KR102035307B1 - 충전 장치 및 배터리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 셀별로 전원을 충전하여 배터리 셀간에 전원 밸런스를 유지하거나, 급속 충전할 수 있는 충전 장치 및 배터리 장치에 관한 것으로, 전원을 무선 공급하는 전원 공급부; 및 복수의 배터리 셀에 각각 일대일 대응되는 복수의 충전 유닛을 가지며, 상기 복수의 충전 유닛 각각은 해당하는 배터리 셀에 상기 전원 공급부로부터 무선 전송받은 전원을 충전시키는 충전부를 포함하고, 상기 전원 공급부는 상기 복수의 충전 유닛 각각에 무선 전송되는 전원 간의 밸런스를 유지하거나, 최대 허용 전류로 전원을 무선 전송하는 충전 장치 및 배터리 장치를 제안한다.

Description

충전 장치 및 배터리 장치{POWER CHARGING APPARATUS AND BATTERY APPARATUS}
본 발명은 무선으로 배터리 셀에 전원을 충전할 수 있는 충전 장치 및 배터리 장치에 관한 것이다.
전기·전자장치는 전기를 에너지원으로 하여 작동되는 장치를 말한다.
전기·전자장치를 작동시키기 위해서는 장치를 가동시키는데 필요한 에너지원인 전원의 공급이 반드시 필요하며, 상기 전원의 공급은 장치가 스스로 자체 발전하여 조달하지 않는 한 외부로부터 공급받지 않으면 안된다.
따라서, 상기 전기·전자장치가 외부로부터 전원을 공급받기 위해서는 외부의 전원 공급 설비로부터 상기 전기·전자장치로 전원을 전달해 주기 위한 전원 공급 장치가 반드시 필요하게 된다.
이러한 전원 공급 장치로는 일반적으로 커넥터 등으로 전자 장치에 직접 연결되어 전자 장치에 내장된 배터리(battery)에 전원을 공급하는 유선 방식의 전원 공급 장치가 주로 사용되거나, 하기의 선행 기술 문헌에 기재된 발명과 같이, 자기 유도 효과 또는 자기 공진 효과에 의해 비접촉 방식으로 전자 장치에 내장된 배터리에 전원을 공급할 수 있다.
그러나, 하기의 선행 기술 문헌에는, 자기 유도 효과 또는 자기 공진 효과에 의해 비접촉 방식으로 전자 장치에 내장된 배터리에 전원을 공급하는 경우 배터리 셀간의 전원 밸런스 및 배터리 셀의 유효 전류 극대화에 관한 기재는 개시되어 있지 않다.
국내특허공개공보 제2013-0054897호
본 발명의 과제는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 배터리 셀별로 전원을 충전하여 배터리 셀간의 전원 밸런스를 유지하거나 배터리 셀의 최대 허용 전류로 전원을 무선 전송하여 수 있는 충전 장치 및 배터리 장치를 제안한다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제1의 기술적인 측면으로, 전원을 무선 공급하는 전원 공급부; 및 복수의 배터리 셀에 각각 일대일 대응되는 복수의 충전 유닛을 가지며, 상기 복수의 충전 유닛 각각은 해당하는 배터리 셀에 상기 전원 공급부로부터 무선 전송받은 전원을 충전시키는 충전부를 포함하고, 상기 전원 공급부는 상기 복수의 충전 유닛 각각에 무선 전송되는 전원 간의 밸런스를 유지하여 전원을 무선 전송하는 충전 장치를 제안한다.
본 발명의 제1의 기술적인 측면에 따르면, 상기 전원 공급부는 상기 복수의 충전 유닛 각각으로부터 전송되는 전원 상태 신호에 따라 상기 복수의 충전 유닛 각각에 무선 전송되는 전원 간의 밸런스를 유지할 수 있다.
본 발명의 제1의 기술적인 측면에 따르면, 상기 전원 공급부는 상기 복수의 충전 유닛 각각으로부터 전송되는 전원 상태 신호 중 최소 전원 상태를 기준으로 상기 복수의 충전 유닛 각각에 무선 전송되는 전원 간의 밸런스를 유지할 수 있다.
본 발명의 제1의 기술적인 측면에 따르면, 상기 전원 공급부는 상기 복수의 충전 유닛 각각으로부터 전송되는 전원 상태 신호 중 최대 전원 상태를 기준으로 상기 복수의 충전 유닛 각각에 무선 전송되는 전원 간의 밸런스를 유지할 수 있다.
본 발명의 제1의 기술적인 측면에 따르면, 상기 전원 공급부는 입력 전원을 스위칭하여 전원을 무선 전송하고, 상기 전원 공급부는 스위칭 듀티 또는 스위칭 데드 타임 중 적어도 하나를 조정하여 상기 복수의 충전 유닛 각각에 무선 전송되는 전원 간의 밸런스를 유지할 수 있다.
본 발명의 제1의 기술적인 측면에 따르면, 상기 전원 공급부는 상기 입력 전원을 스위칭하는 스위칭부; 및 상기 스위칭부에 의해 스위칭된 전원을 입력받아 무선 전송하는 송전 코일부를 포함할 수 있다.
본 발명의 제1의 기술적인 측면에 따르면, 상기 스위칭부는 적어도 하나의 스위치를 갖는 적어도 하나의 스위칭 유닛을 포함하고, 상기 송전 코일부는 상기 스위칭 유닛에 연결된 적어도 하나의 송전 코일을 포함할 수 있다.
본 발명의 제1의 기술적인 측면에 따르면, 상기 스위칭 유닛은 하프 브리지 스위치, 풀 브리지 스위치 또는 푸쉬-풀 스위치 중 하나의 구조로된 스위치를 가질 수 있다.
본 발명의 제1의 기술적인 측면에 따르면, 상기 스위칭부는 복수의 스위칭 유닛을 포함하고, 상기 송전 코일부는 상기 복수의 스위칭 유닛에 각각 연결된 적어도 하나의 송전 코일, 상기 복수의 스위칭 유닛 중 일부의 스위칭 유닛들에 각각 연결된 적어도 하나의 송전 코일, 또는 상기 복수의 스위칭 유닛 각각에 일대일 대응되어 연결된 복수의 송전 코일 중 하나를 가질 수 있다.
본 발명의 제1의 기술적인 측면에 따르면, 상기 충전부의 복수의 충전 유닛 각각은 상기 전원 공급부로 전원을 무선 전송받는 수전 코일; 상기 수전 코일로부터의 전원을 정류하는 정류부; 정류된 전원을 해당하는 배터리 셀에 적합한 충전 전원으로 변환하여 충전을 제어하는 제어부; 및 상기 전원 공급부로부터 상기 수전 코일에 무선 전송된 전원 상태를 검출하여 상기 전원 공급부에 전송하는 통신부를 포함할 수 있다.
