KR20150028397A - Nfc를 이용한 차량 내 무선전력 전송 방법 - Google Patents

Nfc를 이용한 차량 내 무선전력 전송 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 NFC(Near Field Communication) 통신을 통하여 차량 내에서 EMI나 EMC의 영향을 받지 않는 주파수 영역을 탐지하고 탐지된 주파수 영역을 이용하여 무선충전을 수행한다. 본 발명에 따른 차량 내 무선전력 수신 방법은, NFC 통신을 이용하여 베이스스테이션과 통신 네트워크를 활성화하는 단계; 상기 베이스스테이션으로부터 충전환경 정보를 수신하는 단계; 수신한 상기 충전환경 정보에 따라 차량 내부로 판단되면, 상기 차량 내부에서 사용 가능한 주파수 영역을 탐지하고 무선전력 수신을 위한 공진주파수를 결정하는 단계; 및 결정된 상기 공진주파수를 이용하여 무선전력을 수신하는 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

NFC를 이용한 차량 내 무선전력 전송 방법 {Wireless power transfer method inside vehicle using NFC}
본 발명은 무선전력 전송기술에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 NFC를 이용하여 차량 내에서 효율적으로 무선충전을 할 수 있는 방법에 관한 것이다.
무선으로 에너지를 전달하는 무선 전력 전송 기술로서 자기유도 현상을 이용한 무선 충전 시스템이 사용되고 있다.
예컨대, 전동칫솔 또는 무선 면도기 등이 전자기 유도의 원리로 충전되며, 최근에는 전자기 유도를 이용하여 휴대전화나 PDA, MP3 플레이어, 노트북 컴퓨터와 같은 휴대기기를 충전할 수 있는 무선충전제품들이 출시되고 있다.
그러나, 하나의 코일에서 다른 코일로 자기장을 통해 전류를 유도하는 자기유도 방식은 코일 사이의 거리 및 상대적 위치에 매우 민감하여 두 코일 사이의 거리가 약간 떨어지거나 틀어져도 전송 효율이 급속히 떨어진다. 이에 따라 이러한 자기유도 방식의 충전 시스템은 수 cm 이하의 근거리에서만 사용할 수 있다는 약점이 있다.
한편, 미국특허 7,741,735호에서는 공진장의 감쇄파 결합에 기반을 둔 비방사형 에너지 전달 방식을 개시하고 있다. 이는 두 개의 동일한 주파수를 갖는 공진체가 주위의 다른 비공진체와는 영향을 미치지 않지만 서로 커플링하려는 경향을 가지는 점을 이용한 것으로 기존의 전자기 유도에 비하여 먼 거리까지 에너지를 전달할 수 있는 기술로서 소개되고 있다.
이와 같은 무선전력 전송방법은 차량 내에 설치된 무선전력 송신장치를 통해서도 이루어질 수 있다. 그러나, 차량 내에서는 안전을 위하여 EMI나 EMC에 위반되는 영역대의 주파수는 사용할 수 없다는 한계가 있으며, 무선전력 전송 또한 이러한 한계 내에서 이루어져야 한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, EMI나 EMC에 위반되는 영역대의 주파수를 사용할 수 없는 차량 내에서 효율적으로 무선전력을 전송할 수 있는 방법을 제공하는 것을 그 과제로 한다.
이와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 NFC(Near Field Communication) 통신을 통하여 차량 내에서 EMI나 EMC의 영향을 받지 않는 주파수 영역을 탐지하고 탐지된 주파수 영역을 이용하여 무선충전을 수행한다.
