KR20170011715A - 차량용 무선충전장치 - Google Patents

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권용일
김승태
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Abstract

본 발명은 충전 대상으로 무선전력 신호를 전송하는 전력전송부, 충전 대상으로부터 전달된 피드백 신호를 수신하고 전력전송부를 제어하는 피드백수신부, 및 전력전송부의 주변에 위치하여 열을 흡수하기 위한 냉각부를 포함하는 무선전력 송신장치를 제공한다.

Description

차량용 무선충전장치{WIRELESS CHARGER FOR VEHICLE}
본 발명은 무선 충전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량에 장착할 수 있는 무선 충전 장치에 관한 것이다.
무선충전은 전자기 유도(Electromangnetic Induction)를 통해 전류를 흐르게 하여 배터리에 충전하는 방식으로, 충전용 패드의 1차 코일에서 발생한 자기장이 배터리 부분의 2차 코일에 유도돼 전류를 공급하게 된다. 이 기술은 대용량의 배터리가 요구되는 휴대용 통신기기, 전기자동차 등에 적합하며 접점이 노출돼 있지 않아 누전 등의 위험이 거의 없으며 유선방식의 충전불량 현상을 막을 수 있다.
무선 충전 기술이 일반화되면서, 무선 충전 전력 신호를 제공하기 위한 다양한 충전 패드가 개발되고 있다. 일반적으로, 충전 패드는 무선 충전 전력 신호를 송신하는 코일 또는 안테나와 코일 또는 안테나에 무선충전기술에 따른 전력 신호를 공급하고 제어하는 회로부를 포함하는 기판을 포함하고 있다.
무선 충전 장치들은 가정 혹은 업무용 공간 등의 건물에서 사용될 수 있을 뿐만 아니라 자동차 내부에도 탑재될 수 있다. 자동차 내부에 탑재된 무선 충전 장치는 운전자를 포함한 탑승자의 휴대용 장치를 충전하기 위해 사용될 수 있다. 무선 충전 장치는 차량에 장착된 전자 장치(예를 들면, 제어 시스템, 차량용 네비게이션, 오디오, 라디오 등의 전자 장치)와 연동되는 경우, 무선 충전 장치의 동작 상태 등의 정보를 탑승자에게 제공할 수 있다.
무선 충전 장치가 자동차 내부에 탑재되거나 연결되어, 휴대용 기기를 무선 충전 동작을 수행할 때, 무선충전 송신장치 및 무선충전 수신장치에서 열이 발생할 수 있다. 자동차 내부에서 발생하는 열은 차량의 인테리어를 파손시키거나 탑승객의 안전을 위협할 수 있다. 따라서, 차량 내에서 무선 충전 동작을 수행할 때 발생할 수 있는 열을 억제하거나, 발생한 열을 차량 내부에서 제거하는 수단이 요구되고 있다.
US 2002/0173264 A1 KR 10-2012-0081118 A
본 발명은 무선충전을 위한 무선전력 신호를 송신하거나 수신하는 무선전력 송수신 장치와 다른 시스템과의 연결 방법과 그 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 차량에 탑재된 무선전력 송신장치와 차량 내 전자제어 시스템을 연동하기 위한 방법과 그 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 차량 내에서 수행되는 무선충전 동작에서 발생한 열을 효과적으로 제어할 수 있는 방법과 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 송신장치는 충전 대상으로 무선전력 신호를 전송하는 전력전송부; 상기 충전 대상으로부터 전달된 피드백 신호를 수신하고 상기 전력전송부를 제어하는 피드백수신부; 및 상기 전력전송부의 주변에 위치하여 열을 흡수하기 위한 냉각부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉각부는 상기 피드백수신부에서 인지한 온도가 일정범위를 초과하는 경우 동작할 수 있다.
또한, 상기 냉각부는 n형 열전소자와 p형 열전소자를 포함하는 복수의 열전소자를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 열전소자는 상기 n형 열전소자 및 상기 p형 열전소자에 공급되는 전류의 방향에 따라 흡열 및 발열 영역이 달라질 수 있다.
또한, 상기 피드백수신부는 근거리 통신방식을 이용하여 무선충전 상태정보를 출력할 수 있다.
또한, 상기 무선충전 상태정보는 상기 충전 대상과의 연결 상태, 상기 충전 대상의 충전 상태, 상기 충전 대상의 온도 상태 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 근거리 통신은 블루투스(Bluetooth), 근거리 무선통신(Near Field Communication, NFC), 지그비(Zigbee), 및 와이파이(Wi-Fi) 중 적어도 하나일 수 있다.
또한, 상기 무선충전은 자기유도방식 및 자기공진방식 중 적어도 하나의 방식으로 수행될 수 있다.
탑승자의 휴대용 장치를 무선충전하기 위한 무선전력 송신장치와 연동하는 차량용 제어 시스템에 있어서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 제어 장치는 상기 무선전력 송신장치에 전원을 공급하기 위한 전원공급부; 차량의 난방, 환기 및 냉방 중 적어도 하나를 통해 공기를 조절하며, 상기 무선전력 송신장치와 연결된 공조부; 온도 정보를 통해 상기 전원공급부 및 상기 공조부를 제어하는 제어부; 및 상기 온도 정보 및 상기 제어부의 제어 결과를 표시하는 디스플레이부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 휴대용 장치 및 상기 무선전력 송신장치가 위치한 공간의 온도를 감지할 수 있고, 감지된 온도를 상기 온도 정보로 상기 제어부에 전달하는 온도감지부를 더 포함할 수 있다.
