KR20020044108A - 잔여 배터리 수명을 정확하게 결정하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR20020044108A
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제프리 에이. 프리챠드
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러셀 비. 밀러
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Abstract

배터리의 잔여 수명에 대한 정확한 표시를 제공하기 위한 시스템에 관한 발명이다. 이 시스템은 제어 신호(46)를 제공하는 제1 회로를 포함한다. 제2 회로는 제어 신호에 응답하여 배터리(34)의 내부 저항값 및 배터리 전압을 사용하여 잔여 배터리 수명의 표시를 제공한다. 특정 실시예에서, 제2 회로는 제어 신호에 응답하여 배터리의 내부 저항을 측정하는 제3 회로(36)를 포함한다. 제3 회로는 또한 변화하는 배터리 로드에서 배터리(34)의 출력 전류 및 출력 전압을 측정하기 위한 회로를 포함한다. 출력 전류를 측정하기 위한 회로는 암미터(40) 및 스위칭 로드(42)를 포함한다. 보다 특정된 실시예에서, 스위칭 로드(42)는 제어 신호를 통해 선택적으로 활성화되는 송신기로서 구현된다. 제2 회로에 포함된 제4 회로는 내부 저항에 응답하여 배터리의 잔여 수명을 표시한다. 제4 회로는 또한 내부 저항에 따라 배터리 방전 곡선을 선택하기 위한 회로를 포함한다. 제1 회로 상에서 실행되는 소프트웨어는 방전 곡선을 기초로 추정값을 발생시키고, 이 추정값은 디스플레이를 통해 디스플레이 된다.

Description

잔여 배터리 수명을 정확하게 결정하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR ACCURATELY DETERMINING REMAINING BATTERY LIFE}
배터리는 무선 전화의 전자 증폭기 및 수신기에서 자동차에 걸친 다양한 응용 분야에서 거의 일정한 전압을 공급하도록 설계된다. 그러한 응용 분야는 종종 잔여 배터리 수명을 표시하기 위한 정확한 배터리 계측기 또는 표시기를 필요로 한다. 정확한 배터리 수명 표시기는 충전가능한 배터리가 흔하고, 잔여 배터리 수명에 대해 아는 것이 바람직한 무선 전화 같은 응용 분야에서 특히 중요하다.
배터리는 종종 감극 혼합물을 갖는 전해질에 담궈진 두개의 금속 전극을 포함한다. 배터리는 종종 니켈-카드뮴, 알카라인-망간, 납 축전지, 수은, 아연-탄소 및 리튬과 같이 사용된 전해질의 타입에 따라 명명된다.
통상적으로, 배터리는 이상적인 전압 소스와 가깝도록 설계된다. 그러나, 내부 저항이 0인 이상적인 전압 소스와는 달리, 배터리는 잔여 배터리 수명 표시와 같은 전기 시스템의 설계에 있어서는 종종 무시되는 0이 아닌 내부 저항을 갖는다.배터리의 내부 저항은 배터리 사용 기간에 따라 변화하지만 충전 및 방전하는 동안과 같은 단기간 동안에는 상대적으로 일정하다. 충전 가능 배터리가 수회의 충전 주기 동안 사용될 수록, 그 화학 물질, 즉 전해질 및/또는 감극 혼합물이 감소할 수록 그 내부 저항은 증가한다. 배터리의 화학물질이 감소함에 따라, 전하를 붙잡는 능력 또한 감퇴된다.
배터리의 성능은 종종 방전 곡선으로 특성화될 수 있으며, 방전 곡선은 배터리 전압을 소정의 방전 속도가 주어지고 시간의 함수, 즉 배터리 전류 감소로 나타내는 방전 곡선에 의해 특성화된다. 방전 곡선은 종종 방전 곡선 무릎 마디(knee)에서 극도로 감소한다.
방전 곡선은 배터리의 내부 저항, 배터리 방전 속도 및 온도에 따라 변화한다. 이것은 특히 아연-카본 배터리에 대해 그러하다. 방전 곡선이 변화함에 따라, 배터리의 용량 및 수명도 변화한다. 또한, 방전 곡선은 배터리 타입에 따라 변화한다. 충전 가능한 배터리 기술에서의 현재 경향은 더 뾰족한 무릎을 갖는 방전 곡선을 갖는 충전 배터리 기술이며, 이 기술은 통상적인 배터리 수명 표시기와 관련하여 에러를 확대한다.
배터리 사용 기간이 경과할 수록, 내부 저항은 일반적으로 증가한다. 따라서, 방전 곡선에 의해 설명된 바와 같이 배터리 전압 출력은 온도 및 방전 속도 뿐만 아니라 배터리 사용 기간에 따라서도 변화한다. 고 방전 속도, 온도의 감소 또는 확장된 저장 기간은 배터리의 용량 및 수명을 감소시키고 방전 곡선이 더 일찍 수직하강하게 만든다. 대부분의 배터리들은 제한된 저장 수명(shelf life)을 갖고, 저장 수명은 미사용 배터리의 전압이 그 원래 전압의 소정의 비율 이하로 떨어지는데 걸리는 시간이다.
