KR20150023446A - 안전 시스템을 갖는 저전력 배터리 팩 - Google Patents

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KR20150023446A KR20147035998A KR20147035998A KR20150023446A KR 20150023446 A KR20150023446 A KR 20150023446A KR 20147035998 A KR20147035998 A KR 20147035998A KR 20147035998 A KR20147035998 A KR 20147035998A KR 20150023446 A KR20150023446 A KR 20150023446A
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Abstract

본 출원은 저전력 시스템에서 배터리 전력을 보존하는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일특징에 따라, 저전력 프로세서(110)를 갖는 배터리(88)는 배터리(88)의 잔존 충전량을 판정하는 모니터 회로(120)를 셧오프하도록 이용된다. 주기적으로, 저전력 프로세서(110)는 배터리(88)의 잔존 충전량을 판정하기 위해 모니터 회로(120)를 기동하고 파워 온할 것이다. 본 발명의 다른 특징에 따라, 안전성 오버라이드 회로가 제공된다. 안전성 오버라이드 회로는 예컨대 저전력 프로세서(110)가 기동을 실패하는 경우와 같이 저전력 프로세서(110)에서 장애가 있는 때에 배터리(88)로부터 전하가 흐르도록 하는 고장 안전(fail-safe) 방식의 것이다.

Description

안전 시스템을 갖는 저전력 배터리 팩{LOW-POWER BATTERY PACK WITH SAFETY SYSTEM}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 "LOW-POWER BATTERY PACK WITH SAFETY SYSTEM"을 발명의 명칭으로 하여 2012년 5월 24일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/651,376의 출원 일자의 이점을 주장하며, 이 특허 출원의 개시 내용이 원용에 의해 본 명세서에 통합되며, 또한 "LOW-POWER BATTERY PACK WITH SAFETY SYSTEM"을 발명의 하여 2013년 3월 14일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/782,358의 출원 일자의 이점을 주장하며, 이 특허 출원의 개시 내용 또한 원용에 의해 본 명세서에 통합된다.
본 발명은 전반적으로 연장된 저장 수명(extended shelf life)을 제공하는데 도움을 주기 위해 저전력 프로세서 및 안전 시스템을 갖는 스마트 재충전 가능 배터리 팩에 관한 것이다.
재충전 가능 배터리는 오늘날의 세계에서는 아주 흔한 것으로 되고 있으며, 셀룰러 전화 및 랩탑에서부터 의료용 기기 및 항공기에까지 모든 분야에서 이용되고 있다. 간혹, 사용자가 디바이스에 전력을 공급하고 있는 배터리에 얼마나 많은 충전량이 남아있는지에 대해 아는 상태로 유지되는 것이 바람직하다. 이것은 예컨대 디바이스가 운반되거나 보관되고 있는 때와 같이 디바이스가 연장된 기간의 시간 동안 사용되지 않는 때에 특히 그러할 것이다. 그러나, 배터리의 충전량을 모니터링하는 것은 일반적으로 충전량이 대폭 감소되는 결과를 발생한다.
통상적으로, 배터리의 잔존 충전량을 검출하기 위해 사용되는 전력의 양은 작다. 예컨대 대략 5 암페어-시간보다 큰 정격의 배터리 팩과 같이 대형 배터리 팩을 사용하는 디바이스에 대해, 대형 배터리 팩은 잔존 충전량을 검출하는 것으로는 크게 소모되지 않을 수도 있다. 그러나, 예컨대 대략 0.7 암페어-시간의 정격의 배터리 팩과 같이 일반적인 기능을 위한 소형 배터리를 사용하는 디바이스에 대해, 배터리 충전량을 모니터링하는 회로에 의해 소모되는 전력의 양은 상대적으로 소형의 배터리에 대해서는 커다란 소모를 발생할 수 있다.
이 문제는 디바이스가 재고로 보관되고 있거나 운반되고 있는 때와 같이 배터리에 의해 전력이 공급되는 디바이스가 연장된 기간의 시간 동안 사용되지 않는 때에 특히 드러나게 된다. 전술한 바와 같이, 디바이스가 사용되고 있지 않은 경우에도, 충전량을 지속적으로 모니터링하기 위해 배터리 팩으로부터 전력이 소비되어, 필수적으로 배터리를 소모되게 한다. 재고의 디바이스에 대해, 디바이스를 빈번하게 재충전할 필요성은 비용이 많이 소요되고 노동력 또한 많이 요구된다. 운반되고 있는 디바이스에 대해서는, 재충전이 불가능하지는 않더라도 곤란할 수 있다.
따라서, 배터리 팩 상에 잔존하는 충전량을 모니터링하기 위한 저전력 프로세서를 포함하는 스마트 배터리 팩을 제공하는 것이 필요하다. 이것은 더 우수한 전력 관리를 제공하고 배터리 수명을 증가시킬 것이다.
본 출원은 상기한 본 기술 분야에서의 필요성을 배터리 팩의 충전량을 추적하기 위한 저전력 프로세서와 저전력 프로세서가 고장난 경우에 전력을 제공하기 위한 안전 시스템을 포함하는 스마트 배터리 팩을 제공함으로써 해소한다.
