(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池（２）に接続される供給電圧管理用電子回路（１０）を有するスマート電池（１）であって、
前記供給電圧管理用電子回路は、電池寿命検出器（３）、管理ユニット（７）、発振器ステージ（４）、及びデータ又はコマンド用通信用インタフェース（８）を有し、
前記データ又はコマンド通信用インタフェース（８）は、前記スマート電池（１）の電源電圧端子のうちの１つを通して変調されたデジタルデータ又はコマンド信号を送受信するために、当該電源電圧端子のうちの１つに接続され、
前記データ又はコマンド通信用インタフェース（８）は、前記スマート電池によって電力が供給される電気的装置から変調された信号を受信するように構成し、
前記データ又はコマンド通信用インタフェースが受信した前記変調された信号は、前記管理ユニット（７）を介して前記電池寿命検出器（３）に適用されて電池寿命を検出するための電池寿命しきい値をセットするコマンドを含み、前記電池（２）から供給される電圧値が前記電池寿命しきい値に達したことを前記電池寿命検出器（３）が検出した際に、前記スマート電池の電源電圧を供給するために、前記供給電圧管理用電子回路（１０）のＤＣ−ＤＣコンバーター（６）が、前記管理ユニット（７）によってパワーオンされる
ことを特徴とするスマート電池。
【請求項２】
前記データ又はコマンド通信用インタフェース（８）は、少なくとも電池の寿命の情報を有する変調された信号の伝送のために前記電池寿命検出器（３）に接続される管理ユニット（７）によって制御される
ことを特徴とする請求項１に記載のスマート電池（１）。
【請求項３】
前記供給電圧管理用電子回路（１０）は、ＤＣ−ＤＣコンバーター（６）を有し、このＤＣ−ＤＣコンバーター（６）は、前記電池（２）の電源電圧が電池寿命しきい値に近いか又は等しい場合にパワーオンされて、これによって、当該スマート電池の電源電圧を供給する
ことを特徴とする請求項１に記載のスマート電池（１）。
【請求項４】
前記管理ユニット（７）は、前記電池寿命検出器（３）、前記発振器ステージ（４）、前記ＤＣ−ＤＣコンバーター（６）、及び前記データ又はコマンド通信用インタフェース（８）に接続され、
前記管理ユニット（７）は、前記電池（２）の電源電圧が前記電池寿命しきい値に近いか又は等しい場合に、前記電池寿命検出器（３）が前記管理ユニットに出力信号を供給するとすぐに、前記ＤＣ−ＤＣコンバーター（６）を動作させる
ことを特徴とする請求項３に記載のスマート電池（１）。
【請求項５】
前記データ又はコマンド通信用インタフェース（８）は、変調された信号を伝送するための当該スマート電池の外部正電源電圧端子に接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載のスマート電池。
【請求項６】
前記電池（２）の正端子は、前記供給電圧管理用電子回路（１０）のスイッチ（９）の第１の入力に接続され、
前記スイッチ（９）の第２の入力は、前記電池（２）の電源電圧が電池寿命しきい値に近いか又は等しい場合にパワーオンされるＤＣ−ＤＣコンバーター（６）の出力に接続され、
前記スイッチ（９）の出力は、当該スマート電池の外部の正端子に接続され、
前記スイッチ（９）は、前記管理ユニット（７）からのコマンド信号（１７）によって制御され、
前記電池の電圧が前記電池寿命しきい値を超える場合に前記外部の正端子に前記電池（２）の電圧を供給し、
前記電池の電圧が前記電池寿命しきい値以下の場合に前記ＤＣ−ＤＣコンバーター（６）の出力電圧を供給する
ことを特徴とする請求項５に記載のスマート電池（１）。
【請求項７】
前記発振器ステージ（４）は、
発振信号を供給するための水晶共振器（５）に接続される発振器と、及び
前記管理ユニット（７）の動作をクロックするためのクロック信号を供給するために発振信号周波数を分割するための一連の分割器とを有する
ことを特徴とする請求項１に記載のスマート電池（１）。
【請求項８】
前記水晶共振器は、クロック水晶共振器であって、
前記発振器は約３２，７６８Ｈｚの周波数の発振信号を供給する
ことを特徴とする請求項７に記載のスマート電池（１）。
【請求項９】
前記分割器は２分割器であって１５個あり、
これによって、１Ｈｚのクロック信号を供給するように前記発振信号周波数を分割することによって、前記データ又はコマンド通信用インタフェース（８）が秒毎信号である変調されたデータ信号を毎秒送信することが可能になる
