KR20060005537A - Non-contact charging battery pack, wireless charging method of these battery packs and system using it - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자신의 휴대 단말기가 방전되었을 때 상용 전원이 없는 상황에서 다른 휴대 단말기를 사용하여 자신의 배터리를 충전할 수 있도록 하기 위한 것으로, 비정질 금속으로 된 평판코어 및 상기 평판코어에 수직, 수평방향으로 교차 권선된 두 개의 2차측 코일로 구성된 충전 리시버 모듈과, 입력단은 상기 충전 리시버 모듈을 구성하는 2차측 코일 중 하나에 결합되고, 출력단은 배터리에 결합되어 상기 배터리의 상태를 검출하여 충·방전 여부를 제어하는 충전제어 기능을 갖는 충전용 보호회로 모듈과, 입력단은 스위치를 통해 상기 충전용 보호회로 모듈에 결합되어 상기 충전용 보호회로 모듈의 제어에 따라 온오프되고, 출력단은 상기 충전 리시버 모듈을 구성하는 2차측 코일 중 다른 하나에 결합되는 동시충전 모듈 등이 구비되는 무접점 충전 배터리팩, 이 배터리팩들간의 무선 충전 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.The present invention is to allow the use of another portable terminal to charge its battery when there is no commercial power when the portable terminal is discharged, the plate core made of an amorphous metal and the vertical and horizontal directions to the flat plate core The charging receiver module is composed of two secondary coils cross-wound and the input terminal is coupled to one of the secondary coils constituting the charging receiver module, the output terminal is coupled to the battery to detect the state of the battery to charge and discharge Charging protection circuit module having a charge control function for controlling whether or not, the input terminal is coupled to the charging protection circuit module through a switch on and off under the control of the charging protection circuit module, the output terminal is the charging receiver module Contactless charging is provided with a simultaneous charging module and the like coupled to the other one of the secondary side coil A battery pack, a wireless charging method between the battery packs, and a system thereof.
배터리팩간 충전, 무접점 충전, 동시 무선 충전, 충전 리시버 모듈Charging between battery packs, contactless charging, simultaneous wireless charging, and charging receiver module
Description
도 1은 본 발명에 따른 무선 충전 시스템의 개략적인 구성도.1 is a schematic configuration diagram of a wireless charging system according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 무선 충전 시스템의 상세 구성도.2 is a detailed configuration diagram of a wireless charging system according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 동시충전 모듈의 구성도.3 is a block diagram of a simultaneous charging module according to the present invention.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 휴대 단말기간 무선 충전 방법을 설명하기 위한 도면.4A and 4B are diagrams for explaining a wireless charging method between portable terminals according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 무선 충전 방법의 흐름도.5 is a flowchart of a wireless charging method according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100: 제1 배터리팩 100': 제2 배터리팩100: first battery pack 100 ': second battery pack
110: 충전 리시버 모듈 120: 충전용 보호회로 모듈110: charging receiver module 120: charging protection circuit module
121: 정류회로 122: 충전제어회로121: rectifier circuit 122: charge control circuit
123: 퓨얼 게이지 124: 보호회로123: fuel gauge 124: protection circuit
130: 동시충전 모듈 131: 레귤레이터(Regulator)130: simultaneous charging module 131: regulator
132: 클럭 제너레이터(Clock Generator)132: Clock Generator
132a: 클럭 생성부 130b: 드라이버 제어부132a: clock generator 130b: driver controller
133: 공진형 컨버터133: resonant converter
140: 알에프아이디 태그(RFID Tag; Radio Frequency Identification Tag)140: RFID Tag (RFID Tag)
150: 전자파 프로텍터 BAT: 배터리(Battery)150: electromagnetic wave protector BAT: battery
TA: 태그 안테나(Tag Antenna) Scoil1, Scoil2: 2차측 코일TA: Tag Antenna Scoil1, Scoil2: Secondary Coil
200: 무선 충전용 패드 210: AC/DC변환회로200: wireless charging pad 210: AC / DC conversion circuit
210': 플라이백 컨버터 220, 220': 드라이브 회로210 ': flyback converter 220, 220': drive circuit
230, 230': 인덕티브 커플러(Inductive Coupler)230, 230 ': Inductive Coupler
240: 컨트롤러 250: 전자파 필터(EMI Filter)240: controller 250: EMI filter
RA: 리더 안테나(Reader Antenna) Pcoil1, Pcoil2: 1차측 코일RA: Reader Antenna Pcoil1, Pcoil2: Primary Coil
본 발명은 무접점 충전 배터리팩, 이 배터리팩들간의 무선 충전 방법 및 그 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자신의 휴대 단말기가 방전되었을 때 상용 전원이 없는 상황에서 다른 휴대 단말기를 사용하여 자신의 배터리를 충전할 수 있도록 하기 위한 무접점 충전 배터리팩, 이 배터리팩들간의 무선 충전 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a non-contact rechargeable battery pack, a method of wireless charging between the battery packs and a system thereof, and more particularly, using another portable terminal in the absence of commercial power when the portable terminal is discharged. The present invention relates to a contactless charging battery pack for allowing a battery to be charged, a wireless charging method between the battery packs, and a system thereof.
