JP2013502897A - 誘導充電式電源パック - Google Patents

Abstract

誘導的に充電可能な電源パック充電システムおよび方法は、電力を電源パックに誘導伝送することを制御し、外部電源との通信を管理するための集積回路を含む。本システムはさらに、外部電源から供給されるエネルギを貯蔵するための電気化学電池と、電気化学電池から離れるように磁束を誘導するための磁気シールド部材とを含む。
【選択図】図３ｂ

Description

本明細書に開示する実施形態は電気装置に使用する燃料電池に関する。より具体的には、実施形態は携帯装置の電源パックの誘導充電システムに関する。

電源パックは、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、メディアプレーヤなどの携帯装置を充電するために使用されることが多い。一般的には、電源パックは充電式の電気化学電池またはバッテリを含み、主電源または車両バッテリなどの電源から電源を取り、専用充電器ユニットを使用して充電される。電源パックは装置の外部または内部に位置してよい。

主電源または電力線から電力を供給される充電器ユニットは、通常は、ステップダウン変圧器および整流器を含む、厚手のプラグボックスからなり、コンセントに接続するための導電ピンを備えている。使用時にはプラグボックスをコンセントに差し込み、後続コードは接続プラグを介して装置に接続する。後続ワイヤが絡まったり、引っ張られたりする場合は、ワイヤおよびコネクタが損傷を負うこともあり、また装置が地面に落ちることもある。さらに、多数の装置を共通のコンセントから充電する場合には特に、後続ワイヤ自体が不便であり、かつ見栄えが悪く、後続ワイヤは絡まることもある。

携帯電気装置に取り付け可能である、多様なアドオン方式の誘導電力受信器に関与するシステムが既知である。このような受信器を電気装置の電源パックに取り付けてもよい。このようなシステムでは、誘導ユニットは外部ユニットであり、導電接点を介して電源パックに接続することに注意が必要である。

従来の技術のシステムは特許文献１、キムによる「無線電力伝送の無接点充電用バッテリおよびその制御方法」に記載されている。キムによる特許文献１の特許出願は、ハウジングに内蔵される受信ユニットを含んでいてもよい、バッテリパックの無線充電器システムを記載している。特許文献１の受信器では、二次コア部、二次整流部、バッテリ充電部、充電モニタ部およびバッテリ保護部などの多数の別個の電子部が記載されており、それぞれが充電プロセスの異なる態様を制御している。すべての別個の回路部はバッテリパックのハウジングに内蔵されているため、利用可能なスペースを電気化学電池と共有しなければならない。結果として、バッテリのサイズと容量は、誘導充電用の制御回路にスペースを提供するために、妥協されることもある。

ＰＣＴ／ＫＲ２００７／００４４１８ 米国特許出願第１２／４９７，０８８号 米国特許出願第１２／４２３，５３０号

したがって、バッテリパックのハウジングに一体化して形成するために、極小の回路部および全体に小型な寸法を持つ誘導受信ユニットが求められる。本明細書で記載する実施形態はこの必要性に対処する。

電源パックは高性能で、十分に保護された電子システムであり、非常に高い信頼性が特徴である。電源パックは熱、過電流および過電圧条件に非常に敏感である。充電プロトコルにしたがって電源パックを充電する際には、注意が必要である。充電プロトコルは一般的に、充電式電気化学電池の化学的性質によって決定される。高度な電子回路が装備されることが多く、電力伝送を制御し、ＤＣ電流／電圧を生成し、バッテリパックをモニタおよび保護し、携帯通信装置と通信する。

本明細書に記載する実施形態は、電源パックの誘導充電および誘導可能な電源パックのための、簡略化された、高性能、低コストおよび薄型の電子システムを提供する。多様な実施形態によれば、本システムは上記すべての性質を備え、多数の集積回路（ＩＣ）または１つの特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を使用して実装されてもよい。

したがって、多様な実施形態は、電源パックに電力を供給するための充電システムを提供することを対象とする。本システムは、電源パックへの電力伝送を制御し、外部電源との通信を管理するための少なくとも１つの特定用途向け集積回路を備える。一般的には、外部電源は誘導電源を備え、電源パックはさらに、誘導電源の一次インダクタと誘導的に結合する二次インダクタを備える。任意には、本システムは、外部電源から供給されるエネルギを貯蔵するための少なくとも１つの電気化学電池と、電気化学電池から離れて磁束を誘導するための少なくとも１つの磁気シールドとを含む。本システムは交流電源から整流した直流電流を供給するための整流ユニットを含んでいてもよい。

