KR100442996B1 - 전자기기에서 배터리의 수명 계산과 기기이상 여부를판단하는방법 - Google Patents

전자기기에서 배터리의 수명 계산과 기기이상 여부를판단하는방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자기기에 있어서, 전자기기에서 배터리의 수명 계산과 기기이상 여부를 판단하는 방법에 관한 것이다. 전자기기의 제어부는 메모리에 저장되어 있는 평균 소모 전류값을 입력받아 동작에 따른 평균 소모 전압을 계산한다. 대기 상태의 동작에 따른 전류값에 따라 대기 상태의 전압을 계산하고, 현재 동작에 따라 소모되는 전류값을 가지고 전압을 계산한다. 따라서, 대기 중의 전압과 동작 수행에 따른 전압의 차를 이용하여 현재 용량을 계산한다. 이는 전자기기의 평균 소모 전류값에 따른 전압인 공칭 용량과 현재 용량을 비교하여 비교한 결과를 표시한다. 즉, 공칭 용량과 현재 용량을 이용하여 전자기기의 고장과 배터리의 잔량을 표시한다.

Description

전자기기에서 배터리의 수명 계산과 기기이상 여부를 판단하는 방법{METHOD FOR CHECKING LIFETIME OF BATTERY AND MALFUNCTION IN ELECTRONIC APPLIANCE}
본 발명은 충전식 배터리를 사용하는 전자기기에 있어서, 전류값에 따라 저하되는 전압을 이용해서 전자기기에서 배터리의 수명 계산과 기기이상 여부를 판단하는 방법을 제공하는 것이다.
최근에 이동 통신 단말기 사용자의 수는 수십만 명에 이르며, 지하철이나 버스 안에서 개인의 정보 관리 및 소형 노트북의 역할을 하는 PDA(Personal Digital Assistant:개인 휴대 단말기) 사용자도 현저히 늘고 있다. 또한 이런 전자기기들은 모두 내장된 배터리에서 전원을 공급받아 작동하고 있다.
통상적으로 이러한 배터리는 전기적 제품이기도 하지만 화학적 제품이기도 하다. 리튬이온 배터리는 리튬산화물질로 + 극을 만들고, 탄소로 - 극을 만든다고 합니다. 휴대폰을 사용하기 시작하면 + 극의 리튬이온이 중간의 물질을 지나서 - 극의 탄소 격자속으로 들어간다. 이때, 양극판에 이온 손실이 거의 없기 때문에 장기적인 수명 특성을 가지므로 현재 전자기기에서 많이 사용되고 있다. 이렇게 사용되고 있는 배터리는 정격용량(Rated Capacity, 공칭 용량)인 C로 표현할 수 있다. 정격용량이 1C인 배터리는 1A의 전류가 1시간동안 흐른다는 개념이며. 따라서, 'C'는 시간의 개념이며, 비율의 개념으로 볼 수 있다.
예를 들어, 정격 용량이 1C=1Ah의 특성을 가지고 있는 새 배터리가 있다고 가정하면 완전 충전한 배터리를 해서 완전방전 시키는데 걸리는 시간은 1A 전류가 흐를 경우, 1Ah/1A = 1h인 1시간이 걸리고, 0.5A 전류가 흐르면 1Ah/0.5A = 2h인 2 시간이 걸리게 된다.
반면, 용량이 절반 남는 0.5C까지 걸리는 시간은 1A 전류가 흐르면 0.5Ah/1A = 0.5h인 30분이 걸리며, 0.5A 전류를 흘리면 0.5Ah/0.5A = 1h인 1시간이 걸린다.
이렇게 배터리 사용 시간이 줄어드는 것은 전자기기의 내부 부품의 특성이 변동된 것이 아니라 배터리의 충/방전을 거듭될수록 배터리의 내부저항이 커져 배터리에 흐르는 전류에 따라 저하되는 배터리의 전압이 커지기 때문이다. 즉, 배터리 용량이 줄어들기 때문이다.
