KR20120128570A - 다중무선전력전송 시스템에서 하나 이상의 전력수신기와의 통신을 위한 전력 전송 방법 및 이를 위한 전력 송신기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다중 무선 전력 전송시스템에서 하나 이상의 전력 수신기로의 전력 전송을 효율적으로 제어하기 위한 방법을 제공한다. 이를 위해 본 발명은, 미리 정해진 측정 주기가 도래하면, 부하를 측정하는 과정과, 상기 부하 측정값과 이전 부하값을 비교하는 과정과, 상기 부하 측정값이 상기 이전 부하값보다 제1임계값 이상 증가한 경우 전송 전력값을 변경한 후, 전력 수신 대상으로부터 미리 정해진 제한 시간 이내에 다중 무선 전력 전송 네트워크에 대한 가입 요청이 수신될 때까지 단계적으로 상기 전송 전력값을 증가시키며, 상기 제한 시간을 초과하면 상기 전력 수신 대상에 대한 전력 전송을 중단하는 과정으로 이루어진다. 이와 같이 이물질 등의 비전력 수신 대상에 대해서는 전력 전송을 중단하고, 정상적인 전력 수신기에 대해서만 전력을 전송함으로써, 효율적인 전력 제어가 가능하다.

Description

다중무선전력전송 시스템에서 하나 이상의 전력수신기와의 통신을 위한 전력 전송 방법 및 이를 위한 전력 송신기{POWER TRANSMITTING DEVICE AND METHOD OF TRANSMITTING POWER FOR COMMUNICATING WITH ONE OR MORE POWER RECEIVING DEVICES}
본 발명은 무선전력전송 시스템에 관한 것으로서, 특히 다중무선전력전송 시스템에서 전력 수신기와의 통신을 위한 전력전송방법에 관한 것이다.
무선전력전송시스템은 전력 송신기와 전력 수신기로 구성되며, 전력 송신기와 전력 수신기 간의 전력전송은 전력 송신기의 1차 코일과 전력 수신기의 2차 코일 사이에 전력이 전달되는 구조이다. 이와 같은 구조는 다양한 전력전송시스템에서 동일하게 사용되는 구조이다.
위와 같은 구조의 무선전력전송시스템에서 사용되는 통신방식은 크게 2가지로 구분할 수 있다.
전력이 전달되는 코일을 통해서 통신이 이루어지는 인밴드(In-Band) 방식의 통신 방식과 전력이 전달되는 코일과 별개의 통신단을 통해서 통신을 하는 아웃밴드(Out-Band) 방식이 있다.
이러한 무선 충전 기술이 적용된 무선전력전송 시스템은 전력을 공급하는 전력 공급 거치대 형태의 전력 송신기를 구비하고, 전력 송신기에서 이동 단말과 같은 전력 수신기로 전력을 공급하는 형태로 구성된다. 이와 다르게 전력을 공급하는 거치대 없이도 전력 수신기에 장착된 배터리를 공유함으로써 전력 수신기들 간에 무선 충전이 가능한 형태로 구성될 수 있다. 이러한 전력 수신기간에 무선 충전이 가능한 형태의 경우에는 전력 송신기로부터 전력을 전달받지 않아도 동작이 가능하다. 하지만, 대부분의 전력 수신기는 전력 공급 거치대와 같은 전력 송신기로부터 전력을 전달받은 후, 전달된 전력에 의해서 동작한다.
하지만 전력 수신기가 아웃밴드 방식으로 통신하면서 전력 송신기로부터 전력을 공급받아 동작하는 경우 그 전력 송신기로부터 충분한 전력이 공급되지 않으면, 정상적으로 동작하지 않을 수 있다. 예를 들어, 전력 수신기가 전력 송신기 근처의 전력을 공급받을 수 있는 유효한 영역의 일부에 걸쳐져서 위치한 경우 또는 동시에 다수의 전력 수신기가 그 유효한 영역에 위치함으로 인해 전력 송신기로부터의 통신을 위한 전력을 나눠서 수신하는 경우에는 모든 전력 수신기에 있어서 동등한 충전 효율을 얻을 수 없고, 전력 전송 효율에 있어서도 저하되는 문제가 발생하게 된다. 즉, 각각의 전력 수신기 또는 일부 전력 수신기에서 충분한 전력을 공급받지 못하는 경우가 발생할 수 있다.
이에 따라 전력을 정상적으로 공급받지 못한 전력 수신기는 통신을 할 수 없으며, 반면 전력 송신기는 전력 수신기와의 통신이 이루어지지 않으므로 전력을 공급하지 않게 되며, 그 전력 수신기를 이물질로 인식할 수 있다.
따라서, 본 발명은 전력 수신기가 전력을 충분히 공급받지 못하여 생기는 문제점을 방지하기 위하여, 전력 수신기로 전력을 효율적으로 공급하기 위한 전력 전송 방법 및 이를 위한 전력 송신기를 제공한다.
또한 본 발명은 전력 송신기에서 다수의 전력 수신기가 충전 유효 영역에 위치할 경우 각 전력 수신기로의 전력 전송을 효율적으로 제어하기 위한 전력 전송 방법 및 이를 위한 전력 송신기를 제공한다.
