KR20080095642A - 부하변조 기능을 갖는 무접점 충전 배터리 및 이를 구비한배터리 충전 세트 - Google Patents

부하변조 기능을 갖는 무접점 충전 배터리 및 이를 구비한배터리 충전 세트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자기 유도 현상을 이용하여 무접점으로 배터리를 충전할 수 있는 무접점 배터리와 배터리 충전 세트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무선전력을 송신하는 충전기에서 배터리의 상태를 감지하여 충전전력을 제어할 수 있는 무접점 배터리와 배터리 충전 세트에 관한 것이다. 본 발명에 따른 무접점 충전 배터리는 배터리 셀에 전기에너지를 충전하기 위한 충전회로를 내장한 무접점 충전 배터리에 있어서, 외부의 무접점 충전기에서 발생되는 자기장에 의해 고주파 교류전류가 유도되는 고주파 교류전류 유도부; 상기 베터리 셀에 충전에 필요한 전압을 공급하는 충전전압 공급부; 상기 충전전압 공급부로부터 인가받은 전압을 이용하여 상기 베터리 셀로 충전전류를 공급하는 충전전류 공급부; 및 상기 베터리 셀의 충전을 위해 공급되는 전압 또는 전류를 모니터링하고, 그 결과를 이용하여 베터리 셀의 충전 상태를 확인하여 제어신호를 생성하는 충전 제어부;를 포함한다
Figure P1020070040408
무접점, 충전, 배터리, 충전전압, 충전전류, 손실

Description

부하변조 기능을 갖는 무접점 충전 배터리 및 이를 구비한 배터리 충전 세트{Contact-less chargeable battery in capable of load modulation and Battery charging set having the same}
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래기술에 따른 무접점 충전 방식을 채용한 배터리와 충전기의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무접점 충전기(C)와 배터리(B)의 구성을 개략적으로 도시한 블록 다이어그램이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 부하전류, 제어신호, 및 충전전류를 대략적으로 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무접점 충전기(C)의 구성을 보다 구체적으로 도시한 블럭 다이어그램이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무접점 충전 배터리(B)의 구성을 보다 구체적으로 도시한 블록 다이어그램이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 충전전류 공급부의 구성을 예시하는 회로도이다.
<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>
C...무접점 충전기 B...무접점 배터리
200...1차측 코일 210...고주파 전력 구동부
220...제1전류검출부 230...마이크로프로세서
240...전원공급부 250...AC전원공급부
300...2차측 코일 310...충전전압 공급부
311...정류부 312...전압공급부
320...충전전류 공급부 330...충전제어부
331...제1전압검출부 332...제2전압검출부
333...제2전류검출부 335...마리크로프로세서
400...배터리 셀
본 발명은 전자기 유도 현상을 이용하여 무접점으로 배터리를 충전할 수 있는 무접점 배터리와 배터리 충전 세트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무선전력을 송신하는 충전기에서 배터리의 상태를 감지하여 충전전력을 제어할 수 있는 무접점 배터리와 배터리 충전 세트에 관한 것이다.
휴대폰, PDA, 노트북 등과 같은 개인 휴대용 장치는 충전이 가능한 배터리를 통해 전원을 공급받는다. 개인 휴대용 장치의 사용자는 배터리의 전압이 소정 레벨 이하로 떨어지면, 충전기를 이용하여 배터리를 충전한 후 다시 사용한다.
일반적인 개인 휴대용 장치의 배터리는 충전기에 마련된 충전 단자에 전기적으로 연결될 수 있도록 외부로 노출된 접속 단자를 구비한다. 배터리의 충전시에는 충전기의 충전 단자와 배터리의 접속 단자가 서로 접속되어 전기적으로 연결된 상태가 유지된다.
