KR20190010048A

KR20190010048A - 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템

Info

Publication number: KR20190010048A
Application number: KR1020170092206A
Authority: KR
Inventors: 은상기; 김철호
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2017-07-20
Filing date: 2017-07-20
Publication date: 2019-01-30
Also published as: WO2019017611A1

Abstract

본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 특히, 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템에 관한 것이다.
일 실시예에 따른 무선 충전 방법은 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신기의 무선 충전 방법에 있어서, 상기 무선 전력 송신기의 구동부로 입력되는 입력전류를 측정하는 단계; 상기 입력전류의 변화를 통하여 상기 무선 전력 수신기의 충전 상태를 판단하는 단계; 및 상기 충전 상태에 기반하여 충전을 제어하는 단계를 포함하고, 상기 충전 상태는 제1 충전 상태, 제2 충전 상태, 제3 충전 상태 및 제4 충전 상태를 포함하고, 상기 제2 충전 상태는 상기 입력전류가 제1 레벨 감소하는 상태이고, 상기 제3 충전 상태는 상기 입력전류가 제2 레벨 감소하는 상태이고, 상기 제4 충전 상태는 상기 입력전류가 제3 레벨 감소하는 상태일 수 있다.

Description

무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템{Wireless Charging Method and Apparatus and System therefor}

본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 특히, 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템에 관한 것이다.

휴대폰, 노트북과 같은 휴대용 단말은 전력을 저장하는 배터리와 배터리의 충전 및 방전을 위한 회로를 포함한다. 이러한 단말의 배터리가 충전되려면, 외부의 충전기로부터 전력을 공급받아야 한다.

일반적으로 배터리에 전력을 충전시키기 위한 충전장치와 배터리 간의 전기적 연결방식의 일 예로, 상용전원을 공급받아 배터리에 대응하는 전압 및 전류로 변환하여 해당 배터리의 단자를 통해 배터리로 전기에너지를 공급하는 단자공급방식을 들 수 있다. 이러한 단자공급방식은 물리적인 케이블(cable) 또는 전선의 사용이 동반된다. 따라서 단자공급방식의 장비들을 많이 취급하는 경우, 많은 케이블들이 상당한 작업 공간을 차지하고 정리가 곤란하며 외관상으로도 좋지 않다. 또한 단자공급방식은 단자들간의 서로 다른 전위차로 인한 순간방전현상, 이물질에 의한 소손 및 화재 발생, 자연방전, 배터리의 수명 및 성능 저하 등의 문제점을 야기할 수 있다.

최근 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 무선으로 전력을 전송하는 방식을 이용한 충전시스템(이하 "무선 충전 시스템"이라 칭함.)과 제어방법들이 제시되고 있다. 또한, 무선 충전 시스템이 과거에는 일부 휴대용 단말에 기본 장착되지 않고 소비자가 별도 무선 충전 수신기 액세서리를 별도로 구매해야 했기에 무선 충전 시스템에 대한 수요가 낮았으나 무선 충전 사용자가 급격히 늘어날 것으로 예상되며 향후 단말 제조사에서도 무선충전 기능을 기본 탑재할 것으로 예상된다.

일반적으로 무선 충전 시스템은 무선 전력 전송 방식으로 전기에너지를 공급하는 무선 전력 송신기와 무선 전력 송신기로부터 공급되는 전기에너지를 수신하여 배터리를 충전하는 무선 전력 수신기로 구성된다.

이러한 무선 충전 시스템은 적어도 하나의 무선 전력 전송 방식(예를 들어, 전자기 유도 방식, 전자기 공진 방식, RF 무선 전력 전송 방식 등)에 의해 전력을 전송할 수 있다.

일 예로, 무선 전력 전송 방식은 전력 송신기 코일에서 자기장을 발생시켜 그 자기장의 영향으로 수신기 코일에서 전기가 유도되는 전자기 유도 원리를 이용하여 충전하는 전자기 유도 방식에 기반한 다양한 무선 전력 전송 표준이 사용될 수 있다. 여기서, 전자기 유도 방식의 무선 전력 전송 표준은 WPC(Wireless Power Consortium) 및 Air Fuel Alliance(구 PMA, Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.

다른 일 예로, 무선 전력 전송 방식은 무선 전력 송신기의 송신 코일에 의해 발생되는 자기장을 특정 공진 주파수에 동조하여 근거리에 위치한 무선 전력 수신기에 전력을 전송하는 전자기 공진(Electromagnetic Resonance) 방식이 이용될 수도 있다. 여기서, 전자기 공진 방식은 무선 충전 기술 표준 기구인 Air Fuel Alliance(구 A4WP, Alliance for Wireless Power) 표준 기구에서 정의된 공진 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.

또 다른 일 예로, 무선 전력 전송 방식은 RF 신호에 저전력의 에너지를 실어 원거리에 위치한 무선 전력 수신기로 전력을 전송하는 RF 무선 전력 전송 방식이 이용될 수도 있다.

한편, 다양한 기기에 무선 충전 기능이 탑재되고, 무선 충전에 요구되는 전력의 세기가 증가됨에 따라, 무선 전력 수신기는 높은 세기의 입력 신호에 의해 발열, 전자파 방출이 증가하였다. 발열로 인하여 온도가 증가하면, 무선 전력 수신기는 무선 전력 수신 성능 저하 또는 내부 시스템 손상 등의 문제가 발생할 수 있다. 또한, 무선 전력 수신기는 부하가 배터리인 경우 충전 상태가 완충에 가까움에도 높은 세기의 입력 신호를 수신하면 부하가 손상되는 문제가 발생할 수 있다. 이에, 무선 전력 수신기는 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따라 무선 전력 송신기에 요청하여 전력 전송을 제어하고 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기는 배터리 온도가 일정 온도 이상이 되면 배터리의 보호를 위해 무선 전력 송신기의 전력 전송량을 감소시키거나 충전을 중단 시킬 수 있다. 그러나, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 충전 상태를 알 수 없기 때문에 무선 전력 수신기에 의해 수동적으로 동작하므로 무선 충전을 효율적으로 제어할 수 없는 문제가 있었다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 충전 상태를 판단하는 것이 가능한 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따라 능동적으로 충전을 제어할 수 있는 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따라 충전 전력에 관한 충전 제어가 가능한 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따라 팬 구동에 관한 충전 제어가 가능한 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따라 충전 전력을 최적화하여 충전시간을 개선한 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 무선 전력 수신기의 발열 현상으로 인한 충전 중단을 방지하는 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.

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.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 실시예에 따른 무선 충전 방법은, 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신기의 무선 충전 방법에 있어서, 상기 무선 전력 송신기의 구동부로 입력되는 입력전류를 측정하는 단계; 상기 입력전류의 변화를 통하여 상기 무선 전력 수신기의 충전 상태를 판단하는 단계; 및 상기 충전 상태에 기반하여 충전을 제어하는 단계를 포함하고, 상기 충전 상태는 제1 충전 상태, 제2 충전 상태, 제3 충전 상태 및 제4 충전 상태를 포함하고, 상기 제2 충전 상태는 상기 입력전류가 제1 레벨 감소하는 상태이고, 상기 제3 충전 상태는 상기 입력전류가 제2 레벨 감소하는 상태이고, 상기 제4 충전 상태는 상기 입력전류가 제3 레벨 감소하는 상태일 수 있다.

또한, 실시예에 따른 무선 충전 방법은, 상기 제1 레벨은 상기 입력전류가 20% 이상 감소하고, 상기 제2 레벨은 상기 입력전류가 70% 이상 감소하고, 상기 제3 레벨은 상기 입력 전류가 10% 이상 연속적으로 감소할 수 있다.

또한, 실시예에 따른 무선 충전 방법은, 제1 충전 상태에서 상기 입력 전류는 제1 전류가 흐르고, 상기 제1 레벨은 상기 입력전류가 제2 전류로 감소하고, 상기 제2 레벨은 상기 입력전류가 제3 전류로 감소하고, 상기 제3 레벨은 상기 입력 전류가 제4 전류, 제5 전류, 제6 전류로 연속적으로 감소할 수 있다.

또한, 실시예에 따른 무선 충전 방법은, 상기 제2 전류의 크기는 상기 제1 전류의 크기보다 작고, 상기 제3 전류의 크기는 상기 제2 전류의 크기보다 작고, 상기 제4 전류의 크기는 상기 제1 전류의 크기고 보다 작고 상기 제2 전류의 크기보다 크고, 상기 제5 전류의 크기는 제2 전류의 크기보다 작고 제6 전류의 크기보다 크고, 상기 제6 전류의 크기는 제5 전류의 크기보다 작고 상기 제3 전류의 크기보다 작을 수 있다.

또한, 실시예에 따른 무선 충전 방법은, 상기 제2 충전 상태는 상기 무선 전력 수신기의 배터리 온도가 제1 온도 이상이고, 상기 무선 전력 수신기의 배터리 잔량이 제1 충전량 이하이고, 상기 제3 충전 상태는 상기 무선 전력 수신기의 배터리 온도가 상기 제1 온도 이상이고, 상기 무선 전력 수신기의 배터리 잔량이 상기 제1 충전량 이상이고, 상기 제4 충전 상태는 상기 무선 전력 수신기의 배터리 온도가 상기 제1 온도 이하이고, 상기 무선 전력 수신기의 배터리 잔량이 제2 충전량 이상일 수 있다.

또한, 실시예에 따른 무선 충전 방법은, 상기 제1 온도는 40.9도 이상이고 45도 이하이고, 상기 제1 충전량은 80% 이상이고, 상기 제2 충전량은 90% 이상일 수 있다.

또한, 실시예에 따른 무선 충전 방법은, 상기 충전 상태에 기반하여 충전을 제어하는 단계는, 상기 제1 충전 상태이면 상기 무선 전력 수신기의 충전 제어에 따라 전력을 전송하고, 상기 제2 충전 상태이면 무선 전력 송신기가 제1 충전 제어하고, 상기 제3 충전 상태이면 무선 전력 송신기가 제2 충전 제어할 수 있다.

또한, 실시예에 따른 무선 충전 방법은, 상기 제1 충전 제어는 상기 제1 충전 상태에서 구동 중인 팬의 RPM을 증가시킬 수 있다.

또한, 실시예에 따른 무선 충전 방법은, 상기 제1 충전 제어는 상기 제1 충전 상태에서 구동하고 있지 않은 팬을 구동시킬 수 있다.

