KR100566808B1 - 적응적 전지 사용시간 연장 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전지를 전력원으로 하는 휴대용 기기 사용시에 전지의 잔여 사용 시간을 소모 전류 및 전지 전압을 통하여 예측하고, 예측한 시간을 사용자의 목적 수행 시간을 위해 필요한 시간과 비교하여 필요한 경우 소모 전류를 감소시켜 사용 시간을 보장하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

이차전지, 전류, 시간

Description

적응적 전지 사용시간 연장 장치 및 방법{An apparatus and method for extending battery time adaptively}

도 1은 전지에서 방전특성에 따라 소모 전류의 크기에 따라 총전력량이 변화하는 것을 나타내는 그래프이다.

도 2는 전지에서 동일한 부하를 연결하였을 때 방전이 진행되면서 소모 전류가 증가하는 것을 나타내는 그래프이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 회로 구성도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 사용 시간 보장 방법의 흐름도이다.

현재 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기, 휴대용 정보 단말 장치 등 전자기기의 보급이 늘어나고 이들 제품들에 이차 전지가 주로 사용되고 있다. 종래에는 전지 잔량을 예측하기 위해 전지의 전압을 이용하여 전지의 전압이 일정 수치 이하이면 절전 모드에 돌입하거나, 전류치만을 이용하여 총방전량에서 소모전류값을 감산시켜 계산한 잔존 용량이 일정 수치 이하이면 절전 모드에 돌입하였다.

이와 같은 종래의 시스템 내지 방법에 의하면 소모되는 전류의 크기에 따른 전지 전력량의 변화를 고려하지 못하는 문제가 있다. 또한 잔여 전지 전력량을 예상 전류 소모량으로 나누어 계산하였으나 이 방법은 전지 전압이 낮아짐에 따라 발생하는 소모 전류 증가치를 포함하고 있지 않아 오차가 생기게 된다.

게다가 종래 기술은 앞으로 사용자가 얼마의 시간동안 장치를 사용하고자 하는지를 전혀 고려하지 않고 있다. 예를 들어 충전 없이 앞으로 3시간을 사용하여야 하는 사용자와 앞으로 1분만 더 사용한 후 재충전시킬 사용자를 동일하게 취급하고 있다. 따라서 잔존 용량에 의해 사용자가 사용하고자 하는 시간 동안 충분히 전원을 제공할 수 있는데도 절전 모드에 돌입하기도 하고, 반대로 잔존 용량에 의해 사용자가 사용하고자 하는 시간동안 전원을 제공할 수 없어서 일찍 절전 모드에 돌입해야 하는데도 전원의 절대적인 잔존용량 추정치가 일정 수치 이하가 되어야만 절전모드에 돌입하는 문제점이 있다.

본 발명은 전지의 잔량을 예측하는 데 있어 전지의 방전특성을 고려하여 소모 전류치에 근간한 전지 전력량의 변화를 포함하여 정확도를 보정하는 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 전지 사용 시간을 예측하는데 방전시 소모 전류의 증가치를 포함하는 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 사용자의 목적 사용 시간에 적응적으로 절전 모드 돌입여부를 결정함으로써 보다 효율적으로 전지의 잔존 사용 시간을 관리하는 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 사용자의 목적 사용 시간에 적응적으로 전지 사용 장치의 잔여 전지 수명을 연장하기 위한 장치에 있어서, 상기 전지 사용 장치를 제어하기 위한 수단과, 사용자의 목적 사용시간을 입력받기 위한 수단 - 상기 입력 수단은 상기 제어 수단과 전기적으로 연결되어 신호를 전송함- 과, 상기 전지 사용 장치에서 사용 중인 전지의 전압을 측정하고 이를 디지털 값으로 변환하는 수단과, 각 시점에서 상기 전지 사용 장치에서 소모되는 소모 전류의 값을 측정하여 이를 디지털 값으로 변환하는 수단과, 상기 변환된 소모 전류의 값을 저장하기 위한 수단을 포함하되, 상기 제어 수단은 기 입력 수단으로부터 사용자의 목적 사용시간에 관한 데이터가 입력되면 그 이후 적어도 하나의 기준 시점에서 상기 기준 시점에서의 소모 전류에 관한 데이터 및 상기 기준 시점에서의 사용 중인 전지의 전압 측정값으로부터 향후 사용가능시간의 예측치를 구하고, 상기 사용가능시간 예측치와 상기 사용자의 목적 사용 시간에서 상기 목적 사용 시간을 입력한 시점부터 상기 기준 시점까지의 경과 시간을 차감한 시간을 비교하고, 상기 비교 결과로부터 절전모드 돌입 여부를 결정하고, 절전모드 돌입으로 결정되면 소모 전류를 감소시키는 것을 특징으로 하는 장치에 관한 것이다.

