KR20190080525A - 차량내 무선 충전 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량 내에서 다수의 휴대용 전자 기기를 동시에 무선 충전할 수 있는 차량내 무선 충전 시스템 및 방법을 공개한다. 본 발명은 차량내 복수의 위치에 각각 무선 충전 모듈을 설치하고, BLE 통신을 이용하여 사용자의 충전 대상 휴대용 기기를 감지한 후, 가장 근접한 위치에 있는 무선 충전 모듈을 통해서 해당 충전 대상 휴대용 기기로 무선 전력을 전송하여 충전할 수 있을 뿐만 아니라, 복수의 무선 충전 모듈 각각이 모두 휴대용 기기를 충전할 수 있도록 함으로써, 종래 기술의 차량 내에서 일일이 휴대용 기기에 케이블을 연결하여 충전을 수행하거나, 하나의 휴대용 기기만 무선 충전이 가능했던 문제점 해소하였다.

Description

차량내 무선 충전 시스템 및 방법{Wireless charging system and method in the vehicle}
본 발명은 차량내 무선 충전 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 차량 내에서 다수의 휴대용 전자 기기를 동시에 무선 충전할 수 있는 차량내 무선 충전 시스템 및 방법에 관한 것이다.
스마트폰의 사용 증대에 따라 태블릿, 스마트 워치, 블루투스 이어폰 등과 같은 다양한 종류의 휴대용 전자 기기 사용 빈도 또한 증가하게 되었다. 리튬 이온 배터리를 사용하는 이러한 휴대용 전자 제품이 증가함에 따라 배터리 충전의 중요성이 증가하고 있다.
이러한 휴대용 전자 기기는 전화 통화와 같은 본연의 용도뿐만 아니라, 내비게이션, 차량의 스피커와 연동하여 음악을 재생하는 등과 같이 차량에서의 이용도 크게 증가하고 있어 충전의 필요성이 크게 증가하고 있다.
특히, 차량이라는 특성상 운전자가 스마트폰을 유선 케이블에 일일이 연결하는 절차가 번거롭고, 케이블이 차량 내부에 어지럽게 놓여져 있는 것은 운전자에게 방해가 될 수 있다. 이러한 특수한 환경으로 인해, 일반적인 생활공간보다 차량에 장착된 무선 충전기의 니즈가 증대되고 있다. 그러나, 기존의 무선 충전기는 1개의 스마트폰만 충전이 가능하여, 차량 이동 중에 효율적으로 이용하기 어렵다.
따라서, 차량에서 복수의 휴대용 전자 기기를 동시에 무선 충전할 수 있는 차량내 무선 충전 시스템 및 방법이 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 차량에서 복수의 휴대용 전자 기기를 충전할 수 있는 차량내 무선 충전 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량내 무선 충전 시스템은, 차량의 배터리로부터 공급된 전원을 승압하여 출력하는 부스트 컨버터; 상기 승압된 전원을 AC 전력으로 변환하는 전력 변환부; 차량내의 복수의 위치에 각각 설치되고, 인접한 충전 대상 기기에 포함된 무선 전력 수신 모듈과 통신을 수행하여 무선 충전에 이용되는 충전 파라미터들을 상호 교환하며, 상기 전력 변환부로부터 입력된 교류 전원을 무선으로 전송하는 복수의 무선 충전 모듈; 및 상기 무선 충전 모듈로부터 수신된 충전 대상 기기의 상태 메시지에 따라서 충전 대상 기기가 인접한 무선 충전 모듈을 확인하고, 상기 전력 변환부가 상기 충전 대상 기기가 인접한 상기 무선 충전 모듈로, 상기 무선 전력 수신 모듈로부터 수신된 상기 충전 파라미터에 포함된 전력 카테고리 정보에 대응되는 교류 전원을 공급하도록 제어하는 무선 충전 MCU를 포함한다.
또한, 상기 무선 충전 MCU는, 상기 복수의 무선 충전 모듈에 연결된 충전 대상 기기로 상기 전력 카테고리정보에 대응되는 최대 전력이 전송하도록 상기 부스터 컨버터와 상기 전력 변환부를 제어하되, 상기 복수의 무선 충전 모듈에 연결된 모든 충전 대상 기기들로 최대 전력을 전송할 수 없는 경우에는, 각 충전 대상 기기로부터 수신된 전력 카테고리에 따른 최대 전력의 비율로 전력을 분배할 수 있다.
