KR102582589B1 - Wired and wireless charging supercapacitor pack battery device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유선 또는 무선으로 충방전이 가능한 유무선 충전 슈퍼커패시터 팩 배터리 장치에 관한 것으로, 유선전원충전기와 유선으로 연결되어 유선충전전력을 출력하는 유선충전부, 렉테나를 포함하여 무선전원충전기로부터 무선충전전력을 출력하는 무선충전부, 상기 유선충전부 및 상기 무선충전부와 연결되고, 상기 유선충전부 또는 상기 무선충전부로부터 전력을 전달받아 일정한 전압을 출력하는 충전보호회로, 상기 충전보호회로의 출력으로 충전되는 슈퍼커패시터 및 상기 슈퍼커패시터를 방전시켜 유선 또는 무선으로 출력해 부하에 공급하는 전원공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a wired and wireless charging supercapacitor pack battery device capable of charging and discharging wired or wirelessly, and includes a wired charging unit and a rectenna that are connected by wire to a wired power charger and output wired charging power, and enable wireless charging from a wireless power charger. A wireless charging unit that outputs power, a charging protection circuit connected to the wired charging unit and the wireless charging unit, receiving power from the wired charging unit or the wireless charging unit and outputting a constant voltage, and a supercapacitor charged with the output of the charging protection circuit. And a power supply unit that discharges the supercapacitor and outputs the output wired or wirelessly to supply it to the load.
Description
본 발명은 유무선 충전 슈퍼커패시터 팩 배터리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wired/wireless charging supercapacitor pack battery device.
최근 환경 규제 및 에너지 정책에 의해 신재생에너지, 전기자동차 등이 주목받으면서 에너지 저장장치 개발의 필요성이 대두되고 있다. 현재 가장 많이 적용되고 있는 에너지 저장 장치로는 니켈수소 이차전지와 리튬이온 전지가 사용되고 있는데, 그중에서도 리튬이온 전지가 주를 이루고 있다. 리튬이온 전지는 높은 에너지 밀도와 높은 출력 용량 등의 우수한 성능을 가져 현재 대부분의 모바일 기기의 주요 전원으로 사용되고 있으며, 전기자동차 및 대용량 에너지 저장 장치용인 중대형 전지로의 시장 확대가 이뤄지고 있다.Recently, as new and renewable energy and electric vehicles have received attention due to environmental regulations and energy policies, the need for the development of energy storage devices has emerged. Currently, the most widely used energy storage devices are nickel-hydrogen secondary batteries and lithium-ion batteries, with lithium-ion batteries being the predominant ones. Lithium-ion batteries have excellent performance such as high energy density and high output capacity, and are currently used as the main power source for most mobile devices, and the market is expanding into medium to large-sized batteries for electric vehicles and large-capacity energy storage devices.
그러나 리튬이온 전지는 고출력 방전 시 전압 강하가 나타나고 반복사용시 수명이 짧아지므로 주기적인 교체가 필요하다. 또 최근 리튬이온 전지 폭발사고가 잇따르면서 안전성에 대한 우려가 커지며 이를 대체할 수 있는 에너지저장장치의 기술 개발이 활발히 이뤄지고 있다. 이처럼 고출력과 긴 수명을 필요로 하는 에너지 저장 장치의 요구가 증가하면서 리튬이온 전지의 성능을 보완하는 장치로 슈퍼커패시터가 각광받고 있다.However, lithium-ion batteries require periodic replacement because voltage drops during high-output discharge and their lifespan is shortened when used repeatedly. In addition, as lithium-ion battery explosion accidents have occurred in recent years, concerns about safety have increased, and technology for energy storage devices that can replace them is being actively developed. As the demand for energy storage devices requiring high output and long lifespan increases, supercapacitors are attracting attention as devices that complement the performance of lithium-ion batteries.
슈퍼커패시터(Super-Capacitor)란 울트라 커패시터 또는 초고용량 커패시터라고도 불리며 대용량의 전기에너지를 저장할 수 있다. 슈퍼커패시터는 화학반응을 이용하는 배터리와 달리 전극과 전해질 계면으로의 단순한 이온의 이동이나 표면화학 반응에 의한 충전현상을 이용하기 때문에, 급속 충방전이 가능하고 높은 충방전 효율 및 반영구적인 사이클 수명 특성을 가진다.Super-capacitor, also called ultra capacitor or ultra-high capacity capacitor, is capable of storing large amounts of electrical energy. Unlike batteries that use chemical reactions, supercapacitors use the simple movement of ions to the interface between electrodes and electrolyte or the charging phenomenon caused by surface chemical reactions, so they are capable of rapid charging and discharging and have high charge and discharge efficiency and semi-permanent cycle life characteristics. have
이러한 종래의 슈퍼커패시터는 유선으로만 충방전되고 있었는데, 무선으로 슈퍼커패시터를 충방전시키는 기술은 소개되고 있지 않았다.These conventional supercapacitors were only charged and discharged by wires, but technology for charging and discharging supercapacitors wirelessly has not been introduced.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명에 의한 유무선 충전 슈퍼커패시터 팩 배터리 장치의 목적은 유선 또는 무선으로 충방전이 가능한 유무선 충전 슈퍼커패시터 팩 배터리 장치를 제공함에 있다.The present invention was created to solve the problems described above, and the purpose of the wired and wireless charging supercapacitor pack battery device according to the present invention is to provide a wired and wireless charging supercapacitor pack battery device that can be charged and discharged wired or wirelessly. .