한편 본 발명은 사용자의 목적 사용 시간에 적응적으로 전지 사용 장치의 잔여 전지 수명을 연장하기 위한 적응형 전지 제어 방법에 있어서, 제어부와 연결된 입력장치를 통해 사용자의 목적 사용 시간을 입력받는 단계와; 상기 전지 사용 장치에서 사용 중인 전지의 전압을 측정하는 단계와; 동작 중 각 시점에서의 소모 전류의 값을 저장 보관하는 단계와; 상기 입력 장치를 통해 사용자의 목적 사용시간에 관한 데이터가 입력되면 그 이후 적어도 하나의 기준 시점에서 상기 기준 시점의 소모 전류에 관하여 저장된 데이터 및 사용 중인 전지의 전압 측정값으로부터 향후 사용가능시간의 예측치를 구하는 단계와; 상기 사용가능시간 예측치와 상기 사용자의 목적 사용 시간에서 상기 목적 사용 시간을 입력한 시점부터 상기 기준 시점까지의 경과 시간을 차감한 시간을 비교하는 단계와; 상기 비교 결과로부터 절전모드 돌입 여부를 결정하는 단계와; 절전모드 돌입으로 결정되면 소모 전류를 감소시키는 단계를 포함하는 적응형 전지 제어 방법에 관한 것이다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2는 전지의 방전 특성을 나타내는 그래프이다. 도 1은 동일한 전 지가 여러 부하에 연결되어 다양한 크기의 전류를 공급할 때의 총방전량의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 1에 의하면, 전지의 총방전량은 순간 소모전류의 크기에 따라 다소 변화하는 것을 알 수 있다. 즉 전지의 총방전량은 순간 소모전류가 커짐에 따라 다소 줄어듬을 알 수 있다. 한편 도 2는 전지가 일정한 부하에 연결되어 전력을 공급할 때 전지가 방전됨에 따라 전지 전압은 감소하고 소모 전류는 증가하는 것을 나타내는 그래프이다. 따라서 노트북에서 동일한 작업을 수행할 때 전지가 방전됨에 따라 전지 전압은 감소하고 소모 전류는 증가할 것임을 예측할 수 있다.

현재 통상 수행되는 전지의 총잔량 계산은 전지의 전압을 측정해서 얼마나 방전되었고 앞으로 얼마만큼의 잔량이 남아 있는지를 일률적으로 추정한다. 그러나 본 발명에 있어서는 전지의 전압을 통해 파악되는 총잔량 예측치보다는 앞으로 어느 정도의 시간 동안 현재 사용 중인 전지를 사용하여 작업하는 것이 가능한지 그 시간에 대한 예측치를 얻고자 한다.

도 1 및 도 2의 그래프에 의하면 전지의 총방전량은 소모 전류의 크기에 따라 다소 차이가 나고 또한 일정한 부하에 연결되어 전지가 전력을 공급할 때라도 소모 전류는 시간이 지남에 따라 달라짐을 알 수 있다. 따라서 실제로 전지가 어느 정도 방전이 가능할 것인지는 정확히 예측할 수는 없다. 예를 들어, 노트북을 사용할 때 수행되는 프로그램이 바뀌면 소모 전류의 값도 달라지게 되며 같은 프로그램을 사용하더라도 소모 전류의 값이 점점 커지기 때문에 도 1 및 도 2의 그래프에 나타난 전지의 특성에 비추어 볼 때 전지의 총방전량을 정확히 예측하는 것은 어렵다. 즉, 전지의 표준용량(SC)이나 잔량 백분율로부터 향후 방전할 수 있는 양을 정확히 알 수는 없음을 알 수 있다.

본 발명은, 표준용량 기준의 전지 잔량을 파악하고 이러한 잔량이 어느 수치 이하이면 무조건 절전모드로 돌입하는 종래의 전지 수명 관리 시스템 내지 방법과는 다른 방식에 의해 전지 사용가능 시간의 관리를 수행한다. 즉, 본 발명에서는 전지를 앞으로 얼마 동안 사용할 수 있을 것인지를 예측하고 사용자가 목적하는 사용 시간과 이를 비교하여 필요하다고 인정되는 경우에만 전지 사용 시간의 관리를 위한 절전 모드에 돌입한다.

