WO2022215896A1 - 배터리 보호 회로를 포함하는 전자 장치 및 배터리 보호 회로의 동작 방법 - Google Patents

배터리 보호 회로를 포함하는 전자 장치 및 배터리 보호 회로의 동작 방법 Download PDF

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WO2022215896A1
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battery protection
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이상헌
오부근
한성호
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삼성전자주식회사
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • Various embodiments of the present disclosure relate to an electronic device including a battery protection circuit and a method of operating the battery protection circuit.
  • Lithium ion batteries a type of secondary batteries, are designed to drive portable electronic It is widely used as an energy storage device.
  • Various embodiments of the present invention may provide a technology for implementing, at a low cost, an operation of blocking charging or discharging when an abnormal state of the battery is suspected by detecting a minute change rate with respect to time of the battery voltage. .
  • an electronic device includes a battery and a battery protection circuit for protecting the battery, wherein the battery protection circuit includes a circuit breaker for blocking charging or discharging of the battery and a small amount of voltage of the battery
  • the battery protection circuit includes a circuit breaker for blocking charging or discharging of the battery and a small amount of voltage of the battery
  • a differentiator for detecting a time change rate, a rectifier for rectifying the output of the differentiator, a detector whose resistance value changes when the output of the rectifier exceeds a threshold, and a battery for controlling the circuit breaker based on the resistance value of the detector It may include a protection integrated circuit.
  • a battery protection circuit for protecting a battery of an electronic device includes a circuit breaker for blocking charging or discharging of the battery, a differentiator detecting a minute time change rate of a voltage of the battery, and an output of the differentiator A rectifier that rectifies, a detector whose resistance value changes when the output of the rectifier exceeds a threshold, and a battery protection integrated circuit that controls the circuit breaker based on the resistance value of the detector, obtained based on the output of the rectifier and an abnormality detector for storing one minute time change rate and an ordered pair of voltages of the battery corresponding to the minute time change rate, and determining whether the ordered pair is included in a normal range.
  • a method for protecting a battery of an electronic device includes detecting a minute time change rate of the voltage of the battery, and a signal corresponding to the minute time change rate is input because the magnitude of the minute time change rate exceeds a threshold value.
  • the battery protection integrated circuit may block charging or discharging of the battery when the transistor is energized.
  • FIG. 1 is a block diagram of an electronic device in a network environment, according to various embodiments of the present disclosure
  • FIG. 2 is a block diagram of a power management module and a battery, according to various embodiments.
  • FIG. 3 is a block diagram of a battery protection circuit, in accordance with various embodiments.
  • FIG. 4 is a circuit diagram of a battery protection circuit according to various embodiments.
  • 5A and 5B are graphs for explaining an operation of an abnormality detector according to various embodiments of the present disclosure.
  • 6A and 6B illustrate an installation structure of a battery protection circuit according to various embodiments.
  • FIG. 7 is a flowchart of a battery protection operation of an electronic device, according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a block diagram of an electronic device 101 in a network environment 100, according to various embodiments.
  • the electronic device 101 communicates with the electronic device 102 through a first network 198 (eg, a short-range wireless communication network) or a second network 199 . It may communicate with at least one of the electronic device 104 and the server 108 through (eg, a long-distance wireless communication network). According to an embodiment, the electronic device 101 may communicate with the electronic device 104 through the server 108 .
  • the electronic device 101 includes a processor 120 , a memory 130 , an input module 150 , a sound output module 155 , a display module 160 , an audio module 170 , and a sensor module ( 176), interface 177, connection terminal 178, haptic module 179, camera module 180, power management module 188, battery 189, communication module 190, subscriber identification module 196 , or an antenna module 197 .
  • at least one of these components eg, the connection terminal 178
  • some of these components are integrated into one component (eg, display module 160 ). can be
  • the processor 120 for example, executes software (eg, a program 140) to execute at least one other component (eg, a hardware or software component) of the electronic device 101 connected to the processor 120. It can control and perform various data processing or operations. According to one embodiment, as at least part of data processing or operation, the processor 120 converts commands or data received from other components (eg, the sensor module 176 or the communication module 190 ) to the volatile memory 132 . may be stored in , process commands or data stored in the volatile memory 132 , and store the result data in the non-volatile memory 134 .
  • software eg, a program 140
  • the processor 120 converts commands or data received from other components (eg, the sensor module 176 or the communication module 190 ) to the volatile memory 132 .
  • the volatile memory 132 may be stored in , process commands or data stored in the volatile memory 132 , and store the result data in the non-volatile memory 134 .
  • the processor 120 is the main processor 121 (eg, a central processing unit or an application processor) or a secondary processor 123 (eg, a graphic processing unit, a neural network processing unit (eg, a graphic processing unit, a neural network processing unit) a neural processing unit (NPU), an image signal processor, a sensor hub processor, or a communication processor).
  • the main processor 121 eg, a central processing unit or an application processor
  • a secondary processor 123 eg, a graphic processing unit, a neural network processing unit (eg, a graphic processing unit, a neural network processing unit) a neural processing unit (NPU), an image signal processor, a sensor hub processor, or a communication processor.
  • the main processor 121 e.g, a central processing unit or an application processor
  • a secondary processor 123 eg, a graphic processing unit, a neural network processing unit (eg, a graphic processing unit, a neural network processing unit) a neural processing unit (NPU), an image signal processor, a
  • the secondary processor 123 may, for example, act on behalf of the main processor 121 while the main processor 121 is in an inactive (eg, sleep) state, or when the main processor 121 is active (eg, executing an application). ), together with the main processor 121, at least one of the components of the electronic device 101 (eg, the display module 160, the sensor module 176, or the communication module 190) It is possible to control at least some of the related functions or states.
  • the coprocessor 123 eg, an image signal processor or a communication processor
  • may be implemented as part of another functionally related component eg, the camera module 180 or the communication module 190 ). have.
  • the auxiliary processor 123 may include a hardware structure specialized for processing an artificial intelligence model.
  • Artificial intelligence models can be created through machine learning. Such learning may be performed, for example, in the electronic device 101 itself on which the artificial intelligence model is performed, or may be performed through a separate server (eg, the server 108).
  • the learning algorithm may include, for example, supervised learning, unsupervised learning, semi-supervised learning, or reinforcement learning, but in the above example not limited
  • the artificial intelligence model may include a plurality of artificial neural network layers.
  • Artificial neural networks include deep neural networks (DNNs), convolutional neural networks (CNNs), recurrent neural networks (RNNs), restricted boltzmann machines (RBMs), deep belief networks (DBNs), bidirectional recurrent deep neural networks (BRDNNs), It may be one of deep Q-networks or a combination of two or more of the above, but is not limited to the above example.
  • the artificial intelligence model may include, in addition to, or alternatively, a software structure in addition to the hardware structure.
  • the memory 130 may store various data used by at least one component (eg, the processor 120 or the sensor module 176 ) of the electronic device 101 .
  • the data may include, for example, input data or output data for software (eg, the program 140 ) and instructions related thereto.
  • the memory 130 may include a volatile memory 132 or a non-volatile memory 134 .
  • the program 140 may be stored as software in the memory 130 , and may include, for example, an operating system 142 , middleware 144 , or an application 146 .
  • the input module 150 may receive a command or data to be used by a component (eg, the processor 120 ) of the electronic device 101 from the outside (eg, a user) of the electronic device 101 .
  • the input module 150 may include, for example, a microphone, a mouse, a keyboard, a key (eg, a button), or a digital pen (eg, a stylus pen).
  • the sound output module 155 may output a sound signal to the outside of the electronic device 101 .
  • the sound output module 155 may include, for example, a speaker or a receiver.
  • the speaker can be used for general purposes such as multimedia playback or recording playback.
  • the receiver can be used to receive incoming calls. According to one embodiment, the receiver may be implemented separately from or as part of the speaker.
  • the display module 160 may visually provide information to the outside (eg, a user) of the electronic device 101 .
  • the display module 160 may include, for example, a control circuit for controlling a display, a hologram device, or a projector and a corresponding device.
  • the display module 160 may include a touch sensor configured to sense a touch or a pressure sensor configured to measure the intensity of a force generated by the touch.
  • the audio module 170 may convert a sound into an electric signal or, conversely, convert an electric signal into a sound. According to an embodiment, the audio module 170 acquires a sound through the input module 150 , or an external electronic device (eg, a sound output module 155 ) connected directly or wirelessly with the electronic device 101 .
  • the electronic device 102) eg, a speaker or headphones
  • the electronic device 102 may output a sound.
  • the sensor module 176 detects an operating state (eg, power or temperature) of the electronic device 101 or an external environmental state (eg, a user state), and generates an electrical signal or data value corresponding to the sensed state. can do.
  • the sensor module 176 may include, for example, a gesture sensor, a gyro sensor, a barometric pressure sensor, a magnetic sensor, an acceleration sensor, a grip sensor, a proximity sensor, a color sensor, an IR (infrared) sensor, a biometric sensor, It may include a temperature sensor, a humidity sensor, or an illuminance sensor.
  • the interface 177 may support one or more specified protocols that may be used by the electronic device 101 to directly or wirelessly connect with an external electronic device (eg, the electronic device 102 ).
  • the interface 177 may include, for example, a high definition multimedia interface (HDMI), a universal serial bus (USB) interface, an SD card interface, or an audio interface.
  • the connection terminal 178 may include a connector through which the electronic device 101 can be physically connected to an external electronic device (eg, the electronic device 102 ).
  • the connection terminal 178 may include, for example, an HDMI connector, a USB connector, an SD card connector, or an audio connector (eg, a headphone connector).
  • the haptic module 179 may convert an electrical signal into a mechanical stimulus (eg, vibration or movement) or an electrical stimulus that the user can perceive through tactile or kinesthetic sense.
  • the haptic module 179 may include, for example, a motor, a piezoelectric element, or an electrical stimulation device.
  • the camera module 180 may capture still images and moving images. According to an embodiment, the camera module 180 may include one or more lenses, image sensors, image signal processors, or flashes.
  • the power management module 188 may manage power supplied to the electronic device 101 .
  • the power management module 188 may be implemented as, for example, at least a part of a power management integrated circuit (PMIC).
  • PMIC power management integrated circuit
  • the battery 189 may supply power to at least one component of the electronic device 101 .
  • battery 189 may include, for example, a non-rechargeable primary cell, a rechargeable secondary cell, or a fuel cell.
  • the communication module 190 is a direct (eg, wired) communication channel or a wireless communication channel between the electronic device 101 and an external electronic device (eg, the electronic device 102, the electronic device 104, or the server 108). It can support establishment and communication performance through the established communication channel.
  • the communication module 190 may include one or more communication processors that operate independently of the processor 120 (eg, an application processor) and support direct (eg, wired) communication or wireless communication.
  • the communication module 190 is a wireless communication module 192 (eg, a cellular communication module, a short-range communication module, or a global navigation satellite system (GNSS) communication module) or a wired communication module 194 (eg, : It may include a local area network (LAN) communication module, or a power line communication module).
  • a wireless communication module 192 eg, a cellular communication module, a short-range communication module, or a global navigation satellite system (GNSS) communication module
  • GNSS global navigation satellite system
  • wired communication module 194 eg, : It may include a local area network (LAN) communication module, or a power line communication module.
  • a corresponding communication module among these communication modules is a first network 198 (eg, a short-range communication network such as Bluetooth, wireless fidelity (WiFi) direct, or infrared data association (IrDA)) or a second network 199 (eg, legacy It may communicate with the external electronic device 104 through a cellular network, a 5G network, a next-generation communication network, the Internet, or a computer network (eg, a telecommunication network such as a LAN or a WAN).
  • a first network 198 eg, a short-range communication network such as Bluetooth, wireless fidelity (WiFi) direct, or infrared data association (IrDA)
  • a second network 199 eg, legacy It may communicate with the external electronic device 104 through a cellular network, a 5G network, a next-generation communication network, the Internet, or a computer network (eg, a telecommunication network such as a LAN or a WAN).
