KR102453394B1 - 차량용 무선 충전 패드 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 차량에 부착되어 전력을 수신하는 충전패드 본체, 상기 충전패드 본체에 구비되는 복수의 자기장 센서, 상기 충전패드 본체에 구비되어 무선으로 데이터를 송수신하는 무선 통신부 및 자계변화를 감지하는 상기 자기장 센서에 의해 식별 정보가 발생되고, 상기 무선 통신부가 상기 식별 정보를 차량으로부터 거리를 두고 위치하는 무선 충전기로 전송되도록 하여, 무선 충전이 시작되도록 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 무선 충전기와 상기 충전패드 본체 사이에서 발생하는 자계의 변화 값 감지하는 복수의 자기장 센서를 통해 상기 무선 충전기의 위치를 운전자에게 제공하는 차량용 무선 충전 패드를 제공한다.

Description

차량용 무선 충전 패드 {WIRELESS CHARGING PAD FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 무선 충전 패드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기자동차를 무선 충전함에 있어 자기장 센서를 이용해 충전기 위치를 효과적으로 찾아 충전효율을 극대화하고, 차량에 쉽게 탈부착 가능한 구조를 갖는 차량용 무선 충전 패드에 관한 것이다.
전기 자동차용 무선 충전 시스템은 케이블을 연결할 필요 없이 전력을 공급하는 송신코일과 차량에 장착되어 송신코일로부터 전력을 공급받는 수신코일이 일정범위 및 거리 내에 위치할 때 무선으로 차량의 배터리를 충전시키는 방식을 말한다.
일반적으로 무선 충전 시스템은 코일을 이용한 전자 유도 방식이나 공진 현상을 이용하는 방식이 적용되는데, 송신코일과 수신코일의 중심선이 수직선 상 일정범위 내에 위치하지 않으면 충전 효율이 급격히 떨어지게 되어 충전량에 비해 많은 과금을 부담하게 되고 충분한 충전이 이루어지지 않을 수 있다.
무선 충전 시스템 상용화에 있어 걸림돌이 되고 있는 문제는 첫번째로 송수신 코일의 얼라인먼트 기능을 수행하는 센싱 기술이 외부 노이즈에 취약하다는 점이며, 두번째로 기존 카메라 등의 가시광 센서 얼라인먼트 방식은 센서부와 발광부가 모두 필요해 제작비용이 높고 빛, 오물 등의 외부환경에 취약하다는 점이다.
일반적으로 차량에 장착되는 무선 충전 패드와 그 시스템은 위와 같은 한계와 더불어 단순한 전력 수신의 기능만을 제공하는 한계점이 있다. 또한, 무선 충전 시스템이 상용화될 시 기존의 무선 충전 시스템을 지원하지 않은 전기 자동차는 별도의 무선 충전 패드를 장착하여야 하는데, 장착할 차량의 종류 및 구조가 다양해 장착이 어렵다는 불편함이 있다.
한국 등록특허공보 제10-1630728호 (2016.06.09)
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 전기자동차를 무선 충전함에 있어 자기장 센서를 이용해 충전기 위치를 효과적으로 찾아 충전효율을 극대화하고, 차량에 쉽게 탈부착 가능한 구조를 갖는 차량용 무선 충전 패드를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면은 차량에 부착되어 전력을 수신하는 충전패드 본체, 상기 충전패드 본체에 구비되는 복수의 자기장 센서, 상기 충전패드 본체에 구비되어 무선으로 데이터를 송수신하는 무선 통신부 및 자계변화를 감지하는 상기 자기장 센서에 의해 식별 정보가 발생되고, 상기 무선 통신부가 상기 식별 정보를 차량으로부터 거리를 두고 위치하는 무선 충전기로 전송되도록 하여, 무선 충전이 시작되도록 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 무선 충전기와 상기 충전패드 본체 사이에서 발생하는 자계의 변화 값 감지하는 복수의 자기장 센서를 통해 상기 무선 충전기의 위치를 운전자에게 제공하는 차량용 무선 충전 패드를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 충전패드 본체의 양측에 형성되며, 다양한 차량에 부착되도록 여러 길이의 브라켓이 삽입 가능한 “ㄷ” 구조의 연결부를 더 포함하는 차량용 무선 충전 패드일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 연결부의 내측부에 장착되어 상기 연결부와 브라켓 사이의 진동을 흡수할 수 있는 충격 흡수 패드를 더 포함하는 차량용 무선 충전 패드일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 자기장 센서는 상기 충전패드 본체에 장착되는 것을 특징으로 하는 차량용 무선 충전 패드일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복수의 자기장 센서는 상기 충전패드 본체의 전력 수신 코일을 중심으로 상기 전력 수신 코일 주위에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 무선 충전 패드일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 자기장 센서는 상기 충전패드 본체에 2개 이상 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 무선 충전 패드일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 무선 통신부 및 상기 제어부는 상기 충전패드 본체 일측에 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 무선 충전 패드일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 자기장 센싱을 통해 무선 충전기 탐색이 수행되므로, 전기 자동차와 무선 충전기가 정확히 매칭되어 무선 연결이 수행될 수 있다.
