JP2011078307A

JP2011078307A - 情報処理装置および充電方法

Info

Publication number: JP2011078307A
Application number: JP2010257696A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Tsuji; 和彦辻
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2010-11-18
Publication date: 2011-04-14
Also published as: JP2010263676A; US8035351B2; JP4635094B2; US20100277130A1

Abstract

【課題】バッテリの電源回路の温度変化と各種パラメータとを用いて適切な充電制御を行うことができる情報処理装置を提供する。
【解決手段】実施形態の情報処理装置は、温度センサと、電源回路と、制御部とを備える。前記電源回路は、外部電源からの電力を用いてバッテリを充電する。前記制御部は、前記バッテリに第１の電力を供給中に前記温度センサから取得される温度が温度閾値を超えたとき、前記バッテリの残量が残量閾値以下である場合、前記第１の電力より低い第２の電力を前記バッテリに供給し、前記バッテリの残量が前記残量閾値を超えている場合、前記第１の電力を前記バッテリに供給し続ける。
【選択図】図２

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を駆動するバッテリの充電制御を行う情報処理装置および充電方法に関する。

一般的に、パーソナルコンピュータのような情報処理装置を駆動するバッテリは、充電可能な二次電池が使用されている。このようなバッテリにおいては、バッテリの温度が高い状態で急速充電を行うとバッテリの性能が低下する。このため、高温となったバッテリを急速充電するためにはバッテリが冷却されるまで待つ必要があり、このような状態のバッテリにおいては通常充電を行う。また特許文献１には、バッテリの残存容量を検出した結果、満充電に近く短時間で満充電可能である場合は、高温で充電を開始してもバッテリの劣化の恐れが少ないと判別し、急速充電を行う技術が開示されている。

特開２００１−１２８３８６号公報

しかし、特許文献１においては、バッテリ本体の温度を監視しているが、充電可能な二次電池にはある程度の温度耐性が始めから備わっており、バッテリ本体の温度を監視する意義が少ない。充電中にバッテリの温度が閾値を超えた場合に充電を停止すると、バッテリの残存容量が満充電に近い場合でも充電を停止してしまうことが起こり得る。すなわち、充電中にバッテリの温度が閾値を超えないように制御することができない。したがって、充電中のバッテリ温度上昇と残容量に応じた充電制御を行うことが望まれる。

そこで、本発明は、バッテリの電源回路の温度変化と各種パラメータとを用いて適切な充電制御を行うことができる情報処理装置および充電方法を提供することを目的とする。

実施形態の情報処理装置は、温度センサと、電源回路と、制御部とを備える。前記電源回路は、外部電源からの電力を用いてバッテリを充電する。前記制御部は、前記バッテリに第１の電力を供給中に前記温度センサから取得される温度が温度閾値を超えたとき、前記バッテリの残量が残量閾値以下である場合、前記第１の電力より低い第２の電力を前記バッテリに供給し、前記バッテリの残量が前記残量閾値を超えている場合、前記第１の電力を前記バッテリに供給し続ける。

本発明の一実施形態に係るコンピュータの概観の例を示す斜視図。図１のコンピュータのシステム構成の例を示すブロック図。図１のコンピュータで用いられる電源コントローラ（ＰＳＣ）および電源回路を中心とした構成を示したブロック図。図１のコンピュータによって実行される充電制御処理の手順の例を示すフローチャート。図１のコンピュータによって実行される充電制御処理の際に用いられる各種パラメータの例を示す図。図１のコンピュータによって実行される充電制御処理の際に用いられる各種パラメータの例を示す図。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。

まず、図１および図２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はコンピュータ１０のディスプレイユニットを開いた状態における斜視図である。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とから構成されている。ディスプレイユニット１２には、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）１７から構成される表示装置が組み込まれており、そのＬＣＤ１７の表示画面はディスプレイユニット１２のほぼ中央に位置されている。

