KR20020051711A - 배터리잔량 표시장치 및 그 제어방법 - Google Patents

배터리잔량 표시장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 배터리의 잔류용량을 표시하는 배터리잔량 표시장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 상기 배터리의 잔량을 표시하는 표시부와; 배터리온도를 측정하는 온도감지부와; 상기 배터리의 출력전압을 측정하는 전압감지부와; 상기 배터리를 충전하기 위해 공급되는 충전전류를 측정하는 충전전류감지부와; 상기 배터리온도와 상기 충전전류의 관계에 따라 정해지는 배터리잔량에 대한 배터리잔량데이터가 저장된 잔량데이터저장부와; 상기 배터리의 충전시, 상기 출력전압을 소정의 기준전압으로 유지하고, 상기 온도감지부 및 상기 충전전류감지부로부터의 상기 배터리온도 및 상기 충전전류의 측정값에 대응하는 상기 잔량데이터저장부의 상기 배터리잔량데이터로부터 상기 배터리잔량을 구하여 상기 표시부에 표시하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 배터리의 충전 중에도 잔존용량을 표시할 수 있을 뿐만 아니라, 더미배터리의 잔존용량을 표시할 수 있다.

Description

배터리잔량 표시장치 및 그 제어방법 {REMAINING BATTERY CAPACITY COMPENSATOR AND METHOD OF CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 배터리잔량 표시장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리의 충전 중에도 잔류용량을 표시할 수 있으며 더미배터리의 잔류용량도 표시할 수 있는 배터리잔량 표시장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
통상적으로 충전 가능한 배터리는 더미배터리와 스마트배터리로 구분된다. 더미배터리는 충전 가능한 배터리팩과 온도를 측정하기 위한 써미스터로 구성되며, 스마트배터리는 배터리 내부에 마이크로 컨트롤러를 구비한다. 스마트배터리의 마이크로 컨트롤러는 외부장치에 배터리의 잔량데이터를 제공함으로 스마트배터리가 장착되는 전자장치들은 이 기능을 이용하여 배터리잔량을 표시한다.
현재 노트PC, PDA, Handheld PC 등의 휴대용 컴퓨터장치에 주로 사용되고 있는 스마트배터리는 리튬이온 배터리(Li-Ion)나 폴리머 배터리(Polymer)이며, 배터리잔량을 계산하는 데 있어서는 주로 배터리의 출력전압을 측정하여 그에 대응하는 배터리잔량을 표시하는 방법이 사용된다. 이러한, 리튬이온 배터리나 폴리머 배터리를 충전하는 경우, 배터리의 충전초기에는 일정한 크기의 전류를 공급하여 배터리를 충전한다. 이를 정전류충전모드라 하며, 일정한 전류가 계속 공급되므로 배터리의 전압은 상승하게 된다. 배터리의 출력전압이 일정수준이 되면 배터리 내부 또는 외부의 충전제어부는 배터리의 과충전을 방지하기 위해 전압이 더 이상 상승하지 않도록 제어한다. 이에 따라, 전압이 일정한 상태에서 배터리의 용량이 증가되며, 이를 정전압충전모드라 한다. 따라서, 배터리의 전압크기를 감지하여 배터리잔량을 표시하는 방법으로는, 전압이 일정한 상태인 정전압충전모드에서의 배터리잔량을 표시하는 것이 불가능하다.
따라서, 본 발명의 목적은 배터리의 충전중에도 잔존용량을 표시할 수 있을 뿐 아니라, 더미배터리의 잔존용량을 표시할 수 있는 배터리의 잔량표시장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리잔량 표시장치의 기능블럭도,
도 2는 배터리 충전 시, 본 발명에 따른 배터리잔량 표시방법의 흐름도,
도 3은 배터리 충전 시, 충전전류 및 출력전압의 특성을 나타낸 그래프,
도 4는 배터리 충전 시, 배터리온도에 따른 배터리의 전압특성을 나타낸 그래프,
도 5는 배터리 충전 시, 충전전류에 따른 배터리잔량과 출력전압의 관계를 나타낸 그래프,
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리잔량 표시방법의 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 배터리 5 : 어댑터
10 : 제어부12 : 충전전원공급부
14 : 온도감지부16 : 출력전압감지부
18 : 충전전류감지부20 : 잔량데이터저장부
22 : 표시부
상기 목적은 본 발명에 따라, 배터리의 잔류용량을 표시하는 배터리잔량 표시장치에 있어서, 상기 배터리의 잔량을 표시하는 표시부와; 배터리온도를 측정하는 온도감지부와; 상기 배터리의 출력전압을 측정하는 전압감지부와; 상기 배터리를 충전하기 위해 공급되는 충전전류를 측정하는 충전전류감지부와; 상기 배터리온도와 상기 충전전류의 관계에 따라 정해지는 배터리잔량에 대한 배터리잔량데이터가 저장된 잔량데이터저장부와; 상기 배터리의 충전시, 상기 출력전압을 소정의 기준전압으로 유지하고, 상기 온도감지부 및 상기 충전전류감지부로부터의 상기 배터리온도 및 상기 충전전류의 측정값에 대응하는 상기 잔량데이터저장부의 상기 배터리잔량데이터로부터 상기 배터리잔량을 구하여 상기 표시부에 표시하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리잔량 표시장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 배터리잔량데이터는, 상기 배터리의 충방전 횟수별로 작성되어 어, 배터리잔량의 오차를 줄이는 것이 바람직하다.
