KR101220296B1 - 무접점충전시스템의 발열제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 무접점충전시스템의 발열제어방법은, 1차 코일(11)을 구비하는 송신부(10)와 2차 코일(21)을 구비하는 수신부(20)를 포함하고, 상기 1차 코일(11)과 상기 2차 코일(21) 사이에서 발생하는 전자기유도에 의해 상기 2차 코일(21)에 전기적으로 연결된 배터리(30)를 충전하며, 상기 1차 코일(11)과 상기 2차 코일(21) 사이의 전자기유도에 사용되는 충전주파수를 상기 배터리(30)의 충전효율에 비례적으로 가변하는 무접점충전시스템에 적용되는 방법으로서, 상기 1차 코일(11)에 상기 2차 코일(21)을 근접시켜 무접점충전을 실행할 때, 상기 충전주파수를 검출하고, 검출된 충전주파수로부터 산출된 상기 배터리(30)의 충전효율이 낮을 경우에, 상기 배터리(30)의 충전전류를 낮게 설정하거나 무접점충전을 중단하는 것을 특징으로 한다.

Description

무접점충전시스템의 발열제어방법{Method for Controlling Heat in Non-Contact Charging System}

본 발명은 무접점충전시스템에 관한 것이며, 보다 상세하게는 송신부의 1차 코일과 수신부의 2차 코일 사이에서 발생하는 전자기유도에 의해 2차 코일에 전기적으로 연결된 배터리를 충전하는 무접점충전시스템에 관련하여, 충전효율이 낮은 상태에서 충전을 진행함으로써 발생할 수 있는 발열의 문제를 완화할 수 있는 무접점충전시스템의 발열제어방법에 관한 것이다.

대표적인 이동통신단말기인 휴대전화기를 비롯한 각종 휴대기기의 작동을 위해서는 전원 공급을 필요로 하고, 이를 위해서는 배터리가 장착되어야 하며, 휴대전화기의 배터리로는 1회용이 아닌 다회용의 충전식 배터리가 널리 사용되고 있다.

휴대전화기용 배터리의 충전에는 전통적으로 유선(접점) 충전방식이 널리 사용되어 왔으나, 최근 무접점(무선) 충전 방식이 도입되어 사용되고 있고, 그 적용이 점차 확대되고 있다.

휴대전화기의 무접점충전에 관한 종래기술로서는, 대한민국 공고특허 제10-1995-0005819호(1995. 05. 31. 공고)의 '무선 전화기의 무접점충전시스템', 대한민국 공개특허 제10-2002-0063050호(2002. 08. 01. 공개)의 '핸드폰 무선 충전 시스템', 대한민국 공개특허 제10-2004-0019164호(2004. 03. 05. 공개)의 '무선 충전을 위한 이동통신 단말기의 배터리 및 충전기', 대한민국 공개특허 제10-2004-0107110호(2004. 12. 20. 공개)의 '이동 통신 단말기의 무선 충전 시스템 및 방법과 그를 위한 이동 통신 단말기', 대한민국 공개특허 제10-2007-0033166호(2007. 03. 26. 공개)의 '이동통신단말기 및 무선충전장치', 대한민국 등록특허 제10-0867405호(2008. 10. 31. 등록)의 'RFID 리더기의 무선 주파수를 이용한 이동 통신 단말기배터리 충전 장치', 대한민국 등록실용신안 제20-0217303호(2001. 01. 08. 등록)의 '무선 충전 장치', 대한민국 등록실용신안 제20-0400534호(2005. 10. 31. 등록)의 '무선고주파전력을 충전전원으로 사용하는 휴대폰 배터리' 등이 있다.

가장 일반적인 무접점충전 방식 중에 하나인 전자기유도방식의 무접점충전은, 교류전원이 공급되는 송신기(충전기)에 설치된 1차 코일 위에 충전하고자 하는 배터리 측의 2차 코일을 올려놓으면, 1차 코일과 2차 코일 사이에 발생한 전자기유도에 의해 배터리를 충전한다.

도5는 전자기유도에 의한 무접점충전시스템의 개략도이다.

