KR102391649B1 - 이물질 검출 방법, 이를 이용하는 무선 전력전송 제어 장치 및 무선 전력전송 장치 - Google Patents

이물질 검출 방법, 이를 이용하는 무선 전력전송 제어 장치 및 무선 전력전송 장치 Download PDF

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Abstract

송신 패드 및 수신 패드와 연동하여 무선전력 전송을 수행하는 전력전송 컨버터에 대한 제로위상각 제어를 수행하는 단계, 상기 전력전송 컨버터의 입력 전류 및 스위칭 주파수 중 적어도 하나에 대한 파라미터 특성의 변화율을 검출하는 단계 및 상기 입력 전류 및 스위칭 주파수 중 적어도 하나에 대한 파라미터 특성의 변화율이 허용범위를 초과하는지 여부에 따라 상기 송신 패드 및 수신 패드 간의 이물질 개입 여부를 판단하는 단계를 포함하는 무선전력 전송을 위한 송신 패드 및 수신 패드 간 이물질을 검출하는 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 이물질 검출 방법을 이용하면 무선 전력전송 장치의 동작 중에도 이물질 검출이 가능하며 별도의 하드웨어 추가 없이 이물질의 검출이 가능하다.

Description

이물질 검출 방법, 이를 이용하는 무선 전력전송 제어 장치 및 무선 전력전송 장치{METHOD FOR DETECTING FOREIGN OBJECT, WIRELESS POWER TRANSFER CONTROL APPARATUS, AND WIRELESS POWER TRANSFER APPARATUS USING THE METHOD}
본 발명은 이물질 검출 방법, 이를 이용하는 무선 전력전송 제어 장치 및 무선 전력전송 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선전력 전송을 위한 송신 패드 및 수신 패드 간 이물질을 검출하는 방법, 이를 이용하는 무선 전력전송 제어 장치 및 무선 전력전송 장치에 관한 것이다.
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.
무선전력 전송 방식을 이용한 충전의 경우, 주행 중인 전기차에서 배터리를 충전해야 할 필요가 있는 경우 전기차는 주행 경로 상에서 전기차 충전이 가능한 충전 스테이션(charge station)이나 충전 스팟(charging spots)에 위치하는 그라운드 어셈블리(ground assembly, GA)로 이동하게 된다.
자기 유도 방식의 무선 전력 전송 시스템은 송수신 코일 간의 전자기 유도 현상을 이용하여 전력을 전달하는 방식을 사용한다. 전기차의 충전 시, 전기차에 탑재되는 차량 어셈블리(vehicle assembly, VA)는 충전 스테이션(charge station)이나 충전 스팟(charging spot)에 위치하는 그라운드 어셈블리(ground assembly, GA)의 송신 패드와 유도 공진 결합을 형성하고, 유도 공진 결합을 통해 그라운드 어셈블리로부터 전달되는 전력을 이용하여 전기차의 배터리에 충전을 수행한다.
그런데, 송수신 코일 사이에 금속, 자성체 등 자기장에 영향을 미칠 수 있는 물질이 존재할 시에는 무선 전력 전송 시스템의 공진 네트워크에 직접적인 영향을 미치고, 그에 따라 시스템의 비정상적인 동작을 야기하거나 전력 전달 효율을 떨어뜨린다. 뿐만 아니라, 이물질의 존재로 인해 송수신 코일 사이의 물질의 온도가 급격하게 상승하여 시스템 안정성에 문제를 발생시킨다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 무선전력전송을 위한 송신 패드 및 수신 패드 사이의 이물질을 검출하는 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 상기 방법을 이용하는 무선 전력전송 제어 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 목적은 상기 무선 전력전송 제어 장치를 포함하는 무선 전력전송 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 방법은 무선전력 전송을 위한 송신 패드 및 수신 패드 간 이물질을 검출하는 방법으로서, 상기 송신 패드 및 수신 패드와 연동하여 무선전력 전송을 수행하는 전력전송 컨버터에 대한 제로위상각 제어를 수행하는 단계, 상기 전력전송 컨버터의 입력 전류 및 스위칭 주파수 중 적어도 하나에 대한 파라미터 특성의 변화율을 검출하는 단계, 및 상기 입력 전류 및 스위칭 주파수 중 적어도 하나에 대한 파라미터 특성의 변화율이 허용범위를 초과하는지 여부에 따라 상기 송신 패드 및 수신 패드 간의 이물질 개입 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 파라미터 특성은 상기 전력전송 컨버터의 스위칭 주파수의 이동평균 값일 수 있다.
상기 송신 패드 및 수신 패드 간의 이물질 개입 여부를 판단하는 단계는, 상기 스위칭 주파수의 이동평균 값의 변화율이 제1 임계치 이상인 경우 상기 송신 패드 및 수신 패드 간에 이물질이 개입한 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 이동 평균 값은, 단순 이동평균 값, 가중 이동평균 값, 또는 지수 이동평균 값일 수 있다.
상기 파라미터 특성은 전류측정 포인트에서 측정한 상기 전력전송 컨버터의 입력 전류의 이동평균 값일 수 있다.
상기 송신 패드 및 수신 패드 간의 이물질 개입 여부를 판단하는 단계는, 상기 입력 전류의 이동 평균 값이 허용 범위를 벗어난 경우 상기 송신 패드 및 수신 패드 간에 이물질이 개입한 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 이물질 검출 방법은 상기 송신 패드 및 수신 패드 사이에 이물질이 개입한 것으로 판단된 경우 전력전송을 중단하도록 상기 전력전송 컨버터를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제로위상각(Zero Phase Angle; ZPA)은 상기 전력전송 컨버터의 입력전압 및 입력전류가 동상(in-phase)인 상태를 의미할 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력전송 제어 장치는, 적어도 하나의 프로세서 및 상기 적어도 하나의 프로세서로 하여금 적어도 하나의 단계를 수행하도록 지시하는 명령어들을 저장하는 메모리를 포함하는 무선 전력전송 제어 장치로서, 상기 적어도 하나의 단계는, 상기 송신 패드 및 수신 패드와 연동하여 무선전력 전송을 수행하는 전력전송 컨버터에 대한 제로위상각(Zero Phase Angle; ZPA) 제어를 수행하는 단계, 상기 전력전송 컨버터의 입력 전류 및 스위칭 주파수 중 적어도 하나에 대한 파라미터 특성의 변화율을 검출하는 단계 및 상기 입력 전류 및 스위칭 주파수 중 적어도 하나에 대한 파라미터 특성의 변화율이 허용범위를 초과하는지 여부에 따라 상기 송신 패드 및 수신 패드 간의 이물질 개입 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력전송 장치는 무선전력 전송을 위한 송신 패드 및 수신 패드와 연동하고, 상기 송신 패드 측으로부터 입력되는 전압을 유도전력전송 방식으로 변환하여 도출되는 전압을 수신 패드 측으로 출력하는 전력전송 컨버터, 적어도 하나의 프로세서, 및 상기 적어도 하나의 프로세서로 하여금 적어도 하나의 단계를 수행하도록 지시하는 명령어들을 저장하는 메모리를 포함할 수 있으며, 상기 적어도 하나의 단계는, 상기 전력전송 컨버터에 대한 제로위상각(Zero Phase Angle; ZPA) 제어를 수행하는 단계, 상기 전력전송 컨버터의 입력 전류 및 스위칭 주파수 중 적어도 하나에 대한 파라미터 특성의 변화율을 검출하는 단계, 및 상기 입력 전류 및 스위칭 주파수 중 적어도 하나에 대한 파라미터 특성의 변화율이 허용범위를 초과하는지 여부에 따라 상기 송신 패드 및 수신 패드 간의 이물질 개입 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 이물질 검출 방법, 무선 전력전송 제어 장치, 무선 전력전송 장치를 이용하는 경우, 무선전력전송의 송신 패드 및 수신 패드 사이의 이물질을 검출하기 위한 별도의 하드웨어 추가 없이 이물질의 검출이 가능하다.