본 발명의 장치는 사용자의 목적 사용시간을 입력받기 위한 수단을 구비한다. 예를 들어, 휴대폰의 경우는 키 패드, 노트북의 경우는 키보드 또는 마우스 등의 입력 장치가 구비되어 있는데, 본 발명은 이러한 하드웨어 수단을 통해 목적 사용시간을 입력받을 수 있음은 물론이다 한편, 장치의 프로세서 유닛 및 애플리케이션 프로그램을 통해 입력되는 값들이 의미 있게 수신되어 향후의 동작제어에 사용되는 것임은 물론이다. 이러한 입력 수단은 장치를 제어하는 수단 예를 들면 장치를 절전 모드로 돌입하게 하여 전력 소비를 감소시키거나 정상 모드로 돌입하게 하는 등의 제어를 행하는 수단에 입력 값을 전송한다.

본 발명의 장치는 전지의 소모 전류를 측정하는 수단 및 전지의 전압을 측정하는 수단을 포함한다. 도 3에는 이를 위한 일 실시예가 도시되어 있다. 이에 도시된 바와 같은 회로 장치를 통해 본 발명은 전지의 소모 전류나 전지 전압을 측정할 수 있다. 예를 들면, 전지의 소모 전류(mA)를 측정하기 위해 전지와 직렬 연결된 전류 감지용 저항(Rsense)의 양단은 A/D 변환기에 의해 디지털 신호로 변환되고 변환된 신호는 제어부에 전송된다. 전지의 소모 전류는 일정 시간 간격으로 지속적으로 측정하는 것이 바람직하다. 각 시점에서의 소모 전류가 측정되고 전송되어 제어부에 연결된 저장 장치에 의해 저장될 수 있다. 한편, 전지 전압은 전지 양단에 병렬로 연결된 A/D 변환기에 의해 디지털 신호로 변환되어 제어부에 전송될 수 있다. 제어부는 전송된 소모 전류값이나 전지 전압값에 대한 데이터를 사용하여 향후 상세히 기술되는 바와 같은 제어 동작을 수행할 수 있다. 한편, 일정 시점에서의 소모 전류를 합리적으로 계산하기 위해서는 적당한 측정 구간을 정하여 그 구간 내에서 측정한 여러 번의 측정치를 평균하여 사용하는 것이 바람직하다.

바람직하게는 제어부에 사용 전지의 기준 데이터가 미리 입력될 수 있다. 기준 데이터는 표준용량(SC), 표준 방전시의 잔량 백분율에 대한 전지 전압 그래프, 용량 변화도, 소모 전류 증가도 등이 될 수 있으며, 이들은 전지의 종류 및 제조회사에 따라 달라질 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 사용 시간 보장 방법의 전체 흐름을 나타내 는 흐름도이다. 사용자의 목적 사용 시간이 입력 수단에 의하여 입력되면 본 발명의 장치에서는 현재의 전지가 목적 사용 시간 동안의 사용을 보장해 줄 수 있을 것인지를 체크하여 필요한 경우 절전 모드에 돌입하게 함으로써 소비 전력을 감소시켜 사용 가능한 시간을 증가시킨다.

우선 사용자의 목적 사용 시간이 입력되면 그 입력 시점 이후 적어도 하나의 기준 시점에서 향후 사용가능시간의 예측치를 구하고 이를 목적 사용 시간 중 남은 시간과 비교하여 목적 사용시간을 달성할 수 있는지를 체크한다.

예를 들어, 13시 정각에 목적사용시간(tm)으로 1시간을 사용자가 입력하면 13시나 그 이후 10분 간격으로 목적사용시간의 잔존시간 동안 전지가 충분한 전력을 공급할 수 있을 것인지를 체크한다. 13시 20분에는 그 시점에서의 소모 전류와 전지 전압의 측정치로부터 가능한 사용가능시간을 예측하고 이를 남은 목적사용시간 40분과 비교하여 절전 모드에 돌입할 것인지를 결정하고 필요한 경우 절전 모드에 돌입한다.

즉, 사용자의 목적 사용 시간(tm)이 입력되면 그 입력 시점(ti) 이후 적어도 하나의 기준 시점(tr)에서 그 기준 시점에서의 소모 전류 및 전지 전압에 관한 측정치로부터 향후 사용가능시간의 예측치(te)를 구하고, 이를 사용자의 목적 사용 시간(tm)에서 상기 목적 사용 시간을 입력한 시점(ti)부터 상기 기준 시점(tr)까지 의 경과 시간(tr-ti)을 차감한 시간(tm-tr+ti)을 비교하여 절전 모드 돌입 여부를 결정한다.