도시된 바와 같이, 무접점충전시스템(100)은, 송신부(110: 발진부)와 수신부(120: 충전부)로 이루어진다. 송신부(110)는 교류전원(111)을 공급받아 작동하는 송신회로(112)와 전자기유도를 위한 1차 코일(113)을 구비하고, 수신부(120)는 송신부(110)의 1차 코일(113)과의 사이에서 전자기유도를 일으키는 2차 코일(121)과 충전회로(122)를 구비하며, 배터리(130)를 충전회로(122)에 연결하고 2차 코일(121)을 1차 코일(113)에 정해진 위치에 근접시키면, 전자기유도에 의해 배터리가 충전된다.

휴대전화기로 대표되는 휴대기기에 대한 무접점충전은, WPC(Wireless Power Consortium)를 통해 표준화가 진행되고 있는 바, WPC는 전자기유도에 의한 전력 전송에 예를 들어 110 내지 205 kHz 대역의 충전주파수를 사용하고, 수십 밀리미터의 전송거리 내에서 충전이 이루어지도록 표준화하고 있다.

휴대전화기에 무접점충전시스템을 적용하는 예를 보면, 2차 코일과 충전회로를 구비한 수신부가 장착된 '충전용 커버'를 휴대전화기와는 별도로 제작하고, 휴대전화기의 배터리를 커넥터나 케이블 등으로 '충전용 커버'에 전기적으로 연결한 상태에서, '충전용 커버'를 송신부인 충전패드에 올려 배터리를 충전하는 제품이 개발되어 있다.

그러나 별도의 충전용 커버를 사용할 경우, 휴대전화기의 무접점충전을 위해 별도로 충전용 커버를 소지해야 하는 불편이 있으므로, 휴대전화기의 일부인 배터리커버(배터리 교체를 위해 휴대전화기의 후면을 개폐하는 플라스틱 합성수지 사출물의 후면커버)에 수신부(2차 코일과 충전회로, 이때 충전회로는 휴대전화기 본체에 설치하기도 함)를 예를 들어 인몰드 사출로 매립함으로써, 별도의 충전용 커버의 소지 없이 휴대전화기 자체로 무접점충전을 실행할 수 있도록 하는 구조가 개발되었다.

도6은 휴대전화기에 적용된 종래 무접점충전시스템의 개략단면도이다.

도시된 바와 같이, 종래 무접점충전시스템(200)은, 크게 송신부인 충전패드(210)와 수신부인 휴대전화기의 배터리커버(220)로 구성된다.

상기 충전패드(210: 송신부)는, 예를 들어, 플라스틱 합성수지 등으로 제작된 케이스(211)에, 송신부의 구성들을 내장한 것으로서, 케이스(211)의 저면 위에 회로기판(212)을 깔고 그 위에 페라이트(213)를 올린 후에, 페라이트(213) 위에 루프 형상의 1차 코일(214)을 부착한 다음, 1차 코일(214)의 중앙에 영구자석(215)을 부착하고, 그 위를 케이스(211)로 피복한 구조이다.

상기 배터리커버(220: 수신부)는, 예를 들어, 플라스틱 사출물(221) 내에 페라이트(222)와 2차 코일(223)을 매립하여 제작하되, 위쪽에 배터리(230)와의 사이에 페라이트(222)를 매립하고, 아래쪽으로 페라이트(222)의 저면에 2차 코일(223)을 부착한 구조이다.

전자기유도에 의해 무접점충전을 할 때, 1차 코일 중심점과 2차 코일 중심점이 상하 일치될 때 최대의 충전효율이 달성되며, 1차 코일 중심점에서 2차 코일의 중심점이 멀어질수록 전력 전송이 점차 줄어들고 발열이 일어나며, 일정 거리(예, 20mm) 이상 멀어 지면 1차 코일에 형성된 전자기장이 2차 코일에 전달되지 못하므로 충전이 이루어지지 아니한다.

WPC의 표준에서는, 2차 코일이 1차 코일의 중심점에서 멀어질 때(1차 코일에 대한 2차 코일의 위치가 정위치로부터 멀어질 때), 충전이 가능한 일정 거리 범위 내에서는, 충전주파수를 예를 들어 대략 110 kHz 내지 205 kHz의 범위에서 변경하여 충전효율을 보완하고 있는 바, 이런 충전주파수 변경으로 충전효율을 개선한다고 하더라도, 코일의 최외각 위치에서는 그 효율이 최대 효율 대비 20% 이상 저하됨을 피할 수 없다.

