KR20130090703A - 무선 전력 충전 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20130090703A
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Abstract

본 발명은 무선 전력 충전 시스템에서, 전력 낭비를 최소화하면서 충전을 진행하는 방법 및 장치에 과한 것으로, 전력 공급 장치가 충전 진행 과정에 따라 전력 수신 장치에 제공할 전력량을 조정한다. 본 발명에 따라 전력 공급 장치는 전력 수신 장치를 검출하기 위해 장치 검출에 필요한 최소 전력인 장치 검출 전력을 주기적으로 송출하고, 장치가 검출되면 전력 수신 장치의 충전 모듈을 구동시킬 수 있는 만큼의 구동 전력을 송출하고, 해당 전력 수신 장치로의 충전을 위한 전력 공급이 결정되면, 필요한 만큼의 충전 전력을 공급한다. 이때, 전력 공급 장치는 전력 수신 장치의 충전 정도를 모니터링하여 점차적으로 충전 전력량을 감소시킨다.

Description

무선 전력 충전 방법 및 장치{WIRELESS POWER CHARGING METHOD AND APPARATUS}
본 발명은 전력 충전 시스템에 관한 것으로, 특히, 무선으로 전력을 충전할 때, 보다 효율적이고, 전력 낭비를 방지할 수 있는 무선 전력 충전 방법 및 장치에 관한 것이다.
무선 충전 기술은 전력 전달을 위한 커넥터 없이 무선으로 전력을 공급하고, 수급할 수 있는 기술이다. 무선 충전 기술에는, 예를 들어, 코일을 이용한 전자기 유도 방식과, 전기적 에너지를 마이크로파로 변환시켜 전달하는 무선전력 전송 방식과, 공진을 사용하는 방식 등이 있다. 현재까지는 전자기 유도를 이용한 기술 방식이 주류를 이루고 있으나, 최근 국내외에서 마이크로파를 이용하여 수십 미터 거리에서 무선으로 전력을 전송하는 실험에 성공하고 있어, 가까운 미래에 언제 어디에서나 전선 없이 모든 전자제품에 무선으로 전력을 충전하는 세상이 열릴 것으로 보인다.
전자기 유도 방식은 1차코일 및 2차코일 간에 전력을 전송하는 방식으로, 코일에 자석을 움직여 주면 유도 전류가 발생하여 전기를 만들어 내는 성질을 이용한다. 즉, 송신단에서 자기장을 발생시켜 수신단에서 자석의 역할을 대신하여 에너지를 만들어 내는 방식으로, 이러한 현상을 자기 유도 현상이라 한다. 전자기 유도 방식은 에너지 전송 효율이 뛰어나기 때문에, 실용화가 많이 이루어져 있으며, 다양한 기기에 응용되고 있다. 예를 들어, 니켈 전지를 사용하는 전기 면도기나 전동칫솔 제품 등에 적용되어 있다.
공진(Resonance) 방식은 소리굽쇠를 울리면 옆에 있는 와인잔도 그와 같은 진동수로 울리는 소리의 공명 특성을 이용한 것으로, 소리를 공명시키는 대신, 전기 에너지를 담은 전자기파를 공명시키는 것이다. 이때, 공진 주파수를 가진 기기가 존재 할 경우에만 직접 전달되고 사용되지 않는 부분은 공기 중으로 퍼지는 대신 전자장으로 재흡수 되기 때문에 다른 전자파와는 달리 주변의 기계나 신체에는 영향을 미치지 않을 것으로 보고 있다.
전파 방사(RF/Micro Wave Radiation) 방식은 전력 에너지를 무선 전송에 유리한 마이크로파로 변환 시켜 에너지를 전달하는 전력 전송 방식이다. 라디오나 무선 전화등과 같이 무선 통신방식에서 이용하는 신호의 개념이 아닌, 전기 에너지를 보내는 것으로 보통의 통신이 반송파 신호에 신호를 실어 보내 것이라면 무선전력전송은 반송파만을 보내는 것이다.
상기한 무선 충전 기술은 무선 전동 칫솔이나 무선 면도기에 적용되어 있다. 또는 휴대폰을 별도의 충전 커넥터를 연결하지 않고 충전패드에 올려놓기만 하면 자동으로 배터리가 충전이 되는 충전 시스템도 예로들 수 있다. 이러한 무선 충전 기술은 전자제품을 무선으로 충전함으로써 방수 기능을 높일 수 있고, 유선 충전기가 필요하지 않으므로 전자 기기 휴대성을 높일 수 있어 주목 받고 있다.
상기한 무선 충전 방식 중, 공진 방식의 경우, 전력을 공급하는 전력 공급 장치와, 전력을 수신하여 배터리에 전력을 충전시키는 전력 수신 장치로 구성될 수 있다. 전력 공급 장치는 무선 충전 대기 상태에서 로드의 변화 값이나 공진 주파수의 변화 값을 측정하여 소스 공진부 위에 물체가 놓여지는지를 감지한다. 그리고 물체가 감지되면 전력 공급 장치는 충전에 필요한 전력을 전송하여 물체에 전력을 공급하고, 무선 충전을 위한 물체인지 다른 금속성 물체인지를 물체와 ID 교환과 같은 인증 과정을 통해 확인한다. 인증이 성공적으로 이루어질 경우, 무선 충전 가능한 충전기로 판단하여 전력 전송을 협상한다. 협상이 완료되면, 전력 수신 장치는 충전을 시작하게 되고, 이후, 전력 공급 장치는 해당 전력 수신 장치의 완충 여부를 확인하여, 완충이 되면 해당 전력 수신 장치로의 전력 전송을 중단한다.
상기한 바와 같이 전력 공급 장치가 전력을 공급하는 경우, 무선 충전 대기 상태에서 충전 될 물체를 감지할 때부터 물체가 완충될 때 까지 지속적으로 동일한 크기의 전력을 전송하게 되고, 이로 인해 전력이 낭비된다. 즉, 전력 공급 장치와 전력 수신 장치 간에 인증 및 전력 전송 협상 중에도, 단일 기기 충전에 필요한 전력과 동일한 전력을 전송하여 전력의 낭비를 초래 한다.
또한, 충전이 시작되어 전력 수신 장치의 배터리가 충전되어 감에 따라 필요 전력이 감소하고, 로드가 증가하게 되는데, 이에 따라 전력 수신 장치에서 필요로 하는 전력도 감소하게 된다. 그러나 기존 무선 충전 시스템의 경우 전력 수신 장치의 필요 전력에 따라 전력 공급 장치에서 전송되는 전력의 조절이 되지 않고 있기 때문에 전력의 낭비가 초래 되고, 유휴 전력은 전력 공급 장치의 증폭기(amplifier)에서 열로서 발산되며 낭비 되게 된다.
본 발명은 무선 충전 시스템에서, 충전시 전력 낭비를 감소시킬 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.
그리고 본 발명은 전력 공급 장치가 물체를 감지하는 단계, 전력 수신 장치를 전력 공급 대상으로 등록하는 단계, 전력 전송을 협상하는 단계 각각에서 필요한 만큼의 전력을 공급할 수 있게 하는 방법 및 장치를 제공한다.
그리고 본 발명은 전력 수신 장치의 충전 상태에 따라 전력 공급 장치에서 제공하는 전력량을 조절할 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.