또한, 무선 전력전송 장치의 동작 중에도 금속 등의 이물질을 검출할 수 있다.
도 1은 전기차 무선 전력 전송의 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 무선 전력 전송에서의 정렬 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예가 적용될 수 있는 무선 충전 회로를 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예가 적용될 수 있는 유도전력전송(IPT) 컨버터의 상세 회로도이다.
도 5는 유도전력전송 컨버터의 쿼지 제로위상각 제어 방법의 동작 순서도이다.
도 6은 정상 상태의 IPT 컨버터의 입력전류의 파형을 나타낸 그래프이다.
도 7은 이물질이 개입된 경우의 IPT 컨버터의 입력전류의 파형을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선충전 송신 패드 및 수신 패드 사이의 이물질 감지 방법의 동작 순서도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선충전 송신 패드 및 수신 패드 사이의 이물질 감지 방법의 개념도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선충전 송신 패드 및 수신 패드 사이의 이물질 감지 방법의 동작 순서도이다.
도 11는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력전송 장치의 블록 구성도이다.
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.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 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.
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.
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.
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.
본 명세서에 사용되는 일부 용어를 정의하면 다음과 같다.
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. 전원공급원은 주거지나 공용 전기서비스 또는 차량 탑재 연료를 이용하는 발전기 등을 포함할 수 있다.
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.
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.
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.
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.
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.
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 차량을 위치시키고 인덕티브 충전하는 동작으로 정의될 수 있다. 자동 충전은 필요한 인증 및 권한을 얻은 후에 수행될 수 있다.
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.
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.
그라운드 어셈블리(Ground assembly, GA)는 GA 코일과 다른 적절한 부품을 포함하여 그라운드 또는 인프라스트럭처(infrastructure) 측에 배치되는 어셈블리를 지칭할 수 있다. 다른 적절한 부품은 임피던스와 공진주파수를 제어하기 위한 적어도 하나의 부품, 자기 경로(magnetic path)를 강화하기 위한 페라이트 및 전자기 차폐 재료를 포함할 수 있다. 예컨대, GA는 무선 충전 시스템의 전력 소스로서 기능하는 데 필요한 전력/주파수 변환 장치, GA 컨트롤러 및 그리드로부터의 배선과 각 유닛과 필터링 회로들, 하우징 등의 사이의 배선을 포함할 수 있다.
차량 어셈블리(Vehicle assembly, VA)는 VA 코일과 다른 적절한 부품을 포함하여 차량에 배치되는 어셈블리를 지칭할 수 있다. 다른 적절한 부품은 임피던스와 공진주파수를 제어하기 위한 적어도 하나의 부품, 자기 경로를 강화하기 위한 페라이트 및 전자기 차폐 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, VA는 무선 충전 시스템의 차량 부품으로서 기능하는 데 필요한 정류기/전력변환장치와 VA 컨트롤러 및 차량 배터리의 배선뿐 아니라 각 유닛과 필터링 회로들, 하우징 등의 사이의 배선을 포함할 수 있다.
전술한 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.
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.
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.
그라운드 어셈블리 컨트롤러(GA controller)는 차량으로부터의 정보를 토대로 GA 코일에 대한 출력 전력 레벨을 조절하는 GA의 일부분일 수 있다.
차량 어셈블리 컨트롤러(VA controller)는 충전 동안 특정 차량용 파라미터를 모니터링하고 GA와의 통신을 개시하여 출력 전력 레벨을 제어하는 VA의 일부분일 수 있다.
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.
주위 온도(Ambient temperature)는 직접적으로 햇빛이 비치지 않는 대상 서브시스템의 대기에서 측정된 그라운드 레벨 온도를 지칭할 수 있다.
차량 지상고(Vehicle ground clearance)는 도로 또는 도로포장과 차량 플로어 팬의 최하부 사이의 수직 거리를 지칭할 수 있다.
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.
전술한 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.
노출 도전 부품(Exposed conductive component)은 사람에 의해 접촉될 수 있고 평상시 전기가 흐르지 않지만 고장 시에 전기가 흐를 수 있는 전기적인 장치(예컨대, 전기차)의 도전성 부품을 지칭할 수 있다.
유해 라이브 요소(Hazardous live component)는 어떤 조건하에서 유해한 전기 쇼크를 줄 수 있는 라이브 구성요소를 지칭할 수 있다.
라이브 요소(Live component)는 기본적인 용도에서 전기적으로 활성화되는 모든 도체 또는 도전성 부품을 지칭할 수 있다.
직접 접촉(Direct contact)은 생물체인 사람의 접촉을 지칭할 수 있다.
간접 접촉(Indirect contact)은 절연 실패로 사람이 노출된, 도전된, 전기가 흐르는 활성 성분에 접촉하는 것을 지칭할 수 있다.(IEC 61140 참조)
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.
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.
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.
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.
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.
충전 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.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 전기차 무선 전력 전송의 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 무선 전력 전송은 전기차(electric vehicle, 10)의 적어도 하나의 구성요소와 충전 스테이션(charging station, 13)에 의해서 수행될 수 있고, 전기차(10)에 무선으로 전력을 전송하기 위해서 이용될 수 있다.
전기차 충전은 배전망의 전력을 변환 및 제어하는 베이스(base)가 송신 코일을 통해 차량(vehicle)의 수신 코일로 전력을 전달하고, 차량의 무선 충전 제어 장치에서 정류 및 전력 변환을 통해 차량 내 전원이나 배터리 충전을 수행하여 이루어진다.