잔여 배터리 수명을 디스플레이하기 위해, 한가지 접근 방법은 배터리 전압을 측정하고 측정된 전압 대 새 배터리의 전압의 비율과 동일한 값을 잔여 배터리 수명의 표시값으로 디스플레이 하는 것이다. 불행하게도, 그러한 계측값은 종종 기만적이며 전압 방전 곡선에서의 무릎 마디 또는 온도, 방전 속도, 배터리 사용 기간 등등에 따른 방전 곡선의 변화를 보상하지 않는다. 예를 들면, 배터리의 상태가 방전 곡선에서 무릎 마디 근처에 있을때, 사실 곧 재충전이 필요하게 될 것임에도 계측값은 배터리가 거의 완전히 충전되었음을 표시한다.
선택적인 접근 방법은 새 배터리의 방전 곡선의 평균 형태를 설명하는 단계 및 평균 방전 곡선으로부터의 전압값을 시간에 따라 거의 선형적으로 변화하는 값들의 집합으로 매핑하는 단계를 포함한다. 이런 식으로, 배터리 전압이 방전 곡선의 무릎 마디 근처에 있을때, 배터리 수명 표시기는 더 정확하고 방전 곡선이 무릎 마디에 도달할 때 갑자기 수직하지 않게 된다. 그러나, 이 접근 방법은 중대한 제한 조건을 갖는다.
배터리를 사용함에 따라, 방전 곡선은 배터리의 내부 저항이 변화하는 만큼 새 배터리로부터 변화한다. 시간이 흐를수록, 단순히 배터리 전압을 측정하고 새 배터리의 평균 방전 곡선을 설명하므로써 나타나는 잔여 배터리 수명은 빠른 속도로 부정확하게 된다. 이 접근 방법은 또한 방전 속도 또는 온도 변화에서의 변화에 기인한 배터리 방전 곡선의 변화도 설명하지 않는다. 따라서, 배터리를 사용하는 무선 전화를 통해 전화 통화를 하는 경우와 같이, 배터리로부터 상당한 전류가 유도될 때, 배터리 표시기는 에러가 포함된 정보를 디스플레이 할 것이다. 예컨대, 많은 전화는 통화 직후에 상당히 감소된 배터리 수명을 디스플레이 한다. 그 직후에, 배터리 수명 표시기는 마치 배터리 그 자체가 재충전하고 있는 듯이 그 값이 상승한다.
따라서, 잔여 배터리 수명을 표시하는 현재 시스템 및 방법은 배터리를 사용하여 그 내부 저항이 증가하면서 배터리의 방전 곡선에서의 변화를 설명하지 못한다. 배터리를 사용할 수록, 배터리의 내부 저항에서 강하되는 전압은 증가하고, 방전 곡선을 변화시키고, 배터리 표시기 또는 계측량의 정확도에 안좋은 영향을 미친다. 또한, 배터리로 부터 더 많은 전류가 흘러나올 수록, 배터리의 내부 저항에서는 더 많은 전압이 강하되고, 이것 또한 방전 곡선을 변화시킨다. 이것은 배터리 전압에만 주로 의존하는 배터리 측정치에 에러를 일으킨다. 배터리를 사용할 수록, 잔여 배터리 수명을 측정하는데 사용되는 소정의 배터리 전압은 그것이 새 배터리의 방전 곡선을 기초로 선택된 것이기 때문에, 덜 적절하게 된다.
따라서, 종래 기술에서 재충전 가능한 배터리의 잔여 수명을 정확하게 디스플레이하기 위한 시스템 및 방법의 필요성이 존재한다. 배터리의 사용에 따른 내부 저항의 변화 및 방전 속도에 따른 배터리의 방전 곡선의 변화를 설명하는 시스템에 대한 추가적인 필요성도 존재한다.
본 발명은 배터리에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 충전가능한 배터리의 충전된 상태를 표시하고 배터리가 교체되어야 할 때를 표시하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 초기 전류 드로값이 100mA인 통상적인 D-크기 배터리의 다양한 타입에 대한 평균 방전 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 2는 무선 전화에 사용하고 배터리 저항-측정 장치를 갖는 본 발명의 배터리의 잔여 수명을 정확하게 표시하기 위한 시스템의 다이어그램이다.
도 3은 도 2의 배터리 저항 측정 장치를 나타내는 보다 상세한 다이어그램이다.
도 4는 도 2의 컴퓨터 시스템에서 실행되고 있는 소프트웨어를 통해 구현되는 잔여 배터리 수명을 결정하기 위한 방법에 대한 흐름도.
