(57)【要約】【課題】衝撃を受けた後に所定の期間安全に使用できる電池パックを提供する。【解決手段】  電池パックは、衝撃を受けないときはライン２０１で示す満充電容量に従って充電される。電池パックが衝撃を受けると、内部に設けられた衝撃センサがそれを検出し、電池パックのプロセッサは、それ以降の充電容量を満充電容量より小さい許容充電容量Ｐ１に制限する。かつ、衝撃を受けたあとの充電回数を許容充電回数Ｋに制限し、充電回数が許容充電回数を超えたときには、それ以後の充電を禁止する。この結果、電池パックが衝撃を受けたときにはただちに使用禁止にすることがないのでユーザの利便性を確保することができ、かつ、充電容量および充電回数を制限することで安全性を確保することができる。【選択図】図４
2008300038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電器を搭載する機器に着脱可能な電池パックであって、
２次電池と、
衝撃を検知して衝撃信号を出力する衝撃センサと、
前記衝撃信号に基づいて衝撃情報を生成し、さらに該衝撃情報が生成された後の前記２次電池に対する充電回数をカウントするプロセッサと、
前記衝撃情報と前記充電回数を記憶するメモリとを有し、
前記プロセッサは前記メモリを参照し前記電池パックが前記機器に装着された状態で、衝撃発生時の満充電容量より小さい許容充電容量まで前記２次電池を充電するように制御コマンドを前記機器に送り、かつ、前記カウントされた充電回数が前記衝撃情報が生成された後に許容される許容充電回数に到達したときに前記２次電池に対する充電を禁止する電池パック。
【請求項２】
前記衝撃情報が前記衝撃信号の代表値が第１の閾値を１回超えたときに生成される請求項１に記載の電池パック。
【請求項３】
前記衝撃情報が前記衝撃信号の代表値が前記第１の閾値より低い第２の閾値を所定回数超えたときに生成される請求項１に記載の電池パック。
【請求項４】
前記許容充電容量が前記２次電池の定格容量に対して３０％〜５０％の範囲に定められる請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電池パック。
【請求項５】
前記許容充電容量が前記衝撃が発生した時点における前記２次電池の満充電容量に対して所定の低減率を乗じて定められる請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電池パック。
【請求項６】
充電ＦＥＴを有し、前記プロセッサは前記カウントされた充電回数が前記許容充電回数に到達したときに前記充電ＦＥＴをオフに維持することにより前記２次電池に対する充電を禁止する請求項１〜請求項５のいずれかに記載の電池パック。
【請求項７】
前記プロセッサはスリープ・モードと通常モードで動作することが可能であり、前記プロセッサは前記スリープ・モードにおいて前記衝撃センサから衝撃信号を受け取ったときに前記通常モードに移行して前記衝撃情報を生成する請求項１〜請求項６のいずれかに記載の電池パック。
【請求項８】
システム負荷と、
２次電池を含む電池パックを着脱可能に収納する電池ベイと、
前記２次電池を充電する充電器と、
前記充電器を制御するコントローラと、
前記システム負荷および前記充電器に電力を供給するＡＣアダプタを接続する外部電源端子とを有し、前記電池パックが、
衝撃を検知して衝撃信号を出力する衝撃センサと、
前記衝撃信号に基づいて衝撃情報を生成し、さらに該衝撃情報が生成された後の前記２次電池に対する充電回数をカウントするプロセッサと、
前記衝撃情報と前記充電回数を記憶するメモリとを有し、
前記プロセッサは前記メモリを参照し前記電池パックが前記電池ベイに装着された状態で、衝撃発生時の満充電容量より小さい許容充電容量まで前記２次電池を充電するように制御コマンドを前記コントローラに送り、かつ、前記カウントされた充電回数が前記衝撃情報が生成された後に許容される許容充電回数に到達したとき前記２次電池に対する充電を禁止する機器。
【請求項９】
前記外部電源端子と前記システム負荷との間に接続されたスイッチとを有し、前記コントローラは前記電池パックが前記電池ベイに装着され前記外部電源端子にＡＣアダプタが接続された状態で前記衝撃情報を認識したとき前記２次電池の残容量が前記許容充電容量以下に低下するまで前記スイッチをオフにする請求項８に記載の機器。
【請求項１０】
ディスプレイを有し、前記コントローラは前記衝撃情報を認識したときに前記ディスプレイに前記２次電池の交換を促すメッセージを表示する請求項８または請求項９に記載の機器。
【請求項１１】
前記電池パックのハウジングは前記電池パックが前記電池ベイに装着されたときに前記機器の輪郭の外側に位置する部分を備える請求項８〜請求項１０のいずれかに記載の機器。
【請求項１２】
システム負荷と、
２次電池と、衝撃を検知して衝撃信号を出力する衝撃センサと、前記衝撃信号に基づいて生成された衝撃情報と該衝撃情報が生成された後の前記２次電池に対する充電回数を記憶するメモリとを含む電池パックを搭載する電池ベイと、
前記２次電池を充電する充電器と、
前記電池パックが前記電池ベイに装着されたときに前記メモリを参照して、衝撃発生時の満充電容量より小さい許容充電容量まで前記２次電池を充電し、かつ、前記充電回数が前記衝撃情報が生成された後に許容される許容充電回数に到達したときに前記２次電池に対する充電を禁止するように前記充電器を制御するコントローラと
を有する機器。
【請求項１３】
２次電池を収納した電池パックを含むシステムにおいて前記２次電池の充電を制御する方法であって、
前記電池パックに対する衝撃を検知して衝撃情報を生成するステップと、
衝撃情報が生成された後に許容される許容充電回数と衝撃発生時の満充電容量より小さい許容充電容量とを提供するステップと、
前記衝撃情報が生成された後の前記２次電池に対する充電回数をカウントするステップと、
前記衝撃情報が生成された後において、前記充電回数が前記許容充電回数に到達するまでは前記許容充電容量を上限にして前記２次電池を充電し、前記充電回数が前記許容充電回数に到達したときに前記２次電池に対する充電を禁止するステップと
を有する充電制御方法。
【請求項１４】
前記衝撃情報を生成するステップが、前記電池パックが前記システムから分離した単独の状態で実行される請求項１３に記載の充電制御方法。
【請求項１５】
前記衝撃情報と前記充電回数を前記電池パックの内部に記憶するステップを有する請求項１３または請求項１４に記載の充電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝撃を受けた電池パックの使用上の安全を確保する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯型電子機器の一例であるノート型パーソナル・コンピュータ（以後ノートＰＣという。）では、ＣＰＵの動作周波数の高速化などに伴う消費電力が増加していく一方で、モバイル環境での長時間動作や小型軽量化などが要求されている。よってノートＰＣに搭載する蓄電池は、エネルギー密度の高いリチウム・イオン蓄電池からなる電池セル（以後単にセルという）を複数用意して、これらを直列接続および並列接続によって組み合わせてハウジングに収納した電池パックの形態をとっている場合が多い。
