JP4846829B2 - 情報処理装置およびバッテリ劣化検出方法 - Google Patents

情報処理装置およびバッテリ劣化検出方法 Download PDF

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Description

本発明はパーソナルコンピュータのような情報処理装置および同装置に適用されるバッテリ劣化検出方法に関する。
近年、ノートブックタイプまたはラップトップタイプの各種ポータブルパーソナルコンピュータが開発されている。このようなパーソナルコンピュータの多くは、バッテリ駆動可能に構成されている。バッテリの充電可能容量は、そのバッテリが充電される度に減少される。このため、バッテリの充電回数が増加するほど、そのバッテリの充電可能容量は減少される。
通常は、充電によってバッテリの容量がある下限値から上限値まで一度に変化した時に、「充電1回」とカウントされる。下限値と上限値との間の範囲内でバッテリの容量が変化するような充電が行われた時は、「充電1回」とはカウントされない。このため、充電回数のカウント値は、実際の充電容量に対応する値よりも小さくなる。したがって、たとえ充電回数のカウント値がある基準値よりも少なくても、バッテリの実際の充電可能容量はかなり低下しているという事態が生じ得る。
特許文献1には、蓄電池の劣化を検出する装置が開示されている。この装置は、蓄電池が劣化した時には充電電流が増加する傾向になるという特性を利用して、蓄電池の劣化を検出する。具体的には、この装置は、蓄電池の充電電流が規定時間以上の間しきい値以上であった時、蓄電池が劣化したことを検出する。
特開平10−295046号公報
しかし、バッテリに供給される充電電流は、バッテリの劣化以外の他の要因によっても変化し得る。例えば、コンピュータのような情報処理装置においては、バッテリに供給される充電電流は情報処理装置の負荷によって変化する可能がある。例えば、情報処理装置の負荷が大きい時には、外部電源からバッテリに供給される充電電流は減少する可能性がある。よって、特許文献1の装置では、バッテリの劣化の有無を正しく検出することは困難である。
本発明は上述の事情を考慮してなされたものであり、バッテリの劣化を正しく検出することができる情報処理装置およびバッテリ劣化検出方法を提供することを目的とする。
上述の課題を解決するために、本発明は、バッテリによって駆動可能な情報処理装置であって、外部電源からの電力を用いて前記バッテリを充電する充電回路と、前記充電回路から前記バッテリに供給される充電電流を測定する充電電流測定手段と、前記充電電流によって前記バッテリが充電される時間を測定する充電時間測定手段と、前記測定された充電電流と前記測定された充電時間とから充電容量を算出し、前記バッテリの定格容量および充電可能容量減少率を示す前記バッテリの特性情報に基づいて、前記バッテリの定格容量に対する充電可能容量の割合が所定割合にまで減少するまでに充電可能な総容量を示す積算容量基準値を算出し、前記バッテリの劣化を検出するために、前記算出された充電容量を過去に算出された充電容量に積算することによって得られる積算充電容量を前記積算容量基準値と比較する算出手段とを具備することを特徴とする。
本発明によれば、バッテリの劣化を正しく検出することができる。
本発明の一実施形態に係る情報処理装置の外観を示す斜視図。 同実施形態の情報処理装置のシステム構成の例を示すブロック図。 バッテリの充電容量の変化とカウントされる充電回数との関係を説明するための図。 同実施形態の情報処理装置によって実行されるバッテリエラー検出処理の手順の例を示すフローチャート。 図4のバッテリエラー検出処理で用いられるバッテリ積算容量基準値の例を説明するための図。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
