KR20210017248A - 배터리의 상태 측정 방법 및 이를 지원하는 전자 장치 - Google Patents

배터리의 상태 측정 방법 및 이를 지원하는 전자 장치 Download PDF

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안성진
박지용
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이재연
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Abstract

본 문서에 개시되는 일 실시 예에 따른 전자 장치는, 배터리, 전류 소모 장치, 및 상기 배터리 및 상기 전류 소모 장치와 연결된 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는, 상기 배터리의 전원을 상기 전류 소모 장치에 인가하고, 상기 전류 소모 장치가 특정 주파수를 갖는 주기적인 전류를 소모하도록 제어하며, 상기 배터리의 전압 그래프와 상기 전류 소모 장치의 전압 그래프 간의 위상차를 측정하고, 상기 배터리의 전압, 상기 배터리의 전류 및 상기 위상차를 기반으로 상기 배터리의 상태를 판단한다.
이 외에도 명세서를 통해 파악되는 다양한 실시 예가 가능하다.

Description

배터리의 상태 측정 방법 및 이를 지원하는 전자 장치 {Method for Measuring a State of a Battery and the Electronic Device supporting the same}
본 문서의 다양한 실시 예는 배터리의 상태 측정 방법 및 이를 지원하는 전자 장치에 관한 것이다.
종래에는 배터리 상태를 추정하기 위해 전류 적산법(ASOC, absolute state of charge)을 이용하여 배터리 충/방전 사이클 수를 카운트하고 카운트된 사이클 수를 기준으로 배터리의 SOH(state of health)를 추정하였다.
그러나 이러한 전류 적산법은 배터리의 충전 장치 및 충전 과정이 필요하며, 완전 충/방전 시에만 비교적 정확한 SOH를 산정할 수 있고, 사이클 수가 증가할수록 오차가 누적된다는 단점이 있었다.
또는, 종래에는 배터리의 상태를 추정하기 위해, 배터리에 전원을 인가하는 별도의 전원부와 측정 장치가 포함된 임피던스 측정 장치를 사용하여, 배터리의 반응(전압 및 전류)을 관측하여 임피던스를 산출하였다.
그러나 이러한 배터리 상태 측정 방법은 별도로 임피던스 측정 장치가 요구되며, 측정 대상 배터리를 포함하는 전자 장치만으로 배터리의 상태를 측정하지 못한다는 단점이 있었다.
본 문서에 개시되는 다양한 실시 예들에 따르면, 전자 장치에 포함된 부품을 사용하여 장소, 시간, 장치 등에 구애 없이 전자 장치의 배터리의 상태를 신속하게 판단할 수 있는 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
본 문서에 개시되는 일 실시 예에 따른 전자 장치는, 배터리, 전류 소모 장치, 및 상기 배터리 및 상기 전류 소모 장치와 연결된 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는, 상기 배터리의 전원을 상기 전류 소모 장치에 인가하고, 상기 전류 소모 장치가 특정 주파수를 갖는 주기적인 전류를 소모하도록 제어하며, 상기 배터리의 전압 그래프와 상기 전류 소모 장치의 전압 그래프 간의 위상차를 측정하고, 상기 배터리의 전압, 상기 배터리의 전류 및 상기 위상차를 기반으로 상기 배터리의 상태를 판단한다.
또한, 본 문서에 개시되는 일 실시 예에 따른 전자 장치에 의한 배터리의 상태 판단을 위한 방법은, 상기 전자 장치에 포함된 배터리의 전원을 상기 전자 장치에 포함된 전류 소모 장치에 인가하는 과정, 상기 전류 소모 장치가 특정 주파수를 갖는 주기적인 전류를 소모하도록 제어하는 과정, 상기 배터리의 전압과 상기 전류 소모 장치의 전압의 위상차를 측정하는 과정, 및 상기 배터리의 전압, 상기 배터리의 전류 및 상기 위상차를 기반으로 상기 배터리의 상태를 판단하는 과정을 포함한다.
본 문서에 개시되는 실시 예들에 따르면, 전자 장치에 포함된 부품을 사용하여 장소, 시간, 장치 등에 구애 없이 전자 장치의 배터리의 상태를 신속하게 판단할 수 있는 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
본 문서에 개시되는 실시 예들에 따르면, 전자 장치는 바닥에 충돌 등 전자 장치에 충격이 가해졌을 때와 같이 전자 장치의 상태 변화가 있는 경우 전자 장치의 상태 변화와 연계하여 별도의 장비 없이 신속하게 배터리의 상태 측정이 가능하며, 이에 따라 배터리의 손상이나 폭발 등의 위험을 방지할 수 있는 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
도 1은, 일 실시예들에 따른, 네트워크 환경 내의 전자 장치의 블럭도(100)이다.
도 2는, 일 실시예들에 따른, 전력 관리 모듈 및 배터리에 대한 블럭도(200)이다.
도 3은, 일 실시에 따른, 오디오 모듈의 블록도(300)이다.
도 4는 일 실시예에 따른 전자 장치의 배터리의 상태 측정 방법을 나타낸 순서도(400)이다.
도 5는 일 실시예에 따른 전자 장치의 동작을 나타낸 블록(500)도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 전자 장치의 전압 측정 결과를 나타낸 그래프(600)이다.
도 7은 일 실시예에 따른 전자 장치에 저장된 기준 자료를 나타낸 그래프(700)이다.
도 8a, 도 8b 및 도 8c는 일 실시예에 따른 전자 장치의 배터리의 임피던스를 측정하는 과정을 그래프들(810, 820, 830, 840, 850)로 나타낸 도면이다.
도면의 설명과 관련하여, 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참고하여 일 실시예에 따른 전자 장치의 구성에 대하여 설명한다.
도 1은, 일 실시예들에 따른, 네트워크 환경 내의 전자 장치의 블럭도(100)이다. 도 2는, 일 실시예들에 따른, 전력 관리 모듈 및 배터리에 대한 블럭도(200)이다. 도 3은, 일 실시에 따른, 오디오 모듈의 블록도(300)이다.
도 1은, 일 실시예들에 따른, 네트워크 환경(100) 내의 전자 장치(101)의 블럭도이다. 도 1을 참조하면, 네트워크 환경(100)에서 전자 장치(101)는 제 1 네트워크(198)(예: 근거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(102)와 통신하거나, 또는 제 2 네트워크(199)(예: 원거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(104) 또는 서버(108)와 통신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 서버(108)를 통하여 전자 장치(104)와 통신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 프로세서(120), 메모리(130), 입력 장치(150), 음향 출력 장치(155), 표시 장치(160), 오디오 모듈(170), 센서 모듈(176), 인터페이스(177), 햅틱 모듈(179), 카메라 모듈(180), 전력 관리 모듈(188), 배터리(189), 통신 모듈(190), 가입자 식별 모듈(196), 또는 안테나 모듈(197)을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 전자 장치(101)에는, 이 구성요소들 중 적어도 하나(예: 햅틱 모듈(179) 또는 카메라 모듈(180))가 생략되거나, 하나 이상의 다른 구성요소가 추가될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 이 구성요소들 중 일부들은 하나의 통합된 회로로 구현될 수 있다. 예를 들면, 센서 모듈(176)(예: 지문 센서, 홍채 센서, 또는 조도 센서)은 표시 장치(160)(예: 디스플레이)에 임베디드된 채 구현될 수 있다
프로세서(120)는, 예를 들면, 소프트웨어(예: 프로그램(140))를 실행하여 프로세서(120)에 연결된 전자 장치(101)의 적어도 하나의 다른 구성요소(예: 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소)를 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 일실시예에 따르면, 데이터 처리 또는 연산의 적어도 일부로서, 프로세서(120)는 다른 구성요소(예: 센서 모듈(176) 또는 통신 모듈(190))로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리(132)에 로드하고, 휘발성 메모리(132)에 저장된 명령 또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(134)에 저장할 수 있다. 일실시예에 따르면, 프로세서(120)는 메인 프로세서(121)(예: 중앙 처리 장치 또는 어플리케이션 프로세서), 및 이와는 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(123)(예: 그래픽 처리 장치, 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 또는 커뮤니케이션 프로세서)를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대체적으로, 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)보다 저전력을 사용하거나, 또는 지정된 기능에 특화되도록 설정될 수 있다. 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
보조 프로세서(123)는, 예를 들면, 메인 프로세서(121)가 인액티브(예: 슬립) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)를 대신하여, 또는 메인 프로세서(121)가 액티브(예: 어플리케이션 실행) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)와 함께, 전자 장치(101)의 구성요소들 중 적어도 하나의 구성요소(예: 표시 장치(160), 센서 모듈(176), 오디오 모듈(170), 또는 통신 모듈(190))와 관련된 기능 또는 상태들의 적어도 일부를 제어할 수 있다. 일실시예에 따르면, 보조 프로세서(123)(예: 이미지 시그널 프로세서 또는 커뮤니케이션 프로세서)는 기능적으로 관련 있는 다른 구성 요소(예: 카메라 모듈(180) 또는 통신 모듈(190))의 일부로서 구현될 수 있다.
