KR100355210B1 - 충전제어를갖추고배터리용량을모니터링하기위한방법및장치 - Google Patents

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Abstract

배터리 검출회로는 배터리로의 전류입력을 갖는 배터리와 접속되며 센스저항(50)과 대응하는 배터리로부터 인출되며 V/F변환기(52)에서 충전 및 방전펄스로 변환된다.
마이크로 제어기(64)는 충전동작동안 명목상 이용가능한(NAC) 레지스터(180) 를 증가시키고 방전동작동안 방전카운트 레지스터(DCR)(184)를 증가시키도록 동작가능하다. NAC레지스터(180) 는 값이 디스플레이(34)에 출력되는 이용가능한 충전을 가리킨다.
NAC 값이 증가할 수 있는 최대값은 최종측정된 방전레지스터(182) 에 저장된 값으로 제한된다. 이 값은 배터리가 명확한 풀상태에서 완전방전 상태로 방전될때마다 DCR(184) 에 저장된 값을 나타낸다.
이것은 LMD레지스터(182) 로의 제한전달을 초래하여 실제 배터리의 충전인식이 필요하지 않게 된다. 충전율은 온도, 전압 및 충전상태의 함수로서 변화한다.
빠른 충전율은 충전상태가 소정의 저전압 임계값 이상이고 풀보다 작을때 개시된다.
충전상태가 완전충전의 약 80%내의 레벨에 도달할때 충전율은 감소된다. 풀용량에서 충전율은 약 2시간 동안 지속하는 탑오프 충전율로 더 감소된다.
만약 온도가 소정의 저온도 임계값 이하로 떨어진다면, 충전율은 다시 안전하고 느리며 효율적인 속도로 감소된다. 세류충전은 자기방전 카운터에 따라 적응할 수 있게 충전을 보충하기위해 제공된다. 세류충전은 소정충전 속도에서 배터리(10)에 즉각 펄스를 가하도록 동작한다.

Description

충전제어를 갖추고 배터리용량을 모니터링하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPRARUS FOR MONITORING BATTERY CAPACITY WITH CHARGE CONTROL}
제 1도는 배터리- 팩시스템의 사시도,
제 2도는 분리된 배터리용량 검출회로 및 충전기의 다이어그램,
제 3도는 배터리용량 검출회로의 칩레벨 블록도,
제 4도는 배터리용량 검출회로의 로직 블록도,
제 5도는 전압/ 주파수 변환기의 로직 블록도,
제 6도는 적분기의 로직 블록도,
제 7도는 전압/ 주파수 변환기의 상태도,
제 8도는 배터리용량 검출회로의 동작 개략도,
제9a 내지 9c 도는 명목상 이용가능한 충전레지스터, 방전카운트 레지스터 및 최종 측정 방전레지스터에 대한 레지스터 동작의 다이아그램,
제10도는 방전카운트 루틴의 순서도,
제11도는 충전카운트 루틴의 순서도,
제12도는 자기방전카운트 루틴의 순서도,
제13도는 인터럽트를 조절하는 순서도,
제14도는 충전제어 동작의 블록도,
제15도는 충전제어 동작의 순서도이다.
(발명의 배경)
개인용 및 업무용의 휴대용 전자시스템의 출현으로 재충전 가능한 배터리는 그 사용이 증가되고 폭넓게 되었다. 재충전 가능한 배터리에 관해 일어나는 하나의 문제는 배터리가 충전된 후 사용될 수 있는 시간길이였다. 비록 제조업자들이 소정의 휴대용 컴퓨터 또는 배터리 동작장치에 대한 배터리를 동작할 수 있는 시간수로 평가한다 할지라도, 실제 동작시간은 많은 파라미터의 함수이다.
예컨데, 개인용 컴퓨터가 스크린, 하드디스크 등과 같은 활성화된 주변장치로 작용하는 가변부하를 제공함으로써 배터리의 동작수명은 이런 주변장치의 사용 빈도에 따라서 변화할 것이다.
종래에는 주변장치에 의한 전력소모는 배터리로부터 방출되는 전력량을 최소화 시키기 위해서 복잡한 전력관리툴(tool)을 크게 활용 함으로써 감소되었으며, 따라서 소정충전을 위한 배터리의 동작시간을 연장시키게 되었다. 재충전 가능한 배터리에 직면하는 다른문제는 일부충전이다.
제조업자의 명세서에는 완전(full)충전되는 상대적으로 새로운 배터리를 지향하고 있다. 만약, 몇가지 이유로 배터리가 완전충전되지 않는다면, 사용자는 특정 배터리의 동작시간이 어느정도인지 알지 못한다. 재충전 가능한 배터리는 전형적으로 이들의 충전수명을 다하면 플랫(flat)전압을 가지기 때문에, 배터리가 거의 방전되었을때에 관한 경고를 거의 이용할 수 없다. 더욱이, 배터리의 조건, 즉 배터리의 수명등, 은 소정의 배터리에 저장될 수 있는 충전량에 또한 영향을 미친다.
이것은 기대치보다 짧은 시간주기 동안 배터리 동작장치를 구동하는 완전충전된 배터리를 초래할 수 있다.
배터리 팩시스템은 배터리의 조건, 배터리 충전상태등에 관한 정보를 제공하도록 개발되었으며, 이런 장치들은 배터리- 팩 그 자체에 집적된다.
이런 장치는 미국특허 제 4,289,836호(1981. 9.15. Lemelson)에 개시되어 있다.
이런 배터리- 팩 시스템은 배터리에 있는 전하량에 관한 몇몇 정보, 즉 배터리용량의 측정에 관한 정보를 제공하고 배터리를 조절하기 위해서 배터리에 사용되었다.
이런 조절시스템은 전형적으로 전압이 완전충전을 나타내는 상태에 이를때를 결정하기 위해서 충전동작을 모니터링하고 제어한다. 배터리는 주기적으로 조절용도로 완전방전 된다. 배터리용량은 배터리가 방전전압의 끝에서 전압으로 완전충전되는 조건으로부터 배터리에 제공된 충전량을 측정함으로써 알게된다. 이런 충전모니터링 회로는 전형적으로 알려진 저항값을 통해 전류를 측정하고 전류로부터 충전을 계산하는 장치이다.
현재의 배터리- 팩 시스템의 하나의 단점은 용량을 결정하기 위해서 충전동작이 용량결정 동작에 필수불가결한 부분이라는 것이다.
그러나, 배터리로부터 분리된 전체적으로 독립의 충전유닛을 갖는 시스템은 배터리의 접속이 끊어진후 배터리에 관한 용량정보를 저장할 수 있는 길이 전혀 없다. 이로인해 이런 시스템은 배터리용량 정보를 제공하지 못한다.
현재의 모니터링 시스템의 다른 단점은 배터리의 화학적 기능으로서 실제 충전율을 제어할 수 있는 능력이다. 전형적으로 비교적 낮은 충전상태를 갖는 배터리는 비교적 높은 속도로 충전될 수 있다.
그러나, 배터리가 용량 또는 그 근처에 있을때, 즉 셀내부 저항이 증가할때, 과열은 높은 충전율에서 증가할 것이다. 알려진 배터리용량의 기능으로서 충전율을 어떠한 식으로든 보상할 수 있는 길이 현재에는 존재치 않는다.
(발명의 요약)
여기에 개시된 본 발명은 충전기로부터 배터리로 전하를 전달하는 동작을 제어하는 배터리충전 제어기로 구성된다.
충전제어기는 한정된 충전율에서 충전동작 동안 배터리의 충전율을 선택적으로 세팅하는 충전장치로 구성된다. 용량값에 비례하는 배터리에 저장된 전하량과 대응하는 충전상태를 저장하는 배터리용량 표시기가 제공된다.
용량값은 배터리에 저장될 수 있는 전체전하를 표시한다. 충전율 제어기는 한정된 충전율을 결정하며, 한정된 충전율은 소정기준에 따라서 충전상태의 함수로서 결정된다.
본 발명의 다른 면에서, 충전율 제어기는 충전상태가 용량값 이하에 있을때에는 제 1충전율에서 동작하며 충전상태가 적어도 용량값과 같을때에는 제 2의 보다 낮은 충전율에서 동작한다. 더욱이, 제 1충전율은 배터리의 전압이 소정의 낮은 배터리 임계값(threshold) 이하 또는 소정의 높은 배터리 임계값 이상에 있도록 결정될때 억제된다.
이런 조건에서, 충전율 제어기는 제 1및 제 2충전 상태보다 낮은 제 3충전 상태에서 동작한다.
또한, 배터리의 온도는 모니터링 되고 충전율은 온도가 소정의 낮은 온도 임계값 이하 또는 소정의 높은 온도 임계값 이상에 있을때 제 3충전율에서 동작하도록 제어된다.
본 발명 및 이의 잇점을 더 완벽히 이해하기 위해 이하에 설명이 첨부된 도면과 함께 개시되어 있다.
제 1도를 참조하면, 배터리- 팩 시스템의 사시도가 설명되어 있다. 일반적으로 배터리- 팩은 PWR1 과 PWR2 로 명명된 전력단자(12 와 14)를 갖는 배터리(10)로 이루어진다. 전력단자(12 와 14)는 배터리의 두극성을 수용하도록 동작가능하다,
배터리(12 와 14)의 두단자와 접속된 것은 배터리 모니터링회로(16)이다. 배터리 모니터링회로(16)는 이하에 설명될 것처럼 데이타가 배터리 모니터링회로(16)로/ 로부터 전송되도록 동작가능한 제 3단자(18)와 접속된다.
제 2도를 참조하면, 전반적인 충전 및 모니터링 동작에 대한 상호접속도가 설명되어 있다. 배터리 충전기는 충전기가 배터리로부터 접속이 끊어지는 경우 제공되는 부하(24)와 배터리충전기(22)로 구성되는 분리된 하부징(20)에 배치된다.
두 와이어(26 과 28)는 충전기로부터의 충전전류를 운반하기 위해 충전기의 대향측과 접속된다. 이 와이어는 전체하우징(20)의 외부로 연장된다. 이 와이어는 배터리(10)와 배터리 모니터링회로(16)를 수용하는 배터리- 팩(30)과 접속된다.
배터리 모니터링회로(16)는 배터리용량 검출회로(32)와 디스플레이(34)로 이루어진다.
배터리용량 검출회로(32)는 단자(18)와의 데이타 통신을 허용하도록 단자(18)와 인터페이싱(interfacing) 한다.
배터리 충전기(22)는 충전동작을 모니터링하고 제어하도록 동작가능하다. 충전동작에서, 전류는 전형적으로 내정된 충전단자 조건에 도달할때까지 배터리단자(10)에 인가되며, 그때에 충전 전류는 디스에이블되고 그리고/ 또는 전류는 세류(細流) 충전레벨로 감소된다. 충전기(22)는 더욱이 여기서 전류가 다른 속도로 전달되며 펄스로 된다는 등의 동작모드를 가질 수 있다. 이것은 배터리(10)를 효율적으로 충전하기 위한 공지의 기술이다. 더욱이, 배터리를 완전방전하고 그후 완전충전 상태로 충전함으로써 배터리(10)를 주기적으로 조절하기 위한 회로가 제공될 수 있다.
그러나, 배터리- 팩(30)과 충전기(22)가 분리되고 접속가능하지 않기 때문에 배터리에 관한 어떠한 정보도 배터리- 팩(30)에 포함되어야만함을 알 수 있다.
제 3도를 참조하면, 배터리용량 검출회로(32)와 디스플레이(34)의 칩레벨 블록도가 도시되어 있으며, 배터리용량 검출회로와 접속된 주변회로가 도시되어 있다. 배터리(10)는 검출회로(32)의 SB 입력 및 노이즈 필터링용도로 제공된 커패시터(42)와 접속된 저항(38 및 40)사이의 공통접속을 갖는 저항(38 및 40)으로 구성된 저항분할기의 한쪽과 접속하는 양의 단자를 갖는다. 저항분할기의 다른쪽은 접지와 접속된다.
