KR102418987B1 - 무선 충전 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 충전 디바이스는 충전 모드에서 배터리의 충전에 이용되는 유선 충전 디바이스에서 출력되는 충전용 교류 전력을 수신하는 리시버; 상기 충전 모드에서 상기 충전용 교류 전력을 고주파 교류 전력으로 변환하는 변환부; 상기 충전 모드에서 상기 고주파 교류 전력을 상기 배터리를 포함하는 대상 디바이스를 향해 무선으로 출력하는 출력부; 및 상기 유선 충전 디바이스 및 상기 대상 디바이스로부터 획득되는 정보에 기초하여 상기 유선 충전 디바이스 및 상기 대상 디바이스에 대한 연결 상태 및 상기 대상 디바이스에 포함된 배터리의 SOC를 결정하고, 상기 연결 상태 및 상기 배터리의 SOC에 따라 오프 모드, 단순 연결 모드 및 상기 충전 모드 중 하나로 동작할 것을 요청하는 메시지를 상기 유선 충전 디바이스로 송신하는 제어부;를 포함할 수 있다.

Description

무선 충전 디바이스{WIRELESS CHARGING DEVICE}
본 발명은 무선 충전 디바이스에 관한 것으로, 구체적으로는, 유선 충전 디바이스와 대상 디바이스 간의 무선 충전을 지원하는 무선 충전 디바이스에 관한 것이다.
전기차 충전에 이용되는 홈충전기는 주로 가정에 기본 설치되어 가정에 공급되는 전력을 이용해 전기차의 대용량 배터리를 충전시키고 사용량을 측정하여 과금을 수행한다.
특히, 근래에는 전기차용 대용량의 배터리가 개발되고 국제사회의 친환경 정책에 따라 전기차의 수요가 지속적으로 확산됨에 따라, 전기차에 탑재되는 배터리를 충전시키기 위한 충전기 시장이 빠르게 확대되고 있다.
그러나 홈충전기의 경우, 전기차의 배터리에 유선으로 전원을 공급하기 때문에 유선 충전으로 인한 물리적인 불편함이 야기됨에 따라 사용자 편의성이 떨어지는 단점이 있고, 이를 극복하기 위해 무선홈충전기를 새롭게 구비하려는 경우, 비용이 크게 발생하는 등의 다양한 비효율성이 야기되고 있으며, 이러한 비효율성을 개선하기 위한 기술 수요가 증가하고 있다.
본 발명은 무선 충전 디바이스를 제공할 수 있다. 구체적으로는, 유선 충전 디바이스와 대상 디바이스 간의 무선 충전을 지원하는 무선 충전 디바이스를 제공함으로써, 상술한 종래의 방식의 단점 및 문제점을 개선할 수 있다.
해결하려는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 기술적 과제들이 더 포함될 수 있다.
본 개시의 제 1 측면에 따른 무선 충전 디바이스는 충전 모드에서 배터리의 충전에 이용되는 유선 충전 디바이스에서 출력되는 충전용 교류 전력을 수신하는 리시버; 상기 충전 모드에서 상기 충전용 교류 전력을 고주파 교류 전력으로 변환하는 변환부; 상기 충전 모드에서 상기 고주파 교류 전력을 상기 배터리를 포함하는 대상 디바이스를 향해 무선으로 출력하는 출력부; 및 상기 유선 충전 디바이스 및 상기 대상 디바이스로부터 획득되는 정보에 기초하여 상기 유선 충전 디바이스 및 상기 대상 디바이스에 대한 연결 상태 및 상기 대상 디바이스에 포함된 배터리의 SOC를 결정하고, 상기 연결 상태 및 상기 배터리의 SOC에 따라 오프 모드, 단순 연결 모드 및 상기 충전 모드 중 하나로 동작할 것을 요청하는 메시지를 상기 유선 충전 디바이스로 송신하는 제어부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 유선 충전 디바이스, 상기 무선 충전 디바이스 및 상기 대상 디바이스 중 적어도 어느 하나가 전기적으로 분리되어 있는 경우 현재 모드를 상기 오프 모드로 결정하고, 상기 유선 충전 디바이스, 상기 무선 충전 디바이스 및 상기 대상 디바이스가 모두 전기적으로 연결되어 있고, 상기 대상 디바이스로부터 전원 차단 요청이 수신된 경우, 상기 현재 모드를 상기 단순 연결 모드로 결정하고, 상기 유선 충전 디바이스, 상기 무선 충전 디바이스 및 상기 대상 디바이스가 모두 전기적으로 연결되어 있고, 상기 대상 디바이스로부터 전원 공급 요청이 수신된 경우, 상기 현재 모드를 상기 충전 모드로 결정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 배터리의 SOC가 기설정 레벨 이상인 경우, 상기 현재 모드를 단순 연결 모드로 결정하고, 상기 배터리의 SOC가 기설정 레벨 미만인 경우, 상기 현재 모드를 충전 모드로 결정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 유선 충전 디바이스의 출력 단자와 상기 리시버가 연결되는 경우, 상기 유선 충전 디바이스의 출력 단자의 전압을 이용하여 상기 배터리의 SOC를 결정하는 단계를 생략하고, 상기 대상 디바이스로부터 수신되는 정보에 따라 상기 배터리의 SOC를 결정할 것을 요청하는 메시지를 상기 유선 충전 디바이스로 송신할 수 있다.
또한, 상기 고주파 교류 전력의 주파수는 70khz 이상일 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 충전용 교류 전력의 제 1 전력량과 상기 출력부가 출력하는 제 2 전력량을 비교하고, 상기 제 2 전력량과 상기 제 1 전력량의 차이에 대응하는 전력량에 기초하여 상기 유선 충전 디바이스에서 진행되는 미터링의 값을 갱신할 것을 요청하는 메시지를 상기 유선 충전 디바이스로 송신할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 유선 충전 디바이스와 대상 디바이스 간의 무선 충전을 효율적이고 안정적으로 지원할 수 있다.
또한, 유선 충전 디바이스에 대하여 대상 디바이스를 에뮬레이팅하여 종래의 유선 충전 디바이스를 그대로 활용하면서 대상 디바이스에 대한 무선 충전이 이루어지도록 지원할 수 있다.
또한, 종래의 유선 충전 디바이스에 별도로 무선 충전을 위한 기능을 추가하지 않더라도 대상 디바이스의 배터리를 무선으로 간편하고도 효과적으로 충전시킬 수 있다.
또한, 낮은 제조 비용으로 높은 동작 효율의 유무선의 충전 기능을 제공하는 무선 충전 디바이스를 구현할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 충전 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 충전 시스템의 구성의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 무선 충전 디바이스의 구성의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 무선 충전 디바이스가 유선 충전 디바이스 및 대상 디바이스로부터 획득되는 정보에 기초하여 현재 모드를 결정하는 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 종래 기술에 따른 유선 충전 디바이스를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 충전 디바이스를 나타내는 도면이다.
