KR20220061122A - 공진 유도 무선 충전을 위한 데이터 링크 - Google Patents

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앤드류 더블유. 다가
프란시스 제이. 맥마흔
에드워드 제이. 갠더
매튜 엘. 와드
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모멘텀 다이나믹스 코오퍼레이션
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Abstract

낮은 레이턴시의 전이중 근접장 데이터 링크는 배터리들을 재충전하기 위한 공진 유도 무선 전력 전송 시스템을 제어한다. 전기 차량 실시예에서, 어셈블리는 충전 신호를 수신하도록 그라운드 어셈블리에 대해 정렬된다. 차량 어셈블리는 하나 이상의 충전 코일, 및 하나 이상의 충전 코일 및 제2 전이중 유도식으로 결합된 데이터 통신 시스템을 포함하는 그라운드 어셈블리와 통신하는 제1 전이중 유도식으로 결합된 데이터 통신 시스템을 포함한다. 그라운드 어셈블리 및 차량 어셈블리의 충전 코일들은 충전을 위해 그라운드 어셈블리에 대한 차량 어셈블리의 기하학적 위치설정에 기반하여 선택적으로 인에이블된다. 적절하게는, 그라운드 어셈블리 및/또는 차량 어셈블리의 전송/수신 시스템은 충전 동안 그라운드 어셈블리와 차량 어셈블리 사이의 충전 관리 및 제어 데이터의 통신을 인에이블하기 위해 동일한 유형이 되도록 조정된다.

Description

공진 유도 무선 충전을 위한 데이터 링크
우선권 주장
본 출원은 2019년 11월 6일에 출원된 미국 출원 제16/675,618호에 대한 우선권의 이익을 주장하고, 또한 2019년 9월 13일에 출원된 미국 출원 제16/570,801호에 대한 우선권의 이익을 주장하며, 이들 둘 다는 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다.
공진 유도 무선 전력 전송 시스템의 제어를 위해 의도된 전이중 근접장 데이터 링크(full duplex, near field data link)는 전기 차량들을 재충전하는데 이용된다. 코히어런트 트랜스폰더 구성은 인근 및 인접 차량들로부터 유래하는 신호들의 간섭 제거 동기 검출(interference rejecting synchronous detection) 및 포지티브 제거(positive rejection)를 가능하게 한다.
유도식 전력 전송은 많은 산업들 및 시장들에 걸치는 많은 중요한 애플리케이션들을 갖는다. 공진 유도 무선 전력 장치는, 전력 공급 입력 섹션과 출력 섹션을 분리 및 격리하는 큰 에어 갭 변압기를 갖는 스위치 모드 DC-대-DC 전력 공급 장치로서 간주될 수 있다. 출력 전류가 입력 측 파라미터들의 조정에 의해 제어되기 때문에, 출력 파라미터들을 입력 측 제어 회로에 통신하는 방식이 존재해야 한다. 종래의 격리된 스위치 모드 전력 공급 장치들은 옵토커플러들 또는 결합 변압기들을 이용하여 격리 배리어에 걸쳐 통신하지만, 이러한 종래의 방법들은 큰 물리적 갭의 존재 시에는 유용하지 않다. 전력 전송 갭에 걸친 음향 및 광학 통신들은 원리상 가능하지만, 실제로 진흙, 도로 파편, 눈 및 얼음뿐만 아니라 고여있는 물에 의해 도전을 받을 때에는 부적절하다. 수신 인덕터 임피던스를 변조하는 것 및 일차 측 인덕터 상에 유도된 전압 및 전류 변동들을 검출하는 것에 의해 전력 전송 갭에 걸쳐 통신하는 것이 가능하다. 그러나, 공진 유도 무선 전력 전송 장치에 의해 이용되는 일반적으로 낮은 동작 주파수, 및 이러한 공진 유도 무선 전력 전송 시스템들의 일차 및 이차 측 인덕터들의 중간 내지 높은 부하 Q 때문에, 이용가능한 데이터 통신 대역폭은 엄격하게 제약되고, 전이중 통신 구현은 어렵다.
따라서, 라디오 주파수 기반 데이터 통신 시스템들이 바람직한데, 그 이유는 그들이 위에서 열거된 어려운 점들에 영향을 받지 않기 때문이지만, 종래의 라디오 주파수 데이터 통신 시스템들은 여러 측면들에서 부적절하다. 반이중(half-duplex) 시스템들은 하나의 방향으로만 전송하지만, 전송 방향을 급속하게 교대하고, 그에 의해 전이중 링크로서 기능하는 데이터 링크를 생성한다. 전송 데이터 버퍼링 또는 큐잉은, 제어 시스템 피드백 경로에 배치될 때 제어 시스템 불안정성의 원인으로서 특히 바람직하지 않은 상당한 가변 전송 레이턴시를 도입한다.