또한, 상기 잔량데이터저장부는, 배터리온도와 상기 충전전압의 관계에 따라정해지는 배터리잔량에 대한 배터리잔량데이터를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 배터리의 충전시 상기 충전전류가 일정한 경우 상기 온도감지부 및 상기 출력전압감지부로부터의 상기 배터리온도 및 상기 출력전압의 측정값에 대응하는 상기 배터리잔량을 표시하는 것이 가능하다.
한편, 상기 목적은 본 발명의 다른 분야에 따르면, 배터리잔량 표시방법에 있어서, 상기 배터리온도와 상기 배터리를 충전하기 위해 공급되는 전류인 충전전류의 변화에 따른 배터리의 잔량을 나타내는 배터리잔량데이터를 저장하는 단계와; 상기 배터리의 충전시 상기 배터리온도와 상기 충전전류를 측정하는 단계와; 측정된 상기 배터리의 온도와 상기 충전전류에 따른 상기 배터리의 잔량을 상기 배터리잔량데이터에 기초하여 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리잔량 표시방법에 의해서도 달성된다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리잔량 표시장치의 블럭도이다. 도시된 바와 같이, 본 배터리잔량 표시장치는, 전원을 공급받기 위한 연결수단인 어댑터(5)와, 충전 가능한 배터리(1)에 충전전원을 공급하는 충전전원공급부(12), 충전전원공급부(12)로부터 배터리(1)로 공급되는 충전전류값을 감지하는 충전전류감지부(18), 배터리(1)의 출력전압을 감지하는 출력전압감지부(16), 배터리(1)의 온도를 감지하는 온도감지부(14), 배터리잔량데이터가 저장된 잔량데이터저장부(20), 배터리(1)의 잔량을 표시하는 표시부(22)와 이들을 제어하는 제어부(10)를 포함한다.
여기서, 제어부(10)는 어댑터(5)의 연결여부를 감지하여 배터리(1)가 충전모드인지, 방전모드인지를 판단하고, 출력전압감지부(16) 및 온도감지부(14)로부터 감지되는 배터리(1) 출력전압 및 배터리온도에 기초하여 배터리상태, 즉 충전가능한 온도범위 및 전압인지를 체크한 후 충전여부를 판단한다. 배터리(1)를 충전해야 하는 경우, 제어부(10)는 충전전원공급부(12)를 제어하여 배터리(1)로 전원이 공급되도록 한다.
또한, 제어부(10)는 배터리(1) 충전시, 출력전압감지부(16), 온도감지부(14), 충전전류감지부(18)에서 각각 감지되는 배터리(1)의 출력전압, 배터리온도, 배터리(1)의 충전을 위해 공급되는 충전전류 값에 기초하여 배터리(1)의 상태를 체크한다.
한편, 잔량데이터저장부(20)에는 배터리(1)의 상태와 배터리잔량과의 관계를 나타내는 배터리잔량데이터가 저장되어 있다. 따라서, 제어부(10)는 배터리(1)의 출력전압, 배터리온도, 충전전류에 기초하여 배터리잔량데이터에서 배터리(1)의 상태에 해당하는 배터리잔량을 독출하여 표시부(22)에 표시한다.
그런데, 배터리(1)를 충전시 충전방식은 종래기술에서 전술한바와 같이, 충전초기는 일정값의 전류를 공급하여 배터리(1)의 용량을 상승시키는 정전류충전모드로서 출력전압만이 변화하며, 정전류충전모드에서 출력전압이 상승하여 소정의 기준 전압이 되면 출력전압을 일정하게 유지하도록 하면서 전원을 공급함으로 충전전류값만이 변화하는 정전압충전모드이다.