본 발명의 일특징에 따라, 배터리의 충전량을 모니터링하는 방법이 제공되며, 상기 방법은, 저전력 프로세서를 이용하여 배터리 모니터 회로를 파워 오프하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 저전력 프로세서가 배터리의 충전량을 모니터링하기 위해 배터리 모니터 회로를 주기적으로 인에이블시키는 단계를 포함한다. 저전력 프로세서가 배터리 모니터 회로와 통신하지 못하게 되는 고장이 발생하면, 컨트롤러 내에 위치된 디지털 프로세서가 배터리의 충전량을 추적하도록 배터리 모니터 회로와 통신할 것이다.
본 발명의 다른 특징에 따라, 배터리의 충전량을 모니터링하는 시스템을 갖는 디바이스가 제공되며, 상기 시스템은, 저전력 프로세서를 갖는 내부 배터리, 외부 배터리, 디지털 프로세서, 및 상기 저전력 프로세서와의 장애가 발생하는 때에 배터리로부터 전하가 흐르도록 허용하는 안전성 오버라이드 회로(safety override circuit)를 포함한다.
본 발명은 매우 낮은 전력의 스마트 배터리가 매우 긴 저장 수명(통상적으로, 12개월보다 긴)과 함께 전체적인 검량 성능(full gauging capability)을 갖게 한다. 이에 부가하여, 본 발명은 배터리 모니터 회로가 디바이스에서의 새로운 하드웨어의 추가로부터 발생할 수도 있는 장애에도 불구하고 배터리 모니터 회로가 지속적으로 작동하게 하는 것을 보장하는 추가의 안전 메카니즘을 포함함으로써, 추가의 하드웨어에도 불구하고, 디바이스 고장의 비율을 낮춘다.
도 1은 종래의 심실 보조 시스템(ventricular assist system)의 다이아그램이다.
도 2는 스마트 배터리 및 전력 모니터링 회로를 갖는 심실 보조 시스템의 일례의 실시예를 도시하는 도면이다.
도 3은 안전성 오버라이드 아키텍처(safety override architecture)의 다이아그램이다.
도 4는 간략화된 배터리 아키텍처의 다이아그램이다.
도시를 간결하고 명료하게 하기 위하여 적합한 곳에서는 동일한 도면 부호가 반복될 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 이에 부가하여, 본 명세서에 설명된 실시예에 대한 더욱 우수한 이해를 제공하기 위해 구체적인 세부 내용이 설명된다. 그러나, 당업자는 본 발명을 이러한 구체적인 세부 내용 없이도 실시할 수 있고, 이들 세부 내용은 널리 공지되고 공통적으로 실시되는 등가물로 대체될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 더욱이, 본 명세서에서 언급되는 설명은 본 명세서에 개시되는 실시예의 범위로 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다.
아래의 실시예는 전반적으로 심실 보조 시스템, 구체적으로 HeartWare™ 심실 보조 시스템의 측면에서 설명된다. 일반적으로 말하면, HeartWare™ 심실 보조 시스템은 환자 외부에 있는 컨트롤러를 포함한다. 이 외부 컨트롤러는 환자에게 이식되어 심장이 혈액을 펌핑하는 것을 보조하도록 구성된 펌프를 위한 구동 전자장치를 포함한다. 외부 컨트롤러는 또한 펌프에 대한 구동 및 제어 신호를 제공하고, 디바이스의 작동에 관하여 환자에게 피드백 및 경보를 제공한다. 경보는 예컨대 배터리가 어떠한 임계치 아래로 떨어질 때에 발생되며, 음성 경보, 시각 경보, 촉각 경보, 또는 이들의 조합이어도 된다. 유사한 컨트롤러가 예컨대 "Controller and Power Source for Implantable Blood Pump"를 발명의 명칭으로 하고 Vadala를 발명자로 하여 2013년 1월 4일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 61/749,038에 개시되어 있으며, 이 특허 출원 또한 그 전체 내용이 원용에 의해 본 명세서에 통합된다.
도 1은 종래 기술에 따른 심실 보조 시스템 컨트롤러의 개략도를 도시하고 있다. 제어 시스템(10)은 내부 영역(20)에 대해 위치된 하우징(16)을 포함한다. 하우징(16)은 상단부(16A)와 하단부(16B) 사이에서 하우징 축(22)을 따라 연장한다. 상단부(16A)에서는, 실질적으로 평면형의 외측면을 갖는 상단 패널(top panel)(24)이 하우징 축(22)을 가로질러 연장한다. 하우징(16)의 측면(LS)은 상단 패널(24)의 주변 외측 경계(circumferential outer boundary)와 하단 패널(bottom panel)(26)의 주변 외측 경계 사이에서 연장한다. 모두 합쳐서, 하우징(16)의 측면은 하우징 축(22)을 따라 연장하는 튜브형 구조를 형성하고, 상단 및 하단 패널(24, 26)이 튜브 또는 튜브형 구조에 대한 덮개를 형성하며, 이에 의해 내부 영역(20)을 밀봉한다.
