KR20170142046A - 무선 전력 전송 시스템에서의 코일 정렬 방법 및 이를 이용하는 장치 - Google Patents

무선 전력 전송 시스템에서의 코일 정렬 방법 및 이를 이용하는 장치 Download PDF

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Abstract

무선 전력 전송 시스템에서의 코일 정렬 방법 및 이를 이용하는 장치가 개시된다. 코일 정렬 방법은, 차량 어셈블리 제어기에 결합하는 코일 정렬 장치에 의해 수행되는 코일 정렬 방법으로서, 무선 충전 주차 구역 내에서 차량에서 돌출되는 광차단부를 제1 방향으로 움직이는 단계, 그라운드 어셈블리 제어기로부터의 제1 정지신호에 응하여 광차단부의 이동을 멈추는 단계, 광차단부를 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 움직이는 단계, 및 그라운드 어셈블리 제어기로부터의 제2 정지신호에 응하여 광차단부의 이동을 멈추는 단계를 포함하며, 여기서 광차단부는 차량에 탑재되고 차량 어셈블리 코일을 내장하는 차량측 무선 전력 전송 패드의 일면에서 일면과 마주하는 그라운드를 향하여 돌출된다.

Description

무선 전력 전송 시스템에서의 코일 정렬 방법 및 이를 이용하는 장치{COIL ALIGNMENT METHOD IN WIRELESS POWER TRANSFER SYSTEM AND APPARATUS USING THE SAME}
본 발명은 코일 정렬 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전기차 무선 전력 전송 시스템에 사용되는 코일 정렬 방법 및 이를 이용하는 장치에 관한 것이다.
전기자동차는 배터리의 전력으로 모터를 구동시켜 움직이는 차량의 일종으로서 기존의 가솔린기관 자동차에 비해 배기가스 등의 대기 오염원과 소음이 거의 없고, 적은 고장, 긴 수명, 간단한 운전 조작 등의 장점이 있다.
전기자동차는 구동원에 따라 하이브리드 자동차(hybrid electric vehicle), 플러그인 하이브리드 자동차(plug-in hybrid electric vehicle, PHEV) 및 전기차(electric vehicle, EV)로 구분된다. 하이브리드 자동차는 주동력을 담당하는 엔진과 보조동력을 담당하는 모터를 구비한다. 플러그인 하이브리드 자동차는 주동력을 담당하는 모터와 배터리 방전시에 주로 사용되는 엔진을 구비한다. 전기차는 엔진을 생략하고 동력원으로서 모터를 구비한다.
전기자동차에 탑재된 배터리를 무선 충전 방식으로 충전하기 위해서는 충전소의 일차 코일과 전기차의 이차 코일을 자기 공진 방식으로 결합할 필요가 있다. 또한, 무선 충전 효율을 높이기 위해서는 일차 코일과 이차 코일을 정렬할 필요가 있다. 자기 공진 방식의 무선 전력 전송 시스템에서 일차 코일과 이차 코일을 정렬시키지 않으면, 전력 전송 효율은 급격히 저하된다.
예를 들면, 도 1에 도시한 바와 같이, 전기자동차가 그라운드에 설치되는 일차 코일(Tx coil)과 마그네틱 결합하는 이차 코일(Rx coil)을 구비할 때, 효율적인 무선 전력 전송을 위해 이차 코일은 일차 코일과 정렬되어야 한다. 그렇지 않은 경우, 예를 들면, 원형 고리 형태의 일차 코일(Tx coil)의 중심축을 따라 연장하는 제1 연장선과 원형 고리 형태의 이차 코일(Rx coil)의 중심축을 따라 연장하는 제2 연장선 사이의 간격(a)이 증가함에 따라 전력 전송 효율은 급격히 감소된다. 일차 코일과 이차 코일의 직경(diameter)은 300㎜이고 이들 사이의 거리(d)는 105㎜인 것으로 가정한다.
전술한 일차 코일과 이차 코일을 구비한 무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 효율은, 도 2에 도시한 바와 같이, 일차 코일(Tx coil)과 이차 코일(Rx coil)의 중심축들 간의 이격 간격(a)이 0에서 450㎜까지 50㎜씩 증가됨에 따라 S-파라미터(S21)에서 -2.5㏈에서 -22.5㏈까지 급격히 감소되는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 전기차 무선 전력 전송 시스템에 있어서, 송신 코일과 수신 코일의 정렬(alignment)은 무선 전력 전송 효율에 큰 영향을 미치므로 고효율 무선 전력 전송을 위하여 코일 정렬은 매주 중요한 요구조건이 된다. 따라서, 코일 정렬과 관련된 다양한 연구 개발이 진행되고 있다.
한편, 전기차의 무선 전력 전송 시스템에서는 주차 구역에 설치되는 송신 패드와 차량에 탑재되는 수신 패드 간에 무선 전력 전송을 수행하게 되며, 따라서 전기차 무선 전력 전송 시스템의 코일 정렬은 모바일 장치와 충전 패드 등에 비해 상당히 어려운 문제점이 있다. 이와 관련하여 보조 코일 등을 이용하여 기준치 이상의 최대 자기장 결합 계수를 나타내는 위치를 기준으로 코일 정렬을 수행하는 방안 등이 제시되고 있지만, 아직까지 전기차 무선 전력 전송 시스템에 적용할만한 효과적인 코일 정렬 방안이 많이 부족한 실정이다. 이처럼, 전기차 무선 전력 전송 시스템을 위한 새로운 코일 정렬 방안이 요구되고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 무선 전력 전송 시스템에서 우수한 성능과 효율을 얻을 수 있도록 차량 어셈블리 코일과 그라운드 어셈블리 코일을 효과적으로 정렬하는 코일 정렬 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 전기차 무선 전력 전송 시스템에 적용할 수 있는 새로운 코일 정렬 방법으로서, 광차단부와 십자 빔을 이용하는 코일 정렬 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 광차단부에 의해 순차적으로 차단되는 복수 빔들을 이용하는 전기차 무선 전력 전송 시스템의 코일 정렬 방법 및 이를 이용하는 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에서는, 차량 어셈블리 제어기에 결합하는 코일 정렬 장치에 의해 수행되는 코일 정렬 방법에 있어서, 무선 충전 주차 구역 내에서 차량에서 돌출되는 광차단부를 제1 방향으로 움직이는 단계-상기 광차단부는 차량에 탑재되고 차량 어셈블리 코일을 내장하는 차량측 무선 전력 전송 패드의 일면에서 상기 일면과 마주하는 그라운드를 향하여 돌출됨-; 그라운드 어셈블리 제어기로부터의 제1 정지신호에 응하여 광차단부의 이동을 멈추는 단계; 광차단부를 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 움직이는 단계; 및 그라운드 어셈블리 제어기로부터의 제2 정지신호에 응하여 광차단부의 이동을 멈추는 단계를 포함하는 코일 정렬 방법이 제공된다.
여기서, 상기 제1 방향으로 움직이는 단계 전에, 그라운드 어셈블리 제어기에 연결되는 그라운드측 코일 정렬 장치는, 그라운드 어셈블리 코일과 결합하는 제1 레이저가 제1 방향으로 제1 빔을 조사하도록 제1 레이저의 빔 조사 방향을 정렬할 수 있다.
여기서, 상기 제1 방향으로 움직이는 단계는 그라운드 어셈블리 제어기로부터의 제1 신호에 응하여 수행되며, 제1 신호는 무선 충전 주차 구역으로 차량이 진입할 때 생성될 수 있다.
여기서, 상기 제2 방향으로 움직이는 단계는 그라운드 어셈블리 제어기로부터의 제2 신호에 응하여 수행되며, 제2 신호는 광차단부가 진행하는 제1 방향에서의 오른쪽 직각 방향(제2R 방향)을 지시하는 신호(제2R 신호) 또는 제1 방향에서의 왼쪽 직각 방향(제2L 방향)을 지시하는 신호(제2L 신호)를 포함할 수 있다.
여기서, 제1 정지신호와 제2 신호는 그라운드 어셈블리 제어기로부터 코일 정렬 장치로 함께 또는 동시에 전송될 수 있다.
여기서, 코일 정렬 방법은, 상기 제1 방향으로 움직이는 단계 전에, 광차단부를 삽입 상태에서 돌출 상태로 전환하거나 접힌 상태에서 편 상태로 전환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 광차단부는 차량측 무선 전력 전송 패드 상에서 이동 가능하게 설치될 수 있다. 차량측 무선 전력 전송 패드는 차량에 고정된 구동부(actuator)에 연결되는 구동축 또는 구동암에 의해 3차원 공간에서 이동할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에서는, 그라운드 어셈블리 제어기에 결합하는 코일 정렬 장치에 의해 수행되는 코일 정렬 방법에 있어서, 무선 충전 주차 구역 내에 위치하는 그라운드 어셈블리 코일과 일정 간격 이격되어 각각 위치하는 제1 발광소자, 제1 수광소자, 제2 발광소자 및 제2 수광소자를 이용하여, 그라운드 어셈블리 코일 상에 제1 방향으로 연장하는 제1 빔 막대 및 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장하는 제2 빔 막대를 생성하는 단계; 그라운드 어셈블리 코일, 제1 발광소자, 제1 수광소자, 제2 발광소자 및 제2 수광소자를 구비한 그라운드측 무선 전력 전송 패드를 제1 방향으로 움직이는 단계; 차량의 하부에 돌출되는 광차단부에 의해 제2 빔 막대가 잘리는지 감지하는 단계; 제2 빔 막대가 잘려짐을 감지할 때, 그라운드측 무선 전력 전송 패드의 움직임을 정지하는 단계; 그라운드측 무선 전력 전송 패드를 제2 방향으로 움직이는 단계; 상기 광차단부에 의해 상기 제1 빔 막대가 잘리는지 감지하는 단계; 및 제1 빔 막대가 잘릴 때, 그라운드측 무선 전력 전송 패드의 움직임을 정지하는 단계를 포함하는, 코일 정렬 방법이 제공된다.
여기서, 코일 정렬 방법은, 상기 제1 방향으로 움직이는 단계 전에, 차량 상부 또는 하부에 대한 영상의 영상처리를 토대로 차량의 정면이 향하는 주차 방향이나 차량의 하부에 설치되는 차량측 무선 전력 전송 패드의 배열 방향을 추정하여 상기 제1 방향에 대응하도록 제1 빔 막대의 길이 방향 또는 연장 방향을 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 코일 정렬 방법은, 상기 생성하는 단계 전에, 무선 충전 주차 구역에 진입하는 차량을 감지하는 단계를 더 포함하며, 차량의 감지 신호는 제1 빔 막대의 생성을 트리거(trigger)하는데 이용될 수 있다.
여기서, 광차단부는 차량측 무선 전력 전송 패드의 일면의 정중앙 또는 일면의 임의의 위치에 설치될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에서는, 그라운드 어셈블리 제어기에 결합하는 코일 정렬 장치에 의해 수행되는 코일 정렬 방법에 있어서, 무선 충전 주차 구역에 위치하는 그라운드 어셈블리 코일과 일정 간격 이격되어 설치되는 제1 발광소자를 제어하여 제1 방향으로 제1 빔을 조사하는 단계; 그라운드 어셈블리 코일과 일정 간격 이격되어 설치되는 제2 발광소자를 제어하여 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 제2 빔을 조사하는 단계; 제1 빔을 감지하도록 설치된 제1 수광소자에 제1 빔이 감지되지 않을 때 무선 충전 주차 구역 내 차량의 차량 어셈블리 제어기로 제1 정지신호를 전송하는 단계; 및 제2 빔을 감지하도록 설치된 제2 수광소자에 상기 제2 빔이 감지되지 않을 때 차량 어셈블리 제어기로 제2 정지신호를 전송하는 단계를 포함하는, 코일 정렬 방법이 제공된다.