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종래의 무접점충전시스템의 경우, 2차 코일이 1차 코일로 부터 충전 가능한 범위 내이지만 중심에서 벗어나 있을 때에도, 충전이 실행되고 충전중인 것으로 표시되며, 발열이 발생하고 있으나, 사용자는 충전효율이 저하되고 발열이 발생하고 있는 상태임을 알지 못하고 계속 충전을 하게 됨으로써 불필요한 전력 소비를 초래하거나, 발열에 따른 치명적인 안전 문제가 발생할 수 있다.
따라서 무접점충전은 우선 2차 코일을 1차 코일의 정위치에 위치시키는 것이 매우 중요하며, 2차 코일을 1차 코일의 정위치에 벗어나더라도 발열이 최소화되도록 하는 것이 필요하다.

도6에서 충전패드(210)에 적용한 상기 영구자석(215)은, 휴대전화기(즉, 배터리커버: 220)를 충전패드(210)에 올려놓으면, 영구자석(215)의 자력에 페라이트(222)가 부착되도록 하여 2차 코일이 1차 코일 위의 정위치에 고정되도록 하는 작용을 한다. 2차 코일(223)의 중앙에도 영구자석을 부착하여 영구자석 사이의 인력에 의해 두 코일이 정위치에 고정되도록 하기도 한다.

코일의 정위치 고정의 측면에서 1차 코일과 2차 코일 양쪽 모두에 영구자석을 적용하는 경우가 바람직하지만, 표준화의 관점에서는 두 영구자석의 극성도 표준화해야 하고, 이런 표준화에 따르지 못한 경우 두 영구자석의 극성 차이로 인하여 호환 사용이 불가능하게 될 수 있다.

1차 코일에만 영구자석을 적용할 경우, 1차 코일 영구자석의 자력이 휴대전화기의 배터리커버에 적용한 넓은 시트 형태의 페라이트에 작용하여 2차 코일을 고정시키는 것으로서, 페라이트의 넓이만큼 1차 코일에 대한 2차 코일의 위치에 편차가 발생하게 되므로, 최적의 충전효율을 보장하기 어렵고, 또한 높은 자기장의 세기와 높은 투자율을 가진 영구자석과 배터리의 금속성분의 상호작용으로 인한 1차 코일의 전자기장이 왜곡되지 않고 2차 코일에 전송되도록 배터리커버에 두꺼운 페라이트를 사용해야만 하는 문제점을 초래하며, 이것은 휴대전화기의 소형화와 경량화에 악영향을 미친다.

도6에서 배터리커버(220)에 적용된 페라이트(222)는, 2차 코일의 정위치 고정을 위해 충전패드(210)에 영구자석(215)을 적용함에 따른 1차 코일(214)의 전자기장의 왜곡과, 배터리(230)에 포함된 알루미늄이나 철과 같은 금속성분이 2차 코일에서의 전자기유도를 방해하는 것을 차단하기 위한 것이다.

무접점충전시스템의 충전효율을 개선하기 위한 다른 종래기술로서는, 대한민국 공개특허 제10-2010-0074595호(2010. 07. 02. 공개)의 '무선 충전 시스템 및 방법', 대한민국 등록특허 제10-1063154호(2011. 09. 01. 등록)의 '무접점충전 장치', 대한민국 등록특허 제10-0819604호(2008. 03. 28. 등록)의 '충전효율의 편차가 개선된 무선 충전기', 대한민국 공개특허 제10-2009-0025876호(2009. 03. 11. 공개)의 '위치인식 무접점 전력 공급장치와 배터리 충전장치 및 이를 이용한 충전시스템', 대한민국 공개특허 제10-2009-0059507호(2009. 06. 11.)의 '충전상태 표시기능을 갖는 무접점충전장치 및 그 충전방법', 대한민국 공개특허 제10-2009-0062224호(2009. 06. 17.공개)의 '무선 충전용 메뉴 제공 기능을 갖는 이동 단말기 및 그 충전방법' 등이 있다.

무접점충전의 충전효율개선에 관련하여, 무접점충전시스템의 충전에 관여하는 전압이나 전류를 검출하고 이를 근거로 충전효율을 표시함으로써 사용자로 하여금 보다 높을 충전효율로 충전할 수 있도록 유도하는 방법이 제안되어 있다.

