．１０〜４．１７Ｖ程度に低下する充電設計が多用されているので、測定前に充電を止めると電池電圧は４．２０Ｖ未満であるので、後述する実施例１の如く充電中に電池の内部抵抗を測定する方法に限定される。４．００Ｖ〜４．１０Ｖ程度で測定することにすれば、充電の途中で充電を中止しない限りは充電毎にこの電池電圧を経過するので、高い確率で高頻度で測定が可能となり、好適である。以下、所定の電池電圧とは４．２０Ｖが満充電（ＳＯＣ；１００％）のリチウムイオン電池の場合は、概ねこの範囲の満充電に近い電池電圧を指す。

送信パワーアンプ１２、ＬＣＤ１３、白色ＬＥＤ１４などの負荷電流は、電池電圧が高い場合は消費電流が増加することが一般的である。図示しないＤＣＤＣコンバータの負荷電流は電池電圧が高い場合は消費電流が減少することが一般的である。これ等の消費電流は電池電圧に対して直線的に変化せずに複数の変曲点を持つ例も多い。よって、内部抵抗を測定する際の電池電圧を固定することは、簡単な測定で測定精度を高める為に望ましい。

４．００Ｖ近辺で抵抗値を測定する場合、もし、充電開始時に既に電池電圧が４．１７Ｖである場合は、４．００Ｖの電池電圧での内部抵抗値と４．１７Ｖの電池電圧での内部抵抗値の差は僅かであるので、４．１７Ｖでの測定値を代用することは差し支え無い。特に厳密な測定では、４．１７Ｖ等と満充電に近いリチウムイオン電池の抵抗値は４．００Ｖよりも大きな値を示すので、平均値や移動平均値を算出する場合は除外したり、重みを軽くする等の処置を行ってもよい。

（ｂ）は、リチウムイオン電池の内部抵抗と温度との関係を示す。内部抵抗は、電池温度によっても変化する。内部抵抗は、常温以上で最低値を示し、値も安定している。低温側になるにつれて上昇する。従って、常温以上、例えばセ氏１５度以上で測定した抵抗値をそのまま決定値としてもよい。または、この内部抵抗と温度との関係を補正係数として電池温度特性メモリ１８（図１）に記憶しておき、例えばセ氏２５度の内部抵抗値を基準の補正係数「１」として、他の温度で測定した抵抗値を、セ氏２５度換算の内部抵抗値に補正して決定値としてもよい。たとえば、抵抗値を測定した時の温度がセ氏５度であれば、その時の抵抗値を補正係数１．２５で割れば、セ氏２５度換算の抵抗値となる。この特性は、リチウムイオン電池の一般的な代表データであり、電池の個体差はあるが、ほぼ適用できる。

図６は、本発明の実施例１に係る携帯端末の制御部の電池内部抵抗測定のフローチャートである。実施例１は、充電中に、充電を一旦停止して大電流の負荷をオンにして、充電中と、充電を一旦停止して大電流負荷オン時の電池電圧差分および電流差分１１００ｍＡにより、内部抵抗を算出する。すなわち、図２の（ａ）から（ｄ）への変移により内部抵抗を算出する。

図７は、本発明の各実施例に係る携帯端末の測定データ記憶メモリを説明する図である。測定データ記憶メモリ１９の符号１９ａ欄は充電回数、符号１９ｂ欄は測定時温度、符号１９ｃ欄は変移前の電池電圧、符号１９ｄ欄は変移後の電池電圧、符号１９ｅ欄は算出した抵抗値、符号１９ｆ欄は補正した抵抗値、符号１９ｇ欄は抵抗値変化量が記憶される。

図６、図７により、動作を説明する。制御部１５は、電池の充電処理の最中に電池内部抵抗の測定を行う。制御部１５は、充電処理（ステップＳ１）に入ると、まず、充電回数カウンタ２０をプラス１する（ステップＳ２）。そして、ＡＤＣ入力のゲインを下げて、すなわち増幅器３３（図３）のゲインを下げる（ステップＳ３）。これは、図３で説明したように、充電処理では電池電圧の測定範囲として、０〜４．３［Ｖ］の範囲を測定して管理する必要があるためである。そして、定電流充電処理を行いながら（ステップＳ４）、電池電圧６ａが満充電近辺の電圧にあるかをチェックする（ステップＳ５）。

