KR102329581B1 - 차량용 무선전력 전송장치 및 무선 충전 방법 - Google Patents

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Abstract

차량용 무선전력 전송장치 및 무선 충전 방법을 제공한다. 차량용 무선전력 전송장치에 의한 무선 충전 방법은 차량의 제어에 사용되는 동작 주파수 대역 보다 낮은 주파수 대역을 사용하여 무선전력 수신장치의 검출을 위한 신호를 전송하는 단계, 상기 무선전력 수신장치로부터 상기 전송된 신호에 대한 응답 신호 및 전력 제어 신호를 수신하는 단계, 상기 전력 제어 신호에 따라 동작 주파수와 상기 차량용 무선전력 전송장치 무선전력 전송장치 내의 전압 중 적어도 하나를 제어하는 단계 및 상기 무선전력 수신장치로 무선전력을 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

차량용 무선전력 전송장치 및 무선 충전 방법{WIRELESS POWER TRANSMISSION DEVICE FOR VEHICLE AND WIRELESS CHARGING METHOD}
본 발명의 실시예들은 차량에 탑재되는 무선전력 전송장치 및 상기 무선전력 전송장치의 무선 충전 방법에 관한 것이다.
최근 스마트폰(smart phone), 랩탑(laptop), MP3(MPEG-1 Audio Layer-3) 플레이어(player), 헤드셋(headset) 등과 같은 휴대용 전자 장치의 보급이 확산되고 있다. 그러나, 휴대용 전자 장치는 베터리셀(예를 들어, 1차전지, 2차전지 등)에 저장된 전력을 소비함으로써 동작하기 때문에 휴대용 전자 장치가 지속적으로 동작할 수 있도록 하기 위해서는 배터리셀을 충전 또는 교체할 필요가 있다.
배터리셀을 충전하는 방식은 크게 전원 공급선과 전원 공급 단자를 이용하여 충전하는 접촉식 충전 방식 및 무선전력 전송장치의 1차코일에서 발생되는 자기장에 의해 유도되는 무선전력을 무선전력 수신장치를 이용하여 충전하는 비접촉식 충전 방식으로 구분된다. 그러나, 접촉식 충전 방식은 충전기와 배터리가 서로 결합되거나 분리될 때 양측 단자에 서로 다른 전위차가 발생함에 따라 순간방전현상이 나타나고, 단자가 외부로 노출되기 때문에 단자에 이물질이 쌓이면 화재가 발생할 수 있으며, 습기로 인해 배터리가 자연 방전되고 배터리의 수명과 성능이 저하되는 등의 문제가 있다. 따라서 최근에는 상술한 문제점들을 해결하기 위하여 비접촉식 충전 방식에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
비접촉식 충전 방식에 관한 기술 중 하나로, 한국등록특허공보 제10-0971705호(등록일 2010년 7월 15일) "무접점 충전 시스템"에는 무접점전력전송장치의 1차측코어부에 부하변화가 감지되면, 1차측코어부를 통해 요청신호의 출력시점으로부터 상기 요청신호에 대응하는 응답신호의 수신시점까지의 딜레이 타임(Delay time)을 측정하여 기준대기시간과 비교한 후, 기준대기시간보다 측정시간이 짧은 경우 해당 물체가 이물질인 것으로 판단하고, 기준대기시간보다 측정시간이 긴 경우 해당 물체가 정상적인 무접점전력수신장치로 판단하여 무선전력신호를 송출하는 것이 기재되어 있다.
무선전력 전송 시스템은 자기 유도 방식과 공진 유도 방식으로 구분될 수 있다. WPC(Wireless Power Consortium) 표준에 따른 자기 유도 방식의 무선전력 전송 시스템은 공진 주파수(fo)가 100KHz로 설정된 주파수 특성을 가진 시스템으로서, 110KHz 내지 205KHz의 주파수 대역을 사용한다. 한편, 전자기 적합성(EMC: Electro-Magnetic Compatibility) 표준은 차량에 대해 150KHz 이상의 주파수 대역을 기준으로 관리하고 있다. 예를 들어 차량을 제어하는 스마트 키(smart key)는 동작 주파수로서 125KHz를 사용한다. 따라서, 차량에 자기 유도 방식의 무선전력 전송 시스템을 구축하면 상기 무선전력 전송 시스템의 동작 주파수와 해당 차량을 제어하는 동작 주파수 간에 간섭이 발생할 수 있다. 이는 무선전력 전송 시스템 및 차량의 오작동을 초래하게 된다. 차량이 오작동하는 경우 대형 사고가 발생될 수 있다. 그러므로, 차량에 구비된 전자 장치들과의 간섭 주파수를 회피함과 동시에 기존의 무선전력 전송 시스템과 호환 가능한 차량용 무선전력 전송 장치 및 무선 충전 방법이 요구된다.
