KR20200049535A - 무선 충전을 위한 위치 측정 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

무선 전력 전송을 위한 위치 측정 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따라 차량 어셈블리(Vehicle Assembly)에 의해 수행되는 무선 전력 전송을 위한 위치 측정 방법은, 적어도 하나의 LF(Low Frequency) 송신기를 통해 제1 자속밀도를 갖는 자기장을 방출하는 단계; 상기 적어도 하나의 LF 송신기를 통해 제2 자속밀도를 갖는 자기장을 방출하는 단계; 상기 제1 자속밀도 및 상기 제2 자속밀도를 검출한 그라운드 어셈블리로부터 수신신호 측정치를 수신하는 단계; 상기 수신신호 측정치에 기초하여 상기 차량 어셈블리와 상기 그라운드 어셈블리 간의 거리를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

무선 충전을 위한 위치 측정 방법 및 장치{POSITIOINING APPARATUS AND METHOD FOR FOR WIRELESS POWER TRANSFER}
본 발명은 무선 충전을 위한 위치 측정 방법 및 이를 이용하는 위치 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LF 신호를 기반으로 한 위치 측정 방법 및 이를 이용하는 위치 측정 장치에 관한 것이다.
최근 개발되고 있는 전기 자동차(Electric Vehicle, EV)는 배터리의 동력으로 모터를 구동하여, 종래의 가솔린 엔진 자동차에 비해 배기 가스 및 소음 등과 같은 공기 오염원이 적으며, 고장이 적고, 수명이 길고, 운전 조작이 간단하다는 장점이 있다.
전기 자동차는 구동원에 따라 하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그인 하이브리드 전기 자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 및 전기 자동차(EV)로 분류된다. HEV에는 주전력인 엔진과 보조 전력인 모터를 가지고 있다. PHEV는 주전력인 모터와 배터리가 방전될 때 사용되는 엔진을 가지고 있다. EV는 모터를 가지고 있으나, 엔진은 가지고 있지 않다.
전기 자동차의 모터를 구동하기 위한 배터리의 무선 충전은 차징 스테이션의 1차 코일과 전기 자동차의 2차 코일이 자기 공명 방식으로 결합되어 수행될 수 있다. 또한, 자기 공진 무선 전력 전송 시스템에서는 1차 코일과 2차 코일이 정렬되지 않으면, 무선 전력 전달의 효율이 크게 저하될 수 있으므로, 무선 충전의 효율을 높이기 위해 1차 코일과 2차 코일의 정렬이 요구될 수도 있다.
종래의 정렬 방법으로는 후방 카메라를 이용하여 2차 코일이 장착된 전기 자동차를 그라운드 어셈블리(Ground Assembly, GA)의 1차 코일에 정렬시키는 방법이 있다. 또한, 다른 종래의 정렬 방법으로는 전기 자동차가 주차 영역에 범프(bump)에 의해 주차된 후, 움직일 수 있는 충전 패드(movable charging pad)를 이동시켜, 충전 패드의 1차 코일과 전기 자동차의 2차 코일을 정렬하는 방법이 있다.
다만, 종래의 기술은 코일의 정렬에 사용자의 개입, 정렬 및 사용자의 불편 및 정렬의 큰 편차를 초래하며, 이는 약간의 코일 오정렬로 인해 과도한 시스템 성능 저하를 유발할 수 있다. 따라서, 코일의 오정렬에 민감한 자기 공진 형 무선 전력 전송 시스템에서 상술한 종래 기술을 이용하면, 최적의 전력 전달 효율을 실현하기 어렵고, 시스템의 안정성 및 신뢰성이 낮아질 수 있다.
따라서, 무선 전력 전송 시스템에서 차징 스테이션의 그라운드 어셈블리와 전기 자동차의 차량 어셈블리 간의 정렬을 위해 차량의 위치를 정확하게 측정 또는 예측하는 방법이 요구되고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 그라운드 어셈블리에 의해 수행되는 무선 전력 전송을 위한 위치 정렬 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은 차량 어셈블리에 의해 수행되는 무선 전력 전송을 위한 위치 측정 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 목적은 상기 위치 측정 방법을 이용하는 위치 측정 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따라 그라운드 어셈블리에 의해 수행되는 무선 전력 전송을 위한 위치 정렬 방법은, 상기 그라운드 어셈블리의 적어도 하나의 LF 수신기를 통해, 차량 어셈블리(Vehicle Assembly)의 적어도 하나의 LF(Low Frequency) 송신기로부터 방출되는 자기장에 대한 제1 자속밀도를 측정하는 단계; 상기 그라운드 어셈블리의 적어도 하나의 LF 수신기를 통해, 차량 어셈블리의 적어도 하나의 LF(Low Frequency) 송신기로부터 방출되는 자기장에 대한 제2 자속밀도를 측정하는 단계; 상기 제1 자속밀도와 상기 제2 자속밀도의 비교 결과에 기초하여 수신신호 측정치를 구성하는 단계; 및 상기 구성된 수신신호 측정치를 차량에 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 자속밀도는 상기 LF 송신기가 송신하는 자기장에 대한 자속밀도의 최대값이고, 상기 제2 자속밀도는 상기 LF 송신기가 송신하는 자기장에 대한 자속밀도의 최소값일 수 있다.
상기 수신신호 측정치를 구성하는 단계는, 상기 제1 자속밀도와 상기 제2 자속밀도의 차이가 임계치 이상인지 판단하는 단계; 및 상기 제1 자속밀도와 상기 제2 자속밀도의 차이가 임계치 미만인 경우 상기 제1 자속밀도 및 상기 제2 자속밀도를 상기 수신신호 측정치에서 제외시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 수신신호 측정치는 RSSI(Received Signal Strength Indicator)일 수 있다.
상기 제1 자속밀도 및 상기 제2 자속밀도는 상기 적어도 하나의 LF 수신기를 통해 서로 다른 시점에 측정될 수 있다.
상기 위치 정렬 방법은, 상기 차량 어셈블리의 상기 적어도 하나의 LF 송신기로부터 방출되는 자기장을 초기 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따라 차량 어셈블리(Vehicle Assembly)에 의해 수행되는 무선 전력 전송을 위한 위치 측정 방법은, 적어도 하나의 LF(Low Frequency) 송신기를 통해 제1 자속밀도를 갖는 자기장을 방출하는 단계; 상기 적어도 하나의 LF 송신기를 통해 제2 자속밀도를 갖는 자기장을 방출하는 단계; 상기 제1 자속밀도 및 상기 제2 자속밀도를 검출한 그라운드 어셈블리로부터 수신신호 측정치를 수신하는 단계; 상기 수신신호 측정치에 기초하여 상기 차량 어셈블리와 상기 그라운드 어셈블리 간의 거리를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 자속밀도는 상기 LF 송신기가 송신하는 자기장에 대한 자속밀도의 최대값이고, 상기 제2 자속밀도는 상기 LF 송신기가 송신하는 자기장에 대한 자속밀도의 최소값일 수 있다.
상기 수신신호 측정치는, 상기 제1 자속밀도와 상기 제2 자속밀도의 차이가 임계치 이상인 자속밀도 관련 데이터만을 포함할 수 있다.
또한, 상기 수신신호 측정치는 RSSI(Received Signal Strength Indicator)일 수 있다.
상기 제1 자속밀도 및 상기 제2 자속밀도는 상기 적어도 하나의 LF 수신기를 통해 서로 다른 시점에 측정될 수 있다.
상기 위치 측정 방법은, 상기 적어도 하나의 LF 송신기를 통해 LF 자기장을 초기 방출하는 단계를 더 포함할 수 잇다.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측정 장치는차량 어셈블리와 그라운드 어셈블리 간의 위치 정렬을 위해 위치를 측정하는 장치로서, 적어도 하나의 LF(Low Frequency) 송신기; 상기 송신기가 전송하는 LF 자기장을 검출하는 전력공급 장치로부터 LF 자기장 관련 수신신호 측정치를 수신하는 통신부; 및 제1 자속밀도를 갖는 자기장을 방출하도록 상기 적어도 하나의 LF 송신기를 제어하고, 제2 자속밀도를 갖는 자기장을 방출하도록 상기 적어도 하나의 LF 송신기를 제어하며, 상기 LF 자기장 관련 수신신호 측정치에 기초하여 상기 차량 어셈블리와 상기 그라운드 어셈블리 간의 거리를 산출하는 프로세서를 포함할 수 있다.
상기 프로세서는 또한, 상기 적어도 하나의 LF 송신기로 하여금 LF 자기장을 초기 방출하도록 제어할 수 있다.
상기 제1 자속밀도는 상기 LF 송신기가 송신하는 자기장에 대한 자속밀도의 최대값이고, 상기 제2 자속밀도는 상기 LF 송신기가 송신하는 자기장에 대한 자속밀도의 최소값일 수 있다.
