JP2000133323A

JP2000133323A - 充電状態測定可能バッテリ―

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Publication number: JP2000133323A
Application number: JP11306525A
Authority: JP
Inventors: Geraint Owen; ジェライント・オーウェン
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1998-10-28
Filing date: 1999-10-28
Publication date: 2000-05-12
Also published as: EP0997742A3; EP0997742A2; DE69922766T2; US6014014A; EP0997742B1; DE69922766D1

Abstract

(57)【要約】【課題】容易かつ精確に充電状態を測定することがで
きる蓄電装置を提供すること。【解決手段】タ゛ミーハ゛ッテリーの充電状態を測定することに
よりメインハ゛ッテリーの充電状態を決定することを可能にする
蓄電装置。該蓄電装置は、ホ゜ータフ゛ルコンヒ゜ュータ等の電子機器に
電力を提供することが可能である。該メインハ゛ッテリー及び該タ゛
ミーハ゛ッテリーは、それぞれの蓄電容量及び自己放電率を有し
ている。タ゛ミーハ゛ッテリーの蓄電容量は、メインハ゛ッテリーの蓄電容量
よりも小さく、例えば、タ゛ミーハ゛ッテリーの蓄電容量はメインハ゛ッテリ
ーの約1%のみとすることが可能である。メインハ゛ッテリー及びタ゛ミ
ーハ゛ッテリーは、それらの自己放電率が互いに実質的に等しく
なるように構成される。該蓄電装置はまた、メインハ゛ッテリーに
負荷が接続されて該メインハ゛ッテリーから電流が引き出されて
いるときにタ゛ミーハ゛ッテリーがメインハ゛ッテリーよりも速い速度で放
電するように構成された放電回路を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バッテリーに関
し、特に、携帯型コンピュータ等の電子機器に電力を供
給するバッテリーに関する。本発明はまた、充電状態を
測定することが可能なバッテリーに関する。本発明のバ
ッテリー及びこれに関連する充電状態測定方法は、特に
薄膜バッテリーに適用可能なものである。

【０００２】

【従来の技術】バッテリーの「充電状態」を測定するこ
とが望ましい場合が多い。かかる測定を行うことによ
り、バッテリーの残存寿命を決定することができる。例
えば、ラップトップコンピュータ等の携帯型電子装置の
ユーザであれば、バッテリーの再充電又は完全充電され
たバッテリーとの交換を行うことができるように、装置
に電力を供給しているバッテリーが何時低レベルになる
かを知りたいであろう。

【０００３】バッテリーの充電状態を測定することは意
外に難しいことである。この一因は、バッテリーが実際
には電荷を貯蔵しているのではなく化学的なエネルギー
を貯蔵しているということにある。貯蔵された化学エネ
ルギーは、バッテリーの端子間に負荷を接続した際に電
気エネルギーへと変換される。バッテリーが化学エネル
ギーを電気エネルギーに変換する効率は「変換効率」と
して知られている。換言すれば、バッテリーの変換効率
は、電気エネルギーへと変換される貯蔵された化学エネ
ルギーのパーセンテージを示すものである。しかし、バ
ッテリーは、ある程度の効率の悪さを有するものである
ため、一般には１００％の変換効率を達成することが出
来ない。更に、変換効率は、バッテリーの温度、バッテ
リーの端子間に接続された負荷によって引き起こされる
電流ドレイン(current drain)、及び充電状態に大きく
依存するものとなる。したがって、実際には、バッテリ
ーを単なる電荷の貯蔵器と見なすことはできない。

【０００４】充電状態の測定を一層困難にするものとし
て、負荷が存在しなくともバッテリーがエネルギーを放
出することが挙げられる。無負荷状態でのエネルギー放
出は、自己放電として既知のものである。バッテリーが
自己放電を行う速度は、バッテリーの種類にもよるが、
１パーセント未満／年〜数パーセント／週である。した
がって、自己放電の結果として生じる充電量の変化の予
測及びその補償を行うことは困難である。

【０００５】従来の充電状態表示手段の一例として、自
動車用鉛酸蓄電池で使用される浮き秤（又は比重計）で
ある。所与の温度でのバッテリー中の電解質濃度は、優
れた充電状態の指示子となる。電解質濃度は、電解質の
比重に直接関係するものである。浮き秤はこの比重を測
定する。温度による影響は、補正因子を適用することで
考慮されるが、該補正因子はテーブルをルックアップし
なければならないものである。浮き秤の使用は、消費者
向け製品即ち携帯用製品で使用するにはあまりにも扱い
難いものであることが一般に認められており、したがっ
て、この種の技術は、かかる分野には適用することがで
きない。

【０００６】従来のバッテリー充電状態の非侵襲性の測
定方法では、バッテリーの開路電圧を測定する。この方
法の欠点は、該方法がバッテリーが無負荷の状態で測定
を行うものであるため、装置の稼動時には該方法を使用
できないという点である。加えて、該開路電圧は、負荷
が外されてから安定するまで数分あるいは数時間を要す
るものである。更に、最近の多くの種類のバッテリーの
場合、該バッテリーが完全に放電する直前まで、その開
路電圧は充電状態に不精確にしか関係しないものであ
る。従って、この技術を使用してバッテリーが無くなり
かけている事実を合理的に通知することは実現困難であ
る。

【０００７】別のバッテリー開路電圧の測定方法は、最
初に、安定化時間についての問題を克服するための試み
において特別な負荷を使用して短時間の激しい放電でバ
ッテリーにストレスを与えるステップを伴うものであ
る。しかし、この方法は、バッテリー寿命が問題とされ
る場合には実用的でない。