【０００３】
図１０は、一般的なリチウム・イオン蓄電池の円筒形セル１０００の部分的な断面について示している。図１０（Ａ）は正常な状態について表している。正極電極１００３は、金属箔の両面にコバルト酸リチウムを塗布して成形したものである。負極電極１００１は、金属箔の両面に炭素材料を塗布して成形したものである。正極電極１００３および負極電極１００１の各々に接続端子（図示せず）が溶接された後、正極電極１００３と負極電極１００１との間にセパレータ１００５が挟まれて円筒状に巻き取られたものが外装缶１００７に入れられ、正極電極１００３および負極電極１００１が外部端子（図示せず）に接続される。
【０００４】
そしてこれらは外装缶１００７に挿入され、そこに電解液１００９が注入されて密封されることによりセル１０００が構成される。セパレータ１００５はイオンが移動できる多孔質の絶縁フィルムであり、電解液１００９は可燃性の有機溶剤にリチウム塩を溶解させた有機電解液である。また、外装缶１００７には、電解液が分解して発生したガスを放出して破裂を防止するためのガス放出弁（図示せず）なども設けられている。
【０００５】
リチウム・イオン蓄電池を充放電するときには、充放電電流および充放電電圧を精密に制御する必要がある。このため、リチウム・イオン蓄電池を使用する電池パックでは、電池パックの内部にＭＰＵ（マイクロ・プロセッサ）を設けている。近年の電池パックでは、ＭＰＵが充電および放電中に電池パック内部の状態を監視してノートＰＣ本体に情報を送ったり、保護回路を動作させたりするスマート・バッテリと呼ばれる仕組みが一般的に採用されている。スマート・バッテリは、米国インテル社および米国デュラセル社によって提唱されたスマート・バッテリ・システム（Smart Battery System、ＳＢＳ)と呼ばれる規格に準拠したバッテリ装置である。同規格に準拠した電池パックは、インテリジェント電池とも呼ばれる。
【０００６】
インテリジェント電池は、ＭＰＵ、電流測定回路、電圧測定回路および温度センサなどを基板に実装した電気回路部と蓄電池が１つのハウジングに収納されており、ＭＰＵはデータ回線を介してノートＰＣ本体のエンベデッド・コントローラと通信を行うことができる。インテリジェント電池には保護回路も設けられており、使用中にセルに何らかの異常が生じた場合には、保護回路を動作させて充放電を停止することが可能である。また、インテリジェント電池はＭＰＵが残容量を監視しており、ノートＰＣ本体との連携によって、残容量に応じてノートＰＣの消費電力モードを変更したり、残容量が少なくなった場合や電池に何らかの異常が生じた場合にディスプレイ上に警告を表示した上でノートＰＣの動作を終了したりするということが可能になる。
【０００７】
リチウム・イオン蓄電池は、使用開始時は定格容量まで充電することができるが、充放電を繰り返すことに伴い充電可能な容量が低下する。充放電を繰り返すことで低下していく充電可能な容量を各時点における満充電容量という。たとえば、３００回の充放電を繰り返した後のリチウム・イオン蓄電池の満充電容量は、定格容量の８０％程度になるとされている。
【０００８】
近年、リチウム・イオン蓄電池の電池パックでは、落下などの物理的な衝撃を受けることに起因して発生する発火事故が問題となっている。電池パックは単体よりもノートＰＣに搭載されて持ち運びされる機会が多い。ノートＰＣに搭載される電池パックのハウジングは、ノートＰＣ本体の筐体の一部を構成している場合が多い。さらに、電池パックのハウジングの一部がノートＰＣの筐体からはみ出した形状の、いわゆる拡張タイプの電池パックも採用されている。そして、ノートＰＣが落下して電池パックにノートＰＣの重量が加わった強い衝撃が与えられると、セルの内部で短絡が発生して爆発や発火によりセル全体に類焼する可能性がある。
【０００９】
なお、外部から衝撃を受けた電池パックに対する安全を確保する技術については、以下のようなものがある。特許文献１は、電池パックに備えた加速センサによって電池の異常を診断して電池回路を遮断する電子機器について記載している。特許文献２は、電池パックの機能低下を判定して使用停止、強制放電、不燃材充填などの措置を行うという技術について記載しており、機能低下を判定する要因の一つに外部からの衝撃をセンサで検知することも含まれる。特許文献３は、充放電サイクル数の増大に応じて過充電を防止するために定電流定電圧制御の基準値を下げていく技術について記載している。
【特許文献１】特開平１１−４０２０５号公報
【特許文献２】特開２００１−１０２０９２号公報
【特許文献３】特開２００４−１７２０５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
インテリジェント電池は前述のように、電流測定回路、電圧測定回路、および温度センサなどを備えている。セルが衝撃を受けた場合、正極電極１００３および負極電極１００１が短絡して異常電流が流れるなどのような電気的な異常、あるいは特定のセルの温度が上昇するなどのような物理的な異常が発生すれば、インテリジェント電池は電流、電圧、または温度などの物理量によってそれらの異常を検知して保護回路を動作させることができる。しかし、電池パック内部のこれらの保護回路は、衝撃により発生したセルの異常に伴い比較的ゆるやかに進行する電流の増大や温度上昇には対処できるが、一瞬のうちに発生する発火や爆発のような現象まで完全に保護することはできない。
【００１１】
図１０（Ｂ）は、セル１０００が矢印Ｘ方向からの衝撃によって外装缶１００７の一部に凹み（デント）１０１１が生じた状態を示している。外装缶１００７に与えられた衝撃の規模や種類によっては、外装缶１００７は軽微な凹み１０１１程度しか変化しかない場合がある。この場合、電解液１００９や可燃性ガスが外部に放出されるようなことはなく、また温度や電流もセンサで検知できる程度までには至らない。そのようなセル１０００は、それまでと同様に充放電が継続されることになるが、内部では図１０（Ｂ）に示すように、正極電極１００３、負極電極１００１およびセパレータ１００５の破損、正極電極１００３と負極電極１００１との間隔の異常接近または軽微な短絡、あるいは電極表面の活物質（正極電極１００３のコバルト酸リチウム、および負極電極１００１の炭素）の剥離などのようなダメージ１０１３が生じていることがある。
【００１２】
そして充放電を繰り返すたびにセル１０００の内部では、正極電極と負極電極が膨張と収縮を繰り返したり負極電極１００１に金属リチウムが付着したりするなどのような物理的変化が起こる。その結果、衝撃を受けたセル１０００に対して充放電を繰り返すと、ダメージ１０１３が進展して完全な短絡状態に至り一瞬のうちに発熱して外装缶１００７から電解液１００９や可燃性ガスが噴出する事態が予想される。したがって、電池パックは危険な状態が発生すると予想されような衝撃を受けた場合には、電流や温度に異常が発生していなくても使用を停止して新品に交換することが望ましい。特許文献１および特許文献２に記載された技術では、衝撃センサなどを利用して電池パックに加えられた衝撃を検出し、衝撃が加えられた電池パックをすぐに使用禁止にしている。それと同時に、ユーザに警報を出して電池パックの交換を促している。
【００１３】
