JP4474095B2

JP4474095B2 - バッテリ駆動電子機器用の使用適応型残量計測

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Publication number: JP4474095B2
Application number: JP2002294629A
Authority: JP
Inventors: ヘザー・エヌ・ビーン
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 2001-10-09
Filing date: 2002-10-08
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2022-10-08
Also published as: US7107160B2; US20030069704A1; JP2003215219A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリ駆動電子機器に関する。特に、本発明は、バッテリに残っている充電レベルを示すバッテリ残量計測に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バッテリ駆動電子機器、すなわちバッテリから動作電力の一部またはすべてを得る機器は、一般に普及し、広く入手可能であり、広く使用されている。主に、かかる機器の最終的な価値および市場性は、信頼性のあるバッテリ電源によって決まる。そのため、信頼性のあるバッテリ電源の重要性が与えられると、大抵のバッテリ駆動電子機器は、何らかの形態のバッテリ「残量計(fuel gauge)」を提供する。「残量計測(fuel gauging)」によって生成されるバッテリ残量計は、バッテリの残存しているエネルギーまたは充電レベルの示唆または指示を表示する。正確な残量計測は、バッテリ駆動機器の信頼性と予測可能性とを一般に向上させる。対照的に、不正確な残量計測は、バッテリ駆動機器の外見上の信頼性を実際に低下させる可能性がある。
【０００３】
まず第一に、残量計測が用いられて、現在のまたは残存しているバッテリ充電レベルが機器のユーザに常に知らされる。さらに、残量計測は、時に、電子機器の予想される残りの動作時間の指示を提供することができる。表示された残量計読み値によって提供される情報を使用して、ユーザは、バッテリがタスクに対して当面十分な残存エネルギーを有している可能性があるか否かを判断することができる。ユーザは、残量計読み値に基づいて、バッテリに十分なエネルギーが無いと判断すると、バッテリを交換することができ、あるいは再充電可能バッテリの場合はバッテリを再充電することができる。このように、残量計測は、ユーザが、利用可能なバッテリエネルギーが不十分であることによるタスク中の動作電力の不都合なまたは不利益な喪失を避ける助けとなる。
【０００４】
ユーザに情報を提供するだけでなく、残量計測、またはより正確には電子機器によって収集されて残量計読み値を生成して表示するために使用されるデータは、バッテリの放電プロファイルにおいて所定のカットオフポイントに達したか否かを機器により判断するためにしばしば使用される。本明細書で使用するカットオフポイントは、バッテリの放電サイクルにおける、バッテリを使用して機器の所与の電圧および／または電流要求を満たすためには残存する利用可能なエネルギーが不十分となるポイントである。カットオフポイントに達したか否かおよび達する時を検出することにより、機器は、特に「ソフトシャットダウン」を起動することができる。かかる機器起動のソフトシャットダウンは、バッテリの「蓄電量の終わり」またはその近くでの適切な動作電力の予期しない損失という、あらゆる不適当なまたは不都合な結果を予防するか少なくとも軽減するのに役立つことが可能である。
【０００５】
正確なバッテリ残量計測は、バッテリ駆動電子機器の信頼性のために有用であり信頼性を向上させるが、かかる残量計測を実現することは、単純で簡単な事ではない。本技術分野において既知であるように、バッテリは、エネルギーを化学エネルギーとして蓄積し、蓄積したエネルギーを放出するように要求されると、化学エネルギーを電気エネルギーへと変換する素子である。バッテリは、バッテリに取付けられた回路または機器に電流および電圧として電気エネルギーを供給する。しかしながら、所与のバッテリに蓄積された現存または残存しているエネルギーや充電レベルを判断あるいは測定する便利な直接の手段は無い。さらに、蓄積された化学エネルギーのどれくらいが実際に機器に対して利用可能であるかを判断する直接の便利な方法は無い。
【０００６】
このため、残量計測は、バッテリの残存充電レベルを予測または推測する間接的な手段を一般に採用しなければならない。大抵の場合には、充電レベルを推測するために、時間の関数としてのバッテリ電圧および／またはバッテリ電流等のバッテリ特性が使用される。そして、これらのバッテリ特性の１つ以上のモニタからの測定データは、残量計アルゴリズムを使用して残量計読み値または結果へと変換される。
【０００７】
これらの点をさらに強調するために、バッテリの総利用可能エネルギーを判断する問題を考慮する。バッテリの総利用可能エネルギーは、完全な放電サイクル中にバッテリがどれくらいのエネルギーを機器に供給することができるかである。残量計測のために、通常、利用可能な総エネルギーの何らかの基準が使用される。バッテリからの総利用可能エネルギーは、一般に、複数の変数によって決まる。実際に、総利用可能エネルギーは、バッテリの化学的特性と、バッテリの物理的サイズと、バッテリの製造業者と、バッテリが機器によっていかに使用されるか（すなわち、バッテリが受ける負荷状態）とによって一般に決まる。最終的に、所与のバッテリからの総利用可能エネルギーは、カットオフポイント（cut-off point）に達する前にどれくらいのエネルギーが実際にバッテリから取出されるかによって判断される。このため、バッテリを消耗させることなく、バッテリからの総利用可能エネルギーを確認することは困難である。
【０００８】
再び残量計測の一般的な問題に戻ると、バッテリ駆動電子機器において残量計測を実行するために採用される、本質的に２つの主な技術または残量計アルゴリズムがある。すなわち、エネルギーモニタと電圧勾配モニタとである。エネルギーモニタは、しばしば電流モニタと呼ばれ、バッテリに流入してバッテリから流出するエネルギーを時間の関数としてモニタすることによる。開始ポイントにおける総利用可能エネルギーが既知である場合には、バッテリに流入しバッテリから流出するエネルギーを測定することにより、総利用可能エネルギーにおける正味変化を計算することができる。この技術には、エネルギー流を直接に測定するという利点がある。この技術の欠点は、開始ポイントにおいて総利用可能エネルギーが既知である必要があるということがある。放電中、総利用可能エネルギーはバッテリの化学的特性とサイズと製造業者と動的負荷状態とに著しく左右されるため、この技術はほとんどの場合には特定用途向けバッテリパックで使用される。特定用途向けバッテリパックは、特定の用途または機器に対して設計されたカスタムパッケージ化されたバッテリである。特定用途向けバッテリパックの総利用可能エネルギーを含む性能特性は、残量計測における予測される誤差を最低限にするように、機器製造業者が厳密に制御することができる。
【０００９】
一方、電圧勾配モニタは、バッテリ電圧の変化を時間の関数として（ｄｖ／ｄｔ）モニタする。そして、測定された電圧の値を使用して、残存エネルギーの量が判断される。電圧勾配モニタの有効性は、測定電圧値と残存エネルギーレベルとの間の正確な関係を有することによって決まる。一般に、これは、エネルギーを電圧に関連付ける曲線またはルックアップテーブルを使用して行われる。電圧勾配モニタの利点は、大抵の機器において容易に実現することができるということである。欠点は、電圧とエネルギーとの間にあり得る実際の関係の範囲に適応するように曲線またはルックアップテーブルを構成する必要があるということである。最低限でも、曲線またはルックアップテーブルは、機器において使用することができる適当なフォームファクタのバッテリの異なる製造業者によって提供されるある範囲のエネルギー容量を考慮しなければならない。問題は、複数の異なる化学的特性のうちのいずれか１つを有するバッテリを使用することができる機器においてさらに深刻化し、所与のエネルギーレベルにおけるバッテリ電圧がバッテリにもたらされている負荷に著しく左右されるという事実により、さらに悪化する。
【００１０】
