KR100564255B1 - 무접점 충전 배터리팩, 이 배터리팩들간의 무선 충전 방법및 그 시스템 - Google Patents

무접점 충전 배터리팩, 이 배터리팩들간의 무선 충전 방법및 그 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자신의 휴대 단말기가 방전되었을 때 상용 전원이 없는 상황에서 다른 휴대 단말기를 사용하여 자신의 배터리를 충전할 수 있도록 하기 위한 것으로, 비정질 금속으로 된 평판코어 및 상기 평판코어에 수직, 수평방향으로 교차 권선된 두 개의 2차측 코일로 구성된 충전 리시버 모듈과, 입력단은 상기 충전 리시버 모듈을 구성하는 2차측 코일 중 하나에 결합되고, 출력단은 배터리에 결합되어 상기 배터리의 상태를 검출하여 충·방전 여부를 제어하는 충전제어 기능을 갖는 충전용 보호회로 모듈과, 입력단은 스위치를 통해 상기 충전용 보호회로 모듈에 결합되어 상기 충전용 보호회로 모듈의 제어에 따라 온오프되고, 출력단은 상기 충전 리시버 모듈을 구성하는 2차측 코일 중 다른 하나에 결합되는 동시충전 모듈 등이 구비되는 무접점 충전 배터리팩, 이 배터리팩들간의 무선 충전 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
배터리팩간 충전, 무접점 충전, 동시 무선 충전, 충전 리시버 모듈

Description

무접점 충전 배터리팩, 이 배터리팩들간의 무선 충전 방법 및 그 시스템{NON-CONTACT CHARGING BATTERY PACK, WIRELESS CHARGING METHOD OF THESE BATTERY PACKS AND SYSTEM USING IT}
도 1은 본 발명에 따른 무선 충전 시스템의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 무선 충전 시스템의 상세 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 동시충전 모듈의 구성도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 휴대 단말기간 무선 충전 방법을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 무선 충전 방법의 흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100: 제1 배터리팩 100': 제2 배터리팩
110: 충전 리시버 모듈 120: 충전용 보호회로 모듈
121: 정류회로 122: 충전제어회로
123: 퓨얼 게이지 124: 보호회로
130: 동시충전 모듈 131: 레귤레이터(Regulator)
132: 클럭 제너레이터(Clock Generator)
132a: 클럭 생성부 130b: 드라이버 제어부
133: 공진형 컨버터
140: 알에프아이디 태그(RFID Tag; Radio Frequency Identification Tag)
150: 전자파 프로텍터 BAT: 배터리(Battery)
TA: 태그 안테나(Tag Antenna) Scoil1, Scoil2: 2차측 코일
200: 무선 충전용 패드 210: AC/DC변환회로
210': 플라이백 컨버터 220, 220': 드라이브 회로
230, 230': 인덕티브 커플러(Inductive Coupler)
240: 컨트롤러 250: 전자파 필터(EMI Filter)
RA: 리더 안테나(Reader Antenna) Pcoil1, Pcoil2: 1차측 코일
본 발명은 무접점 충전 배터리팩, 이 배터리팩들간의 무선 충전 방법 및 그 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자신의 휴대 단말기가 방전되었을 때 상용 전원이 없는 상황에서 다른 휴대 단말기를 사용하여 자신의 배터리를 충전할 수 있도록 하기 위한 무접점 충전 배터리팩, 이 배터리팩들간의 무선 충전 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
최근, 통신 및 정보 처리 기술이 발달됨에 따라 휴대폰 등과 같이 휴대하기 편리한 휴대 단말기들의 사용이 점차적으로 증가되고 있으며, 기술의 발달에 따라 성능이 향상된 새로운 모델의 단말기가 계속적으로 보급되는 추세이다. 이러한 휴대 단말기의 충전에는 접촉형 충전 방식이나 접촉 단자가 외부로 노출됨에 따른 접촉형 충전 방식의 문제점을 해결하기 위하여 전기적 접촉 없이 자기 결합을 이용하여 배터리를 충전하는 무접점 충전 방식이 사용되고 있다.
무접점 충전기에 해당하는 기술로는 선출원 공개된 공개특허공보 제2002-0035242호 '유도 결합에 의한 휴대 이동 장치용 축전지의 비접촉식충전 장치'와 같이 자성체 코어를 이용하여 배터리팩과 충전 장치 사이에 무선통신에 의하여 충전하는 방식, 선출원 공개된 공개특허공보 제2002-0057469호 '코어 없는 초박형 프린트회로기판 변압기 및 그 프린트회로기판 변압기를 이용한 무접점 배터리 충전기'와 같이 권선을 프린트회로기판(PCB : Printed Circuit Board)에 형성한 변압기를 사용하여 자성체 코어의 문제점을 해결하는 방식 등이 제안된 바 있다.