任意には、本充電システムはさらに、外部の一次インダクタと誘導的に結合する二次インダクタを備える。本充電システムは、一般的には、電源パックに内蔵される。任意には、電源パックは少なくとも１つの電気化学電池を備える。電源パックは少なくとも１つのリチウムポリマ・バッテリパックまたはリチウムイオンポリマ・バッテリパックを備えることも可能である。電源パックは多様な方法で、たとえば、電話、メディアプレーヤ、ゲームコンソール、ＰＤＡおよびリモートコントロールユニットなどを含む群から選択される、携帯電子装置に電力を供給するために装備されている。

本システムはさらに、バッテリ温度を測定するための温度センサを備えていてもよい。温度センサは、サーミスタ、熱電対、デジタルセンサ、電流センサおよびその組み合わせからなる群から選択される、少なくとも１つの素子を備える。任意には、本システムはモニタしたバッテリ温度が２６３ケルビンから３３３ケルビンの範囲内であるときに、電源パックを充電するように構成される。

一般的には、特定用途向け集積回路は、充電電流、放電電流、実際のバッテリ充電、電源パックのバッテリ電圧温度およびバッテリ温度からなる群から選択される、少なくとも１つのパラメータをモニタするように操作可能である。任意には、特定用途向け集積回路はさらに、過充電電流、低充電電流、過昇温、無負荷、外部充電器の欠如、充電中のバッテリおよび完全に充電した電源パックからなる群から選択される、少なくとも１つの条件に対応して充電電流を切断するための保護回路を備える。

選択した実施形態では、特定用途向け集積回路はさらに、充電電流を切断するための少なくとも１つの電子スイッチを備える。一般的には、特定用途向け集積回路はさらに、充電電流が上限閾値を超えるときに、充電電流を切断するための少なくとも１つの電子スイッチを備える。たとえばある実施形態では、上限閾値は１．１Ａを超えてもよい。任意には、特定用途向け集積回路はさらに、充電電流が下限閾値よりも低いときに、充電電流を切断するための少なくとも１つの電子スイッチを備える。一般的には、電子スイッチは電力金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を備える。

ある実施形態では、本システムはさらに、少なくとも１つの故障表示器を備える。任意には、本システムはさらに、過充電電流、低充電電流、過昇温、無負荷、外部充電器の欠如、充電中のバッテリおよび完全に充電した電源パックからなる群から選択される、少なくとも１つの条件を示す少なくとも１つのＬＥＤ表示器を備える。

任意には、本システムはさらに、ホスト装置と接続するように構成された少なくとも１つのデータ接点を備え、それにより電源パックとホスト装置間の通信チャンネルを提供してもよい。データ接点は少なくとも１つの電子スイッチを介して、可変抵抗器を有する電子素子に接続してもよい。必要に応じて、本システムはさらに、前記電源パックの陽極接点および陰極接点間に接続される電子スイッチを備えていてもよい。

別の実施形態では、電源パックに電力を供給するための方法を教示することを対象とする。本方法は、少なくとも１つの特定用途向け集積回路を提供するステップと、電源パックへの電力伝送を制御するステップと、外部電源との通信を制御するステップとを備える。

実施形態をよりよく理解するため、および実施形態を実行する方法を示すために、一例としてのみ、添付図を参照して以下に説明する。

図面を詳細に具体的に参照するにあたり、具体例は一例として、選択する実施形態を例示検討する目的でのみ示すものであり、実施形態の原理および概念的な態様を最も有益かつ容易に理解できると思われる説明を提供するために示すことを強調したい。この観点から、構造的詳細を基本的に理解するために、必要以上にさらに詳細に示すことはしない。図面に対する説明は当業者に対して、いくつかの形態を実際に具体化できる方法を明らかにするものである。以下に図面の簡単な説明を記載する。

図１は、誘導可能な電源パックの実施形態を表す概略図である。 図２ａは、誘導可能な電源パックを含む誘導充電システムの別の実施形態の主要構成部品を表すブロック図である。 図２ｂは、デュアルモード誘導および有線誘導充電システムの主要構成部品を表すブロック図である。 図３ａは、別の実施形態による誘導許可ユニットに接続する電源パックを表すブロック概略図である。 図３ｂは、誘導可能な電源パックの特定の実施形態の概略図を示す。 図３ｃは、誘導可能な電源パックの特定の実施形態の画像を示す。 図４ａは、別の実施形態による誘導可能な電源パックの想定可能な構成を示す概略図である。 図４ｂは、別の実施形態による誘導可能な電源パックの想定可能な構成を示す概略図である。 本システムの別の実施形態と共に使用する、想定可能な保護回路の主要構成部品を示す、誘導可能な電源パックの別のブロック図である。

