KR101216569B1

KR101216569B1 - 배터리 전류 측정 장치와 이를 이용한 배터리 잔량 측정 및 가용시간 계산 방법

Info

Publication number: KR101216569B1
Application number: KR1020090073953A
Authority: KR
Inventors: 구성모
Original assignee: (주) 다이시스
Priority date: 2009-08-11
Filing date: 2009-08-11
Publication date: 2012-12-31
Also published as: KR20110016308A

Abstract

본 발명은 배터리(30)의 양극단자(+)와 전자기기의 배터리 전원입력단(22) 사이에 접속된 전류검출용 센서저항(R), 센서 저항(R)에 접속되어 각각 차동 앰프를 통해서 방전전류와 충전전류를 검출하는 2개의 전류 검출부(52)(54), 센서저항(R) 양단에 접속되어 휴대폰의 충전 및 방전 전압을 검출하는 전압검출부(62)(64)를 구비하여, 전자기기의 각종 동작 모드에 따라 소모전류가 변동하더라도 제어부가 배터리 잔량을 보다 정확하게 검출하고, 정확한 가용시간을 계산할 수 있도록 하는 배터리 잔량 측정 및 가용시간 계산 방법에 관한 것이다.

배터리, 잔량, 가용시간, 저항, 전류

Description

배터리 전류 측정 장치와 이를 이용한 배터리 잔량 측정 및 가용시간 계산 방법{measuring apparatus of battery current and calculation method of battery remaining amount and battery available time}

본 발명은 배터리 전류 측정 장치와 이를 이용한 배터리 잔량 측정 및 가용시간 계산 방법에 관한 것이다.

각종 전자기기는 이동하면서 사용할 수 있도록 기기 자체에 배터리가 구비되어 있는 것들이 있다.

이와 같이 배터리를 구비한 전자기기의 사용에 있어서 얼마의 시간 동안 전자기기가 더 구동이 가능한지를 판단하는 것은 사용자에게 아주 중요한 것으로, 이를 위한 종래의 배터리 잔량 측정 및 표시 방법을 살펴본다.

첫째, 배터리 코드 테이블을 이용한 방법을 살펴본다.

이 방식은 만충전된 배터리를 임의의 전류(휴대폰인 경우 아이들 전류)로 방전하면서 나타나는 시간에 대한 방전 전압 특성을 측정하여 이 그래프의 전압 곡선을 균등한 사용시간으로 분할하고 사용 시간별 전압 값을 찾아 각 전압별로 잔량을 추정하는 방식으로, 단말기 제조시에 다수 시료로 시험 및 평균화하여 만들어지며 배터리 교체시마다 새로 측정하여 휴대폰의 메모리에 저장한다.

그러므로 이 방식은 배터리 코드 테이블이라는 전압-잔량 데이터를 휴대폰의 메모리에 저장하여 두었다가 휴대폰의 제어부가 배터리 전압을 감지하는 주기마다 테이블을 참조하여 잔량을 업데이트(update)한다.

그러나, 이 방법은 방전특성곡선이 사용하는 배터리의 종류, 방전전류 및 배터리 온도에 따라 달라지기 때문에 보다 정확한 잔량 표시를 위해서는 모든 변수에 대한 다량의 데이터가 필요하므로 저장용 메모리가 증가하고 측정 시간이 많이 걸린다는 단점이 있다.

그 예로 통상 휴대폰은 1~2개 정도의 배터리를 사용하는데 배터리 종류별 방전전압특성의 차이가 커 대부분 휴대폰에서는 배터리별로 각각의 코드 테이블을 적용하여 사용하고 이로 인해 다수의 이종 배터리를 사용하려면 메모리 용량이 커지는 문제점이 있었다.

그리고, 배터리 온도별로 코드 테이블을 설정하는 방법은 정상충전온도(0℃ ~ 40℃)에서 만충전된 배터리를 임의의 측정온도에서 1시간이상 저장 후 상기온도에서 임의의 기준전류로 방전하면서 나타나는 전압특성곡선을 휴대폰의 동작온도인 -20℃ ~ 50℃의 전 범위에서 각 온도별로 측정하는데 측정시간 및 데이터량이 증가되어 온도별 코드 테이블은 적용은 하지 않으며 상온에서 측정한 자료를 바탕으로 일괄적용하고 있다. 이 경우 실제 사용 환경에서 배터리 온도의 급격한 변동은 이루어지지 않으므로 배터리 잔량 표시의 급격한 변동은 발생하지 않으나 측정온도와 사용온도가 다르면 실제 잔량 오차는 발생한다. 일반적으로 온도별 방전특성은 기준 측정온도보다 배터리의 온도가 낮아지면 배터리 전압이 감소하고 높아지면 증가하므로 저온에서는 잔량이 감소하고 고온에서는 증가하는 문제점이 발생한다.