본 출원인은 선출원된 "멀티 충전이 가능한 무접점 배터리 충전 시스템 및 그 코어 블록의 설계 방법"(출원번호 제2004-21335호) 등을 통해, 무접점 충전기의 기능을 수행하는 무선 충전용 패드를 구성하고, 무선 충전용 패드에 휴대 단말기의 배터리팩을 올려 놓아 무접점으로 충전되도록 하는 기술을 제안한 바 있다.
그러나, 종래 기술은 휴대 단말기를 충전하기 위한 무접점 충전기가 구비되지 않거나, 무접점 충전기를 구동하기 위한 상용 전원을 구할 수 없는 공간적인 제 약상황에서는 배터리를 충전할 수 없다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 자신의 휴대 단말기가 방전되었을 때 상용 전원이 없는 상황에서 다른 사람의 휴대 단말기를 사용하여 자신의 배터리를 충전할 수 있도록 하는 무접점 충전 배터리팩, 이 배터리팩들간의 무선 충전 방법 및 그 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무접점 충전 배터리팩은, 휴대 단말기에 장착되는 배터리팩에 있어서, 코발트 계열의 비정질 금속으로 된 평판코어 및 상기 평판코어에 수직 및 수평방향으로 교차 권선된 두 개의 2차측 코일(Scoil1, Scoil2)로 구성된 충전 리시버 모듈(110)과, 입력단은 상기 충전 리시버 모듈(110)을 구성하는 2차측 코일 중 하나의 코일(Scoil1)에 결합되고, 출력단은 배터리(BAT)에 결합되어 상기 배터리(BAT)의 상태를 검출하여 충·방전 여부를 제어하는 충전제어 기능을 갖는 충전용 보호회로 모듈(120)과, 상기 충전용 보호회로 모듈(120)의 제어에 따라 충전되는 상기 배터리(BAT)와, 입력단은 스위치(SW1)를 통해 상기 충전용 보호회로 모듈(120)에 결합되어 상기 충전용 보호회로 모듈(120)의 제어에 따라 온오프되고, 출력단은 상기 충전 리시버 모듈(110) 을 구성하는 2차측 코일 중 다른 하나의 코일(Scoil2)에 결합되어, 스위치(SW1)가 닫힘에 따라 공급되는 배터리전압(VBAT)을 일정한 공진주파수대로 스위칭하여 근접된 다른 배터리팩이 코일(Scoil2)과 동일한 권선방향이 되도록 접근했을 때 다른 배터리팩 내 코일로 전력을 전달하는 동시충전 모듈(130)을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 무접점 충전 배터리팩들간의 무선 충전 시스템은, 충전된 상태에서 내장된 스위치(SW1)가 닫힘에 따라 상기 제1 배터리팩(100)으로 전력을 유도하는 제1 배터리팩(100) 및 완전 방전된 상태로 상기 제1 배터리팩(100)에 근접되어 상기 제1 배터리팩(100)으로부터 유도된 전력에 의해 무선 충전되는 제2 배터리팩(100')으로 이루어지되, 상기 제1 배터리팩(100) 및 상기 제2 배터리팩(100')은 코발트 계열의 비정질 금속으로 된 평판코어 및 상기 평판코어에 수직 및 수평방향으로 교차 권선된 두 개의 2차측 코일(Scoil1, Scoil2)로 구성된 충전 리시버 모듈(110)과, 입력단은 상기 충전 리시버 모듈(110)을 구성하는 2차측 코일 중 하나(Scoil1)에 결합되고, 출력단은 배터리(BAT)에 결합되어 상기 배터리(BAT)의 상태를 검출하여 충·방전 여부를 제어하는 충전제어 기능을 갖는 충전용 보호회로 모듈(120)과, 상기 충전용 보호회로 모듈(120)의 제어에 따라 충전되는 배터리(BAT)를 공통적으로 구비하고, 상기 제1 배터리팩(100)에는 입력단은 상기 스위치(SW1)를 통해 상기 충전용 보호회로 모듈(120)에 결합되어 상기 충전용 보호회로 모듈(120)의 제어에 따라 온오프되고, 출력단은 상기 충전 리시버 모듈(110) 을 구성하는 2차측 코일 중 다른 하나(Scoil2)에 결합되어, 상기 스위치(SW1)가 닫힘에 따라 전달되는 배터리전압(VBAT)을 일정한 공진주파수대로 스위칭하여 상기 제2 배터리팩(100')이 코일(Scoil2)과 동일한 권선방향이 되도록 접근했을 때 상기 제2 배터리팩(100')의 코일에 전력을 전달하는 동시충전 모듈(130)이 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 무접점 충전 배터리팩들간의 무선 충전 방법은, 제1 배터리팩(100)이 소정 용량만큼 충전된 상태에서, 상기 제1 배터리팩(100) 내부의 충전용 보호회로 모듈(120)과 동시충전 모듈(130)을 연결하는 스위치(SW1)가 온(On) 되어 상기 동시충전 모듈(130)로 