【０００８】その他の充電状態測定方法として、「電荷
計算法（charge accounting）」が挙げられる。該電荷
計算法とは、バッテリーが電荷を保存するという仮定に
基づくものである。電荷計算法の技術を用いた燃料計
は、ラップトップコンピュータ等の装置で広く使用され
ているものである。しかし、製造工程の違いから生じる
バッテリーモデルの不完全性のため、燃料計が十分に機
能することができなくなる。この不精確な性能を補正す
るために、３０％の安全マージンを得るべくバッテリー
が実際の蓄電容量の７０％しか充電することができない
ものであると仮定する場合もある。その結果、蓄電容量
のかなりの部分が利用されないことがある。加えて、バ
ッテリーの経時変化は勿論のこと、バッテリー毎のパラ
メータの違い、更には同一メーカーが製造した同じ型の
バッテリーにおける違いさえも、電荷計算法を使用した
従来の燃料計による精確な電荷測定を妨げるものとな
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上を考慮すれば、容
易かつ精確に充電状態を測定することができる蓄電装置
又はバッテリーが必要とされていることは明らかであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、バッテリーの
充電状態の測定を可能にする蓄電装置であると見なすこ
とができる。より詳細には、本発明の蓄電装置は、充電
状態の精確な測定を可能にし、これにより蓄電装置の現
在の蓄電容量を精確に求めることが可能となる。充電状
態を精確に測定して現在の充電状態を表示することによ
り、蓄電装置の充電量が少なくなる時期がユーザに分か
り、蓄電装置を再充電したり、該蓄電装置を完全に充電
されたバッテリーと交換することが可能となる。上記充
電状態の精確な測定により、ポータブルコンピュータ等
の電子機器は益々使用し易くなる。

【００１１】本発明の一態様によれば、蓄電装置は、負
荷及びダミーバッテリーと接続することが可能なメイン
バッテリーを備えている。該負荷は、例えば、ポータブ
ルコンピュータその他電子機器とすることが可能であ
る。メインバッテリー及びダミーバッテリーの各々は、
蓄電容量及び自己放電率を有している。ダミーバッテリ
ーの蓄電容量は、メインバッテリーの蓄電容量よりも小
さく、例えば、ダミーバッテリーの蓄電容量はメインバ
ッテリーの約１％のみとすることが可能である。メイン
バッテリー及びダミーバッテリーは、それらの自己放電
率が互いに実質的に等しくなるように構成される。蓄電
装置はまた、ダミーバッテリーに接続された放電回路を
備えている。該放電回路は、メインバッテリーに負荷が
接続されて該メインバッテリーから電流が引き出されて
いるときにダミーバッテリーがメインバッテリーよりも
速い速度で放電するように構成される。

【００１２】本発明のかかる蓄電装置の利点の１つは、
ダミーバッテリーの電圧を監視することにより、メイン
バッテリーの電荷量が低レベルになる時期を決定するこ
とができることである。ダミーバッテリーの電圧が所定
のしきい値を下回った場合に、メインバッテリーが間も
なく低電力状態になることを示すための信号を提供する
ことが可能である。したがって、該蓄電装置を例えばポ
ータブルコンピュータで実施した場合には、ユーザは蓄
電装置が放電しようとする時期が分るので、蓄電装置を
再充電し、あるいはこれを交換することが可能となる。

【００１３】本発明のもう１つの利点は、ダミーバッテ
リーがメインバッテリーよりも速い所定の速度で放電す
るように放電回路を構成することができる点である。し
たがって、ダミーバッテリーが所定のしきい値を下回っ
て放電した場合に、メインバッテリーに残っている電荷
量を求めて、メインバッテリーが何時まで負荷に電力供
給を行うことができるかを決定することができる。

【００１４】本発明のその他の態様、特徴、及び利点に
ついては、本発明の属する分野における当業者であれ
ば、添付図面と共に以下の説明から明らかとなろう。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明は、蓄電装置において実施
され、その典型的な実施態様は、薄膜型蓄電装置であ
る。該蓄電装置は、数多くの用途に利用することが可能
なものである。例えば、薄膜型蓄電装置は、ラップトッ
プ、パームトップ、又はノートブックコンピュータとい
ったポータブルコンピュータに電力を供給するために使
用することができる。本発明の蓄電装置は、充電状態の
精確な測定を可能にするものである。これにより、充電
状態が低レベルになる時期を決定して、蓄電装置を再充
電し、あるいは該蓄電装置を完全に充電されたバッテリ
ーと交換することが可能となる。本発明は、この機能を
提供すると共に蓄電容量を最大限にし、更には測定誤差
を最小限にし又は実質的に排除するものである。本書で
は、薄膜技術を利用して本発明を例示するが、当業者で
あれば、ニッケル水素（ＮｉＭＨｙ）技術、リチウムイ
オン技術、ニカド（Ｎｉ−Ｃａｄ）技術、亜鉛エア（Ｚ
ｉｎｃ−Ａｉｒ）技術、リチウムポリマー技術、及び鉛
酸技術といった他の蓄電装置技術を使用可能であること
が理解されよう。

【００１６】更に詳細に図面を参照すると、本発明の蓄
電装置１０の典型的な実施態様が、図１に概略的に描か
れている。該蓄電装置１０は、図２のポータブルコンピ
ュータ１１における典型的応用例で示されている。典型
的な蓄電装置１０は、メインバッテリー１２とダミーバ
ッテリー１４とを備えている。メインバッテリー１２
は、負荷１８を接続することができる一組の端子１６
ａ、１６ｂを備えたものとすることが可能である。ダミ
ーバッテリー１４は、放電回路２２を接続することがで
きる一組の端子２０ａ、２０ｂを備えたものとすること
が可能である。