또한, 상기 무선 충전 모듈은, 교류 전력을 무선으로 전송하는 송신 안테나; 상기 전력 변환부로부터 입력된 교류 전력을 상기 송신 안테나로 출력하는 전력 전송부; 및 상기 충전 대상 기기에 포함된 무선 전력 수신 모듈과 통신을 수행하여, 상기 무선 전력 수신 모듈의 상태 메시지 및 충전 파라미터를 수신하여 상기 무선 충전 MCU로 전송하고, 상기 무선 충전 MCU로부터 수신된 충전 파라미터를 상기 무선 전력 수신 모듈로 전송하는 BLE 통신부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 수신 모듈은, 상기 무선 충전 모듈로부터 교류 전력을 무선으로 수신하여 출력하는 수신 안테나; 상기 수신 안테나로부터 입력된 교류 전력을 정류하여 출력하는 정류부; 상기 정류부로부터 입력된 직류 전력을 강압 또는 승압하여 상기 충전 대상 기기 내부의 배터리를 충전하는 DC/DC 컨버터; 상기 DC/DC 컨버터로부터 입력되는 전력의 전압을 강압하는 LDO; 상기 LDO로부터 입력된 전원에 의해서 구동되어 상기 무선 충전 모듈과 통신을 수행하는 BLE 통신부; 및 상기 BLE 통신부를 통해서, 상기 상태 메시지 및 충전 파라미터를 상기 무선 충전 모듈로 전송하고, 상기 무선 충전 모듈로부터 충전 파라미터를 수신하며, 무선 충전이 개시되면, 상기 무선 충전 모듈로부터 수신된 무선 전력의 전압 및 전류를 포함하는 충전 상황을 나타내는 충전 파라미터를 전송하는 MCU를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량내 무선 충전 시스템은, 차량의 CAN 버스와 연결되어 상기 무선 충전 MCU가 차량내의 제어 장치 및 디스플레이와 CAN 통신을 수행할 수 있도록 하는 CAN 통신부를 더 포함하고, 상기 무선 충전 MCU는, 상기 무선 전력 수신 모듈이 상기 무선 충전 모듈로 인증을 요청하면, 인증 암호를 생성하여 상기 CAN 통신부를 통하여 전송하여 차량에 설치된 디스플레이에 표시하고, 상기 무선 전력 수신 모듈로부터 수신된 인증 암호가 상기 인증 암호와 일치하면 상기 충전 대상 기기를 인증할 수 있다.
한편, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 차량내 무선 충전 시스템에서 수행되는 무선 충전 방법으로서, (a) 차량내 복수의 위치에 각각 설치된 복수의 무선 충전 모듈에서 저전력 비콘 신호를 발생시키는 단계; (b) 충전 대상 기기에 포함된 무선 전력 수신 모듈에서 복수의 무선 충전 모듈 중에서 인접한 무선 충전 모듈에서 발생된 비콘 신호를 수신하고, 자신의 상태 메시지를 전송하는 단계; (c) 상기 상태 메시지를 수신한 무선 충전 모듈이, 상기 상태 메시지를 상기 차량내 무선 충전 시스템에 포함된 무선 충전 MCU로 전송함으로써, 상기 무선 충전 MCU가 충전 대상 기기가 인접한 무선 충전 모듈을 확인하는 단계; 및 (d) 상기 무선 충전 MCU가 상기 확인된 무선 충전 모듈을 통해서 충전 대상 기기와 충전 파라미터를 서로 교환하고, 상기 충전 파라미터에 따라서 상기 확인된 무선 충전 모듈을 통해서 상기 충전 대상 기기의 무선 전력 수신 모듈로 무선 전력을 전송하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 (d) 단계에서, 상기 충전 대상 기기의 무선 전력 수신 모듈로부터 수신되는 충전 파라미터는 상기 충전 대상 기기의 전력 카테고리 정보를 포함하고, 상기 무선 충전 MCU는 상기 확인된 무선 충전 모듈을 통해서 상기 전력 카테고리 정보에 대응되는 최대 전력을 상기 충전 대상 기기로 전송할 수 있다.
또한, 상기 (d) 단계에서, 상기 복수의 무선 충전 모듈이 복수의 충전 대상 기기로 무선 전력을 전송하는 경우에, 상기 복수의 충전 대상 기기로 모두 최대 전력을 전송할 수 없는 경우에는, 각 충전 대상 기기로부터 수신된 전력 카테고리에 따른 최대 전력의 비율로 전력을 분배하여 무선 전송할 수 있다.