배터리전압(VBAT)이 공급되는 단계(S120)와, 배터리전압(VBAT)이 승압(Boost)되는 단계(S130)와, 승압된 전압에 의해 일정하게 발생된 클럭에 따라 공진주파수대를 갖는 정현파 전류가 생성되는 단계(S140)와, 상기 제1 배터리팩(100)과 근접된 제2 배터리팩(100')이 동일한 권선 방향으로 일치됨에 따라, 상기 제1 배터리팩(100)으로부터 상기 제2 배터리팩(100')으로 유도기전력이 공급되어 상기 제2 배터리팩(100')이 소정 용량만큼 충전되는 단계(S150)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하에서 상기한 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 충전 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1의 무선 충전 시스템은 무접점 충전기를 이용한 배터리팩의 충전과 배터리팩과 배터리팩간의 충전이 동시에 가능하도록 구성된 것이다. 무선 충전용 패드(200)는 무접점 충전기로서 동작하고, 제1 배터리팩(100)은 무선 충전용 패드(200)를 통해 유기된 전력을 공급받아 충전되고, 제2 배터리팩(100')은 제1 배터리팩(100)에 의하여 무선 충전된다. 무선 충전용 패드(200)와 제1 배터리팩(100) 사이에는 분리형 트랜스포머를 구성하여 무선 충전용 패드(200) 내에는 1차측 트랜스포머가, 제1 배터리팩(100)이나 제2 배터리팩(100')내에는 2차측 트랜스포머가 각각 구비되도록 한다. 제1 배터리팩(100) 및 제2 배터리팩(100')은 기본적으로 휴대 단말기에 장착되어 전원을 공급하는 동일한 장치로, 배터리팩간 무선 충전을 설명하기 위하여 임의로 제1 배터리팩(100) 및 제2 배터리팩(100')으로 구분한 것일 뿐이므로, 이하에서는, 제1 배터리팩(100) 및 제2 배터리팩(100')의 구분이 불필요한 경우에는 배터리팩으로 총칭한다.
배터리팩은 트랜스포머 2차측이 되는 충전 리시버 모듈(110), 퓨얼 게이지(fuel gauge) 기능과 충전 기능을 가진 충전용 보호회로 모듈(120) 및 배터리(BAT), 배터리(BAT)의 제품명, 시리얼번호(serial number), 사용자 인식번호(예를들면, 개인 전화번호), 배터리잔량, 사이클횟수, 용량 등의 배터리정보 및 충전 상태정보를 무선 데이터로 송수신하기 위한 알에프아이디 태그(140) 및 태그 안테나(TA), 배터리(BAT)와 충전 리시버 모듈(110) 사이를 자기적으로 차단시켜 주어 무선 충전용 패드(200)와의 유도결합에 영향을 미치지 않도록 하는 비정질금속(Amorphous metal) 계열의 차단제인 전자파 프로텍터(150) 등으로 구성된다.
충전 리시버 모듈(110)은 코발트(Co), 철(Fe), 니켈(Ni), 붕소(B), 규소(Si) 등 코발트 계열의 비정질 금속(Amorphous metal)을 다수 겹으로 적층시킨 얇은 시트(sheet) 또는 박막(film) 형태의 평판코어에 수직 및 수평방향의 코일을 권선한 것으로 배터리팩에 구비되어 트랜스포머 2차측의 역할을 수행한다. 비정질금속 계통의 소재로 제작된 평판코어는 높은 투자율(>80,000)과 깨지지 않는 성질을 가진다.
충전 리시버 모듈(110)이 구비된 배터리팩은 무선 충전용 패드(200) 위에 올려 놓아 양자가 평행하게 수직 방향으로 일정 거리 이격되도록 배치되도록 한 후 충전한다. 무선 충전용 패드(200)와 충전 리시버 모듈(110)을 평행하게 수직 방향으로 일정한 이격 거리가 되도록 배치하면 무선 충전용 패드(200) 내부의 트랜스포머 1차측과 배터리팩에 내장된 충전 리시버 모듈(110)이 자기적으로 결합되어 무접점 충전을 수행한다.
배터리팩에는 유도기전력은 그대로 통과시키면서 충전으로 인해 내부에서 생성되는 열을 방출하는 발열 작용을 수행하도록 쿨 폴리머(cool polymer) 소재로 제조되어, 각 구성요소들을 상호 결합하여 조립된 구조물의 외곽을 전체적으로 감싸 도록 된 배터리 케이스가 추가로 구비될 수 있다.
비정질 금속 계열의 자성재 소재로 이루어지는 전자파 프로텍터(150)는 배터리(BAT)와 충전 리시버 모듈(110) 사이를 자기적으로 차단시켜 자기장에서 무선 신호와 유도기전력에 의한 주파수 간섭을 없애주며, 일반적으로 금속재질인 배터리(BAT)의 케이스로 인하여 자기장에서 유도가열에 의한 배터리(BAT)의 온도 상승이 일어나는 것을 최소화시키는 역할을 한다.