여기서, 코일 정렬 방법은, 상기 제1 빔을 조사하는 단계 전에, 차량에 대한 주차 영상 또는 무선 충전 주차 구역 내 차량의 주차 상태를 판독하는 영상 처리 정보를 토대로 제1 발광소자의 빔 조사 방향을 제1 방향으로 정렬하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 코일 정렬 방법, 상기 제1 빔을 조사하는 단계 전에, 차량에 대한 주차 영상 또는 무선 충전 주차 구역 내 차량의 주차 상태를 토대로 제1 발광소자의 빔 조사 방향이 제1 방향으로 정렬되도록 제1 발광소자, 제1 수광소자, 제2 발광소자, 제2 수광소자 및 그라운드 어셈블리 코일을 구비한 그라운드측 무선 전력 전송 패드를 계산된 정렬 각도만큼 회전시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에서는, 차량의 무선 전력 전송 장치에 결합하는 코일 정렬 장치로서, 차량이 진입하는 무선 충전 주차 구역에 설치되는 그라운드 어셈블리 코일과 결합하는 그라운드 어셈블리 제어기로부터의 신호를 판독하고 판독된 정보를 토대로 제어신호를 출력하는 구동제어부; 및 차량에서 그라운드를 향하여 돌출되는 광차단부 또는 광차단부가 물리적으로 결합하는 차량측 무선 전력 전송 패드를 움직이는 구동부를 포함하는, 코일 정렬 방법이 제공된다. 여기서, 구동제어부는 구동부를 제어하여 무선 충전 주차 구역 내에서 차량으로부터 돌출되는 광차단부를 제1 방향으로 움직이고, 그라운드 어셈블리 제어기로부터의 제1 정지신호에 응하여 광차단부의 이동을 멈춘 다음, 광차단부를 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 다시 움직이고, 그라운드 어셈블리 제어기로부터의 제2 정지신호에 응하여 광차단부의 이동을 멈추는, 코일 정렬 장치가 제공된다.
여기서, 코일 정렬 장치는, 그라운드 어셈블리 코일을 구비하는 그라운드측 무선 전력 전송 패드 상의 제1 빔 막대와, 제1 빔 막대와 직교하는 제2 빔 막대, 및 광차단부를 함께 촬영한 영상을 출력하는 카메라; 및 구동제어부가 광차단부를 제1 방향으로 움직이기 전에, 상기 영상을 처리하여 영상 내 교차 빔들의 기울기와 카메라의 상대적인 위치를 토대로 상기 제1 방향을 획득하는 영상처리부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 구동제어부는 제1 정지신호와 제2 방향 중 제1 방향의 진행 방향에서의 오른쪽 직각 방향 또는 왼쪽 직각 방향으로의 이동을 지시하는 제2 신호를 그라운드 어셈블리 제어기로부터 함께 또는 동시에 전달받을 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에서는, 그라운드측의 무선 전력 전송 장치에 결합하는 코일 정렬 장치로서, 무선 충전 주차 구역에 위치하는 그라운드 어셈블리 코일과 일정 간격 이격되어 각각 결합하는 제1 발광소자, 제1 수광소자, 제2 발광소자 및 제2 수광소자를 이용하여, 그라운드 어셈블리 코일 상에 제1 방향으로 연장하는 제1 빔 막대와 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장하는 제2 빔 막대를 생성하는 십자 빔 구동부; 무선 충전 주차 구역 내 차량의 하부에 돌출되는 광차단부에 의해 제2 빔 막대가 잘리는지를 감지하는 빔차단 감지부; 및 무선 충전 주차 구역의 차량 진입 신호에 따라 그라운드 어셈블리 코일, 제1 발광소자, 제1 수광소자, 제2 발광소자 및 제2 수광소자를 구비한 그라운드측 무선 전력 전송 패드를 제1 방향으로 움직이고, 빔차단 감지부의 1차 출력에 따라 그라운드측 무선 전력 전송 패드를 제2 방향으로 움직이며, 빔차단 감지부의 2차 출력에 따라 그라운드측 무선 전력 전송 패드의 움직임을 정지하는 패드이송부를 포함하는, 코일 정렬 장치가 제공된다.
여기서, 코일 정렬 장치는, 제1 발광소자 또는 그라운드측 무선 전력 전송 패드의 중심과 미리 정해진 상대적인 위치에 위치하며 상기 광차단부를 촬영하는 카메라; 및 카메라의 영상을 판독하는 영상처리장치에 연결되어, 제1 발광소자 또는 그라운드측 무선 전력 전송 패드의 중심으로부터 광차단부까지의 상대적인 위치 또는 방향을 획득하는 빔 방향 보정부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 빔 방향 보정부는 그라운드측 무선 전력 전송 패드를 회전시키기 위한 신호 또는 정보를 출력할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템에서의 코일 정렬 방법 및 이를 이용하는 장치를 채용하는 경우에는, 무선 전력 전송 시스템에서 고효율 무선 전력 전송을 위한 송수신 코일들의 정렬을 매우 효과적으로 신속하게 수행할 수 있는 장점이 있다.
또한, 외형 두께가 얇으면서 결합 성능이 우수한 송신 패드를 제공할 수 있고, 그에 의해 무선 전력 전송 시스템에서 무선 전력 전송 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 전기자동차에서 무선 전력 전송 코일들의 얼라인먼트를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 얼라인먼트의 오차에 따른 전력 전송 효율 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 코일 정렬(alignment) 방법을 채용할 수 있는 무선 전력 전송 시스템에 대한 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템에서의 코일 정렬 방법에 대한 흐름도이다.
도 5는 도 4의 코일 정렬 방법을 구현하기 위한 구조를 설명하기 위한 예시도이다.
도 6 내지 도 10은 도 4의 코일 정렬 방법의 작동 원리를 좀더 구체적으로 설명하기 위한 예시도들이다.
도 11은 도 4의 코일 정렬 방법을 이용하는 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 12는 도 11의 장치에 채용할 수 있는 광차단부의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템에서의 코일 정렬 방법에 대한 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템에서의 코일 정렬 방법에 대한 흐름도이다.
도 15는 도 14의 코일 정렬 방법을 이용하는 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이하에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
'제1, 제2, A, B' 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. '및/또는' 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
전자부품 또는 소자의 일단과 타단은 두 개의 단자들을 나타내는 것으로, 제1 단자 및 제2 단자로도 각각 언급될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결된다'거나 '접속된다'고 언급되는 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결된다'거나 '직접 접속된다'고 언급되는 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 아니하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, '포함한다', '가진다' 등과 관련된 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 오해의 소지가 없는 한 어떤 문자의 첨자가 다른 첨자를 가질 때, 표시의 편의를 위해 첨자의 다른 첨자는 첨자와 동일한 크기로 표시될 수 있다.
본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 포함한다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 명세서에 사용되는 일부 용어를 정의하면 다음과 같다.
전기차(Electric Vehicle, EV)는 49 CFR(code of federal regulations) 523.3 등에서 정의된 자동차(automobile)를 지칭할 수 있다. 전기차는 고속도로 이용 가능하고, 차량 외부의 전원공급원으로부터 재충전 가능한 배터리 등의 차량 탑재 에너지 저장 장치에서 공급되는 전기에 의해 구동될 수 있다. 전원공급원은 주거지나 공용 전기서비스 또는 차량 탑재 연료를 이용하는 발전기 등을 포함할 수 있다.
전기차(electric vehicle, EV)는 일렉트릭 카(electric car), 일렉트릭 오토모바일(electric automobile), ERV(electric road vehicle), PV(plug-in vehicle), xEV(plug-in vehicle) 등으로 지칭될 수 있고, xEV는 BEV(plug-in all-electric vehicle 또는 battery electric vehicle), PEV(plug-in electric vehicle), HEV(hybrid electric vehicle), HPEV(hybrid plug-in electric vehicle), PHEV(plug-in hybrid electric vehicle) 등으로 지칭되거나 구분될 수 있다.
플러그인 전기차(Plug-in Electric Vehicle, PEV)는 전력 그리드에 연결하여 량 탑재 일차 배터리를 재충전하는 전기차로 지칭될 수 있다.
플러그인 차량(Plug-in vehicle, PV)은 본 명세서에서 전기차 전력공급장치(electric vehicle supply equipment, EVSE)로부터 물리적인 플러그와 소켓을 사용하지 않고 무선 충전 방식을 통해 재충전 가능한 차량으로 지칭될 수 있다.
중량 자동차(Heavy duty vehicles; H.D. Vehicles)는 49 CFR 523.6 또는 CFR 37.3(bus)에서 정의된 네 개 이상의 바퀴를 가진 모든 차량을 지칭할 수 있다.
경량 플러그인 전기차(Light duty plug-in electric vehicle)는 주로 공공 거리, 도로 및 고속도로에서 사용하기 위한 재충전 가능한 배터리나 다른 에너지 장치의 전류가 공급되는 전기 모터에 의해 추진력을 얻는 3개 또는 4개 바퀴를 가진 차량을 지칭할 수 있다. 경량 플러그인 전기차는 총 중량이 4.545㎏보다 작게 규정될 수 있다.
무선 충전 시스템(Wireless power charging system, WCS)은 무선 전력 전송과 얼라인먼트 및 통신을 포함한 GA와 VA 간의 제어를 위한 시스템을 지칭할 수 있다.
무선 전력 전송(Wireless power transfer, WPT)은 유틸리티(Utility)나 그리드(Grid) 등의 교류 전원공급 네트워크에서 전기차로 무접촉 수단을 통해 전기적인 전력을 전송하는 것을 지칭할 수 있다.
유틸리티(Utility)는 전기적인 에너지를 제공하며 통상 고객 정보 시스템(Customer Information System, CIS), 양방향 검침 인프라(Advanced Metering Infrastructure, AMI), 요금과 수익(Rates and Revenue) 시스템 등을 포함하는 시스템들의 집합으로 지칭될 수 있다. 유틸리티는 가격표 또는 이산 이벤트(discrete events)를 통해 플러그인 전기차가 에너지를 이용할 수 있도록 한다. 또한, 유틸리티는 관세율, 계측 전력 소비에 대한 인터벌 및 플러그인 전기차에 대한 전기차 프로그램의 검증 등에 대한 정보를 제공할 수 있다.
스마트 충전(Smart charging)은 EVSE 및/또는 플러그인 전기차가 차량 충전율이나 방전율을 그리드 용량이나 사용 비용 비율의 시간을 최적화하기 위해 전력 그리드와 통신하는 시스템으로 설명할 수 있다.
자동 충전(Automatic charging)은 전력을 전송할 수 있는 1차측 충전기 어셈블리(primary charger assembly)에 대하여 적절한 위치에 차량의 놓고 인덕티브 충전하는 동작으로 정의될 수 있다. 자동 충전은 필요한 인증 및 권한을 얻은 후에 수행될 수 있다.
상호운용성(Interoperabilty)은 서로 상대적인 시스템의 성분들이 전체 시스템의 목적하는 동작을 수행하기 위해 함께 작동할 수 있는 상태를 지칭할 수 있다. 정보 상호운용성(Information interoperability)은 두 개 이상의 네트워크들, 시스템들, 디바이스들, 애플리케이션들 또는 성분들이 사용자가 거의 또는 전혀 불편함 없이 안전하고 효과적으로 정보를 공유하고 쉽게 사용할 수 있는 능력을 지칭할 수 있다.
유도 충전 시스템(Inductive charging system)은 두 파트가 느슨하게 결합된 트랜스포머를 통해 전기 공급 네트워크에서 전기차로 정방향에서 전자기적으로 에너지를 전송하는 시스템을 지칭할 수 있다. 본 실시예에서 유도 충전 시스템은 전기차 충전 시스템에 대응할 수 있다.
유도 커플러(Inductive coupler)는 GA 코일과 VA 코일로 형성되어 전력이 전기적인 절연을 통해 전력을 전송하는 트랜스포머를 지칭할 수 있다.
유도 결합(Inductive coupling)은 두 코일들 간의 자기 결합을 지칭할 수 있다. 두 코일은 그라운드 어셈블리 코일(Ground assembly coil)과 차량 어셈블리 코일(Vehicle assembly coil)을 지칭할 수 있다.