이 기술 분야의 상기 필요성은 본 발명의 잔여 배터리 수명을 정확하게 표시하기 위한 시스템에 의해 해결된다. 설명을 위한 실시예에서, 본 발명의 시스템은 무선 전화를 사용하는데 적용되고, 제어 신호를 제공하기 위한 제1 회로를 포함한다. 제2 회로는 배터리의 내부 저항 및 측정된 배터리 전압을 사용하여 제어 신호에 응답하여 잔여 배터리 수명을 표시한다.
구체적인 실시예에서, 제2 회로는 제어 신호에 응답하여 배터리의 내부 저항을 측정하는 제3 회로를 포함한다. 제3 회로는 또한 배터리 로드가 변화하는 동안에, 배터리의 출력 전류 및 출력 전압을 측정하기 위한 회로를 포함한다. 출력 전류를 측정하기 위한 회로는 암미터(ammeter) 및 스위칭 로드를 포함한다.
보다 구체적인 실시예에서, 스위칭 로드는 제어 신호를 통해 선택적으로 활성화되는 송신기로 구현된다. 제4 회로는 내부 저항에 응답하여 잔여 배터리 수명의 표시를 제공한다. 제4 회로는 또한 내부 저항과 일치하는 배터리 방전 곡선을 선택하기 위한 회로를 포함한다. 제1 회로 상에서 실행되는 소프트웨어는 방전 전류 및 배터리 전압을 기초로 예측치를 발생시키고, 이것은 이어서 디스플레이 된다.
본 발명의 신규한 설계는 배터리의 내부 저항을 측정 또는 계산하는 제2 회로에 의해 촉진된다. 배터리의 내부 저항이 사용한 기간, 온도 및 다른 변수에 의해 변화하면, 그 방전 곡선도 변화한다. 배터리의 수명에 대한 배터리의 내부 저항에서의 변화를 설명하므로써, 더 적절한 방전 곡선이 제2 회로에 의해 사용되어 잔여 배터리 수명에 대한 더 정확한 표시를 제공한다. 또한, 제2 회로는 전류 로드가 변화하는 배터리의 방전 곡선에서의 변화를 수용하고, 이것은 필수적으로 배터리의 내부 저항을 설명하고, 추가적으로 제2 회로에 의해 적절한 방전 곡선의 선택을 순화한다.
본 발명이 특정 응용예에 대한 실시예를 참조하여 설명되기는 하지만, 본 발명이 거기에 제한되지는 않는다는 것이 이해되어야 한다. 당업자는 본 발명의 범위 내의 추가적인 변형예, 응용예 및 실시예 또는 본 발명이 중요하게 이용될 추가적인 분야를 인식할 것이다.
통상적인 배터리의 방전 곡선에 대한 다음 고찰은 본 발명의 이해를 촉진하도록 의도된다.
도 1은 초기 전류 드로가 100mA인 통상적인 D-크기의 수은 전지에 대한 방전 곡선(12) 및 초기 전류 드로가 100mA인 통상적인 니켈-카드뮴 배터리에 대한 방전곡선을 나타내는 그래프(10)이다. 그래프(10)는 볼트로 표시된 수직 배터리 전압축 및 시간으로 표시된 시간축(18)을 포함한다. 수은 방전 곡선(12)은 약 150시간 동안 약 1.45V에서 약 1.05V로 상대적으로 부드럽고 점진적으로 감소하고, 그 뒤에는 방전 곡선(12)은 수은 방전 곡선 무릎(20)에서 급격히 하강한다. 마찬가지로, 니켈-카드뮴 방전 곡선(14)은 약 45시간 동안 약 1.20V에서 약 0.95V로 상대적으로 부드럽고 점진적으로 감소하여, 그 뒤에는 방전 곡선(14)은 니켈-카드뮴 방전 곡선 무릎(22)에서 급격히 하강한다.
본 발명의 목적을 위해, 상대적인 잔여 배터리 수명이라는 용어는 완전 충전된 배터리의 배터리 수명에 상대적인 잔여 배터리 수명의 부분을 가리킨다. 상대적인 잔여 배터리 수명은 잔여 배터리 수명의 비율로서 디스플레이 된다.
통상적인 배터리 계측기(미도시)는 단순히 배터리 전압을 디스플레이 하므로써 상대적인 잔여 배터리 수명을 표시하도록 설계된다. 결과적으로, 그러한 장치들은 방전 곡선(12 및 14)이 무릎(20 또는 22) 근처에 있을때, 방전 곡선(12 및 14)를 이동시키기 위해 서로 다른 양의 전류(100mA가 아닌)가 배터리로부터 흘러 나올때, 재충전 가능 배터리의 경우에 수개의 방전 사이클 만큼 배터리를 사용하였을때, 및 온도와 같은 임의의 환경 요인이 상당히 변화하였을때 그러한 장치들은 잔여 배터리 수명에 대한 오류가 있는 표시를 디스플레이하게 된다.