또한, 배터리 방전전류별로 배터리 코드 테이블을 사용하기 위해서는 휴대폰의 각 동작모드의 소모전류별로 방전전압특성을 측정하여야 하므로 데이터량이 지나치게 증가되어 메모리가 부족하게 되고 측정시간이 많이 걸리므로 현재 휴대폰에는 적용하지 않고 있으며, 배터리 내부저항에 의한 소모전류의 변화가 부하단의 배터리전압을 변동시켜 배터리 잔량 표시가 모드별로 급격히 변화하게 되고, 측정 및 사용의 단순화를 위하여 단일 배터리 코드 테이블을 사용할 경우에는 방전전류 변동에 따라 배터리 잔량이 달라지는 현상이 발생한다.

두번째로 배터리 코드 테이블과 통화 모드시 발생하는 전압 보상 평균값을 적용하는 경우를 살펴본다.

이는 기준모드인 아이들모드에서 통화모드로 전환시 발생하는 전압변동량의 평균값을 적용하는 것으로, 문제점은 전압 변동 평균값을 적용하여 아이들 모드와 통화모드간의 전환시 배터리 레벨 표시가 변동하는 문제는 다소 해결하였으나 전계 강도에따라 소모전류가 다르고 멀티미디어 기능의 부가로 인한 모드별 소모 전류의차이로 인한 변동이 발생한다.

세번째로, 배터리 코드 테이블과 각 동작 모드별 전압보상 값을 테이블화하여 적용한 방식이 대한민국 특허공개 10-2005-0112269호에 공개되어 있으며, 이는 기준모드에 대한 각 동작모드별 대응하는 보상값을 측정하여 메모리에 저장하여 두고 해당 모드가 동작시 각각의 보상 값을 적용하는 방식이나, 기능모드별로 평균값을 보상함으로 모드 내의 소모전류 변동에 의한 오차가 발생한다.

네번째로는 배터리 코드 테이블과 각 동작 모드별로 전압보상 값 측정하여 보상하는 방식이 대한민국 특허등록 제10-0659378호에 개시되어 있으며, 이는 기준 모드에서 측정한 배터리 전압값과 각 동작모드로 전환시 측정한 전압차이를 보상하여 적용하는 방식이나, 기준 모드에서 각 동작 모드로 전환시점의 전압변동을 측정하여 보상함으로 동작 모드에서 소모전류 변동시 오차발생의 문제가 발생한다.

한편, 휴대폰에서 동작모드별 배터리 가용시간 계산 및 표시/알림 방법을 살펴본다.

그리고, 종래 사용되고 있는 배터리 잔량 표시 및 가용시간 확인 방법을 살펴본다.

첫째는, 배터리 잔량 표시를 통해 사용자의 경험에 의해 사용자 스스로 가용시간을 판단하는 방식으로 현재 대부분의 휴대폰에 적용하고 있다.

둘째는 대한민국 특허등록 제10-0532273호에서 제시하고 있는 방법으로, 각 동작모드별 소모전류를 검출하고 휴대폰의 메모리에 저장되어 있는 데이터로부터 가용시간을 추출하는 방식으로 데이터는 단말기 제조시에 동작 모드별 소모전류별 가용시간을 반복 측정하여 테이블화하는 것이나, 배터리의 잔량을 알 수 없는 상태 에서 가용시간을 추정하는 방식이므로 이론상 맞지 않으며, 실제로는 배터리 잔량별 각 동작 모드의 소모전류별로 가용시간을 테이블화하여 두었다가 현재의 배터리 잔량 및 동작 모드의 소모전류를 검출하여 메모리에 저장된 테이블 데이터를 바탕으로 가용시간을 추정해야 한다. 그러나 정확성을 보장하려면 메모리 데이터량이 증가해야 하는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같이 종래의 배터리 잔량 표시방법에서 메모리 용량을 증가시키는 문제로 대두되는 동작모드별 소모 전류를 휴대폰을 예로서 살펴본다.

