KR20040016714A

KR20040016714A - 축전지 잔존 용량 측정 방법

Info

Publication number: KR20040016714A
Application number: KR1020020048999A
Authority: KR
Inventors: 전범진
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2002-08-19
Filing date: 2002-08-19
Publication date: 2004-02-25

Abstract

본 발명은 축전지 잔존 용량 측정 방법에 관한 것으로, 특히 축전지의 물리적 모델을 이용해서 전류적산 방식의 오차를 줄여주고 실제 측정 과정에서 노화의 영향을 보상하여 전체적인 축전지 잔존 용량 측정의 정확도를 높일 수 있게 하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 본 발명은 대기 모드에서 축전지 모델 식을 이용하여 축전지 잔존 용량을 측정하는 단계와; 상기 대기 모드 외의 사용 모드에서 전류 적산 식을 이용하여 축전지 잔존 용량을 측정하는 단계와; 상기 대기 모드와 사용 모드를 거치면서 발생하는 축전지의 충/방전에 의한 노화 현상으로 인한 축전지 용량이 줄어듦을 보상하여 축전지 용량을 갱신하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 전류 적산 방식의 오차를 줄여주고 노화의 영향을 보상해 전체적인 축전지 잔존 용량 측정의 정확도를 증가시켜 휴대 기기의 사용 시간을 늘리고 데이터를 안전하게 보호할 수 있는 효과가 있다.

Description

축전지 잔존 용량 측정 방법{METHOD FOR MEASURING RESIDUAL AMOUNT OF BATTERY}

본 발명은 축전지 잔존 용량 측정 방법에 관한 것으로, 특히 축전지의 물리적 모델을 이용해서 전류적산 방식의 오차를 줄여주고 실제 측정 과정에서 노화의 영향을 보상하여 전체적인 축전지 잔존 용량 측정의 정확도를 높일 수 있게 한 축전지 잔존 용량 측정 방법에 관한 것이다.

근래, 이동 통신 단말기나 휴대 정보 단말기와 같은 휴대용 제품이 널리 보급됨에 따라 니켈수소 축전지나 리튬이온 전지와 같은 충전 가능한 2차 전지의 보급도 늘어나고, 퍼스널 컴퓨터를 서두로 하는 각종 전자 기기의 전원으로서 폭 넓게 이용되고 있다.

최근에는 2차전지에 대한 각종 보호회로나 축전지의 잔존 용량을 계측하는 축전지 잔존 용량 계측장치를 2차 전지와 일체로 조합하여 패키지화한 소위 전지팩의 개발도 시도되고 있다.

휴대용 제품에 있어서 축전지의 잔존 용량을 정확히 측정하는 것은 자동차의 연료 잔존 용량을 정확히 아는 것 이상의 의미가 있다.

휴대용 제품에서 잔존 용량을 정확히 모르면 필요 이상으로 빨리 슬립 모드로 진입하여 일회 충전 사용 시간이 줄어들 수도 있고 갑작스러운 전력 손실로 중요한 데이터를 잃어버릴 수도 있다.

현재 휴대 정보 단말기와 같은 휴대용 제품에서는 축전지의 잔존 용량에 따라 단말기내의 장치들을 관리하는 일종의 파워 버짓 알고리즘(Power Budgeting Algorithm)을 사용하고 있다.

충전 시작 및 해지, 메모리 리텐션 모드(Memory Retention Mode) 진입, 로우 배터리 경고, 무선 랜이나 특정 모듈의 동작 제한 등이 축전지 잔존 용량에 의해 관리되고 있다.

이러한 상황에서 축전지 잔존 용량의 정확한 측정은 매우 중요한 전제 조건이다.

종래 사용되는 축전지 잔존 용량 계산 방법은 다음과 같다.

상기 수학식을 이용하여 축전지의 잔존 용량을 계산하며, 잔존 용량(Q) = 초기 충전량(Q_o) -방전량(전류누적량)이다.

그리고, Q_o는 축전지가 사용됨에 따라 만충전을 해도 점점 줄어들게 되므로 이러한 특성을 아래 수학식으로 근사하여 반영해준다.

여기서, 축전지가 300회 방전시 원래 충전량의 20%정도 성능이 떨어지는 것을 근사한 식이다.

이상의 축전지 잔존 용량 계산 방법은 단순하다는 장점이 있지만 사용자의단말기 사용 습관이나 사용 환경에 따라 축전지의 특성 변화가 심하다는 것을 간과하고 있는 문제점이 있다.

즉, 대전류 방전(사용 시간이 많은 사용자)인지 아니면 소전류 방전(대기 시간이 많은 사용자)인지, 사용자가 충전을 어떻게 하나, 그리고 사용하는 온도 환경에 따라 축전지 특성은 많은 차이를 보이게 된다.

단순히 초기 충전량에서 사용 전류 누적량을 빼서 잔존 용량을 계산하거나 축전지 제조 업체에서 제시하는 데이터쉬트에 따라 잔존 용량을 일괄적으로 변화시키는 방법으로는 정확한 충전량을 얻기가 힘든 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 축전지의 잔존 용량을 정확히 측정하기 위해 축전지의 물리적 모델을 이용해서 전류적산 방식의 오차를 줄여주고 고정된 노화 보상 방법이 아니라 실제 측정 과정에서 노화의 영향을 보상하여 전체적인 축전지 잔존 용량 측정의 정확도를 높일 수 있도록 한 축전지 잔존 용량 측정 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 축전지의 물리적 모델을 보인 예시도.

도 2는 본 발명 축전지 잔존 용량 측정 방법에 따른 계산 잔존 용량과 실제 잔존 용량의 시간 축에 대한 그래프.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 대기 모드에서 축전지 모델 식을 이용하여 축전지 잔존 용량을 측정하는 단계와; 상기 대기 모드 외의 사용 모드에서 전류 적산 식을 이용하여 축전지 잔존 용량을 측정하는 단계와; 상기 대기 모드와 사용 모드를 거치면서 발생하는 축전지의 충/방전에 의한 노화 현상으로 인한 축전지 용량이 줄어듦을 보상하여 축전지 용량을 갱신하는 단계로 동작하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 축전지의 물리적 모델을 보인 예시도로서, 이에 도시한 바와 같이 I라는 전류가 흐를 때 축전지 전압은 V=Q/C-RI로 결정된다.

축전지의 충전 잔존 용량을 측정하는 가장 원시적인 방법은 축전지 전압으로 충전 잔존 용량을 측정하는 방법인데 이 방법은 R과 C값이 그 때의 온도(T), 충전 잔존 용량(Q), 출력전류(I), 노화(A)에 따라 가변하기 때문에 정확성이 매우 떨어지는 단점이 있다.

좀더 진보한 방법은 사용 전류를 적산하는 방법인데 이 방법은 방전 효율이 전류의 세기에 따라 변하기 때문에 정확도가 떨어지는 단점이 있다.

본 발명에서 제안하는 축전지 잔존 용량 측정 방법은 축전지 모델 수학식에서 축전지 잔존 용량을 구할 수 있다.

사용자가 정확히 측정할 수 있는 값은 축전지 전압(V), 축전지 출력 전류(I), 축전지 온도(T)인데 이 모든 정보는 측정할 필요 없이 축전지 팩에서 이미 제공하고 있으므로, V=Q/C-R*I에서 실제 모델을 적용하면 V=Q/C(Q,I,T,A)-R(Q,I,T,A)*I가 된다.

여기서, 측정의 정확성을 높임과 동시에 계산을 간단히 하기 위해서 대기 모드에서 축전지 잔존 용량을 측정하고 실제 사용 모드에서는 기존의 전류 적산 방법을 채용한다.

대기 모드는 전류 소모가 미미한 슬립 모드이므로 전류와 저항의 영향을 무시할 수 있다.

따라서, V=Q/C(Q,I,T,A)-R(Q,I,T,A)*I는 V=Q/C(Q,T,A)가 된다.

상기 수학식에서 온도와 전하량에 대한 축전지 제조 업체의 데이터를 활용하면 Q값을 구하는 것이 가능해진다. Q, T, A를 고려한 정확한 식은 제조 업체의 데이터로부터 추출하여 사용하도록 한다.