これが満充電近辺の電圧であれば、充電処理以外のアプリケーション、例えば、通信処理、ＬＣＤ表示処理などを実行中であるかをチェックする（ステップＳ６）。これは、携帯端末１００の本来の機能を実行しながら充電する、いわゆる「ながら充電」中であるかをチェックするものである。「ながら充電」中であれば、内部抵抗算出用の電圧測定（ステップＳ１０）をパスして、充電処理を継続する（ステップＳ５０）。なお、「ながら充電」中であっても、実行中のアプリケーションの種類によっては、そのアプリケーションを停止してもよい場合は、停止して、内部抵抗算出用の測定（ステップＳ１０）に入ってもよい。

ステップＳ６で「ながら充電」中でなければ、内部抵抗算出用の電圧測定（ステップＳ１０）に入る。まず、トランジスタスイッチ９〜１１をオフにして、負荷である送信パワーアンプ１２、ＬＣＤ１３、白色ＬＥＤ１４への電源供給をオフにする（ステップＳ１１）。次に、温度を測定する（ステップＳ１２）。これは、検出部１６への入力を、図示しない切り替えスイッチによりサーミスタ７側に切り替えて、温度７ａ（図１）の電圧検出により行う。そして、現在の充電回数カウンタ２０の値に相当する測定データ記憶メモリ１９の符号１９ａの「充電回数」欄の、「測定時温度」欄（符号１９ｂ）に、測定した温度を記録する（ステップＳ１２）。

次に、検出部１６への入力を再び電池電圧６ａ側に切り替え、更に、電圧検出の精度を上げるために、ＡＤＣ入力のゲインを上げて、すなわち増幅器３３のゲインを上げる（ステップＳ１３）。これは、図３で説明したように、通常の充電制御時の検出精度より、内部抵抗測定時の検出精度の方を上げる必要があるためである。

そして、定電流充電中の電池電圧６ａを精度良く測定する（ステップＳ１４）。この状態は、図２の（ａ）に相当する。そして、この電池電圧６ａを測定データ記憶メモリ１９の同じ「充電回数」欄の「変移前の電池電圧」欄（符号１９ｃ）に記録する（ステップＳ１４）。次に、充電を一旦停止し、所定時間、例えば、０．０１秒〜１０秒程度待つ（ステップＳ１５）。これは、充電を停止したことに伴う電池特性の安定待ちのためである。

次に、トランジスタスイッチ９〜１１をオンにして、負荷である送信パワーアンプ１２、ＬＣＤ１３、白色ＬＥＤ１４への電源供給をオンにし、電池電圧６ａを測定する（ステップＳ１６）。この状態は、図２の（ｄ）に相当する。そして、この電池電圧６ａを測定データ記憶メモリ１９の同じ「充電回数」欄の「変移後の電池電圧」欄（符号１９ｄ）に記録する（ステップＳ１６）。

そして、トランジスタスイッチ９〜１１をオフにして、負荷への電源供給をオフにする（ステップＳ１７）。そして、定電流充電を再開する（ステップＳ１８）。
以上で、内部抵抗を算出するデータは揃うが、ステップＳ１２〜Ｓ１８を複数回繰り返して複数回分を測定して平均値を取ってもよい。複数回繰り返しても処理時間は短時間で済む。内部抵抗算出用の電圧測定などが終わると、次に、ＡＤＣ入力のゲインを下げて通常の充電処理に入る準備をし（ステップＳ１９）、充電処理継続に入る（ステップＳ５０）。

次に、内部抵抗算出処理（ステップＳ１００）について説明する。この処理は、充電処理の中で行ってもよいし、充電処理以外の任意のタイミング、例えば、携帯端末１００がＡＣアダプタから取り外されて待ち受け状態などにおいて行ってもよい。測定データ記憶メモリ１９には、充電処理のステップＳ１２〜Ｓ１８で測定した電圧や温度データが記録されている。

