KR20110076648A - 배터리 사용가능 시간 산출장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

배터리 사용가능 시간 산출장치 및 방법이 제공된다. 본 배터리 사용가능 시간 산출장치는, 배터리의 잔여 전력량을 측정하는 측정부, 배터리의 평균 사용 전력을 모니터링하는 모니터링부 및 배터리의 잔여 전력량, 배터리의 평균 사용 전력, 최저-부하에서 배터리의 사용가능 시간 및 최고-부하에서 배터리의 사용가능 시간을 이용한 연산을 통해 배터리의 사용가능 시간을 산출하는 제어부를 포함한다. 이에 의해, 배터리의 사용가능 시간을 보다 정확하게 예측할 수 있게 된다.
배터리, 배터리팩, 전력, 전력량, 사용가능 시간

Description

배터리 사용가능 시간 산출장치 및 방법{Apparatus and method for measuring lifetime of battery}
본 발명은 배터리 사용가능 시간 산출장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 센서노드에 장착되어 센서노드에 필요한 전력을 공급하는 배터리의 사용가능 시간을 산출하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
USN(Ubiquitous Sensor Network) 기술은 배터리 기반의 USN 노드를 배포하여 다양한 정보를 습득하는데 목적을 두며, 에너지 최적화가 중요 요소 중에 하나이다.
이러한 에너지 최적화의 최대 목표는 배터리 사용 시간의 증대이다. 배터리 사용 시간의 증대를 위해서는 현재 사용되는 전력 모니터링이 필요하고 이를 이용한 배터리 사용시간의 예측은 필수적이다. 특히, 센서네트워크 응용을 위해서는 다양한 배포 환경에 따라 달라질 수 있는 배터리 사용 시간 때문에, 현재 사용되고 있는 전력 모니터링이 필수적이다.
도 1에는 기존 USN 노드에 에너지를 공급받는 배터리들이 장착되는 배터리팩을 도시하였다. 이와 같은 배터리팩을 이용하는 USN 노드에서, 배터리 사용가능 시 간은, 현재 사용되고 있는 에너지와 남은 에너지의 비율을 산출하여 예측하고 있는 실정이다.
하지만 이와 같은 배터리 사용가능 시간 예측방법은, 에너지를 일정하게 사용하는 기기에는 적합하지만 USN노드와 같이 에너지 사용이 일정하지 않은 긱에는 부적합하다.
사용되는 시점에 따라 급격한 에너지 사용량의 편차를 나타내기 때문이다. 따라서, 위 방법으로는 정확한 배터리 사용가능 시간의 산출이 불가능하며, 따라서 USN의 생존율 파악에 어려움을 주게 된다.
도 2는 종래의 배터리 사용가능 시간 예측 방법을 이용하여 예측한 배터리 사용가능 시간과 실제 사용한 시간과의 차이를 에러율로 표시한 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 배터리의 사용가능 시간을 보다 정확하게 예측할 수 있는 배터리 사용가능 시간 산출장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른, 배터리 사용가능 시간 산출장치는, 배터리의 잔여 전력량을 측정하는 측정부; 상기 배터리의 평균 사용 전력을 모니터링하는 모니터링부; 및 상기 측정부에서 측정된 상기 배터리의 잔여 전력량, 상기 모니터링부에서 모니터링된 상기 배터리의 평균 사용 전력, 최저-부하에서 배 터리의 사용가능 시간 및 최고-부하에서 배터리의 사용가능 시간을 이용한 연산을 통해 상기 배터리의 사용가능 시간을 산출하는 제어부;를 포함한다.
상기 제어부는, 아래의 수학식에 의해 상기 배터리의 사용가능 시간을 산출하는 것이 바람직하다.
Lpredict = [(Rfull - Rcut - off) - (Rnow - Rcut - off)]/Caverage + Lgap*Wcorrect
Lgap = Llow - workload - Lhigh - workload
상기 가중치(Wcorrect)는, 상기 배터리의 평균 사용 전력(Caverage)에 반비례하는 것이 바람직하다.