ディスプレイユニット１２は、コンピュータ本体１１に対して開放位置と閉塞位置との間を回動自在に取り付けられている。コンピュータ本体１１はバッテリが取り外し自在に装着可能な例えば薄い箱形の筐体を有している。バッテリは、コンピュータ本体１１の例えば底面に設けられたバッテリ収容スペースに装着される。

コンピュータ本体１１の上面にはキーボード１３、本コンピュータ１をパワーオン／オフするためのパワーボタンスイッチ１４、およびタッチパッド１５などが配置されている。

次に、図２を参照して、本コンピュータ１０のシステム構成について説明する。

本コンピュータ１０は、図２に示されているように、ＣＰＵ１１１、ノースブリッジ１１４、主メモリ１１５、グラフィクスコントローラ１１６、サウスブリッジ１１７、ＢＩＯＳ−ＲＯＭ１２０、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１２１、光ディスクドライブ（ＯＤＤ）１２２、各種ＰＣＩデバイス１２３、エンベデッドコントローラ／キーボードコントローラＩＣ（ＥＣ／ＫＢＣ）１４０、電源コントローラ（ＰＳＣ）１４１、電源回路１４２、ＡＣアダプタ（外部電源）１４３およびバッテリ１５０等を備えている。

ＣＰＵ１１１は本コンピュータ１０の動作を制御するために設けられたプロセッサであり、ＨＤＤ１２１から主メモリ１１５にロードされるオペレーティングシステム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、ＢＩＯＳ−ＲＯＭ１２０に格納されたシステムＢＩＯＳ（Basic Input Output System）も実行する。システムＢＩＯＳはハードウェア制御のためのプログラムである。

ノースブリッジ１１４はＣＰＵ１１１のローカルバスとサウスブリッジ１１７との間を接続するブリッジデバイスである。ノースブリッジ１１４には、主メモリ１１５をアクセス制御するメモリコントローラも内蔵されている。また、ノースブリッジ１１４は、PCI Expressバスなどを介してグラフィクスコントローラ１１６との通信を実行する機能も有している。

グラフィクスコントローラ１１６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ＬＣＤ１７を制御する表示コントローラである。このグラフィクスコントローラ１１６はビデオメモリ（ＶＲＡＭ）１１６Ａを有しており、ＯＳ／アプリケーションプログラムによってビデオメモリ（ＶＲＡＭ）１１６Ａに書き込まれた表示データから、ＬＣＤ１７に表示すべき表示イメージを形成する映像信号を生成する。

サウスブリッジ１１７はＰＣＩバス１に接続されており、ＰＣＩバス１を介してＰＣＩデバイス１２３との通信を実行する。また、サウスブリッジ１１７は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１２１および光ディスクドライブ（ＯＤＤ）１２２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。

エンベデッドコントローラ／キーボードコントローラＩＣ（ＥＣ／ＫＢＣ）１４０は、電力管理のためのエンベデッドコントローラと、キーボード（ＫＢ）１３およびタッチパッド１５を制御するためのキーボードコントローラとが集積された１チップマイクロコンピュータである。このＥＣ／ＫＢＣ１４０は、ユーザによるパワーボタンスイッチ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、ＥＣ／ＫＢＣ１４０と電源コントローラ（ＰＳＣ）１４１との共同動作によって実行される。ＥＣ／ＫＢＣ１４０から送信されるＯＮ信号を受けると、電源コントローラ（ＰＳＣ）１４１は電源回路１４２を制御して本コンピュータ１０をパワーオンする。また、ＥＣ／ＫＢＣ１４０から送信されるＯＦＦ信号を受けると、電源コントローラ（ＰＳＣ）１４１は電源回路１４２を制御して本コンピュータ１０を電源オフする。

