JP3976268B2 - 電池パック、電気機器、コンピュータ装置、電池の制御方法、電力供給方法、およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、コンピュータ装置などの電気機器等に係り、より詳しくは、複数の電池ブロックや電池をバッテリとして用いる電気機器等に関する。

ノートブック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)等のパーソナル機器、各種携帯型オーディオ機器、ビデオカメラ等の各種電気機器では、商用電源から例えばＡＣアダプタを介して直接、電力の供給を受ける場合の他、充放電を繰り返しながら何度も使用できる電池(蓄電池、２次電池、バッテリ)から電力の供給を受ける場合がある。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(ＮｉＭＨ電池)やニッケルカドミウム電池(ニッカド電池)が用いられている。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用いられる場合がある。

上述のような電気機器で、例えばノートＰＣでは、これらの電池類が格納されるバッテリパックを装備可能に構成され、ユーザは、ＡＣ電源のない場所ではバッテリ駆動でシステム本体を動作させている。しかしながら、上記バッテリパックにおける満充電からのバッテリ動作時間は必ずしもユーザにとって満足のいくものではない。そこで、従来よりバッテリを２個搭載した、所謂デュアルバッテリシステムのノートＰＣが提案されている。具体的には、システム本体の筐体に装着されるメインバッテリ(標準バッテリ)のバッテリパックに加えて、拡張ベイや拡張ベース(ウルトラベース)などに、例えばＣＤ−ＲＷやＤＶＤなどのドライブの代わりにセカンドバッテリのバッテリパックの装着を可能とする機種が存在している。

公報記載の従来技術としては、例えば、第１のバッテリと第２のバッテリとを備えた装置において、負荷切換回路を制御して第１のバッテリおよび第２のバッテリの何れか一方を負荷回路に交互に接続することで、バッテリの状態を常に把握して活性化させ寿命を延ばす技術が存在している(例えば、特許文献１参照。)。また、発明者らは、第１のバッテリおよび第２のバッテリを備えた装置において、ダイオードによる電力の損失を防止し、バッテリ駆動による動作時間を長くした発明について既に提案している(例えば、特許文献２参照。)。

特開平８−３７７４０号公報(第３−４頁、図１) 特許番号第２７０８３７４号公報(第５−７頁、図２)

一方、発明者らは、種類の違う電池を混在させて１つの電池パックを構成する技術について、研究を続けている。種類の違う電池セルを直列や並列に接続すると、一般に電池セルが急速に劣化してしまうことから、種類の違う電池セルを混在させて用いられることは通常行われない。複数の電池セルをブロックとして使用する場合には、同じ種類のセルであって、更に製造時のロット等が同じであっても性能が更に同じものを選定する等、複数の電池セルにおける特性を極力揃えてブロックを形成することが一般的に行われている。しかしながら、例えば電池パックに使われていない空間(スペース)がある場合であっても、セルの形状によってはそのスペースを埋め尽くすことができず、空きスペースを有効に利用することができなかった。例えば同じリチウムイオン電池であっても円筒形状と角形のリチウムイオン電池を混在させることができず、これらを混在させることができれば、スペースを有効に利用することが可能となり、電池パックの形状を柔軟に設計することが可能となる。

そこで、発明者らは、同種の電池セル毎に、単セル電池を直列や並列に接続することによってセルブロック(電池ブロック)を構成したハイブリッド電池の実用化に向けて研究を進めている。このような、複数の電池ブロックを内部に配置するハイブリッド電池では、異なるセルが電気的に接続されないように構成することで、セル劣化の発生を抑制している。しかし、片側の電池ブロックがもう一方の電池ブロックに比べて充放電サイクル数が著しく増えてしまう場合には、一方の充放電サイクル数の増大に伴って電池劣化の度合いが大きくなり、結果としてハイブリッド電池の電池寿命を低下させてしまう。このハイブリッド電池は電池パックとして１つの筐体を形成しており、一方の電池ブロックの劣化はハイブリッド電池全体の劣化となる。その結果、ハイブリッド電池における総電池容量の減少となる。

また、従来技術の欄で説明したように、メイン電池とセカンド電池等の複数の電池を機器に搭載したデュアルバッテリシステムにおいても、一方の電池だけが優先的に使用される場合がある。かかる場合には、一方の電池だけが極端に寿命が短くなると共に、全体の電池容量も低下してしまう。例えば、上記特許文献１において、第１のバッテリがメイン電池、第２のバッテリがセカンド電池(ベイ・ドライブに接続される電池)とすると、通常ベイ・ドライブに接続せずにノートＰＣを使用するユーザの場合、メイン電池の充放電サイクル数だけが増えてしまう。このとき、上記特許文献１のように単に交互に切り替え制御するだけでは、上記問題を解決することができない。その一方で、新しくノートＰＣを買い換えたユーザの場合には、セカンド電池の充放電サイクル数だけが増えた状態となっているが、上記特許文献１のように単に交互に切り替え制御するだけでは、セカンド電池だけの寿命が極端に短くなってしまう。

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、所謂ハイブリッド電池や所謂デュアルバッテリシステム等の複数の電池ブロックや複数の電池を接続可能な電気機器において、特定の電池、電池ブロックだけが劣化する現象を防ぐことにある。
また他の目的は、複数の電池、複数の電池ブロックを接続可能な電気機器において、充放電サイクル数を均一化することで、トータルの電池容量(総電池容量)を高く維持することにある。

