JP5309973B2 - 電子機器、電源制御方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、複数のバッテリを使用する電子機器、電源制御方法及びプログラムに関する。

従来、複数のバッテリパックのそれぞれが本来持つ容量のすべてを効率的に放電させるように制御して、放電時間が不本意に短縮される不経済性と非効率を解消することを目的とし、２つのバッテリパックを交互に放電と停止を一定時間毎に時分割して数回ずつ、少なくとも２回以上繰り返すように制御する技術が考えられていた。（例えば、特許文献１）
特開平１１−２５２８１２号公報

上記特許文献に記載された技術は、複数のバッテリが本来持つ容量が等しく、且つ残量も等しい場合には有効であると考えられる。その反面、元の容量が大幅に異なる複数のバッテリを用いる場合や、残容量が異なる複数のバッテリを用いる場合、あるいは負荷側にも消費電力の異なる複数の負荷がある場合などでは対処することができず、上述したような制御を行なうことで、その一方のバッテリの残容量がまだ充分にある状態にも拘わらず、他方のバッテリが完全放電し、結果として複数のバッテリを有効に活用できない事態に至る可能性も充分考えられる。

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、複数のバッテリ個々の残容量と複数の負荷個々の消費電力とを考慮して、電力をより有効に活用することが可能な電子機器、電源制御方法及びプログラムを提供することにある。

請求項１記載の発明は、電源となる複数の電池と、上記複数の電池のうちのいずれかが供給する電力により動作する複数の負荷と、上記複数の電池から上記複数の負荷への電力の供給経路を切換えるスイッチング手段と、上記複数の電池それぞれの残容量を検出する検出手段と、上記複数の負荷それぞれの電力消費量を測定する測定手段と、上記測定手段で得た測定結果と上記検出手段で得た検出結果とに基づいて上記複数の負荷に電力を供給する複数の電池の組合せを選択し、その選択結果に従って上記スイッチング手段を切換えて、上記複数の負荷に上記複数の電池から電力を供給させる制御手段とを具備し、上記測定手段は、上記複数の負荷のうち一つの負荷の一定時間駆動前後の電圧降下量の測定を、上記複数の負荷毎に順次行なうことを特徴とする。

本発明によれば、複数のバッテリ個々の残容量と複数の負荷個々の消費電力とを考慮して、電力をより有効に活用することが可能となる。

以下図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態では、バッテリの数が２、負荷の数が３である電子機器１を例にとってその構成と動作を説明する。

図１は、同実施形態に係る電子機器１の制御系と電源系を抽出して概略構成を示すブロック図である。同図で、バッテリ選択切換回路１０内に２つのバッテリ１０Ａ，１０ＢとスイッチＳＷ１Ａ〜ＳＷ１Ｃ，ＳＷ２Ａ〜ＳＷ２Ｃを備える。

一方、上記バッテリ１０Ａ，１０Ｂでの電力を供給する対象となる電子機器内電源ブロック２０内には、３つの負荷２０Ａ〜２０Ｃを備える。これら負荷２０Ａ〜２０Ｃは、電子機器１内でバッテリ１０Ａまたは１０Ｂの電力を消費する電子回路を機能単位で分割したものである。

上記バッテリ選択切換回路１０内のバッテリ１０Ａの発生する電力は、スイッチＳＷ１Ａ〜ＳＷ１Ｃを介して電子機器内電源ブロック２０内の負荷２０Ａ〜２０Ｃに与えられる。負荷２０Ａ〜２０Ｃの電力入力端にはそれぞれ、他端を接地したコンデンサＣ１〜Ｃ３の一端を接続する。

上記コンデンサＣ１〜Ｃ３は、負荷２０Ａ〜２０Ｃに与えられる一時的なピーク電流や電圧変動を吸収して平均化することにより、電子機器１が安定して動作するべくして配設される。

上記バッテリ選択切換回路１０内のスイッチＳＷ１Ａ〜ＳＷ１Ｃ，ＳＷ２Ａ〜ＳＷ２Ｃがいずれも、制御回路３０から与えられる接続先選択信号によりオン／オフ制御されることで、バッテリ１０Ａ，１０Ｂの電力が択一的に電子機器内電源ブロック２０内の負荷２０Ａ〜２０Ｃに供給される。