그라운드 어셈블리(Ground assembly, GA)는 GA 코일과 다른 적절한 부품을 포함하여 그라운드 또는 인프라스트럭처(infrastructure) 측에 배치되는 어셈블리를 지칭할 수 있다. 다른 적절한 부품은 임피던스와 공진주파수를 제어하기 위한 적어도 하나의 부품, 자기 경로(magnetic path)를 강화하기 위한 페라이트 및 전자기 차폐 재료를 포함할 수 있다. 예컨대, GA는 무선 충전 시스템의 전력 소스로서 기능하는 데 필요한 전력/주파수 변환 장치, GA 컨트롤러 및 그리드로부터의 배선과 각 유닛과 필터링 회로들, 하우징 등의 사이의 배선을 포함할 수 있다.
차량 어셈블리(Vehicle assembly, VA)는 VA 코일과 다른 적절한 부품을 포함하여 차량에 배치되는 어셈블리를 지칭할 수 있다. 다른 적절한 부품은 임피던스와 공진주파수를 제어하기 위한 적어도 하나의 부품, 자기 경로를 강화하기 위한 페라이트 및 전자기 차폐 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, VA는 무선 충전 시스템의 차량 부품으로서 기능하는 데 필요한 정류기/전력변환장치와 VA 컨트롤러 및 차량 배터리의 배선뿐 아니라 각 유닛과 필터링 회로들, 하우징 등의 사이의 배선을 포함할 수 있다.
전술한 GA는 프라이머리 디바이스(primary device, PD), 일차측 장치 등으로 지칭될 수 있고, 이와 유사하게 VA는 세컨더리 디바이스(secondary device, SD), 이차측 장치 등으로 지칭될 수 있다.
프라이머리 디바이스(Primary device)는 세컨더리 디바이스에 무접촉 결합을 제공하는 장치 즉, 전기차 외부의 장치일 수 있다. 프라이머리 디바이스는 일차측 장치로 지칭될 수 있다. 전기차가 전력을 받을 때, 프라이머리 디바이스는 전력을 전송하는 전원 소스로서 동작할 수 있다. 프라이머리 디바이스는 하우징과 모든 커버들을 포함할 수 있다.
세컨더리 디바이스(Secondary device)는 프라이머리 디바이스에 무접촉 결합을 제공하는 전기차 탑재 장치일 수 있다. 세컨더리 디바이스는 이차측 장치로 지칭될 수 있다. 전기차가 전력을 받을 때, 세컨더리 디바이스는 프라이머리 디바이스로부터의 전력을 전기차로 전달할 수 있다. 세컨더리 디바이스는 하우징과 모든 커버들을 포함할 수 있다.
그라운드 어셈블리 컨트롤러(GA controller)는 차량으로부터의 정보를 토대로 GA 코일에 대한 출력 전력 레벨을 조절하는 GA의 일부분일 수 있다.
차량 어셈블리 컨트롤러(VA controller)는 충전 동안 특정 차량용 파라미터를 모니터링하고 GA와의 통신을 개시하여 출력 전력 레벨을 제어하는 VA의 일부분일 수 있다.
전술한 GA 컨트롤러는 프라이머리 디바이스 통신제어기(Primary device communication controller, PDCC)로 지칭될 수 있고, VA 컨트롤러는 전기차 통신제어기(electric vehicle communication controller, VA 제어기)로 지칭될 수 있다.
마그네틱 갭(Magnetic gap)은 리츠선(litz wire)의 상부 또는 GA 코일의 마그네틱 재료의 상부의 가장 높은 평면과 상기 리츠선의 하부 또는 VA 코일의 마그네틱 재료의 가장 낮은 평면이 서로 정렬되었을 때 이들 사이의 수직 거리를 지칭할 수 있다.
주위 온도(Ambient temperature)는 직접적으로 햇빛이 비치지 않는 대상 서브시스템의 대기에서 측정된 그라운드 레벨 온도를 지칭할 수 있다.
차량 지상고(Vehicle ground clearance)는 도로 또는 도로포장과 차량 플로어 팬의 최하부 사이의 수직 거리를 지칭할 수 있다.
차량 마그네틱 지상고(Vehicle magnetic ground clearance)는 리츠선의 바닥 최하위 평면 또는 차량에 탑재된 VA 코일의 절연 재료와 도로포장 사이의 수직 거리를 지칭할 수 있다.
차량 어셈블리(VA) 코일 표면 간격(Vehicle assembly coil surface distance)은 리츠선의 바닥 최하부의 평면 또는 VA 코일의 마그네틱 재료와 VA 코일의 최하위 외부 표면 사이의 수직 거리를 지칭할 수 있다. 이러한 거리는 보호 커버재 및 코일 포장재로 포장된 추가 아이템을 포함할 수 있다.
전술한 VA 코일은 2차 코일(secondary coil), 차량 코일(vehicle coil), 수신 코일(receiver coil) 등으로 지칭될 수 있고, 이와 유사하게 그라운드 어셈블리 코일(ground assembly coil, GA coil)은 1차 코일(primary coil), 송신 코일(transmit coil) 등으로 지칭될 수 있다.
노출 도전 부품(Exposed conductive component)은 사람에 의해 접촉될 수 있고 평상시 전기가 흐르지 않지만 고장 시에 전기가 흐를 수 있는 전기적인 장치(예컨대, 전기차)의 도전성 부품을 지칭할 수 있다.
유해 라이브 요소(Hazardous live component)는 어떤 조건하에서 유해한 전기 쇼크를 줄 수 있는 라이브 구성요소를 지칭할 수 있다.
라이브 요소(Live component)는 기본적인 용도에서 전기적으로 활성화되는 모든 도체 또는 도전성 부품을 지칭할 수 있다.
직접 접촉(Direct contact)은 생물체인 사람의 접촉을 지칭할 수 있다.
간접 접촉(Indirect contact)은 절연 실패로 사람이 노출된, 도전된, 혹은 전기가 흐르는 활성 성분에 접촉하는 것을 지칭할 수 있다.
얼라인먼트(Alignment)는 규정된 효율적인 전력 전송을 위해 프라이머리 디바이스에 대한 세컨더리 디바이스의 상대적인 위치를 찾는 절차 및/또는 세컨더리 디바이스에 대한 프라이머리 디바이스의 상대적인 위치를 찾는 절차를 가리킬 수 있다. 본 명세서에서 얼라인먼트는 무선 전력 전송 시스템의 위치 정렬을 지칭할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
페어링(Pairing)은 전력을 전송할 수 있도록 배치된 단일 전용 그라운드 어셈블리(프라이머리 디바이스)와 차량(전기차)가 연관되는 절차를 지칭할 수 있다. 본 명세서에서 페어링은 충전 스팟 또는 특정 그라운드 어셈블리와 차량 어셈블리 제어기의 연관 절차를 포함할 수 있다. 연관(Correlation/Association)은 두 피어 통신 실체들 사이의 관계 성립 절차를 포함할 수 있다.
명령 및 제어 통신(Command and control communication)은 무선 전력 전송 프로세스의 시작, 제어 및 종료에 필요한 정보를 교환하는 전기차 전력공급장치와 전기차 사이의 통신을 지칭할 수 있다.
하이 레벨 통신(High level communication)은 명령 및 제어 통신에서 담당하는 정보를 초과하는 모든 정보를 처리할 수 있다. 하이 레벨 통신의 데이터 링크는 PLC(Power line communication)을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
저전력 기동(Low power excitation)은 정밀 포지셔닝과 페어링을 수행하기 위해 전기차가 프라이머리 디바이스를 감지하도록 그것을 활성화하는 것을 지칭할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 그 역도 가능하다.
SSID(Service set identifier)는 무선랜 상에서 전송되는 패킷의 헤더에 붙는 32-character로 이루어진 고유한 식별자이다. SSID는 무선 장비에서 접속하려고하는 BSS(basic service set)를 구분해준다. SSID는 기본적으로 여러 개의 무선랜을 서로 구별해준다. 따라서 특정한 무선랜을 사용하려는 모든 AP(access point)와 모든 단말(terminal)/스테이션(station) 장비들은 모두 같은 SSID를 사용할 수 있다. 유일한 SSID를 사용하지 않는 장비는 BSS에 조인하는 것이 불가능하다. SSID는 평문으로 그대로 보이기 때문에 네트워크에 어떠한 보안 특성도 제공하지 않을 수 있다.
ESSID(Extended service set identifier)는 접속하고자 하는 네트워크의 이름이다. SSID와 비슷하지만 보다 확장된 개념일 수 있다.
BSSID(Basic service set identifier)는 통상 48bits로 특정 BSS(basic service set)를 구분하기 위해 사용한다. 인프라스트럭쳐 BSS 네트워크의 경우, BSSID는 AP 장비의 MAC(medium access control)이 될 수 있다. 독립적인(independent) BSS나 애드훅(ad hoc) 네트워크의 경우, BSSID는 임의의 값으로 생성될 수 있다.
충전 스테이션(charging station)은 적어도 하나 이상의 그라운드 어셈블리와 적어도 하나 이상의 그라운드 어셈블리를 관리하는 적어도 하나 이상의 그라운드 어셈블리 제어기를 포함할 수 있다. 그라운드 어셈블리는 적어도 하나 이상의 무선통신기를 구비할 수 있다. 충전 스테이션은 가정, 사무실, 공공장소, 도로, 주차장 등에 설치되는 적어도 하나 이상의 그라운드 어셈블리를 구비한 장소를 지칭할 수 있다.
본 실시예에서 경부하(light load) 운전 또는 경부하 동작은 예를 들어, WPT 시스템에서 VA에 연결된 고전압 배터리의 충전 후반부에 배터리 충전을 위한 기설정된 정격 전압보다 낮은 충전 전압으로 고전압 배터리를 충전하는 동작을 포함할 수 있다. 또한, 경부하 동작은 가정용 충전기 등과 같은 저속 충전기를 사용하여 전기차의 고전압 배터리를 상대적으로 낮은 전압으로 저속 충전하는 경우를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 코일 정렬(alignment) 방법을 채용할 수 있는 무선 전력 전송 시스템에 대한 개략적인 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템(100)은 그라운드 어셈블리(ground assembly, GA, 110)와 차량 어셈블리(vehicle assembly, VA, 120)를 포함한다.
그라운드 어셈블리(110)는 그리드(grid)에 연결되는 역률 보정(power factor correction, PFC) 기능을 구비한 AC-DC 컨버터(172), DC-AC 인버터(174), 필터/IMN(filter/impedance matching network)(176) 및 GA 코일(150)을 구비할 수 있다. 또한, 그라운드 어셈블리(110)는 GA 컨트롤러(130)를 구비할 수 있다.
차량 어셈블리(120)는 GA 코일(150)과 마그네틱 결합 회로(magnetic coupled circuit)를 형성하는 VA 코일(160), RC(resonant circuit)/IMN(182), 정류기/필터(rectifier/filter, 184) 및 임피던스 변환기(impedance converter, 186)를 구비할 수 있다. 임피던스 변환기(186)는 차량의 고전압 배터리(190)와 연결될 수 있다. 또한, 차량 어셈블리(120)는 VA 컨트롤러(140)를 구비할 수 있다.
GA 컨트롤러(130)와 VA 컨트롤러(140)는 무선 통신 링크(wireless communication link)를 통해 서로 연결될 수 있다. 본 실시예에서, GA 컨트롤러(130), VA 컨트롤러(140), 또는 이들의 조합은 후술하는 코일 정렬 장치를 포함하거나 코일 정렬 장치와 결합하여 코일 정렬 장치를 지원할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템에서의 코일 정렬 방법에 대한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 코일 정렬 방법은, 차량 어셈블리 제어기에 결합하는 코일 정렬 장치에 의해 수행될 수 있다. 차량 어셈블리 제어기는 기본적으로 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 차량 어셈블리를 제어하기 위한 장치로서 통신 유닛을 통해 무선 전력 전송 시스템의 그라운드 어셈블리(GA) 제어기와 통신할 수 있다. 코일 정렬 장치는 차량 어셈블리(VA) 제어기에 결합될 수 있으며, 구현에 따라서 차량 어셈블리 제어기에 적어도 부분적으로 탑재되어 코일 정렬 기능을 수행하도록 구현될 수 있다. 또한, 코일 정렬 방법은 GA 또는 VA 제어기에 대응하는 마이크로프로세서나 전자제어장치(electronic control unit) 등과 같이 프로세서와 메모리를 구비하고 디지털 신호를 처리할 수 있는 컴퓨팅 장치에서 수행될 수 있다.
