JP4944841B2 - 消費電力制御システムおよび消費電力制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、それぞれが変動する複数の負荷に電力を供給する電力源の定格電力を管理する技術に関し、さらに詳細には、優先順位が存在する複数の負荷に電力を供給する電力源の定格電力を管理する技術に関する。

ノートブック型携帯式コンピュータ（以下、ノートＰＣという。）は、携帯して使用するときは、軽量化を図ったり電池による動作時間を長くしたりするために、比較的簡素なシステム構成にしている。他方で、オフィスで使用するときは、ドッキング・ステーションまたはポートリプリケータといった機能拡張装置に接続して、デスクトップ型コンピュータに相当する機能を利用できるようにしている。ノートＰＣには、通常充電器が搭載されるが、機能拡張装置にも独自の充電器が搭載されることがある。そしてユーザは機能拡張装置で充電された電池を予備の電池としてノートＰＣと一緒に携帯して使用することができる。

特許文献１は、ノートＰＣがメイン電池とセカンド電池の２つの電池を搭載しており、充電を途中でやめた場合において効率のよい充電を行う充電方法を開示する。最初にメイン電池の充電を開始して、メイン電池の容量が所定値に達した時点でメイン電池の充電を停止する。その後、セカンド電池の充電を開始して、セカンド電池の容量が所定値に達した時点でセカンド電池の充電を停止する。そして、メイン電池の充電を再開してメイン電池の容量が１００％となった時点でメイン電池の充電を停止した後、セカンド電池の充電を再開してセカンド電池の容量が１００％となった時点でセカンド電池の充電を停止する。

特許文献２は、充電制御回路を携帯式パーソナル・コンピュータに搭載せずに、ドッキング・ステーションに搭載することにより、携帯式パーソナル・コンピュータを小型化し、加えて、携帯式パーソナル・コンピュータの二次電池への充電の際、過充電や充電不足を回避できるシステムを開示する。特許文献３は、複数の構成要素からなるベース負荷と消費電力の制御が可能な制御負荷とを備えるノートＰＣの消費電力を制御する方法を開示する。この方法では、ベース負荷の実際の消費電力と制御負荷の現在の最大消費電力から得た予測最大消費電力を基準電力と比較して制御負荷の動作モードを変更する。制御負荷としては、ＣＰＵとＬＣＤが示されている。
特開２００１−１８６６８０号公報 特開平９−３７４８３号公報 特許第３２９７３８９号公報

ノートＰＣが機能拡張装置に接続された状態で使用されるときは、ノートＰＣに直接ＡＣ／ＤＣアダプタを接続しないで、あらかじめ機能拡張装置に接続されたＡＣ／ＤＣアダプタが、ノートＰＣのシステム負荷、ノートＰＣの充電器、機能拡張装置のシステム負荷および機能拡張装置の充電器に電力を供給する。システム負荷の中でも中央演算処理装置（ＣＰＵ）は最大消費電力が最も大きく、かつ、その変動も大きい。ＡＣ／ＤＣアダプタは、ＣＰＵを含むシステム負荷の全体の最大消費電力に適合した定格電力を備えている。システム負荷の消費電力の変動は激しく、また、充電器による電池の充電は必ずしも緊急を要する作業ではない。したがって、合計したシステム負荷の最大消費電力と充電器の最大消費電力の合計よりもＡＣ／ＤＣアダプタの定格電力を大きくした場合は、ＡＣ／ＤＣアダプタの利用率が低下して過剰容量になってしまう。

よって、一般的には、充電器による電池の充電は、ＡＣ／ＤＣアダプタの定格電力とシステム負荷の消費電力の差である余剰電力を利用して行われている。この場合、ノートＰＣが機能拡張装置に接続されて使用されているときに、ノートＰＣのシステム負荷、機能拡張装置のシステム負荷、ノートＰＣの充電器、および機能拡張装置のシステム負荷に対して機能拡張装置に接続されたＡＣ／ＤＣアダプタから電力が供給されるが、全体の消費電力またはＡＣ／ＤＣアダプタの出力電力によってはいずれかの負荷の消費電力を制限する必要がでてくる。

コンピュータ・システムでは、通常はシステム負荷の消費電力は制限しないで、システム負荷の消費電力が増大したときに、ノートＰＣの充電器と機能拡張装置の充電器の両方の消費電力を制限したり、いずれか一方の消費電力を制限したりする。その１つの方法として、ノートＰＣに搭載された充電器と機能拡張装置に搭載された充電器の消費電力を計測して、両方の充電器またはいずれか一方の充電器の消費電力を制御することが考えられる。具体的には、ＡＣ／ＤＣアダプタの出力電力が所定の値を超えた場合において、ノートＰＣの充電器の消費電力と機能拡張装置の充電器の消費電力を比較して、大きい方の消費電力を制限するといった構成にすることが可能である。

ただ、このような方式では、ノートＰＣの充電器または機能拡張装置の充電器の消費電力を制限するために、両方の充電器の消費電力に関する情報を入手する必要がある。ＡＣ／ＤＣアダプタは、ノートＰＣが接続された機能拡張装置またはノートＰＣが接続されない機能拡張装置に対して電力を供給する必要がある。したがって、機能拡張装置にノートＰＣが接続されないときには、ノートＰＣの充電器の情報を入手することができないので、前述の方式を採用することは困難である。ところで、ノートＰＣを機能拡張装置から外して使用するときは、機能拡張装置に搭載されている電池よりもノートＰＣに搭載されている電池が十分に充電されていれば、ユーザは電池を交換しないで携帯使用をすることができるので利便性が高い。したがって、充電器の消費電力を制御する場合に、機能拡張装置に搭載されている充電器の消費電力を先に低下させることが考えられる。