본 발명의 기술적 과제는 차량에 구비된 전자 장치들과의 주파수 간섭을 회피할 수 있는 차량용 무선전력 전송 장치 및 무선 충전 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 기존의 무선전력 전송 시스템과 호환 가능한 차량용 무선전력 전송 장치 및 무선 충전 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 차량용 무선전력 전송장치에 의한 무선 충전 방법은 차량의 제어에 사용되는 동작 주파수 대역 보다 낮은 주파수 대역을 사용하여 무선전력 수신장치의 검출을 위한 신호를 전송하는 단계, 상기 주파수 대역을 사용하여 상기 무선전력 수신장치로부터 상기 전송된 신호에 대한 응답 신호 및 전력 제어 신호를 수신하는 단계, 상기 전력 제어 신호에 따라 동작 주파수 또는 상기 차량용 무선전력 전송장치 내의 전압을 제어하는 단계 및 상기 무선전력 수신장치로 무선전력을 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 차량의 제어에 사용되는 동작 주파수 대역은 스마트 키(smart key)의 동작 주파수 대역을 포함할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 차량용 무선전력 전송장치가 사용하는 주파수 대역은 상기 차량용 무선전력 전송장치의 공진 주파수 보다 낮은 주파수 대역일 수 있다.
또 다른 실시예로서, 상기 차량용 무선전력 전송장치의 공진 주파수와 상기 무선전력 수신장치의 공진 주파수는 서로 다를 수 있다.
또 다른 실시예로서, 상기 차량용 무선전력 전송장치의 공진 주파수는 상기 무선전력 수신장치의 공진 주파수보다 높을 수 있다.
또 다른 실시예로서, 상기 제어하는 단계는 상기 전력 제어 신호가 상기 무선전력의 상승을 지시하는 경우, 상기 주파수 대역 내에서 상기 동작 주파수를 더 높은 주파수로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예로서, 상기 제어하는 단계는 상기 전력 제어 신호가 상기 무선전력의 하강을 지시하는 경우, 상기 주파수 대역 내에서 상기 동작 주파수를 더 낮은 주파수로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 차량용 무선전력 전송장치는 차량의 제어에 사용되는 동작 주파수 대역 보다 낮은 주파수 대역을 사용하여 무선전력 수신장치의 검출을 위한 신호 및 전력 신호를 전송하는 1차 코일, 상기 1차 코일에 연결되어, 전자기장이 발생되도록 상기 1차 코일에 전기 구동 신호를 인가하는 전기 구동 유닛 및 상기 무선전력 수신장치로부터 수신한 전력 제어 신호에 따라 차량용 무선전력 전송장치의 동작 주파수 및 상기 차량용 무선전력 전송장치 내의 전압 중 적어도 하나를 제어하는 제어 유닛을 포함하고, 상기 1차 코일은 상기 무선전력 수신장치로 상기 전력 제어 신호에 따라 제어된 무선전력을 전송할 수 있다.
차량용 무선전력 전송장치가 무선충전을 수행함에 있어 스마트 키와 같이 차량에 구비되는 전자 장치들과의 주파수 간섭을 회피할 수 있으며, 기존의 무선전력 전송 시스템과의 호환성을 가질 수 있다.
도 1은 무선전력 전송을 위한 직렬 공진 곡선을 나타내는 도면이다.