【００１７】典型的な蓄電装置１０は、メインバッテリ
ー１２に負荷が接続されて該バッテリーから電流が引き
出されている際にダミーバッテリー１４がメインバッテ
リー１２よりも速く放電するように構成される。蓄電装
置１０をかかる構成にした結果として、ダミーバッテリ
ー１４の充電状態が、メインバッテリー１２の充電状態
を示すものとなる。従って、ダミーバッテリー１４の充
電状態を監視することにより、メインバッテリー１２の
充電状態が低レベルになる時期を決定することが可能と
なり、これは「低電力インジケータ」と考えることがで
きる。メインバッテリー１２が低レベルであると判定さ
れた場合、低電力信号を供給してユーザに警告すること
が可能である。これについては後に詳述する。本発明の
原理は、図１で示した低電力インジケータの実施態様に
適用可能であることに加え、メインバッテリー１２の充
電レベルを測定する「燃料計」にも適用可能なものであ
り、これについては後に詳述する。

【００１８】図１に示した蓄電装置１０の実施態様で
は、ダミーバッテリー１４は、基本的にはメインバッテ
リー１２を２つの部分に分割するストリップという形の
ものである。代替的には、ダミーバッテリー１４は、メ
インバッテリー１２により包囲されたセルという形のも
のとすることも可能である。特定の構成にかかわらず、
ダミーバッテリー１４がメインバッテリー１２よりも物
理的に小さいことが好ましい。換言すれば、ダミーバッ
テリー１４は、メインバッテリー１２よりも小さい体積
を有し、それ故、蓄電容量もメインバッテリー１２より
小さくなる。バッテリー１２、１４は、実質的に同じ厚
さを有する薄膜型バッテリーであることが好ましく、こ
のため、バッテリー１２、１４の厚さは本解説では無視
し、バッテリー１２、１４の各々の物理的な面積に関し
てそれらバッテリーの相対的な大きさについて説明する
こととする。

【００１９】また、２種類のバッテリー１２、１４を実
質的に同一の工程で製作して、それらバッテリー間の製
造公差を最小限にし又は実質的になくすことも好まし
い。加えて、バッテリー１２、１４は、実質的に同じ周
辺環境を共有するように配列させることが好ましい。こ
れにより、メインバッテリー１２及びダミーバッテリー
１４の自己放電率が実質的に同じになる。バッテリーの
自己放電率とは、バッテリーが無負荷状態で放電する速
度である。

【００２０】引き続き図１を参照する。メインバッテリ
ー１２は、物理的な面積Ａと蓄電容量Ｑ_Mとを有してお
り、ダミーバッテリー１４は、蓄電容量Ｑ_Dを有してい
る。ダミーバッテリー１４の物理的な面積は、メインバ
ッテリー１２の面積よりも大幅に狭く、Ａ／ｘ（ｘ＞
１）で表される。例えば、ｘ＝１００ならば、ダミーバ
ッテリー１４の面積は、メインバッテリー１２の面積Ａ
の１％となる。その結果として、ダミーバッテリー１４
の蓄電容量Ｑ_Dは、メインバッテリー１２の蓄電容量Ｑ_M
よりも大幅に小さくなる。換言すれば、ダミーバッテリ
ー１４の蓄電容量Ｑ_Dは、メインバッテリー１２の蓄電
容量Ｑ_Mの極小部分であり、その比はαで表される。従
って、メインバッテリー１２及びダミーバッテリー１４
の蓄電容量には次式の関係がある。Ｑ_D＝αＱ_M メインバッテリー１２の面積Ａを最大限にすることによ
り、メインバッテリー１２の蓄電容量Ｑ_Mを最大限にし
て、電子機器に電力供給を行うことが好ましい。したが
って、負荷１８に電力を供給するメインバッテリー１２
の容量を可能な限り大きく確保するようにダミーバッテ
リー１４の面積Ａ／ｘをメインバッテリー１２の面積Ａ
に対して最小限にする。比較的大きな比率にすることが
可能であるが、ダミーバッテリー１４の面積は、メイン
バッテリー１２の面積の約５％未満であることが好まし
く、またメインバッテリー１２の面積の約１％未満であ
ることが一層好ましい。したがって、ダミーバッテリー
１４の蓄電容量Ｑ_Dは、好適には、メインバッテリー１
２の蓄電容量Ｑ_Mの約５％未満となり、更に好適には、
約１％未満となる。換言すれば、ダミーバッテリー１４
の蓄電容量Ｑ_Dに対してメインバッテリー１２の蓄電容
量Ｑ_Mを最大限にするためには、αは約０．０１未満と
なることが好ましい。

【００２１】図３を参照すると、ダミーバッテリー１４
及びメインバッテリー１２を備えた蓄電装置１０の概要
が示されている。同図を参照して、図１の低電力指示式
蓄電装置１０の典型的な実施態様に適用される本発明の
動作原理を説明する。

