KR20140082208A - 차량의 무선충전장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

차량에 설치된 무선충전기를 이용하여 탑승자의 단말기기(스마트폰, I-PAD 기타)를 충전할 수 있도록 한 차량의 무선충전장치 및 그 방법이 개시된다.
개시된 차량의 무선충전장치는 사용자 인증을 수행하는 스마트키 모듈에서 포브 키로 전송하는 저주파(LF) 통신신호를 검출하는 저주파 검출기와; 충전용 단말기를 검출하는 단말기 검출기와; 저주파 검출기와 단말기 검출기에서 각각 검출한 신호에 따라 단말기 충전을 위한 무선 전력의 송신을 제어하는 제어기와; 제어기의 제어에 따라 발진을 하여 무선 전력 송신을 위한 주파수를 출력하는 발진기와; 발진기에서 출력되는 주파수에 대응하여 전자기장을 발생하는 송신기 코일을 구비한다.

Description

차량의 무선충전장치 및 그 방법{Wireless charging unit in vehicle and method thereof}
본 발명은 차량의 무선충전(wireless charge)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량에 설치된 무선충전기를 이용하여 탑승자의 단말기기(스마트폰, I-PAD 기타)를 충전할 수 있도록 한 차량의 무선충전장치 및 그 방법에 관한 것이다.
오늘날 정보통신 분야는 매우 빠른 속도로 발전하고 있다. 전기, 전자, 통신, 반도체 등이 종합적으로 조합된 다양한 기술들이 지속적으로 개발되고 있고, 전자기기들의 모바일화 경향이 증대함에 따라 통신분야에 있어서도 무선 통신 및 무선 전력전송 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 추세이다. 특히, 전자기기에 무선으로 전력을 공급하는 방안에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이와 같은 무선 전력전송은 전력을 공급하는 송전단과 전력을 공급받는 전자기기(수전단) 간에 물리적인 접촉이 없이 자기 결합(inductive coupling), 용량 결합(capacitive coupling) 또는 안테나 등의 전자기장 공진 구조를 이용하여 공간을 통해 전력을 무선으로 공급(전송)하는 것이다.
한편, 휴대폰이나 헤드 셋과 같은 차량 내의 휴대 기기에 전력을 공급함에 있어서, 선이 연결되어 있는 시거 잭을 12V DC 출력 포트에 꽂고 시거 잭의 선을 수신기에 연결함으로써 차량 내의 휴대 기기에 전력을 공급하였다. 이 경우 연결 잭을 수신기기에 손수 연결해야 하는 번거로움이 있고, 운전 중에 이와 같은 연결 작업을 수행할 경우에는 안전에도 문제가 있다. 또한, 연결 잭과 수신 기기가 선으로 연결되므로, 차량 내에서의 선 처리 문제가 수월하지 않고 선이 제대로 정리되지 않을 경우 미관상으로 좋지 않은 등의 문제가 있다.
이러한 유선 사용으로 인한 문제점들을 개선하기 위해서 제안된 것이 주지한 바와 같은 무선 전력전송기술이며, 이러한 무선 전력전송기술을 차량에 적용한 종래기술이 대한민국특허청 공개특허번호 공개번호 10-2012-0048306호(2012.05.15. 공개)(발명의 명칭: 차량 내의 전자기기들에의 무선 전력 공급장치)에 개시된다.
개시된 종래기술은 교류신호 발생기와 전자기장 발생기 및 송신측 전자기장 공진기로 이루어진 송신부, 수신측 전자기장 공진기와 정류기 및 충전기로 이루어진 수신부로 구성된다. 이렇게 구성된 종래기술은 송신부 내의 전자기장 공진기에 송신부 코일과 중계증폭기를 구비하고, 송신부 코일을 이용하여 전자기장에 대해 전자유도에 의해 유도기전력을 생성하고, 생성된 유도기전력에 의해 더 강화된 전자기장을 발생하며, 중계 증폭기에서 전자기 공진을 일으킴으로써 무선 송신에 의해 약화된 전자기장을 증폭하게 된다.