図１の概略図を参照して、誘導可能な電源パック３００の実施形態を説明する。電源パック３００はケーシング３１０を含み、ケーシング３１０は二次インダクタ３２０と、磁束ガイド３３０と、電気化学電池３４０と、インターフェースモジュール１００とを含有する。一般的に、電源パック３００は複数の電気接点３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃを介して電気装置４００（図２ａ）に接続するように構成される。

多様な実施形態によれば、ケーシング３１０の寸法、および電気化学電池３４０の特性は、電話、メディアプレーヤ、ゲームコンソール、携帯情報端末（ＰＤＡ）などの多様な電気装置に適合するように選択される。したがって、電源パックの実施形態は、電気装置自体を修正することなく、誘導充電機能を既存の電気装置に提供することができる。

電気化学電池の寿命は、電気化学電池が電力を供給する電気装置の寿命よりも短いことがあるため、電気装置は一般的に、電源パックを容易に交換できるように設計される。本明細書で開示する電源パックは、バッテリを提供することで、この交換可能性を利用する。バッテリは、たとえばリチウムイオン電気化学電池などのバッテリであり、関連する電気装置に電力を供給するために必要な電圧で、電力を供給するように構成されている。ケーシング３１０の寸法が電気装置に適合する場合は、誘導電源パック３００は容易に電気装置に取り付けられ、誘導機能を提供することができる。その他の構成部品をケーシング３１０に内包するために、小型の寸法の電気化学電池３４０を選択してもよいことに注意が必要である。エネルギを効率的に提供できる適切な電気化学電池は、たとえば、塩化チオニルリチウム電池または、その変形である、高エネルギ密度Ｌｉ／ＳＯＣｌ_２電池、Ｌｉ／ＳＯ_２電池、Ｌｉ／ＭｎＯ_２電池、リチウムポリマ電池、特別な電池、携帯電話の電池、充電器リチウムイオン電池、ＮｉＭＨ電池、新製品ＮｉＣｄ電池などが含まれる。

誘導電源パック３００の二次インダクタ３２０は一般的に、誘導的に一次インダクタ２２０（図２ａ）と結合するように構成される誘導コイルである。磁束ガイド３３０は一次インダクタ２２０からの磁束を二次インダクタ３２０に誘導し、周囲への磁束の漏れを削減するように装備されている。

薄型の磁束ガイド３３０はたとえば、アモルファス強磁性体から構成されてもよく、２〜３ミクロンの厚さでもよい。このような磁束ガイド３３０を装備して、電気化学電池３４０および電気装置の導電部品内に所望しない渦電流が起きないように保護してもよい。ある実施形態では、２０ミクロンほどの厚さの強磁束誘導部材を使用してもよい。強磁束誘導部材は、たとえばポリマ積層によって両側に積層した場合には全体の厚さが約６０ミクロンになってもよい。アモルファス強磁性体から磁性誘導素子を製造する多様な方法には、とりわけ、アモルファス強磁性マイクロワイヤ製の布などに印刷、押印することおよび、アモルファス強磁性マイクロワイヤ製の布などを切断することが含まれる。

次に、図２ａを参照して、誘導電力出力２００および誘導充電可能な電源パック３００を含む、想定可能な誘導充電システムの主要構成部品を表すブロック図を説明する。

誘導電力出力２００は一次インダクタ２２０を含み、一次インダクタ２２０は駆動ユニット２３０を介して、たとえば主電源または車両バッテリなどの電源２４０に配線される。駆動ユニット２３０は一次インダクタ２２０に振動駆動電圧を供給するように構成されている。以下で説明するように、ある実施形態では、振動駆動電圧は誘導結合システムの共振周波数以外の周波数となるように選択される。

電源パック３００は電気負荷４００に電力を供給するように設計され、二次インダクタ３２０、電気化学電池３４０およびインターフェースモジュール１００を内蔵する。ある実施形態では、二次インダクタ３２０およびインターフェースモジュール１００を、電気化学電池を充電せずに電気負荷４００を直接充電するように、追加して操作可能としてもよい。