대표적이 휴대기기인 휴대전화기에서 전압이나 전류를 검출하여 얻는 백분율 충전효율은 출력에서 소비되는 전력과 입력에서 공급되는 전력의 비율을 백분율, 즉(Power_out/ Power_in)×100로 나타낼 수 있다. 여기에서 Power_out은 충전전압×충전전류이고 휴대전화기에서 제어되며, Power_In은 송신부인 충전패드의 공급전압×소비전류이다.

예를 들면, 2차 코일의 정류회로(Power_out)에서 배터리에 공급되는 충전전압이 5V이고 충전전류가 600mA로 충전되는 것을 상정할 때, 출력전력(Power_out)은 3W가 되고, 충전패드의 1차 코일에서 소비되는 전력은 충전패드 DC 공급전압(예, 19V)로 일정하다고 가정하면 충전패드 소비전류가 약 226mA 일 때 대략 70%의 충전효율이 된다.

출력전력(Power_out)은 배터리의 충전시간을 관리하기 위하여 휴대전화기에서 항상 일정하게 유지하므로, 결국 충전효율이 저하된다는 것은, 충전패드의 소비 전류가 변화하는 것을 의미한다.

전압이나 전류를 검출하여 얻는 백분율 충전효율은, 충전패드의 입력전력과 휴대폰의 무접점충전 출력전력을 모두 측정한 후에, 서로 분리되어 있는 일측의 장치(송신부인 충전패드 또는 수신부인 휴대전화기)에서 각각 측정한 값을 타측의 장치에 전달하여야만 충전패드에서 또는 휴대전화기에서 충전효율을 계산할 수 있다.

그러나 상기 두 장치(충전패드와 휴대전화기)는 물리적으로 분리된 상태에서 상호 무선(무접점)으로 충전하는 시스템이므로, 어느 한 장치에서 측정한 전류 또는 전압 값을 다른 장치에 전달하기 위해서는 데이터 전송을 위한 별도의 무선통신수단을 필요로 하며, 따라서 전압 또는 전류의 측정치에 의한 충전효율의 계산은 비효율적이고 매우 복잡한 방법이라 아니할 수 없다.

더욱이 휴대전화기에 사용되는 예를 들어 리튬이온(Li-ion)이나 리튬 폴리머(Li-Polymer) 배터리는, 급속한 충전과 방전에 의한 폭발의 위험을 방지하는 등 안정성을 보장하기 위해, 배터리에 유입되는 충전전류를 휴대전화기에서 적절히 제어하고 있고(예: Trickle Charge, Pre-Charge, Fast Charge, 및 End of charge), 충전전압 또한 항상 일정하게 유지할 것을 요구하고 있다는 점을 고려한다면, 전압이나 전류에 근거한 충전효율의 계산은 휴대전화기의 실제 사용 환경에 적용하기에 쉽지 않다.

초기의 무접점충전은 '고정된' 충전주파수에서, 2차 코일이 1차 코일에 대해 정위치에 위치하는 것을 조건으로 최대의 충전효율이 출력되도록 하는 시스템에서 시작하여, 1차 코일에 대해 2차 코일이 그 정위치로부터 정해진 범위 내에서 일정 거리 벗어나도 1차 코일에 공급되는 충전주파수와 충전전력을 가변함으로서 2차 코일에서 유기되는 유도기전력을 보상하여 안정적인 충전효율을 유지하면서 충전이 가능 하도록 하는, 충전주파수 가변 시스템으로 발전하였다.

그러나 충전주파수의 가변에도 불구하고, 비록 유도기전력이 발생하는 범위 내라고 하더라도 2차 코일이 1차 코일에 대해 정위치로부터 벗어나 있게 되면, 특히 최소의 유도기전력이 유지되는 최외곽에서는 급격한 충전효율 저하를 피할 수 없다.

본 발명의 목적은, 1차 코일을 구비하는 송신부와 2차 코일을 구비하는 수신부를 포함하고, 상기 1차 코일과 상기 2차 코일 사이에서 발생하는 전자기유도에 의해 상기 2차 코일에 전기적으로 연결된 배터리를 충전하며, 상기 1차 코일과 상기 2차 코일 사이의 전자기유도에 사용되는 충전주파수를 상기 배터리의 충전효율에 비례적으로 가변하는 무접점충전시스템에 관련하여, 상기 1차 코일에 상기 2차 코일을 근접시켜 무접점충전을 실행할 때, 상기 배터리의 충전효율을 낮을 때에 발생하는 발열의 문제를 완화하고자 하는 것이다.