코일 정렬 방법을 좀더 구체적으로 설명하면, 먼저 코일 정렬 장치는, 무선 충전 주차 구역 내에서 차량에서 돌출되는 광차단부를 제1 방향으로 움직일 수 있다(S42). 광차단부는 차량에 탑재되고 차량 어셈블리 코일을 내장하는 차량측 무선 전력 전송 패드의 일면에서 일면과 마주하는 그라운드를 향하여 돌출되도록 설치될 수 있다.
또한, 제1 방향으로의 광차단부의 이동은 소정의 트리거 신호가 코일 정렬 장치에 입력될 때, 코일 정렬 장치가 트리거 신호에 응하여 코일 정렬 장치에 연결된 액추에이터를 작동시켜 광차단부의 이동을 제어할 수 있다. 액추에이터는 광차단부에 결합하거나, 광차단부가 설치된 차량측 무선 전력 전송 패드에 결합할 수 있다. 차량측 무선 전력 전송 패드는 수신 패드로 지칭될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 양방향 무선 전력 전송을 고려하는 경우에는 송수신 패드로서 지칭될 수 있다.
다음, 코일 정렬 장치는 그라운드 어셈블리(GA) 제어기로부터의 제1 정지신호에 응하여 광차단부의 이동을 멈출 수 있다(S43). 제1 정지신호는 제1 방향으로의 광차단부의 이동에 의해 GA 코일 상의 십자 빔 막대에서 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장하는 제2 빔 막대가 절단되는 경우에 GA 제어기나 GA 제어기에 연결된 빔차단 감지부에서 생성될 수 있다.
다음, 코일 정렬 장치는 광차단부를 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 움직일 수 있다(S44). 제2 방향으로의 광차단부의 이동은 제1 정지신호의 수신에 따라 제1 방향으로의 이동을 정지한 후 자동적으로 수행될 수 있다. 물론, 구현에 따라서 코일 정렬 장치는 GA 제어기나 GA 제어기에 연결된 그라운드측 코일 정렬 장치로부터 제1 방향으로의 이동 정지를 위한 제1 정지신호와 제2 방향으로의 이동을 위한 제2 신호를 함께 혹은 동시에 수신할 수 있다.
다음, 코일 정렬 장치는 GA 제어기로부터의 제2 정지신호에 응하여 광차단부의 이동을 멈출 수 있다(S45). 제2 정지신호는 제2 방향으로의 광차단부의 이동에 의해 GA 코일 상의 십자 빔 막대에서 제1 방향으로 연장하는 제1 빔 막대가 절단되는 경우에 GA 제어기나 GA 제어기에 연결된 빔차단 감지부에서 생성될 수 있다.
다음, 구현에 따라서, 코일 정렬 장치는 차량 어셈블리(VA) 제어기와의 연동이나 데이터 송수신을 통해 VA 코일에 유도되는
자기장 세기(magnetic field intensity, MFI)가 기준 세기(Reference) 이상 인지를 확인할 수 있다(S46). 정렬된 코일에서의 자기장 세기나 자기장 세기에 대응하는 전류 세기에 근거한 결합 계수가 기준 세기 혹은 기준 값보다 작은 경우, 코일 정렬 장치는 단계(S42)로 되돌아가 상기의 단계들(S42 내지 S45)을 반복 수행할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 코일 정렬 장치는, 구현에 따라서, 광차단부를 제1 방향으로 이동하기 전에, 광차단부를 정위치로 이동시킬 수 있다(S41). 광차단부의 정위치는 적절한 구성에 의해 광차단부가 정상 작동 위치에 있도록 광차단부의 상태가 삽입 상태에서 돌출 상태로 전환되거나, 접힌 상태에서 편 상태로 전환되는 것을 포함할 수 있다.
도 5는 도 4의 코일 정렬 방법을 구현하기 위한 구조를 설명하기 위한 예시도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 코일 정렬 방법을 구현하는 코일 정렬 장치는 차량 어셈블리 제어기에 결합하는 차량측 코일 정렬 장치 및 그라운드 어셈블리 제어기에 결합하는 그라운드측 코일 정렬 장치 중 적어도 어느 하나로 구현될 수 있다.
차량측 코일 정렬 장치는 광차단부(162)를 구비하고, 광차단부(162)는 차량 어셈블리(VA) 코일(160) 부근에 배치될 수 있다. 광차단부(162)는 VA 코일(160)을 구비하는 차량측 무선 전력 전송 패드(이하, 간략히, 이차 패드라고 함)(163)에 결합할 수 있다. 광차단부(162)는 VA 코일(160)의 물리적인 구조의 중심(예컨대, 무게 중심)이나 특정 자기장 세기와 형태 내에서 대칭중심점 혹은 대칭중심축 상에 배치될 수 있다.
이차 패드(도 5의 참조부호 163)는 VA 코일(160), 페라이트(ferrite), 외부 케이스(outer case) 등을 구비할 수 있다.
도 5에서 VA 코일(160)은 점선 원안의 빗금 친 형태로 도시되어 있으나, 이는 그라운드측 무선 전력 전송 패드(155)와의 구분을 위해 도시의 편의상 이용된 것으로, 실제로 VA 코일(160)은 무선 전력 전송 시스템의 전력 송신측과 수신측 또는 전력 공급측과 수요측 사이의 유도 커플러(inductive coupler)이다. VA 코일은 기존의 원형(circular), 사각 비극성형(square non-polarized), 솔레노이드 극성형(solenoid polarized), DD 극성형(double D ploarized), 멀티코일 DDQ(DD quadrature), 멀티코일 바이폴라(Multi-coil bipolar) 등의 다양한 토폴로지들 중 하나로 설계될 수 있다. 이차 패드(163)는, VA 코일(160)과 자성체 및 이들을 지지하는 지지체 또는 외부 케이스를 구비할 수 있다. 이차 패드(163)는 지지체 또는 외부 케이스에 결합하는 광차단부(162)를 구비할 수 있다. 여기서, 극성은 패드의 방향에 따라 플럭스(flux)의 형상이 결정되거나 변경되는 특성을 지칭할 수 있다.
그라운드측 코일 정렬 장치는 일차 패드(155)에 결합하는 제1 발광소자(151), 제1 수광소자(152), 제2 발광소자(153) 및 제2 수광소자(154)를 구비할 수 있다. 제1 발광소자(151), 제1 수광소자(152), 제2 발광소자(153) 및 제2 수광소자(154)는 그라운드 어셈블리(GA) 코일(150) 주위에 배치될 수 있다.
일차 패드(155)는 GA 코일(150), 페라이트, 외부 케이스 등을 포함하며, 외부 케이스에는 제1 발광소자(151), 제1 수광소자(152), 제2 발광소자(153) 및 제2 수광소자(154)가 고정적으로 배치될 수 있다. 일차 패드(155)는 GA 코일(150)에 연결되는 제1 배선과, 제1 및 제2 발광소자들(151, 153)에 연결되는 제2 배선과, 제1 및 제2 수광소자들(152, 154)에 연결되는 제3 배선을 구비할 수 있다.
제1 발광소자(151)는 직진성 광(이하, 빔)을 출력하고 제1 수광소자(152)는 빔을 받거나 감지한다. 이러한 구성에 의해 제1 발광소자(151)와 제1 수광소자(152)는 이들 사이에 제1 빔 막대를 생성할 수 있다. 제1 빔 막대는 GA 코일(150)의 일면 또는 패드 자기 표면(pad magnetic surface) 위를 가로질러 연장하도록 형성될 수 있다.
제2 발광소자(153)는 직진성 광(이하, 빔)을 출력하고 제2 수광소자(154)는 빔을 받거나 감지한다. 이러한 구성에 의해 제2 발광소자(152)와 제2 수광소자(154)는 이들 사이에 제2 빔 막대를 생성할 수 있다. 제2 빔 막대는 제1 빔 막대와 직교하며 GA 코일(150)의 일면 또는 일차 패드 자기 표면(primary pad magnetic surface) 위를 가로질러 연장하도록 형성될 수 있다. 제2 빔 막대는 제1 빔 막대와 함께 GA 코일(150) 상의 십자 빔 형태를 형성할 수 있다. 십자 빔 형태의 교차점은 VA 코일(160) 상의 광차단부(162)의 설치 위치에 따라 GA 코일(150)의 중심부나 중심점(CTX) 상에 위치하는 것이 바람직하다.
제1 발광소자(151)와 제2 발광소자(153)는 그라운드측 코일 정렬 장치 또는 십자 빔 구동부의 스위치(도 15의 참조부호 311 참조) 제어에 의해 턴온되거나 턴오프될 수 있다. 전술한 제1 발광소자(151)와 제2 발광소자(153)는 레이저(light amplification by stimulated emission of radiation, LASER) 장치나 이와 유사하게 직진성 빔을 생성할 수 있는 수단이나 이러한 수단에 상응하는 기능을 수행하는 구성부 혹은 장치로 구현될 수 있다.
제1 수광소자(152)와 제2 수광소자(154)는 빔의 수신 혹은 도착 여부에 대한 신호 혹은 정보를 그라운드측 코일 정렬 장치나 빔차단 감지부에 전달할 수 있다. 전술한 제1 수광소자(152)와 제2 수광소자(154)는 레이저 감시 센서, 광전 소자 또는 이와 유사하게 광이나 빔을 감지할 수 있는 수단 혹은 이러한 수단에 상응하는 기능을 수행하는 구성부 또는 장치로 구현될 수 있다.
전술한 직진성 빔은 기본적으로 눈에 보이는 파장을 구비하는 것이 바람직하나, 본 발명은 이에 한정되지는 않고, 구현에 따라서 눈에 보이지 않는 적외선이나 자외선 대역의 파장을 구비할 수 있다.
한편, 전술한 실시예에서는 광차단부(162)의 배치를 VA 코일(160)의 중심부에 배치하는 것으로 설명하고 있지만, 본 발명은 그러한 구성으로 한정되지는 않는다. 본 발명에 따른 코일 정렬 장치에서는 광차단부(162)가 VA 코일(160)의 일측 가장자리에 배치되는 경우, 이러한 위치에 대응하도록 십자 빔 형태의 교차점을 GA 코일(150)의 일측 자장자리에 배치하는 것을 포함할 수 있다. 그 경우, 광차단부(162)가 제1 빔 막대와 제2 빔 막대를 동시에 차단하는 최종적인 위치도 상기의 일측 가장자리에 대응할 수 있다.
도 6 내지 도 10은 도 4의 코일 정렬 방법의 작동 원리를 좀더 구체적으로 설명하기 위한 예시도들이다.
먼저, 도 6을 참조하면, 무선 충전 주차 구역(parking area, PA)에는 VA 코일(160)을 탑재한 차량(도 1 참조)을 감지하기 위한 센서(12)가 설치된다. 즉 센서(12)는 차량 진입을 감지하기 위해 대기할 수 있다(S61). 센서(12)는 차량 진입 감지 센서로서 지칭될 수 있으며, 주차 구역(PA)의 바닥면, 천장면, 천장 측 구조물 등에 설치될 수 있다. 센서(12)는 적외선 센서, 초음파 센서, 중력 센서, 접촉 센서, 광센서 등을 사용하여 구현될 수 있다.
또한, 주차 구역(PA)에는 VA 코일(150)과 VA 코일 주변에 배열되는 두 개의 발광소자들(151, 153)과 두 개의 수광소자들(152, 154)을 포함할 수 있다. 즉, 제1 발광소자(151)와 제1 수광소자(152)는 VA 코일(150) 상부를 제1 방향으로 가로질려 연장하는 제1 빔 막대를 생성하도록 배치될 수 있고, 제2 발광소자(153)와 제2 수광소자(154)는 VA 코일(150) 상부를 제2 방향으로 가로질려 연장하는 제2 빔 막대를 생성하도록 배치될 수 있다. 제1 방향과 제2 방향은 서로 직교하는 방향이며, 제1 빔 막대와 제2 빔 막대는 교차하여 서로 만날 수도 있고 서로 교차하지만 서로 이격되어 만나지 않을 수도 있다. 3차원 직교 좌표계에서, 제1 방향은 x-방향에, 제2 방향은 y-방향에 각각 대응할 수 있다.
