KR102176144B1 - 무선 소전력 수신 및 충전용 젠더 및 그 구성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 소전력 수신 및 충전용 젠더 및 그 구성방법에 관한 것으로, 무선전력전송장치와 주파수 및 공진식이나 유도식의 전력송신 방식이 상이하여 전력 송수신이 원활하지 않은 상황에서도, 소전력을 수신하여 내장된 배터리에 효율적으로 충전할 수 있도록 하여, 사용자가 구비한 스마트 기기를 무선전력전송 환경에 가능한 영향을 적게 받으면서 충전할 수 있도록 함으로써, 사용자에게 편의성을 제공할 수 있도록 하는 무선 소전력 수신 및 충전용 젠더 및 그 구성방법에 관한 것이다.

Description

무선 소전력 수신 및 충전용 젠더 및 그 구성방법{GENDER FOR RECEIVING AND CHARGING WIRELESS LOW POWER AND CONFIGURATION METHOD THEREOF}

본 발명은 무선 소전력 수신 및 충전용 젠더 및 그 구성방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선전력전송장치와 주파수 및 공진식이나 유도식의 전력전송방식이 상이하여 전력 송수신이 원활하지 않은 상황에서도, 소전력을 수신하여 내장된 배터리에 효율적으로 충전할 수 있도록 하여, 사용자가 구비한 스마트 기기를 무선전력전송 환경에 가능한 영향을 적게 받으면서 충전할 수 있도록 함으로써, 사용자에게 편의성을 제공할 수 있도록 하는 무선 소전력 수신 및 충전용 젠더 및 그 구성방법에 관한 것이다.

최근 산업기술의 급격한 발전으로 인해 현대 사회는 4차 산업혁명의 시대로 진입하고 있으며, 스마트 폰, IoT(inter net of things) 기기 등과 같은 다양한 스마트 기기들이 보급화 되고 있다.

특히 최근에는, 사용자의 신체에 착용되어 해당 사용자의 신체정보를 포함한 다양한 정보를 제공하는 웨어러블 디바이스, 무선으로 음악을 제공하는 블루투스 이어폰 또는 헤드셋, 난청을 극복하기 위한 보청기 등과 같이 소형 스마트 기기가 개발되어 상용화되고 있다.

소형 스마트 기기는, 소전력으로도 동작이 가능하도록 설계 및 제조되기 때문에 단시간의 충전만으로도 장시간 이용할 수 있는 장점이 있다.

이러한 소형 스마트 기기들을 포함하는 다양한 스마트 기기는, 무선전력전송방식을 통해 전력을 무선으로 전송받아 자체적으로 구비한 배터리에 전력을 충전한 젠더(gender)로부터 유선으로 전력을 공급받아, 상기 충전할 수 있도록 함으로써, 간편하게 휴대하여 언제 어디서나 사용할 수 있는 장점이 있다.

일반적으로 전력을 무선으로 전송하기 위한 무선전력전송방식은, 전력을 전자기파 형태로 변환하여 전력전송장치와 전력수신장치간의 유선연결(즉, 무접점)없이 무선으로 전력을 전송하기 위한 것으로, 전력을 전송하는 방식과 해당 전력에 대한 전송가능 거리에 따라 전자기 유도에 의한 전력전송방식과 공진에 의한 전력전송방식으로 분류된다.

상기 전자기 유도에 의한 전력전송방식은, 두개의 코일사이에서 발생되는 자기장을 이용하여 무선으로 전력을 전송하는 방식으로, 전력전송장치에 구비되는 전자기 유도코일에 전류를 인가시키면, 해당 전자기 유도코일이 흐르는 전류로부터 발생하는 자기장에 의해 전력수신장치에 구비되는 전자기 유도코일에 전류가 유도되어 부하(예: 충전용 배터리)를 충전할 수 있도록 한다.

이러한 전자기 유도에 의한 전력전송방식은, 상기 전력전송장치와 전력수신장치의 각 전자기 유도코일의 공진주파수와 실제 전력을 전송하는 전송주파수와 다르기 때문에 상기 각 전자기 유도코일을 소규모로 제작 가능한 장점이 있다.

그러나 상기 전자기 유도에 의한 전력전송방식은, 상기 각 전자기 유도코일의 소규모 제작에 따른 전력전송거리가 짧아지는 단점이 있다.

또한 상기 공진에 의한 전력전송방식은, 상기 전력전송장치에 구비되는 1차 공진 안테나와 상기 전력수신장치에 구비되는 2차 공진 안테나 사이의 공진형상을 이용하여 전력을 전송하는 방식이다.

상기 공진에 의한 전력전송방식은, 상기 전자기 유도에 의한 전력전송방식과 유사하게 상기 1차 공진 안테나에 흐르는 전류로부터 발생하는 자기장에 의해 2차 공진 안테나에 전류가 유도되어 부하(예: 충전용 배터리)를 충전할 수 있도록 하지만, 상기 전자기 유도에 의한 전력전송방식과의 차이점은 상기 1차 공진 안테나와 2차 공진 안테나의 공진주파수가 모두 동일하게 조정되어 있다는 것이다.

이러한 공진에 의한 전력전송방식은, 상기 전력전송장치의 1차 공진 안테나와 전력수신장치의 2차 공진 안테나 상호간의 공진주파수가 동일한 경우, 최대 전력전송효율을 가질 수 있으며, 기존의 전자기 유도에 의한 전력전송방식보다 먼 거리에서 전력을 전송할 수 있는 장점이 있는 반면에, 상기 1차 공진 안테나 및 2차 공진 안테나의 크기를 크게 제작해야 되는 단점이 있다.

한편, 무선으로 전력을 전송 받아 자체적으로 내장된 배터리에 상기 전력을 충전한 후, 스마트 기기에 전력을 공급하는 일반적인 젠더는, 무선으로 수신되는 전력의 크기에 상관없이 하나의 대용량 배터리 셀로 구성된 배터리에 상기 전력을 충전하는 구조로 구성되어 있다.

이는, 매우 작은 규모의 미소전력(즉, 소전력)이 수신되는 경우, 상기 각 배터리를 충전하기 위한 충분한 전압이 형성되지 않아, 상기 배터리를 완전히 충전하지 못하거나, 충전조차 되지 않는 문제점을 내포하고 있다.

즉, 스마트 기기를 충전하기 위한 젠더의 경우, 매우 작은 규모의 소전력이 수신되어도 상기 수신한 소전력을 해당 젠더의 배터리에 효율적으로 충전하여, 상기 스마트 기기에 전력을 공급하는 것이 매우 중요하다.

이러한 문제점을 탈피하기 위해서는, 배터리에 소전력을 충전할 때, 상기 배터리의 전압 크기가 상기 소전력이 가지는 전압의 크기보다 낮은 상태로 유지시켜야 상기 배터리를 효과적으로 충전할 수 있을 것이다.

따라서 본 발명에서는, 종래 기술의 젠더에 대한 문제점을 탈피하기 위해 대용량의 배터리 셀 하나를 사용하는 대신 복수의 소용량 배터리 셀을 직렬로 연결한 배터리를 구성하고, 상기 각 배터리 셀에 대한 충전상태를 모니터링하여, 모니터링 결과에 따라, 상기 복수의 배터리 셀이 선택적으로 충전되도록 제어함으로써, 상기 수신한 전력이 작은 규모의 미소전력(소전력)인 경우에도 상기 배터리를 안정적이고 효과적으로 충전할 수 있도록 하여, 상기 스마트 기기를 언제 어디서나 이용할 수 있도록 하는 방안을 제안하고자 한다.

다음으로 본 발명의 기술분야에 존재하는 선행기술에 대하여 간단하게 설명하고, 이어서 본 발명이 상기 선행기술에 비해서 차별적으로 이루고자 하는 기술적 사항에 대해서 기술하고자 한다.