한편, 본 발명은 무선 전력 충전 시스템에서, 전력 공급 장치가 무선으로 전력을 제공하는 무선 충전 방법에 있어서, 주기적으로 전력 수신 장치를 검출하기 위한 검출 전력을 송출하는 과정과, 장치가 검출되면, 전력 수신 장치를 구동시키기 위한 구동 전력을 송출하는 과정과, 상기 구동 전력에 의해 활성된 특정 전력 수신 장치를 충전 대상 장치로 등록하는 과정과, 상기 특정 전력 수신 장치의 필요 충전량을 확인하여, 충전 전력 제공 여부를 결정하고, 시간당 제공될 충전 전력의 크기를 결정하고, 상기 결정에 따라 상기 특정 전력 수신 장치에 대응하는 충전 전력을 송출하는 과정과, 상기 특정 전력 수신 장치로부터 주기적으로 상기 특정 전력 수신 장치의 충전 상황에 대한 보고 메시지를 수신하는 과정과, 상기 보고 메시지 수신시 마다, 상기 특정 전력 수신 장치의 남은 충전 전력량을 확인해, 상기 특정 수신 장치에 대응하는 시간당 송출되는 충전 전력의 크기를 조정하여 송출하는 과정을 포함한다.
그리고 본 발명에 따라, 무선 전력 충전 시스템에서, 무선으로 전력을 제공하는 전력 공급 장치가 제어부에 의해 결정된 전력을 송출하는 소스 공진부와, 무선 통신을 수행하는 통신부와, 상기 소스 공진부를 이용해, 주기적으로 전력 수신 장치를 검출하기 위한 검출 전력을 송출하고, 장치가 검출되면, 전력 수신 장치를 구동시키기 위한 구동 전력을 송출하고, 상기 구동 전력에 의해 활성된 특정 전력 수신 장치를 충전 대상 장치로 등록하고, 상기 특정 전력 수신 장치의 필요 충전량을 확인하여, 충전 전력 제공 여부를 결정하고, 시간당 제공될 충전 전력의 크기를 결정하고, 상기 결정에 따라 상기 특정 전력 수신 장치에 대응하는 충전 전력을 상기 소스 공진부를 이용해 송출하고, 상기 특정 전력 수신 장치로부터 상기 통신부를 통해 주기적으로 상기 특정 전력 수신 장치의 충전 상황에 대한 보고 메시지를 수신하고, 상기 보고 메시지 수신시 마다, 상기 특정 전력 수신 장치의 남은 충전 전력량을 확인해, 상기 특정 수신 장치에 대응하는 시간당 송출되는 충전 전력의 크기를 조정하여 송출함을 특징으로 하는 제어부를 포함한다.
본 발명은 무선 충전 시스템에서, 충전시 전력 낭비를 감소시킬 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것으로, 전력 공급 장치가 물체를 감지하는 단계, 전력 수신 장치를 전력 공급 대상으로 등록하는 단계, 전력 전송을 협상하는 단계 각각에서 필요한 만큼의 전력을 공급할 수 있게 하고, 전력 수신 장치의 충전 상태에 따라 전력 공급 장치에서 제공하는 전력량을 조절할 수 있게 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 장치의 구성을 나타낸 도면,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 수신 장치의 구성을 나타낸 도면,
도3은 종래의 무선 충전시 전력 공급 패턴을 나타낸 도면,
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 과정에서 전력 공급 패턴을 나타낸 도면,
도5는 본 발명의 일 실시예에 따라, 전력 공급 장치에서 전력을 공급하는 과정을 나타낸 도면,
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치 검출 상태의 전력 공급 패턴을 나타낸 도면,
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 등록 및 환경 설정 상태의 전력 공급 패턴을 나타낸 도면,
도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 상태의 전력 공급 패턴을 나타낸 도면.
도9는 본 발명의 일 실시예에 따라 복수의 전력 수신 장치로 전력을 공급하는 패턴을 나타낸 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 무선 전력 충전 시스템에서, 전력 낭비를 최소화하면서 충전을 진행하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 전력 공급 장치가 충전 진행 과정에 따라 전력 수신 장치에 제공할 전력량을 조정한다. 본 발명에 따라 전력 공급 장치는 전력 수신 장치를 검출하기 위해 장치 검출에 필요한 최소 전력인 장치 검출 전력을 주기적으로 송출하고, 장치가 검출되면 전력 수신 장치의 충전 모듈을 구동시킬 수 있는 만큼의 구동 전력을 송출하고, 해당 전력 수신 장치로의 충전을 위한 전력 공급이 결정되면, 필요한 만큼의 충전 전력을 공급한다. 이때, 전력 공급 장치는 전력 수신 장치의 충전 정도를 모니터링하여 점차적으로 충전 전력량을 감소시킨다. 이러한 충전 과정은 각각의 전력 수신 장치에 대응하여 개별적으로 진행된다.
본 발명의 실시예에 따라, 무선 충전 과정은 검출 상태(detection state), 등록 상태(registration state), 환경 설정 상태(configuration state), 충전 상태(charge state), 대기 상태(standby state)로 구분할 할 수 있다. 상기한 각 상태는 전력 수신 장치를 기준으로 무선 충전 과정을 구분한 것으로, 검출 상태는 전력 공급 장치가 주변의 무선 충전이 가능하다고 예측되는 후보 장치를 검출하기 위해 동작하는 상태이고, 등록 상태는 전력 수신 장치가 전력 공급 장치에 무선 충전 대상 기기로 등록하기 위한 동작이 수행되는 상태이다. 환경 설정 상태는 전력 공급 장치와 전력 수신 장치 간에 무선 충전을 위한 환경을 설정하기 위한 동작이 수행되어, 무선 충전 환경이 셋팅되는 상태이고, 충전 상태는 전력 공급 장치에서 전력 수신 장치로 충전 전력이 공급되어, 전력 수신 장치의 충전이 진행되는 상태이다. 대기 상태는 무선 충전 환경의 셋팅이 완료된 후, 충전 상태로 전환을 대기하는 상태 또는 전력 수신 장치의 충전은 완료되었으나, 전력 공급 장치에서 분리되지 않은 상태를 의미한다. 전력 공급 상황에 따라, 환경 설정 상태에서 대기 상태 없이 충전 상태로의 전환도 가능하다.
상기한 각 상태들은 전력 수신 장치를 기준으로 구분한 것이기 때문에, 전력 공급 장치 측에서는 복수의 전력 수신 장치로 전력을 제공하는 경우, 동시에 서로 다른 복수의 상태가 공존하도록 동작한다.
상기한 바와 같이 동작하는 전력 공급 장치 및 전력 수신 장치의 일예를 도1과 도2에 도시하였다. 도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 장치의 구성을 나타낸 도면이고, 도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도1을 참조하면, 전력 공급 장치(100)는 제어부(110), 제1통신부(120), 소스 공진부(TX resonator)(130), 전압 제어기(140), 게이트 드라이버(150), 앰프(160), 로드 센서부(170), 매칭 회로(180)를 포함한다.
로드 센서부(170)는 소스 공진부(130)의 로드 값을 측정하여 제어부(110)로 출력한다. 소스 공진부(130)의 상부의 충전 기판에 금속성 물체가 새롭게 놓여진다면 검출 전력 제공시 측정되는 소스 공진부(130)의 로드값이, 가장 최근에 측정된 로드값과 비교했을 때 상이할 수 있고, 제어부(110)는 이러한 로드값 변경이 확인됨에 따라, 충전 대상 기기가 소스 공진부(130)의 상부에 위치한 것으로 판단할 수 있다.
무선 공진 충전 방식은 전자기 유도 방식과 달리 전력 공급 장치의 충전기판 위에 전력 수신 장치가 놓여 있지 않아도 일정 거리 내에 위치한 전력 수신 장치로 전력을 공급할 수 있다. 이 경우, 무선 충전을 위한 공진이 발생되게 하려면, 전력 공급 장치와 해당 전력 수신 장치 간의 거리에 따라 매칭을 맞추는 과정이 필요하다. 때문에, 충전 기판 위에 전력 수신 장치가 놓여 졌을 때 최적의 매칭이 이뤄지는 것으로 가정할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에서는 충전 기판 상에 전력 수신 장치가 위치하는 경우에 전력 수신 장치에 의한 무선 충전이 이뤄지도록, 시스템을 구성한다. 또한 전력 수신 장치가 충전 기판 위에 놓여진 상태인지를 확인하는 방법은 소스 공진부(130)의 로드값 변화를 이용하는 것으로 가정한다.
