(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機器に取り付けられ、該電気機器に電力を供給するインテリジェント電池であって、
（イ）前記電池の充電量を積算する充電量積算手段と、
（ロ）前記電池の前記積算された充電量が１００％充電量である総容量に達する時にサイクルカウントを増大する手段と、
（ハ）前記電池の前記積算された充電量が１００％充電量である総容量に達したのち、前記電池が充電されることなく完全放電するまでの間の放電量を積算する完全放電量取得手段と、
（ニ）前記電池の保存に起因する容量劣化である保存劣化量を所定の時間毎に取得し前記サイクルカウントが増大するまで積算する保存劣化量取得手段であって、
前記電池における電池容量を取得する手段と、
前記電池の温度を取得する手段と、
取得された前記電池容量および前記温度に基づき、保存劣化テーブルから前記保存劣化量を取り出す手段と、
を備える保存劣化量取得手段と、
（ホ）前記電池の充放電に起因してサイクル毎に劣化する前記電池のサイクル劣化量と積算された前記保存劣化量とを、前記サイクルカウントの増大時に、前記１００％充電量である総容量から減算したものを新たな総容量とし、
前記完全放電量取得手段が前記放電量を取得した場合は、前記放電量を新たな総容量として、前記１００％充電量である総容量を補正する総容量補正手段と、
（ヘ）前記サイクルカウントが増大したのちに前記積算された充電量を、前記総容量の補正が行われたのちに前記積算された保存劣化量を、それぞれ初期化する手段と、
（ト）前記新たな総容量と前記電池の初期状態の総容量との比により定められる前記電池の劣化度を求める手段とを備えることを特徴とするインテリジェント電池。
【請求項２】
電力を消費する本体と該本体に対して電力を供給する電池とを備えた電気機器であって、
（Ａ）前記電気機器に取り付けられ、
（イ）前記電池の充電量を積算する充電量積算手段と、
（ロ）前記電池の前記積算された充電量が１００％充電量である総容量に達する時にサイクルカウントを増大する手段と、
（ハ）前記電池の前記積算された充電量が１００％充電量である総容量に達したのち、前記電池が充電されることなく完全放電するまでの間の放電量を積算する完全放電量取得手段と、
（ニ）前記電池の保存に起因する容量劣化である保存劣化量を所定の時間毎に取得し前記サイクルカウントが増大するまで積算する保存劣化量取得手段であって、
前記電池における電池容量を取得する手段と、
前記電池の温度を取得する手段と、
取得された前記電池容量および前記温度に基づき、保存劣化テーブルから前記保存劣化量を取り出す手段と、
を備える保存劣化量取得手段と、
（ホ）前記電池の充放電に起因してサイクル毎に劣化する前記電池のサイクル劣化量と積算された前記保存劣化量とを、前記サイクルカウントの増大時に、前記１００％充電量である総容量から減算したものを新たな総容量とし、
前記完全放電量取得手段が前記放電量を取得した場合は、前記放電量を新たな総容量として、
前記１００％充電量である総容量を補正する総容量補正手段と、
（ヘ）前記サイクルカウントが増大したのちに前記積算された充電量を、前記総容量の補正が行われたのちに前記積算された保存劣化量を、それぞれ初期化する手段と、
（ト）前記新たな総容量と前記電池の初期状態の総容量との比により定められる前記電池の劣化度を求める手段とを備えることを特徴とするインテリジェント電池と、
（Ｂ）前記劣化度を表示する手段とを備えることを特徴とする電気機器。
【請求項３】
電池の劣化度を求める方法であって、
（イ）前記電池の充電量を積算するステップと、
（ロ）前記電池の前記積算された充電量が１００％充電量である総容量に達する時にサイクルカウントを増大するステップと、
（ハ）前記電池の前記積算された充電量が１００％充電量である総容量に達したのち、前記電池が充電されることなく完全放電するまでの間の放電量を積算して完全放電量を取得するステップと、
（ニ）前記電池の保存に起因する容量劣化である保存劣化量を所定の時間毎に取得し前記サイクルカウントが増大するまで積算して保存劣化量を取得するステップであって、
前記電池における電池容量を取得するステップと、
前記電池の温度を取得するステップと、
取得された前記電池容量および前記温度に基づき、保存劣化テーブルから前記保存劣化量を取り出すステップと、
を含むステップと、
（ホ）前記電池の充放電に起因してサイクル毎に劣化する前記電池のサイクル劣化量と積算された前記保存劣化量とを、前記サイクルカウントの増大時に、前記１００％充電量である総容量から減算したものを新たな総容量とし、
前記完全放電量を取得するステップが前記放電量を取得した場合は、前記放電量を新たな総容量として、前記１００％充電量である総容量を補正するステップと、
（ヘ）前記サイクルカウントが増大したのちに前記積算された充電量を、前記総容量の補正が行われたのちに前記積算された保存劣化量を、それぞれ初期化するステップと、
（ト）前記新たな総容量と前記電池の初期状態の総容量との比により定められる前記電池の劣化度を求めるステップとを含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充放電を繰り返して使用可能な電池を受け入れ得る電気機器等に係り、より詳しくは、電池の容量劣化に対応可能な電気機器等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ノート型パーソナルコンピュータ(ノートＰＣ)に代表される情報端末機器や、ＰＤＡ(Personal Digital Assistant)、ＭＤ(Mini Disc)装置、ビデオカメラ等の各種電気機器では、商用電源から直接電力を供給する場合の他、充放電を繰り返しながら何度も使用できる電池(蓄電池、バッテリ)からの電力供給が行われている。この電池としては、比較的容量も大きく、価格も安いニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池(ニッカド電池)が採用されている。また、ニッケルカドミウム電池に比べて単位重量あたりのエネルギ密度の高いリチウムイオン電池、液体の電解質を利用せずに固体のポリマーを用いるリチウムポリマー電池などが存在する。
