JP2017167162A - 電池制御ｉｃ及びコンピュータシステム - Google Patents

Abstract

【課題】短時間大電流モードでの組電池の余裕電力値を速やかに算出することが可能な電池制御ＩＣを提供すること。
【解決手段】一実施の形態によれば、電池制御ＩＣ１１は、通常電流モードの場合に、組電池を構成する複数の二次電池セルＣ＿１〜Ｃ＿Ｍのそれぞれの電圧値を測定し、短時間大電流モードの場合に、通常電流モードにおいて最小電圧値を示した単位電池セルの電圧値を測定する電圧測定部１１３と、通常電流モードにおいて最小電圧値を示した単位電池セルの短時間大電流モードにおける電圧値に基づいて、短時間大電流モードにおける組電池の余裕電力値Ｐｍａｘを算出する演算部１１６と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は電池制御ＩＣ及びコンピュータシステムに関する。

ＰＣ(Personal Computer)に搭載されるＣＰＵ(Central Processing Unit)の中には、消費電力、演算性能及び信頼性（寿命）のバランスをとるために、可変周波数機能を有するものがある。可変周波数機能を有するＣＰＵは、通常動作時には、クロック周波数を低くすることにより、消費電力の増大を抑制したり、ＣＰＵの温度を低く保って信頼性の低下を防いだりする。一方、アプリケーションからのリソース要求が大きくなってくると、可変周波数機能を有するＣＰＵは、クロック周波数を高くすることにより、演算性能を向上させる。ただし、クロック周波数を長時間高くすると、消費電力が増大したり、ＣＰＵの温度が上昇して信頼性が低下したりするため、クロック周波数を高くする期間は例えば１０ｍｓ程度に短く設定される。

なお、可変周波数機能を有するＣＰＵは、複数の二次電池セルを組み合わせた組電池（バッテリー）からの電力によって駆動されている場合、当該組電池の余裕電力に基づいて、高速動作時のクロック周波数を決定している（より具体的には、高速動作時のクロック周波数を通常動作時のクロック周波数からどの程度上昇させるかを決定している）。ここで、組電池の余裕電力値を算出する電池制御用半導体集積回路装置（以下、電池制御ＩＣと称す）は、高速動作が実施される短い期間内に、速やかに組電池の余裕電力値を算出することが求められている。

ところで、特許文献１には、放電過電流の検出電流値を高精度に測定する評価装置が開示されている。また、特許文献２には、過充放電を防止するとともに、電池の使用可能容量範囲を簡素な構成で拡大して小型軽量化を実現した車載組電池制御装置が開示されている。また、特許文献３には、電池の使用状態に応じた電池の残容量を外部に出力することが可能で、かつ、充電電池の使用効率を向上させることができる内部回路を有する充電電池が開示されている。

特開２０１０−３４０１６号公報 特開２００３−７９０５９号公報 特開２００１−５１０２９号公報

上述のように、電池制御ＩＣ（電池制御用半導体集積回路装置）は、ＣＰＵ又はそれを搭載したシステムの高速動作が実施される短い期間内に、速やかに組電池の余裕電力値を算出することが求められている。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態によれば、電池制御ＩＣは、組電池を構成する複数の単位電池セルのうち通常電流モードにおいて最小電圧値を示した単位電池セルの短時間大電流モードにおける電圧値に基づいて、短時間大電流モードにおける前記組電池の余裕電力値を算出する演算部を備える。

また、一実施の形態によれば、電池制御ＩＣの制御方法は、組電池を構成する複数の単位電池セルのうち通常電流モードにおいて最小電圧値を示した単位電池セルの短時間大電流モードにおける電圧値に基づいて、短時間大電流モードにおける前記組電池の余裕電力値を算出する。

また、一実施の形態によれば、電池制御ＩＣの制御方法は、短時間大電流モードの期間が含まれる測定周期において測定された前記単位電池セルの電圧値と、短時間大電流モードの期間が含まれない測定周期において測定された前記単位電池セルの電圧値と、の差分に基づいて、前記組電池の余裕電力値を算出する。

前記一実施の形態によれば、短時間大電流モードでの組電池の余裕電力値を速やかに算出することが可能な電池制御ＩＣを提供することができる。

実施の形態１にかかる電池制御ＩＣを搭載したコンピュータシステムの構成例を示すブロック図である。 実施の形態１にかかる電池制御ＩＣの動作を示すフローチャートである。 実施の形態１にかかる電池制御ＩＣの余裕電力値Ｐｍａｘの算出動作を示すフローチャートである。 第１比較例にかかる電池制御ＩＣを説明するための図である。 第２比較例にかかる電池制御ＩＣを説明するための図である。 実施の形態１にかかる電池制御ＩＣを説明するための図である。 実施の形態２にかかる電池制御ＩＣを搭載したコンピュータシステムの構成例を示すブロック図である。 実施の形態２にかかる電池制御ＩＣによって参照される初期値テーブルの概念図である。 実施の形態２にかかる電池制御ＩＣによって参照される初期値テーブルを説明するための図である。 実施の形態３にかかる電池制御ＩＣによって参照される初期値テーブルの補正方法を説明するための図である。 実施の形態４にかかる電池制御ＩＣの動作を示すタイミングチャートである。

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について説明する。なお、図面は簡略的なものであるから、この図面の記載を根拠として実施の形態の技術的範囲を狭く解釈してはならない。また、同一の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、応用例、詳細説明、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（動作ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数等（個数、数値、量、範囲等を含む）についても同様である。

＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１にかかる電池制御用半導体集積回路装置（以下、電池制御ＩＣと称す）を搭載したコンピュータシステムを示すブロック図である。電池制御ＩＣは、特に制限されないが、シリコンのような１つの単結晶シリコンの半導体基板上に、公知のＣＭＯＳ製造プロセスを用いることによって形成されている。本実施の形態にかかる電池制御ＩＣは、組電池を構成する複数の二次電池セルのうち通常電流モードにおいて最小電圧値を示した二次電池セルの短時間大電流モードにおける電圧値に基づいて、短時間大電流モードにおける組電池の余裕電力値Ｐｍａｘを算出する。それにより、本実施の形態にかかる電池制御ＩＣは、回路規模を増大させることなく、短時間大電流モードでの組電池の余裕電力値を速やかに算出することができる。以下、具体的に説明する。

図１に示すコンピュータシステムは、バッテリーパック(Battery Pack)１と、システムボード(System Board)２と、により構成される。

システムボード２は、バッテリーパック１の電力が供給される負荷Ｌｄと、この負荷Ｌｄへの寄生抵抗Ｒｓｙｓと、必要に応じて外部電源が接続され外部電力が供給される外部電源接続端子と、を備える。なお、負荷Ｌｄの高電位側電源端子に在るノードＮｍｉｎの電圧は、負荷Ｌｄの動作を保障する最低電圧Ｖｍｉｎを規定する。システムボード２は、ノードＮｍｉｎの電圧が最低電圧Ｖｍｉｎ以上で正常に動作する。そのため、システムボード２は、外部電源およびバッテリーパック１にこの条件を満たすように要求する。または、バッテリーパック１からの情報により、この条件を満たすように負荷Ｌｄ自身の動作を制御する。

外部電源は、例えば、ＡＣアダプタ等である。また、負荷Ｌｄは、一つ以上の半導体部品によって構成されている。例えば、負荷Ｌｄは、ＭＰＵ(Micro Processing Unit)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＳＳＤ(Solid State Disk)等によって構成されている。

負荷Ｌｄは、通常動作モードでは、クロック周波数を低くすることにより、消費電力の増大を抑制したり、温度を低く保って信頼性の低下を防いだりする。一方、アプリケーションからのリソース要求が大きくなってくると、負荷Ｌｄは、クロック周波数を高くすることにより演算性能を向上させる。ただし、クロック周波数を長時間高くすると、消費電力が増大したり、温度が上昇して信頼性が低下したりするため、クロック周波数を高くする期間は例えば１０ｍｓ程度に短く設定される。

以下の説明では、基本的にはクロック周波数によって負荷Ｌｄの消費電力が決まり、負荷Ｌｄの処理内容によって消費電力は大きく変動しないものとする。したがって、クロック周波数が低い通常動作モードでは、負荷Ｌｄの消費電力は低く、クロック周波数が高い高速動作モードでは、負荷Ｌｄの消費電力は高い。先程挙げたように、主たる電力消費部品が半導体、特にＣＭＯＳ半導体である負荷Ｌｄは、この条件を満たす。なお、負荷Ｌｄの通常動作モードは、組電池の放電電流が少ないため、通常電流モードとも言うことができる。また、負荷Ｌｄの高速動作モードは、組電池の放電電流が多く短時間のため、短時間大電流モードとも言うことができる。

システムボード２は、バッテリーパック１に搭載された組電池を電源（又は電源の一部）にして動作する。換言すると、システムボード２は、組電池からの放電電流が供給されることにより動作する。その他、システムボード２は、外部電源接続端子にＡＣアダプタ等の外部電源が接続されている場合、外部電源から組電池に対して充電電流を供給することにより当該組電池を充電する。

バッテリーパック１は、組電池を構成するＭ個（Ｍは２以上の整数）の二次電池セル（単位電池セル）Ｃ＿１〜Ｃ＿Ｍと、充電制御回路１２と、放電制御回路１３と、電流測定用の抵抗素子Ｒｉと、これらと接続される電池制御ＩＣ１１と、組電池の電流パス上の寄生抵抗Ｒｂａｔと、を備える。

充電制御回路１２は、例えば、組電池の電流パス上に並列に設けられたダイオード及びＭＯＳトランジスタを有する。放電制御回路１３は、例えば、組電池の電流パス上に並列に設けられたダイオード及びＭＯＳトランジスタを有する。

例えば、組電池を充電する場合、電池制御ＩＣ１１からの制御信号により、充電制御回路１２のＭＯＳトランジスタはオンし、放電制御回路１３のＭＯＳトランジスタはオフする。それにより、システムボード２からの充電電流が、充電制御回路１２のＭＯＳトランジスタ及び放電制御回路１３のダイオードを介して組電池に供給される。一方、組電池が放電する場合、電池制御ＩＣ１１からの制御信号により、充電制御回路１２のＭＯＳトランジスタはオフし、放電制御回路１３のＭＯＳトランジスタはオンする。それにより、組電池からの放電電流が、放電制御回路１３のＭＯＳトランジスタ及び充電制御回路１２のダイオードを介してシステムボード２内の負荷Ｌｄに供給される。なお、寄生抵抗Ｒｂａｔは、充電制御回路１２及び放電制御回路１３内のそれぞれのＭＯＳトランジスタのオン抵抗を含む。

