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KR101857796B1 - 모바일 엑스선 장치 - Google Patents

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KR101857796B1
KR101857796B1 KR1020160099133A KR20160099133A KR101857796B1 KR 101857796 B1 KR101857796 B1 KR 101857796B1 KR 1020160099133 A KR1020160099133 A KR 1020160099133A KR 20160099133 A KR20160099133 A KR 20160099133A KR 101857796 B1 KR101857796 B1 KR 101857796B1
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KR
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unit
charging
lithium ion
ion battery
current
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김명제
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삼성전자주식회사
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Abstract

리튬 이온 배터리를 통해 엑스선 조사부에 동작 전원을 공급하고, 엑스선 조사 시 발생하는 과전류를 제어하는 모바일 엑스선 장치를 나타낸다.

Description

모바일 엑스선 장치{Mobile X RAY Apparatus}
본 개시는 리튬 이온 배터리를 포함하는 엑스선 장치에 관한 것이다.
엑스선(X-ray)이란, 일반적으로 0.01 ~ 100 옴스트롬(Å)의 파장을 갖는 전자기파로서, 물체를 투과하는 성질을 가지고 있어서 생체 내부를 촬영하는 의료장비나 일반산업의 비파괴검사장비 등에 일반적으로 널리 사용될 수 있다.
엑스선을 이용하는 엑스선 장치는 엑스선 소스에서 방출된 엑스선을 대상체에 투과시키고, 투과된 엑스선의 강도 차이를 엑스선 디텍터에서 검출하여 대상체에 대한 엑스선 영상을 획득할 수 있다. 엑스선 영상으로 대상체의 내부 구조를 파악하고 대상체를 진단할 수 있다. 엑스선 장치는 대상체의 밀도, 대상체를 구성하는 원자의 원자번호에 따라 엑스선의 투과율이 달라지는 원리를 이용하여 대상체의 내부 구조를 손쉽게 파악할 수 있다는 장점이 있다. 엑스선의 파장이 짧으면 투과율이 커지고 화면이 선명(Brightness)해진다.
리튬 이온 배터리를 포함하는 모바일 엑스선 장치의 제공을 목적으로 한다.
제 1 측면에 따른 모바일 엑스선 장치는, 엑스선 조사부; 엑스선 조사부를 제어하는 제어부; 및 리튬 이온 배터리를 통해 엑스선 조사부 및 제어부에 동작 전원을 공급하고, 엑스선 조사부에 의한 엑스선 조사 시 발생하는 과전류를 제어하는 전원부; 및 전원부를 충전하는 충전부;를 포함할 수 있다.
또한, 전원부는, 전원부의 상태를 검출하고, 전원부의 동작을 제어하는 BMS(Battery Management System); 과전류를 제어하기 위한, 복수의 FET들이 병렬로 구성된 방전 FET(Field Effective Transistor); 및 충전 FET;를 포함할 수 있다.
또한, 방전 FET 및 충전 FET는, 리튬 이온 배터리가 방전 또는 충전되는 경우, 방전 전류 또는 충전 전류의 경로를 제어할 수 있다.
또한, BMS는, 전원부의 상태를 검출하여, 방전 FET 및 충전 FET를 온/오프(on/off) 시켜 충전 경로 및 방전 경로를 제어할 수 있다.
또한, BMS는, 과방전, 과전류, 과열 및 리튬 이온 배터리의 셀 간 언밸런싱(unbalancing) 상태 중 적어도 하나에 대한 보호 회로의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 전원부는, 대용량 전류 감지 센서 및 소용량 전류 감지 센서를 더 포함할 수 있고, BMS는, 엑스선 조사부에 의한 엑스선 조사 시, 대용량 전류 감지 센서를 활성화하여, 과전류를 감지할 수 있다.
또한, 모바일 엑스선 장치는, 충전 전류를 감지하기 위해 충전부의 출력단 측에 위치하는 전류 감지 센서를 더 포함할 수 있다.
또한, 제어부, 전원부, 및 충전부 각각은 서로 다른 모듈로 구성될 수 있다.
또한, 전원부는, 전원부 내의 온도를 검출하는 온도 센서;를 포함하고,
제어부는 온도 센서에 의해 검출되는 온도에 대한 정보를 직접적으로 모니터링할 수 있다.
또한, 전원부 및 충전부 각각은, 제어부에서 직접적으로 제어 가능한 인터럽트 핀(interrupt pin)을 포함하고, 제어부는, 인터럽트 핀을 통해, 전원부 및 제어부 각각을 오프(off) 시킬 수 있다.
또한, 충전부는, 송신 모듈 및 수신 모듈로 구성된 무선 충전 시스템일 수 있다.
또한, 충전부는, 외부로부터 무선으로 전력을 수신하여, 수신된 전력에 기초하여 전원부를 충전할 수 있다.
또한, 충전부는, 충전 전류가 소정의 기준치보다 작은 저전류 상태가 일정 시간 유지되는 경우, 전원부에 대한 충전을 중단할 수 있다.
또한, 충전부는, 리튬 이온 배터리의 전압이 소정의 기준치보다 작아지는 경우, 전원부에 대한 충전을 재개할 수 있다.
도 1은 모바일 엑스선 장치로 구현되는 엑스선 장치를 도시한 외관도이다.
도 2는 엑스선 디텍터의 외관도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 엑스선 장치를 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 엑스선 장치를 도시한다.
도 5는 리튬 이온 배터리가 방전되는 일 실시예를 나타낸다.
도 6은 리튬 이온 배터리가 충전되는 일 실시예를 나타낸다.
