對可再充電電池單元進行充電的可再充電電源、電池裝置、非接觸式充電器系統及方法

2024-03-05 23:00:15

專利名稱：對可再充電電池單元進行充電的可再充電電源、電池裝置、非接觸式充電器系統及方法
技術領域：
本發明涉及可攜式電子裝置的充電裝置，更具體地說涉及利用感應 耦合的非接觸式充電器系統。
背景技術：
可再充電二次電池被安裝至諸如移動通信終端和PDA的可攜式電 子裝置。為了對二次電池進行充電，需要用於利用AC線路電力向便攜 式電子裝置的電池提供電能的分離充電裝置。 一般來說，將分立的接觸 端子分別設置至充電裝置和電池的外部，以使充電裝置和電池可以通過 15連接接觸端子而彼此電連接。然而，如果如上所述露出接觸端子，則外觀變壞並且會因外部雜質 造成接觸端子被汙染，從而容易造成劣等接觸狀態。另外，如果因用戶 的粗心而造成電池被短路或被弄溼，則已充入的能量可能容易損失。為了解決接觸式充電方法的問題，已經提出了允許在充電裝置與電 20池之間以非接觸方式進行充電的無線充電系統。韓國特開公報2002-57468、韓國特開公報2002-57469、韓國專利注 冊363439、韓國專利註冊428713、韓國特開公報2002-35242、韓國實用 新型註冊217303、 GB 2,314,470以及美國公布序列號2003/0,210,106公 開了一種非接觸式充電器系統，該非接觸式充電器系統利用充電主體的 25初級線圈與電池組的次級線圈之間的感應耦合而不需要接觸端子來對電 池充電。另夕卜，韓國特開公報2004-87037公開了非接觸式可充電電池組，其 包括一控制電路，該控制電路通過測量電池的電壓和電流來累積諸如使 用時間和充電容量的信息、並接著基於累積的信息修正該電池的充電/放電容量。具體來說，該控制電路還包括補償電路，該補償電路基於從所 述電池檢測到的充電電壓和溫度傳感器檢測到的電池的溫度來補償充電 電壓和電池溫度。然而，韓國特幵公報2004-87037沒有公開用於反饋充電狀態信息(例 5如，充電電流、充電電壓等)並且生成與該充電狀態信息對應的充電電 力的供電方，或者利用這種供電方的非接觸式充電器系統。發明內容考慮上述問題而設計了本發明，因此，本發明的一個目的是，提供 io —種利用初級線圈與次級線圈之間的感應耦合的非接觸式充電器系統， 其可以無線地反饋電池的狀態信息並因而生成最適於該電池的狀態的充 電電力。另外，本發明的另一目的是，解決初級充電單元(或充電主體)與 次級充電單元(或電池組)之間的電力信號和通信信號的幹擾。15 另外，本發明的又一目的是，在初級線圈與次級線圈完全磁耦合之後提供充電電力，以防止不必要的電力消耗。另外，本發明的又一目的是，將電池的充電狀態分類成備用模式、 充電模式以及充滿模式，並接著檢查電池的模式狀態，以提供最適於該 模式的充電電力。20 下面，對本發明的上述和其它目的以及優點進行詳細說明，並且將通過本發明的實施方式而理解上述和其它目的以及優點。另外，本發明 的這些目的和優點可以利用所附權利要求中的裝置和組合來實現。為了實現上述目的，在本發明的第一方面中，提供了一種充電電源 裝置，該充電電源裝置與電池裝置以非接觸方式耦合，所述電池裝置包 25括用於感應耦合的次級線圈、用於無線地發送數據的無線發送模塊、用 於控制電池的充電狀態的充電控制電路，以及可再充電電池。根據本發明第一方面的所述充電電源裝置包括初級線圈，該初級 線圈用於將充電電力感應至所述次級線圈；無線接收模塊，該無線接收模塊用於接收來自所述無線發送模塊的充電狀態信息；以及用於驅動所述初級線圈的裝置，以使所述初級線圈與所述次級線圈之間的電力信號 和所述無線發送模塊與所述無線接收模塊之間的通信信號在時間方面不 交疊。另外，在本發明的第二方面中，還提供了一種充電裝置，該充電裝 5置用於以非接觸方式接收來自充電電源裝置的電力，並且利用該電力對 可再充電電池進行充電，所述充電電源裝置利用AC線路電壓生成具有比AC線路頻率高的頻率的AC電壓脈衝。所述充電裝置包括次級線圈，該次級線圈與所述充電電源裝置的 初級線圈磁耦合，以生成與所述AC電壓脈衝對應的感應電動勢脈衝； 10充電控制電路，該充電控制電路用於基於所述感應電動勢脈衝生成用於 對所述電池進行充電的恆定電壓和恆定電流；以及反饋控制裝置，該反饋控制裝置用於檢查所述感應電動勢脈衝的下降沿，並接著在檢測到下 降的情況下向所述充電電源裝置反饋包括所述電池的充電狀態信息的反 饋響應信號。15 另外，本發明的所述充電裝置還包括監測電路，該監測電路用於監測所述電池的充電狀態，以生成充電狀態信息，並接著將所述充電狀態信息存儲至存儲器；存儲器，該存儲器用於存儲所述充電狀態信息和 電池規格信息；以及無線發送模塊，該無線發送模塊用於基於所述充電 狀態信息來生成反饋響應信號，並將該反饋響應信號以無線方式發送至20所述充電電源裝置。