무선 충전용 패드(200)는 무접점 충전기로서 동작하여 무선 충전용 패드(200) 위에 올려진 배터리팩에 무접점으로 전력을 공급해 충전시킨다. 무선 충전용 패드(200)에는 코발트 계열 또는 페라이트 재질의 평판코어를 다수 개 붙인 패드코어 상에 수직 및 수평방향으로 코일을 권선하여 구성한 트랜스포머 1차측이 내장된다.
무선 충전용 패드(200)는 직류 입력을 가지는 다양한 포트를 가짐으로써 다양한 형태의 외부 전원[예를 들어, 교류 어댑터의 출력, 컴퓨터의 USB 포트 또는 자동차의 시거잭]과 연결되어 사용될 수 있다. 또한, 내부에 구비된 코일의 스위칭 패턴을 발생시키고 무선 충전용 패드(200) 위에 올려 놓는 디바이스를 검출하며 절전 모드를 제어한다. 무선 충전용 패드(200)에는 코일이 다양한 패턴으로 권취되어 내장되어 있어 10kHz 이상의 스위칭을 통하여 쇄교된 자속이 충전 리시버 모듈(110) 측으로 유기되도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 무선 충전 시스템의 상세 구성도이다.
도시된 바와 같이, 1차측의 무선 충전용 패드(200)와 2차측의 충전 리시버 모듈(110)이 내장된 제1 배터리팩(100)이 자기적으로 결합되어 무접점 충전되고, 제1 배터리팩(100)에 근접된 제2 배터리팩(100')이 제1 배터리팩(100)에 의하여 무선 충전된다. 제1 배터리팩(100)에는 두 개의 2차측 코일(Scoil1, Scoil2)이 내장되는데, 하나의 코일(Scoil1)은 무선 충전용 패드(200)로부터 유도기전력을 전달받는 용도로 사용되고, 또 다른 코일(Scoil2)은 배터리전압(VBAT)을 일정한 공진주파수대로 스위칭하여 제2 배터리팩(100')에 내장된 코일이 코일(Scoil2)과 동일한 권선방향이 되도록 접근했을 때 제2 배터리팩(100') 내 코일로 전력을 전달하여 제2 배터리팩(100')에서 동시에 충전이 가능하도록 구성된다.
1차측 무선 충전용 패드(200)에는 전원입력단, 2차측으로부터 전송되는 배터리정보를 인식하기 위한 컨트롤러(240)와, 두 개의 반파 직·병렬형 공진형 컨버터(Half-bridge serial-parallel resonant converter)로 구성되어, 각각 두 개의 1차측 코일(Pcoil1, Pcoil2)을 제어하는 제어신호를 생성하여 자기장을 발생시키는 드라이브 회로(220, 200'), 드라이버 회로(220, 220')에 의하여 스위칭되어 2차측으로 유도기전력을 발생시키는 1차측 코일(Pcoil1, Pcoil2), 전원입력단에 결합되어 입력된 AC 전원의 전자파를 차단하는 전자파 필터(250), 전자파가 차단된 AC 전원을 전자파 필터(250)에서 공급받아 DC로 정류하는 AC/DC변환회로(210), AC/DC변환회로(210) 및 컨트롤러(240)에 결합되어 내장된 트랜지스터가 온 상태인 동안 전력을 축적하고 오프 되는 순간에 축적된 전력을 컨트롤러(240)로 전달하여 드라이브 회로(220, 220')가 구동되도록 하는 플라이백 컨버터(210') 등이 구성된다.
제1 배터리팩(100)은 2차측 트랜스포머로 동작하는 충전 리시버 모듈(110), 배터리(BAT)의 상태를 검출하여 충·방전 여부를 제어하는 충전제어 기능을 갖는 충전용 보호회로 모듈(120), 충전용 보호회로 모듈(120)의 제어에 따라 충전되는 배터리(BAT), 동시충전 모듈(130)을 구비한다.
충전용 보호회로 모듈(120)의 입력단은 충전 리시버 모듈(110)을 구성하는 2차측 코일 중 하나의 코일(Scoil1)에 결합되어 충전제어 기능을 수행한다. 또한, 충전용 보호회로 모듈(120)은 배터리(BAT)의 충전상태를 주기적으로 모니터링하여 생성한 충전상태정보를 알에프아이디 태그(140)에 기록하고, 알에프아이디 태그(140)의 온오프제어에 따라 충전 리시버 모듈(110)에 유도된 전력을 배터리(BAT)로 공급 또는 차단하는 퓨얼 게이지 기능을 추가로 수행하도록 구성될 수 있다. 이때, 충전용 보호회로 모듈(120)에 결합되는 알에프아이디 태그(140)를 통해 배터리(BAT)에 대한 배터리정보를 저장함과 동시에 충전상태정보를 주기적으로 기록한다. 알에프아이디 태그(140)는 태그 안테나(TA)를 통해 알에프 캐리어 신호가 전송되면 그 응답으로 배터리(BAT)의 배터리정보 및 충전상태정보를 포함하여 알에프 데이터를 생성 및 변조하여 변조된 알에프 데이터를 무선 전송한다.