도 7은 일 실시예에 따른 엑스선 장치를 도시한다.
도 8은 일 실시예에 따른 엑스선 장치를 도시한다.
도 9는 일 실시예에 따른 충전부를 도시한다.
도 10은 리튬 이온 배터리를 충전하는 동작의 일 실시예를 나타낸다.
도 11은 충전부가 저전류 상태를 감지하는 일 실시예를 나타낸다.
본 명세서는 본 발명의 권리범위를 명확히 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있도록, 본 발명의 원리를 설명하고, 실시예들을 개시한다. 개시된 실시예들은 다양한 형태로 구현될 수 있다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 ‘부’(part, portion)라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 ‘부’가 하나의 요소(unit, element)로 구현되거나, 하나의 ‘부’가 복수의 요소들을 포함하는 것도 가능하다. 이하 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 작용 원리 및 실시예들에 대해 설명한다.
본 명세서에서 영상은 자기 공명 영상(MRI) 장치, 컴퓨터 단층 촬영(CT) 장치, 초음파 촬영 장치, 또는 엑스레이 촬영 장치 등의 의료 영상 장치에 의해 획득된 의료 영상을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 '대상체(object)'는 촬영의 대상이 되는 것으로서, 사람, 동물, 또는 그 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상체는 신체의 일부(장기 또는 기관 등; organ) 또는 팬텀(phantom) 등을 포함할 수 있다.
도 1은 모바일 엑스선 장치로 구현되는 엑스선 장치를 도시한 외관도이다.
도 1을 참조하면, 엑스선 장치(100)는 엑스선을 발생시켜 조사하는 엑스선 조사부(110), 사용자로부터 명령을 입력 받는 입력부(151), 사용자에게 정보를 제공하는 디스플레이부(152), 입력된 명령에 따라 모바일 엑스선 장치(100)를 제어하는 제어부(120) 및 외부 기기와 통신하는 통신부(140)를 포함한다.
엑스선 조사부(110)는 엑스선을 발생시키는 엑스선 소스와, 엑스선 소스에서 발생되는 엑스선의 조사영역을 조절하는 콜리메이터(collimator)를 구비할 수 있다.
엑스선 장치(100)가 모바일 엑스선 장치로 구현되는 경우에는 엑스선 조사부(110)가 연결된 본체(101)가 자유롭게 이동 가능하고 엑스선 조사부(110)와 본체(101)를 연결하는 암(103) 역시 회전 및 직선 이동이 가능하기 때문에 엑스선 조사부(110)를 3차원 공간 상에서 자유롭게 이동시킬 수 있다.
입력부(151)는 촬영 프로토콜, 촬영 조건, 촬영 타이밍, 엑스선 조사부(110)의 위치 제어 등을 위한 명령을 입력 받을 수 있다. 입력부(151)는 키보드, 마우스, 터치스크린, 음성 인식기, 등을 포함할 수 있다.
디스플레이부(152)는 사용자의 입력을 가이드하기 위한 화면, 엑스선 영상, 엑스선 장치(100)의 상태를 나타내는 화면 등을 표시할 수 있다.
제어부(120)는 사용자로부터 입력된 제어 명령에 따라 엑스선 조사부(110)의 촬영 타이밍, 촬영 조건 등을 제어할 수 있고, 엑스선 디텍터(200)로부터 수신된 이미지 데이터를 이용하여 의료 이미지를 생성할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 촬영 프로토콜 및 대상체(P)의 위치에 따라 엑스선 조사부(110)의 위치나 자세를 제어할 수도 있다.
제어부(120)는 전술한 동작 및 후술하는 동작을 수행하는 프로그램이 저장된 메모리 및 저장된 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함할 수 있다. 제어부(120)는 단일 프로세서를 포함할 수도 있고, 복수의 프로세서를 포함할 수도 있는바, 후자의 경우에는 복수의 프로세서가 하나의 칩 상에 집적될 수도 있고, 물리적으로 분리될 수도 있다.
본체(101)에는 엑스선 디텍터(200)를 보관하는 보관부(105)가 마련될 수 있다. 또한, 보관부(105) 내부에는 엑스선 디텍터(200)를 충전할 수 있는 충전 단자가 마련되어 엑스선 디텍터(200)를 보관하면서 충전까지 함께 수행할 수 있다.
입력부(151), 디스플레이부(152), 제어부(120) 및 통신부(140)는 본체(101)에 마련될 수 있고, 엑스선 디텍터(200)가 획득한 이미지 데이터는 본체(101)로 전송되어 영상 처리를 거친 후에 디스플레이부(152)에 표시되거나, 통신부(140)를 통해 외부의 장치로 전송될 수 있다.
또한, 제어부(120) 및 통신부(140)는 본체(101)와 별도로 마련될 수도 있으며, 제어부(120) 및 통신부(140)의 구성요소 중 일부만 본체(101)에 마련되는 것도 가능하다.
엑스선 장치(100)는 통신부(140)를 통해 외부 장치(예를 들면, 외부의 서버(31), 의료 장치(32) 및 휴대용 단말(33; 스마트폰, 태블릿 PC, 웨어러블 기기 등))와 연결되어 데이터를 송신하거나 수신할 수 있다.
통신부(140)는 외부 장치와 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있으며, 예를 들어 근거리 통신 모듈, 유선 통신 모듈 및 무선 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또는, 통신부(140)가 외부 장치로부터 제어 신호를 수신하고, 수신된 제어 신호를 제어부(120)에 전달하여 제어부(120)로 하여금 수신된 제어 신호에 따라 엑스선 장치(100)를 제어하도록 하는 것도 가능하다.
