JP4435788B2 - 無線充電のための方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は一般的に携帯電子機器に関し、特にそのような機器を無線で充電するための方法に関する。

今日の市場において、大量の携帯電子機器が存在し、それらの多くは充電可能なバッテリによって電力を供給されている。いくつかのメーカーは、これらのバッテリを無線で充電できる充電器を製造し始めている。このような構成では、前記充電器は一次コイルを含むことがあり、前記再充電可能なバッテリは二次コイルを含むことがある。時間変化する電流が前記充電器の一次コイルに加えられたとき、充電電流が二次コイルに生成される。前記バッテリを内蔵する携帯電子機器をいかなる有線にも結合する必要が無いという点で、無線充電は便利である。

しかし、無線で充電することができる数多くの前記機器は、従来の充電器からの充電線を受け入れるためのソケットをも有している。それに加えて、前記携帯電子機器は現在無線充電器からの前記充電電流を監視するいかなる方法も有していない。従って、携帯機器を無線で充電をしながら、利用者が携帯機器に普通の充電器を繋げてしまい、充電電流が２重になってしまう可能性がある。すなわち、前記バッテリの充電量を利用者に知らせる充電インジケータは不正確である可能性があり、更に悪いことに、この過電流は前記携帯機器の部品にダメージを与える可能性がある。

例え前記利用者がこの事態を避けても、前記充電インジケータは間違った表示を示すかもしれない。多くの携帯電子機器は現在の閾値に依存して前記充電インジケータの表示を行うので、この欠点は存在する。特に前記バッテリが最大の充電電圧に達したが、まだ完全には充電されていないときに、この欠点が存在する。先に述べたように、現状では前記携帯電子機器に対して無線充電器からの前記充電電流を監視する方法は存在しない。

本発明はバッテリを充電する方法に関連する。前記方法は、バッテリに充電電流を供給する段階と、前記バッテリへの充電電流を検出する段階と、前記バッテリが前記充電電流を受け取っているとき、前記バッテリの少なくとも一つのパラメータを示すようにバッテリから電子機器へ選択的に信号を送る段階と、を含む。例として、前記充電電流が無線充電器から供給され得る。

それに加えて、前記パラメータは前記バッテリの充電状態又は前記充電電流の所定の電流閾値である。
ある構成において、前記バッテリは前記電子機器に入出力ラインを通じて信号を送ことができ、前記入出力ラインは既存の読み込み導体であり得る。別の例として、前記既存の読み込み導体はサーミスタ線であってもよい。前記方法は、前記電子機器の充電回路の機能を無効化する段階と、前記電子機器の充電インジケータを更新する段階と、をも含むことができる。選択的に信号を送る前記段階は、信号を送る段階の間、入出力ラインを高状態、低状態、リリース状態の間で切り替える段階を含むことができる。

本発明は、バッテリを充電するシステムにも関連する。前記システムは充電器及びバッテリを含む。前記充電器が充電電流を前記バッテリに供給し、バッテリは充電モニタを含み、その充電モニタは、充電電流を検出すると共に、バッテリが充電電流を受け取っているとき、バッテリの少なくとも一つのパラメータを示すように電子機器へ選択的に信号を送る。前記システムは、上記のプロセスを実行するための適切なソフトウエア及び回路をも含む。

本明細書は、新規性があると考えられる本発明の特徴を定義する各請求項と共に完結するが、本発明は、同様の参照番号が付加された図面と共に以下の記載を考慮することで、より理解されるであろう。

本発明の詳細な実施形態はここに開示されるが、開示された実施形態は単なる発明の典型例であり、様々な形態で実施され得ることを理解すべきである。従って、ここで開示された特定の構造的及び機能的詳細は制限として解釈されるべきではなく、単に各請求項に対する基礎として、及び本発明を任意の適切な詳細な構造で採用することを当業者に教示するための典型的な基礎として解釈されるべきである。更に、ここで使われる用語及び表現は制限されることを意図しておらず、むしろ本発明の説明を理解しやすいものにすることを意図している。