이런 저항분할기의 다른쪽은 기본적으로 배터리완전 전위로부터 분할된 전압을 제공한다. 배터리(10)의 양의 단자는 저항(44)의 한쪽과 또한 접속되며, 다른쪽은 기준 전압과 접속된다. 필터커패시터(46)는 기준입력과 접지 사이에 접속된다. 기준단자는 전계효과 트랜지스터(48)의 게이트와 또한 접속되며 트랜지스터의 소스/ 드레인통로는 배터리(10)의 양의 단자와 검출회로(32)의 Vcc 입력사이에 접속된다. 검출회로(32)의 기준전압 출력은 배터리단자(10)로부터 전압 Vcc를 조절하기 위해서 제어전압을 트랜지스터(48)에 제공한다.
센스(sense) 저항(50)은 약 0.1 내지 0.02ohms 의 값을 가지며 제공된다. 센스저항(50)의 한쪽은 배터리(10)의 음의 단자와 접속되고 다른쪽은 접지와 접속된다.
배터리(10)의 음의 단자는 저항(52)을 통해 센스저항 입력단자(SR)와 접속된다.
필터커패시터(54)는 SR단자와 접지사이에 접속된다.
직렬 입/ 출력(DQ)는 직렬버스(56)와 직렬통신이 되게끔 제공된다. 직렬버스(56)는 데이타리드(18)와 통신한다. 다른 출력(EMPTY) 은 상태 출력을 제공한다.
완전 업(up)저항(58)은 EMPTY출력과 Vcc 사이에 접속된다.
EMPTY 단자는 배터리(10)가 방전전압의 끝에 도달했을때를 가리키는 적어도 하나의 상태신호를 제공하는 상태출력이다. 그러나, 다수의 상태신호는 내부다중기능의 사용으로 출력될 수 있다.
디스플레이(34)는 발광다이오드(LED) 로서 예시된다. LED 디스플레이(34)는 6세그먼트출력 및 공통출력과 접속되는 5세그먼트를 가진다.
그러나, LCD 디스플레이가 또한 사용가능함을 이해할 수 있을 것이다.
제 4도를 참조하면, 배터리용량 검출회로(32)의 블록도가 도시되어 있다. 시스템의 전체동작은 중앙마이크로 제어기(64)에 의해 제어된다. 마이크로 제어기(64)는 프로그램 명령이 저장된 판독전용 메모리(ROM:68)및 프로그램 명령블록(67)과 어드레스/데이타버스(66)를 통해 인터페이싱 되게끔 동작가능하다. 랜덤액세스 메모리(RAM:70)는 또한 제공되고 어드레스/ 데이타 버스(66)와 인터페이싱 된다.
마이크로 제어기(64)는 또한 어드레스/ 데이타버스(66)를 통해 이중포트 RAM/ 레지스터 조합(72)과 인터페이싱된다. 버스(66)는 복수의 데이타선, 어드레스선 및 제어선으로 구성된다. 이중포트 RAM/ 레지스터 조합(72)은 마이크로제어기(64)와 연관된 주변회로가 플래그를 세트하며 데이타를 저장하는등의 버퍼를 통해 마이크로 제어기와 통신하게끔 한다. 더욱이, 마이크로 제어기(64)는 다양한 주변회로로 출력을 위해 다양한 레지스터에 명령을 또한 저장할 수 있다.
센스저항(50)은 이것의 어느한 단상에서 전압을 가변펄스출력으로 변환시키도록 동작가능한 전압/ 주파주(V/F) 변환기(52)의 입력과 접속된다.
그 출력, D-출력과 Q-출력, 이 제공된다.
이것은 다수입력의 NOR게이트(76)에 입력되는 인터럽트이다. NOR 게이트(76)의 출력은 마이크로제어기(64)상에서 인터럽터 입력과 접속된다. 또한, D-출력과 Q-출력은 이중포트 RAM/ 레지스터 조합(72)와의 상호접속을 위해 버스(66)와 접속된다.
이하에서 설명될 것처럼, V/F 변환기(52)는 충전동작을 나타내는 Q- 출력상에 펄스스트림을 발생시키도록 동작가능하며 여기서 D- 출력상의 펄스스트립은 방전동작을 나타낸다.
펄스의 주파수는 상대적인 방전/ 충전율을 나타낸다. 즉, 보다 높은 주파수는 보다 높은 방전/ 충전율을 나타내며 보다 낮은 주파수는 보다 낮은 방전/ 충전율을 나타낸다.
밴드 갭 기준회로(78)는 기준전압을 발생시키기 위해 제공된다. 밴드갭 기준전압은 회로의 종래타입이며, 기준전압 출력은 디지탈 대 아날로그 변환기(DAC:80)와 V/F변환기(52)로의 입력을 위해 우선적으로 활용된다. DAC(80)는 데이타 워드를 수신하게 위해 버스(66)와 접속되는 디지탈 입력을 가진다. 데이타 워드는 전압레벨을 나타내며, 여기서 전압레벨은 마이크로제어기(64)에 의해 발생된다.
데이타워드는 기준전압으로서 비교기(84)의 양의입력으로 입력을 위해 출력선(82)상에서 아날로그 전압으로 변환된다. 비교기(84)의 음의 입력은 멀티플렉서(86)의 출력과 접속된다. 멀티플렉서(86)는 비교기(84)의 음의 입력으로서 입력을 위해 다수의 입력전압중 선택된 하나로 동작가능하다. 멀티플렉서(86)는배터리의 분활된 전위를 나타내는 센스저항의 출력전압 VSR과 SB 입력을 우선적으로 수신한다.
더욱이, TEMP신호는 멀티플렉서(86)로의 입력이다. 여기서 TEMP 신호는 밴드갭 기준회로(78)에서 발생되는 온도가변전압을 표현하며 온도의 표시를 제공한다.
밴드갭 기준회로(78)는 보상된 온도가 아닌 내부전압을 발생시키도록 동작가능하며, 이런 내부전압은 보상된 출력을 DAC(80)로 제공하기 위해 결합된다. 내부의 비보상된 전압의 하나는 TEMP입력을 멀티플렉서(86)로 제공한다. 멀티플렉서(86)는 버스(66)로 부터 수신된 제어신호에 의해서 제어된다.
비교기(84)는 비교기 임계값이 바이패스될 때를 가리키는 많은 신호를 출력하도록 동작가능하다.
이들 많은 신호는 배터리가 전압의 끝에 가까울때에 관한 초기경보신호와 전압신호의 최종끝을 제공하는 EDF신호로 구성되는 전압신호의 끝, EDV-1, EDV-2와 EDF, DEV-1 과 EDV-2이다. MCV 신호는 최대 셀전압을 나타내는 출력이며, 4 전압(VSR1-4)은 또한 센스 저항상의 4개의 분리된 전압값을 가리키며 방전의 크기를 가리키며 출력된다.
전압(TEMP-TEMP12) 은 또한 다양한 온도 임계값을 나타내도록 출력된다. 다양한 출력은 DAC(80)의 디지탈 출력을 변경함으로써 발생되고, 그후 자가 방전카운터(88)는 배터리가 충전된 이후로 통과한 시간주기에 관한 정보를 발생시키는데 활용되는 분리된 카운팅 동작을 제공한다. 자기- 방전카운터(88)는 클럭발생기(90)에의해서 발생된 클럭신호에 의해서 클럭킹(clocking)되며, 여기서 클럭발생기(90)는 클럭신호를 마이크로 제어기(64)와 남아있는 회로에 또한 제공한다. 자기- 방전카운터(88)는 본질적으로 소정의 주기성을 가지고 펄스를 출력하는 자유동작 카운터이다.
이하에서 설명될 것처럼, 이런 펄스는 배터리(10)의 자기방전의 원인이 되기 위해서 내부 소프트웨어 방전카운터를 증분시키는데 활용된다.
병/ 직렬 직/ 병렬 변환기(94)는 버스(66)와 직렬통신선(56)사이의 인터페이싱을 위해 제공된다.
변환기(94)는 버스(66)와 이중포트 RAM/ 레지스터 조합(72)사이에 통신을 허용하며, 직렬버스(56)는 직렬버스(56)로부터 이중포트 RAM/ 레지스터 조합(72)까지 그리고 이중포트 RAM/레지스터 조합(72)로부터 직렬버스(56)까지 정보가 전송되게 한다. 더욱이, 다른 신호도 직렬버스(56)에 전송된다.
버스(66)는 디스플레이(34)와 인터페이싱하는 디스플레이 로직블록(96)과 인터페이싱된다. 상기한 바와같이 디스플레이(34)는 LCD또는 LED디스플레이 일 수 있다. 디스플레이 로직블록(96)은 디스플레이의 어느 한 타입을 선택할 수 있다.
제 1의 두개의 프로그램핀(PROG 1 과 PROG 2)은 프로그래밍된 완전카운트 입력이다.
초기화시 마이크로제어기(64)는 3- 레벨입력핀으로서 PROC 1과 PROG 2 를 판독하며, 여기서 3-레벨입력핀은 만약 디스플레이가 인에이블(enable)이라면 Vcc 또는 Vss로 저항을 통해 연결되며, 만약 디스플레이가 디스에이블(disable) 이라면직접연결되며 또는 어느한 경우에 있어서는 플로팅(floating)상태로 남겨진다. 입력상태는 테이블 1의 PFC컬럼에서 정의되는 프로그래밍된 완전카운트 임계값 1-9로 정의되며 만약 프로그래밍된 완전카운트 임계값이 ROM(68)에서 정의된다면 독립된 데이타 입력으로서 판독가능하다.
9 PFC 임계값은 서로 약 10%이격된다.
PROG 3 핀은 크기선택 핀이다. 파우어 업(power up)초기화시 마이크로제어기(64)는 PROG 3 핀을 PROG 1 및 PROG 2핀과 유사하게 3- 레벨입력핀으로서 판독한다.
입력상태는 프리셋된 스케일 인자를 정의하고 또는 독립데이타 입력은 ROM저장된 값을 선택 하기 위해 제공될 수 있다. 사전에 저장된 스케일인자는 3크기 1X, 2X 또는 4X에서 선택된다.
이들은 이하에서 설명되는 바와같이, 하이입력 동안 1/80mVH를 가져오며, 플로팅 입력동안은 1/160mVH그리고 로우입력동안은 1/320mVH 을 가져오는 mVH/ 카운트 스케일중에서 선택하기 위해 PROG 4 와 PROG 5핀에 의해서 특정된 스케일 인자승수와 함께 활용된다.
이것은 이하에서 설명되는 mVH당 이용가능한 충전값 카운터 유닛을 제공한다.
PROG 4와 PROG 5 핀은 3- 기능선택입력을 제공한다.
파우어 업시, 핀은 스케일 인자승수, 자기방전속도 선택, 및 방전보상 인에이블/ 디스에이블을 정의하기 위해서 3- 레벨입력핀으로서 판독된다.
이들 핀은 세가지 모두중 어느하나가 ROM에서 정의될 수 있는 정도로 독립데이타 입력으로서 판독가능하다. 핀의 기능은 테이블 2에서 설명된다.
PROG 6 핀은 파우어 업초기화시 디스플레이 모드를 정의하는 디스플레이 모드 선택핀이거나 또는 ROM으로부터의 독립데이타 입력으로서 판독가능하다. 디스플레이 입력시 플로팅 입력은 "완전 기준동작" 모드에서 동작하는 것을 가리키며, 여기서 100% 완전레벨은 프로그램 완전 카운트(PFC) 와 동일하다. 이기능 또는 모드가 100%완전지시보다 클 동안 제공되도록 허용함에 주목해야 한다.
