JP7765548B2 - 電源回路、電子機器および制御方法 - Google Patents

電源回路、電子機器および制御方法

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Description

本発明は、電源回路、電子機器および制御方法、例えば、バッテリの充電に関する。
バッテリパック（電池パック）は、ＰＣ（Personal Computer）、タブレット端末、スマートフォンなどの情報機器、その他各種の電子機器に備わることがある。電子機器は、外部から電力が供給されない場合でも、バッテリパックに充電された電力を消費して動作可能とする。バッテリパックは、電源回路、例えば、システム充電ＩＣ（Integrated Circuit）による制御のもとで、ＡＣ（Alternating Current）アダプタからバッテリ（二次電池）に充電される。
例えば、特許文献１に記載の充電方法は、電流が制限される定電圧電源によって二次電池を充電する方法において、二次電池の充電を所定の条件を外れてから一定時間さらに充電を行う二次電池の充電方法である。所定の条件は、二次電池の電池電圧が所定の電圧になること、または、二次電池の充電電流が所定の電流になることである。
システムからバッテリへの充電方式には、システム非動作充電（system off charge、オフチャージ（off charge）とも呼ばれる）とシステム動作充電（system operation charge、オンチャージ（on charge）とも呼ばれる）がある。システム非動作充電は、システムに対して電力を給電せず、バッテリだけに充電する方式である。システム動作充電とは、システムに対して電力を給電しながらバッテリにも充電する方式である。システム非動作充電では、ＡＣアダプタから供給される供給電流Ｉｔｏｔａｌのほぼ全部がバッテリに充電される。コントローラは、バッテリに生ずるセル電圧が予め定めた検出電圧（テーパ電圧（taper voltage）とも呼ばれる）以上となり、かつ、充電電流が予め定めた検出電流（テーパ電流（taper current）とも呼ばれる）以下となる条件を満たすとき、バッテリの充電状態が満充電状態に達したと判定し、充電を終了する。
特開平４－１８３２３２号公報
しかしながら、システム動作充電では、供給される充電電流Ｉｔｏｔａｌのうち必要とされる電流がシステム電流Ｉｓｙｓとしてシステムに給電される。バッテリには、供給電流Ｉｔｏｔａｌからシステムに供給するシステム電流Ｉｓｙｓが除かれ、残された電流Ｉｔｏｔａｌ－Ｉｓｙｓが供給される。そのため、供給される電流は、バッテリにおける要求を満たさなくなることがある。特に、定格電力が低いＡＣアダプタを用いる場合、バッテリに充電される充電電力の減少が顕著になることがある。このような状況のもとでは、セル電圧がテーパ電圧以上となり、かつ、充電電流がテーパ電流以下となる条件を満たす場合であっても、バッテリに蓄積された電荷の容量が、本来期待される満充電状態における容量（満充電容量）よりも小さくなることがある。
一因として、テーパ電圧としてシステムから供給されるシステム電圧の定格値よりも所定のマージンだけ低い電圧が設定されていることが考えられる。充電電流がテーパ電流以下となることで、固定されたテーパ電圧に依拠して満充電判定がなされると、バッテリに蓄積される電荷容量が満充電容量よりも低くなることがある。テーパ電圧は、バッテリやシステムの回路抵抗値に依存するが、これらの回路抵抗値には個体差がある。安全性または安定性を確保するため、設計段階では個体差を考慮して、個々の機材に必要以上に大きいマージンを設定されがちである。
本願は上記の課題を解決するためになされたものであり、本願の一態様に係る電源回路は、電源から供給される直流電力のうち、システムに要求されるシステム電力を前記システムに供給し、残された電力である充電電力をバッテリに充電し、前記バッテリのセル電圧が所定の検出電圧以上であり、かつ、前記充電電力の充電電流が所定の検出電流以下となるとき前記バッテリの充電状態を満充電と判定する電源回路であって、前記バッテリへの特定の充電状態のもとで得られる前記セル電圧に基づいて前記充電状態を満充電と判定する時点における前記セル電圧を第２検出電圧として推定し、前記所定の検出電圧を予め定めた第１検出電圧から前記第２検出電圧に更新する。
上記の電源回路は、前記システム電力を前記システムに供給せずに前記充電電力を前記バッテリに充電するとき、前記充電状態を満充電と判定する時点における前記セル電圧を前記第２検出電圧として定めてもよい。
上記の電源回路は、前記バッテリへの充電方式が一定の充電電流で充電を行う第１充電モードから一定の充電電圧で充電を行う第２充電モードに変更されるとき、前記バッテリへの充電電圧、前記セル電圧および前記充電電流に基づいて前記電源回路から前記バッテリへの回路抵抗値を測定し、前記充電電圧から前記回路抵抗値と前記検出電流により降下した電圧を前記第２検出電圧として定めてもよい。
上記の電源回路は、前記バッテリへの充電時間が所定の基準充電時間を超えても前記充電状態を満充電と判定しないとき、前記所定の検出電圧を前記第１検出電圧に変更してもよい。
上記の電源回路は、前記バッテリを備えてもよい。
本願の第２態様に係る電子機器は、上記の電源回路を備えてもよい。
本願の第３態様に係る制御方法は、電源から供給される直流電力のうち、システムに要求されるシステム電力を前記システムに供給し、残された電力である充電電力をバッテリに充電し、前記バッテリのセル電圧が所定の検出電圧以上であり、かつ、前記充電電力の充電電流が所定の検出電流以下となるとき前記バッテリの充電状態を満充電と判定する電源回路の制御方法であって、前記電源回路は、前記バッテリへの特定の充電状態のもとで得られる前記セル電圧に基づいて前記充電状態を満充電と判定する時点における前記セル電圧を第２検出電圧として推定し、前記所定の検出電圧を予め定めた第１検出電圧から前記第２検出電圧に更新する。