バッテリの「化学的特性」とは、バッテリ内に電気をもたらす化学反応を引き起こして維持するために、バッテリにおいて使用される電解質と電極材料との特定の組合せをいう。現在のところ、アルカリと、高ドレインアルカリと、ニッケル水素（ＮｉＭＨ）と、ニッケル−カドミウム（ＮｉＣｄ）と、フォトリチウムまたはリチウム−硫化鉄（Ｌｉ−ＦｅＳ₂）とを含む種々の異なる化学的特性のバッテリが市販されている。さらに、これら化学的特性はすべて、限定されないが「単三電池（AA）」サイズを含む種々の共通のバッテリサイズまたはフォームファクタで利用可能である。
【００１１】
残量計測に対するバッテリの化学的特性の関連は、バッテリの化学反応と電気特性との直接の関係による。限定されないが、開回路電圧と負荷電圧と充電容量とピーク電流と再充電可能性をも含む、所与のバッテリの実質的にすべての測定可能な電気特性は、バッテリ内に発生する特定の化学反応の直接の結果である。反応速度や反応経路および関連する反応物質等のバッテリの化学反応に特有の性質は、まとめてバッテリの「反応速度論(reaction kinetics)」または単に「速度論」としばしば呼ばれる。バッテリの反応速度論は、バッテリの電気特性を決定する。このため、通常残量計測のためにモニタされる可能性のあるバッテリの電気特性のいずれも、バッテリの化学的特性によって直接に影響を受けることになるか、またはバッテリの化学的特性によって決まることになる。
【００１２】
例えば、完全充電(full charge)と、中間充電(mid charge)と、カットオフポイントとにおける開回路電圧は、化学的特性によって異なる可能性があり、実際に異なる。さらに、ピーク電流レベルと内部抵抗レベルとは、あらゆる化学的特性間で異なり、バッテリが負荷状態に置かれるときに測定電圧が異なることになる。このため、ある化学的特性に対して設計され、または「キャリブレーションされた」残量計測方法は、同じフォームファクタを使用する場合であっても別の化学的特性に対して特に正確または有効でない可能性がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
あたかもバッテリ充電レベルを判断する間接的な方法の使用に関連する問題が、複数のバッテリの化学的特性と複数の製造業者があることにより十分に複雑でないかのように、所与の製造業者からの所与の化学的特性の所与のバッテリの総エネルギー容量は、バッテリが特定の機器においていかに使用されるかとか、所与のユーザが上述したような機器をいかに使用するかといったことに応じて変化する可能性があり、実際に変化する。たとえば、アルカリバッテリは、高平均負荷状態とは対照的に、低平均負荷状態にさらされるときに、放電サイクル中に著しくより多くの総エネルギーを供給することができる。実際には、アルカリバッテリは、低負荷状態に比べて高負荷状態では、わずか１／１０の総エネルギー出力しか提供しない可能性がある。
【００１４】
さらに、異なる化学的特性のバッテリは、動的または変化する高負荷状態および／または低負荷状態にさらされるときに異なる振舞いをする。バッテリの測定電圧は、バッテリがさらされる負荷状態によって直接に影響を受ける。たとえば、バッテリは、低負荷状態が高負荷状態に続く場合には、電圧回復として知られる現象を示す。そして、電圧回復は、機器の残量計測アルゴリズムによる誤った読み値をもたらす可能性がある。このため、所与の「使用モデル」、または所与の機器においてバッテリがいかに使用されるかのモデルとバッテリ放電サイクル中に機器のユーザが機器をいかに採用するかのモデルとが、機器によって実行されるバッテリ残量計測の精度に影響を与える可能性があり、実際に影響を与える。
【００１５】
したがって、従来の残量計測法に比べて、異なる電子機器における異なる使用モデルの影響に対して残量計測の制度がさほど敏感でない、バッテリ駆動機器用の残量計測を行うことが有利である。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、バッテリ駆動電子機器用の使用適応型残量計測の方法と、使用適応型残量計測を行う電子機器とを提供する。特に、本発明は、機器において使用されるバッテリに対して利用可能なエネルギー容量をアクティブに追跡し続け、その履歴を更新する。履歴は、特定のユーザによる個々の機器に対する使用パターンの関数である。このため、残量計測は、所与の機器がユーザによって使用される特定の方法に適応する。使用適応型残量計測は、適応されずそのため所与のタイプのすべての機器に共通の残量計アルゴリズムを使用する従来の残量計測と比較して、向上した精度を提供することができる。さらに、本発明は、異なるバッテリの化学的特性に適応することも可能であり、それによって、複数の異なる化学的特性のうちのいずれか１つのバッテリを採用する機器において残量計測精度をさらに向上させる。
【００１７】
本発明の一態様では、使用適応型残量計測（use-adaptive fuel gauging）の方法が提供される。使用適応型残量計測の方法は、機器の動作中にバッテリから取出される正味エネルギーを時間の関数としてモニタすることを含む。取出される正味エネルギーは、動作中にバッテリに流入するエネルギーとバッテリから流出するエネルギーとの差である。バッテリへのエネルギー流入およびバッテリからのエネルギー流出は、実際のエネルギー流を測定することによるか、または機器によって実行される動作に基づいてエネルギー流を推定することによってモニタすることができる。この使用適応型残量計測方法は、バッテリが完全に放電されると総利用可能エネルギーまたはエネルギー容量の推定値を更新することをさらに含む。このため、バッテリが完全に放電されると、推定総エネルギー容量は、実際の測定エネルギー容量を反映するように更新される。一般に、推定総利用可能エネルギーは、バッテリの想定されたまたは所定の性能特性とは対照的に実際の性能特性に基づくため、時間に伴って向上する。本方法は、残量計測を推定総利用可能エネルギー値に適応させることをさらに含む。残量計測は、そのバッテリに対する推定総利用可能エネルギー値を考慮するように適応される。特に、適応型残量計測を使用して、残量計表示を生成しバッテリ放電プロファイルのカットオフポイントに達したか否かを検出することができる。
【００１８】
使用適応型残量計測の方法は、バッテリの化学的特性を判断することを任意にさらに含む。バッテリの化学的特性を任意に判断することは、本方法の実行のいずれの時点で行うことも可能である。好ましくは、バッテリの化学的特性が判断される場合、それは、取出される正味エネルギーをモニタする前に判断される。バッテリの化学的特性を判断する結果を使用して、残量計測をさらに適応させる。さらに、判断されたバッテリの化学的特性を使用して、取出された正味エネルギーをモニタする結果を調整することができる。決定された化学的特性に適応することにより、本方法にバッテリの化学的特性の知識を追加することによって、残量計測の結果をさらに向上させることができる。
【００１９】
本発明の別の態様では、電源に使用されるバッテリの使用適応型残量計測を行う電子機器が提供される。電子機器は、バッテリモニタと、コントローラと、メモリと、ユーザインタフェースと、メモリ内に格納されたコンピュータプログラムの形態の残量計アルゴリズムとを含んでなる。バッテリモニタは、バッテリの特性をモニタし、エネルギー流データをコントローラに出力する。バッテリモニタは、エネルギー流を実際に測定する機器の物理的コンポーネントあるいはサブシステムであってもよく、または機器の操作上の動作情報を利用してエネルギー流を推定する仮想コンポーネントあるいはサブシステムであってもよい。１つ以上の実施形態では、電子機器はデジタルカメラである。
【００２０】
コントローラは、本発明の方法を実現し測定または推定エネルギー流データを使用するコンピュータプログラムを実行する。特に、コントローラは、任意にバッテリの化学的特性を判断し、バッテリが交換される時に充電レベルをチェックする。コントローラは、エネルギー流データを受取り、データを機器メモリに記録し、そのデータを使用してバッテリから取出される正味エネルギーもモニタする。バッテリがカットオフポイントに達し完全に放電されると、コントローラは、バッテリに対する総エネルギー容量の推定値を更新する。さらに、コントローラは、更新された推定総利用可能エネルギーと任意に判断されたバッテリの化学的特性とを考慮するように残量計測を適応させる。コントローラは、残量計結果をフォーマットしユーザインタフェースを使用して結果を表示することもできる。有利には、場合によっては、本発明の使用適応型残量計測は、既存のバッテリモニタコンポーネントと電子機器の他のコンポーネントとを使用して既存の電子機器に対するファームウェアアップグレードとして実現することができる。
