KR102532403B1 - 차량용 배터리의 무선 충전 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

차량용 배터리의 무선 충전 장치 및 방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리의 무선 충전 장치는, 차량의 바퀴 근처에 위치하는 서스펜션에 각각 위치하며, 외부의 충전 시스템으로부터 전송되는 전력을 수신하는 복수의 전력 수신 코일; 상기 복수의 전력 수신 코일의 전압을 감지하는 전압 감지 모듈; 상기 차량의 바퀴별로 높이를 조절하기 위하여 상기 서스펜션을 구동하는 서스펜션 구동 모듈; 및 상기 전압 감지 모듈에서 감지한 전압을 기초로 상기 서스펜션 구동 모듈을 제어하는 제어 모듈을 포함한다.

Description

차량용 배터리의 무선 충전 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CHARGING WIRELESSLY OF A VEHICLE BATTERY}
본 발명은 차량용 배터리의 무선 충전 장치 및 방법에 관한 것이다.
전기 자동차는 배터리에 의해 구동되며, 배터리의 작동을 지속하기 위하여 배터리를 주기적으로 충전하는 것이 수반된다.
이에, 전기 자동차의 배터리를 충전하는 인프라 구축에 대한 관심이 증대되고 있다. 가정용 충전기를 이용한 전기 자동차 충전을 비롯하여 배터리 교체, 급속 충전 장치, 무선 충전 장치 등 다양한 충전 방식이 등장하고 있고, 새로운 충전 사업 모델도 등장하고 있다.
특히, 충전 시간을 단축시키고 편의성을 증대시킨 안전하고 빠른 충전 방식이 요구되고 있으며, 콘센트에 플러그를 꽂아 사용하는 유선 충전 방식의 불편함을 해소할 수 있는 비접촉식 충전 방식도 다양하게 제안되고 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 차량용 무선 충전 시스템을 도시한 도면이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 도로 및 충전소의 표면에는 전력을 공급할 수 있는 송전 선로가 설치되며, 차량(V) 하부에는 전력 공급원(5)으로부터 전력을 수신할 수 있는 장치가 장착되어 무선으로 전력을 수신할 수 있게 된다.
이러한 무선 전력 전송 기술은 상호 유도작용 원리를 이용하여 전력을 전송한다. 도로에 매설된 송전부의 송신 코일(7)로부터 자동차(V)의 수신 코일(3)에 자기 유도를 이용하여 무선으로 전력을 공급하고 배터리를 충전한다.
그러나, 종래의 무선 충전 방식은 차량 하부의 중앙에서 충전이 이루어 짐에 따라, 이물질이나 고양이 등의 유입이 쉬우며, 자동차의 주요 부품이 많은 중앙 부분에 코일(3)이 위치함에 따라, 자속이 다른 부품에 쇄교하여 불필요한 와전류 손을 발생시키는 문제가 있다. 또한, 차량별로 크기가 다르고, 충전 지점의 진입점이 달라지기 쉬워 수신 코일(3) 및 송신 코일(7)의 얼라인먼트가 어렵다는 단점이 있다.
미국 등록특허 US 10,507,737호 (2019.12.17. 등록) 한국 공개특허 10-2018-0016935호 (2018.02.20. 공개) 미국 공개특허 US 2012/0133334호 (2012.05.31. 공개)
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 자동차의 중요 부품이 상대적으로 적은 위치에 수신 코일이 위치하여 와전류로 인한 부품 소손을 막을 수 있는 차량용 배터리의 무선 충전 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 바닥과 밀착해 있는 바퀴의 서스펜션을 활용하여 이물질 유입을 방지하고, 네 바퀴중 일부만 이용하여 충전을 시킬 수 있으며, 차고가 최대한 낮은 상태에서 각 코일의 수신 전압이 균일하게 충전을 진행할 수 있는 차량용 배터리의 무선 충전 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리의 무선 충전 장치는, 차량의 바퀴 근처에 위치하는 서스펜션에 각각 위치하며, 외부의 충전 시스템으로부터 전송되는 전력을 수신하는 복수의 전력 수신 코일; 상기 복수의 전력 수신 코일의 전압을 감지하는 전압 감지 모듈; 상기 차량의 바퀴별로 높이를 조절하기 위하여 상기 서스펜션을 구동하는 서스펜션 구동 모듈; 및 상기 전압 감지 모듈에서 감지한 전압을 기초로 상기 서스펜션 구동 모듈을 제어하는 제어 모듈을 포함한다.