【０００３】
このニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池等に代表される電池では、電池が寿命に達すると、電池の動作時間が短くなることから、この電池の寿命を正確に知りたい、という顧客(ユーザ)からの要望が強い。このために、従来の電化製品では、電池の電圧、電流、容量(％)などのデータを表示することにより、ユーザに電池の交換時期を促すように構成されたものが存在している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の表示である電池の電圧、電流、容量(％)は、あくまでも基本データであり、この基本データからユーザが電池の不具合の有無や電池の交換時期を正確に判断することは困難である。
【０００５】
また、電池の劣化を知るものとしては、Full Charge Capacity(総容量)がある。この電池におけるFull Charge Capacityの変化を把握することで電池の劣化度を知ることが可能である。しかしながら、従来では、電池を１００％充電した後、容量がほぼ０％(例えば３％)になるまで完全放電が行われないとFull Charge Capacityを正確に把握することができなかった。即ち、充電を行い完全に放電しないと正確な劣化度を把握することはできず、例えば１つの機器における電池の劣化度を知るのに半日程度を要してしまい、時間と手間が非常に多くかかってしまう。
【０００６】
また、このFull Charge Capacityを把握して電池の劣化度をユーザに知らせようとした場合であっても、通知する直近に完全放電が行われていないと正確な劣化度を知らせることができない。ユーザが完全放電をすることは稀であるので、正確な劣化度を得るために、ユーザに１００％充電および完全放電を促すことが必要になるが、劣化度を測定するために完全放電をしなければならないとすると、装置の使い勝手が非常に悪いものとなる。
【０００７】
本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであり、電池を備える機器にて、電池の劣化度を簡易に検出することにある。
また他の目的は、判断された電池の劣化度をユーザに対してタイムリーに知らせることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的のもと、本発明は、電力を消費する本体とこの本体に対して電力を供給する電池とを備えた電気機器であって、電池の充放電に起因する容量劣化であるサイクル劣化を把握するサイクル劣化把握手段と、電池の保存に起因する容量劣化である保存劣化を把握する保存劣化把握手段とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
ここで、このサイクル劣化把握手段により把握されたサイクル劣化および保存劣化把握手段により把握された保存劣化に基づいて電池の劣化度を認識する劣化度認識手段と、この劣化度認識手段により認識された劣化度を表示する劣化度表示手段とを更に備えたことを特徴とすれば、ユーザに対して正しい電池の取り扱いを促すことができる点で好ましい。
【００１０】
また、本発明が適用される電気機器は、電力を消費する本体と、この本体に対して電力を供給する電池とを備え、この電池は、自己の総容量(Full Charge Capacity)の値が完全放電に際して更新されると共に、電池の放置状態に起因して自己の総容量(Full Charge Capacity)の値が更新されることを特徴としている。ここで、完全放電とは、完全に０％である場合だけではなく、ほぼ０％、また、０％程度と効果上で同等と考えられるレベル(例えば３％等)を含むものである。
【００１１】
更に他の観点から把えると、本発明は、充放電を行う電池を装着し、電池からシステム本体に対して電力の供給を行うコンピュータ装置であって、この電池は、自己の電池電圧を測定する電圧測定回路と、自己の充放電電流を測定する電流測定回路と、自己の温度を測定する温度測定回路と、電圧測定回路により測定される電池電圧、電流測定回路により測定される充放電電流、および温度測定回路により測定される温度を定期的に読み込んで容量劣化を管理するＣＰＵとを備え、システム本体は、電池のＣＰＵから容量劣化に関する情報を受信するコントローラを備えることを特徴としている。
【００１２】
また、本発明が適用されるコンピュータ装置は、電池に固有な保存劣化特性に関する情報を格納する格納手段と、単位時間ごとに電池の電池容量を取得する電池容量取得手段と、単位時間ごとに電池の温度を取得する電池温度取得手段と、取得された電池容量と取得された温度とに対応する保存劣化量を格納手段に格納された保存劣化特性に関する情報に基づいて取得する保存劣化量取得手段とを備えたことを特徴している。
【００１３】
ここで、この保存劣化量取得手段により取得された保存劣化量に基づいて電池の総容量(Full Charge Capacity)を補正するＦＣＣ補正手段を更に備えたことを特徴とすれば、完全放電を実行しない場合であっても総容量を補正することができる。
【００１４】
また、本発明が適用されるコンピュータ装置は、電池に対する充放電が行われていない放置状態によって変化する電池の容量に関する情報を取得する情報取得手段と、この情報取得手段により取得された容量に関する情報に基づき、電池の劣化度に関する情報等の所定の情報を表示する表示手段とを備えたことを特徴としている。
【００１５】
