KR102015703B1 - 과열 보호기능을 구비한 무접점 전력전송 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리 셀 모듈에 전력을 충전할 경우에 과열로 손상되지 않도록 하는 것으로서 무접점 전력전송 장치가 전력전송 코일을 통해 무접점 전력수신 장치로 제 1 전력을 전송하여 배터리 셀 모듈에 충전하게 하고, 무접점 전력수신 장치로부터 과열 경보신호가 수신될 경우에 무접점 전력전송 장치가 제 1 전력보다 낮은 제 2 전력을 전력전송 코일을 통해 무접점 전력수신 장치로 전송하여 배터리 셀 모듈에 충전하게 하는 것으로서 배터리 셀 모듈의 과열을 방지하면서 만충전시킬 수 있는 과열 보호기능을 구비한 무접점 전력전송 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

과열 보호기능을 구비한 무접점 전력전송 시스템 및 방법{Non-contact power transmission syatem with overheat protection and method thereof}

본 발명은 배터리 셀 모듈(Battery Cell Module)에 전력을 충전할 경우에 배터리 셀 모듈이 과열로 손상되지 않도록 하는 과열 보호기능을 구비한 무접점 전력전송 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 핸드폰 및 PDA(Personal Digital Assistant) 등과 같은 휴대용 단말기에는 배터리 팩이 장착되어 있다. 상기 배터리 팩은 외부의 충전장치가 공급하는 전력을 충전하고, 충전한 전력을 상기 휴대용 단말기에 공급하여 상기 휴대용 단말기를 사용자의 조작에 따라 동작시킬 수 있도록 한다.

상기 배터리 팩은 전력을 충전하는 배터리 셀 모듈과, 상기 배터리 셀 모듈에 전력을 충전 및 방전시키는 충방전 회로 등을 포함하고 있다.

상기 휴대용 단말기에 구비되어 있는 배터리 팩과, 전기에너지를 공급하는 충전장치를 전기적으로 연결하는 방식으로는 충전장치의 단자와 배터리 팩의 단자를 직접 연결하는 단자 연결방식이 있다.

그러나 상기 단자 연결방식은 충전장치의 단자와 배터리 팩의 단자를 상호간에 접촉시키거나 또는 분리할 경우에, 배터리 팩의 단자 및 충전장치의 단자들이 서로 다른 전위차를 가지고 있으므로 순간 방전현상이 발생하게 된다.

이러한 순간 방전현상은 배터리 팩의 단자 및 충전장치의 단자들을 마모시키고, 배터리 팩의 단자 및 충전장치의 단자들에 이물질이 쌓여 있을 경우에 화재 등의 안전사고가 발생할 우려가 있었다.

또한, 습기 등으로 인하여 배터리 팩에 충전된 전기에너지가 배터리 팩의 단자를 통해 외부로 자연 방전되는 등의 문제점이 있고, 이로 인하여 배터리 팩의 사용 수명이 단축되고, 성능의 저하를 초래하게 된다.

최근에는 상기와 같은 단자 연결방식의 여러 가지 문제점을 해결하기 위하여, 무접점으로 전력을 전송하는 방식을 이용한 무접점 전력전송 시스템들이 제시되고 있다.

이러한 무접점 전력전송 시스템에 있어서 안정적인 전력 전송 및 전력 수신과 더불어 전력의 전송 효율을 높이기 위한 많은 노력들이 있어 왔다.

한국공개특허 10-2007-0028896 ("무접점 충전 장치", 엘지전자 주식회사, 2007. 03. 13)

그러므로 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 무접점 전력전송 시스템에 있어서, 배터리 셀 모듈에 전력을 충전시킬 경우에 배터리 셀 모듈이 과열로 손상되지 않도록 보호하는 과열 보호기능을 구비한 무접점 전력전송 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.

또한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 무접점 전력전송 장치가 제 1 전력을 무접점 전력수신 장치로 전송하여 배터리 셀 모듈에 충전하고, 배터리 셀 모듈이 설정온도 이상으로 과열될 경우에 무접점 전력전송 장치가 상기 제 1 전력보다 낮은 제 2 전력을 무접점 전력수신 장치로 전송하여 배터리 셀 모듈에 충전하도록 함으로써 배터리 셀 모듈이 과열로 손상되지 않도록 보호하는 과열 보호기능을 구비한 무접점 전력전송 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 상기에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않고, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 과제 해결 수단에 따르면, 무접점 전력 전송장치가 전송하는 제 1 전력을 무접점 전력 수신장치가 수신하여 충전장치가 배터리 셀 모듈에 충전하는 상태에서 무접점전력 수신장치는 상기 배터리 셀 모듈에 과열이 발생하는지의 여부를 판단한다.

상기 과열의 판단은, 제 1 온도센서로 상기 배터리 셀 모듈의 제 1 온도를 검출하고, 검출한 제 1 온도가 설정된 온도 이상일 경우에 상기 배터리 셀 모듈에 과열이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

또한 상기 과열의 판단은, 제 1 온도센서로 상기 배터리 셀 모듈의 제 1 온도를 검출하고, 제 2 온도센서로 외부의 제 2 온도를 검출하며, 상기 제 2 온도보다 상기 제 1 온도가 미리 설정된 온도 이상 높을 경우에 상기 배터리 셀 모듈에 과열이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

상기 배터리 셀 모듈의 과열이 판단될 경우에 무접점전력 수신장치는 과열 경보신호를 발생하여 상기 무접점 전력전송 장치로 전송한다.

상기 무접점 전력전송 장치는 상기 무접점 전력수신 장치로부터 과열 경보신호가 수신될 경우에 무접점 전력수신 장치로 상기 제 1 전력보다 낮은 제 2 전력을 전송함으로써 상기 배터리 셀 모듈에 제 2 전력을 충전하여 과열이 발생되지 않도록 한다.

또한 상기 무접점 전력수신 장치는 상기 과열 경보신호를 발생한 후 상기 충전장치가 상기 배터리 셀 모듈에 제 2 전력을 충전하는 제 2 전력 충전모드로 전환함으로써 에러의 발생을 방지한다.