전기차는 온보드 충전기(OBC: on-board charger)를 포함하고, 온보드 충전기는 에너지 관리 전략이나 정책에 따라 CAN(controller area network) 메시지를 BMS(battery management system)과 송수신하며 차량 DC-DC 컨버터를 통해 배터리의 충전 및/또는 방전을 제어할 수 있다.
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.
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.
또한, 전기차(10)는 무선으로 배터리(12)를 충전할 수 있도록 수신 코일이 포함된 수신 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.
여기서, 충전 스테이션(13)은 전력망(power grid, 15) 또는 전력 백본(power backbone)에 연결될 수 있고, 전력 링크(power link)를 통하여 송신 코일이 포함된 송신 패드(14)에 교류(AC) 또는 직류(DC) 전력을 제공할 수 있다.
또한, 충전 스테이션(13)은 유무선 통신을 통하여 전력망(power grid, 15) 또는 전력망을 관리하는 인프라 관리 시스템(infrastructure management system) 또는 인프라 서버와 통신할 수 있고, 전기차(10)와 무선 통신을 수행할 수 있다.
여기서, 무선 통신에는 블루투스(Bluetooth), 지그비(zigbee), 셀룰러(cellular), 무선 로컬 영역 네트워크(wireless local area network) 등이 있을 수 있다.
또한, 예를 들어 충전 스테이션(13)은 전기차(10) 소유자의 집에 부속된 주차장, 주유소에서 전기차 충전을 위한 주차구역, 쇼핑 센터나 직장의 주차구역 등과 같이 다양한 장소에 위치할 수 있다.
여기서, 전기차(10)의 배터리(12)를 무선 충전하는 과정은, 먼저 전기차(10)의 수신 패드(11)가 송신 패드(14)에 의한 에너지 장(energy field)에 위치됨으로써 송신 패드(14)의 송신 코일과 수신 패드(11)의 수신 코일이 서로 상호작용 또는 커플링되어 이루어질 수 있다. 상호작용 또는 커플링의 결과로 수신 패드(11)에 기전력이 유도되고, 유도된 기전력에 의해 배터리(12)가 충전될 수 있다.
또한, 충전 스테이션(13)과 송신 패드(14)는 그 전부 또는 일부를 그라운드 어셈블리(Ground Assembly, GA)로 지칭할 수 있고, 그라운드 어셈블리는 앞서 정의한 의미를 참조할 수 있다.
또한, 전기차(10)의 수신 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.
여기서, 송신 패드 또는 수신 패드는 비극성(non-polarized) 또는 극성(polarized)으로 구성될 수도 있다.
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.
또한, 패드가 극성인 경우, 패드의 어느 한쪽 끝에 각각의 극을 가질 수 있다. 여기서, 자속은 패드의 방향(orientation)에 기초하여 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 무선 전력 전송에서의 정렬 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2를 참조하여 송신 패드(14) 및 전기차에 내장된 수신 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, 송신 패드와 수신 패드의 위치 정렬로 한정해석되지 않는다.
여기서, 송신 패드(14)는 도 2에서는 지표면 아래에 위치한 것으로 도시하였으나, 지표면 위에 위치할 수도 있고, 지표면 아래에서 송신 패드(14)의 상면이 노출되도록 위치할 수도 있다.
또한, 전기차의 수신 패드(11)는 지표면을 기준으로 측정된 높이(z방향으로 정의)에 따라 카테고리를 달리하여 정의할 수 있고, 예를 들어 지표면에서 수신 패드(11)의 높이가 100-150(mm) 인 경우 클래스 1, 140-210(mm) 인 경우 클래스 2, 170-250(mm)인 경우 클래스 3과 같이 설정할 수 있다. 이때, 수신 패드(11)에 따라 클래스 1만을 지원하거나, 클래스 1과 2를 지원할 수도 있는 등 부분적 지원이 가능할 수 있다.
여기서, 지표면을 기준으로 측정된 높이는 앞서 설명한 용어인 차량 마그네틱 지상고에 대응될 수 있다.
또한, 송신 패드(14)의 높이 방향(z방향으로 정의)의 위치는 상기 수신 패드(11)에서 지원하는 최대 클래스와 최소 클래스 사이에 위치하도록 결정할 수 있는데, 예를 들어 수신 패드가 클래스1과 2만을 지원한다면, 수신 패드(11)를 기준으로 100-210 (mm) 사이에 송신 패드가 위치하도록 결정할 수 있다.
또한, 송신 패드(14)의 중심과 수신 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.
여기서, 송신 패드(14)와 수신 패드(11)의 상대적 위치는 그 실험적 결과에 따라 한계값이 달라질 수 있고, 상기 수치들은 예시적인 것으로 이해되어야 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예가 적용될 수 있는 무선 충전 회로를 도시한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 무선 충전 시스템에서 충전이 이루어지는 회로에 대한 개략적인 구성을 알 수 있다.
여기서, 도 3의 좌측 회로는 전력망에서 공급되는 전원(Vsrc), 도 1에서의 차징 스테이션(13), 송신 패드(14)의 구성 중 전부 또는 일부를 표현한 것으로 해석될 수 있고, 도 3의 우측 회로는 수신 패드 및 배터리를 포함한 전기차의 일부 또는 전부를 표현한 것으로 해석될 수 있다.
먼저, 도 3의 좌측 회로는 전력망에서 공급되는 전원(Vsrc)에 대응되는 출력 전력(Psrc)를 무선 충전 전력 변환기에 제공하고, 무선 충전 전력 변환기는 송신 코일(L1)에서 희망하는 동작 주파수에서의 전자기장을 방출할 수 있도록, 제공받은 전력(Psrc)의 주파수 및 AC/DC 변환을 수행한 전력(P1)을 출력할 수 있다.
구체적으로, 무선 충전 전력 변환기는 전력망에서 공급된 전력(Psrc)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.
무선충전 전력변환기에서 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.
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.
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.
전기차 측 전력변환기는 제공받은 특정 동작 주파수의 전력(P2)을 다시 전기차의 배터리(VHV)에 적합한 전압 레벨을 갖는 DC 전력으로 변환하는 LF/DC 변환기를 포함할 수 있다.
전기차 측 전력변환기가 제공받은 전력(P2)을 변환한 전력(PHV)을 출력하면, 출력된 전력(PHV)는 전기차에 내장된 배터리(VHV)의 충전에 사용될 수 있다.
여기서, 도 3의 우측 회로는 수신 코일(L2)을 배터리(VHV)와 선택적으로 접속 또는 해제하기 위한 스위치(switch)를 더 포함할 수 있다.
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.
여기서, 도 3의 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.
한편, 송신 코일(L1)과 수신 코일(L2)이 원거리에 위치할수록 전력 손실이 증가할 수 있으므로, 양자의 위치를 설정하는 것은 중요한 요소일 수 있다.