최근, 통신 및 정보 처리 기술이 발달됨에 따라 휴대폰 등과 같이 휴대하기 편리한 휴대 단말기들의 사용이 점차적으로 증가되고 있으며, 기술의 발달에 따라 성능이 향상된 새로운 모델의 단말기가 계속적으로 보급되는 추세이다. 이러한 휴대 단말기의 충전에는 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.In recent years, as communication and information processing technologies are developed, the use of portable terminals, such as mobile phones, which are convenient to carry, is gradually increasing, and according to the development of technologies, new models of terminals having improved performances are continuously spreading. In order to solve the problem of the contact type charging method or the contact type charging method due to the contact terminal being exposed to the outside, the contactless charging method of charging the portable terminal using a magnetic coupling without electrical contact is used.
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 있다.As a technology corresponding to a contactless charger, wirelessly connects a battery pack and a charging device by using a magnetic core, such as a non-contact charging device of a storage battery for a portable mobile device by induction coupling, published in Korean Patent Application Publication No. 2002-0035242. The method of charging by communication, the prior application published in Korean Patent Application Publication No. 2002-0057469, a printed circuit board (PCB: printed ultra-thin printed circuit board transformer and a contactless battery charger using the printed circuit board transformer) A method of solving a problem of a magnetic core using a transformer formed on a circuit board has been proposed.
본 출원인은 선출원된 "멀티 충전이 가능한 무접점 배터리 충전 시스템 및 그 코어 블록의 설계 방법"(출원번호 제2004-21335호) 등을 통해, 무접점 충전기의 기능을 수행하는 무선 충전용 패드를 구성하고, 무선 충전용 패드에 휴대 단말기의 배터리팩을 올려 놓아 무접점으로 충전되도록 하는 기술을 제안한 바 있다.The present applicant constitutes a wireless charging pad that performs the function of a contactless charger through the previously-applied "multi-charging contactless battery charging system and a core block design method thereof" (Application No. 2004-21335) and the like. In addition, a battery pack of a mobile terminal is put on a wireless charging pad and a technology for charging without contact has been proposed.
그러나, 종래 기술은 휴대 단말기를 충전하기 위한 무접점 충전기가 구비되지 않거나, 무접점 충전기를 구동하기 위한 상용 전원을 구할 수 없는 공간적인 제 약상황에서는 배터리를 충전할 수 없다는 문제점이 있었다.However, the prior art has a problem in that the battery cannot be charged in a spatial constraint in which a contactless charger for charging a mobile terminal is not provided or a commercial power source for driving the contactless charger cannot be obtained.
따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 자신의 휴대 단말기가 방전되었을 때 상용 전원이 없는 상황에서 다른 사람의 휴대 단말기를 사용하여 자신의 배터리를 충전할 수 있도록 하는 무접점 충전 배터리팩, 이 배터리팩들간의 무선 충전 방법 및 그 시스템을 제공함에 있다.