다음, 도 7을 참조하면, 센서(12)가 주차 구역(PA)에 진입하는 차량을 감지하면, 차량 진입 감지 신호(이하, 제1 신호)가 센서(12)로부터 그라운드측 코일 정렬 장치나 코일 정렬 장치에 연결되는 GA 제어기로 전달될 수 있다(S62). 코일 정렬 장치는 제1 신호에 응하여 제1 발광소자(151)와 제2 발광소자(153)는 발광 동작을 제어할 수 있다. 즉, 제1 신호에 응하여 제1 및 제2 발광소자들(151, 153)은 서로 직교하는 직진성 광들을 생성하고, 제1 및 제2 수광소자들(152, 154)은 각 직진성 광을 검출하도록 동작할 수 있다.
또한, 구현에 따라서, 광차단부(162)가 제1 방향으로 움직이는 동작의 시작은, 그라운드측 코일 정렬 장치나 이 장치에 연결되는 GA 제어기로부터의 제1 신호에 응하여 VA 제어기 또는 VA 제어기에 연결되는 차량측 코일 정렬 장치에 의해 수행될 수 있다.
다음, 도 8을 참조하면, 광차단부(162)는 제1 방향 또는 포지티브 x-방향으로 이동할 수 있다(S63). 광차단부(162)의 이동은 광차단부(162)가 직접 이동하거나 상대적으로 일차 패드가 네거티브 x-방향으로 이동하는 것으로 대체될 수 있다. 여기서, 광차단부(162)의 직접 이동은 광차단부(162)가 설치된 이차 패드를 차량에 결합된 이송수단이나 액추에이터에 의해 구현될 수 있다. 일차 패드의 이동은 일차 패드에 결합된 이송수단이나 액추에이터에 의해 구현될 수 있다.
다음, 도 9를 참조하면, 광차단부(162)의 제1 방향으로의 이동에 의해 제2 방향으로 연장하는 제2 빔 막대가 절단될 수 있다(S64). 제2 빔 막대의 절단은 제2 수광소자(154)에 제2 빔이 도달하지 않거나 감지되지 않는 경우를 지칭할 수 있다. 제2 빔 막대가 절단되면, 그라운드측 코일 정렬 장치나 이에 연결되는 GA 제어기는 VA 제어기나 VA 제어기에 연결되는 차량측 코일 정렬 장치로 제1 정지신호를 전송할 수 있다. 제1 정지신호는 광차단부(162)의 제1 방향으로의 이동을 멈추기 위한 것이다.
또한, 차량측 코일 정렬 장치는 광차단부(162)의 제1 방향으로의 이동이 멈춘 다음, 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 광차단부(162)를 움직일 수 있다.
구현에 따라서, 제2 방향으로 광차단부(162)의 이동은, GA 제어기로부터의 제2 신호에 응하여 수행될 수 있다. 제2 신호는 광차단부(162)가 진행하는 제1 방향에서의 오른쪽 직각 방향(제2R 방향)을 지시하는 신호(제2R 신호) 또는 제1 방향에서의 왼쪽 직각 방향(제2L 방향)을 지시하는 신호(제2L 신호)를 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 정지신호와 제2 신호는 GA 제어기로부터 VA 제어기나 차량측 코일 정렬 장치로 함께 또는 동시에 전송될 수 있다.
또한, 차량측 코일 정렬 장치는 제1 방향을 기준으로 제1 방향의 오른쪽 직각 방향(제2R 방향)과 왼쪽 직각 방향(제2L 방향) 중 어느 하나를 제2 방향으로 선택할 수 있는데, 이러한 선택은 제1 방향의 결정이나 보정시에 함께 수행되어 미리 저장될 수 있다. 일례로, 차량의 주차 구역에 주차된 차량과 주차 구역의 오른쪽 라인과의 제1 거리 및/또는 제1 면적과 차량과 주차 구역의 왼쪽 라인과의 제2 거리 및/또는 제2 면적을 비교하여 큰 쪽을 제2 방향으로 결정할 수 있다.
또한, 구현에 따라서 제1 거리 및/또는 제1 면적과, 제2 거리 및/또는 제2 면적과의 차이가 오차 범위 이내인 경우, 차량측 코일 정렬 장치는 제2R 방향으로 일정 거리만큼 먼저 이동한 후 제1 빔 막대를 절단하는 것이 감지되지 않을 때 제2L 방향으로 미리 정해진 거리만큼 이동하도록 설정될 수 있다.
다음, 도 10을 참조하면, 광차단부(162)의 제2 방향으로의 이동에 의해 제1 방향으로 연장하는 제1 빔 막대가 절단될 수 있다(S65). 제1 빔 막대의 절단은 제1 수광소자(152)에 제1 빔이 도달하지 않거나 감지되지 않는 경우를 지칭할 수 있다. 제1 빔 막대와 제2 빔 막대가 함께 절단되면, 그라운드측 코일 정렬 장치나 이에 연결되는 GA 제어기는 VA 제어기나 VA 제어기에 연결되는 차량측 코일 정렬 장치로 제2 정지신호를 전송할 수 있다. 제2 정지신호는 광차단부(162)의 제2 방향으로의 이동을 멈추기 위한 것이다.
전술한 실시예에 의하면, 제1 빔 막대와 제2 빔 막대를 동시에 절단하는 위치에서 GA 코일(150)과 VA 코일(160)을 효과적으로 정렬(alignment)할 수 있다.
한편, 본 실시예에서, 광차단부(162)를 제1 방향으로 움직일 때, 제1 방향을 결정하거나 보정할 수 있다. 일례로, 코일 정렬 장치는, 기본적인 제1 방향을 차량의 정면으로 설정한 상태에서 차량의 주차 상태에 따라 제1 방향으로 보정할 수 있다. 여기서, 차량의 주차 상태는 주차 구역 내 차량과 차량의 측면 주차 라인과 이루는 각도(주차 각도)를 포함할 수 있다. 전술한 경우, 코일 정렬 장치는 주차 각도에 따라 정면 주차된 차량의 정면 방향을 기준으로 이차 패드의 배열 각도를 주차 각도만큼 반대 방향으로 회전시키도록 구현될 수 있다.
또한, 구현에 따라서, GA 제어기에 연결되는 그라운드측 코일 정렬 장치는, VA 제어기로부터의 주차 각도에 대한 신호나 정보를 제공받고, 상기의 신호나 정보에 따라 일차 패드를 차량 정면 방향 기준으로 주차 각도만큼 동일한 방향으로 회전시키도록 구현될 수 있다. 이 경우, GA 코일과 외부 케이스를 통해 단일체로 결합하는 제1 레이저가 보정된 제1 방향으로 제1 빔을 조사하도록 제1 레이저의 빔 조사 방향을 정렬할 수 있다.
또 한편, 전술한 실시예에서는 제1 발광소자와 제1 수광소자(152) 사이에 기본적으로 하나의 빔을 생성하는 것을 설명하였지만, 본 발명은 그러한 구성으로 한정되지 않고, 제1 발광소자와 제1 수광소자(152) 사이에 복수의 빔들을 생성하는 것을 포함할 수 있다. 이 경우, 복수의 빔들은 제1 발광소자와 제1 수광소자(152) 사이에서 차량측에서 그라운드를 향하여 볼 때, 수평 방향으로 서로 일정 간격 이격되거나 수직 방향으로 서로 일정 간격 이격되거나, 수평 및 수직 방향으로 서로 일정 간격 이격되도록 구현될 수 있다. 이 경우, 빔 막대의 단면은 단일 직진성 광의 단면이 아니라 복수의 직진성 빔들의 단면들을 서로 연결한 구조로 지칭될 수 있다. 또한, 전술한 경우, 광차단부는 제1 방향으로 연장하는 빔들 중 어느 하나 또는 둘 이상을 차단하고, 제2 방향으로 연장하는 빔들 중 어느 하나 또는 둘 이상을 차단한 위치에서 코일 정렬이 완료되도록 사용될 수 있다.
또 한편으로, 전술한 실시예에서는 빔 차단을 효과적으로 감지하기 위해 수광소자를 사용하였지만, 본 발명은 그러한 구성으로 한정되지 않는다. 본 발명의 제1 수광소자 및 제2 수광소자 중 적어도 어느 하나는, 광차단부가 제1 발광소자나 제2 발광소자의 빔을 차단하는 것을 감지할 수 있는 수단이나 구성부로 대체될 수 있다. 예를 들면, 본 발명은 제1 수광소자나 제2 수광소자가 위치한 영역을 지나는 빔 또는 광에 직접 접촉하지 않고 그것의 열, 색상 등을 통해 빔 또는 광을 감지할 수 있는 센서를 이용하여 제1 빔 막대의 차단이나 제2 빔 막대의 차단을 감지하도록 구현될 수 있다.
도 11은 도 4의 코일 정렬 방법을 이용하는 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
본 실시예에 따른 코일 정렬 방법을 이용하는 장치(이하, 코일 정렬 장치)는, 차량측 코일 정렬 장치로 구현되거나, 그라운드측 코일 정렬 장치로 구현되거나 그라운드측 코일 정렬 장치와 차량측 코일 정렬 장치의 조합으로 구현될 수 있다. 본 실시예에서는 차량측 코일 정렬 장치를 중심으로 설명한다.
도 11을 참조하면, 코일 정렬 장치는 차량 어셈블리(vehicle assembly, VA) 또는 VA 제어기(140)와 결합할 수 있다. 차량 어셈블리는 VA 제어기(140), VA 코일(160) 및 전력 변환 장치(180)를 포함할 수 있다. VA 제어기(140)는 통신 유닛(142)을 통해 그라운드 어셈블리(ground assembly, GA) 제어기와 연결되어 정지신호 등을 수신할 수 있다. VA 코일(160)은 이차 패드(163)에 구비될 수 있으며, 이차 패드(163)에는 광차단부(162)가 배치될 수 있다. 그리고, 전력 변환 장치(180)는 RC(resonant circuit)/IMN(도 3의 참조부호 182 참조), 정류기/필터(rectifier/filter) 및 임피던스 변환기(impedance converter)를 포함하고, 차량에 탑재된 배터리(190)에 연결될 수 있다.
본 실시예의 코일 정렬 장치는 광차단부(162)를 능동적으로 움직이기 위한 수단 및/또는 구성부를 구비할 수 있다.
일례로, 코일 정렬 장치는 구동부(11)와 구동제어부(12)를 구비할 수 있다. 구동부(11)는 차량에서 그라운드를 향하여 돌출되는 광차단부 또는 광차단부가 물리적으로 결합하는 차량측 무선 전력 전송 패드(이차 패드)를 움직일 수 있다. 구동부(11)는 액추에이터를 포함할 수 있다. 액추에이터는 구동제어부(12)에서 출력되는 신호에 따라 전기, 압축공기, 유압 등의 에너지원을 이용하여 동작하는 장치를 포함하며, 직선 운동이나 회전 운동하도록 설치될 수 있다. 이러한 직선 및/또는 회전 운동을 위해, 구동부(12)에는 구동암(21, 22, 23, 24)과 구동축(23, 26, 27) 등이 구비될 수 있다. 또한, 구동암은 접이식 안테나 폴대와 유사하게 그 길이가 신축가능하게 연장되거나 축소되도록 설치될 수 있다.
이러한 구동부(11)의 구성에 의하면, 광차단부(162)는 일부 구동암(21, 22)과 구동축(23)에 의해 이차 패드(163) 상의 레일(28)이나 가이드 요철부를 따라 이차 패드(163) 상에서 이동할 수 있다. 또한, 이차 패드(163)는 일부 구동암(24, 25)과 구동축(26, 27)에 의해 2차원 평면이나 3차원 공간상에서 이동할 수 있다. 여기서, 구동축은 회전축이나 관절부로 지칭될 수 있고, 구동축(27)은 구현에 따라서 힌지부로 대체될 수 있다.