ここで使用される結合されるという用語は、接続されるとして定義され、直接的及び機械的に接続されている必要は無い。ここで使用されるプログラム、ソフトウェア・アプリケーション及びこれらに類似した用語は、コンピュータ・システム上で実行するために設計された命令の列として定義される。プログラム、コンピュータ・プログラム、又はソフトウェア・アプリケーションは、コンピュータ・システム上で実行するために設計された、サブルーチン、関数、プロシージャ、オブジェクト・メソッド、オブジェクト実装、アプレット、サーブレット、ソース・コード、オブジェクト・コード、共有ライブラリ／ダイナミック・ロード・ライブラリ及び／又は他の命令の列を含んでよい。

図１を参照すると、バッテリ１１０を充電するためのシステム１００が示される。前記バッテリ１１０はバッテリ充電回路１１２及び充電モニタ１１４を含むことができる。前記バッテリ１１０に加えて、前記システム１００は充電器１１６、電源１１７及び電子機器１１８を含むことができる。前記バッテリ１１０は前記電子機器１１８に電力を供給することができ、前記電子機器はセルラー電話、双方向無線機、携帯情報端末、又はメッセージング機器又は前記バッテリ１１０から電力を受け取ることができる任意の他の適切なユニットであり得る。

前記電子機器１１８は、電子機器充電回路１２０と、ディスプレイ１２２と、前記電子機器充電回路１２０及び前記ディスプレイ１２２に接続されることができるプロセッサ１２４とを含むことができる。加えて、前記電子機器充電回路１２０は、充電電流が前記電子機器１１８に供給されているとき、前記バッテリ１１０への充電電流を検出する。前記ディスプレイ１２２は充電インジケータ１２６を含むことができ、そのインジケータ１２６は利用者に前記バッテリ１１０の充電レベルを示すために利用することができる。

前記充電器１１６は充電電流をバッテリ充電回路１１２に供給することができ、前記バッテリ１１０の一つ以上のセル１２８を充電するために使うことができる。ある構成において、前記充電モニタ１１４は前記バッテリ１１０の前記充電電流及び充電電圧を検出及び監視することができ、それら両方を制御するために前記バッテリ充電回路１１２を操作することができる。更に、前記バッテリ１１０が前記充電電流を受け取っているとき、前記バッテリ１１０の少なくとも一つのパラメータを示すように電子機器１１８へ選択的に信号を送ることができる。例えば、前記充電モニタ１１４は、前記電子機器１１８の前記プロセッサ１２４に信号を送り、前記バッテリ１１０の充電状態の状況、すなわち、該バッテリが前記充電器１１６から充電電流を受け取っているか否かを示すことができる。前記充電モニタ１１４はまた、前記充電電流がいつ所定の閾値に達したかを示すように前記プロセッサ１２４に信号を送ることもできる。これらの特徴は、前記電子機器１１８の前記プロセッサ１２４が前記充電器１１６によって供給される前記充電電流を監視することができないとき、有用であろう。

これらの信号の受信に応答して、前記プロセッサ１２４はいくつかの機能を実行するようにプログラムされることがある。例として、前記バッテリ１１０が前記充電器１１６から充電電流を現在受け取っていることを、前記充電モニタ１１４が前記プロセッサ１２４に示す場合、前記プロセッサ１２４は前記電子機器充電回路１２０の機能を無効化することができる。このプロセスは、前記バッテリが過充電電流を受け取ることを防止し得る。別の例として、前記電流充電回路１１２に供給された前記充電電流が所定の閾値に達したことを前記充電モニタ１１４が前記プロセッサ１２４に示す場合、前記プロセッサ１２４は前記ディスプレイ１２２の前記充電インジケータ１２６を更新することができる。この入力を通して、利用者は前記バッテリ１１０の前記充電レベルの正確な表示を得ることができる。