또한, 상기 전력 수신 코일은, 상기 서스펜션의 코일 스프링 또는 에어 스프링에 결합할 수 있다.
또한, 상기 코일 스프링의 내부에 위치하는 마그네틱 코어를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전력 수신 코일은, 상기 서스펜션의 코일 스프링일 수 있다.
또한, 상기 서스펜션 구동 모듈은, 상기 차량의 바퀴별로 상기 서스펜션을 구동하도록 4개의 액츄에이터를 구비할 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈은, 상기 복수의 전력 수신 코일이 균일한 전압을 가지도록 상기 서스펜션 구동 모듈을 제어할 수 있다.
그리고, 상기 외부의 충전 시스템과 무선 통신하는 통신 모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리의 무선 충전 방법은, 차량의 각 바퀴 근처에 위치한 4개의 전력 수신 코일을 구비한 차량의 충전 위치를 감지하는 단계; 및 상기 차량의 충전 위치에 기초하여 급속 충전 또는 완속 충전을 실행하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 충전 위치를 감지하는 단계는, 상기 4개의 전력 수신 코일의 충전이 이루어지는 4개의 충전 포인트에 위치하는 바퀴의 수를 감지하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 충전을 실행하는 단계는, 상기 감지된 바퀴의 수가 2개이면 상기 완속 충전을 실행하며, 상기 감지된 바퀴의 수가 3개 이상이면 상기 급속 충전을 실행하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 4개의 전력 수신 코일의 각 전압을 감지하는 단계; 및 상기 감지된 전압을 기초로 상기 차량의 높이를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 높이를 조절하는 단계는, 상기 차량의 바퀴별로 높이를 조절하기 위하여 상기 차량의 서스펜션을 구동하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따르면, 차량의 부품이 비교적 없는 위치에 코일이 존재하여 와전류손으로 인한 부품 소손을 막을 수 있고, 바닥과 밀착해 있는 바퀴의 서스펜션을 활용하여 이물질 유입의 위험성이 감소한다.
또한, 차량의 네 바퀴중 일부만 이용하여 충전이 가능하며, 이에 따라 설치 비용을 감소시킬 수 있고, 차고가 최대한 낮은 상태에서 균일한 전압으로 충전을 진행할 수 있어 충전 중 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 차량용 무선 충전 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리의 무선 충전 장치를 이용한 충전 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리의 무선 충전 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5는 차량 서스펜션에 수신 코일이 설치된 상태를 도시한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 차량 서스펜션에 수신 코일이 결합된 상태를 도시한 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 차량 서스펜션에 수신 코일 및 마그네틱 코어가 결합된 상태를 도시한 도면이다.
도 8은 수신 코일의 피치에 따른 커플링 계수를 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리의 무선 충전 방법의 순서를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 급속 충전 및 완속 충전의 순서를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 전압에 따른 차량의 높이 조절의 순서를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "이루어지다(made of)"는 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리의 무선 충전 장치를 이용한 충전 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 충전 시스템은, 차량(V)을 충전할 수 있도록 충전소나 주차장 등에 설치되어 전력을 송신하는 외부의 충전 시스템(50)과 차량(V)에 설치되는 차량용 배터리의 무선 충전 장치(100)로 이루어진다.
외부 충전 시스템(50)에서는 전원 공급 모듈(55) 및 전력을 무선 전송하는 전력 송신 코일(52) 등을 포함할 수 있다. 여기에서, 전력 송신 코일(52)은 차량의 바퀴에 대응하여 네 개가 배치될 수 있다. 이러한 전력 송신 코일(52)의 크기는 차량의 크기를 수용하기 위해 적절한 넓이를 가질 수 있다.
차량(V)의 충전을 위하여 설치된 전력 송신 코일(52) 위로 차량(V)의 바퀴가 진입하면, 전력 수신 코일(102)이 전력 송신 코일(52)과 상호 자기적으로 결합할 수 있다. 즉, 전력 수신 코일(102) 및 배터리(미도시) 등을 구비한 차량(V)이 전력 송신 코일(52)이 구비된 차량의 충전 시스템(50)으로부터 전력을 수신하며, 차량(V)의 바퀴 근처의 서스펜션(S)에 설치된 전력 수신 코일(102)과 충전 시스템(50)의 지면 상에 배치된 전력 송신 코일(52)이 상호 대면하도록 정렬하면, 무선 충전이 이루어질 수 있다.