본 발명의 제1의 기술적인 측면에 따르면, 상기 전원 공급부는 복수의 송전 코일을 포함하고, 상기 충전부의 복수의 충전 유닛 각각과 매칭하여, 상기 충전부로부터의 전원 상태 정보에 따라 해당하는 충전 유닛에 무선 전송되는 전원량을 제어하여 상기 복수의 충전 유닛 각각에 무선 전송되는 전원 간의 밸런스를 유지할 수 있다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제2의 기술적인 측면으로, 전원을 무선 공급하는 전원 공급부; 및 복수의 배터리 셀에 각각 일대일 대응되는 복수의 충전 유닛을 가지며, 상기 복수의 충전 유닛 각각은 해당하는 배터리 셀에 상기 전원 공급부로부터 무선 전송받은 전원을 충전시키는 충전부를 포함하고, 상기 전원 공급부는 충전 대상 배터리 셀 각각에 각 배터리 셀의 최대 충전 허용 전류로 전원을 무선 전송하는 충전 장치를 제안한다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제3의 기술적인 측면으로, 전원을 사전에 설정된 방식으로 스위칭하는 전원 변환부; 및 상기 전원 변환부에 의해 스위칭된 전원을 무선 전송하는 송전 코일부를 포함하여, 충전 대상 배터리 셀 각각에 무선 전송되는 전원이 사전에 설정된 기준 전원을 만족하도록 전원 간의 밸런스를 유지하여 전원을 무선 전송하는 충전 장치를 제안한다.
본 발명의 제3의 기술적인 측면에 따르면, 상기 전원 변환부는 적어도 하나의 스위치 회로를 가지며, 상기 전원 변환부는 복수의 충전 대상 배터리 셀 중 최소 전압 값을 갖는 배터리 셀, 최대 전압 값을 갖는 배터리 셀 또는 중간 전압 값을 갖는 배터리 셀 중 하나를 기준으로 무선 전송 전원을 제어할 수 있다.
본 발명의 제3의 기술적인 측면에 따르면, 상기 전원 변환부는 복수의 스위치 회로를 가지며, 상기 전원 변환부는 무선 전력 커플링된 충전 대상 배터리 셀 중 최소 전압 값을 갖는 배터리 셀, 최대 전압 값을 갖는 배터리 셀 또는 중간 전압 값을 갖는 배터리 셀 중 하나를 기준으로 무선 전송 전원을 제어할 수 있다.
본 발명의 제3의 기술적인 측면에 따르면, 상기 복수의 충전 대상 배터리 셀은 하나의 충전 대상 기기에 구비될 수 있다.
본 발명의 제3의 기술적인 측면에 따르면, 상기 복수의 충전 대상 배터리 셀은 복수의 충전 대상 기기 각각에 구비될 수 있다.
본 발명의 제3의 기술적인 측면에 따르면, 상기 전원 변환부는 상기 복수의 충전 유닛 각각으로부터 전송되는 전원 상태 신호에 따라 상기 복수의 충전 유닛 각각에 무선 전송되는 전원 간의 밸런스를 유지할 수 있다.
본 발명의 제3의 기술적인 측면에 따르면, 상기 전원 공급부는 상기 복수의 충전 유닛 각각으로부터 전송되는 전원 상태 신호 중 최소 전원 상태를 기준으로 상기 복수의 충전 유닛 각각에 무선 전송되는 전원 간의 밸런스를 유지할 수 있다.
본 발명의 제3의 기술적인 측면에 따르면, 상기 전원 변환부는 상기 복수의 충전 유닛 각각으로부터 전송되는 전원 상태 신호 중 최대 전원 상태를 기준으로 상기 복수의 충전 유닛 각각에 무선 전송되는 전원 간의 밸런스를 유지할 수 있다.
본 발명의 제3의 기술적인 측면에 따르면, 상기 전원 변환부는 입력 전원을 스위칭하여 전원을 무선 전송하고, 상기 전원 변환부는 스위칭 듀티 또는 스위칭 데드 타임 중 적어도 하나를 조정하여 상기 복수의 충전 유닛 각각에 무선 전송되는 전원 간의 밸런스를 유지할 수 있다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제4의 기술적인 측면으로, 전원을 사전에 설정된 방식으로 스위칭하는 전원 변환부; 및 상기 전원 변환부에 의해 스위칭된 전원을 무선 전송하는 송전 코일부를 포함하여,충전 대상 배터리 셀 각각에 배터리 셀의 최대 충전 허용 전류로 전원을 무선 전송하는 충전 장치를 제안한다.
본 발명의 제4의 기술적인 측면에 따르면, 상기 전원 변환부는 복수의 충전 유닛 각각으로부터 전송되는 전원 상태 신호에 따라 복수의 충전 대상 배터리 셀의 각 배터리 셀의 최대 충전 허용 전류로 전원을 무선 전송할 수 있다.
본 발명의 제4의 기술적인 측면에 따르면, 상기 전원 공급부는 복수의 충전 유닛 각각으로부터 전송되는 전원 상태 신호 중 최소 전원 상태를 기준으로 복수의 충전 대상 배터리 셀의 각 배터리 셀의 최대 충전 허용 전류로 전원을 무선 전송할 수 있다.
본 발명의 제4의 기술적인 측면에 따르면, 상기 전원 변환부는 복수의 충전 유닛 각각으로부터 전송되는 전원 상태 신호 중 최대 전원 상태를 기준으로 복수의 충전 대상 배터리 셀의 각 배터리 셀의 최대 충전 허용 전류로 전원을 무선 전송할 수 있다.
본 발명의 제4의 기술적인 측면에 따르면, 상기 전원 변환부는 입력 전원을 스위칭하여 전원을 무선 전송하고, 상기 전원 변환부는 스위칭 듀티 또는 스위칭 데드 타임 중 적어도 하나를 조정하여 복수의 충전 대상 배터리 셀의 각 배터리 셀의 최대 충전 허용 전류로 전원을 무선 전송할 수 있다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제5의 기술적인 측면으로, 복수의 충전 유닛을 구비하고, 복수의 충전 유닛 각각은 전원을 무선 전송받는 수전 코일; 상기 수전 코일로부터의 전원을 정류하는 정류부;및 정류된 전원을 해당하는 배터리 셀에 적합한 충전 전원으로 변환하여 충전을 제어하는 제어부를 포함하여 상기 복수의 충전 유닛 각각에 무선 전송되는 전원이 사전에 설정된 기준 전원을 만족하도록 전원 간의 밸런스를 유지하기 위한 전원 상태 정보를 무선 전송하는 충전 장치.
본 발명의 제5의 기술적인 측면에 따르면, 상기 수전 코일에 무선 전송된 전원 상태를 검출하여 무선 송신 측에 사전에 설정된 통신 방식으로 전송하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제5의 기술적인 측면에 따르면, 상기 복수의 충전 유닛은 하나의 충전 대상 기기에 포함될 수 있다.
본 발명의 제5의 기술적인 측면에 따르면, 상기 복수의 충전 유닛은 복수의 충전 대상 기기에 포함될 수 있다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제6의 기술적인 측면으로, 복수의 충전 유닛을 구비하고, 복수의 충전 유닛 각각은 전원을 무선 전송받는 수전 코일; 상기 수전 코일로부터의 전원을 정류하는 정류부;및 정류된 전원을 해당하는 배터리 셀에 적합한 충전 전원으로 변환하여 충전을 제어하는 제어부를 포함하여 상기 복수의 충전 유닛 각각에 해당되는 배터리 셀의 최대 충전 허용 전류로 전원을 무선 전송받기 위해 전원 상태 정보를 무선 전송하는 충전 장치를 제안한다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제7의 기술적인 측면으로, 복수의 배터리 셀을 갖는 적어도 하나의 배터리 셀 그룹; 및 상기 적어도 하나의 배터리 셀 그룹의 복수의 배터리 셀에 각각 일대일 대응되어, 해당하는 배터리 셀에 무선 전송받은 전원을 충전시키는 복수의 충전 유닛을 포함하고, 상기 복수의 충전 유닛 각각은 상기 복수의 충전 유닛 각각에 무선 전송되는 전원이 사전에 설정된 기준 전원을 만족하도록 전원 간의 밸런스를 유지하기 위한 전원 상태 정보를 무선 전송하는 배터리 장치를 제안한다.