しかし、ユーザがそのような警報を受けてもただちに電池パックの交換ができない場合には、ノートＰＣの携帯性を損ないユーザの利便性を欠くことになる。衝撃が発生した後に安全に使用を継続できる期間や使用条件を正確に設定することは困難である。一定以上の大きさの衝撃を受けた電池パックは、使い続ける期間が長いほど発火する可能性が高まるが、衝撃の大きさおよび頻度などにより危険性の程度は異なる。ただちに使用禁止にする必要はないが長期に渡って使用を継続することが望ましくないような状態のときにただちに電池パックを使用禁止にしたり、なんら制限をしないでおいたりすることはユーザの利便性と安全性を考慮すると合理的ではない。
【００１４】
そこで本発明の目的は、衝撃を受けた後に安全性を確保しながら使用できる電池パックを提供することにある。さらに本発明の目的は、衝撃を受けた電池パックを安全に使用できる機器を提供することにある。さらに本発明の目的は、衝撃を受けた電池パックを安全に充電する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一の態様は、充電器を搭載する機器に着脱可能な電池パックを提供する。この電池パックは、いわゆるインテリジェント電池などのようにプロセッサを備えるものである。この電池パックは、２次電池と、衝撃を検知して衝撃信号を出力する衝撃センサを備えている。衝撃センサは、２次電池が受ける衝撃を検知するために、電池パックのハウジングに取り付けられていてもよいし、また、２次電池に直接取り付けられていてもよい。さらに電池パックは、衝撃信号に基づいて衝撃情報を生成しさらに衝撃情報が生成された後の２次電池に対する充電回数をカウントするプロセッサと、衝撃情報と充電回数を記憶するメモリとを備える。ここで充電回数に代えて放電回数をカウントしても本発明における技術意義は同じであるため、充電回数の意味には放電回数も含む。
【００１６】
衝撃センサは電池パックが機器に搭載された状態で衝撃を検知してもよく、また、機器から分離した単独の状態で衝撃を検知してもよい。衝撃情報は、衝撃信号の代表値が第１の閾値を超えたときに生成されるようにしてもよく、また、衝撃信号の代表値が第１の閾値より低い第２の閾値を所定回数超えたときに生成されるようにしてもよい。衝撃信号の代表値としては、衝撃を示すアナログ波形のピーク値、ピーク値までの到達時間、および衝撃の持続時間またはそれらの組み合わせなどのように、衝撃が２次電池に与えるダメージの大きさに関連したものとして選定することができる。
【００１７】
プロセッサは、電池パックが機器に装着された状態で、衝撃が発生した時点での満充電容量より小さい許容充電容量まで２次電池を充電するように制御コマンドを機器に送る。このときの制御コマンドは、充電を開始させるコマンドと、充電容量が許容充電容量に到達したときに充電を停止させるコマンドで構成してもよい。プロセッサはさらにカウントされた充電回数が衝撃情報が生成された後に許容される許容充電回数に到達したときに２次電池に対する充電を禁止する。２次電池に対する充電の禁止は、２次電池の残容量が低下しても充電開始を示す制御コマンドを機器に送らないことで実現することができる。また電池パックが充電ＦＥＴを有する場合には、２次電池に対する充電の禁止は、プロセッサがカウントされた充電回数が許容充電回数に到達した以降は充電ＦＥＴをオフに維持することで実現してもよい。
【００１８】
本発明は、衝撃を受けた後の電池パックの使用上の安全性を確保するために、２つの主要な側面を備えている。１つの側面では、安全に使用できると想定した使用期間以内で万一セル内部に短絡現象が発生したとしても、その期間を通じてセルに蓄積されているエネルギーを十分に低くしておくことにより、発火を防止する点にある。そのために許容充電容量は、衝撃がなかった場合に許容される充電容量である満充電容量に比べて小さくなるように設定する。
【００１９】
許容充電容量は、定格容量に対する所定の低減率を乗じて決定することが望ましい。製造段階で内部短絡試験やインパクト試験といった試験により定格容量に対する安全な残容量を確認しており、その値が定格容量の５０％以下であれば安全であると考えられている。また、ユーザが新しい電池パックを入手するまでの利便性を考慮すると許容充電容量は最低定格容量の３０％は残しておくことが望ましい。許容充電容量は、衝撃が与えられた時点の満充電容量に対して所定の低減率を乗じて決定してもよい。
【００２０】
他の側面は、安全に使用できると想定した使用期間を決める時間的な要素として許容充電回数を採用する点にある。許容充電回数は、ユーザの一般的な使用状態において、新しい電池パックを入手できるまでの期間に対応するようにたとえば２０回程度として定める。１回の充電は、セル内部の電極やセパレータに収縮と拡張を繰り返し発生させてストレスを与え、衝撃により受けたダメージを進展させる。したがって、ユーザの利便性と安全性の調和の観点からは、時間期間を定めるには衝撃後の単純な経過時間よりも充電回数のほうが合理的である。
【００２１】
電池パックのプロセッサは、その消費電力を低減するため、スリープ・モードで動作することができる。スリープ・モードにおいてプロセッサが衝撃センサからの衝撃信号を受け取ったときに、衝撃信号に応答してスリープ・モードから通常モードに移行するようにすれば衝撃信号から衝撃情報を生成することができる。このときプロセッサは、衝撃信号のアナログ波形のうち時間的に初期に発生する部分を検知して通常モードに移行し、続いて受け取る当該アナログ波形のピーク値を検出するように構成することができる。
【００２２】
本発明の他の態様では、前述の一の態様にかかる電池パックを装着することができる電池ベイを備えた機器を提供する。機器は、システム負荷と、２次電池を充電する充電器と、充電器を制御するコントローラと、システム負荷および充電器に電力を供給するＡＣアダプタを接続する外部電源端子とを有する。このような機器の一例としては、ノートＰＣやＰＤＡなどの携帯式電子機、無線装置、電動工具、自動車、および遊具などがある。
【００２３】
電池パックが電池ベイに装着され、かつ、外部電源端子にＡＣアダプタが接続されているときは、通常、ＡＣアダプタからシステム負荷に電力が供給される。そして、２次電池が自然放電して残容量が所定値まで低下したときにプロセッサがコントローラに対して充電要求をするので、たとえ、２次電池の残容量が許容充電容量以下になるまで充電要求をしないようにしたとしても、自然放電による放電量は少ないので長期に渡って多量に充電された状態が継続され、許容充電回数に到達する時期も極端に遅くなる。これに対して本発明では、衝撃情報を認識したコントローラは、外部電源端子とシステム負荷との間に接続されたスイッチを、外部電源端子にＡＣアダプタが接続されているときに２次電池の残容量が許容充電容量以下に低下するまでオフにすることができる。
【００２４】