도 2는 무선전력 전송 시스템이 사용하는 주파수 대역을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 무선전력 전송장치의 무선 충전 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 일반적인 무선전력 전송장치의 전력 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 무선전력 전송장치의 전력 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명이 적용되는 무선전력 전송 시스템을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 무선전력 전송장치를 나타내는 블록도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "~유닛" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "무선전력" 이라는 용어는, 물리적인 전자기 전도체들의 사용 없이 송신기로부터 수신기로 송신되는 전기장, 자기장, 전자기장 등과 관련된 임의의 형태의 에너지를 의미한다. 무선전력은 전력 신호(power signal)라고 불릴 수도 있으며, 송신측의 1차 코일과 수신측의 2차 코일에 의해 둘러싸이는(enclosed) 진동하는 자속(oscillating magnetic flux)을 의미할 수도 있다. 이하, 휴대 전화기(mobile phone), 코드리스(cordless) 전화기, 스마트폰, MP3 플레이어, 랩탑, 헤드셋 등을 포함하는 장치들을 무선으로 충전하기 위한 무선전력 전송 시스템에서의 전력 변환에 대해 예를 들어 설명한다. 무선전력 전송의 기본적인 원리는, 자기 유도 커플링 방식이나 30MHz 미만의 주파수들을 사용하는 자기 공진 커플링(즉, 공진 유도) 방식을 모두 포함한다. 그러나, 비교적 높은 방사 레벨들에서의, 예를 들어, 135kHz (LF) 미만 또는 13.56MHz (HF)에서의 라이센스-면제 동작이 허용되는 주파수들을 포함하는 다양한 주파수들이 이용될 수도 있다.
도 1은 무선전력 전송을 위한 직렬 공진 곡선을 나타내는 도면이고, 도 2는 무선전력 전송 시스템이 사용하는 주파수 대역을 설명하기 위한 도면이다.
무선전력 전송 시스템은 도 1에 도시된 것과 같은 직렬 공진 곡선에서, 공진 주파수(fo)의 우측 방향의 주파수 대역(즉, 공진 주파수보다 높은 주파수 대역)을 사용하여 동작한다. LC 직렬 공진 구조에 있어서 공진 주파수(fo)는 다음의 수학식 1을 기반으로 설정된다.
Figure 112016030064206-pct00001
이때, 송신측은 수신측으로부터 수신한 전력 보상 신호의 값에 따라 동작 주파수를 공진 주파수(fo) 쪽으로 내리거나 올림으로써 송신 전력을 제어한다.
한편, 공진 주파수를 기준으로 양쪽으로 3dB 즉, 전류 값이 반으로 감쇄되는 지점의 주파수 간의 차이를 3dB 대역폭(bandwidth)이라 하며, 공진 주파수(fo)를 3dB 대역폭으로 나눈 것이 Q 값이다. 따라서 도 2에 도시된 것과 같이, 공진특성이 샤프(sharp)할수록 3dB 대역폭은 좁아지게 되며 Q 값은 커지게 된다(High Q). 그러므로, 회로에서 Q(circuit Q) 값은 대역폭과 관련이 있다. 즉, 회로의 Q 값이 낮으면 대역폭이 넓음을 의미하며, Q 값이 높으면 대역폭이 좁음을 의미한다. 여기서, 공진은 특정 주파수의 선택특성을 말하는 것이다. 샤프하게 주파수를 선택한다는 것은 결국 Q 값을 높이는 것을 의미한다. 고정으로 좁은 주파수 대역이 필요한 경우는 Q 값이 높아야 좋은 경우이다. 반대로 사용 주파수 대역이 넓을 경우에는 Q 값이 낮아야 한다. 따라서, 무선전력 전송 시스템을 설계 시 어느 정도의 선택도와 대역폭이 필요한지가 중요하며 이는 Q 값에 의해 결정된다. 그러므로, 본 발명에 따른 무선전력 전송 시스템은 Q 값이 낮은 공진을 사용함으로써 주파수 대역을 넓게 사용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 무선전력 전송장치의 무선 충전 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명에 따른 차량용 무선전력 전송장치는 배터리셀을 충전하기 위하여 일 예로 도 3에 도시된 과정을 수행할 수 있다. 여기서, 상기 배터리셀은 휴대용 전자 장치에 포함될 수 있으며, 무선전력 수신장치에 연결되나 포함될 수 있다. 일 예로, 본 발명에 따른 차량용 무선전력 전송장치는 차량(vehicle) 내부에 구비될 수 있으며, 이 경우 상기 휴대용 전자 장치는 차량 내부에서 상기 무선전력 수신장치를 이용하여 배터리셀을 충전할 수 있다.
