JP2011509061A - 改良型バッテリ状態学習サイクル装置および方法 - Google Patents

Abstract

本発明の実施形態は、データ記憶装置内のバッテリ・バックアップ・ユニット用の改良型バッテリ学習サイクル装置および方法を含む。バックアップ・ユニットは、第１のバッテリパックと、対応する充電容量ゲージと、１つまたは複数の第２のバッテリパックと、対応する充電容量ゲージと、任意の所与時間において、学習サイクルにただ１つのバッテリパックだけを選択するように構成された制御器スイッチとを含む。充電容量ゲージは、学習サイクルの放電段階終了時に、学習サイクル・バッテリパックの放電深度が、学習サイクル・バッテリパックの充電容量と、残りのバッテリパックの満充電容量とを組み合わせると、装置のキャッシュ格納データが物理的データ記憶装置にオフロードされるのに十分となり、データ記憶装置がライトバック・キャッシュ・モードからライトスルー・キャッシュ・モードに切り換わる必要がなくなる放電深度となるものである。

Description

本発明は、データ記憶システムまたは装置用のバッテリ・バックアップ・ユニット（ＢＢＵ）内で使用されるバッテリなどのバッテリの学習サイクルに関する。より詳細には、本発明は、システム性能の劣化を回避するようにデータ・キャッシュ方式を管理しながら、バッテリ容量読取りの正確さを改善する形でバッテリ学習サイクルを改良する方法および装置に関する。

データ記憶システムおよび装置の多くは、記憶装置の主電源が電力損失した場合に、予備電力を供給し、データ保全を行うバッテリ・バックアップ・ユニット（ＢＢＵ）を含む。典型的には、バッテリ・バックアップ・ユニットは、対応する電源によって充電される１つまたは複数の充電式バッテリを含む。かかるバッテリ・バックアップ・ユニットに使用されるバッテリは、典型的には、ニッケル・カドミウム、ニッケル水素、またはリチウム・イオンなど、様々なタイプの充電式バッテリの１つである。

バッテリ学習サイクルは、例えば、データ記憶システムまたは装置用のバッテリ・バックアップ・ユニットの一部として含まれる充電式リチウム・イオン・バッテリなどのバッテリの状態を判定するために、周期的、例えば約３カ月ごとに実施されるバッテリ較正動作である。バッテリ学習サイクルは、典型的には、バッテリがその中に備えられた装置内の制御器によって実施される。バッテリ学習サイクルは、数時間から１０時間までかかることがあり、バッテリを放電させ、次いで完全に充電する工程を含む。バッテリ学習サイクルはまた、キャッシュ制御器によって、電力損失の場合に設定された期間の間、バッテリが制御器キャッシュ（すなわち、キャッシュ制御器によって装置のキャッシュ・メモリに書き込まれたデータ）を維持できるか判定することができるように、集積回路内部の追跡バッテリ・パラメータ（例えば、容量、電圧、電流、温度、およびインピーダンス）を更新する。例えば、あるバッテリでは、ＡＣ電力損失の場合に、制御器キャッシュを７２時間維持することが求められる。

多くの電子データ記憶装置内では、データ読出しおよび書込み動作の間、キャッシュ制御器は、データ・ブロックをキャッシュ・メモリに書き込み、この書込みは、物理的ディスクへ書き込むよりも遙かに高速である。キャッシュ制御器は、データ転送完了の通知をホスト・システムに送信する。制御器がライトバック・キャッシュ方式を使用している場合、制御器は、制御器キャッシュがトランザクション内のすべてのデータを受信したときに、データ転送完了信号をホストに送信する。キャッシュに格納されたデータは、記憶装置には書き込まれない。次いで、制御器は、システム活動が低いとき、または書込みバッファが容量に近付いているときに、キャッシュ格納データを記憶装置に書き込む。ライトバック・キャッシュを使用するリスクは、キャッシュ・データが記憶装置に書き込まれる前に電源異常あった場合に、キャッシュ格納データが失われる可能性がある点である。バッテリ学習サイクルの実行中、バッテリは、電力損失の間、制御器キャッシュを維持することができないことがある。

バッテリ・バックアップ・ユニットのバッテリ学習サイクルの間、制御器がライトバック・キャッシュ方式を使用している場合、制御器は、典型的には、学習サイクルが完了するまでライトスルー・キャッシュ方式に変わる。ライトスルー・キャッシングでは、制御器は、ディスク・サブシステムがトランザクション内のすべてのデータを受信したときに、データ転送完了信号をホスト・システムに送信する。ライトスルー・キャッシュ方式では、データはディスクに直接書き込まれ、装置に電力損失があった場合にデータがキャッシュ内で失われるリスクが低減される。しかし、ライトバック・キャッシングに比べ−て、ライトスルー・キャッシングでは、全体のシステム性能が劣る。

バッテリ・バックアップ・ユニットのバッテリ学習サイクルの間、ライトバック・キャッシングからライトスルー・キャッシングに切り換わる欠点を改善する従来の試みは、負荷を支持するが、なおもバッテリ充電容量をクーロン・カウントするために、ＢＢＵバッテリを完全に、例えば、８０％の放電深度（ＤＯＤ）まで放電させることが可能となるように、ＢＢＵバッテリパックのサイズおよび容量を増大させることを含む。しかし、こうした過剰な大型化手法（ｏｖｅｒｓｉｚｉｎｇ ａｐｐｒｏａｃｈ）では、バッテリ・バックアップ・ユニットの体積およびコスト、ならびに８０％ＤＯＤバッテリ放電を実施するのにかかる時間が不必要に増大する。したがって、ＢＢＵバッテリのバッテリ学習サイクルの間、キャッシュ方式がライトバック・キャッシュ方式からライトスルー・キャッシュ方式に切り換わるのを回避または防止し、一方でシステム全体の性能を劣化させずにキャッシュ・データを保存するように充分なバッテリ・バックアップ保護を維持することが依然として求められている。