図２を参照すると、前記システム１１０がより詳細に示される。特に、前記充電器１１６は一次コイル１２９を含むことができ、前記バッテリ充電回路１１２は二次コイル１３０を含むことができる。前記バッテリ充電回路１１２は整流器１３２、平滑コンデンサ１３４、電流検出装置１３６、及び前記各セル１２８に連結され得る電流制御装置１３８をも含むことができる。前記電流検出装置１３６及び前記電流制御装置１３８は前記充電モニタ１１４に連結されることができ、該充電モニタ１１４は前記電流制御装置１３８の動作を制御することができる。図２に描かれているように、前記充電器１１６は無線充電器であり得る。すなわち、前記電源１１７が充電器１１６に電流を供給したとき、前記一次コイル１２９は前記バッテリ充電回路１１２の前記二次コイル１３０に充電電流を生成することができる。もちろん、本発明はこの点に制限されず、前記充電器１１６は充電電流が充電線を通じて供給される従来の充電器でもあり得る。

別の構成において、前記充電モニタ１１４はプロセッサであり得る。この例では、前記充電モニタ１１４はアナログ信号をデジタルに変換するための一つ以上のアナログ・デジタル変換器（図示していない）を含むことができる。例えば、前記電流検出装置１３６からの入力は前記充電モニタ１１４のＡ／Ｄ変換器に接続されてもよい。

前記充電器１１０は一つ以上の入出力ライン１４０をも有することができ、その入出力ライン１４０は前記充電モニタ１１４と前記電子機器１１８の前記プロセッサ１２４との間に連結されることができる。ある構成において、これらの入出力ライン１４０は既存の読み込み導体であり得る。既存の読み込み導体は任意の導体であり、前記バッテリ１１０に組み込まれて、プロセッサが任意の適切な測定を読み込むことを許容することにより、バッテリ１１０の充電又は動作を容易にするために最初に設計される。

例えば、前記バッテリ１１０はサーミスタＲ_Ｔを含むことができる。前記サーミスタＲ_Ｔ、プルアップ抵抗Ｒ_２及び電圧源Ｖ_Ｓは、分圧器を形成することができる。当技術分野で知られているように、バッテリの温度変化に伴い、サーミスタの抵抗はそれに応じて変化し、この場合、前記プロセッサ１２４又は前記充電モニタ１１４が適切な入出力ライン１４０、すなわち既存の読み込み導体から読み込むことができる電圧を変えることができる。この電圧の変化は、前記プロセッサ１２４又は前記充電モニタ１１４に前記バッテリ１１０の温度を判定させることを可能にする。

別の例として、前記バッテリ１１０は消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）１４２を含むことができ、該メモリ１４２は別の抵抗Ｒ_１及び電圧源Ｖ_Ｓに連結されることができる。当技術分野で知られているように、前記プロセッサ１２４（又は前記充電モニタ１１４）は、前記ＥＰＲＯＭ１４２に対して、前記プロセッサ１２４（又は前記充電モニタ１１４）が例えば該ＥＰＲＯＭ１４２に保存された前記バッテリ１１０に関する充電情報を読み込むことを可能にするように指示を出すことができる。

前記サ−ミスタＲ_Ｔに対する前記既存の読み込み導体として機能する前記入出力ライン１４０は、一つ以上のブランチ１４４を含むことができ、該ブランチ１４４は前記充電モニタ１１４のＡ／Ｄ変換器及び前記電子機器１１８の前記プロセッサ１２４に接続されることができる。これらのブランチ１４４は前記サーミスタＲ_Ｔに関する電圧読み取りを容易にする。

前記システム１００の動作を示すために、図３を参照する。この図はバッテリを充電するための方法３００を示す。図２の方法３００と図１及び図２のシステム１００とは互いを説明するために利用されるが、本発明の構成は、任意の他の適切なシステムにおいて実施可能であることが理解される。ステップ３１０において、前記方法３００は開始される。ステップ３１２において、充電電流がバッテリに供給される。例えば、図２と以前の記載とを参照すると、充電器１１６は無線充電器であり得、充電電流は、前記バッテリ充電回路１１２の前記二次コイルに誘導される。前記整流器１３２は前記充電電流を整流し、平滑コンデンサは該充電電流の揺らぎを小さくする。