방전 곡선 무릎을 설명하기 위해, 몇몇 배터리 계측 시스템은, 예컨대 수은 전지 곡선(12)을 배터리의 예상 수명 싸이클 동안 선형적으로 변화하는 제1 선형 함수(24)로, 니켈-카드뮴 방전 곡선을 제2 선형 함수로 각각 매핑한다. 선형함수(24 및 26)는 잔여 배터리 수명에 대한 표시로서 디스플레이된다.
불행하게도, 그러한 시스템들은 여전히 변화하는 전류 로드, 배터리의 사용기간 및 온도와 같은 다른 환경 요인들을 설명하지 못한다. 배터리를 사용할 수록 또는 온도가 변화할 수록 배터리의 내부 저항 또한 변화한다. 본 발명은 종종 이 인식되지 않은 요인 및 상대적인 잔여 배터리 수명의 정확한 표시를 제공하기 위해 변화하는 전류 로드에 따라 배터리의 방전 곡선이 변화한다는 사실을 이용한다.
도 2는 잔여 배터리 수명을 정확하게 표시하기 위한 본 발명의 시스템(32)을 사용하는 무선 전화(30)에 대한 다이어그램이다. 간명함을 위해, 수신기, 스피커, 오실레이터, 인코더, 증폭기, 필터 등과 같은 다양한 컴포넌트들이 도 2의 전화(30)의 그림에서 생략되었다. 당업자들은 추가적인 필수 컴포넌트들을 어디에 또한 어떻게 구현하여야 할 지를 알 것이다.
시스템(32)은 저항 측정 장치(36) 및 컴퓨터(38)에 연결된 양극 및 음극 단자를 갖는 배터리(34)를 포함한다. 배터리(34)의 음극 단자는 또한 송신기(42)에 연결된다. 암미터(40)는 배터리(34)의 양극 단자 및 송신기(42) 사이에 연결되고, 배터리(34)에서 송신기(42)로 전달되는 전류를 측정한다. 암미터(40)의 출력은 병렬적으로 컴퓨터(38) 및 저항 측정 장치(36)에 연결된다. 컴퓨터(38)의 출력은 디스플레이(44)에 연결된다. 제어 라인(46)은 병렬로 송신기(42) 및 디스플레이 회로(48)에 연결된다. 지연 회로(48)의 출력은 저항 측정 장치(36)에 연결된다. 송신기(42)는 안테나(52)에 연결된 듀플렉서(50)에 연결된다.
동작에 있어서, 컴퓨터(38)는 배터리의 서로 다른 전류 로드 및 배터리(34)의 내부 저항과 관련된 다양한 방전 곡선을 저장한다. 방전 곡선은 특정 배터리 및 응용 분야의 당업자에 의해 실험적으로 유도될 수 있다.
배터리(34)의 내부 저항은 저항-측정 장치(36)에 의해 컴퓨터(38)에 제공된다. 저장된 방전 곡선은 방전 곡선의 2차원 배열로 시각화 되고, 상기 어레이는 전류 축 및 내부 저항 축을 갖는다. 실제에 있어서, 배열은 2개 이상의 전류 상태 및 2개 이상의 내부 배터리 저항값에 대한 방전 곡선을 유지한다. 방전 곡선은 배터리(34)와 관련된 실험 데이터를 통해 결정된다. 선택적으로, 배터리(34)에 맞추어진 알고리즘을 실행하여 암미터(40) 및 저항-측정 장치(36)로부터의 입력을 기초로 방전 곡선을 계산한다.
컴퓨터(38)는 이하에서 더 자세히 논의될 바와 같이, 암미터(40) 및 저항-측정 장치(36)로부터의 입력으로 표시된 주어진 배터리 상태와 관련된 방전 곡선을 선택 및 계산하기 위한 소프트웨어를 실행시킨다. 일단 배터리(34)의 내부 저항 및 배터리(34) 상의 전류 로드를 기초로 방전 곡선이 선택되면, 컴퓨터(38) 상에서 실행되는 소프트웨어는 방전 곡선을 방전 곡선을 기초로 결정된 대로 배터리의 예상되는 수명 동안 변화하는 선형 함수로 매핑한다(도 1 참조). 현재 배터리 전류 로드, 내부 저항 및 배터리 전압에 관한 선형 함수의 값은 컴퓨터(38)에서 디스플레이(44)로 전달되고, 디스플레이에서 배터리(34)의 상대적인 잔여 수명에 대한 정확한 표시로서 디스플레이 된다. 배터리 전압은 배터리(34)에 의해 컴퓨터(38)로 제공되고, 컴퓨터(38)는 볼트미터 또는 다른 전압 감지 회로 또는 배터리 전압을 측정하기 위한 알고리즘을 포함한다. 선택적으로, 현재 배터리 전압은 이하에 자세히 설명될 바와 같이, 저항-측정 장치에 포함된 볼트미터를 통해 컴퓨터(38)에 제공된다.