메모리(130)는, 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성요소(예: 프로세서(120) 또는 센서모듈(176))에 의해 사용되는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 소프트웨어(예: 프로그램(140)) 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(130)는, 휘발성 메모리(132) 또는 비휘발성 메모리(134)를 포함할 수 있다.
프로그램(140)은 메모리(130)에 소프트웨어로서 저장될 수 있으며, 예를 들면, 운영 체제(142), 미들 웨어(144) 또는 어플리케이션(146)을 포함할 수 있다.
입력 장치(150)는, 전자 장치(101)의 구성요소(예: 프로세서(120))에 사용될 명령 또는 데이터를 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로부터 수신할 수 있다. 입력 장치(150)은, 예를 들면, 마이크, 마우스, 키보드, 또는 디지털 펜(예: 스타일러스 펜)을 포함할 수 있다.
음향 출력 장치(155)는 음향 신호를 전자 장치(101)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 장치(155)는, 예를 들면, 스피커 또는 리시버를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있고, 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 일실시예에 따르면, 리시버는 스피커와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
표시 장치(160)는 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 표시 장치(160)는, 예를 들면, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 표시 장치(160)는 터치를 감지하도록 설정된 터치 회로(touch circuitry), 또는 상기 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 센서 회로(예: 압력 센서)를 포함할 수 있다.
오디오 모듈(170)은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 일실시예에 따르면, 오디오 모듈(170)은, 입력 장치(150)를 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 장치(155), 또는 전자 장치(101)와 직접 또는 무선으로 연결된 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))(예: 스피커 또는 헤드폰)를 통해 소리를 출력할 수 있다. 오디오 모듈(170)을 프로세서에 의해 제어될 수 있다.
센서 모듈(176)은 전자 장치(101)의 작동 상태(예: 전력 또는 온도), 또는 외부의 환경 상태(예: 사용자 상태)를 감지하고, 감지된 상태에 대응하는 전기 신호 또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 일실시예에 따르면, 센서 모듈(176)은, 예를 들면, 제스처 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 근접 센서, 컬러 센서, IR(infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 또는 조도 센서를 포함할 수 있다.
인터페이스(177)는 전자 장치(101)가 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 지정된 프로토콜들을 지원할 수 있다. 일실시예에 따르면, 인터페이스(177)는, 예를 들면, HDMI(high definition multimedia interface), USB(universal serial bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다.
연결 단자(178)는, 그를 통해서 전자 장치(101)가 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 연결 단자(178)는, 예를 들면, HDMI 커넥터, USB 커넥터, SD 카드 커넥터, 또는 오디오 커넥터(예: 헤드폰 커넥터)를 포함할 수 있다.
햅틱 모듈(179)은 전기적 신호를 사용자가 촉각 또는 운동 감각을 통해서 인지할 수 있는 기계적인 자극(예: 진동 또는 움직임) 또는 전기적인 자극으로 변환할 수 있다. 일실시예에 따르면, 햅틱 모듈(179)은, 예를 들면, 모터, 압전 소자, 또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.
카메라 모듈(180)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 일실시예에 따르면, 카메라 모듈(180)은 하나 이상의 렌즈들, 이미지 센서들, 이미지 시그널 프로세서들, 또는 플래시들을 포함할 수 있다.
전력 관리 모듈(188)은 전자 장치(101)에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전력 관리 모듈(188)은, 예를 들면, PMIC(power management integrated circuit)의 적어도 일부로서 구현될 수 있다.
배터리(189)는 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성요소에 전력을 공급할 수 있다. 일실시예에 따르면, 배터리(189)는, 예를 들면, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 또는 연료 전지를 포함할 수 있다.
통신 모듈(190)은 전자 장치(101)와 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102), 전자 장치(104), 또는 서버(108))간의 직접(예: 유선) 통신 채널 또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신 모듈(190)은 프로세서(120)(예: 어플리케이션 프로세서)와 독립적으로 운영되고, 직접(예: 유선) 통신 또는 무선 통신을 지원하는 하나 이상의 커뮤니케이션 프로세서를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 통신 모듈(190)은 무선 통신 모듈(192)(예: 셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, 또는 GNSS(global navigation satellite system) 통신 모듈) 또는 유선 통신 모듈(194)(예: LAN(local area network) 통신 모듈, 또는 전력선 통신 모듈)을 포함할 수 있다. 이들 통신 모듈 중 해당하는 통신 모듈은 제 1 네트워크(198)(예: 블루투스, WiFi direct 또는 IrDA(infrared data association) 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제 2 네트워크(199)(예: 셀룰러 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(예: LAN 또는 WAN)와 같은 원거리 통신 네트워크)를 통하여 외부 전자 장치(104)와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성요소(예: 단일 칩)로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성요소들(예: 복수 칩들)로 구현될 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 가입자 식별 모듈(196)에 저장된 가입자 정보(예: 국제 모바일 가입자 식별자(IMSI))를 이용하여 제 1 네트워크(198) 또는 제 2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크 내에서 전자 장치(101)를 확인 및 인증할 수 있다.
안테나 모듈(197)은 신호 또는 전력을 외부(예: 외부 전자 장치)로 송신하거나 외부로부터 수신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 서브스트레이트(예: PCB) 위에 형성된 도전체 또는 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함하는 하나의 안테나를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 복수의 안테나들을 포함할 수 있다. 이런 경우, 제 1 네트워크(198) 또는 제 2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 적어도 하나의 안테나가, 예를 들면, 통신 모듈(190)에 의하여 상기 복수의 안테나들로부터 선택될 수 있다. 신호 또는 전력은 상기 선택된 적어도 하나의 안테나를 통하여 통신 모듈(190)과 외부 전자 장치 간에 송신되거나 수신될 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 방사체 이외에 다른 부품(예: RFIC)이 추가로 안테나 모듈(197)의 일부로 형성될 수 있다.
상기 구성요소들 중 적어도 일부는 주변 기기들 간 통신 방식(예: 버스, GPIO(general purpose input and output), SPI(serial peripheral interface), 또는 MIPI(mobile industry processor interface))을 통해 서로 연결되고 신호(예: 명령 또는 데이터)를 상호간에 교환할 수 있다.
