KR102332786B1

KR102332786B1 - Apparatus and method for detecting foreign object using reflective laser in wireless power transfer system of electric vehicle

Info

Publication number: KR102332786B1
Application number: KR1020170162990A
Authority: KR
Inventors: 차재은; 최규영; 이우영; 이병국; 김민중; 주동명; 변종은; 안상준
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사; 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2017-01-03
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2021-11-30
Also published as: KR20180080103A

Abstract

전기차 무선 전력 전송 시스템에서 굴절식 레이저를 이용한 이물질 검출 장치 및 방법이 개시된다. 굴절식 레이저를 이용한 이물질 검출 장치는, 송전 패드의 상부 일측면에 설치되어 레이저를 발생시키는 레이저 송신부, 상기 송전 패드의 상부 일측면 또는 상기 일측면의 타측면에 설치되어, 상기 레이저 송신부에 의해 발생한 레이저를 수신하고 수신된 레이저를 반사시키는 적어도 하나의 레이저 굴절부 및 상기 적어도 하나의 레이저 굴절부를 통해 레이저를 전달받는 레이저 수신부를 포함한다. 따라서, 송전 패드와 수전 패드 사이의 이물질을 최소한의 장치들을 이용하여 검출할 수 있다.Disclosed are an apparatus and method for detecting foreign substances using a refractive laser in an electric vehicle wireless power transmission system. A foreign material detection device using a refractive laser is installed on one upper side of the power transmission pad and generates a laser, a laser transmitter installed on the upper one side of the power transmission pad or the other side of the one side, generated by the laser transmitter It includes at least one laser refracting unit that receives the laser and reflects the received laser and a laser receiving unit that receives the laser through the at least one laser refracting unit. Accordingly, foreign substances between the power transmission pad and the power reception pad can be detected using a minimum number of devices.

Description

Apparatus and method for detecting foreign substances using refractive laser in electric vehicle wireless power transmission system

본 발명은 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 굴절식 레이저를 이용한 이물질 검출 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 송전 패드에 장착된 굴절식 레이저를 이용하여 송전 패드와 수전 패드 사이의 이물질을 검출함으로써 레이저 장비의 설치 면적 및 개수를 최소화하고 이물질 검출 성능을 향상시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for detecting foreign substances using a refractive laser in an electric vehicle wireless power transmission system, and more particularly, to an electric vehicle wireless power transfer system between a power transmission pad and a power receiving pad using a refractive laser mounted on the transmission pad. The present invention relates to a method and apparatus for minimizing the installation area and number of laser equipment and improving the foreign material detection performance by detecting foreign substances in the laser equipment.

전기차 충전 시스템은 기본적으로 상용 전원의 배전망(grid)이나 에너지 저장 장치의 전력을 이용하여 전기차에 탑재된 배터리를 충전하는 시스템으로 정의할 수 있다. 이러한 전기차 충전 시스템은 전기차의 종류에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 전기차 충전 시스템은 케이블을 이용한 전도성 충전 시스템이나 비접촉 방식의 무선 전력 전송 시스템을 포함할 수 있다.An electric vehicle charging system can be basically defined as a system that charges a battery mounted in an electric vehicle using power from a commercial power grid or energy storage device. Such an electric vehicle charging system may have various forms depending on the type of electric vehicle. For example, the electric vehicle charging system may include a conductive charging system using a cable or a non-contact wireless power transmission system.

전기차의 충전 시, 전기차에 탑재되는 차량 어셈블리(vehicle assembly, VA)는 충전 스테이션(charge station)이나 충전 스팟(charging spots)에 위치하는 그라운드 어셈블리(ground assembly, GA)의 송전 패드와 유도 공진 결합을 형성하고, 유동 공진 결합을 통해 그라운드 어셈블리로부터 전달되는 전력을 이용하여 전기차의 배터리에 충전을 수행하게 된다.When charging an electric vehicle, the vehicle assembly (VA) mounted on the electric vehicle performs inductive resonance coupling with the electric transmission pad of the ground assembly (GA) located at the charging station or charging spots. The battery of the electric vehicle is charged using the electric power transmitted from the ground assembly through the flow resonance coupling.

한편, 자기 유도 방식의 무선 전력 전송 시스템은 송신 코일 및 수신 코일 상호간 전자기 유도 현상을 이용하여 전력을 전달하는 시스템이다. 송신 코일과 수신 코일 사이에 금속, 자성체 등의 자기장에 영향을 미칠 수 있는 물질이 존재할 경우, 무선 충전 시스템의 공진 주파수에 직접적인 영향을 주어서 무선 충전 시스템의 비정상적인 동작을 초래하거나 전력 전달 효율을 감소시킬 수 있다. 또한, 송신 코일과 수신 코일 사이에 있는 물질의 온도가 급격히 상승하여 시스템의 안정성을 저해할 수 있다. On the other hand, the magnetic induction type wireless power transmission system is a system for transmitting power using the electromagnetic induction phenomenon between the transmitting coil and the receiving coil. If there is a material that can affect the magnetic field, such as metal or magnetic material, between the transmitting coil and the receiving coil, it may directly affect the resonant frequency of the wireless charging system, causing abnormal operation of the wireless charging system or reducing power transfer efficiency. can In addition, the temperature of the material between the transmitting coil and the receiving coil rises rapidly, which may impair the stability of the system.

따라서, 송신 코일과 수신 코일 사이에 이물질을 검출하기 위한 방안이 필요한 실정이다.Accordingly, there is a need for a method for detecting foreign substances between the transmitting coil and the receiving coil.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 전기차 무선 전력 전송 시스템에서, 굴절식 레이저를 이용한 이물질 검출 장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide an apparatus for detecting foreign substances using a refractive laser in an electric vehicle wireless power transmission system.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 이물질 검출 장치에서 수행되는, 굴절식 레이저를 이용한 이물질 검출 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention for solving the above problems is to provide a method for detecting a foreign material using a refractive laser, which is performed in a foreign material detecting apparatus.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전기차 무선 전력 전송 시스템에서, 굴절식 레이저를 이용한 이물질 검출 장치를 제공한다.The present invention for achieving the above object, in an electric vehicle wireless power transmission system, provides an apparatus for detecting a foreign material using a refractive laser.

여기서 굴절식 레이저를 이용한 이물질 검출 장치는, 송전 패드의 상부 일측면에 설치되어 레이저를 발생시키는 레이저 송신부, 상기 송전 패드의 상부 일측면 또는 타측면에 설치되어, 상기 레이저 송신부에 의해 발생한 레이저를 수신하고 수신된 레이저를 반사시키는 적어도 하나의 레이저 굴절부 및 상기 적어도 하나의 레이저 굴절부를 통해 레이저를 전달받는 레이저 수신부를 포함할 수 있다.Here, the foreign material detection device using the refractive laser is installed on one upper side of the power transmission pad to generate a laser, and is installed on the upper one side or the other side of the power transmission pad to receive the laser generated by the laser transmission unit. and at least one laser refracting unit for reflecting the received laser and a laser receiving unit receiving the laser through the at least one laser refracting unit.

여기서 상기 적어도 하나의 레이저 굴절부는, 거울을 포함할 수 있다.Here, the at least one laser refracting unit may include a mirror.

여기서 상기 적어도 하나의 레이저 굴절부가 복수개인 경우, 복수의 레이저 굴절부는, 상기 송전 패드의 상부 일측면 및 상기 일측면의 반대측면에, 서로 마주보지 않고 어긋난 위치로 배치될 수 있다.Here, when there are a plurality of the at least one laser refractive unit, the plurality of laser refractive units may be disposed on one upper side of the power transmission pad and on an opposite side of the one side, not facing each other, but deviated from each other.

여기서 상기 적어도 하나의 레이저 굴절부가 복수개인 경우, 복수의 레이저 굴절부 중 적어도 두 개의 레이저 굴절부는 상기 송전 패드의 상부 일측면 및 반대측면에 서로 마주보게 배치되고, 상기 적어도 두 개의 레이저 굴절부 중 하나는, 상기 송전 패드의 상부 일측면 또는 반대측면에 대하여 비스듬하게 설치될 수 있다.Here, when the at least one laser refractive unit is plural, at least two laser refractive units among the plurality of laser refractive units are disposed to face each other on one upper side and an opposite side of the power transmission pad, and one of the at least two laser refractive units may be installed obliquely with respect to one or the opposite side of the upper side of the power transmission pad.

여기서 상기 레이저 수신부는, CdS(황화카드뮴) 센서를 이용하여 이물질을 검출하는 서브 이물질 검출 회로를 포함할 수 있다.Here, the laser receiver may include a sub-foreign substance detection circuit for detecting foreign substances using a CdS (cadmium sulfide) sensor.

여기서 상기 서브 이물질 검출 회로는, 인가 전압(Vcc)을 일단으로 하고, 상기 CdS 센서를 타단으로 하는 제1 저항, 상기 제1 저항을 일단으로 하고, 접지를 타단으로 하는, 상기 CdS 센서 및 상기 제1 저항과 상기 CdS 센서 사이의 전압을 입력으로 하여 일정한 전압 레벨로 출력하는 버퍼(Buffer)를 포함할 수 있다.Here, the sub foreign material detection circuit includes a first resistor having an applied voltage (Vcc) as one end, the CdS sensor as the other end, the CdS sensor and the first resistor having the first resistor as one end and a ground as the other end. 1 It may include a buffer that receives a voltage between the resistor and the CdS sensor as an input and outputs a constant voltage level.

여기서 상기 제1 저항은, 상기 CdS 센서의 초기 내부 저항보다 10배 이상 작고, 상기 CdS 센서가 레이저를 감지함으로써 변동된 내부 저항보다 10배 이상 클 수 있다.Here, the first resistance may be 10 times or more smaller than the initial internal resistance of the CdS sensor, and may be 10 times or more greater than the internal resistance changed by the CdS sensor sensing the laser.

여기서 상기 이물질 검출 장치는, 상기 서브 이물질 검출 회로의 출력값을 참조하여 이물질 검출 유무를 판단하는 이물질 검출 판단부를 더 포함할 수 있다.Here, the foreign material detection apparatus may further include a foreign material detection determination unit that determines whether foreign matter is detected by referring to the output value of the sub foreign material detection circuit.

여기서 상기 이물질 검출 장치는, 상기 레이저 수신부를 복수개 포함할 수 있다.Here, the foreign material detection device may include a plurality of the laser receiver.

여기서 상기 이물질 검출 장치는, 복수개의 레이저 수신부 각각에 포함된 서브 이물질 검출 회로의 출력을 입력으로 하고, OR 연산을 수행하여 출력하는 OR 게이트를 더 포함할 수 있다.Here, the foreign material detection apparatus may further include an OR gate that receives an output of a sub foreign material detection circuit included in each of the plurality of laser receivers as an input, and performs an OR operation to output the output.

여기서 상기 이물질 검출 장치는, 상기 OR 게이트의 출력값을 참조하여 이물질 검출 유무를 판단하는 이물질 검출 판단부를 더 포함할 수 있다.Here, the foreign material detection apparatus may further include a foreign material detection determination unit that determines whether foreign matter is detected by referring to the output value of the OR gate.

여기서 상기 이물질 검출 판단부는, 상기 서브 이물질 검출 회로의 출력값이 상기 인가 전압과 허용 오차 범위 내에서 동일하면, 이물질이 검출된 것으로 결정할 수 있다.Here, the foreign material detection determining unit may determine that the foreign material has been detected when the output value of the sub foreign material detection circuit is the same as the applied voltage within an allowable error range.

여기서 상기 이물질 검출 판단부는, GA(Ground Assembly) 컨트롤러이고, 이물질 검출 유무에 따라 상기 송전 패드 내에 있는 GA 코일의 출력 전력 레벨을 조절할 수 있다.Here, the foreign material detection determining unit is a GA (ground assembly) controller, and may adjust the output power level of the GA coil in the power transmission pad according to whether foreign matter is detected.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면은, 이물질 검출 장치에서 수행되는, 굴절식 레이저를 이용한 이물질 검출 방법을 제공한다.Another aspect of the present invention for achieving the above other object provides a method for detecting a foreign material using a refractive laser, which is performed in a foreign material detecting apparatus.

굴절식 레이저를 이용한 이물질 검출 방법은, 송전 패드의 상부 일측면에서 타측면으로 레이저를 발생시키는 단계, 상기 송전 패드의 상부 일측면 또는 타측면에 설치된 적어도 하나의 레이저 굴절부를 이용하여 상기 레이저를 적어도 한번 이상 사선 방향으로 반사시키는 단계 및 반사된 레이저의 감지 여부에 따라 이물질을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.The method for detecting a foreign material using a refractive laser includes generating a laser from one upper side of the power transmission pad to the other side, and at least the laser using at least one laser refraction unit installed on the upper one side or the other side of the power transmission pad. It may include the step of reflecting one or more times in an oblique direction, and the step of detecting the foreign material according to whether the reflected laser is detected.

여기서 상기 적어도 하나의 레이저 굴절부가 복수개인 경우, 복수의 레이저 굴절부 중 적어도 두 개의 레이저 굴절부는 상기 송전 패드의 상부 일측면 및 반대측면에 서로 마주보게 배치되고, 상기 적어도 두 개의 레이저 굴절부 중 하나는, 상기 송전 패드의 상부 일측면 또는 상기 일측면의 반대측면에 대하여 비스듬하게 설치될 수 있다.Here, when the at least one laser refractive unit is plural, at least two laser refractive units among the plurality of laser refractive units are disposed to face each other on one upper side and an opposite side of the power transmission pad, and one of the at least two laser refractive units may be installed obliquely with respect to one upper side of the power transmission pad or an opposite side of the one side.