또한, 전력 송신부와 전력 수신부 코일간의 자기장 변화를 센싱하므로, 별도의 발광부가 불필요하여 제조 비용이 감소될 수 있다.
그리고, 자기장의 특성상 빛, 온도, 습도 등 외부 환경에 크게 영향을 받지 않아 일정한 센싱 감도를 유지할 수 있다.
또한, 무선 충전 패드를 장착 시, 다양한 장착 환경에 브라켓만 바꿔 설치하면 되기 때문에 작업 효율이 좋으며, 모듈화로 인해 제조공정 비용이 감소할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 전기차 무선 충전의 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선 충전 패드의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선 충전 패드의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 측면에서 바라본 자기장 센서를 이용한 얼라인먼트 정보 제공 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부에서 바라본 자기장 센서를 이용한 얼라인먼트 정보 제공 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 센서 시스템을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 전기차 무선 충전의 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 전기차 무선 충전은 전기차(electric vehicle)에 장착되는 차량용 무선 충전 패드(1000)와 충전 스테이션(charging station)의 무선 충전기(C) 의해서 수행될 수 있으며, 전기차에 무선으로 전력을 전송하기 위해서 이용될 수 있다.
무선 충전기(C)는 지면에 매설되어 설치되거나 또는 지면 위로 노출되어 설치 수 있다. 무선 충전기(C)는 전력 송신 코일과 감지 센서로 구성될 수 있다.
전력 송신 코일는 전원공급원으로부터 전력을 공급받아 자기장을 발생시킨다. 발생된 자기장은 무선 충전기(C)와 대향되게 위치되며 차량에 탑재된 차량용 무선 충전 패드(1000)로 유도되어 유도전류를 공급한다. 전력 송신 코일은 단층 또는 다단으로 구성될 수 있다. 또한, 전력 송신 코일은 하나 이상으로 구성될 수 있다.
즉, 전기차 충전은 전력공급원으로부터 전력을 공급받은 무선 충전기(C)의 송신 코일을 통해 차량용 무선 충전 패드(1000)의 수신 코일로 전력을 전달하고, 이를 차량 내 전원이나 배터리에 충전을 수행하여 이루어진다.
이때, 무선 충전기(C)의 송신코일과 차량용 무선 충전 패드(1000)의 수신코일의 중심선이 수직선 상 일정범위 내에 위치하지 않으면, 정렬 오차에 따라 충전 효율이 크게 달라지므로, 무선 충전기(C) 및 차량용 무선 충전 패드(1000) 간의 정밀한 정렬이 요구된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선 충전 패드의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 무선 충전 패드의 측면도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 측면에서 바라본 자기장 센서를 이용한 얼라인먼트 정보 제공 모식도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부에서 바라본 자기장 센서를 이용한 얼라인먼트 정보 제공 모식도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 센서 시스템을 설명하기 위한 흐름도이다.
도2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 차량용 무선 충전 패드(1000)는 충전패드 본체(100), 복수의 자기장 센서(200), 무선 통신부(300) 및 제어부(400)를 포함하여 구성된다.