본 발명에 따라, 무접점충전시스템의 발열제어방법을 제공한다.

본 발명에 따른 발열제어방법은, 1차 코일을 구비하는 송신부와 2차 코일을 구비하는 수신부를 포함하고, 상기 1차 코일과 상기 2차 코일 사이에서 발생하는 전자기유도에 의해 상기 2차 코일에 전기적으로 연결된 배터리를 충전하며, 상기 1차 코일과 상기 2차 코일 사이의 전자기유도에 사용되는 충전주파수를 상기 배터리의 충전효율에 비례적으로 가변하는 무접점충전시스템에 적용하는 방법이다.
본 발명에 따른 발열제어방법은, 상기 1차 코일에 상기 2차 코일을 근접시켜 무접점충전을 실행할 때, 상기 충전주파수를 검출하고, 검출된 충전주파수로부터 산출된 상기 배터리의 충전효율이 낮을 경우, 상기 배터리의 충전전류를 낮게 설정하거나 무접점충전을 중단하는 방법이다.

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본 발명에 따른 무접점충전시스템의 발열제어방법에 의하면, 1차 코일을 구비하는 송신부와 2차 코일을 구비하는 수신부를 포함하고, 상기 1차 코일과 상기 2차 코일 사이에서 발생하는 전자기유도에 의해 상기 2차 코일에 전기적으로 연결된 배터리를 충전하며, 상기 1차 코일과 상기 2차 코일 사이의 전자기유도에 사용되는 충전주파수를 상기 배터리의 충전효율에 비례적으로 가변하는 무접점충전시스템에 관련하여, 상기 1차 코일에 상기 2차 코일을 근접시켜 무접점충전을 실행할 때, 상기 충전주파수를 검출하고, 검출된 충전주파수로부터 산출된 상기 충전효율이 상대적으로 낮을 낮을 경우 상기 배터리의 충전전류를 상대적으로 낮게 설정하거나 무접점충전 자체를 중단시킴에 따라, 무접점충전에서 1차 코일에 대한 2차 코일의 정위치 이탈로 인하여 발생하는 발열의 문제를 완화할 수 있다.

도1은 본 발명이 적용되는 예시적인 무접점충전시스템의 개략도,
도2는 1차 코일에 대한 2차 코일의 위치에 따른 충전주파수의 가변을 보여주는 도면,
도3은 예시적인 충전효율표시장치의 블록도,
도4는 다른 예시적인 충전효율표시장치의 블록도,
도5는 일반적인 유도전류방식의 무접점충전시스템의 개략도,
도6은 종래 휴대전화기에 적용된 무접점충전시스템의 개략단면도.

이하, 첨부도면을 참조하여, 본 발명에 따른 무접점충전시스템의 발열제어방법을 상세히 설명한다. 이하의 구체예는 본 발명을 예시적으로 설명하는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 아니한다.

본 발명이 적용되는 무접점충전시스템은, 예를 들어 전원으로 배터리를 사용하는 휴대전화기 등에 적용되는 무접점충전시스템으로서, 일반적인 종래의 무접점충전시스템과 마찬가지로, 도1에 도시된 바와 같이, 1차 코일(11)을 구비하는 송신부(10)와 2차 코일(21)을 구비하는 수신부(20)를 포함한다. 송신부(10)로는 충전패드를 예시할 수 있고, 수신부(20)로는 휴대전화기(배터리커버: 20)를 예시할 수 있다. 이하에서는 송신부와 충전패드에 동일한 도면부호 '10'을 사용하고, 휴대전화기(배터리커버)와 수신부에는 동일한 도면부호 '20'을 사용한다.

도1을 참조하면, 상기 송신부(10)로서의 충전패드는 전자기유도를 위한 1차 코일(11)과 함께 페라이트(12)를 포함하며, 1차 코일(11)과 송신부 페라이트(12)는 예를 들어 플라스틱 합성수지 등으로 성형 제작된 케이스(13) 내에 내장되어 있다. 더욱 구체적으로, 케이스(13)의 저면 위에 올려진 PCB(인쇄회로기판)과 같은 기판(14) 위에 송신부 페라이트(12)를 적층하고, 송신부 페라이트(12) 위에 1차 코일(11)을 부착하여 충전패드(10)를 형성할 수 있다.

