JP2005085027A - 電気機器、コンピュータ装置、電力供給方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 ピークシフト期間であっても、システム本体のパフォーマンスを十分に上げる。
【解決手段】 システムのパフォーマンスを落として稼動する機能を備えたシステム本体と、このシステム本体に接続可能に構成され、商用電源からシステム本体に電力を供給するＡＣアダプタ５１と、システム本体に接続可能に構成され、充電の後に放電を行ってシステム本体に電力を供給する電池５２とを含み、ＡＣアダプタ５１と電池５２との両者がシステム本体に接続された状態にて、ＡＣアダプタ５１からの電力供給を制限させるための期間中に、ＡＣアダプタ５１からの電力供給をオフして電池５２から電力を供給している状態でもシステムのパフォーマンスを落とさずにこのシステムを稼動させ、その後、この期間中であってもＡＣアダプタ５１からの電力供給をオンさせてＡＣアダプタ５１からシステム本体に電力を供給する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、コンピュータ装置等の電気機器等に係り、より詳しくは、ＡＣアダプタ等の電力供給源と充電の後に放電する電池を接続可能に構成された電気機器等に関する。

ノートブック型パーソナルコンピュータ(ノートＰＣ)に代表される情報端末機器や、ＰＤＡ(Personal Digital Assistant)等のパーソナル機器、各種携帯型オーディオ機器、ビデオカメラ等の各種電気機器では、商用電源から例えばＡＣアダプタを介して直接、電力の供給を受ける場合の他、充放電を繰り返しながら何度も使用できる電池(蓄電池、２次電池、バッテリ)から電力の供給を受ける場合がある。この電池としては、比較的容量も大きく価格も安いニッケル水素電池(ＮｉＭＨ電池)やニッケルカドミウム電池(ニッカド電池)が用いられている。また、ニッケルカドミウム電池に比べて単位重量あたりのエネルギ密度の高いリチウムイオン電池、液体の電解質を利用せずに固体のポリマーを用いるリチウムポリマー電池などが用いられる場合がある。

上述のような電気機器で、例えばノートＰＣでは、ＡＣアダプタと電池とが同時にシステム本体に接続可能に構成される場合がある。かかる場合、電池の電圧に比べてＡＣアダプタの電圧の方が高いことから、両者が接続されている際にシステム側に対してはＡＣアダプタから電力が供給される。電池が駆動電源として用いられるのは、一般的には、ＡＣアダプタが本体から取り外され、または、ＡＣアダプタの電源経路がスイッチ等によって遮断された場合だけである。また、ＡＣアダプタが接続されている場合には、ＡＣアダプタによって電池の充電が自動的に行われる。そのために、ＡＣアダプタがシステム本体に接続されている場合には、商用電源から常時、多くの電力が供給されている。

一方、近年、例えばクーラー使用による電力が急増する真昼の午後等、電力需要の極端に大きな時間帯(例えば、日中である午後１時〜４時等)にて、ピーク電力を削減するための「ピークシフト」が検討されている。また、日本国においては、昼間に比べて夜間の電力費が安価に設定されており、昼間における商用電源からの電力供給を制限したいという要求がある。

このような課題に対し、時間設定に応じてＡＣ駆動とバッテリ駆動とを自動的に切り換えられるようにし、電力の有効利用を図る従来技術が存在する(例えば、特許文献１参照。)。また、出願人は、電力供給モードとして、電池の駆動モード、およびＡＣアダプタの駆動モードと共に、両電源から電力を供給するデュアルモードを設け、ＡＣアダプタからの電力供給を停止する停止時刻まで電池が持続できるか否かによって、各サブシステムに供給される電力源を選択可能とし、消費電力を最適化する技術について提案している(例えば特許文献２参照。)。

特開２０００−２９５７６号公報(第５−６頁、図２) 特開２００３−１５０２８１号公報(第６−７頁、図２)

また、例えばノートＰＣでは、システム本体の消費電力を制限するパワーマネージメント機能がある。このパワーマネージメント機能による消費電力の低減動作では、例えばＣＰＵの動作スピードを下げる制御が実行される。このＣＰＵの動作スピードを下げる制御としては、例えば、ＣＰＵの動作をオン/オフを繰り返して見かけ上のクロック周波数を下げる、所謂スロットリングがある。また、インテル社のスピードステップテクノロジのように、ＣＰＵのクロック周波数と供給電圧を下げる技術が存在する。例えば、電池でノートＰＣを駆動する場合、この電池が内蔵された電池パックの温度上昇を防ぐために、放電電力の制限のためのパワーマネージメントが実行される。

ここで、例えばノートＰＣでは、近年、大電力、ハイパフォーマンスのＣＰＵを搭載したものが存在しており、また、上述した特許文献１や特許文献２の技術を利用してピークシフト機能をサポートしたものも存在する。しかしながら、このピークシフト期間は電池で駆動されることから、上述したパワーマネージメント機能により、システムの動作速度が例えば５０％(リチウムイオン電池)や３７％(ニッケル水素電池)程度に制限される。ノートＰＣは、携帯性が重視されるといっても、近年は、デスクトップ型のＰＣと同様な感覚にてユーザに用いられており、ユーザからは、当然にフルパフォーマンスが期待されている。しかしながら、パワーマネージメント機能が自動的に働く場合、例えば、温度上昇防止のための消費電力低減動作により、現状では電池による電力供給時にＣＰＵの動作速度を落とさざるを得ず、ユーザの期待に十分に添えるものとは言い得ない。

本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、例えばピークシフト期間であっても、システム本体のパフォーマンスを十分に上げることにある。
また他の目的は、電池の駆動を中心とする、例えばピークシフト期間を、十分な時間、持続させることにある。