먼저 한국공개특허 제2014-0060865호(2018.06.07.)는 무선 전력 송신 장치에 관한 것으로, 발진기를 통해 무선으로 전력을 전송할 때, 전원 공급부로부터 공급되는 전원을 사인 반파 교류 전력으로 변환하여, 상기 변환한 사인 반파 교류 전력을 공진에 의한 전력전송방식으로 무선 전력 수신 장치로 전송하는 무선 전력 송신 장치에 관한 것이다.

즉, 상기 선행기술은 외부로부터 인가되는 전원을 사인 반파 교류 전력으로 변환하고, 변환한 사인 반파 교류 전력을 공진에 의한 무선전력전송방식으로 무선 전력 수신 장치로 전송할 수 있도록 하는 것이다.

그러나 상기 선행기술은, 무선전력수신 장치에서 배터리를 충전할 수 있을 정도의 전력이 충분하게 수신되지 못하는 경우에는 상기 배터리를 완충시키지 못하거나, 충전을 아예 하지 못하는 문제점을 내포하고 있다.

반면에 본 발명은, 직렬로 연결한 각 배터리 셀에 대한 충전상태를 모니터링하여, 상기 모니터링 결과에 따라 방전된 특정 배터리 셀을 선택하여 완충시키는 과정을 반복적으로 수행하여, 매우 작은 규모의 소전력이 수신되는 경우에도, 상기 배터리에 전력을 효율적으로 충전하도록 하는 것이다.

즉, 본 발명은 상기 과정을 통해 전체 배터리 셀이 완충될 때까지, 적어도 하나 이상의 배터리 셀이 방전된 상태로 유지할 수 있도록 함으로써, 소전력이 수신되더라도 상기 방전된 배터리 셀로 전력이 수신 및 충전되도록 하는 것이다.

따라서 상기 선행기술은 본 발명의 이러한 기술적 특징을 기재하거나 시사 혹은 암시도 없음이 분명하다.

또한 한국등록특허 제1161836호(2012.06.26.)는, 무접점 전력전송장치, 무접점 충전장치, 무접점 충전 시스템 및 이를 이용한 무선 전력전송방법에 관한 것으로, 수신측 무접점 충전장치의 2차 코일에 충전 전력을 유도하는 송신측 무접점 전력전송장치의 1차 코일을 구비하고, 상기 1차 코일의 출력값을 적분수단을 통해 적분하여 기 설정된 기준치와 비교하여, 비교한 결과를 통해 수신측 부하의 전력 상태에 따른 제어신호를 생성하고, 상기 생성한 제어신호에 따라 상기 수신측 무접점 충전장치로 전송되는 전력량을 제어하도록 하는 무접점 전력전송장치, 무접점 충전장치, 무접점 충전 시스템 및 이를 이용한 무선 전력전송방법에 관한 것이다.

상기 선행기술은, 수신측 부하 전력 상태에 따라 전자기 유도에 의한 무선전력전송 및 무접점 충전을 수행하도록 하는 것으로, 소용량의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리를 구성하는 것이 아니며, 각 배터리 셀의 충전상태를 모니터링하여 상기 모니터링 결과에 따라 배터리 셀이 선택적으로 충전되도록 제어하는 것도 아니며, 상기 제어를 통해 소전력이 수신된 경우에도 상기 배터리에 전력을 효율적으로 충전할 수 있도록 하는 기술적 구성을 전혀 기재하고 있지 않다.

따라서 상기 선행기술과 본 발명은 서로 상이한 기술적 특징을 가진 것이 분명하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 전자기 유도에 의한 무선전력전송방식, 공진에 의한 무선전력전송방식에 구애받지 않고, 무선전력전송장치로부터 전력을 수신 받아 상기 수신한 전력을 배터리에 효율적으로 충전하여, 상기 충전한 전력을 상기 스마트 기기에 언제 어디서나 공급할 수 있도록 하는 무선 소전력 수신 및 충전용 젠더 및 그 구성방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한 본 발명은, 대용량의 배터리 셀을 하나 사용하는 대신에 복수의 소용량 배터리 셀을 직렬로 연결한 배터리부를 구성함으로써, 대용량 배터리 셀과 동일한 충전용량을 제공하고, 충전시 특정 배터리 셀을 선택하여 완충시키는 과정을 반복적으로 수행함으로써, 상기 모든 배터리 셀이 완충될 때까지 적어도 하나 이상의 배터리 셀이 방전된 상태로 유지되도록 함으로써, 상기 수신한 전력이 소전력인 경우에도 상기 배터리를 효과적으로 충전할 수 있도록 하는 무선 소전력 수신 및 충전용 젠더 및 그 구성방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 소전력 수신 및 충전용 젠더는, 직렬로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리부, 전자기 유도코일, 공진 안테나 또는 이들의 조합을 포함하여, 무선으로 전력을 수신하는 전력 수신부, 상기 수신한 전력을 직류전력으로 변환하는 정류부 및 상기 각 배터리 셀에 대한 충전상태를 모니터링하여, 상기 모니터링한 결과에 따라 상기 배터리 셀이 선택적으로 충전되도록 제어하는 충전제어부를 포함하며, 대용량의 배터리 셀 하나를 사용하는 대신 복수의 소용량 배터리 셀로 나누어 상기 선택적으로 충전하도록 함으로써, 상기 수신하는 전력이 소전력인 경우에도 상기 배터리 셀에 충전이 가능하도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 충전제어부는, 상기 모니터링 결과, 복수의 배터리 셀 중에서, 적어도 하나 이상을 방전된 상태로 유지함으로써, 소전력이 수신되더라도 상기 방전된 배터리 셀로 전력이 수신 및 충전되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 무선 소전력 수신 및 충전용 젠더는, 상기 정류부의 출력단과 상기 복수의 배터리 셀 사이에 구비된 적어도 하나 이상의 평활 콘덴서 및 상기 커패시터와 상기 배터리 셀을 연결하거나 단락시키기 위한 복수의 스위치를 더 포함하며, 상기 충전제어부는, 상기 모니터링 결과에 따라 상기 각 스위치에 대한 온오프를 제어하여 상기 충전을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 스위치에 대한 온오프를 제어하는 것은, 상기 복수의 배터리 셀 중에서 특정 배터리 셀에 상기 수신된 전력이 먼저 충전되도록 하여, 나머지 배터리 셀 중에서 적어도 하나는 방전된 상태를 유지함으로써, 상기 수신된 전력이 소전력이라도 상기 방전된 상태로 유지되는 배터리 셀로 충전이 가능하도록 상기 스위치의 온오프를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 무선 소전력 수신 및 충전용 젠더는, 상기 수신한 전력을 증폭하여 상기 정류부로 제공하는 증폭부를 더 포함하며, 충전대상 기기가 상기 배터리부에 결합되는 경우, 자동으로 상기 배터리에 충전한 전력을 충전대상 기기에 유선으로 공급하여 해당 충전대상 기기를 충전할 수 있도록 하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 소전력 수신 및 충전용 젠더의 구성방법은, 복수의 배터리 셀을 직렬로 연결하여, 배터리부를 구성하는 단계, 전자기 유도코일, 공진 안테나 또는 이들의 조합을 포함하여, 무선으로 전력을 수신하는 전력 수신부를 구성하는 단계, 상기 수신한 전력을 직류전력으로 변환하는 정류부를 구성하는 단계 및 상기 각 배터리 셀에 대한 충전상태를 모니터링하여, 상기 모니터링한 결과에 따라 상기 배터리 셀이 선택적으로 충전되도록 제어하는 충전제어부를 구성하는 단계를 포함하며, 대용량의 배터리 셀 하나를 사용하는 대신 복수의 소용량 배터리 셀로 나누어 상기 선택적으로 충전하도록 함으로써, 상기 수신하는 전력이 소전력인 경우에도 상기 배터리 셀에 충전이 가능하도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 무선 소전력 수신 및 충전용 젠더의 구성방법은, 상기 정류부의 출력단과 상기 복수의 배터리 셀 사이에 배치되어 상기 정류부를 통해 전력을 직류전력으로 변환할 때 발생될 수 있는 맥류를 평활화하기 위한 적어도 하나 이상의 평활 콘덴서를 구성하는 단계 및 상기 평활 콘덴서와 상기 배터리 셀을 연결하거나 단락시키기 위한 복수의 스위치를 구성하는 단계를 더 포함하며, 상기 충전제어부는, 상기 모니터링 결과에 따라 상기 각 스위치에 대한 온오프를 제어하여 상기 충전을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 무선 소전력 수신 및 충전용 젠더의 구성방법은, 상기 수신한 전력을 증폭하여 상기 정류부로 제공하는 증폭부를 구성하는 단계를 더 포함하며, 충전대상 기기가 상기 배터리부에 결합되는 경우, 자동으로 상기 배터리에 충전한 전력을 충전대상 기기에 유선으로 공급하여 해당 충전대상 기기를 충전할 수 있도록 하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상에서와 같이 본 발명의 무선 소전력 수신 및 충전용 젠더의 구성방법은, 무선전력전송장치로부터 수신되는 전력이 소전력인 경우에도 복수의 배터리 셀로 구성된 배터리에 효율적으로 충전할 수 있도록 함으로서, 필요시 간편하게 스마트 기기를 충전할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한 본 발명은, 복수의 배터리 셀을 직렬로 연결한 배터리를 구성하고, 무선으로 수신되는 전력을 상기 복수의 배터리 셀 중에서 특정 배터리 셀을 선택하여 충전되도록 함으로서, 나머지 배터리 셀 중 적어도 하나는 방전된 상태로 유지되도록 하고, 상기 특정 배터리 셀이 완충된 경우, 상기 방전된 상태로 유지되는 배터리 셀이 충전이 가능하도록 함으로써, 상기 수신한 전력이 소전력인 경우에도 상기 배터리를 안정적이고 효율적으로 충전할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 소전력 수신 및 충전용 젠더 및 그 구성방법을 설명하기 위핸 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 소전력 수신 및 충전용 젠더의 내부구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력을 배터리에 충전하는 방법을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 소전력을 충전하여 충전대상 기기에 전력을 공급함으로써, 상기 충전대상 기기를 충전하는 절차를 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 소전력 수신 및 충전용 젠더를 구성하는 절차를 나타낸 흐름도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 무선 소전력 수신 및 충전용 젠더 및 그 구성방법에 대한 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 또한 본 발명의 실시예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 소전력 수신 및 충전용 젠더 및 그 구성방법을 설명하기 위핸 나타낸 개념도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 소전력 수신 및 충전용 젠더(이하 충전용 젠더라 칭함)(100))는, 무선전력전송장치(200)로부터 무선으로 전력을 전송받아 자체적으로 내장된 배터리(미도시)에 상기 전송받은 전력을 충전하고, 이후, 상기 배터리의 전력을 적어도 하나 이상의 충전대상 기기(300)에 유선으로 전송하여 상기 충전대상 기기(300)를 충전하도록 함으로써, 언제 어디서나 상기 충전대상 기기(300)를 사용자가 이용할 수 있도록 한다.