또한, 제어부(120)는 통신부(140)를 통해 외부 장치에 제어 신호를 송신함으로써, 외부 장치를 제어부의 제어 신호에 따라 제어하는 것도 가능하다. 예를 들어, 외부 장치는 통신부(140)를 통해 수신된 제어부(120)의 제어 신호에 따라 외부 장치의 데이터를 처리할 수 있다.
또한, 통신부(140)는 엑스선 장치(100)의 구성요소들 간에 통신을 가능하게 하는 내부 통신 모듈을 더 포함할 수도 있다. 외부 장치에는 엑스선 장치(100)를 제어할 수 있는 프로그램이 설치될 수 있는 바, 이 프로그램은 제어부(120)의 동작 중 일부 또는 전부를 수행하는 명령어를 포함할 수 있다.
프로그램은 휴대용 단말(33)에 미리 설치될 수도 있고, 휴대용 단말(33)의 사용자가 어플리케이션을 제공하는 서버로부터 프로그램을 다운로딩하여 설치하는 것도 가능하다. 어플리케이션을 제공하는 서버에는 해당 프로그램이 저장된 기록매체가 포함될 수 있다.
또한, 통신부(140)는 엑스선 장치(100)의 구성요소들 간에 통신을 가능하게 하는 내부 통신 모듈을 더 포함할 수도 있다.
도 2는 엑스선 디텍터의 외관도이다.
전술한 바와 같이, 엑스선 장치(100)에 사용되는 엑스선 디텍터(200)는 휴대용 엑스선 디텍터로 구현될 수 있다. 이 경우, 엑스선 디텍터(200)는 전원을 공급하는 배터리를 포함하여 무선으로 동작할 수도 있고, 도 2에 도시된 바와 같이, 충전 포트(201)가 별도의 전원 공급부와 케이블(C)에 의해 연결되어 동작할 수도 있다.
엑스선 디텍터(200)의 외관을 형성하는 케이스(203)의 내부에는 엑스선을 검출하여 이미지 데이터로 변환하는 검출 소자, 이미지 데이터를 일시적 또는 비일시적으로 저장하는 메모리, 엑스선 장치(100)로부터 제어 신호를 수신하거나 엑스선 장치(100)에 이미지 데이터를 송신하는 통신 모듈과, 배터리가 마련될 수 있다. 또한, 메모리에는 디텍터의 이미지 보정 정보 및 엑스선 디텍터(200)의 고유의 식별 정보가 저장될 수 있고, 엑스선 장치(100)와 통신할 때에 저장된 식별 정보를 함께 전송할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 엑스선 장치를 도시한다.
엑스선 장치(100)는 엑스선 조사부(305), 제어부(310), 리튬 이온 배터리(322)를 포함하는 전원부(320), 및 충전부(330)를 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 엑스선 장치는 도 1과 같이 모바일 엑스선 장치로 구현될 수 있고, 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 3에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
엑스선 조사부(305)는 도 1의 엑스선 조사부(110)에 대한 내용을 포함할 수 있는 바, 중복되는 내용에 대해서는 생략한다. 또한, 제어부(310)는 도 1의 제어부(120)에 대한 내용을 포함할 수 있는 바, 중복되는 내용에 대해서는 생략한다.
전원부(320)는 리튬 이온 배터리(322)를 통해 엑스선 조사부(305) 및 제어부(310)에 동작 전원을 공급할 수 있다. 또한, 전원부(320)는 리튬 이온 배터리(322)를 통해 엑스선 장치(100)에서 동작 전원을 필요로 하는 각 구성요소에 동작 전원을 공급할 수 있다. 예를 들어, 전원부(320)는 리튬 이온 배터리(322)를 통해 엑스선 장치(100)의 입력부(151) 디스플레이부(152) 및 통신부(140)에 동작 전원을 공급할 수 있다.
전원부(320)는 엑스선 조사부(305)에 의해 엑스선 조사시 발생하는 과전류를 제어할 수 있다. 다시 말해, 엑스선 조사부(305)가 엑스선을 조사함에 따라, 전원부(320)에서는 평소 사용 전류보다도 더 높은 전류인 과전류가 흐를 수 있고, 전원부(320)는 과전류를 제어할 수 있다. 일 실시예에 따라, 전원부(320)는, 병렬로 구성된 방전용 FET 및 충전용 FET를 포함하는 회로를 구성하여, 과전류를 제어할 수 있다. 다른 실시예에 따라, 전원부(320)는, 방전되는 전류량을 측정하기 위한 서로 다른 용량의 전류 감지 센서들을 포함하는 회로를 구성하여, 과전류를 제어할 수 있다.
충전부(330)는 전원부(320)를 충전할 수 있다. 보다 구체적으로, 충전부(330)는 전원부(320)의 리튬 이온 배터리(322)가 충전되도록 충전 전원을 공급할 수 있다. 이때, 충전 전원은 충전부(330)가 생성하는 전원을 의미할 수 있다. 일 실시예에 따라, 충전부(330)는 외부의 전원 공급부와 결합되도록 구성되어, 전원 공급부로부터 전원을 전달 받을 수 있다. 이어서, 충전부(330)는 전달 받은 전원을 사용자의 입력 또는 장치 내부의 연산에 따라 제어하여 리튬 이온 배터리(322)에 충전 전원을 공급할 수 있다.
전원부(320), 충전부(330), 및 제어부(310) 각각은 서로 통신할 수 있는 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전원부(320), 충전부(330), 및 제어부(310) 각각은 통신 인터페이스를 통해 서로 CAN(Controller Area Network) 통신을 할 수 있다.