組電池を構成する二次電池セルＣ＿１〜Ｃ＿Ｍは、それぞれ、二次電池Ｂ＿１〜Ｂ＿Ｍと、二次電池Ｂ＿１〜Ｂ＿Ｍに直列接続された寄生抵抗Ｒ＿１〜Ｒ＿Ｍと、を有する。電流測定用の抵抗素子Ｒｉは、組電池の電流パス上に直列に設けられる。

電池制御ＩＣ１１は、レジスタ（記憶部）１１２と、電圧測定部１１３と、電流測定部１１４と、演算部１１６と、制御部１１１と、を備える。

レジスタ１１２は、各種パラメータを記憶する。電圧測定部１１３は、組電池を構成する二次電池セルＣ＿１〜Ｃ＿Ｍのそれぞれの電圧を測定する。具体的には、電圧測定部１１３は、二次電池セルＣ＿１〜Ｃ＿Ｍのそれぞれの両端の電位差を測定する。電流測定部１１４は、組電池の電流パスに流れる電流を測定する。具体的には、電流測定部１１４は、組電池の電流パス上に直列に設けられた抵抗素子Ｒｉの両端の電位差を測定することにより、当該電流パスに流れる電流を測定する。

演算部１１６は、電圧測定部１１３及び電流測定部１１４のそれぞれの測定結果に基づいて、組電池の余裕電力値Ｐｍａｘを出力する。なお、余裕電力値Ｐｍａｘとは、負荷Ｌｄが正常動作するための最低電圧Ｖｍｉｎ以上の電圧が負荷Ｌｄの電源端子（ノードＮｍｉｎ）に供給されることを条件にして、短時間大電流モード時に負荷に供給可能な組電池の電力値のことである。この余裕電力値Ｐｍａｘの情報は、システムボード２に供給される。

制御部１１１は、これらの構成要素の動作を制御したり、組電池の充放電の切り替えを制御したり、組電池が正常に動作するように充放電量を制御したりする。

（電池制御ＩＣ１１の動作）
続いて、図２を参照して、電池制御ＩＣ１１の動作について詳細に説明する。図２は、電池制御ＩＣ１１の動作を示すフローチャートである。なお、実線は処理の流れを表し、破線はデータの流れを表す。

図２に示すように、電池制御ＩＣ１１では、まず、初期設定が行われる（ステップＳ１０１）。初期設定では、例えば、モードの判定基準となる規定値（閾値）が設定される。初期設定の詳細については、後述する。

なお、各種パラメータ等のデータ記憶場所としてレジスタ１１２が用いられる。例えば、レジスタ１１２は、モードの判定基準となる規定値（閾値）、通常電流モードにて測定された電流値Ｉ＿ａ、短時間大電流モードにて測定された電流値Ｉ＿ｂ、及び、通常電流モードにて測定された二次電池セルＣ＿１〜Ｃ＿Ｍのそれぞれの電圧値Ｖｃｅｌｌ＿ａ＿１〜Ｖｃｅｌｌ＿ａ＿Ｍ（これら電圧値をまとめてＶｃｅｌｌ＿ａとも称する）等を記憶する。なお、モードの判定基準となる規定値の情報は、初期設定時（ステップＳ１０１）にシステムボード２から供給される。これらパラメータを含む各種パラメータの詳細についても、後述する。

次に、電圧測定処理、電流測定処理、及び、電力積分処理に分けて処理が行われる。電圧測定処理及び電流測定処理は並列に実行される。そして、電力積分処理では、電圧測定処理及び電流測定処理でのそれぞれの処理結果に基づいて、二次電池セルＣ＿１〜Ｃ＿Ｍの累積電力量（いわゆる電池残量）が算出される。

まず、電流測定処理について説明する。電流測定処理では、電流測定部１１４が、抵抗素子Ｒｉの両端の電位差を測定することで組電池の電流パスに流れる電流値Ｉを測定する（ステップＳ１０４）。

次に、電圧測定処理について説明する。電圧測定処理は、モード判定処理（ステップＳ１０２）、処理選択処理（ステップＳ１０３）、通常電流モード処理（ステップＳ１１０）、及び、短時間大電流モード処理（ステップＳ１２０）からなる。

電圧測定処理では、まず、モード判定処理が行われる（ステップＳ１０２）。モード判定処理では、例えば、制御部１１１が、電流測定部１１４により測定された電流値Ｉに基づいてモード判定を行う。具体的には、制御部１１１は、電流値Ｉが規定値以下である場合、通常電流モードであると判定し、電流値Ｉが規定値を超えている場合、短時間大電流モードであると判定する。なお、通常電流モードと判定されたときの電流値Ｉは、電流値Ｉ＿ａとしてレジスタ１１２に記憶され、短時間大電流モードと判定されたときの電流値Ｉは、電流値Ｉ＿ｂとしてレジスタ１１２に記憶される。

その後、モード判定結果に基づいて処理選択が行われる（ステップＳ１０３）。具体的には、通常電流モードと判定された場合（ステップＳ１０３のＹＥＳ）、通常電流モード処理（ステップＳ１１０）に移行し、短時間大電流モードと判定された場合（ステップＳ１０３のＮＯ）、短時間大電流モード処理（ステップＳ１２０）に移行する。なお、通常動作モード処理（ステップＳ１１０）及び短時間大電流モード処理（ステップＳ１２０）の何れの場合も、処理が完了すると、モード判定処理（ステップＳ１０２）に戻る。

