JP4855444B2 - 充電制御システムおよび制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、共通の電力源から電力の供給を受ける複数の充電システムの充電を制御する技術に関し、さらに詳細には、充電システムに優先順位が存在する場合に低い優先順位の充電システムが充電停止に陥る事態を防止する技術に関する。

ノートブック型携帯式コンピュータ（以下、ノートＰＣという。）は、携帯して使用するときは、軽量化を図ったり電池による動作時間を長くしたりするために、比較的簡素なシステム構成にしている。他方で、オフィスで使用するときは、ドッキング・ステーションまたはポートリプリケータといった機能拡張装置に接続して、デスクトップ型コンピュータに相当する機能を利用できるようにしている。ノートＰＣには、通常充電器が搭載されるが、機能拡張装置にも独自の充電器が搭載されることがある。そしてユーザは機能拡張装置で充電された電池を予備の電池としてノートＰＣと一緒に携帯して使用することができる。

特許文献１は、ノートＰＣがメイン電池とセカンド電池の２つの電池を搭載しており、充電を途中でやめた場合において効率のよい充電を行う充電方法を開示する。最初にメイン電池の充電を開始して、メイン電池の容量が所定値に達した時点でメイン電池の充電を停止する。その後、セカンド電池の充電を開始して、セカンド電池の容量が所定値に達した時点でセカンド電池の充電を停止する。そして、メイン電池の充電を再開してメイン電池の容量が１００％となった時点でメイン電池の充電を停止した後、セカンド電池の充電を再開してセカンド電池の容量が１００％となった時点でセカンド電池の充電を停止する。

特許文献２は、充電制御回路を携帯式パーソナル・コンピュータに搭載せずに、ドッキング・ステーションに搭載することにより、携帯式パーソナル・コンピュータを小型化し、加えて、携帯式パーソナル・コンピュータの二次電池への充電の際、過充電や充電不足を回避できるシステムを開示する。特許文献３は、複数の構成要素からなるベース負荷と消費電力の制御が可能な制御負荷とを備えるノートＰＣの消費電力を制御する方法を開示する。この方法では、ベース負荷の実際の消費電力と制御負荷の現在の最大消費電力から得た予測最大消費電力を基準電力と比較して制御負荷の動作モードを変更する。制御負荷としては、ＣＰＵとＬＣＤが示されている。
特開２００１−１８６６８０号公報 特開平９−３７４８３号公報 特許第３２９７３８９号公報

ノートＰＣが機能拡張装置に接続された状態で使用されるときは、ノートＰＣに直接ＡＣ／ＤＣアダプタを接続しないで、あらかじめ機能拡張装置に接続されたＡＣ／ＤＣアダプタが、ノートＰＣのシステム負荷、ノートＰＣの充電器、機能拡張装置のシステム負荷および機能拡張装置の充電器に電力を供給する。システム負荷の中でも中央演算処理装置（ＣＰＵ）は最大消費電力が最も大きく、かつ、その変動も大きい。ＡＣ／ＤＣアダプタは、ＣＰＵを含むシステム負荷の全体の最大消費電力に適合した定格電力を備えている。システム負荷の消費電力の変動は激しく、また、充電器による電池の充電は必ずしも緊急を要する作業ではない。したがって、合計したシステム負荷の最大消費電力と充電器の最大消費電力の合計よりもＡＣ／ＤＣアダプタの定格電力を大きくした場合は、ＡＣ／ＤＣアダプタの利用率が低下して過剰容量になってしまう。

よって、一般的には、充電器による電池の充電は、ＡＣ／ＤＣアダプタの定格電力とシステム負荷の消費電力の差である余剰電力を利用して行われている。この場合、ノートＰＣが機能拡張装置に接続されて使用されているときに、ノートＰＣのシステム負荷、機能拡張装置のシステム負荷、ノートＰＣの充電器、および機能拡張装置のシステム負荷に対して機能拡張装置に接続されたＡＣ／ＤＣアダプタから電力が供給されるが、全体の消費電力またはＡＣ／ＤＣアダプタの出力電力によってはいずれかの負荷の消費電力を制限する必要がでてくる。

コンピュータ・システムでは、通常はシステム負荷の消費電力は制限しないで、システム負荷の消費電力が増大したときに、ノートＰＣの充電器と機能拡張装置の充電器の両方の消費電力を制限したり、いずれか一方の消費電力を制限したりする。その１つの方法として、ノートＰＣに搭載された充電器と機能拡張装置に搭載された充電器の消費電力を計測して、両方の充電器またはいずれか一方の充電器の消費電力を制御することが考えられる。具体的には、ＡＣ／ＤＣアダプタの出力電力が所定の値を超えた場合において、ノートＰＣの充電器の消費電力と機能拡張装置の充電器の消費電力を比較して、大きい方の消費電力を制限するといった構成にすることが可能である。

ただ、このような方式では、ノートＰＣの充電器または機能拡張装置の充電器の消費電力を制限するために、両方の充電器の消費電力に関する情報を入手する必要がある。ＡＣ／ＤＣアダプタは、ノートＰＣが接続された機能拡張装置またはノートＰＣが接続されない機能拡張装置に対して電力を供給する必要がある。したがって、機能拡張装置にノートＰＣが接続されないときには、ノートＰＣの充電器の情報を入手することができないので、前述の方式を採用することは困難である。ところで、ノートＰＣを機能拡張装置から外して使用するときは、機能拡張装置に搭載されている電池よりもノートＰＣに搭載されている電池が十分に充電されていれば、ユーザは電池を交換しないで携帯使用をすることができるので利便性が高い。したがって、充電器の消費電力を制御する場合に、機能拡張装置に搭載されている充電器の消費電力を先に低下させたり、停止させたりすることが考えられる。

二次電池の充電に対しては、さまざまな安全対策が施されている。たとえば、電池の電圧が低下した場合には、最初に微少電流で予備充電を行った後に通常の充電に移行する方法が採用されている。この場合に、予備充電で所定の連続する時間以内に電池の電圧が回復しない場合は安全装置が動作して一旦充電を停止するようになっている。したがって、機能拡張装置に搭載されている充電器が停止して予備充電が所定の時間以内に完了しない可能性がでてくる。その場合にユーザはリセット作業をする必要がでてくるため、充電作業が繁雑になる。

そこで本発明の目的は、共通の電力源から電力の供給を受ける複数の充電システムに対して電力源の出力電力と充電器の優先順位に基づいて電力供給をする際に、優先順位の低い充電システムに対する特定充電モードでの充電を確保した充電制御システムを提供することにある。さらに本発明の目的は、そのような充電制御システムを構成する携帯式コンピュータの機能拡張装置および充電方法を提供することにある。

本発明にかかる充電制御システムでは、所定の定格容量の電力源が、第１の電池パックと設定値に基づいて第１の電池パックを充電する第１の充電器で構成される第１の充電システムと、第２の電池パックと設定値に基づいて第２の電池パックを充電する第２の充電器で構成される第２の充電システムと、システム負荷に電力を供給する。第２の充電システムは第１の充電システムよりも電力消費の優先順位が高く、システム負荷は第２の充電システムより電力消費の優先順位が高い。電力源の定格電力はシステム負荷の最大消費電力以上であるが、システム負荷の最大消費電力と第１の充電システムの最大消費電力の合計およびシステム負荷の最大消費電力と第２の充電システムの最大消費電力の合計よりも小さい。したがって、出力電力を電力源の定格電力以内に保持するためには、第１の充電システムおよび第２の充電システムまたはいずれか一方の消費電力を制限する必要が生じてくる。

第１の充電器は、第１の電池パックが標準充電モードでの充電を要求するときに電力源の出力電力が第１の閾値に到達する前は第１の電池パックが要求する設定値で動作するが、第１の閾値に到達したときは第１の電池パックが要求する設定値よりも消費電力が小さくなる設定値で動作する。第１の充電器は、第１の電池パックが特定充電モードでの充電を要求するときには電力源の出力電力が第１の閾値に到達したときであっても特定充電モードに応じた設定値で動作する。電力源の出力電力が第１の閾値に到達する前も、第１の電池パックが特定充電モードでの充電を要求するときには特定充電モードに応じた設定値で動作する。

