KR101040425B1 - 배터리 팩 및 배터리 잔량 산출 방법 - Google Patents

배터리 팩 및 배터리 잔량 산출 방법 Download PDF

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Abstract

주위의 온도에 따라 변화하는 배터리 잔량의 산출 오차를 경감한다. 온도 측정 수단(12)에 의해 측정된 배터리 셀(11)의 온도는, 온도의 이력을 기억하는 측정 온도 이력 기억 수단(13)에 기억된다. 셀 내 온도 추측 수단(14)은, 측정 온도 이력 기억 수단(13)으로부터, 소정 시간분의 이력으로부터 최저 온도를 추출하고, 그 온도를 현재의 배터리 셀 내 온도로서 추측한다. 잔량 산출 수단(15)은, 추측한 배터리 셀 내 온도를 기초로 하여 배터리 잔량을 산출한다. 측정한 온도를 그대로 배터리 잔량 산출에 이용하지 않고, 추측한 배터리 셀 내 온도를 이용하기 때문에, 측정한 온도가 급격히 상승한다고 하여도, 산출되는 배터리 잔량이 순간에 증대한다고 하는 현상이 방지된다.
Figure R1020040092493
배터리 팩, 배터리 셀, 배터리 잔량, 온도 측정 수단, 측정 온도 이력 기억 수단, 셀 내 온도 추측 수단, 잔량 산출 수단

Description

배터리 팩 및 배터리 잔량 산출 방법{BATTERY PACK AND BATTERY REMAINING AMOUNT CALCULATING METHOD}
도 1은 본 발명의 실시 형태의 배터리 팩의 원리를 나타내는 기능 블록도.
도 2는 본 발명의 실시 형태의 배터리 팩의 하드웨어 구성예.
도 3은 서미스터 온도와 배터리 셀 내(내부 전극) 온도의 관계의 일례를 나타내는 도면.
도 4는 과거 24분 동안의 서미스터 온도의 최저 온도의 이력을 도 3에 부가한 도면.
도 5는 본 발명의 실시 형태의 배터리 팩의 처리의 흐름을 설명하는 흐름도.
도 6은 25℃, 10℃, 0℃에서의 배터리 팩의 방전 특성을 나타내는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 배터리 팩
11 : 배터리 셀
12 : 온도 측정 수단
13 : 측정 온도 이력 기억 수단
14 : 셀 내 온도 추측 수단
15 : 잔량 산출 수단
16 : 통신 수단
본 발명은 배터리 팩 및 배터리 잔량 산출 방법에 관한 것으로, 특히 사용 시의 온도에 따른 배터리 잔량을 산출하는 배터리 팩 및 배터리 잔량 산출 방법에 관한 것이다.
리튬 이온 배터리를 비롯한 배터리 팩(2차 전지)은, 배터리 팩마다 그 용량이 결정되어 있지만, 사용하는 온도에 따라 용량이 변경된다고 하는 특징이 있다.
저온 사용 시에서는, 배터리 셀의 내부 임피던스가 높게 되기 때문에, 동일한 전류값을 흘리고자 할 때에 전압의 강하가 크게 되어, 배터리 팩의 용량이 감소한다.
도 6은 25℃, 10℃, 0℃에서의 배터리 팩의 방전 특성을 나타내는 도면이다. 횡축은 시간이고, 종축은 전압이다.
2.0W 방전, 엔드 전압 3.35V로 설정한 경우에, 도 6과 같이, 예를 들면, 25℃에서의 환경 하에서 방전할 수 있는 용량을 100%로 하면, 10℃에서의 환경 하에서는 약 80%, 0에서의 환경 하에서 방전할 수 있는 용량은 약 60%라고 하는 측정 결과가 얻어지고 있다.
종래, 저온 사용 하에서의 배터리 용량 저하의 보정으로서 온도 센서를 이용하여 배터리 팩의 온도를 검출하고, 배터리 잔량을 보정한다고 하는 방법이 이용되 고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
이 경우, 현재의 서미스터의 온도를 측정하여, 현재의 온도 환경 하에서 사용 가능 시간을 보정한다. 따라서, 저온 환경 하에서는 사용 가능 시간의 표시는 상온 시에 비해 짧게 되는 경향이 있다.