次に、電力積分処理について説明する。電力積分処理では、電池制御ＩＣの基本機能の１つである組電池の累積電力量、いわゆる電池残量の計算を行う。通常電流モード処理（ステップＳ１１０）または短時間大電流モード処理（ステップＳ１２０）で測定し計算した、組電池の電圧と、その時の電流測定処理（ステップＳ１０４）で測定した電流値との積から消費電力値を計算する。その消費電力値を一定の間隔で求めて電力量とし、組電池全体の残電力量から減算することで、組電池の電池残量を求める。このフローでは組電池の放電モードの説明をしているが、組電池の充電モードの場合は電池残量に充電電力量を加算して組電池の電池残量を計算する。

（電池制御ＩＣ１１のさらに詳細な動作）
続いて、図３を参照して、電池制御ＩＣ１１のさらに詳細な動作について説明する。図３は、電池制御ＩＣ１１の余裕電力値Ｐｍａｘの算出動作を示すフローチャートである。

図３に示すように、電池制御ＩＣ１１では、まず、初期設定が行われる（ステップＳ１０１）。具体的には、初期設定では、通常電流モードでの各二次電池セルの寄生抵抗値、電流測定用の抵抗素子Ｒｉの抵抗値、寄生抵抗Ｒｂａｔの抵抗値、充電制御回路１２及び放電制御回路１３内のそれぞれのＭＯＳトランジスタのオン抵抗及びダイオードの順方向降下電圧ＶＦ、システムボード２の寄生抵抗Ｒｓｙｓの抵抗値、ノードＮｍｉｎの最低電圧Ｖｍｉｎ、及び、モードの判定基準となる規定値（閾値）が設定される。これらのパラメータは、システムボード２から外部パラメータとして供給され、レジスタ１１２に記憶される。

また、初期設定では、内部パラメータである変数Ｎ，ＭｉｎＮが初期値０に設定される。さらに、初期設定では、内部パラメータであるＶＣｍｉｎ、Ｍ、Ｖｃｅｌｌ＿ａ＿１〜Ｖｃｅｌｌ＿ａ＿Ｍ、Ｖｃｅｌｌ＿ｂ、Ｖｂａｔ＿ｂ等も設定される。これらの内部パラメータは、上記した外部パラメータとともに、レジスタ１１２に記憶される。

なお、変数Ｍは、二次電池セルの個数を示す。変数Ｎは、初期状態では０を示し、動作開始後では１〜Ｍの何れかの整数を示す。変数Ｖｃｅｌｌ＿ａ＿１〜Ｖｃｅｌｌ＿ａ＿Ｍは、通常電流モードにて測定された二次電池セルＣ＿１〜Ｃ＿Ｍのそれぞれの電圧値を示す。変数ＶＣｍｉｎは、通常電流モードにて測定された二次電池セルＣ＿１〜Ｃ＿Ｍのそれぞれの電圧値のうちの最小電圧値を示す。変数ＭｉｎＮは、通常電流モードにて最小電圧値を示した二次電池セルＣ＿ＭｉｎＮの情報（Ｎ値）を示す。変数ＭｉｎＮは、１からＭの間の整数値を取る。変数Ｖｃｅｌｌ＿ｂは、短時間大電流モードにて測定された二次電池セルＣ＿ＭｉｎＮの電圧値を示す。変数Ｖｂａｔ＿ｂは、短時間大電流モードでの組電池の最低電圧値を示す。

次に、電圧測定処理、電流測定処理、及び、電力積分処理に分けて処理が行われる。電流測定処理及び電力積分処理については、図２で説明した内容と同じであるため、図示及びその説明を省略する。

以下、電圧測定処理について説明する。電圧測定処理は、モード判定処理（ステップＳ１０２）、処理選択処理（ステップＳ１０３）、通常電流モード処理（ステップＳ１１０）、及び、短時間大電流モード処理（ステップＳ１２０）からなる。モード判定処理（ステップＳ１０２）及び処理選択処理（ステップＳ１０３）については、図２で説明した内容と同じである。したがって、以下では、主として、通常電流モード処理（ステップＳ１１０）、及び、短時間大電流モード処理（ステップＳ１２０）について説明する。

まず、通常電流モード処理（ステップＳ１１０）について説明する。
通常電流モード処理では、まず、変数Ｎが初期値０から１だけインクリメント（＋＋Ｎ又はＮ＝Ｎ＋１）される（ステップＳ１１１）。なお、インクリメントが繰り返されることにより変数Ｎの値が二次電池セルの数Ｍより大きくなると、変数Ｎは再び１に設定される（ステップＳ１１１）。そのため、変数Ｎは、初期状態では０を示し、動作開始後では１〜Ｍの整数を順に繰り返し示すこととなる。

次に、電圧測定部１１３によって二次電池セルＣ＿Ｎの電圧値Ｖｃｅｌｌ＿ａ＿Ｎの測定が行われる（ステップＳ１１２）。なお、上記したように、変数Ｎは、動作開始後では１〜Ｍの整数を順に繰り返し示す。そのため、電圧測定部１１３は、二次電池セルＣ＿１〜Ｃ＿Ｍのそれぞれの電圧値Ｖｃｅｌｌ＿ａ＿１〜Ｖｃｅｌｌ＿ａ＿Ｍを順に繰り返し測定することとなる。

次に、変数ＭｉｎＮ，ＶＣｍｉｎへの代入処理が行われる（ステップＳ１１３）。
例えば、変数ＭｉｎＮの値が初期値０を示す場合、変数ＭｉｎＮには、電圧測定時の変数Ｎの値（通常は１）がそのまま代入される。同時に、変数ＶＣｍｉｎには、このとき測定された電圧値Ｖｃｅｌｌ＿ａ＿Ｎがそのまま代入される。