まず、図1を参照して、本発明の一実施形態に係る情報処理装置の構成について説明する。この情報処理装置は、例えば、バッテリによって駆動可能なノートブック型の携帯型パーソナルコンピュータ10として実現されている。図1は、ディスプレイユニットを開いた状態におけるコンピュータ10を正面側から見た斜視図である。本コンピュータ10は、コンピュータ本体11と、ディスプレイユニット12とから構成される。ディスプレイユニット12には、LCD16(Liquid Crystal Display)から構成される表示装置が組み込まれている。
ディスプレイユニット12は、コンピュータ本体11に支持され、そのコンピュータ本体11に対してコンピュータ本体11の上面が露出される開放位置とコンピュータ本体11の上面がディスプレイユニット12によって覆れる閉塞位置との間を回動自由に取り付けられている。コンピュータ本体11は薄い箱形の筐体を有しており、その上面にはキーボード13、本コンピュータ10をパワーオン/オフするための電源スイッチ14およびタッチパッド15が配置されている。
また、コンピュータ本体11には、電源コネクタ20が設けられている。電源コネクタ20はコンピュータ本体11の側面、例えば左側面に設けられている。この電源コネクタ20には、外部電源装置が取り外し自在に接続される。外部電源装置としては、ACアダプタを用いることが出来る。ACアダプタは商用電源(AC電力)をDC電力に変換する電源装置である。
電源コネクタ20は、ACアダプタのような外部電源装置から導出される電源プラグが取り外し自在に接続可能なジャックから構成されている。さらに、コンピュータ本体11内にはバッテリ17が設けられている。バッテリ17は例えばコンピュータ本体11の後端部に取り外し自在に装着される。
本コンピュータ10は外部電源装置からの電力またはバッテリ17からの電力によって駆動される。本コンピュータ10の電源コネクタ20に外部電源装置が接続されているならば、本コンピュータ10は外部電源装置からの電力によって駆動される。また、外部電源装置からの電力は、バッテリ17を充電するためにも用いられる。バッテリ17の充電は、本コンピュータ10が電源オンされている期間中のみならず、本コンピュータ10が電源オフされている期間中にも実行される。本コンピュータ10の電源コネクタ20に外部電源装置が接続されていない期間中は、本コンピュータ10はバッテリ17からの電力によって駆動される。
また、コンピュータ本体11には、バッテリの劣化(バッテリエラー)を通知するためのインジケータ16が設けられている。このインジケータ16は、例えば、コンピュータ本体11の正面に設けられている。インジケータ16は、LEDから構成し得る。バッテリエラーはバッテリ17の残り寿命が短いこと、つまりバッテリ17が劣化したことを示す。本実施形態では、バッテリ17の充電可能容量の低下の度合いに基づいて、バッテリ17の劣化の有無が判定される。例えば、バッテリ17の定格容量に対するバッテリ17の現在の充電可能容量の割合が基準割合よりも低下したならば、バッテリ17が劣化しバッテリ17の残り寿命が短くなったことが検出される。
バッテリ17の充電可能容量は、バッテリ17が充電されるたびに減少する。つまり、バッテリ17の充電容量の増加に応じて、バッテリ17の充電可能容量は減少する。本実施形態では、バッテリ17の充電中にバッテリ17の充電容量が実測される。充電容量は、充電によるバッテリ17の容量の増加量に相当する。そして、バッテリ17の劣化(充電可能容量低下)を検出するために、本コンピュータ10の出荷時(具体的にはバッテリ17の使用開始時)から現在までの間の充電容量の積算値(積算充電容量)と、予め設定された基準値とが比較される。積算充電容量が基準値を越えたならば、バッテリ17が劣化したこと、つまりバッテリ17の定格容量に対する充電可能容量の割合が所定の基準割合よりも低下したことが検出される。そしてインジケータ16の点灯/点滅等によってバッテリエラーの発生がユーザに通知される。
このように、バッテリ17が満充電された回数を用いるのではなく、実測された充電容量を積算することによって得られる積算充電容量を用いてバッテリ17の充電可能容量の減少の程度を評価することにより、バッテリ17の劣化を精度良く検出することができる。