プロセッサが衝撃情報を生成したときには、ディスプレイに２次電池の交換を促すメッセージを表示することができる。その結果、ユーザは衝撃が発生したことで電池パックの使用条件が制約されていることを知り、利便性を損なうことなく電池パックを交換することができるようになる。電池ベイに装着されたときに電池パックのハウジングが機器の輪郭の外側に位置する部分を備えるいわゆる拡張タイプの電池パックでは、機器に装着されて機器とともに落下したときに大きな衝撃が加えられやすいので、本発明を適用して安全を確保しながら使用できるようにする意義が大きい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明により、衝撃を受けた後に安全性を確保しながら使用できる電池パックを提供することができた。さらに本発明により、衝撃を受けた電池パックを安全に使用できる機器を提供することができた。さらに本発明により、衝撃を受けた電池パックを安全に充電する方法を提供することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、本発明の実施の形態にかかるノートＰＣ１００の全体構成を示す概略図である。図１（Ａ）は、ノートＰＣ１００を開いてユーザが使用する状態での斜視図で、図１（Ｂ）は、電池パック１０をノートＰＣ１００に装着した状態でのメイン筐体１１１の底面１１５を示す平面図である。ノートＰＣ１００は、表面にキーボードおよびポインティング・デバイスを搭載し内部に多くのデバイスを収納したメイン筐体１１１と、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を表面に搭載したディスプレイ側筐体１１３とで構成される。ディスプレイ側筐体１１３は、メイン筐体１１１に対して開閉自在に取り付けられている。そして、メイン筐体１１１の底面１１５の後方には電池ベイ１１７が形成されており、そこに電池パック１０が着脱可能に装着される。
【００２７】
電池パック１０が装着されていなければ電池ベイ１１７は空洞である。ディスプレイ側筐体１１３を閉じてノートＰＣ１００の蓋をした状態において、メイン筐体１１１の底面１１５およびメイン筐体の側面１１９ａ、１１９ｂを延長して電池ベイ１１７の空洞部分を覆う面とノートＰＣ１００のその他の外部に露出している面で形成される概略直方体の形状がノートＰＣ１００の本体の輪郭を形成する。電池パック１０が電池ベイ１１７に装着されると、メイン筐体の側面１１９ａ、１１９ｂおよび底面１１５とほぼ同一平面上にある電池パック１０のハウジングの一部が、ノートＰＣ１００の輪郭の一部を形成する。電池パック１０は６本のセル１１ａ〜１１ｆを収納し、そのうちセル１１ａ〜１１ｃの組とセル１１ｄ〜１１ｆの組とが、各々直列に接続されてセルの列を形成し、３個ずつ直列に接続されたセルの列が並列に接続されている。
【００２８】
図１（Ｃ）は、拡張タイプの電池パック１２を電池ベイ１１７に装着した状態のノートＰＣ１００の底面の平面図である。電池パック１２は電池パック１０と同じように電池ベイ１１７に装着でき、電池ベイ１１７に装着されるとそのハウジングの表面の一部はメイン筐体１１１の底面１１５を含む平面上に存在するが、セルを収納する部分の一部がノートＰＣ１００の本体の輪郭である側面１１９ｂよりも外側に突き出た部分となる。電池パック１２は９本のセル１１ａ〜１１ｉを搭載し、そのうちセル１１ａ〜１１ｃの組、セル１１ｄ〜１１ｆの組、セル１１ｇ〜１１ｉの組が、各々直列に接続されてセルの列を形成し、３個ずつ直列に接続された各セルの列が並列に接続されている。電池パック１２の出力電圧は電池パック１０のそれと同一であるが、全体の容量は電池パック１０と比べて１．５倍に増大している。そのかわり、突き出た部分に収容されたセル１１ｇ〜１１ｉの３本は外部からの衝撃を受けやすい部分となっている。なお、電池パック１０、１２は、セル１１の並列接続数が異なる点を除いて電気回路的には同一とみなせるので、以後両者を電池パック１０として説明する。
【００２９】
図２は、本発明の一つの実施形態にかかるＳＢＳ規格に準拠した電池パック１０およびノートＰＣ１００内部の概略構成を示すブロック図である。電池パック１０には、直列および並列に接続された複数のリチウム・イオン蓄電池のセル１１の他に、ＭＰＵ２１、放電ＦＥＴ１７、充電ＦＥＴ１９、電圧調整器２３、サーミスタ２５、衝撃センサ２７、電流測定回路１３、および電圧測定回路１５などの電子部品が設けられている。電池パック１０とノートＰＣ１００との間は、＋端子３１、Ｃ端子３３、Ｄ端子３５、Ｔ端子３７、および−端子３９の５つの端子で接続されている。セル１１からの放電電流およびセル１１に対する充電電流は、＋端子３１および−端子３９を通じてノートＰＣ１００との間で流れる。Ｃ端子３３とＤ端子３５はそれぞれＭＰＵ２１のクロック端子およびデータ端子に接続され、Ｔ端子３７はセル１１周辺の温度を測定する素子であるサーミスタ２５に接続される。
【００３０】
ＭＰＵ２１は、電圧調整器２３を介して得られた定電圧によって動作し、８〜１６ビット程度のＣＰＵの他に、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュ・メモリ２９、アナログ入出力、タイマ、デジタル入出力などを１個のパッケージの中に備えた集積回路であり、電池パック１０の制御に関わるプログラムを実行することが可能である。ＭＰＵ２１は、電流測定回路１３および電圧測定回路１５によって、セル１１の入出力電流および各セルの電圧を常時監視し、過放電を検出したときは放電ＦＥＴ１７をオフにし、過充電を検出したときは充電ＦＥＴ１９をオフにし、さらに放電時に過電流を検出したときは放電ＦＥＴ１７および充電ＦＥＴ１９をともにオフにする。ＭＰＵ２１はセル１１に対する充電電流またはセル１１からの放電電流を測定して、セル１１の残容量や満充電容量を計算する。
【００３１】
ＭＰＵ２１からはクロック・ラインとデータ・ラインが、それぞれＣ端子３３とＤ端子３５を介してノートＰＣ１００側のエンベデッド・コントローラ１２１に接続され、ＭＰＵ２１とエンベデッド・コントローラ１２１との間での通信が可能になっている。ＭＰＵ２１は、エンベデッド・コントローラ１２１に対してデータ・ラインを通じて充電開始および充電停止の制御コマンドを送る。ＭＰＵ２１が充電開始の制御コマンドをエンベデッド・コントローラ１２１に送らない限り充電器１２３は動作しないのでセル１１は充電されない。また、ＭＰＵ２１が充電ＦＥＴ１９をオンにしない限り充電器１２３が動作してもセル１１は充電されない。サーミスタ２５は、セル１１の近辺の温度に応じて抵抗が変化し、その状態はＴ端子３７を通ってエンベデッド・コントローラ１２１により検出される。
【００３２】
フラッシュ・メモリ２９は、ＭＰＵ２１に内蔵された電源を切っても記憶内容が保持されるＲＡＭである。フラッシュ・メモリ２９には、電池パック１０が使用を開始してからの充電回数を記憶するカウンターが設定されている。ＭＰＵ２１は、充電が行われるたびにカウンターの値を１だけ増加させて、フラッシュ・メモリ２９に使用開始から現在までの累積の充電回数を記憶する。フラッシュ・メモリ２９には、周知の方法で容量学習をして求めた直近の満充電容量、電池パック１０が衝撃を受けたことを示す衝撃情報、所定の衝撃を受けた後に許可される充電回数の上限である許容充電回数、所定の衝撃を受けた後に許容される許容充電容量、衝撃信号から衝撃情報を生成するための閾値、およびセル１１に対する充電を禁止することを示す充電禁止情報などの情報が記憶される。
【００３３】
