JP2002354686A

JP2002354686A - 電子装置のバッテリ管理システム

Info

Publication number: JP2002354686A
Application number: JP2002071599A
Authority: JP
Inventors: Ted B Ziemkowski; テッド・ビー・ジームコウスキー; Heather N Bean; ヘザー・エヌ・ビーン; J Bianci Mark; マーク・ジェイ・ビアンチ
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 2001-03-16
Filing date: 2002-03-15
Publication date: 2002-12-06
Also published as: US20020130634A1; US6479962B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＡＣ電源によって（ＡＣアダプタを利用し
て）、または、バッテリによって電力供給を受けること
が可能な電子装置のためのバッテリ管理システム及び方
法を提供する。【解決手段】バッテリ管理システム１０は、電子装置
１２に結合されたバッテリ１６が再充電可能か否かを決
定するように構成されたファームウェア２２を含む。フ
ァームウェア２２はまた充電スイッチ２４に結合され、
充電スイッチ２４を制御するように構成される。バッテ
リ１６及びＡＣ電源がともに電子装置１２に結合される
と、充電スイッチ２４が起動して、充電電流がＡＣ電源
からバッテリ１６に印加される。充電スイッチ２４及び
ファームウェア２２は、バッテリ１６が再充電可能でな
いと決定されると、充電電流をバッテリ１６に印加させ
ないように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、電子装置
がＡＣ電源または再充電不能または再充電可能バッテリ
によってさまざまに電力供給を受けることができるよう
にする、電子装置用の電源システムに関するものであ
る。とりわけ、本発明は、自動的にバッテリ・タイプを
決定して、装置内充電を施すようになっているバッテリ
管理システム及び方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】バッテリの電力またはＡＣ電源からの電
力によって動作可能な電子装置は、広く知られている。
一般にこれらの装置に用いられているバッテリの化学的
組成には、アルカリ、高ドレイン（high-drain）アルカ
リ、高エネルギ・リチウム、ニッケル水素（nickel-met
al hydride）（ＮｉＭＨ）、及び、ニッケル・カドミウ
ム（ＮｉＣｄ）が含まれている。これらのうち、通常
は、ＮｉＭＨまたはＮｉＣｄの化学的組成を備えたバッ
テリだけが再充電可能である。他のバッテリ・タイプに
再充電を試みると、電気化学材料の排気または漏出を生
じる可能性があり、場合によっては、危険な爆発を生じ
る可能性もある。これらの装置に用いられるバッテリ
は、単三（AA）または単四（AAA）といった一般に利用
可能なものを含む、さまざまな形（すなわち、サイズ）
で販売されている。これらの従来の形ではなく、再充電
可能システムの場合によくあることであるが、特殊バッ
テリ・パックを用いることも可能である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】電子装置をＡＣ電源に
接続するのに、ＡＣアダプタが広く用いられている。既
存の設計の多くは、電子装置がＡＣ電源に接続される場
合、バッテリは、システムから完全に切断されるか、あ
るいは、変換されたＡＣ電源に並列に接続される。後者
は、ＡＣ電源を用いて、バッテリに充電する場合に用い
られる。いずれの場合にも、バッテリを正確にモニタす
るのは困難である。あるケースでは、バッテリを完全に
切断すると、バッテリからの電圧の読み取り、あるい
は、別様のバッテリのモニタが不可能になる。バッテリ
をＡＣ電源と並列に接続すると、ＡＣ電源からの入力が
バッテリのモニタを妨害する。

【０００４】上述のように、電子装置には、ＡＣ電源に
接続されると、ＡＣアダプタを介して供給される電力を
利用して、バッテリの再充電を可能にするように設計さ
れたものもある。上述の問題以外に、これらの設計の多
くは、再充電機能に関連したさまざまな問題を被ること
になる。多くの設計では、外部充電器が設けられてい
る。外部充電器は、装置からバッテリを取り外して、充
電器に納める必要があるので、都合の悪い場合もあり得
る。

【０００５】他の設計では、特殊形状またはサイズの再
充電可能バッテリ・パックが用いられる。これらのパッ
クは、装置内で再充電される場合もあれば、外部充電器
によって再充電される場合もある。標準的な形式の再充
電不能バッテリに対する再充電の試みを防止するため、
通常とは異なる形状が選択される場合が多い。再充電不
能バッテリへの再充電に対して十分な防護になる場合が
多いが、これらの設計は、多くの理由から望ましくない
可能性がある。特殊パックは、一般に、従来のバッテリ
に比べて、製造及び交換コストが高くつく。標準的な形
式のバッテリほど容易に入手することができない。ま
た、特殊パックを利用すると、それらが用いられる装置
の設計及び製造が複雑になる可能性がある。