ことを特徴とする請求項８に記載のスマート電池（１）。
【請求項１０】
前記管理ユニット（７）は、前記電池寿命検出器（３）を適応させるために、前記電池寿命しきい値を格納するための非揮発性メモリーを有する
ことを特徴とする請求項１に記載のスマート電池（１）。
【請求項１１】
前記電池（２）の電圧レベルを測定するために前記発振器ステージ（４）によってクロックされる前記管理ユニット（７）によって決定される周期的な比率又は負荷サイクルでセットされる時間間隔で前記電池寿命検出器（３）をパワーオン及びパワーオフすることができる
ことを特徴とする請求項１に記載のスマート電池（１）。
【請求項１２】
前記電池（２）の電圧レベルが第１の電池寿命しきい値よりも大きい第２の電圧しきい値よりも大きい場合、初回の時間間隔において前記電池寿命検出器（３）をパワーオン及びパワーオフすることができ、
前記電池（２）の電圧レベルが第２の電圧しきい値よりも小さい場合、前記初回の時間間隔よりも短い第２の時間間隔において前記電池寿命検出器（３）をパワーオン及びパワーオフすることができる
ことを特徴とする請求項１１に記載のスマート電池（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源電圧の管理のための電子回路を備えるスマート電池に関する。この電子回路は、電池寿命（ＥＯＬ：end-of-life）検出器、発振器ステージ（oscillator stage）、電源管理ユニット及び通信用インタフェースを有する。この電子回路は、さらに、電源電圧が電池ＥＯＬしきい値に近いか又は等しいとすぐにパワーオン（出力状態にすること）されるＤＣ−ＤＣコンバーターを有することができる。これによって、最小限度よりも大きい電圧を供給し続け、残余電力を引き出すことによって、電池を使用する製品の寿命を延ばすことが可能になる。また、電池寿命を延ばすため、すなわち製品寿命を延ばすために、電池によって供給される最大電流を管理ユニットによって制限してもよい。この電池は一次電池であってもよいが、充電式電池であってもよい。
【背景技術】
【０００２】
セル又は電池は、既知の形態で、管理回路、特に、電源管理回路を有することがある。これは、セル又は電池の構造に内蔵されている。米国特許ＵＳ６１９８２５０Ｂ１は、コントローラ回路を有するこの種のスマートセル又は電池を開示しており、この点に関して引用する。このコントローラ回路はセル又は電池の電源端子に接続される。このコントローラ回路は、電池寿命を延ばすことを可能にする。これを達成するために、コントローラ回路は、セル又は電池の電圧を出力電圧に変換するために発振器によってクロックされるＤＣ−ＤＣコンバーターを有し、この出力電圧は、カットオフ電圧又は電池寿命電圧よりも通常高い。このようなコンバーターでは、電池寿命を延ばすために、電池の電圧が電池寿命電圧しきい値に達するとパワーオンされるものがある。
【０００３】
前記米国特許ＵＳ６１９８２５０Ｂ１のスマートセル又は電池においては、スマート電池によって電力が供給される電子デバイスへとデジタルデータを送信する手段がコントローラ回路に設けられていない。電池を交換する前に電子デバイスが適切に動作することを確実にするために電池の寿命又は使用される電池の種類に関する情報をスマートセル又は電池の外部へ伝えるということは行われていないという欠点がある。
【０００４】
国際特許出願ＷＯ２００５／０８１７８７Ａ１は、電子回路が設けられた電池を開示しており、これも引用する。この電池の電子回路は、非揮発性メモリー、サーミスター、電圧識別ユニット、前記サーミスターと直列に接続されるＦＥＴトランジスタの形態のスイッチ、及び良好な電池データインタフェースを有する。データインタフェース端子が非揮発性メモリーに接続され、これは、充電式電池の端子に接続される。スイッチは電圧識別ユニットによって制御される。電池レベルが低い場合、スイッチが開く。これは、サーミスターを介して測定を行うことができないが、メモリーと連係してクロック端子を介してチャージャーと電池回路の間で通信を確立することができることを意味する。しかし、電圧レベルが十分高い場合、電池回路の温度を判断するために、チャージャーによってサーミスター測定が行われる。
【０００５】