제어부(110)는 전력 공급 장치(100)의 동작을 전반적으로 제어하며, 특히, 무선 충전 진행에 따라 각 구성부를 제어한다. 또한 제어부(110)는 무선 충전에 필요한 각종 메시지를 생성하고, 전력 수신 장치로부터 수신된 메시지를 처리한다. 그리고 제어부(110)는 충전 과정 전반에 걸쳐, 로드 센서부(170) 및 다른 센서에서 입력되는 정보와, 전력 수신 장치로부터 수신된 정보를 근거로 소스 공진부(130)를 통해 송출할 공급 전력량을 산출하고, 산출된 공급 전력량이 소스 공진부(130)를 통해 송출될 수 있도록, 게이트 드라이버(150)와 전압 제어기(140)를 제어한다. 그리고 제어부(110)는 각각의 전력 수신 장치에 대응하여 무선 충전시 이용할 공진 주파수를 결정하고, 결정된 공진 주파수에 따라 소스 공진부(130)의 공진 주파수를 설정한다.
매칭 회로(180)는 앰프(160)의 출력 임피던스(output impedance)와 소스 공진부(130)의 입력 쪽에서 바라보는 임피던스를 맞추어 주어, 임피던스 미스 매치(impedance mismatch)에 의한 앰프의 전송 효율 저하를 방지하는 역할을 한다. 이때 소스 공진부(130)의 입력에서 바라보는 임피던스는, 충전 패널상에 놓여진 전력 수신 장치의 개수와 로드의 변화에 따라 가변적이므로 적응(adaptive) 매칭 회로를 통해 가변적으로 구동 할 수도 있다.
소스 공진부(130)는 공진 코일을 포함하여, 전력 수신 장치의 타깃 공진부와 동일한 주파수로 공진하면, 감쇄파 결합(evanescent wave coupling)에 의하여 마그네틱 필드 기반으로 에너지, 즉, 공급 전력을 송출한다. 그리고 소스 공진부(130)는 소스 공진부(130) 상부에 전력 수신 장치를 위치시킬 수 있는 충전 기판을 포함한다.
제1통신부(120)는 제어부(110)의 제어하에, 전력 수신 장치와 통신을 수행하여, 외부로부터 수신된 메시지를 제어부(110)로 출력하고, 제어부(110)에서 입력되는 메시지를 외부 장치로 송신한다. 제1통신부(120)는 예를 들어, 지그비 통신 모듈, 블루투스 통신 모듈, 적외선 통신 모듈 등이 될 수 있다.
도2를 참조하면, 전력 수신 장치(200)는 충전 제어부(210), 제2통신부(220), 타깃 공진부(RX resonator)(230), 정류기(240), 매칭 회로(250), 레귤레이터(260), 충전지(270)를 포함한다. 이러한 전력 수신 장치(200)는 다양한 휴대용 단말에 포함될 수 있다. 예를 들어, 이동 통신 단말, 스마트폰, 휴대용 게임기, PMP, 네비게이션 단말, 디지털 카메라, 음악 재생 장치 등에 결합되어, 해당 휴대용 단말의 충전지(270)를 충전하여, 해당 휴대용 단말에게 전력이 공급될 수 있게 한다.
타깃 공진부(230)는 공진 코일을 포함하여, 전력 공급 장치(100)의 소스 공진부(130)와 동일한 주파수로 공진하여, 소스 공진부(130)로부터 공진 주파수를 통해 공급 전력을 수신한다.
매칭 회로(250)는 타깃 공진부(230)와 정류기(240) 이후 단의 임피던스를 맞추어 주기 위한 회로로써, 타깃 공진부(230)에 자체적인 임피던스 회로가 있다면 생략 될 수 있다.
정류기(240)는 매칭 회로(250)의 출력 신호를 정류하여 레귤레이터(260)로 출력한다.
레귤레이터(260)는 정류기(240)의 출력 신호의 전압을 조정하여, 일부는 충전 제어부(210)의 동작 전압으로 출력하고, 일부는 충전기(270)로 충전 전압으로 출력한다. 이에 따라, 충전기(270), 예를 들어 충전용 배터리는 충전 전압을 저장하며, 이로써 충전이 가능하게 된다.
충전 제어부(210)는 전력 수신 장치(200)의 전반적인 동작을 제어하며, 특히, 무선 충전 진행에 따른 각 구성부의 동작을 제어한다. 충전 제어부(210)는 무선 충전에 필요한 각종 메시지를 생성하고, 전력 공급 장치로부터 수신된 메시지를 처리한다. 그리고 충전 제어부(210)는 레귤레이터(260)에서 구동 전압이 입력되면, 전력 수신 장치의 전반적인 동작을 활성화시킨다. 또한, 무선 충전이 진행되는 동안, 정류기(240)에서 출력되는 출력 신호의 전류 및 전압을 측정하고, 그에 따라, 레귤레이터(260)의 동작을 제어한다. 그리고 충전 제어부(210)는 전력 공급 장치에 대응하여 무선 충전시 이용할 공진 주파수를 결정하고, 결정된 공진 주파수에 따라 타깃 공진부(230)의 공진 주파수를 설정한다.
제2통신부(220)는 제어부(210)의 제어하에, 전력 공급 장치와 통신을 수행하여, 외부로부터 수신된 메시지를 제어부(210)로 출력하고, 제어부(210)에서 입력되는 메시지를 외부 장치로 송신한다. 제2통신부(220)는 예를 들어, 지그비 통신 모듈, 블루투스 통신 모듈, 적외선 통신 모듈 등이 될 수 있다.
본 발명의 이해를 돕기 위해, 상기와 같이 구성되는 전력 공급 장치(100)와, 전력 수신 장치(200)의 본 발명에 따른 무선 충전 과정을 설명하기 전에, 종래의 무선 충전 과정을 도3을 참조하여 설명한다.
도3은 종래의 무선 충전시 전력 공급 패턴을 대략적으로 나타낸 도면으로, 시간(time) 경과에 따른 전력 공급 장치의 공급 전력량(TX Output Power)을 나타낸다. 도3을 참조하면, 전력 공급 장치는 주변에 전력 수신 장치가 존재하는지 검출하기 위한 검출 상태를 유지하는 제1구간(310) 동안 일정량의 전력을 계속해서 송출한다. 전력 공급 장치는 제1전력 수신 장치가 검출되면, 등록 및 환경 설정 상태로 전환하여, 제2구간(320) 동안 검출된 제1전력 수신 장치에게 구동 전력을 공급한다.
제1전력 수신 장치는 전력 공급 장치로부터 구동 전력을 수신하면, 제1전력 공급 장치를 활성시켜, 무선 충전을 위한 등록 및 환경 설정을 위해 필요 메시지를 전력 공급 장치와 송수신하게 된다. 예를 들어, 전력 공급 장치에 충전 대상 기기로 전력 수신 장치를 등록하기 위한 등록 요청 메시지와, 그에 대한 응답 메시지 및 필요 전력량 등을 협상하기 위한 환경 설정 메시지와 그에 대한 응답 메시지가 송수신될 수 있다.
구동 전력의 공급되는 제2구간(320)은, 상기한 메시지의 송수신이 완료되어, 전력 수신 장치가 전력 공급 장치에 정상적으로 등록되고, 무선 충전을 위한 환경 설정이 완료되어, 무선 충전이 시작되기 전까지 유지된다.