한편 상기 충전대상 기기(300)는, 무선 이어폰, 보청기, 스마트 워치, 웨어러블 디아비스 등과 같이 소전력으로 동작이 가능한 디바이스를 포함하여 다양한 스마트 기기를 의미한다.

또한 상기 충전용 젠더(100))는, 패드 등과 같이 다양한 형태로 구성된 무선전력전송장치(200)의 상부에 위치하여, 상기 무선전력전송장치(200)로부터 무선으로 전송되는 전력을 수신하여, 자체적으로 내장된 배터리부에 상기 수신한 전력을 충전하는 기능을 수행한다.

상기 배터리부는, 일반적으로 사용되는 대용량 배터리 하나를 사용하여 구성되는 것이 아니라, 복수의 소용량 배터리 셀로 구성되며, 상기 각 배터리 셀은 직렬로 연결된다. 이때, 상기 각 배터리 셀은 상기 충전용 젠더(100)의 충전 제어에 따라 상기 수신한 전력을 저장(즉, 충전)하는 기능을 수행한다.

이를 통해, 상기 사용자는 상기 충전용 젠더(100)를 무선으로 충전하여, 간편하게 휴대할 수 있으며, 필요에 따라 언제 어디서나 상기 사용자가 구비한 충전대상 기기(300)를 충전할 수 있다.

무선전력전송장치(200)는, 전자기 유도코일, 공진 안테나 또는 이들의 조합을 구비하고 있으면서, 상기 충전용 젠더(100)가 상부에 위치하는 경우, 전자기 유도에 의한 전력전송방식, 공진에 의한 전력전송방식 또는 이들의 조합으로 상기 전력을 무선으로 전송하여 상기 충전용 젠더(100)에서, 상기 전송한 전력을 이용하여 무선충전을 수행할 수 있도록 한다.

또한 상기 충전용 젠더(100)는, 전자기 유도코일, 공진 안테나 또는 이들의 조합을 포함하여 구성되며, 상기 무선전력전송장치(200)로부터 전자기 유도 또는 공진에 의한 전력전송방식을 통해 무선으로 전송되는 전력을 수신할 수 있다.

한편, 상기 전자기 유도에 의한 전력전송방식과 상기 공진에 의한 전력전송방식은 기본적으로, 무선전력전송측에 구비되는 전자기 유도코일 또는 공진 안테나와 상기 무선전력수신측에 구비되는 전자기 유도코일 또는 공진 안테나 각각의 사이에서 발생되는 자기장을 이용하여 전력을 전송하게 된다.

따라서 본 발명의 충전용 젠더(100)는, 상기 무선전력전송장치(200)상기 무전전력전송장치(200)와의 주파수가 동일하지 않거나, 상기 무선전력전송장치(200)의 전력전송방식과 상이한 전력수신방식이더라도 상기 무선전력전송장치(200)로부터 전송되는 전력을 기반으로 작은 규모의 소전력을 항상 수신할 수 있다.

즉, 본 발명의 충전용 젠더(100)는, 상기 전자기 유도코일, 공진 안테나 또는 이들이 조합을 포함하여 상기 무선전력전송장치(200)로부터 충분한 전력을 무선으로 전송받을 수 있으며, 다만, 상기 충전용 젠더(100)는, 상기 공진주파수가 상이하거나, 상기 충전용 젠더(100)와 상기 무선전력전송장치(200)간의 전자기 유도코일 또는 공진 안테나가 서로 다르게 구비되어 있는 경우(즉, 서로 지원하는 전력전송방식이 다른 경우), 상기 무선전력전송장치(200)로부터 소전력도 수신할 수 있는 것이다.

또한 상기 충전용 젠더(100)는, 상기 수신한 전력이 매우 작은 규모의 미소전력(즉, 소전력)인 경우에도, 상기 전송받은 소전력을 상기 배터리에 안정적이고 효율적으로 충전할 수 있도록 하는 기능을 지원한다.

한편, 상기 소전력을 상기 배터리에 충전하는 방법은, 매우 작은 규모의 소전력이 수신되는 경우에도 상기 배터리에 효과적으로 충전하기 위한 본 발명의 핵심적인 기술적 특징으로서, 상기 소전력을 충전하는 방법에 대해서는 도 3을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

또한 상기 충전용 젠더(100)는, 상기 충전대상 기기(300)를 내부에서 상기 배터리부와 유선으로 결합하여 충전을 수행하도록 하거나, 또는 내부에 실장하여 간편하게 휴대할 수 있도록 하는 몸체부(120)와 상기 유선으로 결합된 충전대상 기기(300)를 외부환경으로부터 보호하기 위한 보호 커버(110)를 포함하여 구성된다.

또한 상기 보호 커버(110)는, 투명하거나 반투명한 플라스틱 재질로 구성될 수 있으며, 상기 충전대상 기기(300)가 상기 충전용 젠더(100)의 몸체부(120)와 결합되어 충전을 수행하거나, 또는 휴대될 때 외부환경으로부터 상기 충전대상 기기(300)를 보호하는 기능을 수행한다.

