KR20160107710A - 전자 기기용 배터리 관리 장치 및 그 방법 - Google Patents

전자 기기용 배터리 관리 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 전자 기기용 배터리 관리 장치는, 배터리로부터 출력되는 전원의 정전류를 구형파의 턴온 구간에서만 소모하는 정전류부와, 상기 정전류의 소모 구간에서의 제 1 전압과 상기 정전류의 비소모 구간에서의 제 2 전압을 각각 측정하는 전압 측정부와, 상기 구형파를 생성하여 상기 정전류부로 전달하고, 측정된 상기 제 1 및 제 2 전압을 이용하여 배터리 임피던스를 계산하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

전자 기기용 배터리 관리 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MANAGING BATTERY OF ELECTRONIC DEVICE}
본 발명은 전자 기기에 탑재되는 배터리를 관리하는 기법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 특정 전류가 소모될 때의 전압을 측정하여 배터리 임피던스를 고정밀하게 측정하는데 적합한 전자 기기용 배터리 관리 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 각종 전자 기기에는 기기의 작동을 위해 필요한 배터리가 탑재(내장 또는 외장)될 수 있는데, 이와 같이 전자 기기에 탑재되는 배터리는, 전자 기기의 원활한 사용을 위해, 그 충전 상태를 모니터링하는 것이 필요하다.
이를 위해, 종래에는 AC 전원을 배터리 내부에 흘려 배터리 임피던스를 측정하는 방법이 이용되고 있는데, 이러한 방법은 용량이 상대적으로 큰 배터리의 경우 임피던스 값이 크게 떨어지게 되는 문제가 있다.
또한, 단기간에 DC의 전류를 배터리에 흘려 배터리 전압을 검출함으로써, 배터리 임피던스를 측정하는 방법이 있는데, 이러한 방법의 경우 셀 단위의 측정은 가능하지만 전체 배터리를 측정하기에는 전류 용량이 상대적으로 너무 크다는 문제가 있다.
대한민국 공개특허 제2005-0054449호(공개일: 2005. 06. 10) 대한민국 공개특허 제2010-0104216호(공개일: 2010. 09. 29)
본 발명은, 배터리로부터의 출력 전원을 소모하는 정전류부에 구형파의 측정 전류를 공급하고, 정전류가 소모되는 구형파의 턴온 구간에서의 제 1 전압과 정전류가 비소모되는 구형파의 턴오프 구간에서의 제 2 전압을 측정함으로써, 배터리 임피던스를 고정밀하게 계산할 수 있는 새로운 전자 기기용 배터리 관리 기법을 제안하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재들로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에 의해 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은, 일 관점에 따라, 배터리로부터 출력되는 전원의 정전류를 구형파의 턴온 구간에서만 소모하는 정전류부와, 상기 정전류의 소모 구간에서의 제 1 전압과 상기 정전류의 비소모 구간에서의 제 2 전압을 각각 측정하는 전압 측정부와, 상기 구형파를 생성하여 상기 정전류부로 전달하고, 측정된 상기 제 1 및 제 2 전압을 이용하여 배터리 임피던스를 계산하는 제어부를 포함하는 전자 기기용 배터리 관리 장치를 제공한다.
본 발명은, 계산된 상기 배터리 임피던스를 그 일시정보와 함께 정보 저장부를 더 포함할 수 있다.
본 발명은, 계산된 상기 배터리 임피던스를 시각적으로 표출시키는 표시 패널을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 상기 제어부는, 임의의 기간 동안의 배터리 임피던스 값들에 대한 사용자 정보 요청이 입력될 때 상기 정보 저장부로부터 배터리 임피던스 값들을 인출하여 일시별의 시각적 그래프를 생성한 후 상기 표시 패널을 통해 표출시킬 수 있다.
본 발명은, 다른 관점에 따라, 배터리로부터의 출력 전원을 소모하는 정전류부에 구형파의 측정 전류를 공급하는 과정과, 정전류가 소모되는 상기 구형파의 턴온 구간에서의 제 1 전압을 측정하는 과정과, 상기 정전류가 비소모되는 상기 구형파의 턴오프 구간에서의 제 2 전압을 측정하는 과정과, 측정된 상기 제 1 및 제 2 전압을 이용하여 배터리 임피던스를 계산하는 과정을 포함하는 전자 기기용 배터리 관리 방법을 제공한다.