【０００６】さらに、他の装置によって、標準的な形式
のバッテリに関連した装置内充電または外部充電が施さ
れる。これらの装置は、再充電可能な化学的組成（すな
わち、ＮｉＭＨまたはＮｉＣｄ）だけに用いることを意
図されたものであり、一般に、その効果に対する警告ラ
ベルが付けられている。これらの装置に関する問題の１
つは、警告ステッカが擦り切れたり、落ちたりするこ
と、あるいは、ユーザが、ただ単に警告を無視したり、
警告に気づかなかったりすることである。

【０００７】多くの再充電可能システムに関するもう１
つの問題は、高速充電、すなわち、短い時間量で比較的
大量のエネルギをバッテリに印加する必要のあるプロセ
スをもたらすということである。これによって、損傷し
た、または、再充電不能のバッテリに再充電を試みた場
合に、バッテリの排気、漏出、または、爆発、及び、装
置に対する損傷の恐れが増大することになる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、ＡＣ電
源によって（ＡＣアダプタを利用して）、または、バッ
テリによって電力供給を受けることが可能な電子装置の
ためのバッテリ管理システム及び方法が得られる。この
システムには、バッテリに有効に結合されたファームウ
ェアが含まれており、ファームウェアは、バッテリが再
充電可能か否かを決定するように構成されている。この
システムには、さらに、ファームウェアに結合され、フ
ァームウェアによって制御される充電スイッチが含まれ
ている。バッテリ及びＡＣ電源が装置に結合されると、
充電スイッチが起動して、充電電流がＡＣ電源からバッ
テリに印加される。充電スイッチ及びファームウェア
は、バッテリが再充電不能であると決定されると、充電
電流をバッテリに印加させないように構成されている。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１には、電子装置１２に関連し
て用いられる本発明によるバッテリ管理装置１０の概略
が示されている。本発明のシステム１０及び他のバッテ
リ管理システムは、デジタル・カメラのような携帯用電
子装置に関してとりわけ有用であることが立証されてい
る。従って、システム１０及び他の実施態様について
は、それに関して折々論じることにする。しかし、当然
明らかなように、本発明は、多種多様な電子装置に適用
可能である。

【００１０】電子装置１２は、ＡＣアダプタ１４を介し
てＡＣ・ＤＣ変換電源によって、あるいは、バッテリ１
６によって電力供給を受けることが可能である。バッテ
リ１６は、再充電可能か、または、再充電不能であり、
一般に、単三、単四、単二（C）、単一（D）、または、
別の標準形式である。ＡＣアダプタ１４は、壁ソケット
に差し込むように設計された外部装置として実施するこ
ともできるし、あるいは、電子装置１２の一部として内
部に組み込むことも可能である。電子装置１２は、一般
に、ＡＣアダプタを切り離すと、バッテリ１６によって
自動的に装置への電力供給が行われるように構成されて
いる。ＡＣアダプタ接続は、通常、ＡＣ電源を電子装置
に結合する場合、バッテリの負端子がアースから切り離
されるように構成されている。本発明の説明は、単一バ
ッテリに関して行われるが、当然明らかなように、いく
つかのバッテリを利用することが可能である。

【００１１】バッテリ１６を電子装置に結合するため
に、端子リード１８及び２０を備えたバッテリ・コネク
タが設けられている。端子リードは、バッテリの正の端
子１６ａ及び負の端子１６ｂに対応する。一般に、バッ
テリ・コネクタは、電子装置内に配置されたバッテリ・
コンパートメントに関して実施される。コンパートメン
トは、通常、上述の標準形式のバッテリ、すなわち、単
三、単四、単二、単一等を収容する形状が付与されてい
る。さらに詳細に後述するように、バッテリ及びバッテ
リ・コネクタを電子装置１２のシステム１０及び他の構
成要素に結合するためのさまざまな接続が設けられてい
る。

【００１２】装置１２及び／または再充電バッテリ１６
に電力を供給することが所望される場合、ＡＣアダプタ
１４によって、変換されたＡＣ電源の利用が可能にな
る。ＡＣアダプタ接続は、一般に、ＡＣ電源が電子装置
に接続されると、負の端子１６ｂがアースから切り離さ
れるように構成されている。バッテリ接続は、充電スイ
ッチ２４を用いて、選択的に再確立することが可能であ
る。詳細に後述するように、アースにバッテリ端子を再
接続すると、変換されたＡＣ電源が、ＡＣアダプタ１４
を介してバッテリ１６に並列に接続されることになる。
この結果、ＡＣアダプタを介して供給される充電電流が
バッテリに印加されることになる。

【００１３】バッテリ管理システム１０の他の構成要素
には、システムがＡＣ電源に接続される場合に、バッテ
リ１６をアースに選択的に再結合するためのファームウ
ェア２２及び充電スイッチ２４が含まれている。ファー
ムウェア２２は、さらに詳細に後述するように、バッテ
リ・レベルの計測、バッテリの化学的組成の決定、及
び、バッテリ１６の再充電の許可／禁止を含む、さまざ
まな機能を実施するように構成可能である。