또한, 상기 (a) 단계 이전에, 충전 대상 기기가 상기 무선 충전 모듈로 인증을 요청하고, 상기 무선 충전 모듈이 인증 요청을 상기 무선 충전 MCU로 전송하는 단계; 상기 무선 충전 MCU가 인증 암호를 생성하여 CAN 통신을 통해서 차량의 디스플레이 표시하는 단계; 상기 충전 대상 기기가 사용자로부터 상기 표시된 인증 암호를 입력받아 상기 무선 충전 모듈로 전송하고, 상기 무선 충전 모듈이 수신된 인증 암호를 상기 무선 충전 MCU로 전송하는 단계; 및 상기 무선 충전 MCU가 상기 무선 충전 모듈로부터 수신된 인증 암호와 상기 차량 디스플레이에 표시된 인증 암호를 비교하여 일치하는 경우에 인증을 수행하는 단계를 더 포함하고, 상기 (a) 내지 (d) 단계는 인증된 충전 대상 기기에 대해서만 수행될 수 있다.
본 발명은 차량내 복수의 위치에 각각 무선 충전 모듈을 설치하고, BLE 통신을 이용하여 사용자의 충전 대상 휴대용 기기를 감지한 후, 가장 근접한 위치에 있는 무선 충전 모듈을 통해서 해당 충전 대상 휴대용 기기로 무선 전력을 전송하여 충전할 수 있을 뿐만 아니라, 복수의 무선 충전 모듈 각각이 모두 휴대용 기기를 충전할 수 있도록 함으로써, 종래 기술의 차량 내에서 일일이 휴대용 기기에 케이블을 연결하여 충전을 수행하거나, 하나의 휴대용 기기만 무선 충전이 가능했던 문제점 해소하였다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량내 무선 충전 시스템의 전체 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량내 무선 충전 시스템과 충전 대상 기기 간의 인증 과정을 설명하는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량내 무선 충전 시스템에서 충전 대상 기기의 무선 충전을 수행하는 과정을 설명하는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량내 무선 충전 시스템의 전체 구성을 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량내 무선 충전 시스템은, 차량(200)으로부터 배터리 전원(210)을 공급받아 각 구성요소들 및 무선 충전 모듈들(170-1~170-N)을 통해서 복수의 충전 대상 기기들로 무선 전력을 전송한다. 이 때, 복수의 무선 충전 모듈(170-1~170-N)은 차량의 복수의 위치(예컨대, 앞 좌석 및 뒷 좌석의 컵 홀더, 차량의 도어 손잡이 등)에 각각 설치될 수 있다.
이하, 본 발명의 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량내 무선 충전 시스템의 각 구성요소의 기능에 대해서 설명하면, 먼저, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량내 무선 충전 시스템은 CAN 통신부(150), LDO(Low DropOut)(140), 부스트 컨버터(110), 전력 변환부(120), 무선 충전 MCU(160), 및 복수의 무선 충전 모듈(170-1~170-N)을 포함한다.
CAN 통신부(150)는 차량의 CAN 버스와 연결되어 무선 충전 MCU(160)가 차량내의 제어 장치들 및 디스플레이와 CAN 통신을 수행할 수 있도록 하고, 인증 과정에서, 무선 충전 MCU(160)로부터 인증 암호를 입력받고, CAN 버스(230)를 통해서 전송하여, 차량의 디스플레이를 통해서 인증 암호를 표시하도록 한다.
LDO(140)는 차량의 IG3 전원(220) 또는 부스트 컨버터(110)로부터 입력된 전원을 강압하여 CAN 통신부(150) 및 무선 충전 MCU(160)로 공급하여 해당 구성요소들을 구동한다.
부스트 컨버터(110)는 차량의 배터리로부터 입력된 전원을 승압하여 전력 변환부(120)로 출력한다.
전력 변환부(120)는 부스트 컨버터(110)로부터 입력된 전원을 증폭하고, 교류 전력으로 변환하며, 임피던스 정합을 수행하는 등 배터리 전원(210)을 무선으로 전송하기 위해서 필요한 변환 과정을 처리하여 각 무선 충전 모듈(170-1)의 전력 전송부(171)로 출력한다.
무선 충전 MCU(160)는 각 무선 충전 모듈(170-1)에 포함된 BLE 통신부(172)와 통신을 수행하여, 무선 충전 모듈(170-1)로부터 인증 요청 메시지를 수신하면 인증 암호를 생성하여 CAN 통신부(150)를 통해서 차량의 디스플레이를 통해서 출력하도록 하고, 무선 충전 대상 기기로부터 BLE 통신부(172)를 통해서 인증 암호를 수신하면 인증을 허용한다.