[특허 문헌 1] 일본특허공개 2000-260488호 공보(단락 번호 [0038]∼[0072])
그러나, 종래의 서미스터를 이용하는 방법은, 배터리 셀의 내부에 서미스터를 탑재하는 것은 곤란하기 때문에, 배터리 팩의 기판 상의 온도나, 배터리 셀의 표면 온도 밖에 측정할 수 없었다. 실제의 배터리의 용량 저하는 배터리 셀의 내부 온도(내부에 있는 전극의 온도)에 의존하고 있다. 이 때문에, 올바른 보정을 행할 수 없다고 하는 문제가 있었다.
또한, 최근 배터리를 탑재하는 캠코더나 디지털 스틸 카메라는 소형화되는 경향이 강해지고 있고, 배터리도 사용하는 기기에 내장되는 경우가 늘어나고 있다. 일반적으로, 이들 기기는 사용함으로써 발열을 하고, 그 열에 의해 배터리 팩의 표면 온도도 높게 된다고 하는 영향을 미친다. 그러나, 이 시점에서는 서미스터의 온도가 상승하고 있을 뿐이고, 배터리 셀의 내부의 온도까지는 상승하지 않는다. 배터리로서 사용할 수 있는 용량도 저하된 채이다.
즉, 저온 하에서 배터리의 사용을 시작하면, 서미스터의 온도가 올라, 잔량 표시도 많게 되지만, 배터리 내부까지 따뜻해져 있지 않은 경우에는, 산출된 배터리 잔량과 실제로 사용 가능한 용량 사이에 오차가 발생한다고 하는 문제가 발생한 다.
본 발명은 상기의 점을 감안하여 이루어진 것으로, 배터리 잔량의 산출 오차를 경감할 수 있는 배터리 팩 및 배터리 잔량 산출 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서는 상기 문제를 해결하기 위해서, 사용 시의 온도에 따른 배터리 잔량을 산출하는 배터리 팩에 있어서, 배터리 셀의 온도를 측정하는 온도 측정 수단과, 측정한 상기 온도의 이력을 기억하는 측정 온도 이력 기억 수단과, 소정 시간분의 상기 이력으로부터 최저 온도를 추출하고, 상기 최저 온도를 현재의 배터리 셀 내 온도로서 추측하는 셀 내 온도 추측 수단과, 추측한 상기 배터리 셀 내 온도를 기초로, 배터리 잔량을 산출하는 잔량 산출 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩이 제공된다.
이러한 구성에 따르면, 온도 측정 수단에 의해 측정된 배터리 셀의 온도는, 온도의 이력을 기억하는 측정 온도 이력 기억 수단에 기억된다. 셀 내 온도 추측 수단은, 측정 온도 이력 기억 수단으로부터, 소정 시간분의 이력으로부터 최저 온도를 추출하고, 그 온도를 현재의 배터리 셀 내 온도로서 추측한다. 잔량 산출 수단은, 추측한 배터리 셀 내 온도를 기초로 하여 배터리 잔량을 산출한다. 측정한 온도를 그대로 배터리 잔량 산출에 이용하지 않고, 추측한 배터리 셀 내 온도를 이용하기 때문에, 측정한 온도가 급격히 상승한다고 하여도, 산출되는 배터리 잔량이 순간에 증대한다고 하는 현상이 방지된다.
<실시예>
이하, 본 발명의 실시 형태를, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태의 배터리 팩의 원리를 나타내는 기능 블록도이다. 본 발명의 실시 형태의 배터리 팩(10)은, 배터리 셀의 온도를 측정하는 온도 측정 수단(12)과, 측정한 온도의 이력을 기억하는 측정 온도 이력 기억 수단(13)과, 소정 시간분의 이력으로부터 최저 온도를 추출하고, 최저 온도를 현재의 배터리 셀 내 온도로서 추측하는 셀 내 온도 추측 수단(14)과, 추측한 배터리 셀 내 온도를 기초로, 배터리 잔량을 산출하는 잔량 산출 수단(15)과, 산출한 배터리 잔량을, 도시하지 않은 접속 기기에 통지하는 통신 수단(16)을 포함한다.