또한 상기 보호 커버(110)의 일단은, 상기 몸체부(120)와 회동 가능하도록 힌지 결합될 수 있으며, 상기 보호 커버(110)를 회전시켜 상기 몸체부(120)의 타단과 결합되거나 탈착됨으로서, 상기 몸체부(120)를 외부에 개방시키거나 외부환경과 차단시킬 수 있다.

또한 상기 몸체부(120)는, 상기 충전대상 기기(300)와 유선으로 결합될 수 있는 유선 결합부(미도시)를 구비하고 있다.

또한 상기 충전용 젠더(100)는, 상기 유선 결합부를 통해 상기 몸체부(120)와 상기 충전대상 기기(300)가 결합된 경우, 상기 결합된 충전대상 기기(300)에 유선으로 전력을 공급하여 해당 충전대상 기기(300)를 충전할 수 있도록 한다.

한편, 상기 유선 결합부는 상기 적어도 하나 이상의 충전대상 기기(300)와 유선으로 결합되어, 상기 배터리에 충전한 전력을 공급하기 위한 것으로, 복수의 접점을 통해 상기 충전대상 기기(300)와 전기적으로 결합되거나, 5핀, 8핀, USB 또는 이들의 조합을 포함하는 전력공급커넥터(포트)를 포함하여 상기 충전대상 기기(300)와 전기적으로 결합될 수 있다.

또한 상기 몸체부(120)의 일측면에는, 상기 무선전력전송장치(200)로부터 전송받은 전력을 상기 충전용 젠더(100)에 내장된 배터리에 충전할 때, 해당 배터리의 충전상태를 표시하는 충전상태 표시부(미도시) 및 상기 충전대상 기기(300)가 결합된 경우, 상기 충전대상 기기(300)에 대한 충전을 수행하도록 하는 충전 스위치(미도시)를 포함한다.

상기 충전상태 표시부(미도시)는, LED를 포함하는 다양한 광원으로 구성될 수 있으며, 상기 충전용 젠더(100)의 배터리가 충전중인 경우에는 적색으로 표시되고, 상기 배터리가 완충(충전완료)인 경우에는 녹색으로 표시되어 사용자가 해당 충전용 젠더(100)의 충전상태를 즉각적으로 인식할 수 있도록 한다.

또한 상기 충전 스위치는, 사용자의 선택에 따라 상기 충전대상 기기(300)에 전력을 공급하여 상기 충전대상 기기(300)를 충전할 수 있도록 하는 것이다.

한편, 상기 충전대상 기기(300)에 대한 충전이 필요 없는 경우에는, 상기 충전 스위치를 오프(off)하여, 상기 충전대상 기기(300)를 상기 충전용 젠더(100)의 내부(즉, 몸체부)에 실장함으로써, 간편하게 휴대하여 언제 어디서나 이용할 수 있도록 할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 소전력 수신 및 충전용 젠더의 내부구성을 나타낸 블록도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 충전용 젠더(100)는, 무선전력전송장치(200)로부터 전력을 수신하는 전력 수신부(130), 상기 수신한 전력을 증폭하는 증폭부(140), 상기 증폭한 전력을 정류하는 정류부(150), 상기 정류한 전력을 배터리부(170)에 충전하도록 제어하는 충전제어부(160) 및 복수의 배터리 셀(171)을 포함하는 배터리부(170)를 포함하여 구성된다.

한편, 상기 배터리부(170)는, 상기 수신한 전력을 충전하기 위한 것으로, 복수의 배터리 셀(171)을 포함하며, 상기 복수의 배터리 셀(171)은 직렬로 연결된다. 이때, 상기 복수의 배터리 셀(171)은 동일한 충전 용량을 가진다.

한편, 상기 무선전력전송장치(200)는, 전자기 유도코일, 공진 안테나 또는 이들이 조합을 포함하여 구성된다.

또한 상기 무선전력전송장치(200)는, 외부전원으로부터 전원을 인가 받아, 상기 전자기 유도코일, 공진 안테나 또는 이들의 조합을 통해 상기 충전용 젠더(100)에 전력을 무선으로 전송하여, 해당 충전용 젠더(100)에서 상기 전송한 전력을 충전할 수 있도록 한다.

상기 전력을 무선으로 전송하는 방식은, 전자기 유도에 의한 무선전력전송방식, 공진에 의한 무선전력전송방식 또는 이들의 조합을 포함한다.

또한 상기 전력 수신부(130)는, 전자기 유도에 의한 무선전력을 수신하기 위한 전자기 유도코일, 공진에 의한 무선전력을 수신하기 위한 공진 안테나 또는 이들의 조합을 포함하여 구성될 수 있다.

다만, 본 발명의 충전용 젠더(100)는, 상기 무선전력전송장치(200)로부터 소전력만을 수신하여도 상기 수신한 소전력을 상기 배터리부(170)에 효율적으로 충전할 수 있으므로, 상기 전자기 유도코일, 공진 안테나 또는 이들의 조합을 복수회 권선하여 원형, 사각형, 나선형 모양으로 소규모로 구성함으로써, 상기 충전용 젠더(100)의 크기를 최소화하여 구현될 수 있다.

즉, 본 발명의 충전용 젠더(100)는, 상기 전력 수신부(130)를 통해 상기 무선전력전송장치(200)로부터 소규모의 미소전력인 소전력을 수신하는 경우에도, 상기 수신한 소전력을 상기 배터리부(170)에 효율적으로 충전할 수 있도록 하며, 이를 통해 상기 충전용 젠더(100)를 휴대하여 충전대상 기기(300)를 언제 어디서나 충전할 수 있도록 함으로서, 상기 충전대상 기기(300)를 언제 어디서나 효과적으로 이용할 수 있도록 하는 것이다. 한편 상기 수신한 전력을 충전하는 방법은 도 3을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

상기 증폭부(140)는, 상기 전력 수신부(130)로부터 수신되는 전력을 증폭하기 위한 것으로, 전력증폭기(미도시)를 포함하여 구성된다.

또한 상기 증폭부(140)는, 상기 전력증폭기를 통해 상기 수신한 전력을 일정한 이득을 가지도록 증폭하는 기능을 수행한다.

일반적으로 전력증폭기는, 상기 증폭을 수행한 경우 얻어지는 이득에 따라 A급 증폭기, B급 증폭기, C급 증폭기 및 D급 증폭기로 분류되며, 상기 A급 증폭기는 25% 내지 50%의 이득을 가지며, B급 증폭기는 78.5% 정도의 이득을 가진다. 또한 상기 C급 증폭기는 효력효율(이득)을 중시하지 않는 협대역 동조회로에서 제한적으로 사용되며, 상기 D급 증폭기는 90%이상의 이득을 가지는 것으로 알려져 있다.

한편, 상기 B급 내지 D급 증폭기는, 이득이 높은 반면에 회로가 복잡하고 상기 전력을 증폭하는 과정에서 높은 온도의 열이 발생하는 문제점이 있으므로, 본 발명에서의 상기 전력증폭기는, 회로가 단순하고 발열이 적은 A급 증폭기를 사용하거나, 작은 입력신호를 증폭하기 위해 일반적으로 사용되는 소신호 증폭기로 구성될 수 있다.

다만, 본 발명에서는, 상기 A급 증폭기 또는 소신호 증폭기를 이용하여 상기 수신한 전력을 증폭할 수 있도록 구성되는 것이 바람직 하지만, 상기 C급 증폭기 또는 D급 증폭기를 포함하여 다양한 전력증폭기를 이용할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 상기 수신한 전력을 증폭하기 위한 전력증폭기의 종류에 대한 제한을 두지 아니한다.

한편, 상기 수신한 전력은, 교류전력이므로 상기 배터리부(170)에 상기 수신한 소전력을 충전하기 위해서는, 직류전력으로 변환할 필요가 있다.

따라서 상기 정류부(150)는, 상기 전력 수신부(130)를 통해 수신한 전력 또는, 상기 증폭부(140)를 통해 증폭한 전력을 직류전력으로 변환하여, 상기 직류전력으로 변환한 전력을 상기 배터리부(170)를 구성하는 각각의 배터리 셀(171)에 충전할 수 있도록 하는 기능을 수행한다.

