KR20190136359A - 교통 시설물을 활용하는 무선 전력 충전 시스템 및 그에 따른 무선 전력 충전 방법 - Google Patents

교통 시설물을 활용하는 무선 전력 충전 시스템 및 그에 따른 무선 전력 충전 방법 Download PDF

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Abstract

무선 전력 충전 시스템이 개시된다. 상기 무선 전력 충전 시스템은 무선 전력 수신기, 상기 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신기, 및 적어도 하나 이상의 교통 시설물에 각각 설치되고, 상기 무선 전력 수신기로부터 가시광 통신을 통해 가시광 신호를 수신하고, 상기 가시광 신호를 수신하면 상기 무선 전력 송신기에 파일럿 신호를 송신하는 송수신부를 포함하고, 상기 무선 전력 송신기는 상기 송수신부와 통신을 수행하여 상기 송수신부로부터 상기 파일럿 신호를 수신하는 제1 통신부, 상기 제1 통신부가 상기 파일럿 신호를 수신하면, 상기 무선 전력 수신기의 위치, 속도 및 진행 방향을 추정하는 예측부, 상기 추정된 상기 무선 전력 수신기의 위치, 속도 및 진행 방향에 기초하여 무선 전력 송신영역을 결정하는 결정부, 및 상기 결정된 무선 전력 송신영역으로 무선 전력을 송신하는 무선 전력 송신부를 포함한다.

Description

교통 시설물을 활용하는 무선 전력 충전 시스템 및 그에 따른 무선 전력 충전 방법{Wireless Power Charging System using Transportation Facilities and Method thereof}
본 발명은 무선 전력 충전 시스템 및 그에 따른 무선 전력 충전 방법으로서, 보다 구체적으로 교통 시설물을 활용하여 주행 중인 전기 자동차에 대한 무선 전력을 충전할 수 있는 무선 전력 충전 시스템 및 그에 따른 무선 전력 충전 방법에 대한 것이다.
최근 화석 연료로 주행하는 자동차의 배기가스로 인한 미세먼지나 스모그와 같은 환경오염의 문제, 자동차의 연료인 경유나 휘발유에 대한 유가부담 등으로 인하여 친환경 자동차의 수요가 점차 증가하고 있다. 특히, 화석 연료가 아닌 전기를 기반으로 주행하는 전기 자동차는 위와 같은 배기가스가 발생하지 않으며, 소음이 매우 작다는 장점이 있어 개발 및 보급이 확대되고 있는 추세이다.
이러한 전기 자동차의 구동을 위하여, 전기 자동차의 내부에는 전기 에너지 공급을 위한 충전용 배터리가 포함된다. 배터리를 포함함에 따라, 전기 자동차는 다음과 같은 문제점을 갖게 된다. 우선, 전기 자동차의 배터리 충전에 많은 시간이 소요되어 기존의 충전설비로는 증가하는 전기 자동차의 수요를 감당하기 어려우며, 충전설비가 설치되는 영역은 전기 자동차 전용 공간이므로 공간 활용적인 측면에서 문제가 있다. 또한, 배터리 용량의 한계로 인해 충전이 필요한 시점에 적절하게 배터리를 충전하지 못하는 경우가 있어 차량 운전 중에 배터리가 방전될 우려가 있다.
대한민국 등록특허 제1630728호 대한민국 등록특허 제1653902호
본 발명의 목적은 정차 중인 전기 자동차뿐만 아니라, 동적으로 주행 중인 전기 자동차에 대하여도 실시간으로 무선 전력을 전송하여 전기 자동차 배터리를 충전할 수 있으며, 이를 위하여 교통 시설물을 활용하여 전기 자동차의 위치 및 속도를 실시간으로 파악하여 무선 전력 전송의 정확도를 높이고 충전 효율을 향상시키는데 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 충전 시스템은 무선 전력 수신기, 상기 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신기, 및 적어도 하나 이상의 교통 시설물에 각각 설치되고, 상기 무선 전력 수신기로부터 가시광 통신을 통해 가시광 신호를 수신하고, 상기 가시광 신호를 수신하면 상기 무선 전력 송신기에 파일럿 신호를 송신하는 송수신부를 포함하고, 상기 무선 전력 송신기는 상기 송수신부와 통신을 수행하여 상기 송수신부로부터 상기 파일럿 신호를 수신하는 제1 통신부, 상기 제1 통신부가 상기 파일럿 신호를 수신하면, 상기 무선 전력 수신기의 위치, 속도 및 진행 방향을 추정하는 예측부, 상기 추정된 상기 무선 전력 수신기의 위치, 속도 및 진행 방향에 기초하여 무선 전력 송신영역을 결정하는 결정부, 및 상기 결정된 무선 전력 송신영역으로 무선 전력을 송신하는 무선 전력 송신부를 포함할 수 있다.