また、バッテリ１０Ａ，１０Ｂの電圧情報と残量情報とが制御回路３０に与えられる。

次に図２により上記電子機器１の主としてバッテリ選択切換回路１０の具体的な構成について説明する。
スイッチＳＷ１Ａ〜ＳＷ１Ｃ，ＳＷ２Ａ〜ＳＷ２Ｃはいずれも、２つのｐチャネルＦＥＴと２つの保護ダイオードをシリーズ接続して構成される。
スイッチＳＷ１Ａを例にとって説明すると、バッテリ１０Ａ，１０Ｂからの電圧Ｖ１がｐチャネルの第１のＦＥＴ１のドレインに印加される。同ＦＥＴ１のドレインに保護ダイオードＤ１のアノードが接続され、同ＦＥＴ１のソースに同保護ダイオードＤ１のカソードが接続される。ＦＥＴ１のゲートには制御回路３０からの接続先選択信号１Ａ−１が与えられる。

また、ｐチャネルの第２のＦＥＴ２のソースが上記ＦＥＴ１のソースと接続されると共に、保護ダイオードＤ２のカソードと接続される。同ＦＥＴ２のドレインが同保護ダイオードＤ２のアノード及び上記電子機器内電源ブロック２０の負荷２０Ａと接続される。ＦＥＴ２のゲートには制御回路３０からの接続先選択信号１Ａ−２が与えられる。

各スイッチＳＷ１Ａ〜ＳＷ１Ｃ，ＳＷ２Ａ〜ＳＷ２Ｃをいずれもシリーズ接続としたのは、保護ダイオードＤ１，Ｄ２を通しての電流の逆流を防止するためである。

さらに、バッテリ１０Ａ，１０Ｂにはそれぞれ電圧検出回路１１Ａ，１１Ｂが接続される。これら電圧検出回路１１Ａ，１１Ｂは、バッテリの電圧を検出する機能を備えた汎用ＩＣとして一般的に普及しており、きわめて周知の技術であるので、本実施形態では詳細な構成と動作については省略するが、上述した如く検出した電圧情報が上記制御回路３０に送出される。

制御回路３０は、ＣＰＵ、ＤＲＡＭで構成されたメインメモリ、及び不揮発性メモリで構成され、動作プログラムや固定データ等を記憶したプログラムメモリで構成され、プログラムメモリから読出した動作プログラム及び固定データをメインメモリ上に展開して実行することで、この電子機器１内の制御動作を司る。

次に上記実施形態の動作について説明する。
ここでは、バッテリ選択切換回路１０のバッテリ１０Ａ，１０Ｂの各容量が事前に把握できており、固定データとして制御回路３０内のプログラムメモリに記憶しているものとする。

図３は、電子機器１の電源がオンされている間、制御回路３０がバッテリ１０Ａ，１０Ｂの電力を電子機器内電源ブロック２０の負荷２０Ａ〜２０Ｃに供給する際に実行する処理内容を示すものである。

制御回路３０は、電源オン時にまず、初期値としてバッテリ１０Ａ，１０Ｂのいずれかを指定する変数ｂと、負荷２０Ａ〜２０Ｃのいずれかを指定する変数ｒとにそれぞれ「１」を設定する（ステップＳ１０１）。

次いで、その時点での変数ｂの値に基づいてｂ番目のバッテリの電圧値を検出し、検出した電圧値と、制御回路３０内のプログラムメモリに記憶している当該バッテリの容量とから、残容量を算出する（ステップＳ１０２）。

このとき、ｂ番目のバッテリ以外のバッテリを用いて全負荷２０Ａ〜２０Ｃへの電力供給を行なうべく、スイッチＳＷ１Ａ〜ＳＷ１Ｃ，ＳＷ２Ａ〜ＳＷ２Ｃを制御する。

次に、上記変数ｂの値を「＋１」更新設定する（ステップＳ１０３）。更新設定した変数ｂの値が、バッテリ１０Ａ，１０Ｂの総数Ｂ（ここでは「２」）を超えていないことを確認した上で（ステップＳ１０４）、再びステップＳ１０２からの処理に戻る。