또한, 전원부(320), 충전부(330), 및 제어부(310) 각각은 서로 별개의 모듈화 단위로 구성될 수 있다. 전원부(320), 충전부(330), 및 제어부(310) 각각이 서로 다른 모듈화 단위로 구성됨에 따라, 제어부(310)는 고전압을 직접 모니터링할 필요가 없으므로, 제어부(310) 내에 고전압 회로를 구성할 필요가 없고, 결과적으로 고전압 회로로 인한 위험 요소를 줄여 안정성 측면에서 효과적일 수 있다. 또한, 전원부(320), 충전부(330), 및 제어부(310) 각각이 서로 다른 모듈화 단위로 구성됨에 따라, 전원부(320), 충전부(330), 및 제어부(310) 각각이 서로 다른 모바일 엑스선 장치에서 사용될 수 있으므로 공용 플랫폼 설계가 가능할 수 있다. 또한, 전원부(320), 충전부(330), 및 제어부(310) 각각이 서로 다른 모듈화 단위로 구성됨에 따라, 전원부(320), 충전부(330), 및 제어부(310) 각각에 쉴드 케이스(shield case)를 적용하여, 상호 간 발생할 수 있는 EMI(Electro Magnetic Interference)/EMC(Electro Magnetic Compatibility) 노이즈를 방지할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 엑스선 장치를 도시한다.
전원부(320)는 리튬 이온 배터리(322), BMS(Battery Management System)(410), 방전 FET(Field Effective Transistor)(430), 및 충전 FET(440)를 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 전원부(320)는 본 실시 예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 4에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시 예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
리튬 이온 배터리(322)는 2차 전지의 일종으로, 복수의 배터리 셀들이 연결되어 결합된 구조로 구성될 수 있다. 예를 들어, 리튬 이온 배터리(322)는 88개의 직렬 결합 및 4개의 병렬 결합으로 구성되어, 총 352개의 셀들로 구성될 수 있다.
BMS(410)는 리튬 이온 배터리(322)의 전압, 온도 등의 상태를 검출할 수 있다. 일 예에 따라, BMS(410)는 리튬 이온 배터리(322)의 전압과 배터리 셀 온도를 모니터링할 수 있는 배터리 스택 모니터(battery stack monitor)라는 회로를 포함할 수 있다. BMS(410)는 리튬 이온 배터리(322)의 상태를 기초로 전원부(320)를 제어하고 관리할 수 있다. 또한, BMS(410)는 충전 FET(440) 및 방전 FET(430)의 온/오프(on/off)를 제어하여, 충전 경로 및 방전 경로를 제어할 수 있다.
또한, BMS(410)는 리튬 이온 배터리(322)의 상태를 기초로 보호 회로를 동작시킬 수 있다. 다시 말해, BMS(410)는 리튬 이온 배터리(322)의 상태를 기초로 리튬 이온 배터리(322)의 위험 상태를 방지하고자 보호 회로를 동작시킬 수 있다. 구체적으로, BMS(410)는 리튬 이온 배터리(322)의 상태를 기초로 과방전, 과전류, 과열, 및 배터리 셀 간 언밸런싱(unbalancing) 상태 중 적어도 하나에 대한 보호 회로를 동작 시킬 수 있다.
BMS(410)는, 리튬 이온 배터리(322)의 전압이 기준치보다 낮아지는 과방전 상태인 경우, 보호 회로를 동작시킬 수 있다. 예를 들어, BMS(410)는, 리튬 이온 배터리(322)의 전압이 275V 이하로 떨어지는 경우, 셧 다운 회로를 동작 시켜 BMS(410) 자체적으로 오프될 수 있다. 또한, BMS(410)는, 리튬 이온 배터리(322)의 전류가 기준치보다 높아지는 과전류 상태인 경우, 보호 회로를 동작시킬 수 있다. 예를 들어, BMS(410)는, 리튬 이온 배터리(322)의 전류가 40A 이상인 경우, 셧 다운 회로를 동작 시켜 BMS(410) 자체적으로 리셋(reset)될 수 있다. BMS(410)는, 리튬 이온 배터리(322)의 온도가 기준치보다 높아지는 과열 상태인 경우, 보호 회로를 동작시킬 수 있다. 예를 들어, BMS(410)는 리튬 이온 배터리(322)의 온도가 70도 이상인 경우, 보호 회로를 동작시켜 충전 및 방전 경로를 차단할 수 있다. BMS(410)는, 리튬 이온 배터리(322)가 셀 간 언밸런싱(unbalancing) 상태인 경우, 보호 회로를 동작시킬 수 있다. 예를 들어, BMS(410)는, 리튬 이온 배터리(322)의 셀 간 전압 차이가 0.5V이상인 상태로 10초 이상 지속되는 경우, 셧 다운 회로를 동작 시켜 BMS(410) 자체적으로 오프될 수 있다.
BMS(410)는 통신 인터페이스를 통해 제어부(310)와 통신할 수 있으며, 일 예로 통신 인터페이스를 통해 서로 CAN 통신을 할 수 있다. 또한, 충전부(330)는 제어부(310)와 통신할 수 있으며, 일 예로 통신 인터페이스를 통해 서로 CAN 통신을 할 수 있다. 또한, BMS(410)는 제어부(310)를 포함하는 엑스선 장치(100)의 각 구성요소에 DC 전원을 공급할 수 있다.