Accordingly, an object of the present invention is to solve the conventional problems as described above, so that when the user's portable terminal is discharged, it is possible to charge their battery using the portable terminal of another person in the absence of commercial power. The present invention provides a non-contact charging battery pack, a wireless charging method between the battery packs, and a system thereof.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무접점 충전 배터리팩은, 휴대 단말기에 장착되는 배터리팩에 있어서, 코발트 계열의 비정질 금속으로 된 평판코어 및 상기 평판코어에 수직 및 수평방향으로 교차 권선된 두 개의 2차측 코일(Scoil1, Scoil2)로 구성된 충전 리시버 모듈(110)과, 입력단은 상기 충전 리시버 모듈(110)을 구성하는 2차측 코일 중 하나의 코일(Scoil1)에 결합되고, 출력단은 배터리(BAT)에 결합되어 상기 배터리(BAT)의 상태를 검출하여 충·방전 여부를 제어하는 충전제어 기능을 갖는 충전용 보호회로 모듈(120)과, 상기 충전용 보호회로 모듈(120)의 제어에 따라 충전되는 상기 배터리(BAT)와, 입력단은 스위치(SW1)를 통해 상기 충전용 보호회로 모듈(120)에 결합되어 상기 충전용 보호회로 모듈(120)의 제어에 따라 온오프되고, 출력단은 상기 충전 리시버 모듈(110) 을 구성하는 2차측 코일 중 다른 하나의 코일(Scoil2)에 결합되어, 스위치(SW1)가 닫힘에 따라 공급되는 배터리전압(VBAT)을 일정한 공진주파수대로 스위칭하여 근접된 다른 배터리팩이 코일(Scoil2)과 동일한 권선방향이 되도록 접근했을 때 다른 배터리팩 내 코일로 전력을 전달하는 동시충전 모듈(130)을 구비하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a contactless rechargeable battery pack according to the present invention includes a flat plate core made of an amorphous metal of a cobalt-based amorphous metal and a cross-wound in the vertical and horizontal directions on the flat plate in a battery pack mounted on a portable terminal.
본 발명에 따른 무접점 충전 배터리팩들간의 무선 충전 시스템은, 충전된 상태에서 내장된 스위치(SW1)가 닫힘에 따라 상기 제1 배터리팩(100)으로 전력을 유도하는 제1 배터리팩(100) 및 완전 방전된 상태로 상기 제1 배터리팩(100)에 근접되어 상기 제1 배터리팩(100)으로부터 유도된 전력에 의해 무선 충전되는 제2 배터리팩(100')으로 이루어지되, 상기 제1 배터리팩(100) 및 상기 제2 배터리팩(100')은 코발트 계열의 비정질 금속으로 된 평판코어 및 상기 평판코어에 수직 및 수평방향으로 교차 권선된 두 개의 2차측 코일(Scoil1, Scoil2)로 구성된 충전 리시버 모듈(110)과, 입력단은 상기 충전 리시버 모듈(110)을 구성하는 2차측 코일 중 하나(Scoil1)에 결합되고, 출력단은 배터리(BAT)에 결합되어 상기 배터리(BAT)의 상태를 검출하여 충·방전 여부를 제어하는 충전제어 기능을 갖는 충전용 보호회로 모듈(120)과, 상기 충전용 보호회로 모듈(120)의 제어에 따라 충전되는 배터리(BAT)를 공통적으로 구비하고, 상기 제1 배터리팩(100)에는 입력단은 상기 스위치(SW1)를 통해 상기 충전용 보호회로 모듈(120)에 결합되어 상기 충전용 보호회로 모듈(120)의 제어에 따라 온오프되고, 출력단은 상기 충전 리시버 모듈(110) 을 구성하는 2차측 코일 중 다른 하나(Scoil2)에 결합되어, 상기 스위치(SW1)가 닫힘에 따라 전달되는 배터리전압(VBAT)을 일정한 공진주파수대로 스위칭하여 상기 제2 배터리팩(100')이 코일(Scoil2)과 동일한 권선방향이 되도록 접근했을 때 상기 제2 배터리팩(100')의 코일에 전력을 전달하는 동시충전 모듈(130)이 구비되는 것을 특징으로 한다.Wireless charging system between the contactless charging battery pack according to the present invention, the
본 발명에 따른 무접점 충전 배터리팩들간의 무선 충전 방법은, 제1 배터리팩(100)이 소정 용량만큼 충전된 상태에서, 상기 제1 배터리팩(100) 내부의 충전용 보호회로 모듈(120)과 동시충전 모듈(130)을 연결하는 스위치(SW1)가 온(On) 되어 상기 동시충전 모듈(130)로 배터리전압(VBAT)이 공급되는 단계(S120)와, 배터리전압(VBAT)이 승압(Boost)되는 단계(S130)와, 승압된 전압에 의해 일정하게 발생된 클럭에 따라 공진주파수대를 갖는 정현파 전류가 생성되는 단계(S140)와, 상기 제1 배터리팩(100)과 근접된 제2 배터리팩(100')이 동일한 권선 방향으로 일치됨에 따라, 상기 제1 배터리팩(100)으로부터 상기 제2 배터리팩(100')으로 유도기전력이 공급되어 상기 제2 배터리팩(100')이 소정 용량만큼 충전되는 단계(S150)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the wireless charging method between contactless charging battery packs according to the present invention, the
이하에서 상기한 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략하도록 한다.In the following description with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention in detail, when it is determined that the detailed description of the related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Do it.