本願の実施形態によれば、システムにおいて電力が消費される場合でも満充電状態で、より正確に充電を終了することができる。
本実施形態に係る電子機器のハードウェア構成例を示す概略ブロック図である。 本実施形態に係る回路配置例を示す概略ブロック図である。 充電時におけるセル電圧と充電電流の時間経過の第１例を示す図である。 充電時におけるセル電圧、充電電圧および充電電流の時間経過の第２例を示す図である。 本実施形態に係る充電制御処理を例示するフローチャートである。 本実施形態に係る検出電圧設定処理の第１例を示すフローチャートである。 本実施形態に係る検出電圧設定処理の第２例を示すフローチャートである。
本願の実施形態について、図面を参照して説明する。まず、本願の実施形態に係る電子機器１の概要について説明する。電子機器１は、電源回路３３を備える。電源回路３３は、直流電源から供給される直流電力のうち、システムに要求されるシステム電力をシステムに供給し、残された充電電力をバッテリに充電する。電源回路３３は、バッテリのセル電圧が所定のテーパ電圧以上であり、かつ、充電電力の充電電流が所定の検出電流以下となるときバッテリの充電状態を満充電と判定する。本実施形態では、テーパ電圧を固定値とせず、可変値とする。ここで、電源回路３３は、バッテリへの充電条件が特定の充電条件を満たすとき、セル電圧に基づいて満充電時におけるテーパ電圧を第２テーパ電圧として推定する。電源回路３３は、所定のテーパ電圧を予め定めた第１テーパ電圧から前記第２テーパ電圧に更新する。
本実施形態に係る電子機器１は、典型的には持ち運びに便利な大きさおよび重量を有し、バッテリに蓄えられた電力を消費する電子機器となりうる。電子機器１は、ＰＣ、スマートフォン、タブレット端末のいずれの形態の情報機器であってもよい。電子機器１は、直流電源からの常時の電力供給が困難な環境に設置される機器、例えば、計測器、監視装置、などのいずれであってもよい。以下の説明では、電子機器１がパーソナルコンピュータ（ＰＣ：Personal Computer）である場合を主とする。また、本願において、「システム」とは、電子機器１のうち、電源回路３３から供給される電力を消費するデバイス、即ち、負荷を指すことがある。電子機器１が情報機器である場合、通例、そのコンピュータシステム（ホストシステムとも呼ばれる）における消費電力が電子機器１の処理の大部分を占める。
図１は、本実施形態に係る電子機器１のハードウェア構成例を示す概略ブロック図である。電子機器１は、ＣＰＵ１１、メインメモリ１２、ビデオサブシステム１３、ディスプレイ１４、ＰＣＨ（Platform Controller Hub）２１、ＢＩＯＳ（Basic Input Output System；基本入出力システム）メモリ２２、補助記憶装置２３、ＷＬＡＮ（Wireless Local Area Network；無線構内ネットワーク）カード２５、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）コネクタ２６、ＥＣ（Embedded Controller、エンベデッドコントローラ）３１、入力部３２、電源回路３３、バッテリパック３４、および、電源ボタン３８を備える。
ＣＰＵ１１は、電子機器１に備わるシステムデバイスの中核をなすプロセッサである。ＣＰＵ１１は、ソフトウェア（プログラム）に記述された命令で指示される種々の演算処理を実行するプロセッサである。ＣＰＵ１１は、例えば、ＯＳ（Operating System）、ＢＩＯＳ、アプリケーションプログラム（本願では、「アプリ」または「アプリケーション」と呼ぶ）など、各種のソフトウェアで指示される処理を実行する。なお、ソフトウェアに記述された指令（コマンド）で指示される処理を実行することを、「ソフトウェアを実行する」と呼ぶことがある。
メインメモリ１２は、プロセッサの実行プログラムの読み込み領域として、または、実行プログラムの処理データを書き込むための作業領域として利用される書き込み可能メモリである。メインメモリ１２は、例えば、複数個のＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）チップで構成される。実行プログラムには、ＯＳ、周辺機器などのハードウェアを操作するための各種ドライバ、各種サービス／ユーティリティ、アプリ等が含まれる。
ＣＰＵ１１、および、メインメモリ１２は、電子機器１の中核となるコンピュータシステム、つまり、ホストシステムをなすシステムデバイスとして機能する。電子機器１のコンピュータシステムは、ハードウェアとしてシステムデバイスと、ＯＳ、スケジュール・タスクなどのソフトウェアを含んで構成される。
ビデオサブシステム１３は、ＣＰＵ１１の制御に従って画像処理を実行する。ビデオサブシステム１３は、ビデオコントローラとビデオメモリ（図示せず）を備える。ビデオコントローラは、ＣＰＵ１１から入力される描画命令に従って画像処理を行い、描画情報を生成し、生成した描画情報をビデオメモリ（図示せず）に書き込む。ビデオコントローラは、ビデオメモリから描画情報を読み出して、読み出した描画情報を示す表示データをディスプレイ１４に出力する（画像処理）。
他方、ＣＰＵ１１は、ＯＳ上でグラフィックドライバを実行して、ビデオサブシステム１３の動作を制御する。ＣＰＵ１１は、ＯＳ、アプリ、その他のプログラムで描画命令をビデオサブシステム１３に出力し画像処理を実現させる。
