KR20170133264A - 무선 충전 시스템의 송신기와 수신기를 페어링하는 방법 및 이를 수행하는 장치 - Google Patents

무선 충전 시스템의 송신기와 수신기를 페어링하는 방법 및 이를 수행하는 장치 Download PDF

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그레고리 엔. 시모폴러스
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Abstract

전기 자동차를 충전하기 위해서 사용되는 것과 같은, 무선 충전 시스템(10)은 수 개의 충전 스테이션(12A 내지 12B)을 포함한다. 자동차(22)가 충전 스테이션(12A 내지 12B)에 접근하는 동안, 모든 충전 스테이션(12A 내지 12B)이 그것의 소스 코일(14A 내지 14B)을 통해, 고유한 펄스 패턴을 갖는 자기적인 스테이션 식별 신호(18)를 송신하도록 명령하는 신호를 송신한다. 이후에 자동차(22)가 자동차의 캡처 코일(38)을 통해 하나의 특정한 충전 스테이션(12A)으로부터의 식별 신호를 수신하며 식별 신호의 고유한 펄스 패턴을 기초로 하여, 특정한 충전 스테이션(12A)이 충전 신호를 생성하는 것을 시작하도록 지시하고 다른 충전 스테이션(12B)이 그들의 식별 신호를 송신하는 것을 중단시키는 다른 신호를 송신한다.

Description

무선 충전 시스템의 송신기와 수신기를 페어링하는 방법 및 이를 수행하는 장치{METHOD OF PAIRING A TRANSMITTER AND RECEIVER OF A WIRELESS CHARGING SYSTEM AND APPARATUS FOR PERFORMING SAME}
본원은 2016년 5월 25일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 제 62/341,224 호의 이익을 주장하며, 그 개시 내용은 전체가 참조로 본원에 통합되어있다.
본 발명은 대체로 무선 충전 시스템에 관한 것으로, 특히 둘 이상의 무선 충전 송신기(즉, 충전 스테이션) 중 하나를 무선 충전 수신기(예컨대, 전기 자동차)와 페어링(pair)하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
무선 충전 시스템은 일반적으로 특정한 전기 자동차가 특정한 충전 스테이션을 사용하도록 "하드 코드(hard-coded)"되어있다. 충전 스테이션은 일반적으로 특정한 서비스 세트 식별자(SSID) 상의 고정 IP 주소에 의해 구별된다. 통상적으로, 충전 스테이션과 자동차는 보통 Wi-Fi로 알려진, IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11 표준 중 하나 이상에 부합하는 무선 데이터 링크를 통해 서로 통신한다. 임의의 전기 자동차가 임의의 수 개의 이용 가능한 충전 스테이션을 사용할 수 있는 시스템에서 수 개의 전기 자동차 및 수 개의 충전 스테이션이 작동하도록 제조되는 것이 요구된다. 이를 위해서는 전기 자동차 및 충전 스테이션이 "페어링(pairing)"을 식별하고 충전 과정을 제어하기 위한 전용 통신 링크를 설정할 수 있어야 한다. 둘 이상의 전기 자동차가 동시에 "페어링"을 탐색할 수 있는 것이 요구된다. 따라서, 자동차를 충전 스테이션에 페어링할 수 있는 무선 충전 시스템이 요구된다.
배경기술 항목에서 논의된 대상은 단지 배경기술 항목에서의 언급의 결과로 선행 기술인 것으로 가정해서는 안 된다. 유사하게, 배경기술 항목에서 언급되거나 배경기술 항목의 대상과 관련된 과제는 이전에 선행 기술에서 인식된 것으로 가정해서는 안 된다. 그 자체 또한 발명일 수 있는, 배경기술 항목의 대상은 단지 상이한 접근 방법을 나타낸다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 무선 충전 시스템이 제공된다. 무선 충전 시스템은, 제 1 충전 스테이션이 제 1 충전 스테이션을 식별하기 위해 제 1 펄스 변조 패턴을 갖는 제 1 자기장을 생성하는 제 1 모드에서 작동하도록 구성되는 제 1 충전 스테이션을 포함한다. 제 1 충전 스테이션은, 무선 충전을 제공하기 위해 제 1 충전 스테이션이 제 1 자기장과는 구별되는 제 2 자기장을 생성하는 제 2 모드에서 작동하도록 추가로 구성된다. 제 1 충전 스테이션은 제 1 스테이션 수신기 및 제 1 스테이션 제어기를 포함한다. 무선 충전 시스템은 자기장에 의해 여기될 때 교류 전류를 생성하도록 구성된 캡처 코일을 갖는 자동차를 추가로 포함한다. 자동차는 캡처 코일에 전기적으로 결합되어 교류 전류의 전압을 검출하도록 구성된 전압 검출 회로를 추가로 포함한다. 자동차는 전압 검출 회로와 통신하는 자동차 제어기 및 자동차 제어기와 또한 통신하는 자동차 송신기를 추가로 포함한다. 자동차 송신기는 자동차에서 제 1 스테이션 수신기로 메시지를 보내도록 구성된다. 자동차 제어기는, 실행될 때, 자동차 송신기가 제 1 메시지를 전송하도록 하고, 자동차 제어기가 교류 전류의 전압의 변조 패턴을 결정하도록 하며, 자동차 송신기가 변조 패턴을 기초로 하는 제 2 메시지를 전송하도록 하는 제 1 세트의 명령을 보유하는 제 1 불휘발성 메모리를 포함한다. 제 1 스테이션 제어기는, 실행될 때, 제 1 스테이션 수신기가 제 1 메시지를 수신한 후 제 1 충전 스테이션이 제 1 모드에서 작동하도록 하고, 제 2 메시지가 제 1 펄스 변조 패턴을 기초로 하는 경우에 제 1 스테이션 수신기가 제 2 메시지를 수신한 후 제 1 충전 스테이션이 제 2 모드에서 작동하도록 하는 제 2 세트의 명령을 보유하는 제 2 불휘발성 메모리를 포함한다.