알에프아이디 태그(130)는 무선 충전용 패드(200)로부터 무선 수신된 알에프 캐리어 신호로부터 클럭을 추출하는 클럭 추출부(141), 클럭 추출부(141)로부터 추출된 데이터의 나열순서를 검사하여 데이터 인코더(143)로 제어신호를 전달하는 시 퀀서(142), 시퀀서(142)로부터 제어신호가 전달되면 태그(145)로부터 배터리(BAT)의 배터리정보 및 충전상태정보를 수신하여 암호화한 후 데이터 모듈레이터(146)로 전송하는 데이터 인코더(143), 데이터 인코더(143)로부터 수신된 데이터를 변조하여 변조된 알에프 데이터를 생성한 후 무선 충전용 패드(200)로 무선 전송하는 데이터 모듈레이터(146), 배터리(BAT)의 배터리정보 및 충전상태정보가 기록되는 메모리 영역이 할당된 태그(414)를 제어하는 메인프로세서(144), 메인프로세서(144)의 명령에 따라 메모리 영역에 저장된 배터리(BAT)의 배터리정보 및 충전상태정보에 대한 읽기/쓰기를 수행하고, 읽어들인 데이터를 데이터 인코더(143)로 전송하며, 태그 안테나(TA)를 제어하는 태그(145) 등으로 구현할 수 있다.
배터리(BAT)의 배터리정보 및 충전상태정보는 태그 안테나(TA)의 전송단자(TX)를 통해 LF(125㎑ 대역, low frequency, 장파), HF(13.56㎒ 대역, high frequency, 단파) 또는 UHF(900㎒ 또는 2.4㎓ 대역, ultra high frequency, 극초단파) 중 하나의 대역에 속하는 캐리어 주파수를 이용한 표준 통신 프로토콜에 의하여 무선으로 송수신되는 데이터이다.
동시충전 모듈(130)의 입력단은 스위치(SW1)를 통해 충전용 보호회로 모듈(120)에 결합되어 충전용 보호회로 모듈(120)의 제어에 따라 온오프되고, 출력단은 충전 리시버 모듈(110)을 구성하는 2차측 코일 중 다른 하나의 코일(Scoil2)에 결합되어, 스위치(SW1)가 닫힘에 따라 공급되는 배터리전압(VBAT)을 일정한 공진주파수대로 스위칭하여 근접된 제2 배터리팩(100')이 코일(Scoil2)과 동일한 권선 방향이 되도록 접근했을 때 제2 배터리팩(100') 내 코일로 전력을 전달한다.
동시충전 모듈(130)은, 충전 리시버 모듈(110)에 권선된 두 개의 2차측 코일(Scoil1, Scoil2) 중 하나를 이용하여 배터리팩 내에서 배터리전압(VBAT)을 승압(Boost)하는 레귤레이터(131), 레귤레이터(131)의 출력단에 결합되어 일정하게 클럭을 발생시켜 공진형 컨버터(133)를 제어하는 클럭 제너레이터(132), 클럭 제너레이터(132)의 출력신호에 따라 공진주파수대를 갖는 정현파 전류를 생성하여 직렬 공진을 발생시키는 공진형 컨버터(133) 등으로 구성되어 근접된 제2 배터리팩(100')에 내장된 코일이 제1 배터리팩(100') 내 2차측 코일(Scoil1, Scoil2) 중 하나와 동일한 권선 방향으로 일치되었을 때 충전이 가능하도록 구성된다.
제1 배터리팩(100)에 내장된 두 개의 2차측 코일(Scoil1, Scoil2) 중 하나의 코일(Scoil1)은 인덕터(
Figure 112004030904789-pat00001
,
Figure 112004030904789-pat00002
)를 각각 구비한 무선 충전용 패드(200)의 1차측 코일(Pcoil1, Pcoil2)과 자기 결합되어 무선 충전용 패드(200)로부터 제1 배터리팩(100) 측으로 전력을 전달하는 인덕티브 커플러(230)를 형성하고, 다른 하나의 코일(Scoil)은 근접되어 있는 제2 배터리팩(100')에 내장된 코일 중 하나와 자기 결합되어 제1 배터리팩(100)으로부터 제2 배터리팩(100')으로 전력을 전달하는 인덕티브 커플러(230')를 형성하도록 구성된다.
제2 배터리팩(100')의 구성은 제1 배터리팩(100)의 구성과 기본적으로 동일하다. 단, 소정 용량만큼 충전된 상태에서 제2 배터리팩(100')으로 전력을 공급하 는 측이 되는 제1 배터리팩(100)에는 동시충전 모듈(130)이 반드시 구비되어 있어야 하나, 전력을 공급받는 측이 되는 제2 배터리팩(100')에는 충전 리시버 모듈(110)이 구비되어 있으면 전력이 유기될 수 있음은 당연하다.
도 3은 본 발명에 따른 동시충전 모듈의 구성도이다.