かかる目的のもと、本発明は、複数のセルブロック(電池ブロック)を内部に配置する所謂ハイブリッド電池や、機器に電池を２個搭載した所謂デュアルバッテリ等の複数個の電池が機器に接続される場合において、それぞれのセルブロックやそれぞれの電池の充放電サイクル数が均等になるように放電制御を行うことにより、片方のセルブロックや電池だけが著しく劣化してしまう現象を防いでいる。すなわち、本発明が適用される一の態様は、電力を消費する電気機器本体に接続可能に構成される電池パックであって、単数または複数の電池セルからなり、充電の後に放電して電気機器本体に対して電力を供給する第１のセルブロックと、単数または複数の電池セルからなり、充電の後に放電して電気機器本体に対して電力を供給すると共に、第１のセルブロックとは選択的にアクティブとなる第２のセルブロックとを含み、この第１のセルブロックの充放電サイクル数と第２のセルブロックの充放電サイクル数とに基づいて、第１のセルブロックおよび第２のセルブロックの中からアクティブとなるセルブロックが選択されることを特徴としている。

ここで、この電池パックは、第１のセルブロックの充放電サイクル数と第２のセルブロックの充放電サイクル数とを比較し、充放電サイクル数の少ないものから優先的にアクティブとなるように選択されることを特徴としている。
また、この第１のセルブロックの充放電サイクル数および第２のセルブロックの充放電サイクル数を認識し、認識される第１のセルブロックの充放電サイクル数と第２のセルブロックの充放電サイクル数との差が一定範囲となるようにアクティブとなるセルブロックを切換制御するコントローラを更に備えたことを特徴としている。
尚、この電池パックは、必ずしも２つのセルブロックだけではなく、３つ以上の複数のセルブロックを有する場合を含む。かかる場合に、特定のセルブロックを上記第１のセルブロックとし、任意の他のセルブロックを上記第２のセルブロックとみなすことで、第３、第４のセルブロックを有する電池パックにも同様に適用される。以下、後述する第１の電池、第２の電池などの関係も同様である。

一方、本発明が適用される電気機器は、電力を消費する本体と、この本体に接続可能に構成され、互いが電気的に接続されない複数のセルブロックが内部に配置されるとともに、複数のセルブロックの中の特定のセルブロックから放電することにより本体に対して電力を供給するハイブリッド電池とを含み、このハイブリッド電池は、複数のセルブロックを構成する各セルブロックの充放電サイクル数の差が一定範囲となるように、アクティブとなるセルブロックが選択されることを特徴としている。

ここで、このハイブリッド電池は、複数のセルブロックを構成する各セルブロックの充放電サイクル数を認識し、認識された充放電サイクル数の各セルブロックごとの差がスレッショルド値以内となるように、放電時にアクティブとなるセルブロックを切換制御するコントローラを備えたことを特徴としている。このコントローラは、本体側コントローラとの間でコミュニケーションを図り、把握された複数のセルブロックの総容量のデータ等を本体側コントローラに送信している。

他の観点から捉えると、本発明が適用される電気機器は、本体に接続可能に構成され本体に対して電力を供給する第１の電池と、本体に接続可能に構成され、第１の電池とは選択的にアクティブとなって本体に電力を供給する第２の電池とを含み、この本体は、第１の電池と第２の電池とが本体に接続された際、この第１の電池と第２の電池との充放電サイクル数が均等となるように、第１の電池および第２の電池を切換制御することを特徴としている。

ここで、この本体は、第１の電池および第２の電池の充放電サイクル数を認識し、認識された第１の電池の充放電サイクル数および第２の電池の充放電サイクル数の差がスレッショルド値以内となるように、放電時にアクティブとなる電池を切換制御するコントローラと、コントローラからの指示に基づいて第１の電池および第２の電池を切り換える切換回路とを備えたことを特徴としている。また「均等」とは、完全一致ではなく、ある範囲を有するものである。

また、本発明は、ノートＰＣなどのコンピュータ装置から把握することができる。すなわち、本発明は、システム本体に対して電力を供給するメイン電池と、このシステム本体に対して電力を供給するとともにメイン電池とは選択的にアクティブとなって放電するセカンド電池とをシステム本体に接続可能に構成されるコンピュータ装置であって、メイン電池の充放電サイクル数とセカンド電池の充放電サイクル数との差が一定範囲となるように、放電時にアクティブとなる電池を切換制御するコントローラと、このコントローラからの指示に基づいてメイン電池およびセカンド電池を切り換える切換回路とを含む。

このコントローラは、メイン電池およびセカンド電池の充放電サイクル数を認識し、認識されたメイン電池の充放電サイクル数およびセカンド電池の充放電サイクル数の差が予め定められた所定の値以内か否かを判断し、この所定の値以内となるように、放電時にアクティブとなる電池を切換制御することを特徴としている。この所定の値とは、充放電サイクル数が同等(均等、均一)と考えられる値であり、例えば３サイクルや１０サイクル等を選択することができる。

観点を変えると、本発明は、システム本体に対して電力を供給するメイン電池と、このシステム本体に対して電力を供給するとともにメイン電池とは選択的にアクティブとなって放電するセカンド電池とをシステム本体に接続可能に構成されるコンピュータ装置であって、メイン電池の充放電サイクル数およびセカンド電池の充放電サイクル数を認識する認識手段と、この認識手段による認識に基づいて、メイン電池またはセカンド電池の何れかにつき、充放電サイクル数の少ない電池から優先的にアクティブにする手段とを含む。
ここで、この優先的にアクティブにする手段は、認識手段により認識されたメイン電池の充放電サイクル数とセカンド電池の充放電サイクル数とを比較して予め定められた所定の値を超えた差がある場合に、充放電サイクル数の少ない電池に切り換えてアクティブにすることを特徴とすることができる。