ディスプレイ１４は、ＣＰＵ１１から出力された表示データに基づく表示画面を表示する。ディスプレイ１４は、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode、有機発光ダイオード）ディスプレイなどのいずれであってもよい。
ＰＣＨ２１は、１個または複数のコントローラを備え、複数のデバイスと各種のデータを入出力できるように接続可能とする。ＰＣＨ２１は、例えば、ＵＳＢ、シリアルＡＴＡ（Advanced Technology Attachment）、ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）バス、ＰＣＩ（Peripheral Component Interconnect）バス、ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓバス、および、ＬＰＣ（Low Pin Count）などのバスコントローラのいずれか１個または組み合わせである。接続先となる複数のデバイスは、例えば、後述するＢＩＯＳメモリ２２、補助記憶装置２３、ＷＬＡＮカード２５、ＵＳＢコネクタ２６、および、ＥＣ３１が該当する。
ＢＩＯＳメモリ２２は、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリで構成される。かかる不揮発メモリとして、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、および、フラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）などが該当する。ＢＩＯＳメモリ２２は、ＢＩＯＳ、ＥＣ３１その他のデバイスの動作を制御するためのファームウェアなどを記憶する。ＢＩＯＳは、システムデバイスの基本的な入出力を行うためのファームウェアである。本願では、ＵＥＦＩ（Unified Extensible Firmware Interface）に規定された仕様に従って定義されたファームウェアもＢＩＯＳの概念に含まれうる。
補助記憶装置２３は、各種のデータを持続的に記憶する。記憶されるデータは、ＣＰＵ１１、その他のデバイスにより実行されうる各種のプログラム、パラメータ、各種処理に用いられるデータ、各種処理により取得されるデータが含まれる。補助記憶装置２３は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、および、ＳＳＤ（Solid State Drive）などのいずれであってもよい。補助記憶装置２３は、各種の不揮発性メモリを含んで構成される。不揮発性メモリとして、例えば、フラッシュメモリが用いられる。各種のプログラムには、例えば、ＯＳ、ドライバ、ファームウェア、アプリ、などの何れか１個または組み合わせが含まれうる。
ＷＬＡＮカード２５は、ワイヤレス（無線）ＬＡＮ、または、ワイヤレスＬＡＮを経由して他のネットワークに接続して、接続先との機器との間で、各種のデータを送受信可能とする。
ＵＳＢコネクタ２６は、ＵＳＢを利用して各種の周辺機器類を接続するためのコネクタである。
ＥＣ３１は、電子機器１の中核をなすホストシステムの動作状態に関わらず、各種デバイス（周辺装置やセンサ等）の状況を監視して制御するワンチップマイコン（One-Chip Microcomputer）である。ＥＣ３１は、ＣＰＵ１１とは別個のＣＰＵ、メインメモリ１２とは別個のＲＡＭの他、ＲＯＭ、複数チャネルのＡ／Ｄ（Analog-to-Digital）入力端子、Ｄ／Ａ（Digital-to-Analog）出力端子、タイマおよびデジタル入出力端子（図示せず）を備える。ＥＣ３１のデジタル入出力端子には、入力部３２、および、電源回路３３などが接続されており、ＥＣ３１は、これらの動作を制御可能とされている。
ＥＣ３１は、電子機器１を構成する各デバイスの動作状態を監視し、デバイスごとに消費電力を上回るように動作に要する電力量（本願では、「デバイス電力」と呼ぶことがある）を定める。デバイス電力の合計が、システム電力に相当する。監視対象のデバイスには、電子機器１のシステムデバイス、主に、ＣＰＵ１１も含まれる。ＥＣ３１は、各デバイスのデバイス電力を示すシステム電力要求を電源回路３３に出力する。後述するように、デバイス電力に相当する電力が電源回路３３からシステムを構成する各デバイスに供給される。
入力部３２は、ユーザの操作を検出し、検出した操作に応じた操作信号をＥＣ３１に出力する入力デバイスを備える。入力部３２には、例えば、キーボード、および、タッチパッドなどが該当する。入力部３２をなすタッチセンサは、表示部をなすディスプレイ１４と重なり合い、タッチパネルとして構成されてもよい。
電源回路３３には、ＡＣ（Alternating Current）アダプタ３７から直流電力が供給される。電源回路３３は、ＥＣ３１に制御に従って、供給される直流電力のうち、システムに要求されるシステム電力をシステムに供給する。電源回路３３は、ＥＣ３１から通知されるシステム電力要求でデバイスごとに指示されるデバイス電力に相当する電力を、当該デバイスに供給する。電源回路３３は、電子機器１のシステム全体として、システム電力に相当する電力を供給する。電源回路３３は、供給される直流電力のうち、システム電力を除いて残された電力を充電電力としてバッテリパック３４に充電する。
電源回路３３は、充電回路３３２（図２）と変換器（図示せず）を備える。充電回路３３２は、バッテリパック３４における充電状態に応じて充電電力をバッテリパック３４に充電する。充電回路３３２は、バッテリパック３４のセル電圧が所定のテーパ電圧以上であり、かつ、充電電力の充電電流が所定のテーパ電流以下となるときバッテリパック３４の充電状態を満充電と判定する。本願では、充電状態が満充電の状態に達したか否かを判定すること、または、その判定結果を「満充電判定」と呼ぶことがある。充電回路３３２は、満充電判定がなされるとき、バッテリパック３４への充電を停止する。