그런데, 상기 충전 단자와 접속 단자는 상호 간의 접속을 위해 외부로 노출되어 있어 이물질에 의해 쉽게 오염이 되고, 충전 단자와 접속 단자가 접속되는 과정에서 양 단자의 마찰로 마모가 발생 되고, 대기 중의 수분에 의해 충전 단자와 접속 단자가 부식됨으로써 충전 단자와 접속 단자의 접속이 불량해진다는 문제가 있다. 그리고 배터리의 사용 과정에서 접속 단자의 미세한 틈을 통해 배터리 내부로 수분이 침투되면, 내부 회로의 단락에 의해 배터리가 완전히 방전되는 치명적 문제가 야기된다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 최근에 개인 휴대용 장치의 배터리가 전자기유도 현상에 의해 무접점 방식으로 충전기와 결합 된 상태에서 배터리를 충전할 수 있는 무접점 충전 기술이 제안되었다. 현재 무접점 충전 기술은 전동 칫솔, 전기 면도기 등의 일상 생활 용품에 널리 활용되고 있다.
도 1은 종래기술에 따른 무접점 충전 방식을 채용한 배터리와 충전기의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 1을 참조하면, 충전기(10)는 상용 교류 전원(20)으로부터 전원을 공급받아 고주파 교류전류를 출력하는 고주파 발생수단(30), 상기 고주파 발생수단(30)으로부터 고주파 교류전류를 인가받아 자기장(M)을 형성하는 1차측 코일(40), 및 고주파 발생수단(30)의 구동을 제어하는 구동 제어부(35)를 구비한다.
그리고, 배터리(50)는 전기에너지가 충전되는 배터리 셀(60), 1차측 코일(40)에서 발생 된 자기장(M)의 쇄교에 따라 고주파 교류전류가 유도되는 2차측 코일(70), 2차측 코일(70)에서 유도된 고주파 교류전류를 직류전류로 변환하는 정류부(80), 정류부(80)에서 정류된 직류전류를 배터리 셀(60)에 인가하는 정전압/정전류 공급부(90), 및 배터리 셀(60)에 인가하는 전압 또는 전류를 감지하는 충전 감지부(95)를 구비한다.
여기서, 상기 정전압/정전류 공급부(90)는 배터리 충전 장치에 널리 사용되는 공지의 회로 소자이다. 상기 정전압/정전류 공급부(90)는 충전 초기에는 배터리 셀(60)에 전류를 일정하게 공급하다가 배터리 셀(60)의 충전 전압이 서서히 증가하여 특정 기준 값을 넘어서면 전류의 공급을 줄여나가는 대신 전압을 일정하게 유지시켜 주는 기능을 수행한다.
또한, 충전 감지부(95)는 정전압/정전류 공급부(90) 및 배터리 셀(60)의 전류 및 전압을 감지하여 통신수단(100)을 통해 구동 제어부(35)에 전송하고, 이를 이용하여 구동 제어부(35)는 배터리 셀(60)의 충전상태를 확인하여 고주파 발생수단(30)의 구동을 제어한다.
충전 감지부(95)를 구비한 무접점 배터리(50)는 휴대폰이나 PDA 등과 같은 개인 휴대용 장치에 장착되는데, 충전 감지부(95) 및 통신수단(100)을 구비하기 위해 배터리(50) 전체의 부피가 증가하여 무접점 배터리(50)를 소형화하는데 어려움이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 무접점 충전기가 무접점 배터리에 구비된 배터리 셀의 충전상태를 확인하여 충전전력을 실시간으로 제어할 수 있는 무접점 배터리 및 배터리 충전 세트를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 무접점 충전기 상에 거치된 이물질에 불필요한 전력이 공급되는 것을 방지할 수 있는 무접점 배터리 및 배터리 충전 세트를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 무접점 충전 배터리는 배터리 셀에 전기에너지를 충전하기 위한 충전회로를 내장한 무접점 충전 배터리에 있어서, 외부의 무접점 충전기에서 발생되는 자기장에 의해 고주파 교류전류가 유도되는 고주파 교류전류 유도부; 상기 베터리 셀에 충전에 필요한 전압을 공급하는 충전전압 공급부; 상기 충전전압 공급부로부터 인가받은 전압을 이용하여 상기 베터리 셀로 충전전류를 공급하는 충전전류 공급부; 및 상기 베터리 셀의 충전을 위해 공급되는 전압 또는 전류를 모니터링하고, 그 결과를 이용하여 베터리 셀의 충전 상태를 확인하여 제어신호를 생성하는 충전 제어부;를 포함한다.
상기 고주파 교류전류 유도부는 외부의 무접점 충전기로부터 발생되는 자기 장의 자속이 쇄교하는 코일일 수 있다.