따라서, 본 발명에 따른 배터리잔량 표시방법은 도 2에 도시된 것과 같이 배터리(1) 충전이 시작되면(S10), 배터리(1)의 충전전류, 출력전압, 배터리온도를 감지하여 충전전류가 일정한지, 출력전압이 일정한지를 분석하여 충전모드를 판단해 낸다(S30). 판단결과 정전류충전모드일 경우 출력전압만이 변화하므로 출력전압에 따른 배터리잔량을 표시하고(S40), 정전압충전모드일 경우 충전전류만이 변화하므로 충전전류에 따른 배터리잔량을 표시한다(S50). 여기서, 표시되는 배터리잔량은 잔량데이터저장부(20)에 저장된 배터리잔량데이터에 따른 것이다.
이하, 배터리잔량데이터에 대해 자세히 설명한다. 배터리잔량데이터는 배터리온도, 배터리(1)의 출력전압, 배터리(1)에 공급되는 충전전류, 배터리(1)의 라이프사이클 등에 따른 배터리잔량을 나타낸 것으로서, 정전류충전모드일 경우의 배터리잔량데이터과 정전압충전모드일 경우의 배터리잔량데이터가 저장되어 있다.
도 3은 배터리(1) 충전 시 충전전류 및 출력전압의 특성을 나타낸 그래프이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 충전초기인 정전류충전모드는 배터리(1) 충전초기에 배터리(1)에 일정값의 전류를 공급하여 배터리(1)의 용량을 상승시킴으로써 배터리(1)를 충전하는 구간이다. 이때, 배터리(1)에 공급되는 전류값은 1A로 일정하며, 배터리(1)의 출력전압은 상승한다. 배터리(1) 출력전압의 변화에 따른 배터리잔량을 테이블로 나타낸 것이 정전류충전모드에서의 배터리잔량데이터이며, 정전류충전모드에서의 배터리잔량데이터는 <표1>과 같이 나타낼 수 있다.
<표1>
#정전류충전모드
출력전압 충전전류 배터리잔량 도3 참조
6.0V 1.0A 5% ⓐ
7.0V 1.0A 20% ⓑ
7.4V 1.0A 40% ⓒ
<표1>은 정전류충전모드에서의 배터리잔량데이터의 일부를 예시한 것으로서, 정전류충전모드일 때 감지되는 배터리(1)의 출력전압에 기초하여 배터리잔량을 표시하도록 한다.
또한, 도 3에 도시된 그래프에 도시된 정전압충전모드는, 정전류충전모드에서 배터리(1)의 출력전압이 상승하여 소정의 기준전압에 도달하면, 배터리(1)의 출력전압이 일정하도록 제어하여 출력전압을 일정하게 유지하면서 배터리(1)의 용량을 상승시킴으로써 배터리(1)를 충전하는 구간이다. 이때, 배터리(1)의 출력전압은 일정수준을 유지하도록 제어되므로, 배터리(1)에 공급되는 충전전류량은 감소하게 된다. 이에 따라, 배터리(1)에 공급되는 충전전류량의 변화에 따른 배터리잔량을 테이블로 나타낸 것이 정전류충전모드에서의 배터리잔량데이터이다. 정전압충전모드에서의 배터리잔량데이터는 <표2>와 같다.
<표2>
#정전압충전모드
출력전압 충전전류 배터리잔량 도3 참조
8.4V 1.0A 60% ⓓ
8.4V 0.9A 70% ⓔ
8.4V 0.5A 80% ⓕ
8.4V 0.1A 90% ⓖ
8.4V 0.05A 100% ⓗ
<표2>는 정전압충전모드일 경우, 충전전류의 변화에 따른 배터리잔량데이터의 예를 나타낸 것으로서, 실험에 의해 얻어지는 값이다.
이러한 구성에 의해, 어댑터(5)로부터 전원이 공급되면, 제어부(10)는 출력전압감지부(16)와 온도감지부(14)로부터 감지된 배터리온도 및 출력전압에 기초하여 배터리잔량을 계산하고, 충전여부를 판단한다. 배터리잔량이 부족하다고 판단되면 제어부(10)는 충전전원공급부(12)를 제어하여 일정값의 전류를 배터리(1)에 공급한다. 이때 출력전압감지부(16)로부터 감지되는 배터리(1)의 출력전압은 서서히 상승하게 된다. 배터리(1)가 충전되는 동안 출력전압감지부(16)와 충전전류감지부(18)는 감지값을 제어부(10)에 전달하며, 제어부(10)는 배터리(1)의 출력전압이 소정의 기준전압까지 상승할 때까지 배터리(1)에 공급되는 충전전류값이 일정하도록 충전전원공급부(12)를 제어한다. 이때, 통상적으로 배터리(1) 셀당 공급되는 전류는 1A 정도이다. 제어부(10)는, 정전류가 공급되는 동안 출력전압감지부(16)로부터 감지되는 배터리(1)의 출력전압을 정전류충전모드에서의 배터리잔량데이터와 비교하여 해당되는 배터리잔량을 표시부(22)에 표시한다.