이때, 송신 코일(L1)은 도 1에서의 송신 패드(14)에 포함되고, 수신 코일(L2)은 도 1에서의 수신 패드(11)에 포함될 수 있다. 따라서, 송신 패드와 수신 패드 상호간의 위치 결정 또는 전기차와 송신 패드 상호간의 위치 결정에 관하여 이하 도면을 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예가 적용될 수 있는 유도전력전송(IPT) 컨버터의 상세 회로도이다.
도 4에 도시된 유도전력전송 컨버터는 LCCL-S 타입의 컨버터 회로로, 본 발명이 적용될 수 있는 다양한 전력전송 컨버터 회로의 일 예이다.
도 4에 도시된 유도전력전송 컨버터는 크게 AC 인버터(410), 공진 탱크(420), 및 정류 브릿지(430)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 4에 도시된 유도전력전송 컨버터는 입력 전압(Vin)을 유도 전력 전송 방식으로 변환하여 도출되는 출력 전압(Vo)을 배터리로 전달하며, 제로위상각(Zero Phase Angle; ZPA) 조건 하에서의 배터리의 정전류/정전압 충전을 수행한다.
먼저, AC 인버터(410)는 4개의 스위치를 포함하는 회로로서, 제1 스위치 내지 제4 스위치의 스위칭 동작에 따라 DC 형태의 입력 전압을 AC 형태로 변환하여 LCC 공진 탱크(420)로 전달한다.
공진 탱크(420)는 1차측 공진 탱크와 2차측 공진 탱크로 구분할 수 있다. 1차측 공진 탱크는 AC 인버터(410)와 연결되고 2차측 공진 탱크는 정류 브릿지(430)와 연결되어, 1차측 공진 탱크와 2차측 공진 탱크 간의 유도 전력 전송 방식의 전압 변환을 수행한다.
구체적으로는, 1차측 공진 탱크는 1차측 공진 인덕터 Lin, 1차측 공진 커패시터 Cf 및 Cp 를 포함하여 구성된다. 이때, 공진 커패시터 Cf 및 Cp 는 서로 직렬로 연결된 상태로 1차측 코일 Lp 와 연결된다. 이와 같은 1차측 공진 탱크는 AC 인버터(410)를 구성하는 한 쌍의 레그를 연결하는 입력 전압선 상에 구현될 수 있다. 즉, 1차측 공진 인덕터 Lin 및 공진 커패시터 Cp 의 일단이 AC인버터(410)와 연결될 수 있다.
2차측 공진 탱크는 2차측 공진 커패시터 Cs 를 포함하여 구성되고 2차측 코일 Ls 와 연결된다. 2차측 공진 탱크는 정류 브릿지(430)를 구성하는 한 쌍의 레그를 연결하는 출력 전압선 상에 구현될 수 있다.
도 4에 도시된 IPT(Inductive Power Transfer) 회로의 VA(전압-전류; Volt- Ampere) 정격을 최소화하기 위해 입력 전압 Vin 및 입력 전류 Iin 이 동상(in-phase)이 되도록 제로위상각(Zero Phase Angle; ZPA) 제어를 수행할 필요가 있다.
도 5는 유도전력전송 컨버터의 쿼지 제로위상각 제어 방법의 동작 순서도이다.
도 5를 참조하면, 쿼지-ZPA(Quasi-ZPA)가 개시되면(S501) 우선 유도전력전송 컨버터의 입력 전류 Iin 을 센싱한다(S502). 입력 전류의 센싱은 시간의 경과에 따라 지속적으로 이루어질 수 있고, 그에 따라 입력 전류의 이동평균(moving average) Iin _ avg을 도출한다(S503).
입력전류의 이동평균이 도출되면, 전류 상한값 및 하한값과 비교하여 스위칭 주파수를 조정한다. 좀더 구체적으로, 입력 전류의 이동평균 Iin _ avg 이 상한값 IH_bound을 초과하는 경우(S511) 스위칭 주파수 f를 감소시킨다(S521). 여기서, 스위칭 주파수를 감소시킨다는 것은 톱니파 형태인 캐리어 신호의 피크치 Carrpeak 를 증가시킴을 의미한다. 앞서 도 4를 통해 살펴본 유도전력전송 컨버터에서 스위치 게이트 신호는 디지털 프로세서(DSP) 내부에서 톱니파(캐리어 파형)와 기준파의 비교를 통해서 발생하게 되는데, 톱니파의 최대 값이 Carrpeak로 표현될 수 있다.
한편, 입력 전류의 이동평균 Iin _ avg 이 하한값 IL_bound 미만인 경우에는 스위칭 주파수를 증가시킨다(S522). 여기서, 스위칭 주파수를 증가시킨다는 것은 톱니파 형태인 캐리어 신호의 피크치 Carrpeak 를 감소시킴을 의미한다.
입력 전류의 이동평균 Iin _ avg 이 상한값 IH_bound을 초과하지 않고 하한값 IL_bound 미만도 아닌 경우, 즉 상한값과 하한값 사이인 경우에는 스위칭 주파수 f를 유지한다(S523).
주파수 조정 절차가 완료되면 전류 이동평균 Iin _ avg 이 IZCS 미만인지 확인한다(S531). 전류 이동평균 Iin _ avg 이 IZCS 미만인 경우에는 배터리 충전이 완료되었는지 체크하고(S541), 배터리 충전이 완료될 때까지 상술한 전류 센싱, 이동평균 도출 및 주파수 조정 절차(S502 내지 S541)를 반복하여 수행한다. 배터리 충전이 완료된 경우 전력 전송을 중지한다(S551).
한편, 주파수 조정 절차가 완료된 이후 전류 이동평균 Iin _ avg 이 IZCS 이상인 경우에는 전력전송을 중지한다(S551). 여기서, IZCS 는 ZCS(Zero Current Switching) 동작을 하는 전류 센싱 포인트의 전류값을 의미한다. 공진 전류인 입력 전류 Iin와 입력 전압 Vin의 위상차에 따라서 영전압스위칭(ZVS, 전류위상 lagging)과 영전류스위칭 (ZCS, 전류위상 leading)이 발생한다. 무선전력전송 시스템이 정상 동작하기 위해서는 ZVS 동작을 해야 하며, 전류 센싱 포인트에서의 Iin 의 크기가 0보다 크게 되면 ZCS동작이 수행되고 있음을 의미하므로 전력전송을 중지하게 된다. Izcs는 사전에 설정해 놓은 임계값, 예를 들어, 1A 의 값을 가질 수 있다.
살펴본 바와 같은 도 5에 도시된 통상적인 제로위상각제어의 경우 입력전압과 입력전류의 위상 정보를 검출한 후 주파수 가변 제어를 통해 ZPA 동작을 수행한다. IPT(Inductive Power Transfer) 컨버터가 정상 상태에 도달하게 되면 스위칭 주파수는 일정 값으로 고정되며, 부하 변동의 요인 등에 의해서 변동하는 주파수 변동 폭은 작다.