충전 시스템(50)에 포함된 전력 송신 코일(52)은 전원 공급 모듈(55) 및 선로를 통해 제공받는 교류 전원을 이용하여 자기장을 발생시키고, 차량에 설치되는 차량용 배터리의 무선 충전 장치의 전력 수신 코일(102)은 전력 송신 코일(52)에 의해 생성된 자기장에 의해 유도되는 전력을 생성함으로써 무선 전력 송수신이 이루어질 수 있다. 송수신이 이루어진 전력은 충전 배터리(미도시)로 전달되어 충전된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리의 무선 충전 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 차량용 배터리의 무선 충전 장치(100)는 서스펜션(S)에 각각 위치하는 복수의 전력 수신 코일(102), 전압 감지 모듈(110), 서스펜션 구동 모듈(120), 제어 모듈(130), 통신 모듈(140)을 포함한다.
전력 수신 코일(102)은 차량의 바퀴 근처에 위치하는 서스펜션(S)에 각각 위치한다. 이에, 금속성의 자동차 중요 부품이 비교적 없는 위치에 전력 수신 코일(102)이 존재하여 와전류로 인한 부품 소손을 막을 수 있으며, 바닥과 밀착해 있는 바퀴의 서스펜션(S)을 활용하기 때문에 이물질 유입의 위험성이 감소한다.
이때, 전력 수신 코일(102)은 4개일 수 있으며, 1~2개의 전력 수신 코일(102)이 동작하지 않더라도, 나머지 2~3개의 전력 수신 코일(102)을 이용하여 충전할 수 있다. 충전 동작의 설정에 따라, 1개의 전력 수신 코일(102)만 동작하더라도 충전하도록 할 수 있다.
네 바퀴중 일부만 이용하여 충전이 가능하므로, 완속 충전이 가능한 시간이나 구역(아파트 심야시간 충전 또는 사무실 주간 충전 등)에서는 일부 바퀴에만 송신 코일(52)을 배치하여 충전을 시킬 수 있고, 이에 따라 설치 비용이 감소한다. 예를 들어, 긴 시간의 충전이 가능한 차량은 차량의 좌측 두 바퀴 또는 우측 두 바퀴에 위치한 전력 수신 코일(102)을 전력 송신 코일(52)과 자기적으로 연결하여 충전을 할 수 있다.
전력 수신 코일(102)은 서스펜션의 코일 스프링 또는 에어 스프링에 결합하거나, 코일 스프링을 대체할 수 있다. 이에 대해서는 후술하여 살펴 보도록 한다.
전력 수신 코일(102)은 외부의 충전 시스템(50)으로부터 전송되는 전력을 수신한다. 상술하여 살펴 본 바와 같이, 외부의 충전 시스템(50)은 전력 송신 코일(52)을 구비하며, 전력 수신 코일(102) 1개와 전력 송신 코일(52) 1개가 하나의 모듈을 구성할 수 있다. 전력 수신 코일(102) 1개와 전력 송신 코일(52) 1개가 하나의 모듈을 구성함으로써, 충전 시 정렬을 맞추기 용이하다.
또한, 무선 충전의 동작을 여러 모드로 설정할 수 있다. 예를 들어, 1~2 개 사용 시 완속 충전, 3~4 개 사용 시 급속 충전 등의 조합이 가능해진다. 전력량을 고려하여 충전되는 수신 및 송신 코일(102, 52)의 모듈 수를 적절히 조절할 수 있다. 일례로, 1kW 모듈을 4개 사용 시 4kW가 된다.
전압 감지 모듈(110)은 각 전력 수신 코일(102)의 전압을 감지한다. 이는 동시에 여러 바퀴의 수신 코일(102)을 통해 전력을 전달받을 경우, 타이어의 높이 차이, 도로의 높이 차이, 이물질 유입 등에 의한 각 전력 수신 코일(102) 간의 전압 불균형을 해결하기 위해 전압을 감지하는 것이다. 전압 감지 모듈(110)은 연결된 전력 수신 코일(102)의 전압을 감지하여 각 각 전력 수신 코일(102) 간의 전압 불균형을 확인할 수 있다.