【００２１】
本発明は、複数の方法で、従来の方法より正確なバッテリ残量計測を提供する。特に、残量計読み値が生成される元になるバッテリの総エネルギー容量は、機器自体の履歴データと、ユーザがいかに機器を使用するかに関する履歴データと、に基づく。このため、本発明の残量計測は、機器の特定の使用モデルに関する機器設計中に行われる不適当なまたは不正確な仮定によってそれほど影響を受けない。残量計測は、特定ユーザの特定の使用パターンに適応する。さらに、多くのユーザにはしばしば「気に入りの（favorite）」または好ましいバッテリ製造業者があるため、本発明の使用適応型残量計測はまた、製造業者間の相違による推定総エネルギー容量の誤差を軽減する傾向もある。さらに、一組の再充電可能バッテリが繰返し使用される場合には、バッテリの寿命に亙って容量が徐々に減少していくことによってもたらされる残量計測の誤差も軽減される。同様に、異なるバッテリの化学的特性に対する総利用可能エネルギーの差が、任意に化学的特性を判断し、その判断された化学的特性に適応することによって明示的に、あるいは所与のユーザが一般に特定のバッテリの化学的特性を選択し、それを使用し続けると仮定することによって暗黙的に考慮される。本発明のこれらの特徴および他の特徴と他の利点とは、以下の図面を参照して以下に詳述する。
【００２２】
本発明のあらゆる特徴および利点を、添付図面とともに以下の詳細な説明を参照してより容易に理解することができる。図面において、同様の参照数字は同様の構造的要素を示す。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明は、使用適応型残量計測の方法と、使用適応型残量計測を組込んだ電子機器とである。本発明の使用適応型残量計測は、所与の機器にもたらされる平均使用モデルに残量計アルゴリズムを適応させる。適応は、機器のユーザによる平均使用の変化がバッテリの総利用可能エネルギーまたは充電容量に対して有する影響を考慮する。このため、本発明による使用適応可能性は、利用可能な総エネルギーの推定を向上させことによって残量計測精度を向上させることができる。さらに、本発明の方法および機器は、異なるバッテリの化学的特性を任意に考慮し、従来の残量計測方法に比較して残量計測精度をさらに向上させる。
【００２４】
本発明の使用適応型残量計測は、すべてのバッテリ駆動電子機器、特に複数の異なるバッテリの化学的特性において利用可能なバッテリタイプを使用することができる機器と、潜在的にユーザによって使用モデルの大きい変化を示す機器とに対して適用可能である。さらに、本方法は、再充電可能または再充電不能バッテリタイプのいずれをも受入れることができる電子機器に適用可能である。電子機器において使用することができる異なるバッテリの化学的特性の例は、限定されないが、アルカリと、高エネルギーアルカリと、ニッケル水素（ＮｉＭＨ）と、ニッケル−カドミウム（ＮｉＣｄ）と、フォトリチウム（Ｌｉ−ＦｅＳ₂）とを含み、それらはすべて「単三電池」フォームファクタ（form factor、または形状係数）を含む種々のフォームファクタで購入可能である。本発明によるバッテリ駆動電子機器の例は、限定されないが、ノートブックおよびラップトップコンピュータと、ハンドヘルドコンピュータおよび携帯情報端末（ＰＤＡ）と、ビデオカメラを含むデジタルカメラと、携帯電話とを含む。
【００２５】
残量計測精度の向上だけでなく、本発明の使用適応型残量計測は、バッテリの充電末期検出を向上させ、任意のバッテリの化学的特性の判断が採用される場合は、誤って再充電不能バッテリを再充電しようとすることを予防するために使用することができる。有利には、本発明の使用適応型残量計測は、機器に対するハードウェア変更を必要とすることなくファームウェアアップグレードとして従来の残量計測を有する電子機器においてしばしば実現することができる。
【００２６】
本発明の一態様では、使用適応型残量計測の方法１００が提供される。方法１００は、機器によって使用される一連のバッテリによって機器に供給される実際の利用可能エネルギーに関するデータを収集して記録する。記録データは、機器によって使用されるバッテリの総利用可能エネルギーの推定値が生成される元になる履歴を更新するか、または推定値を更新するために使用される。そして、更新された推定総利用可能エネルギーは、機器の残量計測によって採用される残量計アルゴリズムを、より正確な残量計読み値を生成するように調整するために使用される。バッテリの推定総利用可能エネルギーが実際のまたは測定された使用データから導出されるため、推定値は、機器の実際の使用モデルを表す。多くのユーザが習慣的に一貫した方法で所与の機器を使用し、しばしば習慣的に同じタイプまたはブランドのバッテリを使用するため、推定値は、複数のユーザ特定の変数(user-specific variable)と複数の使用特定の変数（use-specific variable）とを考慮した総利用可能エネルギーの非常に正確な値を提供することができる。
【００２７】
本発明による使用適応型残量計測の方法１００のフローチャートを図１に示す。残量計測の方法１００は、任意にバッテリの化学的特性を判断すること１１０を含む。任意にバッテリの化学的特性を判断すること（ステップ１１０）において、バッテリの特性(characteristics)または特性の集合は、１つ以上のバッテリ負荷状態のもとで測定される。好ましい実施形態では、測定は、本来の位置で実行され、電子機器の従来からのバッテリモニタ回路を使用して実行することができる。測定からの結果データは、機器が使用することができるバッテリの化学的特性の集合の「既知の」または所定の特性値と比較される。比較から、バッテリの化学的特性の判断１１０がなされる。好ましい実施形態では、比較は、候補のバッテリの化学的特性の特徴を格納するルックアップテーブルを使用する。
【００２８】
バッテリの化学的特性は、電子機器によって実行される各パワーアップまたは「ブート」シーケンス中に任意に判断される（１１０）。さらに、バッテリ交換を検出することができる電子機器の場合には、好ましくはバッテリが交換されたことが検出されると、あるいはバッテリコンパートメントが開けられるかまたは操作されると、バッテリの化学的特性は任意に判断される（１１０）。一般に必要ではないが、バッテリの化学的特性の判断１１０は、機器動作中の他の時に実行されることも可能である。
【００２９】
バッテリの化学的特性を判断する種々の方法１１０があり、それらはすべて本発明の範囲内にある。本発明のバッテリの化学的特性を判断する方法１１０の好ましい実施形態のフローチャートを図２Ａに示す。好ましい実施形態では、バッテリの化学的特性を判断する任意の方法１１０は、「無負荷」またはアイドル状態のバッテリ電圧を測定することにより測定無負荷バッテリ電圧値をもたらすこと（ステップ１１２）を含む。判断する任意の方法１１０は、「負荷」状態のバッテリ電圧を測定することにより測定負荷バッテリ電圧値をもたらすこと（ステップ１１４）をさらに含む。無負荷状態は、バッテリが低消費電流におかれている状況として定義され、負荷状態は、バッテリが適度な消費電流から高消費電流におかれている状況として定義される。代替的に、バッテリ自体にかかる実際の電圧ではなく、バッテリ電圧に比例する電圧を測定することもできる（ステップ１１２、ステップ１１４）。
【００３０】
バッテリの化学的特性を判断する任意の方法１１０の好ましい実施形態は、負荷および無負荷バッテリ電圧の測定値からバッテリの化学的特性係数を計算すること（ステップ１１６）をさらに含む。１つのかかるバッテリの化学的特性係数は、無負荷および負荷バッテリ電圧のステップ１１２とステップ１１４とにおいて測定された値の比をとることによって計算される。当業者は、他の有用なバッテリの化学的特性係数を容易に考案することができ、それらはすべて本発明の範囲内にある。バッテリの化学的特性係数の主な目的は、あらゆるバッテリの化学的特性を識別する確実な手段を提供することである。
【００３１】
バッテリの化学的特性を判断する任意の方法１１０の好ましい実施形態は、さらに、バッテリの化学的特性係数を、候補のバッテリの化学的特性係数の集合かまたはより詳細には候補のバッテリの化学的特性に対するバッテリの化学的特性係数範囲の集合と比較すること（ステップ１１８）を含む。好ましくは、係数範囲は、ルックアップテーブルに格納される。係数の比較１１８の結果、ルックアップテーブルにおいて係数範囲によって表される可能な候補のバッテリの化学的特性間から特定のバッテリの化学的特性が選択される。実質的に、比較１１８により、実際のバッテリの化学的特性の「最良の推定(best guess)」がもたらされ、その精度は、バッテリの化学的特性係数の有効な識別力または能力と、ルックアップテーブルデータの精度および適用性とによってのみ制限される。