1. 대한민국특허청 공개특허번호 공개번호 10-2012-0048306호(2012.05.15. 공개)(발명의 명칭: 차량 내의 전자기기들에의 무선 전력 공급장치)
그러나 상기와 같은 종래기술은 차량에서 무선으로 전력을 송수신하는 것은 가능하나, 차량에서 포브 키(Fob Key)를 사용할 경우에는 차량 내 주파수 간섭 문제로 인해 무선 충전이 불가능한 단점이 있다.
여기서 포브 키(Fob Key)는 인증 메커니즘이 내장된 일종의 하드웨어 보안 토큰으로서, 열쇠 기능과 함께 네트워크 서비스와 정보 접근을 제어하는 역할을 한다. 이러한 포브 키는 스마트 카드와 마찬가지로 2중 인증을 제공한다. 인증을 받고자 하는 사용자는 포브 키를 소유하고 있어야 하고(소유 인증), 또한 포브 키의 소유자 증명을 위해 포브 키에 대한 개인 식별 번호(PIN)을 알아야 한다.
이러한 포브 키는 스마트키 모듈(SKM)로 인증 코드를 무선 신호(433MHz RF 신호)로 전송하고, 상기 스마트키 모듈은 포브 키에 134kHz의 저주파(LF; 30 ~ 300kHz)를 사용하여 통신을 하게 된다. 아울러 무선 충전기에서 충전을 위한 단말기로 전송해주는 무선 전력의 주파수도 111kHz대의 저주파이므로, 스마트키 모듈에서 포브 키로 전송하는 신호의 주파수 대역과 무선 전력의 주파수 대역이 동일한 저주파여서, 주파수 간섭이 발생하게 된다.
주파수 간섭이 발생할 경우 인증을 위한 통신이 불가능할 뿐만 아니라 충전 전력에도 문제가 발생하여, 제대로 충전하는 것도 어렵게 된다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서,
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 차량에 설치된 무선충전기를 이용하여 탑승자의 단말기(스마트폰, I-PAD 기타)를 충전할 수 있도록 한 차량의 무선충전장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 차량에 설치된 무선충전기를 이용하여 탑승자의 단말기를 충전할 때, 주파수 간섭 문제를 최소화할 수 있도록 한 차량의 무선충전장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 과제들을 해결하기 위한 본 발명에 따른 차량의 무선충전장치는,
사용자 인증을 수행하는 스마트키 모듈에서 포브 키로 전송하는 저주파(LF) 통신신호를 검출하는 저주파 검출기와;
충전용 단말기를 검출하는 단말기 검출기와;
상기 저주파 검출기와 단말기 검출기에서 각각 검출한 신호에 따라 단말기 충전을 위한 무선 전력의 송신을 제어하는 제어기와;
상기 제어기의 제어에 따라 발진을 하여 무선 전력 송신을 위한 주파수를 출력하는 발진기와;
상기 발진기에서 출력되는 주파수에 대응하여 전자기장을 발생하는 송신기 코일을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기에서 제어기는 상기 저주파 검출기에 의해 저주파 신호가 검출되면 무선 송신 전력의 송출을 일시 정지시키고, 충전 시에는 상기 단말기 검출기에 의해 단말기가 검출될 경우에만 무선 전력을 송신토록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 과제들을 해결하기 위한 본 발명에 따른 차량의 무선충전방법은,
(a) 차량의 엔진 시동이 온(on)되면, 스마트키 모듈에서 포브 키로 전송되는 저주파 신호가 검출되는지를 확인하는 단계와;
(b) 상기 (a)단계의 확인 결과 저주파 신호가 검출될 경우, 일정 시간 동안 충전을 중지하는 단계와;
(c) 상기 일정 시간이 지나면 충전용 단말기가 존재하는지를 검출하는 단계와;
(d) 상기 충전용 단말기의 존재 여부에 따라 무선 전력의 송신을 제어하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
상기에서 (d)단계는 상기 충전용 단말기가 검출될 경우 상기 무선 전력을 송신토록 제어하고, 상기 충전용 단말기가 검출되지 않을 경우 상기 무선 전력의 송신을 중지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 차량에 설치된 무선충전기를 이용하여 탑승자의 단말기(스마트폰, I-PAD 기타)를 충전할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 차량에 설치된 무선충전기를 이용하여 탑승자의 단말기를 충전할 때 주파수 간섭을 제거할 수 있으며, 이러한 주파수 간접 제거로 단말기 충전을 최적으로 구현할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 차량의 무선충전장치의 개략 구성도이고,
도 2는 본 발명에 따른 차량의 무선충전장치의 실시 예 구성도이며,
도 3은 본 발명에 따른 차량의 무선충전방법을 보인 흐름도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
<실시 예1>
도 1은 본 발명이 적용되는 차량의 무선충전장치의 개략 구성도로서, 스마트키 모듈(100), 포브 키(200), 무선 충전장치(300)로 구성된다.