본 배터리 사용가능 시간 산출장치는, 상기 제어부에서 산출된 상기 배터리의 사용가능 시간을 외부기기로 전송하는 통신부; 및 상기 제어부에서 산출된 상기 배터리의 사용가능 시간을 기록매체에 저장하는 인터페이스;를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른, 배터리 사용가능 시간 산출방법은, 배터리의 잔여 전력량을 측정하는 단계; 상기 배터리의 평균 사용 전력을 모니터링하는 단계; 및 상기 측정 단계에서 측정된 상기 배터리의 잔여 전력량, 상기 모니터링 단계에서 모니터링된 상기 배터리의 평균 사용 전력, 최저-부하에서 배터리의 사용가능 시간 및 최고-부하에서 배터리의 사용가능 시간을 이용한 연산을 통해 상기 배터리의 사용가능 시간을 산출하는 단계;를 포함한다.
상기 산출 단계는, 아래의 수학식에 의해 상기 상기 배터리의 사용가능 시간을 산출하는 것이 바람직하다.
Lpredict = [(Rfull - Rcut - off) - (Rnow - Rcut - off)]/Caverage + Lgap*Wcorrect
Lgap = Llow - workload - Lhigh - workload
상기 가중치(Wcorrect)는, 상기 배터리의 평균 사용 전력(Caverage)에 반비례하는 것이 바람직하다.
본 배터리 사용가능 시간 산출방법은, 상기 산출 단계에서 산출된 상기 배터리의 사용가능 시간을 외부기기로 전송하는 단계; 및 상기 산출 단계에서 산출된 상기 배터리의 사용가능 시간을 기록매체에 저장하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 배터리의 사용가능 시간을 보다 정확하게 예측할 수 있게 된다. 본 발명의 기술적 사상은, 센서네트워크 응용에서 와 같이 USN 노드들의 다양한 배포 환경에 따라 달라질 수 있는 배터리 사용 시간을 정확히 예측할 수 있다. 이러한 예측을 통해 정확한 USN노드의 생존율을 에뮬레이션해 줄 수 있게 된다. 이에 따라, USN 노드의 배터리 사용 시간 증대를 위한 다양한 정보를 얻을 수 있음으로써 USN 기술의 완성도를 한 단계 높일 수 있게 된다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 사용가능 시간 산출장치의 블럭도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 배터리 사용가능 시간 산출장치는, RF 통신부(110), 메모리 카드 인터페이스(120), 제어부(130), 모니터링 부(140), 배터리팩(150) 및 측정부(160)를 구비한다.
RF 통신부(110)는 외부기기와 통신가능하도록 연결된다. RF 통신부(110)는 후술할 제어부(130)에서 산출된 배터리 사용가능 시간에 대한 정보를 통신가능하도록 연결된 외부기기로 전송한다.
메모리 카드 인터페이스(120)는 장착된 메모리 카드에 정보를 저장하거나 메모리 카드에 저장된 정보를 읽어들인다. 메모리 카드 인터페이스(120)는 후술할 제어부(130)에서 산출된 배터리 사용가능 시간에 대한 정보를 메모리 카드에 저장한다.
모니터링부(140)는 배터리팩(150)에 장착된 배터리에 대한 평균사용 전력을 실시간으로 모니터링한다. 그리고, 모니터링부(140)는 모니터링되는 배터리의 평균사용 전력을 제어부(130)로 전달한다. 후술하겠지만, 모니터링부(140)에서 모니터링되는 배터리의 평균사용 전력은 배터리 사용가능 시간 산출에 참고된다.
측정부(160)는 배터리팩(150)에 장착된 배터리의 잔여 전력량을 측정한다. 그리고, 측정부(160)는 측정된 배터리의 잔여 전력량을 제어부(130)로 전달한다. 후술하겠지만, 측정부(160)는 측정된 배터리의 잔여 전력량은 배터리 사용가능 시간 산출에 참고된다.
제어부(130)는 모니터링부(140)의 모니터링 결과, 측정부(160)의 측정결과를 이용한 연산을 통해 배터리 사용가능 시간을 산출한다. 제어부(130)에 의해 배터리 사용가능 시간 산출은, 아래의 수학식 1과 같다.
Lpredict = [(Rfull - Rcut - off) - (Rnow - Rcut - off)]/Caverage + Lgap*Wcorrect
여기서, Lpredict은 배터리 사용가능 시간으로, 제어부(130)가 궁극적으로 산출하고자 하는 값이다. Rfull은 배터리의 최대 전력량이고, Rcut - off은 배터리의 최소 가용 전력량이다. Rfull과 Rcut - off은 배터리의 종류에 따라 결정되는 값으로, 제어부(130)가 이미 알고 있는 값이다.