또한, 인증이 허용되면 BLE 통신부(172)를 통해서 충전 대상 기기가 어떤 무선 충전 모듈(170-1)에 인접하게 배치되어 있는지 여부를 확인하고, 충전 대상 기기로부터 충전 대상 기기의 전력 카테고리 정보를 수신하며, 전력 카테고리 정보에 따라서 부스트 컨버터(110) 및 전력 변환부(120)를 제어하여 복수의 충전 대상 기기로 전원을 공급하기 위한 제어를 수행한다. 즉, 무선 충전 대상 기기가 하나인 경우에는 해당 무선 충전 대상 기기가 수신할 수 있는 최대 출력으로 무선 전력을 전송하고, 복수의 충전 대상 기기들이 충전을 요청하는 경우에는 전력 변환부(120)를 통해서 제공할 수 있는 최대 전력 내에서 전력 분배가 진행될 수 있도록 부스트 컨버터(110) 및 전력 변환부(120)를 제어하고, 전력 변환부(120)로부터 전원을 공급받는 무선 충전 모듈들(170-1~170-N)을 제어한다.
복수의 무선 충전 모듈(170-1~170-N)은 자신에게 인접한 충전 대상 기기와 BLE 통신을 수행하여, 충전 대상 기기의 인증을 수행하고, 충전 대상 기기로부터 충전 대상 기기의 충전 파라미터를 수신하고, 무선 충전 시스템의 충전 파라미터를 충전 대상 기기로 전송하며, 충전 대상 기기로 무선 전력을 전송하여 충전 대상 기기를 무선 충전 시킨다.
복수의 무선 충전 모듈(170-1~170-N) 각각은 BLE 통신부(172), 전력 전송부(171), 및 송신 안테나(Tx Antenna)(173)를 포함하여 구성된다.
이하에서는, 무선 충전 모듈 1(170-1)을 통해서 무선 전력 수신 모듈 1(310)을 구비한 휴대용 전자 기기가 무선 충전을 수행하는 경우를 예시적으로 설명한다.
무선 충전 모듈(170-1)은 BLE 통신부(172)를 통해서 충전 대상 휴대용 전자 기기(이하, "충전 대상 기기"로 약칭함)(310)와 통신을 수행하여, 후술하는 충전 대상 기기의 인증 절차를 수행하고, 무선 전력을 전송하기 위한 상태 메시지들 및 충전 파라미터들을 교환한다.
무선 충전 모듈(170-1)의 전력 전송부(171)는 전력 변환부(120)로부터 수신된 교류 전력을 송신 안테나(173)로 출력하여 무선 전력을 전송한다.
한편, 충전 대상 기기에 포함된 무선 전력 수신 모듈(310)은 수신 안테나(311)(Rx Antenna), 정류부(312), DC/DC 컨버터(313), LDO(314), BLE 통신부(315), 및 MCU(316)를 포함한다.
수신 안테나(Rx Antenna)(311)는 송신 안테나(173)로부터 무선 전력 신호를 수신하여 정류부(312)로 출력하고, 정류부(312)는 수신 안테나(311)로부터 수신된 AC 무선 전력을 정류하여 DC 전력을 DC/DC 컨버터(313)로 출력한다.
DC/DC 컨버터(313)는 정류부(312)로부터 수신된 DC 전력의 전압을 승압 또는 강압하여 충전 대상 기기의 내부 배터리(400)로 출력하여 배터리(400)를 충전하는 한편, 일부 전력을 LDO(140)로 출력한다.
LDO(140)는 DC/DC 컨버터(313)로부터 수신된 전력의 전압을 적절한 레벨로 강압하여 MCU(316) 및 BLE 통신부(315)로 구동 전압을 제공한다.
BLE 통신부(315)는 무선 충전 모듈(170-1)에 포함된 BLE 통신부(172)와 통신을 수행하여, 후술하는 충전 대상 기기의 인증 절차를 수행하고, 무선 충전을 위한 상태 메시지들 및 충전 파라미터들을 교환한다.
무선 전력 수신 모듈(310)의 MCU(316)는 BLE 통신부(315)를 통해서 무선 충전 모듈(170-1)측으로 인증 요청 메시지를 전송하고, 사용자로부터 인증 암호가 입력되면 이를 BLE 통신부(315)를 통해서 무선 충전 모듈(170-1)로 전송한다.
인증이 완료되면, 무선 전력 수신 모듈(310)은 무선 충전 모듈(170-1)로부터 비콘 신호를 수신하고 상태 메시지를 전송한 후, 무선 충전 모듈(170-1)과 충전 파라미터들을 서로 교환하여 무선 충전을 개시하며, 무선 충전이 진행되는 동안에는 자신의 충전 파라미터들을 무선 충전 모듈(170-1)로 전송한다.