そこで本発明の目的は、電力源の定格電力以内で電力源の出力電力に基づいて複数の負荷に電力を供給する消費電力制御システムを提供することにある。さらに本発明の目的は、充電器と電池で構成された充電システムを含む負荷に電力源の出力電力に基づいて電力を供給する消費電力制御システムを提供することにある。さらに本発明の目的は、そのような消費電力制御システムを構成する携帯式コンピュータの機能拡張装置を提供することにある。さらに本発明の目的は、電力源の定格電力以内で電力源の出力電力に基づいて複数の負荷に電力を供給するときの消費電力を制御する方法を提供することにある。

本発明にかかる消費電力制御システムでは、所定の定格容量の電力源が、消費電力の制御が可能な第１の負荷と、消費電力の制御が可能で第１の負荷よりも優先順位の高い第２の負荷と、消費電力が変動し第２の負荷よりも優先順位の高い第３の負荷に電力を供給する。電力源の定格電力は第３の負荷の最大消費電力以上であるが、第３の負荷の最大消費電力と第１の負荷の最大消費電力および第３の負荷の最大消費電力と第２の負荷の最大消費電力の合計よりも小さい。したがって、出力電力を電力源の定格電力以内に保持するためには、第１の負荷および第２の負荷またはいずれか一方の消費電力を制限する必要が生じてくる。本発明では、電力源がすべての負荷に電力を供給することができない場合に、優先順位の高い負荷は優先順位の低い負荷よりも優先的に電力の供給を受けることができる。

コントローラは、第１の負荷と第２の負荷のそれぞれに優先順位に従って閾値を付与する。コントローラは、電力源の出力電力が第１の閾値に到達したときに第１の負荷の消費電力を低下させ、電力源の出力電力が第１の閾値より大きい第２の閾値に到達したときに第２の負荷の消費電力を低下させるように第１の負荷および第２の負荷の消費電力を制御する。その結果、コントローラは電力源の出力電力を測定するだけで、優先順位に基づいて第１の負荷と第２の負荷の消費電力を制御して電力源の定格電力を維持することができる。

第１の閾値と電力源の定格電力との差は、出力電力が定格電力を超えないように制御するためのマージンである。このマージンは、第１の負荷の最大消費電力のバラツキ、第２の負荷の最大消費電力のバラツキ、第３の負荷の最大消費電力のバラツキ、および出力電力を測定してから第１の負荷の消費電力を低下させるまでの時間遅れの間に各負荷の消費電力が急激に変化する可能性の値に基づいて設定される。第１の負荷の消費電力を低下させたときに、第２の負荷の消費電力および第３の負荷の消費電力またはいずれか一方がさらに増大すれば、第１の負荷の消費電力を下限まで低下させても出力電力は第１の閾値以内に納まらず、やがて、第１の閾値より大きい第２の閾値に到達する。コントローラは、出力電力が第２の閾値に到達したときには、第２の負荷の消費電力を低減させる。コントローラは、出力電力が第２の閾値に到達するまでの間に、第１の負荷の消費電力がゼロまたは最低値になるように制御することができる。第１の負荷の消費電力がゼロまたは最低値になるタイミングは、出力電力が第２の閾値に到達するタイミングに一致する必要はない。

第２の閾値と電力源の定格電力との差は、負荷の消費電力が大きくなったときに出力電力が定格電力を超えないように制御するためのマージンである。このマージンは、第２の負荷の最大消費電力のバラツキ、第３の負荷の最大消費電力のバラツキ、出力電力を測定してから第２の負荷の消費電力を低下させるまでの時間遅れの間に第２の負荷および第３の負荷またはいずれか一方が急激に変化する可能性の値に基づいて設定されるが、第１の負荷の消費電力が制限されているので、第１の閾値に対するマージンよりは少なくなる。

充電器と電池パックで構成される充電システムは、充電器の設定値を変更することで消費電力を変更することができる。通常、消費電力の低減は、充電時間の遅延をもたらすだけなのでその他の負荷に比べて消費電力を低減できる可能性が高い。したがって、このような電力システムでは、電力源としてＡＣ／ＤＣアダプタを採用し、第１の負荷として第１の充電器と第１の電池パックで構成された第１の充電システムを採用し、第２の負荷として第２の充電器と第２の電池パックで構成された第２の充電システムを採用し、第３の負荷としてコンピュータのシステム負荷を採用することができる。

また、電力システムを携帯式コンピュータとその機能拡張装置において実現する場合には、機能拡張装置に第１の充電システムおよびコントローラを搭載し、携帯式コンピュータに第２の充電システムを搭載し、ＡＣ／ＤＣアダプタを機能拡張装置に接続することができる。この場合、ＡＣ／ＤＣアダプタが接続された機能拡張装置は、携帯式コンピュータが接続されたときには本発明にかかる方法で、第１の充電システムと第２の充電システムを制御しながら、システム負荷に電力を供給することができる。また、携帯式コンピュータはコントローラからの指示がなければ、第２の充電システムを機能拡張装置に搭載された第１の充電システムの消費電力とは無関係に制御することができるので、携帯式コンピュータが機能拡張装置から外されたときでも第２の充電システムの制御方法を変更する必要がない。

同様に、機能拡張装置は第１の充電システムを携帯式コンピュータに搭載された第２の充電システムの消費電力とは無関係に制御することができるので、携帯式コンピュータが機能拡張装置から外されたときでも、第１の充電システムの制御を変更する必要がない。第１の充電システムおよび第２の充電システムは充電器の設定値を変更しないでも充電の進行に伴って消費電力が変動する。また、システム負荷は携帯式コンピュータの作業状態に応じて消費電力が変動する。したがって、ＡＣ／ＤＣアダプタの出力電力が第１の閾値を超える場合がある。