실시 예들에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 “…부”, “…모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 명세서 전체에서, “전기적 연결”은 무선 충전을 위한 무선 연결을 총칭하는 개념으로 이해될 수 있다. 예를 들면, 전기적 연결은 아날로그 신호 또는 디지털 신호를 송수신하는 통신 케이블을 통한 유선 연결, 무선 통신 모듈을 통한 무선 연결 등을 포함하는 유무선 기반의 연결을 포괄적으로 의미할 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 충전 시스템(1000)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 충전 시스템(1000)은 무선 충전 디바이스(100), 유선 충전 디바이스(200) 및 대상 디바이스(300)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 무선 충전 디바이스(100)는 외부로부터 전력을 수신하여 대상 디바이스(300)에 무선 전력 전송을 기반으로 전력을 제공할 수 있다. 예를 들면, 무선 충전 디바이스(100)는 전기자동차 충전을 위해 가정에 설치된 유선 충전 디바이스(200)와 전기적으로 연결되면, 유선 충전 디바이스(200)로부터 유선으로 전력을 수신하여 수신된 전력에 대한 변환을 수행한 후, 변환된 전력을 대상 디바이스(300)의 배터리(10)에 결합된 수신부의 Rx PAD(160)를 향해 무선으로 송신할 수 있다. 이에 관한 내용은 이하에서 도 2 내지 도 3을 참조하며 상세히 후술하도록 한다.
일 실시 예에 따른 유선 충전 디바이스(200)는 배터리(10)의 충전에 이용될 수 있다. 보다 구체적으로, 유선 충전 디바이스(200)는 전기적인 동력으로 이동하는 이동체에 탑재된 배터리(10)에 유선으로 전력을 공급하기 위한 장치를 나타내고, 예를 들면, 전기자동차를 구입하였을 때 가정에 기본 설치되는 홈충전기 또는 완속충전기로 구현되어 전기자동차에 탑재된 배터리(10)에 대용량의 전력을 유선으로 공급할 수 있다.
일 실시 예에 따른 유선 충전 디바이스(200)는 배터리(10)를 충전시키기 위한 충전용 교류 전력을 출력할 수 있고, 예를 들면, 설치된 가정에서 공급되는 가정용 교류 전력(예: 220V, 60Hz, AC)을 출력할 수 있다.
여기에서, 충전용 교류 전력은 배터리(10)의 충전을 위해 유선 충전 디바이스(200)에서 출력되는 저주파(low frequency, FL)의 AC 전력을 의미하며, 일 실시 예에서, 가정용 교류 전력에 해당할 수 있으나, 이에 제한되지는 않으며, 다른 실시 예에서, 사업장에서 공급되는 사업장용 교류 전력이나 사업장용 교류 전력으로부터 변환된 전력을 총칭하는 개념으로 이해될 수 있다.
일 실시 예에 따른 유선 충전 디바이스(200)는 기설정 방식(예: 단자의 전압 레벨 확인)에 따라 대상 디바이스(300)와의 연결 여부 및 대상 디바이스(300)로부터 전력 공급 요청이 수신되었는지 여부에 기초하여 충전용 교류 전력(예: 220V, 60Hz, AC)을 출력할 수 있다. 예를 들면, 유선 충전 디바이스(200)의 입출력 단자를 통해 검출되는 전압값을 기초로 대상 디바이스(300)가 연결되었는지 여부 및 전력 공급이 요청되었는지 여부를 결정하여 이에 따라 충전용 교류 전력을 출력할 수 있다. 이에 따라, 무선 충전 디바이스(100)는 유선 충전 디바이스(200)와 연결되면, 유선 충전 디바이스(200)에 대해서 배터리(10)를 에뮬레이팅하도록 입출력 단자의 전압값을 제어함으로써, 배터리 무선 충전을 위한 별도의 기능이 포함되지 않은 종래의 유선 충전 디바이스가 그대로 사용되더라도, 유선 충전 디바이스(200)와 배터리(10) 간의 충전을 안정적으로 지원할 수 있다. 이에 관한 내용 또한 이하에서 도 2 내지 도 3을 참조하며 상세히 후술하도록 한다.
일 실시 예에서, 유선 충전 디바이스(200)의 출력 단자는 전력 공급 및 통신이 가능하도록 구현될 수 있고, 예를 들면, 통신용 케이블과 전력 출력용 케이블을 포함하여 구현될 수 있다. 또한, 일 실시 예에서, 유선 충전 디바이스(200)는 내장된 미터링 모듈을 통해 출력되는 전력량에 기초하여 미터링을 수행할 수 있고, 예를 들면, 배터리(10)의 충전을 위해 출력된 전력량을 측정하여 미터링의 값을 결정하고 결정된 미터링의 값에 대응하여 사용자에게 과금되는 전력 사용료를 결정할 수 있다.
일 실시 예에 따른 대상 디바이스(300)는 배터리(10)를 포함하고, 무선 충전 디바이스(100)로부터 전력을 수신할 수 있다. 일 실시 예에서, 대상 디바이스(300)는 배터리(10)에 저장된 전력을 동력으로 이동하는 이동체 또는 그 이동체에 탑재되어 배터리(10)의 충전을 관리하는 장치로 구현될 수 있다. 예를 들면, 대상 디바이스(300)는 전기자동차로 구현되거나, 전기자동차에 탑재되어 배터리(10)의 충전을 제어하는 차량용 온-보드(on-board) 충전기로 구현될 수 있다.
일 실시 예에 따른 대상 디바이스(300)는 유선 충전 디바이스(200)로부터 공급되는 전력을 무선 충전 디바이스(100)를 통해 수신하여 배터리(10)를 충전할 수 있다. 예를 들면, 대상 디바이스(300)에 결합된 수신부(Rx PAD(160) 및 변환부(170))는 무선 충전 디바이스(100)에 결합된 송신기(Tx PAD)로부터 송출되는 고주파(high frequency, FH)의 전자기장으로부터 교류 전력을 무선으로 수신하여 충전용 직류 전력(예: 350V, DC)으로 변환하고, 변환된 충전용 직류 전력을 배터리(10)에 공급하여 배터리(10)를 충전할 수 있다. 이에 관한 내용 또한 이하에서 도 2 내지 도 3을 참조하며 상세히 후술하도록 한다.
일 실시 예에서, 충전용 직류 전력의 전압은 배터리(10)의 상시 전압보다 30V이상 클 수 있다. 예를 들면, 배터리(10)의 상시 전압은 약 300V일 수 있고, 충전용 직류 전력의 전압은 약 350V일 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 충전 시스템(1000) 또는 그 구성 요소들에 더 포함될 수 있음을 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다. 예를 들면, 충전 시스템(1000)는 유선 충전 디바이스(200)와 통신하여 전력 사용료에 대한 결제를 수행하는 결제 서버(미도시) 등을 더 포함할 수 있으며, 다른 실시 예에 따를 경우, 도 1에 도시된 구성요소들 중 일부는 생략될 수 있다.
도 2는 일 실시 예에 따른 충전 시스템(1000)의 구성의 일 예를 나타내는 도면이고, 도 3은 일 실시 예에 따른 무선 충전 디바이스(100)의 구성의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2 내지 도 3을 참조하면, 일 실시 예에 따른 무선 충전 디바이스(100)는 리시버(110), 변환부(120), 출력부(130) 및 제어부(140)를 포함하고, 송신기(Tx PAD)(150) 및 수신부(Rx PAD(160) 및 변환부(170)) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 리시버(110)는 충전 모드에서 유선 충전 디바이스(200)에서 출력되는 충전용 교류 전력을 수신할 수 있다. 예를 들면, 리시버(110)는 내장된 입력 단자를 통해 유선 충전 디바이스(200)의 출력 단자와 결합하여 유선 충전 디바이스(200)와 전기적으로 연결될 수 있고, 유선 충전 디바이스(200)의 출력 단자를 통해 충전 모드로 동작하는 유선 충전 디바이스(200)로부터 출력되는 저주파(FL)의 충전용 교류 전력(예: 220V, 60Hz, AC)을 유선으로 수신할 수 있다.