그러므로 본 발명의 과열 보호기능을 구비한 무접점 전력전송 장치의 일 실시 예는 무접점 전력수신 장치로 전력을 전송하는 전력전송 코일을 포함하는 전력 전송부와, 상기 무접점 전력수신 장치가 전송하는 과열 경보신호를 수신하는 제 1 신호 수신부와, 상기 전력 전송부가 상기 무접점 전력수신 장치로 제 1 전력을 전송하게 제어하고, 상기 제 1 신호 수신부가 상기 과열 경보신호를 수신할 경우에 상기 전력 전송수단이 상기 제 1 전력보다 낮은 제 2 전력을 전송하게 제어하는 무접점 전력전송 제어부를 포함한다.

상기 전력 전송부는 상기 무접점 전력전송 제어부의 제어에 따라 상기 제 1 전력 또는 상기 제 2 전력을 전송하기 위한 구동신호를 발생하는 구동 드라이버와, 상기 구동신호에 따라 직류전력을 스위칭하는 직렬 공진형 컨버터와, 상기 직렬 공진형 컨버터가 스위칭한 전력에 공진되면서 상기 무접점 전력수신 장치로 상기 제 1 전력 또는 상기 제 2 전력을 전송하는 전력전송 코일을 포함한다.

또한 본 발명의 과열 보호기능을 구비한 무접점 전력전송 장치의 일 실시 예는 상기 무접점 전력전송 제어부의 제어에 따라 ID 요청신호를 발생하여 상기 무접점 전력수신 장치로 전송하는 제 1 신호 전송부를 더 포함하고, 상기 제 1 신호 수신부는 상기 ID 요청신호에 따라 상기 무접점 전력수신 장치가 전송하는 ID 신호를 수신하여 상기 무접점 전력전송 제어부에 제공한다.

그리고 본 발명의 과열 보호기능을 구비한 무접점 전력전송 장치의 다른 실시 예는 무접점 전력전송 장치가 전송하는 제 1 전력을 수신하여 배터리 셀 모듈에 충전하는 충전장치와, 과열 경보신호를 발생하여 상기 무접점 전력전송 장치로 전송하는 제 2 신호 전송부와, 상기 배터리 셀 모듈의 과열 여부를 판단하고, 과열이 판단될 경우에 상기 제 2 신호 전송부가 상기 과열 경보신호를 발생하여 상기 무접점 전력전송 장치로 전송하게 제어한 후 상기 충전장치가 상기 무접점 전력전송 장치로부터 상기 제 1 전력보다 낮은 제 2 전력을 수신하여 상기 배터리 셀 모듈에 충전하게 제어하는 무접점 전력수신 제어부를 포함한다.

또한 본 발명의 과열 보호기능을 구비한 무접점 전력수신 장치의 다른 실시 예는 상기 배터리 셀 모듈의 제 1 온도를 검출하는 제 1 온도센서를 더 포함하고, 상기 무접점 전력수신 제어부는 상기 제 1 온도로 상기 배터리 셀 모듈의 과열 여부를 판단한다.

또한 본 발명의 과열 보호기능을 구비한 무접점 전력수신 장치의 다른 실시 예는 외부의 제 2 온도를 검출하는 제 2 온도센서를 더 포함하고, 상기 무접점 전력수신 제어부는 상기 제 2 온도와 상기 제 1 온도의 차이가 미리 설정된 값보다 클 경우에 상기 배터리 셀 모듈의 과열로 판단한다.

또한 본 발명의 과열 보호기능을 구비한 무접점 전력수신 장치의 다른 실시 예는 상기 무접점 전력전송 장치가 전송하는 ID 요청신호를 수신하여 상기 무접점전력 수신 제어부에 제공하는 제 2 신호 수신부를 더 포함하고, 상기 제 2 신호 전송부는 상기 ID 요청신호가 수신될 경우에 상기 무접점 전력수신 제어부의 제어에 따라 ID 신호를 발생하여 상기 무접점 전력전송장치로 전송한다.

상기 충전장치는 상기 무접점 전력전송 장치가 전송하는 상기 제 1 전력 또는 상기 제 2 전력을 수신하는 전력수신 코일과, 상기 전력수신 코일이 수신하는 상기 제 1 전력 또는 상기 제 2 전력을 직류전력으로 변환하는 정류부와, 상기 정류부가 정류한 직류전력을 상기 무접점 전력수신 제어부의 제어에 따라 상기 배터리 셀 모듈에 충전하는 충전부를 포함한다.

본 발명의 과열 보호기능을 구비한 무접점 전력수신 방법은 무접점 전력전송 장치가 전력전송 코일을 통해 무접점 전력수신 장치로 제 1 전력을 전송하는 단계와, 상기 무접점 전력수신 장치로부터 과열 경보신호가 수신될 경우에 상기 무접점 전력전송 장치가 상기 제 1 전력보다 낮은 제 2 전력을 상기 전력전송 코일을 통해 상기 무접점 전력수신 장치로 전송하는 단계를 포함한다.

상기 제 1 전력을 전송하는 단계는 상기 무접점 전력전송 장치가 상기 무접점 전력수신 장치로 ID 요청신호를 전송하는 단계와, 상기 ID 요청신호에 따라 상기 무접점 전력수신 장치로부터 ID 신호가 수신될 경우에 상기 제 1 전력을 전송하는 단계를 포함한다.

상기 ID 요청신호를 전송하는 단계는 상기 전력전송 코일에 부하 변동이 발생하는지의 여부를 판단하는 단계와, 상기 전력전송 코일에 부하 변동이 발생한 것이 판단될 경우에 상기 ID 요청신호를 전송하는 단계를 포함한다.

또한 본 발명의 과열 보호기능을 구비한 무접점 전력전송 방법은 상기 무접점 전력수신 장치로부터 충전 완료신호가 수신될 경우에 상기 무접점 전력전송 제어부가 전력을 전송하는 것을 정지하는 단계를 포함한다.