종래의 슈퍼헤테로다인 수신기들은 일반적으로 오프-채널 간섭 제거(off-channel interference rejection)를 제공하기 위해 다소 양호한 중간 주파수 필터들을 요구한다. 그러나, 이러한 필터들은 고비용인 경향이 있으며, 모놀리식 집적에는 쉽게 적합하지 않다.
또한, 종래의 라디오 데이터 링크들은 동일한 유형의 다른 인근의 데이터 링크들과 본질적으로 구별되지 않는다. 이것은, 전기 차량들의 무선 충전을 조정하는데 이용될 때 종래의 라디오 기반 데이터 링크들이 인근의 또는 인접한 주차 구역들에서의 충전 장치에 의해 방출되는 라디오 커맨드들에 종종 응답한다는 것을 의미하며, 이는 명확한 차량 식별 및 후속 무선 충전 제어를 매우 복잡하게 하는 거동이다.
본 명세서에 설명된 시스템들 및 방법들은, 유효 통신 범위를 제한하기 위해 종래의 시스템들에서와 같은 원역장 전파(far field propagation)와는 대조적으로 근접장 유도식 결합에 의존하고, 정교한 주파수 도메인 필터링 없이 오프 채널 및 일부 동일 채널 간섭(co-channel interference)을 제거하는데 동기 검출을 이용하고, 데이터 링크 전송-수신 장비 쌍들의 포지티브 식별을 위해 코히어런트 트랜스폰더 아키텍처를 이용하는 코히어런트 전이중 라디오 주파수 데이터 링크를 구현함으로써 종래 기술의 이러한 및 다른 제한들을 해결한다.
샘플 실시예들에서, 2개의 장치가 제공되는데, 하나의 장치는 그라운드 측 무선 전력 전송 장비와 연관되고, 다른 장치는 차량 측 무선 전력 수신 장비와 연관된다. 그라운드 측 장치에 위치된 수정 제어 기준 발진기는 전송 및 검출에 필요한 모든 라디오 주파수 신호들의 코히어런트 발생을 위한 공통 기준을 제공한다. 이것이 전이중 통신 장치이므로, 2개의 독립적인 전송-수신 링크, 즉 그라운드 측 장치로부터 차량 측 장치로의 순방향 링크, 및 차량 측 장치로부터 그라운드 측 장치로의 리턴 링크가 존재한다. 차량 측 루프 안테나들은 전형적으로 차량의 전도성 하부 아래에 위치되며, 그라운드 표면에 대해 평행하다.
순방향 링크 전송 신호는 기준 발진기로부터 도출된다. 직렬 데이터가 변조기에 의해 순방향 링크 캐리어 상에 부과된다. 전송은, 순방향 링크 동작 주파수에서의 파장보다 훨씬 더 작은 파장만큼 분리되는, 상당한 상호 유도 결합을 갖는 2개의 전기적으로 작은 루프 안테나 사이에서 발생한다. 순방향 링크의 차량 측에서, 수신된 신호는 호모다인 검출기에 의해 검출되고, 호모다인 검출기는 신호의 캐리어를 추출하여 동기 검출기에서 검출 기준으로서 이를 이용한다. 추출된 캐리어는 주파수에서 체배(multiply)되고 리턴 링크에 대한 캐리어로서 이용되며, 리턴 링크 데이터가 제2 변조기에 의해 캐리어 상에 부과된다. 리턴 링크 전송은 앞서와 같이 2개의 밀접하게 이격된 전기적으로 작은 루프 안테나 사이에서 근접장 유도식 결합에 의해 발생한다. 링크의 그라운드 측의 동기 검출기는 검출 기준으로서 원래의 기준 발진기 신호의 주파수 체배 버전을 이용하여 리턴 링크 데이터를 추출한다. 양방향들에서의 링크 변조는 진폭 변조, 위상 변조, 또는 이들의 조합일 수 있다.