本発明は、例えば、電子データ記憶システムまたは装置内のバッテリ・バックアップ・ユニット（ＢＢＵ）の一部であるバッテリの、バッテリ学習サイクルを改良する装置および方法で実施される。バッテリ・バックアップ・ユニットは、第１のバッテリパックと、第１のバッテリパックに結合された第１のバッテリ充電容量ゲージと、１つまたは複数の第２のバッテリパックと、第２のバッテリパックに結合された第２のバッテリ充電容量ゲージと、第１のバッテリパックと少なくとも１つの第２のバッテリパックとの間に結合された制御器スイッチとを含む。制御器スイッチは、任意の所与時間において、バッテリ状態学習サイクルにただ１つのバッテリパックだけを選択するように構成される。バッテリ充電容量ゲージは、学習サイクルに選択されたバッテリパックで実施されるバッテリ状態学習サイクルの放電段階の間、その選択されたバッテリパックの放電深度が、放電されているバッテリパックの学習サイクルの放電段階終了時の容量と、学習サイクルに選択されなかった１つのバッテリパックまたは複数のバッテリパックの満充電容量とを組み合わせると、データ記憶装置のキャッシュ・メモリ内に記憶されたデータが、データ記憶装置に結合された物理的データ記憶装置にオフロードされることが可能となるのに十分な放電深度となるように構成される。学習サイクル・バッテリパックと、学習サイクルに選択されなかった１つのバッテリパックまたは複数のバッテリパックとの充電容量を組み合わせることによって、データ記憶装置のキャッシュ方式がライトバック・キャッシュ・モードからライトスルー・キャッシュ・モードに切り換わる必要がなくなり、したがって、ライトスルー・キャッシュ・モードを使用することによって生じるどのようなシステム性能の劣化も低減されることになる。

本発明の実施形態による、電子データ記憶システムまたは装置と共に使用するバッテリ・バックアップ・ユニット（ＢＢＵ）の概略図である。 本発明の実施形態による、電子データ記憶システムまたは装置と共に使用するバッテリ・バックアップ・ユニットの一部として含まれるバッテリの改良型バッテリ状態学習サイクルの方法のブロック図である。 図１のバッテリ・バックアップ・ユニットを含む電子データ記憶装置の概略図である。

以下の説明では、図面の説明を通して本発明の理解を高めるため、同じ参照番号は同じ構成要素を示す。また、特定の特徴、構成、および配置について以下で論じるが、これは、単なる例示の目的で行われることを理解されたい。本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、他のステップ、構成、および配置も有効であることが当業者には理解されよう。

電子データ記憶装置内で、データ・ブロックをキャッシュ・メモリに書き込むことは、データをディスクまたは他の物理的記憶装置などの記憶装置に書き込むことよりも遙かに高速である。次いで、電子データ記憶装置は、装置のシステム活動が低いとき、または、キャッシュが一杯になりつつあるときに、キャッシュに格納されたデータを記憶装置に書き込む。ライトバック・キャッシュ方式を使用するリスクは、キャッシュ格納データが記憶装置に書き込まれる前に装置の電源異常があった場合に、キャッシュ格納データが失われる可能性がある点である。このリスク要因は、データ記憶装置にバッテリ・バックアップ・ユニット（ＢＢＵ）を含めると排除され、これは、一般に、無停電電源装置（ＵＰＳ）を使用するよりも比較的安価な代替策となる。

バッテリ・バックアップ・ユニットは、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）モジュールなどのデータ記憶装置の１つまたは複数部分の電圧レベルを監視する。電圧レベルが閾値レベルを下回るまで下がると、システム電源は、バッテリ・バックアップ・ユニット内のバッテリパックに切り換えられる。電圧レベルが閾値を下回ったままである限り、バッテリ・バックアップ・ユニットは、システムに電力を供給する。電圧レベルが許容レベルまで回復すると、電源は、バッテリ・バックアップ・ユニットから装置の通常電源に切り換わる。

上記で論じたように、バッテリ学習サイクルがＢＢＵバッテリで実施されているとき、バッテリは、電力損失の間、キャッシュに格納されたデータを維持することができないことがある。したがって、キャッシュ格納データが失われ得るリスクを低減させるために、装置のシステム制御器がライトバック・キャッシュ方式を使用している場合、制御器は、典型的には、バッテリ学習サイクルが完了するまで、ライトスルー・キャッシュ方式に変わる。システム制御器は、典型的には、ＢＢＵバッテリの容量を監視し、例えば、バッテリ学習サイクルの放電段階の間、バッテリ容量が閾値レベルを下回るまで下がると、制御器は、ライトバック・キャッシュ方式からライトスルー・キャッシュ方式に変わる。しかし、上記で論じたように、ライトバック・キャッシングに比べて、ライトスルー・キャッシングでは、データ記憶装置の全体性能が低下する。

本発明の実施形態によれば、バッテリ・バックアップ・ユニットは、２つ以上の別個のバッテリパック、または２組以上のバッテリパックとして配置または構成された複数のバッテリ電池を含み、どのようなバッテリ学習サイクルも、任意の所与時間においてただ１つのバッテリパックだけで実施され、他方のバッテリパックまたは他の複数のバッテリパックは、満充電容量のまま維持される。このように、バッテリ学習サイクルの一部として放電されているバッテリパックと、満充電容量のまま維持されている１つのバッテリパックまたは複数のバッテリパックとの集合的または組合せ容量は、装置のシステム制御器のキャッシュ方式がライトバック・キャッシングからライトスルー・キャッシングに切り換わるのを防止するのに十分となる。さらに、本発明の実施形態はまた、インピーダンス追跡ガス・ゲージなどの様々なバッテリ充電容量ゲージを利用し、このインピーダンス追跡ガス・ゲージでは、バッテリパックがバッテリパック学習サイクルおよび後続のバッテリパックの利用可能な充電容量の決定において完全に放電されたと考えられるのに従来の放電深度（ＤＯＤ）レベルを必要としない。学習サイクル・バッテリパックの放電段階中のＤＯＤレベルのこうした低減によって、学習サイクル・バッテリパックと、満充電容量のまま維持されているバッテリパックとの集合的容量が、システム制御器のライトバック・キャッシングからライトスルー・キャッシングに切り換わる閾値レベルを下回らないレベルで維持されることが可能となる。