또한, 차량용 제어 장치는 상기 휴대용 장치 및 상기 무선전력 송신장치 중 적어도 하나로부터 상기 온도 정보를 전달받는 상태수신부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 온도 정보는 블루투스(Bluetooth), 근거리 무선통신(Near Field Communication, NFC), 지그비(Zigbee), 및 와이파이(Wi-Fi) 중 적어도 하나를 포함하는 근거리 통신 방식을 통해 전달될 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 온도 정보에 근거하여 상기 무선충전을 중단하는 신호를 상기 전원공급부, 상기 무선전력 송신장치 및 상기 휴대용 장치 중 적어도 하나에 전달할 수 있다.
또한, 상기 온도 정보가 기 설정된 범위를 벗어날 경우, 상기 제어부는 상기 공조부를 자동으로 가동시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 무선충전이 시작되면, 상기 공조부를 동작 여부를 확인하고, 상기 공조부가 동작되지 않은 경우 상기 공조부를 대기상태로 전환할 수 있다.
또한, 상기 무선충전은 자기유도방식 및 자기공진방식 중 적어도 하나의 방식으로 수행될 수 있다.
상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 발명에 따른 장치에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 무선충전을 위한 장치들이 외부 시스템과 연동할 수 있어, 무선충전 제어가 쉬어질 수 있다.
또한, 본 발명은 차량 내에서 수행되는 무선충전 동작에서 발생할 수 있는 열에 의한 위험성을 제거할 수 있어, 탑승객의 안전을 도모할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도1은 제1 차량용 무선충전 시스템을 설명한다.
도2는 제2 차량용 무선충전 시스템을 설명한다.
도3은 제3 차량용 무선충전 시스템을 설명한다.
도4는 제1 내지 제3 차량용 무선충전 시스템이 차량 내 탑재된 예를 설명한다.
도5는 제1 내지 제3 차량용 무선충전 시스템에 적용 가능한 무선충전 송신장치를 설명한다.
도6은 도5에서 설명한 무선충전 송신장치와 차량 내 공조부의 연결을 설명한다.
도7a 및 도7b는 도5에서 설명한 냉각부를 설명한다.
이하, 본 발명의 실시예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도1은 제1 차량용 무선충전 시스템을 설명한다.
도시된 바와 같이, 제1 차량용 무선충전 시스템은 무선전력 송신장치(100), 무선전력 수신장치(200), 및 차량 제어 장치(300)을 포함할 수 있다.
무선전력 송신장치(100)는 무선전력신호(2)를 송신하기 위한 것으로, 차량에 탑재(embedded)될 수도 있고, 탑승자가 선택적으로 차량에 연결하도록 설계될 수 있다. 무선전력 송신장치(100)는 무선전력신호(2)를 무선전력 수신장치(200)로 전송하는 전력송신부(152) 및 무선전력 수신장치(200)로부터 피드백 신호(4)를 수신하는 피드백수신부(154)를 포함하는 충전부(150)와 전력전송부(152)의 주변에 위치하여 열을 흡수하기 위한 냉각부(156)를 포함할 수 있다. 냉각부(156)는 복수의 냉각소자(6_1, 6_n)을 포함할 수 있다. 피드백수신부(154)는 피드백 신호(4)를 인지한 후, 전력송신부(152) 및 냉각부(156)의 동작을 통제할 수 있다. 또한, 무선전력 송신장치(100)는 자기유도방식 또는 자기공진방식에 따라 무선전력신호(2)를 생성할 수 있다.
무선전력 수신장치(200)는 무선전력 송신장치(100)로부터 무선전력신호(2)를 수신하는 장치다. 예를 들면, 차량의 탑승자가 사용하는 휴대용 단말기 등이 무선전력 수신장치(200)가 될 수 있다. 무선전력 수신장치(200)는 무선전력 송신장치(100)로부터 전송되는 무선전력신호(2)를 수신하기 위한 전력수신부(252) 및 무선충전과정에서 확인될 필요가 있는 연결상태, 충전상태, 온도 등의 정보를 무선전력 송신장치(100)로 피드백(feedback)하기 위한 피드백송신부(254)를 포함할 수 있다.
무선전력 송신장치(100)는 차량 내 시스템과 연결되어 전원을 공급받을 수 있다.
차량 제어 장치(300)는 무선전력 송신장치(100)에 전원을 공급하기 위한 전원공급부(352), 차량의 난방, 환기 및 냉방 중 적어도 하나를 통해 공기를 조절하며, 무선전력 송신장치(100)와 연결된 공조부(350), 무선전력 송신장치(100) 및 무선전력 수신장치(200)가 위치한 차량 내부 공간의 온도를 감지하고, 감지된 온도를 온도 정보로서 제어부(352)에 전달하는 온도감지부(354), 온도 정보를 통해 전원공급부(352) 및 공조부(350)를 제어하는 제어부(352), 및 제어부(352)의 제어 결과를 탑승자에게 보여주는 디스플레이부(356)을 포함할 수 있다.