일실시예에 따르면, 명령 또는 데이터는 제 2 네트워크(199)에 연결된 서버(108)를 통해서 전자 장치(101)와 외부의 전자 장치(104)간에 송신 또는 수신될 수 있다. 외부 전자 장치(102, 104) 각각은 전자 장치(101)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(101)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 외부 전자 장치들(102, 104, 또는 108) 중 하나 이상의 외부 전자 장치들에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(101)가 어떤 기능이나 서비스를 자동으로, 또는 사용자 또는 다른 장치로부터의 요청에 반응하여 수행해야 할 경우에, 전자 장치(101)는 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 또는 추가적으로, 하나 이상의 외부 전자 장치들에게 그 기능 또는 그 서비스의 적어도 일부를 수행하라고 요청할 수 있다. 상기 요청을 수신한 하나 이상의 외부 전자 장치들은 요청된 기능 또는 서비스의 적어도 일부, 또는 상기 요청과 관련된 추가 기능 또는 서비스를 실행하고, 그 실행의 결과를 전자 장치(101)로 전달할 수 있다. 전자 장치(101)는 상기 결과를, 그대로 또는 추가적으로 처리하여, 상기 요청에 대한 응답의 적어도 일부로서 제공할 수 있다. 이를 위하여, 예를 들면, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다.
본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 전자 장치는, 예를 들면, 휴대용 통신 장치 (예: 스마트폰), 컴퓨터 장치, 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 장치, 가전 장치, 자동차, 전동기를 포함하는 이동 장치 또는 그 밖에 배터리를 포함하는 전자 장치를 포함할 수 있다. 본 문서의 실시예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나","A 또는 B 중 적어도 하나,""A, B 또는 C," "A, B 및 C 중 적어도 하나,"및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제 3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
본 문서에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로와 같은 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일실시예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들은 기기(machine)(예: 전자 장치(101)) 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)(예: 내장 메모리(136) 또는 외장 메모리(138))에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램(140))로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기(예: 전자 장치(101))의 프로세서(예: 프로세서(120))는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 상기 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장 매체는, 비일시적(non-transitory) 저장 매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, '비일시적'은 저장 매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장 매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.
일실시예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory(CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어™)를 통해 또는 두개의 사용자 장치들(예: 스마트폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.
도 2는, 다양한 실시예들에 따른, 전력 관리 모듈(188) 및 배터리(189)에 대한 블럭도(200)이다. 도 2를 참조하면, 전력 관리 모듈(188)은 충전 회로(210), 전력 조정기(220), 또는 전력 게이지(230)를 포함할 수 있다. 충전 회로(210)는 전자 장치(101)에 대한 외부 전원으로부터 공급되는 전력을 이용하여 배터리(189)를 충전할 수 있다. 일실시예에 따르면, 충전 회로(210)는 외부 전원의 종류(예: 전원 어댑터, USB 또는 무선충전), 상기 외부 전원으로부터 공급 가능한 전력의 크기(예: 약 20와트 이상), 또는 배터리(189)의 속성 중 적어도 일부에 기반하여 충전 방식(예: 일반 충전 또는 급속 충전)을 선택하고, 상기 선택된 충전 방식을 이용하여 배터리(189)를 충전할 수 있다. 외부 전원은 전자 장치(101)와, 예를 들면, 연결 단자(178)을 통해 유선 연결되거나, 또는 안테나 모듈(197)를 통해 무선으로 연결될 수 있다.
전력 조정기(220)는, 예를 들면, 외부 전원 또는 배터리(189)로부터 공급되는 전력의 전압 레벨 또는 전류 레벨을 조정함으로써 다른 전압 또는 다른 전류 레벨을 갖는 복수의 전력들을 생성할 수 있다. 전력 조정기(220)는 상기 외부 전원 또는 배터리(189)의 전력을 전자 장치(101)에 포함된 구성 요소들 중 일부 구성 요소들 각각의 구성 요소에게 적합한 전압 또는 전류 레벨로 조정할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전력 조정기(220)는 LDO(low drop out) regulator 또는 switching regulator의 형태로 구현될 수 있다.
전력 게이지(230)는 배터리(189)에 대한 사용 상태 정보(예: 배터리(189)의 전류, 용량, 충방전 횟수, 전압, 및 온도 중 적어도 어느 하나)를 측정할 수 있다.
전력 관리 모듈(188)은, 예를 들면, 충전 회로(210), 전압 조정기(220), 또는 전력 게이지(230)를 이용하여, 상기 측정된 사용 상태 정보에 적어도 일부 기반하여 배터리(189)의 충전과 관련된 충전 상태 정보(예: 수명, 과전압, 저전압, 과전류, 과충전, 과방전(over discharge), 과열, 단락, 또는 팽창(swelling))를 결정할 수 있다. 전력 관리 모듈(188)은 상기 결정된 충전 상태 정보에 적어도 일부 기반하여 배터리(189)의 정상 또는 이상 여부를 판단할 수 있다. 배터리(189)의 상태가 이상으로 판단되는 경우, 전력 관리 모듈(188)은 배터리(189)에 대한 충전을 조정(예: 충전 전류 또는 전압 감소, 또는 충전 중지)할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전력 관리 모듈(188)의 기능들 중 적어도 일부 기능은 도 1의 프로세서(120)에 의해서 수행될 수 있다.
배터리(189)는, 일실시예에 따르면, 배터리 보호 회로(protection circuit module(PCM))(240)를 포함할 수 있다. 배터리 보호 회로(240)는 배터리(189)의 성능 저하 또는 소손을 방지하기 위한 다양한 기능(예: 사전 차단 기능)들 중 하나 이상을 수행할 수 있다. 배터리 보호 회로(240)은, 추가적으로 또는 대체적으로, 셀 밸런싱, 배터리의 용량 측정, 충방전 횟수 측정, 온도 측정, 또는 전압 측정을 포함하는 다양한 기능들을 수행할 수 있는 배터리 관리 시스템(battery management system(BMS))의 적어도 일부로서 구성될 수 있다.
일실시예에 따르면, 배터리(189)의 상기 사용 상태 정보 또는 상기 충전 상태 정보의 적어도 일부는 센서 모듈(276) 중 해당하는 센서(예: 온도 센서, 가속도 센서(Acceleration sensor), 자이로 센서(Gyro sensor) 등), 전원 게이지(230), 또는 전력 관리 모듈(188)을 이용하여 측정될 수 있다. 일실시예에 따르면, 상기 센서 모듈(176) 중 상기 해당하는 센서(예: 온도 센서)는 배터리 보호 회로(240)의 일부로 포함되거나, 또는 이와는 별도의 장치로서 배터리(189)의 인근에 배치될 수 있다.
도 3은, 다양한 실시에 따른, 오디오 모듈(170)의 블록도(300)이다. 도 3를 참조하면, 오디오 모듈(170)은, 예를 들면, 오디오 입력 인터페이스(310), 오디오 입력 믹서(320), ADC(analog to digital converter)(330), 오디오 신호 처리기(340), DAC(digital to analog converter)(350), 오디오 출력 믹서(360), 또는 오디오 출력 인터페이스(370)를 포함할 수 있다.
오디오 입력 인터페이스(310)는 입력 장치(150)의 일부로서 또는 전자 장치(101)와 별도로 구성된 마이크(예: 다이나믹 마이크, 콘덴서 마이크, 또는 피에조 마이크)를 통하여 전자 장치(101)의 외부로부터 획득한 소리에 대응하는 오디오 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 오디오 신호가 외부의 전자 장치(102)(예: 헤드셋 또는 마이크)로부터 획득되는 경우, 오디오 입력 인터페이스(310)는 상기 외부의 전자 장치(102)와 연결 단자(178)를 통해 직접, 또는 무선 통신 모듈(192)을 통하여 무선으로(예: Bluetooth 통신) 연결되어 오디오 신호를 수신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 오디오 입력 인터페이스(310)는 상기 외부의 전자 장치(102)로부터 획득되는 오디오 신호와 관련된 제어 신호(예: 입력 버튼을 통해 수신된 볼륨 조정 신호)를 수신할 수 있다. 오디오 입력 인터페이스(310)는 복수의 오디오 입력 채널들을 포함하고, 상기 복수의 오디오 입력 채널들 중 대응하는 오디오 입력 채널 별로 다른 오디오 신호를 수신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 추가적으로 또는 대체적으로, 오디오 입력 인터페이스(310)는 전자 장치(101)의 다른 구성 요소(예: 프로세서(120) 또는 메모리(130))로부터 오디오 신호를 입력 받을 수 있다.