도 3을 참조하면, 차량용 무선전력 전송장치는 차량을 제어하는 동작 주파수 대역 보다 낮은 주파수 대역을 사용하여 무선전력 수신장치의 검출을 위한 신호를 전송한다(S310). 예를 들어, 상기 차량을 제어하는 동작 주파수 대역은 스마트 키(smart key)의 동작 주파수 대역을 포함할 수 있다. 또한 상기 스마트 키는 125KHz의 주파수로 동작할 수 있으며, 차량용 무선전력 전송장치는 90 내지 110KHz의 주파수 대역을 사용할 수 있다.
한편, 상기 차량용 무선전력 전송장치는 상기 차량용 무선전력 전송장치에 설정된 공진 주파수 보다 낮은 주파수 대역을 사용하여 무선충전을 수행할 수 있다. 본 발명에 따른 차량용 무선전력 전송장치의 공진 주파수는 무선전력 수신장치의 공진 주파수와 서로 다를 수 있다. 일 예로, 차량용 무선전력 전송장치의 공진 주파수는 무선전력 수신장치의 공진 주파수(100KHz)보다 높게 설정될 수 있다.
또한, 상기 무선전력 수신장치의 검출을 위한 신호는 디지털 핑(digital ping)일 수 있다. 디지털 핑은 무선전력 수신장치가 무선전력 전송장치로 필요한 정보를 전달할 수 있도록 하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 차량용 무선전력 전송장치는 상기 주파수 대역을 사용하여 상기 무선전력 수신장치로부터 디지털 핑에 대한 응답 신호, 전력 제어 신호 등을 수신할 수 있다(S320). 예를 들어, 무선전력 수신장치는 무선전력 전송장치로부터 디지털 핑을 수신하면, 무선전력 수신장치의 고유 식별자(ID), 제조사 ID 등에 대한 정보를 부하 변조(load modulation)을 이용하여 무선전력 전송장치로 보낼 수 있다. 또한, 무선전력 수신장치는 상기 부하 변조를 통해, 무선전력 전송장치로부터 수신되는 무선전력의 레벨을 조절할 것을 요청하는 전력 제어 정보, 배터리셀의 충전 수준을 나타내는 충전 상태 정보, 배터리셀이 완전히 충전되었음을 알리는 만충전 정보, 송신측이 전력전송을 위한 1차 코일을 결정할 수 있도록 하기 위한 신호 세기 정보, 아웃풋(output)에 제공되는 전력의 양을 나타내는 정류 전력(rectified power) 정보 등을 전송할 수 있다. 만일, 상기 디지털 핑을 통해 물체(object)가 감지되었음에도 일정 시간 내에 무선전력 수신장치의 고유 ID, 제조사 ID 등이 수신되지 않는 경우, 본 발명에 따른 차량용 무선전력 전송장치는 해당 물체를 이물질(foreign object)로 판단할 수 있다. 감지된 물체가 이물질로 판단되는 경우, 차량용 무선전력 전송장치는 무선전력을 전송하지 않는다. 감지된 물체가 무선전력 수신장치로 식별되는 경우, 차량용 무선전력 전송장치는 무선전력 전송을 개시할 수 있다.
한편 차량용 무선전력 전송장치는 무선전력을 전송 중 무선전력 수신장치로부터 전력 제어 신호가 수신되면, 상기 전력 제어 신호에 따라 차량용 무선전력 전송장치의 동작 주파수 및 상기 차량용 무선전력 전송장치 내의 전압 중 적어도 하나를 제어할 수 있다(S330). 예를 들어, 차량용 무선전력 전송장치는 상기 전력 제어 신호가 무선전력의 상승을 지시하는 경우 즉, 무선전력 수신장치가 보다 많은 전력을 전송할 것을 요청하는 경우, 차량용 무선전력 전송장치에 설정된 주파수 대역 내에서 상기 동작 주파수를 더 높은 주파수로 설정할 수 있다. 반대로, 차량용 무선전력 전송장치는 상기 전력 제어 신호가 무선전력의 하강을 지시하는 경우, 상기 주파수 대역 내에서 상기 동작 주파수를 더 낮은 주파수로 설정할 수 있다. 이후, 차량용 무선전력 전송장치는 해당 무선전력 수신장치로 주파수 및/또는 전력 제어를 통해 상기 전력 제어 신호에 따라 조절된 무선전력을 전송할 수 있다(S340).