도 6은 정상 상태의 IPT 컨버터의 입력전류의 파형을 나타낸 그래프이다.
도 6의 상단에 위치하는 그래프(610)는 정상적인 경우의 IPT 컨버터의 입력 전압 v in 및 공진탱크 1차측 코일의 공진 전류 i p의 관계를 나타낸다. 펄스 형태의 신호가 입력 전압 v in 을 나타내고, 정현파(sinusoidal wave) 신호가 공진 전류 i p를 나타낸다. 여기서, 정상적인 경우는 송신 패드 및 수신 패드 사이에 이물질이 개입하지 않은 상태를 의미한다.
도 6의 상단 그래프(610)를 살펴보면 입력 전압 v in 및 공진 전류 i p 간에는 위상차
Figure 112017085767881-pat00001
가 발생함을 알 수 있다. 즉, 도 6에 도시된 입력전압 및 공진 전류는 ZPA 제어가 완벽히 수행되지 않은 IPT 회로에 대한 경우의 입력 전압 ?? 공진 전류를 나타내고 있다. 송신 코일 및 수신 코일 간에 이물질이 존재하지 않는 조건에서 ZPA 제어가 완벽하게 수행되는 경우라면 입력 전압 및 공진 전류 간에 위상차는 발생하지 않을 것이다.
또한, 하단에 위치하는 그래프(620)는 정상적인 경우의 출력 전압 v o,ac 및 2차측 코일에 발생되는 전류 i s의 관계를 나타내고 있다.
도 7은 이물질이 개입된 경우의 IPT 컨버터의 입력전류의 파형을 나타낸 그래프이다.
도 7에 도시된 그래프는 도 6에 대비되는 그래프로, 송신 코일과 수신 코일 사이에 금속, 자성체 등 자기장에 영향을 미칠 수 있는 물질, 즉 이물질이 존재하는 경우의 입력 전압 및 출력 전압의 관계를 나타내고 있다.
도 7의 상단에 위치하는 그래프(710)는 이물질이 개입된 경우의 IPT 컨버터의 입력 전압 v in 및 공진탱크 1차측 코일의 공진 전류 i p의 관계를 나타낸다. 펄스 형태의 신호가 입력 전압 v in 을 나타내고, 정현파(sinusoidal wave) 신호가 공진 전류 i p를 나타낸다. 또한, 하단에 위치하는 그래프(720)는 이물질이 개입한 경우의 출력 전압 v o,ac 및 2차측 코일에 발생되는 전류 i s의 관계를 나타내고 있다.
입력 전압 v in 및 공진 전류 i p 간에 발생하는 위상차
Figure 112017085767881-pat00002
Figure 112017085767881-pat00003
는 정상적인 경우의 입력 전압 및 공진 전류 간의 위상차
Figure 112017085767881-pat00004
와 그 크기가 다름을 알 수 있다. 다시 말해, 도 6의 그래프 및 도 7의 그래프를 비교해 보면, 송신 코일과 수신 코일 간에 이물질이 개입함으로써 입력 전압 및 공진 전류의 위상차에 변화가 발생했음을 확인할 수 있다.
즉, 이물질이 송수신 패드 사이에 이물질이 존재하면 자속의 변화를 일으켜 패드의 공진네트워크 파라미터 값에 변화가 일어난다. 변화의 정도는 이물질의 물성 및 크기 등 여러 변수에 따라 다른 양상으로 나타날 수 있다. 따라서, IPT 시스템의 정상 동작 중에 송수신 패드 사이에 이물질이 유입되면 송신측 공진 네트워크의 입력 전압과 입력 전류 간에 위상차의 변화가 발생하게 된다.
이 경우, ZPA 제어를 통해 변화된 전류 위상에 따라 스위칭 주파수를 제어함으로써 전압과 전류의 위상을 일치시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선충전 송신 패드 및 수신 패드 사이의 이물질 감지 방법의 동작 순서도이다.
도 8에 도시된 이물질 감지 방법은 본 발명에 따른 무선전력전송 제어 장치에 의해 수행될 수 있으나, 그 동작 주체가 무선전력전송 제어 장치로 한정되는 것은 아니다.
도 8을 참조하면, ZPA 제어가 시작되면(S801) 우선, 유도전력전송 컨버터의 입력 전류 Iin 을 센싱한다(S802). 입력 전류의 센싱은 시간의 경과에 따라 지속적으로 이루어질 수 있고, 그에 따라 입력 전류의 이동평균(moving average) Iin _ avg을 도출한다(S803).
입력전류의 이동평균이 도출되면, 전류 상한값 및 하한값과 비교하여 스위칭 주파수를 조정한다. 좀더 구체적으로, 입력 전류의 이동평균 Iin _ avg 이 상한값 IH_bound을 초과하는 경우(S811) 스위칭 주파수 f를 감소시킨다(S821). 한편, 입력 전류의 이동평균 Iin _ avg 이 하한값 IL_bound 미만인 경우에는 스위칭 주파수를 증가시킨다(S822). 입력 전류의 이동평균 Iin _ avg 이 상한값 IH_bound을 초과하지 않고 하한값 IL_bound 미만도 아닌 경우, 즉 상한값과 하한값 사이인 경우에는 스위칭 주파수 f를 유지한다(S823).
주파수 조정 절차가 완료되면 전류 이동평균 Iin _ avg 이 IZCS 미만인지 확인한다(S830). 전류 이동평균 Iin _ avg 이 IZCS 미만인 경우에는 IPT 컨버터가 정상 동작을 수행함을 의미하며 후속 단계로 스위칭 주파수의 변화가 일정 임계치 이상인지 판단한다.
다시 말해, 현재 주기에서의 스위칭 주파수의 이동 평균 Mn 및 이전 주기에서의 스위칭 주파수의 이동 평균 Mn- β 와의 차이로 표현되는 스위칭 주파수의 이동평균 값의 변화율 lMn - Mn- βl 이 임계치 α를 초과하는지 판단한다(S840). 판단 결과, 스위칭 주파수의 변화폭이 임계치를 초과하면 무선 전력 전송을 위한 송신 패드 및 수신 패드 사이에 이물질이 개입한 것으로 판단하고 전력전송을 중지한다(S851).