전원공급부(352)는 차량에 포함된 배터리 또는 발전기와 연결되어 무선전력 송신장치(100)가 필요로 하는 전원을 공급할 수 있다.
디스플레이부(356)는 차량에 포함된 디스플레이 인터페이스를 포함할 수 있다. 동작모드에 따라 라디오, 네비게이션 등의 정보를 도시하거나, 무선충전동작의 진행상태 등을 도시할 수 있다. 예를 들면, 디스플레이부(356)가 도시하는 무선충전동작과 관련된 정보들은 무선충전 송신장치(100) 또는 무선충전 수신장치(200)로부터 전달될 수 있다.
온도감지부(354)는 차량 내부의 온도를 감지한다. 예를 들면, 온도감지부(354)는 차량에 시동을 걸면 자동으로 차량 내부의 온도를 감지할 수 있다. 또한, 무선전력 송신장치(100)가 무선충전을 시작하면 차량 내부의 온도를 감지할 수도 있다. 또한, 온도감지부(354)는 공조부(350)와 연동하여, 차량 내부의 공기 조절을 위한 정보를 제공할 수 있다.
차량 내에서 무선충전이 수행되고, 그 과정 중에 비정상적으로 차량 내부의 온도가 높아지는 경우, 제어부(352)는 여러 방법 중 적어도 하나의 방법으로 차량 내부 온도를 조절할 수 있다. 예를 들면, 온도감지부(354)로부터 전달받은 온도 정보에 대응하여 제어부(352)는 공조부(350)를 가동시킬 수 있다. 또한, 제어부(352)는 온도 정보가 정상적인 범위를 넘어서는 경우 전원공급부(358)가 무선충전 송신장치(100)에 전원을 더 이상 공급하지 않도록 제어할 수 있다(8A). 또한, 제어부(352)는 무선충전 송신장치(100)를 제어할 수도 있다(8B). 이 경우, 제어부(352)는 무선충전 송신장치(100)에 포함된 냉각부(156)를 가동시킬 수도 있고, 무선충전 송신장치(100) 내 전력송신부(152)가 더 이상 무선전력 신호를 송신하지 못하게 할 수도 있다.
또한, 온도 정보가 기 설정된 범위를 벗어날 경우, 제어부(352)는 공조부(350)를 자동으로 가동시킬 수 있다. 또한, 제어부(352)는 무선충전이 시작되면, 공조부(350)를 동작 여부를 확인하고, 공조부(350)가 동작되지 않은 경우 공조부(350)를 대기상태로 전환할 수 있다.
무선충전동작이 정상적으로 수행되지 않는다고 판단되는 상태정보가 입력되는 경우, 탑승자의 안전을 위해 제어부(358)는 무선전력 송신장치(100), 무선전력 수신장치(200), 또는 모두에게 무선충전동작을 더 이상 수행하지 못하도록 명령할 수 있다.
무선충전이 수행되면, 제어부(358)는 차량 제어 장치(300)를 감시하고 통제할 수 있다. 예를 들어, 전원공급부(352)에서 공급할 수 있는 전원이 부족할 경우, 제어부(358)는 전원공급부(352)가 전력송신부(152)로 전원을 공급하지 못하도록 할 수 있다.
도2는 제2 차량용 무선충전 시스템을 설명한다.
도시된 바와 같이, 제1 차량용 무선충전 시스템은 무선전력 송신장치(100), 무선전력 수신장치(200), 및 차량 제어 장치(300)을 포함할 수 있다.
무선전력 송신장치(100)는 무선전력신호(2)를 송신하기 위한 것으로, 차량에 탑재(embedded)될 수도 있고, 탑승자가 선택적으로 차량에 연결하도록 설계될 수 있다. 무선전력 송신장치(100)는 무선전력신호(2)를 무선전력 수신장치(200)로 전송하는 전력송신부(142) 및 무선전력 수신장치(200)로부터 피드백 신호(4)를 수신하는 피드백수신부(144)를 포함하는 충전부(140)와 전력전송부(142)의 주변에 위치하여 열을 흡수하기 위한 냉각부(146)를 포함할 수 있다. 냉각부(146)는 복수의 냉각소자(6_1, 6_n)을 포함할 수 있다. 피드백수신부(144)는 피드백 신호(4)를 인지한 후, 전력송신부(152) 및 냉각부(146)의 동작을 통제할 수 있다. 또한, 무선전력 송신장치(100)는 자기유도방식 또는 자기공진방식에 따라 무선전력신호(2)를 생성할 수 있다.
무선전력 수신장치(200)는 무선전력 송신장치(100)로부터 무선전력신호(2)를 수신하는 장치다. 예를 들면, 차량의 탑승자가 사용하는 휴대용 단말기 등이 무선전력 수신장치(200)가 될 수 있다. 무선전력 수신장치(200)는 무선전력 송신장치(100)로부터 전송되는 무선전력신호(2)를 수신하기 위한 전력수신부(242) 및 무선충전과정에서 확인될 필요가 있는 연결상태, 충전상태, 온도 등의 정보를 피드백 신호(4)에 포함시켜 무선전력 송신장치(100)로 피드백(feedback)하기 위한 피드백송신부(244)를 포함할 수 있다. 여기서, 피드백송신부(244)는 무선충전과정에서의 온도 정보를 차량 제어 장치(300)로 전달할 수 있다.