次に、図１を参照すると、本発明の実施形態による、電子データ記憶システムまたは装置と共に使用されるバッテリ・バックアップ・ユニット（ＢＢＵ）１０の概略図が示されている。バッテリ・バックアップ・ユニット１０は、完全な電源異常または短い停電があった場合に、バックアップ電力を供給することによって、電子データ記憶装置のキャッシュ・メモリ部分に記憶されたキャッシュ格納データの保全性を保護する。バッテリ・バックアップ・ユニット１０は、第１のバッテリまたはバッテリパック１２および第２のバッテリまたはバッテリパック１４として構成される複数のバッテリ電池を含む。２つのバッテリパックしか示されていないが、バッテリ・バックアップ・ユニット１０は、２つ以上のバッテリパックを含むことができることを理解されたい。バッテリ・バックアップ・ユニット１０はまた、第１のバッテリパック１２に結合された第１のバッテリ充電容量ゲージ１６と、第２のバッテリパック１４に結合された第２のバッテリ充電容量ゲージ１８と、例えば、第１および第２のバッテリ充電容量ゲージ１６、１８を介して第１のバッテリパック１２と第２のバッテリパック１４との間に結合された、（制御器スイッチ２２を含む）充電回路またはスマート充電器２０とを含む。

充電回路２０内の、制御器スイッチ２２を含み得る集積ファームウェアが、データ記憶装置制御器２４として全体を示す電子データ記憶システム用のシステムまたは装置制御器と通信するように構成されている。また、データ記憶装置への電力損失の間、充電回路２０は、第１のバッテリパック１２と第２のバッテリパック１４との間で、データ記憶装置のバックアップ電力の負荷シェアリングを実施するように構成される。充電回路２０およびその中に含まれる制御器スイッチはまた、第１のバッテリパック１２および第２のバッテリパック１４をＤＣ電圧源２６に結合させるように構成され、このＤＣ電圧源２６は、低ドロップアウト（ＬＤＯ）調整器などの電圧調整器２８によって調整することができる。また、充電回路２０およびその中に含まれる制御器スイッチ２２は、第１のバッテリパック１２および第２のバッテリパック１４を、学習サイクル放電負荷または学習負荷３２に結合させて、例えば、バッテリ状態学習サイクルのバッテリ放電部分を実施するように構成される。

第１のバッテリパック１２は、典型的には複数のバッテリ電池、例えば９個のバッテリ電池を含み、これらの電池は、互いに並列に接続された３つのブランチのパックとして構成され、各ブランチは直列に接続された３個のバッテリを含む。第２のバッテリパック１４も同様の構成、または他の適当な構成を含む。すなわち、第２のバッテリパック１４は、典型的には複数のバッテリ電池、例えば９個のバッテリ電池を含み、これらの電池は、互いに並列に接続された３つのブランチのパックとして構成され、各ブランチは直列に接続された３個のバッテリを含む（すなわち、３ｓ３ｐ）。各バッテリパック内の各バッテリ電池のサイズおよびバッテリ電池の数は、データ記憶装置またはシステムの特定のサイズ、および装置のバッテリ・バックアップ要件に依存する。

第１のバッテリ充電容量ゲージ１６および第２のバッテリ充電容量ゲージ１８はそれぞれ、適当などのようなゲージでも、または、そこに結合された対応するバッテリパックの利用可能な電荷を報告する他の構成要素でもよい。例えば、第１および第２のバッテリ充電容量ゲージ１６、１８の一方または両方とも、インピーダンス追跡ガス・ゲージでよい。インピーダンス追跡ガス・ゲージでは、典型的には、バッテリ容量の変化、バッテリ・インピーダンス、電圧、電流、温度、およびバッテリパック内のバッテリ電池の他の重要な情報のリアルタイム追跡が可能となる。インピーダンス追跡ガス・ゲージはまた、バッテリの経年変化によるバッテリ・インピーダンスの変化および無負荷化学満容量（ｎｏ−ｌｏａｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｆｕｌｌ ｃａｐａｃｉｔｙ）（Ｑｍａｘ）を求める自己学習機構をしばしば含む。

例えば、典型的なリチウム・イオン（Ｌｉイオン）バッテリでは、約１００サイクルの放電後、そのインピーダンスは２倍となる。また、バッテリ・インピーダンスは、電池間で、また、温度や充電状態など、異なる使用状態で大幅に変動する。したがって、十分な精度を得るには、比較的大きな多次元インピーダンス・マトリクスが、ゲージのフラッシュ・メモリ内で維持されることがしばしば必要となる。かかるマトリクスを獲得し、実施することは比較的困難で、時間がかかるが、インピーダンス追跡ガス・ゲージの多くは、バッテリ使用寿命の間、バッテリ・インピーダンスを更新し続けることによってその実施を大幅に簡素化する適当な技術を含み、したがって、簡単な初期インピーダンス・データベースしか必要でない。温度および負荷効果は、バッテリの満充電容量（ＦＣＣ）および残存容量（ＲＭ）を計算すると、自動的に求められる。Ｑｍａｘもまた、バッテリを使用する間に計算され、更新される。