스마트키 모듈(100)은 상기 포브 키(200)와 통신을 하여 사용자를 인증하는 역할을 하는 것으로서, 상기 포브 키(200)로부터 전송된 무선신호(RF신호)를 수신하기 위한 RF수신기, 상기 포브 키(200)에 저주파 통신신호를 전송하기 위한 LF안테나, 이모빌라이저 등으로 구성된다.
무선 충전장치(300)는 상기 스마트키 모듈(100)에서 상기 포브 키(200)로 전송되는 저주파 통신 신호를 검출하고, 그 저주파 통신 신호의 검출 여부와 충전용 단말기의 존재 여부에 따라 무선 전력의 송신을 제어하는 역할을 한다.
이러한 무선 충전장치(300)는 실제 차량의 운전석과 조수석 사이에 존재하는 암레스트(arm rest), 데시 보드(dash board), 핸들의 내부 등에 설치되는 것이 바람직하다. 본 발명은 설명의 편의를 위해 무선 충전장치(300)가 암레스트에 설치된 것으로 가정한다.
상기 무선 충전장치(300)는 도 2에 도시한 바와 같이, 사용자 인증을 수행하는 스마트키 모듈(100)에서 포브 키(200)로 전송하는 저주파(LF) 통신신호를 검출하는 저주파 검출기(310)와; 충전용 단말기를 검출하는 단말기 검출기(350)와; 상기 저주파 검출기(310)와 단말기 검출기(350)에서 각각 검출한 신호에 따라 단말기 충전을 위한 무선 전력의 송신을 제어하는 제어기(320)와; 상기 제어기(320)의 제어에 따라 발진을 하여 무선 전력 송신을 위한 주파수를 출력하는 발진기(330)와; 상기 발진기(330)에서 출력되는 주파수에 대응하여 전자기장을 발생하는 송신기 코일(340)로 구성된다.
도 2에서 참조부호 400은 충전용 단말기를 의미하며, 이러한 충전용 단말기는 스마트폰, I-pad와 같은 사용자 기기를 의미하며, 내부에는 무선 전력을 수신하여 전류로 변환하기 위한 수신기 코일(410)과, 상기 수신기 코일(420)에서 수신한 전류로 충전을 수행하는 충전부(420)로 구성된다.
여기서 충전용 단말기(400)의 구성은 통상의 무선 전력을 수신하여 충전을 하는 충전 단말기의 구성을 그대로 채택한 것이므로, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 차량의 무선충전장치는 운전자가 포브 키(200)를 정해진 위치에 삽입하고, 차량의 엔진을 시동시키면 포브 키(200)에 내장된 인증 코드는 무선신호로 변환되어 스마트키 모듈(100)로 전송되고, 스마트키 모듈(100)에서는 저주파 통신 신호를 만들어 상기 포브 키(200)와 통신을 하게 된다.
이때 무선 충전장치(400)의 저주파 검출기(310)는 상기 스마트키 모듈(100)에서 상기 포브 키(200)로 전송되는 저주파 통신신호를 검출하게 되고, 그 검출 결과 저주파 통신신호가 검출되면 상기 제어기(320)에 저주파 검출신호를 전달한다.