표준용량 기준의 전지 잔량은 다음 수학식에 의하여 얻어진다.

충전기로부터 연결이 끊어져 방전이 시작된 시점부터 전지는 전력을 제공하게 되며 soc(State Of Charge, 잔량백분율)은 SC(표준용량)에서 사용자가 사용시간을 예측하는 시점까지 소모 전류치를 감산하여 연산된다.

본 발명에 따른 전지 잔량 예측 방법은 여러 전지의 사용 형태에 따른 용량의 변화를 포함하는 것으로, 이것은 방전이 중지되어 전지용량이 증가하거나 기준 전류보다 큰 전력을 제공하여 전지용량이 크게 감소하는 전지의 특성들을 고려하는 것이다. 우선, 표준 용량일 때 각 잔량 백분율의 전지 전압 및 용량 증가율(Ksoc)을 저장하였다가 예측 시점의 표준용량 기준 잔량 백분율, 전지 전압(vb) 그리고 소모 전류(ib)를 측정하여 동일한 잔량 백분율일 때 기준 전지 전압(vref)보다 높을 경우 표준용량보다 큰 전력을 제공할 수 있고, 기준 전지 전압보다 낮은 경우 표준용량보다 적은 전력을 제공하는 것이다. 증감 정도는 미리 구해진 전지의 용량의 변화도에 따라 달라진다. 전지가 제공할 수 있는 잔여 전력량(RC)은 다음과 같 은 수학식으로 얻어질 수 있다.

는 표준용량 기준으로 예측 시점의 전지 용량 증감을 계산하는 모델의 조건부 함수이다. 상술한 바와 같이 전지 잔량을 바탕으로 전지 사용가능 시간을 예측할 때 전지 소모 전류 및 전지 전압 측정 단계에서 측정된 소모 전류 및 전지 전압을 이용하여 전지 사용가능 시간을 산출하게 된다. 전지의 잔여 사용가능시간(LT)은 전지 잔여 전력량을 전지 소모 전류치로 나누되 전류 증가도(β)를 고려하는 것을 포함한다. 전지 사용 가능 시간은 다음의 수학식으로 산출될 수 있다.

P(β)는 현재 소모 전류치가 완전 방전시까지 증가하는 모델의 조건부 함수이다.

앞에서 설명한 바와 같이 전지의 잔여 사용가능시간을 예측할 때 전지 전압이나 표준 용량 기준 전지의 잔여 용량으로부터 획일적으로 추산하는 것이 아니라, 예측 시점에서의 소모 전류값과 예측 시점에서의 전지 전압에 관한 데이터를 모두 이용하여 향후 같은 부하가 걸리는 것을 가정하여 전지의 사용가능시간을 예측하는 것이 바람직하다. 즉, 사용자가 사용하는 프로그램이 동일하다고 가정하고 그 경우 현재의 전지 전압 수준에 서 현재의 소모 전류 수준의 작업을 수행할 때 전지의 사용 가능시간을 추정하는 것이 바람직한 것이다.

본 발명에 따른 사용 시간 보장 방법은 사용자의 목적 사용 시간보다 상술한 사용 시간 예측 방법에 의해 예측된 잔여 사용 시간이 작은 경우 목적 사용 시간까지 사용시간을 늘리기 위해 소모 전류를 줄이는 방법이다. 종래에는 전지 전압이 낮아져 전지 잔량이 남아있지 않을 경우 LCD 백라이트를 꺼서 전류 소모를 줄이는 방법이 사용되었으나, 본 발명에서는 사용자의 목적 사용 시간에 맞추어 전지 사용 시간을 늘릴 수 있도록 소모 전류를 줄이는 것이다. 이 때 소모전류를 줄이기 위해 LCD 조정자를 통해 LCD 백라이트의 점등여부 및 밝기단계를 조절하는 것외에 전압/주파수 조정자를 통해 중앙 처리 장치의 공급 전압 및 동작 클럭 주파수를 낮추는 것도 가능하다.