튜브형 구조는 제2 부분 또는 내측 부분(32)(이후 "LS 내측 부분(32)") 반대쪽에 제1 부분 또는 외측 부분(30)(이후 "LS 외측 부분(30)")을 포함한다. LS 외측 부분(30) 및 LS 내측 부분(32)의 최외각 표면의 서로 반대쪽의 가장 위쪽의 부분들은 실질적으로 평행할뿐만 아니라 실질적으로 평탄하다. 그러나, 이들 부분은 정밀하게 평행하게 될 필요는 없고, 다른 실시예에서는 상이한 형상이 사용될 수도 있다.
상단 패널(24)의 외측 표면 상에는 제1 디스플레이 디바이스(40)가 위치된다. LS 내측 부분(32)의 외측 표면 상에는 제2 디스플레이 디바이스(42)가 위치된다. 제2 디스플레이 디바이스(42)는 옵션의 것으로, 제어 시스템(10)으로부터 생략될 수도 있다. 일례의 실시예에서, 디스플레이 디바이스(40) 또는 디스플레이 디바이스(42) 중의 하나가 배터리 팩에 잔존하는 충전의 양을 보여줄 수도 있다. 도 1의 시스템에서, 컨트롤러에 위치된 디지털 프로세서(92)는 컨트롤러의 다른 유닛을 제어하는 것과 같은 자신의 다른 책임 중에서도 배터리(84, 88) 둘 모두에 대해 잔존 충전량을 모니터링하는 것을 담당한다. 디스플레이 디바이스(40, 42)는 또한 디바이스의 작동에 관한 피드백 및 경보를 환자에게 제공한다.
하우징(16)은 또한 입출력(I/O) 커넥터 어셈블리(49) 내에 위치된 전력 포트(46) 및 데이터 포트(48)를 측면 상에 포함한다. LS 외측 부분(30)의 외측 표면 상에는 입력 디바이스(50)가 위치된다.
가늘고 긴 플렉서블한 전기 케이블(51)이 컨트롤러단(52)으로부터 펌프단(54)으로 연장한다. 케이블(51)은 컨트롤러단(52)과 펌프단(54) 사이에 플렉서블한 나선형의 변형 방지 세그먼트(flexible, helical-shaped strain relief segment)(도시하지 않음)를 포함한다. 컨트롤러단 커넥터 어셈블리(56)는 컨트롤러단(52)에 위치되고, 펌프단 커넥터 커넥터 어셈블리(60)는 케이블(51)의 펌프단(54)에 위치된다. 커넥터 어셈블리(56)는 I/O 커넥터 어셈블리(49)의 각각 전력 포트(46) 및 데이터 포트(48)와 짝을 이루도록 적합화된 커넥터부(46', 48')를 포함한다.
마찬가지로, 펌프단 커넥터 어셈블리(60)는 펌프 I/O 커넥터 어셈블리(68)의 펌프 전력 포트(62) 및 펌프 데이터 포트(64)와 짝을 이루도록 적합화된 커넥터부(62', 64')를 포함한다.
컨트롤러단 커넥터 어셈블리(56)는 하우징(16) 상의 I/O 커넥터 어셈블리(49)와 짝을 이루도록 적합화되며, 펌프단 커넥터 어셈블리(60)는 펌프(12) 상의 펌프 커넥터 어셈블리(68)와 짝을 이루도록 적합화된다.
컨트롤러단 커넥터 어셈블리(56)가 컨트롤러(10)의 I/O 커넥터 어셈블리(49)에 연결되고, 펌프단 커넥터 어셈블리(60)가 펌프(12)의 펌프 I/O 컨트롤러 어셈블리(68)에 연결될 때, 전력 출력 포트(46)와 펌프 전력 포트(62) 간에 펌프 구동 신호가 건네질 수 있다. 데이터 전송 포트(48)와 펌프 데이터 포트(64) 간에는 데이터가 건네질 수 있으며, 이로써 모터 펌프(12)의 권선의 실시간 임피던스가 데이터 프로세서(92)에게 이용 가능하게 된다.
도 1 및 도 2의 예시 실시예는 하우징이 2개의 컵과 같은 모양의 콤포넌트로 분할될 수 있다는 것을 보여준다. 컵 모양의 상부 하우징 부분(16A)은 주변 테두리 R1을 갖고, 컵 모양의 하부 하우징 부분(16B)은 주변 테두리 R2를 갖는다. 상부 하우징 부분(16A)의 테두리 R1은 하무 하우징 부분(16B)의 테두리 R2와 끼워맞춤되고 가역 가능하게 결합하도록 구성된다. 래치 어셈블리는 상부 하우징 부분(16A)의 LS 외측 부분(30) 상에 위치된 해제 버튼(RB)을 누르는 것에 응답하여 하부 하우징 부분(16B)으로부터의 또는 하부 하우징 부분(16B)으로의 상부 하우징 부분(16A)의 신속한 해제를 가능하게 한다.