무선 충전을 위한 등록 및 환경 설정이 완료되면, 전력 공급 장치는 충전 상태로 전환하여, 제1전력 수신 장치가 완충될 때까지, 즉, 제3구간(330)과 제4구간(340) 동안 제1전력 수신 장치에 대응하는 충전 전력을 송출하게 된다. 그리고 제1전력 수신 장치가 완충되면, 제1전력 수신 장치로 제공되던 충전 전력의 송출은 중단된다(350).
도3을 참조하면, 동일 시간당 송출되는 구동 전력과 충전 전력의 크기가 동일함을 알 수 있다. 그런데 제1전력 수신 장치가 시간당 필요로 하는 구동 전력은 충전 전력보다 적은 것이 일반적이기 때문에, 결과적으로 등록 및 환경 설정 상태가 유지되는 동안 불필요한 전력 낭비가 발생할 수 있다.
또한, 충전이 시작된 이후, 시간이 경과함에 따라, 전력 수신 장치의 충전기에 저장되는 전력이 증가하고, 이에 따라, 요구되는 전력이 감소될 수 있다. 하지만, 도3에서 제1전력 수신 장치만이 단독으로 충전되는 제3구간(330)에서 공급되는 충전 전력의 크기는 균등하게 유지된다. 이는 복수의 전력 수신 장치, 예를 들어, 제1전력 수신 장치와 제2전력 수신 장치가 동시에 충전되는 제4구간(240)에서도 마찬가지임을 알 수 있다. 따라서 충전 상태가 유지되는 구간(330,340,350)에서도 전력 낭비가 발생할 수 있다.
본 발명은 상기한 전력 낭비를 감소시키기 위한 것으로, 전력 공급 장치가 전력 수신 장치에서 필요로 하는 만큼 전력량을 가변하여 제공하는 것을 특징으로 한다. 도4는 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전시 전력 공급 패턴을 대략적으로 나타낸 도면으로, 시간(time) 경과에 따른 전력 공급 장치의 공급 전력량(TX Output Power)을 나타낸다.
도4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라, 전력 공급 장치(100)는 검출 상태가 유지되는 A 구간(410) 동안 전력 공급 장치(100)는 주변에 무선 충전을 위한 후보 장치가 존재하는지를 검출할 수 있는 최소 전력량의 검출 전력을 일정 주기에 따라 송출한다. 다시 말해, 검출 전력을 A 구간(410) 동안 연속적으로 송출하는 것이 아니라, 일정 주기에 따라 정해진 구간 동안만 송출하는 것이다.
전력 공급 장치(100)가 검출 전력이 송출되는 동안 로드값의 변화 또는 공진 주파수의 변화가 감지되면, 무선 충전이 가능한 범위 내에 금속성 기기가 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 그리고 전력 공급 장치(100)는 해당 기기가 전력 수신 장치인지 확인하는 것과 동시에 해당 전력 수신 장치의 구동을 위해 구동 전력의 송출을 시작하여, 등록 상태로 전환한다.
무선 충전이 가능한 장치가 주변에 있다면, 구동 전력을 수신할 수 있으며, 그에 따라, 해당 장치는 활성화된다. 때문에, 구동 전력의 시간당 송출량은 전력 수신 장치가 활성화하여 동작하는데 필요한 정도로 정해지는 것이 바람직하다. 그리고 전력 수신 장치의 구동 전력은 특정 값으로 미리 정해질 수 있다.
주변에 위치한 장치가 제1전력 수신 장치라면, 제1전력 수신 장치가 구동 전력을 수신하여 활성화되고, 전력 공급 장치(100)와 각종 메시지등을 송수신하여, 전력 공급 장치(100)에 자신을 등록하고 무선 충전을 위한 환경을 설정한다. 전력 공급 장치(100)는 제1전력 수신 장치에게 시간당 제공할 충전 전력의 크기 a를 결정한다.
이에 따라, 등록 상태 및 환경 설정 상태가 유지되는 구간, 즉, B 구간(420)은 무선 충전이 시작되기 전까지 유지되며, B 구간(420) 동안은 구동 전력이 송출된다.
이후, 제1전력 수신 장치의 무선 충전을 시작하기 위해, 전력 공급 장치(100)는 무선 충전 환경 설정시 협상된 충전 전력의 송출을 시작하여 충전 상태로 전환한다. 그리고 제1전력 수신 장치는 현재까지 충전된 전력량 또는 남은 충전 전력량을 주기적으로 전력 공급 장치(100)로 보고한다. 전력 수신 장치는 충전이 진행 됨에 따라 충전에 필요한 전력이 감소 하게 되는데, 전력 공급 장치(100)는 보고된 전력량에 따라 제1전력 수신 장치에 대응하는 시간당 충전 전력을 점차 감소시킨다. 즉, 전력 공급 장치(100)는 제1전력 수신 장치의 요구하는 충전 전력량에 따라 제1전력 수신 장치로 제공될 시간당 충전 전력의 크기를 감소시킨다.
이에 따라, 제1전력 수신 장치에 대한 실질적인 충전이 진행되는 구간, 즉, C 구간(430)동안에는 시간당 일정량의 충전 전력이 송출되지만, D 구간(440) 동안은 시간당 전송되는 충전 전력의 크기가 점차 감소하는 것을 확인할 수 있다. 비록, D 구간(440) 동안 제2전력 수신 장치가 추가되어 두 개의 전력 수신 장치가 동시에 충전되기 때문에 전체 충전 전력량은 증가하였지만, 제1전력 수신 장치의 충전 상황을 고려하여, D 구간(440)에 시간당 송출되는 충전 전력이 동일하게 유지되는 것은 아니다.
이후, 제1전력 수신 장치의 충전이 완료되면, 전력 공급 장치(100)는 제1전력 수신 장치에 대응하는 충전 전력의 송출은 중단하지만, 제1전력 수신 장치가 충전 대상에서 완전히 제거되기 전까지, 예를 들어, E 구간(450)과 같이, 구동 전력의 송출은 그대로 유지하는 대기 상태로 전환한다. 이는 제1전력 수신 장치로의 전력 송출이 완전히 중단되는 경우, 제1전력 수신 장치가 완충전과 보충전을 반복하게 되어 사용자에게 혼란을 초래할 수 있기 때문이다. 하지만, E 구간(450)에서 제2전력 수신 장치의 충전은 계속해서 진행 중이기 때문에, 전력 공급 장치(100)는제2전력 수신 장치에 대해서는 충전 전력을 제공하는 충전 상태를 유지한다.
상기한 바와 같은 충전 과정에 따른 전력 제공 장치(100)와 전력 수신 장치(200)의 동작을 도5내지 도8을 참조하여 설명한다. 도5 내지 도8에 도시된 실시예는 전력 제공 장치(100)가 한 개의 전력 수신 장치를 검출하고, 검출된 한 개의 전력 수신 장치에게 충전 전력을 제공하여 완충된 후 전력 제공 장치(100)의 전력 공급 범위에서 전력 수신 장치가 제외되는 때까지, 다른 전력 수신 장치로의 전력 제공은 이루어지지 않는 것으로 가정한다. 하지만 복수의 전력 수신 장치가 전력 공급 장치(100)의 충전 기판 위에 존재하는 경우에도, 각각의 전력 수신 장치에 대응하여 하기 실시예와 동일한 과정이 동시에 진행될 수 있다.
도5를 참조하면, 전력 공급 장치(100)는 501단계에서, 주기적으로 검출 전력을 송출하여, 무선으로 전력을 제공할 수 있는 유효 범위 내에서 전력 수신 장치가 검출되는지 확인한다. 본 발명의 일 실시예에서 유효 범위는 소스 공진부(130)의 충전 기판이 될 수 있다. 이에 따른 전력 공급 패턴의 예를 도6에 도시하였다. 도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치 검출 상태의 전력 공급 패턴을 나타낸 도면이다.