또한, 실시예에 따른 무선 충전 방법은, 상기 제1 충전 제어는 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 요청에 따른 충전 전력 세기보다 더 낮은 세기로 전력을 전송할 수 있다.

또한, 실시예에 따른 무선 충전 방법은, 상기 제2 충전 제어는 충전을 중단 하면 상기 제2 충전 상태에서 구동 중인 팬의 RPM을 증가시킬 수 있다.

또한, 실시예에 따른 무선 충전 방법은, 상기 제2 충전 제어는 충전을 중단한 후 내부 온도가 소정의 온도만큼 저하되면 무선 충전을 재시작할 수 있다.

또한, 실시예에 따른 무선 충전 방법은, 상기 제2 충전 제어는 충전을 중단한 후 타이머를 이용하여 소정의 시간이 경과하면 무선 충전을 재시작할 수 있다.

실시예에 따른 무선 전력 송신기는, 하나 이상의 송신 코일 및 상기 하나 이상의 송신 코일에 제공되는 출력 전력을 제어하는 구동부를 포함하는 전력 전송부; 상기 구동부에 입력되는 입력전류를 측정하는 전류 센서; 및 상기 입력전류의 변화를 통하여 무선 전력 수신기의 충전 상태를 판단하는 제어부;를 포함하고, 상기 충전 상태는 제1 충전 상태, 제2 충전 상태, 제3 충전 상태 및 제4 충전 상태를 포함하고, 상기 제2 충전 상태는 상기 입력전류가 제1 레벨 감소하는 상태이고, 상기 제3 충전 상태는 상기 입력전류가 제2 레벨 감소하는 상태이고, 상기 제4 충전 상태는 상기 입력전류가 제3 레벨 감소하는 상태일 수 있다.

또한, 실시예에 따른 무선 전력 송신기는, 상기 제1 레벨은 상기 입력전류가 20% 이상 감소하고, 상기 제2 레벨은 상기 입력전류가 70% 이상 감소하고, 상기 제3 레벨은 상기 입력 전류가 10% 이상 연속적으로 감소할 수 있다.

또한, 실시예에 따른 무선 전력 송신기는, 제1 충전 상태에서 상기 입력 전류는 제1 전류가 흐르고, 상기 제1 레벨은 상기 입력전류가 제2 전류로 감소하고, 상기 제2 레벨은 상기 입력전류가 제3 전류로 감소하고, 상기 제3 레벨은 상기 입력 전류가 제4 전류, 제5 전류, 제6 전류로 연속적으로 감소할 수 있다.

또한, 실시예에 따른 무선 전력 송신기는, 상기 제2 전류의 크기는 상기 제1 전류의 크기보다 작고, 상기 제3 전류의 크기는 상기 제2 전류의 크기보다 작고, 상기 제4 전류의 크기는 상기 제1 전류의 크기고 보다 작고 상기 제2 전류의 크기보다 크고, 상기 제5 전류의 크기는 제2 전류의 크기보다 작고 제6 전류의 크기보다 크고, 상기 제6 전류의 크기는 제5 전류의 크기보다 작고 상기 제3 전류의 크기보다 작을 수 있다.

또한, 실시예에 따른 무선 전력 송신기는, 상기 제2 충전 상태는 상기 무선 전력 수신기의 배터리 온도가 제1 온도 이상이고, 상기 무선 전력 수신기의 배터리 잔량이 제1 충전량 이하이고, 상기 제3 충전 상태는 상기 무선 전력 수신기의 배터리 온도가 상기 제1 온도 이상이고, 상기 무선 전력 수신기의 배터리 잔량이 상기 제1 충전량 이상이고, 상기 제4 충전 상태는 상기 무선 전력 수신기의 배터리 온도가 상기 제1 온도 이하이고, 상기 무선 전력 수신기의 배터리 잔량이 제2 충전량 이상일 수 있다.

또한, 실시예에 따른 무선 전력 송신기는, 상기 제1 온도는 40.9도 이상이고 45도 이하이고, 상기 제1 충전량은 80% 이상이고, 상기 제2 충전량은 90% 이상일 수 있다.

또한, 실시예에 따른 무선 전력 송신기는, 상기 제어부는, 상기 제1 충전 상태이면 상기 무선 전력 수신기의 충전 제어에 따라 전력을 전송하고, 상기 제2 충전 상태이면 무선 전력 송신기가 제1 충전 제어하고, 상기 제3 충전 상태이면 무선 전력 송신기가 제2 충전 제어할 수 있다.

또한, 실시예에 따른 무선 전력 송신기는, 상기 하나 이상의 송신 코일에 대응하여 배치되고 모터에 의해 회전하는 팬;을 더 포함하고, 상기 제1 충전 제어는 상기 제어부가 상기 제1 충전 상태에서 구동 중인 팬의 RPM을 증가시킬 수 있다.

또한, 실시예에 따른 무선 전력 송신기는, 상기 하나 이상의 송신 코일에 대응하여 배치되고 모터에 의해 회전하는 팬;을 더 포함하고, 상기 제1 충전 제어는 상기 제어부가 상기 제1 충전 상태에서 구동하고 있지 않은 팬을 구동시킬 수 있다.

또한, 실시예에 따른 무선 전력 송신기는, 상기 제1 충전 제어는 무선 전력 수신기의 요청에 따른 충전 전력 세기보다 더 낮은 세기로 전력을 전송할 수 있다.

또한, 실시예에 따른 무선 전력 송신기는, 상기 하나 이상의 송신 코일에 대응하여 배치되고 모터에 의해 회전하는 팬;을 더 포함하고, 상기 제2 충전 제어는 상기 제어부가 충전을 중단 하면 상기 제2 충전 상태에서 구동 중인 팬의 RPM을 증가시킬 수 있다.

또한, 실시예에 따른 무선 전력 송신기는, 내부 온도를 측정하는 온도 센서;를 더 포함하고, 상기 제2 충전 제어는 상기 제어부가 충전을 중단한 후 측정된 내부 온도가 소정의 온도만큼 저하되면 무선 충전을 재시작할 수 있다.

또한, 실시예에 따른 무선 전력 송신기는, 타이머;를 더 포함하고, 상기 제2 충전 제어는 상기 제어부가 충전을 중단한 후 소정의 시간이 경과하면 무선 충전을 재시작할 수 있다.

본 발명에 따른 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템에 대한 효과에 대한 효과를 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 무선 충전 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 충전 상태를 판단할 수 있다.

또한, 본 발명은 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따라 능동적으로 충전을 제어할 수 있다.

또한, 본 발명은 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따라 충전 전력을 제어 할 수 있다.

또한, 본 발명은 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따라 팬 구동을 제어할 수 있다.

또한, 본 발명은 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따라 충전 전력을 최적화하여 충전시간을 개선할 수 잇다.

또한, 본 발명은 무선 전력 수신기의 발열 현상을 개선하여 충전 중단을 방지할 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 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.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 상기 도 2에 따른 무선 전력 송신기의 전류센서의 구조를 설명하기 위한 회로도이다.
도 4는 상기 도 2에 따른 무선 전력 송신기의 팬과 송신 코일의 구조를 설명하기 위한 회로도이다.
도 5는 상기 도 2에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따라 전류 변화, 온도 변화 및 충전률 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 7의 무선 전력 수신기의 충전 상태 판단을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 7의 충전 제어를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 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.

이상에서, 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.

실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)", "전(앞) 또는 후(뒤) "에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(위) 또는 하(아래)" 및 "전(앞) 또는 후(뒤) "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, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

실시예의 설명에 있어서, 무선 전력 충전 시스템상에서 무선 전력을 송신하는 장치는 설명의 편의를 위해 무선 전력 송신기, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신기, 송신단, 송신기, 송신 장치, 송신측, 무선 전력 전송 장치, 무선 전력 전송기, 무선충전장치 등을 혼용하여 사용하기로 한다. 또한, 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 수신 단말기, 수신측, 수신 장치, 수신기 단말 등이 혼용되어 사용될 수 있다.

실시예에 따른 무선충전장치는 패드 형태, 거치대 형태, AP(Access Point) 형태, 소형 기지국 형태, 스텐드 형태, 천장 매립 형태, 벽걸이 형태 등으로 구성될 수 있으며, 하나의 송신기는 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 전송할 수도 있다.

일 예로, 무선 전력 송신기는 통상적으로 책상이나 탁자 위 등에서 놓여서 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 자동차용으로도 개발되어 적용되어 차량 내에서 사용될 수 있다. 차량에 설치되는 무선 전력 송신기는 간편하고 안정적으로 고정 및 거치할 수 있는 거치대 형태로 제공될 수 있다.

실시예에 따른 단말은 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 player, 전동 칫솔, 전자 태그, 조명 장치, 리모콘, 낚시찌 등의 소형 전자 기기 등에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며 실시예에 따른 무선 전력 수신 수단이 장착되어 배터리 충전이 가능한 모바일 디바이스 기기(이하, "디바이스"라 칭함.)라면 족하고, 단말 또는 디바이스라는 용어는 혼용하여 사용될 수 있다. 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기는 차량, 무인 항공기, 에어 드론 등에도 탑재될 수 있다.

실시예에 따른 무선 전력 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 전송 방식이 구비될 수 있으며, 2개 이상의 무선 전력 송신기로부터 동시에 무선 전력을 수신할 수도 있다. 여기서, 무선 전력 전송 방식은 상기 전자기 유도 방식, 전자기 공진 방식, RF 무선 전력 전송 방식 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 특히, 전자기 유도 방식을 지원하는 무선 전력 수신 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 Air Fuel Alliance(구 PMA, Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다. 또한 전자기 공진 방식을 지원하는 무선 전력 수신 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 Air Fuel Alliance(구 A4WP, Alliance for Wireless Power) 표준 기구에서 정의된 공진 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.