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 유무선 충전 슈퍼커패시터 팩 배터리 장치는 유선전원충전기와 유선으로 연결되어 유선충전전력을 출력하는 유선충전부, 렉테나를 포함하여 무선전원충전기로부터 무선충전전력을 출력하는 무선충전부, 상기 유선충전부 및 상기 무선충전부와 연결되고, 상기 유선충전부 또는 상기 무선충부로부터 전력을 전달받아 일정한 전압을 출력하는 충전보호회로, 상기 충전보호회로의 출력으로 충전되는 슈퍼커패시터 및 상기 슈퍼커패시터를 방전시켜 유선 또는 무선으로 출력해 부하에 공급하는 전원공급부을 포함하는 것을 특징으로 한다.The wired and wireless charging supercapacitor pack battery device according to the present invention to solve the problems described above includes a wired charging unit and a rectenna that are connected by wire to a wired power charger and output wired charging power, and receive wireless charging power from the wireless power charger. A wireless charging unit that outputs, a charging protection circuit connected to the wired charging unit and the wireless charging unit, and receiving power from the wired charging unit or the wireless charging unit to output a constant voltage, a supercapacitor charged with the output of the charging protection circuit, and It is characterized by including a power supply unit that discharges the supercapacitor and outputs it by wire or wirelessly to supply it to the load.
또한, 상기 유선충전부, 상기 무선충전부, 상기 충전보호회로, 상기 슈퍼커패시터 및 상기 전원공급부가 수용되는 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that it further includes a housing in which the wired charging unit, the wireless charging unit, the charging protection circuit, the super capacitor, and the power supply unit are accommodated.
또한, 상기 무선충전부는 다수개의 렉테나를 포함하고, 상기 렉테나는 상기 하우징의 측면에 부착되는 것을 특징으로 한다.In addition, the wireless charging unit includes a plurality of rectenna, and the rectenna is attached to the side of the housing.
또한, 상기 렉테나는, 무선전력을 수신하는 패치 안테나, 상기 패치 안테나에서 수신한 무선전력 중 특정 주파수대역을 통과시키는 밴드 패스필터 및 상기 밴드 패스필터에서 통과된 전력을 직류로 전환하는 RF-DC 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the rectenna includes a patch antenna that receives wireless power, a band pass filter that passes a specific frequency band among the wireless power received from the patch antenna, and an RF-DC that converts the power passed by the band pass filter into direct current. It is characterized by including a converter.
또한, 상기 유선충전부, 상기 무선충전부, 상기 충전보호회로 및 상기 전원공급부를 제어해 상기 슈퍼커패시터를 충방전시키는 배터리 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, it further includes a battery control unit that controls the wired charging unit, the wireless charging unit, the charging protection circuit, and the power supply unit to charge and discharge the supercapacitor.
또한, 상기 배터리 제어부는, 상기 유선전원충전기와 상기 무선전원충전기가 각각 동시에 상기 유선충전부와 상기 무선충전부에 연결되면, 상기 유선충전부와 상기 무선충전부 각각에서 출력되는 유선충전전력과 무선충전전력의 크기를 비교하고, 상기 유선충전전력과 무선충전전력 중 크기가 큰 전력으로 상기 슈퍼커패시터를 충전하도록 상기 유선충전부 및 상기 무선충전부와 상기 충전보호회로간의 연결을 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, when the wired power charger and the wireless power charger are simultaneously connected to the wired charger and the wireless charger, the battery control unit determines the size of the wired charging power and wireless charging power output from the wired charger and the wireless charger, respectively. and controlling the connection between the wired charging unit and the wireless charging unit and the charging protection circuit to charge the supercapacitor with a larger power between the wired charging power and the wireless charging power.