여기서 상기 이물질을 검출하는 단계는, CdS(황화카드뮴) 센서가 포함된 서브 이물질 검출 회로를 이용하여 이물질을 검출할 수 있다.Here, in the detecting of the foreign material, the foreign material may be detected by using a sub foreign material detection circuit including a CdS (cadmium sulfide) sensor.

여기서 상기 이물질을 검출하는 단계는, 상기 서브 이물질 검출 회로의 출력값을 참조하여 이물질 검출 유무를 판단할 수 있다. Here, in the detecting of the foreign material, it may be determined whether the foreign material is detected by referring to an output value of the sub foreign material detection circuit.

상기와 같은 본 발명에 따른 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 굴절식 레이저를 이용한 이물질 검출 장치 및 방법을 이용할 경우에는 적은 수의 레이저 송수신 소자를 이용하여 송전 패드와 수전 패드 사이의 이물질을 검출할 수 있다.When the apparatus and method for detecting a foreign material using a refractive laser are used in the electric vehicle wireless power transmission system according to the present invention as described above, a foreign material between the power transmission pad and the power reception pad can be detected using a small number of laser transmission and reception elements.

또한, 레이저를 이용하기 때문에 금속과 비금속을 모두 검출할 수 있는 장점이 있다.In addition, since the laser is used, there is an advantage in that both metals and non-metals can be detected.

또한, 이물질 검출을 위한 레이저 소자가 송전 패드에 구성됨으로써, 송전 패드와 수전 패드의 제조업체가 상이하더라도 쉽게 본 발명에 따른 이물질 검출 장치를 적용할 수 있다.In addition, since the laser element for detecting foreign substances is configured in the power transmission pad, even if the manufacturers of the power transmission pad and the power receiving pad are different, the foreign material detection device according to the present invention can be easily applied.

도 1은 본 발명의 일 실시예가 적용되는 전기차를 위한 무선 전력 전송의 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 무선 충전 회로를 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 무선 전력 전송에서의 정렬 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 광원을 이용한 이물질 검출 장치의 개략도이다.
도 5는 도 4에 따른 광원을 이용한 이물질 검출 장치의 세부 구조도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치에 사용될 수 있는 CdS 센서의 외관과 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 레이저를 이용한 이물질 검출 장치를 설명하기 위한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 굴절식 레이저를 이용한 이물질 검출 장치를 설명하기 위한 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치에 포함된 이물질 검출 회로에 대한 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 굴절식 레이저를 이용한 이물질 검출 장치에 대한 구성도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 수신부의 예시 회로를 이용한 이물질 검출 실험의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 12는 도 11에 따른 그래프를 확대한 그래프이다.1 is a conceptual diagram for explaining the concept of wireless power transmission for an electric vehicle to which an embodiment of the present invention is applied.
2 is a conceptual diagram illustrating an electric vehicle wireless charging circuit according to an embodiment of the present invention.
3 is a conceptual diagram for explaining an arrangement concept in electric vehicle wireless power transmission according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic diagram of an apparatus for detecting foreign substances using a light source in an electric vehicle wireless power transmission system.
FIG. 5 is a detailed structural diagram of a foreign material detecting apparatus using a light source according to FIG. 4 .
6 is a view for explaining the appearance and characteristics of a CdS sensor that can be used in a foreign material detecting apparatus according to an embodiment of the present invention.
7 is an exemplary view for explaining a foreign material detecting apparatus using a laser.
8 is an exemplary view for explaining an apparatus for detecting a foreign material using a refractive laser according to an embodiment of the present invention.
9 is an exemplary diagram of a foreign material detection circuit included in the foreign material detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
10 is a block diagram of a foreign material detecting apparatus using a refractive laser according to an embodiment of the present invention.
11 is a graph showing a result of a foreign material detection experiment using an exemplary circuit of a laser receiver according to an embodiment of the present invention.
12 is an enlarged graph of the graph of FIG. 11 .

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each figure, like reference numerals have been used for like elements.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component. and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it is understood that the other component may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that no other element is present in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

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 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

본 발명의 일 실시예에서 전기차 충전 시스템은 기본적으로 상용 전원의 배전망(grid)이나 에너지 저장 장치의 전력을 이용하여 전기차에 탑재된 배터리를 충전하는 시스템으로 정의할 수 있다. 이러한 전기차 충전 시스템은 전기차의 종류에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 전기차 충전 시스템은 케이블을 이용한 전도성 충전 시스템이나 비접촉 방식의 무선 전력 전송 시스템을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, an electric vehicle charging system may be defined as a system that basically charges a battery mounted in an electric vehicle using a grid of commercial power or power of an energy storage device. Such an electric vehicle charging system may have various forms depending on the type of electric vehicle. For example, the electric vehicle charging system may include a conductive charging system using a cable or a non-contact wireless power transmission system.

본 발명의 일 실시예에서 전기차(Electric Vehicle, EV)는 49 CFR(code of federal regulations) 523.3 등에서 정의된 자동차(automobile)를 지칭할 수 있다. 전기차는 고속도로 이용 가능하고, 차량 외부의 전원공급원으로부터 재충전 가능한 배터리 등의 차량 탑재 에너지 저장 장치에서 공급되는 전기에 의해 구동될 수 있다. In an embodiment of the present invention, an electric vehicle (EV) may refer to an automobile defined in 49 CFR (code of federal regulations) 523.3 and the like. Electric vehicles can be used on highways and can be powered by electricity supplied from an on-board energy storage device, such as a rechargeable battery, from a power source external to the vehicle.

본 발명의 일 실시예에서 전원공급원은 주거지나 공용 전기서비스 또는 차량 탑재 연료를 이용하는 발전기 등을 포함할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the power supply source may include a residential or public electric service or a generator using vehicle-mounted fuel.

본 발명의 일 실시예에서 전기차(electric vehicle, EV)는 일렉트릭 카(electric car), 일렉트릭 오토모바일(electric automobile), ERV(electric road vehicle), PV(plug-in vehicle), xEV(plug-in vehicle) 등으로 지칭될 수 있고, xEV는 BEV(plug-in all-electric vehicle 또는 battery electric vehicle), PEV(plug-in electric vehicle), HEV(hybrid electric vehicle), HPEV(hybrid plug-in electric vehicle), PHEV(plug-in hybrid electric vehicle) 등으로 지칭되거나 구분될 수 있다.In an embodiment of the present invention, an electric vehicle (EV) is an electric car, an electric automobile, an electric road vehicle (ERV), a plug-in vehicle (PV), and a plug-in (xEV). vehicle), and the like, and xEV is a plug-in all-electric vehicle or battery electric vehicle (BEV), a plug-in electric vehicle (PEV), a hybrid electric vehicle (HEV), and a hybrid plug-in electric vehicle (HPEV). ), PHEV (plug-in hybrid electric vehicle), etc. may be referred to or distinguished.

본 발명의 일 실시예에서 플러그인 전기차(Plug-in Electric Vehicle, PEV)는 전력 그리드에 연결하여 량 탑재 일차 배터리를 재충전하는 전기차로 지칭될 수 있다. 플러그인 차량(Plug-in vehicle, PV)은 본 명세서에서 전기차 전력공급장치(electric vehicle supply equipment, EVSE)로부터 물리적인 플러그와 소켓을 사용하지 않고 무선 충전 방식을 통해 재충전 가능한 차량으로 지칭될 수 있다. 중량 자동차(Heavy duty vehicles; H.D. Vehicles)는 49 CFR 523.6 또는 CFR 37.3(bus)에서 정의된 네 개 이상의 바퀴를 가진 모든 차량을 지칭할 수 있다.In an embodiment of the present invention, a plug-in electric vehicle (PEV) may be referred to as an electric vehicle that is connected to an electric power grid to recharge a quantity-loaded primary battery. A plug-in vehicle (PV) may be referred to herein as a vehicle that can be recharged through a wireless charging method without using a physical plug and socket from an electric vehicle supply equipment (EVSE). Heavy duty vehicles (H.D. Vehicles) may refer to any vehicle with four or more wheels as defined in 49 CFR 523.6 or CFR 37.3(bus).

본 발명의 일 실시예에서 경량 플러그인 전기차(Light duty plug-in electric vehicle)는 주로 공공 거리, 도로 및 고속도로에서 사용하기 위한 재충전 가능한 배터리나 다른 에너지 장치의 전류가 공급되는 전기 모터에 의해 추진력을 얻는 3개 또는 4개 바퀴를 가진 차량을 지칭할 수 있다. 경량 플러그인 전기차는 총 중량이 4.545㎏보다 작게 규정될 수 있다.In one embodiment of the present invention, a light duty plug-in electric vehicle is powered by an electric motor powered by a rechargeable battery or other energy device for use primarily on public streets, roads and highways. It may refer to a vehicle with three or four wheels. Lightweight plug-in electric vehicles may be specified with a total weight of less than 4.545 kg.

본 발명의 일 실시예에서 무선 충전 시스템(Wireless power charging system, WCS)은 무선 전력 전송과 얼라인먼트 및 통신을 포함한 GA와 VA 간의 제어를 위한 시스템을 지칭할 수 있다. 무선 전력 전송(Wireless power transfer, WPT)은 유틸리티(Utility)나 그리드(Grid) 등의 교류(AC) 전원공급 네트워크에서 전기차로 무접촉 수단을 통해 전기적인 전력을 전송하는 것을 지칭할 수 있다.In an embodiment of the present invention, a wireless power charging system (WCS) may refer to a system for control between a GA and a VA including wireless power transmission and alignment and communication. Wireless power transfer (WPT) may refer to transmitting electrical power from an alternating current (AC) power supply network such as a utility or a grid to an electric vehicle through a contactless means.

본 발명의 일 실시예에서 유틸리티(Utility)는 전기적인 에너지를 제공하며 통상 고객 정보 시스템(Customer Information System, CIS), 양방향 검침 인프라(Advanced Metering Infrastructure, AMI), 요금과 수익(Rates and Revenue) 시스템 등을 포함하는 시스템들의 집합으로 지칭될 수 있다. 유틸리티는 가격표 또는 이산 이벤트(discrete events)를 통해 플러그인 전기차가 에너지를 이용할 수 있도록 한다. 또한, 유틸리티는 관세율, 계측 전력 소비에 대한 인터벌 및 플러그인 전기차에 대한 전기차 프로그램의 검증 등에 대한 정보를 제공할 수 있다.In an embodiment of the present invention, a utility provides electrical energy and typically includes a Customer Information System (CIS), an Advanced Metering Infrastructure (AMI), and a Rate and Revenue system. It may be referred to as a set of systems including Utilities make energy available to plug-in electric vehicles through price tags or discrete events. In addition, utilities can provide information on tariff rates, intervals for metered power consumption, and validation of EV programs for plug-in EVs.

본 발명의 일 실시예에서 스마트 충전(Smart charging)은 EVSE 및/또는 플러그인 전기차가 차량 충전율이나 방전율을 그리드 용량이나 사용 비용 비율의 시간을 최적화하기 위해 전력 그리드와 통신하는 시스템으로 설명할 수 있다. 자동 충전(Automatic charging)은 전력을 전송할 수 있는 1차측 충전기 어셈블리(primary charger assembly)에 대하여 적절한 위치에 차량의 놓고 인덕티브 충전하는 동작으로 정의될 수 있다. 자동 충전은 필요한 인증 및 권한을 얻은 후에 수행될 수 있다.In an embodiment of the present invention, smart charging may be described as a system in which EVSE and/or plug-in electric vehicles communicate with the power grid to optimize the vehicle charging or discharging rate over time to grid capacity or cost-of-use ratio. Automatic charging may be defined as an operation of inductive charging by placing a vehicle in an appropriate position with respect to a primary charger assembly capable of transmitting power. Automatic recharging can be performed after obtaining the necessary authentication and authorization.

본 발명의 일 실시예에서 상호운용성(Interoperabilty)은 서로 상대적인 시스템의 성분들이 전체 시스템의 목적하는 동작을 수행하기 위해 함께 작동할 수 있는 상태를 지칭할 수 있다. 정보 상호운용성(Information interoperability)은 두 개 이상의 네트워크들, 시스템들, 디바이스들, 애플리케이션들 또는 성분들이 사용자가 거의 또는 전혀 불편함 없이 안전하고 효과적으로 정보를 공유하고 쉽게 사용할 수 있는 능력을 지칭할 수 있다.In an embodiment of the present invention, interoperability may refer to a state in which components of a system relative to each other can work together to perform a desired operation of the entire system. Information interoperability may refer to the ability of two or more networks, systems, devices, applications or components to share and easily use information safely and effectively with little or no inconvenience to a user. .

본 발명의 일 실시예에서 유도 충전 시스템(Inductive charging system)은 두 파트가 느슨하게 결합된 트랜스포머를 통해 전기 공급 네트워크에서 전기차로 정방향에서 전자기적으로 에너지를 전송하는 시스템을 지칭할 수 있다. 본 실시예에서 유도 충전 시스템은 전기차 충전 시스템에 대응할 수 있다. 유도 커플러(Inductive coupler)는 GA 코일과 VA 코일로 형성되어 전력이 전기적인 절연을 통해 전력을 전송하는 트랜스포머를 지칭할 수 있다. 유도 결합(Inductive coupling)은 두 코일들 간의 자기 결합을 지칭할 수 있다. 두 코일은 그라운드 어셈블리 코일(Ground assembly coil)과 차량 어셈블리 코일(Vehicle assembly coil)을 지칭할 수 있다.In an embodiment of the present invention, an inductive charging system may refer to a system for transmitting energy electromagnetically in a forward direction from an electricity supply network to an electric vehicle through a transformer in which two parts are loosely coupled. In this embodiment, the inductive charging system may correspond to an electric vehicle charging system. An inductive coupler may refer to a transformer that is formed of a GA coil and a VA coil and transmits power through electrical insulation. Inductive coupling may refer to magnetic coupling between two coils. The two coils may refer to a ground assembly coil and a vehicle assembly coil.