制御部１５は、測定データ記憶メモリ１９を読み出す。充電回数１回目のデータについて、測定データ記憶メモリ１９の「変移前の電池電圧」Ｖ１Ｐ［Ｖ］と「変移後の電池電圧」Ｖ１Ｓ［Ｖ］との電圧差分を計算する。この電圧差分を、電流記憶メモリ１７に予め記憶されている電流差分１１００ｍＡで割り算した抵抗値６０．５ｍΩを測定データ記憶メモリ１９の符号１９ｅ欄の「算出した抵抗値」欄に記憶する（ステップＳ１０１）。

次に、測定データ記憶メモリ１９の「測定時温度」セ氏５度と、電池温度特性メモリ１８のセ氏５度の補正係数１．２５（図５（ｂ））を基に、６０．５ｍΩ／１．２５＝４８．４ｍΩの演算を行い、４８．４ｍΩを測定データ記憶メモリ１９の符号１９ｆの「補正した抵抗値」欄に記憶する（ステップＳ１０２）。充電回数１回目であれば、測定データ記憶メモリ１９の符号１９ｇの「抵抗値変化」欄には、零を記録する。これが初期値として今後の基準となる。

測定データ記憶メモリ１９の充電回数２回目と３回目は、測定時温度がセ氏７０度とセ氏マイナス９度の場合の例である。この場合は、電池の通常の使用範囲外ということで、抵抗値の算出演算は行わないか、行って結果を記録しても参考値に留める。また、この温度が、電池温度特性メモリ１８にも記載がない場合も同様である。

充電回数４回目については、同様の処理を行い、「算出した抵抗値」５３．４ｍΩ、「補正した抵抗値」４８．５ｍΩを記録する。そして、基準となる充電回数１回目の「補正した抵抗値」４８．４ｍΩと、今回の「補正した抵抗値」４８．５ｍΩとの差０．１ｍΩを演算し、「抵抗値変化」欄に、０．１ｍΩを記録する（ステップＳ１０３）。

なお、基準となる初期値は、充電回数１回目分の「補正した抵抗値」４８．４ｍΩのみではなく、充電回数の早い回数複数分の「補正した抵抗値」の平均を取って、「補正した抵抗値」の初期値としてもよい。特異データがあれば除いて平均値を取って、「補正した抵抗値」の初期値としてもよい。

各充電回数毎に、「補正した抵抗値」の算出と抵抗値変化量の算出を行い、充電回数１００回目で抵抗値変化量３０．２ｍΩ、充電回数３００回目で抵抗値変化量５０．７ｍΩ、充電回数５００回目で抵抗値変化量１１０ｍΩが記録される。

なお、温度による補正を行わない場合は、温度が常温以上、例えばセ氏１５度〜５０度の範囲であれば内部抵抗はほぼ一定なので、温度が常温以上の範囲にあるかを判断して、常温以上の範囲にある時に算出した内部抵抗値のみを有効にするようにしてもよい。
また、測定データ記憶メモリ１９には、電圧［V］や抵抗値［ｍΩ］として記憶したが、検出部１６のＡＤＣ３９の出力２値データをそのまま記録するようにしてもよい。多くの場合、使用者が知りたいことは電池の劣化量であるので、使用者に報知するデータも抵抗値の代わりにＡＤＣ３９の出力値を１０進数や８進数や１６進数としたものでも良い。電池劣化の程度の判断基準値をこれらの劣化表示値と共に表示することは使用者に対する利便性を上げるので好ましい。

図８は、本発明の各実施例に係る携帯端末の制御部の電池劣化報知のフローチャートである。
図９は、本発明の各実施例に係る携帯端末の制御部の電池劣化報知の表示画面を説明する図であり、（ａ）は抵抗値の変化量表示、（ｂ）は電池電圧差分（ＡＤＣ値）の変化量表示の例である。
図８、図９の（ａ）により、動作を説明する。制御部１５は、携帯端末１００のユーザーによる電池劣化の報知操作がなされると（ステップＳ２０１でＹＥＳ）、測定データ記憶メモリ１９から最新の充電回数の「抵抗値変化量」を読み出す（ステップＳ２０２）。例えば、現在の充電回数が１００回目が最新であれば、現在の「抵抗値変化量」は３０．２ｍΩである。そして、この現在の「抵抗値変化量」３０．２ｍΩを、表示画面の「初期値に対する内部抵抗値の変化量」欄に表示する。また、表示画面の「電池劣化の目安表示」欄に、「抵抗値変化量」ＶＳ電池劣化を表す文言も合わせて表示する（ステップＳ２０３）。