무선 충전 시스템은 제 2 충전 스테이션이, 제 1 변조 패턴과 구별되는 제 2 펄스 변조 패턴을 갖는 제 3 자기장을 생성하는 제 3 모드에서 작동하도록 구성되며 제 1 충전 스테이션과 구별되는 제 2 충전 스테이션을 추가로 포함할 수 있다. 제 2 충전 스테이션은 제 3 자기장과 구별되는 상기 제 2 자기장을 제 2 충전 스테이션이 생성하는 제 2 모드에서 작동하도록 추가로 구성된다. 제 2 충전 스테이션은 제 2 스테이션 수신기 및 제 2 스테이션 제어기를 추가로 포함한다. 제 2 스테이션 제어기는, 실행될 때, 제 2 스테이션 수신기가 제 1 메시지를 수신한 후에 제 2 충전 스테이션이 제 3 모드에서 작동하도록 하고, 제 2 메시지가 제 2 펄스 변조 패턴을 기초로 하는 경우에 제 1 스테이션 수신기가 제 2 메시지를 수신한 후 제 2 충전 스테이션이 제 2 모드에서 작동하도록 하는 제 3 세트의 명령을 보유하는 제 3 불휘발성 메모리를 포함한다.
제 1 스테이션 제어기의 메모리 내의 제 2 세트의 명령은, 실행될 때, 제 1 메시지가 수신된 때부터 소정 시간 주기가 경과한 이후이며 상기 시간 주기 내에 제 2 메시지가 수신되지 않은 경우에 제 1 충전 스테이션이 제 1 모드에서 작동하는 것을 중지하도록 하는 추가적인 명령을 보유할 수 있다. 제 2 스테이션 제어기의 메모리 내의 제 3 세트의 명령은, 실행될 때, 제 1 메시지가 수신된 때부터 소정 시간 주기가 경과한 이후이며 상기 시간 주기 내에 제 3 메시지가 수신되지 않은 경우에 제 2 충전 스테이션이 제 1 모드에서 작동하는 것을 중지하도록 하는 추가적인 명령을 보유할 수 있다.
제 1 스테이션 제어기의 메모리 내의 제 2 세트의 명령은, 실행될 때, 제 1 스테이션 수신기가 제 3 메시지를 수신한 이후에 제 1 충전 스테이션이 제 1 모드에서 작동하는 것을 중지하도록 하는 추가적인 명령을 보유할 수 있으며 제 2 스테이션 제어기의 메모리 내의 제 3 세트의 명령은, 실행될 때, 제 2 스테이션 수신기가 제 2 메시지를 수신한 이후에 제 2 충전 스테이션이 제 3 모드에서 작동하는 것을 중지하도록 하는 추가적인 명령을 보유할 수 있다.
제 1 자기장 및 제 3 자기장은 제 1 전계 강도를 가지며 제 2 자기장은 제 1 전계 강도보다 큰 제 2 전계 강도를 가질 수 있다. 제 2 자기장은 펄스 변조되지 않을 수 있다.
본 발명의 다른 형상 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 제한적이지 않은 예시로서 제시된 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 다음의 상세한 설명을 읽음으로써 보다 명확하게 나타날 것이다.
본 발명은 이제 첨부된 도면을 참조하여 예시로서 기술될 것이다:
도 1은 한 실시예에 따른 무선 충전 시스템의 오버헤드 사시도이다;
도 2는 한 실시예에 따른 도 1의 무선 충전 시스템의 측면도이다;
도 3은 한 실시예에 따른 도 1의 무선 충전 시스템의 개략도이다;
도 4는 한 실시예에 따른 도 1의 무선 충전 시스템에서의 자동차의 작동에 대한 흐름도이다;
도 5는 한 실시예에 따른 도 1의 무선 충전 시스템에서의 충전 스테이션의 작동에 대한 흐름도이며;
도 6은 한 실시예에 따른 도 1의 무선 충전 시스템의 샘플 펄스 패턴의 도표이다.
