JP5457355B2 - インテリジェントな電池の安全管理 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は充電可能なストレージ電池に関する。より具体的には、本発明の実施形態は、インテリジェントな電池安全管理システムおよび方法に関する。

充電可能な電池は、より数多くのコンシューマ機器およびその他の電子機器へと拡張している。特に、ラップトップおよびノートブックコンピュータ、また類似の機器は、携帯性のあるコンピューティング機能の提供に電池を利用する。

携帯コンピューティング機器はあらゆる場所で使用できるが、こうした機器は一般的にまず充電され、電池の電力のみによって動作する。このような携帯機器の動作の多くは、実際にはＡＣアダプタに接続された固定的な動作であってよい。ノートブックパソコン（ＮＢＰＣ）がＡＣアダプタで使用されると、付随する電池パックは多くの場合あるいは常に完全に充電されている。しかしながら、電池パックを充電済み状態にしておくと安全上の問題を引き起こす可能性がある。

一例としては、携帯機器で低質な電池セルまたはパックが使用される場合に潜在的なリスクが存在する。例えば、リチウムイオン電池（Ｌｉ−ｉｏｎ）のカソードおよびアノードは、充電済み状態で潜在的に膨張する可能性がある。低質なセルが金属粒子を含む場合、充電済み状態は、金属粒子にカソードおよびアノード間の隔壁を貫通させ、内部的な短絡を引き起こす場合がある。

第２の例としては、ユーザが携帯コンピュータ機器に非正規品の電池パックまたはセルを使用する場合がある。ここでの「非正規品」パックまたはセルとは、機器メーカによってサポートされていない電池セルまたはパックを示す。ここではＢＭＵ（電池管理ユニット）とも呼ぶ電池制御ユニットが、電池パックまたはセルと不一致である場合、結果として電池が過充電される場合がある。電池の過充電は、爆発、引火、または電池故障などの多大な安全上の問題を引き起こし得る。非正規品のセルまたはパックは低質な場合があり、充電にあたって危険な状態をもたらす場合がある。

本発明の実施形態を添付図面の図中に例示的に説明するが、これらに限定されるものではない。図中の類似の数字は類似の要素を示す。

電池管理プロセスのある実施形態を示す図である。

インテリジェントな電池管理システムのある実施形態の概略図を示す。

電池放電曲線のデータを比較したある実施形態を示す図である。

電池管理プロセスのある実施形態を示すフロー図である。

本発明のある実施形態は、インテリジェントな電池の安全管理に関する。

ここでの「電池」とは、化学反応によって電位を発生するあらゆるデバイスを意味する。特に、電池は、充電動作によって動作状態への回復が可能な充電可能な電池を含む。電池は、ニッケルカドミウム（ＮｉＣａｄ）、リチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）およびその他の充電可能な電池を含んでよいが、これらに限定されない。

「携帯コンピューティング機器」とは、携帯性のある動作を提供し、充電可能な電池電源を含むあらゆるパソコンあるいは類似のコンピューティング機器を意味する。携帯コンピューティング機器は、ノートブックまたはラップトップコンピュータ、携帯型コンピュータ、タブレットＰＣ、ウルトラモバイルパソコン（ＵＭＰＣ）、モバイルインターネット機器（ＭＩＤ）、スマートフォン（ＰＤＡ）、またはその他類似の機器を含んでよいが、これらに限定されない。

「電池パック」とは、１つ以上の電池セルのパッケージを意味する。電池パックは一般的に、携帯コンピューティング機器を含む数多くの電子機器の動作に使用される。

「電池制御ユニット」は、電池の特定の動作を制御するユニットを意味する。電池パックは、電池制御ユニットを含んでよい。

一部の実施形態では、充電可能な電池を含む携帯コンピューティング機器またはその他の機器にインテリジェントな電池管理システムが供給される。ある実施形態では、非正規または欠陥電池セルが機器に挿入された際に管理システムがこれを判断する。