본 발명은, 계산된 상기 배터리 임피던스를 그 일시정보와 함께 메모리에 저장하는 과정을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 상기 배터리 임피던스는, 기 설정된 일정 주기로 자동 계산되어 상기 메모리에 저장될 수 있다.
본 발명은, 계산된 상기 배터리 임피던스를 표시 패널을 통해 시각적으로 표출시키는 과정을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 배터리로부터의 출력 전원을 소모하는 정전류부에 구형파의 측정 전류를 공급하고, 정전류가 소모되는 구형파의 턴온 구간에서의 제 1 전압과 정전류가 비소모되는 구형파의 턴오프 구간에서의 제 2 전압을 측정하여 배터리 임피던스를 고정밀하게 계산할 수 있으며, 이를 통해 대용량의 배터리 측정을 용이하게 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전자 기기용 배터리 관리 장치에 대한 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 정전류가 소모되는 구형파의 턴온 구간에서의 전압과 정전류가 비소모되는 구형파의 턴오프 구간에서의 전압에 의거하여 배터리 임피던스를 측정하는 주요 과정을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따라 정전류부에 제공되는 구형파의 예시도이다.
먼저, 본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 여기에서, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 범주를 명확하게 이해할 수 있도록 하기 위해 예시적으로 제공되는 것이므로, 본 발명의 기술적 범위는 청구항들에 의해 정의되어야 할 것이다.
아울러, 아래의 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성 등에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들인 것으로, 이는 사용자, 운용자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 그 정의는 본 명세서의 전반에 걸쳐 기술되는 기술사상을 토대로 이루어져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전자 기기용 배터리 관리 장치에 대한 블록구성도로서, 배터리(110)와 배터리 관리 모듈(120) 등을 포함할 수 있다. 여기에서, 전자 기기 등에 탑재되는 배터리(110)는 하나의 셀로 이루어지거나 혹은 다수의 셀로 이루어진 축전지를 의미할 수 있다. 여기에서, 전자 기기는, 예컨대 산업용 전자 기기, 사무용 전자 기기, 가정용 전자 기기, 개인용 전자 기기 등을 의미할 수 있다.
도 1을 참조하면, 배터리 관리 모듈(120)은 정전류부(121), 전압 측정부(122), 제어부(123), 정보 저장부(124) 및 표시 패널(125) 등을 포함할 수 있다.
먼저, 정전류부(121)는, 예컨대 저항, 콘텐서, 트랜지스터 등과 같은 수동 소자들로 구성될 수 있는 것으로, 배터리(110)로부터 출력되는 전원의 정전류에 대해 제어부(123)로부터 제공되는 구형파, 즉 일례로서 도 3에 도시된 바와 같은 구형파(예컨대, 1Hz 내지 200Hz 사이의 구형파)의 턴온 구간(ON1 - ON3)에서만 소모하는 등의 기능을 제공할 수 있다. 여기에서, 구형파는, 예컨대 5ms의 턴온 주기와 턴오프 주기를 가질 수 있다.
즉, 정전류부(121)는 구형파의 턴온 구간(ON1 - ON3)(정전류 소모 구간)에서는 전류를 소모하는 반면에, 구형파의 턴오프 구간(OFF1 - OFF4)(정전류 비소모 구간)에서는 전류를 소모하지 않는다. 예컨대, FET의 게이트에 구형파를 입력하여 구형파의 하이(High) 구간에서 FET가 온되어 정전류를 소모하게 하고, 구형파의 로우(Low) 구간에서 FET가 오프되어 정전류를 소모하지 않게 할 수 있다.
다음에, 전압 측정부(122)는 제어부(123)에 의해 구형파가 정전류부(121)에 인가될 때, 구형파의 턴온 구간(정전류 소모 구간)에서 전압(제 1 전압)을 측정하고, 구형파의 턴오프 구간(정전류 비소모 구간) 전압(제 2 전압)을 측정하며, 측정된 제 1 및 제 2 전압을 제어부(123)로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있는데, 이를 위해 전압 측정부(122)는, 예컨대 전압 비교기 등을 이용하여 두 전압 간의 차를 또 다른 전압 값으로 출력할 수 있다.
