KR20160045899A - 무선 전력 전송 시스템에 대한 정렬 및 호환성 검출을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

무선 전력 전송 시스템에 대한 정렬 및 호환성 검출을 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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니콜라스 에톨 킬링
마이클 르 갈레 키신
창-유 후앙
조나단 비버
미켈 비핀 부디아
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퀄컴 인코포레이티드
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Abstract

충전 전력을 무선으로 수신하기 위한 시스템들, 방법들, 및 장치들이 본원에 기술된다. 하나의 구현형태는 송신 코일 (614) 을 갖는 충전 송신기 (604) 로부터 충전 전력을 무선으로 수신하기 위한 장치(608) 를 포함할 수도 있다. 이 장치는 수신 코일 (618) 에 그리고 부하 (636) 에 커플링된 수신기 통신 회로 (639) 를 포함한다. 수신기 통신 회로는 충전 송신기의 적어도 하나의 특성과 연관된 정보를 수신하도록 구성된다. 장치는 수신 코일과 연관된 단락 회로 전류 또는 개방 회로 전압의 값을 측정하도록 구성된 센서 회로 (635) 를 더 포함한다. 장치는 단락 회로 전류 또는 개방 회로 전압의 값을, 부하를 충전시키기 위해 충분한 충전 전력을 제공하는 레벨로 설정된 임계 충전 파라미터에 대해 비교하도록 구성된 제어기를 더 포함한다. 이 제어기는 수신 코일과 연관된 단락 회로 전류 또는 개방 회로 전압이 임계 충전 파라미터 이상인 경우에, 충전 송신기로부터 충전 전력을 수신하는 것을 개시하도록 더 구성될 수도 있다.

Description

무선 전력 전송 시스템에 대한 정렬 및 호환성 검출을 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR ALIGNMENT AND COMPATIBILITY DETECTION FOR A WIRELESS POWER TRANSFER SYSTEM}
설명되는 기술은 일반적으로 무선 전력에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 개시물은 배터리들을 포함하는 차량들 (vehicles) 과 같은 원격 시스템들과의 무선 전력 전송 시스템들에 대한 정렬 (alignment) 및 호환성 (compatibility) 검출에 관련된 디바이스들, 시스템들, 및 방법들에 관한 것이다.
무선 전력 전송 시스템들은 회로 토폴로지들, 자기학 레이아웃 및 전력 송신 능력들 또는 요건들을 포함하는 많은 양태들에서 상이할 수도 있다. 또한, 특정 전력 전송 시스템으로부터 차량으로 전송될 수도 있는 전력의 양은 시스템과 전기 차량 사이의 물리적 정렬에 의존할 수도 있다. 따라서, 특정 무선 전력 전송 시스템과 전기 차량 사이의 호환성의 레벨을 평가할 필요성이 존재한다.
송신 코일을 갖는 충전 송신기로부터 충전 전력 (charging power) 을 무선으로 수신하기 위한 장치가 제공된다. 이 장치는 수신 코일에 그리고 부하 (load) 에 커플링된 (coupled) 수신기 통신 회로를 포함한다. 수신기 통신 회로는 충전 송신기의 적어도 하나의 특성과 연관된 정보를 수신하도록 구성된다. 장치는 수신 코일과 연관된 단락 회로 전류 (short circuit current) 또는 개방 회로 전압 (open circuit voltage) 의 값을 측정하도록 구성된 센서 회로를 더 포함한다. 장치는 단락 회로 전류 또는 개방 회로 전압의 값을, 부하를 충전시키기 위해 충분한 충전 전력을 제공하는 레벨로 설정된 임계 충전 파라미터에 대해 비교하도록 구성된 제어기를 더 포함한다. 제어기는 수신 코일과 연관된 단락 회로 전류 또는 개방 회로 전압이 임계 충전 파라미터 이상인 경우에, 충전 송신기로부터 충전 전력을 수신하는 것을 개시하도록 더 구성된다.
충전 전력을 무선으로 수신하는 방법이 제공된다. 이 방법은 충전 송신기의 적어도 하나의 특성과 연관된 정보를 수신하는 단계를 포함한다. 방법은, 수신 코일과 연관된 단락 회로 전류 또는 개방 회로 전압의 값을 측정하는 단계를 더 포함한다. 방법은, 단락 회로 전류 또는 개방 회로 전압의 값을, 부하를 충전시키기 위해 충분한 충전 전력을 제공하는 레벨로 설정된 임계 충전 파라미터에 대해 비교하는 단계를 더 포함한다. 방법은, 수신 코일과 연관된 단락 회로 전류 또는 개방 회로 전압이 임계 충전 파라미터 이상인 경우에, 충전 송신기로부터 충전 전력을 수신하는 것을 개시하는 단계를 더 포함한다.
충전 전력을 무선으로 수신하기 위한 장치가 제공된다. 이 장치는, 충전 송신기의 적어도 하나의 특성과 연관된 정보를 수신하는 수단을 포함한다. 이 정보를 수신하는 수단은 부하에 동작가능하게 (operatively) 접속된다. 장치는, 수신하는 수단과 연관된 단락 회로 전류 또는 개방 회로 전압의 값을 측정하는 수단을 더 포함한다. 장치는, 단락 회로 전류 또는 개방 회로 전압의 값을 임계 충전 파라미터에 대해 비교하는 수단을 더 포함한다. 임계 충전 파라미터는 부하를 충전시키기 위해 충분한 충전 전력을 제공하는 레벨로 설정된다. 장치는, 수신하는 수단과 연관된 단락 회로 전류 또는 개방 회로 전압이 임계 충전 파라미터 이상인 경우에, 충전 송신기로부터 충전 전력을 수신하는 것을 개시하는 수단을 더 포함한다.
수신기의 수신 코일에 충전 전력을 무선으로 송신하기 위한 장치가 제공된다. 이 장치는 송신 코일에 커플링된 송신 회로를 포함한다. 장치는, 송신 회로에 커플링된 센서 회로를 더 포함한다. 이 센서 회로는, 송신 회로의 적어도 하나의 특성의 값을 측정하도록 구성된다. 장치는, 송신 회로의 적어도 하나의 특성의 값의 표시 (indication) 를 수신기에 송신하도록 구성된 통신 회로를 더 포함한다. 이 표시는, 수신기로 하여금 그 표시에 기초하여 임계 충전 파라미터를 결정하게 한다. 이 표시는 수신기로 하여금, 수신 코일과 연관된 단락 회로 전류 또는 개방 회로 전압이 임계 충전 파라미터 이상일 때 충전 전력을 수신하는 것을 개시하게 한다.
도 1 은 하나의 예시적인 구현형태에 따른, 무선 전력 전송 시스템의 기능적 블록도이다.
도 2 는 다른 예시적인 구현형태에 따른, 무선 전력 전송 시스템의 기능적 블록도이다.
도 3 은 예시적인 구현형태에 따른, 송신 또는 수신 안테나를 포함하는 도 2 의 송신 회로 또는 수신 회로의 부분의 개략도이다.
도 4a 내지 도 4e 는 예시적인 구현형태에 따른, 전기 차량 및 무선 전력 전송 시스템의 정렬 동작의 묘사이다.
도 5 는 예시적인 구현형태에 따른, 송신 코일 위에 정렬된 차량의 도이다.
도 6 은 예시적인 구현형태에 따른, 정렬 및 호환성 검출을 갖는 무선 전력 전송 시스템의 기능적 블록도이다.
도 7 은 예시적인 구현형태에 따른, 도 6 의 수신 회로의 부분의 개략도이다.
도 8 은 예시적인 구현형태에 따른, 무선 전력 전송 시스템에 대한 정렬 및 호환성 검출을 위한 방법의 플로우차트를 나타낸다.
도 9 는 예시적인 구현형태에 따른, 무선 전력 전송 시스템에 대한 정렬 및 호환성 검출을 위한 다른 방법의 플로우차트를 나타낸다.
도 10 은 예시적인 구현형태에 따른, 신호 흐름을 따른, 전력 송신기 시스템 및 전력 수신기 시스템을 포함하는 무선 전력 전송 시스템을 나타낸다.
도 11 은 예시적인 구현형태에 따른, 도 10 의 전력 수신기 시스템의 세컨더리 전류 제어기의 상태도를 나타낸다.
도 12 는 예시적인 구현형태에 따른, 도 10 의 전력 수신기 시스템의 세컨더리 구성 제어기의 상태도를 나타낸다.
도 13 은 예시적인 구현형태에 따른, 도 10 의 전력 송신기 시스템의 베이스 전류 제어기의 상태도를 나타낸다.
도 14 는 예시적인 구현형태에 따른, 도 10 의 전력 송신기 시스템의 DC 버스 제어기의 상태도를 나타낸다.
도 15 는 예시적인 구현형태에 따른, 도 10 의 전력 송신기 시스템의 전류 제한기의 상태도를 나타낸다.
도 16 은 예시적인 구현형태에 따른, 무선 전력을 수신하고 부하를 충전하는 방법의 플로우차트를 나타낸다.
도 17 은 예시적인 구현형태에 따른, 무선 전력을 송신하고 부하를 충전하는 방법의 플로우차트를 나타낸다.
도면들에 도시된 다양한 피처들은, 일정한 스케일로 도시되지 않을 수도 있다. 이에 따라, 다양한 피처들의 치수들은 명확함을 위해 임의적으로 확장되거나 감소될 수도 있다. 또한, 도면들의 일부는 소정의 시스템, 방법 또는 디바이스의 컴포넌트들 모두를 도시하지 않을 수도 있다. 마지막으로, 유사한 참조부호들은 명세서 및 도면들 전반에 걸쳐 유사한 피처들을 나타내도록 사용될 수도 있다.
첨부된 도면들과 관련하여 하기에 기재된 상세한 설명은 본 발명의 특정 구현형태들의 설명으로서 의도되고, 본 발명이 실시될 수도 있는 유일한 구현형태들만을 나타내도록 의도되지는 않는다. 본원 설명 전체에서 사용되는 용어 "예시적인" 은 "예, 실례, 또는 예시로서 기능하는" 을 의미하며, 다른 예시적인 구현형태들보다 선호되거나 유익한 것으로 해석될 필요는 없다. 상세한 설명은 개시된 구현형태들의 완전한 이해를 제공하기 위한 목적으로 특정 상세들을 포함한다. 일부 예시들에서, 일부 디바이스들은 블록도 형태로 도시된다.
무선 전력 전송은 전기 필드들, 자기 필드들, 전자기 필드들 등과 연관된 임의의 형태의 에너지를 물리적인 전기 전도체들의 사용 없이 (예를 들어, 전력이 자유 공간을 통해 전송될 수도 있음) 송신기로부터 수신기로 전송하는 것을 지칭할 수도 있다. 무선 필드 (예를 들어, 자기 필드 또는 전자기 필드) 로의 전력 출력은 전력 전송을 달성하기 위해 "수신 안테나" 에 의해 수신, 캡처 또는 커플링될 수도 있다.
도 1 은 본 발명의 예시적인 구현형태들에 따른, 무선 전력 전송 시스템 (100) 의 기능적 블록도이다. 에너지 전송을 수행하기 위한 무선 (예를 들어, 자기 또는 전자기) 필드 (105) 를 생성하기 위해, 전력 소스 (미도시) 로부터 송신기 (104) 로 입력 전력 (102) 이 제공될 수도 있다. 수신기 (108) 는 무선 필드 (105) 에 커플링되어, 출력 전력 (110) 에 커플링된 디바이스 (미도시) 에 의해 저장하거나 소비하기 위한 출력 전력 (110) 을 생성할 수도 있다. 송신기 (104) 및 수신기 (108) 양자는 거리 (112) 만큼 분리된다.
하나의 예시적인 구현형태에 있어서, 송신기 (104) 및 수신기 (108) 는 상호 공진 관계에 따라 구성된다. 수신기 (108) 의 공진 주파수와 송신기 (104) 의 공진 주파수가 실질적으로 동일하거나 매우 근접할 경우, 송신기 (108) 와 수신기 (104) 간의 송신 손실들은 최소이다. 이와 같이, 무선 전력 전송은, 매우 가까운 (예를 들어, 때로는 밀리미터들 내) 큰 안테나 코일을 필요로 할 수도 있는 순수하게 유도성인 솔루션들에 비하여 더 큰 거리에 걸쳐 제공될 수도 있다. 따라서, 공진 유도성 커플링 기술들은 다양한 거리들에 걸쳐 그리고 다양한 유도성 코일 구성들로, 개선된 효율 및 전력 전송을 허용할 수도 있다.
수신기 (108) 는, 수신기 (108) 가 송신기 (104) 에 의해 생성된 무선 필드 (105) 에 위치될 경우, 전력을 수신할 수도 있다. 무선 필드 (105) 는, 송신기 (104) 에 의해 출력된 에너지가 수신기 (105) 에 의해 캡처될 수도 있는 구역에 대응한다. 무선 필드 (105) 는, 하기에서 더 설명될 바와 같이, 송신기 (104) 의 "근거리장 (near-field)" 에 대응할 수도 있다. 송신기 (104) 는 수신기 (108) 에 에너지를 송신하기 위한 송신 안테나 또는 코일 (114) 를 포함할 수도 있다. 수신기 (108) 는 송신기 (104) 로부터 송신된 에너지를 수신하거나 캡처하기 위한 수신 안테나 또는 코일 (118) 을 포함할 수도 있다. 근거리장은, 전력을 송신 코일 (114) 로부터 멀리 최소로 방사하는, 송신 코일 (114) 에서의 전류들 및 전하들로부터 초래되는 강한 리액티브 (reactive) 필드들이 존재하는 구역에 대응할 수도 있다. 근거리장은 송신 코일 (114) 의 대략 하나의 파장 (또는 그것의 일부) 내에 있는 구역에 대응할 수도 있다.
상술된 바와 같이, 전자기파에서의 에너지 대부분을 원거리장으로 전파하는 것보다, 무선 필드 (105) 에서의 에너지의 대부분을 수신 코일 (118) 에 커플링함으로써, 효율적인 에너지 전송이 발생할 수도 있다. 무선 필드 (105) 내에 위치될 경우, 송신 안테나 (114) 와 수신 안테나 (118) 간에 "커플링 모드 (couplong mode)" 가 전개될 수도 있다. 이러한 커플링이 발생할 수도 있는, 송신 안테나 (114) 및 수신 안테나 (118) 주위의 영역은 본 명세서에서 커플링 모드 구역으로서 지칭된다.
도 2 는 본 발명의 다른 예시적인 구현형태들에 따른, 무선 전력 전송 시스템 (200) 의 기능적 블록도이다. 시스템 (200) 은 송신기 (204) 및 수신기 (208) 를 포함한다. 송신기 (204) 는, 오실레이터 (222), 드라이버 회로 (224), 그리고 필터 및 매칭 회로 (226) 를 포함할 수도 있는 송신 회로 (206) 를 포함할 수도 있다. 오실레이터 (222) 는, 주파수 제어 신호 (223) 에 응답하여 조정될 수도 있는 원하는 주파수에서 신호를 생성하도록 구성될 수도 있다. 오실레이터 (222) 는 그 오실레이터 신호를 드라이버 회로 (224) 에 제공할 수도 있다. 드라이버 회로 (224) 는, 예를 들어 입력 전압 신호 (VD) (225) 에 기초하여 송신 안테나 (214) 의 공진 주파수에서 송신 안테나 (214) 를 구동하도록 구성될 수도 있다. 드라이버 회로 (224) 는, 오실레이터 (222) 로부터 구형파를 수신하고 사인파를 출력하도록 구성된 스위칭 증폭기일 수도 있다. 예를 들어, 드라이버 회로 (224) 는 클래스 E 증폭기일 수도 있다.
필터 및 매칭 회로 (226) 는 고조파들 또는 다른 원하지 않는 주파수들을 필터링하여 제거하고, 송신기 (204) 의 임피던스를 송신 안테나 (214) 에 매칭할 수도 있다. 송신 안테나 (214) 를 구동시킨 결과로서, 송신 안테나 (214) 는 예를 들어 전기 차량의 배터리 (236) 를 충전하기에 충분한 레벨로 전력을 무선으로 출력하기 위해 무선 필드 (205) 를 발생시킬 수도 있다.
수신기 (208) 는 매칭 회로 (232) 정류기 회로 (234) 를 포함할 수도 있는 수신 회로 (210) 를 포함할 수도 있다. 매칭 회로 (232) 는, 수신 회로 (210) 의 임피던스를 수신 안테나 (218) 에 매칭할 수도 있다. 정류기 회로 (234) 는 도 2 에 도시된 바와 같이, 배터리 (236) 를 충전하기 위해 교류 (AC) 전력 입력으로부터 직류 (DC) 전력 출력을 발생시킬 수도 있다. 수신기 (208) 및 송신기 (204) 는 별도의 통신 채널 (219 (예를 들어, 블루투스, 지그비, 셀룰러 등) 을 통해 추가로 통신할 수도 있다. 수신기 (208) 및 송신기 (204) 는 대안적으로, 무선 필드 (206) 의 특성들을 이용하여 대역내 시그널링을 통해 통신할 수도 있다.