在本發明的第三方面中，提供了一種電池裝置，該電池裝置用於以非接觸方式接收來自電源裝置的充電電力，所述電源裝置利用AC線路 電力生成具有比AC線路頻率高的頻率的脈寬調製信號。所述電池裝置包括可再充電電池；次級線圈，該次級線圈與所述 25電源裝置的初級線圈磁耦合，以生成與所述脈寬調製信號對應的感應電 動勢脈衝；充電控制電路，該充電控制電路用於基於所述感應電動勢生 成用於對所述電池進行充電的恆定電壓和恆定電流，並且利用該恆定電 壓和該恆定電流對所述電池進行充電；下降檢測器，該下降檢測器用於 檢測所述感應電動勢脈衝的下降沿；存儲器，該存儲器用於存儲所述電池的充電狀態信息和電池規格信息；監測電路，該監測電路用於監測所 述電池的充電狀態，以生成充電狀態信息，並將該充電狀態信息存儲至所述存儲器；無線發送模塊，該無線發送模塊用於調製所述充電狀態信 息，以生成反饋響應信號，並將該反饋響應信號以無線方式發送至所述 5電源裝置；以及反饋控制器，該反饋控制器用於從所述存儲器讀取所述 充電狀態信息，並且在檢測到下降沿的情況下將所述充電狀態信息發送 至所述無線發送模塊。在本發明的第四方面中，提供了一種用於在非接觸式充電器系統中 對電池進行充電的方法，所述非接觸式充電器系統包括具有初級線圈 10和無線接收模塊的初級充電單元、具有無線發送模塊和與所述初級線圈 磁耦合的次級線圈的次級充電單元，以及用於接收來自所述次級充電單 元的充電電壓的電池。這種方法包括以下步驟(A)將具有脈寬(W。的電力脈衝串施加至初級線圈，以發射出對應磁場；(B)從所述次級充電單元以無線方式 15接收確認所述初級線圈和所述次級線圈磁耦合的充電開始信號；(C)根 據所述充電開始信號生成具有至少比所述脈寬(W。大的脈寬(W2)的 充電電力脈衝串，並將該充電電力脈衝串施加至所述初級線圈，以生成 針對所述次級線圈的對應感應電動勢脈衝；(D)利用所述感應電動勢脈 衝對所述電池進行充電；(E)從所述次級充電單元反饋所述電池的所述 20充電狀態信息；以及(F)基於所述充電狀態信息控制所述充電電力脈衝 的脈寬。因此，來自所述次級充電單元的所述無線反饋信號與所述感應 電動勢脈衝的下降沿同步。另外，所述步驟(B)還包括以下步驟隨著所述初級線圈和所述次 級線圈磁耦合而從所述次級線圈生成感應電動勢脈衝；檢查所述感應電 25動勢脈衝的下降沿並且從所述存儲器讀取所述充電狀態信息；在所述存 儲器中沒有記錄所述充電狀態信息的情況下將當前狀態確定為初始充電 階段，並接著生成初始充電信號；以及經由所述無線發送模塊將所述初 始充電信號發送至所述初級充電單元的所述無線接收模塊。所述步驟(A)還包括以下步驟將AC線路電壓整流成DC電壓；利用整流出的所述DC電壓生成具有比AC線路頻率高的頻率的AC電 壓；調製所述AC電壓的脈寬，以生成具有脈寬(W。的電力脈衝串； 以及將所述電力脈衝串施加至所述初級線圈。所述步驟(D)還包括以下步驟將所述感應電動勢(或AC電壓)5整流成DC電壓；利用整流出的所述DC電壓生成要向所述電池充電的預定電平的恆定電壓和預定水平的恆定電流；以及按恆定電流模式對所述 電池進行充電直到電池電壓達到預定電平為止，並且在所述電池電壓達 到所述預定電平的情況下通過控制充電電流的量，而按恆定電壓模式對 所述電池進行充電。10 所述步驟(E)還包括以下步驟檢查從所述次級線圈感應出的所述感應電動勢脈衝的下降沿；在檢查到下降沿的情況下從所述存儲器讀取 所述充電狀態信息；以及基於所述充電狀態信息生成反饋響應信號，並 且通過所述無線發送單元將該反饋響應信號發送至所述第一充電單元的 所述無線接收模塊。15 所述步驟(F)還包括以下步驟分析所述充電狀態信息，以確定所述電池是否已被完全充電；並且在所述電池沒有被完全充電的情況下， 與所述充電狀態對應地控制施加至所述初級線圈的電力脈衝的脈寬。在本發明的第五方面中，還提供了一種非接觸式充電器系統，該非 接觸式充電器系統包括具有初級線圈和無線接收模塊的初級充電單元、20具有無線發送模塊和與所述初級線圈磁耦合的次級線圈的次級充電單 元，以及用於接收來自所述次級充電單元的充電電壓的電池，其中，所 述初級充電單元包括這樣的裝置，該裝置用於在施加AC線路電力時生 成具有比AC線路頻率高的頻率的AC電力脈衝，並接著將該AC電力脈 衝施加至所述初級線圈，以針對所述次級線圈感應出高頻AC電力脈衝；25其中，所述次級充電單元包括這樣的裝置，該裝置用於利用所述次級線圈感應出的所述AC電壓脈衝的脈衝之間的未使用時段將所述電池的充電狀態信息發送至所述初級充電單元。由此，所述初級線圈與所述次級 線圈之間的電力信號和所述無線發送模塊與所述無線接收模塊之間的通 信信號在時間方面不交疊。優選的是，所述發送裝置檢測所述感應電動勢脈衝的下降沿，並且 在檢測到所述下降沿的同時發送所述電池的所述充電狀態信息。