일 실시 예에 따른 변환부(120)는 충전 모드에서 수신된 충전용 교류 전력을 고주파 교류 전력으로 변환할 수 있다. 일 실시 예에서, 변환부(120)는 인터버 모듈, 발진 회로 모듈, 트랜스 모듈 및 주파수 컨버터 중 하나 이상을 포함하여 구현될 수 있다.
여기에서, 고주파 교류 전력은 배터리(10)의 무선 충전에 이용되는 고주파(FH)의 AC 전력을 나타낸다. 일 실시 예에서, 고주파 교류 전력의 주파수는 70kHz 이상일 수 있으며, 예를 들면, 80kHz 또는 85kHz로 설정될 수 있다.
일 실시 예에 따른 출력부(130)는 충전 모드에서 고주파 교류 전력을 대상 디바이스(300)를 향해 무선으로 출력할 수 있다. 일 실시 예에서, 출력부(130)는 유도 코일 기반의 트랜시버로 구현되어 고주파 교류 전력을 인접한 대상 디바이스(300)를 향해 방사할 수 있다.
예를 들면, 출력부(130)는 제어부(140)에 의해 현재 모드가 충전 모드로 결정된 경우, 제어부(140)의 제어에 따라 송신기(Tx PAD)(150)를 통해 고주파 교류 전력을 대상 디바이스(300)에 결합된 Rx PAD(160)에 송출할 수 있고, 이에 따라, 대상 디바이스(300)에 결합된 변환부(170)는 무선으로 수신된 고주파 교류 전력을 충전용 직류 전력으로 변환하여 배터리(10)에 공급할 수 있다.
도 2에서는, 편의상, 출력부(130)와 송신기(Tx PAD)(150)를 분리하여 도시하였으나, 일 실시 예에서, 송신기(Tx PAD)(150)는 출력부(130)에 포함되어 하나의 디바이스로 통합 구현될 수 있고(식별번호 100b 참조), 다른 일 실시 예에서, 송신기(Tx PAD)(150)는 무선 충전 디바이스(100)에 독립적인 디바이스로 구현되어 무선 충전 디바이스(100)에 탈부착 가능한 형태로 구현될 수도 있다(식별번호 100a 참조).
일 실시 예예서, 수신부(Rx PAD(160) 및 변환부(170))는 대상 디바이스(300)에 결합되어 배터리(10)와 연결될 수 있고, 출력부(130)로부터 송출되는 고주파 교류 전력을 무선으로 수신할 수 있으며, 직류 변환을 통해 고주파 교류 전력(예: 220V, 80KHz, AC)을 충전용 직류 전력(예: 350V, DC)으로 변환하여 배터리(10)에 충전을 수행할 수 있다. 일 실시 예에서, 수신부는 고주파의 AC 전력을 수신하기 위한 Rx PAD(160), AC 전력을 DC 전력으로 변환하기 위한 변환부(170) 등을 포함할 수 있다.
도 2에서는, 일 실시 예에서, 수신부는 무선 충전 디바이스(100)에 포함될 수 있고, 예를 들면, 무선 충전 디바이스(100)의 다른 구성 요소들과 물리적으로 독립된 디바이스로 구현되어 대상 디바이스(300)에 탈부착 가능한 형태로 구현될 수 있다(식별번호 100c 참조). 다른 일 실시 예에서, 수신부는 대상 디바이스(300)에 포함되어 통합 구현될 수도 있고, 또 다른 일 실시 예에서, 수신부는 무선 충전 디바이스(100) 및 대상 디바이스(300)에 독립된 디바이스로 구현되어 대상 디바이스(300)에 탈부착 가능한 형태로 구현될 수도 있다. 또한, 일 실시 예에서, 수신부는 상술한 기능들을 수행하기 위한 제어 모듈(예: 프로세서)을 포함할 수 있고, 다른 범용적인 구성요소(예: 메모리 등)들을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 제어부(140)는 유선 충전 디바이스(200) 및 대상 디바이스(300)와의 전기적 연결에 기초하여 유선 충전 디바이스(200) 및 대상 디바이스(300)로부터 정보를 획득할 수 있다. 예를 들면, 제어부(140)는 리시버(110) 또는 별도의 입출력 단자를 통해 유선 충전 디바이스(200)와 전기적으로 연결되어 데이터를 송수신할 수 있고, 내장된 무선 통신 모듈을 통해 대상 디바이스(300)와 무선으로 데이터를 송수신할 수 있다.
일 실시 예에서, 제어부(140)는 네트워크를 통해 다른 디바이스와 통신 가능한 유선 및/또는 무선의 통신 모듈을 포함할 수 있다. 여기에서, 네트워크는 유선 및 무선 등과 같은 다양한 통신망을 통해 구성될 수 있고, 예를 들면, 근거리 통신망(LAN: Local Area Network), 도시권 통신망(MAN: Metropolitan Area Network), 광역 통신망(WAN: Wide Area Network) 등 다양한 통신망으로 구성될 수 있다.
이하에서, 일 실시 예에 따른 제어부(140)는 프로세서(예: CPU)를 포함하여 무선 충전 디바이스(100)의 동작 전반을 제어할 수 있으며, 리시버(110), 변환부(120) 및 출력부(130)와 전기적으로 연결되어 이들 간의 데이터 흐름을 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따른 제어부(140)는 유선 충전 디바이스(200) 및 대상 디바이스(300)로부터 획득되는 정보에 기초하여 유선 충전 디바이스(200) 및 대상 디바이스(300)에 대한 연결 상태 및 대상 디바이스(300)에 포함된 배터리(10)의 SOC(State Of Charge)를 결정할 수 있다. 예를 들면, 제어부(140)는 유선 충전 디바이스(200)와 유선으로 연결되어 유선 충전 디바이스(200)에 대한 연결 상태를 결정할 수 있고, 대상 디바이스(300)와 유선으로 연결되는 수신부와의 무선 통신 또는 대상 디바이스(300)와의 무선 통신을 통해 대상 디바이스(300)와 연결되었는지 여부 및 배터리(10)의 SOC를 결정할 수 있다.
일 실시 예에 따른 제어부(140)는 유선 충전 디바이스(200) 및 대상 디바이스(300)에 대한 연결 상태 및 배터리(10)의 SOC에 따라 오프 모드, 단순 연결 모드 및 충전 모드 중 하나로 동작할 것을 요청하는 메시지를 유선 충전 디바이스(200)로 송신할 수 있다. 예를 들면, 제어부(140)는 유선 충전 디바이스(200) 및 대상 디바이스(300)와 모두 연결되고 대상 디바이스(300)로부터 AC 공급 요청이 수신되면 충전 모드에 따라 AC 전력을 공급해줄 것을 유선 충전 디바이스(200)에 요청하고, 충전 중에 대상 디바이스(300)로부터 AC 공급 차단 요청이 수신되면 단순 연결 모드에 따라 AC 전력 공급을 중단해줄 것을 유선 충전 디바이스(200)에 요청할 수 있다.