도 1은 본 발명에 따른 무선 충전 시스템의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of a wireless charging system according to the present invention.
도 1의 무선 충전 시스템은 무접점 충전기를 이용한 배터리팩의 충전과 배터리팩과 배터리팩간의 충전이 동시에 가능하도록 구성된 것이다. 무선 충전용 패드(200)는 무접점 충전기로서 동작하고, 제1 배터리팩(100)은 무선 충전용 패드(200)를 통해 유기된 전력을 공급받아 충전되고, 제2 배터리팩(100')은 제1 배터리팩(100)에 의하여 무선 충전된다. 무선 충전용 패드(200)와 제1 배터리팩(100) 사이에는 분리형 트랜스포머를 구성하여 무선 충전용 패드(200) 내에는 1차측 트랜스포머가, 제1 배터리팩(100)이나 제2 배터리팩(100')내에는 2차측 트랜스포머가 각각 구비되도록 한다. 제1 배터리팩(100) 및 제2 배터리팩(100')은 기본적으로 휴대 단말기에 장착되어 전원을 공급하는 동일한 장치로, 배터리팩간 무선 충전을 설명하기 위하여 임의로 제1 배터리팩(100) 및 제2 배터리팩(100')으로 구분한 것일 뿐이므로, 이하에서는, 제1 배터리팩(100) 및 제2 배터리팩(100')의 구분이 불필요한 경우에는 배터리팩으로 총칭한다.The wireless charging system of FIG. 1 is configured to enable simultaneous charging between the battery pack and the battery pack using the contactless charger. The
배터리팩은 트랜스포머 2차측이 되는 충전 리시버 모듈(110), 퓨얼 게이지(fuel gauge) 기능과 충전 기능을 가진 충전용 보호회로 모듈(120) 및 배터리(BAT), 배터리(BAT)의 제품명, 시리얼번호(serial number), 사용자 인식번호(예를들면, 개인 전화번호), 배터리잔량, 사이클횟수, 용량 등의 배터리정보 및 충전 상태정보를 무선 데이터로 송수신하기 위한 알에프아이디 태그(140) 및 태그 안테나(TA), 배터리(BAT)와 충전 리시버 모듈(110) 사이를 자기적으로 차단시켜 주어 무선 충전용 패드(200)와의 유도결합에 영향을 미치지 않도록 하는 비정질금속(Amorphous metal) 계열의 차단제인 전자파 프로텍터(150) 등으로 구성된다. The battery pack includes a
충전 리시버 모듈(110)은 코발트(Co), 철(Fe), 니켈(Ni), 붕소(B), 규소(Si) 등 코발트 계열의 비정질 금속(Amorphous metal)을 다수 겹으로 적층시킨 얇은 시트(sheet) 또는 박막(film) 형태의 평판코어에 수직 및 수평방향의 코일을 권선한 것으로 배터리팩에 구비되어 트랜스포머 2차측의 역할을 수행한다. 비정질금속 계통의 소재로 제작된 평판코어는 높은 투자율(>80,000)과 깨지지 않는 성질을 가진다.The
충전 리시버 모듈(110)이 구비된 배터리팩은 무선 충전용 패드(200) 위에 올려 놓아 양자가 평행하게 수직 방향으로 일정 거리 이격되도록 배치되도록 한 후 충전한다. 무선 충전용 패드(200)와 충전 리시버 모듈(110)을 평행하게 수직 방향으로 일정한 이격 거리가 되도록 배치하면 무선 충전용 패드(200) 내부의 트랜스포머 1차측과 배터리팩에 내장된 충전 리시버 모듈(110)이 자기적으로 결합되어 무접점 충전을 수행한다.The battery pack provided with the
배터리팩에는 유도기전력은 그대로 통과시키면서 충전으로 인해 내부에서 생성되는 열을 방출하는 발열 작용을 수행하도록 쿨 폴리머(cool polymer) 소재로 제조되어, 각 구성요소들을 상호 결합하여 조립된 구조물의 외곽을 전체적으로 감싸 도록 된 배터리 케이스가 추가로 구비될 수 있다.The battery pack is made of a cool polymer material to perform the exothermic action of releasing heat generated by the charge while passing induction electromotive force as it is, and the components are combined to interconnect the entire structure of the assembled structure. The battery case to be wrapped may be further provided.