実施形態の特定の機能として、インターフェースモジュール１００は、電源パック３００を充電し、または負荷４００への電力伝送を制御し、および、電源パック３００と誘導電力出力２００間の通信を管理するように操作可能としてもよい。したがって、多様な実施形態において、インターフェースモジュール１００は、以下に記載する多様な機能を実行するように構成されるが、これらに限定されない。
−二次インダクタ３２０が生成する交流電流（ＡＣ）を、電気化学電池３４０を充電するための直流電流（ＤＣ）に整流する。
−電気化学電池３４０両端間の充電電圧を調節する。
−電気化学電池３４０の充電電流を調節する。
−電気化学電池３４０の温度を、たとえば充電電流を制御することによって調節する。
−一次インダクタにフィードバック信号を伝送する。
−誘導電源システム２００からのエネルギ伝送を制御する。
−誘導電源システムの電源パック３００を識別する。
−電源パック３００の充電が完了したことを、可能であれば充電表示灯を介して表示する。
−自動的に充電プロセスを終了する。
−電気化学電池３４０を電気負荷４００から自動的に切断する。
−充電状態をモニタする。
−電源パック両端間の電圧をモニタする。
−故障を検知する。
−電気機械電池の深放電を予防する。
−バッテリパック電子部品と同期／通信する。

過充電によって多くの電気機械電池が損傷することもあることに注意が必要である。したがって、電気化学電池３４０の充電は、目標とする電圧に達した場合、または充電電流が所定のレベルを下回った場合に、自動的に終了してもよい。さらに、過放電を予防するために、短絡回路を設けて、下限に達する場合に負荷４００から電気化学電池を切断してもよい。

過電流は電池３４０を損傷することもあり、短絡回路またはその他の故障を示すこともあるため、インターフェース回路１００は、電流の充電または放電をモニタするように構成されてもよい。電流モニタに沿って、インターフェース回路１００はさらに減流器を含んでいてもよい。減流器は、バッテリを損傷することもある、定格電流を超える大電流、たとえば約１．２アンペアを超える大電流を削減または遮断する。電流モニタおよび制限機能を電流感知抵抗器によって装備してもよい。電気化学電池が完全に充電されたときに、保護回路が電気化学電池を切断する実施形態では、インターフェースモジュールをさらに構成して、定期的に充電電流を再起動することによって、電気化学電池が完全に充電されていることを確認できるようにしてもよいことに注意が必要である。ある実施形態によれば、充電電流が遮断されると、インターフェース回路１００は電源パック３００の二次インダクタ３２０に結合している一次インダクタ２２０を停止するための信号を伝送するように構成されている。必要に応じて、設定した間隔、たとえば２時間おきなどに、充電手順の更新を起動してもよい。

充電プロセスは温度に影響を受けることに注意が必要である。高充電温度は電気化学電池を損傷することがあり、低温では完全に充電できないことがある。この温度依存性のために、インターフェース回路１００はさらに、充電中の電源パック温度をモニタおよび調節するように構成されてもよい。任意には、サーミスタ、熱電対、デジタルセンサなどの温度センサを装備して、充電温度および制限充電電流に適用されるロジックをモニタし、温度を好ましい範囲内に保ってもよい。とりわけ、特定の実施形態では、たとえば摂氏マイナス１０度から摂氏４５度（２６３ケルビンから３２８ケルビン）の内部温度範囲内で操作するように構成されてもよい。

電気化学電池の使用に関する過去のデータを、たとえばガス計量計を使用してモニタおよび記録してもよい。充電データを使用して電源パックに所望する充電パラメータを決定してもよい。実施形態の特定の機能では、誘導充電回路は電源パックに不可欠であり、充電プロセスの効率をさらに高めるために、特定の電源パックに固有の累積した充電データを保存してもよい。

図２ａを参照して前述したようなシングルモードの実施形態では、誘導可能な電源パック３００は、電力を誘導的にのみ受けるように構成される。次に図２ｂを参照すると、別の実施形態において、デュアルモード誘導電源パック３００’が示されている。電源パック３００’はさらに、有線充電器ユニット２０２から必要に応じて電力を受けるように構成されている。デュアルモード誘導電源パック３００’は専用の電源アダプタを有する電気装置と組み合わせると有用であることが理解されよう。

デュアルモード誘導電源パック３００’はさらに、充電器選択ユニット１０２を備える。充電器選択ユニット１０２は有線および誘導充電モードを切り替えるように構成されている。任意には、充電器選択ユニット１０２はどちらかの種類の充電器が存在するときに、別の種類の充電器を切断するように構成されてもよい。たとえば、有線充電器２０２が接続しているときは、充電器選択ユニット１０２は二重充電を避けるために、二次インダクタ３２０を切断するように構成されてもよい。別の実施形態では、充電器選択ユニット１０２は、誘導充電器２００が誘導電源パック３００’に結合しているときに、有線充電器コネクタ２０４を切断するように構成されてもよい。または、さらに別の実施形態では、充電器選択ユニット１０２は誘導および有線充電モードを組み合わせて使用し、同時充電を制御するように構成されてもよい。