본 발명의 일 실시예에서 VA 코일은 2차 코일(secondary coil), 차량 코일(vehicle coil), 수신 코일(receiver coil) 등으로 지칭될 수 있고, 이와 유사하게 그라운드 어셈블리 코일(ground assembly coil, GA coil)은 1차 코일(primary coil), 송신 코일(transmit coil) 등으로 지칭될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the VA coil may be referred to as a secondary coil, a vehicle coil, a receiver coil, and the like, and similarly, a ground assembly coil (GA). coil) may be referred to as a primary coil, a transmit coil, or the like.

본 발명의 일 실시예에서 GA는 프라이머리 디바이스(primary device, PD), 1차측 장치 등으로 지칭될 수 있고, 이와 유사하게 VA는 세컨더리 디바이스(secondary device, SD), 2차측 장치 등으로 지칭될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the GA may be referred to as a primary device (PD), a primary-side device, etc., and similarly, the VA may be referred to as a secondary device (SD), a secondary-side device, etc. can

본 발명의 일 실시예에서 프라이머리 디바이스(Primary device)는 세컨더리 디바이스에 무접촉 결합을 제공하는 장치 즉, 전기차 외부의 장치일 수 있다. 프라이머리 디바이스는 1차측 장치로 지칭될 수 있다. 전기차가 전력을 받을 때, 프라이머리 디바이스는 전력을 전송하는 전원 소스로서 동작할 수 있다. 프라이머리 디바이스는 하우징과 모든 커버들을 포함할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the primary device may be a device that provides contactless coupling to the secondary device, that is, an external device of an electric vehicle. A primary device may be referred to as a primary-side device. When the electric vehicle receives power, the primary device may act as a power source transmitting power. The primary device may include a housing and all covers.

본 발명의 일 실시예에서 세컨더리 디바이스(Secondary device)는 프라이머리 디바이스에 무접촉 결합을 제공하는 전기차 탑재 장치일 수 있다. 세컨더리 디바이스는 2차측 장치로 지칭될 수 있다. 전기차가 전력을 받을 때, 세컨더리 디바이스는 프라이머리 디바이스로부터의 전력을 전기차로 전달할 수 있다. 세컨더리 디바이스는 하우징과 모든 커버들을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the secondary device may be an electric vehicle-mounted device that provides a contactless coupling to the primary device. The secondary device may be referred to as a secondary-side device. When the electric vehicle receives power, the secondary device may transfer power from the primary device to the electric vehicle. The secondary device may include a housing and all covers.

본 발명의 일 실시예에서 그라운드 어셈블리 컨트롤러(GA controller)는 차량으로부터의 정보를 토대로 GA 코일에 대한 출력 전력 레벨을 조절하는 GA의 일부분일 수 있다. In an embodiment of the present invention, the ground assembly controller (GA controller) may be a part of the GA that adjusts the output power level for the GA coil based on information from the vehicle.

본 발명의 일 실시예에서 차량 어셈블리 컨트롤러(VA controller)는 충전 동안 특정 차량용 파라미터를 모니터링하고 GA와의 통신을 개시하여 출력 전력 레벨을 제어하는 VA의 일부분일 수 있다. In an embodiment of the present invention, the vehicle assembly controller (VA controller) may be a part of the VA that monitors a specific vehicle parameter during charging and initiates communication with the GA to control the output power level.

전술한 GA 컨트롤러는 프라이머리 디바이스 통신제어기(Primary device communication controller, PDCC)로 지칭될 수 있고, VA 컨트롤러는 전기차 통신제어기(electric vehicle communication controller, VA 제어기)로 지칭될 수 있다. 마그네틱 갭(Magnetic gap)은 리츠선(litz wire)의 상부 또는 GA 코일의 마그네틱 재료의 상부의 가장 높은 평면과 상기 리츠선의 하부 또는 VA 코일의 마그네틱 재료의 가장 낮은 평면이 서로 정렬되었을 때 이들 사이의 수직 거리를 지칭할 수 있다.The aforementioned GA controller may be referred to as a primary device communication controller (PDCC), and the VA controller may be referred to as an electric vehicle communication controller (VA controller). The magnetic gap is defined as the gap between the highest plane of the top of the litz wire or the top of the magnetic material of the GA coil and the bottom of the litz wire or the lowest plane of the magnetic material of the VA coil when they are aligned with each other. vertical distance.

본 발명의 일 실시예에서 얼라인먼트(Alignment)는 규정된 효율적인 전력 전송을 위해 프라이머리 디바이스에 대한 세컨더리 디바이스의 상대적인 위치를 찾는 절차 및/또는 세컨더리 디바이스에 대한 프라이머리 디바이스의 상대적인 위치를 찾는 절차를 가리킬 수 있다. 본 명세서에서 얼라인먼트는 무선 전력 전송 시스템의 위치 정렬을 지칭할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.In an embodiment of the present invention, alignment refers to a procedure for finding a relative position of a secondary device with respect to a primary device and/or a procedure for finding a relative position of a primary device with respect to a secondary device for a prescribed efficient power transmission. can In the present specification, alignment may refer to alignment of a position of a wireless power transmission system, but is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에서 차량 마그네틱 지상고(Vehicle magnetic ground clearance)는 리츠선의 바닥 최하위 평면 또는 차량에 탑재된 VA 코일의 절연 재료와 도로포장 사이의 수직 거리를 지칭할 수 있다. 차량 어셈블리(VA) 코일 표면 간격(Vehicle assembly coil surface distance)은 리츠선의 바닥 최하부의 평면 또는 VA 코일의 마그네틱 재료와 VA 코일의 최하위 외부 표면 사이의 수직 거리를 지칭할 수 있다. 이러한 거리는 보호 커버재 및 코일 포장재로 포장된 추가 아이템을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, vehicle magnetic ground clearance may refer to a vertical distance between the lowest plane of the floor of a Litz wire or an insulating material of a VA coil mounted on a vehicle and a road pavement. Vehicle assembly (VA) coil surface distance may refer to the plane of the bottom bottommost plane of the Litz wire or the vertical distance between the magnetic material of the VA coil and the bottommost outer surface of the VA coil. This distance may include additional items wrapped in protective covering material and coil wrap.

본 발명의 일 실시예에서 페어링(Pairing)은 전력을 전송할 수 있도록 배치된 단일 전용 그라운드 어셈블리(프라이머리 디바이스)와 차량(전기차)가 연관되는 절차를 지칭할 수 있다. 본 명세서에서 페어링은 충전 스팟 또는 특정 그라운드 어셈블리와 차량 어셈블리 제어기의 연관 절차를 포함할 수 있다. 연관(Correlation/Association)은 두 피어 통신 실체들 사이의 관계 성립 절차를 포함할 수 있다. 명령 및 제어 통신(Command and control communication)은 무선 전력 전송 프로세스의 시작, 제어 및 종료에 필요한 정보를 교환하는 전기차 전력공급장치와 전기차 사이의 통신을 지칭할 수 있다.In an embodiment of the present invention, pairing may refer to a procedure in which a vehicle (electric vehicle) is associated with a single dedicated ground assembly (primary device) disposed to transmit power. In this specification, pairing may include a procedure of associating a charging spot or a specific ground assembly with a vehicle assembly controller. Correlation/Association may include a relationship establishment procedure between two peer communication entities. Command and control communication may refer to communication between an electric vehicle power supply and electric vehicle exchanging information necessary for starting, controlling, and ending a wireless power transfer process.

본 발명의 일 실시예에서 하이 레벨 통신(High level communication)은 명령 및 제어 통신에서 담당하는 정보를 초과하는 모든 정보를 처리할 수 있다. 하이 레벨 통신의 데이터 링크는 PLC(Power line communication)을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 저전력 기동(Low power excitation)은 정밀 포지셔닝과 페어링을 수행하기 위해 전기차가 프라이머리 디바이스를 감지하도록 그것을 활성화하는 것을 지칭할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 그 역도 가능하다.In an embodiment of the present invention, high level communication may process all information exceeding the information in charge of command and control communication. The data link of the high level communication may use a PLC (Power line communication), but is not limited thereto. Low power excitation may refer to, but is not limited to, enabling the electric vehicle to detect a primary device to perform precise positioning and pairing, and vice versa.

본 발명의 일 실시예에서 SSID(Service set identifier)는 무선랜 상에서 전송되는 패킷의 해더에 붙는 32-character로 이루어진 유니크한 식별자이다. SSID는 무선 장비에서 접속하려고하는 BSS(basic service set)를 구분해준다. SSID는 기본적으로 여러 개의 무선랜을 서로 구별해준다. 따라서 특정한 무선랜을 사용하려는 모든 AP(access point)와 모든 단말(terminal)/스테이션(station) 장비들은 모두 같은 SSID를 사용할 수 있다. 유일한 SSID를 사용하지 않는 장비는 BSS에 조인하는 것이 불가능하다. SSID는 평문으로 그대로 보여지기 때문에 네트워크에 어떠한 보안 특성도 제공하지 않을 수 있다.In an embodiment of the present invention, a service set identifier (SSID) is a unique identifier consisting of 32-characters attached to a header of a packet transmitted over a wireless LAN. The SSID identifies a basic service set (BSS) to be accessed from a wireless device. SSID basically distinguishes multiple WLANs from each other. Therefore, all access points (APs) and all terminal/station devices that want to use a specific wireless LAN can use the same SSID. A device that does not use a unique SSID cannot join the BSS. Because the SSID is seen as plaintext, it may not provide any security features to the network.

본 발명의 일 실시예에서 ESSID(Extended service set identifier)는 접속하고자 하는 네트워크의 이름이다. SSID와 비슷하지만 보다 확장된 개념일 수 있다. BSSID(Basic service set identifier)는 통상 48bits로 특정 BSS(basic service set)를 구분하기 위해 사용한다. 인프라스트럭쳐 BSS 네트워크의 경우, BSSID는 AP 장비의 MAC(medium access control)가 될 수 있다. 독립적인(independent) BSS나 애드훅(ad hoc) 네트워크의 경우, BSSID는 임의의 값으로 생성될 수 있다. In an embodiment of the present invention, an extended service set identifier (ESSID) is a name of a network to be accessed. It is similar to SSID, but can be a more extended concept. A basic service set identifier (BSSID) is usually 48 bits and is used to identify a specific basic service set (BSS). In the case of an infrastructure BSS network, the BSSID may be a medium access control (MAC) of an AP device. In the case of an independent BSS or an ad hoc network, the BSSID may be generated as an arbitrary value.

본 발명의 일 실시예에서 차징 스테이션(charging station)은 적어도 하나 이상의 그라운드 어셈블리와 적어도 하나 이상의 그라운드 어셈블리를 관리하는 적어도 하나 이상의 그라운드 어셈블리 제어기를 포함할 수 있다. 그라운드 어셈블리는 적어도 하나 이상의 무선통신기를 구비할 수 있다. 충전 스테이션은 가정, 사무실, 공공장소, 도로, 주차장 등에 설치되는 적어도 하나 이상의 그라운드 어셈블리를 구비한 장소를 지칭할 수 있다.In an embodiment of the present invention, a charging station may include at least one or more ground assemblies and at least one or more ground assembly controllers for managing at least one or more ground assemblies. The ground assembly may include at least one wireless communicator. The charging station may refer to a place having at least one ground assembly installed in a home, office, public place, road, parking lot, or the like.

본 발명의 일 실시예에서 급속 충전은 전력계통의 교류 전원을 직류로 변환하고 변환된 직류 전력을 전기차 내에 탑재된 배터리에 직접 공급하는 방식을 의미할 수 있고, 이때 사용 전압으로 약 500 V 이하의 직류 전압이 사용될 수 있다.In an embodiment of the present invention, rapid charging may refer to a method of converting AC power of a power system into DC and directly supplying the converted DC power to a battery mounted in an electric vehicle, in which case the use voltage is about 500 V or less. Direct voltage may be used.

본 발명의 일 실시예에서 완속 충전은 일반적인 가정이나 직장에 공급되는 교류 전력을 이용하여 전기차 내에 탑재된 배터리를 충전하는 방식으로, 각 가정이나 직장의 콘센트 또는 별도로 설치된 충전 스탠드에 내장된 콘센트를 통하여 교류 전력을 제공하며, 이때 사용 전압으로 220 V의 교류 전압이 사용될 수 있다. 이때, 전기차는 완속 충전을 위해 교류 전력을 승압하고 직류 전원으로 변환하여 배터리에 공급할 수 있는 장치인 온보드 차저(On-Board Charger)를 추가로 구비할 수 있다. In an embodiment of the present invention, slow charging is a method of charging a battery mounted in an electric vehicle using AC power supplied to a general home or workplace, and through an outlet built in each home or work outlet or a separately installed charging stand. AC power is provided, and at this time, an AC voltage of 220 V may be used as a voltage to be used. In this case, the electric vehicle may further include an on-board charger, which is a device capable of boosting AC power for slow charging, converting it into DC power, and supplying it to the battery.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예가 적용되는 전기차를 위한 무선 전력 전송의 개념을 설명하기 위한 개념도이다.1 is a conceptual diagram for explaining the concept of wireless power transmission for an electric vehicle to which an embodiment of the present invention is applied.