또한, 배터리 사용 시간이 줄어들 정도로 전자기기의 내부 부품의 특성이 바뀌었다면 그 전자기기는 고장이 난 것으로 수리를 하여야 할 것이다. 그러나 사용자는 배터리의 성능이 저하된 것인지 아니면 전자기기의 이상이 생겨서 인지 정확히 알 수 없는 문제점이 있었다. 즉, 전자기기의 이상 여부는 전류계나 전압계 등의 장비를 이용해야만 하는 문제점이 있었다.
또한, 배터리 용량을 측정하기 위해 ADC를 이용하는데 측정되는 정격용량은 전자기기에 내부에 흐르는 전류에 따라 달라진다. 일반적으로 배터리 사용 가능 시간은 배터리의 용량은 감안하지 않고 현재 흐르는 전류만으로 사용 가능한 시간을 계산하므로 나타낸다. 즉 흐르는 전류가 클 수록 저하되는 전압이 커진다.
또한, 전자기기의 전원을 켜기 전의 배터리 전압값(Vo)과, 전자기기의 전원을 켜고 난 후에 전류가 가장 작게 흐를 때 전압값(VH)과, 그리고 전자기기의 전원을 켜고 난 후에 전류가 가장 크게 흐를 때 전압값(VL)을 비교해 보면 전압의 세기는 Vo > VH > VL 이 되는 것으로 확인 할 수 있다. 이러한 경우 저하되는 전압의 양을 정확히 알 수 없었다.
따라서 상기한 바와 같이 동작되는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 본 발명의 목적은, 충전식 배터리를 사용하는 전자기기에 있어서, 전류값에 따라 저하되는 전압을 이용해서 전자기기에서 배터리의 수명 계산과 기기이상 여부를 판단하는 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전자기기에서 배터리의 수명과 기기이상 여부를 판단하는 방법에 있어서, 대기 중에 소모되는 전류값에 따른 대기중의 전압과 동작 수행에 따른 전류값과 전압을 가지고 현재 용량을 계산하는 과정과; 상기 현재 용량과 기존 용량을 비교하는 과정과; 상기 기존 용량과 상기 현재 용량의 차이가 한계치 이상이면, 상기 전자기기를 고장으로 표시하는 과정과; 상기 기존 용량과 상기 현재 용량의 차이가 한계치 이하이면, 그 차이에 해당하는 공칭 용량과 상기 현재용량을 비교하여 얻은 배터리의 잔량을 표시하는 과정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
도 1 은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 용량 검출 장치를 나타낸 도면.
도 2 는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리의 수명과 기기 이상 여부를 나타내는 동작을 나타낸 흐름도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 사용 가능 시간 표시 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
상기 도 1 을 참조하여 설명하면, 저항 R3은 배터리(10)로부터 공급되는 일정한 양의 전류를 소모하므로 직접적으로 로직에 인가되는 전류를 감소시킨다. 증폭기(20:OP-AMP)는 상기 저항 R3의 양단을 연결하여 상기 저항 R3에서 소모되는 전류를 검출하여 소정의 신호를 출력한다. A/D 변환부(30:ANALOG TO DIGITAL CONVERTOR)는 상기 증폭기(20)에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 형태로 변환하여 출력한다. 제어부(40)는 입력된 동작에 따라 소모되는 전류값을 입력받아 소모되는 전압을 계산한다. 즉, 전압에 따른 상기 배터리(10)의 잔여 용량을 계산하고, 배터리 사용 가능 시간을 계산하여 출력한다. 표시부(50)는 상기 제어부(40)에서 계산된 상기 배터리 사용 가능 시간을 입력받아 표시한다. 메모리(60)는 소정의 동작 프로그램을 저장하는 롬(ROM)과 상기 동작 프로그램 수행 중에 발생하는 데이터를 일시적으로 저장하는 램(RAM)으로 구성된다.
도 2 는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리의 수명과 기기 이상 여부를 나타내는 동작을 나타낸 흐름도이다.