かかる目的のもと、本発明が適用される電気機器は、電力を消費する本体と、商用電源からこの本体に対して電力を供給する外部電源と、充電をした後に放電を行って本体に対して電力を供給する電池と、予め定められた一定の期間、本体に対する電力供給源を電池と外部電源とで交互に切り換えるコントローラとを含む。
ここで、この一定の期間は、例えばピークシフト期間等、外部電源からの電力供給を制限する期間であることを特徴とすることができる。また、このコントローラは、この一定の期間の中で繰り返される一定周期の間で、電池と外部電源とを切り換えることを特徴とすれば、電池の温度上昇を所定の状態まで抑制した状態にて、高いパフォーマンスで電気機器を動作させることができる点で好ましい。更に、このコントローラは、一定の期間の中で繰り返される一定周期の間で、電池により本体に対して供給された電力量を計算し、計算された電力量に基づいて本体に対する電力供給源を電池から外部電源へと切り換えることを特徴とすることができる。

他の観点から把えると、本発明は、商用電源から本体に対して電力を供給する外部電源と、放電を行って本体に対して電力を供給する電池とが接続された電気機器であって、第１の時刻に達した時点で、外部電源からの電力供給をオフして電池から本体に対して電力を供給する第１の切り換え手段と、この第１の時刻の後、第２の時刻に達した時点で、外部電源からの電力供給をオンして外部電源から本体に対して電力を供給する第２の切り換え手段と、この第１の時刻と第２の時刻との間に、本体に対する外部電源からの電力供給のオフ/オンを複数回繰り返す第３の切り換え手段とを含む。
ここで、この第３の切り換え手段は、予め定められた周期の間に、外部電源からの電力供給のオフ/オンを実行することを特徴としている。また、この第３の切り換え手段は、電池の許容温度に基づいて決定される周期当たりの総電力量に基づいて、外部電源からの電力供給をオンさせることを特徴とすることができる。

一方、本発明が適用されるコンピュータ装置は、システムのパフォーマンスを落として稼動する機能を備えたシステム本体と、このシステム本体に接続可能に構成され、商用電源からシステム本体に電力を供給するＡＣアダプタと、システム本体に接続可能に構成され、充電の後に放電を行ってシステム本体に電力を供給する電池とを含み、ＡＣアダプタと電池との両者がシステム本体に接続された状態にて、このＡＣアダプタからの電力供給を制限させるための期間中に、ＡＣアダプタからの電力供給をオフして電池から電力を供給している状態でもシステムのパフォーマンスを落とさずにこのシステムを稼動させ、その後、この期間中であってもＡＣアダプタからの電力供給をオンさせてＡＣアダプタからシステム本体に電力を供給することを特徴としている。
また、この期間中における予め定められた周期の間で、電池からの電力供給とＡＣアダプタからの電力供給とを切り換えることを特徴とすることができる。更に、この周期の間にて、電池から放電している際の総電力量を算出し、電池の仕様から定まる電力量を超える前にＡＣアダプタからの電力供給に切り換えることを特徴とすることができる。

更に他の観点から把えると、本発明は、商用電源から電力を供給する外部電源と放電を行って電力を供給する電池との両者が接続される電気機器における電力供給方法であって、第１の時刻に達した際に外部電源からの電力供給を停止して電池から電力を供給する第１のステップと、この第１の時刻が経過した後、電池からの電力供給の状態を把握する第２のステップと、この電池からの電力供給が所定の状態になったとき、外部電源からの電力供給に切り換える第３のステップとを含み、第２のステップと第３のステップとを所定の周期にて繰り返すことを特徴としている。
ここで、この第１のステップは、電池から電力を供給する際に、システムのパフォーマンスを落とさないことを特徴とすることができる。また、この第２のステップにより把握される所定の状態は、所定の周期を所定の割り合いで分割した時間の経過であることを特徴とすることができる。更に、この第２のステップにより把握される所定の状態は、電池から放電された電力量の積算値であることを特徴とすることができる。

尚、これらの発明は、商用電源からシステムに対して電力を供給する外部電源と、放電を行ってシステムに対して電力を供給する電池とが接続可能に構成されたコンピュータに実行されるプログラムとして把握することができる。このプログラムをコンピュータに対して提供する際に、例えばノートＰＣにインストールされた状態にて提供される場合の他、コンピュータに実行させるプログラムをコンピュータが読取可能に記憶した記憶媒体にて提供する形態が考えられる。この記憶媒体としては、例えばＤＶＤやＣＤ−ＲＯＭ媒体等が該当し、ＤＶＤやＣＤ−ＲＯＭ読取装置等によってプログラムが読み取られ、フラッシュＲＯＭ等にこのプログラムが格納されて実行される。また、これらのプログラムは、例えば、プログラム伝送装置によってネットワークを介して提供される形態がある。

より具体的には、本発明が適用されるプログラムは、上記コンピュータに、第１の時刻に達した時点で、外部電源からの電力供給をオフして電池からシステムに対して電力を供給する機能と、この第１の時刻の後、第２の時刻に達した時点で、外部電源からの電力供給をオンして外部電源からシステムに対して電力を供給する機能と、この第１の時刻と第２の時刻との間に、システムに対する外部電源からの電力供給のオフ/オンを複数回繰り返す機能とを実現させる。
ここで、この外部電源をオフにして電池からシステムに電力を供給する際に、システムのパフォーマンスを低下させずにシステムを動作させる機能をコンピュータに更に実現させることができる。また、この外部電源からの電力供給のオフ/オンを複数回繰り返す機能は、予め定められた周期における所定の時間ごとに、または、この周期における電池からの平均放電電力を所定の値にするように、オフ/オンを実行することを特徴とすることができる。

一方、本発明が適用されるプログラムは、商用電源からシステムに対して電力を供給する外部電源と放電を行ってシステムに対して電力を供給する電池とが接続可能に構成され、外部電源からシステムに電力を供給する際には通常のパフォーマンスで動作し、この外部電源が接続されておらず電池からシステムに電力が供給される際にはこのシステムのパフォーマンスを低下させる機能を有するコンピュータに、外部電源が接続されている状態にて、外部電源からの電力供給をオフして電池からシステムに対して電力を供給すると共に、このシステムのパフォーマンスを低下させずに通常のパフォーマンスでシステムを動作させる機能と、ある一定周期の中の所定の期間、外部電源からの電力供給をオフした後、電力供給をオンして外部電源からシステムに対して電力を供給する機能とを実現させる。