여기에, 상기 송수신부는 상기 무선 전력 수신기로부터 상기 가시광 신호를 수신하는 가시광 수신부, 및 상기 가시광 신호를 수신하면, 상기 무선 전력 송신기에 상기 파일럿 신호를 송신하는 제2 통신부를 더 포함할 수 있다.
여기에, 상기 파일럿 신호는 상기 무선 전력 수신기의 식별 정보를 포함하고, 상기 무선 전력 송신기는 상기 식별 정보에 기초하여 상기 무선 전력 수신기가 전기 자동차인지 여부를 판단하는 판단부를 더 포함하고, 상기 예측부는 상기 무선 전력 수신기가 전기 자동차인 것으로 판단되면 상기 무선 전력 수신기의 위치, 속도 및 진행 방향을 추정할 수 있다.
여기에, 상기 파일럿 신호는 상기 적어도 하나 이상의 교통 시설물의 위치 정보 및 상기 가시광 신호의 수신시간 정보를 포함하고, 상기 예측부는 상기 적어도 하나 이상의 교통 시설물의 위치 정보 및 상기 가시광 신호의 수신시간 정보에 기초하여 상기 무선 전력 수신기의 위치, 속도 및 진행 방향을 추정할 수 있다.
여기에, 상기 결정부는 상기 추정된 상기 무선 전력 수신기의 위치, 속도 및 진행 방향으로부터 상기 무선 전력 수신기의 주행 패턴을 분석하고, 상기 분석된 주행 패턴에 기초하여 상기 무선 전력 송신영역을 결정할 수 있다.
여기에, 상기 무선 전력 수신기는 상기 가시광 신호를 송신하는 가시광 송신부, 상기 무선 전력을 이용하여 충전을 수행하는 차저, 및 상기 무선 전력 송신기로부터 송신된 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신부를 포함할 수 있다.
여기에, 상기 가시광 송신부는 상기 무선 전력 수신기가 기 설정한 목적지까지 필요한 전력량과 상기 무선 전력 수신기의 잔존 전력량을 비교하여, 상기 기 설정한 목적지까지 필요한 전력량보다 상기 잔존 전력 전력량이 작은 경우에만 상기 송수신부에 상기 가시광 신호를 송신할 수 있다.
여기에, 상기 무선 전력 송신기는 상기 무선 전력 수신기가 상기 무선 전력 송신기의 송신 범위 내에 위치한 경우에만 상기 무선 전력 송신부가 상기 무선 전력을 송신하도록 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는 특정 진행 방향으로 주행하는 무선 전력 수신기에 대하여만 상기 무선 전력 송신부가 무선 전력을 송신하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신기, 송수신부 및 무선 전력 송신기를 포함하는 무선 전력 충전 시스템의 무선 전력 충전 방법에 있어서, (a) 적어도 하나 이상의 교통 시설물에 각각 설치되는 상기 송수신부가 가시광 통신을 통해 상기 무선 전력 수신기로부터 가시광 신호를 수신하는 단계, (b) 상기 송수신부가 상기 가시광 신호를 수신하면 상기 무선 전력 송신기에 파일럿 신호를 송신하는 단계, (c) 상기 무선 전력 송신기가 상기 파일럿 신호를 수신하면, 상기 무선 전력 수신기의 위치, 속도 및 진행 방향을 추정하는 단계, (d) 상기 추정된 상기 무선 전력 수신기의 위치, 속도 및 진행 방향에 기초하여 무선 전력 송신영역을 결정하는 단계, 및 (e) 상기 결정된 무선 전력 송신영역으로 무선 전력을 송신하는 단계를 포함할 수 있다.
여기에, 상기 파일럿 신호는 상기 무선 전력 수신기의 식별 정보를 포함하고, 상기 (c) 단계는 (c-1) 상기 파일럿 신호에 포함된 상기 무선 전력 수신기의 식별 정보에 기초하여 상기 무선 전력 수신기가 전기 자동차인지 여부를 판단하는 단계를 더 포함하고, 상기 무선 전력 수신기가 전기 자동차인 것으로 판단되면 상기 무선 전력 수신기의 위치, 속도 및 진행 방향을 추정할 수 있다.