상기 도 1과 도 2 를 참조하면, 단계 100은 배터리(10)를 사용하는 전자기기에서 전원이 입력된 상태이다. 제어부(40)는 상기 전자기기가 대기 상태일 때(105) 대기 상태의 전류 IH를 측정한다.(110) 대기 상태에서 배터리의(10) 내부 저항에 흐르는 전류 IH를 가지고 대기 상태의 전압 VH를 계산한다.(115) 대기 상태인 전자기기에 어떠한 동작이 수행하라고 명령이 들어오면(120) 상기 제어부(40)는 상기 전자기기의 해당하는 동작에 따른 전류 IL을 측정한다.(125) 동작 수행중인 상기 배터리의(10)의 내부저항에 흐르는 전류 IL을 가지고 해당하는 동작의 전압 VL을 계산한다.(130) 상기 대기 상태의 전압 VH와 해당하는 동작 수행에 따른 전압 VL을 가지고 현재 용량 (VH-VL)을 계산한다.(135) 여기서, 상기 메모리(60)에는 각각의 동작에 따른 평균 소모 전류값이 저장되어 있다. 좀더 자세히 설명하면, 이동 통신 단말기를 예로 든 경우, A는 벨소리, B는 키조명, C는 화면조명, D는 통화시, H는 대기중, L는 A+B+C 등으로 저장한다. 여기서, 대기중인 동작은 전원은 켜져 있으나 사용자가 전자기기를 사용하지 않는 시스템의 대기상태가 될 것이며 L은 여러 기능을 복합적으로 사용할 때로 볼 수 있다. 따라서 대기중의 전류는 수십uA~ 수십mA 정도가 되고 복수 개의 동작이 수행되는 L은 수백mA~ 수A 가 된다.
상기 제어부(40)는 상기 메모리(60)에 저장되어 있는 이전 동작에서 계산된 기존 용량 (VH-VL)을 독출한다.(140) 기존 용량(VH-VL)와 현재 구한 용량(VH-VL)의 차이가 미리 정해진 한계치와 비교한다.(145) 여기서, 기존 용량(VH-VL)와 현재 구한 용량(VH-VL)의 차이가 미리 정해진 한계치가 크면 이는 기기 고장인 것으로 전자기기의 표시부(50)에 상기 표시한다.(150)
예들 들어, 내부저항이 0.3Ω인 배터리를 사용하는 전자기기에 있어서, 대기중의 저하되는 전압의 양이 VH = 4mA ×0.3Ω= 1.2mV = 0.15CODE ≒ 0이고, 동작에 따라 저하되는 전압의 양을 VL = 800mA ×0.3Ω= 240mV = 30 CODE인 전자기기가 있다고 하자. 여기서 전압을 CODE로 표현하는 것은 이해를 돕기 위함이다.
그러나 같은 동작에 따라 저하되는 전압의 양이 VL = 360mV 이라면, 상기 배터리를 사용하는 전자기기의 내부 저항의 값을 0.3Ω이므로 동작에 따른 전류값이급격히 변한 것임을 알 수 있다. 즉, 1200mA ×0.3Ω= 360mV = 45 CODE 가 저하된 것이다. 동일한 동작 수행에 있어서, 현재의 용량이 기존의 용량과 급격히 30 CODE에서 45 CODE가 차이나는 것으로 상기 전자기기의 고장을 의심할 수 있다.
즉, 상기 제어부(40)는 동작 수행에 따른 전류값만으로 전자기기의 고장 여부를 감지하게 된다. 상기 전자기기는 사용자의 설정에 따라 동작중인 전류의 값이 다르므로, 복합적인 동작 수행을 L이라고 할때 L=A+B+C 이고, 각 전자기기의 각각의 동작에 따른 A와, B와, C의 저하되는 전압을 확인할 수도 있다.
예를 들어, 동작 수행에 따른 전류값의 소모가 A =120mA, B = 240mA , C= 440mA가 정상이라면, A의 전압드롭 = 120mA ×0.3Ω= 36mV = 4.5 CODE, B의 전압드롭 = 240mA ×0.3Ω= 72mV = 9 CODE, C의 전압드롭 = 440mA ×0.3Ω= 132mV = 16.5CODE이다.