  • a telecommunication network
  • the wireless communication module 192 uses subscriber information (eg, International Mobile Subscriber Identifier (IMSI)) stored in the subscriber identification module 196 within a communication network such as the first network 198 or the second network 199 .
  • subscriber information eg, International Mobile Subscriber Identifier (IMSI)
  • IMSI International Mobile Subscriber Identifier
  • the electronic device 101 may be identified or authenticated.
  • the wireless communication module 192 may support a 5G network after a 4G network and a next-generation communication technology, for example, a new radio access technology (NR).
  • NR access technology includes high-speed transmission of high-capacity data (eMBB (enhanced mobile broadband)), minimization of terminal power and access to multiple terminals (mMTC (massive machine type communications)), or high reliability and low latency (URLLC (ultra-reliable and low-latency) -latency communications)).
  • eMBB enhanced mobile broadband
  • mMTC massive machine type communications
  • URLLC ultra-reliable and low-latency
  • the wireless communication module 192 may support a high frequency band (eg, mmWave band) to achieve a high data rate, for example.
  • a high frequency band eg, mmWave band
  • the wireless communication module 192 uses various techniques for securing performance in a high-frequency band, for example, beamforming, massive multiple-input and multiple-output (MIMO), all-dimensional multiplexing. It may support technologies such as full dimensional MIMO (FD-MIMO), an array antenna, analog beam-forming, or a large scale antenna.
  • the wireless communication module 192 may support various requirements defined in the electronic device 101 , an external electronic device (eg, the electronic device 104 ), or a network system (eg, the second network 199 ).
  • the wireless communication module 192 may include a peak data rate (eg, 20 Gbps or more) for realizing eMBB, loss coverage (eg, 164 dB or less) for realizing mMTC, or U-plane latency for realizing URLLC ( Example: Downlink (DL) and uplink (UL) each 0.5 ms or less, or round trip 1 ms or less) can be supported.
  • a peak data rate eg, 20 Gbps or more
  • loss coverage eg, 164 dB or less
  • U-plane latency for realizing URLLC
  • the antenna module 197 may transmit or receive a signal or power to the outside (eg, an external electronic device).
  • the antenna module 197 may include an antenna including a conductor formed on a substrate (eg, a PCB) or a radiator formed of a conductive pattern.
  • the antenna module 197 may include a plurality of antennas (eg, an array antenna). In this case, at least one antenna suitable for a communication method used in a communication network such as the first network 198 or the second network 199 is connected from the plurality of antennas by, for example, the communication module 190 . can be selected. A signal or power may be transmitted or received between the communication module 190 and an external electronic device through the selected at least one antenna.
  • other components eg, a radio frequency integrated circuit (RFIC)
  • RFIC radio frequency integrated circuit
  • the antenna module 197 may form a mmWave antenna module.
  • the mmWave antenna module comprises a printed circuit board, an RFIC disposed on or adjacent to a first side (eg, bottom side) of the printed circuit board and capable of supporting a designated high frequency band (eg, mmWave band); and a plurality of antennas (eg, an array antenna) disposed on or adjacent to a second side (eg, top or side) of the printed circuit board and capable of transmitting or receiving signals of the designated high frequency band. can do.
  • peripheral devices eg, a bus, general purpose input and output (GPIO), serial peripheral interface (SPI), or mobile industry processor interface (MIPI)
  • GPIO general purpose input and output
  • SPI serial peripheral interface
  • MIPI mobile industry processor interface
  • the command or data may be transmitted or received between the electronic device 101 and the external electronic device 104 through the server 108 connected to the second network 199 .
  • Each of the external electronic devices 102 or 104 may be the same as or different from the electronic device 101 .
  • all or a part of operations executed in the electronic device 101 may be executed in one or more external electronic devices 102 , 104 , or 108 .
  • the electronic device 101 may perform the function or service itself instead of executing the function or service itself.
  • one or more external electronic devices may be requested to perform at least a part of the function or the service.
  • One or more external electronic devices that have received the request may execute at least a part of the requested function or service, or an additional function or service related to the request, and transmit a result of the execution to the electronic device 101 .
  • the electronic device 101 may process the result as it is or additionally and provide it as at least a part of a response to the request.
  • cloud computing, distributed computing, mobile edge computing (MEC), or client-server computing technology may be used.
  • the electronic device 101 may provide an ultra-low latency service using, for example, distributed computing or mobile edge computing.
  • the external electronic device 104 may include an Internet of things (IoT) device.
  • the server 108 may be an intelligent server using machine learning and/or neural networks.
  • the external electronic device 104 or the server 108 may be included in the second network 199 .
  • the electronic device 101 may be applied to an intelligent service (eg, smart home, smart city, smart car, or health care) based on 5G communication technology and IoT-related technology.
  • the power management module 188 may include a charging circuit 210 , a power regulator 220 , or a power gauge 230 .
  • the charging circuit 210 may charge the battery 189 using power supplied from an external power source for the electronic device 101 .
  • the charging circuit 210 may include a type of external power source (eg, a power adapter, USB, or wireless charging), a size of power that can be supplied from the external power source (eg, about 20 watts or more), or a battery 189 ), a charging method (eg, normal charging or fast charging) may be selected based on at least some of the properties, and the battery 189 may be charged using the selected charging method.
  • the external power source may be connected to the electronic device 101 by wire through, for example, the connection terminal 178 or wirelessly through the antenna module 197 .
  • the power regulator 220 may generate a plurality of powers having different voltages or different current levels by, for example, adjusting a voltage level or current level of power supplied from an external power source or battery 189 .
  • the power regulator 220 may adjust the external power source or the power of the battery 189 to a voltage or current level suitable for each of some of the components included in the electronic device 101 .
  • the power regulator 220 may be implemented in the form of a low drop out (LDO) regulator or a switching regulator.
  • the power gauge 230 may measure usage state information about the battery 189 (eg, the capacity of the battery 189 , the number of times of charging and discharging, a voltage, or a temperature).
  • the power management module 188 for example, using the charging circuit 210 , the voltage regulator 220 , or the power gauge 230 , is configured to control the battery 189 based at least in part on the measured usage state information.
  • Charge-related state of charge information eg, lifetime, overvoltage, undervoltage, overcurrent, overcharge, overdischarge, overheat, short circuit, or swelling
  • the power management module 188 may determine whether the battery 189 is normal or abnormal based at least in part on the determined state of charge information. When it is determined that the state of the battery 189 is abnormal, the power management module 188 may adjust charging of the battery 189 (eg, decrease charging current or voltage, or stop charging). According to an embodiment, at least some of the functions of the power management module 188 may be performed by an external control device (eg, the processor 120 ).
  • the battery 189 may include a battery protection circuit module (PCM) 240 , according to one embodiment.
  • the battery protection circuit 240 may perform one or more of various functions (eg, a pre-blocking function) to prevent deterioration or burnout of the battery 189 .
  • the battery protection circuit 240 is additionally or alternatively a battery management system (battery management system) capable of performing various functions including cell balancing, capacity measurement of a battery, number of times of charge/discharge measurement, temperature measurement, or voltage measurement. BMS))).
  • At least a portion of the use state information or the charge state information of the battery 189 may include a corresponding sensor (eg, a temperature sensor), a power gauge 230 , or a power management module among the sensor modules 276 . (188) can be used.
  • the corresponding sensor (eg, a temperature sensor) of the sensor module 176 is included as a part of the battery protection circuit 140 , or is a separate device to be disposed in the vicinity of the battery 189 . can
  • FIG. 3 is a block diagram 300 of a battery protection circuit (eg, the battery protection circuit 240 of FIG. 2 ) according to various embodiments.
  • a battery protection circuit eg, the battery protection circuit 240 of FIG. 2
  • a battery protection circuit (eg, the battery protection circuit 240 of FIG. 2 ) according to various embodiments is a voltage of a battery (eg, the battery 189 of FIG. 1 , the battery 189 of FIG. 2 ).
  • Charging and/or discharging of the battery 189 may be interrupted when it is greater than or equal to a specific value (eg, overcharge) and/or when the voltage of the battery 189 is less than or equal to a specific value (eg, overdischarge).
  • the battery protection circuit 240 may detect a minute time change rate of the voltage of the battery 189 and block charging and/or discharging of the battery when the absolute value of the minute time change rate is greater than or equal to a threshold value.
  • the battery protection circuit 240 includes a differentiator 310 , a rectifier 320 , a detector 330 , a battery protection integrated circuit (IC) 340 , and a breaker 350 and 360) may be included.
  • IC battery protection integrated circuit
  • the minute time change rate of the battery voltage may be detected as an analog signal through the differentiator 310 , and the detected minute signal change rate signal may be rectified through the rectifier 320 and input to the detector 330 .
  • the resistance value of the detector 330 may be changed based on the magnitude of the minute signal change rate signal.
  • the battery protection integrated circuit 340 may block charging or discharging of the battery 189 by controlling the circuit breaker 350 or 360 based on the magnitude of the current flowing through the detector 330 .
  • the differentiator 310 may detect a minute time change rate (dV/dt) of the voltage V based on the voltage V of the battery 189 .
  • the differentiator 310 may output a minute time change rate (dV/dt) as an analog signal.
  • the rectifier 320 may rectify the output of the differentiator 310 . Since the minute time change rate (dV/dt) may be negative, the rectifier 320 may output a positive value by inverting the output of the differentiator 310 when the output of the differentiator 310 is a negative value.
  • the battery protection circuit 240 may protect the battery 189 from an abrupt positive change in the battery voltage V as well as an abrupt negative change in the battery voltage through the rectifier 320 .
  • the resistance value of the detector 330 may be changed based on the output of the rectifier 320 .
  • the detector 330 may have a constant resistance value when the minute time change rate (dV/dt) of the battery voltage V is within a specific range (eg, when the output of the rectifier 320 is less than or equal to a threshold).
  • the minute time change rate (dV/dt) is out of a specific range (eg, when the output of the rectifier 320 exceeds a threshold)
  • the resistance value of the detector 330 may be changed to another value.
  • the battery protection integrated circuit 340 may control the circuit breakers 350 and 360 based on the battery voltage V and/or the minute time change rate dV/dt of the battery voltage V. .
  • the battery protection integrated circuit 340 may control the circuit breaker 350 or 360 based on the magnitude of the current flowing through the detector 330 .
  • the battery protection integrated circuit 340 controls the circuit breaker 350 or 360 when the current flowing through the detector 330 is greater than or equal to a specific value to control the battery 189. can block charging or discharging.
  • the circuit breakers 350 and 360 may include a first circuit breaker 350 and a second circuit breaker 360 .
  • the first circuit breaker 350 may be a circuit breaker that blocks discharging of the battery 189
  • the second circuit breaker 360 may be a circuit breaker that blocks charging of the battery 189 .
  • the battery protection integrated circuit 340 can block the discharge of the battery 189 by controlling the first circuit breaker 350 when it is necessary to block the discharge of the battery 189 , and when the charge of the battery 189 is to be cut off By controlling the second circuit breaker 360 , charging of the battery 189 may be interrupted.
  • the battery protection circuit 240 may further include an abnormality detector 370 and a third circuit breaker 380 .
  • the abnormality detector 370 may detect whether the battery is abnormal based on a pair of the battery voltage V and the minute time change dV/dt of the battery voltage V at a specific moment. The abnormality detector 370 may determine whether the minute time change (dV/dt) of the battery 189 is within the range of the normal minute time change (dV/dt) in response to the battery voltage (V).
  • the abnormality detector 370 may control the third circuit breaker 380 based on whether the state of the battery 189 is abnormal.
  • the third circuit breaker 380 may block charging or discharging of the battery 189 based on the control of the abnormality detector 370 .
  • FIG. 4 is a circuit diagram 400 of a battery protection circuit (eg, the battery protection circuit 240 of FIG. 2 and the battery protection circuit 240 of FIG. 3 ), according to various embodiments.