更に、本発明を方法の発明から捉えると、本発明は、電力を消費する本体に接続可能に構成され、互いが電気的に接続されない複数のセルブロックが内部に配置されるとともに、複数のセルブロックの中の何れかのセルブロックから放電することにより本体に対して電力を供給する電池の制御方法であって、複数のセルブロックにおける各々の充放電サイクル数を認識するステップと、認識された各々の充放電サイクル数に基づいて、放電するセルブロックを選択するステップとを含む。ここで、このセルブロックを選択するステップは、各々の充放電サイクル数の差が一定範囲となるように、放電するセルブロックを選択することを特徴としている。

しかして、本発明は、電力を消費する本体に対して電力を供給する第１の電池と、この第１の電池とは選択的にアクティブとなって本体に電力を供給する第２の電池とが共に接続された際の電気機器における電力供給方法であって、第１の電池の充放電サイクル数および第２の電池の充放電サイクル数を認識するステップと、認識された第１の電池の充放電サイクル数および第２の電池の充放電サイクル数に基づいて、第１の電池および第２の電池の中から電力の供給源となる電池を選択するステップとを含む。ここで、この電池を選択するステップは、第１の電池の充放電サイクル数および第２の電池の充放電サイクル数の差が一定範囲となるように、電力の供給源となる電池を選択することを特徴としている。

また、本発明が適用されるプログラムは、電力を消費する本体に対して電力を供給する第１の電池と、第１の電池とは選択的にアクティブとなって本体に電力を供給する第２の電池とが共に接続可能に構成されるコンピュータに、接続された第１の電池の充放電サイクル数および接続された第２の電池の充放電サイクル数を認識する機能と、認識された第１の電池の充放電サイクル数および第２の電池の充放電サイクル数に基づいて、第１の電池および第２の電池の中から電力の供給源となる電池を選択する機能とを実現させる。

ここで、この電池を選択する機能は、第１の電池の充放電サイクル数と第２の電池の充放電サイクル数とを比較し、充放電サイクル数の少ない電池から優先的にアクティブとなるように選択される。また、この電池を選択する機能は、第１の電池の充放電サイクル数および第２の電池の充放電サイクル数の差が一定範囲となるように、電力の供給源となる電池を選択することを特徴としている。
尚、上述した各発明において、「第１の電池」および「第２の電池」は、複数の電池が電気機器に接続されたシステム（例えばデュアルバッテリシステム）の電池に限定されることはなく、複数の電池ブロックが格納される電池パック（例えばハイブリッド電池）を構成するこれらの電池ブロックとして捉えることができる場合もある。

本発明によれば、所謂ハイブリッド電池やデュアルバッテリシステム等の複数の電池ブロック、電池を接続可能な電気機器において、特定の電池ブロック、電池だけが劣化する現象を防ぐことが可能となる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、電気機器の一例として、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)などのコンピュータ装置１０のハードウェア構成を示した図である。図１に示すコンピュータ装置１０において、ＣＰＵ１１は、コンピュータ装置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。この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、ＩＳＡバスに代わる新しいインタフェースであるＬＰＣ(Low Pin Count)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。ＣＰＵ１１の内部に設けられる１次キャッシュの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２次キャッシュ１４が置かれる場合がある。

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、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。この実行プログラムには、ＯＳや各種ドライバ、各種アプリケーションプログラム、ＢＩＯＳ(Basic Input/Output System)等のファームウェアが含まれる。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て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。

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(スロット)２７が夫々接続されている。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、コンピュータ装置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、例えばワイヤレスＬＡＮモジュールが内蔵されたミニＰＣＩ(miniＰＣＩ)カード２８が接続される。

Ｉ/Ｏブリッジ２１は、ＰＣＩバス２０とＬＰＣバス４０とのブリッジ機能を備えている。また、ＩＤＥ(Integrated Device Electronics)インタフェース機能を備えており、この機能によって実現されるインタフェースは、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。また、このＩ/Ｏブリッジ２１にはＵＳＢポートが設けられており、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。また、Ｉ/Ｏブリッジ２１からモデム機能をサポートするＡＣ９７(Audio CODEC '97)、コアチップに内蔵されたイーサネット（登録商標）に対するインタフェースであるＬＣＩ(LAN Connect Interface)、ＵＳＢ等を介して、コネクタ４７が複数、接続されている。この複数のコネクタ４７の各々には、コミュニケーションカード４８が接続可能に構成されている。

更に、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、ＡＣアダプタ５１、２次電池であるメイン電池(第１の電池)５２およびセカンド電池(第２の電池)５３を接続可能に構成されている。また、後述するエンベデッドコントローラ４１の指示に基づいてメイン電池５２およびセカンド電池５３の何れかをアクティブにするために切り換えるバッテリ切換回路５４、コンピュータ装置１０で使用される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、メイン電池５２およびセカンド電池５３を充電するための充電回路５６等を備えている。

ＬＰＣバス４０には、エンベデッドコントローラ４１、フラッシュＲＯＭ４４、SuperＩ/Ｏコントローラ４５が接続されており、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。また、エンベデッドコントローラ４１には、ゲートアレイロジック４２が接続されている。このSuperＩ/Ｏコントローラ４５にはＩ/Ｏポート４６が接続されている。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に接続されて電源管理機能の一部を担っている。

