KR20100112034A - 무접점 충전제어장치 및 충전제어방법 - Google Patents

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Abstract

개시된 내용은 무접점 충전제어장치 및 충전제어방법에 관한 것으로서, 무접점 충전을 위해 위치한 배터리팩의 ID 체크를 수행하고, ID 체크를 수행한 이후 무접점 충전을 위한 자기장을 발생시키며, 배터리팩으로부터 주기적으로 전송되는 무선 데이터를 토대로 자기장 발생을 지속 또는 중단하는 무접점 충전기와, 무접점 충전기의 배터리팩 인식을 위한 ID 체크 요청에 따라 ID 체크신호를 무접점 충전기로 전송하고, ID 체크를 수행한 무접점 충전기에서 발생되는 자기장에 의해 유도되는 전류를 이용하여 배터리셀을 충전하며, 무접점 충전동안 주기적으로 만충전 여부에 따른 충전 지속 또는 충전 중단 데이터와 함께 충전과정에서 이상고열 발생에 따른 충전 중단 데이터를 자기장 발생을 통해 무접점 충전기로 전송하는 배터리팩을 포함한다. 따라서, 본 발명은 무접점 충전기에서 발생된 자기장에 의해 유도되는 전류를 이용하여 배터리를 충전하는 배터리팩에서 충전과정동안 충전 지속 또는 충전 중단에 대한 무선 데이터를 무접점 충전기로 주기적으로 제공함과 동시에 충전과정에서 이물질에 의한 이상고열 발생시 충전 중단 정보를 제공하여 안전한 무접점 충전제어를 수행하고, 열 발생에 의한 배터리팩의 손상을 미연에 방지한다.
무접점 충전, 배터리팩, 코일, 유도, 2차측 제어모듈

Description

무접점 충전제어장치 및 충전제어방법{Apparatus for non-contact charging control and method thereof}
본 발명은 무접점 충전제어장치 및 충전제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 배터리팩은 휴대전화, PDA(Personal Digital Assistants), MP3 플레이어, DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 단말기, PMP(Portable Music Player) 등의 각종 휴대용 단말기에 전원을 공급하도록 휴대용 단말기와 결합되어 사용된다.
휴대용 단말기 사용자는 배터리팩의 전압이 소정 레벨 이하로 떨어지면, 충전기를 이용하여 배터리팩을 충전한 후 다시 사용하게 되는데, 대부분의 배터리팩에는 충전기에 마련된 충전 단자에 전기적으로 연결될 수 있도록 외부로 노출된 접속 단자가 구비되어 있으므로 사용자는 충전기의 충전 단자와 배터리팩의 접속 단자를 서로 접속하여 전기적인 연결상태를 유지한 상태로 충전을 진행한다.
하지만 충전기의 충전 단자와 배터리팩의 접속 단자는 외부에 노출되어 있으 므로 이물질에 의해 쉽게 오염될 수 있고, 충전기와 배터리팩을 접촉하거나 분리하는 과정에서 마모가 발생되며, 습기가 있는 경우 부식되어 접속이 불량해짐은 물론, 배터리팩 내부에 습기가 침투하는 경우 배터리팩의 수명 및 성능이 저하되는 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 무접점 충전기가 개발되어 사용되고 있다. 무접점 충전기는 종래의 충전기와 배터리팩에 형성된 전기신호 전달을 위한 커넥터와 같이 충전기와 배터리팩 사이에 접점이 필요 없는 제품을 말하며, 충전기와 배터리팩 사이에 전기신호가 코일을 통해 무선으로 전달되기 때문에 사용자는 배터리팩을 충전기 위에 올려놓으면 충전이 된다.
무접점 충전기는 종래의 충전기가 가진 모델별로 모두 제각각인 결정적인 단점을 극복할 수 있으며, 버려지는 충전기로 인해 발생될 수 있는 환경오염을 줄일 수 있는 이점이 있다.
하지만 기존에 사용중인 배터리팩은 무접점 충전기에 그대로 사용할 수 없었으며, 무접점 충전기에서 발생되는 자기장에 의해 유도되는 전류를 토대로 배터리 충전을 수행하는 충전회로 및 배터리팩 인식과 충전상태에 대한 정보를 제공하기 위하여 무접점 충전기와 무선 데이터 통신을 수행하는 태그나 안테나 등의 통신수단을 배터리팩에 구비하여야 한다.
그러나, 상술한 바와 같은 종래의 충전회로 및 통신수단을 구비한 배터리팩은, 무접점 충전기로 배터리팩 인식 및 충전상태에 대한 정보를 송수신할 때 태그나 안테나 등을 추가로 구성하여야 하므로 전체의 부피가 증가하여 배터리팩의 소 형화에 어려움이 있었다.
이에 따라 별도의 태그나 안테나를 사용하지 않고 무접점 충전기와 배터리팩 사이에 자기장에 의해 유도되는 전류를 이용한 무접점 전력 전송과 무선 데이터 통신이 동시에 가능한 기술도 개발되어 이용되고 있다. 이 충전제어방식은 무접점 충전기에서 배터리팩으로 지속적으로 전력 전송을 수행하고, 충전을 수행하는 배터리팩으로부터 만충전 정보를 전송받으면 전력 전송을 중지하는 기술이다.
그러나, 상술한 바와 같은 종래의 자기장에 의해 유도되는 전류를 이용한 무접점 전력 전송과 무선 데이터 통신이 동시에 이루어지는 충전제어방식은, 무접점 충전을 수행하는 과정에서 무접점 충전기와 배터리팩 사이에 이물질이 놓여지거나 이상고열이 발생하는 경우 배터리팩에서 이를 감지할 수 있는 수단이 전혀 없기 때문에 열 발생으로 인하여 배터리팩 및 무접점 충전기에 손상이 발생될 수 있는 문제점이 있었다.