前記国際特許出願ＷＯ２００５／０８１７８７Ａ１に記載されている電子回路を有する電池に対しては、電圧供給及びデータ通信用のいくつかの端子を設ける必要がある。このことは、電池の製造を複雑にし、電源供給及び電池の外部へのデータの提供を適切に最適化しないという欠点がある。
【０００６】
欧州特許出願ＥＰ１８９２７９１Ａ１では、供給電圧管理用電子回路に接続される電池を有する電池パックについて記載している。この電子回路は、電流、電圧及び温度を検出するための動作状態検出手段を有する。これらの検出手段は、制御ユニットに接続される。また、変調された信号によって電子機器と通信するために、制御ユニットに接続された通信用インタフェースが設けられている。しかし、この電子回路は、特定の動作パラメーターに適応するように構成していないという欠点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明は、電源電圧を管理するための電子回路を備えるスマート電池であって、この電子回路は当該スマート電池によって電力が供給される電子デバイスとデータ通信することができ、前記最先端技術の欠点を克服することができるようなものを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このために、本発明は、電源電圧を管理する電子回路が設けられたスマート電池に関し、これは、独立請求項１に記載した特徴を有する。
【０００９】
このスマート電池の特定の実施形態は、従属請求項２〜１２において定義されている。
【００１０】
このスマート電池の１つの長所は、スマート電池の電源端子のうちの１つに接続されたものと同じ接続ワイヤー上でデータが通信されるということにある。好ましくは、スマート電池の高電位の端子の接続ワイヤー上でデータが通信される。送信される各ビットの状態に依存して異なる持続時間の時系列的な窓によって、又は可能性としては、位相又は周波数変調によって、デジタルデータを電源供給線上で送信することができる。送信される変調データは、デジタルの電池寿命信号であることができる。
【００１１】
有利なことに、１ワイヤーインタフェース（1-wire interface）は、供給電圧管理用電子回路の管理ユニットによって制御され、これは、スマート電池の正端子を介して、変調されたデジタルデータ又はコマンド信号を供給する。管理ユニットがクロック発振器ステージからのクロック信号によってクロックされるので、１ワイヤーインタフェースは、このスマート電池を備える電気的装置に対して、秒毎信号（top second signal）に関連する変調データ信号を供給することができる。
【００１２】
このような供給電圧管理用電子回路が設けられたスマート電池の目的、利点及び特徴が、図示された単純化された実施形態（これに限定されない）に基づく以下の説明によって明確に理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明に係る供給電圧管理用電子回路が設けられたスマート電池の部品についての単純化された図を示す。
【図２】図２は、従来の電池によって供給される電源電圧の進展と比較した、本発明に係るスマート電池によって供給される電源電圧の進展のグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の説明では、当業者にとって周知な電子的電池回路の電子部品はすべて簡潔にのみ記載している。
【００１５】
図１は、スマート電池１のすべての部品の概略全体図を示す。この電池は、電気的装置の電子素子に電力供給するための、腕時計のような電気的装置の電池ハウジングに内蔵することができるボタン電池の形態であることができる。
【００１６】
スマート電池１は、供給電圧管理用電子回路１０を有し、これは、電池２の正及び負の２つの電源端子に接続されている。まず、電子回路１０は、電池２の電圧が電池寿命しきい値に近い場合に、電池の寿命を示しつつ、最適な形態で電池放電を制御することを可能にする。電子回路１０は、電池２の構造に内蔵されていてもよく、電池の構造の外表面上に配置されていてもよい。
【００１７】
この電子回路１０は、電池寿命検出器３、指定のＥＯＬ、発振器ステージ４（その発振器が従来の水晶共振器５に接続していてもよい）、ＤＣ−ＤＣコンバーター６、管理ユニット７、データ又はコマンド信号の送信又は受信のための１ワイヤーインタフェース８、及び前記管理ユニットによって制御されるスイッチ９を有する。また、管理ユニット７は、電池寿命検出器３、発振器ステージ４、ＤＣ−ＤＣコンバーター６、及び１ワイヤーインタフェース８に接続されている。このようにして、管理ユニット７は、電池寿命検出器３によって検出される電池２の電圧レベルに応じて、ＤＣ−ＤＣコンバーター６、１ワイヤーインタフェース８、及びスイッチ９の動作を制御することができる。