衝撃センサ２７は、圧電素子を利用した加速度センサであり、ピエゾ抵抗効果による電気抵抗の変化を利用して、電池パック１０に外部から与えられた衝撃を加速度の変化として検出する。衝撃センサ２７は、セル１１から電源が供給されており、電池パック１０に装着されている間に衝撃を検知するとアナログの衝撃信号を出力することができる。衝撃センサ２７からの出力はＭＰＵ２１のＡ／Ｄ入力端子（Ａ／Ｄ＃３）と、ＭＰＵ２１内蔵のＣＰＵへの割込みを発生させる割り込み入力端子（ＩＮＴ）との両方に接続されている。
【００３４】
ＭＰＵ２１は、通常モードに加えて低消費電力のスリープ・モードでも動作することができるようになっており、割り込み入力端子（ＩＮＴ）から衝撃信号の入力があると瞬時にスリープ・モードが解除されて通常モードに移行することができる。したがって、スリープ・モードのときに衝撃センサ２７が動作したとしても、瞬時に通常モードに移行してＡ／Ｄ入力端子（Ａ／Ｄ＃３）から入力されたアナログの衝撃信号を読み取り、ディジタルの衝撃信号を生成してフラッシュ・メモリ２９に記憶することができる。衝撃センサ２７は、加速度に代えて振動で衝撃力を電気的に測定できるものでもよい。
【００３５】
ＭＰＵ２１は、さまざまなアナログ波形の衝撃信号をディジタル値に変換する。ＭＰＵ２１はフラッシュ・メモリ２９に記憶された閾値に基づいて、電池パック１０の充電条件を制約する必要のある衝撃信号だけを選別して、エンベデッド・コントローラ１２１に送るためのディジタルの衝撃情報を生成する。ディジタルの衝撃情報は、電池パック１０の充電条件を制約する必要があることを示すビット値とすることができる。衝撃情報は、アナログ波形のピーク値、ピーク値までの到達時間、あるいは衝撃の持続時間などのように衝撃の大きさを示す値に基づいて生成することができる。さらに衝撃情報は、衝撃信号の発生頻度も含めて生成することもできる。たとえば、ピーク値が所定の閾値を超えた衝撃信号の場合は、回数が１回だけ検出された場合であっても衝撃情報を生成し、ピーク値がそれより小さい閾値を超えた衝撃信号の場合は、所定の回数だけ検出された場合に衝撃情報を生成することができる。
【００３６】
ノートＰＣ１００の電源管理機能は、エンベデッド・コントローラ１２１を中心として充電器１２３、コントロール・ライン１２５、およびＤＣ−ＤＣコンバータ１２７などで構成される。エンベデッド・コントローラ１２１は、電源以外にもノートＰＣ１００を構成する多くのハードウェア要素を制御する集積回路である。エンベデッド・コントローラ１２１は、セル１１の現在の電流値および電圧値についての情報をＭＰＵ２１からの通信によって得て、この情報に基づいてコントロール・ライン１２５を介して充電器１２３を制御し、電池パック１０の充電を制御する。
【００３７】
セル１１がリチウム・イオン蓄電池であるため、充電器１２３は定電流定電圧（ＣＶＣＣ）制御方式を採用している。ＣＶＣＣ制御方式で充電するために充電器１２３に対しては、エンベデッド・コントローラ１２１により定電流期間の基準値である定電流制御電流値、および定電圧期間の基準値である定電圧制御電圧が設定されている。
【００３８】
ＡＣアダプタ１５１は、１次側がＡＣコード１５３で商用電源に接続され、ＡＣ電圧を所定のＤＣ電圧に変換し、２次側がＤＣケーブル１５５でノートＰＣ１００の外部電源端子１５６に接続される。ＡＣアダプタ１５１または電池パック１０から供給される電力は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２７を経由してノートＰＣ１００内のシステム負荷に供給される。ＡＣアダプタ１５１は、充電器１２３を経由して電池パック１０に充電電流を供給する。ＡＣアダプタ１５１からＤＣ−ＤＣコンバータ１２７へＤＣ電力が供給される系統には、ピーク・シフト・スイッチ１２６が接続されている。
【００３９】
ピーク・シフト・スイッチ１２６はエンベデッド・コントローラ１２１によってオン・オフすることができるスイッチである。エンベデッド・コントローラ１２１がピーク・シフト・スイッチ１２６をオフにすれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２７にはＡＣアダプタ１５１からは電力が供給されず、電池パック１０からのみ電力が供給される。ピーク・シフト・スイッチ１２６をオンにすれば、ＡＣアダプタ１５１からＤＣ−ＤＣコンバータ１２７に電力が供給され、さらに充電要求があったときは電池パック１０にも充電器１２３を経由して電力が供給される。
【００４０】
さらにエンベデッド・コントローラ１２１はＬＰＣバス１２９に接続されており、そこからＩ／Ｏブリッジ１３５、ＣＰＵブリッジ１３３などを介して、ＣＰＵ１３１、メイン・メモリ１３７、ビデオ・カード１３９、ディスプレイ１４１、およびノートＰＣ１００を構成するその他のハードウェア要素と相互に接続され通信することが可能である。ＣＰＵ１３１は、エンベデッド・コントローラ１２１から電源の状態についての報告を受け、それに基づいて演算した結果をビデオ・カード１３９で描画してディスプレイ１４１に表示することができる。
【００４１】
なお、図１〜２は本実施の形態を説明するために、主要なハードウェアの構成および接続関係を簡素化して記載したに過ぎないものである。たとえば磁気ディスク、光学ディスク、キーボードなど、電池パック１０およびノートＰＣ１００を構成するためには多くの電気回路および装置が使われるが、それらは当業者には周知であるので記載を省略し、詳しく言及しない。図１〜２で記載した複数のブロックを１個の集積回路としたり、逆に１個のブロックを複数の集積回路に分割して構成したりすることも、当業者が任意に選択することができる範囲においては本発明の範囲に含まれる。
【００４２】
図３は、電池パック１０を充電する際の充電電圧および充電電流について説明する図である。図３（Ａ）はセル１１の等価回路であり、図３（Ｂ）は充電開始後の充電器１２３から出力される充電電圧Ｖｏｕｔおよび充電電流Ｉｏｕｔの時間的な変化を説明する図である。充電器１２３は、ＣＶＣＣ制御方式でセル１１を充電しており、Ｖｃｈｇを定電圧制御電圧値、Ｉｃｈｇを定電流制御電流値、Ｖｃｅｌｌを１セル当たりのセル電圧に直列に接続されたセルの数である３を乗じた値、Ｒｐｋを１セル当たりの内部抵抗に同様に３を乗じた値とする。充電電圧Ｖｏｕｔ、セル電圧Ｖｃｅｌｌは定電圧測定回路１５で測定され、充電電流Ｉｏｕｔは電流測定回路で測定されて、ＭＰＵ２１からエンベデッド・コントローラ１２１に定期的に送られる。
【００４３】
セル１１が完全に放電された状態で時刻ｔ０で充電が開始されたとき、時刻ｔ０から時刻ｔ１までは定電流期間であり、充電器１２３は充電電流Ｉｏｕｔを一定にするように動作する。そして、充電電圧Ｖｏｕｔおよびセル電圧Ｖｃｅｌｌは徐々に上昇し時刻ｔ１で充電電圧Ｖｏｕｔは定電圧制御電圧値Ｖｃｈｇに等しくなって、Ｖｃｈｇ＝Ｉｃｈｇ×Ｒｐｋ＋Ｖｃｅｌｌが成立する。時刻ｔ１以降は定電圧期間であり、充電器１２３は充電電圧Ｖｏｕｔが定電圧制御電圧値Ｖｃｈｇを超えないように制御する。
【００４４】