좀더 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출 방법은, IPT 컨버터의 주파수 변화율을 이용하는 방법이다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이 매 주기마다 동작 주파수/스위칭 주파수 값 fn 을 저장해 두었다가 일정한 시간 즉, n 시간 동안의 복수의 주파수 값에 대한 이동평균 값인 Mn 을 계산한다. 송신 패드 및 수신 패드 사이에 이물질이 개입하면 스위칭 주파수가 일정 범위, 예를 들어, 도 8의 실시예에서는 α를 벗어나 변화하게 되는데, 본 발명에서는 이와 같이 따라서 lMn - Mn-βl >α 을 만족하는 경우를 검출하여 이물질이 개입한 것으로 판단한다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수의 이동평균은 단순 이동평균, 가중 이동평균, 지수 이동평균 등 다양한 이동평균 산출 방법을 통하여 도출될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 주파수의 단순 이동평균은 아래 수학식 1에 따라 산출될 수 있다.
Figure 112017085767881-pat00005
수학식 1에서 n은 해당 시간 구간을 나타낸다. 따라서, f1 은 시간 구간 1에서의 스위칭 주파수를, fn 은 시간 구간 n에서의 스위칭 주파수를 나타낸다. Mn은 시간 구간 1부터 시간 구간 n까지의 이동평균 값을 의미한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 주파수의 가중 이동평균은 아래 수학식 2에 따라 산출될 수 있다.
Figure 112017085767881-pat00006
수학식 2에서 n은 해당 시간 구간을 나타낸다. 따라서, f1 은 시간 구간 1에서의 스위칭 주파수를, fn 은 시간 구간 n에서의 스위칭 주파수를 나타낸다. P1은 시간 구간 1에 대한 가중치, P2는 시간 구간 2에 대한 가중치, Pn은 시간 구간 n에 대한 가중치를 의미한다. Mn은 시간 구간 1부터 시간 구간 n까지의 가중 이동평균 값을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 주파수의 지수 이동평균은 아래 수학식 3에 따라 산출될 수 있다.
Figure 112017085767881-pat00007
수학식 3에서 n은 해당 시간 구간을, n-1은 이전 시간 구간을, fn 은 시간 구간 n에서의 스위칭 주파수를 나타낸다. 계수
Figure 112017085767881-pat00008
은 가중치 감소 정도를 의미하며, 0과 1 사이의 일정한 평활화 팩터(smoothing factor)를 나타낸다.
Mn은 시간 구간 1부터 시간 구간 n까지의 가중 이동평균을, Mn-1 은 시간 구간 1부터 시간 구간 (n-1)까지의 가중 이동평균을 의미한다.
스위칭 주파수의 변화율이 임계치 미만일 때는 IPT 컨버터가 정상 동작하고 있음을 의미하므로, 배터리 충전이 완료되었는지 체크하고(S850), 배터리 충전이 완료될 때까지 상술한 전류 센싱, 이동평균 도출, 스위칭 주파수 조절, 및 비교 단계(S802 내지 S840)를 반복하여 수행한다. 배터리 충전이 완료된 경우 전력 전송을 중지한다(S851).
한편, 주파수 조정 절차가 완료된 이후 전류 이동평균 Iin _ avg 이 IZCS 이상인 경우에는 전력전송을 중지한다(S851). 여기서, IZCS 는 ZCS(Zero Current Switching) 동작을 하는 전류 센싱 포인트의 전류값을 의미한다. 공진 전류인 입력 전류 Iin와 입력 전압 Vin의 위상차에 따라서 영전압스위칭(ZVS, 전류위상 lagging)과 영전류스위칭 (ZCS, 전류위상 leading)이 발생한다. 무선전력전송 시스템이 정상 동작하기 위해서는 ZVS 동작을 해야 하며, 전류 센싱 포인트에서의 Iin 의 크기가 0보다 크게 되면 ZCS 동작이 수행되고 있음을 의미하므로 전력 전송을 중지하게 된다. Izcs는 사전에 설정해 놓은 임계값, 예를 들어, 1A (0에 가깝고 실제 구현에서 일정 정도의 마진을 갖는 값)의 값을 가질 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선충전 송신 패드 및 수신 패드 사이의 이물질 감지 방법의 개념도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이물질 검출방법에서는 제로위상각제어 중 매 주기마다 전류 측정 포인트에서 측정된 전류 값을 이용하여 송신 패드 및 수신 패드 사이의 이물질을 검출한다.
좀더 구체적으로, 도 9에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 이물질 감지 방법에 따르면, 일정 시간 구간 동안 도 4에 도시된 공진 네트워크의 입력 전류 Iin을 센싱하여 이동평균값(Iin_avg)을 산출 및 저장하고, Iin _ avg의 크기가 도 9와 같이 일정한 전류 범위(허용전류 범위)를 초과하게 되면 이물질이 존재한다고 판단하고 전력 전송을 차단한다.
스위칭 제어가 이루어지는 한 주기 동안의 입력 전압 Vin 및 입력 전류 Iin 을 나타내는 도 9를 살펴보면, 이물질이 존재하는 경우 측정된 입력 전류 Iin - FOD 는 정상적인 경우의 입력 전류의 형상과 비교하여 전체적으로 입력 전류 값이 높거나 낮은 형태를 보이며, 이 때의 높거나 낮은 정도는 허용 전류 범위를 초과하고 있음을 확인할 수 있다.
여기서, 입력 전류 In 의 측정은 스위칭 턴-온(Turn-ON) 시점과 동기화하여 진행되는데, 다만 스위칭 시 발생하는 노이즈로 인해 전류 측정시 왜곡이 발생할 수 있기 때문에 전류측정의 시간 포인트 t1은 스위칭 턴-온 시점인 t0보다, 예를 들어, 100ns ~ 300ns 이후의 시점으로 설정된다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선충전 송신 패드 및 수신 패드 사이의 이물질 감지 방법의 동작 순서도이다.
도 10에 도시된 이물질 감지 방법은 본 발명에 따른 무선충전 제어 장치에 의해 수행될 수 있으나, 그 동작 주체가 무선충전 제어 장치로 한정되는 것은 아니다.
도 10을 참조하면, ZPA 제어가 시작되면(S1001) 우선, 유도전력전송 컨버터의 입력 전류 Iin 을 센싱한다(S1002). 입력 전류의 센싱은 시간의 경과에 따라 지속적으로 이루어질 수 있고, 그에 따라 입력 전류의 이동평균(moving average) Iin_avg을 도출한다(S1003). 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 입력전류의 이동평균은 단순 이동평균, 가중 이동평균, 지수 이동평균 등 다양한 이동평균 산출 방법을 통하여 도출될 수 있다.
입력전류의 이동평균이 도출되면, 전류 상한값 및 하한값과 비교하여 스위칭 주파수를 조정한다. 좀더 구체적으로, 입력 전류의 이동평균 Iin _ avg 이 상한값 IH_bound을 초과하는 경우(S1011) 스위칭 주파수 f를 감소시킨다(S1021). 한편, 입력 전류의 이동평균 Iin _ avg 이 하한값 IL_bound 미만인 경우에는 스위칭 주파수를 증가시킨다(S1022). 입력 전류의 이동평균 Iin _ avg 이 상한값 IH_bound을 초과하지 않고 하한값 IL_bound 미만도 아닌 경우, 즉 상한값과 하한값 사이인 경우에는 스위칭 주파수 f를 유지한다(S1023).