즉 종래에는 이물질 감지의 경우 무접점 충전기에서 배터리팩으로 충전 전력의 송신을 수행하기 이전에 수행되고 충전을 시작한 이후에는 이물질 감지를 수행하지 않고 배터리팩으로부터 만충전 정보가 전송될 때까지 전력 송신을 지속적으로 수행하며, 기존의 배터리팩에는 과전압으로 인한 충전 또는 방전을 조절하는 보호기능만이 있기 때문에 충전 과정에서 이물질이 위치하거나 이상고열이 발생하는 경우 배터리팩 및 무접점 충전기에 열 발생으로 인한 파손이나 손상의 우려가 있는 것이다.
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결할 수 있도록, 휴대용 단말기 등에 결합되어 사용되는 배터리팩에서 무접점 충전기로부터 발생된 자기장에 의해 유도되는 전류를 이용하여 배터리 충전을 수행하는 동안 주기적으로 충전 지속 또는 충전 중단에 대한 무선 데이터를 무접점 충전기로 제공할 수 있도록 하는 무접점 충전제어장치 및 충전제어방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 무접점 충전을 수행하는 배터리팩에서 무접점 충전기로 무선 데이터를 전송할 때, 배터리팩 인식 및 만충전 여부에 따른 충전 지속 또는 충전 중단에 대한 데이터를 주기적으로 전송하는 것 이외에, 충전과정에서 이물질 감지나 이상고열 발생에 따른 충전 중단에 대한 데이터를 함께 전송할 수 있도록 하는 무접점 충전제어장치 및 충전제어방법을 제공하는 데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무접점 충전제어장치는, 배터리팩에서 무접점 충전기로부터 무선으로 전력을 전달받아 전원을 충전하는 무접점 충전제어장치에 있어서, 무접점 충전을 위해 위치한 배터리팩의 ID 체크를 수행하고, ID 체크를 수행한 이후 무접점 충전을 위한 자기장을 발생시키며, 배터리팩으로부터 주기적으로 전송되는 무선 데이터를 토대로 자기장 발생을 지속 또는 중단하는 무접점 충전기, 그리고 무접점 충전기의 배터리팩 인식을 위한 ID 체크 요청 에 따라 ID 체크신호를 무접점 충전기로 전송하고, ID 체크를 수행한 무접점 충전기에서 발생되는 자기장에 의해 유도되는 전류를 이용하여 배터리셀을 충전하며, 무접점 충전동안 주기적으로 만충전 여부에 따른 충전 지속 또는 충전 중단 데이터와 함께 충전과정에서 이상고열 발생에 따른 충전 중단 데이터를 자기장 발생을 통해 무접점 충전기로 전송하는 배터리팩을 포함한다.
이때 상술한 배터리팩은, 배터리팩의 몸체에 내장되어 무접점 충전기에서 발생되는 자기장에 의해 교류전류가 유도되며, 무접점 충전기와 배터리팩 인식을 위한 데이터의 송수신 및 만충전 여부에 따른 충전 지속 또는 충전 중단, 이상고열 발생에 따른 충전 중단에 대한 데이터 송신을 수행하는 2차측 코일 유닛과, 무접점 충전기의 배터리팩 인식을 위한 ID 체크 요청에 따라 ID 체크신호를 2차측 코일 유닛을 통해 무접점 충전기로 전송하도록 제어하고, 2차측 코일 유닛을 통해 유도되는 전류를 토대로 배터리셀 충전을 제어하며, 무접점 충전동안 주기적으로 만충전 여부에 따른 충전 지속 또는 충전 중단 데이터, 이상고열 발생에 따른 충전 중단 데이터를 2차측 코일 유닛을 통해 무접점 충전기로 전송하도록 제어하는 2차측 제어모듈과, 2차측 제어모듈로부터 출력되는 충전전압을 배터리셀로 공급하여 충전을 수행하는 충전회로부와, 충전회로부와 배터리셀 사이에 연결되고, 충전회로부의 제어에 따라 충전을 수행하는 배터리셀의 충전상태에 따라 충전 또는 방전을 조절하는 보호회로부, 그리고 배터리셀의 충전과정에서 발생되는 열을 감지하고, 감지신호를 2차측 제어모듈로 출력하는 열발생 감지부를 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.