このとき、コントローラは、ＡＣ／ＤＣアダプタの出力電力が第１の閾値に到達したときに、ＡＣ／ＤＣアダプタの消費電力が第１の閾値に近づくように第１の充電器の消費電力を低下させることができる。第１の閾値に近づくとは、出力電力が第１の閾値を超えた場合には、第１の閾値以下になるように第１の充電器の消費電力を低下させることを意味する。このときコントローラは第２の充電システムの消費電力と第３の負荷の消費電力の合計が漸増する場合には、第１の充電器の消費電力を漸減させるように制御することができる。

さらに、ＡＣ／ＤＣアダプタの出力電力が第１の閾値を超えたときにＡＣ／ＤＣアダプタの出力電力の増大に応じて第２の閾値まで第１の充電器の消費電力を漸減させるように制御してもよい。このような制御をすることにより、出力電力が第１の閾値を超えてもＡＣ／ＤＣアダプタから第１の充電システムに電力を供給し続けることができる。なお、ＡＣ／ＤＣアダプタの出力電力が第１の閾値に到達したときに第１の充電器の動作を停止させるようにしてもよい。

コントローラは、携帯式コンピュータが機能拡張装置に接続されていないことを認識したとき、または、携帯式コンピュータは機能拡張装置に接続されているが第２の電池パックが装着されていないことを認識したときは、ＡＣ／ＤＣアダプタの出力電力が第２の閾値に到達してから第１の充電器の消費電力を低下させるように第１の充電器の消費電力を制御することができる。携帯式コンピュータが接続されていないときには第２の充電器に電力を供給する必要がないので、第２の閾値に基づいて第１の充電器の消費電力を低下させるように制御しても、出力電力がＡＣ／ＤＣアダプタの定格電力を超える危険性がなく、また、第１の電池パックの充電を短時間で完了できるので好ましい。第１の電池パックと第２の電池パックは互換性があれば、機能拡張装置で充電した電池パックを携帯式コンピュータと一緒に持ち運んだり、交換したりすることができる。

本発明により、電力源の定格電力以内で電力源の出力電力に基づいて複数の負荷に電力を供給する消費電力制御システムを提供することができた。さらに本発明により、充電器と電池で構成された充電システムを含む負荷に電力源の出力電力に基づいて電力を供給する消費電力制御システムを提供することができた。さらに本発明により、そのような消費電力制御システムを構成する携帯式コンピュータの機能拡張装置を提供することができた。さらに本発明により、電力源の定格電力以内で電力源の出力電力に基づいて複数の負荷に電力を供給するときの消費電力を制御する方法を提供することができた。

図１は、ノートＰＣ１０をドッキング・ステーション１００に接続したときの充電回路を示すブロック図である。ノートＰＣ１０は、単独でもドッキング・ステーション１００に接続しても使用できる。ノートＰＣ１０には、プロセッサ、メイン・メモリ、システム・バス、およびハードディスク・ドライブなどのさまざまなシステム負荷１５が搭載されている。ＡＣ／ＤＣアダプタ１１は、ノートＰＣ１０をドッキング・ステーション１００に接続しないでオフィスで使用するときに、電源ジャック１２に接続して充電器１９に電力を供給し、電池パック２５を充電しながらシステム負荷１５に電力を供給することができる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１７は、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１からダイオード１３を経由して電力の供給を受ける。ＤＣ／ＤＣコンバータ１７は、電源ジャック１２にＡＣ／ＤＣアダプタが接続されていないときは、ダイオード２１を経由して電池パック２５から電力の供給を受ける。ＤＣ／ＤＣコンバータ１７は、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１または電池パック２５から受け取った直流電圧を複数の安定した直流電圧に変換し、システム負荷１５に供給する。

充電器１９は、定電流定電圧制御（ＣＣＣＶ）方式で動作する。充電器１９は、ＰＷＭまたはＰＦＭでＡＣ／ＤＣアダプタ１１により供給された直流電圧をチョッパ制御し、充電に適した所定の電圧に変換する。充電器１９は、自ら測定した出力電流または出力電圧を充電電流の設定値または充電電圧の設定値に一致させるように動作する。電池パック２５は、スマート・バッテリィ・システム（ＳＢＳ）規格に準拠したインテリジェント・バッテリィである。電池パック２５は、ノートＰＣ１０の電池ベイに着脱可能に装着される。電池パック２５には、二次電池、コントローラ、電流検出回路、電圧検出回路、および保護素子などが収納されている。電池パック２５のコントローラは、二次電池の電圧および電流を測定し、残容量を計算してデータを記憶する。ただし、本発明はＳＢＳ規格に準拠しないバッテリィを充電するシステムに適用することも可能である。

電池コントローラ２３は、プロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭなどで構成されており、システム負荷１５に含まれる各デバイスとバスで接続されている。電池コントローラ２３は、電池パック２５との間でＰＭバスを経由して接続され、電池コントローラのプロセッサから、充電器１９に設定する充電電圧の設定値および充電電流の設定値を受け取ったり、その他のデータを受け取ったりする。電池コントローラ２３は、電池パック２５から受け取った充電電圧の設定値および充電電流の設定値を充電器１９に設定する。電池コントローラ２３は、ノートＰＣ１０の電池ベイに電池パック２５が装着されているか否かを周知の方法で認識することができる。なお、充電器１９および電池コントローラ２３は、システム負荷１５の一部である。

ノートＰＣ１０は、オフィスで使用するときに、機能拡張装置であるドッキング・ステーション１００に接続して拡張された機能を利用することができる。機能拡張装置は内部にバスマスタとなるデバイスを保有しない場合にポートリプリケータという場合もあるが、本実施の形態においては少なくとも充電システムと充電を制御する機能を備えている。ドッキング・ステーション１００には、光学ドライブ、ハードディスク・ドライブ、ＬＡＮカード、ＵＳＢインターフェース、およびビデオ・カードなどのシステム負荷１１５が搭載されている。