상기 수신신호 측정치는, 상기 제1 자속밀도와 상기 제2 자속밀도의 차이가 임계치 이상인 자속밀도 관련 데이터만을 포함할 수 있다.
또한, 상기 수신신호 측정치는 RSSI(Received Signal Strength Indicator)일 수 있다.
상기 제1 자속밀도 및 상기 제2 자속밀도는 상기 적어도 하나의 LF 수신기를 통해 서로 다른 시점에 측정될 수 있다.
상기 제1 자속 밀도 및 상기 제2 자속밀도는, 전력공급 장치의 적어도 하나의 LF 수신기 각각에 의해 상기 적어도 하나의 LF 송신기가 방출하는 자기장 각각에 대해 측정될 수 있다.
상기 LF 수신기는 LF 안테나 또는 LF 센서일 수 있다.
본 발명에 따르면 LF 신호를 이용해 특히, 근거리에서 차량의 위치를 정확하게 측정함으로써, 그라운드 어셈블리의 1차 코일과 전기 자동차의 2차 코일을 정밀하게 정렬할 수 있어 무선 충전 효율을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예가 적용되는 전기차를 위한 무선 전력 전송의 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 무선 충전 회로를 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 무선 전력 전송에서의 정렬 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 차량의 무선 충전을 위한 위치 정렬의 개념도이다.
도 5a 및 도 5b는 전력공급측 디바이스와 차량 간의 LF 안테나 정렬의 예를 도시한다.
도 6은 LF 또는 마그네틱 벡터링을 이용한 위치 정렬 시 발생하는 에러를 측정하여 나타낸 도면이다.
도 7a은 본 발명의 일 실시예에 따라 송신 코일 및 수신 코일이 초 근접거리 내에서 위치하는 경우의 자속밀도를 설명하기 위한 도면이다.
도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따라 송신 코일 및 수신 코일이 초 근접거리 내에서 위치하는 경우의 자속밀도를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 송신 코일 및 수신 코일이 초 근접거리 내에서 위치변경되는 경우의 자속밀도를 설명하기 위한 도면이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 정렬 방법의 동작 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측정 장치의 블록 구성도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력공급 장치의 블록 구성도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 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 설명하는 데 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.
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.
본 출원에서 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 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 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.
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 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 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(AC) 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 차량을 위치시키고 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 서플라이 디바이스(supply device), 전력공급측 장치 등으로 지칭될 수 있고, 이와 유사하게 VA는 전기차 디바이스(EV device), 전기차량 측 장치 등으로 지칭될 수 있다.
전력공급측 장치(supply device)는 전기차량측 장치에 무접촉 결합을 제공하는 장치 즉, 전기차 외부의 장치일 수 있다. 전력 공급측 장치는 1차측 장치로 지칭될 수 있다. 전기차가 전력을 받을 때, 전력 공급측 장치는 전력을 전송하는 전원 소스로서 동작할 수 있다. 전력 공급측 장치는 하우징과 모든 커버들을 포함할 수 있다.
전기차량측 장치(EV device)는 전력 공급측 장치에 무접촉 결합을 제공하는 전기차 탑재 장치일 수 있다. 전기차량측 장치는 2차측 장치로 지칭될 수 있다. 전기차가 전력을 받을 때, 전기차량측 장치는 전력공급측 장치로부터의 전력을 전기차로 전달할 수 있다. 전기차량측 장치는 하우징과 모든 커버들을 포함할 수 있다.
그라운드 어셈블리 컨트롤러(Ground Assembly controller)는 차량으로부터의 정보를 토대로 GA 코일에 대한 출력 전력 레벨을 조절하는 GA의 일부분일 수 있다.
차량 어셈블리 컨트롤러(Vehicle Assembly controller)는 충전 동안 특정 차량용 파라미터를 모니터링하고 GA와의 통신을 개시하여 출력 전력 레벨을 제어하는 VA의 일부분일 수 있다.
전술한 GA 컨트롤러는 전력공급측 장치의 서플라이 파워 서킷(supply power circuit, SPC)로 지칭될 수 있고, VA 컨트롤러는 전기차 파워 서킷(EV power circuit, EVPC)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, 전기가 흐르는 활성 성분에 접촉하는 것을 지칭할 수 있다.(IEC 61140 참조)
얼라인먼트(Alignment)는 규정된 효율적인 전력 전송을 위해 전력공급측 장치에 대한 전기차량측 장치의 상대적인 위치를 찾는 절차 및/또는 전기차량측 장치에 대한 전력공급측 장치의 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(전력공급측 장치)와 차량(전기차)이 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.
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 전력공급측 장치를 감지하도록 그것을 활성화하는 것을 지칭할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 그 역도 가능하다.
SSID(Service set identifier)는 무선랜 상에서 전송되는 패킷의 해더에 붙는 32-character로 이루어진 유니크한 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 보여지기 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)가 될 수 있다. 독립적인(independent) BSS나 애드훅(ad hoc) 네트워크의 경우, BSSID는 임의의 값으로 생성될 수 있다.
차징 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. 차징 스테이션은 가정, 사무실, 공공장소, 도로, 주차장 등에 설치되는 적어도 하나 이상의 그라운드 어셈블리를 구비한 장소를 지칭할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예가 적용되는 전기차를 위한 무선 전력 전송의 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 무선 전력 전송은 전기차(electric vehicle, 10)의 적어도 하나의 구성요소와 차징 스테이션(charging station, 20)에 의해서 수행될 수 있고, 전기차(10)에 무선으로 전력을 전송하기 위해서 이용될 수 있다.
여기서, 전기차(10)는 일반적으로 배터리(12)와 같이 충전 가능한 에너지 저장 장치로부터 유도된 전류를 동력장치인 전기 모터의 에너지원으로 공급하는 차량(automobile)으로 정의할 수 있다.
다만, 본 발명에 따른 전기차(10)는 전기 모터와 일반적인 내연기관(internal combustion engine)을 함께 갖는 하이브리드 자동차를 포함할 수 있고, 자동차(automobile)뿐만 아니라 모터사이클(motocycle), 카트(cart), 스쿠터(scooter) 및 전기 자전거(electric bicycle)를 포함할 수 있다.
또한, 전기차(10)는 무선으로 배터리(12)를 충전할 수 있도록 수신 코일이 포함된 수신 패드(11)를 포함할 수 있으며, 유선으로 배터리(12)를 충전할 수 있도록 플러그 접속구를 포함할 수도 있다. 이때, 유선으로 배터리(12)를 충전할 수 있는 전기차(10)를 플러그인 전기차(Plug-in Electric Vehicle, PEV)로 지칭할 수 있다.
여기서, 차징 스테이션(20)은 전력망(power grid, 30) 또는 전력 백본(power backbone)에 연결될 수 있고, 전력 링크(power link)를 통하여 송신 코일이 포함된 송신 패드(21)에 교류(AC) 또는 직류(DC) 전력을 제공할 수 있다.
또한, 차징 스테이션(20)은 유무선 통신을 통하여 전력망(power grid, 30) 또는 전력망을 관리하는 인프라 관리 시스템(infrastructure management system) 또는 인프라 서버와 통신할 수 있고, 전기차(10)와 무선 통신을 수행할 수 있다.
여기서, 무선 통신에는 블루투스(Bluetooth), 지그비(zigbee), 셀룰러(cellular), 무선 로컬 영역 네트워크(wireless local area network) 등이 있을 수 있다.
또한, 예를 들어 차징 스테이션(20)은 전기차(10) 소유자의 집에 부속된 주차장, 주유소에서 전기차 충전을 위한 주차구역, 쇼핑 센터나 직장의 주차구역 등과 같이 다양한 장소에 위치할 수 있다.
여기서, 전기차(10)의 배터리(12)를 무선 충전하는 과정은 먼저 전기차(10)의 수신 패드(11)가 송신 패드(21)에 의한 에너지 장(energy field)에 위치하고, 송신 패드(21)의 송신 코일과 수신 패드(11)의 수신 코일이 서로 상호작용 또는 커플링됨으로써 수행될 수 있다. 상호작용 또는 커플링의 결과로 수신 패드(11)에 기전력이 유도되고, 유도된 기전력에 의해 배터리(12)가 충전될 수 있다.
또한, 차징 스테이션(20)과 송신 패드(21)는 그 전부 또는 일부를 그라운드 어셈블리(Ground Assembly, GA)로 지칭할 수 있고, 그라운드 어셈블리는 앞서 정의한 의미를 참조할 수 있다.
또한, 전기차(10)의 수신 패드(11)와 전기차의 다른 내부 구성요소 전부 또는 일부를 차량 어셈블리(Vehicle Assembly, VA)로 지칭할 수 있는데, 여기서 차량 어셈블리는 앞서 정의한 의미를 참조할 수 있다.
여기서, 송신 패드 또는 수신 패드는 비극성(non-polarized) 또는 극성(polarized)으로 구성될 수도 있다.