  • a battery protection circuit eg, the battery protection circuit 240 of FIG. 2 and the battery protection circuit 240 of FIG. 3 .
  • the battery protection circuit 240 includes a differentiator (eg, the differentiator 310 of FIG. 3 ), a rectifier (eg, the rectifier 320 of FIG. 3 ), and a detector (eg, FIG. 3 ). 3), a battery protection integrated circuit (eg, the battery protection integrated circuit 340 of FIG. 3), an abnormality detector (eg, an abnormality detector 370 in FIG. 3), and first to third circuit breakers ( For example, the first to third circuit breakers 350 , 360 , 380 of FIG. 3 ) may be included.
  • a differentiator eg, the differentiator 310 of FIG. 3
  • a rectifier eg, the rectifier 320 of FIG. 3
  • a detector eg, FIG. 3
  • a battery protection integrated circuit eg, the battery protection integrated circuit 340 of FIG. 3
  • an abnormality detector eg, an abnormality detector 370 in FIG. 3
  • first to third circuit breakers For example, the first to third circuit breakers 350
  • the battery protection circuit 240 may include four terminals B-, B+, P-, and P+.
  • the B- and B+ terminals may be connected to the battery 189
  • the P- and P+ terminals may be connected to a target to which the battery 189 supplies charging power or to which the battery 189 supplies power.
  • the B- terminal and the P+ terminal may be connected to each other, the resistor 401 and the capacitor 402 may be connected between the B- terminal and the B+ terminal, and the capacitor 403 may be connected between the P+ terminal and the P- terminal, and ,
  • the first to third circuit breakers 350 , 360 , 380 may be connected between the B+ terminal and the P- terminal.
  • the battery protection integrated circuit 340 includes a battery voltage detection terminal (VDD), a reference voltage terminal (VSS), an overcurrent detection terminal (VINI), an overdischarge cutoff terminal (DO), and an overcharge cutoff terminal (CO) and a charge/discharge state detection terminal (VM).
  • VDD battery voltage detection terminal
  • VSS reference voltage terminal
  • VNI overcurrent detection terminal
  • DO overdischarge cutoff terminal
  • CO overcharge cutoff terminal
  • VM charge/discharge state detection terminal
  • the battery voltage sensing terminal VDD may be connected to the B- terminal through the resistor 401 and may be connected to the B+ terminal through the capacitor 402 .
  • the reference voltage terminal VSS may be connected to the B+ terminal.
  • the overcurrent detection terminal VINI may be connected to the B+ terminal through the detector 330 .
  • the overdischarge cutoff terminal DO and the overcharge cutoff terminal CO may be connected to the first circuit breaker 350 and the second circuit breaker 360 , respectively.
  • the charge/discharge state detection terminal VM may be connected to the P- terminal through a resistor 404 .
  • the battery protection integrated circuit 340 controls the first circuit breaker 350 and the second circuit breaker 360 based on a potential difference between the battery voltage sensing terminal VDD and the reference voltage terminal VSS. can do.
  • the battery protection integrated circuit 340 closes the second breaker 360 through the overcharge cutoff terminal CO.
  • the overdischarge cutoff terminal (DO) is closed.
  • the first circuit breaker 350 may be opened to block the discharge of the battery 189 .
  • the battery protection integrated circuit 340 may detect whether an overcurrent has occurred through the overcurrent detection terminal VINI, and may block charging of the battery 189 through the overcharge cutoff terminal CO.
  • a condition in which the battery protection integrated circuit 340 detects the overcurrent may be determined based on a potential difference between the overcurrent detection terminal VINI and the reference voltage terminal VSS and the resistance of the detector 330 .
  • the differentiator 310 may include a resistor 311 , a capacitor 312 , and an amplifier 313 .
  • One end of the resistor 311 may be connected to the B- terminal through the resistor 401 , and the other end of the resistor may be connected to one end of the capacitor 312 and the - terminal of the amplifier 313 .
  • the other end of the capacitor 312 may be connected to an output terminal of the amplifier 313 .
  • the + terminal of the amplifier 313 may be grounded, and the output terminal may be connected to the rectifier 320 .
  • the differentiator 310 may differentiate a voltage signal input to one end of the resistor 311 and output it at an output terminal of the amplifier 313 .
  • the rectifier 320 may include four diodes 321 to 324 .
  • An anode of the diode 321 and a cathode of the diode 323 may be connected to an output terminal of the amplifier 313 .
  • the cathode of the diode 321 and the anode of the diode 322 are connected to each other and may be grounded.
  • the cathode of the diode 322 and the anode of the diode 324 are connected to each other and may be grounded.
  • the cathode of the diode 324 and the anode of the diode 323 are connected to each other, and the output of the differentiator 310 may be rectified and output through the cathode of the diode 324 .
  • the detector 330 may include a transistor 331 , a diode 332 , a first resistor 334 , and a second resistor 333 , wherein the transistor 331 is an enhancement field effect transistor (enhancement-type field effect transistor (FET)).
  • FET enhancement field effect transistor
  • a drain of the transistor 331 may be connected to the rectifier 320 , a gate may be connected to one end of the first resistor 334 , and a source may be connected to one end of the second resistor 333 and a B+ terminal.
  • the other end of the first resistor 334 may be connected to the overcurrent sensing terminal VINI and the other end of the second resistor 334 .
  • Diode 332 may be a flyback diode, the anode of diode 332 may be connected to the drain of transistor 331 , and the cathode of diode 332 may be connected to the source of transistor 331 . have.
  • the resistance value of the detector 330 may be changed based on the output of the rectifier 320 .
  • the threshold eg, when the minute time change rate (dV/dt) of the voltage of the battery 189 is within a specific range
  • the transistor 331 is in an open state, and the output of the rectifier 320 is
  • this threshold is exceeded (eg, when the minute time change rate (dV/dt) of the voltage of the battery 189 is out of a specific range)
  • the transistor 331 may be in a energized state.
  • the resistance value of the detector 330 when the transistor 331 is in an open state, the resistance value of the detector 330 may be the resistance value R 2 of the second resistor 333 .
  • the overcurrent blocking condition of the battery protection integrated circuit 340 may be expressed as Equation 1.
  • V VINI is the potential of the overcurrent sensing terminal VINI
  • V VSS is the potential of the reference voltage terminal VSS
  • I th represents the magnitude of the reference current starting to perform the overcurrent blocking operation.
  • the resistance value of the detector 330 when the transistor 331 is in a energized state, the resistance value of the detector 330 is the transistor 331, the on resistance value of the transistor 331 (R ON ), the series-connected first resistor ( 334) and the resistance value R 2 of the second resistor connected in parallel may be a combined resistance value.
  • the overcurrent blocking condition of the battery protection integrated circuit 340 may be expressed as Equation (2).
  • the on-resistance value (R ON ) of the transistor 331 and the resistance value (R 1 ) of the first resistor 334 are the conditions for the battery protection integrated circuit to block charging or discharging. It may be a value set to always satisfy . That is, the on-resistance value R ON of the transistor 311 and the resistance value R 1 of the first resistor 334 may be set to satisfy Equation (3).
  • silver can represent the minimum value of
  • the battery protection integrated circuit 340 may perform a charging or discharging blocking operation based on the condition of Equation 1, and the output of the rectifier 320 may be When the threshold is exceeded, since the condition of Equation 2 is always satisfied, a charging or discharging blocking operation can be performed.
  • the abnormality detector 370 is a battery voltage V corresponding to the minute time change rate (dV/dt) and the minute time change rate (dV/dt) of the battery voltage obtained based on the output of the differentiator 310 . ), it can be determined whether the ordered pair is included in the normal range.
  • the abnormality detector 370 is a micro time change rate (dV/dt) and It may be determined whether an ordered pair of battery voltages V is within a normal range.
  • the anomaly detector 370 is a processor (eg, the processor 120 of FIG. 1 ) and/or a memory of the electronic device (eg, the electronic device 101 of FIG. 1 ) through the communication channel 371 . (eg, the memory 130 of FIG. 1 ).
  • the abnormality detector 370 is a battery voltage V corresponding to the minute time change rate (dV/dt) and the minute time change rate (dV/dt) of the battery voltage obtained based on the output of the differentiator 310 . ) may be stored, and the stored data may be transferred to the processor 120 and/or the memory 130 .
  • the anomaly detector 370 is based on a curve representing the upper and lower bounds of the range of ordered pairs and minute rate of change (dV/dt) in an application driven through processor 120 and/or memory 130 . to receive the voltage axis shift constant for the point corresponding to the calculated ordered pair.
  • the abnormality detector 370 may determine whether the shifted ordered pair is included in the normal range based on the voltage axis shift, and if out of the normal range, control the third circuit breaker to charge the battery 189 Alternatively, the discharge may be blocked.
  • the voltage axis shift constant may be calculated through the processor and memory implemented in the abnormality detector 370 , rather than the processor 120 and the memory 130 of the electronic device 101 .
  • the first to third circuit breakers 350 , 360 , 380 may include transistors 351 , 361 , 381 and flyback diodes 352 , 362 , 382 , respectively.
  • the battery protection integrated circuit 340 and the abnormality detector 370 may output a control signal to the gates of the transistors 351 and 361 and the transistor 381, respectively, to perform a charging or discharging blocking operation of the battery.
  • 5A and 5B are graphs for explaining an operation of an abnormality detector according to various embodiments of the present disclosure.
  • the abnormality detector (eg, the abnormality detector 370 of FIG. 3 and the abnormality detector 370 of FIG. 4 ) according to various embodiments includes a minute time change rate (dV/dt) and The state of the battery may be determined based on the ordered pair 501 of the battery voltage V corresponding to the minute time change rate dV/dt.
  • the abnormality detector 370 is a battery voltage with respect to the battery voltage (V) that the ordered pair 501 of the minute time change rate (dV/dt) of the battery voltage and the battery voltage (V) is normal. It can be determined whether the minute time change rate (dV/dt) is within a normal range by whether it is located between the upper limit curve 510 and the lower limit curve 530 indicating the upper and lower limits of the minute time change rate dV/dt.
  • the upper limit curve 510 and the lower limit curve 530 may be stored as a data table.
  • the upper limit curve 510 and the lower limit curve 530 may be experimentally obtained data.
  • the upper-limit curve 510 and the lower-limit curve 530 may be curves generated by plotting a voltage obtained by differentiating a time-voltage curve measured when a battery is measured in a specific situation with respect to time.
  • the upper limit curve 510 is based on the data measured while charging the battery in the degradation simulation test to have a higher voltage increase compared to the normal battery for the same charging current input as the resistance increase due to the deterioration of the battery. can be obtained.
  • the upper limit curve 510 performs a cycle test in a high temperature environment (eg, an environment of 45 to 50 degrees Celsius) to charge a battery in which a solid-electrolyte interphase is thickly formed on the surface of the active material, A time-voltage curve may be obtained, and a value obtained by differentiating the obtained time-voltage curve with respect to time may be a curve plotted with respect to voltage.
  • the lower limit curve 530 is obtained based on data measured while charging the battery in a degradation simulation test to have a lower voltage increase compared to a normal battery for the same current input, such as occurrence of a micro-short circuit inside the battery can be
  • the lower limit curve 530 shows a battery having a short circuit between internal electrodes using fine pins, and a battery having a lower voltage increase than a normal battery under the same charging current due to current leakage through the fine pins. It may be a curve in which a time-voltage charging curve is obtained, and a value obtained by differentiating the obtained time-voltage curve with respect to time with respect to voltage.
  • the anomaly detector 370 translates the ordered pair 501 in parallel based on the voltage axis shift constant ⁇ V, and the shifted ordered pair 501 has an upper limit curve 510 and a lower limit curve 530 . It can be determined whether it is located between
  • the voltage axis shift constant ( ⁇ V) is the ordered pair 501 that is translated when the ordered pair 501 is translated by the voltage axis shift constant ( ⁇ V) and the rate of change axis shift constant ( ⁇ dV/dt).