구동제어부(12)는 차량이 진입하는 무선 충전 주차 구역에 설치된 GA 코일과 결합하는 GA 제어기로부터의 신호를 판독하고 판독된 정보를 토대로 제어신호를 출력하여 구동부(11)를 제어할 수 있다. 구동제어부(12)는 제1 정지신호와 함께 또는 동시에 상기의 제2 방향 중 제1 방향의 진행 방향에서의 오른쪽 직각 방향 또는 왼쪽 직각 방향으로의 이동을 지시하는 제2 신호를 GA 제어기로부터 전달받을 수 있다.
즉, 구동제어부(12)는 구동부(11)를 제어하여 무선 충전 주차 구역 내에서 차량으로부터 돌출되는 광차단부(162)를 제1 방향으로 움직이고, GA 제어기로부터의 제1 정지신호에 응하여 광차단부(162)의 이동을 멈춘 다음, 광차단부(162)를 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 다시 움직이고, GA 제어기로부터의 제2 정지신호에 응하여 광차단부(162)의 이동을 멈출 수 있다.
이러한 구동제어부(12)는 복수의 스위칭 소자들을 포함하고, 입력되는 신호에 따라 구동부(11) 내의 복수의 액추에이터들 중 적어도 일부가 동작하도록 구현될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 구동제어부(12)는 구동부(11)에 연결되는 광차단부(162) 및/또는 이차 패드(163)를 선택적으로 2차원 평면이나 3차원 공간상에서 이동시킬 수 있다.
또한, 본 실시예의 코일 정렬 장치는 카메라(13)와 영상처리부(14)를 구비할 수 있다. 카메라(13)는 GA 코일 상에 생성되는 십자 빔을 촬영할 수 있다. 또한, 카메라(13)는 GA 코일을 구비하는 그라운드측 무선 전력 전송 패드(일차 패드) 상의 제1 빔 막대와, 제1 빔 막대와 직교하는 제2 빔 막대, 및 광차단부를 함께 촬영한 영상을 출력할 수 있다.
영상처리부(14)는 카메라(13)의 영상을 판독하여 광차단부(162)가 움직이고자 하는 제1 방향과 십자 빔의 배열 관계를 추정하거나 결정할 수 있다. 또한, 영상처리부(14)는 구동제어부(12)가 광차단부(162)를 제1 방향으로 움직이기 전에, 카메라(13)의 영상을 처리하여 영상 내 교차 빔들의 기울기와 카메라(13)의 상대적인 위치를 토대로 제1 방향을 획득할 수 있다. 이러한 영상 처리 기술은 이미 잘 알려져 있으므로 그에 대한 상세 설명은 생략한다.
전술한 코일 정렬 장치의 일부 구성부(11, 12, 14)는 하우징(15) 내에 수용되어 차량 하부측에 부착될 수 있다.
본 실시예의 코일 정렬 장치에 의하면, GA 코일과 관련하여 미리 정해진 위치에 생성되는 십자 빔을 광차단부를 제1 방향과 제2 방향으로 순차적으로 움직여 차단하도록 하여 GA 코일에 대한 VA 코일을 효과적으로 정렬할 수 있다. 이때, 제1 방향은 카메라의 영상을 토대로 결정되거나 보정될 수 있다. 다만, 제1 방향의 결정이나 보정은 그러한 구성으로 한정되지는 않는다.
도 12는 도 11의 장치에 채용할 수 있는 광차단부의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 코일 정렬 장치의 광차단부(162)는 차량에 탑재되는 이차 패드(163)에 적어도 부분적으로 삽입된 상태로 결합하고, 차량이 무선 충전 주차 구역에 진입한 후에 차량에서 외측으로 일정 길이 이상 돌출하도록 설치될 수 있다.
일례로, 도 12의 (a)에 도시한 바와 같이, 광차단부(162)는 평상시에 이차 패드(163)의 중심부에 부분적으로 삽입된 상태로 배치되다가, 차량이 무선 충전 주차 구역에 진입하거나 소정의 신호가 광차단부(162)에 결합된 구동부에 전달됨에 따라서 구동부에 의해 미리 정해진 길이만큼 돌출하도록 배치될 수 있다.
또 다른 예로서, 도 12의 (b)에 도시한 바와 같이, 광차단부(162)는 평상시 이차 패드(163)의 중심부에 힌지 결합된 상태로 전체가 숨겨진 상태에서 삽입되었다가, 차량이 무선 충전 주차 구역에 진입하거나 소정의 신호가 광차단부(162)에 결합된 구동부에 전달됨에 따라서 구동부에 의해 회전하여 미리 정해진 길이만큼 돌출하도록 배치될 수 있다.
이러한 광차단부의 구성에 의하면, 코일 정렬 방법은, 차량이 무선 충전 주차 구역에 진입하고 광차단부를 삽입 상태에서 돌출 상태로 전환하거나 접힌 상태에서 편 상태로 전환한 후 광차단부를 제1 방향으로 움직이도록 구현될 수 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템에서의 코일 정렬 방법에 대한 흐름도이다.
도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 코일 정렬 방법은, 그라운드 어셈블리(GA) 제어기에 결합하는 코일 정렬 장치에 의해 수행될 수 있다. 코일 정렬 장치는 GA 제어기와는 별도의 장치로 구현되거나 적어도 일부의 기능부 혹은 구성부가 GA 제어기에 포함되도록 구현될 수 있다.
먼저, 코일 정렬 장치는 무선 충전 주차 구역에 진입하는 차량을 감지한다(S131). 차량 감지는 무선 충전 주차 구역에 배치된 적외선 센서로부터 전달되는 차량 진입 감지 신호에 의해 구현될 수 있고, 이러한 차량의 감지 신호는 제1 빔 막대의 생성을 트리거(trigger)하는데 이용될 수 있다.
다음, 코일 정렬 장치는, 무선 충전 주차 구역 내에 위치하는 GA 코일과 일정 간격 이격되어 각각 위치하는 제1 발광소자, 제1 수광소자, 제2 발광소자 및 제2 수광소자를 이용하여, GA 코일 상에 제1 방향으로 연장하는 제1 빔 막대 및 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장하는 제2 빔 막대를 생성한다(S132).
다음, 코일 정렬 장치는, GA 코일, 제1 발광소자, 제1 수광소자, 제2 발광소자 및 제2 수광소자를 구비한 그라운드측 무선 전력 전송 패드(WPT 패드)를 제1 방향으로 움직일 수 있다(S133).
한편, 코일 정렬 장치는, 제1 방향으로 그라운드측 WPT 패드를 이동시키기 전에, 차량 상부 또는 하부에 대한 영상 처리를 토대로 차량의 정면이 향하는 주차 방향이나 차량의 하부에 설치되는 차량측 무선 전력 전송 패드의 배열 방향을 추정하여 제1 방향에 대응하도록 제1 빔 막대의 길이 방향 또는 연장 방향을 조정할 수 있다.
다음, 코일 정렬 장치는 차량의 하부에 돌출되는 광차단부에 의해 제1 방향으로 직교하는 제2 방향으로 연장하도록 배치된 제2 빔 막대가 잘리는지 감지하거나 판단할 수 있다(S134). 제2 빔 막대가 절단되지 않은 것으로 판단되면, 코일 정렬 장치는 WPT 패드의 제1 방향으로의 이동 중에 주기적으로 제2 빔 막대가 절단되는지 판단할 수 있다.
제2 빔 막대가 절단된 것으로 판단되면, 코일 정렬 장치는 그라운드측 무선 전력 전송 패드의 이동을 정지한다(S135). 한편, 그라운드측 WPT 패드의 이동을 정지시킨 후 제2 빔 막대가 절단되지 않은 것이 감지되면, 코일 정렬 장치는 제1 방향의 180도 반대방향의 제1 방향으로 이전의 이동 속도보다 느린 속도로 광차단부를 이동시키고 제2 빔 막대가 절단될 때, 광차단부의 움직임을 정지시키도록 작동할 수 있다.
다음, 코일 정렬 장치는 광차단부가 제2 빔 막대를 절단하고 있는 상태에서 그라운드측 WPT 패드를 제2 방향으로 움직인다(S136). 제2 방향은 제1 방향에 대한 오른쪽 또는 왼쪽 직각 방향으로서, WPT 패드가 제1 방향으로 움직이기 전이나 제1 방향으로 움직이는 동안에 차량의 주차 상태나 주차 구역 측면 라인들와 차량 사이의 거리들이나 면적들의 비교에 따라 미리 결정되고 그에 따른 관련 신호나 메시지가 코일 정렬 장치에 제공될 수 있다.
다음, 코일 정렬 장치는 광차단부에 의해 제1 빔 막대가 잘리는지 감지한다(S137). 제1 빔 막대가 절단되지 않으면, 코일 정렬 장치는 주기적으로 혹은 반복적으로 제1 빔 막대의 절단 여부를 판단할 수 있다(S137).
다음, 제1 빔 막대가 잘릴 때, 즉 제1 빔 막대와 함께 제2 빔 막대가 함께 절단된 상태일 때, 코일 정렬 장치는 그라운드측 WPT 패드의 이동을 정지시킬 수 있다(S138).
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템에서의 코일 정렬 방법에 대한 흐름도이다.
도 14를 참조하면, 본 실시예에 따른 코일 정렬 방법은 그라운드 어셈블리(GA) 제어기에 결합하는 또 다른 양태의 코일 정렬 장치에 의해 수행될 수 있다.
먼저, 코일 정렬 장치는 무선 충전 주차 구역에 위치하는 GA 코일과 일정 간격 이격되어 설치되는 제1 발광소자를 제어하여 제1 방향으로 제1 빔을 조사한다(S141).
다음, 코일 정렬 장치는 그라운드 어셈블리 코일과 일정 간격 이격되어 설치되는 제2 발광소자를 제어하여 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 제2 빔을 조사한다(S142).
한편, 제1 빔과 제2 빔 중 적어도 하나 또는 모두를 조사하는 단계 전 또는 후에, 코일 정렬 장치는 제1 빔의 조사 방향이나 제1 빔을 조사하는 제1 발광소자의 조사 방향을 정렬할 수 있다(S143).
일례로, 코일 정렬 장치는, 제1 빔의 조사 방향을 정렬하기 위해, 차량에 대한 주차 영상 또는 무선 충전 주차 구역 내 차량의 주차 상태를 판독하는 영상 처리 정보를 토대로 제1 발광소자의 빔 조사 방향을 제1 방향으로 정렬할 수 있다.
또한, 구현에 따라서, 코일 정렬 장치는, 차량에 대한 주차 영상 또는 무선 충전 주차 구역 내 차량의 주차 상태를 토대로 제1 발광소자의 빔 조사 방향이 제1 방향으로 정렬되도록 제1 발광소자, 제1 수광소자, 제2 발광소자, 제2 수광소자, 및 그라운드 어셈블리 코일을 구비한 그라운드측 무선 전력 전송 패드(일차 패드)를 영상 판독 등에 의해 계산된 정렬 각도만큼 회전시킬 수 있다.
다음, 코일 정렬 장치는 제1 빔을 감지하도록 설치된 제1 수광소자에 제1 빔이 감지되지 않을 때 무선 충전 주차 구역 내 차량의 차량 어셈블리(VA) 제어기로 제1 정지신호를 전송한다(S144 및 S145).
다음, 코일 정렬 장치는 제2 빔을 감지하도록 설치된 제2 수광소자에 제2 빔이 감지되지 않을 때 VA 제어기로 제2 정지신호를 전송할 수 있다(S146 및 S147).
본 실시예에 의하면, 차량의 광차단부가 GA 코일 상의 가로 빔과 세로 빔 중 어느 하나를 먼저 절단하고 이어서 두 빔 모두를 절단하도록 그라운드측 WPT 패드를 이동시킴으로써 GA 코일과 VA 코일을 효과적으로 정렬할 수 있다.