定電圧期間の間、充電電圧Ｖｏｕｔは設定された定電圧制御電圧値Ｖｃｈｇに等しくなっており、セル電圧Ｖｃｅｌｌは充電が進むにつれて定電圧制御電圧値Ｖｃｈｇに徐々に近づき、充電電流Ｉｏｕｔは徐々に低下する。充電電流Ｉｏｕｔが放電終了電流Ｉｃｈｇ１に到達した時刻ｔ２でエンベデッド・コントローラ１２１の制御により充電器１２３は動作を停止して充電が終了する。充電が終了した時点では、セル電圧Ｖｃｅｌｌは充電電圧Ｖｏｕｔにほぼ等しくなっている。時刻ｔ０から時刻ｔ２までの間に充電された電気量がセル１１の満充電容量となる。通常、定電流期間に満充電容量のほぼ７５％の電気量がセルに充電される。ＭＰＵ２１は、電圧測定回路１５および電流測定回路１７によってセル電圧Ｖｃｅｌｌおよび充電電流Ｉｏｕｔの値を充電期間中監視している。そして、放電終了電流Ｉｃｈｇ１を検出した時点で、エンベデッド・コントローラ１２１に充電を停止するための制御コマンドを送り充電ＦＥＴ１９をオフにする。
【００４５】
充電器１２３は、エンベデッド・コントローラ１２１から充電を開始する指示を受けて、充電動作を開始した後は、定電圧制御電圧値Ｖｃｈｇ、定電流制御電流値Ｉｃｈｇを管理してＣＶＣＣ制御をする。充電器１２３がもし時刻ｔ１よりも短い時刻ｔ２ｂで充電動作を終了すると、満充電容量より少ない充電量となる。後に説明する許容充電容量は、時刻ｔ２ｂで充電を停止したときに時刻ｔ０から時刻ｔ２ｂまでの間にセル１１に充電された電気量となる。
【００４６】
図４は、電池パック１０に衝撃が加えられた以降において使用条件を制限して安全を確保しながら電池パック１０を使用する方法を説明する図である。充電回数Ｎは、セル１１の充電回数であり、Ｎ＝Ｘまでは使用開始からの累積値であり、Ｎ＝Ｘで一旦リセットされてそれ以降は新たに積算される値である。セル１１は、充電回数Ｎが増えるに従って劣化が進行し内部抵抗Ｒｐｋが増大する。図３において説明したように、内部抵抗Ｒｐｋが増大するほど充電電圧Ｖｏｕｔは時刻ｔ１よりも早い時刻で定電圧制御電圧値Ｖｃｈｇに到達する。しかもその時点でのセル電圧Ｖｃｅｌｌは、劣化の程度が低い場合に比べて小さい。したがって内部抵抗Ｒｐｋが大きくなるほど定電流期間が短時間で終了し、その間にセル１１に充電される電気量は少なくなる。
【００４７】
よって、セル１１は、充電回数が増えるにしたがって満充電容量がライン２０１に従って低下する。電池パック１０に外部から衝撃が加えられないときは、セル１１は、充電のたびにライン２０１で定まる満充電容量まで充電されることになる。いま、充電回数Ｎ＝Ｘのときに電池パック１０に外部から衝撃が加えられたものとする。セル１１には、電解液や可燃性ガスが外部に放出されるような大きな破損はなく、また電流測定回路１３、電圧測定回路１５、およびサーミスタ２５が異常を検知しないとすれば、従来の電池パックではその時点で充電を禁止するか、あるいは満充電容量までの充電を繰り返して、ライン２０１の点線部分に沿って満充電容量が変化していく。
【００４８】
しかしセル１１の内部に図１０（Ｂ）に示したようなダメージ１０１３が生じていることもあり、このまま電池パック１０の使用を続けると、ダメージ１０１３が進展して完全短絡に至る可能性がある。したがって、電池パック１０に衝撃が加えられた後もライン２０１の点線部部に沿ってセル１１に対して満充電容量までの充電を繰り返すと、内部短絡が発生したときにセルに蓄えられているエネルギー量が大きすぎて発火や爆発の危険性がある。
【００４９】
ＭＰＵ２１は衝撃情報をフラッシュ・メモリ２９に書き込んだ後に、衝撃を受けた後のセル１１の充電条件を制限する。ここでいう充電条件の制限は、充電容量と充電できる回数を制限することである。本発明においては、使用開始からの充電回数がＸに到達した時点で電池パック１０に衝撃が加えられたときにＸ＋１回目以降の充電における充電容量をその時点における満充電容量Ｐ２よりも小さい許容充電容量Ｐ１に制限する。許容充電容量Ｐ１は、定格容量Ｐ０に対して３０％〜５０％の範囲に設定することが望ましい。
【００５０】
許容充電容量Ｐ１が定格容量の５０％より大きくなると短絡が発生したときの危険性が増大する。セルの安全設計を検証するために行う短絡試験や衝撃試験によれば、充電容量を５０％程度以内にしておくと、内部短絡が発生してもセル１１が危険な状態に至ることが少ないと考えられている。ただし、充電容量を必要以上に小さくすると、電池パックを交換するまでは、携帯使用の時間が制約されてしまいユーザの利便性を損なうので最低３０％は残しておくことが望ましい。許容充電容量Ｐ１は、定格容量Ｐ０に対する所定の割合としないで、衝撃情報を生成した時点での満充電容量Ｐ２に対する所定の割合となるように設定してもよい。
【００５１】
さらに、本実施の形態では電池パック１０に対して所定の衝撃情報が生成されたあとの許容充電回数Ｋをあらかじめ設定しておき、衝撃情報が生成された後の充電回数が許容充電回数Ｋに到達したときには、それ以後のセル１１に対する充電を禁止して使用できないようにする。衝撃が発生した後は、充電回数に応じて衝撃によるセル１１のダメージが進行すると考えられるため、たとえば１０回〜２０回程度の許容充電回数Ｋを設定してその回数以上の充電を禁止することによりユーザの利便性と安全性の調和を図ることができる。許容充電容量Ｐ１、許容充電回数Ｋ、衝撃後の充電回数はあらかじめフラッシュ・メモリ２９に記憶しておいてもよく、あるいは、ノートＰＣ１００側に記憶しておいてもよい。これらの値をフラッシュ・メモリ２９に記憶しておけば、電池パック１０が装着されるノートＰＣが代わっても当該電池パック１０のヒストリーが正確に伝承される点で望ましい。
【００５２】
図５は、電池パック１０が外部から衝撃を受けたときに、充電容量を制限するために電池パックＰＣ１０とノートＰＣ１００で実行する処理の一例を示すフローチャートである。本発明を実行するための動作プログラムはＭＰＵ２１に内蔵されているＲＯＭに格納されており、ブロック３０１でＲＡＭに読み出される。電池パック１０は、ノートＰＣ１００に装着された状態またはノートＰＣ１００から取り外されて単独の状態で衝撃を受ける。ブロック３０１では、ＭＰＵ２１がスリープ・モードで動作している。ＡＣアダプタ１５１は外部電源端子１５６に接続され、ノートＰＣ１００のピーク・シフト・スイッチ１２６はオンになっている。
【００５３】
ブロック３０３では、衝撃センサ２７が衝撃を検出してアナログの衝撃信号を生成し、ＭＰＵ２１のＡ／Ｄ入力端子（Ａ／Ｄ＃３）と割り込み入力端子（ＩＮＴ）の両方に出力する。割り込み入力端子に衝撃信号が出力されるとＭＰＵ２１は瞬時にスリープ・モードが解除されて通常モードに移行する。ブロック３０５では、同時にＡ／Ｄ入力端子（Ａ／Ｄ＃３）に出力された衝撃センサ２７からの衝撃信号をＭＰＵ２１がディジタル値に変換してそのピーク値を読み取り、ブロック３０７でフラッシュ・メモリ２９に記憶されていた所定の閾値と比較する。このときＭＰＵ２１は、衝撃信号の波形の初期の部分を検出して短時間で通常モードに移行するため、通常モードにおいて衝撃信号の波形のピーク値を読み取ることができるようになっている。
【００５４】
衝撃信号のピーク値が閾値以上であれば、ブロック３０９でフラッシュ・メモリ２９に衝撃情報としてのビット値を記憶し、さらに、フラッシュ・メモリ２９のカウンターに記憶されていたその時点までの充電回数をリセットする。衝撃信号のピーク値が閾値以下ならば、ＭＰＵ２１は特別な作業をすることなくスリープ・モードに戻るなどして衝撃が発生する前と同じ状態で衝撃センサ２７からの衝撃信号の出力を待つ。
【００５５】