우선, 대기모드(standby mode)는 휴대폰이 수신 및 외부 인터럽트를 인지할 수 있는 최대 효율의 전력관리상태로서 기지국의 제어를 받아서 아이들모드 및 슬립모드가 주기적으로 동작하는데 일반적으로 LCD가 오프 상태이다. 이 두 모드간의 평균정류가 대기전류로서 계산되는데 약 10mA내외이다.

계산은 슬립 전류, 슬롯 사이클 인덱스 및 아디들 전류(LCD 오프 상태에서 측정한 전류)로 구한다.

아이들 모드는 송신기능을 제외한 수신 및 사용자 메뉴 검색 기능 등이 동작하는 상태로서 일반적으로 LCD 온 상태이다. 소모전류는 LCD의 백라이트의 밝기, 크기 및 종류 등에 따라 차이가 발생하나 일반적으로 130mA~180mA 정도이다. LCD 구동에 의한 소모전류는 30~60mA이다.

통화모드는 수신시와 송신시로 나누어지는데 수신시는 송신기가 페이징 메세지를 수신하여 ACK 신호를 보내기 위하여 송신기를 온하는 순간부터 적용되는데 통 화 모드시 소모전류는 기지국의 제어를 받으나 일반적으로 기지국과의 거리에 따라 증가한다. 통화모드시 소모전류는 일반적으로 LCD오프 상태에서 측정되며 200mA~500mA정도이다. 송신시는 억세스(Access)채널을 획득한 순간부터 송신기가 온이되며 소모전류는 수신시와 동일하다.

기타모드는 각각의 멀티미디어 기능이 동작할 때의 동작모드로서 소모전류는 각각의 기능에 따라 달라진다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 전자기기의 각종 동작 모드에 따라 소모전류가 변동하더라도 배터리 잔량을 보다 정확하게 검출하고, 정확한 가용시간을 계산하기 위하여 배터리의 전원단에 별도의 전류검출 회로를 부가하고 이를 이용하여 잔량 측정 및 가용시간을 계산하는 배터리 전류 측정 장치와 이를 이용한 배터리 잔량 측정 및 가용시간 계산 방법을 제시하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 배터리(30)의 양극단자(+)와 전자기기의 배터리 전원입력단(22) 사이에 접속된 전류검출용 센서저항(R), 센서 저항(R)에 접속되어 각각 차동 앰프를 통해서 방전전류와 충전전류를 검출하는 2개의 전류 검출부(52)(54), 센서저항(R) 양단에 접속되어 전자기기의 충전 및 방전 전압을 검출하는 전압검출부(62)(64) 및, 전자기기의 각종 동작을 제어하며 아날로그 디지털 컨버터(ADCs)를 포함하고, 상기한 전류 검출부(52)(54)의 출력값이 아날로그 디지털 컨버터의 입력전압 범위의 최대값 이내인 경우에는 상기한 전류 검출부(52)(54)를 통해 출력된 값을 기준으로 배터리 전류를 검출하고, 상기한 전류 검출부(52)(54)의 출력값이 아날로그 디지털 컨버터의 입력전압범위 최대값을 초과하는 경우에는 센서저항(R) 양단의 전압검출부(62)(64)의 전압차이로 배터리 전류를 측정하는 제어부(10)를 포함하는 배터리 전류 측정 장치에 있다.

상기에서, 배터리 전류 측정 장치에는 전압검출부의 출력값이 아날로그 디지털 컨버터의 입력전압 범위 내에서 동작하도록 스케일링 회로가 전압검출부에 포함된다.

그리고 상기한 전류 측정 장치를 사용하여, 아날로그 디지털 컨버터(ADCs)의 입력범위에서 동작하도록 각 차동앰프의 전류검출범위과 센서저항 값 및 차동앰프의 증폭도를 설정하는 과정과, 상기한 전류 검출부(52)(54)의 출력값이 아날로그 디지털 컨버터의 입력전압 범위의 최대값 이내인 경우에는 상기한 전류 검출부(52)(54)를 통해 출력된 값을 기준으로 배터리 전류를 검출하고, 상기한 전류 검출부(52)(54)의 출력값이 아날로그 디지털 컨버터의 입력전압 범위의 최대값을 초과하는 경우에는 센서저항(R) 양단의 전압검출부(62)(64)의 전압차이로 배터리 전류를 측정하는 전류 측정 과정, 상기한 전류 측정 과정에서 측정된 전류값으로 배터리 잔량을 측정하는 배터리 잔량 측정과정을 포함하며, 상기한 전류 측정 과정과 배터리 잔량 측정과정은 일정한 주기로 반복 측정되는 배터리 잔량 측정 방법에 다른 특징이 있다.