상술한 동작에 관한 보다 구체적인 일 실시 예를 살펴보면, 도 2에 도시된 것처럼, 무선 충전 디바이스(100)는 리시버(110), 변환부(120), 출력부(130), 제어부(140) 및 송신기(Tx PAD)(150)를 포함하고 유선 충전 디바이스(200)의 출력 단자에 탈부착 가능한 형태로 구현되는 제 1 구성 요소와, 수신부를 포함하고 대상 디바이스(300)에 탈부착 가능한 형태로 구현되는 제 2 구성 요소를 포함하여 구현될 수 있다.
일 실시 예에서, 대상 디바이스(300)에 결합되는 무선 충전 디바이스(100)의 제 2 구성 요소는 기설정 방식(예: 입출력 단자의 핀 레벨, 통신 케이블을 통한 신호 송수신 등)에 따라 전기차로 구현된 대상 디바이스(300)와의 연결 상태, 대상 디바이스(300)로부터 전력 공급 요청의 수신 유무, 배터리(10)의 SOC 등에 대한 정보를 획득할 수 있고, 유선 충전 디바이스(200)에 결합되는 무선 충전 디바이스(100)의 제 1 구성 요소는 기설정 방식(예: 무선 통신)에 따라 상술한 정보들을 제 2 구성 요소로부터 수신하여 대상 디바이스(300)가 연결되었는지, AC 공급 요청이 있었는지 등을 확인하여 현재 모드를 오프 모드, 단순 연결 모드 또는 충전 모드로 결정할 수 있으며, 충전 모드에서 유선 충전 디바이스(200)에 AC 공급을 요청하고, 대상 디바이스(300)로부터 AC 공급 차단 요청이 수신된 경우 단순 연결 모드로 전환하여 유선 충전 디바이스(200)에 AC 공급 중단을 요청하고 대상 디바이스(300)에 대한 AC 공급을 차단할 수 있다.
이에 따라, 무선 충전 디바이스(100)의 제 1 구성 요소는 유선 충전 디바이스(200)로부터 저주파(FL)의 AC 전력이 공급되면, 공급된 저주파(FL)의 AC 전력을 고주파(FH)의 AC 전력으로 변환하여 대상 디바이스(300)를 향해 무선 송출할 수 있고, 대상 디바이스(300)에 부착된 무선 충전 디바이스(100)의 제 2 구성 요소는 무선 송출되는 고주파(FH)의 AC 전력을 수신하여 DC 전력으로 변환한 후에 배터리(10)에 충전을 수행할 수 있으며, 충전 중에 대상 디바이스(300)로부터 전원 차단 요청이 수신되면 현재 모드를 단순 연결 보드로 전환하여 유선 충전 디바이스(200)에 AC 전원 공급 중단을 요청할 수 있다.
일 실시 예에서, 제어부(140)는 수신부를 통해 대상 디바이스(300)에 대한 연결 상태 및 배터리(10)의 SOC에 대한 정보를 수신할 수 있다. 예를 들면, 수신부에 포함된 제 1 입출력 단자는 사용자 조작에 따라 대상 디바이스(300)의 충전 단자에 결합되어 대상 디바이스(300)에 대한 연결 상태 및 배터리(10)의 SOC를 획득할 수 있고, 제어부(140)는 송신기(Tx PAD)(150) 또는 무선 통신 모듈을 통해 수신부로부터 대상 디바이스(300)와의 연결 여부 및 대상 디바이스(300)로부터 전력 공급 요청이 수신되었는지 여부에 대한 정보를 무선으로 수신할 수 있다.
일 실시 예에서, 수신부는 제 1 입출력 단자의 핀을 통해 검출되는 DC 전압 레벨이 제 1 전압 조건(예: 12V)을 충족하면 대상 디바이스(300)와 연결되지 않은 상태로 결정하고, 대상 디바이스(300)에서 자신과 연결되었음을 나타내는 ON 신호를 출력함에 따라 제 1 입출력 단자의 핀을 통해 검출되는 DC 전압 레벨이 제 2 전압 조건(예: 9V)을 충족하면 대상 디바이스(300)와 연결된 상태로 결정하고, 대상 디바이스(300)에서 차량 충전을 요청하는 신호를 출력함에 따라 제 1 입출력 단자의 핀을 통해 검출되는 DC 전압 레벨이 제 3 전압 조건(예: 6V)을 충족하면 대상 디바이스(300)로부터 전력 공급 요청이 수신된 상태로 결정할 수 있다. 다른 예를 들면, 수신부는 디지털 신호를 송수신하는 입출력 케이블을 통해 대상 디바이스(300)와의 연결 상태 및 전력 공급 요청 여부를 수신할 수도 있다.
일 실시 예에서, 제어부(140)는 리시버(110)를 통해 유선 충전 디바이스(200)에 대한 연결 상태에 대한 정보를 수신할 수 있다. 예를 들면, 리시버(110)에 포함된 제 2 입출력 단자는 사용자 조작에 따라 유선 충전 디바이스(200)의 단자에 결합될 수 있고, 제어부(140)는 제 2 입출력 단자의 핀을 통해 검출되는 DC 전압 레벨이 제 1 전압 조건(예: 12V)을 충족하면 유선 충전 디바이스(200)와 연결된 상태로 결정할 수 있다. 다른 예를 들면, 리시버(110)는 디지털 신호를 송수신하는 입출력 케이블을 통해 유선 충전 디바이스(200)와의 연결 상태를 수신할 수도 있다.
일 실시 예에서, 제어부(140)는 유선 충전 디바이스(200), 무선 충전 디바이스(100) 및 대상 디바이스(300) 중 적어도 어느 하나가 전기적으로 분리되어 있는 경우 현재 모드를 오프 모드로 결정할 수 있다. 예를 들면, 제어부(140)는 유선 충전 디바이스(200) 및 대상 디바이스(300) 모두와 연결되지 않은 경우에는 수신부의 제 1 입출력 단자 및 리시버(110)의 제 2 입출력 단자를 OFF 시킬 수 있고, 유선 충전 디바이스(200)에만 연결된 경우에는 리시버(110)의 제 2 입출력 단자의 출력 전압이 오프 모드에 대응하는 제 1 전압 조건(예: 12V)을 유지하도록 제어하여 유선 충전 디바이스(200)에 현재 전기차가 연결되지 않은 상태임을 알리고, 대상 디바이스(300)에만 연결된 경우에는 수신기부의 제 1 입출력 단자의 출력 전압이 오프 모드에 대응하는 제 1 전압 조건(예: 12V)을 유지하도록 제어하여 대상 디바이스(300)에 현재 유선 충전기가 연결되지 않은 상태임을 알릴 수 있다.
일 실시 예에서, 제어부(140)는 유선 충전 디바이스(200), 무선 충전 디바이스(100) 및 대상 디바이스(300)가 모두 전기적으로 연결되어 있고, 대상 디바이스(300)로부터 전원 차단 요청이 수신된 경우, 현재 모드를 단순 연결 모드로 결정할 수 있다. 예를 들면, 제어부(140)는 리시버(110)를 통해 유선 충전 디바이스(200)와 연결되고 수신부를 통해 대상 디바이스(300)와 연결된 상태에서, 수신부의 제 1 입출력 단자의 핀의 DC 전압 레벨이 단순 연결 모드에 대응하는 제 2 전압 조건(예: 9V)을 충족하는 경우, 대상 디바이스(300)와 연결되었으나 전원 차단 요청이 수신된 상태로 결정하고, 이에 따라 현재 모드를 단순 연결 모드로 결정할 수 있다. 또한, 제어부(140)는 리시버(110)의 제 2 입출력 단자의 출력 전압을 단순 연결 모드에 대응하는 제 2 전압 조건(예: 9V)으로 변경하여 유선 충전 디바이스(200)에 단순 연결 모드로 동작할 것을 요청할 수 있다. 이에 따라, 유선 충전 디바이스(200)는 오프 모드에서 단순 연결 모드로 변경된 경우에는 전기차가 연결되었음을 확인하고 미터기 등 충전을 위한 각종 장비를 활성화하여 AC 전원 공급을 위한 대기 상태에 진입할 수 있으며, 충전 모드에서 단순 연결 모드로 변경된 경우에는 리시버(110)에 출력하던 충전용 교류 전력의 공급을 중단하고 대기 상태로 복귀할 수 있다.
