JP2004199325A

JP2004199325A - 情報処理装置

Info

Publication number: JP2004199325A
Application number: JP2002366315A
Authority: JP
Inventors: Sen Miyairi; 専宮入; Shusuke Yamaji; 秀典山地; Takaaki Morimura; 高明森村; Takayuki Yajima; 隆行矢島
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-12-18
Filing date: 2002-12-18
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】二次電池を用いた駆動が可能な情報処理装置において、二次電池の温度や給電状態に応じて消費電力を抑制する。
【解決手段】情報処理装置１において、情報処理デバイス２（ＣＰＵ等）は、二次電池３から電源供給を受けるとともに、動作速度、供給電圧や電流の制御により消費電力を抑制する機能を備えている。二次電池３の温度検出手段４や状態検出手段６を設け、その温度低下や上昇等が検出された場合に制御手段５が情報処理デバイスの消費電力を低減することにより、二次電池３を長持ちさせる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池で駆動される情報処理装置において、低温環境下等でデバイスの消費電力を低減する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータ等では、電力制御技術としてＣＰＵ（中央処理装置）等の内部回路に係る発熱を監視して、クロック周波数や供給電圧の制御により発熱を抑制する技術が知られている（所謂ＣＰＵスロットリング機能）。
【０００３】
例えば、ＣＰＵの温度センサーにより測定される温度情報をもとに、温度上昇時にクロック周波数を低周波に切り換えて、所定時間の経過後に電源電圧を低電圧に切り換えるようにした構成が挙げられる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、電子カメラにおいて、バッテリーパックの温度を検出して、バッテリーセルの適正な残量表示を行えるようにした構成及び方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２８４８６２号公報（段落番号００１５、００１６、図１）
【特許文献２】
特開２００１−１５５７８８号公報（段落番号００３２−３６、図２、図５）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の省電力機能については、内部回路等の発熱の抑制や電力抑制を目的としているだけで、その電力供給源であるバッテリーの低温下における弱点（放電開始時の電圧が低くなること）への充分な対策が講じられていないという問題がある。
【０００７】
また、その特性上、低温下においても電力制御が必要な電源（バッテリー）装置の温度を監視して、電力制御を行う機能が無かったため、周囲温度が下がった場合にバッテリーの消耗が大きくなってしまう。
【０００８】
例えば、コンピュータ機器では、低温下で急激な負荷増大によるバッテリー電圧のドロップが発生した場合に、システムがシャットダウンしてしまうため、これを防ぐ為に、例えば、下記の方法が挙げられる。
【０００９】
（１）残容量表示を意図的に実容量より小さい値にしてユーザーに通知し、注意を促す方法
（２）電圧ドロップを防ぐ為に、バッテリーセルのシリーズ数（直列接続されるセル数）を増やす方法
（３）バッテリーセルの並列接続数を増やして、一セル当たりの電流量を下げる方法。
【００１０】
上記（１）では、残容量表示を「表示値＜＜実容量」の関係に保つ必要があり、例えば、５０％の実容量があるにもかかわらず実際には５％と残量表示することで一時的には対処し得る。しかし、この対策ではシャットダウンを防げるものの、低温下におけるバッテリー放電時間は、常温の場合と比較すると極端に短くなってしまう。
【００１１】
また、上記（２）では、例えば、一セル当たり３．７Ｖとして、３直列（１１．１Ｖ）から４直列（１４．８Ｖ）にすることで、バッテリーパック全体に流れる電流を下げる事ができるが、装置の大型化が問題となる。
【００１２】
上記（３）についても、同様に大容量化、大型化の問題がある。
【００１３】
いずれの方法でも、問題の根本的な解決を与えるものではないため、各種の不都合が残る。