도 1을 참조하면, 무선 전력 전송은 전기차(electric vehicle, 10)의 적어도 하나의 구성요소와 차징 스테이션(charging station, 20)에 의해서 수행될 수 있고, 전기차(10)에 무선으로 전력을 전송하기 위해서 이용될 수 있다.Referring to FIG. 1 , wireless power transmission may be performed by at least one component of an electric vehicle 10 and a charging station 20 , and wirelessly transmitting power to the electric vehicle 10 . can be used for

여기서, 전기차(10)는 일반적으로 배터리(12)와 같이 충전 가능한 에너지 저장 장치로부터 유도된 전류를 동력장치인 전기 모터의 에너지원으로 공급하는 차량(automobile)으로 정의할 수 있다. Here, the electric vehicle 10 may be generally defined as a vehicle that supplies a current induced from a rechargeable energy storage device such as a battery 12 as an energy source of an electric motor, which is a power device.

다만, 본 발명에 따른 전기차(10)는 전기 모터와 일반적인 내연기관(internal combustion engine)을 함께 갖는 하이브리드 자동차를 포함할 수 있고, 자동차(automobile)뿐만 아니라 모터사이클(motocycle), 카트(cart), 스쿠터(scooter) 및 전기 자전거(electric bicycle)를 포함할 수 있다.However, the electric vehicle 10 according to the present invention may include a hybrid vehicle having both an electric motor and a general internal combustion engine, and may include not only automobiles, but also motorcycles, carts, may include scooters and electric bicycles.

또한, 전기차(10)는 무선으로 배터리(12)를 충전할 수 있도록 수신 코일이 포함된 수전 패드(11)를 포함할 수 있으며, 유선으로 배터리(12)를 충전할 수 있도록 플러그 접속구를 포함할 수도 있다. 이때, 유선으로 배터리(12)를 충전할 수 있는 전기차(10)를 플러그인 전기차(Plug-in Electric Vehicle, PEV)로 지칭할 수 있다.In addition, the electric vehicle 10 may include a power receiving pad 11 including a receiving coil to wirelessly charge the battery 12 , and may include a plug connector to charge the battery 12 by wire. may be In this case, the electric vehicle 10 capable of charging the battery 12 by wire may be referred to as a plug-in electric vehicle (PEV).

여기서, 차징 스테이션(20)은 전력망(power grid, 30) 또는 전력 백본(power backbone)에 연결될 수 있고, 전력 링크(power link)를 통하여 송신 코일이 포함된 송전 패드(21)에 교류(AC) 또는 직류(DC) 전력을 제공할 수 있다.Here, the charging station 20 may be connected to a power grid 30 or a power backbone, and an alternating current (AC) to the power transmission pad 21 including the transmission coil through a power link. Alternatively, direct current (DC) power may be provided.

또한, 차징 스테이션(20)은 유무선 통신을 통하여 전력망(power grid, 30) 또는 전력망을 관리하는 인프라 관리 시스템(infrastructure management system) 또는 인프라 서버와 통신할 수 있고, 전기차(10)와 무선 통신을 수행할 수 있다.In addition, the charging station 20 may communicate with a power grid 30 or an infrastructure management system or an infrastructure server that manages the power grid through wired/wireless communication, and performs wireless communication with the electric vehicle 10 . can do.

여기서, 무선 통신에는 블루투스(Bluetooth), 지그비(zigbee), 셀룰러(cellular), 무선 로컬 영역 네트워크(wireless local area network) 등이 있을 수 있다. Here, the wireless communication may include Bluetooth, Zigbee, cellular, wireless local area network, and the like.

또한, 예를 들어 차징 스테이션(20)은 전기차(10) 소유자의 집에 부속된 주차장, 주유소에서 전기차 충전을 위한 주차구역, 쇼핑 센터나 직장의 주차구역 등과 같이 다양한 장소에 위치할 수 있다.Also, for example, the charging station 20 may be located in various places, such as a parking lot attached to the owner's house of the electric vehicle 10 , a parking area for charging an electric vehicle at a gas station, a parking area at a shopping center or a workplace, and the like.

여기서, 전기차(10)의 배터리(12)를 무선 충전하는 과정은 먼저 전기차(10)의 수전 패드(11)가 송전 패드(21)에 의한 에너지 장(energy field)에 위치하고, 송전 패드(21)의 송신 코일과 수전 패드(11)의 수신 코일이 서로 상호작용 또는 커플링됨으로써 수행될 수 있다. 상호작용 또는 커플링의 결과로 수전 패드(11)에 기전력이 유도되고, 유도된 기전력에 의해 배터리(12)가 충전될 수 있다.Here, in the process of wirelessly charging the battery 12 of the electric vehicle 10, first, the power receiving pad 11 of the electric vehicle 10 is located in an energy field by the power transmitting pad 21, and the power transmitting pad 21 This may be performed by mutually interacting or coupling the transmitting coil of the power receiving pad 11 and the receiving coil of the power receiving pad 11 . As a result of the interaction or coupling, an electromotive force is induced in the power receiving pad 11 , and the battery 12 may be charged by the induced electromotive force.

또한, 차징 스테이션(20)과 송전 패드(21)는 그 전부 또는 일부를 그라운드 어셈블리(Ground Assembly, GA)로 지칭할 수 있고, 그라운드 어셈블리는 앞서 정의한 의미를 참조할 수 있다.In addition, all or part of the charging station 20 and the power transmission pad 21 may be referred to as a ground assembly (GA), and the ground assembly may refer to the previously defined meaning.

또한, 전기차(10)의 수전 패드(11)와 다른 전기차 내부 구성요소 전부 또는 일부를 비히클 어셈블리(Vehicle Assembly, VA)로 지칭할 수 있는데, 여기서 비히클 어셈블리는 앞서 정의한 의미를 참조할 수 있다.In addition, all or part of the power receiving pad 11 of the electric vehicle 10 and other electric vehicle internal components may be referred to as a vehicle assembly (VA), where the vehicle assembly may refer to the meaning defined above.

여기서, 송전 패드 또는 수전 패드는 비극성(non-polarized) 또는 극성(polarized)으로 구성될 수도 있다.Here, the power transmission pad or the power reception pad may be configured as non-polarized or polarized.

이때, 패드가 비극성이면 패드의 중앙에 하나의 극이 있고, 바깥 주변에 반대 극을 가질 수 있다. 여기서, 자속(flux)는 패드의 중앙에서 나가고(exit), 패드의 모든 바깥 경계에서 복귀(return)하도록 형성될 수 있다.In this case, if the pad is non-polar, there may be one pole at the center of the pad and opposite poles on the outer periphery. Here, the flux may be formed to exit at the center of the pad and return at all outer boundaries of the pad.

또한, 패드가 극성인 경우, 패드의 어느 한쪽 끝에 각각의 극을 가질 수 있다. 여기서, 자속은 패드의 방향(orientation)에 기초하여 형성될 수 있다. Also, if the pad is polar, each pole may be at either end of the pad. Here, the magnetic flux may be formed based on the orientation of the pad.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 무선 충전 회로를 도시한 개념도이다.2 is a conceptual diagram illustrating an electric vehicle wireless charging circuit according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 전기차 무선 충전 시스템에서 충전이 이루어지는 회로에 대한 개략적인 구성을 알 수 있다.Referring to FIG. 2 , a schematic configuration of a circuit in which charging is performed in an electric vehicle wireless charging system can be seen.

여기서, 도 2의 좌측 회로는 전력망에서 공급되는 전원(Vsrc), 도 1에서의 차징 스테이션(20), 송전 패드(21)의 구성 중 전부 또는 일부를 표현한 것으로 해석될 수 있고, 도 2의 우측 회로는 수전 패드 및 배터리를 포함한 전기차의 일부 또는 전부를 표현한 것으로 해석될 수 있다.Here, the circuit on the left side of FIG. 2 may be interpreted as expressing all or part of the configuration of the power supply Vsrc supplied from the power grid, the charging station 20 and the power transmission pad 21 in FIG. 1 , and the right side of FIG. The circuit can be interpreted as representing a part or all of an electric vehicle including a power faucet pad and a battery.

먼저, 도 2의 좌측 회로는 전력망에서 공급되는 전원(V_src)에 대응되는 출력 전력(P_src)를 무선 충전 전력 변환기에 제공하고, 무선 충전 전력 변환기는 송신 코일(L₁)에서 희망하는 동작 주파수에서의 전자기장을 방출할 수 있도록, 제공받은 전력(P_src)의 주파수 및 AC/DC 변환을 수행한 전력(P₁)을 출력할 수 있다.First, the left circuit of FIG. 2 provides an output power (P _src _{) corresponding to the power (V src} ) supplied from the power grid to the wireless charging power converter, and the wireless charging power converter is a transmission coil (L ₁ ) A desired operation In order to emit the electromagnetic field at the frequency, the frequency of the received power (P _src ) and the power (P ₁ ) obtained by AC/DC conversion may be output.

구체적으로, 무선 충전 전력 변환기는 전력망에서 공급된 전력(P_src)이 AC 전력인 경우 DC 전력으로 변환하는 AC/DC 변환기 및 DC전력을 무선 충전에 적합한 동작 주파수의 전력으로 변환하는 저주파수 변환기(또는 LF 변환기) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 동작 주파수는 예를 들면, 80 내지 90 kHz 사이에 위치하도록 결정할 수 있다.Specifically, the wireless charging power converter is an AC/DC converter that converts DC power to DC power when _{the power (P src ) supplied from the power grid is AC power, and a low-frequency converter (or} LF converter). The operating frequency may be determined to lie between 80 and 90 kHz, for example.

무선 충전 전력 변환기에서 출력된 전력(P₁)은 다시 송신 코일(L₁), 제1 커패시터(C₁) 및 제1 저항(R₁)으로 구성된 회로에 공급될 수 있고, 이때 제1 커패시터(C₁)는 송신 코일(L₁)과 함께 충전에 적합한 동작 주파수를 갖도록 하는 소자값을 가지도록 결정될 수 있다. 또한, 여기서 제1 저항(R₁)은 송신 코일(L₁) 및 제1 커패시터(C₁)에 의해 발생하는 전력손실을 의미할 수 있다. _{Power (P 1} ) output from the wireless charging power converter may be supplied to a circuit consisting of a transmission coil (L ₁ ), a first capacitor (C ₁ ), and a first resistor (R ₁ ), at this time, the first capacitor ( C ₁ ) may be determined to have a device value to have an operating frequency suitable for charging together with the transmitting coil L _{1 .} Also, here, the first resistor (R ₁ ) may mean a power loss generated by the transmission coil (L ₁ ) and the first capacitor (C _{1 ).}

여기서, 송신 코일(L₁)은 수신 코일(L₂)과 커플링 계수 m으로 정의되는 전자기적 커플링이 이루어져 전력이 전송되도록 하거나, 또는 전력이 수신 코일(L₂)로 유도될 수 있다. 따라서, 본 발명에서 전력이 전송된다는 의미는 전력이 유도된다는 의미와 혼용하여 사용될 수 있다.Here, the transmitting coil (L ₁ ) is the receiving coil (L ₂ ) and electromagnetic coupling defined by the coupling coefficient m is made to transmit power, or power may be induced to the _{receiving coil (L 2 ).} Therefore, in the present invention, the meaning that power is transmitted may be used interchangeably with the meaning that power is induced.

여기서, 수신 코일로 유도되거나 전송받은 전력(P₂)은 전기차 전력 변환기로 제공될 수 있다. 이때, 제2 커패시터(C₂)는 수신 코일(L₂)과 함께 충전에 적합한 동작 주파수를 갖도록 하는 소자값으로 결정될 수 있고, 제2 저항(R₂)은 수신 코일(L₂) 및 제2 커패시터(C₂)에 의해 발생하는 전력손실을 의미할 수 있다. _{Here, the power P 2} induced or transmitted to the receiving coil may be provided to the electric vehicle power converter. At this time, the second capacitor (C ₂ ) may be determined as a device value to have an operating frequency suitable for charging together with the receiving coil (L ₂ _{), and the second resistor (R 2} ) is the receiving coil (L ₂ ) and the second It may mean a power loss caused by the capacitor (C _{2 ).}

전기차 전력 변환기는 제공받은 특정 동작 주파수의 전력(P₂)을 다시 전기차의 배터리(V_HV)에 적합한 전압 레벨을 갖는 DC 전력으로 변환하는 LF/DC 변환기를 포함할 수 있다. The electric vehicle power converter may _{include an LF/DC converter that converts the received electric power P 2} of a specific operating frequency back to DC power having a voltage level suitable for the electric vehicle battery V _{HV .}

전기차 전력 변환기가 제공받은 전력(P₂)을 변환한 전력(P_HV)을 출력하면, 출력된 전력(P_HV)는 전기차에 내장된 배터리(V_HV)의 충전에 사용될 수 있다.When the electric vehicle power converter outputs the converted electric power (P _HV _{) of the received electric power (P 2} ), the output electric power (P _HV ) may be used to charge _{the battery (V HV} ) built into the electric vehicle.