그리고 상술한 무접점 충전기는, 무접점 충전을 위한 자기장 발생에 필요한 동작전원을 공급하는 전원공급부와, 충전위치에 놓여진 배터리팩으로 배터리팩 인식을 위한 ID 체크신호를 요청하고, 배터리팩에서 발생된 자기장에 의해 유도된 전류에 포함된 ID 체크신호를 토대로 배터리팩의 ID 체크를 수행하고, 무접점 충전을 수행하는 배터리팩에서 발생된 자기장에 의해 유도된 전류에 포함된 만충전 여부에 따른 충전 지속 또는 충전 중단, 이상고열 발생에 따른 충전 중단에 대한 데이터를 확인하며, 해당 충전 지속 또는 충전 중단 데이터를 토대로 자기장 발생 또는 중단을 제어하는 1차측 제어모듈, 그리고 무접점 충전기 몸체에 내장되어 1차측 제어모듈의 제어에 따라 전원공급부로부터 입력되는 전원을 토대로 무접점 충전을 위한 자기장을 발생시키고, 배터리팩에서 발생되는 자기장에 의해 교류전류를 유도하며, 배터리팩과 배터리팩 인식을 위한 데이터의 송수신 및 만충전 여부에 따른 충전 지속 또는 충전 중단, 이상고열 발생에 따른 충전 중단에 대한 데이터 수신을 수행하는 1차측 코일 유닛을 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 무접점 충전제어방법은, 배터리팩에서 무접점 충전기로부터 무선으로 전력을 전달받아 전원을 충전하는 무접점 충전제어방법에 있어서, (1) 무접점 충전기는, 대기모드 상태에서 무접점 충전을 위해 충전위치에 위치한 배터리팩을 감지하여 ID 체크를 수행하는 단계와, (2) 배터리팩의 ID 체크를 수행한 무접점 충전기는, 1차측 코일 유닛을 통해 배터리팩으로 무접점 충전을 위한 자기장을 발생시키는 단계와, (3) 배터리팩은, 무접점 충전기의 1차측 코일 유닛으로부터 발생되는 자기장에 의해 유도되는 전류를 토대로 배터리셀의 충전을 수행하 되, 2차측 코일 유닛을 통해 유도된 교류전류를 직류전류로 정류하고, 정류된 직류전류를 이용하여 충전전압을 발생시키며, 충전전압을 충전회로부로 출력하여 배터리셀의 충전을 수행하는 단계와, (4) 배터리팩은, 무접점 충전을 수행하는 과정에서 일정 주기마다 만충전 여부에 따른 충전 지속 또는 충전 중단 데이터, 이상고열 발생에 따른 충전 중단 데이터를 2차측 코일 유닛을 통해 무접점 충전기로 전송하는 단계, 그리고 (5) 무접점 충전기는, 배터리팩으로부터 전송받은 만충전 여부에 따른 충전 지속 또는 충전 중단 데이터, 이상고열 발생에 따른 충전 중단 데이터를 토대로 만충전이 이루어질 때까지 무접점 충전을 위한 자기장 발생을 지속하거나 중단시키는 단계를 포함한다.
그리고 상술한 (5) 단계 이후, (6) 배터리팩은, 만충전된 배터리셀의 전압을 간헐적으로 확인하여, 배터리셀의 전압이 만충전 전압보다 낮아지는지를 모니터링하는 단계와, (7) 모니터링결과 배터리셀의 전압이 만충전 전압보다 낮아지면, 배터리팩은 ID 체크신호를 2차측 코일 유닛을 통해 무접점 충전기로 전송하는 단계, 그리고 (8) 배터리팩은, 배터리팩의 ID 체크를 수행한 무접점 충전기에서 발생되는 자기장에 의해 유도되는 전류를 토대로 배터리셀의 충전을 수행하는 단계를 더 수행하도록 구성하는 것이 바람직하다.
이상에서와 같이 본 발명의 무접점 충전제어장치 및 충전제어방법에 따르면, 무접점 충전기에서 발생된 자기장에 의해 유도되는 전류를 이용하여 배터리를 충전 하는 배터리팩에서 종래에서와 같이 별도의 태그나 안테나를 사용하지 않고 자기장 발생을 통해 무접점 충전기로 충전과정동안 주기적으로 충전 지속 또는 충전 중단에 대한 무선 데이터를 제공하기 때문에 충전제어를 원활하게 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한, 무접점 충전을 수행하는 배터리팩에서 무접점 충전기로 전송하는 무선 데이터도 종래와 같이 충전시작 이전에 전송되는 배터리팩 인식정보나 충전완료시점에 전송되는 만충전 정보에 그치지 않고, 충전과정동안 주기적으로 만충전 여부에 따른 충전 지속 또는 충전 중단에 대한 무선 데이터와 함께 이물질 감지나 이상고열 발생에 따른 충전 중단 정보를 제공하기 때문에 무접점 충전과정에서 무접점 충전기와 배터리팩 사이에 이물질이 놓여져 배터리팩에 이상고열이 발생되는 경우 발생될 수 있는 제품의 손상을 미연에 방지할 수 있음은 물론, 이를 토대로 안전한 무접점 충전을 수행할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 무접점 충전제어장치 및 충전제어방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 무접점 충전제어장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 무접점 충전제어장치는, 무접점 충전기(100)와 배터리팩(200)으로 구성된다.
무접점 충전기(100)는 무접점 충전을 위해 위치한 배터리팩(200)과 데이터를 송수신하여 ID 체크를 수행하고, ID 체크를 수행한 이후 무접점 충전을 위한 자기장을 발생시켜 배터리팩(200)의 무접점 충전을 진행하며, 무접점 충전중인 배터리팩(200)으로부터 주기적으로 전송되는 무선 데이터를 토대로 자기장 발생을 지속 또는 중단한다.
상술한 무접점 충전기(100)는 전원공급부(110), 1차측 제어모듈(120), 1차측 코일 유닛(130) 등으로 구성된다.
전원공급부(110)는 무접점 충전을 위한 자기장 발생에 필요한 동작전원을 공급한다.
1차측 제어모듈(120)은 충전위치에 놓여진 배터리팩(200)으로 배터리팩 인식을 위한 ID 체크신호를 요청하고, 배터리팩(200)에서 발생된 자기장에 의해 유도된 전류에 포함된 ID 체크신호를 토대로 배터리팩의 ID 체크를 수행하고, 무접점 충전을 수행하는 배터리팩(200)에서 발생된 자기장에 의해 유도된 전류에 포함된 만충전 여부에 따른 충전 지속 또는 충전 중단, 이상고열 발생에 따른 충전 중단에 대한 데이터를 확인하며, 해당 충전 지속 또는 충전 중단 데이터를 토대로 자기장 발생 또는 중단을 제어한다.
이때 상술한 1차측 제어모듈(120)은 배터리팩(200) 이외에 동전, 금속 등의 이물질이 위치하는 경우 이를 감지하여 1차측 코일 유닛(130)을 통한 자기장 발생을 수행하지 않도록 제어함으로써, 불필요한 전력 공급으로 인한 무접점 충전기(100)의 과부하를 방지하여 안정적인 무접점 충전을 수행할 수 있도록 한다.