【００１４】
そこで、本発明は、情報処理装置においてバッテリーの温度や給電状態に応じて消費電力を抑制することを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために、下記に示す構成を備えたものである。
【００１６】
・二次電池から電源供給を受けるとともに、動作速度又は供給電圧若しくは電流の制御により消費電力を抑制する機能を備えた情報処理デバイスを備えていること。
【００１７】
・二次電池に係る温度や給電状態の変化を検出した場合に情報処理デバイスの消費電力を低減する制御手段を備えていること。
【００１８】
従って、本発明にあっては、二次電池の温度変化等が検出された場合に、情報処理デバイスの電力消費が抑えられるので、二次電池を長持ちさせることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る情報処理装置１の基本構成例を示す概念図である。
【００２０】
制御対象となる情報処理デバイス２については、二次電池３から電源供給を受けて使用されることを前提とする。例えば、コンピュータ等の情報機器に使用される、ＣＰＵ等の計算用デバイスが挙げられるが、これに限らず、メモリ装置や、光学式、光磁気式、磁気式等の情報記録媒体の駆動にモータ等を用いた各種の記録再生装置や補助記憶装置、あるいは、ディスプレイ装置の表示素子や光源（バックライト）、撮像素子等に広く適用することが可能である。
【００２１】
また、情報処理デバイス２は、その動作速度又は供給電圧若しくは電流の制御により消費電力を抑制する機能を備えている。例えば、ＣＰＵの場合には、前記したように、クロック周波数や供給電圧の制御によって発熱を低減する方法が知られている。
【００２２】
本発明では、二次電池３の温度検出手段４を有しており、二次電池３に係る温度低下や上昇、例えば、温度が予め決められた閾値以下になったことが検出された場合において、情報処理デバイス２の消費電力を低減するために、制御手段５が設けられる。つまり、制御手段５は、温度検出手段４によって得られる温度検出情報を受けて、二次電池３の温度についてその高低を判断する。そして、二次電池３の温度が低すぎたり、あるいは逆に高すぎる場合には、情報処理デバイス２に対して直接に又は該デバイスのコントローラ等に制御信号を送出し、動作速度を低くしたり、供給電圧や電流等の制御によりデバイスの消費電力を低減させる。
【００２３】
尚、二次電池３の状態に関する各種情報を得るための状態検出手段６が設けられており、該手段によって取得されるデータが制御手段５に送られる。例えば、二次電池３の残量検出に必要な電圧検出情報や容量情報等が制御手段５に送られ、表示手段７において残量表示等が行われる。
【００２４】
また、制御手段５は、状態検出手段６からの情報を受けて二次電池３の給電状態を監視しており、状態の変化（電圧低下等）が検出された場合に、情報処理デバイス２に対して直接に又は該デバイスのコントローラ等に制御信号を送出し、動作速度を低くしたり、供給電圧や電流等の制御によりデバイスの消費電力を低減させる。
【００２５】
二次電池３には、例えば、リチウムイオン型、リチウムポリマー型等が用いられるが、その温度条件に関して問題とされるのは特に低温対策である。つまり、リチウムイオンバッテリー等の場合、バッテリーセル内部において、低温時に変化する一番大きな要素は電解液の特性変化である。電解液は有機溶媒とリチウムイオンを含む塩から構成され、低温では有機溶媒の粘度が上昇し、リチウムイオンが移動しにくくなる。その結果、電解液の抵抗値が高くなり、負荷（電流）が下がらない限り、単純にオームの法則から低温放電開始時の電圧が最初から低い現象が起きる（リチウムイオンの移動量と電子の移動量は相似関係にある。）。電圧が低いと、負荷が変らない場合に電流が大きくなり、バッテリー放電時間が短くなってしまう。例えば、低温時の急激な負荷の増大によって電圧ドロップが顕著になる等の不具合が生じ、装置に設けられた電源遮断機能によってユーザーの使用中に電源が自動的に切れてしまう等の事態が起きる虞がある。
【００２６】
そこで、本発明では、二次電池の温度が低下し又は上昇した場合や二次電池の給電状態が急変した場合において、負荷変動等により二次電池の放電時間が短くなってしまうことがないように、情報処理デバイスの消費電力を低く抑えるように構成する。
【００２７】
以下では、情報処理デバイスとしてＣＰＵをとり上げて、具体的な制御例について説明する。
【００２８】
図２は、コンピュータ装置のハードウェア構成例について要部を示したものであり、下記の要素を有する（括弧内の数字は各部に付した符号を示す）。