이때, 패드가 비극성이면 패드의 중앙에 하나의 극이 있고, 바깥 주변에 반대 극을 가질 수 있다. 여기서, 자속(flux)는 패드의 중앙에서 나가고(exit), 패드의 모든 바깥 경계에서 복귀(return)하도록 형성될 수 있다.
또한, 패드가 극성인 경우, 패드의 어느 한쪽 끝에 각각의 극을 가질 수 있다. 여기서, 자속은 패드의 방향(orientation)에 기초하여 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 무선 충전 회로를 도시한 개념도이다.
도 2를 참조하면, 전기차 무선 충전 시스템에서 충전이 이루어지는 회로에 대한 개략적인 구성을 알 수 있다.
여기서, 도 2의 좌측 회로는 전력망에서 공급되는 전원(Vsrc), 도 1에서의 차징 스테이션(20), 송신 패드(21)의 구성 중 전부 또는 일부를 표현한 것으로 해석될 수 있고, 도 2의 우측 회로는 수신 패드 및 배터리를 포함한 전기차의 일부 또는 전부를 표현한 것으로 해석될 수 있다.
먼저, 도 2의 좌측 회로는 전력망에서 공급되는 전원(Vsrc)에 대응되는 출력 전력(Psrc)를 무선 충전 전력 변환기에 제공하고, 무선 충전 전력 변환기는 송신 코일(L1)에서 희망하는 공진 주파수에서의 전자기장을 방출할 수 있도록, 제공받은 전력(Psrc)의 주파수 및 AC/DC 변환을 수행한 전력(P1)을 출력할 수 있다.
구체적으로, 무선 충전 전력 변환기는 전력망에서 공급된 전력(Psrc)이 AC 전력인 경우 DC 전력으로 변환하는 AC/DC 변환기 및 DC전력을 무선 충전에 적합한 공진 주파수의 전력으로 변환하는 저주파수 변환기(또는 LF 변환기) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 공진 주파수는 예를 들면, 79 내지 90 kHz 사이에 위치하도록 결정할 수 있다.
무선 충전 전력 변환기에서 출력된 전력(P1)은 다시 송신 코일(L1), 제1 커패시터(C1) 및 제1 저항(R1)으로 구성된 회로에 공급될 수 있고, 이때 제1 커패시터(C1)는 송신 코일(L1)과 함께 충전에 적합한 공진 주파수를 갖도록 하는 소자값을 가지도록 결정될 수 있다. 또한, 여기서 제1 저항(R1)은 송신 코일(L1) 및 제1 커패시터(C1)에 의해 발생하는 전력손실을 의미할 수 있다.
여기서, 송신 코일(L1)은 수신 코일(L2)과 커플링 계수 k으로 정의되는 전자기적 커플링이 이루어져 전력이 전송되도록 하거나, 또는 전력이 수신 코일(L2)로 유도될 수 있다. 따라서, 본 발명에서 전력이 전송된다는 의미는 전력이 유도된다는 의미와 혼용하여 사용될 수 있다.
여기서, 수신 코일로 유도되거나 전송받은 전력(P2)은 전기차 전력 변환기로 제공될 수 있다. 이때, 제2 커패시터(C2)는 수신 코일(L2)과 함께 충전에 적합한 공진 주파수를 갖도록 하는 소자값으로 결정될 수 있고, 제2 저항(R2)은 수신 코일(L2) 및 제2 커패시터(C2)에 의해 발생하는 전력손실을 의미할 수 있다.
전기차 전력 변환기는 제공받은 특정 공진 주파수의 전력(P2)을 다시 전기차의 배터리(VHV)에 적합한 전압 레벨을 갖는 DC 전력으로 변환하는 AC/DC 변환기를 포함할 수 있다.
전기차 전력 변환기가 제공받은 전력(P2)을 변환한 전력(PHV)을 출력하면, 출력된 전력(PHV)는 전기차에 내장된 배터리(VHV)의 충전에 사용될 수 있다.
여기서, 도 2의 우측 회로에는 수신 코일(L2)을 배터리(VHV)와 선택적으로 접속 또는 해제하기 위한 스위치(switch)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 송신 코일(L1)과 수신 코일(L2)의 공진 주파수(resonance frequency)는 서로 유사하거나 동일하도록 구성될 수 있으며, 송신 코일(L1)에서 발생된 전자기장에 수신 코일(L2)이 근거리에 위치할 수 있도록 구성될 수 있다.
여기서, 도 2의 회로는 본 발명의 실시예들을 위해서 이용 가능한 전기차 무선 충전 시스템에서의 전력 전송에 관한 예시적 회로로 이해되어야 하며, 도 2에서의 회로에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
한편, 송신 코일(L1)과 수신 코일(L2)이 원거리에 위치할수록 전력 손실이 증가할 수 있으므로, 양자의 위치를 설정하는 것은 중요한 요소일 수 있다.
이때, 송신 코일(L1)은 도 1에서의 송신 패드(21)에 포함되고, 수신 코일(L2)은 도 1에서의 수신 패드(11)에 포함될 수 있다. 또한, 송신 코일은 GA 코일(Ground Assembly coil)로 지칭될 수도 있고, 수신 코일은 VA 코일(Vehicle Assembly coil)로 지칭될 수도 있다. 한편, 본 명세서에서는 설명의 편의상 필요에 따라, 송신 코일과 송신 패드를 기능상 동일한 의미로 사용하였다. 또한, 수신 코일과 수신 패드를 기능상 동일한 의미로 사용하였다.
따라서, 송신 패드와 수신 패드 상호간의 위치 결정 또는 전기차와 송신 패드 상호간의 위치 결정에 관하여 이하 도면을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 무선 전력 전송에서의 정렬 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 도 1에서의 송신 패드(21) 및 전기차(10)에 내장된 수신 패드(11) 사이의 위치 정렬 방법을 설명할 수 있다. 여기서, 위치 정렬은 앞서 설명한 용어인 얼라인먼트(alignment)에 대응될 수 있고, 따라서, GA와 VA간의 위치 정렬로 정의할 수도 있고, 송신 패드(21)와 수신 패드(11)의 위치 정렬로 한정해석되지 않는다.
여기서, 송신 패드(21)는 도 3에서는 지표면 아래에 위치한 것으로 도시하였으나, 지표면 위에 위치할 수도 있고, 지표면 아래에서 송신 패드(21)의 상면이 노출되도록 위치할 수도 있다.
또한, 전기차의 수신 패드(11)는 지표면을 기준으로 측정된 높이(z방향으로 정의)에 따라 카테고리를 달리하여 정의할 수 있고, 예를 들어 지표면에서 수신 패드(11)의 높이가 100-150(mm) 인 경우 class 1, 140-210(mm) 인 경우 class 2, 170-250(mm)인 경우 class 3와 같이 설정할 수 있다. 이때, 수신 패드(11)에 따라 class 1만을 지원하거나, class 1과 2를 지원할 수도 있는 등 부분적 지원이 가능할 수 있다.
여기서, 지표면을 기준으로 측정된 높이는 앞서 설명한 용어인 차량 마그네틱 지상고에 대응될 수 있다.
또한, 송신 패드(21)의 높이 방향(z방향으로 정의)의 위치는 상기 수신 패드(11)에서 지원하는 최대 클래스와 최소 클래스 사이에 위치하도록 결정할 수 있는데, 예를 들어 수신 패드(11)가 class1과 2만을 지원한다면, 수신 패드(11)를 기준으로 100-210 (mm) 사이에 송신 패드가 위치하도록 결정할 수 있다.
또한, 송신 패드(21)의 중심과 수신 패드(11)의 중심 사이의 격차는 가로 및 세로 방향의 한계값 이내에 위치하도록 결정할 수 있다. 예를 들어, 가로 방향(+y 방향 또는 차량 진행 방향의 우측 수직 방향으로 정의)으로는 ±75 (mm) 이내에 위치하도록 결정할 수 있고, 세로 방향(-x방향 또는 차량 진행 방향으로 정의)으로는 ±100 (mm) 이내에 위치하도록 결정할 수 있다.
여기서, 송신 패드(21)와 수신 패드(11)의 상대적 위치는 그 실험적 결과에 따라 한계값이 달라질 수 있고, 상기 수치들은 예시적인 것으로 이해되어야 한다.
또한, 송신 패드(21)와 수신 패드(11)는 각각 코일을 포함하는 것으로 전제하고 패드 상호간의 정렬로 설명하였으나, 더 구체적으로는 송신 패드(21)와 수신 패드(11)에 각각 내장된 송신 코일(또는 GA 코일)과 수신 코일(또는 VA 코일) 상호간의 정렬로 정의할 수도 있다.
한편, 전기차 무선충전시 충전효율 극대화를 위해 1차측 코일(GA Coil)과 2차측 코일(VA Coil)의 정렬에 LF(Low Frequency) 신호가 사용될 수 있다. LF 신호는 매우 낮은 주파수 및 낮은 주파수의 ITU 무선 대역에서 동작하는 디지털 변조된 자기장(digitally modulated magnetic field)이다. LF 센서는 19kHz 내지 300kHz 의 주파수 범위 내의 고정된 주파수에서 동작할 수 있다.