서스펜션 구동 모듈(120)은 차량의 바퀴별로 높이를 조절하기 위하여 서스펜션(S)을 구동한다. 특히, 서스펜션 구동 모듈(120)은 차량의 바퀴별로 서스펜션(S)을 구동하도록 4개의 액츄에이터(미도시)를 구비하는 것이 바람직하다.
즉, 차량의 바퀴별로 높이를 조절하기 위해, 각 바퀴에 대응하여 액츄에이터가 설치될 수 있다. 이를 통해, 차량의 바퀴 별로 서스펜션(S)의 높이 제어를 독립적으로 수행할 수 있다. 차고가 최대한 낮은 상태에서 각각의 수신 전압이 균일하도록 충전을 할 수 있으므로, 충전 중에 이물질이 유입되는 것을 막을 수 있다. 예를 들어, 차고를 낮출 수 있으므로, 고양이 등이 차량의 하부에 진입하는 것을 막을 수 있고, 이물질이 송수신 코일(52, 102) 사이에 끼이는 것도 방지할 수 있다.
제어 모듈(130)은 서스펜션 구동 모듈(120), 통신 모듈(140) 등을 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어 모듈(130)은 전압 감지 모듈(110)에서 감지한 전압을 기초로 서스펜션 구동 모듈(120)을 제어한다. 이는 수신 전압을 기초로 제어 모듈(130)이 서스펜션 구동 모듈(120)을 제어하는 것이다.
또한, 제어 모듈(130)은 통신 모듈(140)을 통해 충전 상태에 대한 정보 교환을 할 수 있다. 이는 송신 전압을 기초로 제어 모듈(130)이 서스펜션 구동 모듈(120)을 제어하는 것이다. 그리고, 전압 조정 필요시 제어 모듈(130)은 서스펜션 구동 모듈(120)을 제어하여 서스펜션(S)의 높이를 조정할 수 있다.
제어 모듈(130)이 서스펜션 구동 모듈(120)을 제어함으로써, 복수의 전력 수신 코일(102)이 균일한 전압을 가지도록 할 수 있다. 이를 통해, 차량의 바퀴에 이물질이 끼이거나 노면이 불균일하여 차량의 네 바퀴의 높이가 다를 경우, 제어 모듈(130)이 서스펜션 구동 모듈(120)을 독립적으로 제어하여 차량의 높이를 조절할 수 있고, 송신 코일 및 수신 코일(52, 102) 간 간격을 동일하게 하여 송수신되는 전력을 균일하게 할 수 있다.
통신 모듈(140)은 외부의 충전 시스템과 무선 통신한다. 이때, 통신 모듈(140)을 통해 송신 코일 및 수신 코일(52, 102) 간 충전 상태에 대한 정보 및 데이터를 통신할 수 있다.
통신 모듈(140)을 통해 송신 코일 및 수신 코일(52, 102) 간 전력 송수신이 불균일한 경우, 상기 전력 송수신 불균일 정보가 통신 모듈(140)을 통해 제어 모듈(130)에 전송되고, 제어 모듈(130)은 서스펜션 구동 모듈(120)을 독립적으로 제어하여 균일한 전력 송수신이 이루어지도록 각 서스펜션(S)의 높이를 조절한다.
이때, 통신 모듈(140)은 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), NFC(Near Field Communication), 와이브리(Wibree), 와이파이(WiFi) 등을 이용하여 외부의 충전 시스템과 무선 통신할 수 있다. 물론, 상기 근거리 무선 통신에만 제한되지 않고, 다른 무선 통신 방식을 채택할 수 있음은 당업자에게 자명하다 할 것이다.
이하에서는 차량의 서스펜션(S)에 설치되는 전력 수신 코일(102)의 구체적인 실시예를 후술하여 살펴 보도록 한다.
도 4 및 도 5는 차량 서스펜션에 수신 코일이 설치된 상태를 도시한 도면이다. 또한, 도 6a 및 도 6b는 차량 서스펜션에 수신 코일이 결합된 상태를 도시한 도면이다.