【００２９】
・ＣＰＵ（８）
・第一制御部（９）
・第二制御部（１０）
・第三制御部（１１）
・ＡＣアダプター（１２）
・バッテリーパック（１３）。
【００３０】
尚、図には、メインメモリ（主記憶装置）や補助記憶装置（例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク等の磁気ディスクドライブ装置や、光ディスク、光磁気ディスク等、光学読取式ディスクのドライブ装置）、入力操作装置（キーボードやマウス等）、表示装置（液晶式ディスプレイや陰極線管（ＣＲＴ）等）といった各種装置の図示を一切省略している。
【００３１】
第一制御部（ＭＣＨ）９はメモリ制御やシステムバスとのリンク等の役目をもつチップセット（ＬＳＩ：大規模集積回路）であり、所謂「システムコントローラ」と称されるものである。ＡＴ互換機では「ノースブリッジ」と呼ばれ、ＣＰＵとメモリ、各種バス（ＰＣＩ、ＡＧＰ等）を接続する役割を有する。また、第二制御部（ＩＣＨ）１０は、デバイスのバスリンクやパワー（電力）制御、ＣＰＵスロットリング機能に係る制御等を行うためのチップセットである。ＡＴ互換機では「サウスブリッジ」と呼ばれ（別名「PCI to ISA bridge」）、ノースブリッジに繋がっているバス（ＰＣＩ:Peripheral Component Interconnect bus）を、低速なバス（ＩＳＡ:Industry Standard Architecture bus等）に橋渡しする役目をもち、ＩＳＡコントローラ、ＩＤＥ（Integrated Drive Electronics）コントローラ等の機能をもつ回路部が内蔵されている。
【００３２】
第三制御部１１は、本例では「ＥＣ」（Embedded Controller：埋め込みコントローラ）とされ、内部温度や消費電力の検出機能をもち、各種デバイスへの電力供給制御等を行うものである。例えば、ＥＣは、ＡＣアダプター１２やバッテリーパック１３の接続状態を検出したり、装置のバッテリー駆動時においてシリアルバス（ＳＭＢｕｓ等）を通じてバッテリーセルの温度情報を取得する（ポーリングに依る。）。
【００３３】
尚、本例では、第二制御部１０及び第三制御部１１が上記制御手段５を構成している。
【００３４】
図３及び図４はバッテリーセル温度の検出形態について説明するための図であり、図３はバッテリーパックの構造例を示す概略図、図４は温度検出回路の一例を示す回路図である。
【００３５】
図３に示すように、バッテリーパック１３の筐体１４内には、複数のバッテリーセル１５、１５、…と、制御基板１６が配置されており、該制御基板上には、上記温度検出手段４を構成する温度検出用素子１７が設けられている。
【００３６】
また、制御基板１６に取り付けられたコネクタ１８は、装置本体部との接続用とされてその一部が外部に臨んでいる。
【００３７】
図４に示すように、上記温度検出手段４を構成する温度検出回路１９については、抵抗２０と温度検出用素子１７（サーミスタやＩＣ温度センサ等）が直列に接続され、該素子１７の一端が抵抗２０を介してＶref（参照電圧）の供給端子に接続されるとともに、該素子１７の他端が接地されている。
【００３８】
そして、温度検出用素子１７の抵抗値変化に応じたＶrefの分圧により得られる検出電圧が温度検出部２１の入力端子に供給される。例えば、マイクロコンピュータ等を用いた温度検出部２１のＡ／Ｄ変換入力端子に検出電圧が供給されて、ディジタル化された温度検出データは、コネクタ１８を通して上記のＥＣへと送出される。該データは低温時における省電力制御に必要なデータとして用いられるが、高温時の保護対策用にも使用される。よって、バッテリーパックの内部において最も温度が高くなる場所（セル表面）に温度検出用素子を取り付けることが望ましい。
【００３９】
尚、バッテリーセルの表面温度は、自己発熱以外に、周囲や外部に熱的影響を及ぼすため、バッテリ−パック内で一様ではないことに注意を要する。従って、安全面からはバッテリーパック内の全てのセルについて温度管理を行うために、全セルの温度を検出することが好ましいが、コスト上昇やサイズへの影響の考慮した場合には、内部温度の変化を最も代表する場所や温度変化の大きい場所等を選択して、少数の温度検出用素子を配置する構成形態が望ましい。
【００４０】
図５及び図６は制御処理の一例を示したフローチャート図である。
【００４１】
図５において、ステップＳ１では、装置がＡＣアダプター１２から電源供給を受けているか否かを判断する。つまり、ＥＣによりＡＣアダプター１２の接続が検出され、ＡＣ駆動とされる場合にはステップＳ５に進むが、ＡＣ駆動でない場合には、ステップＳ２に進む。
