KR20120074018A

KR20120074018A - Ｒｆｉｄ 태그를 이용한 배터리 충전 시스템

Info

Publication number: KR20120074018A
Application number: KR1020100135959A
Authority: KR
Inventors: 이진성; 이경환; 김희철; 이원미; 류지현
Original assignee: 대구대학교 산학협력단
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2012-07-05
Also published as: KR101167654B1

Abstract

본 발명은 RFID 태그를 이용한 배터리 충전 시스템에 관한 것으로, RFID 리더 안테나(10)와; 상기 RFID 리더 안테나(10)의 송신신호를 수신하는 수신 안테나(20)와; 상기 수신 안테나(20)에 수신된 신호로 배터리를 충전하는 충전부(30) 및; 상기 충전부(30) 전단에 부착되어 RFID 리더기의 대기모드로의 전환을 저지하는 다수의 null-ID 태그(40)로 구성되어 null-ID 태그를 충전부에 부착하여 일반 900MHz 리더가 충전부에 부착되어 있는 태그를 인식하며 대기모드로 진입하는 것이 아닌，통신모드로 유지되도록 함으로써 전력을 송신하는 시간의 단축이 일어나지 않아 충전효율을 높일 수 있고, null-ID 태그의 EPC 코드에 코드를 삽입하여 리더 펌웨어에서 필터링하여 전체 시스템에서는 나타나지 않도록 리더의 펌웨어 프로그래밍 설정이 간단하면서도 RFID 리더기에 인식되는 태그의 수량에 따른 충전 효율의 변동이 없어 충전 시간에 대한 신뢰성이 높은 각별한 장점이 있는 유용한 발명이다.

Description

ＲＦＩＤ 태그를 이용한 배터리 충전 시스템{Battery charging system using R FID tag}

본 발명은 배터리 충전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 null-ID EFID 태그를 충전부에 결합하여 충전효율을 높인 RFID 태그를 이용한 배터리 충전 시스템에 관한 것이다.

최근, 통신 및 정보 처리 기술이 발달함에 따라 휴대폰 등과 같이 휴대하기 편리한 휴대용 장치들의 사용이 점차 증가하고 있으며, 기술의 발달에 따라 성능이 향상된 새로운 모델의 단말기가 계속해서 보급되는 추세이다.

그리고, 현재 가장 많이 사용되고 있는 이동 통신 단말기의 충전 방식은 도 1에서 도시한 바와 같이, 전용 충전기를 이동 통신 단말기에 접속하거나, 또는 USB 충전기 단자를 이용하여 충전이 있었다.

하지만, 이러한 접촉형 충전 방식이나 접촉 단자가 외부로 노출됨에 따른 접촉형 충전 방식의 문제점을 해결하기 위하여 전기적 접촉 없이 자기 결합을 이용하여 배터리를 충전하는 무접점 충전 방식이 사용되고 있다.

무접점 충전기에 해당하는 기술로는 선출원 공개된 공개특허공보 제2002-0035242호 '유도 결합에 의한 휴대 이동 장치용 축전지의 비접촉식충전 장치'와 같이 자성체 코어를 이용하여 배터리팩과 충전 장치 사이에 무선통신에 의하여 충전하는 방식, 선출원 공개된 공개특허공보 제2002-0057469호 '코어 없는 초박형 프린트회로기판 변압기 및 그 프린트회로기판 변압기를 이용한 무접점 배터리 충전기'와 같이 권선을 프린트회로기판(PCB :Printed Circuit Board)에 형성한 변압기를 사용하여 자성체 코어의 문제점을 해결하는 방식 등이 제안된 바 있었다.

또한, 기존 13.56Mhz RFID 안테나를 이동통신 단말기의 배터리 팩에 설치하여 RFID 리더기와의 무선충전하는 방법이 제시된 바 있었다.

하지만, 이러한 종래의 기술들은 정적인 상태의 무선통신을 통한 비접촉식 충전만 할 뿐, 동적인 상태, 즉 이동하고 있는 상태에서 RFID 리더기에 접촉하면 무선충전이 되면서 동시에 외부 RFID 리더기와의 통신을 해서 정보교환(모바일 뱅킹, 지하철/버스 요금 결제 등)을 하는 기능은 전혀 구현할 수가 없었다.

또한, 배터리 충전 신호와 RFID 통신 신호가 분리되지 않아, 서로간의 간섭에 의해 신호가 상쇄되어 RFID 통신이 불통되는 문제점이 발생되었다.