一方、本発明は、電気機器に取り付けられ、この電気機器に電力を供給するインテリジェント電池であって、自己の充放電に起因する容量劣化であるサイクル劣化を把握するサイクル劣化把握手段と、自己の保存に起因する容量劣化である保存劣化を把握する保存劣化把握手段と、このサイクル劣化把握手段により把握されたサイクル劣化および保存劣化把握手段により把握された保存劣化により、自己の総容量(Full Charge Capacity)の値を補正する補正手段と、この補正手段により補正された総容量(Full Charge Capacity)の値に基づいて電池の劣化度を算出する劣化度算出手段を備えたことを特徴としている。
【００１６】
また、本発明が適用されるインテリジェント電池は、初期状態または設計値における自己の総容量(Full Charge Capacity)の値を格納する初期値格納手段と、自己の放置状態に起因して自己の総容量(Full Charge Capacity)の値を更新するＦＣＣ更新手段と、初期値格納手段により格納されている総容量(Full Charge Capacity)の値とＦＣＣ更新手段により更新された総容量(Full Charge Capacity)の値とに基づいて劣化度を測定する劣化度測定手段とを備えたことを特徴としている。
【００１７】
尚、本発明は、電池の総容量(Full Charge Capacity)を補正する総容量補正方法として把えることができる。即ち、本発明が適用される総容量補正方法は、電池における電池容量を取得し、電池に対する温度を取得し、取得される電池容量および温度に基づき予め求められている保存劣化特性から保存劣化量を取得し、取得された保存劣化量に基づいて総容量(Full Charge Capacity)を補正することを特徴としている。また、電池に対する充電量を積算し、積算された充電量が把握している総容量(Full Charge Capacity)に達したか否かを判断し、総容量(Full Charge Capacity)に達した場合にサイクルカウントを繰り上げ、サイクル劣化に基づく劣化量を補正して新たな総容量(Full Charge Capacity)を算出することを特徴としている。
【００１８】
また、本発明は、電池の劣化量を認識する劣化量認識方法として把握することができる。この劣化量認識方法は、電池の充放電に起因する容量劣化であるサイクル劣化を把握し、電池の保存に起因する容量劣化である保存劣化を把握し、把握されるサイクル劣化および保存劣化に基づいて電池の劣化量を認識することを特徴としている。
【００１９】
尚、これらの発明は、充放電により電力を供給する電池を装着できるコンピュータにて実行されるプログラムとして特定することができる。このプログラムとしては、コンピュータに上記の各機能を実現させるものであれば足りる。このプログラムの提供方法としては、例えばＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に格納されたプログラムを、例えばＣＤ−ＲＯＭドライブ等の記憶媒体の読取部で読み取る形態が考えられる。また、プログラム伝送装置からインターネット等のネットワークを介してコンピュータにインストールされる形態も考えられる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態が適用されるコンピュータシステム１０のハードウェア構成を示した図である。このコンピュータシステム１０を備えるコンピュータ装置は、例えば、ＯＡＤＧ(Open Architecture Developer's Group)仕様に準拠して、所定のＯＳ(オペレーティングシステム)を搭載したノートブックＰＣ(ノートブック型パーソナルコンピュータ)として構成されている。
【００２１】
図１に示すコンピュータシステム１０において、ＣＰＵ１１は、コンピュータシステム１０全体の頭脳として機能し、ＯＳの制御下で各種プログラムを実行している。ＣＰＵ１１は、システムバスであるＦＳＢ(Front Side Bus)１２、高速のＩ/Ｏ装置用バスとしてのＰＣＩ(Peripheral Component Interconnect)バス２０、低速のＩ/Ｏ装置用バスとしてのＩＳＡ(Industry Standard Architecture)バス４０という３段階のバスを介して、各構成要素と相互接続されている。このＣＰＵ１１は、キャッシュメモリにプログラム・コードやデータを蓄えることで、処理の高速化を図っている。近年では、ＣＰＵ１１の内部に１次キャッシュとして１２８Ｋバイト程度のＳＲＡＭを集積させているが、容量の不足を補うために、専用バスであるＢＳＢ(Back Side bus)１３を介して、５１２Ｋ〜２Ｍバイト程度の２次キャッシュ１４を置いている。尚、ＢＳＢ１３を省略し、ＦＳＢ１２に２次キャッシュ１４を接続して端子数の多いパッケージを避けることで、コストを低く抑えることも可能である。
【００２２】
ＦＳＢ１２とＰＣＩバス２０は、メモリ/ＰＣＩチップと呼ばれるＣＰＵブリッジ(ホスト−ＰＣＩブリッジ)１５によって連絡されている。このＣＰＵブリッジ１５は、メインメモリ１６へのアクセス動作を制御するためのメモリコントローラ機能や、ＦＳＢ１２とＰＣＩバス２０との間のデータ転送速度の差を吸収するためのデータバッファ等を含んだ構成となっている。メインメモリ１６は、ＣＰＵ１１の実行プログラムの読み込み領域として、あるいは実行プログラムの処理データを書き込む作業領域として利用される書き込み可能メモリである。例えば、複数個のＤＲＡＭチップで構成され、例えば６４ＭＢを標準装備し、３２０ＭＢまで増設することが可能である。この実行プログラムには、ＯＳや周辺機器類をハードウェア操作するための各種ドライバ、特定業務に向けられたアプリケーションプログラム、後述するフラッシュＲＯＭ４４に格納されたＢＩＯＳ(Basic Input/Output System：基本入出力システム)等のファームウェアが含まれる。
【００２３】
ビデオサブシステム１７は、ビデオに関連する機能を実現するためのサブシステムであり、ビデオコントローラを含んでいる。このビデオコントローラは、ＣＰＵ１１からの描画命令を処理し、処理した描画情報をビデオメモリに書き込むと共に、ビデオメモリからこの描画情報を読み出して、液晶ディスプレイ(ＬＣＤ)１８に描画データとして出力している。