【００１４】図２は、典型的なファームウェアの構成要
素を示す、ファームウェア２２の概略図である。表示の
ように、これらの構成要素には、主プロセッサ２６、ア
ナログ・デジタル変換器２８、マイクロコントローラ３
０、及び、記憶装置３２を含むことが可能である。ファ
ームウェアは、制御バス３４、モニタ・バス３６、及
び、システム・バス３８によって、バッテリ管理システ
ム及び電子装置のさまざまな構成要素に結合することが
可能である。バス接続は、その機能にちなんで命名され
ている：制御バス３４は、バッテリ管理システムの機能
を指示するために用いられる制御信号を伝送し、モニタ
・バス３６は、バッテリ１６のモニタに用いられる信号
を伝送し、システム・バス３８には、電子装置１２のフ
ァームウェアと他の構成要素との間のさまざまな接続が
含まれている。

【００１５】ファームウェア２２のさまざまな図示構成
要素は、例証を意図したものでしかない。当然明らかな
ように、後述する制御及び処理機能を実施する多種多様
なファームウェア構成が可能である。例えば、ファーム
ウェア２２は、主プロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発
性記憶装置等を備えた汎用コンピュータとして実施する
ことが可能である。後述する処理及び制御タスクに特に
適したソフトウェアが、コンピューティング装置にロー
ドされ、適正に実行されることになる。もう１つの代替
案は、必要なソフトウェア及びハードウェアが組み込ま
れた、単一特別装置、おそらくは、単一チップを設ける
ことである。

【００１６】電子装置１２は、再充電不能バッテリと再
充電可能バッテリの両方に適合可能であることが望まし
いので、管理システム１０は、さまざまな化学的組成の
バッテリ・タイプを弁別できることが重要である。この
機能は、一般に、自動化され、大部分がファームウェア
２２によって実施される。ファームウェア２２は、従っ
て、化学的組成識別子を含むものとみなすことが可能で
ある。

【００１７】化学的組成の識別は、その開示が参照によ
り本明細書に組み込まれたものとする、１９９９年１０
月２９日に出願された、「ＡＭｅｔｈｏｄｆｏｒ
ｔｈｅＡｕｔｏｍａｔｉｃＤｅｔｅｒｍｉｎａｔｉ
ｏｎｏｆＢａｔｔｅｒｙＣｈｅｍｉｓｔｒｙｉｎ
ＰｏｒｔａｂｌｅＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＤｅｖｉ
ｃｅｓ」と題する米国特許出願番号第０９／４３０，３
３４号に開示の方法に従って、ファームウェア２２によ
って実施可能である。この方法には、一般に、バッテリ
が、比較的低負荷を受ける場合に、バッテリ端子間の電
圧を測定することと、次に、バッテリに比較的高負荷が
印加される場合に、端子電圧を測定することが必要にな
る。これら２つの値の比率は、一般に用いられるバッテ
リの化学的組成間で予測可能に変動し、再充電可能バッ
テリと再充電不能バッテリの弁別が容易に可能になると
いうことが分かった。バッテリ電圧は、一般に、モニタ
・バス３６の一部として含めることが可能な、線路４０
を介してファームウェア２２によって読み取られる（図
２）。

【００１８】バッテリの化学的組成を求めるために利用
される相対的に低い負荷及び高い負荷は、特殊テスト負
荷によって、または、電子装置１２のさまざまなシステ
ムによって加えることが可能である。テスト負荷が用い
られる場合、２つの既知の基準抵抗が用いられる、すな
わち、１つは、バッテリの両端間における開路をシミュ
レートするためのものであり（低負荷）、もう１つは、
短絡をシミュレートするためのものである（高負荷）。
電子技術において周知の、単純なスイッチング及び論理
回路要素を用いて、バッテリ端子間に低負荷と高負荷を
順次加えることが可能である。化学的組成の識別及び他
の目的のために既知の基準負荷を利用することについて
は、図３及び４に関連してさらに詳述することにする。

【００１９】既知の基準負荷の代わりに、電子装置１２
によって加えられる可変負荷を用いて、化学的組成の識
別を実施することも可能である。装置１２によって加え
られる負荷は、装置が所定のタスクを実施している場合
には高く、他の場合には比較的低い。例えば、デジタル
・カメラの場合、モータ・ドライブによるカメラ・レン
ズの移動は、電源に高負荷を加える電力集中的タスクで
ある。他の場合、例えば、待機モードでユーザ入力を待
っている場合、カメラによって加えられる負荷は大幅に
低くなる。こうした異なる場合にバッテリの端子電圧を
測定し、比較することによって、化学的組成を識別する
ことが可能になる。ファームウェア２２は、ある特定時
間における電子装置の動作状況に基づいて、これらの測
定のタイミング及び性能を制御するように構成すること
が可能である。一般に、装置１２の動作状況は、システ
ム・バス３８によって伝送される信号を通じて決定され
る。