상기한 바와 같은 본 발명에 의한 유무선 충전 슈퍼커패시터 팩 배터리 장치에 의하면, 유선충전부와 무선충전부가 각각 충전보호회로와 연결되어, 유선 또는 무선 방식으로 슈퍼커패시터를 충전할 수 있는 효과가 있다.According to the wired and wireless charging supercapacitor pack battery device according to the present invention as described above, the wired charging unit and the wireless charging unit are each connected to a charging protection circuit, which has the effect of charging the supercapacitor by wired or wireless method.
또한 본 발명에 의하면, 전원공급부에서 유선 또는 무선으로 슈퍼커패시터를 방전시켜 전자기기를 충전할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to charge electronic devices by discharging the supercapacitor from the power supply unit wired or wirelessly.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 유무선 충전 슈퍼커패시터 팩 배터리 장치의 블록도이고,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 유무선 충전 슈퍼커패시터 팩 배터리 장치의 사시도이며,
도 3과 도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 유무선 충전 슈퍼커패시터 팩 배터리 장치의 분해 사시도이고,
도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 유무선 충전 슈퍼커패시터 팩 배터리 장치의 렉테나의 개략도이며,
도 6과 도 7은 본 발명의 제1실시예에 의한 유무선 충전 슈퍼커패시터 팩 배터리 장치의 패치 안테나의 사용예이고,
도 8과 도 9는 본 발명의 제1실시예에 의한 유무선 충전 슈퍼커패시터 팩 배터리 장치의 무선충전부의 RF-DC 컨버터의 사용예이다.1 is a block diagram of a wired and wireless charging supercapacitor pack battery device according to a first embodiment of the present invention;
Figure 2 is a perspective view of a wired and wireless charging supercapacitor pack battery device according to the first embodiment of the present invention;
3 and 4 are exploded perspective views of the wired and wireless charging supercapacitor pack battery device according to the first embodiment of the present invention;
Figure 5 is a schematic diagram of the rectenna of the wired and wireless charging supercapacitor pack battery device according to the first embodiment of the present invention;
6 and 7 are examples of the use of a patch antenna in a wired and wireless charging supercapacitor pack battery device according to the first embodiment of the present invention;
Figures 8 and 9 are examples of use of the RF-DC converter of the wireless charging unit of the wired and wireless charging supercapacitor pack battery device according to the first embodiment of the present invention.
상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시예를 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1 및 /또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 한정되지는 않는다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다. 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 직접 연결되어 있다거나 또는 직접 접속되어 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 ∼사이에와 바로 ∼사이에 또는 ∼에 인접하는과 ∼에 직접 인접하는 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다. 본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.The purpose, features and advantages of the present invention described above will become clearer through the following examples in conjunction with the attached drawings. The following specific structural and functional descriptions are merely illustrative for the purpose of explaining embodiments according to the concept of the present invention. Embodiments according to the concept of the present invention may be implemented in various forms and may be implemented in various forms and may be described in the present specification or application. It should not be construed as limited to the examples. Since the embodiments according to the concept of the present invention can make various changes and have various forms, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the specification or application. However, this is not intended to limit the embodiments according to the concept of the present invention to a specific disclosed form, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention. Terms such as first and/or second may be used to describe various components, but the components are not limited to the terms. The terms may be used solely for the purpose of distinguishing one component from other components, for example, without departing from the scope of rights according to the concept of the present invention, a first component may be named a second component, and similarly The second component may also be referred to as the first component. When it is mentioned that a component is connected or connected to another component, it should be understood that it may be directly connected or connected to the other component, but that other components may exist in between. On the other hand, when it is mentioned that a component is directly connected or directly connected to another component, it should be understood that there are no other components in the middle. Other expressions to explain the relationship between components, such as between ~ and directly between ~ or adjacent to ~ and directly adjacent to ~, should be interpreted similarly. The terms used in this specification are merely used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as include or have are intended to designate the existence of a described feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof, but are intended to indicate the presence of one or more other features, numbers, steps, operations, It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of components, parts, or combinations thereof. Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as having an ideal or excessively formal meaning unless clearly defined in this specification. . Hereinafter, the present invention will be described in detail by explaining preferred embodiments of the present invention with reference to the attached drawings. The same reference numerals in each drawing indicate the same member.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 유무선 충전 슈퍼커패시터 팩 배터리 장치(1000)의 블록도이다.Figure 1 is a block diagram of a wired and wireless charging supercapacitor pack battery device 1000 according to a first embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 유무선 충전 슈퍼커패시터 팩 배터리 장치는, 유선충전부(100), 무선충전부(200), 충전보호회로(300), 슈퍼커패시터(400), 전원공급부(500) 및 배터리 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1, the wired and wireless charging supercapacitor pack battery device according to the first embodiment of the present invention includes a wired charging unit 100, a wireless charging unit 200, a charging protection circuit 300, and a supercapacitor 400. , may include a power supply unit 500 and a battery control unit (not shown).