도 1은 또한 컵 모양의 하우징 부분(16B)이 제어 시스템(10)의 작동을 위한 전기 전력을 제공한다는 것을 보여주고 있다. 하우징 부분(16B)은 자신의 내부에 전력 공급 지원 구조(80)를 포함한다. 지원 구조(80)는 자신의 내부 영역에 배터리(84)를 수용하도록 적합화된 컵 모양의 형태를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 배터리(84)는 하우징 부분(16B)에 부착되고, 그 조합체가 유닛으로서 교체 가능하다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전력 공급 지원 구조(80)의 내부는 사용자가 고장-안전 방식(fail-safe manner)으로 배터리를 교체하는데 도움을 주기 위해 배터리(84)의 형상에 기하학적으로 맞춤(keying)된다. 이러한 방식으로, 배터리는 단일의 적절한 방식으로 삽입될 수 있다.
2차 배터리 또는 백업 배터리(88)가 상qn 하우징 부분(16A)의 내부에 위치되며, 배터리(84)의 돌발적 고장(catastrophic failure)의 경우에 또는 충전된 또는 새로운 유닛으로의 배터리(84)의 일상적인 교체(routine replacement) 동안에 제어 시스템(10)에 백업 전력을 제공하기 위해 제어 시스템(10) 내의 각종 구성요소에 연결된다.
배터리 84 및 배터리 88 둘 모두가 제공된 때에, 제어 시스템(10)은 컨트롤러 및 특히 구동 전자장치를 위한 전력을 제공하기 위해 배터리 84를 사용할 것이다. 배터리 84가 대폭 감소된 때에, 컨트롤러는 예비 전력원, 즉 배터리 88로 또는 전력 잭(87)을 통해 어댑터로 자동으로 스위칭하고, 대폭 감소된 배터리가 교체된다. 배터리(84, 88)는 리튬-이온, 니켈-카드뮴, 또는 임의의 기타 적합한 복합 재료와 같은 어떠한 적합한 재충전 가능 배터리 타입이어도 된다.
도 1은 또한 제어 시스템(10)이 외부 소스에 의해 전력이 공급될 수 있도록 전력 잭(87)을 포함한다는 것을 보여주고 있다. 외부 소스는 벽부(AC) 어댑터 또는 차량(DC) 어댑터일 수 있다.
컵 모양의 하우징 부분(16A)은 제어 시스템(10)의 기능적 동작을 제공하는 콤포넌트를 수용하며, 그에 따라 이식된 펌프(12)의 구동에 관련된다. 하우징 부분(16A)은 디지털 프로세서(92) 및 그와 연관된 메모리(94), 펌프 구동 네트워크(98), 및 2차 배터리(88)를 수용한다.
내부 영역(20) 내에는 전기 전력 컨덕터 어셈블리(P)가 위치된다. 전기 전력 컨덕터 어셈블리(P)는 전력 공급 지원 구조(80)에 연관되고, 전력 공급장치로부터의 전기 전력을 연결한다. 전력 공급장치는 배터리(84), 전력 잭(87)을 통한 외부 소스, 또는 2차 배터리(88) 중의 하나일 수 있다. 전기 전력 컨덕터 어셈블리(P)는 제어 시스템(10)의 모든 부품에 전기 전력을 제공한다.
이에 부가하여, 전기 전력 컨덕터 어셈블리(P)는 디지털 프로세서(92)로부터의 전력 구동 신호 라인을 전력 증폭기(98)를 통해 전기 전력 출력 포트(46)에 제공하며, 전기 전력 출력 포트에서 그 전력 구동 신호가 케이블(51)을 통해 펌프(12)의 모터에 연결될 수 있다.
데이터 컨덕터 어셈블리(D) 또한 내부 영역(20) 내에 위치된다. 데이터 컨덕터 어셈블리(D)는 펌프(12)의 현재 상태를 포함한 현재 작동 상태를 표현하는 데이터를 제공한다. 펌프로부터 수신된 데이터는 디지털 프로세서(92)로 하여금 모터의 각자의 권선의 시간을 함수로 하는 임피던스를 판정하도록 한다. 임피던스 데이터에 응답하여, 디지털 프로세서(92)는 전력 포트(46) 및 케이블(51)을 통해 모터에 인가될 적절한 구동 전력 신호를 결정한다.
제어 시스템(10)의 입력 디바이스(50)는 키보드 또는 키패드의 형태를 취할 수도 있다. 다른 실시예에서, 입력 디바이스(50)는 커넥터를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 입력 디바이스(50)는 키보드/키패드와 커넥터 둘 모두일 수도 있다. 이 입력 디바이스는 사용자 또는 관리자로 하여금 제어 시스템(10)의 작동과 연관된 임의의 정보를 변경하거나 수정할 수 있도록 한다.