상기 수신부(20)로서의 배터리커버는, 전자기유도를 위한 2차 코일(21)과 수신부 페라이트(22)를 포함하며, 2차 코일(21)과 수신부 페라이트(22)는 배터리커버의 기본 소재로 널리 사용되고 있는 플라스틱 사출물(23)에 설치할 수 있다.

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앞서 언급한 바와 같이, WPC의 표준에서는, 1차 코일에 대한 2차 코일의 위치에 따라 저하되는 충전효율의 저하를 보안하기 위해 충전주파수(예, 110 내지 205 kHz)를 변경하여 충전효율을 보완하고 있는 바, 이에 의하면 두 코일이 정위치에 근접할수록(즉, 충전효율이 높을수록) 전자기유도에 더 높은 충전주파수(예, 최대 205 kHz)를 사용하고 정위치로부터 벗어날수록(즉, 충전효율이 낮을수록) 더 낮은 충전주파수(예, 최소 110 kHz)로 서서히 변경시키면서 사용하게 되므로, 결과적으로 전자기유도에 사용되는 충전주파수는 충전효율과 비례적인 상관관계를 가지게 되며, 본 발명에서는 충전효율과 비례적인 관계에 있는 전자기유도에 사용된 충전주파수를 검출하고, 검출된 충전주파수에 기초하여 충전효율로 산출한다.

본 발명의 발열제어방법은, 검출된 충전주파수로부터 산출된 충전효율이 상대적으로 낮을 경우, 배터리(30)의 충전전류를 상대적으로 낮게 설정하거나 무접점충전을 중단하는 것이다.

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본 발명이 적용되는 무접점충전시스템에서, 충전할 때의 1차 코일에 대한 2차 코일의 위치에 따른, 충전주파수와 충전효율의 상관관계는 WPC의 표준에 따라, 표1과 같이 예시할 수 있으며, 표1을 보면 충전주파수와 충전효율의 비례적인 상관관계를 알 수 있다.

검출된 충전주파수	충전효율	충전전류	1차 코일에 대한 2차 코일의 위치
200kHz 이상	75 %	600mA 이상	정위치에 더 근접 ↑ ↓ 정위치로부터 더 이탈
180 kHz	70 %	500mA 이상
160 kHz	65 %	400mA 이상
140 kHz	55 %	300mA 이하
130 kHz	50 %	경고
120 kHz	40 %	충전 중지
110 kHz 미만	35 %	충전 불가능

표1에서 보는 바와 같이, 충전주파수는 1차 코일에 대한 2차 코일의 위치가 정위치에 근접할수록(충전효율이 높을수록) 높고, 정위치로부터 이탈할수록(충전효율이 낮을수록) 낮다.

1차 코일에 대한 2차 코일의 위치에 따른 충전주파수의 가변은 도2의 사진도면으로부터 확인할 수 있다. 즉, 2차 코일(21)이 1차 코일(11)의 정위치에 위치할수록 사용되는 충전주파수는, 도2의 A와 같이, 205 kHz에 더 가깝게 되고 그 충전효율이 더 높으며, 반대로 충전 가능한 상태인 범위 내에서 정위치로부터 벗어나게 위치할수록 사용되는 충전주파수는, 도2의 B와 같이, 110 kHz에 더 가깝게 되고 그 충전효율이 더 낮다.

도1, 도3 및 도4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 발열제어방법이 적용되는 무접점충전시스템은, 충전효율표시장치(40)를 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 충전효율표시장치(40)는, 충전패드(10)에 배터리커버(20)를 올려 충전을 실행할 때 1차 코일(11)에 대한 2차 코일(21)의 위치에 따라 가변되는 충전주파수를 검출하는 주파수검출부(41), 및 검출된 충전주파수로부터 산출된 충전효율을 표시하는 표시부(42)를 포함한다.

충전효율표시장치(40)는 충전패드(10: 송신부)에 설치할 수도 있고(도3), 배터리커버(20: 수신부)가 장착되는 휴대전화기에 설치할 수도 있다(도4). 도1에서 도면부호 40의 충전효율표시장치를 충전패드(10)와 배터리커버(20) 양측 모두에 도시한 것은 충전효율표시장치(40)가 양자 중에 어느 쪽에 설치되어도 상관없음을 나타낸 것이다.