도6을 참조하면, 전력 공급 장치(100)는 정해진 검출 주기(tdet_per) 마다 검출 전력(Pdet)을 검출 유효 기간(tdet)동안 송출하는 검출 상태를 유지한다. 검출 전력 및 검출 유효 기간의 크기는 전력 공급 장치(100)가 소스 공진부(130)의 로드 값의 변화를 감지하여, 유효 범위 내에 무선 충전을 위한 후보 장치가 존재하는지를 검출할 수 있는데 필요한 최소 전력량 및 시간에 따라 결정된다. 다시 말해, 후보 장치 즉, 금속 물체의 감지는 소스 공진부(130)의 로드(load)의 변화만을 감지하면 되므로, 소스 공진부(130)의 로드(load)값을 감지할 수 있을 크기를 가지는 작은 전압의 사인 웨이브(sine wave)를, 소스 공진부(130)의 로드(load)값을 감지하는데 필요한 짧은 시간 동안 주기적으로 발생 시켜서 검출 상태에서의 소모 전력을 최소화한다. 그리고 검출 상태는 검출 유효 기간 동안 새로운 장치가 검출될 때까지 유지된다.
도5로 돌아가서, 전력 공급 장치(100)는 503단계에서 장치가 감지되면 505단계로 진행하여 구동 전력을 송출하여 등록 상태로 전환한다. 이때, 구동 전력 송출시 이용되는 공진 주파수는 전력 공급 장치(100)와 전력 수신 장치들 간에 공통적으로 미리 정해진 기본 주파수이다. 전력 공급 장치(100)는 구동 전력 송출시에는 기본 주파수를 공진 주파수를 이용하고, 이후, 환경 설정 과정에서 충전 전력을 전송하기 위한 공진 주파수를 결정할 수 있다.
그리고 전력 공급 장치(100)는 507단계에서 정해진 기간 내에 등록 요청 메시지가 수신되는지 확인하여 수신되지 않으면 검출된 장치가 무선 충전이 가능하지 않은 장치로 판단하여 상기 501단계로 진행한다. 그리고 정해진 기간 내에 등록 요청 메시지가 수신되면 전력 공급 장치(100)는 509단계로 진행한다. 본 실시예에서는 전력 수신 장치(200)가 검출된 것으로 가정한다.
등록 요청 메시지에는 전력 수신 장치의 식별 정보 및 등록 요청이 포함된다. 식별 정보는 예를 들어, 전력 수신 장치의 시리얼 번호가 될 수 있다. 509 단계에서 전력 공급 장치(100)는 등록 요청 메시지에 포함된 전력 수신 장치의 식별 정보를 확인하여 무선 충전이 가능한 장치인지 확인한다. 무선 충전이 가능한 장치인 경우, 해당 전력 수신 장치(200)를 충전 대상 기기로 등록한다. 그리고 전력 공급 장치(100)는 등록 성공 정보를 포함하는 등록 응답 메시지를 구성하여 해당 전력 수신 장치(200)로 전송한다. 만약, 무선 충전이 불가한 장치라면 무선 충전 불가 정보를 포함하는 등록 응답 메시지를 구성하여 해당 전력 수신 장치(200)로 전송한다. 이후, 해당 전력 수신 장치로부터 애크(ACK)를 수신할 수 있다.
이에 따른 전력 공급 패턴 및 메시지 송수신의 예를 도7에 도시하였다. 도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 등록 상태 및 환경 설정 상태의 전력 공급 패턴을 나타낸 도면이다. 도7을 참조하면, 전력 공급 장치(100)은 검출 유효 기간 내에 장치가 검출되면, 구동 전력(Preg)을 송출한다. 그리고 등록 유효 기간(treg) 동안 등록 요청 메시지의 수신을 대기한다. 구동 전력의 시간당 송출량은 전력 수신 장치가 활성화하여 동작하는데 필요한 정도로 정해지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 구동 전력은 충전 제어부(210)와 제2통신부(120)가 활성되어 정상적으로 동작할 수 있는 정도의 양의 특정 값으로 미리 정해질 수 있다.
전력 수신 장치(200)는 구동 전력을 수신함에 따라, 장치를 활성시키며, 제2통신부(220)를 통해 등록 요청 메시지를 전송한다. 전력 공급 장치(100)는 등록 요청 메시지가 등록 유효 기간 내에 수신됨에 따라, 상기한 등록 요청 응답 메시지를 구성하여 제1통신부(110)를 통해 전력 수신 장치(200)로 전송한다. 전력 수신 장치(200)는 등록 요청 응답 메시지를 수신하면, 애크를 전력 공급 장치(100)로 전송한다. 전력 공급 장치(100)는 애크 기간(tack) 동안 애크가 수신되는지 확인한다.
도5로 돌아가서, 전력 공급 장치(100)는 애크를 수신하면 환경 설정 상태로 전환하여 정해진 기간 내에 환경 설정 메시지가 전력 수신 장치(200)로부터 수신되는지 확인한다. 환경 설정 메시지는 전력 수신 장치(200)의 필요 충전량을 나타내는 필요 충전 전력량, 지원 가능한 공진 주파수 범위, 시간당 수신 가능한 전력량의 크기 등에 대한 정보를 포함한다.
전력 공급 장치(100)는 현재 공급 가능한 전력량과 전력 수신 장치(200)의 필요 충전 전력량을 비교하여, 전력 공급이 가능한지 확인한다. 특히, 현재 다른 전력 수신 장치로 전력을 공급 중이라면, 추가적으로 전력을 공급할 수 있는 여력이 없을 수도 있다.
하지만, 전력 공급 장치(100)는 충전 전력의 송출이 시작되면, 해당 전력 수신 장치로부터 충전 상황을 보고하는 보고 메시지를 수신하기 때문에, 각 전력 수신 장치의 충전 완료 시간을 대략적으로 예측할 수 있다. 따라서 전력 공급 장치(100)는 정해진 웨이팅 기간 내에 전력 수신 장치(200)의 충전 전력을 확보할 수 있는 것으로 예측되면, 전력 수신 장치(200)로 충전 전력 제공이 가능한 것으로 판단한다. 만약, 웨이팅 기간 내에 완충되는 전력 수신 장치가 없는 것으로 확인되면, 전력 공급은 불가능한 것으로 판단하다.
전력 공급이 가능하다면, 전력 공급 장치(100)는 전력 수신 장치(200)로 장치 식별자를 할당하고, 충전 전력 제공시 이용할 공진 주파수를 결정하고, 전력 수신 장치(200)와의 통신을 위한 타임 슬롯을 할당하고, 전력 수신 장치(200)로 시간당 제공될 충전 전력의 크기를 결정한다. 장치 식별자는 이후 충전 과정에서 전력 수신 장치(200)를 식별하기 위해 이용된다. 공진 주파수는 전력 수신 장치(200)의 지원 가능한 주파수 범위 내에서 결정된다. 타임 슬롯은 복수의 전력 수신 장치에게 전력을 공급하는 경우, 각 전력 수신 장치와의 통신을 원활하게 하기 위한 것이다.
시간당 제공될 충전 전력의 크기는 다음 예와 같이 결정될 수 있다. 만약, 전력 공급 장치(100)가 시간당 제공할 수 있는 공급 전력의 최대량이 15w 이고, 현재 7w의 전력을 다른 용도로 송출하고 있는 중이라면, 전력 수신 장치(200)로 제공 가능한 시간당 충전 전력의 크기는 8w 보다 작게 정해질 것이다.