【００２４】
ＰＣＩバス２０は、比較的高速なデータ転送が可能なバスであり、データバス幅を３２ビットまたは６４ビット、最大動作周波数を３３ＭＨｚ、６６ＭＨｚ、最大データ転送速度を１３２ＭＢ/秒、５２８ＭＢ/秒とする仕様によって規格化されている。このＰＣＩバス２０には、Ｉ/Ｏブリッジ２１、カードバスコントローラ２２、オーディオサブシステム２５、ドッキングステーションインターフェース(Dock Ｉ/Ｆ)２６、miniＰＣＩコネクタ２７が夫々接続されている。
【００２５】
カードバスコントローラ２２は、ＰＣＩバス２０のバスシグナルをカードバススロット２３のインターフェースコネクタ(カードバス)に直結させるための専用コントローラであり、このカードバススロット２３には、ＰＣカード２４を装填することが可能である。ドッキングステーションインターフェース２６は、コンピュータシステム１０の機能拡張装置であるドッキングステーション(図示せず)を接続するためのハードウェアである。ドッキングステーションにノートＰＣがセットされると、ドッキングステーションの内部バスに接続された各種のハードウェア要素が、ドッキングステーションインターフェース２６を介してＰＣＩバス２０に接続される。また、miniＰＣＩコネクタ２７には、ミニＰＣＩ(miniＰＣＩ)カード２８が接続される。
【００２６】
Ｉ/Ｏブリッジ２１は、ＰＣＩバス２０とＩＳＡバス４０とのブリッジ機能を備えている。また、ＤＭＡコントローラ機能、プログラマブル割り込みコントローラ(ＰＩＣ)機能、プログラマブル・インターバル・タイマ(ＰＩＴ)機能、ＩＤＥ(Integrated Device Electronics)インターフェース機能、ＵＳＢ(Universal Serial Bus)機能、ＳＭＢ(System Management Bus)インターフェース機能を備えると共に、リアルタイムクロック(ＲＴＣ)を内蔵している。
【００２７】
ＤＭＡコントローラ機能は、ＦＤＤ等の周辺機器とメインメモリ１６との間のデータ転送をＣＰＵ１１の介在なしに実行するための機能である。ＰＩＣ機能は、周辺機器からの割り込み要求(ＩＲＱ)に応答して、所定のプログラム(割り込みハンドラ)を実行させる機能である。ＰＩＴ機能は、タイマ信号を所定周期で発生させる機能である。また、ＩＤＥインターフェース機能によって実現されるインターフェースは、ＩＤＥハードディスクドライブ(ＨＤＤ)３１が接続される他、ＣＤ−ＲＯＭドライブ３２がＡＴＡＰＩ(AT Attachment Packet Interface)接続される。このＣＤ−ＲＯＭドライブ３２の代わりに、ＤＶＤ(Digital Versatile Disc)ドライブのような、他のタイプのＩＤＥ装置が接続されても構わない。ＨＤＤ３１やＣＤ−ＲＯＭドライブ３２等の外部記憶装置は、例えば、ノートＰＣ本体内の「メディアベイ」または「デバイスベイ」と呼ばれる収納場所に格納される。これらの標準装備された外部記憶装置は、ＦＤＤや電池パックのような他の機器類と交換可能かつ排他的に取り付けられる場合もある。
【００２８】
また、Ｉ/Ｏブリッジ２１にはＵＳＢポートが設けられており、このＵＳＢポートは、例えばノートＰＣ本体の壁面等に設けられたＵＳＢコネクタ３０と接続されている。更に、Ｉ/Ｏブリッジ２１には、ＳＭバスを介してＥＥＰＲＯＭ３３が接続されている。このＥＥＰＲＯＭ３３は、ユーザによって登録されたパスワードやスーパーバイザーパスワード、製品シリアル番号等の情報を保持するためのメモリであり、不揮発性で記憶内容を電気的に書き換え可能とされている。
【００２９】
更にまた、Ｉ/Ｏブリッジ２１は、電源回路５０に接続されている。電源回路５０は、例えばＡＣ１００Ｖの商用電源に接続されてＡＣ/ＤＣ変換を行うＡＣアダプタ５１、バッテリ(２次電池)としてのインテリジェント電池５２、このインテリジェント電池５２を充電すると共にＡＣアダプタ５１やインテリジェント電池５２からの電力供給経路を切り換えるバッテリ切換回路５４、およびコンピュータシステム１０で使用される＋１５Ｖ、＋５Ｖ、＋３.３Ｖ等の直流定電圧を生成するＤＣ/ＤＣコンバータ(ＤＣ/ＤＣ)５５等の回路を備えている。
【００３０】
一方、Ｉ/Ｏブリッジ２１を構成するコアチップの内部には、コンピュータシステム１０の電源状態を管理するための内部レジスタと、この内部レジスタの操作を含むコンピュータシステム１０の電源状態の管理を行うロジック(ステートマシン)が設けられている。このロジックは、電源回路５０との間で各種の信号を送受し、この信号の送受により、電源回路５０からコンピュータシステム１０への実際の給電状態を認識する。電源回路５０は、このロジックからの指示に応じて、コンピュータシステム１０への電力供給を制御している。
【００３１】
ＩＳＡバス４０は、ＰＣＩバス２０よりもデータ転送速度が低いバスである(例えば、バス幅１６ビット、最大データ転送速度４ＭＢ/秒)。このＩＳＡバス４０には、ゲートアレイロジック４２に接続されたエンベデッドコントローラ４１、ＣＭＯＳ４３、フラッシュＲＯＭ４４、SuperＩ/Ｏコントローラ４５が接続されている。更に、キーボード/マウスコントローラのような比較的低速で動作する周辺機器類を接続するためにも用いられる。このSuperＩ/Ｏコントローラ４５にはＩ/Ｏポート４６が接続されており、ＦＤＤの駆動やパラレルポートを介したパラレルデータの入出力(ＰＩＯ)、シリアルポートを介したシリアルデータの入出力(ＳＩＯ)を制御している。
【００３２】
エンベデッドコントローラ４１は、図示しないキーボードのコントロールを行うと共に、電源回路５０に接続されて、内蔵されたパワー・マネージメント・コントローラ(ＰＭＣ：Power Management Controller)によってゲートアレイロジック４２と共に電源管理機能の一部を担っている。
【００３３】