본 발명의 과열 보호기능을 구비한 무접점 전력전송 방법의 다른 실시 예는 무접점 전력전송 장치가 전송하는 제 1 전력을, 충전장치가 수신하여 배터리 셀 모듈에 충전하는 단계와, 무접점 전력수신 제어부가 상기 배터리 셀 모듈의 과열 여부를 판단하는 단계와, 상기 배터리 셀 모듈의 과열이 판단될 경우에 상기 무접점 전력수신 제어부가 상기 무접점 전력전송 장치로 과열 경보신호를 전송한 후 상기 충전장치가 상기 제 1 전력보다 낮은 제 2 전력을 수신하여 상기 배터리 셀 모듈에 충전하는 단계를 포함한다.

상기 배터리 셀 모듈의 과열 여부를 판단하는 단계는 제 1 온도센서가 상기 배터리 셀 모듈의 제 1 온도를 검출하는 단계와, 상기 제 1 온도가 미리 설정된 온도 이상일 경우에 상기 배터리 셀 모듈의 과열로 판단하는 단계를 포함한다.

상기 배터리 셀 모듈의 과열 여부를 판단하는 단계는 제 1 온도센서가 상기 배터리 셀 모듈의 제 1 온도를 검출하는 단계와, 제 2 온도센서가 외부의 제 2 온도를 검출하는 단계와, 상기 제 2 온도와 상기 제 1 온도의 차이가 미리 설정된 값보다 클 경우에 상기 배터리 셀 모듈의 과열로 판단하는 단계를 포함한다.

또한 본 발명의 과열 보호기능을 구비한 무접점 전력수신 방법의 다ㅣ른 실시 예는 상기 무접점 전력수신 제어부가 상기 배터리 셀 모듈의 충전 완료 여부를 판단하는 단계와, 상기 배터리 셀 모듈의 충전 완료가 판단될 경우에 충전 완료신호를 발생하여 상기 무접점 전력전송 장치로 전송하는 단계를 포함한다.

본 발명의 과열 보호기능을 구비한 무접점 전력전송 시스템 및 방법에 따르면, 무접점 전력전송 장치가 제 1 전력을 무접점 전력수신 장치로 전송하여 배터리 셀 모듈에 전력을 충전하는 상태에서 배터리 셀 모듈이 과열되는지의 여부를 판단하고, 과열이 판단될 경우에 무접점 전력전송 장치가 상기 제 1 전력보다 낮은 제 2 전력을 무접점 전력수신 장치로 전송하여 배터리 셀 모듈에 제 2 전력을 충전하게 한다.

그러므로 배터리 셀 모듈에 전력을 충전시킬 경우에 배터리 셀 모듈이 과열되어 손상되는 것을 미연에 방지할 수 있고, 또한 상기 배터리 셀 모듈이 과열로 손상되지 않는 상태에서 전력을 만충전시킬 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 한정시키지 않는 실시 예를 통해 본 발명을 상세히 설명하겠으며, 일부 도면에서 동일한 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여한다.
도 1은 본 발명에 따른 무접점 전력전송 시스템의 바람직한 실시 예의 구성을 보인 도면,
도 2는 본 발명의 방법에 따른 무접점 전력전송 제어부의 실시 예의 동작을 보인 신호흐름도, 및
도 3은 본 발명의 방법에 따른 무접점 전력수신 제어부의 실시 예의 동작을 보인 신호흐름도이다.

이하의 상세한 설명은 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 실시 예를 도시한 것에 불과하다. 또한 본 발명의 원리와 개념은 가장 유용하고, 쉽게 설명할 목적으로 제공된다.

따라서, 본 발명의 기본 이해를 위한 필요 이상의 자세한 구조를 제공하고자 하지 않았음은 물론 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 실체에서 실시될 수 있는 여러 가지의 형태들을 도면을 통해 예시한다.

도 1은 본 발명의 과열 보호기능을 구비한 무접점 전력전송 시스템의 바람직한 실시 예의 구성을 보인 도면이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 과열 보호기능을 구비한 무접점 전력전송 시스템은 무접점 전력전송 장치(100)와, 무접점 전력수신 장치(200)를 포함할 수 있다.

상기 무접점 전력전송 장치(100) 및 상기 무접점 전력수신 장치(200)는 전자기 유도방식을 이용하여 전력을 전송하는 것으로서 상기 무접점 전력전송 장치(100)는 무접점으로 제 1 전력 또는 상기 제 1 전력보다 낮은 제 2 전력을 전송하고, 상기 무접점 전력전송 장치(100)가 무접점으로 전송하는 상기 제 1 전력 또는 상기 제 2 전력을 상기 무접점 전력수신 장치(200)가 수신하여 배터리 셀 모듈(250)에 충전하거나 또는 상기 무접점 전력수신 장치(200)가 구비된 휴대용 단말기 등의 부하에 동작 전력을 공급한다.

상기 무접점 전력전송 장치(100)는, 교류/직류 컨버터(도면에 도시되지 않았음)가 공급하는 직류전력으로 동작하는 것으로서 상기 교류/직류 컨버터는 상기 무접점 전력전송 장치(100)와 별도로 구비될 수 있고, 또는 상기 무접점 전력전송 장치(100)와 일체로 구비될 수도 있다.

상기 무접점 전력전송 장치(100)는, 무접점 전력전송 제어부(110), 전력 전송부, 제 1 신호 전송부(150) 및 제 1 신호 수신부(160)를 포함한다.

상기 무접점 전력전송 제어부(110)는 상기 무접점 전력수신 장치(200)를 인식하고, 무접점으로 상기 제 1 전력을 전송하거나 또는 상기 제 1 전력보다 낮은 제 2 전력을 전송하는 동작을 제어한다.

상기 전력 전송부는 상기 무접점 전력전송 제어부(110)의 제어에 따라 무접점으로 상기 제 1 전력 또는 상기 제 2 전력을 상기 무접점 전력수신 장치(200)로 전송하는 것으로서 구동 드라이버(120), 직렬 공진형 컨버터(130) 및 전력전송 코일(140)를 포함한다.