피드백송신부(244)는 무선충전과정에서 온도 정보 외에 다른 정보들을 전송할 수도 있다. 예를 들면, 피드백송신부(244)는 무선충전 송신장치(100)뿐만 아니라 차량 제어 장치(300)에도 피드백 신호(4)를 보낼 수 있다. 예를 들어, 피드백송신부(244)는 무선충전동작의 상태정보를 무선충전 송신장치(100)로 피드백할 때, 근거리 무선통신(Near Field Communication, NFC), 블루투스(Bluetooth), BLE(Bluetooth Low Energy), Zigbee 등의 무선통신방식에서 사용하는 데이터 형식을 이용할 수 있다. 만약, 피드백송신부(244)가 출력하는 피드백 신호(4)가 앞서 언급한 표준화된 무선통신방식을 사용하면, 차량 제어 장치(300)도 상태수신부(344)를 통해 무선충전 송신장치(100)와 마찬가지로 동일한 데이터를 수신할 수 있다.
무선전력 송신장치(100)는 차량 내 시스템과 연결되어 전원을 공급받을 수 있다.
차량 제어 장치(300)는 무선전력 송신장치(100)에 전원을 공급하기 위한 전원공급부(342), 차량의 난방, 환기 및 냉방 중 적어도 하나를 통해 공기를 조절하며, 무선전력 송신장치(100)와 연결된 공조부(340), 무선전력 수신장치(200)로부터 온도 정보를 전달받는 상태수신부(344), 온도 정보를 통해 전원공급부(342) 및 공조부(340)를 제어하는 제어부(342), 및 제어부(342)의 제어 결과를 탑승자에게 보여주는 디스플레이부(346)을 포함할 수 있다.
전원공급부(342)는 차량에 포함된 배터리 또는 발전기와 연결되어 무선전력 송신장치(100)가 필요로 하는 전원을 공급할 수 있다.
디스플레이부(346)는 차량에 포함된 디스플레이 인터페이스를 포함할 수 있다. 동작모드에 따라 라디오, 네비게이션 등의 정보를 도시하거나, 무선충전동작의 진행상태 등을 도시할 수 있다. 예를 들면, 디스플레이부(346)가 도시하는 무선충전동작과 관련된 정보들은 무선충전 송신장치(100) 또는 무선충전 수신장치(200)로부터 전달될 수 있다.
상태수신부(344)는 온도 정보를 제어부(342)로 전달하여, 제어부(342)가 무선충전동작을 감시할 수 있도록 한다. 또한, 상태수신부(344)는 무선전력 수신장치(200)로부터 온도 정보뿐만 아니라, 무선충전의 연결상태, 부하의 충전상태 등의 정보를 전달받을 수 있다. 상태수신부(344)는 전달받은 정보들을 디스플레이부(346)를 통해 전시하여 탑승자가 손쉽게 확인할 수 있도록 할 수 있다. 또한, 상태수신부(344)가 전달받은 정보들을 제어부(342)로 전달하는 경우, 제어부(342)가 충전완료시간 등을 계산하여 탑승자에게 알려줄 수 있다.
공조부(340)는 차량 내부의 온도를 감지할 수 있는 온도감지기(미도시)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 온도감지기는 차량에 시동을 걸면 자동으로 차량 내부의 온도를 감지할 수 있고, 차량 내부의 공기 조절을 위한 정보를 제공할 수 있다. 또한, 제어부(342)는 상태수신부(344)가 전달하는 온도 정보와 공조부(340) 내 온도감지기가 전달하는 온도 정보를 비교하여, 차량 내부의 온도를 보다 정확히 인식할 수도 있다.
차량 내에서 무선충전이 수행되고, 그 과정 중에 비정상적으로 차량 내부의 온도가 높아지는 경우, 제어부(342)는 여러 방법 중 적어도 하나의 방법으로 차량 내부 온도를 조절할 수 있다. 예를 들면, 상태수신부(344)로부터 전달받은 온도 정보에 대응하여 제어부(342)는 공조부(340)를 가동시킬 수 있다. 또한, 제어부(342)는 온도 정보가 정상적인 범위를 넘어서는 경우 전원공급부(348)가 무선충전 송신장치(100)에 전원을 더 이상 공급하지 않도록 제어할 수 있다(8A). 또한, 제어부(342)는 무선충전 송신장치(100)를 제어할 수도 있다(8B). 이 경우, 제어부(342)는 무선충전 송신장치(100)에 포함된 냉각부(146)를 가동시킬 수도 있고, 무선충전 송신장치(100) 내 전력송신부(142)가 더 이상 무선전력 신호를 송신하지 못하게 할 수도 있다.
또한, 온도 정보가 기 설정된 범위를 벗어날 경우, 제어부(342)는 공조부(340)를 자동으로 가동시킬 수 있다. 또한, 제어부(342)는 무선충전이 시작되면, 공조부(340)를 동작 여부를 확인하고, 공조부(340)가 동작되지 않은 경우 공조부(340)를 대기상태로 전환할 수 있다.