インピーダンス追跡ガス・ゲージは、その比較的簡単であるが正確な動作のため、典型的には、インピーダンス・テーブルを更新するのに４０％の放電深度（ＤＯＤ）しか必要でない。したがって、以下でより詳細に論じるように、インピーダンス追跡ガス・ゲージは、典型的には、バッテリパック学習サイクルおよび後続のバッテリパック利用可能充電容量の決定において、バッテリが完全に放電されたと考えられるまで放電されるのに、従来の８０％のＤＯＤレベルを必要としない。すなわち、従来の充電容量技術では、典型的には８０％の放電深度が必要であるが、インピーダンス追跡ガス・ゲージでは、典型的には４０％の放電深度しか必要でない。ＤＯＤレベルの低減によって、放電時間の短縮、およびバッテリ寿命の延長を含め、いくつかの利点が得られる。また、以下でより詳細に論じるように、バッテリ・バックアップ・ユニット１０内では、データ記憶装置が電力損失に陥った場合にも、ＤＯＤレベルの低減によって、学習サイクル・バッテリパックと、満充電容量のまま維持されている１つのバッテリパックまたは複数のバッテリパックとの集合的容量で、キャッシュ格納データがデータ記憶装置に結合された物理的記憶装置にオフロードされることが可能となるのに十分となり得る。かかる集合的容量はまた、システム制御器がライトバック・キャッシングからライトスルー・キャッシングに切り換わる閾値レベルを下回らないレベルで維持される。

第１のバッテリ充電容量ゲージ１６、制御器スイッチ２２、および第２のバッテリ充電容量ゲージ１８の１つまたは複数は、部分的に、または完全に適当な任意の構造または構成、例えば１つまたは複数の集積回路からなることができる。また、バッテリ・バックアップ・ユニット１０は、バッテリ・バックアップ・ユニット１０の、本明細書では特に記載していない他の特徴および機能の動作に使用される他の構成要素、ハードウェア、およびソフトウェア（図示せず）を含むことを理解されたい。

バッテリ・バックアップ・ユニット１０の関連部分はすべて、部分的に、または完全にハードウェア回路および／または、より大型の装置内の他のハードウェア構成要素もしくは構成要素群の形で構成することができる。あるいは、バッテリ・バックアップ・ユニット１０の関連部分はすべて、部分的に、または完全にソフトウェアの形で、例えば、処理命令および／または１つもしくは複数組のロジックまたはコンピュータ・コードとして構成することができる。かかる構成では、ロジックまたは処理命令は、典型的には記憶素子またはデータ記憶装置内に記憶される。データ記憶装置は、典型的には処理装置または制御器、例えば制御器スイッチ２２に結合される。制御器は、データ記憶素子からの必要な命令にアクセスし、その命令を実行するか、または、その命令をバッテリ・バックアップ・ユニット１０内の適切な位置に転送する。

従来のバッテリ・バックアップ・ユニット構成は、典型的には、複数のバッテリ電池を含む単一のバッテリパックを含み、これらのバッテリ電池は、バッテリパックを中に含む装置の所与のアプリケーションに適した電圧を供給する形で積み重ねられるか、または接続される。従来のバッテリ容量ゲージの多くは、電流の流れを測定してバッテリの残存容量を決定するクーロン・カウント技術を使用している。しかし、バッテリ学習サイクルを実施する際にバッテリを放電させるとき、クーロン・カウント技術では、適正なクーロン・カウントを可能とするには、典型的には約８０％のバッテリ放電深度が必要となる。

上記で論じたように、バックアップ・バッテリパックを８０％の放電深度レベルまで放電させると、典型的には、装置のシステム制御器が、ライトバック・キャッシュ方式からライトスルー・キャッシュ方式に切り換わることになり、これは、放電されたバッテリパックが、電源異常の場合に、装置がキャッシュ・メモリ素子内のキャッシュ格納データを物理的記憶装置に完全に書き込む（オフロードする）のを可能とするのに十分な容量をもはや有さなくなるからである。しかし、ライトスルー・キャッシュ方式に伴うシステム性能劣化のため、従来のバッテリパックは、クーロン・カウントを実施するための８０％放電深度によってもなお、電源異常の場合に、装置がキャッシュのオフロードを実施することを可能とし、それと同時に、システムがライトバック・キャッシュ方式からライトスルー・キャッシュ方式に切り換わらないように適当な量の充電容量が残るように、過剰に大型化されている。こうした従来のバッテリ大型化による解決策は、大型化バッテリパックのサイズおよび体積（およびコスト）、ならびに大型化バッテリパックで８０％ＤＯＤを実施するのにかかる時間を含めて、多くの欠点を有する。

本発明の実施形態によれば、バッテリ・バックアップ・ユニット１０は、２つ（またはそれ以上）の別個のバッテリパック、例えば、第１のバッテリパック１２および第２のバッテリパック１４を含むように構成され、充電回路２０が、（例えば、制御器スイッチ２２を介して）任意の所与時間において学習サイクルにただ１つのバッテリパックだけを選択（ｓｅｌｅｃｔ）または選定（ｃｈｏｏｓｅ）する。他方の（選択されなかった）バッテリパック（または複数のバッテリパック）は、満充電容量のまま維持される。このように、バッテリ学習サイクルを含めて、任意の所与時間におけるバッテリ・バックアップ・ユニットの利用可能な全充電容量は、学習サイクルを行っているバッテリパックの容量（学習サイクル放電のため満充電容量よりも少なくなり得る）と、（選択されなかった）１つのバッテリパックまたは複数のバッテリパックの満充電容量とが組み合わさった容量となる。バッテリ・バックアップ・ユニット１０は２つ以上のバッテリパックを含むが、総充電容量は、データ記憶装置に必要な量に適正にサイズ設定され、すなわち、バッテリ・バックアップ・ユニット１０は、従来の構成のように過剰に大型化されることはない点に留意されたい。さらに、本発明の実施形態によれば、バッテリ充電容量は、インピーダンス追跡バッテリ充電容量ゲージ、または従来のクーロン・カウント法ほど大きな放電深度を必要としない他のバッテリ充電容量ゲージを用いて測定することができる。かかるバッテリ充電容量ゲージを使用することによって、２つのバッテリパックの１つが学習サイクル・バッテリ放電中であっても、利用可能なバッテリ全体充電容量がさらに改善される。