1차측 코일 유닛(130)은 무접점 충전기(100) 몸체에 내장되어 1차측 제어모듈(120)의 제어에 따라 전원공급부(110)로부터 입력되는 전원을 토대로 무접점 충전을 위한 자기장을 발생시키고, 배터리팩(200)에서 발생되는 자기장에 의해 교류전류를 유도하여 1차측 제어모듈(120)로 제공하며, 배터리팩(200)과 배터리팩 인식을 위한 데이터의 송수신 및 만충전 여부에 따른 충전 지속 또는 충전 중단, 이상고열 발생에 따른 충전 중단에 대한 데이터 수신을 수행한다.
배터리팩(200)은 무접점 충전기(100)의 배터리팩 인식을 위한 ID 체크 요청에 따라 ID 체크신호를 무접점 충전기(100)로 전송하고, ID 체크를 수행한 무접점 충전기(100)에서 발생되는 자기장에 의해 유도되는 전류를 이용하여 배터리셀을 충전하며, 무접점 충전동안 주기적으로 만충전 여부에 따른 충전 지속 또는 충전 중단 데이터와 함께 충전과정에서 이상고열 발생에 따른 충전 중단 데이터를 자기장 발생을 통해 무접점 충전기(100)로 전송한다.
상술한 배터리팩(200)은 2차측 코일 유닛(210), 2차측 제어모듈(220), 충전회로부(230), 보호회로부(240), 배터리셀(250), 열발생 감지부(260), 커넥터(270) 등으로 구성된다.
2차측 코일 유닛(210)은 배터리팩(200)의 몸체에 스파이럴(spiral) 형태로 내장되어 있고, 무접점 충전기(100)의 1차측 코일 유닛(130)에서 발생되는 자기장에 의해 교류전류를 유도하여 2차측 제어모듈(220)로 유도된 교류전류를 인가하며, 무접점 충전기(100)와 배터리팩 인식을 위한 데이터의 송수신 및 만충전 여부에 따른 충전 지속 또는 충전 중단, 이상고열 발생에 따른 충전 중단에 대한 데이터 송 신을 수행한다.
2차측 제어모듈(220)은 무접점 충전기(100)의 배터리팩 인식을 위한 ID 체크 요청에 따라 ID 체크신호를 2차측 코일 유닛(210)을 통해 무접점 충전기(100)의 1차측 제어모듈(120)로 전송하도록 제어하고, 2차측 코일 유닛(210)을 통해 유도되는 전류를 토대로 배터리셀(250)의 충전을 제어하며, 무접점 충전동안 주기적으로 만충전 여부에 따른 충전 지속 또는 충전 중단 데이터, 이상고열 발생에 따른 충전 중단 데이터를 2차측 코일 유닛(210)을 통해 무접점 충전기(100)로 전송하여 충전을 위한 자기장 발생을 중단하도록 한다.
충전회로부(230)는 2차측 제어모듈(220)로부터 출력되는 충전전압을 배터리셀(250)로 공급하여 충전을 수행한다.
보호회로부(240)는 충전회로부(230)와 배터리셀(250) 사이에 연결되고, 충전회로부(230)의 제어에 따라 충전을 수행하는 배터리셀(250)의 충전상태에 따라 충전 또는 방전을 조절한다.
열발생 감지부(260)는 써모스텟(thermostat)으로 구성되며, 배터리셀(250)의 충전과정에서 발생되는 열을 감지하고, 감지신호를 2차측 제어모듈(220)로 출력한다.
커넥터(270)는 2차측 제어모듈(220)의 제어에 따라 배터리셀(240)에 충전된 전원을 동작전원으로 공급하기 위하여 휴대전화, PDA, MP3 플레이어, DMB 단말기, PMP 등의 등의 각종 휴대용 단말기의 본체와 접속되는 부분이다.
도 2는 도 1의 2차측 제어모듈(220)의 구성을 보다 구체적으로 나타낸 도면 이다.
도시된 바와 같이 2차측 제어모듈(220)은, 정류부(rectifier)(221), 부하 변조부(load modulation)(222), 충전전압 조절부(voltage regulation)(223), 2차측 제어부(224) 등으로 구성된다.
정류부(221)는 2차측 코일 유닛(210)에 유도된 교류전류를 직류전류로 정류한다.
부하 변조부(222)는 2차측 제어부(224)의 제어에 의하여 2차측 코일 유닛(221)을 통해 무접점 충전기(100)와 배터리팩 인식을 위한 ID 체크신호의 송수신 및 만충전 여부에 따른 충전 지속 또는 충전 중단, 이상고열 발생에 따른 충전 중단 정보의 송신을 처리한다.
충전전압 조절부(223)는 정류부(221)에서 정류된 직류전류를 이용하여 충전전압을 발생시키며, 발생된 전압을 일정 정전압으로 안정화시켜 충전회로부(230)로 출력한다.
2차측 제어부(224)는 2차측 코일 유닛(221)을 통해 무접점 충전기(100)로부터 배터리팩 인식을 위한 ID 체크 요청신호가 수신되면 부하 변조부(222)를 제어하여 ID 체크신호를 2차측 코일 유닛(210)을 통해 무접점 충전기(100)로 전송하도록 제어하고, ID 체크를 수행한 무접점 충전기(100)에서 발생되는 자기장에 의해 2차측 코일 유닛(210)에서 유도되는 교류전류의 정류, 충전전압 조절부(223)를 통한 충전전압의 발생 및 충전회로부(230)로의 충전전압 출력을 제어하며, 충전회로부(230)와 열발생 감지부(260)로부터 입력되는 충전 정보와 감지신호를 토대로 부 하 변조부(222)를 제어하여 주기적으로 만충전 여부에 따른 충전 지속 또는 충전 중단 데이터, 이상고열 발생에 따른 충전 중단 데이터를 2차측 코일 유닛(210)을 통해 무접점 충전기(100)로 전송하도록 제어한다.