また、電源コントローラ（ＰＳＣ）１４１は、コンピュータ本体１１にバッテリ１５０が装着されたか否かを判別する機能、電源コントローラ（ＰＳＣ）１４１に予め記憶している各種パラメータ情報（バッテリ残存容量に対応する残充電時間情報、バッテリ残量の閾値、電源回路の温度の閾値、充電電流値等）を読み出して電源回路１４２に設定する機能、およびコンピュータ本体１１に外部電源（ＡＣアダプタ１４３）が接続されているか否かを判別する機能を有している。判別結果は、電源コントローラ（ＰＳＣ）１４１によってＥＣ／ＫＢＣ１４０内のステータスレジスタに設定される。さらに電源コントローラ（ＰＳＣ）１４１は、バッテリ１５０の残存容量の情報をシリアルバス２を介して取得する。

電源回路１４２は、コンピュータ本体１１に装着されたバッテリ１５０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１４３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に外部電源（ＡＣアダプタ１４３）が接続されている場合には、電源回路１４２は、外部電源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、外部電源からの電力を用いてバッテリ１５０を充電する。また、電源回路１４２には温度センサ２００が内蔵されている。電源コントローラ（ＰＳＣ）１４１は、この温度センサ２００で測定された温度情報を取得する。

バッテリ１５０は複数の２次電池および不揮発性メモリ１５１から構成されている。不揮発性メモリ１５１には、バッテリ１５０の能力を示す定格情報が予め格納されている。定格情報は、例えば、バッテリ１５０の最大放電電流を示す放電電流定格(A)、バッテリ１５０の定格容量(Ah)、バッテリ１５０に搭載された２次電池の個数を示すセル数情報、充放電が実行された回数を示すサイクル数、バッテリ１５０の使用時間の総計値などが含まれている。

ＥＣ／ＫＢＣ１４０、電源コントローラ（ＰＳＣ）１４１、電源回路１４２、およびバッテリ１５０は、Ｉ２Ｃ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。コンピュータ本体１１にバッテリ１５０が装着されている期間中、またはコンピュータ本体１１にＡＣアダプタ１４３が接続されている期間中においては、ＥＣ／ＫＢＣ１４０および電源コントローラ（ＰＳＣ）１４１には、電源回路１４２から動作電源が常時供給される。

図３は、電源コントローラ（ＰＳＣ）１４１および電源回路１４２を中心とした構成を示したブロック図である。

電源回路１４２はＡＣアダプタ１４３から供給される電力をＤＣ／ＤＣコンバータ等により変換し、充電電流を生成する。電源回路１４２により生成された充電電流によりバッテリ１５０が充電される。また電源回路１４２には、温度センサ２００が備えられている。電源コントローラ（ＰＳＣ）１４１は、制御部３００および記憶部３０１を備える。制御部３００は、電源回路１４２の温度センサ２００から温度情報を取得する。また、制御部３００は、シリアルバス２を経由してバッテリ１５０からバッテリ残存容量の情報を取得する。

記憶部３０１には、バッテリ残存容量、残充電時間情報３０１ａ、バッテリ残量の閾値３０１ｂ、電源回路の温度の閾値３０１ｃ、充電電流値３０１ｄ等の各種パラメータが記憶されている。この各種パラメータは、例えばバッテリ１５０に供給する充電電流値と、充電電流値に対応する時間当たりの温度上昇値と、バッテリ残量に対応する残充電時間とがパラメータとして記憶部３０１にそれぞれ複数記憶されている。また、電源回路１４２の温度センサ２００から取得される温度が閾値を超えた場合、制御部３００は第１の充電電流よりも低い通常の充電電流である第２の充電電流を用いてバッテリ１５０に電流の供給を行うように制御する。

一方、電源回路１４２の温度センサ２００から取得される温度が閾値を超え、且つ、バッテリ１５０の残量がバッテリ残量の閾値３０１ｂを超えた場合は、急速充電電流である第１の充電電流を用いてバッテリ１５０に電流の供給を行うように制御する。