무선충전동작이 정상적으로 수행되지 않는다고 판단되는 상태정보가 입력되는 경우, 탑승자의 안전을 위해 제어부(348)는 무선전력 송신장치(100), 무선전력 수신장치(200), 또는 모두에게 무선충전동작을 더 이상 수행하지 못하도록 명령할 수 있다.
무선충전이 수행되면, 제어부(348)는 차량 제어 장치(300)를 감시하고 통제할 수 있다. 예를 들어, 전원공급부(342)에서 공급할 수 있는 전원이 부족할 경우, 제어부(348)는 전원공급부(342)가 전력송신부(142)로 전원을 공급하지 못하도록 할 수 있다.
도3은 제3 차량용 무선충전 시스템을 설명한다.
도시된 바와 같이, 제1 차량용 무선충전 시스템은 무선전력 송신장치(100), 무선전력 수신장치(200), 및 차량 제어 장치(300)을 포함할 수 있다.
무선전력 송신장치(100)는 무선전력신호(2)를 송신하기 위한 것으로, 차량에 탑재(embedded)될 수도 있고, 탑승자가 선택적으로 차량에 연결하도록 설계될 수 있다. 무선전력 송신장치(100)는 무선전력신호(2)를 무선전력 수신장치(200)로 전송하는 전력송신부(132) 및 무선전력 수신장치(200)로부터 피드백 신호(4)를 수신하는 피드백수신부(134)를 포함하는 충전부(130)와 전력전송부(132)의 주변에 위치하여 열을 흡수하기 위한 냉각부(136)를 포함할 수 있다. 냉각부(136)는 복수의 냉각소자(6_1, 6_n)을 포함할 수 있다. 피드백수신부(134)는 피드백 신호(4)를 인지한 후, 전력송신부(132) 및 냉각부(136)의 동작을 통제할 수 있고, 온도 정보를 차량 제어 장치(300)로 전달할 수 있다. 또한, 무선전력 송신장치(100)는 자기유도방식 또는 자기공진방식에 따라 무선전력신호(2)를 생성할 수 있다.
피드백수신부(134)는 무선충전과정에서 온도 정보 외에 다른 정보들을 전송할 수도 있다. 예를 들면, 피드백수신부(134)는 무선충전 수신장치(200)로부터 전달받은 정보들을 차량 제어 장치(300)에 보낼 수 있다. 예를 들어, 무선충전 송신장치(100)와 차량 제어 장치(300)는 유선으로 연결되어, 무선충전과정에서의 정보를 교환할 수 있다. 또한, 피드백수신부(134)는 무선충전동작의 상태정보를 차량 제어 장치(300)로 전달할 때, 근거리 무선통신(Near Field Communication, NFC), 블루투스(Bluetooth), BLE(Bluetooth Low Energy), Zigbee 등의 무선통신방식에서 사용하는 데이터 형식을 이용할 수 있다. 만약, 피드백수신부(134)가 전달하는 정보들이 앞서 언급한 표준화된 무선통신방식을 사용하면, 차량 제어 장치(300)는 상태수신부(334)를 통해 동일한 데이터를 수신할 수 있다.
무선전력 수신장치(200)는 무선전력 송신장치(100)로부터 무선전력신호(2)를 수신하는 장치다. 예를 들면, 차량의 탑승자가 사용하는 휴대용 단말기 등이 무선전력 수신장치(200)가 될 수 있다. 무선전력 수신장치(200)는 무선전력 송신장치(100)로부터 전송되는 무선전력신호(2)를 수신하기 위한 전력수신부(232) 및 무선충전과정에서 확인될 필요가 있는 연결상태, 충전상태, 온도 등의 정보를 피드백 신호(4)에 포함시켜 무선전력 송신장치(100)로 피드백(feedback)하기 위한 피드백송신부(234)를 포함할 수 있다.
무선전력 송신장치(100)는 차량 내 시스템과 연결되어 전원을 공급받을 수 있다.
차량 제어 장치(300)는 무선전력 송신장치(100)에 전원을 공급하기 위한 전원공급부(332), 차량의 난방, 환기 및 냉방 중 적어도 하나를 통해 공기를 조절하며, 무선전력 송신장치(100)와 연결된 공조부(330), 무선전력 수신장치(200)로부터 온도 정보를 전달받는 상태수신부(334), 온도 정보를 통해 전원공급부(332) 및 공조부(330)를 제어하는 제어부(332), 및 제어부(332)의 제어 결과를 탑승자에게 보여주는 디스플레이부(336)을 포함할 수 있다.
전원공급부(332)는 차량에 포함된 배터리 또는 발전기와 연결되어 무선전력 송신장치(100)가 필요로 하는 전원을 공급할 수 있다.
디스플레이부(336)는 차량에 포함된 디스플레이 인터페이스를 포함할 수 있다. 동작모드에 따라 라디오, 네비게이션 등의 정보를 도시하거나, 무선충전동작의 진행상태 등을 도시할 수 있다. 예를 들면, 디스플레이부(336)가 도시하는 무선충전동작과 관련된 정보들은 무선충전 송신장치(100) 또는 무선충전 수신장치(200)로부터 전달될 수 있다.