한편, 상기한 배터리 잔량 측정 과정은 측정된 전류가 배터리 코드 테이블을 갖는 기준 전류 이내인 경우에는 배터리 코드 테이블을 참조하여 배터리 잔량을 측정하고, 기준 전류값 범위가 아닌 경우에는 이전 잔량 측정시의 배터리 잔량에서 전류량에 측정주기만큼 경과한 시간을 곱한 값을 가감하여 배터리 잔량을 측정하고, 측정된 배터리 잔량은 메모리의 지정된 공간에 업데이트한다.

또한, 상기한 배터리 잔량 측정 방법에서 측정된 배터리 잔량을 이용하여 배터리 평균 잔량, 평균전류량을 계산한 후, 배터리 평균 잔량을 평균 전류량으로 나누어 가용시간을 계산하는 배터리 가용 시간 측정 방법에 본 발명의 또 다른 특징이 있다.

본 발명에 의하면 아이들모드나 아이들모드에 준하는 기준전류 검출시에는 이미 테이블화되어 있는 잔량을 이용하여 가용시간을 계산하고, 기준전류 이외의 다른모드로 진행시에는 배터리 잔량과 전류량을 새롭게 계산하여 메모리를 업데이트 하여, 업데이트 된 값으로 가용시간을 계산하게 되므로, 정확한 가용시간을 확인할 수 있게 되는 효과가 있다.

더욱이, 대기모드에서는 종래에 사용되고 있는 테이블도 그대로 사용할 수 있게 되므로 제어부의 계산을 위한 부하를 줄여주는 효과가 있다.

특히 기존의 배터리 잔량 표시의 가장 큰 문제점이었던 충전중 배터리 잔량 측정 및 가용시간의 부정확성을 획기적으로 개선하는 효과가 있다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 살펴보면, 본 발명의 실시예에서 전자기기는 휴대폰을 사용한다.

도 1은 본 발명에 따른 충전기 외장형 휴대폰의 배터리 잔량 측정 및 가용시간 계산 장치를 나타내는 도면이다.

본 발명에 따른 배터리 잔량 측정 및 가용시간 계산 장치는 휴대폰의 각종 동작을 제어하며 아날로그 디지털 컨버터(ADCs)(12)를 포함하고 잔량 측정 및 가용시간을 계산하는 제어부(10), 상기한 제어부(10)의 제어에 따라 구동이 제어되는 전력관리부(20), 제어부(10)와 접속되어 휴대폰을 구성하는 각종 기기에 전원을 인가하는 배터리(30) 및, 전원플러그를 통해서 외부의 교류전원을 직류전원으로 변환 하여 상기한 배터리(30)를 충전시키는 충전기(40)를 포함하여 구성된 휴대폰에 있어서, 배터리(30)의 양극단자(+)와 휴대폰의 전력관리부(20)의 전원입력단(22) 사이에 접속된 전류검출용 센서저항(R), 센서 저항(R)에 접속되어 방전전류와 충전전류를 검출하는 2개의 차동 앰프를 포함하는 전류 검출부(52)(54), 센서저항(R) 양단에 접속되어 휴대폰의 충전 및 방전 전압을 검출하는 전압검출부(62)(64)로 구성된다.

그리고, 도 2는 충전기 내장형 휴대폰의 배터리 잔량 측정 및 가용시간 계산 장치를 나타내는 도면으로, 상기한 외장형과 비교하여 충전기가 구비되지 않고 외부전원을 5V 어댑터(70)를 사용하여 5V의 정전압으로 인가받아 전력 관리부(20)에 구비된 충전부에서 배터리(30)를 충전하는 것만 상이하고, 다른 구성은 상기한 외장형과 동일하므로 설명을 생략한다.

상기에서 전류 검출부(52)(54)는 방전 전류 검출부(54)와 충전 전류 검출부(52)로 구성하여 배터리(30)의 충전 또는 방전 상태에 상관없이 배터리(30)에 공급 또는 소모되는 전류를 감지한다.