【００２０】化学的組成の識別は、一般に、ファームウ
ェア２２の制御を受けて、バッテリ１６の充電を可能及
び不能にする充電スイッチ２４の動作において１つの役
割を果たしている。充電スイッチ２４には、負のバッテ
リ端子１６ｂとアースの間に結合されたＮ型エンハンス
メント電界効果トランジスタ４２（ＦＥＴ）が含まれて
いる。電気技術において周知のように、ＦＥＴは、３つ
の端子、すなわち、ゲート、ソース、及び、ドレインを
備えた半導体デバイスである。図示のＦＥＴ構成の場
合、ゲート端子４４及びソース端子４６に存在する電圧
によって、ドレイン端子４８とソース端子４６の間にど
の程度の電流を流すことができるかが決まる。

【００２１】ソース４６とドレイン４８の間の導電チャ
ネルが開くと、ＡＣアダプタ１４を介して供給される充
電電流が、バッテリに印加され、バッテリは充電され
る。充電電流は、ＦＥＴのソース端子４６に結合された
相対的に高い抵抗器５０を用いることによってかなり低
いレベルに保持される。充電を可能にするため、ファー
ムウェア２２は、（１）バッテリが再充電不能でない限
り、（２）バッテリが損傷していない限り、あるいは、
（３）バッテリが完全に充電されていない限り、充電許
可線路５２を介して、ゲート端子４４に起動信号（一般
に、３．３または５．０ボルト）を加える。充電許可線
路５２は、一般に、制御バス３４の一部として設けられ
ている（図２）。

【００２２】バッテリが再充電可能か否かは、上述の方
法に従って決定することが可能である。化学的組成識別
プロセスによって、化学的組成のタイプをテストする場
合に、エラーを含む結果を生じることになりがちな、損
傷のあるバッテリを識別することも可能である。バッテ
リが完全に充電されているか否かを決定するため、ファ
ームウェア２２は、ただ単に、例えば、Ａ／Ｄ変換器２
８を利用して、バッテリから電圧を定期的に読み取るだ
けである。バッテリが再充電不能か、損傷を受けている
か、あるいは、完全に充電されている場合には、ゲート
端子４４に対する充電許可線路５２を低（ロー）にし
て、バッテリに対する充電電流の印加が阻止される。

【００２３】充電スイッチ２４は、障害状態または他の
予期しない事態の場合に充電電流を制限する自己制限機
能を備えている。これは、ＡＣアダプタからの入力電圧
が不意に高くなったり、あるいは、取り付けられている
バッテリの１つ以上が損傷を被る場合に生じる可能性が
ある。これは、また、化学的組成の識別ミスによって、
または、装置１２に過度に放電したバッテリを取り付け
ることによって生じる可能性もある。充電スイッチ２４
は、これらの状況において自動的にオフになるように構
成することが可能である。

【００２４】自己制限機能は、ＦＥＴ４２のいくつかの
電気特性に基づくものである。トランジスタがドレイン
とソースの間にかなりの電流を導通するために、ゲート
に起動信号が加えられたとしても、ゲート端子４４とソ
ース端子４６の間には、しきい値最小電位差が存在しな
ければならない。この電位差がなければ、充電電流は、
大幅に減少して、例えば、ゼロまたは取るに足らない量
になる。

【００２５】さらに図１を参照すると、充電スイッチ２
４を起動して、バッテリ１６に充電電流を印加すると、
抵抗器５０によって、バッテリの充電電流に比例した電
圧が生じる。ゲートに印加される起動信号は固定されて
いるので、抵抗器５０の両端間に生じる電圧によって、
ゲート端子４４とソース端子４６の間の電位差が減少す
る。抵抗器５０の値と充電スイッチ２４のＦＥＴゲート
しきい値電圧は、通常の充電条件下において、所望の最
大充電電流が、充電スイッチ２４を導通状態に保つが、
自己制限機能をトリガするのにほぼ十分になるように選
択することが可能である。さらに多くの充電電流が要求
されると（予期しない状態または障害状態のために）、
電流の増大によって、抵抗器５０の両端における電圧が
上昇し、このため、さらに、ゲート・ソース間の電位差
が縮小される。この結果、ＦＥＴ４２の導通電流が制限
されることになる。

【００２６】上述のように、自己制限機能によって、Ａ
Ｃアダプタ１４から予期しない高電圧が入力された場合
の保護が可能になる。この場合、ＡＣ入力電圧とバッテ
リ１６の電圧との差は、予測よりも大きくなる。この結
果、抵抗器５０を通る電流が意図した最大量を超えるこ
とになり、これによって、さらに、ＦＥＴ４２を自動的
にオフにするのに十分な電圧がソース端子４６に生じる
ことになる。バッテリ１６が損傷したり、あるいは、過
度に放電させられた場合、同様の保護が施されることに
なる。