오디오 입력 믹서(320)는 입력된 복수의 오디오 신호들을 적어도 하나의 오디오 신호로 합성할 수 있다. 예를 들어, 일실시예에 따르면, 오디오 입력 믹서(320)는, 오디오 입력 인터페이스(310)를 통해 입력된 복수의 아날로그 오디오 신호들을 적어도 하나의 아날로그 오디오 신호로 합성할 수 있다.
ADC(330)는 아날로그 오디오 신호를 디지털 오디오 신호로 변환할 수 있다. 예를 들어, 일실시예에 따르면, ADC(330)는 오디오 입력 인터페이스(310)을 통해 수신된 아날로그 오디오 신호, 또는 추가적으로 또는 대체적으로 오디오 입력 믹서(320)를 통해 합성된 아날로그 오디오 신호를 디지털 오디오 신호로 변환할 수 있다.
오디오 신호 처리기(340)는 ADC(330)를 통해 입력받은 디지털 오디오 신호, 또는 전자 장치(101)의 다른 구성 요소로부터 수신된 디지털 오디오 신호에 대하여 다양한 처리를 수행할 수 있다. 예를 들어, 일실시예에 따르면, 오디오 신호 처리기(340)는 하나 이상의 디지털 오디오 신호들에 대해 샘플링 비율 변경, 하나 이상의 필터 적용, 보간(interpolation) 처리, 전체 또는 일부 주파수 대역의 증폭 또는 감쇄, 노이즈 처리(예: 노이즈 또는 에코 감쇄), 채널 변경(예: 모노 및 스테레오간 전환), 합성(mixing), 또는 지정된 신호 추출을 수행할 수 있다. 일실시예에 따르면, 오디오 신호 처리기(340)의 하나 이상의 기능들은 이퀄라이저(equalizer)의 형태로 구현될 수 있다.
DAC(350)는 디지털 오디오 신호를 아날로그 오디오 신호로 변환할 수 있다. 예를 들어, 일실시예에 따르면, DAC(350)는 오디오 신호 처리기(340)에 의해 처리된 디지털 오디오 신호, 또는 전자 장치(101)의 다른 구성 요소(예: 프로세서(120) 또는 메모리(130))로부터 획득한 디지털 오디오 신호를 아날로그 오디오 신호로 변환할 수 있다.
오디오 출력 믹서(360)는 출력할 복수의 오디오 신호들을 적어도 하나의 오디오 신호로 합성할 수 있다. 예를 들어, 일실시예에 따르면, 오디오 출력 믹서(360)는 DAC(350)를 통해 아날로그로 전환된 오디오 신호 및 다른 아날로그 오디오 신호(예: 오디오 입력 인터페이스(310)을 통해 수신한 아날로그 오디오 신호)를 적어도 하나의 아날로그 오디오 신호로 합성할 수 있다.
오디오 출력 인터페이스(370)는 DAC(350)를 통해 변환된 아날로그 오디오 신호, 또는 추가적으로 또는 대체적으로 오디오 출력 믹서(360)에 의해 합성된 아날로그 오디오 신호를 도 1의 음향 출력 장치(155)를 통해 전자 장치(101)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 장치(155)는, 예를 들어, dynamic driver 또는 balanced armature driver 같은 스피커, 또는 리시버를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 음향 출력 장치(155)는 복수의 스피커들을 포함할 수 있다. 이런 경우, 오디오 출력 인터페이스(370)는 상기 복수의 스피커들 중 적어도 일부 스피커들을 통하여 서로 다른 복수의 채널들(예: 스테레오, 또는 5.1채널)을 갖는 오디오 신호를 출력할 수 있다. 일실시예에 따르면, 오디오 출력 인터페이스(370)는 외부의 전자 장치(102)(예: 외부 스피커 또는 헤드셋)와 연결 단자(178)를 통해 직접, 또는 무선 통신 모듈(192)을 통하여 무선으로 연결되어 오디오 신호를 출력할 수 있다.
일실시예에 따르면, 오디오 모듈(170)은 오디오 입력 믹서(320) 또는 오디오 출력 믹서(360)를 별도로 구비하지 않고, 오디오 신호 처리기(340)의 적어도 하나의 기능을 이용하여 복수의 디지털 오디오 신호들을 합성하여 적어도 하나의 디지털 오디오 신호를 생성할 수 있다.
일실시예에 따르면, 오디오 모듈(170)은 오디오 입력 인터페이스(310)를 통해 입력된 아날로그 오디오 신호, 또는 오디오 출력 인터페이스(370)를 통해 출력될 오디오 신호를 증폭할 수 있는 오디오 증폭기(미도시)(예: 스피커 증폭 회로)를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 상기 오디오 증폭기는 오디오 모듈(170)과 별도의 모듈로 구성될 수 있다.
이하, 도 4 내지 도 7을 참고하여, 일 실시예에 따른 전자 장치의 배터리의 상태 판단 방법에 대하여 자세하게 설명한다. 앞서 설명한 실시예와 동일한 구성은 동일한 참조 번호로 참조되며, 동일한 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 4는 일 실시예에 따른 전자 장치의 배터리의 상태 측정 방법을 나타낸 순서도(400)이다. 도 5는 일 실시예에 따른 전자 장치의 동작을 나타낸 블록(500)도이다. 도 6은 일 실시예에 따른 전자 장치의 전압 측정 결과를 나타낸 그래프(600)이다. 도 7은 일 실시예에 따른 전자 장치에 저장된 기준 자료를 나타낸 그래프(700)이다.
이하 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명되는 일 실시예에 따른 전자 장치의 동작은 도 1의 전자 장치(101) 또는 전자 장치(101)의 프로세서(120)에 의해 수행될 수 있다. 도 5의 전력 관리 모듈(188) 및 오디오 모듈(170)의 적어도 일부는 도 1 의 프로세서(120)에 포함될 수 있다.
도 4 내지 도 5를 참고하면, 일 실시예에 따른 전자 장치(101)는 전자 장치(101)의 배터리(189)에 대한 상태를 측정하기 전에, 전압 및 전류의 노이즈를 최소화하고 측정의 정확도를 향상시키기 위해 전자 장치(101)에서 구동 중인 다른 프로세서를 정리할 수 있다(401). 예를 들어 전자 장치(101)는 통신 모듈, RF 모듈 및/또는 터치 스크린 등 상시적으로 구동되는 구성에 대한 프로세서를 비활성화(예: 슬립 모드)상태로 전환시킬 수 있다. 상시적으로 구동되는 구성을 비활성화(예: 슬립 모드)한다는 것은 최소한의 구동 전력으로 동작하는 것을 의미할 수 있다.
전자 장치(101)는 도 4의 배터리의 상태 측정 프로세스를, 주기적으로 및/또는 도 1의 센서 모듈(176)에 의하여 전자 장치(101)에 이벤트가 감지된 경우 수행할 수 있다. 상기 이벤트는 전자 장치(101)에 충격이 감지된 경우, 전자 장치(101)의 온도가 일정 온도 이상으로 상승한 경우, 전자 장치(101)의 일정 크기 이상의 전압이 감지된 경우 중 적어도 하나일 수 있다.
전자 장치(101)는 전력 관리 모듈(188)에 포함된 전력 게이지의 설정을 변경할 수 있다(403). 도 2를 참고하면 전력 관리 모듈(188)은 전력 게이지(230)을 포함할 수 있다. 전력 게이지(230)는 배터리(189) 및 음향 출력 장치(155)(예: 스피커, 이하 편의 상 스피커라 칭한다)의 전압 및 전류를 측정할 수 있다. 전자 장치(101)는 전력 게이지(230)가 시간당 배터리(189) 및 스피커(155)의 전압 및/또는 전류를 측정하는 횟수를 증가시킬 수 있다. 예를 들어 전자 장치(101)는 전력 게이지(230)가 배터리(189) 및 스피커(155)의 전압을 초당 10회를 측정하여 기록하도록 설정을 변경할 수 있다. 보다 정밀한 산출을 위해서 시간당 측정 횟수를 더 증가시킬 수 있다.