컴퓨터(38) 상에서 실행되는 소프트웨어는 저항-측정 장치(36)에 의해 표시된 바와 같이 배터리(34)의 내부 저항이 소정 임계값을 초과하는 때를 모니터하기 위한 알고리즘을 구현한다. 일단 배터리(34)의 내부 저항이 소정의 임계값을 초과하면, 무선 전화(30)의 사용자에게 배터리(34)의 수명이 거의 다 되었으며, 곧 교체를 필요로 할 것이라는 경고가 디스플레이(44)를 통해 디스플레이 된다. 소정의 임계값은 응용-특정적이며, 주어진 응용의 필요성을 충족시키기 위해 당업자에 용이하게 결정될 수 있을 것이다.
컴퓨터(38)는 주기적으로 송신기(42)를 활성화시키고, 송신기(42)는 컴퓨터(38)로부터 제어 라인(46)을 통해 전달되는 제어 신호를 통해 스위칭 로드 처럼 동작한다. 본 발명의 특정 실시예에서, 낮은 상태에서 높은 상태로의 제어 신호가 전이 할때, 송신기(42)는 온(on)이 되고 듀플렉서(50) 및 안테나(52)를 통해 신호를 전송하기 시작한다. 듀플렉서(50)는 송신기(42)에 의해 구현되는 전송 함수 및 수신기에 의해 구현되는 수신 함수 같은 안테나 자원의 분배를 촉진한다(미도시).
송신기(42)가 활성화되어 전송을 시작하면, 피크 전류가 배터리(34)로부터 유도되고, 이 전류는 배터리 방전 속도를 증가시키고 배터리(34)의 전압 방전 곡선을 이동시킨다. 송신기(42)가 활성화된 후 즉시(지연 회로(48)에 의해 제공된 한 딜레이 만큼 후에), 저항-측정 장치(36)는 지연 회로(48)로부터의 지연된 제어 신호 출력을 통해 활성화된다. 저항-측정 장치(36)는 암미터(40)로부터의 전류 측정치(Iload) 및 배터리(34)로부터의 전압 측정치(Vload)를 저장한다. 당업자라면 몇몇 응용 분야에서, 송신기(42)(또는 다른 로드)는 고정된 소정의 전류 드로(draw)를 가질 것이며, 그것을 측정할 필요성을 제거해 줄 것이다.
제어 라인(46) 상의 제어 신호가 낮은 상태로 전이하는 경우에, 송신기(42)는 오프(off)되고, 저항-측정 장치(36)는 암미터(40)로부터의 전류 측정치(Io) 및 배터리(34)로부터의 전압 측정치(Vo)를 저장한다. 저항-측정 장치(36)는 이전에 저장된 전류 측정치(Iload)에서 가장 최근에 저장된 전류 측정치(Io)를 빼서 송신기(42)의 활성화를 통해 유도된 전류의 변화를 나타내는 값(ΔI)을 발생시킨다. 저항-측정 장치(36)는 또한 최종 전압 측정치(Vo)로부터 앞서 저장된 전압 측정치 Vload를 빼서 송신기(42)의 활성화를 통해 유도된 배터리 전압에서의 변화를 나타내는 값(ΔV)을 발생시킨다. 저항-측정 장치(36)는 다음 식과 같이 전압의 변화(ΔV)를 전류 변화(ΔI)로 나누어 배터리(34)의 내부 저항(Ri)을 발생시킨다.
Ri =ΔV/ΔI (1)
송신기(42)가 활성화되지 않았을때 배터리(34)로부터 전류가 유도되지 않는 경우에는, 식(1)은 다음과 같이 감소한다.
Ri=ΔV/Iload(2)
컴퓨터(38)상에서 실행되는 소프트웨어는 내부 저항 Ri및 전류 로드 Iload로 특성화되는 배터리(34)의 상태와 가장 밀접하게 관련된 방전 곡선을 선택하기 위해 내부 저항 Ri및 암미터(40)로부터의 측정치를 사용한다. 선택된 방전 곡선은 현재 배터리 전압과 함께 사용되어 상대적인 잔여 배터리 수명(54)에 대한 정확한 표시를 디스플레이한다.
당업자는 상대적인 잔여 배터리 수명에 대한 정확한 표시를 제공하기 위한 시스템(32)이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도, 무선 전화 이외의 장치로 구현될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 송신기(42)는 가변 저항기와 같은 또다른 스위칭 로드로 대체될 수 있다.
도 3은 도 2의 배터리 저항-측정 장치(36)를 좀 더 상세히 나타내는 다이어그램이다. 도 1의 송신기(42)는 도 2의 스위칭 로드(42')로 대체된다. 스위칭 로드(42')는 무선 전화 디스플레이 후면발광 메카니즘이나 스위칭 로드 저항과 같은 또다른 장치 상의 또다른 메카니즘일 수 있다.