상기한 바를 달성하기 위한 본 발명은, 전력 송신기에서 하나 이상의 전력 수신기와의 통신을 위한 전력 전송을 제어하기 위한 방법에 있어서, 미리 정해진 측정 주기가 도래하면, 부하를 측정하는 과정과, 상기 부하 측정에 따른 부하 측정값과 이전 부하값을 비교하는 과정과, 상기 부하 측정값이 상기 이전 부하값보다 제1임계값 이상 증가하는지를 판단하는 과정과, 상기 제1임계값 이상 증가한 경우 전력 수신 대상으로부터 미리 정해진 제한 시간 이내에 다중 무선 전력 전송 네트워크에 대한 가입 요청이 수신될 때까지 단계적으로 전송 전력값을 증가시키는 과정과, 상기 제한 시간을 초과할 때까지 상기 가입 요청이 수신되지 않으면 상기 전력 수신 대상에 대한 전력 전송을 중단하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 하나 이상의 전력 수신기와의 통신을 위한 전력 전송을 제어하기 위한 전력 송신기에 있어서, 무선 통신을 수행하는 통신부와, 제어부에 의해 결정된 공진 주파수 신호를 발생하도록 전원을 공급하는 전원 공급부와, 상기 전원 공급부에서 발생되는 신호의 전압 및 전류를 측정하는 전압/전류 측정부와, 상기 전원 공급부로부터 전달된 전력을 하나 이상의 전력 수신기로 송신하는 공진 신호 발생부와, 상기 전압/전류 측정부에 의해 미리 정해진 임계치 이상의 부하 변화를 감지하면, 상기 공진 신호 발생부를 통해 통신을 위한 전력을 전송하도록 제어하고, 전력 수신 대상으로부터 미리 정해진 제한 시간 이내에 다중 무선 전력 전송 네트워크에 대한 가입 요청이 수신될 때까지 단계적으로 전송 전력값을 증가시키고, 상기 제한 시간을 초과할 때까지 상기 가입 요청이 수신되지 않으면 상기 전력 수신 대상에 대한 전력 전송을 중단하도록 제어하는 제어부를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 다중무선전력전송 시스템에서 전력 수신기와의 통신을 위한 전력전송방법은 전력 수신기에게 충분한 전력을 공급할 수 있는 이점이 있다. 또한 본 발명은 전력 송신기와 통신을 하기 위한 충분한 전력을 전력 수신기가 공급받지 못하는 경우 전력 송신기가 통신을 위하여 추가로 전력을 송신함으로써 전력 수신기로의 충분한 전력 공급이 가능하다.
게다가 본 발명은 충전 유효 영역에 동시에 다수의 전력 수신기가 위치하거나 그 중에서 어느 하나의 전력 수신기가 충전 유효 영역의 일부에 걸쳐서 위치하더라도 각 전력 수신기로의 충분한 전력 공급이 가능하여 정상적인 통신이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중무선전력전송 시스템의 구성을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 무선 전력 전송 시스템의 전력 송신기 및 전력 수신기의 상세 내부 블록 구성도,
도 3a는 전력 송신기로부터 전력을 수신하는 전력 수신기가 없는 경우 전력 송신기의 주기적 부하 감지 동작을 설명하기 위한 도면,
도 3b는 전력 송신기로부터 전력을 수신하는 전력 수신기가 있는 경우 전력 송신기의 주기적 부하 감지 동작을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 송신기에서 주기적 부하 감지를 위한 동작 흐름도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 송신기에서 부하 감지 후 전력전송값을 변경하는 과정을 나타낸 동작 흐름도,
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 수신기가 없는 상태에서 전력 수신 타겟이 검출된 경우의 전력전송값 변경 동작을 설명하기 위한 도면,
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 수신기가 있는 상태에서 추가로 전력 수신 타겟이 검출된 경우의 전력전송값 변경 동작을 설명하기 위한 도면.
이하 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 발명은 다중 무선 전력 전송시스템에서 하나 이상의 전력 수신기로의 전력 전송을 효율적으로 제어하기 위한 방법을 제공한다. 이를 위해 본 발명은, 미리 정해진 측정 주기가 도래하면, 부하를 측정하는 과정과, 상기 부하 측정값과 이전 부하값을 비교하는 과정과, 상기 부하 측정값이 상기 이전 부하값보다 제1임계값 이상 증가한 경우 전송 전력값을 변경한 후, 전력 수신 대상으로부터 미리 정해진 제한 시간 이내에 다중 무선 전력 전송 네트워크에 대한 가입 요청이 수신될 때까지 단계적으로 상기 전송 전력값을 증가시키며, 상기 제한 시간을 초과하면 상기 전력 수신 대상에 대한 전력 전송을 중단하는 과정으로 이루어진다. 이와 같이 이물질 등의 비전력 수신 대상에 대해서는 전력 전송을 중단하고, 정상적인 전력 수신기에 대해서만 전력을 전송함으로써, 효율적인 전력 제어가 가능하다.
본 발명을 설명하기에 앞서, 이물질을 정의하면 다음과 같다. 이물질은 전력 송신기가 전력을 전송할 때, 의도한 전력 수신기 외에 전력을 전송받는 다른 물질로서, 금속성 물질, 전력 송신기와 통신이 되지 않는 전자기기, 전력 송신기가 의도하지 않는 전력 수신기를 포함한다. 이하의 설명에서는 이러한 이물질을 비전력 수신 대상이라고 통칭한다. 이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송시스템의 구성을 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1을 참조하면, 전력 송신기(30)는 미리 정해진 측정 주기로 부하 감지(load Detection) 기능을 사용하여 충전 데크 상에 전력 전송 대상이 위치함을 감지하며, 1개 혹은 그 이상의 전력 수신기에게 무선 전력 전송이 가능하다. 전력 송신기(30)와 전력 수신기(31)는 무선 전력 전송과 별개의 통신시스템을 가지고 서로 통신한다.
