(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリ充電システムであって、
出力および入力を有する電源であって、前記入力はフィードバック電圧レベルを受け取り、前記出力は前記フィードバック電圧レベルより上のあらかじめ選択された電圧差にて出力電圧レベルを与える、電源と、
前記電源に接続され、周辺装置および電気装置と電気的に相互接続し、かつ前記周辺装置と前記電気装置との間に配置された通信バスを有する充電器と、を備え、
前記電気装置は、バッテリ電圧レベルを有する再充電可能な内部バッテリと充電回路とを有し、
前記電気装置は前記通信バスを介して前記周辺装置と通信し、
前記バッテリ電圧レベルが前記フィードバック電圧レベルを与え、
前記電源の前記出力電圧レベルが前記充電回路に供給され、
前記充電回路が前記内部バッテリを充電し、
前記充電器が更に、
コントローラと、
前記通信バスとは別個の外部バッテリ・ポートであって、外部バッテリを受け、かつ前記充電器を当該外部バッテリと電気的に相互接続する外部バッテリ・ポートと、
前記電源の前記出力電圧レベルを供給され、かつ前記コントローラに応答して、充電電流を前記外部バッテリに供給する電流レギュレータと
を含む、バッテリ充電システム。
【請求項２】
前記あらかじめ選択された電圧差が約１．４ボルトである請求項１記載のバッテリ充電システム。
【請求項３】
前記電気装置がセルラ電話である請求項１記載のバッテリ充電システム。
【請求項４】
前記充電器がさらに、前記電気装置と前記周辺装置との間の前記通信バス上のバッファを含む請求項１記載のバッテリ充電システム。
【請求項５】
電源を含むバッテリ充電システムで用いられる充電器であって、前記電源は出力および入力を有し、前記入力はフィードバック電圧レベルを受け取り、前記出力は前記フィードバック電圧レベルより上のあらかじめ選択された電圧差にて出力電圧レベルを与え、前記充電器は、
電気装置と電気的に相互接続するための手段と、
周辺装置と電気的に相互接続するための手段と、
前記電気装置と電気的に相互接続するための前記手段と前記周辺装置と電気的に相互接続するための前記手段との間に配設された通信バスと、
前記通信バスとは別個の手段であって、外部バッテリと電気的に相互接続し、かつ当該外部バッテリを充電するための手段と、を備え、
前記外部バッテリと電気的に相互接続しかつ当該外部バッテリを充電するための手段が、
コントローラと、
前記通信バスとは別個の外部バッテリ・ポートであって、外部バッテリを受け、かつ前記充電器を当該外部バッテリと電気的に相互接続する外部バッテリ・ポートと、
前記電源の前記出力電圧レベルを供給され、かつ前記コントローラに応答して、充電電流を前記外部バッテリに供給する電流レギュレータと
を含み、前記電流レギュレータの出力における電圧レベルが前記フィードバック電圧レベルを与える、充電器。
【請求項６】
前記電気装置と電気的に相互接続するための前記手段と前記周辺装置と電気的に相互接続するための前記手段との間で前記通信バス上のバッファをさらに含む請求項５記載の充電器。
【請求項７】
前記電気装置が、
再充電可能な内部バッテリと、
充電回路と、を備え、前記電気装置が、前記再充電可能な内部バッテリを再充電するために前記充電器を介して前記電源から電力を受け取る、請求項５記載の充電器。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、一般に、再充電可能なバッテリ・システムに関し、さらに詳しくは、携帯電子装置用の再充電可能なバッテリ・システムに関する。
背景
電子機器の高機能化・携帯化が進み、普及するにつれて、家電市場は製品および関連システムから更なるサービスを要求しつつある。特に、バッテリ充電システムはしばらく低い技術レベルのままであり、近年になってようやくこのシステムに対する関心が集まってきた。さらに、製品の相互接続化が進み、すなわち、製品は与えられたシステムに対してさらに機能を提供するために別の装置に接続するように設計される。例えば、ポータブル・コンピュータやパーソナル・デジタル・アシスタント（ＰＤＡ）と利用するためのワイヤレス・モデムが販売される。
典型的なデスクトップ・バッテリ充電器は、バッテリ・コンタクトと嵌合する１つまたは２つのバッテリ受けポケットおよび充電器コンタクトを提供するに過ぎない。充電器は、電源，レギュレータおよび充電器に挿入されたバッテリを充電すべく動作する制御回路を含む。ある例では、特にポータブル・コンピュータでは、充電器は製品の電源としても機能できる。このような多くの製品は、外部電源または充電器から電力をとり、内部に装着されたバッテリを充電する内部充電コントローラを含む。充電器は、この装置を他の装置に接続するための手段を提供しない。ポータブル・コンピュータは、そのサイズのために、周辺装置と接続するためのポートを有するが、セルラ電話やＰＤＡなどのさらに小さい製品には、このようなコネクタ・ポート用に非常に限られたスペースしかない。
最新電子機器によって提供されるより重要な利点の一つに、携帯電子機器において情報を受信・格納・生成できることがある。例えば、ハンドヘルド・スキャナは、雑貨店で棚ストックの目録を作るために一般に利用される。これらの装置は特定の製品に対応するコード番号を読み取り、ついでユーザはキーパッドまたは同様な入力装置によって棚にあるユニット数の数値を入力する。この情報は電子装置から中央コンピュータ・システムに後で転送され、目録報告書を作成できる。