본 발명의 제7의 기술적인 측면에 따르면, 상기 복수의 충전 유닛 각각은 전원을 무선 전송받는 수전 코일; 상기 수전 코일로부터의 전원을 정류하는 정류부; 정류된 전원을 해당하는 배터리 셀에 적합한 충전 전원으로 변환하여 충전을 제어하는 제어부; 및 상기 수전 코일에 무선 전송된 전원 상태를 검출하여 상기 전원 상태 정보를 무선 전송하는 통신부를 포함하는 배터리 장치를 제안한다.
본 발명의 제7의 기술적인 측면에 따르면, 상기 배터리 셀 그룹은 복수개가 서로 병렬 연결될 수 있다.
본 발명의 제7의 기술적인 측면에 따르면, 상기 배터리 셀 그룹 및 상기 복수의 충전 유닛은 하나의 충전 대상 기기에 포함될 수 있다.
본 발명의 제7의 기술적인 측면에 따르면, 상기 배터리 셀 그룹 및 상기 복수의 충전 유닛은 복수의 충전 대상 기기에 포함될 수 있다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제8의 기술적인 측면으로, 복수의 배터리 셀을 갖는 적어도 하나의 배터리 셀 그룹; 및 상기 적어도 하나의 배터리 셀 그룹의 복수의 배터리 셀에 각각 일대일 대응되어, 해당하는 배터리 셀에 무선 전송받은 전원을 충전시키는 복수의 충전 유닛을 포함하고, 상기 복수의 충전 유닛 각각은 상기 복수의 충전 유닛 각각에 해당되는 배터리 셀의 최대 충전 허용 전류로 전원을 무선 전송받기 위해 전원 상태 정보를 무선 전송하는 배터리 장치를 제안한다.
본 발명에 따르면, 배터리 셀별로 전원 충전시에 전달되는 무선 전력량을 배터리 셀별로 조정하여 배터리 셀간의 전원 밸런스를 유지하거나, 배터리 셀의 최대 충전 허용 전류로 전원을 무선 전송하여 급속 충전하는 효과가 있다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 충전 장치의 활용예를 나타내는 도면.
도 2 및 도 3은 본 발명의 충전 장치의 제1 및 제2 실시예를 개략적으로 나타내는 구성도.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 충전 장치에 채용된 전원 공급부의 제1 내지 제4 실시예를 개략적으로 나타내는 회로도.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 충전 유닛의 제1 내지 제4 실시예를 개략적으로 나타내는 회로도.
도 6a 내지 도 6g는 본 발명의 배터리 장치의 실시예 및 활용예를 나타내는 도면.
도 7a 내지 도 7d와, 도 8a 내지 도 8d와, 도 9a 및 도 9b는 본 발명의 충전 동작을 나타내는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다라고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 또는 유사한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때는 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다.
또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 충전 장치의 활용예를 나타내는 도면이다.
도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 본 발명의 충전 장치(A)는 복수의 배터리 셀을 갖는 배터리 장치(B)를 구비한 휴대폰, 태블릿 PC, 랩탑 PC 등에 배터리 셀별로 무선 또는 유무선 방식으로 전원을 충전할 수 있다. 더하여 본 발명의 충전 장치(A)는 적어도 하나의 배터리 셀을 갖는 배터리 장치(B1,B2)를 갖는 복수의 휴대폰, 태블릿 PC, 랩탑 PC 등에 장치별로 무선 또는 유무선 방식으로 전원을 충전할 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 충전 장치의 제1 및 제2 실시예를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 충전 장치(A)는 전원 공급부(210,310)에서 무선으로 전원을 전송할 수 있으며, 이를 위해, 전원 공급부(210,310)는 사전에 설정된 전원을 제공하는 전원 변환부(211,311) 및 전원 변환부(211,311)로부터의 전원을 무선 전송하는 송전 코일(P1,P11,P12,P21,P22)를 포함할 수 있다.
도 2와 같이 하나의 송전 코일(P1)을 구비할 수도 있고, 전원의 전송 효율을 높이기 위해, 도 3과 같이, 복수의 송전 코일(P11,P12,P21,P22)를 구비할 수 있으며, 복수의 송전 코일(P11,P12,P21,P22)의 개수는 수전 코일(S11,S12,S21,S22)에 대응되도록 형성할 수도 있다.
충전부(220,320)는 복수의 충전 유닛(221-1,221-2,222-1,222-2,321-1,321-2,322-1,322-2)를 배터리부(230,330)의 복수의 배터리 셀(BC11,BC12,BC21,BC22)에 일대일 되도록 구비할 수 있으며, 복수의 충전 유닛(221-1,221-2,222-1,222-2,321-1,321-2,322-1,322-2) 각각은 해당하는 배터리 셀(BC11,BC12,BC21,BC22)에 전원을 충전시키기 위해, 수전 코일(S11,S12,S21,S22) 및 충전 제어부(L11,L12,L21,L22)를 포함할 수 있다.
수전 코일(S11,S12,S21,S22)는 전원 공급부(210,310)의 송전 코일(P1,P11,P12,P21,P22)로부터 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식과 같이 무선으로 전원을 전송받을 수 있으며, 충전 제어부(L11,L12,L21,L22)는 수전 코일(S11,S12,S21,S22)로부터의 전원을 해당하는 배터리 셀(BC11,BC12,BC21,BC22)에 충전시키며, 해당하는 배터리 셀에 충전되는 전원의 전류값이 급속 충전일 경우 배터리 셀의 최대 허용 전류로 유지시키고, 해당하는 배터리 셀에 전원이 만충에 가까워 지면, 해당하는 배터리 셀에 충전되는 전원의 전류값이 최대 허용 전류 이하로 유지되도록 제어할 수 있다.
즉, 제1-1 충전 제어부(L11), 제1-2 충전 제어부(L12), 제2-1 충전 제어부(L21) 및 제2-2 충전 제어부(L22) 각각은 해당하는 배터리 셀(BC11,BC12,BC21,BC22)에 충전되는 전원의 전류값이 급속 충전일 경우 배터리 셀의 최대 허용 전류로 유지시키고, 해당하는 배터리 셀에 전원이 만충에 가까워 지면, 해당하는 배터리 셀에 충전되는 전원의 전류값이 최대 허용 전류 이하로 유지되도록 제어할 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 충전 장치에 채용된 전원 공급부의 제1 내지 제4 실시예를 개략적으로 나타내는 회로도이다.
전원 공급부(210)는 전원을 스위칭하는 전원 변환부(211) 및 송전 코일(P1~Pn)을 포함할 수 있다.
