JP3629553B2 - 電源供給システム、コンピュータ装置、電池、異常充電の保護方法、およびプログラム - Google Patents
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Description
【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（２次電池）を備えた電力供給システム等に係り、より詳しくは、異常充電に対する保護機能を設けた電力供給システム等に関する。
【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）やＰＤＡ、携帯電話に代表される情報端末機器、ＭＤ（Ｍｉｎｉ Ｄｉｓｃ）装置、ビデオカメラ等の各種電気機器では、充放電を繰り返しながら何度も使用できるタイプの電池として、２次電池（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｂａｔｔｅｒｙ）が広く用いられている。この２次電池としては、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２次電池（電池）では、過充電状態や過放電状態になると、性能劣化や電極の損傷、電池内部の短絡等の不具合が発生する場合がある。このような不具合に対処するために、例えば、特開平６−８６４６９号公報では、バッテリ電圧低下の検出とバッテリの内部短絡の検出による信号によって短絡警告を行う技術について示されている。また、特開２０００−１０２１８５号公報では、第１電池群である各２次電池セルと、第２電池群である各２次電池セルとを監視制御手段に対してそれぞれ別個に接続して、何れか一の電池群で内部短絡が発生しても、他の電池群に属する２次電池セルに短絡電流が流れることを防止する技術について開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した、特開平６−８６４６９号公報や特開２０００−１０２１８５号公報では、危機の異常により電池を所定以上の電圧まで充電をした状態で内部短絡が発生した場合に、電池に短絡電流の流れることを防ぐことは可能であるが、電池が危険な状態になることを妨げることができない。これらの公報に記載された技術では、過電圧状態になってしまった電池に対し、さらに電池セルの内部短絡が発生すると、電池は危険な状態になってしまう。
【０００５】
また、電池パックである２次電池に充電するためにＡＣアダプタを経由した充電器が用いられるが、この充電器におけるスイッチングトランジスタや充電器における短絡防止のための短絡防止トランジスタが短絡破壊を起こすと、ＡＣアダプタと電池とが電気的に短絡を起こし、結果として電池を異常充電してしまう（第１のエラー）。かかる場合に、電池パック内部の第１次保護回路が働くまで充電が行なわれるが、この時点で、電池電圧は、リチウムイオン電池を例にとると約４．３５Ｖ／セルとなる。更に、電池セルの内部で短絡が発生した場合に（第２のエラー）、危険な状態が考えられ、電池が高温環境下に存在する状態も勘案して設計を施す必要がある。
【０００６】
また、現在、２次電池である電池パックの内部にＣＰＵを内蔵したインテリジェント電池が広く用いられている。このインテリジェント電池を構成する例えばリチウムイオン電池では、充電保護回路である充電停止ＦＥＴと放電保護回路である放電停止ＦＥＴとを電池パックに内蔵しているものが用いられている。電池パック内部のＣＰＵは、電圧検出回路から信号を入力し、内部でＡ／Ｄ変換（アナログ・デジタル変換）をすることにより、電池電圧をモニタしている。この電池パックでは、例えば、セルあたり４．３５Ｖ以上に達すると異常充電が行なわれているとみなして充電停止ＦＥＴをオフすることにより強制的に充電を停止することができる。電池の満充電（１００％充電）における電圧がセルあたり４．２Ｖ（±５０ｍＶ）なので、検出誤差などを考慮して４．３５Ｖ／セルで異常充電を検出する現在の設計は妥当であると考えられる。しかしながら、通常の状態では安全な状態を保つことができるが、セルあたり４．３５Ｖまで充電をされた状態において、更に電池セルの内部短絡などの異常が発生すると危険な状態が考えられる。環境温度の条件等を考慮して、最悪な状態に対処する必要がある。
【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って、その目的とするところは、偶発的な異常が２重に起きたと想定した場合でもより安全な電池を提供することにある。
【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、例えば、電池セル内部に短絡が発生しても安全性を保つと共に、接続されている充電器（または機器のある部分）などの不具合によって電池が所定以上の電圧に充電されてしまったような場合であっても、従来の第１番目の過電圧保護を働かせる前に、充電器（または機器のある部分）の異常を検出することで、充電を強制的に停止するものである。即ち、本発明は、本体に対して電力を供給する電池を備えた電源供給システムであって、電池の充電電流を測定する充電電流測定手段と、電池の電池容量を算出（積算）する電池容量算出手段と、得られた充電電流値と算出された電池容量とに基づいて、電池の異常発生を検出する検出手段（異常発生検出手段）と、異常発生の検出に基づいて、保護機能を動作させる保護機能作動手段と、異常発生の検出に基づいて、本体に対して異常発生を通知する通知手段とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
この検出手段（異常発生検出手段）は、例えば、電池容量と異常検出電流値との関係を示した異常検出のためのテーブル情報に基づいて異常発生を検出するように構成することができる。また、電池容量に応じて場合分けされて定められた電池容量と充電電流値との関係式に基づいて異常発生を検出するように構成することができる。
【００１０】
更に、本発明は、データ処理を行なうシステム本体と、システム本体に対して電力を供給するインテリジェント電池とを備えたコンピュータ装置であって、このインテリジェント電池は、充放電を行なう電池セルと、この電池セルに対する充電電流を検出する電流検出回路と、検出された充電電流を積算することにより電池容量を算出すると共に、電流検出回路により検出された充電電流値と算出された電池容量とに基づいて異常発生を認識するＣＰＵと、このＣＰＵによる異常発生の認識に基づいてＣＰＵからの指示により停止動作を実行する保護回路とを備えたことを特徴としている。
【００１１】
一方、本発明は、コンピュータ装置等の本体に接続される電池 （インテリジェント電池）として把握することができる。即ち、本発明が適用される電池は、電池セルと、電池セルに対する電圧を検出する電圧検出回路と、充電電流を検出する電流検出回路と、電池セルに対する充電を停止する充電停止部と、電圧検出回路から検出された電圧に基づいて充電停止部を動作させる制御部とを備え、この制御部は、充電停止部を動作させる電圧に達する以前に、電流検出回路から検出される充電電流値に基づいて異常状態を検出し、充電停止部を動作させることを特徴とすることができる。