次に、引き続き図１を参照しながら図２を参照すると、例えば、電子データ記憶システムまたは装置と共に使用され、バッテリ・バックアップ・ユニットの一部として含まれるバッテリパックの、改良型バッテリ状態学習サイクル方法のブロック図５０が示されている。バッテリ・バックアップ・ユニット１０の動作について、改良型学習サイクル方法５０に沿って論じる。上記で論じたように、本発明の実施形態によれば、バッテリ・バックアップ・ユニットは、２つ以上の別個のバッテリパックとして構成される。各バッテリパックは、典型的には１つまたは複数の個々のバッテリ電池を含む。例えば、本発明の一実施形態によれば、バッテリ・バックアップ・ユニットは、電池９個のバッテリパックが２つとして構成された１８個のバッテリ電池を含み、各バッテリパックは、直列３個×並列３個に構成される。すなわち、電池９個のバッテリパックはそれぞれ、並列に接続された３つのブランチを含み、各ブランチは、直列に接続された３個のバッテリ電池を有する。

方法５０は、学習サイクルを実施するために、２つ（またはそれ以上）のバッテリパックの１つを選択するステップ５２を含む。充電回路２０は、例えば、制御器スイッチ２２を介して、任意の所与時間において、バッテリ状態学習サイクルを実施するのに、ただ１つのバッテリパックだけを選択または識別するように構成される。通常、バッテリ状態学習サイクルは、バッテリ・バックアップ・ユニットで周期的に実施される。本発明の実施形態によれば、制御器スイッチ２２は、学習サイクルに第１のバッテリパック１２を周期的に選択する。第１のバッテリパックの学習サイクルが完了すると、次いで、制御器スイッチ２２は、学習サイクルに第２のバッテリパック１４（または別のバッテリパック）を選択することができる。この場合も、任意の所与時間において、ただ１つのバッテリパックだけが学習サイクルを実施する。また、制御器スイッチ２２が学習サイクル用のバッテリパックを選択する方式は、データ記憶装置制御器２４から制御器スイッチ２２に送信される命令に基づくことができる。

方法５０はまた、学習サイクルに選択されたバッテリパックから調整電圧源を切断するステップ５４を含む。通常動作の間、バッテリ・バックアップ・ユニット１０は、（充電回路２０を介して）直流（ＤＣ）電圧源２６に結合され、この電圧源２６は、低ドロップアウト（ＬＤＯ）調整器、またはバッテリ・バックアップ・ユニット１０に印加されるＤＣ電圧を調整する他の適当な構成要素などの調整器２８によって調整されている。例えば、２０ボルトＤＣ電圧源は、バッテリ・バックアップ・ユニット１０と共に使用するために約８．４ボルトに調整することができる。しかし、バッテリパックの学習サイクルの放電段階の間にそのバッテリパックから排流される充電容量を正確に測定するには、調整ＤＣ入力電圧を切断しなければならない。したがって、選択されたバッテリパックでどのような学習サイクルを実施する前にも、充電回路２０は、例えば、制御器スイッチ２２を介して、学習サイクルに選択されたバッテリパックから調整ＤＣ入力電圧源を切断する。学習サイクルが完了すると、調整ＤＣ電圧源は、バッテリ・バックアップ・ユニット１０に再度接続される。

方法５０はまた、学習サイクルに選択されたバッテリパックに学習サイクル負荷を結合させるステップ５６を含む。充電回路２０が、例えば、制御器スイッチ２２を介して、バッテリパックのどの１つでバッテリ状態学習サイクルを実施するかを選択し、その選択されたバッテリパックから調整ＤＣ入力電圧を切断した後、制御器スイッチ２２は、選択されたバッテリパックに学習サイクル放電負荷（学習負荷）３２を結合させることによって学習サイクルを開始する。この特定の時点において、学習負荷３２は、他のどのバッテリパックにも結合されない。学習負荷３２は、選択されたバッテリパックを放電させることができる適当などのような負荷でもよい。典型的には、学習負荷３２のインピーダンス値は、データ記憶装置全体のシステム負荷の実際のインピーダンスのほんの数分の一である。学習負荷３２は、典型的にはバッテリ・バックアップ・ユニットの外部にあり、データ記憶装置内に含まれるか、またはデータ記憶装置の外部にあり、そこに結合される。

例えば、図３を参照すると、図１に示すバッテリ・バックアップ・ユニット１０を含む電子データ記憶装置４０が示されている。図示のように、学習サイクル放電負荷３２は、バッテリ・バックアップ・ユニット１０の外部にある。また、学習サイクル放電負荷３２は、電子データ記憶装置４０内に含まれている。あるいは、学習サイクル放電負荷３２は、電子データ記憶装置４０の外部とし、そこに結合させてもよい。

再び図２に戻ると、方法５０はまた、選択されたバッテリパックを学習サイクル放電深度まで放電させるステップ５８を含む。学習サイクル放電負荷３２が選択されたバッテリパックに結合された後は、制御器スイッチ２２が（システム・ファームウェアを介して）、選択されたバッテリパックの放電深度が学習サイクル放電深度レベルまで下がるように監視する。典型的には、学習負荷放電深度レベルは、選択されたバッテリパックが、バッテリ学習サイクルの放電段階において完全に放電されたと考えられる放電深度レベルである。例えば、通常は、クーロン・カウント法を用いてバッテリ充電容量を決定するには、学習負荷の放電深度レベルは、典型的にはバッテリパックの総充電容量の約８０％である。すなわち、従来では、学習サイクルを行っているバッテリは、学習サイクルの放電段階の間、典型的には、その総容量の８０％が放電される。