전원 변환부(211)는 스위칭부(111b), 스위칭 제어부(111a) 및 통신부(111c)를 포함할 수 있고, 스위칭부(111b)는 송전 코일(P1 또는 P1~Pn)에 전기적으로 연결되어 입력된 전원을 스위칭하여 송전 코일(P1 또는 P1~Pn)을 통해 전원을 무선 전송할 수 있으며, 스위칭 제어부(111a)는 스위칭부(111b)의 스위칭을 제어하는 스위칭 제어 신호(SS1, SS2, 또는 SS1~SS4)를 제공할 수 있다.
통신부(111c)는 무선 충전 대상 기기로부터 충전 상태 정보를 전달받아 이를 스위칭 제어부(111a)에 제공하여, 스위칭 제어부(111a)가 스위칭 듀티, 온/오프 타임 등을 조절하여 급속 충전 또는 배터리 셀간의 전원 밸런싱 유지 등의 기능을 도모할 수 있다.
스위칭부(111b)는 도 4a에 도시된 바와 같이 적어도 둘의 스위치(Q1,Q2)를 구비할 수 있으며, 각 스위치(Q1,Q2)는 전계효과 트랜지스터(Field effect transist;FET)로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 적어도 둘의 스위치(Q1,Q2)는 하프 브리지 스위치(Q1,Q2) 구조일 수도 있고, 도 4b에 도시된 바와 같이 풀 브리지 스위치(Q1,Q2,Q3,Q4) 구조일 수도 있으나 이에 한정되지 않고 다양하게 구성될 수 있다. 스위치(Q1,Q2)에는 구동 전원(Vcc)가 공급될 수 있으며, 구동 전원(Vcc)는 전압 레벨이 고정되거나 가변되어 공급될 수도 있다.
도 4c를 참조하면, 본 발명의 충전 장치에 채용된 전원 공급부의 실시예로 하나의 하프 브리지(Q1,Q2)에 복수의 송전 코일(P1,P2,Pn)이 연결될 수 있으며, 하나의 하프 브리지(Q1,Q2)와 복수의 송전 코일(P1,P2,Pn) 각각 간에는 연결을 위해 스위치(SW1,SW2,SWn)가 그 사이에 배치될 수 있다. 제어 신호에 따라 스위칭하여 하프 브리지 스위치(Q1,Q2)와 해당하는 송전 코일을 연결시킬 수 있다. 예를 들어 제어신호에 따라 복수의 스위치(SW1,SW2,SWn)는 순차적으로 스위칭 온/오프되어 해당하는 송전 코일과 연결될 수 있다. 상기 제어 신호는 제어부(111a)로부터 제공될 수도 있으며, 해당하는 송전 코일의 연결은 통신부(111c)로부터의 충전 상태 정보에 기초할 수 있다.
반면, 도 4d를 참조하면, 복수의 스위치 회로가 각각 해당하는 복수의 송전 코일(P1,P2,Pn)에 연결될 수도 있다. 상기 복수의 스위치 회로는 하프 브리지 스위치(Q11,Q12,Q1n,Q21,Q22,Q2n)일 수 있으며, 하프 브리지 스위치(Q11,Q12,Q1n,Q21,Q22,Q2n)는 송전 코일(P1,P2,Pn)에 일대일 대응되어 연결될 수 있다.
마찬가지로, 하프 브리지 스위치(Q11,Q12,Q1n,Q21,Q22,Q2n)는 하나의 스위치, 풀브리지 스위치, 푸쉬-풀 스위치 등 다양한 스위치 구조로 치환될 수 있다. 도 4a 내지 도 4d를 참조하면, 송전 코일(P1 또는 P1~Pn)과 스위칭부(111b) 간에는 캐패시터(C1~Cn)가 도시되어 있으나, 이는 무선 전송 방식에 따라 채용되지 않을 수도 있고, 복수개가 병렬로 연결될 수도 있다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 충전 유닛의 제1 내지 제4 실시예를 개략적으로 나타내는 회로도이다.
도 5a 내지 도 5d를 참조하면, 본 발명의 충전 유닛은 수전 코일(S) 및 충전 제어부를 포함할 수 있다.
수전 코일(S)은 전원 공급부로부터의 해당하는 송전 코일로부터 전원을 무선 전송받을 수 있으며, 충전 제어부(L)는 수신받는 무선 전력을 제어하고, 해당하는 배터리 셀에 전송받은 전원을 충전시킬 수 있다.
충전 제어부(L)는 정류부(La), 레귤레이터(Lb) 및 제어부(Lc)를 포함할 수 있다.
정류부(La)는 수전 코일(S)로부터의 전원을 정류할 수 있고, 레귤레이터(Lb)는 정류된 전원을 충전에 적합한 전원으로 변환하여 해당 배터리 셀의 충전을 제어할 수 있다. 제어부(Lc)는 수전 코일(S)에 전송된 전원의 상태를 검출하여 전원 공급부에 전원 상태 정보를 무선으로 전송할 수 있다.
이를 위해, 제어부(Lc)는 수전 코일(S)로부터의 전원 또는 레귤레이터(Lb)로부터 배터리 셀에 전달되는 전원의 상태를 검출할 수 있다.
한편, 제어부(Lc)는 수전 코일(S)을 통해 펄스 형태의 전원 상태 정보를 무선으로 송전측에 전송할 수도 있고, 별도의 통신부(Com)을 구비하여, 검출부(Det)에 의해 검출된 전원 상태 정보를 통신부(Com)를 통해 사전에 설정된 통신 방식으로 송전측에 전송할 수 있다.
도 6a 내지 도 6g는 본 발명의 배터리 장치의 실시예 및 활용예를 나타내는 도면이다.
도 6a를 참조하면, 본 발명의 배터리 장치(B)의 제1 실시예는 충전부(620)는 복수의 충전 유닛(621-1,621-2,621-3)를 포함할 수 있고, 배터리부(630)는 적어도 하나의 배터리 셀 그룹을 포함할 수 있으며, 상기 적어도 하나의 배터리 셀 그룹은 서로 직렬 연결된 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다.
복수의 충전 유닛(621-1,621-2,621-3)은 적어도 하나의 배터리 셀 그룹의 각 배터리 셀(BC11,BC12,BC13)에 일대일 대응될 수 있고, 충전 제어부(L11,L12,L13), 각각은 해당하는 배터리 셀(BC11,BC12,BC13)에 충전되는 전원의 전류값이 급속 충전일 경우 배터리 셀의 최대 허용 전류로 유지시키고, 해당하는 배터리 셀에 전원이 만충에 가까워 지면, 해당하는 배터리 셀에 충전되는 전원의 전류값이 최대 허용 전류 이하로 유지되도록 제어할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 본 발명의 배터리 장치(B)의 제2 실시예는 충전부(620)는 복수의 충전 유닛(621-1,621-2,621-3,622-1,622-2,622-3)을 포함할 수 있으며, 복수의 충전 유닛(621-1,621-2,621-3,622-1,622-2,622-3)은 충전 장치(A)로부터 무선으로 전원을 제공받을 수 있다. 복수의 충전 유닛(621-1,621-2,621-3,622-1,622-2,622-3)는 배터리부(630)의 복수의 배터리 셀(BC11,BC12,BC13,BC21,BC22,BC23) 각각에 일대일 대응될 수 있으며, 복수의 충전 유닛(621-1,621-2,621-3,622-1,622-2,622-3) 각각은 해당하는 배터리 셀(BC11,BC12,BC13,BC21,BC22,BC23)에 전원을 충전시킬 수 있다.