이와 같은 구성을 갖는 배터리 전류 검출장치를 이용한 배터리 잔량 검출 방법 및 가용시간 검출방법을 하기에서 살펴본다.

본 발명에 따른 배터리 잔량 검출 방법은 센서저항(R)단에 방전전류와 충전전류 검출을 위해 차동앰프를 각각 포함하는 방전 전류 검출부(54)와 충전 전류 검출부(52)를 설정하는 과정과, ADCs(12)의 입력범위에서 동작하도록 각 차동앰프의 전류검출범위과 센서저항 값 및 차동앰프의 증폭도를 설정하는 과정과, 센서저항(R) 양단에 각각 전압검출부(62)(64)를 설치하고 ADCs(12)로 입력되는 전압을 스케일링하여 ADCs(12)에 적정하게 조정하는 과정과, 전류검출 범위을 확장하기 위해 중소전류는 차동앰프를 구비한 전류 검출부(52)(54)를 통해 검출하고 중대전류는 센서저항(R) 양단의 전압 검출부(62)(64)의 전압차이로 검출하는 과정과, 배터리 잔량 측정 및 가용시간을 계산하는 알고리즘을 포함한다.

상기에서 충전 및 방전 전류 검출부(52)(54)는 센서저항(R)을 흐르는 전류를 차동 앰프로 증폭하여 전압값으로 변환하고 이 값은 다시 제어부의 ADCs(12)로 입력되는데 차동 앰프 출력전압과 센서저항을 흐르는 전류와의 관계식은 아래와 같다.

Vc=Ic*R*G 또는 Vd=Id*R*G

여기서 Vc 또는 Vd는 충전 또는 방전 전류 검출부(52)(54)를 구성하는 차동 앰프의 출력전압, Ic 또는 Id는 센서저항을 흐르는 충전 또는 방전전류, R은 센서저항 값, G는 차동 앰프의 증폭도이다.

상기에서 차동 앰프로부터 출력되는 출력값이 ADCs(12)의 입력전압범위가 되도록 전류 검출량을 설정하고 센서저항과 증폭도를 결정한다.

예를 들어, ADCs의 입력전압 범위가 0.5~2.5V이고 전류 검출량을 50mA~1000mA로 설계한다면, 위 관계식에서 0.5V=50mA*R*G에서 R과 G를 선택하는데 R이 너무 크면 R에 의한 전력손실이 증가하고 너무 작으면 전류검출의 정확도가 떨어지므로 상호 조정하여 결정한다. 일반적으로 센서저항값은 0.05~0.2오옴 정도를 사용하는데 R을 0.2오옴으로 설정하면 위 관계식에서 증폭도 G는 50으로 계산된다. 그런데 ADCs의 입력전압범위의 최대값이 2.5V이므로 차동 앰프를 통한 최대전류검출량은 위 관계식(R=0.2, G=50)에서 250mA가 된다. 따라서 250mA이상의 전류에 대해 검출되는 차동 앰프의 출력 전압 값은 임계값인 2.5V로 고정된다.

그러므로 250mA~1000mA 사이의 전류검출은 차동 앰프를 통해 검출하지 않고 센서저항 양단의 전압 차이를 이용하여 계산하는데 관계식은 아래와 같다.

I=[V1-V2]/R

예를 들면 센서저항 양단의 전압이 V1=3.8V이고, V2=3.7V라면 센서저항 양단 사이에 흐르는 전류의 관계식은 V1-V2(3.8-3.7=0.1)=Ic(또는 Id)*R(=0.2)이고 전압차이가 양의 값이므로 방전전류이고 전류량은 500mA이다. 만약에 전압차이가 음의 값이면 배터리에 공급되는 충전전류를 의미한다. 이때 2개의 전압검출부의 출력값도 ADCs로 입력되기 때문에 배터리 전압의 최소~최대값 범위가 ADCs의 입력전압범위인 0.5~2.5V범위 내에서 동작하도록 스케일링 회로가 필요하다.