ノートＰＣ１０は、システム負荷１１５を認識してアクセスすることができる。ドッキング・ステーション１００には、外付けディスプレイ、ＬＡＮケーブル、および外付けキーボードなどを常時接続しておいてノートＰＣ１０をドッキング・ステーションに接続したときに利用できるようになっている。電池パック１２５は、電池パック２５と互換性があり、ドッキング・ステーション１００の電池ベイに着脱可能に装着される。

ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１は電源ジャック１１２に接続され、ノートＰＣ１０をドッキング・ステーション１００に接続しないときにダイオード１１３を経由してシステム負荷１１５および充電器１１９に電力を供給することができる。ノートＰＣ１０がドッキング・ステーションに接続されるときは、ノートＰＣ１０の電源ジャック１２がドッキング・ステーション１００の筐体に隠れる構造になっており、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１は使用できない。それに代えてＡＣ／ＤＣアダプタ１１１は、ノートＰＣ１０のＤＣ／ＤＣコンバータ１７および充電器１９にも電力を供給する。

充電器１１９は、充電器１９と同じ構成である。電池コントローラ１２３は、電池コントローラ２３が充電器１９と電池パック２５に対して備える機能と同じ機能を充電器１１９と電池パック１２５に対して備えている。すなわち、電池コントローラ１２３は、電池パック１２５から受け取った充電電流の設定値および充電電圧の設定値を充電器１１９に設定する。電池コントローラ１２３は、充電器１１９の充電電流の設定値を所定のステップ値ごとに変更することができる。電池コントローラ１２３は、電池コントローラ２３に充電器１９の充電電流の設定値を送って、所定のステップ値ごとに変更するように指示する。このとき、電池コントローラ２３は、電池コントローラ１２３の指示に基づいて、充電器１９の充電電流の設定値を変更する。

電池コントローラ１２３のＥＥＰＲＯＭには、本実施の形態にかかる消費電力の制御を実行するために、電池コントローラ１２３が充電器１１９の充電電流の設定値を変更するプログラムが格納されている。電池コントローラ１２３は、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の定格電力Ｐａ（Ｗ）、第１の閾値Ｔｈ１（Ｗ）、第２の閾値Ｔｈ２（Ｗ）の値をプログラムに保有している。なお、これらの値には、定格電力Ｐａ＞第２の閾値Ｔｈ２＞第１の閾値Ｔｈ１の関係がある。

電力検出器１２７は、電流検出用のセンス抵抗を含み、電池コントローラ１２３にＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の出力電圧および出力電流に相当する２つのアナログ電圧値を供給する。電力検出器１２７からアナログ電圧値を受け取った電池コントローラ１２３は、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の出力電力を計算する。なお、充電器１１９および電池コントローラ１２３は、システム負荷１１５の一部である。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１１７は、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１が電源ジャック１１２に接続されているときはダイオード１１３を経由してＡＣ／ＤＣアダプタ１１１から電力が供給され、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１が電源ジャック１１２に接続されていないときは電力が供給されない。ノートＰＣ１０とドッキング・ステーション１００は、コネクタ５１、５３、５５、５７で接続される。コネクタ５１、５５はノートＰＣ１０およびドッキング・ステーション１００のＬＰＣバスまたＰＣＩ−Ｅｘｐｒｅｓｓバスなどに接続されている。ドッキング・ステーション１００の内部に、コネクタ５１、５５を経由してノートＰＣ１０のバスが延長されることで、ドッキング・ステーション１００のシステム負荷１１５をノートＰＣ１０から認識して使用可能になる。

コネクタ５３は、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１からダイオード１２１を経由してノートＰＣ１０のシステム負荷１５と充電器１９に電力を供給する。コネクタ５７は、ノートＰＣ１０のアース電位と電池コントローラ１２３に接続されており、ノートＰＣ１０がドッキング・ステーション１００に接続されたことを電池コントローラ１２３が検知する信号を転送する。

ノートＰＣ１０がドッキング・ステーション１００に接続されてシステム負荷１５、１１５が動作するときには、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１からは、システム負荷１５、１１５、充電器１９、１１９に電力が供給される。したがって、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の定格電力がこれらすべての負荷の最大消費電力を合計した電力よりも大きければ、電池パック２５、１２５の充電に対して何ら制約を課す必要はない。しかし、システム負荷１５、１１５および充電器１９、１１９の消費電力は変動が大きいため、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の定格容量をそれらの最大消費電力の合計を満たすように設定すると、使用率が低下して不経済になる。

本実施の形態においては、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の定格電力は、システム負荷１５、１１５の最大消費電力以上であるが、システム負荷１５、１１５が最大消費電力で動作するときには、同時に充電器１９または充電器１１９を動作させることができないように設定されている。したがって、充電器１９による電池パック２５の充電および充電器１１９による電池パック１２５の充電は、システム負荷１５、１１５の消費電力に対するＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の余剰電力で行うことを基本にしている。

ところで、ユーザはノートＰＣ１０を携帯して使用したあとに、ドッキング・ステーション１００に接続して使用するときには、ノートＰＣ１０による作業を最も優先させたいと希望し、つぎに、いつでも携帯使用できるように電池パック２５ができるだけ短時間で充電が完了することを希望する。すなわち、ノートＰＣ１０がドッキング・ステーション１００に接続されて使用されるときは、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１が供給する電力にシステム負荷１５、１１５、充電器１９、充電器１１９の順番に優先順位を付けることができる。本実施の形態では、この優先順位に着目して、１つのＡＣ／ＤＣアダプタ１１１から複数の充電器１９、１１９およびシステム負荷１５、１１５に電力を供給する際に、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の定格電力を維持しながら、充電器１９および充電器１１９の消費電力を制御する。