こうして、ステップＳ１０２〜Ｓ１０４の処理をバッテリの数だけ繰返し、各バッテリの残容量を検出する。

この検出を行なう間、上述した如く検出対象となっていない他のバッテリにより全負荷２０Ａ〜２０Ｃへの電力供給を行なうべく、スイッチＳＷ１Ａ〜ＳＷ１Ｃ，ＳＷ２Ａ〜ＳＷ２Ｃによる接続状態を適宜制御する。

その後、ステップＳ１０３でさらに変数ｂの値を更新設定し、続くステップＳ１０４でその更新設定した変数ｂがバッテリの総数Ｂを超えたと判断すると、全てのバッテリの残容量の検出を終えたものとして、最も残容量の大きいバッテリを選択する（ステップＳ１０５）。

そして、この選択したバッテリを用い、変数ｒで示されるｒ番目の負荷と接続するべくスイッチＳＷ１Ａ〜ＳＷ１Ｃ，ＳＷ２Ａ〜ＳＷ２Ｃを制御する（ステップＳ１０６）。

この状態で、予め設定されたテスト用の一定時間Ｔｔだけ経過するのを待機する（ステップＳ１０７）。この時間Ｔｔは、バッテリの電圧降下を測定するために予め固定的に設定された値である。

この時間Ｔｔが経過する間、ｒ番目の負荷以外の負荷に関しては、上記残容量が大きいと選択したバッテリ以外のバッテリを用いて電力供給を行なうように、スイッチＳＷ１Ａ〜ＳＷ１Ｃ，ＳＷ２Ａ〜ＳＷ２Ｃによる接続状態を適宜制御する。

そしてｒ番目の負荷を接続してから時間Ｔｔが経過すると、上記ステップＳ１０７でそれを判断し、選択したバッテリからｒ番目の負荷を切断する（ステップＳ１０８）。

ここで、選択したバッテリの電圧を再度測定し、負荷を接続する前からの電圧降下分ΔＶを算出して記憶する（ステップＳ１０９）。

次いで、負荷を指定する変数ｒを「＋１」更新設定する（ステップＳ１１０）。更新設定した変数ｒの値が、負荷２０Ａ〜２０Ｃの総数Ｒ（ここでは「３」）を超えていないことを確認した上で（ステップＳ１１１）、再びステップＳ１０６からの処理に戻る。

こうして、ステップＳ１０６〜Ｓ１１１の処理を負荷の数だけ繰返し、各負荷の電圧降下量を測定する。

図４は、２つの負荷Ａ，Ｂを順次切換えて電圧降下量ΔＶA，ΔＶBを測定した状態を例示する。同図に示す如く同一のバッテリにより同一時間Ｔｔでの電圧降下量は異なり、負荷の大きい方が、より電圧降下量も大きくなる。

図５は、３つの負荷Ａ，Ｂ，Ｃを順次切換えて電圧降下量ΔＶA，ΔＶB，ΔＶCを測定した状態を例示する。

以上のようにして全ての負荷に対する電圧降下量を測定して記憶した後、ステップＳ１１０でさらに変数ｒの値を更新設定し、続くステップＳ１１１でその更新設定した変数ｒが負荷の総数Ｒを超えたと判断すると、全ての負荷の電圧降下量の測定を終えたものとして、測定した全ての負荷の各電圧降下量ΔＶを比較し、その大きい順に残容量の大きなバッテリを割り当てるものとして順次スイッチＳＷ１Ａ〜ＳＷ１Ｃ，ＳＷ２Ａ〜ＳＷ２Ｃを制御して接続を行なう（ステップＳ１１２）。

なお、本実施形態の如くバッテリの数に比して負荷の数が多い場合には、以下のような割当てで接続を行なうものとしてもよい。例えば、バッテリの残容量が１０Ａ，１０Ｂの順で大きく、且つ負荷が２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの順で大きかった場合、共に大きいバッテリ１０Ａを負荷２０Ａと接続し、次にバッテリ１０Ｂを負荷２０Ｂと接続するものとして割り当てる。