상태수신부(334)는 온도 정보를 제어부(332)로 전달하여, 제어부(332)가 무선충전동작을 감시할 수 있도록 한다. 또한, 상태수신부(334)는 무선전력 수신장치(200)로부터 온도 정보뿐만 아니라, 무선충전의 연결상태, 부하의 충전상태 등의 정보를 전달받을 수 있다. 상태수신부(334)는 전달받은 정보들을 디스플레이부(336)를 통해 전시하여 탑승자가 손쉽게 확인할 수 있도록 할 수 있다. 또한, 상태수신부(334)가 전달받은 정보들을 제어부(332)로 전달하는 경우, 제어부(332)가 충전완료시간 등을 계산하여 탑승자에게 알려줄 수 있다.
공조부(330)는 차량 내부의 온도를 감지할 수 있는 온도감지기(미도시)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 온도감지기는 차량에 시동을 걸면 자동으로 차량 내부의 온도를 감지할 수 있고, 차량 내부의 공기 조절을 위한 정보를 제공할 수 있다. 또한, 제어부(332)는 상태수신부(334)가 전달하는 온도 정보와 공조부(330) 내 온도감지기가 전달하는 온도 정보를 비교하여, 차량 내부의 온도를 보다 정확히 인식할 수도 있다.
차량 내에서 무선충전이 수행되고, 그 과정 중에 비정상적으로 차량 내부의 온도가 높아지는 경우, 제어부(332)는 여러 방법 중 적어도 하나의 방법으로 차량 내부 온도를 조절할 수 있다. 예를 들면, 상태수신부(334)로부터 전달받은 온도 정보에 대응하여 제어부(332)는 공조부(330)를 가동시킬 수 있다. 또한, 제어부(332)는 온도 정보가 정상적인 범위를 넘어서는 경우 전원공급부(338)가 무선충전 송신장치(100)에 전원을 더 이상 공급하지 않도록 제어할 수 있다(8A). 또한, 제어부(332)는 무선충전 송신장치(100)를 제어할 수도 있다(8B). 이 경우, 제어부(342)는 무선충전 송신장치(100)에 포함된 냉각부(136)를 가동시킬 수도 있고, 무선충전 송신장치(100) 내 전력송신부(132)가 더 이상 무선전력 신호를 송신하지 못하게 할 수도 있다.
또한, 온도 정보가 기 설정된 범위를 벗어날 경우, 제어부(332)는 공조부(330)를 자동으로 가동시킬 수 있다. 또한, 제어부(332)는 무선충전이 시작되면, 공조부(330)를 동작 여부를 확인하고, 공조부(330)가 동작되지 않은 경우 공조부(330)를 대기상태로 전환할 수 있다.
무선충전동작이 정상적으로 수행되지 않는다고 판단되는 상태정보가 입력되는 경우, 탑승자의 안전을 위해 제어부(338)는 무선전력 송신장치(100), 무선전력 수신장치(200), 또는 모두에게 무선충전동작을 더 이상 수행하지 못하도록 명령할 수 있다.
무선충전이 수행되면, 제어부(338)는 차량 제어 장치(300)를 감시하고 통제할 수 있다. 예를 들어, 전원공급부(332)에서 공급할 수 있는 전원이 부족할 경우, 제어부(338)는 전원공급부(332)가 전력송신부(132)로 전원을 공급하지 못하도록 할 수 있다.
도4는 제1 내지 제3 차량용 무선충전 시스템이 차량 내 탑재된 예를 설명한다.
도시된 바와 같이, 차량은 공조부(320)를 포함할 수 있다. 그리고, 공조부(320)가 연결되는 차량의 내부 공간에 무선전력 송신장치(100A, 100B, 100C)가 위치할 수 있다. 차량의 공조부(320)는 차량 내부에서 운전석 및 조수석의 전면에 형성되거나, 운전석 및 조수석 사이의 콘솔 박스 주변에 형성되거나, 출입문 또는 뒷 좌석의 뒤편 등에도 형성될 수 있다. 무선전력 송신장치(100A, 100B, 100C)는 차량 내부에 위치하는 공조부(320)와 인접한 곳에 위치할 수 있다.
도5는 제1 내지 제3 차량용 무선충전 시스템에 적용 가능한 무선충전 송신장치(100D)를 설명한다.
도시된 바와 같이, 무선충전 송신장치(100D)는 무선전력 신호를 송신하기 위한 코일(128)을 포함하는 충전부(120) 및 적어도 하나의 냉각부(136A, 136B, 136C, 136D)를 포함할 수 있다. 여기서, 냉각부(136A, 136B, 136C, 136D)는 충전부(120)와의 간섭(interference)을 피하기 위해 충전부(120)로부터 일정 간격 이격되어 위치할 수 있다.
도5에서는 적어도 하나의 냉각부(136A, 136B, 136C, 136D)가 충전부(120)를 둘러싸고 있으나, 충전부(120)의 양측에만 위치할 수도 있고, 충전부(120)의 일측에만 위치할 수도 있다.