배터리 셀(11)은, 예를 들면 리튬 이온 배터리이다. 온도 측정 수단(12)은, 예를 들면 서미스터이고, 배터리 셀 표면이나 기판 상에 탑재된다. 또한, 측정 온도 이력 기억 수단(13)은, 예를 들면 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)이다. 셀 내 온도 추측 수단(14), 잔량 산출 수단(15)은, 예를 들면 마이크로 컨트롤러(이하, 마이크로 컴퓨터라고 칭함)에 의해 실현된다.
또한, 소정 시간이란, 예를 들면, 서미스터에 의해, 임의의 시점에서 측정하여 얻어진 온도에, 배터리 셀 내 온도가 도달하기까지의 시간에 의해 규정되며, 배터리 셀(11)의 열 전압 특성이나, 배터리 팩(10) 내에서 온도 측정 수단(12)인 서미스터가 배치되는 장소에 따라 변한다.
배터리 팩(10)의 동작을 설명한다. 예를 들면, 배터리 팩(10)을, 비디오 카메라나 디지털 스틸 카메라 등의 접속 기기에 접속하여 사용을 개시하면, 배터리 셀(11)의 온도가 온도 측정 수단(12)에 의해 측정된다. 이 때, 배터리 셀(11)의 표면 또는 배터리 팩(10) 내의 온도가 측정되게 된다. 여기서 측정한 온도는, 측정 온도 이력 기억 수단(13)에 기억된다. 셀 내 온도 추측 수단(14)은, 측정 온도 이력 기억 수단(13)으로부터, 소정 시간분의 이력으로부터 최저 온도를 추출하고, 그 온도를 현재의 배터리 셀 내 온도로서 추측한다. 잔량 산출 수단(15)은, 추측한 배터리 셀 내 온도를 기초로 하여 배터리 잔량을 산출한다. 통신 수단(16)은, 접속한 비디오 카메라나 디지털 스틸 카메라 등에서 사용 가능한 남은 시간을 표시할 수 있도록 산출한 배터리 잔량을 통지한다.
이와 같이, 측정한 온도를 그대로 배터리 잔량 산출에 이용하지 않고, 추측한 배터리 셀 내 온도를 이용하기 때문에, 측정한 온도가 급격히 상승한다고 하여도, 산출되는 배터리 잔량이 순간에 증가한다고 하는 현상을 방지할 수 있다.
다음에, 본 발명의 실시 형태의 상세를 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 형태의 배터리 팩의 하드웨어 구성예이다.
배터리 팩(50)은, 배터리 셀(51)과 주변 회로(52)와 마이크로 컴퓨터(53)와 서미스터(54)와 통신 회로(55)를 포함한다.
배터리 셀(51)은, 예를 들면 리튬 이온 배터리, 니켈 수소 배터리, 리튬 폴리머 배터리 등이다.
배터리 셀(51)의 정극은 정극 단자(61)에, 부극은 전류 검출 저항 Rs, 파워 MOSFET(Metal-0xide-Semiconductor Field Effect Transistor)와 다이오드로 이루어지는 충전 제어 스위치 SW1 및 방전 제어 스위치 SW2를 통해, 부극 단자(62)에 접 속된다.
주변 회로(52)는, 전압 비교기(콤퍼레이터)를 주로 한 회로 구성으로 되어 있고, 전류 검출 저항 Rs에 흐르는 충방전 전류값을 검출하는 기능이나, 과충전, 과방전, 과전류로부터 배터리 셀(51)을 보호하는 보호 기능을 갖는다. 구체적으로는, 배터리 셀(51)의 전압이 설정 전압 이상으로 되면, 충전 제어 스위치 SW1을 오프로 하여 충전을 정지함으로써 과충전을 방지한다. 또한, 배터리 셀(51)의 전압이 설정 전압을 하회하면, 방전 제어 스위치 SW2를 오프로 하여 방전을 정지함으로써 과방전을 방지한다.