つぎに、本実施の形態にかかる電力の制御方法を説明する。システム負荷１５とシステム負荷１１５を合わせてシステム負荷１５、１１５として扱うと、図１のコンピュータ・システムには、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１に対する負荷として、システム負荷１５、１１５、充電器１９、および充電器１１９の３つの負荷が存在することになる。本実施の形態においては、システム負荷１５、１１５、充電器１９および充電器１１９が消費する電力を、電池コントローラ１２３がＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の出力電力だけに基づいて制御する。電池コントローラは、消費電力の制御をＥＥＰＲＯＭに格納されたプログラムを実行して行う。

図２は、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の出力電力と負荷の消費電力の制御方法を説明する図で、図３はその手順を説明するフローチャートである。一例としては、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の定格電力Ｐａを６５Ｗ、充電器１９および充電器１１９のそれぞれの最大消費電力を５４Ｗとする。また、システム負荷１５、１１５の最大消費電力は６５Ｗとする。システム負荷１５、１１５の最大消費電力は、マージンを含めてもＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の定格電力Ｐａを超えることはないものとする。ここで、負荷の最大消費電力の合計は１７３Ｗとなり定格電力Ｐａを超えている。また、図２の第１の閾値Ｔｈ１を３３Ｗ、第２の閾値Ｔｈ２を５４Ｗとして、第２の閾値Ｔｈ２が第１の閾値Ｔｈ１よりも優先順位が高くなるように設定する。

図３のブロック２０１では、電池パック２５が搭載されたノートＰＣ１０とＡＣ／ＤＣアダプタ１１１がドッキング・ステーション１００に接続され、ドッキング・ステーション１００には電池パック１２５が装着されているものとする。また、充電器１９、１１９には、電池コントローラ２３、１２３によって、対応する電池パック２５、１２５に、電池パック２５、１２５から得た標準的な充電電圧の設定値および充電電流の設定値が設定されている。したがって、充電器１９、１１９はＡＣ／ＤＣアダプタ１１１から電力が供給されると標準的な充電モードで充電を開始する。

定電流定電圧制御で充電するときは、充電器１９、１１９の消費電力は、定電流領域で動作している間は電池の電圧が上昇するのに伴って上昇し、定電流動作から定電圧動作に切り替わるときに最大になり、定電圧動作に移行したあとは低下していく。ブロック２０１における充電器１９、１１９の消費電力は、その時点での電池パック２５、１２５の残容量により決まる。ブロック２０３で、電池コントローラ１２３は、コネクタ５７を経由するラインがアース電位であるか否かによって、ノートＰＣ１０がドッキング・ステーション１００に接続されたか否かを判断する。

ノートＰＣ１０には、通常は電池パック２５が装着されているので、電池コントローラ１２３が、ノートＰＣ１０がドッキング・ステーション１００に接続されていると判断したときは、電池パック２５と充電器１９からなる充電システムがＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の負荷として存在すると判断してもよい。充電システムは、電池パックが装着されていないときは電力を消費しない。本発明は、ノートＰＣ１０が複数の補助電池パックを含む複数の充電システムを搭載する場合にも適用できるので、電池コントローラ１２３は、ノートＰＣ１０がドッキング・ステーション１００に接続されていると判断したときは、電池コントローラ２３に問い合わせて電池パック２５がノートＰＣ１０に実際に装着されているか否かを判断してもよい。

電池パック２５がノートＰＣ１０に装着されていると判断した場合はブロック２０５に移行し、ノートＰＣ１０がドッキング・ステーション１００に接続されていないと判断した場合、およびノートＰＣ１０が接続されていてもノートＰＣ１０に電池パック２５が装着されていないと判断した場合はブロック２５１に移行する。ブロック２０５では、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１がシステム負荷１５、１１５、充電器１９、１１９に電力を供給してユーザにノートＰＣ１０の使用環境を提供し、かつ電池パック２５、１２５の充電を行う。このとき電池コントローラ１２３は電力検出器１２７から定期的にデータを受け取って、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の出力電力Ｐ（Ｗ）を測定する。

ブロック２０７では、電池パック２５がノートＰＣ１０に装着されていると判断した電池コントローラ１２３は、プログラムに組み込まれていた第１の閾値Ｔｈ１を充電器１１９に適用し、第２の閾値Ｔｈ２を充電器１９に適用して動作する。ブロック２０９で電池コントローラ１２３は、出力電力Ｐが、第１の閾値Ｔｈ１に到達したか否かを判断する。出力電力Ｐが第１の閾値Ｔｈ１に到達していないときは、図２の（Ａ）に示すように、充電器１９、充電器１１９にそれらが必要とする電力を供給する。具体的には、充電器１９、充電器１１９は、電池パック２５、１２５が要求した充電電流の設定値で動作する。本実施の形態では、システム負荷１５、１１５の消費電力は制御対象から除外するが、本発明はシステム負荷１５、１１５の消費電力を閾値に基づいて制御する場合も含む。

システム負荷１５、１１５は、ユーザによるノートＰＣ１０の作業内容で消費電力が変動する。充電器１９、１１９の消費電力は、定電流領域で充電していれば徐々に増大する。ブロック２０９で、図２（Ｂ）に示すように、３つの負荷のいずれかまたは複数の消費電力が増大して、出力電力Ｐが第１の閾値Ｔｈ１に到達したと電池コントローラ１２３が判断したときはブロック２１１に移行する。ブロック２１１では、電池コントローラ１２３が、充電器１１９の電流の設定値を下げて充電器１１９の消費電力を低下させる。なお、充電器１１９が定電圧領域で充電している場合は、電池コントローラ１２３は、充電電圧の設定値を下げたり充電を停止したりすることができる。電池コントローラ１２３は、出力電力Ｐが、第１の閾値Ｔｈ１を超えないように充電器１１９の閾値を変更する。