次に、本実施の形態の特徴的な構成である電源供給システムについて説明する。
図２は、この電源供給システムの回路構成を示した図である。この電源供給システムは、図１に示した電源回路５０にエンベデッドコントローラ４１やＡＣアダプタ電力停止回路８０等を加えてシステムを構成している。
【００３４】
この図２に示す電源供給システムでは、商用電源に接続される電源供給装置であるＡＣアダプタ５１、例えば充放電を繰り返して使用されるリチウムイオン電池等からなる２次電池でＳＢＳ(Smart Battery System)に準拠したインテリジェント電池５２が含まれている。このＡＣアダプタ５１およびインテリジェント電池５２からの電力は、図１に示したＤＣ/ＤＣコンバータ５５を経由してコンピュータシステム１０の本体回路へ出力される。
【００３５】
また、図２に示す電源供給システムでは、本体システム側として、インテリジェント電池５２とコミュニケーションライン７４を介して通信を行うエンベデッドコントローラ４１の他、過放電時に電圧を測定してエンベデッドコントローラ４１に通知する電圧測定回路７５、過放電時にインテリジェント電池５２が接続されたか否かを確認する電池接続確認端子７６が示されている。更に、インテリジェント電池５２のリフレッシュを行うためのＡＣアダプタ電力停止回路８０、ＡＣアダプタ５１からの電源供給とインテリジェント電池５２からの電源供給とが衝突しないように整流するための第１ダイオード(Ｄ１)７７、および第２ダイオード(Ｄ２)７８を備えている。
【００３６】
尚、電源供給装置であるＡＣアダプタ５１は、例えばノートＰＣ等の電気機器では、本体(内部)システムであるコンピュータシステム１０を内蔵する機器の外部に設けられるのが一般的であるが、電気機器の筐体内部に設けられる場合もある。本体システムとしては、例えばケーブルのコネクタを挿脱着可能なインレットが設けられる構成が考えられる。このインレットは、例えばＡＣアダプタ５１が外部にある場合にはＡＣアダプタ５１に接続されたケーブルから出るコネクタを挿脱着可能に構成され、例えばＡＣアダプタ５１が本体システムの内部にある場合には、商用電源から直接接続されるコネクタを挿脱着可能に構成される。また、インテリジェント電池５２は、電池パックとして本体システムに対して取り外しが自由であるものの他、電気機器の筐体内部に設けられる場合もある。
【００３７】
次に、インテリジェント電池５２の内部構成について説明する。図２に示すように、インテリジェント電池５２は、充放電が行われる電池として複数の単セルからなるセル６１、インテリジェント電池５２を制御すると共にエンベデッドコントローラ４１とコミュニケーションライン７４を介して通信を行うＣＰＵ６２、インテリジェント電池５２から充放電される電流値を求める電流測定回路６３、セル６１の電圧を求める電圧測定回路７０、およびセル６１の温度を測定する温度測定回路９０を備えている。セル６１は、例えば２並列３直列(１.８Ａｈ/セル)の６セルで構成されるリチウムイオン組電池である。
【００３８】
このインテリジェント電池５２の内部に搭載されたＣＰＵ６２は、電流測定回路６３、電圧測定回路７０から入力された測定結果であるアナログ信号を、その内部でＡ/Ｄ(Analog to Digital)変換し、例えば電池の容量等、電池に関わる情報を把握している。把握された電池に関わる情報は、通信経路であるコミュニケーションライン７４を介し、例えばＳＢＳのプロトコルによってシステム側のエンベデッドコントローラ４１に送信している。
【００３９】
電流測定回路６３では、まず、セル６１から流れる電流Ｉによって、抵抗(ＲＳ)６４の両端に電圧Ｉ×ＲＳの電位差が発生する。この電圧は、オペアンプ(ＡＭＰ１)６５によって差動増幅される。また、オペアンプ(ＡＭＰ２)６６とトランジスタ６８によって、オペアンプ(ＡＭＰ１)６５の出力電圧に比例する電流Ｉ１が抵抗(Ｒ１)６７を流れる。最終的にインテリジェント電池５２の電流Ｉの値は、抵抗(Ｒ２)６９に発生する電圧Ｉ１×Ｒ２に変換することができる。この電圧(Ｉ１×Ｒ２)はＣＰＵ６２のＡ/Ｄ＃２ポートに出力され、ＣＰＵ６２にてＡ/Ｄ変換される。
【００４０】
また、電圧測定回路７０では、インテリジェント電池５２の電圧が測定される。具体的には、インテリジェント電池５２におけるセル６１の電圧がオペアンプ(ＡＭＰ３)７１によって差動増幅して変換され、一旦、低い電圧に落とされた後にＣＰＵ６２のＡ/Ｄ＃１ポートに渡され、ＣＰＵ６２にてＡ/Ｄ変換される。
【００４１】
温度測定回路９０では、図２に示すように、レジスタで分圧されたサーミスタ(サーマルセンサ)９１をセル６１の近傍に配置し、サーミスタ９１に発生する電圧がＣＰＵ６２のＡ/Ｄ＃３ポートに渡される。このように、サーミスタ９１からの電圧がＣＰＵ６２によって定期的に読み込まれ、ＣＰＵ６２にてＡ/Ｄ変換されて温度が測定される。これにより、インテリジェント電池５２では、電池内部の温度情報が定期的に把握される。
【００４２】
ＣＰＵ６２では、このようにして、電流測定回路６３により測定される充放電電流、電圧測定回路７０により測定される電池電圧、温度測定回路９０から得られる温度情報が定期的に読み込まれ、インテリジェント電池５２(セル６１)の容量が管理される。また、ＣＰＵ６２は、通信機能を使用し、コミュニケーションライン７４を介してエンベデッドコントローラ４１へ電池に関わるデータを送信している。エンベデッドコントローラ４１は、把握された電池の状態に基づいて、ＡＣアダプタ電力停止回路８０によりＡＣアダプタ５１からの電力供給を停止する等の制御が実行される。
【００４３】
ここで、電池容量は、電流積算(ＡＨ)、または電力積算(ＷＨ)を行うことによって管理することができる。ＡＨ単位で管理する場合には、基本的に電流測定回路６３により測定される電流値だけで電池の容量を管理することが可能である。一方、ＷＨ単位で管理する場合には、電流測定回路６３により測定される電流値だけではなく、電圧測定回路７０により測定される電池電圧も用いて電池容量が管理される。電流測定回路６３により測定される電流値としては、インテリジェント電池５２(セル６１)からの放電電流および充電電流が使用される。