방전 FET(430)는 복수의 FET들이 병렬로 구성될 수 있다. 엑스선 조사부(305)에 의한 엑스선 조사 시, 과전류가 전원부(320) 내에서 흐를 수 있으므로, 방전 FET(430)는 소정 용량의 FET들이 병렬로 구성될 수 있다. 즉, 소정 용량의 FET들이 병렬로 연결되어 방전 FET(430)의 전류 허용 용량이 증대될 수 있다. 예를 들어, 엑스선 조사부(305)에 의한 엑스선 조사시 300A이상의 과전류가 전원부(320) 내에서 흐를 수 있으므로, 300A 이상의 과전류를 감당할 수 있도록, 방전 FET(430)는 4개의 100A 용량의 FET들이 병렬로 연결되도록 구성될 수 있다.
방전 FET(430) 및 충전 FET(440)는 일 예에 따라 N채널의 FET로 구성될 수 있다.
방전 FET(430)는 및 충전 FET(440)는, 리튬 이온 배터리(322)가 방전 또는 충전되는 경우, 방전 전류 또는 충전 전류의 경로를 제어할 수 있다. 일 실시예에 따라, 리튬 이온 배터리(322)가 방전되는 경우, 충전 FET(440)는 오프(off)될 수 있고, 방전 FET(430)를 통한 방전 전류 루프(loop)가 형성될 수 있다. 다른 실시예에 따라, 리튬 이온 배터리(322)가 충전되는 경우, 방전 FET(430)는 오프될 수 있고, 방전 FET(430)의 바디 다이오드(body diode) 및 충전 FET(440)를 통한 충전 전류 루트(loop)가 형성될 수 있다. 또한, 리튬 이온 배터리(322)는 방전 FET(430) 및 충전 FET(440)를 통해 방전 또는 충전이 동시에 될 수 있다.
또한, 리튬 이온 배터리(332)로부터 전원을 공급 받는 로드(load)(406)가 제어부(310) 및 엑스선 조사부(305)를 포함하는 것으로 도시되었지만, 로드(406)는 엑스선 장치(100)에서 전원을 필요로 하는 각 구성요소를 더 포함할 수 있다.
도 5는 리튬 이온 배터리가 방전되는 일 실시예를 나타낸다.
리튬 이온 배터리(322)가 방전되는 경우, 충전 FET(440)의 소스(S) 전압이 드레인(D) 전압보다 높아 충전 FET(440)는 오프 될 수 있다. 또한, 리튬 이온 배터리(322)가 방전되는 경우, 방전 FET(430)의 드레인(D) 전압이 소스(S) 전압보다 높아 방전 FET(430)는 온(on) 될 수 있다.
따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 방전 전류가 로드(406), 방전 FET(430), 및 리튬 이온 배터리(322)를 통과하는 시계 방향으로의 방전 전류 루프가 형성될 수 있다. 또한, 충전 FET(440)가 오프되더라도 리튬 이온 배터리(322)의 방전은 정상대로 동작할 수 있다.
도 6은 리튬 이온 배터리가 충전되는 일 실시예를 나타낸다.
리튬 이온 배터리(322)가 충전되는 경우, 방전 FET(430)의 소스(S) 전압이 드레인(D) 전압보다 높아 방전 FET(430)는 오프 될 수 있다. 방전 FET(430)가 오프되므로, 방전 FET(430)의 바디 다이오드에 충전 전류가 흐를 수 있다. 또한, 리튬 이온 배터리(322)가 충전되는 경우, 충전 FET(440)의 드레인(D) 전압이 소스(S) 전압보다 높아 충전 FET(440)는 온 될 수 있다.
따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 충전 전류가 충전부(330), 리튬 이온 배터리(322), 방전 FET(430)의 바디 다이오드, 및 충전 FET(440)를 통과하는 반시계 방향으로의 방전 전류 루프가 형성될 수 있다. 또한, 방전 FET(430)가 오프되더라도 리튬 이온 배터리(322)의 충전은 정상대로 동작할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 엑스선 장치를 도시한다.
전원부(320)는 리튬 이온 배터리(322), BMS(410), 방전 FET(430), 충전 FET(440), 셧 다운 회로(shut down circuit)(710), 소용량 전류 감지 센서(730), 대용량 전류 감지 센서(740), DC-DC 컨버터(720) 및 퓨즈(760)를 포함할 수 있다. 또한, 엑스선 장치(100)는 충전 전류 감지 센서(750)를 포함할 수 있다. 리튬 이온 배터리(322), BMS(410), 방전 FET(430), 및 충전 FET(440)는 도 4의 리튬 이온 배터리(322), BMS(410), 방전 FET(430), 및 충전 FET(440)와 대응될 수 있으므로, 중복되는 설명은 생략한다.
BMS(410)는 서로 다른 용량의 전류 감지 센서들(730,740)을 이용하여 리튬 이온 배터리(322)의 전류를 감지할 수 있다. BMS(410)는 소용량 전류 감지 센서(730)를 이용하여 리튬 이온 배터리(322)에 흐르는 전류를 감지할 수 있고, 리튬 이온 배터리(322)에 과전류가 흐르는 경우, BMS(410)는 대용량 전류 감지 센서(740)를 이용하여 리튬 이온 배터리(322)에 흐르는 과전류를 감지할 수 있다.