本発明の実施形態によれば、選択されたバッテリパックの学習負荷放電深度は約４０％だけである。したがって、選択されたバッテリパックは、学習サイクルの放電段階の間、その総容量の４０％が放電されるだけでよい。学習負荷放電深度レベルのこうした低減は、クーロン・カウント法を使用する代わりに、インピーダンス追跡ガス・ゲージおよび同様の容量ゲージを用いてバッテリ充電容量を決定することによって可能となる。学習負荷放電深度の低減によって時間が節約され、したがって、バッテリ状態学習サイクルを実施するのにかかる全所要時間が短縮される。また、放電深度レベルの低減によって、バッテリの寿命が長時間にわたって延びることになり、これは、バッテリ放電（およびその後の充電）のレベルが、従来の学習サイクル下で生じるほど大きくはないためである。

また、本発明の実施形態によれば、学習負荷放電深度レベルの低減によって、データ記憶装置への電力損失の際にデータ記憶装置にバックアップ電力を供給するために利用できる充電容量がより多く残ることになる。学習サイクルに選択されなかった１つのバッテリパック（または複数のバッテリパック）の満充電容量と組み合わせ、選択されたバッテリパックから利用できる充電容量の増大によって、バッテリ・バックアップ・ユニット１０が、データ記憶装置４０のキャッシュ・メモリ素子（図３のキャッシュ・メモリ素子４２として示される）内に記憶されたすべてのデータが不揮発性データ記憶装置（図３の記憶装置４４として示す）にオフロードされることが可能となるのに十分な充電容量レベルを維持することが可能となる。したがって、学習サイクルに選択されなかったバッテリパックの満充電容量と組み合わせ、選択されたバッテリパックから利用できる充電容量の増大によって、装置制御器２４がライトバック・キャッシュ・モードからライトスルー・キャッシュ・モードに切り換わらないように維持するのに十分ともなる。このようにして、ライトスルー・キャッシングに起因するシステム性能劣化が防止される。さらに、キャッシュ方式がライトバック・キャッシュ・モードからライトスルー・キャッシュ・モードに切り換わるのを防止するために十分な容量の「空き（ｈｅａｄ ｒｏｏｍ）」を得るためにバッテリ・バックアップ・ユニットを過剰に大型化することも回避される。

すなわち、従来は、装置のキャッシュ方式がライトバック・キャッシュ・モードからライトスルー・キャッシュ・モードに切り換わるのを防止するには、バッテリ・バックアップ・ユニットの総充電容量の２０％が、装置のキャッシュ方式がライトバック・キャッシュ・モードからライトスルー・キャッシュ・モードに切り換わるのを防止するのに十分な量の充電容量となるまで装置のバッテリ・バックアップ・ユニットを大型化しなければならないことになる。この場合、学習サイクルの放電段階中の放電深度を８０％とする。本発明の実施形態によれば、バッテリ・バックアップ・ユニットは、選択されなかった１つ（または複数）のバッテリパックと組み合わせると、学習サイクルに選択されたバッテリパックの６０％でキャッシュ方式の切換えを防止するのに十分となるようにサイズ設定するだけでよい。この場合、学習サイクルの放電段階中の放電深度を４０％とする。

方法５０はまた、選択されたバッテリパックから排流される充電容量を決定するステップ６２を含む。先に論じたように、選択されたバッテリパックに学習サイクル負荷３２を結合させることによって、充電回路２０は、制御器スイッチ２２を介して、選択されたバッテリパックで学習サイクルの放電段階を開始する。選択されたバッテリパックが放電されている際、選択されたバッテリパックに対応するバッテリ充電容量ゲージが、選択されたバッテリパックから放電される充電容量の量を監視する。上記で論じたように、インピーダンス追跡ガス・ゲージでは、ゲージのインピーダンス・テーブルを更新するのに４０％の放電深度しか必要とならず、これは、選択されたバッテリパックの利用可能な充電容量の量を決定するために使用される。

方法５０はまた、選択されたバッテリパックを充電するステップ６４を含む。選択されたバッテリパックが、学習サイクルの放電段階において十分放電された（例えば、４０％の放電深度）後は、制御器スイッチ２２は、選択されたバッテリパックから学習負荷３２を切断し、学習サイクルの充電段階を開始する。充電回路２０は、選択されたバッテリパックに充電回路２０のスイッチ・ノードを結合させることによって、学習サイクルの充電段階を開始する。充電回路２０は、バッテリパックをその満充電容量まで充電するのに適したどのような回路（または構成要素）でもよい。充電回路２０は、典型的には、バッテリ・バックアップ・ユニット１０内に含まれるが、充電回路２０は、バッテリ・バックアップ・ユニット１０の外部とし、そこに結合させてもよい。

本発明の実施形態によれば、バッテリ・バックアップ・ユニットは、２つ（またはそれ以上）の別個のバッテリパックとして構成され、任意の所与時間において、どのようなバッテリ状態学習サイクルも、ただ１つのバッテリパックだけで実施され、他方のバッテリパック（または複数のバッテリパック）は満充電容量のまま維持される。したがって、任意の所与時間において、学習サイクル中でさえも、バッテリ・バックアップ・ユニット１０の利用可能な最小充電容量は、学習サイクルを行っていない１つのバッテリパックまたは複数のバッテリパックの満充電容量および学習サイクル・バッテリパックの残存充電容量となる。インピーダンス追跡ガス・ゲージまたは他の適当な容量ゲージを用いると、学習サイクル・バッテリパックの利用可能な充電容量は、学習サイクルの放電段階中でさえも、利用可能な総充電容量の少なくとも６０％（４０％の放電深度とする）となる。本発明の実施形態によれば、従来のサイズのバッテリパック・ユニットでは、かかる利用可能な最小充電容量で、通常、データ記憶装置のキャッシュに格納されたすべてのデータが、物理的データ記憶装置にオフロードされることが可能となるのに十分となる。また、学習サイクル中でさえも、バッテリ・バックアップ・ユニットは、データ記憶装置がライトバック・キャッシュ・モードからライトスルー・キャッシュ・モードに切り換わるのを防止するのに十分な充電容量を有する。