【００４４】
尚、図２では、例えば電池パックの内部にＣＰＵ６２を備えるインテリジェント電池５２にて、このインテリジェント電池５２のＣＰＵ６２によって電池容量等が把握されるように構成されている。しかしながら、このインテリジェント電池５２の代わりに、内部にＣＰＵ６２を有していないダム電池を用いることもできる。かかる場合には、本体のシステム側(システム内部)に、ダム電池の充放電電流を測定する電流測定回路や、ダム電池の電圧を測定する電圧測定回路を設け、エンベデッドコントローラ４１によって電池容量等のダム電池の状態を把握するように構成すれば良い。
【００４５】
次に、ＡＣアダプタ電力停止回路８０について説明する。
このＡＣアダプタ電力停止回路８０は、ＡＣアダプタ５１から供給される電源を停止する機能を備えている。本体システムであるコンピュータシステム１０では、第１ダイオード７７および第２ダイオード７８によって、ＡＣアダプタ５１と２次電池であるインテリジェント電池５２との間で電圧値の高い方から本体回路側に電力が供給できるように構成されている。ＡＣアダプタ５１が接続されている場合には、通常、ＡＣアダプタ５１側の電圧値の方がインテリジェント電池５２側の電圧よりも高いことから、第１ダイオード７７を経由してＡＣアダプタ５１側から本体回路に対して電源が供給される。
【００４６】
ここでは、２次電池であるインテリジェント電池５２にてメモリ効果が生じた場合等に、接続されているＡＣアダプタ５１側からの電源供給をＡＣアダプタ電力停止回路８０によって停止させて、インテリジェント電池５２による完全放電を可能としている。即ち、２次電池であるインテリジェント電池５２の完全放電を実行したい場合には、エンベデッドコントローラ４１からハイ(Ｈｉｇｈ)の信号がＡＣアダプタ電力停止回路８０に供給される。ＡＣアダプタ電力停止回路８０の第１トランジスタ(ＴＲ１)８２は、ハイの信号を受けてオン(ＯＮ)される。この第１トランジスタ８２のオンにより第２トランジスタ(ＴＲ２)８３がオフ(ＯＦＦ)となり、ＦＥＴ(ＦＥＴ１)８１がオフとなる。これによって、ＡＣアダプタ５１からの供給が停止され、第１ダイオード７７への電力供給が停止されて、第２ダイオード７８を経由するインテリジェント電池５２側から本体回路に対して電力を供給することが可能となる。
【００４７】
次に、本実施の形態における電池の劣化度の測定について説明する。
電池の劣化は、基本的には、「現在の電池の総容量」と「電池の初期状態の総容量」の比率で求めることができる。この「現在の電池の総容量」はFull Charge Capacity(総容量：ＦＣＣ)であり、「電池の初期状態の総容量」は、設計上の容量(Design Capacity)、またはメモリに保存した初期状態のFull Charge Capacityとして把握できる。その結果、電池の劣化度は、下記の(１)式または(２)式により求めることができる。
(Full Charge Capacity÷Design Capacity)×１００ [％] …(１)
(Full Charge Capacity÷メモリに保存した初期状態のFull Charge Capacity)×１００ [％] …(２)
【００４８】
ところが、Full Charge Capacityは、容量がほぼ０％程度(例えば３％)になるまで完全放電が行われないと更新(学習)がなされず、正確な値になることはなかった。本実施の形態では、完全放電を実施しなくとも、Full Charge Capacityの自動補正を電池パック内部(インテリジェント電池５２)で実施し、ユーザの求めに応じて直ちに電池の劣化度を表示できるように構成した。そのために、完全放電による容量学習に加え、サイクル劣化の処理と、保存劣化の処理を加え、これらによるFull Charge Capacityの自動更新機能を備えている。
【００４９】
ここで、まず、サイクル劣化の処理について説明する。
図３は、サイクル劣化を補正する処理を示したフローチャートである。インテリジェント電池５２のＣＰＵ６２では、まず、ＣＰＵ６２内部のメモリ(図示せず)に記憶されている充電量の初期化がなされ、充電量のサイクルカウンタがイニシャライズされる(ステップ１０１)。その後、充電があったか否かが判断され(ステップ１０２)、充電がなければ充電を待ち、充電があれば充電量が積算される(ステップ１０３)。
【００５０】
次に、積算した充電量の全体がFull Charge Capacityに達したか否か(ＦＣＣ以上か否か)が判断される(ステップ１０４)。Full Charge Capacityに達していない場合には、ステップ１０２に戻る。積算した充電量がFull Charge Capacity(１００％充電量)に達した場合には、サイクルカウントを１増やし(ステップ１０５)、新たなFull Charge Capacityとして、
Full Charge Capacity−Design Capacity×０.５/５００
が導入されて(ステップ１０６)、ステップ１０１に戻る。
【００５１】
このステップ１０６における式は、所定の温度環境(例えば２５℃環境と４５℃環境)にて充放電を５００回繰り返した場合に、電池の容量にして約５０％の容量劣化が発生することを意味している。これは、発明者等による測定により、容量劣化がサイクル数にほぼ比例して大きくなること、および、環境温度による差異が殆どないことが判明しており、これらの結果から、環境温度に関わらずサイクル毎に劣化する容量が下記の(３)式に基づくことによる。
劣化容量＝Design Capacity×０.５/５００  [ｍＡｈ or ｍＷｈ]  …(３)
【００５２】
このように、本実施の形態におけるサイクル劣化を補正する処理では、サイクル数のカウントは充電量のみを積算し、１００％の充電量になったら１カウントと見なし、サイクルカウントを１増やすと同時に、上記(３)式によって求められる劣化容量をFull Charge Capacityから減算している。