여기에, (f) 상기 무선 전력 수신기가 상기 무선 전력 송신기의 송신 범위 내인지 판단하는 단계를 더 포함하고, 상기 (e) 단계는 상기 파일럿 신호를 송신한 무선 전력 수신기가 상기 무선 전력 송신기의 송신 범위를 벗어날 때까지 반복하여 수행될 수 있다.
여기에, 상기 파일럿 신호는 상기 적어도 하나 이상의 교통 시설물의 위치 정보 및 상기 가시광 신호의 수신시간 정보를 포함하고, 상기 (c) 단계는 상기 적어도 하나 이상의 교통 시설물의 위치 정보 및 상기 가시광 신호의 수신시간 정보에 기초하여 상기 무선 전력 수신기의 위치, 속도 및 진행 방향을 추정할 수 있다.
여기에, 상기 (d) 단계는 상기 추정된 상기 무선 전력 수신기의 위치, 속도 및 진행 방향으로부터 상기 무선 전력 수신기의 주행 패턴을 분석하고, 상기 분석된 주행 패턴에 기초하여 상기 무선 전력 송신영역을 결정할 수 있다.
여기에, 상기 무선 전력 수신기는 상기 무선 전력 수신기가 기 설정한 목적지까지 필요한 전력량과 상기 무선 전력 수신기의 잔존 전력량을 비교하여, 상기 기 설정한 목적지까지 필요한 전력량보다 상기 잔존 전력 전력량이 작은 경우에만 상기 송수신부에 가시광 신호를 송신할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 충전 시스템 및 그에 따른 무선 전력 충전 방법은 동적으로 주행 중인 전기 자동차에 대하여 실시간으로 무선 충전할 수 있다.
또한, 무선 전력 전송의 정확도를 높이고 충전 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 기존의 인프라인 교통 시설물을 활용하여 전기 자동차와 가시광 통신을 통해 차량 정보를 실시간으로 주고받을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 충전 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 무선 전력 수신기의 블록도를 도시한 것이다.
도 3은 도 1에 도시된 송수신부의 블록도를 도시한 것이다.
도 4는 도 1에 도시된 무선 전력 송신기의 블록도를 도시한 것이다.
도 5는 도 4에 도시된 예측부의 블록도를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 충전 방법의 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 신호 송신 방법의 순서도이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 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 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
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 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 충전 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 충전 시스템(1)은 무선 전력 수신기(100), 송수신부(200) 및 무선 전력 송신기(300)를 포함한다.
무선 전력 수신기(100)는 가시광 통신을 통해 송수신부(200)에 가시광 신호를 송신하고, 무선 전력 송신기(300)로부터 충전을 위한 무선 전력을 수신한다. 여기서, 무선 전력 수신기(100)는 상술한 기능을 수행하는 구성으로서, 전기 자동차에 포함되는 구성이거나, 전기 자동차와 동일한 구성일 수 있다.
송수신부(200)는 무선 전력 수신기(100)로부터 가시광 통신을 통해 가시광 신호를 수신하고, 상기 가시광 신호를 수신하면 무선 전력 송신기(300)에 파일럿 신호를 송신한다.
일 실시 예에 따른 송수신부(200)는 적어도 하나 이상의 교통 시설물에 각각 설치될 수 있다. 여기서, 교통 시설물은 예를 들면 신호등, 교통 표지판 또는 가로등과 같이 일정한 위치에 고정 설치되어 교통과 관련된 기능을 제공하는 모든 시설물들을 포함할 수 있다. 즉, 송수신부(200)는 적어도 하나 이상의 교통 시설물에 복수개가 각각 설치되고, 송수신부(200)가 설치된 각각의 교통 시설물에 무선 전력 수신기(100)가 가시광 신호를 송신할 때마다 그에 따른 파일럿 신호를 무선 전력 송신기(300)에 송신할 수 있다.
무선 전력 송신기(300)는 무선 전력 수신기(100)에 무선으로 전력을 송신한다. 이를 위하여, 무선 전력 송신기(300)는 상술한 바와 같이 송수신부(200)로부터 파일럿 신호를 수신하고, 수신한 파일럿 신호를 이용하여 무선 전력을 송신할 송신영역(400)을 결정하고, 결정된 송신영역(400)에 무선 전력을 송신한다. 이때, 무선 전력 송신기(300)는 각각의 교통 시설물에 설치된 송수신부(200)가 무선 전력 수신기(100)로부터 가시광 신호를 수신할 때마다 송수신부(200)로부터 수신한 파일럿 신호에 기초하여 무선 전력을 송신할 송신영역(400)을 결정할 수 있다.