도3은 충전패드(10)에 충전효율표시장치(40)를 설치한 예로서, 충전주파수검출부(41)는 발진부(43)에 의해 1차 코일(11)로부터 발진되는 충전주파수를 검출하고, 검출된 충전주파수는 증폭부(44)에 의해 적정 레벨로 증폭된 후에, 변환부(45)에 의해 디지털신호로 변환되고, 변환된 디지털신호는 연산부(46)에서 검출된 충전주파수에 대응하는 충전효율로 환산되고, 환산된 충전효율은 LCD나 LED와 같은 상기 표시부(42)에 사용자가 식별 용이하게 표시된다.

도4는 휴대전화기 측에 충전효율표시장치(40)가 설치된 예로서, 주파수검출부(41)는 1차 코일(11)에 의해 전자기유도 된 2차 코일(21)로터 발진되는 충전주파수를 검출하고, 검출된 주파수는 증폭부(44)에 의해 정적 레벨로 증폭된 후에, 변환부(45)에 의해 디지털신호로 변환되고, 변환된 디지털신호는 연산부(46)에서 검출된 주파수에 대응하는 충전효율로 환산되고, 환산된 충전효율은 LCD나 LED와 같은 상기 표시부(42)에 사용자가 식별 용이하게 표시된다.

충전효율표시장치(40)를 휴대전화기 측에 설치할 경우에, 바람직하게 충전회로와 함께 휴대전화기 본체에 설치할 수 있고, 이때 표시부(42)는 휴대전화기의 본래의 용도로 사용되는 메인 디스플레이(LCD 등)를 활용하는 것이 바람직할 수 있다.

표시부(42)에 표시되는 충전효율은, 예를 들어 1단계 내지 5단계와 같은 단계나 퍼센트를 숫자로 표시할 수도 있고, 막대그래프나 색상 등으로 표시할 수 있는 등, 사용자가 충전효율을 인식할 수 있는 방법이라면 특히 제한되지 아니한다.

사용자는 표시부(42)에 표시된 충전효율을 보고 충전패드(10)에서의 휴대전화기(즉, 배터리커버)의 위치를 이동시켜 충전효율이 더 높게 표시되는 위치에 휴대전화기를 위치시킴으로써 더 높은 최대의 충전효율로 배터리를 충전할 수 있다.

충전효율표시장치(40)에서의 충전효율의 산출은, 송신부(10)와 수신부(20)에서 전압이나 전류를 검출하여 산출하는 것이 아니라, 무접점충전에 사용되고 있는 충전주파수를 검출하여 산출하는 것이므로, 송신부(10: 충전패드)와 수신부(20: 배터리커버 또는 배터리커버가 장착된 휴대전화기) 중 어느 한쪽에서 독립적으로 충전주파수를 검출하여 바로 충전효율을 산출할 수 있으며, 따라서 송신부와 수신부가 검출한 데이터를 상호 송수신할 필요가 없게 되므로, 결과적으로 충전효율의 산출을 위해 검출된 데이터의 전송을 위한 통신수단이 필요 없다.

더욱이 휴대전화기과 같은 휴대기기에서는 안전을 위해 충전전류나 충전전압을 변화시키고 있지만, 충전주파수는 송신부와 수신부 양측에서 동일한 값을 가지면서 1차 코일에 대한 2차 코일의 위치에 따라 변하는 충전효율에 비례적인 정보이므로, 충전주파수로부터 매우 정확하고 안정적으로 충전효율을 산출할 수 있다.

본 발명에 따른 발열제어방법은, 무접점충전을 실행할 때 검출된 충전주파수로부터 배터리의 충전효율을 산출하고 산출한 충전효율이 상대적으로 낮을 경우, 배터리의 충전전류를 상대적으로 낮게 설정하거나 무접점충전을 중단함으로써, 충전효율이 낮을 경우에 발생할 수 있는 발열의 문제를 완화한다.

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이하, 본 발명에 따른 발열제어방법을 무접점충전시스템에 적용한 예를 설명한다.

1차 코일(11)에 2차 코일(21)을 근접시켜 충전을 실행할 때, 1차 코일(11)에 대한 2차 코일(21)의 위치에 따라 가변되는 충전주파수를 주파수검출부(41)로 검출하고, 검출된 상기 충전주파수로부터 산출된 충전효율을 표시부(42)에 표시한다.