另外，所述初級充電單元的所述感應裝置優選地包括用於基於通 過對所述AC線路電力進行整流所獲得的DC電壓來生成具有比AC線路 5頻率高的頻率的AC電壓的裝置；和用於利用具有比AC線路頻率高的頻率的所述AC電壓來生成脈寬調製信號的裝置。而且，優選的是，所述初級充電單元還包括用於分析所述電池的所 述充電狀態信息並且控制所述脈寬的裝置。優選的是，所述次級充電單元包括用於檢測從所述次級線圈生成 10的所述感應電動勢脈衝的下降沿的裝置；用於根據檢測到的所述下降沿 提取所述電池的所述充電狀態信息、並且利用所述充電狀態信息生成要 向所述初級充電單元的所述無線接收模塊發送的反饋響應信號的裝置； 用於將從所述次級線圈生成的所述感應電動勢整流成DC電壓的裝置； 用於利用經整流的所述DC電壓生成要向所述電池提供的恆定電壓和恆 15定電流的裝置；用於檢測所述電池的充電電壓和所述電池的充電電流的 裝置；以及用於存儲所述充電電壓和所述充電電流的裝置。


結合附圖，在下面的詳細說明中，將對本發明的優選實施方式的這 20些和其它特徵、方面以及優點進行更全面說明。在圖中圖1是示出了根據本發明優選實施方式的非接觸式充電器系統的示 意立體圖；圖2是示出了根據本發明優選實施方式的非接觸式充電器系統的內 部構造的框圖；25 圖3是例示了從充電開始點到完全充電點的電力信號和通信信號的時分排列的時序圖；以及圖4是例示了根據本發明的非接觸式充電方法的流程圖。
具體實施方式
在下文中，參照附圖，將對本發明的優選實施方式進行詳細說明。 在說明之前，應當明白，在本說明書和所附權利要求中使用的術語不應 被視為受限於一般的和詞典的含義，而是在允許發明人恰當地定義最佳 闡釋用術語的原理的基礎上，基於與本發明的技術方面對應的含義和概 5念進行解釋。由此，在此提出的說明只是僅出於例示的目的而優選的示 例，而不希望限制本發明的範圍，因而，應當明白，在不脫離本發明的 精神和範圍的情況下，可以對本發明進行其它等同和修改。圖1是示出了根據本發明的優選實施方式的非接觸式充電器系統的 示意立體圖。10 如圖1所示，本發明的非接觸式充電器系統包括用於使用外部電力而生成要向電池提供的充電電力的充電主體100，和用於在不需要任何接 觸的情況下接收來自充電主體100的充電電力並且利用該充電電力對其 中的電池(未示出)進行充電的電池裝置200。電池裝置200可以是具有電池或其中包括電池的電池組的可攜式電 15子裝置。優選的是，可攜式電子裝置可以是蜂窩電話、PDA、 MP3播放器等。電池裝置200中包括的電池是可再充電電池單元，包括鋰離子電池和鋰聚合物電池。充電主體100接收來自外部電源的電能並且生成要向電池裝置200提供的充電電力。充電主體100優選地具有印臺形狀(padshape)，以使 20電池裝置200可以容易地置於其上。另外，向充電主體100提供的外部電力優選為供家用的AC線路電力(例如，60Hz， 200V/110V)，但也可以使用其它DC電力。充電主體100和電池裝置200分別包括初級線圈110和次級線圈210以及彼此對應的天線120、 220。 25 初級線圈IIO和次級線圈210因感應耦合而彼此磁耦合。由此，隨著將初級線圈與初級線圈並列放置，初級線圈生成的磁場在次級線圈中感應出電流。另外，初級線圈110和次級線圈210分別被天線120、 220包圍。另外，充電主體IOO包括用於驅動初級線圈110以生成磁場的充電電源電路150 (參見圖2)，而電池裝置200包括用於利用次級線圈210 感應出的感應電動勢對電池進行充電的充電電路250 (參見圖2)。下文中，參照圖2，對充電電源電路150和充電電路250進行詳細 說明。5 充電主體100中包括的充電電源電路150包括初級線圈110、整流器152、驅動電路153、控制器155，以及無線接收模塊120、 156。整流器152將來自AC線路電源151的AC電力整流成AC電力，並 接著將它傳遞至驅動電路153。驅動電路153利用整流器152整流成的 DC電壓生成具有比AC線路頻率高的頻率的高頻AC電壓脈衝，並將它10施加至初級線圈110，以使生成磁場。驅動電路153還包括PWM (脈寬調製)信號生成器154b和電力驅 動單元154a。電力驅動單元154a包括高頻振蕩電路，用於轉換特定電 平的AC電壓以對具有比AC線路頻率高的頻率的高頻AC電壓進行振 蕩；以及驅動電路，用於將具有調製脈寬的高頻AC電壓脈衝施加至初15級線圈110以對該初級線圈110進行驅動。PWM信號生成器154b調製 高頻AC電壓的脈寬。由此，通過驅動單元153的輸出端輸出的信號變 為高頻AC電壓脈衝。該高頻AC電壓脈衝是如圖3所示的脈衝串。該脈 衝串受控制器155控制。本發明中釆用的驅動電路153可以採用SMPS (切換模式電源)作為示例，但也可以使用其它等同裝置，只要其可以20給出相同功能和作用。