이하에서는, 도 2 내지 도 5를 참조하여 도 1에 도시된 각 구성에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 도 1에 도시된 무선 전력 수신기의 블록도를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 무선 전력 수신기(100)는 가시광 송신부(110), 차저(120) 및 무선 전력 수신부(130)를 포함한다.
가시광 송신부(110)는 가시광 통신을 위하여 송수신부(200)에 가시광 신호를 송신한다. 여기서, 가시광 신호는 상술한 바와 같이 차량의 식별 정보를 포함할 수 있다.
한편, 가시광 송신부(110)는 무선 전력 수신기(100)가 기 설정한 목적지까지 필요한 전력량과 무선 전력 수신기(100)의 잔존 전력량을 비교하여, 상기 기 설정한 목적지까지 필요한 전력량보다 상기 잔존 전력 전력량이 작은 경우에만 송수신부(200)에 상기 가시광 신호를 송신할 수도 있다. 여기서, 기 설정한 목적지는 예를 들면 사용자가 전기 자동차에 별도로 포함된 네비게이션을 통해 설정한 목적지일 수 있다.
차저(120)는 무선 전력 수신부(130)가 수신한 전력을 이용하여 전기 자동차에 포함된 배터리에 대한 충전을 수행할 수 있다.
무선 전력 수신부(130)는 무선 전력 송신기(300)로부터 전송된 무선 전력을 수신한다. 무선 전력 수신부(130)는 무선 전력의 전송 방식에 따라 무선으로 전력을 송신하기 위하여 필요한 구성 요소를 다양하게 포함할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 송수신부의 블록도를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 송수신부(200)는 가시광 수신부(210) 및 통신부(220)를 포함한다.
가시광 수신부(210)는 무선 전력 수신기(100)로부터 가시광 신호를 수신한다. 이를 위하여, 가시광 수신부(210)는 수신된 가시광 신호를 전기 신호로 변환하는 수광부(미도시) 및 전기 신호를 복조하여 정보를 추출하는 복조부(미도시)와 같이 당업자에게 널리 알려진 구성을 더 포함할 수 있다.
여기서, 가시광 수신부(210)가 수신하는 가시광 신호에는 무선 전력 수신기(100)의 식별 정보를 포함할 수 있다. 식별 정보는 무선 전력 수신기(100)가 전기 자동차인지 여부를 판단하기 위한 정보로서, 예를 들면 전기 자동차에 등록된 고유번호 및 상기 소유자의 신상 정보 등을 포함할 수 있다.
통신부(220)는 가시광 수신부(210)가 가시광 신호를 수신하면, 무선 전력 송신기(300)에 파일럿 신호를 송신한다.
여기서, 무선 통신은 LTE(long-term evolution), LTE-A(LTE Advance), CDMA(code division multipleaccess), WCDMA(wideband CDMA), UMTS(universal mobile telecommunications system), WiBro(Wireless Broadband) 등의 셀룰러 통신 프로토콜이나 WiFi(wireless fidelity), 블루투스(Bluetooth), NFC(near field communication)와 같은 근거리 통신 등의 다양한 통신 방식일 수 있다.
통신부(220)가 송신하는 파일럿 신호는 예를 들면 식별 정보, 송수신부(200)가 설치된 교통 시설물의 위치 정보 및 가시광 신호의 수신시간 정보 등을 포함할 수 있다.
여기에, 송수신부(200)는 파일럿 신호에 포함될 식별 정보, 교통 시설물의 위치 정보 및 가시광 신호의 수신시간 정보 등을 저장하는 저장부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 무선 전력 송신기의 블록도를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 무선 전력 송신기(300)는 통신부(310), 판단부(320), 예측부(330), 결정부(340), 제어부(350) 및 무선 전력 송신부(360)를 포함한다.
통신부(310)는 송수신부(200)와 통신을 수행하여 송수신부(200)로부터 파일럿 신호를 수신한다. 통신부(310)의 통신 방식과 파일럿 신호는 송수신부(200)에서 설명한 바와 같으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
판단부(320)는 파일럿 신호에 포함된 무선 전력 수신기(100)의 식별 정보에 기초하여 무선 전력 수신기(100)가 전기 자동차인지 여부를 판단한다. 이에 따라, 예측부(330)는 판단부(320)의 판단 결과에 따라 전기 자동차인 것으로 판단되면 무선 전력 수신기(100)의 위치, 속도 및 진행 방향을 추정할 수 있다.