또한, 2차측 제어부(224)는 배터리셀(250)의 만충전 이후 배터리셀(250)의 전압을 간헐적으로 모니터링하고, 모니터링 결과 배터리셀의 현재 전압이 만충전으로 판단되는 전압보다 낮아지면 부하 변조부(222)를 제어하여 ID 체크신호를 2차측 코일 유닛(210)을 통해 무접점 충전기(100)로 전송하도록 제어하며, 배터리팩(200)의 ID 체크를 수행한 무접점 충전기(100)에서 발생되는 자기장에 의해 유도되는 전류를 토대로 배터리셀(250)의 충전을 제어한다. 즉, 2차측 제어부(224)는 배터리셀(250)이 만충전된 이후 배터리셀(250)의 전압이 만충전으로 판단되는 전압보다 낮아질 때마다 ID 체크신호를 무접점 충전기(100)로 전송하여 자기장 발생을 요청하고, 무접점 충전기(100)에서 발생되는 자기장에 의해 유도되는 전류를 토대로 배터리셀(250)의 만충전을 유지하도록 제어하는 것이다.
도 3은 도 1의 1차측 제어모듈(120)의 구성을 보다 구체적으로 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이 1차측 제어모듈(120)은, 고전압 보호부(high voltage protection)(121), 전력 관리부(power management)(122), 1차측 제어부(123), 전력 전송부(power transfer)(124) 등으로 구성된다.
고전압 보호부(121)는 전원공급부(110)로부터 과전압이 인가되면 이를 차단하여 1차측 제어모듈(120) 내부의 회로를 보호한다.
전력 관리부(122)는 전원공급부(110)로부터 인가되는 전압을 이용하여 내부 구동전원 및 배터리팩(200)의 무접점 충전에 필요한 충전전력을 생성하여 출력한다.
1차측 제어부(123)는 1차측 코일 유닛(130)을 통해 충전위치에 놓여진 배터리팩(200)의 ID 체크를 수행하고, 전력 관리부(122)에서 생성된 충전전력을 토대로 1차측 코일 유닛(130)에서 자기장을 발생시키도록 제어하며, 1차측 코일 유닛(130)을 통해 무접점 충전중인 배터리팩(200)으로부터 전송된 만충전 여부에 따른 충전 지속 또는 충전 중단, 이상고열 발생에 따른 충전 중단에 대한 데이터를 토대로 자기장 발생 또는 중단을 제어한다.
전력 전송부(124)는 1차측 제어부(123)의 제어에 따라 전력 관리부(122)에서 발생된 충전전력을 이용하여 고주파 교류전류를 단속적으로 1차측 코일 유닛(130)으로 인가시켜 자기장을 발생시키도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무접점 충전시의 데이터 송수신과 충전전력의 처리를 설명하기 위한 파형도이다.
도 4를 참조하면, 무접점 충전을 수행하는 배터리팩(200)의 2차측 제어모듈(220)에서는 1250ms(151512 클럭)가 경과할 때마다 3.43ms(416 클럭)의 시간동안 만충전 여부에 따른 충전 지속 또는 충전 중단 데이터, 이상고열 발생에 따른 충전 중단 데이터를 2차측 코일 유닛(210)을 통해 무접점 충전기(100)로 전송하고, 무접점 충전기(100)의 1차측 제어모듈(120)에서 해당 데이터를 토대로 자기장 발생 또는 중단을 수행하도록 한다.
그리고 2차측 제어모듈(220)은 무선 데이터 통신을 수행한 이후, 무접전 충전기(100)에서 발생된 자기장으로부터 2차측 코일 유닛(210)을 통해 유도되는 전류를 토대로 1250ms 동안 배터리셀(250)의 충전을 수행하며, 만충전이 될 때까지 이와 같은 처리를 반복하여 수행한다.
다음에는, 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 무접점 충전제어방법의 일 실시예를 도 5를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 무접점 충전제어방법의 동작과정을 상세하게 나타낸 순서도이다.
우선, 무접점 충전기(100)는 충전 대기모드상태를 유지하면서(S10), 충전위치에 무접점 충전을 위하여 배터리팩(200)에 위치하는지를 감지한다(S20).
충전위치에 무접점 충전을 위하여 배터리팩(200)에 위치하면, 무접점 충전기(100)는 해당 배터리팩(200)의 ID 체크를 위하여 배터리팩(200)으로 ID 체크 요청신호를 전송한다(S30).
배터리팩(200)에 내장된 2차측 제어모듈(220)은 2차측 코일 유닛(210)을 통해 무접점 충전기(100)로부터 배터리팩(200)의 인식을 위한 ID 체크 요청신호가 수신되는지를 확인하고, ID 체크 요청신호가 수신되면 기저장되어 있는 ID 체크신호를 리딩한 후(S40), 2차측 코일 유닛(210)을 통해 무접점 충전기(100)로 전송한다(S50).
무접점 충전기(100)의 1차측 제어모듈(120)은 1차측 코일 유닛(130)을 통해 배터리팩(200)으로부터 ID 체크신호를 수신받고, 수신받은 ID 체크신호를 토대로 해당 배터리팩(200)의 ID 체크를 수행한다(S60).
이때 무접점 충전기(100)의 1차측 제어모듈(120)은 충전위치에 위치한 부하의 ID 체크가 수행되지 않으면, 충전위치에 위치한 부하를 이물질로 인식하여 무접점 충전을 위한 자기장 발생을 수행하지 않는다.
S60 단계를 통해 배터리팩(200)의 ID 체크가 수행되면, 무접점 충전기(100)의 1차측 제어모듈(120)은 대기모드 상태( 또는, 만충전된 경우에는 세이브모드 상태 )에서 충전모드 상태로 전환하며, 1차측 코일 유닛(130)을 통해 배터리팩(200)으로 무접점 충전을 위한 자기장을 발생시킨다(S70).