여기서 저주파 검출기(310)는 설정된 대역의 저주파만을 통과시키기 위한 필터를 구비하고, 수신 신호를 상기 필터에 넣어 특정 대역만을 통과시키는 방법으로 저주파를 검출하게 된다.
상기 제어기(320)는 저주파 검출신호가 수신되면 발진기(330)를 오프시켜, 무선 전력의 송신을 중단하게 되고, 동시에 내부 카운터를 기동시켜 상기 저주파 검출신호가 검출된 시점부터 시간의 경과를 확인한다. 이후 저주파 검출신호가 검출된 시점부터 미리 설정된 일정 시간(예를 들어, 1초)이 지나면, 단말기 검출기(350)를 통해 무선 충전장치(300)로부터 일정 거리 이내에 충전용 단말기(400)가 존재하는지를 확인한다.
여기서 충전용 단말기는 암레스트의 지정된 위치에 놓은 경우에만 충전이 가능하도록 한다. 지정된 위치로 한정한 것은 단말기 검출기(350)가 검출 센서(예를 들어, 광센서)를 이용하여 충전용 단말기를 검출할 수 있도록 하기 위함이다. 검출센서로 광센서를 이용할 경우, 충전용 단말기에 광을 송신하고 상기 충전용 단말기로부터 광이 반사되어 수신되는 방식, 아니면 충전용 단말기에 의해 광이 차단되어 수신부에 광이 수신되지 않는 방식 등을 이용할 수 있다.
이러한 방식을 통해 단말기 검출기(350)는 충전용 단말기의 존재 여부를 검출하고, 그 검출 결과 신호(충전용 단말기 존재 여부 신호)를 제어기(320)에 전달하게 된다. 상기 제어기(320)는 상기 충전용 단말기(400)로부터 전송된 검출 결과 신호를 분석하여 상기 무선 충전장치(300)로부터 일정 거리 이내에 충전용 단말기가 존재하지 않을 경우, 운전자 또는 탑승자가 충전용 단말기(400)를 충전하기를 원하지 않는 것으로 판단을 하고, 발진기(330)의 구동을 정지시켜 전력 낭비를 방지하게 된다.
이와는 달리 충전용 단말기(400)가 검출될 경우, 상기 발진기(330)를 구동시키게 되고, 이러한 구동에 의해 발진기(330)에서는 발진을 하여 무선 전력에 상응하는 주파수를 출력하게 되고, 송신기 코일(340)은 이렇게 출력된 주파수에 대응하여 전자기장을 발생하게 된다.
발생된 전자기장은 충전용 단말기(400)의 수신기 코일(410)에서 수신되어 전류로 변환되고, 충전부(420)에서 상기 변환된 전류로 충전을 하게 된다.
이러한 본 발명은 엔진 시동 시 스마트키 모듈(100)에서 포브 키(200)로 전송되는 저주파 통신 신호를 검출하여, 저주파 통신 신호가 검출되면 무선 전력의 발생을 정지시킴으로써, 주파수 간섭에 의해 포브 키 인증 여부의 문제를 해소하게 된다.
<실시 예2>
도 3은 본 발명에 따른 차량의 무선충전방법을 보인 흐름도로서, S는 단계를 나타내며, 도 2의 제어기(320)에서 소프트웨어적으로 무선충전을 제어하는 과정을 나타낸 것이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량의 무선충전방법은 도 2(a) 차량의 엔진 시동이 온(on) 되면, 스마트키 모듈(100)에서 포브 키(200)로 전송되는 저주파 신호가 검출되는지를 확인하는 단계(S101 ~ S102)와; (b) 상기 (a)단계의 확인 결과 저주파 신호가 검출될 경우, 일정 시간 동안 충전을 중지하는 단계(S103)와; (c) 상기 일정 시간이 지나면 충전용 단말기가 존재하는지를 검출하는 단계(S104 ~ S105)와; (d) 상기 충전용 단말기의 존재 여부에 따라 무선 전력의 송신을 제어하는 단계(S106 ~ S108)로 이루어진다.
이와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 차량의 무선충전방법은 단계 S101에서 차량의 엔진 시동이 온(on) 되면, 단계 S102에서 스마트키 모듈(100)에서 포브 키(200)로 전송되는 저주파 신호가 검출되는지를 확인한다.