수신기 (208) 는 송신기 (204) 에 의해 송신된 그리고 수신기 (208) 에 의해 수신된 전력의 양이 배터리 (236) 를 충전하기에 적절한지 여부를 결정하도록 구성될 수도 있다.
도 3 은 본 예시적인 구현형태들에 따른, 송신 또는 수신 안테나 (352) 를 포함한 도 2 의 송신 회로 (206) 또는 수신 회로 (210) 의 일부분의 개략도이다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 송신 또는 수신 회로 (350) 는 안테나 (352) 를 포함할 수도 있다. 안테나 (352) 는 또한 "루프" 안테나 (352) 로 지칭되거나 구성될 수도 있다. 안테나 (352) 는 또한 "자기" 안테나 또는 유도 코일로서 구성되거나 본 명세서에서 지칭될 수도 있다. 용어 "안테나" 는 일반적으로 다른 "안테나" 에 커플링하기 위해 에너지를 무선으로 출력하거나 수신할 수도 있는 컴포넌트를 지칭한다. 안테나는 또한 전력을 무선으로 출력하거나 수신하도록 구성되는 타입의 코일로서 지칭될 수도 있다. 본 명세서에서 사용된 것과 같이, 안테나 (352) 는 전력을 무선으로 출력 및/또는 수신하도록 구성되는 타입의 "전력 전송 컴포넌트" 의 일 예이다.
안테나 (352) 는 페라이트 코어 (미도시) 와 같은 물리적 코어 또는 에어 코어를 포함할 수도 있다. 에어 코어 루프 안테나들은 코어의 부근에 배치된 무관한 물리적 디바이스에 더 허용가능할 수도 있다. 또한, 에어 코어 루프 안테나 (352) 는 코어 영역 내에서의 다른 컴포넌트들의 배치를 허용한다. 또한, 에어 코어 루프는 송신 안테나 (214) (도 2) 의 평면 내에 수신 안테나 (218) (도 2) 의 배치를 더 쉽게 가능하게 할 수도 있는데, 여기서 송신 안테나 (214) 의 커플링-모드 구역이 더 강력할 수도 있다.
언급된 바와 같이, 송신기 (104/204) 와 수신기 (108/208) 간의 에너지의 효율적인 전송은 송신기 (104/204) 와 수신기 (108/208) 간의 매칭된 또는 거의 매칭된 공진 동안 발생할 수도 있다. 그러나, 송신기 (104/204) 와 수신기 (108/208) 간의 공진이 매칭되지 않는 경우라도, 비록 효율성이 영향받을 수도 있지만, 에너지가 전송될 수도 있다. 예를 들어, 공진이 매칭되지 않을 때 효율성은 적을 수도 있다. 에너지의 전송은, 송신 코일 (114/214) 로부터 에너지를 자유 공간으로 전파하기보다는, 송신 코일 (114/214) 의 무선 필드 (105/205) 로부의 에너지를 무선 필드 (105/205) 의 부근에 존재하는 수신 코일 (118/218) 에 커플링함으로써 발생한다.
루프 또는 자기 안테나들의 공진 주파수는 인덕턴스 및 커패시턴스에 기초한다. 인덕턴스는 단순히 안테나 (352) 에 의해 생성된 인덕턴스일 수도 있지만, 커패시턴스는 원하는 공진 주파수에서 공진 구조를 형성하기 위해 안테나의 인덕턴스에 부가될 수도 있다. 비-제한적인 예로서, 커패시터 (354) 및 커패시터 (356) 가 송신 또는 수신 회로 (350) 에 부가되어, 공진 주파수에서 신호 (356) 를 선택하는 공진 회로를 형성할 수도 있다. 이에 따라, 더 큰 직경의 안테나들에 대해, 공진을 유지하는데 필요한 커패시턴스의 크기는, 루프의 직경 또는 인덕턴스가 증가함에 따라 감소할 수도 있다.
더욱이, 안테나의 직경이 증가함에 따라, 근거리장의 효율적인 에너지 전송 영역이 증가할 수도 있다. 다른 컴포넌트들을 사용하여 형성된 다른 공진 회로들이 또한 가능하다. 다른 비-제한적인 예로서, 회로 (350) 의 2 개의 단자들 사이에 병렬로 배치될 수도 있다. 송신 안테나들에 대해, 안테나 (352) 의 공진 주파수에 실질적으로 대응하는 주파수를 갖는 신호 (358) 는 안테나 (352) 로의 입력일 수도 있다.
도 1 및 도 2 를 참조하면, 송신기 (104/204) 는, 송신 코일 (114/214) 의 공진 주파수에 대응하는 주파수를 갖는 시변 자기 (또는 전자기) 필드를 출력할 수도 있다. 수신기 (108/208) 가 무선 필드 (105/205) 내에 있는 경우, 시변 자기 (또는 전자기) 필드는 수신 코일 (118/218) 에서 전류를 유도할 수도 있다. 상기 설명된 바와 같이, 수신 코일 (118/218) 이 송신 코일 (114/214) 의 주파수에서 공진하도록 구성된다면, 에너지는 효율적으로 전송될 수도 있다. 수신 코일 (118/218) 에서 유도된 AC 신호는, 부하를 충전하거나 전력 공급하도록 제공될 수도 있는 DC 신호를 생성하기 위해 상기 설명된 바와 같이 정류될 수도 있다.
도 4a, 4b, 4c, 4d 및 4e 는 본 발명의 예시적인 구현형태에 따른, 무선 전력 전송 시스템과 차량 사이의 정렬 동작의 묘사이다. 도 4a 는 수신 안테나 또는 코일 (418) 및 통신 안테나 (427) 에 전기적으로 접속된 무선 전력 전송 및 통신 수신기 (408) 를 포함하는 전기 차량 (401) 을 나타낸다. 도 4a 는 또한, 송신 안테나 또는 코일 (414) 및 통신 안테나 (437) 에 전기적으로 접속된 무선 전력 전송 및 통신 송신기 (404) 를 나타낸다. 통신 안테나 (427) 는 수신 코일 (418) 과 상이할 수도 있다. 통신 안테나 (437) 는 송신 코일 (414) 과 상이할 수도 있다. 통신 안테나들 (427 및 437) 는, 차량 (401) 이 접근함에 따라, 수신기 (408) 와 송신기 (404) 각각 사이의 통신을 용이하게 하도록 구성될 수도 있다. 도 4b 는 송신기 (404) 와의 통신을 확립하는 차량 (401) 의 차내의 수신기 (408) 를 나타낸다. 도 4c 에서, 정렬 절차는 차량 (401) 이 송신 코일 (414) 을 향해 이동함에 따라 시작될 수도 있다. 통신 링크는 차량 (401) 의 운전자에게 시각적 피드백, 청각적 피드백, 또는 이들의 조합들을 제공할 수도 있다. 운전자는 차량이 무선 전력 전송을 위해 적절하게 포지셔닝될 때를 결정하기 위해 이 피드백을 이용할 수도 있다. 도 4d 에서, 차량 (410) 에 탑재된 수신 코일 (418) 이 송신 코일 (414) 과 실질적으로 정렬되도록 차량 (401) 을 포지셔닝함으로써 차량 (401) 이 정렬을 마무리함에 따라 정렬 절차는 계속된다. 마지막으로, 도 4d 는 수신 코일 (418) 이 송신기 (404) 의 송신 코일 (414) 과 실질적으로 정렬되도록 차량 (401) 이 포지셔닝되는 것을 나타낸다.
도 5 는 본 발명의 예시적인 구현형태에 따른, 송신 코일 위에 정렬된 차량의 도이다. 무선 전력 전송 시스템 (500) 은 차량 (401) 이 송신키 (404) 부근에 주차되는 동안 차량 (401) 의 충전을 가능하게 한다. 공간은 차량 (401) 이 송신 코일 (414) 위에 주차되도록 보여진다. 송신 코일 (414) 은 베이스 패드 (415) 내에 위치될 수도 있다. 일부 구현형태들에서, 송신기 (404) 는 전력 백본 (power backbone) (502) 에 접속될 수도 있다. 송신기 (404) 는 교류 전류 (AC) 를 전기적 접속 (503) 을 통해 베이스 패드 (415) 내에 위치된 송신 코일 (414) 에 제공하도록 구성될 수도 있다. 위에서 도 4 와 관련하여 설명된 바와 같이, 차량 (401) 은 수신기 (408) 에 각각 접속된 배터리 (536), 수신 코일 (418), 및 안테나 (427) 를 포함할 수도 있다.
일부 구현형태들에서, 수신 코일 (418) 이 송신 코일 (414) 에 의해 생성된 무선 (예컨대, 자기 또는 전자기) 필드 내에 위치될 때 수신 코일 (418) 은 전력을 수신할 수도 있다. 무선 필드는 송신 코일 (414) 에 의해 출력되는 에너지가 수신 코일 (418) 에 의해 캡처될 수도 있는 구역에 대응할 수도 있다. 일부 경우들에서, 무선 필드는 송신 코일 (414) 의 "근거리장" 에 대응할 수도 있다.
수신 코일 (418) 은 배터리 (536) 를 충전하기 위해 또는 차량 (401) 에 전력을 공급하기 위해 수신기 (404) 에 적어도 최소 레이트의 전류 또는 전력을 제공한다. 최소 레이트의 전류 또는 전력은, 배터리 (536) 를 충전하는 것에 부가하여 추가적인 전기적 부하 요건들, 예컨대, 차량 (401) 에 의해 전력공급되고 차량 (401) 내에 존재하는 하나 이상의 전자 디바이스들의 임의의 전기적 요건들을 포함할 수도 있다. 모든 차량들이 모든 충전 시스템들과 호환가능하도록 설계되는 것은 아니다. 이러한 비호환성은 무선 충전 시스템들의 성능에 영향을 미칠 수도 있다. 한가지 솔루션은 호환성 리스트를 제공하기 위해 수개의 무선 충전 시스템들을 수개의 전기 차량들과 프리-테스팅 (pre-testing) 하는 것을 포함할 수도 있다. 또 다른 솔루션은 전기 차량-측 충전을 위해 마그네틱스의 표준 셋트에 대한 프리-테스팅을 더 포함할 수도 있다. 각각의 무선 충전 시스템 및 전기 차량 콤비네이션 (combination) (또는 표준 마그네틱스의 셋트) 에 대해 다수의 정렬 포지션들이 테스트되지 않으면, 이러한 솔루션은 포괄적인, 정확한 호환성 평가를 제공하지 못할 수도 있다.
강건하고 신뢰할만한 동작을 위해, 차량 (401) 탑재 수신기 (404) 는 송신 코일 (414) 과 수신 코일 (418) 사이의 호환성을 결정할 수도 있다. 송신 코일 (414) 및 수신 코일 (418) 이 주어진 정렬에 대해 차량 (401) 에 대해 적어도 최소 레이트의 전력 출력 (minimum rated power output) 을 제공하기 위해 함께 작업할 수 있는 경우에, 송신 코일 (414) 및 수신 코일 (418) 은 호환가능한 것으로 결정될 수도 있다. 이러한 호환성 결정은 송신 코일 (414) 과 수신 코일 (418) 사이의 정렬에 관계없이 이루어질 수도 있다. 이러한 호환성 결정은 또한, 송신 코일 (414) 및 수신 코일 (418) 이 동일한?무선 전력 전송 시스템에 속하는지 여부에 관계 없이 이루어질 수도 있다. 호환성 검출은 이하 도 6 및 도 7 과 관련하여 추가로 설명된다.
도 6 은 본 발명의 예시적인 구현형태에 따른, 정렬 및 호환성 검출을 갖는 무선 전력 전송 시스템 (600) 의 기능적 블록도이다. 시스템 (600) 은 송신기 (604) 및 수신기 (608) 를 포함한다. 송신기 (604) 는 송신 회로 (606) 에 전기적으로 접속된 통신 회로 (629) 를 포함할 수도 있다. 송신 회로 (606) 는 오실레이터 (622), 드라이버 회로 (624), 및 필터 및 매칭 회로 (626) 를 포함할 수도 있다. 오실레이터 (622) 는 주파수 제어 신호 (623) 에 응답하여 조정될 수도 있는 소망된 주파수에서 신호를 생성하도록 구성될 수도 있다. 오실레이터 (622) 는 드라이버 회로 (624) 에 오실레이터 신호를 제공할 수도 있다. 드라이버 회로 (624) 는, 예를 들어 입력 전압 신호 (VD) (625) 에 기초하여 송신 코일 (614) 의 공진 주파수에서, 송신 코일 (614) 을 구동하도록 구성될 수도 있다. 하나의 비제한적 예에서, 드라이버 회로 (624) 는 오실레이터 (622) 로부터 구형파를 수신하고 정현파를 출력하도록 구성된 스위칭 증폭기일 수도 있다.
필터 및 매칭 회로 (626) 는 고조파들 또는 다른 원하지 않는 주파수들을 필터링하여 제거하고 송신기 (604) 의 임피던스를 송신 코일 (614) 에 매칭시킬 수도 있다. 송신 코일 (614) 을 구동한 결과로서, 송신 코일 (614) 은, 예를 들어 전기 차량의 배터리 (636) 를 충전하기 위해 충분한 레벨로 출력을 무선으로 출력하기 위해 무선 필드 (605) 를 발생시킬 수도 있다. 달리 언급되지 않는 한, 송신 회로 (606) 내의 각각의 컴포넌트는 도 2 와 관련하여 전술한 바와 같이 송신 회로 (206) 내의 각각의 컴포넌트와 실질적으로 동일한 기능을 가질 수도 있다.
송신기 (604) 는 통신 회로 (629) 에 전기적으로 접속된 제어기 회로 (628) 를 더 포함할 수도 있다. 통신 회로 (629) 는 통신 링크 (619) 를 통해 수신기 (604) 내의 통신 회로 (639) 와 통신하도록 구성될 수도 있다. 송신기 (603) 는 송신 회로 (606) 에 그리고 제어기 회로 (628) 에 커플링된 센서 회로 (625) 를 더 포함할 수도 있다. 센서 회로 (625) 는 송신 회로 (606) 에 의해 송신 코일 (614) 에 출력된 전류를 측정하도록 구성될 수도 있고, 그 정보를 제어기 회로 (628) 에 통신할 수도 있다.
수신기 (608) 는 수신 코일 (618) 및 수신 회로 (610) 를 포함할 수도 있다. 수신 회로 (610) 는 스위칭 회로 (630), 매치 회로 (632), 및 정류기 회로 (634) 를 포함할 수도 있다. 수신 코일 (618) 은 스위칭 회로 (630) 에 전기적으로 접속될 수도 있다. 스위칭 회로는 수신 코일 (618) 을 매치 회로 (632) 또는 수신 코일 (618) 의 단락 회로 단자들에 함께 선택적으로 접속시킬 수도 있다. 매치 회로 (632) 는 정류기 회로 (634) 에 전기적으로 접속될 수도 있다. 정류기 회로 (634) 는 배터리 (636) 에 DC 전류를 제공할 수도 있다. 달리 언급되지 않는 한, 수신 회로 (610) 내의 각 컴포넌트는 도 2 와 관련하여 전술된 바와 같이 수신 회로 (210) 내의 각 컴포넌트와 실질적으로동일한 기능을 가질 수도 있다.
수신기 (608) 는, 수신 코일 (618) 의 단락 회로 전류 또는 개방 회로 전압 및/또는 정류기 회로 (634) 로부터 출력되는 DC 전류를 감지하도록 구성된 센서 회로 (635) 를 더 포함할 수도 있다. 제어기 회로 (638) 는 센서 회로 (635) 에 전기적으로 접속되고 그 센서 회로 (635) 로부터 센서 데이터를 수신할 수도 있다. 사용자 인터페이스 (650) 는 또한 제어기 회로 (638) 에 전기적으로 접속될 수도 있고, 수신 코일 (618) 과 송신 코일 (614) 사이의 커플링, 정렬 또는 호환성의 레벨에 관해 차량의 운전자에게 피드백을 제공하도록 구성될 수도 있다. 통신 회로 (639) 는 제어기 회로 (638) 에 접속될 수도 있다. 통신 회로 (639) 는 통신 링크 (619) 를 통해 송신기 (604) 내의 통신 회로 (629) 와 통신하도록 구성될 수도 있다.
송신기 (604) 로부터 수신기 (608) 에 전력을 제공하기 위해, 에너지가 무선 필드 (예컨대, 자기 또는 전자기 필드) (605) 를 통해 송신 코일 (614) 로 부터 수신 코일 (618) 에 송신될 수도 있다. 송신 코일 (614) 및 송신 회로 (606) 는 특정 공진 주파수를 갖는 공진 회로를 형성한다. 수신 코일 (618) 및 수신 회로 (610) 는 특정 공진 주파수를 갖는 또 다른 공진 회로를 형성한다. 동일한 공진 주파수를 갖는 2 개의 커플링된 공진 시스템들 사이에는 전자기 손실들이 최소화되기 때문에, 수신 코일 (618) 과 연관된 공진 주파수가 송신 코일 (614) 과 연관된 공진 주파수와 실질적으로 동일하도록 되는 것이 바람직하다. 따라서, 송신 코일 (614) 및 수신 코일 (618) 의 일방 또는 양방에 대한 튜닝 토폴로지 (tuning topology) 가 인덕턴스 또는 부하 변경들에 의해 심각하게 영향을 받지 않는 것이 더 바람직하다.