상기한 문제점을 해결하고자 개발된 것으로서, 특허공개 제2008-0074640호의 "ＲＦＩＤ 리더기의 무선 주파수를 이용한 이동 통신 단말기배터리 충전 장치"가 공개특허공보에 개시되어 있다.

특허공개 제2008-0074640호의 "ＲＦＩＤ 리더기의 무선 주파수를 이용한 이동 통신 단말기배터리 충전 장치"는 도 1에 도시한 바와 같이 이동통신 단말기 본체(100)와, 그 이동통신 단말기 본체(100)의 일측면에 탈부착되면서 플렉시블 프린트 서킷보드(FPCB)의 안테나를 통해서 유기되는 전력을 이용하여 배터리 셀(210)을 충전하는 배터리 팩(200)으로 이루어진 이동통신 단말기에 있어서, 상기 배터리 팩(200)에는 양단자와 음단자를 구비하며 플렉시블 프린트 서킷 보드(FPCB)의 안테나를 통해서 유기되는 전력을 충전 및 방전하는 배터리 셀(210)이 형성되고, 그 배터리 셀(210) 일측에 연결되어 RFID 통신 신호와 배터리 충전 신호를 분리하고, 유도전류를 생성하며, 배터리에 적합한 전압, 전류를 생성하여 충전시키는 충전회로 모듈(220)이 PCB기판으로 형성되며, 그 배터리 셀(210) 상단부에 배치되어 수십 MHz ?수 GHz의 전파 및 노이즈를 제거하고, 충전회로 모듈을 통해 배터리 셀로 흐르는 유도전류의 효율이 높아지도록 페라이트 시트(230)가 형성되고, 그 페라이트 시트(230)의 상부에 설치되어 외부 RFID 리더기(300)와 정보를 송수신함과 동시에 무선 충전이 가능하도록 플렉시블 프린트 서킷 보드(FPCB)(240)의 가장자리 둘레를 따라 동일선상에 13.56MHz RFID 안테나(241)와 RF 전원 수신 안테나(242)가 배선(Wiring)되어 형성되고; 상기 이동통신 단말기 본체(100)에는 배터리 팩(200)의 충전회로 모듈(220)에서 전달된 RFID 통신신호를 분석하고, 처리한 후 응답 신호를 발생시켜 충전회로 모듈(220)로 전송시키는 스마트 카드 및 스마트 IC칩(110)이 내장되어 형성된 것이다.

그러나 이러한 특허공개 제2008-0074640호의 "RFID 리더기의 무선 주파수를 이용한 이동 통신 단말기배터리 충전 장치"는 주변에 태그가 없을시 외부 RFID 리더기(300)가 대기모드로 전환되어 전력을 송신하는 시간이 짧아져 충전효율이 낮아지는 문제점이 있을 뿐만 아니라 외부 RFID 리더기(300)에 인식되는 태그의 수량에 따라 충전의 효율이 달라져 충전 시간에 대한 신뢰성도 낮은 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 실정을 고려하여 종래 RFID 리더기의 무선 주파수를 이용한 배터리 충전 장치에서 야기되는 여러 가지 결점 및 문제점들을 해결하고자 발명한 것으로서, 그 목적은 null-ID 태그를 충전부에 부착하여 일반 900MHz 리더가 충전부에 부착되어 있는 태그를 인식하며 대기모드로 진입하는 것이 아닌，통신모드로 유지되도록 함으로써 전력을 송신하는 시간의 단축이 일어나지 않아 충전효율을 높일 수 있는 RFID 태그를 이용한 배터리 충전 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 null-ID 태그의 EPC 코드에 코드를 삽입하여 리더 펌웨어에서 필터링하여 전체 시스템에서는 나타나지 않도록 리더의 펌웨어 프로그래밍 설정이 간단하면서 RFID 리더기에 인식되는 태그의 수량에 따른 충전 효율의 변동이 없어 충전 시간에 대한 신뢰성이 높은 RFID 태그를 이용한 배터리 충전 시스템을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 RFID 태그를 이용한 배터리 충전 시스템은 RFID 리더 안테나(10)와; 상기 RFID 리더 안테나(10)의 송신신호를 수신하는 수신 안테나(20)와; 상기 수신 안테나(20)에 수신된 신호로 배터리를 충전하는 충전부(30) 및; 상기 충전부(30) 전단 안테나 지지대(41)에 부착되어 RFID 리더기의 대기모드로의 전환을 저지하는 다수의 null-ID 태그(40)로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 null-ID 태그를 충전부에 부착하여 일반 900MHz 리더가 충전부에 부착되어 있는 태그를 인식하며 대기모드로 진입하는 것이 아닌，통신모드로 유지되도록 함으로써 전력을 송신하는 시간의 단축이 일어나지 않아 충전효율을 높일 수 있고, null-ID 태그의 EPC 코드에 코드를 삽입하여 리더 펌웨어에서 필터링하여 전체 시스템에서는 나타나지 않도록 리더의 펌웨어 프로그래밍 설정이 간단하면서도 RFID 리더기에 인식되는 태그의 수량에 따른 충전 효율의 변동이 없어 충전 시간에 대한 신뢰성이 높은 각별한 장점이 있다.