図３に戻って、ステップ３１４において、前記バッテリへの前記充電電流が検出される。例えば、図２に戻って、前記充電モニタ１１４は前記電流検出装置１３６を通じて充電電流を検出できる。前記電流検出装置１３６を通じて前記充電電流を検出することにより、前記充電モニタ１１４は、前記バッテリ１１０が前記充電器１１６から充電電流を受け取っていることを最初に検出することができ、その大きさを判定することができる。前記充電モニタ１１４は前記電流制御装置１３８を操作することにより、前記バッテリ１１０の前記各セル１２８に流れる充電電流の量を制御することもできる。例えば、当技術分野では知られているが、前記バッテリ１１０の電圧が該バッテリ１１０の最大充電電圧に達したとき、前記充電モニタ１１４は前記電流制御装置１３８を操作することにより前記充電電流の大きさを小さくすることができる。ある特定の構成において、前記電流制御装置１３８は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であり得るが、他の適切な部品は考慮の範囲内である。

図３の方法３００を参照しなおすと、ステップ３１６に示されるように、前記バッテリが前記充電電流を受け取っているとき、前記バッテリの少なくとも一つのパラメータを示すように、バッテリが電子機器へ選択的に信号を送る。ステップ３１８において、前記電子機器の充電回路の機能は無効化され、ステップ３２０において、前記電子機器の充電インジケータが更新される。図２を参照して以下に例を説明する。この例では、前記バッテリの前記パラメータは該バッテリの充電状態（該バッテリは充電されているか否か）及び前記充電電流の所定の電流閾値である。例として、選択的に信号を送るステップ３１６は、高状態及び低状態の間で入出力ラインを切り替えることを含み、そのことを以下で説明する。

前記充電モニタが、前記電流検出装置１３６を通じた前記充電電流を検出したとき、前記充電モニタ１１４は前記入出力ライン１４０の一つを高状態にすることができる。例えば、前記充電モニタ１１４は、前記サーミスタＲ_Ｔ導体としても機能する前記入出力ライン１４０を高状態にすることができる。この高状態は、前記サーミスタＲ_Ｔ分圧器に対する電圧範囲の上限値を有することができるが、他の適切な値を用いてもよい。その応答として、割り込みが前記電子機器１１８の前記プロセッサ１２４に生じ、前記プロセッサ１２４は電子機器充電回路１２０を無効化することができる。このステップは、前記電子機器１１８が他の充電器に接続されている状態で、利用者が誤って前記バッテリ１１０を充電器１１６に置いてしまった場合に、前記バッテリ１１０が過電流を受け取ることを防止する。

当技術分野で知られているように、バッテリが充電され始めたとき、前記バッテリの電圧がまず監視され、バッテリが最大の充電電圧に達したとき、充電電流が監視され得る。こうして、いつバッテリが完全に充電されたかを判定するべく、複数回充電電流が監視される。この例において、前記充電モニタ１１４は、前記バッテリ１１０が最大充電電圧に達したことを検出したとき、前記電流制御装置１３８を通じて前記充電電流の大きさを減少し始めることができる。前記充電モニタ１１４は前記バッテリ１１０が完全に充電されるまで前記充電電流の値を連続的に減らす。前記電子機器１１８の前記プロセッサ１２４は、充電されながら前記バッテリ１１０の電圧を監視してもよいが、前記充電電流を追跡できなくともよい。その結果、前記プロセッサ１２４は、前記バッテリ１１０が前記充電器１１６からの充電電流を受け取るとき、いつ前記バッテリ１１０が完全に充電されるかを判定できなくてもよい。

本発明の構成に従って、前記充電電流の大きさが、このプロセスの間に所定の電流閾値に達したとき、前記充電モニタ１１４は適切な入出力ライン１４０を低状態にする。前記所定の電流閾値は、前記バッテリが許容量に対して完全に又は少なくとも実質的に充電されたことを示す。例として、前記充電モニタ１１４は前記サーミスタＲ_Ｔに関連する入出力ライン１４０を低状態にすることができる。このステップは前記電子機器１１４の前記プロセッサ１２４で割り込みを引き起こす原因にもなり得る。前記低状態の値は、前記サーミスタＲ_Ｔ分圧器の電圧範囲の下限であり得るが、他の適切な値を採用してもよい。その応答として、前記プロセッサ１２４は前記ディスプレイ１２２の前記充電インジケータ１２６を更新することができる。この更新は利用者に前記バッテリ１１０が完全に充電されたことを表示する。