주파수 조정 절차가 완료되면 입력 전류의 이동평균 Iin _ avg 이 IZCS 미만인지 확인한다(S1030). 입력 전류의 이동평균 Iin _ avg 이 IZCS 미만인 경우에는 IPT 컨버터가 정상 동작을 수행함을 의미하므로, 후속 단계에서 입력 전류의 변화가 일정 기준치 범위 내인지 판단한다(S1040).
다시 말해, 입력 전류의 이동 평균 Iin _ avg 이 일정 범위 내, 즉, Imin ≤ Iin_avg ≤ Imax 인지 판단한다(S1040). 여기서, Imin 및 Imax 는 이물질 감지를 위해 설정되는 기준치로, 이물질이 개입하지 않은 경우의 통상적인 입력 전류의 상한 및 하한 범위를 정의한다.
판단 결과, 입력 전류의 이동평균 값이 허용 범위를 벗어나면 무선 전력 전송을 위한 송신 패드 및 수신 패드 사이에 이물질이 개입한 것으로 판단하고 전력전송을 중지한다(S1051).
입력 전류의 이동평균 값이 일정 범위 내일 때는 IPT 컨버터가 정상 동작하고 있음을 의미하므로, 배터리 충전이 완료되었는지 체크하고(S1050), 배터리 충전이 완료될 때까지 상술한 전류 센싱, 이동평균 도출, 스위칭 주파수 조절, 및 비교 단계(S1002 내지 S1040)를 반복하여 수행한다. 배터리 충전이 완료된 경우 전력 전송을 중지한다(S1051).
한편, 주파수 조정 절차가 완료된 이후 전류 이동평균 Iin _ avg 이 IZCS 이상인 경우에도 전력전송을 중지한다(S1051).
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력전송 장치의 블록 구성도이다.
도 11에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 유도전력전송 장치는 유도전력전송(IPT) 컨버터(400) 및 무선전력전송 제어 장치(200)를 포함할 수 있다.
유도전력전송 컨버터(400)는, 무선전력 전송을 위한 송신 패드 및 수신 패드와 연동하고, 상기 송신 패드 측으로부터 입력되는 전압을 유도전력전송 방식으로 변환하여 도출되는 전압을 수신 패드 측으로 출력한다.
무선전력전송 제어 장치(200)는 적어도 하나의 프로세서(210) 및 상기 적어도 하나의 프로세서로 하여금 적어도 하나의 단계를 수행하도록 지시하는 명령어들을 저장하는 메모리(220)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시에에 따른 메모리(220)에 저장된 명령어들은, 상기 프로세서(210)로 하여금, 전력전송 컨버터에 대한 제로위상각(Zero Phase Angle; ZPA) 제어를 수행하고, 전력전송 컨버터의 입력 전류 및 스위칭 주파수 중 적어도 하나에 대한 파라미터 특성의 변화율을 검출하며, 입력 전류 및 스위칭 주파수 중 적어도 하나에 대한 파라미터 특성의 변화율이 허용범위를 초과하는지 여부에 따라 송신 패드 및 수신 패드 간의 이물질 개입 여부를 판단하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 방법의 동작은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터로 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다. 프로그램 명령은 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.
본 발명의 일부 측면들은 장치의 문맥에서 설명되었으나, 그것은 상응하는 방법에 따른 설명 또한 나타낼 수 있고, 여기서 블록 또는 장치는 방법 단계 또는 방법 단계의 특징에 상응한다. 유사하게, 방법의 문맥에서 설명된 측면들은 또한 상응하는 블록 또는 아이템 또는 상응하는 장치의 특징으로 나타낼 수 있다. 방법 단계들의 몇몇 또는 전부는 예를 들어, 마이크로프로세서, 프로그램 가능한 컴퓨터 또는 전자 회로와 같은 하드웨어 장치에 의해(또는 이용하여) 수행될 수 있다. 몇몇의 실시예에서, 가장 중요한 방법 단계들의 하나 이상은 이와 같은 장치에 의해 수행될 수 있다.
실시예들에서, 프로그램 가능한 로직 장치(예를 들어, 필드 프로그머블 게이트 어레이)가 여기서 설명된 방법들의 기능의 일부 또는 전부를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 실시예들에서, 필드 프로그머블 게이트 어레이는 여기서 설명된 방법들 중 하나를 수행하기 위한 마이크로프로세서와 함께 작동할 수 있다. 일반적으로, 방법들은 어떤 하드웨어 장치에 의해 수행되는 것이 바람직하다.
이상 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.
11: 수신 패드 14: 송신 패드
200: 무선전력전송 제어 장치 210: 프로세서
220: 메모리 400: 유도전력전송(IPT) 컨버터

Claims (20)

  1. 그라운드 어셈블리의 전력전송 컨버터에 연결되는 프로세서에 의해 수행되는, 무선전력 전송을 위한 송신 패드 및 수신 패드 간 이물질을 검출하는 방법으로서,
    상기 송신 패드 및 수신 패드와 연동하여 무선전력 전송을 수행하는 전력전송 컨버터에 대한 제로위상각(Zero Phase Angle; ZPA) 제어를 수행하는 단계;
    상기 전력전송 컨버터의 입력 전류 및 스위칭 주파수 중 적어도 하나에 대한 파라미터 특성의 변화율을 검출하는 단계-상기 검출하는 단계는 상기 제로위상각 제어를 위해 상기 전력전송 컨버터의 스위치가 턴-온되는 시점에서 상기 전력전송 컨버터의 입력 전류를 측정하는 것을 포함함-; 및
    상기 입력 전류가 사전에 설정된 허용 전류 범위를 초과하는지 여부 및 상기 입력 전류에 따른 상기 스위치의 스위칭 주파수에 대한 파라미터 특성의 변화율이 사전에 설정된 허용범위를 초과하는지 여부 중 적어도 어느 하나에 따라 상기 송신 패드 및 수신 패드 간의 이물질 개입 여부를 판단하는 단계를 포함하고,
    상기 송신 패드 및 수신 패드 간의 이물질 개입 여부를 판단하는 단계에서 상기 입력 전류가 사전에 설정된 허용 전류 범위를 초과하는지 여부의 판단은, 상기 입력 전류의 이동 평균 값이 허용 범위를 벗어난 경우 상기 송신 패드 및 수신 패드 간에 이물질이 개입한 것으로 판단하는 것을 포함하는, 이물질 검출 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 이동 평균 값은, 상기 제로위상각 제어 중 매 주기마다 상기 스위치가 턴-온되는 시점에 대응하는 전류 측정 포인트에서 측정된 일정 시간 구간 동안의 전류 값의 단순 이동평균 값, 가중 이동평균 값, 또는 지수 이동평균 값인, 이물질 검출 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 송신 패드 및 수신 패드 사이에 이물질이 개입한 것으로 판단된 경우 전력전송을 중단하도록 상기 전력전송 컨버터를 제어하는 단계를 더 포함하는, 이물질 검출 방법.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 제로위상각(Zero Phase Angle; ZPA)은 상기 전력전송 컨버터의 입력전압 및 입력전류가 동상(in-phase)인 상태를 의미하고,
    상기 전류 측정 포인트는 상기 스위치의 스위칭 시 발생하는 노이즈로 인한 전류 측정 시 왜곡 발생을 고려하여 상기 전력전송 컨버터의 스위치가 턴-온되는 시점보다 소정 시간 이후의 시점으로 설정되는, 이물질 검출 방법.