또한, 자기장은 EV에 위치하는 적어도 2개의 안테나에 의해 생성될 수 있다. EV에 위치하는 LF 안테나 배치는 예를 들어, 아래 도 4에 도시된 바와 같은 위치들일 수 있지만, 이러한 실시예에 의해 제한되지 않는다. 추가적으로, 1차측 디바이스는 적어도 2개의 자기 센서들을 포함할 수 있으며, 자기 센서의 센싱 엘리먼트들은 대칭적으로 배치되는 것이 바람직하다. 자기 센서들은 자기장의 세기를 x, y, z 방향에서 수신할 수 있다.
한편, 자율주행 기술을 접목하여 자율주차 또는 원격주차를 이용한 위치정렬 또한 고려되고 있다.
또한, 전기차 충전 통신 표준 문서인 ISO 15118-8에 따르면, 전기차 충전을 위한 무선통신을 사용 시 차량측 통신 제어기(EVCC, Electric Vehicle Communication Controller)와 전력 공급측 통신 제어기(SECC, Supply Equipment Communication Controller) 사이의 통신 규격은 IEEE Std 802.11-2012를 준수한다. 무선통신에서 고려되는 통신 채널을 위한 EVCC 및 SECC 간의 거리에 대한 요구 범위는 디스커버리(Discovery)의 경우 5m~30m, 정밀 포지셔닝(Fine positioning)의 경우 10cm~5m, 충전 제어(Charge control)의 경우 5cm~5m이다.
여기서, 디스커버리는 전기차가 충전 패드를 탐색하는 단계로, EVCC가 SECC의 통신 범위에 진입하고 적절한 SECC와 연결하는 단계이다. 정밀 포지셔닝은 WPT의 경우 효율적인 전력 전송을 위한 1차측 및 2차측 디바이스들 간의 정렬을, 도전성 충전을 위한 자동 연결의 경우 전력 전송을 위해 EV 및 EVSE의 커넥터들의 정렬을 의미할 수 있다. 충전 제어는 예를 들어, 차량으로부터 EVSE로의 전력 요청 등이 형태일 수 있다.
도 4는 차량의 무선 충전을 위한 위치 정렬의 개념도이다.
도 4를 참조하면, 무선 충전을 위한 위치 정렬 방법은 그라운드 어셈블리(GA)의 1차 코일 및 차량 어셈블리(VA)의 2차 코일의 위치를 정렬하여 무선 충전 효율을 극대화 및/또는 최적화하기 위한 방법으로, GA 측의 4개의 안테나(ANT1, ANT2, ANT3 및 ANT4) 및 VA 측의 2개의 안테나(ANTa 및 ANTb) 간의 자기장 측정치를 기초로 수행될 수 있다.
더욱 상세하게는, VA는 2개의 안테나를 포함할 수 있고, 2개의 안테나는 VA의 좌측 구역 및 우측 구역에 하나씩 위치할 수 있으며, 좌측 구역 및 우측 구역은 VA를 좌측 및 우측으로 2등분한 구역을 의미할 수 있고, 좌우 대칭적으로 구분한 구역을 의미할 수 있다. VA가 사각형의 구조를 가지는 경우, 2개의 안테나는 사각형의 좌측변 중앙 및 우측변 중앙에 각각 위치할 수 있으나, 구조는 설계에 따라 변경될 수 있으므로, 사각형으로 한정하지 않는다.
또한, 2개의 안테나는 VA와 연결되어 차량의 특정 부분에 위치할 수도 있으며, 이러한 경우 차량의 특정 부분의 좌측 구역 및 우측 구역에 하나씩 위치할 수 있다. 차량의 특정 부분의 좌측 구역 및 우측 구역은 차량의 특정 부분을 좌우 대칭적으로 구분한 구역을 의미할 수 있다.
상술한 VA 및 차량의 특정 부분의 좌측 구역 및 우측 구역은 앞쪽 구역 및 뒤쪽 구역도 될 수 있으나, 이에 한정하지 않으며, 대칭성을 가지고 구분된 2개의 구역을 의미할 수 있다. 이하에서는 VA에 위치하는 것으로 가정하여 설명하겠다.
VA 또는 차량 어셈블리 컨트롤러(vehicle assembly controller)는 안테나를 제어할 수 있고, VA 및 GA 간의 위치 차이 정보를 산출할 수 있다.
GA는 4개의 안테나를 포함할 수 있고, 4개의 안테나는 GA의 제1 구역, 제2 구역, 제3 구역 및 제 4구역에 하나씩 위치할 수 있으며, 제1 구역, 제2 구역, 제3 구역 및 제4 구역은 각각 GA의 좌측 상단 구역, 우측 상단 구역, 좌측 하단 구역 및 우측 하단 구역을 의미할 수 있으나, 이에 한정하지 않으며, GA를 동일한 크기를 가지도록 4등분한 구역들을 각각 의미할 수 있다. GA가 사각형의 구조를 가지는 경우, 4개의 안테나는 사격형의 각 모서리에 각각 위치할 수 있으나, 구조는 설계에 따라 변경될 수 있으므로, 사각형으로 한정하지 않는다. 또한, GA 또는 그라운드 어셈블리 컨트롤러(ground assembly controller)는 4개의 안테나가 검출한 자기장 정보를 기초로 자기장 측정치를 산출할 수 있다.
여기서, VA 및/또는 GA가 포함하는 안테나는 루프 안테나(loop 안테나)를 의미할 수 있고, 페라이트 로드 안테나(ferrite rod 안테나)를 의미할 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다.
페라이트 로드 안테나는 크기의 감소로 인해 차량, 휴대용 라디오 및 항공기 등에 사용될 수 있고, 거의 반사가 없으며, 전계 강도의 완만한 감소로 양호한 범위 제어가 가능할 수 있다. 또한, 페라이트 로드 안테나는 높은 보급률을 가질 수 있고, 공진 주파수 입력 단계에 따른 낮은 무부하 전류(quiescent current)를 요구할 수 있고, 높은 주파수에 비해 디튜닝(detuning)에 덜 민감할 수 있다. 다만, 페라이트 로드 안테나는 Q 인자가 매우 높으므로, 요구되는 신호 변조의 일부를 필터링할 수 있다.
페라이트 로드 안테나는 저주파수(Low Frequency; LF)를 이용하는 안테나를 의미할 수 있다. 페라이트 로드 루프 안테나는 일반적인 에어-코어(Air-core) 루프 안테나의 특별한 경우로 생각할 수 있다. 에어-코어(Air-core) 루프 안테나는 솔레노이드와 같은 의미로 볼 수 있다. 따라서 솔레노이드에서의 자기장은 암페어의 법칙에 근거하여 표현될 수 있다. 다만, 솔레노이드는 코일 내부의 매질이 공기이기 때문에 내부 매질이 페라이트 로드인 경우에는 코일 내부의 매질인 페라이트 로드가 반영되어야 한다. 또한, 코일의 턴수, 코일의 반경, 코일의 길이 등을 고려한다면 최종적인 LF 안테나(Ferrite-rod Loop 안테나)의 자기장에 대한 자속밀도(B)는 아래 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00001
한편, 저주파수(LF)는 ITU(International Telecommunication Union)에서 12 단계로 구분한 주파수 영역 중 30~300 kHz 대역을 사용하는 LF 대역을 의미할 수 있다. ITU에서 12단계로 구분한 주파수 영역은 표 1과 같다.
Figure pat00002
도 5a 및 도 5b는 전력공급측 디바이스와 차량 간의 LF 안테나 정렬의 예를 도시한다.
도 5a 및 도 5b에서 x, y 좌표계는 전력공급측 장치의 송신 패드에 대한 좌표계를 나타내고, x', y' 좌표계는 차량(또는 수신 패드)의 좌표계를 나타낸다. 전력공급측 장치(또는 송신 패드)의 안테나는 P1, P2, P3, P4로 표현되어 있으며 각각 전력공급측 장치의 좌측 상단 구역, 우측 상단 구역, 좌측 하단 구역 및 우측 하단 구역에 대칭적으로 배치되어 있다. 차량 측 안테나는 V1 및 V2로 표현되어 있으며 도 5a에서는 수신 패드의 자기장 구조 주위에 대칭적으로 위치하고 있다. 한편, 도 5b에서는 차량 측 안테나 V1 및 V2가 수신 패드에서 벗어나 자기장 구조 주위에 대칭적으로 위치하고 있다.
이와 같은 배치를 고려하여 차량측 장치 및 전력공급측 장치가 LF 신호를 사용해 위치 정렬을 수행할 수 있다.