일 실시 예에서, 제어부(140)는 유선 충전 디바이스(200), 무선 충전 디바이스(100) 및 대상 디바이스(300)가 모두 전기적으로 연결되어 있고, 대상 디바이스(300)로부터 전원 공급 요청이 수신된 경우, 현재 모드를 충전 모드로 결정할 수 있다. 예를 들면, 제어부(140)는 단순 연결 모드로 결정된 후에, 수신부의 제 1 입출력 단자의 핀의 DC 전압 레벨이 충전 모드에 대응하는 제 3 전압 조건(예: 6V)을 충족하는 경우, 대상 디바이스(300)와 연결되었으며 대상 디바이스(300)로부터 전원 공급 요청이 수신된 상태로 결정하고, 이에 따라 현재 모드를 충전 모드로 결정할 수 있다. 또한, 제어부(140)는 리시버(110)의 제 2 입출력 단자의 출력 전압을 충전 모드에 대응하는 제 3 전압 조건(예: 6V)으로 변경하여 유선 충전 디바이스(200)에 충전 모드로 동작할 것을 요청할 수 있고, 이에 따라, 유선 충전 디바이스(200)는 전기차와 연결된 상태에서 전기차로부터 AC 전원 공급 요청이 수신되었음을 확인하고 미터기 등 충전을 위한 각종 장비를 실행시키며 충전용 교류 전력을 리시버(110)에 출력하여 AC 전원을 공급할 수 있다.
즉, 유선 충전 디바이스(200)에 부착된 무선 충전 디바이스(100)의 제 1 구성 요소들(예: 리시버(110), 변환부(120), 출력부(130), 제어부(140) 및 송신기(Tx PAD)(150))은, 대상 디바이스(300)에 부착된 무선 충전 디바이스(100)의 제 2 구성 요소(예: 수신부)과 기설정 통신 방식(예: 무선 통신)에 따라 전기차가 무선 충전 디바이스(100)로부터 충전 받을 준비가 되었는지, 충전 요청이 있었는지 등을 확인하여 유선 충전 디바이스(200)에 AC 공급을 요청할 수 있고, 상술한 실시 예에 따라 유선 충전 디바이스(200)로부터 저주파(FL)의 AC 전력이 공급되면, 공급된 저주파(FL)의 AC 전력을 고주파(FH)의 AC 전력으로 변환하여 대상 디바이스(300)를 향해 무선 송출할 수 있으며, 대상 디바이스(300)에 부착된 무선 충전 디바이스(100)의 제 2 구성 요소(예: 수신부)는 무선 송출되는 고주파(FH)의 AC 전력을 수신하여 DC 전력으로 변환한 후에 배터리(10)에 충전을 수행할 수 있다. 또한, 무선 충전 디바이스(100)는 상술한 방식으로 충전을 수행하는 중에 대상 디바이스(300)로부터 전원 차단 요청이 수신되면 상술한 방식으로 유선 충전 디바이스(200)에 AC 전원 공급 중단을 요청할 수 있다.
일 실시 예에서, 제어부(140)는 배터리(10)의 SOC가 기설정 레벨 이상인 경우, 현재 모드를 단순 연결 모드로 결정하고, 배터리(10)의 SOC가 기설정 레벨 미만인 경우, 현재 모드를 충전 모드로 결정할 수 있다. 즉, 유선 충전 디바이스(200), 무선 충전 디바이스(100), 대상 디바이스(300)가 전기적으로 연결되어 있는 상태임을 전제로 단순 연결 모드 또는 충전 모드가 결정될 수도 있다. 예를 들면, 제어부(140)는 수신부의 제 1 입출력 단자의 제 1 핀을 통해 대상 디바이스(300)가 연결되었는지 여부에 대한 정보만 획득할 수 있고, 제 1 입출력 단자의 제 2 핀을 통해 배터리(10)의 SOC 레벨을 획득하여 기설정 레벨(예: 90%, 완충이 아닌 경우 등) 이상인 경우에는 단순 연결 모드에 따라 AC 충전을 위한 대기 상태 진입을 유선 충전 디바이스(200)에 요청하고, 기설정 레벨 미만인 경우에는 충전 모드에 따라 AC 전력 공급을 요청할 수 있다.
일 실시 예에서, 제어부(140)는 유선 충전 디바이스(200) 또는 대상 디바이스(300)로부터 수신되는 충전 레벨에 기초하여 상기 기설정 레벨을 결정할 수 있다. 예를 들면, 유선 충전 디바이스(200)가 키패드를 통해 충전 레벨에 대한 사용자 입력(예: 80%)을 획득한 경우, 제어부(140)는 유선 충전 디바이스(200)로부터 충전 레벨에 대한 사용자 입력(예: 80%)을 수신하여 상기 기설정 레벨을 세팅하고 충전 중 기설정 레벨에 도달하면 충전 모드에서 단순 연결 모드로 전환할 수 있다.
일 실시 예에 따른 수신부의 변환부(170)는 배터리(10)의 SOC(State of Charge)에 따라서 CC 모드(Constant Current Mode) 또는 CV 모드(Constant Voltage Mode)로 동작하여 배터리(10)를 충전할 수 있다. 여기에서, CC 모드는 기설정된 전류 값으로 일정한 전류를 출력하는 정전류 동작 모드로서 부하가 변동되더라도 전압을 가변시켜 일정한 전류가 공급되도록 하며, CV 모드는 기설정된 전압 값으로 일정한 전압을 출력하는 정전압 동작 모드로서 부하가 변동되더라도 전류를 가변시켜 일정한 전압이 공급되도록 한다.
예를 들면, 수신부의 변환부(170)는 제 1 입출력 단자에 포함된 제 2 핀을 통해 검출되는 전압 레벨을 기초로 배터리(10)의 SOC를 실시간 확인할 수 있고, 변환된 충전용 직류 전력을 이용하여 배터리(10)를 충전함에 있어서 배터리(10)의 SOC(예: 잔량)가 기설정 조건(예: 용량값, 비율 등)을 충족하면 배터리 충전 모드를 CC 모드로 결정하고 그렇지 않으면 CV 모드로 결정하며 결정된 동작 모드로 배터리(10)에 충전용 직류 전력을 공급할 수 있다.
일 실시 예에 따른 수신부의 변환부(170)는 배터리(10)의 SOC가 기설정 레벨 이상인 경우 CV 모드로 동작할 수 있고, 배터리(10)의 SOC가 기설정 레벨 미만인 경우 CC 모드로 동작할 수 있다.
일 실시 예에서, 제어부(140)는 유선 충전 디바이스(200)의 출력 단자와 리시버(110)가 연결되는 경우, 유선 충전 디바이스(200)의 출력 단자의 전압을 이용하여 배터리(10)의 SOC를 결정하는 단계를 생략하고, 대상 디바이스(300)로부터 수신되는 정보에 따라 배터리(10)의 SOC를 결정할 것을 요청하는 메시지를 유선 충전 디바이스(200)로 송신할 수 있다.
