JP2002354686A - 電子装置のバッテリ管理システム - Google Patents
電子装置のバッテリ管理システムInfo
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Abstract
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、「A Method for
the Automatic Determinati
on of BatteryChemistry in
Portable Electronic Devi
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)。
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
ある。
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。
の概略図である。
ステムの概略図である。
トである。
Claims (10)
- 【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。
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