즉, 차량이 충전을 위해 특정 주차구역으로 접근하는 경우 SECC에 의해 선택된 해당 주차 구역에 대한 주파수가 무선랜 링크를 통해 차량에 보고될 수 있다. 차량은 선택된 주파수로 상응하는 트리거 신호를 전력공급측 디바이스로 송신할 것이다. SECC는 센서에 의해 수신되는 RSSI(Received Signal Strength Intensity) 값을 차량으로 회신할 것이다. 이처럼 전력공급측 장치에 의해 피드백되는 RSSI 값에 기초하여 위치추정 알고리즘이 차량에 의해 수행될 수 있다.
차량(EV)은 LF를 이용해 정밀 포지셔닝을 요청하게 되는데, 정밀 포지셔닝 요청을 수신한 SECC는 전력공급 장치에게 수신기를 턴온할 것을 요청하고, 차량에게는 사용할 주파수를 알려준다. 차량은 송신기를 턴온하고 특정된 주파수에서 시작한다.
운전자가 차량을 주차 공간, 즉 충전 공간으로 이동시켜 수신 코일이 송신 코일의 4m ~ 6m 이내로 접근하면, 송신 코일의 수신기는 차량에 의해 전송되는 신호를 검출할 수 있다.
차량은 포지셔닝을 위한 LF 신호를 송신 코일로 전송할 SECC는 사전에 보정된 로(raw) 데이터 형태의 측정 값들을 무선랜을 통해 차량에 전송할 것이다. 이러한 측정 값들로부터 차량은 송신 코일의 위치를 동적으로 계산할 수 있다
이처럼 본 발명의 일 실시예에 따르면 차량은 전력공급측 디바이스로부터 수신한 RSSI에 기반하여 송신 패드 및 수신 패드 간의 거리를 측정할 수 있다.
RSSI에 기반한 거리 측위는 아래 수학식 2에 따라 표현될 수 있다.
Figure pat00003
여기서, d는 거리, n은 신호전파상수, Ar은 1미터당 RSSI 값을 나타낸다. 또한, λ는 전파의 파장, c는 전파의 속도, f는 전파의 주파수, L은 전파경로손실 (송신 신호 세기 - 수신 신호 세기)를 나타낸다.
무선 충전을 위한 위치 정렬은 LF 신호 및 마그네틱 벡터링(Magnetic Vectoring)을 이용해 이루어질 수 있다. 마그네틱 벡터링(Magnetic Vectoring)은 송신 코일에 3축(X, Y, Z)으로 보조 코일을 감으며, 수신 코일에 2축(X, Y)으로 보조 코일을 감아 여기서 발생하는 미약 자계를 감지하여 거리를 인식하는 방법이다.
한편, 최근 여러 실험을 통해 전기차 무선충전에서 LF 신호 및 마그네틱 벡터링을 이용한 위치 정렬 시 정밀 정렬이 어렵다는 사실이 보고되고 있다.
도 6은 LF 또는 마그네틱 벡터링을 이용한 위치 정렬 시 발생하는 에러를 측정하여 나타낸 도면이다.
도 6의 결과는 IEC 61980-2 TS 표준문서에서 정의하는 바에 따라 송신 코일에 LF 안테나 또는 LF 센서를 4개, 수신 코일에 2개의 LF 안테나 또는 LF 센서를 배치하여 위치 정렬을 수행한 결과이다. 도 6에 도시된 결과를 통해, 송신 코일과 수신 코일 사이의 거리가 초 근거리일 때 위치 관련 데이터를 획득할 수 없음을 알 수 있다. 즉, 이로부터 LF 신호 및 마그네틱 벡터링을 이용한 위치 정렬 시 정밀 정렬이 어렵다는 사실을 확인할 수 있다.
이러한 현상은 LF 신호나 마그네틱 벡터링의 보조 코일의 자기장 세기를 이용하여 거리를 감지할 때 사용되는 자기장 세기가 수십 nT인 미약 자계를 사용하기 때문일 가능성이 크다. 즉, 미약 자계를 사용하는 경우 송신 코일과 수신 코일 사이의 거리가 초 근거리(예를 들어, 0 ~ 0.5m) 내일 때 송신 코일의 보조 코일(또는 보조 안테나)과 수신 코일의 보조 코일(또는 보조 안테나) 간의 미약 자계 차이를 구분하기 어렵게 되고, 그에 따라 송신 코일과 수신 코일 사이의 거리를 정확히 판별해 내기가 어렵기 때문이다.
또한, IEC 61980-2 TS 표준문서에서는 송신 코일에 LF 안테나 또는 LF 센서를 4개, 수신 코일에는 2개의 LF 안테나 또는 LF 센서가 위치하여 미약 자계를 이용한 위치 정보를 판단한다고 되어 있다. 하지만 이러한 구조를 이용해 초 근거리에서 위치 정보를 판단하는 데 어려움이 있음을 살펴본 바 있다.
따라서, 본 발명은 전기차 무선충전을 위해 LF 신호를 이용한 위치 정렬 시 초 근거리(0~0.5m)에서 정밀 정렬을 가능토록 하는 방안을 제시한다.
전기차 무선충전 국제 표준문서에서는 LF 신호의 안테나 및 센서의 신호 전달 과정을 명확하게 서술하고 있지는 않다.
본 발명에 따르면, 수신 코일의 LF 안테나에서 자기장을 송출할 때 정렬이 끝날 때까지 자속밀도 최대 값을 사용하지 않고 자속밀도의 값에 대한 변화를 주어 초 근거리(0~0.5m)에서도 송신 코일의 LF 안테나(또는 LF 센서)가 송신 코일의 LF 안테나의 자속밀도를 인식할 수 있도록 한다.
본 발명의 일 실시에에 따르면, 수신 코일의 LF 안테나에서의 전송하는 첫 번째 LF 신호는 자속밀도를 최대 값으로 설정하고, 첫 번째 LF 신호에 후속하는 두 번째 LF 신호는 자속밀도를 최소 값으로 설정하여, 두 신호를 하나의 패키지로 구성하고 구성된 신호를 송신 코일의 LF 안테나(또는 LF 센서)로 송출한다.
수신 코일이 송신 코일로 접근하여 두 코일 간의 거리가 초 근접거리(0~0.5m) 이내가 되면, 효과적인 거리 산정 알고리즘의 연산을 위해서 송신 코일에 위치하는 LF 수신 안테나의 자속밀도에 대해 제1 시점에 측정한 측정치를 제2 시점에 측정한 측정치와 비교한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 두 값의 차이가 일정 임계값 이상이 되지 않는 경우 해당 데이터(예를 들어, 제1 시점에 측정한 자속밀도 또는 제2 시점에 측정한 자속밀도)는 거리 측정 알고리즘에서 제외시킬 수 있다. 이후, 유의미한 데이터만을 포함하는 LF 안테나의 자속밀도를 이용하여 송신 패드 및 수신 패드 간의 거리에 대한 연산을 수행한다. 이때, 거리 연산에는 RSSI를 이용한 방법이 사용될 수 있다.
여기서, 자속밀도가 최대 값으로 설정된 첫 번째 신호의 전송 시점 및 자속밀도가 최소 값으로 설정된 두 번째 신호의 전송 시점 사이의 시간 간격은 매우 짧은 시간일 수 있다. 또한, 제1 패키지와 제1 패키지에 후속하는 제2 패키지 사이의 시간 간격은 동일 패키지 내 첫 번째 신호와 두번째 신호 간의 시간 간격보다는 길게 설정될 수 있다.
충전 효율 극대화를 위해서 송신 코일의 중심으로 수신 코일이 접근하여 초 근접거리(0~0.5m) 내에 위치하면, 송신 코일의 LF 안테나 또는 LF 센서에서 측정하는 자속밀도의 값은 변화가 거의 없게 된다. 따라서, 본 발명에서는 효과적인 거리 산정 알고리즘의 연산을 위해서 송신 코일의 각 LF 안테나의 서로 다른 시점에서의 자속밀도를 상대 비교하여 그 차이가 일정 임계값 이상이 되지 않는 경우 해당 데이터를 거리 측정 데이터로부터 제외시키는 것을 특징으로 한다.
한편, 전기차 무선충전 표준문서에 언급되어 있는 LF 신호에서의 자기장을 분석하여 거리를 측정하는 방법은 아래에서 설명되는 바와 같은 수식을 활용한다.
예를 들어, t0 시점에 수신 코일의 LF 안테나 α가 송출하는 자기장을 수신하는 송신 코일의 LF 안테나에서 검출되는 자속밀도는 아래와 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00004
또한, t1 시점에 수신 코일의 LF 안테나 β가 송출하는 자기장을 수신하는 송신코일의 각 LF 안테나(즉, LF 안테나 A, LF 안테나 B, LF 안테나 C, LF 안테나 D)에서 검출되는 자속밀도는 아래와 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00005
따라서, t0 및 t1의 시점에 수신 코일의 LF 안테나에 의해 산출되는 최종 RSSI 연산식은 아래와 같이 정리될 수 있다.