상술하여 설명한 바와 같이, 전력 수신 코일(102)은 차량(V(의 바퀴 근처에 위치하는 서스펜션(S)에 각각 위치할 수 있다. 이러한 전력 수신 코일(102)의 설치는 크게 세 가지로 구현될 수 있다.
도 4를 참조하면, 일 실시예의 B타입 전력 수신 코일(102b)은 서스펜션(S)의 한 종류인 에어 서스펜션의 에어 스프링에 결합할 수 있다. 에어 스프링은 서스펜션(S)의 길이를 조정할 수 있도록 압축 및/또는 인장이 되는 압축부를 구비하며, 상기 압축부의 외부에 B타입 전력 수신 코일(102b)이 배치될 수 있다. 여기에서, B타입 전력 수신 코일(102b)은 에어 서스펜션의 에어 스프링의 외부에 배치되어 결합하는 코일을 의미한다.
도 5를 참조하면, 다른 실시예의 C타입 전력 수신 코일(102c)은 서스펜션(S)의 코일 스프링을 대체할 수 있다. 즉, C타입 전력 수신 코일(102c)이 코일 스프링이 된다. C타입 전력 수신 코일(102c)이 코일식 서스펜션에 추가적으로 결합하는 것이 아니라, 코일식 서스펜션의 코일 스프링을 자체적으로 대체하는 것이므로, C타입 전력 수신 코일(102c)의 두께가 굵은 것이 바람직하다. 여기에서, C타입 전력 수신 코일(102c)은 코일식 서스펜션의 코일 스프링을 대체하는 코일을 의미한다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 또 다른 실시예의 A타입 전력 수신 코일(102a)은 서스펜션(S)의 코일 스프링(E)에 결합할 수 있다. 여기에서, A타입 전력 수신 코일(102a)이 코일식 서스펜션의 코일 스프링(E)에 결합하므로, 코일 스프링(E)의 압축에 따라 A타입 전력 수신 코일(102a)도 압축하게 되고, 코일 스프링(E)의 인장에 따라 A타입 전력 수신 코일(102a)도 인장하게 된다. 여기에서, A타입 전력 수신 코일(102a)은 코일식 서스펜션의 코일 스프링에 배치되어 결합하는 코일을 의미한다.
이러한 여러 실시예의 전력 수신 코일(102a, 102b, 102c)이 서스펜션(S)에 위치하므로, 전력을 송수신하는 구성요소 사이에 이물질이 들어갈 가능성이 낮아지며, 상대적으로 금속 소재의 부품 등이 적은 부분에서 충전이 이루어지고, 차량 하부의 배터리의 버스바에 와전류 손으로 인한 열발생의 위험이 줄어들게 된다.
특히, 차고가 최대한 낮은 상태에서 송신 코일(52)으로부터 수신되는 각 수신 코일(102)의 전압이 동일하도록 충전을 진행할 수 있게 되어, 충전 중 이물질이 유입되는 것을 막을 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 차량 서스펜션에 수신 코일 및 마그네틱 코어가 결합된 상태를 도시한 도면이다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 상술하여 설명한 서스펜션의 코일 스프링(E)에 결합한 A타입 전력 수신 코일(102a)의 내부에 마그네틱 코어(104)가 배치될 수 있다. 즉, 코일 스프링(E)의 내부에 마그네틱 코어(104)가 위치할 수 있다.
이는 서스펜션(S)에 A타입 전력 수신 코일(102a)을 배치할 경우, 코일 스프링(E)의 내부에 빈 공간이 있어 마그네틱 코어(104)의 추가가 가능하다. 마찬가지로, 서스펜션(S)의 코일 스프링(E)을 B타입 전력 수신 코일(102b)로 대체할 경우, B타입 전력 수신 코일(102b)의 내부에 마그네틱 코어(104)의 추가가 가능하다.
종래의 무선 충전 방식에서는 공간상의 문제로 인해 마그네틱 코어(104)의 배치가 어려운 데 반해, 본 발명에서는 전력 수신 코일(102)이 서스펜션(S)에 위치하므로, 마그네틱 코어(104)의 설치가 용이하다. 이에 따라, 자속 밀도를 상승시킬 수 있을 뿐만 아니라, 커플링 계수도 상승시킬 수 있다.
도 8은 수신 코일의 피치에 따른 커플링 계수를 도시한 그래프이다.