전력 공급 장치(100)는 장치 식별자와, 할당된 타임 슬롯과, 공진 주파수와, 충전 가능 지시자를 포함하는 환경 설정 응답 메시지를 구성하여 전력 수신 장치(200)로 전송한다. 이후, 전력 수신 장치(200)로부터 애크를 수신할 수 있다.
만약, 전력 수신 장치(200)가 전력 공급 장치(100)의 충전 용량을 초과하는 전력의 전송을 요구할 경우, 전력 공급 장치(100)는 충전 불가를 포함하는 환경 설정 응답 메시지를 구성하여 전력 수신 장치(200)로 전송하고, 전력 수신 장치(200)에 대응하는 전력 송출을 중단한다. 만약, 전력 공급 장치(100)가 시간당 제공할 수 있는 공급 전력의 최대량이 15w 인데, 전력 수신 장치(200)가 20W를 요구한다면 제공 가능한 전력용량을 초과하므로 전력 수신 장치(200)를 인가 하지 않고 에러 메시지를 시각적 또는 청각적으로 사용자에게 송출하여 충전 될 수 없는 기기 임을 알린다.
도7을 참조하면, 전력 공급 장치(100)는 등록 요청 응답 메시지에 대응하는 애크를 수신한 후에, 환경 설정 유효 기간(trge_char) 동안 전력 수신 장치(200)로부터 환경 설정 메시지의 수신을 대기한다.
전력 수신 장치(200)는 등록 요청 응답 메시지에 대응하는 애크를 전송한 후에, 충전기(270)의 충전 상태를 확인하여 필요한 충전 전력량을 확인하고, 환경 설정 메시지를 구성하여 전력 공급 장치(100)로 전송한다.
전력 공급 장치(100)는 전력 수신 장치(200)로부터 환경 설정 메시지를 수신하면, 설정 응답 유효 기간(tdata_res) 동안 상기한 환경 설정 응답 메시지를 구성하여 전력 수신 장치(200)로 전송한다.
전력 수신 장치(200)는 환경 설정 응답 메시지를 수신하면, 애크를 전력 공급 장치(100)로 전송한다. 전력 공급 장치(100)는 애크 기간(tack) 동안 애크가 수신되는지 확인한다.
도7에 도시한 바와 같이, 상기한 등록 상태 및 환경 설정 상태 동안 전력 공급 장치(100)는 실제적인 충전을 위한 전력의 전송이 필요하지 않으므로, 전력 수신 장치(200)와의 통신을 위한 전력, 즉, 구동 전력만을 전력 수신 장치(200)에게 전송해 준다. 즉, 전력 공급 장치(100)로부터 전력을 받아 전력 수신 장치(200)의 충전 제어부(210)와 제2통신부(220)를 작동 시킬 수 있는 정도만의 전력을 전송하여 전력의 낭비를 최소화 한다.
도5로 돌아와서, 515단계에서 전력 공급 장치(100)는 충전 시작을 알리는 통지 메시지를 전력 수신 장치(200)로 전송하고, 충전 전력의 송출을 시작하여 충전 상태로 전환한다. 통지 메시지는 충전 상태 동안 전력 수신 장치(200)로 통지해야 하는 정보를 전달하거나, 보고 메시지의 송신을 요구하는 메시지이다. 예를 들어, 통지 메시지는 전력 수신 장치(200)에게 할당된 타임 슬롯이 변경되는 경우, 새롭게 할당된 타임 슬롯에 대한 정보를 포함할 수도 있다. 타임 슬롯의 새로운 할당은 충전 중인 장치의 수가 변경되는 경우 발생할 수 있다. 그리고 통지 메시지를 수신하면, 전력 수신 장치(200)는 보고 메시지를 전송한다.
이후, 517단계에서 전력 공급 장치(100)는 전력 수신 장치(200)로부터 보고 메시지가 수신되는지 확인한다. 보고 메시지는 전력 수신 장치(200)의 충전기(270)의 충전 정도를 보고하는 메시지이다.
519단계에서 전력 공급 장치(100)는 보고 메시지의 내용을 확인하여, 전력 수신 장치(200)가 완충 상태인지 확인한다. 완충 상태이면 525단계로 진행하고, 완충 상태가 아니라면 521단계로 진행한다. 521단계에서 전력 공급 장치(100)는 보고 메시지에 포함된 충전기(270)의 남은 충전량을 확인하여, 전력 수신 장치(200)의 남은 충전량이 전력 수신 장치(200)에게 제공되고 있는 시간당 충전 전력의 크기보다 크면, 이전 충전 전력의 크기를 그대로 유지한다. 만약, 전력 수신 장치(200)의 남은 충전량이 전력 수신 장치(200)에게 제공되고 있는 시간당 충전 전력의 크기 미만이면, 충전 전력의 크기를 감소시킨다. 이는, 불필요한 전력 낭비를 방지하기 위한 것이다.
이와 같이, 전력 공급 장치(100)는 전력 수신 장치(200)에 대응하는 시간당 충전 전력의 크기를 결정하고, 결정된 충전 전력을 송출한다. 이후, 523단계로 진행하여 보고 메시지의 전송을 유도하는 통지 메시지를 전력 수신 장치(200)로 전송한다. 통지 메시지는 일정 주기에 따라 전송될 수 있다. 이러한 통지 메시지를 수신한 전력 수신 장치(200)는, 그때 마다 보고 메시지를 구성하여 전력 공급 장치(100)에게 제공한다.
또는 본 발명의 다른 실시예에 따라, 통지 메시지에 보고 메시지의 주기적인 송신을 요청하는 정보를 포함시켜, 전력 수신 장치(200)로 전송함으로써, 전력 수신 장치(200)가 일정 주기마다 자발적으로 보고 메시지를 전력 공급 장치(100)로 전송하도록 구성할 수도 있다.
한편, 보고 메시지에 전력 수신 장치(200)의 완충을 나타내는 정보가 포함되어 있으면, 전력 공급 장치(100)는 525단계에서 전력 수신 장치(200)로의 공급 전력을 구동 전력까지 감소시키는 대기 상태로 전환한다. 이는, 전력 수신 장치(200)의 충전 제어부(210)에 공급 되는 전력을 완전히 차단하게 되면, 전력 수신 장치(200)가 완충전과 보충전을 반복하게 되어 사용자에게 혼란을 초래 할 수 있기 때문이다.
이후, 전력 공급 장치(100)는 대기 상태에서 527단계에서 전력 수신 장치(200)가 충전 대상에서 제거되는지를 확인하여 제거가 확인되면, 529단계로 진행하여 전력 공급을 중단하고, 검출 상태로 전환한다 . 전력 공급 장치(100)는 대기 상태에서도 계속해서 통지 메시지를 전력 수신 장치(200)에 송신하여, 보고 메시지의 전송을 유도한다. 그리고 전력 공급 장치(100)는 통지 메시지 전송 후 일정 기간 동안 그에 대응하는 보고 메시지가 수신되지 않으면, 해당 전력 수신 장치(200)가 제거된 것으로 판단한다.
상기한 515단계 내지 529단계에 해당하는 전력 공급 패턴을 도8에 나타내었다. 도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 상태의 전력 공급 패턴을 나타낸 도면이다.
도8을 참조하면, 전력 공급 장치(100)는 충전 시작을 알리는 통지 메시지를 전력 수신 장치(200)로 전송하고, 환경 설정 상태에서 결정한 충전 전력 a(Pcharge0)의 송출을 시작하여 충전 상태로 전환한다. 전력 수신 장치(200)는 통지 메시지를 수신하면 보고 메시지를 전송하고, 전력 공급 장치(100)는 통지 메시지에 대한 애크를 전력 수신 장치(200)로 전송한다. 전력 공급 장치(100)는 통지 메시지를 일정 주기(tcycle) 마다 전력 수신 장치(200)로 전송하고, 그에 따른 보고 메시지를 수신하여, 전력 수신 장치(200)의 충전 상황을 파악한다.
