CN104901398A - 非接触式充电设备和非接触式电池设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种非接触式充电设备和非接触式电池设备。所述非接触式充电设备和非接触式电池设备可以以电容耦合方式将电力发送到多个电池单体中的每个电池单体。所述非接触式充电设备可以包括：电力发送设备，以电容耦合方式发送电力；电力接收设备，接收从电力发送设备发送的电力，以对多个电池单体中的每个电池单体充电。非接触式电池设备可以包括均接收以电容耦合方式发送的电力的多个电力接收电极和被充入发送到所述多个电力接收电极的电力的多个电池单体。

Description

非接触式充电设备和非接触式电池设备

本申请要求于2014年3月6日在韩国知识产权局提交的第10-2014-0026748号韩国专利申请和于2014年9月11日在韩国知识产权局提交的第10-2014-0120456号韩国专利申请的优先权和权益，所述韩国专利申请的公开内容通过引用包含于此。

技术领域

本公开涉及一种能够以非接触方式对电池单体充电的充电设备和电池设备。

背景技术

通常，诸如移动通信终端或个人数字助理(PDA)等的便携式电子装置具有嵌入其中的可再充电电池，以向便携式电子装置的内部电路提供电力。

为了对二次电池充电，需要单独的充电设备，其中，该充电设备将输入的交流(AC)电力转换成具有合适的电压电平的电力并且将转换后的具有该电压电平的电力供应到便携式电子装置。通常，充电设备和电池分别包括形成在它们外部的单独接触端子，使得充电设备和电池可以通过使它们各自的接触端子相互连接而彼此电连接。

然而，在如上所述它们的接触端子向外突出的情况下，接触端子在外观方面会不美观，并且会受到外部外来物质的污染，使得接触端子之间的接触状态会容易劣化。另外，在由于使用者的疏忽而导致电池处于短路或暴露于湿气的情况下，会容易损失已充入其中的能量。

为了解决以上提及的接触式充电方式的这样的问题，如在下面的相关技术文献中所公开的，已经提出了以非接触式方式对电池充电的非接触式充电设备。

然而，如在相关技术文献中所描述的，非接触式充电设备通常包括其中安装有初级线圈的电力发送设备，并且在电池或其中安装有电池的电子装置放置在充电垫的上表面上的状态下执行非接触式充电操作。这里，用于非接触式充电的次级线圈嵌入在电力接收设备内，并且这样的其中安装有电池的电力接收设备可以对应于移动通信终端或PDA等。

然而，上面描述的非接触式充电设备会有问题：在用于充电的目标电子装置与电极的具有高磁通密度的中心部分分隔开的情况下，由于电磁感应现象的特性，导致充电效率会显著降低或者无法有效地执行充电。

另外，即使电子装置被适当地放置在电极的具有高磁通密度的中心部分上，在电子装置的位置因受到震动或外部冲击而从中心部分偏离的情况下，充电效率也同样会降低。

此外，在相关技术文献中公开的非接触式充电设备中没有公开关于以下内容的描述：在以非接触式方式向电池设备供应电力的情况下，电池设备中的多个电池单体中被均匀地充入电力。

[相关技术文献]

第2013-0054897号韩国专利特许公开

发明内容

本公开的一方面可以提供一种能够以电容耦合方式对其中的多个电池单体中的每个电池单体充电的非接触式充电设备和非接触式电池设备。

根据本公开的一方面，一种非接触式充电设备可以包括：电力发送设备，以电容耦合方式发送电力；电力接收设备，接收从电力发送设备发送的电力，以对多个电池单体中的每个电池单体充电。