즉, 상기 정류부(150)는, 주기적으로 음과 양의 두 가지 방향으로 변화하는 교류전력을 한 가지 방향만 가지는 직류전력으로 변환시켜, 상기 변환한 직류전류를 상기 배터리부(170)에 충전할 수 있도록 하는 것이다. 이때, 상기 교류적력을 직류전력으로 변환하는 것을 정류하고 한다.

또한 상기 충전제어부(160)는, 상기 정류부(150)를 통해 정류한 전력을 충전하고자 하는 경우, 상기 각 배터리 셀(171)에 대한 충전상태를 모니터링하여, 상기 모니터링결과에 따라 상기 각 배터리 셀(171)에 대한 충전을 제어하여 상기 전력을 상기 각 배터리 셀(171)에 충전하는 기능을 수행한다.

이때, 상기 충전제어부(160)는, 상기 모니터링 결과 완충되지 않은 배터리 셀(171)이 존재하는 경우, 상기 완충되지 않은 배터리 셀(171) 중 특정 배터리 셀(171)을 선택하여, 해당 배터리 셀(171)에만 상기 수신한 전력을 충전하도록 제어하는 기능을 수행한다.

즉, 본 발명은, 완충시 전압이 높은 하나의 배터리 셀로 구성된 배터리에 상기 전력을 충전하도록 하는 것이 아니라, 완충시 전압이 낮은 복수의 배터리 셀(171)을 직렬로 연결하여 배터리부(170)를 구성하고, 충전시 방전된 특정 배터리 셀(171)을 선택적으로 충전하도록 제어함으로써, 나머지 배터리 셀(171)중 적어도 하나 이상을 방전된 상태로 유지하여, 상기 수신한 전력이 소전력이더라도 상기 방전된 배터리 셀(171)로 상기 소전력이 수신 및 충전되도록 제어하는 것이다.

이를 통해, 상기 배터리 셀(171) 모두가 완충될 때까지 최소한 하나의 배터리 셀(171)의 전압은 낮은 상태로 유지되기 때문에 상기 수신한 전력이 소전력이더라도 상기 배터리부(170)에 안정적이고 효율적으로 충전할 수 있다.

충전제어부(160)의 제어를 통해 상기 소전력을 배터리부(170)에 충전하는 과정은 우선, 각 배터리 셀(171)의 충전상태를 모니터링한다.

다음으로, 상기 충전제어부(160)는, 상기 모니터링 결과 적어도 하나 이상의 방전된 배터리 셀(171)이 존재하는 경우, 상기 방전된 배터리 셀(171) 중 특정 배터리 셀(171)을 선택하여 상기 선택한 특정 배터리 셀(171)을 우선적으로 충전하여 완충되도록 제어한다.

이때, 상기 선택된 특정 배터리 셀(171)이외의 다른 방전된 배터리 셀(171)은 방전된 상태로 유지되며, 상기 특정 배터리 셀(171)이 완충된 경우, 상기 충전제어부(160)는, 상기 다른 방전된 배터리 셀(171) 중 어느 하나를 선택하여 상기 선택한 배터리 셀(171)을 충전하도록 제어하여 완충될 수 있도록 한다.

이러한 과정을 순차적으로 수행함으로서, 상기 방전된 배터리 셀(171)을 모두 완충할 때 까지, 항상 적어도 하나 이상의 방전된 배터리 셀(171)이 존재하게 된다. 이는, 방전된 배터리 셀(171)은, 전압이 매우 낮은 상태로 유지되기 때문에 상기 방전된 배터리 셀(171)로의 전류 흐름이 매우 원활하게 형성되므로 상기 수진한 전력이 소전력이더라도 상기 소전력을 상기 배터리부(170)에 안정적이고 효과적으로 충전할 수 있다.

또한 상기 충전용 젠더(100)는, 상기 충전대상 기기(300)가 상기 배터리부(170)와 유선으로 결합되고, 사용자의 선택(충전 스위치 온)이나, 또는 자동으로 상기 결합된 충전대상 기기(300)에 전력을 공급하여, 해당 충전대상 기기(300)에 내장된 충전용 배터리(미도시)를 충전할 수 있도록 한다.

상기 충전대상 기기(300)가 상기 충전용 젠더(100)에 결합되어, 상기 충전대상 기기(300)를 충전하고자 하는 경우, 상기 충전용 젠더(100)는, 상기 전력을 충전한 배터리부(170)를 방전시켜 상기 결합된 충전대상 기기(300)로 전력을 공급함으로서, 상기 충전대상 기기(300)를 충전할 수 있도록 한다.

한편, 도 2에는, 상기 충전대상 기기(300)에 유선으로 전력을 공급하는 것으로 도시되어 있으나, 상기 충전용 젠더(100)는, 무선으로 전력을 전송하기 위한 전자기 유도코일, 공진 안테나 또는 이들의 조합을 포함하여 구성되어, 상기 충전대상 기기(300)가 무선충전방식을 지원하는 경우, 상기 전력을 무선으로 전송할 수 있도록 구현될 수 있다.

즉, 상기 충전용 젠더(100)는, 유선으로 상기 충전대상 기기(300)에 전력을 공급하는 것이 바람직 하지만, 무선, 유선 또는 이들의 조합으로 상기 충전대상 기기(300)를 충전할 수 있도록 구현될 수 있는 것이다.

이하에서는, 상기 배터리부(170)를 충전하는 방법을 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력을 배터리에 충전하는 방법을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력전송장치(200)로부터 무선으로 수신한 전력을 상기 충전제어부(160)의 충전 제어를 통해 상기 배터리부(170)에 충전하는 방법은 아래와 같다.

한편, 상기 배터리부(170)는, 직렬로 연결된 복수의 배터리 셀(171)을 포함하여 구성되며, 상기 배터리부(170)의 완충시 전체 전압은 완충된 각 배터리 셀(171)이 각 전압을 합한 것과 같다.

또한 상기 정류부(150)의 후단에는, 상기 소전력을 정류할 때 발생될 수 있는 맥류를 평활화하여 상기 전력을 안정적으로 상기 배터리 셀(171)에 충전하기 위한 평활 콘덴서(C)가 연결된다.

또한 상기 평활 콘덴서(C)는 상기 정류한 전력을 저장하고, 상기 저장한 전력을 상기 배터리 셀(171)을 충전하도록 하며, 상기 커패시터의 완충전압(예: 0.5V)은 상기 각 배터리 셀(171)이 완충되었을 때의 전압(예: 0.5V)과 동일하게 구성된다.

또한 상기 충전용 젠더(100)는, 상기 정류부(150)와 상기 각 배터리 셀(171) 사이에서 상기 충전제어부(160)의 제어에 따라 상기 평활 콘덴서(C)와 상기 배터리 셀(171)을 전기적으로 연결하거나, 단락시키기 위한 복수의 스위치(sw1, sw2, sw3, sw12, sw23)를 포함한다.

또한 상기 충전용 젠더(100)는, 상기 배터리부(170)를 충전하고자 할 때, 상기 각각의 배터리 셀(171)에 대한 충전상태를 모니터링하고, 상기 모니터링한 결과에 따라 적어도 하나 이상의 방전된 배터리 셀(171)이 존재하는 경우, 방전된 배터리 셀(171) 중 특정 배터리 셀(171)을 선택하여 상기 선택한 배터리 셀(171)을 우선적으로 충전하여 완충되도록 제어한다.

한편 상기 충전용 젠더(100)는, 하위단에 위치하는 배터리 셀(171)부터 선택하거나, 또는 모니터링 결과 충전률이 제일 높은 순서대로 배터리 셀(171)을 선택하거나, 또는 충전률이 낮은 순서대로 배터리 셀(171)을 선택하거나, 또는 상위단에 위치하는 배터리 셀(171)부터 선택하여 상기 충전을 제어할 수 있다.