비정질 금속 계열의 자성재 소재로 이루어지는 전자파 프로텍터(150)는 배터리(BAT)와 충전 리시버 모듈(110) 사이를 자기적으로 차단시켜 자기장에서 무선 신호와 유도기전력에 의한 주파수 간섭을 없애주며, 일반적으로 금속재질인 배터리(BAT)의 케이스로 인하여 자기장에서 유도가열에 의한 배터리(BAT)의 온도 상승이 일어나는 것을 최소화시키는 역할을 한다.The
무선 충전용 패드(200)는 무접점 충전기로서 동작하여 무선 충전용 패드(200) 위에 올려진 배터리팩에 무접점으로 전력을 공급해 충전시킨다. 무선 충전용 패드(200)에는 코발트 계열 또는 페라이트 재질의 평판코어를 다수 개 붙인 패드코어 상에 수직 및 수평방향으로 코일을 권선하여 구성한 트랜스포머 1차측이 내장된다.The
무선 충전용 패드(200)는 직류 입력을 가지는 다양한 포트를 가짐으로써 다양한 형태의 외부 전원[예를 들어, 교류 어댑터의 출력, 컴퓨터의 USB 포트 또는 자동차의 시거잭]과 연결되어 사용될 수 있다. 또한, 내부에 구비된 코일의 스위칭 패턴을 발생시키고 무선 충전용 패드(200) 위에 올려 놓는 디바이스를 검출하며 절전 모드를 제어한다. 무선 충전용 패드(200)에는 코일이 다양한 패턴으로 권취되어 내장되어 있어 10kHz 이상의 스위칭을 통하여 쇄교된 자속이 충전 리시버 모듈(110) 측으로 유기되도록 한다.The
도 2는 본 발명에 따른 무선 충전 시스템의 상세 구성도이다.2 is a detailed configuration diagram of a wireless charging system according to the present invention.
도시된 바와 같이, 1차측의 무선 충전용 패드(200)와 2차측의 충전 리시버 모듈(110)이 내장된 제1 배터리팩(100)이 자기적으로 결합되어 무접점 충전되고, 제1 배터리팩(100)에 근접된 제2 배터리팩(100')이 제1 배터리팩(100)에 의하여 무선 충전된다. 제1 배터리팩(100)에는 두 개의 2차측 코일(Scoil1, Scoil2)이 내장되는데, 하나의 코일(Scoil1)은 무선 충전용 패드(200)로부터 유도기전력을 전달받는 용도로 사용되고, 또 다른 코일(Scoil2)은 배터리전압(VBAT)을 일정한 공진주파수대로 스위칭하여 제2 배터리팩(100')에 내장된 코일이 코일(Scoil2)과 동일한 권선방향이 되도록 접근했을 때 제2 배터리팩(100') 내 코일로 전력을 전달하여 제2 배터리팩(100')에서 동시에 충전이 가능하도록 구성된다.As shown, the
1차측 무선 충전용 패드(200)에는 전원입력단, 2차측으로부터 전송되는 배터리정보를 인식하기 위한 컨트롤러(240)와, 두 개의 반파 직·병렬형 공진형 컨버터(Half-bridge serial-parallel resonant converter)로 구성되어, 각각 두 개의 1차측 코일(Pcoil1, Pcoil2)을 제어하는 제어신호를 생성하여 자기장을 발생시키는 드라이브 회로(220, 200'), 드라이버 회로(220, 220')에 의하여 스위칭되어 2차측으로 유도기전력을 발생시키는 1차측 코일(Pcoil1, Pcoil2), 전원입력단에 결합되어 입력된 AC 전원의 전자파를 차단하는 전자파 필터(250), 전자파가 차단된 AC 전원을 전자파 필터(250)에서 공급받아 DC로 정류하는 AC/DC변환회로(210), AC/DC변환회로(210) 및 컨트롤러(240)에 결합되어 내장된 트랜지스터가 온 상태인 동안 전력을 축적하고 오프 되는 순간에 축적된 전력을 컨트롤러(240)로 전달하여 드라이브 회로(220, 220')가 구동되도록 하는 플라이백 컨버터(210') 등이 구성된다.The primary