마이크로 컴퓨터(53)는, 주변 회로(52)에 의해 검출되는 충방전 전류를 적산하여, 사용 시의 온도에 따라 배터리 잔량을 산출한다. 또한, 서미스터(54)를 제어하여, 서미스터(54)에서 측정된 온도의 이력을 기억하는 측정 온도 이력 기억 수단으로서, 예를 들면 EEPROM을 내장하고 있다. 또, 통신 회로(55)를 제어하여, 산출한 배터리 잔량을 접속 기기에 통지하는 기능을 갖는다.
배터리 팩(50)의 동작을 설명한다.
예를 들면, 배터리 팩(50)의 정극 단자(61), 부극 단자(62)를, 비디오 카메라나 디지털 스틸 카메라, 충전기 등의 접속 기기에 접속하여 사용을 개시하면, 주변 회로(52)에 의해 검출된 충방전 전류값을 마이크로 컴퓨터(53)에 의해 적산하여, 배터리 잔량을 산출한다. 이 때, 마이크로 컴퓨터(53)는, 서미스터(54)에서 측정된 온도에 따라 배터리 잔량을 보정한다.
도 3은 배터리 사용 시에서의 서미스터 온도와 배터리 셀 내(내부 전극) 온 도의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
횡축은 경과 시간이고, 종축이 온도[℃]이다.
본 도면과 같이, 셀 내부 전극 온도는 서미스터 온도가 상승하여도 쉽게 그 온도는 오르지 않고, 셀 내부 전극 온도는 어느 정도의 시간을 경과하고 나서, 임의의 시점에서 측정한 서미스터 온도에 도달하는 특성을 나타낸다. 본 예에서는, 약 24분 경과하면, 셀 내부 전극 온도는 서미스터 온도에 가까운 값을 나타낸다.
본 발명의 실시 형태의 배터리 팩(50)에서, 서미스터(54)에서 측정한 온도는 마이크로 컴퓨터(53)의 도시하지 않은 RAM 혹은 EEPROM에 기억된다. 마이크로 컴퓨터(53)는, 현재 측정한 온도가 EEPROM에 저장된 소정 시간분의 이력 중에서 최저가 아니라면, 그 이력으로부터 최저 온도를 추출하고, 그 온도를 현재의 배터리 셀 내 온도로 한다. 예를 들면, 도 3과 같은 경우, 24분 동안의 이력으로부터 최저 온도를 추출하고, 그 온도를 현재의 배터리 셀 내 온도로서 추측한다.
도 4는, 과거 24분 동안의 서미스터 온도의 최저 온도의 이력을 도 3에 부가한 것이다.
횡축은 경과 시간이고, 종축이 온도[℃]이다.
도면과 같이, 과거 24분의 최저 온도의 이력을 취하면, 셀 내부 전극 온도에 가까운 값을 얻을 수 있다.
마이크로 컴퓨터(53)는, 추측한 배터리 셀 내 온도를 기초로 하여, 주변 회로(52)에 의해 검출되는 전류값을 적산하여 산출한 배터리 잔량을 보정한다. 이와 같이 하여 산출한 배터리 잔량을, 마이크로 컴퓨터(53)의 제어 하에, 통신 회로 (55)는 도시하지 않은 접속 기기에 통지함으로써, 예를 들면, 비디오 카메라나 디지털 스틸 카메라 등에서는, 현재의 환경 하에서의 실제로 방전 가능한 시간에 가까운 값을, 사용자에 대하여 제시할 수 있다.
또한, 급격한 온도 변화에 의해 서미스터의 온도가 상승한다고 하여도, 순간에 남은 시간의 표시가 증가한다고 하는 문제를 회피할 수 있다.
마지막으로, 본 발명의 실시 형태의 배터리 팩의 처리를 흐름도로 정리한다.
도 5는 본 발명의 실시 형태의 배터리 팩의 처리의 흐름을 설명하는 흐름도이다.
단계 S1 : 온도 측정
서미스터(54)에 의해, 배터리 셀(51)의 온도를 측정한다.