  • ) and the upper limit curve 510 may be obtained by calculating the voltage axis shift constant ( ⁇ V) and the rate of change axis shift constant ( ⁇ dV/dt) at which the residual sum of squares is minimized.
  • the voltage axis shift constant ( ⁇ V) and the rate of change axis shift constant ( ⁇ dV/dt) may be obtained through a least squares method or a gradient descent algorithm for optimal solution search to satisfy Equation (4).
  • Equation 4 f(x) is the upper limit curve 510 or the lower limit curve 530, and denotes the voltage and minute time change rate of the ordered pair 501 (a is an index indicating one of the plurality of ordered pairs 501).
  • rate of change axis shift constant may be a dummy variable for obtaining the voltage axis shift constant ⁇ V.
  • 6A and 6B illustrate an installation structure of a battery protection circuit according to various embodiments.
  • a battery protection circuit (eg, the battery protection circuit 240 of FIG. 2 , the battery protection circuit 240 of FIG. 3 , FIG. 4 ) in the battery protection device 610 , according to various embodiments. of the battery protection circuit 240) may be implemented.
  • the battery protection device 610 may be combined with the battery 650 (eg, the battery 189 of FIG. 1 ).
  • the battery protection device 610 may include a device arrangement region 611 , first external circuit terminals 612 and 613 , and second external circuit terminals 614 and 615 .
  • the battery protection circuit 240 may be included in the element arrangement region 611 , and the B+ terminals and B ⁇ terminals of the battery protection circuit 240 are connected to the terminals 651 of the battery through the first external circuit terminals 612 and 613 , 652, the P+ terminal and the P- terminal of the battery protection circuit 240 receive charging power from the outside through the second external circuit terminals 614 and 615 or an electronic device equipped with a battery 650 ( Example: Power may be supplied to the electronic device 101 of FIG. 1 .
  • FIG. 7 is a flowchart of a battery protection operation of an electronic device, according to various embodiments of the present disclosure.
  • a method of protecting a battery of an electronic device includes an operation 701 of detecting a minute time change rate of a voltage of the battery; an operation (702) in which the battery protection integrated circuit cuts off charging or discharging of the battery when the magnitude of the minute time change rate exceeds a threshold value and the transistor to which the signal corresponding to the minute time change rate is input becomes energized can
  • the on-resistance value of the transistor may be a value set to always satisfy a condition for the battery protection integrated circuit to block the charge or discharge signal.
  • the battery protection method may further include, when the signal corresponding to the minute time change rate has a negative value, inverting and rectifying the signal to a positive value.
  • the battery protection method includes an operation ( 703 ) of storing an ordered pair of the battery voltage corresponding to the minute time change rate and the minute time change rate, and determining whether the ordered pair is included in a normal range.
  • the method may further include ( 704 ) and an operation ( 705 ) of blocking charging or discharging of the battery when the ordered pair is not included in the normal range.
  • the determining operation includes an operation of moving the ordered pair in parallel based on a voltage shift constant, and an operation of checking whether the translated ordered pair is located between the upper limit curve and the lower limit curve indicating the normal range.
  • the electronic device (eg, the electronic device 101 of FIG. 1 ) includes a battery (eg, the battery 819 of FIG. 1 ) and a battery protection circuit (eg, the battery 819 of FIG. 2 ) for protecting the battery and a battery protection circuit 240), wherein the battery protection circuit includes a circuit breaker for blocking charging or discharging of the battery (eg, the circuit breaker 350, 340, 380 of FIG. 3), and the voltage of the battery.
  • a differentiator eg, the differentiator 310 of FIG. 3) that detects the time change rate, a rectifier (eg, the rectifier 320 of FIG. 3) that rectifies the output of the differentiator (eg, the rectifier 320 of FIG.
  • a threshold A detector eg, the detector 330 of FIG. 3
  • a battery protection integrated circuit that controls the circuit breaker based on the resistance value of the detector (eg, the battery protection integrated circuit 350 of FIG. 3 )) may include.
  • the detector includes a transistor (eg, the transistor 331 of FIG. 4 ) that is in an energized state when the output of the rectifier exceeds the threshold, and a first resistor (eg, the transistor 331 of FIG. 4 ) connected in series with the transistor : may include a first resistor 334 of FIG. 4 ) and a second resistor (eg, the second resistor 333 of FIG. 4 ) connected in parallel with the transistor and the first resistor.
  • a transistor eg, the transistor 331 of FIG. 4
  • a first resistor eg, the transistor 331 of FIG. 4
  • a second resistor eg, the second resistor 333 of FIG. 4
  • the on-resistance value of the transistor and the resistance value of the first resistor are the resistance values of the detector when the transistor is energized
  • the battery protection integrated circuit blocks charging or discharging It may be a value set to always satisfy the condition for
  • the rectifier may output a positive value by inverting the output of the differentiator when the output of the differentiator is a negative value.
  • the circuit breaker includes a first circuit breaker 350 that blocks charging of the battery based on a charge blocking signal output from the battery protection integrated circuit, and a discharge blocking signal output from the battery protection integrated circuit. It may include a second circuit breaker 360 for blocking the discharge of the battery based on the.
  • the battery protection circuit stores an ordered pair of the voltage of the battery corresponding to the minute time change rate and the minute time change rate obtained based on the output of the rectifier, and whether the ordered pair is included in the normal range It may further include an abnormality detector for determining, and a third circuit breaker configured to block charging or discharging of the battery based on an output signal of the abnormality detector.
  • the abnormality detector may translate the ordered pair based on a voltage axis shift constant and check whether the translated point is located between the upper limit curve and the lower limit curve indicating the normal range.
  • the upper limit curve and the lower limit curve may be curves generated by plotting a voltage obtained by differentiating a time-voltage curve measured when measuring a battery with respect to time.
  • a battery protection circuit for protecting a battery of an electronic device includes a circuit breaker for blocking charging or discharging of the battery, a differentiator detecting a minute time change rate of a voltage of the battery, and an output of the differentiator A rectifier that rectifies, a detector whose resistance value changes when the output of the rectifier exceeds a threshold, and a battery protection integrated circuit that controls the circuit breaker based on the resistance value of the detector, obtained based on the output of the rectifier and an abnormality detector for storing one minute time change rate and an ordered pair of voltages of the battery corresponding to the minute time change rate, and determining whether the ordered pair is included in a normal range.
  • the detector includes a transistor that is turned on when the output of the rectifier exceeds the threshold, a first resistor connected in series with the transistor, and the transistor and the first resistor connected in parallel A second resistor may be included.
  • the on-resistance value of the transistor and the resistance value of the first resistor are the resistance values of the detector when the transistor is energized
  • the battery protection integrated circuit blocks charging or discharging It may be a value set to always satisfy the condition for
  • the rectifier may output a positive value by inverting the output of the differentiator when the output of the differentiator is a negative value.
  • the circuit breaker includes a first breaker that blocks charging of the battery based on a charge blocking signal output from the battery protection integrated circuit, and a discharge blocking signal output from the battery protection integrated circuit. It may include a second circuit breaker that blocks discharging of the battery, and a third breaker that blocks charging or discharging of the battery based on an output signal of the abnormality detector.
  • the abnormality detector may translate the ordered pair based on a voltage axis shift constant and check whether the translated point is located between the upper limit curve and the lower limit curve indicating the normal range.
  • the upper limit curve and the lower limit curve may be curves generated by plotting a voltage obtained by differentiating a time-voltage curve measured when measuring a battery with respect to time.
  • the electronic device may have various types of devices.
  • the electronic device may include, for example, a portable communication device (eg, a smart phone), a computer device, a portable multimedia device, a portable medical device, a camera, a wearable device, or a home appliance device.
  • a portable communication device eg, a smart phone
  • a computer device e.g., a smart phone
  • a portable multimedia device e.g., a portable medical device
  • a camera e.g., a portable medical device
  • a camera e.g., a portable medical device
  • a camera e.g., a portable medical device
  • a wearable device e.g., a smart bracelet
  • a home appliance device e.g., a home appliance
  • first, second, or first or second may simply be used to distinguish an element from other elements in question, and may refer elements to other aspects (e.g., importance or order) is not limited. It is said that one (eg, first) component is “coupled” or “connected” to another (eg, second) component, with or without the terms “functionally” or “communicatively”. When referenced, it means that one component can be connected to the other component directly (eg by wire), wirelessly, or through a third component.
  • module used in various embodiments of this document may include a unit implemented in hardware, software, or firmware, and is interchangeable with terms such as, for example, logic, logic block, component, or circuit.
  • a module may be an integrally formed part or a minimum unit or a part of the part that performs one or more functions.
  • the module may be implemented in the form of an application-specific integrated circuit (ASIC).
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • Various embodiments of the present document include one or more instructions stored in a storage medium (eg, internal memory 1736 or external memory 1738) readable by a machine (eg, electronic device 1701).
  • a machine eg, electronic device 1701
  • a processor eg, processor 1720
  • a device eg, electronic device 1701
  • the one or more instructions may include code generated by a compiler or code executable by an interpreter.
  • the device-readable storage medium may be provided in the form of a non-transitory storage medium.
  • 'non-transitory' only means that the storage medium is a tangible device and does not contain a signal (eg, electromagnetic wave), and this term is used in cases where data is semi-permanently stored in the storage medium and It does not distinguish between temporary storage cases.
  • a signal eg, electromagnetic wave
  • the method according to various embodiments disclosed in this document may be provided in a computer program product (computer program product).
  • Computer program products may be traded between sellers and buyers as commodities.
  • the computer program product is distributed in the form of a machine-readable storage medium (eg compact disc read only memory (CD-ROM)), or through an application store (eg Play StoreTM) or on two user devices ( It can be distributed (eg downloaded or uploaded) directly, online between smartphones (eg: smartphones).
  • a portion of the computer program product may be temporarily stored or temporarily created in a machine-readable storage medium such as a memory of a server of a manufacturer, a server of an application store, or a relay server.
  • each component eg, a module or a program of the above-described components may include a singular or a plurality of entities, and some of the plurality of entities may be separately disposed in other components. have.
  • one or more components or operations among the above-described corresponding components may be omitted, or one or more other components or operations may be added.
  • a plurality of components eg, a module or a program
  • the integrated component may perform one or more functions of each component of the plurality of components identically or similarly to those performed by the corresponding component among the plurality of components prior to the integration. .
  • operations performed by a module, program, or other component are executed sequentially, in parallel, repeatedly, or heuristically, or one or more of the operations are executed in a different order, or omitted. or one or more other operations may be added.

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Abstract

다양한 실시예에 따른, 전자 장치는, 배터리와, 상기 배터리를 보호하기 위한 배터리 보호 회로를 포함하고, 상기 배터리 보호 회로는, 상기 배터리의 충전 또는 방전을 차단하는 차단기와, 상기 배터리의 전압의 미소 시간 변화율을 검출하는 미분기와, 상기 미분기의 출력을 정류하는 정류기와, 상기 정류기의 출력이 임계치를 초과하는 경우 저항 값이 변화하는 감지기와, 상기 감지기의 저항 값에 기초하여 상기 차단기를 제어하는 배터리 보호 집적 회로를 포함할 수 있다. 그 외에도 다양한 실시예들이 가능할 수 있다.

Description

배터리 보호 회로를 포함하는 전자 장치 및 배터리 보호 회로의 동작 방법
본 발명의 다양한 실시예는 배터리 보호 회로를 포함하는 전자 장치 및 배터리 보호 회로의 동작 방법에 관한 것이다.
이차 전지(secondary batteries)의 일종인 리튬 이온 배터리(lithium ion batteries(LIB))는 충/방전이 가능한 구조 및 높은 에너지 밀도와 상대적으로 높은 전압 출력 등의 장점을 바탕으로 휴대용 전자 장치를 구동하기 위한 에너지 저장 장치로 널리 이용되고 있다.