본 발명의 일면에 따른 차량 내 무선전력 수신 방법은, NFC 통신을 이용하여 베이스스테이션과 통신 네트워크를 활성화하는 단계; 상기 베이스스테이션으로부터 충전환경 정보를 수신하는 단계; 수신한 상기 충전환경 정보에 따라 차량 내부로 판단되면, 상기 차량 내부에서 사용 가능한 주파수 영역을 탐지하고 무선전력 수신을 위한 공진주파수를 결정하는 단계; 및 결정된 상기 공진주파수를 이용하여 무선전력을 수신하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기 충전환경 정보는 차량 ID를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 공진주파수를 결정하는 단계는, 상기 베이스스테이션으로 상기 차량의 EMI/EMC 규격정보를 요청하는 단계; 상기 베이스스테이션으로부터 상기 차량 내 센서, 전자 장비, 구동 장비 중 적어도 하나의 상기 EMI/EMC 규격정보를 수신하는 단계; 및 수신한 상기 EMI/EMC 규격정보를 기반으로 상기 차량 내부에서 사용 가능한 주파수 영역을 탐지하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 차량 내부에서 사용 가능한 주파수 영역을 탐지하는 단계 이후에, 수신된 전류와 전압을 측정하여 상기 전류와 전압의 곱이 최대가 되는 주파수를 상기 공진주파수로 결정하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
상기 차량이 주행중인 경우에는, 상기 전류와 전압의 곱이 최대가 되는 주파수를 상기 공진주파수로 결정하는 단계를 주기적으로 반복할 수도 있다.
한편, 상기 무선전력 수신기기는, 두 개 이상의 안테나와, 상기 두 개 이상의 안테나 중 적어도 하나에 구비되어 있으며 서로 다른 용량을 갖는 커패시터와 각각 연결되는 두 개의 스위치를 포함하여 상기 스위치를 개폐함으로써 연결된 상기 안테나가 두 개의 다른 주파수 대역에서 동작할 수 있도록 하는 커패시터 스위칭 회로를 포함하는 안테나 모듈; NFC 통신 기능을 제공하는 NFC 통신 모듈; 및 상기 안테나 모듈을 통해 수신된 무선전력을 부하에 적합한 전력으로 변환하는 무선충전 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 차량 내 센서 네트워크의 동작에 방해가 되지 않도록 EMI나 EMC에 영향을 받지 않는 주파수 영역을 선택하여 차량 내에서 무선전력을 수신할 수 있으며, 최적 주파수 영역대를 탐색하여 탐색된 최적 주파수 영역에서 무선전력을 수신하므로 효율적인 무선전력 수신이 될 수 있다.
또한, 차량이 주행중인 때에는 주파수 변동이 있을 수 있음을 고려하여 주기적으로 적절한 주파수를 탐색하므로 무선전력 수신의 효율을 더욱 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 전송 방법이 수행될 수 있는 차량 내부를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 전송 방법이 수행될 수 있는 무선전력 수신기기의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 수신기기의 안테나 모듈 중 안테나부의 구성을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 NFC를 이용한 차량 내 무선전력 전송 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 NFC를 이용한 차량 내 무선전력 전송 방법에서 무선전력 수신기기가 사용할 수 있는 주파수 영역을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 수신기기의 자기유도용 코일에서 사용되는 커패시터 스위칭 회로를 나타낸다.
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. 한편, 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 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하에서, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 NFC를 이용한 차량 내 무선전력 전송 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 전송 방법이 수행될 수 있는 차량 내부를 나타내는 도면이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 차량 내에는 차량의 운행에 관련되는 차량 내 센서 네트워크가 존재하며, 차량 내 센서 네트워크는 특정 주파수 영역을 사용하여 무선 통신할 수 있다. 통상 차량 내 센서 네트워크에서 사용하는 주파수 영역은 110 내지 115 kHz인 것으로 알려져 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 전송 방법이 수행될 수 있는 무선전력 수신기기의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 수신기기(100)는 안테나 모듈(110), NFC(Near Field Communication) 통신 모듈(120) 및 무선충전 모듈(130)을 포함한다.
NFC는 스마트폰과 같은 전자기기가 10cm 정도의 근거리에서 무선통신을 하기 위한 기술로서 13.56MHz 대역에서 P2P 통신을 지원한다. NFC 통신 모듈(120)은 이와 같은 NFC 통신 기능을 제공하는 모듈로서, 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 수신기기(100)에 해당하는 스마트폰과 같은 전자기기에 통상적으로 포함될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 전자기기간 무선전력 전송 방법에서는 이와 같은 NFC 통신을 이용하여 무선전력 전송을 수행한다.