【００５３】
次に、保存劣化の処理について説明する。
図４は、リチウムイオン電池の保存劣化特性を示した図である。ここでは、横軸に保存時間(ヶ月：month)を、縦軸に劣化度(％)を示し、環境温度４０℃において、各容量における電池の保存劣化度を示している。ここでは、各容量として、２０％おきに、０％〜１００％までの６通りのデータが示されている。図４に示されるように、電池の保存劣化度は、各電池の残容量に依存していることが解る。実際には、この図４に示すような保存劣化特性図を各環境温度ごとに用意することになる。この図４から理解できるように、温度、残容量が決定すると単位時間あたりの劣化量はほぼ固定することができる。
【００５４】
図５は、作成される保存劣化テーブルの例を示した図である。図５に示すような保存劣化テーブルは、例えばインテリジェント電池５２のＣＰＵ６２に格納され、ＣＰＵ６２にて残容量の補正が実行される。但し、本体システム側のエンベデッドコントローラ４１でテーブルを備えて補正を行うことも可能である。この図５では、温度４０℃の環境下において、１０％毎の残容量に対する単位時間あたりの保存劣化量(単位ｍＡｈ)が示されている。本実施の形態では、このような単位時間(例えば１時間)あたりの保存劣化テーブルを作成し、作成された保存劣化テーブルを参照して保存劣化のFull Charge Capacity補正を行っている。
【００５５】
尚、テーブルの取り扱いとしては、例えば、１０℃よりも小さい場合、１０℃以上２０℃より小さい場合、２０℃以上３０℃より小さい場合、３０℃以上４０℃より小さい場合、４０℃以上５０℃よりも小さい場合、５０℃以上の場合等に分けて、テーブル情報から保存劣化量(単位ｍＡｈ)が得られる。また、図５に示すテーブルの値から線形補間等を行って、測定される温度に対する保存劣化量を計算により求めることも可能である。
【００５６】
図６は、保存劣化を補正する処理を示したフローチャートである。インテリジェント電池５２のＣＰＵ６２では、まず、保存劣化カウンタの初期化がなされる(ステップ２０１)。そして、単位時間として、例えば１時間が経過したか否かが判断される(ステップ２０２)。次に、電流測定回路６３からの充放電電流、電圧測定回路７０からの出力電圧等に基づいて電池容量が取得され(ステップ２０３)、また、温度測定回路９０から電池温度が取得される(ステップ２０４)。この取得された電池容量と電池温度を用いて、図５に示したような保存劣化テーブルから保存劣化量が取得される(ステップ２０５)。
【００５７】
この保存劣化量が取得されると、ＣＰＵ６２では、保存劣化カウンタの更新がなされる(ステップ２０６)。その後、サイクル数が増加したか否かが判断され(ステップ２０７)、サイクル数が増加していない場合には、ステップ２０２に戻り、サイクル数が増加した場合には、現状のFull Charge Capacityに取得された保存劣化量を差し引いたものを新たなFull Charge Capacityとして処理が終了し(ステップ２０８)、ステップ２０１に戻る。即ち、保存劣化量を積算していき、サイクルカウントが１増えた時点で、減算している。尚、ステップ２０７におけるサイクル数が増加したか否かの判断の代わりに、ある時点から所定のタイミングに基づいて保存劣化量を取得するように構成することができる。また、保存劣化量の取得は、図５に示したような保存劣化テーブルから取得するように示したが、図４に示したような保存劣化度を示す近似式から算出するように構成することも可能である。このように、本実施の形態では、サイクル劣化の減算と同時に保存劣化量もFull Charge Capacityから減算している。
【００５８】
次に、完全放電に基づく容量学習によるFull Charge Capacity更新の処理について説明する。
図７は、容量学習によるFull Charge Capacity更新のフローを示した図である。まず、１００％充電がなされたか否かが判断され(ステップ３０１)、１００％充電がなされていなければ待機し、なされた場合には放電量の初期化がなされる(ステップ３０２)。その後、放電の有無が判断され(ステップ３０３)、放電である場合にはステップ３０５へ移行し、放電でない場合には充電の有無が判断される(ステップ３０４)。充電である場合には、ステップ３０１に戻って１００％充電の有無が判断され、充電でない場合には、ステップ３０５へ移行する。
【００５９】
ステップ３０５では、放電量の積算がなされ、積算される放電量により容量が０％になったか否かが判断される(ステップ３０６)。この判断では、必ずしも完全に容量が０％になったか否かではなく、ほぼ０％程度(例えば３％)として、その作用効果から完全放電と見なせる状態か否かで判断される。ステップ３０６で容量０％でない場合にはステップ３０３に戻り、容量０％である場合には、ステップ３０５で算出された積算放電量をFull Charge Capacityとし(ステップ３０７)、ステップ３０１に戻る。
【００６０】
このように、本実施の形態では、図３を用いて説明したサイクル劣化の補正、および図４〜図６を用いて説明した保存劣化による補正をFull Charge Capacityに適用し、サイクルカウントが増すごとにFull Charge Capacityの更新を行うように構成した。この結果、完全放電を実施しなくても電池は常に高精度のFull Charge Capacity値を保持することができ、ユーザは、即座に電池の劣化度を得ることができる。尚、完全放電が実施された場合には、図７にて説明したように電流値測定に基づく正確な容量でFull Charge Capacityが更新される。
【００６１】