상기 구동 드라이버(120)는 상기 무접점 전력전송 제어부(110)의 제어에 따라, 부하의 변동을 검출할 구동신호, 무접점으로 제 1 전력을 전송할 구동신호 또는 무접점으로 제 2 전력을 전송할 구동신호 등을 발생한다.

상기 직렬 공진형 컨버터(130)는 상기 구동 드라이버(120)가 발생하는 구동신호에 따라, 상기 교류/직류 컨버터 등에서 공급되는 직류전력을 스위칭한다.

상기 전력 전송부의 전력전송 코일(140)은 상기 직렬 공진형 컨버터(130)가 스위칭한 전력에 직렬 공진되면서 부하의 변동을 검출할 신호를 발생하거나, 상기 제 1 전력 또는 상기 제 2 전력을 무접점으로 전송한다.

여기서, 상기 전력전송 코일(140)은 하나만 도시하였으나, 본 발명을 실시함에 있어서는 2개 이상 복수 개의 전력전송 코일을 병렬로 연결하여 사용할 수 있다. 상기 복수 개의 전력전송 코일을 사용할 경우에 상기 복수 개의 전력전송 코일들 각각에 직렬로 스위치 및 커패시터를 구비하고, 상기 무접점 전력전송 제어부(110)의 제어에 따라 상기 스위치를 선택적으로 스위칭시켜 상기 직렬 공진형 컨버터(130)에서 스위칭된 전력이 상기 복수 개의 전력전송 코일에 선택적으로 출력되게 할 수 있다.

상기 제 1 신호 전송부(150)는 상기 무접점 전력전송 제어부(110)의 제어에 따라 ID(Identification) 요청신호 등을 발생하고, 발생한 ID 요청신호 등을 상기 전력전송 코일(140)로 출력하여 상기 무접점 전력수신 장치(200)로 전송되게 한다.

상기 제 1 신호 수신부(160)는 상기 전력전송 코일(140)의 부하가 변동되는 신호, 상기 무접점 전력수신 장치(200)가 전송하는 ID 신호, 과열 경보신호 및 충전 완료신호 등을 수신하고, 수신한 부하의 변동신호, ID 신호, 과열 경보신호 및 충전 완료신호 등을 상기 무접점 전력전송 제어부(110)에 제공한다.

상기 무접점 전력수신 장치(200)는 무접점 전력수신 제어부(210), 충전장치, 배터리 셀 모듈(250), 제 2 신호 수신부(260), 제 1 온도센서(270), 제 2 온도센서(280) 및 제 2 신호 전송부(290) 등을 포함할 수 있다.

상기 무접점 전력수신 제어부(210)는 상기 무접점 전력전송 장치(100)가 전송하는 ID 요청신호에 따라 상기 무접점 전력전송 장치(100)로 ID 신호를 전송하는 것을 제어하고, 상기 무접점 전력전송 장치(100)가 전송하는 제 1 전력 또는 제 2 전력을 수신하여 상기 배터리 셀 모듈(250)에 충전하는 것을 제어하며, 상기 배터리 셀 모듈(250)이 과열될 경우에 과열 경보신호를 발생하여 상기 무접점전력 전송장치(100)로 전송하는 것을 제어한다.

상기 충전장치는 상기 무접점 전력전송 장치(100)가 전송하는 제 1 전력 또는 제 2 전력을 수신하여 상기 무접점 전력수신 제어부(210)의 제어에 따라 상기 배터리 셀 모듈(250)에 충전하는 것으로서 전력수신 코일(220), 정류부(230) 및 충전부(240)를 포함한다.

상기 전력수신 코일(220)은 상기 무접점 전력전송 장치(100)의 전력전송 코일(140)과 전자기 유도방식으로 결합되어 상기 무접점 전력전송 장치(100)가 전송하는 제 1 전력 또는 제 2 전력을 수신한다.

상기 정류부(230)는 상기 전력수신 코일(220)이 수신한 제 1 전력 또는 제 2 전력을 정류하여 직류전력으로 변환한다.

상기 충전부(240)는 상기 정류부(230)가 정류한 직류전력을 상기 무접점 전력수신 제어부(210)의 제어에 따라 상기 배터리 셀 모듈(250)에 충전한다.

상기 제 2 신호 수신부(260)는 상기 무접점 전력전송 장치(100)가 전송하는 ID 요청신호 등을 상기 전력수신 코일(220)을 통해 수신하고, 수신한 ID 요청신호 등을 상기 무접점 전력수신 제어부(210)에 제공한다.

상기 제 1 온도센서(270)는 상기 배터리 셀 모듈(250)의 제 1 온도를 검출하고, 검출한 제 1 온도를 상기 무접점 전력수신 제어부(210)에 제공한다.

상기 제 2 온도센서(280)는 외부의 제 2 온도를 검출하고, 검출한 제 2 온도를 상기 무접점 전력수신 제어부(210)에 제공한다.

상기 제 2 신호 전송부(290)는 상기 무접점 전력수신 제어부(210)의 제어에 따라 ID 신호, 과열 경보신호 및 충전 완료신호 등을 발생하고, 발생한 ID 신호, 과열 경보신호 및 충전 완료신호 등을 상기 전력수신 코일(220)을 통해 상기 무접점 전력전송 장치(100)로 전송한다.

도 2는 본 발명의 방법에 따른 무접점 전력전송 장치(100)의 무접점 전력전송 제어부(110)의 실시 예의 동작을 보인 신호흐름도이다. 도 2를 참조하면, 무접점 전력전송 장치(100)가 무접점 전력수신 장치(200)로 전력을 전송하기 위해서는 먼저 무접점 전력전송 장치(100)가 전송하는 전력을 무접점 전력수신 장치(200)가 수신할 수 있는지의 여부를 판단해야 된다. 즉, 무접점 전력전송 장치(100)에 구비된 전력전송 코일(140)의 위치에 무접점 전력수신 장치(200)의 전력수신 코일(220)이 위치하고 있는지의 여부를 판단해야 된다.