この「抵抗値変化量」ＶＳ電池劣化は、予め、電池メーカーなどから入手した抵抗値変化量と電池容量のデータなどにより判断基準が区分けされている。それにより、「抵抗値変化量」０〜４０ｍΩは電池が新品同様、「抵抗値変化量」４０〜６０ｍΩは電池の容量劣化が始まっている、「抵抗値変化量」１００ｍΩ以上は電池が劣化しており電池交換を勧める、などの表示を行う。

ユーザーはこれを見て、「抵抗値変化量」は３０．２ｍΩであれば、電池は新品同様であることを知る。現在の充電回数が３００回目が最新であれば、「抵抗値変化量」５０．７ｍΩと表示され、電池容量の劣化が始まっていることを知る。現在の充電回数が５００回目が最新であれば、「抵抗値変化量」１１０ｍΩと表示され、電池交換が必要であることを知る。なお、この表示形態に限らず、電池劣化を表す文言のみの表示であってもよい。

図９の（ｂ）は、抵抗値表示ではなく、抵抗値算出の根拠となった「電池電圧差分÷電池電流差分（固定値）＝電池内部抵抗値」の式の「電池電圧差分」の変化量をＡＤＣ値そのままで表示してもよい。初期値を例えば１００なるように定数を乗じるなどして使用者が判り易くなるように処理を加えて表示しても良い。電池電流差分が固定値なので、「電池電圧差分」のＡＤＣ値は、等価的に内部抵抗を意味する。また、他の情報として、充電回数や高温遭遇回数などを表示してもよい。

なお、図８、図９は、携帯端末１００のユーザー用の報知例であったが、サービスマン用に、特殊キー操作がなされた時に、測定データ記憶メモリ１９の内容（図７）をすべて、表示したり、図示しない外部インターフェースを介して出力するようにしてもよい。これにより、サービスマンは、電池劣化の詳細と、その原因となる使用者の携帯端末の使用温度環境や充電操作の性向等を知ることができる。また、測定データ記憶メモリ１９に、充電回数と共に充電日時を記録するようにしておいてもよい。

実施例１によれば、電池電圧が満充電近辺の時に内部抵抗算出用の電圧測定を行うので、内部抵抗がＳＯＣの影響を受けないと共に、使用者が頻繁に充電する使い方で常に満充電すなわち電池電圧が常に高い状態にあっても電池の内部抵抗を測定する所定の電池電圧値が満充電に近い電圧にしているので、内部抵抗測定のタイミングを逸することがない。また、充電中に内部抵抗算出のための測定を行うので、携帯端末の通常の使用に影響を及ぼさない。また、充電電流と放電電流の大きな電流差分により検出精度を上げることができる。また、ＡＤＣの入力ゲインを通常充電中と内部抵抗測定時とで切り替えるので、内部抵抗測定用の精度を十分に上げることができる。また、放電電流は、携帯端末が本来備える負荷やトランジスタスイッチを利用するので、内部抵抗測定のためだけの放電抵抗やスイッチを別途備える必要がない。
また、内部抵抗の劣化以外によるばらつき要因であるＳＯＣや温度の影響が取り除かれて、内部抵抗の劣化を判断するための正確な内部抵抗測定が可能になる。

図１０は、本発明の実施例２に係る携帯端末の制御部の電池内部抵抗測定のフローチャートである。実施例２は、充電中に、充電を一旦停止し、大電流の負荷をオン／オフして、大電流負荷のオン／オフ時の電池電圧差分および電流差分６００ｍＡにより、内部抵抗を算出する。つまり、充電電流は考慮しない。すなわち、図２の（ｃ）から（ｄ）への変移により内部抵抗を算出する。図７、図８、図９については、実施例１と同様であり、詳細な説明は省略する。

また、図１０は、実施例１の図６と同じ箇所は同じステップ番号を付して、相違点を主に説明する。制御部１５は、充電処理（ステップＳ１）に入り、電池電圧６ａが満充電近辺の電圧にあれば（ステップＳ４でＹＥＳ）、内部抵抗算出用の電圧測定（ステップＳ２０）に入る。まず、負荷への電源供給をオフにし（ステップＳ２１）、温度測定し（ステップＳ２２）、ＡＤＣ入力ゲインを高く設定し（ステップＳ２３）、充電を一旦停止して所定時間待つ（ステップＳ２４）。