전자 장치(101)는 스피커(155)가 구동 가능한 주파수 범위 내에서 하나의 주파수를 특정한 특정 주파수(이하, 타겟 주파수로 칭할 수 있다)를 결정할 수 있다. 여기서, 타겟 주파수는 배터리의 상태 측정에서 사용할 주파수를 의미할 수 있다. 전자 장치(101)의 프로세서(예: 도 1의 프로세서(120))는 타겟 주파수로 결정한 제1 주파수에 해당하는 주기적인 신호를 전력 관리 모듈(188)을 통하여 오디오 모듈(170)에 인가할 수 있다. 또는, 실시예에 따라 전자 장치(101)의 전력 관리 모듈(188)이 직접 오디오 모듈(170)에 주기적인 신호를 인가할 수 있다. 예를 들어 스피커(155)의 구동 가능한 주파수 범위는 10kHz~ 0.1 Hz일 수 있다. 오디오 모듈(170)은 수신한 주기적인 신호를 기반으로 제1 주파수를 갖는 사인(sine)파 형태의 전류를 스피커(155)에 인가할 수 있다. 배터리(189)는 직류 전원이므로 스피커(155)에 인가되는 전류의 방향이 주기적으로 바뀌는 것은 아니며, 한 방향으로 흐르는 직류 전류가 제1 주파수를 갖는 사인파 형태로 증가와 감소를 반복하면서 스피커(155)에 인가될 수 있다.
배터리(189)는 스피커(155)에서 요구되는 만큼 전류를 송부할 수 있다. 배터리(189)가 스피커(155)에서 요구되는 만큼의 전류를 송부할 수 있도록 전력 관리 모듈(188)에 포함된 도 2의 전력 조정기(220)가 제어할 수 있다. 스피커(155)에서 소모되는 전류가 제1 주파수를 갖는 사인파 형태로 증가와 감소를 반복하면 배터리(189)의 전압은 같은 제1 주파수로 감소와 증가를 반복하는 사인파 형태로 나타날 수 있다.
전자 장치(101)는 배터리(189)의 전류(Ibatt)와 전압(Ebatt), 스피커(155)의 전압(Espk) 및 위상차(Φ)를 측정할 수 있다(404). 또는 전자 장치(101)는 배터리(189)의 전류(Ibatt)를 직접 측정하기 않고, 기 측정되어 전자 장치(101)의 메모리에 저장된 배터리의 고유 값을 사용할 수도 있다.
도 6을 더 참조하면, 배터리(189)의 전압(Ebatt) 및 스피커(155)의 전압(Espk)의 측정 결과를 확인할 수 있다. 도 6의 그래프(600)는 x축을 주기, y축을 전압(V)으로 배터리(189)의 전압(Ebatt) 및 스피커(155)의 전압(Espk)의 측정 결과를 나타낸 그래프일 수 있다. 배터리(189)의 전압(Ebatt) 및 스피커(155)의 전압(Espk)은 모두 제1 주파수를 갖는 사인파 형태로 증가와 감소를 반복할 수 있다.
배터리(189)의 전압(Ebatt)과 스피커(155)의 전압(Espk)은 위상차(Φ)가 발생할 수 있다. 위상차(Φ)는 배터리(189)의 전압(Ebatt)을 측정한 결과를 나타낸 사인 파형 그래프의 마루(crest)와, 스피커(155)의 전압(Espk)을 측정한 결과를 나타낸 사인 파형 그래프의 마루 간의 차이일 수 있다. 전자 장치(101)는 배터리(189)의 전압(Ebatt)과 스피커(155)의 전압(Espk)의 위상차(Φ)를 측정할 수 있다.
또는 전자 장치(101)는 배터리(189)의 전압(Ebatt)과 스피커(155)의 전압(Espk)의 위상차(Φ)를 직접 측정하지 않고, 기 측정되어 전자 장치(101)의 메모리에 저장된 대표 위상차(Φ) 값을 사용할 수도 있다.
다시 도 4 및 도 5를 참고하면, 전자 장치(101)는 전력 게이지의 설정을 복원할 수 있다(405). 도 2를 참고하면 전력 관리 모듈(188)은 전력 게이지(230)을 포함할 수 있다. 전자 장치(101)는 배터리의 상태 측정을 위해 증가시켰던 전력 게이지(230)의 시간당 전압 및/또는 전류의 측정 횟수를 전자 장치(101)의 부담을 줄이기 위해 원래대로 복원할 수 있다.
또한, 전자 장치(101)는 측정의 정확도 향상을 위해 배터리의 상태 측정 전에 정리한 다른 프로세서를 복원할 수 있다. 예를 들어 전자 장치(101)는 통신 모듈, RF(안테나 포함) 모듈 및/또는 터치 스크린 등 상시적으로 구동되는 구성에 대한 프로세스를 비활성화 또는 종료하였던 것을 다시 구동(활성화)할 수 있다.
전자 장치(101)는 배터리의 임피던스 연산 및 배터리의 상태 판단을 할 수 있다(406). 도 4에서 배터리의 임피던스 연산 및 배터리의 상태 판단(406)이 전력 게이지의 설정을 복원(405)한 뒤에 수행되는 것으로 도시되었으나, 실시예에 따라 서로 순서가 바뀌거나 또는 동시에 수행될 수도 있다.
타겟 주파수가 제1 주파수(f1)일 때 배터리(189)의 임피던스(Z(w))는 하기 [수학식1]을 통하여 계산할 수 있다.
[수학식1]
Z(w)= E0/I0 *(cos(Φ)+sin(Φ)j)
E0 = 최대 Ebatt 값과 최소 Ebatt 값 차이
I0 = 최대 Ibatt 값과 최소 Ibatt 값 차이
Φ = 배터리 전압(Ebatt)과 스피커 전압(Espk)의 위상차
w = 2πf
전자 장치(101)는 계산된 배터리(189)의 임피던스(Z(w))를 기반으로 배터리의 상태(189)를 추정할 수 있다. 전자 장치(101)는 계산된 배터리(189)의 임피던스(Z(w))를 메모리에 저장된 기준 자료(reference data)와 비교하여 배터리(189)의 상태를 추정할 수 있다. 기준 자료는 배터리(189)와 동일한 종류의 측정용 배터리에 대한 고유 값을 사전에 측정하여 전자 장치(101)의 메모리에 저장한 자료일 수 있다.
예를 들어, 기준 자료는 타겟 주파수에서 측정용 배터리 단품의 임피던스 값을 측정한 결과를 포함할 수 있다. 이때, 기준 자료의 임피던스 값은 별도의 임피던스 측정 장치를 사용하여 측정된 것일 수 있다. 별도의 임피던스 측정 장치는 교류 신호를 측정용 배터리에 인가 또는 방전하여 그에 대한 응답인 측정용 배터리의 전압 및 전류를 측정하고 이를 기반으로 임피던스 값을 산출하는 장치일 수 있다.
예를 들어, 기준 자료는, 타겟 주파수에서 임피던스 장치를 이용하여 초기 측정용 배터리의 임피던스(Zre+ Zim), Zre 및/또는 Zim를 측정한 결과를 포함할 수 있다. 예를 들어 기준 자료는, 타겟 주파수에서 임피던스 장치를 이용하여 측정용 배터리 단품의 임피던스(Zre+ Zim), Zre 및/또는 Zim를 사이클 별로 측정한 결과를 포함할 수 있다. 이때, 배터리가 한번 완전히 충전되었다가 완전히 방전되는 것을 하나의 사이클이라 칭할 수 있다. 예를 들어, 기준 자료는, 타겟 주파수에서 임피던스 장치를 이용하여 측정용 배터리 단품의 임피던스(Zre+ Zim), Zre 및/또는 Zim를 50 내지 100사이클 간격으로 400 내지 800사이클까지 측정한 결과를 포함할 수 있다.