도시되지 않았지만, 냉각부(136A, 136B, 136C, 136D)는 충전부(120)의 아래에 위치할 수도 있다. 냉각부(136A, 136B, 136C, 136D)와 충전부(120)의 위치관계는 설계상 목적에 따라 변경이 가능하다.
도6은 도5에서 설명한 무선충전 송신장치(100D)와 차량 내 공조부(30)의 연결을 설명한다.
도시된 바와 같이, 공조부(30) 상에 무선충전 송신장치(100D)가 위치할 수 있다. 무선충선 송신장치(100D)는 냉각부(650)를 포함할 수 있으며, 냉각부(650)는 흡수한 열을 공조부(30)로 방열(radiating)할 수 있다. 또한, 냉각부(650)는 방열을 효과를 높이기 위해 팬(fan, 미도시)을 포함할 수 있다.
무선충전 송신장치(100D)의 인터페이스는 중심축(central axis)을 기준으로 대칭되도록 위치한 정렬보조장치(610), 1차 코일(620), 차페층(630)을 포함할 수 있다. 또한, 전력 신호의 송신 효율을 높이기 위해 금속캐리어층(640)을 중심축 기준으로 대칭되도록 위치시킬 수 있다. 일 실시예는 정렬보조장치(610)로서 페라이트, 자석 등을 포함할 수 있다. 또한, 무선 충전 수신 장치는 정렬보조장치(610)에 대응하는 정렬보조장치를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 정렬보조장치(610)와 자기적으로 반응하는 페라이트, 자석, 금속 등을 포함할 수도 있다.
정렬보조장치(610), 1차 코일(620), 차페층(630), 및 금속캐리어층(640)의 두께 및 각각의 구성요소 간의 간격은 전력 신호의 송신 효율을 높이기 위해 정해질 수 있다. 예를 들어, 정렬보조장치(610)의 두께(Taa)는 1.45 ~ 1.55 밀리미터(mm) 범위로, 1차 코일(620)의 두께(Tc)는 0.4 ~ 0.5 밀리미터(mm) 범위로, 차폐층(630)의 두께(Tsm)는 0.9 ~ 1.1 밀리미터(mm) 범위로, 금속캐리어층(640)의 두께(Tmc)는 0.7 ~ 1.2 밀리미터(mm) 범위로 각각 형성할 수 있다. 또한, 수신 장치의 표면으로부터 1차 코일(620)사이의 간격(Duis_c)은 1.45 ~ 1.65 밀리미터(mm) 범위로, 1차 코일(620)에서 차폐층(630)사이의 간격(Dc_sm)은 0.05 ~ 0.1 밀리미터(mm) 범위로, 차페층(630)에서 금속캐리어층(640)사이의 간격(Dsm_mc)은 0,05 ~ 0.1 밀리미터(mm) 범위로 형성할 수 있다.
1차 코일(620)과 냉각부(650)는 간섭을 억제할 수 있을 만큼의 거리(D_I)만큼 이격될 수 있다. 예를 들면, 거리(D_I)는 1차 코일(620)에서 출력할 수 있는 전력의 크기에 따라 달라질 수 있다.
도7a 및 도7b는 도5에서 설명한 냉각부를 설명한다.
도7a를 참조하면, 냉각부는 복수의 냉각 소자(700)를 포함할 수 있다. 복수의 냉각 소자(700)는 라인형태로 배열될 수도 있고, 행렬형태로 배열될 수도 있다. 복수의 냉각 소자(700)의 배열은 설계목적에 따라 변경이 가능하다.
냉각 소자(700)은 상호 대향하는 기판(730, 740) 사이에 열전반도체 소자(710, 720)를 배치하여, 전원을 인가에 따라 펠티어 효과(Peltier effect)를 구현하여 냉각기능을 수행하는 모듈이다. 냉각 소자(700)는 상호 대향하는 제1기판(730) 및 제2기판(740), 제1기판(730) 및 제2기판(740) 사이에 제1반도체소자(710)와 전기적으로 연결되는 제2반도체소자(720)를 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우, 한쪽은 제1반도체소자(710)로서 P형 반도체 와 제2반도체소자(720)로서 N형 반도체로 구성될 수 있으며, 제1반도체소자(710) 및 제2반도체소자(720)는 금속 전극(미도시)과 연결되어 인가되는 전류에 따라 동작할 수 있다.
도7b를 참조하면, 제1반도체소자(710) 및 제2반도체소자(720)에 전류를 공급할 때, 제1기판(730) 상에 흡열 영역(750)이 발생할 수 있다. 제1기판(730)으로 흡수된 열은 제1반도체소자(710) 및 제2반도체소자(720)을 통해 제2기판(740)으로 전달된다. 제2기판(740) 상에는 발열 영역(760)이 발생할 수 있다.