電池コントローラ１２３は、所定の時間間隔でＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の出力電力を計算し、出力電力Ｐが第１の閾値Ｔｈ１を超えたときは充電器１１９の充電電流の設定値を下げて消費電力を低減する。システム負荷１５、１１５および充電器１９またはいずれか一方の消費電力が増大すると、図２（Ｃ）に示すように充電器１１９の動作を停止しても出力電力Ｐが第１の閾値Ｔｈ１を超えることを抑制できなくなる。ブロック２１３では、出力電力Ｐが第２の閾値Ｔｈ２に到達したか否かを電池コントローラ１２３が判断する。ブロック２１３で、図２（Ｄ）に示すようにシステム負荷１５、１１５および充電器１９の消費電力またはいずれか一方が増大して、出力電力Ｐが第２の閾値Ｔｈ２に到達したと電池コントローラ１２３が判断したときはブロック２１５に移行する。

ブロック２１５では、電池コントローラ１２３が、出力電力Ｐが第２の閾値Ｔｈ２を超えたと判断したときは充電器１９の充電電流の設定値を下げるように電池コントローラ２３に指示する。電池コントローラ２３は、電池コントローラ１２３の指示に基づいて充電器１９の充電電流の設定値を変更して消費電力を低減する。なお、充電器１９が定電圧領域で充電している場合は、電池コントローラ１２３から消費電力を低減する指示を受けた電池コントローラ２３は、充電電圧の設定値を下げたり充電を停止したりすることができる。システム負荷１５、１１５の最大消費電力はＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の定格電力Ｐａ以内に設定されているので、それ以後は、図２（Ｅ）に示すようにシステム負荷１５、１１５に継続して電力が供給される。

ここで、ブロック２１１、ブロック２１５における充電器１１９、１９の消費電力の制御について図４を参照して詳細に説明する。図４は、充電器１１９、１９の消費電力を制御することにより、時間経過に応じてＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の出力電力が変化する様子の３つの例を示す図である。図４（Ａ）の例では、時刻ｔ１まで、システム負荷１５、１１５、充電器１９、充電器１１９の合計の消費電力がライン３０１に示すように出力電力Ｐと等しくなっている。時刻ｔ１で、出力電力Ｐが第１の閾値Ｔｈ１に到達する。このとき、システム負荷１５、１１５の消費電力と充電器１９の消費電力の合計がＰ１で、充電器１１９の消費電力がＰ２であるものとする。すなわち、Ｐ１＋Ｐ２＝Ｐである。

時刻ｔ１以降は、消費電力Ｐ１がライン３０３に添って漸増しているものとすると、電池コントローラ１２３はそれに併せて充電器１１９の消費電力をライン３０５に添って漸減させている。電池コントローラ１２３は、出力電力Ｐが第１の閾値Ｔｈ１を超えた場合には、充電器１１９の充電電流の設定値を所定のステップ数だけ下げ、出力電力Ｐが第１の閾値Ｔｈ１を下回った場合は、充電器１１９の充電電流の設定値を所定のステップ数だけ上げる。その結果、出力電力Ｐは、第１の閾値Ｔｈ１に維持される。

時刻ｔ２では、消費電力Ｐ２がゼロに到達し、出力電力Ｐが消費電力Ｐ１に等しくなっている。そして時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間は、さらに消費電力Ｐ１が増大して、時刻ｔ３で出力電力Ｐが第２の閾値Ｔｈ２に到達する。このとき、システム負荷１５、１１５の消費電力がＰ３で充電器１９の消費電力がＰ４であるものとする。すなわち、Ｐ３＋Ｐ４＝Ｐである。時刻ｔ３以降は、消費電力Ｐ３がライン３０７に添って漸増しているものとすると、電池コントローラ１２３はそれに併せて充電器１９の消費電力をライン３０９に添って漸減させている。

電池コントローラ１２３は、出力電力Ｐが第２の閾値Ｔｈ２を超えた場合には、充電器１９の充電電流の設定値を所定のステップ数だけ下げ、出力電力Ｐが第２の閾値Ｔｈ２を下回った場合は、充電器１９の充電電流の設定値を所定のステップ数だけ上げる。その結果、出力電力Ｐは、第２の閾値Ｔｈ２に維持される。時刻ｔ４では、充電器１９の消費電力がゼロに到達し、出力電力Ｐは消費電力Ｐ３に等しくなっている。時刻ｔ４以降は、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の負荷が、システム負荷１５、１１５だけになるので、時刻ｔ５で消費電力Ｐ３が定格電力Ｐａに到達したとしてもこれを超えることはないので継続して電力を供給することができる。なお、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１にマージンがあれば、時刻ｔ２、時刻ｔ４で、充電器１１９、充電器１９の消費電力をゼロに制御しないでわずかな電力による充電を継続させることでもよい。

この制御では、電池コントローラ１２３は、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の出力電力Ｐが第１の閾値Ｔｈ１または第２の閾値Ｔｈ２を超えたときに、ＡＣ／ＤＣアダプタの出力電力Ｐが第１の閾値Ｔｈ１または第２の閾値Ｔｈ２に近づくように充電器１１９の消費電力Ｐ２または充電器１１９の消費電力Ｐ４を制御するといえる。この制御では、出力電力Ｐが第２の閾値Ｔｈ２に到達するまでの間に充電器１１９の消費電力Ｐ２をゼロまたは最低にし、出力電力Ｐが定格電力Ｐａに到達するまでの間に充電器１９の消費電力Ｐ４をゼロまたは最低にすることができる。