Rnow는 배터리의 잔여 전력량으로, 전술한 측정부(160)에 의해 측정되어 제어부(130)로 전달되는 값이다.
Caverage는 배터리의 평균 사용 전력으로, 전술한 모니터링부(140)에 의해 측정되어 제어부(130)로 전달되는 값이다.
위 수학식 1에서 배터리 사용가능 시간 산출에 평균 사용 전력을 이용한 이유는 다음과 같다. 사용 전력에 대한 변화폭이 큰 경우에 현재의 사용 전력을 그대로 반영하게 되면, 반영 시점에 따라 배터리 사용가능 시간이 매우 상이하게 나타난다. 따라서, 이를 감소시키기 위하여, 본 실시예에서는 사용된 전력의 평균인 평균사용 전력을 이용하여 배터리 사용가능 시간의 편차가 줄어들도록 한 것이다.
한편, Lgap는 최저-부하와 최고-부하 간 배터리 사용가능 시간차를 의미하며,아래의 수학식 2에 의해 산출가능하다.
Lgap = Llow - workload - Lhigh - workload
여기서, Llow - workload은 최저-부하에서 배터리의 사용가능 시간이고, Lhigh - workload는 최고-부하에서 배터리의 사용가능 시간이다. 이들은, 사전 실험을 통해 미리 산출되는 값으로, 제어부(130)가 이미 알고 있는 값이다.
배터리 사용가능 시간 산출에 Lgap을 이용한 이유는, 배터리에 걸리는 workload의 크기가 클수록 배터리 사용가능 시간이 더욱 감소하는 것을 반영하기 위함이다.
한편, 수학식 1에서 Wcorrect는 Lgap에 대한 가중치이다. Wcorrect는 Caverage(배터리의 평균 사용 전력)에 반비례하는 보정 변수로 기능하다. 배터리가 low-workload에 사용되는 경우 Wcorrect는 "1"이고, 배터리가 high-workload에 사용되는 경우 Wcorrect는 "0"이다. 이외의 경우, Wcorrect는 "0"에서 "1" 사이의 값을 가지는데, Caverage에 반비례할 수 있다.
이하에서는, 도 3에 도시된 배터리 사용가능 시간 산출장치가 배터리 사용가능 시간을 산출하는 과정에 대해 도 4를 참조하여 상세히 설명한다. 도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 사용가능 시간 산출방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 모니터링부(140)는 배터리팩(150)에 장착된 배터리에 대한 평균사용 전력을 실시간으로 모니터링한다(S410).
그리고, 측정부(160)는 배터리팩(150)에 장착된 배터리의 잔여 전력량을 측 정한다(S420).
그러면, 제어부(130)는 모니터링부(140)의 모니터링 결과, 측정부(160)의 측정결과를 수학식 1에 대입하여 배터리 사용가능 시간을 산출한다(S430).
이후, RF 통신부(110)는 S430단계에서 산출된 배터리 사용가능 시간에 대한 정보를 통신가능하도록 연결된 외부기기로 전송한다(S440).
그리고, 메모리 카드 인터페이스(120)는 S430단계에서 산출된 배터리 사용가능 시간에 대한 정보를 장착된 메모리 카드에 저장한다(S450).
도 5는 본 실시예에 의한 배터리 사용가능 시간 산출 방법을 이용하여 예측한 배터리 사용가능 시간과 실제 사용한 시간과의 차이를 에러율로 표시한 것이다. 도 5를 통해 알 수 있듯이, 본 실시예에 의할 경우, 종래의 방법에 비하여 향상된 예측 결과를 나타내며, 특히 Duty 50%일 경우의 예측결과는 도 2의 결과보다 약 5% 정도의 정확도 향상을 보였으며, 10 시간 이상 동작시킬 경우 6분 정도의 오차로 배터리 사용 시간을 예측할 수 있었다.