지금까지 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량내 무선 충전 시스템에 대해서 간략하게 설명하였다. 이하에서는 도 2 및 도 3을 더 참조하여, 차량내 무선 충전 시스템(100) 및 상기 시스템(100)에서 수행되는 무선 충전 방법을 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량내 무선 충전 시스템과 충전 대상 휴대용 전자 기기 간의 인증 과정을 설명하는 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 차량에서 무선 충전을 수행하고자 하는 스마트폰, 스마트패드, 랩탑과 같은 충전 대상 기기는 사전에 본 발명의 무선 충전을 위해서 인증을 수행할 수 있는 애플리케이션 프로그램(이하,"앱"이라 칭함)을 설치하고, 무선 충전을 수행할 때마다, 또는 최초 무선 충전을 수행할 때, 해당 앱을 통해서 차량에 설치된 본 발명의 무선 충전 시스템에 인증하여야 한다.
인증 과정을 살펴보면, 먼저, 충전 하고자 하는 충전 대상 기기에 본 발명의 서비스를 이용하기 위한 앱을 설치한 상태에서, 사용자가 앱을 실행하여 인증을 요청하면, 무선 전력 수신 모듈(310)의 MCU(316)는 BLE 통신부(315)를 통해서 무선 전력 수신 모듈(310)의 식별 정보(또는 충전 대상 기기의 식별 정보)를 포함한 인증 요청 신호를 전송하고, 이 신호는 가장 가까운 위치에 있는 무선 충전 모듈(170-1)의 BLE 통신부(172)를 통해서 수신되어 무선 충전 MCU(160)로 전송된다(S211).
무선 충전 MCU(160)는 인증 요청 신호를 수신하고, 식별 정보에 대응되는 인증 암호를 생성하여 CAN 통신을 통해서 차량의 주 제어장치(미도시 됨)로 전송하고(S213), 차량의 주 제어장치는 인증 암호를 차량의 디스플레이를 통해서 표시한다(S215).
그러면, 사용자는 디스플레이에 표시된 인증 암호를 확인하고 충전 대상 기기에 설치된 앱을 통해서 인증 암호를 입력하고(S221), 충전 대상 기기의 MCU(316)는 입력된 인증 암호를 상기한 식별 정보와 함께 BLE 통신부(315)를 통해서 전송하며, 충전 대상 기기에 가장 인접한 무선 충전 모듈(170-1)의 BLE 통신부(172)가 인증 암호와 식별 정보를 수신하여 무선 충전 MCU(160)로 전송한다(S223).
무선 충전 MCU(160)는 수신된 인증 암호 및 식별 정보가 내부에 저장된 인증 암호 및 식별 정보와 서로 일치하는지 여부를 확인하고(S225), 서로 일치하면 인증 허용 메시지를 BLE 통신부(172)를 통해서 충전 대상 기기로 전송한다(S227).
상술한 제 S211 단계 내지 제 S227 단계를 수행하여 인증 과정은 종료되고, 그 후, 무선 충전 과정으로 진행한다(S230). 여기서, 상술한 인증 과정은 각 무선 충전이 수행될 때마다 수행될 수도 있고, 무선 충전 최초 한 번만 수행되고 무선 충전 MCU(160)가 충전 대상 기기의 식별 정보를 내부에 저장하여 이후 무선 충전 과정에서는 생략될 수도 있다. 또한, 무선 충전 과정(S230)은 인증된 충전 대상 기기에 대해서만 수행될 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량내 무선 충전 시스템에서 충전 대상 기기의 무선 충전을 수행하는 과정을 설명하는 흐름도이다.
도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 충전 과정(도 2의 제 S230 단계에 대응됨)을 설명한다.
먼저, 인증 과정이 종료되면(또는 이전에 인증된 충전 대상 기기의 식별 정보가 수신되면), 사용자는 충전 대상 기기를 무선 충전 모듈(170-1)의 송신 안테나(173)가 설치된 차량내 복수의 위치 중 어느 하나에 또는 그 주변에 위치시키고, 복수의 무선 충전 모듈(170-1)은 각각 BLE 통신부(172)를 통해서 짧은 주기(약 500ms 정도)의 저전력 비콘 신호를 발생시킨다(S311).
저전력 비콘 신호를 수신한 무선 전력 수신 모듈(310)의 BLE 통신부(315)는 이를 MCU(316)로 출력하고, MCU(316)는 자신의 상태 메시지(수신 모듈 상태 메시지)를 BLE 통신부(315)를 통해서 무선 충전 모듈(170-1)로 전송한다(S313). 이 때, 전송되는 상태 메시지는 무선 전력 수신 모듈(310)이 BLE 통신부(315)를 구비하는 정상적인 수신 모듈이라는 것을 나타내는 Bluetooth Advertisement 메시지일 수 있다.
무선 충전 MCU(316)는 복수의 무선 충전 모듈들 중 상태 메시지가 수신된 BLE 통신부(172)를 식별하여, 현재 충전을 요청한 충전 대상 기기가 위치한 무선 충전 모듈(170-1)을 확인하고, 이후의 과정은 확인된 무선 충전 모듈(170-1)을 통해서만 수행한다(S315).