도8에 도시된 예에서는, 네 번째 보고 메시지에 포함된 전력 수신 장치(200)의 남은 충전량이 충전 전력 a(Pcharge0) 보다 작은 것으로 가정한다. 이에 따라, 전력 공급 장치(100)는 전력 수신 장치(200)로의 충전 전력을 점차적으로 감소시킨다.
이후, 다섯 번째 보고 메시지를 수신한 전력 공급 장치(100)는, 다섯 번째 보고 메시지에 포함된 전력 수신 장치(200)의 남은 충전량을 현 시점에서 송출하고 있는 전력 수신 장치(200)의 충전 전력 b(Pcharge1)와 비교한다. 비교 결과, 충전 전력 b(Pcharge1)가 전력 수신 장치(200)의 남은 충전량 보다 크면, 충전 전력 b(Pcharge1)를 그대로 유지하고, 충전 전력 b(Pcharge1)가 전력 수신 장치(200)의 남은 충전량 이하이면, 계속해서 충전 전력을 감소시킨다.
이후, 수신되는 보고 메시지에 완충되었음을 나타내는 정보가 포함되어 있으면, 전력 공급 장치(100)는 대기 상태로 전환하여 전력 수신 장치(200)에 대응하는 공급 전력을 구동 전력(Prge)까지 감소시킨다. 대기 상태에서도, 전력 공급 장치(100)는 전력 수신 장치(200)에 통지 메시지를 송신하여, 전력 수신 장치(200)에게 보고 메시지를 전송할 것을 요청한다. 만약, 통지 메시지 송신 후 정해진 기간 동안 전력 수신 장치(200)의 보고 메시지가 수신되지 않는 다면, 전력 공급 장치(100)는 전력 수신 장치(200)가 충전 기판 위에서 제거된 것으로 판단한다.
전력 수신 장치(200)의 제거가 확인되면, 전력 공급 장치(100)는 전력 수신 장치(200)에 대응하는 공급 전력의 양을 점차적으로 감소시켜, 전력 공급을 중단하고, 검출 상태로 전환한다.
도9는 본 발명의 일 실시예에 따라, 복수의 전력 수신 장치에 전력을 공급하는 경우의 전력 패턴을 나타낸 것이다. 도9의 예에서, 제2전력 수신 장치(300), 제3전력 수신 장치(400)의 구성은, 제1전력 수신 장치(200), 즉, 도2에 도시된 구성과 유사하다. 그리고 제1전력 수신 장치(200)는 충전 상태에서 충전 전력을 제공받고 있는 중이며, 제2전력 수신 장치(300)는 충전중에 갑자기 제거되는 것으로 가정한다. 또한, 제3전력 수신 장치(400)는 제1전력 수신 장치(200)와 제2전력 수신 장치(300)의 충전이 진행되는 동안에, 새롭게 검출되어 전력을 제공 받는 장치로 가정한다. 그리고 도9에 기재된 각 상태는 제3전력 수신 장치(400)와 관련된 것이다.
상기한 가정에 따라, 전력 공급 장치(100)의 통지 메시지에 대응하여, 제1전력 수신 장치(200)와 제2전력 수신 장치(300) 각각은 보고 메시지를 송신한다. 이때, 전력 공급 장치(100)는 제1타임 슬롯(slot0)을 이용하고, 제1전력 수신 장치(200)가 할당 받은 타임 슬롯은 제2타임 슬롯(slot1)이다. 한편, 전력 공급 장치(100)는 제1전력 수신 장치(200)와 제2전력 수신 장치(300)로 충전 전력을 공급하는 동시에, 검출 전력을 송출한다(P610).
이에 따라, 새로운 장치, 즉, 제3전력 수신 장치(400)가 검출되면, 제3전력 수신 장치(400)에 대응하는 구동 전력을 송출한다. 이에 따라, 제3전력 수신 장치(400)는 등록 요청 메시지를 전력 공급 장치(100)로 전송하고, 전력 공급 장치(100)는 등록 응답 메시지를 구성하여 제3전력 수신 장치(400)로 전송함으로써, 장치 등록을 수행한다(P620).
그리고 제3전력 수신 장치(400)는 환경 설정 메시지를 전력 공급 장치(100)로 전송하여, 전력 공급을 요청한다. 전력 공급 장치(100)는 이때, 제1전력 수신 장치(200)와 제2전력 수신 장치(300)에게 충전 전력을 송출하고 있는 중이기 때문에, 제3전력 수신 장치(400)로 제공할 충전 전력이 확보되지 않을 수도 있다. 하지만, 전력 공급 장치(100)는 제1전력 수신 장치(200)와 제2전력 수신 장치(300)로부터 수신되는 보고 메시지를 통해 각 전력 수신 장치의 충전 완료 시간을 대략적으로 예측할 수 있다. 따라서 전력 공급 장치(100)는 정해진 기간 내에 제3전력 수신 장치(400)의 충전 전력을 확보할 수 있는 것으로 예측되면, 제2전력 수신 장치(400)로 충전 전력 제공이 가능한 것으로 판단하여, 제3전력 수신 장치(400)에게 장치 식별자를 할당하고, 제3전력 수신 장치(400)와의 통신을 위해 제4타임 슬롯(slot3)을 할당하고, 제3전력 수신 장치(400)로 시간당 제공될 충전 전력의 크기를 결정한다. 그리고 전력 공급 장치(100)는 장치 식별자와, 할당된 타임 슬롯과, 충전 가능 지시자를 포함하는 환경 설정 응답 메시지를 구성하여 제3전력 수신 장치(400)로 전송한다(P620).
제3전력 수신 장치(400)에게 공급할 충전 전력이 확보된 상태라면, 전력 공급 장치(100)는 제3전력 수신 장치(400)로부터 환경 설정 응답 메시지에 대응하는 애크의 수신을 확인한 후, 짧은 시간 내에 충전 전력의 송출을 시작한다. 하지만, 제3전력 수신 장치(400)에게 공급할 충전 전력이 확보되지 않은 경우에는, 해당 충전 전력이 확보될 때까지, 예를 들어, 기존에 충전중이던 전력 수신 장치의 충전이 완료되거나, 제거될 때까지 충전 전력의 송출을 대기한다(P630).
그리고 전력 공급 장치(100)는 통지 메시지를 이용해 보고 메시지의 전송을 종용한다. 이에 따라, 제1전력 수신 장치(200), 제2전력 수신 장치(300), 제3전력 수신 장치(400)는 각각 자신에게 할당된 타임 슬롯에 보고 메시지를 전송하고, 전력 공급 장치(100)로부터 그에 대응하는 애크를 수신한다(P630).
그런데, 제2전력 수신 장치(300)가 충전이 완료되지 않음에도 불구하고, 전력 공급 장치(100)의 충전 대상에서 제거될 수가 있다. 예를 들어, 제2전력 수신 장치(300)가 충전 기판에 위치한 채로 충전이 진행되다가, 충전 기판에서 제2전력 수신 장치(300)가 제거될 수도 있다. 전력 공급 장치(100)는 제2전력 수신 장치(300)의 제거가 감지되면, 제2전력 수신 장치(300)로 송출중이던 공급 전력을 점차적으로 감소시킨다(P630).
이에 따라, 제3전력 수신 장치(400)로 제공할 충전 전력이 확보될 수 있고, 전력 공급 장치(400)는 제3전력 수신 장치(400)에게 충전 전력의 송출을 시작한다(P640).
이후, 전력 공급 장치(100)는 타임 슬롯을 새롭게 할당하고, 이를 통지 메시지를 통해 제1전력 수신 장치(200)와 제3전력 수신 장치(300)로 전송한다. (P650)
상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.