도 4는 일반적인 무선전력 전송장치의 전력 제어 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 무선전력 전송장치의 전력 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 차량용 무선전력 전송장치의 전력 제어 방법에 대해 보다 상세히 설명한다.
먼저 도 4를 참조하면, 일반적인 무선전력 전송장치는 무선전력 수신장치와 동일하게 100KHz의 공진 주파수(Fo)를 사용하며, 파워를 크게 전송하고자 할 때는 최대 전류 주파수(F1)로, 파워를 적게 전송하고자 할 때는 최소 전류 주파수(F2)로 동작 주파수가 이동되도록 제어한다. 이때, 최대 전류 주파수(F1)는 110KHz 이고, 최소 전류 주파수(F2)는 205KHz일 수 있다(F1<F2). 즉, 무선전력 전송장치가 사용하는 주파수 대역은 110KHz 내지 205KHz일 수 있다. 그러나, 차량에서 무선전력 전송장치가 사용하는 주파수 대역이 그대로 사용되는 경우, 무선전력 전송장치가 사용하는 주파수와 차량에 구비된 전자 장치들이 사용하는 주파수 간에 간섭이 발생할 수 있다. 특히 차량을 제어하는 스마트 키(smart key)는 동작 주파수로서 125KHz를 사용 가능하기 때문에, 무선전력 전송장치가 차량에서 사용되면 스마트 키의 동작 주파수와 무선전력 전송장치의 동작 주파수 간의 간섭에 의해 차량이 오작동하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 차량용 무선전력 전송장치는 도 5에 도시된 것과 같이 상기 차량용 무선전력 전송장치의 공진 주파수(F'o)를 기준으로 왼쪽의 주파수 대역(차량용 무선전력 전송장치의 공진 주파수보다 낮은 주파수 대역)을 사용할 수 있다. 또한, 사용(또는 동작) 주파수 대역이 좁아 필요 시 전압 제어를 함께 사용할 수 있다. 일 예로, 본 발명에 따른 차량용 무선전력 전송장치는 90KHz 내지 110KHz의 주파수 대역을 사용할 수 있다. 그러나, 이 경우 무선전력 수신장치의 공진 주파수(Fo)를 기준으로 최대 전류 주파수(F1)와 최소 전류 주파수(F2)는 위치가 서로 바뀌게 된다(F2<F1). 따라서, F2 내지 Fo 사이에서는 즉, 동작 주파수가 Fo 보다 낮은 경우에는 무선전력 수신장치가 보내는 양의 신호(전력을 더 보내라는 신호)에 대해 기존과 동일한 주파수 제어(주파수 내림)를 수행하면 무선전력 수신장치의 수신 전력이 하강하게 되므로, 차량용 무선전력 전송장치는 기존 대비 주파수 제어를 반대로 수행한다. 즉, 본 발명에 따른 차량용 무선전력 전송장치는 동작 주파수가 F2 내지 Fo 사이에 설정되어 있는 경우 무선전력 수신장치의 추가 전력요구에 대해 동작 주파수를 공진 주파수(F'o)쪽으로 올리도록 설정할 수 있다. 반대로, 무선전력 수신장치의 전력 감소요구에 대해서는 동작 주파수를 최소전류 주파수(F2) 쪽으로 설정할 수 있다. 이와 같은 동작으로 인해 본 발명에 따른 차량용 무선전력 전송장치는 일반적인 무선전력 수신장치와 호환 가능하다.
도 6은 본 발명이 적용되는 무선전력 전송 시스템을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 무선전력 전송 시스템(600)은 무선전력 전송장치(610) 및 하나의 무선전력 수신장치(650-1) 또는 n개(여기서, n은 자연수)의 무선전력 수신장치(650-1,...,650-n)를 포함한다. 상기 무선전력 전송장치(610)는 차량용 무선전력 전송장치일 수 있다.