本発明は上記の例に制限されないことに注意しなければならない。例えば、前記ＥＰＲＯＭ１４２に関連した入出力ラン１４０を含む任意の適切な入出力ラインは、前記電子機器１１８の前記プロセッサ１２４に信号を送るために使われてもよい。もちろん、前記入出力ライン１４０は任意の他の適当な所定の導体に組み込まれていてもよい。更に、前記充電モニタ１１４は上記のようにプロセッサに限定されない。当業者は、前記充電モニタ１１４が本発明の機能を実行するためのコンパレータ及びスイッチの任意の適切な組み合わせで構成されていてもよいことに気づくであろう。前記バッテリ１１０が電子機器１１８に装着されていなくても充電できることも理解される。この構成において、前記サーミスタＲ_Ｔに対する前記適切なプルアップ抵抗及びＥＰＲＯＭ１４２ラインは前記バッテリ１１０に組み込まれ得る。

上述したように、選択的に信号を送るステップ（図３のステップ３１６）での間、入出力ラインは高及び低状態の間で切り替わることができる。別の構成において、前記選択的に信号を送るステップは、入出力ラインを高状態、低状態及びリリース状態の間で切り替える段階を含むことができる。図４及び図５を参照すると、この切り替えプロセスの例を表すグラフが描かれている。特に、これらの時間−電圧グラフは、入出力ライン上の信号が高、低及びリリース状態の間で切り替わることを示している。電圧は入出力ライン上の電圧を表し、時間軸上の番号は所定の時刻を表す。

例えば、図２及び図４を参照すると、（前記サーミスタＲ_Ｔラインに関連する）入出力ライン１４０は、高状態になる（Ｔ＝０参照）。前記充電モニタ１１４はこの入出力ライン１４０を低状態にするが、前記充電電流はまだ所定の電流閾値に達していない（Ｔ＝１参照）。前記充電モニタ１１４は前記入出力ライン１４０を、その後はリリースすることができる（Ｔ＝２参照）。すなわち、前記充電モニタ１１４は前記入出力ライン１４０をリリース状態に切り替えることができる。前記リリース状態の間、前記充電モニタ１１４（又は任意の他の適当な部品）は前記サーミスタＲ_Ｔに関連する電圧を読み込み、前記バッテリ１１０の温度を判定することができる。前記サーミスタＲ_Ｔに関連するこの電圧は、高及び低状態の間のいずれかの値を有することができる。続いて、前記充電モニタ１１４は前記入出力ライン１４０を高状態に戻すことができる（Ｔ＝３参照）。

図４のグラフに示されるように、この動作は任意の適切な回数繰り返すことができる。このプロセスを繰り返すことは、前記バッテリが前記充電電流を受け取っているとき、前記バッテリ１１０の温度を前記充電モニタ１１４が監視することを可能にする。更に、前記電子機器１１８の前記プロセッサ１２４は前記バッテリ１１０の適切な充電とＢ_＋入力（図２）への前記サーミスタＲ_Ｔ線の不慮のショートとを区別することができる。

図２及び図５を参照すると、この切り替えプロセスの別の例が説明される。ここでは、前記充電電流はすでに所定の電流閾値に達していることができる。そのようなものとして、前記入出力ライン１４０、例えば前記サーミスタＲ_Ｔに関連した入出力ライン１４０は、低状態になり得る（Ｔ＝０参照）。前記充電モニタ１１４は前記入出力ラインをリリースすることができ、前記充電モニタ１１４は前記バッテリ１１０の温度を判定することができる（Ｔ＝１参照）。次に、前記充電モニタは前記入出力ライン１４０を高状態にして、ある期間その状態を保つ（Ｔ＝２参照）。前記充電モニタ１１４は次に入出力ライン１４０を低状態に戻す（Ｔ＝３参照）。図４に関して説明したステップと同様に、この動作は繰り返されて、前記充電モニタ１１４が前記バッテリ１１０の前記温度を判定することを可能にする。同様にして、前記電子機器１１８の前記プロセッサ１２４は、前記バッテリ１１０の本来の充電と、前記サーミスタＲ_Ｔラインとグランドとの不慮のショートとを区別することができる。