유선충전부(100)는 전원공급기(1)와 유선으로 연결되는 커넥터를 포함해, 전원공급기(1)로부터 전원을 공급받아 유선충전전력을 출력한다. 유선충전부(100)에서 출력되는 유선충전전력은 슈퍼커패시터(400)를 충전하는데 사용된다. 전원공급기(1)는 상용전원과 연결되어 유선충전부(100)로 전원을 공급하기 때문에, 유선충전부(100)는 상용전원의 교류를 직류로 변환하는 AC-DC 컨버터를 포함할 수 있다.The wired charging unit 100 includes a connector connected to the power supply 1 by wire, receives power from the power supply 1, and outputs wired charging power. The wired charging power output from the wired charging unit 100 is used to charge the super capacitor 400. Since the power supply 1 is connected to a commercial power supply and supplies power to the wired charging unit 100, the wired charging unit 100 may include an AC-DC converter that converts alternating current of the commercial power supply into direct current.
본 발명에서 전원공급기(1)는 다수개의 전원공급라인이 병렬로 연결되어 구성될 수 있으며, 유선충전부(100)에는 다수개의 전원공급라인이 병렬로 연결될 수 있다. 본 실시예에서는 4개의 전원공급라인이 서로 병렬로 유선충전부(100)에 연결될 수 있다. 본 실시예에서 하나의 전원공급라인은 5V 6A의 출력을 가질 수 있으며, 단일의 전원공급기(1)에 총 4개의 전원공급라인이 병렬로 연결되기 때문에, 단일의 전원공급기(1)는 5V 24A의 전원을 유선충전부(100)에 공급할 수 있다.In the present invention, the power supply 1 may be configured with multiple power supply lines connected in parallel, and the wired charging unit 100 may have multiple power supply lines connected in parallel. In this embodiment, four power supply lines may be connected to the wired charging unit 100 in parallel. In this embodiment, one power supply line can have an output of 5V 6A, and since a total of four power supply lines are connected in parallel to a single power supply (1), the single power supply (1) has an output of 5V 24A. Power can be supplied to the wired charging unit 100.
무선충전부(200)는 렉테나(Rectenna)를 포함하여, 외부의 무선전원충전기(2)를 통해 무선전원을 출력한다. 렉테나란 안테나(Antenna)와 정류기(Rectifier)의 합성어로, 무선전력전송에서 안테나로 마이크로파의 전력을 받아 정류회로를 통해 DC전력으로 변환시킨다. 렉테나의 구조에 관해서는 후술한다.The wireless charging unit 200 includes a rectenna and outputs wireless power through an external wireless power charger 2. Rectenna is a compound word of antenna and rectifier. It receives microwave power from wireless power transmission through an antenna and converts it into DC power through a rectifier circuit. The structure of the rectenna will be described later.
충전보호회로(300)는 유선충전부(100)와 무선충전부(200)와 연결되어, 일정한 전압을 출력한다. 충전보호회로(300)는 슈퍼커패시터(400)의 충전시 슈퍼커패시터(400)가 과충전되거나 기준전압보다 높은 전압으로 충전되는 것을 방지한다. 충전보호회로(300)는 일정한 전압을 출력하도록 구성될 수 있으며, 본 실시예에서는 충전보호회로(300)는 4V의 전압을 출력하여 슈퍼커패시터(400)를 충전시킬 수 있다. 이를 위해, 충전보호회로(300)는 4V의 정전압회로를 포함하거나, 파워다이오드를 이용해 전원공급기(1)와 유선충전부(100)를 통해 입력되는 5V의 전압을 1V 강압하여 출력할 수 있다.The charging protection circuit 300 is connected to the wired charging unit 100 and the wireless charging unit 200 and outputs a constant voltage. The charging protection circuit 300 prevents the supercapacitor 400 from being overcharged or charged to a voltage higher than the reference voltage when the supercapacitor 400 is charged. The charging protection circuit 300 may be configured to output a constant voltage, and in this embodiment, the charging protection circuit 300 may output a voltage of 4V to charge the supercapacitor 400. To this end, the charging protection circuit 300 may include a 4V constant voltage circuit, or use a power diode to step down the 5V voltage input through the power supply 1 and the wired charger 100 to 1V and output it.