【００２７】上述の自己制限機能及び化学的組成に基づ
く充電機能によって、従来のシステムに対するいくつか
の利点が得られる。まず、このシステムによれば、高価
で、比較的入手しにくい場合が多い、特殊バッテリ・パ
ックの代わりに、標準的な形式の再充電可能または再充
電不能バッテリを利用することが可能になる。このシス
テムでは、バッテリが再充電可能か否かを自動的に検出
し、適切な場合に充電を許可／禁止する。充電が何らか
の誤動作（例えば、化学的組成の識別ミス）の結果とし
て生じる場合、排気、漏出、または、爆発の恐れを少な
くするため、充電電流及び電圧が最小限に抑えられる。
化学的組成の識別及び充電が、自動的に行われ、ユーザ
にわかるようになる。特定バッテリ・タイプだけの使用
を明示した警告ラベルが不要になる−再充電可能バッテ
リが利用されようと、再充電不能バッテリが利用されよ
うと、電子装置は同じように動作させられる。最終的
に、システムは外部充電器を必要とするかわりに利便性
と装置内充電の経費減少をもたらす。

【００２８】図３には、典型的な電子装置１２に用いら
れるように構成されたバッテリ管理システムのもう１つ
の実施態様６０が描かれている。前述のように、バッテ
リ１６は、バッテリの正端子と負端子に対応するリード
を備えたバッテリ・コネクタを介して、電子装置１２に
結合されている。電子装置は、バッテリによって、また
は、ＡＣアダプタ１４でＤＣ変換されるＡＣ電源によっ
て電力供給を受けることが可能である。バッテリ管理シ
ステム６０は、図１に関連して解説されたもののような
モニタ及び充電機能を実施するように、ファームウェア
２２及び充電スイッチ２４によって構成することが可能
である。図２に関して解説のように、ファームウェア２
２は、さまざまな処理、モニタ、及び、制御機能を実施
するため、制御バス３４、モニタ・バス３６、及び、シ
ステム・バス３８を介して、他のさまざまな構成要素に
結合することが可能である。

【００２９】バッテリ管理システム６０は、バッテリ１
６の化学的組成識別及び燃料計量を容易にするため、サ
ンプル・ホールド機能を備えるように構成することも可
能である。図解の実施態様の場合、この機能は、ＦＥＴ
ベースのスイッチ６２及び６４と、コンデンサ６６を含
むことが可能なサンプリング・サブシステムによって得
られる。後で明らかになる理由から、スイッチ６２及び
６４は、それぞれ、「サンプル・スイッチ」及び「接地
基準スイッチ」と呼ばれる。図示のように、サンプル・
スイッチ６２は、バッテリ１６の高側とコンデンサ６６
の間に結合されている。サンプル・スイッチは、サンプ
ル線路６８を介して起動信号（一般に０ボルト）を加え
ることによって閉じられ、バッテリの正端子とコンデン
サ６６の高側との間に導電経路を形成する。バッテリの
負端子とコンデンサ６６の低側の間に、接地基準スイッ
チ（すなわち、スイッチ６４）が結合されている。接地
基準スイッチは、接地基準線路７０に起動信号（一般
に、３．３または５．０ボルト）を加えることによって
閉じる。これによって、コンデンサの低側端子とアース
を含む導電経路が閉じる。一般に、ファームウェア２２
は、制御バス３４を介して信号を伝えることによって、
両方のスイッチを制御するように構成されている。

【００３０】サンプル・スイッチ６２を閉じると、バッ
テリ１６の電圧がサンプリングされ、回路ノード７２に
サンプル値が記憶されることになる。すなわち、サンプ
ル・スイッチを閉じると、コンデンサ６６がバッテリに
よって充電される。測定段階において、接地基準スイッ
チ６４を閉じると、コンデンサ６６の端子の１つが基準
アースに接続される。システムをＡＣアダプタ１４に結
合すると、バッテリの負端子がアースから切り離される
という点を想起されたい。従って、バッテリの燃料レベ
ルの正確な計量には、基準アースが必要になる。コンデ
ンサ６６の充電が完了すると、サンプリングされた電圧
は、すぐに、あるいは、後で、バッテリ電圧リード７４
を介して読み取ることが可能である。一般に、ファーム
ウェア２２は、モニタ・バス３６を介してバッテリ電圧
を読み取る。

【００３１】バッテリ１６の排流を阻止し、既述の充電
及び測定操作に関連した他の機能を実施するため、さま
ざまなダイオードを設けることが可能である。すなわ
ち、バッテリ１６の電圧がＤＣ入力電圧を超える場合、
ダイオード７６及び８０によって、バッテリ１６の排流
が阻止される。サンプル・スイッチ６２を介して、バッ
テリ電圧をサンプリングする場合には、ダイオード７８
及び８０によって、バッテリの負端子への帰路が形成さ
れる。また、接地基準スイッチ６４がオンになると、ダ
イオード７６及び８０によって、バッテリ１６の意図せ
ぬ充電が阻止される。