사용자는 표시부(42)에 표시된 충전효율을 보고, 송신부(10: 충전패드)에 대한 수신부(20: 배터리커버가 장착된 휴대전화기)의 위치를 이동시킴으로써 보다 높은 충전효율을 나타내는 위치로 수신부(20)의 위치를 탐색하고, 보다 높은 충전효율로 배터리(30)를 충전할 수 있으며, 이와 같이 사용자가 수신부의 위치를 정위치로 이동하여 충전을 하면, 높은 충전효율로 발열 없이 충전을 할 수 있는 바람직한 상태가 된다.

표시부(42)에 충전효율을 표시하는 것만으로는 저효율로 충전되고 있는 상태를 사용자에게 인식시키는 것에 불충분할 수 있으므로, 주파수검출부(41)에 의해 검출된 충전주파수로부터 산출된 충전효율이 정해진 한계효율(예, 55%)에 이르지 못하는 낮은 상태일 경우에는, 표시부(42)에의 경고표시 또는 배터리커버(20: 수신부)가 장착되는 휴대전화기 본체를 통한 경고음향과 같이, 사용자가 알 수 있는 방식으로, 1차 코일(11)에 대한 2차 코일(21)의 불일치를 경고할 수 있고(예, 표1에서는 충전주파수가 130 kHz일 때), 이런 불일치의 경고를 통해 사용자로 하여금 송신부(10)에 대한 수신부(20)의 보다 바람직한 위치로의 이동을 보다 적극적으로 유도할 수 있다.

상기와 같은 불일치의 경고에도 불구하고 사용자가 송신부(10)에 대한 수신부(20)의 위치를 변경하지 아니하고 방치할 경우, 즉, 불일치의 경고를 하고 정해진 시간이 경과한 후에 다시 검출한 충전주파수가 그 이전의 충전주파수와 변화가 없을 때에는, 충전효율이 낮은 상태에서, 즉 충전주파수가 낮은 상태에서 충전을 실행하게 되는 바, 이런 상태로 충전을 계속할 경우에는 발열이 일어나고, 그대로 방지하면 배터리의 팽창 등 위험한 상황이 발생할 수 있다.

2차 코일이 1차 코일의 정위치로부터 이탈하여 충전효율이 낮은 상태에서 낮은 충전주파수로 충전이 진행될 때, 본 발명에 따른 발명제어방법에 의하면, 주파수검출부에서 검출한 충전주파수가 낮을 경우 충전전류를 낮게 설정함으로써, 저하된 충전효율을 보충할 목적으로 충전전력(충전전류)을 높게 유지함으로써 유발되는 발열이 최소화하는 것이다.
아울러 검출된 충전주파수가 낮을 경우(예, 표1에서는 충전주파수 120 kHz 이하, 충전효율 40% 이하)에, 무접점충전 자체를 중단함으로써 낮은 충전효율에서 높은 충전전류로 충전을 지속함으로써 발행할 수 있는 발열의 위험을 원천적으로 차단할 수도 있다.

1: 본 발명이 적용되는 예시적인 무접점충전시스템
10: 충전패드 11: 1차 코일
12: 송신부 페라이트 13: 케이스
20: 배터리커버 21: 2차 코일
22: 수신부 페라이트 23: 플라스틱 사출물
30: 배터리 40: 충전효율표시장치
41: 주파수검출부 42: 표시부

Claims (2)

1차 코일(11)을 구비하는 송신부(10)와 2차 코일(21)을 구비하는 수신부(20)를 포함하고, 상기 1차 코일(11)과 상기 2차 코일(21) 사이에서 발생하는 전자기유도에 의해 상기 2차 코일(21)에 전기적으로 연결된 배터리(30)를 충전하며, 상기 1차 코일(11)과 상기 2차 코일(21) 사이의 전자기유도에 사용되는 충전주파수를 상기 배터리(30)의 충전효율에 비례적으로 가변하는 무접점충전시스템에 있어서,
상기 1차 코일(11)에 상기 2차 코일(21)을 근접시켜 무접점충전을 실행할 때, 상기 충전주파수를 검출하고, 검출된 충전주파수로부터 산출된 상기 배터리(30)의 충전효율이 낮을 경우에 상기 배터리(30)의 충전전류를 낮게 설정하거나 무접점충전을 중단하는 것을 특징으로 하는, 무접점충전시스템의 발열제어방법.

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