예측부(330)는 통신부(310)가 파일럿 신호를 수신하면, 무선 전력 수신기(100)의 위치, 속도 및 진행 방향을 추정한다.
이를 위하여, 도 4에 도시된 예측부의 블록도를 도시한 도 5를 참조하면, 예측부(330)는 위치 추정부(331), 속도 추정부(332) 및 방향 추정부(333)를 포함할 수 있다.
위치 추정부(331)는 통신부(310)가 수신한 파일럿 신호에 포함된 교통 시설물의 위치 정보에 기초하여 무선 전력 수신기(100)의 위치를 추정할 수 있다. 상술한 바와 같이 송수신부(200)가 설치된 적어도 하나 이상의 교통 시설물은 일정 위치에 고정되어 설치되므로, 상기 특정 교통 시설물이 고정 설치된 좌표 정보를 통해 무선 전력 수신기(100)의 위치를 추정할 수 있다.
또한, 위치 추정부(331)는 통신부(310)가 수신한 파일럿 신호를 이용하여 RSSI(Received Signal Strength Indication), TDOA(Time Difference of Arrival) 또는 TOA(Time of Arrival) 방식을 통해 무선 전력 수신기(100)의 위치를 추정할 수도 있다.
속도 추정부(332)는 파일럿 신호에 포함된 교통 시설물의 위치 정보 및 가시광 신호의 수신시간 정보에 기초하여 무선 전력 수신기(100)의 속도를 추정할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기(100)의 진행 방향에 위치한 복수개의 교통 시설물들 각각에 대한 위치 정보 및 각각의 교통 시설물들이 가시광 신호를 수신한 수신시간 정보에 기초하여 무선 전력 수신기(100)의 이동 거리 및 이동 시간을 계산하고, 그에 따른 속도를 추정할 수 있다.
또한, 속도 추정부(332)는 도플러 신호를 이용하여 무선 전력 수신기(100)의 속도를 추정할 수도 있다.
방향 추정부(333)는 위치 추정을 통해 추정된 무선 전력 수신기(100)의 위치에 기초하여 무선 전력 수신기(100)의 진행 방향을 추정한다. 예를 들면, 방향 추정부(333)는 무선 전력 수신기(100)의 위치 및 무선 전력 송신기(300)의 위치에 기초하여 진행 방향에 대한 벡터 정보를 추출하여 진행 방향을 추출할 수 있다. 한편, 방향 추정부(333)는 상술한 실시예에 한정되지 않고 당업자에게 알려진 다양한 방법을 통하여 무선 전력 수신기(100)의 진행 방향을 추정할 수 있다.
한편, 예측부(330)는 각 무선 전력 수신기(100)별로 위치, 속도 및 진행 방향 정보를 추정 및 누적하고, 누적된 정보를 결정부(340)가 주행 패턴 분석에 이용할 수 있도록 하기 위하여 추정된 정보를 파일럿 신호에 포함된 식별 정보에 매칭시켜 별도의 저장부(미도시)에 저장할 수 있다.
결정부(340)는 예측부(330)를 통해 추정된 무선 전력 수신기(100)의 위치, 속도 및 진행 방향에 기초하여 무선 전력 송신영역을 결정한다.
결정부(340)는 무선 전력 수신기(100)의 위치, 속도 및 진행 방향 정보로부터 무선 전력 수신기(100)의 주행 패턴을 분석하고, 분석된 주행 패턴에 기초하여 무선 전력 송신영역을 결정한다. 여기서, 주행 패턴은 예를 들면 무선 전력 수신기(100)의 위치, 속도 및 진행 방향의 변화 추이나 무선 전력 수신기(100)의 주행 궤적에 대한 정보일 수 있다. 즉, 결정부(340)는 무선 전력 수신기(100)의 주행 패턴을 분석하고, 주행 패턴 분석으로부터 무선 전력 수신기(100)가 이동할 것이라고 예측되는 영역을 송신영역으로 결정할 수 있다.
한편, 결정부(340)는 무선 전력 수신기(100)가 송수신부(200)로부터 수신한 파일럿 신호를 통해 예측부(330)로부터 무선 전력 수신기(100)의 위치, 속도 및 진행 방향이 새로이 추정되면, 그에 따라 주행 패턴을 실시간으로 분석하고 송신영역을 새로이 결정할 수 있다. 따라서, 무선 전력 송신부(360)는 상술한 결정부(340)를 통해 무선 전력 수신기(100)의 이동에 따라 결정되는 송신영역을 향해 실시간으로 무선 전력을 송신할 수 있다.