その他、測定された電圧値Ｖｃｅｌｌ＿ａ＿Ｎが変数ＶＣｍｉｎより小さい場合、変数ＶＣｍｉｎには当該電圧値Ｖｃｅｌｌ＿ａ＿Ｎが代入される。同時に、変数ＭｉｎＮには、この電圧測定時の変数Ｎの値が代入される。この処理が繰り返されることで、変数ＶＣｍｉｎには、二次電池セルＣ＿１〜Ｃ＿Ｍのそれぞれの電圧値のうちの最小電圧値が代入され、変数ＭｉｎＮには、その最小電圧値を示す二次電池セルの情報（値Ｎ）が代入される。

続いて、短時間大電流モード処理（ステップＳ１２０）について説明する。
短時間大電流モード処理では、まず、電圧測定部１１３が、通常電流モードにて最小電圧値を示した二次電池セルＣ＿ＭｉｎＮの短時間大電流モードでの電圧値Ｖｃｅｌｌ＿ｂを測定する（ステップＳ１２１）。

次に、余裕電力値Ｐｍａｘ算出処理が行われる（ステップＳ１２２）。
まず、演算部１１６は、電圧値Ｖｃｅｌｌ＿ｂに二次電池セルの数Ｍを乗じて変数Ｖｂａｔ＿ｂに代入する（Ｖｂａｔ＿ｂ＝Ｖｃｅｌｌ＿ｂ×Ｍ）。したがって、変数Ｖｂａｔ＿ｂは、短時間大電流モードでの組電池の最低電圧を示す、ということができる。

次に、演算部１１６は、以下の式（１）に基づき、通常電流モードから短時間大電流モードに切り替わったことによる組電池の総寄生抵抗（Ｒｃｅｌｌ）を算出する。

Ｒｃｅｌｌ＝｜（Ｖｂａｔ＿ｂ−ＶＣｍｉｎ×Ｍ）｜／｜（Ｉ＿ｂ−Ｉ＿ａ）｜
・・・（１）

次に、演算部１１６は、以下の式（２）に基づき、短時間大電流モードにおける組電池の余裕電力値Ｐｍａｘを算出する。
Ｐｍａｘは、短時間大電流モードにおいて負荷Ｌｄの電源端子（ノードＮｍｉｎ）から組電池を経由してグランドに至るまでの電流経路を流れる最大電流と、通常電流モードにおいて組電池に流れる電流と、の差分に対応する電流値Ｉｍａｘと、負荷Ｌｄの電源端子に供給される電圧と、を乗じることにより求められる。ここで、負荷Ｌｄの電源端子には、負荷Ｌｄが正常動作するための最低電圧Ｖｍｉｎ以上の電圧が供給されることが条件となっている。そのため、Ｐｍａｘは、Ｉｍａｘ×Ｖｍｉｎで表される。なお、最大電流Ｉｍａｘは、組電池の電圧ＶＣｍｉｎ×Ｍと、負荷Ｌｄの電源端子に供給されるべき電圧Ｖｍｉｎと、の電位差からダイオード等の電圧降下分を差し引いた値（ＶＣｍｉｎ×Ｍ−Ｉ＿ａ×Ｒｃｅｌｌ−ＶＦ−Ｖｍｉｎ）を、上記電流経路上に設けられた総抵抗成分（Ｒｃｅｌｌ＋Ｒｂａｔ＋Ｒｉ＋Ｒｓｙｓ）で除することにより求められる。

Ｐｍａｘ＝（ＶＣｍｉｎ×Ｍ−Ｉ＿ａ×Ｒｃｅｌｌ−ＶＦ−Ｖｍｉｎ）／（Ｒｃｅｌｌ＋Ｒｂａｔ＋Ｒｉ＋Ｒｓｙｓ）×Ｖｍｉｎ ・・・（２）

なお、ＶＦは、組電池の放電時に働く充電制御回路１２内のダイオードの順方向降下電圧を示す。

その後、この余裕電力値Ｐｍａｘはシステムボード２に供給される（ステップＳ１２３）。システムボード２は、この余裕電力値Ｐｍａｘに基づいて、高速動作時のクロック周波数を決定する。

このように、本実施の形態にかかる電池制御ＩＣは、組電池を構成する複数の二次電池セルのうち通常電流モードにおいて最小電圧値を示した二次電池セルの短時間大電流モードにおける電圧値に基づいて、短時間大電流モードにおける組電池の余裕電力値Ｐｍａｘを算出する。それにより、本実施の形態にかかる電池制御ＩＣは、回路規模を増大させることなく、短時間大電流モードでの組電池の余裕電力値を速やかに算出することができる。

本実施の形態にかかる電池制御ＩＣ１１は、例えば、短時間大電流モードにおける組電池の余裕電力値Ｐｍａｘの情報を、随時（例えば１秒に１回）システムボード２に出力する。

なお、組電池の総寄生抵抗（インピーダンス）は、上記したように、組電池の放電電流の値（即ち、電流モード）によって変化するのが一般的である。そのため、短時間大電流モードにおける組電池の余裕電力値Ｐｍａｘは、当然ながら短時間大電流モードにて測定された二次電池セルの電圧値に基づいて算出された総寄生抵抗の差分Ｒｃｅｌｌに応じて算出されることが好ましい。しかし、短時間大電流モードに移行してからすべての二次電池セルの電圧値を測定する時間的余裕はない。他方、余裕電力値Ｐｍａｘの算出のためだけに意図的に短時間大電流モードにすることは、消費電力を増大させてしまうため好ましくない。そのため、電池制御ＩＣは、短時間大電流モードになったときに、通常電流モードにて測定された各二次電池セルの電圧値を活用して、効果的に組電池セルの余裕電力値Ｐｍａｘを算出することが求められる。本実施の形態にかかる電池制御ＩＣ１１は、このような要求を満たしているといえる。