PROG 6핀이 로우일때, 이것은 "상대적인 완전 기준동작" 에 대한 모드를 가리키며 여기서, 디스플레이상의 100% 완전레벨은 최종측정된 용량과 동일하게 세트된다. 이모드에서, 디스플레이는 배터리의 최종결정된 용량을 기준으로서 갖는 레벨을 가리킬 것이다.
이모드에서, 감소된 용량의 노후배터리에 충전이 제공되는데 여기서, " 완전" 표시디스플레이는 배터리가 포함할 수 있는 최대충전을 표현한다.
PROG 6핀상에서 플로팅 입력으로 표시되는 제 1모드에서 노후배터리는 결코 "완전" 디스플레이 레벨에 이르지 못할 것이다.
EDV 임계값전압(EDV 1, FDV 2 및 EDVF)는 제 1, 제 2및 최종엠프티(empty) 경고에 상당한다.
전형적인 전압은 각각 0.95, 1.0. 및 1.05 이다. VSR 1-4 임계값 전압은 방전보상에 제공되며, 이런 임계값은 각각 75mv, 150mv, 206mv 및 300mv이며, 최종 VSR4 는 과부하를 가리키는 값을 제공한다. MCV임계값은 바람직한 실시예에서 10-50℃범위에 걸쳐서 1.8V 로 세트되는 최대 단일- 셀 전압과 관련된다. 온도전압 임계값(TEMP 1-12) 는 10 도의 증분으로 -30℃에서 80℃의 범위의 12 온도와 대응한다.
EDV 임계값에 관하여, 관련된 플래그는 다음 유효층전까지 SB 입력상의 전압과 무관하게래치되고 래치된체 남아지고 또는 만약 EDV상태가 0℃미만에서 래치된다면 온도가 10℃이상으로 증가할때까지 래치되고 래치된채 남겨진다. 유효 EDV상태는 내부결정에 사용되고 디스플레이상에 표현되며 직렬포트에 걸쳐서 독출된다. EDV 모니터링은 VSR이 EDV방전보상임계값 보다 크거나 또는 동일하거나 또는 과부하 임계값 보다 크거나 동일한 경우 디스에이블링될 것이다. EDV 모니터링은 VSR이 적당한 안정주기후 VSR임계값 이하로 다시 떨어질때 재개될 것이다.
EMPTY 출력은 배터리 전압이 선택된 EDV임계값 이하로 떨어질때 "빈(empty)"배터리의 래치된 인티케이터를 제공한다. SB입력상의 전압이 MCV임계값 보다 크거나 또는 동일할때마다, 출력이 충전기로 보내질 수 있는 CHG출력에 표시가 제공된다.
SB입력상의 전압이 0.1V 이하로 떨어진다면, 이것은 "배터리제거" 조건으로서 인식된다.
제 5도를 참조하면, 제 3도의 전압/ 주파수 변환기(52)의 로직 다이아그램이 도시되어 있다. 센스저항(50)은 두입력선(98 과 100) 을 거쳐 접속된다. 두 적분기(102와 104)가 제공되며, 한 적분기(102) 는 전압이 증가할때 증가하는 적분전압을 제공하며, 다른 적분기(104) 는 전압이 증가할때 감소하는 적분출력을 제공한다.
선(98 과 100) 은 두적분기(102와 104) 상의 대향 입력과 접속된다. 적분기(102)는 비교기(106) 의 음의 입력과 비교기(108) 의 양의 입력과 접속되는 출력을 가진다.
비교기(106) 의 양의 입력은 양의 기준전압과 접속되며, 비교기(108) 의 음의 입력은 음의 기준전압과 접속된다. 양의 기준전압은 약 1.2V 의 전압에 있으며, 음의 기준전압은 약 1.6V 의 전압에 있다.
비교기(106) 의 출력은 업충전 카운트를 가리키는 출력(QUPC)를 제공하며, 반면에 비교기(108) 의 출력은 다운 방전카운트 동작을 표시하는 출력(DDNC)를 제공한다.
적분기(102) 의 출력은 전압이 증가할때 증가하는 램프(ramp)전압임으로 인해 그결과 이 출력이 음의 기준전압 이상일때 비교기(108) 의 출력은 하이가 될 것이며, 양의 기준전압 이하일때에는 비교기(106) 의 출력은 또한 하이가 된다.
전압이 양의 기준전압 이상으로 증가할때, 비교기(106) 의 출력은 로우로 가며 약 40mv이하인 전압으로 선(110) 을 통해 적분기(102) 를 리셋한다. 이것은 다시 하이로 가는 비교기(106) 의 출력을 가져오며 펄스를 가져온다. 적분기(102) 의 출력은 센스저항(50)에 걸친 전압이 여전히 하이라면 비교기(106) 의 출력이 로우로 다시 갈때까지, 양의 기준전압 이상으로 다시 증가할 것이다. 이것은 센스저항(50)을 가로지르는 전압의 함수인 주파수를 갖는 출력상의 펄스스트림을 가져온다.
방전동작동안, 센스저항(50)의 전압극성은 반전되고 적분기(102) 는 음의 전압램프를 가질것이다. 음으로가는 램프가 0.6V, 즉 음의 기준전압의 전압, 이하로 떨어질 때, 비교기(108) 의 출력은 로우로 갈 것이며 약 400mv인 전압을 증가시키기 위해 리셋선(112) 을 통해 리셋신호를 비교기(102) 로 입력한다. 방전이 계속된다면, 펄스스트림은 방전동작을 가리키는 비교기(108) 의 출력상에 제공될 것이다.
비교기(104) 의 출력은 비교기(114) 의 음의 입력과 접속되며, 양의 입력은 양의 기준전압과 접속된다. 적분기(104) 의 출력은 비교기(116) 의 양의입력과 접속되며, 음의 입력은 음의 기준전압과 접속된다. 비교기(114) 의 출력은 리셋선(118)을 통해 적분기(104) 의 리셋입력과 접속되며, 비교기(116) 의 출력은 리셋선(120) 을 통해 적분기(104)의 리셋입력과 접속된다.
적분기(104) 는 음의 램프를 양의 전압에 제공하며 양의 램프를 음의 전압에 제공한다. 그러므로, 양의 전압동안, 비교기(116) 는 적분기(104) 의 출력이 음의 기준전압 이하로 떨어질때 상태를 변경할 것이며 선(120) 을 통해서 400mv만큼 더 높게 리셋될 것이다.
이것은 출력상에 펄스스트림을 가져올 것이다. 유사하게, 음의 전압이 존재할 때 펄스 스트림은 비교기(114) 의 출력상에 생길 것이다.
비교기(106과 108) 및 비교기(114와 116) 의 출력은 적분기(102와 104) 에서 오프셋의 원인이 되는 두출력(QUPC 와 QDNC)및 출력(DDNC 와 DUPC)을 비교하도록 동작가능한 적분기 제어회로(INTCTL)(122) 에 입력된다. 적분기(102와 104) 가 동일하기 때문에, 오프셋은 서로 상쇄될 것이다. 펄스스트림은 이들이 중복되지 않도록 위상이 맞춰짐으로 인해, 두 펄스스트림을 논리합(OR)하는 조합에 의해 출력되는 펄스스트림은 오프셋 에러 없는 펄스스트림이 될 것이다. 적분기 제어회로(122) 는 3신호를 발생시키는데, 여기서 하나의 출력은 충전을 가리키는 충전카운트가 존재할때만 하이이며, 하나의 출력은 방전을 가리키는 방전카운트가 존재할때만 하이이며, 하나의 출력은 두 상태가 모두 존재함을 가리키는 충전카운트 및 방전카운트모두가 존재할때 하이이다.
따라서 이것은 3분리상태를 표현한다. 이런 3분리상태는 D- 출력과 Q- 출력을 발생시키는 3- 상태카운터(124) 로 이루어지는 상태기계에 입력된다. 이것은 마이크로 제어기(64)의 인터럽트 입력으로의 입력을 위해 NOR게이트(76)에 입력된다.
제 6도를 참조하면, 적분기(102와 104) 각각의 상세한 로직 다이아그램이 도시된다.
연삭증폭기(126) 는 커패시터(128) 의 양의 측과 접속된 음의 입력과 전압(VREF)와 접속된 음의 입력을 가지며 제공된다. 커패시터(128) 의 다른 측은 트랜지스터(130) 의 소스/ 드레인 통로의 한측과 접속되며 또한 트랜지스터(132) 의 소스/ 드레인 통로의 한측과 접속된다. 트랜지스터(130) 의 소스/ 드레인 통로의 다른측은 입력신호(VSR/VSS)와 접속되며, 트랜지스터(132) 의 소스/ 드레인 통로의 다른 측은 입력전압(VSS/VSR)과 접속된다. 센스저항(50)이 입력(VSR/VSS) 사이에 접속되기 때문에, 적분기는 트랜지스터(132) 로의 입력이 트랜지스터(130) 로의 입력보다 클때가 있도록 전류의 함수로서 양의 적분램프를 제공할 것이다. 트랜지스터(130과 132) 의 게이트는 두전압의 어느 하나에서 커패시터(128) 의 음의 판을 택일적으로 배치하기 위해 동작을 제어하는 두클럭 신호와 접속된다. 이것은 본질적으로 스위칭된 커패시터 동작이다. 제 1리셋 커패시터(134) 는 연삭증폭기(126) 의 음의 입력 및 노드(136) 와 접속된 음의 입력과 접속된 양의 판을 갖는다.
제 2리셋 커패시터(138) 는 연산증폭기(126) 의 음의 입력과 접속된 양의 입력 및 노드(140) 와 접속된 음의 판을 갖는다. 노드(136) 는 트랜지스터(142) 의 소스/그레인 통로를 통해 VSS와 접속되며 또한 트랜지스터(144) 의 소스/ 드레인 통로를 통해 전압(VREF)과 접속된다. 유사하게, 노드(140) 는 트랜지스터(146) 의 소스/ 트레인 통로를 통해 VREF와 접속되며 또한 트랜지스터(148) 의 소스/ 드레인 통로를 통해 VSS와 접속된다.
트랜지스터(142와 144) 의 게이트는 VSS와 VREF사이에서 커패시터의 바닥판과 스위칭되도록 리셋 클럭에 의해서 제어되며, 유사하게 트랜지스터(146와 148) 의 게이트는 VSS와 VREF사이에서 커패시터(138) 의 음의판과 스위칭되도록 리셋클럭 신호에 의해서 제어된다.
커패시터(134와 138) 중 하나는 VREF로 충전되고 그후 음의 전압을 연산증폭기(126) 의 입력상에 두기 위해서 리셋동작동안 VSS로 스위칭 된다.
두 커패시터(134와 138) 중 다른 하나는 음의 판이 정규동작 동안 VSS에 있으며 양의 전압변화를 연상증폭기(126) 의 입력상에 제공하기 위해서 리셋동작 동안 VREF로 스위칭되도록 제어되는 클럭신호를 갖는다. 이런 양과 음의 전압변화는 약 400mv의 연산증폭기(126)의 출력상에서 대응하는 양과 음의 전압변화를 초래한다.
적분 커패시터(150) 는 연산증폭기(126) 로의 음의 입력과 노드(152) 사이에접속된다. 노드(152) 는 P- 채널 트랜지스터와 N- 채널트랜지스터로 구성된 전달게이트(154) 의 한측과 연산증폭기(126) 의 출력과 접속된 전달게이트(154) 의 다른 측과 접속된다. 전달게이트(154) 에서 트랜지스터의 게이트는 클럭신호에 의해서 제어된다. 트랜지스터(156)는 적분의 제 1위상 동안 증폭기(126) 의 오프셋이 샘플링 되도록 연산증폭기(126)의 출력과 음의 입력사이에 접속된 소스/ 드레인 통로를 가지며 트랜지스터(156) 의 게이트는 클럭신호에 의해서 제어된다.