또한, 예를 들어, 기준 자료는 상기 별도의 임피던스 장치를 이용하여 측정용 배터리 단품의 임피던스(Zre+ Zim), Zre 및/또는 Zim를 측정한 결과 값을, 전자 장치(101)에 내장되는 스피커(155)와 동일한 스피커를 이용하여 측정용 배터리의 임피던스(Zre+ Zim), Zre 및/또는 Zim를 측정했을 때의 결과 값과 비교하여 보정한 결과를 포함할 수 있다.
도 7을 더 참고하면, 도 7의 그래프(700)는 전자 장치(101)의 메모리에 저장된 기준 자료의 일 예시를 나타낸 것이다. 도 7의 그래프(700)는, Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) 분석 장치로 타겟 주파수의 신호를 측정용 배터리에 인가하여 측정용 배터리 단품의 임피던스의 Zre를 측정한 결과이다. 여기서 타겟 주파수는 상기 제1 주파수와 같을 수 있다. 도 7의 그래프(700)는 x축이 전압(V)을 나타내며, y축이 저항(Ohms)을 나타낼 수 있다. 첫번째 그래프(701)은 측정용 배터리가 초기 상태일 때, 즉 측정용 배터리의 첫번째 사이클에서 측정용 배터리의 Zre를 측정한 결과일 수 있다. 두번째 그래프(702)는 측정용 배터리의 100번째 사이클에서 측정용 배터리의 Zre를 측정한 결과일 수 있다. 세번째 그래프(703)은 측정용 배터리의 250번째 사이클에서 측정용 배터리의 Zre를 측정한 결과일 수 있다. 도 7의 그래프(700)를 보면 배터리의 사이클이 증가할수록 배터리의 저항이 커지는 것을 확인할 수 있다. (이 때, 배터리의 전압 또는 충전 전하량(SOC, state of charge)에 따라 저항 값이 다르게 나올 수 있다.)
도 7에서는 하나의 타겟 주파수에 대해 측정용 배터리의 임피던스의 Zre를 사이클 별로 측정한 결과를 기준 자료의 예시로 들었으나, 기준 자료는 타겟 주파수를 변경해가면서 복수의 타겟 주파수에 대한 측정용 배터리의 사이클 별 인피던스(Zre+ Zim), Zre 및/또는 Zim를 측정한 결과를 포함할 수 있다.
다시 도 4 및 도 5를 참고하면, 전자 장치(101)는 타겟 주파수가 제1 주파수(f1)일 때 스피커(155)를 사용하여 측정한 배터리(189)의 상기 임피던스(Z(w))와 기준 자료를 비교하여 배터리(189)의 상태를 판단할 수 있다(405).
전자 장치(101)는 전력 관리 모듈(188)을 통하여 배터리(189)의 현재 사이클을 식별할 수 있다. 전자 장치(101)는 기준 자료를 기반으로 배터리(189)의 현재 사이클에 대한 예상 저항을 식별할 수 있다. 전자 장치(101)는 배터리(189)의 측정된 임피던스(Z(w)) 값이 상기 예상 저항보다 기준 값 이상 증가한 경우 배터리(189)의 상태에 이상이 있는 것으로 판단할 수 있다.
또는 전자 장치(101)는 기준 자료를 기반으로 배터리(189)의 초기 상태의 예상 저항을 식별할 수 있으며, 배터리(189)의 측정된 임피던스(Z(w)) 값이 초기 상태의 예상 저항보다 기준 값 이상 감소한 경우 배터리(189)의 상태에 이상이 있는 것으로 판단할 수 있다.
예를 들어, 스마트 폰 용 3500mAh이상 배터리를 가정할 때, 초기 임피던스 값은 0.020~0.0660 Ohm일 수 있으며, 배터리의 사이클이 100 사이클 증가할 때 마다 0.005~0.0010 Ohm이 증가할 수 있는데, 전자 장치(101)에 의해 측정된 배터리(189)의 임피던스(Z(w)) 값이, 초기 수준 저항 대비 100 사이클 후 예상되는 저항 증가(0.005~0.0010 Ohm)보다 2배 이상 증가하거나 초기 수준 저항 대비 절반 이하로 감소했다면 전자 장치(101)가 배터리(189)에 이상이 있다고 판단할 수 있다.
전자 장치(101)는 배터리(189)에 이상이 있다고 판단되는 경우 배터리의 이상이 있음을 사용자에게 알릴 수 있다. 전자 장치(101)는 배터리(189)에 이상이 있다고 판단되는 경우 배터리(189)의 충전 및/또는 방전을 차단할 수 있다.
일 실시예에 따른 전자 장치의 배터리의 상태 측정 방법은 도 4의 순서도(400)에 한정되지 않으며, 순서도(400)의 순서는 일부 생략되거나 변경될 수 있다.
이하, 도 8a, 도 8b 및 도 8c를 참고하여, 일 실시예에 따른 전자 장치의 배터리의 임피던스 측정 방법에 대하여 자세하게 설명한다. 앞서 설명한 실시예와 동일한 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 8a, 도 8b 및 도 8c는 일 실시예에 따른 전자 장치의 배터리의 임피던스를 측정하는 과정을 그래프들(810, 820, 830, 840, 850)로 나타낸 도면이다.
도 8a를 참고하면, 도 8a의 첫번째 그래프(810)는 전자 장치 내의 스피커에 복수의 타겟 주파수를 인가하였을 때, 배터리에서 측정되는 전압의 최대 값과 최소 값의 차이(E0)를 나타낸 그래프일 수 있다. 즉, 도 8a의 첫번째 그래프(810)는 전자 장치 내의 스피커에 제1 타겟 주파수인 1500Hz의 신호를 인가하였을 때 배터리에서 측정되는 전압의 최대 값과 최소 값의 차이, 제2 타겟 주파수인 1200Hz의 신호를 인가하였을 때 배터리에서 측정되는 전압의 최대 값과 최소 값의 차이 및 제3 타겟 주파수인 1000Hz의 신호를 인가하였을 때 배터리에서 측정되는 전압의 최대 값과 최소 값의 차이를 나타낸 그래프일 수 있다.
도 8a를 참고하면, 도 8a의 두번째 그래프(820)는 전자 장치 내의 스피커에 복수의 타겟 주파수를 인가하였을 때, 배터리에서 측정되는 전류의 최대 값과 최소 값의 차이(I0)를 나타낸 그래프일 수 있다. 즉, 도 8a의 두번째 그래프(820)는 전자 장치 내의 스피커에 제1 타겟 주파수인 1500Hz의 신호를 인가하였을 때 배터리에서 측정되는 전류의 최대 값과 최소 값의 차이, 제2 타겟 주파수인 1200Hz의 신호를 인가하였을 때 배터리에서 측정되는 전류의 최대 값과 최소 값의 차이 및 제3 타겟 주파수인 1000Hz의 신호를 인가하였을 때 배터리에서 측정되는 전류의 최대 값과 최소 값의 차이를 나타낸 그래프일 수 있다.
도 8a를 참고하면, 도 8a의 세번째 그래프(830)는 전자 장치 내의 스피커에 복수의 타겟 주파수를 인가하였을 때, 배터리에서 측정되는 전압과 스피커에서 측정되는 전압의 위상차(Φ)를 나타낸 그래프일 수 있다. 즉, 도 8a의 세번째 그래프(830)는 전자 장치 내의 스피커에 제1 타겟 주파수인 1500Hz의 신호를 인가하였을 때 배터리 전압과 스피커 전압의 위상차, 제2 타겟 주파수인 1200Hz의 신호를 인가하였을 때 배터리 전압과 스피커 전압의 위상차 및 제3 타겟 주파수인 1000Hz의 신호를 인가하였을 때 배터리 전압과 스피커 전압의 위상차를 나타낸 그래프일 수 있다.