예를 들면, 제어부(140)는 리시버(110)가 유선 충전 디바이스(200)의 출력 단자와 연결된 경우에는, 수신부의 제 1 입출력 단자를 통해 대상 디바이스(300)로부터 수신된 배터리(10)의 SOC에 대한 정보에 따라 배터리(10)의 SOC를 결정하도록 유선 충전 디바이스(200)에 요청할 수 있다.
전술한 것처럼, 일반적인 실시 예에서, 유선 충전 디바이스(200)는 기본적인 안전장치와 과금에 대한 설비를 갖추고 있으며, 무선 충전 디바이스(100)와 연결된 출력 단자를 통해 출력되는 충전용 교류 전력의 양에 기초하여 미터링의 값을 결정할 수 있다.
그러나, 다른 일 실시 예에서, 제어부(140)는 미터링에 이용되는 전력량에 대한 정보를 유선 충전 디바이스(200)에 제공할 수 있고, 무선 충전 디바이스(100), 유선 충전 디바이스(200) 및 대상 디바이스(300) 중 하나 이상에서 이용된 전력량에 기초하여 미터링의 값을 갱신할 것을 유선 충전 디바이스(200)에 요청할 수도 있다.
여기에서, 미터링은 사용자에게 과금되는 전력 사용료를 결정하기 위해 전력량을 측정하는 것으로, 일반적인 종래의 유선 충전 디바이스에서도 수행되고 있다. 그러나, 종래의 미터링은 유선 충전 디바이스(200)에서 출력되는 충전용 교류 전력의 전력량만을 기초로 하여 산정되고 있다. 그러나, 상술한 것처럼 무선 충전 디바이스(100)가 유선 충전 디바이스(200)에 부착되는 경우, 무선 충전 디바이스(100)는 출력부(130)가 출력하는 전력량을 더 고려하여 미터링을 갱신할 것을 유선 충전 디바이스(200)에 요청할 수도 있다.
일 실시 예에서, 제어부(140)는 충전용 교류 전력의 제 1 전력량과 출력부(130)가 출력하는 제 2 전력량을 비교하고, 제 2 전력량과 제 1 전력량의 차이에 대응하는 전력량에 기초하여 유선 충전 디바이스(200)에서 진행되는 미터링의 값을 갱신할 것을 요청하는 메시지를 유선 충전 디바이스(200)로 송신할 수 있다.
여기에서, 제 2 전력량과 제 1 전력량의 차이는 유무선 충전에 따른 제 1 전력 손실에 비례할 수 있으며, 그 차이가 클수록 유선 충전 디바이스(200)로부터 유선으로 공급된 전력이 무선 충전 디바이스(100)에서 고주파로 변환되어 무선으로 출력되면서 전력 손실이 더 많이 발생하였음을 나타낼 수 있다. 일 실시 예에서, 충전용 교류 전력의 제 1 전력량은 충전용 교류 전력을 출력하는 유선 충전 디바이스(200)에 의해 결정되거나, 충전용 교류 전력을 수신하는 리시버(110)에 의해 결정될 수 있다.
예를 들면, 제어부(140)는 배터리(10)의 충전을 위해 리시버(110)가 수신한 제 1 전력량 및 출력부(130)가 출력한 제 2 전력량을 실시간 모니터링하고, 제 1 전력량 및 제 2 전력량에 대한 정보 또는 제 2 전력량과 제 1 전력량의 차이에 대한 정보를 유선 충전 디바이스(200)에 전송하여 제 2 전력량과 제 1 전력량의 차이에 대응되는 기설정 값(예: 금액, 할인율)에 따라 미터링의 값을 감소시킬 것을 유선 충전 디바이스(200)에 요청할 수 있다.
이에 따라, 제어부(140)는 유선 충전 디바이스(200)가 유무선 충전 과정에서 발생된 전력 손실을 반영하여 미터링의 값을 수정하도록 지원할 수 있다.
다른 일 실시 예에서, 제어부(140)는 충전용 교류 전력의 제 1 전력량과 대상 디바이스(300)가 수신하는 제 3 전력량을 비교하고, 제 3 전력량과 제 1 전력량의 차이에 대응하는 전력량에 기초하여 유선 충전 디바이스(200)에서 진행되는 미터링의 값을 갱신할 것을 요청하는 메시지를 유선 충전 디바이스(200)로 송신할 수 있다.
여기에서, 제 3 전력량과 제 1 전력량의 차이는 무선 충전에 따른 제 2 전력 손실에 비례할 수 있으며, 그 차이가 클수록 유선 충전 디바이스(200)로부터 공급된 전력이 무선 충전 디바이스(100)를 거쳐 대상 디바이스(300)에서 무선으로 전력을 수신하면서 전력 손실이 더 많이 발생하였음을 나타낼 수 있다. 일 실시 예에서, 제 3 전력량은 대상 디바이스(300)에 포함되어 무선으로 전력을 수신하는 리시버 모듈에 의해 결정되어 무선 충전 디바이스(100)에 전송될 수 있다.
예를 들면, 제어부(140)는 대상 디바이스(300)로부터 제 3 전력량에 대한 정보를 수신하고, 배터리(10)의 충전을 위해 리시버(110)가 수신한 제 1 전력량 및 대상 디바이스(300)로부터 수신된 제 3 전력량에 대한 정보 또는 제 3 전력량과 제 1 전력량의 차이에 대한 정보를 유선 충전 디바이스(200)에 전송하여 제 3 전력량과 제 1 전력량의 차이에 대응되는 값(예: 금액, 할인율)을 적용하여 미터링의 값을 감소시킬 것을 유선 충전 디바이스(200)에 요청할 수 있다.
이에 따라, 제어부(140)는 유선 충전 디바이스(200)가 무선 충전 과정에서 발생된 전력 손실을 보다 정밀하게 반영하여 미터링의 값을 수정하도록 지원할 수 있다. 예를 들면, 일반적인 유선 충전 시에는 유선 충전 디바이스(200)가 제공하는 전력량과 대상 디바이스(300)가 수신하는 전력량 간의 차이가 상대적으로 미미할 수 있으나, 무선 충전 디바이스(100)를 통한 무선 충전 시에는 유선 충전 디바이스(200)가 제공하는 전력량과 대상 디바이스(300)가 수신하는 전력량 간의 차이가 상대적으로 크게 발생할 수 있다. 따라서, 본원발명에서는 유선 충전 디바이스(200)에서 수행되는 미터링에 대상 디바이스(300)에서 수신하는 전력량(제 3 전력량)의 개념을 추가적으로 적용함으로써, 전력을 변환하여 무선으로 송수신하는 과정에서 발생되는 상당한 손실을 반영하여 미터링의 값을 수정하도록 할 수 있다.
일 실시 예에서, 제어부(140)는 제 2 전력량과 제 1 전력량의 차이 또는 제 3 전력량과 제 1 전력량의 차이가 기설정 제 1 값 이상이면, 제 2 전력량에 대한 제 1 전력량의 비율을 포함하는 경고 메시지를 출력하여 현재 전력 손실이 발생하고 있음을 알릴 수 있다.