그 후, 무선 충전 MCU(316)는 식별된 무선 충전 모듈(170-1)의 BLE 통신부(172)를 통해서 자신의 충전 파라미터를 무선 전력 수신 모듈(310)로 전송하고(S321), 이를 수신한 무선 전력 수신 모듈(310)의 MCU(316)는 BLE 통신부(315)를 통해서 자신의 충전 파라미터를 무선 충전 모듈(170-1)로 전송한다(S323).
무선 충전 모듈(170-1) 및 무선 전력 수신 모듈(310)이 서로 교환하는 충전 파라미터에는 H/W 정보, F/W 정보, 프로토콜 버전, 무선 충전 모듈(170-1)이 전송할 수 있는 최대 가능 충전 전력, 무선 충전 모듈(170-1)의 전력 Category 등을 기본 정보로서 포함한다.
무선 충전 모듈(170-1)과 무선 전력 수신 모듈(310) 각각은 수신된 충전 파라미터를 조사하여 무선 충전 방식이 상호 호환되는지를 조사하고(S331), 상호 호환되지 않는 경우에 무선 충전 모듈(170-1)은 절전 모드로 진입하고(S333), 무선 전력 수신 모듈(310)은 무선 충전 절차를 종료한다(S335).
한편, 무선 충전 방식이 상호 호환됨을 확인한 무선 전력 수신 모듈(310)의 MCU(316)는, 연결 허용 메시지를 무선 충전 모듈(170-1)로부터 수신할 때까지, BLE 통신부(315)를 통해서 연결 요청 메시지를 일정한 시간 간격으로 전송하고(S341), BLE 통신부(172)를 통해서 이를 수신한 무선 충전 MCU(160)는 연결 허용 메시지를 무선 전력 수신 모듈(310)로 전송한다(S343).
연결 허용 메시지를 수신한 무선 전력 수신 모듈(310)은 연결 요청 메시지 전송을 중단하고 무선 충전 모듈(170-1)과 연결되며, 무선 충전 모듈(170-1)은 송신 안테나(173)를 통해서 무선 전력을 전송하고, 무선 전력 수신 모듈(310)은 수신 안테나(311)를 통해서 무선 전력을 수신한다(S350).
수신 안테나(311)로부터 무선 전력을 수신한 무선 전력 수신 모듈(310)은 정류부(312)에서 AC 무선 전력을 직류로 변환하고, DC/DC 컨버터(313)에서 전압을 승압하여 배터리(400)로 출력함으로써 충전을 수행한다(S360).
무선 전력 수신 모듈(310)은 무선 충전되는 과정에서, 지속적으로 현재의 충전 상태를 나타내는 충전 파라미터들을 무선 충전 모듈(170-1)로 전송하고(S371~S373), 무선 충전 모듈(170-1)은 수신된 충전 파라미터에 따라서 충전 전력을 조절할 수 있다.
부연 설명하면, 제 S350 단계에서, 무선 충전 MCU(160)는 충전 대상 기기로부터 수신된 충전 파라미터에 따라서 무선 전력을 조절하여 전송하는데, 예컨대, 무선 충전 MCU(160)는 무선 전력 수신 모듈(310)의 Category에 따라서 부스트 컨버터(110) 및 전력 변환부(120)를 제어하여 송신 안테나(173)를 통해서 송신되는 무선 전력의 크기를 조절한다.
즉, 무선 전력 수신 모듈(310)은 상술한 제 S323 단계에서, 아래의 표 1에 따라서 자신이 속하는 전력 카테고리를 충전 파라미터 정보로서 무선 충전 모듈(170-1)로 전송하였고, 무선 충전 모듈(170-1)은 부스트 컨버터(110) 및 전력 변환부(120)를 제어하여 무선 전력 수신 모듈(310)로부터 수신된 카테고리에 대응되는 전력량을 무선 전력 수신 모듈(310)로 전송한다.
카테고리 최대 전력량 충전 대상 기기
1 3.5W 피쳐폰
2 6.5W 스마트폰
3 13W 태블릿 PC
4 25W 미니 랩탑 PC
5 37.5W 랩탑 PC
본 발명의 바람직한 실시예에서, 무선 충전 모듈(170-1)은 무선 전력 수신 모듈(310)로부터 현재 어느 정도의 전력이 전달되고 있는지 여부에 관한 정보(무선 전력 수신 모듈(310)에서 수신되는 전압, 전류, 내부 온도 등)를 포함하는 충전 파라미터를 수신하고, 상기한 표에 정리된 바와 같은 원래 요구되는 최대 전력량을 만족시킬 수 있도록 전류량을 점차 증가시킨다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 무선 충전의 안정성을 확보하기 위해서, 최대 전류량의 95% 까지 1% 단위로 전류량을 증가시킬 수도 있다.