전력 수신기(30)가 전력 송신기(31)의 1차코일의 유효한 범위 이내 즉, 충전 유효 영역에 위치하면 전력 송신기(30)의 1차코일에서 측정되는 전압(혹은 전류)의 값이 변하게 된다. 즉, 부하 변화에 의하여 측정되는 전압값이 변한다. 하지만 비정상 전력 수신기(Invalid Power Receiver)(32) 또는 이물질(Invalid Materials)(33)이 전력 송신기(30)의 1차코일의 유효한 범위 이내에 위치한 경우에도 동일한 현상이 발생할 수 있다. 또한 전력 수신기(31)와 함께 비정상 전력 수신기(32) 또는 이물질(33)이 동시에 충전 유효 영역에 위치할 경우에도 부하 변화가 발생할 수 있다.
이러한 경우 비전력 수신 대상으로의 전력 전송은 전력 전송의 효율을 떨어뜨리고, 과부하로 인한 고장, 과열로 인한 사고를 유발할 수 있으므로, 비전력 수신 대상에 대해서는 전력 전송을 중단함으로써 무선 전력 전송 시스템의 안전성을 보장할 필요성이 있다.
상기한 바와 같이 본 발명은 다수의 전력 수신기에게 무선 전력 송신 능력을 갖는 전력 송신기와 무선 전력 수신 능력을 갖는 전력 수신기들로 구성된 무선 전력 전송 시스템을 제공하며, 본 발명에 따르면 충전 유효 영역에 하나 또는 다수의 충전 대상들이 위치하더라도 그 충전 대상들 중 유효한 전력 수신 대상으로만 전력 전송이 가능하다.
이러한 하나 이상의 유효한 전력 수신 대상과의 통신을 위한 전력 전송 방법을 설명하기 위해 도 2를 참조한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 전력 송신기 및 전력 수신기의 내부 블록 구성도를 예시하고 있다.
도 2를 참조하면, 전력 송신기(100)는 VCO(Voltage Control Oscillator) 등으로 구성되어 제어부(18)에 결정된 공진 주파수 신호를 발생하도록 전원을 공급하는 전원 공급부(10)와, 전원 공급부(10)로부터 인가되는 전원에 따라 전원 공급부(10)에서 발생된 신호를 고출력으로 증폭하는 증폭부(12)와, 증폭부(12)에서 발생된 고출력의 신호에 따라 상기 전원 공급부(10)로부터의 전력을 무선 공진 신호를 통해 하나 이상의 전력 수신기로 송출하는 공진 신호 발생부(14)와, 전원 공급부(10)에서 발생되는 신호의 전압 및 전류를 측정하기 위한 전압/전류 측정부(16)와, 전력 송신기(100)의 무선 전력 송신 동작을 총괄적으로 제어하며, 특히 전압/전류 측정부(16)에서 검출된 전류 및 전압에 따라 무선 송출되는 공진 신호의 전류 및 전압을 모니터링하여, 미리 정상범위로 설정된 값을 유지하도록 상기 전원 공급부(10) 및 증폭부(12)의 동작을 제어하는 제어부(18) 및 제어부(18)의 제어하에 무선 전력 송신 동작과 관련하여 전력 수신기(110)와 통신하기 위해, 블루투스 등 다양한 무선 근거리 통신 방식 중 선택한 하나를 적용하여 구성되는 무선통신부(19)를 포함하여 구성된다. 여기서, 공진 신호 발생부(14)는 공진 신호 발생부(14) 상부에 전력 수신기를 위치시킬 수 있는 충전 기판을 포함한다.
본 발명에 따른 제어부(18)는 전력 수신 대상으로부터 미리 정해진 제한 시간 이내에 다중 무선 전력 전송 네트워크에 대한 가입 요청이 수신될 때까지 단계적으로 전송 전력값을 증가시키고, 만일 상기 제한 시간을 초과할 때까지 상기 가입 요청이 수신되지 않으면 상기 전력 수신 대상에 대한 전력 전송을 중단하도록 제어한다.
이때, 상기 전력 송신기(100)의 제어부(18)는 MCU(Micro Controller Unit) 등으로 구성될 수 있으며, 본 발명에 따른 하나 이상의 전력 수신기로의 전력 전송 제어 동작은 도 4 및 도 5를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
한편, 전력 수신기(110)는 전력 송신기(100)의 공진 신호 발생부(14)에서 송신한 무선 공진 신호를 수신하는 공진 신호 수신부(24), 공진 신호 수신부(24)에서 수신한 교류(AC) 형태의 전원을 직류(DC)로 정류하는 정류부(rectifier)(22)와, 정류부(22)에서 정류한 DC 전원을 평활하는 평활부(regulator)(21)와, 평활부(21)에서 출력되는 전원을 해당 전력 수신기가 적용되는 휴대용 단말기 등에서 원하는 동작 전원(예를 들어 +5V)으로 변환하는 정전압발생부(20)와, 정전압발생부(20)의 입력 전압을 측정하는 전압 측정부(26)와, 상기 전력 수신기(110)의 무선 전력 수신 동작을 총괄적으로 제어하며, 전압검출부(26)의 검출 신호에 따라 전력 수신 상태를 판단하며, 전력 수신 상태에 대한 정보를 제공하는 제어부(28)를 포함하여 구성된다. 이때, 상기 전력 수신기(110)의 제어부(18)도 MCU 등으로 구성될 수 있다.
