KR20030053925A - 이동통신 단말기 배터리의 배터리 잔여 용량 데이터의에러검출 및 보정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신 단말기 배터리의 메모리에 저장된 배터리 잔여용량 데이터의 에러검출 및 보정방법으로서, 배터리의 양극에서 음극으로 흐르는 전류량을 측정하고, 특정 시점까지의 전류량을 누적한 소모전하량을 최대용량으로부터 감산함으로써 산출되는 잔여용량 데이터를 배터리에 저장하는 잔여용량 데이터 저장단계와, 특정시점에서의 배터리 출력전압(V)을 측정하고, 출력전압(V)대 방전용량(잔여용량)과의 관계를 이용하여 저장되어 있는 잔여용량 데이터의 에러를 검출하는 에러검출단계와, 소정 조건에 의하여 잔여용량 데이터의 에러를 보정하는 에러보정단계로 이루어진다.

본 발명을 이용하면, 비정상적인 상황에 의하여 잔여용량 데이터에 큰 에러가 발생한 경우, 충전과정을 통하지 않고서도 실시간으로 그 에러를 검출하여 보정함으로써 정확한 잔여용량 데이터의 제공이 가능하다.

Description

이동통신 단말기 배터리의 배터리 잔여 용량 데이터의 에러검출 및 보정방법 {Method for Detecting and Correcting Error on Remaining Capacity Data of Battery for Mobile Communication Device}

본 발명은 이동통신 단말기 배터리의 메모리에 저장된 배터리 잔여용량 데이터의 에러검출 및 보정방법, 더 상세하게는 배터리의 현재 전압을 이용하여 배터리이 메모리에 저장된 잔여용량 데이터를 검증하고, 에러가 있는 경우 그를 보정하기위한 방법에 관한 것이다.

최근, 이동통신 서비스가 널리 확산됨에 따라 거의 대부분의 국민이 하나 이상의 이동통신 단말기를 보유하고 있다.

이러한 이동통신 단말기의 배터리는 에너지 밀도가 높고, 작동 전압이 높을 뿐 아니라 우수한 보존 및 수명 특성을 보이는 등의 많은 장점을 지닌 리튬이온 2차 전지가 널리 이용되고 있다. 또한, 단말기는 배터리의 잔여용량(Remain Capacity)을 단말기 화면상의 게이지 이미지 등을 이용하여 표시해 줌으로써 배터리 교체시기 등을 알 수 있게 한다. 종래의 배터리 잔여용량의 표시는 단순히 흘러나간 전류의 양을 합산하여 배터리의 잔여용량을 예측하는 정도로서, 정확도가 크게 떨어진다. 즉, 표시되는 배터리의 소모율이 일정하지 않아, 사용자가 배터리 교체 또는 충전시기를 놓치는 경우가 많았다.

한편, 이동통신 단말기의 배터리는 각각 사양이나 특성이 다르기 때문에, 배터리의 잔여용량 등을 포함하는 배터리 정보를 단말기에 저장·관리할 수 없다. 이러한 점이 배터리 잔여용량의 예측을 더욱 부정확하게 만든다. 즉, 장착되는 배터리의 초기용량을 단말기가 알 수 없기 때문에, 방전전류의 누적을 이용하여 측정되는 잔여용량의 예측이 거의 무의미해진다.

또한, 배터리에 대한 잔여용량 정보가 정확히 산출·관리되어야만 배터리에 대한 다양한 정보를 사용자에게 제공할 수 있다. 만일 잔여용량을 나타내는 데이터에 에러가 발생하게 되면 배터리와 관련된 모든 기능에 이상이 발생할 수 있으며, 자칫 중요한 작업(통화)을 할 수 없게 되거나, 중요한 데이터를 소실할 우려마저있었다.

전술한 바와 같이, 종래에는 실시간으로 방전되는 전류의 양을 측정·누적하고, 잔여용량에서 누적 전류의 양을 감산함으로써 잔여용량을 예측하였다. 이러한 방법에 의하여 비교적 정확한 잔여용량 데이터를 보유할 수 있으나, 잔여용량 데이터의 연상수단 또는 저장수단에 심각한 장애가 발생하여 잔여용량 데이터가 심하게 변형되거나 소실된 경우, 그를 실시간으로 검출하고 보정할 수 있는 방법이 전혀 없었다. 즉, 전술한 경우 유일한 해결책으로서 다음 충전시 완전충전 조건에서 잔여용량을 충전된 최대용량으로 세팅하는 방법이 이용된다. 따라서, 잔여용량 데이터 손상 또는 소실 후 충전이 있을 때까지 잔여용량에 대한 어떠한 정보도 제공할 수 없으므로, 충전시기를 알 수 없고 갑자기 전원이 꺼져 버리는 경우가 발생할 수 있었다.