일반적으로, 무선 전력 시스템을 구성하는 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기는 인밴드 통신 또는 BLE(Bluetooth Low Energy) 통신을 통해 제어 신호 또는 정보를 교환할 수 있다. 여기서, 인밴드 통신, BLE 통신은 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation) 방식, 주파수 변조 방식, 위상 변조 방식, 진폭 변조 방식, 진폭 및 위상 변조 방식 등으로 수행될 수 있다. 일 예로, 무선 전력 수신기는 수신 코일을 통해 유도된 전류를 소정 패턴으로 ON/OFF 스위칭하여 궤환 신호(feedback signal)를 생성함으로써 무선 전력 송신기에 각종 제어 신호 및 정보를 전송할 수 있다. 무선 전력 수신기에 의해 전송되는 정보는 수신 전력 세기 정보를 포함하는 다양한 상태 정보를 포함할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신기는 수신 전력 세기 정보에 기반하여 충전 효율 또는 전력 전송 효율을 산출할 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 무선 충전 시스템은 크게 무선으로 전력을 송출하는 무선 전력 송신단(10), 상기 송출된 전력을 수신하는 무선 전력 수신단(20) 및 수신된 전력을 공급 받는 전자기기(30)로 구성될 수 있다.

일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 동일한 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 인밴드(In-band) 통신을 수행할 수 있다. 다른 일예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 상이한 별도의 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 대역외(Out-of-band) 통신을 수행할 수도 있다.

일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20) 사이에 교환되는 정보는 서로의 상태 정보뿐만 아니라 제어 정보도 포함될 수 있다. 여기서, 송수신단 사이에 교환되는 상태 정보 및 제어 정보는 후술할 실시예들의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.

상기 인밴드 통신 및 대역외 통신은 양방향 통신을 제공할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 다른 실시예에 있어서는 단방향 통신 또는 반이중 방식의 통신을 제공할 수도 있다.

일 예로, 단방향 통신은 무선 전력 수신단(20)이 무선 전력 송신단(10)으로만 정보를 전송하는 것일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 송신단(10)이 무선 전력 수신단(20)으로 정보를 전송하는 것일 수도 있다.

반이중 통신 방식은 무선 전력 수신단(20)과 무선 전력 송신단(10) 사이의 양방향 통신은 가능하나, 어느 한 시점에 어느 하나의 장치에 의해서만 정보 전송이 가능한 특징이 있다.

실시예에 따른 무선 전력 수신단(20)은 전자 기기(30)의 각종 상태 정보를 획득할 수도 있다. 일 예로, 전자 기기(30)의 상태 정보는 현재 전력 사용량 정보, 실행중인 응용을 식별하기 위한 정보, CPU 사용량 정보, 배터리 충전 상태 정보, 배터리 출력 전압/전류 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 전자 기기(30)로부터 획득 가능하고, 무선 전력 제어에 활용 가능한 정보이면 족하다.

도 2는 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이고, 도 3은 상기 도 2에 따른 무선 전력 송신기의 전류센서의 구조를 설명하기 위한 회로도이고, 도 4는 상기 도 2에 따른 무선 전력 송신기의 팬과 송신 코일의 구조를 설명하기 위한 회로도이다.

도 2를 참조하면 무선 전력 송신기(200)는 크게, 전력 변환부(210), 전력 전송부(220), 무선 충전 통신부(230), 제어부(240), 전류센서(250), 온도 센서(260), 저장부(270), 팬(280), 타이머(290)을 포함하여 구성될 수 있다. 상기한 무선 전력 송신기(200)의 구성은 반드시 필수적인 구성은 아니어서, 그보다 많거나 적은 구성 요소를 포함하여 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 전원부(100)는 공급 전력을 제공할 수 있다. 전원부(100)는 무선 전력 송신기(200)에 내장된 배터리에 해당할 수 있고 외부 전원일 수도 있다. 실시예는 전원부(100)의 형태에 제한되지 않는다.

전력 변환부(210)는 전원부(100)로부터 전원이 공급되면, 이를 소정 세기의 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.

이를 위해, 전력 변환부(210)는 DC/DC 변환부(211), 증폭기(212)를 포함하여 구성될 수 있다.

DC/DC 변환부(211)는 전원부(100)로부터 공급된 DC 전력을 제어부(240)의 제어 신호에 따라 특정 세기의 DC 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.

증폭기(212)는 DC/DC 변환된 전력의 세기를 제어부(240)의 제어 신호에 따라 조정할 수 있다. 일 예로, 제어부(240)는 무선 충전 통신부(230)를 통해 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태 정보 또는(및) 전력 제어 신호를 수신할 수 있으며, 수신된 전력 수신 상태 정보 또는(및) 전력 제어 신호에 기반하여 증폭기(212)의 증폭률을 동적으로 조정할 수 있다. 일 예로, 전력 수신 상태 정보는 정류기 출력 전압의 세기 정보, 수신 코일에 인가되는 전류의 세기 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 전력 제어 신호는 전력 증가를 요청하기 위한 신호, 전력 감소를 요청하기 위한 신호 등을 포함할 수 있다.

전류센서(250)는 구동부(221)에 입력되는 입력 전류를 측정할 수 있다. 전류센서(250)는 측정된 입력 전류 값을 제어부(240)에 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 3을 참조하면, 전류 센서(250)는 전력전송부(220)의 구동부(221)에 입력되는 입력 전류를 센싱하여 센싱된 센싱 전압(Vsense)을 제어부(240)에 제공할 수 있다. 입력 전류는 레일 전류(Ir)일 수 있다. 레일 전류(Ir)는 전력 변환부(210)에서 구동부(221)로 흐르는 전류일 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니고, 레일 전류(Ir)는 구동부(221)가 전력 변환부(210)가 전원부(100)로부터 직접 전력을 공급 받는 경우 전원부(100)에서 구동부(221)로 흐르는 전류일 수 있다. 또한, 전류 센서(250)는 센싱 저항(R1), 제1 보조 캐패시터(C1), 제2 보조 캐패시터(C2), 증폭기(251)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 센싱 저항(R1)은 레일 전류(Ir)에 의해 전압차가 발생하고, 발생된 전압차를 증폭기(251)에 입력 시킬 수 있다. 센싱 저항(R1)은 전력 변환부(210)와 전력 전송부(220)의 사이에 직렬로 연결될 수 있다. 센싱 저항(R1)의 양 단은 증폭기(251)의 비반전 입력단자(IN+)와 반전 입련단자(IN-)에 각각 입력될 수 있다. 제1 보조 캐패시터(C1)는 센싱 저항(R1)의 양 단의 전압을 저장하여 센싱 측정의 정확도를 높일 수 있다. 제1 보조 캐패시터(C1)는 센싱 저항(R1)과 병렬로 연결될 수 있다. 증폭기(251)는 센싱 저항(R1)의해 입력된 전압차를 이득 A(Gain A)로 증폭하여 센싱 전압(Vsense)으로 출력할 수 있다. 증폭기(251)는 구동 전압(Vcc)과 접지전원을 입력 받아 구동할 수 있다. 제2 보조 캐패시터(C2)는 증폭기(251)에 입력되는 구동 전압(Vcc)의 노이즈를 제거할 수 있다. 제2 보조캐패시터(C2)는 일단이 증폭기(251)의 구동 전압(Vcc) 입력단에 연결되고, 타단이 접지 전원과 연결될 수 있다.

제어부(240)는 전류센서(250)에 의해 측정된 입력 전류 값에 기반하여 무선 전력 수신기의 충전 상태를 판단할 수 있다. 즉, 제어부(240)는 입력 전류의 변화를 통하여 무선 전력 수신기의 충전 상태를 판단할 수 있다. 무선 전력 수신기의 충전 상태는 복수의 충전 상태를 포함할 수 있다. 복수의 무선 전력 수신기의 충전 상태는 제1 내지 제4 충전 상태를 포함할 수 있다. 또한, 입력전류는 제1 내지 제4 충전 상태에 따라 제1 내지 제6 전류가 흐를 수 있다. 보다 구체적으로, 무선 전력 수신기의 제1 충전 상태는 일반 충전 모드, 미디움 전력 충전 모드 또는 고속 충전 모드로 무선 충전이 진행될 수 있다. 즉, 무선 전력 수신기의 제1 충전 상태는 전력 전송 계약에 따라 무선 전력 수신기에 의한 충전 전력이 제한되지 않은 상태일 수 있다. 무선 전력 수신기의 제1 충전 상태에서 무선 전력 송신기의 입력 전류는 제1 전류가 흐를 수 있다. 무선 전력 수신기의 제2 충전 상태는 무선 전력 수신기가 소정의 배터리 충전률 이하에서 소정의 온도에 도달하여 충전 전력이 제한되는 상태일 수 있다. 무선 전력 수신기의 제2 충전 상태에서 무선 전력 송신기의 입력 전류는 제2 전류가 흐를 수 있다. 무선 전력 수신기의 제3 충전 상태는 무선 전력 수신기가 소정의 배터리 충전률 이상에서 소정의 온도에 도달하여 무선 충전이 중단되는 상태일 수 있다. 무선 전력 수신기의 제3 충전 상태에서 무선 전력 송신기의 입력 전류는 제3 전류가 흐를 수 있다. 무선 전력 수신기의 제4 충전 상태는 무선 전력 수신기가 배터리 충전이 완충에 가까운 소정의 충전률에 도달하여 충전 전력을 단계적으로 조절하는 상태일 수 있다. 무선 전력 수신기의 제4 충전 상태에서 무선 전력 송신기의 입력 전류는 제4 내지 제6 전류 순서로 흐를 수 있다. 무선 전력 수신기의 충전 상태 및 무선 전력 송신기의 입력 전류에 대한 자세한 설명은 도 6에서 후술한다. 따라서, 제어부(240)는 입력 전류가 제1 전류이면 무선 전력 수신기가 제1 충전 상태인 것으로 판단할 수 있다. 또한, 제어부(240)는 입력 전류가 제2 전류이면 무선 전력 수신기가 제2 충전 상태인 것으로 판단할 수 있다. 또한, 제어부(240)는 입력 전류가 제3 전류이면 무선 전력 수신기가 제3 충전 상태인 것으로 판단할 수 있다. 또한, 제어부(240)는 입력 전류가 제4 전류부터 제6 전류까지 순차적으로 변경되면 무선 전력 수신기가 제4 충전 상태인 것으로 판단할 수 있다. 이에, 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기(200)는 입력 전류를 측정함으로써 무선 전력 수신기의 충전 상태를 정확히 판단할 수 있다.