【００３２】バッテリ電圧をサンプリングして、後で読
み取ることができるのは、サンプリング機能の主たる利
点の１つである。上述のように、化学的組成識別プロセ
スには、バッテリにシミュレートされた短絡（例えば、
比較的高い負荷）を施した際の、バッテリの端子電圧を
測定することが含まれる。電子装置が起動状態またはス
タンバイ状態にある場合、多くの電子装置に、この低負
荷状況が生じることがある。例えば、デジタル・カメラ
がオンで、ユーザ入力を待っている場合、ほとんどの電
子システムは、活動状態にない。

【００３３】図３に示す電子装置の場合、サンプル・ス
イッチ６２を制御して、バッテリ電圧をサンプリングす
るのに必要とされるシステム・オーバヘッドは、極めて
わずかなものである。スイッチ６２に制御信号を供給す
るのに必要とされるのは、例えば、マイクロコントロー
ラ３０（図２）のような、小電力デジタル論理装置だけ
である。実際、小電力または受動構成要素（例えば、コ
ンデンサ６６）だけしか必要とされないので、サンプリ
ング及び記憶機能に必要とされる構成要素は、受動電圧
サンプラを構成するものとみなすことが可能である。

【００３４】以上から当然明らかなように、サンプリン
グに直接必要のない電子装置１２の全ての構成要素は、
サンプリング・プロセスの間、非活動状態またはパワー
・ダウン状態にすることが望ましい。例えば、デジタル
・カメラの場合、レンズ・ドライブ、主プロセッサ（例
えば、プロセッサ２６）、及び、他の電力集中的システ
ムは、停止またはスタンバイ・モードにされる。これに
よって、バッテリにかかる負荷が減少し、バッテリの両
端間における所望の開路状態のより正確なシミュレーシ
ョンが可能になる。

【００３５】最適な開路シミュレーションには、サンプ
リングされた電圧を読み取り、処理するために用いられ
るシステムが、実際のサンプリング中、非活動状態にあ
ることが必要とされる可能性がある。例えば、サンプリ
ングされた電圧を読み取り、記憶し、その計算を実施す
るには、一般に、典型的なファームウェア２２の主プロ
セッサ２６及び記憶装置３２が必要になる。しかし、こ
れらのシステムが、サンプリング中に活動状態にある
と、バッテリの負荷が増し、開路シミュレーションの質
が低下することになる。これらのシステムが非活動状態
にある間に、コンデンサ及びスイッチによって、バッテ
リ電圧をサンプリングし、記憶することが可能になり、
同時に、後の読み取り及び処理に備えて、サンプリング
された電圧を保存することも可能になる。

【００３６】上述のように、バッテリ電圧をサンプリン
グし、後で読み取るのは、バッテリのシミュレートされ
た開路測定に有効である。他の場合には、バッテリ端子
の両端間により高い負荷をかけるのが望ましい。例え
ば、上述の化学的組成識別プロセスには、開路シミュレ
ーションだけではなく、短絡シミュレーションも（例え
ば、バッテリに加えられる高負荷）必要とされる。さら
に、より高い値の負荷は、化学的組成識別プロセスとは
別個の、バッテリの燃料レベルの計量にも役立つ可能性
がある。

【００３７】高負荷状態が、化学的組成識別に利用され
ようと、あるいは、より一般的な、燃料計量に利用され
ようと、バッテリ測定の正確さ及び信頼性を高めるため
には、負荷を既知の基準値とすることが望ましい場合が
多い。従って、バッテリ管理システム６０には、バッテ
リ１６に既知の負荷を選択的に適用するための基準負荷
サブシステムを設けることが可能である。図３に示すよ
うに、基準負荷サブシステムには、起動させると、バッ
テリ１６の両端間に基準負荷９４を選択的に加える、Ｆ
ＥＴベースのスイッチ９０及び９２を含むことが可能で
ある。許可線路９６を高（ハイ）にすると、スイッチン
グが生じ、バッテリの両端間に基準負荷９４が加えられ
る。以下の説明から明らかになる理由から、スイッチ９
０及び９２は、それぞれ、「負荷スイッチ」及び「レベ
ル・シフト・スイッチ」と呼ぶことが可能である。

【００３８】負荷スイッチ９０は、基準負荷９４を実際
に使用可能及び使用禁止にする。ＦＥＴ９８がオンにな
ると、基準負荷９４がバッテリの両端間に結合される。
基準負荷９４は、一般に、５オームの抵抗であるが、適
合する基準をもたらす任意の値を備えることが可能であ
る。

【００３９】レベル・シフト・スイッチ９２は、負荷ス
イッチ９０の適正な動作を確保するため、レベル・シフ
トを施す。レベル・シフト・スイッチ９２は、負荷スイ
ッチ９０のゲートに縦続に結合され、プル・アップ抵抗
器１００は、負荷スイッチのゲートとバッテリの間に結
合される。プル・アップ抵抗器は、負荷スイッチのゲー
トに印加される電圧レベルを高めることによって、負荷
スイッチが、適切な時間に確実にオンになるようにす
る。