さらに、電源回路の温度の閾値として、第１の温度閾値と当該第１の温度閾値よりも高い第２の温度閾値とを設定する場合を考える。電源回路１４２の温度センサ２００から取得される温度が第１の温度閾値を超えた場合は、第１の充電電流（急速充電電流）より低い第２の充電電流（通常の充電電流）を用いてバッテリ１５０に電流の供給をさせるように電源回路１４２の制御を行う。一方、第２の温度閾値を超えた場合は電源回路１４２にバッテリ１５０への電流の供給を停止させるように制御を行う。

また、第１の温度閾値を超えた場合は、時間当たりの温度上昇値に基づいて残充電時間内に第２の温度閾値を超えない充電電流値を記憶部３０１から読み出し、読み出した充電電流値に基づいて電源回路１４２の制御を行う（後述）。さらに、バッテリ残量に対応する残充電時間は、例えば、バッテリ残量（２０％、４０％、６０％、８０％等）に対して段階的に設定されている。さらに、第２の温度閾値を超えない充電電流値が記憶部３０１に記憶されていない場合は記憶部３０１に記憶されている充電電流値のうち、一番小さい値の充電電流値を用いる（後述）。そして、バッテリ１５０が満充電と判別した場合は、電源回路１４２にバッテリ１５０への充電電流の供給を停止させる。

次に、図４のフローチャートを参照して、バッテリ１５０を最適に充電するための充電制御処理の手順の例を説明する。

電源コントローラ（ＰＳＣ）１４１は、コンピュータ１０の電源がＯＮされると（ステップＳ１０１）、コンピュータ本体１１にバッテリ１５０が装着されたか否かを判別する（ステップＳ１０２）。電源コントローラ（ＰＳＣ）１４１は、例えば、コンピュータ本体１１内のバッテリ収容スペースに設けられた、バッテリ１５０との通信用の電極群の一つの電圧値を監視し、電圧値が所定の論理レベルに変化したときに、コンピュータ本体１１にバッテリ１５０が装着されたと判別する。コンピュータ本体１１に外部電源（ＡＣアダプタ１４３）が接続されていない時においても、バッテリ１５０が装着されると、その時点で電源コントローラ（ＰＳＣ）１４１およびＥＣ／ＫＢＣ１４０にそれぞれ動作電源が供給される。これにより、たとえコンピュータ本体１１に外部電源（ＡＣアダプタ１４３）が接続されていない時においても、電源コントローラ（ＰＳＣ）１４１は、コンピュータ本体１１にバッテリ１５０が装着されたことを検知することができる。

ステップＳ１０２で、電源コントローラ（ＰＳＣ）１４１によって、コンピュータ本体１１にバッテリ１５０が装着されたと判別された場合は（ステップＳ１０２のＹＥＳ）、電源コントローラ（ＰＳＣ）１４１は、記憶部３０１に記憶されている電源回路１４２の温度閾値のうち、第１の温度閾値を超えたか否かを判別する（ステップＳ１０３）。電源回路１４２の温度閾値のうち、第１の温度閾値は、例えば５０℃、第２の温度閾値は、例えば６０℃として設定されているものとする。

ステップＳ１０３で、電源コントローラ（ＰＳＣ）１４１によって、電源回路１４２の温度が第１の温度閾値を超えたと判別された場合は（ステップＳ１０３のＹＥＳ）、電源コントローラ（ＰＳＣ）１４１は、記憶部３０１に記憶されている電源回路１４２の温度閾値のうち、第２の温度閾値を超えたか否かを判別する（ステップＳ１０４）。