【００３２】
上で定義したが、無負荷状態および負荷状態の実際の定義は、通常機器特定である。すでに述べたように、無負荷状態は、バッテリにおいて、負荷状態において明らかであるかまたは負荷状態によって表されるよりも、低負荷または低消費電流を表さなければならない。好ましくは、負荷状態と無負荷状態との間のバッテリ負荷レベルの相対的な差は比較的に大きい。より好ましくは、負荷レベルの相対的な差は、正常な機器動作中に通常バッテリにもたらされる程度の大きさである。
【００３３】
例えば、機器がデジタルカメラである場合には、無負荷状態は、スタートアッププロセス中かまたはその直後にバッテリにもたらされる負荷でありうる。レンズ繰出しまたはフラッシュバルブのストロボ中に、バッテリにもたらされる負荷状態として負荷状態を定義することができる。他の実施例では、コンパクトディスク（ＣＤ）プレイヤの負荷状態を、ＣＤを「スピンアップする(spinning up)」時に発生するように定義することができる。同様に、ＣＤプレイヤの無負荷状態を、ＣＤはスピンしていないがプレイヤはＯＮである時に発生するものと定義することができる。一般に、負荷状態および無負荷状態として、機器に通常存在するあらゆる２つの相対的に繰返し可能であるが異なる負荷状態を使用することができる。しかしながら、一般に、負荷レベルの差が大きいほど、バッテリの化学的特性の判断１１０の結果がより信頼性のあるものになる。
【００３４】
無負荷および負荷状態の定義が機器特定であるとすると、ルックアップテーブルにおける係数範囲も同様に機器特定である。一般に、ルックアップテーブル係数範囲は経験的に生成されることが好ましい。すなわち、好ましくは、ルックアップテーブル係数範囲は、機器においてバッテリにもたらされる特定の負荷および無負荷状態に対して生成される。このように、判断する任意の方法１１０を後に適用することにより、バッテリの化学的特性が正確に判断される結果となる。当業者は、電子機器のためのこの種の経験的に導出されたルックアップテーブルの構成および使用を熟知している。２００１年８月２９日に出願された、Bean等による「Battery Fuel Gauging Using Battery Chemistry Identification」と題された出願番号第０９／９４３，０５８号の同時係属特許出願は、好ましい実施形態によるこの判断の方法をさらに説明している。同時係属特許出願第０９／９４３，０５８号を引用することにより本明細書内の一部をなすものとする。
【００３５】
上述したように、バッテリの化学的特性を判断するために上述したもの以外の他の方法が、本発明に適用可能である。例えば、引用することにより本明細書の一部をなすものとするBean等による米国特許第６，２１５，２７５号公報は、バッテリにおいていくつかの別個の電圧を測定するマイクロコントローラと共に単純な試験回路を利用することによりバッテリの化学的特性を判断する、バッテリの判断または識別の方法を開示する。他の例では、２００１年５月１４日に出願された「A Method Of Battery Chemistry Identification Through Analysis Of Voltage Behavior」と題されたBean等による米国特許出願第０９／８５９，０１５号の同時係属出願は、バッテリの化学的特性判断のためにあらゆる負荷および無負荷バッテリ状態下でのバッテリ電圧のいくつかの現場測定を開示する。同時係属出願第０９／８５９，０１５号も、引用することにより本明細書の一部をなすものとする。引用した方法は、当業者が電子機器に挿入されたバッテリの化学的特性を判断するために考案する可能性のあるあらゆる他の方法と同様に、本発明の範囲内にある。
【００３６】
使用適応型残量計測の方法１００は、バッテリの充電レベルをチェックすること（ステップ１２０）をさらに含む。図２Ｂは、バッテリ充電レベルをチェックする方法１２０のフローチャートを示す。チェックする方法１２０は、「バッテリ交換イベント」としても知られる、バッテリが交換された時を検出すること１２２を含む。バッテリ交換イベントが検出されると（ステップ１２２）、チェックする方法１２０は、バッテリの充電レベルを測定すること（ステップ１２４）と、測定された充電レベルを予測された充電レベル範囲と比較することにより、バッテリが完全に充電されているかを判断すること（ステップ１２６）とをさらに含む。好ましくは、充電レベルはバッテリの電圧等の等価な基準から判断され、その場合には、電圧が測定されて（ステップ１２４）完全に充電されたバッテリに対する予測電圧と比較される１２６。
【００３７】
本明細書で使用する「完全に充電」という用語とは、バッテリに格納される充電またはエネルギーの任意のレベルをいう。再充電可能なバッテリの場合には、完全に充電されているバッテリは、正常のセル電圧より高い電圧の充電電流が印加されても電圧がもはや著しく増大しないバッテリである。充電ができないタイプのバッテリの場合には、完全に充電されているバッテリとは、未使用で充電状態が時間の経過によって実質的に低下していない、十分最近に製造されたバッテリである。使用された再充電ができないタイプのバッテリは、新しく未使用のバッテリの格納エネルギーのおよそ８５％以上を有する場合には、本発明による「完全に充電されている」とみなすことができる。同様に、充電レベルを判断するために使用される等価な基準の予測電圧または予測値は任意である。
【００３８】
一般に、常にではないが、予測された充電範囲比較（ステップ１２６）は、ルックアップテーブルを使用することを含む。（ステップ１２４で）測定された充電レベルまたはそれに等しい値が、ルックアップテーブルの値または値の集合と比較される（ステップ１２６）。バッテリの化学的特性を判断する任意の方法１１０が実行された場合には、判断された化学的特性結果を測定値とともに使用することによって、バッテリが完全に充電されたか否かを判断することができる。実質的に、充電レベル（たとえば、測定電圧）が十分高いかまたは予測された電圧の範囲内になると、バッテリは完全に充電されていると判断される。バッテリが完全に充電されていない場合には、方法１００は、好ましくは、別のバッテリ交換イベントを待つ。
【００３９】
充電レベルは、バッテリが交換されるかまたは機器において取除かれ取替えられる度に少なくとも一度チェックされる（１２０）。好ましくは、バッテリが機器の各スタートアップシーケンス中に交換されたか否かに関して判断がなされ、交換されている場合、充電レベルがチェックされる１２０。バッテリが交換されていない場合、充電レベルはチェックされる必要はない（１２０）。
【００４０】
バッテリが交換されたか否かを判断するために、複数の方法を案出することができる。たとえば、機器に、バッテリコンパートメントのコンパートメントドアをモニタするセンサまたはスイッチを有することができる。センサは、コンパートメントドアが開かれたか否かを検出する。ドアが開かれたときに、バッテリが交換されたと想定される。かかるイベントが検出されると、イベントの記録が生成される。そのため、バッテリドアが開かれると、イベント記録によって示されるように、バッテリが交換されたと想定され、充電レベルがチェックされる（１２０）。
【００４１】
イベント記録は、バッテリ交換イベントを検出すると、センサによって設定される機器のまたはセンサの回路の設定可能論理ビットとすることができる。代替的に、イベント記録は、バッテリ交換イベントの検出を示すように変更される（たとえば、偽「Ｆ」から真「Ｔ」に変更される）、ソフトウェアプログラムにおけるブール変数等の変数とすることができる。さらに他の実施形態では、イベント記録は、機器に関連するメモリの所定のメモリロケーションに格納された論理「１」とすることができ、同じロケーションに格納される論理「０」は交換イベントの非検出を示す。当業者は、バッテリ交換イベントの発生を記録するための種々の手段を容易に考案することができ、それらはすべて本発明の範囲内にある。
【００４２】
バッテリ交換イベントが発生したか否かを判断する別の例としての方法は、バッテリの電圧を連続的にモニタするというものである。モニタされた電圧がモニタ中のいずれかのポイントでおよそゼロまで降下するとバッテリが取除かれたと想定される。これは、通常、機器が、バックアップバッテリまたはスーパ／ウルトラキャパシタ等のバックアップ電源によって提供される電力により低レベル動作中である間に行われる。このため、バッテリ交換イベントは、モニタ電圧がゼロまで降下した後に、非ゼロ値まで戻る時に示される。モニタ電圧の非ゼロ値までの戻りが検出されると、交換イベントの検出を示す記録が作成される。記録は、最初の実施例で上述したものと同じ形式をとることができる。