【００４０】このタイプのレベル・シフトが必要になる
可能性があるのは、バッテリ電圧が、スイッチ９２の制
御に用いられる３．３または５．０ボルトの制御信号の
レベルを超える場合である。レベル・シフトがなければ
（すなわち、レベル・シフト・スイッチ９２及びプル・
アップ抵抗器１００がなければ）、ＦＥＴ９８のゲート
における電圧が、制御信号のレベルを超えることは決し
てない。バッテリ電圧が制御信号を超える場合、レベル
・シフト構成がなければ、負荷スイッチ９０が、ふとし
たことでオンになる可能性がある。

【００４１】上述のように、ファームウェア２２は、バ
ッテリ管理システム６０を制御し、さまざまな処理操作
を実施するように構成することが可能である。例えば、
ファームウェアは、サンプル・スイッチ６２を起動する
ことによって、適切な時間にバッテリ電圧を測定するよ
うに構成することが可能である。サンプリング・プロセ
ス中、上述の基準負荷機能を用いるために、バッテリに
基準負荷９４を加える場合もあれば、加えない場合もあ
る。低負荷測定（例えば、化学的組成の識別に用いられ
るシミュレートされた開路測定）の場合、基準負荷９４
は、一般に、バッテリに加えられない。高負荷バッテリ
測定を必要とする状況の場合、基準負荷を利用するのが
望ましいことが多い。基準負荷が用いられる場合、電子
装置の他のシステムは、基準負荷を最大限に分離するた
め、使用禁止にすることが多い。図１に関連して上述の
充電論理以外に、ファームウェア２２は、一般に、化学
的組成の識別、バッテリのサンプリング、燃料の計量、
及び、本明細書において既述の他のモニタ機能を行う
間、充電を禁止する。

【００４２】図４には、本発明によるバッテリ管理シス
テムのもう１つの実施態様１１０が示されている。描か
れているシステムは、多くの点で図３のシステムと似て
いるが、バッテリ１６のサンプル・ホールド・モニタを
用いていない。代わりに、燃料計量及び化学的組成識別
が、バッテリ１６の低側に結合されたバイポーラ接合ト
ランジスタ１１２によって実施される。トランジスタ１
１２は、利得が１のエミッタ・フォロワとして構成され
る。従って、ＡＣアダプタ１４が、システムに結合され
ると、エミッタ端子において、線路１１４を介してアー
スを切り離した負のバッテリ端子の電圧を読み取ること
が可能になる。ファームウェア２２は、この電圧とノー
ド１１６（バッテリの高側）における電圧の差を測定す
ることによって、バッテリ電圧を求める。抵抗器１１８
及び１２０と、ダイオード１２２によって、トランジス
タにバイアスがかけられ、逆電流が流れるのが阻止され
る。

【００４３】以上からさらに明らかなように、本発明に
は、バッテリ充電法も含まれている。図５には、ＡＣ電
源、再充電可能バッテリ、または、再充電不能バッテリ
で動作可能な電子装置に関連して用いられるこうした方
法が示されている。この方法には、電子装置に結合され
たバッテリに充電電流を選択的に印加するように構成さ
れたスイッチング可能な充電回路を設けるステップ１３
０が含まれている。スイッチング可能充電回路は、図１
に関連して上述のさまざまな機能を備えるように構成す
ることが可能である。この方法には、バッテリが再充電
可能か否かを決定するステップ１３２が含まれている。
これには、図１、図３、及び、図４に関連して上述のさ
まざまな化学的組成識別及び電圧測定技法を含むことが
可能である。この方法には、図１に関連して上述の充電
論理の実施ステップ１３４、１３６、及び、１３８が含
まれている。すなわち、バッテリが再充電不能タイプと
決定される場合（１３４）、バッテリが完全に充電され
ている場合（１３６）、または、バッテリのモニタで、
損傷が明らかになる場合（１３８）、充電を禁止するこ
とが可能である。

【００４４】本発明については、以上の望ましい実施態
様に関連して図示し、解説してきたが、当事者には明ら
かなように、付属の請求項に定義された本発明の精神及
び範囲を逸脱することなく、多くの変更を加えることが
可能である。本発明の解説には、本明細書に解説された
要素の新規の及び自明ではない組み合わせの全てが含ま
れるものと理解すべきであり、本出願または後の出願に
おいて、これらの要素の新規の及び自明ではないいかな
る組み合わせも請求するものとする。以上の実施態様
は、例証となるものであって、どの単一の特徴または要
素も、本出願または後の出願において請求することので
きる全ての可能な組み合わせにとって不可欠なものでは
ない。請求項において「１つの」または「第１の」要素
またはその同等物を列挙する場合、こうした請求項は、
１つ以上のこうした要素の組み込みを含むものと理解す
べきであり、２つ以上のこうした要素を必要とするわけ
でもなく、あるいは、除外するわけでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるバッテリ管理システムの概略図で
ある。