一部の実施形態では、電池セルの充電または放電サイクル曲線データを基準曲線データと比較することにより非正規または欠陥電池を検知する。

一部の実施形態では、システムが非正規または欠陥電池セルの充電を禁止するか、あるいはそのような電池の充電レベルを低減し、動作の安全性を維持する。

一般的に、電池パックは１つ以上の電池セルからなる。電池パックはさらに特定の電池管理動作を制御する電池制御ユニットを含んでよい。ここでの電池制御ユニットは、電池管理ユニット（ＢＭＵ）と呼ばれてもよい。電池制御ユニットは、電池電圧、容量、温度、電流およびその他の要素などの電池動作および状況の監視を目的とする。電池制御ユニットは、過充電、重放電および過電流を防ぎ、安全な動作の提供を目的とする。

数多くの携帯コンピュータは、電池パックの電池制御ユニットに通信するかあるいは連絡を行い、非正規品の電池パックを排除し、正規品の電池パックのみに完全な動作が許されることを確実にしようとする。非正規品の電池パックは、顕著に異なる特性を有する場合があり、そのような電池が過充電されたり、機器が電池の本来の特性を認識せずに動作したりすると危険である。

しかしながら、たとえ電池パックが正規品の電池パックであることを確認するようコンピュータが動作しても、次のような特定の問題は残り得る。

（ａ）ユーザが電池パック内の１つ以上のセルを交換し、同じ電池パックおよび電池制御ユニットを使用する場合がある。電池制御ユニットは、非正規品の電池セルを検知せず、電池セルがあたかも正規品であるかのように機器内で動作し続ける。このような状況では概して、電池制御ユニットは元来の正規ユニットであることから、携帯コンピュータ機器は、電池パックが純正品であると判断する。しかしながら、非正規電池に交換された電池セルは、顕著に異なる特性を有している場合があり、潜在的に危険な状況をもたらす。

（ｂ）製品リコールなどユーザに影響を与える電池に関する特定の問題が発生した場合、仮にユーザが状況について聞き及んだとしても、ユーザは一般的にテレビ、新聞あるいはインターネットなどの情報源やニュースからのみリコールを認識する。全てのユーザが電池リコールの情報を認識、あるいはその適用性を確認するとは限らない。従って、多くのユーザは状況を認識しておらず、疑わしい電池パックを返品しない。これは、安全性に多大な問題を引き起こす可能性を有しており、一般的に電池管理ユニットはこの問題についての解決策をなんら提供しない。

（ｃ）低質または非正規品のＬｉ−ｉｏｎ電池を充電済み状態にしておくことは危険のことをユーザが認識していない場合が多い。このようなユーザは、電池の品質にばらつきがあり得ること、あるいは電池が異なる充電特性を持ち得ることに気付いていない場合がある。充電可能な電池に関する安全性の問題は、よく知られておらず、ユーザにとって明らかではない。

（ｄ）ユーザが悪徳な小売業者から電池パックを購入すると、実際には低質または非正規品の電池セルであるにもかかわらず、ユーザは正規品の電池を購入していると信じている場合がある。電池制御ユニットが期待値に一致することから、このような電池パックの電池充電ユニットがコンピュータあるいはその他の機器に装着された場合、ユーザには問題があると考える理由が無い。

（ｅ）たとえ電池パックが正規品であり、正規の電池セルを含む場合でも、電池セルは電池セルの充電特性を変える欠陥を含んだり、あるいは後に欠陥が生じたりする場合がある。

一部の実施例では、１つ以上の電池セルが欠陥信である、あるいは正規品でないかを判断することにより電池の安全性を確実にする方法が提供される。一部の実施形態では、方法は、電池セルの充電特性を判断する段階と、そのような充電特性を既知の電池の特性と比較する段階とを含む。

一部の実施形態では、システムはハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせを含んでよい。ある実施形態では、その他のデータと共に特に電池セルの充電または放電特性を含む、電池に関する基準データをハードウェアモジュールが含んでよい。ある実施形態では、ハードウェアモジュールはさらにインターネット、イントラネット、またはその他のデータソース接続を確立し、更新された電池の基準データを取得することのできるハードウェアを含んでよい。更新された電池の基準データは、リコール対象の電池または欠陥電池の充電特性に関する新しいデータを含む。ハードウェアはさらに、電池パック、充電器またはデバイスオペレーティングシステムと通信可能な機能を有してよい。またさらに、現在の電池セルの電池充電データを取得できるソフトウェアが提供されてよい。このようなデータは現在の電池パック、充電器または電池パックを有する機器から導き出されてもよい。このような基準データは、例えば毎日１回など周期的に取得されてよい。