이외에도, 전력 수신기(110)에는 제어부(28)의 제어하에 무선 전력 수신 동작과 관련하여 전력 송신기(100)와 통신하기 위해, 다양한 무선 근거리 통신 방식 중 선택한 하나를 적용하여 구성되는 무선통신부(29)를 더 구비할 수 있다. 이러한 무선통신부(29)는 제어부(28)의 제어하에 근거리 무선 통신을 통해 무선 충전 과정에서 필요한 각종 정보 및 메시지를 송수신할 수 있다.
상기한 바와 같은 전력 송신기(100)는 도 3a에 도시된 바와 같이 미리 정해진 측정 주기(T_cycle)로 부하 측정을 수행한다. 이러한 측정 주기는 전력 송신기(100)가 부하 변화를 감지하기 위한 시간 간격을 의미한다. 도 3a에서는 전력 송신기(100)의 충전 유효 영역에 위치한 전력 수신기가 없는 경우의 부하 측정을 예시하고 있다. 도 3a에서와 같이 전력 송신기(100)는 미리 정해진 측정 주기로 부하 변화가 있는지를 감지하기 위해 일정 크기의 전력을 송신하며, 이러한 부하 감지를 위한 전력을 'P_detection'라고 한다. 이때, 도 3a에서는 전력 송신기(100)로부터 전력을 수신하는 전력 수신기가 없는 경우를 예시하며, 이에 따라 부하 측정을 위한 부하 감지 전력을 송신한 이후에는 다음 측정 주기가 될 때까지 전력을 전송하지 않는다.
도 3b에서는 전력 송신기(100)가 이미 충전 유효 영역에 위치한 전력 수신기(110)로 전력을 전송 중인 경우의 부하 측정을 예시하고 있다. 전력 수신기(110)로 현재 전송 중인 전력의 크기를 'P_present'라고 하며, 현재 전송 전력(P_present) 크기로 이미 전력을 전력 수신기(110)로 송신하는 도중에도 전력 송신기(100)는 미리 정해진 측정 주기로 부하측정을 수행한다. 즉, 현재 전송 전력(P_present)은 전력 송신기(100)가 이미 전력을 수신받고 있는 전력 수신기(110)를 위해 전송하는 전력을 의미한다. 이때, 부하 감지 전력(P_detection)은 전력 수신기의 존재 여부를 판단하기 위한 것이므로, 최소한의 전력이어서 충전을 위한 현재 전송 전력(P_present)에 비해 작다.
이러한 부하 측정 과정을 구체적으로 살펴보기 위해 도 4를 참조한다.
도 4를 참조하면, 전력 송신기(100)는 미리 정해진 측정 주기가 도래하면, 400단계에서 이전 측정을 통해 저장된 이전 부하값이 존재하는지를 판단한다. 여기서, 이전 부하값은 전력 송신기(100)가 유지하고 있는 이전단계에서 설정한 부하값을 의미한다. 만일 이전 부하값이 존재하지 않으면 405단계에서 초기 부하값을 이전 부하값으로 설정하다. 여기서, 이전 부하값을 나타내는 변수를 'D_before'라고 하며, 초기 부하값을 나타내는 변수를 'D_Init'라고 할 경우 405단계에서 D_before에는 D_Init가 대입된다. 여기서, 초기 부하값(D_Init)은 전력 송신기(100) 근처에 물체가 아무것도 없을 때, 전력 송신기(100)가 1차 코일을 통해 현재 전송 전력(P_present) 크기의 전력을 전송하면서 측정한 부하값이다. 이러한 초기 부하값(D_Init)은 1차 코일의 싸인파를 DC화하여 측정한 값으로, 1차 코일에 인가되는 전압의 피크치이거나, 1차 코일의 주파수 중 1차 코일을 통해 측정할 수 있는 전기적 특성을 포함할 수 있다.
이어, 전력 송신기(100)는 410단계에서 부하를 측정하고 현재 시간을 저장한다. 부하 측정은 전력 송신기(100)의 1차 코일에 인가되는 싸인파를 DC화하여 측정하는 것으로, 이를 통해 부하 측정값을 획득한다. 여기서, 부하 측정값을 나타내는 변수를 'D_measure'라고 하고, 현재 시간을 나타내는 변수를 'T_det_now'라고 정의한다.
전력 송신기(100)는 415단계에서 이전 부하값(D_before)과 부하 측정값(D_measure)을 비교한다. 이러한 비교 결과 전력 송신기(100)는 410단계에서 부하 변화가 있는지를 판단한다. 구체적으로, 전력 송신기(100)는 부하 측정값(D_measure)과 이전 부하값(D_before) 간에 통신 환경 등을 고려하여 오차 범위 이내에서 차이가 있는지를 판단한다. 만일 부하 측정값(D_measure)과 이전 부하값(D_before)이 일치하는 경우 즉, 두 값 간의 차이가 오차 범위 이내일 경우에는 전력 송신기(100)는 419단계로 진행하여 새롭게 들어온 전력 수신 대상이 존재하지 않는다고 판단하여 전송 전력값을 유지한다. 예를 들어, 도 3b에 도시된 바와 같이 충전 유효 영역에 이미 충전 중이던 전력 수신기가 있는 경우에는 현재의 전송 전력값을 유지하며, 해당 전력 수신기가 없는 경우에는 도 3a에서와 같이 0에 해당하는 전송 전력값을 유지한다. 그리고 전력 송신기(100)는 충전 유효 영역에 새롭게 또는 추가로 들어온 전력 수신 대상이 없다고 판단하여, 445단계로 진행한다.