次に図３ａのブロック概略図を参照し、誘導許可ユニット１０００に接続する電子装置１４００の電源パック１３００を説明する。誘導許可ユニット１０００は二次インダクタ１３２０と、インターフェース回路１１００と、バッテリ充電器ユニット１１１０と、整流ユニット１１２０とを含む。インターフェースユニット１１００は少なくとも２つの電力伝送接点１３０２ａ、１３０２ｂ、および少なくとも１つのデータ伝送接点１３０４ａ、１３０４ｂを介して、バッテリパック１３００と導電的に結合するように構成される。

誘導許可ユニット１０００は、標準電源パック１３００が誘導的に電力を受けられるように装備されてもよい。誘導許可ユニット１０００は、たとえば携帯電話などの電気装置１４００の電源パックのケーシングに内包されるか、または一体化されるための適切な寸法を有していてもよい。

選択された実施形態では、データ伝送接点１３０４ａ、１３０４ｂは電源パック１３００と電気装置１４００間の通信チャンネルを提供するように構成されてもよい。通信チャンネルは、電源パックに関する情報、たとえば充電レベル、充電中の温度などを暗号化するデータ信号を伝送するために使用されてもよい。したがって、第１のデータ伝送接点１３０４ａは電池温度を測定するサーミスタに接続されてもよい。適切な場合には、第２のデータ伝送接点１３０４ｂは、電源パック１３００の識別を電気装置に信号を伝送するように装備された、抵抗器などの電子素子に接続されてもよい。

選択された誘導的に充電可能な電源パックの特定の機能において、第２のデータ伝送１３０４ｂは、可変抵抗を提供するように構成されたＭＯＳＦＥＴなどの電子スイッチを介して、識別抵抗器に接続される。識別素子の可変抵抗は電池が誘導的に充電されていることを示すように調整されてもよいことに注意が必要である。したがって、電気装置はたとえばある種の出力表示を介して、充電が進行中であることを表示するように構成されてもよい。

さらに、ＭＯＳＦＥＴなどの電子スイッチを、電源パックの陽極接点および陰極接点を接続するように構成された電力伝送接点間に装備し、それにより、接点間の短絡回路を形成してもよい。このようなシステムを装備して、装置から電源パックを取り外し、再接続することをシミュレーションしてもよい。これは、電源パックの電力レベルが最低レベルを下回るときに、終了するように構成されている装置にとっては特に有用である。このような装置は燃料電池が誘導的に再充電されたことを検知せず、再起動が妨げられることもある。電子スイッチを使用して、電源パックの除去および交換をシミュレーションし、それにより装置の再起動を促してもよい。

図３ｂおよび３ｃの概略図をそれぞれ参照し、誘導可能な電源パック１３００’の特定の実施形態を説明する。特定の実施形態によれば、電源パック１３００’は電力出力接点１３３０と、接点１３１０の補助セットとを含む。

電力出力接点１３３０は電源パックから電力を供給されている電気装置の電気端子（図示せず）に接続するように構成され、電気化学電池（図示せず）から電気負荷（図示せず）まで導電的な電力線を提供する。接点１３１０の補助セットは、携帯電話などの電気装置用のバックカバー１４２０に搭載された、誘導許可ユニット１０００’に設けられた接点１１００の対応するセットに導電接続するように構成される。

電源パック１３００’の特定の機能は、接点の補助セットを介して、誘導許可ユニット１０００’と関連する誘導コイル１３２０’から電力を受けるように構成されてもよい。接点１３１０の補助セットはさらに、データ交換端子などを、要件に適合するように含んでもよいことが理解されよう。

図４ａおよび４ｂは概略切断図であり、誘導的に充電可能な電源パック２３００、３３００の想定可能な２つの構成を表す。特に図４ａを参照すると、磁気シールドされた電源パック２３００は、導電接点２１０２、２３０２を介して電源パック２３００と接続する誘導許可ユニット２０００を使用して、誘導的に充電可能である。電源パックユニット２３００はバッテリ電池２３４０と、電池を過充電、過放電、過熱などから保護するための保護回路２３１０とを含む。誘導許可ユニット２０００は外部ユニットを提供し、外部ユニットは二次インダクタと、インターフェース回路が提供する整流、調節などを制御する電子部品とを含む。バッテリ電池２３４０は磁気シールド部材２３３０のシートによって、損傷を起こす可能性のある磁界から遮蔽される。