特定充電モードでは、出力電力と第１の閾値に基づく第１の充電器の消費電力の低減が行われないので、特定充電モードは消費電力の小さな充電モードであることが望ましい。特定充電モードは、たとえば、出力電力に基づく制御で消費電力が低減させられたときに、所定の時間以内に当該充電モードでの充電が完了しないために安全装置が動作してリセットが必要な充電モードとすることができる。具体的には特定充電モードを標準充電モードに移行する前の予備充電モードとすることができる。また、標準充電モードは、定電流定電圧による充電モードとすることができる。この場合、特定充電モードは標準充電モードにおける定電圧モードと定義することもできる。

第２の充電器は、電力源の出力電力が第１の閾値より大きい第２の閾値に到達したときには第２の電池パックが要求する設定値よりも消費電力が小さくなる設定値で動作する。その結果、出力電力を測定するだけで、優先順位に基づいて第１の充電器および第２の充電器のそれぞれの消費電力を制御することができ電力源の定格電力を維持することができる。優先順位を付与するために第１の充電器と第２の充電器のそれぞれに優先順位に従って第１の閾値と第２の閾値を適用するコントローラを設けることができる。コントローラは、電力源の出力電力が第１の閾値に到達する前は第１の充電器から受け取った設定値を第１の充電器に設定して通常の充電動作を行わせ、第１の閾値に到達したときに自ら保有する設定値を第１の充電器に設定して第１の電池パックが要求するよりも小さい消費電力での充電動作を行わせることができる。

第１の閾値と電力源の定格電力との差は、出力電力が定格電力を超えないように制御するためのマージンである。このマージンは、第１の充電器の最大消費電力のバラツキ、第２の充電器の最大消費電力のバラツキ、システムの最大消費電力のバラツキ、および出力電力を測定してから第１の充電器の消費電力を低下させるまでの時間遅れの間に各負荷の消費電力が急激に変化する可能性の値に基づいて設定される。第１の充電器の消費電力を低下させたときに、第２の充電器の消費電力およびシステム負荷の消費電力またはいずれか一方がさらに増大すれば、第１の充電器の消費電力を下限まで低下させても出力電力は第１の閾値以内に納まらず、やがて、第１の閾値より大きい第２の閾値に到達する。コントローラは、出力電力が第２の閾値に到達したときには、第２の充電器に自ら保有する設定値を送って消費電力を低減させることができる。コントローラは、出力電力が第２の閾値に到達するまでの間に、第１の充電器の消費電力がゼロまたは最低値になるように制御することができる。第１の充電器の消費電力がゼロまたは最低値になるタイミングは、出力電力が第２の閾値に到達するタイミングに一致する必要はない。

第２の閾値と電力源の定格電力との差は、負荷の消費電力が大きくなったときに出力電力が定格電力を超えないように制御するためのマージンである。このマージンは、第２の充電器の最大消費電力のバラツキ、システム負荷の最大消費電力のバラツキ、出力電力を測定してから第２の充電器の消費電力を低下させるまでの時間遅れの間に第２の充電器およびシステム負荷またはいずれか一方が急激に変化する可能性の値に基づいて設定されるが、第１の充電器の消費電力が制限されているので、第１の閾値に対するマージンよりは少なくなる。

コントローラは、第１の電池パックが特定充電モードを要求するときに第１の閾値を第１の閾値よりも大きい第３の閾値に変更することができる。第３の閾値は無限大とすることもできる。その結果、電力源の出力電力が第３の閾値を越えることがなくなるため、コントローラは第１の電池パックから受け取った設定値を第１の充電器に設定するので、第１の電池パックから特定充電モードでの充電を要求されたときに、それに応じた設定値を第１の充電器に設定することができる。コントローラは、特定充電モードにおける第１の充電器の消費電力と出力電力に基づいて、第１の閾値を第３の閾値に変更するか否かを判断することができる。この方法を採用すれば、特定充電モードでの消費電力が比較的大きいような場合でも安全を確認して特定充電モードに移行することができる。

このような充電システムでは、電力源としてＡＣ／ＤＣアダプタを採用し、第１の充電システムを機能拡張装置に搭載し、第２の充電システムを機能拡張装置に接続が可能な携帯式コンピュータに搭載することができる。本発明においては、第１の充電器に対する出力電力と第１の閾値に基づく制御および特定充電モードでの制御は、コントローラが行う場合に限定する必要はない。たとえば、第１の充電器を、パルス制御部と第１の電池パックの充電モードを指示するモード設定部と、モード設定部が特定充電モードの指示をするときに電力源の出力電力が第１の閾値に到達したときであってもパルス制御部に特定充電モードの設定値を設定する条件設定部とを含むように構成してもよい。この場合、条件設定部はモード設定部が標準充電モードでの充電を要求するときに、電力源の出力電力が第１の閾値に到達したときには消費電力が小さくなる設定値をパルス制御部に設定することができる。

また、充電制御システムを携帯式コンピュータとその機能拡張装置において実現する場合には、機能拡張装置に第１の充電システムおよびコントローラを搭載し、携帯式コンピュータに第２の充電システムを搭載し、ＡＣ／ＤＣアダプタを機能拡張装置に接続することができる。この場合、ＡＣ／ＤＣアダプタが接続された機能拡張装置に携帯式コンピュータが接続されたときには本発明にかかる方法で、第１の充電システムと第２の充電システムを動作させながら、システム負荷に電力を供給することができる。また、携帯式コンピュータはコントローラからの指示がなければ、第２の充電システムを機能拡張装置に搭載された第１の充電システムの消費電力とは無関係に制御することができるので、携帯式コンピュータが機能拡張装置から外されたときでも第２の充電システムの制御方法を変更する必要がない。

同様に、機能拡張装置は第１の充電システムを携帯式コンピュータに搭載された第２の充電システムの消費電力とは無関係に制御することができるので、携帯式コンピュータが機能拡張装置から外されたときでも、第１の充電システムの制御方法を変更する必要がない。第１の充電システムおよび第２の充電システムは充電器の設定値を変更しないでも充電の進行に伴って消費電力が変動する。また、システム負荷は携帯式コンピュータの作業状態に応じて消費電力が変動する。したがって、ＡＣ／ＤＣアダプタの出力電力が第１の閾値を超える場合がある。

このとき、コントローラは、ＡＣ／ＤＣアダプタの出力電力が第１の閾値に到達したときに、ＡＣ／ＤＣアダプタの消費電力が第１の閾値に近づくように第１の充電器の消費電力を低下させることができる。第１の閾値に近づくとは、出力電力が第１の閾値を超えた場合には、第１の閾値以下になるように第１の充電器の消費電力を低下させることを意味する。このときコントローラは第２の充電システムの消費電力とシステム負荷の消費電力の合計が漸増する場合には、第１の充電器の消費電力を漸減させるように制御することができる。

さらに、ＡＣ／ＤＣアダプタの出力電力が第１の閾値を超えたときにＡＣ／ＤＣアダプタの出力電力の増大に応じて第２の閾値まで第１の充電器の消費電力を漸減させるように制御してもよい。このような制御をすることにより、出力電力が第１の閾値を超えてもＡＣ／ＤＣアダプタから第１の充電システムに電力を供給し続けることができる。なお、ＡＣ／ＤＣアダプタの出力電力が第１の閾値に到達したときに第１の充電器の動作を停止させるようにしてもよい。

コントローラは、携帯式コンピュータが機能拡張装置に接続されていないことを認識したとき、または、携帯式コンピュータは機能拡張装置に接続されているが第１の電池パックが装着されていないことを認識したときは、ＡＣ／ＤＣアダプタの出力電力が第２の閾値に到達してから第１の充電器の消費電力を低下させるように第１の充電器の消費電力を制御することができる。携帯式コンピュータが接続されていないときには第２の充電器に電力を供給する必要がないので、第２の閾値に基づいて第１の充電器の消費電力を低下させるように制御しても、出力電力がＡＣ／ＤＣアダプタの定格電力を超える危険性がなく、また、第１の電池パックの充電を短時間で完了できるので好ましい。第１の電池パックと第２の電池パックは互換性があれば、機能拡張装置で充電した電池パックを携帯式コンピュータと一緒に持ち運んだり、交換したりすることができる。