  9. 무선 전력전송을 제어하는 장치로서,
    적어도 하나의 프로세서; 및
    상기 적어도 하나의 프로세서로 하여금 적어도 하나의 단계를 수행하도록 지시하는 명령어들을 저장하는 메모리를 포함하는 무선 전력전송 제어 장치로서,
    상기 적어도 하나의 단계는,
    송신 패드 및 수신 패드와 연동하여 무선전력 전송을 수행하는 전력전송 컨버터에 대한 제로위상각(Zero Phase Angle; ZPA) 제어를 수행하는 단계;
    상기 전력전송 컨버터의 입력 전류 및 스위칭 주파수 중 적어도 하나에 대한 파라미터 특성의 변화율을 검출하는 단계-상기 검출하는 단계는 상기 제로위상각 제어를 위해 상기 전력전송 컨버터의 스위치가 턴-온되는 시점에서 상기 전력전송 컨버터의 입력 전류를 측정하는 것을 포함함-; 및
    상기 입력 전류가 사전에 설정된 허용 전류 범위를 초과하는지 여부 및 상기 입력 전류에 따른 상기 스위치의 스위칭 주파수에 대한 파라미터 특성의 변화율이 사전에 설정된 허용범위를 초과하는지 여부 중 적어도 어느 하나에 따라 상기 송신 패드 및 수신 패드 간의 이물질 개입 여부를 판단하는 단계를 포함하고,
    상기 송신 패드 및 수신 패드 간의 이물질 개입 여부를 판단하는 단계에서 상기 입력 전류가 사전에 설정된 허용 전류 범위를 초과하는지 여부의 판단은, 상기 입력 전류의 이동 평균 값이 허용 범위를 벗어난 경우 상기 송신 패드 및 수신 패드 간에 이물질이 개입한 것으로 판단하는 것을 포함하는, 무선 전력전송 제어 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 이동 평균 값은, 상기 제로위상각 제어 중 매 주기마다 상기 스위치가 턴-온되는 시점에 대응하는 전류 측정 포인트에서 측정된 일정 시간 구간 동안의 전류 값의 단순 이동평균 값, 가중 이동평균 값, 또는 지수 이동평균 값이고,
    상기 전류 측정 포인트는 상기 스위치의 스위칭 시 발생하는 노이즈로 인한 전류 측정 시 왜곡 발생을 고려하여 상기 전력전송 컨버터의 스위치가 턴-온되는 시점보다 소정 시간 이후의 시점으로 설정되는, 무선 전력전송 제어 장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 적어도 하나의 단계는,
    상기 송신 패드 및 수신 패드 사이에 이물질이 개입한 것으로 판단된 경우 전력전송을 중단하도록 상기 전력전송 컨버터를 제어하는 단계를 더 포함하는, 무선 전력전송 제어 장치.
  16. 무선전력 전송을 위한 송신 패드 및 수신 패드와 연동하고, 상기 송신 패드 측으로부터 입력되는 전압을 유도전력전송 방식으로 변환하여 도출되는 전압을 수신 패드 측으로 출력하는 컨버터 회로 내 전력전송 컨버터;
    상기 전력전송 컨버터에 연결되는 적어도 하나의 프로세서; 및
    상기 적어도 하나의 프로세서로 하여금 적어도 하나의 단계를 수행하도록 지시하는 명령어들을 저장하는 메모리를 포함하는 무선전력 전송 장치로서,
    상기 적어도 하나의 단계는,
    상기 전력전송 컨버터에 대한 제로위상각(Zero Phase Angle; ZPA) 제어를 수행하는 단계;
    상기 전력전송 컨버터의 입력 전류 및 스위칭 주파수 중 적어도 하나에 대한 파라미터 특성의 변화율을 검출하는 단계-상기 검출하는 단계는 상기 제로위상각 제어를 위해 상기 전력전송 컨버터의 스위치가 턴-온되는 시점에서 상기 전력전송 컨버터의 입력 전류를 측정하는 것을 포함함-; 및
    상기 입력 전류가 사전에 설정된 허용 전류 범위를 초과하는지 여부 및 상기 입력 전류에 따른 상기 스위치의 스위칭 주파수 중 적어도 하나에 대한 파라미터 특성의 변화율이 사전에 설정된 허용범위를 초과하는지 여부 중 적어도 어느 하나에 따라 상기 송신 패드 및 수신 패드 간의 이물질 개입 여부를 판단하는 단계를 포함하고,
    상기 송신 패드 및 수신 패드 간의 이물질 개입 여부를 판단하는 단계에서 상기 입력 전류가 사전에 설정된 허용 전류 범위를 초과하는지 여부의 판단은, 상기 스위칭 주파수의 이동평균 값의 변화율이 제1 임계치 이상인 경우 상기 송신 패드 및 수신 패드 간에 이물질이 개입한 것으로 판단하는 것을 포함하는, 무선 전력전송 장치.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 이동 평균 값은, 상기 제로위상각 제어 중 매 주기마다 상기 스위치가 턴-온되는 시점에 대응하는 전류 측정 포인트에서 측정된 일정 시간 구간 동안의 전류 값의 단순 이동평균 값, 가중 이동평균 값, 또는 지수 이동평균 값이고,
    상기 전류 측정 포인트는 상기 스위치의 스위칭 시 발생하는 노이즈로 인한 전류 측정 시 왜곡 발생을 고려하여 상기 전력전송 컨버터의 스위치가 턴-온되는 시점보다 소정 시간 이후의 시점으로 설정되는, 무선 전력전송 장치.
  20. 청구항 16에 있어서,
    상기 적어도 하나의 단계는,
    상기 송신 패드 및 수신 패드 사이에 이물질이 개입한 것으로 판단된 경우 전력전송을 중단하도록 상기 전력전송 컨버터를 제어하는 단계를 더 포함하는, 무선 전력전송 장치.
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