순방향 링크 캐리어, 순방향 링크 검출 기준, 리턴 링크 캐리어 및 리턴 링크 검출 기준이 모두 동일한 기준 발진기로부터 도출되기 때문에, 이러한 4개의 중대 신호의 코히어런시는 설계에 의해 보장된다. 복잡한 주파수 취득 및 동기화 회로는 요구되지 않는다. 또한, 기준 발진기들 사이의 제조 허용오차 및 환경적으로 유도된 주파수 변동들은, 인접 주차 공간들에 위치된 장치로부터의 링크 신호들이 코히어런트하지 않을 것이므로, 동기 검출을 겪지 않을 것임을 보장한다. 인접 주차 구역들에서의 차량들 및 장치로부터 유래하는 링크 신호들의 추가 제거는, 링크 전송 파장이 차량 하부 대 그라운드 표면 분리 거리를 초과할 때 생기는 감쇠로부터 발생하는데, 여기서 차량 하부 및 그라운드 표면은 가이드 전파 컷오프 주파수 아래에서 동작하는 도파관의 2개의 플레이트로서 기능한다.
제1 양태에 따르면, 충전 시스템이 제공되며, 이 충전 시스템은 충전 코일, 및 제1 유도식 링크를 통해 제1 신호를 전송하고 제2 유도식 링크를 통해 제2 신호를 수신하는 제1 전송/수신 시스템을 포함하는 제1 전이중 유도식으로 결합된 데이터 통신 시스템을 포함하는 제1 코일 어셈블리, 및 충전 코일, 및 제1 유도식 링크를 통해 제1 신호를 수신하고 제2 유도식 링크를 통해 제2 신호를 전송하는 제2 전송/수신 시스템을 포함하는 제2 전이중 유도식으로 결합된 데이터 통신 시스템을 포함하는 제2 코일 어셈블리를 포함한다. 샘플 실시예들에서, 제1 및 제2 전송/수신 시스템들은 출력 신호들을 변조하고 입력 신호들을 복조하도록 적응되는 하드웨어, 소프트웨어, 및 펌웨어 구성들 중 적어도 하나 중에서 선택가능하도록 적응된다. 또한, 제1 코일 어셈블리의 충전 코일은 충전 동안 충전 신호를 수신하도록 제2 코일 어셈블리의 충전 코일과 병렬로 배치되도록 구성되고, 충전 동안 제2 코일 어셈블리의 기하구조와 매칭하도록 선택적으로 인에이블된다.
샘플 실시예들에서, 제1 전송/수신 시스템은 제2 코일 어셈블리로의 전송을 위해 제1 코일 어셈블리 및 외부 시스템들 중 적어도 하나로부터의 데이터를 처리하고, 처리를 위한 제1 코일 어셈블리 및 외부 시스템들 중 적어도 하나로의 전달을 위해 제2 코일 어셈블리로부터 수신된 데이터를 처리하는 프로세서를 포함한다. 샘플 실시예들에서, 고장 이벤트가 제1 코일 어셈블리에 의해 검출되거나 제2 코일 어셈블리로부터 수신될 때, 프로세서는 충전 신호를 디스에이블한다.
다른 샘플 실시예들에서, 제2 전송/수신 시스템은 제2 코일 어셈블리로부터 그리고 제1 코일 어셈블리로의 전송을 위해 외부 시스템들로부터의 커맨드들 및 데이터 중 적어도 하나를 처리하고, 제2 코일 어셈블리 및 외부 시스템들 중 적어도 하나로의 전달을 위해 제1 코일 어셈블리로부터 수신된 데이터를 처리하는 프로세서를 포함한다. 샘플 실시예들에서, 제2 코일 어셈블리는 디지털 인터페이스를 더 포함하고, 프로세서는 제1 신호, 제2 신호 및 충전 신호와 관련된 측정치들을 디지털 인터페이스에 제공한다. 이러한 측정치들은 신호 강도, 비트 에러율, 스펙트럼 잡음 밀도에 대한 비트당 에너지의 비율, 주파수, 및 제1 코일 어셈블리 및 제2 코일 어셈블리의 제1 및 제2 안테나 구조들에서의 진폭 및 위상 시프트 중 적어도 하나를 포함한다. 샘플 실시예들에서, 외부 시스템들은 외부 프로세서를 포함할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 측정치들은 정렬 검출 및 폐쇄 루프 충전 시스템 관리 및 제어 중 적어도 하나를 위해 디지털 인터페이스를 통해 외부 프로세서에 전달된다. 외부 프로세서는 제2 코일 어셈블리 상의 거의 실시간 전압 및 전류 측정치들, 제2 코일 어셈블리의 열 측정치들, Z-갭 변화들, 제1 코일 어셈블리 또는 제2 코일 어셈블리 고장 경보들, 중간-충전 성능 이벤트들에 관한 경보들, 및 제2 코일 어셈블리와 관련된 추가적인 감지 데이터를 전송을 위해 프로세서에 제공할 수 있다.
