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充電器の型番を明記してくれたおかげで全ての謎が解けました。それはきっと充電器の出力電流が足りていないのが原因だと思います。

AVD-ACSU1BKはネットウォークマン専用の充電器で出力電流は500mAだそうですが(取扱説明書で確認して下さい)、iPodTouchの場合は最低でも700mAできれば1000mA(1A)の出力電流が必要です。500mAでもiPodTouch本体の動作電力が少ないうちは充電できる(稲妻マーク)かもしれませんが、本体の動作電力が上がると電池の方に電流が行き渡らなくなって充電が中断する(プラグマーク)ことがあります。安物のノートパソコンなど低電力型USBポートから充電した場合も同じようなことが起こります。
iPodTouchに付属の専用充電器は1000mAですので本体を動作しながら充電しても充電が中断することはありません。iPodTouchの充電には付属の専用充電器かiPodTouch用(またはiPhone用)と明記された充電器を使用するようにして下さい。どうしても専用充電器が用意できない場合は本体をロックした状態で充電するようにして下さい。

充電と非充電を繰り返すことはそれ自体は電池に悪影響を与えるものではありません。というか電流が不足している場合はiPodTouchのインテリジェント充電回路が電池の状態を死守するために一生懸命そのような動作をします。ただ空の状態から充電しようとするとついには十分な電流を得られなくなって充電不能になったり電池に負担をかけることになるかもしれません。

ちなみに充電ケーブルを入れっぱなしにすると過充電になるというのは他の安物の電気製品だったらそういうことが起こるかもしれませんが、iPodTouchの場合は本体のインテリジェント充電回路が電池への電流を自動的に遮断して過充電を防止します。充電計には100%と出ますが実際にはできるだけ電池に負担をかけない充電量(99%かそれ以下)を維持するようになっています。充電サイクルの観点から言えばむしろ充電できる場所では常に充電ケーブルを入れておいた方が電池が長持ちすることになります。
ただし定期的にフル使用＆フル充電した方が良いというのは間違いではありません。

電池の充電について詳しくは以下の解説を見て下さい↓

http://www.apple.com/jp/batteries/
http://www.apple.com/jp/batteries/ipods.html