무접점 충전기(100)에서 자기장이 발생되면, 배터리팩(200)은 1차측 코일 유닛(130)으로부터 발생되는 자기장에 의해 유도되는 전류를 토대로 배터리 충전을 수행한다(S80). 즉 2차측 제어모듈(220)의 정류부(221)는 ID 체크를 수행한 무접점 충전기(100)로부터 발생되는 자기장에 의해 유도되는 교류전류를 직류전류로 정류하고, 2차측 제어모듈(220)의 충전전압 발생부(223)는 정류부(221)에서 정류된 직류전류를 이용하여 충전전압을 발생시키고, 충전전압 발생부(223)에서 발생된 충전전압은 충전회로부(230)로 출력되며, 충전회로부(230)에서는 충전전압을 배터리셀(250)로 공급하여 충전을 수행하는 것이다.
S80 단계를 통해 무접점 충전을 수행하는 과정에서 배터리팩(200)의 2차측 제어모듈(220)은 일정 주기마다 배터리셀(240)의 만충전 여부에 따른 충전 지속 또는 충전 중단 데이터, 열발생 감지부(250)의 이상고열 발생감지에 따른 충전 중단 데이터를 생성하여 2차측 코일 유닛(210)을 통해 무접점 충전기(100)로 전송한다(S90). 즉 2차측 제어모듈(220)은 충전회로부(230)로부터 입력되는 충전 정보를 토대로 배터리셀(250)이 만충전되었는지를 확인하고 만충전인 경우에는 충전모드 상태를 세이브모드 상태로 전환하면서 충전 중지를 위한 데이터를 생성하고, 충전이 필요한 경우에는 충전 지속을 위한 데이터를 생성한 후 무접점 충전기(100)로 전송하는 것이며, 열발생 감지부(260)로부터 입력되는 감지신호를 토대로 무접점 충전과정에서 무접점 충전기(100)와 배터리팩(200) 사이에 이물질이 놓여져 배터리팩(200)에 이상고열이 발생되는 경우 충전 중지를 위한 데이터를 생성하여 무접점 충전기(100)로 전송하는 것이다.
그러면 무접점 충전기(100)의 1차측 제어모듈(120)은 배터리팩(200)으로부터 전송받은 만충전 여부에 따른 충전 지속 또는 충전 중단 데이터, 이상고열 발생에 따른 충전 중단 데이터를 토대로 충전 지속 또는 충전 중단을 판단한다(S100).
판단 결과 충전 지속인 경우에는 S70 단계 이후를 반복하여 수행하며, 충전 중단인 경우에는 무접점 충전을 위한 자기장 발생을 중단시키며(S110), 자기장 발생이 중단되면 배터리팩(200)의 2차측 제어모듈(220)은 배터리의 충전을 중지하고 충전모드 상태를 세이브모드 상태로 전환한다(S120). 이때 배터리의 충전이 중지되는 경우는, 배터리셀(250)의 충전이 만충전되었거나, 무접점 충전과정에서 무접점 충전기(100)와 배터리팩(200) 사이에 이물질이 놓여져 배터리팩(200)에 이상고열이 발생된 경우이다.
이후 배터리팩(200)의 2차측 제어모듈(220)은 만충전된 배터리셀(250)의 전 압을 간헐적으로 확인하여, 배터리셀의 전압이 만충전 상태일 때의 전압보다 낮아지는지를 모니터링하고(S130), 배터리셀(250)의 전압이 만충전 전압보다 높은지를 판단한다(S140).
판단결과 배터리셀(250)의 전압이 만충전 전압과 같거나 높으면 S130 단계의 모니터링을 계속 수행하며, 판단결과 배터리셀(250)의 전압이 만충전 전압보다 낮아지면 배터리팩(200)의 2차측 제어모듈(220)은 세이브모드 상태를 충전모드 상태로 전환하면서 기저장되어 있는 ID 체크신호를 2차측 코일 유닛(2120)을 통해 무접점 충전기(100)로 전송한다(S150).
그러면 무접점 충전기(100)의 1차측 제어모듈(120)은 배터리팩(200)의 ID 체크를 수행하고(S160), 상술한 S70 단계의 자기장 발생을 수행하여 무접점 충전기(100)에서 발생되는 자기장에 의해 유도되는 전류를 토대로 배터리팩(200)에서 충전을 진행하여 배터리셀(250)의 만충전을 유지하도록 한다.