본 발명은 이러한 점에 착안한 것으로, 배터리 잔여용량 데이터에 대한 에러가 발생하였는지 판별하고, 에러 검출시 적절한 방법으로 에러를 보정할 수 있는 방법을 제안하는 것이다.

본 발명의 목적은 이동통신 단말기 배터리의 잔여용량 데이터를 배터리의 메모리에 저장하고, 저장된 잔여용량 데이터의 에러를 검출하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 배터리의 현재 출력전압을 이용하여 배터리의 메모리에 갱신·저장되는 배터리 잔여용량 데이터의 에러발생을 감시하고, 에러발생시 그를 보정하는 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 통상적으로 사용되는 리튬이온 2차 전지의 방전특성곡선으로서, 20℃에서의 잔여용량(RC 또는 방전용량)대 출력전압(V)과의 관계를 도시한다.

도 2는 본 발명의 제 2 에러 보정방법에 이용되는 계단식 필터링의 예를 도시한다.

도 3은 전술한 잔여용량 데이터의 에러검출 및 보정의 전체 과정을 도시하는 흐름도이다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 이동통신 단말기용 배터리는, 방전되는 전류의 양을 측정하고, 최대용량(충전용량)에서 누적된 방전 전하량을 감산함으로써 산출되는 잔여용량 데이터를 실시간으로 갱신·저장하는 저장수단과, 이동통신 단말기와의 데이터 교환을 위한 데이터송수신부와, 배터리의 출력전압대 방전용량(잔여용량)과의 관계를 이용하여 저장된 잔여용량 데이터의 에러를 검출하고 보정하는 에러검출 및 보정수단을 포함하여 구성된다.

한편, 에러검출 및 보정수단은 저장수단에 저장된 저장 잔여용량 비율값과 출력전압대 잔여용량과의 관계에서 예측되는 예측 잔여용량 비율값의 차이가 소정 임계치를 초과하는 경우에 에러가 발생하였다고 간주한다.

또한, 본 발명에 의한 잔여용량 데이터 에러검출 및 보정방법, 배터리의 양극에서 음극으로 흐르는 전류량을 측정하고, 특정 시점까지의 전류량을 누적한 소모전하량을 최대용량으로부터 감산함으로써 산출되는 잔여용량 데이터를 배터리에 저장하는 잔여용량 데이터 저장단계와, 특정시점에서의 배터리 출력전압(V)을 측정하고, 출력전압(V)대 방전용량(잔여용량)과의 관계를 이용하여 저장되어 있는 잔여용량 데이터의 에러를 검출하는 에러검출단계와, 소정 조건에 의하여 잔여용량 데이터의 에러를 보정하는 에러보정단계;로 이루어진다.

에러검출단계에서는, 특정 시점에서 측정된 전압에 대응되는 예측 잔여용량비율값(C_current)과, 메모리에 저장되어 있는 저장 잔여용량 비율값(C_memory) 사이의 차이가 임계치(γ)를 초과하는 경우 에러가 발생하였다고 간주한다.

또한, 에러보정단계는 예측 잔여용량 비율값(C_current)에 최대용량값(MC)을 곱함으로써 새로운 잔여용량 데이터(RC')를 산출하여 갱신·저장하는 제 1 방법과, 예측 잔여용량 비율값을 2 이상의 필터링범위로 나누고, 측정된 예측 잔여용량비율값이 속하는 필터링범위의 하한값에 최대용량값(MC)을 곱함으로써 새로운 잔여용량 데이터(RC')를 산출하여 갱신·저장하는 제 2 방법 중 하나 이상이 이용될 수 있다.

한편, 저장된 잔여용량 데이터가 음수인 경우 에러가 발생하였다고 간주하고, 잔여용량 데이터를 0으로 리셋하여 보정하는 과정을 추가로 포함할 수 있다.

상기 각 필터링범위는 예측 잔여용량 비율값이 80% 이하에서는 넓게, 80% 이상에서는 좁게 형성할 수 있다.

이하에서는 첨부되는 도면을 참고로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 통상적으로 사용되는 리튬이온 2차 전지의 방전특성곡선으로서, 20℃에서의 잔여용량(RC 또는 방전용량)대 출력전압(V)과의 관계를 도시한다.