전지의 소모 전류를 낮추기 위해 자원의 사용을 제한하는 우선순위는 사용자의 선호도에 따라 달라질 수 있으며, 사용자의 요청에 의해 미리 입력되어 우선순위에 따라 자동으로 조절될 수 있다. 구체적인 예시로서, 사용자의 전지 목적 사용 시간보다 현재 전지 예상 사용 시간이 작을 때 사용자의 선호도가 LCD 백라이트가 중요할 경우, 전압/주파수 조정자를 통하여 중앙 처리 장치의 공급 전압과 클럭 주파수를 단계별 낮추어 소모전류를 낮춘다. 이후 본 발명의 제1단계부터 반복하여 수행하여 전지 목적 사용시간에 맞출 수 있도록 하는 것이다.

이상과 같이 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상과 균등의 범주에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미친다.

본 발명의 의한 방법을 이용하면, 전지의 잔여 사용 시간을 예측하는데 전지의 전압 혹은 소모 전류만을 고려하지 않고 전지의 방전특성을 고려하는 것을 포함하여 전지의 사용 가능 시간을 정확히 예측하여 사용자가 전지의 방전시간을 알 수 있게 하여 데이터의 손실이나 서비스의 중단을 사전에 방지할 수 있으며, 사용자의 목적 사용 시간보다 잔여 사용 시간이 작을 경우 전지의 사용 시간을 늘려 사용자가 충전가능한 시점까지 휴대용 기기를 사용할 수 있게 하여 사용자가 원하는 시간만큼 서비스를 받을 수 있도록 하고 전지 사용 효율을 높이는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 사용자의 목적 사용 시간에 적응적으로 전지 사용 장치의 잔여 전지 사용 시간을 연장하기 위한 장치에 있어서,

   제어 수단과,

   사용자의 목적 사용시간을 입력받기 위한 수단 - 상기 입력 수단은 상기 제어 수단과 전기적으로 연결되어 신호를 전송함- 과,

   상기 전지 사용 장치에서 사용 중인 전지의 전압을 측정하고 이를 디지털 값으로 변환하는 수단과,

   각 시점에서 상기 전지 사용 장치에서 소모되는 소모 전류의 값을 측정하여 이를 디지털 값으로 변환하는 수단과,

   상기 변환된 소모 전류의 값을 저장하기 위한 수단을 포함하되,

   상기 제어 수단은

   상기 입력 수단으로부터 사용자의 목적 사용시간에 관한 데이터가 입력되면 그 이후 적어도 하나의 기준 시점에서 상기 기준 시점에서의 소모 전류에 관한 데이터 및 상기 기준 시점에서의 사용 중인 전지의 전압 측정값으로부터 향후 사용가능시간의 예측치를 구하고,

   상기 사용가능시간 예측치와 상기 사용자의 목적 사용 시간에서 상기 목적 사용 시간을 입력한 시점부터 상기 기준 시점까지의 경과 시간을 차감한 시간을 비교하고,

   상기 비교 결과로부터 절전모드 돌입 여부를 결정하고,

   절전모드 돌입으로 결정되면 소모 전류를 감소시키는 것을 특징으로 하는

   잔여 전지 사용 시간을 연장하기 위한 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전지 사용 장치는 LCD 디스플레이 수단을 포함하고,

   상기 절전 모드에 돌입하면 상기 LCD 디스플레이 수단의 LCD 백라이트의 밝기를 낮추어 소모 전류를 감소시키는 것을 그 특징으로 하는

   잔여 전지 사용 시간을 연장하기 위한 장치.
3. 사용자의 목적 사용 시간에 적응적으로 전지 사용 장치의 잔여 전지 수명을 연장하기 위한 적응형 전지 제어 방법에 있어서,

   제어부와 연결된 입력장치를 통해 사용자의 목적 사용 시간을 입력받는 단계와;

   상기 전지 사용 장치에서 사용 중인 전지의 전압을 측정하는 단계와;

   동작 중 각 시점에서의 소모 전류의 값을 저장 보관하는 단계와;

   상기 입력 장치를 통해 사용자의 목적 사용시간에 관한 데이터가 입력되면 그 이후 적어도 하나의 기준 시점에서 상기 기준 시점의 소모 전류에 관하여 저장 된 데이터 및 사용 중인 전지의 전압 측정값으로부터 향후 사용가능시간의 예측치를 구하는 단계와;

   상기 사용가능시간 예측치와 상기 사용자의 목적 사용 시간에서 상기 목적 사용 시간을 입력한 시점부터 상기 기준 시점까지의 경과 시간을 차감한 시간을 비교하는 단계와;

   상기 비교 결과로부터 절전모드 돌입 여부를 결정하는 단계와;

   절전모드 돌입으로 결정되면 소모 전류를 감소시키는 단계를 포함하는

   적응형 전지 제어 방법.

Images