복수의 충전 유닛(621-1,621-2,621-3,622-1,622-2,622-3) 각각은 충전 제어부(L11,L12,L13,L21,L22,L23)를 포함할 수 있으며, 제1-1 충전 제어부(L11), 제1-2 충전 제어부(L12), 제1-3 충전 제어부(L13), 제2-1 충전 제어부(L21), 제2-2 충전 제어부(22) 및 제2-3 충전 제어부(L23) 각각은 해당하는 배터리 셀(BC11,BC12,BC13,BC21,BC22,BC23)에 충전되는 전원의 전류값이 급속 충전일 경우 배터리 셀의 최대 허용 전류로 유지시키고, 해당하는 배터리 셀에 전원이 만충에 가까워 지면, 해당하는 배터리 셀에 충전되는 전원의 전류값이 최대 허용 전류 이하로 유지되도록 제어할 수 있다.
배터리부(630)는 서로 병렬 연결된 복수의 배터리 셀 어레이를 포함할 수 있고, 상기 복수의 배터리 셀 그룹은 각각 서로 직렬 연결된 복수의 배터리 셀(BC11,BC12,BC13,BC21,BC22,BC23)을 포함할 수 있다.
도 6c 내지 도 6g를 참조하면, 본 발명의 배터리 장치(B)는 6개의 배터리 셀(BC11~BC23)이 채용되며, 6개의 배터리 셀(BC11~BC23)은 3개의 배터리 셀(BC11,BC12,BC13),(BC21,BC22,BC23)이 직렬 연결되어 하나의 배터리 셀 그룹을 형성하고, 2개의 배터리 셀 그룹(BC11,BC12,BC13),(BC21,BC22,BC23)은 서로 병렬 연결되도록 구성될 수 있다.(본 발명의 배터리 장치(B)는 휴대폰, 태블릿 PC, 랩탑 PC 등에 채용될 수 있으나 그 각각의 상세한 도면은 생략한다.)
더하여, 무선으로 전원을 전송받을 경우 6개의 배터리 셀(BC11~BC23)에 각각 대응되는 6개의 수전 코일(S11~S23)이 구비될 수 있으며, 6개의 수전 코일(S11~S23)은 충전 장치(A)의 송전 코일(P1)로부터 전원을 무선 전송받을 수 있다.
반면에, 충전 장치(A)는 6개의 수전 코일(S11~S23)에 대응되는 6개의 송전 코일(P11,P12,P13,P21,P22,P23)를 포함할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 도 6a 내지 도 6d를 참조하면, 일반적으로 랩탑 PC에 사용되는 배터리 팩은 6개의 배터리 셀(BC11~BC23)이 채용되며, 6개의 배터리 셀(BC11~BC23)은 3개의 배터리 셀(BC11,BC12,BC13),(BC21,BC22,BC23)이 직렬 연결되어 하나의 배터리 셀 그룹을 형성하고, 2개의 배터리 셀 그룹(BC11,BC12,BC13),(BC21,BC22,BC23)은 서로 병렬 연결되도록 구성될 수 있어서, 본 발명의 배터리 장치(B)는 도 6g에 도시된 바와 같이 일 예로 2개의 배터리 셀 그룹(BC11,BC12,BC13),(BC21,BC22,BC23)으로 구성된 6개의 배터리 셀(BC11~BC23)을 도시하였으나, 적어도 둘의 배터리 셀이 서로 병렬 연결될 수 있고, 더하여 복수의 배터리 셀 그룹이 서로 병렬 연결될 수 있으며, 복수의 배터리 셀 그룹 각각은 직렬 연결된 복수의 배터리 셀을 포함할 수도 있다. 도 6g에 도시된 바와 같이, 충전 장치(A)의 송전 코일(P1,P2) 또한 복수개 구비될 수 있다.
도 6a 내지 도 6g를 참조하면, 본 발명의 배터리 장치(B)는 하나의 장치일 수 있으나, 도 1c 및 도 1d에 도시된 바와 같이 충전 장치(A)로부터 복수의 배터리 장치(B1,B2)가 무선으로 전원을 충전받을 수도 있으며, 복수의 배터리 장치(B1,B2) 각각은 적어도 하나의 충전 유닛 및 적어도 하나의 배터리 셀을 포함할 수 있으며, 상기 적어도 하나의 충전 유닛 및 적어도 하나의 배터리 셀의 구성은 전술한 바와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
도 7a 내지 도 7d와, 도 8a 내지 도 8d와, 도 9a 및 도 9b는 본 발명의 충전 동작을 나타내는 도면이다.
도 7a 내지 도 7d를 참조하면, 수전 코일 각각에 전달되는 전원 양((VRX1,VRX2,VRX3)이 다를 수 있으며, 이에 따라 전원 공급부에서 전원 상태 정보에 따라 수전 코일에서 해당하는 송전 코일에 전송되는 전원량을 균등한 상태에서 다르게 설정할 수 있다(VTX1,VTX2,VTX3).
도 7a에 도시된 바와 같이, 전원 공급부는 충전부로부터의 전원 상태 정보에 따라 복수의 수전 코일에 수신된 전압(VRX1,VRX2,VRX3) 중 최대 전압(VRX2)을 기준으로 수전 코일에 수신되는 전원량이 일정하도록 전원 간의 밸런스를 유지시킬 수 있고, 반대로 도 7d에 도시된 바와 같이, 복수의 수전 코일에 수신된 전압(VRX1,VRX2,VRX3) 중 최소 전압(VRX2)을 기준으로 수전 코일에 수신되는 전원량이 일정하도록 전원 간의 밸런스를 유지시킬 수 있다.
도 7b에 도시된 바와 같이 송전 코일에서 전송되는 전원량을 각각 제어하기 위해 해당하는 스위치회로의 스위칭 온 듀티 또는 오프 듀티를 제어할 수 있고, 도 7c에 도시된 바와 같이 해당하는 스위치회로의 스위칭 데드 타임을 제어할 수도 있다.
상술한 충전 동작을 도 8a 내지 도 8d를 참조하여, 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 8a를 참조하면, 예를 들어 본 발명의 충전 장치가 하나의 송전 유닛(Tx1)이 구비하고, 하나의 송전 유닛(Tx1)는 적어도 둘의 수전 유닛(Rx1,Rx2)에 전원을 무선 전송할 수 있다.
여기서, 송전 유닛(Tx1)은 도 4a 또는 도 4b에 도시된 구성을 포함할 수 있으며, 수전 유닛(Rx1,Rx2)는 각각 도 5a 내지 도 5d에 도시된 구성을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제2 수전 유닛(Rx2)에서 검출되는 전압(VRx2)(또는 검출된 전류(IRx2))이 제1 수전 유닛(Rx1)에서 검출되는 전압(VRx1)(또는 검출된 전류(IRx1)) 보다 작을 경우, 기호 ① 의 경우에는 제2 수전 유닛(Rx2)에서 검출되는 전압(VRx2)을 기준 전압(VRef)에 도달하도록 송전 유닛(Tx1)이 무선 전송하는 전원의 크기를 증가할 수 있다. 이에 따라, 송전 유닛(Tx1)이 무선 전송하는 전원을 같이 전달받는 제1 수전 유닛(Rx1)에서 검출되는 전압(VRx1)이 기준 전압(VRef)을 초과할 수 있으나, 급속 충전의 이점이 있다. 여기서 기준 전압(Verf)는 해당 배터리 셀에 최대 허용 전류가 흐르도록 설정될 수 있다.