次に、負荷への電源供給をオフにして電池電圧６ａを測定し、測定データ記憶メモリ１９の「変移前の電池電圧」欄（符号１９ｃ）に記録する（ステップＳ２５）。この状態は、図２の（ｃ）に相当する。次に、負荷への電源供給をオンにして電池電圧６ａを測定し、測定データ記憶メモリ１９の「変移後の電池電圧」欄（符号１９ｄ）に記録する（ステップＳ２６）。この状態は、図２の（ｄ）に相当する。

以上で、内部抵抗を算出するデータは揃うが、ステップＳ２５、Ｓ２６を複数回繰り返して複数回分の平均値を取ってもよい。また、このステップ中に、温度測定を入れて複数回測定してもよい。複数回繰り返しても処理時間は、数１０［ｍＳ］で済む。内部抵抗算出用の電圧測定などが終わると、次に、ＡＤＣ入力のゲインを下げて通常の充電処理に入る準備をし（ステップＳ２８）、充電処理継続に入る（ステップＳ５０）。

内部抵抗算出処理（図６のステップＳ１００相当）については、電流差分１１００ｍＡ（実施例１）ではなく、電流差分６００ｍＡで内部抵抗を演算する点が異なるが、他は同様であり、説明を省略する。

実施例２によれば、電池電圧が満充電近辺の時に内部抵抗算出用の電圧測定を行うので、内部抵抗がＳＯＣの影響を受けないと共に、使用者が頻繁に充電する使い方で常に満充電すなわち電池電圧が常に高い状態にあっても内部抵抗算出のタイミングを逸することがない。また、充電中に内部抵抗算出のための測定を行うので、携帯端末の通常の使用に影響を及ぼさない。また、ＡＤＣの入力ゲインを通常充電中と内部抵抗測定時とで切り替えるので、内部抵抗測定用の精度を出すことができる。また、放電電流は、携帯端末が本来備える負荷やトランジスタスイッチを利用するので、内部抵抗算出のためだけの放電抵抗やスイッチを別途備える必要がない。
また、内部抵抗の劣化以外によるばらつき要因であるＳＯＣや温度の影響が取り除かれて、内部抵抗の劣化を判断するための正確な内部抵抗測定が可能になる。

図１１は、本発明の実施例３に係る携帯端末の制御部の電池内部抵抗測定のフローチャートである。実施例３は、充電中に充電を停止することなく、大電流の負荷をオン／オフして、大電流負荷のオン／オフ時の電池電圧差分および電流差分６００ｍＡにより、内部抵抗を算出する。すなわち、図２の（ａ）から（ｂ）への変移により内部抵抗を算出する。図７、図８、図９については、実施例１と同様であり、詳細な説明は省略する。

また、図１１は、実施例１の図６と同じ箇所は同じステップ番号を付して、相違点を主に説明する。相違点は、図６（実施例１）の充電一旦停止処理（ステップＳ１５）および定電流充電再開（ステップＳ１８）を削除した点である。これは、実施例３は、充電中に充電を停止することなく行うために、この部分が不要となる。他の部分は同じであり、負荷のオン／オフ時の電池電圧および温度を測定して、測定データ記憶メモリ１９に記録する。

内部抵抗算出処理（図６のステップＳ１００相当）については、電流差分１１００ｍＡ（実施例１）ではなく、電流差分６００ｍＡで内部抵抗を演算する点が異なるが、他は同様であり、説明を省略する。

実施例３によれば、電池電圧が満充電近辺の時に内部抵抗算出用の電圧測定を行うので、内部抵抗がＳＯＣの影響を受けないと共に、使用者が頻繁に充電する使い方で常に満充電すなわち電池電圧が常に高い状態にあっても内部抵抗算出のタイミングを逸することがない。また、充電中に内部抵抗算出のための測定を行うので、携帯端末の通常の使用に影響を及ぼさない。特に、充電の一旦停止も行わないので、充電制御への影響を完全になくすことができる。また、ＡＤＣの入力ゲインを通常充電中と内部抵抗測定時とで切り替えるので、内部抵抗測定用の精度を出すことができる。また、放電電流は、携帯端末が本来備える負荷やトランジスタスイッチを利用するので、内部抵抗算出のためだけの放電抵抗やスイッチを別途備える必要がない。
また、内部抵抗の劣化以外によるばらつき要因であるＳＯＣや温度の影響が取り除かれて、内部抵抗の劣化を判断するための正確な内部抵抗測定が可能になる。
なお、各実施例の携帯端末は、携帯電話機、ＰＤＡ、カメラ、ノートパソコンなどに適用することができる。