本発明により、共通の電力源から電力の供給を受ける複数の充電システムに対して電力源の出力電力と充電器の優先順位に基づいて電力供給をする際に、優先順位の低い充電システムに対する特定充電モードでの充電を確保した充電制御システムを提供することができた。さらに本発明により、そのような充電制御システムを構成する携帯式コンピュータの機能拡張装置および充電制御方法を提供することができた。

［充電制御システム］
図１は、ノートＰＣ１０とドッキング・ステーション１００を接続して構成された充電制御システムのブロック図である。ノートＰＣ１０は、単独でもドッキング・ステーション１００に接続しても使用できる。ノートＰＣ１０には、プロセッサ、メイン・メモリ、システム・バス、およびハードディスク・ドライブなどのさまざまなシステム負荷１５が搭載されている。ＡＣ／ＤＣアダプタ１１は、ノートＰＣ１０をドッキング・ステーション１００に接続しないでオフィスで使用するときに、電源ジャック１２に接続して充電器１９に電力を供給し、電池パック２５を充電しながらシステム負荷１５に電力を供給することができる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１７は、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１からダイオード１３を経由して電力の供給を受ける。ＤＣ／ＤＣコンバータ１７は、電源ジャック１２にＡＣ／ＤＣアダプタ１１が接続されていないときは、ダイオード２１を経由して電池パック２５から電力の供給を受ける。ＤＣ／ＤＣコンバータ１７は、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１または電池パック２５から受け取った直流電圧を複数の安定した直流電圧に変換し、システム負荷１５に供給する。

充電器１９は、定電流定電圧制御（ＣＣＣＶ）方式で動作する。充電器１９は、ＰＷＭ方式またはＰＦＭ方式でＡＣ／ＤＣアダプタ１１により供給された直流電圧をチョッパ制御し、充電に適した所定の電圧に変換する。充電器１９には、定電圧モードで充電するための設定電圧値Ｖｃｈｇ、定電流モードで充電するための設定電流値Ｉｃｈｇ、および予備充電モードで充電するための設定電流値Ｉｔが電池パック２５からの要求で電池コントローラ２３により設定される。なお、定電流モードおよび定電圧モードを標準充電モードということにする。

充電器１９は、自ら測定した出力電流Ｉｃまたは出力電圧Ｖｃを設定電流値Ｉｃｈｇ、設定電圧値Ｖｃｈｇまたは設定電流値Ｉｔに一致させるようにチョッパ動作をする。電池パック２５は、スマート・バッテリィ・システム（ＳＢＳ）規格に準拠したインテリジェント・バッテリィである。電池パック２５は、ノートＰＣ１０の電池ベイに着脱可能に装着される。電池パック２５には、二次電池としてのリチウム・イオン電池、コントローラ、電流検出回路、電圧検出回路、および保護素子などが収納されている。

リチウム・イオン電池は、複数の電池セルが直列接続されて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７に供給可能な電圧を生成している。電池パック２５のコントローラは、電池セルの電圧および電流を測定し、残容量を計算してデータを記憶する。ただし、本発明はＳＢＳ規格に準拠しないバッテリィを充電するシステムに適用することも可能である。電池パック２５は、充電のための各設定値をメモリに保有しており、電池コントローラ２３に渡すことができる。

リチウム・イオン電池は、過放電になると電極が溶出して特性が不安定になりその状態で再充電すると危険になる場合がある。電池パック２５には、過放電を防止する保護回路が設けられているが、放電により電池セルの電圧が３Ｖ程度以下まで下がった場合には、安全のためにただちに定電流モードでの充電をしないで定電流モードでの充電電流の１０％程度に相当する微弱な電流で所定の時間以内に連続的に充電をする。そして電池セルの電圧が所定値まで上昇してから定電流モードに移行する。このときの微弱な電流による充電を予備充電またはトリクル充電という。

電池パック２５には予備充電を開始してから終了するまでの時間に許容時間が設定されており、電池パック２５は、内蔵するタイマーで予備充電が行われている時間を計測して連続する許容時間以内に予備充電が完了しない場合には保護回路を動作させて充電を停止する。予備充電を停止した電池パック２５に対して再充電をするためには、一旦電池パック２５をドッキング・ステーション１００から取り外したり、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１を切断したりしてリセット動作をする必要がある。電池パック２５は、電池セルの電圧が所定値よりも低い場合に、予備充電が必要であると判断して電池コントローラ２３に予備充電のための設定電流値Ｉｔを渡す。

電池コントローラ２３は、プロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭなどで構成されており、システム負荷１５に含まれる各デバイスとバスで接続されている。電池コントローラ２３は、電池パック２５との間でＳＭバスを経由して接続され、電池コントローラのプロセッサから、充電器１９に設定する設定電圧値Ｖｃｈｇ、設定電流値Ｉｃｈｇおよび設定電流値Ｉｔを受け取ったり、残容量などのその他のデータを受け取ったりする。電池コントローラ２３は、電池パック２５から受け取った設定値を充電器１９に設定する。電池コントローラ２３は、ノートＰＣ１０の電池ベイに電池パック２５が装着されているか否かを周知の方法で認識することができる。なお、充電器１９および電池コントローラ２３はシステム負荷１５の一部である。

ノートＰＣ１０は、オフィスで使用するときに、機能拡張装置であるドッキング・ステーション１００に接続して拡張された機能を利用することができる。機能拡張装置は内部にバスマスタとなるデバイスを保有しない場合にポートリプリケータという場合もあるが、本実施の形態においては少なくとも充電システムとＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の出力電力Ｐに基づいて充電システムを制御する機能を備えている。ドッキング・ステーション１００には、光学ドライブ、ハードディスク・ドライブ、ＬＡＮカード、ＵＳＢインターフェース、およびビデオ・カードなどのシステム負荷１１５が搭載されている。

ノートＰＣ１０は、システム負荷１１５を認識してアクセスすることができる。ドッキング・ステーション１００には、外付けディスプレイ、ＬＡＮケーブル、および外付けキーボードなどを常時接続しておいてノートＰＣ１０をドッキング・ステーションに接続したときに利用できるようになっている。電池パック１２５は、電池パック２５と互換性があり、ドッキング・ステーション１００の電池ベイに着脱可能に装着される。

ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１は電源ジャック１１２に接続され、ノートＰＣ１０をドッキング・ステーション１００に接続しないときにダイオード１１３を経由してシステム負荷１１５および充電器１１９に電力を供給することができる。ノートＰＣ１０がドッキング・ステーションに接続されるときは、ノートＰＣ１０の電源ジャック１２がドッキング・ステーション１００の筐体に隠れる構造になっており、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１は使用できない。それに代えてＡＣ／ＤＣアダプタ１１１は、ノートＰＣ１０のＤＣ／ＤＣコンバータ１７および充電器１９にも電力を供給する。

充電器１１９は、充電器１９と同じ構成である。電池コントローラ１２３は、電池コントローラ２３が充電器１９と電池パック２５に対して備える機能と同じ機能を充電器１１９と電池パック１２５に対して備えている。すなわち、電池コントローラ１２３は、電池パック１２５から受け取った充電のための各設定値を充電器１１９に設定する。電池コントローラ１２３は、充電器１１９の設定電流値Ｉｃｈｇを所定のステップ値ごとに変更することができる。電池コントローラ１２３は、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の出力電力Ｐが増大したときに、電池コントローラ２３に充電器１９の設定電流値Ｉｃｈｇを送って、所定のステップ値ごとに変更するように指示する。このとき、電池コントローラ２３は、電池コントローラ１２３の指示に基づいて、充電器１９の設定電流値を変更する。

電池コントローラ１２３のＥＥＰＲＯＭには、本実施の形態にかかる消費電力の制御を実行するために、電池コントローラ１２３が充電器１９、１１９の設定電流値Ｉｃｈｇを変更するプログラムが格納されている。電池コントローラ１２３は、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の定格電力Ｐａ（Ｗ）、第１の閾値Ｔｈ１（Ｗ）、第２の閾値Ｔｈ２（Ｗ）の値をプログラムに保有している。なお、これらの値には、定格電力Ｐａ＞第２の閾値Ｔｈ２＞第１の閾値Ｔｈ１の関係がある。