본원에서 무선 충전 시스템 및 그러한 무선 충전 시스템을 작동하는 방법이 제공된다. 무선 충전 시스템은 무선 충전 스테이션 및 예컨대, 전기 자동차 내에서와같이, 무선 수신기를 갖는 자동차를 포함한다. 무선 충전 시스템은 충전 스테이션과 수신기 사이에서 전력을 전달한다. 충전 스테이션은 소스 코일(source coil)을 통해 교류 전류를 교류 자기장으로 변환하며 수신기 내의 캡처 코일(capture coil)은 자기장을 교류 전류로 변환한다. 캡처 코일에 의해 생성된 전류는 예컨대, 배터리와 같은 에너지 저장 장치를 충전하기 위해 자동차 내에서 사용될 수 있다. 자동차 내의 무선 송신기는 충전 스테이션의 무선 수신기에 데이터 메시지를 보내기 위해 사용되며 소스 코일은 충전 스테이션으로부터 자동차의 캡처 코일로 스테이션 식별 데이터를 송신하는데 사용된다. 아래에서 상세히 설명하는 바와 같이, 본 시스템 및 방법은 수 개의 충전 스테이션의 작동을 지시하는 중앙 제어기를 필요로 하지 않으면서 함께 위치하는 수 개의 충전 스테이션 중 하나에 자동차의 페어링을 허용한다.
도 1 내지 도 3은 무선 충전 시스템(10)의 제한적이지 않은 예시를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 무선 충전 시스템(10)은 예컨대, 공공 주차장에서와같이 서로에 대해 인접하여 함께 위치하는 복수의 무선 충전 스테이션(12A 내지12C)을 포함한다. 각각의 무선 충전 스테이션(12A 내지 12C)은 이 하에서 자기장(18)으로 지칭되는, 교류 자기장(18)을 생성하도록 구성된 주차면(16) 상에 위치한 소스 코일(14A 내지 14C)을 갖는다. 무선 충전 시스템(10)은 자동차(22) 내에 배치된 무선 전력 수신기(20)를 추가로 포함한다. 무선 전력 수신기(20)는, 도 2에서 도시된 바와 같이 소스 코일(14B) 상에 자동차(22)를 정렬함으로써, 소스 코일(14A 내지 14C) 중 하나와 무선 전력 수신기(20)가 정렬된 때 자기장(18)을 수신하도록 구성된다. 무선 전력 수신기(20)는 자기장(18) 내의 에너지를, 본 예시에서는 자동차(22) 내의 배터리팩(24)인, 전기적인 저장 장치(24)에 공급되는 전기 에너지로 변환하도록 구성된다.
도 3에서 도시된 바와 같이, 무선 충전 스테이션(12)의 소스 코일(14)은 전원 공급기(26)에 의해 공급된 교류 전류(AC) 전압에 의해 여기(excite)될 때 자기장(18)을 생성하도록 구성된 공진 회로의 일부이다. 전원 공급기(26)는 공공 공급 그리드(grid)(미도시)로부터의 전력(예컨대, 60헤르츠의 240볼트 AC)을 소스 코일(14)에 공급되는 상이한 전압 및 주파수로 변환하도록 구성된다. 무선 충전 스테이션(12)은 전원 공급기(26)를 제어함으로써, 소스 코일(14)로부터 제공되는 자기장(18)을 제어하도록 구성된 스테이션 제어기(28) 또한 포함한다. 무선 충전 스테이션(12)은, 스테이션 제어기(28)와 통신하고 자동차(22) 내의 무선 전력 수신기(20)와 무선 통신 링크(32)를 설정하며 자동차(22)로부터 스테이션 제어기(28)로 데이터 메시지를 보내도록 구성되는 스테이션 수신기(30)를 추가로 포함한다.