【００４２】
ステップＳ２では、バッテリーパック１３の装着の有無について判断し、装着されていればステップＳ３に進み、未装着の場合にはステップＳ５に進む。
【００４３】
ステップＳ３では、バッテリーセルの温度が、予め決められた閾値（例えば、０〜１０゜Ｃ内の基準温度）以下であるか否かを判断する。上記のようにバッテリーセル温度の検出情報は温度検出回路１９からバスを通じてＥＣへと取得される。セル温度（検出温度）が閾値以下である場合には、ステップＳ４に進み、セル温度が閾値を超える場合にはステップＳ５に進む。
【００４４】
ステップＳ４では、省電力制御の許否を示すフラグ（Ｆｌａｇ）をセットする。つまり、ＣＰＵスロットリング機能を働かせるように設定する（以下、「スロットルオン」（Throttle On）という。）。
【００４５】
また、ステップＳ５では、上記フラグをクリアする。つまり、ＣＰＵスロットリング機能を働かせないように設定する（以下、「スロットルオフ」（ThrottleOff）という。）。尚、フラグのセットやクリアの後、ステップＳ１に戻る。
【００４６】
本例では、ステップＳ１でＡＣアダプター１２からの商用電源供給の有無を判断し、ステップＳ２では装置がバッテリーのみにより駆動されているか否かを判断している。即ち、装置が二次電池のみから電源供給を受けている状態であって、かつ、ステップＳ３で二次電池に係る検出温度が閾値以下に低下したことが検出された場合に、情報処理デバイス（本例ではＣＰＵ）の消費電力が低減される。フラグのセット時にＣＰＵスロットリング機能が発揮される結果、省電力化が実現されることになる。
【００４７】
図６はＣＰＵスロットリング機能に係る処理例を示すフローチャート図であり、本例においてスロットルオンの場合には、予め設定された時間（電力抑制保持時間）中、ＣＰＵのクロック周波数が低減されて消費電力が抑制される。
【００４８】
先ず、ステップＳ１１では、スロットリング機能に係る要求があるか否かを判断し、該要求がある場合にはステップＳ１２に進むが、要求なしの場合には、ステップＳ１５に進む。
【００４９】
ステップＳ１２において、ＥＣは内部タイマーを初期化して、ステップＳ１３に進む。尚、このタイマーは電力抑制保持時間の計時用タイマーである。
【００５０】
ステップＳ１３では、既にスロットルオンとされているか否かを調べ、そうであれば何もせずにステップＳ１１に戻るが、スロットルオフの場合には、ステップＳ１４に進んでスロットルオンの処置をとる。具体的には、図２において、ＥＣがＩＣＨにおける所定の端子（これを「THRM_ICH#」と記す。）をＨ（ハイ）レベル又はＬ（ロー）レベルに設定する（負論理）ことで、スロットリング機能をオン／オフさせることができる。ＥＣからTHRM_ICH#を所定レベルに設定する（アサートする）ことによりＩＣＨからＣＰＵの端子（これを「STPCLK#」と記す。）に制御信号（デューティー設定用信号等）が送られてスロットリング機能が働き（Enable：有効）、ＣＰＵの電力が抑制される。
【００５１】
ステップＳ１５では、上記したフラグについてセットかクリアかを判断し、セットの場合にはステップＳ１２に進むが、クリアの場合にはステップＳ１６に進む。
【００５２】
ステップＳ１６において、スロットルオンとされているか否かを調べ、そうであればステップＳ１７に進むが、スロットルオフの場合には何もせずにステップＳ１１に戻る。
【００５３】
ステップＳ１７では、上記内部タイマーをダウンカウントする。つまり、１単位時間だけタイマー値をデクリメントして、ステップＳ１８に進み、ここでタイムアップの如何を判断する。タイマー値がゼロであれば、電力抑制保持時間が経過したと判断されステップＳ１９に進むが、ゼロでなければステップＳ１１に戻る。
【００５４】
ステップＳ１９では、スロットルオフの処置をとる。具体的には、図２において、ＥＣからTHRM_ICH#端子へのレベル（論理レベル）を、スロットルオン時のレベルとは反転させることにより、ＩＣＨからＣＰＵに制御信号が送られてスロットリング機能が解除される。
【００５５】
尚、ステップＳ１４、Ｓ１９の後、ステップＳ１１に戻る。
【００５６】
例えば、ＣＰＵの温度検出結果を受けて内部発熱を抑制するためのスロットリング要求が発せられた場合には、ステップＳ１１からステップＳ１２に進み、タイマーが初期化されてから、電力抑制保持時間が経過するまでの間、スロットリング機能が働く。
【００５７】