여기에서, 전압 측정부(122)는, 예컨대 500ms 이상 방전이 되었을 때 방전시 전압의 측정 오차가 거의 없으므로, 구형파가 인가된 후 500ms 이상이 경과한 시점에서 정전류 소모 구간에서의 전압과 정전류 비소모 구간에서의 전압을 측정한다.
한편, 제어부(123)는, 본 발명에 따른 배터리 임피던스 측정을 위해 필요한 구형파를 생성하여 정전류부(121)로 전달하고, 전압 측정부(122)로부터 전달되는 제 1 전압과 제 2 전압을 이용하여 배터리 임피던스를 계산(즉, 이 기술 분야에 잘 알려진 통상의 임피던스 계산 기법을 통해 배터리 임피던스를 계산)하며, 이 계산된 배터리 임피던스를 표시 패널(125)로 출력하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
즉, 배터리 전압은 아래의 수학식 1과 같다.
[수학식 1]
Vb = E - IR
상기한 수학식 1에 있어서, Vb는 단자 전압을, E는 기전력을, I는 전류를, R은 내부 저항을 각각 나타낸다.
따라서, 수학식 1에서 방전시 전압(Vb1)은 아래의 수학식 2과 같고, 비방전시의 전압(Vb2)은 아래의 수학식 3과 같다.
[수학식 2]
Vb1 = E-Id*R
[수학식 3]
Vb2 = E(Id≒0)
여기에서, Id는 방전 전류를 나타낸다.
그리고, 수학식 3에서 수학식 2를 빼면 아래의 수학식 4와 같다.
[수학식 4]
Vb2 - Vb1 = Id*R
if Id=1, Vb2 - Vb1 = R
따라서, 1A의 정전류를 소모할 때의 전압과 비소모할 때의 전압의 차를 구하면 내부 저항(배터리 임피던스)을 계산할 수 있다.
여기에서, 계산된 배터리 임피던스 값은 그 일시정보와 함께 메모리, 즉 정보 저장부(124)에 저장될 수 있으며, 배터리 임피던스의 계산(연산)은 기 설정된 일정 주기에 따라 반복적으로 자동 실행되거나 혹은 사용자의 요청에 의해 선택 실행될 수 있다.
또한, 제어부(123)는 도시 생략된 조작부로부터 임의의(특정) 기간 동안의 배터리 임피던스 값들에 대한 사용자 정보 요청(인터페이스)이 전달(입력)될 때 정보 저장부(124)로부터 해당 기간 동안에 측정 및 계산된 배터리 임피던스 값들을 인출하고, 이 인출된 배터리 임피던스 값들에 대한 일시별의 임피던스 변화 그래프(임피던스의 시계열적 변화 그래프)를 생성하며, 이 생성된 일시별의 임피던스 변화 그래프를 표시 패널(125)로 출력하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
그리고, 표시 패널(125)은, 예컨대 배터리 관리 장치에 장착되는 LCD, LED, OLED 등과 같은 디스플레이 패널을 의미하는 것으로, 제어부(123)로부터 전달되는 배터리 임피던스 또는 일시별의 임피던스 변화 그래프를 시각적으로 표출시키는 등의 기능을 제공할 수 있다.
다음에, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 실시 예에 따른 배터리 관리 장치를 이용하여 전자 기기용 배터리의 임피던스를 측정하는 일련의 과정들에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 정전류가 소모되는 구형파의 턴온 구간에서의 전압과 정전류가 비소모되는 구형파의 턴오프 구간에서의 전압에 의거하여 배터리 임피던스를 측정하는 주요 과정을 도시한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 제어부(123)에서는 배터리(110)의 임피던스 측정을 위해 필요한 구형파(예컨대, 1Hz 내지 200Hz 사이의 구형파), 즉 일례로서 도 3에 도시된 바와 같이 턴온 구간(ON1 - ON3)과 턴오프 구간(OFF1 - OFF4)으로 된 구형파를 생성하여 정전류부(121)에 인가한다(단계 202). 여기에서, 구형파의 턴온 구간은 전류가 소모되는 구간을 의미하고, 구형파의 턴오프 구간은 전류가 소모되지 않는 구간을 의미할 수 있다.