Figure pat00006
결국, 송신 코일의 LF 안테나 또는 LF 센서는 수신 코일의 LF 안테나에서 송신하는 모든 자속밀도를 받아들이는데 수신 코일의 LF 안테나는 최대값의 자속밀도를 송출하므로, 초 근접거리(0~0.5m)에서 수신코일의 LF 송신기를 구분하지 못하게 되는 결과를 초래한다.
본 발명에 따르면, 수신 코일의 LF 안테나에서 자기장을 방출할 때, 송신 코일과의 정렬이 끝날 때까지 최대값으로만 송출하지 않고 자속밀도의 값에 대한 변화를 주어 초 근접거리(0~0.5m)에서도 송신 코일의 LF 안테나 또는 LF 센서가 송신 코일의 LF 안테나의 자속밀도를 인식할 수 있도록 한다.
즉, 수신 코일 LF 안테나의 자속밀도 구성을 첫 번째 신호는 최대 값으로 두 번째 신호는 최소 값으로 하여 하나의 패키지로 구성하고 송신 코일의 LF 안테나 또는 LF 센서로 송출한다. 여기서, 자속밀도가 최대 값으로 설정된 첫 번째 신호의 전송 시점 및 자속밀도가 최소 값으로 설정된 두 번째 신호의 전송 시점 사이의 시간 간격은 매우 짧은 시간일 수 있다. 또한, 제1 패키지와 제1 패키지에 후속하는 제2 패키지 사이의 시간 간격은 동일 패키지 내 첫 번째 신호와 두번째 신호 간의 시간 간격보다는 길게 설정될 수 있다.
정리하면, 충전 효율 극대화를 위해서 송신 코일의 중심으로 수신 코일이 접근하여 초 근접거리(0~0.5m)에 오게 되면, 송신 코일의 LF 안테나 또는 LF 센서에서 검출되는 자속밀도의 값은 변화가 거의 없게 된다. 따라서 본 발명에서는, 효과적인 거리 산정 연산을 위해 송신 코일 각각의 LF 안테나의 자속밀도를 시차를 두고 측정하여 상대 비교하고, 비교 결과 일정 임계값 이상이 되지 않는 경우 해당 측정 데이터는 거리 측정 알고리즘에서 제외시킨다.
도 7a은 본 발명의 일 실시예에 따라 송신 코일 및 수신 코일이 초 근접거리 내에서 위치하는 경우의 자속밀도를 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에서는 임의의 시점에 수신 코일의 LF 송신기가 LF 자기장의 최대값을 전송하는 경우를 설명한다. 이때, 최대 값은 위치 정렬을 위해 수신 패드의 LF 안테나가 송신 패드의 LF 안테나 또는 센서로 전송하는 데 사용할 수 있는 기 설정된 자기장의 범위 내에서의 최대 값을 의미할 수 있다.
예를 들어, t0 시점에 수신 코일의 LF 안테나 α가 송출하는 자기장의 최대값을 수신하는 송신 코일의 각 LF 안테나(즉, LF 안테나 A, LF 안테나 B, LF 안테나 C, LF 안테나 D)에서 검출되는 자속밀도는 아래와 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00007
또한, t1 시점에 수신 코일의 LF 안테나 β가 송출하는 자기장의 최대값을 수신하는 송신 코일의 각 LF 안테나에서 검출되는 자속밀도는 아래와 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00008
이때, t0 는 수신 코일의 LF 안테나 α가 송출하는 자기장을 송신 코일의 각 LF 안테나가 수신하는 시점이고 및 t1은 수신 코일의 LF 안테나 β가 송출하는 자기장을 신 코일의 각 LF 안테나가 수신하는 시점이다. 따라서, t0와 t1은 다른 값일 수 있지만, 같은 값일 수도 있다.
도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따라 송신 코일 및 수신 코일이 초 근접거리 내에서 위치하는 경우의 자속밀도를 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에서는 임의의 시점에 수신 코일의 LF 송신기가 LF 자기장의 최소값을 전송하는 경우를 설명한다.
또한, t2 시간에 수신 코일의 LF 안테나 α가 송출하는 자기장의 최소값을 수신하는 송신 코일의 각 LF 안테나(즉, LF 안테나 A, LF 안테나 B, LF 안테나 C, LF 안테나 D)에서 검출되는 자속밀도는 아래와 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00009
또한, t3 시간에 수신 코일의 LF 안테나 β가 송출하는 자기장의 최소값을 수신하는 송신코일의 LF 안테나에서 검출되는 자속밀도는 아래와 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00010
이때, t2 는 수신 코일의 LF 안테나 α가 송출하는 자기장을 송신 코일의 각 LF 안테나가 수신하는 시점이고, t3은 수신 코일의 LF 안테나 β가 송출하는 자기장을 송신 코일의 각 LF 안테나가 수신하는 시점이다. 따라서, t2와 t3은 다른 값일 수 있지만, 같은 값일 수도 있다.
최종적으로, 송신 패드 및 수신 패드 간 거리를 측정하기 위한 송신 패드의 각 안테나(또는 센서)에서의 RSSI에 대한 연산식은 아래와 같이 정리될 수 있다.
Figure pat00011
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 송신 코일 및 수신 코일이 초 근접거리 내에서 위치변경되는 경우의 자속밀도를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 송신 코일과 수신 코일이 초 근접거리에 인접하는 경우, t0 ~ t1 시간 동안 수신 코일의 LF 안테나에서 방출하는 자속밀도 최대 값을, t2 ~ t3 시간 동안 수신 코일의 LF 안테나에서 방출하는 자속밀도 최소 값과 비교한다. 비교 결과, 두 값 간의 차이가 임계치 미만인 경우 해당 자속밀도 값은 위치추정 알고리즘에서 제외시킨다.
이를 최종 RSSI 연산식으로 표현하면 아래와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00012
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 정렬 방법의 동작 순서도이다.
도 9a 내지 도 9c에 도시된 위치 정렬 방법은, 전력공급 장치(EVSE) 및 차량(EV)의 동작, 그리고 이들 간에 이루어지는 송수신 절차를 포함한다.
도 9a을 참조하면, 본 발명에 따른 위치 정렬 방법은 우선 LF 자기장의 초기 검출 절차(S900)부터 시작한다.
LF 자기장의 초기 검출 절차(S900)에서, VA(100)는 LF 송신기를 이용해 초기 자기장을 방출하고, 차량의 EVCC(Electric Vehicle Communication Controller)(110)는 SECC(210)로 WPT 초기 페어링을 요청한다. GA를 통해 LF 신호를 검출했음을 통지받은 SECC(210)는 EVCC(110)의 초기 페어링 요청에 대한 응답으로 GA LF 검출 데이터 요청을 차량의 EVCC(110)로 전송한다.
즉, LF 자기장의 초기 검출 절차(S900)에서 차량 어셈블리(VA)는 적어도 하나의 LF 송신기를 통해 LF 자기장을 초기 방출하고, 그라운드 어셈블리(GA)는 차량 어셈블리의 LF 송신기로부터 방출되는 자기장을 초기 검출한다.
GA LF 검출 데이터 요청을 수신한 차량은 정렬(alignment) 절차를 수행한다(S910).
여기서, VA(100)는 적어도 하나의 LF(Low Frequency) 송신기를 통해 제1 자속밀도를 갖는 자기장을 방출한다. LF 송신기는 예를 들어, 안테나 α 및 안테나 β의 2개일 수 있다. 안테나 α는 t0 시점에, 안테나 β는 tl 시점에, 자속밀도가 설정 범위 내에서 최대 값이 되도록 하는 자기장을 방출할 수 있다.
VA(100)는 이후, 적어도 하나의 LF 송신기를 통해 제2 자속밀도를 갖는 자기장을 방출한다. 마찬가지로, LF 송신기는 예를 들어, 안테나 α 및 안테나 β의 2개일 수 있다. 안테나 α는 t2 시점에, 안테나 β는 t3 시점에, 자속밀도가 설정 범위 내에서 최소 값이 되도록 하는 자기장을 방출한다.
도 9b를 참조하면, 전력공급장치의 그라운드 어셈블리(GA)(200)는 차량 어셈블리의 LF 송신기가 방출하는 자기장을 검출한다(S920).
GA(200)에 의한 자기장 검출 단계(S920)에서, GA(200)는 적어도 하나의 LF 수신기를 통해, 송신기가 방출하는 자기장에 대한 제1 자속밀도를 측정한다. 이때, LF 수신기는 LF 안테나 A, LF 안테나 B, LF 안테나 C, LF 안테나 D의 4개의 안테나를 포함할 수 있다. 이 경우, LF 안테나 A, LF 안테나 B, LF 안테나 C, LF 안테나 D 각각이 송신기 α 및 송신기 β가 방출하는 자기장을 검출한다. 여기서, 제1 자속밀도는 LF 송신기가 송신하는 자기장에 대한 자속밀도의 최대값일 수 있다.