ステップＳ１０４で、電源コントローラ（ＰＳＣ）１４１によって、電源回路１４２の温度が第２の温度閾値を超えたと判別された場合は（ステップＳ１０４のＹＥＳ）、電源回路１４２にバッテリ１５０への充電電流の供給を停止させる（ステップＳ１０７）。例えば第２の温度閾値が６０℃として設定されていた場合は、電源回路１４２の温度が６０℃に達すると、安全のため充電電流の供給を停止させる。一方、ステップＳ１０４で、電源コントローラ（ＰＳＣ）１４１によって、電源回路１４２の温度が第２の温度閾値を超えていないと判別された場合は（ステップＳ１０４のＮＯ）、バッテリ残存容量が閾値未満であるかを判別する（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５で、電源コントローラ（ＰＳＣ）１４１によって、バッテリ残存容量が閾値未満であると判別された場合は（ステップＳ１０５のＹＥＳ）、各種パラメータ情報（バッテリ残存容量に対応する残充電時間情報、バッテリ残量の閾値、電源回路の温度の閾値）から充電電流値を決定した後に、決定された充電電流値を電源回路１４２に設定する（ステップＳ１０６）。

図５および図６は本実施形態に係るコンピュータによって実行される充電制御処理の際に用いられる各種パラメータの例を示す図である。図５、図６に示されるように各種パラメータ情報が設定されているとして、取得した電源回路１４２の温度情報が例えば５１℃、バッテリ残存容量が４０％、急速充電（バッテリの性能に対して一番短い時間で充電可能な充電方法）での充電電流値５．０Ａ（第１の充電電流）である場合について説明する。

取得した電源回路１４２の温度情報が５１℃であるということは、第１の温度閾値５０℃以上であり、かつ第２の温度閾値６０℃以下である。また、取得したバッテリ残存容量が４０％であるということは、図６に示すバッテリ残存容量の閾値である８０％未満である。この場合、第２の温度閾値が６０℃と現在の電源回路１４２の温度である５１℃との差（９℃）を取り、現在のバッテリ残存容量である４０％から満充電に要する時間（２．４ｈ）を例えば充電電流の大きい方（５．０Ａ）から取得し、演算する。充電電流５．０Ａの場合は、時間当たりの温度の上昇は、１時間当たり６０℃であるので、満充電に要する時間（２．４ｈ）までに電源回路１４２の温度が９℃以上（６０×２．４＝１４４℃）上昇してしまうため、充電電流５．０Ａは不適合と判別される。次に、同様にして充電電流４．０Ａの場合は、時間当たりの温度の上昇は、１時間当たり４０℃であるので、満充電に要する時間（２．４ｈ）までに電源回路１４２の温度が９℃以上（４０×２．４＝９６℃）上昇してしまうため、充電電流４．０Ａは不適合と判別される。続いて、充電電流３．０Ａの場合は、時間当たりの温度の上昇は、１時間当たり１５℃であるので、満充電に要する時間（２．４ｈ）までに電源回路１４２の温度が９℃以上（１５×２．４＝３６℃）であるので、充電電流３．０Ａは不適合と判別される。さらに、充電電流２．０Ａの場合は、時間当たりの温度の上昇は、１時間当たり７℃であるので、満充電に要する時間（２．４ｈ）までに電源回路１４２の温度が９℃以上（７×２．４＝１６．８℃）であるので、充電電流２．０Ａは不適合と判別される。最後に、充電電流１．０Ａの場合は、時間当たりの温度の上昇は、１時間当たり３℃であるので、満充電に要する時間（２．４ｈ）までに電源回路１４２の温度が９℃未満（３×２．４＝７．２℃）であるので、充電電流１．０Ａは適合と判別され、充電電流が１．０Ａに設定される。このため、充電を停止しなければならないような電源回路１４２の温度の上昇を防ぐと共に、適切な充電電流値を設定してバッテリの充電を行うことで、一番短い充電時間で充電を完了することができる。なお、第２の温度閾値６０℃を超えない充電電流値が記憶部に記憶されていないと判別された場合は（例えば、充電電流が１．０Ａとして設定しても９℃以上温度が上昇してしまう場合）、記憶部に記憶されている充電電流値のうち、一番小さい値の充電電流値（図５の場合は１．０Ａ）を読み出して設定する。なお、温度の閾値（＝第１の温度閾値）を超えた場合は、第１の充電電流より低い第２の充電電流を用いてバッテリ１５０に電流の供給を行う。