도 15는 도 14의 코일 정렬 방법을 이용하는 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 15를 참조하면, 본 실시예에 따른 코일 정렬 방법을 이용하는 장치(코일 정렬 장치)는, 그라운드 어셈블리(GA) 제어기(130), GA 코일(150) 및 전력 변환 장치(170)를 포함할 수 있다. GA 제어기(130)는 통신 유닛(132)을 통해 차량 어셈블리(vehicle assembly, VA) 제어기와 연결되어 정지신호 등의 신호 및/또는 데이터를 송수신할 수 있다. GA 코일(150)은 일차 패드(155)에 구비될 수 있으며, 일차 패드(155)에는 제1 발광소자(151), 제1 수광소자(152), 제2 발광소자(153) 및 제2 수광소자(154)가 배치될 수 있다. 그리고, 전력 변환 장치(170)는 역률 보정(power factor correction, PFC) 기능을 구비한 AC-DC 컨버터(도 3의 참조부호 172 참조), DC-AC 인버터, 필터/IMN(filter/impedance matching network) 등을 포함하고, 상용 전원 등을 포함하는 그리드(grid)에 연결될 수 있다.
또한, 본 실시예의 코일 정렬 장치는 일차 패드(155)를 능동적으로 움직이고 일차 패드(155) 상의 십자 빔을 생성하고 십자 빔의 절단을 감지하기 위한 수단 및/또는 구성부를 구비할 수 있다.
즉, 코일 정렬 장치는 십자 빔 구동부(31), 빔차단 감지부(32), 빔방향 보정부(33), 패드이송 제어부(34), 패드이송부(35)를 포함할 수 있다. 또한, 구현에 따라서 코일 정렬 장치는 카메라(37)를 더 포함하고, 카메라(37)의 영상을 처리하는 외부의 영상처리장치와 연결될 수 있다.
십자 빔 구동부(31)는 무선 충전 주차 구역에 위치하는 GA 코일(150)과 일정 간격 이격되어 각각 결합하는 제1 발광소자(151), 제1 수광소자(152), 제2 발광소자(153) 및 제2 수광소자(154)를 이용하여, GA 코일 상에 제1 방향으로 연장하는 제1 빔 막대와 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장하는 제2 빔 막대를 생성한다. 십자 빔 구동부(31)는 제1 및 제2 발광소자들(151, 153)의 동작을 제어하기 위해 전력 변환 장치(170)와 제1 및 제2 발광소자들(151, 153)를 연결하는 배선(173)상에 설치되어 배선으로 전달되는 전력을 차단하는 스위치(311)의 동작을 제어할 수 있다. 상기 배선(173)과는 별도로 전력 변환 장치(170)는 다른 배선(171)을 통해 GA 코일(150)에 전력을 공급할 수 있다.
빔차단 감지부(32)는 무선 충전 주차 구역 내 차량의 하부에 돌출되는 광차단부에 의해 제2 빔 막대가 잘리는지를 감지하고, 제1 빔 막대가 잘리는지를 모니터링할 수 있다. 빔차단 감지부(32)는 빔 막대의 절단 여부를 판단하기 위해 제1 및 제2 수광소자들(152, 154)로부터의 감지 신호(D1, D2)를 수신할 수 있다. 이러한 빔차단 감지부(32)는 아날로그 디지털 컨버터(ADC)나 ADC에 결합되는 신호 레벨 비교부로 구현될 수 있다.
빔방향 보정부(33)는 차량의 주차 상태나 차량에 대한 주차 영상을 토대로 빔 방향 또는 빔 조사 방향을 보정할 수 있다. 일례로, 빔방향 보정부(33)는 카메라(37)의 영상을 판독하는 영상처리장치(차량에 설치된 영상처리장치를 포함할 수 있음)에 연결되어, 제1 발광소자(151) 또는 그라운드측 무선 전력 전송 패드(일차 패드, 155)의 중심으로부터 광차단부까지의 상대적인 위치 또는 방향을 획득하도록 구현될 수 있다. 그리고, 빔방향 보정부(33)는 그라운드측 무선 전력 전송 패드(155)를 회전시키기 위한 신호 또는 정보를 패드이송 제어부(34)나 GA 제어기(130)로 출력할 수 있다.
패드이송 제어부(34)는 빔방향 보정을 위한 입력 신호나 일차 패드(155) 이송을 위한 입력 신호에 응하여 패드이송부(35)를 제어하기 위한 신호(S1, S2)를 출력한다. 또한, 패드이송부(35)는 무선 충전 주차 구역에 대한 차량 진입 신호에 따라 GA 코일(150), 제1 발광소자(151), 제1 수광소자(152), 제2 발광소자(153) 및 제2 수광소자(154)를 구비한 일차 패드(155)를 제1 방향으로 움직이고, 빔차단 감지부(32)의 1차 출력에 따라 그리고 그에 따른 패드이송 제어부(34)의 제1 제어신호(S1)에 따라 일차 패드(155)를 제2 방향으로 움직이며, 빔차단 감지부(32)의 2차 출력에 따라 그리고 그에 따른 패드이송 제어부(34)의 제2 제어신호(S2)에 따라 일차 패드(155)의 움직임을 정지할 수 있다.
또한, 패드이송부(35)는 십자 빔을 생성하기 전이나 십자 빔을 생성한 후에 패드이송 제어부(34)나 GA 제어기(130)의 빔방향 보정 신호(S0)를 토대로 십자 빔중 하나의 빔의 연장 방향을 조정하거나 정렬하기 위해 일차 패드(155)를 회전시킬 수 있다. 이를 위해, 패드이송부(35)는 구동암(352) 및 구동암(352)와 이차 패드(155)를 회전가능하게 결합하는 회전구동유닛(353)을 구비할 수 있다. 또한, 패드이송부(35)는 일차 패드(155)의 이동하도록 일방향으로 연장하는 레일(351)을 더 구비할 수 있다.
카메라(37)는 제1 발광소자(151) 또는 일차 패드(155)의 중심과 미리 정해진 상대적인 위치에 위치할 수 있다. 또한, 무선 충전 주차 구역 내 차량에 탑재되는 광차단부를 미리 정해진 카메라 각도에서 촬영할 수 있다. 카메라(37)에서 촬영한 이미지 데이터(image data, ID)는 차량에 탑재된 영상처리장치(미도시)에 전달되고, 영상처리장치에서 판독된 정보(result for processing image data, IDPR)는 빔방향 보정부(33)로 전달될 수 있다.
한편, 전술한 실시예에서는 광차단부가 GA 코일에 대하여 제1 방향으로 움직이기 시작할 때 또는 GA 코일이 광차단부에 대하여 제1 방향으로 움직이기 시작할 때, 카메라의 영상을 판독하여 미리 제1 방향을 추정하거나 결정하는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 그러한 구성으로 한정되지 않고, 차량이나 차량 어셈블리 혹은 이차 패드와, 일차 패드 혹은 그라운드 어셈블리 간의 배치 감지 수단에 의해 구현될 수 있다. 이 경우, 배치 감지 수단은 그라운드측 코일 정렬 장치의 카메라 대신에 레이저 스캐너를 배치하고, 레이저 스캐너가 미리 정해진 각도로 차량 하부를 스캔하고 스캔을 통해 차량 하부에 미리 고정된 식별자를 인식하여 제1 방향에 대한 보정값을 얻은 방식으로 구현될 수 있다. 여기서, 고정된 식별자는 미리 정해진 형태의 입체돌기 구조나 입체돌기 배열을 포함할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 차량 어셈블리 제어기에 결합하는 코일 정렬 장치에 의해 수행되는 코일 정렬 방법에 있어서,
    무선 충전 주차 구역 내에서 차량에서 돌출되는 광차단부를 제1 방향으로 움직이는 단계-상기 광차단부는 상기 차량에 탑재되고 차량 어셈블리 코일을 내장하는 차량측 무선 전력 전송 패드의 일면에서 상기 일면과 마주하는 그라운드를 향하여 돌출됨-;
    상기 그라운드 어셈블리 제어기로부터의 제1 정지신호에 응하여 상기 광차단부의 이동을 멈추는 단계; 및
    상기 광차단부를 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 움직이는 단계; 및
    상기 그라운드 어셈블리 제어기로부터의 제2 정지신호에 응하여 상기 광차단부의 이동을 멈추는 단계를 포함하는, 코일 정렬 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 방향으로 움직이는 단계 전에, 상기 그라운드 어셈블리 제어기에 연결되는 그라운드측 코일 정렬 장치는, 상기 그라운드 어셈블리 코일과 결합하는 제1 레이저가 상기 제1 방향으로 제1 빔을 조사하도록 상기 제1 레이저의 빔 조사 방향을 정렬하는, 코일 정렬 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 방향으로 움직이는 단계는 상기 그라운드 어셈블리 제어기로부터의 제1 신호에 응하여 수행되며, 상기 제1 신호는 상기 무선 충전 주차 구역으로 차량이 진입할 때 생성되는, 코일 정렬 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 방향으로 움직이는 단계는 상기 그라운드 어셈블리 제어기로부터의 제2 신호에 응하여 수행되며, 상기 제2 신호는 상기 광차단부가 진행하는 상기 제1 방향에서의 오른쪽 직각 방향에 대응하는 제2R 방향을 지시하는 제2R 신호 또는 상기 제1 방향에서의 왼쪽 직각 방향에 대응하는 제2L 방향을 지시하는 제2L 신호를 포함하는, 코일 정렬 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 정지신호와 상기 제2 신호는 상기 그라운드 어셈블리 제어기로부터 상기 코일 정렬 장치로 함께 또는 동시에 전송되는, 코일 정렬 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 방향으로 움직이는 단계 전에, 상기 광차단부를 삽입 상태에서 돌출 상태로 전환하거나 접힌 상태에서 편 상태로 전환하는 단계를 더 포함하는, 코일 정렬 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 광차단부는 상기 차량측 무선 전력 전송 패드 상에서 이동 가능하게 설치되고, 상기 차량측 무선 전력 전송 패드는 상기 차량에 고정된 구동기에 연결되는 구동축 또는 구동암에 의해 3차원 공간에서 이동하는, 코일 정렬 방법.
  8. 그라운드 어셈블리 제어기에 결합하는 코일 정렬 장치에 의해 수행되는 코일 정렬 방법에 있어서,
    무선 충전 주차 구역 내에 위치하는 그라운드 어셈블리 코일과 일정 간격 이격되어 각각 위치하는 제1 발광소자, 제1 수광소자, 제2 발광소자 및 제2 수광소자를 이용하여, 상기 그라운드 어셈블리 코일 상에 제1 방향으로 연장하는 제1 빔 막대 및 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장하는 제2 빔 막대를 생성하는 단계;
    상기 그라운드 어셈블리 코일, 상기 제1 발광소자, 상기 제1 수광소자, 상기 제2 발광소자 및 상기 제2 수광소자를 구비한 그라운드측 무선 전력 전송 패드를 상기 제1 방향으로 움직이는 단계;
    상기 차량의 하부에 돌출되는 광차단부에 의해 상기 제2 빔 막대가 잘리는지 감지하는 단계;
    상기 제2 빔 막대가 잘릴 때, 상기 그라운드측 무선 전력 전송 패드의 움직임을 정지하는 단계;
    상기 그라운드측 무선 전력 전송 패드를 상기 제2 방향으로 움직이는 단계;
    상기 광차단부에 의해 상기 제1 빔 막대가 잘리는지 감지하는 단계; 및
    상기 제1 빔 막대가 잘릴 때, 상기 그라운드측 무선 전력 전송 패드의 움직임을 정지하는 단계를 포함하는, 코일 정렬 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 방향으로 움직이는 단계 전에, 상기 차량 상부 또는 하부에 대한 영상의 영상처리를 토대로 상기 차량의 정면이 향하는 주차 방향이나 상기 차량의 하부에 설치되는 차량측 무선 전력 전송 패드의 배열 방향을 추정하여 상기 제1 방향에 대응하도록 상기 제1 빔 막대의 길이 방향 또는 연장 방향을 조정하는 단계를 더 포함하는, 코일 정렬 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 생성하는 단계 전에, 상기 무선 충전 주차 구역에 진입하는 차량을 감지하는 단계를 더 포함하며, 상기 차량의 감지 신호는 상기 제1 빔 막대의 생성을 트리거하는, 코일 정렬 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 광차단부는 상기 차량측 무선 전력 전송 패드의 일면의 정중앙 또는 임의의 위치에 설치되는, 코일 정렬 방법.