제1 배터리팩(100)은 2차측 트랜스포머로 동작하는 충전 리시버 모듈(110), 배터리(BAT)의 상태를 검출하여 충·방전 여부를 제어하는 충전제어 기능을 갖는 충전용 보호회로 모듈(120), 충전용 보호회로 모듈(120)의 제어에 따라 충전되는 배터리(BAT), 동시충전 모듈(130)을 구비한다.The
충전용 보호회로 모듈(120)의 입력단은 충전 리시버 모듈(110)을 구성하는 2차측 코일 중 하나의 코일(Scoil1)에 결합되어 충전제어 기능을 수행한다. 또한, 충전용 보호회로 모듈(120)은 배터리(BAT)의 충전상태를 주기적으로 모니터링하여 생성한 충전상태정보를 알에프아이디 태그(140)에 기록하고, 알에프아이디 태그(140)의 온오프제어에 따라 충전 리시버 모듈(110)에 유도된 전력을 배터리(BAT)로 공급 또는 차단하는 퓨얼 게이지 기능을 추가로 수행하도록 구성될 수 있다. 이때, 충전용 보호회로 모듈(120)에 결합되는 알에프아이디 태그(140)를 통해 배터리(BAT)에 대한 배터리정보를 저장함과 동시에 충전상태정보를 주기적으로 기록한다. 알에프아이디 태그(140)는 태그 안테나(TA)를 통해 알에프 캐리어 신호가 전송되면 그 응답으로 배터리(BAT)의 배터리정보 및 충전상태정보를 포함하여 알에프 데이터를 생성 및 변조하여 변조된 알에프 데이터를 무선 전송한다.The input terminal of the charging
알에프아이디 태그(130)는 무선 충전용 패드(200)로부터 무선 수신된 알에프 캐리어 신호로부터 클럭을 추출하는 클럭 추출부(141), 클럭 추출부(141)로부터 추출된 데이터의 나열순서를 검사하여 데이터 인코더(143)로 제어신호를 전달하는 시 퀀서(142), 시퀀서(142)로부터 제어신호가 전달되면 태그(145)로부터 배터리(BAT)의 배터리정보 및 충전상태정보를 수신하여 암호화한 후 데이터 모듈레이터(146)로 전송하는 데이터 인코더(143), 데이터 인코더(143)로부터 수신된 데이터를 변조하여 변조된 알에프 데이터를 생성한 후 무선 충전용 패드(200)로 무선 전송하는 데이터 모듈레이터(146), 배터리(BAT)의 배터리정보 및 충전상태정보가 기록되는 메모리 영역이 할당된 태그(414)를 제어하는 메인프로세서(144), 메인프로세서(144)의 명령에 따라 메모리 영역에 저장된 배터리(BAT)의 배터리정보 및 충전상태정보에 대한 읽기/쓰기를 수행하고, 읽어들인 데이터를 데이터 인코더(143)로 전송하며, 태그 안테나(TA)를 제어하는 태그(145) 등으로 구현할 수 있다.The
배터리(BAT)의 배터리정보 및 충전상태정보는 태그 안테나(TA)의 전송단자(TX)를 통해 LF(125㎑ 대역, low frequency, 장파), HF(13.56㎒ 대역, high frequency, 단파) 또는 UHF(900㎒ 또는 2.4㎓ 대역, ultra high frequency, 극초단파) 중 하나의 대역에 속하는 캐리어 주파수를 이용한 표준 통신 프로토콜에 의하여 무선으로 송수신되는 데이터이다.The battery information and the charging state information of the battery BAT are LF (125 ㎑ band, low frequency, long wave), HF (13.56 MHz band, high frequency, short wave) or UHF through the transmission terminal TX of the tag antenna TA. Data is transmitted and received wirelessly by a standard communication protocol using a carrier frequency belonging to one of (900 MHz or 2.4 GHz band, ultra high frequency, microwave).