즉, 상기 충전할 배터리 셀(171)을 선택하는 것은, 사용자의 설정이나, 상기 충전용 젠더(100)가 제조될 때 상기 나열한 선택 방법 중 하나로 설정될 수 있다.

이하에서는, 상기 모니터링 결과 하위단에 위치하는 배터리 셀(171)부터 선택하여 상위단에 위치하는 배터리 셀(171)까지 충전하는 과정을 설명하도록 한다.

충전제어부(160)는 상기 충전대상 기기(300)가 충전용 젠더(100)에 결합되어 상기 충전대상 기기(300)에 전력을 공급하고 있는 상태 또는 상기 충전대상 기기(300)가 상기 충전용 젠더(100)에 미결합 상태일 때, 상기 복수의 스위치에 대한 온, 오프 또는 이들이 조합을 제어하여 항상 하위단에 위치하는 배터리 셀(171)부터 선택하여 상위단에 위치하는 배터리 셀(171)까지 순차적으로 완충될 수 있도록 한다.

이를 통해 항상 적어도 하나 이상의 배터리 셀(171)의 전압이 상기 평활 콘덴서(C)의 전압보다 항상 낮게 유지되도록 하여, 상기 평활 콘덴서(C)가 신속하게 방전될 수 있도록 함으로써, 상기 정류부(150)에서 상기 평활 콘덴서(C)로 전류가 항상 흐를 수 있도록 하여, 상기 소전력을 상기 배터리부(170)에 효율적으로 충전할 수 있도록 한다.

즉, 하위단에서 상위단 순서로 모든 배터리 셀(171)을 충전할 때 까지 적어도 하나 이상의 배터리 셀(171)은 방전된 상태로 유지되며, 상기 수신된 전력이 소전력이라도 상기 방전된 상태로 유지되는 배터리 셀(171)로 순차적으로 충전할 수 있도록 함으로써, 상기 배터리부(170)를 효율적으로 충전할 수 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 상기 충전제어부(160)는, 상기 배터리 셀의 충전상태를 모니터링하고 있으면서, 모든 배터리 셀(즉, B1, B2 및 B3)이 방전된 상태인 경우, 상기 충전제어부(160)는, 마지막으로 직렬 연결된 상기 배터리 셀(B3)을 우선적으로 선택하고, 상기 스위치 sw1, sw2, sw3, sw12 및 sw23의 온오프 상태를 각각 오프, 오프, 온, 온 및 온시켜 상기 평활 콘덴서(C)에 저장된 적력을 상기 선택한 배터리(B3)를 우선적으로 충전한다.

이때, 상기 배터리(B3)가 완전 방전상태에서 완충된 경우, 상기 평활 콘덴서(C)는 완전 방전되어 상기 정류부(150)를 통해 정류한 전력이 충전(저장)된다.

다음으로, 상기 충전제어부(160)는, 상기 모니터링 결과 상기 배터리(B3)가 완충된 경우, 상기 스위치 sw1, sw2, sw3, sw12 및 sw23의 온오프 상태를 각각 오프, 온, 오프, 온 및 오프시켜 해당 배터리(B3)의 바로 전단에서 해당 배터리(B3)와 직렬 연결된 배터리(B2)를 선택하여 충전하도록 제어한다.

또한 상기 배터리(B2)가 완전 방전상태에서 완충된 경우에도 상기 평활 콘덴서(C)는 완전 방전되어 상기 정류부(150)를 통해 정류한 전력이 충전된다.

이때, 상기 충전제어부(160)는, 상기 모니터링 결과 배터리(B3) 및 배터리(B2)가 완충된 경우, 상기 스위치 sw1, sw2, sw3, sw12 및 sw23의 온오프 상태를 각각 온, 오프, 오프, 오프 및 오프시켜 상기 평활 콘덴서(C)에 충전된 전력을 상기 최초 직렬 연결된 배터리(B1)에 충전되도록 한다.

이러한 과정을 통해 상기 모든 배터리 셀(B1, B2 및 B3)이 완충될 때까지 적어도 하나 이상의 배터리 셀은 방전된 상태로 유지될 수 있도록 하여, 상기 수신된 전력이 소전력이라도 상기 방전된 상태로 유지되는 배터리 셀로 효과적으로 충전이 가능하게 된다.

이러한 과정을 통해 상기 평활 콘덴서(C)를 항상 낮은 전압으로 유지시켜, 정류부(150)를 통해 정류한 전력을 평활 콘덴서(C)에 쉽게 저장할 수 있도록 하고, 상기 적어도 하나 이상의 배터리 셀(171)을 낮은 전압으로 유지시켜, 상기 평활 콘덴서(C)에 충전된 전력을 상기 배터리부(170)에 효율적으로 충전할 수 있도록 하는 것이다.

한편, 상기 충전대상 기기(300)에 전력을 공급하고 있는 상태에서 상기 배터리부(170)를 충전하는 과정도 상기에서 설명한 충전과정과 동일하다.

즉, 상기 충전대상 기기(300)에 전력을 공급하고 있을 때, 상기 충전제어부(160)는 상기 각 배터리 셀(171)의 충전상태를 모니터링하고, 상기 모니터링 결과에 따라 복수의 배터리 셀(171)이 동시에 방전되고 있을 때, 특정 배터리 셀(171)을 선택하여 상기 선택한 배터리 셀(171)을 우선적으로 충전하여 완충시킨다.

예를 들어, 하위단에 위치하는 배터리 셀(B3)부터 상위단에 위치하는 배터리 셀(B1)까지 순차적으로 선택하여 충전하는 경우, 상기 배터리 셀(B1), 배터리 셀(B2) 및 배터리 셀(B3)이 동시에 방전될 때, 상기 충전제어부(160)는, 상기 복수의 스위치를 제어하여 최하위단에 위치하는 배터리(B3)가 완충될 때까지 상기 해당 배터리(B3)를 우선적으로 충전하게 되는 것이다. 다만 이 경우에는, 상기 충전대상 기기(300)기 의해 상기 배터리(B3)도 지속적으로 방전되고 있으므로, 상기 충전제어부(160)는 해당 배터리(B3)에 대해서만 충전을 지속하게 된다.

또 다른 예로써, 상기 충전대상 기기(300)에 대한 전력 공급이 완료된 경우(즉, 충전대상 기기의 충전 완료), 상기 각 배터리 셀(즉, B1, B2, 및 B3)의 충전상태가 각기 다를 수 있다.

예를 들어, 하위단에 위치하는 배터리 셀(B3)부터 상위단에 위치하는 배터리 셀(B1)까지 순차적으로 선택하여 충전하는 것으로 설정되어 있을 때, 상기 충전제어부(160)에서 상기 각 배터리 셀에 대한 충전상태를 모니터링한 결과가, 상기 배터리 셀(B1)의 충전률이 50%이고, 상기 배터리 셀(B2)의 충전률이 25%이며, 상기 배터리 셀 (B3)의 충전률이 60%라고 가정한다면, 이 경우에도 상기 충전제어부(160)는, 마지막으로 직렬 연결된 배터리 셀(B3)을 우선 충전하여 완충시키고, 이후, 배터리 셀(B2) 및 배터리 셀(B1)을 순차적으로 충전하여 완충시킴으로서, 상기 배터리부(170)를 완충하게 된다.

상기에서 설명한 것과 같이, 본 발명의 핵심적인 기술적 특징은, 복수의 소용량 배터리 셀(171)을 직렬로 연결하여 대용량의 배터리를 제공하며, 상기 대용량의 배터리를 소용량의 배터리 셀로 나누어 선택적으로 충전 가능하도록 제어할 수 있도록 하는 것이며, 또한 상기 각 배터리 셀(171)의 충전상태를 실시간으로 모니터링하여, 상기 모니터링한 결과에 따라 방전된 특정 배터리 셀(171)을 선택하여, 상기 선택한 특정 배터리 셀(171)을 우선적으로 충전되도록 함으로써, 나머지 배터리 셀(171) 중에서 적어도 하나는 방전된 상태로 유지한다는 것이며, 이를 통해 상기 무선으로 수신한 전력이 작은 규모의 소전력인 경우에도 상기 방전된 상태로 유지되는 배터리 셀로(171)로 효율적으로 충전할 수 있도록 하는 것이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 소전력을 충전하여 충전대상 기기에 전력을 공급함으로써, 상기 충전대상 기기를 충전하는 절차를 나타낸 흐름도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력전송장치(200)로부터 전력을 수신 받아, 충전용 젠더(100)의 배터리부(170)에 상기 전송 받은 전력을 충전하고, 상기 충전한 전력을 충전대상 기기(300)에 공급함으로써, 해당 충전대상 기기(300)를 충전하는 과정은 우선, 상기 충전용 젠더(100)는, 상기 무선전력전송장치(200)로부터 전력을 무선으로 수신한다(S110).