本発明によれば、例えばピークシフト期間であっても、電気機器のパフォーマンスを十分に上げることが可能となる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、電気機器の一例として、ノートブックＰＣ(ノートブック型パーソナルコンピュータ)などのコンピュータ装置１０のハードウェア構成を示した図である。図１に示すコンピュータ装置１０において、ＣＰＵ１１は、コンピュータ装置１０全体の頭脳として機能し、ＯＳの制御下で各種プログラムを実行している。このＣＰＵ１１は、システムバスであるＦＳＢ(Front Side Bus)１２、高速のＩ/Ｏ装置用バスとしてのＰＣＩ(Peripheral Component Interconnect)バス２０、ＩＳＡバスに代わる新しいインタフェースであるＬＰＣ(Low Pin Count)バス４０という３段階のバスを介して、各構成要素と相互接続されている。このＣＰＵ１１は、キャッシュメモリにプログラム・コードやデータを蓄えることで、処理の高速化を図っている。ＣＰＵ１１の内部に設けられる１次キャッシュの容量の不足を補うために、専用バスであるＢＳＢ(Back Side Bus)１３を介して２次キャッシュ１４が置かれる場合がある。尚、ＣＰＵ１１としては、熱破壊に対処するものとして、例えば、自らの温度を監視し、異常(ある一定温度以上)であればスロットリング(自動的にクロックダウン)し、温度上昇が止まらなければクロックストップして温度が下がれば再度動作するような機能を有するものを採用することが可能である。

ＦＳＢ１２とＰＣＩバス２０は、メモリ/ＰＣＩチップと呼ばれるＣＰＵブリッジ(ホスト−ＰＣＩブリッジ)１５によって連絡されている。このＣＰＵブリッジ１５は、メインメモリ１６へのアクセス動作を制御するためのメモリコントローラ機能や、ＦＳＢ１２とＰＣＩバス２０との間のデータ転送速度の差を吸収するためのデータバッファ等を含んだ構成となっている。メインメモリ１６は、ＣＰＵ１１の実行プログラムの読み込み領域として、あるいは実行プログラムの処理データを書き込む作業領域として利用される書き込み可能メモリである。この実行プログラムには、ＯＳや周辺機器類をハードウェア操作するための各種ドライバ、特定業務に向けられたアプリケーションプログラム、ＢＩＯＳ(Basic Input/Output System：基本入出力システム)等のファームウェアが含まれる。ビデオサブシステム１７は、ビデオに関連する機能を実現するためのサブシステムであり、ビデオコントローラを含んでいる。このビデオコントローラは、ＣＰＵ１１からの描画命令を処理し、処理した描画情報をビデオメモリに書き込むと共に、ビデオメモリからこの描画情報を読み出して、液晶ディスプレイ(ＬＣＤ)１８に描画データとして出力している。

ＰＣＩバス２０は、比較的高速なデータ転送が可能なバスである。このＰＣＩバス２０には、Ｉ/Ｏブリッジ２１、カードバスコントローラ２２、オーディオサブシステム２５、ドッキングステーションインターフェース(Dock Ｉ/Ｆ)２６、miniＰＣＩコネクタ(スロット)２７が夫々接続されている。カードバスコントローラ２２は、ＰＣＩバス２０のバスシグナルをカードバススロット２３のインターフェースコネクタ(カードバス)に直結させるための専用コントローラであり、このカードバススロット２３には、ＰＣカード２４を装填することが可能である。ドッキングステーションインターフェース２６は、コンピュータ装置１０の機能拡張装置であるドッキングステーション(図示せず)を接続するためのハードウェアである。ドッキングステーションにノートＰＣがセットされると、ドッキングステーションの内部バスに接続された各種のハードウェア要素が、ドッキングステーションインターフェース２６を介してＰＣＩバス２０に接続される。また、miniＰＣＩコネクタ２７には、本実施の形態におけるワイヤレスＬＡＮモジュールが内蔵されたミニＰＣＩ(miniＰＣＩ)カード２８が接続される。miniＰＣＩカード２８は、miniＰＣＩの仕様に準拠して増設可能な拡張カード(ボード)である。このminiＰＣＩは、モバイル向けＰＣＩ規格であり、ＰＣＩRev.2.2仕様書の付録として掲載されている。機能的にはフルスペックのＰＣＩと同等である。

Ｉ/Ｏブリッジ２１は、ＰＣＩバス２０とＬＰＣバス４０とのブリッジ機能を備えている。また、ＤＭＡコントローラ機能、プログラマブル割り込みコントローラ(ＰＩＣ)機能、プログラマブル・インターバル・タイマ(ＰＩＴ)機能、ＩＤＥ(Integrated Device Electronics)インタフェース機能、ＵＳＢ(Universal Serial Bus)機能、ＳＭＢ(System Management Bus)インタフェース機能を備えると共に、リアルタイムクロック(ＲＴＣ)を内蔵している。ＤＭＡコントローラ機能は、ＦＤＤ等の周辺機器とメインメモリ１６との間のデータ転送をＣＰＵ１１の介在なしに実行するための機能である。ＰＩＣ機能は、周辺機器からの割り込み要求(ＩＲＱ)に応答して、所定のプログラム(割り込みハンドラ)を実行させる機能である。ＰＩＴ機能は、タイマ信号を所定周期で発生させる機能である。また、ＩＤＥインタフェース機能によって実現されるインタフェースは、ＩＤＥハードディスクドライブ(ＨＤＤ)３１が接続される他、ＣＤ−ＲＯＭドライブ３２がＡＴＡＰＩ(AT Attachment Packet Interface)接続される。このＣＤ−ＲＯＭドライブ３２の代わりに、ＤＶＤ(Digital Versatile Disc)ドライブのような、他のタイプのＩＤＥ装置が接続されても構わない。