하나의 구현형태에서, 송신 회로 (606) 는 다음과 같은 식에 따라서, 송신 코일 (614) 에, 예컨대 때로는 프라이머리 (primary) 전류로서 지칭되는, AC 전류 I1 를 제공한다:
Figure pct00001
여기서, I1max 는 송신 회로 (606) 가 송신 코일 (614) 에 제공할 수도 있는 최대 AC 전류이다.
전류 I1 은 최대 전류 I1max 의 분수 또는 백분율, 예컨대, I1max 의 10%, 15%, 20%, 25% 등인 것이 바람직하다. 따라서, 비율 β 는 그 백분율 또는 분수의 역에 대응한다. 송신 회로 (606) 는 전류 I1 을 실질적으로 정전류 (constant current) 로서 제공할 수 있도록 하는 것이 더 바람직하다. 송신 코일 (614) 은 전류 I1 에 기초하여 무선 필드 (605) 를 생성한다. 송신 코일 (614) 과 실질적으로 정렬될 때, 수신 코일 (618) 은 실질적으로 무선 필드 (605) 내에 위치될 수도 있다. 따라서, 수신 코일 (618) 은 송신 코일 (614) 에 자기적으로 또는 전자기적으로 커플링될 수도 있다. 무선 필드 (605) 는 수신 코일 (618) 에서, 예컨대 때로는 세컨더리 (secondary) 전류로서 지칭되는, AC 전류 I2 를 유도한다.
충전 모드에서, 정류기 회로 (643) 는 AC 전류 I2 를 직류 (DC) 충전 전류 Idc 로 변환한다. DC 충전 전류 Idc 는 다음의 식에 따라 전류 I1 에 대해 비례적이다:
Figure pct00002
여기서, Idc 는 암페어로 측정되고, 1.1 은
Figure pct00003
와 동일한 근사적 정류 스케일링 팩터이며, k12 는 송신 코일 (614) 과 수신 코일 (618) 사이의 커플링 팩터이고, L1 및 L2 는 각각 송신 코일 (614) 과 수신 코일 (618) 의 인덕턴스들이고, I1 은 암페어 단위의 AC 전류의 RMS (root mean square) 로서 표현되며, K12 는 수신 코일 (618) 인덕턴스에 대한 송신 코일 (614) 인덕턴스의 비율에 대해 정규화된 "카파 (kappa)" 또는 커플링 팩터 k12 이다.
따라서, 수신 코일 (618) 이 생성할 수도 있는 최대 DC 충전 전류 Idcmax 는 송신 코일 (614) 에 제공된 최대 전류 I1max 에 대해 비례한다. 이것은 다음과 같은 식에 따라, 송신 코일 (614) 과 수신 코일 (618) 사이의 임의의 주어진 정렬에 대해 참이다:
Figure pct00004
또한, K12 는 송신 코일 (614) 과 수신 코일 (618) 사이의 정렬에 의존하여 변화할 수도 있다. K12 가 송신 코일 (614) 과 수신 코일 (618) 사이의 정규화된 커플링 팩터를 나타내기 때문에, K12 는 다음의 식에 따라, 송신 코일 (614) 을 통해 흐르는 전류 I1 에 대한 수신 코일 (618) 을 통해 흐르는 단락 회로 전류 I2sc 의 비율로서 표현될 수도 있다:
Figure pct00005
K12 는 또한 다음의 식에 따라, 송신 코일 (614) 에 걸친 전압 V1 에 대한 수신 코일 (618) 에 걸친 개방 회로 전압 Voc 의 비율로서 표현될 수도 있다:
Figure pct00006
전류 I2sc 를 측정하기 위해, 스위칭 회로 (630) 는, 이하 도 7 에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 센서 회로 (635) 를 통해 수신 코일 (618) 의 단자들을 단락시킨다. 또 다른 구현형태들에서, 수신기 회로 (610) 가 배터리 (636) 에 전력을 제공하고 있는 동안, 단락 회로 전류 I2sc 는 충전 전류 Idc 를 이용하여 추론 또는 결정될 수도 있다. 예를 들어, 충전 전류 Idc 와 단락 회로 전류 I2sc 가 될 것 사이의 관계는 다음의 식에 따라 추론 또는 결정될 수도 있다:
Figure pct00007
또 다른 구현형태에서, 단락 회로 전류 I2sc 의 값은 수신 코일 (618) 의 단자들에 걸친 개방 회로 전압 Voc 를 측정함으로써 추론 또는 결정될 수도 있다. 예를 들어, 개방 회로 전압 Voc 과 단락 회로 전류 I2sc 사이의 관계는 다음의 식에 따라 추론 또는 결정될 수도 있다:
Figure pct00008
ω 는 초당 라디안의 AC 주파수이고, L2 는 수신 코일 (618) 의 인덕턴스이다. 전압 Voc 를 측정하기 위해, 스위칭 회로 (630) 는, 이하 도 7 에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 센서 회로 (635) 에 걸친 수신 코일 (618) 의 단자들을 개방시킬 수도 있다.
도 6 을 참조하면, 송신 회로 (606) 는 최대 전류 I1max 의 비율 β 에 대한 전류 I1 을 설정할 수도 있다. 송신 회로 (606) 는 송신 코일 (614) 에 전류 I1 을 제공할 수도 있다. 전류 I1 의 동적 측정이 바람직한 경우에, 센서 회로 (625) 는, 수신기 (608) 가 전류 I1 의 값의 표시를 수신할 수도 있도록, 송신 코일 (614) 에 인가된 전류 I1 을 측정할 수도 있다. 센서 회로 (625) 는 그 측정치를 제어기 회로 (628) 에 통신할 수도 있다. 수신 코일 (618) 에 걸친 개방 회로 전압 Voc 이 측정될 수도 있는 구현형태에서, 센서 회로 (625) 는 송신 코일 (614) 의 단자들에 걸친 전압 V1 을 측정할 수도 있다. 센서 회로 (625) 는 그 측정치를 제어기 회로 (628) 에 통신할 수도 있다. I1 과 I1max 사이의 관계와 유사하게, 전류 I1 에 의해 유도된 전압 V1 에 대한, 전류 I1max 에 의해 유도된 송신 코일 (614) 에 걸친 최대 전압 V1max 의 비율은 또한 β 이다.
하나의 구현형태에서, 수신기 (608) 는 송신기 (604) 로부터 비율 β 를 요청할 수도 있다. 통신 회로 (629) 는 수신기 (608) 내의 통신 회로 (639) 에 비율 β 를 통신할 수도 있다. 통신 회로 (629) 는 또한, 전류 I1 의 값 및 전압 V1 의 값 중 적어도 하나를 통신 회로 (629) 에 추가로 통신할 수도 있다. 통신 회로 (629) 는 수신된 비율 β 와, I1 의 값 및 V1 의 값 중 적어도 하나를 제어기 회로 (638) 에 통신할 수도 있다. 이러한 식으로, 수신기 (608) 는 송신기 (604) 에 의해 제공된 정보에 기초하여 비율 β 와, I1 의 값 및 V1 의 값 중 적어도 하나의 값들을 메모리 유닛 (미도시) 에 저장할 수도 있다. β 가 표준화되는 대안적인 실시형태에서, 제어기 회로 (638)는 이미 메모리 유닛에 β 를 저장했을 수도 있다. 이러한 경우에, 통신 회로 (629) 는 통신 회로 (639) 에 β 의 표준화된 값은 아니고 전류 I1 의 값 및 전압 V1 의 값 중 적어도 하나만을 통신할 수도 있다.
일단 전류 I1 이 송신 코일 (614) 에 인가되면, 송신 코일은 무선 필드 (605) 를 형성한다. 수신 코일 (618) 의 단자들은 함께 단락되기 때문에, 무선 필드 (605) 는 수신 코일 (618) 에서 단락 회로 전류 I2sc 를 유도할 수도 있다. 센서 회로 (635) 는 전류 I2sc 의 값을 측정할 수도 있다. 센서 회로 (626) 는 그 다음, 전류 I2sc 의 값을 제어기 회로 (638) 에 통신할 수도 있다.
개방 회로 전압 Voc 이 측정되는 구현형태에서, 스위칭 회로 (630) 는 수신 코일 (618) 의 단자들을 개방시킬 수도 있고, 센서 회로 (635) 는 전압 Voc 의 값을 측정할 수도 있다. 센서 회로 (635) 는 그 다음, 전압 Voc 의 값을 제어기 회로 (638) 에 통신할 수도 있다.
제어기 회로 (638) 는 그 다음, 전술된 식 K12 = I2sc / I1 에 따라서, 정규화된 커플링 팩터 K12 를 결정하기 위해, 전류 I1 의 수신된 값 및 측정된 전류 I2sc 를 이용할 수도 있다. 개방 회로 전압 Voc 이 측정되는 구현형태에서, 제어기 회로 (638) 는, 전술된 식 K12 = Voc/V1 에 따라서, 정규화된 커플링 팩터 K12 를 결정하기 위해, 수신된 전압 V1 및 측정된 전압 Voc 를 이용할 수도 있다. 제어기 회로 (638) 는, I1max= βI1 로 재배열될 수도 있는 전술된 식 I1=I1max/β 에 따라서, I1max 를 결정하기 위해 전류 I1 의 수신된 값 및 비율 β 를 이용할 수도 있다. 제어기 회로 (638) 는 그 다음, 전술된 식 Idcmax = 1.1K12I1max 에 따라서, 수신기 (608) 에 대한 최대 DC 충전 전류를 결정하기 위해 K12 및 I1max 에 대한 결정된 값을 이용할 수도 있다.
송신기 (604) 가 특정 정렬에서 배터리에 적어도 요구되는 임계 충전 전류 Ithresh 를 제공할 수 있는지 여부를 결정하는 것이 바람직할 수도 있다. 전류 Ithresh 는 특정 배터리 또는 차량 시스템에 관하여 미리결정된 또는 알려진 전류일 수도 있다. 이러한 결정을 실시하기 위해, 제어기 회로 (638) 는 다음의 식에 따라, 단락 회로 전류 I2sc 를, 요구되는 임계 충전 전류 Ithresh 를 비율 β 의 1.1 배로 나눈 것에 대해 비교할 수도 있다:
Figure pct00009
I2sc 가 Ithresh/1.1β 보다 더 큰 경우에, 제어기 회로 (638) 는, 송신기 (604) 가 현재의 정렬을 이용하여 배터리 (636) 에 적어도 요구되는 임계 충전 전류를 제공하는 것이 가능할 수도 있다고 결정한다. 제어기 회로 (638) 는 통신 회로 (639) 로 하여금 통신 링크 (619) 를 통해 통신 회로 (629) 에 충전을 개시하기 위한 표시를 송신하도록 지시할 수도 있다. 제어기 회로 (638) 는 표시를 예를 들어 사용자 인터페이스 (650) 를 통해 차량 (401) 의 운전자에게 및/또는 적절한 (예컨대, 호환가능한) 충전이 현재의 정렬에서 가능한 하나 이상의 다른 시스템들에게 더 제공할 수도 있다. 제어기 회로 (638) 는 그 다음, 스위칭 회로 (630) 로 하여금 수신 코일 (618) 로부터 단락 회로 접속을 제거하도록 지시할 수도 있다. 스위칭 회로 (630) 는 수신 코일 (618) 을 매치 회로 (632) 에 접속시킬 수도 있다. 수신 코일 (618) 은 이제 전력을 배터리 (636) 에 제공할 수도 있고 충전이 시작될 수도 있다.
I2sc 가 Ithresh/1.1β 보다 더 적은 경우에, 제어기 회로 (638) 는, 송신기 (604) 가 기존의 정렬로 배터리 (636) 에 적어도 요구되는 임계 충전 전류를 제공하는 것이 가능하지 않을 수도 있다고 결정한다. 제어기 회로 (638) 는 통신 회로 (639) 로 하여금 통신 링크 (619) 를 통해 통신 회로 (629) 에 충전을 개시하지 않도록 하는 표시를 송신하도록 지시할 수도 있다. 제어기 회로 (638) 는 표시를 예를 들어 사용자 인터페이스 (650) 를 통해, 차량 (401) 의 운전자에게 및/또는 적절한 (예컨대, 호환가능한) 충전이 현재의 정렬에서 가능하지 않은 하나 이상의 다른 시스템들에게 더 제공할 수도 있다. 이러한 경우에, 수신 코일 (618) 은 배터리 (636) 에 전력을 제공하지 않을 것이고, 충전은 시작되지 않을 것이다. 이러한 식으로, 송신기 (604) 는, 시스템 (600) 이 레이팅된 성능들을 제공하기 위한 수용가능한 정렬 또는 동작 구역 (미도시) 밖에 있다는 표시를 수신할 수도 있다. 제어기 회로 (638) 는 송신 코일 (614) 위, 주위, 또는 부근의 지리적 영역으로서 동작 구역을 결정할 수도 있다. 동작 구역 내에서, 송신 코일 (614) 이 프라이머리 전류 I1 에 의해 구동될 때, 수신 코일 (618) 의 단락 회로 전류 I2sc 는 부등식 I2sc > Ithresh/1.1β 가 만족되도록 될 것이다. 보다 구체적으로, 제어기 회로 (638) 는 부등식 I2sc > Ithresh/1.1β 의 만족을 유지하기 위해 송신 코일 (614) 에 대한 수신 코일 (618) 의 동작 구역 내에서의 포지션들을 정의할 수도 있다. 반면에, 부등식이 만족되지 않는 수신 코일 (618) 의 포지션드은 동작 구역 밖에 속한다. 따라서, 일부 구현형태들은 차량 또는 충전 시스템의 특성들에 관한 어떤 사전 지식도 없이 수신 코일 (618) 에 대한 동작 구역의 확립을 허용할 수도 있다.
또 다른 구현형태들에서, 송신기 (604) 가 특정 정렬에서 배터리에 요구되는 임계 충전 전압 Vthresh 을 제공하는 것이 가능한지 여부를 결정하는 것이 바람직할 수도 있다. 전압 Vthresh 는 특정 배터리 또는 차량 시스템에 관해 미리결정된 또는 알려진 전압일 수도 있다. 이러한 결정을 실시하기 위해, 제어기 회로 (638) 는 다음의 식에 따라, 개방 회로 전압 Voc 를, 전압 Vthresh 를, 비율 β 의 1.1 배로 나눈 것에 대해 비교할 수도 있다:
Figure pct00010
Voc 가 Vthresh/1.1β 보다 더 큰 경우에, 제어기 회로 (638) 는, 송신기 (604) 가 현재의 정렬을 이용하여 배터리 (636) 에 적어도 요구되는 임계 충전 전압을 제공하는 것이 가능할 수도 있다고 결정한다. 제어기 회로 (638) 는 통신 회로 (639) 로 하여금 통신 링크 (619) 를 통해 통신 회로 (629) 에 충전을 개시하기 위한 표시를 송신하도록 지시할 수도 있다. 제어기 회로 (638) 는 표시를 차량 (401) 의 운전자에게 및/또는 적절한 충전이 현재의 정렬에서 가능한 하나 이상의 다른 시스템들에게 더 제공할 수도 있다. 제어기 회로 (638) 는 그 다음, 스위칭 회로 (630) 로 하여금 수신 코일 (618) 로부터 개방 회로 접속을 제거하도록 지시할 수도 있다. 스위칭 회로 (630) 는 수신 코일 (618) 을 매치 회로 (632) 에 접속시킬 수도 있다. 수신 코일 (618) 은 이제 전력을 배터리 (636) 에 제공할 수도 있고 충전이 시작될 수도 있다.
Voc 가 Vthresh/1.1β 보다 더 적은 경우에, 제어기 회로 (638) 는, 송신기 (604) 가 기존의 정렬로 배터리 (636) 에 적어도 요구되는 임계 충전 전압을 제공하는 것이 가능하지 않을 수도 있다고 결정한다. 제어기 회로 (638) 는 통신 회로 (639) 로 하여금 통신 링크 (619) 를 통해 통신 회로 (629) 에 충전을 개시하지 않도록 하는 표시를 송신하도록 지시할 수도 있다. 제어기 회로 (638) 는 표시를 차량 (401) 의 운전자에게 및/또는 적절한 충전이 현재의 정렬에서 가능하지 않은 하나 이상의 다른 시스템들에게 더 제공할 수도 있다. 이러한 경우에, 수신 코일 (618) 은 배터리 (636) 에 전력을 제공하지 않을 것이고, 충전은 시작되지 않을 것이다. 이러한 식으로, 송신기 (604) 는, 상기 단락 회로 전류 I2sc 에 대해 상기 개시된 것과 유사하게, 시스템 (600) 이 레이팅된 성능들을 제공하기 위한 수용가능한 정렬 또는 동작 구역 밖에 있다는 표시를 수신할 수도 있다.