한편, 417단계에서 부하 변화가 있다고 판단되면, 전력 송신기(100)는 420단계에서 부하 측정값이 이전 부하값보다 제1임계값 이상 증가하였는지를 판단한다. 만일 제1임계값 이상 증가한 경우 전력 송신기(100)는 425단계로 진행하여 전력 수신 대상이 충전 유효 영역에 위치하였다고 판단한다. 즉, 전력 수신 대상으로 인해 제1임계값 이상의 부하 변화가 발생한 것이라고 판단한다. 이에 따라 전력 송신기(100)는 435단계에서 전력 수신기로의 전력 전송을 위해 전송 전력값을 변경한다. 즉, 전송 전력값을 증가시킨다.
이와 달리 420단계에서 부하 측정값이 이전 부하값보다 제1임계값 이상 증가하지 않은 경우 전력 송신기(100)는 430단계에서 부하 측정값이 이전 부하값보다 제2임계값 이상 감소하였는지를 판단한다. 만일 제2임계값 이상 감소한 경우 전력 송신기(100)는 440단계로 진행하여 전력 수신 대상이 사라졌다고 판단하여 435단계에서 전송 전력값을 변경한다. 즉, 전력 수신 대상에 대한 전력 전송을 중단한다.
이후, 전력 송신기(100)는 445단계에서 부하 측정값을 이전 부하값으로 저장한다. 이에 따라 D_before = D_measure가 된다. 450단계에서 경과된 현재 시간을 저장한다. 여기서, 경과된 현재 시간을 나타내는 변수를 'T_det_after'라고 정의한다. 그리고 전력 송신기(100)는 455단계에서 측정 주기가 경과하였는지를 판단한다. 측정 주기의 경과 여부는 'T_det_now + T_cycle ≤ T_det_after'와 같은 수식을 이용한다.
만일 455단계에서 측정 주기가 경과하지 않은 경우에는 450단계로 되돌아가 측정 주기가 경과되는지를 판단하기 위해 410단계에서 저장된 현재 시간으로부터 경과된 현재 시간을 저장한다. 이와 달리 455단계에서 측정 주기가 경과한 경우에는 410단계로 되돌아가 다음 측정 주기에 대응하여 부하 측정을 수행한다. 이와 같이 410단계 내지 455단계가 반복됨으로써 매 측정 주기마다 부하 측정이 수행된다.
이하, 부하 감지 이후의 전력 송신기(100)에서의 전력전송값 변경 과정은 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 부하 측정값이 제1임계값 이상 증가한 경우 전력 수신 대상이 위치하였다고 판단한 이후의 동작 과정에 해당한다. 이러한 본 발명의 이해를 돕기 위해 도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명한다. 먼저, 전력 송신기(100)는 도 6a에서와 같이 부하를 감지하기 위해 부하 감지 전력(P_resent)의 크기로 전력을 전송하여 부하 측정(600)을 수행한다. 여기서, 부하 변화의 감지는 도 4에서와 같은 과정을 통해 수행된다.
이에 따라 전력 송신기(100)는 500단계에서 부하 변화가 감지되면, 505단계에서 통신을 위한 전력을 전송한다. 이러한 부하 측정 후 측정 주기(T_cycle) 이내인 A 시점에 전력 수신이 가능한 충전 대상이 충전 유효 영역에 위치하였다고 판단하게 되면, 그 충전 대상과의 통신을 위한 전력 전송을 수행한다. 이에 따라 전력 송신기(100)는 도 6a의 제1통신 전력(P_communication_1)의 크기로 전력을 전송한다. 여기서, 제1통신 전력(P_communication_1)은 전력 수신기 내부의 제어부(28) 및 무선 통신부(29)가 동작할 수 있는 정량화된 전력값을 나타낸다.
반면, 전력을 수신한 충전 대상인 전력 수신기는 네트워크에 가입하기 위해 네트워크 가입 요청 메시지를 전송한다. 여기서, 다중 무선 전력 전송이 이루어지며, 하나 이상의 전력 수신기 및 그 전력 수신기들에 대해 전력을 송신하는 전력 송신기를 포함하는 구성을 네트워크라고 정의한다.
이에 대응하여 전력 송신기(100)는 510단계에서 일정 시간 내에 충전 대상으로부터 네트워크 가입 요청 메시지가 수신되는지를 판단한다. 여기서, 일정 시간은 도 6a에서의 'T_c'에 해당하며, 전력 송신기(100)가 충전 대상과 통신을 하기 위해 일정한 전력 예컨대, 제1통신 전력(P_communication_1)을 송신하며 네트워크 가입 요청 메시지를 기다리는 시간을 의미한다.