적분속도는 커패시터(128) 와 평행한 4커패시터(158,160,162및 164) 중 하나를 선택적으로 둠으로써 바뀔 수 있다. 커패시터(158-164) 는 연산증폭기(126) 의 음의 입력과 접속되는 양의 판 및 스위칭된 커패시터회로(166,168,170및 172) 각각과 접속된 음의 판을 갖는다. 스위칭된 커패시터회로(166-172) 각각은 커패시터(158-164) 의 음의판이 한 사이클에서 커패시터(128) 의 음의 판과 접속되고 다른 사이클에서 VSS와 접속되도록 하는 클럭신호와 접속된다.
제 7도를 참조하면, 3-상태카운터(124) 의 동작에 대한 상태 다이어그램을 도시한다.
3 비트입력의 모든 이진조합으로 표현되는 효율적인 8상태가 있다. 시스템이"000"으로 시작될지라도 시스템는 상태 "101"로 리셋된다.
충전카운트가 나타날때마다 시스템은 방전동작을 나타내는 QUPC와 QDNC 의 조합에 의해 출력되는 각 펄스에 대하여 위로 카운트될 것이다. 반대로 말하자면, DDPC와 DUPC의 조합에 의해 출력된 각 펄스동안 카운트는 감소할 것이다. 입력된 3상태는 상태가 증가 또는 감소되게 할 것이다. 상태가 값 "001"로 감소될때 이것은 펄스를 출력하는 D-출력을 가져온다. Q-출력이 발생되거나 또는 D-출력이 발생될때마다 상태는 상태"100"으로 돌아가서 리셋될 것이다. 이같이, 하나의 Q- 출력 또는 D- 출력펄스를 제공하기위해서 V/F변환기(52)로부터 4출력펄스를 요구할 것이다.
따라서, 적분제어회로(122) 와 카운터(124) 는 로우패스 필터동작을 충전카운트 스트림과 방전카운트 스트림상에 제공한다. 이하에서 설명될 것처럼, 이런 2 출력스트림은 배터리용량 상태를 표현하기 위해서 소프트웨어 카운터를 증가하고 감소하는데 활용된다.
제 8도를 참조하면, 배터리 검출회로의 동작개요가 도시된다. 명목상 이용가능한 충전(NAC) 레지스터(180), 최종측정된 방전(LMD) 레지스터(182) 및 방전카운트 레지스트(DCR)(184)가 제공된다.
Q-출력에 의해 나타난 충전카운트는 V/F변환기(52)에 의해서 속도와 온도에 대해 보상되며 NAC 레지스터(180) 에서 NAC값을 증가시키도록 동작가능하다. 보상된 속도와 온도인 방전카운트는 NAC값을 감소시키도록 동작가능하다. 또한, 보상된 온도인 자기방전 카운트는 NAC값을 감소시키도록 동작가능하다. NAC 레지스터(180) 는 이하에서 더 자세히 설명될 것처럼 배터리에서 이용가능한 충전의 표시를 제공한다.
DCR(184)은 방전카운트와 자기방전 카운트에 의해서 증가된다. DCR(184)에서 값은 " 제한방전" 이라불리는 어떤 조건하에서 LMD(182) 로 전달된다. 이런 조건은, 최종 완전방전이후 부분적인 방전이 없을때마다, 자기방전이 PFC에 비해 약18%미만으로 이루어질 때마다 그리고 배터리가 EDV1 전압의 발생에 의해서 완전방전될때마다 존재하며, 여기서 이것은 배터리의 전압이 완전방전을 나타내는 소정레벨 이하로 떨어지는 것을 나타낸다.
NAC 레지스터(180) 에서 값은 항상 LMD레지스터(182) 에서 값과 동일하거나 또는 작다.
직렬포트는 NAC레지스터(180), LMD레지스터(182) 및 DCR(184) 에서의 값에 관한 정보를 수신한다.
더욱이, NAC 레지스터(180) 의 출력은 이용가능한 충전디스플레이를 실제 배터리- 팩상에 제공하기 위해서 마이크로제어기(64)에 의해서 활용된다.
온도변환 동작은 적응변환을 규정한 블록(186) 에서 나타난다. 온도가 10℃보다 클때, NAC 레지스터(180) 의 실제출력은 제공된다. 온도가 -20℃와 +10℃사이에 있을때, NAC 레지스터(180) 의 값은 LMD레지스터(182) 에 저장된 값으로 나타나는 완전값의 20% 까지 감소된다. 온도가 -20℃미만일때, NAC 레지스터(180) 의 값은 완전값을 나타내는 LMD레지스터(182) 에 저장된 값에 0.5배만큼 감소한다.
NAC로 입력되기전에 충전카운트는 블록(183) 에서 나타내는 속도 및 온도보상 프로세스를 통해 처리된다. 또한, 방전카운트는 블록(185) 에서 나타나는 속도 및 온도보상 프로세스를 통해 또한 처리된다. 또한 자기방전 카운트값은 DCR(184) 또는 NAC(180)으로의 입력에 앞서 온도보상블록(187) 에서 나타나는 보상된 온도이다.
속도 및 온도보상블록(183 및 185) 은 NAC(180) 또는 DCR(184) 로 들어가기전에 적분기 카운트가 온도 및 충전/ 방전속도에 대해 보상되도록 한다. 충전및 방전속도 보상값은 IC 충전 및 방전속도에 대해 0보상을 기준으로 한다.
충전보상 속도는 100% 미만이다. 방전보상속도는, 테이블 2에 관하여 상기한 바와같이 프로그램핀 4와 5에 의해서 인에이블 된다면, VSR<VSR1을 갖는 방전속도에 대해 100% 미만( >1.0 효율) 일 것이며 보다 높은 방전속도에 대해 100% 이상( <1.0 효율) 일 것이다.
충전효율보상(CEC) 값은 충전율 보상과 충전온도 보상으로 이루어져서 제공된다.
CEC 의 충전을 보상은 0.15C 내지 0.32C의 비보상된 충전율 임계값(2카운트/ 제 2결정 임계값) 에서 빠른 충전율과 세류충전율 사이에서 조절되며, 여기서 특정 임계값은 프로그램 완전카운트(PFC) 에 따르게 된다. 충전카운팅은 항상 빠른 속도보상에서 시작된다. 빠른충전에서 보상은 0.95 이며 세류충전에서는 0.85 이다.
이런 선택은 대부분의 충전과정 동안 저장된 충전을 줄잡아 작게 나타낸다.
몇몇 경우, 충전이 거의 종료되어지만 완전풀이 아니라면, NAC(180)는 이용가능한 충전을 조금 과도하게 나타낸다. 이것은 배터리가 완전에 접근할수록 충전효율이 더 악화되기 때문이다. 만약 충전기가 줄곧 배터리를 완전으로 유지한다면, 이런 과대표현은 일어나지 않을 것이다.
CEC는 명목, 웜(warm)및 핫(hot) 온도사이의 3단계에 걸쳐서 조절되는 충전온도 보상을 말한다. 만약 온도가 30℃이상이라면, 세류충전은 0.80 만큼 보상되며빠른충전은 0.95만큼 보상될 것이다. 30-40℃사이의 온도에서, 세류충전은 0.65 만큼 보상되며 빠른 충전은 0.80 만큼 보상된다. 40℃이상의 온도에서 세류충전은 0.55만큼 보상되며 빠른 충전은 0.65 의 값에서 보상된다. 상기 3단계에 관하여, 적용된 적당한 온도인자는 30℃미만의 온도에서는 1.00, 30-40℃사이의 온도에서는 0.85 그리고 40℃보다 큰 온도에서는 0.70 이다.
방전효율 보상(DEC) 값은 테이블 2에 관하여 상기한 바와같이 PROG 4 와 PROG 5 를 통해 디스에이블 또는 인에이블될 수 있게 제공된다. 만약 DEC가 디스에이블이라면, 방전카운트는 1.0인자를 사용하여 증가/ 감소될 것이다. 그러나, 만약 DEC가 인에이블이라면, 방전속도는 3VSR임계값에 기초로 한 4속도에서 보상될 것이다. VSR보상은 변환이 빠르게 일어나도록 한다. 이용가능한 5고정보상속도(0.95, 1.00, 1.05, 1.15및 1.25)가 있다. 속도를 정의한후 VSR임계값 전압은 ROM에 프로그래밍되고 저장되며 그후 4정의된 속도가 활용된다.
일예에서, 방전속도는 VSR1=75mv의 임계값전압에서 0.95 에서 1.00 으로 변화된다.
방전보상 속도는 VSR2=150mv 의 임계값전압에서 1.00 에서 0.05 로 변한다.
보상은 임계값전압 VSR3=206mv 에서 1.05 에서 1.15 로 변한다. 이것은 테이블 3에서 설명된다.
DEC값은 인에이블이라면 적응온도보상을 규정하도록 동작가능하다. 보다 낮은 온도에서, 보상은 더 엄격한 보상단계, 즉 전체 옵션(option)에서 가장 엄격한 곳에서 정지, 로시프트 될 것이다.
10℃이상의 온도에서는 어떤 시프트도 제공되지 않는다. 그러나, 0-10℃사이의 온도에서 온도보상은 0.05 인자만큼 시프트될 것이며 그 결과 예컨대 0.95 의 온도율 보상은 1.00 의 인자등으로 시프트될 것이다. 가장 엄격한 시프트는 0.30 의 시프트를 초래할-20℃미만의 온도에서 있을 것이다. -20℃와 -10℃사이의 온도는 0.20 의 시프트를 초래하며, -10℃와 0℃사이의 온도는 0.10 의 시프트를 초래할 것이다. 이것은 테이블 4에서 설명한다.
자기방전 속도온도보상(SDTC)은 날마다 1/61 *NAC의 명목속도 또는 1/30.5 *NAC속도가 되도록 프로그래밍된다. 이것은 20-30℃온도단계내에서 배터리에 대한 카운트속도이다. 이 카운트 속도는 0-10℃에서, 10℃증분으로 구성되는 보다 높은 단계에서 두배가 되는 80℃보다 큰 값으로 8단계를 거쳐 조절된다.
SDTC 는 테이블 5에서 설명된다.
제 9a-9c를 참조하면, NAC 레지스터(180), LMD레지스터(182) 및 DCR(184) 의 동작의 다이아그램이 도시되어 있다. 제9a도에서는 NAC레지스터가 레벨(188) 에서나타난 듯이 프로그램완전 카운트(PFC) 값으로 초기에 세트되는 LMD값과 동일한 카운트 값으로 카운트업되는 상황을 도시한다.
이 레벨(188) 은 본질적으로 카운트 값을 나타내지만 설명의 목적으로 레벨로서 표현된다. 초기에, NAC 는 베이스선상에 존재하는 포인트(190) 로 표현되는 0값으로부터 동작한다. 충전동작동안, NAC 레지스터(180) 에서 값은 LMD레지스터(182) 에 저장된 카운트와 동일한 카운트 값으로 증가할 것이며 비록 배터리가 충전을 계속할지라도 그 레벨을 초과하지 않을 것이다. 제9a도의 예에서, 배터리는 배터리에 저장된 실제 Q를 나타내는 레벨(192)로 충전을 계속할 것이다. 그러므로 만약 NAC값이 LMD값으로 제한되는 것이 조건에 존재치 않았다면, NAC 레지스터(180) 의 카운트 값은 레벨로(192) 로 증가했을 것이다. 이예는 제 1프로세스 단계에서 표현되므로 인해 배터리는 제 1충전상에 완전충전 되지 않는다. 그러므로, 잠재 Q레벨(193) 은 배터리의 잠재 Q, 즉 NAC가 완전충전된 배터리의 완전 Q를 나타낸다면 SAC가 상주하는 값, 를 표현하기 위해 존재한다.