동시충전 모듈(130)의 입력단은 스위치(SW1)를 통해 충전용 보호회로 모듈(120)에 결합되어 충전용 보호회로 모듈(120)의 제어에 따라 온오프되고, 출력단은 충전 리시버 모듈(110)을 구성하는 2차측 코일 중 다른 하나의 코일(Scoil2)에 결합되어, 스위치(SW1)가 닫힘에 따라 공급되는 배터리전압(VBAT)을 일정한 공진주파수대로 스위칭하여 근접된 제2 배터리팩(100')이 코일(Scoil2)과 동일한 권선 방향이 되도록 접근했을 때 제2 배터리팩(100') 내 코일로 전력을 전달한다.The input terminal of the
동시충전 모듈(130)은, 충전 리시버 모듈(110)에 권선된 두 개의 2차측 코일(Scoil1, Scoil2) 중 하나를 이용하여 배터리팩 내에서 배터리전압(VBAT)을 승압(Boost)하는 레귤레이터(131), 레귤레이터(131)의 출력단에 결합되어 일정하게 클럭을 발생시켜 공진형 컨버터(133)를 제어하는 클럭 제너레이터(132), 클럭 제너레이터(132)의 출력신호에 따라 공진주파수대를 갖는 정현파 전류를 생성하여 직렬 공진을 발생시키는 공진형 컨버터(133) 등으로 구성되어 근접된 제2 배터리팩(100')에 내장된 코일이 제1 배터리팩(100') 내 2차측 코일(Scoil1, Scoil2) 중 하나와 동일한 권선 방향으로 일치되었을 때 충전이 가능하도록 구성된다.The
제1 배터리팩(100)에 내장된 두 개의 2차측 코일(Scoil1, Scoil2) 중 하나의 코일(Scoil1)은 인덕터(, )를 각각 구비한 무선 충전용 패드(200)의 1차측 코일(Pcoil1, Pcoil2)과 자기 결합되어 무선 충전용 패드(200)로부터 제1 배터리팩(100) 측으로 전력을 전달하는 인덕티브 커플러(230)를 형성하고, 다른 하나의 코일(Scoil)은 근접되어 있는 제2 배터리팩(100')에 내장된 코일 중 하나와 자기 결합되어 제1 배터리팩(100)으로부터 제2 배터리팩(100')으로 전력을 전달하는 인덕티브 커플러(230')를 형성하도록 구성된다.One coil (Scoil1) of two secondary coils (Scoil1, Scoil2) built in the
제2 배터리팩(100')의 구성은 제1 배터리팩(100)의 구성과 기본적으로 동일하다. 단, 소정 용량만큼 충전된 상태에서 제2 배터리팩(100')으로 전력을 공급하 는 측이 되는 제1 배터리팩(100)에는 동시충전 모듈(130)이 반드시 구비되어 있어야 하나, 전력을 공급받는 측이 되는 제2 배터리팩(100')에는 충전 리시버 모듈(110)이 구비되어 있으면 전력이 유기될 수 있음은 당연하다.The configuration of the
도 3은 본 발명에 따른 동시충전 모듈의 구성도이다.3 is a block diagram of a simultaneous charging module according to the present invention.
도 3에서는, 레귤레이터(131)를 통해 충전 리시버 모듈(110)에 권선된 두 개의 2차측 코일(Scoil1, Scoil2) 중 하나를 이용하여 배터리팩에서 배터리전압(VBAT)을 승압(Boost)하고, 일정하게 클럭을 발생시키는 클럭 제너레이터(132)와 직렬 공진을 발생시킬 수 있는 간이식 공진형 컨버터(133)를 구동하여 정현파 전류를 발생시켜 또 다른 배터리팩을 동일한 권선의 방향으로 일치시켰을 때 충전이 가능하도록 한 회로구성을 나타내고 있다. 동시충전 모듈(130)의 입력단은 스위치(SW1)를 통해 충전용 보호회로 모듈(120)에 결합되어 충전용 보호회로 모듈(120)의 제어에 따라 온오프되도록 구성되고, 출력단은 2차측 코일(Scoil1, Scoil2) 각각에 결합된다. 클럭 제너레이터(132)는 레귤레이터(131) 출력단에 결합되어 일정하게 클럭을 발생시키는 클럭 생성부(132a)와, 클럭 생성부(132a)의 클럭에 따라 공진형 컨버터(133)를 제어하는 드라이버 제어부(132b)로 구성할 수 있다.In FIG. 3, the battery voltage V BAT is boosted in the battery pack by using one of two secondary coils Scoil1 and Scoil2 wound on the charging
도 3의 동시충전 모듈(130)을 이용하면, 자신의 휴대 단말기가 방전되었을 때 상용 전원이 없는 제약상황에서 다른 사람의 휴대 단말기를 사용하여 자신의 배터리를 충전할 수 있어 유용하게 활용될 수 있다.Using the
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 충전 리시버 모듈이 내장된 휴대 단말기간 무선 충전 방법을 설명하기 위한 도면이다.4A and 4B are diagrams for describing a wireless charging method between portable terminals in which a charging receiver module is installed according to the present invention.