図2は、本コンピュータ10のシステム構成を示している。本コンピュータ10は、CPU111、ノースブリッジ112、主メモリ113、グラフィクスコントローラ114、サウスブリッジ115、ハードディスクドライブ(HDD)116、光ディスクドライブ(ODD)117、BIOS−ROM118、エンベデッドコントローラ(EC)119、電源コントローラ(PSC)120、電源回路121、ACアダプタ122等を備えている。ACアダプタ122は上述の外部電源装置として使用される。
CPU111は、本コンピュータ10の各コンポーネントの動作を制御するプロセッサである。このCPU111は、HDD116から主メモリ113にロードされる各種ソフトウェア、例えば、オペレーティングシステム(OS)および各種アプリケーションプログラムを実行する。また、CPU111は、不揮発性メモリであるBIOS−ROM118に格納されたBIOS(基本入出力システム:Basic Input Output System)も実行する。BIOSはハードウェア制御のためのシステムプログラムである。
ノースブリッジ112は、CPU111のローカルバスとサウスブリッジ115との間を接続するブリッジデバイスである。また、ノースブリッジ112はグラフィクスコントローラ114との通信を実行する機能も有している。さらに、ノースブリッジ112には、主メモリ113を制御するメモリコントローラも内蔵されている。グラフィクスコントローラ114は、本コンピュータ10のディスプレイモニタとして使用されるLCD16を制御する表示コントローラである。
サウスブリッジ115はPCIバス1に接続されており、PCIバス1上の各デバイスとの通信を実行する。また、サウスブリッジ115は、ハードディスクドライブ(HDD)116および光ディスクドライブ(ODD)117を制御するためのIDE(Integrated Drive Electronics)コントローラやSerial ATAコントローラを内蔵している。
EC119、電源コントローラ(PSC)120、電源回路121、およびバッテリ17は、ICバスまたはLPC(Low pin count)バスのようなシリアルバス2を介して相互接続されている。エンベデッドコントローラ(EC)119は本コンピュータ10の電力管理を実行するための電源管理コントローラであり、例えば、キーボード(KB)13およびタッチパッド15などを制御するキーボードコントローラを内蔵した1チップマイクロコンピュータとして実現されている。EC119は、ユーザによる電源スイッチ14の操作に応じて本コンピュータ10をパワーオン/パワーオフする機能を有している。本コンピュータ10のパワーオン/パワーオフの制御は、EC119と電源コントローラ(PSC)120との協働動作によって実行される。EC119から送信されるON信号を受けると、電源コントローラ(PSC)120は電源回路121を制御して本コンピュータ10をパワーオンする。また、EC119から送信されるOFF信号を受けると、電源コントローラ(PSC)120は電源回路121を制御して本コンピュータ10をパワーオフする。EC119、電源コントローラ(PSC)120、および電源回路121は、本コンピュータ10がパワーオフされている期間中も、バッテリ17またはACアダプタ122からの電力によって動作する。
電源回路121は、コンピュータ本体11に装着されたバッテリ17からの電力、またはコンピュータ本体11に外部電源として接続されるACアダプタ122からの電力を用いて、各コンポーネントへの動作電源を生成する。コンピュータ本体11にACアダプタ122が接続されている場合には、電源回路121は、ACアダプタ122からの電力を用いて各コンポーネントへの動作電源を生成すると共に、充電回路401をオンすることによってバッテリ17を充電する。バッテリ17はダイオードD1を介して電源回路201の電源入力端子に接続され、またACアダプタ112もダイオードD2を介して電源回路201の電源入力端子に接続される。充電回路401は、例えば、ダイオードD2のアノードとダイオードD1のアノードとの間に接続されている。充電回路401は、電源回路121の制御の下、ACアダプタ112からの電力を用いてバッテリ17を充電する。充電回路401は、例えば、電源回路121からの制御信号によってオン/オフされるスイッチ回路等を含んでいる。コンピュータ本体11にACアダプタ122が接続されている場合には、バッテリ17の容量が所定の基準容量に達するまで、バッテリ17の充電が行われる。