ブロック３１１では、ＭＰＵ２１は電池パック１０がノートＰＣ１００に接続されているか否かを判断し、接続されていればブロック３１３でノートＰＣ１００のエンベデッド・コントローラ１２１に衝撃情報を送信し、接続されていなければブロック３２５で処理を終了する。ブロック３１５では、衝撃情報を受け取ったノートＰＣ１００が、ディスプレイ１４１に、電池パック１０が衝撃を受けたので充電容量と充電回数を制限する旨と、ユーザに電池パック１０の交換を促す内容とを含んだメッセージを表示する。表示されるメッセージは、たとえば「電池パックが外部から強い衝撃を受けました。そのため、この電池パックは通常の４０％の容量であと１０回だけ充電できます。１０回を越えての充電はできません。至急、新しい電池パックを購入して交換してください」などのような内容にする。
【００５６】
メッセージの表示の処理は、たとえばノートＰＣ１００のオペレーティング・システム（ＯＳ）の制御によってＣＰＵ１３１で動作する電源装置に関する制御を担当するデバイス・ドライバおよび電源管理ユーティリティによって行われる。ブロック３１７では、ＭＰＵ２１が、フラッシュ・メモリ２９に記憶されていたその時点での満充電容量Ｐ２から満充電以降に放電された電気量を減算して残容量を計算する。残容量（その時点での充電容量）が許容充電容量Ｐ１以下であるか否かを判断する。ＭＰＵ２１は、セルの残容量が許容充電容量Ｐ１以下であれば電池パックは安全な使用条件にあると判断して、ブロック３２５に移行し処理を終了する。残容量が許容充電容量Ｐ１を超えていれば、ブロック３１９においてＭＰＵ２１は、エンベデッド・コントローラ１２１にピーク・シフト・スイッチ１２６をオフにするためのコマンドを送り、エンベデッド・コントローラ１２１はピーク・シフト・スイッチ１２６をオフにする。
【００５７】
その結果、ＡＣアダプタ１５１が外部電源端子１５６に接続されていても、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２７を経由してシステム負荷にはセル１１から電力が供給されるため、セル１１の残容量が短時間で減少する。ピーク・シフト・スイッチ１２６がない場合は、ＡＣアダプタ１５１が外部電源端子１５６に接続されている限り、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２７にはＡＣアダプタ１５１から電力が供給され、セル１１は自然放電だけで残容量が低下するため、長期間残容量が許容充電容量Ｐ１を超えた状態になり危険であるが、ピーク・シフト・スイッチ１２６の動作によりこの状態が短時間で解消される。
【００５８】
ブロック３２１では、ＭＰＵ２１がセル１１の残容量が許容充電容量Ｐ１以下になったか否かを判断し、許容充電容量Ｐ１以下になった場合はブロック３２３で、エンベデッド・コントローラ１２１にピーク・シフト・スイッチ１２６をオンにするコマンドを送り、エンベデッド・コントローラ１２１はピーク・シフト・スイッチ１２６をオンにして処理を終了する。この後は、ＭＰＵ２１は、セル１１の充電容量が許容充電容量Ｐ１以下になるように、エンベデッド・コントローラ１２１に充電要求の制御コマンドおよび充電停止の制御コマンドを送る。
【００５９】
図６は、図５の一部の手順を変更したフローチャートである。図５のブロック３０１〜ブロック３０５は、図５とほぼ同じ手順である（ブロック３５１）。ブロック３０１〜ブロック３０５と異なる点は、フラッシュ・メモリ２９にカウンターが設定されており、ＭＰＵ２１は所定のピーク値の衝撃信号を検出するたびにカウンターに衝撃回数として１を増加していくような構成になっている点である。なお、このカウンターの初期値はゼロに設定されている。ブロック３５３では、ＭＰＵ２１は読み取った衝撃信号のピーク値を閾値Ａと比較する。ブロック３５３でピーク値が閾値Ａより大きい場合はブロック３６３に移行し、図５のブロック３０９〜３２５に記載した処理と同一の処理を行う。
【００６０】
ブロック３５３でピーク値が閾値Ａより小さい場合は、ブロック３５５に移行して、同じピーク値を閾値Ｂと比較する。ここで、閾値Ｂは閾値Ａはより小さい値になるように設定されている。閾値Ａは、衝撃のピーク値がそれを１回でも超えるとセルに大きなダメージが発生すると想定できるほどの値であり、閾値Ｂは、衝撃のピーク値が所定の衝撃回数（最大衝撃回数）を超えるとセルにダメージが発生すると想定できる値として設定する。ブロック３５５でピーク値が閾値Ｂより小さい場合は、ブロック３５３に戻ってつぎの衝撃信号を待つ。ブロック３５５でピーク値が閾値Ｂより大きい場合は、ＭＰＵ２１はブロック３５７でフラッシュ・メモリ２９のカウンターを１増加させる。ブロック３５９では、ＭＰＵ２１は、カウンターに記憶された衝撃回数が最大衝撃回数に到達したか否かを判断し、到達していない場合はブロック３５３に戻ってつぎの衝撃信号を待つ。カウンターの衝撃回数が最大衝撃回数に到達した場合は、ブロック３６３に移行する。
【００６１】
図７は、図５のブロック３２５に続いて電池パック１０およびノートＰＣ１００で実行される処理を示すフローチャートである。ブロック４０１では、電池パック１０のＭＰＵ２１がセル１１の残容量を管理している。ブロック４０３において、ＭＰＵ２１がフラッシュ・メモリ２９に衝撃情報が記憶されていないと判断した場合はブロック４２１に移行して、ＭＰＵ２１は必要に応じてエンベデッド・コントローラ１２１に充電開始および充電停止の制御コマンドを送って通常の充電条件でセル１１を充電および放電する。
【００６２】
ブロック４０３において、ＭＰＵ２１がフラッシュ・メモリ２９に衝撃情報が記憶されていると判断した場合は、使用開始からの累積の充電回数を示すフラッシュ・メモリ２９のカウンターをリセットする。つづいて、ブロック４０５に移行してＭＰＵ２１はセル１１の残容量に基づいて充電の必要性を判断する。ここでＭＰＵ２１は、たとえば許容充電容量Ｐ１の９０％以下までセル１１の残容量が低下したときに充電が必要であると判断してもよい。
【００６３】
ブロック４０７では、ＭＰＵ２１が充電の必要性があると判断したときに、ＭＰＵ２１はさらにフラッシュ・メモリ２９を参照して、充電禁止情報が記憶されているか否かを判断する。充電禁止情報は、図７の手順が繰り返されたときブロック４１７においてＭＰＵ２１により記憶される。充電禁止情報が記憶されているときは、ブロック４１９に移行してＭＰＵ２１は、ディスプレイ１４１に充電が禁止されていることを示すメッセージを表示させるための制御コマンドをエンベデッド・コントローラ１２１に送る。フラッシュ・メモリ２９に充電禁止情報が記憶されているときは、ＭＰＵ２１はセル１１の残容量が低下して充電が必要であると判断した場合であっても、エンベデッド・コントローラ１２１に充電を開始するための制御コマンドを送ることはない。充電開始の制御コマンドをエンベデッド・コントローラ１２１に送らない措置をとることと同時に、あるいはその措置に代えてＭＰＵ２１は、充電ＦＥＴをオフにして以後オンにすることを禁止する措置をとってもよい。
【００６４】