電力検出器１２７は、電流検出用のセンス抵抗を含み、電池コントローラ１２３にＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の出力電圧および出力電流に相当する２つのアナログ電圧値を供給する。電力検出器１２７からアナログ電圧値を受け取った電池コントローラ１２３は、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の出力電力を計算する。なお、充電器１１９および電池コントローラ１２３は、システム負荷１１５の一部である。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１１７には、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１が電源ジャック１１２に接続されているときはダイオード１１３を経由してＡＣ／ＤＣアダプタ１１１から電力が供給され、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１が電源ジャック１１２に接続されていないときは電力が供給されない。ノートＰＣ１０とドッキング・ステーション１００は、コネクタ５１、５３、５５、５７で接続される。コネクタ５１、５５はノートＰＣ１０およびドッキング・ステーション１００のＬＰＣバスまたＰＣＩ−Ｅｘｐｒｅｓｓバスなどに接続されている。ドッキング・ステーション１００の内部に、コネクタ５１、５５を経由してノートＰＣ１０のバスが延長されることで、ドッキング・ステーション１００のシステム負荷１１５をノートＰＣ１０から認識して使用可能になる。

コネクタ５３は、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１からダイオード１２１を経由してノートＰＣ１０のシステム負荷１５と充電器１９に電力を供給する。コネクタ５７は、ノートＰＣ１０のアース電位と電池コントローラ１２３に接続されており、ノートＰＣ１０がドッキング・ステーション１００に接続されたことを電池コントローラ１２３が検知する信号を転送する。

ノートＰＣ１０がドッキング・ステーション１００に接続されてシステム負荷１５、１１５が動作するときには、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１からは、システム負荷１５、１１５、充電器１９、１１９に電力が供給される。したがって、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の定格電力Ｐａがこれらすべての負荷の最大消費電力を合計した電力よりも大きければ、電池パック２５、１２５の充電に対して消費電力に何ら制約を課す必要はない。しかし、システム負荷１５、１１５および充電器１９、１１９の消費電力は変動が大きいため、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の定格容量をそれらの最大消費電力の合計を満たすように設定すると、使用率が低下して不経済になる。

本実施の形態においては、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の定格電力Ｐａは、システム負荷１５、１１５の最大消費電力以上であるが、システム負荷１５、１１５が最大消費電力で動作するときには、同時に充電器１９または充電器１１９のいずれも動作させることができないように設定されている。したがって、充電器１９による電池パック２５の充電および充電器１１９による電池パック１２５の充電は、システム負荷１５、１１５の消費電力に対するＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の余剰電力で行うことを基本にしている。

ところで、ユーザはノートＰＣ１０を携帯して使用したあとに、ドッキング・ステーション１００に接続して使用するときには、ノートＰＣ１０による作業を最も優先させたいと希望し、つぎに、いつでも携帯使用できるように電池パック２５ができるだけ短時間で充電が完了させることを希望する。すなわち、ノートＰＣ１０がドッキング・ステーション１００に接続されて使用されるときは、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１が供給する電力にシステム負荷１５、１１５、充電器１９、充電器１１９の順番に優先順位を付けることができる。本実施の形態では、この優先順位に着目して、１つのＡＣ／ＤＣアダプタ１１１から複数の充電器１９、１１９およびシステム負荷１５、１１５に電力を供給する際に、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の定格電力を維持しながら、充電器１９および充電器１１９の消費電力を制御する。

［電池パックの充電制御方法］
つぎに、図１に示した充電制御システムの動作を説明する。システム負荷１５とシステム負荷１１５を合わせてシステム負荷１５、１１５として扱うと、図１のコンピュータ・システムには、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１に対する負荷として、システム負荷１５、１１５、充電器１９、および充電器１１９の３つの負荷が存在することになる。本実施の形態においては、システム負荷１５、１１５、充電器１９および充電器１１９が消費する電力を、電池コントローラ１２３がＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の出力電力Ｐだけに基づいて制御する。電池コントローラ１２３は、消費電力の制御をＥＥＰＲＯＭに格納されたプログラムを実行して行う。

図５は、充電器１１９が電池パック１２５に収納されたリチウム・イオン電池を充電するときの出力電流および出力電圧の変化を示す図である。図５では、横軸が充電開始後の経過時間で、縦軸が充電器１１９の出力電流Ｉｃおよび出力電圧Ｖｃを示している。なお図５では、出力電圧Ｖｃを電池セルの電圧に換算して表示している。時刻ｔ０から時刻ｔ１までは電池パック１２５が予備充電モードで充電される期間で、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは定電流モードで充電される期間で、時刻ｔ２から時刻ｔ３までは定電圧モードで充電される期間である。時刻ｔ０で電池パック１２５は、電池セルの電圧を測定して予備充電が必要であると判断したときには、充電器１１９に設定電流値Ｉｔを設定する。時刻１で許容時間以内に充電器の出力電圧Ｖｃが予備充電終了電圧Ｖｓまで上昇したときは、電池パック１２５は、充電器１１９に標準充電モードである定電流モードおよび定電圧モードで充電するための設定電流値Ｉｃｈｇと設定電圧値Ｖｃｈｇを設定する。

時刻ｔ１では、充電器１１９は定電流モードに移行し充電器１１９の出力電流Ｉｃは設定電流値Ｉｃｈｇに一致する。時刻ｔ２で出力電流Ｉｃが設定電流値Ｉｃｈｇより下がり始めると充電器１１９は定電圧モードに移行しその出力電圧Ｖｃは設定電圧値Ｖｃｈｇに一致する。定電圧モードの期間は、充電が進行するにしたがって出力電流Ｉｃは徐々に低下し電池セルの電圧が徐々に上昇する。時刻ｔ３では、出力電流Ｉｃが充電終了電流Ｉｅに到達したか、または、電池セルの電圧が所定値に到達したことを電池パック１２５が判断して電池コントローラ１２３に通知することにより充電器１１９は充電を終了させる。

図２は、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の出力電力と充電器１９、１１９の消費電力を制御する方法を説明する図で、図３はその手順を説明するフローチャートである。一例としては、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の定格電力Ｐａを６５Ｗ、充電器１９および充電器１１９のそれぞれの最大消費電力を５４Ｗとする。また、システム負荷１５、１１５の最大消費電力は６５Ｗとする。システム負荷１５、１１５の最大消費電力は、マージンを含めてもＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の定格電力Ｐａを超えることはないものとする。ここで、負荷の最大消費電力の合計は１７３Ｗとなり定格電力Ｐａを超えている。また、図２の第１の閾値Ｔｈ１を３３Ｗ、第２の閾値Ｔｈ２を５４Ｗとして、第２の閾値Ｔｈ２が第１の閾値Ｔｈ１よりも優先順位が高くなるように設定する。

図３のブロック２０１では、電池パック２５が搭載されたノートＰＣ１０とＡＣ／ＤＣアダプタ１１１がドッキング・ステーション１００に接続され、ドッキング・ステーション１００には電池パック１２５が装着されているものとする。また、充電器１９、１１９には、電池コントローラ２３、１２３によって、その時点で電池パック２５、１２５が要求する設定値が設定されている。したがって、充電器１９、１１９はＡＣ／ＤＣアダプタ１１１から電力が供給されると予備充電モードまたは標準充電モードで充電を開始する。

標準充電モードで充電するときは、定電流モードで動作している間は充電器１９、１１９の消費電力は電池セルの電圧が上昇するのに伴って上昇し、定電流モードから定電圧モードに切り替わるときに最大になり、定電圧モードに移行したあとは低下していく。充電器１９、１１９の消費電力は、予備充電モードで充電するときは定電流モードで充電するときの１０％程度の消費電力となる。ブロック２０１における充電器１９、１１９の消費電力は、その時点での電池パック２５、１２５の残容量により決まる。ブロック２０３で、電池コントローラ１２３は、コネクタ５７を経由するラインがアース電位であるか否かによって、ノートＰＣ１０がドッキング・ステーション１００に接続されたか否かを判断する。

ノートＰＣ１０には、通常は電池パック２５が装着されているので、電池コントローラ１２３が、ノートＰＣ１０がドッキング・ステーション１００に接続されていると判断したときは、電池パック２５と充電器１９からなる充電システムがＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の負荷として存在すると判断してもよい。充電システムは、電池パックが装着されていないときは電力を消費しない。本発明は、ノートＰＣ１０が複数の補助電池パックを含む複数の充電システムを搭載する場合にも適用できるので、電池コントローラ１２３は、ノートＰＣ１０がドッキング・ステーション１００に接続されていると判断したときは、電池コントローラ２３に問い合わせて電池パック２５がノートＰＣ１０に実際に装着されているか否かを判断してもよい。