이어서, 전압 측정부(122)에서는 전압 비교기 등을 이용하여 구형파의 턴온 구간(정전류 소모 구간)에서의 제 1 전압과 턴오프 구간(정전류 비소모 구간)에서의 제 2 전압을 각각 측정하여 제어부(123)로 전달한다(단계 204, 206).
다음에, 제어부(123)에서는 전압 측정부(122)로부터 전달되는 제 1 전압(정전류가 소모될 때의 전압)과 제 2 전압(정전류가 소모되지 않을 때의 전압)을 이용하여 배터리 임피던스를 계산, 즉 이 기술 분야에 잘 알려진 통상의 임피던스 계산 기법을 통해 배터리 임피던스를 계산한다(단계 208).
이후, 계산된 배터리 임피던스는 일시 정보와 함께 정보 저장부(124)에 저장됨과 동시에 표시 패널(125)을 통해 표출(디스플레이)된다(단계 210). 따라서, 사용자는 표시 패널(125)을 통해 표출되는 배터리 임피던스를 보고 현재의 배터리 상태를 알 수 있게 될 것이다.
한편, 도 2에서의 도시는 생략하였으나, 도시 생략된 조작부로부터 임의의 기간 동안의 배터리 임피던스 값들에 대한 사용자 정보 요청(인터페이스)이 입력되면, 제어부(123)에서는 정보 저장부(124)로부터 해당 기간 동안에 측정 및 계산된 배터리 임피던스 값들을 인출하고, 이 인출된 배터리 임피던스 값들에 대한 일시별의 임피던스 변화 그래프를 생성한 후 표시 패널(125)로 출력(표출)하는 서비스를 제공할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 등이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다. 즉, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
따라서, 본 발명의 보호 범위는 후술되는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110 : 배터리 120 : 배터리 관리 모듈
121 : 정전류뷰 122 : 전압 측정부
123 : 제어부 124 : 정보 저장부
125 : 표시 패널

Claims (8)

  1. 배터리로부터 출력되는 전원의 정전류를 구형파의 턴온 구간에서만 소모하는 정전류부와,
    상기 정전류의 소모 구간에서의 제 1 전압과 상기 정전류의 비소모 구간에서의 제 2 전압을 각각 측정하는 전압 측정부와,
    상기 구형파를 생성하여 상기 정전류부로 전달하고, 측정된 상기 제 1 및 제 2 전압을 이용하여 배터리 임피던스를 계산하는 제어부
    를 포함하는 전자 기기용 배터리 관리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    계산된 상기 배터리 임피던스를 그 일시정보와 함께 정보 저장부
    를 더 포함하는 전자 기기용 배터리 관리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    계산된 상기 배터리 임피던스를 시각적으로 표출시키는 표시 패널
    을 더 포함하는 전자 기기용 배터리 관리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    임의의 기간 동안의 배터리 임피던스 값들에 대한 사용자 정보 요청이 입력될 때 상기 정보 저장부로부터 배터리 임피던스 값들을 인출하여 일시별의 임피던스 변화 그래프를 생성한 후 상기 표시 패널을 통해 표출시키는
    전자 기기용 배터리 관리 장치.
  5. 배터리로부터의 출력 전원을 소모하는 정전류부에 구형파의 측정 전류를 공급하는 과정과,
    정전류가 소모되는 상기 구형파의 턴온 구간에서의 제 1 전압을 측정하는 과정과,
    상기 정전류가 비소모되는 상기 구형파의 턴오프 구간에서의 제 2 전압을 측정하는 과정과,
    측정된 상기 제 1 및 제 2 전압을 이용하여 배터리 임피던스를 계산하는 과정
    을 포함하는 전자 기기용 배터리 관리 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    계산된 상기 배터리 임피던스를 그 일시정보와 함께 메모리에 저장하는 과정
    을 더 포함하는 전자 기기용 배터리 관리 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 배터리 임피던스는,
    기 설정된 일정 주기로 자동 계산되어 상기 메모리에 저장되는
    전자 기기용 배터리 관리 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    계산된 상기 배터리 임피던스를 표시 패널을 통해 시각적으로 표출시키는 과정
    을 더 포함하는 전자 기기용 배터리 관리 방법.
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