KR20160021332A - 무선 충전 장치의 제어 방법 - Google Patents

무선 충전 장치의 제어 방법 Download PDF

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현대자동차주식회사
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Abstract

차량의 무선 충전 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 무선 충전 방법은 충전기에 구비된 송신 코일에 인가된 감지 전류에 따른 자계에 의해 복수의 홀센서에 유기된 전압에 기반하여 송신 코일과 수신 코일 간의 각도와 거리를 연산하는 연산단계, 및 연산된 각도와 거리에 기반하여, 수신 코일에 유기된 전압 또는 전류의 크기에 따라 차량의 조향각을 조정하는 조정단계를 포함할 수 있다.

Description

무선 충전 장치의 제어 방법{Method for controlling wireless charging device}
본 발명은 무선 충전 장치의 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 기울기에 따라 차고 또는 패드의 높이 및 기울기를 조정하여 전력 전송 효율을 높일 수 있는 무선 충전 장치의 제어 방법에 관한 것이다.
최근, 플러그인 하이브리드 차량, 전기 차량에 관한 기술이 급속도로 발전하고 있다. 이러한 차량의 구동력 중 일부 또는 전부는 전기 에너지로서, 전기 에너지를 충전하는 방식으로 충전기와 유선으로 연결하여 플러그를 꽂는 방식 외에 무선으로 충전하는 방법이 개발되고 있다.
현재, 자기 공명 방식의 무선 충전과 관련하여 차량이 충전기에 접근시 근처에 무선 충전기를 인식하여 인식된 무선 충전기에 접근하여 충전 패드에 정렬시키는 다양한 방식이 제시되고 있다.
충전 효율을 높이기 위해서는 차량에 탑재된 수신 패드와 충전기에 포함된 송신 패드 내부의 코일의 위치를 정확히 정렬시켜야 한다. 그리고, 송신 패드와 수신 패드가 정확히 평행한 상태에서 전력 전송 효율을 극대화시킬 수 있다. 그러나, 차량의 기울기에 따라 수신 패드의 기울기도 변화하게 되어, 평행을 유지하기 힘든 경우가 발생된다. 예컨대, 차량의 노후화 또는 노면 충격으로 인하여 수신 패드 위치 자체가 변화하거나, 타이어가 마모된 경우에 송신 패드와 수신 패드의 평행을 유지할 수 없다.
또한, 자기 공명 방식의 무선 충전의 경우 송신 패드와 수신 패드간의 간격이 전력 전송 효율에 많은 영향을 미친다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 송신 패드와 수신 패드 간의 간격을 조정하며, 평행을 유지할 수 있도록 하는 무선 충전 장치의 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 무선 충전 장치의 제어 방법은, 차량의 요레이트 센서, 자이로 센서 또는 타이어 공기압 센서 중 적어도 하나로부터 각 센서에서 센싱된 정보를 수신하는 단계; 상기 수신된 정보에 따라 상기 차량의 종/횡 기울기를 연산하는 단계; 상기 연산된 종/횡 기울기에 따라 상기 차량에 마련된 수신 패드의 높이 또는 기울기, 또는 상기 수신 패드에 대응하는 송신 패드의 높이, 기울기, 송신 파워 또는 주파수를 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 조정하는 단계는, 상기 송신 패드와 수신 패드가 평행하도록, 그리고 상기 송신 패드와 수신 패드 간의 간격이 기설정된 기준값 미만이 되도록 상기 수신 패드 또는 송신 패드의 높이 및 기울기를 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 조정하는 단계는 상기 수신 패드와 송신 패드의 중심점들을 잇는 직선과 상기 수신 패드 및 송신 패드가 이루는 각도가 각각 직각이 되도록 상기 수신 패드 또는 송신 패드의 높이 및 기울기를 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 조정하는 단계는, 상기 송신 패드와 수신 패드가 평행하게 위치되도록, 상기 송신 패드와 수신 패드 간의 거리가 가장 가까운 부분의 간격에 기반하여, 상기 수신 패드 또는 송신 패드의 높이 및 기울기를 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 조정하는 단계는 상기 연산된 종/횡 기울기가 기설정된 기울기보다 높은 경우 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 조정 이후, 상기 수신 패드에서 요구되는 파워와 주파수 정보를 상기 송신 패드로 송신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 