また、Ｉ/Ｏブリッジ２１にはＵＳＢポートが設けられており、このＵＳＢポートは、例えばノートＰＣ本体の壁面等に設けられたＵＳＢコネクタ３０と接続されている。更に、Ｉ/Ｏブリッジ２１には、ＳＭバスを介してＥＥＰＲＯＭ３３が接続されている。このＥＥＰＲＯＭ３３は、ユーザによって登録されたパスワードやスーパーバイザーパスワード、製品シリアル番号等の情報を保持するためのメモリであり、不揮発性で記憶内容を電気的に書き換え可能とされている。また、Ｉ/Ｏブリッジ２１からモデム機能をサポートするＡＣ９７(Audio CODEC '97)、コアチップに内蔵されたイーサネット(商標)に対するインタフェースであるＬＣＩ(LAN Connect Interface)、ＵＳＢ等を介して、コネクタ４７が複数、接続されている。この複数のコネクタ４７の各々には、コミュニケーションカード４８が接続可能に構成されている。更に、Ｉ/Ｏブリッジ２１は、電源回路５０に接続されている。電源回路５０は、ＡＣアダプタ、バッテリ、このバッテリ(２次電池)を充電すると共にＡＣアダプタや各バッテリからの電力供給経路を切り換えるバッテリ切換回路、コンピュータ装置１０で使用される５Ｖ、３.３Ｖ等の直流定電圧を生成するＤＣ/ＤＣコンバータ(ＤＣ/ＤＣ)等を備えている。

ＬＰＣバス４０は、ＩＳＡバスを持たないシステムにレガシーデバイスを接続するためのインタフェース規格である。このＬＰＣバス４０には、エンベデッドコントローラ４１、フラッシュＲＯＭ４４、SuperＩ/Ｏコントローラ４５が接続されており、更に、キーボード/マウスコントローラのような比較的低速で動作する周辺機器類を接続するためにも用いられる。また、エンベデッドコントローラ４１には、ゲートアレイロジック４２が接続されている。このSuperＩ/Ｏコントローラ４５にはＩ/Ｏポート４６が接続されており、ＦＤＤの駆動やパラレルポートを介したパラレルデータの入出力(ＰＩＯ)、シリアルポートを介したシリアルデータの入出力(ＳＩＯ)を制御している。エンベデッドコントローラ４１は、図示しないキーボードのコントロールを行うと共に、電源回路５０に接続されて、内蔵されたパワー・マネージメント・コントローラ(ＰＭＣ：Power Management Controller)によって電源管理機能の一部を担っている。

図２は、本実施の形態が適用される電源供給システムの全体構成を示した図である。図２に示す電源供給システムでは、商用電源に接続される電源供給装置(外部電源)であるＡＣアダプタ５１、例えば内部にＣＰＵを有するインテリジェント電池やＣＰＵを有さないダム電池等で形成される電池５２を備えている。また、本体側としては、ＡＣアダプタ５１と電池５２とからの直流(ＤＣ)電圧を受けて、コンピュータ装置１０のシステム回路にて使用される＋１５Ｖ、＋５Ｖ、＋３.３Ｖ等のＤＣ電圧を生成するＤＣ−ＤＣコンバータ５３を備えている。更に、エンベデッドコントローラ４１からの指示に基づいて、ＡＣアダプタ５１の電力ラインをオン・オフするスイッチであるＯＮ/ＯＦＦスイッチ５５を備えている。

ＯＮ/ＯＦＦスイッチ５５は、電界効果トランジスタ(Field effect Transistor)である第１ＦＥＴ(ＦＥＴ１)６１、第２ＦＥＴ(ＦＥＴ２)６２、第３ＦＥＴ(ＦＥＴ３)６３を有している。エンベデッドコントローラ４１からの出力がＨ(High)になると、第１ＦＥＴ６１がＯＮ、第２ＦＥＴ６２がＯＦＦ、第３ＦＥＴ６３がＯＦＦとなり、ＡＣアダプタ５１の電力ラインがオフされ、電池５２からの電力がＤＣ−ＤＣコンバータ５３を経てシステム回路に供給される。一方、エンベデッドコントローラ４１からの出力がＬ(Low)になると、第１ＦＥＴ６１がＯＦＦ、第２ＦＥＴ６２がＯＮ、第３ＦＥＴ６３がＯＮとなり、ＡＣアダプタ５１からの電力ラインがオンされる。電池５２の電圧に比べてＡＣアダプタ５１の電圧の方が高いことから、両者の電力ラインが接続されている場合には、ＡＣアダプタ５１からＤＣ−ＤＣコンバータ５３を経てシステム回路に電力が供給される。

即ち、ＡＣアダプタ５１と電池５２とが同時にシステム本体に接続されている場合には、電池５２の電圧に比べてＡＣアダプタ５１の電圧の方が高いことから、システム回路に対してはＡＣアダプタ５１から電力が供給される。電池５２が駆動電源として用いられるのは、一般的には、ＡＣアダプタ５１がシステム本体から取り外され、または、ＡＣアダプタ５１の電源経路がＯＮ/ＯＦＦスイッチ５５によって遮断された場合だけである。また、ＡＣアダプタ５１が接続されている場合には、ＡＣアダプタ５１から充電回路(図示せず)を経て、電池５２に対する充電が自動的に行われる。

ここで、放電電力の測定回路について説明する。
後述する本実施の形態の方式では、電池５２から放電される電力の測定が必要となることから、本実施の形態では、電力測定のための回路が設けられている。
図３および図４は、本実施の形態における電力測定のための回路を説明するための図である。図３は、電池５２が、その内部にＣＰＵを有するインテリジェント電池である場合の例を挙げている。図４は、電池５２がインテリジェント電池ではない、所謂ダム電池である場合の例を挙げている。電力測定のための回路を設ける場合に、図３、図４の何れか一方を適用すればよい。