【００２２】放電回路２２は、ダミーバッテリー１４か
ら電流Ｉ_Dを引き出す。該電流Ｉ_Dは、メインバッテリー
１２から引き出される電流Ｉ_Mの一定の割合βである。
該放電回路２２は、実質的に無限の入力インピーダンス
及び利得を有する演算増幅器（即ち「ＯＰアンプ」）２
４を備えることが可能であり、この場合、該ＯＰアンプ
２４の差動入力間の電圧は事実上ゼロになる。該ＯＰア
ンプ２４は、引き出される零入力電流が電流Ｉ_Dに対し
て無視可能となるように選択される。従って、該条件で
は次式の関係が成立する。 β＝Ｉ_D／Ｉ_M＝Ｒ_M／Ｒ_D ここで、Ｒ_M及びＲ_Dは、それぞれ、メインバッテリー１
２及びダミーバッテリー１４に結合された検知抵抗２
６、２８の抵抗値である。

【００２３】図４を参照すると、バッテリー１２、１４
の放電特性が示されている。バッテリー１２、１４の端
子電圧は、バッテリー放電サイクルの有用部分（useful
part）では、充電状態と共にゆっくりと減少する。最
終的には、該端子電圧は急激に降下する。Ｖ_endの値
は、メインバッテリー１２を搭載した装置が信頼性を伴
って機能する最低電圧になるよう選択されることにな
る。このため、バッテリー１２、１４のそれぞれの端子
電圧がＶ_endまで降下した場合には、バッテリーは、事
実上完全に放電したことになる。

【００２４】上述のように、メインバッテリー１２及び
ダミーバッテリー１４を可能な限り同じ温度（温度は経
時変化してもよい）に維持すること、及び実質的に同じ
化学的性質を有するものからバッテリー１２、１４を形
成することが好ましい。したがって、α＝βであれば、
メインバッテリー１２及びダミーバッテリー１４は、放
電時に互いに追従し合うものとなる。また、バッテリー
１２、１４の自己放電率も実質的に同一となる。更に、
バッテリー１２、１４の正規化された負荷電流は強制的
に等しくされる。このため、メインバッテリー１２及び
ダミーバッテリー１４の両方が完全充電状態から開始す
ると、該バッテリー１２、１４の端子電圧Ｖ_M、Ｖ_Dは、
それぞれ、それらバッテリーの放電時に互いに実質的に
等しくなる。特に、バッテリー１２、１４のそれぞれの
端子電圧Ｖ_M、Ｖ_Dは、実質的に同時刻でＶ_endまで減少
する。

【００２５】本発明によれば、放電回路２２は、ダミー
バッテリー１４がメインバッテリー１２よりも速い速度
で（例えば約１０％だけ速く）放電することを確実にす
る。この放電率は、自己放電率とは対照的なものであ
り、負荷１８がバッテリー１２、１４から電流を引き出
す時にそれらバッテリー１２、１４が放電する速度であ
る。この加速された放電率は、β＝1.1αと設定するこ
とによって得ることができる。この実施態様では、ダミ
ーバッテリー１４の端子電圧Ｖ_Dは、メインバッテリー
１２の端子電圧Ｖ_Mよりも早くＶ_endまで減少する。した
がって、ダミーバッテリー１４の端子電圧Ｖ_Dを監視す
ることにより、該端子電圧Ｖ_DがＶ_endまで減少した時、
その後比較的短時間でメインバッテリー１２が切れるこ
とになる。バッテリー１２、１４の自己放電率が（負荷
に接続された場合の放電率に比べて）無視可能なもので
ある場合には、ダミーバッテリー１４の端子電圧Ｖ_Dが
Ｖ_endまで減少する時期、即ちメインバッテリー１２が
その初期の充電量の１.０／１.１×１００＝９１％を損
失する時期を推定することができる。したがって、約３
時間の推定バッテリー寿命を有するポータブルコンピュ
ータ１１の場合には、メインバッテリー１２が充電量を
使い果たす（又はＶ_Mが実質的にＶ_endに等しくなる）約
１８０×０.０９＝１６.２分前に低電力信号を提供する
ことが可能となる。

【００２６】低電力信号の提供については、図５を参照
する。同図には信号送出回路３２が示されている。信号
送出回路３２は、図６に示すように、所定のしきい値電
圧Ｖ _endに対するダミーバッテリー１４の端子電圧Ｖ_Dの
レベルを監視するコンパレータ３４を備えることが可能
である。ダミーバッテリー１４の端子電圧がしきい値電
圧Ｖ_endよりも高い場合には低電力信号は提供されな
い。ダミーバッテリー１４の端子電圧Ｖ_Dがしきい値電
圧Ｖ_endよりも低い値まで降下した場合には、コンパレ
ータ３４が信号送出装置３８に対して低電力信号３６を
提供する。該低電力信号３６は、メインバッテリー１２
が所定時間、例えば、前述の典型的な実施態様では約１
５〜２０分で、実質的に充電量を使い果たすことを示す
ものとなる。

【００２７】信号送出装置３８は、何等かの所望の警告
装置、例えば、スピーカーといった可聴(audible)装
置、若しくは警告灯等の可視(visual)装置として構成す
ることが可能であり、又はそれら両装置を組み合わせて
構成することが可能である。例えば、図２のポータブル
コンピュータ１１に電力供給を行う本発明の蓄電装置１
０の実施態様では、コンパレータ３４は、コンピュータ
１１のスピーカー４０に低電力信号３６を供給して、可
聴周波数範囲の低電力警告信号を発することが可能であ
る。代替的には、コンパレータ３４は、コンピュータ１
１の表示装置、又は該表示装置の符号４２で示す部分に
低電力信号３６を供給して、ユーザに対して電力低下を
視覚的に警告することが可能である。この実施態様の場
合、コンパレータ３４を専用の部品とすることが可能で
あり、また該コンパレータ３４の機能をコンピュータ１
１のプロセッサを用いて実施することも可能である。