상기 확인 결과 저주파 신호가 검출되지 않으면 단계 S105로 이동하여 충전 과정을 수행하고, 상기 확인 결과 저주파 신호가 검출되면 단계 S103으로 이동하여 발전기(330)의 구동으로 오프시켜 충전을 중지한다. 그리고 충전 중지 시점부터 내부의 카운터를 구동시켜 시간의 경과를 확인하게 되고, 그 결과 충전 중지 시점부터 경과 시간이 미리 설정된 일정 시간(예를 들어, 1초)을 초과하게 되면, 단계 S105로 이동하여 충전용 단말기가 감지되는지를 확인한다.
이 확인 결과 충전용 단말기가 감지되지 않으면 단계 S106으로 이동하여 무선 전력 송신을 중지하게 된다. 예컨대, 충전한 단말기가 없는 경우에는 무선 전력의 송신을 중지시켜 불필요한 전력 낭비를 방지하게 된다.
이와는 달리 충전용 단말기가 감지되면 단계 S107로 이동하여 발전기를 구동시켜 주파수를 생성하고, 송신기 코일을 통해 생성한 주파수를 그에 대응하는 전자기장으로 변환하여 무선 전력을 송신하게 된다.
이후 단계 S108에서 충전용 단말기는 무선충전장치(300)로부터 송신된 무선 전력을 수신하고, 이를 전류로 변환하여 충전을 하게 된다.
이러한 본 발명은 엔진 시동 시 스마트키 모듈(100)에서 포브 키(200)로 전송되는 저주파 통신 신호를 검출하여, 저주파 통신 신호가 검출되면 무선 전력의 발생을 정지시킴으로써, 주파수 간섭에 의해 포브 키 인증 여부의 문제를 해소하게 된다.
100 : 스마트키 모듈 200 : 포브 키
300 : 무선충전장치 310 : 저주파 검출기
320 : 제어기 330 : 발진기
340 : 송신기 코일 350 : 단말기 검출기
400 : 충전용 단말기

Claims (4)

  1. 차량에서 충전용 단말기를 무선으로 충전하는 장치에 있어서,
    사용자 인증을 수행하는 스마트키 모듈에서 포브 키로 전송하는 저주파(LF) 통신신호를 검출하는 저주파 검출기와;
    충전용 단말기를 검출하는 단말기 검출기와;
    상기 저주파 검출기와 단말기 검출기에서 각각 검출한 신호에 따라 단말기 충전을 위한 무선 전력의 송신을 제어하는 제어기와;
    상기 제어기의 제어에 따라 발진을 하여 무선 전력 송신을 위한 주파수를 출력하는 발진기와;
    상기 발진기에서 출력되는 주파수에 대응하여 전자기장을 발생하는 송신기 코일로 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 무선충전장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제어기는 상기 저주파 검출기에 의해 저주파 신호가 검출되면 무선 송신 전력의 송출을 일시 정지시키고, 충전시에는 상기 단말기 검출기에 의해 단말기가 검출될 경우에만 무선 전력을 송신토록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 무선충전장치.
  3. 차량에서 충전용 단말기를 무선으로 충전하는 방법에 있어서,
    (a) 차량의 엔진 시동이 온(on)되면, 스마트키 모듈에서 포브 키로 전송되는 저주파 신호가 검출되는지를 확인하는 단계와;
    (b) 상기 (a)단계의 확인 결과 저주파 신호가 검출될 경우, 일정 시간 동안 충전을 중지하는 단계와;
    (c) 상기 일정 시간이 지나면 충전용 단말기가 존재하는지를 검출하는 단계와;
    (d) 상기 충전용 단말기의 존재 여부에 따라 무선 전력의 송신을 제어하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량의 무선충전방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 (d)단계는 상기 충전용 단말기가 검출될 경우 상기 무선 전력을 송신토록 제어하고, 상기 충전용 단말기가 검출되지 않을 경우 상기 무선 전력의 송신을 중지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 무선충전방법.
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