저항-측정 장치(36)는 암미터(40)를 통해 양극 단자가 배터리(34)의 양극 단자에 연결된 볼트미터(60)를 포함한다. 볼트미터(60)의 음극 단자는 배터리(34)의 음극 단자에 연결된다. 볼트미터(60)의 출력은 도 2의 제2 래치(62), 제4 래치(64) 및 컴퓨터(38)에 연결된다. 제2 래치(62)의 출력은 제1 감산기(66)의 양극 단자에 연결된다. 제4 래치(64)의 출력은 제1 감산기(66)의 음극 단자에 연결되고, 제1 감산기(66)의 출력은 분할기(68)에 연결된다. 암미터(40)의 출력은 컴퓨터(도 1의 38을 볼것), 제1 래치(70) 및 제3 래치(72)에 연결된다. 제1래치(70)의 출력은 제2 감산기(74)의 양극 단자에 연결된다. 제3 래치(72)의 출력은 제2 감산기(74)의 음극 단자에 연결되고, 제2 감산기(74)의 출력은 또한 분할기(68)에 연결된다. 분할기(68)의 출력은 도 1의 컴퓨터(38)에 연결된다. 제어 라인(46)은 스위칭 로드(42') 및 제1 지연 회로(48)의 입력에 연결된다. 제1 지연 회로(48)로부터의 출력으로서 지연된 제어 신호(76)는 제1 래치(70), 제2 래치(62)의 제어 입력 및 인버터(78)의 입력에 연결된다. 인버터(78)의 출력은 제3 래치(72)의 제어 입력 및 제4 래치(64)의 제어 입력에 연결된다. 래치(62,64,70 및 74)는 상승 에지 트리거된 래치이고 당업자에 의해 쉽게 구성 또는 주문될 수 있다.
인버터(78)의 출력이 낮은 상태에서 높은 상태로(상승 에지) 전이하는 경우에, 지연된 제어 신호(76)가 높은 상태에서 낮은 상태로(하강 에지) 전이한다. 결과적으로, 상승 에지 트리거된 래치(72 및 64)는 지연된 제어 신호(76)가 높은 상태에서 낮은 상태로 전이한 후에 클록만, 즉 활성화만 되어 인버터(78)의 출력이 낮은 상태에서 높은 상태로 전이하도록 한다.
동작에 있어서, 제어 신호가 높은 상태로 전이하므로써 제어 라인(46)을 통해 스위칭 로드(42')를 활성화시키면, 스위칭 로드는 배터리(34)로부터 추가적인 전류를 끌어 당긴다. 일단 스위칭 로드(42')가 추가적인 전류를 끌어당기고 있고 지연 회로(48)에 의해 유도된 지연이 있은 후에는, 암미터(40)로부터 판독된 전류는 제1 래치(70)로 클럭되고, 볼트미터(60)로부터 판독된 전압은 지연된 제어 신호(76)를 통해 제2 래치(62)에서 클럭된다. 제3 래치(72) 및 제4 래치(64)는 인버터(78) 때문에 활성화되지는 않고, 대신에 이전에 래치된 값을 유지하는데, 이들은 각각 스위칭 로드(42')가 오프(off)일때, 전류 로드 및 배터리 전압을 나타낸다.
제어 라인(46)이 높은 상태에서 낮은 상태로 전이할때, 스위칭 로드(42')는 오프되고 배터리(34)로부터 추가적인 전류를 유도하는 것을 멈추게 된다. 이어서, 지연 회로(48)에 의한 딜레이 뒤에, 암미터(40)로부터 판독된 전류 및 볼트미터(60)로부터 판독된 전압은 각각 제3 래치(72) 및 제4 래치(64)로 래칭되고, 인버터(78)로부터의 출력은 높은 상태에서 낮은 상태로 전이된다.
제1 감산기는 스위칭 로드(42')가 활성화된 조건에 대응하는 전류 측정치(Iload)에서 스위칭 로드(42')가 활성화되지 않은 조건에 대응하는 전류 측정치(Io)를 빼고, 이 값은 제3 래치(72) 및 제1 래치(70)에 각각 저장된다. 제2 감산기(74)는 분할기(68)에 응답하여 전류차 ΔI를 출력한다. 마찬가지로, 제1 감산기(66)는 스위칭 로드(42')가 활성화되지 않았을때의 배터리 전압(Vo)에서 스위칭 로드(42')가 활성화되었을 때(고전류 경우)의 배터리 전압(Vload)을 빼고, 이 값은 제2 래치(62) 및 제4 래치(64)에 각각 저장된다. 제1 감산기(66)는 분할기(68)에 응답하여 전압차(ΔV)를 출력한다. 분할기(68)는 전압차(ΔV)를 전류차(ΔI)로 나누고, 배터리(34)의 내부저항을 나타내는 저항값(Ri)을 도 2의 컴퓨터(38)에 출력한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 컴퓨터(38) 상에서 실행되는 소프트웨어는 내부저항(Ri)를 갖는 배터리에 적절한 방전 곡선 그룹을 선택하기 위해 배터리의 내부 저항(Ri)을 사용한다. 추가적으로, 컴퓨터(38)에 연결된 암미터(40)의 출력으로 표시된 바와 같이, 배터리(34) 상의 전류 로드는 배터리(34) 상의 주어진 전류 로드에 적절한 방전 곡선의 그룹으로부터 방전 곡선을 추가적으로 선택하기 위해 사용된다. 배터리(34)의 내부 저항이 소정의 임계값을 초과하는 경우에는, 컴퓨터는 배터리가 곧 교체되어야 함을 표시하는 디스플레이(44)를 통해 사용자에게 경고 메시지를 디스플레이 한다.