또한, 제어부(240)는 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따라 전원부(100) 또는 전력 변환부(210) 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 일 예로, 제어부(240)는 무선 전력 수신기의 제2 충전 상태에서 무선 전력 수신기의 요청에 따른 충전 전력 세기보다 더 낮은 세기로 전력을 전송할 수 있다. 보다 구체적으로, 무선 전력 수신기의 제2 충전 상태에서 무선 전력 수신기가 요구하는 충전 전력 세기에서 무선 전력 송신기의 입력 전류는 제2 전류일 수 있다. 이 경우, 제어부(240)는 입력 전류를 제2 전류의 세기보다 더욱 낮추어 무선 전력 수신기가 요구하는 충전 전력 세기보다 더 낮은 전송 전력을 제공할 수 있도록 한다. 이에, 제2 충전 상태에서 무선 전력 수신기의 온도 상승을 저하 시켜 무선 전력 수신기가 제3 충전 상태로 진행되는 것을 방지할 수 있다. 다른 예로, 제어부(240)는 무선 전력 수신기의 제3 충전 상태에서 무선 충전을 중단시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(240)는 무선 전력 수신기가 제3 충전 상태가 되면 전원부(100)로부터의 전원 공급을 차단하거나, 증폭기(212)에 전력이 공급되는 것을 차단할 수 있다. 이 후, 제어부(240)는 소정의 시간이 경과하거나 내부 온도가 일정 온도만큼 저하되면 무선 충전을 재시작 할 수 있다. 이에, 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 과열현상을 방지할 수 있다.

온도센서(260)는 무선 전력 송신기(200)의 내부 온도를 측정하고, 측정 결과를 제어부(240)에 제공할 수도 있다. 보다 구체적으로, 온도센서(260)는 하나 이상의 온도 센서를 구비할 수 있다. 도 4와 같이, 하나 이상의 온도 센서는 전력 전송부(220)의 송신 코일(223)에 대응하여 배치하여 송신 코일(223)의 온도를 측정할 수 있다. 일 예로, 제어부(240)는 온도센서(260)에 의해 측정된 온도 값에 기반하여 적응적으로 전원부(100)로부터의 전원 공급을 차단하거나, 증폭기(212)에 전력이 공급되는 것을 차단할 수 있다. 이를 위해, 전력 변환부(210)의 일측에는 전원부(100)로부터 공급되는 전원을 차단하거나, 증폭기(212)에 공급되는 전력을 차단하기 위한 소정 전력 차단 회로가 가 더 구비될 수도 있다. 다른 예로, 제어부(240)는 온도센서(260)에 의해 측정된 온도 값에 기반하여 전력 전송부(220)에 제공되는 전력의 세기를 조절할 수 있다. 이에, 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 과열로 인해 내부 회로가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또 다른 예로, 제어부(240)는 무선 전력 수신기의 제3 충전 상태가 시작되어 무선 충전이 중단된 후 무선 전력 송신기(200)의 내부 온도가 소정의 온도만큼 저하되면 무선 충전을 재시작할 수 있다. 예를 들어, 제어부(240)는 무선 전력 수신기의 제3 충전 상태로 인하여 무선 충전이 중단될 때의 무선 전력 송신기(200)의 제1 내부 온도에서 냉각되어 제2 내부 온도가 될 경우 무선 충전을 재시작할 수 있다. 제2 내부 온도는 제1 내부 온도 보다 낮은 온도 일 수 있다. 즉, 무선 전력 송신기는 무선 전력 송신기의 내부 온도가 냉각되는 것을 기초하여 무선 전력 수신기의 배터리 온도가 낮아졌다고 판단하는 것이다. 보다 구체적으로, 제2 내부 온도는 제1 내부 온도 보다 3도이상 낮을 수 있다. 바람직하게는 제2 내부 온도는 제1 내부 온도 보다 5도 낮을 수 있다. 이에, 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 과열로 인한 무선 충전 중단 후 무선 충전 재시작시 다시 과열되는 현상을 방지할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 무선 충전 재시작시 다시 과열되는 것을 방지하여 무선 충전 시간을 감소시킬 수 있다.

전력 전송부(220)는 전력 변환부(210)로부터 출력되는 전력 신호를 무선 전력 수신기로 전송하는 역할을 한다. 이를 위해, 전력 전송부(220)는 구동부(221), 선택부(222) 및 하나 이상의 송신 코일(223)을 포함할 수 있다.

구동부(221)는 전력 변환부(210)로부터 출력되는 DC 전력 신호에 특정 주파수를 갖는 교류(AC) 성분이 삽입된 AC 전력 신호를 생성하여 송신 코일(223)로 전송할 수 있다. 이때, 송신 코일(223)에 포함된 복수의 송신 코일에 전달되는 AC 전력 신호의 주파수는 동일하거나 서로 상이할 수 있다.

선택부(222)는 특정 주파수를 갖는 AC 전력 신호를 구동부(221)로부터 받아서 복수의 송신 코일 중에서 선택된 송신 코일로 AC 전력 신호를 전달할 수 있다. 여기서, 코일 선택부(222)는 제어부(240)의 소정 제어 신호에 따라 제어부(240)에 의해 선택된 송신 코일로 AC 전력 신호가 전달될 수 있도록 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 4를 참조하면, 선택부(222)는 복수의 송신 코일(223)에 대응하여 LC 공진회로를 연결하는 스위치(222)를 포함할 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니고, 선택부(222)는 송신 코일(223)이 하나의 송신 코일로 구성될 경우 전력 전송부(220)에서 제외될 수 있다.

송신 코일(223)은 적어도 하나의 송신 코일을 포함할 수 있으며, 선택부(222)로부터 수신된 AC 전력 신호를 해당 송신 코일을 통해 수신기로 송출할 수 있다. 송신 코일이 복수인 경우, 송신 코일(223)은 제1 내지 제n 송신 코일-을 포함하여 구성될 수 있다. 복수의 송신 코일 중에서 '해당하는 송신 코일'을 선택하기 위해, 선택부(222)는 도 4와 같이 스위치로 구현되거나 멀리플렉서(미도시)로 구현될 수 있다. 또한, 도 4와 같이 송신 코일(223)은 LC 공진회로를 구현하기 위하여 복수의 송신 코일과 직렬로 연결되는 하나의 커패시터(224)를 포함할 수 있다. 커패시터(224)는 일단이 송신 코일(223)과 연결되고 타단이 구동부(221)와 연결될 수 있다. 여기서, '해당하는 송신 코일'이란, 무선으로 전력을 받을 수 있도록 자격이 부여된 무선 전력 수신기의 수신 코일과 전자기장에 의해 결합될 수 있는 상태를 갖는 송신 코일을 의미할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 제어부(240)는 송신 코일 별 전송한 디지털 핑 신호에 대응하여 수신된 시그널 세기 지시자(Signal Strength Indicator)에 기반하여 구비된 복수의 송신 코일 중 무선 전력 전송에 사용할 송신 코일을 동적으로 선택할 수 있다.

제어부(240)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 제1 내지 제n 송신 코일(223)을 통해 감지 신호가 순차적으로 송출될 수 있도록 선택부(222) 또는 다중화기(미도시)를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(240)는 감지 신호가 전송될 시점을 타이머(290)를 이용하여 식별할 수 있으며, 감지 신호 전송 시점이 도래하면, 선택부(222) 또는 다중화기(미도시)를 제어하여 해당 송신 코일을 통해 감지 신호가 송출될 수 있도록 제어할 수 있다. 일 예로, 타이머(290)는 핑 전송 단계 동안 소정 주기로 특정 이벤트 신호를 제어부(240)에 송출할 수 있으며, 제어부(240)는 해당 이벤트 신호가 감지되면, 선택부(222) 또는 다중화기(미도시)를 제어하여 해당 송신 코일을 통해 디지털 핑이 송출될 수 있도록 제어할 수 있다.

제어부(240)는 무선 전력 수신기의 제3 충전 상태가 시작되어 무선 충전이 중단된 후 타이머(290)를 이용하여 소정의 시간이 경과하면 무선 충전을 재시작할 수 있다. 예를 들어, 제어부(240)는 무선 전력 수신기의 제3 충전 상태로 인하여 무선 충전이 중단될 때에 타이머(290)가 동작하여 5분이 경과하면 무선 충전을 재시작할 수 있다.

변조부(231)는 제어부(240)에 의해 생성된 제어 신호를 변조하여 구동부(221)에 전달할 수 있다. 여기서, 제어 신호를 변조하기 위한 변조 방식은 FSK(Frequency Shift Keying) 변조 방식, 맨체스터 코딩(Manchester Coding) 변조 방식, PSK(Phase Shift Keying) 변조 방식, 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation) 방식, 차등 2단계(Differential bi-phase) 변조 방식 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

복조부(232)는 송신 코일을 통해 수신되는 신호가 감지되면, 감지된 신호를 복조하여 제어부(240)에 전송할 수 있다. 여기서, 복조된 신호에는 신호 세기 지시자, 무선 전력 전송 중 전력 제어를 위한 오류 정정(EC: Error Correction) 지시자, 충전 완료(EOC: End Of Charge) 지시자, 과전압/과전류/과열 지시자 등이 포함될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 수신기의 상태를 식별하기 위한 각종 상태 정보가 포함될 수 있다.

또한, 복조부(232)는 복조된 신호가 어느 송신 코일로부터 수신된 신호인지를 식별할 수 있으며, 식별된 송신 코일에 상응하는 소정 송신 코일 식별자를 제어부(240)에 제공할 수도 있다.

일 예로, 무선 전력 송신기(200)는 무선 전력 전송에 사용되는 동일한 주파수를 이용하여 무선 전력 수신기와 통신을 수행하는 인밴드(In-Band) 통신을 통해 상기 신호 세기 지시자를 획득할 수 있다.

또한, 무선 전력 송신기(200)는 송신 코일(223)을 이용하여 무선 전력을 송출할 수 있을 뿐만 아니라 송신 코일(223)을 통해 무선 전력 수신기와 각종 정보를 교환할 수도 있다. 다른 일 예로, 무선 전력 송신기(200)는 송신 코일(223)-즉, 제1 내지 제n 송신 코일)에 각각 대응되는 별도의 코일을 추가로 구비하고, 구비된 별도의 코일을 이용하여 무선 전력 수신기와 인밴드 통신을 수행할 수도 있음을 주의해야 한다.

저장부(270)는 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따른 무선 전력 송신기의 입력 전류 값, 충전 전력 세기, 충전 중단 여부, 충전 재시작을 위한 무선 전력 송신기의 온도, 충전 재시작을 위한 충전 중단 후 시간, 팬 동작 여부, 팬 RPM 등을 저장할 수 있다.