（電池制御ＩＣ１１の効果の説明）
以下、図４Ａ〜図４Ｃを参照して、本実施の形態にかかる電池制御ＩＣの効果についてさらに詳細に説明する。図４Ａは、第１比較例にかかる電池制御ＩＣ５１の一部の構成及びそのタイミングチャートを示す図である。図４Ｂは、第２比較例にかかる電池制御ＩＣ６１の一部の構成及びそのタイミングチャートを示す図である。図４Ｃは、本実施の形態にかかる電池制御ＩＣ１１の一部の構成例及びそのタイミングチャートを示す図である。

以下では、組電池が３つの二次電池セルＣ＿１〜Ｃ＿３によって構成される場合を例に説明する。また、以下では、短時間大電流モード（大電流モード）の期間が１０ｍｓ、二次電池セルの電圧測定時間が４ｍｓである場合を例に説明する。

（第１比較例にかかる電池制御ＩＣ５１）
まず、図４Ａを参照して、第１比較例にかかる電池制御ＩＣ５１について説明する。
図４Ａに示す電池制御ＩＣ５１は、電圧測定部５１３と、電流測定部５１４と、演算部５１６と、を少なくとも備えている。なお、電圧測定部５１３、電流測定部５１４及び演算部５１６は、それぞれ、電圧測定部１１３、電流測定部１１４及び演算部１１６に対応する。

ここで、電圧測定部５１３は、３つの二次電池セルＣ＿１〜Ｃ＿３のそれぞれの電圧値を測定する３つのＡＤコンバータ５１３１〜５１３３を有する。電圧測定部５１３は、二次電池セルＣ＿１〜Ｃ＿３のそれぞれの電圧値を同時に測定する。そのため、電池制御ＩＣ５１は、短時間大電流モードに移行してから測定を開始しても、二次電池セルＣ＿１〜Ｃ＿３のそれぞれの電圧値を測定し終えることができる。つまり、電池制御ＩＣ５１は、短時間大電流モードでの組電池の余裕電力値Ｐｍａｘを速やかに算出することができる。

しかしながら、電池制御ＩＣ５１は、二次電池セルの数に応じた数のＡＤコンバータを備える必要があるため、回路規模の増大を抑制することができないという問題がある。

（第２比較例にかかる電池制御ＩＣ６１）
次に、図４Ｂを参照して、第２比較例にかかる電池制御ＩＣ６１について説明する。
図４Ｂに示す電池制御ＩＣ６１は、電圧測定部６１３と、電流測定部６１４と、演算部６１６と、を少なくとも備えている。なお、電圧測定部６１３、電流測定部６１４及び演算部６１６は、それぞれ、電圧測定部１１３、電流測定部１１４及び演算部１１６に対応する。

ここで、電圧測定部６１３は、選択部６１３１及び一つのＡＤコンバータ６１３２を有する。なお、選択部６１３１は、電圧測定部６１３とは別に設けられていてもよい。制御部６１１は、選択部６１３１により３つの二次電池セルＣ＿１〜Ｃ＿３の電圧値を一つずつ順に選択する。ＡＤコンバータ６１３２は、選択部６１３１によって選択された二次電池セルの電圧値を順に測定する。それにより、電池制御ＩＣ６１は、二次電池セルの数に関わらず、一つのＡＤコンバータで複数の二次電池セルの電圧値を測定することができる。つまり、電池制御ＩＣ６１は、回路規模を増大させることなく、複数の二次電池セルの電圧値を測定することができる。

しかしながら、電池制御ＩＣ６１は、二次電池セルＣ＿１〜Ｃ＿３のそれぞれの電圧値を順番に１つずつ測定するため、１つの電圧測定に例えば４ｍｓの時間がかかるとすると、短時間大電流モードの時間中（例えば１０ｍｓ）に、二次電池セルＣ＿１〜Ｃ＿３のすべての電圧値を測定しようとしても、全ての電圧測定に（４ｍｓ＋ｃ）×３＞１０ｍｓの時間がかかってしまう。つまり、短時間大電流モードの時間内に、全ての二次電池セルＣ＿１〜Ｃ＿３の電圧値を測定し終えることができない。ここで時間ｃは、１つの電圧測定と次の電圧測定の間の準備に必要な時間である。つまり、電池制御ＩＣ６１は、短時間大電流モードでの組電池の余裕電力値Ｐｍａｘを速やかに算出することができないという問題がある。

（本実施の形態にかかる電池制御ＩＣ１１）
次に、図４Ｃを参照して、本実施の形態にかかる電池制御ＩＣ１１について説明する。
図４Ｃに示す電池制御ＩＣ１１は、図１に示す構成と同じであるが、電圧測定部１１３として選択部１１３１及びＡＤコンバータ１１３２を備えている。なお、選択部１１３１は、電圧測定部１１３とは別に設けられてもよい。また、ＡＤコンバータの数は、二次電池セルの数より少なければよい。

ここで、電圧測定部１１３は、短時間大電流モードの場合に、通常電流モードで最小電圧値を示した二次電池セルの電圧値のみを測定する。そのため、電池制御ＩＣ１１は、回路規模を増大させることなく（少ない数のＡＤコンバータを用いて）、短時間大電流モードでの組電池の余裕電力値Ｐｍａｘを速やかに算出することができる。