図３に示すように、電池５２がインテリジェント電池である場合、電池５２は、例えばＳＢＳ(Smart Battery System)に準拠し、エンベデッドコントローラ４１と所定のコミュニケーションを図っている。図３に示す電池５２は、充放電が行われるバッテリとして複数の単セルからなるセル(電池セル)７１、電池５２を制御すると共にエンベデッドコントローラ４１との通信を行うＣＰＵ７２、電力測定のための回路として、セル７１から放電される電流値を測定する電流測定回路７３、およびセル７１の電圧を求める電圧測定回路７４を備えている。セル７１は、例えば２並列３直列(１.８Ａｈ/セル)の６セルで構成されるリチウムイオン組電池である。

電流測定回路７３では、まず、セル７１から流れる電流Ｉによって、抵抗(ＲＳ)の両端に電圧Ｉ×ＲＳの電位差が発生する。この電圧は、オペアンプ(ＡＭＰ１)によって差動増幅される。また、オペアンプ(ＡＭＰ２)とトランジスタ(Ｔｒ)によって、オペアンプ(ＡＭＰ１)の出力電圧に比例する電流Ｉ１が抵抗(Ｒ４)を流れる。最終的に電池５２の電流Ｉの値は、抵抗(Ｒ５)に発生する電圧(Ｉ１×Ｒ５)に変換することができる。この電圧(Ｉ１×Ｒ５)はＣＰＵ７２のＡ/Ｄ＃２ポートに入力され、ＣＰＵ７２にてＡ/Ｄ変換される。
一方、電圧測定回路７４では、電池５２におけるセル７１の電圧がオペアンプ(ＡＭＰ３)によって差動増幅して変換される。そして、変換された電圧は、ＣＰＵ７２のＡ/Ｄ＃１ポートに入力される。

ＣＰＵ７２は、電流測定回路７３および電圧測定回路７４から入力された測定結果であるアナログ信号を、その内部でＡ/Ｄ(Analog to Digital)変換し、セル７１からの電流値、電圧値を把握している。また、セル７１の容量等、セル７１に関わる各種情報を把握している。把握された電流値や電圧値等の各種情報は、ＤＡＴＡとＣＬＯＣＫの２つの通信ライン(ＳＭバス)を介し、ＳＢＳのプロトコルを用いて、電池５２のＣＰＵ７２からシステム側のエンベデッドコントローラ４１に送信される。以上の処理によって、エンベデッドコントローラ４１は、電池５２の電流値と電圧値とを把握することができる。把握されたこれらの値を乗算することにより、電池５２からの放電電力を測定することができる。

一方、電池５２がダム電池である場合には、図４に示すように、電力測定のための回路である電流測定回路７５および電圧測定回路７６は、電池５２の外部に、電池５２におけるシステム側の出力ラインに設けられている。電流測定回路７５では、まず、電池５２のセル７１から流れる電流Ｉによって、抵抗(ＲＳ)の両端に電圧Ｉ×ＲＳの電位差が発生する。この電圧は、オペアンプ(ＡＭＰ１)によって差動増幅される。また、オペアンプ(ＡＭＰ２)とトランジスタ(Ｔｒ)によって、オペアンプ(ＡＭＰ１)の出力電圧に比例する電流Ｉ１が抵抗(Ｒ４)を流れる。最終的に電池５２の電流Ｉの値は、抵抗(Ｒ５)に発生する電圧(Ｉ１×Ｒ５)に変換することができる。この電圧(Ｉ１×Ｒ５)は、エンベデッドコントローラ４１のＡ/Ｄ＃２ポートに入力される。
一方、電圧測定回路７６では、電池５２の電圧がオペアンプ(ＡＭＰ３)によって差動増幅して変換される。変換された電圧は、エンベデッドコントローラ４１のＡ/Ｄ＃１ポートに入力される。
エンベデッドコントローラ４１では、電流測定回路７５で測定された電流値と、電圧測定回路７６で測定された電圧値とを乗算することにより、電池５２からの放電電力を測定することができる。

次に、本実施の形態における特徴的な構成である、ピークシフト機能適用時における電力供給方法について説明する。
例えば、真夏の午後等、極端に電力需要が増す時間帯であるピーク電力削減時間帯は、できるだけ電池５２から電力を供給し、電力供給源であるＡＣアダプタ５１からの電力供給を極力小さくしたい。通常のピークシフト動作は、第１の時刻として例えば午後２時等、日中の電力消費が大きくなり始める時間帯になると、ＯＮ/ＯＦＦスイッチ５５の第３ＦＥＴ６３をＯＦＦにしてＡＣアダプタ５１からの電力供給を停止し、代わりに電池５２から放電を開始する。第２の時刻として例えば午後４時になると、ＯＮ/ＯＦＦスイッチ５５の第３ＦＥＴ６３をＯＮすることにより、電池５２からの電力供給を停止し、ＡＣアダプタ５１の電力で本体を駆動する。また、このときに、容量の減った電池５２に対する充電が行われる。

図５(ａ)〜(ｃ)は、本実施の形態における電力供給方法の原理を説明するための図である。図５(ａ)は、従来から行われている通常のピークシフトオペレーションを示している。図５(ｂ)は本実施の形態における第１の方法を示し、図５(ｃ)は第２の方法を示している。図５(ｂ)に示す第１の方法は、簡易的に実施した例であり、図５(ｃ)に示す第２の方法は、より好ましい実施形態である。夫々、横軸に時間、縦軸にシステム本体(システム)の消費電力が示されている。ここでは、システムの最大消費電力を１２０Ｗ、電池５２の連続放電可能電力を５０Ｗと仮定している。電池５２の連続放電可能電力は、電池５２内部の各部品の温度上昇データに基づいて決定される。本実施の形態を適用するにあたり、測定対象となる所定のノートＰＣにおいて、環境温度４０℃にて電池５２から６０Ｗで放電した場合のセル７１の温度上昇を測定した。開始直後の０Ｗ(放電なし)の状態から、５０Ｗで放電し始めたときに、比較的なだらかな温度上昇に収めることができた。そこで、ここでは、電池５２の連続放電可能電力を５０Ｗと仮定している。尚、このノートＰＣにおける実際の測定では、６０Ｗの平均電力で放電した場合であっても、大きな温度変化は見られていない。