슈퍼커패시터(400)는 다수개의 커패시터가 병렬로 연결되어 구성되며, 충전보호회로(300)의 출력으로 충전된다. 본 실시예에서 슈퍼커패시터(400)는 300mAh의 용량을 갖는 커패시터 20개가 병렬로 연결되어, 슈퍼커패시터(400)는 6000mAh의 용량을 가질 수 있다.The supercapacitor 400 is composed of a plurality of capacitors connected in parallel, and is charged by the output of the charging protection circuit 300. In this embodiment, the supercapacitor 400 has 20 capacitors with a capacity of 300 mAh connected in parallel, so the super capacitor 400 can have a capacity of 6000 mAh.
전원공급부(500)는 슈퍼커패시터(400)를 방전시켜 유선 또는 무선으로 출력해, 전자기기(3)에 전력을 공급한다. 전자기기(3)는 배터리를 가지는 다양한 기기일 수 있으며, 대표적으로 스마트폰일 수 있다. 전원공급부(500)는 스마트폰과 같은 전자기기(3)와 유선으로 접속하기 위한 커넥터를 포함할 수 있다.The power supply unit 500 discharges the supercapacitor 400 and outputs it wired or wirelessly to supply power to the electronic device 3. The electronic device 3 may be a variety of devices having a battery, and a representative example may be a smartphone. The power supply unit 500 may include a connector for wired connection with an electronic device 3 such as a smartphone.
배터리 제어부는 본 발명의 제1실시예에 의한 유무선 충전 슈퍼커패시터 팩 배터리 장치에 접속되는 유선전원충전기(1), 무선전원충전기(2) 및 전자기기(3)를 감지하고, 감지결과를 통해 유선충전부(100), 무선충전부(200), 충전보호회로(300) 및 전원공급부(500)를 제어하여 슈퍼커패시터(400)의 충방전을 제어한다. 배터리 제어부는 유선전원충전기(1)와 무선전원충전기(2)가 동시에 연결될 경우, 기설정된 기준에 따라 유선전원충전기(1)와 무선전원충전기(2) 중 어느 하나를 우선적으로 사용하여 슈퍼커패시터(400)를 충전할 수 있다. 기설정된 기준의 일예로, 유선전원충전기(1)와 무선전원충전기(2) 각각에서 전달되는 전력의 크기를 비교하고 전력이 큰 쪽을 사용하도록 제어할 수 있다. 이를 위해 유선충전부(100)와 충전보호회로(300) 사이와 무선충전부(200)와 충전보호회로(300) 사이에는 각각 스위치가 설치되고, 배터리 제어부는 기설정된 기준에 따라 특정 스위치는 ON시키고, 다른 스위치는 OFF시킬 수 있다.The battery control unit detects the wired power charger (1), wireless power charger (2), and electronic device (3) connected to the wired and wireless charging supercapacitor pack battery device according to the first embodiment of the present invention, and wired The charging and discharging of the supercapacitor 400 is controlled by controlling the charging unit 100, the wireless charging unit 200, the charging protection circuit 300, and the power supply unit 500. When the wired power charger (1) and the wireless power charger (2) are connected at the same time, the battery control unit preferentially uses either the wired power charger (1) or the wireless power charger (2) according to preset standards to generate the supercapacitor ( 400) can be charged. As an example of a preset standard, the amount of power transmitted from each of the wired power charger (1) and the wireless power charger (2) can be compared and controlled to use the one with higher power. For this purpose, switches are installed between the wired charging unit 100 and the charging protection circuit 300 and between the wireless charging unit 200 and the charging protection circuit 300, and the battery control unit turns on specific switches according to preset standards, Other switches can be turned OFF.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 유무선 충전 슈퍼커패시터 팩 배터리 장치의 사시도이고, 도 3과 도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 유무선 충전 슈퍼커패시터 팩 배터리 장치의 분해 사시도이다.Figure 2 is a perspective view of the wired and wireless charging supercapacitor pack battery device according to the first embodiment of the present invention, and Figures 3 and 4 are exploded perspective views of the wired and wireless charging supercapacitor pack battery device according to the first embodiment of the present invention.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 의한 유무선 충전 슈퍼커패시터 팩 배터리 장치는 하우징(10)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 2 to 4 , the wired and wireless charging supercapacitor pack battery device according to the first embodiment of the present invention may further include a housing 10.