도 8b를 참고하면, 도 8b의 첫번째 그래프(840)는 도 8a의 첫번째 그래프(810) 및 도 8a의 두번째 그래프(820)를 기반으로 배터리의 Z0 값을 제1 타겟 주파수(1500Hz), 제2 타겟 주파수(1200Hz), 제3 타겟 주파수(1000Hz) 별로 계산한 결과를 나타낸 그래프일 수 있다. 이때, Z0= E0/I0일 수 있다.
도 8b를 참고하면, 도 8b의 두번째 그래프(842)는 도 8a의 첫번째 그래프(810), 도 8a의 두번째 그래프(820) 및 도 8a의 세번째 그래프(830)를 기반으로 배터리의 Zre를 제1 타겟 주파수(1500Hz), 제2 타겟 주파수(1200Hz), 제3 타겟 주파수(1000Hz) 별로 계산한 결과를 나타낸 그래프일 수 있다. 이때, Zre= Z0 * cos(Φ)로 계산될 수 있다.
도 8b를 참고하면, 도 8b의 세번째 그래프(843)는 도 8a의 첫번째 그래프(810), 도 8a의 두번째 그래프(820) 및 도 8a의 세번째 그래프(830)를 기반으로 배터리의 -Zim을 제1 타겟 주파수(1500Hz), 제2 타겟 주파수(1200Hz), 제3 타겟 주파수(1000Hz) 별로 계산한 결과를 나타낸 그래프일 수 있다. 이때, Zim= Z0 * sin(Φ)로 계산될 수 있다.
도 8c를 참고하면, 도 8c의 그래프(851)는 배터리의 임피던스를, x축을 Zre으로 하고, y축을 배터리의 -Zim으로 하는 나이퀴스트 플롯(Nyquist plot)으로 나타낸 그래프일 수 있다. 도 8c의 그래프(851)는 도 8b의 두번째 그래프(842) 및 세번째 그래프(843)를 기반으로 배터리의 임피던스를 제1 타겟 주파수(1500Hz), 제2 타겟 주파수(1200Hz), 제3 타겟 주파수(1000Hz) 별로 나타낸 그래프일 수 있다. 전자 장치는 복수의 타겟 주파수에서 배터리의 임피던스를 측정한 도 8c의 그래프(851)를 기반으로 메모리의 기준 자료와 비교하여 배터리의 상태를 판단할 수 있다. 기준 자료에 대한 설명은 도 7을 참조하여 전술한 설명과 동일할 수 있다.
도 8a, 도 8b 및 도 8c를 참조하여 상술한 바와 같이, 복수의 타겟 주파수에서 전자 장치의 배터리의 임피던스를 측정하는 경우 배터리의 상태 판단의 정확도를 향상 시킬 수 있다.
도 4 내지 도 8c를 참조하여 상술한 실시예들은 배터리의 임피던스를 측정하기 위해 전자 장치의 스피커를 사용하는 것으로 일 예시를 들었으나 본 개시는 이에 한정되지 않으며, 스피커 대신 햅틱 진동자(haptic vibrator), 액추에이터(actuator), DC 모터와 같은 전동기 등을 사용하여 배터리의 임피던스를 측정할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 전자 장치는 충전기 또는 별도의 임피던스 측정 장치와 같은 추가 장치 없이 전자 장치 내의 부품을 활용하여 장소, 시기, 장비 등에 구애 없이 전자 장치의 배터리의 임피던스를 수초 내에 신속하게 측정이 가능하다.
또한, 본 개시의 다양한 실시예에 따른 전자 장치는 바닥에 충돌이나 장치가 고온에 노출되는 등 전자 장치에 충격이나 비정상 환경이 가해졌을 때 별도의 장비 없이 신속하게 배터리의 상태 측정이 가능하므로, 배터리에 손상이 있을 경우 사용자가 다시 충전을 시도할 때 발생할 수 있는 소손을 방지하거나, 배터리의 폭발 등의 위험으로부터 사용자를 보호할 수 있다.
또한, 본 개시의 다양한 실시예에 따른 전자 장치는 충전기 또는 별도의 임피던스 측정 장치와 같은 추가 장치 없이, 전자 장치 내의 스피커, 액추에이터 또는 전동기 등을 사용함으로써 배터리의 임피던스 측정 시 특정 타겟 주파수로 설정이 가능하며, 사인파 형의 주기적인 전류를 소모할 수 있고, 소모 전류 량이 노이즈(noise) 대비 상대적으로 크기 때문에 임피던스 측정의 정확도를 향상 시킬 수 있다.
또한, 본 개시의 다양한 실시예에 따른 전자 장치는 충전기 또는 별도의 임피던스 측정 장치가 배터리의 임피던스를 측정할 때 배터리의 임피던스 측정 만을 위한 별도의 충전이 필요한 것과 달리 배터리를 (스피커 등을 통하여) 방전하면서 배터리의 임피던스 측정이 가능하다.
본 문서에 개시되는 일 실시 예에 따른 전자 장치는, 배터리, 전류 소모 장치, 및 상기 배터리 및 상기 전류 소모 장치와 연결된 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는, 상기 배터리의 전원을 상기 전류 소모 장치에 인가하고, 상기 전류 소모 장치가 특정 주파수를 갖는 주기적인 전류를 소모하도록 제어하며, 상기 배터리의 전압 그래프와 상기 전류 소모 장치의 전압 그래프 간의 위상차를 측정하고, 상기 배터리의 전압, 상기 배터리의 전류 및 상기 위상차를 기반으로 상기 배터리의 상태를 판단한다.
상기 프로세서는, 상기 배터리의 전압, 상기 배터리의 전류 및 상기 위상차를 기반으로 상기 배터리의 임피던스를 계산할 수 있고, 상기 계산된 임피던스를 상기 전자 장치에 저장된 기준 데이터와 비교하여 상기 배터리의 상태를 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 기준 데이터는 상기 특정 주파수에서 상기 배터리의 초기 임피던스 값을 포함할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 기준 데이터를 기반으로 추정되는 상기 배터리의 예상 임피던스보다 상기 계산된 임피던스가 기준 값 이상 크거나 작은 경우, 상기 배터리의 상태에 이상이 있는 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 배터리의 상태를 판단한 결과 상기 배터리의 상태가 이상이 있는 것으로 판단되는 경우, 상기 배터리의 충전을 차단하도록 제어할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 배터리의 상태를 판단한 결과 상기 배터리의 상태가 이상이 있는 것으로 판단되는 경우, 사용자에게 상기 배터리의 상태에 대한 알림을 제공하도록 구성될 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 전류 소모 장치가 구동 가능한 주파수 범위 내에서 상기 특정 주파수를 선정하도록 구성될 수 있다.
상기 주기적인 전류는 상기 특정 주파수를 갖는 사인(sine)파 형의 전류일 수 있다.
상기 전류 소모 장치는 스피커, 액추에이터 또는 전동기 중 하나일 수 있으며, 상기 전자 장치는 무선 통신 안테나를 더 포함할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 전자 장치에 이벤트가 감지되면 상기 배터리의 상태를 판단하는 프로세스를 수행하도록 구성될 수 있으며, 상기 이벤트는 상기 전자 장치에 충격이 감지된 경우, 상기 전자 장치의 온도가 일정 온도 이상으로 상승한 경우, 상기 전자 장치의 일정 크기 이상의 전압이 감지된 경우 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 본 문서에 개시되는 일 실시 예에 따른 전자 장치에 의한 배터리의 상태 판단을 위한 방법은, 상기 전자 장치에 포함된 배터리의 전원을 상기 전자 장치에 포함된 전류 소모 장치에 인가하는 과정, 상기 전류 소모 장치가 특정 주파수를 갖는 주기적인 전류를 소모하도록 제어하는 과정, 상기 배터리의 전압과 상기 전류 소모 장치의 전압의 위상차를 측정하는 과정, 및 상기 배터리의 전압, 상기 배터리의 전류 및 상기 위상차를 기반으로 상기 배터리의 상태를 판단하는 과정을 포함한다.