팬(280)은 모터에 의해 회전하여 과열된 무선 전력 송신기(200)를 냉각 시킬 수 있다. 팬(280)은 과열 정도가 심한 구성에 대응하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 팬(280)은 전력 전송부(220)에 대응하여 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 팬(280)은 전력 전송부(220)의 송신 코일(223)에 대응하여 배치될 수 있다.

제어부(240)는 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따라 팬(280)을 동작 시킬 수 있다. 일 예로, 제어부(240)는 무선 전력 수신기의 제1 충전 상태에서 팬(280)을 구동시킬 수 있다. 제1 충전 상태에서 팬(280)은 제1 RPM으로 동작 할 수 있다. 무선 전력 수신기가 제1 충전 상태에서 제2 충전 상태가 되면, 제어부(240)는 팬(280)의 RPM을 증가시켜 제2 RPM으로 동작시킬 수 있다. 무선 전력 수신기가 제2 충전 상태에서 제3 충전 상태가 되면 제어부(240)는 제2 RPM 보다 높은 제3 RPM으로 팬(280)을 구동시킬 수 있다. 다른 예로, 제어부(240)는 무선 전력 수신기의 제1 충전 상태에서 팬(280)을 구동시키지 않을 수 있다. 무선 전력 수신기가 제1 충전 상태에서 제2 충전 상태가 되면, 제어부(240)는 팬(280)을 제1 RPM으로 동작 시킬 수 있다. 이 후, 무선 전력 수신기가 제2 충전 상태에서 제3 충전 상태가 되면 제어부(240)는 제2 RPM으로 팬(280)을 구동시킬 수 있다.

도 5는 상기 도 2에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 5를 참조하면, 무선 전력 수신기(300)는 수신 코일(310), 정류기(320), 직류/직류 변환기(DC/DC Converter, 330), 부하(340), 센싱부(350), 통신부(360), 주제어부(370)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 통신부(360)는 복조부(361) 및 변조부(362) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

상기한 도 5의 예에 도시된 무선 전력 수신기(300)는 인밴드 통신을 통해 무선 전력 송신기(200)와 정보를 교환할 수 있는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 실시예에 따른 통신부(360)는 무선 전력 신호 전송에 사용되는 주파수 대역과는 상이한 주파수 대역을 통해 근거리 양방향 통신을 제공할 수도 있다.

수신 코일(310)을 통해 수신되는 AC 전력은 정류기(320)에 전달할 수 있다. 정류기(320)는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여 직류/직류 변환기(330)에 전송할 수 있다. 직류/직류 변환기(330)는 정류기 출력 DC 전력의 세기를 부하(340)에 의해 요구되는 특정 세기로 변환한 후 부하(340)에 전달할 수 있다. 또한 수신 코일(310)은 복수의 수신 코일(미도시)-즉, 제1 내지 제n 수신 코일-을 포함하여 구성될 수 있다. 일 실시예에 따른 각각의 수신 코일(미도시)에 전달되는 AC 전력의 주파수가 서로 상이할 수도 있고, 다른 일 실시예는 LC 공진 특성을 수신 코일마다 상이하게 조절하는 기능이 구비된 소정 주파수 제어기를 이용하여 각각의 수신 코일 별 공진주파수를 상이하게 설정할 수도 있다.

부하(340)는 배터리 또는 배터리를 포함하는 단말기일 수 있다.

센싱부(350)는 전류 센서를 포함하여 무선 전력 수신에 따라 수신 코일(310)에 인가되는 충전 전류의 세기를 측정하고, 측정 결과를 주제어부(370)에 전송할 수도 있다

또한, 센싱부(350)는 온도 센서를 포함하여 무선 전력 수신기(300)의 배터리 온도를 측정하고, 측정된 온도 값을 주제어부(370)에 제공할 수도 있다. 이제 제한되는 것은 아니고, 부하(340)가 단말기일 경우, 단말기가 배터리의 온도 값을 측정하여 주제어부(370)에 제공할 수 도 있다.

복조부(361)는 수신 코일(310)과 정류기(320) 사이의 AC 전력 신호 또는 정류기(320) 출력 DC 전력 신호를 복조하여 감지 신호의 수신 여부를 식별한 후 식별 결과를 주제어부(370)에 제공할 수 있다. 이때, 주제어부(370)는 감지 신호에 대응되는 신호 세기 지시자가 변조부(362)를 통해 전송될 수 있도록 제어할 수 있다.

또한, 주제어부(370)는 배터리 충전률, 배터리 온도 중 적어도 하나에 기반한 충전 상태에 따라 무선 전력 송신기(200)의 충전 전력 제어 또는 무선 충전 중단을 요청할 수 있다. 보다 구체적으로, 주제어부(370)는 제1 충전 상태에서 전력 전송 계약에 따라 충전 전력을 요구할 수 있다. 충전 전류의 세기는 충전 전력의 세기에 따를 수 있다. 즉, 제1 충전 상태에서의 충전 전류는 제2 내지 제4 충전 상태에서의 충전 전류보다 높을 수 있다. 주제어부(370)는 제2 충전 상태에서 무선 전력 송신기(200)에게 충전 전력의 세기를 낮추도록 요구할 수 있다. 이 경우, 충전 전류는 제1 충전 상태에서의 충전 전류 보다 낮아질 수 있다. 주제어부(370)는 제3 충전 상태에서 무선 전력 송신기(200)에게 충전 중단을 요청할 수 있다. 이 경우, 충전 전류의 세기는 가장 낮거나 흐르지 않을 수 있다. 주제어부(370)는 제4 충전 상태에서 무선 전력 송신기(200)에게 충전 전력의 세기를 단계적으로 낮추도록 요청할 수 있다. 이 경우, 충전 전류는 순차적으로 낮아지는 형태일 수 있다. 무선 전력 수신기(300)의 충전 상태 및 충전 상태에 따른 충전 전류에 대한 자세한 설명은 도 6에서 후술한다.

도 6은 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따라 전류 변화, 온도 변화 및 충전률 변화를 나타내는 그래프이다.

도 6을 참조하면, 도 6은 시간에 다른 무선 전력 수신기의 배터리 충전 전류(a), 무선 전력 송신기의 입력 전류(b), 무선 전력 수신기의 배터리 충전률(c), 배터리 온도(d)를 나타낸다. 또한, 표 1은 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따른 무선 전력 송신기의 입력전류 변화를 설명하기 위한 표이다.

[표 1]

도 6 및 표 1을 참조하면, 측정 시작 시점(t0)에서 제1 시점(t1)까지 무선 전력 수신기는 제1 충전 상태(S1)일 수 있다.

<제1 충전 상태(S1)>

무선 전력 수신기의 제1 충전 상태(S1)에서, 무선 전력 수신기의 배터리 충전 전류(a)는 가장 높은 세기로 흐를 수 있다. 또한, 무선 전력 송신기의 입력 전류(b)는 가장 높은 세기인 제1 전류로 흐를 수 있다. 일 예로, 제1 전류는 690mA 이상일 수 있다. 배터리 온도(d)는 무선 충전이 진행 되는 동안 증가할 수 있다. 배터리 충전률(c)은 가장 높은 속도로 상승할 수 있다. 예를 들어, 제1 충전 상태(S1)에서 무선 전력 수신기는 7W의 충전 전력이 5V로 인가될 때 배터리 충전 전류(a)가 1400mA일 수 있다. 무선 전력 송신기의 입력 전류(b)는 제1 전류의 세기인 712mA가 흐를 수 있다. 배터리 온도(d)는 측정 시작 시점(t0)에서 24도이고 제1 시점(t1)에서 41도일 수 있다. 제1 시점(t1)을 기준으로 배터리 온도(d)가 제1 온도인 40.9도이상이 되었기 때문에 무선 전력 수신기는 제2 충전 상태(S2)로 진입할 수 있다.

<제2 충전 상태(S2)>

제2 충전 상태(S2)에서 무선 전력 수신기의 배터리 충전 전류(a)는 배터리 온도(d)가 제1 온도가 되면 제1 충전 상태(S1)일 때보다 낮아질 수 있다. 제1 온도는 40.9도 이상 45도 이하일 수 있다. 또한, 무선 전력 송신기의 입력 전류(b)는 제1 레벨 감소할 수 있다. 즉, 제1 전류에서 제2 전류로 전류의 세기가 더 낮게 흐를 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 레벨 감소는 감소 전 전류 세기에서 20% 이상 감소일 수 있다. 일 예로, 제2 전류는 500mA 이상 552mA 이하일 수 있다. 배터리 온도(d)는 배터리 충전 전류(a)가 낮아 졌기 때문에 제1 시점(t1)보다 낮아 질 수 있다. 배터리 충전률(c)은 배터리 충전 전류(a)가 낮아 졌기 때문에 제1 충전 상태일 때보다 낮은 속도로 상승할 수 있다. 예를 들어, 제2 충전 상태(S2)에서 배터리 충전 전류(a)는 제1 시점(t1) 이후 830mA가 흐를 수 있다. 무선 전력 송신기의 입력 전류(b)는 제2 전류의 세기인 544mA가 흐를 수 있다. 제2 전류인 544mA는 제1 전류인 712mA보다 158mA 감소된 것으로 감소율은 제1 레벨 감소 범위인 23.59551%이다. 배터리 온도(d)가 제1 시점(t1) 이후 제1 온도의 최저점인 40.9도 이하에서 변화되다가 제2 시점(t2) 에서 다시 41도가 되어 제1 온도가 될 수 있다. 제2 시점(t2)을 기준으로 배터리 충전률(c)은 제1 충전량인 80%이상이고 배터리 온도(d2)가 제1 온도인 41도가 되었기 때문에 무선 전력 수신기는 제3 충전 상태(S3)로 진입할 수 있다.