図２は、本実施の形態が適用されるハイブリッド電池１００の全体構成を示した図である。電池パック(バッテリパック)を構成するハイブリッド電池１００は、メイン電池５２やセカンド電池５３に用いられ、複数の電池ブロック(セルブロック)を内部に配置した電池である。図２に示すハイブリッド電池１００では、セルブロックＡ(第１の電池)１０１とセルブロックＢ(第２の電池)１１１の２つのセルブロックが設けられている。セルブロックＡ１０１は例えば４直列の円筒形リチウムイオンセルで構成され、セルブロックＢ１１１は例えば４直列の角形リチウムイオンセルで構成されており、同種の電池セルごとにセルブロックを構成している。セルブロックは、単セル電池を直列や並列に接続することによって構成される。これらのセルブロック(セルブロックＡ１０１とセルブロックＢ１１１)は、互いに電気的に接続されていない。このように、異なる電池セルが電気的に接続されないので、セルの劣化を発生させない。また、セルを混合させても１つの電池パックとして扱うことができるようになる。更に、一般的には、セルブロックＡ１０１とセルブロックＢ１１１とは選択的にアクティブとなるように構成されている。ハイブリッド電池１００の各セルブロック(セルブロックＡ１０１とセルブロックＢ１１１)は充電回路(図示せず)に接続可能に構成され、ＡＣアダプタ５１からの電力供給を受けて充電される。また、各セルブロック(セルブロックＡ１０１とセルブロックＢ１１１)はＤＣ/ＤＣコンバータ(ＤＣ/ＤＣ)５５に接続され、放電によりコンピュータ装置１０のシステム本体に電力を供給することが可能である。

また、ハイブリッド電池１００は、各セルブロックの残容量の管理や、セルブロックＡ１０１とセルブロックＢ１１１との切り換え制御等を実行するＣＰＵ１２０、ＣＰＵ１２０の作業用メモリであるＥＥＰＲＯＭ１２１を備えている。ＣＰＵ１２０は、電池パックであるハイブリッド電池１００の全体を制御すると共に、システム本体側のエンベデッドコントローラ４１との通信を司っており、例えばＳＢＳ(Smart Battery System)に準拠し、ＳＢＳのインタフェースを介してエンベデッドコントローラ４１と所定のコミュニケーションを図っている。また、本実施の形態における各セルブロックの切り換え制御を実行している。ハイブリッド電池１００内部のコントローラであるＣＰＵ１２０は、各セルブロックの総容量データ(総電池容量)を管理し、１つの電池パックとして扱い、システム本体側(エンベデッドコントローラ４１)に容量データを送っている。これらによって、異なる電池セルが混在した電池パックを、１つの電池パック(筐体が同じか否かを必ずしも問わない)として扱うことが可能となる。

更に、ハイブリッド電池１００は、各セルブロック(セルブロックＡ１０１とセルブロックＢ１１１)毎に、同様な機能構成を備えている。例えば、各セルブロック毎に、保護用のＦＥＴ(電界効果トランジスタ：Field effect Transistor)が接続されている。セルブロックＡ１０１のＦＥＴ１０２は、放電の停止/充電の停止を行うＦＥＴ-Ａ１/ＦＥＴ-Ａ２を備え、またセルブロックＢ１１１のＦＥＴ１１２も同様に、放電の停止/充電の停止を行うＦＥＴ-Ｂ１/ＦＥＴ-Ｂ２を備えている。本実施の形態では、通常は保護用に用いられるＦＥＴ１０２およびＦＥＴ１１２を利用して、セルブロックＡ１０１とセルブロックＢ１１１との切り換えを可能としている。このように、従来の保護回路を利用してセルブロックの切り換えを行うので、最小のコストでハイブリッド化を実現している。

また、ハイブリッド電池１００は、各セルブロックの電圧の測定や電流値の測定を行うアナログ回路のＡＳＩＣであるアナログフロントエンド１０３,１１３を備えている。本実施の形態では、ＣＰＵ１２０がＦＥＴ１０２,１１２のオン/オフを制御するときに、アナログフロントエンド１０３,１１３にコマンドを出力する。そのコマンドを受け取ったアナログフロントエンド１０３,１１３では、その回路の一部がＦＥＴ１０２,１１２を具体的にＯＮ/ＯＦＦするように機能している。例えば、セルブロックＡ１０１をアクティブにして、このセルブロックＡ１０１から放電する際には、ＣＰＵ１２０はアナログフロントエンド１０３にＦＥＴ１０２のＦＥＴ-Ａ１およびＦＥＴ-Ａ２をＯＮさせるコマンドを出力し、アナログフロントエンド１１３にＦＥＴ１１２のＦＥＴ-Ｂ１およびＦＥＴ-Ｂ２をＯＦＦさせるコマンドを出力する。かかる出力に基づいて、アナログフロントエンド１０３,１１３は、ＦＥＴ１０２,１１２をＯＮ/ＯＦＦさせる。逆にセルブロックＢ１１１から放電するときには、ＦＥＴ-Ａ１およびＦＥＴ-Ａ２がＯＦＦ、ＦＥＴ-Ｂ１およびＦＥＴ-Ｂ２がＯＮとなるように設定、制御される。

このアナログフロントエンド１０３,１１３は、抵抗１０７,１１７の両端に生じる電圧値および電流値を出力している。ＣＰＵ１２０は、アナログフロントエンド１０３,１１３に対してコマンドを出力し、一定時間後にアナログフロントエンド１０３,１１３のアナログポート(またはレジスタ)にある電圧値と電流値とを観察する。ＣＰＵ１２０は、観察された電圧値と電流値とをサイクル数に換算することで、セルブロックＡ１０１およびセルブロックＢ１１１の充放電サイクル数を把握することができる。