変換器は、ＡＣアダプタ３７から自器に供給される電力の電圧を各デバイスで要求される電圧に変換する。変換器は、電圧を変換した電力を、電圧が変換された電力を要求されるデバイスに供給する。
バッテリパック３４は、１個または複数個のバッテリ（二次電池、セル、などとも呼ばれる）と測定回路３４２（図示せず）。測定回路３４２は、バッテリの充電状態として充電電圧と充電電流を測定し、測定した充電電圧と充電電流を示す充電状態情報を電源回路３３に通知する。バッテリには、電源回路３３から供給される充電電力が蓄積される。
ＡＣアダプタ３７は、外部電源から供給される交流電力を電圧が一定となる直流電力に変換し、変換された電力を電源回路３３に供給する。ＡＣアダプタ３７は、電源回路３３と制御信号を入出力可能に接続される。ＡＣアダプタ３７は、電源回路３３を含む電子機器１の筐体と着脱可能とする装着具を備える。ＡＣアダプタ３７は、ＵＳＢコネクタ２６と物理的に着脱可能に接続されてもよい。
電源ボタン３８は、押下操作が受け付けられる都度、電子機器１の全体への電力供給の有無（Power ON/OFF）を制御する。電源ボタン３８は、押下を示す押下信号をＥＣ３１に出力する。ＥＣ３１は、電子機器１が電源断（電力供給なし）であるときに電源ボタン３８から押下信号が入力されるとき、電源回路３３に対し、電子機器１の各デバイスへの電力供給を開始させる（電源投入）。ＥＣ３１は、電子機器１が通電（電力供給あり）されているときに電源ボタン３８から押下信号が入力されるとき、電源回路３３に対し、電子機器１の各デバイスへの電力供給を停止する（電源断）。
次に、本実施形態に係る回路構成例について説明する。図２は、本実施形態に係る回路配置例を示す概略ブロック図である。
電源回路３３は、充電回路３３２およびＦＥＴ３３４ａ、３３４ｂ、３３４ｃを備える。バッテリパック３４は、測定回路３４２、ＦＥＴ３４４ａ、３４４ｂ、ヒューズ３４６およびセルＣＬ０１、ＣＬ０２を備える。
電力線は、ＡＣアダプタ３７からＦＥＴ３３４ａ、３３４ｂ、３３４ｃ、３４４ａ、３４４ｂおよびヒューズ３４６を経由してセルＣＬ０１の正極に電気的に接続される。セルＣＬ０１、ＣＬ０２は直列に接続される。セルＣＬ０２の負極は、抵抗素子Ｒを介して接地されている（ＧＮＤ）。これにより、セルＣＬ０１、ＣＬ０２の逆接、その他、負極に対する予期しない電圧の印加によるセルＣＬ０１、ＣＬ０２の損傷を回避または軽減することができる。
ＦＥＴ（Field Effect Transistor，電界効果トランジスタ）３３４ａは、分岐点３３６からＡＣアダプタ３７への電流の逆流を防止する。ＦＥＴ３３４ｂは、充電回路３３２による制御に従い、ＡＣアダプタ３７から分岐点３３６への電流を調整する。ＦＥＴ３３４ｃは、充電回路３３２による制御に従い、分岐点３３６とバッテリパック３４との間の導通の有無を切り替える。ＦＥＴ３４４ａは、測定回路３４２の制御に従い、セルＣＬ０１、ＣＬ０２から放電される電流を制御する。ＦＥＴ３４４ｂは、測定回路３４２の制御に従い、セルＣＬ０１、ＣＬ０２に充電される電流を制御する。
ＦＥＴ３３４ａのソース電極（以下、「Ｓ電極」と呼ぶことがある）、ドレイン電極（以下、「Ｄ電極」と呼ぶことがある）、ゲート電極（以下、「Ｇ電極」と呼ぶことがある）には、それぞれＡＣアダプタ３７、ＦＥＴ３３４ｂのＤ電極、充電回路３３２に電気的に接続される。ＦＥＴ３３４ａは、Ｇ電極に印加される電圧を０Ｖよりも有意に高くならないように維持することで、ＦＥＴ３３４ｂからＡＣアダプタ３７への電流の逆流を阻止することができる。
ＦＥＴ３３４ｂのＳ電極、Ｄ電極、Ｇ電極には、それぞれ分岐点３３６、ＦＥＴ３３４ａのＤ電極、充電回路３３２に電気的に接続される。Ｇ電極に印加される正の電位を高くすることで、ＡＣアダプタ３７から流入する電流を増加することができる。
ＦＥＴ３３４ｃのＳ電極、Ｄ電極、Ｇ電極には、それぞれバッテリパック３４、分岐点３３６、充電回路３３２に電気的に接続される。ＦＥＴ３３４ｃは、充電回路３３２からＧ電極に開閉制御信号が印加されることにより、分岐点３３６からバッテリパック３４への導通の有無（ON/OFF）が制御される。開閉制御信号は、２段階の電位をとりうる二値信号である。２段階の電位のうち、低い方を低電位（Ｌ）、高い方を高電位（Ｈ）と呼ぶ。低電位は、例えば、０Ｖから所定範囲内の電位となる。高電位は、低電位から有意に高い正電位である。充電回路３３２は、バッテリパック３４に充電する場合、ＦＥＴ３３４ｃのＧ電極に高電位を有する開閉制御信号を印加し、充電を行わない場合、ＦＥＴ３３４ｃのＧ電極に高電位を有する開閉制御信号の印加を停止する。
分岐点３３６は、ＡＣアダプタ３７から供給される直流電力の一部となるシステム電力をシステムに供給し、その残りの充電電力を、ＦＥＴ３３４ｃを経由してバッテリパック３４に供給する。供給される直流電力の総電流値Ｉｔｏｔａｌは、システム電力の電流値であるシステム電流Ｉｓｙｓと充電電力の電流値である充電電流Ｉｂａｔとの和に相当する。
ＦＥＴ３４４ａのＳ電極、Ｄ電極、Ｇ電極には、それぞれ電源回路３３、ＦＥＴ３４４ｂのＤ電極、測定回路３４２に電気的に接続される。ＦＥＴ３４４ａは、Ｇ電極に印加される正の電位を高くすることでセルＣＬ０１から放電される電力の電流を増加することができる。
ＦＥＴ３４４ｂのＳ電極、Ｄ電極、Ｇ電極には、それぞれヒューズ３４６、ＦＥＴ３４４ａのＤ電極、測定回路３４２に電気的に接続される。ＦＥＴ３４４ｂは、Ｇ電極に印加される正の電位を高くすることで電源回路３３からセルＣＬ０１、ＣＬ０２に充電される電力の電流を増加することができる。