먼저, BMS(410)는 소용량 전류 전류 감지 센서(730)를 활성화시키고 대용량 전류 감지 센서(740)를 비활성화시켜, 소용량 전류 감지 센서(730)를 이용하여 리튬 이온 배터리(322)에 흐르는 전류를 감지할 수 있다. 이어서, 엑스선 조사부(305)가 엑스선을 조사하는 경우, BMS(410)는 소용량 전류 감지 센서(730)를 비활성화시키고 대용량 전류 감지 센서(740)를 활성화 시켜, 대용량 전류 감지 센서(740)를 이용하여 엑스선 조사시 발생하는 과전류를 감지할 수 있다. 이어서, 엑스선 조사가 완료되는 경우, BMS(410)는 대용량 전류 감지 센서(740)를 비활성화시키고 소용량 전류 감지 센서(730)를 활성화시켜, 소용량 전류 감지 센서(730)를 이용하여 리튬 이온 배터리(322)에 흐르는 전류를 감지할 수 있다. 일 예에 따라, BMS(410)는 제어부(310)로부터 엑스선 조사 준비 신호를 수신하여, 대용량 전류 감지 센서(740)를 활성화 시켜, 대용량 전류 감지 센서(740)를 이용하여 엑스선 조사시 발생하는 과전류를 감지할 수 있다.
BMS(410)는 서로 다른 용량의 전류 감지 센서들(730,740)을 이용하여 감지한 전류량을 통해 리튬 이온 배터리(322)의 잔량을 체크할 수 있다. 구체적으로, BMS(410)는 감지한 전류량을 통해 전류 적산법(Coulomb Counting Based Gauging)을 사용하여 리튬 이온 배터리(322)의 잔량을 체크할 수 있다.
또한, 엑스선 장치(100)는 충전 전류를 측정하기 위한 충전 전류 감지 센서(750)를 더 포함할 수 있다. 즉, 엑스선 장치(700)는 충전부(330)의 출력단 쪽에 충전 전류 감지 센서(750)를 더 포함할 수 있다. 리튬 이온 배터리(322)가 동시에 충전 및 방전이 되는 경우, 소용량 전류 감시 센서(730) 또는 대용량 전류 감지 센서(740)에서 측정되는 전류는 방전 전류와 충전 전류의 합이 될 수 있다. 따라서, 정확한 방전 전류와 충전 전류를 측정하기 위해서, 엑스선 장치(100)는 충전 전류 감지 센서(750)를 이용하여 충전 전류를 측정할 수 있다.
BMS(410)는 엑스선 조사부(305)가 엑스선을 조사한다는 신호, 및 엑스선 조사부(305)가 엑스선 조사를 완료한다는 신호를 통신 인터페이스를 통해 제어부(310)로부터 전달 받을 수 있다.
BMS(410)는 셧 다운 회로(710)를 이용하여 자체적으로 오프될 수 있다. BMS(410)는 리튬 이온 배터리(322)의 상태를 검출한 결과, 과방전 및 과충전과 같은 위험 상황을 인식하여, 보호 회로인 셧 다운 회로(710)를 이용하여 자체적으로 오프될 수 있다. BMS(410)가 오프되는 경우, 제어부(310)에 공급되는 전원 또한 중단되므로, 제어부(310) 또한 오프될 수 있다.
퓨즈(760)는 전원부(320) 내에 규정 값 이상의 과도한 전류가 계속 흐르지 못하게 차단하는 장치로, 리튬 이온 배터리(322) 외부 단락시 배터리 셀을 보호할 수 있다.
DC-DC 컨버터(720)는 리튬 이온 배터리(322)의 전압을 BMS(410)의 동작 전원 또는 엑스선 장치(100)의 각 구성요소의 DC 전원으로 변환할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 엑스선 장치를 도시한다.
전원부(320), 제어부(310), 및 충전부(330) 각각은 통신 인터페이스를 포함할 수 있고, 통신 인터페이스를 통해 서로 통신할 수 있다. 예를 들어, 전원부(320), 제어부(310), 및 충전부(330) 각각은 CAN 통신할 수 있다.
전원부(320)는 BMS 전용 온도 센서(820)를 포함할 수 있다. BMS(410)는 BMS 전용 온도 센서(820)를 이용하여 전원부(320)의 온도를 모니터링하여, 전원부(320)가 과열되는 지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, BMS(410)는 전원부(320)의 온도가 소정 임계값 이상으로 과열되는 경우, 충전 경로 및 방전 경로를 차단하는 보호 회로를 동작시킬 수 있다.
또한, 전원부(320)는 제어부 전용 온도 센서(810)를 더 포함할 수 있다. 다시 말해, 전원부(320)는 제어부(310)에서 직접적으로 모니터링 가능한 제어부 전용 온도 센서(810)를 포함할 수 있다. 제어부(310)와 BMS(410) 간의 통신 에러인 경우, 제어부(310)는 BMS(410)로부터 전원부(320)의 온도 정보를 알 수 없으므로, 제어부(310)는 제어부 전용 온도 센서(810)를 통해 전원부(320)의 온도를 모니터링할 수 있다. 따라서, 제어부(310)는, 통신 상태가 에러인 경우 BMS(410)를 강제로 오프시킬 필요 없이, 제어부 전용 온도 센서(810)를 이용하여 BMS(410)를 오프시킬 지 여부를 판단할 수 있다.
전원부(320) 및 충전부(330) 각각은 제어부(310)에서 직접적으로 제어 가능한 인터럽트 핀(interrupt pin)(831,833)을 포함할 수 있다. 다시 말해, 제어부(310)는 인터럽트 핀(831,833)을 통한 disable 신호를 통해 전원부(320) 및 충전부(330) 각각을 오프시킬 수 있다. 따라서, 제어부(310)는 제어부 전용 온도 센서(810)를 통해 전원부(320)의 온도가 소정 임계값 이상이라고 판단한 경우, 인터럽트 핀(831,833)을 통해 전원부(320) 및 충전부(330)를 강제 오프 시킬 수 있다.