しかし、前記充電モニタ１１４が前記バッテリ１１０の温度を監視し続けることを支援するために、他の技術が利用され得ることは理解される。更に、他のプロセスは、前記プロセッサ１２４が偶然のショートと区別することを支援するために採用される可能性がある。

加えて、本発明の好ましい実施形態が説明され記載されてきたが、本発明が制限されないことは明らかであろう。数々の改良、変更、変化、置き換え及び均等物を、添付した請求項によって定義された本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、当業者は気付くであろう。

本発明の構成に従うバッテリを充填するためのシステムを示す図。 本発明に従う図１のシステムのより詳細な説明を示す図。 本発明の構成に従うバッテリを充電するための方法を説明する図。 本発明の構成に従う入出力ライン上の信号のグラフ。 本発明の構成に従う入出力ライン上の異なる信号のグラフ。

Claims (11)

1. 電子機器に接続されたバッテリを充電する方法であって、
   第１の充電器から前記バッテリに含まれる第１の充電回路を介して、電力を電子デバイスに供給する前記バッテリに充電電流を供給する段階と、
   前記バッテリへの充電電流を検出する段階と、
   前記バッテリが前記充電電流を受け取っているとき、前記バッテリの少なくとも一つのパラメータを示すようにバッテリから前記電子機器へ選択的に信号を送る段階と、
   前記電子機器へ選択的に信号を送る段階に応答して、充電電流が他の充電器から前記電子デバイスに給電される場合に、前記電子機器に含まれ、且つ前記バッテリへの充電電流を検出することができる第２の充電回路をディスエーブルする段階とを備える、方法。
2. 前記第１の充電回路からの前記充電電流が無線充電器から供給される、請求項１に記載の方法。
3. 前記パラメータは、前記バッテリの充電状態及び前記第１の充電回路からの前記充電電流が所定の電流閾値に達したかどうかのうちの少なくとも一方である、請求項１に記載の方法。
4. 前記バッテリは前記電子機器に入出力ラインを通じて信号を送り、前記入出力ラインは既存の読み込み導体である、請求項１に記載の方法。
5. 前記電子機器の充電インジケータを更新する段階を更に備える、請求項１に記載の方法。
6. 選択的に信号を送る前記段階は、該信号を送る段階の間、前記入出力ラインを高状態、低状態、リリース状態の間で切り替える段階を含む、請求項４に記載の方法。
7. 電子機器と、
   第１の充電器と、
   前記電子機器に電力を供給し、第１の充電回路を含むバッテリであって、前記第１の充電器が前記第１の充電回路を介して充電電流を前記バッテリに供給し、前記バッテリは、充電電流を検出し、前記バッテリが前記充電電流を受け取っているとき、前記バッテリの少なくとも一つのパラメータを示す信号を前記電子機器に選択的に送る充電モニタを含み、前記電子機器は、第２の充電回路を含み、前記バッテリのパラメータを示す前記信号に応答して、充電電流が他の充電器から前記電子デバイスに給電される場合に、前記バッテリへの充電電流を検出することができる前記第２の充電回路をディスエーブルするように構成される、前記バッテリと、
   を備える、バッテリを充電するためのシステム。
8. 前記充電器が無線充電器であり、前記充電モニタがプロセッサである、請求項７に記載のシステム。
9. 前記パラメータは前記バッテリの充電状態及び前記第１の充電回路からの前記充電電流が所定の電流閾値に達したかどうかのうちの少なくとも一方である、請求項７に記載のシステム。
10. 前記バッテリと前記電子機器との間に入出力ラインを更に備え、前記充電モニタは前記電子機器に入出力ラインを通じて信号を送り、前記入出力ラインは既存の読み込み導体である、請求項７に記載のシステム。
11. 前記充電モニタが前記電子機器へ選択的に信号を送るとき、該充電モニタが前記入出力ラインを高状態、低状態、リリース状態の間で切り替える、請求項１０に記載のシステム。

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