도 2에 도시된 제한적이지 않은 예시에 따르면, 전원 공급기(26), 스테이션 제어기(28) 및 스테이션 수신기(30)는 소스 코일(14A 내지 14C)로부터 원격에 위치한 독립 하우징(34A 내지 34C)에 보유될 수 있다. 본 예시에서, 하우징(34A 내지 34C)은 자동차 주차 공간의 전방에 있는 파일론(pylon) 또는 포스트(post)(36A 내지 36C) 상에 장착되고, 소스 코일(14A 내지 14C)은 자동차(22) 아래의 주차면(16) 내에 또는 주차면 상에 위치된다. 주차면(16) 내에 소스 코일(14A 내지 14C)이 전원 공급기(26), 스테이션 제어기(28) 및 스테이션 수신기(30)와 함께 위치되는 다른 실시예가 고려될 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 무선 전력 수신기(20)는, 소스 코일(14)에 의해 생성된 자기장(18)에 의해 여기될 때 교류 전류를 생성하도록 구성된 다른 공진 회로의 일부인 캡처 코일(38)을 포함한다. 무선 전력 수신기(20)는 캡처 코일(38)로부터 제공된 교류 전류(AC) 전력을 전기 자동차(EV) 배터리팩(24) 또는 하이브리드 전기 자동차(HEV) 배터리팩과 같은 전기 부하에 사용 가능한 직류 전류(DC) 전력으로 변환(정류)하는 정류 회로(40)를 추가로 포함한다. AC 전기 부하에 제공되는 AC 전력의 주파수 및 전압을 변경하기 위한 회로를 포함하는 AC 모터와 같은 AC 전기 부하에 변경 없이 캡처 코일(38)로부터의 AC 전력 출력을 제공하는 대안적인 실시예가 고려될 수 있다. 무선 전력 수신기(20)는 자동차 제어기(42), 전압 검출 회로(44) 및 자동차 송신기(46)를 또한 포함하며; 전압 검출 회로(44) 및 자동차 송신기(46)는 둘 다 자동차 제어기(42)에 접속되어있다.
전압 검출 회로(44)는 캡처 코일(38)의 출력과, 제어기에 연결되며 캡처 코일(38)이 전력을 언제 출력하는 지를 결정하기 위해 자동차 제어기(42)에서 입력으로 사용될 수 있다. 전압 검출 회로(44)는 정류 회로(40)의 출력에 전기적으로 결합될 수 있다. 전압 검출 회로(44)는 정류 회로(40)의 출력에 고전압 DC가 존재할 때를 감지하여 자동차 제어기(42)에 디지털 신호를 보낸다. 전형적으로 고전압 회로에서, 고전압에 부착된 회로는 안전상의 이유로 격리되어야 한다. 전압 검출 회로(44)의 경우, 광 커플러(optocoupler)가 사용될 수 있다.
도 4는 자동차(22)에 의해 사용되는 방법(100)의 흐름도이며, 도 5는 자동차(22)를 무선 충전 스테이션(12A 내지 12C) 중 하나와 페어링하기 위해 무선 충전 스테이션(12A 내지 12C)에 의해 사용되는 방법(200)의 흐름도이다. 이러한 방법의 단계는 아래에 기술되어 있다.
과정은 충전 스테이션 중 하나와 자동차(22)를 페어링 과정을 시작하는 단계 110(페어링 과정 개시)로 시작된다. 예컨대, 자동차 운전자(48)가 자동차 제어기(42)에 연결된 자동차 계기판(미도시) 상의 버튼을 누르는 것에 의해서, 단계 110은 수동으로 수행될 수 있다. 대안적으로, 예컨대, 자동차 위치 시스템(미도시)이 자동차(22)가 무선 충전 스테이션(12A 내지 12C)에 근접한 것으로 결정하고 배터리 충전 모니터링 시스템(미도시)이 배터리팩(24)이 재충전될 필요가 있다고 결정한 때, 단계 110은 자동으로 수행될 수 있다.
페어링 과정이 개시된 후, 자동차 제어기(42)는, 자동차 송신기(46)가 무선 충전 스테이션(12A 내지 12C)의 스테이션 수신기(30)에 웨이크업(wake up) 메시지를 무선으로 보내는 단계 112(웨이크업 메시지 전송)를 자동차 송신기(46)가 수행하도록 명령한다. 웨이크업 메시지는 IEEE 802.11 표준 중 하나와 같이, 표준 데이터 프로토콜에 따라 송신된 디지털 데이터 메시지일 수 있다.
단계 210(웨이크업 메시지 수신)에서, 무선 충전 스테이션(12A 내지 12C)의 스테이션 수신기(30)는 자동차 송신기(46)로부터 웨이크업 메시지를 수신하고 메시지를 스테이션 제어기(28)에 전달한다.