【００１２】
また、他のカテゴリから把えると、本発明は、電池における異常充電の保護方法であって、電池に対する充電電流値を測定し、電池における積算容量を算出し、算出される積算容量に対して測定される充電電流値の値が所定の値よりも大きい場合に保護機能を働かせることを特徴している。
【００１３】
ここで、例えばテーブル情報や計算式等、積算容量に対して異常と検出される充電電流値の値を示す基準値を定めた情報に基づいて保護機能を働かせることを特徴とすれば、積算容量に対して異常な電流が流れた場合に即座に異常発生を検知することができる点で好ましい。また、積算容量が１００％未満の状態にて保護機能を働かせることができるので、安全上にも非常に優れた電池を提供することができる。
【００１４】
また、他の観点から把えると、本発明が適用される異常充電の保護方法は、例えば一般のノートＰＣ等、定電流・定電圧充電を行なう充電器を備える機器に電池が接続されたことを、機器から送出される識別情報であるＩＤ等によって認識し、定電流充電から定電圧充電に移行しながら電池に対して充電が行なわれる際の充電電流値を測定し、測定される充電電流値に基づいて異常充電がなされているか否かを判断し、異常充電がなされていると判断される場合に充電を強制的に停止することを特徴としている。
【００１５】
更に本発明は、電池に含まれるマイクロコンピュータにこれらの各機能を実現させるためのプログラムとして把握することができる。これらのプログラムは、例えば、遠隔地にあるプログラム伝送装置からネットワークを介して、演算処理装置であるマイクロコンピュータに対して提供することができる。このプログラム伝送装置としては、プログラムを記憶させたＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、メモリ、ハードディスク等の記憶手段と、これらの記憶手段からプログラムを読み出し、プログラムを実行する装置側にコネクタ、インターネットやＬＡＮ等のネットワークを介して伝送する伝送手段とを備える構成とすれば良い。また、ＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体を用いてプログラムを提供する場合も考えられる。
【００１６】
【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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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変換を行なう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。尚、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、本体システムの筐体内部に設けられる場合もある。
【００２６】
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なうロジック（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。
【００２７】
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、Ｓｕｐｅｒ Ｉ／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Ｓｕｐｅｒ Ｉ／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。
【００２８】
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なうと共に、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。
【００２９】
図２は、本実施の形態における異常充電保護機能を備えたインテリジェント電池５２の構成を示した図である。本実施の形態が適用されるインテリジェント電池５２は、電池パック内部に、異常充電保護のための処理を実行するマイクロコンピュータであるＣＰＵ６１、電池セル６２の電圧を検出してＣＰＵ６１に通知する電圧検出回路６３、電池セル６２に流れる電流を測定してＣＰＵ６１に通知する電流検出回路６４を備えている。また、異常放電に際してインテリジェント電池５２を保護する放電停止ＦＥＴ６５（ＦＥＴ３）、異常充電に際してインテリジェント電池５２を保護する充電停止ＦＥＴ６６（ＦＥＴ４）を備えている。
【００３０】
ＣＰＵ６１は、電圧検出回路６３から信号を入力し、内部でＡ／Ｄ変換して電池電圧をモニタしている。例えば、アルカリイオン電池を例に挙げた場合に、電池セル６２のセルあたり４．３５Ｖ以上に達すると異常充電が行なわれていると見なして、充電停止ＦＥＴ６６（ＦＥＴ４）をオフすることにより強制的に充電を停止するように構成されている。即ち、電池の満充電（１００％）における電圧がセルあたり４．２Ｖ（±５０ｍＶ）であることから、検出誤差などを鑑みて４．３５Ｖ／セルで異常充電を検出するように構成されている。また、ＣＰＵ６１は、システム側であるエンベデッドコントローラ４１との間で、通信線（ＣＯＭ１）を用いた通信により、検出された異常充電の情報を送信する場合の他、電池の容量や寿命に関する情報等、各種情報を送受信している。
【００３１】
図３（ａ），（ｂ）は、リチウムイオン電池の充電特性を示した図であり、図３（ａ）は正常な充電時の特性を示し、図３（ｂ）は故障による異常充電の特性を示している。図３（ａ），（ｂ）において、それぞれ横軸は充電時間（ｈｏｕｒｓ）、縦軸は充電電流（ｍＡ）と電池容量（％）を示しており、それぞれ電池容量と充電電流とが示されている。図３（ａ）に示すように、正常な充電時では、電池容量がある一定（図３（ａ）では６０％）以上になると、充電器が定電流充電から定電圧充電に移行して充電電流が小さくなっていく。例えば、充電電流値が約３００ｍＡ以下になると、満充電に達したと見なして、充電を停止するのが通常の充電方式である。
【００３２】
しかしながら、システム本体がパワー・オフのときにＦＥＴ３またはＦＥＴ４が短絡破壊を起こすと、図３（ｂ）に示すような異常充電が行なわれてしまう。図３（ｂ）に示す例では、例えばＡＣアダプタ５１が１６Ｖの定電圧、３．３Ａ（３３００ｍＡ）の定電流特性を有しており、短絡が起きると、充電を強制的に止めるまで、即ち、セルあたり４．３５Ｖ以上に達すると異常充電が行なわれているとみなして動作する保護回路（充電停止ＦＥＴ６６）により充電を強制的に止めるまで、３．３Ａで電池を充電してしまう。システム本体がオペレーション中のときには、システム本体にも電力を供給するので、充電電流が、例えば２．０Ａなどと小さくなるが、やはり保護回路（充電停止ＦＥＴ６６）が働くまでは電池を充電し続けてしまう。
【００３３】
そこで、本実施の形態では、電池容量と充電電流との関係を把握することで、電池に対して異常が発生したと判断することとした。
