KR100737560B1 - 비접촉식 배터리 충전 장치 - Google Patents

비접촉식 배터리 충전 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 외부 환경에 의한 배터리의 단락 등을 근본적으로 방지하고 경량박형의 구성을 통해 배터리의 충전을 안정적으로 수행할 수 있는 비접촉식 배터리 충전 장치에 관한 것으로서,
본 발명에 따른 비접촉식 배터리 충전 장치는 무선 신호를 송수신하는 RFID 안테나와, 상기 RFID 안테나에 의해 수신된 무선 신호의 파워를 검출하는 RF 검출기와, 상기 RFID 안테나로부터 무선 신호를 전송받아 해당 무선 신호를 직류 전력을 변환시키는 렉테나와, 상기 렉테나로부터 직류 전력을 공급받아 전력을 충전하는 배터리와, 상기 RFID 안테나에 의해 수신된 무선 신호가 상기 배터리로 충전되는 일련의 충전 과정을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
충전, 비접촉식, 렉테나, RFID

Description

비접촉식 배터리 충전 장치{Wireless recharging system}
도 1은 본 발명에 따른 비접촉식 배터리 충전 장치의 블록 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 비접촉식 배터리 충전 장치의 동작을 설명하기 위한 순서도.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
101 : 단말 제어부 102 : RFID 안테나
103 : RF 검출기 104 : 멀티플렉서
105 : RF 신호처리부 106 : 렉테나
107 : DC/DC 컨버터 108 : 충전 제어회로
109 : 배터리 110 : 전원 공급 장치
본 발명은 비접촉식 배터리 충전 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외 부 환경에 의한 배터리의 단락 등을 근본적으로 방지하고 경량박형의 구성을 통해 배터리의 충전을 안정적으로 수행할 수 있는 비접촉식 배터리 충전 장치에 관한 것이다.
통신 산업의 발달 및 이동통신 서비스의 급속한 신장으로 인하여 많은 사람들이 이동통신단말기를 휴대하고 있으며, 사용자들의 다양한 기능 향상 요구에 부응하여 이동 무선 전화통신 기능 이외에 음악 파일의 재생, 무선 인터넷 등의 기능이 이동통신단말기에 부가되고 있다.
한편, 이러한 이동통신단말기의 제반 기능들이 작동되기 위해서는 이동통신단말기에 전원이 공급되어야 한다. 이동통신단말기의 전원은 통상, 단말기 일측에 구비된 충전 가능한 배터리로부터 공급된다. 상기 배터리는 소정의 충전 장치에 장착되어 상기 충전 장치의 일측에 연결되어 있는 전원 공급부로부터 전원을 공급받아 충전될 수 있다. 이러한 충전 방식을 접촉식 충전 방식이라 일컬으며 가장 일반적인 충전 방식이라 할 수 있는데, 배터리의 일측에 전도성 금속 도체가 노출된 상태로 구비되어야 함에 따라 외부의 환경에 의해 단락 등의 위험이 상존한다.
최근에는, 별도의 충전 장치를 거치지 않고 전원 공급부로부터 직접 무선으로 전원을 공급받아 충전하는 이른바, 비접촉식 충전 방법이 제안되고 있다. 비접촉식 충전 방법의 일 예로는 자계 유도를 통한 충전 방법이 있는데, 이는 전원 공급 장치에 고주파 자계를 발생시키고 유도 결합을 통해 배터리를 충전하는 방법이다. 그러나, 이와 같은 자계 유도를 이용한 비접촉식 충전 방법은 전원 공급 장치 및 배터리에 페라이트 코어(ferrite core)가 필수적으로 요구되어 장치적 구성요소 가 복잡해지는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 외부 환경에 의한 배터리의 단락 등을 근본적으로 방지하고 경량박형의 구성을 통해 배터리의 충전을 안정적으로 수행할 수 있는 비접촉식 배터리 충전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비접촉식 배터리 충전 장치는 무선 신호를 송수신하는 RFID 안테나와, 상기 RFID 안테나에 의해 수신된 무선 신호의 파워를 검출하는 RF 검출기와, 상기 RFID 안테나로부터 무선 신호를 전송받아 해당 무선 신호를 직류 전력을 변환시키는 렉테나와, 상기 렉테나로부터 직류 전력을 공급받아 전력을 충전하는 배터리와, 상기 RFID 안테나에 의해 수신된 무선 신호가 상기 배터리로 충전되는 일련의 충전 과정을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 RF 검출기와 렉테나 사이에 멀티플렉서가 더 구비되고, 상기 멀티플렉서의 일단에 RF 신호처리부가 더 구비되어, 상기 제어부는 상기 RF 검출기로부터 전송받아 무선 신호의 파워를 판별하여, 해당 무선 신호의 파워가 버스 카드, 전자화폐 결제 등에 이용되는 통상적인 무선 신호인 경우 해당 무선 신호 가 상기 RF 신호처리부에 전달되도록 상기 멀티플렉서를 스위칭하고, 반면 상기 RF 검출기로부터 입력된 무선 신호의 파워가 통상의 무선 신호보다 높은 충전용 무선 신호인 경우에는 해당 무선 신호가 상기 렉테나로 전달되도록 상기 멀티플렉서를 스위칭한다.
바람직하게는, 상기 렉테나로부터 출력되는 직류 전력의 전압 및 전류를 선택적으로 가변시키는 DC/DC 컨버터를 더 구비된다.
바람직하게는, 상기 제어부의 제어 하에 상기 DC/DC 컨버터에서 상기 배터리로 인가되는 전류를 측정하여 소정 전류 이하인 경우 과충전(overcharge)을 방지하기 위해 배터리로의 전류 공급을 중단시키는 역할을 하는 충전 제어회로가 더 구비된다.