보다 구체적으로, 차량용 무선 충전 패드(1000)는 차량에 부착되어 전력을 수신하는 충전패드 본체(100), 상기 충전패드 본체(100)에 구비되는 복수의 자기장 센서(200), 상기 충전패드 본체(100)에 구비되어 무선으로 데이터를 송수신하는 무선 통신부(300); 및 자계변화를 감지하는 상기 자기장 센서(200)에 의해 식별 정보가 발생되고, 상기 무선 통신부(300)가 상기 식별 정보를 차량 하측에 거리를 두고 위치하는 무선 충전기(C)로 전송되도록 하여, 무선 충전이 시작되도록 제어하는 제어부(400)를 포함하고, 상기 무선 충전기(C)와 상기 충전패드 본체(100) 사이에서 발생하는 자계의 변화 값 감지하는 복수의 자기장 센서(200)를 통해 상기 무선 충전기(C)의 위치를 운전자에게 제공하는 것을 특징으로 한다.
이때, 복수의 자기장 센서(200)는 상기 충전패드 본체(100)의 전력 수신 코일(110)을 중심으로 상기 전력 수신 코일(110) 주위에 등간격으로 배치될 수 있다.
보다 구체적으로, 자기장 센서(200)는 2개 이상 다수로 배치되며, 바람직하게는 원형의 상기 전력 수신 코일(110)의 외주 둘레에 균일간격으로, 예를 들어 120도 간격으로 3개 또는 90도 간격으로 4개가 배치될 수 있다.
자기장 센서(200)의 개수가 2개일 경우 무선 충전기(C)에 대한 무선 충전 패드(1000)의 정위치 안내가 불가능한 것은 아니지만 정확도가 떨어질 수 있으며, 자기장 센서(200)의 개수가 4개를 초과할 경우에는 위치 검출이 더욱 정교해질 수는 있지만 필요 이상의 자기장 센서(200)로 인해 제조 단가가 상승할 수 있다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 자기장 센서(200)는 방향, 전류, 각도 등의 측정 대상 파라미터에 의해 발생하는 무선 충전 패드(1000)와 무선 충전기(C) 사이의 자계 변화를 검출하고, 제어부(400)는 이러한 자계 변화를 신호 처리하여 얼라인먼트 정보를 운전자에게 출력하도록 전송할 수 있다. 즉, 자기장 센서(200)가 자기장의 영향을 받아 활성화되고, 자계의 변화 값을 감지하여 제어부(400)로 전송하면, 제어부(400)는 이를 신호처리 및 전송해 무선 충전기(C)의 위치를 운전자에게 제공할 수 있다.
운전자는 자기장 센서(200)에 의해 제공되는 얼라인먼트 정보를 통해 무선 충전 패드(1000)와 무선 충전기(C)의 중심이 수직선상에 일치하도록 차량의 위치를 조정할 수 있다.
즉, 복수의 자기장 센서(200)의 자기장 센싱을 통해 무선 충전기(C) 탐색이 수행되므로, 차량의 무선 충전 패드(1000)와 무선 충전기(C)가 보다 정확히 매칭되어 전력 송수신을 통한 무선 충전이 효율적으로 이루어질 수 있다.
또한, 전력 송신 코일과 전력 수신 코일간의 자기장 변화를 센싱하므로, 별도의 발광부가 불필요하여 제조 비용이 감소될 수 있고, 자기장의 특성상 빛, 온도, 습도 등 외부 환경에 크게 영향을 받지 않아 일정한 센싱 감도를 유지할 수 있다.
충전패드 본체(100)는 무선으로 전력을 수신하는 전력수신부, 주 배터리 및 전력수신부를 통해 수신된 전력으로 주 배터리를 충전하는 배터리 충전기를 포함할 수 있다. 즉, 전력 수신용 충전패드(100)는 코일을 포함하는 충전 패드 형태로 구현될 수 있다.
이때, 차량용 무선 충전 패드(1000)는 상기 충전패드 본체(100)의 양측에 형성되며, 다양한 차량에 부착되도록 여러 길이의 브라켓이 삽입 가능한 “ㄷ” 구조의 연결부(500)를 더 포함할 수 있다.
즉, 차량용 무선 충전 패드(1000)는 상기 연결부(500)의 삽입 홈에 다양한 연결 브라켓이 삽입되어 차량 하부에 부착되는 구조이다.