図４は、正常充電時の電池容量と充電電流との関係を示した図である。図４では、横軸を電池容量（％）、縦軸を充電電流（ｍＡ）としている。図４に示すように、電池容量が大きくなると、一般に充電電流が小さくなる。そのことから、電池の容量に対してあまりにも大きな電流が流れているときには、異常が発生したと判断することが可能である。即ち、電池容量に応じて、異常と検出できる電流値を予め定め、かかる電流値に対して検出される充電電流値が大きければ、即座に異常の発生を検知することが可能となる。
【００３４】
図５（ａ），（ｂ）は、本実施の形態で用いられる異常検出のための判断基準の一例を示すものであり、図５（ａ）は異常検出のためのテーブルの一例を示し、図５（ｂ）は、図５（ａ）の例に基づく異常電流検出閾値と異常電流との関係を示した図である。図５（ａ）に示すテーブルを参照することで、電池容量（％）に対して、テーブルに示される値以上の大きな充電電流が流れていることを検知すると、異常が発生したと判断することができる。例えば、図５（ｂ）に示すように、３．３Ａの電流が流れた場合には、即座に異常電流であると検知することができる。また、２．０Ａの電流が流れた場合には、電池容量８１％の時点で異常と判断することができる。何れの場合も電池容量は１００％未満であり、電池電圧は４．２０Ｖ／セル以下で保護回路が働くことから、安全上の問題が発生することがなくなる。尚、図５（ａ）に示す値では、電池容量の値は整数値で表現されており、その間の数は、例えば四捨五入して近似すればよい。
【００３５】
次に、このような異常状態の検出と保護機能を達成するに際し、本実施の形態において実行される処理を更に詳述する。
図６は、インテリジェント電池５２のＣＰＵ６１にて実行される処理ブロックを示した図である。本実施の形態では、電流検出回路６４からの出力を受けて充電電流を測定する充電電流測定部７１、充電電流測定部７１により測定された充電電流に基づいて、または、この充電電流と電圧検出回路６３からの電圧とに基づいて、電池容量を算出する電池容量積算部７２とを備えている。この電池容量積算部７２では、電流値と時間とを積算して電荷量（Ａｈ）としての電池容量、または、電流値に電圧値をかけ合わせて時間により積算した電力量（Ｗｈ）としての電池容量を算出することができる。
【００３６】
異常電流検出テーブル７３には、例えば図５（ａ）に示すようなテーブルが格納されている。異常電流判断部７４では、異常電流検出テーブル７３に格納されている値と、充電電流測定部７１および電池容量積算部７２からの出力結果とを比較し、異常か否かを判断している。充電保護ＦＥＴオフ指示部７５では、異常電流判断部７４から異常であると判断された場合に、充電停止ＦＥＴ６６（ＦＥＴ４）を動作させて充電を強制的に停止させる。また、異常発生通知部７６は、異常電流判断部７４からの異常発生の出力を受けて、システム側であるエンベデッドコントローラ４１に対して、異常状態が発生した旨を通知している。
【００３７】
図７は、図５（ａ）に示すテーブルを使用した場合の処理の流れ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ＣＰＵ６１では、まず、充電中か否かの判断がなされ（ステップ１０１）、充電中でない場合には待機し、充電中である場合には、充電電流測定部７１にて充電電流値の測定がなされる（ステップ１０２）。そして、電池容量積算部７２にて積算容量が求められる（ステップ１０３）。次に、異常電流判断部７４では、異常電流検出テーブル７３に格納されたテーブル情報に基づいて、まず、積算された容量が容量満杯を１００％としたうちの０％から７０％（小数点以下を含めて概数で表現、以下同様）であるか否かが判断される（ステップ１０４）。条件を満たす場合には、電流値が３．０Ａ以下か否かが判断され、３．０Ａ以下である場合には、正常であるとしてステップ１０１に戻る。３．０Ａより大きい場合には、異常発生であると認識し、異常処理に移行する。
【００３８】
異常処理では、充電保護ＦＥＴオフ指示部７５により、まず、保護回路である充電停止ＦＥＴ６６（ＦＥＴ４）による充電停止処理が行なわれる（ステップ１０６）。その後、異常発生通知部７６により、異常の発生をシステム側のエンベデッドコントローラ４１に通知される（ステップ１０７）。その後、システム側では、例えばＬＣＤ１８を用いて異常の発生をユーザに通知し（ステップ１０８）、異常処理が終了する。
【００３９】
次に、異常電流判断部７４にて、ステップ１０４の条件を満たさない場合には、異常電流検出テーブル７３に格納されたテーブル情報に基づいて容量が７１％から８０％の間か否かが判断され（ステップ１０９）、間にある場合には、電流値が２．５Ａを超えていないか否かが判断される（ステップ１１０）。２．５Ａ以内であれば、正常であるとしてステップ１０１に戻り、２．５Ａよりも大きい場合には、異常発生であると認識して、ステップ１０６〜１０８の異常処理に移行する。
【００４０】
同様に、異常電流検出テーブル７３に格納されたテーブル情報に基づいて、容量が８１％から９０％の間か否かが判断され（ステップ１１１）、間にある場合には、電流値が２．０Ａ以内か否かが判断され（ステップ１１２）、値を超えている場合には、ステップ１０６〜１０８の異常処理がなされる。また、同様に、容量が９１％から９５％の間か否かが判断され（ステップ１１３）、間にある場合には、電流値が１．３Ａ以内か否かが判断され（ステップ１１４）、値を超えている場合には、ステップ１０６〜１０８の異常処理がなされる。更に、同様に、容量が９６％から１００％の間か否かが判断され（ステップ１１５）、間にある場合には、電流値が０．８Ａ以内か否かが判断され（ステップ１１６）、値を超えている場合には、ステップ１０６〜１０８の異常処理がなされる。このようにして、例えば図５（ａ）に示すような異常検出のためのテーブルの値を順次、検証することで、インテリジェント電池５２における異常状態を確実に把握することができる。
【００４１】
次に、異常電流検出テーブル７３に格納されている図５（ａ）に示すようなテーブル情報を用いずに、計算式を用いた異常電流の検出方法について説明する。例えば、図４に示す電池容量と充電電流との関係から、近似式を求め、かかる近似式をもとにして、異常状態を検出することができる。図４に示す関係から、異常電流値をＹ、電池の容量をＸとすると、異常電流と判断される場合は、例えば、以下のような計算式で求めることができる。
・ 電池容量Ｘ≦７０％の場合、Ｙ＝３１００（ｍＡ）
・ ７１％＜電池容量Ｘ≦１００％の場合、Ｙ＝−６０Ｘ＋６７００（ｍＡ）
【００４２】
図８は、上述したような計算式に基づく異常状態検出処理の流れ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ＣＰＵ６１では、まず、充電中か否かの判断がなされ（ステップ２０１）、充電中でない場合には待機し、充電中である場合には、充電電流測定部７１によって充電電流値が測定され（ステップ２０２）、電池容量積算部７２にて積算容量が求められる（ステップ２０３）。次に、上記した計算式によって、積算容量から異常電流値が計算で求められる（ステップ２０４）。そして、ステップ２０４で求められた異常電流値と、ステップ２０２にて測定された充電電流値とが比較され（ステップ２０５）、充電電流値が異常電流値を超えていない場合には、正常状態としてステップ２０１に戻る。