만일 일정 시간 내에 네트워크 가입 요청 메시지가 수신되지 않으면 515단계에서 제한 시간을 초과하는지를 판단한다. 여기서 제한 시간은 도 6a에서의 'T_joinlimit'에 해당한다. 만일 515단계에서 제한 시간을 초과하지 않은 상태에서는 525단계로 진행하여 전송 전력값을 증가시킨다. 이때, 제한 시간(T_joinlimit)을 초과하지 않은 일정 시간(T_c) 동안에 네트워크 가입 요청 메시지가 수신되지 않으면 충전 대상에 충분한 전력이 공급되지 않아 통신이 이루어지지 않은 것일 수 있으므로, 전송 전력값을 증가시키는 것이다. 이에 따라 도 6a에 도시된 바와 같이 전력 송신기(100)는 제1통신 전력(P_communication_1)의 크기에 해당하는 현재의 전송 전력값을 제2통신 전력(P_communication_2)의 크기로 증가시키게 된다. 이어, 제2통신 전력(P_communication_2)의 크기로 전송 전력값을 증가시켰음에도 불구하고 여전히 내트워크 가입 요청 메시지가 수신되지 않으면, 전력 송신기(100)는 다시 제3통신 전력(P_communication_3)의 크기로 전송 전력값을 증가시킨다. 이때, 제1통신 전력(P_communication_1)에서 추가적으로 전송하는 전력의 크기 예컨대, 제1통신 전력(P_communication_1)와 제2통신 전력(P_communication_2) 간의 차이 및 제2통신 전력(P_communication_2)과 제3통신 전력(P_communication_3) 간의 차이는 전력 송신기(100)의 최대 전송 전력값 이내에서 일정 단위로 나뉘어서 정해진다.
이후, 제한 시간(T_joinlimit)을 초과할 때까지 네트워크 가입 요청 메시지가 수신되지 않으면 전력 송신기(100)는 520단계에서 충전 대상을 비전력 수신 대상으로 판단한다. 도 6a에서와 같이 제1통신 전력(P_communication_1)부터 제3통신 전력(P_communication_3)의 크기로 전송 전력값을 증가시켰음에도 불구하고 네트워크 가입 요청 메시지가 수신되지 않으면 제한 시간(T_joinlimit)이 경과하는 시점 즉, B 시점에서 전력 송신기(100)는 충전 대상을 비전력 수신 대상으로 판단한다.
예를 들어, 금속 물질 등의 이물질의 경우 전력 송신기(100)에서 측정되는 전압값 또는 전류값을 변하게 할 수 있으나, 통신이 불가능하므로 전력 송신기(100)의 전력 전송에 응답할 수 없다. 즉, 자신이 유효한 전력 수신기임을 알릴 수 없다. 따라서 제한 시간이 초과되더라도 이물질 또는 유효하지 않은 전력 수신기 등은 네트워크 가입 요청 메시지를 전송할 수 없으며, 전력 송신기(100) 입장에서는 네트워크 가입 요청 메시지가 수신되지 않으면 통신이 이루어지지 않은 것이므로, 부하 변화를 발생시킨 충전 대상을 비전력 수신 대상이라고 판단한다. 즉, 부하 변화의 발생 원인이 이물질 때문이라고 판단한다.
하지만, 제한 시간(T_joinlimit) 이내에 510단계에서 네트워크 가입 요청 메시지가 수신되면, 전력 송신기(100)는 530단계에서 기준 부하값과 부하 검출을 통해 얻은 부하 변화값을 비교한다. 도 6b에서는 부하 측정(610) 이후 C 시점에 전력 수신이 가능한 충전 대상이 있다고 판단하여 제1통신 전력(P_communication_1)의 크기로 전송 전력값을 전송하다가 제2통신 전력(P_communication_2)의 크기로 전송 전력값을 증가시켰을 경우 D 시점에 네트워크 가입 요청 메시지가 수신된 경우를 예시하고 있다.
이때, 네트워크 가입 요청 메시지는 충전 대상인 전력 수신기가 자신이 유효한 전력 수신기임을 알리기 위한 초기 정보를 포함한다. 이러한 초기 정보는 전력 수신기 ID, 프로토콜 버전, 전력 수신기에서의 기준 부하값, 전력 수신기에서의 기준 효율값을 포함한다. 따라서 전력 송신기(100)는 그 전력 수신기가 충전 유효 영역에 위치했을 때 변화되는 부하값이 얼마가 되는지를 알 수 있도록 네트워크 가입 요청 메시지에 포함된 전력 수신기의 기준 부하값을 반영하여 기준 부하값을 정한다. 예를 들어, 전력 송신기(100)의 충전 유효 영역에 아무것도 없었을 경우의 측정값을 A라고 하고, 전력 수신기가 충전 유효 영역에 위치함에 따라 변화된 측정값을 B라고 할 경우, 이러한 변화되는 측정값을 수치화(quantification)한 것 예컨대, A와 B 간의 차이 또는 B를 기준 부하라고 정의한다.
만일 기준 부하값과 부하 변화값을 비교한 결과 전력 송신기(100)는 535단계에서 그 비교 결과가 허용범위 이내인지를 판단한다. 여기서, 허용 범위는 기준 변화값을 기준으로 한 범위일 수도 있으며, 이러한 경우 부하 변화값이 허용 범위 내에 속하는지를 판단하도록 구현될 수도 있다.
만일 535단계에서 상기 허용 범위를 벗어날 경우 전력 송신기(100)는 520단계로 진행하여 네트워크 가입 요청 메시지를 보낸 전력 수신기는 통신은 가능하나 전력 송신기(100)와의 무선 충전을 수행하는 데 적합하지 않은 비전력 수신 대상이라고 판단한다. 예를 들어, 제조사 또는 규약에 의해 정해진 무선 충전을 수행할 수 없는 기기라고 판단한다. 이에 따라 전력 송신기(100)는 550단계로 진행하여 상기 충전 대상에 대한 전력 전송을 중단한다.