단계 212(고유한 펄스 패턴을 갖는 저전력 펄스 변조 자기장 송신)에서, 스테이션 제어기(28)가 스테이션 수신기(30)로부터 웨이크업 메시지를 수신한 후, 스테이션 제어기(28)는 무선 충전 스테이션(12)이 저전력 펄스 변조 자기장(18)을 송신하도록 명령한다. 각각의 무선 충전 스테이션(12A 내지 12C)은 동일한 웨이크업 메시지에 응답하도록 구성된다. 저전력 펄스 변조 자기장(18)은, 스테이션 제어기(28)가 전원 공급기(26)에게 명령하여 소정의 패턴에 따라 소스 코일(14)로 보내는 교류 전류를 주기적으로 끊음으로서, 펄스 변조 교류 전류를 소스 코일(14)로 보낼 때에 생성될 수 있다. 단계 212 동안 송신된 자기장(18)의 전력은 단계 218에서 생성된 자기장(18)의 전력보다 낮을 수 있다. 이것은 예컨대, 전원 공급기(26)가 단계 218 동안 300볼트 피크 투 피크 구형파(square wave)를 생성하는 것에 반해 단계 212 동안은 2볼트 피크 투 피크 구형파를 생성하는 것에 의해 달성될 수 있다. 무선 전력 수신기(20)는 예컨대, 1kΩ 저항과 같은 저항 부하를 단계 212 동안 전환하여 소스 코일(14)을 "로드(load)"해 단계 212 동안 온 상태(on state)에서 오프 상태(off state)로의/부터의 펄스 천이를 안정적이고 반복가능 하게 하기 위한 회로를 소스 코일(14)에 병렬로 포함할 수 있다. 각각의 무선 충전 스테이션(12A 내지 12C)의 펄스 변조 자기장(18)의 펄스 패턴은 적어도 함께 위치한 무선 충전 스테이션(12A 내지 12C)에 대해서는 고유하다.
도 2에서 도시된 바와 같이 단계 114에서, 자동차(22)의 캡처 코일(38)은 무선 충전 스테이션(12B) 중 하나의 소스 코일(14B)과 정렬된다. 정렬은 자동차(22)의 작동자에 의해 자동차(22)를 주차면(16) 상의 기준 표지와 정렬시킴으로써 수동으로 수행될 수 있다. 또한, 작동자는 소스 코일(14)에 대한 캡처 코일(38)의 위치를 자동으로 검출하여 자동차 운전자(48)에게 자동차(22)를 캡쳐/소스 코일(14) 정렬 상태로 조작하기 위한 안내를 제공하는 정렬 시스템에 의해 보조될 수 있다. 이러한 무선 충전 정렬 시스템의 예시는, 특히 미국 특허 출원 공개 제 2013/0037339호, 제 2014/0253346호 및 제 2015/0015193호에서 발견될 수 있다.
단계 114에서, 캡처 코일(38)이 소스 코일(14B) 중 하나와 정렬되면, 캡처 코일(38)은 소스 코일(14)에 의해 생성된 펄스 변조 자기장(18)의 고유한 펄스 패턴과 동일한 저전력 펄스 변조 교류 전류를 생성한다. 이후에 캡처 코일(38)로부터의 교류 전류 출력은 도 6에서 도시된 바와 같이, 저전압상태와 고전압상태를 오가는 직류 전류(DC)를 출력하는 정류 회로(40)에 의해 처리된다. 이후에 이러한 펄스 변조 DC 신호는 정류 회로(40)에 의해 전압 검출 회로(44)로 출력된다.
도 6은 정류 회로(40)로부터 출력된 펄스 패턴의 예시를 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 펄스 변조 신호를 동기화시키기 위해 소스 코일(14)의 펄스 변조 자기장(18)은 정류기 출력이 소정 주기의 시간 동안 더 높은 전압 값으로 유지되도록 한다. 이후에 정류기 전압이 세 번의 하이 투 로우(high to low) 천이를 일으킨다. 이러한 천이는 2진 부호화된 식별 코드 또는 식별 메시지를 제공하는데 사용된다. 로우 천이(low transition)의 지속은 천이가 2진 "0" 또는 "1"값을 나타내는지를 결정한다. 도시된 예시에서, 저전압 단계로의 더 긴 천이는 "0"값을 나타내고, 더 짧은 천이는 "1"값을 나타낸다. 세 번의 천이에 이후에, 정류기 출력은 동기화에 필요한 소정 주기의 시간 동안 높은 값으로 복귀하고, 천이 패턴이 반복된다. 도 6에 도시된 펄스 패턴은 3 비트를 포함하기 때문에 8 개의 개별 충전 스테이션까지 갖는 무선 충전 시스템(10)에서 사용될 수 있다. 더 길거나 더 짧은 펄스 패턴은 더 많거나 더 적은 수의 충전 스테이션을 구분하는데 사용될 수 있다.
단계 116에서, 전압 검출 회로(44)는 펄스 변조 DC 신호의 전압을 결정하고, 이 데이터를 펄스 패턴을 결정하는 자동차 제어기(42)에 송신한다. 단계 118에서, 이후에 자동차 제어기(42)는 수신된 펄스 패턴을 기초로 하여 모든 무선 충전 스테이션(12A 내지 12C)에 파워업(power up) 메시지를 전송하도록 자동차 송신기(46)에 명령한다. 파워업 메시지는 펄스 패턴을 보낸 특정한 무선 충전 스테이션(12B)을 식별하는 식별 코드를 보유한다. 예컨대, 도 6에 따라 수신된 펄스 패턴을 기초로 하여, 파워업 메시지는 특정한 무선 충전 스테이션(12B)을 식별하기 위한 식별 코드 "101"을 포함할 것이다.