加えて、余った負荷２０Ｃに関しては、再度、より残容量の大きなバッテリ１０Ａと接続するものとして割り当てることにより、負荷２０Ａと負荷２０Ｃの合計が確実に負荷２０Ｂよりも大きなものとなり、負荷の大きさの関係が逆転することがない。

こうしてバッテリと負荷との組合せを割り当てて接続を行なった後、予め設定された運転用の一定時間Ｔｄだけ経過するのを待機する（ステップＳ１１３）。この時間Ｔｄは、上記接続設定を行なった状態でこの電子機器１の運転を行なうために予め固定的に設定された値であり、上記テスト用の一定時間Ｔｔに比して充分長い時間であるものとする。

そして、一定時間Ｔｄが経過すると、上記ステップＳ１１３でそれを判断し、再び上記ステップＳ１０１からの処理に戻る。

このようにして、運転用の一定時間Ｔｄ毎に各バッテリ１０Ａ，１０Ｂの残容量と各負荷２０Ａ〜２０Ｃの大きさとに応じた組合せを割当て、割り当てた内容によりスイッチＳＷ１Ａ〜ＳＷ１Ｃ，ＳＷ２Ａ〜ＳＷ２Ｃを制御して接続を切り換える。

以上詳述した如く本実施形態によれば、複数のバッテリ個々の残容量と複数の負荷個々の消費電力とを考慮して、電力をより有効に活用することが可能となる。

特に上記実施形態では、電力消費量がより大きい負荷を残容量がより大きいバッテリと組み合わせるものとし、バッテリの数より負荷の数が多い場合でも、循環的に負荷をバッテリに順次組み合わせるものとしたので、各バッテリが電力を供給する負荷とのバランスが逆転することなく、確実にバッテリの電力を有効に活用できる。

また、上記実施形態では、上記複数の負荷と複数のバッテリとの組み合せの選択とその選択に従った電力供給とを一定時間Ｔｄ毎に更新するものとしたので、電子機器１の特性に合わせて該一定時間Ｔｄを設定することにより、制御系に大きな負担をかけることなく、バッテリの電力を有効に活用できる。

さらに、各負荷の電力消費量を、一定時間駆動前後の電圧降下量から測定するものとしたので、現状に即した正確な電力消費量を測定した上で、各バッテリとの組み合せを勘案できる。

また、上記実施形態では、複数のバッテリのうちで最も残容量が大きいものを選択した上で、その選択したバッテリを用いて各負荷の電力消費量を測定するものとした。これにより、電力消費量の測定前後でバッテリが消耗する度合が比較的小さく、負荷の電力消費量を正確に測定できる。

これとは別に、バッテリの残容量が少ない場合には、負荷の電力消費量を測定するべく上記一定時間駆動前後の電圧降下量を測定する場合、より順序が後に位置する負荷の方が、電圧降下量が大きくなる傾向がある。

そのため、正確を期すために、全ての負荷に対する一定時間駆動前後の電圧降下量を測定した後、再度当該バッテリによる電圧降下量を測定し、その測定結果に応じて各負荷の電圧降下量に補正をかけるものとすれば、バッテリの消耗に伴う出力電圧の降下の影響を小さくできる。

なお、上記第１及び第２の実施の形態は、一般的な総称としての電子機器に適用した場合について説明したものであるが、本発明は電源として複数のバッテリを使用する電子機器であればいずれにも適用可能であり、携帯電話端末やパーソナルコンピュータから電気自動車等に至るまで、種々の機器、システムに適用可能である。

その他、本発明は上述した実施形態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種々に変形することが可能である。また、上述した実施形態で実行される機能は可能な限り適宜組み合わせて実施しても良い。上述した実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件による適宜の組み合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、効果が得られるのであれば、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

本発明の一実施形態に係る電子回路の概略構成を示すブロック図。 同実施形態に係る主としてバッテリ選択切換回路のより詳細な回路構成を示すブロック図。 同実施形態に係る制御回路が実行する電源オン時の電源の制御に関する処理内容を示すフローチャート。 同実施形態に係る負荷毎の電圧降下量の測定結果を例示する図。 同実施形態に係る負荷毎の電圧降下量の測定結果を例示する図。