【００２８】次に、図３の放電回路２２の典型的な実施
態様について説明する。典型的な放電回路２２は、ＯＰ
アンプ２４に加えて、該ＯＰアンプ２４の出力に接続さ
れたベースと、ダミーバッテリー１４の両端に接続され
たコレクタ及びエミッタとを有するトランジスタ３０を
備えることが可能である。該トランジスタ３０は、電流
増幅を提供してダミー検知抵抗２８を駆動する。メイン
検知抵抗２６は、抵抗値Ｒ_M＝１Ωを有することが可能
であり、ダミー検知抵抗２８は、抵抗値Ｒ_D＝１０Ωを
有することが可能である。したがって、メイン電流Ｉ_M
対ダミー電流Ｉ_Dとして定義される比は約１０：１とな
る。また、検知抵抗２６、２８の抵抗値に他の所望の値
を選択して主電流Ｉ_Mとダミー電流Ｉ_Dとの所望の比を得
ることが可能である。ＯＰアンプ２４として使用する市
販入手可能な演算増幅器の一例として、Analog Device
社製のモデルＯＰ２９１のマイクロパワーシングルサプ
ライレールツーレール（micropower single-supply rai
l-to-rail）入力／出力演算増幅器が挙げられる。

【００２９】ここで図１を参照して、蓄電装置１０の種
々の構成要素の典型的な値について説明する。上述のよ
うに、メインバッテリー１２の面積はＡであり、ダミー
バッテリー１４の面積はＡ／ｘであり、ｘは例えば約１
００に等しくすることが可能である。かかる場合、ダミ
ーバッテリー１４の面積は０．０１Ａとなる。よって、
メインバッテリー１２及びダミーバッテリー１４の容量
比は、αで表わすと、α＝０．０１となる。メインバッ
テリー１２及びダミーバッテリー１４についての検知抵
抗２６、２８の典型的な抵抗値は、それぞれ、Ｒ_M＝
０．１１Ω、及びＲ_D＝１０Ωとすることが可能であ
る。よって、メインバッテリー１２及びダミーバッテリ
ー１４からそれぞれ流出する電流Ｉ_M及びＩ_Dの比βは、
β＝Ｒ_M／Ｒ_D＝０.１１／１０＝０.０１１となる。従っ
て、図１に示す本発明の蓄電装置１０の典型的な実施態
様では、α＝０.０１、β＝０.０１１、β／α＝１.１
となる。よって、ダミーバッテリー１４は、メインバッ
テリー１２よりもおよそ１０％速く切れることになる。

【００３０】図示のように、ＯＰアンプ２４は、ダミー
バッテリー１４により電力供給される。Ｉ_opで示すＯＰ
アンプ２４により引き込まれる電流は、図１に示す典型
的な実施態様では、約２００〜５００μＡとなる。該Ｏ
Ｐアンプ電流Ｉ_OPは、ダミーバッテリー１４に追加の負
荷を与える。このダミーバッテリー１４への追加の負荷
は、ダミーバッテリー１４が放電する速度を加速させる
ものとなる。代替的には、メインバッテリー１２を用い
てＯＰアンプ２４に電力供給することが可能である。更
なる代替例として、低い自己放電率を有する低容量１次
バッテリー（例えばノートブックコンピュータその他の
電子装置で一般に見られるリアルタイムクロックバッテ
リー等）といった別個のバッテリーを用いてＯＰアンプ
２４に電力供給することが可能である。

【００３１】ダミーバッテリー１４からの電力は、負荷
１８へ入力されることはないが、ＯＰアンプ２４、ダミ
ー検知抵抗２８、及びトランジスタ３０内で消失する。
結果的に、ダミーバッテリー１４が占める面積Ａ／ｘは
必ずしも負荷１８により利用しなくてもよい。加えて、
図１に示す蓄電装置１０の全容量は、低電力指示手段を
実施しない場合の蓄電装置の容量の約９９％（即ち１０
０／１０１）まで減少させることが可能である。

【００３２】本発明の蓄電装置１０’の別の実施態様を
図７に示す。この実施態様では、ストリップという形に
ダミーバッテリー１４が構成されるのではなく、典型的
な蓄電装置１０’は、メインバッテリー１２’と、該メ
インバッテリー１２’内又は該メインバッテリー１２’
のエッジ部の何れかに入れ子式に収容されたセルという
形の少なくとも１つのダミーバッテリー１４’とを備え
たものである。代替的には、蓄電装置１０’は、所定の
配列又は実質的に不規則な配列の何れかで配置された複
数のダミーバッテリー１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、．．．
１４ｎを備えることが可能である。何れの場合も、ダミ
ーバッテリー１４ａ〜１４ｎは、メインバッテリー１
２’から電気的には絶縁されるが熱的には隔離されない
ことが好ましい。換言すれば、ダミーバッテリー１４
は、実質的にメインバッテリー１２’と同一の周辺環境
を共有して実質的に同一の自己放電率を確保するがメイ
ンバッテリー１２’の端子電圧とは独立した端子電圧を
有するよう別個に電気的に接続することが可能である。

【００３３】ダミーバッテリー１４ａ〜１４ｎの総面積
は、蓄電装置１０’の全面積の所定割合、例えば、５％
未満、より好適には約１％以下を占めるものとなる。ダ
ミーバッテリー１４ａ〜１４ｎの端子電圧は、低電力信
号を供給する時期を決定する際に監視することができ
る。代替的には、低電力信号を送出する時期を決定する
際にダミーバッテリー１４ａ〜１４ｎの端子電圧を包括
的に監視し、又はダミーバッテリー１４ａ〜１４ｎの端
子電圧の平均を監視することが可能である。