단계 214에서, 각각의 무선 충전 스테이션(12A 내지 12C)의 스테이션 수신기(30)는 자동차 송신기(46)로부터 파워업 메시지를 수신할 것이고 각각의 스테이션 수신기(30)는 파워업 메시지를 각자의 스테이션 제어기(28)에 보낼 것이다. 단계 216에서, 스테이션 제어기(28)는 파워업 메시지가 충전 스테이션 자신의 펄스 패턴, 즉 식별 코드를 기초로 하는지를 결정한다. 파워업 메시지가 충전 스테이션(12B) 자신의 식별 코드를 기초로 하는 경우, 스테이션 제어기(28)는 단계 218로 진행하고 전원 공급기(26)에 명령하여 고전력 교류 전류(예컨대, 300볼트 피크 투 피크 구형파)를 소스 코일(14)로 보내 고전력 자기장(18)을 생성하는 것을 시작하도록 한다. 이러한 고전력 자기장(18)은, 자동차(22) 내의 배터리팩(24)의 충전을 지원하기에 충분한 고전력 교류 전류를 캡처 코일(38) 내에 생성할 것이다. 바람직하게는 고전력 교류 전류가 펄스 변조되지 않는다. 파워업 메시지가 충전 스테이션(12A, 12C) 자신의 식별 코드를 기초로 하지 않으면, 스테이션 제어기(28)는 단계 220으로 진행하고 전력 공급기(26)에 명령하여 저전력 펄스 변조 교류 전류(예컨대, 2볼트 피크 투 피크 구형파)를 소스 코일(14)에 보내는 것을 중단하도록 한다. 스테이션 제어기(28)는 충전 스테이션에 명령하여 파워업 메시지가 충전 스테이션(12A, 12C) 자신의 식별 코드를 기초로 하지 않는다고 결정한 직후에 저전력 펄스 변조 자기장(18)의 송신을 중단하도록 하거나, 웨이크업 메시지를 처음 수신한 이후에 타임 아웃 주기가 도과한 후 저전력 펄스 변조 자기장(18)을 보내는 것을 중단할 수 있다.
전압 검출 회로(44)는, 자동차 제어기(42)에 의해 제어되며 단계 116에서 자동차 제어기(42)가 펄스 패턴을 결정한 후 자동차 제어기(42)가 파워업 메시지의 전송을 명령하기 전에 전압 검출 회로(44)를 분리해주는 전환 회로(50)에 의해 고전압에의 노출로부터 격리될 수 있다.
자동차 제어기(42)는 무선 전력 수신기(20)를 제어하도록 구성된 독립 장치이거나 자동차 제어기(42)는 자동차(22) 상의 다른 기능의 제어를 공유하는 장치일 수 있다. 자동차 제어기(42)는 마이크로프로세서(microprocessor) 또는 주문형 집적회로(ASIC)를 포함할 수 있다. 무선 전력 수신기(20)를 제어하도록 자동차 제어기(42)를 프로그래밍하는 소프트웨어 명령어(instruction)는 제 1 불휘발성(NV) 메모리 장치에 저장된다. 제 1 NV 메모리 장치는 마이크로프로세서 또는 ASIC 내에 보유되거나 별도의 장치일 수 있다. 사용될 수 있는 NV 메모리 유형의 제한적이지 않은 예시는 EEPROM(electrically erasable programmable read only memory), 마스크 ROM(masked read only memory) 및 플래시 메모리를 포함한다. 제 1 NV 메모리 장치는, 실행될 때 자동차 제어기(42)가 전술한 방법(100)의 단계 110 내지 단계 118의 동작을 수행하도록 하는 명령 세트를 포함한다. 자동차 제어기(42)는 CAN(controller area network) 버스와 같은 데이터 버스를 통해 자동차(22) 상의 다른 제어기 또는 장치와 상호 연결될 수 있다.
자동차 제어기(42)는 변환기가 자동차 송신기(46), 전압 검출 회로(44), 및 다른 무선 전력 수신기(20) 외부의 장치와 전기적 통신을 설정하는 것을 허용하도록 아날로그 디지털(A/D) 변환기 회로 및 디지털 아날로그(D/A) 변환기 회로를 추가로 포함할 수 있다. 본원에서 기술된 자동차 제어기(42)는 서로와 통신하는 수 개의 마이크로프로세서를 포함할 수 있다.