그 예로 리튬 이온 배터리의 최소~최대 전압은 3.0V~4.2V이므로 간단하게 계산하여 스케일 팩터(factor) F=4.2/2.5=1.68을 사용한다. 즉 3.0~4.2V인 배터리 전압이 스케일링 후 ADCs입력으로 들어가는 전압은 1.786~2.5V이므로 ADCs의 동작범위인 입력전압 범위를 만족한다. 또는 능동소자인 OP 앰프를 사용하여 배터리전압 범위인 3.0~4.2V를 ADCs의 입력전압 전범위인 0.5~2.5V 을 만족하도록 스케일링하여 ADCs의 Resolution 한계를 극복하고 정밀도를 높일 수 있다.

그러므로 차동 앰프를 포함한 전류검출부는 50-250mA의 중소전류를 검출하고 250-1000mA의 중대전류는 센서저항 양단의 전압차이를 이용하여 검출하므로 총 전류검출 범위은 50-1000mA로 확장된다. 이는 배터리에 공급 또는 소모되는 전류를 넓은 범위에서 정밀하게 검출하기위한 방안이다.

상기한 전류 검출 방법에 따른 잔량 측정 및 가용시간 계산 절차는 도 3의 제어흐름도에서 제시되는데, 전자기기에 전원이 켜지고 부팅이 되면(S101), 배터리 잔량 및 가용시간 계산을 위하여 배터리 잔량과 전류량, 측정주기의 초기값을 설정한다.(S102)

상기에서 배터리 잔량 Q(t)=q(t=0,1,...,N-1), 전류량 I(t)=i(t=0,1,...,N-1) 및 잔량측정주기 T=a이다.

배터리 잔량의 저장계수는 N개로서 각각의 지정된 메모리 번지에 저장한다. 초기값은 임의의 값으로 설정할 수 있으나 배터리 전체 용량의 50%로 한다. 이는 계산 알고리즘에서 보는 것처럼 N이 5이고 T가 1초인 경우 계산루틴이 동작하여 5초 후에 정확한 잔량측정이 이루어진다. 그러므로 초기잔량을 50%로 설정하면 통계적으로 업데이트 전의 초기값과 최종 업데이트 후의 실측값과의 편차를 줄일 수 있기 때문이다. 전류량의 저장계수도 N개로 지정된 메모리 번지에 저장한다. 초기값은 임의의 값으로 설정할 수 있으나 기준전류인 아이들 전류로 한다. 계수 N은 임의의 값으로 설정할 수 있으나 통상 5로 한다. 이는 측정주기 T와 연동하여 설정하는데 T를 1초로 하면 전하량 계산이 단순화되고 곱셈식이 줄어 계산부하가 줄어드는 효과가 있으며, 또한 N을 5로 하면 전원 켜지고 계산루틴 동작 후 5초간은 초기값과 실제측정값과 오차를 줄이는 과정으로 damping factor로서의 역할을 하는데 휴대폰의 경우 전원온후 메인화면까지 20초정도 걸리며 이중 초기화면에서 메인화면까지는 약 5초정도 걸리므로 메인화면 제공시점에는 실측값으로 업데이트가 완료되기 때문이다.

잔량 측정주기 T는 0보다 큰 임의의 값을 사용할 수 있으나 측정주기가 너무 빠르면 프로세싱 부하가 많이 걸리고 너무 길면 측정오차가 증가할 수 있으므로 칩의 성능에 따라 조정할 수 있다. 통상 1초로 한다.

배터리의 평균 잔량, 평균전류 및 가용시간 계산을 위해서 계수 N과 측정주기 T의 적절한 조화가 필요하다.

초기값이 설정되면 t=0으로 셋팅(S103)하고 배터리 전압 및 전류, 온도 및 ID(V1(t), V2(t), Vd(t), Vc(t), VT, VID)를 감지한다.(S104)

그리고, 센서저항에서의 배터리 전압 및 센서저항에 흐르는 전류(V(t), I(t))를 계산(S105)하는데, 전류는 도 4에서처럼 센서저항에 흐르는 전류(방전전류 또는 충전전류의 차동앰프 출력전압(Vd(t), Vc(t))이 ADCs의 입력전압 범위의 최대값(Vmax)=2.5V이하(S105-1)이면 전류는 차동 앰프를 포함하는 전류검출부를 통해서 계산(S105-2)되고 입력전압 범위의 최대값인 2.5V이상이면 센서저항 양단의 전압 차이를 이용한 계산식을 사용한다.(S105-3)

관계식은 각각 I(t)=[Vd(t)-Vc(t)]/[G*R], I(t)=[V1(t)-V2(t)]/R,이고 배터리 전압V(t)는 센서저항 앞단의 V1(t)이다.