ステップＳ１０５で、電源コントローラ（ＰＳＣ）１４１によって、バッテリ残存容量の閾値未満でないと判別された場合は（バッテリ残存容量の閾値である８０％以上である場合：ステップＳ１０５のＮＯ）、通常の急速充電（例えば、充電電流値５．０Ａ等）を行う（温度の閾値（＝第１の温度閾値）およびバッテリ残量の閾値の両方の閾値を超えた場合は第１の充電電流を用いてバッテリ１５０に供給を行う）。その後に満充電となった場合は、電源回路１４２にバッテリ１５０への充電電流の供給を停止させる。すなわち、バッテリ残存容量がバッテリ残量の閾値である８０％以上であり、満充電までの時間が短いと予想されるので、急速充電等のバッテリの性能上一番早い充電方法（高い充電電流値）で充電を行う。

以上、上述したように本実施形態によれば、バッテリの電源回路の温度変化と各種パラメータとを用いて適切な充電制御を行うことができる。このため、充電を停止しなければならないような電源回路の温度の上昇を防ぐと共に、適切な充電電流値を設定してバッテリの充電を行うことで、短い充電時間で充電を完了することができる。

また、本実施形態の情報処理装置はコンピュータ１０によって実現するのみならず、例えば、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）のような様々な情報処理装置によって実現することもできる。

また、本発明は、前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、前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幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１０…コンピュータ、１１…コンピュータ本体、１１１…ＣＰＵ、１１２，１１３…コア、１４０…ＥＣ／ＫＢＣ、１４１…電源コントローラ（ＰＳＣ）、１５０…バッテリ、１５１…不揮発性メモリ。

Claims

温度センサと、
外部電源からの電力を用いてバッテリを充電する電源回路と、
前記バッテリに第１の電力を供給中に前記温度センサから取得される温度が温度閾値を超えたとき、前記バッテリの残量が残量閾値以下である場合、前記第１の電力より低い第２の電力を前記バッテリに供給し、前記バッテリの残量が前記残量閾値を超えている場合、前記第１の電力を前記バッテリに供給し続ける制御部と
を備える情報処理装置。
第１の温度閾値と前記第１の温度閾値よりも高い第２の温度閾値とを有し、
前記制御部は、前記温度センサから取得される温度が前記第２の温度閾値を超えた場合、前記バッテリへの電力の供給を停止する
請求項１に記載の情報処理装置。
前記バッテリに供給する電力値と、前記電力値に対応する温度上昇率値と、前記電力値に対応するバッテリ残量および残充電時間とを記憶する記憶部をさらに備え、
前記制御部は、前記温度センサから取得される温度が前記第１の温度閾値を超え、かつ、前記バッテリの残量が前記残量閾値以下である場合、前記温度上昇率値に基づいて前記残充電時間内に前記温度センサから取得される温度が前記第２の温度閾値を超えない電力値を前記記憶部から読み出し、読み出した電力値に従って前記電源回路を制御する
請求項２に記載の情報処理装置。
前記バッテリ残量に対応する前記残充電時間を段階的に設定する請求項３に記載の情報処理装置。
前記制御部は、前記温度センサから取得される温度が前記第２の温度閾値を超えない電力値が前記記憶部に記憶されていないと判別した場合は、前記記憶部に記憶されている最も小さい電力値を読み出す請求項３に記載の情報処理装置。
前記制御部は、前記バッテリが満充電と判別した場合、前記バッテリへの電力の供給を停止する請求項１に記載の情報処理装置。
外部電源からの電力を用いてバッテリを充電し、
温度センサから温度情報を受信し、
前記バッテリに第１の電力を供給中に前記温度情報が温度閾値を超えたとき、前記バッテリの残量が残量閾値以下である場合、前記第１の電力より低い第２の電力を前記バッテリに供給し、前記バッテリの残量が前記残量閾値を超えている場合、前記第１の電力を前記バッテリに供給し続ける充電方法。