또한 상기 전력은, 전자기 유도에 의한 전력전송방식, 공진에 의한 전력전송방식 또는 이들의 조합을 포함한 무선전력전송방식을 통해 전송 및 수신되며, 상기 충전용 젠더(100)는 전자기 유도코일, 공진 안테나 또는 이들의 조합을 통해 상기 전력을 무선으로 수신한다.

한편 상기 전력은, 상기 무선전력전송장치(200)의 전력전송방식(예: 전자기 유도코일을 통한 전력전송)과 상기 충전용 젠더(100)의 전력수신방식(공진 안테나를 통한 전력수신)이 상이한 경우 또는 상기 무선전력전송장치(200)와 상기 충전용 젠더(100) 사이의 공진주파수가 상이한 경우에 매우 작은 규모(즉, 소전력)로 수신될 수 있다.

다음으로 상기 충전용 젠더(100)는, 상기 수신한 전력을 일정한 이득(예: 50%)을 가지도록 증폭(S120)하고, 상기 증폭한 전력을 정류하는 정류과정을 수행한다(S130).

상기 정류과정은, 상기 수신한 전력은 교류전력이기 때문에 직류전력으로 변환하기 위한 것으로, 교류전력을 직류전력으로 변환하기 위한 브리지회로 등을 포함하는 정류부(150)를 통해 수행된다.

다음으로 상기 충전용 젠더(100)는, 상기 배터리 셀(171)의 충전상태를 모니터링한 결과에 따라 상기 정류한 전력을 배터리부(170)에 충전한다(S140).

상기 배터리부(170)에 충전하는 것은, 상기 모니터링한 결과 적어도 하나 이상의 방전된 배터리 셀(171)이 검출된 경우, 상기 검출된 배터리 셀(171) 중 특정 배터리 셀(171)을 선택하여, 상기 선택한 배터리 셀(171)을 우선적으로 충전하여 완충시키며, 해당 배터리 셀(171)이 완충된 경우, 또 다른 배터리 셀(171)을 선택하여 상기 선택한 또 다른 배터리 셀(171)을 충전하여 완충시키는 과정을 순차적으로 반복 수행됨은 상술한 바와 같다.

이를 통해, 상기 방전된 복수의 배터리 셀(171)이 모두 완충될 때 까지 최소한 하나 이상의 배터리 셀(171)은 방전된 상태로 유지될 수 있도록 함으로써, 상기 수신한 전력이 소전력인 경우에도 상기 배터리부(170)를 효율적으로 충전할 수 있다.

이때, 상기 충전제어부(160)는, 상기 정류부(150)와 상기 배터리 셀(171)사이에 위치하는 복수의 스위치를 제어하여 상기 각 스위치에 대한 온오프 조합으로 상기 충전을 수행하게 된다.

다음으로 상기 충전용 젠더(100)는 충전대상 기기를 충전하기 위한 이벤트가 발생한 경우(S150), 상기 충전대상 기기(300)에 전력을 공급함으로써, 상기 충전대상 기기(300)를 충전시킬 수 있도록 한다(S160).

상기 이벤트는, 상기 사용자가 상기 충전용 젠더(100)의 배터리부(170)에 상기 충전대상 기기(300)를 결합시키거나, 사익 결합한 상태에서 상기 충전용 젠더(100)의 충전 스위치를 온(on)한 경우를 의미한다.

또한 상기 결합은 유선결합을 의미하는 것으로, 복수의 접점, 5핀 커넥터, 8핀 커넥터, USB 커넥터 등을 통해 상기 충전용 젠더(100)의 배터리부(170)와 상기 충전대상 기기(300)를 결합할 수 있다.

또한 상기 전력은, 상기 충전용 젠더(100)와 유선으로 결합된 충전대상 기기(300)에 유선으로 공급된다. 다만, 상기 전력은 유선뿐만 아니라 무선으로 전송될 수 있음은 상술한 바와 같다.

이하에서는, 도 5를 참조하여 본 발명의 충전용 젠더(100)를 구성하는 방법을 상세히 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 소전력 수신 및 충전용 젠더를 구성하는 절차를 나타낸 흐름도이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 소전력 수신 및 충전용 젠더(100)를 구성하는 절차는, 우선 전력을 수신하기 위한 전자기 유도코일, 공진 안테나 또는 이들의 조합을 포함하는 전력 수신부(130)를 구성한다(S210).

상기 전력 수신부(130)는, 상기 전자기 유도코일, 공진 안테나 도는 이들의 조합을 통해 전자기 유도, 공진 또는 이들의 조합을 포함하는 무선전력전송방식을 통해 무선전력전송장치(200)로부터 전송되는 전력을 수신할 수 있다.

다음으로, 상기 구성한 전력 수신부(130)의 출력단에 상기 수신한 전력을 증폭하기 위한 증폭부(140) 및 상기 증폭한 전력을 정류하기 위한 정류부(150)를 구성한다(S220).

한편, 상기 증폭부(140)는 상기 전력 수신부(130)의 출력단에 연결되어 상기 수신한 전력을 증폭하는 기능을 수행하며, 상기 정류부(150)는 상기 증폭부(140)와 연결되어 상기 증폭한 전력을 직류전력으로 변환하는 기능을 수행한다.

또한 상기 수신한 전력이 소전력인 경우, 상기 증폭부(140)는 상기 소전력을 증폭함으로써, 보다 효율적으로 상기 소전력을 상기 배터리부(170)에 충전할 수 있도록 한다.

다음으로, 적어도 하나 이상의 배터리 셀(171)을 포함하는 배터리부(170)를 구성한다(S230).

상기 복수의 배터리 셀(171)은, 직렬로 연결됨으로써, 상기 배터리부(170)를 구성하며, 언제 어디서나 충전대상 기기(300)에 전력을 공급하여 해당 충전대상 기기(300)를 충전할 수 있도록 상기 직류전력으로 변환된 전력을 사전에 충전하여 저장하는 기능을 수행한다.

다음으로, 각 배터리 셀(171)에 대한 충전상태를 모니터링하고, 상기 모니터링 결과에 따라 상기 각 배터리 셀(171)에 상기 정류한 전력을 충전하도록 제어하는 충전제어부(160)를 구성한다(S240).

이때, 상기 정류부(150)의 출력단에는 상기 각 배터리 셀(171)의 최대 전압(즉, 완충시 가지는 전압)과 동일한 최대 전압을 가지는 평활 콘덴서(C)가 연결되며, 상기 정류부(150) 및 상기 평활 콘덴서(C)와 상기 각 배터리 셀(171) 사이에는, 상기 충전제어부(160)의 제어에 따라 상기 평활 콘덴서(C)에 저장된 전력이 상기 각 배터리 셀(171)에 충전되도록 하는 복수의 스위치(sw1, sw2, sw3, sw12 및 sw23)가 구성된다.

또한 상기 충전제어부(160)는, 복수의 스위치에 대한 온오프 상태를 제어하여 매우 작은 규모의 소전력이 수신된 경우에도 상기 수신한 소전력을 상기 배터리부(170)에 효율적으로 충전하도록 하며, 상기 충전을 수행하는 방법은, 도 3을 참조하여 상세히 설명하였으므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하도록 한다.