참고로 여기서는 계산의 편의를 위해 배터리의 실측전압인 V1(t), V2(t)를 사용했으나 실제로 ADCs로 입력되어 계산되는 전압은 스케일링 팩터가 적용된 전압 이다.

배터리 전압 및 전류가 계산되면 제어부는 배터리 잔량을 계산하기 위해 지정된 배터리 잔량 계산 루틴을 수행하도록 판정한다. 즉 전류량(I(t))이 기준전류 값 범위 내인지를 판단(S106)하여 범위 내이면 배터리 코드 테이블을 참조하여 잔량을 측정(S107)하고 범위 밖이면 관계식 Q(t)=Q(t-1)-I(T)*T에 의해 계산(S108)된다.

기준전류는 배터리 코드 테이블의 기초가 되는 방전전류로 휴대폰의 경우 아이들 전류로 설정하는데 편차는 LCD 백라이트의 온/오프에 의한 평균오차로 50mA정도로 한다. 상기에서 기준전류로 아이들모드 전류를 사용하는 것은 기존의 대부분의 휴대폰에서 아이들모드 전류를 사용한 잔량 테이블이 설정되어 있기 때문에, 이 모드에서는 별도의 계산과정을 생략하여 제어부의 부하를 줄여주기 위함이다.

여기서 사용하는 배터리 코드 테이블은 배터리를 만충전 후 기준전류로 방전하면서 나타나는 시간에 대한 전압특성곡선을 다시 배터리전압에 대한 잔량정보로 테이블화하여 메모리에 저장하여두고 필요시마다 배터리 전압으로 잔량을 측정하는 방법이다.

배터리 잔량 관계식에서 보는 것처럼 현재의 계산 잔량은 직전의 잔량에 현재 측정된 전류량에 측정주기만큼 경과한 시간을 곱한 양을 가감한 양으로 표현된다.

두 루틴 중 어느 하나를 통해 배터리 잔량이 측정 또는 계산되면 평균 잔량, 평균전류 및 가용시간 계산 단계(S109)로 들어가는데 이를 도 5를 참조하여 살펴보 면, 먼저 새로운 잔량(Q(t) 및 전류량(I(t))을 지정된 메모리 번지에 업데이트 시키고(S109-1), 평균전류량 Qavg=[Q(0)+Q(1)+...+Q(N-1)]/N, 평균전류 Iavg=[I(0)+I(1)+...+I(N-1)]/N, 가용시간 OT=Qavg/Iavg를 계산(S109-2)한다. 이에 따라 필요시마다 잔량 및 가용시간을 표시할 수 있다.

이 과정은 스텝 S110 내지 S112를 반복해서 모든 메모리가 업데이트 되도록 진행된다.

이러한 본 발명은 측정주기 T로 새로운 배터리 잔량 및 전류량이 측정 또는 계산되고 각각 N개의 지정된 메모리번지에 업데이트되며 이를 바탕으로 T시간 간격으로 평균 잔량, 평균전류량 및 가용시간이 계산되고 표시된다.

따라서, 본 발명에 의하면 이미 테이블화되어 있는 아이들모드시 잔량 및 가용시간 계산은 기존의 것을 이용하고, 아이들모드가 아닌 다른모드로 진행시에는 검출되는 전류값이 상이하므로, 배터리 잔량이나 전류량을 새롭게 계산하여 메모리를 업데이트 하여, 업데이트 된 값으로 가용시간을 계산하게 되므로, 정확한 가용시간을 확인할 수 있게 되면서 종래에 사용되고 있는 테이블로 그대로 사용할 수 있게되는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 충전기 외장형 휴대폰의 배터리 잔량 측정 및 가용시간 계산 장치를 나타내는 도면

도 2는 본 발명에 따른 충전기 내장형 휴대폰의 배터리 잔량 측정 및 가용시간 계산 장치를 나타내는 도면

도 3은 본 발명에 따른 휴대폰의 배터리 전류와 잔량 및 가용시간을 계산하는 과정을 나타내는 순서도

도 4는 도 3에서 배터리 전류와 전압을 나타내는 과정을 보다 구체적으로 나타내는 순서도

도 5는 도 3에서 배터리 잔량과 가용시간 계산과정을 보다 구체적으로 나타내는 순서도

Claims

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배터리(30)의 양극단자(+)와 전자기기의 배터리 전원입력단(22) 사이에 접속된 전류검출용 센서저항(R),