一例として、データ記憶装置が典型的なシステム負荷下で１００アンペア時のキャッシュ方式要件を有する場合、従来のバッテリ・バックアップ・ユニット構成では、学習サイクル（８０％の放電深度とする）中に、利用可能なバッテリ電荷が１００アンペア時の閾値レベルを下回るまで下がるのを防止するために、バッテリ・バックアップ・ユニットを約５００アンペア時まで大型化しなければならないことになる。すなわち、５００アンペア時の２０％は、１００アンペア時である。それに比べると、本発明の実施形態によれば、バッテリ・バックアップ・ユニットは、学習サイクル中でさえも、１００アンペア時の充電容量を維持するために１２５アンペア時だけ供給するようにサイズ設定すればよい。かかる要件は、それぞれが６２．５アンペア時の満充電容量を有する２つのバッテリパックを有するバッテリ・バックアップ・ユニットによって満たされることになる。すなわち、６２．５アンペア時の６０％（４０％の放電深度とする）（学習サイクル・バッテリパック）は、３７．５アンペア時であり、６２．５アンペア時の１００％（学習サイクルが実施されていないバッテリパック）と組み合わせると、１００アンペア時となる。したがって、この例では、従来のバッテリ・バックアップ・ユニットでは、バッテリ状態学習サイクルにわたって規定の充電容量レベルを維持するには、本発明の実施形態によるバッテリ・バックアップ・ユニットよりも４倍大きくしなければならないことになる。

添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の趣旨および範囲、ならびにそれらの均等物の全範囲から逸脱することなく、本明細書に記載の実施形態には多くの変更および代替を行うことができることが当業者には明白となろう。例えば、バッテリ・バックアップ・ユニットは、任意の所与時間においてただ１つのバッテリパックだけで学習サイクルが実施される限り、２つ以上のバッテリパックとして構成することができる。

Claims (20)