別の構成として、図４ｂでは、オールインワン構造の誘導可能な電源パック３３００は二次インダクタ３３２０、磁気シールド部材３３３０、バッテリ電池３３４０、インターフェース回路が提供する整流、調節などを制御する電子部品のための保護回路３３１０およびインターフェースモジュール３１００を内蔵する。熱伝導素子は熱を除去するための放熱板として装備されてもよい。実際に、ある実施形態では、熱伝導磁気シールド部材３３００自体が両方の機能を果たしてもよい。

次に図５を参照すると、誘導的に可能な電源パック４３００の別のブロック図は、システムと共に使用するための想定可能な保護回路４３１０の主要構成部品を示す。保護回路４３１０はバッテリ保護集積回路４３１２と、ガス計量計集積回路４３１４と、１対の電流保護電子スイッチ４３１６、４３１８とを含む。一般的には、電子スイッチは、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である。保護回路は一般的には、保護回路が起動され、回路がリセットされるまで充電または放電が可能でない場合に、回路を切断することによって、電気化学電池の接続を切断する一連のスイッチを含むことに注意が必要である。

必要に応じて、表示器を装備し、過充電電流、低充電電流、過昇温、無負荷、バッテリ充電、完全に充電した電源パック、故障条件などの状態を表示してもよい。

再度図１を参照すると、電源パックの特定の機能において、インターフェースモジュール１００は複数の制御機能を実行するように構成された集積回路であってよい。この機能の一部は、インターフェースモジュール１００が外部回路、たとえば標準電源パックの保護回路と相互作用することによって装備されてもよい。

電気化学電池３４０のサイズを妥協することを避けるために、誘導電力受信器が電源パック３００のケーシング３１０に内蔵されるときに、インターフェースモジュール１００の寸法を最小限にすべきであることに注意が必要である。したがって、選択された実施形態では、インターフェースモジュール１００は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）である。ＡＳＩＣの寸法は一般的に非常に小さいため、その他の集積回路よりも好ましいことがある。特定の実施形態では、インターフェースモジュール１００のすべての構成部品は１つのマルチチップモジュール（ＭＣＭ）に組み立てられ、またはモノリシック集積回路（ＩＣ）に実装可能である。

さらに、システムの多様な特徴によって、構成部品が小さいサイズとなるように制御することを対象としてもよい。電気構成部品のサイズに対する既知の制限は、熱を分散できる速度にある。小型の構成部品は大型の構成部品ほど熱を分散しない。本システムの選択された実施形態では、制御構成部品が小型の寸法でもよいように、制御構成部品が発生する熱を削減する。

小型の制御構成部品を可能とする、第１の熱削減の特徴は、参照によって本明細書に組み込まれる、同時継続出願である特許文献２に記載されている。一次インダクタ２２０の振動駆動電圧の周波数は誘導結合システムの共振周波数と大きく異なっていてもよい。非共鳴伝送には共鳴伝送よりも低い伝送電圧を使用するため、結果として、制御構成部品が発生する熱は小さくなり、そのため制御構成部品は小型の寸法を有してもよい。さらに、非共鳴誘導電力伝送を使用する場合には、電力伝送を調節するためのフィードバック信号が誘導受信器から誘導伝送器まで誘導通信チャンネルを介して伝送されてもよい。

誘導通信チャンネルは、誘導電力伝送器に関連する、誘導電力受信器および受信回路に関連する伝送回路を含んでいてもよい。伝送回路は二次コイルに配線され、受信回路は一次コイルに配線される。

信号伝送回路は、少なくとも１つの電気素子を含み、少なくとも１つの電気素子は、二次コイルに接続したときに、システムの共振周波数が増加するように選択される。伝送回路は一般的には、選択的に電気素子を二次コイルに接続するように構成される。インダクタンスまたはキャパシタンスのいずれかが減少すると、システムの共振周波数が増加し、信号受信回路で検知されることもある。

一般的には、信号受信回路は、伝送電圧の大幅な増加を検知するように構成された電圧ピーク検知器を含む。電圧伝送周波数がシステムの共振周波数より高いシステムでは、このような伝送電圧の大幅な増加は共振周波数の増加によって起こることもあり、したがって、電気素子が二次コイルに接続していることを示す。このように、伝送回路は受信回路に信号パルスを伝送するために使用されてもよく、暗号化信号はこのようなパルスから構成されてもよい。伝送回路はまた、ビットレート信号を入力信号に変調するための変調装置を含む。電気素子は次に、変調された信号にしたがって二次誘導コイルに接続してもよい。受信回路は変調された信号を復調するための復調装置を含んでいてもよい。たとえば、圧力ピーク検知器は、一次電圧の増幅をビットレート信号と相互相関するための相関器に接続し、それにより出力信号を生成してもよい。