이를 위하여 상기 무접점 전력전송 장치(100)의 무접점 전력전송 제어부(110)는 구동 드라이버(120)를 제어하여 부하의 변동을 검출하기 위한 구동신호를 발생하게 제어한다(S100).

상기 구동 드라이버(120)가 발생한 구동신호는 직렬 공진형 컨버터(130)로 입력된다.

상기 직렬 공진형 컨버터(130)는 복수 개의 트랜지스터 또는 복수 개의 MOSFET 등과 같은 스위칭 소자를 구비하고 있는 것으로서 상기 구동 드라이버(120)가 발생한 구동신호에 따라 복수 개의 스위칭 소자가 선택적으로 스위칭되면서 직류전력을 스위칭하여 교류전력을 발생하고, 발생한 교류전력을 전력전송 코일(140)로 출력하여 상기 전력전송 코일(140)에서 직렬 공진이 발생되게 한다.

이와 같은 상태에서 제 1 신호 수신부(160)는 상기 전력전송 코일(140)의 신호를 수신하고, 수신한 신호를 상기 무접점 전력전송 제어부(110)로 출력한다.

상기 무접점 전력전송 제어부(110)는 상기 제 1 신호 수신부(160)의 신호를 입력하고, 입력한 신호를 이용하여 상기 전력전송 코일(140)에 부하의 변동이 발생하였는지의 여부를 판단한다(S102).

즉, 무접점 전력수신 장치(200)의 전력수신 코일(220)을 상기 전력전송 코일(140)에 근접시키지 않았을 경우에 상기 전력전송 코일(220)에는 임피던스 변화가 발생하지 않는다.

그러면, 상기 제 1 신호 수신부(160)는 상기 구동 드라이버(120)가 발생하는 구동신호에 따른 주파수의 신호만을 수신하고, 상기 무접점 전력전송 제어부(110)는 상기 제 1 신호 수신부(160)의 신호로 상기 전력전송 코일(140)에 부하의 변동이 발생하지 않았음을 판단할 수 있다.

그리고 무접점 전력수신 장치(200)의 배터리 팩 모듈(240)에 전력을 충전시키기 위하여 상기 무접점 전력수신 장치(200)의 전력수신 코일(220)을 상기 전력전송 코일(140)에 근접시키면, 상기 전력전송 코일(140)에 임피던스 변화가 발생하고, 발생한 임피던스 변화에 따라 상기 전력전송 코일(140)에 인가한, 부하의 변동을 검출하기 위한 신호의 주파수가 변동된다.

그러면, 상기 제 1 신호 수신부(160)는 상기 임피던스 변화에 따라 변동된 주파수의 신호를 수신하고, 상기 무접점전력 전송 제어부(110)는 상기 제 1 신호 수신부(160)의 신호로 상기 전력전송 코일(140)에 부하의 변동이 발생한 것으로 판단한다.

상기 단계(S102)에서 부하의 변동이 발생하지 않은 것으로 판단될 경우에 상기 무접점 전력전송 제어부(110)는 상기 단계(S100)로 복귀하여 상기 구동 드라이버(120)가 계속 부하의 변동을 검출하기 위한 구동신호를 발생하게 제어하고, 부하의 변동이 발생하였는지의 여부를 판단하는 동작을 반복 수행한다.

상기 단계(S102)에서 부하의 변동이 발생한 것으로 판단되면, 상기 무접점 전력전송 제어부(110)는 제 1 신호 전송부(150)를 제어하여 무접점 전력수신 장치(200)의 ID를 요청하는 ID 요청신호를 발생하고, 발생한 ID 요청신호는 전력전송 코일(140)을 통해 상기 무접점 전력수신 장치(200)로 전송한다(S104).

그리고 상기 무접점 전력전송 제어부(110)는 상기 제 1 신호 수신부(160)의 신호를 입력하여 상기 무접점 전력수신 장치(200)로부터 ID 신호가 수신되는지의 여부를 판단한다(S106).

즉, 상기 전력전송 코일(140)에 임피던스 변화가 발생하는 원인에는 여러 가지가 있다. 예를 들면, 상술한 바와 같이 무접점 전력수신 장치(200)의 전력수신 코일(220)을 상기 전력전송 코일(140)에 근접시킬 경우에 상기 임피던스 변화가 발생할 수 있으나, 상기 무접점 전력수신 장치(200) 이외에 다른 이물질이 상기 전력전송 코일(140)에 근접될 경우에도 임피던스 변화가 발생할 수 있다.

상기 이물질에 의해 임피던스가 발생하였을 경우에 상기 무접점 전력전송 장치(100)가 전력을 전송하게 되면, 필요없이 많은 전력이 소모된다.

그러므로 상기 무접점 전력전송 제어부(110)는 상기 전력전송 코일(140)의 부하 변동이 판단될 경우에 ID를 요청하는 ID 요청신호를 무접점 전력수신 장치(200)로 전송하고, 상기 ID 요청신호에 따라 상기 무접점 전력수신 장치(200)로부터 ID 신호가 수신될 경우에 상기 무접점 전력전송 제어부(110)는 무접점 전력수신 장치(200)에 의해 상기 전력전송 코일(140)의 임피던스가 변화한 것으로 판단한다.

상기 단계(S106)의 판단 결과 ID 신호가 수신되지 않을 경우에 상기 무접점 전력전송 제어부(110)는 미리 설정된 시간이 경과되었는지의 여부를 판단하고(S108), 미리 설정된 시간이 경과되지 않았을 경우에 상기 단계(S106)로 복귀하여 상기 무접점 전력수신 장치(200)로부터 ID가 수신되었는지의 여부를 판단하는 동작을 반복 수행한다.