도 3에서는, 레귤레이터(131)를 통해 충전 리시버 모듈(110)에 권선된 두 개의 2차측 코일(Scoil1, Scoil2) 중 하나를 이용하여 배터리팩에서 배터리전압(VBAT)을 승압(Boost)하고, 일정하게 클럭을 발생시키는 클럭 제너레이터(132)와 직렬 공진을 발생시킬 수 있는 간이식 공진형 컨버터(133)를 구동하여 정현파 전류를 발생시켜 또 다른 배터리팩을 동일한 권선의 방향으로 일치시켰을 때 충전이 가능하도록 한 회로구성을 나타내고 있다. 동시충전 모듈(130)의 입력단은 스위치(SW1)를 통해 충전용 보호회로 모듈(120)에 결합되어 충전용 보호회로 모듈(120)의 제어에 따라 온오프되도록 구성되고, 출력단은 2차측 코일(Scoil1, Scoil2) 각각에 결합된다. 클럭 제너레이터(132)는 레귤레이터(131) 출력단에 결합되어 일정하게 클럭을 발생시키는 클럭 생성부(132a)와, 클럭 생성부(132a)의 클럭에 따라 공진형 컨버터(133)를 제어하는 드라이버 제어부(132b)로 구성할 수 있다.
도 3의 동시충전 모듈(130)을 이용하면, 자신의 휴대 단말기가 방전되었을 때 상용 전원이 없는 제약상황에서 다른 사람의 휴대 단말기를 사용하여 자신의 배터리를 충전할 수 있어 유용하게 활용될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 충전 리시버 모듈이 내장된 휴대 단말기간 무선 충전 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 배터리팩이 장착된 휴대 단말기와 다른 배터리팩이 장착된 휴대 단말기간 무선 충전 방법에 있어 충전전 게이지(gauge) 상태를 나타낸 것이고, 도 4b는 충전후 게이지 상태를 나타낸 것이다. 도 4a 및 도 4b의 휴대 단말기에 장착되는 배터리팩에는 두 개의 2차측 코일(Scoil1, Scoil2)이 수직 및 수평방향으로 교차 권선된 충전 리시버 모듈(110)이 각각 구비되고, 다른 배터리팩으로 전력을 전달하는 측이 되는 휴대 단말기에는 동시충전 모듈(130)이 내장된 배터리팩이 장착된다.
도 4a에서 배터리(BAT)가 만충된 휴대 단말기와 완전 방전된 휴대 단말기를 근접시켰을 때, 시간이 지나면 도 4b와 같이 두 대의 휴대 단말기의 배터리(BAT) 게이지가 평균이 되어 있는 것을 알 수 있다. 이것은 만충된 배터리(BAT)의 전력이 다른 쪽으로 전달되어 충전이 되었기 때문이다.
도 4a 및 도 4b에서는 만충된 휴대 단말기의 배터리팩이 전력을 공급하는 경우를 도시하고 있으나, 제1 배터리팩(100)이 되는 측은 소정 용량만큼 충전되어 있으면 충분하고, 반드시 만충된 상태로 한정하는 것은 아니다.
도 5는 본 발명에 따른 무선 충전 방법의 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 무선 충전 방법은 무선 충전용 패드(200) 로부터 제1 배터리팩(100)에 내장된 2차측 코일(Scoil1, Scoil2) 중 하나에 유도기전력이 공급되는 단계(S100)와, 유도기전력에 의해 제1 배터리팩(100)에 내장된 배터리(BAT)가 충전됨과 동시에, 내부의 충전용 보호회로 모듈(120)을 통해 배터리(BAT)의 충전상태가 주기적으로 검사되는 단계(S110)와, 배터리(BAT)가 소정 용량만큼 충전된 상태에서, 내부의 충전용 보호회로 모듈(120)과 동시충전 모듈(130)을 연결하는 스위치가 온(On) 되어 동시충전 모듈(130)로 배터리전압(VBAT)이 공급되는 단계(S120)와, 배터리전압(VBAT)이 승압(Boost)되는 단계(S130)와, 승압된 전압에 의해 일정하게 발생된 클럭에 따라 공진주파수대를 갖는 정현파 전류가 생성되는 단계(S140)와, 제1 배터리팩(100)과 근접된 제2 배터리팩(100')이 동일한 권선 방향으로 일치됨에 따라, 제1 배터리팩(100)으로부터 제2 배터리팩(100')으로 유도기전력이 공급되어 제2 배터리팩(100')이 소정 용량만큼 충전되는 단계(S150)를 포함하여 이루어진다.
도 5에서는, 제1 배터리팩(100)이 무선 충전용 패드(200)에 의하여 무접점 충전 중인 상태에서 제2 배터리팩(100')을 무선 충전하는 경우를 도시하고 있으나, 제1 배터리팩(100)이 소정 용량만큼 충전된 상태에서라면 자체적인 내부 게이지를 이용해 근접된 제2 배터리팩(100')을 무선 충전할 수도 있다(도 4a 및 도 4b 참조). 이러한 경우, 단계 S100 내지 단계 S110는 생략 가능하다.