상기 충전 제어부는 상기 충전전류 공급부가 배터리 셀에 공급하는 전류를 측정하는 전류검출부; 및 상기 전류검출부로부터 측정된 전류값을 이용하여 상기 배터리 셀의 충전상태를 파악하고, 충전상태에 대응하여 상기 배터리 셀에 공급하는 충전전류를 제어하기 위한 제어신호를 생성하여 상기 충전전류 공급부에 인가하는 마이크로프로세서;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 충전 제어부는 상기 충전전압 공급부가 공급하는 전압과 상기 배터리 셀에 충전된 전압을 측정하는 전압검출부; 상기 전압검출부로부터 측정된 전압값을 이용하여 상기 배터리 셀의 충전상태를 파악하고, 충전상태에 대응하여 상기 배터리 셀에 공급하는 충전전압을 제어하기 위한 제어신호를 생성하여 상기 충전전압 공급부에 인가하는 마이크로프로세서;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 충전전류 공급부는 적어도 하나의 트렌지스터일 수 있다
본 발명의 다른 측면에 따른 무접점 충전 세트는 무접점 충전 배터리와 무접점 충전기를 포함하는 배터리 충전세트에 있어서, 상기 배터리는 외부의 무접점 충전기에서 발생되는 자기장에 의해 고주파 교류전류가 유도되는 고주파 교류전류 유도부; 상기 베터리 셀에 충전에 필요한 전압을 공급하는 충전전압 공급부; 상기 충전전압 공급부로부터 인가받은 전압을 이용하여 상기 베터리 셀로 충전전류를 공급하는 충전전류 공급부; 및 상기 베터리 셀의 충전을 위해 공급되는 전압 또는 전류를 모니터링하고, 그 결과를 이용하여 베터리 셀의 충전 상태를 확인하여 제어신호를 생성하는 충전 제어부;를 포함하고, 상기 충전기는 교류전류를 입력받아 외부 공간에 자기장을 형성하는 자기장 발생부; 상기 자기장 발생부에 고주파 교류전류를 단속적으로 인가하는 고주파 전력 구동부; 상기 자기장 발생부로 인가되는 전류치를 검출하는 제1전류검출부; 및 상기 제1전류검출부로부터 검출 결과를 전달받아 상기 고주파 전력 구동부의 구동을 제어하는 공급전력 제어부;를 포함한다.
상기 자기장 발생부는 양단에 고주파 교류전류가 인가되는 코일일 수 있다.
상기 고주파 전력 구동부는 상기 충전전력 제어부로부터 펄스구동신호를 입력받아 펄스신호를 출력하는 펄스신호 발생부; 및 상기 펄스신호를 입력받아 상기 정전압 공급부로부터 입력되는 정전압 직류를 고속으로 스위칭하여 펄스 형태의 고주파 교류전류를 생성하는 전력 구동부;를 포함한다.
상기 전원 공급부는 상용 교류전류를 입력받아 과전압 전류를 차단하는 과전압 과전류 보호회로; 상기 과전압 과전류 보호회로를 통과한 교류전류를 정류하여 직류전류로 변환하는 정류부; 및 상기 변환된 직류전류를 입력받아 정전압 전류를 출력하는 정전압 공급부;를 포함한다.
상기 공급전력 제어부는 펄스 전류의 폭, 펄스 전류의 주파수, 펄스의 진폭 또는 펄스의 수를 변조하여 충전전력을 조정하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무접점 충전기(C)와 배터리(B)의 구성을 개략적으로 도시한 블록 다이어그램이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 무접점 충전기(C)는, 1차측 코일(200), 고주파 전력 구동부(210), 제1전류검출부(220), 공급전력 제어부(230), 및 전원공급부(240)를 포함한다.
상기 고주파 전력 구동부(210)는 고속의 스위칭 동작을 통해 1차측 코일(200)에 수십 KHz의 고주파 교류전류를 인가하여 자기장을 발생시킨다. 예를 들어, 상기 고주파 전력 구동부(210)는 80KHz의 고주파 교류전류를 1차측 코일(200)에 인가한다. 1차측 코일(200)에 고주파 교류전류에 의해 자기장이 발생 되면, 전자기 유도현상에 의해 충전전력이 배터리(B) 측에 무접점 방식으로 전달된다.