控制器155基於經由無線發送/接收模塊156、 120、 220、 256反饋 來的電池的充電狀態信息，來控制脈寬可調的高頻AC電壓脈衝的脈寬。 具體來說，針對從充電電路250反饋來的響應信號是充電開始信號的情 況，控制器155如圖3所示將初級線圈110的驅動模式從備用模式切換25至充電模式。另外，分析從充電電路250反饋的充電狀態信息，以確定 電池被完全充電，如圖3所示，將初級線圈的驅動模式從充電模式轉換 成充滿模式。針對不存在從充電電路250反饋來的響應信號的情況，控 制器155將初級線圈110的驅動模式保持在備用模式。如上所述，充電電源電路150的控制器155根據來自電池裝置200的響應信號及其存在性，在備用模式、充電模式以及充滿模式之間轉換初級線圈iio的驅動模式。無線接收模塊120、 156包括用於接收從充電電路250的無線發送模 塊220、 256發送來的反饋響應信號的天線120，和用於解調該反饋響應 5信號以恢復電池的充電狀態信息的諸如解調器的接收器156。本發明的充電電源電路150還可以包括用於保護電路免受過電壓的 過電壓過濾器電路，或用於將通過整流器整流出的DC電壓保持至特定 電平的電壓的恆壓電路。過電壓過濾器電路被優選地設置在AC線路電 源151與整流器152之間，而恆壓電路被優選地設置在整流器152與驅 io 動電路153之間。下面，對用於接收來自充電電源電路150的電力並且對電池262進 行充電的充電電路250進行說明。將充電電路250和電池262 —起安裝 在電池裝置200內部。充電電路250包括次級線圈210、整流器251、恆壓/恆流電路252、 15下降檢測器253、控制器255、以及無線發送模塊220、 256。次級線圈210與初級線圈IIO磁耦合，以使生成感應電動勢。因為 施加至初級線圈110的電力信號是如上所述的脈寬調製信號，所以感應 至次級線圈210的感應電動勢也為AC電壓脈衝串。另外，根據初級線 圈110的驅動模式感應至次級線圈210的AC電壓脈衝也與如圖3所示的 20備用模式、充電模式以及充滿模式中的一個相一致。整流器251連接至次級線圈210的輸出端，以將次級線圈210感應 出的AC電壓脈衝平滑成特定電平的DC電壓。恆壓/恆流電路252利用預定電平的DC電壓生成要對電池進行充電 的恆定電壓和恆定電流。即，在電池的初始充電時段期間保持恆定電流 25模式，但是，如果電池的充電電壓飽和，則將該模式轉換成恆定電壓模 式。下降檢測器253檢測次級線圈感應出的AC電壓脈衝下降時(即， 下降沿)的時間點。將這個下降檢測信號輸入至控制器255。控制器255是一種微處理器，其接收諸如下降檢測信號、充電電流、充電電壓等的監測信號，並且基於監測信號控制恆壓/恆流電路252和無線發送模塊220、 256。艮P，控制器255基於從下降檢測器253輸入的下降檢測信號來檢查 脈衝的下降沿，並且將要向充電電源裝置150發送的反饋響應信號的發 5送時間與脈衝下降沿同步。另外，控制器255始終監測電池的充電電流和充電電壓，並且在內 部存儲器(未示出)中臨時地存儲監測值。未示出的存儲器存儲有電池 規格信息(產品代碼、額定功率等)和諸如監測到的充電電流和充電電 壓的電池充電狀態信息。 10 另外，控制器255根據電池的充電狀態恰當地選擇並轉換恆定電壓模式和恆定電流模式。無線發送模塊包括用於發送要向充電電源裝置150發送的反饋響應 信號(例如，充電開始信號或充電狀態信號)的天線220，和用於調製諸 如充電狀態信息的基帶信號以生成反饋響應信號的發送器256。 15 用於防止將過電壓和過電流施加至電池的保護電路(例如，PCM)261被設置在恆壓/恆壓裝置252與電池262之間。保護電路261和電池 262構成單個電池單元260。現在，參照圖3，針對每一種模式對電池的充電狀態進行說明。這 裡，為方便起見，將充電電源裝置或充電裝置定義為初級充電單元，而 20將充電電路或電池裝置定義為次級充電單元。如果將諸如AC線路電源151的外部電力施加至初級充電單元，則 初級充電單元的控制器155激活(wake up),並且控制驅動電路153以驅 動初級線圈110。艮P，針對從次級充電單元沒有接收到響應的情況，控制器155將它 25確定為備用狀態，並因而控制驅動電路153向初級線圈IIO施加寬度為 W,且周期為^的備用模式電力脈衝串。因此，初級線圈110生成與備用 模式電力脈衝串對應的磁場，並且向外發射該磁場。持續進行該磁場的 發射，直到在初級充電單元的無線接收模塊120、 156中接收到圖3所示的充電開始脈衝為止。由於將電池裝置200放置在如圖1所示的充電主體100上，以使初級線圈110和次級線圈210彼此磁耦合(圖3中的T點)，因而，具有寬 度為Wi和周期為t的備用模式電力脈衝串也通過從初級線圈110生成的 磁場感應至次級線圈210的輸出端。