기호 ②의 경우에는 제1 수전 유닛(Rx1)에서 검출되는 전압(VRx1)을 기준 전압(VRef)에 도달하도록 송전 유닛(Tx1)이 무선 전송하는 전원의 크기를 증가할 수 있다. 이에 따라, 송전 유닛(Tx1)이 무선 전송하는 전원을 같이 전달받는 제2 수전 유닛(Rx2)에서 검출되는 전압(VRx2)이 기준 전압(VRef)에 못미칠 수 있으나, 전력 전송의 효율이 증가하는 이점이 있다.
도 8b를 참조하면, 예를 들어 본 발명의 충전 장치가 하나의 송전 유닛(Tx1)이 구비하고, 하나의 송전 유닛(Tx1)는 적어도 셋의 수전 유닛(Rx1,Rx2, Rx3)에 전원을 무선 전송할 수 있다.
예를 들어, 제2 수전 유닛(Rx2)에서 검출되는 전압(VRx2)(또는 검출된 전류(IRx2))이 제1 수전 유닛(Rx1)에서 검출되는 전압(VRx1)(또는 검출된 전류(IRx1)) 보다 크고, 제3 수전 유닛(Rx3)에서 검출되는 전압(VRx3)(또는 검출된 전류(IRx3))이 제1 수전 유닛(Rx1)에서 검출되는 전압(VRx1)(또는 검출된 전류(IRx1)) 보다 작을 경우, 기호 ① 의 경우에는 최소값인 제3 수전 유닛(Rx3)에서 검출되는 전압(VRx3)을 기준 전압(VRef)에 도달하도록 송전 유닛(Tx1)이 무선 전송하는 전원의 크기를 증가할 수 있다. 이에 따라, 송전 유닛(Tx1)이 무선 전송하는 전원을 같이 전달받는 제1 수전 유닛(Rx1)에서 검출되는 전압(VRx1) 및 제2 수전 유닛(Rx2)에서 검출되는 전압(VRx2)이 기준 전압(VRef)을 초과할 수 있으나, 급속 충전의 이점이 있는 반면 전력 전송의 효율은 낮아질 수 있다.
기호 ②의 경우에는 중간값인 제1 수전 유닛(Rx1)에서 검출되는 전압(VRx1)을 기준 전압(VRef)에 도달하도록 송전 유닛(Tx1)이 무선 전송하는 전원의 크기를 증가할 수 있다. 이에 따라, 송전 유닛(Tx1)이 무선 전송하는 전원을 같이 전달받는 제2 수전 유닛(Rx2)에서 검출되는 전압(VRx2)은 기준 전압(VRef)을 초과하고, 제3 수전 유닛(Rx3)에서 검출되는 전압(VRx3)은 기준 전압(VRef)에 못 미칠 수 있다.
기호 ③의 경우에는 최대값인 제2 수전 유닛(Rx2)에서 검출되는 전압(VRx2)을 기준 전압(VRef)에 도달하도록 송전 유닛(Tx1)이 무선 전송하는 전원의 크기를 증가할 수 있다. 이에 따라, 송전 유닛(Tx1)이 무선 전송하는 전원을 같이 전달받는 제1 수전 유닛(Rx2)에서 검출되는 전압(VRx1)과 제3 수전 유닛(Rx3)에서 검출되는 전압(VRx3)은 기준 전압(VRef)에 못 미칠 수 있으나, 전력 전송 효율은 증가할 수 있다. 반면에 충전 속도는 낮아질 수 있다.
도 8c를 참조하면, 예를 들어 본 발명의 충전 장치가 적어도 둘의 송전 유닛(Tx1,Tx2)을 구비하고, 둘의 송전 유닛(Tx1,Tx2)는 적어도 둘의 수전 유닛(Rx1,Rx2)에 전원을 무선 전송할 수 있다.
예를 들어, 제2 수전 유닛(Rx2)에서 검출되는 전압(VRx2)(또는 검출된 전류(IRx2))이 제1 수전 유닛(Rx1)에서 검출되는 전압(VRx1)(또는 검출된 전류(IRx1)) 보다 작을 경우, 기호 ① 의 경우에는 제1 수전 유닛(Rx1)에서 검출되는 전압(VRx1)이 제2 수전 유닛(Rx2)에서 검출되는 전압(VRx2)과 동일하도록 제1 및 제2 송전 유닛(Tx1,Tx2)이 무선 전송하는 전원의 크기를 조절할 수 있다. 이후, 제1 수전 유닛(Rx1)에서 검출되는 전압(VRx1)과 제2 수전 유닛(Rx2)에서 검출되는 전압(VRx2)이 기준 전압(VRef)를 만족하도록 제1 및 제2 송전 유닛(Tx1,Tx2)이 무선 전송하는 전원의 크기를 조절할 수 있다.
기호 ②의 경우에는 제2 수전 유닛(Rx2)에서 검출되는 전압(VRx2)이 제1 수전 유닛(Rx1)에서 검출되는 전압(VRx1)과 동일하도록 제1 및 제2 송전 유닛(Tx1,Tx2)이 무선 전송하는 전원의 크기를 조절할 수 있다. 이후, 제1 수전 유닛(Rx1)에서 검출되는 전압(VRx1)과 제2 수전 유닛(Rx2)에서 검출되는 전압(VRx2)이 기준 전압(VRef)를 만족하도록 제1 및 제2 송전 유닛(Tx1,Tx2)이 무선 전송하는 전원의 크기를 조절할 수 있다.
반면에, 기호 ③ 또는 기호 ④의 경우에는 제2 수전 유닛(Rx2)에서 검출되는 전압(VRx2)을 기준 전압(VRef)에 도달하도록 제1 및 제2 송전 유닛(Tx1,Tx2)이 무선 전송하는 전원의 크기를 증가하거나, 제1 수전 유닛(Rx1)에서 검출되는 전압(VRx1)을 기준 전압(VRef)에 도달하도록 제1 및 제2 송전 유닛(Tx1,Tx2)이 무선 전송하는 전원의 크기를 증가할 수 있다. 상술한 전원의 량의 증가는 수전 유닛과 충전 유닛 간의 커플링 정도에 따라 조절하여 배터리 셀간의 밸런싱을 유지하거나 각 배터리 셀의 최대 충전 허용 전류로 충전하여 급속 충전할 수 있다.
도 8d를 참조하면, 예를 들어 본 발명의 충전 장치가 적어도 둘의 송전 유닛(Tx1,Tx2)을 구비하고, 둘의 송전 유닛(Tx1,Tx2)는 적어도 셋의 수전 유닛(Rx1,Rx2,Rx3)에 전원을 무선 전송할 수 있다.