<제3 충전 상태(S3)>

제3 충전 상태(S3)에서 무선 전력 수신기는 무선 충전 중단을 요청할 수 있다. 이에, 배터리의 충전 전류(a)는 흐르지 않는다. 이에, 배터리 충전률(c)은 제3 충전 상태(S3) 동안 증가하지 않을 수 있다. 또한, 무선 전력 송신기의 입력 전류(b)는 제2 레벨 감소할 수 있다. 즉, 무선 전력 송신기의 입력 전류(b)는 제2 전류에서 제3 전류로 전류의 세기가 더 낮게 흐를 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 레벨 감소는 감소 전 전류 세기에서 70% 이상 감소일 수 있다. 일 예로, 제3 전류는 100mA 이상 207mA 이하일 수 있다. 배터리 온도(d)는 배터리 충전 전류(a)가 흐르지 않기 때문에 제2 시점(t2)보다 낮아 질 수 있다. 예를 들어, 제3 충전 상태(S3)에서 배터리 충전 전류(a)는 제2 시점(t2)에서 제3 시점(t3)까지 흐르지 0mA 또는 0mA 이하가 흐를 수 있다. 무선 전력 송신기의 입력 전류(b)는 제3 전류의 세기인 160mA가 흐를 수 있다. 제3 전류인 160mA는 제2 전류인 544mA보다 384mA 감소된 것으로 감소율은 제2 레벨 감소 범위인 70.58824%이다. 배터리 온도(d)가 제2 시점(t2)에서 41도가 되어 제1 온도가 된 후 배터리 충전전류(a)가 흐르지 않아 제2 시점(t2) 이후 제1 온도인 40.9도 이하로 냉각될 수 있다. 제3 시점(t3)을 기준으로 배터리 온도(d)가 제1 온도 이하가 된 것을 무선 전력 수신기가 감지하여 무선 전력 수신기는 제1 충전 상태(S1)로 진입할 수 있다. 즉, 제3 시점(t3)에서 무선 전력 수신기와 무선 전력 송신기는 무선 충전을 재시작 할 수 있다.

<제1 충전 상태(S1)>

제3 충전 상태(S3) 이후 제1 충전 상태(S1)에서 무선 전력 수신기의 배터리 충전 전류(a)는 가장 높은 세기로 흐를 수 있다. 또한, 무선 전력 송신기의 입력 전류(b)는 제1 전류로 흐를 수 있다. 배터리 온도(d)는 무선 충전이 진행 되는 동안 증가할 수 있다. 배터리 충전률(c)은 가장 높은 속도로 상승할 수 있다. 예를 들어, 제3 충전 상태(S3) 이후 제1 충전 상태(S1)에서 무선 전력 수신기의 배터리 충전 전류(a)가 1289mA일 수 있다. 무선 전력 송신기의 입력 전류(b)는 제1 전류의 세기인 700mA가 흐를 수 있다. 배터리 온도(d)는 측정 시작 시점(t3)에서 39.3도이고 제4 시점(t4)에서 제1 온도인 40.9일 수 있다. 제4 시점(t4)을 기준으로 배터리 충전률(c)이 제1 충전량인 80%이상이고 배터리 온도(d)가 제1 온도인 40.9도 이상이 되었기 때문에 무선 전력 수신기는 제3 충전 상태(S3)로 진입할 수 있다.

<제3 충전 상태(S3)>

제3 충전 상태(S3)에서 무선 전력 수신기는 무선 충전 중단을 요청할 수 있다. 이에, 배터리의 충전 전류(a)는 흐르지 않는다. 이에, 배터리 충전률(c)은 제3 충전 상태(S3) 동안 증가하지 않을 수 있다. 또한, 무선 전력 송신기의 입력 전류(b)는 제2 레벨 감소할 수 있다. 즉, 무선 전력 송신기의 입력 전류(b)는 제1 전류에서 제3 전류로 전류의 세기가 더 낮게 흐를 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 레벨 감소는 감소 전 전류 세기에서 70% 이상 감소일 수 있다. 배터리 온도(d)는 배터리 충전 전류(a)가 흐르지 않기 때문에 제4 시점(t4)보다 낮아 질 수 있다. 예를 들어, 제3 충전 상태(S3)에서 배터리 충전 전류(a)는 제4 시점(t4)에서 제5 시점(t5)까지 흐르지 0mA 또는 0mA 이하가 흐를 수 있다. 무선 전력 송신기의 입력 전류(b)는 제3 전류의 세기인 160mA가 흐를 수 있다. 제3 전류인 160mA는 제1 전류인 700mA보다 540mA 감소된 것으로 감소율은 제2 레벨 감소 범위인 77.14286%이다. 배터리 온도(d)가 제4 시점(t4)에서 제1 온도인 40.9도가 된 후 배터리 충전전류(a)가 흐르지 않아 제5 시점(t5) 이후 제1 온도인 41도 이하로 냉각될 수 있다. 제5 시점(t5)을 기준으로 배터리 온도(d)가 제1 온도 이하가 된 것을 무선 전력 수신기가 감지하여 무선 전력 수신기는 제1 충전 상태(S1) 또는 제4 충전 상태(S4)로 진입할 수 있다. 즉, 제5 시점(t5)에서 무선 전력 수신기와 무선 전력 송신기는 무선 충전을 재시작 할 수 있다. 도 6과 같이, 제5 시점(t5)을 기준으로 배터리 충전률(c)은 제2 충전량인 90%이상이고 배터리 온도(d)가 제1 온도 이하가 된 것을 무선 전력 수신기가 감지하여 무선 전력 수신기는 제4 충전 상태(S4)로 진입할 수 있다.

<제4 충전 상태(S4)>

제4 충전 상태(S4)에서 배터리의 충전률(c)이 제2 충전량인 90% 이상이기 때문에 무선 전력 수신기의 배터리 충전 전류(a)는 배터리를 보호하기 위하여 세기가 단계적으로 감소할 수 있다. 또한, 무선 전력 송신기의 입력 전류(b)는 제3 레벨 감소할 수 있다. 제3 레벨 감소는 제1 전류에서 전류의 세기가 단계적으로 낮아지며 각 단계가 10% 이상의 감소율로 감소 될 수 있다. 보다 구체적으로, 제3 레벨 감소는 시간 별로 제1 전류에서 제4 전류로 전류의 세기가 10% 이상 감소되고, 제4 전류에서 제5 전류로 전류의 세기가 10% 이상 감소되고, 제5 전류에서 제6 전류로 전류의 세기가 10%이상 감소될 수 있다. 제4 전류는 제1 전류의 크기고 보다 낮고 제2 전류의 크기보다 클 수 있다. 제5 전류는 제2 전류의 크기보다 낮고 제6 전류의 크기보다 클 수 있다. 제6 전류는 제5 전류의 크기보다 낮고 제3 전류의 크기보다 클 수 있다. 일 예로, 제4 전류는 590mA 이상 630mA 이하일 수 있다. 제5 전류는 410mA 이상 531mA 이하일 수 있다. 제6 전류는 300mA 이상 370mA 이하일 수 있다. 제4 충전 상태(S4)에서 배터리 온도(d)는 배터리 충전 전류(a)가 단계적으로 낮아 지기 때문에 제5 시점(t5)보다 낮아 질 수 있다. 배터리 충전률(c)은 배터리 충전 전류(a)가 단계적으로 낮아 지기 때문에 제1 충전 상태(S1)일 때보다 낮은 속도로 상승할 수 있다. 예를 들어, 제4 충전 상태(S4)에서 배터리 충전 전류(a)는 제5 시점(t5)에서 1268mA이고, 제6 시점(t6)에서 965mA이고, 제7 시점(t7)에서 669mA이고, 제8 시점(t8)에서 471mA일 수 있다. 무선 전력 송신기의 입력 전류(b)는 제5 시점(t5)에서 제1 전류인 700mA이고, 제6 시점(t6)에서 제4 전류인 600mA이고, 제7 시점(t7)에서 제5 전류인 450mA이고, 제8 시점(t8)에서 제6 전류인 363mA일 수 있다. 제4 전류인 600mA는 제1 전류인 700mA보다 100mA 감소된 것으로 감소율은 제3 레벨 범위인 14.28471%이다. 제5 전류인 450mA는 제6 전류인 600mA보다 150mA 감소된 것으로 감소율은 제3 레벨 범위인 25%이다. 제6 전류인 363mA는 제5 전류인 450mA보다 87mA 감소된 것으로 감소율은 제3 레벨 범위인 19.33333%이다. 배터리 충전률(c)은 제5 시점(t5)에서 제2 충전량인 93%이고, 제8 시점(t5)에서 100%일 수 있다.

배터리 온도(d)가 제1 시점(t1) 이후 제1 온도인 40.9도 이하에서 변화되다가 제2 시점(t2) 에서 다시 41도가 되어 제1 온도가 될 수 있다. 제2 시점(t2)을 기준으로 배터리 충전률(c)은 제1 충전량인 80%이상이고 배터리 온도(d2)가 제1 온도인 41도가 되었기 때문에 무선 전력 수신기는 제3 충전 상태(S3)로 진입할 수 있다.

도 7은 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법은 무선 전력 송신기가 입력 전류를 측정하는 단계(S710)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 무선 전력 송신기는 전류센서가 구동부에 입력되는 입력 전류를 측정할 수 있다. 입력 전류는 레일 전류일 수 있다. 레일 전류는 무선 전력 송신기의 전력 변환부에서 구동부로 흐르는 전류일 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니고, 레일 전류는 구동부가 전력 변환부가 전원부로부터 직접 전력을 공급 받는 경우 전원부에서 구동부로 흐르는 전류일 수 있다.