도 8을 참조하면, 코일 사이 피치(picth)를 늘릴 경우, 커플링 계수(coupling coefficient)가 상승되는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 코일 사이 간격을 25mm에서 2.5mm 간격으로 40mm까지 늘렸을 때, 커플링 계수가 감소된 것을 확인할 수 있다.
이러한 커플링 계수의 증가는 송신 코일 및 수신 코일(52, 102) 간 결합도 상승을 의미한다. 여기에서, 수신 코일(102)의 전압이 지정된 설정값에 미치지 못할 경우, 수신 코일(102)의 압축을 통해 커플링 계수를 상승시킬 수 있다.
특히, 마그네틱 코어가 있을 경우, 동일 피치에서 커플링 계수가 큰 폭으로 증가하는 것을 확인할 수 있다.
그러므로, 바퀴 별로 송신 코일(52) 1개와 수신 코일(102) 1개를 모듈화하여 구성할 수 있을 뿐만 아니라, 추가적으로 마그네틱 코어(104)를 모듈화한 구성에 부가할 수 있다. 이를 통해, 자속 밀도 및 커플링 계수의 커다란 상승을 달성할 수 있게 된다.
또한, 바퀴별로 서스펜션(S)의 높낮이 조정이 독립적으로 가능하며, 이를 통해 전압의 조정이 가능하여, 이물질 등이 끼이거나 충전 공간의 지표면이 불균일하더라도 균일한 충전 전압을 유지할 수 있다. 즉, 타이어나 이물질, 노면의 상태에 영향을 받지 않고, 배터리를 충전할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리의 무선 충전 방법의 순서를 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리의 무선 충전 방법은, 차량의 각 바퀴 근처에 위치한 4개의 전력 수신 코일을 구비한 차량의 충전 위치를 감지하며(S110), 상기 차량의 충전 위치에 기초하여 급속 충전 또는 완속 충전을 실행한다(S120).
예를 들어, 충전 위치를 감지하는 경우, 4개의 전력 수신 코일의 충전이 이루어지는 4개의 충전 포인트에 위치하는 바퀴의 수를 감지할 수 있다. 또한, 급속 충전 또는 완속 충전을 실행하는 경우, 감지된 바퀴의 수가 2개이면 상기 완속 충전을 실행하며, 상기 감지된 바퀴의 수가 3개 이상이면 상기 급속 충전을 실행할 수 있다. 이러한 충전 모드의 동작에 대해 후술하여 구체적으로 살펴 보도록 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 급속 충전 및 완속 충전의 순서를 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 송신 코일(52)이 위치하여 전력 송수신이 이루어지는 충전 포인트의 바퀴 수를 감지할 수 있다(S112). 여기에서, 바퀴 수의 감지는 센서 등을 이용하여 감지하거나, 무선 통신을 이용하여 확인할 수 있다.
통상적으로, 자동차의 바퀴 수는 4개 이상이며, 양 측에 동일한 개수의 바퀴가 배치되므로, 감지된 차량의 바퀴 수가 3~4개일 경우에 급속 충전을 실시한다(S124).
보다 구체적으로, 감지된 바퀴 수가 2개 미만이면(S114, 아니오), 충전이 이루어지기 어려운 상황으로 판단하여 차량의 위치를 변경한다(S116).
그리고, 감지된 바퀴 수가 2개 이상이면(S114, 예), 다시 감지된 바퀴 수의 개수를 확인한다(S118).
이때, 감지된 바퀴 수가 2개이면(S118, 아니오), 2개의 송신 코일(52)로부터 전력을 수신할 수 있으므로, 충전이 가능한 상황으로 판단하여 완속충전(S122)을 실시한다. 여기에서, 장시간 충전이 필요한 상황에는 차량의 한 측 2개의 바퀴만 송신 코일(52)에 위치하도록 할 수 있다.
또한, 감지된 바퀴 수가 3개 이상이면(S118, 예), 급속 충전을 실시한다(S124). 일반적으로, 송신 코일(52)에 4개의 바퀴 모두 위치할 것이나, 차량의 주차 등을 고려하여 송신 코일(52)에 3개의 바퀴만 위치하더라도 급속 충전을 실시하도록 설정할 수 있다.
따라서, 일부 바퀴만 전력 송신 코일(52)이 위치한 충전 포인트에 진입하더라도 충전을 할 수 있다.