제2 수전 유닛(Rx2)에서 검출되는 전압(VRx2)(또는 검출된 전류(IRx2))이 제1 수전 유닛(Rx1)에서 검출되는 전압(VRx1)(또는 검출된 전류(IRx1)) 보다 크고, 제3 수전 유닛(Rx3)에서 검출되는 전압(VRx3)(또는 검출된 전류(IRx3))이 제1 수전 유닛(Rx1)에서 검출되는 전압(VRx1)(또는 검출된 전류(IRx1)) 보다 작을 경우, 기호 ① 의 경우에는 제1 수전 유닛(Rx1)에서 검출되는 전압(VRx1)과 제2 수전 유닛(Rx2)에서 검출되는 전압(VRx2)이 최소값인 제3 수전 유닛(Rx3)에서 검출되는 전압(VRx3)과 동일하도록 제1 및 제2 송전 유닛(Tx1,Tx2)이 무선 전송하는 전원의 크기를 조절할 수 있고, 이후 제1 수전 유닛(Rx1)에서 검출되는 전압(VRx1)과 제2 수전 유닛(Rx2)에서 검출되는 전압(VRx2)과 제3 수전 유닛(Rx3)에서 검출되는 전압(VRx3)이 기준 전압(VRef)를 만족하도록 제1 및 제2 송전 유닛(Tx1,Tx2)이 무선 전송하는 전원의 크기를 조절할 수 있다.
기호 ②의 경우에는 제1 수전 유닛(Rx1)에서 검출되는 전압(VRx1)과 제3 수전 유닛(Rx3)에서 검출되는 전압(VRx3)이 최대값인 제2 수전 유닛(Rx2)에서 검출되는 전압(VRx2)과 동일하도록 제1 및 제2 송전 유닛(Tx1,Tx2)이 무선 전송하는 전원의 크기를 조절할 수 있고, 이후 제1 수전 유닛(Rx1)에서 검출되는 전압(VRx1)과 제2 수전 유닛(Rx2)에서 검출되는 전압(VRx2)과 제3 수전 유닛(Rx3)에서 검출되는 전압(VRx3)이 기준 전압(VRef)를 만족하도록 제1 및 제2 송전 유닛(Tx1,Tx2)이 무선 전송하는 전원의 크기를 조절할 수 있다.
기호 ③의 경우에는 제2 수전 유닛(Rx2)에서 검출되는 전압(VRx2)과 제3 수전 유닛(Rx3)에서 검출되는 전압(VRx3)이 중간값인 제1 수전 유닛(Rx1)에서 검출되는 전압(VRx1)과 동일하도록 제1 및 제2 송전 유닛(Tx1,Tx2)이 무선 전송하는 전원의 크기를 조절할 수 있고, 이후 제1 수전 유닛(Rx1)에서 검출되는 전압(VRx1)과 제2 수전 유닛(Rx2)에서 검출되는 전압(VRx2)과 제3 수전 유닛(Rx3)에서 검출되는 전압(VRx3)이 기준 전압(VRef)를 만족하도록 제1 및 제2 송전 유닛(Tx1,Tx2)이 무선 전송하는 전원의 크기를 조절할 수 있다.
더하여, 기호 ④,⑤ 또는 ⑥의 경우에는 제2 수전 유닛(Rx2)에서 검출되는 전압(VRx2)을 기준 전압(VRef)에 도달하도록 제1 및 제2 송전 유닛(Tx1,Tx2)이 무선 전송하는 전원의 크기를 증가하거나, 제3 수전 유닛(Rx3)에서 검출되는 전압(VRx3)을 기준 전압(VRef)에 도달하도록 제1 및 제2 송전 유닛(Tx1,Tx2)이 무선 전송하는 전원의 크기를 증가하거나, 제1 수전 유닛(Rx1)에서 검출되는 전압(VRx1)을 기준 전압(VRef)에 도달하도록 제1 및 제2 송전 유닛(Tx1,Tx2)이 무선 전송하는 전원의 크기를 증가할 수 있다. 제1 및 제2 송전 유닛(Tx1,Tx2)는 커플링된 수전 유닛에서 검출되는 전압이 기준 전압에 도달하도록 무선 전송하는 전원의 크기를 증가할 수 있으나, 이에 따라 주위에 있는 송전 유닛에도 전원이 무선 전송될 수 있다.
한편, 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 도 8c 및 도 8d와 같이 본 발명의 충전 장치가 적어도 둘의 송전 유닛(Tx1,Tx2)을 구비하는 경우 적어도 둘 또는 셋 이상의 수전 유닛(Rx1,Rx2,Rx3)과 무선 전력 커플링이 설정될 수 있다. 보다 상세하게는 송전 유닛에서 전원을 무선 전송하는 경우 해당 송전 유닛으로부터의 전원을 가장 많이 전달받는 수전 유닛이 가장 높은 무선 전력 커플링 관계를 갖고 있는 것으로 설정될 수 있다.
이를 위해 수전 유닛(Rx1,Rx2,Rx3)으로부터의 검출된 전압 또는 전류 정보를 갖는 전원 상태 정보에 따라 해당 송전 유닛과 수전 유닛간에 전력 커플링 관계를 설정할 수 있는데, 도 9a와 같이 둘의 송전 유닛(Tx1,Tx2)을 순차적으로 온/오프시켜 해당 송전 유닛으로부터 전원을 가장 많이 전송받는 수전 유닛을 검색하거나, 도 9b와 같이 둘의 송전 유닛(Tx1,Tx2)의 무선 전원 전송량을 교대로 번갈아서 가변하여 해당 송전 유닛으로부터 전원받은 전원의 변화량이 가장 큰 수전 유닛을 검색할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 배터리 셀별로 전원 충전시에 전달되는 무선 전력량을 배터리 셀별로 조정하여 배터리 셀간의 전원 밸런스를 유지거나, 각 배터리 셀의 최대 충전 허용 전류로 충전하여 급속 충전할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
210,310: 전원 공급부
220,320,620: 충전부
230,330,630: 배터리부

Claims (36)

  1. 전원을 사전에 설정된 방식으로 스위칭하는 전원 변환부; 및
    상기 전원 변환부에 의해 스위칭된 전원을 무선 전송하는 송전 코일부를 포함하여,
    상기 송전 코일부는 서로 직렬 또는 병렬로 연결되는 복수의 충전 대상 배터리 셀들 각각으로 전력을 전송하는 복수의 송전 코일들을 포함하되, 상기 복수의 충전 대상 배터리 셀들은 하나의 충전 대상 기기에 구비되고,
    상기 전원 변환부는 상기 복수의 충전 대상 배터리 셀들 각각에 무선 전송되는 전원이 사전에 설정된 기준 전원을 만족하도록 상기 복수의 송전 코일들 각각으로 인가되는 전력을 제어하는 충전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전원 변환부는 적어도 하나의 스위치 회로를 가지며,
    상기 전원 변환부는 상기 복수의 충전 대상 배터리 셀들 중 최소 전압 값을 갖는 배터리 셀, 최대 전압 값을 갖는 배터리 셀 또는 중간 전압 값을 갖는 배터리 셀 중 하나를 기준으로 무선 전송 전원을 제어하는 충전 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전원 변환부는 복수의 스위치 회로를 가지며,
    상기 전원 변환부는 무선 전력 커플링된 충전 대상 배터리 셀 중 최소 전압 값을 갖는 배터리 셀, 최대 전압 값을 갖는 배터리 셀 또는 중간 전압 값을 갖는 배터리 셀 중 하나를 기준으로 무선 전송 전원을 제어하는 충전 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전원 변환부는 복수의 충전 유닛 각각으로부터 전송되는 전원 상태 신호에 따라 상기 복수의 충전 유닛 각각에 무선 전송되는 전원 간의 밸런스를 유지하는 충전 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전원 변환부는 복수의 충전 유닛 각각으로부터 전송되는 전원 상태 신호 중 최소 전원 상태를 기준으로 상기 복수의 충전 유닛 각각에 무선 전송되는 전원 간의 밸런스를 유지하는 충전 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 전원 변환부는 복수의 충전 유닛 각각으로부터 전송되는 전원 상태 신호 중 최대 전원 상태를 기준으로 상기 복수의 충전 유닛 각각에 무선 전송되는 전원 간의 밸런스를 유지하는 충전 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전원 변환부는 입력 전원을 스위칭하여 전원을 무선 전송하고,
    상기 전원 변환부는 스위칭 듀티 또는 스위칭 데드 타임 중 적어도 하나를 조정하여 복수의 충전 유닛 각각에 무선 전송되는 전원 간의 밸런스를 유지하는 충전 장치.