また、ハイブリッド電池１００では、保護機能であるヒューズ１０４,１１４、温度上昇を検知するサーミスタ１０５,１１５が各々のセルブロックに対応して備えられている。また、各セルブロックの電圧を測定して電圧が規定値よりも高くなるとヒューズ１０４,１１４を切断するセーフティＩＣ１０６,１１６を各々備えており、ＣＰＵ１２０に不具合等が生じてＦＥＴ１０２,１１２が制御できなくなった場合でも、更なる安全が確保されている。

ここで、各セルブロック(セルブロックＡ１０１とセルブロックＢ１１１)の充放電サイクル数と容量との関係について考察する。
図３は、リチウムイオン電池におけるセルブロックの充放電サイクル数と容量との関係を示した図である。横軸は対数表示された充放電サイクル数(回数)を示し、縦軸は電池の容量を率(％)で示している。この図から、充放電サイクル数が増えれば増えるほどセルブロックの劣化度合いが大きくなることが読み取れる。より詳しくは、充放電サイクル数が１００サイクルを超えたあたりから急速に落ち込むことが解る。これは、１つのセルブロックの特性であり、円筒形リチウムイオンセルであるセルブロックＡ１０１も角形リチウムイオンセルであるセルブロックＢ１１１も、ほぼ同様な特性を示す。

図４(ａ),(ｂ)は、かかる劣化特性を有するセルブロックを用いたハイブリッド電池１００において、具体的な劣化度合いを考察するための図である。図４(ａ)および図４(ｂ)は、同一のセルブロックを用い、セルブロックＡ１０１とセルブロックＢ１１１とは同一の容量であるものとする。このとき、仮に図４(ａ)に示すように、一方のセルブロックの充放電サイクル数が３００サイクル(容量４０％)、他方のセルブロックの充放電サイクル数が０サイクル(容量１００％)とすると、電池パックとしては１５０回の充放電サイクルで容量(総電池容量)が７０％になると考えることができる。これに対して、図４(ｂ)に示すように、両方のセルブロックの充放電サイクル数が１５０サイクル(容量８２％)である場合には、電池パックとしては１５０回の充放電サイクルで容量(総電池容量)が８２％になる。従って、両者のセルブロックのサイクル数が均等であればあるほど、電池パック全体の劣化度合いは小さくなる。また、３つ以上のセルブロックを有する場合にも、同様に、これらのサイクル数が均等であれば電池パック全体の劣化度合いが小さくなることが理解できる。
そこで、本実施の形態では、各々のセルブロック(セルブロックＡ１０１とセルブロックＢ１１１)における充放電サイクル数の差が、あるスレッショルド値以内になるように、ＣＰＵ１２０によって放電時のアクティブなセルブロックを切換制御するように構成している。

図５は、ＣＰＵ１２０によって実行されるセルブロックの切換制御処理を示したフローチャートである。ここでは、基本的に放電のときにサイクル数を制御している。初期設定では、まずセルブロックＡ１０１をアクティブに切り換え設定する(ステップ１０１)。次に、セルブロックＡ１０１とセルブロックＢ１１１とのサイクル数を各々認識して比較し、セルブロックＡ１０１のサイクル数からセルブロックＢ１１１のサイクル数を減算した値(デルタ)が、所定の値として予め設定されている「３」より大きいか否かが判断される(ステップ１０２)。デルタが３よりも大きい場合には、セルブロックＢ１１１をアクティブに切り換え(ステップ１０３)、セルブロックＢ１１１からシステム本体に向けて放電されるように制御する。デルタが３よりも大きくない場合にはそのまま次の処理に移行する。

次に、セルブロックＢ１１１とセルブロックＡ１０１とのサイクル数を比較し、セルブロックＢ１１１のサイクル数からセルブロックＡ１０１のサイクル数を減算した値(デルタ)が、所定の値として予め決定されている「３」より大きいか否かが判断される(ステップ１０４)。デルタが３よりも大きい場合には、セルブロックＡ１０１をアクティブに切り換え(ステップ１０５)、セルブロックＡ１０１からシステム本体に向けて放電されるように制御する。デルタが３よりも大きくない場合にはそのまま次の処理に移行する。そして、充電中か否かが判断され(ステップ１０６)、充電中ではない場合にはステップ１０２へ戻って上記処理が実行され、充電中である場合には充電処理が実行されて(ステップ１０７)、ステップ１０２へ戻る。

このように、充電中は充電状態によってアクティブなセルブロックは交互に切り換えられてしまうが、上記のようにサイクル数を元に放電時のアクティブなセルブロックを制御することにより、セルブロックＡ１０１とセルブロックＢ１１１とのサイクル数をほぼ同等に設定することができる。即ち、本実施の形態によれば、各セルブロックの充放電サイクル数の制御によって、ハイブリッド電池の各セルブロックの充放電サイクル劣化を最小限に制御することが可能となる。尚、制御に用いられる「３」の数は、この程度までは同等(均等)と見なせる範囲として決定されたものであり、実質的には「１０」程度まで同等(均等)と見なすことも可能である。このようにして処理される結果、本実施の形態では、充放電サイクル数の少ないセルブロックから優先的にアクティブとなるように選択されるものとすることができる。