従って、電気装置間の接続を行い、しかもこれらの装置に給電し、これらの装置で用いられるバッテリを充電する必要がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明によるバッテリ充電システムのブロック図である。
好適な実施例の詳細な説明
本明細書の最後に、新規と考えられる本発明の特徴を明記する請求の範囲を記載するが、本発明は図面とともに以下の説明から理解を深めることができよう。ただし、同様な参照番号は図面を通じて用いられるものとする。
ここで、本発明によるバッテリ充電システム１０のブロック図を示す第１図を参照して、充電器１２と、電源１４，電気装置１６，外部バッテリ１８および周辺装置２０を含む各システム構成要素とが概して示される。なお、図示のすべての構成要素は共通の電位を基準にしており、そのためグランド接続はわかりやすくするために省かれることに留意されたい。従って、各構成要素は、充電器を介して電源基準電位に接続されるグランド電位を有するものと想定する。
充電器１２はシステムの中心部分であり、他の構成要素は充電器１２に電気的に相互接続され、また充電器１２を介して互いに電気的に相互接続されてもよい。これは、各構成要素を機械的に受けるための充電器上の機能と、一般には各構成要素上の対応する電気コンタクトと嵌合するポート内に配置された複数の電気コンタクトとを設けることによって達成される。これらのコンタクトを介して、電力および信号は構成要素間で伝送される。電子装置をこのように相互接続できるさまざまな手段が存在する。
電源１４はＡＣ電源２２に接続され、出力２４において調整ＤＣ電圧レベルを供給する。入力２６は、以下で説明するように他の構成要素からフィードバック電圧レベルを受け、出力２４における出力電圧レベルを、フィードバック電圧レベルより上のあらかじめ選択された電圧差となるように調整する。すべてのシステム構成要素は、出力電圧レベルを調整することによって、電源の出力電圧により給電される。例えば、充電器は、内部回路構成要素を給電するために５ボルトまたは３．３ボルトのレギュレータを一般に内蔵する。本発明では、フィードバック電圧レベルは、システムによって充電されるバッテリの電圧である。これにより、バッテリ充電制御を行うために線形レギュレータを利用できる。なぜならば、充電器の出力電圧レベルを線形調整のために用いられるパス・トランジスタ(pass transistor)の飽和電圧より上の最小レベルで維持でき、そのため線形レギュレータに伴う発熱をかなり低減するためである。具体的には、オーバヘッド電圧を最小限に抑えることにより、線形レギュレータによって散逸される電力はその最小レベルまで低減され、線形レギュレータをスイッチド・モード・タイプ(switched mode type)とほぼ同様に効率化する。そのため、好適な電圧差は、フィードバック電圧より約１．４ボルト上である。発熱を大幅に低減することにより、線形レギュレータはセルラ電話などの極めて小さい電気装置に配置でき、それにより装置が充電器の届かないバッテリを充電することを可能にし、バッテリ上の充電器コンタクトの必要性を省く。
従って、電気装置１６は再充電可能な内部バッテリ３０と、充電回路３２と、コントローラ３４とによって構成され、電気装置１６を充電器と電気的に相互接続するための手段は充電器１２によって提供される。内部バッテリ３０は、電気装置１６から離れて充電するために着脱式でもよい。電源の出力２４は、充電器１２を介して装置の充電回路３２に結合される。一方、充電回路は、バッテリを充電するために調整電流レベルを内部バッテリに供給する。充電回路３２は、バッテリの充電をいつ停止するのかを判定する装置のコントローラ３４に応答し、充電される特定のバッテリについて適切な電流出力レベルを充電回路が提供するように、充電回路３２を制御できる。バッテリの電圧は、電源１４から充電器１２を介して電源の入力にフィードバック電圧レベルとしてフィードバックされ、そのため必要最小限の電圧が電源によって供給される。
コントローラ３４は、内部充電回路３２を制御するだけでなく、他のシステム構成要素と通信するためにＲＳ−２３２，３線またはＳＣＳＩ(small computer system interface)などの通信バス３６に接続される。当技術分野で一般的なように、バス通信中にデータをラッチするため、バッファ３７が充電器１２に設けられる。特に、充電器１２の周辺ポート３８で接続される周辺装置２０と通信できる。周辺ポート３８は、周辺装置を充電器と電気的に相互接続するための手段である。このような周辺装置の例には、パーソナル・コンピュータや、ワイヤレス・ファックス・モデムがある。制御情報およびデータ情報の両方は、バス３６上で伝送できる。いくつかの周辺装置を、それぞれが固有のアドレスで、バスに並列に接続できる。