도7a 및 도7b를 참조하면, 열전현상(Thermoelectric phenomena)은 열에너지와 전기에너지의 상호 가역적이며 직접적인 에너지 변환을 의미하며, 온도차에 의한 소재 내부의 전자(Electron) 또는 양공(Hole)의 이동과 함께 열 전달에 의해 발생하는 현상이다. 이러한 열전현상은 크게 두 가지로, 제백 효과(Seebeck effect)와 펠티어 효과(Peltier effect)로 설명할 수 있다. 냉각 소자(700)는 펠티어효과를 이용한 것으로 서로 다른 두 금속선의 양 끝을 접합시키고 전류를 흘려주면 한쪽 접합부에서는 발열, 다른 접합부에서는 흡열이 일어나며 전류의 방향에 따라서 흡열과 발열이 반대로 일어난다. 도7b에서 제1반도체소자(710) 및 제2반도체소자(720)에 인가되는 전류의 방향이 바뀌면, 흡열 영역(750)과 발열 영역(760)이 바뀔 수 있다.
차량과 같이, 폐쇄된 내부 공간에 무선충전 송신장치가 연결되고, 사용자들이 휴대용 단말기 등을 통해 무선충전을 하는 경우, 무선충전을 수행하는 과정에서 발생하는 열로 인해 폐쇄된 내부 공간의 온도가 높아질 수 있다. 이러한 문제는 냉각 소자를 포함한 무선충전 송신장치를 통해 폐쇄된 내부 공간의 온도를 낮추면 해결될 수 있다. 또한, 차량과 같이, 무선충전 송신장치, 무선충전 수신장치, 또는 무선충전 송신장치로 전원을 공급하는 차량 내 제어시스템을 연동할 수 있는 경우, 온도 정보를 이용하여 무선충전의 수행을 제어할 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100: 무선충전 송신장치
200: 무선충전 수신장치
300: 차량 제어 장치
2: 무선전력 신호
4: 피드백 신호
130, 140, 150: 충전부
136, 146, 156: 냉각부

Claims (16)

  1. 충전 대상으로 무선전력 신호를 전송하는 전력전송부;
    상기 충전 대상으로부터 전달된 피드백 신호를 수신하고 상기 전력전송부를 제어하는 피드백수신부; 및
    상기 전력전송부의 주변에 위치하여 열을 흡수하기 위한 냉각부
    를 포함하는 무선전력 송신장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각부는 상기 피드백수신부에서 인지한 온도가 일정범위를 초과하는 경우 동작하는, 무선전력 송신장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉각부는 n형 열전소자와 p형 열전소자를 포함하는 복수의 열전소자를 포함하는, 무선전력 송신장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 열전소자는 상기 n형 열전소자 및 상기 p형 열전소자에 공급되는 전류의 방향에 따라 흡열 및 발열 영역이 달라지는, 무선전력 송신장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 피드백수신부는 근거리 통신방식을 이용하여 무선충전 상태정보를 출력하는, 무선전력 송신장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 무선충전 상태정보는 상기 충전 대상과의 연결 상태, 상기 충전 대상의 충전 상태, 상기 충전 대상의 온도 상태 중 적어도 하나를 포함하는, 무선전력 송신장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 근거리 통신은 블루투스(Bluetooth), 근거리 무선통신(Near Field Communication, NFC), 지그비(Zigbee), 및 와이파이(Wi-Fi) 중 적어도 하나인, 무선전력 송신장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 무선충전은 자기유도방식 및 자기공진방식 중 적어도 하나의 방식으로 수행되는, 무선전력 송신장치.
  9. 탑승자의 휴대용 장치를 무선충전하기 위한 무선전력 송신장치와 연동하는 차량용 제어 시스템에 있어서,
    상기 무선전력 송신장치에 전원을 공급하기 위한 전원공급부;
    차량의 난방, 환기 및 냉방 중 적어도 하나를 통해 공기를 조절하며, 상기 무선전력 송신장치와 연결된 공조부;
    온도 정보를 통해 상기 전원공급부 및 상기 공조부를 제어하는 제어부; 및
    상기 온도 정보 및 상기 제어부의 제어 결과를 표시하는 디스플레이부
    를 포함하는, 차량용 제어 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 휴대용 장치 및 상기 무선전력 송신장치가 위치한 공간의 온도를 감지하고, 감지된 온도를 상기 온도 정보로 상기 제어부에 전달하는 온도감지부를 더 포함하는, 차량용 제어 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 휴대용 장치 및 상기 무선전력 송신장치 중 적어도 하나로부터 상기 온도 정보를 전달받는 상태수신부를 더 포함하는, 차량용 제어 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 온도 정보는 블루투스(Bluetooth), 근거리 무선통신(Near Field Communication, NFC), 지그비(Zigbee), 및 와이파이(Wi-Fi) 중 적어도 하나를 포함하는 근거리 통신 방식을 통해 전달되는, 차량용 제어 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 온도 정보에 근거하여 상기 무선충전을 중단하는 신호를 상기 전원공급부, 상기 무선전력 송신장치 및 상기 휴대용 장치 중 적어도 하나에 전달하는, 차량용 제어 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 온도 정보가 기 설정된 범위를 벗어날 경우, 상기 제어부는 상기 공조부를 자동으로 가동시키는, 차량용 제어 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 무선충전이 시작되면, 상기 공조부를 동작 여부를 확인하고, 상기 공조부가 동작되지 않은 경우 상기 공조부를 대기상태로 전환하는, 차량용 제어 장치.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 무선충전은 자기유도방식 및 자기공진방식 중 적어도 하나의 방식으로 수행되는, 차량용 제어 장치.
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