바람직하게, 상기 고주파 전력 구동부(210)로는 공지의 SMPS(Switching Mode Power Supply)가 채용될 수 있는데, 본 발명이 이에 한하는 것은 아니다.
제1전류검출부(220)는 고주파 전력 구동부(210)가 1차측 코일(200)에 공급하는 전류 값을 지속적으로 측정하여 공급전력 제어부(230)로 제공한다. 예컨대, 제1전류검출부(220)는 전류값을 직접 측정할 수 있는 저항소자를 포함하는 회로 또는 배터리(B) 측에서 발생하는 부하변조 신호를 감지할 수 있는 회로일 수 있다.
공급전력 제어부(230)는 충전기(C)의 전반적인 동작을 제어하는 마이크로프로세서로서, 특히 제1전류검출부(220)로부터 전류값 또는 부하변조 신호를 수신하고, 배터리 셀의 상태(예컨대, 충전개시 상태, 충전진행 상태, 충전완료 상태)를 고려하여 고주파 전력 구동부(210)의 구동을 제어한다.
바람직하게, 공급전력 제어부(230)는 고주파 전력 구동부(210)를 제어하여 고주파 펄스의 폭을 변조(Pulse Width Modulation)하거나, 펄스의 주파수를 변조(Pulse Frequency Modulation)하거나, 펄수의 수를 변조(Pulse Number Modulation)하거나, 펄스의 진폭을 변조(Pulse Amplitude modulation)하여 고주파 교류전류의 전력을 조정한다. 그러면, 배터리(B) 측에 전달되는 충전전력의 레벨이 배터리 셀의 상태에 맞추어 조정됨으로써 배터리(B)의 내부 회로 또는 배터리 셀의 손상을 방지할 수 있다.
전원 공급부(240)는 상용 교류전류(250)를 입력받아 직류전류로 변환한 후 상기 고주파 전력 구동부(210)와 상기 공급전력 제어부(230)에 동작 전원을 공급한다.
본 발명의 실시예에 따른 무접점 배터리(B)는 2차측 코일(300), 충전전압 공급부(310), 충전전류 공급부(320), 및 충전 제어부(330)를 포함하는 충전회로 모듈과, 이 충전회로 모듈에 의해 충전이 이루어지는 배터리 셀(400)을 포함한다.
상기 2차측 코일(300)은 충전기(C)에 구비된 1차측 코일(200)에 고주파 교류전류가 인가되는 동안 전자기 유도 현상에 의해 고주파 교류전류를 발생시킨다. 이 때, 2차측 코일(300)에 유도되는 고주파 교류전류의 크기는 2차측 코일(300)에 쇄 교되는 자속에 비례한다.
충전전압 공급부(310)는 2차측 코일(300)에서 유기된 고주파 교류전류를 평활하여 직류전류로 변환하고, 배터리 셀(400)을 충전하기 위한 충전전압을 공급한다.
충전전류 공급부(320)는 충전전압 공급부(310)에서 공급하는 전압(V1)과 배터리에 충전된 전압(V2)의 차이(ΔV)에 비례하여 충전전류를 공급할 수 있도록 구현된다.
그리고, 충전전류 공급부(320)는 충전제어부(330)로부터 배터리 셀(400)의 충전상태에 따른 제어신호를 입력받고, 상기 제어신호에 따라 배터리 셀(400)에 전류를 공급(ON)하거나 차단(OFF)한다.
충전제어부(330)는 충전전압 공급부(310)에서 공급하는 전압(V1)과 배터리에 충전된 전압(V2) 또는 배터리 셀(400)에 공급된는 부하전류 값을 지속적으로 측정한다. 그리고, 측정된 상기 전압값 또는 전류값을 이용하여 배터리의 상태, 예컨대 배터리의 충전이 개시된 상태, 배터리의 충전이 진행중인 상태, 배터리의 충전이 완료된 상태 등을 확인하고, 이에 대응하는 제어신호를 충전전류 공급부(320)로 전달한다.