電池パックまたは電池セルを識別する基準データは、メーカ名、製造日、シリアル番号および類似の情報などの識別情報に加え、充電／放電曲線で表し得る電池の電圧と容量の関係を含んでよい。例えば充電／放電曲線などの基準データは、温度、サイクルカウント、電流およびその他の要素の関数であってよいが、これらに限定されない。さらに、電池パックを使用するパソコンなどの機器を識別する情報があってよい。このような情報は、メーカ名、シリアル番号および関連情報を含んでよい。

一部の実施形態では、現在の電池データと照合する基準データを機器が有する。基準データは、出荷前にメーカが始めから格納または埋め込んでおいてよい。また、基準データはインターネット、イントラネットまたはその他のデータソースアクセスを介して周期的に更新されてよい。更新された基準情報は、例えばリコール対象の電池セルあるいはその他の欠陥または非正規品の電池セルについての基準情報を含んでよい。

一部の実施形態では、システムが基準データと照合する現在の電池データを周期的に取得し電池の動作を監視する。現在の電池データと基準データとの比較が不一致またはエラーを示す場合、システムは、電池パックまたは電池セルが非正規品または欠陥品であると判断する。一部の実施形態では、電池パックまたは電池セルが非正規品または欠陥品であると判断されると、システムは、充電池に充電を停止させ、機器メーカが推奨する状態（例えば５０％の充電量）まで電池パックを自動的に放電させてよい。一部の実施形態では、システムはさらに、実行している対応についてユーザに通知してよい。例えばシステムは、ある例では、機器の起動またはブートアップについてオペレーティングシステムを介してユーザに通知してよい。装着された電池パックに問題がないことをシステムが判断した場合、本発明は電池が正規品であることをユーザに通知してよい。

一部の実施形態では、現在の電池の充電／放電曲線データおよび基準データに含まれた充電／放電曲線データは比較され、非正規品あるいは欠陥品の電池セルの検知に用いられる。充電／放電曲線は、異なる電池サプライヤが製造する異なる電池セルによってことなることから、これを実行することが可能となる。一部の実施形態では、充電／放電曲線データの比較は、例えばユーザが電池パック内の電池セルのみを交換し、電池パック内の同じ電池制御ユニットを用いた場合でも、非正規品の電池セルの検知を可能にする。

一部の実施形態では、機器のオペレーティングシステムが起動していない場合でも、システムまたは機器は基準情報の更新を許容する。例えば、システムは、充電器ハードウェアがインターネットまたはイントラネット接続を確立可能な際に基準データを周期的に更新してよい。一部の実施形態で羽、電池のリコールが発生した場合、システムは装着された電池パックがリコールの対象であるかを自動的に判断し、ユーザにこれを通知する。電池パックがリコールの対象である場合は、システムは電池への充電を減少することで電池パックをより安全な状態へ戻す。

一部の実施形態では、電池が非正規品、リコール対象、あるいは欠陥品であると機器が判断した場合、ユーザは例えばパソコンのコンピュータメーカなどの機器メーカへシステムによる対応の結果を報告するか否かを選択できてよい。

従って、一部の実施形態では、システムは非正規品の電池パックの存在の検知に加え、非正規品または欠陥品の電池セルを検知が可能である。さらに、システムは、電池への充電を減少または停止し、電池に放電させることにより、電池パックをより安全な状態へ移行させることができる。

図１は、電池管理プロセスのある実施形態を示す図である。この図は、機器の電池システム１０６の実施形態であって、電池システム１０６は、充電器、電池安全管理ユニットまたは両方１１４と通信し、機器で使用される電池セル１１６の真正性を判断するインテリジェントな電池安全管理システム１１０を含む。一部の実施形態では、電池安全管理システムは、機器の電池管理ドライバ１０８用いて電池セル１１６の動作に関するデータを収集してよい。電池安全管理システム１０６は、電池セル１１６の充電／放電曲線データの形式などの収集したデータを基準データと比較してよい。基準データは、非正規品、リコール対象、あるいは欠陥品の電池セルの充電／放電データを含んでよい。このような基準データを取得または更新すべく、電池安全管理システム１１０は、インターネットまたはイントラネット１１２と周期的に通信し、最新情報を取得してよい。