반면, 535단계에서 상기 비교 결과가 허용 범위 이내에 포함될 경우 전력 송신기(100)는 네트워크 가입 요청 메시지를 보낸 전력 수신기가 유효한 전력 수신기라고 판단하여 540단계에서 그 전력 수신기가 네트워크에 가입이 가능한지를 판단한다. 즉, 다중 무선 전력 전송을 위한 네트워크 가입이 가능한지를 판단한다. 예를 들어, 전력 송신기(100)에서 충전을 수행하는 전력 수신기의 수가 이미 최대 충전 대상의 수에 도달했다고 판단되면, 네트워크 가입 요청을 보낸 전력 수신기를 더 이상 네트워크에 참여시키기 어려울 수 있다. 또한 전력 수신기의 프로토콜 버전이 다중 무선 전력 전송 네트워크의 프로토콜 버전보다 상위 버전인 경우 무선 전력 전송 네트워크의 가입이 가능하지 않다고 판단할 수 있다.
따라서 540단계에서 네트워크 가입이 가능하지 않은 경우 전력 송신기(100)는 545단계에서 네트워크 가입 거부 메시지를 상기 네트워크 가입 요청 메시지를 보낸 전력 수신기로 전송한다. 이어, 전력 송신기(100)는 550단계에서 해당 충전 대상 즉, 상기 네트워크 가입 요청 메시지를 보낸 전력 수신기에 대한 전력 전송을 중단한다. 이와 달리 540단계에서 네트워크 가입이 가능한 경우 전력 송신기(100)는 555단계에서 네트워크 가입 승인 메시지를 전송한 후, 560단계에서 충전 대상에 대한 전력 전송을 수행한다.
한편, 도 6a 및 도 6b에서는 송신하는 전력이 없는 상태에서 즉, 현재 전송 전력(P_presemt)가 0인 상태에서 충전 대상이 있다고 판단했을 경우 네트워크 가입 요청 메시지의 수신 여부에 따른 전력 변화를 예시하고 있으나, 도 7a 및 도 7b에서와 같이 다중무선전력전송 시스템에서 전력 수신기가 복수개일 때에도 각 전력 수신기와의 통신을 위한 전력 전송을 제어할 수 있다.
도 7a에서는 전력 송신기(100)가 이미 전력 수신기로 현재 전송 전력(P_present)의 크기로 전력을 전송하는 상태에서 부하 측정(700)을 하여, E 시점에 전력을 수신할 수 있는 충전 대상이 있다고 감지한 경우 그 충전 대상과의 통신을 위해 전송 전력값을 단계적으로 증가시키는 경우를 예시하고 있다. 도 7b에서도 도 7a에서와 마찬가지로 부하 측정(710)을 하여, G 시점에 충전 대상이 있다고 감지한 경우 그 충전 대상과의 통신을 위한 전송 전력값을 증가시키는 경우를 예시하고 있다. 다만, 도 7a에서는 제1통신 전력(P_communication_1)의 크기부터 제3통신 전력(P_communication_3)의 크기까지 전송 전력값을 증가시켰음에도 불구하고 제한 시간(T_joinlimit) 이내에 네트워크 가입 요청 메시지가 수신되지 않아 F 시점에서 충전 대상을 비전력 수신 대상이라고 판단하는 경우를 예시하고 있다. 이와 달리 도 7b에서는 H 시점에 네트워크 가입 요청 메시지가 수신된 경우 제2통신 전력(P_communication_2)의 크기로 전송 전력값을 유지하는 경우를 예시하고 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 부하 변화를 발생시킨 충전 대상에 대해 전송 전력값을 단계적으로 증가시켰음에도 불구하고 제한 시간 내에 네트워크 가입 요청 메시지가 수신되지 않은 경우에는 비전력 수신 대상이라고 판단하여 그 충전 대상에 대한 전력 전송을 중단하는 반면, 전송 전력값을 단계적으로 증가시킴에 따라 제한 시간 내에 네트워크 가입 요청 메시지가 수신되면 정상적인 전력 수신기라고 판단하여 전송 전력값을 유지한다.
이와 같이 전송 전력값을 변경하여 전송함으로써 전력 수신기가 정상적으로 동작하는 데 필요한 충분한 전력 전송이 가능하게 된다.