단계 S2 : 측정 온도 이력 기억
마이크로 컴퓨터(53)는 측정한 온도의 이력을, 예를 들면 EEPROM에 기억한다.
단계 S3 : 셀 내 온도 추측
마이크로 컴퓨터(53)는, 소정 시간분의 이력으로부터 최저 온도를 EEPROM에서 추출하고, 그 최저 온도를 현재의 배터리 셀 내 온도로서 추측한다.
또, 현재 측정한 온도가 이력 중에서 최저이면, 그 값을 배터리 셀 내 온도로서 이용한다.
단계 S4 : 배터리 잔량 산출
마이크로 컴퓨터(53)는, 주변 회로(52)에 의해 검출되는 전류값을 적산하여 산출한 값을, 추측한 배터리 셀 내 온도를 기초로 보정하여, 배터리 잔량을 산출한다.
단계 S5 : 배터리 잔량 통지
마이크로 컴퓨터(53)는, 통신 회로(55)를 제어하여, 도시하지 않은 접속 기기에 산출한 배터리 잔량을 통지한다.
또, 상기 본 발명의 실시 형태에서는, 과거의 최저 온도의 이력을 보유함으로써, 현재의 배터리 셀 내의 온도를 추측한다고 하였지만, 최고 온도의 이력도 보유하거나, 온도 변화로부터 현재의 온도를 추측하도록 하거나 하여도 된다. 이와 같이 함으로써, 보다 정확하게 배터리 셀 내의 온도를 추측하는 것이 가능해져, 남은 시간 표시도 실제의 값에 가깝게 하는 것이 가능하게 된다.
또한, 상기의 처리 내용은, 마이크로 컴퓨터(53)의 소프트웨어에 의해 실현 가능하기 때문에, 현행 제품에 대하여 비용 상승없이 실현할 수 있다.
예를 들면, 비디오 카메라나 디지털 스틸 카메라, 충전기에 접속하는 배터리 팩에 적용할 수 있다.
본 발명의 배터리 팩에 의하면, 측정한 온도를 그대로 배터리 잔량 산출에 이용하지 않고, 소정 시간분의 이력으로부터 최저 온도를 추출하고, 그 온도를 현재의 배터리 셀 내 온도로 추측하여 배터리 잔량 산출에 이용하기 때문에, 측정한 온도가 급격히 상승한다고 하여도, 산출되는 배터리 잔량이 순간에 증대한다고 하는 현상을 방지할 수 있다.

Claims (4)

  1. 사용 시의 온도에 따른 배터리 잔량을 산출하는 배터리 팩에 있어서,
    배터리 셀의 온도를 측정하는 온도 측정 수단과,
    측정한 상기 온도의 이력을 기억하는 측정 온도 이력 기억 수단과,
    소정 시간분의 상기 이력으로부터 최저 온도를 추출하고, 상기 최저 온도를 현재의 배터리 셀 내 온도로서 추측하는 셀 내 온도 추측 수단과,
    추측한 상기 배터리 셀 내 온도를 기초로, 배터리 잔량을 산출하는 잔량 산출 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소정 시간은, 임의의 시점에서 측정한 상기 온도에 상기 배터리 셀 내 온도가 도달하기까지의 시간에 의해 규정되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    산출한 상기 배터리 잔량을 접속 기기에 통지하는 통신 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 사용 시의 온도에 따른 배터리 잔량을 산출하는 배터리 잔량 산출 방법에 있 어서,
    배터리 셀의 온도를 측정하는 단계와,
    측정한 상기 온도의 이력을 기억하는 단계와,
    소정 시간분의 상기 이력으로부터 최저 온도를 추출하고, 상기 최저 온도를 현재의 배터리 셀 내 온도로서 추측하는 단계와,
    추측한 상기 배터리 셀 내 온도를 기초로, 배터리 잔량을 산출하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 잔량 산출 방법.
KR1020040092493A 2003-11-14 2004-11-12 배터리 팩 및 배터리 잔량 산출 방법 KR101040425B1 (ko)

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