このようにして、インテリジェント電池５２のＣＰＵ６２で把握されたFull Charge Capacityのデータは、エンベデッドコントローラ４１からのコマンドが送られることにより、ＣＰＵ６２からエンベデッドコントローラ４１に送られる。このデータは、例えばｍＡｈ単位、または１０ｍＷｈ単位である。どちらの単位で送られるかは、インテリジェント電池５２に対してエンベデッドコントローラ４１から送られるコマンドによって区別される。また、Full Charge Capacityのデータは、Ｗｏｒｄ(２bytes)で、符号無し整数(unsigned integer)である。ｍＡｈ単位なら０−６５５３５ｍＡｈまでのデータ、１０ｍＷｈ単位なら０−６５５３５０ｍＷｈまでのデータを送ることができる。
【００６２】
図８は、電池診断プログラムによる電池の劣化度の表示例を示した図である。このような劣化度の情報は、エンベデッドコントローラ４１から情報を得たユーティリティプログラムの実行により、例えば図１に示した液晶ディスプレイ(ＬＣＤ)１８に対して表示される。図８に示す表示例では、４８サイクルの充放電が行われた電池の例が示されている。初期の容量１００％に対して５％容量が劣化し、Full Charge Capacityが初期容量の９５％になっている。例えばFull Charge Capacityが５１〜１００％の場合には電池を交換する必要がないので緑色のグラフで表示し、Full Charge Capacityが３１〜５０％の場合には電池の交換時期を示す黄色で表示し、Full Charge Capacityが０〜３０％の場合には、ローバッテリハイバネーションなどの機能上の不具合を発生する可能性があるので赤色で表示する等、例えば段階的、連続的にカラー表示を施すことも可能である。この結果、ユーザは、視覚的に電池の劣化度、電池の交換時期を知ることができる。尚、電池の保証期間は、通常購入から１年間であるが、正常な電池は１年使用しても容量が初期容量の７０％以下になることはない。従って、保証期間内であれば、電池の交換をユーザに促すような表示にはならない。
【００６３】
ここで、ローバッテリハイバネーション機能は、バッテリ(インテリジェント電池５２)が所定の下限容量に達した場合に、ＰＣ動作中の各種ステータスを強制的にディスクに退避させる機能である。通常はバッテリが下限容量に達しても、バッテリに残余の電力を使用し、ディスクを動作させ、必要な退避動作を完結させることができるが、バッテリが劣化している場合には、所定の下限容量に達した後、急速に容量低下が起こる場合がある。このとき、退避動作が完結せぬままバッテリからの電力が供給されない事態も生じてしまう。そこで、本実施の形態では、かかる場合に、例えば赤色で表示して、ユーザに対して特に注意を促している。
【００６４】
以上、詳述したように、本実施の形態によれば、完全放電を実施しない場合であってもFull Charge Capacityの自動補正を電池パック内部で実施し、ユーザが求めたときに直ちに電池の劣化度を表示することができる。即ち、従来では、電池の容量がほぼ０％程度になるまで完全放電がなされないとFull Charge Capacityの更新(学習)されず、直近に完全放電がなされないと正確な劣化度をユーザに通知することができなかったが、本実施の形態によれば、ユーザの望むときに正確な通知が可能となり、ユーザに対して使い勝手の優れた装置を提供することができる。
【００６５】
尚、上述の例では、インテリジェント電池５２のＣＰＵ６２で電池の劣化度を測定し、エンベデッドコントローラ４１に対しては、劣化分が既に盛り込まれたFull Charge Capacityのデータとして送るように構成している。但し、他の形態でも実現することが可能である。例えば、Full Charge Capacityを完全放電による容量学習のみとし、劣化(サイクル劣化および保存劣化)分をメモリに保存する方法である。かかる場合、エンベデッドコントローラ４１のコマンドに応じて、Full Charge Capacityのデータと劣化データとを別なデータとしてエンベデッドコントローラ４１に送られる。エンベデッドコントローラ４１では、その内部でFull Charge Capacityのデータから劣化データを減算し、補正されたFull Charge Capacityが算出される。このように構成すれば、インテリジェント電池５２の内部で直接補正しなくても、エンベデッドコントローラ４１側にて補正されたFull Charge Capacityを得ることが可能である。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電池を備える機器にて、電池の劣化度を簡易に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施の形態が適用されるコンピュータシステムのハードウェア構成を示した図である。
【図２】  電源供給システムの回路構成を示した図である。
【図３】  サイクル劣化を補正する処理を示したフローチャートである。
【図４】  リチウムイオン電池の保存劣化特性を示した図である。
【図５】  作成される保存劣化テーブルの例を示した図である。
【図６】  保存劣化を補正する処理を示したフローチャートである。
【図７】  容量学習によるFull Charge Capacity更新のフローを示した図である。
【図８】  電池診断プログラムによる電池の劣化度の表示例を示した図である。
【符号の説明】
１０…コンピュータシステム、１１…ＣＰＵ、１８…液晶ディスプレイ(ＬＣＤ)、４１…エンベデッドコントローラ、５０…電源回路、５１…ＡＣアダプタ、５２…インテリジェント電池、６１…セル、６２…ＣＰＵ、６３…電流測定回路、７０…電圧測定回路、７４…コミュニケーションライン、７５…電圧測定回路、７６…電池接続確認端子、８０…ＡＣアダプタ電力停止回路、９０…温度測定回路、９１…サーミスタ(サーマルセンサ)
【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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