송신 패드로 송신한 정보와 상기 수신 패드로 전송된 전력에 따라 전력 전송 효율을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 계산된 전력 전송 효율이 기설정된 허용치 이하인 경우, 상기 수신 패드의 높이를 재조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 계산된 전력 전송 효율이 기설정된 허용치를 초과하는 경우, 상기 초과시의 송신 패드의 높이와 송신 패드에서 송신하는 파워 및 주파수를 유지하라는 명령을 상기 송신 패드에 송신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 계산된 전력 전송 효율이 기설정된 허용치를 초과하는 경우, 상기 초과시의 송신 패드의 높이, 송신 패드에서 송신하는 파워 및 주파수 정보를 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
차량이 송신 패드에 접근시 송신 패드별로 기저장된 충전 정보를 검색하는 단계를 더 포함하며, 상기 조정 단계는, 상기 차량이 접근 중인 송신 패드에 대한 충전 정보가 검색되면, 상기 검색된 충전 정보에 기반하여 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 기저장된 충전 정보는, GPS로 판정가능한 송신 패드의 위치에 따라 정렬된 이전 충전시의 송신 패드의 높이, 송신 파워 및 주파수 정보인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 제어 방법에 따르면, 송신 패드와 수신 패드 간의 간격을 줄이고, 송신 패드와 수신 패드 간에 평행을 유지하게 되어, 무선 충전시 충전 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
송신 패드 별로 해당 송신 패드에 대한 위치와, 기충전시의 송신 및 수신 패드의 높이, 송신 패드의 송신 전력량 및 주파수를 저장하여, 이후 충전시 이전 충전 데이터를 활용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 수신 패드의 기울기를 조정하는 일 예를 도시한 도면이다.
도 3a 내지 도 3b는 송신 패드 및 수신 패드에 각각 포함된 코일의 중심 위치 변화에 따른 전력 전송 효율을 도시한 도면이다.
도 4는 송신 패드 및 수신 패드 간의 간격에 따른 전력 전송 효율을 도시한 그래프이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 제어 방법을 도시한 순서도이다. 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 장치의 제어 방법의 주체는 차량에 장착된 수신 패드의 제어부이다. 또한 도 2는 수신 패드의 기울기를 조정하는 일 예를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 수신 패드의 제어부는 현재 차량이 접근 중인 송신 패드에 대한 기저장된 정보가 존재하는지 여부를 먼저 파악한다(S101). 기저장된 정보를 충전시 활용하기 위함이다.
이러한 기저장된 정보는 GPS로 판정가능한 송신 패드의 위치에 따라 정렬된 이전 충전시의 송신 패드의 높이, 송신 파워 및 주파수 정보일 수 있다. 구체적으로, GPS에 의해 운전자는 송신 패드의 위치를 파악할 수 있고, 이러한 송신 패드의 위치를 제어부는 저장부에 저장할 수 있다. 그리고 제어부는 소정 위치에 위치하는 송신 패드에 대한 기저장된 충전기록을 파악하여, 송신 패드와 수신 패드의 높이 및 기울기와 송신 패드에서의 충전 전력량 및 주파수 정보를 알 수 있다. 즉, 제어부는 저장부로부터 저장부에 기저장된 이러한 정보들을 수신할 수 있다(S103).
접근 중인 송신 패드 부근에 차량이 정차 한 이후(S105), 제어부는 차량 내부에 구비된 요레이트 센서, 자이로 센서 또는 타이어 공기압 센서 중 적어도 하나로부터 각 센서에서 센싱된 정보를 수신한다(S107). 구체적으로 요레이트 센서는 현가 장치(ESC, Electronic Stability Control)에 포함될 수 있으며, ESC 제어부에서 수신 패드의 제어부로 요레이트 센서의 센싱값을 전송할 수 있다. 또한, 자이로 센서는 오디오, 비디오 및 네비게이션 시스템(AVN, Audio Video Navigation system)에 포함될 수 있으며, AVN 제어부에서 수신 패드의 제어부로 자이로 센서의 센싱값을 전송할 수 있다. 또한, 타이어 공기압 센서는 타이어 공기압 경고 시스템(TPMS, Tire Pressure Monitoring System)에 포함될 수 있으며, TPMS 제어부에서 수신 패드의 제어부로 타이어 공기압 센서의 센싱값을 전송할 수 있다.