フラッシュ・メモリ２９に充電禁止情報が記憶されていないときは、ブロック４０９でＭＰＵ２１は充電開始の制御コマンドをエンベデッド・コントローラ１２１に送り、エンベデッド・コントローラ１２１は充電器１２３を動作させて充電を開始する。ＭＰＵ２１はセル１１の充電容量が図４に示した許容充電容量Ｐ１に到達したときに、エンベデッド・コントローラ１２１に対して、充電停止の制御コマンドを送り、エンベデッド・コントローラ１２１は、充電器１２３の動作を停止させる。
【００６５】
ブロック４１１では、ＭＰＵ２１がフラッシュ・メモリ２９のカウンターに充電回数１を加算する。ブロック４１３では、ＭＰＵ２１がフラッシュ・メモリに記憶されている充電回数と許容充電回数Ｋを比較して充電回数が許容充電回数Ｋ未満であれば、ブロック４１５でその差を残りの充電可能回数としてディスプレイ１４１に表示させるための制御コマンドをエンベデッド・コントローラ１２１に送り、ブロック４０５に戻る。ここでの充電回数は、衝撃情報が生成されてからの充電回数を示している。充電回数が許容充電回数Ｋ以上であればブロック４１７でＭＰＵ２１は、フラッシュ・メモリ２９に充電禁止情報を記憶してブロック４１９に移行する。
【００６６】
図８は、本発明の別の実施の形態にかかる電池パック６００およびノートＰＣ７００内部の構成を示す概略のブロック図である。図８は、図２と共通する構成要素については参照番号を同一として説明を省略し、相違点のみを説明する。電池パック６００はＭＰＵを内蔵せずＳＢＳ規格に準拠しないダム・バッテリィといわれる非インテリジェント電池である。電池パック６００にはセル１１、サーミスタ２５、衝撃センサ２７、フラッシュ・メモリ６２９、およびフラッシュ・メモリの記録機構６４１のみが含まれる。電流測定回路１３、電圧測定回路１５、放電ＦＥＴ１７、充電ＦＥＴ１９はノートＰＣ７００に含まれ、エンベデッド・コントローラ１２１に接続されて制御される。サーミスタ２５および衝撃センサ２７からの出力もエンベデッド・コントローラ１２１に接続される。また、フラッシュ・メモリ６２９もエンベデッド・コントローラ１２１に接続され、エンベデッド・コントローラ１２１により読み書きが行われる。電池パック６００の内部状態の把握、および充放電の制御は、エンベデッド・コントローラ１２１によって直接管理される。
【００６７】
記録機構６４１は、電池パック６００が外部からの衝撃を受けた際に、衝撃センサ２７からのアナログ出力をディジタル値に変換して、その衝撃のピーク値をフラッシュ・メモリ６２９に書き込む機能を持つ回路である。フラッシュ・メモリ６２９は衝撃のピーク値に加えて、満充電容量Ｐ２、許容充電回数Ｋ、許容充電容量Ｐ１、衝撃のピーク値から衝撃情報を生成するための閾値、および充電禁止情報などの情報も記憶している。図５〜図７で示した手順を実行するために図２のＭＰＵ２１とエンベデッド・コントローラ１２１が行っていた作業は、電池パック６００とノートＰＣ７００の組み合わせにおいては、エンベデッド・コントローラ１２１が単独で行う。
【００６８】
図９は、本発明のさらに別の実施の形態にかかる電池パック８００およびノートＰＣ９００内部の構成を示す概略のブロック図である。図９は、図８と共通する構成要素については参照番号を同一として説明を省略し、相違点のみを説明する。電池パック８００は、プロセッサを内蔵せずＳＢＳ規格に準拠しない非インテリジェント電池である。さらに電池パック８００には、セル１１、サーミスタ２５、衝撃センサ８２７、およびＩＤ８４３のみが含まれる。電池パック８００の充電状態について記録するフラッシュ・メモリ９２９は、ノートＰＣ９００内部でエンベデッド・コントローラ１２１に接続される。
【００６９】
衝撃センサ８２７は、加速度センサではなく、所定の大きさ以上の衝撃を１回受けるとスイッチが入り、以後その状態が保持される機構を利用したものである。この機構には電源が不要であるので、電池パック８００がノートＰＣ９００から切り離された状態であっても、所定の大きさ以上の衝撃を受ければ衝撃センサ８２７はスイッチが入った状態になる。電池パック８００がノートＰＣ９００に接続された状態で衝撃センサ８２７のスイッチが入った場合、または衝撃センサ８２７のスイッチが入った状態で電池パック８００がノートＰＣ９００に接続された場合に、エンベデッド・コントローラ１２１はその状態を衝撃情報と認識して処理する。図５〜図７で示した手順を実行するために図２のＭＰＵ２１とエンベデッド・コントローラ１２１が行っていた作業は、電池パック８００とノートＰＣ９００の組み合わせにおいては、エンベデッド・コントローラ１２１が単独で行う。
【００７０】
電池パック８００は、たとえば製造番号などのように個々の品を特定できるＩＤ８４３を内蔵する。内蔵されたＩＤ８４３は、エンベデッド・コントローラ１２１によって読み取られる。エンベデッド・コントローラ１２１は、電池パックの充電回数、衝撃回数などの本発明にかかるデータを内部のフラッシュ・メモリ９２９に記憶しておくことにより、電池パック８００が交換されても交換された後の電池パックが衝撃を受けているか否か、また衝撃を受けている場合の残りの充電可能回数などを把握することができる。この構成では、電池パック８００の構成を電池パック６００に比べて簡素化することができる。
【００７１】
これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることは言うまでもないことである。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、２次電池を内蔵した電池パックから電力を供給されて動作する各種の機器、たとえば携帯式電子機器、無線装置、電動工具、自動車、および遊具などにおいて利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】ノートＰＣの全体構成を示す概略図である。
【図２】電池パックおよびノートＰＣ内部の構成を示す概略のブロック図である。
【図３】電池パックを充電する際の充電電圧および充電電流について説明する図である。
【図４】衝撃を受けた電池パックに対する使用条件を制限して安全を確保しながら使用する方法を説明する図である。
【図５】電池パックが外部から衝撃を受けたときに電池パックとノートＰＣで実行する処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】図５の一部の手順を変更したフローチャートである。
【図７】図５の処理につづいて電池パックとノートＰＣで実行する処理の一例を示すフローチャートである。
【図８】本発明の別の実施の形態にかかる電池パックおよびノートＰＣ内部の構成を示す概略のブロック図である。
【図９】本発明の別の実施の形態にかかる電池パックおよびノートＰＣ内部の構成を示す概略のブロック図である。
【図１０】リチウム・イオン蓄電池の円筒形セルの部分的な断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０、１２、６００、８００…電池パック
１１、１１ａ〜１１ｉ…セル
１７…放電ＦＥＴ
１９…充電ＦＥＴ
２１…ＭＰＵ
２５…サーミスタ
２９、６２９、９２９…フラッシュ・メモリ
１００、７００、９００…ノートＰＣ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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