헌데, 동일한 동작 수행에 따른 전류값의 소모가 A = 300mA , B = 460mA, C = 440mA 가 흐른다면 A의 전압드롭 = 300mA ×0.3Ω= 90mV = 11.25 CODE, B의 전압드롭 = 460mA ×0.3Ω= 138mV = 17.25 CODE, C의 전압드롭 = 440mA ×0.3Ω= 132mV = 16.5CODE 이라면, 상기 제어부(40)는 A의 동작을 수행하는 부품과 B의 동작을 수행하는 부품이 고장이라고 판단하게 된다.
반면, 기존 용량(VH-VL)와 현재 구한 용량(VH-VL)의 차이가 미리 정해진 한계치내에 존재하면 상기 제어부(40)는 상기 메모리(60)에 저장되어 있는 공칭 용량(VHO- VLO)를 독출한다.(155) 여기서 공칭 용량이란, 제조자에 의해서 배터리 자체가 가지고 있는 원래의 동작에 따른 평균 소모 전류값에 따른 전압이다. 독출한 공칭 용량(VHO- VLO)과 현재의 동작에 의해 계산된 현재 용량(VH-VL)를 비교하여 상기 배터리(10)에 남아있는 잔량을 계산한다.(160) 계산하는 방법은 하기에 설명될 [수학식 1] 또는 [수학식 2]와 같다.
여기서, 상기 VH-VL은 현재 동작에 의해 계산된 현재 용량을 의미하고, VHO-VLO는 공칭용량을 의미한다.
공칭 용량과 현재의 배터리의 동작 수행에 따라 소모되는 전류값을 가지고 각 동작에 따라 소모되는 전압인 현재 용량을 단순히 계산한다.
예로,이다.
여기서, 상기 VH-VL은 현재 동작에 의해 계산된 현재 용량을 의미하고, VHO-VLO는 공칭용량을 의미한다.
배터리가 가지고 있는 고유한 특성비를 공칭 용량에 대한 현재 용량을 곱한 값에 배터리가 가지고 있는 특성 기준값을 더하여 계산된다.
예로,
표시부(50)는 상기 제어부(40)에 의해 계산된 배터리의 잔량을 표시한다. (165)
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 동작하는 본 발명에 있어서, 개시되는 발명중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 배터리 용량을 측정할 때 전자기기에 흐르는 전류를 이용하여 남아 있는 배터리 수명을 예측하고 동작수행에 따른 전자기기 이상여부를 확인할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 전자기기에서 배터리의 수명과 기기이상 여부를 판단하는 방법에 있어서,
    대기 중에 소모되는 전류값에 따른 대기중의 전압과 동작 수행에 따른 전류값과 전압을 가지고 현재 용량을 계산하는 과정과;
    상기 현재 용량과 기존 용량을 비교하는 과정과;
    상기 기존 용량과 상기 현재 용량의 차이가 한계치 이상이면, 상기 전자기기를 고장으로 표시하는 과정과;
    상기 기존 용량과 상기 현재 용량의 차이가 한계치 이하이면, 그 차이에 해당하는 공칭 용량과 상기 현재용량을 비교하여 얻은 배터리의 잔량을 표시하는 과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자기기에서 배터리의 수명과 기기이상 여부를 판단하는 방법.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 배터리의 잔량은 하기의 수학식 2를 통해 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 배터리의 수명과 기기이상 여부를 판단하는 방법.
    (수학식 2)
    여기서, 상기 VH-VL은 현재 동작에 의해 계산된 현재 용량을 의미하고, VHO-VLO는 공칭용량을 의미한다.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 공칭용량은 배터리 자체가 가지고 있는 평균 소모 전류값에 따라 기 저장된 것으로 독출된 전압인 것을 특징으로 하는 배터리의 수명과 기기이상 여부를 판단하는 방법.
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