수신 패드 제어부는 전송된 센싱값에 기반하여 차량의 종/횡 기울기 정보를 연산할 수 있다(S109). 수신 패드 제어부는 연산된 차량의 종/횡 기울기가 기설정된 종/횡 기울기보다 더 큰지 여부를 판단한다(S111). 즉, 수신 패드의 제어부는 정상 범위 내라고 판단할 수 있는 정도의 차량 기울기보다 더 큰 경우, 연산된 종/횡 기울기와 기저장된 정보(S103에서 기저장된 정보가 존재하는 경우)에 따라 수신 패드 또는 송신 패드의 높이와 기울기를 조정할 수 있다(S113). 구체적으로 수신 패드의 요구되는 높이는 수신 패드 제어기가 연산하며, 연산된 높이는 고속 캔통신을 통해 현가장치 제어부에 제공되어 차고 높이 조정이 이루어질 수 있다. 송신 패드의 요구되는 높이는 송신 패드의 현재 높이, 송신 패드에서 출력되는 파워 및 주파수에 기반하여 수신 패드 제어부에서 연산되고, 고속 캔 통신을 통해 송신 패드 제어부로 전송된다. 이에 따라 송신 패드의 높이, 출력 파워 및 주파수가 조정될 수 있다.
또한, 수신 패드 제어기는 도 2에 도시된 바와 같이 송신 패드와 수신 패드가 평행하도록, 그리고 송신 패드와 수신 패드 간의 간격이 기설정된 기준값 미만이 되도록 수신 패드 또는 송신 패드의 높이 및 기울기를 조정할 수 있다.
또한, 수신 패드 제어기는 도 2에 도시된 바와 같이 수신 패드와 송신 패드의 중심점들을 잇는 직선과 수신 패드 및 송신 패드가 이루는 각도가 각각 직각이 되도록 수신 패드 또는 송신 패드의 높이 및 기울기를 조정할 수 있다.
또한, 수신 패드 제어기는 송신 패드와 수신 패드가 평행하게 위치되도록, 송신 패드와 수신 패드 간의 거리가 가장 가까운 부분의 간격에 기반하여, 수신 패드 또는 송신 패드의 높이 및 기울기를 조정할 수 있다.
수신 패드의 높이와 송신 패드의 높이, 출력 파워 및 주파수 등이 조정된 이후, 수신 패드 제어기는 송신 패드로부터의 충전 효율(무선 전력 전송 효율)을 계산한다. 계산 이전에 수신 패드 제어기는 수신 패드에서 요구되는 파워와 주파수 정보를 송신 패드 측으로 송신할 수 있다. 수신 패드 제어기는 송신 패드로 송신한 정보와 수신 패드로 전송된 전력에 따라 전력 전송 효율을 계산할 수 있다.
수신 패드 제어기는 계산된 전력 전송 효율과 기설정된 허용치를 비교하여(S115), 계산된 전력 전송 효율이 기설정된 허용치를 초과하는 경우, 초과시의 송신 패드의 높이와 송신 패드에서 송신하는 파워 및 주파수를 유지하라는 명령을 송신 패드에 송신할 수 있다(S117).
또한, 수신 패드 제어기는 계산된 전력 전송 효율이 기설정된 허용치를 초과하는 경우, 초과시의 송신 패드의 높이, 송신 패드에서 송신하는 파워 및 주파수 정보를 저장부에 저장할 수 있다(S117). 송신 패드에서 송신하는 주파수 조정은 주파수의 크기 조정과 위상 조정을 포함하는 개념이다. 송신 코일과 수신 코일이 한 개씩으로 1:1 매칭되는 경우 위상 조정이 불가능하나, 송신 코일과 수신 코일 중 어느 하나가 다수 개로 구성된 경우, 위상과 크기 조정이 모두 가능하다.
여기서, 계산된 전력 전송 효율이 기설정된 허용치 이하인 경우이면, 수신 패드의 제어부는 연산된 종/횡 기울기와 기저장된 정보(S103에서 기저장된 정보가 존재하는 경우)에 따라 수신 패드의 높이를 재조정할 수 있다.
도 3a 내지 도 3b는 송신 패드 및 수신 패드에 각각 포함된 코일의 중심 위치 변화에 따른 전력 전송 효율을 도시한 도면이다. 도 3a와 도 3b를 참조하면 송신 패드에 포함되는 송신 코일과 수신 패드에 포함되는 수신 코일의 중심점 간의 간격이 어긋나 있는 정도(a)에 따라서 전력 전송 효율이 가변되는 것을 알 수 있다(송신 패드와 수신 패드간의 간격은 동일한 조건).
즉, 수신 패드 제어기는 수신 패드와 송신 패드의 중심점을 잇는 직선과, 수신 패드 및 송신 패드가 이루는 각도가 각각 직각이 되도록 수신 패드 또는 송신 패드의 기울기를 조정할 수 있다.