図５(ａ)に示す従来の方法にて、電池５２が連続して放電可能な電力は５０Ｗなので、ピークシフト期間中(電池駆動時)は、システムが最大の動作を行っても５０Ｗを超えないようなパワーマネージメント動作が行われる。例えば、４１.７％以下のスロットリング動作を行うことにより、５０Ｗ以下の消費電力に抑えられる。但し、このピークシフト期間のシステムのパフォーマンスは４１.７％以下に下がってしまう。そこで、以下に示す本実施の形態では、システムのパフォーマンスを落とすことなく動作させるように工夫している。

図５(ｂ)に示す第１の方法では、ピークシフトの電池５２による駆動時も、自動的にＣＰＵ１１をクロックダウンさせるスロットリングなどによる電力制御を行わないように構成されている。図５(ｂ)に示す方法では、ピークシフト期間をｔで区切り、このうち５/１２の時間(５０ｔ/１２０)を電池５２で駆動し、７/１２の時間(７０ｔ/１２０)をＡＣアダプタ５１で駆動させる。ピークシフト期間中は、電池５２による駆動とＡＣアダプタ５１による駆動を相互に切り換えるが、電池５２の動作時も、スロットリングなどによる電力制御は行わない。より具体的には、周期を１２秒とした場合、このうちの５秒間を電池５２で駆動し、７秒間をＡＣアダプタ５１で駆動する動作を繰り返す。この結果、電池５２の最大ピーク放電電力は１２０Ｗになるが、平均放電電力は５０Ｗより小さくできるので、電池の仕様を満たすことができる。かかる制御によって、ピークシフト期間もスロットリングを行わないことから、システムのパフォーマンスを１００％で動作させることが可能となる。

図５(ｃ)に示す第２の方法では、第１の方法と同様に、ピークシフトの電池５２による駆動時もスロットリングなどによる電力制御を行わないように構成されている。ここでは、ピークシフト期間の電池５２の駆動時に、時々刻々と動くシステムの消費電力を検出し、電力量を積算する。この電力量の積算は、図３または図４に示したような回路によって、エンベデッドコントローラ４１によって実行される。電力量の積算により、この電力量が５０ｔに達したら、周期ｔの残りの時間をＡＣアダプタ５１で駆動する。この結果、電池５２の最大ピーク放電電力は１２０Ｗになるが、平均放電電力は５０Ｗに制御できるので、電池５２の仕様を満たすことができる。かかる制御によって、ピークシフト期間もスロットリングを行わないことから、システムのパフォーマンスを１００％で動作させることが可能となる。更に、第１の方法に比べ、電池５２からの電力を十分に利用できることから、従来のピークシフト機能をより強化させることができる。

尚、図５(ｂ)および図５(ｃ)に示す時間(周期)ｔは、発明者等が実測に用いたノートＰＣによれば、２〜３分程度の周期でも問題ないことが明らかになった。但し、他の装置における電池５２について、その温度上昇に対する安全性をより強化すれば、ｔを３０秒〜６０秒とし、この程度の周期で電池５２とＡＣアダプタ５１とを交互に切り換えるように制御されることが好ましい。また、図５(ｂ)に示す電池駆動とＡＣアダプタ駆動を、周期１２秒で、例えば５秒ごとに交互に切り換えれば、電池５２による平均放電電力は５０Ｗ以下になる。この場合には、電池の温度上昇という観点では、パワーマネージメント機能を４１.７％働かせたことと等価になる。この図５(ｂ)および図５(ｃ)に示す方法は、コンピュータ装置１０にインストールされたソフトウェアによって実現することができる。

図６は、図５(ｂ)に示す第１の方法を実行するための処理を示したフローチャートである。エンベデッドコントローラ４１では、まず、第１の時刻であるピークシフト開始時刻(例えば午後２時)になったか否かが判断され(ステップ１０１)、開始時刻に達していない場合には、その時刻まで待機する。開始時刻になった場合には、第１の切り換え手段として、ＯＮ/ＯＦＦスイッチ５５をＯＦＦさせ、ＡＣアダプタ５１からの電力ラインをオフにして、電池５２から電力の供給を受ける(ステップ１０２)。その後、ピークシフト期間の切り換え手段である第３の切り換え手段としての処理が行われる。即ち、上述した周期ｔに対して、電池駆動として予め定められた期間である５ｔ/１２が経過したか否かが判断される(ステップ１０３)。経過しない場合には、そのまま電池駆動が継続される。５ｔ/１２が経過した場合には、ＯＮ/ＯＦＦスイッチ５５をＯＮさせ、ＡＣアダプタ５１からの電力ラインをオンにして、ＡＣアダプタ５１から電力の供給を受ける(ステップ１０４)。その後、上述した周期ｔに対して、ＡＣアダプタ駆動として予め定められた期間である７ｔ/１２が経過したか否かが判断される(ステップ１０５)。経過していない場合には、そのままＡＣアダプタ駆動が継続される。経過した場合には、ピークシフト終了時刻(例えば午後４時)か否かが判断される(ステップ１０６)。第２の時刻である終了時刻になっていない場合には、ステップ１０２からの処理が繰り返される。終了時刻に達した場合には、第２の切り換え手段として、ＯＮ/ＯＦＦスイッチ５５をＯＮさせて処理が終了する。

図７は、図５(ｃ)に示す第２の方法を実行するための処理を示したフローチャートである。エンベデッドコントローラ４１では、まず、第１の時刻であるピークシフト開始時刻(例えば午後２時)になったか否かが判断され(ステップ２０１)、開始時刻に達していない場合には、その時刻まで待機する。開始時刻になった場合には、第１の切り換え手段として、ＯＮ/ＯＦＦスイッチ５５をＯＦＦさせ、ＡＣアダプタ５１からの電力ラインをオフにして、電池５２から電力の供給を受ける(ステップ２０２)。その後、ピークシフト期間の切り換え手段である第３の切り換え手段としての処理が行われる。即ち、エンベデッドコントローラ４１は、図３に示す電池５２内部のＣＰＵ７２からの通信によって、電池５２内部の電流測定回路７３によって得られた、サンプリング時間毎の電流値Ｉを測定(取得)する。または、エンベデッドコントローラ４１は、図４に示すシステム側の電流測定回路７５を用いて、サンプリング時間毎の電流値Ｉを測定する(ステップ２０３)。また、エンベデッドコントローラ４１は、図３に示す電池５２内部のＣＰＵ７２からの通信によって、電池５２内部の電圧測定回路７４によって得られた、サンプリング時間毎の電圧値Ｖを測定(取得)する。または、エンベデッドコントローラ４１は、図４に示すシステム側の電圧測定回路７６を用いて、サンプリング時間毎の電圧値Ｖを測定する(ステップ２０４)。