제어 시스템(10)은 또한 유선 또는 무선 송수신기(TX/RX)를 포함할 수 있다. 송수신기가 디지털 프로세서(92)에 연결되고, 데이터를 송신하고 수신한다. 이것은 제어 시스템(10)으로 하여금 제어 시스템에 대한 매우 상세한 정보 및 환자의 건강에 대한 이러한 정보의 사용법을 디스플레이하기 위해 모니터와 통신할 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 심실 보조 시스템의 개략도를 도시하고 있다. 이 시스템은 저전력 프로세서(LPP)(110) 및 모니터 회로(120)와 같은 추가의 특징부를 포함한다. 도 2에 예시된 시스템은 도 1에 예시된 시스템과 유사하게 작동한다. 동일한 부품은 추가로 설명되지 않을 것이며, 당업자라면 동일한 부품이 둘 모두의 시스템에서 동일하거나 또는 유사하게 작동할 것이라는 것을 이해할 것이다.
통상적으로, 상이한 전력 모드를 허용하기 위해 디바이스에 저전력 프로세서가 사용된다. LPP(110)는 배터리 관리 목적을 위해 사용되어, 디지털 프로세서(92)가 이러한 배터리 관리 목적의 의무에서 벗어나게 한다. 배터리의 충전을 관리하기 위해 디지털 프로세서를 사용하는 종래 기술의 시스템에서, 배터리 충전은 통상적으로 1 내지 2개월의 저장 수명을 갖는다. 배터리의 충전량을 모니터링하기 위해 저전력 프로세서를 사용함으로써, 본 발명은 배터리 충전의 저장 수명을 12 내지 18개월로 연장시킨다.
LPP(110)는 배터리(88) 내부에 있는 것이 바람직하다. 그러나, 당업자는 LPP(110)가 배터리(88)와 함께 위치될 수도 있거나, 또는 이 둘이 서로 인접하게 위치되어 적합한 인터페이스를 통해 통신할 수 있다는 것을 이해할 것이다. LPP(110)는 Microchip PIC24, XLP와 같은 어떠한 상업적으로 이용 가능한 저전력 프로세서일 수도 있지만, 어떠한 적절한 프로세서도 사용될 수 있다.
LPP(110)는 휴면 상태(dormant state) 또는 기동 상태(wake state) 중의 하나로 작동한다. 휴면 상태는 기동 상태에 진입할 때를 결정하기 위한 내부 타이밍 메카니즘을 유지하기 위해 소량의 전류를 소모한다. 기동 상태에서, LPP(110)는 모니터 회로(120)를 포함한 여러 회로가 배터리(84), 배터리(88) 또는 둘 모두의 잔존 충전량을 판정하도록 한다.
모니터 회로(120)는 배터리 연료 게이지 회로이다. 일반적으로 말하면, 배터리 연료 게이지 회로("가스 게이지"로서도 알려진)는 배터리의 충전량을 판정하기 위해 전류, 전압 및 온도를 측정함으로써 배터리 관리를 제공하는 집적회로이다. 한 가지 이러한 가스 게이지는 Texas Instruments BQ20Z65 가스 게이지이지만, 어떠한 적합한 배터리 연료 게이지 IC도 필요한 기능을 수행할 수 있다. 모니터 회로(120)는 또한 배터리(84, 88)의 과전압(over voltage) 또는 부족 전압(under voltage)을 검출하거나 또는 배터리(84, 88)의 온도가 특정 임계치를 초과하는 때를 검출하는데 도움을 주는 보호 회로를 포함한다.
모니터 회로(120)는 또한 2가지 상태, 즉 디폴트 안전 상태와 정상 작동 상태로 작동한다. 디폴트 안전 상태는 모니터 회로(120)가 처음에 파워 온되는 때에 진입하는 제1 상태이다. 디폴트 안전 상태에서, 모니터 회로(120)는 LPP(110)를 검출하지 못하거나 검출하지 않으며, 그에 따라 배터리(84), 배터리 (88) 또는 둘 모두의 충전량을 모니터링하는 것을 담당하는 디지털 신호 프로세서(92)에게 신호를 보낸다. 디폴트 안전 상태에서, 컨트롤러 내에 위치된 디지털 신호 프로세서(92)는 배터리(84), 배터리(88) 또는 둘 모두의 충전을 지속적으로 모니터링하기 위해 배터리 모니터 회로(120)와 통신한다. 모니터 회로(120)가 LPP(110)의 존재를 검출한 때에 정상 작동 상태에 진입된다. 정상 작동 상태에서, 모니터 회로(120)는 그 자신이 LPP(110)에 의해 셧 다운되고, LPP(110)가 기동 상태에 진입할 때에 다시 인에이블되도록 한다. 정상 작동 상태는 LPP(110)로 하여금 배터리(84), 배터리(88) 또는 둘 모두의 충전량을 모니터링하도록 하며, 이에 대한 이점이 아래에 설명될 것이다. 모니터 회로(120)가 LPP(110)를 검출하는 것을 실패하면, 다시 디폴트 안전 상태로 되돌아갈 것이다.
도 2는 모니터 회로(120)가 별도의 모듈이라는 것을 보여주고 있다. 그러나, 당업자는 모니터 회로가 LPP(110), 배터리(88) 또는 배터리(84)와 함께 위치될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 더욱이, LPP(110), 모니터 회로(120) 및 배터리(88)는 하나의 집적된 유닛으로서 구현될 수 있다.