도 4는 송신 패드 및 수신 패드 간의 간격에 따른 전력 전송 효율을 도시한 그래프이다. 도 4를 참조하면, 송신 패드와 수신 패드간의 간격이 커질수록 전력 전송 효율이 감소함을 알 수 있다.
즉, 송신 패드와 수신 패드가 전체 표면에서 평행이 되지 않음에 따라, 송신 패드와 수신 패드 간의 간격이 일부분에서 상이한 경우, 송신 패드와 수신 패드 간의 간격 중 최소인 간격에 기반하여 송신 패드와 수신 패드가 평행하게 되도록 송신 패드 또는 수신 패드의 기울기를 조정할 수 있으며, 높이를 조정할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 차량의 요레이트 센서, 자이로 센서 또는 타이어 공기압 센서 중 적어도 하나로부터 각 센서에서 센싱된 정보를 수신하는 단계;
    상기 수신된 정보에 따라 상기 차량의 종/횡 기울기를 연산하는 단계;
    상기 연산된 종/횡 기울기에 따라 상기 차량에 마련된 수신 패드의 높이 또는 기울기, 또는 상기 수신 패드에 대응하는 송신 패드의 높이, 기울기, 송신 파워 또는 주파수를 조정하는 단계를 포함하는,
    무선 충전 장치의 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조정하는 단계는,
    상기 송신 패드와 수신 패드가 평행하도록, 그리고 상기 송신 패드와 수신 패드 간의 간격이 기설정된 기준값 미만이 되도록 상기 수신 패드 또는 송신 패드의 높이 및 기울기를 조정하는 단계를 포함하는,
    무선 충전 장치의 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 조정하는 단계는 상기 수신 패드와 송신 패드의 중심점들을 잇는 직선과 상기 수신 패드 및 송신 패드가 이루는 각도가 각각 직각이 되도록 상기 수신 패드 또는 송신 패드의 높이 및 기울기를 조정하는 단계를 포함하는,
    무선 충전 장치의 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 조정하는 단계는,
    상기 송신 패드와 수신 패드가 평행하게 위치되도록, 상기 송신 패드와 수신 패드 간의 거리가 가장 가까운 부분의 간격에 기반하여, 상기 수신 패드 또는 송신 패드의 높이 및 기울기를 조정하는 단계를 포함하는,
    무선 충전 장치의 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 조정하는 단계는 상기 연산된 종/횡 기울기가 기설정된 기울기보다 높은 경우 수행되는 것을 특징으로 하는,
    무선 충전 장치의 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 조정 이후, 상기 수신 패드에서 요구되는 파워와 주파수 정보를 상기 송신 패드로 송신하는 단계를 더 포함하는,
    무선 충전 장치의 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 송신 패드로 송신한 정보와 상기 수신 패드로 전송된 전력에 따라 전력 전송 효율을 계산하는 단계를 더 포함하는,
    무선 충전 장치의 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 계산된 전력 전송 효율이 기설정된 허용치 이하인 경우, 상기 수신 패드의 높이를 재조정하는 단계를 더 포함하는,
    무선 충전 장치의 제어 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 계산된 전력 전송 효율이 기설정된 허용치를 초과하는 경우, 상기 초과시의 송신 패드의 높이와 송신 패드에서 송신하는 파워 및 주파수를 유지하라는 명령을 상기 송신 패드에 송신하는 단계를 더 포함하는,
    무선 충전 장치의 제어 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 계산된 전력 전송 효율이 기설정된 허용치를 초과하는 경우, 상기 초과시의 송신 패드의 높이, 송신 패드에서 송신하는 파워 및 주파수 정보를 저장하는 단계를 더 포함하는,
    무선 충전 장치의 제어 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    차량이 송신 패드에 접근시 송신 패드별로 기저장된 충전 정보를 검색하는 단계를 더 포함하며,
    상기 조정 단계는, 상기 차량이 접근 중인 송신 패드에 대한 충전 정보가 검색되면, 상기 검색된 충전 정보에 기반하여 수행되는 것을 특징으로 하는,
    무선 충전 장치의 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 기저장된 충전 정보는, GPS로 판정가능한 송신 패드의 위치에 따라 정렬된 이전 충전시의 송신 패드의 높이, 송신 파워 및 주파수 정보인 것을 특징으로 하는,
    무선 충전 장치의 제어 방법.
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