このような誘導通信チャンネルの使用によって、その他の既知の無線電波に基づくプロトコルを用いる無線信号伝送器を使用する際に必要となる、大型の受信器を必要としないことに注意が必要である。

小型の制御構成部品を可能とする、第２の熱削減の特徴は、電源パックの別の実施形態で使用され、低熱損失整流器３３０を使用して、二次インダクタ３２０のＡＣ電力を、電気化学電池３４０を充電するためのＤＣ電力に変換することである。４つのダイオードがグレッツ（Ｇｒａｅｔｚ）回路に配列されているブリッジ整流器を使用するよりも、同時継続出願の特許文献３に記載され、参照によって本明細書に組み込まれるブリッジ同期整流器を使用してもよい。同期整流器において、一般的なグレッツ回路の４つのダイオードの少なくとも１つは電流トリガされる電子スイッチと交換される。たとえば、電力ＭＯＳＦＥＴは、ゲート信号をドレイン端子に配線された電流モニタから受信するように構成されてもよい。電流モニタは、ドレイン電流が所定の閾値を超える場合に、ゲート信号をＭＯＳＦＥＴに伝送するように構成されてもよい。

前述の同期整流器のＭＯＳＦＥＴが発生する熱はダイオードよりも少ないため、高電力または高周波電力の伝送においても、熱分散が容易になる。結果として、小さい設置面積の整流器をインターフェース回路１００に含むことができ、電源パック３００のケーシング３１０にさらに容易に収納できるようになる。

したがって、本明細書で開示する実施形態は、電気装置の電源パックの誘導充電のため、および誘導的に可能な電源パックの薄型の電子システムを提供する。本システムは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）および多様な熱削減特徴の使用など、寸法を縮小するための多数の革新的な特徴を使用してもよい。

本明細書で開示する実施形態の範囲は付属の請求項によって定義され、本明細書の記載を読んだ当業者が思いつくであろう、本明細書で記載した多様な特徴およびその変形と修正の結合および小結合の両方を含む。

請求項において、「備える」という用語およびその変形である「備え」「備えて」などは、記載した構成部品を含むことを示すが、一般的には他の構成部品の除外を示すものではない。

１００：インターフェースモジュール
１０２：充電器選択ユニット
２００：誘導電源システム
２０２：有線充電器
２０４：有線充電器コネクタ
２２０：一次インダクタ
２３０：駆動ユニット
２４０：電源
３００：電源パック
３０２ａ：電気接点
３１０：ケーシング
３２０：二次インダクタ
３３０：磁束ガイド
３４０：電気化学電池
４００：電気装置
１０００：誘導許可ユニット
１１００：インターフェースユニット
１１１０：バッテリ充電器ユニット
１１２０：整流ユニット
１３００：電源パック
１３０２：電力伝送接点
１３０４：データ伝送接点
１３１０：接点
１３２０：誘導コイル
１３２０：二次インダクタ
１３３０：電力出力接点
１４００：電子装置
１４２０：バックカバー
２０００：誘導許可ユニット
２１０２：導電接点
２３００：電源パック
２３１０：保護回路
２３３０：磁気シールド部材
２３４０：バッテリ電池
３１００：インターフェースモジュール
３３００：電源パック
３３１０：保護回路
３３２０：二次インダクタ
３３３０：磁気シールド部材
３３４０：バッテリ電池
４３００：電源パック
４３１０：保護回路
４３１２：バッテリ保護集積回路
４３１４：ガス計量計集積回路
４３１６：電流保護電子スイッチ

Claims (28)