여기에 추가적으로, 다수의 바퀴가 동시 충전 수행 시 균일한 전압을 가지는 동시에, 전력의 수신이 가능한 범위 내에서 최대한 차고를 낮춰 이물질의 유입을 방지할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 전압에 따른 차량의 높이 조절의 순서를 도시한 도면이다.
도 11을 참조하면, 충전 전압을 감지하고(S210), 충전 시 전압이 균일한지 확인하여(S220), 높이 조절 후(S225)에 전압이 균일하도록 충전을 실행할 수 있다. 즉, 전력 수신 코일의 각 전압을 감지하고, 상기 감지된 전압을 기초로 차량의 높이를 조절한다. 이를 통해, 균일한 전압으로 충전을 하면서 차고를 낮추는 효과도 가질 수 있다.
이때, 높이를 조절하는 경우, 차량의 바퀴별로 높이를 조절하기 위하여 차량의 서스펜션을 구동하게 된다. 이에, 차량의 바퀴별로 독립적으로 높이 조절이 가능하며, 타이어 높이 차이, 도로 높이 차이, 이물질 유입 등에 의한 수신 코일(102) 간의 전압 불균형을 해소할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 차량용 배터리의 무선 충전 장치
102: 전력 수신 코일
110: 전압 감지 모듈
120: 서스펜션 구동 모듈
130: 제어 모듈
140: 통신 모듈

Claims (12)

  1. 차량의 바퀴 근처에 위치하는 서스펜션에 각각 위치하며, 외부의 충전 시스템으로부터 전송되는 전력을 수신하는 복수의 전력 수신 코일;
    상기 복수의 전력 수신 코일의 전압을 감지하는 전압 감지 모듈;
    상기 차량의 바퀴별로 높이를 조절하기 위하여 상기 서스펜션을 구동하는 서스펜션 구동 모듈; 및
    상기 전압 감지 모듈에서 감지한 전압을 기초로 상기 서스펜션 구동 모듈을 제어하는 제어 모듈을 포함하며,
    상기 제어 모듈은,
    상기 복수의 전력 수신 코일이 균일한 전압을 가지도록 상기 서스펜션 구동 모듈을 제어하는, 차량용 배터리의 무선 충전 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전력 수신 코일은,
    상기 서스펜션의 코일 스프링 또는 에어 스프링에 결합하는, 차량용 배터리의 무선 충전 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 코일 스프링의 내부에 위치하는 마그네틱 코어를 더 포함하는, 차량용 배터리의 무선 충전 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전력 수신 코일은,
    상기 서스펜션의 코일 스프링인, 차량용 배터리의 무선 충전 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 서스펜션 구동 모듈은,
    상기 차량의 바퀴별로 상기 서스펜션을 구동하도록 4개의 액츄에이터를 구비하는, 차량용 배터리의 무선 충전 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 외부의 충전 시스템과 무선 통신하는 통신 모듈을 더 포함하는, 차량용 배터리의 무선 충전 장치.
  8. 차량의 각 바퀴 근처에 위치한 4개의 전력 수신 코일을 구비한 차량의 충전 위치를 감지하는 단계; 및
    상기 차량의 충전 위치에 기초하여 급속 충전 또는 완속 충전을 실행하는 단계를 포함하는, 차량용 배터리의 무선 충전 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 충전 위치를 감지하는 단계는,
    상기 4개의 전력 수신 코일의 충전이 이루어지는 4개의 충전 포인트에 위치하는 바퀴의 수를 감지하는 단계를 포함하는, 차량용 배터리의 무선 충전 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 충전을 실행하는 단계는,
    상기 감지된 바퀴의 수가 2개이면 상기 완속 충전을 실행하며, 상기 감지된 바퀴의 수가 3개 이상이면 상기 급속 충전을 실행하는 단계를 포함하는, 차량용 배터리의 무선 충전 방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 4개의 전력 수신 코일의 각 전압을 감지하는 단계; 및
    상기 감지된 전압을 기초로 상기 차량의 높이를 조절하는 단계를 더 포함하는, 차량용 배터리의 무선 충전 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 높이를 조절하는 단계는,
    상기 차량의 바퀴별로 높이를 조절하기 위하여 상기 차량의 서스펜션을 구동하는 단계를 포함하는, 차량용 배터리의 무선 충전 방법.
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