【００１８】
電池寿命検出器３は電池２の正端子に接続されている。これによって、電池２によって供給される電圧の値が所定の電池寿命しきい値に達した時を判断する。ボタン電池の場合には、電池寿命しきい値は、例えば、１．２ボルトにセットすることができるが、より低い値にセットすることもできる。電池寿命検出を行うことを可能にするために、検出器３は、比較器であって、その第１の入力が、所定の電池寿命しきい値に従ってセットされた基準電圧に接続され、その第２の入力が、電池２の正及び負の端子の間に接続された容量分圧器のノードに接続されるものを有することができる。電池の電圧レベルが電池寿命しきい値になると、比較器は出力信号を管理ユニット７に供給し、これは、ＤＣ−ＤＣコンバーター６のパワーオンを制御する。
【００１９】
電子回路のスイッチ９は、電源セレクターの形態である。好ましくは、このスイッチ９の第１の入力は電池２の正端子に接続され、第２の入力はＤＣ−ＤＣコンバーター６の出力に接続され、これによって、このスイッチ９の動作中にコンバーターから出力電圧１６を受ける。好ましくは、スイッチ９の出力は、電子的電池１の外部の正端子に接続され、電池２の電圧レベルが検出器３によって検出される電池寿命しきい値よりも高い場合に、電池２の電圧を供給する。しかし、電池２の電圧レベルが電池の寿命電圧以下である場合、スイッチ９は、ＤＣ−ＤＣコンバーター６からの出力電圧１６を出力する。この場合、管理ユニット７は、スマート電池１の外部の正端子にＤＣ−ＤＣコンバーターの出力を接続するためにスイッチ９にコマンド信号１７を供給する。このようにして、電池寿命の持続時間を、好ましくは昇圧型コンバーターである、ＤＣ−ＤＣコンバーター６をパワーオンすることによって延ばすことができる。この昇圧型コンバーターは、電池２が電池寿命しきい値に達した場合に、スマート電池１の外部端子における電圧を昇圧することができる。
【００２０】
発振器段４は、ＤＣ−ＤＣコンバーター６、管理ユニット７、及び１ワイヤーインタフェース８における動作をクロックするために使用される。この発振器段４は、好ましくは、約３２，７６８Ｈｚの周波数の発振信号を供給するクロック水晶共振器５、及び発振信号の周波数を分割する直列周波数分割器によって構成することができる。２分割器の数は、電子回路１０の要素をクロックするために１Ｈｚのクロック信号を提供するために発振信号周波数が分割されることを可能にするために、例えば、１５とすることができる。
【００２１】
また、発振器ステージ４は、上記のようにＲＣ発振器及び周波数分割器によって構成してもよい。この種のＲＣ発振器は、電子集積回路に完全に内蔵することができる。水晶共振器の場合では、このようにはならない。しかし、ＲＣ発振器は、水晶共振器発振器によって生成される発振信号よりも低い精度の発振信号を供給する。
【００２２】
１ワイヤーインタフェース８は、管理ユニットに直接接続され、スマート電池１の外部端子のうちの１つを介する情報伝送に使用される。好ましくは、１ワイヤーインタフェースは、１ワイヤーバスによる変調データ又はコマンド信号１８のスマート電池を有する電気的装置への伝送を可能にするために、スマート電池１の外部の正端子に接続されている。この１ワイヤーインタフェースは、ダラス型（Dallas type）であることができ、Atmel社によるＡＶＲ３１８回路に関連して記載されているように作ることができる。このような１ワイヤーダラスインタフェースプロトコルは、非同期相互通信を可能にする。１ワイヤーインタフェース８のバスによって所定の時間窓ごとに、変調データ又はデジタルであるコマンド信号における１データビットが送信される。「１」状態のデータビットを送信するためには、インタフェースは、第１の持続時間の間、電流を下げるか又は電圧を低下させる。「０」状態のデータビットを送信するためには、インタフェースは第２の持続時間の間、電流を下げるか又は電源の電圧を低下させる。第２の持続時間は、ＡＶＲ３１８において説明されているように、第１の持続時間より長い。
【００２３】