상기 설명에 따르면, 제어기 회로 (638) 는 송신 코일 (614) 에 대한 수신 코일 (618) 의 임의의 포지션에 대한 최대 가능 출력 전류 또는 전압을 결정할 수도 있다. 제어기 회로 (638) 는 배터리 (636) 에 전류를 공급하기 전에 이러한 결정을 실시할 수도 있다. 다른 구현형태에서, 제어기 회로 (638) 는 배터리 (636) 의 충전 동안 이러한 결정을 실시할 수도 있다. 또 다른 구현형태에서, 제어기 회로 (638) 는 차량 (401) 의 운전자가 충전을 위한 공간 내로 차량 (401) 을 운전하고 있는 동안 이러한 결정을 실시할 수도 있다. 이러한 구현형태들은 전류 및/또는 전압을 충전하는 것이 충전 사이클 동안 안전한 한계들 내에 유지되도록 보장하기 위한 안전 메커니즘을 제공할 수도 있다.
예를 들어, 특정 조건들 하에서, 송신 코일 (618) 과 수신 코일 (618) 사이의 오버커플링 (overcoupling) 은 송신 코일 (618) 및 수신 코일 (618) 의 일방 또는 양방에서 바람직하지 않은 스트레스들을 야기할 수 있다. 송신기 (608) 에서의 제어기 회로 (638) 또는 송신기 (604) 에서의 제어기 회로 (628) 중 어느 것은 이러한 오버커플링을 검출할 수도 있다. 송신기 (608) 에서의 제어기 회로 (638) 또는 송신기 (604) 에서의 제어기 회로 (628) 중 어느 것은 오버커플링을 검출하는 것에 응답하여 정정 액션을 취할 수도 있다. 이러한 정정 액션은, 커플링 K12 를 감소시키는 것, 구동 전류 I1 을 감소시키는 것, 정렬을 조정하기 위한 표시를 사용자 인터페이스 (650) 를 통해 제공하는 것, 수신기 (608) 측에서 배터리 (636) 에 대한 전력을 끄는 것, 및/또는 송신기 (604) 측에서 송신 코일 (614) 에 대한 전력을 끄는 것을 포함할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 제어기 회로 (638) 는 전술한 식들 K12 = I2sc/I1 및 K12 = Voc/V1 각각에 따른 단락 회로 전류 I2sc 또는 개방 회로 전압 Voc 의 측정치들을 이용하여 각 수신 코일 (618) 에 대한 커필링 팩터 K12 를 결정할 수도 있다. 다른 구현형태들에서, 제어기 회로 (638) 는 전술한 DC 전류-대-단락 회로 전류 변환 식 I2sc = Idc/1.1 에 따라 충전 동안의 커플링 팩터 K12 를 결정할 수도 있다. 제어기 회로 (638) 는 충전 전의 교정 동안 및 충전 동안 양자에서 커플링 팩터 K12 를 결정할 수도 있기 때문에, 제어기 회로 (638) 는 커플링 팩터 K12 를 지속적으로 모니터링할 수도 있다. 제어기 회로 (638) 는 그 다음, 결정된 커플링 팩터 K12 를 다음의 부등식에 따라 최대 커플링 팩터 K12max 에 대해 비교할 수도 있다:
Figure pct00011
제어기 회로 (638) 는 최대 커플링 팩터 K12max 를 결정할 수도 있다. 대안적으로, 제어기 회로 (638) 는, 제어기 회로 (638) 에 대해 액세스가능한 메모리 (미도시) 에 저장된 K12max 의 값을 액세스할 수도 있다. 상기 부등식이 만족되는 경우에, 제어기 회로 (638) 는 오버커플링의 상태를 결정할 수도 있다. 제어기 회로 (638) 는 그 다음, 상술한 정정 액션들 중 하나가 수행되게 할 수도 있다.
도 7 은 본 발명의 예시적인 구현형태에 따른, 도 6 의 수신 회로의 부분의 개략도이다. 도 7 은 스위칭 회로 (630) 에 전기적으로 접속된 수신 코일 (618) 을 나타낸다. 스위칭 회로 (630) 는 스위치 (731) 및 스위치 (732) 를 포함할 수도 있다. 스위치 (731) 의 제 1 단자는 수신 코일 (618) 의 제 1 단자에 그리고 매치 회로 (632) 에 전기적으로 접속된다. 스위치 (731) 의 제 2 단자는 센서 회로에 전기적으로 접속된다. 스위치 (732) 의 제 1 단자는 수신 코일 (618) 의 제 2 단자에 그리고 센서 회로에 전기적으로 접속된다. 스위치 (732) 의 제 2 단자는 매치 회로에 전기적으로 접속된다. 비록 수신 코일 (618) 이 스위칭 회로 (630) 에 접속된 것으로 도시되지만, 점선 와이어 라인들에 의해 표현되는 바와 같이, 수신 코일 (618) 과 스위칭 회로 (630) 사이에 하나 이상의 공진 회로 컴포넌트들이 접속될 수도 있다. 스위치 (731) 를 닫는 것은 수신 코일 (618) 의 단자들을 센서 회로 (635) 를 통해 단락시킨다. 스위치 (732) 를 여는 것은 매치 회로 (632) 로부터 수신 코일 (618) 을 유효하게 접속해제시킨다. 스위치 (732) 를 개방하는 것은 또한, 매치 회로 (632) 로부터 하부선에 놓인, 배터리 (636) (미도시) 를 유효하게 접속해제한다. 단락 회로 전류 I2sc 를 측정하는 것이 전력 공급 전위를 나타내지 않을 경우에, 센서 회로 (635) 는 수신 코일 (618) 의 단자들에 걸친 개방 회로 전압을 측정할 수도 있다. 이러한 구현형태에서, 스위치 (731) 및 스위치 (732) 는, 스위칭 회로 (630) 가 수신 코일 (618) 의 제 1 단자 및 제 2 단자에 걸친 개방 회로 전압을 측정할 수도 있도록, 양자 모두 개방될 수도 있다. 비록 스위칭 회로 (630) 가 수신 코일 (618) 과 매치 회로 (632) 사이에 위치하는 것으로 도시되지만, 본 애플리케이션은 그렇게 한정되지 않는다. 예를 들어, 특정 튜닝 토폴로지들에 대해, 스위칭 회로 (630) 는, 단락 회로 전류 I2sc 또는 개방 회로 전압 Voc 의 유효한 측정이 이루어지거나 추론될 수도 있는 한, 매치 회로 (632) 뒤에 위치될 수도 있다.
도 8 은 예시적인 구현형태에 따른, 무선 전력 전송 시스템을 위한 정렬 및 호환성 검출을 위한 방법의 플로우차트를 나타낸다. 플로우차트 (800) 의 방법은 본원에서, 도 6 과 관련하여 전술한 바와 같이, 무선 전력 전송 시스템 (600) 을 참조하여 설명된다. 일 구현형태에서, 플로우차트 (800) 에서의 단계들의 하나 이상은 예를 들어 도 6 의 제어기 회로 (638) 와 같은 제어기에 의해 수행될 수도 있다. 비록 플로우차트 (800) 의 방법은 다양한 실시형태들에서 특정 순서를 참조하여 본원에서 설명되지만, 본 명세서에서의 단계들은 상이한 순서로 수행되거나 생략될 수도 있고, 추가적인 단계들이 추가될 수도 있다.
단계 802 에서, 방법이 시작된다. 방법은, 무선 충전 송신기의 송신 코일과 무선 전력 수신기의 수신 코일을 정렬시킴으로써 단계 804 로 계속된다. 예를 들어, 차량 (401) 은, 도 5 와 관련하여 전술된 바와 같이, 수시기 (408) 의 수신 코일 (418) 이 송신기 (404) 의 송신 코일 (414) 위에서 실질적으로 정렬되도록, 정렬된다.
단계 806 에서, 방법은, 제 1 통신 링크를 통해 충전 송신기의 적어도 하나의 특성과 연관된 정보를 수신하는 것을 포함한다. 예를 들어, 통신 회로 (639) 는 통신 링크 (619) 를 통해 송신기 (604) 의 통신 회로 (629) 로부터 전류 I1 및 전압 V1 중 적어도 하나의 값을 수신할 수도 있다. 다른 구현형태에서, 전류 I1 및 전압 V1 의 값 중 적어도 하나를 나타내는 정보는 통신 링크 (619) 를 통해 수신될 수도 있다. 전류 I1 의 값 및 전압 V1 의 값 중 적어도 하나는 메모리에서의 룩업 테이블과 같은 정보 신호 또는 데이터 서비스 (미도시) 에 대해 질의하는 것에 기초하여 결정될 수도 있다.
단계 808 에서, 방법은 제 1 통신 링크를 통해 β 의 값을 획득하는 것을 포함한다. 예를 들어, 통신 회로 (639) 는 통신 링크 (619) 를 통해 송신기 (604) 의 통신 회로 (629) 로부터 비율 β 를 수신할 수도 있다. 통신 링크 (619) 는 비제한적으로 블루투스, 지그비, 또는 셀룰러를 포함하는 임의의 유형의 통신 링크일 수도 있다. 또 다른 구현형태에서, 비율 β 는 표준화된 값으로서 이미 알려져 있을 수도 있다. 이러한 구현형태에서, 통신 회로 (639) 는 통신 링크 (619) 를 통해 비율 β 를 수신하지 않을 수도 있고, 대신에, β 는 알려진 데이터 서비스 (미도시) 로부터의 쿼리들 또는 메모리로부터 결정될 수도 있다.
방법은 단계 810 으로 계속할 수도 있고, 단계 810 은 수신 코일 (618) 과 연관된 동작 파라미터의 값을 측정하는 것을 포함한다. 예를 들어, 센서 회로 (635) 는, 도 6 및 도 7 과 관련하여 전술된 바와 같이, 수신 코일 (618) 을 통해단락 회로 전류 I2sc 를 측정할 수도 있다. 또 다른 구현형태에서, 센서 회로 (635) 는 도 6 및 도 7 과 관련하여 전술된 바와 같이, 수신 코일 (618) 에 걸친 개방 회로 전압 Voc 을 측정할 수도 있다.
단계 812 에서, 방법은, 부하를 충전시키기위해 충분한 임계 충전 파라미터에 대해 파라미터의 값으 비교함으로써 계속할 수도 있다. 제어기 회로 (638) 는 요구되는 임계 충전 전류 Ithresh 를 β 의 1.1 배로 나눈 것과 전류 I2sc 사이의 비교를 수행할 수도 있다. I2sc 가 임계 충전 전류 Ithresh/1.1β 보다 더 큰 경우, 송신기 (604) 는 현재의 정렬로 배터리 (636) 에 적어도 최소 요구되는 충전 전류를 제공하는 것이 가능할 수도 있다. 이러한 경우에, 방법은 단계 814 로 계속하고, 단계 814 는 충전을 개시하기 위한 표시를 제 1 통신 링크를 통해 송신하는 것을 포함한다. 예를 들어, 통신 회로 (639) 는 충전을 개시하기 위한 표시를 통신 링크 (619) 를 통해 통신 회로 (629) 에 송신할 수도 있다. 이 시점에서, 방법은 종료 단계 818 에서 종료할 수도 있다.
결정 블록 812 로 돌아가면, I2sc 가 임계 충전 전류 Ithresh/1.1β 보다 더 크지 않은 경우, 수신기 (608) 는 현재의 정렬로 송신기 (604) 와 호환가능하지 않은 것으로서 간주될 수도 있다. 송신기 (604) 는 현재의 정렬로 배터리 (636) 에 적어도 최소 요구되는 충전 전류를 제공하는 것이 가능하지 않을 수도 있다. 이러한 경우에, 방법은 단계 816 으로 계속될 수도 있고, 단계 816 은 충전을 개시하지 않도록 하는 표시를 제 1 통신 링크를 통해 송신하는 것을 포함한다. 예를 들어, 통신 회로 (639) 는 충전을 개시하지 않도록 하는 표시를 통신 링크 (619) 를 통해 통신 회로 (629) 에 송신할 수도 있다. 다른 구현형태에서, 통신 회로 (639) 는 여하튼 어떤 표시도 송신하지 않을 수도 있고, 충전은 시작되지 않을 것이다. 또 다른 구현형태에서, 통신 회로 (639) 는 수신 코일 (618) 이 수용가능한 정렬 또는 동작 구역 밖에 있고 및/또는 레이팅된 전력을 제공할 수 없을 것임에 대한 표시를 송신할 수도 있다. 이 시점에서, 방법은 종료 단계 818 에서 종료할 수도 있다.
또 다른 구현형태에서, 단락 회로 전류 I2sc 대신에 개방 회로 전압 Voc 이 측정되는 경우에, 단계 812 는 제어기 회로 (638) 가 전압 Voc 와, 요구되는 임계 충전 전압 Vthresh 를 β 의 1.1 배로 나눈 것 사이의 비교를 수행하는 것을 포함할 수도 있다. Voc 가 임계 충전 전압 Vthresh/1.1β 보다 더 큰 경우, 송신기 (604) 는 현재의 정렬로 배터리 (636) 에 적어도 최소 요구되는 충전 전압을 제공하는 것이 가능할 수도 있다. Voc 가 임계 충전 전압 Vthresh/1.1β 보다 적은 경우, 수신기 (608) 는 현재의 정렬로 송신기 (604) 와 호환가능하지 않은 것으로서 간주될 수도 있다. 송신기 (604) 는 현재의 정렬로 배터리 (636) 에 적어도 최소 요구되는 충전 전압을 제공하는 것이 가능하지 않을 수도 있다.
도 9 는 예시적인 구현형태에 따른, 무선 전력 전송 시스템을 위한 정렬 및 호환성 검출을 위한 다른 방법의 플로우차트를 나타낸다. 플로우차트 (900) 의 방법은 본원에서, 도 6 과 관련하여 전술한 바와 같이, 무선 전력 전송 시스템 (600) 을 참조하여 설명된다. 일 구현형태에서, 플로우차트 (900) 에서의 단계들의 하나 이상은 예를 들어 도 6 의 제어기 회로 (628) 와 같은 제어기에 의해 수행될 수도 있다. 비록 플로우차트 (900) 의 방법은 다양한 실시형태들에서 특정 순서를 참조하여 본원에서 설명되지만, 본 명세서에서의 단계들은 상이한 순서로 수행되거나 생략될 수도 있고, 추가적인 단계들이 추가될 수도 있다.
단계 902 에서, 방법이 시작된다. 단계 904 에서, 송신 코일의 전류를, 최대 송신 코일 전류에 대한 비율 β 로 설정함으로써 방법은 계속된다. 예를 들어, 송신 회로 (606) 및/또는 제어기 회로 (628) 는 전류 I1 을, 그것이 최대 전류 I1max 에 대해 미리결정된 비율 β 을 가지도록 설정할 수도 있다. 하나의 구현형태에서, 센서 회로 (미도시) 는 송신 코일 (614) 에 인가된 전류 I1 을 측정할 수도 있다. 센서 회로는 그 측정치를 제어기 회로 (628) 에 통신할 수도 있다. 다른 구현형태에서, 송신 코일에 걸친 전압은 최대 송신 코일 전압에 대한 비율 β 로 설정될 수도 있다. 예를 들어, 송신 회로 (606) 및/또는 제어기 회로 (628) 는 전압 V1 을, 그것이 최대 전압 V1max 에 대해 미리결정된 비율 β 을 가지도록 설정할 수도 있다. 센서 회로 (미도시) 는 송신 코일 (614) 에 인가된 전압 V1 을 측정할 수도 있다. 센서 회로는 그 측정치를 제어기 회로 (628) 에 통신할 수도 있다.
단계 906 에서, 송신 코일 전류의 값을 제 1 통신 링크를 통해 송신함으로써 방법은 계속된다. 예를 들어, 제어기 회로 (628) 는 통신 회로 (629) 로 하여금 전류 I1 의 값을 통신 회로 (629) 로 통신하도록 지시할 수도 있다. 다른 구현형태에서, 송신 전압의 값은 제 1 통신 링크를 통해 송신될 수도 있다. 예를 들어, 제어기 회로 (628) 는 통신 회로 (629) 로 하여금 전압 V1 의 값을 통신 회로로 통신하도록 지시할 수도 있다.
단계 908 에서, 제 1 통신 링크를 통해 비율 β 를 제공함으로써 방법은 계속된다. 예를 들어, 제어기 회로 (628) 는 통신 회로 (629) 에게, 비율 β 를 통신 링크 (619) 를 통해 통신 회로 (639) 로 송신하도록 지시할 수도 있다.
플로우차트 (900) 의 이 시점에서, 방법은 상술한 바와 같이 플로우차트 (800) 의 결정 블록 (812) 에 관련된 결정 블록 (910) 을 포함할 수도 있다. I2sc 가 Ithresh/1.1β 보다 더 크다고 결정되는 경우, 방법은 단계 912 로 계속되고, 이 단계 912 는 제 1 통신 링크를 통해 충전을 개시하기 위한 표시를 수신하는 것을 포함한다. 예를 들어, 통신 회로 (629) 는, 통신 링크 (619) 를 통해 통신 회로 (639) 로부터 충전을 개시하기 위한 이러한 표시를 수신할 수도 있다. 이러한 경우에, 방법은 단계 914 로 계속되고, 단계 914 는 충전을 개시하는 것을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제어기 회로 (628) 는 전류 I1 를 충전을 시작할 최소 요구되는 충전 전류로 증가시키도록 지시할 수도 있다. 이 시점에서, 방법은 종료 단계 920 으로 종료될 수도 있다.