【００４３】
有利には、多くの電子機器は、「ＯＦＦ」とされた場合であってもいくつかのアクティブな回路を維持する。かかる機器では、機器が「ＯＦＦ」である間でさえも、２つの上で参照した例としての方法のいずれかを使用してバッテリ交換イベントを記録することができる。「ＯＦＦ」とされた機器におけるアクティブ回路の例は、「ＯＮ／ＯＦＦ」スイッチに対して押しボタンをモニタするマイクロコントローラの使用および／または機器が「ＯＦＦ」とされている間に経過時間を記録するリアルタイムクロックの維持である。
【００４４】
バッテリ交換イベントを検出する方法のさらに別の例は、機器が「ＯＦＦ」とされる直前と、機器が「ＯＮ」とされた直後のバッテリ電圧を測定することである。測定電圧は比較される。最近の負荷読み値と最近の無負荷読み値との差によって説明することができるより大きい差がある場合には、バッテリ交換イベントが示されイベントの記録が生成される。
【００４５】
バッテリ交換イベントを検出するさらに別の方法は、ユーザの入力または機器からの問合せに対する応答の使用である。たとえば、スタートアップ時、機器は、バッテリが交換されたか判断するためにユーザに問合せることができる。そして、ユーザからの応答は、交換イベントが発生したか否かを判断する。これら後者の２つの方法は、「ＯＦＦ」とされた時にスタンバイ電力と限定された動作とを維持する機器と、それを行わない機器との両方に対して適用可能である。バッテリ交換イベントを検出する後者の２つは誤りに影響されやすいため、前者の２つの方法が好ましい。当業者は、バッテリが交換されたか否かを検出することに対し他の方法を容易に考案することができる。かかる方法はすべて本発明の範囲内にある。
【００４６】
上述したように、充電レベルがチェックされることにより、バッテリが交換直後に完全に充電されているか否かが判断される（１２０）。方法１００は、完全に充電されていないバッテリと使用することができるが、好ましくは、完全に充電されたバッテリのみと使用される。方法１００と、完全には充電されていないバッテリとを使用することが困難であるということは、後述する説明で明らかとなろう。要するに、バッテリが完全に充電されていない場合のバッテリ充電レベル判断における不確実性と、充電レベルの誤差が使用適応型残量計測方法のバランスにいかに影響を与える可能性があるかとに問題が関連する。このため、充電レベルは、完全に充電されていると考えられるバッテリが検出されたと判断されるまで、好ましくは繰返しチェックされる（１２０）。
【００４７】
使用適応型残量計測の方法１００は、機器によってバッテリから取出されまたは消費される正味エネルギーをモニタすること（１３０）をさらに含む。上述したように、好ましくは、バッテリは完全に充電されたバッテリである。取出される正味エネルギーは、機器に取付けられている検出された完全に充電されたバッテリの各々に対してモニタされる（１３０）。バッテリから取出される正味エネルギーは、バッテリが完全に放電されるまで機器の使用中にモニタされる（１３０）。モニタするステップ１３０は、バッテリから取出される正味エネルギーを判断することと、判断された正味エネルギーを表す値を機器のメモリに記録することとを含む。モニタするステップ１３０は、連続的に判断し、取出される正味エネルギーを定期的に記録する。好ましくは、取出される正味エネルギーは、（ステップ１２０で）チェックされた充電レベルによりバッテリが完全に充電されていると判断した場合にのみ、モニタされる（１３０）。
【００４８】
検出されたバッテリは、モニタするステップ１３０によって記録されたデータの有用性の低下を避けるために、取出される正味エネルギーがモニタされる１３０前に完全に充電されていることが好ましい。しかしながら、完全には充電されていない検出されたバッテリから取出される正味エネルギーをモニタすることは、本発明の範囲内である。完全には充電されていないバッテリに対して記録されたデータは、少なくとも開始充電レベルの近似値が既知である場合には、完全に充電されたバッテリに対する記録データの劣化を防止するように配分する(prorate)ことができる。
【００４９】
再充電ができないタイプのバッテリの場合およびオンボード再充電を提供しない機器の場合には、取出される正味エネルギーは、単にバッテリから取出されるエネルギーである。機器において再充電することができるバッテリの場合には、取出される正味エネルギーは、機器動作中にバッテリに流入するエネルギーとバッテリから流出するエネルギーとの間の差である。簡略化のためにおよび一般性を失うことなくまたは本発明の範囲を縮小することなく、後述する議論では、特に指定の無い限り、オンボード再充電を提供しない機器のバッテリに焦点を当てる。当業者は、バッテリのオンボード再充電を提供する機器に対して後述する概念を容易に拡張することができる。
【００５０】
バッテリへのエネルギー流入およびバッテリからのエネルギー流出と、これにより取出される正味エネルギーとは、機器動作中に直接にまたは間接的に判断することができる。取出される正味エネルギーは、バッテリから流出する正味エネルギーを測定することによって直接に判断される。たとえば、バッテリの端子における電流Ｉおよび電圧Ｖは、動作の経過時間ｔ_operationの関数として測定することができる。本技術分野において既知であるように、電力Ｐは、電流Ｉと電圧Ｖとの積であり（すなわち、Ｐ＝Ｉ×Ｖ）、エネルギーＥは、電力に持続時間または経過時間ｔを掛けたものである。このため、動作のためのエネルギー流は、単に、電力Ｐに経過時間ｔ_operationを掛けたものである。
【００５１】
バッテリへのエネルギー流入は、類似した方法で判断することができる。有利には、方法１００によれば、バッテリへのエネルギー流入は、バッテリが機器において再充電される再充電可能なバッテリである場合にのみ判断される。大抵の場合には、かかるオンボード再充電は、いわゆる定電流充電システムを採用する。定電流充電システムが使用される場合には、バッテリへのエネルギー流入は、本技術分野において既知であるように、経過時間および定電流から判断することができるため、充電の経過時間のみがモニタされる。
【００５２】
代替的に、取出される正味エネルギーは、機器によって実行される動作を追跡し続け、動作の各々に関連する既知のエネルギー消費特性を使用することにより、間接的に判断することができる。実質的に、所与の動作によって消費されるエネルギーの量が既知である場合には、機器がその動作を実行するときに、バッテリから取出される正味エネルギーは、単に、その動作によって消費されるエネルギーの既知の量である。動作毎のエネルギーの既知の量のデータは、一般に、機器の製造業者によって所与の機器タイプに対し経験的に判断され、後に取出された正味エネルギーを判断する際に使用するために機器のメモリに格納される。データは、機器の各一意の動作に対するエントリを有するルックアップテーブルの形式によりしばしば格納される。
【００５３】
場合によっては、所与の動作を実行するときに機器によって消費される総エネルギーは、先験的に（a priori）既知である。かかる動作は、一貫したまたは相対的に一貫した持続時間と繰返し可能な電力利用とを有するものである。かかる動作の場合には、機器によってかかる動作が実行される度にバッテリから取出されるエネルギーが、単にかかる動作が実行されたということを示し消費されたエネルギーの先験的な知識を使用することにより判断される。その動作の正味エネルギー値は、ルックアップテーブルで見出され、取出される正味エネルギーとして使用される。
【００５４】
他の場合では、いくつかの動作の持続時間が一貫していない可能性があるため、機器によって消費される総エネルギーの演繹的な知識を取得することができない。かかる場合には、これら動作の各々の間に機器によって消費される所定の既知の電力を使用して、取出される正味エネルギーが判断される。かかる一貫していない持続時間の動作の場合には、取出される正味エネルギーは、かかる動作の経過時間ｔ_operationを測定することによって判断される。そして、測定経過時間ｔ_operationに、かかる動作に対しルックアップテーブルで見つけられる既知の電力値が乗算されることにより、動作のその例に対して取出される正味エネルギーが計算される。このため、機器によって実行される動作を追跡し、各動作に対する演繹的に既知のエネルギー消費、または既知の電力と測定経過時間ｔ_operationとの組合せを使用することにより、取出されたエネルギーが判断される。