당업자는 저항-측정 장치(36)가 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도 생략될 수 있음을 이해할 것이다. 이 경우에, 컴퓨터(38) 상에서 실행되는 소프트웨어는 적절한 방전 곡선을 선택하기 위해 암미터(40)로부터의 출력으로 표시된 바와 같은 배터리(34) 상의 전류 로드를 측정한다. 마찬가지로, 컴퓨터(38)에 연결된 암미터(40)로부터의 출력은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도 저항-측정 장치(36)를 유지하면서 생략될 수 있다. 이 경우에, 컴퓨터(38) 상에서 실행되는 소프트웨어는 주로 배터리(34)의 내부 저항(Ri)을 기초로 적절한 방전 곡선을 선택한다.
도 4는 도 2의 시스템(32) 및 도 2의 컴퓨터(38) 상에서 실행되는 소프트웨어를 통해 구현되는 바와 같은 시스템의 배터리(34)의 잔여 수명을 결정하기 위한 방법(90)에 대한 흐름도이다. 방법(90)은 당업자에 의해 소프트웨어로 용이하게 구현될 수 있다. 선택적으로, 방법(90)은 당업자에 의해 하드웨어로 구현될 수 있다.
처음에는, 방전 곡선 단계(92)에서, 도 2의 특정 배터리(34)와 관련된 방전 곡선은 변화하는 전류 로드 및 변화하는 내부 저항에 대해 결정된다. 방전 곡선은 메모리에 저장되고 전류 로드 및 내부 저항으로 색인된다. 저장된 방전 곡선의 수는 응용-특정적이며 본 발명의 특정 실시예에서는 9개의 방전 곡선이 있다.
도 2 및 4를 참조하면, 곡선-선택 단계(94)에서, 소프트웨어는 도 2의 제어 신호(46)를 활성화시키고, 암미터(40)로부터의 출력으로서 배터리 상의 전류 로드 및 저항-측정 장치(36)에 의해 측정된 바와 같은 배터리(34)의 내부 저항을 수신한다. 곡선 선택 단계(94)에서, 소프트웨어는 방전 곡선의 색인과 가장 밀접하게 매칭되는 배터리 저항 및 전류 로드를 기초로 방전 곡선을 선택한다. 당업자는 전류 및 내부 저항을 기초로 방전 곡선을 선택하는 정확한 방법이 응용-특정적이고 가장 근접한 색인값으로 전류 로드값 및/또는 배터리 저항값의 라운딩 업 또는 라운딩 다운을 필요로 한다. 당업자는 주어진 응용분야의 필요성을 충족시킬 선택 프로세스를 구현하는 방법을 알 것이다.
이어서, 임계 스텝(96)에서, 소프트웨어는 배터리(34)의 내부 저항이 배터리(34)가 고장을 일으킬 것 같은 임계값을 초과하는 지를 체크한다. 내부 저장이 임계값을 초과하는 경우에, 제어는 경고 스텝(98)으로 전달되고, 배터리가 교체되어야 함을 제안하는 경고가 디스플레이 된다. 제어는 표시 스텝(100)으로 전달된다. 배터리(34)의 내부 저항이 임계값을 초과하지 않는 경우에는 제어는 직접 표시 스텝(100)으로 전달된다.
표시 스텝(100)에서, 소프트웨어는 선택된 방전 곡선 및 현재 배터리 전압을 기초로 잔여 배터리 수명의 비율과 같은 값을 계산한다. 본 발명의 특정 실시예에서, 상기 값은 방전 곡선을 기초로 하는 시간의 선형 함수를 기초로 하지만, 또다른 타입의 함수가 또다른 응용예에는 적절하고 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있다. 이어서, 제어는 디스플레이 스텝(102)으로 넘어가고, 계산된 값은 배터리(34)의 상대적인 잔여 수명에 대한 정확한 표시로서 디스플레이 된다.
당업자는 방전 곡선 스텝(92), 곡선 선택 스텝(94) 및 표시 스텝(100)이 배터리(34)의 내부 저항(34), 현재 배터리 전압 및/또는 배터리(34) 상의 전류 로드를 기초로 직접 잔여 배터리 수명의 표시를 계산하는 스텝에 의해 대체될 수 있다. 추가적으로, 임계값 스텝(96) 및 경고 스텝(98)은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도 생략될 수 있다.