무선 충전 시스템을 지원하지 않은 전기 자동차는 차량 하부에 별도의 무선 충전 패드를 장착하여야 하는데, 이때 장착할 차량의 종류 및 하부 구조가 다양하기 때문에 동일한 크기의 무선 충전 패드로는 장착이 어려운 경우가 발생할 수 있다.
본 발명의 차량용 무선 충전 패드(1000)는 양측에 “ㄷ” 형상의 연결부(500) 구조를 통해 차량의 종류 및 크기에 따라 다양한 길이의 브라켓이 연결 가능하게 구성됨으로써 동일한 크기의 무선 충전 패드(1000)가 다양한 종류의 차량에 모두 장착될 수 있는 이점이 있다.
또한, 차량용 무선 충전 패드(1000)는 상기 연결부(500)에 장착되어 상기 연결부(500)와 브라켓 사이의 진동을 흡수할 수 있는 충격 흡수 패드(600)를 더 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 충격 흡수 패드(600)는 상기 “ㄷ” 자 형상의 연결부(500) 내측 상부 및 하부에 장착되어 브라켓을 상, 하 양측에서 감싸는 구조로 이루어짐에 따라 차량 주행 또는 차량 진동으로 인해 무선 충전 패드(1000)와 차량의 연결 구조가 헐거워져 소음 등이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
무선 통신부(300)는 와이파이나 블루투스 등의 무선 통신 기술을 이용하여 무선 충전기와 무선 연결을 통해 데이터를 교환하는 역할을 수행한다.
제어부(400)는 자기장 센서(200)를 제어하여 무선 충전기(C)가 무선 통신부(300)를 탐지하고 연결을 시도하는데 필요한 식별 정보들이 무선 충전기(C)로 전송되도록 하며, 자기장 센서(200)를 통해 수신된 위치 가이드 정보에 대응되는 정보를 클러스터(미도시)나 AVN 시스템(미도시)을 통해 출력되도록 할 수 있다.
또한, 제어부(400)는 자기장 센서(200)를 통해 충전기 정보를 수신할 수도 있으며, 수신된 충전기 정보를 이용하여 무선통신부(300)를 통해 무선 충전기(C)와 무선 연결 과정을 제어할 수도 있다. 이 외에도, 제어부(400)는 상술한 실시예들에 따른 각종 판단과 연산을 수행하고, 그에 대응되는 다른 구성요소들을 제어할 수 있다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀 질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1000 차량용 무선 충전 패드
100 충전패드 본체
110 전력 수신 코일
200 자기장 센서
300 무선 통신부
400 제어부
500 연결부
600 충격 흡수 패드
C 무선 충전기

Claims (7)

  1. 차량에 부착되어 전력을 수신하는 충전패드 본체;
    상기 충전패드 본체에 구비되는 복수의 자기장 센서;
    상기 충전패드 본체에 구비되어 무선으로 데이터를 송수신하는 무선 통신부; 및
    자계변화를 감지하는 상기 자기장 센서에 의해 식별 정보가 발생되고, 상기 무선 통신부가 상기 식별 정보를 차량으로부터 거리를 두고 위치하는 무선 충전기로 전송되도록 하여, 무선 충전이 시작되도록 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 무선 충전기와 상기 충전패드 본체 사이에서 발생하는 자계의 변화 값 감지하는 복수의 자기장 센서를 통해 상기 무선 충전기의 위치를 운전자에게 제공하고,
    상기 충전패드 본체의 양측에 형성되며, 다양한 차량에 부착되도록 여러 길이의 브라켓이 삽입 가능한 “ㄷ” 구조의 연결부를 더 포함하는 차량용 무선 충전 패드.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연결부의 내측부에 장착되어 상기 연결부와 브라켓 사이의 진동을 흡수할 수 있는 충격 흡수 패드를 더 포함하는 차량용 무선 충전 패드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자기장 센서는 상기 충전패드 본체에 장착되는 것을 특징으로 하는 차량용 무선 충전 패드.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 자기장 센서는 상기 충전패드 본체의 전력 수신 코일을 중심으로 상기 전력 수신 코일 주위에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 무선 충전 패드.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 자기장 센서는 상기 충전패드 본체에 2개 이상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 무선 충전 패드.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 무선 통신부 및 상기 제어부는 상기 충전패드 본체에 일측에 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 무선 충전 패드.
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