상기 배터리의 상태를 판단하는 과정은,상기 배터리의 전압, 상기 배터리의 전류 및 상기 위상차를 기반으로 상기 배터리의 임피던스를 계산하고, 상기 계산된 임피던스를 상기 전자 장치에 저장된 기준 데이터와 비교하여 상기 배터리의 상태를 판단할 수 있다.
상기 기준 데이터는 상기 특정 주파수에서 상기 배터리의 초기 임피던스 값을 포함할 수 있다.
상기 배터리의 상태를 판단하는 과정은, 상기 기준 데이터를 기반으로 추정되는 상기 배터리의 예상 임피던스보다 상기 계산된 임피던스가 기준 값 이상 크거나 작은 경우, 상기 배터리의 상태에 이상이 있는 것으로 판단할 수 있다.
상기 배터리의 상태를 판단한 결과 상기 배터리의 상태가 이상이 있는 것으로 판단되는 경우, 상기 배터리의 충전을 차단하도록 제어하는 과정을 더 포함할 수 있다.
상기 배터리의 상태를 판단한 결과 상기 배터리의 상태가 이상이 있는 것으로 판단되는 경우, 사용자에게 상기 배터리의 상태에 대한 알림을 제공하는 과정을 더 포함할 수 있다.
상기 전류 소모 장치가 구동 가능한 주파수 범위 내에서 상기 특정 주파수를 선정하는 과정을 더 포함할 수 있다.
상기 주기적인 전류는 상기 특정 주파수를 갖는 사인(sine)파 형의 전류일 수 있다.
상기 전류 소모 장치는 스피커, 액추에이터 또는 전동기 중 하나일 수 있으며, 상기 전자 장치는 무선 통신 안테나를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리의 상태를 판단하는 과정 전에 상기 전자 장치에 포함된 충격 감지 센서를 통하여 상기 전자 장치에 충격이 감지되는지 여부를 판단하는 과정을 더 포함할 수 있다.

Claims (20)

  1. 전자 장치에 있어서,
    배터리;
    전류 소모 장치; 및
    상기 배터리 및 상기 전류 소모 장치와 연결된 프로세서;를 포함하며,
    상기 프로세서는,
    상기 배터리의 전원을 상기 전류 소모 장치에 인가하고,
    상기 전류 소모 장치가 특정 주파수를 갖는 주기적인 전류를 소모하도록 제어하며,
    상기 배터리의 전압 그래프와 상기 전류 소모 장치의 전압 그래프 간의 위상차를 측정하고,
    상기 배터리의 전압, 상기 배터리의 전류 및 상기 위상차를 기반으로 상기 배터리의 상태를 판단하는, 전자 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 배터리의 전압, 상기 배터리의 전류 및 상기 위상차를 기반으로 상기 배터리의 임피던스를 계산하고, 상기 계산된 임피던스를 상기 전자 장치에 저장된 기준 데이터와 비교하여 상기 배터리의 상태를 판단하도록 구성된, 전자 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 기준 데이터는 상기 특정 주파수에서 상기 배터리의 초기 임피던스 값을 포함하는, 전자 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 기준 데이터를 기반으로 추정되는 상기 배터리의 예상 임피던스보다 상기 계산된 임피던스가 기준 값 이상 크거나 작은 경우, 상기 배터리의 상태에 이상이 있는 것으로 판단하도록 구성된, 전자 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 배터리의 상태를 판단한 결과 상기 배터리의 상태가 이상이 있는 것으로 판단되는 경우, 상기 배터리의 충전을 차단하도록 제어하는, 전자 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 배터리의 상태를 판단한 결과 상기 배터리의 상태가 이상이 있는 것으로 판단되는 경우, 사용자에게 상기 배터리의 상태에 대한 알림을 제공하도록 구성된, 전자 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 전류 소모 장치가 구동 가능한 주파수 범위 내에서 상기 특정 주파수를 선정하도록 구성된, 전자 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 주기적인 전류는 상기 특정 주파수를 갖는 사인(sine)파 형의 전류인, 전자 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 전류 소모 장치는 스피커, 액추에이터 또는 전동기 중 하나이며,
    상기 전자 장치는 무선 통신 안테나를 더 포함하는, 전자 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 전자 장치에 이벤트가 감지되면 상기 배터리의 상태를 판단하는 프로세스를 수행하도록 구성되며,
    상기 이벤트는 상기 전자 장치에 충격이 감지된 경우, 상기 전자 장치의 온도가 일정 온도 이상으로 상승한 경우, 상기 전자 장치의 일정 크기 이상의 전압이 감지된 경우 중 적어도 하나를 포함하는, 전자 장치.
  11. 전자 장치에 의한 배터리의 상태 판단을 위한 방법에 있어서,
    상기 전자 장치에 포함된 배터리의 전원을 상기 전자 장치에 포함된 전류 소모 장치에 인가하는 과정,
    상기 전류 소모 장치가 특정 주파수를 갖는 주기적인 전류를 소모하도록 제어하는 과정,
    상기 배터리의 전압과 상기 전류 소모 장치의 전압의 위상차를 측정하는 과정, 및
    상기 배터리의 전압, 상기 배터리의 전류 및 상기 위상차를 기반으로 상기 배터리의 상태를 판단하는 과정을 포함하는, 배터리의 상태 판단을 위한 방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리의 상태를 판단하는 과정은,
    상기 배터리의 전압, 상기 배터리의 전류 및 상기 위상차를 기반으로 상기 배터리의 임피던스를 계산하고, 상기 계산된 임피던스를 상기 전자 장치에 저장된 기준 데이터와 비교하여 상기 배터리의 상태를 판단하는, 배터리의 상태 판단을 위한 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 기준 데이터는 상기 특정 주파수에서 상기 배터리의 초기 임피던스 값을 포함하는, 배터리의 상태 판단을 위한 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 배터리의 상태를 판단하는 과정은,
    상기 기준 데이터를 기반으로 추정되는 상기 배터리의 예상 임피던스보다 상기 계산된 임피던스가 기준 값 이상 크거나 작은 경우, 상기 배터리의 상태에 이상이 있는 것으로 판단하는, 배터리의 상태 판단을 위한 방법.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 배터리의 상태를 판단한 결과 상기 배터리의 상태가 이상이 있는 것으로 판단되는 경우, 상기 배터리의 충전을 차단하도록 제어하는 과정을 더 포함하는, 배터리의 상태 판단을 위한 방법.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 배터리의 상태를 판단한 결과 상기 배터리의 상태가 이상이 있는 것으로 판단되는 경우, 사용자에게 상기 배터리의 상태에 대한 알림을 제공하는 과정을 더 포함하는, 배터리의 상태 판단을 위한 방법.
  17. 청구항 11에 있어서,
    상기 전류 소모 장치가 구동 가능한 주파수 범위 내에서 상기 특정 주파수를 선정하는 과정을 더 포함하는, 배터리의 상태 판단을 위한 방법.
  18. 청구항 11에 있어서,
    상기 주기적인 전류는 상기 특정 주파수를 갖는 사인(sine)파 형의 전류인, 배터리의 상태 판단을 위한 방법.
  19. 청구항 11에 있어서,
    상기 전류 소모 장치는 스피커, 액추에이터 또는 전동기 중 하나이며,
    상기 전자 장치는 무선 통신 안테나를 더 포함하는, 배터리의 상태 판단을 위한 방법.
  20. 청구항 11에 있어서,
    상기 배터리의 상태를 판단하는 과정 전에 상기 전자 장치에 포함된 충격 감지 센서를 통하여 상기 전자 장치에 충격이 감지되는지 여부를 판단하는 과정을 더 포함하는, 배터리의 상태 판단을 위한 방법.
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