여기서, 도 2의 우측 회로에는 수신 코일(L₂)을 배터리(V_HV)와 선택적으로 접속 또는 해제하기 위한 스위치(switch)를 더 포함할 수 있다.Here, the right circuit of Figure 2 may further include a switch (switch) for selectively connecting or disconnecting the _{receiving coil (L 2} ) and the battery (V _{HV ).}

여기서, 송신 코일(L₁)과 수신 코일(L₂)의 공진 주파수(resonance frequency)는 서로 유사하거나 동일하도록 구성될 수 있으며, 송신 코일(L₁)에서 발생된 전자기장에 수신 코일(L₂)이 근거리에 위치할 수 있도록 구성될 수 있다.Here, the resonant frequency (resonance frequency) of the transmitting coil (L ₁ ) and the receiving coil (L ₂ ) may be configured to be similar or identical to each other, _{and the receiving coil (L 2} ) in the electromagnetic field generated from the _{transmitting coil (L 1 )} It may be configured to be located in a short distance.

여기서, 도 2의 회로는 본 발명의 실시예들을 위해서 이용 가능한 전기차 무선 충전 시스템에서의 전력 전송에 관한 예시적 회로로 이해되어야 하며, 도 2에서의 회로에 한정하여 해석되는 것은 아니다.Here, the circuit of FIG. 2 should be understood as an exemplary circuit related to power transmission in an electric vehicle wireless charging system usable for embodiments of the present invention, and is not interpreted as being limited to the circuit in FIG. 2 .

한편, 송신 코일(L₁)과 수신 코일(L₂)이 원거리에 위치할수록 전력 손실이 증가할 수 있으므로, 양자의 위치를 설정하는 것은 중요한 요소일 수 있다.On the other hand, since the transmission coil (L ₁ ) and the receiving coil (L ₂ ) are located at a greater distance, the power loss may increase, so setting the positions of both may be an important factor.

이때, 송신 코일(L₁)은 도 1에서의 송전 패드(21)에 포함되고, 수신 코일(L₂)은 도 1에서의 수전 패드(11)에 포함될 수 있다. 또한, 송신 코일은 GA 코일(Ground Assembly coil)로 지칭될 수도 있고, 수신 코일은 VA 코일(Vehicle Assembly coil)로 지칭될 수도 있다. 따라서, 송전 패드와 수전 패드 상호간의 위치 결정 또는 전기차와 송전 패드 상호간의 위치 결정에 관하여 이하 도면을 참조하여 설명한다.At this time, the transmitting coil (L ₁ ) may be included in the power transmitting pad 21 in FIG. 1 , and the receiving coil (L ₂ ) may be included in the power receiving pad 11 in FIG. 1 . In addition, the transmitting coil may be referred to as a GA coil (Ground Assembly coil), and the receiving coil may be referred to as a VA coil (Vehicle Assembly coil). Accordingly, the determination of the position between the power transmission pad and the power receiving pad or the determination of the position between the electric vehicle and the power transmission pad will be described with reference to the drawings below.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 무선 전력 전송에서의 정렬 개념을 설명하기 위한 개념도이다.3 is a conceptual diagram for explaining an arrangement concept in electric vehicle wireless power transmission according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 도 1에서의 송전 패드(21) 및 전기차(10)에 내장된 수전 패드(11) 사이의 위치 정렬 방법을 설명할 수 있다. 여기서, 위치 정렬은 앞서 설명한 용어인 얼라인먼트(alignment)에 대응될 수 있고, 따라서, GA와 VA간의 위치 정렬로 정의할 수도 있고, 송전 패드(21)와 수전 패드(11)의 위치 정렬로 한정해석되지 않는다.Referring to FIG. 3 , a method of aligning positions between the power transmission pad 21 and the power reception pad 11 built in the electric vehicle 10 in FIG. 1 may be described. Here, the positional alignment may correspond to the aforementioned term alignment, and thus may be defined as the positional alignment between GA and VA, and limited interpretation of the positional alignment of the power transmission pad 21 and the power receiving pad 11 doesn't happen

여기서, 송전 패드(21)는 도 3에서는 지표면 아래에 위치한 것으로 도시하였으나, 지표면 위에 위치할 수도 있고, 지표면 아래에서 송전 패드(21)의 상면이 노출되도록 위치할 수도 있다.Here, although the power transmission pad 21 is illustrated as being located below the ground surface in FIG. 3 , it may be located above the ground surface or may be located so that the upper surface of the power transmission pad 21 is exposed under the ground surface.

또한, 전기차의 수전 패드(11)는 지표면을 기준으로 측정된 높이(z방향으로 정의)에 따라 카테고리를 달리하여 정의할 수 있고, 예를 들어 지표면에서 수전 패드(11)의 높이가 100-150(mm) 인 경우 class 1, 140-210(mm) 인 경우 class 2, 170-250(mm)인 경우 class 3와 같이 설정할 수 있다. 이때, 수전 패드(11)에 따라 class 1만을 지원하거나, class 1과 2를 지원할 수도 있는 등 부분적 지원이 가능할 수 있다. In addition, the power receiving pad 11 of the electric vehicle can be defined in different categories according to the height measured with respect to the ground surface (defined in the z direction), for example, the height of the power receiving pad 11 from the ground surface is 100-150 (mm) can be set as class 1, in case of 140-210 (mm), class 2, in case of 170-250 (mm), it can be set as class 3. At this time, depending on the power receiving pad 11, only class 1 may be supported, or partial support may be possible, such as class 1 and 2 may be supported.

여기서, 지표면을 기준으로 측정된 높이는 앞서 설명한 용어인 차량 마그네틱 지상고에 대응될 수 있다.Here, the height measured with respect to the ground surface may correspond to the above-described term, vehicle magnetic ground clearance.

또한, 송전 패드(21)의 높이 방향(z방향으로 정의)의 위치는 상기 수전 패드(11)에서 지원하는 최대 클래스와 최소 클래스 사이에 위치하도록 결정할 수 있는데, 예를 들어 수전 패드(11)가 class1과 2만을 지원한다면, 수전 패드(11)를 기준으로 100-210 (mm) 사이에 송전 패드가 위치하도록 결정할 수 있다.In addition, the position of the power transmission pad 21 in the height direction (defined in the z direction) may be determined to be located between the maximum class and the minimum class supported by the power receiving pad 11 , for example, the power receiving pad 11 is If only class 1 and 2 are supported, it can be determined that the power transmission pad is positioned between 100-210 (mm) with respect to the power receiving pad 11 .

또한, 송전 패드(21)의 중심과 수전 패드(11)의 중심 사이의 격차는 가로 및 세로 방향(x 및 y 방향으로 정의)의 한계값 이내에 위치하도록 결정할 수 있다. 예를 들어, 가로 방향(x방향으로 정의)으로는 ±75 (mm) 이내에 위치하도록 결정할 수 있고, 세로 방향(y방향으로 정의)으로는 ±100 (mm) 이내에 위치하도록 결정할 수 있다. In addition, the gap between the center of the power transmission pad 21 and the center of the power receiving pad 11 may be determined to be located within a limit value in horizontal and vertical directions (defined in x and y directions). For example, it may be determined to be located within ±75 (mm) in the horizontal direction (defined in the x direction), and may be determined to be located within ±100 (mm) in the vertical direction (defined in the y direction).

여기서, 송전 패드(21)와 수전 패드(11)의 상대적 위치는 그 실험적 결과에 따라 한계값이 달라질 수 있고, 상기 수치들은 예시적인 것으로 이해되어야 한다.Here, the relative positions of the power transmission pad 21 and the power reception pad 11 may have different limits depending on the experimental results thereof, and it should be understood that the above numerical values are exemplary.

또한, 송전 패드(21)와 수전 패드(11)는 각각 코일을 포함하는 것으로 전제하고 패드 상호간의 정렬로 설명하였으나, 더 구체적으로는 송전 패드(21)와 수전 패드(11)에 각각 내장된 송신 코일(또는 GA 코일)과 수신 코일(또는 VA 코일) 상호간의 정렬로 정의할 수도 있다.In addition, although the power transmission pad 21 and the power receiving pad 11 each include a coil and have been described as being aligned with each other, more specifically, the power transmission pad 21 and the power receiving pad 11 each have built-in transmissions. It can also be defined as the alignment between the coil (or GA coil) and the receiving coil (or VA coil).

도 4는 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 광원을 이용한 이물질 검출 장치의 개략도이다. 도 5는 도 4에 따른 광원을 이용한 이물질 검출 장치의 세부 구조도이다.4 is a schematic diagram of an apparatus for detecting foreign substances using a light source in an electric vehicle wireless power transmission system. FIG. 5 is a detailed structural diagram of a foreign material detecting apparatus using a light source according to FIG. 4 .

도 4 및 5를 참조하면, 송전 패드(21)와 수전 패드(11) 사이에 이물질을 검출하는 수단으로써 광원을 이용할 수 있다.4 and 5 , a light source may be used as a means for detecting foreign substances between the power transmission pad 21 and the power reception pad 11 .

도 4를 참조하면, 전기차(Electric Vehicle, EV)에 탑재된 수전 패드(11)에 설치된 광원을 이용하여 송전 패드(21)에 빛을 조사하면, 송전 패드와 수전 패드 사이에 이물질(40)을 검출할 수 있다. 이때, 송전 패드(21)에는 빛을 수용할 수 있는 광케이블 판(41)이 설치될 수 있고, 설치된 광케이블 판(41)을 통해 검출된 광량이 감소하였다면, 이물질이 존재한 것으로 판단할 수 있다.Referring to FIG. 4 , when light is irradiated to the power transmission pad 21 using a light source installed on the power receiving pad 11 mounted on an electric vehicle (EV), foreign substances 40 are removed between the power transmission pad and the power receiving pad. can be detected. At this time, an optical cable plate 41 capable of accommodating light may be installed on the power transmission pad 21 , and if the amount of light detected through the installed optical cable plate 41 is reduced, it may be determined that a foreign material is present.

도 5를 참조하면, 수전 패드(11)에 광원(50)이 도면과 같이 설치될 수 있고, 설치된 광원(50)으로, 송전 패드(21)에 빛을 조사할 수 있다. 이때, 조사된 빛을 검출하는 과정이 송전 패드(21)와 수전 패드(11) 사이에 형성된 자계에 영향을 미치지 않도록, 조사된 빛을 검출하는 과정은 송전 패드 외부에서 수행되는 것이 유리할 수 있다. 따라서, 광섬유케이블(51)을 이용하여, 송전 패드(21)에 조사된 빛을 송전 패드(21) 외부로 유도하고, 광센서를 이용하여 송전 패드(21) 외부로 유도된 빛을 검출할 수 있다.Referring to FIG. 5 , a light source 50 may be installed on the power receiving pad 11 as shown in the drawing, and light may be irradiated to the power transmitting pad 21 with the installed light source 50 . In this case, it may be advantageous that the process of detecting the irradiated light is performed outside the power transmission pad so that the process of detecting the irradiated light does not affect the magnetic field formed between the power transmission pad 21 and the power receiving pad 11 . Therefore, using the optical fiber cable 51, the light irradiated to the power transmission pad 21 is guided to the outside of the power transmission pad 21, and the light induced to the outside of the power transmission pad 21 can be detected using the optical sensor. have.

이처럼, 광원을 이용하여 이물질을 검출하는 것은 동작 원리가 비교적 간단하고, 금속 물질과 비금속 물질 모두를 검출할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 광원이 전기차에 부착되어야 하며, 전기차의 위치에 따라 빛이 조사되는 범위가 변경될 수 있다.As such, detecting a foreign material using a light source has an advantage in that an operation principle is relatively simple and both a metallic material and a non-metallic material can be detected. However, the light source must be attached to the electric vehicle, and the range to which the light is irradiated may be changed according to the location of the electric vehicle.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치에 사용될 수 있는 CdS 센서의 외관과 특성을 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining the appearance and characteristics of a CdS sensor that can be used in a foreign material detecting apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명에서는 앞선 도 5에 따른 광원을 검출하는 센서로서 CdS 센서(61)가 사용될 수 있다. CdS(황화 카드뮴) 센서(61)는 황화 카드뮴을 주성분으로 하는 광도전 소자로, 빛의 세기에 따라 저항값이 변하는 광가변 저항이다.In the present invention, the CdS sensor 61 may be used as a sensor for detecting the light source according to FIG. 5 . The CdS (cadmium sulfide) sensor 61 is a photoconductive element containing cadmium sulfide as a main component, and is a phototunable resistor whose resistance value changes according to the intensity of light.

도 6의 좌측 도면을 참조하면 CdS 센서(61)의 외형을 확인할 수 있는데, CdS 센서(61)는 CdS가 들어있는 밀폐 용기, 밀폐 용기 외부에 투명한 플라스틱 또는 유리로 이루어진 수광창(빛이 들어오는 창), 밀폐용기 밖으로 나와있는 2개의 리드선으로 구성될 수 있다.Referring to the left drawing of FIG. 6 , the external appearance of the CdS sensor 61 can be confirmed. The CdS sensor 61 is an airtight container containing CdS, and a light receiving window (a window through which light enters) made of transparent plastic or glass on the outside of the airtight container. ), may be composed of two lead wires protruding out of the sealed container.

이때, CdS 센서(61)의 수광 창으로 빛이 들어오면, 조도에 의해 CdS 센서(61)의 저항이 줄어들어, CdS 센서를 흐르는 전류가 증가하게 될 수 있다.At this time, when light enters the light receiving window of the CdS sensor 61 , the resistance of the CdS sensor 61 may decrease due to the illuminance, and the current flowing through the CdS sensor may increase.