  12. 그라운드 어셈블리 제어기에 결합하는 코일 정렬 장치에 의해 수행되는 코일 정렬 방법에 있어서,
    무선 충전 주차 구역에 위치하는 그라운드 어셈블리 코일과 일정 간격 이격되어 설치되는 제1 발광소자를 제어하여 제1 방향으로 제1 빔을 조사하는 단계;
    상기 그라운드 어셈블리 코일과 일정 간격 이격되어 설치되는 제2 발광소자를 제어하여 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 제2 빔을 조사하는 단계;
    상기 제1 빔을 감지하도록 설치된 제1 수광소자에 상기 제1 빔이 감지되지 않을 때 상기 무선 충전 주차 구역 내 차량의 차량 어셈블리 제어기로 제1 정지신호를 전송하는 단계; 및
    상기 제2 빔을 감지하도록 설치된 제2 수광소자에 상기 제2 빔이 감지되지 않을 때 상기 차량 어셈블리 제어기로 제2 정지신호를 전송하는 단계를 포함하는, 코일 정렬 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 빔을 조사하는 단계 전에, 상기 차량에 대한 주차 영상 또는 상기 무선 충전 주차 구역 내 상기 차량의 주차 상태를 판독하는 영상 처리 정보를 토대로 상기 제1 발광소자의 빔 조사 방향을 상기 제1 방향으로 정렬하는 단계를 더 포함하는, 코일 정렬 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 빔을 조사하는 단계 전에, 상기 차량에 대한 주차 영상 또는 상기 무선 충전 주차 구역 내 상기 차량의 주차 상태를 토대로 상기 제1 발광소자의 빔 조사 방향이 상기 제1 방향으로 정렬되도록 상기 제1 발광소자, 상기 제1 수광소자, 상기 제2 발광소자, 상기 제2 수광소자, 및 상기 그라운드 어셈블리 코일을 구비한 그라운드측 무선 전력 전송 패드를 계산된 정렬 각도만큼 회전시키는 단계를 더 포함하는, 코일 정렬 방법.
  15. 차량의 무선 전력 전송 장치에 결합하는 코일 정렬 장치로서,
    상기 차량이 진입하는 무선 충전 주차 구역에 설치되는 그라운드 어셈블리 코일과 결합하는 그라운드 어셈블리 제어기로부터의 신호를 판독하고 판독된 정보를 토대로 제어신호를 출력하는 구동제어부; 및
    상기 차량에서 그라운드를 향하여 돌출되는 광차단부 또는 상기 광차단부가 물리적으로 결합하는 차량측 무선 전력 전송 패드를 움직이는 구동부를 포함하고,
    상기 구동제어부는 상기 구동부를 제어하여 상기 무선 충전 주차 구역 내에서 차량으로부터 돌출되는 광차단부를 제1 방향으로 움직이고, 상기 그라운드 어셈블리 제어기로부터의 제1 정지신호에 응하여 상기 광차단부의 이동을 멈춘 다음, 상기 광차단부를 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 다시 움직이고, 상기 그라운드 어셈블리 제어기로부터의 제2 정지신호에 응하여 상기 광차단부의 이동을 멈추는, 코일 정렬 장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 그라운드 어셈블리 코일을 구비하는 그라운드측 무선 전력 전송 패드 상의 제1 빔 막대와, 상기 제1 빔 막대와 직교하는 상기 제2 빔 막대, 및 상기 광차단부를 함께 촬영한 영상을 출력하는 카메라; 및
    상기 구동제어부가 상기 광차단부를 제1 방향으로 움직이기 전에, 상기 영상을 처리하여 상기 영상 내 교차 빔들의 기울기와 상기 카메라의 상대적인 위치를 토대로 상기 제1 방향을 획득하는 영상처리부를 더 포함하는, 코일 정렬 장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 구동제어부는 상기 제1 정지신호와 상기 제2 방향 중 상기 제1 방향의 진행 방향에서의 오른쪽 직각 방향 또는 왼쪽 직각 방향으로의 이동을 지시하는 제2 신호를 상기 그라운드 어셈블리 제어기로부터 함께 또는 동시에 전달받는, 코일 정렬 방법.
  18. 그라운드측의 무선 전력 전송 장치에 결합하는 코일 정렬 장치로서,
    무선 충전 주차 구역에 위치하는 그라운드 어셈블리 코일과 일정 간격 이격되어 각각 결합하는 제1 발광소자, 제1 수광소자, 제2 발광소자 및 제2 수광소자를 이용하여, 상기 그라운드 어셈블리 코일 상에 제1 방향으로 연장하는 제1 빔 막대와 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장하는 제2 빔 막대를 생성하는 십자 빔 구동부;
    상기 무선 충전 주차 구역 내 차량의 하부에 돌출되는 광차단부에 의해 상기 제2 빔 막대가 잘리는지를 감지하는 빔차단 감지부; 및
    상기 무선 충전 주차 구역에 대한 차량 진입 신호에 따라 상기 그라운드 어셈블리 코일, 상기 제1 발광소자, 상기 제1 수광소자, 상기 제2 발광소자 및 상기 제2 수광소자를 구비한 그라운드측 무선 전력 전송 패드를 상기 제1 방향으로 움직이고, 상기 빔차단 감지부의 1차 출력에 따라 상기 그라운드측 무선 전력 전송 패드를 상기 제2 방향으로 움직이며, 상기 빔차단 감지부의 2차 출력에 따라 상기 그라운드측 무선 전력 전송 패드의 움직임을 정지하는 패드이송부를 포함하는,
    코일 정렬 장치.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 제1 발광소자 또는 상기 그라운드측 무선 전력 전송 패드의 중심과 미리 정해진 상대적인 위치에 위치하며 상기 광차단부를 촬영하는 카메라; 및
    상기 카메라의 영상을 판독하는 영상처리장치에 연결되어, 상기 제1 발광소자 또는 상기 그라운드측 무선 전력 전송 패드의 중심으로부터 상기 광차단부까지의 상대적인 위치 또는 방향을 획득하는 빔방향 보정부를 더 포함하는, 코일 정렬 장치.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 빔방향 보정부는 상기 그라운드측 무선 전력 전송 패드를 회전시키기 위한 신호 또는 정보를 출력하는, 코일 정렬 장치.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109159681A (zh) * 2018-09-13 2019-01-08 克斯福佑株式会社 一种电动汽车用高效率无线充电装置及方法
US11161426B2 (en) 2018-11-07 2021-11-02 Hyundai Motor Company System and method for inspecting wireless charging of electric vehicle
KR20210146849A (ko) 2021-11-17 2021-12-06 충북대학교 산학협력단 이동체 무선충전을 위한 코일 정렬 제어 방법 및 장치
EP4184753A1 (en) 2021-11-17 2023-05-24 Chungbuk National University Industry-Academic Cooperation Foundation Coil alignment control method and apparatus for the wireless charging of vehicles

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT518326B1 (de) * 2016-03-25 2017-12-15 Ing Hermann Stockinger Dipl Kontaktierungssystem zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen einem Fahrzeug und einer Energieversorgung
US10399449B2 (en) * 2016-08-08 2019-09-03 Hyundai Motor Company Wireless charging control apparatus and method for optimal charging by adjusting the inclination of the electric vehicle being charged
US10622846B2 (en) * 2017-02-17 2020-04-14 Hyundai Motor Company Method and apparatus for position alignment using low-frequency antennas in wireless power transfer system
US11031818B2 (en) * 2017-06-29 2021-06-08 Witricity Corporation Protection and control of wireless power systems
US10850634B2 (en) * 2017-10-20 2020-12-01 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Multi-turn configurable grid charging coil
US10336204B2 (en) * 2017-10-23 2019-07-02 Hyundai Motor Company Automatic lateral alignment for wireless charging systems
JP7036222B2 (ja) * 2018-10-05 2022-03-15 株式会社Ihi 位置ずれ検出装置およびコイル装置
US11214163B2 (en) * 2018-12-04 2022-01-04 Cisco Technology, Inc. Coil association in multisite stationary wireless power transfer (WPT) and (quasi-)dynamic WPT deployments
CN109435717A (zh) * 2018-12-17 2019-03-08 北华大学 一种电动汽车无线充电定位系统
CN111505402B (zh) * 2019-01-31 2022-08-23 致茂电子(苏州)有限公司 车辆用无线充电模块的检测设备及其检测方法
CN113904466B (zh) * 2021-08-25 2023-08-01 中国人民解放军海军工程大学 一种船舶无线充电系统谐振线圈自对准控制方法及装置
US20230347757A1 (en) * 2022-04-27 2023-11-02 Wireless Advanced Vehicle Electrification, Llc System and method for field adjustment in wireless charging pads

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012157167A (ja) * 2011-01-26 2012-08-16 Denso Corp 車載電源装置、路側電源装置、路車間電力伝送システム
KR101298223B1 (ko) * 2012-06-01 2013-08-22 김현민 전기자동차용 무선충전 시스템 및 그충전방법
KR20140022867A (ko) * 2011-04-13 2014-02-25 퀄컴 인코포레이티드 전기 차량들의 무선 충전을 위한 안테나 정렬 및 차량 안내
JP2015027130A (ja) * 2013-07-24 2015-02-05 株式会社豊田自動織機 非接触電力伝送装置、送電機器及び受電機器

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0788211B1 (en) * 1996-01-30 2002-08-28 Sumitomo Wiring Systems, Ltd. A connection system and a connection method
US7880337B2 (en) * 2006-10-25 2011-02-01 Laszlo Farkas High power wireless resonant energy transfer system
US9391671B2 (en) * 2011-05-06 2016-07-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Wireless power transmission and charging system and method thereof
US20130037339A1 (en) * 2011-08-12 2013-02-14 Delphi Technologies, Inc. Parking assist for a vehicle equipped with for wireless vehicle charging
KR102042685B1 (ko) * 2013-03-14 2019-11-11 삼성전자주식회사 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치
WO2016093535A1 (ko) * 2014-12-10 2016-06-16 엘지전자 주식회사 차량 디스플레이 장치 및 이를 구비한 차량
US9586494B2 (en) * 2015-06-05 2017-03-07 Nissan North America, Inc. Alignment method for a vehicle wireless charging structure

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012157167A (ja) * 2011-01-26 2012-08-16 Denso Corp 車載電源装置、路側電源装置、路車間電力伝送システム
KR20140022867A (ko) * 2011-04-13 2014-02-25 퀄컴 인코포레이티드 전기 차량들의 무선 충전을 위한 안테나 정렬 및 차량 안내
KR101298223B1 (ko) * 2012-06-01 2013-08-22 김현민 전기자동차용 무선충전 시스템 및 그충전방법
JP2015027130A (ja) * 2013-07-24 2015-02-05 株式会社豊田自動織機 非接触電力伝送装置、送電機器及び受電機器

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109159681A (zh) * 2018-09-13 2019-01-08 克斯福佑株式会社 一种电动汽车用高效率无线充电装置及方法
US11161426B2 (en) 2018-11-07 2021-11-02 Hyundai Motor Company System and method for inspecting wireless charging of electric vehicle
KR20210146849A (ko) 2021-11-17 2021-12-06 충북대학교 산학협력단 이동체 무선충전을 위한 코일 정렬 제어 방법 및 장치
EP4184753A1 (en) 2021-11-17 2023-05-24 Chungbuk National University Industry-Academic Cooperation Foundation Coil alignment control method and apparatus for the wireless charging of vehicles
KR20230072408A (ko) 2021-11-17 2023-05-24 충북대학교 산학협력단 이동체 무선충전을 위한 코일 정렬 제어 방법 및 장치

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