更に本実施の形態は、メイン電池とセカンド電池によって構成される所謂デュアルバッテリシステムにも適用することが可能である。
図６は、本実施の形態におけるデュアルバッテリシステムが適用される電源回路５０の構成を説明するための図である。図６に示すシステムでは、エンベデッドコントローラ４１によって切り換え制御がなされるバッテリ切換回路５４を設け、メイン電池５２とセカンド電池５３との充放電サイクル数に基づいて、メイン電池５２とセカンド電池５３との切り換えを行っている。このバッテリ切換回路５４は、メイン電池５２の充電および放電をオン/オフするＦＥＴ６１(ＦＥＴ−１１とＦＥＴ−１２)、セカンド電池５３の充電および放電をオン/オフするＦＥＴ６２(ＦＥＴ−２１とＦＥＴ−２２)が設けられ、ＦＥＴ６１を駆動するＦＥＴドライブ回路６３、ＦＥＴ６２を駆動するＦＥＴドライブ回路６４を設けている。ＦＥＴドライブ回路６３,６４は、エンベデッドコントローラ４１からのコマンドを受けて、各ＦＥＴをオン/オフしている。メイン電池５２およびセカンド電池５３とエンベデッドコントローラ４１とは、例えばＳＢＳのインタフェースを介して、電池容量等の情報の他、充放電サイクル数に関する情報をやりとりしている。

すなわち、デュアルバッテリシステムにおけるメイン電池５２およびセカンド電池５３の各充放電サイクル数は、各電池に内部ＣＰＵを有するインテリジェント電池である場合にはこの内部ＣＰＵからの情報に基づいて、エンベデッドコントローラ４１が認識することが可能である。より具体的には、各電池の内部に設けられたアナログフロントエンドから出力される電流値および電圧値を各電池の内部ＣＰＵが取得し、取得された電流値および電圧値から充放電サイクル数を得る。エンベデッドコントローラ４１は、ＳＢＳのインタフェースを介してかかる充放電サイクル数を認識することができる。

図６に示すデュアルバッテリシステムでは、図２に示す各要素を図６に示す各要素に置き換えることで、図２〜図５を用いて説明した機能、切換制御処理を図６の各要素にて適用することができる。例えば、セルブロックＡ１０１をメイン電池５２に、セルブロックＢ１１１をセカンド電池５３に、ＦＥＴ１０２,１１２をＦＥＴ６１,６２に、アナログフロントエンド１０３,１１３をＦＥＴドライブ回路６３,６４に置き換え、ＣＰＵ１２０で行われていた制御をエンベデッドコントローラ４１にて実行させることで、図３および図４に示すものと同様の効果が得られる。

図７は、デュアルバッテリシステムにおけるバッテリの切換処理を示したフローチャートである。ここでは、エンベデッドコントローラ４１の制御およびバッテリ切換回路５４の動作によって、電力の供給源となる電池が選択される処理が示されており、基本的に放電のときにサイクル数を制御している。初期設定では、まずエンベデッドコントローラ４１からの指示のもと、バッテリ切換回路５４がメイン電池５２をアクティブに切り換える(ステップ２０１)。次に、エンベデッドコントローラ４１は、例えばＳＢＳインタフェースを介してメイン電池５２およびセカンド電池５３の充放電サイクル数を認識する(ステップ２０２)。そしてメイン電池５２のサイクル数からセカンド電池５３のサイクル数を減算した値(デルタ)が、所定の値として予め設定されている「３」より大きいか否かが判断される(ステップ２０３)。デルタが３よりも大きい場合には、セカンド電池５３をアクティブに切り換え(ステップ２０４)、セカンド電池５３からシステム本体に向けて放電されるように制御する。デルタが３よりも大きくない場合にはそのまま次の処理に移行する。

次に、エンベデッドコントローラ４１は、セカンド電池５３とメイン電池５２とのサイクル数を認識し(ステップ２０５)、セカンド電池５３のサイクル数からメイン電池５２のサイクル数を減算した値(デルタ)が、所定の値として予め決定されている「３」より大きいか否かが判断される(ステップ２０６)。デルタが３よりも大きい場合には、エンベデッドコントローラ４１の指示に基づいてバッテリ切換回路５４はメイン電池５２をアクティブに切り換え(ステップ２０７)、メイン電池５２からシステム本体に向けて放電されるように制御される。デルタが３よりも大きくない場合にはそのまま次の処理に移行する。そして、充電中か否かが判断され(ステップ２０８)、充電中ではない場合にはステップ２０２へ戻って上記処理が繰り返され、充電中である場合には充電処理が実行されて(ステップ２０９)、ステップ２０２へ戻る。以上のように、本実施の形態では、メイン電池５２とセカンド電池５３との中から充放電サイクル数の少ない電池が優先的にアクティブとなるように選択されており、電力の供給源となる電池が決定される。

このように、メイン電池５２およびセカンド電池５３(ベイ・ドライブに接続される電池)が共に接続されるデュアルバッテリシステムにて、これらの電池の充放電サイクル数が均一になるように切換制御が実施されるために、一方の電池だけが劣化する現象を防止することができる。例えば、電池が２個、搭載されている場合に、必ずセカンド電池５３から放電するシステムが存在している。かかるシステムを利用する場合、ユーザの使用状況では、毎回、両者の電池を完全に使い切ることは希であり、ほとんどはセカンド電池５３しか使用されない。そのために、通常、メイン電池５２に比べてセカンド電池５３のサイクル数が極端に大きくなってしまう。この場合には、セカンド電池５３だけに、一方的な劣化現象が生じてしまう。また、デュアルバッテリシステムの全体の容量も大きく減少することになる。しかしながら、本実施の形態を適用することで、両者の電池の寿命を均等に延ばすことが可能になると共に、システム全体の容量も高く維持することが可能となる。