GA(200)는 또한, 적어도 하나의 LF 수신기를 통해, 차량 어셈블리의 적어도 하나의 LF 송신기로부터 방출되는 자기장에 대한 제2 자속밀도를 측정한다. 이 경우 역시, LF 수신기는 LF 안테나 A, LF 안테나 B, LF 안테나 C, LF 안테나 D의 4개의 안테나를 포함할 수 있다. 즉, LF 안테나 A, LF 안테나 B, LF 안테나 C, LF 안테나 D 각각이 송신기 α 및 송신기 β가 방출하는 자기장을 검출한다. 여기서, 제2 자속밀도는 상기 LF 송신기가 송신하는 자기장에 대한 자속밀도의 최소값일 수 있다.
이후 GA(200)는, 제1 자속밀도와 제2 자속밀도의 비교 결과에 기초하여 수신신호 측정치를 구성할 수 있으며, 수신신호 측정치는 RSSI(Received Signal Strength Indicator)일 수 있다.
즉, 제1 자속밀도와 제2 자속밀도의 차이가 임계치 이상인지 판단하고, 제1 자속밀도와 제2 자속밀도의 차이가 임계치 미만인 경우 제1 자속밀도 및 제2 자속밀도를 수신신호 측정치에서 제외시킨다. 다시 말해, 수신신호 측정치는 상기 제1 자속밀도와 상기 제2 자속밀도의 차이가 임계치 이상인 자속밀도 관련 데이터만을 포함할 수 있다.
GA(200)는 구성된 수신신호 측정치를 SECC(210)를 통해 차량(100)에 제공한다(S925).
이어서 도 9c를 참조하면, 수신신호 측정치를 수신한 EV(100)는 수신신호 측정치에 기초하여 차량 어셈블리와 그라운드 어셈블리 간의 거리를 산출하고 차량은 산출된 거리에 따라 위치 정렬을 위해 자동 주차를 실행할 수 있다(S930).
한편, 앞서 설명한 실시예에서는 측정된 자기장 관련 값을 이용해 차량 측에서 차량 어셈블리와 그라운드 어셈블리 간의 거리를 산출하는 것으로 설명하였으나, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 차량 어셈블리와 그라운드 어셈블리 간의 거리 산출이 전력공급 장치(EVSE)에 의해 수행될 수도 있다. 이 경우 전력공급 장치는 산출된 거리를 차량에 제공하여 차량에 의한 위치 정렬에 사용될 수 있도록 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측정 장치의 블록 구성도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측정 장치(100)는 통신부(110), 프로세서(120), LF 송신부(130), 및 적어도 하나의 LF 송신기(140)를 포함할 수 있다.
위치 측정 장치(100)는 VA, 또는 VA의 일부일 수 있으며, VA를 포함하는 형태일 수도 있다. 즉, 위치 측정 장치(100)의 구성은 명칭에 한정되지 않으며, 기능에 의해 정의될 수 있다. 또한, 복수의 기능을 하나의 구성이 수행할 수 있으며, 하나의 기능을 복수의 구성이 수행할 수 있다.
통신부(110)는 후술하는 전력공급 장치(200)와 통신할 수 있는 통신 모듈을 포함할 수 있다. 여기서, 통신 모듈은 WiFi 통신을 수행할 수 있는 통신 모듈을 포함할 수 있고, 3G 통신 및 4G 통신을 수행할 수 있는 통신 모듈도 포함할 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 통신부(110)는 통신 모듈을 통해 GA가 위치하는 주차 공간을 검색할 수 있으며, GA 및 VA의 위치 정렬을 위해 해당 GA에 연결된 전력공급 장치(200)와 통신 연결을 할 수 있고, 전력공급 장치(200)로부터 자기장 측정치를 수신할 수 있다.
또한, 통신부(110)는 수신 전계 강도 지시자(Received Signal Strength Indicator, RSSI), 전파 시간(Time of Flight, ToF), 전파 시간 차이(Time Difference of Flight, TDoF) 도달 시간(Time of Arrival, ToA) 및 도달 시간 차이(Time Difference of Arrival) 중 적어도 하나의 값을 측정할 수도 있다.
프로세서(120)는 후술하는 LF 송신부(130)에 연결된 하나 이상의 안테나가 정상 구동하는지 검증할 수 있고, 안테나를 구동시킬 수 있고, 통신부(110)가 수신한 자기장 측정치를 이용하여 송신 패드 및 수신 패드 간 위치 정렬을 수행할 수 있다.
LF 송신부(130)는 프로세서(120)의 동작에 따라 연결된 안테나의 정상 구동하는지 검증할 수 있고, 본 발명에 따른 적어도 하나의 송신기를 구동시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측정 장치(100)는 프로세서(120)를 통해 상술한 동작이 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하고 있는 메모리를 더 포함할 수 있다. 여기서, 프로세서는 메모리에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있고, 중앙 처리 장치(Central Processing Unit, CPU), 그래픽 처리 장치(Graphics Processing Unit, GPU) 또는 본 발명에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리는 휘발성 저장 매체 및/또는 비휘발성 저장 매체로 구성될 수 있고, 읽기 전용 메모리(Read Only Memory, ROM) 및/또는 랜덤 액세스 메모리(Random Access Memory, RAM)로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 적어도 하나의 명령은, 적어도 하나의 LF 송신기를 통해 LF 자기장을 초기 방출하도록 하는 명령; 상기 적어도 하나의 LF 송신기를 통해 제1 자속밀도를 갖는 자기장을 방출하도록 하는 명령; 상기 적어도 하나의 LF 송신기를 통해 제2 자속밀도를 갖는 자기장을 방출하도록 하는 명령; 상기 제1 자속밀도 및 상기 제2 자속밀도를 검출한 전력공급 장치로부터 수신신호 측정치를 수신하도록 하는 명령; 및 상기 수신신호 측정치에 기초하여 상기 차량 어셈블리와 상기 그라운드 어셈블리 간의 거리를 산출하도록 하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 제1 자속밀도는 상기 LF 송신기가 송신하는 자기장에 대한 자속밀도의 최대값이고, 상기 제2 자속밀도는 상기 LF 송신기가 송신하는 자기장에 대한 자속밀도의 최소값일 수 있다.
상기 수신신호 측정치는, 상기 제1 자속밀도와 상기 제2 자속밀도의 차이가 임계치 이상인 자속밀도 관련 데이터만을 포함할 수 있다.
상기 수신신호 측정치는 RSSI(Received Signal Strength Indicator)일 수 있으며, 상기 제1 자속밀도를 갖는 자기장 및 상기 제2 자속밀도를 갖는 자기장은 서로 다른 시점에 방출될 수 있다.
상기 제1 자속 밀도 및 상기 제2 자속밀도는, 전력공급 장치의 적어도 하나의 LF 수신기 각각에 의해 상기 적어도 하나의 LF 송신기가 방출하는 자기장 각각에 대해 측정될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력공급 장치의 블록 구성도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력공급 장치(200)는 통신부(210), 프로세서(220) 및 LF 수신부(230)를 포함할 수 있다.
전력공급 장치(200)는 GA를 포함할 수도 있고, GA일 수도 있다. 전력공급 장치(200)의 구성은 명칭에 한정되지 않으며, 기능에 의해 정의될 수 있다. 또한, 복수의 기능을 하나의 구성이 수행할 수 있으며, 하나의 기능을 복수의 구성이 수행할 수 있다.
통신부(210)는 위치 측정 장치(100)와 통신할 수 있는 통신 모듈을 포함할 수 있다. 여기서, 통신 모듈은 WIFI 통신을 수행할 수 있는 통신 모듈을 포함할 수 있고, 3G 통신 및 4G 통신을 수행할 수 있는 통신 모듈도 포함할 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
또한, 통신부(210)는 GA 및 VA의 위치 정렬을 위해 위치 측정 장치(100)와 연결할 수 있고, 본 발명에 따라 구성된 수신신호 측정치를 위치 측정 장치(100)로 송신할 수 있다.
프로세서(220)는 후술하는 LF 수신부(230)로부터 검출한 자기장 정보를 기초로 수신신호 측정치를 산출할 수 있다. 여기서, 자기장 정보는 안테나 별로 존재할 수 있다. 프로세서(220)는 자기장 측정치를 통신부(210)에 제공할 수 있다.