여기에서, 상술한 본 발명에서는 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 무접점 충전제어장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도,
도 2는 도 1의 2차측 제어모듈의 구성을 보다 구체적으로 나타낸 도면,
도 3은 도 1의 1차측 제어모듈의 구성을 보다 구체적으로 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무접점 충전시의 데이터 송수신과 충전전력의 처리를 설명하기 위한 파형도,
도 5는 본 발명에 따른 무접점 충전제어방법의 동작과정을 상세하게 나타낸 순서도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 무접점 충전기 110 : 전원공급부
120 : 1차측 제어모듈 121 : 고전압 보호부
122 : 전력 관리부 123 : 1차측 제어부
124 : 전력 전송부 130 : 1차측 코일 유닛
200 : 배터리팩 210 : 2차측 코일 유닛
220 : 2차측 제어모듈 221 : 정류부
222 : 부하 변조부 223 : 충전전압 조절부
224 : 2차측 제어부 230 : 충전회로부
240 : 보호회로부 250 : 배터리셀
260 : 열발생 감지부 270 : 커넥터

Claims (12)

  1. 배터리팩에서 무접점 충전기로부터 무선으로 전력을 전달받아 전원을 충전하는 무접점 충전제어장치에 있어서,
    무접점 충전을 위해 위치한 배터리팩의 ID 체크를 수행하고, ID 체크를 수행한 이후 무접점 충전을 위한 자기장을 발생시키며, 배터리팩으로부터 주기적으로 전송되는 무선 데이터를 토대로 자기장 발생을 지속 또는 중단하는 무접점 충전기, 그리고
    상기 무접점 충전기의 배터리팩 인식을 위한 ID 체크 요청에 따라 ID 체크신호를 상기 무접점 충전기로 전송하고, ID 체크를 수행한 상기 무접점 충전기에서 발생되는 자기장에 의해 유도되는 전류를 이용하여 배터리셀을 충전하며, 무접점 충전동안 주기적으로 만충전 여부에 따른 충전 지속 또는 충전 중단 데이터와 함께 충전과정에서 이상고열 발생에 따른 충전 중단 데이터를 자기장 발생을 통해 상기 무접점 충전기로 전송하는 배터리팩을
    포함하는 무접점 충전제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리팩은,
    상기 배터리팩의 몸체에 내장되어 상기 무접점 충전기에서 발생되는 자기장에 의해 교류전류가 유도되며, 상기 무접점 충전기와 배터리팩 인식을 위한 데이터 의 송수신 및 만충전 여부에 따른 충전 지속 또는 충전 중단, 이상고열 발생에 따른 충전 중단에 대한 데이터 송신을 수행하는 2차측 코일 유닛,
    상기 무접점 충전기의 배터리팩 인식을 위한 ID 체크 요청에 따라 ID 체크신호를 상기 2차측 코일 유닛을 통해 상기 무접점 충전기로 전송하도록 제어하고, 상기 2차측 코일 유닛을 통해 유도되는 전류를 토대로 배터리셀 충전을 제어하며, 무접점 충전동안 주기적으로 만충전 여부에 따른 충전 지속 또는 충전 중단 데이터, 이상고열 발생에 따른 충전 중단 데이터를 상기 2차측 코일 유닛을 통해 상기 무접점 충전기로 전송하도록 제어하는 2차측 제어모듈,
    상기 2차측 제어모듈로부터 출력되는 충전전압을 배터리셀로 공급하여 충전을 수행하는 충전회로부,
    상기 충전회로부와 배터리셀 사이에 연결되고, 상기 충전회로부의 제어에 따라 충전을 수행하는 배터리셀의 충전상태에 따라 충전 또는 방전을 조절하는 보호회로부, 그리고
    배터리셀의 충전과정에서 발생되는 열을 감지하고, 감지신호를 상기 2차측 제어모듈로 출력하는 열발생 감지부를
    포함하는 무접점 충전제어장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 2차측 제어모듈의 제어에 따라 상기 배터리셀에 충전된 전원을 동작전원으로 공급하기 위하여 휴대용 단말기의 본체와 접속되는 커넥터를
    더 포함하는 무접점 충전제어장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 2차측 제어모듈은,
    상기 2차측 코일 유닛에 유도된 교류전류를 직류전류로 정류하는 정류부,
    상기 2차측 코일 유닛을 통해 상기 무접점 충전기와 배터리팩 인식을 위한 ID 체크신호의 송수신 및 만충전 여부에 따른 충전 지속 또는 충전 중단, 이상고열 발생에 따른 충전 중단 정보의 송신을 처리하는 부하 변조부,
    상기 정류부에서 정류된 직류전류를 이용하여 충전전압을 발생시키며, 발생된 전압을 일정 정전압으로 안정화시켜 상기 충전회로부로 출력하는 충전전압 조절부, 그리고
    상기 2차측 코일 유닛을 통해 상기 무접점 충전기의 배터리팩 인식을 위한 ID 체크 요청신호가 수신되면 상기 부하 변조부를 제어하여 ID 체크신호를 상기 2차측 코일 유닛을 통해 상기 무접점 충전기로 전송하도록 제어하고, 상기 2차측 코일 유닛을 통해 유도되는 교류전류의 정류, 충전전압 발생, 상기 충전회로부로의 충전전압 출력을 제어하며, 상기 충전회로부와 상기 열발생 감지부로부터 입력되는 충전 정보와 감지신호를 토대로 상기 부하 변조부를 제어하여 주기적으로 만충전 여부에 따른 충전 지속 또는 충전 중단 데이터, 이상고열 발생에 따른 충전 중단 데이터를 상기 2차측 코일 유닛을 통해 상기 무접점 충전기로 전송하도록 제어하는 2차측 제어부를
    포함하는 무접점 충전제어장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 2차측 제어모듈은,
    배터리셀의 만충전 이후 상기 배터리셀의 전압을 간헐적으로 모니터링하고,
    모니터링 결과 상기 배터리셀의 전압이 만충전 전압보다 낮아지면 상기 부하 변조부를 제어하여 ID 체크신호를 상기 2차측 코일 유닛을 통해 상기 무접점 충전기로 전송하도록 제어하며,
    배터리팩의 ID 체크를 수행한 상기 무접점 충전기에서 발생되는 자기장에 의해 유도되는 전류를 토대로 배터리셀의 충전을 제어하는 무접점 충전제어장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 무접점 충전기는,