한편, 도 2 내지 도 3에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 무선 충전 디바이스(100)에 더 포함될 수 있음을 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다. 예를 들면, 무선 충전 디바이스(100)는 무선 충전에 이용되는 데이터를 저장하기 위한 메모리나 메시지 출력을 위한 디스플레이 등을 더 포함할 수도 있으며, 다른 실시 예에 따를 경우, 도 2 내지 도 3에 도시된 구성요소들 중 일부 구성요소는 생략될 수 있다.
도 4는 일 실시 예에 따른 무선 충전 디바이스(100)가 유선 충전 디바이스(200) 및 대상 디바이스(300)로부터 획득되는 정보에 기초하여 현재 모드를 결정하는 동작을 나타내는 흐름도이다.
일 실시 예에 따른 무선 충전 디바이스(100)는 기설정 방식(예: 입출력 단자의 핀 레벨, 통신 케이블을 통한 신호 송수신 등)에 따라 전기차로 구현된 대상 디바이스(300)와 연결되었는지 여부를 확인할 수 있고, 대상 디바이스(300)로부터 전력 공급 요청이 수신되면 유선 충전 디바이스(200)에 전력 공급을 요청하고, 대상 디바이스(300)로부터 전력 차단 요청이 수신되면 유선 충전 디바이스(200)에 전력 공급의 중단을 요청할 수 있다.
단계 S410에서, 무선 충전 디바이스(100)는 유선 충전 디바이스(200), 무선 충전 디바이스(100) 및 대상 디바이스(300) 중 적어도 어느 하나가 전기적으로 분리되어 있는 경우 현재 모드를 오프 모드로 결정할 수 있다. 예를 들면, 무선 충전 디바이스(100)는 리시버(110)를 통해 유선 충전 디바이스(200)와 연결된 상태이지만, 수신부를 통해 무선 충전 디바이스(100)와 연결되지 않은 상태인 경우, 현재 모드를 오프 모드로 결정하고, 유선 충전 디바이스(200)의 단자와 결합된 리시버(110)의 제 2 입출력 단자에 오프 모드에 대응하는 제 1 전압 조건(예: 12V)의 전압을 출력함으로써, 유선 충전 디바이스(200)에 현재 전기차와의 연결이 끊긴 상태임을 알릴 수 있다.
단계 S420에서, 무선 충전 디바이스(100)는 유선 충전 디바이스(200), 무선 충전 디바이스(100) 및 대상 디바이스(300)가 모두 전기적으로 연결되어 있고, 대상 디바이스(300)로부터 전원 차단 요청이 수신된 경우, 현재 모드를 단순 연결 모드로 결정할 수 있다. 예를 들면, 무선 충전 디바이스(100)는 오프 모드인 상태에서 수신부의 제 1 입출력 단자의 전압 레벨이 단순 연결 모드에 대응하는 제 2 전압 조건(예: 9V)의 전압이 검출되는 경우, 현재 모드를 단순 연결 모드로 결정하고, 유선 충전 디바이스(200)의 단자와 결합된 리시버(110)의 제 2 입출력 단자에 단순 연결 모드에 대응하는 제 2 전압 조건(예: 9V)의 전압을 출력함으로써, 유선 충전 디바이스(200)에 현재 전기차와 연결된 상태이고 전기차로부터 AC 공급 요청은 수신되지 않은 상태임을 알리고, 미터기 등 각종 모듈을 활성화하여 충전을 위한 대기 상태로 동작할 것을 요청할 수 있다.
단계 S430에서, 무선 충전 디바이스(100)는 유선 충전 디바이스(200), 무선 충전 디바이스(100) 및 대상 디바이스(300)가 모두 전기적으로 연결되어 있고, 대상 디바이스(300)로부터 전원 공급 요청이 수신된 경우, 현재 모드를 충전 모드로 결정할 수 있다. 예를 들면, 무선 충전 디바이스(100)는 단순 연결 모드인 상태에서 수신부의 제 1 입출력 단자의 전압 레벨이 충전 모드에 대응하는 제 3 전압 조건(예: 6V)의 전압이 검출되는 경우, 현재 모드를 충전 모드로 결정하고, 유선 충전 디바이스(200)의 단자와 결합된 리시버(110)의 제 2 입출력 단자에 충전 모드에 대응하는 제 3 전압 조건(예: 6V)의 전압을 출력함으로써, 유선 충전 디바이스(200)에 현재 전기차와 연결된 상태이고 전기차로부터 AC 공급 요청이 수신된 상태임을 알리고, 충전용 교류 전력의 출력을 요청할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 무선 충전 디바이스(100)는 상술한 방식으로 유선 충전 디바이스(200)와 대상 디바이스(300) 간을 에뮬레이팅함으로써 유선 충전 디바이스(200)는 전기자동차가 연결된 것으로 인식하여 AC 전력을 공급할 수 있으며, 이에 따라 무선 충전 기능이 없는 종래의 유선 충전 디바이스(200)를 사용하더라도 유선 충전 디바이스(200)와 배터리(10) 간의 무선 충전이 안정적으로 이루어지도록 지원할 수 있다.
도 5는 종래 기술에 따른 유선 충전 디바이스(200)를 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 충전 디바이스(100)를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 종래 기술에 따른 유선 충전 디바이스(200)는 사용자가 전기자동차를 구입하였을 때 사용자의 가정에 기본 설치되는 홈충전기로 구현될 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따른 유선 충전 디바이스(200)는 사용자 입력을 수신하고 정보를 출력하기 위한 사용자 인터페이스, 다른 디바이스와의 유무선 통신을 위한 통신 모듈, 상술한 미터링을 수행하여 사용량을 측정하는 미터링 모듈, 미터링에 따라 결정된 전력 사용료에 대한 결제를 수행하는 결제 모듈, 전원의 온오프 제어를 위한 전원 스위치, 과전압 출력을 제한하거나 디바이스 보호를 위한 보호 모듈 및 유선 통신과 전력 출력을 위한 출력 단자를 포함하여 구현될 수 있다.
일반적으로, 유선 충전 디바이스(200)는 전기 자동차로 구현된 대상 디바이스(300)와 출력 단자(예: 통신 전력 케이블)를 통해 유선으로 연결될 수 있고, 대상 디바이스(300)에 유선으로 충전용 교류 전력(예: 220V, 60Hz, AC)을 공급하며, 이에 따라, 대상 디바이스(300)에 내장된 온-보드 충전기(on-board charger)는 유선 충전 디바이스(200)로부터 수신되는 충전용 교류 전력(예: 220V, 60Hz, AC)을 충전용 직류 전력(예: 350V, DC)로 변환하여 대상 디바이스(300)에 내장된 배터리(10)를 충전하는 방식으로 유선 충전이 이루어진다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 충전 디바이스(100)는 유선 충전 디바이스(200)와 물리적 또는 기능적으로 독립된 별도의 장치로 구현될 수 있다. 예를 들면, 무선 충전 디바이스(100)는 유선 충전 디바이스(200)의 제 1 출력 단자와 결합 가능한 입력 단자를 포함하여 유선 충전 디바이스(200)에 탈부착 가능한 형태로 구현될 수 있고, 유선 충전 디바이스(200)의 제 1 출력 단자와 결합되면 유선 충전 디바이스(200)와 전기적으로 연결되어 제 1 출력 단자로부터 충전용 교류 전력을 수신할 수 있으며, 상술한 것처럼 수신된 충전용 교류 전력을 고주파 교류 전력으로 변환하여 무선으로 출력할 수 있다.