하우징(10)은 본 발명의 제1실시예에 의한 유무선 충전 슈퍼커패시터 팩 배터리 장치의 외형을 이루는 일종의 케이스이며, 하우징(10)의 내부에는 슈퍼커패시터(400)와 회로기판(20)이 수용될 수 있다. 회로기판(20)은 상술한 본 발명의 구성들 중 유선충전부(100), 충전보호회로(300) 및 전원공급부(500)의 적어도 일부가 회로로 구현되는 부분이다. 회로기판(20)의 일면에는 회로기판(20)을 지지하고 보호하는 역할의 지지판(21)이 설치되어 하우징(10)의 내부에 고정될 수 있다.The housing 10 is a type of case that forms the external appearance of the wired and wireless charging supercapacitor pack battery device according to the first embodiment of the present invention, and the supercapacitor 400 and the circuit board 20 are accommodated inside the housing 10. You can. The circuit board 20 is a part in which at least part of the wired charging unit 100, charging protection circuit 300, and power supply unit 500 among the components of the present invention described above are implemented as circuits. A support plate 21 is installed on one side of the circuit board 20 to support and protect the circuit board 20 and can be fixed to the inside of the housing 10.
하우징(10)은 일측이 개구된 형상으로 구성되어 하우징(10) 내부에 수용되는 회로기판(20), 지지판(21) 및 슈퍼커패시터(400)를 용이하게 수용하도록 할 수 있다. 하우징(10)의 개구된 일측은 커버(11)를 통해 닫히도록 구성될 수 있으며, 커버(11)에는 유선충전부(100)에 포함되는 제1커넥터(110)가 형성될 수 있다. 하우징(10)의 표면상에는 냉각홀(12)이 관통 형성되어, 슈퍼커패시터(400)의 충방전시 발생하는 열이 배출되도록 할 수 있다. 냉각홀(12)은 슈퍼커패시터(400)의 측면 일면에 다수개가 형성될 수 있다.The housing 10 is configured to have an open shape on one side to easily accommodate the circuit board 20, support plate 21, and supercapacitor 400 accommodated inside the housing 10. One open side of the housing 10 may be configured to be closed through a cover 11, and a first connector 110 included in the wired charging unit 100 may be formed on the cover 11. A cooling hole 12 is formed through the surface of the housing 10 to allow heat generated during charging and discharging of the supercapacitor 400 to be discharged. A plurality of cooling holes 12 may be formed on one side of the supercapacitor 400.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 하우징(10)은 단면이 다각형을 이루도록 구성되거나, 본 실시예와 달리 원통형으로 구성될 수 있다. 도면에는 도시되어 있지 않으나, 본 발명의 무선충전부(200)에 포함되는 렉테나는 다수개가 하우징(10)의 내면에 면마다 부착되어, 다양한 위치의 무선전원충전기(2)를 이용해 본 발명의 슈퍼커패시터(400)를 충전시킬 수 있다. 도 2 내지 도 4에 도시된 본 실시예에서 하우징(10)은 4개의 넓은면을 포함하기 때문에, 4개의 렉테나가 하우징(10)의 4개의 넓은면의 내면에 부착될 수 있다.As shown in FIGS. 2 to 4 , the housing 10 may be configured to have a polygonal cross-section, or, unlike the present embodiment, may be configured to have a cylindrical shape. Although not shown in the drawing, a plurality of rectenna included in the wireless charging unit 200 of the present invention is attached to each surface of the inner surface of the housing 10, and the super station of the present invention can be used by using the wireless power charger 2 at various positions. The capacitor 400 can be charged. Since the housing 10 in the present embodiment shown in FIGS. 2 to 4 includes four wide surfaces, four rectenna can be attached to the inner surfaces of the four wide surfaces of the housing 10.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 하우징(10)의 커버(11) 반대측 일면에도 제2커넥터(510)가 형성될 수 있다. 제2커넥터(510)는 전원공급부(500)에서 유선으로 전력을 출력하기 위해 구성되는 것이다. 본 실시예에서 제2커넥터(510)는 다수개가 하우징(10)의 일면에 형성될 수 있으며, 각각의 제2커넥터(510)들은 서로 다른 전력을 출력할 수 있다. 일예로, 세 개의 커넥터 각각은 5V1A/5V2A/5V2.2A로 전력을 출력할 수 있다.As shown in FIGS. 2 to 4, the second connector 510 may be formed on one side of the housing 10 opposite the cover 11. The second connector 510 is configured to output power by wire from the power supply unit 500. In this embodiment, a plurality of second connectors 510 may be formed on one surface of the housing 10, and each second connector 510 may output different power. For example, each of the three connectors can output power at 5V1A/5V2A/5V2.2A.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 유무선 충전 슈퍼커패시터 팩 배터리 장치의 렉테나(210)의 개략도이다. 보다 구체적으로, 도 5a는 렉테나의 외형을 도시한 것으로, 도 5b는 렉테나의 회로도를 도시한 것이다.Figure 5 is a schematic diagram of the rectenna 210 of the wired and wireless charging supercapacitor pack battery device according to the first embodiment of the present invention. More specifically, FIG. 5A shows the external appearance of the rectenna, and FIG. 5B shows a circuit diagram of the rectenna.