    무접점 충전을 위한 자기장 발생에 필요한 동작전원을 공급하는 전원공급부,
    충전위치에 놓여진 상기 배터리팩으로 배터리팩 인식을 위한 ID 체크신호를 요청하고, 상기 배터리팩에서 발생된 자기장에 의해 유도된 전류에 포함된 ID 체크신호를 토대로 상기 배터리팩의 ID 체크를 수행하고, 무접점 충전을 수행하는 상기 배터리팩에서 발생된 자기장에 의해 유도된 전류에 포함된 만충전 여부에 따른 충전 지속 또는 충전 중단, 이상고열 발생에 따른 충전 중단에 대한 데이터를 확인하며, 해당 충전 지속 또는 충전 중단 데이터를 토대로 자기장 발생 또는 중단을 제 어하는 1차측 제어모듈, 그리고
    상기 무접점 충전기 몸체에 내장되어 상기 1차측 제어모듈의 제어에 따라 상기 전원공급부로부터 입력되는 전원을 토대로 무접점 충전을 위한 자기장을 발생시키고, 상기 배터리팩에서 발생되는 자기장에 의해 교류전류를 유도하며, 상기 배터리팩과 배터리팩 인식을 위한 데이터의 송수신 및 만충전 여부에 따른 충전 지속 또는 충전 중단, 이상고열 발생에 따른 충전 중단에 대한 데이터 수신을 수행하는 1차측 코일 유닛을
    포함하는 무접점 충전제어장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 1차측 제어모듈은,
    상기 전원공급부로부터 과전압이 인가되면 이를 차단하여 1차측 제어모듈 내부의 회로를 보호하는 고전압 보호부,
    상기 전원공급부로부터 인가되는 전압을 이용하여 내부 구동전원 및 상기 배터리팩의 무접점 충전에 필요한 충전전력을 생성하여 출력하는 전력 관리부,
    상기 1차측 코일 유닛을 통해 충전위치에 놓여진 상기 배터리팩의 ID 체크를 수행하고, 상기 전력 관리부에서 생성된 충전전력을 토대로 상기 1차측 코일 유닛에서 자기장을 발생시키도록 제어하며, 상기 1차측 코일 유닛을 통해 무접점 충전중인 상기 배터리팩으로부터 전송된 만충전 여부에 따른 충전 지속 또는 충전 중단, 이상고열 발생에 따른 충전 중단에 대한 데이터를 토대로 자기장 발생 또는 중 단을 제어하는 1차측 제어부, 그리고
    상기 1차측 제어부의 제어에 따라 상기 전력 관리부에서 발생된 충전전력을 이용하여 고주파 교류전류를 단속적으로 상기 1차측 코일 유닛으로 인가시켜 자기장을 발생시키도록 하는 전력 전송부를
    포함하는 무접점 충전제어장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 1차측 제어모듈은,
    충전위치에 놓여진 상기 배터리팩의 ID 체크가 수행되지 않으면,
    이물질로 인식하여 무접점 충전을 위한 자기장 발생을 수행하지 않도록 제어하는 무접점 충전제어장치.
  9. 배터리팩에서 무접점 충전기로부터 무선으로 전력을 전달받아 전원을 충전하는 무접점 충전제어방법에 있어서,
    (1) 무접점 충전기는, 대기모드 상태에서 무접점 충전을 위해 충전위치에 위치한 배터리팩을 감지하여 ID 체크를 수행하는 단계,
    (2) 상기 배터리팩의 ID 체크를 수행한 무접점 충전기는, 1차측 코일 유닛을 통해 상기 배터리팩으로 무접점 충전을 위한 자기장을 발생시키는 단계,
    (3) 상기 배터리팩은, 상기 무접점 충전기의 1차측 코일 유닛으로부터 발생되는 자기장에 의해 유도되는 전류를 토대로 배터리셀의 충전을 수행하되, 2차측 코일 유닛을 통해 유도된 교류전류를 직류전류로 정류하고, 정류된 직류전류를 이용하여 충전전압을 발생시키며, 충전전압을 충전회로부로 출력하여 배터리셀의 충전을 수행하는 단계,
    (4) 상기 배터리팩은, 무접점 충전을 수행하는 과정에서 일정 주기마다 만충전 여부에 따른 충전 지속 또는 충전 중단 데이터, 이상고열 발생에 따른 충전 중단 데이터를 상기 2차측 코일 유닛을 통해 상기 무접점 충전기로 전송하는 단계, 그리고
    (5) 상기 무접점 충전기는, 상기 배터리팩으로부터 전송받은 만충전 여부에 따른 충전 지속 또는 충전 중단 데이터, 이상고열 발생에 따른 충전 중단 데이터를 토대로 만충전이 이루어질 때까지 무접점 충전을 위한 자기장 발생을 지속하거나 중단시키는 단계를
    포함하는 무접점 충전제어방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 (5) 단계 이후,
    (6) 상기 배터리팩은, 만충전된 배터리셀의 전압을 간헐적으로 확인하여, 배터리셀의 전압이 만충전 전압보다 낮아지는지를 모니터링하는 단계,
    (7) 모니터링결과 배터리셀의 전압이 만충전 전압보다 낮아지면, 상기 배터리팩은 ID 체크신호를 상기 2차측 코일 유닛을 통해 상기 무접점 충전기로 전송하는 단계, 그리고
    (8) 상기 배터리팩은, 배터리팩의 ID 체크를 수행한 상기 무접점 충전기에서 발생되는 자기장에 의해 유도되는 전류를 토대로 배터리셀의 충전을 수행하는 단계를
    더 수행하는 무접점 충전제어방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 (1) 단계를 통해 상기 무접점 충전기에서 상기 배터리팩의 ID 체크가 수행되지 않으면,
    상기 무접점 충전기는 충전위치에 위치한 부하를 이물질로 인식하여 무접점 충전을 위한 자기장 발생을 수행하지 않는 무접점 충전제어방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 (4) 단계를 통해 상기 배터리팩에서 상기 무접점 충전기로 전송되는 이상고열 발생에 따른 충전 중단 데이터는,
    무접점 충전과정에서 상기 무접점 충전기와 상기 배터리팩 사이에 이물질이 놓여져 상기 배터리팩에 이상고열이 발생될 때 상기 배터리팩의 1차측 제어모듈에서 생성되는 데이터인 무접점 충전제어방법.
KR1020090030566A 2009-04-08 2009-04-08 무접점 충전제어장치 및 충전제어방법 KR101063156B1 (ko)

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