【００５５】
取出される正味エネルギーを判断する概念をさらに例示するために、デジタルカメラの例を考慮する。第１の動作、たとえばイメージを記録する動作は、記録される各イメージに対し相対的に一貫した繰返し可能な量のエネルギーＥ_pictureを消費する。第２の動作、たとえばＬＣＤディスプレイにイメージを表示する動作は、ディスプレイがアクティブである間は相対的に一貫した量の電力Ｐ_LCDONを消費する。しかしながら、表示する動作によって消費されるエネルギーＥ_LCDONの量は、ユーザが実際にどれくらいＬＣＤディスプレイをアクティブにし続けるか（すなわち、経過時間ｔ_LCDON）によって決まる。このため、所与の表示動作によって消費されるエネルギーＥ_LCDONは、表示動作の場合によって一貫しない可能性があるが、消費されるエネルギーＥ_LCDONは、それにも関らず、消費される電力Ｐ_LCDONと経過時間ｔ_LCDONとの積として計算することができる（すなわち、Ｅ_LCDON＝Ｐ_LCDON・ｔ_LCDON）。このため、各イメージが記録される度に、バッテリから取出される正味エネルギーは、エネルギーの追加の量Ｅ_pictureだけ増大し、表示動作の各場合では、取出される総正味エネルギーにＥ_LCDON＝Ｐ_LCDON・ｔ_LCDONの量のエネルギーが加算される。
【００５６】
方法１００の実施において、取出される正味エネルギーの間接的な判断は、実現が相対的に容易であるために直接の判断に対してしばしば好ましい。間接的な判断を実現するために必要なことは、あり得る各動作とその動作の例とによって消費されるエネルギーが既知であるか、または少なくとも既知のデータから計算可能であるということだけである。専用のモニタまたは測定装備は必要ではない。さらに、間接的な判断では、機器のコントローラの側で必要な処理電力が一般に少なくなる。一方、エネルギー流に対する測定データが容易に入手可能である場合には、方法１００に関して測定された結果１３０は、より正確となる可能性があり、そのため推定方式に対して好ましい。
【００５７】
取出される正味エネルギーは、本発明の方法１００によって１３０がモニタされると、データとして機器メモリに記録される。正味エネルギーデータが記録される特定の方法は、一般に、データがいかに使用されるかと、正味エネルギーデータを格納するためにどれくらいのメモリが利用可能であるかとによって決まる。大抵の場合には、正味エネルギーデータは、好ましくは、バッテリから取出される正味エネルギーのその時点での和（running sum）を、最新の判断され取出された正味エネルギーの値により定期的に更新することによって記録される。このその時点での和は、最終更新のものとしてバッテリから取出された総正味エネルギーを表す。バッテリが完全に放電されたときに、その時点の和は、バッテリから取出された総正味エネルギーを含む。
【００５８】
代替的に、機器動作の所定期間中に取出される正味エネルギーは、モニタするステップ１３０に対し記録することができる（１３４）。この場合には、バッテリから取出される総正味エネルギーは、それぞれの所定記録期間の各々の間に取出された正味エネルギーの合計として計算される。モニタするステップ１３０は、機器動作中の所定期間にバッテリ電圧を記録する任意のステップをさらに含む。バッテリ電圧を記録することは、バッテリ電圧値を測定することと、測定値を機器のメモリに記録することとを含む。取出される正味エネルギーを記録する記録期間に対応する期間に、バッテリ電圧値が記録される場合には、それら値を使用して、バッテリ電圧と取出される正味エネルギーとの間の曲線または関係を、バッテリ放電中の時間の関数として構成することができる。
【００５９】
上述したように、モニタするステップ１３０は、バッテリが完全に放電されるまで実行される。完全に放電されたバッテリは、残存している充電が所定のカットオフポイントより下に降下しているバッテリである。カットオフポイントは、バッテリの放電中にバッテリがもはや機器の正常動作を維持することができないポイントとして一般に画定される。大抵の電子機器では、カットオフポイントは、バッテリ電圧がカットオフ電圧より下に降下したポイントである。カットオフ電圧より下では、電子機器の電源は、もはや正常機器動作のために必要な安定動作電圧をもたらすことができない。バッテリは、カットオフポイントに達すると、完全に放電されたものとみなされる。そして、取出される総正味バッテリエネルギーは、モニタするステップ１３０中に記録されたその時点の和の最終値であるか、またはモニタするステップ１３０の間に記録された定期的な取出された正味エネルギーの値を合計することによって計算された値である。
【００６０】
方法１００は、機器に取付けられたバッテリから推定総利用可能エネルギーを更新すること（１４０）をさらに含む。好ましくは、推定総利用可能バッテリエネルギーは、先の推定総利用可能エネルギーと最近取付けられたバッテリから取出された総正味エネルギーとの平均を計算することによって更新される（１４０）。先の推定総利用可能エネルギーは、たとえば先に取付けられたバッテリに対し、先に計算された値である。代替的に、推定値は、最近取付けられたバッテリから取出された総正味エネルギーに対する値といくつかの先に取付けられたバッテリに対する取出された正味エネルギーの値との移動平均として計算することができる。移動平均は、最新の値と１つ以上の先に記録された値との平均を計算する。たとえば、移動平均を使用する際に、推定総利用可能エネルギーは、現記録値と５つの先に記録された値との合計、または、現記録値と５つのそれぞれ先のバッテリに対して取出された正味エネルギーの値との合計でありうる。
【００６１】
使用適応型残量計測の方法１００は、推定総利用可能エネルギーにしたがって残量計測を適応させること１５０をさらに含む。残量計測は、モニタするステップ１３０と平行して一般に適応され（１５０）、そのため、方法１００の先の実行によってもたらされた既存の推定総エネルギーを利用する。さらに、適応させるステップ１５０は、所与の機器で採用されている特定の残量計アルゴリズムによって決まる。好ましい実施形態では、残量計測は、エネルギーモニタ残量計アルゴリズムを採用する。代替実施形態では、電圧勾配モニタ残量計アルゴリズムが採用される。残量計測のエネルギーと電圧勾配の主要なタイプとの各々に適用されるようなステップ１５０を以下により詳細に説明する。当業者は、残量計の適応１５０に関する以下の議論を、過度の実験無しに他の残量計測タイプに容易に拡張することができる。
【００６２】
エネルギーモニタアルゴリズムを採用する残量計測の場合には、機器によって使用されるかまたはバッテリから取出されるエネルギーの量がモニタされ（１３０）、使用される累積エネルギーの値が定期的に更新される（１４０）。そして、使用された累積エネルギーの値と利用可能な総エネルギーの値との差により、残量計結果または読み値が生成される。差は、好ましくは、差を総エネルギー値で除算した後その結果に１００を乗算することにより、残存エネルギーまたは充電パーセントに変換される。残存エネルギーパーセントは、英数字結果としてかまたは棒グラフまたは円グラフ等のグラフィカルフォーマットで表示することができる。代替的に、差または残存エネルギーパーセントと、バッテリ残量レベルの１つ以上の状態を示す１つ以上の閾値とを比較することができる。そして、比較の結果を使用して、一般にアイコン（iconic）の残量計表示形態で表示結果が生成される。
【００６３】
本発明の方法１００によれば、エネルギーモニタを使用する残量計測は、先の更新するステップ１４０の推定総利用可能エネルギーを総エネルギー値として採用する。このため、残量計結果は、使用された累積エネルギーの値と推定総利用可能エネルギーとの間の差に基づく。有利には、使用された累積エネルギーは、モニタするステップ１３０において判断される、取出された正味エネルギーの実行合計と等価である。さらに、推定総エネルギーは、機器において使用された複数の先のバッテリに対して判断された総利用可能エネルギーの平均に基づくため、残量計測は、推定値を使用することによってユーザによる使用のパターンと平均バッテリタイプとに適応する（１５０）。さらに、ユーザが同じ化学的特性のおよび特定の製造業者からのバッテリを一貫して使用する場合には、推定総利用可能エネルギーは、同様にこれら選択を反映し、残量計測は、暗黙的に化学的特性および特定の製造業者とに適応する（１５０）。
【００６４】