電池コントローラ１２３が、電池パック２５がノートＰＣ１０に装着されていると判断した場合はブロック２０５に移行し、ノートＰＣ１０がドッキング・ステーション１００に接続されていないと判断した場合、またはノートＰＣ１０が接続されていてもノートＰＣ１０に電池パック２５が装着されていないと判断した場合はブロック２５１に移行する。ブロック２０５では、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１がシステム負荷１５、１１５、充電器１９、１１９に電力を供給してユーザにノートＰＣ１０の使用環境を提供し、かつ電池パック２５、１２５の充電を行う。このとき電池コントローラ１２３は電力検出器１２７から定期的にデータを受け取って、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の出力電力Ｐを測定する。

ブロック２０７では、電池パック２５がノートＰＣ１０に装着されていると判断した電池コントローラ１２３は、プログラムに組み込まれていた第１の閾値Ｔｈ１を充電器１１９に適用し、第２の閾値Ｔｈ２を充電器１９に適用する。ブロック２０９で電池コントローラ１２３は、出力電力Ｐが、第１の閾値Ｔｈ１に到達したか否かを判断する。出力電力Ｐが第１の閾値Ｔｈ１に到達していないときは、図２の（Ａ）に示すように、充電器１９、充電器１１９には電池パック２５、１２５が要求する設定値が設定されてＡＣ／ＤＣアダプタ１１１から必要な電力が供給される。本実施の形態では、システム負荷１５、１１５の消費電力は制御対象から除外するが、本発明はシステム負荷１５、１１５の消費電力を閾値に基づいて制御する場合も含む。

システム負荷１５、１１５は、ユーザによるノートＰＣ１０の作業内容で消費電力が変動する。充電器１９、１１９の消費電力は、定電流モードで充電していれば徐々に増大する。ブロック２０９で、図２（Ｂ）に示すように、３つの負荷のいずれかまたは複数の消費電力が増大して、出力電力Ｐが第１の閾値Ｔｈ１に到達したと電池コントローラ１２３が判断したときはブロック２１１に移行する。ブロック２１１では、電池パック１２５が充電器１１９に対して予備充電モードで充電することを要求しているか否かを電池コントローラ１２３が判断する。電池コントローラ１２３は、電池パック１２５が設定電流値Ｉｔでの充電を要求していることで予備充電モードでの充電を要求していることを認識する。

ブロック２１１で電池パック１２５が予備充電モードでの充電を要求していると判断されるのは、ブロック２０３から予備充電モードでの充電が継続している場合、およびこの時点で電池パック１２５がドッキング・ステーション１００に装着された場合のいずれかが想定される。電池パック２５が予備充電モードでの充電を要求していない場合は、ブロック２１３に移行する。ブロック２１３では、電池コントローラ１２３は電池パック１２５から要求された設定値を使用しないで、自ら保有するプログラムに組み込まれた設定値に基づいて、充電器１１９の設定電流値Ｉｃｈｇを下げて充電器１１９の消費電力を低下させる。なお、充電器１１９が定電圧モードで充電している場合は、電池コントローラ１２３は、設定電圧値Ｖｃｈｇの値を下げたり充電を停止したりすることができる。電池コントローラ１２３は、出力電力Ｐが第１の閾値Ｔｈ１を超えないように充電器１１９の設定値を変更する。

電池コントローラ１２３は、所定の時間間隔でＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の出力電力を計算し、出力電力Ｐが第１の閾値Ｔｈ１を超えたときは充電器１１９の設定電流値Ｉｃｈｇを下げて消費電力を低減する。システム負荷１５、１１５および充電器１９またはいずれか一方の消費電力が増大すると、図２（Ｃ）に示すように充電器１１９の動作を停止しても出力電力Ｐが第１の閾値Ｔｈ１を超えることを抑制できなくなる。ブロック２１５では、出力電力Ｐが第２の閾値Ｔｈ２に到達したか否かを電池コントローラ１２３が判断する。ブロック２１５で、図２（Ｄ）に示すようにシステム負荷１５、１１５および充電器１９の消費電力またはいずれか一方が増大して、出力電力Ｐが第２の閾値Ｔｈ２に到達したと電池コントローラ１２３が判断したときはブロック２１７に移行する。

ブロック２１７では、電池コントローラ１２３が、出力電力Ｐが第２の閾値Ｔｈ２を超えたと判断したときは充電器１９の設定電流値Ｉｃｈｇを下げるようにノートＰＣ１０の電池コントローラ２３に指示する。電池コントローラ２３は、電池コントローラ１２３の指示に基づいて充電器１９の設定電流値Ｉｃｈｇを変更して消費電力を低減する。このとき、電池コントローラ１２３が電池コントローラ２３に設定電流値Ｉｃｈｇを指示してもよいし、あるいは、電池コントローラ２３のプログラムに充電器１９の設定電流値Ｉｃｈｇを組み込んでおいてもよい。なお、充電器１９が定電圧モードで充電している場合は、電池コントローラ１２３から消費電力を低減する指示を受けた電池コントローラ２３は、設定電圧値Ｖｃｈｇを下げたり充電を停止したりすることができる。システム負荷１５、１１５の最大消費電力はＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の定格電力Ｐａ以内に設定されているので、それ以後は、図２（Ｅ）に示すようにシステム負荷１５、１１５に継続して電力が供給される。

ブロック２１１で、電池パック１２５が予備充電モードでの充電を要求している場合は、ブロック２２１に移行し、電池コントローラ１２３は、出力電力Ｐと予備充電モードでの充電器１１９の消費電力に基づいて、充電器１１９を予備充電モードに移行させてよいか否かを判断する。充電器１１９の予備充電モードでの消費電力の値は、３Ｗ〜５Ｗ程度でほぼ一定の値であり、あらかじめ電池コントローラ１２３はそのデータを保有している。予備充電モードでの消費電力は小さいので、定格電力Ｐａとシステム負荷１５、１１５の最大消費電力との差にそれを吸収できるだけの余裕があれば、ブロック２２１の判断をしないでブロック２２３に移行することができる。

ブロック２２１で、その時点でのＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の出力電力Ｐに基づいて、充電器１１９が予備充電モードで動作すると出力電力Ｐが定格電力Ｐａを超える可能性があると電池コントローラ１２３が判断したときは、ブロック２１３に移行する。ブロック２２１で充電器１１９が予備充電モードで動作してもＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の出力電力Ｐが定格電力Ｐａを超える可能性がないと電池コントローラ１２３が判断したときはブロック２２３に移行する。ブロック２２３で電池コントローラ１２３は、充電器１１９にブロック２０７で設定した第１の閾値Ｔｈ１を、第２の閾値Ｔｈ２を超える十分大きな値である第３の閾値Ｔｈ３に変更するかあるいは無限大に変更する。

充電器１１９に適用されていた閾値Ｔｈ１が大きな値に変更されためブロック２０９の条件が成立しなくなり、電池コントローラ１２３は出力電力Ｐの値とそれまで設定されていた第１の閾値Ｔｈ１に基づいて充電器１１９の設定を消費電力が低下するように変更する動作をしない。そして電池コントローラ１２３は充電器１１９に電池パック１２５から要求された予備充電モードの設定電流値Ｉｔを設定する。そしてブロック２２５で充電器１１９は、電池パック１２５を予備充電モードで充電する。ブロック２０１から充電器１１９が予備充電モードで動作している場合は、電池コントローラ１２３は充電器１１９に予備充電モードでの充電を継続させる。なお、電池コントローラ１２３は、ブロック２２３において第１の閾値を変更することに代えて、自ら設定電流値Ｉｔを保有しておき、出力電力Ｐが第１の閾値を越えたことを無視してそれを充電器１１９に設定するようにしてもよい。

電池パック１２５が予備充電モードでの充電を要求する場合に、電池コントローラ１２３がブロック２２１で予備充電モードでの充電が可能であると判断すれば、ブロック２１３における出力電力Ｐに応じた充電器１１９の設定電流値Ｉｃｈｇの変更は行われないので、充電器１１９はシステム負荷１５、１１５および充電器１９の消費電力の大きさにかかわらず予備充電のために必要な電力を消費して電池パック１２５を予備充電モードで充電することができる。ブロック２２７では、電池パック１２５が予備充電モードでの連続的な経過時間を計測し、所定の時間内に電池セルの電圧が予備充電終了電圧Ｖｓまで上昇したと判断するとブロック２２９に移行する。