도시된 바와 같이, 잔여용량이 약 10%에 도달할 때까지 방전량에 따라 출력전압이 약 4.2V에서 3.7V까지 서서히 감소하며, 그 이하의 잔여용량에서는 방전량에 따라 전압이 급속하게 감소한다. 따라서, 전체적으로 출력전압(V)과잔여용량(RC) 사이에는 일대일 대응관계가 형성되어 있다.

본 발명에서는 이러한 방전특성을 이용하여 잔여용량의 에러를 검출하고 보정하기 위한 것으로, 배터리의 출력전압을 측정한 후 그에 대응하는 잔여용량비율을 산출하고 배터리 메모리에 저장되어 있는 잔여용량 데이터를 비교함으로써 수행된다.

본 발명에서 "잔여용량 데이터의 에러"라는 용어는 배터리가 실제로 사용할 수 있는 용량보다 더 작거나 더 큰 값을 잔여용량 데이터로서 저장하고 있는 상태를 말한다. 또한, 예측 잔여용량비율(C_current)은 본 발명에 의하여 예측된 잔여용량의 최대용량에 대한 비율(%)을, 저장 잔여용량비율(C_memory)은 메모리에 저장된 잔여용량값의 최대용량값에 대한 비율(%)을 의미한다.

도 1의 방전곡선에서 알 수 있듯이, 출력전압(V)과 방전용량 또는 잔여용량(RC; Remaining Capacity) 사이에는 일대일 함수관계가 형성되어 있다. 따라서, 예측 잔여용량 비율(C_current)과 출력전압(V) 사이에는 다음과 같은 식이 성립된다.

C_current(%)= f(V)

따라서, 배터리의 출력전압(V)을 측정하면 그 때의 예측 잔여용량비율(C_current)을 알 수 있다. 예를 들면, 도 1의 방전특성을 가지는 배터리에서 출력전압이 약 3.73V일 때 예측 잔여용량비율(C_current)은 약 40%가 된다.

그 다음으로, 배터리의 메모리에 저장되어 있는 잔여용량값(RC)을 역시 저장된 최대용량값(MC)으로 나눔으로써 저장 최대용량 비율값(C_memory)를 계산한다. 산출된 두 값을 비교하여 두 값의 차이(D)가 다음과 같은 조건을 만족하는 경우 에러가 발생한 것으로 간주한다.

D = | C_memory- C_current| > γ

여기서 γ는 임계치(threshold value)로서 사용자가 임의로 정할 수 있다. 즉, 정밀한 에러검출 및 보정을 원하는 경우에는 작은 값으로, 큰 에러만을 검출하고자 하는 경우에는 큰 값으로 설정할 수 있다. 잔여용량 비율값을 %단위로 나타내었을 때, γ는 예컨데 10 내지 50% 정도로 설정될 수 있다.

도 1의 방전곡선에서 알 수 있듯이, 잔여용량의 감소에 따른 전압감소의 기울기가 비교적 크지 않기 때문에, 출력전압이 약간만 변화하더라도 예측 잔여용량은 크게 변동하게 된다. 따라서, 상기 γ값을 아주 작은 값으로 설정해 두면 전압값의 약간이 오차(측정오차 등)로 인하여 정상적인 상황임에도 불구하고 잔여용량 데이터에 에러가 있는 것으로 잘못 판별할 수 있기 때문에, 약간 큰 값으로 설정하는 것이 바람직하다.

한편, 이와 같이 잔여용량 데이터에 에러가 발생한 경우 이를 보정하기 위하여 다음과 같은 과정을 수행한다.

에러가 발생한 경우, 저장 잔여용량 비율값(C_memory)은 잘못된 것이므로, 새로운 잔여용량 데이터(RC') 산출하여 갱신하여 주어야 한다. 이 때 새로운 잔여용량 데이터(RC')는 1) 예측 잔여용량 비율값(C_current)에 최대용량값(MC)을 곱함으로써 산출하는 제 1 방법과, 2) 예측 잔여용량 비율값을 2 이상의 필터링범위로 나누고, 측정된 예측 잔여용량비율값이 속하는 필터링범위의 하한값에 최대용량값(MC)을 곱함으로써 산출하는 제 2 방법 중 하나 이상이 이용될 수 있다.