결정 블록 910 으로 돌아가서, I2sc 가 Ithresh/1.1β 보다 더 크지 않다고 결정되는 경우, 방법은 단계 916 으로 계속되고, 이 단계 916 은 제 1 통신 링크를 통해 충전을 개시하지 않도록 하는 표시를 수신하는 것을 포함한다. 예를 들어, 통신 회로 (629) 는, 통신 링크 (619) 를 통해 통신 회로 (639) 로부터 충전을 개시하지 않도록 하는 표시를 수신할 수도 있다. 이러한 경우에, 방법은 단계 920 으로 계속되고, 단계 920 은 충전을 개시하지 않는 것을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제어기 회로 (628) 는 송신기 회로 (606) 에게 최대 전류 I1max 의 이전 분수에서 전류 I1 을 생성하는 것을 계속하도록 지시할 수도 있고, 이는 최소 요구되는 충전 전류보다 더 낮을 수도 있다. 다른 구현형태에서, 제어기 회로 (628) 는 송신기 회로 (606) 에게 전류 I1 을 생성하는 것을 완전히 중지할 것을 지시할 수도 있다. 또 다른 구현형태에서, 통신 회로 (639) 는 수신 코일 (618) 이 수용가능한 정렬 구역 밖에 있고 및/또는 최소 요구되는 충전 전류를 제공할 수 없을 것임에 대한 표시를 송신할 수도 있다. 이 시점에서, 방법은 종료 단계 920 에서 종료할 수도 있다.
또 다른 구현형태에서, I2sc 대신에 Voc 가 측정되는 경우에, 결정 블록 910 은 Voc 가 Vthresh/1.1β 보다 더 큰지 여부를 결정할 수도 있다. 더 큰 경우에, 방법은 단계 912 로 계속될 수도 있고, 단계 912 는 제 1 통신 링크를 통해 충전을 개시하기 위한 표시를 수신하는 것을 포함한다. 방법은 그러면 상술한 바와 같이 진행될 수도 있다. Voc 가 Vthresh/1.1β 보다 적은 경우에, 방법은 상술한 바와 같이 단계 916 으로 계속될 수도 있다.
도 10 은 일 예시적인 구현형태에 따른, 전력 송신기 시스템 (1002) 및 전력 수신기 시스템 (1004) 을 포함하는 무선 전력 전송 시스템 (1000) 을 나타낸다. 본 명세서에서 기술된 다양한 실시형태들의 하나의 양태에서, 무선 전력 전송 시스템 (1000) 은 상이한 수신기들 및 송신기들 사이의 상호작용가능성을 제공할 수 있다. 예를 들어, 하나의 특정 실시형태는 일반적인 방식 (예컨대, 정규화된/상대적인 레벨들) 으로 작은 셋트의 정보 (예컨대, 단순히 베이스 전류 요청) 를 이용하는, 수신기와 송신기 사이의 인터페이스를 제공한다. 달리 진술되지 않는다면, 무선 전력 전송 시스템 (1000) 내의 각 컴포넌트는 도 2, 도 6, 및 도 7 과 관련하여 전술된 바와 같은 각각의 컴포넌트와 실질적으로 동일한 기능을 가질 수도 있다.
예시된 전력 송신기 시스템 (1002) 은 전원, 인터페이스, 또는 인프라스트럭처 (1006), 베이스 제어 유닛 (BCU) 역률 정정 (PFC) 블록 (1008), BCU 인버터 (1010), 베이스 패드 (1012), 선택적 통신 안테나 (예컨대, 블루투스 안테나 (1014)), 결정 블록 (1015), 베이스 전류 제어기 (1016), DC 버스 제어기 (1018), 및 전류 제한기 (1020) 를 포함한다. BCU PFC 블록 (1008) 및 BCU 인버터 (1010) 는 도 6 의 드라이버 (624) 및 필터/매칭 네트워크 (626) 에 대응할 수 있다. 베이스 패드 (1012) 는 도 6 의 송신 코일 (614) 에 대응할 수 있지만, 베이스 패드 (1012) 는 패드 또는 코일 구성을 가질 필요는 없음을 이해할 것이다. 즉, 충전될 디바이스에 전력을 공급하거나 충전을 위해 충분한 레벨로 무선 필드를 생성하는 임의의 적합한 전력 안테나가 선택되고 이용될 수 있다. 결정 블록 (1015) 에서, 베이스 전류 제어기 (1016), DC 버스 제어기 (1018), 및 전류 제한기 (1020) 는 도 6 의 제어기 회로 (628) 에 대응할 수 있다. (블루투스 안테나 (1014) 와 같은)선택적 통신 안테나는 도 6 의 통신 회로 (629) 에 대응할 수 있다.
전력 수신기 시스템 (1004) 은, 세컨더리 패드 (1022), 튜닝/정류기 (1024), 출력 필터 (1026), 호스트 디바이스 (1028), 충전 곡선 제어 블록 (1030), 세컨더리 전류 제어기 (1032), 세컨더리 구성 제어기 (1034), 및 선택적 통신 안테나 (예컨대, 블루투스 안테나 (1014)) 를 포함할 수 있다. 세컨더리 패드 (1022) 는 도 6 의 수신 코일 (618) 에 대응할 수 있지만, 세컨더리 패드 (1022) 는 패드 또는 코일 구성일 필요는 없음을 이해할 것이다. 즉, 충전될 디바이스에 전력을 공급하거나 충전을 위해 충분한 레벨로 무선 필드를 수신할 수 있는 임의의 적합한 전력 안테나가 선택되고 이용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 세컨더리 패드 (1022) 는 선택적으로 활성화 (예컨대, 부하에 접속) 될 수 있는 하나 이상의 안테나들 (미도시) 을 포함할 수 있다. 튜닝/정류기 (1024) 및 출력 필터 (1026) 는 도 6 의 스위칭 회로 (630), 매칭 회로 (632), 정류기 회로 (634), 및 센서 회로 (635) 에 대응할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 튜닝/정류기 (1024) 및 출력 필터 (1026) 는 세컨더리 패드 전류 Isecondary 및 구성 제어 신호 Ds 에 기초하여 가변 레벨 출력 전류를 제공할 수 있다. 충전 곡선 제어 블록 (1030), 세컨더리 전류 제어기 (1032), 및 세컨더리 구성 제어기 (1034) 는 도 6 의 제어기 회로 (638) 에 대응할 수 있다. (블루투스 안테나 (1014) 와 같은)선택적 통신 안테나는 도 6 의 통신 회로 (639) 에 대응할 수 있다.
인프라스트럭처 (1006) 는 전력 전류 I ac 를 제공하도록 구성될 수 있다. 인프라스트럭처 (1006) 는 하나 이상의 전기적 메인들, 하나 이상의 배터리들, 솔라 패널들 등과 같이 전력 전류 I ac 를 제공하도록 구성된 전기적 전력 소스들에 대응할 수 있다. 예시된 전력 송신기 시스템 (1002) 에서, 인프라스트럭처 (1006) 는 BCU PFC 블록 (1008) 에 동작가능하게 커플링되고 BCU PFC 블록 (1008) 에 전력 전류 I ac 를 제공한다.
BCU PFC 블록 (1008) 은 전력 전류 I ac 및 명령된 바이어스 신호 VDC,CMD 를 수신하도록 구성될 수 있고, 전력 전류 I ac 의 바이어스 신호 VDC 및 측정치 yac 를 제공하도록 구성될 수 있다. 예시된 전력 송신기 시스템 (1002) 에서, BCU PFC 블록 (1008) 은 인프라스트럭처로부터 전력 전류 I ac 를 수신하고, DC 버스 제어기 (1018) 로부터 명령된 바이어스 신호 VDC,CMD 를 수신하며, 바이어스 VDC 를 BCU 인버터에 제공하고, 측정 신호 yac 를 전류 제한기 (1020) 에 제공한다.
BCU 인버터는 바이어스 VDC 및 페이즈 (phase) 제어 신호 θ (또는 "전도 각도") 를 수신하도록 그리고 송신 안테나 전류 Ibase (또는 "베이스 패드 전류") 를 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, BCU 인버터는 바이어스 VDC 및/또는 페이즈 제어 신호 θ 에 적어도 기초하여 송신 안테나 전류 Ibase 를 생성할 수 있다. 예시된 실시형태에서, BCU 인버터는 BCU PFC 블록 (1008) 으로부터 바이어스 VDC 를 수신하고, 베이스 전류 제어기 (1016) 로부터 페이즈 제어 신호 θ 를 수신하며, 베이스 패드 (1012) 에 송신 안테나 전류 Ibase 를 제공한다.
하나의 양태에서, BCU PFC 블록 (1008) 은, 페이즈 전압 및 전류로 인한 유틸리티 그리드로부터의 과도한 전류들을 회피하기 위해, 회로의 다른 부분들로 인한 고조파 왜곡 (예컨대, 정류기의 스위칭 액션) 을 회피하기 위해, 그리고, 50/60 Hz 에서 유틸리티 전력을 필터링하기 위해 사용될 수 있다. BCU PFC 블록 (1008) 으로부터의 DC 전압은 BCU 인버터에 공급될 수 있고, 그것의 출력은 브릿지 전류 또는 베이스 전류로서 지칭될 수 있다. BCU 인버터의 출력의 기본의 크기는 다음의 식에 따라, BCU PFC 블록 (1008) 으로부터 수신된 DC 바이어스 전압 VDC 및 인버터 브릿지의 (0° 에서부터 180°까지의 임의의 값을 취할 수 있는 페이즈 제어 신호 θ 에 의존한다:
Figure pct00012
(식 6)
식 6 에서, 페이즈 제어 신호 θ 는 듀티 사이클에 대응할 수 있다. 더 높은 페이즈 제어 신호 θ 는 전력이 전달되는 보다 많은 시간에 대응한다. 더 낮은 페이즈 제어 신호 θ 는 동일 한 전력에 대해 더 낮은 전압 및 더 높은 전류로 해석된다. 더 낮은 페이즈 제어 신호들 θ 는 더 높은 전류들을 필요로 한다. 일부 구현형태들에서, BCU 인버터는 90°에 걸쳐 페이즈 제어 신호들 θ 에서 동작한다. 더 낮은 페이즈 제어 신호들 θ 및 그들의 연관된 더 높은 전류들을 회피하는 것은 컴포넌트 스트레스를 감소시킬 수 있다. BCU 인버터가 실질적으로 130°에서 실행되는 경우에는, 출력 전압의 총 고조파 왜곡 (total harmonic distortion; THD) 이 감소될 수도 있다. BCU 인버터가 페이즈 제어 신호 θ 를 120°로부터 대략적으로 130°까지 증가시킴에 따라, 5차 고조파들이 감소함에 따라 3차 고조파들은 증가한다. THD 는 120°와 130° 사이에서 많이 변화하지 않고, 140°에 접근함에 따라 느리게 증가한다. 일부 구현형태들은 115° 내지 140°의 범위에서 동작한다.
베이스 패드 (1012) 는 송신 안테나 전류 Ibase 를 수신하도록 그리고 전력을 송신하기 위한 무선 필드를 생성하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 베이스 패드 (1012) 는 송신 안테나 전류 Ibase 를 나타내는 측정치 ybase 를 제공하도록 구성될 수 있다. 측정 신호 ybase 는 송신 안테나 전류 Ibase 에 관련된, 반드시 전류일 필요는 없는, 임의의 적합한 특성에 대응할 수 있다. 예를 들어, 단순한 특성들은, 유사한 특성들에서, 감지된 전압들, 보조 전류들, 임피던스들, 전자기 필드들을 포함할 수 있다. 예시된 실시형태에서, 베이스 패드 (1012) 는 BCU 인버터로부터 송신 안테나 전류 Ibase 를 수신하고, 측정치 ybase 를 베이스 전류 제어기 (1016) 및/또는 블루투스 안테나 (1014) 에 제공한다. 베이스 패드 (1012) 는 코일 안테나들, 평면형 안테나들을 포함하는 하나 이상의 안테나들, 및 디바이스들을 충전 및/또는 전력공급하기 위해 충분한 무선 필드를 생성하기 위한 유사한 디바이스들을 포함할 수 있다.
무선 송신기 시스템 (1002) 의, 블루투스 안테나 (1014) 와 같은, 선택적인 통신 안테나는 하나 이상의 유형들의 통신물들을 수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 통신 안테나는 전류-요청 신호 IbaseIn 와 같은 신호들을 수신하도록 구성될 수 있고, 측정 신호 ybase 와 같은 신호들을 송신하도록 구성될 수 있다. 베이스 패드 (1012) 로부터 분리된 안테나는 통신을 위해 요구되지 않음을 이해할 것이다. 대신에, 전력 송신기 시스템 (1002) 및 전력 수신기 시스템 (1004) 은, 예를 들어, 단방향 또는 양방향 채널들을 이용하여, 베이스 패드 (1012) 와 세컨더리 패드 (1022) 사이의 대역내 시그널링에 의해 통신할 수 있다. 더욱이, 통신은 무선 통신에 추가하여 또는 대안으로 (상호연결된 유선 연결된 데이터 통신 경로들과 같은) 물리적 링크들에 의해 이루어질 수 있다.
전류-요청 신호 IbaseIn 는 베이스 패드 (1012) 를 통해 흐르는 전류의 양, 그리고 다시, 무선 필드의 강도를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 전력 수신기 시스템 (1004) 은 전류-요청 신호 IbaseIn 를 블루투스 통신들을 통해 전력 송신기 시스템 (1002) 에 송신함으로써 송신 안테나의 전류를 제어하도록 구성될 수 있다. 전류-요청 신호 IbaseIn 는 송신 안테나에 대한 전류의 기준 레벨을 나타낼 수 있다. "기준 레벨 (reference level)" 은, "타겟 레벨", "명령된 레벨", "소망된 레벨", 또는, 전력 수신기가 베이스 패드가 전도하도록 요청하고 있는 베이스 전류의 (정규화된) 레벨을 나타내는 유사한 디스크립션을 의미할 수 있다. 예를 들어, 전류-요청 신호 IbaseIn 는 미리결정된 값에 비례하거나 그것에 의해 정규화된 전류의 양을 나타낼 수 있다. 정규화된 전류-요청 신호는 베이스 패드 전류 Ibase 가 전류-요청 신호 IbaseIn 에 따라서, 가능한 범위까지, 조정되어야 하는 것을 나타낼 수 있다. 미리결정된 값은 전력 송신 프로토콜의 전류 레벨 (예컨대, 안전성, 표준들, 및/또는 기타 요건들/목적들로 인한 베이스 패드 전류의 상한) 에 대응할 수 있다. 전력 송신 프로토콜은 임의의 적합한 표준들에 대응할 수 있다.
동작시에, 전력 수신기 시스템 (1004) 은 요청을 팩터 또는 비율, β로서 수신할 수 있다. 요청은, 특정된 양의 암페어들과 같은, 몇몇 특정된 전류 레벨에 대한 요청에 반해, 베이스 패드 (1012) 의 동작 한계의 몇몇 백분율 - 예컨대, "최대" 베이스 전류의 -10%, 30%, 40%, 57%, 90%, 100%, 또는 110% - 과 같이, 미리결정된 전류 레벨에 대해 상대적일 수 있다.
일부 실시형태들에서, 전력 수신기 시스템 (1004) 은 각각의 전력 송신기 시스템 (1002) 에 대해 미리결정된 전류 레벨에 대한 액세스를 가지지 않을 수도 있다. 논의될 바와 같이, 전력 수신기 시스템 (1004) 의 제어기들은 미지의 미리결정된 전류 레벨에 대해 보상하기 위해 유효할 수 있다. 더욱이, 전력 수신기 시스템 (1004) 의 제어기들은 전력 송신 시스템의 능력들을 감지하기 위해서 그리고 전류-요청 신호 IbaseIn 를 조정하여 따라서 전력 송신기 시스템 (1002) 을 손상시키지 않도록 하기 위해 유효할 수 있다. 또한, 전력 송신기 시스템 (1002) 의 제어기들 (예컨대, 전류 제한기 (1020)) 은 전력 송신기가 동작 포인트들에 진입하여 전력 송신기 시스템 (1002) 을 손상시킬 수도 있는 것을 방지하기 위해 유효할 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 절대 양에 대해 반대로, 전류의 상대적인 양의 요청은, 무선 전력 전송의 프로세스를 단순화하는 한편, 다양한 유형들의 전력 송신기 시스템들 (1002) 과 다양한 유형들의 전력 수신기 시스템들 (1004) 사이의 상호작용가능성을 향상시키는데 도움을 줄 수 있다.
결정 블록 (1015) 은 전류 요청 신호 IbaseIn 및 상한 신호 IbaseBound 를 입력들로서 수신하도록, 그리고, 제한된 전류 요청 신호 IbaseIn * 를 출력으로서 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 예시된 실시형태에서, 결정 블록 (1015) 은 전류 요청 신호 IbaseIn 를 수신하기 위해 선택적 블루투스 안테나 (1014) 에 동작가능하게 커플링된다. 예시된 결정 블록 (1015) 은 상한 신호 IbaseBound 를 수신하기 위해 전류 제한기 (1020) 에 동작가능하게 커플링된다. 예시된 결정 블록 (1015) 은 제한된 전류를 제공하기 위해 베이스 전류 제어기 (1016) 에 동작가능하게 커플링된다.