LPP(110)는 배터리(84, 88)의 충전 상태를 판정하기 위해 디지털 프로세서(92) 및 모니터 회로(120) 둘 모두와 통신한다. 작동 시에, LPP(110)는 디바이스가 배터리(84, 88) 둘 모두의 충전량을 보존하기 위한 노력으로 디바이스가 사용되고 있지 않은 때에 모니터 회로(120)를 셧 다운한다. 모니터 회로(120)가 셧 다운되는 때에, 배터리(84) 또는 배터리(88) 중의 어느 것으로부터도 전하가 흐르지 않을 것이다.
일실시예에서, 저전력 프로세서는 배터리를 체크하기 위해 시간 단위, 일단위(예컨대 매 24시간마다), 주단위, 또는 월단위와 같은 주기적으로 "기동(wake up)"한다. 이에 부가하여, 주기적 기동은 상이한 간격으로 발생하도록 사용자에 의해 프로그래밍될 수도 있다. 이것은 배터리의 잔존 충전량을 지속적으로 체크하는 종래 기술로 개시된 기술과는 상이하다. 배터리 관리를 위해 주기적으로 기동함으로써, 본 명세서에서 설명된 특징은 배터리 상의 충전량을 보존하고 이 충전량이 펌프(12)를 제어하는 것과 같은 더 중요한 기능을 위해 사용되도록 하는 저전력 프로세서를 제공한다.
대안의 실시예에서, 저전력 프로세서는 외부 전력 공급장치가 인가되는 때마다 "기동"한다. 외부 전력 공급장치는 배터리(84)이거나 또는 전력 잭(87)을 통해 연결된 벽부 어댑터 또는 차량 어댑터와 같은 전력 어댑터일 수 있다. 모니터 회로(120)에 의한 이러한 주기적인 활동은 프로세서를 사용하여 배터리 충전량을 지속적으로 모니터링하는 종래 기술에 비하여 전력을 절감하며, 이에 의해 보관되고 있거나 운반되고 있는 동안의 저장 수명을 크게 연장시킨다(예컨대, 12개월 넘게).
내부 배터리 88과 같은 낮은 충전량의 배터리에 대해, 전체적으로 셧다운하는 이러한 성능은 중요할 것이다. 더욱이, 본 실시예는 주기적으로 기동하는 저전력 프로세서와 함께 사용될 수 있다. 즉, 저전력 프로세서는 주기적으로 기동할 수 있고 아울러 외부 전력 공급장치가 연결되는 때에 기동할 수도 있다.
LPP(110)가 기동할 때, LPP(110)는 모니터 회로(120)를 작동시킨다. 모니터 회로(120)는 그리고나서 배터리에 연관된 전류, 전압 및/또는 온도를 샘플링함으로써 배터리(84), 배터리(88) 또는 둘 모두의 충전 상태를 판정하는데 필요한 단계를 취한다. 배터리의 상태 정보에 기초하여, 모니터 회로(120)는 디스플레이 디바이스(40) 또는 디스플레이 디바이스(42) 중의 하나를 통해 현재 충전량을 디스플레이한다. 예컨대, 잔존 충전량이 사전에 정해진 임계치 아래에 있는 것으로 모니터링 회로(120)가 판정하면, 디스플레이 디바이스(40 및/또는 42)는 충전량을 디스플레이하고, 이에 부가하여 배터리(88)가 재충전되어야 한다는 사용자 경보를 생성할수 있다. 이 경보는 사전에 정해진 양의 시간 동안 지속할 수 있으며, 그 후 배터리 충전량을 보존하기 위해 턴오프된다.
디바이스가 제조될 때에는 디폴트 상태로 설정된다. 이것은 디폴트 안전 상태로 구성되어 있는 모니터 회로(120)를 포함한다. 전술한 바와 같이, 이 상태에서, 모니터 회로(120)는 배터리의 충전량을 모니터링하도록 디지털 프로세서(92)에게 신호를 보내며, 이것은 모니터 회로(120)와 통신함으로써 이루어진다. LPP(110)가 검출되는 때에, 모니터 회로(120)는 정상 작동 상태에 진입할 것이고, 이것은 모니터 회로(120)로 하여금 LPP(110)에 의해 셧다운되도록 하고, LPP(110)가 기동 상태에 진입할 때에 다시 인에이블되도록 한다. 정상 작동 상태는 또한 LPP(110)로 하여금 연결된 배터리의 충전량을 판정하도록 모니터 회로(120)와 통신하게 한다. 모니터 회로(120)가 LPP(110)를 검출하는 것을 실패하거나 LPP(110)에 대해 장애가 검출되면, 다시 디폴트 안전 상태로 되돌아 갈 것이다.