ＦＥＴ３３４ｂのＳ電極、Ｄ電極、Ｇ電極には、それぞれ分岐点３３６、ＦＥＴ３３４ａのＤ電極、充電回路３３２に電気的に接続される。Ｇ電極に印加される正の電位を高くすることで、ＡＣアダプタ３７から流入する電流を増加することができる。
ヒューズ３４６は、所定の限界値を超える電流を検出するとき、自部を流れる電流を遮断する。これにより、セルＣＬ０１、ＣＬ０２に流入または流出する過大な電流が阻止される。
充電回路３３２、測定回路３４２は、それぞれＥＣ３１と信号線を用いて接続される。信号線には、データ信号線（ＤＡＴ）とクロック信号線（ＣＬＫ）が含まれる。データ信号線は、制御信号、その他のデータの伝送に用いられる。クロック信号線は、クロック信号の伝送に用いられる。充電回路３３２、測定回路３４２は、それぞれＥＣ３１から入力されるクロック信号を用いてＥＣ３１と同期する。信号線として、例えば、システム管理バス（ＳＭＢ：System Management Bus）が用いられる。
充電回路３３２には、測定回路３４２からＥＣ３１を経由して充電状態情報が入力される。充電回路３３２は、充電状態情報で示される充電状態に基づいてバッテリパック３４への充電を制御する。充電回路３３２は、主な充電方式として、定電流（ＣＣ：Constant Current）充電と定電圧（ＣＶ：Constant Voltage）充電を実現する。ＣＣ充電は、予め設定した一定の充電電流値で充電する充電モードを指す。ＣＣ充電によれば、比較的大きい電流での充電を可能とし、バッテリパック３４におけるセルの電荷の蓄積に伴い起電力が増加し、抵抗が低下する。ＣＣ充電は、バッテリパック３４に充電する充電電圧Ｖｃｈａｒｇｅが一定の充電電圧値に達していない段階で行われることがある。
ＣＶ充電は、予め設定した一定の充電電圧で充電する充電モードを指す。ＣＶ充電は、充電電圧Ｖｃｈａｒｇｅが所定の充電電圧Ｖｃｈａｒｇｅ，ＣＶに達した時点で開始され、以降、充電電圧Ｖｃｈａｒｇｅが一定値Ｖｃｈａｒｇｅ，ＣＶに維持される。この段階では、バッテリパック３４の内部のセル電圧Ｖｃｅｌｌが充電電圧Ｖｃｈａｒｇｅよりも低くなりがちである。ＣＶ充電によれば、バッテリパック３４の内部のセル電圧Ｖｃｅｌｌを充電電圧Ｖｃｈａｒｇｅに近づき、充電電流が減少する。満充電判定は、ＣＶ充電中になされうる。
充電回路３３２は、バッテリパック３４のセル電圧Ｖｃｅｌｌが所定のテーパ電圧以上であり、かつ、充電電力の充電電流Ｉｂａｔが所定のテーパ電流Ｉｔｐ以下となるとき満充電判定を行う。充電回路３３２は、満充電判定を行うとき、バッテリパック３４への充電を停止する。所定のテーパ電圧の初期値として、第１テーパ電圧Ｖｔｐ，１を充電回路３３２に予め設定しておく。図４の例では、第１テーパ電圧Ｖｔｐ，１として、例えば、満充電状態における充電電圧Ｖｃｈａｒｇｅ，ＣＶよりも予め定めた微小なマージン電圧（例えば、５０～２００ｍＶ）ΔＶだけ低い電圧の設計値が用いられうる。
充電回路３３２は、バッテリパック３４への充電条件が特定の充電条件を満たすとき、その時点におけるバッテリパック３４のセル電圧Ｖｃｅｌｌに基づいて満充電時におけるテーパ電圧を第２テーパ電圧Ｖｔｐ，２として推定する。電源回路３３は、満充電判定に用いる所定のテーパ電圧として第１テーパ電圧Ｖｔｐ，１から推定した第２テーパ電圧Ｖｔｐ，２に更新する。電源回路３３は、バッテリパック３４への総充電時間が所定の基準充電時間（例えば、８～２０時間）を越えても、バッテリパック３４の充電状態が満充電とならない場合、所定のテーパ電圧を第２テーパ電圧Ｖｔｐ，２から第１テーパ電圧Ｖｔｐ，１に変更する。第２テーパ電圧Ｖｔｐ，２の推定法については、後述する。充電回路３３２は、例えば、システム充電ＩＣ（System Charger IC）である。
測定回路３４２は、セルＣＬ０１、ＣＬ０２への充電状態を測定する回路である。測定回路３４２は、セルＣＬ０１の正極における電位をセル電圧Ｖｃｅｌｌとして測定し、電源回路３３から流入する電流を充電電流Ｉｂａｔとして測定する。測定回路は、測定したセル電圧Ｖｃｅｌｌと充電電流Ｉｂａｔを示す充電状態情報を、ＥＣ３１を経由して充電回路３３２に出力する。充電回路３３２は、測定回路３４２から入力される充電状態情報に示される充電状態に基づいて充電を制御する。
測定回路３４２は、ＦＥＴ３４４ａ、ＦＥＴ３４４ｂそれぞれのＧ電極に印加する電位を調整することにより、それぞれセルＣＬ０１からの放電、セルＣＬ０２への充電を制御する。測定回路３４２は、例えば、バッテリ残量ゲージＩＣ（Battery Fuel Gauge Integrated Circuit）である。ＡＣアダプタ３７から電力が供給されないとき、ＥＣ３１は、測定回路３４２にシステム電流Ｉｓｙｓを通知し、セルＣＬ０１、ＣＬ０２からシステム電流Ｉｓｙｓに相当する電流を放電させる。
次に、第２テーパ電圧Ｖｔｐ，２の推定方法について説明する。推定方法の第１例は、オフチャージにおける満充電検出時におけるセル電圧Ｖｃｅｌｌを第２テーパ電圧Ｖｔｐ，２として定める手法である。充電回路３３２は、ＥＣ３１から通知されるシステム電力要求でシステム電力がゼロであること、または、システム電力不要であることをもって、充電方式がシステム非動作充電であること、つまり、システムに電力が供給されない状態での充電を判定することができる。充電回路３３２には、ＥＣ３１を経由して測定回路３４２からセル電圧Ｖｃｅｌｌが通知される。充電回路３３２は、第１テーパ電圧Ｖｔｐ，１に代え、新たに定めた第２テーパ電圧Ｖｔｐ，２を用いて、満充電判定を行う。