도 3운 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 셀(400)에 필요한 부하전류(a), 충전제어부(330)가 생성하는 제어신호(b), 및 충전전류 공급부(320)가 공급하는 충전전류(c)를 예시하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 충전제어부(330)는 배터리 셀(400)에 공급되는 전류값을 지속적으로 측정한다. 그리고, 충전제어부(330)는 배터리 셀(400)에 공급되는 부하전류가 증가되는 것을 확인하여 배터리 셀(400)의 충전이 개시됨을 판정한다. 그러면, 충전제어부(330)는 배터리 셀(400)의 충전이 개시된 상태를 알리는 변조신호(예컨대, 미리 정해진 간격과 크기의 제1펄스 및 제2펄스)를 발생시킨 후, 배터리의 충전이 진행중인 상태를 알리는 변조신호(예컨대, 제3펄스)를 지속적으로 생성한다. 또한, 배터리 셀(400)에 공급되는 부하전류가 일정 크기 이하로 감소하면, 배터리 셀(400)의 충전이 완료된 상태로 판정하여 배터리 셀(400)의 충전이 완료된 상태를 알리는 변조신호(예컨대, 미리 정해진 간격과 크기의 제4펄스, 제5펄스, 및 제6펄스)를 발생시킨다.
이에 따라, 충전전류 공급부(320)는 상기 변조신호(상기 제1펄스 내지 제6펄스)를 반영한 충전전류를 배터리 셀(400)로 공급하게 된다.
나아가, 무접점 배터리(B)가 사용하는 부하전류는 충전전류 공급부(320)가 배터리 셀(400)에 공급하는 충전전류에 기초하여 변동되므로, 무접점 충전기(C)가 공급하는 전력은 충전전류 공급부(320)가 배터리 셀(400)에 공급하는 충전전류에 기초하여 변동된다.
결국, 무접점 충전기(C)의 제1전류검출부(220)에서 측정한 전류값은 무접점 배터리(B)에서 충전전류 공급부(320)가 배터리 셀(400)에 공급하는 충전전류를 반영하여 변동된다. 이에 따라, 공급전력 제어부(230)는 미리 정해진 상기 변조신호(상기 제1펄스 내지 제6펄스)를 고려하여 배터리 셀(400)의 충전상태를 확인하고 이에 대응하여 충전전력의 공급을 제어하게 된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무접점 충전기(C)의 구성을 보다 구체적으로 도시한 블럭 다이어그램이다.
도 4를 참조하면, 전원공급부(240)는 상용 교류 전원(250)으로부터 인가되는 과전압을 차단하는 과전압 과전류 보호회로(240a)와, 과전압 과전류 보호회로(240a)를 통과한 교류전류를 직류전류로 변환하는 정류부(240b)와, 정류된 직류전류를 입력받아 마이크로프로세서(230)와 고주파 전력 구동부(210)에 정전압 직류전류를 공급하는 정전압 공급부(240c)를 포함한다.
상기 고주파 전력 구동부(210)는 공급전력 제어부(230)로부터 펄스구동신호를 입력받아 펄스 신호를 생성하는 펄스 신호 발생부(Pulse Width Modulation: 210a)와, 펄스 신호 발생부(210a)로부터 출력되는 펄스 신호에 의해 정전압 공급부(240c)로부터 입력되는 정전압 직류전류를 고속으로 스위칭함으로써 고주파 교류전류를 생성하여 1차측 코일(200)에 인가하는 전력 구동부(210b)를 포함한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무접점 충전 배터리(B)의 구성을 보다 구체적으로 도시한 블록 다이어그램이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 무접점 배터리(B)는, 충전전압 공급부(310)로서, 2차측 코일(300)에 유도되는 고주파 교류전류를 직류전류로 변환하는 정류부(311) 및 정류된 전류를 이용하여 배터리 셀(400)의 충전에 필요한 충전전압을 공급하는 전압공급부(312)를 구비한다. 그리고, 충전제어부(330)로서, 배터리 셀(400)에 공급되는 충전전류를 측정하는 제2전류검출부(333) 및 상기 제2전 류검출부(333)로부터 측정된 전류값을 이용하여 배터리 셀(400)의 상태를 파악하고, 이를 고려하여 제어신호를 생성하는 마이크로프로세서(335)를 구비한다.