제어부(10)는, 감지된 출력전압이 소정의 기준전압까지 상승하였는지를 판단하여 충전중인 배터리(1)의 출력전압이 소정 기준까지 상승하면 제어부(10)는 배터리(1)의 출력전압이 더 이상 상승하지 않도록 충전전원공급부(12)를 제어한다. 이에 따라, 출력전압은 일정전압을 유지하고 충전전류감지부(18)로부터 감지되는 충전전류 값은 서서히 감소한다. 충전전류감지부(18)는 배터리(1)로 공급되는 충전전류를 감지하여 제어부(10)에 전달하며, 제어부(10)는 정전압충전모드에서의 배터리잔량데이터에서, 감지된 충전전류값에 따라 해당되는 배터리잔량을 표시부(22)에 표시한다.
한편, 배터리잔량은 배터리(1)의 충방전횟수인 라이프사이클, 배터리온도, 시스템 사용환경 등에 따라 달라질 수가 있다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 배터리잔량을 배터리온도, 충전전류값에 따라 보정하도록 하는 보정데이터를 더 포함하는 것이 바람직하다.
도 4는 정전류충전모드인 경우, 배터리온도에 따른 배터리잔량을 나타낸 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 배터리(1)의 출력전압이 동일하게 감지되었다 할지라도 배터리온도에 따라 실재잔량은 달라진다. 예를 들어, 배터리(1)의 출력전압이 7.4V로 감지된 경우, 배터리온도가 0%이면 실재 잔량은 25%이나, 배터리온도가 25%라면 실재 잔량은 30%정도이며, 배터리온도가 40%이면 실재잔량은 48%정도가 된다. 이에 따라, 실온인 25%를 기준으로 실험값에 기초하여, 배터리온도가 0%일 경우 배터리잔량에 0.833을 곱해주고, 배터리온도가 40%일 경우 1.166을 곱하도록 할 수 있다. 즉, 실온기준으로 판단된 배터리잔량에 실험에 의해 얻어진 보정계수를 곱하여 충전 중에 표시되는 배터리잔량의 신뢰도를 높일 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이 배터리(1)에 공급되는 일정하게 공급되는 충전전류에 따라서도 배터리잔량은 달라질 수 있다. 통상적으로 배터리(1)에 공급되는 충전전류는 1A이나 사용조건에 따라 달라질 수도 있으므로, 1A가 공급될 경우를 기준으로 얻어지는 배터리잔량에 소정의 보정계수를 곱해줌으로써, 배터리잔량을 더욱 정확하게 표시할 수 있다.
따라서, 배터리잔량데이터 작성 시, 동일한 출력전압이나 동일한 충전전류에 대해서도 배터리온도 및 라이프사이클, 시스템 사용환경 등의 조건에 따라배터리(1)의 잔량데이터를 세분화하여 작성하는 것이 가장 바람직하다. 상술한 배터리잔량 표시장치는 배터리(1) 외부에 마련되는 시스템으로서 내부에 마이컴을 구비하지 아니한 더미배터리의 경우에도 적용이 가능하다.