Claims (18)

  1. 무선 전력 충전 시스템에서, 전력 공급 장치가 무선으로 전력을 제공하는 무선 충전 방법에 있어서,
    전력 수신 장치를 검출하기 위한 검출 전력을 주기적으로 송출하여, 금속 물체를 검출하는 과정과,
    상기 금속 물체가 검출되면, 전력 수신 장치를 구동시키기 위한 구동 전력을 송출하는 과정과,
    상기 구동 전력에 의해 활성된 특정 전력 수신 장치를 충전 대상 장치로 등록하는 과정과,
    상기 특정 전력 수신 장치의 필요 충전량을 확인하여 충전 전력 제공 여부를 결정하고, 시간당 제공될 충전 전력의 크기를 결정하고, 상기 결정에 따라 상기 특정 전력 수신 장치에 대응하는 충전 전력을 송출하는 과정과,
    상기 특정 전력 수신 장치로부터 주기적으로 상기 특정 전력 수신 장치의 충전 상황에 대한 보고 메시지를 수신하는 과정과,
    상기 보고 메시지 수신시 마다, 해당 보고 메시지에 포함된 상기 특정 전력 수신 장치의 남은 충전 전력량을 확인해, 상기 특정 수신 장치에 대응하여 송출되는 충전 전력의 크기를 조정하여 송출하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 무전 충전 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보고 메시지에 상기 특정 전력 수신 장치의 충전 배터리가 완충되었음을 나타내는 정보가 포함되면, 상기 특정 전력 수신 장치에 대응하는 전체 송출 전력의 크기를 상기 구동 전력의 크기까지 감소 시키는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 무선 충전 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 특정 전력 수신 장치의 제거가 감지되면, 상기 특정 전력 수신 장치로의 전력 송출을 중단하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 무선 충전 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 금속 물체를 검출하는 과정은,
    상기 검출 전력이 송출되는 제1기간 동안 상기 전력 공급 장치의 소스 공진부의 로드 값을 측정하는 단계와,
    상기 측정된 로드 값이 상기 제1기간을 기준으로 가장 최근에 측정된 상기 소스 공진부의 로드 값과 상이하면, 금속 물체가 검출된 것으로 결정하는 단계를 포함하며,
    상기 검출 전력의 크기는 상기 소스 공진부의 로드 변화를 감지할 수 있는 크기의 전압 및 상기 전압의 송출 유지 기간에 의해 결정됨을 특징으로 하는 무선 충전 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 구동 전력의 크기는 상기 전력 공급 장치와 해당 전력 수신 장치간에 통신에 이용되는, 상기 전력 공급 장치의 통신 기능이 활성되는데 필요한 전력의 크기이며, 상기 특정 전력 수신 장치의 제거가 감지될 때까지 상기 구동 전력의 송출이 유지됨을 특징으로 하는 무선 충전 방법.
  6. 제3항 또는 제5항에 있어서, 상기 보고 메시지가 미리 정해진 기간 동안 수신되지 않으면, 상기 특정 전력 수신 장치가 제거된 것으로 감지됨을 특징으로 하는 무선 충전 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 충전 전력의 크기를 조정하여 송출하는 과정은, 상기 보고 메시지에 포함된 상기 특정 전력 수신 장치의 상기 남은 충전 전력량을 확인하는 단계와,
    상기 보고 메시지의 수신시점에, 상기 특정 전력 수신 장치에 대응하여 시간당 송출되고 충전 전력의 크기가 상기 남은 충전 전력량보다 크면, 상기 충전 전력의 크기를 감소시키는 단계와,
    상기 감소된 크기의 충전 전력을 송출하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 무선 충전 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 보고 메시지는 주기적으로 수신됨을 특징으로 하는 무선 충전 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 보고 메시지의 전송을 요청하는 통지 메시지가 상기 전력 공급 장치에서 상기 특정 전력 수신 장치로 송신됨을 특징으로 하는 무선 충전 방법.
  10. 무선 전력 충전 시스템에서, 무선으로 전력을 제공하는 전력 공급 장치에 있어서,
    제어부에 의해 결정된 전력을 송출하는 소스 공진부와,
    무선 통신을 수행하는 통신부와,
    상기 소스 공진부를 이용해, 전력 수신 장치를 검출하기 위한 검출 전력을 구기적으로 송출하여 금속 물체가 검출되면, 전력 수신 장치를 구동시키기 위한 구동 전력을 송출하고, 상기 구동 전력에 의해 활성된 특정 전력 수신 장치를 충전 대상 장치로 등록하고, 상기 특정 전력 수신 장치의 필요 충전량을 확인하여, 충전 전력 제공 여부를 결정하고, 시간당 제공될 충전 전력의 크기를 결정하고, 상기 결정에 따라 상기 특정 전력 수신 장치에 대응하는 충전 전력을 상기 소스 공진부를 이용해 송출하고, 상기 특정 전력 수신 장치로부터 상기 통신부를 통해 주기적으로 상기 특정 전력 수신 장치의 충전 상황에 대한 보고 메시지를 수신하고, 상기 보고 메시지 수신시 마다, 해당 보고 메시지에 포함된 상기 특정 전력 수신 장치의 남은 충전 전력량을 확인해, 상기 특정 수신 장치에 대응하여 송출되는 충전 전력의 크기를 조정함을 특징으로 하는 상기 제어부를 포함함을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제어부는 상기 보고 메시지에 상기 특정 전력 수신 장치의 충전 배터리가 완충되었음을 나타내는 정보가 포함되면, 상기 특정 전력 수신 장치에 대응하는 전체 송출 전력의 크기를 상기 구동 전력의 크기까지 감소 시킴을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제어부는 상기 특정 전력 수신 장치의 제거가 감지되면, 상기 특정 전력 수신 장치로의 전력 송출을 중단함특징으로 하는 전력 공급 장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 제어부는 상기 금속 물체를 검출하기 위해, 상기 검출 전력이 송출되는 제1기간 동안 상기 전력 공급 장치의 소스 공진부의 로드 값을 측정하고, 상기 측정된 로드 값이 상기 제1기간을 기준으로 가장 최근에 측정된 상기 소스 공진부의 로드 값과 상이하면, 금속 물체가 검출된 것으로 결정하며,
    상기 검출 전력의 크기는 상기 소스 공진부의 로드 변화를 감지할 수 있는 크기의 전압 및 상기 전압의 송출 유지 기간에 의해 결정됨을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  14. 제10항에 있어서, 상기 구동 전력의 크기는 상기 전력 공급 장치와 해당 전력 수신 장치간에 통신에 이용되는, 상기 전력 공급 장치의 통신 기능이 활성되는데 필요한 전력의 크기이며, 상기 특정 전력 수신 장치의 제거가 감지될 때까지 상기 구동 전력의 송출이 유지됨을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  15. 제12항 또는 제14항에 있어서, 상기 제어부는 상기 보고 메시지가 미리 정해진 기간 동안 수신되지 않으면, 상기 특정 전력 수신 장치가 제거된 것으로 판단함을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  16. 제10항에 있어서, 상기 제어부는 상기 보고 메시지에 포함된 상기 특정 전력 수신 장치의 상기 남은 충전 전력량을 확인하고, 상기 보고 메시지의 수신시점에, 상기 특정 전력 수신 장치에 대응하여 시간당 송출되고 충전 전력의 크기가 상기 남은 충전 전력량보다 크면, 상기 충전 전력의 크기를 감소시킴을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 보고 메시지는 주기적으로 수신됨을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  18. 제10항에 있어서, 상기 보고 메시지의 전송을 요청하는 통지 메시지가 상기 전력 공급 장치에서 상기 특정 전력 수신 장치로 송신됨을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
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