這個電力脈衝串具有太弱的電力而 5無法對於電池進行充電，由此，將它用作次級充電單元的內部電路的驅 動電力(具體來說，微處理器的驅動電力)。即，在耦合初級線圈和次級 線圈之前發出並消耗備用模式下的電力脈衝，而在初級線圈和次級線圈 耦合的情況下，則將該電力脈衝用作用於激活微處理器的驅動電力。如上所述，如果將感應出的電動勢感應至次級充電單元，則次級充io電單元的下降檢測器253檢測感應脈衝的降落點(下降沿)。這時，如果 下降檢測器253檢測到脈衝的降落時間，則將下降檢測信號輸入至次級 充電單元的控制器255，接著，控制器255經由無線發送模塊220、 256 向初級充電單元反饋如圖3所示的充電開始信號，作為響應。即，更詳 細地說，隨著下降檢測信號的輸入，控制器查詢內部存儲器，以確定是15否存在充電狀態信息。這時，如果存儲器中不存在充電狀態信息，則確 定當前狀態為備用模式，並由此發送用於指示要將初級充電單元轉換成 充電模式的充電開始信號，作為響應。如圖3所示，充電開始信號從次級充電單元所反饋至的初級充電單 元的控制器155將備用模式轉換成充電模式。即，控制器155控制驅動20電路153以驅動具有寬度為W2和周期為t2的充電模式電力脈衝串。這裡， W2至少大於Wp因此，將具有寬度為W2和周期為t2的充電模式電力脈衝串感應至次級線圈210的輸出端，並將這個電力脈衝串整流並且向電池262充電。 將已知恆定電流模式和恆定電壓模式用於對電池進行充電。 25 同時，隨著將具有寬度為W2和周期為t2的充電模式電力脈衝串感應至次級線圈210的輸出端，下降檢測器253檢查每一個脈衝的下降沿。 這時，如果檢測到脈衝的下降沿，則控制器讀取己經監測到並存儲在存 儲器中的充電狀態信息(例如，充電電壓或充電電流)。將讀取到的充電 狀態信息經由充電發送模塊反饋至初級充電單元，作為響應。充電狀態信息從次級充電單元所反饋至的初級充電單元的控制器 155分析該充電狀態信息，並接著基於分析結果控制驅動電路153，以對向初級線圈110施加的電力脈衝的脈寬進行控制。這時，作為分析充電狀態信息的結果，如果確定電池已經被完全充5電，則初級充電單元的控制器155將充電模式轉換成如圖3所示的充滿 模式。即，將驅動電路控制成，驅動具有寬度為W3和周期為t3的充滿模式 電力脈衝串。這裡，W3優選地小於W^但等於或大於W,。而且，在充滿模式下，將脈衝下降沿處的充電狀態信息從次級充電 10單元反饋至初級充電單元，接著初級充電單元的控制器分析該充電狀態 信息以確定是保持充滿模式還是返回至充電模式。如上所述，在本發明中，在初級線圈與次級線圈之間發送的電力信 號(或者，電力脈衝串)和在無線發送模塊與無線接收模塊之間發送的 通信信號(或者，反饋響應信號)被時分，以使它們在時間方面不交疊。 15 gP，將通信信號在電力信號的下降沿處同步並發送。由此，可以防止在 同時發送電力信號和通信信號時可能發生的信號的幹擾、失真或削弱。另外，在本發明中，備用模式和充滿模式相對於充電模式分立地設 置。因而，可以使初級線圈發出並消耗的能量最小化，由此，與常規非 接觸式充電裝置相比，減少了功耗。 20 下文中，將參照圖3和圖4，對根據本發明的非接觸式充電器系統的操作進行說明。如果將諸如AC線路電源151的外部電力施加至初級充電單元 (Sll)，則初級充電單元的控制器155激活，並且驅動初級線圈110。艮卩， 將圖3的備用模式電力脈衝(或者，脈寬調製高頻AC電壓)施加至初 25級線圈110，並且初級線圈形成與其對應的磁場並發射出該磁場(S12)。 由於該磁場，因而在次級線圈210的輸出端處生成與備用模式電力 脈衝對應的感應電動勢脈衝(S30)，該感應電動勢脈衝太弱而無法向電 池充電，由此，將該感應電動勢脈衝用作驅動次級充電單元中的電路(具 體來說，微處理器)的驅動電力。另外，次級充電單元的下降檢測器253檢査備用模式電力脈衝的下降時間，以檢測下降沿(S31)。這時，如果檢測到下降沿，則次級充電單元的控制器255搜索內部 存儲器，以讀取狀態信息(具體來說，充電狀態信息)(S33)。該狀態信 息包括諸如充電電壓和充電電流的充電狀態信息，和諸如產品代碼和額5定功率的電池規格信息。在步驟S33中，如果存儲器中不存在充電狀態信息，則控制器255 確定當前操作狀態處於備用狀態並且生成充電開始信號(S36)，並接著 通過無線發送模塊210、 256將該充電開始信號發送至初級充電單元 (S37)。io 同時，在步驟S33中，如果存儲器中存在狀態信息，則從該存儲器讀取該狀態信息，接著，基於該狀態信息生成狀態反饋信號(或者，反 饋響應信號)，並接著通過無線發送模塊210、 256將該狀態反饋信號發 送至初級充電單元(S37)。而且，初級充電單元的控制器155確定是否存在從次級充電單元反 15饋來的響應(S13)，接著，如果不存在響應，則控制器155確定初級線 圈和次級線圈沒有耦合，從而接著保持現有備用模式(S14)。