예를 들면, 유선 충전 디바이스(200)는 무선 충전 디바이스(100)와 출력 단자(예: 통신 전력 케이블)를 통해 유선으로 연결될 수 있고, 무선 충전 디바이스(100)에 유선으로 충전용 교류 전력(예: 220V, 60Hz, AC)을 공급하며, 무선 충전 디바이스(100)는 유선 충전 디바이스(200)로부터 수신되는 충전용 교류 전력(예: 220V, 60Hz, AC)을 고주파 교류 전력(예: 220V, 80KHz, AC)로 변환하여 전기 자동차로 구현된 대상 디바이스(300)를 향해 무선으로 출력하고, 대상 디바이스(300)에 결합된 수신부의 변환부(170)는 무선 충전 디바이스(100)로부터 수신되는 고주파 교류 전력(예: 220V, 80KHz, AC)을 수신하여 충전용 직류 전력(예: 350V, DC)로 변환하여 대상 디바이스(300)에 내장된 배터리(10)를 충전할 수 있다.
예를 들면, 종래의 홈충전기로 구현된 유선 충전 디바이스(200)의 출력 단자를 무선 충전 디바이스(100)에 연결시키면, 무선 충전 디바이스(100)가 유선 충전 디바이스(200)와 전기자동차 간의 통신을 에뮬레이션할 수 있으며, 이에 따라, 유선 충전 디바이스(200)는 전기자동차가 연결된 것으로 인식할 수 있다.
이러한 경우, 전기자동차에 무선으로 충전 전력을 제공하는 동작은 무선 충전 디바이스(100)가 담당하여 진행하고, 충전을 위한 유선 전력 제공, 사용자 인터페이스, 미터링 및 결제 등은 유선 충전 디바이스(200)가 담당하여 진행할 수 있다. 또한, 무선 충전 디바이스(100)의 고장 시에는 유선 충전 디바이스(200)의 출력 단자를 전기자동차에 연결하여 유선 충전이 가능하여 고장에 따른 비용 손실을 감소시킬 수 있으며, 종래의 홈충전기에 무선 충전 디바이스(100)를 탈부착하는 방식으로 저비용으로 고효율의 무선 기능을 추가할 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 무선 충전 디바이스(100)는 유선 충전 디바이스(200)와 물리적 또는 기능적으로 적어도 일부가 통합된 하나의 장치로 구현될 수도 있다. 예를 들면, 무선 충전 디바이스(100)는 유선 충전 디바이스(200)와 통합되어 유선 충전 디바이스(200)의 제 1 출력 단자와 전기적으로 연결된 형태로 통합 구현될 수 있고, 제 1 출력 단자로부터 수신된 충전용 교류 전력을 고주파 교류 전력으로 변환하여 무선으로 출력할 수 있다.
이처럼, 종래의 홈충전기 구성 요소에 무선 충전 디바이스(100)에 해당되는 구성 요소만을 추가하여 통합된 장치로 구현하는 경우, 상호 간에 중복되는 부분을 최소화하여 비용과 편의성 측면에서 효율적인 유무선 충전기를 구현할 수 있다. 또한, 무선 충전 디바이스(100)가 고장날 경우에도 유선 충전 디바이스(200)에서 지원하는 기존의 유선 충전 기능으로 충전이 가능하여 고장에 따른 비용 손실을 감소시킬 수 있다.
일 실시 예에서, 따른 무선 충전 디바이스(100)는 전력 제어나 그밖의 동작 전반의 제어를 위한 제어 모듈을 포함하여 구현될 수 있고, 리시버(110)는 전력의 수신에 이용되는 파워 스택 모듈을 포함하여 구현될 수 있으며, 변환부(120)는 전력의 고주파 변환 시의 공진 제어에 이용되는 파워스택모듈 및 레조넌스(resonance) 모듈을 포함하여 구현될 수 있고, 출력부(130)는 고주파 교류 전력을 전달하는 제 2 출력 단자 및 제 2 출력단자로부터 전달된 고주파 교류 전력을 무선으로 송신하는데 이용되는 트랜시버(예: Tx-PAD)를 포함하여 구현될 수 있다.
한편, 상술한 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 램, USB, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.
본 실시 예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 무선 충전 디바이스
110: 리시버 120: 변환부
130: 출력부 140: 제어부
150: 송신기(Tx PAD) 160: Rx PAD
170: 변환부 200: 유선 충전 디바이스
300: 대상 디바이스 10: 배터리

Claims (5)

  1. 충전 모드에서 배터리의 충전에 이용되는 유선 충전 디바이스에서 출력되는 충전용 교류 전력을 수신하는 리시버;
    상기 충전 모드에서 상기 충전용 교류 전력을 고주파 교류 전력으로 변환하는 변환부;
    상기 충전 모드에서 상기 고주파 교류 전력을 상기 배터리를 포함하는 대상 디바이스를 향해 무선으로 출력하는 출력부; 및
    상기 유선 충전 디바이스 또는 상기 대상 디바이스와 전기적으로 연결되어 있는지 여부에 기초하여 상기 유선 충전 디바이스 및 상기 대상 디바이스에 대한 연결 상태를 결정하고, 상기 연결 상태 및 상기 대상 디바이스에 포함된 배터리의 SOC에 따라 오프 모드, 단순 연결 모드 및 상기 충전 모드 중 하나로 동작할 것을 요청하는 메시지를 상기 유선 충전 디바이스로 송신하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 유선 충전 디바이스, 상기 충전 디바이스 및 상기 대상 디바이스 중 적어도 어느 하나가 전기적으로 분리되어 있는 경우 현재 모드를 상기 오프 모드로 결정하고,
    상기 유선 충전 디바이스, 상기 무선 충전 디바이스 및 상기 대상 디바이스가 모두 전기적으로 연결되어 있고, 상기 대상 디바이스로부터 전원 차단 요청이 수신된 경우, 상기 현재 모드를 상기 단순 연결 모드로 결정하고,
    상기 유선 충전 디바이스, 상기 무선 충전 디바이스 및 상기 대상 디바이스가 모두 전기적으로 연결되어 있고, 상기 대상 디바이스로부터 전원 공급 요청이 수신된 경우, 상기 현재 모드를 상기 충전 모드로 결정하는, 무선 충전 디바이스.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 배터리의 SOC가 기설정 레벨 이상인 경우, 상기 현재 모드를 단순 연결 모드로 결정하고,
    상기 배터리의 SOC가 기설정 레벨 미만인 경우, 상기 현재 모드를 충전 모드로 결정하는, 무선 충전 디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 유선 충전 디바이스의 출력 단자와 상기 리시버가 연결되는 경우,
    상기 유선 충전 디바이스의 출력 단자의 전압을 이용하여 상기 배터리의 SOC를 결정하는 단계를 생략하고, 상기 대상 디바이스로부터 수신되는 정보에 따라 상기 배터리의 SOC를 결정할 것을 요청하는 메시지를 상기 유선 충전 디바이스로 송신하는, 무선 충전 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 충전용 교류 전력의 제 1 전력량과 상기 출력부가 출력하는 제 2 전력량을 비교하고,
    상기 제 2 전력량과 상기 제 1 전력량의 차이에 대응하는 전력량에 기초하여 상기 유선 충전 디바이스에서 진행되는 미터링의 값을 갱신할 것을 요청하는 메시지를 상기 유선 충전 디바이스로 송신하는, 무선 충전 디바이스.
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