상기 본 발명은 당업자의 요구에 따라 기본 개념을 벗어나지 않는 범위 내에 서 다양한 변형이 가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 자신의 휴대 단말기가 방전되었을 때 상용 전원이 없는 상황에서 다른 사람의 휴대 단말기를 사용하여 자신의 배터리를 충전할 수 있도록 하는 무접점 충전 배터리팩, 이 배터리팩들간의 무선 충전 방법 및 그 시스템이 제공된다.

Claims (11)

  1. 휴대 단말기에 장착되는 배터리팩에 있어서,
    코발트 계열의 비정질 금속으로 된 평판코어 및 상기 평판코어에 수직 및 수평방향으로 교차 권선된 두 개의 2차측 코일(Scoil1, Scoil2)로 구성된 충전 리시버 모듈(110); 입력단은 상기 충전 리시버 모듈(110)을 구성하는 2차측 코일 중 하나의 코일(Scoil1)에 결합되고, 출력단은 배터리(BAT)에 결합되어 상기 배터리(BAT)의 상태를 검출하여 충·방전 여부를 제어하는 충전제어 기능을 갖는 충전용 보호회로 모듈(120); 상기 충전용 보호회로 모듈(120)의 제어에 따라 충전되는 상기 배터리(BAT); 입력단은 스위치(SW1)를 통해 상기 충전용 보호회로 모듈(120)에 결합되어 상기 충전용 보호회로 모듈(120)의 제어에 따라 온오프되고, 출력단은 상기 충전 리시버 모듈(110)을 구성하는 2차측 코일 중 다른 하나의 코일(Scoil2)에 결합되어, 스위치(SW1)가 닫힘에 따라 공급되는 배터리전압(VBAT)을 일정한 공진주파수대로 스위칭하여 근접된 다른 배터리팩이 코일(Scoil2)과 동일한 권선방향이 되도록 접근했을 때 다른 배터리팩 내 코일로 전력을 전달하는 동시충전 모듈(130);을 구비하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 배터리팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동시충전 모듈(130)은,
    상기 충전 리시버 모듈(110)에 권선된 두 개의 2차측 코일(Scoil1, Scoil2) 중 하나를 이용하여 배터리팩 내에서 배터리전압(VBAT)을 승압(Boost)하는 레귤레이터(131); 상기 레귤레이터(131)의 출력단에 결합되어 일정하게 클럭을 발생시켜 공진형 컨버터(133)를 제어하는 클럭 제너레이터(132); 상기 클럭 제너레이터(132)의 출력신호에 따라 공진주파수대를 갖는 정현파 전류를 생성하여 직렬 공진을 발생시키는 상기 공진형 컨버터(133);를 포함하여 근접된 다른 배터리팩을 동일한 권선 방향으로 일치시켰을 때 충전이 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 배터리팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 클럭 제너레이터(132)는,
    상기 레귤레이터(131) 출력단에 결합되어 일정하게 클럭을 발생시키는 클럭 생성부(132a); 및 상기 클럭 생성부(132a)의 클럭에 따라 상기 공진형 컨버터(133)를 제어하는 드라이버 제어부(132b);로 구성되는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 배터리팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 충전용 보호회로 모듈(120)은 상기 배터리(BAT)의 충전상태를 주기적으로 모니터링하여 생성한 충전상태정보를 알에프아이디 태그(140)에 기록하고, 상기 알에프아이디 태그(140)의 온오프제어에 따라 상기 충전 리시버 모듈(110)에 유도된 전력을 상기 배터리(BAT)로 공급 또는 차단하는 퓨얼 게이지 기능을 추가로 수행하도록 구성되고,
    상기 충전용 보호회로 모듈(120)에 결합되어 상기 배터리(BAT)에 대한 배터리정보가 저장됨과 동시에 충전상태정보가 주기적으로 기록되며, 태그 안테나(TA)를 통해 알에프 캐리어 신호가 전송되면 그 응답으로 상기 배터리(BAT)의 배터리정보 및 충전상태정보를 포함하여 알에프 데이터를 생성 및 변조하여 변조된 알에프 데이터를 무선 전송하는 상기 알에프아이디 태그(140)가 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 배터리팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배터리(BAT)와 상기 충전 리시버 모듈(110) 사이를 자기적으로 차단시켜 자기장에서 무선 신호나 유도기전력에 의한 주파수 간섭 및 유도가열에 의한 상기 배터리(BAT)의 온도 상승을 최소화하는 비정질 금속 계열의 전자파 프로텍터(150)가 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 배터리팩.
  6. 제1항에 있어서,
    유도기전력은 그대로 통과시키면서 충전으로 인해 내부에서 생성되는 열을 방출하는 발열 작용을 수행하도록 쿨 폴리머(cool polymer) 소재로 제조되어, 상기된 구성요소들을 상호 결합하여 조립된 구조물의 외곽을 전체적으로 감싸도록 된 배터리 케이스가 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 배터리팩.