도 4a는 배터리팩이 장착된 휴대 단말기와 다른 배터리팩이 장착된 휴대 단말기간 무선 충전 방법에 있어 충전전 게이지(gauge) 상태를 나타낸 것이고, 도 4b는 충전후 게이지 상태를 나타낸 것이다. 도 4a 및 도 4b의 휴대 단말기에 장착되는 배터리팩에는 두 개의 2차측 코일(Scoil1, Scoil2)이 수직 및 수평방향으로 교차 권선된 충전 리시버 모듈(110)이 각각 구비되고, 다른 배터리팩으로 전력을 전달하는 측이 되는 휴대 단말기에는 동시충전 모듈(130)이 내장된 배터리팩이 장착된다.FIG. 4A illustrates a state of pre-charging gauge in a wireless charging method between the portable terminal equipped with a battery pack and the portable terminal equipped with another battery pack, and FIG. 4B illustrates a state of the gauge after charging. The battery pack mounted in the portable terminal of FIGS. 4A and 4B includes a charging
도 4a에서 배터리(BAT)가 만충된 휴대 단말기와 완전 방전된 휴대 단말기를 근접시켰을 때, 시간이 지나면 도 4b와 같이 두 대의 휴대 단말기의 배터리(BAT) 게이지가 평균이 되어 있는 것을 알 수 있다. 이것은 만충된 배터리(BAT)의 전력이 다른 쪽으로 전달되어 충전이 되었기 때문이다.In FIG. 4A, when the portable terminal in which the battery BAT is fully charged is close to the fully discharged portable terminal, as shown in FIG. 4B, the battery BAT gauges of the two portable terminals are averaged. This is because the power of the full battery BAT has been transferred to the other side and charged.
도 4a 및 도 4b에서는 만충된 휴대 단말기의 배터리팩이 전력을 공급하는 경우를 도시하고 있으나, 제1 배터리팩(100)이 되는 측은 소정 용량만큼 충전되어 있으면 충분하고, 반드시 만충된 상태로 한정하는 것은 아니다.4A and 4B illustrate a case in which the battery pack of the full portable terminal supplies power, the side of the
도 5는 본 발명에 따른 무선 충전 방법의 흐름도이다.5 is a flowchart of a wireless charging method according to the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 무선 충전 방법은 무선 충전용 패드(200) 로부터 제1 배터리팩(100)에 내장된 2차측 코일(Scoil1, Scoil2) 중 하나에 유도기전력이 공급되는 단계(S100)와, 유도기전력에 의해 제1 배터리팩(100)에 내장된 배터리(BAT)가 충전됨과 동시에, 내부의 충전용 보호회로 모듈(120)을 통해 배터리(BAT)의 충전상태가 주기적으로 검사되는 단계(S110)와, 배터리(BAT)가 소정 용량만큼 충전된 상태에서, 내부의 충전용 보호회로 모듈(120)과 동시충전 모듈(130)을 연결하는 스위치가 온(On) 되어 동시충전 모듈(130)로 배터리전압(VBAT)이 공급되는 단계(S120)와, 배터리전압(VBAT)이 승압(Boost)되는 단계(S130)와, 승압된 전압에 의해 일정하게 발생된 클럭에 따라 공진주파수대를 갖는 정현파 전류가 생성되는 단계(S140)와, 제1 배터리팩(100)과 근접된 제2 배터리팩(100')이 동일한 권선 방향으로 일치됨에 따라, 제1 배터리팩(100)으로부터 제2 배터리팩(100')으로 유도기전력이 공급되어 제2 배터리팩(100')이 소정 용량만큼 충전되는 단계(S150)를 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 5, in the wireless charging method according to the present invention, an induction electromotive force is supplied to one of the secondary coils (Scoil1 and Scoil2) built in the
도 5에서는, 제1 배터리팩(100)이 무선 충전용 패드(200)에 의하여 무접점 충전 중인 상태에서 제2 배터리팩(100')을 무선 충전하는 경우를 도시하고 있으나, 제1 배터리팩(100)이 소정 용량만큼 충전된 상태에서라면 자체적인 내부 게이지를 이용해 근접된 제2 배터리팩(100')을 무선 충전할 수도 있다(도 4a 및 도 4b 참조). 이러한 경우, 단계 S100 내지 단계 S110는 생략 가능하다.In FIG. 5, the
상기 본 발명은 당업자의 요구에 따라 기본 개념을 벗어나지 않는 범위 내에 서 다양한 변형이 가능하다.The present invention can be variously modified within the scope without departing from the basic concept according to the needs of those skilled in the art.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 자신의 휴대 단말기가 방전되었을 때 상용 전원이 없는 상황에서 다른 사람의 휴대 단말기를 사용하여 자신의 배터리를 충전할 수 있도록 하는 무접점 충전 배터리팩, 이 배터리팩들간의 무선 충전 방법 및 그 시스템이 제공된다.As described above, according to the present invention, when the portable terminal is discharged, a non-contact rechargeable battery pack, which allows the user to charge his battery using another portable terminal in the absence of commercial power, between the battery pack Wireless charging method and system thereof are provided.
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