さらに、バッファは、通信プロトコルにおいて電圧の適切なシフトを行うために利用できる。デジタル・システムでは、５ボルトから３．３ボルトへと、低電圧化の傾向があるため、充電器はデジタル電圧レベルに関係なく他の装置と通信できることが好ましい。例えば、一連の電話番号を有するセルラ電話は３ボルト・システムであるかもしれない。電話番号をコンピュータに格納したいユーザは、電話を充電器に挿入し、適切なケーブルを介してコンピュータを充電器の周辺ポートに接続する。コンピュータはより高い電圧レベルで動作する可能性が高いので、バッファは通信装置間の両方向における適切なレベル・シフトを保証する。
システム１０の効用を最大限にするため、充電器１２は少なくとも一つの補助または外部バッテリ１８を再充電できることが好ましい。これは、外部バッテリ１８を機械的に受けて、充電器を外部バッテリ１８と電気的に相互接続するための外部バッテリ・ポート３９を設けることによって達成される。外部バッテリ１８の充電を達成するためには、充電器１２は電流レギュレータ４０，制御回路４２および少なくとも２つのスイッチ４４，４６を必要とする。制御回路４２は、命令セットを格納し、かつ消費者の手に渡ってから製品における変更を可能にするために、Motorola Inc.製のMC68HC05B6などのマイクロプロセッサと、ＥＰＲＯＭまたは他の不揮発性記憶装置とを好ましくは含む。電流レギュレータ４０は、線形タイプまたはスイッチド・モード・タイプのいずれでもよい。いずれのタイプも当技術分野で周知であり、それぞれの長短所について、特定の用途でどちらが適するかを判断する際にシステム１０の設計者は勘案しなければならない。電流レギュレータは、少なくとも一つのライン４８による電流調整レベルについて、制御回路４２によって制御される。このライン４８は、オン／オフ・タイプの制御または制御回路４２によって与えられる基準レベルのいずれでもよい。好ましくは、２つのラインが利用され、オン／オフ制御のためにライン４８が用いられ、基準レベルを与えるためにライン５０が用いられる。レギュレータ出力５２は外部バッテリ１８に供給され、それ以降に生成される電圧は、スイッチ４４を介してフィードバック電圧レベルとして電源入力２６にフィードバックされる。
スイッチ４４，４６は、システムが２つ以上のバッテリを充電できる場合に必要であり、好ましくはＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタ・スイッチである。電源の出力電圧レベルは、内部バッテリ３０または外部バッテリ１８であっても、充電される特定のバッテリによって供給されるフィードバック電圧によって決定される。そのため、充電される特定のバッテリのバッテリ電圧のみを、他のバッテリ電圧を除いて、電源の入力２６に供給すべきである。従って、制御回路４２は、どのバッテリが充電中であるのかを判定するためにシステムを監視し、適切なスイッチを閉にする。スイッチ４４またはスイッチ４６のいずれかが閉になり、他方が開になる。電気装置１６がシステムに初めて接続されるときに、充電器１２が外部バッテリを充電中であり、かつ装置１６の内部バッテリ３０が充電を必要とする場合、装置１６はこのことをバス３６または情報ライン２８などの独立したラインによって制御回路４２に通知する。このとき、制御回路はスイッチ４４をオフにし、スイッチ４６をオンにし、それにより装置１６が内部バッテリ３０を充電することを可能にする。装置１６の充電が完了すると、装置は制御回路にバス３６によって通知し、充電器は外部バッテリの充電を再開する。外部バッテリ１８は、充電器１２がバッテリ１８の温度を監視できるように、好ましくは温度指示信号５４を与える。さらに、バッテリ１８は、バッテリの容量およびバッテリの化学組成などのパラメータを指示するためにデータ信号５６を与えてもよい。
電源１４によって与えられる入力および出力のほかに、電源はさらに情報ライン２８を与えてもよい。このラインにより、システム構成要素は、とりわけシステム容量パラメータ、すなわち、電源の最大電流出力レベルを判定するために、電源１４に問い合わせることができる。この情報は、システム構成要素がどのように電力を分散させるのかを判定するのに役立つ。例えば、装置がバッテリを電流レベルｘで充電しており、この装置が電流レベルｙを必要とする他の動作を実行する必要があり、ここでｘ＋ｙが電源の最大電流出力レベルを超える場合、装置は他の動作を実行する際に充電回路を瞬間的に遮断する。このように、電源は任意の瞬間に最大電力を同時にすべてのシステム構成要素に供給する必要がないので、電源は小さく維持できる。この結果、ある種の電力配給(power rationing)ができる。
従って、本発明は、一つまたはそれ以上のバッテリを充電しながら、携帯電気装置を周辺装置に接続することを可能にするシステムを提供する。電気装置自体が充電制御回路を有するので、本発明はバッテリによって設けられるコンタクトの数を減らすことができ、それにより個別の充電器嵌合コンタクトの必要性を省く。構成要素間の通信を可能にすることにより、ある種の電力配給が実現でき、そのため電源を一般に必要とされる以上に小さくできる。
本発明の好適な実施例について図説したが、本発明はそれに制限されないことは明白である。請求の範囲によって定められる本発明の精神および範囲から逸脱せずに、さまざまな修正，変更，変形，置換および同等は当業者に想起される。
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