도 6의 우측 도면에 표시된 그래프는 빛의 세기(lux)에 따른 CdS 센서(61)의 저항값을 나타낸 그래프(62)이다. 이때, y축을 나타내는 저항값은 log scale로 도시한 것이다.The graph shown in the right figure of FIG. 6 is a graph 62 showing the resistance value of the CdS sensor 61 according to the intensity of light (lux). At this time, the resistance value indicating the y-axis is shown in log scale.

상기 그래프(62)를 참조하면, CdS 센서(61)는 앞에서 설명한 바와 같이 빛의 세기가 크면 저항값이 작아지고, 빛의 세기가 작아지면 저항값이 커지는 특성을 가지는 것을 확인할 수 있다. 즉, CdS 센서(61)는 빛의 세기와 저항이 서로 반비례하는 특성을 갖는다. CdS 센서(61)는 빛의 조도에 따라 조명을 키는 장치, 조도 측정 회로 등에서도 사용될 수 있다.Referring to the graph 62, as described above, it can be seen that the CdS sensor 61 has a characteristic that a resistance value decreases when the intensity of light is large, and a resistance value increases when the intensity of light decreases. That is, the CdS sensor 61 has a characteristic in which light intensity and resistance are inversely proportional to each other. The CdS sensor 61 may also be used in a device that turns on illumination according to the illuminance of light, an illuminance measuring circuit, and the like.

한편, 도 6에 따른 광센서는 CdS 센서(61)를 예로 들어 설명하였으나, 이 밖에도 조도에 따라 저항 차이를 발생시키는 저항체의 소재에 따라 CdSe(셀렌화 카드뮴)이 사용될 수 있고, Cds와 CdSe를 일정 비율로 혼합한 소재가 사용될 수도 있다.On the other hand, the optical sensor according to FIG. 6 has been described using the CdS sensor 61 as an example, but in addition, CdSe (cadmium selenide) may be used depending on the material of the resistor that generates a resistance difference according to the illuminance, and Cds and CdSe may be used. Materials mixed in a certain ratio may be used.

도 7은 레이저를 이용한 이물질 검출 장치를 설명하기 위한 예시도이다.7 is an exemplary view for explaining a foreign material detecting apparatus using a laser.

도 7을 참조하면, 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 레이저를 이용한 이물질 검출 장치는 송전 패드(21)의 상면에 설치된 레이저 송신부(71) 및 레이저 수신부(72)로 구성될 수 있다. 여기서 레이저 송신부(71)는 레이저를 발생시키는 레이저 발생 모듈을 포함할 수 있으며, 레이저 수신부(72)에는 레이저 또는 빛을 감지하는 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 레이저 수신부(72)는 앞에서 설명한 CdS 센서가 포함될 수 있다. 또한, 레이저 수신부(72)는 수신된 레이저를 감지하여 이물질의 존재 여부를 결정하는 이물질 검출 회로가 포함될 수 있다. 이때 레이저 송신부(71)와 레이저 수신부(72)는 송전 패드(21)의 일측면과 타측면에 적어도 하나 이상씩 설치될 수 있다. 예를 들면, 레이저 송신부(71)와 레이저 수신부(72)는 도면에서와 같이 서로 마주보는 위치에 대칭적으로 설치될 수 있다.Referring to FIG. 7 , an apparatus for detecting foreign substances using a laser in an electric vehicle wireless power transmission system may include a laser transmitter 71 and a laser receiver 72 installed on the upper surface of the power transmission pad 21 . Here, the laser transmitter 71 may include a laser generating module that generates a laser, and the laser receiver 72 may include a sensor that detects a laser or light. For example, the laser receiver 72 may include the CdS sensor described above. In addition, the laser receiver 72 may include a foreign material detection circuit that detects the received laser and determines whether there is a foreign material. In this case, at least one laser transmitter 71 and a laser receiver 72 may be installed on one side and the other side of the power transmission pad 21 . For example, the laser transmitter 71 and the laser receiver 72 may be symmetrically installed at positions facing each other as shown in the drawing.

구체적으로, 송전 패드(21)와 수전 패드(11) 사이에 이물질이 없는 경우, 레이저 송신부(71)에서 발생한 레이저가 레이저 수신부(72)에 도달할 수 있고, 레이저 수신부(72)에 포함된 CdS 센서의 내부 저항 값이 작아질 수 있다.Specifically, when there is no foreign material between the power transmission pad 21 and the power reception pad 11 , the laser generated from the laser transmitter 71 may reach the laser receiver 72 , and CdS included in the laser receiver 72 . The internal resistance value of the sensor may be reduced.

반대로 송전 패드(21)와 수전 패드(11) 사이에 이물질이 존재할 경우, 레이저 송신부(71)에서 발생한 레이저가 이물질에 의해 레이저 수신부(72)에 도달하지 못할 수 있다. 따라서, 레이저 수신부(72)에 포함된 CdS 센서의 내부 저항 값이 커질 수 있다. 즉, CdS 센서의 내부 저항 크기가 증가 또는 감소되는 것을 확인함으로써 송전 패드(21)와 수전 패드(11) 사이의 이물질을 검출할 수 있다.Conversely, when a foreign material exists between the power transmitting pad 21 and the receiving pad 11 , the laser generated from the laser transmitting unit 71 may not reach the laser receiving unit 72 due to the foreign material. Accordingly, the internal resistance value of the CdS sensor included in the laser receiver 72 may increase. That is, it is possible to detect foreign substances between the power transmission pad 21 and the power reception pad 11 by confirming that the magnitude of the internal resistance of the CdS sensor is increased or decreased.

한편, 도 7과 같이 레이저를 이용한 이물질 검출 장치를 구성할 경우 레이저 송신부(71)와 레이저 수신부(72)의 쌍을 복수개 설치하여야 하며, 특히 작은 이물질을 검출하기 위해서는 레이저 송신부와 레이저 수신부 쌍의 간격을 매우 촘촘하게 다수 설치해야 할 수 있다. 예를 들어, 이물질로 5센트 동전이 검출될 수 있도록, 레이저 송신부와 레이저 수신부의 제1 쌍(pair)과 상기 제1 쌍과 인접한 제2 쌍 사이의 간격이 21mm 이하가 되도록 설치될 수 있다.On the other hand, when configuring a foreign material detection device using a laser as shown in FIG. 7 , a plurality of pairs of the laser transmitter 71 and the laser receiver 72 should be installed. may have to be installed very densely. For example, a gap between a first pair of a laser transmitter and a laser receiver and a second pair adjacent to the first pair may be installed to be 21 mm or less so that a 5 cent coin can be detected as a foreign material.

한편, 레이저 송신부(71)는 레이저를 발생시키는 모듈이 필요하고, 레이저 수신부(72)는 레이저를 검출하는 회로가 내장되어야 하므로, 레이저 송신부(71)와 레이저 수신부(72)의 개수가 많은 경우 설치 비용과 설치 면적이 증가할 수 있다. 이하에서는, 레이저 송신부(71)와 레이저 수신부(72)의 개수를 최소화하여 이물질을 검출하는 장치를 추가로 제안한다.On the other hand, since the laser transmitter 71 requires a module for generating a laser, and the laser receiver 72 has a circuit for detecting a laser built-in, if the number of the laser transmitter 71 and the laser receiver 72 is large, install Cost and footprint may increase. Hereinafter, an apparatus for detecting foreign substances by minimizing the number of the laser transmitter 71 and the laser receiver 72 is further proposed.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 굴절식 레이저를 이용한 이물질 검출 장치를 설명하기 위한 예시도이다.8 is an exemplary view for explaining a foreign material detecting apparatus using a refractive laser according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 굴절식 레이저를 이용한 이물질 검출 장치는, 레이저 송신부(81), 레이저 굴절부(82) 및 레이저 수신부(83)를 포함할 수 있다. 레이저 송신부(81)는 송전 패드(21)의 상부 일측면에 설치되어 레이저를 발생시키는 레이저 발생 모듈을 포함할 수 있다. 레이저 굴절부(82)는 레이저를 반사하는 장치 또는 물질로서, 예를 들면 거울이 포함될 수 있다. 이때, 레이저 굴절부(82)는 레이저 송신부(81)로부터 전달받은 레이저가 레이저 수신부(83)에 전달될 수 있도록, 송전 패드(21)의 일측면과 타측면(또는 반대측면)에 각각 복수개 설치되어 사선 방향으로 레이저를 수신하고, 수신된 레이저의 입사각에 상응하는 반사각으로 반사시킬 수 있다.Referring to FIG. 8 , the apparatus for detecting a foreign material using a refractive laser may include a laser transmitter 81 , a laser refractive unit 82 , and a laser receiver 83 . The laser transmitter 81 may include a laser generating module installed on an upper side of the power transmission pad 21 to generate a laser. The laser refracting unit 82 is a device or material that reflects a laser, and may include, for example, a mirror. At this time, a plurality of laser refraction units 82 are respectively installed on one side and the other side (or opposite side) of the power transmission pad 21 so that the laser transmitted from the laser transmission unit 81 can be transmitted to the laser reception unit 83 . It can receive the laser in an oblique direction and reflect it with a reflection angle corresponding to the incident angle of the received laser.

구체적으로, 적어도 하나의 레이저 굴절부(82) 중에서 제1 레이저 굴절부는 레이저 송신부(81)가 설치된 일측면의 반대측면에 사선 방향으로 설치될 수 있고, 제2 레이저 송신부(81)는 제1 레이저 굴절부의 반대측면에 사선 방향으로 설치될 수 있다. Specifically, the first laser refracting unit among the at least one laser refracting unit 82 may be installed in a diagonal direction on the opposite side of the one side where the laser transmitting unit 81 is installed, and the second laser transmitting unit 81 is the first laser beam. It may be installed in an oblique direction on the opposite side of the refraction part.

이때, 레이저 송신부(81)는 레이저 송신부(81)의 반대측면에 사선 방향으로 위치한 제1 레이저 굴절부로 레이저를 발생시킬 수 있고, 제1 레이저 굴절부는 레이저 송신부(81)로부터 전달된 레이저를 굴절(또는 반사)시켜 제1 레이저 굴절부의 반대측면에 사선 방향에 위치한 제2 레이저 굴절부로 전달할 수 있다. 이러한 방법을 통해 레이저가, 가장 마지막으로 굴절(또는 반사)되어 도달되는 측면에 설치된 레이저 수신부(83)로 전달될 수 있다. 이때, 레이저 수신부(83)는 레이저 굴절부(82)의 개수에 따라 레이저 송신부(81)와 같은 측면에 설치될 수도 있고, 레이저 송신부(81)의 반대측면에 설치될 수도 있다.At this time, the laser transmission unit 81 may generate a laser to the first laser refraction unit located in an oblique direction on the opposite side of the laser transmission unit 81, and the first laser refraction unit refracts the laser transmitted from the laser transmission unit 81 ( or reflected) and transmitted to the second laser refracting unit located in an oblique direction on the opposite side of the first laser refracting unit. Through this method, the laser may be delivered to the laser receiver 83 installed on the side that is finally refracted (or reflected). In this case, the laser receiver 83 may be installed on the same side as the laser transmitter 81 or on the opposite side of the laser transmitter 81 depending on the number of laser refraction parts 82 .

따라서, 도 8에 따른 굴절식 레이저(82)를 이용하면, 레이저 송신부(81)와 레이저 수신부(83)를 최소 하나씩만 사용하여 도 7에 따른 이물질 검출 장치와 동등한 검출 효과를 낼 수 있는 장점이 있다.Therefore, when the refractive laser 82 according to FIG. 8 is used, at least one of the laser transmitter 81 and the laser receiver 83 can be used to achieve the same detection effect as the foreign material detection device according to FIG. have.

여기서, 레이저가 송전 패드(21)의 일측면에서 그 반대측면으로 반사되는 것으로 설명하였으나, 그에 한정되는 것은 아니며, 송전 패드(21)의 일측면에서 그 반대측면 이외의 다른 측면으로 반사되는 것도 본 발명의 일 실시예에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. Here, although it has been described that the laser is reflected from one side of the power transmission pad 21 to the opposite side, it is not limited thereto, and it is also seen that the laser is reflected from one side of the power transmission pad 21 to a side other than the opposite side. It should be construed as being included in one embodiment of the invention.

또한, 반드시 사선 방향으로 레이저를 수신하여야 하는 것은 아니고, 송전 패드(21)의 일측면에 수직한 방향으로 레이저를 수신하더라도, 레이저 굴절부를 송전 패드(21)의 일측면과 평행하지 않게 설치함으로써, 수신된 레이저를 다음 레이저 굴절부로 전달하는 것도 가능할 수 있다. In addition, it is not necessary to receive the laser in a diagonal direction, and even if the laser is received in a direction perpendicular to one side of the power transmission pad 21, by installing the laser refraction part not parallel to one side of the power transmission pad 21, It may also be possible to deliver the received laser to the next laser refracting unit.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치에 포함된 이물질 검출 회로에 대한 예시도이다.9 is an exemplary diagram of a foreign material detection circuit included in the foreign material detection apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 이물질 검출 장치에 포함된 이물질 검출 회로(90)는 레이저 수신부에 포함된 서브 이물질 검출 회로(91a, 91b) 및 상기 서브 이물질 검출 회로 각각을 입력으로 갖고, 상기 입력에 대하여 OR 연산을 수행하여 출력하는 OR 게이트(91c)를 포함할 수 있다. 이때, 도 9에서 서브 이물질 검출 회로(91a, 91b)가 두 개 표현되었으나, 레이저 수신부의 개수만큼 있을 수 있다.Referring to FIG. 9 , the foreign material detection circuit 90 included in the foreign material detection device has each of the sub foreign material detection circuits 91a and 91b and the sub foreign material detection circuit included in the laser receiver as inputs, and OR is applied to the input. An OR gate 91c for performing an operation and outputting the operation may be included. At this time, although two sub foreign material detection circuits 91a and 91b are represented in FIG. 9 , there may be as many as the number of laser receivers.