同時，針對存在從次級充電單元反饋來的響應的情況，分析對應響 應，以確定它是否為充電開始信號(S15、 S16)。這時，如果將該響應確定為充電開始信號，則將系統的操作模式從 20備用模式轉換成充電模式(S17)。同時，如果該響應不是充電開始信號， 則更加精確地分析狀態信息(S18)。作為在步驟S18中分析狀態信息的結果，如果確定電池被完全充電， 則將系統的操作模式從充電模式轉換成充滿模式(S20)。同時，如果電池沒有被完全充電，則基於狀態信息中包括的充電狀 25態信息來控制充電電力的大小。即，控制向初級線圈施加的高頻AC電 壓脈衝的脈寬(S21)。已經對本發明進行了詳細說明。儘管示出了本發明的優選實施方式， 然而，應當明白，這些詳細描述和具體實施例僅僅是作為例示的方式而 給出的，本領域技術人員根據本詳細說明，將清楚本發明的精神和範圍內的各種改變和修改。 工業應用如上所述，本發明在反饋電池的狀態信息之後控制充電電力，由此 能夠提供更適於次級充電單元的電力。 5 另外，因為初級充電單元與次級充電單元之間發送/接收的電力信號和通信信號同步而不交疊，所以可以容易地解決信號的幹擾、失真以及 削弱。另外，因為將本系統的操作模式設計成除了轉換成充電模式以外， 還可以轉換成節省電力的備用模式和充滿模式，所以與常規系統相比， 10 電力可以節省多達95%。
權利要求
1、一種充電電源裝置，該充電電源裝置與電池裝置以非接觸方式耦合，所述電池裝置包括用於感應耦合的次級線圈、用於以無線方式發送數據的無線發送模塊、用於控制電池的充電狀態的充電控制電路，以及可再充電電池，所述充電電源裝置包括初級線圈，該初級線圈用於將充電電力感應至所述次級線圈；無線接收模塊，該無線接收模塊用於接收來自所述無線發送模塊的充電狀態信息；以及用於驅動所述初級線圈的裝置，以使所述初級線圈與所述次級線圈之間的電力信號和所述無線發送模塊與所述無線接收模塊之間的通信信號在時間方面不交疊。
2、 根據權利要求l所述的充電電源裝置，其中，所述充電電力是通 過對具有比AC線路頻率高的頻率的AC電壓的脈寬進行調製而得到的電 力脈衝串。
3、 根據權利要求2所述的充電電源裝置，其中，所述通信信號與所 述電力脈衝的下降沿同步。
4、 根據權利要求l所述的充電電源裝置，其中，所述驅動裝置分析 所述充電狀態信息並且對用於驅動所述初級線圈的電力脈衝的寬度進行控制。
5、 根據權利要求4所述的充電電源裝置，其中，所述充電狀態信息 包括充電開始信號以及所述電池的充電電壓和所述電池的充電電流。
6、 根據權利要求4所述的充電電源裝置，所述充電電源裝置還包括 整流器，該整流器用於將AC線路電壓轉換成DC電壓。
7、根據權利要求6所述的充電電源裝置，其中，所述驅動裝置包括-電壓轉換裝置，該電壓轉換裝置用於利用來自所述整流器的所述DC 電壓生成具有比AC線路頻率(60 Hz)高的頻率的AC電壓；脈寬調製器，該脈寬調製器用於利用所述AC電壓生成要向所述初 級線圈施加的脈寬調製信號；以及控制器，該控制器用於分析所述充電狀態信息並且基於所述分析結 果來控制所述脈寬調製器。
8、 根據權利要求l所述的充電電源裝置，其中，所述無線接收模塊 包括 天線，用於接收來自所述無線發送模塊的充電狀態信號；和解調器，該解調器用於根據所述充電狀態信號恢復充電狀態信息。
9、 根據權利要求8所述的充電電源裝置，其中，所述天線被設置成 圍繞所述初級線圈。
10、 一種充電裝置，該充電裝置用於通過非接觸方式接收來自充電 10電源裝置的電力，並且利用該電力對可再充電電池進行充電，所述充電電源裝置利用AC線路電壓生成具有比AC線路頻率高的頻率的AC電壓脈衝，所述充電裝置包括次級線圈，該次級線圈與所述充電電源裝置的初級線圈磁耦合，以生成與所述AC電壓脈衝對應的感應電動勢脈衝； 15 充電控制電路，該充電控制電路用於基於所述感應電動勢脈衝生成用於對所述電池進行充電的恆定電壓和恆定電流；以及反饋控制裝置，該反饋控制裝置用於檢查所述感應電動勢脈衝的下 降沿，並接著在檢測到下降的情況下向所述充電電源裝置反饋包括所述 電池的充電狀態信息的反饋響應信號。
11、根據權利要求10所述的充電裝置，所述充電裝置還包括監測電路，該監測電路用於監測所述電池的充電狀態，以生成充電狀態信息，並接著將所述充電狀態信息存儲至存儲器；存儲器，該存儲器用於存儲所述充電狀態信息和電池規格信息；以及 無線發送模塊，該無線發送模塊用於基於所述充電狀態信息來生成反饋響應信號，並將該反饋響應信號以無線方式發送至所述充電電源裝 置。
12、根據權利要求10所述的充電裝置，其中，所述充電狀態信息包 括所述電池的充電電壓和所述電池的充電電流。