동작 시에, 결정 블록 (1015) 은 전류 요청 신호 IbaseIn 및 상한 신호 IbaseBound 에 기초하여 제한된 전류 요청 신호 IbaseIn * 를 생성하도록 구성될 수 있다. 하나의 실시형태에서, 결정 블록 (1015) 은, 전류 요청 신호 IbaseIn 가 상한 신호 IbaseBound 미만인 경우에 전류 요청 신호 IbaseIn 와 실질적으로 동일한 것으로서 제한된 전류 요청 신호 IbaseIn * 를 출력하도록, 그리고, 그 외의 경우에는 상한 신호 IbaseBound 와 실질적으로 동일한 것으로서 제한된 전류 요청 신호 IbaseIn * 를 출력하도록 구성될 수 있다.
베이스 전류 제어기 (1016) 는 송신 안테나 전류 Ibase 및 전류-요청 신호 IbaseIn 의 측정치 ybase (또는, 대안적으로 제한된 전류 요청 신호 IbaseIn *) 를 수신하도록 구성될 수 있고, 그리고, 베이스 패드 (1012) 에 의해 생성된 무선 필드의 전력 레벨을 조정하기 위해 페이즈 제어 신호 θ 를 생성하도록 더 구성될 수 있다. 예시된 실시형태에서, 베이스 전류 제어기 (1016) 는 베이스 패드 (1012), 선택적 블루투스 안테나 (1014), 결정 블록 (1015), BCU 인버터, 및 DC 버스 제어기 (1018) 에 동작가능하게 커플링된다. 베이스 전류 제어기 (1016) 는 측정 신호 ybase 및 제한된 전류-요청 신호 IbaseIn * 에 기초하여 페이즈 제어 신호 θ 를 생성한다. 일부 실시형태들에서, 제한된 전류-요청 신호 IbaseIn * 는, 예를 들어 전류 제한기 (1020) 에 의해 생성된, 약 상한 신호 IbaseBound 보다 적은 전류-요청 신호 IbaseIn 의 일 버전에 대응한다. 베이스 전류 제어기 (1016) 는 도 13 과 관련하여 더 자세히 설명될 것이다.
DC 버스 제어기 (1018) 는 페이즈 제어 신호 θ 및 기준 페이즈 θR 를 입력들로서 수신하도록 구성되고, 명령된 바이어스 신호 VDC,CMD 를 출력으로서 생성하도록 더 구성된다. 예시된 실시형태에서, DC 버스 제어기 (1018) 는 명령된 바이어스 신호 VDC,CMD 를 BCU PFC 블록 (1008) 에 제공할 수 있고, 베이스 전류 제어기 (1016) 로부터 페이즈 제어 신호 θ 를 수신할 수 있다. DC 버스 제어기 (1018) 는 페이즈 제어 신호 θ 와 기준 페이즈의 비교에 기초하여 명령된 바이어스 신호 VDC,CMD 를 생성할 수 있다. DC 버스 제어기 (1018) 는 도 14 와 관련하여 더 자세히 설명될 것이다.
전류 제한기 (1020) 는 BCU PFC 블록 (1008) 에 의해 제공된 전력 전류 I ac 의 측정치 yac 및 Ac 기준 신호 AC Ref 를 수신한다. 전류 제한기 (1020) 는 AC 기준 신호의 측정 신호 yac 와의 비교에 기초하여 상한 신호 IbaseBound 를 생성하도록 더 구성될 수 있다. Ac 기준 신호 AC Ref 는 전력 전류의 편향 (예컨대, 선호) 을 나타내는 외인성 신호일 수 있다. 전류 제한기 (1020) 는 도 15 와 관련하여 더 자세히 설명될 것이다.
이제 도 10 의 전력 수신기 시스템 (1004) 으로 돌아가서, 차량 패드는 베이스 패드 (1012) 에 의해 생성된 무선 필드에 커플링하도록 구성되수 있고, 무선 필드에 기초하여 전류 Isecondary 를 생성하도록 구성될 수 있다. 세컨더리 패드 (1022) 는 예를 들어 도 1 의 전기 차량 유도 코일 (116) 에 대응할 수 있다. 전류 Isecondary 는 출력 전류 IOUT 을 생성하기 위해 튜닝/정류기 (1024) 및 출력 필터 (1026) 블록에 제공될 수 있다. 튜닝/정류기 (1024) 블록은 베이스 패드 (1012) 와 세컨더리 패드 (1022) 사이의 커플링을 변화시키도록 세컨더리 패드 (1022) 에서 임피던스를 변화시키도록 구성된 회로를 포함할 수 있다. 튜닝/정류기 (1024) 블록은 전류 Isecondary 를 변환 및/또는 조정하도록 구성된 회로를 포함할 수 있다. 출력 필터 (1026) 는 정류된 전류 Isecondary 를 호스트 디바이스 (1028) 에 전력공급 및/또는 충전하기에 적합한 신호로 필터링하기 위한 회로를 포함할 수 있다.
호스트 디바이스 (1028) 는 호스트 디바이스 (1028) 에 전력공급 또는 충전하기 위한 출력 전류를 수신하도록 구성될 수 있다. 호스트 디바이스 (1028) 의 변화들의 예들은 전기 차량들 및/또는 소비자 전자 디바이스들을 포함한다. 호스트 디바이스 (1028) 는 최대 전류, 최대 전압, 최대 전력, 및 기타 특성과 같은 다양한 충전 파라미터들을 전력 수신기 시스템 (1004) 의 다른 컴포넌트들에 제공할 수 있다. 예시된 실시형태에서, 호스트 디바이스 (1028) 는 이들 파라미터들을 충전 곡선 제어 블록 (1030) 에 제공한다.
충전 곡선 제어 블록 (1030) 은 기준 출력 전류 IoutIn 를 생성하도록 구성될 수 있다. 기준 출력 전류 IoutIn 는, 최대 허용가능 전류, 전압, 전력 등과 같은, 호스트 디바이스 (1028) 의 다양한 파라미터들 및 출력 필터 (1026) 의 바이어스 레벨 VSC,DC 에 기초하여 유효한 무선 전력 전송을 달성할 소망되는 출력 전류에 댕으할 수 있다. 기준 출력 전류 IoutIn 는 효율성 고려들에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 출력 필터 (1026) 의 바이어스 레벨 VSC,DC 이 주어지면, 전력 송신의 효율 및, 전압 및/또는 전력 레벨들과 같은 부차적인 고려사항들을 향상시키는 출력 전류 Iout 가 선택될 수 있다. 예를 들어 출력 전압, 출력 전력과 같은 출력의 동작 파라미터들을 전류의 유효한 사용과 호환가능한 미리결정된 범위들 내이도록 유지하는 것은 전력 전송 유효성 및/또는 효율성을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 전력 수신기의 출력을 이용하여 배터리를 충전할 때, 동작 파라미터들은 배터리의 효과적인 충전에 대응하는 "배터리 충전 곡선" 에 매칭하도록 선택될 수 있다.
세컨더리 전류 제어기 (1032) 는 출력 전류 Iout 의 측정치 yout 및 기준 출력 전류 IoutIn 를 수신하도록 구성될 수 있고, 전류-요청 신호 IbaseIn 을 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전류-요청 신호 IbaseIn 는, 전력 수신기 시스템 (1004) 이 전력 전송 시스템에게 베이스 패드 (1012) 를 통해 전도시키도록 명령하고 있는 전류의 정규화된 또는 상대적인 레벨에 대응할 수 있다. 진술된 바와 같이, 정규화된 상대적인 레벨은 최대 송신 안테나 전류 Ibase 와 같은 미리결정된 값에 대한 것일 수 있다. 하나의 실시형태에서, 세컨더리 전류 제어기 (1032) 는, 기준 출력 전류 IoutIn 를 향해 출력 전류를 드라이브하는 방식으로 전류-요청 신호 IbaseIn 를 조정하도록 구성될 수 있다. 세컨더리 전류 제어기 (1032) 는, 전류-요청 신호 IbaseIn 를 전력 송신기 시스템 (1002) 에 송신하기 위해 전류-요청 신호 IbaseIn 를 통신 안테나 (예를 들어, 블루투스 안테나 (1036)) 에 제공하도록 구성될 수 있다. 세컨더리 전류 제어기 (1032) 는 도 11 과 관련하여 나중에 더 자세히 설명될 것이다.
세컨더리 구성 제어기 (1034) 는 기준 출력 전류 IoutIn, 세컨더리 패드 (1022) 전류 Isecondary 의 추정치
Figure pct00013
(예를 들어, 식에 따른 세컨더리 코일의 단락 회로 전류의 추정치), 및 송신 안테나 전류 Ibase 의 측정치 ybase 를 수신하도록 구성될 수 있다. 하나의 실시형태에서, 추정치
Figure pct00014
는 도 6 및 도 7 과 관련하여 상술한 단락 회로 전류 I2sc 에 대응할 수 있다. 세컨더리 구성 제어기 (1034) 는, 추정치
Figure pct00015
에 추가하여 또는 그 대안으로서, 세컨더리 코일의 개방 전압
Figure pct00016
의 추정치를 수신할 수 있다.
세컨더리 구성 제어기 (1034) 는 적어도 수신된 입력 신호에 기초하여 출력으로서 구성 제어 신호 Ds 를 생성하도록 더 구성될 수 있다. 구성 제어 신호 Ds 는 튜닝 정류기 블록, 출력 필터 (1026), 및/또는 세컨더리 패드 (1022) 의 다양한 파라미터들을 조정하는데 이용될 수 있다. 비제한적 예들에 대해, 세컨더리 구성 제어기 (1034) 는 코일 비, 액티브 코일들의 수, 및/또는 전력 수신기 시스템 (1004) 의 세컨더리 패드 (1022) 으로부터 끌어져오는 전류를 조정할 수 있다. 세컨더리 구성 제어기 (1034) 는 도 12 와 관련하여 더 자세히 설명될 것이다.
도 11 은 일 예시적인 구현형태에 따른, 도 10 의 전력 수신기 시스템 (1004) 의 세컨더리 전류 제어기 (1032) 의 상태도를 나타낸다. 도시된 세컨더리 전류 제어기 (1032) 는 선택적 램프 레이트 (ramp rate) 제어기 (1102), 제 1 및 제 1 합산 결합부들 (1104, 1106), 비례적 이득부 (1110), 및 적분 이득부 (1112) 를 포함한다. 선택적 램프 레이트 제어기 (1102) 는 기준 출력 전류 IoutIn 의 변화의 레이트를 제한 또는 고정하도록 구성될 수 있다. 변화의 레이트를 제한하는 것은, 기준 출력 전류 IoutIn 에서의 급격한 변화들로 인한 적분 이득 항에서의 적분적 와인드-업 및 급격한 증가들에 의해 야기되는 진동들을 방지 또는 억제하는데 도움을 줄 수 있다. 변화의 레이트를 제한하는 것은 또한, 그렇지 않으면 불안정성들을 야기할 수 있을 전류-요청 신호 IbaseIn 에서의 고주파수 성분들을 감소시키는데 도움을 줄 수 있다. 예를 들어, 시스템에서의 시간 지연들은, 세컨더리 전류 제어기가 시간 지연에 대해 상대적으로 고 주파수에서 (예를 들어, 약 1/τ Hz 보다 더 큰 주파수에서, 여기서, τ 는 초 단위의 시간 지연을 나타낸다) 베이스 전류 Ibase 를 구동하는 경우에 진동들 또는 심지어 불안정성들을 야기할 수 있다. 기준 출력 전류 IoutIn 를 레이트 제한하는 것은 세컨더리 전류 제어기 (1034) 의 전체 대역폭을 제한할 수 있다. 이에 따라, 선택적 램프 레이트 제어기 (1102) 는 강건성 (robustness) 및 안정성 (stability) 을 향상시킬 수 있다.
기준 출력 전류 IoutIn, 또는 선택적으로 램프 레이트 제어기 (1102) 의 출력은 에러 신호 e 를 생성하기 위해 제 1 합산 결합부 (1104) 에 의해 측정 신호 yout 와 비교될 수 있다. 전류-요청 신호 IbaseIn 는 에러 신호 e 에 비례하는 항과, 에러 신호 e 의 적분에 비례하는 항을 결합함으로써 생성된다. 에러 신호 e 에 비례하는 항은 세컨더리 전류 제어기 (1032) 의 대역폭을 향상시킬 수 있고, 이는 응답의 속도를 향상시킬 수 있다. 에러 신호 e 의 적분에 비례하는 항의 "적분 액션 (integral action)" 은 정상-상태 에러를 감소시키고 전력 송신기 시스템 (1002) 에서 미지의 전류 레벨들에 대해 보상하는데 도움을 줄 수 있다.
하나의 실시형태에서, 세컨더리 전류 제어기 (1032) 는 약 250Hz 의 대역폭을 갖는다. 다른 대역폭들은, 응답의 속도, 통신 지연들에 대한 강건성, 다른 비-최소 페이즈 다이내믹스, 및 모델 불확실성과 같은 특정 애플리케이션 고려사항들에 기초하여 선택될 수도 있다. 예를 들어, 하나의 실시형태에서, 세컨더리 전류 제어기 (1032) 는 약 1/τ 보다 더 적은 (헤르츠 단위의) 대역폭을 가지고, 여기서, τ 는 전류 요청 신호 IbaseIn 를 통신하는 것 및 전력 송신기 시스템 (1002) 가 전류 요청 신호 IbaseIn 에 응답하여 액션을 취하는 것과 연관된 (초 단위의) 시간 지연을 나타낸다. 다른 실시형태에서, 세컨더리 전류 제어기 (1032) 는 약 1/(2τ) 미만의 대역폭을 갖는다. 또 다른 실시형태에서, 세컨더리 전류 제어기 (1032) 는 약 1/(16τ) 미만의 대역폭을 갖는다. 약 1/(16τ) 미만의 대역폭을 선택하는 것은 약 45도보다 더 큰 페이즈 마진 (phase margin) 을 제공할 수 있다.
도 12 는 일 예시적인 구현형태에 따른, 도 10 의 전력 수신기 시스템 (1004) 의 세컨더리 구성 제어기 (1034) 의 상태도를 나타낸다. 도 12 의 일부 요소들이 본 명세서에서 사용된 바와 같이 "이상적 (ideal)" 또는 "선호되는 (preferred)" 라는 용어를 이용하여 라벨링되었지만, "이상적" 및 "선호되는" 이라는 용어들은, "이상적" 또는 "선호되는" 요소는 IPT 시스템의 만족스러운 동작을 제공하는 많은 요소들 중 하나라는 것을 나타내기 위한 의미이고, "이상적" 또는 "선호되는" 요소에서의 동작이 일부 다른 요소들보다 어떤 점에서 더 나은 것을 나타내기 위한 의미는 아니다. 도 12 에서 "이상적" 및 "선호되는" 이라는 용어의 사용은 IPT 시스템 또는 전력 수신기의 동작이 선택된 요소로 반드시 최적화되거나 최대화되는 것을 의미하지 않고, 특정 실시형태들에서, 그 요소는 IPT 시스템 또는 전력 수신기의 하이-레벨, 최적화된, 또는 최대화된 동작 (예컨대, 배터리의 충전) 을 달성하기 위해 선택될 수도 있다.
세컨더리 구성 제어기 (1034) 는 분할 블록 (1202), 상태 추정기 (1206), 및 안정성 추정기 (1208) 를 포함한다. 분할 블록 (1202) 을 이용하여, 세컨더리 구성 제어기 (1034) 는 추정된 커플링 계수 κ 를 생성하기 위해 추정된 세컨더리 전류
Figure pct00017
를 송신 안테나 전류 Ibase 의 측정치 ybase 에 의해 나누도록 구성될 수 있다. 상태 추정기 (1206) 는, 추정된 커플링 계수 κ, 기준 출력 전류 IoutIn, 및 선호되는 베이스 패드 전류 Ibase 를 나타내는 신호 Ibase * 를 입력들로서 수신하고, 선호되는 구성 신호 Ds * 를 출력으로서 생성하도록 구성될 수 있다. 하나의 실시형태에서, 신호 Ibase * 는, 예를 들어 초기화 동안 및/또는 전력 전송 동안, 전력 송신기 시스템 (1002) 에 의해 제공될 수 있다. 하지만, 신호 Ibase * 는 메모리 디바이스 (미도시) 와 같은, 전력 수신기 시스템 (1004) 의 컴포넌트를 포함하는, 임의의 적용가능한 소스에 의해 제공될 수 있음을 이해할 것이다. 하나의 양태에서, 전력 수신기 시스템 (1004) 은, 실현가능한 경우, 대략적으로 선호되는 베이스 패드 전류 Ibase * 인 베이스 패드 전류 Ibase 를 달성하는 것을 향해, 전류 요청 신호 IbaseIn 의 생성 및 구성 제어 신호 Ds 의 생성을 바이어스시킨다. 하지만, 전력 송신기 시스템 (1002) 에서의 제약들로 인해, 전류 Ibase * 를 달성하는 것은 항상 발생하는 것은 아니다. 예를 들어, 전력 송신기 시스템 (1002) 의 전류 제한기 블록 (1020) 은 소정의 한계 초과의 베이스 패드 전류들 Ibase 을 금지할 수도 있다.