무선전력 전송장치(310)는 1차 코어(primary core)를 포함한다. 1차 코어는 하나 또는 그 이상의 1차 코일(primary coil)을 포함할 수 있다. 무선전력 전송장치(610)는 임의의 적합한 형태를 가질 수 있으나, 한 가지 바람직한 형태는 전력 전송 표면을 가진 평탄한 플랫폼일 수 있다. 각각의 무선전력 수신장치(650-1,...,650-n)는 상기 플랫폼 상에 또는 그 근처에 위치할 수 있다.
각 무선전력 수신장치(650-1,...,650-n)는 무선전력 전송장치(610)로부터 분리 가능하다. 각 무선전력 수신장치(650-1,...,650-n)는 무선전력 전송장치(610)의 근처에 있을 때 무선전력 전송장치(610)의 1차 코어에 의해 발생되는 전자기장과 결합되는 2차 코어(secondary core)를 포함한다. 2차 코어는 하나 또는 그 이상의 2차 코일(secondary coil)을 포함할 수 있다.
무선전력 전송장치(610)는 직접적인 전기 접촉 없이 무선전력 수신장치(650-1,...,650-n)로 전력을 전송한다. 이때, 1차 코어와 2차 코어는 서로 자기 유도 커플링(coupling) 또는 공진 유도 커플링되었다고 한다. 1차 코일 또는 2차 코일은 임의의 적합한 형태들을 가질 수 있다. 일 예로, 1차 코일 및 2차 코일은 페라이트(ferrite) 또는 비정질 금속(amorphous material)과 같은 고투자율의 형성물의 주위에 감긴 동선일 수 있다.
무선전력 수신장치(650-1,...,650-n)는 외부 부하(도시되지 않음. 여기서는 무선전력 수신장치의 실제 부하라고도 함)에 연결되어, 무선전력 전송장치(610)로부터 무선으로 수신한 전력을 외부 부하에 공급할 수 있다. 예를 들어 무선전력 수신장치(650-1,...,650-n)는 각각 휴대형 전기 또는 전자 장치 또는 재충전가능 배터리셀 또는 전지와 같이, 전력을 소비하거나 저장하는 물체로 수신한 전력을 운반할 수 있다.
도 7는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 무선전력 전송장치를 나타내는 블록도이다.
도 7을 참조하면, 차량용 무선전력 전송장치(700)는 1차 코일(710), 전기 구동 유닛(720), 제어 유닛(730) 및 전류 측정 유닛(740)을 포함한다.
1차 코일(710)은 차량을 제어하는 스마트 키(smart key)의 동작 주파수 대역 보다 낮은 주파수 대역을 사용하여 무선전력 수신장치의 검출을 위한 신호 및 전력 신호를 전송한다.
전기 구동 유닛(720)은 1차 코일(710)에 연결되어, 1차 코일(710)에서 전자기장이 발생되도록 1차 코일(710)에 전기 구동 신호들을 인가한다.
제어 유닛(730)은 전기 구동 유닛(720)에 연결되고, 1차 코일(710)이 유도 자기장을 발생시키거나 자기공진을 일으킬 때 필요한 교류(AC: Alternating Current) 신호를 제어해주는 제어 신호(731)를 생성할 수 있다. 제어 유닛(730)은 무선전력 수신장치로부터 수신한 전력 제어 신호에 따라 동작 주파수 및 상기 무선전력 전송장치 내의 전압 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
전류 측정 유닛(740)은 1차 코일(710)에 흐르는 전류를 측정한다. 전류 측정 유닛(740)이 측정하는 전류는 교류 전류일 수 있다. 일 예로, 전류 측정 유닛(740)은 전류 센서(current sensor)일 수 있다. 또는 전류 측정 유닛(740)은 1차 코일에 흐르는 고전류를 저전류로 낮추어 사용하는 변압기(transformer)일 수 있다.