도 5에 도시된 바와 같이, 렉테나(210)는 패치 안테나(211), 밴드 패스필터(212) 및 RF-DC 컨버터(213)를 포함할 수 있다. 패치 안테나(211)는 외부의 무선전력을 수신하는 역할을 하며, 밴드 패스필터(212)는 패치 안테나(211)에서 수신한 무선전력 중 특정 주파수만의 전력만 통과하도록 하며, RF-DC 컨버터(213)는 밴드 패스필터(212)에서 통과한 무선전력을 직류로 변환시켜 부하에 공급한다. 상술한 패치 안테나(211)는 다수개가 배열되어 패치 어레이로 사용할 수 있다. 단일의 패치 어레이는 하우징(10)의 일면에 부차될 수 있다. As shown in FIG. 5, the rectenna 210 may include a patch antenna 211, a band pass filter 212, and an RF-DC converter 213. The patch antenna 211 serves to receive external wireless power, and the band pass filter 212 allows only power of a specific frequency among the wireless power received from the patch antenna 211 to pass through, and the RF-DC converter ( 213) converts the wireless power passed through the band pass filter 212 into direct current and supplies it to the load. A plurality of the patch antennas 211 described above can be arranged and used as a patch array. A single patch array may be attached to one side of the housing 10.
도 6과 도 7은 본 발명의 제1실시예에 의한 유무선 충전 슈퍼커패시터 팩 배터리 장치의 패치 안테나의 사용예이다.Figures 6 and 7 are examples of the use of a patch antenna in a wired and wireless charging supercapacitor pack battery device according to the first embodiment of the present invention.
도 6에 도시된 바와 같이, 4개의 패치 안테나(211)는 방사상으로 배열되어 단일의 패치 에레이(40)를 구성할 수 있으며, 도 7에 도시된 바와 같이, 총 16개의 패치 안테나(211)가 배열되어 단일의 패치 어레이(40)를 구성할 수 있다.As shown in FIG. 6, four patch antennas 211 can be arranged radially to form a single patch array 40, and as shown in FIG. 7, a total of 16 patch antennas 211 are present. They can be arranged to form a single patch array 40.
도 8과 도 9는 본 발명의 제1실시예에 의한 유무선 충전 슈퍼커패시터 팩 배터리 장치의 무선충전부의 RF-DC 컨버터(213)의 사용예이다.8 and 9 are examples of use of the RF-DC converter 213 of the wireless charging unit of the wired and wireless charging supercapacitor pack battery device according to the first embodiment of the present invention.
도 8은 RF-DC 컨버터(213)가 7스테이지 전압 증폭기 직렬 회로로 구성한 상태의 회로도이고, 도 9는 RF-DC 컨버터(213)가 7스테이지 전압 증폭기 병렬 회로로 구성한 상태의 회로도이다. 7스테이지 전압 증폭기 직렬 회로는 상대적으로 높은 전압을 얻을 수 있되, 낮은 전류가 출력되며, 7스테이지 전압 증폭기 병렬 회로는 상대적으로 낮은 전압이되, 높은 전류가 출력된다. 아래 표는 도 7 및 도 8에 도시된 커패시터가 모두 4800pF의 용량을 가질 때 출력되는 전압과 전류를 표로 도시한 것이다.FIG. 8 is a circuit diagram of the RF-DC converter 213 configured as a 7-stage voltage amplifier series circuit, and FIG. 9 is a circuit diagram of the RF-DC converter 213 configured as a 7-stage voltage amplifier parallel circuit. The 7-stage voltage amplifier series circuit can obtain a relatively high voltage, but outputs low current, and the 7-stage voltage amplifier parallel circuit can obtain a relatively low voltage, but output high current. The table below shows the voltage and current output when the capacitors shown in FIGS. 7 and 8 all have a capacity of 4800pF.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the scope of application is diverse. Of course, various modifications and implementations are possible without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims.