【００３４】本発明の更なる代替的な実施態様を図８に
示す。典型的な蓄電装置１０”は、メインバッテリー１
２と負荷１８との間に接続された放電回路２２”を備え
ている。負荷１８は、トランジスタ４４のコレクタを介
してメインバッテリー１２から電流Ｉ_Mを引き出し、ま
た該トランジスタ４４のベースを介してダミーバッテリ
ー１４から電流Ｉ_Dを引き出す。上述の典型的な実施態
様で説明したように、ダミーバッテリー１４の面積Ａ／
ｘは、メインバッテリー１２の面積Ａの約１％とするこ
とが可能である。トランジスタ４４の電流利得（即ちコ
レクタ電流対ベース電流の比）が、ｈ_fe＝１／０.０１
１（約９０.９１）である場合には、メインバッテリー
１２及びダミーバッテリー１４からそれぞれ引き出され
た電流Ｉ_M,Ｉ_Dの比は、β＝１／ｈ_fe＝０.０１１とな
る。放電回路２２”は、ダミーバッテリー１４とトラン
ジスタ４４との間に接続されたダイオード４６を備えて
おり、これによりトランジスタ４４の飽和が防止され
る。トランジスタ４４の電流利得ｈ_feは、βの制御が容
易となるように選択する。

【００３５】トランジスタ４４のコレクタとエミッタ間
には、電位差ΔＶが生ずる。典型的なシリコントランジ
スタの場合には、ΔＶ＝１.４Ｖである。これは、トラ
ンジスタ４４における約Ｉ×ΔＶの電力損に相当する。
メインバッテリー１２及びダミーバッテリー１４から引
き出される電力は、約Ｉ×Ｖである。従って、この回路
の電力効率は、およそ（Ｖ−ΔＶ）／Ｖである。例え
ば、Ｖ＝９Ｖであり、かつ、ΔＶ＝１.４Ｖである場合
には、電力効率は８４％となる。図８の蓄電装置１０”
の市販品としての実施態様では、放電回路２２”が２Ｎ
３０５３トランジスタ及び１Ｎ４１５０ダイオードを備
えることが可能である。放電回路の典型的な実施態様で
利用することが可能な（特に電力効率を改善するため
の）代替的な半導体技術は、例えば、ショットキーダイ
オード及びゲルマニウムダイオード及びゲルマニウムト
ランジスタ等を含むものとなる。

【００３６】本発明の蓄電装置は、既述のように低電力
指示手段として構成するのではなく、電気機器に電力供
給を行うための蓄電装置における利用可能な充電量の指
示を提供する燃料計として構成することが可能である。
これについては、燃料計５０として構成された本発明の
蓄電装置を示す図９を参照する。該燃料計５０は、メイ
ンバッテリー５２、複数のダミーバッテリー５４ａ、５
４ｂ、５４ｃ、．．．５４ｍ、及び放電回路６０を備え
ている。メインバッテリー５２は、例えばポータブルコ
ンピュータ等の可搬型電子機器といった負荷１８に接続
することが可能な端子５６を有している。放電回路６０
は、ダミーバッテリー５４ａ〜５４ｍに接続されてい
る。上述のように、メインバッテリー１２及びダミーバ
ッテリー５４ａ〜５４ｍは、実質的に同一の自己放電率
を有するよう構成される。放電回路６０は、メインバッ
テリー５２に負荷が接続されている際にメインバッテリ
ー５２よりも速くダミーバッテリー５４ａ〜５４ｍを放
電させる。

【００３７】図９で示した典型的な実施態様では、燃料
計５０は、４つのダミーバッテリー５４ａ〜５４ｍを含
んでいる。したがって、燃料計５０は、メインバッテリ
ー５２の充電状態が、例えば、完全充電、３／４充電、
１／２充電、及び１／４充電等となった時期を、段階的
に表示することができる。各ダミーバッテリー５４ａ〜
５４ｍの面積Ａ／ｘ、ひいては同バッテリーの容量は、
例えば、メインバッテリー５２の容量の約１％とするこ
とが可能である。

【００３８】放電回路６０は、複数のＯＰアンプ６２ａ
〜６２ｍ、複数のトランジスタ６４ａ〜６４ｍ、及び複
数の検知抵抗６６ａ〜６６ｍを備えることが可能であ
り、これらはそれぞれ、図１に示し解説したものと類似
した複数の電流ミラーとして構成される。各ダミーバッ
テリー５４は、各電流ミラーに１つずつ接続される。放
電回路６０はまた、メインバッテリー５２の検知抵抗６
８を備えることが可能である。

【００３９】解説のため、燃料計５０の特定の典型的な
実施態様に検知抵抗６６ａ〜６６ｍ、６８の値を与える
こととする。メイン検知抵抗６８は、例えば、Ｒ_M＝０.
１１Ωという抵抗値を有することが可能である。ダミー
バッテリー５４ｍについては、検知抵抗６６ｍは、Ｒ_D
＝１０Ωという値を有することが可能である。従って、
ダミーバッテリー５４ｍについては、β＝Ｒ_M／Ｒ_D＝
０.１１／１０＝０.０１１、及びβ／α＝１．１とな
る。故に、ダミーバッテリー５４ｍは、メインバッテリ
ー５２の放電率の１.１倍に等しい速度で放電される。
従って、ダミーバッテリー５４ｍが放電されたとき、メ
インバッテリー５２は、全容量の所定の割合、詳細には
全容量の（１−１.０／１.１）即ち約９％を有すること
になる。