＜実施の形態２＞
図５は、実施の形態２にかかる電池制御ＩＣを搭載したコンピュータシステムを示すブロック図である。図５に示す電池制御ＩＣ１１は、図１に示す電池制御ＩＣ１１と比較して、二次電池セル（換言すると、組電池）の温度を測定する温度測定部１１５をさらに備える。また、図５に示す電池制御ＩＣ１１は、二次電池セルの状態に応じた組電池の余裕電力値が複数格納された初期値テーブルをレジスタ１１２にさらに記憶している。図５に示す電池制御ＩＣ１１のその他の構成については、図１に示す電池制御ＩＣ１１の場合と同様であるため、その説明を省略する。

図６Ａは、本実施の形態にかかる電池制御ＩＣによって参照される初期値テーブルの概念図である。また、図６Ｂは、当該初期値テーブルを説明するための図である。

図６Ａ及び図６Ｂに示す初期値テーブルには、所定（例えば最小電圧値を示す）の二次電池セルの電圧値、区間平均電流値（累積電流量）及び温度に応じた組電池の余裕電力値Ｐｍａｘが格納されている。なお、横軸は、所定の二次電池セルの温度範囲（Ｔ−ｒａｔｅ１，Ｔ−ｒａｔｅ２等）を示し、縦軸は、所定の二次電池セルの電圧値範囲（Ｖ−ｒａｎｇｅ１，Ｖ−ｒａｎｇｅ２等）及び累積電流量（ＲＳＯＣ＿ｒａｎｇｅ１，ＲＳＯＣ＿ｒａｎｇｅ２等）を示す。

本実施の形態にかかる電池制御ＩＣ１１は、図６Ａ及び図６Ｂに示すような初期値テーブルの中から、測定された二次電池セルの電圧値、累積電流量及び温度に応じた余裕電力値Ｐｍａｘを抽出し、出力する。なお、所定の二次電池セルの電圧値、累積電流量及び温度の何れかが、初期値テーブルの範囲外である場合や境界部分にある場合には、線形補完されてもよい。

本実施の形態にかかる電池制御ＩＣ１１は、非線形な領域等、簡単な計算式のみでは精度の高い余裕電力値Ｐｍａｘを算出できない場合でも、初期値テーブルの精度を高めておけば、精度の高い余裕電力値Ｐｍａｘを出力することができる。

さらに、本実施の形態にかかる電池制御ＩＣ１１は、短時間大電流モードに一度も移行することなく通常電流モードを維持している状態でも、初期値テーブルの中から余裕電力値Ｐｍａｘを抽出して出力することができる。

＜実施の形態３＞
実施の形態３にかかる電池制御ＩＣ１１は、実施の形態２にかかる電池制御ＩＣ１１と比較して、初期値テーブルに設定されている余裕電力値Ｐｍａｘを、演算部１１６によって算出された余裕電力値Ｐｍａｘ（実測値）にあわせて自動的に補正する機能をさらに有する。

図７は、初期値テーブルの補正方法を説明するための図である。なお、図７中の実線は、ある温度範囲（Ｔ−ｒａｔｅ３）における累積電流量と電圧値との関係を示している。図７中の●は、初期値テーブルに最初に設定されている余裕電力値Ｐｍａｘを示している。図７中の○は、実施の形態１等で測定された余裕電力値Ｐｍａｘ（実測値）を示している。図７中の△は、実測値（図７中の○）に基づいて線形補完された余裕電力値Ｐｍａｘを示している。

本実施の形態にかかる電池制御ＩＣ１１は、初期値テーブルに設定されている複数の余裕電力値Ｐｍａｘ（図中の●）を、実測値（図中の○）又は実測値により線形補完された値（図中の△）に書き換える。それにより、二次電池セルの特性が変化（劣化）した場合でも、初期値テーブルの値と実測値との差を自動的に補正することができるため、経時変化が起きても精度良く余裕電力値Ｐｍａｘを出力し続けることができる。

＜実施の形態４＞
図８は、実施の形態４にかかる電池制御ＩＣの動作を示すタイミングチャートである。図８に示すように、本実施の形態にかかる電池制御ＩＣは、二次電池セルの電圧測定時間及び電圧測定周期を、短時間大電流モードの期間よりも大きくする。

それにより、短時間大電流モードが含まれる電圧測定周期においては、測定される二次電池セルの電圧値が低くなり、それ以外の電圧測定周期においては、測定される二次電池セルの電圧値が高くなる。この電圧値の差分を検出することにより、短時間大電流モードでの二次電池セルの電圧値を測定することが可能となる。

例えば、短時間大電流モードの期間が１０ｍｓ、電圧測定周期が２５ｍｓとする。そして、短時間大電流モードにて二次電池セルの電圧値が１０％低下したとする。このとき、短時間大電流モード全体が含まれる電圧測定周期では、それ以外の電圧測定周期の場合と比較して、４％（＝１０％×１０ｍｓ／２５ｍｓ）の電圧低下が観測される。言い換えると、ある電圧測定周期において他の電圧測定周期よりも４％の電圧低下が観測された場合には、短時間大電流モードにて二次電池セルの電圧値が１０％低下したことがわかる。