1. データ記憶装置用のバッテリ・バックアップ・ユニットであって、前記データ記憶装置が、中にデータを記憶するように構成されたキャッシュ・メモリ素子を含み、前記バッテリ・バックアップ・ユニットが、
   第１の充電容量を有する第１のバッテリパックと、
   前記第１のバッテリパックに結合された第１のバッテリ充電容量ゲージと、
   第２の充電容量を有する少なくとも１つの第２のバッテリパックと、
   前記第２のバッテリパックに結合された第２のバッテリ充電容量ゲージと、
   前記第１のバッテリパックと前記少なくとも１つの第２のバッテリパックとの間に結合された充電回路であって、制御器スイッチを含む充電回路とを備え、
   前記制御器スイッチが、所与時間において、ただ１つのバッテリパックだけがバッテリ学習サイクルを実施するように、学習サイクル負荷と、前記第１のバッテリパックと第２のバッテリパックとの間の前記充電回路とを結合させるように構成され、
   前記第１および第２のバッテリ充電容量ゲージが、対応する前記バッテリパックによって実施されるバッテリ学習サイクルの間、対応する前記バッテリパックの放電深度レベルが、前記学習サイクルの間放電されている前記バッテリパックの前記第１の充電容量と、放電されていない前記バッテリパックの前記第２の充電容量とを組み合わせると、前記キャッシュ内に記憶された前記データが、前記データ記憶装置に結合された物理的データ記憶装置にオフロードされることが可能となるのに十分なレベルとなるように構成されるバッテリ・バックアップ・ユニット。
2. 放電されている前記バッテリパックの前記放電深度レベルが、放電されている前記バッテリパックの前記第１の充電容量と、放電されていない前記バッテリパックの前記第２の充電容量とを組み合わせると、そこを下回ると前記データ記憶装置がライトバック・キャッシュ・モードからライトスルー・キャッシュ・モードに切り換わることになる閾値レベルよりも大きくなるレベルである、請求項１に記載のバッテリ・バックアップ・ユニット。
3. 前記第１および第２のバッテリ充電容量ゲージの少なくとも一方が、インピーダンス追跡ガス・ゲージをさらに備える、請求項１に記載のバッテリ・バックアップ・ユニット。
4. 前記バッテリ・バックアップ・ユニットが１８個のバッテリ電池を含み、前記第１のバッテリパックおよび前記第２のバッテリパックがそれぞれ、互いに並列に接続された３つのブランチとして構成された９個のバッテリ電池を備え、各ブランチが、直列に接続された３個のバッテリ電池を含む、請求項１に記載のバッテリ・バックアップ・ユニット。
5. 前記バッテリ学習サイクルを実施している前記バッテリパックの前記放電深度（ＤＯＤ）レベルが、前記バッテリパックの満充電容量の約４０％である、請求項１に記載のバッテリ・バックアップ・ユニット。
6. 前記バッテリ学習サイクルを実施していない前記バッテリパックの前記充電容量が、充電容量の１００％のまま維持される、請求項１に記載のバッテリ・バックアップ・ユニット。
7. 前記データ記憶装置が、システム負荷を含み、前記制御器スイッチが、前記第１のバッテリパックと前記第２のバッテリパックとを、前記データ記憶装置の前記システム負荷に切換え可能に結合させることによって、前記第１のバッテリパックと前記第２のバッテリパックとの間で負荷シェアリングを実施するようにさらに構成される、請求項１に記載のバッテリ・バックアップ・ユニット。
8. 前記データ記憶装置が、前記制御器スイッチに結合された調整直流（ＤＣ）電圧源を含み、前記制御器スイッチが、前記バッテリ学習サイクルを実施している前記バッテリパックに前記学習サイクル負荷を結合させる前に、前記制御器スイッチから前記調整ＤＣ電圧源を切断するように構成される、請求項１に記載のバッテリ・バックアップ・ユニット。
9. 前記第１および第２のバッテリパックの少なくとも一方が、複数のリチウム・イオン・バッテリを含む、請求項１に記載のバッテリ・バックアップ・ユニット。
10. データ記憶装置用のバッテリ・バックアップ・ユニットでバッテリ学習サイクルを実施する方法であって、前記データ記憶装置がキャッシュ・メモリ素子を含み、前記バッテリ・バックアップ・ユニットが、第１のバッテリパックと、前記第１のバッテリパックに結合された第１のバッテリ充電容量ゲージと、少なくとも１つの第２のバッテリパックと、前記第２のバッテリパックに結合された第２のバッテリ充電容量ゲージと、前記第１のバッテリパックと前記第２のバッテリパックとの間に結合された充電回路であって、制御器スイッチを含む充電回路とを含み、前記方法が、
    前記制御器スイッチによって、前記第１のバッテリパックおよび前記第２のバッテリパックのただ１つだけを、学習サイクルを実施するために選択するステップと、
    前記制御器スイッチによって、前記選択されたバッテリパックに学習サイクル負荷を結合させることによって、前記選択されたバッテリパックを放電させるステップとを含み、前記選択されたバッテリパックが、学習サイクル放電深度レベルまで放電され、前記学習サイクル放電深度レベルが、前記選択されたバッテリパックの残存充電容量と、学習サイクルを実施するために選択されなかった前記バッテリパックの前記充電容量とを組み合わせると、前記データ記憶装置が、前記キャッシュ・メモリ素子内に記憶されたキャッシュ格納データを、前記データ記憶装置に結合された物理的データ記憶装置にオフロードすることが可能となるのに十分なレベルである方法。
11. 前記放電ステップが、放電されている前記選択されたバッテリパックの前記残存充電容量と、放電されていない前記バッテリパックの前記充電容量とを組み合わせると、そこを下回ると前記データ記憶装置がライトバック・キャッシュ・モードからライトスルー・キャッシュ・モードに切り換わることになる閾値レベルよりも大きくなるように、前記選択されたバッテリパックを学習サイクル放電深度レベルまで放電させる、請求項１０に記載の方法。
12. 前記放電ステップの間に、前記選択されたバッテリパックから排流される前記充電容量を決定するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
13. 前記決定ステップが、インピーダンス追跡ガス・ゲージを用いて実施される、請求項１２に記載の方法。
14. 前記放電ステップが、前記選択されたバッテリパックを、前記選択されたバッテリパックの満充電容量の約４０％の学習サイクル放電深度レベルまで放電させる、請求項１０に記載の方法。
15. 前記放電ステップが、任意の所与時間において、ただ１つのバッテリパックだけを放電させ、他のすべてのバッテリパックは満充電容量のまま維持されることを含む、請求項１０に記載の方法。
16. 前記データ記憶装置が、前記制御器スイッチに結合された調整直流（ＤＣ）電圧源を含み、前記方法が、前記選択されたバッテリパックを放電させる前に、前記制御器スイッチから前記調整ＤＣ電圧源を切断するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
17. 前記選択されたバッテリが、前記学習サイクル放電深度レベルまで放電された後、前記充電回路を前記選択されたバッテリに結合させることによって、前記選択されたバッテリパックを充電するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
18. 中にキャッシュ・データを記憶し、物理的データ記憶装置に結合するように構成されたキャッシュ・メモリ素子と；
    第１のバッテリパックと、
    前記第１のバッテリパックに結合された第１のインピーダンス追跡ガス・ゲージと、
    少なくとも１つの第２のバッテリパックと、
    前記第２のバッテリパックに結合された第２のインピーダンス追跡ガス・ゲージと、
    前記第１のバッテリパックと前記少なくとも１つの第２のバッテリパックとの間に結合されたバッテリ充電回路であって、制御器スイッチを含むバッテリ充電回路とを備えるバッテリ・バックアップ・ユニットと；
    前記制御器スイッチに結合された学習サイクル放電負荷と；
    前記キャッシュ・メモリ素子および前記制御器スイッチに結合され、前記キャッシュ・メモリ素子を前記物理的データ記憶装置に結合させるように構成された装置制御器とを備えたデータ記憶装置であって、
    前記制御器スイッチが、任意の所与時間において、ただ１つのバッテリパックだけがバッテリ学習サイクルを実施するように、前記学習サイクル負荷と、前記第１のバッテリパックと第２のバッテリパックとの間の前記充電回路とを結合させるように構成され、
    前記第１および第２のバッテリ充電容量ゲージが、対応する前記バッテリパックによって実施されるバッテリ学習サイクルの間、対応する前記バッテリパックの放電深度レベルが、前記学習サイクルの間放電されている前記バッテリパックの充電容量と、放電されていない前記バッテリパックの充電容量とを組み合わせると、前記キャッシュ・メモリ素子内に記憶された前記データが、前記データ記憶装置に結合された前記物理的データ記憶装置にオフロードされることが可能となるのに十分なレベルとなるように構成されるデータ記憶装置。
19. 放電されている前記バッテリパックの前記放電深度レベルが、放電されている前記バッテリパックの前記充電容量と、放電されていない前記バッテリパックの前記充電容量とを組み合わせると、そこを下回ると前記データ記憶装置がライトバック・キャッシュ・モードからライトスルー・キャッシュ・モードに切り換わることになる閾値レベルよりも大きくなるレベルである、請求項１８に記載のデータ記憶装置。
20. 前記第１および第２のバッテリ充電容量ゲージの少なくとも一方が、インピーダンス追跡ガス・ゲージをさらに備える、請求項１８に記載のデータ記憶装置。

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