【００４３】
ステップ２０５にて、充電電流値が異常電流値を超えている場合には、保護回路である充電停止ＦＥＴ６６（ＦＥＴ４）による充電停止が行なわれる（ステップ２０６）。その後、異常の発生をシステム側のエンベデッドコントローラ４１に通知する（ステップ２０７）。その後、システム側では、例えばＬＣＤ１８を用いて異常の発生をユーザに通知し（ステップ２０８）、一連の処理が終了する。
【００４４】
このように本実施の形態では、異常充電を早期に検出し、充電を強制的に停止するメカニズムを電池（インテリジェント電池５２）に搭載している。仮に、電池セル６２自身が短絡不具合を持っていても、システム側にて異常充電によって規定電圧を超える充電をしなければインテリジェント電池５２の安全性は確保される。本実施の形態により、電池セル６２自身の短絡不具合およびシステム側の充電回路不具合が発生した場合でも、より安全なシステムを提供することが可能となる。更に、電池パック（インテリジェント電池５２）内部の異常充電検出機構によって異常が検出された場合、充電を強制的に停止すると同時に、システム側に異常の発生を通知することにより、不具合の発生をユーザに通知することができる。
【００４５】
尚、図４に示す正常充電時の電池容量と充電電流との関係における特性は、電池の種類（メーカ）により若干の違いが見られる。しかしながら、図５（ａ）に示すような異常検知のためのテーブル情報を電池内の異常電流検出テーブル７３に備え、電池のＣＰＵ６１が異常を判断して保護回路を働かせればよいので、システム側では、電池の種類の違いなどを認識する必要がない。また、異常を検知した電池パックのＣＰＵ６１は、保護回路（充電停止ＦＥＴ６６（ＦＥＴ４））を動作させると共に、通信線（ＣＯＭ１）を用いて、システム側に異常が発生したことを通知している。エンベデッドコントローラ４１は、電池（インテリジェント電池５２）から異常発生の通知を受けると、メインのプロセッサであるＣＰＵ１１に対してアラートをあげる。アラートを受け取ったＣＰＵ１１は、ＬＣＤ１８やＣＲＴモニタ等に対して異常が発生したことを表示することにより、ユーザに対して異常の発生を通知することができる。尚、ユーザに異常の発生を通知するものとしては、例えば、ＬＥＤを点滅させる方法や、ビープ音を用いる方法等も考えられる。
【００４６】
最後に、ノートＰＣ等である本体機器の充電器が通常の定電流・定電圧充電方式を採用し、外部充電器がパルス充電方式を採用しているようなケースを考える。例えばリチウムイオン電池やリチウムポリマー電池に対してパルス充電を行なう特殊な充電器に関しては、本実施の形態における異常充電検出機構を適用することはできない。パルス充電は、急速充電を行なう目的であり、通常の充電電圧より高い電圧をかけてパルス状に大電流を流している。このような場合では、上述したような構成をそのまま適用すると、外部充電器の充電電流を異常充電と見なして充電を強制的に停止してしまう。これを避けるために、例えば、電池（インテリジェント電池５２）を接続している機器が通信線（ＣＯＭ１）を使い、機器の識別情報であるＩＤを電池内部のＣＰＵ６１に送るように構成することができる。ＣＰＵ６１では機器本体に接続されたことをＩＤにより認識した場合に本実施の形態における異常充電検出機構をイネーブルにし、そうでない場合にはディスエーブルにすればよい。このように構成すれば、異なる充電方式を持つ充電器に接続される可能性が合っても、効果的に本実施の形態を適用することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、偶発的な異常が２重に起きたと想定した場合でもより安全な電池を提供することができる。
【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】本実施の形態における異常充電保護機能を備えたインテリジェント電池の構成を示した図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、リチウムイオン電池の充電特性を示した図である。
【図４】正常充電時の電池容量と充電電流との関係を示した図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は、本実施の形態で用いられる異常検出のための判断基準の一例を示した図である。
【図６】インテリジェント電池のＣＰＵにて実行される処理ブロックを示した図である。
【図７】図５（ａ）に示すテーブルを使用した場合の処理の流れを示したフローチャートである。
【図８】計算式に基づく異常状態検出処理の流れを示したフローチャートである。
【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…ＣＰＵ、６２…電池セル、６３…電圧検出回路、６４…電流検出回路、６５…放電停止ＦＥＴ、６６…充電停止ＦＥＴ、７１…充電電流測定部、７２…電池容量積算部、７３…異常電流検出テーブル、７４…異常電流判断部、７５…充電保護ＦＥＴオフ指示部、７６…異常発生通知部
【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（２次電池）を備えた電力供給システム等に係り、より詳しくは、異常充電に対する保護機能を設けた電力供給システム等に関する。
【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）やＰＤＡ、携帯電話に代表される情報端末機器、ＭＤ（Ｍｉｎｉ Ｄｉｓｃ）装置、ビデオカメラ等の各種電気機器では、充放電を繰り返しながら何度も使用できるタイプの電池として、２次電池（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｂａｔｔｅｒｙ）が広く用いられている。この２次電池としては、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２次電池（電池）では、過充電状態や過放電状態になると、性能劣化や電極の損傷、電池内部の短絡等の不具合が発生する場合がある。このような不具合に対処するために、例えば、特開平６−８６４６９号公報では、バッテリ電圧低下の検出とバッテリの内部短絡の検出による信号によって短絡警告を行う技術について示されている。また、特開２０００−１０２１８５号公報では、第１電池群である各２次電池セルと、第２電池群である各２次電池セルとを監視制御手段に対してそれぞれ別個に接続して、何れか一の電池群で内部短絡が発生しても、他の電池群に属する２次電池セルに短絡電流が流れることを防止する技術について開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した、特開平６−８６４６９号公報や特開２０００−１０２１８５号公報では、危機の異常により電池を所定以上の電圧まで充電をした状態で内部短絡が発生した場合に、電池に短絡電流の流れることを防ぐことは可能であるが、電池が危険な状態になることを妨げることができない。これらの公報に記載された技術では、過電圧状態になってしまった電池に対し、さらに電池セルの内部短絡が発生すると、電池は危険な状態になってしまう。