【００４０】図９で示した検知抵抗６６ａ〜６６ｍの典
型的な抵抗値Ｒ_Dを用いる場合には、ダミーバッテリー
５４ｃ、５４ｂ、５４ａは、下表に示すように、それぞ
れ、メインバッテリー５２が完全充電の約２５％、５０
％、７５％となる時に放電する。検知抵抗が他の値であ
っても類似の結果又は他の所望の結果を得ることが可能
であることが当業者には理解されよう。

【００４１】

【表１】

【００４２】この典型的な実施態様では、メインバッテ
リー５２の面積の約１％の面積を各々有する４つのダミ
ーバッテリー５４ａ〜５４ｍが存在するため、燃料計５
０の容量は、燃料計として構成されていない場合の約１
００／１０４（約９６％）まで減少する。

【００４３】上記内容に鑑みると、本発明の蓄電装置
は、燃料計として使用するための薄膜型固体電解質バッ
テリーの面積ひいては容量の所定割合（例えば１〜５
％）を犠牲にするものである。負荷１８への電力は、蓄
電装置の残りの容量（例えば９５〜９９％）により提供
される。負荷電流は電流ミラーで反射され、該電流ミラ
ーは、残りのバッテリーが放電する速度よりも僅かに速
い速度でダミーバッテリーを放電させる。したがって、
ダミーバッテリーはメインバッテリーよりも早期に放電
を完了する。ダミーバッテリーが放電を完了すると、警
告信号が送出され、バッテリーがその容量の限界に近づ
きつつあることが示される。

【００４４】本発明の蓄電装置のバッテリー（メインバ
ッテリー及びダミーバッテリーを包括的に称する）は、
リチウムベースの固体電解質薄膜バッテリーであること
が好ましい。該バッテリーは、再充電が不可能な電池
（１次電池）とすることも再充電が可能な電池（２次電
池）とすることも可能なものである。該バッテリーは、
任意の形状（例えば、長方形、円形、三角形、台形、標
準的な形状、又は非標準的な形状）、任意の寸法（例え
ば、２ｃｍ×３ｃｍ、又は１５ｃｍ×２０ｃｍ）、及び
任意の厚さ（例えば、１〜２ｍｍ）に構成することが可
能である。該バッテリーは、可撓性を有し、折り曲げ可
能なものとすることが可能である。図２で示したポータ
ブルコンピュータ１１に加え、本発明の蓄電装置は、可
搬型装置及び定置型装置等、電力を必要とするあらゆる
種類の電子機器に電力を供給することが可能なものであ
る。かかる装置には、例えば、画像記録装置（デジタル
カメラ、ビデオカメラ等）、可搬型計器、医療用機器等
がある。

【００４５】蓄電装置の放電回路は、メインバッテリー
及びダミーバッテリーに永久的に接続し、又はソケット
式の構造体により取外し可能に接続することが可能であ
り、即ち、放電回路は、蓄電装置の一体部分又は取付可
能部分を形成することが可能である。代替的には、放電
回路は、メインバッテリーにより電力供給を受ける装置
の一部をなすことが可能であり、例えば、放電回路は、
ポータブルコンピュータ１１の構成要素とする（即ち同
コンピュータに組み込む）ことが可能である。

【００４６】本発明は、上述の図示及び説明してきた特
定の実施態様に限定されるものではない、ということが
当業者には理解されよう。本発明の範囲は、前述の実施
例によってではなく、特許請求の範囲における記載及び
それと法的に等価なものによって定められるものであ
る。