진술된 바와 같이, 상태 추정기 (1206) 는 선호되는 구성 신호 Ds * 를 생성하도록 구성된다. 신호 Ds * 는 베이스 패드 (1012) 와 세컨더리 패드 (1022) 사이의 커플링의 특성 및/또는 세컨더리 패드 (1022) 의 하나 이상의 파라미터들의 선호되는 선택을 나타내기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 신호 Ds * 는, 활성화/비활성화될 세컨더리 패드 (1022) 의 코일들의 선호되는 수, 충전 패드 (1022) 로부터 끌어질 전류의 양, 무선 전력 전송의 성능에 관련된 기타 특성들에 대응할 수 있다. 이들 특성들은 전력 송신기 시스템 (1022) 에서의 로딩에 영향을 미칠 수 있고, 따라서, 전력 송신기 (1002) 의 효율에 영향을 미칠 수 있다. 선호되는 구성 신호 Ds * 파라미터들은 기준 출력 전류 IoutIn, 추정된 커플링 계수 κ, 및 선호되는 베이스 전류 Ibase * 에 적어도 기초하여 선택될 수 있다.
안정성 추정기 (1208) 는 선호되는 신호 Ds * 및 측정 신호 ybase 를 입력들로서 수신하고, 구성 신호 Ds 를 출력으로서 생성하여 무선 전력 수신기 (1004) 의 동작을 조정하도록 구성된다. 따라서, 구성 신호 Ds 는 측정 신호 ybase 에 적어도 부분적으로 기초하여 수신 안테나와 송신 안테나 사이의 커플링의 특성 (예컨대, 커플링 효율, 송신기 (1002) 에서 보여지는 부하 등) 을 조정할 수 있다. 다시, 구성 신호 Ds 는, 이하 더 자세히 설명되는 바와 같이, 전류 요청 신호 IbaseIn 및 베이스 패드 측정 신호 ybase 의 비교에 적어도 부분적으로 기초하여 전력 송신기 (1002) 의 효율을 조정할 수 있다.
상태 추정기 (1206) 및 안정성 추정기 (1208) 는, 무선 전력 송신기 및 수신기 시스템 (1002, 1004) 의 동작을 보호하면서, (예를 들어, 선호되는 베이스 전류 Ibase* 와 대략적으로 동일한 베이스 전류 Ibase 를 요청함으로써) 효율적인 동작을 달성하도록 전력 수신기 시스템 (1004) 의 동작 포인트들을 조정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 측정치 ybase 가 전류 요청 IbaseIn 에 매칭하지 않는 경우, 또는, 베이스 패드 전류 Ibase 가 IbaseIn 을 달성할 수 없다고 추정되는 경우, 안정성 추정기 (1208) 는, 그렇게 하지 않으면 전력 송신기 시스템 (1002) 을 오버로드 또는 손상시킬 그러한 방식으로, 세컨더리 구성 제어기 (1034) 가 전력 수신기 시스템 (1004) 의 동작 포인트를 충전하는 것을 방지할 수 있다.
세컨더리 전류 제어기 (1032) 및/또는 세컨더리 구성 제어기 (1034) 는 전류 요청 신호 IbaseIn 와 베이스 패드 측정 신호 ybase 의 비교에 적어도 부분적으로 기초하여 전력 송신시 (1002) 의 효율을 조정하도록 구성될 수 있다. 하나의 실시형태에서, (예를 들어, ybase 에 의해 표시되는) 추론된 또는 요청된 전류 Ibase 가 최대치에 가까운 경우에는, 안정성 추정기 (1208) 는, 활성화되는 코일들의 수를 증가시키는 것 및/또는 그들에 의해 생성되는 전류 Isecondary 의 비율을 증가시키는 것에 의해, 수신기 (1004) 가 생성하는 출력 전류 Iout 의 양을 증가시키는 것을 시도할 것이다. 베이스 전류 Ibase 가 일정 레벨 미만인 경우에는, 안정성 추정기 (1208) 는, 예를 들어 코일들로부터 끌어져 나오는 전류의 양을 감소시키거나 코일들을 턴오프시킴으로써, 베이스 패드 (1012) 와 세컨더리 패드 (1022) 사이이 커플링을 감소시키도록 구성된다. 측정치 ybase 가, 베이스 패드 전류 Ibase 가 대체로 선호되는 전류 Ibase * 라는 것을 나타내고 상태 추정기 (1206) 가 보다 선호되는 구성을 결정하지 않는 경우에, 안정성 추정기 (1208) 는 구성 신호 Ds 를 조정하지 않을 것이다.
전력 송신기 시스템 (1002) 이 전력을 감소시키는 경우에, 전력 수신기 시스템 (1004) 은, 그 경우에, 송신기 (1002) 는 베이스 패드 전류 Ibase 를 증가시켜서는 안되고, 전류 Ibase 가 요청된 것보다 더 낮을 것이고 이상적 베이스 전류 Ibase * 보다 더 낮아야 하기 때문에 전력 수신기 시스템 (1004) 은 커플링을 증가시켜서는 안되기 때문에, 안정성을 유지하여야 한다.
하나의 실시형태에서, 구성 제어 신호 Ds 는 다수의 상이한 구성 상태들 Ds 에 대해 전류 선호되는 베이스 전류 Ibase * 및 전류 추정된 커플링 계수 κ 로부터 발생할 다수의 출력 전류들 Iout 을 추정함으로써 생성될 수 있다. 따라서, 구성은, 기준 전류 IoutIn 에 가장 가까운 추정된 출력 전류 Iout 를 제공할 구성을 고름으로써 선택될 수 있다. 하나의 실시형태에서, 룩-업 테이블은 선호되는 베이스 전류 Ibase* 및 추정된 커플링 계수 κ 에 적어도 기초하여 구성 신호 Ds 를 선택하기 위해 이용될 수 있다.
도 13 은 일 예시적인 구현형태에 따른, 도 10 의 전력 송신기 시스템 (1002) 의 베이스 전류 제어기 (1016) 의 상태도를 나타낸다. 예시된 베이스 전류 제어기 (1016) 는 제 1 및 제 2 합산 결합부들 (1302, 1304), 비례 이득부 (1306), 및 적분 이득부 (1308) 를 포함한다. 전류-요청 신호 IbaseIn 는 제 1 합산 결합부 (1302) 를 이용함으로써 측정 신호 ybase 와 비교된다. 제 1 합산 결합부 (1302) 는 에러 신호 ebase(t) 를 생성한다. 페이즈 제어 신호 θ 는 에러 신호에 비례하는 항과 에러 신호의 적분에 비례하는 항을 결합함으로써 생성된다. 예를 들어, 비례 이득부 (1306) 는 에러 신호 ebase(t) 를 입력으로서 수신하고 그 에러에 비례하는 항을 출력으로서 생성한다. 적분 이득부 (1308) 는 에러 신호 ebase(t) 를 입력으로서 수신하고 그 에러 신호의 적분에 비례하는 항을 출력으로서 생성한다. 2 개의 항들은 제 2 합산 결합부 (1304) 에 의해 결합될 수 있다. 에러 신호에 비례하는 항은 응답의 속도를 향상시키기 위해 베이스 전류 제어기 (1016) 의 대역폭을 향상시킬 수 있다. 에러 신호의 적분에 비례하는 항은 정상-상태 에러를 감소시키는데 도움을 줄 수 있다.
하나의 실시형태에서, 베이스 전류 제어기 (1016) 는 약 250Hz 의 대역폭을 갖는다. 응답의 속도, 통신 지연들 및 다른 비-최소 페이즈 다이내믹스에 대한 그리고 모델 불확실성에 대한 강건성, 및 전력 수신기 시스템 (1004) 과의 시간-스케일 분리와 같은 특정 애플리케이션 고려사항들에 기초하여 다른 대역폭들이 선택될 수도 있다. 예를 들어, 하나의 실시형태에서, 베이스 전류 제어기 (1016) 는 약 세컨더리 전류 제어기 (1032) 의 대역폭보다 더 큰 대역폭을 갖는다. 다른 실시형태에서, 베이스 전류 제어기 (1016) 는 세컨더리 전류 제어기 (1032) 의 대역폭보다 대략 2 배 더 큰 대역폭을 갖는다. 또 다른 실시형태에서, 베이스 전류 제어기 (1016) 는 세컨더리 전류 제어기 (1032) 의 대역폭보다 대략 10 배 더 큰 대역폭을 갖는다.
도 14 는 일 예시적인 구현형태에 따른, 도 10 의 전력 송신기 시스템 (1002) 의 DC 버스 제어기 (1018) 의 상태도를 나타낸다. 예시된 DC 버스 제어기 (1018) 는 합산 결합부 (1402) 및 적분 이득부 (1404) 를 포함한다. DC 버스 제어기 (1018) 는 합산 결합부 (1402) 를 이용하여 페이즈 제어 신호 θ 를 기준 페이즈 신호 θR 와 비교하도록 구성된다. 기준 페이즈 신호 θR 는 BCU 인버터 (1010) 의 다른 페이즈 각도들에 비해 혜택 (예컨대, 효율성) 을 제공하는 BCU 인버터 (1010) 의 페이즈에 대응할 수 있다. 하나의 실시형태에서, 기준 페이즈 신호 θR 는 약 130도이다. 적분 이득부 (1404) 는 에러 신호 ephase 의 적분의 비례적 이득에 기초하여 바이어스 VDC 를 생성하도록 구성된다. DC 버스 제어 신호 VDC 는 BCU 인버터 (1010) 의 직접적 바이어싱, 또는 바이어싱의 제어를 위해 BCU 인버터 (1010) 에 제공된다. 에러 신호의 적분에 비례하는 항은 페이즈 제어 신호 θ 와 기준 페이즈 신호 θR 사이의 정상-상태 에러를 감소시키고 듀티 사이클이 손상 조건에 도달하는 것을 방지하는데 도움이 될 수 있다. 하나의 실시형태에서, DC 버스 제어기 (1018) 는 약 20Hz 의 대역폭을 갖는다. 베이스 전류 제어기 (1016) 와의 시간-스케일 분리, 및 안정성 및 강건성 고려사항들과 같은, 특정 애플리케이션 고려사항들에 기초하여 다른 대역폭들이 선택될 수도 있다. 예를 들어, DC 버스 제어기 (1018) 는 대략 베이스 전류 제어기 (1016) 의 대역폭을 10 으로 나눈 것보다 더 적은 대역폭을 가질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, DC 버스 제어기 (1018) 는 대략 세컨더리 전류 제어기 (1032) 의 대역폭보다 더 큰 대역폭을 가질 수 있다.
도 15 는 일 예시적인 구현형태에 따른, 도 10 의 전력 송신기 시스템 (1002) 의 전류 제한기 (1020) 의 상태도를 나타낸다. 예시된 전류 제한기 (1020) 는 제 1 및 제 2 합산 결합부들 (1502, 1504), 비례 이득부 (1506), 및 적분 이득부 (1508) 를 포함한다. 전류 제한기 (1020) 는 제 1 합산 결합부 (1302) 를 이용하여 AC 기준 신호 AC Ref 와 측정치 yac 를 비교하도록 구성된다. AC 기준 AC Ref 신호는 도 10 의 인프라스트럭처 (1006) 로부터 끌어져와야 하는 최대 허용가능한 AC 전류에 관련될 수 있다. 따라서, 제 1 합산 결합부 (1302) 는 에러 신호 eac 를 생성하도록 구성될 수 있다. 비례 이득부 (1506) 는 에러 신호 eac 에 비례하는 항을 생성하도록 구성된다. 통합 이득부 (1308) 는 에러 신호 eac 의 적분에 비례하는 항을 생성하도록 구성된다. 비례 이득 및 적분 이득에 기초하여, 제 2 합산 결합부 (1504) 는 상한 신호 IbaseBound 를 생성하기 위해 이들 2 개의 항들을 결합하도록 구성된다. 상한 신호 IbaseBound 는 도 10 의 베이스 패드 (1012) 를, 전류-요청 신호 IbaseIn 에 응답하여 생성된 전류로 안테나를 과도하게 스트레스를 주어 야기되는 손상으로부터 보호하는데 도움이 될 수 있다.
도 16 은 일 예시적인 구현형태에 따라 무선 전력을 수신하고 부하를 충전하기 위한 방법 (1600) 의 플로우차트를 나타낸다. 방법 (1600) 은 전력 송신기의 송신 안테나에 의해 생성된 무선 필드에 수신 안테나를 커플링하는 블록 1602 에서 시작할 수 있다. 예를 들어, 수신 안테나는 도 10 의 전력 수신기 시스템 (1004) 의 세컨더리 패드 (1022) 의 수신 안테나에 대응할 수 있다. 또한, 무선 필드는 예를 들어 도 10 의 베이스 패드 (1012) 에 의해 생성될 수 있다. 수신 안테나를 무선 필드에 커플링한 후에, 방법 (1600) 은 무선 필드와의 커플링에 기초하여 출력 전류를 생성하는 블록 1604 로 진행할 수 있다. 예를 들어, 출력 전류는 도 10 에서 도시된 바와 같이 출력 전류 Iout 를 생성하기 위해 세컨더리 패드 (1022), 및 튜닝/정류기 (1024) 및 출력 필터 (1026) 에 의해 생성될 수 있다.
수신 안테나를 무선 필드와 커플링하는 것 전에, 동안, 또는 후에, 방법 (1600) 은 송신 안테나에 대한 목표 전류를 나타내는 제 1 신호를 전력 송신기에 송신하는 블록 1606 으로 이동할 수 있다. 예를 들어, 제 1 신호는 전력 송신기에게 베이스 패드를 통해 정규화된 전류를 전도시키도록 하는 요청에 대응할 수 있다. 도 10 의 실시형태에서, 전력 수신기 시스템 (1004) 은 블루투스 안테나 (1036) 를 통해 전류-요청 신호 IbaseIn 를 송신하도록 구성될 수 있다. 방법은, 출력 전류를 부하에 공급하는 블록 1608 으로 계속될 수 있다. 다양한 양태들 중 하나의 양태에서, 제 1 신호는 베이스 패드를 통해 흐르는 전류의 양을, 그리고 다시, 전력 수신기 시스템에서 생성되는 출력 전류의 양을 제어하기 위해 사용될 수 있다.
도 17 은 일 예시적인 구현형태에 따라 무선 전력을 송신하고 부하를 충전하기 위한 방법 (1700) 의 플로우차트를 나타낸다. 방법 (1700) 은 송신 안테나를 통해 가변 전류를 전도시킴으로써 무선 필드를 생성하는 블록 1702 에서 시작할 수 있다. 예를 들어, 무선 필드는 예컨대 도 10 의 베이스 패드 (1012) 에 의해 생성될 수 있다. 가변 전류는 BCU 인버터 (1010) 에 대한 바이어스 VDC 및/또는 페이즈 제어 신호 θ 의 선택에 의해 변화될 수 있다. 무선 필드를 생성한 후에, 방법 (1700) 은, 무선 필드와 커플링된 수신 안테나를 가지고, 무선 필드와의 커플링에 기초하여 출력 전류를 생성하는 장치를 무선으로 충전하는 블록 1704 로 진행할 수 있다. 예를 들어, 수신 안테나는 도 10 의 세컨더리 패드 (1022) 의 수신 안테나에 대응할 수 있다. 수신 안테나를 무선 필드에 커플링하는 것 전에, 동안, 또는 후에, 방법 (1700) 은 장치로부터 제 1 신호를 수신하는 블록 1706 으로 이동할 수 있다. 예를 들어, 제 1 신호는 전력 송신기에게 베이스 패드를 통해 정규화된 전류를 전도시키도록 하는 요청에 대응할 수 있다. 도 10 의 실시형태에서, 전력 수신기 시스템 (1002) 은 블루투스 안테나 (1014) 를 통해 전류-요청 신호 IbaseIn 를 수신하도록 구성될 수 있다. 제 1 신호를 수신한 후에, 방법은, 제 1 신호에 기초하여 가변 전류를 조정하는 블록 1708 로 계속될 수 있고, 여기서, 제 1 신호는 송신 안테나에 대한 정규화된 전류를 나타낸다.