根据本公开的另一方面，一种非接触式电池设备可以包括：多个电力接收电极，均接收以电容耦合方式发送的电力；多个电池单体，分别被充入发送到所述多个电力接收电极的电力。

附图说明

通过下面结合附图进行的详细描述，本公开的上述和其它方面、特征和其它优点将被更清楚地理解，在附图中：

图1是根据本公开的示例性实施例的非接触式充电设备的示意性透视图；

图2是根据本公开的示例性实施例的非接触式充电设备的示意性剖视图；

图3是示出根据本公开的示例性实施例的非接触式充电设备的充电方式的图；

图4是根据本公开的示例性实施例的非接触式充电设备的示意性电路图；

图5A是示出根据本公开的示例性实施例的发送到非接触式充电设备的电池设备的电力的曲线图；

图5B是示出根据本公开的示例性实施例的从发送到非接触式充电设备的电池设备的电力转换的电力的曲线图。

具体实施方式

现在将参照附图详细地描述本公开的示例性实施例。

然而，本公开可以以很多不同的形式来举例说明，并且不应被解释为受限于这里阐述的特定实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底的和完整的，并且这些实施例将把本公开的范围充分地传达给本领域技术人员。

在附图中，为了清楚起见可夸大元件的形状和尺寸，并且将始终使用同样的附图标记来指定相同或相似的元件。

图1是根据本公开的示例性实施例的非接触式充电设备的示意性透视图。

参照图1，根据本公开的示例性实施例的非接触式充电设备可以包括电力发送设备100和电力接收设备200。

电力发送设备100可以以非接触方式将电力发送到电力接收设备200。

如在这里使用的，非接触方式可以是指在从发送侧向接收侧发送电力的过程中，在发送侧的导体和接收侧的导体之间不直接连接的情况下发送电力的方式，即，无接触方式或无线传输方式等。

通常，这种非接触方式的示例可以包括磁感应方式或磁共振方式，在磁感应方式或磁共振方式中，通过在电力发送侧和电力接收侧之间形成的磁场来发送电力。

另一方面，根据本公开的示例性实施例的非接触式充电设备可以以电容耦合方式发送电力，在电容耦合方式中，通过在电力发送侧和电力接收侧之间形成的电场来发送电力。

电力发送设备100可以包括单个电力发送电极110，电力发送电极110可以以电容耦合方式将电力发送到电力接收设备200或电池设备。

电力接收设备200或电池设备可以包括多个电力接收电极211、212、213、214、215和216。

例如，多个电力接收电极211、212、213、214、215和216可以被设置为第一至第六电力接收电极211、212、213、214、215和216。第一至第六电力接收电极211、212、213、214、215和216可以以电容耦合方式接收来自电力发送设备100的单个电力发送电极110的电力。

第一至第六电力接收电极211、212、213、214、215和216可以分别对多个电池单体充电。将参照图2和图3更详细地描述与其有关的说明。

图2是根据本公开的示例性实施例的非接触式充电设备的示意性剖视图。

参照图2，电力发送设备100可以包括电力发送电极110和电力发送电路单元120。

电力发送电极110和电力发送电路单元120可以形成在电力发送设备100中。

电力发送电路单元120可以向电力发送电极110施加电力。

电力发送电路单元120可以向电力发送电极110施加具有几十伏至几百伏范围内的相对高电平的电压的电力，因此，可以采用高压逆变电路。

当向电力发送电极110施加这种高电压时，由于电力发送电极110与多个电力接收电极211、213和215之间的电场，使得若干毫安(mA)的位移电流可以在电力发送电极110与多个电力接收电极211、213和215中流动。

电力发送设备100可以包括包围电力发送电极110和电力发送电路单元120的壳体，并且壳体的形状或厚度等不受具体限制。此外，电力发送电极110可以设置在壳体内，并且电力发送电极110的一个表面可以暴露在外。

另一方面，可以在电力发送电极110的另一表面上设置屏蔽层作为对抗电子噪声的措施。

电力接收设备200或电池设备可以包括多个电力接收电极211、213和215。发送到多个电力接收电极211、213和215中的每个电力接收电极的电力可以通过电力接收电路单元220被转换成充电电力，从而充入到多个电池单体中的每个电池单体。

如图2中所示，根据本公开的示例性实施例的非接触式充电设备被设置为蜂窝电话的充电器。然而，对于诸如其它电子装置的充电器等的各种非接触电力发送方式，可以使用根据本公开的示例性实施例的非接触式充电设备。