符号の説明

１…電子機器、１０…バッテリ選択切換回路、１０Ａ，１０Ｂ…バッテリ、１１Ａ，１１Ｂ…電圧残量検出回路、１２Ａ，１２Ｂ…電圧温度検出回路、１３Ａ，１３Ｂ…放電能力記憶回路、１４Ａ，１４Ｂ…電圧温度検出回路、２０…電子機器内電源ブロック、２０Ａ〜２０Ｃ…負荷、３０…制御回路、ＳＷ１Ａ〜ＳＷ１Ｃ，ＳＷ２Ａ〜ＳＷ２Ｃ…スイッチ。

Claims (6)

1. 電源となる複数の電池と、
   上記複数の電池のうちのいずれかが供給する電力により動作する複数の負荷と、
   上記複数の電池から上記複数の負荷への電力の供給経路を切換えるスイッチング手段と、
   上記複数の電池それぞれの残容量を検出する検出手段と、
   上記複数の負荷それぞれの電力消費量を測定する測定手段と、
   上記測定手段で得た測定結果と上記検出手段で得た検出結果とに基づいて上記複数の負荷に電力を供給する複数の電池の組合せを選択し、その選択結果に従って上記スイッチング手段を切換えて、上記複数の負荷に上記複数の電池から電力を供給させる制御手段と
   を具備し、
   上記測定手段は、上記複数の負荷のうち一つの負荷の一定時間駆動前後の電圧降下量の測定を、上記複数の負荷毎に順次行なうことを特徴とする電子機器。
2. 上記複数の電池で最も残容量の大きいものを選択する選択手段をさらに具備し、
   上記測定手段は、上記選択手段で選択した電池を用いて、上記複数の負荷それぞれの電力消費量を測定する
   ことを特徴とする請求項１記載の電子機器。
3. 上記制御手段は、電力消費量がより大きい負荷を残容量がより大きい電池と組み合わせるように選択することを特徴とする請求項１または２記載の電子機器。
4. 上記制御手段は、測定手段で得た測定結果と上記検出手段で得た検出結果とに基づいた上記複数の負荷と複数の電池との組合せの選択とその選択に従った電力供給とを一定時間毎に更新することを特徴とする請求項１乃至３の何れか記載の電子機器。
5. 電源となる複数の電池、上記複数の電池のうちのいずれかが供給する電力により動作する複数の負荷、及び上記複数の電池から上記複数の負荷への電力の供給経路を切換えるスイッチング素子を備えた電子機器での電源制御方法であって、
   上記複数の電池それぞれの残容量を検出する検出工程と、
   上記複数の負荷それぞれの電力消費量を測定する測定工程と、
   上記測定工程で得た測定結果と上記検出工程で得た検出結果とに基づいて上記複数の負荷に電力を供給する複数の電池の組合せを選択し、その選択結果に従って上記スイッチング素子を切換えて、上記複数の負荷に上記複数の電池から電力を供給させる制御工程と
   を有し、
   上記測定工程は、上記複数の負荷のうち一つの負荷の一定時間駆動前後の電圧降下量の測定を、上記複数の負荷毎に順次行なうことを特徴とする電源制御方法。
6. 電源となる複数の電池、上記複数の電池のうちのいずれかが供給する電力により動作する複数の負荷、及び上記複数の電池から上記複数の負荷への電力の供給経路を切換えるスイッチング素子を備えた電子機器に内蔵されたコンピュータが実行するプログラムであって、
   上記複数の電池それぞれの残容量を検出する検出ステップと、
   上記複数の負荷それぞれの電力消費量を測定する測定ステップと、
   上記測定ステップで得た測定結果と上記検出ステップで得た検出結果とに基づいて上記複数の負荷に電力を供給する複数の電池の組合せを選択し、その選択結果に従って上記スイッチング素子を切換えて、上記複数の負荷に上記複数の電池から電力を供給させる制御ステップと
   をコンピュータに実行させ、
   上記測定ステップは、上記複数の負荷のうち一つの負荷の一定時間駆動前後の電圧降下量の測定を、上記複数の負荷毎に順次行なうことを特徴とするプログラム。

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