そして、エンベデッドコントローラ４１は、測定された電流値と電圧値とを用いて、サンプリング時間(ｔ１)あたりの電力量Ｗ(ｔ１)＝Ｉ×Ｖ(ｔ１)を計算する(ステップ２０５)。そして、このサンプリング時間(ｔ１)あたりの電力量Ｗ(ｔ１)から、期間ｔ内における総電力量Ｗが計算される(ステップ２０６)。その後、期間ｔが経過したか否かが判断され(ステップ２０７)、期間が経過した場合には、ステップ２０３へ戻って同様な処理が繰り返される。期間が経過していない場合には、総電力量Ｗが５０ｔに満たないか否かが判断される(ステップ２０８)。５０ｔに達していない場合には、ステップ２０３に戻り、更に電池駆動を継続して上記処理が繰り返され、所定のサンプリング時間を加えた総電力量の計算が新たになされる。総電力量が５０ｔに達した場合には、ＯＮ/ＯＦＦスイッチ５５をＯＮさせ、ＡＣアダプタ５１からの電力ラインをオンにして、ＡＣアダプタ５１から電力の供給を受ける(ステップ２０９)。その後、上述した周期(期間)ｔが経過したか否かが判断される(ステップ２１０)。経過していない場合には、経過が待たれ、経過した場合には、第２の時刻であるピークシフト終了時刻(例えば午後４時)か否かが判断される(ステップ２１１)。終了時刻になっていない場合には、ステップ２０２からの処理が繰り返される。終了時刻に達した場合には、第２の切り換え手段として、ＯＮ/ＯＦＦスイッチ５５をＯＮさせて処理が終了する。

以上、詳述したように、本実施の形態では、ピークシフト機能を実現するために、システム内部にＡＣアダプタ５１の電力ラインをオン/オフするスイッチ(ＯＮ/ＯＦＦスイッチ５５)をＦＥＴで構成した。通常のピークシフト動作は、第１の時刻として、例えば日中の電力消費が大きくなり始める２時になるとスイッチをオフしてＡＣアダプタ５１からの電力供給を停止し、代わりに電池５２から放電を開始する。一方、第２の時刻として、夕方４時になると、スイッチをオンすることにより電池５２からの電力供給を停止し、ＡＣアダプタ５１の電力で本体を駆動する。また、このときに容量の減った電池５２の充電を行っている。このとき、第１の時刻と第２の時刻との間であるピークシフト中は、電池５２から電力を供給するが、フルに動作させると、システムの消費電力は、例えば１００Ｗを超えてしまう。電池５２は、このような電力を放電し続けると温度上昇が大きくなり、許容温度を超えてしまう。かかる状態は、電池５２の劣化を招いたり、安全性の問題を引き起こす可能性がある。このために、通常の機種では、ピークシフト期間中は、ＣＰＵのスロットリング動作(仮想的にクロック周波数を落とす動作)や、米インテル社が開発した高性能ノートパソコン向けの省電力技術であるスピードステップ(SpeedStep)などを実行し、システムのパフォーマンスを落とし、システムの消費電力を５０Ｗ程度以下に制御している。しかしながら、本実施の形態では、システムのパフォーマンスを落とさず、ピークシフトの期間、複数回オン/オフを繰り返し、電力供給源を電池５２とＡＣアダプタ５１とを交互に切り換えることにより、電池５２の平均放電電力を５０％や３７％以内に制御している。即ち、ピークシフト期間でもシステムのパフォーマンスを低下させずに、システム本体を１００％のスピードで駆動させることが可能となる。また、ピークシフト期間(電池駆動期間)を、従来と同じ時間、持続することも可能となる。

本発明の活用例としては、ノートＰＣなどのコンピュータ装置の他、外部電源と電池とに接続可能な電気機器等が挙げられる。

ノートブックＰＣ(ノートブック型パーソナルコンピュータ)などのコンピュータ装置のハードウェア構成を示した図である。 本実施の形態が適用される電源供給システムの全体構成を示した図である。 電池が内部にＣＰＵを有するインテリジェント電池である場合の電力測定のための回路例を示した図である。 電池がインテリジェント電池ではない所謂ダム電池である場合の電力測定のための回路例を示した図である。 (ａ)〜(ｃ)は、本実施の形態における電力供給方法の原理を説明するための図である。 図５(ｂ)に示す第１の方法を実行するための処理を示したフローチャートである。 図５(ｃ)に示す第２の方法を実行するための処理を示したフローチャートである。

符号の説明

１１…ＣＰＵ、１６…メインメモリ、４１…エンベデッドコントローラ、５０…電源回路、５１…ＡＣアダプタ、５２…電池、５３…ＤＣ−ＤＣコンバータ、５５…ＯＮ/ＯＦＦスイッチ、６１…第１ＦＥＴ(ＦＥＴ１)、６２…第２ＦＥＴ(ＦＥＴ２)、６３…第３ＦＥＴ(ＦＥＴ３)、７１…セル、７２…ＣＰＵ、７３,７５…電流測定回路、７４,７６…電圧測定回路

Claims (18)