리튬 이온 배터리가 열화 또는 손상되는 경우 화재 등으로 인한 피해가 발생할 수 있으므로, 배터리의 이상 작동 상황에서 충/방전을 차단하여 배터리를 보호하기 위한 기술이 요구된다. 배터리 전압의 미소 시간 변화율은 배터리의 상태를 나타낼 수 있는 중요한 지표로 쓰일 수 있음에도 불구하고, 배터리를 보호하기 위한 기술은 과충전 또는 과방전인 경우에 대해서만 배터리의 충/방전을 차단하는 동작을 수행하거나, 배터리 전압의 미소 시간 변화율을 고려하더라도 높은 계산 부하가 발생하여 낮은 전력에서 구동 가능한 배터리 보호 회로를 구현할 수 없다.
본 발명의 다양한 실시예들은, 배터리 전압의 시간에 대한 미소 변화율을 검출하여 배터리의 이상 상태가 의심되어 충전 또는 방전을 차단하는 동작을 로우 코스트(low-cost)로 구현하는 기술을 제공할 수 있다.
본 문서에서 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
다양한 실시예에 따른, 전자 장치는, 배터리와, 상기 배터리를 보호하기 위한 배터리 보호 회로를 포함하고, 상기 배터리 보호 회로는, 상기 배터리의 충전 또는 방전을 차단하는 차단기와, 상기 배터리의 전압의 미소 시간 변화율을 검출하는 미분기와, 상기 미분기의 출력을 정류하는 정류기와, 상기 정류기의 출력이 임계치를 초과하는 경우 저항 값이 변화하는 감지기와, 상기 감지기의 저항 값에 기초하여 상기 차단기를 제어하는 배터리 보호 집적 회로를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따른, 전자 장치의 배터리를 보호하기 위한 배터리 보호 회로는, 상기 배터리의 충전 또는 방전을 차단하는 차단기와, 상기 배터리의 전압의 미소 시간 변화율을 검출하는 미분기와, 상기 미분기의 출력을 정류하는 정류기와, 상기 정류기의 출력이 임계치를 초과하는 경우 저항 값이 변화하는 감지기와, 상기 감지기의 저항 값에 기초하여 상기 차단기를 제어하는 배터리 보호 집적 회로와, 상기 정류기의 출력에 기초하여 획득한 미소 시간 변화율 및 상기 미소 시간 변화율에 대응하는 상기 배터리의 전압의 순서쌍을 저장하고, 상기 순서쌍이 정상 범위에 포함되는지 판단하는 이상 감지기를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따른, 전자 장치의 배터리 보호 방법은, 상기 배터리의 전압의 미소 시간 변화율을 검출하는 동작과, 상기 미소 시간 변화율의 크기가 임계치를 초과하여 상기 미소 시간 변화율에 대응하는 신호가 입력되는 트랜지스터가 통전 상태가 될 때, 배터리 보호 집적 회로가 상기 배터리의 충전 또는 방전을 차단하는 동작을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 기존의 배터리 보호 회로의 기능을 활용하여, 로우 코스트(low-cost)로 배터리 전압의 미소 시간 변화율에 기초한 배터리의 이상 감지 및 충/방전 차단 기술을 제공할 수 있다.
이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.
도 1은 다양한 실시예들에 따른, 네트워크 환경 내의 전자 장치의 블록도이다.
도 2는 다양한 실시예들에 따른, 전력 관리 모듈 및 배터리에 대한 블록도이다.
도 3은 다양한 실시예들에 따른, 배터리 보호 회로에 대한 블록도이다.
도 4는 다양한 실시예들에 따른, 배터리 보호 회로에 대한 회로도이다.
도 5a 및 도 5b는 다양한 실시예들에 따른, 이상감지기의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6a 및 도 6b은 다양한 실시예들에 따른, 배터리 보호 회로의 설치 구조를 나타낸다.
도 7은 다양한 실시예에 따른, 전자 장치의 배터리 보호 동작의 흐름도이다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은, 다양한 실시예들에 따른, 네트워크 환경(100) 내의 전자 장치(101)의 블록도이다. 도 1을 참조하면, 네트워크 환경(100)에서 전자 장치(101)는 제1 네트워크(198)(예: 근거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(102)와 통신하거나, 또는 제2 네트워크(199)(예: 원거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(104) 또는 서버(108) 중 적어도 하나 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 모듈(150), 음향 출력 모듈(155), 디스플레이 모듈(160), 오디오 모듈(170), 센서 모듈(176), 인터페이스(177), 연결 단자(178), 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: 연결 단자(178))가 생략되거나, 하나 이상의 다른 구성요소가 추가될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 이 구성요소들 중 일부들(예: 센서 모듈(176), 카메라 모듈(180), 또는 안테나 모듈(197))은 하나의 구성요소(예: 디스플레이 모듈(160))로 통합될 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 저장하고, 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) 또는 이와는 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(123)(예: 그래픽 처리 장치, 신경망 처리 장치(NPU: neural processing unit), 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 또는 커뮤니케이션 프로세서)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(101)가 메인 프로세서(121) 및 보조 프로세서(123)를 포함하는 경우, 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)보다 저전력을 사용하거나, 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: 디스플레이 모듈(160), 센서 모듈(176), 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 구성요소(예: 카메라 모듈(180) 또는 통신 모듈(190))의 일부로서 구현될 수 있다. 일실시예에 따르면, 보조 프로세서(123)(예: 신경망 처리 장치)는 인공지능 모델의 처리에 특화된 하드웨어 구조를 포함할 수 있다. 인공지능 모델은 기계 학습을 통해 생성될 수 있다. 이러한 학습은, 예를 들어, 인공지능 모델이 수행되는 전자 장치(101) 자체에서 수행될 수 있고, 별도의 서버(예: 서버(108))를 통해 수행될 수도 있다. 학습 알고리즘은, 예를 들어, 지도형 학습(supervised learning), 비지도형 학습(unsupervised learning), 준지도형 학습(semi-supervised learning) 또는 강화 학습(reinforcement learning)을 포함할 수 있으나, 전술한 예에 한정되지 않는다. 인공지능 모델은, 복수의 인공 신경망 레이어들을 포함할 수 있다. 인공 신경망은 심층 신경망(DNN: deep neural network), CNN(convolutional neural network), RNN(recurrent neural network), RBM(restricted boltzmann machine), DBN(deep belief network), BRDNN(bidirectional recurrent deep neural network), 심층 Q-네트워크(deep Q-networks) 또는 상기 중 둘 이상의 조합 중 하나일 수 있으나, 전술한 예에 한정되지 않는다. 인공지능 모델은 하드웨어 구조 이외에, 추가적으로 또는 대체적으로, 소프트웨어 구조를 포함할 수 있다.
메모리(130)는, 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성요소(예: 프로세서(120) 또는 센서 모듈(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 모듈(150)은, 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 모듈(150)은, 예를 들면, 마이크, 마우스, 키보드, 키(예: 버튼), 또는 디지털 펜(예: 스타일러스 펜)을 포함할 수 있다.
음향 출력 모듈(155)은 음향 신호를 전자 장치(101)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 모듈(155)은, 예를 들면, 스피커 또는 리시버를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있다. 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 일실시예에 따르면, 리시버는 스피커와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
디스플레이 모듈(160)은 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 디스플레이 모듈(160)은, 예를 들면, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 디스플레이 모듈(160)은 터치를 감지하도록 설정된 터치 센서, 또는 상기 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 압력 센서를 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 모듈(150)을 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 모듈(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.
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(wireless fidelity) direct 또는 IrDA(infrared data association)와 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제 2 네트워크(199)(예: 레거시 셀룰러 네트워크, 5G 네트워크, 차세대 통신 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(예: LAN 또는 WAN)와 같은 원거리 통신 네트워크)를 통하여 외부의 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 제1 네트워크(198) 또는 제2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크 내에서 전자 장치(101)를 확인 또는 인증할 수 있다.
무선 통신 모듈(192)은 4G 네트워크 이후의 5G 네트워크 및 차세대 통신 기술, 예를 들어, NR 접속 기술(new radio access technology)을 지원할 수 있다. NR 접속 기술은 고용량 데이터의 고속 전송(eMBB(enhanced mobile broadband)), 단말 전력 최소화와 다수 단말의 접속(mMTC(massive machine type communications)), 또는 고신뢰도와 저지연(URLLC(ultra-reliable and low-latency communications))을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은, 예를 들어, 높은 데이터 전송률 달성을 위해, 고주파 대역(예: mmWave 대역)을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 고주파 대역에서의 성능 확보를 위한 다양한 기술들, 예를 들어, 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO(multiple-input and multiple-output)), 전차원 다중입출력(FD-MIMO: full dimensional MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 또는 대규모 안테나(large scale antenna)와 같은 기술들을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 전자 장치(101), 외부 전자 장치(예: 전자 장치(104)) 또는 네트워크 시스템(예: 제2 네트워크(199))에 규정되는 다양한 요구사항을 지원할 수 있다. 일실시예에 따르면, 무선 통신 모듈(192)은 eMBB 실현을 위한 Peak data rate(예: 20Gbps 이상), mMTC 실현을 위한 손실 Coverage(예: 164dB 이하), 또는 URLLC 실현을 위한 U-plane latency(예: 다운링크(DL) 및 업링크(UL) 각각 0.5ms 이하, 또는 라운드 트립 1ms 이하)를 지원할 수 있다.
안테나 모듈(197)은 신호 또는 전력을 외부(예: 외부의 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 안테나를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 복수의 안테나들(예: 어레이 안테나)을 포함할 수 있다. 이런 경우, 제1 네트워크(198) 또는 제2 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 외부의 전자 장치 간에 송신되거나 수신될 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 방사체 이외에 다른 부품(예: RFIC(radio frequency integrated circuit))이 추가로 안테나 모듈(197)의 일부로 형성될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 mmWave 안테나 모듈을 형성할 수 있다. 일실시예에 따르면, mmWave 안테나 모듈은 인쇄 회로 기판, 상기 인쇄 회로 기판의 제1 면(예: 아래 면)에 또는 그에 인접하여 배치되고 지정된 고주파 대역(예: mmWave 대역)을 지원할 수 있는 RFIC, 및 상기 인쇄 회로 기판의 제2 면(예: 윗 면 또는 측 면)에 또는 그에 인접하여 배치되고 상기 지정된 고주파 대역의 신호를 송신 또는 수신할 수 있는 복수의 안테나들(예: 어레이 안테나)을 포함할 수 있다.
상기 구성요소들 중 적어도 일부는 주변 기기들간 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 제2 네트워크(199)에 연결된 서버(108)를 통해서 전자 장치(101)와 외부의 전자 장치(104)간에 송신 또는 수신될 수 있다. 외부의 전자 장치(102, 또는 104) 각각은 전자 장치(101)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(101)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 외부의 전자 장치들(102, 104, 또는 108) 중 하나 이상의 외부의 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 외부의 전자 장치들에게 그 기능 또는 그 서비스의 적어도 일부를 수행하라고 요청할 수 있다. 상기 요청을 수신한 하나 이상의 외부의 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, 모바일 에지 컴퓨팅(MEC: mobile edge computing), 또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다. 전자 장치(101)는, 예를 들어, 분산 컴퓨팅 또는 모바일 에지 컴퓨팅을 이용하여 초저지연 서비스를 제공할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 외부의 전자 장치(104)는 IoT(internet of things) 기기를 포함할 수 있다. 서버(108)는 기계 학습 및/또는 신경망을 이용한 지능형 서버일 수 있다. 일실시예에 따르면, 외부의 전자 장치(104) 또는 서버(108)는 제2 네트워크(199) 내에 포함될 수 있다. 전자 장치(101)는 5G 통신 기술 및 IoT 관련 기술을 기반으로 지능형 서비스(예: 스마트 홈, 스마트 시티, 스마트 카, 또는 헬스 케어)에 적용될 수 있다.
도 2는 다양한 실시예들에 따른, 전력 관리 모듈(188) 및 배터리(189)에 대한 블록도(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 용량, 충방전 횟수, 전압, 또는 온도)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 외부 제어 장치(예: 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), 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(140)의 일부로 포함되거나, 또는 이와는 별도의 장치로서 배터리(189)의 인근에 배치될 수 있다.