ブロック２２９では、予備充電モードでの充電が終了すると電池パック１２５は標準充電モードでの充電を行うために、電池コントローラ１２３に標準充電モードの設定電圧値Ｖｃｈｇおよび設定電流値Ｉｃｈｇを渡す。電池パック１２５から設定電圧値Ｖｃｈｇおよび設定電流値Ｉｃｈｇを受け取った電池コントローラ１２３は、予備充電モードでの充電が完了したことを認識して、ブロック２２３で第３の閾値Ｔｈ３または無限大に変更した充電器１１９に対する第１の閾値Ｔｈ１の値を、ブロック２０７で設定した値に復帰させてブロック２０９に移行する。それ以後は電池パック１２５の充電は、出力電力Ｐと当初から設定されていた第１の閾値Ｔｈ１に基づく電池コントローラ１２３の制御下で行われる。ブロック２２７で予備充電モードでの充電が所定の時間内に完了しない場合は、電池パック１２５の保護回路が働いて電池パック１２５に対する充電は停止する。充電を再開するためには、一旦電池パック１２５を取り外すか、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１からの電力供給を停止して電池パック１２５の保護回路をリセットする必要がある。

ここで、ブロック２１３、ブロック２１７における充電器１１９、１９の消費電力の制御について図４を参照して詳細に説明する。なおここでは、出力電力Ｐに基づいて充電器１９、１１９の消費電力を制御してＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の定格電力Ｐａを維持する方法を説明することが目的であるので予備充電モードの状態は省略している。図４は、充電器１１９、１９の消費電力を制御することにより、時間経過に応じてＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の出力電力が変化する様子の３つの例を示す図である。図４（Ａ）の例では、時刻ｔ１まで、システム負荷１５、１１５、充電器１９、充電器１１９の合計の消費電力がライン３０１に示すように出力電力Ｐと等しくなっている。時刻ｔ１で、出力電力Ｐが第１の閾値Ｔｈ１に到達する。このとき、システム負荷１５、１１５の消費電力と充電器１９の消費電力の合計がＰ１で、充電器１１９の消費電力がＰ２であるものとする。すなわち、Ｐ１＋Ｐ２＝Ｐである。

時刻ｔ１以降は、消費電力Ｐ１がライン３０３に添って漸増しているものとすると、電池コントローラ１２３はそれに併せて充電器１１９の消費電力をライン３０５に添って漸減させている。電池コントローラ１２３は、出力電力Ｐが第１の閾値Ｔｈ１を超えた場合には、充電器１１９の設定電流値Ｉｃｈｇを所定のステップ数だけ下げ、出力電力Ｐが第１の閾値Ｔｈ１を下回った場合は、充電器１１９の設定電流値Ｉｃｈｇを所定のステップ数だけ上げる。その結果、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間は、出力電力Ｐが第１の閾値Ｔｈ１に維持される。

時刻ｔ２では、消費電力Ｐ２がゼロに到達し、出力電力Ｐが消費電力Ｐ１に等しくなっている。そして時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間は、さらに消費電力Ｐ１が増大して、時刻ｔ３で出力電力Ｐが第２の閾値Ｔｈ２に到達する。このとき、システム負荷１５、１１５の消費電力がＰ３で充電器１９の消費電力がＰ４であるものとする。すなわち、Ｐ３＋Ｐ４＝Ｐである。時刻ｔ３以降は、消費電力Ｐ３がライン３０７に添って漸増しているものとすると、電池コントローラ１２３はそれに併せて充電器１９の消費電力をライン３０９に添って漸減させている。

電池コントローラ１２３は、出力電力Ｐが第２の閾値Ｔｈ２を超えた場合には、充電器１９の設定電流値Ｉｃｈｇを所定のステップ数だけ下げ、出力電力Ｐが第２の閾値Ｔｈ２を下回った場合は、充電器１９の設定電流値Ｉｃｈｇを所定のステップ数だけ上げる。その結果、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間は、出力電力Ｐが第２の閾値Ｔｈ２に維持される。時刻ｔ４では、充電器１９の消費電力がゼロに到達し、出力電力Ｐは消費電力Ｐ３に等しくなっている。時刻ｔ４以降は、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の負荷が、システム負荷１５、１１５だけになるので、時刻ｔ５で消費電力Ｐ３が定格電力Ｐａに到達したとしてもこれを超えることはなくＡＣ／ＤＣアダプタ１１１は継続して電力を供給することができる。なお、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１にマージンがあれば、時刻ｔ２、時刻ｔ４で、充電器１１９、充電器１９の消費電力をゼロに制御しないでわずかな電力による充電を継続させることでもよい。

この制御では、電池コントローラ１２３は、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の出力電力Ｐが第１の閾値Ｔｈ１または第２の閾値Ｔｈ２を超えたときに、ＡＣ／ＤＣアダプタの出力電力Ｐが第１の閾値Ｔｈ１または第２の閾値Ｔｈ２に近づくように充電器１１９の消費電力Ｐ２または充電器１９の消費電力Ｐ４を制御するといえる。この制御では、出力電力Ｐが第２の閾値Ｔｈ２に到達するまでの間に充電器１１９の消費電力Ｐ２をゼロまたは最低にし、出力電力Ｐが定格電力Ｐａに到達するまでの間に充電器１９の消費電力Ｐ４をゼロまたは最低にすることができる。

図４（Ｂ）の例は、時刻ｔ１までは図４（Ａ）と同じであるが、時刻ｔ１以降において出力電力Ｐが時刻ｔ３で第２の閾値に到達するまでライン３２１に添って漸増し、電池コントローラ１２３は、充電器１１９の消費電力Ｐ２をライン３２３に添って時刻ｔ３まで漸減している。また、時刻ｔ３以降において出力電力Ｐが時刻ｔ５までライン３２１に添って漸増し、電池コントローラ１２３は、充電器１９の消費電力をライン３２５に添って時刻ｔ５まで漸減している。ここでは、出力電力Ｐが第２の閾値に到達するまでの間に充電器１１９の消費電力をゼロにし、出力電力Ｐが定格電力Ｐａに到達するまでの間に充電器１９の消費電力をゼロにするように制御する。

本実施の形態では、消費電力Ｐ２、Ｐ４は測定しないで出力電力Ｐだけに基づいて充電器１１９、１９の消費電力を制御するが、この制御は、消費電力Ｐの値と充電器１１９、１９の設定電流値Ｉｃｈｇの関係をプログラムに組み込んでおくことにより実現できる。具体的には、消費電力Ｐと第２の閾値Ｔｈ２との差の電力と、充電器１１９の現在の設定電流値Ｉｃｈｇに基づいて、消費電力Ｐが第２の閾値に到達したときに、充電器１１９の設定電流値Ｉｃｈｇがゼロになるように制御する。たとえば、時刻ｔ１での充電器１１９の設定電流値Ｉｃｈｇが１０であり、第１の閾値Ｔｈ１と第２の閾値Ｔｈ２の差が２０Ｗだとすれば、出力電力Ｐが第１の閾値Ｔｈ１より５Ｗ上昇したときは、充電器１１９の設定電流値Ｉｃｈｇを５にし、２０Ｗ上昇したときにはゼロにする。同様に、消費電力Ｐと定格電力Ｐａとの差の電力と、充電器１９の現在の設定電流値Ｉｃｈｇに基づいて、消費電力Ｐが定格電力Ｐａに到達したときに、充電器１９の設定電流値Ｉｃｈｇがゼロになるように制御する。したがって、ライン３２３、３２５の形状は、出力電力Ｐの変化に依存する。

図４（Ｂ）の方法も、図４（Ａ）の方法も出力電力Ｐが第２の閾値に到達するまでの間に充電器１１９の消費電力がゼロになり、出力電力Ｐが定格電力Ｐａに到達するまでの間に充電器１９の消費電力がゼロになる点で共通性がある。図４（Ｂ）の方法は、図４（Ａ）の方法に比べて、閾値のマージンが大きくなる可能性があるが、充電器１１９、１９にはより長い時間電力を供給することができる。