스테이션 제어기(28)는 마이크로프로세서 또는 주문형 집적회로(ASIC)를 포함할 수 있다. 스테이션 제어기(28)가 무선 충전 스테이션(12)을 제어하도록 프로그래밍하는 소프트웨어 명령은 제 2 NV 메모리 장치에 저장된다. 제 2 NV 메모리 장치는 마이크로프로세서 또는 ASIC 내에 보유되거나 별도의 장치일 수 있다. 사용될 수 있는 NV 메모리 유형의 제한적이지 않은 예시는 EEPROM, 마스크 ROM 및 플래시 메모리를 포함한다. 제 2 NV 메모리 장치는, 실행될 때 스테이션 제어기(28)가 전술한 방법(200)의 단계 210 내지 220의 동작을 수행하도록 하는 명령 세트를 보유한다.
스테이션 제어기(28)는, 스테이션 제어기(28)가 스테이션 수신기(30), 전원 공급기(26) 및 스테이션 제어기(28) 외부의 장치와 같은 장치와 전기적 통신을 설정하는 것을 허용하도록 아날로그 디지털(A/D) 변환기 회로 및 디지털 아날로그(D/A) 변환기 회로를 스테이션 제어기(28) 내부에 추가로 포함할 수 있다. 본원에서 기술된 스테이션 제어기(28)는 서로와 통신하는 수 개의 마이크로프로세서를 포함할 수 있다.
따라서, 무선 충전 스테이션(12)을 무선 전력 수신기(20)에 페어링하는 방법(100, 200) 및 수신된 무선 전력을 특정한 무선 충전 스테이션(12)에 페어링하기 위해 이러한 방법(100, 200)을 채택하는 수 개의 개별 무선 충전 스테이션(12A 내지 12C)을 포함하는 무선 충전 시스템이 제공된다. 이러한 방법(100, 200)은 무선 충전 시스템(10) 내의 모든 무선 충전 스테이션(12A 내지 12C)과 연동하는 중앙 제어기의 필요 없이 무선 전력 수신기(20)를 특정한 무선 충전 스테이션(12)에 페어링하는 이익을 제공한다. 이러한 점은 추가적인 충전 스테이션이 중앙 제어기와 연동할 필요 없이 추가될 수 있기 때문에 충전 시스템에 대해 확장성의 이익을 제공한다. 방법(100, 200)은 소스 코일(14)에서 생성된 저전력 자기장(18)을 통해 무선 충전 스테이션(12)부터 자동차(22)로의 데이터 통신이 달성되기 때문에 자동차(22)부터 무선 충전 스테이션(12A 내지 12C)으로의 데이터 통신을 위해서, 자동차(22) 내에서 더 간단한 자동차 송신기(46)의 사용 및 무선 충전 스테이션(12) 내에서 더 간단한 스테이션 수신기(30)의 사용을 또한 허용하므로, 결과적으로 자동차(22)와 무선 충전 스테이션(12A 내지 12C) 둘 모두에 송수신기를 사용하여 이들 사이에서 데이터를 송신하는 것보다 낮은 시스템 제조 가격을 제공한다.
본원에서 제공된 발명의 예시적인 실시예는 주로 전기 자동차의 무선 배터리 충전에 관한 것이지만, 예컨대, 다수의 충전 스테이션을 갖는 공공 충전 시스템과 사용되는 무선 충전 가능한 휴대 전화와 같이, 다른 무선 전력 전달 응용예에서 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 페어링을 위한 다른 실시예가 고려될 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예의 형태로 기술되었지만, 이에 제한되는 것이 의도되는 것보다는 아래의 청구 범위로 설명되는 범위인 것만이 의도된다. 또한, 제 1, 제 2 등의 용어의 사용은 임의의 중요도를 나타내는 것보다는 제 1, 제 2 등의 용어가 하나의 요소를 다른 요소와 구별하는 데 사용된다. 또한, 한, 하나 등의 용어의 사용은 수량의 제한을 표시하는 것보다는 언급된 품목 중 적어도 하나의 존재를 나타낸다.