도 3은 다양한 실시예들에 따른, 배터리 보호 회로(예: 도 2의 배터리 보호 회로(240))에 대한 블록도(300)이다.
도 3을 참조하면, 다양한 실시예에 따른 배터리 보호 회로(예: 도 2의 배터리 보호 회로(240))는 배터리(예: 도 1의 배터리(189), 도 2의 배터리(189))의 전압이 특정 수치 이상인 경우(예: 과충전) 및/또는 배터리(189)의 전압이 특정 수치 이하인 경우(예: 과방전)인 경우 배터리(189)의 충전 및/또는 방전을 차단할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 배터리 보호 회로(240)는 배터리(189)의 전압의 미소 시간 변화율을 검출하여 미소 시간 변화율의 절대값이 임계치 이상인 경우 배터리의 충전 및/또는 방전을 차단할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 배터리 보호 회로(240)는 미분기(310), 정류기(320), 감지기(330), 배터리 보호 집적회로(battery protection IC(integrated circuit))(340), 및 차단기(350 및 360)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 배터리 전압의 미소 시간 변화율이 미분기(310)를 통해 아날로그 신호로 검출되고, 검출된 미소 신호 변화율 신호는 정류기(320)를 통해 정류되어 감지기(330)에 입력될 수 있다. 감지기(330)의 저항 값은 미소 신호 변화율 신호의 크기에 기초하여 변화될 수 있다. 배터리 보호 집적회로(340)는 감지기(330)에 흐르는 전류의 크기에 기초하여 차단기(350 또는 360)를 제어하여 배터리(189)의 충전 또는 방전을 차단할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 미분기(310)는 배터리(189)의 전압(V)에 기초하여 전압(V)의 미소 시간 변화율(dV/dt)를 검출할 수 있다. 미분기(310)는 미소 시간 변화율(dV/dt)를 아날로그 신호로 출력할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 정류기(320)는 미분기(310)의 출력을 정류할 수 있다. 미소 시간 변화율(dV/dt)이 음수 일 수 있으므로, 정류기(320)는 미분기(310)의 출력이 음의 값인 경우, 미분기(310)의 출력을 반전시켜 양의 값을 출력할 수 있다. 배터리 보호 회로(240)는 정류기(320)를 통해 배터리 전압(V)의 급격한 양의 변화뿐만 아니라 배터리 전압의 급격한 음의 변화로부터 배터리(189)를 보호할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 감지기(330)는 정류기(320)의 출력에 기초하여 저항 값이 변화할 수 있다. 감지기(330)는 배터리 전압(V)의 미소 시간 변화율(dV/dt)이 특정 범위 내인 경우(예: 정류기(320)의 출력이 임계치 이하인 경우) 일정한 저항 값을 가질 수 있다. 미소 시간 변화율(dV/dt)가 특정 범위를 벗어나는 경우(예: 정류기(320)의 출력이 임계치를 초과하는 경우) 감지기(330)의 저항 값은 다른 값으로 변화될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 배터리 보호 집적회로(340)는 배터리 전압(V) 및/또는 배터리 전압(V)의 미소 시간 변화율(dV/dt)에 기초하여 차단기(350 및 360)를 제어할 수 있다. 배터리 보호 집적회로(340)는 감지기(330)에 흐르는 전류의 크기에 기초하여 차단기(350 또는 360)를 제어할 수 있다. 배터리(189)가 과충전 및 과방전 상태인 경우 감지기(330)에 과전류가 흐르며 배터리 전압(V)의 미소 시간 변화율(dV/dt)이 특정 범위를 벗어나는 경우(예: 정류기(320)의 출력이 임계치를 초과하는 경우)에도 감지기(330)에 관전류가 흐르므로, 배터리 보호 집적회로(340)는 감지기(330)에 흐르는 전류가 특정 값 이상인 경우 차단기(350 또는 360)을 제어하여 배터리(189)의 충전 또는 방전을 차단할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 차단기(350 및 360)은 제1 차단기(350) 및 제2 차단기(360)을 포함할 수 있다. 제1 차단기(350)는 배터리(189)의 방전을 차단하는 차단기일 수 있고, 제2 차단기(360)는 배터리(189)의 충전을 차단하는 차단기일 수 있다. 배터리 보호 집적회로(340)는 배터리(189)의 방전을 차단해야 하는 경우 제1 차단기(350)를 제어하여 배터리(189)의 방전을 차단할 수 있고, 배터리(189)의 충전을 차단해야 하는 경우 제2 차단기(360)를 제어하여 배터리(189)의 충전을 차단할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 배터리 보호 회로(240)는 이상감지기(370) 및 제3 차단기(380)을 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 이상감지기(370)는 특정 순간의 배터리 전압(V) 및 배터리 전압(V)의 미소 시간 변화(dV/dt)의 쌍에 기초하여 배터리의 이상 여부를 감지할 수 있다. 이상감지기(370)는 배터리(189)의 미소 시간 변화(dV/dt)가 배터리 전압(V)에 대응하여 정상적인 미소 시간 변화(dV/dt)의 범위 내에 포함되는지 여부를 판단할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 이상감지기(370)는 배터리(189) 상태의 이상 여부에 기초하여 제3 차단기(380)를 제어할 수 있다. 제3 차단기(380)는 이상감지기(370)의 제어에 기초하여 배터리(189)의 충전 또는 방전을 차단할 수 있다.
도 4는 다양한 실시예들에 따른, 배터리 보호 회로(예: 도 2의 배터리 보호 회로(240) 및 도 3의 배터리 보호 회로(240))에 대한 회로도(400)이다.
도 4를 참조하면, 다양한 실시예에 따른, 배터리 보호 회로(240)는 미분기(예: 도 3의 미분기(310)), 정류기(예: 도 3의 정류기(320)), 감지기(예: 도 3의 감지기(330)), 배터리 보호 집적회로(예: 도 3의 배터리 보호 집적회로(340)), 이상감지기(예: 도 3의 이상감지기(370)), 및 제1 내지 제3차단기(예: 도 3의 제1 내지 제3 차단기(350, 360, 380))를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 배터리 보호 회로(240)의 네 개의 단자(B-, B+, P-, P+)를 포함할 수 있다. B- 단자 및 B+ 단자는 배터리(189)에 연결되고, P- 단자 및 P+ 단자는 배터리(189)에 충전 전원을 공급하거나 배터리(189)가 전원을 공급하는 대상에 연결될 수 있다. B- 단자 및 P+ 단자는 서로 연결될 수 있고, B- 단자 및 B+ 단자 사이에는 저항(401) 및 커패시터(402)가 연결될 수 있고, P+ 단자 및 P- 단자 사이에는 커패시터(403)이 연결될 수 있고, B+ 단자 및 P- 단자 사이에는 제1 내지 제3차단기(350, 360, 380)이 연결될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 배터리 보호 집적회로(340)는 배터리 전압 감지 단자(VDD), 기준 전압 단자(VSS), 과전류 감지 단자(VINI), 과방전 차단 단자(DO), 과충전 차단 단자(CO) 및 충/방전 상태 감지 단자(VM)을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 배터리 전압 감지 단자(VDD)는 저항(401)을 통해 B- 단자에 연결되고, 커패시터(402)를 통해 B+ 단자에 연결될 수 있다. 기준 전압 단자(VSS)는 B+ 단자에 연결될 수 있다. 과전류 감지 단자(VINI)는 감지기(330)을 통해 B+ 단자에 연결될 수 있다. 과방전 차단 단자(DO) 및 과충전 차단 단자(CO)는 각각 제1 차단기(350) 및 제2 차단기(360)에 연결될 수 있다. 충/방전 상태 감지 단자(VM)은 저항(404)를 통해 P- 단자에 연결될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 배터리 보호 집적회로(340)는 배터리 전압 감지 단자(VDD) 및 기준 전압 단자(VSS) 사이의 전위 차이에 기초하여 제1 차단기(350) 및 제2 차단기(360)를 제어할 수 있다. 배터리 보호 집적회로(340)는 배터리 전압 감지 단자(VDD) 및 기준 전압 단자(VSS) 사이의 전위 차이가 과충전 기준 전압 이상으로 감지되는 경우 과충전 차단 단자(CO)를 통해 제2 차단기(360)를 개방 상태로 만들어 배터리(189)의 충전을 차단하고, 배터리 전압 감지 단자(VDD) 및 기준 전압 단자(VSS) 사이의 전위 차이가 과방전 기준 전압 이하로 감지되는 경우 과방전 차단 단자(DO)를 통해 제1 차단기(350)를 개방 상태로 만들어 배터리(189)의 방전을 차단할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 배터리 보호 집적회로(340)는 과전류 감지 단자(VINI)를 통해 과전류 발생 여부를 감지하여 과충전 차단 단자(CO)를 통해 배터리(189)의 충전을 차단할 수 있다. 배터리 보호 집적회로(340)가 과전류를 감지하는 조건은 과전류 감지 단자(VINI) 및 기준 전압 단자(VSS) 사이의 전위 차이와 감지기(330)의 저항에 기초하여 결정될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 미분기(310)는 저항(311), 커패시터(312), 및 증폭기(313)를 포함할 수 있다. 저항(311)의 일단은 저항(401)을 통해 B- 단자에 연결될 수 있고, 저항의 타단은 커패시터(312)의 일단 및 증폭기(313)의 -단자에 연결될 수 있다. 커패시터(312)의 타단은 증폭기(313)의 출력단에 연결될 수 있다. 증폭기(313)의 +단자는 접지될 수 있고, 출력단은 정류기(320)에 연결될 수 있다. 미분기(310)는 저항(311)의 일단에 입력되는 전압 신호를 미분하여 증폭기(313)의 출력단에서 출력할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 정류기(320)는 네 개의 다이오드(321 내지 324)를 포함할 수 있다. 다이오드(321)의 애노드(anode) 및 다이오드(323)의 캐소드(cathod)는 증폭기(313)의 출력단에 연결될 수 있다. 다이오드(321)의 캐소드 및 다이오드(322)의 애노드는 서로 연결되며, 접지될 수 있다. 다이오드(322)의 캐소드 및 다이오드(324)의 애노드는 서로 연결되며, 접지될 수 있다. 다이오드(324)의 캐소드 및 다이오드(323)의 애노드는 서로 연결되며, 다이오드(324)의 캐소드를 통해 미분기(310)의 출력이 정류되어 출력될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 감지기(330)은 트랜지스터(331), 다이오드(332), 제1 저항(334) 및 제2 저항(333)을 포함할 수 있고, 트랜지스터(331)는 증가형 전계효과 트랜지스터(enhancement-type field effect transistor(FET))일 수 있다. 트랜지스터(331)의 드레인은 정류기(320)에 연결될 수 있고, 게이트는 제1 저항(334)의 일단에 연결될 수 있고, 소스는 제2 저항(333)의 일단 및 B+ 단자에 연결될 수 있다. 제1 저항(334)의 타단은 과전류 감지 단자(VINI) 및 제2 저항(334)의 타단에 연결될 수 있다. 다이오드(332)는 플라이백 다이오드(flyback diode)일 수 있으며, 다이오드(332)의 애노드는 트랜지스터(331)의 드레인에 연결될 수 있고, 다이오드(332)의 캐소드는 트랜지스터(331)의 소스에 연결될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 감지기(330)는 정류기(320)의 출력에 기초하여 저항 값이 변할 수 있다. 정류기(320)의 출력이 임계치 이하인 경우(예: 배터리(189)의 전압의 미소 시간 변화율(dV/dt)이 특정 범위 이내인 경우) 트랜지스터(331)는 개방 상태이고, 정류기(320)의 출력이 임계치를 초과하는 경우(예: 배터리(189)의 전압의 미소 시간 변화율(dV/dt)이 특정 범위를 벗어난 경우) 트랜지스터(331)는 통전 상태가 될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 트랜지스터(331)가 개방 상태인 경우, 감지기(330)의 저항 값은 제2 저항(333)의 저항 값(R2)일 수 있다. 이 경우, 배터리 보호 집적회로(340)의 과전류 차단 조건은 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. VVINI는 과전류 감지 단자(VINI)의 전위이고, VVSS는 기준 전압 단자(VSS)의 전위이고, Ith는 과전류 차단 동작을 수행하기 시작하는 기준 전류의 크기를 나타낸다.