여기서 각각의 레이저 수신부에 설치된 서브 이물질 검출 회로(91a, 91b)는 인가 전압(Vcc, 예를 들면 5 V)에 대하여 제1 저항(R_a, R_b) 및 CdS 센서(또는 CdS 센서의 내부 저항)가 직렬로 접지(또는 가상 접지)에 연결되고, 상기 제1 저항(R_a, R_b) 및 상기 CdS 센서 내부 저항 사이의 전압을 입력받아 일정한 전압 레벨로 출력하는 버퍼(Buffer, D_a, D_b)를 포함할 수 있다. 즉, 버퍼(D_a, D_b)의 출력이 서브 이물질 검출 회로(91a, 91b)의 출력이 될 수 있다.Here, the sub-foreign matter detection circuits 91a and 91b installed in each of the laser receivers have a first resistance (R _a , R _b ) and a CdS sensor (or the internal resistance of the CdS sensor with respect to the applied voltage (Vcc, for example, 5 V)). ) is connected to the ground (or virtual ground) in series, _{and receives a voltage between the first resistors (R a} , R _b ) and the internal resistance of the CdS sensor and outputs a buffer (Buffer, D _a , D _b ) may be included. That is, _{the outputs of the buffers D a} , D _b may be the outputs of the sub-foreign matter detection circuits 91a and 91b.

여기서 버퍼(D_a, D_b)는 전압 버퍼(voltage buffer)로 지칭될 수 있으며, 필터나 증폭기로 대체될 수도 있고, 경우에 따라 생략될 수도 있다.Here, the buffers D _a and D _b may be referred to as voltage buffers, may be replaced with filters or amplifiers, or may be omitted in some cases.

이때, 도 7에서와 같이 복수의 레이저 송신부 및 레이저 수신부 쌍으로 이물질 검출 장치를 구성하였다면, 레이저 수신부가 복수개 존재하므로 도 9와 같이 OR 게이트(91c)의 입력으로 복수의 입력이 사용될 수 있으나, 도 8에서와 같이 하나의 레이저 수신부만을 이용할 경우에는 OR 게이트(91c) 없이 하나의 서브 이물질 검출 회로의 출력만으로 이물질 검출 여부를 판단할 수도 있다.At this time, if the foreign material detection apparatus is configured with a plurality of laser transmitter and laser receiver pairs as in FIG. 7 , since there are a plurality of laser receivers, a plurality of inputs may be used as the input of the OR gate 91c as shown in FIG. 9 , but FIG. As in 8, when only one laser receiver is used, it may be determined whether foreign matter is detected only by the output of one sub foreign material detection circuit without the OR gate 91c.

여기서 CdS 센서 내부 저항의 크기는 조도에 따라 수 Ω에서 수백 kΩ 의 크기를 가질 수 있다. 즉, 이물질이 검출되지 않아 레이저가 레이저 수신부에 도달하게 되면, 서브 이물질 검출 회로(91a, 91b)에 포함된 CdS 센서 내부 저항이 제1 저항(R_a, R_b)에 비하여 상대적으로 매우 작기 때문에, CdS 센서 내부 저항에 걸리는 전압이 매우 작을 수 있다. 따라서, OR 게이트(91c)의 입력으로 OR 연산의 '0'을 의미하는 전압값이 전달될 수 있다. 여기서 '0'을 의미하는 전압값은 '0'과 미리 설정된 오차 범위 내에 있는 전압을 의미할 수 있다.Here, the size of the internal resistance of the CdS sensor may range from several Ω to several hundreds of kΩ depending on the illuminance. That is, when not been foreign matter is detected, the laser reaches the laser receiver, the sub foreign matter detection circuit (91a, 91b) due to the CdS sensor internal resistance of the first resistor (R _a, R _b) is relatively very small compared to contain the , the voltage across the CdS sensor internal resistance may be very small. Accordingly, a voltage value indicating '0' of the OR operation may be transmitted to the input of the OR gate 91c. Here, the voltage value representing '0' may mean a voltage within a preset error range from '0'.

반면, 이물질이 검출되어 레이저가 레이저 수신부에 도달하지 않으면, 서브 이물질 검출 회로(91a, 91b)에 포함된 CdS 센서 내부 저항이 높으므로, CdS 센서 내부 저항에 걸리는 전압이 높을 수 있다. 따라서, OR 게이트(91c)의 입력으로 OR 연산의 '1'을 의미하는 전압값이 전달될 수 있다. 여기서 '1'을 의미하는 전압값은, 인가 전압(또는 미리 설정된 전압값)과 오차 범위 내에 있는 전압을 의미할 수 있다. 구체적으로, 이물질이 검출되어 제1 저항(R_a, R_b)에 비하여 CdS 센서의 내부 저항이 크게 높아지면 제1 저항(R_a, R_b)에 걸리는 전압은 무시할 수 있을 만큼 작아지므로, CdS 센서에 걸리는 전압은 인가 전압(Vcc)과 같다고 설명할 수 있다.On the other hand, when a foreign material is detected and the laser does not reach the laser receiver, since the internal resistance of the CdS sensor included in the sub foreign material detection circuits 91a and 91b is high, the voltage applied to the internal resistance of the CdS sensor may be high. Accordingly, a voltage value indicating '1' of the OR operation may be transmitted to the input of the OR gate 91c. Here, the voltage value '1' may mean a voltage that is within an error range from the applied voltage (or a preset voltage value). Specifically, when the internal resistance of the CdS sensor is greatly increased compared to the first resistors (R _a , R _b _{) due to detection of a foreign substance, the voltage applied to the first resistors (R a} , R _b ) becomes negligibly small, so CdS The voltage applied to the sensor can be described as being equal to the applied voltage (Vcc).

따라서, 도 9의 이물질 검출 회로(90)의 출력인 이물질 검출 신호(foreign object debris signal, FOD signal)의 전압 크기는 이물질 유무에 따라 변하게 되며, 서브 이물질 검출 회로(91a, 91b)를 병렬로 입력한 OR 게이트의 출력값을 단일 신호로서, 전기차의 무선 전력 전송을 제어하는 장치에 전달할 수 있다.Therefore, the voltage level of the foreign object debris signal (FOD signal), which is the output of the foreign object detection circuit 90 of FIG. 9, changes depending on the presence or absence of foreign matter, and the sub foreign object detection circuits 91a and 91b are inputted in parallel. The output value of one OR gate can be transmitted as a single signal to the device controlling the wireless power transfer of the electric vehicle.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 굴절식 레이저를 이용한 이물질 검출 장치에 대한 구성도이다.10 is a block diagram of a foreign material detecting apparatus using a refractive laser according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 전기차 무선 전력 전송 시스템에서, 굴절식 레이저를 이용한 이물질 검출 장치(100)는, 송전 패드의 상부 일측면에 설치되어 레이저를 발생시키는 레이저 송신부(110), 상기 송전 패드의 상부 일측면 또는 타측면에 설치되어, 상기 레이저 송신부(110)에 의해 발생한 레이저를 수신하고 수신된 레이저를 반사시키는 적어도 하나의 레이저 굴절부(120) 및 상기 적어도 하나의 레이저 굴절부(120)를 통해 레이저를 전달받는 레이저 수신부(130)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 10 , in the electric vehicle wireless power transmission system, the foreign material detection apparatus 100 using a refractive laser includes a laser transmitter 110 installed on an upper side of a power transmission pad to generate a laser, and an upper portion of the power transmission pad. Through at least one laser refracting unit 120 and the at least one laser refracting unit 120 installed on one side or the other side, receiving the laser generated by the laser transmitting unit 110 and reflecting the received laser It may include a laser receiver 130 that receives the laser.

여기서 상기 적어도 하나의 레이저 굴절부(120)는, 거울을 포함할 수 있다.Here, the at least one laser refracting unit 120 may include a mirror.

여기서 상기 적어도 하나의 레이저 굴절부(120)가 복수개인 경우, 복수의 레이저 굴절부는, 상기 송전 패드의 상부 일측면 및 상기 일측면의 반대측면에, 서로 마주보지 않고 어긋난 위치로 배치될 수 있다. 즉, 레이저 굴절부(120)가 송전 패드의 일측면과 평행하게 설치되는 것이 일반적인 경우임을 고려하면, 레이저 굴절부(120)가 서로 어긋난 위치에 배치될 경우, 사선 방향으로 수신된 레이저를 다시 그 반대 사선 방향으로 반사시켜 레이저 수신부(130)까지 전달할 수 있다. Here, when there are a plurality of the at least one laser refractive unit 120 , the plurality of laser refractive units may be disposed on one upper side of the power transmission pad and an opposite side of the one side at positions shifted from each other without facing each other. That is, considering that it is a general case that the laser refractive unit 120 is installed parallel to one side of the power transmission pad, when the laser refractive unit 120 is disposed at a position misaligned with each other, the laser received in the diagonal direction is again It can be transmitted to the laser receiver 130 by reflecting it in the opposite oblique direction.

여기서 상기 적어도 하나의 레이저 굴절부(120)가 복수개인 경우, 복수의 레이저 굴절부 중 적어도 두 개의 레이저 굴절부는 상기 송전 패드의 상부 일측면 및 반대측면에 서로 마주보게 배치되고, 상기 적어도 두 개의 레이저 굴절부 중 하나는, 상기 송전 패드의 상부 일측면 또는 상기 일측면의 반대측면에 대하여 비스듬하게 설치될 수 있다. 즉, 두 개의 레이저 굴절부(120)가 서로 마주보게 배치되더라도, 두 개 중 적어도 하나의 레이저 굴절부가 송전 패드의 일 측면에 대하여 비스듬하게 설치된다면, 사선방향으로 레이저를 반사시킬 수 있어 레이저 수신부(130)까지 레이저를 전달할 수도 있다.Here, when there are a plurality of the at least one laser refractive unit 120 , at least two laser refractive units among the plurality of laser refractive units are disposed to face each other on one upper side and an opposite side of the power transmission pad, and the at least two laser refractive units are disposed to face each other. One of the refraction parts may be installed obliquely with respect to one upper side of the power transmission pad or an opposite side of the one side. That is, even if the two laser refractive units 120 are disposed to face each other, if at least one of the two laser refractive units is installed obliquely with respect to one side of the power transmission pad, it is possible to reflect the laser in an oblique direction, so that the laser receiving unit ( 130) may be delivered.

여기서 상기 레이저 수신부(130)는, CdS(황화카드뮴) 센서를 이용하여 이물질을 검출하는 서브 이물질 검출 회로(130a)를 포함할 수 있다.Here, the laser receiver 130 may include a sub-foreign substance detection circuit 130a for detecting foreign substances using a CdS (cadmium sulfide) sensor.

여기서 상기 서브 이물질 검출 회로(130a)는, 인가 전압(Vcc)을 일단으로 하고, 상기 CdS 센서를 타단으로 하는 제1 저항, 상기 제1 저항을 일단으로 하고, 접지를 타단으로 하는, 상기 CdS 센서 및 상기 제1 저항과 상기 CdS 센서 사이의 전압을 입력으로 하여 일정한 전압 레벨로 출력하는 버퍼(Buffer)를 포함할 수 있다.Here, the sub-foreign substance detection circuit 130a includes a first resistor having the applied voltage Vcc as one end, the CdS sensor as the other end, the first resistor as one end, and the ground as the other end, the CdS sensor and a buffer that receives a voltage between the first resistor and the CdS sensor as an input and outputs a constant voltage level.

여기서 상기 제1 저항은, 상기 CdS 센서의 초기 내부 저항보다 10배 이상 작고, 상기 CdS 센서가 레이저를 감지함으로써 변동된 내부 저항보다 10배 이상 클 수 있다. 이때, CdS 센서의 초기 내부 저항은 CdS 센서가 레이저를 감지하지 않거나 그늘진 상태에서의 저항을 의미할 수 있다.Here, the first resistance may be 10 times or more smaller than the initial internal resistance of the CdS sensor, and may be 10 times or more greater than the internal resistance changed by the CdS sensor sensing the laser. In this case, the initial internal resistance of the CdS sensor may mean resistance in a state in which the CdS sensor does not detect the laser or is in the shade.

여기서 상기 이물질 검출 장치(100)는, 상기 버퍼의 출력값을 참조하여 이물질 검출 유무를 판단하는 이물질 검출 판단부(140)를 더 포함할 수 있다.Here, the foreign material detection apparatus 100 may further include a foreign material detection determination unit 140 that determines whether a foreign material is detected by referring to the output value of the buffer.

여기서 상기 이물질 검출 장치(100)는, 상기 레이저 수신부(130)를 복수개 포함할 수 있다.Here, the foreign material detection apparatus 100 may include a plurality of the laser receiver 130 .

여기서 상기 이물질 검출 장치(100)는, 복수개의 레이저 수신부(130) 각각에 포함된 서브 이물질 검출 회로(130a)의 출력을 입력으로 하고, OR 연산을 수행하여 출력하는 OR 게이트를 더 포함할 수 있다.Here, the foreign material detection apparatus 100 may further include an OR gate that receives the output of the sub foreign material detection circuit 130a included in each of the plurality of laser receivers 130 as an input, and outputs an OR operation. .