또한, 상술한 무선 충전 과정 중에, 다른 무선 충전 모듈(170-1)에서 다른 충전 대상 기기와 무선 충전을 수행하는 경우에는, 모든 무선 충전 모듈(170-1)로 최대 전류량을 제공할 수 있는 경우에는 최대 전류를 제공하지만, 그렇지 못한 경우에는 전압 분배를 통해서 무선 충전 밸런스를 맞추게 된다. 이 때, 전력 분배 방식은 전력 카테고리에 따른 최대 전력의 비율로 분배할 수도 있고, 충전에 필요한 잔여 시간에 따라서 분배할 수도 있다.
한편, 무선 충전 수행 중에 무선 전력 수신 모듈(310)에서 과전류가 발생하거나 과전압이 발생하는 경우에, 무선 전력 수신 모듈(310)은 무선 충전 모듈(170-1)로 충전 오류 메시지를 전송하고(S381), 충전 오류 메시지를 수신한 무선 충전 MCU(160)는 전력 변환부(120)를 제어하여 해당 무선 충전 모듈(170-1)로의 전원 공급을 차단함으로써 무선 충전을 중단한다(S383).
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 차량내 무선 충전 시스템
110 : 부스트 컨버터 120 : 전력 변환부
140 : LDO 150 : CAN 통신부
160 : 무선 충전 MCU 170-1~170-N : 무선 충전 모듈
171 : 전력 전송부 172 : BLE 통신부
173 : 송신 안테나
200 : 차량
210 : 차량 배터리 220 : IG3 전원
230 : CAN 버스
310,320 : 무선 전력 수신 모듈
311 : 수신 안테나 312 : 정류부
313 : DC/DC 컨버터 314 : LDO
316 : MCU

Claims (9)

  1. 차량의 배터리로부터 공급된 전원을 승압하여 출력하는 부스트 컨버터;
    상기 승압된 전원을 AC 전력으로 변환하는 전력 변환부;
    차량내의 복수의 위치에 각각 설치되고, 인접한 충전 대상 기기에 포함된 무선 전력 수신 모듈과 통신을 수행하여 무선 충전에 이용되는 충전 파라미터들을 상호 교환하며, 상기 전력 변환부로부터 입력된 교류 전원을 무선으로 전송하는 복수의 무선 충전 모듈; 및
    상기 무선 충전 모듈로부터 수신된 충전 대상 기기의 상태 메시지에 따라서 충전 대상 기기가 인접한 무선 충전 모듈을 확인하고, 상기 전력 변환부가 상기 충전 대상 기기가 인접한 상기 무선 충전 모듈로, 상기 무선 전력 수신 모듈로부터 수신된 상기 충전 파라미터에 포함된 전력 카테고리 정보에 대응되는 교류 전원을 공급하도록 제어하는 무선 충전 MCU를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량내 무선 충전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 무선 충전 MCU는
    상기 복수의 무선 충전 모듈에 연결된 충전 대상 기기로 상기 전력 카테고리정보에 대응되는 최대 전력이 전송하도록 상기 부스터 컨버터와 상기 전력 변환부를 제어하되, 상기 복수의 무선 충전 모듈에 연결된 모든 충전 대상 기기들로 최대 전력을 전송할 수 없는 경우에는, 각 충전 대상 기기로부터 수신된 전력 카테고리에 따른 최대 전력의 비율로 전력을 분배하는 것을 특징으로 하는 차량내 무선 충전 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 무선 충전 모듈은
    교류 전력을 무선으로 전송하는 송신 안테나;
    상기 전력 변환부로부터 입력된 교류 전력을 상기 송신 안테나로 출력하는 전력 전송부; 및
    상기 충전 대상 기기에 포함된 무선 전력 수신 모듈과 통신을 수행하여, 상기 무선 전력 수신 모듈의 상태 메시지 및 충전 파라미터를 수신하여 상기 무선 충전 MCU로 전송하고, 상기 무선 충전 MCU로부터 수신된 충전 파라미터를 상기 무선 전력 수신 모듈로 전송하는 BLE 통신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 무선 전력 수신 모듈은
    상기 무선 충전 모듈로부터 교류 전력을 무선으로 수신하여 출력하는 수신 안테나;
    상기 수신 안테나로부터 입력된 교류 전력을 정류하여 출력하는 정류부;
    상기 정류부로부터 입력된 직류 전력을 강압 또는 승압하여 상기 충전 대상 기기 내부의 배터리를 충전하는 DC/DC 컨버터;
    상기 DC/DC 컨버터로부터 입력되는 전력의 전압을 강압하는 LDO(Low DropOut);