상기 미리 설정된 시간이 경과되어도 상기 무접점 전력수신 장치(200)로부터 ID 신호가 수신되지 않을 경우에 상기 무접점 전력전송 제어부(110)는 상기 단계(S100)로 복귀하여 부하의 변동을 검출하기 위한 구동신호를 발생하는 동작부터 반복 수행한다.

그리고 상기 미리 설정된 시간이 경과되기 이전에 ID 신호가 수신되면, 상기 무접점 전력전송 제어부(110)는 상기 전력전송 코일(140)에 상기 무접점 전력수신 장치(200)의 전력수신 코일(220)이 근접된 것으로 판단하고, 구동 드라이버(120)를 제어하여 제 1 전력을 전송하기 위한 구동신호를 발생하게 한다(S110).

상기 구동 드라이버(120)가 발생하는, 제 1 전력을 전송하기 위한 구동신호에 따라 직렬 공진형 컨버터(130)의 스위칭 소자들이 스위칭되면서 직류전력을 스위칭하고, 스위칭한 전력이 전력전송 코일(140)에 인가되어 전력전송 코일(140)에서 제 1 전력이 무접점전력 수신장치(200)의 전력수신 코일(220)로 전송된다.

이와 같은 상태에서 상기 무접점 전력전송 제어부(110)는 제 1 신호 수신부(160)의 신호를 입력하여, 상기 무접점 전력수신 장치(200)로부터 과열 경보신호가 수신되는지의 여부를 판단하고(S112), 과열 경보신호가 수신되지 않을 경우에 상기 무접점 전력전송 제어부(110)는 상기 무접점 전력수신 장치(200)로부터 충전 완료신호가 수신되는지의 여부를 판단한다(S114).

상기 판단 결과 무접점 전력수신 장치(200)로부터 충전 완료신호가 수신될 경우에 상기 무접점 전력전송 제어부(110)는 전력전송 동작을 종료한다.

그리고 상기 무접점 전력수신 장치(200)로부터 충전 완료신호가 수신되기 전에 과열 경보신호가 수신되면, 상기 무접점 전력전송 제어부(110)는 구동 드라이버(120)를 제어하여 상기 제 1 전력보다 낮은 제 2 전력을 전송하기 위한 구동신호를 발생하게 제어한다(S116).

그러면, 상기 직렬 공진형 컨버터(130)의 스위칭 소자들은 상기 구동 드라이버(120)가 발생하는, 제 2 전력을 전송하기 위한 구동신호에 따라 스위칭되고, 이로 인하여 전력전송 코일(140)에서 전력수신 코일(220)로 제 2 전력이 전송된다.

이와 같은 상태에서 상기 무접점 전력전송 제어부(110)는 제 1 신호 수신부(160)의 신호를 입력하여 상기 무접점 전력수신 장치(200)로부터 충전 완료신호가 수신되는지의 여부를 판단한다(S118).

상기 판단 결과 충전 완료신호가 수신되지 않을 경우에 상기 무접점 전력전송 제어부(110)는 상기 단계(S116)로 복귀하여 구동 드라이버(120)가 계속 제 2 전력을 전송하기 위한 구동신호를 발생하게 하고, 상기 무접점 전력수신 장치(200)로부터 충전 완료신호가 수신되는지의 여부를 판단하는 동작을 반복 수행하며, 충전 완료신호가 수신될 경우에 전력전송 동작을 종료한다.

도 3은 본 발명의 방법에 따른 무접점 전력수신 제어부(210)의 실시 예의 동작을 보인 신호흐름도이다. 도 3을 참조하면, 무접점 전력수신 제어부(210)는 무접점 전력전송 장치(100)로부터 ID 요청신호가 수신되는지의 여부를 판단한다(S200).

즉, 상기 무접점 전력전송 장치(100)의 무접점 전력전송 제어부(110)가 상기 단계(S104)에서 상기 제 1 신호 전송부(150)를 제어하여 전송하는 ID 요청신호가 전력전송 코일(140)에서 전력수신 코일(220)로 유도되고, 유도된 ID 요청신호를 제 2 신호 수신부(260)가 수신하여 상기 무접점 전력수신 제어부(210)로 입력시키는 것으로서 상기 무접점 전력수신 제어부(210)는 상기 제 2 신호 수신부(260)가 수신하는 신호를 입력하여 ID 요청신호가 수신되는지의 여부를 판단한다.

상기 무접점 전력전송 장치(100)로부터 ID 요청신호가 수신되면, 상기 무접점 전력수신 제어부(210)는 제 2 신호 전송부(290)를 제어하여 ID 신호를 생성하고, 생성한 ID 신호를 상기 전력수신 코일(220)을 통해 상기 무접점 전력전송장치(100)로 전송한다(S202).

상기 무접점 전력수신 장치(200)가 전송하는 ID 신호는 상술한 바와 같이 전력수신 코일(220)에서 전력전송 코일(140)로 유도되고, 상기 전력전송 코일(140)로 유도된 ID 신호는 제 1 신호 수신부(160)가 수신하여 무접점 전력전송 제어부(110)로 입력되는 것으로서 상기 무접점 전력전송 제어부(110)는 상기 제 1 신호 수신부(160)의 수신신호로 상기 단계(S106)에서 ID 신호가 수신되는지의 여부를 판단할 수 있다.

이와 같은 상태에서 상기 무접점 전력전송 장치(100)가 무접점으로 전송하는 제 1 전력이 전력수신 코일(220)로 유도되고, 유도된 제 1 전력을 정류부(230)가 정류하여 충전부(240)로 출력하는 것으로서 상기 무접점 전력수신 제어부(210)는 상기 충전부(240)를 모니터링하여 제 1 전력이 수신되는지의 여부를 판단한다(S204).

상기 판단 결과 무접점 전력전송 장치(100)로부터 제 1 전력이 수신될 경우에 상기 무접점 전력수신 제어부(210)는 상기 충전부(240)를 제어하여 수신된 제 1 전력을 배터리 셀 모듈(250)에 충전하게 한다(S206).