図３の例では、セル電圧Ｖｃｅｌｌが第１テーパ電圧Ｖｔｐ，１を越えた後であっても、バッテリが満充電状態に達していない段階でのオフチャージでは、充電電流Ｉｂａｔがテーパ電流Ｉｔｐを上回った状態で、時間経過に従って減少する。そのため、直ちに満充電判定はなされない。オンチャージでは、システムでの電力消費により、充電電流Ｉｂａｔが低下し、テーパ電流Ｉｔｐを一時的に下回ることがある。満充電判定において第１テーパ電圧Ｖｔｐ，１を用いる場合、セルＣＬ０１、ＣＬ０２が満充電状態に達していないにも関わらず、セルＣＬ０１、ＣＬ０２の状態が満充電状態と誤判定される。
しかしながら、テーパ電圧として第２テーパ電圧Ｖｔｐ，２を用いることで、充電電流Ｉｂａｔがテーパ電流Ｉｔｐを一時的に下回っても、セル電圧Ｖｃｅｌｌが第２テーパ電圧Ｖｔｐ，２に達していないため、直ちに満充電判定はなされない。このように、オフチャージ時に検出された第２テーパ電圧Ｖｔｐ，２をセル電圧Ｖｃｅｌｌと比較できることで正しく満充電判定がなされる。また、現実に検出したセル電圧Ｖｃｅｌｌを第２テーパ電圧Ｖｔｐ，２として採用することで個体差を解消することができる。
推定方法の第２例は、充電モードをＣＣ充電からＣＶ充電に変更するとき、電源回路３３からセルＣＬ０１への経路における回路抵抗と所定のテーパ電流Ｉｔｐに基づく電圧降下Ｖｄｐにより、一定の充電電圧Ｖｃｈａｒｇｅ，ＣＶから降下した電圧を第２テーパ電圧Ｖｔｐ，２として定める手法である。図４の例では、充電モードは、充電電圧ＶｃｈａｒｇｅがＣＶ充電に係る予め定めた一定の充電電圧Ｖｃｈａｒｇｅ，ＣＶに達するときにＣＣ充電からＣＶ充電に変更される。ＥＣ３１は、分岐点３３６における電圧を充電電圧Ｖｃｈａｒｇｅとして測定する。ＥＣ３１は、充電電圧Ｖｃｈａｒｇｅが一定の充電電圧Ｖｃｈａｒｇｅ，ＣＶに達したと判定するとき、ＣＣ充電からＣＶ充電への充電モード変更指示を充電回路３３２に通知する。充電回路３３２は、ＥＣ３１から充電モード変更指示が入力されるとき、充電モードをＣＣ充電からＣＶ充電に変更する。充電回路３３２は、この時点における充電電圧Ｖｃｈａｒｇｅ，ＣＶからセル電圧Ｖｃｅｌｌへの電圧降下Ｖｄｐ（＝Ｖｃｈａｒｇｅ，ＣＶ－Ｖｃｅｌｌ）を充電電流Ｉｂａｔで除算して回路抵抗Ｒｃｉｒを算出することができる。図２の例では、分岐点３３６からセルＣＬ０１の正極までの経路における回路抵抗Ｒｃｉｒは、ＦＥＴ３３４ｃ、３４４ａ、３４４ｂとヒューズ３４６により生ずる。充電回路３３２は、充電電圧Ｖｃｈａｒｇｅ，ＣＶから回路抵抗Ｒｃｉｒでのテーパ電流Ｉｔｐによる電圧降下Ｒｃｉｒ×Ｉｔｐを差し引き、第２テーパ電圧Ｖｔｐ，２を定めることができる。
次に、本実施形態に係る充電制御処理の例について説明する。
図５は、本実施形態に係る充電制御処理を例示するフローチャートである。
図５の処理は、バッテリパック３４への充電中に実行される。
（ステップＳ１０２）充電回路３３２は、測定回路３４２から通知されるセル電圧Ｖｃｅｌｌを監視し、セル電圧Ｖｃｅｌｌがその時点において設定されているテーパ電圧Ｖｔｐ以上となるか否かを判定する。本実施形態では、テーパ電圧Ｖｔｐは、第１テーパ電圧Ｖｔｐ，１と第２テーパ電圧Ｖｔｐ，２のいずれか一方となりうる。セル電圧Ｖｃｅｌｌがテーパ電圧Ｖｔｐ以上と判定される場合（ステップＳ１０２ ＹＥＳ）、ステップＳ１０４の処理に進む。テーパ電圧Ｖｔｐ未満と判定される場合（ステップＳ１０２ ＮＯ）、ステップＳ１０２の処理を繰り返す。
（ステップＳ１０４）充電回路３３２は、充電電流Ｉｂａｔが所定のテーパ電流Ｉｔｐ以下となるか否かを判定する。テーパ電流Ｉｔｐ以下と判定される場合（ステップＳ１０４ ＹＥＳ）、ステップＳ１０６の処理に進む。テーパ電流Ｉｔｐを超えると判定される場合（ステップＳ１０４ ＮＯ）、ステップＳ１０２の処理に戻る。
（ステップＳ１０６）充電回路３３２は、バッテリパック３４の充電状態を満充電状態と判定し、バッテリパック３４への充電を停止する。このとき、充電回路３３２は、高電位（Ｈ）を有する開閉制御信号のＦＥＴ３３４ｃのＧ電極への印加を停止し、充電電力を遮断する。その後、図５の処理を終了する。
次に、本実施形態に係るテーパ電圧設定処理の例について説明する。図６、図７の処理は、テーパ電圧Ｖｔｐの初期値として、第１テーパ電圧Ｖｔｐ，１が予め充電回路３３２に設定されている場合を例にする。
図６は、本実施形態に係るテーパ電圧設定処理の第１例を示すフローチャートである。
（ステップＳ２０２）充電回路３３２は、その時点における充電状態がオフチャージであるか否か判定する。充電回路３３２は、例えば、分岐点３３６からバッテリパック３４に向かう充電電流Ｉｂａｔが有意に０Ａよりも大きい正値であり、かつ、ＥＣ３１から通知されるシステム電力要求によりシステム電力が要求されない場合、オフチャージと判定し、それ以外の場合、オフチャージではないと判定することができる。オフチャージと判定する場合（ステップＳ２０２ ＹＥＳ）、ステップＳ２０４の処理に進む。オフチャージではないと判定する場合（ステップＳ２０２ ＮＯ）、テーパ電圧を変更せずに、ステップＳ２０２の処理を繰り返す。
（ステップＳ２０４）充電回路３３２は、第１テーパ電圧Ｖｔｐ，１と予め設定されたテーパ電流Ｉｔｐを用いて、満充電判定を行う（図５）。りバッテリパック３４の充電状態が満充電状態と判定されるとき（ステップＳ２０４ ＹＥＳ）、ステップＳ２０６の処理に進む。充電状態が満充電状態に達していないと判定されるとき（ステップＳ２０４ ＮＯ）、テーパ電圧を変更せずに、ステップＳ２０２の処理に戻る。
（ステップＳ２０６）測定回路３４２は、セル電圧Ｖｃｅｌｌを測定し、充電回路３３２に通知する。
（ステップＳ２０８）充電回路３３２は、測定回路３４２から通知されるセル電圧Ｖｃｅｌｌを第２テーパ電圧Ｖｔｐ，２として定め、満充電判定に用いるテーパ電圧Ｖｔｐを第１テーパ電圧Ｖｔｐ，１から第２テーパ電圧Ｖｔｐ，２に変更する。