Claims (9)

  1. 무선 충전 시스템(10)이며,
    제 1 소스 코일(14A)을 포함하는 제 1 충전 스테이션(12A)으로서, 상기 제 1 충전 스테이션(12A)은 제 1 소스 코일(14A)이 제 1 펄스 변조 패턴을 갖는 제 1 자기장(18)을 생성하는 제 1 모드에서 작동하도록 구성되며, 상기 제 1 충전 스테이션(12A)은 제 1 소스 코일(14A)이 제 1 자기장(18)과는 구별되는 제 2 자기장(18)을 생성하는 제 2 모드에서 작동하도록 추가로 구성되며, 상기 제 1 충전 스테이션(12A)은 제 1 스테이션 수신기(30) 및 제 1 스테이션 제어기(28)를 포함하는, 제 1 충전 스테이션(12A)과;
    제 1 자기장 또는 제 2 자기장(18)에 의해 여기될 때 교류 전류를 생성하도록 구성된 캡처 코일(38), 캡처 코일(38)에 전기적으로 결합되어 교류 전류의 전압을 검출하도록 구성되는 전압 검출 회로(44), 전압 검출 회로(44)와 통신하는 자동차 제어기(42), 및 자동차 제어기(42)와 통신하며 제 1 스테이션 수신기(30)로 메시지를 보내도록 구성된 자동차 송신기(46)를 포함하는 자동차(22)를 포함하며;
    자동차 제어기(42)는, 실행될 때, 자동차 송신기(46)가 제 1 메시지를 전송하도록 하고, 자동차 제어기(42)가 교류 전류의 전압의 펄스 변조 패턴을 결정하도록 하며, 자동차 송신기(46)가 펄스 변조 패턴을 기초로 하는 제 2 메시지를 전송하도록 하는 제 1 세트의 명령을 보유하는 제 1 불휘발성 메모리를 포함하며;
    제 1 스테이션 제어기(28)는, 실행될 때, 제 1 스테이션 수신기(30)가 제 1 메시지를 수신한 후 제 1 충전 스테이션(12A)이 제 1 모드에서 작동하도록 하고, 제 2 메시지가 제 1 펄스 변조 패턴을 기초로 하는 경우에 제 1 스테이션 수신기(30)가 제 2 메시지를 수신한 후에 제 1 충전 스테이션(12A)이 제 2 모드에서 작동하도록 하는 제 2 세트의 명령을 보유하는 제 2 불휘발성 메모리를 포함하는
    무선 충전 시스템(10).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 충전 스테이션(12A)과 구별되고, 상기 제 1 펄스 변조 패턴과 구별되는 제 2 펄스 변조 패턴을 갖는 제 3 자기장(18)을 생성하는 제 3 모드에서 작동하도록 구성되는 제 2 충전 스테이션(12B)을 추가로 포함하며, 상기 제 2 충전 스테이션(12B)은 제 3 자기장(18)과 구별되는 상기 제 2 자기장(18)을 생성하는 제 2 모드에서 작동하도록 추가로 구성되며, 상기 제 2 충전 스테이션(12B)은 제 2 스테이션 수신기(30) 및 제 2 스테이션 제어기(28)를 가지며, 캡처 코일(38)은 제 3 자기장(18)에 의해 여기될 때 교류 전류를 생성하도록 구성되며;
    제 2 스테이션 제어기(28)는, 실행될 때, 제 2 스테이션 수신기(30)가 제 1 메시지를 수신한 후에 제 2 충전 스테이션(12B)이 제 3 모드에서 작동하도록 하고, 제 2 메시지가 제 2 펄스 변조 패턴을 기초로 하는 경우에 제 1 스테이션 수신기(30)가 제 2 메시지를 수신한 후 제 2 충전 스테이션(12B)이 제 2 모드에서 작동하도록 하는 제 3 세트의 명령을 보유하는 제 3 불휘발성 메모리를 포함하는
    무선 충전 시스템(10).
  3. 제 2 항에 있어서,
    제 2 세트의 명령은, 실행될 때, 제 1 메시지가 수신된 때부터 소정 시간 주기가 경과한 이후이며 상기 시간 주기가 경과하기 전에 제 2 메시지가 수신되지 않은 경우에 제 1 충전 스테이션(12A)이 제 1 모드에서 작동하는 것을 중지하도록 하는 추가적인 명령을 보유하는
    무선 충전 시스템(10).
  4. 제 2 항에 있어서,
    제 3 세트의 명령은, 실행될 때, 제 1 메시지가 수신된 때부터 소정 시간 주기가 경과한 이후이며 상기 시간 주기가 경과하기 전에 제 2 메시지가 수신되지 않은 경우에 제 2 충전 스테이션(12B)이 제 1 모드에서 작동하는 것을 중지하도록 하는 추가적인 명령을 보유하는
    무선 충전 시스템(10).
  5. 제 2 항에 있어서,
    제 1 자기장(18) 및 제 3 자기장(18)은 제 1 전계 강도를 가지며 제 2 자기장(18)은 제 1 전계 강도보다 큰 제 2 전계 강도를 갖는
    무선 충전 시스템(10).
  6. 제 2 항에 있어서,
    자동차 송신기(46)는 무선 데이터 링크로 제 1 스테이션 수신기(30) 및 제 2 스테이션 수신기(30)와 통신하는
    무선 충전 시스템(10).
  7. 제 2 항에 있어서,
    제 2 펄스 변조 패턴 내의 천이가 2진 부호화된 식별 메시지를 제공하는
    무선 충전 시스템(10).
  8. 제 1 항에 있어서,
    제 2 자기장(18)은 펄스 변조되지 않은
    무선 충전 시스템(10).
  9. 제 1 항에 있어서,
    제 1 펄스 변조 패턴 내의 천이가 2진 부호화된 식별 메시지를 제공하는
    무선 충전 시스템(10).
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