또한, BMS(410)가 자체적으로 오프되기 위해 셧 다운 회로를 동작시키는 경우, BMS(410)의 셧 다운 신호가 제어부(310)에 전달될 수 있다. 제어부(310)는 셧 다운 신호를 전달 받은 후 일정 시간 동안 BMS(410)가 셧 다운 되는 지 여부를 모니터링 할 수 있다. 모니터링 결과, 일정 시간 동안 BMS(410)가 셧 다운 되지 않는다면, 제어부(310)는 인터럽트 핀(831)을 통해 BMS(410)를 강제적으로 오프 시킬 수 있다. 예를 들어, BMS(410)가 셧 다운 비트를 활성화한 후, 제어부(310)는 10초 동안 BMS(410)가 셧 다운 되는지 여부를 모니터링할 수 있고, 10초 동안 BMS(410)가 셧 다운 되지 않는다면, 제어부(310)는 인터럽트 핀(831)을 통해 BMS(410)를 강제적으로 오프 시킬 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 충전부를 도시한다.
일 실시예에 따라, 충전부(330)는 송신 모듈(920) 및 수신 모듈(910)로 구성된 무선 충전 시스템으로 구성될 수 있다. 일 예에 따라 충전부(330)는 자기 유도 방식의 무선 충전 시스템이 될 수 있는 바, 송신 모듈(920)은 외부 전원 공급부의 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, 직류 전원을 증폭하여 송신 코일을 통해 무선으로 전력을 수신 모듈(910)에 전송할 수 있다. 이어서, 수신 모듈(910)은 무선으로 수신된 전력을 정류하여 리튬 이온 배터리(322)를 충전할 수 있다.
다른 실시예에 따라, 충전부(330)는 수신 모듈(910)로 구성될 수 있다. 즉, 외부 송신 모듈(920)로부터 무선으로 전송되는 전력을 수신하고, 수신된 전력을 정류하여 리튬 이온 배터리(322)를 충전할 수 있다. 따라서, 충전부(330)를 포함하는 엑스선 장치(100)는 외부에 설치된 송신 모듈(920) 인근에 위치하여, 송신 모듈(920)로부터 무선으로 전송되는 전력을 이용하여 리튬 이온 배터리(322)를 충전할 수 있다.
도 10은 리튬 이온 배터리를 충전하는 동작의 일 실시예를 나타낸다.
먼저 A 구간에서, 충전부(330)는 충전 동작을 수행할 수 있고, 이에 따라 충전 전압은 상승하고, 충전 전류는 일정할 수 있다.
이어서 B 구간에서, 리튬 이온 배터리(322)가 완충됨에 따라, 충전 전류는 감소할 수 있다.
이어서, C 구간에서, 충전 전류가 소정의 임계값 보다 작은 저 전류 상태가 일정 시간 동안 유지될 수 있다. 충전부(330)는 일정 시간 동안 유지되는 저 전류 상태를 감지할 수 있다. 충전부(330)가 저 전류 상태를 감지하는 구체적인 실시예는 이하 도 11에서 살펴보기로 한다. 저 전류 상태가 일정 시간 또는 일정 횟수 동안 감지되는 경우, 충전부(330)는 충전 동작을 중단 시킬 수 있다. 예를 들어, 충전부(330)가 충전 전류가 0.5A 이하인 저 전류 상태를 10회 감지하는 경우, 충전부(330)는 충전 동작을 중단할 수 있다. 따라서, 리튬 이온 배터리(322)가 완충되는 경우, 충전부(330)는 충전 동작을 중단함으로써, 불필요한 전력 소모를 방지할 수 있다.
이어서, D 구간에서, 리튬 이온 배터리(322)의 전압이 기 설정된 값까지 떨어지는 경우, 충전부(330)는 충전 동작을 재개할 수 있고, 충전 전류 또한 증가할 수 있다.
이어서, E 구간에서는, A구간과 대응되게, 충전부(330)가 충전 동작을 수행함에 따라 충전 전압은 상승하고, 충전 전류는 일정할 수 있다.
도 11은 충전부가 저전류 상태를 감지하는 일 실시예를 나타낸다.
단계 s1101에서, 충전부(330)는 충전 전류값을 검출할 수 있다.
단계 s1103에서, 충전부(330)는 s1101에서 검출된 충전 전류값이 충전 전류 OFF 상한치보다 작은지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 충전 전류 OFF 상한치는 0.5A가 될 수 있다.
s1103에서, 충전 전류값이 충전 전류 OFF 상한치보다 작은 경우, 충전부(330)는 저전류 카운트 값을 1 증가시킬 수 있다.(s1105) 즉, 충전부(330)는 저전류 카운트 값을 1 증가시켜, 향후 저전류 카운트 값이 10이 되는 경우, 저전류 상태가 일정 시간 동안 유지되었다고 판단할 수 있다.
s1103에서, 충전 전류값이 충전 전류 OFF 상한치보다 작지 않은 경우, 충전부(330)는 s1101에서 검출된 충전 전류값이 충전 전류 ON 하한치보다 큰지 여부를 판단할 수 있다.(s1107) 예를 들어, 충전 전류 ON 하한치는 0.8A가 될 수 있다.
s1107에서, 충전 전류값이 충전 전류 ON 하한치보다 큰 경우, 충전부(330)는 저전류 카운트 값을 0으로 설정할 수 있다.(s1109)
s1107에서, 충전 전류값이 충전 전류 ON 하한치보다 크지 않은 경우, 충전부(330)는 충전 전류값을 검출할 수 있다.(s1101)
단계 s1111에서, 충전부(330)는 저전류 카운트값이 5인지 여부를 판단할 수 있다.