電源回路121は、DC/DCコンバータ201とコントローラ202とを備えている。DC/DCコンバータ201は、電源入力端子に入力される入力直流電圧を目標直流電圧に変換することによって、目標直流電圧の電力VCCを動作電源として生成する。コントローラ202は充電回路401を制御する。また、コントローラ202は、バッテリ17に対する充電電流および充電時間を測定するために、電流測定ユニット(CMU)301およびタイマ302を備えている。電流測定ユニット(CMU)301は、充電回路401からバッテリ17に供給される充電電流Xを測定する。充電電流Xは、例えば、充電回路401の出力とバッテリ17との間に接続された抵抗Rの両端の電圧を監視することによって測定することができる。タイマ302は、充電電流によってバッテリ17が充電される時間(充電時間)を測定する。充電時間Yは、バッテリ17に充電電流Xが供給されている時間である。ACアダプタ122が取り外されると、バッテリ17の充電はその時点で終了される。
コントローラ202は、さらに、計算ユニット(CU)303を備えている。この計算ユニット(CU)303は、充電電流Xと充電時間Yとから充電容量Z1を算出する。そして、計算ユニット(CU)303は、バッテリ17の劣化を検出するために、算出された充電容量Z1を過去に算出された充電容量Z1に積算することによって得られる積算充電容量Z2(=ΣZ1)を、予め決定された基準値Z3と比較する。積算充電容量Z2(=ΣZ1)が基準値Z3を越えたならば、計算ユニット(CU)303は、EC119と協働して、バッテリの劣化を通知するために警告出力をインジケータ16から出力する。
上述したように、EC119、電源コントローラ(PSC)120、および電源回路121は、本コンピュータ10がパワーオフされている間も動作している。よって、バッテリエラーを検出するための処理(充電電流測定処理、充電時間測定処理、充電容量算出処理、積算充電容量算出処理、積算充電容量と基準値との間の比較処理、バッテリエラーの発生を通知する処理)は常時実行することができる。
バッテリ17は複数の2次電池および不揮発性メモリ171から構成されている。不揮発性メモリ171はEEPROMなどから構成されている。不揮発性メモリ171は、バッテリ17の能力および状態を示すバッテリ情報を格納するために用いられる。バッテリ情報の一つとして、バッテリ17の特性情報がある。特性情報は不揮発性メモリ171に予め格納されている。この特性情報は、例えば、バッテリ17の定格容量B[mAh]、およびデクリメントパラメタA[%]を含む。デクリメントパラメタA[%]は、バッテリ17の充電可能容量減少率を示すパラメタである。デクリメントパラメタA[%]は、例えば、所定回数(例えば100回)の満充電に対して低下される充電可能容量の割合を示す。例えば、A=5[%]は、満充電が100回実行される度に充電可能容量が5[%]低下することを意味する。上述の基準値Z3としては、バッテリ特性情報に基づいて算出することができる積算容量基準値を使用することができる。積算容量基準値は、バッテリ17の定格容量Bに対するバッテリ17の充電可能容量の割合が所定割合にまで減少するまでの間にバッテリ17を充電可能な総充電容量を示す。積算容量基準値の算出例については図5で後述する。
図3は、バッテリの充電容量の変化とカウントされる充電回数との関係を示している。従来では、満充電回数に基づいて充電可能容量の低下が判定される場合が多かった。この場合、充電によってバッテリ容量がある下限値(B_lower)から上限値(B_upper)まで一度に変化した時に、「充電1回」とカウントされる。このため、もし下限値(B_lower)と上限値(B_upper)との間の範囲内でバッテリ容量が変化するような充電が行われたならば、このような充電は満充電の回数としてカウントされない。