본 발명의 특징에 따르면, 버스 카드, 전자화폐 결제 등의 기능 수행을 위해 단말기 등에 일반적으로 구비되는 RFID 안테나를 이용하여 충전용 무선 신호를 수신하고 이를 렉테나 등을 통해 정류함으로써, 비접촉식 배터리 충전 과정을 안정적으로 수행할 수 있게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 비접촉식 배터리 충전 장치를 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명에 따른 비접촉식 배터리 충전 장치의 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 비접촉식 배터리 충전 장치의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 비접촉식 배터리 충전 장치는 단말 제어부(101), RFID(Radio Frequency Identification) 안테나(102), RF 검출기(103), 멀티플렉서(multiplexor)(104), RF 신호처리부(105), 렉테나(rectenna)(106), DC/DC 컨버터(107), 충전 제어회로(108), 배터리(109) 등의 조합으로 이루어진다.
상기 단말 제어부(101)는 이동통신단말기를 구성하는 제반 구성요소와 소정의 통신연결관계를 맺어 본 발명에 따른 비접촉식 충전 과정을 포함한 이동통신단말기의 전반적인 동작 수행을 제어하는 역할을 수행한다. 상기 RFID 안테나(102)는 외부로부터 입력되는 무선 주파수를 식별하는 역할을 하며 상기 배터리(109)에 장착될 수 있다. 참고로, 상기 RFID 안테나(102)는 버스카드, 전자화폐 등의 기능이 부가된 이동통신단말기 등에 필수적으로 구비되는 것으로서, 상기 RFID 안테나(102)를 통해 단말기 인식을 위한 무선 신호의 송수신이 가능하다. 상기 RF 검출기(103)는 상기 RFID 안테나(102)로부터 전달되는 무선 신호의 파워를 검출하여 상기 단말 제어부(101)로 전송하는 역할을 수행한다.
상기 멀티플렉서(104)는 상기 단말 제어부(101)로부터 소정의 제어 신호를 인가받아 상기 RFID로부터 인가되는 무선 신호를 상기 RF 신호처리부(105) 또는 렉테나(106)로 스위칭(switching)하는 역할을 수행한다. 이 때, 상기 단말 제어부(101)는 상기 RF 검출기(103)로부터 전송받은 무선 신호의 파워를 바탕으로 상기 멀티플렉서(104)로 스위칭 신호를 보내게 되는데 예를 들어, 상기 RF 검출기(103)로부터 입력된 무선 신호의 파워가 통상적인 무선 신호라면 해당 무선 신호가 상기 RF 신호처리부(105)에 전달되도록 상기 멀티플렉서(104)를 스위칭하고, 반면 상기 RF 검출기(103)로부터 입력된 무선 신호의 파워가 통상의 무선 신호 파워보다 높으면 해당 무선 신호가 상기 렉테나(106)로 전달되도록 상기 멀티플렉서(104)를 스위칭한다.
상기 RF 신호처리부(105)는 버스카드, 전자화폐 결제 등을 위한 통상의 무선 신호를 처리하는 모듈로서 상기 멀티플렉서(104)로부터 전달되는 무선 신호를 처리한다. 상기 렉테나(106)는 안테나(antenna)의 기능과 정류기(rectifier)의 기능을 모두 수행할 수 있는 장치로서, 상기 멀티플렉서(104)로부터 전달되는 무선 신호를 직류 전력으로 변환하는 역할을 수행한다. 상기 DC/DC 컨버터(107)는 상기 렉테나(106)로부터 출력되는 직류 전력의 전압 및 전류를 설정 상태에 따라 선택적으로 가변시키는 역할을 한다. 상기 충전 제어회로(108)는 상기 단말 제어부(101)의 제어 하에 상기 DC/DC 컨버터(107)에서 상기 배터리(109)로 인가되는 전류를 측정하여 소정 전류 이하인 경우 과충전(overcharge)을 방지하기 위해 배터리(109)로의 전류 공급을 중단시키는 역할을 한다.
상기 구성 요소 이외에 상기 RFID 안테나(102)로 전력 무선 신호를 송신하기 위한 전원 공급 장치(110)가 더 구비되며 도면에 도시하지 않았지만, 상기 전원 공급 장치(110)에는 상기 RFID 안테나(102)와 무선 통신이 가능하도록 소정의 안테나가 구비될 수 있다.
이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 비접촉식 배터리 충전 장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 도 2에 도시한 바와 같이 상기 RFID 안테나(102)에 소정의 무선 신호가 수신되어 상기 멀티플렉서(104)로 전달된다(S201). 이 때, 상기 RF 검출기(103)는 상기 RFID 안테나(102)로부터 상기 멀티플렉서(104)로 전달되는 무선 신호의 파워를 검출하여 상기 단말 제어부(101)로 전송한다(S202).
상기 단말 제어부(101)는 해당 무선 신호의 파워가 통상적인 무선 신호 즉, 버스 카드, 전자화폐 결제 등에 이용되는 무선 신호의 파워인지 충전용 무선 신호인지 여부를 판단한다(S203). 통상의 무선 신호인 경우 상기 멀티플렉서(104)를 상기 RF 신호처리부(105)에 스위칭시켜 처리하도록 하고(S204), 충전용 무선 신호인 경우에는 해당 무선 신호가 상기 렉테나(106)로 전송되도록 상기 멀티플렉서(104)를 스위칭시킨다.
상기 렉테나(106)로 전송된 무선 신호 즉, 충전용 무선 신호는 렉테나(106)에 의해 직류 전력으로 변환되며, 또한 DC/DC 컨버터(107)에 의해 소정의 전압 및 전류를 갖도록 가변된다(S205)(S206). 이어, 상기 직류 전력은 최종적으로 배터리(109)에 전달되어 본격적인 배터리 충전 과정이 진행된다(S207). 이 때, 배터리(109)의 과충전을 방지하기 위해 충전 제어회로(108)의 제어 하에 배터리 충전 과정이 진행된다.
한편, 이상의 실시예는 이동통신단말기를 일 예로 하여 설명하였으나, 상기 이동통신단말기 이외에 휴대용 배터리가 구비되는 제반 전자기기에 적용할 수 있음은 물론이다.
본 발명에 따른 비접촉식 배터리 충전 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
버스 카드, 전자화폐 결제 등의 기능 수행을 위해 단말기 등에 일반적으로 구비되는 RFID 안테나를 이용하여 충전용 무선 신호를 수신하고 이를 렉테나 등을 통해 정류함으로써, 비접촉식 배터리 충전 과정을 안정적으로 수행할 수 있게 된다.
또한, 종래의 접촉식 배터리 충전 장치에서 필수적으로 구비되는 배터리의 전도성 금속 도체가 요구되지 않아 이로 인한 단락 등의 위험을 근본적으로 방지할 수 있게 되며, 종래의 자계 유도를 이용한 비접촉식 배터리 충전 장치에서 구비되어야 하는 페라이트 코어가 요구되지 않아 장치 설계를 효율적으로 수행할 수 있게 된다.