도 1은 종래 RFID 리더기의 무선 주파수를 이용한 이동 통신 단말기배터리 충전 장치의 구성도,
도 2는 전파를 이용한 충전 시스템의 개념도,
도 3은 종래 RFID 시스템을 이용한 배터리 충전 시스템의 구성도,
도 4는 본 발명 RFID 태그를 이용한 배터리 충전 시스템의 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 충전부의 상세 구성도이다.

이하, 첨부된 도면 및 바람직한 실시예로서 본 발명 RFID 태그를 이용한 배터리 충전 시스템의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명 RFID 태그를 이용한 배터리 충전 시스템의 구성도, 도 5는 본 발명에 따른 충전부의 상세 구성도로서, 본 발명 RFID 태그를 이용한 배터리 충전 시스템은 RFID 리더 안테나(10)와; 상기 RFID 리더 안테나(10)의 송신신호를 수신하는 수신 안테나(20)와; 상기 수신 안테나(20)에 수신된 신호로 배터리를 충전하는 충전부(30) 및; 상기 충전부(30) 전단 안테나 지지대(41)에 부착되어 RFID 리더기의 대기모드로의 전환을 저지하는 다수의 null-ID 태그(40)로 구성되어 있다.

상기 RFID 리더 안테나(10)는 900MHz RFID 리더의 안테나를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 충전부(30)는 입력되는 전원을 정류하는 정류회로(31)와; 상기 정류회로(31)에서 정류된 전원으로 배터리를 충전하는 충전회로(32) 및; 충전회로(32)에 의해 충전되는 충전용 배터리(33)로 구성되어 있다.

그리고, 상기 null-ID 태그(40)는 안정적인 충전을 위해 적어도 23개 이상 사용하는 것이 바람직하다.

다음에는 상기한 구성을 갖는 본 발명 RFID 태그를 이용한 배터리 충전 시스템의 작용을 상세하게 설명한다.

먼저 종래 충전 시스템을 보면, 도 2는 전자파를 이용하여 무선 충전할 수 있는 종래의 시스템으로서, 무선 충전시스템은 송신시스템， 송신 안테나，수신 안테나，충전 시스템으로 구성되어 있다. 송신 시스템에서 교류 신호의 전력을 송신 안테나로 전송하면， 송신 안테나에서는 전자계가 형성되어 전자파가 방사된다. 방사된 전자파는 수신 안테나에 도달하게 되는데，수신 안테나에 도달된 전자파는 정류회로에서 교류신호를 적류신호로 전환하고，충전회로를 거쳐 배터리에 충전된다.

송신 시스템과 안테나 사이의 손실，송ㆍ수신 안테나 거리에 따른 손실，수신 안테나와 충전 시스템 사이의 손실，정류회로의 손실，충전회로의 손실 등이 있기 때문에 송신 시스템에서 전송된 전체 전력에서 이러한 손실을 제외한 전력만 배터리에 충전된다. 손실을 최소화하기 위해서 송ㆍ수신 안테나는 효용과 이득이 높은 안테나를 사용하며，각 시스템과 안테나 사이의 손실을 최소화하기 위해서 길이를 최소화시키는 등의 구조로 되어 있다.

이라한 시스템은 상용화 되어 핸드폰 무선 충전기 무선 TV, 무선 전력전송 등으로 사용되어 왔다. 하지만，전자파의 유해요소，전송대비 낮은 효율，충전 시간 등의 문제가 있어 아직은 개발 단계에 있다.

도 3은 종래 RFID 시스템을 이용한 충전 시스템의 개요도이다. RFID 시스템은 RFID 태그를 인식하기 위하여 리더 안테나를 이용하여 36dBm의 전력을 연속적 방사한다. 이때 방사는 대상을 지정하고 보내지는 것이 아니고 리더 안테나를 중심으로 등 방향 방사가 이루어진다. 900MHz RFID 수동형 태그는 리더에서 방사된 전력을 이용하여 역 산란 방식으로 리더에게 자신의 신호를 보내게 된다. 리더와 태그 간에 방사된 전력은 손실되어 사라진다.