이상의 방법을 그래프로 표현하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명 축전지 잔존 용량 측정 방법에 따른 계산 잔존 용량과 실제 잔존 용량의 시간 축에 대한 그래프로서, 이에 도시한 바와 같이 사용 시간에는 전류 적산 계산 방법으로 잔존 용량을 계산하고 대기 시간에는 축전지 모델을 고려한 수학식으로 잔존 용량을 계산함을 설명한다.

본 발명이 기존 방법과 가장 차별화되는 점은 노화 정보를 제조 업체의 데이터에 의존하지 않고 얻어낼 수 있다는 점이다.

축전지에 노화 현상이 없다면 대기 모드에서 전압의 변화는 다음 수학식으로 나타난다.

여기서, I는 축전지 출력 전류이고, C는 축전지 잔존 용량이고, △V는 축전지 전압의 변화량이다.

그러나, 실제로 계산을 해보면 실제 잔존 용량과 다르게 되는데 그 이유는 C가 노화에 따라 변하기 때문이다.

즉, 동일한 전하를 뽑아 썼을 때 노화가 될수록 전압 강하가 커지게 되고 이 때문에 만충전을 시켜도 그 만큼 충전 사용 시간이 줄어들게 되는 것이다.

그 이유는 용량 C가 노화에 따라 변하기 때문인데 노화가 되면 전극의 열화로 C값이 줄어들게 된다.

변화된 C값은 다음 수학식으로 구할 수 있다.

여기서, I는 축전지 출력 전류이고, △V는 축전지 전압의 변화량이고, C는 축전지 잔존 용량이다.

상기 수학식 4를 이용해서 구한 C값은 노화에 따른 충전 용량의 변화량을 고려한 값이다. 이 C값을 활용해서 축전지가 충전과 방전을 반복하면서 변화하는 축전지 잔존 용량을 갱신시켜 축전지 노화에 따른 영향을 보상한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 축전지의 물리적 모델을 이용해서 전류 적산 방식의 오차를 줄여주고 고정된 노화 보상 방법이 아니라 실제 측정 과정에서 노화의 영향을 보상해 주므로 전체적인 축전지 잔존 용량 측정의 정확도를 증가시키는 효과가 있다. 그리고, 적절한 측정모드를 선택하므로 측정의 간편함도 얻을 수 있는 효과가 있다.

산업계에서 휴대 기기의 일회 충전 사용 시간을 증가시키기 위해 많은 노력이 행해지고 있으나 다른 부분의 효율을 1%라도 올리기는 쉽지 않다. 하지만, 본 발명은 축전지 잔존 용량을 정확히 측정하므로 사용 시간을 늘리고 휴대 기기의 데이터를 안전하게 보호할 수 있는 효과가 있다.

Claims

대기 모드에서 축전지 모델 식을 이용하여 축전지 잔존 용량을 측정하는 단계와; 상기 대기 모드 외의 사용 모드에서 전류 적산 식을 이용하여 축전지 잔존 용량을 측정하는 단계와; 상기 대기 모드와 사용 모드를 거치면서 발생하는 축전지의 충/방전에 의한 노화 현상으로 인한 축전지 용량이 줄어듦을 보상하여 축전지 용량을 갱신하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 축전지 잔존 용량 측정 방법.
제1항에 있어서, 상기 축전지 모델 식은 전류 소모가 미미한 대기 모드에서 전류와 저항의 영향을 무시한 아래 수학식을 사용하게 이루어진 것을 특징으로 하는 축전지 잔존 용량 측정 방법.

(수학식)

V=Q/C(Q,T,A)

상기 수학식에서, Q는 충전 잔존 용량이고, T는 온도이고, A는 노화이고, V는 축전지 전압이다.
제1항에 있어서, 상기 축전지 용량의 갱신은 방전 전하량을 전압 변화량으로 나누어 축전지 잔존 용량을 계산하는 아래 수학식을 사용하게 이루어진 것을 특징으로 하는 축전지 잔존 용량 측정 방법.

(수학식)

상기 수학식에서, I는 축전지 출력 전류이고, △V는 축전지 전압의 변화량이고, C는 축전지 잔존 용량이다.