다음 사이클에서, 배터리가 방전될때, DCR(184)은 이것이 레벨(194) 에 도달할때까지 값이 증가한다. 레벨(194) 에서, 배터리는 니켈에 대해서는 약 1.05V인 방전전압 임계값의 제 1끝인 임계값전압(EDV 1) 이하로 방전된다. 이것은 DCR(184) 에 저장된 값이 LMD레지스터(182) 의 값을 레벨(196) 에 나타난 카운트레벨로 증가하는 LMD레지스터(182)로 전달되도록 제한전달 조건을 나타낸다. 물론, 이동안, NAC레지스터(180) 에 저장된 값은 방전카운트선(198) 에 의해 나타난 바와같이 감소한다.
그러므로, 레지스터(180) 의 NAC값에 의해 나타나는 명목상 이용가능한 충전은 감소된다. 그러나, 이하에서 설명될 바와같이, 절차에서 이 포인트에의 값은 정확하지 않고 LMD레지스터(182) 에 저장된 값도 정확하지 않다. 그 이유는 선(192) 에 의해서 표현된 실제 Q가 선(193) 에 의해서 표현된 잠재 Q보다 작기 때문이다. 이로인해, DCR(184)이 감소할때 DCR은 완전 충전레벨로 부터의 방전을 표현하지 않는다.
선(200) 에 의해 표현된 제 2충전사이클 동안, 충전은 완전충전을 표현한다.
따라서 실제 Q와 잠재 Q는 NAC값이 선(196) 에 의해서 표현되는 LMD레지스터(182) 에 저장된 값에 의해서 제한된다할지라도 선(193) 에 둘다 배치된다.
다음 방전동작에서 레지스터(184) 의 DCR 값은 레벨(201) 에서 베이스선으로부터 완전방전된 값까지의 값으로 증가할 것이다.
레지스터(184) 의 DCR 값은 레벨(201) 에서 베이스선으로부터 완전방전된 값까지의 값으로 증가할 것이다. 레지스터(184) 의 DCR값은 리셋동작에서 레벨(194) 로부터 다시 베이스선까지 변하고, 이런 리셋동작은 NAC값의 증가동안 어느시간에 일어날 수 있다.
DCR 레지스터(184) 의 값이 EDV 1값이하로 떨어진 전압에 의해서 나타나는 완전방전된 값(201) 에 도달할때 제한전달은 일어나고 LMD레지스터(182) 에 저장된 카운트 값은 레벨(202) 에 의해서 표현되는 값으로 증가한다.
다음 충전동작동안, NAC 값은 베이스선으로부터 잠재 Q와 실제 Q를 표현하는레벨(208)로 향하고 따라서 유효한 NAC값을 제공한다. 그러므로, 완전충전된 값으로부터 충전동작 동안 충전카운터의 증가가 뒤따르는 완전방전된 값까지 방전될때 배터리 용량검출회로에서 요구되는 유일한 정보가 배터리로부터 제거된 충전량이라는 것은 이해될 수 있다.
이 충전카운터는 충전레벨이 완전퍼센트로 표현될 수 있는 배터리에서 실제충전을 나타낸다. 만약 배터리의 전용량이 감소할때, NAC 값이 증가할 수 있는 레벨은 제한될 것이다.
제9b도를 참조하면, 배터리용량이 오버타임(over time) 인 몇몇 이유로 감소되고 LMD에 저장된 값이 또한 감소되어야만 하는 예가 도시되어 있다.
초기에, NAC 값에 배터리용량에 관한 에러가 있는 초기값을 가지므로 그결과 NAC값이 LMD레벨(212) 과 대응하는 레벨(210) 로 증가할때 이값은 점선(214) 으로 나타난 배터리의 잠재 Q보다 큰 값을 나타내게 된다. 그후 제 1방전동작중 NAC값은 NAC값에 대한 하향카운트선(216) 과 DCR(184) 에 대한 상향카운트값선(218) 으로 나타난 바와같이 감소될 것이다. DCR 값은 완전방전을 나타내는 값(220) 으로 상승할 것이다. DCR값이 완전방전이기 때문에 이것은 수정전달을 초래함으로써 LMD레지스터(182) 에 저장된 값을 값(222)으로 감소시킨다. 충전동작동안, NAC 값은 이전의 베이스선 레벨이 아닌 더 높은 레벨로 감소된다.
다음 충전동작동안, NAC 값은 레벨(222) 과 대응하는 LMD레지스터(182) 에 저장된 레벨을 나타내는 레벨(224) 로 증가할 것이다. NAC는 더 증가하지 않을 것이다.
배터리가 완전충전될때, 이것은 정확한 NAC값을 나타내고, 그후 NAC값은 배터리에 저장된 실제충전을 나타낼 것이다.
증가하는 카운트 값 화살표(230) 에 의해서 나타난 바와같이 다음 방진동작동안 NAC는 DCR 값이 레벨(220) 과 대응하는 레벨(236) 로 증가할 때까지 하향카운팅 화살표(232) 로 나타난 것처럼 감소할 것이다.
다시, 이것은 제한전달조건이 되며, 이 값은 레벨(238) 에서 나타난 것처럼 LMD레지스터(182) 로 전달될 것이다. 물론, LMD 값은 배터리조건이 변하지 않기 때문에 변하지 않는다. 이것은 배터리의 몇몇 매개변수가 변경될때까지 계속될 것이다.
제9c도를 참조하면, 배터리가 완전방전되지 않는 조건을 도시한다. 초기동작에서, NAC 값은 베이스선으로부터 레벨(240) 로 증분되며, 레벨(240) 은 배터리의 실제 및 잠재 Q를 나타낸 것으로 다시 말해서 유효한 완전방전된 레벨이다.
하향카운팅 화살표로 표시된 바와같이 다음 동작중에 배터리는 부분적으로 방전된다.
DCR 값은 이때 증가하나 완전방전이 일어나지 않기 때문에 완전레벨로 증가되지 않고 이로 인해 DCR 값은 수정전달과 대응하지 않고 이 카운트값은 X을 갖는 화살표(244) 로 나타난다. 다음 동작동안,NAC값은 베이스선보다 큰 레벨(246) 로부터 개시되며 레벨(240) 에서 완전방전된 레벨보다 작은 레벨(248) 로 증가한다.
다음 동작동안, 배터리는 NAC레지스터(180) 상의 하향카운트 화살표(250) 와 DCR(184) 상의 증가카운트 화살표(252) 로 나타난듯이 완전방전된다. 그러나, 배터리가 완전방전되었다 할지라도, 제한전달은 NAC의 이전사이클이 완전방전된 레벨을 나타내지 않기 때문에 일어나지 않는다. 다음 사이클은 NAC가 LMD와 동일한 레벨로 증가하며 완전방전되는 조건을 표현한다. 이것은 완전충전된 레벨후의 완전방전된 레벨을 증가시키며 제한전달을 허용하는 레지스터(184) 의 DCR값을 초래할 것이다. 따라서, 제9a-9c 도에 도시된 제한전달에 대한 조건은 LMD레지스터(182) 의 값에 의해서 나타나 바와같이 LMD레지스터의 값을 조절하기 위해서 완전방전동작에 선행하는 완전충전된 레벨인 듯한 것으로 충전이 일어나는 것을 요구한다.
제10도를 참고하면, 방전카운트 루틴의 순서도가 도시된다. 순서도는 시작블록(256)에서 개시되며 NAC값이 LMD값과 동일한지 여부를 결정하기 위해 결정블록(258) 으로 진행한다. 만약 동일하다면, 플래그(VDQ) 는 블록(260) 에 나타난듯이 세트되고 그후 프로그램은 결정블록(262) 으로 진행한다. 만약 NAC값이 LMD값과 동일하지 않다면, 프로그램은 결정블록(258) 으로부터 결정블록(262) 으로 또한 진행한다.
결정블록(262) 은 NAC가 0보다 큰지 여부를 결정한다. 만약 크다면 프로그램은 EDV 1 플래그가 "1"과 동일한지를 결정하기 위해 결정블록(263) 으로 진행하며, 크지 않다면 프로그램은 NAC값을 감소시키기 위해서 블록(264) 으로 진행한다. 블록(264) 의 출력은 결정블록(266) 의 입력으로 흐른다. 만약 EDV 1플래그가 "1"과 동일하다면, 프로그램은 NAC를 0과 동일하게 세트하기 위해서 결정블록(263) 으로부터 기능블록으로가며 그후 결정블록(266) 으로 진행한다. 만약 NAC값이 0보다 크지 않다면, 프로그램은 결정블록(262) 으로부터 결정블록(266) 의 입력으로 진행한다.
결정블록(266) 은 DCR값이 오버플로우 조건이 존재하는지 여부를 결정하기 위해서 내정된 값 "FFFEh" 보다 큰지여부를 결정한다. DCR 값이 내정된 값보다 크지 않다면 프로그램은 DCR값을 증가시키기 위해 블록(268) 으로 진행하고 만약 내정된 값보다 크다면 프로그램은 결정블록(266) 으로부터 복귀블록으로 진행하고 블록(268) 의 출력은 또한 복귀블록(270) 으로 흐를것이다. 따라서 DCR(184) 의 값은 값"FFFFh" 을 초과하는 것이 허용되지 않는다.
제11도를 참고하면, 충전카운트 루틴을 도시한 순서도가 나타나 있다.
프로그램은 시작블록(272) 에서 개시되며 NAC값이 LMD값보다 작은지 여부를 결정하기 위해 결정블록(274) 으로 진행한다. 만약 NAC값이 LMD값보다 작다면, 프로그램은 NAC값을 증분시키기 위해 결정블록(274) 으로부터 블록(276) 으로 진행하고 그후 방전전압 플래그의 끝(EDV 1F)이 1과 동일한지 여부를 결정하기 위해 결정블록(274) 으로 진행한다.
만약 NAC값이 LMD값보다 작다면, 프로그램은 NAC값을 증분시키기 위해 결정블록(274) 으로부터 블록(276) 으로 진행하고 그후 방전전압 플래그의 끝(EDV 1F)이 1과 동일한지 여부를 결정하기 위해 결정블록(278) 으로 진행한다. 만약 1이 아니라면, 이것은 낫엠프티(not empty) 조건을 가리키며 프로그램은 VDQ플래그를 0과 동일하게 세트시키기 위해 블록(280) 으로 진행한후 복귀블록(282) 으로 진행한다. 그러나, EDV 1 플래그가 1로 세트된다면, 프로그램은 VDQ플래그가 1로세트되는지 여부를 결정하기 위해 결정블록(184) 으로 진행한다. 만약 VDQ플래그가 세트된다면, 프로그램은 LMD값을 DCR값과 동일하게 세트시키기 위해서 블록(286) 으로 진행하고 용량부정확(CI)플래그를 0과 동일하게 세트시키기 위해 블록(288) 으로 진행하고 VDQ플래그를 0과 동일하게 세트시키기 위해 블록(282)의 입력으로 진행한다. 만약 VDQ플래그가 결정블록(184) 에서 세트되지 않으면, 프로그램은 이를 비유효한 방전으로 판단하고 다른 카운트를 다시 대기하기 위해 결정블록(282) 으로 진행한다.
초기 카운트동안 만약 결정블록(274) 이, NAC 값이 LMD보다 작지 않다고 즉 LMD보다 크거나 또는 작다고 가리킨다면, 프로그램은 "완전" 플래그를 세트하기위해서 블록(290) 으로 진행하며 DCR(184) 을 리셋 상태로 클리어 하기 위해 블록(292) 로 진행한후 복귀블록(282)으로 진행한다. 따라서, NAC 값이 LMD값과 같은 지점에서 충전동작이 개시되며 완전방전된 상태로 계속되는 방전전압 조건의 끝을 가리키는 것으로서 EDV 1이 세트되고 VDQ 플래그가 세트될때마다 LMD값이 DCR값과 동일하게 세트되며 온도와 자기방전조건이 만족됨을 알수 있다. 따라서 제11도의 순서도를 통한 제 1통과에 대해, 순서도는 NAC 값을 증분할것이며 0과 같은 VDQ를 갖는 박스(276) 을 통해 진행한다.