제어 유닛(730)은 전류 측정 유닛(740)에서 측정된 전류 값을 이용하여 무선전력 수신장치가 송신한 정보를 획득할 수 있다. 무선전력 수신장치는 부하를 변동시킴으로써 요구전력이 만족될 때까지 전력 상승을 요청하는 전력 제어 신호 또는 전력 하강을 요청하는 전력 제어 신호를 계속적/주기적으로 차량용 무선전력 전송장치(700)로 전송할 수 있다. 예를 들어, 제어 유닛(730)은 부하 변동을 통해 무선전력 수신장치로부터 전력 상승을 요청하는 전력 제어 신호를 수신하면, 그에 따른 응답으로서 더 높은 전력이 전송되도록 1차 코일(710)에 흐르는 전류의 세기를 상승시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 1차 코일(710)에 더 큰 전류가 흐르도록 하기 위해, 제어 유닛(730)은 기준 AC 신호 보다 더 큰 AC 신호가 1차 코일(710)에 인가될 수 있도록 제어 신호(731)를 조정할 수 있다. 반대로, 제어 유닛(730)은 무선전력 수신장치로부터 전력 하강을 요청하는 전력 제어 신호를 수신하면, 현재 전송 전력 보다 낮은 전력이 전송되도록 기준 AC 신호 보다 낮은 AC 신호가 1차 코일(710)에 인가될 수 있도록 제어 신호(731)를 조절할 수 있다.
또한, 차량용 무선전력 전송장치의 동작 주파수가 무선전력 수신장치의 공진 주파수 보다 낮은 경우, 1차 코일(710)을 통해 보다 큰 무선전력이 전송되도록 하기 위해, 제어 유닛(730)은 차량용 무선전력 전송장치(700)의 동작 주파수 대역 내에서 동작 주파수를 더 높은 주파수로 설정할 수 있다. 반대로, 차량용 무선전력 전송장치의 동작 주파수가 무선전력 수신장치의 공진 주파수 보다 낮은 경우 1차 코일(710)을 통해 보다 낮은 무선전력이 전송되도록 하기 위해, 제어 유닛(730)은 차량용 무선전력 전송장치(700)의 동작 주파수 대역 내에서 동작 주파수를 더 낮은 주파수로 설정할 수 있다.
한편, 차량용 무선전력 전송장치의 동작 주파수가 무선전력 수신장치의 공진 주파수가 동일함에도 무선전력 수신장치가 전력 상승을 요구하는 경우, 제어 유닛(730)은 기준 AC 신호 보다 더 큰 AC 신호가 1차 코일(710)에 인가될 수 있도록 제어 신호(731)를 조정할 수 있다. 반대로, 차량용 무선전력 전송장치의 동작 주파수가 F1 또는 F2와 동일함에도 무선전력 수신장치가 전력 하강을 요청하는 경우, 제어 유닛(730)은 기준 AC 신호 보다 낮은 AC 신호가 1차 코일(710)에 인가될 수 있도록 제어 신호(731)를 조정할 수 있다. 상술한 일련의 과정을 통칭하여 전력 제어(power control)라 한다.
1차 코일(710)은 무선전력 수신장치로부터 수신된 전력 제어 신호에 따라 제어 유닛(730)에 의해 제어된 무선전력을 상기 무선전력 수신장치로 전송할 수 있다.
한편 도 7에는 도시되지 않았지만, 본 발명에 따른 차량용 무선전력 전송장치는 표유 자기장(stray magnetic field) 또는 와전류(eddy current)로부터 차량용 무선전력 전송장치를 보호하기 위한 차폐부재를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 차량용 무선전력 전송장치는 인터페이스 주변의 온도를 모니터링하는 온도 보호 회로를 포함할 수 있다. 온도 보호 회로에 의해 측정된 온도가 임계값을 초과하는 경우, 본 발명에 따른 차량용 무선전력 전송장치는 안전을 위해 전력 전송을 중단 또는 종료할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 차량용 무선전력 전송장치에 의한 무선 충전 방법에 있어서,
    차량의 제어에 사용되는 동작 주파수 대역 보다 낮은 주파수 대역을 사용하여 무선전력 수신장치의 검출을 위한 신호를 전송하는 단계;
    상기 무선전력 수신장치로부터 상기 전송된 신호에 대한 응답 신호 및 전력 제어 신호를 수신하는 단계;
    상기 전력 제어 신호에 따라 상기 차량용 무선전력 전송장치의 동작 주파수와 상기 차량용 무선전력 전송장치 내의 전압 중 적어도 하나를 제어하는 단계; 및
    상기 무선전력 수신장치로 무선전력을 전송하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제어하는 단계는,
    상기 차량용 무선전력 전송장치의 동작 주파수가 상기 무선전력 수신장치의 공진 주파수 보다 낮은 경우, 상기 차량용 무선전력 전송장치의 동작 주파수가 상기 무선전력 수신장치의 공진 주파수보다 높은 경우와 비교해서 상기 동작 주파수의 제어를 반대로 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 무선전력 전송장치의 무선 충전 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차량의 제어에 사용되는 동작 주파수 대역은,