（ステップＳ２１０）充電回路３３２は、充電開始からの総充電時間が一定時間以内に満充電状態に達するか否かを判定する。一定時間を越えても満充電状態に達しないと判定される場合（ステップＳ２１０ ＹＥＳ）、テーパ電圧Ｖｔｐを第１テーパ電圧Ｖｔｐ，１に変更し、ステップＳ２０２の処理に戻る。満充電状態に達すると判定される場合（ステップＳ２１０ ＮＯ）、第２テーパ電圧Ｖｔｐ，２を変更せず、ステップＳ２１０の処理を繰り返す。
図７は、本実施形態に係るテーパ電圧設定処理の第２例を示すフローチャートである。
（ステップＳ３０２）充電回路３３２は、その時点における充電状態が充電中であるか否か判定する。充電回路３３２は、例えば、分岐点３３６からバッテリパック３４に向かう充電電流Ｉｂａｔが有意に０Ａよりも大きい正値である場合、充電中と判定し、それ以外の場合、充電中ではないと判定することができる。充電中と判定する場合（ステップＳ３０２ ＹＥＳ）、ステップＳ３０４の処理に進む。充電中ではないと判定する場合（ステップＳ３０２ ＮＯ）、第１テーパ電圧Ｖｔｐ，１を変更せずに、ステップＳ３０２の処理を繰り返す。
（ステップＳ３０４）充電回路３３２は、ＥＣ３１からの充電モード変更指示の入力の有無を監視し、充電モードがＣＣ充電からＣＶ充電に変化したか否かを判定する。ＣＶ充電に変更したと判定される場合（ステップＳ３０４ ＹＥＳ）、ステップＳ３０６の処理に進む。ＣＶ充電に変更していないと判定される場合（ステップＳ３０４ ＮＯ）、第１テーパ電圧Ｖｔｐ，１を変更せずに、ステップＳ３０２の処理に戻る。
（ステップＳ３０６）充電回路３３２は、その時点における充電電圧Ｖｃｈａｒｇｅとセル電圧Ｖｃｅｌｌの電位差と充電電流Ｉｂａｔから回路抵抗Ｒｃｉｒを算出する。ここで、測定回路３４２は、セル電圧Ｖｃｅｌｌを測定し、充電回路３３２に通知する。充電回路３３２は、充電電圧Ｖｃｈａｒｇｅと充電電流Ｉｂａｔを測定する。
（ステップＳ３０８）充電回路３３２は、回路抵抗Ｒｃｉｒに基づきテーパ電流Ｉｔｐによる電圧降下Ｒｃｉｒ×Ｉｔｐを充電電圧Ｖｃｈａｒｇｅから差し引いて第２テーパ電圧Ｖｔｐ，２を算出し、満充電判定に用いるテーパ電圧Ｖｔｐを第１テーパ電圧Ｖｔｐ，１から第２テーパ電圧Ｖｔｐ，２に変更する。
（ステップＳ３１０）充電回路３３２は、総充電時間が一定時間以内に満充電状態に達するか否かを判定する。一定時間を越えても満充電状態に達しないと判定される場合（ステップＳ３１０ ＹＥＳ）、テーパ電圧Ｖｔｐを第１テーパ電圧Ｖｔｐ，１に変更し、ステップＳ３０２の処理に戻る。満充電状態に達すると判定される場合（ステップＳ３１０ ＮＯ）、第２テーパ電圧Ｖｔｐ，２を変更せず、ステップＳ３１０の処理を繰り返す。
以上に説明したように、本実施形態に係る電源回路３３は、電源から供給される直流電力のうち、システムに要求されるシステム電力を前記システムに供給し、残された電力である充電電力をバッテリ（例えば、バッテリパック３４）に充電し、バッテリのセル電圧が所定の検出電圧（即ち、テーパ電圧）以上であり、かつ、充電電力の充電電流が所定の検出電流以下（即ち、テーパ電流）となるときバッテリの充電状態を満充電と判定する。電源回路３３は、バッテリへの特定の充電条件のもとで得られるセル電圧に基づいて充電状態を満充電と判定する時点におけるセル電圧を第２検出電圧（例えば、第２テーパ電圧）として推定し、所定の検出電圧を予め定めた第１検出電圧（例えば、第１テーパ電圧）から第２検出電圧に更新する。
この構成により、特定の充電条件を満たすときのバッテリのセル電圧に基づいて推定される満充電時におけるセル電圧が、バッテリの充電状態が満充電に達したことを判定するための検出電圧として定まる。そのため、システムにおける電力消費により、充電電流が一時的に低下する場合であっても、計測されるセル電圧が満充電時におけるセル電圧に達しない場合には、満充電との誤判定を回避することができる。そのため、より確実に満充電状態に達するまでバッテリへの充電を継続することができる。また、現実に検出された充電条件に基づくセル電圧から第２検出電圧が推定されるため、個体差に関わらず、個々の電気的特性に適合した満充電状態を検出することができる。
電源回路は、システム電力をシステムに供給せずに充電電力をバッテリに充電するとき、充電状態を満充電と判定する時点におけるセル電圧を第２検出電圧として定めてもよい。
この構成により、システムにおける電力消費による一時的な充電電流を回避して、満充電状態が検出され、その時点におけるセル電圧が第２検出電圧として、満充電状態の判定に用いられる。そのため、充電電流が一時的に低下する場合であっても、セル電圧が第２検出電圧を越えない場合には、満充電状態の誤検出を回避することができる。
電源回路は、バッテリへの充電方式が一定の充電電流で第１充電モード（ＣＣ充電）から一定の充電電圧で充電する第２充電モード（ＣＶ充電）に変更されるとき、バッテリへの充電電圧、セル電圧および充電電流に基づいて電源回路からバッテリへの回路抵抗値を測定し、充電電圧から回路抵抗値と検出電流により降下した電圧を第２検出電圧として定めてもよい。
この構成により、充電モードの変更時における充電電圧からセル電圧への電圧降下と充電電流から定まる回路抵抗値と検出電流に基づいて、満充電状態における電圧降下、ひいてはセル電圧が第２検出電圧として推定される。そのため、充電電流が一時的に低下する場合であっても、セル電圧が第２検出電圧を越えない場合には、満充電状態の誤検出を回避することができる。
電源回路は、バッテリへの充電時間が所定の基準充電時間を超えても充電状態を満充電と判定しないとき、所定の検出電圧を第１検出電圧に変更してもよい。
この構成により、充電時間が長期にわたっても第２検出電圧を用いて満充電状態が検出されない場合には、第２検出電圧が解除され、第１検出電圧が満充電判定に用いられる。そのため、満充電状態に達しても検出できない第２検出電圧を排除することができる。