상술된 방법들의 다양한 동작들은 다양한 하드웨어 및/또는 소프트웨어 컴포넌트(들), 회로들, 및/또는 모듈(들)과 같은, 동작들을 수행할 수 있는 임의의 적합한 수단에 의해 수행될 수도 있다. 일반적으로, 도면들에서 예시된 임의의 동작들은 그 동작들을 수행할 수 있는 대응하는 기능적 수단에 의해 수행될 수도 있다. 예를 들어, 전력 송신기에 무선으로 동작가능하게 커플링되고 부하에 전류를 공급하도록 구성된 전력 수신기는, 무선 필드에 커플링하고 무선 필드와의 커플링에 기초하여 출력 전류를 생성하기 위한 수단 (예컨대, 도 10 의 세컨더리 패드 (1022) 및 선택적으로 튜닝/정류기 (1024) 또는 출력 필터 (1026) 의 하나 이상) 을 포함할 수 있다. 전력 수신기는 송신 안테나에 대한 목표 전류를 나타내는 제 1 신호를 생성하고 전력 송신기에 송신하기 위한 수단 (예컨대, 세컨더리 전류 제어기 및 선택적으로 충전 곡선 제어부 (1030) 또는 블루투스 안테나 (1036) 와 같은 통신 안테나 중 하나 이상) 을 더 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 무선 필드를 생성하고 그 무선 필드에 커플링된 장치를 충전하도록 구성된 전력 송신기는, 송신 안테나를 통해 가변 전류를 전도시킴으로써 무선 필드를 생성하기 위한 수단 (예컨대, 도 10 의 베이스 패드 (1012) 및 선택적으로 인프라스트럭처 (1006) 또는 BCU 인버터 (1010) 중 하나 이상) 을 포함할 수 있다. 전력 송신기는, 제 1 신호를 생성하고 그 제 1 신호에 기초하여 가변 전류를 조정하기 위한 수단 (예컨대, 베이스 제어기 (1016) 및 선택적으로 블루투스 디바이스 (1014) 와 같은 통신 안테나, 결정 블록 (1015), 베이스 전류 제어기 (1016), DC 버스 제어기 (1018), 또는 전류 제한기 (1020) 중 하나 이상) 을 더 포함할 수 있고, 여기서, 제 1 신호는 정규화된 전류를 나타낸다.
상술된 방법의 다양한 동작들은 다양한 하드웨이 및/또는 소프트웨어 컴포넌트(들), 회로들, 및/또는 모듈(들)과 같은, 동작들을 수행할 수 있는 임의의 적합한 수단에 의해 수행될 수도 있다. 일반적으로, 도면들에서 예시된 임의의 동작들은 그 동작들을 수행할 수 있는 대응하는 기능적 수단에 의해 수행될 수도 있다.
정보 및 신호들은 임의의 다양한 서로 다른 기술들 및 기법들을 이용하여 표현될 수도 있다. 예를 들어, 상기 설명 전반에 걸쳐 참조될 수도 있는 데이터, 지시들, 명령들, 정보, 신호들, 비트들, 심볼들, 및 칩들은 전압, 전류, 전자기파, 자계 또는 자성 입자, 광계 또는 광자, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 표현될 수도 있다.
본 명세서에 개시된 구현형태들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 회로들, 및 알고리즘 단계들은 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 이들 양자의 조합으로서 구현될 수도 있다. 하드웨어와 소프트웨어의 이러한 대체 가능성을 분명히 예시하기 위하여, 다양한 예시적인 컴포넌트들, 블록들, 모듈들, 회로들 및 단계들이 일반적으로 그들의 기능의 관점에서 상기 기술되었다. 그러한 기능이 하드웨어로서 구현될지 또는 소프트웨어로서 구현될지는 전체 시스템에 부과된 특정 어플리케이션 및 설계 제약들에 의존한다. 설명된 기능은 각각의 특정 애플리케이션에 대하여 다양한 방식들로 구현할 수도 있지만, 그러한 구현의 결정들은 본 발명의 구현형태들의 범위로부터의 일탈을 야기하는 것으로서 해석되지는 않아야 한다.
본 명세서에서 개시된 구현형태들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 블록들, 모듈들, 및 회로들은 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서 (DSP), 주문형 집적회로 (ASIC), 필드 프로그램가능 게이트 어레이 (FPGA) 또는 다른 프로그램가능 로직 디바이스, 별개의 게이트 또는 트랜지스터 로직, 별개의 하드웨어 컴포넌트들, 또는 본 명세서에서 설명된 기능들을 수행하도록 설계되는 이들의 임의의 조합으로 구현 또는 수행될 수도 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서일 수도 있지만, 대안적으로, 그 프로세서는 임의의 종래의 프로세서, 제어기, 마이크로 제어기, 또는 상태 머신일 수도 있다. 또한, 프로세서는 컴퓨팅 디바이스들의 조합, 예를 들어, DSP 와 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서들, DSP 코어와 결합된 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 임의의 기타 다른 구성물로서 구현될 수도 있다.
본 명세서에 개시된 구현형태들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들 및 기능들은 하드웨어에서, 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈에서, 또는 이들 양자의 조합에서 직접 구현될 수도 있다. 소프트웨어에서 구현된다면, 그 기능들은 하나 이상의 명령들 또는 코드로서 유형의 비-일시적인 컴퓨터 판독가능 매체 상으로 저장 또는 전송될 수도 있다. 소프트웨어 모듈은 랜덤 액세스 메모리 (RAM), 플래시 메모리, 판독 전용 메모리 (ROM), 전기적으로 프로그램가능 ROM (EPROM), 전기적으로 소거가능한 프로그램가능 ROM (EEPROM), 레지스터들, 하드 디스크, 착탈가능 디스크, CD ROM, 또는 당업계에 공지된 임의의 다른 형태의 저장 매체에 상주할 수도 있다. 저장 매체는, 프로세서가 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있도록 프로세서에 커플링된다. 대안적으로, 저장 매체는 프로세서에 통합될 수도 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 디스크 (disk) 및 디스크 (disc) 는 컴팩트 디스크 (CD), 레이저 디스크, 광학 디스크, 디지털 다기능 디스크 (DVD), 플로피 디스크 및 블루레이 디스크를 포함하며, 여기서, 디스크 (disk) 는 통상적으로 데이터를 자기적으로 재생하지만 디스크 (disc) 는 레이저를 이용하여 데이터를 광학적으로 재생한다. 상기의 조합들이 또한, 컴퓨터 판독가능 매체의 범위 내에 포함되어야 한다. 프로세서 및 저장 매체는 ASIC 에 상주할 수도 있다. ASIC 는 사용자 단말기에 상주할 수도 있다. 대안적으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기에 별개의 컴포넌트들로서 상주할 수도 있다.
본 개시를 요약할 목적으로, 본 발명들의 특정 양태들, 이점들 및 신규한 특징들이 본 명세서에서 설명되었다. 그러한 모든 이점들이 반드시 본 발명의 임의의 특정 구현형태에 따라 달성될 수도 있는 것은 아님을 이해해야 한다. 따라서, 본 발명은, 본 명세서에서 교시 또는 시사될 수도 있는 바와 같은 다른 이점들을 반드시 달성할 필요는 없이 본 명세서에서 교시된 바와 같은 하나의 이점 또는 이점들의 그룹을 달성 또는 최적화하는 방식으로 구현 또는 실행될 수도 있다.
상기 설명된 구현형태들의 다양한 변형들이 용이하게 자명할 것이며, 본 명세서에서 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 사상 또는 범위로부터 일탈함없이 다른 구현형태들에 적용될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에서 설명된 구현형태들에 한정되도록 의도되지 않으며, 본 명세서에 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 부합하는 최광의 범위를 부여받아야 한다.

Claims (30)

  1. 송신 코일을 갖는 충전 송신기로부터 충전 전력을 무선으로 수신하기 위한 장치로서,
    수신 코일에 그리고 부하에 커플링된 수신기 통신 회로로서, 상기 충전 송신기의 적어도 하나의 특성과 연관된 정보를 수신하도록 구성되는, 상기 수신기 통신회로;
    상기 수신 코일과 연관된 단락 회로 전류 또는 개방 회로 전압의 값을 측정하도록 구성된 센서 회로; 및
    상기 단락 회로 전류 또는 상기 개방 회로 전압의 상기 값을, 상기 부하를 충전시키기 위해 충분한 충전 전력을 제공하는 레벨로 설정된 임계 충전 파라미터에 대해 비교하고; 그리고
    상기 수신 코일과 연관된 상기 단락 회로 전류 또는 상기 개방 회로 전압이 상기 임계 충전 파라미터 이상인 경우에, 상기 충전 송신기로부터 충전 전력을 수신하는 것을 개시하도록 구성된 제어기를 포함하는, 충전 전력을 무선으로 수신하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 임계 충전 파라미터는 충전 전류 및 충전 전압 중 적어도 하나를 포함하는, 충전 전력을 무선으로 수신하기 위한 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 임계 충전 파라미터는, 충전 전류의 값을 최대 송신 코일 전류의 값으로 곱하고 송신 코일 전류의 값으로 나눈 것을 포함하는, 충전 전력을 무선으로 수신하기 위한 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 회로는, 상기 송신 코일을 통과하는 송신 코일 전류에 의해 유도된 상기 단락 회로 전류 또는 상기 개방 회로 전압의 값을 측정하도록 구성되고, 상기 송신 코일 전류는 최대 송신 코일 전류의 값보다 적은 값을 갖는, 충전 전력을 무선으로 수신하기 위한 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 정보는 상기 충전 송신기의 송신 코일 전류의 값을 포함하는, 충전 전력을 무선으로 수신하기 위한 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 정보는 최대 송신 코일 전류의 값 대 상기 송신 코일 전류의 값의 비율을 더 포함하는, 충전 전력을 무선으로 수신하기 위한 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 송신 코일 전류의 값 및 상기 수신 코일의 상기 단락 회로 전류 또는 개방 회로 전압의 값에 기초하여, 상기 송신 코일과 상기 수신 코일 사이의 커플링 계수를 결정하도록 더 구성되는, 충전 전력을 무선으로 수신하기 위한 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신기 통신 회로는, 상기 수신 코일과 연관된 상기 단락 회로 전류 또는 상기 개방 회로 전압이 상기 임계 충전 파라미터 미만이라고 상기 제어기가 결정하는 경우에, 충전을 개시하는 것을 금지하기 위한 표시를 송신하도록 더 구성되는, 충전 전력을 무선으로 수신하기 위한 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신 코일을 단락시키거나 상기 수신 코일을 단선시키도록 구성된 스위칭 회로를 더 포함하는, 충전 전력을 무선으로 수신하기 위한 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 수신 코일과 연관된 상기 단락 회로 전류 또는 상기 개방 회로 전압이 상기 임계 충전 파라미터 이상인 기하학적 영역으로서 동작 구역을 결정하도록 더 구성되는, 충전 전력을 무선으로 수신하기 위한 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 수신 코일과 연관된 상기 단락 회로 전류 또는 상기 개방 회로 전압이 상기 임계 충전 파라미터 이상일 때, 상기 수신 코일과 상기 충전 송신기 사이의 호환성의 표시를 사용자 인터페이스에 제공하도록 더 구성되는, 충전 전력을 무선으로 수신하기 위한 장치.
  12. 충전 전력을 무선으로 수신하는 방법으로서,
    충전 송신기의 적어도 하나의 특성과 연관된 정보를 수신하는 단계;
    수신 코일과 연관된 단락 회로 전류 또는 개방 회로 전압의 값을 측정하는 단계;
    상기 단락 회로 전류 또는 상기 개방 회로 전압의 상기 값을, 상기 부하를 충전시키기 위해 충분한 충전 전력을 제공하는 레벨로 설정된 임계 충전 파라미터에 대해 비교하는 단계; 및
    상기 수신 코일과 연관된 상기 단락 회로 전류 또는 상기 개방 회로 전압이 상기 임계 충전 파라미터 이상인 경우에, 상기 충전 송신기로부터 충전 전력을 수신하는 것을 개시하는 단계를 포함하는, 충전 전력을 무선으로 수신하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 임계 충전 파라미터는 충전 전류 및 충전 전압 중 적어도 하나를 포함하는, 충전 전력을 무선으로 수신하는 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 임계 충전 파라미터는, 충전 전류의 값을 최대 송신 코일 전류의 값으로 곱하고 송신 코일 전류의 값으로 나눈 것을 포함하는, 충전 전력을 무선으로 수신하는 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 단락 회로 전류 또는 상기 개방 회로 전압은 송신 코일을 통과하는 송신 코일 전류에 의해 유도되고, 상기 송신 코일 전류는 최대 송신 코일 전류의 값보다 적은 값을 갖는, 충전 전력을 무선으로 수신하는 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 정보는 최대 송신 코일 전류의 값 대 송신 코일 전류의 값의 비율을 포함하는, 충전 전력을 무선으로 수신하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 정보는 최대 송신 코일 전류의 값 대 상기 송신 코일 전류의 값의 비율을 더 포함하는, 충전 전력을 무선으로 수신하는 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 송신 코일 전류의 값 및 상기 수신 코일의 상기 단락 회로 전류 또는 개방 회로 전압의 값에 기초하여, 상기 송신 코일과 상기 수신 코일 사이의 커플링 계수를 결정하는 단계를 더 포함하는, 충전 전력을 무선으로 수신하는 방법.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 수신 코일과 연관된 상기 단락 회로 전류 또는 상기 개방 회로 전압이 상기 임계 충전 파라미터 미만일 때, 충전을 개시하는 것을 금지하기 위한 표시를 송신하는 단계를 더 포함하는, 충전 전력을 무선으로 수신하는 방법.
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 수신 코일을 단락시키거나 상기 수신 코일을 단선시키는 단계를 더 포함하는, 충전 전력을 무선으로 수신하는 방법.
  21. 제 12 항에 있어서,
    상기 수신 코일과 연관된 상기 단락 회로 전류 또는 상기 개방 회로 전압이 상기 임계 충전 파라미터 이상인 기하학적 영역으로서 동작 구역을 결정하는 단계를 더 포함하는, 충전 전력을 무선으로 수신하는 방법.
  22. 충전 전력을 무선으로 수신하기 위한 장치로서,
    충전 송신기의 적어도 하나의 특성과 연관된 정보를 수신하는 수단으로서, 부하에 동작가능하게 접속되는, 상기 정보를 수신하는 수단;
    상기 수신하는 수단과 연관된 단락 회로 전류 또는 개방 회로 전압의 값을 측정하는 수단;
    상기 부하를 충전시키기 위해 충분한 충전 전력을 제공하는 레벨로 설정된 임계 충전 파라미터에 대해 상기 단락 회로 전류 또는 상기 개방 회로 전압의 상기 값을 비교하는 수단; 및
    상기 수신하는 수단과 연관된 상기 단락 회로 전류 또는 상기 개방 회로 전압이 상기 임계 충전 파라미터 이상인 경우에, 상기 충전 송신기로부터 충전 전력을 수신하는 것을 개시하는 수단을 포함하는, 충전 전력을 무선으로 수신하기 위한 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    수신 코일과 연관된 상기 단락 회로 전류 또는 상기 개방 회로 전압이 상기 임계 충전 파라미터 미만일 때, 충전을 개시하는 것을 금지하기 위한 표시를 송신하는 수단을 더 포함하는, 충전 전력을 무선으로 수신하기 위한 장치.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 정보를 수신하는 수단은 수신기 통신 회로를 포함하고;
    상기 단락 회로 전류 또는 개방 회로 전압의 값을 측정하는 수단은 센서 회로를 포함하며; 그리고
    상기 단락 회로 전류 또는 개방 회로 전압의 값을 비교하는 수단 및 상기 충전 전력을 수신하는 것을 개시하는 수단은 제어기를 포함하는, 충전 전력을 무선으로 수신하기 위한 장치.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 임계 충전 파라미터는 충전 전류 및 충전 전압 중 적어도 하나를 포함하는, 충전 전력을 무선으로 수신하기 위한 장치.
  26. 제 22 항에 있어서,
    상기 정보는 최대 송신 코일 전류의 값 대 송신 코일 전류의 값의 비율을 포함하는, 충전 전력을 무선으로 수신하기 위한 장치.
  27. 수신기의 수신 코일에 충전 전력을 무선으로 송신하기 위한 장치로서,
    송신 코일에 커플링된 송신 회로;
    상기 송신 회로에 커플링된 센서 회로로서, 상기 송신 회로의 적어도 하나의 특성의 값을 측정하도록 구성되는, 상기 센서 회로; 및
    상기 송신 회로의 적어도 하나의 특성의 값의 표시를 상기 수신기에 송신하도록 구성된 통신 회로로서, 상기 표시는, 상기 수신기로 하여금 상기 표시에 기초하여 임계 충전 파라미터를 결정하게 하고, 상기 수신기로 하여금, 상기 수신 코일과 연관된 단락 회로 전류 또는 개방 회로 전압이 상기 임계 충전 파라미터 이상일 때 상기 충전 전력을 수신하는 것을 개시하게 하는, 상기 통신 회로를 포함하는, 충전 전력을 무선으로 송신하기 위한 장치.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 송신 회로의 상기 적어도 하나의 특성은 상기 송신 코일과 연관된 전류를 포함하고, 상기 송신 코일과 연관된 전류의 값은 상기 송신 코일을 통해 구동가능한 최대 송신 코일 전류의 값의 백분율인, 충전 전력을 무선으로 송신하기 위한 장치.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 통신 회로는 상기 수신기에 상기 백분율의 표시를 송신하도록 더 구성되는, 충전 전력을 무선으로 송신하기 위한 장치.
  30. 제 26 항에 있어서,
    상기 통신 회로는, 상기 수신기로부터 충전을 개시하기 위한 표시를 수신하도록 더 구성되고; 그리고
    상기 송신 회로는, 상기 통신 회로가 상기 수신기로부터 충전을 개시하기 위한 표시를 수신할 때, 부하를 충전하기 위해 충분한 레벨로 충전 전력을 상기 수신 코일에 송신하는 것을 개시하도록 더 구성되는, 충전 전력을 무선으로 송신하기 위한 장치.
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