다음으로 상기 S210 단계 내지 S240 단계에서 구성한 각 구성부분을 실장하기 위한 몸체부(120)를 구성하여, 상기 각 구성부분을 상기 몸체부(120)에 실장한 후(S250), 상기 몸체부(120)와 힌지 결합시켜, 상기 몸체부(120)를 외부로 개방하거나, 외부환경으로부터 차단하기 위한 보호 커버(110)를 구성(S260)함으로써, 최종적으로 상기 충전용 젠더(100)를 구성하게 된다.

한편, 도 5에는 상기 충전용 젠더(100)의 각 구성부분을 S210 단계 내지 S260 단계로 순차적으로 구성하는 것으로 나타나 있으나, 이에 한정하지 않으며 상기 각각의 구성부분을 개별적으로 구성하여, 상기 구성한 각각의 구성부분을 결합함으로써, 상기 충전용 젠더(100)로 구성할 수 있음은 당연하다.

또한 상기 충전용 젠더(100)는, 충전대상 기기(300)가 결합된 경우, 해당 충전대상 기기(300)의 충전전압에 따라 상기 배터리부(170)를 방전시켜, 상기 충전대상 기기(300)로 상기 배터리부(170)에 충전된 전력을 공급하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 소전력 수신 및 충전용 젠더 및 그 구성방법은, 무선전력전송장치로부터 전력을 수신하고, 상기 수신한 전력이 소전력인 경우에도 자체적으로 내장된 배터리에 효과적으로 충전할 수 있도록 함으로써, 사용자가 구비한 충전대상 기기를 언제 어디서나 충전 가능하도록 하여 사용자에게 편의성을 제공할 수 있는 효과가 있다.

상기에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 위주로 상술하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 각 구성요소는 동일한 목적 및 효과의 달성을 위하여 본 발명의 기술적 범위 내에서 변경 또는 수정될 수 있을 것이다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

100 : 소전력 수신 및 충전용 젠더 110 : 보호 커버
120 : 몸체부 130 : 전력 수신부
140 : 증폭부 150 : 정류부
160 : 충전제어부 170 : 배터리부
171 : 배터리 셀 200 : 무선전력전송장치
300 : 충전대상 기기

Claims (10)

1. 직렬로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리부;
   전자기 유도코일, 공진 안테나 또는 이들의 조합을 포함하여, 무선으로 전력을 수신하는 전력 수신부;
   상기 수신한 전력을 직류전력으로 변환하는 정류부;
   상기 정류부의 출력단과 상기 복수의 배터리 셀 사이에 구비되어 상기 정류부에서 변환한 전력을 저장하고, 상기 저장한 전력을 상기 배터리 셀에 충전하도록 하는 적어도 하나 이상의 평활 콘덴서;
   상기 정류부와 상기 각 배터리 셀 사이에 구비되어, 상기 평활 콘덴서와 상기 배터리 셀을 연결하거나 단락시키기 위한 복수의 스위치; 및
   상기 각 배터리 셀에 대한 충전상태를 모니터링하고, 상기 모니터링한 결과에 따라 상기 각 스위치에 대한 온오프를 제어하여 상기 배터리 셀이 선택적으로 충전되도록 제어하는 충전제어부;를 포함하며,
   상기 충전제어부는, 상기 복수의 배터리 셀 중 하위단 또는 상위단에 위치하는 배터리 셀부터 선택하여 충전하도록 제어하거나, 또는 충전률이 높은 순서 또는 충전률이 낮은 순서의 배터리 셀부터 선택하여 충전하도록 제어함으로써, 상기 수신하는 전력이 소전력인 경우에도 상기 배터리 셀에 충전이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 무선 소전력 수신 및 충전용 젠더.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 충전제어부는,
   상기 각 배터리 셀에 대한 충전상태에 대한 모니터링 결과를 토대로 복수의 배터리 셀 중에서 적어도 하나 이상의 배터리 셀을 방전된 상태로 유지함으로써, 소전력이 수신되더라도 상기 방전된 배터리 셀로 전력이 수신 및 충전되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 소전력 수신 및 충전용 젠더.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 각 스위치에 대한 온오프를 제어하는 것은,
   상기 복수의 배터리 셀 중에서 특정 배터리 셀에 상기 수신된 전력이 먼저 충전되도록 하여, 나머지 배터리 셀 중에서 적어도 하나는 방전된 상태를 유지함으로써, 상기 수신된 전력이 소전력이라도 상기 방전된 상태로 유지되는 배터리 셀에 충전이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 무선 소전력 수신 및 충전용 젠더.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 무선 소전력 수신 및 충전용 젠더는,
   상기 전력 수신부에서 수신한 전력을 증폭하여 상기 정류부로 제공하는 증폭부;를 더 포함하며,
   충전대상 기기가 유선으로 결합되는 경우, 상기 각 배터리 셀에 충전한 전력을 상기 충전대상 기기에 공급하여 충전할 수 있도록 하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 소전력 수신 및 충전용 젠더.
6. 복수의 배터리 셀을 직렬로 연결하여, 배터리부를 구성하는 단계;
   전자기 유도코일, 공진 안테나 또는 이들의 조합을 포함하여, 무선으로 전력을 수신하는 전력 수신부를 구성하는 단계;
   상기 수신한 전력을 직류전력으로 변환하는 정류부를 구성하는 단계;
   상기 정류부를 통해 전력을 직류전력으로 변환할 때 발생될 수 있는 맥류를 평활화하기 위한 적어도 하나 이상의 평활 콘덴서를 상기 정류부의 출력단과 상기 복수의 배터리 셀 사이에 구성하는 단계;
   상기 평활 콘덴서와 상기 배터리 셀을 연결하거나 단락시키기 위한 복수의 스위치를 상기 정류부와 상기 각 배터리 셀 사이에 구성하는 단계; 및
   상기 각 배터리 셀에 대한 충전상태를 모니터링하고, 상기 모니터링한 결과에 따라 상기 각 스위치에 대한 온오프를 제어하여 상기 배터리 셀이 선택적으로 충전되도록 제어하는 충전제어부를 구성하는 단계;를 포함하며,
   상기 충전제어부에서, 상기 복수의 배터리 셀 중 하위단 또는 상위단에 위치하는 배터리 셀부터 선택하여 충전하도록 제어하거나, 또는 충전률이 높은 순서 또는 충전률이 낮은 순서의 배터리 셀부터 선택하여 충전하도록 제어하도록 함으로써, 상기 수신하는 전력이 소전력인 경우에도 상기 배터리 셀에 충전이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 무선 소전력 수신 및 충전용 젠더의 구성방법.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 충전제어부는,
   상기 각 배터리 셀에 대한 충전상태에 대한 모니터링 결과를 토대로 복수의 배터리 셀 중에서 적어도 하나 이상의 배터리 셀을 방전된 상태로 유지함으로써, 소전력이 수신되더라도 상기 방전된 배터리 셀로 전력이 수신 및 충전되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 소전력 수신 및 충전용 젠더의 구성방법.
8. 삭제
9. 청구항 6에 있어서,
   상기 각 스위치에 대한 온오프를 제어하는 것은,
   상기 복수의 배터리 셀 중에서 특정 배터리 셀에 상기 수신된 전력이 먼저 충전되도록 하여, 나머지 배터리 셀 중에서 적어도 하나는 방전된 상태를 유지함으로써, 상기 수신된 전력이 소전력이라도 상기 방전된 상태로 유지되는 배터리 셀에 충전이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 무선 소전력 수신 및 충전용 젠더의 구성방법.
10. 청구항 6에 있어서,
    상기 무선 소전력 수신 및 충전용 젠더의 구성방법은,
    상기 전력 수신부에서 수신한 전력을 증폭하여 상기 정류부로 제공하는 증폭부를 구성하는 단계;를 더 포함하며,
    충전대상 기기가 유선으로 결합되는 경우, 상기 각 배터리 셀에 충전한 전력을 상기 충전대상 기기에 공급하여 충전할 수 있도록 하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 소전력 수신 및 충전용 젠더의 구성방법.

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