【図２】本発明のバッテリ管理システムに関連して用い
ることが可能な典型的なファームウェアの概略図であ
る。

【図３】本発明によるもう１つのバッテリ管理システム
の概略図である。

【図４】本発明によるさらにもう１つのバッテリ管理シ
ステムの概略図である。

【図５】本発明によるバッテリ充電方法のフローチャー
トである。

【符号の説明】

１０：バッテリ管理システム１２：電子装置１４：ＡＣ・ＤＣ変換器１６：バッテリ１８、２０：バッテリ・コネクタ２２：ファームウェア２４：充電スイッチ６２：サンプリング・スイッチ６６：受動電圧サンプラ９０：負荷スイッチ９４：基準負荷

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者テッド・ビー・ジームコウスキーアメリカ合衆国コロラド州80538，ラブランド，セイブルウッド・ドライブ 1041 (72)発明者ヘザー・エヌ・ビーンアメリカ合衆国コロラド州80521，フォート・コリンズ，ノース・ウィットコーム・ストリート 214 (72)発明者マーク・ジェイ・ビアンチアメリカ合衆国コロラド州80526，フォート・コリンズ，スキマーホーン・ストリート 2906 Ｆターム(参考） 5G003 AA01 BA01 CA01 CA11 DA04 DA18 EA09 FA04 GC05 5G053 AA16 BA01 BA04 CA02 DA01 EA01 EC03 FA06 5H030 AA08 AS20 BB01 DD09 FF41 FF44

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＡＣ・ＤＣ変換電源またはバッテリによ
って電力供給を受けるように構成された電子装置のバッ
テリ管理システムであって、前記バッテリを前記電子装
置に結合するように構成されたバッテリ・コネクタと、
前記バッテリ・コネクタに結合され、前記バッテリが再
充電可能か否かを決定するように構成された化学的組成
識別子を含むファームウェアと、前記ファームウェアに
結合され、その制御を受ける充電スイッチとを備えてお
り、前記電子装置が、前記バッテリ及び前記ＡＣ・ＤＣ
変換電源に結合されると、前記充電スイッチが起動され
て、前記ＡＣ・ＤＣ変換電源によって供給される充電電
流が前記バッテリに印加されることと、前記ファームウ
ェアが前記バッテリは再充電可能ではないと決定する
と、前記ファームウェア及び前記充電スイッチによっ
て、前記バッテリに対する充電電流の印加が阻止される
ことを特徴とする、バッテリ管理システム。
【請求項２】前記ファームウェアが、前記バッテリが
完全に充電されていると決定すると、前記充電スイッチ
によって、前記バッテリに対する充電電流の印加が阻止
されることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリ管
理システム。
【請求項３】前記ファームウェアが、前記バッテリが
損傷していると決定すると、前記充電スイッチによっ
て、前記バッテリに対する充電電流の印加が阻止される
ことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリ管理シス
テム。
【請求項４】前記ファームウェアは、前記バッテリが
再充電可能か否かを決定するため、前記バッテリが、相
対的に高い負荷を受けているとき、また、前記バッテリ
が、相対的に低い負荷を受けているとき、前記バッテリ
の端子電圧を読み取るように構成されていることを特徴
とする、請求項１に記載のバッテリ管理システム。
【請求項５】前記相対的に高い負荷電圧及び低い負荷
電圧の読み取りがある比率をなす場合、前記ファームウ
ェアは、前記バッテリが再充電可能か否かを決定するた
め、この比率とさまざまなバッテリ・タイプに関する既
知の値とを比較するように構成されていることを特徴と
する、請求項４に記載のバッテリ管理システム。
【請求項６】サンプリング・スイッチを介して前記バ
ッテリに選択的に結合される受動電圧サンプラをさらに
備え、前記サンプリング・スイッチを起動すると、前記
受動電圧サンプラが、前記バッテリの端子電圧をサンプ
リングして、記憶することを特徴とする、請求項１に記
載のバッテリ管理システム。
【請求項７】前記受動電圧サンプラは、前記サンプリ
ング・スイッチを起動すると、前記バッテリによって充
電されるコンデンサを有していることを特徴とする、請
求項６に記載のバッテリ管理システム。
【請求項８】前記ファームウェア及び受動電圧サンプ
ラが、前記電子装置が低負荷状態の場合、バッテリ端子
電圧をサンプリングするように構成されていることと、
サンプリングされる電圧が、前記ファームウェアによっ
て後で読み取られ、処理されることを特徴とする、請求
項６に記載のバッテリ管理システム。
【請求項９】前記バッテリに選択的に基準負荷を結合
するように構成された負荷スイッチがさらに備えられて
いることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリ管理
システム。
【請求項１０】前記ファームウェアが、前記バッテリ
に対する前記基準負荷の印加を制御して、前記バッテリ
が再充電可能か否かの決定を容易にするように構成され
ていることを特徴とする、請求項９に記載のバッテリ管
理システム。