이것은 NAC값이 LMD와 같을때까지 계속될 것이며 이때 완전플래그는 세트될 것이며 프로그램은 블록(282) 을 통해 진행할 것이다. 그러나, 완전방전된 동작후 프로그램은 NAC 값을 증분할 것이며 올바른 LMD전달을 할 것이다.
제12도를 참조하면, 자기방전 카운트루틴의 동작을 설명하는 순서도가 도시되어 있다. 프로그램은 시작블록(296) 에서 타이머 인터럽트에 의해서 개시되며NAC값이 LMD값과 같은지 여부를 결정하기 위해서 결정블록(298) 으로 진행한다. 만약 NAC값이 LMD값과 동일하다면, 자기방전 카운트 레지스터(SDCR)값은 블록(300) 에서 0으로 세트되며 VDQ플래그는 박스(302) 에서 1로 세트된다. NAC 값이 LMD값과 같지 않다면, 프로그램은 결정블록(304)의 입력으로 진행하며 또한 블록(302) 으로부터 결정블록(304) 의 입력으로 진행한다.
결정블록(304) 은 NAC값이 0과 같은지 여부를 결정한다. 만약 0과 같다면, 프로그램은 복귀블록(306) 으로 진행한다. 만약 0과 같지 않다면, 프로그램은 NAC/2N인자에 의해 감소된 NAC 값과 동일한 TMP값을 세트하기 위해서 블록(308) 으로 진행한다.
그후 프로그램은 TMP가 NAC보다 큰지 여부를 결정하기 위해 결정블록(309) 으로 진행하고, 만약 TMP가 NAC보다 크다면 프로그램은 복귀블록(306) 으로 진행하며 이것은 언더플로우(underflow) 조건이다.
만약 TMP가 NAC보다 작다면, 프로그램은 NAC를 TMP와 동일하게 세트시키기 위해서 기능블록(307) 으로 진행한다. 프로그램은 NAC/2N에 의해 증가된 DCR값을 나타내는 TMP값을 발생시키기 위해 기능블록(307) 으로 진행한다. SDCR값은 블록(312) 에서 NAC/2N에 의해 증가된다. 프로그램은 자기- 방전카운트 레지스터(SDCR)가 자기방전에러(SDERR)보다 작은지 여부를 결정하기 위해 결정블록(314) 로 진행한다. 바람직한 실시예에서, SDERR은 16 비트 레지스터에서 4096 값으로 표현된다. SDCR값이 SDERR값보다 작지않다면, 프로그램은 블록(316)에서 나타난듯이 VDQ플래그를 0으로 세트하기 위해서 블록(316)으로 진행한다. 이것은 DCR이 더이상 LMD의 유효지시기가 아님을 뜻한다. 프로그램은 결정블록(318) 의 입력으로 진행한다. 그러나 만약 SDCR의 값이 SDERR보다 작다면, 프로그램은 결정블록(318) 의 입력으로 진행한다.
결정블록(318) 은 임시레지스터(TMP) 에 저장된 값이 DCR값보다 큰지 여부를 결정하며, 이것은 오버플로우에 대한 체크를 제공한다. 만약 오버플로우 조건이 존재치 않는다면, 프로그램은 DCR값을 TMP와 동일하게 세트시키도록 "Y"통로를 따라 블록(320) 으로 진행한다. 만약 오버플로우 조건이 존재한다면, 프로그램은 DCR값을 완전값으로 세트하기위해 기능블록(322) 으로 진행한다. 프로그램은 블록(320과 322) 으로부터 복귀블록(306) 으로 진행한다.
제13도를 참조하면, 인터럽트 핸들러의 순서도가 도시되어 있다. 프로그램은 시작블록(324) 에서 개시되며 충전인터럽트가 발생된는지 여부를 결정하기 위해 결정블록(326)으로 진행한다. 만약 발생했다면, 충전카운트 루틴은 블록(328) 에 나타난 바와같이 개시된다. 충전카운트 루틴이 실행된다면 프로그램은 블록(330) 으로 진행하며, 여기서 디스플레이는 갱신된후 인터럽트를 인에이블시키기 위해 블록(332) 으로 진행하고 그후 복귀블록(334) 으로 진행한다.
만약 인터럽트가 충전인터럽트가 아니라면, 프로그램은 인터럽트가 방전인터럽트인지 여부를 결정하기 위해 결정블록(336) 으로 진행한다. 만약 방전인터럽트라면 프로그램은 방전카운트 루틴을 개시하기 위해 블록(338) 으로 진행한후 블록(330) 으로 진행한다.
만약 인터럽트가 방전인터럽트가 아니라면, 프로그램은 인터럽트가 타이머 인터럽트인지 여부를 결정하기 위해 결정블록(340) 으로 진행하며, 이것은 카운터(88)로부터의 자기방전 타이머 출력을 가리킨다. 만약 타이머 인터럽트라면, 프로그램은 1씩 시간을 증가시키기 위해 블록(342) 로 진행하고 타이머 카운트가 SD 보다 큰지 여부를 결정하기 위해 결정블록(344) 으로 진행한다. SD값은 온도와 지수관계에 있으며 멀티플렉서(86)에 대한 TEMP 입력의 결정동안 비교기(84)의 출력으로부터 나오는 변수를 표현한다. 이것은 자기방전속도가 온도가 보상되도록 허용한다. 만약 그렇다면, 프로그램은 자기방전 카운트 루틴을 개시하기 위해서 블록(346) 으로 진행한다.
만약 그렇지 않다면, 프로그램은 갱신디스플레이블록(330) 으로 진행한다. 자기방전 카운트 루틴이 완료된후, 프로그램은 갱신디스플레이 루틴(330) 으로 진행한다.
또한 인터럽트가 타이머 인터럽트가 아니라면, 프로그램은 결정블록(340) 으로부터 입력디스플레이블록(330) 으로 진행한다.
제14도를 참조하면, 제 3도에 도시된 구성의 개략블록도가 도시되어 있다. 충전제어회로(360) 가 제공되며 충전기 (22) 와 접속되는 것으로 제 4도에 도시된 CHG- 바출력과 접속된다. 충전제어회로(360) 는 충전동작이 배터리에 대해 인터럽트되는 충전제어동작의 바람직한 실시예를 나타낸다. CHG 바 출력은 충전제어회로(360) 를 소정 듀티사이클로 사이클링(cycling) 하도록 제어된다. 듀티사이클은 소프트웨어 루틴에 의해 세트된 이런 듀티사이클을 가지고 실제충전율을 결정하기 위해 변한다. 물론, 배터리(10)가 필터로서 작용함으로 인해 배터리용량 검출회로(32)에 대한 전압입력은 필터링 된다.
분리된 회로로 설명된다 할지라도 충전제어회로(360) 는 필수부분으로서 충전기(22)로 구현될 수 있다. 이 구성은 제 3도에 도시된다. 일반적으로, 충전제어회로(360) 는 단일 인- 라인(in-line) 게이트인 게이팅 트랜지스터 또는 스위칭 레규레이터의 부분인 트랜지스터로 구성된다.
충전제어회로(360) 는 충전율이 빠른 충전율에서 느린 충전율로 변하도록 허용하며 그리고 이들 사이에서 증분된다. CHG-바 출력은 충전이 인에이블되도록 로우로 기동되는 개방드레인 출력이다.
NAC 값이 LMD보다 작고 VSB값이 MCV보다 작으며 온도가 온도컷오프 TCO보다 작을때마다 출력은 액티브된다. 3 타입의 충전율이 있다. 즉, 완전카운트로의 빠른충전, 완전카운트 전의 세류충전, 완전카운트후의 탑오프(top off) 충전과 완전카운트 후의 세류충전( 자체로). 완전카운트로의 빠른 충전은 배터리의 충전상태가 배터리(10)의 기지의 용량의 0-80%사이에 있다.
빠른 충전동작동안 효율적인 속도는 최대속도에 있다.
충전상태가 배터리(10)의 기지의 용량의 80-100%사이에 있을때, 속도는 자기방전율에 따르면서 최대속도의 75% 또는 최대속도의 반으로 감소된다. 완전카운트후의 탑오프 충전은 배터리가 사실상 완전임을 보상하기 위해서 배터리의 기지의 용량의 내정된 퍼센트를 더 하도록 수행된다. 상술한 바와같이, 기지의 용량은 이전의 완전방전동작으로 부터 결정된다. 보다 낮은 속도에서 탑오프 충전을 제공함으로써, 이것은 부가의 충전이 배터리에 놓이도록 허용하여, 여기서 충전은 만약 배터리가 실제 완전이라면 소모될 것이다.
완전카운트후의 탑오프 충전은 충전상태가 NAC=LMD 후의 두시간 동안에 있을때 수행된다. 이동작에 대한 충전율은 최대속도에 6.25%이다.
세류충전은 자기방전계산에 근거하여 요구되는 최대속도의 1/16, 즉 자기방전카운터가 NAC레지스터를 감소할때마다, 수행된다.
CHG- 바 출력은 VSB값이 MCV보다 크거나 또는 온도가 TCO보다 클때를 제외하고 전압 VSR이 0 전압일때 액티브가 된다. 충전이 검출될때, 배터리용량 검출회로(32)는 충전 상태에 기초로한 CHG- 바 출력을 변조한다. 빠른충전과 종료충전은 EDV 1이 VSB보다작고 온도가 콜드(cold)온도임계값과 TCO온도사이에 있지 않는다면 억제된다.
세류/ 탑오프 충전은 VSB가 MCV보다 크거나 또는 온도가 TCO보다 클때를 제외하고는 일어날 것이다.
만약 배터리용량 검출회로(32)가 종료충전을 요구하는 충전상태에서 충전을 검출한다면(NAC가 검출시 기지의 용량의 80%보다 크다면) 탑오프는 충전완료를 뒤따르지 않을 것이다. 종료충전은 만약 온도 또는 전압이 이들의 낮은 임계값이하로 초기에 있다면 세류충전을 실제 뒤따를 것이다.
충전사이클은 카운트된 방전과 측정된 자기방전을 보충하도록 동작가능하다.빠른속도에서 최대과충전은 풀( 완전) 로부터의 현재 방전동안 과장된 방전측정과 등가가될 것이다. 용량에러는 문제가 되지 않는다; 풀에서 현재 이용가능한 충전레벨까지의 측정에서 에러만이 관심사이다. 풀로의 충전 또는 엠프티로의 방전과 결코 관련되지 않는, 즉 부적법한 충전 또는 방전인 일련의 긴 충전과 방전을 수행케하는 풀로의 제 1충전에서 최악의 상황이 일어날 수 있다. 빠른 충전기에서 일련의 긴 계획적이고 때이른 충전종료는 상당한 속도일 것이다. 만약 과충전이 어떠한 이유로 이전에 일어났다면 배터리 팩 온도는 온도 컷오프(TCO) 임계값로 제한될 것이다.
불충분한 충전의 관점에서, 만약 LMD완전임계값이 로우라면 이것은 불충분한 충전을 초래한다. 즉, LMD 값은 완전용량을 나타내지 않는다. 안전하게 감소된 속도에서 탑오프 시간주기는 충전이 LMD값을 넘어 가게 허용한다. 따라서 새로운 LMD는 로우로 정정된 것이다. 만약 로우가 아니라면 충전은 소비된다.
로우 LMD임계값은 3상황에서 일어날 수 있다. 제 1상황은 배터리용량 검출회로(32)의 초기화 동안 일어나며, 여기서 PFC값은 로우로 세트된다. 제 2상황은 알려진 LMD값이 현재 이용가능한 용량보다 작은 이전의 완전충전을 반영할때마다 일어난다.