또한, 결정부(340)는 예측부(330)를 통하여 추정된 무선 전력 수신기(100)와 무선 전력 송신기(300) 간에 거리에 기초하여 무선 전력 송신기(300)와 무선 전력 수신기(100) 간에 경로 손실을 계산하고, 계산된 경로 손실에 기초하여 송신하고자 하는 무선 전력의 세기를 결정할 수도 있다.
제어부(350)는 무선 전력 송신부(360)의 전력 송신을 제어한다.
일 실시 예에 따른 제어부(350)는 제어부(350)가 포함된 무선 전력 송신기(300)의 송신 범위 내에 무선 전력 수신기(100)가 복수개가 존재하는 경우, 예측부(330)를 통하여 추정된 무선 전력 수신기(100)와 무선 전력 송신기(300)와의 거리에 기초하여 무선 전력 송신기(300)와 가장 가까운 거리에 위치한 무선 전력 수신기(100)에만 무선 전력을 송신하도록 무선 전력 송신기(300)를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따른 제어부(350)는 특정 진행 방향으로 주행하는 무선 전력 수신기(100)에 대하여만 무선 전력을 송신하도록 무선 전력 송신기(300)를 제어할 수 있다. 즉, 무선 전력 송신기(300)가 특정 차선의 인근에 위치한 경우, 상기 특정 차선과 반대 차선을 주행하는 무선 전력 수신기(100)에는 무선 전력을 송신하지 않도록 제어함으로써 보다 효율적으로 무선 전력을 송신할 수 있다.
일 실시 예에 따른 제어부(350)는 무선 전력 송신부(360)가 무선 전력 수신기(100)가 무선 전력 송신기(300)의 송신 범위 내에 위치한 경우에만 상기 무선 전력을 송신하도록 제어할 수 있다. 즉, 특정 무선 전력 수신기(100)에 대하여 무선 전력을 송신하는 중에 상기 특정 무선 전력 수신기(100)가 무선 전력 송신기(300)의 송신 범위를 벗어나면, 상기 특정 무선 전력 수신기(100)에 대한 전력 송신을 중단하도록 무선 전력 송신기(300)를 제어할 수 있다.
무선 전력 송신부(360)는 결정부(340)로부터 결정된 무선 전력 송신영역으로 무선 전력을 송신하여 전기 자동차의 충전을 수행한다.
무선 전력 송신 기술은 다양한 디바이스의 무선 충전에 적용될 수 있는 기술로서, 크게 단거리 무선 전력 전송방식과 원거리 무선 전력 전송방식으로 구분된다. 단거리 무선 전력 전송방식은 코일에 유도 전류를 일으켜 전송하는 자기유도 방식과 공진 주파수를 일치시켜 전송하는 자기공명 방식이 있으며, 원거리 무선 전력 전송방식은 전력을 마이크로파(microwave)로 변환하여 전송하는 마이크로파 방식과 전력을 광선으로 변환하여 전송하는 레이저 방식이 있다.
한편, 단거리 무선 전력 전송방식은 주행 중인 전기 자동차에 대하여 무선 전력을 송신하기 어려우므로, 본 발명의 무선 전력 송신기(300)는 원거리 무선 전력 전송방식을 기반으로 하는 것이 바람직하다.
무선 전력 송신부(360)는 상술한 바와 같이 무선 전력의 전송 방식에 따라 무선으로 전력을 송신하기 위하여 필요한 구성 요소를 다양하게 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 충전 방법의 순서도이다. 이하에서는 앞서 설명한 부분과 중복되는 부분에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 6을 참조하면, S410 단계는 적어도 하나 이상의 교통 시설물에 각각 설치되는 송수신부(200)가 가시광 통신을 통해 무선 전력 수신기(100)로부터 가시광 신호를 수신하는 단계이다.
S420 단계는 송수신부(200)가 상기 가시광 신호를 수신하면 무선 전력 송신기(300)에 파일럿 신호를 송신하는 단계이다.
S430 단계는 무선 전력 송신기(300)가 파일럿 신호를 수신하면, 무선 전력 수신기(100)의 위치, 속도 및 진행 방향을 추정한다. S430 단계는 상술한 바와 같이 다양한 방법을 통해 무선 전력 수신기(100)의 위치, 속도 및 진행 방향을 추정할 수 있다.