1 : 유선전원충전기 2 : 무선전원충전기
3 : 전자기기 10 : 하우징
11 : 커버 12 : 냉각홀
20 : 회로기판 21 : 지지판
100 : 유선충전부 110 : 제1커넥터
200 : 무선충전부
210 : 렉테나 211 : 패치 안테나
212 : 밴드 패스필터 213 : RF-DC 컨버터
300 : 충전보호회로 400 : 슈퍼커패시터
500 : 전원공급부 510 : 제2커넥터
1000 : 유무선 충전 슈퍼커패시터 팩 배터리 장치1: Wired power charger 2: Wireless power charger
3: Electronic device 10: Housing
11: Cover 12: Cooling hole
20: circuit board 21: support plate
100: wired charging unit 110: first connector
200: wireless charging unit
210: Rectenna 211: Patch antenna
212: Band pass filter 213: RF-DC converter
300: Charging protection circuit 400: Super capacitor
500: Power supply unit 510: Second connector
1000: Wired and wireless charging supercapacitor pack battery device
Claims (6)
렉테나를 포함하여 무선전원충전기로부터 무선충전전력을 출력하는 무선충전부;
상기 유선충전부 및 상기 무선충전부와 연결되고, 상기 유선충전부 또는 상기 무선충전부로부터 전력을 전달받아 일정한 전압을 출력하는 충전보호회로;
상기 충전보호회로의 출력으로 충전되는 슈퍼커패시터;
상기 슈퍼커패시터를 방전시켜 유선 또는 무선으로 출력해 전자기기에 공급하는 전원공급부; 및
상기 유선충전부, 상기 무선충전부, 상기 충전보호회로, 상기 슈퍼커패시터 및 상기 전원공급부가 수용되는 하우징;
을 포함하고,
상기 무선충전부는 다수개의 렉테나를 포함하고,
상기 렉테나는 다수개가 상기 하우징의 모든 면의 내면에 부착되며,
상기 렉테나 각각은,
다수개가 방사상으로 배열되어 패치 어레이를 구성해 무선전력을 수신하는 패치 안테나;
상기 패치 안테나에서 수신한 무선전력 중 특정 주파수대역을 통과시키는 밴드 패스필터; 및
상기 밴드 패스필터에서 통과된 전력을 직류로 전환하는 RF-DC 컨버터;
를 포함하고,
상기 전원공급부는,
상기 하우징에서 외부로 노출된 다수개의 제2커넥터를 포함하되, 상기 제2커넥터들은 서로 다른 출력을 가지는, 것을 특징으로 하는 유무선 충전 슈퍼커패시터 팩 배터리 장치.
A wired charging unit that is connected to a wired power charger and outputs wired charging power;
A wireless charging unit that outputs wireless charging power from a wireless power charger including a rectenna;
A charging protection circuit connected to the wired charging unit and the wireless charging unit, and receiving power from the wired charging unit or the wireless charging unit to output a constant voltage;
A supercapacitor charged with the output of the charging protection circuit;
A power supply unit that discharges the supercapacitor and outputs the output wired or wirelessly to electronic devices; and
a housing in which the wired charging unit, the wireless charging unit, the charging protection circuit, the super capacitor, and the power supply unit are accommodated;
Including,
The wireless charging unit includes a plurality of rectennas,
A plurality of the rectennas are attached to the inner surfaces of all sides of the housing,
Each of the above rectenna,
A plurality of patch antennas are arranged radially to form a patch array to receive wireless power;
a band pass filter that passes a specific frequency band among the wireless power received from the patch antenna; and
an RF-DC converter that converts the power passed from the band pass filter into direct current;
Including,
The power supply unit,
A wired and wireless charging supercapacitor pack battery device comprising a plurality of second connectors exposed to the outside from the housing, wherein the second connectors have different outputs.
상기 유선충전부, 상기 무선충전부, 상기 충전보호회로 및 상기 전원공급부를 제어해 상기 슈퍼커패시터를 충방전시키는 배터리 제어부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유무선 충전 슈퍼커패시터 팩 배터리 장치.
According to paragraph 1,
a battery control unit that controls the wired charging unit, the wireless charging unit, the charging protection circuit, and the power supply unit to charge and discharge the supercapacitor;
A wired/wireless charging supercapacitor pack battery device further comprising:
상기 배터리 제어부는,
상기 유선전원충전기와 상기 무선전원충전기가 각각 동시에 상기 유선충전부와 상기 무선충전부에 연결되면, 상기 유선충전부와 상기 무선충전부 각각에서 출력되는 유선충전전력과 무선충전전력의 크기를 비교하고, 상기 유선충전전력과 무선충전전력 중 크기가 큰 전력으로 상기 슈퍼커패시터를 충전하도록 상기 유선충전부 및 상기 무선충전부와 상기 충전보호회로간의 연결을 제어하는 것을 특징으로 하는 유무선 충전 슈퍼커패시터 팩 배터리 장치.According to clause 5,
The battery control unit,
When the wired power charger and the wireless power charger are connected to the wired charger and the wireless charger at the same time, the sizes of the wired charging power and wireless charging power output from each of the wired charger and the wireless charger are compared, and the wired charger is connected to the wireless power charger. A wired and wireless charging supercapacitor pack battery device, characterized in that the connection between the wired charging unit and the wireless charging unit and the charging protection circuit is controlled to charge the supercapacitor with a larger power between electric power and wireless charging power.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |