KR20070117259A - 배터리 잔량 측정 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 잔량 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 게이지 IC를 가지고 있지 않은 배터리의 잔량을 측정하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 배터리의 전압을 주기적으로 N번 측정하여, 평균 전압을 계산하여 잔량을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 평균 전압이 설정된 전압 구간의 전압인 경우, 현재 전압을 1회 측정하고, 이전에 측정된 N 번의 측정값과 현재 전압을 이용하여 평균 전압을 계산하여 잔량을 측정하는 단계를 수행하여 배터리의 방전 특성에 따라 측정 방법을 변경하여 시스템의 부하를 줄이면서, 효과적으로 배터리의 잔량을 측정할 수 있다.
배터리, 잔량, 게이지 IC, 방전곡선

Description

배터리 잔량 측정 장치 및 방법{Apparatus and method of gauging for battery}
도 1은 배터리의 방전량을 나타내는 방전 곡선 그래프이다.
도 2는 배터리 잔량 측정 장치의 구조를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 잔량 측정 방법의 동작 순서도이다.
도 4는 상기 도 3에 따른 시스템 전원 오프의 동작 순서도이다.
<도면의 주요부분의 간단한 설명>
210 : CPU 220, 230 : 제 1 및 제 2 AD 컨버터
230 : 배터리 240 : 센싱 저항
본 발명은 배터리의 잔량을 측정하는 것에 관한 것으로, 특히 게이징 IC(Gauging IC)가 없이 배터리 전압을 AD 컨버터를 이용하여 로딩 하는 방식으로 배터리의 잔량을 측정하는 배터리 잔량 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
근래에 휴대전화와 노트북을 비롯하여 PDA(Portable Data Assistant), 캠코더, 디지털 카메라, 각종 멀티미디어 플레이어와 같은 고성능 모바일 기기가 계속 상품화 되고 있다.
이러한 기기를 휴대형으로 만드는 핵심 부품의 하나가 2차 전지(배터리)이다. 이러한 기기의 소형화, 경량화를 위해 배터리는 가급적 작고, 가볍게 하며, 오랜 동작시간을 유지하기 위해 고 에너지 밀도화 기술을 토대로 발전해오고 있다.
또한, 배터리 소모량을 측정하여 멀티미디어 기기를 얼마나 사용이 가능한지를 파악하고, 그에 대한 대처를 하는 중요한 과제가 되고 있다.
현재 배터리 중에는 배터리의 잔량을 체크하여 그 정보를 제공하는 배터리 컨트롤 IC(게이지 IC)를 내장하고 있어, 현재의 배터리 잔량을 체크하고, 측정된 잔량에 따라 사용할 수 있는 시간 정보 등을 제공하는 등의 다양한 정보 제공이 가능한 제품이 있다.
그러나 배터리 잔량 체크를 하는 게이지 IC를 가지지 않는 배터리의 경우는, 시스템의 AD 컨버터가 배터리의 전압을 일정 주기로 N 번 체크하여, 체크된 전압의 평균을 제공하는 방식으로 잔량 체크를 수행하는 방식을 이용하였다.
도 1은 배터리의 방전량을 나타내는 방전 곡선 그래프이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 배터리는 최고 5V의 전압을 가지는 경우, 시간이 지남에 따라 방전(또는 소모)을 하게 되는데, 나타난 바와 같이 3.7~3.8V 정도의 구간에서는 곡선의 기울기가 완만해 지는 것을 볼 수 있다.
상기와 같은 방전 곡선을 가지는 배터리가 게이지 IC를 포함하지 않는 경우 잔량을 체크하기 위해서 AD 컨버터가 N 번의 전압체크를 하고, 체크된 전압의 평균을 계산하여 잔량을 측정하는 방식은 3.7~3.8V의 구간에서는 불필요한 절차를 수행하게 된다.
물론, 평균을 이용하기 때문에 비교적 정확한 전압 체크가 가능하지만, 완만한 기울기 구간에서는 오히려 전력을 소모하는 요소가 되고, CPU 역시 불필요한 로딩을 발생시키는 문제가 된다.
즉, 완만한 기울기를 가진 다는 것은 전압의 변화가 아주 작다는 것을 의미하는데 이러한 구간에서 계속하여 주기적으로 N번 전압 체크하고, 평균 전압을 계산하는 것은 불필요한 전압값 체크와, CPU 연산을 수행하도록 하는 것이다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 배터리의 방전 곡선이 완만한 기울기를 갖는 구간에서는 전압을 한번만 읽고, 이전 데이터를 이용하도록 하여 효율을 높이는 배터리 잔량 측정 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 배터리 잔량 측정 장치는,
제어 신호에 의해 상기 배터리의 전압을 측정하는 전압 측정부; 및
상기 전압 측정부를 제어하여 제 1 방식에 의한 배터리 잔량을 측정하고, 상기 배터리의 전압이 정해진 전압 구간인 경우 제 2 방식에 의한 배터리 잔량을 측 정하는 제어부를 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 잔량 측정 방법은,
배터리의 잔량을 측정하는 방법에 있어서,
상기 배터리의 전압을 주기적으로 N번 측정하여, 평균 전압을 계산하여 잔량을 측정하는 단계; 및
상기 측정된 평균 전압이 설정된 전압 구간의 전압인 경우, 현재 전압을 1회 측정하고, 이전에 측정된 N 번의 측정값과 현재 전압을 이용하여 평균 전압을 계산하여 잔량을 측정하는 단계를 포함하여 구성된다.
언급된 바와 같이 본 발명에 따른 배터리 잔량 측정 장치 및 방법은 방전 곡선의 기울기가 완만한 구간에서 배터리의 잔량을 이전에 측정한 값과, 현재 값만을 이용하여 측정할 수 있도록 하여 효율적으로 배터리 잔량을 측정할 수 있도록 하며, 이하에서는 도면을 참조하여 배터리 잔량 측정 장치 및 방법에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서 종래에 공지가 되어 알려진 부분에 대해서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.
도 2는 배터리 잔량 측정 장치의 구조를 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면. 배터리(250)의 잔량을 측정하기 위해서는, 상기 배터리의 (-)와 (+) 단자간의 전압을 측정하는 제 1 AD 컨버터(220)와, 상기 배터리(250)와 제 1 AD 컨버터(220) 간에 연결되는 센싱 저항(240)과, 상기 센싱 저항(240)에 걸리는 전압을 측정하기 위한 제 2 AD 컨버터(230)와, 상기 제 1 AD 컨버터(220) 및 제 2 AD 컨버터(230)를 제어하여 배터리(250)의 전압을 측정하도록 하고, 그 값을 이용하여 잔량을 계산하는 CPU(210)를 포함하여 구성한다.
상기 제 1 AD 컨버터(220)와 제 2 AD 컨버터(230)는 아날로그 전압값을 디지털 전압값으로 변환하여 출력하며, 상기의 출력된 전압값을 이용하여 CPU(210)가 배터리(250)의 잔량을 계산한다.
또한, 상기 장치는 배터리(250)의 잔량을 표시하기 위한 표시부를 포함하는 다양한 기능 블록을 더 포함할 수 있으며, 본 발명의 자세한 설명에서 필요 없는 부분은 생략하였다.
CPU(210)는 주기적으로 제 1 AD 컨버터(220)와 제 2 AD 컨버터(230)의 값을 N 번 로딩하고, 로딩된 값을 평균하여 배터리(210) 잔량을 측정하는 제 1의 측정 방식을 사용한다.
그러나 CPU(210)는 배터리(210)의 방전곡선에서 완만한 기울기를 보이는 3.7~3.8V의 구간에서는 제 1 및 제 2 컨버터(220, 230)의 값을 N 번 로딩 하는 것이 아니라, 한번만 로딩하고 이전에 로딩 했던 값들 중에서 가장 오래된 것을 삭제한 후, 최근의 값을 적용하여 평균을 내는 제 2의 방식으로 잔량 측정 방식을 변경하게 된다.
상기와 같이 잔량을 제 2 방식으로 측정하는 방식은 배터리(250)의 종류와 용량에 따라 방전곡선이 완만한 기울기를 가지는 구간이 다르므로, 해당 구간에 대한 설정을 외부 제어신호를 통해 변경하는 것이 가능하다.
또한, CPU(210)는 시스템의 기능에 따라 일정 전압 이하로 현재의 전압이 떨 어지면, 시스템 보호를 위해 임의로 시스템 오프를 수행할 수 있다.
상기의 배터리 잔량 측정 장치의 동작은 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 잔량 측정 방법의 동작 순서도이다.
도 3을 참조하면, CPU(210)는 배터리(250)의 잔량을 측정하기 위해서, 일정 주기로 제 1 및 제 2 AD 컨버터(220, 230)의 값을 N 번 로딩 한다(S301).
이때, 상기 주기 및 N 은 외부 제어신호에 의해 변경이 가능하다.
그리고 CPU(210)는 로딩된 값을 이용하여 평균 전압(V)을 계산한다(S302).
상기 평균 전압은 제 1 AD 컨버터(220)가 측정한 전압에서 센싱 저항(240)의 전압인 제 2 AD 컨버터(230)의 전압값을 뺀 값들을 모두 더한 후, N 으로 나누어 평균을 계산하게 된다.
이외에도 다양한 방식으로 N 번의 로딩에 따른 전압값 평균을 구하는 것이 가능하다.
한편, CPU(210)는 계산된 평균 전압값(V)이 미리 설정된 구간인 3.7~3.8V 사이인지를 확인한다(S303). 상기 3.7~3.8V 구간은 상기 도 1 및 도 2의 설명에서 서술한 바와 같이, 배터리(250) 특성에 따르는 방선 곡선의 기울기가 완만한 구간으로 변경 가능하다.
현재 평균 전압값(V)이 설정된 구간에 속하는 경우, CPU(210)는 이후의 배터리 잔량 측정 방식을 변경하게 된다.
즉, CPU(210)는 제 1 및 제 2 AD 컨버터(220, 230)의 값을 한번만 로딩하고 (304), 이전에 로딩했던 값들 중에서 가장 오래된 값을 삭제한 후, 삭제된 값 대신 상기 단계 S304에서 로딩한 최근 값을 적용하여 N으로 평균을 계산하게 된다(S305).
상기의 방식에 따르면, 완만한 기울기의 방전구간에서 불필요하게 N 번의 로딩을 하지 않고도, 최신의 값을 적용하면서, 이전의 로딩값을 이용함으로써 상기 제 1 및 제 2 컨버터(220, 230)의 로딩을 줄이고, CPU(210)의 부하를 줄일 수 있다.
상기의 방식에 따라 동작하는 CPU(210)는 시스템이 3.1 V 이하의 전압에서는 안전하게 동작할 수 없다면, 이를 확인하여 시스템을 오프할 수 있도록 한다.
즉, 다음의 도 4와 같이 동작한다.
도 4는 상기 도 3에 따른 시스템 전원 오프의 동작 순서도이다.
도 4를 참조하면, 단계 S401 내지 단계 S405는 상기 도 3에서 설명한 단계 S301 내지 S305의 경우와 동일하게 동작한다.
그러나 평균 전압값이 3.7~3.8V의 구간을 벗어나게 되면, CPU(210)는 다시 단계 S401 및 단계 S402의 방식으로 평균 전압값을 계산하게 되고, 평균 전압값이 3.1V 이하가 되면(S406), 시스템을 자동으로 오프함으로써(S407), 시스템을 보호한다.
상기의 방식에 의해 CPU(210)는 효과적으로 배터리(250)의 잔량을 측정하면서, 시스템을 보호하는 기능도 수행할 수 있다.
좀더 실제적인 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
배터리(250)가 종래의 기술에서 설명한 바와 같이 4.5V를 최고 전압으로 가지며, 도 1과 같은 방전곡선에 따른 방전을 하게 되는 경우, 처음에 CPU(210)는 제 1 및 제 2 AD 컨버터(220, 230)의 값을 4 번 로딩하여 평균 전압값을 계산한다고 가정한다.
이때, 평균 전압값이 4.0V라면, CPU(210)는 계속해서 주기적으로 4번을 로딩하여 4번 로딩된 값을 이용하여 평균 전압값을 계산하는 방법으로 배터리(250)의 전압을 측정하여 잔량을 계산한다.