  7. 충전된 상태에서 내장된 스위치(SW1)가 닫힘에 따라 상기 제1 배터리팩(100)으로 전력을 유도하는 제1 배터리팩(100); 및 완전 방전된 상태로 상기 제1 배터리팩(100)에 근접되어 상기 제1 배터리팩(100)으로부터 유도된 전력에 의해 무선 충전되는 제2 배터리팩(100');으로 이루어지되,
    상기 제1 배터리팩(100) 및 상기 제2 배터리팩(100')은 코발트 계열의 비정질 금속으로 된 평판코어 및 상기 평판코어에 수직 및 수평방향으로 교차 권선된 두 개의 2차측 코일(Scoil1, Scoil2)로 구성된 충전 리시버 모듈(110); 입력단은 상기 충전 리시버 모듈(110)을 구성하는 2차측 코일 중 하나(Scoil1)에 결합되고, 출력단은 배터리(BAT)에 결합되어 상기 배터리(BAT)의 상태를 검출하여 충·방전 여부를 제어하는 충전제어 기능을 갖는 충전용 보호회로 모듈(120); 상기 충전용 보호회로 모듈(120)의 제어에 따라 충전되는 배터리(BAT);를 공통적으로 구비하고,
    상기 제1 배터리팩(100)에는 입력단은 상기 스위치(SW1)를 통해 상기 충전용 보호회로 모듈(120)에 결합되어 상기 충전용 보호회로 모듈(120)의 제어에 따라 온오프되고, 출력단은 상기 충전 리시버 모듈(110)을 구성하는 2차측 코일 중 다른 하나(Scoil2)에 결합되어, 상기 스위치(SW1)가 닫힘에 따라 전달되는 배터리전압(VBAT)을 일정한 공진주파수대로 스위칭하여 상기 제2 배터리팩(100')이 코일(Scoil2)과 동일한 권선방향이 되도록 접근했을 때 상기 제2 배터리팩(100')의 코일에 전력을 전달하는 동시충전 모듈(130);이 구비되는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 배터리팩들간의 무선 충전 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    1차측 코일(Pcoil1, Pcoil2)이 내장된 무접점 충전기로서 동작하여 상기 제1배터리팩(100)을 충전시켜 배터리전압(VBAT)을 일정하게 유지시키는 무선 충전용 패드(200);를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 배터리팩들간의 무선 충전 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 배터리팩(100)에 내장된 두 개의 2차측 코일(Scoil1, Scoil2) 중 하나의 코일(Scoil1)은 인덕터(
    Figure 112004030904789-pat00003
    ,
    Figure 112004030904789-pat00004
    )를 각각 구비한 상기 무선 충전용 패드(200)의 1차측 코일(Pcoil1, Pcoil2)과 자기 결합되어 상기 무선 충전용 패드(200)로부터 상기 제1 배터리팩(100) 측으로 전력을 전달하는 인덕티브 커플러(230)를 형성하고, 다른 하나의 코일(Scoil)은 근접되어 있는 상기 제2 배터리팩(100')에 내장된 코일 중 하나와 자기 결합되어 상기 제1 배터리팩(100)으로부터 상기 제2 배터리팩(100')으로 전력을 전달하는 인덕티브 커플러(230')를 형성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 무접점 충전 배터리팩들간의 무선 충전 시스템.
  10. 제1 배터리팩(100)이 소정 용량만큼 충전된 상태에서, 상기 제1 배터리팩(100) 내부의 충전용 보호회로 모듈(120)과 동시충전 모듈(130)을 연결하는 스위치(SW1)가 온(On) 되어 상기 동시충전 모듈(130)로 배터리전압(VBAT)이 공급되는 단계(S120); 배터리전압(VBAT)이 승압(Boost)되는 단계(S130); 승압된 전압에 의해 일정하게 발생된 클럭에 따라 공진주파수대를 갖는 정현파 전류가 생성되는 단계(S140); 상기 제1 배터리팩(100)과 근접된 제2 배터리팩(100')이 동일한 권선 방향으로 일치됨에 따라, 상기 제1 배터리팩(100)으로부터 상기 제2 배터리팩(100')으로 유도기전력이 공급되어 상기 제2 배터리팩(100')이 소정 용량만큼 충전되는 단계(S150);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 배터리팩들간의 무선 충전 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    무선 충전용 패드(200)로부터 상기 제1 배터리팩(100)에 내장된 2차측 코일(Scoil1, Scoil2) 중 하나에 유도기전력이 공급되는 단계(S100); 유도기전력에 의해 상기 제1 배터리팩(100)에 내장된 배터리(BAT)가 충전됨과 동시에, 내부의 상기 충전용 보호회로 모듈(120)을 통해 상기 배터리(BAT)의 충전상태가 주기적으로 검사되는 단계(S110);를 추가로 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 배터리팩들간의 무선 충전 방법.
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