    상기 LDO로부터 입력된 전원에 의해서 구동되어 상기 무선 충전 모듈과 통신을 수행하는 BLE 통신부; 및
    상기 BLE 통신부를 통해서, 상기 상태 메시지 및 충전 파라미터를 상기 무선 충전 모듈로 전송하고, 상기 무선 충전 모듈로부터 충전 파라미터를 수신하며, 무선 충전이 개시되면, 상기 무선 충전 모듈로부터 수신된 무선 전력의 전압 및 전류를 포함하는 충전 상황을 나타내는 충전 파라미터를 전송하는 MCU를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량내 무선 충전 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    차량의 CAN 버스와 연결되어 상기 무선 충전 MCU가 차량내의 제어 장치 및 디스플레이와 CAN 통신을 수행할 수 있도록 하는 CAN 통신부를 더 포함하고,
    상기 무선 충전 MCU는, 상기 무선 전력 수신 모듈이 상기 무선 충전 모듈로 인증을 요청하면, 인증 암호를 생성하여 상기 CAN 통신부를 통하여 전송하여 차량에 설치된 디스플레이에 표시하고, 상기 무선 전력 수신 모듈로부터 수신된 인증 암호가 상기 인증 암호와 일치하면 상기 충전 대상 기기를 인증하는 것을 특징으로 하는 차량내 무선 충전 시스템.
  6. 차량내 무선 충전 시스템에서 수행되는 무선 충전 방법으로서,
    (a) 차량내 복수의 위치에 각각 설치된 복수의 무선 충전 모듈에서 저전력 비콘 신호를 발생시키는 단계;
    (b) 충전 대상 기기에 포함된 무선 전력 수신 모듈에서 복수의 무선 충전 모듈 중에서 인접한 무선 충전 모듈에서 발생된 비콘 신호를 수신하고, 자신의 상태 메시지를 전송하는 단계;
    (c) 상기 상태 메시지를 수신한 무선 충전 모듈이, 상기 상태 메시지를 상기 차량내 무선 충전 시스템에 포함된 무선 충전 MCU로 전송함으로써, 상기 무선 충전 MCU가 충전 대상 기기가 인접한 무선 충전 모듈을 확인하는 단계; 및
    (d) 상기 무선 충전 MCU가 상기 확인된 무선 충전 모듈을 통해서 충전 대상 기기와 충전 파라미터를 서로 교환하고, 상기 충전 파라미터에 따라서 상기 확인된 무선 충전 모듈을 통해서 상기 충전 대상 기기의 무선 전력 수신 모듈로 무선 전력을 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량내 무선 충전 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 (d) 단계에서
    상기 충전 대상 기기의 무선 전력 수신 모듈로부터 수신되는 충전 파라미터는 상기 충전 대상 기기의 전력 카테고리 정보를 포함하고,
    상기 무선 충전 MCU는 상기 확인된 무선 충전 모듈을 통해서 상기 전력 카테고리 정보에 대응되는 최대 전력을 상기 충전 대상 기기로 전송하는 것을 특징으로 하는 차량내 무선 충전 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 (d) 단계에서
    상기 복수의 무선 충전 모듈이 복수의 충전 대상 기기로 무선 전력을 전송하는 경우에, 상기 복수의 충전 대상 기기로 모두 최대 전력을 전송할 수 없는 경우에는, 각 충전 대상 기기로부터 수신된 전력 카테고리에 따른 최대 전력의 비율로 전력을 분배하여 무선 전송하는 것을 특징으로 하는 차량내 무선 충전 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 (a) 단계 이전에
    충전 대상 기기가 상기 무선 충전 모듈로 인증을 요청하고, 상기 무선 충전 모듈이 인증 요청을 상기 무선 충전 MCU로 전송하는 단계;
    상기 무선 충전 MCU가 인증 암호를 생성하여 CAN 통신을 통해서 차량의 디스플레이 표시하는 단계;
    상기 충전 대상 기기가 사용자로부터 상기 표시된 인증 암호를 입력받아 상기 무선 충전 모듈로 전송하고, 상기 무선 충전 모듈이 수신된 인증 암호를 상기 무선 충전 MCU로 전송하는 단계; 및
    상기 무선 충전 MCU가 상기 무선 충전 모듈로부터 수신된 인증 암호와 상기 차량 디스플레이에 표시된 인증 암호를 비교하여 일치하는 경우에 인증을 수행하는 단계를 더 포함하고,
    상기 (a) 내지 (d) 단계는 인증된 충전 대상 기기에 대해서만 수행되는 것을 특징으로 하는 차량내 무선 충전 방법.
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