尚、上述した実施の形態では、２つのセルブロックを有するハイブリッド電池１００、第１のバッテリであるメイン電池５２と第２のバッテリであるセカンド電池５３の２つの電池を有するデュアルバッテリシステムを例に挙げて説明した。しかしながら、本実施の形態は、３つ以上のセルブロックを有する電池パックや、３つ以上の電池パックを含む電源供給システムに対して適用することができる。この３つ以上のセルブロック等を有する場合には、図５に示すフローチャートに変えて、例えば、複数のセルブロックの中で最大サイクル数のセルブロックと最小サイクル数のセルブロックとを抽出し、これらのセルブロックのずれ量がある所定の値(例えば３サイクル未満)となるように、アクティブにするセルブロックを選択するように構成すればよい。このように構成すれば、複数のセルブロックを有するハイブリッドの電池パックや、複数の電池パックを有するシステムにおいて、容量を高く維持することが可能になると共に、電池ブロック等のトータルの劣化度合いを小さくすることが可能となる。

また、本実施の形態における制御方法は、放電を行ってシステムに対して電力を供給するハイブリッド電池１００が接続可能に構成された機器のコンピュータに実行されるプログラムとして展開することができる。特に、エンベデッドコントローラ４１に実行させるためのプログラムとして、図７に示すような処理を実行させるプログラムとして提供される。また、メイン電池５２やセカンド電池５３など、複数のバッテリを接続可能に構成された機器のコンピュータに実行されるプログラムとして展開することができる。これらのプログラムをコンピュータに対して提供する際に、例えばノートＰＣにインストールされた状態にて提供される場合の他、ノートＰＣ等のコンピュータに実行させるプログラムをコンピュータが読取可能に記憶した記憶媒体にて提供する形態が考えられる。この記憶媒体としては、例えばＤＶＤやＣＤ−ＲＯＭ媒体等が該当し、ＤＶＤやＣＤ−ＲＯＭ読取装置等によってプログラムが読み取られ、フラッシュＲＯＭ等にこのプログラムが格納されて実行される。また、これらのプログラムは、例えば、プログラム伝送装置によってネットワークを介して提供される形態がある。

尚、本件を上記のような記憶媒体の発明として捉えると、以下のようになる。すなわち、「電力を消費する本体に対して電力を供給する第１の電池と、当該第１の電池とは選択的にアクティブとなって当該本体に電力を供給する第２の電池とが共に接続可能に構成されるコンピュータを、接続された前記第１の電池の充放電サイクル数および接続された前記第２の電池の充放電サイクル数を認識する手段と、認識された前記第１の電池の充放電サイクル数および前記第２の電池の充放電サイクル数に基づいて、当該第１の電池および当該第２の電池の中から電力の供給源となる電池を選択する手段と、して機能させるプログラムを格納した記憶媒体。」である。このとき、第１の電池は、メイン電池５２だけでなく、セルブロックＡ１０１として把握することもできる。また、第２の電池は、セカンド電池５３だけでなく、セルブロックＢ１１１として把握することができる。「コンピュータ」としては、エンベデッドコントローラ４１の他、図２に示すＣＰＵ１２０等が該当する場合もある。

本発明の活用例としては、ノートＰＣなどのコンピュータ装置の他、外部電源と電池とに接続可能な電気機器等に適用できる。また、電気機器に接続される電池、および、これらの装置、機器にて実行されるプログラムが活用例として挙げられる。

電気機器の一例として、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)などのコンピュータ装置のハードウェア構成を示した図である。 本実施の形態が適用されるハイブリッド電池の全体構成を示した図である。 リチウムイオン電池におけるセルブロックの充放電サイクル数と容量との関係を示した図である。 (ａ),(ｂ)は、劣化特性を有するセルブロックを用いたハイブリッド電池において、具体的な劣化度合い考察するための図である。 ＣＰＵによって実行されるセルブロックの切換制御処理を示したフローチャートである。 本実施の形態におけるデュアルバッテリシステムが適用される電源回路の構成を説明するための図である。 デュアルバッテリシステムにおけるバッテリの切換処理を示したフローチャートである。

符号の説明

１１…ＣＰＵ、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…メイン電池(第１の電池)、５３…セカンド電池(第２の電池)、５４…バッテリ切換回路、６１,６２…ＦＥＴ、６３,６４…ＦＥＴドライブ回路、１００…ハイブリッド電池、１０１…セルブロックＡ(第１の電池)、１１１…セルブロックＢ(第２の電池)、１０２,１１２…ＦＥＴ、１０３,１１３…アナログフロントエンド、１２０…ＣＰＵ、１２１…ＥＥＰＲＯＭ

Claims (9)