実施の形態１〜３の電池制御ＩＣでは、短時間大電流モードでの電圧を正確に求めようとすると、電圧測定時間及び電圧測定周期を短時間大電流モードの時間より十分に短くする必要がある。この場合、電圧測定部に高速かつ低ノイズのＡＤコンバータ等を採用しなければならなくなる。また、動作時の消費電力も大きくなってしまう。一方、本実施の形態にかかる電池制御ＩＣは、実用的な精度で、低消費電力で、短時間大電流モードでの二次電池セルの電圧値を測定することが可能になる。

なお、本実施の形態にかかる電池制御ＩＣの構成は、実施の形態１〜３にかかる電池制御ＩＣの構成に限られず、本実施の形態にて説明した動作を実現可能な他の構成であってもよい。

（関連技術との差異）
特許文献１、特許文献２及び特許文献３に開示された構成は、不意に短期間のみ発生する短時間大電流モードでの電圧値測定を想定していない。したがって、これら関連技術の構成では、短時間大電流モードでの組電池の余裕電力値を速やかに算出することができない。また、これら関連技術の構成は、大掛かりな測定装置であるため、動作時にリアルタイムで組電池の電圧値を測定する電池制御ＩＣにはそのまま適用できない。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。

１ システムボード
２ バッテリーパック
１１ 電池制御ＩＣ
１２ 充電制御回路
１３ 放電制御回路
１１１ 制御部
１１２ レジスタ
１１３ 電圧測定部
１１４ 電流測定部
１１５ 温度測定部
１１６ 演算部
Ｂ＿１〜Ｂ＿Ｍ 二次電池
Ｃ＿１〜Ｃ＿Ｍ 二次電池セル
Ｎｍｉｎ ノード
Ｒ＿１〜Ｒ＿Ｍ 寄生抵抗
Ｒｉ 抵抗素子
Ｒｂａｔ 寄生抵抗
Ｒｓｙｓ 寄生抵抗

Claims (7)

1. バッテリーパックとシステムボードによって構成されるコンピュータシステムの前記バッテリーパックに設けられた電池制御ＩＣであって、
   前記システムボードは、前記バッテリーパックの電力が供給される負荷を備え、
   前記バッテリーパックは、充放電可能な組電池と、前記組電池の充放電を制御する前記電池制御ＩＣと、を備え、
   前記電池制御ＩＣは、
   通常電流モードの場合に、前記組電池を構成するＭ（Ｍは２以上の整数）個の単位電池セルのそれぞれの電圧値を測定し、短時間大電流モードの場合に、通常電流モードにおいて最小電圧値を示した単位電池セルの電圧値を測定する電圧測定部と、
   通常電流モードの場合に、前記組電池に流れる電流値を測定し、短時間大電流モードの場合に、前記組電池に流れる電流値を測定する電流測定部と、
   演算部と、を備え、
   前記演算部は、
   通常電流モードにおいて最小電圧値を示した前記単位電池セルの短時間大電流モードに おける電圧値に、前記単位電池セルの個数Ｍを乗じることにより、短時間大電流モードにおける前記組電池の最低電圧を算出し、
   通常電流モードにおいて最小電圧値を示した前記単位電池セルの通常電流モードにおける電圧値に、前記単位電池セルの個数Ｍを乗じることにより、通常電流モードにおける前記組電池の最低電圧を算出し、
   短時間大電流モードにおける前記組電池の最低電圧と、通常電流モードにおける前記組電池の最低電圧と、の差電圧を、短時間大電流モードにおける前記組電池に流れる電流と、通常電流モードにおける前記組電池に流れる電流と、の差電流で除することにより、前記組電池の総寄生抵抗を算出し、
   前記負荷が正常動作するために当該負荷の電源端子に供給されるべき最低電圧と、短時間大電流モードにおいて前記組電池に流れる最大電流と通常電流モードにおいて前記組電池に流れる電流との差分に対応する値と、を乗じることにより、前記負荷が正常動作する ための最低電圧以上の電圧が当該負荷の電源端子に供給されることを条件にして、短時間大電流モードにおける前記組電池の余裕電力値を算出する、
   電池制御ＩＣ。
2. 前記電圧測定部は、短時間大電流モードの場合に、前記Ｍ個の単位電池セルのうち通常電流モードにおいて最小電圧値を示した単位電池セルの電圧値のみを測定する、請求項１に記載の電池制御ＩＣ。
3. 前記電圧測定部は、一度に一つの単位電池セルの電圧値のみを測定することが可能な電圧測定回路を、前記Ｍ個の単位電池セルよりも少ない数有する、請求項１に記載の電池制御ＩＣ。
4. 前記電圧測定部は、前記Ｍ個の単位電池セルよりも少ない数のＡＤコンバータを有する、請求項１に記載の電池制御ＩＣ。
5. 通常電流モードでの前記単位電池セルの電圧値、累積電流量及び温度に応じた短時間大電流モードでの前記組電池の余裕電力値が複数格納されたテーブルを記憶する記憶部をさらに有し、
   前記テーブルの中から、前記電圧測定部によって測定された前記単位電池セルの電圧値、累積電流量及び温度に応じた前記組電池の余裕電力値が抽出される、請求項１に記載の電池制御ＩＣ。
6. 前記テーブルに格納されている前記組電池の余裕電力値を、前記演算部によって算出された対応する前記組電池の余裕電力値に書き換える、請求項５に記載の電池制御ＩＣ。
7. 複数の単位電池セルを組み合わせた組電池と、
   前記組電池からの電力によって駆動される負荷を搭載したシステムボードと、
   前記組電池の余裕電力値を前記システムボードに対して出力する請求項１に記載の電池制御ＩＣと、を備えたコンピュータシステム。

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