또한, 상술한 내용에서는 배터리잔량데이터를 충전 시에 적용시키는 것을 예시하고 있지만, 배터리(1)의 방전 시 시스템모드에 따른 배터리잔량데이터를 구비하는 것도 가능하다. 배터리(1)의 출력전압 및 배터리온도에 따라 계산된 배터리잔량도, 시스템이 저전력방전모드, 정상방전모드, 고전력방전모드일 경우 각각 달라진다. 따라서, 시스템모드에 따른 배터리잔량의 차이를 보정하는 보정테이블을 실험을 통해 작성하여, 배터리(1) 방전시에도 배터리잔량을 보정하여 표시하는 것이 가능하며, 이때 시스템모드는 제어부(10)가 판단한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리잔량표시 방법으로서, 상술한 여러 경우의 배터리잔량데이터를 구비함으로써, 배터리(1)의 충.방전 중에 모두 적용시키는 예를 나타낸 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 배터리(1)의 어댑터(5) 연결여부를 감지하여 배터리(1)가 충전모드인지를 판단하고(S100), 판단결과 어댑터(5)가 연결되어있지 아니한 방전모드일 경우 상술한 시스템모드에 따른 배터리잔량데이터에 기초하여 보정을 행한다(S200). 한편, 어댑터(5)가 연결된 상태인 충전모드일 경우, 충전전류, 출력전압, 배터리온도를 감지하고(S300), 감지값에 따라 정전류충전모드인지 정전압충전모드인지를 판단한다(S400). 정전류충전모드일 경우, 출력전압에 따른 배터리잔량을 배터리잔량데이터에 기초하여 판단한 후(S600), 배터리온도 및 충전전류량에 따라 배터리잔량을 보정한다(S700). 한편, 정전압충전모드일 경우, 출력전류의 변화에 따른 배터리잔량을 배터리잔량데이터에 기초하여 산출한다(S500). 상술한 각각의 경우에 따른 배터리잔량을 표시부(22)에 표시함으로써(S800), 배터리(1) 상태에 따라 정확한 배터리잔량을 표시할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 배터리 상태에 따라 배터리잔량데이터를 작성하고, 출력전압감지부, 충전전류감지부, 온도감지부를 구비하여, 감지값에 따른 배터리의 잔량을 표시함으로써, 더미배터리의 경우에도 배터리잔량을 표시할 수 있을 뿐 아니라, 충전전류감지부를 포함함에 따라 배터리 충전중에도 배터리잔량을 표시할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 더미배터리의 잔존용량을 표시할 수있을 뿐 아니라, 배터리의 충전중에도 잔존용량을 표시할 수 있는 배터리의 잔량표시장치 및 그 제어방법이 제공된다.

Claims (6)

  1. 배터리의 잔류용량을 표시하는 배터리잔량 표시장치에 있어서,
    상기 배터리잔량을 표시하는 표시부와;
    배터리온도를 측정하는 온도감지부와;
    상기 배터리의 출력전압을 측정하는 전압감지부와;
    상기 배터리를 충전하기 위해 공급되는 충전전류를 측정하는 충전전류감지부와;
    상기 배터리온도와 상기 충전전류의 관계에 따라 정해지는 배터리잔량에 대한 배터리잔량데이터가 저장된 잔량데이터저장부와;
    상기 배터리의 충전시, 상기 출력전압을 소정의 기준전압으로 유지하고, 상기 온도감지부 및 상기 충전전류감지부로부터의 상기 배터리온도 및 상기 충전전류의 측정값에 대응하는 상기 잔량데이터저장부의 상기 배터리잔량데이터로부터 상기 배터리잔량을 구하여 상기 표시부에 표시하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리잔량 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리잔량데이터는, 상기 배터리의 충방전 횟수별로 작성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리잔량 표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 잔량데이터저장부는, 배터리온도와 상기 충전전압의 관계에 따라 정해지는 배터리잔량에 대한 배터리잔량데이터를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 배터리의 충전시 상기 충전전류가 일정한 경우 상기 온도감지부 및 상기 출력전압감지부로부터의 상기 배터리온도 및 상기 출력전압의 측정값에 대응하는 상기 배터리잔량을 표시하는 것을 특징으로 하는 배터리 잔량 표시장치.
  4. 배터리잔량 표시방법에 있어서,
    상기 배터리온도와 상기 배터리를 충전하기 위해 공급되는 전류인 충전전류의 변화에 따른 배터리잔량을 나타내는 배터리잔량데이터를 저장하는 단계와;
    상기 배터리의 충전시 상기 배터리온도와 상기 충전전류를 측정하는 단계와;
    측정된 상기 배터리의 온도와 상기 충전전류에 따른 상기 배터리잔량을 상기 배터리잔량데이터에 기초하여 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리잔량 표시방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 배터리잔량데이터를 저장하는 단계는, 상기 배터리의 충방전 횟수별로 작성하여 저장하는 것을 특징으로 하는 배터리잔량 표시방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 배터리잔량데이터를 저장하는 단계는, 상기 배터리온도와 상기 충전전압의 관계에 따라 정해지는 배터리잔량에 대한 배터리잔량데이터를 저장하는 단계를 더 포함하고;
    상기 배터리잔량을 표시하는 단계는, 상기 배터리의 충전시 상기 충전전류가 일정한 경우 상기 온도감지부 및 상기 출력전압감지부로부터의 상기 배터리온도 및 상기 출력전압의 측정값에 대응하는 상기 배터리잔량을 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리잔량 표시방법.
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