電池が非正規品、リコール対象、あるいは欠陥品であるとされた場合、電池安全管理システム１１０は、例えば充電器１１４の電源を切り電池セルを安全なレベルにまで放電させるなど、問題に対処してよい。

電池管理ドライバ１０８は、機器のオペレーティングシステム１０４を介して通信し、装着された電池パックに関する判断を通知してよい。例えば、オペレーティングシステム１０４は、装着された電池パック内の非正規、リコール対象あるいは欠陥品の電池セルの存在など、発生した電池の問題をユーザに通知するソフトウェアを表してよいユーザ通知システム１０２を動作させてよい。

図２は、インテリジェントな電池管理システムのある実施形態の概略図を示す。この図は、ＡＤ／ＤＣアダプタ２１０が、例えば電池パック２２２の充電などの電池の充電電力を供給してよい。電池パックは、電池管理ユニット２２４および複数の電池セル２２６を含んでよい。電力モニタ２１２は図のようにシステム抵抗２０８の電力を管理してよい。アダプタ２１０の電力出力は、電池パック２２２に結合した電力スイッチ（ＰＳ）２１４の動作を選択するセレクタ２１８にも接続され、電池パック２２２の充電を制御する。システム管理コントローラ（ＳＭＣ）２２０は、電池パックとのインターフェースに用いられる。ＳＭＣ２２０はセレクタ２１８を制御する。

一部の実施形態では、インテリジェントな電池安全管理システム２０２は、電池パック２２２の充電管理を提供する。一部の実施形態では、電池安全管理システム２０２は、電池パック２２２が正規品であることを確実にし、さらに電池セル２２６が施肥気品であり、リコールの対象ではなくかつ欠陥品ではないことを確実にする。一部の実施形態では、電池安全管理システム２０２は電池セルの動作をリファレンスデータと比較し、少なくとも一部はこのような比較に基づいて、電池セルの問題がないかを判断する。このような比較は、非正規品の電池セル、リコール対象の電池セル、または欠陥品の電池セルを検知する、電池セル２２６の収集された充電／放電データと基準データとの比較を含む。

一部の実施形態では、電池安全管理システム２０２は、インターネットまたはイントラネット２０４への通信を介して基準データを受信あるいは更新してよい。一部の実施形態では、インターネットまたはイントラネットへの接続は、オペレーティングシステム２１６をブートアップすることなく利用可能であってよい。一部の実施形態では、電池安全管理システム２０２は、ユーザに通知するべく電池の問題についてオペレーティングシステム２１６と通信する。一部の実施形態では、電池安全管理システム２０２はさらに、情報を受信するべく電池の動作について、ＣＰＵ、チップセットおおびその他の要素を含むシステムプラットフォームと通信する。この情報は、許容できる電池パックおよび電池セルの基準データを含んでよい。電池安全管理システム２０２はさらに、検知された電池の問題に対処するあらゆる対応をプラットフォームが行えるよう、プラットフォーム２０６と通信してよい。

図３は、電池放電曲線のデータを比較したある実施形態を示す図である。この図では、グラフ３００が２つの異なる電池セルの放電曲線を示す。放電曲線データは、装着された電池について収集されたデータ、および非正規品、リコール対象、あるいは欠陥品の電池を検知する基準データの一部であってよい。図３では１種類の曲線を示すが、様々な実施形態において他の種類の曲線および曲線データが用いられてよい。さらに、実施形態は１本または２本の曲線に限定されず、当業者にとって明らかなように様々な種類の曲線が何本含まれてもよい。図のように、曲線は電池電圧３１０をボルトで示し、容量３１５をワットアワーで示す。図の曲線は、電池Ａ３３０および電池Ｂ３２０の放電を示す。図で明らかなように、この場合電池Ａ３３０は低い電圧において、電池Ｂ３２０よりも大きな電池容量を示す。一部の実施形態では、電池充電／放電曲線を比較し、例えば電池タイプＡ３３０であるべき電池パック内の電池セルが、実際には電池Ｂ３２０の異なる電池、つまり特定の機器にとって非正規品の電池であることを判断する。