이것은 예컨데 만약 이전의 완전충전의 전과정이 고온도(35-40℃) 에서 일어나고 전류충전이 저온도(20-25℃) 에서 일어난다면 발생될 수 있다. 제 3상황은 방전과 자기방전카운트가 풀로부터의 실제방전보다 작을 때 일어날 것이다. 방전카운트의 기준과 자기방전 평가는 이 상황이 거의 일어나지 않게할 것이다.
만약 배터리용량 검출회로(32)가 초기화/ 리셋될때에 배터리가 부분 충전된다면( 배터리가 조립될때와 같은), 제 1사이클은 0과 같은 NAC값을 갖는 이런 부분충전에서 시작되며 LMD(PFC) 로 진행한다. 이경우에, PFC 값이 실제용량에 비해 작다할지라도, 배터리(10)는 진정한 풀값으로 충전될 것이다. 이것이 초기충전량과 관련된 정도로의 과충전을 포함하기 때문에 속도는 세류속도로 제한된다.
세류충전에 관하여, 저전압, 저온도 및 탑오프에서 충전율은 안전하고 느린 효율속도로제한된다.
풀셀에 있어서, 오래계속되는 충전은 NiMH 셀에 심한 손상을 입히며 덜심각하나 큰마모를 Nicad 셀에 야기한다. 본 발명의 충전제어는 충전크래들(cradle)에 배치된 풀배터리에 최적의 "조절세류" 를 제공한다. 충전은 자기방전 감소를 NAC에 부가하기 위해 잠시 펄스된다.
이것이 일어나는 속도는 온도와 완전카운트(NAC=LMD)에 의존할 것이다. 명목상의 20-30 ℃온도단계에서 펄스속도의 예는 하루당 1/61 *NAC 또는 택일적으로 하루당 1/30.5 *NAC일 것이다.
이예는 최소 또는 최대 PFC값과 동일한 LMD값을 반영할 것이다. 실제 자기방전 카운트펄스 속도는 LMD완전임계값값에 비례한다. 효율적인 펄스속도는 20-30℃이상 또는 이하에서 각 10 ℃의 단계로 절반 또는 2배로될 것이다.
제15도를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예의 충전루틴을 설명하는 순서도가 도시된다. 바람직한 실시예에서는 단지 2충전율, 즉 일정한 충전과 세류충전, 만이있으며 이것은 이하에서 설명될 것처럼 제15도의 프로그램의 사이클 속도를 갖는 충전제어장치(360)을 조절함으로써 발생된다. 이충전 루틴은 약2Hz 속도로 사이클링된다.
프로그램은 시작블록(362) 에서 개시되며 플래그(NOCHG) 가 1과 동일하게 세트되는지 여부를 결정하기 위해 결정블록(364) 으로 진행한다. NOCHG 플래그는 충전동작이 억제되는 것을 가리키는 플래그이다. 만약 "1"로 세트되지 않으면, 프로그램은 NAC 레지스터의 값이 LMD값 또는 PFC값보다 작은지 여부를 결정하기 위해 "N"통로를 따라 결정블록(366) 으로 진행한다.
상술한 바와같이, NAC 레지스터의 값은 배터리(10)에 저장된 충전량을 나타내며 LMD값은 배터리(10)의 용량을 가리킨다. 또한 상슬한 바와같이, LMD 값은 배터리용량 검출회로(32)에 초기에 저장된 프로그래밍된 완전충전 값인 PFC값으로 초기에 세트된다.
이 값은 그부분의 초기화시 LMD값에 대한 디폴트(default) 값이다. 만약 NAC값이 LMD값보다 작다면, 프로그램은 소프트웨어 타이머(QTIM)을 탑오프시간(TOFF)과 동일하게 세트시키기 위해서 "Y"통로를 따라 결정블록(366) 으로부터 기능블록(368) 로 진행한다.
전형적으로, 완전카운트후의 탑오프 동작은 거의 두시간으로 세트된다.
QTIM소프트웨어 카운터의 값이 세트된후, 프로그램은 제 2차 배터리 입력전압(VSB) 이 유효한지 여부를 결정하기 위해 결정블록(370) 으로 진행한다. 이것은 1과 동일하게 세트될때 VSB전압이 유효함을 가리키는 플래그(SBVAL) 에 의해 나타난다.
많은 다른 이유때문에, 이플래그는 이것이 유효하지 않음을 가리키기 위해 세트될 수 있는데 그이유는 다음의 관계가 존재하지 않기 때문이다: EDV 1 <VSB<MCV. 그러나, 만약 유효하다면, 프로그램은 온도가 유효한지, 즉 TCOLD<TEMP<TCO, 여부를 결정하기 위해 "Y"통로를 따라 결정블록(372) 으로 진행한다. 이것은 1로 세트될때 유효온도조건을 가리키는 플래그(TVAL)에 의해 나타난다. 유효할때, 프로그램은 BRP플래그의 값이 0과 동일하게 세트된는지 여부를 결정하기 위해 "Y" 통로를 따라 기능블록(374) 으로 진행하며, 여기서 이플래그는 "배터리 대치" 조건을 표현한다. 만약 그렇다면, 프로그램은 FSTO 플래그가 "1"로 세트되는지 여부를 결정하기 위해서 "Y"통로를 통해 결정블록(375) 로 진행하며, 여기서 이플래그는 빠른 방전유효동작을 표현한다. NAC 가 방전펄스 스트림의 1024 카운트, 즉 용량의 내정된 퍼센트, 와 LMD사이의 차이값 이하로 떨어질때마다 이것은 일어난다. 만약 FSTO 플래그가 "1"로 세트된다면, 프로그램은 플래그(CHG) 가 "1"과 동일하게 세트되는 액티브 충전상태를 가리키는 블록(376) 으로 "Y"통로를 따라 진행한다. 프로그램은 그후 복귀블록(378) 으로 진행한다.
만약 NOCHG플래그가 비- 충전 상태를 가리키는 1과 동일하게 세트된다면, 충전은 억제되고 프로그램은 충전동작을 비활성화 시키기 위해 "0"과 동일한 CHG플래그를 세트시키도록 결정블록(364) 로부터 "Y" 통로를 따라 기능블록(380) 으로 진행한후 복귀블록(378) 으로 진행할 것이다. 만약 NAC값이 LMD보다 작지 않다면, 즉NAC값이 LMD와 같거나 또는 큰경우의 동작을 가리킬때, 프로그램은 FSTQ 플래그를 "0"으로 세트시키기 위해 즉 시스템이 세류충전 동작이 되게하는 동작을 가리키기 위해서 결정블록(366) 으로부터 "N"통로를 따라 기능블록(381) 으로 진행한다. 프로그램은 TOPOFF 플래그가 "1"과 동일하게 세트된는지 여부를 결정하기 위해서 결정블록(382) 으로 진행한다. 이플래그는 배터리가 그용량의 80%미만으로 방전, 즉 20%이상의 제한방전, 될때마다 "1"로 세트된다.
만약 TOPOFF 플래그가 "1"로 세트되지 않았다면, 프로그램은 충전동작을 기동하기 위해서 "N" 통로를 따라 기능블록(382) 으로 진행한다. 그러나, TOPOFF플래그가 "0"으로 세트된다면 프로그램은 소프트웨어 타이머(QTIM)가 0과 같은지 여부를 결정하기 위해 "Y"통로를 따라 결정블록(384) 으로 진행한다. 만약 QTIM 이 0과 동일하다면, 이는 탑오프(top off) 동작의 끝을 가리키며, 프로그램은 충전동작을 비기동시키기 위해 "Y"통로를 따라 기능블록(382) 으로 진행한다.
상기한 바와같이, 충전동작의 비기동을 달성하는데 약 두시간의 탑오프가 걸린다.
그러나 탑오프가 계속된다면, 프로그램은 QTIM 소프트웨어 타이머를 감소시키기 위해 "N"통로를 따라 기능블록(386) 으로 진행하고 그후 전압(VSB) 의 값이 최대 셀전압(MCV)보다 큰지여부를 결정하기 위해 결정블록(388) 으로 진행할 것이다. 또한, 결정블록(370,372,374및 375) 각각은 또한 결정블록(388) 의 입력과 접속된 이들 결정블록으로부터의 "N"통로를 갖는다.
만약 2차 배터리 전압이 최대셀 전압을 초과한다면, 프로그램은 NOCHG플래그를 "1"로 세트하기 위해 "Y"통로를 따라 기능블록(396) 으로 진행하고 그후 충전을 디스에이블링하기 위해 기능블록(382) 으로 진행한다. 이것은 어떤 형태의 리셋상태가 NOCHG플래그를 "0"상태로 다시 리셋하기 위해 일어날때까지 계속될 것이다.
만약 2차 배터리전압이 허용범위내에 있다면, 프로그램은 온도가 온도컷오프임계값(TCO)를 초과하는지 여부를 결정하기 위해 "N"통로를 따라 기능블록(390) 으로 진행한다.
이런 온도컷오프임계값은 프로그램핀(PROG 4 및 PROG 5)에 의해서 또는 ROM을 경유해 세트된다. 양핀이 고임피던스 상태, 즉 접속되지 않은 상태, 에 있는 조건에서 고임계값은 60℃에서 세트된다. 임계값은 PROG 4 이 고임피던스 상태에 있고 PROG 5 가 저임피던스 상태, 즉 접지와 접속된 상태, 에 있을때 또한 세트된다.
임계값은 50℃에서 세트될 것이다. 테이블 2에서 모든 상태들은 이것이 임계값일 것이다. 관련된 자기방전속도는 또한 테이블 2에서 설명된 바와같다.
만약 온도가 적당한 범위내에 있다면, 프로그램은 세류플래그가 "0"으로 세트된는지 여부를 결정하기 위해서 결정블록(390) 으로부터 "N"통로를 따라 결정블록(392) 으로 진행한다. 만약 0으로 세트되었다면, 이것은 펄스가 발생될 것이며 프로그램이 소정시간(TRTIME)과 동일한 세류충전에 대한 소프트웨어 카운트를 리셋하기 위해 "Y"통로를 따라 기능블록(394)으로 진행함을 가리킨다. 프로그램은 충전동작을 기동시키기 위해 기능블록(376) 으로 진행한다. TRTIME값은 이하에서 설명되는 바와같이, 카운터를 리셋하는데 15 사이클이 걸리도록 세트된다.
만약 온도가 온도임계값(TCO) 에 의해서 세트된 범위를 초과했다면, 프로그램은 충전동작을 비기동시키기 위해 결정블록(390) 으로부터 기능블록(382) 으로 진행했을 것이다.
그러므로, 2 차 배터리전압 또는 온도중 어느 하나가 비유효하고 전압이 온도임계값을 초과하거나 또는 전압이 MCV를 초가한다면, 충전동작이 억제된다는 것을 알 수 있을 것이다. 그러나, 2 차 배터리전압이 비유효하고 MCV보다 작을지라도, 세류충전은 계속된다.
예컨데, NAC 가 LMD보다 작지만 2차 배터리전압이 소정의 임계값 이하로 떨어진다면, 프로그램은 결정블록(370) 으로 진행한후 "N" 통로를 따라가며 세류충전 동작은 상대적으로 저충전 속도로 개시될 것이다. 따라서 이것은 저전압에서의 충전율이 안전하고 느리며 효율적인 속도로 제한되게 허용한다. 이것은 TVAL 플래그에 의해 나타내는 저온도에 관해 또한 일어난다. 따라서 이것은 VSB에 대한 저임계값과 2차배터리 전압에 대한 고임계값, 즉 MCV, 사이에 윈도우(window)를 만들며 또한 저임계값 즉, 콜드(cold), 와 고임계값, 즉 TCO, 사이에 온도윈도우를 만들므로 인해 빠른 충전동작이 전압과 온도에 관해 제한되게 된다.