s1111에서 저전류 카운트값이 5인 경우, 충전부(330)는 일정 시간 후 충전이 중지된다는 신호를 발생할 수 있다.(s1113)
s1111에서 저전류 카운트값이 5가 아닌 경우, 충전부(330)는 저전류 카운트값이 10인지 여부를 판단할 수 있다.(s1115)
s1115에서 저전류 카운트값이 10인 경우, 충전부(330)는 충전 동작을 중단할 수 있다.(s1113) 즉, 충전부(330)는 저전류 카운트 값이 10이 되는 경우, 저전류 상태가 일정 시간 동안 유지되었다고 판단하여, 충전 동작을 중단할 수 있다.
s1115에서, 저전류 카운트값이 10이 아닌 경우, 충전부(330)는 충전 전류값을 검출할 수 있다.(s1101)
한편, 개시된 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어 및 데이터를 저장하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체의 형태로 구현될 수 있다. 상기 명령어는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 소정의 프로그램 모듈을 생성하여 소정의 동작을 수행할 수 있다. 또한, 상기 명령어는 프로세서에 의해 실행되었을 때, 개시된 실시예들의 소정의 동작들을 수행할 수 있다.
이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (15)

  1. 모바일 엑스선 장치에 있어서,
    엑스선을 조사하는 엑스선 조사부;
    상기 엑스선 조사부를 제어하는 제어부;
    전원부; 및
    리튬 이온 배터리를 충전하는 충전부를 포함하며,
    상기 전원부는
    리튬 이온 배터리;
    상기 엑스선 조사부 및 상기 제어부에 동작 전원을 공급하기 위해 상기 리튬 이온 배터리에 연결되는 방전 FET(Field Effective Transistor);
    상기 리튬 이온 배터리와 상기 방전 FET에 직렬로 연결되며, 엑스선 조사 시 발생하는 과전류를 감지하는 제1 전류 센서; 및
    상기 제1 전류 센서를 통하여 상기 리튬 이온 배터리에서의 과전류 발생을 감지하고, 과전류를 제어하는 BMS(Battery Management System)를 포함하며,
    상기 BMS는 엑스선 조사 준비 신호의 수신에 대응하여, 상기 제1 전류 센서를 통하여 상기 리튬 이온 배터리에서의 과전류 발생을 감지하는, 모바일 엑스선 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원부는,
    상기 충전부로부터 상기 리튬 이온 배터리를 충전하기 위해, 상기 리튬 이온 배터리에 연결되는 충전 FET를 더 포함하고,
    상기 방전 FET는 복수의 FET들이 병렬로 구성된, 모바일 엑스선 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 방전 FET 및 상기 충전 FET는,
    상기 리튬 이온 배터리가 방전 또는 충전되는 경우, 방전 전류 또는 충전 전류의 경로를 제어하는, 모바일 엑스선 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 BMS는,
    상기 방전 FET를 오프(off) 시키고 상기 충전 FET를 온(on) 시켜 충전 경로를 제어하고, 상기 방전 FET를 온(on) 시키고 상기 충전 FET를 오프(off) 시켜 방전 경로를 제어하는, 모바일 엑스선 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 BMS는,
    과방전, 과전류, 과열 및 상기 리튬 이온 배터리의 셀 간 언밸런싱(unbalancing) 상태 중 적어도 하나에 대한 보호 회로의 동작을 제어하는, 모바일 엑스선 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전류 센서는
    대용량의 전류를 감지하며,
    상기 BMS 는
    상기 엑스선 조사 시, 상기 제1 전류 센서를 활성화하여, 상기 과전류를 감지하는, 모바일 엑스선 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    충전 전류를 감지하고, 상기 충전부의 출력단 측에 위치하는 전류 감지 센서를 더 포함하는, 모바일 엑스선 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부, 전원부, 및 상기 충전부 각각은 서로 다른 모듈로 구성되는, 모바일 엑스선 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부, 상기 전원부, 및 상기 충전부 각각은 통신 인터페이스를 포함하고,
    상기 제어부, 전원부, 및 상기 충전부는 통신 인터페이스를 통해 CAN(Controller Area Network) 프로토콜에 따라, 서로 통신하는, 모바일 엑스선 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원부는,
    상기 전원부 내의 온도를 검출하는 온도 센서;를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 온도 센서에 의해 검출되는 온도에 대한 정보를 직접적으로 모니터링하는, 모바일 엑스선 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원부 및 상기 충전부 각각은,
    상기 제어부에서 직접적으로 제어 가능한 인터럽트 핀(interrupt pin)을 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 인터럽트 핀을 통해, 상기 전원부 및 상기 제어부 각각을 오프(off) 시킬 수 있는, 모바일 엑스선 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전부는,
    송신 모듈 및 수신 모듈을 포함하는 무선 충전 시스템인, 모바일 엑스선 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전부는,
    외부 디바이스로부터 무선으로 전력을 수신하여, 수신된 전력에 기초하여 상기 리튬 이온 배터리를 충전하는, 모바일 엑스선 장치.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 충전부는,
    상기 감지된 충전 전류가 소정의 기준치보다 작은 저전류 상태가 일정 시간 유지되는 경우, 상기 리튬 이온 배터리에 대한 충전을 중단하는, 모바일 엑스선 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 충전부는,
    상기 리튬 이온 배터리의 전압이 소정의 기준치보다 작아지는 경우, 상기 리튬 이온 배터리에 대한 충전을 재개하는, 모바일 엑스선 장치.
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