Figure PCTKR2022003835-appb-img-000001
다양한 실시예에 따르면, 트랜지스터(331)가 통전 상태인 경우, 감지기(330)의 저항 값은 트랜지스터(331) 트랜지스터(331)의 온(on) 저항 값(RON), 직렬 연결된 제1 저항(334)의 저항 값(R1) 및 병렬 연결된 제2 저항의 저항 값(R2)이 합성된 저항 값일 수 있다. 이 경우, 배터리 보호 집적회로(340)의 과전류 차단 조건은 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2022003835-appb-img-000002
다양한 실시예에 따르면, 트랜지스터(331)의 온(on) 저항 값(RON), 제1 저항(334)의 저항 값(R1)은 상기 배터리 보호 집적 회로가 충전 또는 방전을 차단하기 위한 조건을 항상 만족시키도록 설정된 값일 수 있다. 즉, 트랜지스터(311)의 온(on) 저항 값(RON), 제1 저항(334)의 저항 값(R1)은 수학식 3을 만족하도록 설정될 수 있다.
Figure PCTKR2022003835-appb-img-000003
은
Figure PCTKR2022003835-appb-img-000004
의 최솟값을 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2022003835-appb-img-000005
다양한 실시예에 따르면, 배터리 보호 집적회로(340)는 정류기(320)의 출력이 임계치 미만인 경우 수학식 1의 조건에 기초하여 충전 또는 방전 차단 동작을 수행할 수 있고, 정류기(320)의 출력이 임계치를 초과하는 경우에는 수학식 2의 조건을 항상 만족하므로 충전 또는 방전 차단 동작을 수행할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 이상감지기(370)는 미분기(310)의 출력에 기초하여 획득한 배터리 전압의 미소 시간 변화율(dV/dt) 및 미소 시간 변화율(dV/dt)에 대응하는 배터리 전압(V)의 순서쌍이 정상 범위에 포함되는지 판단할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 이상감지기(370)는 특정 배터리 전압에서 정상적인 배터리가 가지는 미소 시간 변화율(dV/dt)의 범위의 상한 및 하한을 나타내는 데이터 테이블에 기초하여 미소 시간 변화율(dV/dt) 및 배터리 전압(V)의 순서쌍이 정상 범위에 포함되는지 판단할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 이상감지기(370)는 통신 채널(371)을 통해 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(101))의 프로세서(예: 도 1의 프로세서(120)) 및/또는 메모리(예: 도 1의 메모리(130))에 연결될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 이상감지기(370)는 미분기(310)의 출력에 기초하여 획득한 배터리 전압의 미소 시간 변화율(dV/dt) 및 미소 시간 변화율(dV/dt)에 대응하는 배터리 전압(V)의 순서쌍을 저장할 수 있고, 저장된 데이터를 프로세서(120) 및/또는 메모리(130)로 전달할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 이상감지기(370)는 프로세서(120) 및/또는 메모리(130)를 통해 구동되는 애플리케이션에서 순서쌍 및 미소 시간 변화율(dV/dt)의 범위의 상한 및 하한을 나타내는 곡선에 기초하여 계산된 순서쌍에 대응하는 점에 대한 전압 축 시프트 상수를 수신할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 이상감지기(370)는 전압 축 시프트에 기초하여 시프팅된 순서쌍이 정상 범위에 포함되는지 판단할 수 있고, 정상 범위를 벗어나는 경우 제3 차단기를 제어하여 배터리(189)의 충전 또는 방전을 차단할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 전압 축 시프트 상수는 전자 장치(101)의 프로세서(120) 및 메모리(130)가 아닌, 이상감지기(370) 내부에 구현된 프로세서 및 메모리를 통해 계산될 수도 있다.
제1 차단기 내지 제3차단기(350, 360, 380)은 각각 트랜지스터(351, 361, 381) 및 플라이백 다이오드(352, 362, 382)를 포함할 수 있다. 배터리 보호 집적회로(340) 및 이상감지기(370)는 각각 트랜지스터(351, 361) 및 트랜지스터(381)의 게이트에 제어 신호를 출력함으로써 배터리의 충전 또는 방전 차단 동작을 수행할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 다양한 실시예들에 따른, 이상감지기의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 다양한 실시예에 따른 이상감지기(예: 도 3의 이상감지기(370), 도 4의 이상감지기(370))는 배터리 전압의 미소 시간 변화율(dV/dt) 및 미소 시간 변화율(dV/dt)에 대응하는 배터리 전압(V)의 순서쌍(501)에 기초하여 배터리의 상태를 판단할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 이상감지기(370)는 배터리 전압의 미소 시간 변화율(dV/dt) 및 배터리 전압(V)의 순서쌍(501)이 정상적인 배터리가 가져야할 배터리 전압(V)에 대한 배터리 전압의 미소 시간 변화율(dV/dt)의 상한 및 하한을 나타내는 상한 곡선(510) 및 하한 곡선(530) 사이에 위치하는지 여부를 통해 미소 시간 변화율(dV/dt)이 정상 범위 이내인지 판단할 수 있다. 상한 곡선(510) 및 하한 곡선(530)은 데이터 테이블(data table)로 저장될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상한 곡선(510) 및 하한 곡선(530)은 실험적으로 획득된 데이터일 수 있다. 상한 곡선(510) 및 하한 곡선(530)은 특정 상황에서 배터리를 측정할 때 측정된 시간-전압 곡선을 시간에 대하여 미분한 값을 전압에 대하여 도시하여 생성된 곡선일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상한 곡선(510)은 배터리의 열화에 의한 저항 증가와 같이 동일한 충전 전류 입력에 대하여 정상 배터리에 비해 높은 전압 증가량을 갖도록 열화 모사 시험에서 배터리를 충전하며 측정한 데이터에 기초하여 획득될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상한 곡선(510)은 고온 환경(예: 섭씨 45도 내지 50도인 환경)에서 사이클 시험을 수행하여 활물질 표면에 고체전해질 피막(solid-electrolyte interphase)이 두껍게 형성된 배터리를 충전하며 시간-전압 곡선을 획득하고, 획득된 시간-전압 곡선을 시간에 대하여 미분한 값을 전압에 대하여 도시한 곡선일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 하한 곡선(530)은 배터리의 내부 미세 단락 발생과 같이 동일한 전류 입력에 대하여 정상 배터리에 비해 낮은 전압 증가량을 갖도록 하는 열화 모사 시험에서 배터리를 충전하며 측정한 데이터에 기초하여 획득될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 하한 곡선(530)은 미세 핀을 이용하여 내부 전극 간에 단락 통로를 가지는 배터리를 제작하여 미세 핀을 통한 전류 누설로 인하여 동일한 충전 전류 하에서 정상 배터리에 비해 낮은 전압 증가량을 가지는 배터리의 시간-전압 충전 곡선을 획득하고, 획득된 시간-전압 곡선을 시간에 대하여 미분한 값을 전압에 대하여 도시한 곡선일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 이상감지기(370)는 순서쌍(501)을 전압 축 시프트 상수(△Ｖ)에 기초하여 평행이동시키고, 시프트 된 순서쌍(501)이 상한 곡선(510) 및 하한 곡선(530) 사이에 위치하는지 여부를 판단할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 전압 축 시프트 상수(△Ｖ)는 순서쌍(501)이 전압 축 시프트 상수(△Ｖ) 및 변화율 축 시프트 상수(△dＶ/dt)만큼 평행이동 되었을 때 평행이동된 순서쌍(501)과 상한 곡선(510) 간의 잔차제곱합(residual sum of squares)이 최소가 되는 전압 축 시프트 상수(△Ｖ) 및 변화율 축 시프트 상수(△dＶ/dt)를 계산함으로써 획득할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전압 축 시프트 상수(△Ｖ) 및 변화율 축 시프트 상수(△dＶ/dt)는 수학식 4를 만족하도록 최소자승법 또는 최적해 탐색을 위한 경사 하강 알고리즘을 통해 획득될 수 있다. 수학식 4에서 f(x)는 상한 곡선(510) 또는 하한 곡선(530)이고,
Figure PCTKR2022003835-appb-img-000006
및
Figure PCTKR2022003835-appb-img-000007
는 순서쌍(501)의 전압 및 미소 시간 변화율을 나타낸다(ｉ는 복수의 순서쌍(501) 중 하나를 나타내는 인덱스이다). 변화율 축 시프트 상수
Figure PCTKR2022003835-appb-img-000008
는 전압 축 시프트 상수(△Ｖ)를 획득하기 위한 더미 변수일 수 있다.
Figure PCTKR2022003835-appb-img-000009
도 6a 및 도 6b은 다양한 실시예들에 따른, 배터리 보호 회로의 설치 구조를 나타낸다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 다양한 실시예에 따른, 배터리 보호 장치(610)에 배터리 보호 회로(예: 도 2의 배터리 보호 회로(240), 도3의 배터리 보호 회로(240), 도 4의 배터리 보호 회로(240))가 구현될 수 있다. 배터리 보호 장치(610)는 배터리(650)(예: 도 1의 배터리(189))와 결합될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 배터리 보호 장치(610)는 소자 배치 영역(611), 제1 외부 회로 단자(612, 613) 및 제2 외부 회로 단자(614, 615)를 포함할 수 있다. 배터리 보호 회로(240)는 소자 배치 영역(611)에 포함될 수 있고, 배터리 보호 회로(240)의 B+ 단자 및 B- 단자는 제1 외부 회로 단자(612, 613)를 통해 배터리의 단자(651, 652)에 연결될 수 있고, 배터리 보호 회로(240)의 P+ 단자 및 P- 단자는 제2 외부 회로 단자(614, 615)를 통해 외부로부터 충전 전력을 수신하거나 배터리(650)가 장착된 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(101))에 전원을 공급할 수 있다.
도 7은 다양한 실시예에 따른, 전자 장치의 배터리 보호 동작의 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 다양한 실시예에 따른, 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(101))의 배터리 보호 방법은, 상기 배터리의 전압의 미소 시간 변화율을 검출하는 동작(701)과, 상기 미소 시간 변화율의 크기가 임계치를 초과하여 상기 미소 시간 변화율에 대응하는 신호가 입력되는 트랜지스터가 통전 상태가 될 때, 배터리 보호 집적 회로가 상기 배터리의 충전 또는 방전을 차단하는 동작(702)을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따른, 상기 트랜지스터의 온(on) 저항 값은, 상기 배터리 보호 집적 회로가 상기 충전 또는 방전 신호를 차단하기 위한 조건을 항상 만족시키도록 설정된 값일 수 있다.