세류충전 동작에 관해서, 세류충전은 세류카운트가 "0"으로 세트될때마다 펄스를 출력할 것이다. 펄스후에, 세류카운터는 리셋되고 프로그램은 세류카운터를 감소시키기 위해 결정블록(392) 로부터 "N"통로를 따라 기능블록(398) 으로 진행하고 그후 충전을 비기동시키기 위해 기능블록(382) 으로 진행한다. 프로그램은 탑오프 동작이 완료되거나 또는 세류카운터가 타임아웃될때까지 이통로를 따라 진행할 것이다,
이것은 완전충전펄스가 배터리에 인가되도록 한다. 상기한 바와같이, 결정블록(392)으로부터 "Y"통로를 따라 입력에 다시 사이클링하는 프로그램에 대한 시간은 약 1사이클의 2Hz클럭이다.
요약하면, 배터리에서 실제충전에 대한 어떤 정보에 무관하게 동작가능한 배터리용량 검출회로가 제공된다. 배터리 검출회로는 배터리로의 충전입력과 배터리로부터 인출된 충전에 관한 정보를 수신한다. 분리된 소프트웨어 카운트 레지스터는 배터리로의 충전입력과 배터리로부터 인출된 충전입력의 함수인 이용가능한 충전의 트랙을 유지하기 위해 제공되며 방전레지스터는 단지 방전동작을 가리키기 위해 제공된다. 방전이 명확한 풀조건으로 부터 완전방전된 조건까지 측정될때마다 배터리용량은 명확한 풀조건으로 부터의 배터리에서 추출된 충전량으로부터 결정될 수 있다. 이용가능한 충전값은 완전용량의 퍼센트를 나타내도록 이런 새로운 용량으로 제한된다. 따라서 배터리용량의 측정은 배터리가 명확한 풀조건으로부터 어느시간과 온도제한에 종속하는 완전방전 조건까지 왔다갔다 할때마다 유효하며, 여기서 완전방전 조건은 배터리의 전압이 소정전압 이하로 떨어짐을 결정함으로써 측정될 수 있다. 충전율은 배터리용량의 함수에 따라 변한다. 배터리가 완전용량 가까이 또는 완전용량에 있다면, 충전율은 감소된다.
배터리가 그용량에 있다고 결정된후, 더욱 낮은 충전율은 탑오프동작을 제공하기 위해 구현된다. 더욱이, 이런 더 낮은 충전율은 배터리가 너무 뜨겁거나 또는차가울때마다 즉, 배터리가 너무 높은 전압에 있거나 또는 너무 낮은 전압에 있을 때마다 구현된다.
바람직한 실시예가 상세히 설명되었다 할지라도, 다양한 변경, 대치 및 수정이 첨부된 청구항으로 한정된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어남이 없이 행해질 수 있음을 이해해야 한다.

Claims (15)

  1. 전하를 충전기로부터 배터리로 전달하는 동작을 제어하는 배터리 충전 제어기에 있어서,
    충전기로부터의 배터리의 충전 동작율을 선택적으로 결정하기 위해 한정된 충전율로 동작시키는 배터리 충전 디바이스;
    배터리를 위한 실제 용량값에 대해 배터리에 저장된 전하량에 대응하는 배터리의 충전상태를 제공하기 위한 배터리 용량 지시기로서, 상기 용량값은 배터리에 저장될 수 있는 전체 전하를 지시하는, 상기 용량 지시기;
    상기 한정된 충전율을 결정하고, 소정 기준에 따라 상기 충전율의 함수로서 상기 한정된 충전율을 변동시키도록 동작가능한 충전 제어 회로로서, 상기 소정 기준은 상기 충전 상태가 상기 용량값과 실질적으로 동일한 값 보다 작을 때 제1 충전율에 있을 것을 필요로 하고, 상기 충전 상태가 상기 용량값 보다 실질적으로 작지 않은 값에 도달한 후 제2의 보다 낮은 충전율에 있을 것을 필요로 하고, 상기 충전 상태가 상기 용량값 보다 실질적으로 작지 않은 값에 도달하는 소정 시간 동안 상기 제2충전율로 동작하는 상기 충전 회로; 및
    상기 용량값을 결정하기 위한 용량 결정 회로를 포함하고, 상기 용량 결정 회로는:
    상기 충전 상태를 지시하는 충전 상태 값을 저장하는 레지스터;
    배터리로의 전하 입력을 측정하고, 전하가 배터리에 전달되었을 때 상기 충전 상태 값을 증가시키는 충전 모니터;와
    소정 충전 상태로부터 완전히 방전된 상태로 배터리의 방전 동작을 측정함으로써 상기 용량값을 결정하기 위한 용량 결정 디바이스를 갖고,
    상기 충전 모니터의 상기 증가시키는 동작은 상기 충전 상태가 상기 용량값 보다 실질적으로 크지 않도록 상기 충전 상태 값이 상기 용량값과 실질적으로 동일할 때 금지되고,
    상기 충전 제어 회로는 상기 소정 시간 동안 상기 제2 충전율로 동작할 때 완전 방전 상태로 되는 이후의 방전 동작시 새로운 용량값이 상기 용량 결정 디바이스에 의해 생성될 수 있도록 상기 소정 충전 상태를 증가시키도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 배터리 충전 제어기.
  2. 제1항에 있어서, 배터리의 전압을 결정하기 위한 전압 모니터를 더 포함하고, 상기 충전 제어회로가 상기 한정된 충전율을 결정하는 기준이 되는 상기 소정 기준은 배터리 전압이 소정의 낮은 배터리 임계값 보다 작거나 소정의 높은 배터리 임계값 보다 클 경우 상기 한정된 충전율이 상기 제1 충전율에 비해 실질적으로 낮은 충전율에 있을 것을 필요로 하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 제어기.
  3. 제1항에 있어서, 배터리의 온도를 결정하기 위한 온도 모니터를 더 포함하고, 상기 충전 제어회로가 상기 한정된 충전율을 결정하는 기준이 되는 상기 소정 기준은 온도가 낮은 온도 임계값 보다 낮거나 높은 임계값 온도 보다 높을 경우 상기 한정된 충전율이 상기 제1 충전율에 비해 실질적으로 낮은 충전율에 있을 것을 필요로 하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 제어기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 충전 제어회로가 상기 한정된 충전율을 결정하는 기준이 되는 상기 소정 기준은 상기 충전 상태가 상기 용량값의 소정 퍼센트내에 있는 동안 실질적으로 일정한 상기 제1 충전율에 있을 것을 더 필요로 하고, 상기 소정 기준은 상기 충전 상태가 상기 용량값의 소정 퍼센트내에 있을 때 상기 소정 시간 동안 상기 제1 충전율에 비해 낮은 제2 충전율에 있을 것을 필요로 하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 제어기
  5. 제1항에 있어서, 상기 충전 제어회로가 상기 한정된 충전율을 결정하는 기준이 되는 상기 소정 기준은 상기 한정된 충전율이, 상기 충전 상태가 상기 용량값 보다 실질적으로 작지 않은 포인트 아래로 떨어지지않는 상기 소정 시간 후 상기 제2 충전율 보다 작지 않은 제3 충전율에 있을 것을 더 필요로 하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 제어기.
  6. 제1항에 있어서, 배터리의 온도를 결정하기 위한 온도 모니터를 더 포함하고, 상기 한정된 충전율은 온도가 소정 낮은 온도 임계값 아래로 떨어지는 경우 상기 제3 충전율로 디폴트되도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 배터리 충전 제어기.
  7. 제5항에 있어서, 배터리의 전압을 결정하기 위한 온도 모니터를 더 포함하고, 상기 한정된 충전율은 온도가 소정의 낮은 온도 임계값 아래로 떨어지는 경우 상기 제3 충전율로 디폴트되도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 배터리 충전 제어기.
  8. 제1항에 있어서,
    충전 상태가 자기 방전의 결과로서 소모된 양을 자기방전 값으로서 지시하도록 동작가능한 자기방전 디바이스를 더 포함하고,
    여기서 상기 충전 제어 회로는 상기 자기방전 값의 함수인 소정 양만큼 상기 한정된 충전율을 증가시키도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 배터리 충전 제어기.
  9. 충전기로부터 배터리로 전하를 전달하는 동작을 제어하기 위한 방법에 있어서,
    전하가 배터리에 입력되는 충전율을 변동시키기 위해 충전 제어 회로를 제공하는 단계;
    배터리를 위한 용량값에 대한 배터리의 충전 상태를 결정하는 단계로서, 상기 충전 상태는 배터리에 저장된 전하량과 배터리에 저장될 수 있는 전체 전하를 지시하는 용량값에 대응하는, 상기 단계;
    충전 제어 회로의 충전율을 한정된 충전율로 변동시키는 단계로서, 상기 한정된 충전율은 소정 기준에 따라 변동하는 배터리의 충전 상태의 함수로 되고, 상기 한정된 충전율은 충전 상태가 용량값 보다 작을 때 제1 충전율로 되고 충전 상태가 용량값 보다 실질적으로 작지 않은 것으로 결정되는 경우 제2의 보다 낮은 충전율로 되고, 제2 충전율은 충전 상태가 용량값 보다 실질적으로 작지 않게 되는 소정 시간 동안 작용하는, 상기 단계; 및
    용량값을 결정하는 단계를 포함하고, 이 단계는:
    충전 상태를 지시하는 충전 상태 값을 저장하기 위한 레지스터를 제공하는 단계;
    충전기로부터 배터리로 공급된 전하를 모니터링하고 충전 동작 동안 레지스터내의 충전 상태 값을 증가시키는 단계로서, 충전 상태 값이 용량값과 실질적으로 같을 때 금지되는, 상기 단계;
    용량값을 제공하기 위해 소정 충전 상태로부터 완전 방전된 상태로의 배터리의 방전 동작을 판정하는 단계; 와
    나중에 완전 방전 동작이 용량값을 새로운 용량값으로 변동시키도록 소정 충전상태를 증가시키도록 동작가능한 소정 시간 동안 제2 충전율로 충전 제어회로를 동작시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 배터리 전압을 측정하는 단계를 더 포함하고, 소정 기준에 따라 변동시키는 단계에서 결정된 한정된 충전율은 전압이 소정의 작은 임계값 전압 보다 크고 제2의 소정의 큰 임계값 전압 보다 작을 때 충전율을 제1 충전율에 두는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제9항에 있어서, 배터리의 온도를 결정하는 단계를 더 포함하고, 소정 기준에 따라 변동시키는 단계에서 결정된 한정된 충전율은 온도가 소정의 낮은 온도 임계값 보다 낮고 소정의 높은 온도 임계값 보다 높을 때 충전율을 제1 충전율 보다 실질적으로 낮은 충전율에 두는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제9항에 있어서, 소정 기준에 따라 변동시키는 단계에서 결정된 한정된 충전율은 충전 상태가 용량값 보다 실질적으로 작지 않은 소정 시간 동안 후 충전율을 제3 충전율에 두는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 배터리의 온도를 측정하는 단계를 더 포함하고, 소정 기준에 따라 변동시키는 단계에서 결정된 한정된 충전율은 온도가 소정의 낮은 온도 임계값 보다 낮거나 소정의 높은 온도 임계값 보다 높을 때 충전율을 제3 충전율에 두는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제12항에 있어서, 배터리의 전압을 모니터링하는 단계를 더 포함하고, 소정 기준에 따라 변동시키는 단계에서 결정된 한정된 충전율은 배터리 전압이 소정의 낮은 배터리 임계값 보다 작을 때 제3 충전율에 두는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제12항에 있어서, 충전 상태가 자기 방전의 결과로서 소모된 양에 대응하는 자기방전 값을 결정하는 단계와;
    자기방전 값의 함수인 소정 양만큼 충전율을 증가시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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