本実施形態では、満充電の回数の代わりに、実測された充電容量を積算することによって得られる積算充電容量が用いられる。そして、この積算充電容量に基づいて、充電可能容量の低下が判定される。よって、充電可能容量の低下が下限値(B_lower)と上限値(B_upper)との範囲内でバッテリ容量が変化するような充電も考慮した状態で、充電可能容量の低下の有無を精度良く判定することができる。
次に、図4のフローチャートを参照して、本コンピュータ10によって実行されるバッテリエラー検出処理の手順を説明する。
(1)基準値Z3算出
電源回路121のコントローラ202は、まず、上述の基準値Z3を算出する(ステップS11)。基準値Z3としては、積算容量基準値を使用することができる。積算容量基準値は、図5の斜線部分の面積に相当する。この図5は、満充電回数とバッテリ容量との関係を示している。この図5では、充電可能容量が満充電回数の増加に比例してリニアに減少する場合を想定している。図5の斜線部分の面積は、定格容量Bに対する充電可能容量の割合が所定割合α%(例えば50%)にまで減少するまでの間に充電可能な総充電容量を示している。ここで、デクリメントパラメタA=5[%]、定格容量B=5000[mAh]である場合を想定する。この場合、定格容量Bに対する充電可能容量の割合が所定割合(例えば50%)に低下する満充電回数Nは、次のように与えられる。
N(counts) = 50% / A(% / counts)
N = 50% / (5% /100 counts)
= 1000 (counts)
図5の斜線部分の面積(=Z3)は、次のように与えられる。
=B × N − (B × N × 50/100) × 1/2
=0.75×B×N
=0.75×5000×1000
=3,750,000[mAh]
このように、積算容量基準値Z3は、バッテリ17内の不揮発性メモリ171に格納されているバッテリ特性情報(定格容量B[mAh]、デクリメントパラメタA[%])に基づいて算出することができる。なお、バッテリの種類によっては、充電可能容量減少率がどのバッテリも同じである場合もある。この場合には、不揮発性メモリ171からデクリメントパラメタをリードせずに、予め決められた充電可能容量減少率を積算容量基準値Z3の算出に使用してもよい。
(2)充電容量Z1算出
電源回路121のコントローラ202は、充電回路401を制御することによってバッテリ17を充電する。バッテリ17の充電期間中、電流測定ユニット(CMU)301は、充電回路401からバッテリ17に供給される充電電流Xを測定し、タイマ302は、バッテリ17の充電時間Yを測定する。コントローラ202は、充電電流Xと充電時間Yから、充電容量Z1を算出する(ステップS12)。充電容量Z1は次のように与えられる。
Z1 = X × Y
なお、ある一回の充電期間中に充電電流XがX1からX2に変化したならば、その充電期間中の充電容量Z1は、次のように算出することができる。
Z1 = X1 × Y1 + X2 × Y2
ここで、Y1は、充電電流X1によって充電された時間、Y2は、充電電流X2によって充電された時間である。
(3)積算充電容量Z2の算出
電源回路121のコントローラ202は、ステップS12で算出された充電容量Z1を過去に算出された充電容量に積算することによって、積算充電容量Z2を算出する(ステップS13)。積算充電容量Z2は現在までに行われた充電それぞれの充電容量の積算値であり、以下のように与えられる。
Z2 = ΣZ1
(4)積算充電容量Z2の保存
電源回路121のコントローラ202は、算出された積算充電容量Z2を不揮発性メモリに保存する(ステップS14)。ステップS14では、積算充電容量Z2は例えばバッテリ17内の不揮発性メモリ171に保存される。したがって、上述のステップS13では、ステップS12で算出された充電容量Z1を、不揮発性メモリ171からリードされた積算充電容量Z2に加算することによって、現在の積算充電容量Z2を算出することができる。
(5)積算充電容量Z2と積算容量基準値Z3との比較