1. 電力を電源パックに供給するための充電システムであって、前記システムは電源パックへの電力の伝送を制御するように構成される少なくとも１つの特定用途向け集積回路を備える、システム。
2. 請求項１に記載のシステムであって、前記特定用途向け集積回路はさらに、外部電源との通信を管理するように構成される、システム。
3. 請求項１または請求項２に記載のシステムであって、前記外部電源は誘導電源を備え、前記電源パックはさらに、前記誘導電源の一次インダクタと誘導的に結合するように構成される二次インダクタを備える、システム。
4. 前記外部電源から供給されるエネルギを貯蔵するように構成される少なくとも１つの電気化学電池をさらに備える、請求項３に記載のシステム。
5. 前記電気化学電池から離れるように磁束を誘導する少なくとも１つの磁気シールドをさらに備える、請求項４に記載のシステム。
6. 交流電源から整流した直流電力を供給するための整流ユニットをさらに備える、請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載のシステム。
7. 請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載のシステムであって、前記充電システムはさらに、外部の一次インダクタと誘導的に結合するように構成される二次インダクタを備える、システム。
8. 前記電源パックに内蔵される、請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載のシステム。
9. 請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載のシステムであって、前記電源パックは少なくとも１つの電気化学電池を備える、システム。
10. 請求項１から請求項９のうちいずれか一項に記載のシステムであって、前記電源パックは少なくとも１つのリチウムポリマ・バッテリパックまたはリチウムイオンポリマ・バッテリパックを備える、システム。
11. 携帯電子装置を充電するための電源パックに内蔵される、請求項１から請求項１０のうちいずれか一項に記載のシステム。
12. 請求項１から請求項１１のうちいずれか一項に記載のシステムであって、前記電子装置は、電話、メディアプレーヤ、ゲームコンソール、ＰＤＡおよびリモートコントロールユニットからなる群から選択される、システム。
13. バッテリ温度を測定するための温度センサをさらに備える、請求項１から請求項１２のうちいずれか一項に記載のシステム。
14. 請求項１３に記載のシステムであって、前記温度センサは、サーミスタ、熱電対、デジタルセンサ、電流センサおよびその組み合わせからなる群から選択される、少なくとも１つの素子である、システム。
15. 前記モニタされたバッテリ温度が２６３ケルビンから３３３ケルビンの範囲内である場合に、前記電源パックを充電するように構成される、請求項１から請求項１４のうちいずれか一項に記載のシステム。
16. 請求項１から請求項１５のうちいずれか一項に記載のシステムであって、前記特定用途向け集積回路は、充電電流、放電電流、実際のバッテリ充電、バッテリ電圧、電源パックの温度およびバッテリ温度からなる群から選択される、少なくとも１つのパラメータをモニタするように操作可能である、システム。
17. 請求項１から請求項１６のうちいずれか一項に記載のシステムであって、前記特定用途向け集積回路はさらに、過充電電流、低充電電流、過昇温、無負荷、外部充電器の欠如、充電中のバッテリおよび完全に充電した電源パックからなる群から選択される、少なくとも１つの条件に対応して、前記充電電圧を切断するための保護回路を備える、システム。
18. 請求項１から請求項１７のうちいずれか一項に記載のシステムであって、前記特定用途向け集積回路はさらに、前記充電電流を切断するための少なくとも１つの電子スイッチを備える、システム。
19. 請求項１から請求項１８のうちいずれか一項に記載のシステムであって、前記特定用途向け集積回路はさらに、前記充電電流が上限閾値を超える場合に、前記充電電流を切断するための少なくとも１つの電子スイッチを備える、システム。
20. 請求項１９に記載のシステムであって、前記上限閾値が１．１アンペアを超える、システム。
21. 請求項１から請求項２１のうちいずれか一項に記載のシステムであって、前記特定用途向け集積回路はさらに、前記充電電流が下限閾値を下回る場合に、前記充電電流を切断するための少なくとも１つの電子スイッチを備える、システム。
22. 請求項１８から請求項２１のうちいずれか一項に記載のシステムであって、前記電子スイッチは電力ＭＯＳＦＥＴを備える、システム。
23. 少なくとも１つの故障表示器をさらに備える、請求項１から請求項２２のうちいずれか一項に記載のシステム。
24. 過充電電流、低充電電流、過昇温、無負荷、外部充電器の欠如、充電中のバッテリおよび完全に充電した電源パックからなる群から選択される、少なくとも１つの条件を表示するための少なくとも１つのＬＥＤをさらに備える、請求項１から請求項２３のうちいずれか一項に記載のシステム。
25. ホスト装置と接続するように構成される少なくとも１つのデータ接点をさらに備え、それにより前記電源パックおよび前記ホスト装置間の通信チャンネルを提供する、請求項１から請求項２４のうちいずれか一項に記載のシステム。
26. 請求項２５に記載のシステムであって、前記データ接点は少なくとも１つの電子スイッチを介して可変抵抗器を有する電子素子に接続する、システム。
27. 前記電源パックの陽極接点および陰極接点間を接続する電子スイッチをさらに備える、請求項１から請求項２６のうちいずれか一項に記載のシステム。
28. 電源パックに電力を供給する方法であって、少なくとも１つの特定用途向け集積回路を供給するステップと、前記電源パックへの電力の伝送を制御するステップと、外部電源との通信を管理するステップとを含む、方法。