디바이스가 연장된 기간의 시간 동안 보관되거나 운반되는 때에, 디바이스는 휴면 상태로 들어간다. 이 상태에서, LPP(110)는 다른 회로에 대한 전력 공급이 중지되는 휴면 모드에 진입한다. 이 휴면 상태에 있는 동안, LPP(110)는 주기적으로 기동 상태에 진입할 것이며, 이 기동 상태에서 모니터 회로(120)를 포함한 복수의 회로에 전력을 제공할 것이며, 이로써 배터리(84), 배터리(88) 또는 둘 모두 상의 잔존 충전량을 판정할 수 있다. 이것은 사용되고 있지 않은 연장된 기간 동안 배터리 내의 충전량을 보존하는데 도움을 준다.
본 발명의 실시예에 따른 또 다른 특징은 도 3 및 도 4에 의해 예시된 바와 같은 안전성 오버라이드 회로이다. 안전성 오버라이드 회로는 LPP(110)가 기동하는 것을 실패한 상황에서 전력을 제공하는 중복 부품(redundancy component)이다. 이것은 LPP(110)가 고장난 환경에서도 배터리 84 또는 배터리 88 중의 어느 하나로부터 전력이 흐르는 것을 보장할 것이다. 심실 보조 시스템을 위한 컨트롤러와 같은 디바이스에 대해, 이것은 전하가 흐르게 하고, 펌프(12)에 의해 수행되는 중요한 생명 유지 기능(critical life saving function)이, 중단이 발생할 경우에도, 단지 최소로 중단되게 한다. 이에 부가하여, 사용자 또는 관리자에게 문제에 대해 경보하는 것이 중요하다. 따라서, LPP(110)가 고장이 발생하면, 에러 메시지가 장애 및 장애의 유형을 나타내기 위해 디스플레이 인터페이스(40) 또는 디스플레이 인터페이스(42) 중의 하나 상에 디스플레이될 수 있다.
일실시예에서, LPP(110)는 아날로그 스위치에 연결된다. LPP(110)가 기동할 때, 스위치가 토글되고, LPP(110)가 모니터 회로(120)와 함께 배터리로부터의 전하의 흐름을 관리한다. LPP(110)가 기동을 실패하면, 아날로그 스위치가 토글되지 않고, 장애가 검출된다. 장애는 LPP(110)가 기동하지 않는 것 외에 스위치가 적절하게 작동하지 않는 것과 같은 이유로 검출될 수도 있다.
스위치가 토글되지 않으면, LPP(110)는 바이패스되고, 디지털 프로세서(92)가 전력 관리를 담당하게 된다. 디지털 프로세서(92)는 디바이스의 전력 소비를 적절하게 관리하기 위해 모니터 회로(120)와 통신한다. 이것은 배터리(84) 또는 배터리(88) 중의 어느 하나로부터 전하가 흐르도록 하며, 이에 의해 펌프를 위한 전자장치를 구동하고 펌프에 구동 및 제어 신호를 제공하는데 필요한 전력을 제공한다.
LPP(110)가 바이패스될 때, 디지털 프로세서(92)는 모니터 회로(120)와 통신한다. 이것은 모니터 회로(120)를 파워 온되어 있는 일정한 상태로 있게 하는 효과를 갖는다. 이것이 배터리로부터의 전력을 일정하게 소모하는 바람직하지 않은 작용을 갖기는 하지만, 적어도, 전력이 흐르게 하고, 디바이스가 돌발적으로(catastrophically) 고장나지 않게 하는 것을 보장한다.
대안의 실시예에서, 예컨대 외부 전력 공급장치가 제어 시스템(10)에 인가되는 때와 같이, 충전 신호는 하이로 되고, LPP(110)를 기동되게 할 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, LPP(110)가 기동하면, 전압을 자신의 출력 핀에 인가하고, 전하가 배터리로부터 흐르도록 허용된다.
그러나, 장애의 경우에, LPP(110)는 기동하지 않을 수도 있다. 그 결과, 도 4에 의해 도시된 바와 같이, 출력 FET가 인에이블되지 않을 것이다. 얼마의 시간 후, 제어 시스템(10)은 외부 전력이 인가되는 것에 의해 기동될 것이며, 충전 인에이블 라인을 확고하게 한다. 제어 시스템(10)은 내부 배터리 팩(88)이 전압을 출력하지 않고 있고 시스템 관리 버스가 통신하지 않고 있는 것을 검출할 것이다. 충전 인에이블 라인이 존재하고 배터리 팩 내부의 출력 전압이 존재하지 않으면, 도 3에 도시된 바와 같이 퓨즈가 나가게 될 것이다. 이것은 영구적으로 배터리 팩을 "항상 온" 모드로 되게 할 것이다. 디지털 프로세서(92)는 모니터 회로(120)와 직접 통신할 것이며, 제어 시스템(10)이 장기간의 휴면 모드로 들어갈 수 없게 될 것이다.
본 명세서에서는 본 발명을 특정 실시예를 참조하여 설명하였지만, 이들 실시예는 단지 본 발명의 원리 및 적용에 대한 예시라는 것을 이해할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위에 의해 정해지는 바와 같이 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고, 예시 실시예에 대해 다양한 수정이 이루어질 수 있으며, 다른 구성이 상정될 수도 있다.