【０００５】
また、電池パックである２次電池に充電するためにＡＣアダプタを経由した充電器が用いられるが、この充電器におけるスイッチングトランジスタや充電器における短絡防止のための短絡防止トランジスタが短絡破壊を起こすと、ＡＣアダプタと電池とが電気的に短絡を起こし、結果として電池を異常充電してしまう（第１のエラー）。かかる場合に、電池パック内部の第１次保護回路が働くまで充電が行なわれるが、この時点で、電池電圧は、リチウムイオン電池を例にとると約４．３５Ｖ／セルとなる。更に、電池セルの内部で短絡が発生した場合に（第２のエラー）、危険な状態が考えられ、電池が高温環境下に存在する状態も勘案して設計を施す必要がある。
【０００６】
また、現在、２次電池である電池パックの内部にＣＰＵを内蔵したインテリジェント電池が広く用いられている。このインテリジェント電池を構成する例えばリチウムイオン電池では、充電保護回路である充電停止ＦＥＴと放電保護回路である放電停止ＦＥＴとを電池パックに内蔵しているものが用いられている。電池パック内部のＣＰＵは、電圧検出回路から信号を入力し、内部でＡ／Ｄ変換（アナログ・デジタル変換）をすることにより、電池電圧をモニタしている。この電池パックでは、例えば、セルあたり４．３５Ｖ以上に達すると異常充電が行なわれているとみなして充電停止ＦＥＴをオフすることにより強制的に充電を停止することができる。電池の満充電（１００％充電）における電圧がセルあたり４．２Ｖ（±５０ｍＶ）なので、検出誤差などを考慮して４．３５Ｖ／セルで異常充電を検出する現在の設計は妥当であると考えられる。しかしながら、通常の状態では安全な状態を保つことができるが、セルあたり４．３５Ｖまで充電をされた状態において、更に電池セルの内部短絡などの異常が発生すると危険な状態が考えられる。環境温度の条件等を考慮して、最悪な状態に対処する必要がある。
【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って、その目的とするところは、偶発的な異常が２重に起きたと想定した場合でもより安全な電池を提供することにある。
【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、例えば、電池セル内部に短絡が発生しても安全性を保つと共に、接続されている充電器（または機器のある部分）などの不具合によって電池が所定以上の電圧に充電されてしまったような場合であっても、従来の第１番目の過電圧保護を働かせる前に、充電器（または機器のある部分）の異常を検出することで、充電を強制的に停止するものである。即ち、本発明は、本体に対して電力を供給する電池を備えた電源供給システムであって、電池の充電電流を測定する充電電流測定手段と、電池の電池容量を算出（積算）する電池容量算出手段と、得られた充電電流値と算出された電池容量とに基づいて、電池の異常発生を検出する検出手段（異常発生検出手段）と、異常発生の検出に基づいて、保護機能を動作させる保護機能作動手段と、異常発生の検出に基づいて、本体に対して異常発生を通知する通知手段とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
この検出手段（異常発生検出手段）は、例えば、電池容量と異常検出電流値との関係を示した異常検出のためのテーブル情報に基づいて異常発生を検出するように構成することができる。また、電池容量に応じて場合分けされて定められた電池容量と充電電流値との関係式に基づいて異常発生を検出するように構成することができる。
【００１０】
更に、本発明は、データ処理を行なうシステム本体と、システム本体に対して電力を供給するインテリジェント電池とを備えたコンピュータ装置であって、このインテリジェント電池は、充放電を行なう電池セルと、この電池セルに対する充電電流を検出する電流検出回路と、検出された充電電流を積算することにより電池容量を算出すると共に、電流検出回路により検出された充電電流値と算出された電池容量とに基づいて異常発生を認識するＣＰＵと、このＣＰＵによる異常発生の認識に基づいてＣＰＵからの指示により停止動作を実行する保護回路とを備えたことを特徴としている。
【００１１】
一方、本発明は、コンピュータ装置等の本体に接続される電池 （インテリジェント電池）として把握することができる。即ち、本発明が適用される電池は、電池セルと、電池セルに対する電圧を検出する電圧検出回路と、充電電流を検出する電流検出回路と、電池セルに対する充電を停止する充電停止部と、電圧検出回路から検出された電圧に基づいて充電停止部を動作させる制御部とを備え、この制御部は、充電停止部を動作させる電圧に達する以前に、電流検出回路から検出される充電電流値に基づいて異常状態を検出し、充電停止部を動作させることを特徴とすることができる。
【００１２】
また、他のカテゴリから把えると、本発明は、電池における異常充電の保護方法であって、電池に対する充電電流値を測定し、電池における積算容量を算出し、算出される積算容量に対して測定される充電電流値の値が所定の値よりも大きい場合に保護機能を働かせることを特徴している。
【００１３】
ここで、例えばテーブル情報や計算式等、積算容量に対して異常と検出される充電電流値の値を示す基準値を定めた情報に基づいて保護機能を働かせることを特徴とすれば、積算容量に対して異常な電流が流れた場合に即座に異常発生を検知することができる点で好ましい。また、積算容量が１００％未満の状態にて保護機能を働かせることができるので、安全上にも非常に優れた電池を提供することができる。
【００１４】
また、他の観点から把えると、本発明が適用される異常充電の保護方法は、例えば一般のノートＰＣ等、定電流・定電圧充電を行なう充電器を備える機器に電池が接続されたことを、機器から送出される識別情報であるＩＤ等によって認識し、定電流充電から定電圧充電に移行しながら電池に対して充電が行なわれる際の充電電流値を測定し、測定される充電電流値に基づいて異常充電がなされているか否かを判断し、異常充電がなされていると判断される場合に充電を強制的に停止することを特徴としている。
【００１５】
更に本発明は、電池に含まれるマイクロコンピュータにこれらの各機能を実現させるためのプログラムとして把握することができる。これらのプログラムは、例えば、遠隔地にあるプログラム伝送装置からネットワークを介して、演算処理装置であるマイクロコンピュータに対して提供することができる。このプログラム伝送装置としては、プログラムを記憶させたＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、メモリ、ハードディスク等の記憶手段と、これらの記憶手段からプログラムを読み出し、プログラムを実行する装置側にコネクタ、インターネットやＬＡＮ等のネットワークを介して伝送する伝送手段とを備える構成とすれば良い。また、ＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体を用いてプログラムを提供する場合も考えられる。