除了电池之外，电力接收设备的负载还可以是执行预定操作的发动机或发光二极管(LED)等。

另外，电力接收电极的材料、形状或尺寸等不受具体限制。

图3是示出根据本公开的示例性实施例的非接触式充电设备的充电方式的图。

根据本公开的示例性实施例的非接触式充电设备可以通过电力发送设备的电力发送电极和电力接收设备的电力接收电极之间的静电感应操作来执行非接触式充电。

电力发送设备的电力发送电极和电力接收设备的电力接收电极可以是单独的电容器结构。

参照图3，示意性地示出的是当向包括彼此面对且其间具有电介质的一对导电板的电容器结构施加电压时，所述一对导电板感应出电荷的方式。

在图3中，Va表示电源电压，Vb表示电容器结构的充电电压。当假设电极之间的距离为d，电极的面积为A，并且电极之间的介电常数为ε时，可以由等式1来表示电容器结构的电容。

$C=\mathrm{\ϵ}\frac{A}{d}$   等式1

在上面描述的电容器结构中，电极可以感应出与电容和电源电压的乘积对应的电荷量。由于在施加交流(AC)电力的情况下，感应于导电板的电荷按等式2所表示地随时间而变化，因此可以产生电流I。

$\frac{d}{\mathrm{dt}}Q=I=C\frac{d}{\mathrm{dt}}\mathrm{Va}$   等式2

通过上面提及的工艺，根据本公开的示例性实施例的非接触式充电设备可以利用在电极之间流动的电流对电力接收设备的电池单体充电。

图4是根据本公开的示例性实施例的非接触式充电设备的示意性电路图。

参照图4，根据本公开的示例性实施例的非接触式充电设备可以包括具有电力发送电极110和电力发送电路单元120的电力发送设备100。

电力发送设备100的电力发送电路单元120可以向电力发送电极110施加具有相对高电平的电压的电力，可以在电力发送电极110与多个电力接收电极211、212和213之间感应出与电容和所施加的电压的乘积对应的电荷量。

由于在向电力发送电极110施加AC电力的情况下，感应出的电荷随着时间而变化，因此可以在多个电力接收电极211、212和213中产生电流。

电力接收设备200可以包括电极单元210、电力接收电路单元220、电池单元230和开关单元240。

电极单元210可以包括第一至第三电力接收电极211、212和213。

由于可以在第一至第三电力接收电极211、212和213中的每一个电力接收电极与电力发送电极110之间在图4中描绘的箭头方向上以线性方式形成电场，因此在第一至第三电力接收电极211、212和213的面积彼此相等并且电力发送电极110与第一至第三电力接收电极211、212和213之间的各距离彼此相等的情况下，感应于第一至第三电力接收电极211、212和213的电力的电平可以彼此相等。

可以向电力发送电极110施加具有来自电力发送电路单元120的相对高电平的电压的电力。具有相对高电平的电压的电力可以是具有相对高电平的电压的AC电力，可以在电力发送电极110中产生具有极性随着时间而变化的电荷。

第一至第三电力接收电极211、212和213可以通过电荷感应操作来接收来自电力发送电极110的AC电力。感应于第一至第三电力接收电极211、212和213并在其中产生的电荷可以是极性与电力发送电极110中产生的电荷的极性相反的电荷。

图5A是示出根据本公开的示例性实施例的发送到非接触式充电设备的电池设备的电力的曲线图。

如图5A所示，可以在第一至第三电力接收电极211、212和213中产生位移电流，并且所产生的电流可以施加到电力接收电路单元220。

电力接收电路单元220可以包括多个充电单元221、222和223。

多个充电单元221、222和223可以对应于第一至第三电力接收电极211、212和213的数量来进行设置，并且可以包括分别与第一至第三电力接收电极211、212和213对应的第一至第三充电单元221、222和223。

第一充电单元221可以包括整流单元221a和转换单元221b，第二充电单元222可以包括整流单元222a和转换单元222b，第三充电单元223可以包括整流单元223a和转换单元223b。

整流单元221a、222a和223a可以分别对来自第一至第三电力接收电极211、212和213中对应的电力接收电极的AC电力进行整流。转换单元221b、222b和223b可以分别将来自第一至第三整流单元221a、222a和223a中对应的整流单元的整流后的电力转换成可以充入电池单体的充电电力。