また、バッテリーのセル温度が閾値以下であることが検出された場合には、スロットルオンとするために上記フラグがセットされるので、Ｓ１２でのタイマー初期化の後、スロットリング機能が働き、ＣＰＵの電力消費が抑えられる。その後、上記フラグのクリアによってタイマーが動作し（ダウンカウント）、所定の電力抑制保持時間が経過すると、スロットオフとなる。この時間中、ＥＣは、ＩＣＨのTHRM_ICH#をアサートし続ける（図２参照）。
【００５８】
尚、ＣＰＵスロットリング機能に係る制御において、上記の例ではスロットルオン及びオフの２状態とされたが、これに限らず、セル温度の検出結果に応じて電力抑制保持時間の設定値を変えたり、あるいは、温度検出結果に応じて制御上のデューティー比等を段階的に又は連続的に変化させるといった各種の制御形態が可能である。
【００５９】
しかして、上記した構成によれば、下記に示す利点が得られる。
【００６０】
・動作保証温度範囲内の低温下において、ＣＰＵの消費電力を抑制することで、バッテリー放電時間の適正化が可能である。即ち、低温環境でのバッテリー消耗を充分に抑えることで、残容量を適正に保ち、必要以上に電力が消費されないように防止できる。
【００６１】
・バッテリーのセル構成において、負荷軽減の為に、セル数を増加する必要がないので、電源部の大容量化や大型化を伴わない。
【００６２】
・低温下での電力消費が抑制される結果、バッテリ−セルの電圧ドロップがシステムに与える影響が緩和される（例えば、装置本体部に設けられる、バッテリー電圧監視保護回路の誤動作等を防止することができる。）。
【００６３】
【発明の効果】
以上に記載したところから明らかなように、請求項１に係る発明によれば、二次電池の温度や給電状態の変化が検出された場合には、情報処理デバイスの電力消費が抑えられるので、二次電池を長持ちさせることができる。しかも、二次電池のセル数等を増加させる必要がないので、電源の大容量化や大型化を伴うことがない。
【００６４】
請求項２に係る発明によれば、低温環境下での二次電池の消耗を防止することができる。
【００６５】
請求項３に係る発明によれば、二次電池のみからの電源供給時において、温度低下が検出された場合にのみ、情報処理デバイスの消費電力を低減することで、省電力化を実現できる。よって、二次電池以外から電源供給を受けられる場合において、情報処理デバイスの性能（処理速度等）に影響を及ぼすことがない。
【００６６】
請求項４に係る発明によれば、中央処理装置を備えたコンピュータ機器等への適用において、低温時における二次電池の消耗や電圧降下等により、装置の不具合や誤動作、不意の電源遮断等が起きないように防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る基本構成例を示す概念図である。
【図２】コンピュータ機器等への適用についてハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
【図３】図４とともに、バッテリーセル温度の検出形態の説明図であり、本図はバッテリーパックの内部構造例を示す概略図である。
【図４】温度検出回路の一例を示す回路図である。
【図５】図６とともに、制御処理の一例を示したフローチャート図であり、本図はフラグ設定処理について示す図である。
【図６】ＣＰＵスロットリング機能に係る処理例を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１…情報処理装置、２…情報処理デバイス、３…二次電池、４…温度検出手段、５…制御手段、８…ＣＰＵ

Claims

二次電池から電源供給を受けるとともに、動作速度又は供給電圧若しくは電流の制御により消費電力を抑制する機能を備えた情報処理デバイスを備えた情報処理装置において、
上記二次電池に係る温度又は給電状態の変化を検出した場合に、上記情報処理デバイスの消費電力を低減する制御手段を備えている
ことを特徴とする情報処理装置。
請求項１に記載の情報処理装置において、
上記二次電池の温度検出手段を有し、該二次電池に係る温度低下を検出した場合に情報処理デバイスの消費電力を低減する
ことを特徴とする情報処理装置。
請求項１に記載の情報処理装置において、
上記二次電池のみから電源供給が行われ、かつ、該二次電池に係る検出温度が閾値以下に低下したことが検出された場合に、上記情報処理デバイスの消費電力が低減される
ことを特徴とする情報処理装置。
請求項１に記載の情報処理装置において、
上記情報処理デバイスが中央処理装置とされ、上記二次電池に係る温度低下が検出された場合に該中央処理装置のクロック周波数が低減される
ことを特徴とする情報処理装置。