図４（Ｂ）の例は、時刻ｔ１までは図４（Ａ）と同じであるが、時刻ｔ１以降において出力電力Ｐが時刻ｔ３で第２の閾値に到達するまでライン３２１に添って漸増し、電池コントローラ１２３は、充電器１１９の消費電力Ｐ２をライン３２３に添って時刻ｔ３まで漸減している。また、時刻ｔ３以降において出力電力Ｐが時刻ｔ５までライン３２１に添って漸増し、電池コントローラ１２３は、充電器１９の消費電力をライン３２５に添って時刻ｔ５まで漸減している。ここでは、出力電力Ｐが第２の閾値に到達するまでの間に充電器１１９の消費電力をゼロにし、出力電力Ｐが定格電力Ｐａに到達するまでの間に充電器１９の消費電力をゼロにするように制御する。

本実施の形態では、消費電力Ｐ２、Ｐ４は測定しないで出力電力Ｐだけに基づいて充電器１１９、１９の消費電力を制御するが、この制御は、消費電力Ｐの値と充電器１１９、１９の電流設定値の関係をプログラムに組み込んでおくことにより実現できる。具体的には、消費電力Ｐと第２の閾値Ｔｈ２との差の電力と、充電器１１９の現在の電流の設定値に基づいて、消費電力Ｐが第２の閾値に到達したときに、充電器１１９の電流の設定値がゼロになるように制御する。たとえば、時刻ｔ１での充電器１１９の設定電流値が１０であり、第１の閾値Ｔｈ１と第２の閾値Ｔｈ２の差が２０Ｗだとすれば、出力電力Ｐが第１の閾値Ｔｈ１より５Ｗ上昇したときは、充電器１１９の設定値を５にし、２０Ｗ上昇したときにはゼロにする。同様に、消費電力Ｐと定格電力Ｐａとの差の電力と、充電器１９の現在の電流の設定値に基づいて、消費電力Ｐが定格電力Ｐａに到達したときに、充電器１９の電流の設定値がゼロになるように制御する。したがって、ライン３２３、３２５の形状は、出力電力Ｐの変化に依存する。

図４（Ｂ）の方法も、図４（Ａ）の方法も出力電力Ｐが第２の閾値に到達するまでの間に充電器１１９の消費電力がゼロになり、出力電力Ｐが定格電力Ｐａに到達するまでの間に充電器１９の消費電力がゼロになる点で共通性がある。図４（Ｂ）の方法は、図４（Ａ）の方法に比べて、閾値のマージンが大きくなる可能性があるが、充電器１１９、１９にはより長い時間電力を供給することができる。

図４（Ｃ）の例は、時刻ｔ１までは図４（Ａ）、図４（Ｂ）と同じであるが、電池コントローラ１２３は、時刻ｔ１でライン３５３に沿って充電器１１９の消費電力Ｐ２をゼロにする。時刻ｔ１から時刻ｔ２までは、出力電力Ｐがライン３５１に添ったシステム負荷１５、１１５と充電器１９の合計の消費電力Ｐ１に等しくなる。時刻ｔ３で出力電力Ｐが第２の閾値に到達すると、電池コントローラ１２３は、ライン３５５に沿って充電器１９の消費電力Ｐ４をゼロにする。時刻ｔ４以降は、出力電力Ｐとシステム負荷１５、１１５の消費電力Ｐ３が等しくなる。図４（Ｃ）の方法は、他の方法に比べて閾値のマージンを少なくすることができるが、充電器１９、１１９に電力を供給する時間は短くなる。

ブロック２５１では、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１からシステム負荷１５、１１５、充電器１１９に電力を供給して、ユーザにノートＰＣ１０の使用環境を提供し、かつ、電池パック１２５の充電を行う。ブロック２５３では、電池コントローラ１２３が、ノートＰＣ１０がドッキング・ステーション１００に接続されていないこと、またはノートＰＣ１０が接続されていてもノートＰＣ１０に電池パック２５が装着されていないことを認識して第２の閾値Ｔｈ２を充電器１１９に適用して動作する。ブロック２５５で電池コントローラ１２３は、出力電力Ｐが、第２の閾値Ｔｈ２に到達したか否かを判断する。出力電力Ｐが第２の閾値Ｔｈ２に到達していないときは、電池コントローラ１２３は、システム負荷１５、１１５、および充電器１１９にそれらが必要とする電力を供給する。

具体的には、充電器１１９は、電池パック１２５により提供された充電電流の設定値で動作する。電池コントローラ１２３は、出力電力Ｐが、第２の閾値Ｔｈ２に到達したと判断したときは、ブロック２５７で充電器１１９の消費電力を低下させるように制御する。制御の方法は、図４で説明した方法を採用する。充電器１１９は、優先順位の高い充電器１９が存在しない場合に、優先順位が繰り上げられて充電器１９の閾値で消費電力が制御される。

図３の手順によれば、充電器１９、充電器１１９、およびシステム負荷１５、１１５に対するＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の定格電力に限界がある場合に、充電器１９による電池パック２５の充電を充電器１１９による電池パック１２５の充電よりも優先させ、かつ、最も優先順位の高いシステム負荷１５、１１５の消費電力を制約しないため、ユーザの利便性に供するコンピュータ・システムにすることができる。また、図３の手順によれば、電池コントローラ１２３は、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の出力電力Ｐだけを測定して、３つの負荷または２つの負荷の消費電力を制御することができるので、ノートＰＣ１０がドッキング・ステーション１００に接続されていないようなときにも、ＡＣ／ＤＣアダプタ１１１の余剰電力を有効に活用して電池パック１２５の充電を短時間で完了することができる。