이와 같이 배터리 셀 모듈(250)에 제 1 전력을 충전하는 상태에서 상기 무접점 전력수신 제어부(210)는 상기 배터리 셀 모듈(250)이 과열되는지의 여부를 판단한다(S208).

여기서, 상기 배터리 셀 모듈(250)의 과열 판단은 여러 가지 방법이 있다.

예를 들면, 상기 무접점 전력수신 제어부(210)는 제 1 온도센서(270)로 배터리 셀 모듈(250)의 제 1 온도를 검출하고, 검출한 배터리 셀 모듈(250)의 제 1 온도가 미리 설정된 온도 이상일 경우에 과열이 발생하였음을 판단할 수 있다. 이러한 경우에 상기 제 2 온도센서(280)는 구비하지 않을 수 있다.

또한 상기 무접점 전력수신 제어부(210)는 제 1 온도센서(270)로 배터리 셀 모듈(250)의 제 1 온도를 검출함과 아울러 제 2 온도센서(280)로 무접점 전력수신장치(200)가 위치하는 외부의 제 2 온도를 검출하고, 상기 검출한 제 2 온도를 기준으로 하여 상기 배터리 셀 모듈(250)의 제 1 온도가 미리 설정된 온도 이상 높을 경우 예를 들면, 상기 제 2 온도보다 제 1 온도가 10℃ 이상 높을 경우에 상기 배터리 셀 모듈(250)이 과열된 것으로 판단할 수 있다.

상기 배터리 셀 모듈(250)에 과열이 발생하지 않았을 경우에 상기 무접점 전력수신 제어부(210)는 상기 충전부(240)를 모니터링하여 상기 배터리 셀 모듈(250)에 충전이 완료되었는지의 여부를 판단한다(S210).

이와 같은 상태에서 상기 배터리 셀(250)에 과열이 발생하지 않고, 충전이 완료되었음이 판단되면, 상기 무접점전력 수신 제어부(210)는 제 2 신호 전송부(290)를 제어하여 충전 완료신호를 발생하고, 발생한 충전 완료신호는 전력수신 코일(220)을 통해 무접점 전력전송 장치(100)로 전송한다(S212).

이와 같이 무접점 전력수신 장치(200)가 전송하는 충전 완료신호는 상술한 바와 같이 무접점 전력전송 장치(100)의 전력전송 코일(140)로 유도되어 제 1 신호 수신부(160)가 수신하는 것으로서 무접점 전력전송 제어부(110)는 상기 제 1 신호 수신부(160)의 신호를 수신하여 상기한 단계(S118)에서 충전 완료신호가 수신되는지의 여부를 판단할 수 있다.

그리고 상기 배터리 셀 모듈(250)에 충전이 완료되기 전에 상기 배터리 셀 모듈(250)의 과열이 판단되면, 상기 무접점 전력수신 제어부(210)는 상기 제 2 신호 전송부(290)를 제어하여 과열 경보신호를 발생하고, 발생한 과열 경보신호는 전력수신 코일(220)을 통해 상기 무접점 전력전송 장치(100)로 전송된다(S214).

상기 무접점 전력수신 장치(200)가 전송하는 과열 경보신호는 전력전송 코일(140)로 유도되어 제 1 신호 수신부(160)가 수신하는 것으로서 상술한 바와 같이 상기 무접점 전력전송 제어부(110)는 상기 제 1 신호 수신부(160)가 수신하는 신호를 입력하여 상기 단계(S112)에서 과열 경보신호가 수신되는지의 여부를 판단하고, 과열 경보신호가 수신될 경우에 구동 드라이버(120)가 상기 제 1 전력보다 낮은 제 2 전력 전송을 위한 구동신호를 발생하게 하여 제 2 전력을 전송하게 제어한다.

이와 같은 상태에서 상기 무접점 전력수신 제어부(210)는 상기 충전부(240)를 제 2 전력 충전모드로 전환하여 상기 배터리 셀 모듈(250)에 제 2 전력을 충전하게 제어한다(S216).

즉, 충전부(240)가 배터리 셀 모듈(250)에 제 1 전력을 충전하는 상태에서 정류부(230)로부터 상기 제 1 전력보다 낮은 제 2 전력이 입력될 경우에 상기 충전부(240)는 에러가 발생하였다고 판단할 가능성이 있다.

그러므로 본 발명에서는 상기 무접점 전력수신 제어부(210)가 과열 경보신호를 발생한 후 상기 충전부(240)를 제 2 전력 충전모드로 전환하여 에러의 발생을 판단하지 않도록 한다.

이와 같이 배터리 셀 모듈(250)에 제 2 전력으로 충전하는 상태에서 상기 무접점 전력수신 제어부(210)는 상기 충전부(240)를 모니터링하여 상기 배터리 셀 모듈(250)에 충전이 완료되었는지의 여부를 판단한다(S218).

상기 판단 결과 충전이 완료되지 않았을 경우에 상기 무접점 전력수신 제어부(210)는 상기 배터리 셀 모듈(250)에 충전이 완료되었는지의 여부를 반복하여 판단한다.

상기 배터리 셀 모듈(250)에 충전이 완료되었음이 판단될 경우에 상기 무접점전력 수신 제어부(210)는 제 2 신호 전송부(290)를 제어하여 충전 완료신호를 발생하고, 발생한 충전 완료신호는 전력수신 코일(220)을 통해 무접점 전력전송 장치(100)로 전송하며(S220), 충전 동작을 종료한다.

이상에서는 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.