본 발명은 센서네트워크 시스템에 적용되어, 배터리 기반 USN 생존율 에뮬레이션을 제공할 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
도 1은, 기존 USN 노드에 에너지를 공급받는 배터리들이 장착되는 배터리팩을 도시한 도면,
도 2는 종래의 배터리 사용가능 시간 예측 방법을 이용하여 예측한 배터리 사용가능 시간과 실제 사용한 시간과의 차이를 에러율로 표시한 그래프,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 사용가능 시간 산출장치의 블럭도,
도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 사용가능 시간 산출방법의 설명에 제공되는 흐름도, 그리고,
도 5는 본 실시예에 의한 배터리 사용가능 시간 산출 방법을 이용하여 예측한 배터리 사용가능 시간과 실제 사용한 시간과의 차이를 에러율로 표시한 그래프이다.

Claims (8)

  1. 배터리의 잔여 전력량을 측정하는 측정부;
    상기 배터리의 평균 사용 전력을 모니터링하는 모니터링부; 및
    상기 측정부에서 측정된 상기 배터리의 잔여 전력량, 상기 모니터링부에서 모니터링된 상기 배터리의 평균 사용 전력, 최저-부하에서 배터리의 사용가능 시간 및 최고-부하에서 배터리의 사용가능 시간을 이용한 연산을 통해 상기 배터리의 사용가능 시간을 산출하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 사용가능 시간 산출장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    아래의 수학식에 의해 상기 배터리의 사용가능 시간을 산출하며,
    Lpredict = [(Rfull - Rcut - off) - (Rnow - Rcut - off)]/Caverage + Lgap*Wcorrect
    Lgap = Llow - workload - Lhigh - workload
    Lpredict : 배터리의 사용가능 시간
    Rfull : 배터리의 최대 전력량
    Rcut - off : 배터리의 최소 가용 전력량
    Rnow : 배터리의 잔여 전력량
    Caverage : 배터리의 평균 사용 전력
    Lgap : 최저-부하와 최고-부하 간 배터리의 사용가능 시간차
    Wcorrect : 가중치
    Llow - workload : 최저-부하에서 배터리의 사용가능 시간
    Lhigh - workload : 최고-부하에서 배터리의 사용가능 시간인 것을 특징으로 하는 배터리 사용가능 시간 산출장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 가중치(Wcorrect)는, 상기 배터리의 평균 사용 전력(Caverage)에 반비례하는 것을 특징으로 하는 배터리 사용가능 시간 산출장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부에서 산출된 상기 배터리의 사용가능 시간을 외부기기로 전송하는 통신부; 및
    상기 제어부에서 산출된 상기 배터리의 사용가능 시간을 기록매체에 저장하는 인터페이스;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 사용가능 시간 산출장치.
  5. 배터리의 잔여 전력량을 측정하는 단계;
    상기 배터리의 평균 사용 전력을 모니터링하는 단계; 및
    상기 측정 단계에서 측정된 상기 배터리의 잔여 전력량, 상기 모니터링 단계에서 모니터링된 상기 배터리의 평균 사용 전력, 최저-부하에서 배터리의 사용가능 시간 및 최고-부하에서 배터리의 사용가능 시간을 이용한 연산을 통해 상기 배터리의 사용가능 시간을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 사용가능 시간 산출방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 산출 단계는,
    아래의 수학식에 의해 상기 상기 배터리의 사용가능 시간을 산출하며,
    Lpredict = [(Rfull - Rcut - off) - (Rnow - Rcut - off)]/Caverage + Lgap*Wcorrect
    Lgap = Llow - workload - Lhigh - workload
    Lpredict : 배터리의 사용가능 시간
    Rfull : 배터리의 최대 전력량
    Rcut - off : 배터리의 최소 가용 전력량
    Rnow : 배터리의 잔여 전력량
    Caverage : 배터리의 평균 사용 전력
    Lgap : 최저-부하와 최고-부하 간 배터리의 사용가능 시간차
    Wcorrect : 가중치
    Llow - workload : 최저-부하에서 배터리의 사용가능 시간
    Lhigh - workload : 최고-부하에서 배터리의 사용가능 시간인 것을 특징으로 하는 배터리 사용가능 시간 산출방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 가중치(Wcorrect)는, 상기 배터리의 평균 사용 전력(Caverage)에 반비례하는 것을 특징으로 하는 배터리 사용가능 시간 산출방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 산출 단계에서 산출된 상기 배터리의 사용가능 시간을 외부기기로 전송하는 단계; 및
    상기 산출 단계에서 산출된 상기 배터리의 사용가능 시간을 기록매체에 저장하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 사용가능 시간 산출방법.
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