１ワイヤーインタフェース８は、発振器段４のクロック信号によってクロックされる管理ユニット７によって制御され、これは、好ましくは、スマート電池１の外部の正端子を通して、変調データ信号を送信することを可能にする。変調データ信号は、電池の寿命、電池の種類、電池の残余自律性についての情報又は電気的装置に伝達される他のいずれの種類の情報を含む。１ワイヤーインタフェースはさらに、秒毎信号である変調データ信号を送信することができる。秒毎信号は、毎秒送られる所定のコードを表す。
【００２４】
もちろん、１ワイヤーインタフェース８は、さらに、電気的装置から変調データ又はコマンド信号１８を受けることができる。１ワイヤーインタフェース８が受信した変調信号は、例えば、電池寿命電圧しきい値の設定に関連することができる。この後に、ＤＣ−ＤＣコンバーター６がパワーオンされなければならない。あるいは、別のコマンド又はデータに関連することができる。１ワイヤーインタフェース８が受信したこの電池寿命しきい値は、例えば、管理ユニット７の非揮発性メモリーに格納されなければならない。管理ユニット７は、基準電圧又は容量分圧器を変更することによって検出器３の電池寿命しきい値を適応させることができる。スマート電池が腕時計に内蔵される場合に、１ワイヤーインタフェース８は、さらに、特に、プロセッサーを備える管理ユニット７を介して発振器段４を補正するために、変調信号を受信することができる。
【００２５】
なお、充電式電池２に供給電圧管理用電子回路１０を接続して、スマート電池１を構成することができる。その場合、電池から取り出されるエネルギー及び電池へ供給されるエネルギーを計測するために電流計を設けてもよい。
【００２６】
図２は、従来の電池によって供給される電源電圧の進展と比較して、本発明に係るスマート電池によって供給される電源電圧の進展を表すグラフを示す。電池の電圧ＶBATが電池寿命電圧しきい値ＶEOLに近づくとすぐに、電子的管理ユニットがＤＣ−ＤＣコンバーターをパワーオンする。このようにして、スマート電池から得られたエネルギーがコンバーターを介して提供される。これは、電池を有する電気的装置のスマート電池を交換する前に、電子回路に接続される内蔵電池の寿命を延ばすことを可能にする。スマート電池の放電に依存して、さらに電池の寿命を延ばすために供給される最大電流を制限することも想起することができる。
【００２７】
また、特に電池寿命に対する供給電圧管理用電子回路１０のエネルギーの影響を制限することもできる。周期的な比率又は負荷サイクルを定めるようなパワーオンとパワーオフのサイクルを導入することを想起することができる。これによって、特に検出器３によって、電池２の電圧の測定が可能になる。このサイクルは、電池の状態に従って、周期が長くなったり短くなったりする。通常は、所定の周期的な比率でスイッチ検出器３をオン及びオフに切り替えるために、少なくとも管理ユニット７及び発振器段４を継続的にパワーオンにすることができる。
【００２８】
電池使用開始時に最初の長い測定インターバルが設けられ、電圧ＶBATは、電池の寿命の限界値よりも十分に上にある。第２の電圧しきい値は、電子回路で電圧ＶBATがこの第２の電圧しきい値よりも十分上であるかどうかを判断するために、電子回路においてセットされることができる。電圧ＶBATが第２のしきい値よりも下の臨界的電池寿命しきい値に近づくと、第２の短い測定周期が設けられる。
【００２９】
この種のサイクルは、電子回路の小部分だけが上記のように動作するようにして内部で制御されていてもよく、必要な時に回路の他の部品をウェーク（wake：活性化）することができる。これには、数十ナノアンペアの電力消費しか要さない。また、この種のサイクルは、電気的装置又はスマート電池を有する製品の電子的装置によって制御されていてもよい。
【００３０】
上記の説明から、当業者であれば、特許請求の範囲によって定められる本発明の範囲から逸脱せずに、供給電圧管理用電子回路が設けられたスマート電池のいくつかの変形例を考案することができるであろう。電池寿命検出器は、比較器入力において容量分圧器の代わりに抵抗分割器を有していてもよい。ＤＣ−ＤＣコンバーターは昇降圧型コンバーターであることができる。発振器段によって提供されるクロック信号周波数の変化を、各２分割器の出力のうちの１つを選択することによって管理ユニットによって制御することができる。
【図１】
0005914599.tif 000002
【図２】
0005914599.tif 000003