    스마트 키(smart key)의 동작 주파수 대역을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 무선전력 전송장치의 무선 충전 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 차량용 무선전력 전송장치의 공진 주파수와 상기 무선전력 수신장치의 공진 주파수는 서로 다른 것을 특징으로 하는 차량용 무선전력 전송장치의 무선 충전 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 차량용 무선전력 전송장치의 공진 주파수는,
    상기 무선전력 수신장치의 공진 주파수보다 높은 것을 특징으로 하는 차량용 무선전력 전송장치의 무선 충전방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 동작 주파수의 제어를 반대로 수행하는 단계는,
    상기 전력 제어 신호가 상기 무선전력의 상승을 지시하는 경우, 상기 주파수 대역 내에서 상기 동작 주파수를 더 높은 주파수로 설정하는 단계를 포함하는 차량용 무선전력 전송장치의 무선 충전 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 동작 주파수의 제어를 반대로 수행하는 단계는,
    상기 전력 제어 신호가 상기 무선전력의 하강을 지시하는 경우, 상기 주파수 대역 내에서 상기 동작 주파수를 더 낮은 주파수로 설정하는 단계를 포함하는 차량용 무선전력 전송장치의 무선 충전 방법.
  8. 차량의 제어에 사용되는 동작 주파수 대역 보다 낮은 주파수 대역을 사용하여 무선전력 수신장치의 검출을 위한 신호 및 전력 신호를 전송하는 1차 코일;
    상기 1차 코일에 연결되어, 전자기장이 발생되도록 상기 1차 코일에 전기 구동 신호를 인가하는 전기 구동 유닛; 및
    상기 무선전력 수신장치로부터 수신한 전력 제어 신호에 따라 차량용 무선전력 전송장치의 동작 주파수 및 상기 차량용 무선전력 전송장치 내의 전압 중 적어도 하나를 제어하는 제어 유닛
    을 포함하고,
    상기 1차 코일은,
    상기 무선전력 수신장치로 상기 전력 제어 신호에 따라 제어된 무선전력을 전송하고,
    상기 제어 유닛은,
    상기 차량용 무선전력 전송장치의 동작 주파수가 상기 무선전력 수신장치의 공진 주파수 보다 낮은 경우, 상기 차량용 무선전력 전송장치의 동작 주파수가 상기 무선전력 수신장치의 공진 주파수보다 높은 경우와 비교해서 상기 동작 주파수의 제어를 반대로 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 무선전력 전송장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 차량의 제어에 사용되는 동작 주파수 대역은,
    스마트 키(smart key)의 동작 주파수 대역을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 무선전력 전송장치.
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서,
    상기 차량용 무선전력 전송장치의 공진 주파수와 상기 무선전력 수신장치의 공진 주파수는 서로 다른 것을 특징으로 하는 차량용 무선전력 전송장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 차량용 무선전력 전송장치의 공진 주파수는,
    상기 무선전력 수신장치의 공진 주파수보다 높은 것을 특징으로 하는 차량용 무선전력 전송장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 제어 유닛은,
    상기 차량용 무선전력 전송장치의 동작 주파수가 상기 무선전력 수신장치의 공진 주파수 보다 낮은 경우 상기 전력 제어 신호가 상기 무선전력의 상승을 지시하면, 상기 주파수 대역 내에서 상기 동작 주파수를 더 높은 주파수로 설정하는 것을 특징으로 하는 차량용 무선전력 전송장치.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 제어 유닛은,
    상기 차량용 무선전력 전송장치의 동작 주파수가 상기 무선전력 수신장치의 공진 주파수 보다 낮은 경우 상기 전력 제어 신호가 상기 무선전력의 하강을 지시하면, 상기 주파수 대역 내에서 상기 동작 주파수를 더 낮은 주파수로 설정하는 것을 특징으로 하는 차량용 무선전력 전송장치.
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