代替的に、上述したように、バッテリの化学的特性を判断する任意選択的なステップ１１０が行われる場合には、判断された異なる化学的特性の各々に対し別個の推定総利用可能エネルギー値を更新することができる（１４０）。任意選択的なこの判断するステップ１１０がある場合には、残量計測は、（１１０で）判断された化学的特性に対してそれぞれの推定総利用可能エネルギーをまず選択し、そして、その化学的特性に対する選択された推定総利用可能エネルギー値に基づいて残量計測結果を生成することによって適応する（１５０）。このように、残量計測は、化学的特性が任意選択的に判断される場合には（１１０）、化学的特性に明示的に適応される。上述したように、一貫した使用パターンとバッテリ製造業者とはまだ、選択された推定値によって表されるため、残量計測はまだ化学的特性とともに使用パターンとバッテリ製造業者とに適応する（１５０）。
【００６５】
電圧勾配モニタを採用する残量計測では、バッテリ電圧を測定し測定された電圧値を残存エネルギーパーセントに関連付けることにより残存エネルギーパーセントの推定値を生成する。測定電圧は、たとえば数学関数、曲線、グラフまたは等値を使用して残存エネルギーパーセントに関連付けることができる。アイコンの残量計表示の場合には、測定値の１つ以上の閾値に対する比較は、実現が容易であるために一般に採用される。いずれの場合にも、推定総利用可能エネルギーを使用して測定電圧と残存エネルギーパーセントとの間の関係が適応または変更される。
【００６６】
たとえば、測定電圧をエネルギーパーセントに関連付けるために関数または曲線が使用される場合には、残量計測を適応させるために推定総利用可能エネルギーに基づいて上または下に曲線のポイントを調整することができる。同様に、推定総利用可能エネルギーに基づいて閾値を調整することができる。各場合において、測定電圧と残存エネルギーパーセントとの間の関係は、推定総利用可能エネルギーによって表される履歴データに基づいて特定の機器に対する平均使用パターンに適応されている。
【００６７】
一方、電圧勾配モニタは、定期的な正味エネルギーデータと上述したモニタするステップ１３０の定期的に記録される電圧値とを有利に利用することができる。特に、定期的な正味エネルギーデータと定期的に記録された電圧値とは、バッテリ電圧とバッテリに残存しているエネルギーとの間の関係を記述する。このため、更新するステップ１４０’の他の実施形態では、平均電圧対残存エネルギー曲線を生成することができる。定期的な正味エネルギーデータと定期的に記録された電圧値との現在の集合は、更新するステップ１４０’中に、先の１つ以上の集合と平均されることにより、平均電圧対残存エネルギー曲線をもたらす。そして、平均曲線は、本実施形態によれば、残量計読み値を生成する前に残量計測を適応させるステップ１５０’において使用される。平均曲線は、推定総利用可能エネルギーが行うものとほぼ同じ方法で機器に対する平均使用パターンを表す。したがって、バッテリの測定電圧を残存電力パーセント値に変換するために平均曲線を使用することにより、有効に残量計測を適応させる（１５０’）。また、推定総利用可能エネルギーを使用するのと同様に、それぞれ異なる任意に判断された１１０でのバッテリの化学的特性に対し、異なる平均曲線を維持することができる。
【００６８】
残量計の読み値は、何らかの表示の形態を使用して電子機器のユーザに対して一般に利用可能となる。一般に、残量計の読み値は、英数字フォーマットまたはグラフィカルフォーマットのいずれかで表示することができる。たとえば、ディスプレイ上の「８０％容量残存」という読取りは、英数字フォーマットの残量計表示の一例であり、残存しているバッテリ電力を示す棒グラフは、グラフィカルフォーマットの残量計表示の一例である。場合によっては、英数字フォーマットとグラフィカルフォーマットとが組合されることにより、ユーザに対する表示された残量計読み値の有用性が増大する。
【００６９】
グラフィカルフォーマットを有する残量計表示は、あらゆるスタイルで現れ、圧倒的に残量計表示の最も有力なタイプまたはスタイルである。グラフィカルフォーマットの残量計表示の大半は、アイコン表示（iconic display）またはグラフ表示のいずれかであるものとして分類することができる。アイコンの残量計表示は、残存バッテリ電力の比較的に粗い指示を提供し、グラフ表示は、一般に、残量のより詳細なグラフィカル指示を提供する。本明細書における議論の目的のために、機械式メータと機械式メータを模した表示とがグラフ表示と共にグループ化される。
【００７０】
図３Ａは、一般的なアイコンの残量計表示３１０の例を示す。図３Ａに示すアイコンの表示３１０は、いわゆる「３レベル」アイコン表示である。３レベルアイコン表示３１０は、第１の領域３１２と第２の領域３１４と第３の領域３１６とを有する。各領域３１２、３１４、３１６は、残量計読み値または結果を示すかまたは表示する手段として、照明されまたは照明されないことが可能である。かかる３レベルのアイコンの残量計表示３１０は、バッテリが「ＦＵＬＬ（すなわち、完全に充電）」、「ＨＡＬＦＦＵＬＬ」、または「ＥＭＰＴＹ」であることを示すことができる。
【００７１】
例えば、図３Ａに示すアイコン表示３１０の３つの領域３１２、３１４、３１６が同時に照明される場合には、バッテリ充電レベルは、「ＦＵＬＬ」であることが示される。第１および第２の領域３１２、３１４のみが照明される場合には、残量計表示３１０は、バッテリが「ＨＡＬＦＦＵＬＬ」であることを示し、第１の領域３１２のみが照明される場合には、バッテリが「ＥＭＰＴＹ」または完全に放電されているとみなされる。図３Ａに示すアイコン表示３１０は、単に例として「ＨＡＬＦＦＵＬＬ」という残量計読み値を示し、ここでは照明は濃い色で示されている。３レベルアイコン表示３１０より多いかまたは少ないレベルを有するものを含む、残量計測に有用な他のアイコン表示は当業者によく知られている。かかるアイコン表示はすべて本発明の範囲内にある。
【００７２】
図３Ｂは、グラフスタイルの残量計表示３２０の実施例を示す。特に、図３Ｂは、棒グラフ残量計表示３２０の実施例を示す。棒グラフ残量計表示３２０は、照明された棒３２２（濃い色で示す）を有し、その長さは、生成された１５０読み値に基づくバッテリに残存している電力の量にしたがって変化する。このため、棒グラフ表示３２０の棒３２２は、バッテリが「ＦＵＬＬ」であるときに最長でありバッテリが「ＥＭＰＴＹ」であるときに最短である。一般に、棒３２２の長さは、残量計読み値の関数として線形にまたはほぼ線形に変化することができ、それによってユーザに対し、残存している電力を、一般的なアイコン表示３１０によって提供することができるより正確に表示することができる。限定されないが、円グラフと線グラフと領域グラフとを含む、残量計測結果を表示するために有用な他のグラフ形式の表示が当業者にはよく知られている。かかるグラフスタイル表示はすべて本発明の範囲内にある。
【００７３】
本発明のさらに他の態様では、機器４００に電力を供給するために使用されるバッテリ４０２の使用適応型残量計測を有する電子機器４００が提供される。図４は、使用適応型残量計測を行う電子機器４００のブロック図を示す。機器４００は、バッテリモニタ４１０と、コントローラ４２０と、メモリ４３０と、ディスプレイまたはユーザインタフェース４４０と、メモリ４３０に格納されるコンピュータプログラム４５０の形式の残量計アルゴリズムとを含む。好ましくは、残量計アルゴリズムは、本発明の使用適応型残量計測の方法１００を実現する。コンピュータプログラム４５０は、ソフトウェアまたはファームウェアとしてメモリ４３０に格納することができる。１つ以上の実施形態では、電子機器４００はバッテリ４０２をさらに含む。バッテリ４０２は、電子機器４００に適した、上により詳細に説明したフォームファクタおよび化学的特性のいずれかのものとすることができる。
【００７４】
バッテリモニタ４１０は、バッテリ４０２の特性をモニタし測定データを出力する。コントローラ４２０は、メモリ４３０に格納されたコンピュータプログラム４５０を実行し、バッテリモニタ４１０によって生成されるデータを使用する。コントローラ４２０は、機器４００のユーザに対し残量計測結果を表示する目的でユーザインタフェース４４０も制御する。コントローラ４２０は、好ましくは、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラである。代替的に、コントローラ４２０は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）またはその一部でありうる。
【００７５】