제 1 방법은 예측 잔여용량 비율값이 정확하다는 가정하에서 수행되는 방법인데 반하여, 제 2 방법은 전술한 바와 같이 잔여용량변화에 대한 출력전압의 변화가 그리 크지 않은 점을 감안한 것이다.

즉, 도 2와 같이 측정된 예측 잔여용량 비율값(C_current)을 여러 필터링범위로 나누고, 예측 잔여용량 비율값(C_current)이 속하는 필터링범위의 하한값을 새로운 잔여용량 데이터 계산을 위한 실제 잔여용량 비율값(C_real)으로 설정한다. 이 때, 필터링범위는 모든 영역에서 동일한 범위로 설정할 수 있으나, 범위의 크기를 다르게 할 수 있다. 즉, 잔여용량 변화에 대한 전압 변화가 비교적 작은 영역(즉, 예측 잔여용량 비율값이 약 20 내지 80%인 영역)에서는 필터링 범위를 비교적 크게 하고, 나머지 영역에서는 좁게 설정한다. 도면에서는 20 내지 80% 잔여용량 비율 영역을 3개의 필터링범위(범위크기가 20%)로 나누고, 100 내지 80%는 두 개의 필터링 범위(범위크기가 10%)로, 20% 이하는 3개의 필터링범위(범위크기가 6.7%)로 나누고있다.

따라서, 출력전압이 약 3.9V인 경우에는 도 1의 방전특성상 예측 잔여용량 비율값(C_current)이 약 72% 정도로 계산되며, 도 2와 같은 필터링을 거치면 보정을 위한 실제 잔여용량 비율값(C_real)은 60%로 계산된다.

이러한 계단형 필터링을 수행하는 이유는, 잔여용량변화에 대한 출력전압의 변화가 그리 크지 않은 중간영역에서 출력전압 측정 등의 오차가 발생하여 잔여용량 데이터가 사용 가능한 실제보다 더 크게 설정되는 것을 방지하기 위해서이다. 실제보다 약간 작은 잔여용량 데이터를 제공하는 경우에는 잔여용량이 0이 되기 전에 사용자가 충전을 할 것이므로 큰 문제가 없으나, 측정 오차 등의 이유로 실제보다 더 큰 잔여용량 데이터를 제공하는 경우에는 잔여용량 데이터가 0이 되지 않은 상태에서도 전원이 꺼질 수 있으므로 큰 문제가 되기 때문이다.

위와 같은 예에서, 실제로는 전압이 3.85V이어서 실제 잔여용량 비율값이 약 65%인데 반하여, 측정상의 오차로 인하여 3.9V가 된 경우에, 제 1 방법을 이용하면 72%의 잔여용량 데이터를 제공하게 되어 전술한 문제가 발생할 수 있다는 것이다. 따라서, 제 2 방법의 계단식 필터링은 이러한 문제를 방지하고자 하는 것이다.

또한, 갱신·저장되는 잔여용량 데이터 또는 잔여용량 비율값(C_memory)이 0 이하의 값인 경우에는 0으로 리셋한다. 이는 이론상 잔여용량이 음수가 될 수 없기 때문이며, 충전시 잔여용량값을 단순히 충전되는 전류량은 누적 합산하여 갱신하는경우를 대비하기 위한 것이다.

즉, 에러가 발생해서 저장된 잔여용량 비율값이 -20%로 되어 있는 상태에서 충전을 개시한 경우, 단순히 유입전류량에 따라 잔여용량 비율값을 갱신하는 배터리라면, 완전충전조건에서도 잔여용량 비율값(C_memory)이 100%가 아니고 80%로 설정되기 때문이다.

도 3은 전술한 잔여용량 데이터의 에러검출 및 보정의 전체 과정을 도시하는 흐름도이다.

우선, 소정 주기마다 출력전압(V)을 측정하고(S314), 출력전압대 잔여용량과의 관계(방전특성)를 이용하여 출력전압에 대응되는 예측 잔여용량 비율값(C_current)을 산출한다(S315).

상기 과정 전 또는 후에, 배터리 메모리에 저장되어 있는 잔여용량 데이터, 즉 저장 잔여용량 비율값(C_memory) 또는 잔여용량값(RC)을 추출하여(S311), 계산된 예측 잔여용량 비율값과 비교하여 두 값의 차이(D)를 계산한다. 차이(D)가 미리 설정된 소정 임계치(γ)를 초과하는 지 확인하고(S316), 초과하는 경우에는 에러가 발생한 것으로 간주하고 에러보정 단계로 진행한다(S317 이하). 물론, 저장되어 있는 잔여용량 데이터가 비율값이 아닌 mAh 단위의 전하량(잔여용량값; RC)인 경우에는 잔여용량 데이터를 최대용량값으로 나눔으로써 저장 잔여용량 비율값(C_memory)을 계산할 수 있다.