Claims (4)

  1. 무선 신호를 송수신하는 RFID 안테나;
    상기 RFID 안테나에 의해 수신된 무선 신호의 파워를 검출하는 RF 검출기;
    상기 RFID 안테나로부터 무선 신호를 전송받아 해당 무선 신호를 직류 전력을 변환시키는 렉테나;
    상기 렉테나로부터 직류 전력을 공급받아 전력을 충전하는 배터리;
    상기 RFID 안테나에 의해 수신된 무선 신호가 상기 배터리로 충전되는 일련의 충전 과정을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 비접촉식 배터리 충전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 RF 검출기와 렉테나 사이에 멀티플렉서가 더 구비되고, 상기 멀티플렉서의 일단에 RF 신호처리부가 더 구비되어,
    상기 제어부는 상기 RF 검출기로부터 전송받아 무선 신호의 파워를 판별하여, 해당 무선 신호의 파워가 버스 카드, 전자화폐 결제 등에 이용되는 통상적인 무선 신호인 경우 해당 무선 신호가 상기 RF 신호처리부에 전달되도록 상기 멀티플렉서를 스위칭하고, 반면 상기 RF 검출기로부터 입력된 무선 신호의 파워가 통상의 무선 신호보다 높은 충전용 무선 신호인 경우에는 해당 무선 신호가 상기 렉테나로 전달되도록 상기 멀티플렉서를 스위칭하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 배터리 충전 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 렉테나로부터 출력되는 직류 전력의 전압 및 전류를 선택적으로 가변시키는 DC/DC 컨버터를 더 구비되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 배터리 충전 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제어부의 제어 하에 상기 DC/DC 컨버터에서 상기 배터리로 인가되는 전류를 측정하여 소정 전류 이하인 경우 과충전(overcharge)을 방지하기 위해 배터리로의 전류 공급을 중단시키는 역할을 하는 충전 제어회로가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 배터리 충전 장치.
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