도 3에서 1, 2는 리더 안테나에서 방사된 전력을 받은 태그이며, 도 3에서 3은 리더의 전력이 도달하지 않는 범위에 있는 태그이다. 또한 도 3의 1은 리더의 전력을 받아 자신의 신호를 리더에게 전송하며，이때 리더에서는 태그와 통신을 시작한다. 하지만，도 3의 2는 리더의 전력을 받았지만，태그가 전송한 전력이 리더 안테나에 미지지 못하여 리더에서는 인식되지 않는 태그이다.

RFID 시스템을 이용한 기존 충전 시스템은 리더 안테나와 RFID 태그에서 방사되는 전력을 수신하여 충전하는 시스템이다. 리더 안테나에서 방사되는 전력을 수신하기 때문에 태그 인식률에 영향을 주지 않는다.

리더는 주파수 채널을 변경하면서 신호를 보내고 대기한다. 태그의 응답이 없으면 다시 신호를 보내고 대기한다. 이 과정이 라더의 대기 모드이다. 리더의 대기 모드에서는 전력 송신 시간이 짧기 때문에 태그가 응답하지 않는 상태에서 충전은 효율적이지 않다.

반면 태그의 응답이 있으면 라더는 대기 모드에서 통신모드로 전환하여 태그에게 명령을 보낸다. 이때 송신되는 전력 시간이 대기모드 보다 길어지기 때문에 충전 시스템에서는 효율적인 충전이 된다.

본 발명 RFID 태그를 이용한 배터리 충전 시스템은 도 4에 도시한 바와 같이 null-ID 태그(40)를 부착하여 리더가 계속적인 전력을 사용하도록 유도시켜 충전의 효율을 높이도록 구성된 시스템이다. null ID를 가진 태그에서 리더로 전송된 신호는 리더에게 아무런 의미가 없도록 제작된 것이며,리더 시스템에 간섭을 일으키지 않도록 되어 있으며，다만 리더가 연속적으로 태그와 통신을 유도시켜 전력을 전송하는 시간을 늘리게 하였다. null-ID 태그(40)는 태그의 EPC 코드에 임의의 코드를 삽입한 태그로，리더 시스템의 펌웨어를 간단한 셋팅으로 null-ID 코드를 인식하여 자체 필터에서 무시할 수 있으므로，전체 시스템에서는 태그 인식에 영향을 주지 않는다.

RFID 리더가 대기모드에서 통신모드로 전환하여 리더 안테나(10)와 충전부(30)에 부착된 null-ID 태그(40)의 전력을 수신받아 충전하는 시스템이다. null-ID 태그(40)의 부착되는 수량은 23개가 안정적이며，태그의 ID는 null이기 때문에 리더가 대기모드로 전환하지 못하도록 하는 역할만 하고，태그 인식에 간섭을 주지는 않는다.

지금까지 본 발명을 바람직한 실시예로서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.

10 : RFID 리더 안테나 20 : 수신 안테나
30 : 충전부 31 : 정류회로
32 : 충전회로 33 : 충전용 배터리
40 : null-ID 태그 41 : 안테나 지지대

Claims

RFID 리더 안테나(10)와; 상기 RFID 리더 안테나(10)의 송신신호를 수신하는 수신 안테나(20)와; 상기 수신 안테나(20)에 수신된 신호로 배터리를 충전하는 충전부(30) 및; 상기 충전부(30) 전단 안테나 지지대(41)에 부착되어 RFID 리더기의 대기모드로의 전환을 저지하는 다수의 null-ID 태그(40)로 구성된 RFID 태그를 이용한 배터리 충전 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 RFID 리더 안테나(10)는 900MHz RFID 리더의 안테나인 것을 특징으로 하는 RFID 태그를 이용한 배터리 충전 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 충전부(30)는 입력되는 전원을 정류하는 정류회로(31)와; 상기 정류회로(31)에서 정류된 전원으로 배터리를 충전하는 충전회로(32) 및; 충전회로(32)에 의해 충전되는 충전용 배터리(33)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 RFID 태그를 이용한 배터리 충전 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 null-ID 태그(40)는 안정적인 충전을 위해 적어도 23개 이상 사용된 것을 특징으로 하는 RFID 태그를 이용한 배터리 충전 시스템.