以上、本発明を、コンピュータ・システムを例にして説明したが、本発明は共通の電力源に対する複数の負荷の消費電力の制御に適用することができる。また、３つの負荷を例にして説明したが制御する負荷の数に制約はない。その場合は、制御可能なすべての負荷に優先順位に従う各閾値を対応付け、負荷全体の消費電力がある閾値に到達したときに当該閾値に対応する負荷の消費電力を制限するように制御する。

具体的には、ノートＰＣ１０およびドッキング・ステーション１００またはいずれか一方が複数の充電システムを備える場合に適用することができる。また、複数の充電システムを備える外部充電器において、各充電システムに優先順位をつけて充電をする場合に適用することができる。また、当初優先順位の高い閾値を設定した負荷がその時点で実際に存在しないと判断した場合には、当該負荷に適用した閾値を１つ下位の負荷に対応付け、それ以下の優先順位の負荷に対する閾値を順番に繰り上げることができる。

これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。

所定の定格容量の電力源から複数の負荷に電力を供給するシステムに適用することができる。

電力制御システムの機能を示すブロック図である。 ＡＣ／ＤＣアダプタの出力電力と負荷の消費電力の制御方法を説明する図である。 負荷の消費電力を制御する手順を説明するフローチャートである。 充電器の消費電力を制御することにより、時間経過に応じてＡＣ／ＤＣアダプタの出力電力が変化する様子の３つの例を示す図である。

符号の説明

１０…ノートＰＣ
１００…ドッキング・ステーション
１２７…電力検出器

Claims (8)

1. 携帯式コンピュータと該携帯式コンピュータの接続が可能な機能拡張装置で構成される消費電力制御システムであって、
   前記機能拡張装置に接続される所定の定格容量の第１のＡＣ／ＤＣアダプタと、
   前記第１のＡＣ／ＤＣアダプタから電力の供給を受け、第１の充電器と第１の電池パックで構成され、前記機能拡張装置に搭載された第１の充電システムと、
   前記携帯式コンピュータが前記機能拡張装置に接続されているときに前記第１のＡＣ／ＤＣアダプタから電力の供給を受け、前記第１の充電システムよりも優先順位が高く、第２の充電器と第２の電池パックで構成され、前記携帯式コンピュータに搭載された第２の充電システムと、
   前記携帯式コンピュータが前記機能拡張装置に接続されているときに前記第１のＡＣ／ＤＣアダプタから電力の供給を受け、前記第２の充電システムよりも優先順位が高く、前記携帯式コンピュータがアクセスすることが可能なシステム負荷と、
   前記第１の充電システムと前記第２の充電システムと前記システム負荷に電力を供給する前記第１のＡＣ／ＤＣアダプタの出力電力が第１の閾値に到達したときに前記第１の充電システムの消費電力を低下させ、前記第１のＡＣ／ＤＣアダプタの出力電力が前記第１の閾値より大きい第２の閾値に到達したときに前記第２の充電システムの消費電力を低下させるように制御する前記機能拡張装置に搭載された第１のコントローラと、
   前記携帯式コンピュータが前記機能拡張装置に接続されていないときに前記携帯式コンピュータに電力を供給する所定の定格容量の第２のＡＣ／ＤＣアダプタと、
   前記第２の電池パックまたは前記第１のコントローラからの指示に基づいて前記第２の充電システムの消費電力を制御する前記携帯式コンピュータに搭載された第２のコントローラとを有し、
   前記携帯式コンピュータが前記機能拡張装置に接続されているときに前記第１のコントローラが前記第２のコントローラに前記第２の充電器に対する充電電流の設定値を送る
   消費電力制御システム。
2. 前記第１のコントローラは、少なくとも前記第１のＡＣ／ＤＣアダプタの前記出力電力が前記第２の閾値に到達するまでの間に前記第１の充電システムの消費電力が最低になるように制御する請求項１に記載の消費電力制御システム。
3. 前記第１のコントローラは、前記第１のＡＣ／ＤＣアダプタの出力電力が前記第１の閾値を超えたときに前記第１のＡＣ／ＤＣアダプタの出力電力が前記第１の閾値に近づくように前記第１の充電システムの消費電力を制御する請求項１または請求項２に記載の消費電力制御システム。
4. 前記第１のコントローラは、前記第１のＡＣ／ＤＣアダプタの出力電力が前記第１の閾値を超えてから前記第２の閾値まで漸増するときに前記第２の閾値まで前記第１の充電システムの消費電力を漸減させる請求項１から請求項３のいずれかに記載の消費電力制御システム。
5. 前記第１のコントローラは、前記第１のＡＣ／ＤＣアダプタの出力電力が前記第１の閾値に到達したときに前記第１の充電システムの動作を停止させる請求項１から請求項４のいずれかに記載の消費電力制御システム。
6. 前記第１のコントローラは、前記携帯式コンピュータが前記機能拡張装置に接続されていないことを認識したときは前記第２の閾値を前記第１の充電システムに適用し、前記第１のＡＣ／ＤＣアダプタの出力電力が前記第２の閾値に到達してから前記第１の充電システムの消費電力を低下させるように制御する請求項１から請求項５のいずれかに記載の消費電力制御システム。
7. 前記第１のコントローラは、前記携帯式コンピュータに前記第２の電池パックが接続されていないことを認識したときは前記第２の閾値を前記第１の充電システムに適用し、前記第１のＡＣ／ＤＣアダプタの出力電力が前記第２の閾値に到達してから前記第１の充電システムの消費電力を低下させるように制御する請求項１から請求項６のいずれかに記載の消費電力制御システム。
8. 前記第１の電池パックと前記第２の電池パックは互換性がある請求項１から請求項７のいずれかに記載の消費電力制御システム。

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