  10. 전원을 사전에 설정된 방식으로 스위칭하는 전원 변환부; 및
    상기 전원 변환부에 의해 스위칭된 전원을 무선 전송하는 송전 코일부를 포함하여,
    상기 송전 코일부는 서로 직렬 또는 병렬로 연결되는 복수의 충전 대상 배터리 셀들 각각으로 전력을 전송하는 복수의 송전 코일들을 포함하되, 상기 복수의 충전 대상 배터리 셀들은 하나의 충전 대상 기기에 구비되고,
    상기 전원 변환부는 상기 복수의 충전 대상 배터리 셀들 각각으로 각 배터리 셀의 최대 충전 허용 전류가 공급되도록 상기 복수의 송전 코일들 각각으로 인가되는 전력을 제어하는 충전 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전원 변환부는 적어도 하나의 스위치 회로를 가지며,
    상기 전원 변환부는 상기 복수의 충전 대상 배터리 셀들 중 최소 전압 값을 갖는 배터리 셀, 최대 전압 값을 갖는 배터리 셀 또는 중간 전압 값을 갖는 배터리 셀 중 하나를 기준으로 무선 전송 전원을 제어하는 충전 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 전원 변환부는 복수의 스위치 회로를 가지며,
    상기 전원 변환부는 무선 전력 커플링된 충전 대상 배터리 셀 중 최소 전압 값을 갖는 배터리 셀, 최대 전압 값을 갖는 배터리 셀 또는 중간 전압 값을 갖는 배터리 셀 중 하나를 기준으로 무선 전송 전원을 제어하는 충전 장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제10항에 있어서,
    상기 전원 변환부는 복수의 충전 유닛 각각으로부터 전송되는 전원 상태 신호에 따라 복수의 충전 대상 배터리 셀의 각 배터리 셀의 최대 충전 허용 전류로 전원을 무선 전송하는 충전 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 전원 변환부는 복수의 충전 유닛 각각으로부터 전송되는 전원 상태 신호 중 최소 전원 상태를 기준으로 복수의 충전 대상 배터리 셀의 각 배터리 셀의 최대 충전 허용 전류로 전원을 무선 전송하는 충전 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 전원 변환부는 복수의 충전 유닛 각각으로부터 전송되는 전원 상태 신호 중 최대 전원 상태를 기준으로 복수의 충전 대상 배터리 셀의 각 배터리 셀의 최대 충전 허용 전류로 전원을 무선 전송하는 충전 장치.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 전원 변환부는 입력 전원을 스위칭하여 전원을 무선 전송하고,
    상기 전원 변환부는 스위칭 듀티 또는 스위칭 데드 타임 중 적어도 하나를 조정하여 복수의 충전 대상 배터리 셀의 각 배터리 셀의 최대 충전 허용 전류로 전원을 무선 전송하는 충전 장치.
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 복수의 배터리 셀을 갖는 적어도 하나의 배터리 셀 그룹;
    상기 적어도 하나의 배터리 셀 그룹의 복수의 배터리 셀에 각각 일대일 대응되어, 해당하는 배터리 셀에 무선 전송받은 전원을 충전시키는 복수의 충전 유닛을 포함하고,
    상기 복수의 충전 유닛 각각은 상기 복수의 충전 유닛 각각에 무선 전송되는 전원이 사전에 설정된 기준 전원을 만족하도록 전원 간의 밸런스를 유지하기 위한 전원 상태 정보를 무선 전송하고,
    상기 배터리 셀 그룹은 복수개가 서로 병렬 연결되는 배터리 장치.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 복수의 충전 유닛 각각은
    전원을 무선 전송받는 수전 코일;
    상기 수전 코일로부터의 전원을 정류하는 정류부;
    정류된 전원을 해당하는 배터리 셀을 충전하는 충전 전원으로 변환하여 충전을 제어하는 제어부; 및
    상기 수전 코일에 무선 전송된 전원 상태를 검출하여 상기 전원 상태 정보를 무선 전송하는 통신부
    를 포함하는 배터리 장치.
  29. 삭제
  30. 제27항에 있어서,
    상기 배터리 셀 그룹 및 상기 복수의 충전 유닛은 하나의 충전 대상 기기에 포함되는 배터리 장치.
  31. 제27항에 있어서,
    상기 배터리 셀 그룹 및 상기 복수의 충전 유닛은 복수의 충전 대상 기기에 포함되는 배터리 장치.
  32. 복수의 배터리 셀을 갖는 적어도 하나의 배터리 셀 그룹;
    상기 적어도 하나의 배터리 셀 그룹의 복수의 배터리 셀에 각각 일대일 대응되어, 해당하는 배터리 셀에 무선 전송받은 전원을 충전시키는 복수의 충전 유닛을 포함하고,
    상기 복수의 충전 유닛 각각은 상기 복수의 충전 유닛 각각에 해당되는 배터리 셀의 최대 충전 허용 전류로 전원을 무선 전송받기 위해 전원 상태 정보를 무선 전송하고,
    상기 배터리 셀 그룹은 복수개가 서로 병렬 연결되는 배터리 장치.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 복수의 충전 유닛 각각은
    전원을 무선 전송받는 수전 코일;
    상기 수전 코일로부터의 전원을 정류하는 정류부;
    정류된 전원을 해당하는 배터리 셀을 충전하는 충전 전원으로 변환하여 충전을 제어하는 제어부; 및
    상기 수전 코일에 무선 전송된 전원 상태를 검출하여 상기 전원 상태 정보를 무선 전송하는 통신부
    를 포함하는 배터리 장치.
  34. 삭제
  35. 제32항에 있어서,
    상기 배터리 셀 그룹 및 상기 복수의 충전 유닛은 하나의 충전 대상 기기에 포함되는 배터리 장치.
  36. 제32항에 있어서,
    상기 배터리 셀 그룹 및 상기 복수의 충전 유닛은 복수의 충전 대상 기기에 포함되는 배터리 장치.
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