다양한 실시예에 따른, 상기 배터리 보호 방법은, 상기 미소 시간 변화율에 대응하는 신호가 음의 값을 가지는 경우, 반전시켜 양의 값으로 정류하는 동작을 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따른, 상기 배터리 보호 방법은, 상기 미소 시간 변화율 및 상기 미소 시간 변화율에 대응하는 상기 배터리의 전압의 순서쌍을 저장하는 동작(703)과, 상기 순서쌍이 정상 범위에 포함되는지 판단하는 동작(704)과, 상기 순서쌍이 상기 정상 범위에 포함되지 않는 경우 상기 배터리의 충전 또는 방전을 차단하는 동작(705)을 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따른, 상기 판단하는 동작은, 전압 시프트 상수에 기초하여 상기 순서쌍을 평행이동 하는 동작과, 평행이동 된 순서쌍이 상기 정상 범위를 나타내는 상한 곡선 및 하한 곡선 사이에 위치하는지 확인하는 동작을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따른, 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(101))는 배터리(예: 도 1의 배터리(819))와, 상기 배터리를 보호하기 위한 배터리 보호 회로(예: 도 2의 배터리 보호 회로(240))를 포함하고, 상기 배터리 보호 회로는, 상기 배터리의 충전 또는 방전을 차단하는 차단기(예: 도 3의 차단기(350, 340, 380))와, 상기 배터리의 전압의 미소 시간 변화율을 검출하는 미분기(예: 도 3의 미분기(310))와, 상기 미분기의 출력을 정류하는 정류기(예: 도 3의 정류기(320))와, 상기 정류기의 출력이 임계치를 초과하는 경우 저항 값이 변화하는 감지기(예: 도 3의 감지기(330))와, 상기 감지기의 저항 값에 기초하여 상기 차단기를 제어하는 배터리 보호 집적 회로(예: 도 3의 배터리 보호 집적 회로(350))를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따른, 상기 감지기는, 상기 정류기의 출력이 상기 임계치를 초과하는 경우 통전 상태가 되는 트랜지스터(예: 도 4의 트랜지스터(331))와, 상기 트랜지스터와 직렬로 연결된 제1 저항(예: 도 4의 제1 저항(334))과, 상기 트랜지스터 및 상기 제1 저항과 병렬로 연결된 제2 저항(예: 도 4의 제2 저항(333))을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따른, 상기 트랜지스터의 온(on) 저항 값 및 상기 제1 저항의 저항 값은, 상기 트랜지스터가 통전 상태일 때 상기 감지기의 저항 값이, 상기 배터리 보호 집적 회로가 충전 또는 방전을 차단하기 위한 조건을 항상 만족시키도록 설정된 값일 수 있다.
다양한 실시예에 따른, 상기 정류기는, 상기 미분기의 출력이 음의 값인 경우, 상기 미분기의 출력을 반전시켜 양의 값을 출력할 수 있다.
다양한 실시예에 따른, 상기 차단기는, 상기 배터리 보호 집적 회로에서 출력하는 충전 차단 신호에 기초하여 상기 배터리의 충전을 차단하는 제1 차단기(350)와, 상기 배터리 보호 집적 회로에서 출력하는 방전 차단 신호에 기초하여 상기 배터리의 방전을 차단하는 제2 차단기(360)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따른, 상기 배터리 보호 회로는, 상기 정류기의 출력에 기초하여 획득한 미소 시간 변화율 및 상기 미소 시간 변화율에 대응하는 상기 배터리의 전압의 순서쌍을 저장하고, 상기 순서쌍이 정상 범위에 포함되는지 판단하는 이상 감지기와, 상기 이상 감지기의 출력 신호에 기초하여 상기 배터리의 충전 또는 방전을 차단하는 제3 차단기를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따른, 상기 이상 감지기는, 전압 축 시프트 상수에 기초하여 상기 순서쌍을 평행이동하고, 평행이동 된 점이 상기 정상 범위를 나타내는 상한 곡선 및 하한 곡선 사이에 위치하는지 확인할 수 있다.
다양한 실시예에 따른, 상기 상한 곡선 및 상기 하한 곡선은, 배터리를 측정할 때 측정된 시간-전압 곡선을 시간에 대하여 미분한 값을 전압에 대하여 도시하여 생성된 곡선일 수 있다.
다양한 실시예에 따른, 전자 장치의 배터리를 보호하기 위한 배터리 보호 회로는, 상기 배터리의 충전 또는 방전을 차단하는 차단기와, 상기 배터리의 전압의 미소 시간 변화율을 검출하는 미분기와, 상기 미분기의 출력을 정류하는 정류기와, 상기 정류기의 출력이 임계치를 초과하는 경우 저항 값이 변화하는 감지기와, 상기 감지기의 저항 값에 기초하여 상기 차단기를 제어하는 배터리 보호 집적 회로와, 상기 정류기의 출력에 기초하여 획득한 미소 시간 변화율 및 상기 미소 시간 변화율에 대응하는 상기 배터리의 전압의 순서쌍을 저장하고, 상기 순서쌍이 정상 범위에 포함되는지 판단하는 이상 감지기를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따른, 상기 감지기는, 상기 정류기의 출력이 상기 임계치를 초과하는 경우 통전 상태가 되는 트랜지스터와, 상기 트랜지스터와 직렬로 연결된 제1 저항과, 상기 트랜지스터 및 상기 제1 저항과 병렬로 연결된 제2 저항을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따른, 상기 트랜지스터의 온(on) 저항 값 및 상기 제1 저항의 저항 값은, 상기 트랜지스터가 통전 상태일 때 상기 감지기의 저항 값이, 상기 배터리 보호 집적 회로가 충전 또는 방전을 차단하기 위한 조건을 항상 만족시키도록 설정된 값일 수 있다.
다양한 실시예에 따른, 상기 정류기는, 상기 미분기의 출력이 음의 값인 경우, 상기 미분기의 출력을 반전시켜 양의 값을 출력할 수 있다.
다양한 실시예에 따른, 상기 차단기는, 상기 배터리 보호 집적 회로에서 출력하는 충전 차단 신호에 기초하여 상기 배터리의 충전을 차단하는 제1 차단기와, 상기 배터리 보호 집적 회로에서 출력하는 방전 차단 신호에 기초하여 상기 배터리의 방전을 차단하는 제2 차단기와, 상기 이상 감지기의 출력 신호에 기초하여 상기 배터리의 충전 또는 방전을 차단하는 제3 차단기를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따른, 상기 이상 감지기는, 전압 축 시프트 상수에 기초하여 상기 순서쌍을 평행이동하고, 평행이동 된 점이 상기 정상 범위를 나타내는 상한 곡선 및 하한 곡선 사이에 위치하는지 확인할 수 있다.
다양한 실시예에 따른, 상기 상한 곡선 및 상기 하한 곡선은, 배터리를 측정할 때 측정된 시간-전압 곡선을 시간에 대하여 미분한 값을 전압에 대하여 도시하여 생성된 곡선일 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, 또는 가전 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 문서의 다양한 실시예들에서 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(1701)) 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)(예: 내장 메모리(1736) 또는 외장 메모리(1738))에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램(1740))로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기(예: 전자 장치(1701))의 프로세서(예: 프로세서(1720))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 스토어TM)를 통해 또는 두 개의 사용자 장치들(예: 스마트 폰들) 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 있으며, 복수의 개체 중 일부는 다른 구성요소에 분리 배치될 수도 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.

Claims (15)

  1. 전자 장치에 있어서,
    배터리; 및
    상기 배터리를 보호하기 위한 배터리 보호 회로를 포함하고,
    상기 배터리 보호 회로는,
    상기 배터리의 충전 또는 방전을 차단하는 차단기;
    상기 배터리의 전압의 미소 시간 변화율을 검출하는 미분기;
    상기 미분기의 출력을 정류하는 정류기; 및
    상기 정류기의 출력이 임계치를 초과하는 경우 저항 값이 변화하는 감지기; 및
    상기 감지기의 저항 값에 기초하여 상기 차단기를 제어하는 배터리 보호 집적 회로
    를 포함하는, 전자 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감지기는,
    상기 정류기의 출력이 상기 임계치를 초과하는 경우 통전 상태가 되는 트랜지스터;
    상기 트랜지스터와 직렬로 연결된 제1 저항; 및
    상기 트랜지스터 및 상기 제1 저항과 병렬로 연결된 제2 저항을 포함하는, 전자 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 트랜지스터의 온(on) 저항 값 및 상기 제1 저항의 저항 값은,
    상기 트랜지스터가 통전 상태일 때 상기 감지기의 저항 값이, 상기 배터리 보호 집적 회로가 충전 또는 방전을 차단하기 위한 조건을 항상 만족시키도록 설정된 값인, 전자 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 정류기는,
    상기 미분기의 출력이 음의 값인 경우, 상기 미분기의 출력을 반전시켜 양의 값을 출력하는, 전자 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 차단기는,
    상기 배터리 보호 집적 회로에서 출력하는 충전 차단 신호에 기초하여 상기 배터리의 충전을 차단하는 제1 차단기; 및
    상기 배터리 보호 집적 회로에서 출력하는 방전 차단 신호에 기초하여 상기 배터리의 방전을 차단하는 제2 차단기를 포함하는, 전자 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 보호 회로는,
    상기 정류기의 출력에 기초하여 획득한 미소 시간 변화율 및 상기 미소 시간 변화율에 대응하는 상기 배터리의 전압의 순서쌍을 저장하고, 상기 순서쌍이 정상 범위에 포함되는지 판단하는 이상 감지기; 및
    상기 이상 감지기의 출력 신호에 기초하여 상기 배터리의 충전 또는 방전을 차단하는 제3 차단기
    를 더 포함하는, 전자 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 이상 감지기는,
    전압 축 시프트 상수에 기초하여 평행이동 된 상기 순서쌍이 상기 정상 범위를 나타내는 상한 곡선 및 하한 곡선 사이에 위치하는지 확인하는, 전자 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 상한 곡선 및 상기 하한 곡선은,
    배터리를 측정할 때 측정된 시간-전압 곡선을 시간에 대하여 미분한 값을 전압에 대하여 도시하여 생성된 곡선인, 전자 장치.
  9. 전자 장치의 배터리를 보호하기 위한 배터리 보호 회로에 있어서,
    상기 배터리의 충전 또는 방전을 차단하는 차단기;
    상기 배터리의 전압의 미소 시간 변화율을 검출하는 미분기;
    상기 미분기의 출력을 정류하는 정류기; 및
    상기 정류기의 출력이 임계치를 초과하는 경우 저항 값이 변화하는 감지기; 및
    상기 감지기의 저항 값에 기초하여 상기 차단기를 제어하는 배터리 보호 집적 회로; 및
    상기 정류기의 출력에 기초하여 획득한 미소 시간 변화율 및 상기 미소 시간 변화율에 대응하는 상기 배터리의 전압의 순서쌍을 저장하고, 상기 순서쌍이 정상 범위에 포함되는지 판단하는 이상 감지기를 포함하는, 배터리 보호 회로.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 감지기는,
    상기 정류기의 출력이 상기 임계치를 초과하는 경우 통전 상태가 되는 트랜지스터;
    상기 트랜지스터와 직렬로 연결된 제1 저항; 및
    상기 트랜지스터 및 상기 제1 저항과 병렬로 연결된 제2 저항을 포함하는, 배터리 보호 회로.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 트랜지스터의 온(on) 저항 값 및 상기 제1 저항의 저항 값은,
    상기 트랜지스터가 통전 상태일 때 상기 감지기의 저항 값이, 상기 배터리 보호 집적 회로가 충전 또는 방전을 차단하기 위한 조건을 항상 만족시키도록 설정된 값인, 배터리 보호 회로.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 정류기는,
    상기 미분기의 출력이 음의 값인 경우, 상기 미분기의 출력을 반전시켜 양의 값을 출력하는, 배터리 보호 회로.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 차단기는,
    상기 배터리 보호 집적 회로에서 출력하는 충전 차단 신호에 기초하여 상기 배터리의 충전을 차단하는 제1 차단기; 및
    상기 배터리 보호 집적 회로에서 출력하는 방전 차단 신호에 기초하여 상기 배터리의 방전을 차단하는 제2 차단기; 및
    상기 이상 감지기의 출력 신호에 기초하여 상기 배터리의 충전 또는 방전을 차단하는 제3 차단기를 포함하는, 배터리 보호 회로.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 이상 감지기는,
    전압 축 시프트 상수에 기초하여 평행이동 된 상기 순서쌍이 상기 정상 범위를 나타내는 상한 곡선 및 하한 곡선 사이에 위치하는지 확인하는, 배터리 보호 회로.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 상한 곡선 및 상기 하한 곡선은,
    배터리를 측정할 때 측정된 시간-전압 곡선을 시간에 대하여 미분한 값을 전압에 대하여 도시하여 생성된 곡선인, 배터리 보호 회로.
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