本発明の各実施例に係る携帯端末の関連部分のブロック図。 本発明の各実施例に係る携帯端末の電池の内部抵抗測定を説明する図。 本発明の各実施例に係る携帯端末の電池電圧の検出部の回路図。 本発明の各実施例に係る携帯端末の電池の劣化に伴う内部抵抗の変化を説明する図。 本発明の各実施例に係る携帯端末のリチウムイオン電池の内部抵抗の劣化以外のばらつき要因を説明する図。 本発明の実施例１に係る携帯端末の制御部の電池内部抵抗測定のフローチャート。 本発明の各実施例に係る携帯端末の測定データ記憶メモリを説明する図。 本発明の各実施例に係る携帯端末の制御部の電池劣化報知のフローチャート。 本発明の各実施例に係る携帯端末の制御部の電池劣化報知の表示画面を説明する図。 本発明の実施例２に係る携帯端末の制御部の電池内部抵抗測定のフローチャート。 本発明の実施例３に係る携帯端末の制御部の電池内部抵抗測定のフローチャート。

符号の説明

１ 接点
２ ダイオード
３ 充電回路
４ トランジスタスイッチ
５ 電圧制御回路
６ 電池
６１ 内部抵抗
７ サーミスタ
８ 操作部
９、１０、１１ トランジスタスイッチ
１２ 送信パワーアンプ
１３ ＬＣＤ
１４ 白色ＬＥＤ
１５ 制御部
１６ 検出部
１７ 電流記憶メモリ
１８ 電池温度特性メモリ
１９ 測定データ記憶メモリ
２０ 充電回数カウンタ
３１、３２ 抵抗
３３ 増幅器
３４、３５、３６ 抵抗
３７ トランジスタスイッチ
３８ レジスタ
３９ ＡＤＣ
１００ 携帯端末
２００ ＡＣアダプタ

Claims (3)

1. 充電可能な電池と、
   前記電池から電流を供給される負荷部と、
   前記電池電圧を第１の測定精度で測定しながら所定の満充電近辺の電圧まで充電制御し、
   前記所定の満充電近辺の電圧に達したら、充電中に前記負荷部を軽負荷として前記負荷部に第１負荷電流を流す第１状態と、充電停止中に前記負荷部を重負荷として前記負荷部に当該第１負荷電流より多い第２負荷電流を流す第２状態とを切り替え、
   前記第１状態と前記第２状態の電池電圧を前記第１の測定精度より高精度の第２の測定精度で測定して当該電池電圧の差分を算出、又は、当該電池電圧差分を前記第１状態と第２状態の電池電流差分で除算して前記電池の内部抵抗を算出し、
   更に、前記電池電圧差分の変化量又は前記内部抵抗の変化量を算出し、前記電池電圧差分の変化量又は前記内部抵抗の変化量に対応して前記電池の特性に関する情報を報知する制御手段とを具備することを特徴とする携帯端末。
2. 前記第１及び第２の測定精度での測定は充電１回毎に行われ、
   前記電池電圧を第１の測定精度で測定しながら所定の満充電近辺の電圧まで充電制御して前記所定の満充電近辺の電圧に達したら、前記第２の測定精度での電池電圧測定を行い、この測定が終わると、前記電池電圧を第１の測定精度で測定しながら充電制御を継続することを特徴とする請求項１記載の携帯端末。
3. 更に、
   前記電池の充電回数をカウントする充電回数カウント手段と、
   前記充電回数カウント手段をリセットするリセット手段とを備え、
   前記制御手段は、
   前記電池電圧差分の変化量又は前記内部抵抗の変化量の算出は、前記充電回数が初期のときに算出した前記電池電圧差分又は前記内部抵抗を基準として、前記変化量を算出することを特徴とする請求項２記載の携帯端末。

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