【００４７】以下においては、本発明の種々の構成要件
の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。１．負荷に電力を供給するための蓄電装置であって、前
記負荷に接続可能であり第１の蓄電容量及び第１の自己
放電率を有するメインバッテリーと、第２の蓄電容量及
び第２の自己放電率を有するダミーバッテリーであっ
て、該第２の蓄電容量が、前記メインバッテリーの前記
第１の蓄電容量よりも小さく、前記第２の自己放電率
が、前記メインバッテリーの前記第１の自己放電率と実
質的に等しい、ダミーバッテリーと、前記負荷が前記メ
インバッテリーから電流を引き出している際に前記メイ
ンバッテリーよりも速い速度で前記ダミーバッテリーを
放電させる放電回路とを備えている、蓄電装置。２．前記メインバッテリー及び前記ダミーバッテリー
が、それぞれ所定の面積を有する薄膜型バッテリーであ
り、前記ダミーバッテリーの前記面積が、前記メインバ
ッテリーの前記面積の所定の割合に相当するものであ
り、該所定の割合が約５％未満である、前項１に記載の
蓄電装置。３．前記放電回路が、前記メインバッテリーよりも約１
０％速く前記ダミーバッテリーを放電させる、前項１に
記載の蓄電装置。４．前記ダミーバッテリーの前記第２の蓄電容量が、前
記メインバッテリーの前記第１の蓄電容量の約５％未満
である、前項１に記載の蓄電装置。５．前記放電回路が、前記メインバッテリーに接続され
た第１の検知抵抗と、前記ダミーバッテリーに接続され
た第２の検知抵抗とを備えている、前項１に記載の蓄電
装置。６．前記メインバッテリー及び前記ダミーバッテリーが
薄膜型バッテリーであり、前記ダミーバッテリーが１つ
のストリップとして構成されている、前項１に記載の蓄
電装置。７．前記メインバッテリー及び前記ダミーバッテリーが
薄膜型バッテリーであり、前記ダミーバッテリーが１つ
のセルとして構成されている、前項１に記載の蓄電装
置。８．前記放電回路が、電流ミラーとして構成された演算
増幅器、トランジスタ、及び抵抗を備えている、前項１
に記載の蓄電装置。９．少なくとも１つの追加のバッテリーを備えており、
前記負荷が前記メインバッテリーから電流を引き出して
いる際に、前記放電回路が、前記メインバッテリーより
も速い速度で前記少なくとも１つの追加のダミーバッテ
リーを放電させる、前項１に記載の蓄電装置。 10．前記ダミーバッテリーの各々が異なる速度で放電す
るように前記放電回路が構成されている、前項９に記載
の蓄電装置。 11．前記ダミーバッテリーが所定のしきい値未満に放電
した際に信号を供給する信号送出回路を備えている、前
項１に記載の蓄電装置。 12．電子機器に電力を供給し、第１の蓄電容量及び第１
の自己放電率を有する、メインバッテリーと、第２の蓄
電容量と、第２の自己放電率と、充電状態とを有する、
ダミーバッテリーであって、前記第２の蓄電容量が前記
メインバッテリーの前記第１の蓄電容量よりも小さく、
前記第２の自己放電率が、前記メインバッテリーの前記
第１の自己放電率と実質的に等しい、ダミーバッテリー
と、前記ダミーバッテリーに接続され、前記メインバッ
テリーに負荷が接続された際に前記ダミーバッテリーが
前記メインバッテリーよりも速い速度で放電するように
構成された、放電回路とを備えた蓄電装置と、該蓄電装
置に接続され、前記ダミーバッテリーの前記充電状態を
監視し、前記ダミーバッテリーの前記充電状態が所定の
しきい値より低くなった際に信号を供給する、信号送出
回路と、該信号送出回路に接続されて該信号送出回路か
らの前記信号を受信する、信号装置とを備えている、電
子機器。 13．前記電子機器がポータブルコンピュータである、前
項12に記載の電子機器。 14．前記メインバッテリー及び前記ダミーバッテリーが
薄膜型バッテリーであり、前記ダミーバッテリーが１つ
のストリップとして構成されている、前項12に記載の電
子機器。 15．前記メインバッテリー及び前記ダミーバッテリーが
薄膜型バッテリーであり、前記ダミーバッテリーが１つ
のセルとして構成されている、前項12に記載の電子機
器。 16．前記ダミーバッテリーが、前記機器により放電させ
られる際に、前記メインバッテリーよりも約１０％速く
放電する、前項12に記載の電子機器。 17．前記ダミーバッテリーの前記第２の蓄電容量が、前
記メインバッテリーの前記第１の蓄電容量の約５％未満
である、前項12に記載の電子機器。 18．第１の放電率でメインバッテリーを放電させ、前記
第１の放電率よりも大きい第２の放電率でダミーバッテ
リーを放電させ、前記ダミーバッテリーの充電状態を監
視し、前記ダミーバッテリーの前記充電状態が所定レベ
ルを下回った際に信号を送出する、という各ステップを
有する、蓄電装置の充電状態を提供する方法。 19．前記ダミーバッテリーを放電させる前記ステップ
が、前記第１の放電率よりも少なくとも約５％大きい第
２の放電率で前記ダミーバッテリーを放電させるステッ
プからなる、前項18に記載の方法。 20．前記メインバッテリーを放電させる前記ステップ
が、第１の蓄電容量を有する前記メインバッテリーを放
電させるステップからなり、前記ダミーバッテリーを放
電する前記ステップが、前記メインバッテリーの前記第
１の蓄電容量の約５％未満である第２の蓄電容量を有す
る前記ダミーバッテリーを放電させるステップからな
る、前項18に記載の方法。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による典型的な蓄電装置、特に、蓄電装
置の低電力インジケータの実施態様を示す説明図であ
る。

【図２】本発明に従って構成されたポータブルコンピュ
ータを示す部分透視図である。

【図３】本発明のもう１つの典型的な低電力指示式の蓄
電装置の概要を示す回路図である。

【図４】本発明の蓄電装置の放電特性を示すグラフであ
る。

【図５】低電力信号を提供する本発明の信号送出回路の
概要を示すブロック図である。

【図６】低電力信号を提供する時期を決定するための監
視プロセスを示すフローチャートである。

【図７】本発明の更に別の典型的な蓄電装置、より詳細
にはセルベースのダミーバッテリーの概要を示す説明図
である。

【図８】本発明の更に別の典型的な低電力指示式の蓄電
装置の概要を示す説明図である。

【図９】本発明の更に別の典型的な蓄電装置、より詳細
には蓄電装置の燃料計による実施態様の概要を示す説明
図である。

【符号の説明】

１０蓄電装置１１電子機器１２メインバッテリー１４ダミーバッテリー１８負荷２２放電回路２４演算増幅器２６第１検知抵抗２８第２検知抵抗３０トランジスタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】負荷に電力を供給するための蓄電装置であ
って、前記負荷に接続可能であり第１の蓄電容量及び第１の自
己放電率を有するメインバッテリーと、第２の蓄電容量及び第２の自己放電率を有するダミーバ
ッテリーであって、該第２の蓄電容量が、前記メインバ
ッテリーの前記第１の蓄電容量よりも小さく、前記第２
の自己放電率が、前記メインバッテリーの前記第１の自
己放電率と実質的に等しい、ダミーバッテリーと、前記負荷が前記メインバッテリーから電流を引き出して
いる際に前記メインバッテリーよりも速い速度で前記ダ
ミーバッテリーを放電させる放電回路とを備えている、
蓄電装置。