LF 수신부(230)는 GA에 위치하는 복수의, 예를 들어, 4개의 수신 안테나와 연결되어 있을 수 있으며, 4개의 수신 안테나가 검출한 위치 측정 장치(100)의 2개의 송신기가 출력하는 자기장에 대한 정보를 획득할 수 있다. LF 수신부(230)는 획득한 자기장에 대한 정보를 프로세서(220)로 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력공급 장치(200)는 적어도 하나의 프로세서 및 프로세서를 통해 상술한 동작이 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하고 있는 메모리를 포함할 수 있다. 여기서, 프로세서는 메모리에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있고, 중앙 처리 장치(Central Processing Unit, CPU), 그래픽 처리 장치(Graphics Processing Unit, GPU) 또는 본 발명에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리는 휘발성 저장 매체 및/또는 비휘발성 저장 매체로 구성될 수 있고, 읽기 전용 메모리(Read Only Memory, ROM) 및/또는 랜덤 액세스 메모리(Random Access Memory, RAM)로 구성될 수 있다.
상기 적어도 하나의 명령은, 상기 프로세서로 하여금, 상기 그라운드 어셈블리의 적어도 하나의 LF 수신기를 통해, 차량 어셈블리(Vehicle Assembly)의 적어도 하나의 LF(Low Frequency) 송신기로부터 방출되는 자기장에 대한 제1 자속밀도를 측정하도록 하는 명령, 상기 그라운드 어셈블리의 적어도 하나의 LF 수신기를 통해, 차량 어셈블리의 적어도 하나의 LF(Low Frequency) 송신기로부터 방출되는 자기장에 대한 제2 자속밀도를 측정하도록 하는 명령, 상기 제1 자속밀도와 상기 제2 자속밀도의 비교 결과에 기초하여 수신신호 측정치를 구성하도록 하는 명령 및 상기 구성된 수신신호 측정치를 차량에 제공하도록 하는 명령을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 동작은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터로 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다. 프로그램 명령은 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 측면들은 장치의 문맥에서 설명되었으나, 그것은 상응하는 방법에 따른 설명 또한 나타낼 수 있고, 여기서 블록 또는 장치는 방법 단계 또는 방법 단계의 특징에 상응한다. 유사하게, 방법의 문맥에서 설명된 측면들은 또한 상응하는 블록 또는 아이템 또는 상응하는 장치의 특징으로 나타낼 수 있다. 방법 단계들의 몇몇 또는 전부는 예를 들어, 마이크로프로세서, 프로그램 가능한 컴퓨터 또는 전자 회로와 같은 하드웨어 장치에 의해(또는 이용하여) 수행될 수 있다. 몇몇의 실시예에서, 가장 중요한 방법 단계들의 하나 이상은 이와 같은 장치에 의해 수행될 수 있다.
실시예들에서, 프로그램 가능한 로직 장치(예를 들어, 필드 프로그머블 게이트 어레이)가 여기서 설명된 방법들의 기능의 일부 또는 전부를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 실시예들에서, 필드 프로그머블 게이트 어레이는 여기서 설명된 방법들 중 하나를 수행하기 위한 마이크로프로세서와 함께 작동할 수 있다. 일반적으로, 방법들은 어떤 하드웨어 장치에 의해 수행되는 것이 바람직하다.
이상 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.
10: 전기차 11: 수신 패드/수신 코일
12: 배터리 20: 차징 스테이션
21: 송신 패드 /송신 코일 30: 전력망
100: VA(Vehicle Assembly)/위치측정 장치
200: GA(Ground Assembly)/전력공급 장치

Claims (20)

  1. 그라운드 어셈블리(Ground Assembly)에 의해 수행되는 무선 전력 전송을 위한 위치 정렬 방법으로서,
    상기 그라운드 어셈블리의 적어도 하나의 LF 수신기를 통해, 차량 어셈블리(Vehicle Assembly)의 적어도 하나의 LF(Low Frequency) 송신기로부터 방출되는 자기장에 대한 제1 자속밀도를 측정하는 단계;
    상기 적어도 하나의 LF 수신기를 통해 상기 적어도 하나의 LF 송신기로부터 방출되는 자기장에 대한 제2 자속밀도를 측정하는 단계;
    상기 제1 자속밀도와 상기 제2 자속밀도의 비교 결과에 기초하여 수신신호 측정치를 구성하는 단계; 및
    상기 구성된 수신신호 측정치를 차량에 제공하는 단계를 포함하는, 위치 정렬 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 자속밀도는 상기 LF 송신기가 송신하는 자기장에 대한 자속밀도의 최대값이고,
    상기 제2 자속밀도는 상기 LF 송신기가 송신하는 자기장에 대한 자속밀도의 최소값인, 위치 정렬 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 수신신호 측정치를 구성하는 단계는,
    상기 제1 자속밀도와 상기 제2 자속밀도의 차이가 임계치 이상인지 판단하는 단계; 및
    상기 제1 자속밀도와 상기 제2 자속밀도의 차이가 임계치 미만인 경우 상기 제1 자속밀도 및 상기 제2 자속밀도를 상기 수신신호 측정치에서 제외시키는 단계를 포함하는, 위치 정렬 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 수신신호 측정치는 RSSI(Received Signal Strength Indicator)인, 위치 정렬 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 자속밀도 및 상기 제2 자속밀도는 상기 적어도 하나의 LF 수신기를 통해 서로 다른 시점에 측정되는, 위치 정렬 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 차량 어셈블리의 상기 적어도 하나의 LF 송신기로부터 방출되는 자기장을 초기 검출하는 단계를 더 포함하는, 위치 정렬 방법.
  7. 차량 어셈블리(Vehicle Assembly)에 의해 수행되는 무선 전력 전송을 위한 위치 측정 방법으로서,
    적어도 하나의 LF(Low Frequency) 송신기를 통해 제1 자속밀도를 갖는 자기장을 방출하는 단계;
    상기 적어도 하나의 LF 송신기를 통해 제2 자속밀도를 갖는 자기장을 방출하는 단계;
    상기 제1 자속밀도 및 상기 제2 자속밀도를 검출한 그라운드 어셈블리로부터 수신신호 측정치를 수신하는 단계; 및
    상기 수신신호 측정치에 기초하여 상기 차량 어셈블리와 상기 그라운드 어셈블리 간의 거리를 산출하는 단계를 포함하는, 위치 측정 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 자속밀도는 상기 LF 송신기가 송신하는 자기장에 대한 자속밀도의 최대값이고,
    상기 제2 자속밀도는 상기 LF 송신기가 송신하는 자기장에 대한 자속밀도의 최소값인, 위치 측정 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 수신신호 측정치는,
    상기 제1 자속밀도와 상기 제2 자속밀도의 차이가 임계치 이상인 자속밀도 관련 데이터를 포함하는, 위치 측정 방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 수신신호 측정치는 RSSI(Received Signal Strength Indicator)인, 위치 측정 방법.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 자속밀도를 갖는 자기장 및 상기 제2 자속밀도를 갖는 자기장은 서로 다른 시점에 방출되는, 위치 측정 방법.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 적어도 하나의 LF 송신기를 통해 LF 자기장을 초기 방출하는 단계를 더 포함하는, 위치 측정 방법.
  13. 차량 어셈블리와 그라운드 어셈블리 간의 위치 정렬을 위해 위치를 측정하는 장치로서,
    적어도 하나의 LF(Low Frequency) 송신기;
    상기 LF 송신기가 전송하는 LF 자기장을 검출하는 전력공급 장치로부터 LF 자기장 관련 수신신호 측정치를 수신하는 통신부; 및
    제1 자속밀도를 갖는 자기장을 방출하도록 상기 적어도 하나의 LF 송신기를 제어하고, 제2 자속밀도를 갖는 자기장을 방출하도록 상기 적어도 하나의 LF 송신기를 제어하며, 상기 LF 자기장 관련 수신신호 측정치에 기초하여 상기 차량 어셈블리와 상기 그라운드 어셈블리 간의 거리를 산출하는 프로세서를 포함하는, 위치 측정 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 자속밀도는 상기 LF 송신기가 송신하는 자기장에 대한 자속밀도의 최대값이고,
    상기 제2 자속밀도는 상기 LF 송신기가 송신하는 자기장에 대한 자속밀도의 최소값인, 위치 측정 장치.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 LF 자기장 관련 수신신호 측정치는,
    상기 제1 자속밀도와 상기 제2 자속밀도의 차이가 임계치 이상인 자속밀도 관련 데이터를 포함하는, 위치 측정 장치.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 수신신호 측정치는 RSSI(Received Signal Strength Indicator)인, 위치 측정 장치.
  17. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 자속밀도를 갖는 자기장 및 상기 제2 자속밀도를 갖는 자기장은 서로 다른 시점에 방출되는, 위치 측정 장치.
  18. 청구항 13에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 적어도 하나의 LF 송신기로 하여금 LF 자기장을 초기 방출하도록 제어하는, 위치 측정 장치.
  19. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 자속 밀도 및 상기 제2 자속밀도는,
    전력공급 장치의 적어도 하나의 LF 수신기 각각에 의해, 상기 적어도 하나의 LF 송신기가 방출하는 자기장 각각에 대해 측정되는, 위치 측정 장치.
  20. 청구항 13에 있어서,
    상기 LF 수신기는 LF 안테나 또는 LF 센서인, 위치 측정 장치.
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