メモリ４３０は、好ましくはコンピュータメモリである。より好ましくは、メモリ４３０は、従来からのランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）等の読み書きメモリである。メモリ４３０は、バッテリモニタ４２０によって生成されるデータ等のデータの一時記憶と、コンピュータプログラム４５０実行に関連する一時変数のデータの一時記憶とを可能にする。メモリ４３０は、特に機器４００が「ＯＦＦ」とされたときにプログラム４５０を格納するための何らかのリードオンリメモリ（ＲＯＭ）も含みうる。
【００７６】
コンピュータプログラム４５０は、好ましくは方法１００を実現する。特に、コンピュータプログラム４５０は、コントローラ４２０によって実行されるときに、任意にバッテリの化学的特性を判断し、新たに取付けられたバッテリの充電レベルをチェックし、バッテリから取出される正味エネルギーをモニタし、推定総利用可能エネルギーを更新し、残量計測を推定総利用可能エネルギーに適応させる。コンピュータプログラム４５０は好ましくはメモリ４３０に格納されたファームウェアまたはソフトウェアとして実装されるが、状態機械の形式等の電子機器４００の論理回路において「ハードコード化（hard coded）」されることが可能であり、それもさらに本発明の範囲内にある。
【００７７】
電子機器４００は、残量計読み値を使用してバッテリ放電プロファイルにおけるカットオフポイントに関して機器動作を制御することができる。たとえば、生成された残量計読み値または結果に基づいて、バッテリ充電レベルがカットオフポイントより下であることが分かった場合には、電子機器４００を使用不能とするか、または場合によっては電子機器４００が正常なスタートアップまたは「ブート」プロセスを完了しないようにすることができる。このように、カットオフ以下のバッテリ充電レベルを検出したときに、有利には、電子機器４００は、スタートアッププロセスを停止しシャットダウンプロセスを開始することができる。同等に、動作中に残量計読み値がカットオフより下になった場合には、有利には自動シャットダウンプロセスを起動することができる。上述したように、本発明の使用適応型残量計測方法１００を使用する、バッテリ充電レベルにおけるカットオフ状態の自動検出により、不十分なバッテリ電力で機器４００を動作させようと試みることに関するデータの喪失または他の問題を防止することが容易になる。
【００７８】
上述した残量計測精度に関する特徴および利点に加えて、本発明の方法１００および電子機器４００は、有利に、任意のバッテリの化学的特性判断が採用される場合、再充電ができないタイプのバッテリと再充電可能なタイプのバッテリとを識別することができる。したがって、方法１００および機器４００を使用して、「安全な」機器内バッテリ再充電を実現することができる。たとえば、方法１００は、電子機器４００のバッテリ充電サブシステム（図示せず）に対し、バッテリの化学的特性の判断に基づいてバッテリを安全に充電することができるか否かを示す情報を提供することができる。同様に、電子機器４００の任意の内蔵された化学的特性判断を採用して、バッテリ４０２が再充電可能であるか否かを自己検出することができる。機器４００のバッテリ充電サブシステムはその情報を使用して、電子機器４００のバッテリ４０２をバッテリ充電源（図示せず）に接続するか、またはバッテリ充電源から切断することができる。さらに、機器４００のユーザインタフェース４４０は、ユーザに問題を警告するために、「再充電ができないタイプのバッテリを検出しました。再充電しようとしてはいけません。」等のメッセージを表示することができる。
【００７９】
さらに、本発明の使用適応型残量計測は、１人以上のユーザの個々の別個の使用パターンまたはモデルに適応することができる。有利には、本発明は、推定総利用可能エネルギーの複数の値を各ユーザに１つ採用することにより、複数のユーザに適応する。たとえば、第１のユーザが機器を使用しているときに、第１の推定総利用可能エネルギー値が更新される。第２のユーザが機器を使用しているときに、第２の推定総利用可能エネルギー値が更新される等である。機器によって提供されるスイッチまたは他の手段を採用して、機器に対し特定のユーザを識別することができる。このように、異なる使用パターンを有する２人のユーザが所与の機器を共有している場合には、個々のユーザの各々に対して使用適応型残量計測を別に独立して適応することができる。
【００８０】
このように、使用適応型残量計測の新規な方法１００と、使用適応型残量計測を行う電子機器４００とを説明した。上述した実施形態は、本発明の原理を表す多くの特定の実施形態のいくつかを単に例示するものであるということが理解されるべきである。明らかに、当業者は、上記特許請求の範囲によって画定されるような本発明の範囲から逸脱することなく、多数の他の構成を容易に案出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による残量計測の方法を示すフローチャートである。
【図２】Ａは、図１に示す残量計測の方法に対してバッテリの化学的特性を判断する任意の方法を示すフローチャートである。Ｂは、図１に示す残量計測の方法に対してバッテリの充電レベルをチェックする方法を示すフローチャートである。
【図３】Ａは、３レベルのアイコン残量計表示の一例を示す概略図である。Ｂは、グラフスタイル残量計表示の一例を示す概略図である。
【図４】本発明の使用適応型残量計測を行う電子機器を示すブロック図である。

Claims

電源としてバッテリを使用する電子機器であって、
該バッテリのエネルギー容量を測定するバッテリモニタと、
該バッテリモニタから測定された前記エネルギー容量を受取るコントローラと、
該コントローラ用に一時データ記憶域を提供するメモリと、
該コントローラによってもたらされる前記エネルギー容量に関係する推定値を表示するユーザインタフェースと、
前記メモリにコンピュータプログラムとして格納される残量計アルゴリズムと
を含んでなり、
該コンピュータプログラムは、前記コントローラによって実行されるときに、前記機器においてユーザが使用する各バッテリから取出される総利用可能エネルギーの履歴データに応じて当該機器における前記推定値を変更させる命令を含み、
前記推定値を変更させる前記命令が、
前記バッテリの放電サイクルにおいてカットオフポイントに達するまで、前記ユーザによる当該機器の使用中に前記バッテリから取出される総利用可能エネルギーを時間の関数としてモニタすることと、
該取出される総利用可能エネルギーから導出される推定総利用可能エネルギーを更新することと、
該更新された推定総利用可能エネルギーに応じて前記推定値を変更させることと
を含む電子機器。
前記バッテリから取出される前記総利用可能エネルギーが、該バッテリから流出する総利用可能エネルギーを測定することにより直接的に、または当該機器によって実行される動作を追跡し該機器動作の各々に関連する既知のエネルギー消費特性を使用することにより間接的にモニタされる請求項１に記載の電子機器。
前記バッテリからの前記推定総利用可能エネルギーを更新する前記命令が、先の推定総利用可能エネルギーと最近取付けられたバッテリから取出される前記総利用可能エネルギーの合計との平均を計算すること、または最近に取付けられたバッテリから取出される該総利用可能エネルギーの合計の値と１つ以上の先に取付けられたバッテリに対して取出された該総利用可能エネルギーの合計の値との移動平均を計算することを含む請求項１または２に記載の電子機器。
前記更新された推定エネルギーから取出された前記総利用可能エネルギーを減算することによって、該更新された推定総利用可能エネルギーに応じて前記推定値を変更させて残量計読み値を生成する請求項１から３のいずれか１項に記載の電子機器。
前記残量計測を変更させる前記命令は、前記バッテリが交換されると、該バッテリの充電レベルをチェックすることにより該バッテリが完全に充電されたか否かを判断することをさらに含んでおり、完全に充電されたバッテリであるかどうかは、該チェックされた充電レベルを該完全に充電されたバッテリに対する予測された充電レベル範囲と比較することによって判断される請求項１から４のいずれか１項に記載の電子機器。
前記コンピュータプログラムは、任意にバッテリの化学的特性を判断する命令をさらに含み、該判断されたバッテリの化学的特性に応じて前記推定値をさらに変更させる請求項１から５のいずれか１項に記載の電子機器。
前記コンピュータプログラムは、ファームウェアまたはソフトウェアのいずれかとして前記メモリに格納されるか、または当該電子機器の論理回路へと組込まれる請求項１から６のいずれか１項に記載の電子機器。
前記コントローラによって制御される光サブシステムをさらに含むデジタルカメラである請求項１から７のいずれか１項に記載の電子機器。