Claims (15)

  1. 전력 송신기에서 하나 이상의 전력 수신기와의 통신을 위한 전력 전송을 제어하기 위한 방법에 있어서,
    미리 정해진 측정 주기가 도래하면, 부하를 측정하는 과정과,
    상기 부하 측정에 따른 부하 측정값과 이전 부하값을 비교하는 과정과,
    상기 부하 측정값이 상기 이전 부하값보다 제1임계값 이상 증가하는지를 판단하는 과정과,
    상기 제1임계값 이상 증가한 경우 전력 수신 대상으로부터 미리 정해진 제한 시간 이내에 다중 무선 전력 전송 네트워크에 대한 가입 요청이 수신될 때까지 단계적으로 전송 전력값을 증가시키는 과정과,
    상기 제한 시간을 초과할 때까지 상기 가입 요청이 수신되지 않으면 상기 전력 수신 대상에 대한 전력 전송을 중단하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 하나 이상의 전력 수신기와의 통신을 위한 전력 전송을 제어하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부하 측정값이 상기 이전 부하값보다 제2임계값 이상 감소하는지를 판단하는 과정과,
    상기 제2임계값 이상 감소한 경우 상기 전력 수신 대상이 사라졌다고 간주하여 상기 전력 수신 대상에 대한 전력 전송을 중단하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 하나 이상의 전력 수신기와의 통신을 위한 전력 전송을 제어하기 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1임계값 이상 증가한 경우 충전 유효 영역에 상기 전력 수신 대상이 위치하였다고 간주하여 상기 전력 수신 대상으로의 전송 전력값을 증가시키는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 하나 이상의 전력 수신기와의 통신을 위한 전력 전송을 제어하기 위한 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 단계적으로 전송 전력값을 증가시키는 과정은,
    상기 전송 전력값을 증가시킨 후, 미리 정해진 일정 시간 내에 상기 가입 요청이 수신되는지를 판단하는 과정과,
    상기 미리 정해진 일정 시간 내에서 상기 가입 요청이 수신되지 않으면 상기 전송 전력값을 증가시키는 과정과,
    상기 전송 전력값을 증가시킨 후, 상기 미리 정해진 제한 시간이 초과되는지를 판단하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 하나 이상의 전력 수신기와의 통신을 위한 전력 전송을 제어하기 위한 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 미리 정해진 제한 시간을 초과하지 않으면 상기 전송 전력값을 증가시키는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 하나 이상의 전력 수신기와의 통신을 위한 전력 전송을 제어하기 위한 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 미리 정해진 일정 시간 내에 상기 가입 요청이 수신되면, 상기 전송 전력값을 유지하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 하나 이상의 전력 수신기와의 통신을 위한 전력 전송을 제어하기 위한 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전송 전력값을 증가시킨 후, 상기 부하 측정값을 상기 이전 부하값으로 저장하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 하나 이상의 전력 수신기와의 통신을 위한 전력 전송을 제어하기 위한 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 가입 요청은,
    상기 전력 수신 대상의 ID, 통신을 위한 프로토콜 버전, 상기 전력 수신 대상의 기준 부하값 및 기준 효율값 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 하나 이상의 전력 수신기와의 통신을 위한 전력 전송을 제어하기 위한 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가입 요청에 포함된 기준 부하값을 고려하여 상기 부하 측정을 통한 부하 변화가 미리 정해진 범위 이내인지를 판단하는 과정과,
    상기 부하 변화가 상기 미리 정해진 범위를 초과하는 경우 상기 가입 요청을 보낸 전력 수신 대상을 비전력 수신 대상으로 판단하는 과정과,
    상기 판단된 비전력 수신 대상에 대한 전력 전송을 중단하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 하나 이상의 전력 수신기와의 통신을 위한 전력 전송을 제어하기 위한 방법.
  10. 하나 이상의 전력 수신기와의 통신을 위한 전력 전송을 제어하기 위한 전력 송신기에 있어서,
    무선 통신을 수행하는 통신부와,
    제어부에 의해 결정된 공진 주파수 신호를 발생하도록 전원을 공급하는 전원 공급부와,
    상기 전원 공급부에서 발생되는 신호의 전압 및 전류를 측정하는 전압/전류 측정부와,
    상기 전원 공급부로부터 전달된 전력을 하나 이상의 전력 수신기로 송신하는 공진 신호 발생부와,
    상기 전압/전류 측정부에 의해 미리 정해진 임계치 이상의 부하 변화를 감지하면, 상기 공진 신호 발생부를 통해 통신을 위한 전력을 전송하도록 제어하고, 전력 수신 대상으로부터 미리 정해진 제한 시간 이내에 다중 무선 전력 전송 네트워크에 대한 가입 요청이 수신될 때까지 단계적으로 전송 전력값을 증가시키고, 상기 제한 시간을 초과할 때까지 상기 가입 요청이 수신되지 않으면 상기 전력 수신 대상에 대한 전력 전송을 중단하도록 제어하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 하나 이상의 전력 수신기와의 통신을 위한 전력 전송을 제어하기 위한 전력 송신기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 전압/전류 측정부에 의해 측정된 부하 측정값이 이전 부하값보다 제1임계값 이상 증가한 경우 상기 전력 수신 대상으로부터 미리 정해진 제한 시간 이내에 다중 무선 전력 전송 네트워크에 대한 가입 요청이 수신될 때까지 단계적으로 전송 전력값을 증가시키는 것을 특징으로 하는 하나 이상의 전력 수신기와의 통신을 위한 전력 전송을 제어하기 위한 전력 송신기.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1임계값 이상 증가한 경우 충전 유효 영역에 상기 전력 수신 대상이 위치하였다고 간주하여 상기 전력 수신 대상으로의 전송 전력값을 증가시키는 것을 특징으로 하는 하나 이상의 전력 수신기와의 통신을 위한 전력 전송을 제어하기 위한 전력 송신기.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 전송 전력값을 증가시킨 후, 미리 정해진 일정 시간 내에 상기 가입 요청이 수신되는지를 판단하고, 상기 미리 정해진 일정 시간 내에서 상기 가입 요청이 수신되지 않으면 상기 전송 전력값을 증가시킨 후, 상기 미리 정해진 제한 시간이 초과되는지를 판단함을 특징으로 하는 하나 이상의 전력 수신기와의 통신을 위한 전력 전송을 제어하기 위한 전력 송신기.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 미리 정해진 제한 시간을 초과하지 않으면 상기 전송 전력값을 증가시키는 것을 특징으로 하는 하나 이상의 전력 수신기와의 통신을 위한 전력 전송을 제어하기 위한 전력 송신기.
  15. 제13항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 미리 정해진 일정 시간 내에 상기 가입 요청이 수신되면, 상기 전송 전력값을 유지하는 것을 특징으로 하는 하나 이상의 전력 수신기와의 통신을 위한 전력 전송을 제어하기 위한 전력 송신기.
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