바람직하게, 충전전류 공급부(320)는 적어도 하나의 트랜지스터로 이루어질 수 있다(도 6참조). 충전전류 공급부(320)로서 구비된 상기 트랜지스터는 PNP형 트랜지스터(이하, 제1트렌지스터)일 수 있으며, 이미터 단자(Tr1e)는 충전전압 공급부(310)의 출력단자와 연결되고, 컬렉터 단자(Tr1c)는 배터리 셀(400)의 단자에 연결되고, 베이스 단자(Tr1b)는 충전제어부(330)에 연결될 수 있다.
나아가, 충전전류 공급부(320)는 상기 제1트랜지스터의 베이스 단자(Tr1b)에 연결된 NPN형 트랜지스터(이하, 제2트렌지스터)를 더 포함할 수 있다. 상기 제2트렌지스터는 콜렉터단자(Tr2c)가 제1트렌지스터의 베이스 단자(Tr1b)에 연결되고, 이미터 단자(Tr2e)는 접지에 연결되고, 베이스 단자(Tr2b)는 충전제어부(330)에 연결될 수 있다.
이로써, 충전전류 공급부(320)로서 구비된 상기 제1트랜지스터는 충전전압 공급부(310)에서 공급하는 전압(V1)과 배터리에 충전된 전압(V2)의 차이(ΔV)에 비례하여 충전전류를 공급한다. 그리고, 상기 제2트랜지스터의 베이스단자(Tr2b)를 통해 입력받은 상기 제어신호가 상기 제1트랜지스터의 베이스단자(Tr1b)로 입력됨에 따라, 상기 제1트랜지스터는 상기 제어신호를 기준으로 상기 충전전류의 공급을 스 위칭(ON/OFF)한다.
충전제어부(330)가 제2전류검출부(333)를 구비하고, 상기 제2전류검출부(333)를 통해 측정되는 전류값을 이용하여 마이크로프로세서(335)가 제어신호를 생성하는 것을 예시하였다.
이에 대한 대안으로써, 충전제어부(330)는 전압 공급부(312)에서 공급하는 전압(V1)을 측정하는 제1전압 검출부(331) 및 배터리 셀(400)에 충전된 전압(V2)을 측정하는 제2전압 검출부(332)를 구비하고, 마이크로프로세서(335)가 제1전압 검출부(331) 및 제2전압 검출부(332)를 통해 측정되는 전압(V1,V2)을 이용하여 배터리 셀(400)의 충전상태를 파악하고, 상기 충전상태를 고려하여 제어신호를 생성한다.
이하에서는 전술한 구성요소를 참조하여 본 발명에 따른 무접점 충전기(C)와 배터리(B)의 동작을 상세하게 설명하기로 한다.
먼저 비 충전 모드의 경우, 충전기(C)의 고주파 전력구동부(210)는 마이크로프로세서(240)의 제어에 따라 일정한 시간 간격으로 고주파 교류전류를 짧은 시간 동안 1차측 코일(200)에 인가한다. 예를 들어, 1초 간격으로 50ms 동안 80KHz의 고주파 교류전류 인가한다. 그러면, 1차측 코일(200)은 고주파 교류전류가 인가될 때마다 주변에 자기장을 형성한다.
사용자는 배터리(B)의 충전을 위해 배터리(B)를 충전기(C) 상에 위치시킨다. 배터기(B)가 위치된 이후에, 충전기(C)의 1차측 코일(200)에 고주파 교류전류가 소정 시간 동안 인가되면 1차측 코일(200)에 자기장이 발생되고, 그 결과 배터리(B) 의 2차측 코일(300)에 자속이 쇄교된다. 이에 따라, 2차측 코일(300)에서는 고주파 교류전류가 소정 시간 동안 유도되었다가, 1차측 코일(200)에 고주파 교류전류가 인가되지 않으면 자기장의 소멸로 인해 고주파 교류전류의 유도가 일시 중지된다.
한편, 유도된 교류전류는 배터리 셀(400)로 공급되기 시작한다. 그러면, 전류검출부(33)를 통해 전류값을 지속적으로 전달받은 마이크로프로세서(335)는 상기 측정된 전류값이 미리 정해진 기준치를 초과함을 확인하고, 충전이 개시되었음을 알리는 제어신호(제1 및 제2펄스)를 충전전류 공급부(320)에 전달한다. 그러면, 충전전류 공급부(320)는 상기 제어신호를 반영한 충전전류를 배터리 셀(400)에 공급한다. 이에 따라, 무접점 충전기(C)의 제1전류검출부(220)에서 측정한 전류값은 무접점 배터리(B)에서 충전전류 공급부(320)가 배터리 셀(400)에 공급하는 충전전류를 반영하여 변동된다. 그러면, 공급전력 제어부(230)는 미리 정해진 상기 제어신호(상기 제1 및 제2펄스)가 충전이 개시되었음을 알리는 제어신호임을 확인하고, 고주파 전력 구동부(210)를 제어하여 무접점 배터리(B) 측에 배터리 셀(400)의 충전에 필요한 충전전력의 공급하게 된다.