なお、電源回路３３は、バッテリパック３４を備え、単一の電源回路３３として一体に構成されてもよい。バッテリパック３４に備わるセルの個数は、２個に限られず、１個、または、３個以上であってもよい。バッテリパック３４が複数のセルを備える場合、それらのセルの一部または全部は並列に接続されてもよい。
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は上述の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。上述の実施形態において説明した各構成は、任意に組み合わせることができる。
１…電子機器、１１…ＣＰＵ、１２…メインメモリ、１３…ビデオサブシステム、１４…ディスプレイ、２１…ＰＣＨ、２２…ＢＩＯＳメモリ、２３…補助記憶装置、２５…ＷＬＡＮカード、２６…ＵＳＢコネクタ、３１…ＥＣ、３２…入力部、３３…電源回路、３４…バッテリパック、３７…ＡＣアダプタ、３８…電源ボタン、３３２…充電回路、ＦＥＴ３３４ａ、３３４ｂ、３３４ｃ…ＦＥＴ、３４２…測定回路、３４４ａ、３４４ｂ…ＦＥＴ、３４６…ヒューズ、ＣＬ０１、ＣＬ０２…セル、Ｒ…抵抗素子

Claims (7)

  1. 電源から供給される直流電力のうち、システムに要求されるシステム電力を前記システムに供給し、残された電力である充電電力をバッテリに充電し、
    前記バッテリのセル電圧が所定の検出電圧以上であり、かつ、前記充電電力の充電電流が所定の検出電流以下となるとき前記バッテリの充電状態を満充電と判定する電源回路であって、
    前記バッテリへの特定の充電状態のもとで得られる前記セル電圧に基づいて前記充電状態を満充電と判定する時点における前記セル電圧を第２検出電圧として推定し、
    前記所定の検出電圧を予め定めた第１検出電圧から前記第２検出電圧に更新し、
    前記バッテリへの充電方式が一定の充電電流で充電を行う第１充電モードから一定の充電電圧で充電を行う第２充電モードに変更されるとき、
    前記バッテリへの充電電圧、前記セル電圧および前記充電電流に基づいて前記電源回路から前記バッテリへの回路抵抗値を測定し、
    前記充電電圧から前記回路抵抗値と前記検出電流により降下した電圧を前記第２検出電圧として定める
    電源回路。
  2. 電源から供給される直流電力のうち、システムに要求されるシステム電力を前記システムに供給し、残された電力である充電電力をバッテリに充電し、
    前記バッテリのセル電圧が所定の検出電圧以上であり、かつ、前記充電電力の充電電流が所定の検出電流以下となるとき前記バッテリの充電状態を満充電と判定する電源回路であって、
    前記バッテリへの特定の充電状態のもとで得られる前記セル電圧に基づいて前記充電状態を満充電と判定する時点における前記セル電圧を第２検出電圧として推定し、
    前記所定の検出電圧を予め定めた第１検出電圧から前記第２検出電圧に更新し、
    前記バッテリへの充電時間が所定の基準充電時間を超えても前記充電状態を満充電と判定しないとき、前記所定の検出電圧を前記第１検出電圧に変更する
    電源回路。
  3. 前記システム電力を前記システムに供給せずに前記充電電力を前記バッテリに充電するとき、前記充電状態を満充電と判定する時点における前記セル電圧を前記第２検出電圧として定める
    請求項１または請求項２に記載の電源回路。
  4. 前記バッテリを備える
    請求項１または請求項２に記載の電源回路。
  5. 請求項１または請求項２に記載の電源回路を備える
    電子機器。
  6. 電源から供給される直流電力のうち、システムに要求されるシステム電力を前記システムに供給し、残された電力である充電電力をバッテリに充電し、
    前記バッテリのセル電圧が所定の検出電圧以上であり、かつ、前記充電電力の充電電流が所定の検出電流以下となるとき前記バッテリの充電状態を満充電と判定する電源回路の制御方法であって、
    前記電源回路は、
    前記バッテリへの特定の充電状態のもとで得られる前記セル電圧に基づいて前記充電状態を満充電と判定する時点における前記セル電圧を第２検出電圧として推定し、
    前記所定の検出電圧を予め定めた第１検出電圧から前記第２検出電圧に更新し、
    前記バッテリへの充電方式が一定の充電電流で充電を行う第１充電モードから一定の充電電圧で充電を行う第２充電モードに変更されるとき、
    前記バッテリへの充電電圧、前記セル電圧および前記充電電流に基づいて前記電源回路から前記バッテリへの回路抵抗値を測定し、
    前記充電電圧から前記回路抵抗値と前記検出電流により降下した電圧を前記第２検出電圧として定める
    制御方法。
  7. 電源から供給される直流電力のうち、システムに要求されるシステム電力を前記システムに供給し、残された電力である充電電力をバッテリに充電し、
    前記バッテリのセル電圧が所定の検出電圧以上であり、かつ、前記充電電力の充電電流が所定の検出電流以下となるとき前記バッテリの充電状態を満充電と判定する電源回路の制御方法であって、
    前記電源回路は、
    前記バッテリへの特定の充電状態のもとで得られる前記セル電圧に基づいて前記充電状態を満充電と判定する時点における前記セル電圧を第２検出電圧として推定し、
    前記所定の検出電圧を予め定めた第１検出電圧から前記第２検出電圧に更新し、
    前記バッテリへの充電時間が所定の基準充電時間を超えても前記充電状態を満充電と判定しないとき、前記所定の検出電圧を前記第１検出電圧に変更する
    電源回路。
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