【００１６】
【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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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変換を行なう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。尚、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、本体システムの筐体内部に設けられる場合もある。
【００２６】
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なうロジック（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。
【００２７】
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、Ｓｕｐｅｒ Ｉ／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Ｓｕｐｅｒ Ｉ／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。
【００２８】
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なうと共に、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。
【００２９】
図２は、本実施の形態における異常充電保護機能を備えたインテリジェント電池５２の構成を示した図である。本実施の形態が適用されるインテリジェント電池５２は、電池パック内部に、異常充電保護のための処理を実行するマイクロコンピュータであるＣＰＵ６１、電池セル６２の電圧を検出してＣＰＵ６１に通知する電圧検出回路６３、電池セル６２に流れる電流を測定してＣＰＵ６１に通知する電流検出回路６４を備えている。また、異常放電に際してインテリジェント電池５２を保護する放電停止ＦＥＴ６５（ＦＥＴ３）、異常充電に際してインテリジェント電池５２を保護する充電停止ＦＥＴ６６（ＦＥＴ４）を備えている。
【００３０】
ＣＰＵ６１は、電圧検出回路６３から信号を入力し、内部でＡ／Ｄ変換して電池電圧をモニタしている。例えば、アルカリイオン電池を例に挙げた場合に、電池セル６２のセルあたり４．３５Ｖ以上に達すると異常充電が行なわれていると見なして、充電停止ＦＥＴ６６（ＦＥＴ４）をオフすることにより強制的に充電を停止するように構成されている。即ち、電池の満充電（１００％）における電圧がセルあたり４．２Ｖ（±５０ｍＶ）であることから、検出誤差などを鑑みて４．３５Ｖ／セルで異常充電を検出するように構成されている。また、ＣＰＵ６１は、システム側であるエンベデッドコントローラ４１との間で、通信線（ＣＯＭ１）を用いた通信により、検出された異常充電の情報を送信する場合の他、電池の容量や寿命に関する情報等、各種情報を送受信している。
【００３１】
図３（ａ），（ｂ）は、リチウムイオン電池の充電特性を示した図であり、図３（ａ）は正常な充電時の特性を示し、図３（ｂ）は故障による異常充電の特性を示している。図３（ａ），（ｂ）において、それぞれ横軸は充電時間（ｈｏｕｒｓ）、縦軸は充電電流（ｍＡ）と電池容量（％）を示しており、それぞれ電池容量と充電電流とが示されている。図３（ａ）に示すように、正常な充電時では、電池容量がある一定（図３（ａ）では６０％）以上になると、充電器が定電流充電から定電圧充電に移行して充電電流が小さくなっていく。例えば、充電電流値が約３００ｍＡ以下になると、満充電に達したと見なして、充電を停止するのが通常の充電方式である。
【００３２】
しかしながら、システム本体がパワー・オフのときにＦＥＴ３またはＦＥＴ４が短絡破壊を起こすと、図３（ｂ）に示すような異常充電が行なわれてしまう。図３（ｂ）に示す例では、例えばＡＣアダプタ５１が１６Ｖの定電圧、３．３Ａ（３３００ｍＡ）の定電流特性を有しており、短絡が起きると、充電を強制的に止めるまで、即ち、セルあたり４．３５Ｖ以上に達すると異常充電が行なわれているとみなして動作する保護回路（充電停止ＦＥＴ６６）により充電を強制的に止めるまで、３．３Ａで電池を充電してしまう。システム本体がオペレーション中のときには、システム本体にも電力を供給するので、充電電流が、例えば２．０Ａなどと小さくなるが、やはり保護回路（充電停止ＦＥＴ６６）が働くまでは電池を充電し続けてしまう。
【００３３】
そこで、本実施の形態では、電池容量と充電電流との関係を把握することで、電池に対して異常が発生したと判断することとした。
図４は、正常充電時の電池容量と充電電流との関係を示した図である。図４では、横軸を電池容量（％）、縦軸を充電電流（ｍＡ）としている。図４に示すように、電池容量が大きくなると、一般に充電電流が小さくなる。そのことから、電池の容量に対してあまりにも大きな電流が流れているときには、異常が発生したと判断することが可能である。即ち、電池容量に応じて、異常と検出できる電流値を予め定め、かかる電流値に対して検出される充電電流値が大きければ、即座に異常の発生を検知することが可能となる。
【００３４】
図５（ａ），（ｂ）は、本実施の形態で用いられる異常検出のための判断基準の一例を示すものであり、図５（ａ）は異常検出のためのテーブルの一例を示し、図５（ｂ）は、図５（ａ）の例に基づく異常電流検出閾値と異常電流との関係を示した図である。図５（ａ）に示すテーブルを参照することで、電池容量（％）に対して、テーブルに示される値以上の大きな充電電流が流れていることを検知すると、異常が発生したと判断することができる。例えば、図５（ｂ）に示すように、３．３Ａの電流が流れた場合には、即座に異常電流であると検知することができる。また、２．０Ａの電流が流れた場合には、電池容量８１％の時点で異常と判断することができる。何れの場合も電池容量は１００％未満であり、電池電圧は４．２０Ｖ／セル以下で保護回路が働くことから、安全上の問題が発生することがなくなる。尚、図５（ａ）に示す値では、電池容量の値は整数値で表現されており、その間の数は、例えば四捨五入して近似すればよい。
【００３５】
次に、このような異常状態の検出と保護機能を達成するに際し、本実施の形態において実行される処理を更に詳述する。
図６は、インテリジェント電池５２のＣＰＵ６１にて実行される処理ブロックを示した図である。本実施の形態では、電流検出回路６４からの出力を受けて充電電流を測定する充電電流測定部７１、充電電流測定部７１により測定された充電電流に基づいて、または、この充電電流と電圧検出回路６３からの電圧とに基づいて、電池容量を算出する電池容量積算部７２とを備えている。この電池容量積算部７２では、電流値と時間とを積算して電荷量（Ａｈ）としての電池容量、または、電流値に電圧値をかけ合わせて時間により積算した電力量（Ｗｈ）としての電池容量を算出することができる。