13、根據權利要求ll所述的充電裝置，其中，針對在所述下降檢測 步驟期間所述存儲器中不存在充電狀態信息的情況，所述反饋控制裝置 生成請求提供充電電力的充電開始信號，並接著將該充電開始信號發送 至所述無線發送模塊，作為反饋響應信號。 5
14、根據權利要求10所述的充電裝置，其中，所述無線發送模塊包括調製器，該調製器用於調製所述反饋響應信號；和 天線，該天線用於發送調製出的所述反饋響應信號。
15、 根據權利要求14所述的充電裝置，其中，所述天線圍繞所述次10級線圈。
16、 一種電池裝置，該電池裝置用於以非接觸方式接收來自電源裝 置的充電電力，所述電源裝置利用AC線路電力生成具有比AC線路頻率高的頻率的脈寬調製信號，所述電池裝置包括可再充電電池；15 次級線圈，該次級線圈與所述電源裝置的初級線圈磁耦合，以生成與所述脈寬調製信號對應的感應電動勢脈沖；充電控制電路，該充電控制電路用於基於所述感應電動勢生成用於 對所述電池進行充電的恆定電壓和恆定電流，並且利用該恆定電壓和該恆定電流對所述電池進行充電； 20 下降檢測器，該下降檢測器用於檢測所述感應電動勢脈衝的下降沿；存儲器，該存儲器用於存儲所述電池的充電狀態信息和電池規格信息；監測電路，該監測電路用於監測所述電池的充電狀態，以生成充電狀態信息，並將該充電狀態信息存儲至所述存儲器； 25 無線發送模塊，該無線發送模塊用於對所述充電狀態信息進行調製，以生成反饋響應信號，並將該反饋響應信號以無線方式發送至所述電源裝置；以及反饋控制器，該反饋控制器用於從所述存儲器讀取所述充電狀態信 息，並且在檢測到下降沿的情況下將所述充電狀態信息發送至所述無線發送模塊。
17、 根據權利要求16所述的電池裝置，所述電池裝置還包括保護電 路，該保護電路用於保護所述電池遭受過充電和過電流。
18、 根據權利要求16所述的電池裝置，其中，所述充電狀態信息包5括所述電池的充電電壓和所述電池的充電電流。
19、 根據權利要求16所述的電池裝置，其中，針對所述存儲器不存 在充電狀態信息的情況，所述反饋控制器生成請求提供充電電力的充電 開始信號。
20、 根據權利要求16所述的電池裝置，所述電池裝置還包括整流器， 10該整流器用於將所述次級線圈生成的AC電壓轉換成DC電壓。
21、 根據權利要求16所述的電池裝置，其中，所述無線發送模塊包括調製器，該調製器用於調製所述反饋響應信號；和 天線，該天線用於發送調製出的所述反饋響應信號。
22、根據權利要求21所述的電池裝置，其中，所述天線圍繞所述次級線圈。
23、 一種對電池進行充電的方法，該方法用於非接觸式充電器系統 中，所述非接觸式充電器系統包括具有初級線圈和無線接收模塊的初 級充電單元、具有無線發送模塊和與所述初級線圈磁耦合的次級線圈的20次級充電單元，以及用於接收來自所述次級充電單元的充電電壓的電池， 所述方法包括以下步驟(A)將具有脈寬W,的電力脈衝串施加至所述初級線圈，以發射出 對應的磁場；(B )從所述次級充電單元以無線方式接收確認所述初級線圈和所述 25次級線圈磁耦合的充電開始信號；(C) 根據所述充電開始信號生成具有至少比所述脈寬Wi大的脈寬 W2的充電電力脈衝串，並將該充電電力脈衝串施加至所述初級線圈，以 生成針對所述次級線圈的對應的感應電動勢脈衝；(D) 利用所述感應電動勢脈衝對所述電池進行充電；(E) 從所述次級充電單元反饋所述電池的所述充電狀態信息；以及(F) 基於所述充電狀態信息對所述充電電力脈沖的脈寬進行控制，其中，來自所述次級充電單元的所述無線反饋信號與所述感應電動勢脈衝 5的下降沿同步。
24、根據權利要求23所述的用於對電池進行充電的方法，其中，在所述步驟(F)中，在作為分析所述充電狀態信息的結果，所述電池已被完全充電的情況，將施加至所述初級線圈的所述電力脈衝串的脈寬w3控制得小於W2但等於或大於W,。
25、根據權利要求24所述的對電池進行充電的方法，其中所述脈寬W3等於W!。
26、 根據權利要求23所述的對電池進行充電的方法，其中，所述步 驟(B)包括以下步驟在所述初級線圈和所述次級線圈進行磁耦合時，從所述次級線圈生 15 成感應電動勢脈衝；檢查所述感應電動勢脈衝的下降沿並且從所述存儲器讀取所述充電狀態信息；在所述存儲器中沒有記錄所述充電狀態信息的情況下，將當前狀態 確定為初始充電階段，並生成初始充電信號；以及 20 經由所述無線發送模塊將所述初始充電信號發送至所述初級充電單 元的所述無線接收模塊。
27、 根據權利要求23所述的對電池進行充電的方法，其中，通過對 具有比AC線路頻率高的頻率的高頻AC電壓進行脈寬調製來生成所述電 力脈衝串。
28、根據權利要求23所述的對電池進行充電的方法，其中，所述充電狀態信息至少包括所述電池的充電電壓值或所述電池的充電電流值。