여기에, S430 단계는 상기 파일럿 신호에 포함된 식별 정보에 기초하여 무선 전력 수신기(100)가 전기 자동차인지 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다. 그에 따라, S430 단계는 무선 전력 수신기(100)가 전기 자동차인 것으로 판단되면 상기 무선 전력 수신기(100)의 위치, 속도 및 진행 방향을 추정할 수 있다.
S440 단계는 S430 단계를 통해 추정된 무선 전력 수신기(100)의 위치, 속도 및 진행 방향에 기초하여 무선 전력 송신영역을 결정한다.
S450 단계는 S440 단계를 통해 결정된 무선 전력 송신영역으로 무선 전력을 송신한다. 즉, S450 단계는 무선 전력 수신기(100)가 주행할 것이라 예측되는 위치인 송신영역을 향해 무선 전력을 송신한다.
한편, S450 단계는 가시광 신호를 송신한 무선 전력 수신기(100)가 무선 전력 송신기(300)의 송신 범위를 벗어날 때까지 수행될 수 있다. 즉, 무선 전력 수신기(100)가 무선 전력 송신기(300)의 송신 범위 내인지 판단하고(S460 단계), 판단 결과에 따라 송신 범위 내에 위치하는 경우 계속 S450 단계를 수행할 수 있다.
그러나, 무선 전력 수신기(100)가 추정된 진행 방향으로 계속 진행하여 무선 전력 송신기(300)의 송신 범위를 벗어나면, S450 단계는 무선 전력 송신을 중단할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 신호 송신 방법의 순서도이다.
도 7을 참조하면, S510 단계는 무선 전력 수신기(100)가 기 설정한 목적지까지 필요한 전력량과 무선 전력 수신기(100)의 잔존 전력량을 비교한다.
비교 결과에 따라 상기 기 설정한 목적지까지 필요한 전력량보다 상기 잔존 전력 전력량이 작은 경우라면, S520 단계는 송수신부(200)에 상기 가시광 신호를 송신한다.
즉, S510 내지 S520 단계를 통해 전기 자동차가 기 설정한 목적지까지 주행하기 위하여 필요한 전력량이 부족한 경우에만 송수신부(200)에 가시광 신호를 송신하도록 함으로써 배터리 충전이 필요한 전기 자동차에만 S410 내지 S460 단계를 수행하여 효율적으로 무선 전력을 송신할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (14)

  1. 무선 전력 수신기;
    상기 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신기; 및
    적어도 하나 이상의 교통 시설물에 각각 설치되고, 상기 무선 전력 수신기로부터 가시광 통신을 통해 가시광 신호를 수신하고, 상기 가시광 신호를 수신하면 상기 무선 전력 송신기에 파일럿 신호를 송신하는 송수신부를 포함하고,
    상기 무선 전력 송신기는
    상기 송수신부와 통신을 수행하여 상기 송수신부로부터 상기 파일럿 신호를 수신하는 제1 통신부;
    상기 제1 통신부가 상기 파일럿 신호를 수신하면, 상기 무선 전력 수신기의 위치, 속도 및 진행 방향을 추정하는 예측부;
    상기 추정된 상기 무선 전력 수신기의 위치, 속도 및 진행 방향에 기초하여 무선 전력 송신영역을 결정하는 결정부; 및
    상기 결정된 무선 전력 송신영역으로 무선 전력을 송신하는 무선 전력 송신부를 포함하는 무선 전력 충전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 송수신부는
    상기 무선 전력 수신기로부터 상기 가시광 신호를 수신하는 가시광 수신부; 및
    상기 가시광 신호를 수신하면, 상기 무선 전력 송신기에 상기 파일럿 신호를 송신하는 제2 통신부를 더 포함하는 무선 전력 충전 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 파일럿 신호는 상기 무선 전력 수신기의 식별 정보를 포함하고,
    상기 무선 전력 송신기는
    상기 식별 정보에 기초하여 상기 무선 전력 수신기가 전기 자동차인지 여부를 판단하는 판단부를 더 포함하고,
    상기 예측부는 상기 무선 전력 수신기가 전기 자동차인 것으로 판단되면 상기 무선 전력 수신기의 위치, 속도 및 진행 방향을 추정하는 무선 전력 충전 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 파일럿 신호는 상기 적어도 하나 이상의 교통 시설물의 위치 정보 및 상기 가시광 신호의 수신시간 정보를 포함하고,