図４（Ｃ）の例は、時刻ｔ１までは図４（Ａ）、図４（Ｂ）と同じであるが、電池コントローラ１２３は、時刻ｔ１でライン３５３に沿って充電器１１９の消費電力Ｐ２をゼロにする。時刻ｔ１から時刻ｔ３までは、出力電力Ｐがライン３５１に添ったシステム負荷１５、１１５と充電器１９の合計の消費電力Ｐ１に等しくなる。時刻ｔ３で出力電力Ｐが第２の閾値に到達すると、電池コントローラ１２３は、ライン３５５に沿って充電器１９の消費電力Ｐ４をゼロにする。時刻ｔ４以降は、出力電力Ｐとシステム負荷１５、１１５の消費電力Ｐ３が等しくなる。図４（Ｃ）の方法は、他の方法に比べて閾値のマージンを少なくすることができるが、充電器１９、１１９に電力を供給する時間は短くなる。

ブロック２５１では、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１からシステム負荷１５、１１５、充電器１１９に電力を供給して、ユーザにノートＰＣ１０の使用環境を提供し、かつ、電池パック１２５の充電を行う。ブロック２５３では、電池コントローラ１２３が、ノートＰＣ１０がドッキング・ステーション１００に接続されていないこと、またはノートＰＣ１０が接続されていてもノートＰＣ１０に電池パック２５が装着されていないことを認識して第２の閾値Ｔｈ２を充電器１１９に適用して動作する。ブロック２５５で電池コントローラ１２３は、出力電力Ｐが、第２の閾値Ｔｈ２に到達したか否かを判断する。出力電力Ｐが第２の閾値Ｔｈ２に到達していないときは、電池コントローラ１２３は、システム負荷１５、１１５、および充電器１１９にそれらが必要とする電力を供給する。

具体的には、充電器１１９は、電池パック１２５により提供された設定電流値Ｉｃｈｇで動作する。電池コントローラ１２３は、出力電力Ｐが、第２の閾値Ｔｈ２に到達したと判断したときは、ブロック２５７で充電器１１９の消費電力を低下させるように制御する。制御の方法は、図４で説明した方法を採用する。充電器１１９は、優先順位の高い充電器１９が存在しない場合に、優先順位が繰り上げられて充電器１９に適用していた第２の閾値Ｔｈ２で消費電力が制御される。

図３の手順によれば、充電器１９、充電器１１９、およびシステム負荷１５、１１５に対するＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の定格電力に限界がある場合に、充電器１９による電池パック２５の充電を充電器１１９による電池パック１２５の充電よりも優先させ、かつ、最も優先順位の高いシステム負荷１５、１１５の消費電力を制約しないため、ユーザの利便性に供するコンピュータ・システムにすることができる。そして優先順位の低い充電器１１９は、予備充電モードでの充電がＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の出力電力Ｐと第１の閾値の影響を受けないで実行されるため電池パック１２５のリセットをする必要がなくなる。

これまでは、電池パック１２５の放電電圧が所定値以下まで低下した状態から予備充電するような特定充電モードのときに、消費電力Ｐと第１の閾値Ｔｈ１に基づく充電器１１９の制御よりも予備充電モードでの充電を優先させる例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば、安全上の観点から定電圧モードのときに、一定の時間以内に充電終了電圧まで電圧が上昇しない場合に、充電を停止するといった安全措置を電池パックに講ずることも可能である。定電圧モードに移行するときには、充電が進行するにしたがって消費電力が急激に低下するので、この場合も図３のブロック２２１からブロック２２９までの手順を適用して消費電力Ｐに基づく第１の閾値Ｔｈ１による充電器１１９の制御よりも定電圧モードでの充電を優先させることができる。

また、図３の手順によれば、電池コントローラ１２３は、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の出力電力Ｐだけを測定し、充電器１９、１１９の消費電力の情報を利用しないでＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の定格電力を維持するように充電器の消費電力を制御することができる。よって、ノートＰＣ１０がドッキング・ステーション１００に接続されていないようなときにも、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の余剰電力を有効に活用して電池パック１２５の充電を短時間で完了することができる。充電器１１９は優先順位が低くても、電池パック１２５が要求するときには予備充電モードでの動作が確保されているので、消費電力の優先順位が下がることで予備充電の時間が長くなり充電器１１９による電池パック１２５の充電が停止してしまうような事態を防ぐことができる。

これまで、電池コントローラ１２３が閾値Ｔｈ１、Ｔｈ２を管理して出力電力Ｐに基づいて充電器１９、１１９の消費電力を制御する充電制御システムについて説明したが、電池コントローラ２３に代えて充電器が消費電力を制御する例を図６で説明する。図６は、充電器の他の構成を示すブロック図である。図１と同一の構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略するか簡略化する。充電器４００は、充電器１１９に代えて図１の充電制御システムに適用することができる。充電器４００は条件設定部４０１、モード設定部４０３、電力測定部４０５、パルス制御部４０７、出力測定部４０９、およびスイッチ４１１で構成されている。条件設定部４０１は、電池コントローラ１２３から設定された設定値または自ら保有する設定値をパルス制御部４０７に設定する。

モード設定部４０３は、電池コントローラ１２３から受け取った電池パック１２５の充電モードに関する情報を条件設定部４０１に設定する。パルス制御部４０７は、出力測定部４０９から受け取った出力電圧Ｖｃおよび出力電流Ｉｃを条件設定部４０１により設定された設定電圧値Ｖｃｈｇおよび設定電流値Ｉｃｈｇに一致させるようにＰＷＭ方式またはＰＦＭ方式の制御パルスを生成する。出力測定部４０９は、充電器４００の出力電圧Ｖｃおよび出力電流Ｉｃを測定して、パルス制御部４０７に送る。スイッチ４１１は、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１から供給された直流電圧をパルス制御部４０７が生成した制御パルスに基づいてチョッパ制御する。

条件設定部４０１は、第１の閾値Ｔｈ１および第２の閾値Ｔｈ２を保有し、電力測定部４０５が測定した出力電力Ｐに基づいて図３に示した手順でパルス制御部４０７に設定値を設定する。条件設定部４０１は電池パック１２５に対して電池コントローラ１２３から、ノートＰＣ１０がドッキング・ステーション１００に接続されていないか、または、電池パック２５が装着されていない情報を入手したときは第２の閾値Ｔｈ２を適用し、それ以外のときは第１の閾値を適用する。条件設定部４０１は、電池パック１２５に適用した第１の閾値Ｔｈ１または第２の閾値Ｔｈ２を出力電力Ｐが越えた場合に消費電力を低減するためにパルス制御部４０７に設定する設定値を保有している。

条件設定部４０１は、モード設定部４０３から予備充電モードでの充電を行う指示を受け取った場合、第１の閾値をより大きな第３の閾値に変更して電池コントローラ１２３から受け取った設定電流値Ｉｔで充電するようにパルス制御部４０７に指示することができる。なお、条件設定部４０１は、設定電流値Ｉｔを自ら保有しておき、モード設定部４０３から予備充電モードでの充電を行う指示を受け取った場合、保有していた設定電流値Ｉｔをパルス制御部４０７に設定してもよい。条件設定部４０１は、モード設定部４０３から標準充電モードでの充電を行う指示を受け取った場合でかつ電池パック１２５に適用している第１の閾値Ｔｈ１または第２の閾値Ｔｈ２を出力電力Ｐが越えていないと判断した場合には、電池コントローラ１２３から受け取った設定値をパルス制御部４０７に設定する。

条件設定部４０１は、モード設定部４０３から標準充電モードでの充電を行う指示を受け取った場合でかつ電池パック１２５に適用している第１の閾値Ｔｈ１または第２の閾値Ｔｈ２を出力電力Ｐが越えていると判断した場合には、自ら保有する設定値をパルス制御部４０７に設定し、図４で説明したように充電器４００の消費電力を低減する。電池コントローラ１２３は、電池パック１２５から受け取った設定値を充電器４００の条件設定部４０１に送り、さらに、電池パック１２５から受け取った設定電流値Ｉｃｈｇに基づいて予備充電モードまたは標準充電モードのいずれかの情報をモード設定部４０３に送る。ノートＰＣ１０では、充電器１９に代えて充電器４００と同じ構成の充電器を設け、電池パック２５に第２の閾値Ｔｈ２を適用することで、充電器が出力電力Ｐを電力検出器１２７から受け取って電池パック２５の充電を制御することができる。