图5B是示出根据本公开的示例性实施例的从发送到非接触式充电设备的电池设备的电力转换的电力的曲线图。

从上面描述的整流操作和转换操作获得的结果是按图5B中示出的曲线所提供的。

转换单元221b、222b和223b可以具有连接到其后端的电池单元230，其中，电池单元230可以包括多个电池单体231、232和233。

多个电池单体231、232和233可以分别存储来自第一至第三转换单元221b、222b和223b中对应的转换单元的充电电力。

同时，根据本公开的示例性实施例的非接触式充电设备的电池设备还可以包括开关单元240。

开关单元240可以包括多个开关S1和S2。

第一开关S1的一端可以连接到第一电池单体231的一端，第一开关S1的另一端可以基于控制而在地面和第二电池单体232的与第一电池单体231相邻的另一端之间进行选择性的连接。

类似地，第二开关S2的一端可以连接到第二电池单体232的一端，第二开关S2的另一端可以基于控制而在地面和第三电池单体233的与第二电池单体232相邻的另一端之间进行选择性的连接。

通过上述开关单元240的开关操作，可以将充电电力充入到多个电池单体231、232和233中的每个电池单体，并且可以在多个电池单体231、232和233之间精细地调整所充入的电力。

如上所述，根据本公开的示例性实施例，可以以电容耦合方式将电力充入到多个电池单体中的各个电池单体，因此，可以使各个电池单体中充入的电力的量均匀。

尽管已经在上面示出和描述了示例性实施例，但是对于本领域技术人员来说将明显的是，在不脱离由权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可以作出修改和改变。

Claims (11)

1.一种非接触式充电设备，所述非接触式充电设备包括：

电力发送设备，以电容耦合方式发送电力；以及

电力接收设备，接收从电力发送设备发送的电力，以对多个电池单体中的每个电池单体充电。

2.根据权利要求1所述的非接触式充电设备，其中，电力接收设备包括多个电力接收电极，所述多个电力接收电极接收从电力发送设备发送的针对所述多个电池单体中的每个对应的电池单体的电力。

3.根据权利要求2所述的非接触式充电设备，其中，所述多个电力接收电极以一对一的方式与所述多个电池单体对应，以接收针对每个对应的电池单体的电力。

4.根据权利要求3所述的非接触式充电设备，其中，电力接收设备还包括：

多个整流单元，分别对从所述多个电力接收电极接收的电力进行整流；以及

多个转换单元，分别将来自所述多个整流单元的整流后的电力转换成充电电力。

5.根据权利要求3所述的非接触式充电设备，其中，电力接收设备还包括：多个开关，具有分别连接到所述多个电池单体的一端的一侧，并且将对应的电池单体选择性地连接到地面或相邻电池单体的另一端。

6.根据权利要求1所述的非接触式充电设备，其中，电力发送设备包括：

电力发送电路单元，向电力发送电极施加电力；以及

电力发送电极，将通过电力发送电路单元施加的电力以电容耦合方式发送到电力接收设备。

7.一种非接触式电池设备，所述非接触式电池设备包括；

多个电力接收电极，均接收以电容耦合方式发送的电力；以及

多个电池单体，分别被充入发送到所述多个电力接收电极的电力。

8.根据权利要求7所述的非接触式电池设备，其中，所述多个电力接收电极以一对一的方式与所述多个电池单体对应，以接收针对每个对应的电池单体的电力。

9.根据权利要求8所述的非接触式电池设备，所述非接触式电池设备还包括：

多个充电单元，将从所述多个电力接收电极接收的电力转换成充电电力，以将充电电力充入每个对应的电池单体。

10.根据权利要求9所述的非接触式电池设备，其中，每个充电单元包括：

整流单元，对从每个对应的电力接收电极接收的电力进行整流；以及

转换单元，将来自每个整流单元的整流后的电力转换成充电电力。

11.根据权利要求8所述的非接触式电池设备，所述非接触式电池设备还包括；多个开关，具有分别连接到所述多个电池单体的一端的一侧，并且将对应的电池单体选择性地连接到地面或相邻电池单体的另一端。