    상기 예측부는 상기 적어도 하나 이상의 교통 시설물의 위치 정보 및 상기 가시광 신호의 수신시간 정보에 기초하여 상기 무선 전력 수신기의 위치, 속도 및 진행 방향을 추정하는 무선 전력 충전 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 결정부는 상기 추정된 상기 무선 전력 수신기의 위치, 속도 및 진행 방향으로부터 상기 무선 전력 수신기의 주행 패턴을 분석하고, 상기 분석된 주행 패턴에 기초하여 상기 무선 전력 송신영역을 결정하는 무선 전력 충전 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신기는
    상기 가시광 신호를 송신하는 가시광 송신부;
    상기 무선 전력을 이용하여 충전을 수행하는 차저; 및
    상기 무선 전력 송신기로부터 송신된 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신부를 포함하는 무선 전력 충전 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가시광 송신부는 상기 무선 전력 수신기가 기 설정한 목적지까지 필요한 전력량과 상기 무선 전력 수신기의 잔존 전력량을 비교하여, 상기 기 설정한 목적지까지 필요한 전력량보다 상기 잔존 전력 전력량이 작은 경우에만 상기 송수신부에 상기 가시광 신호를 송신하는 무선 전력 충전 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 송신기는
    상기 무선 전력 수신기가 상기 무선 전력 송신기의 송신 범위 내에 위치한 경우에만 상기 무선 전력 송신부가 상기 무선 전력을 송신하도록 제어하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 특정 진행 방향으로 주행하는 무선 전력 수신기에 대하여만 상기 무선 전력 송신부가 무선 전력을 송신하도록 제어하는 무선 전력 충전 시스템.
  9. 무선 전력 수신기, 송수신부 및 무선 전력 송신기를 포함하는 무선 전력 충전 시스템의 무선 전력 충전 방법에 있어서,
    (a) 적어도 하나 이상의 교통 시설물에 각각 설치되는 상기 송수신부가 가시광 통신을 통해 상기 무선 전력 수신기로부터 가시광 신호를 수신하는 단계;
    (b) 상기 송수신부가 상기 가시광 신호를 수신하면 상기 무선 전력 송신기에 파일럿 신호를 송신하는 단계;
    (c) 상기 무선 전력 송신기가 상기 파일럿 신호를 수신하면, 상기 무선 전력 수신기의 위치, 속도 및 진행 방향을 추정하는 단계;
    (d) 상기 추정된 상기 무선 전력 수신기의 위치, 속도 및 진행 방향에 기초하여 무선 전력 송신영역을 결정하는 단계; 및
    (e) 상기 결정된 무선 전력 송신영역으로 무선 전력을 송신하는 단계를 포함하는 무선 전력 충전 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 파일럿 신호는 상기 무선 전력 수신기의 식별 정보를 포함하고,
    상기 (c) 단계는
    (c-1) 상기 식별 정보에 기초하여 상기 무선 전력 수신기가 전기 자동차인지 여부를 판단하는 단계를 더 포함하고,
    상기 무선 전력 수신기가 전기 자동차인 것으로 판단되면 상기 무선 전력 수신기의 위치, 속도 및 진행 방향을 추정하는 무선 전력 충전 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    (f) 상기 무선 전력 수신기가 상기 무선 전력 송신기의 송신 범위 내인지 판단하는 단계를 더 포함하고,
    상기 (e) 단계는 상기 파일럿 신호를 송신한 무선 전력 수신기가 상기 무선 전력 송신기의 송신 범위를 벗어날 때까지 반복하여 수행되는 무선 전력 충전 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 파일럿 신호는 상기 적어도 하나 이상의 교통 시설물의 위치 정보 및 상기 가시광 신호의 수신시간 정보를 포함하고,
    상기 (c) 단계는 상기 적어도 하나 이상의 교통 시설물의 위치 정보 및 상기 가시광 신호의 수신시간 정보에 기초하여 상기 무선 전력 수신기의 위치, 속도 및 진행 방향을 추정하는 무선 전력 충전 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 (d) 단계는 상기 추정된 상기 무선 전력 수신기의 위치, 속도 및 진행 방향으로부터 상기 무선 전력 수신기의 주행 패턴을 분석하고, 상기 분석된 주행 패턴에 기초하여 상기 무선 전력 송신영역을 결정하는 무선 전력 충전 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신기는 상기 무선 전력 수신기가 기 설정한 목적지까지 필요한 전력량과 상기 무선 전력 수신기의 잔존 전력량을 비교하여, 상기 기 설정한 목적지까지 필요한 전력량보다 상기 잔존 전력 전력량이 작은 경우에만 상기 송수신부에 가시광 신호를 송신하는 무선 전력 충전 방법.
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