여기서 상기 이물질 검출 장치(100)는, 상기 OR 게이트의 출력값을 참조하여 이물질 검출 유무를 판단하는 이물질 검출 판단부(140)를 더 포함할 수 있다.Here, the foreign material detection apparatus 100 may further include a foreign material detection determination unit 140 that determines whether a foreign material is detected by referring to the output value of the OR gate.

여기서 상기 이물질 검출 판단부(140)는, 상기 서브 이물질 검출 회로(130a)의 출력값이 상기 인가 전압과 허용 오차 범위 내에서 동일하면, 이물질이 검출된 것으로 결정할 수 있다. Here, when the output value of the sub-foreign substance detection circuit 130a is the same as the applied voltage within the allowable error range, the foreign material detection determination unit 140 may determine that the foreign material has been detected.

여기서 상기 이물질 검출 판단부(140)는, 상기 서브 이물질 검출 회로(130a)의 출력값이 '0'과 허용 오차 범위 내에서 동일하면, 이물질이 검출되지 않은 것으로 결정할 수 있다.Here, when the output value of the sub-foreign substance detection circuit 130a is equal to '0' within the allowable error range, the foreign material detection determination unit 140 may determine that the foreign material is not detected.

여기서 상기 이물질 검출 판단부(140)는, GA(Ground Assembly) 컨트롤러이고, 이물질 검출 유무에 따라 상기 송전 패드 내에 있는 GA 코일의 출력 전력 레벨을 조절할 수 있다.Here, the foreign material detection determination unit 140 is a GA (ground assembly) controller, and may adjust the output power level of the GA coil in the power transmission pad according to whether foreign matter is detected.

그 밖에도 이물질 검출 장치(100)의 예를 들면, 통신 가능한 데스크탑 컴퓨터(desktop computer), 랩탑 컴퓨터(laptop computer), 노트북(notebook), 스마트폰(smart phone), 태블릿 PC(tablet PC), 모바일폰(mobile phone), 스마트 워치(smart watch), 스마트 글래스(smart glass), e-book 리더기, PMP(portable multimedia player), 휴대용 게임기, 네비게이션(navigation) 장치, 디지털 카메라(digital camera), DMB(digital multimedia broadcasting) 재생기, 디지털 음성 녹음기(digital audio recorder), 디지털 음성 재생기(digital audio player), 디지털 동영상 녹화기(digital video recorder), 디지털 동영상 재생기(digital video player), PDA(Personal Digital Assistant) 등일 수도 있다.In addition, for example, the foreign object detection device 100 is a communicable desktop computer (desktop computer), a laptop computer (laptop computer), a notebook (notebook), a smart phone (smart phone), a tablet PC (tablet PC), a mobile phone (mobile phone), smart watch, smart glass, e-book reader, PMP (portable multimedia player), portable game console, navigation device, digital camera, DMB (digital) It may be a multimedia broadcasting player, digital audio recorder, digital audio player, digital video recorder, digital video player, PDA (Personal Digital Assistant), etc. .

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 장치에서 수행되는, 굴절식 레이저를 이용한 이물질 검출 방법은, 송전 패드의 상부 일측면에서 타측면으로 레이저를 발생시키는 단계; 상기 송전 패드의 상부 일측면 또는 타측면에 설치된 적어도 하나의 레이저 굴절부를 이용하여 상기 레이저를 적어도 한번 이상 사선 방향으로 반사시키는 단계; 및 반사된 레이저의 감지 여부에 따라 이물질을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.On the other hand, the foreign material detection method using a refractive laser, which is performed in the foreign material detection apparatus according to an embodiment of the present invention, the step of generating a laser from one side of the upper portion of the power transmission pad to the other side; reflecting the laser in an oblique direction at least once or more by using at least one laser refraction unit installed on one or the other side of the upper portion of the power transmission pad; and detecting a foreign material according to whether the reflected laser is detected.

여기서 상기 이물질을 검출하는 단계는, 상기 서브 이물질 검출 회로의 출력값을 참조하여 이물질 검출 유무를 판단할 수 있다.Here, in the detecting of the foreign material, it may be determined whether the foreign material is detected by referring to an output value of the sub foreign material detection circuit.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 수신부의 예시 회로를 이용한 이물질 검출 실험의 결과를 나타낸 그래프이다.11 is a graph showing a result of a foreign material detection experiment using an exemplary circuit of a laser receiver according to an embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 도 9에 따른 이물질 검출 회로의 동작 실험으로, PWM 신호(Pulse Width modulation Signal)와 이물질 검출 신호(FOD Signal)를 2 V/div로 설정하고, Sec/div는 1 Sec/div로 설정하였을때, 이물질 유무에 따라 각각의 신호 출력 파형을 확인할 수 있다. 여기서 PWM 신호는 무선 전력 전송을 제어하는 신호로서, 무선 전력 전송을 개시 또는 중지하는 스위치에 인가되는 신호일 수 있다. 더 상세하게는 송전 패드에서 수전 패드로 무선 전력 전송이 진행되면 스위치에 인가되는 PWM 신호가 발생하고, 무선 전력 전송이 중지되면 PWM 신호가 차단될 수 있다. 이물질 검출 신호(FOD Signal)는 도 9에 따른 이물질 검출 회로(단, 서브 이물질 검출 회로는 하나일 수도 있다)의 출력일 수 있다.Referring to FIG. 11 , as an operation experiment of the foreign material detection circuit according to FIG. 9 , a PWM signal (Pulse Width modulation signal) and a foreign material detection signal (FOD Signal) are set to 2 V/div, and Sec/div is 1 Sec/div When set to div, each signal output waveform can be checked according to the presence or absence of foreign substances. Here, the PWM signal is a signal for controlling wireless power transmission, and may be a signal applied to a switch for starting or stopping wireless power transmission. In more detail, when wireless power transmission from the power transmission pad to the power reception pad is performed, a PWM signal applied to the switch may be generated, and when the wireless power transmission is stopped, the PWM signal may be blocked. The foreign material detection signal (FOD Signal) may be an output of the foreign material detection circuit (however, only one sub foreign material detection circuit may be used) according to FIG. 9 .

도 11에 따른 그래프에 따르면, 이물질이 없을 경우 이물질 검출 신호(FOD Signal)가 0 V로 출력된 것을 확인할 수 있고, 이물질이 있는 경우 이물질 검출 신호(FOD Signal)은 Vcc(5 V)로 변경되어 출력된 것을 확인할 수 있다. 이물질이 검출되면, 이물질 검출 장치의 컨트롤러(DSP, Digital Signal Processor)는 스위칭 신호(PWM Signal)를 차단하여 수전 패드로 무선 전력이 전송되는 것을 차단할 수 있다. 여기서 컨트롤러는 도 10에 따른 이물질 검출 판단부에 대응될 수 있고, GA 컨트롤러로 지칭되거나 GA 컨트롤러에 포함되어 구현될 수도 있다.According to the graph according to FIG. 11, it can be confirmed that the foreign material detection signal (FOD Signal) is output as 0 V when there is no foreign material, and when there is a foreign material, the foreign material detection signal (FOD Signal) is changed to Vcc (5 V), You can check the output. When a foreign material is detected, a controller (DSP, Digital Signal Processor) of the foreign material detection device may block a switching signal (PWM Signal) to block wireless power from being transmitted to the power receiving pad. Here, the controller may correspond to the foreign material detection determiner according to FIG. 10 , and may be referred to as a GA controller or may be implemented by being included in the GA controller.

도 12는 도 11에 따른 그래프를 확대한 그래프이다.12 is an enlarged graph of the graph of FIG. 11 .

도 12에 따른 그래프는 도 11에 따른 실험 조건에서 그래프의 표시 단위인 Sec/Div를 20 us/div로 달리 설정하여, 출력 파형을 더 상세히 확인할 수 있도록 도시한 것이다.The graph according to FIG. 12 is shown so that the output waveform can be checked in more detail by setting Sec/Div, which is the display unit of the graph, to 20 us/div differently under the experimental conditions according to FIG. 11 .

도 12를 참조하면, 도 11에성와 마찬가지로, 이물질 검출 신호(FOD Signal)가 발생됨을 확인하고, 약간의 시간(그래프 상 약 20 us) 경과 후 PWM 신호가 발생한 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 12 , as in FIG. 11 , it can be confirmed that a foreign material detection signal (FOD Signal) is generated, and a PWM signal is generated after a little time (about 20 us on the graph) has elapsed.

본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.The methods according to the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions recorded on the computer-readable medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and available to those skilled in the art of computer software.

컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함될 수 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Examples of computer-readable media may include hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions may include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device described above may be configured to operate as at least one software module to perform the operations of the present invention, and vice versa.

또한, 상술한 방법 또는 장치는 그 구성이나 기능의 전부 또는 일부가 결합되어 구현되거나, 분리되어 구현될 수 있다.In addition, the above-described method or apparatus may be implemented by combining all or part of its configuration or function, or may be implemented separately.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention within the scope without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will understand that it can be done.

Claims

A foreign material detection device using a refractive laser in an electric vehicle wireless power transmission system, comprising:
a laser transmitter installed on an upper side of the power transmission pad to generate a laser;
at least one laser refracting unit installed on one or the other side of the upper portion of the power transmission pad to receive the laser generated by the laser transmitter and reflect the received laser;
a laser receiver including a sub-foreign substance detection circuit configured to receive a laser beam through the at least one laser refracting part and detect a foreign substance using a sensor; and
and a foreign material detection determination unit configured to determine whether foreign matter is detected by referring to the output value of the sub foreign material detection circuit.

In claim 1,
The at least one laser refraction unit,
A foreign object detection device using a refractive laser, including a mirror.

In claim 1,
When the at least one laser refracting unit is plural,
The plurality of laser refraction units are disposed on one upper side of the power transmission pad and on the opposite side of the one side, and are disposed at positions shifted from each other without facing each other.

In claim 1,
When the at least one laser refracting unit is plural,
At least two laser refractive units among the plurality of laser refractive units are disposed to face each other on one upper side and an opposite side of the power transmission pad,
One of the at least two laser refraction units is installed obliquely with respect to one upper side of the power transmission pad or an opposite side of the one side, the apparatus for detecting foreign substances using a refractive laser.

In claim 1,
The sub foreign material detection circuit,
A foreign material detection device using a refractive laser that detects foreign substances using a CdS (cadmium sulfide) sensor.

In claim 5,
The sub foreign material detection circuit,
a first resistor having the applied voltage (Vcc) as one end and the CdS sensor as the other end;
the CdS sensor having the first resistor as one end and the ground as the other end; and
and a buffer for outputting a voltage between the first resistor and the CdS sensor at a constant voltage level as an input.

In claim 6,
The first resistor is
10 times smaller than the initial internal resistance of the CdS sensor,
A foreign object detection device using a refractive laser, which is more than 10 times greater than the internal resistance changed by the CdS sensor sensing the laser.

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In claim 6,
The foreign material detection device,
A foreign object detection device using a refractive laser, comprising a plurality of the laser receiver.

In claim 9,
The foreign material detection device,
The apparatus for detecting a foreign object using a refractive laser, further comprising an OR gate that receives an output of a sub foreign material detection circuit included in each of the plurality of laser receivers as an input and outputs a result of performing an OR operation.

In claim 10,
The foreign material detection device,
The foreign object detection apparatus using a refractive laser, further comprising a foreign material detection determination unit for determining whether foreign matter is detected by referring to the output value of the OR gate.

In claim 1,
The foreign material detection determination unit,
When the output value of the sub-foreign substance detection circuit is the same as the applied voltage and within the allowable error range, it is determined that the foreign substance has been detected.

In claim 1,
The foreign material detection determination unit,
It is a GA (Ground Assembly) controller, and controls the output power level of the GA coil in the power transmission pad according to the presence or absence of detection of foreign substances.

As a foreign material detection method using a refractive laser, which is performed in a foreign material detection device,
generating a laser from one side of the upper portion of the power transmission pad to the other side;
reflecting the laser in an oblique direction at least once or more by using at least one laser refraction unit installed on one or the other side of the upper portion of the power transmission pad; and
Including the step of detecting a foreign material according to whether the reflected laser is detected,
The step of detecting the foreign material,
A foreign material detection method using a refractive laser, which determines whether foreign matter is detected by referring to the output value of the sub foreign material detection circuit.

In claim 14,
The at least one laser refraction unit,
A method for detecting foreign substances using a refractive laser, including a mirror.

In claim 14,
When the at least one laser refractive unit is plural,
The plurality of laser refractive units are disposed on one side of the upper side of the power transmission pad and on the opposite side of the one side, and are disposed at positions shifted from each other without facing each other.

In claim 14,
When the at least one laser refractive unit is plural,
At least two laser refractive units among the plurality of laser refractive units are disposed to face each other on one upper side of the power transmission pad and an opposite side of the one side,
One of the at least two laser refracting units is obliquely installed with respect to one upper side of the power transmission pad or an opposite side of the one side, a method for detecting foreign substances using a refractive laser.

In claim 14,
The sub foreign material detection circuit,
A method for detecting foreign substances using a refractive laser, characterized in that it contains a CdS (cadmium sulfide) sensor.

In claim 18,
The sub foreign material detection circuit,
a first resistor having the applied voltage (Vcc) as one end and the CdS sensor as the other end;
the CdS sensor having the first resistor as one end and the ground as the other end; and
and a buffer for outputting a voltage between the first resistor and the CdS sensor at a constant voltage level as an input.

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