무선충전 모듈(130)은 무선전력 수신을 위한 모듈로서 수신된 무선 전력을 DC 전력으로 변환하기 위한 정류기와 이를 부하에 맞는 전압으로 변환하기 위한 DC-DC 컨버터 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무선전력 수신기기는 자기유도 방식과 자기공진 방식의 두 가지 무선전력 전송방식을 모두 사용할 수 있으며, 더 구체적으로 자기유도 방식 중 PMA(Power Matters Alliance) 방식과 WPC(Wireless Power Consortium) 방식을 사용할 수 있으며, 자기공진 방식 중 A4WP(Alliance for Wireless Power) 방식을 모두 사용할 수 있다. 특히 WPC 방식을 사용하는 경우, 사용하는 주파수 영역이 차량 내 센서 네트워크에서 사용하는 주파수 영역과 겹치게 될 수 있어 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 전송 방법을 사용하는 것이 유용하다.
안테나 모듈(110)은 각각 NFC 통신과 무선전력 수신을 위한 두 개의 안테나를 포함하도록 구성된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 수신기기의 안테나 모듈 중 안테나부의 구성을 나타낸다.
도 3에 나타난 바와 같이, 안테나부(112)는 NFC 통신용 안테나(114)와 자기유도용 코일(116)을 포함하며, NFC 통신용 안테나(114)와 자기유도용 코일(116)은 공통의 마그네틱 시트(118)에 부착되어 있다.
NFC 통신용 안테나(114)는 NFC 통신을 위한 용도 외에도 자기공진 방식 무선전력 수신을 위해 사용될 수도 있다. 자기유도용 코일(116)은 자기유도 방식 무선전력 수신을 위해 사용되며, 구체적으로 100-205kHz를 사용하는 PMA 방식 무선전력 전송과 400kHz를 사용하는 WPA 방식 무선전력 전송을 위해 사용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 NFC를 이용한 차량 내 무선전력 전송 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 수신기기(100), 즉 충전 디바이스는 먼저 NFC 통신을 이용하여 베이스스테이션과의 통신 네트워크를 활성화한다(S410).
이에 따라 베이스스테이션은 충전환경 정보를 충전 디바이스로 전송한다(S420).
충전 디바이스는 충전 환경이 자동차 내부인지 판단한다(S430). 이때, 충전환경 정보로는 차량의 ID를 포함할 수 있으며, 충전 디바이스는 차량 ID를 수신할 경우, 충전 환경이 차량 내부인 것으로 판단할 수 있다.
전송된 충전환경정보를 참조하여 충전 환경이 자동차 내부가 아닌 경우에는(S430의 "아니오") 통상적인 무선충전 절차를 따라 무선충전을 수행할 수 있다(S440).
이에 비하여, 충전 환경이 자동차 내부이면(S430의 "예"), 베이스스테이션으로 해당 차량의 EMI/EMC 규격정보를 요청한다(S450).
베이스스테이션은 요청에 따라 해당 차량내 센서, 전자 장비, 구동 장비 등의 EMI/EMC 규격정보를 충전 디바이스로 전송한다(S460).
이제, 수신된 정보를 기반으로 EMI/EMC 영향이 적은 공진주파수를 결정할 수 있으며(S470), 선택된 공진 주파수로 충전을 시작한다(S480).
예를 들어 도 5에 나타난 바와 같이 차량 내 센서 네트워크에 할당된 주파수가 존재하는 경우, 이에 해당하지 않는 영역(사용하지 않는 주파수 대역)이 무선전력 수신기기(100)가 사용할 수 있는 주파수 영역에 해당한다.
따라서, 차량 내 센서 네트워크에 할당된 주파수를 제외한 영역을 공진 주파수로 선택할 수 있으며, 필요에 따라서는 이러한 공진 주파수 중에서도 가장 효율적인 주파수를 탐색하여 선택할 수 있다.
예를 들면, 무선전력 수신기기에서 전류와 전압의 곱을 계산하여 최적의 전력을 전송할 수 있는 주파수 영역을 탐색하고, 이와 같은 최적 주파수를 공진 주파수로 선택할 수 있다.
한편, 달리는 차량 내에서는 주파수의 변동이 있을 수 있으므로 차량이 주행중인 경우에는 일정시간이 경과할 때마다 주기적으로 최적 주파수 대역을 다시 탐색할 수도 있다.
이와 같이 적응적 대역폭 할당(Adaptive bandwidth allocation) 방식을 응용하여 가장 효율적인 주파수 영역대를 찾아서 무선전력 전송을 수행하게 되면, 차량 내에서 효율적으로 무선전력 전송이 이루어질 수 있다.