그리고 방전 곡선에 의해, 4 번 로딩하여 계산한 평균 전압값이 3.75V가 됐다면, CPU(210)는 설정된 구간에 계산된 평균 전압값이 속하므로, 이후에는 제 1 및 제 2 AD 컨버터(220, 230)의 값을 4 번 로딩하는 것이 아니라 한번만 로딩한다.
그리고 설정된 구간에 진입한 최초의 4개의 측정 값 중에서 가장 오래된 값을 삭제하고, 최근 측정한 값을 적용하여 평균 전압값을 구한다.
즉, 배터리(250)의 평균 전압값이 3.7~3.8V 구간에 처음 들어선 4번의 데이터가 각각 3.81V, 3.80V, 3.79V, 3.78V이었고, 이로 인해 평균 전압값이 3.795V로 설정 구간에 들어섰다면, 이후로는 한번만 전압값을 측정한다.
이때 측정된 전압값이 3.75V 였다면, 바로 이전에 쟀던 4개의 측정 값중에서 가장 오래전에 쟀던 3.81V를 삭제하고, 대신에 3.75V를 적용하여 전압 평균값 3.78이 되는 것이다.
상기의 방식에 따라 전압을 측정하여 배터리(250) 잔량을 측정하고, 이후에 구간을 벗어나게 되면, 다시 4번의 전압값을 측정하여 평균을 계산하도록 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 잔량 측정 장치 및 방법은 배터리의 방전 특성에 따라 측정 방식을 변경하도록 하는 특징이 있으며, 본 발명을 올바르게 이해하는 당업자는 본 발명의 사상 범위 내에서 구성 요소의 취사선택에 의해서 또 다른 실시 예를 만들어 내는 것은 쉬운 일이다.
상기된 바와 같은 본 발명에 따른 배터리 잔량 측정 장치 및 방법은 배터리의 방전 특성에 따라 측정 방법을 변경하여 시스템의 부하를 줄이면서, 효과적으로 배터리의 잔량을 측정하도록 하는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 배터리의 잔량을 측정하는 장치에 있어서,
    제어 신호에 의해 상기 배터리의 전압을 측정하는 전압 측정부; 및
    상기 전압 측정부를 제어하여 주기적으로 설정된 N 번(1~N)의 횟수만큼의
    전압을 측정하고, 그 평균이용하여 배터리 잔량을 측정하고,
    상기 배터리의 전압이 정해진 전압 구간인 경우, 현재의 전압을 측정하고, 측정된 값을 이용하여 이전에 측정된 N 개의 측정값(1~N) 중에서 가장 이전값(1)을 제외한 나머지 값 (2~N)과 함께 평균하여 배터리 잔량을 측정하도록 하는 제어부;를 포함하는 배터리 잔량 측정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 정해진 전압 구간은,
    외부 제어신호에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 배터리 잔량 측정 장치.
  3. 배터리의 잔량을 측정하는 방법에 있어서,
    상기 배터리의 전압을 주기적으로 N번 측정하여, 평균 전압을 계산하여 잔량을 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 평균 전압이 설정된 전압 구간의 전압인 경우, 현재 전압을 1회 측정하고, 이전에 측정된 N 번의 측정값과 현재 전압을 이용하여 평균 전압을 계산 하여 잔량을 측정하는 단계
    를 포함하는 배터리 잔량 측정 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 배터리의 전압을 측정하는 주기는 외부 제어신호에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 배터리 잔량 측정 방법.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 N은 정수이고, 외부 제어신호에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 배터리 잔량 측정 방법.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 설정된 전압 구간은 외부 제어 신호에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 배터리 잔량 측정 방법.
  7. 제 3항에 있어서,
    측정된 평균 전압이 설정된 전압 구간인 경우, 이전에 측정된 N 번의 전압중, 가장 오래된 전압 값을 삭제하고, 현재 전압 값을 포함시켜 N 개의 전압값을 만들어 평균을 구하는 것을 특징으로 하는 배터리 잔량 측정 방법.
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 측정된 전압값이 설정된 임계값 이하인 경우, 시스템 전원을 자동으로 오프하도록 하는 것을 특징으로 하는 배터리 잔량 측정 방법.
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