図４は、電池管理プロセスの実施形態を示すフロー図である。この図では、４０２で装置に電池パックが装着される。機器は、少なくとも一時は電池電力を使用するパソコンまたはその他の機器であってよい。機器は、４０４で電池パックが、電池の電池制御ユニットを使用する機器の正規電池パックであるかを判断する。４０６で電池パックが非正規品の電池パックであるとされた場合、例えば、４２０の充電システムの電源を切る、４２２の電池を安全なレベルまで放電させる、４２４のユーザに電池の問題を通知するといった問題の解決を機器が行ってよい。

４０６で電池パックが正規品であるように見える場合でも、電池パックの電池セルについての問題が残る。一部の実施形態では、４０８で電池パックまたは電池セルの充電、放電あるいはその両方のデータが収集される。収集された電池パックおよび電池セルのデータは、４１０で真正性を判断すべく基準データと比較される。基準データについては、４１２でインターネットまたはイントラネットにアクセスしてデータをダウンロードし、４１４で電池の基準データの周期的な更新を取得する処理がある。基準データの更新は、新たなリコール情報およびその他の欠陥セルに関する新しい情報を含んでよい。

４１６で非正規、リコールの対象、または欠陥品の電池パックあるいはセルがある場合、システムは４２０で適切に問題に対処する。一部の実施例では、システムは、収集したデータの基準データに対する比較、検知された問題の種類と深刻さに少なくとも一部は基づいて、問題に対処する方法を判断する。ある例では、この判断は電池の曲線データが基準曲線データに一致するか、あるいは例えば図３に示された曲線データのように逸脱するかという点に基づいてよい。対処方法は、充電を停止する（４２２）、電池を安全なレベルまで放電する（４２４）、および電池の問題をユーザに通知する（４２６）を含んでよいが、これらに限定されない。システムは、このような対処方法の１つ以上を特定の状況に応じてどのような順で行ってもよい。ある例では、システムは充電システムの電源を即座に切ってよい。電池が非正規品、リコール対象、または欠陥品であると判断されない場合には、システムは４１８で通常の動作を続行してよい。

本開示の利益を享受する当業者にとっては、本発明の範囲内に上述の説明および図面の数多くの変形が含まれることが明らかである。事実、本発明は上述の詳細に限定されない。本発明の範囲を定義するのはむしろ、以下の請求の範囲およびその補正である。

以上に、本発明の十分な理解を促進すべく、説明を目的として様々な具体的な詳細を述べた。しかしながら、このような具体的の詳細のいくつかを用いることなく本発明を実施可能であることは当業者にとって明らかである。公知の構造およびデバイスはブロック図の形で示した。

本発明は様々な段階を含んでよい。本発明の段階は、ハードウェアコンポーネントによって実行されるか、あるいは機械で実行可能な命令に組み込まれてよい。命令は、命令でプログラムされた汎用または特定用途のプロセッサまたは論理回路に段階を実行させてよい。またこれに代えて、段階はハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせによって実行されてよい。

本発明の一部は、命令を格納した機械で読み取り可能な媒体を含んでよいコンピュータプログラム製品として提供されてよく、命令は本発明の段階を実行するコンピュータ（または他の電子機器）のプログラムに使用されてよい。機械で読み取り可能な媒体には、フロッピー（登録商標）ディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標），磁気または光カード、フラッシュメモリ、その他の種類の電子的な命令の格納に適した媒体／機械で読み取り可能な媒体が含まれてよいが、これらに限定されない。さらに、本発明はコンピュータプログラム製品としてダウンロードされてよい。プログラムは、通信リンク（例えば、モデムまたはネットワーク接続）を介し、搬送波または他の伝達媒体に埋め込まれたデータ信号よって遠隔のコンピュータから要求側のコンピュータへ転送されてよい。