【００３６】
異常電流検出テーブル７３には、例えば図５（ａ）に示すようなテーブルが格納されている。異常電流判断部７４では、異常電流検出テーブル７３に格納されている値と、充電電流測定部７１および電池容量積算部７２からの出力結果とを比較し、異常か否かを判断している。充電保護ＦＥＴオフ指示部７５では、異常電流判断部７４から異常であると判断された場合に、充電停止ＦＥＴ６６（ＦＥＴ４）を動作させて充電を強制的に停止させる。また、異常発生通知部７６は、異常電流判断部７４からの異常発生の出力を受けて、システム側であるエンベデッドコントローラ４１に対して、異常状態が発生した旨を通知している。
【００３７】
図７は、図５（ａ）に示すテーブルを使用した場合の処理の流れ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ＣＰＵ６１では、まず、充電中か否かの判断がなされ（ステップ１０１）、充電中でない場合には待機し、充電中である場合には、充電電流測定部７１にて充電電流値の測定がなされる（ステップ１０２）。そして、電池容量積算部７２にて積算容量が求められる（ステップ１０３）。次に、異常電流判断部７４では、異常電流検出テーブル７３に格納されたテーブル情報に基づいて、まず、積算された容量が容量満杯を１００％としたうちの０％から７０％（小数点以下を含めて概数で表現、以下同様）であるか否かが判断される（ステップ１０４）。条件を満たす場合には、電流値が３．０Ａ以下か否かが判断され、３．０Ａ以下である場合には、正常であるとしてステップ１０１に戻る。３．０Ａより大きい場合には、異常発生であると認識し、異常処理に移行する。
【００３８】
異常処理では、充電保護ＦＥＴオフ指示部７５により、まず、保護回路である充電停止ＦＥＴ６６（ＦＥＴ４）による充電停止処理が行なわれる（ステップ１０６）。その後、異常発生通知部７６により、異常の発生をシステム側のエンベデッドコントローラ４１に通知される（ステップ１０７）。その後、システム側では、例えばＬＣＤ１８を用いて異常の発生をユーザに通知し（ステップ１０８）、異常処理が終了する。
【００３９】
次に、異常電流判断部７４にて、ステップ１０４の条件を満たさない場合には、異常電流検出テーブル７３に格納されたテーブル情報に基づいて容量が７１％から８０％の間か否かが判断され（ステップ１０９）、間にある場合には、電流値が２．５Ａを超えていないか否かが判断される（ステップ１１０）。２．５Ａ以内であれば、正常であるとしてステップ１０１に戻り、２．５Ａよりも大きい場合には、異常発生であると認識して、ステップ１０６〜１０８の異常処理に移行する。
【００４０】
同様に、異常電流検出テーブル７３に格納されたテーブル情報に基づいて、容量が８１％から９０％の間か否かが判断され（ステップ１１１）、間にある場合には、電流値が２．０Ａ以内か否かが判断され（ステップ１１２）、値を超えている場合には、ステップ１０６〜１０８の異常処理がなされる。また、同様に、容量が９１％から９５％の間か否かが判断され（ステップ１１３）、間にある場合には、電流値が１．３Ａ以内か否かが判断され（ステップ１１４）、値を超えている場合には、ステップ１０６〜１０８の異常処理がなされる。更に、同様に、容量が９６％から１００％の間か否かが判断され（ステップ１１５）、間にある場合には、電流値が０．８Ａ以内か否かが判断され（ステップ１１６）、値を超えている場合には、ステップ１０６〜１０８の異常処理がなされる。このようにして、例えば図５（ａ）に示すような異常検出のためのテーブルの値を順次、検証することで、インテリジェント電池５２における異常状態を確実に把握することができる。
【００４１】
次に、異常電流検出テーブル７３に格納されている図５（ａ）に示すようなテーブル情報を用いずに、計算式を用いた異常電流の検出方法について説明する。例えば、図４に示す電池容量と充電電流との関係から、近似式を求め、かかる近似式をもとにして、異常状態を検出することができる。図４に示す関係から、異常電流値をＹ、電池の容量をＸとすると、異常電流と判断される場合は、例えば、以下のような計算式で求めることができる。
・ 電池容量Ｘ≦７０％の場合、Ｙ＝３１００（ｍＡ）
・ ７１％＜電池容量Ｘ≦１００％の場合、Ｙ＝−６０Ｘ＋６７００（ｍＡ）
【００４２】
図８は、上述したような計算式に基づく異常状態検出処理の流れ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ＣＰＵ６１では、まず、充電中か否かの判断がなされ（ステップ２０１）、充電中でない場合には待機し、充電中である場合には、充電電流測定部７１によって充電電流値が測定され（ステップ２０２）、電池容量積算部７２にて積算容量が求められる（ステップ２０３）。次に、上記した計算式によって、積算容量から異常電流値が計算で求められる（ステップ２０４）。そして、ステップ２０４で求められた異常電流値と、ステップ２０２にて測定された充電電流値とが比較され（ステップ２０５）、充電電流値が異常電流値を超えていない場合には、正常状態としてステップ２０１に戻る。
【００４３】
ステップ２０５にて、充電電流値が異常電流値を超えている場合には、保護回路である充電停止ＦＥＴ６６（ＦＥＴ４）による充電停止が行なわれる（ステップ２０６）。その後、異常の発生をシステム側のエンベデッドコントローラ４１に通知する（ステップ２０７）。その後、システム側では、例えばＬＣＤ１８を用いて異常の発生をユーザに通知し（ステップ２０８）、一連の処理が終了する。
【００４４】
このように本実施の形態では、異常充電を早期に検出し、充電を強制的に停止するメカニズムを電池（インテリジェント電池５２）に搭載している。仮に、電池セル６２自身が短絡不具合を持っていても、システム側にて異常充電によって規定電圧を超える充電をしなければインテリジェント電池５２の安全性は確保される。本実施の形態により、電池セル６２自身の短絡不具合およびシステム側の充電回路不具合が発生した場合でも、より安全なシステムを提供することが可能となる。更に、電池パック（インテリジェント電池５２）内部の異常充電検出機構によって異常が検出された場合、充電を強制的に停止すると同時に、システム側に異常の発生を通知することにより、不具合の発生をユーザに通知することができる。
【００４５】
尚、図４に示す正常充電時の電池容量と充電電流との関係における特性は、電池の種類（メーカ）により若干の違いが見られる。しかしながら、図５（ａ）に示すような異常検知のためのテーブル情報を電池内の異常電流検出テーブル７３に備え、電池のＣＰＵ６１が異常を判断して保護回路を働かせればよいので、システム側では、電池の種類の違いなどを認識する必要がない。また、異常を検知した電池パックのＣＰＵ６１は、保護回路（充電停止ＦＥＴ６６（ＦＥＴ４））を動作させると共に、通信線（ＣＯＭ１）を用いて、システム側に異常が発生したことを通知している。エンベデッドコントローラ４１は、電池（インテリジェント電池５２）から異常発生の通知を受けると、メインのプロセッサであるＣＰＵ１１に対してアラートをあげる。アラートを受け取ったＣＰＵ１１は、ＬＣＤ１８やＣＲＴモニタ等に対して異常が発生したことを表示することにより、ユーザに対して異常の発生を通知することができる。尚、ユーザに異常の発生を通知するものとしては、例えば、ＬＥＤを点滅させる方法や、ビープ音を用いる方法等も考えられる。