따라서, 본 발명은 특정 응용 분야에 대해 특정 실시예를 참조하여 설명되었다. 당업자는 본 발명의 범위 내에서 실시예에 대한 추가적인 변형, 응용 등이 가능함을 이해할 것이다.
따라서, 청구 범위는 모든 그러한 응용예, 변형예들을 포함하는 것으로 해석된다.

Claims (13)

  1. 배터리의 상대적인 잔여 수명에 대한 정확한 표시를 제공하기 위한 시스템으로서,
    제어 신호를 제공하기 위한 제1 수단;
    상기 제어 신호에 응답하여 제1 방전 속도에서 제2 방전 속도로 상기 배터리의 방전 속도를 변화시키기 위한 제2 수단;
    상기 배터리가 상기 제1 방전 속도에 의해 특성화될 때의 상기 배터리의 제1 전압 및 상기 배터리가 상기 제2 방전 속도에 의해 특성화될 때의 상기 배터리의 제2 전압을 측정하기 위한 제3 수단;
    상기 제1 전압, 상기 제2 전압, 상기 제1 방전 속도 및 상기 제2 방전 속도를 기초로 상기 배터리의 동작 상태를 결정하기 위한 제4 수단; 및
    상기 동작 상태에 응답하여 잔여 배터리 수명의 표시를 제공하기 위한 제5 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 잔여 수명 표시 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 수단은 상기 제1 방전 속도에 대응하는 상기 배터리로부터 제1 양(a first mount)의 전류를 끌어 내고 상기 제2 방전 속도에 대응하는 상기 배터리로부터 제2 양의 전류를 끌어 내기 위한 스위칭 로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 잔여 수명 표시 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 방전 속도는 거의 0인 것을 특징으로 하는 배터리 잔여 수명 표시 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2 방전 속도는 상대적으로 높은 방전 속도인 것을 특징으로 하는 배터리 잔여 수명 표시 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 스위칭 로드는 송신기인 것을 특징으로 하는 배터리 잔여 수명 표시 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 송신기는 무선 전화 송신기인 것을 특징으로 하는 배터리 잔여 수명 표시 시스템.
  7. 배터리의 상대적인 잔여 수명에 대한 정확한 표시를 제공하기 위한 시스템으로서,
    제어 신호를 제공하는 컴퓨터;
    상기 제어 신호에 응답하여 제 방전 속도에서 제2 방전 속도로 상기 배터리의 방전 속도를 변화시키기 위한 상기 배터리에 연결된 스위칭 로드;
    상기 배터리가 상기 제1 방전 속도에 의해 특성화될 때 상기 배터리의 제1 전압 및 상기 배터리가 상기 제2 방전 속도에 의해 특성화될 때 상기 배터리의 제2 전압을 측정하기 위한 전압미터;
    상기 제1 전압, 상기 제2 전압, 상기 제1 방전 속도 및 상기 제2 방전 속도를 기초로 상기 배터리의 동작 상태를 결정하기 위한 회로; 및
    상기 동작 상태에 응답하여 잔여 배터리 수명의 표시를 제공하기 위한 상기 컴퓨터 상에서 실행되는 소프트웨어를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 잔여 수명 표시 시스템.
  8. 배터리의 상대적인 잔여 수명의 정확한 표시를 제공하기 위한 방법으로서,
    제어 신호를 제공하는 단계;
    상기 제어 신호에 응답하여 제1 방전 속도에서 제2 방전 속도로 상기 배터리의 방전 속도를 변화시키는 단계;
    상기 배터리가 상기 제1 방전 속도에 의해 특성화될 때의 상기 배터리의 제1 전압 및 상기 배터리가 상기 제2 방전 속도에 의해 특성화될 때의 상기 배터리의 제2 전압을 측정하는 단계;
    상기 제1 전압, 상기 제2 전압, 상기 제1 방전 속도 및 상기 제2 방전 속도를 기초롤 상기 배터리의 동작 상태를 결정하는 단계; 및
    상기 동작 상태에 응답하여 잔여 배터리 수명에 대한 표시를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 잔여 수명 표시 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 방전 속도를 변화시키는 단계는 상기 제1 방전 속도에 대응하는 상기 배터리로부터 제1 양의 전류를 끌어내고, 상기 제2 방전 속도에 대응하는 상기 배터리로부터 제2 양의 전류를 끌어내기 위해 상기 배터리에 연결된 스위칭 로드를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 잔여 수명 표시 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 방전 속도는 거의 0인 것을 특징으로 하는 배터리 잔여 수명 표시 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제2 방전 속도는 상대적으로 높은 방전 속도인 것을 특징으로 하는 배터리 잔여 수명 표시 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 스위칭 로드는 송신기인 것을 특징으로 하는 배터리 잔여 수명 표시 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 송신기는 무선 전화 송신기인 것을 특징으로 하는 배터리 잔여 수명 표시 방법.
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