29、根據權利要求23所述的對電池進行充電的方法，其中，所述步驟(A)包括以下步驟將AC線路電壓整流成DC電壓；利用整流出的所述DC電壓生成具有比AC線路頻率高的頻率的AC 電壓；對所述AC電壓的脈寬進行調製，以生成具有脈寬的電力脈衝串；以及將所述電力脈衝串施加至所述初級線圈。
30、 根據權利要求23所述的對電池進行充電的方法，其中，所述步 驟(D)包括以下步驟將所述感應電動勢(或AC電壓)整流成DC電壓； 利用整流出的所述DC電壓生成要向所述電池充電的預定電平的恆 10定電壓和預定水平的恆定電流；以及按恆定電流模式對所述電池進行充電直到電池電壓達到預定電平為 止，並且在所述電池電壓達到所述預定電平的情況下通過控制充電電流 的量，而按恆定電壓模式對所述電池進行充電。
31、 根據權利要求23所述的對電池進行充電的方法，其中，所述步 15驟(E)包括以下步驟檢査從所述次級線圈感應出的所述感應電動勢脈衝的下降沿； 在檢查到下降沿的情況下從所述存儲器讀取所述充電狀態信息；以及基於所述充電狀態信息生成反饋響應信號，並且通過所述無線發送 20單元將該反饋響應信號發送至所述第一充電單元的所述無線接收模塊。
32、 根據權利要求23所述的對電池進行充電的方法，其中，所述步 驟(F)包括以下步驟分析所述充電狀態信息，以確定所述電池是否已被完全充電；並且 在所述電池沒有被完全充電的情況下，與所述充電狀態對應地控制施加至所述初級線圈的電力脈衝的脈寬。
33、 一種非接觸式充電器系統，該非接觸式充電器系統包括具有初級線圈和無線接收模塊的初級充電單元、具有無線發送模塊和與所述 初級線圈磁耦合的次級線圈的次級充電單元、以及用於接收來自所述次 級充電單元的充電電壓的電池，其中，所述初級充電單元包括這樣的裝置，該裝置用於在施加AC線路電力時生成具有比AC線路頻率高的頻率的AC電力脈衝，並接著將 該AC電力脈衝施加至所述初級線圈，以使所述次級線圈感應出高頻AC 電力脈衝， 其中，所述次級充電單元包括這樣的裝置，該裝置用於利用所述次級線圈感應出的所述AC電壓脈衝的脈衝之間的未使用時段將所述電池 的充電狀態信息發送至所述初級充電單元，由此，所述初級線圈與所述次級線圈之間的電力信號和所述無線發 送模塊與所述無線接收模塊之間的通信信號在時間方面不交疊。
34、根據權利要求33所述的非接觸式充電器系統，其中，所述發送裝置檢測所述感應電動勢脈衝的下降沿，並且在檢測到所述下降沿的同 時發送所述電池的所述充電狀態信息。
35、 根據權利要求34所述的非接觸式充電器系統，其中，所述初級 充電單元的所述感應裝置包括 用於基於通過對所述AC線路電力進行整流所獲得的DC電壓來生成具有比AC線路頻率高的頻率的AC電壓的裝置；和用於利用具有比AC線路頻率高的頻率的所述AC電壓來生成脈寬調製信號的裝置。
36、 根據權利要求35所述的非接觸式充電器系統，其中，所述初級 20充電單元還包括用於分析所述電池的所述充電狀態信息並且控制所述脈寬的裝置。
37、 根據權利要求34所述的非接觸式充電器系統，其中，所述電池的所述充電狀態信息包括所述電池的充電電壓和所述電池的充電電流。
38、 根據權利要求34所述的非接觸式充電器系統，其中，所述次級 充電單元包括用於檢測從所述次級線圈生成的所述感應電動勢脈衝的下降沿的裝 置；和用於根據檢測到的所述下降沿提取所述電池的所述充電狀態信息、 並且利用所述充電狀態信息生成要向所述初級充電單元的所述無線接收模塊發送的反饋響應信號的裝置。
39、 根據權利要求38所述的非接觸式充電器系統，其中，所述次級充電單元還包括用於將從所述次級線圈生成的所述感應電動勢整流成DC電壓的裝 5置；和用於利用經整流的所述DC電壓生成要向所述電池提供的恆定電壓 和恆定電流的裝置。
40、 根據權利要求39所述的非接觸式充電器系統，其中，所述次級 充電單元還包括 用於檢測所述電池的充電電壓和所述電池的充電電流的裝置；禾口用於存儲所述充電電壓和所述充電電流的裝置。
全文摘要
本發明涉及對可再充電電池單元進行充電的可再充電電源、電池裝置、非接觸式充電器系統及方法。該非接觸式充電器系統包括具有初級線圈和無線接收模塊的初級充電單元、具有無線發送模塊和與初級線圈磁耦合的次級線圈的次級充電單元、以及用於接收來自次級充電單元的充電電壓的電池。初級充電單元在施加AC線路電力時生成具有比AC線路頻率高的頻率的AC電力脈衝，將該AC電力脈衝施加至初級線圈，以使次級線圈感應出高頻AC電力脈衝。次級充電單元利用該次級線圈感應出的AC電壓脈衝之間的未使用時段將電池的充電狀態信息發送至初級充電單元。由此，初級線圈與次級線圈之間的電力信號和無線發送模塊與無線接收模塊之間的通信信號在時間方面不交疊。
文檔編號H02J7/00GK101233666SQ200680027984
公開日2008年7月30日 申請日期2006年7月10日 優先權日2005年7月30日
發明者崔星旭, 文盛煜, 樸東榮, 權光熙, 金政範, 燮 韓 申請人:Ls電線有限公司