무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법은 무선 전력 수신기의 충전 상태를 판단하는 단계(S720)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 무선 전력 송신기는 측정된 입력 전류 값에 기반하여 무선 전력 수신기의 충전 상태를 판단할 수 있다. 무선 전력 수신기의 충전 상태는 복수의 충전 상태를 포함할 수 있다. 복수의 무선 전력 수신기의 충전 상태는 제1 내지 제4 충전 상태를 포함할 수 있다. 또한, 입력전류는 제1 내지 제4 충전 상태에 따라 제1 내지 제6 전류가 흐를 수 있다. 보다 구체적으로, 무선 전력 수신기의 제1 충전 상태는 일반 충전 모드, 미디움 전력 충전 모드 또는 고속 충전 모드로 무선 충전이 진행될 수 있다. 즉, 무선 전력 수신기의 제1 충전 상태는 전력 전송 계약에 따라 무선 전력 수신기에 의한 충전 전력량이 제한되지 않은 상태일 수 있다. 무선 전력 수신기의 제1 충전 상태에서 무선 전력 송신기의 입력 전류는 제1 전류가 흐를 수 있다. 무선 전력 수신기의 제2 충전 상태는 무선 전력 수신기가 소정의 배터리 충전률 이하에서 소정의 온도에 도달하여 충전 전력량이 제한되는 상태일 수 있다. 무선 전력 수신기의 제2 충전 상태에서 무선 전력 송신기의 입력 전류는 제2 전류가 흐를 수 있다. 무선 전력 수신기의 제3 충전 상태는 무선 전력 수신기가 소정의 배터리 충전률 이상에서 소정의 온도에 도달하여 무선 충전이 중단되는 상태일 수 있다. 무선 전력 수신기의 제3 충전 상태에서 무선 전력 송신기의 입력 전류는 제3 전류가 흐를 수 있다. 무선 전력 수신기의 제4 충전 상태는 무선 전력 수신기가 배터리 충전이 완충에 가까운 소정의 충전률에 도달하여 충전 전력량을 단계적으로 조절하는 상태일 수 있다. 무선 전력 수신기의 제4 충전 상태에서 무선 전력 송신기의 입력 전류는 제4 내지 제6 전류 순서로 흐를 수 있다. 무선 전력 수신기의 충전 상태 및 무선 전력 송신기의 입력 전류에 대한 자세한 설명은 도 6에서 후술한다. 따라서, 제어부(240)는 입력 전류가 제1 전류이면 무선 전력 수신기가 제1 충전 상태인 것으로 판단할 수 있다. 또한, 제어부(240)는 입력 전류가 제2 전류이면 무선 전력 수신기가 제2 충전 상태인 것으로 판단할 수 있다. 또한, 제어부(240)는 입력 전류가 제3 전류이면 무선 전력 수신기가 제3 충전 상태인 것으로 판단할 수 있다. 또한, 제어부(240)는 입력 전류가 제4 전류부터 제6 전류까지 순차적으로 변경되면 무선 전력 수신기가 제4 충전 상태인 것으로 판단할 수 있다. 이에 관한 구체적인 설명은 도 8에서 후술한다. 따라서, 일 실시예는 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 충전 상태를 판단할 수 있다.

무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법은 충전을 제어하는 단계(730)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 충전 상태에 기반하여 충전을 제어할 수 있다. 이에 관한 구체적인 설명은 도 9에서 후술한다. 따라서, 일 실시예는 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따라 능동적으로 충전을 제어할 수 있다. 이후, 무선 전력 송신기에서의 무선 충전 방법은 S710 단계의 무선 전력 송신기가 입력 전류를 측정하는 단계를 반복할 수 있다.

도 8은 도 7의 무선 전력 수신기의 충전 상태 판단을 설명하기 위한 도면이다.

도 8을 참조하면, 무선 전력 수신기의 충전 상태 판단은 제1 충전 상태로 판단하는 단계(S721)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 무선 전력 송신기는 측정된 입력 전류가 가장 높은 세기인 제1 전류이면 무선 전력 수신기가 제1 충전 상태인 것으로 판단할 수 있다. 또한, 제1 전류는 690mA 이상일 수 있다.

무선 전력 수신기의 충전 상태 판단은 입력 전류가 제1 레벨 감소했는지 판단하는 단계(S722)를 포함할 수 있다. 제1 레벨 감소는 제1 전류에서 20% 이상 감소일 수 있다. 또한, 제1 레벨 감소는 입력전류가 제1 전류에서 제2 전류로 감소하는 것을 지칭할 수 있다. 즉, 제2 전류의 세기는 제1 전류의 세기의 20% 이상 감소한 전류 세기일 수 있다. 또한, 제2 전류는 500mA 이상 552mA 이하일 수 있다.

무선 전력 수신기의 충전 상태 판단은 제1 레벨 감소하면 제2 충전 상태로 판단하는 단계(S723)를 포함할 수 있다. 즉, 무선 전력 송신기는 측정된 입력 전류가 제2 전류이면 무선 전력 수신기가 제2 충전 상태인 것으로 판단할 수 있다.

무선 전력 수신기의 충전 상태 판단은 제2 충전 상태로 판단 후 입력 전류가 제2 레벨 감소했는지 판단하는 단계(S724)를 포함할 수 있다. 또한, 무선 전력 수신기의 충전 상태 판단은 제1 충전 상태로 판단 후 입력 전류가 제1 레벨 감소가 아니면 제2 레벨 감소했는지 판단하는 단계(S725)를 포함할 수 있다. 제2 레벨 감소는 제1 전류 또는 제2 전류에서 70% 이상 감소일 수 있다. 또한, 제2 레벨 감소는 입력전류가 제1 전류 또는 제2 전류에서 제3 전류로 감소하는 것을 지칭할 수 있다. 즉, 제3 전류의 세기는 제1 전류 또는 제2 전류의 세기의 70% 이상 감소한 전류 세기일 수 있다. 또한, 제3 전류는 100mA 이상 207mA 이하일 수 있다.

무선 전력 수신기의 충전 상태 판단은 제1 전류 또는 제2 전류에서 제2 레벨 감소하면 제3 충전 상태로 판단하는 단계(S726)를 포함할 수 있다. 즉, 무선 전력 송신기는 측정된 입력 전류가 제3 전류이면 무선 전력 수신기가 제3 충전 상태인 것으로 판단할 수 있다.

무선 전력 수신기의 충전 상태 판단은 제1 충전 상태로 판단 후 입력 전류가 제1 레벨 감소 및 제2 레벨 감소가 아니면 제3 레벨 감소했는지 판단하는 단계(S727)를 포함할 수 있다. 제3 레벨 감소는 제1 전류에서 전류의 세기가 단계적으로 낮아지며 각 단계가 10% 이상의 감소율로 감소 될 수 있다. 보다 구체적으로, 제3 레벨 감소는 시간 별로 제1 전류에서 제4 전류로 전류의 세기가 10% 이상 감소되고, 제4 전류에서 제5 전류로 전류의 세기가 10% 이상 감소되고, 제5 전류에서 제6 전류로 전류의 세기가 10%이상 감소될 수 있다. 제4 전류는 제1 전류의 크기고 보다 낮고 제2 전류의 크기보다 클 수 있다. 제5 전류는 제2 전류의 크기보다 낮고 제6 전류의 크기보다 클 수 있다. 제6 전류는 제5 전류의 크기보다 낮고 제3 전류의 크기보다 클 수 있다. 일 예로, 제4 전류는 590mA 이상 630mA 이하일 수 있다. 제5 전류는 410mA 이상 531mA 이하일 수 있다. 제6 전류는 300mA 이상 370mA 이하일 수 있다.

무선 전력 수신기의 충전 상태 판단은 제1 전류에서 제3 레벨 감소하면 제4 충전 상태로 판단하는 단계(S728)를 포함할 수 있다. 즉, 무선 전력 송신기는 입력 전류가 제4 전류 내지 제6 전류가 단계적으로 측정되면 무선 전력 수신기가 제4 충전 상태인 것으로 판단할 수 있다.

따라서, 일 실시예는 무선 전력 수신기의 충전 상태 정보가 제공되지 않아도 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 충전 상태를 판단할 수 있다.

도 9는 도 7의 충전 제어를 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참조하면, 무선 전력 송신기의 충전 제어는 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기를 제1 충전 상태로 판단하였으면 수신기 측 충전 제어에 의해 전력을 전송 하는 단계(S731, S732)를 포함할 수 있다. 무선 전력 수신기의 제1 충전 상태에서 무선 전력 송신기는 전력 전송 계약에 따른 무선 전력이 전송되도록 무선 전력 수신기에 의해 충전 제어될 수 있다.

무선 전력 송신기의 충전 제어는 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기를 제2 충전 상태로 판단하였으면 무선 전력 송신기가 제1 충전 제어를 하는 단계(S733, S734)를 포함할 수 있다. 제1 충전 제어의 제1 실시예로, 제1 충전 제어는 무선 전력 송신기가 제1 충전 상태에서 구동 중인 팬의 RPM을 증가시키는 것일 수 있다. 제1 충전 제어의 제2 실시예로, 제1 충전 제어는 무선 전력 송신기가 제1 충전 상태에서 구동하고 있지 않은 팬을 구동시킬 수 있다. 제1 충전 제어의 제3 실시예로, 제1 충전 제어는 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 요청에 따른 충전 전력 세기보다 더 낮은 세기로 전력을 전송할 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니고, 제1 충전제어의 제1 실시예 내지 제3 실시예 중 어느 두 개의 실시예 또는 전부를 동시에 실시할 수 있다.

무선 전력 송신기의 충전 제어는 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기를 제3 충전 상태로 판단하였으면 무선 전력 송신기가 제2 충전 제어를 하는 단계(S735, S736)를 포함할 수 있다. 제2 충전 제어의 제1 실시예로, 제2 충전 제어는 무선 전력 송신기가 충전을 중단 하면 제2 충전 상태에서 구동 중인 팬의 RPM을 증가시키는 것일 수 있다. 제2 충전 제어의 제2 실시예로, 제2 충전 제어는 무선 전력 송신기가 충전을 중단하면 무선 전력 송신기가 제2 충전 상태에서 구동하고 있지 않은 팬을 구동시킬 수 있다. 제2 충전 제어의 제3 실시예로, 제2 충전 제어는 무선 전력 송신기가 충전을 중단한 후 내부 온도가 소정의 온도만큼 저하되면 무선 충전을 재시작할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기의 제1 내부 온도에서 냉각되어 제2 내부 온도가 될 경우 무선 충전을 재시작할 수 있다. 제2 내부 온도는 제1 내부 온도 보다 낮은 온도 일 수 있다. 즉, 무선 전력 송신기는 무선 전력 송신기의 내부 온도가 냉각되는 것을 기초하여 무선 전력 수신기의 배터리 온도가 낮아졌다고 판단하는 것이다. 보다 구체적으로, 제2 내부 온도는 제1 내부 온도 보다 3도이상 낮을 수 있다. 바람 직하게는 제2 내부 온도는 제1 내부 온도 보다 5도 낮을 수 있다. 제2 충전 제어의 제4 실시예로, 제2 충전 제어는 무선 전력 송신기가 충전을 중단한 후 타이머를 이용하여 소정의 시간이 경과하면 무선 충전을 재시작할 수 있다. 예를 들어, 무선 충전 송신기는 무선 충전이 중단될 때에 타이머가 동작하여 5분이 경과하면 무선 충전을 재시작할 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니고, 제2 충전제어의 제1 실시예 내지 제4 실시예 중 어느 두 개의 실시예 또는 전부를 동시에 실시할 수 있다.

무선 전력 송신기의 충전 제어는 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기를 제4 충전 상태로 판단하였으면 수신기 측 충전 제어에 의해 전력을 전송 하는 단계(S737, S732)를 포함할 수 있다. 무선 전력 수신기의 제4 충전 상태에서 무선 전력 송신기는 제4 내지 제6 전류 순서로 흐르도록 무선 전력 수신기에 의해 충전 제어될 수 있다.