또한, 마이크로프로세서(335)는 제2전류검출부(333)로부터 지속적으로 전달받는 상기 전류값이 미리 정해진 기준치보다 작게 측정됨을 확인하고, 충전이 완료되었음을 알리는 제어신호(제4, 제5, 및 제6펄스)를 충전전류 공급부(320)에 전달한다. 그러면, 충전전류 공급부(320)는 충전이 완료되었음을 알리는 상기 제어신호를 반영한 충전전류를 배터리 셀(400)에 공급하게 된다. 그러면, 상기 제어신호를 반영한 무접점 충전기(C)의 제1전류검출부(220)에서 측정된 전류값은 공급전력 제 어부(230)로 전달되고, 공급전력 제어부(230) 충전이 완료되었음을 알리는 상기 제어신호를 확인하여 충전이 완료되었음을 확인하고, 고주파 전력 구동부(210)를 제어하여 무접점 배터리(B) 측에 전력 공급을 차단하게 된다.
이와 같이, 배터리 셀(400)의 충전 상태를 고려한 피드백 제어를 통해 무접점 충전기(C)가 배터리 셀(400)의 충전 상태에 따라 능동적으로 무접점 배터리(B) 충전전력을 공급하므로, 무접점 충전기(C)가 발생시키는 충전전력의 손실을 최소화할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명에 따르면, 무접점 충전기가 배터리 셀의 충전상태를 확인하여 충전전력을 실시간으로 조정해 줌으로써 무접점 배터리의 배터리 셀이 과충전되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 무접점 충전기가 무접점 배터리의 배터리 셀이 충전이 완료된 상태에서 불필요한 충전전력을 공급하지 않으므로 충전전력의 생성에 소모되는 전력 손실을 방지할 수 있다.
또한, 무접점 충전기가 배터리 셀의 충전 개시를 알리는 제어신호를 감지하여 충전전력을 공급하므로, 무접점 충전기 상에 거치된 이물질에 불필요한 전력이 공급되는 것을 방지할 수 있다.

Claims (14)

  1. 배터리 셀에 전기에너지를 충전하기 위한 충전회로를 내장한 무접점 충전 배터리에 있어서,
    외부의 무접점 충전기에서 발생되는 자기장에 의해 고주파 교류전류가 유도되는 고주파 교류전류 유도부;
    상기 베터리 셀에 충전에 필요한 전압을 공급하는 충전전압 공급부;
    상기 충전전압 공급부로부터 인가받은 전압을 이용하여 상기 베터리 셀로 충전전류를 공급하는 충전전류 공급부; 및
    상기 베터리 셀의 충전을 위해 공급되는 전압 또는 전류를 모니터링하고, 그 결과를 이용하여 베터리 셀의 충전 상태를 확인하여 제어신호를 생성하는 충전 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 배터리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고주파 교류전류 유도부는 외부의 무접점 충전기로부터 발생되는 자기장의 자속이 쇄교하는 코일임을 특징으로 하는 무접점 충전 배터리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 충전 제어부는
    상기 충전전류 공급부가 배터리 셀에 공급하는 전류를 측정하는 전류검출부; 및
    상기 전류검출부로부터 측정된 전류값을 이용하여 상기 배터리 셀의 충전상태를 파악하고, 충전상태에 대응하여 상기 배터리 셀에 공급하는 충전전류를 제어하기 위한 제어신호를 생성하여 상기 충전전류 공급부에 인가하는 마이크로프로세서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 배터리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 충전 제어부는
    상기 충전전압 공급부가 공급하는 전압과 상기 배터리 셀에 충전된 전압을 측정하는 전압검출부;
    상기 전압검출부로부터 측정된 전압값을 이용하여 상기 배터리 셀의 충전상태를 파악하고, 충전상태에 대응하여 상기 배터리 셀에 공급하는 충전전압을 제어하기 위한 제어신호를 생성하여 상기 충전전압 공급부에 인가하는 마이크로프로세서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 배터리.