본 도면은 전술한 제 2 방법의 에러보정방법을 적용한 것으로, 예측 잔여용량 비율값(C_current)을 계단형 필터링 함으로써 실제 잔여용량 비율값(C_real)을 산출하고(S318), 그 값에 최대용량값(MC)을 곱한 값을 새로운 잔여용량 데이터로 갱신·저장한다(S319).

또한, 점선으로 표시된 바와 같이, 저장된 잔여용량 데이터(실제 잔여용량값 RC 또는 잔여용량 비율값 C_memory)이 음수인 경우에는 0으로 설정하는 과정을 추가로 포함할 수 있다(S312, S313).

이러한 에러검출 및 보정과정은 소정 주기마다 반복되며(S320), 필요한 경우 단말기의 화면상에 잔여용량 데이터를 출력해 줄 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의한 방법을 이용하면 이동통신 단말기 배터리의 잔여용량의 에러를 검출하고 적절하게 보정함으로써 정확한 잔여용량 데이터를 제공할 수 있다.

따라서, 비정상적인 상황에 의하여 잔여용량 데이터에 큰 에러가 발생한 경우, 충전과정을 통하지 않고서도 실시간으로 그 에러를 검출하여 보정함으로써, 정확한 잔여용량 데이터의 제공이 가능하다.

Claims (6)

1. 방전되는 전류의 양을 측정하고, 최대용량(충전용량)에서 누적된 방전 전하량을 감산함으로써 산출되는 잔여용량 데이터를 실시간으로 갱신·저장하는 저장수단과, 이동통신 단말기와의 데이터 교환을 위한 데이터송수신부와, 배터리의 출력전압대 방전용량(잔여용량)과의 관계를 이용하여 저장된 잔여용량 데이터의 에러를 검출하고 보정하는 에러검출 및 보정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기의 배터리.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 에러검출 및 보정수단은 저장수단에 저장된 저장 잔여용량 비율값과 출력전압대 잔여용량과의 관계에서 예측되는 예측 잔여용량 비율값의 차이가 소정 임계치를 초과하는 경우에 에러가 발생하였다고 간주하는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기의 배터리.
3. 배터리의 양극에서 음극으로 흐르는 전류량을 측정하고, 특정 시점까지의 전류량을 누적한 소모전하량을 최대용량으로부터 감산함으로써 산출되는 잔여용량 데이터를 배터리에 저장하는 잔여용량 데이터 저장단계와;

   상기 특정시점에서의 배터리 출력전압(V)을 측정하고, 출력전압(V)대 방전용량(잔여용량)과의 관계를 이용하여 저장되어 있는 잔여용량 데이터의 에러를 검출하는 에러검출단계와;

   소정 조건에 의하여 잔여용량 데이터의 에러를 보정하는 에러보정단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기 배터리의 잔여용량 데이터 에러검출 및 보정방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 에러검출단계에서는, 특정 시점에서 측정된 전압에 대응되는 예측 잔여용량 비율값(C_current)과, 메모리에 저장되어 있는 저장 잔여용량 비율값(C_memory) 사이의 차이가 임계치(γ)를 초과하는 경우 에러가 발생하였다고 간주하는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기 배터리의 잔여용량 데이터 에러검출 및 보정방법.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 에러보정단계는

   예측 잔여용량 비율값(C_current)에 최대용량값(MC)을 곱함으로써 새로운 잔여용량 데이터(RC')를 산출하여 갱신·저장하는 제 1 방법과,

   예측 잔여용량 비율값을 2 이상의 필터링범위로 나누고, 측정된 예측 잔여용량비율값이 속하는 필터링범위의 하한값에 최대용량값(MC)을 곱함으로써 새로운 잔여용량 데이터(RC')를 산출하여 갱신·저장하는 제 2 방법 중 하나 이상이 이용되는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기 배터리의 잔여용량 데이터 에러검출 및 보정방법.
6. 제 3 항에 있어서,

   상기 에러검출단계에서는 저장된 잔여용량 데이터가 음수인 경우 에러가 발생하였다고 간주하고,

   상기 보정단계에서는 잔여용량 데이터를 0으로 리셋하는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기 배터리의 잔여용량 데이터 에러검출 및 보정방법.