센서 저항(R)에 접속되어 각각 차동 앰프를 통해서 방전전류와 충전전류를 검출하는 2개의 전류 검출부(52)(54),

센서저항(R) 양단에 접속되어 전자기기의 충전 및 방전 전압을 검출하는 전압검출부(62)(64) 및,

전자기기의 각종 동작을 제어하며 아날로그 디지털 컨버터(ADCs)를 포함하고, 상기한 전류 검출부(52)(54) 또는 전압검출부(62)(64)와 접속되어 전류 검출부(52)(54) 또는 전압검출부(62)(64)로부터 출력되는 신호를 기준으로 하여 배터리 전류를 검출하는 제어부(10)를 포함하고,

상기 제어부(10)는 상기 전류 검출부(52)(54)의 출력값이 아날로그 디지털 컨버터의 입력전압 범위의 최대값 이내인 경우에는 상기한 전류 검출부(52)(54)를 통해 출력된 값을 기준으로 배터리 전류를 검출하고, 상기한 전류 검출부(52)(54)의 출력값이 아날로그 디지털 컨버터의 입력전압 범위의 최대값을 초과하는 경우에는 센서저항(R) 양단의 전압검출부(62)(64)의 전압차이로 배터리 전류를 측정하며, 상기 전압검출부에는 전압검출부의 출력값이 아날로그 디지털 컨버터의 입력전압 범위 내에서 동작하도록 스케일링 회로가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 배터리 전류 검출 장치.
배터리(30)의 양극단자(+)와 전자기기의 배터리 전원입력단(22) 사이에 접속된 전류검출용 센서저항(R), 센서 저항(R)에 접속되어 각각 차동 앰프를 통해서 방전전류와 충전전류를 검출하는 2개의 전류 검출부(52)(54), 센서저항(R) 양단에 접속되어 전자기기의 충전 및 방전 전압을 검출하는 전압검출부(62)(64) 및, 전자기기의 각종 동작을 제어하며 아날로그 디지털 컨버터(ADCs)를 포함하고, 상기한 전류 검출부(52)(54) 또는 전압검출부(62)(64)와 접속되어 전류 검출부(52)(54) 또는 전압검출부(62)(64)로부터 출력되는 신호를 기준으로 하여 배터리 전류를 검출하는 제어부(10)를 포함하는 배터리 전류 측정 장치를 사용하고,

아날로그 디지털 컨버터의 입력범위에서 동작하도록 각 차동앰프의 전류검출범위와 센서저항 값 및 차동앰프의 증폭도를 설정하는 과정과,

상기한 전류 검출부(52)(54)의 출력값이 아날로그 디지털 컨버터의 입력전압 범위의 최대값 이내인 경우에는 상기한 전류 검출부(52)(54)를 통해 출력된 값을 기준으로 배터리 전류를 검출하고, 상기한 전류 검출부(52)(54)의 출력값이 아날로그 디지털 컨버터의 입력전압 범위의 최대값을 초과하는 경우에는 센서저항(R) 양단의 전압검출부(62)(64)의 전압차이로 배터리 전류를 측정하는 전류 측정 과정,

상기한 전류 측정 과정에서 측정된 전류값으로 배터리 잔량을 측정하는데, 배터리 잔량 측정은 측정된 전류값이 배터리 코드 테이블을 갖는 기준 전류값 이내인 경우에는 배터리 코드 테이블을 참조하여 배터리 잔량을 측정하고, 기준 전류값 범위가 아닌 경우에는 이전 잔량 측정시의 배터리 잔량에서 전류량에 측정주기만큼 경과한 시간을 곱한 값을 가감하여 배터리 잔량을 측정하고, 측정된 배터리 잔량은 메모리의 지정된 공간에 업데이트하는 것을 특징으로 하는 배터리 잔량 측정 방법.
청구항 3의 배터리 잔량 측정 방법에서 측정된 배터리 잔량을 이용하여 배터리 평균 잔량, 평균전류량을 계산한 후, 배터리 평균 잔량을 평균 전류량으로 나누어 가용시간을 계산하는 것을 특징으로 하는 배터리 가용 시간 측정 방법.
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