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いうまでもないことである。

本実施の形態にかかる充電制御システムの構成を示すブロック図である。 ＡＣ／ＤＣアダプタの出力電力と充電器の消費電力を制御する方法を説明する図である。 負荷の消費電力を制御する手順を説明するフローチャートである。 充電器の消費電力を制御することにより、時間経過に応じてＡＣ／ＤＣアダプタの出力電力が変化する様子の３つの例を示す図である。 充電器がリチウム・イオン電池を充電するときの出力電流および出力電圧の変化を示す図である。 充電器の他の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０…ノートＰＣ
１００…ドッキング・ステーション
１２７…電力検出器
Ｖｃｈｇ…充電器に対する設定電圧値
Ｉｃｈｇ…充電器に対する設定電流値
Ｉｔ…予備充電の設定電流値
Ｖｃ…充電器の出力電圧
Ｉｃ…充電器の出力電流
Ｖｓ…予備充電終了電圧
Ｉｅ…充電終了電流

Claims (15)

1. 所定の定格容量の電力源と、
   定電圧充電モードまたは予備充電モードを含む特定充電モードまたは標準充電モードで充電する第１の電池パックと、
   第２の電池パックと、
   前記電力源から電力の供給を受け消費電力が変動するシステム負荷と、
   前記電力源から電力の供給を受け、前記第１の電池パックが前記標準充電モードでの充電を要求している間に前記電力源の出力電力が第１の閾値に到達したときは前記第１の電池パックが要求する設定値よりも消費電力が小さくなる設定値で動作し、前記第１の電池パックが前記特定充電モードでの充電を要求している間に前記電力源の出力電力が前記第１の閾値に到達したときは前記特定充電モードに応じた設定値で動作する第１の充電器と、
   前記電力源から電力の供給を受け、前記電力源の出力電力が前記第１の閾値より大きい第２の閾値に到達したときは前記第２の電池パックが要求する設定値よりも消費電力が小さくなる設定値で動作する第２の充電器と
   を有する充電制御システム。
2. 前記標準充電モードが、定電流定電圧制御による充電モードである請求項１に記載の充電制御システム。
3. 前記第１の電池パックから設定値を受け取り、前記電力源の出力電力が前記第１の閾値に到達する前は前記第１の電池パックから受け取った設定値を前記第１の充電器に設定し、前記電力源の出力電力が前記第１の閾値に到達したときは自らが保有する設定値を前記第１の充電器に設定するコントローラを有する請求項１または請求項２に記載の充電制御システム。
4. 前記コントローラは、前記第１の電池パックが前記特定充電モードでの充電を要求するときに前記第１の充電器に適用した前記第１の閾値を前記第１の閾値の値よりも大きい第３の閾値に変更することで前記第１の電池パックから受け取った設定値を前記第１の充電器に設定する請求項３に記載の充電制御システム。
5. 前記コントローラは、前記第１の電池パックが前記標準充電モードでの充電を要求したことに応答して前記第１の充電器に適用した前記第３の閾値を前記第１の閾値に復帰させる請求項４に記載の充電制御システム。
6. 前記コントローラは、前記特定充電モードにおける前記第１の充電器の消費電力と前記出力電力に基づいて前記第３の閾値に変更するか否かを判断する請求項４または請求項５に記載の充電制御システム。
7. 前記電力源がＡＣ／ＤＣアダプタであり、前記第１の充電器が機能拡張装置に搭載され、前記第２の充電器が前記機能拡張装置に接続が可能な携帯式コンピュータに搭載されている請求項１から請求項６のいずれかに記載の充電制御システム。
8. 前記第１の充電器は、スイッチに供給する制御パルスを生成するパルス制御部と前記第１の電池パックの充電モードを指示するモード設定部と前記モード設定部が前記特定充電モードの指示をしている間に前記電力源の出力電力が前記第１の閾値に到達したときは前記パルス制御部に前記特定充電モードに応じた設定値を設定する条件設定部とを含む請求項１または請求項２に記載の充電制御システム。
9. 前記条件設定部は前記モード設定部が前記標準充電モードの指示をしている間に前記電力源の出力電力が第１の閾値に到達したときには前記第１の電池パックが要求する設定値よりも消費電力が小さくなる設定値を前記パルス制御部に設定する請求項８に記載の充電制御システム。
10. 第２の電池パックと設定値に基づいて前記第２の電池パックを充電する第２の充電器とが搭載された携帯式コンピュータの接続が可能な機能拡張装置であって、
    定電圧充電モードまたは予備充電モードを含む特定充電モードまたは標準充電モードで充電する第１の電池パックと、
    設定値に基づいて前記第１の電池パックを充電する第１の充電器と、
    前記第１の充電器と前記第２の充電器と前記携帯式コンピュータのシステム負荷とに電力を供給する所定の定格容量の電力源と
    を有し、
    前記第１の充電器は、前記第１の電池パックが前記標準充電モードでの充電を要求している間に前記電力源の出力電力が第１の閾値に到達したときは前記第１の電池パックが要求する設定値よりも消費電力が小さくなる設定値で動作し、前記第１の電池パックが前記特定充電モードでの充電を要求している間に前記電力源の出力電力が第１の閾値に到達したときは前記特定充電モードに応じた設定値で動作し、
    前記第２の充電器は、前記電力源の出力電力が前記第１の閾値より大きい第２の閾値に到達したときには前記第２の電池パックが要求する設定値よりも消費電力が小さくなる設定値で動作する
    機能拡張装置。
11. 定電圧充電モードまたは予備充電モードを含む特定充電モードまたは標準充電モードで充電する第１の電池パックと、該第１の電池パックを充電する第１の充電器と、第２の電池パックと、該第２の電池パックを充電する第２の充電器と、消費電力が変動するシステム負荷を含む充電制御システムの制御方法であって、
    前記第１の充電器と前記第２の充電器と前記システム負荷が所定の定格容量の共通の電力源から電力の供給を受けるステップと、
    前記第１の電池パックが前記標準充電モードでの充電を要求している間に前記電力源の出力電力が第１の閾値に到達したときは前記第１の電池パックが要求する設定値に基づく消費電力よりも小さい消費電力で前記第１の電池パックを充電するように前記第１の充電器の設定値を変更する第１の充電ステップと、
    前記電力源の出力電力が前記第１の閾値より大きい第２の閾値に到達したときに前記第２の電池パックが要求する設定値に基づく消費電力よりも小さい消費電力で前記第２の電池パックを充電するように前記第２の充電器の設定値を変更する第２の充電ステップと、
    前記第１の電池パックが前記特定充電モードでの充電を要求している間に前記出力電力が前記第１の閾値に到達したときは前記特定充電モードに応じた設定値で前記第１の充電器が前記第１の電池パックを充電する第３の充電ステップと
    を有する制御方法。
12. 前記第１の充電ステップおよび前記第２の充電ステップにおいてコントローラが自ら保有する設定値を前記第１の充電器および前記第２の充電器に設定し、前記第３の充電ステップにおいて前記コントローラが前記第１の電池パックから受け取った設定値を前記第１の充電器に設定する請求項１１に記載の制御方法。
13. 前記第３の充電ステップにおいて前記第１の電池パックが前記特定充電モードでの充電を要求するときに前記コントローラが前記第１の充電器に適用した前記第１の閾値を前記第１の閾値よりも大きい第３の閾値に変更することで前記第１の電池パックから受け取った設定値を前記第１の充電器に設定するステップを有する請求項１２に記載の制御方法。
14. 前記第３の充電ステップにおいて前記第１の電池パックが前記特定充電モードでの充電が完了したことを認識した前記コントローラが前記第１の充電器に適用した前記第３の閾値を前記第１の閾値に復帰させるステップを有する請求項１３に記載の制御方法。
15. 前記第２の電池パックと前記第２の充電器と前記システム負荷とが携帯式コンピュータに搭載され、前記第１の電池パックと前記第１の充電器が前記携帯式コンピュータに接続が可能な機能拡張装置に搭載される請求項１１から請求項１４のいずれかに記載の制御方法。

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