方法の多くをそれらの最も基本的な形で説明したが、本発明の基本的な範囲から乖離することなく、いずれの方法についても段階が追加あるいは削除されてよく、また説明したメッセージのいずれについても情報が追加あるいは削除されてよい。当業者にとっては、さらなる変更および翻案が可能であることが明らかである。具体的な実施形態は本発明を限定するのではなく、説明するべく提供される。本発明の範囲は、以上の具体的な例によってではなく、以下の請求の範囲によってのみ判断されるべきである。

また当然のことながら、明細書全体にわたって、「ある実施形態」または「実施形態」とは、特定の要素が本発明の実施に含まれてよいことを意味する。同様に当然のことながら、開示を合理化し、１つ以上の様々な発明の側面の理解を補助することを目的に、本発明の例示的な実施形態についての上述の説明および本発明の様々な要素は、１つの実施形態、図面、または説明にまとめられている場合がある。しかしながら、この開示方法は、以下の請求の範囲の発明が各請求項に明示的に記載されたものよりも多くの要素を必要とするということを反映すると解釈されるべきではない。むしろ、以下の請求項に示されるように、発明の側面は以上に開示された１つの実施形態の全ての要素より少ない所に存在する。従って、本明細書には明示的な請求項が組み込まれており、各請求項は本発明の個別の実施形態として独立している。

Claims (12)

1. 機器に電力を供給する充電可能な電池パックに含まれる電池セルの動作に関するデータを収集する段階と、
   前記電池セルの前記収集したデータと電池基準データのセットとを比較する段階と、
   前記収集したデータと前記電池の基準データとの比較に少なくとも一部は基づいて、前記電池セルが非正規品あるいは欠陥品であるかを判断する段階と、
   前記電池パック又は前記電池セルが非正規品または欠陥品である場合、前記電池パックの充電を停止し、前記電池パックを安全な電圧まで放電させる段階と
   を備える、電池動作の管理方法。
2. 前記電池セルの前記収集したデータは、前記電池パックに含まれる前記電池セルの充電／放電曲線を含み、前記電池基準データは、基準の充電／放電曲線を含む、請求項１に記載の電池動作の管理方法。
3. インターネット、イントラネット、あるいは他のデータソースへの接続を介して前記基準データを更新する段階をさらに含む、請求項１又は２に記載の電池動作の管理方法。
4. 前記基準データは、リコールの対象である電池に関するデータおよび欠陥品の電池に関するデータを含むグループのうち１つ以上を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の電池動作の管理方法。
5. 前記電池セルが非正規品または欠陥品であることに気づいたことに関してユーザに通知する段階をさらに含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の電池動作の管理方法。
6. 前記電池パックが、前記電池パックの電池制御ユニットを使用する前記機器にとって正規品であるかを判断する段階をさらに含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の電池動作の管理方法。
7. 電池制御ユニットおよび１つ以上の電池セルを含む充電可能な電池パックに電力を供給する充電器と、
   前記１つ以上の電池セルの動作に関するデータを収集し、前記収集されたデータおよび基準データのセットの比較に少なくとも一部は基づいて前記電池セルのいずれかが非正規品または欠陥品であるかを判断し、前記電池パック又は前記電池セルが非正規品または欠陥品である場合、前記電池パックの充電を停止し、前記電池パックを安全な電圧まで放電させる電池管理システムと
   を備える、機器の電池システム。
8. 前記電池管理システムは、インターネット、イントラネット、あるいは他のデータソースへの接続を含み、前記接続を用いて前記電池管理システムが前記基準データの更新を取得する、請求項７に記載の機器の電池システム。
9. 前記基準データの前記更新は、リコール対象の電池あるいはその他の欠陥品の電池に関するデータを含む、請求項８に記載の機器の電池システム。
10. 前記収集したデータは、前記電池パックに含まれる前記電池セルの充電／放電曲線を含み、前記基準データは、基準の充電／放電曲線を含む、請求項７から９のいずれか一項に記載の機器の電池システム。
11. 前記電池管理システムは、前記１つ以上の電池セルのうちある電池セルが非正規品あるいは欠陥品であると判断した場合に、前記機器のオペレーティングシステムに通知する、請求項７から１０のいずれか一項に記載の機器の電池システム。
12. 前記機器は、携帯コンピューティング機器である、請求項７から１１のいずれか一項に記載の機器の電池システム。