그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : 무접점 전력전송 장치 110 : 무접점 전력전송 제어부
120 : 구동 드라이버 130 : 직렬 공진형 컨버터
140 : 전력전송 코일 150 : 제 1 신호 전송부
160 : 제 1 신호 수신부 200 : 무접점 전력수신 장치
210 : 무접점 전력수신 제어부 220 : 전력수신 코일
230 : 정류부 240 : 충전부
250 : 배터리 셀 모듈 260 : 제 2 신호 수신부
270 : 제 1 온도센서 280 : 제 2 온도센서
290 : 제 2 신호 전송부

Claims (16)

1. 삭제
2. 과열 보호기능을 구비한 무접점 전력전송 장치로서,
   무접점 전력수신 장치로 전력을 전송하는 전력전송 코일을 포함하는 전력 전송부;
   상기 무접점 전력수신 장치가 전송하는 신호를 수신하는 제 1 신호 수신부; 및
   상기 전력 전송부가 상기 무접점 전력수신 장치로 제 1 전력을 전송하게 제어하고, 상기 무접점 전력수신 장치로부터 충전 완료신호를 수신하기 전에 과열 보호를 위한 신호를 수신한 후 상기 전력 전송부가 상기 제 1 전력보다 낮은 제 2 전력을 전송하게 제어하는 무접점 전력전송 제어부
   를 포함하고,
   상기 과열 보호를 위한 신호는, 상기 제 1 전력보다 낮은 상기 제 2 전력이 입력되더라도 상기 무접점 전력수신 장치가 에러가 발생한 것으로 판단하지 않고 감소된 충전을 수행하기 위해 제 2 모드를 사용함을 나타내고,
   상기 제 2 전력은, 상기 무접점 전력수신 장치가 상기 제 1 전력으로 충전하는 상태에서 상기 과열 보호를 위한 신호를 전송하기 전에, 상기 전력전송 코일을 통해 상기 무접점 전력수신 장치로 전송되는 경우, 상기 무접점 전력수신 장치가 에러가 발생한 것으로 판단하는 전력이고,
   상기 전력 전송부는 또한,
   상기 무접점 전력전송 제어부의 제어에 따라 상기 제 1 전력 또는 상기 제 2 전력을 전송하기 위한 구동신호를 발생하는 구동 드라이버;
   상기 구동신호에 따라 직류전력을 스위칭하는 직렬 공진형 컨버터; 및
   상기 직렬 공진형 컨버터가 스위칭한 전력에 공진되면서 상기 무접점 전력수신 장치로 상기 제 1 전력 또는 상기 제 2 전력을 전송하는 전력전송 코일
   을 포함하고,
   상기 무접점 전력전송 제어부는 또한, 상기 무접점 전력전송 장치가 전송하는 전력을 상기 무접점 전력수신 장치가 수신할 수 있는지의 여부를 판단하기 위해, 부하의 변동을 검출하기 위한 제2 구동신호 - 상기 제2 구동신호에 따라 상기 직렬 공진형 컨버터에 의해 스위칭된 직류전력이 상기 전력전송 코일로 공급됨 - 를 발생하도록 상기 구동 드라이버를 제어하는 것인, 과열 보호기능을 구비한 무접점 전력전송 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 무접점 전력전송 제어부의 제어에 따라 ID 요청신호를 발생하여 상기 무접점 전력수신 장치로 전송하는 제 1 신호 전송부를 더 포함하고,
   상기 제 1 신호 수신부는, 상기 ID 요청신호에 따라 상기 무접점 전력수신 장치가 전송하는 ID 신호를 수신하여 상기 무접점 전력전송 제어부에 제공하는 것인, 과열 보호기능을 구비한 무접점 전력전송 장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 과열 보호기능을 구비한 무접점 전력전송 방법으로서,
    무접점 전력전송 장치가 전력전송 코일을 통해 무접점 전력수신 장치로 제 1 전력을 전송하는 단계;
    상기 무접점 전력전송 장치가 상기 무접점 전력수신 장치로부터 충전 완료신호를 수신하기 전에 상기 무접점 전력수신 장치로부터 과열 보호를 위한 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 무접점 전력전송 장치가 상기 제 1 전력보다 낮은 제 2 전력을 상기 전력전송 코일을 통해 상기 무접점 전력수신 장치로 전송하는 단계
    를 포함하고,
    상기 과열 보호를 위한 신호는, 상기 제 1 전력보다 낮은 상기 제 2 전력이 입력되더라도 상기 무접점 전력수신 장치가 에러가 발생한 것으로 판단하지 않고 감소된 충전을 수행하기 위해 제 2 모드를 사용함을 나타내고,
    상기 제 2 전력은, 상기 무접점 전력수신 장치가 상기 제 1 전력으로 충전하는 상태에서 상기 과열 보호를 위한 신호를 전송하기 전에, 상기 전력전송 코일을 통해 상기 무접점 전력수신 장치로 전송되는 경우, 상기 무접점 전력수신 장치가 에러가 발생한 것으로 판단하는 전력이고,
    상기 제 1 전력을 전송하는 단계는,
    상기 무접점 전력전송 장치가 전송하는 전력을 상기 무접점 전력수신 장치가 수신할 수 있는지의 여부를 판단하기 위해, 부하의 변동을 검출하기 위한 구동신호 - 상기 구동신호에 따라 직렬 공진형 컨버터에 의해 스위칭된 직류전력이 상기 전력전송 코일로 공급됨 - 를 생성하는 단계;
    상기 무접점 전력전송 장치가 상기 무접점 전력수신 장치로 ID 요청신호를 전송하는 단계; 및
    상기 ID 요청신호에 따라 상기 무접점 전력수신 장치로부터 ID 신호가 수신될 경우에 상기 제 1 전력을 전송하는 단계
    를 포함하는 것인, 과열 보호기능을 구비한 무접점 전력전송 방법.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 ID 요청신호를 전송하는 단계는,
    상기 전력전송 코일에 상기 부하의 변동이 발생하는지의 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 전력전송 코일에 상기 부하의 변동이 발생한 것이 판단될 경우에 상기 ID 요청신호를 전송하는 단계
    를 포함하는 것인, 과열 보호기능을 구비한 무접점 전력전송 방법.
12. 제 10 항에 있어서,
    상기 무접점 전력수신 장치로부터 충전 완료신호가 수신될 경우에 상기 무접점 전력전송 장치가 전력을 전송하는 것을 정지하는 단계
    를 더 포함하는, 과열 보호기능을 구비한 무접점 전력전송 방법.
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제

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