電源回路121のコントローラ202は、積算充電容量Z2を積算容量基準値Z3と比較し、積算充電容量Z2が積算容量基準値Z3を越えたかどうかを判定する(ステップS15)。もし、積算充電容量Z2が積算容量基準値Z3よりも大きいならば、コントローラ202は、バッテリ171のエラー(充電可能容量の低下)を検出し、インジケータ16を点灯させるための警告信号を出力する(ステップS16)。また、ステップS16では、バッテリ171の充電可能容量が低下していることを示すメッセージをLCD16の表示画面上に表示してもよい。また、所定の警告音を出力してもよい。
以上説明したように、本実施形態では、実測された充電容量を積算することによって得られる積算充電容量と基準値とを比較することにより、バッテリの充電可能容量の減少つまりバッテリの劣化が検出される。よって、負荷変動による充電電流の変動に影響されることなく、バッテリの劣化を正確に検出することができる。また、下限値(B_lower)と上限値(B_upper)との範囲内でバッテリ容量が変化するような充電も考慮することができるので、満充電回数を用いてバッテリの劣化の程度を判定する場合よりも、バッテリの劣化の程度を精度良く判定することができる。
また本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
10…コンピュータ、16…インジケータ、17…バッテリ、301…電流測定ユニット、302…タイマ、303…計算ユニット、401…充電回路。

Claims (7)

  1. バッテリによって駆動可能な情報処理装置であって、
    外部電源からの電力を用いて前記バッテリを充電する充電回路と、
    前記充電回路から前記バッテリに供給される充電電流を測定する充電電流測定手段と、
    前記充電電流によって前記バッテリが充電される時間を測定する充電時間測定手段と、
    前記測定された充電電流と前記測定された充電時間とから充電容量を算出し、前記バッテリの定格容量および充電可能容量減少率を示す前記バッテリの特性情報に基づいて、前記バッテリの定格容量に対する充電可能容量の割合が所定割合にまで減少するまでに充電可能な総容量を示す積算容量基準値を算出し、前記バッテリの劣化を検出するために、前記算出された充電容量を過去に算出された充電容量に積算することによって得られる積算充電容量を前記積算容量基準値と比較する算出手段とを具備することを特徴とする情報処理装置。
  2. 前記バッテリの特性情報は、前記バッテリ内の不揮発性メモリに格納されていることを特徴とする請求項1記載の情報処理装置。
  3. 前記算出手段は、前記積算充電容量を前記バッテリ内の不揮発性メモリに格納することを特徴とする請求項1記載の情報処理装置。
  4. 前記積算充電容量が前記積算容量基準値を越えた場合、前記バッテリの劣化を提示するインジケータをさらに具備することを特徴とする請求項1記載の情報処理装置。
  5. 情報処理装置に装着されるバッテリの劣化を検出するバッテリ劣化検出方法であって、
    外部電源からの電力を用いて前記バッテリを充電する充電回路から前記バッテリに供給される充電電流を測定するステップと、
    前記充電電流によって前記バッテリが充電される時間を測定するステップと、
    前記測定された充電電流と前記測定された充電時間とから充電容量を算出するステップと、
    前記バッテリの定格容量および充電可能容量減少率を示す前記バッテリの特性情報に基づいて、前記バッテリの定格容量に対する充電可能容量の割合が所定割合にまで減少するまでに充電可能な総容量を示す積算容量基準値を算出するステップと、
    前記バッテリの劣化を検出するために、前記算出された充電容量を過去に算出された充電容量に積算することによって得られる積算充電容量を前記積算容量基準値と比較する算出ステップとを具備することを特徴とするバッテリ劣化検出方法。
  6. 前記バッテリの特性情報は、前記バッテリ内の不揮発性メモリに格納されていることを特徴とする請求項記載のバッテリ劣化検出方法。
  7. 前記積算充電容量が前記基準値を越えた場合、前記バッテリの劣化を通知するために警告出力を出力するステップをさらに具備することを特徴とする請求項記載のバッテリ劣化検出方法。
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