예컨대, 저전력 프로세서를 포함하는 스마트 배터리 팩은 HeartWare 심실 보조 시스템의 맥락에서 설명하였지만, 당업자는 스마트폰, 랩탑, 및 태블릿 컴퓨터와 같은 모바일 디바이스에서의 스마트 배터리 팩에서의 장점을 용이하게 인지할 수 있다. 마찬가지로, 본 발명의 스마트 배터리 팩은 디지털 카메라, 휴대용 스피커, 또는 연장된 휴면 주기를 갖는 임의의 기타 적합한 전자 장비에서 구현될 수 있다.

Claims (19)

  1. 디바이스의 배터리의 충전량을 모니터링하는 방법에 있어서,
    기동 상태 및 휴면 상태를 갖고, 휴면 상태에서 기동 상태로 주기적으로 변경하도록 구성된 저전력 프로세서를 제공하는 단계; 및
    배터리의 충전량을 판정하도록 배터리 모니터 회로를 주기적으로 인에이블하는 단계로서, 상기 저전력 프로세서가 기동 상태에 있을 때에 상기 저전력 프로세서가 상기 배터리 모니터 회로를 인에이블하는, 주기적으로 인에이블하는 단계
    를 포함하는, 디바이스의 배터리의 충전량을 모니터링하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모니터 회로는, 디지털 프로세서가 상기 배터리 모니터 회로를 인에이블시키는 디폴트 안전 상태와, 상기 저전력 프로세서가 상기 배터리 모니터 회로를 주기적으로 인에이블시키는 정상 작동 상태를 가지며, 상기 저전력 프로세서가 검출될 때에 상기 배터리 모니터 회로가 상기 디폴트 안전 상태에서 상기 정상 작동 상태로 스위칭하는, 디바이스의 배터리의 충전량을 모니터링하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 배터리 모니터 회로는, 상기 디바이스가 상기 저전력 프로세서에서의 장애를 검출한 때에, 상기 정상 작동 상태에서 상기 디폴트 안전 상태로 스위칭하는, 디바이스의 배터리의 충전량을 모니터링하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배터리의 충전량을 판정하는 것은 2개 이상의 배터리의 충전량을 검출하는 것을 포함하는, 디바이스의 배터리의 충전량을 모니터링하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    2개의 배터리 중의 하나 이상이 상기 디바이스로부터 떼어낼 수 있는, 디바이스의 배터리의 충전량을 모니터링하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    판정된 충전량을 상기 디바이스의 디스플레이 상에 디스플레이하는 단계를 더 포함하는, 디바이스의 배터리의 충전량을 모니터링하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    판정된 충전량이 임계치 아래인 때에 경보를 발생하는 단계를 더 포함하는, 디바이스의 배터리의 충전량을 모니터링하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 저전력 프로세서가 기동을 실패하는 경우에 장애 메시지를 디스플레이하는 단계를 더 포함하는, 디바이스의 배터리의 충전량을 모니터링하는 방법.
  9. 디바이스의 배터리의 충전량을 판정하는 시스템에 있어서,
    내부 배터리;
    저전력 프로세서;
    디지털 프로세서; 및
    상기 저전력 프로세서에서 장애가 발생하는 때에 배터리로부터 전하가 흐르도록 하는 안전성 오버라이드 회로(safety override circuit)
    를 포함하는, 디바이스의 배터리의 충전량을 판정하는 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 안전성 오버라이드회로는 아날로그 스위치를 포함하는, 디바이스의 배터리의 충전량을 판정하는 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 저전력 프로세서는 상기 안전성 오버라이드 회로를 디스에이블하기 위해 상기 아날로그 스위치를 토글하도록 구성되는, 디바이스의 배터리의 충전량을 판정하는 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 안전성 오버라이드 회로는 퓨즈(fuse)를 포함하는, 디바이스의 배터리의 충전량을 판정하는 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 디지털 프로세서는 상기 저전력 프로세서가 기동을 실패한 때에 상기 퓨즈를 나가게 하는, 디바이스의 배터리의 충전량을 판정하는 시스템.
  14. 제9항에 있어서,
    외부 배터리를 더 포함하는, 디바이스의 배터리의 충전량을 판정하는 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 외부 배터리가 떼어낼 수 있는 것인, 디바이스의 배터리의 충전량을 판정하는 시스템.
  16. 제9항에 있어서,
    디스플레이를 더 포함하는, 디바이스의 배터리의 충전량을 판정하는 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 디스플레이는 판정된 충전량을 디스플레이하도록 구성되는, 디바이스의 배터리의 충전량을 판정하는 시스템.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 디스플레이는 상기 저전력 프로세서가 기동을 실패하는 경우 장애 메시지를 디스플레이하도록 구성되는, 디바이스의 배터리의 충전량을 판정하는 시스템.
  19. 제9항에 있어서,
    판정된 충전량이 임계치 아래로 떨어진 경우 사용자에게 경보하도록 구성된 경보기를 더 포함하는, 디바이스의 배터리의 충전량을 판정하는 시스템.
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