【００４６】
最後に、ノートＰＣ等である本体機器の充電器が通常の定電流・定電圧充電方式を採用し、外部充電器がパルス充電方式を採用しているようなケースを考える。例えばリチウムイオン電池やリチウムポリマー電池に対してパルス充電を行なう特殊な充電器に関しては、本実施の形態における異常充電検出機構を適用することはできない。パルス充電は、急速充電を行なう目的であり、通常の充電電圧より高い電圧をかけてパルス状に大電流を流している。このような場合では、上述したような構成をそのまま適用すると、外部充電器の充電電流を異常充電と見なして充電を強制的に停止してしまう。これを避けるために、例えば、電池（インテリジェント電池５２）を接続している機器が通信線（ＣＯＭ１）を使い、機器の識別情報であるＩＤを電池内部のＣＰＵ６１に送るように構成することができる。ＣＰＵ６１では機器本体に接続されたことをＩＤにより認識した場合に本実施の形態における異常充電検出機構をイネーブルにし、そうでない場合にはディスエーブルにすればよい。このように構成すれば、異なる充電方式を持つ充電器に接続される可能性が合っても、効果的に本実施の形態を適用することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、偶発的な異常が２重に起きたと想定した場合でもより安全な電池を提供することができる。
【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】本実施の形態における異常充電保護機能を備えたインテリジェント電池の構成を示した図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、リチウムイオン電池の充電特性を示した図である。
【図４】正常充電時の電池容量と充電電流との関係を示した図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は、本実施の形態で用いられる異常検出のための判断基準の一例を示した図である。
【図６】インテリジェント電池のＣＰＵにて実行される処理ブロックを示した図である。
【図７】図５（ａ）に示すテーブルを使用した場合の処理の流れを示したフローチャートである。
【図８】計算式に基づく異常状態検出処理の流れを示したフローチャートである。
【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…ＣＰＵ、６２…電池セル、６３…電圧検出回路、６４…電流検出回路、６５…放電停止ＦＥＴ、６６…充電停止ＦＥＴ、７１…充電電流測定部、７２…電池容量積算部、７３…異常電流検出テーブル、７４…異常電流判断部、７５…充電保護ＦＥＴオフ指示部、７６…異常発生通知部
Claims (12)
- 本体に対して電力を供給する電池を備えた電源供給システムであって、
前記電池の充電電流を測定する充電電流測定手段と、
前記電池の電池容量を算出する電池容量算出手段と、
前記充電電流測定手段により得られた充電電流値と前記電池容量算出手段により算出された前記電池容量とに基づき、電池容量に応じて予め定められた異常と検出できる電流値と当該充電電流値とを比較することで前記電池の異常発生を検出する検出手段と、を備えたことを特徴とする電源供給システム。 - 前記検出手段による異常発生の検出に基づいて、保護機能を動作させる保護機能作動手段を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の電源供給システム。
- 前記検出手段による異常発生の検出に基づいて、前記本体に対して異常発生を通知する通知手段を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の電源供給システム。
- データ処理を行なうシステム本体と、
前記システム本体に対して電力を供給するインテリジェント電池と、を備えたコンピュータ装置であって、
前記インテリジェント電池は、
充放電を行なう電池セルと、
前記電池セルに対する充電電流を検出する電流検出回路と、
前記電流検出回路により検出された充電電流を積算することにより電池容量を算出すると共に、当該電流検出回路により検出された充電電流値と算出された当該電池容量とに基づき、電池容量に応じて予め定められた異常と検出できる電流値と当該充電電流値とを比較することで電池の異常発生を認識するＣＰＵと、を備えたことを特徴とするコンピュータ装置。 - 前記インテリジェント電池は、前記ＣＰＵによる異常発生の認識に基づいて、当該ＣＰＵからの指示により停止動作を実行する保護回路を更に備えたことを特徴とする請求項４記載のコンピュータ装置。
- 電気機器に対して電力を供給する電池であって、
電池セルに対する充電電流を測定する充電電流測定手段と、
前記電池セルの電池容量を積算する電池容量積算手段と、
前記充電電流測定手段により測定された充電電流値と前記電池容量積算手段により積算された電池容量とに基づき、電池容量に応じて予め定められた異常と検出できる電流値と当該充電電流値とを比較することで異常発生を検出する異常発生検出手段と、を備えたことを特徴とする電池。 - 前記異常発生検出手段は、電池容量と異常検出電流値との関係を示した異常検出のためのテーブル情報に基づいて異常発生を検出することを特徴とする請求項６記載の電池。
- 前記異常発生検出手段は、電池容量に応じて場合分けされて定められた電池容量と充電電流値との関係式に基づいて異常発生を検出することを特徴とする請求項６記載の電池。
- 電池における異常充電の保護方法であって、
前記電池に対する充電電流値を測定し、
前記電池における電池容量を算出し、
算出される電池容量に対して測定される充電電流値の値が電池容量に応じて予め定められた異常と検出できる電流値よりも大きい場合に保護機能を働かせること、を特徴とする異常充電の保護方法。 - 電池容量に対して異常と検出される充電電流値の値を示す基準値を定めた情報に基づいて保護機能を働かせることを特徴とする請求項９記載の異常充電の保護方法。
- 前記電池容量が１００％未満の状態にて保護機能を働かせることを特徴とする請求項９記載の異常充電の保護方法。
- 電池に含まれるマイクロコンピュータに、
前記電池に対する充電電流値を測定する機能と、
前記電池における電池容量を算出する機能と、
算出される電池容量に対して測定される充電電流値の値が電池容量に応じて予め定められた異常と検出できる電流値よりも大きい場合に保護機能を働かせる機能と、を実現させるためのプログラム。
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