1. 電力を消費する本体と、
   商用電源から前記本体に対して電力を供給する外部電源と、
   放電を行って前記本体に対して電力を供給する電池と、
   予め定められた一定の期間、前記本体に対する電力供給源を前記電池と前記外部電源とで交互に切り換えるコントローラと
   を含む電気機器。
2. 前記一定の期間は、前記外部電源からの電力供給を制限する期間であることを特徴とする請求項１記載の電気機器。
3. 前記コントローラは、前記一定の期間の中で繰り返される一定周期の間で、前記電池と前記外部電源とを切り換えることを特徴とする請求項１記載の電気機器。
4. 前記コントローラは、前記一定の期間の中で繰り返される一定周期の間で、前記電池により前記本体に対して供給された電力量を計算し、計算された当該電力量に基づいて当該本体に対する電力供給源を当該電池から前記外部電源へと切り換えることを特徴とする請求項１記載の電気機器。
5. 商用電源から本体に対して電力を供給する外部電源と、放電を行って当該本体に対して電力を供給する電池とが接続された電気機器であって、
   第１の時刻に達した時点で、前記外部電源からの電力供給をオフして前記電池から前記本体に対して電力を供給する第１の切り換え手段と、
   前記第１の時刻の後、第２の時刻に達した時点で、前記外部電源からの電力供給をオンして当該外部電源から前記本体に対して電力を供給する第２の切り換え手段と、
   前記第１の時刻と前記第２の時刻との間に、前記本体に対する前記外部電源からの電力供給のオフ/オンを複数回繰り返す第３の切り換え手段と
   を含む電気機器。
6. 前記第３の切り換え手段は、予め定められた周期の間に、前記外部電源からの電力供給のオフ/オンを実行することを特徴とする請求項５記載の電気機器。
7. 前記第３の切り換え手段は、前記電池の許容温度に基づいて決定される総電力量に基づいて、前記外部電源からの電力供給をオンさせることを特徴とする請求項６記載の電気機器。
8. システムのパフォーマンスを落として稼動する機能を備えたシステム本体と、
   前記システム本体に接続可能に構成され、商用電源から当該システム本体に電力を供給するＡＣアダプタと、
   前記システム本体に接続可能に構成され、充電の後に放電を行って当該システム本体に電力を供給する電池とを含み、
   前記ＡＣアダプタと前記電池との両者が前記システム本体に接続された状態にて、当該ＡＣアダプタからの電力供給を制限させるための期間中に、当該ＡＣアダプタからの電力供給をオフして当該電池から電力を供給している状態でも前記システムのパフォーマンスを落とさずに当該システムを稼動させ、その後、当該期間中であっても当該ＡＣアダプタからの電力供給をオンさせて当該ＡＣアダプタから当該システム本体に電力を供給することを特徴とするコンピュータ装置。
9. 前記期間中における予め定められた周期の間で、前記電池からの電力供給と前記ＡＣアダプタからの電力供給とを切り換えることを特徴とする請求項８記載のコンピュータ装置。
10. 前記周期の間にて、前記電池から放電している際の総電力量を算出し、当該電池の仕様から定まる電力量を超える前に前記ＡＣアダプタからの電力供給に切り換えることを特徴とする請求項９記載のコンピュータ装置。
11. 商用電源から電力を供給する外部電源と放電を行って電力を供給する電池との両者が接続される電気機器における電力供給方法であって、
    第１の時刻に達した際に前記外部電源からの電力供給を停止して前記電池から電力を供給する第１のステップと、
    前記第１の時刻が経過した後、前記電池からの電力供給の状態を把握する第２のステップと、
    前記電池からの電力供給が所定の状態になったとき、前記外部電源からの電力供給に切り換える第３のステップとを含み、
    前記第２のステップと前記第３のステップとを所定の周期にて繰り返すことを特徴とする電力供給方法。
12. 前記第１のステップは、前記電池から電力を供給する際に、システムのパフォーマンスを落とさないことを特徴とする請求項１１記載の電力供給方法。
13. 前記第２のステップにより把握される前記所定の状態は、前記所定の周期を所定の割り合いで分割した時間の経過であることを特徴とする請求項１１記載の電力供給方法。
14. 前記第２のステップにより把握される前記所定の状態は、前記電池から放電された電力量の積算値であることを特徴とする請求項１１記載の電力供給方法。
15. 商用電源からシステムに対して電力を供給する外部電源と、放電を行って当該システムに対して電力を供給する電池とが接続可能に構成されたコンピュータに、
    第１の時刻に達した時点で、前記外部電源からの電力供給をオフして前記電池から前記システムに対して電力を供給する機能と、
    前記第１の時刻の後、第２の時刻に達した時点で、前記外部電源からの電力供給をオンして当該外部電源から前記システムに対して電力を供給する機能と、
    前記第１の時刻と前記第２の時刻との間に、前記システムに対する前記外部電源からの電力供給のオフ/オンを複数回繰り返す機能と
    を実現させるプログラム。
16. 前記外部電源をオフにして前記電池から前記システムに電力を供給する際に、当該システムのパフォーマンスを低下させずに当該システムを動作させる機能を前記コンピュータに更に実現させる請求項１５記載のプログラム。
17. 前記外部電源からの電力供給のオフ/オンを複数回繰り返す機能は、予め定められた周期における所定の時間ごとに、または、当該周期における前記電池からの平均放電電力を所定の値にするように、オフ/オンを実行することを特徴とする請求項１５記載のプログラム。
18. 商用電源からシステムに対して電力を供給する外部電源と放電を行って当該システムに対して電力を供給する電池とが接続可能に構成され、当該外部電源から当該システムに電力を供給する際には通常のパフォーマンスで動作し、当該外部電源が接続されておらず当該電池から当該システムに電力が供給される際には当該システムのパフォーマンスを低下させる機能を有するコンピュータに、
    前記外部電源が接続されている状態にて、当該外部電源からの電力供給をオフして前記電池から前記システムに対して電力を供給すると共に、当該システムのパフォーマンスを低下させずに前記通常のパフォーマンスで当該システムを動作させる機能と、
    ある一定周期の中の所定の期間、前記外部電源からの電力供給をオフした後、当該電力供給をオンして当該外部電源から前記システムに対して電力を供給する機能と
    を実現させるプログラム。

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