  5. 제1항 내지 제4항 중 선택된 어느 한 항에 있어서,
    상기 충전전류 공급부는 적어도 하나의 트렌지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 배터리.
  6. 무접점 충전 배터리와 무접점 충전기를 포함하는 배터리 충전세트에 있어서,
    상기 배터리는,
    외부의 무접점 충전기에서 발생되는 자기장에 의해 고주파 교류전류가 유도되는 고주파 교류전류 유도부; 상기 베터리 셀에 충전에 필요한 전압을 공급하는 충전전압 공급부; 상기 충전전압 공급부로부터 인가받은 전압을 이용하여 상기 베터리 셀로 충전전류를 공급하는 충전전류 공급부; 및 상기 베터리 셀의 충전을 위해 공급되는 전압 또는 전류를 모니터링하고, 그 결과를 이용하여 베터리 셀의 충전 상태를 확인하여 제어신호를 생성하는 충전 제어부;를 포함하고,
    상기 충전기는,
    교류전류를 입력받아 외부 공간에 자기장을 형성하는 자기장 발생부; 상기 자기장 발생부에 고주파 교류전류를 단속적으로 인가하는 고주파 전력 구동부; 상기 자기장 발생부로 인가되는 전류치를 검출하는 제1전류검출부; 및 상기 제1전류검출부로부터 검출 결과를 전달받아 상기 고주파 전력 구동부의 구동을 제어하는 공급전력 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 세트.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 고주파 교류전류 유도부는 외부의 무접점 충전기로부터 발생되는 자기장의 자속이 쇄교하는 코일임을 특징으로 하는 무접점 충전 세트.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 충전 제어부는
    상기 충전전류 공급부가 배터리 셀에 공급하는 전류를 측정하는 제2전류검출부; 및
    상기 제2전류검출부로부터 측정된 전류값을 이용하여 상기 배터리 셀의 충전상태를 파악하고, 충전상태에 대응하여 상기 배터리 셀에 공급하는 충전전류를 제어하기 위한 제어신호를 생성하여 상기 충전전류 공급부에 인가하는 마이크로프로세서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 세트.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 충전 제어부는
    상기 충전전압 공급부가 공급하는 전압과 상기 배터리 셀에 충전된 전압을 측정하는 전압검출부;
    상기 전압검출부로부터 측정된 전압값을 이용하여 상기 배터리 셀의 충전상태를 파악하고, 충전상태에 대응하여 상기 배터리 셀에 공급하는 충전전압을 제어하기 위한 제어신호를 생성하여 상기 충전전압 공급부에 인가하는 마이크로프로세서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 세트.
  10. 제6항 내지 제9항 중 선택된 어느 한 항에 있어서,
    상기 충전전류 공급부는 적어도 하나의 트렌지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 세트.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 자기장 발생부는 양단에 고주파 교류전류가 인가되는 코일임을 특징으로 하는 무접점 충전 세트.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 고주파 전력 구동부는,
    상기 충전전력 제어부로부터 펄스구동신호를 입력받아 펄스신호를 출력하는 펄스신호 발생부; 및
    상기 펄스신호를 입력받아 상기 정전압 공급부로부터 입력되는 정전압 직류를 고속으로 스위칭하여 펄스 형태의 고주파 교류전류를 생성하는 전력 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 세트.
  13. 제6항 또는 제12항에 있어서,
    상기 전원 공급부는,
    상용 교류전류를 입력받아 과전압 전류를 차단하는 과전압 과전류 보호회로;
    상기 과전압 과전류 보호회로를 통과한 교류전류를 정류하여 직류전류로 변환하는 정류부; 및
    상기 변환된 직류전류를 입력받아 정전압 전류를 출력하는 정전압 공급부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 세트.
  14. 제6항에 있어서,
    상기 공급전력 제어부는 펄스 전류의 폭, 펄스 전류의 주파수, 펄스의 진폭 또는 펄스의 수를 변조하여 충전전력을 조정하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 세트.
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