1. 電力を消費する電気機器本体に接続可能に構成される電池パックであって、
   単数または複数の電池セルからなり、充電の後に放電して前記電気機器本体に対して電力を供給する第１のセルブロックと、
   単数または複数の電池セルからなり、充電の後に放電して前記電気機器本体に対して電力を供給すると共に、前記第１のセルブロックとは選択的にアクティブとなる第２のセルブロックと、
   前記第１のセルブロックの充放電サイクル数および前記第２のセルブロックの充放電サイクル数を認識し、認識される当該第１のセルブロックの充放電サイクル数と当該第２のセルブロックの充放電サイクル数とを比較して予め定められた所定の値を超えた差がある場合に充放電サイクル数の差が一定範囲となるようにアクティブとなるセルブロックを切換制御するコントローラと
   を含むことを特徴とする電池パック。
2. 電力を消費する本体と、
   前記本体に接続可能に構成され、互いが電気的に接続されない複数のセルブロックが内部に配置されるとともに、当該複数のセルブロックの中の特定のセルブロックから放電することにより当該本体に対して電力を供給するハイブリッド電池と、
   前記ハイブリッド電池は、前記複数のセルブロックを構成する各セルブロックの充放電サイクル数を認識し、認識された当該各セルブロックの充放電サイクル数を比較して予め定められた所定の値を超えた差がある場合に当該充放電サイクル数の各セルブロックごとの差がスレッショルド値以内となるように、放電時にアクティブとなるセルブロックを切換制御するコントローラと
   を含むことを特徴とする電気機器。
3. 電力を消費する本体と、
   前記本体に接続可能に構成され当該本体に対して電力を供給する第１の電池と、
   前記本体に接続可能に構成され、前記第１の電池とは選択的にアクティブとなって当該本体に電力を供給する第２の電池とを含み、
   前記本体は、
   前記第１の電池および前記第２の電池の充放電サイクル数を認識し、認識された当該第１の電池の充放電サイクル数および当該第２の電池の充放電サイクル数を比較して予め定められた所定の値を超えた差がある場合に充放電サイクル数の差がスレッショルド値以内となるように、放電時にアクティブとなる電池を切換制御するコントローラと、
   前記コントローラからの指示に基づいて前記第１の電池および前記第２の電池を切り換える切換回路と
   を備えたことを特徴とする電気機器。
4. システム本体に対して電力を供給するメイン電池と、当該システム本体に対して電力を供給するとともに当該メイン電池とは選択的にアクティブとなって放電するセカンド電池と、を当該システム本体に接続可能に構成されるコンピュータ装置であって、
   前記メイン電池の充放電サイクル数と前記セカンド電池の充放電サイクル数とを比較して予め定められた所定の値を超えた差がある場合に、当該メイン電池の充放電サイクル数と当該セカンド電池の充放電サイクル数との差が一定範囲となるように、放電時にアクティブとなる電池を切換制御するコントローラと、
   前記コントローラからの指示に基づいて前記メイン電池および前記セカンド電池を切り換える切換回路と
   を含むコンピュータ装置。
5. 前記コントローラは、前記メイン電池および前記セカンド電池の充放電サイクル数を認識し、認識された当該メイン電池の充放電サイクル数および当該セカンド電池の充放電サイクル数の差が予め定められた所定の値以内か否かを判断し、当該所定の値以内となるように、放電時にアクティブとなる電池を切換制御することを特徴とする請求項４記載のコンピュータ装置。
6. システム本体に対して電力を供給するメイン電池と、当該システム本体に対して電力を供給するとともに当該メイン電池とは選択的にアクティブとなって放電するセカンド電池と、を当該システム本体に接続可能に構成されるコンピュータ装置であって、
   前記メイン電池の充放電サイクル数および前記セカンド電池の充放電サイクル数を認識する認識手段と、
   前記認識手段による認識に基づいて、前記メイン電池または前記セカンド電池の何れかにつき、充放電サイクル数の少ない電池から優先的にアクティブにする手段と
   を含み、
   前記優先的にアクティブにする手段は、前記認識手段により認識された前記メイン電池の充放電サイクル数と前記セカンド電池の充放電サイクル数とを比較して予め定められた所定の値を超えた差がある場合に、充放電サイクル数の少ない電池に切り換えてアクティブにすることを特徴とするコンピュータ装置。
7. 電力を消費する本体に接続可能に構成され、互いが電気的に接続されない複数のセルブロックが内部に配置されるとともに、当該複数のセルブロックの中の何れかのセルブロックから放電することにより当該本体に対して電力を供給する電池の制御方法であって、
   前記複数のセルブロックにおける各々の充放電サイクル数を認識するステップと、
   認識された前記複数のセルブロックにおける各々の充放電サイクル数を比較して予め定められた所定の値を超えた差がある場合に、前記各々の充放電サイクル数の差が一定範囲となるように、放電するセルブロックを選択するステップと
   を含む電池の制御方法。
8. 電力を消費する本体に対して電力を供給する第１の電池と、当該第１の電池とは選択的にアクティブとなって当該本体に電力を供給する第２の電池とが共に接続された際の電気機器における電力供給方法であって、
   前記第１の電池の充放電サイクル数および前記第２の電池の充放電サイクル数を認識するステップと、
   認識された前記第１の電池の充放電サイクル数および前記第２の電池の充放電サイクル数を比較して予め定められた所定の値を超えた差がある場合に、前記第１の電池の充放電サイクル数および前記第２の電池の充放電サイクル数の差が一定範囲となるように、当該第１の電池および当該第２の電池の中から電力の供給源となる電池を選択するステップと
   を含む電気機器における電力供給方法。
9. 電力を消費する本体に対して電力を供給する第１の電池と、当該第１の電池とは選択的にアクティブとなって当該本体に電力を供給する第２の電池とが共に接続可能に構成されるコンピュータに、
   接続された前記第１の電池の充放電サイクル数および接続された前記第２の電池の充放電サイクル数を認識する機能と、
   認識された前記第１の電池の充放電サイクル数および前記第２の電池の充放電サイクル数を比較して予め定められた所定の値を超えた差がある場合に、前記第１の電池の充放電サイクル数および前記第２の電池の充放電サイクル数の差が一定範囲となるように、当該第１の電池および当該第２の電池の中から電力の供給源となる電池を選択する機能と
   を実現させるプログラム。

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