한편, 이와 같이 주파수 대역을 조절하여 무선전력을 수신하기 위하여 자기유도용 코일(도 3: 116)은 필요에 따라 다른 주파수 대역을 이용하여 무선전력을 수신할 수 있어야 하며, 이를 위하여 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 수신기기에서는 커패시터 스위칭을 이용하여 두 개 이상의 주파수 대역을 생성한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 수신기기의 자기유도용 코일에서 사용되는 커패시터 스위칭 회로를 나타낸다.
즉, 자기유도용 코일(도 3: 116)에, 도 6에 나타난 바와 같은 서로 다른 용량을 갖는 커패시터(C1&C2, C3&C4)와 각각 연결되는 두 개의 스위치(SW1, SW2)를 연결하고, 스위치(SW1, SW2)를 적절히 개폐함으로써 자기유도용 코일(도 3: 116)이 해당 대역에서 동작할 수 있도록 한다.
도 6에는 두 개의 스위치만을 도시하였으나, 3개 이상의 스위치를 사용하여 다수의 주파수 사이를 스위칭할 수 있도록 형성할 수 있음은 물론이다.
이상에서 바람직한 실시예를 기준으로 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 장치 및 방법은 반드시 상술된 실시예에 제한되는 것은 아니며 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
100: 무선전력 수신기기 110: 안테나 모듈
112: 안테나부 114: NFC 통신용 안테나
116: 자기유도용 코일 118: 마그네틱 시트
120: NFC 통신 모듈 130: 무선충전 모듈

Claims (6)

  1. 무선전력 수신기기가 차량 내부에서 무선전력을 수신하는 방법으로서,
    NFC(Near field communication) 통신을 이용하여 베이스스테이션과 통신 네트워크를 활성화하는 단계;
    상기 베이스스테이션으로부터 충전환경 정보를 수신하는 단계;
    수신한 상기 충전환경 정보에 따라 차량 내부로 판단되면, 상기 차량 내부에서 사용 가능한 주파수 영역을 탐지하고 무선전력 수신을 위한 공진주파수를 결정하는 단계; 및
    결정된 상기 공진주파수를 이용하여 무선전력을 수신하는 단계를 포함하는 차량 내 무선전력 수신 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 충전환경 정보는,
    차량 ID를 포함하는 차량 내 무선전력 수신 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 공진주파수를 결정하는 단계는,
    상기 베이스스테이션으로 상기 차량의 EMI/EMC 규격정보를 요청하는 단계;
    상기 베이스스테이션으로부터 상기 차량 내 센서, 전자 장비, 구동 장비 중 적어도 하나의 상기 EMI/EMC 규격정보를 수신하는 단계; 및
    수신한 상기 EMI/EMC 규격정보를 기반으로 상기 차량 내부에서 사용 가능한 주파수 영역을 탐지하는 단계를 포함하는 차량 내 무선전력 수신 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 공진주파수를 결정하는 단계는,
    상기 차량 내부에서 사용 가능한 주파수 영역을 탐지하는 단계 이후에,
    수신된 전류와 전압을 측정하여 상기 전류와 전압의 곱이 최대가 되는 주파수를 상기 공진주파수로 결정하는 단계를 더 포함하는 차량 내 무선전력 수신 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 차량이 주행중인 경우,
    상기 전류와 전압의 곱이 최대가 되는 주파수를 상기 공진주파수로 결정하는 단계를 주기적으로 반복하는 차량 내 무선전력 수신 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무선전력 수신기기는,
    두 개 이상의 안테나와, 상기 두 개 이상의 안테나 중 적어도 하나에 구비되어 있으며 서로 다른 용량을 갖는 커패시터와 각각 연결되는 두 개의 스위치를 포함하여 상기 스위치를 개폐함으로써 연결된 상기 안테나가 두 개의 다른 주파수 대역에서 동작할 수 있도록 하는 커패시터 스위칭 회로를 포함하는 안테나 모듈;
    NFC 통신 기능을 제공하는 NFC 통신 모듈; 및
    상기 안테나 모듈을 통해 수신된 무선전력을 부하에 적합한 전력으로 변환하는 무선충전 모듈을 포함하는 차량 내 무선전력 수신 방법.
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