따라서, 일 실시예는 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따라 능동적으로 충전을 제어할 수 있다. 또한, 일 실시예는 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따라 충전 전력을 제어 할 수 있다. 또한, 일 실시예는 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따라 팬 구동을 제어할 수 있다. 또한, 일 실시예는 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 충전 상태에 따라 충전 전력을 최적화하여 충전시간을 개선할 수 잇다. 또한, 일 실시예는 무선 전력 수신기의 발열 현상을 개선하여 충전 중단을 방지할 수 있다.

상술한 실시예에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상술한 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 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.

Claims

무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신기의 무선 충전 방법에 있어서,
상기 무선 전력 송신기의 구동부로 입력되는 입력전류를 측정하는 단계;
상기 입력전류의 변화를 통하여 상기 무선 전력 수신기의 충전 상태를 판단하는 단계; 및
상기 충전 상태에 기반하여 충전을 제어하는 단계를 포함하고,
상기 충전 상태는 제1 충전 상태, 제2 충전 상태, 제3 충전 상태 및 제4 충전 상태를 포함하고,
상기 제2 충전 상태는 상기 입력전류가 제1 레벨 감소하는 상태이고,
상기 제3 충전 상태는 상기 입력전류가 제2 레벨 감소하는 상태이고,
상기 제4 충전 상태는 상기 입력전류가 제3 레벨 감소하는 상태인 무선 충전 방법.
제1 항에 있어서,
상기 제1 레벨은 상기 입력전류가 20% 이상 감소하고,
상기 제2 레벨은 상기 입력전류가 70% 이상 감소하고,
상기 제3 레벨은 상기 입력 전류가 10% 이상 연속적으로 감소하는 무선 충전 방법.
제1 항에 있어서,
제1 충전 상태에서 상기 입력 전류는 제1 전류가 흐르고,
상기 제1 레벨은 상기 입력전류가 제2 전류로 감소하고,
상기 제2 레벨은 상기 입력전류가 제3 전류로 감소하고,
상기 제3 레벨은 상기 입력 전류가 제4 전류, 제5 전류, 제6 전류로 연속적으로 감소하는 무선 충전 방법.
제3 항에 있어서,
상기 제2 전류의 크기는 상기 제1 전류의 크기보다 작고,
상기 제3 전류의 크기는 상기 제2 전류의 크기보다 작고,
상기 제4 전류의 크기는 상기 제1 전류의 크기고 보다 작고 상기 제2 전류의 크기보다 크고,
상기 제5 전류의 크기는 제2 전류의 크기보다 작고 제6 전류의 크기보다 크고,
상기 제6 전류의 크기는 제5 전류의 크기보다 작고 상기 제3 전류의 크기보다 작은 무선 충전 방법.
제1 항에 있어서,
상기 제2 충전 상태는 상기 무선 전력 수신기의 배터리 온도가 제1 온도 이상이고, 상기 무선 전력 수신기의 배터리 잔량이 제1 충전량 이하이고,
상기 제3 충전 상태는 상기 무선 전력 수신기의 배터리 온도가 상기 제1 온도 이상이고, 상기 무선 전력 수신기의 배터리 잔량이 상기 제1 충전량 이상이고,
상기 제4 충전 상태는 상기 무선 전력 수신기의 배터리 온도가 상기 제1 온도 이하이고, 상기 무선 전력 수신기의 배터리 잔량이 제2 충전량 이상인 무선 충전 방법.
제5 항에 있어서,
상기 제1 온도는 40.9도 이상이고 45도 이하이고,
상기 제1 충전량은 80% 이상이고,
상기 제2 충전량은 90% 이상인 무선 충전 방법.
제1 항에 있어서,
상기 충전 상태에 기반하여 충전을 제어하는 단계는,
상기 제1 충전 상태이면 상기 무선 전력 수신기의 충전 제어에 따라 전력을 전송하고,
상기 제2 충전 상태이면 무선 전력 송신기가 제1 충전 제어하고,
상기 제3 충전 상태이면 무선 전력 송신기가 제2 충전 제어하는 무선 충전 방법.
제7 항에 있어서,
상기 제1 충전 제어는 상기 제1 충전 상태에서 구동 중인 팬의 RPM을 증가시키는 무선 충전 방법.
제7 항에 있어서,
상기 제1 충전 제어는 상기 제1 충전 상태에서 구동하고 있지 않은 팬을 구동시키는 무선 충전 방법.
제7 항에 있어서,
상기 제1 충전 제어는 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 요청에 따른 충전 전력 세기보다 더 낮은 세기로 전력을 전송하는 무선 충전 방법.
제7 항에 있어서,
상기 제2 충전 제어는 충전을 중단 하면 상기 제2 충전 상태에서 구동 중인 팬의 RPM을 증가시키는 무선 충전 방법.
제7 항에 있어서,
상기 제2 충전 제어는 충전을 중단한 후 내부 온도가 소정의 온도만큼 저하되면 무선 충전을 재시작하는 무선 충전 방법.
제7 항에 있어서,
상기 제2 충전 제어는 충전을 중단한 후 타이머를 이용하여 소정의 시간이 경과하면 무선 충전을 재시작하는 무선 충전 방법.
하나 이상의 송신 코일 및 상기 하나 이상의 송신 코일에 제공되는 출력 전력을 제어하는 구동부를 포함하는 전력 전송부;
상기 구동부에 입력되는 입력전류를 측정하는 전류 센서; 및
상기 입력전류의 변화를 통하여 무선 전력 수신기의 충전 상태를 판단하는 제어부;를 포함하고,
상기 충전 상태는 제1 충전 상태, 제2 충전 상태, 제3 충전 상태 및 제4 충전 상태를 포함하고,
상기 제2 충전 상태는 상기 입력전류가 제1 레벨 감소하는 상태이고,
상기 제3 충전 상태는 상기 입력전류가 제2 레벨 감소하는 상태이고,
상기 제4 충전 상태는 상기 입력전류가 제3 레벨 감소하는 상태인 무선 전력 송신기.
제14 항에 있어서,
상기 제1 레벨은 상기 입력전류가 20% 이상 감소하고,
상기 제2 레벨은 상기 입력전류가 70% 이상 감소하고,
상기 제3 레벨은 상기 입력 전류가 10% 이상 연속적으로 감소하는 무선 전력 송신기.
제14 항에 있어서,
제1 충전 상태에서 상기 입력 전류는 제1 전류가 흐르고,
상기 제1 레벨은 상기 입력전류가 제2 전류로 감소하고,
상기 제2 레벨은 상기 입력전류가 제3 전류로 감소하고,
상기 제3 레벨은 상기 입력 전류가 제4 전류, 제5 전류, 제6 전류로 연속적으로 감소하는 무선 전력 송신기.
제16 항에 있어서,
상기 제2 전류의 크기는 상기 제1 전류의 크기보다 작고,
상기 제3 전류의 크기는 상기 제2 전류의 크기보다 작고,
상기 제4 전류의 크기는 상기 제1 전류의 크기고 보다 작고 상기 제2 전류의 크기보다 크고,
상기 제5 전류의 크기는 제2 전류의 크기보다 작고 제6 전류의 크기보다 크고,
상기 제6 전류의 크기는 제5 전류의 크기보다 작고 상기 제3 전류의 크기보다 작은 무선 전력 송신기.
제14 항에 있어서,
상기 제2 충전 상태는 상기 무선 전력 수신기의 배터리 온도가 제1 온도 이상이고, 상기 무선 전력 수신기의 배터리 잔량이 제1 충전량 이하이고,
상기 제3 충전 상태는 상기 무선 전력 수신기의 배터리 온도가 상기 제1 온도 이상이고, 상기 무선 전력 수신기의 배터리 잔량이 상기 제1 충전량 이상이고,
상기 제4 충전 상태는 상기 무선 전력 수신기의 배터리 온도가 상기 제1 온도 이하이고, 상기 무선 전력 수신기의 배터리 잔량이 제2 충전량 이상인 무선 전력 송신기.
제18 항에 있어서,
상기 제1 온도는 40.9도 이상이고 45도 이하이고,
상기 제1 충전량은 80% 이상이고,
상기 제2 충전량은 90% 이상인 무선 전력 송신기.
제14 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 충전 상태이면 상기 무선 전력 수신기의 충전 제어에 따라 전력을 전송하고,
상기 제2 충전 상태이면 무선 전력 송신기가 제1 충전 제어하고,
상기 제3 충전 상태이면 무선 전력 송신기가 제2 충전 제어하는 무선 전력 송신기.
제20 항에 있어서,
상기 하나 이상의 송신 코일에 대응하여 배치되고 모터에 의해 회전하는 팬;을 더 포함하고,
상기 제1 충전 제어는 상기 제어부가 상기 제1 충전 상태에서 구동 중인 팬의 RPM을 증가시키는 무선 전력 송신기.
제20 항에 있어서,
상기 하나 이상의 송신 코일에 대응하여 배치되고 모터에 의해 회전하는 팬;을 더 포함하고,
상기 제1 충전 제어는 상기 제어부가 상기 제1 충전 상태에서 구동하고 있지 않은 팬을 구동시키는 무선 전력 송신기.
제20 항에 있어서,
상기 제1 충전 제어는 무선 전력 수신기의 요청에 따른 충전 전력 세기보다 더 낮은 세기로 전력을 전송하는 무선 전력 송신기.
제20 항에 있어서,
상기 하나 이상의 송신 코일에 대응하여 배치되고 모터에 의해 회전하는 팬;을 더 포함하고,
상기 제2 충전 제어는 상기 제어부가 충전을 중단 하면 상기 제2 충전 상태에서 구동 중인 팬의 RPM을 증가시키는 무선 전력 송신기.
제20 항에 있어서,
내부 온도를 측정하는 온도 센서;를 더 포함하고,
상기 제2 충전 제어는 상기 제어부가 충전을 중단한 후 측정된 내부 온도가 소정의 온도만큼 저하되면 무선 충전을 재시작하는 무선 전력 송신기.
제20 항에 있어서,
타이머;를 더 포함하고,
상기 제2 충전 제어는 상기 제어부가 충전을 중단한 후 소정의 시간이 경과하면 무선 충전을 재시작하는 무선 전력 송신기.