다른 샘플 실시예들에서, 제1 신호 및 제2 신호는 충전 사이클의 스테이지 또는 신호 품질의 임계치가 초과(cross)되었는지 여부에 따라 협대역 또는 광대역 신호들로서 구성된다.
또 다른 샘플 실시예들에서, 제1 신호 및 제2 신호는 비동기 확산 스펙트럼 신호로서 구성된다. 이러한 실시예들에서, 제1 및 제2 전송/수신 시스템들 각각은 제1 및 제2 전송/수신 시스템들이 신호들과 동일 채널 간섭을 구별할 수 있게 하는 상보적인 코드 시퀀스들을 전송하는 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 시스템을 포함할 수 있다.
샘플 실시예들에서, 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 펌웨어는 진폭 변조, 위상 변조, 주파수 변조, 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 및 확산 스펙트럼 기술들 중 적어도 2개를 이용하여 출력 신호들을 변조하도록 적응된다. 확산 스펙트럼 기술들은 직접 시퀀스 확산 스펙트럼, 처프 확산 스펙트럼(CSS), 이진 직교 키잉(BOK) 및 주파수 호핑 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
더 추가의 샘플 실시예들에서, 제1 및 제2 전송/수신 시스템들 각각은 수신기, 아날로그-디지털 변환기, 제2 코일 어셈블리로의 전송을 위해 제1 코일 어셈블리 및 외부 시스템들 중 적어도 하나로부터의 데이터를 처리하고, 처리를 위한 제1 코일 어셈블리 및 외부 시스템들 중 적어도 하나로의 전달을 위해 제2 코일 어셈블리로부터 수신된 데이터를 처리하는 디지털 프로세서, 디지털-아날로그 변환기, 및 전송기를 포함한다. 샘플 실시예들에서, 아날로그-디지털 변환기 및 디지털-아날로그 변환기는 이산 집적 회로들로서 구현되고, 디지털 프로세서는 필드 프로그래머블 게이트 어레이로서 구현된다. 또한, 아날로그-디지털 변환기, 디지털 프로세서, 및 디지털-아날로그 변환기는 주문형 집적 회로(ASIC)에 존재하는 펌웨어로서 구현될 수 있다. 샘플 실시예들에서, 각각의 전송/수신 시스템의 디지털 프로세서는 전송을 위해 입력 데이터를 처리하고, 디지털 프로세서 상에 구현된 소프트웨어 구조들을 이용하여 다른 전송/수신 시스템으로부터 수신된 데이터를 처리한다. 제1 및 제2 전송/수신 시스템들은 임의적으로 적어도 하나의 대역통과 필터를 포함할 수 있다.
제2 양태에 따르면, 차량을 충전하는 방법이 제공되며, 이 방법은 충전 신호를 수신하도록 그라운드 어셈블리에 대해 차량 어셈블리를 위치설정(positioning)하는 단계를 포함하고, 차량 어셈블리는 하나 이상의 충전 코일을 포함하고, 각각의 충전 코일은 제1 유도식 링크를 통해 제1 신호를 수신하고 제2 유도식 링크를 통해 제2 신호를 전송하는 제1 전송/수신 시스템을 포함하는 제1 전이중 유도식으로 결합된 데이터 통신 시스템을 갖고, 그라운드 어셈블리는 하나 이상의 충전 코일을 포함하고, 각각의 충전 코일은 제1 유도식 링크를 통해 제1 신호를 전송하고 제2 유도식 링크를 통해 제2 신호를 수신하는 제2 전송/수신 시스템을 포함하는 제2 전이중 유도식으로 결합된 데이터 통신 시스템을 갖는다. 그라운드 어셈블리 및 차량 어셈블리의 충전 코일들은 충전을 위해 그라운드 어셈블리에 대한 차량 어셈블리의 기하학적 위치설정에 기반하여 선택적으로 인에이블된다. 제1 전송/수신 시스템 및 제2 전송/수신 시스템 중 적어도 하나는 제1 및 제2 전송/수신 시스템들 중 다른 하나와 동일한 방식으로 출력 신호들을 변조하고 입력 신호들을 복조하도록 적응되는 동일한 유형의 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 펌웨어를 갖도록 선택된다. 충전 관리 및 제어 데이터는 충전 동안 제1 및 제2 유도식 링크들을 통해 제1 및 제2 전송/수신 시스템들 사이에서 통신된다.
샘플 실시예들에서, 제1 전송/수신 시스템 및 제2 전송/수신 시스템은 진폭 변조, 위상 변조, 주파수 변조, 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 및 확산 스펙트럼 기술들 중 적어도 2개를 이용하여 출력 신호들을 변조하도록 적응된다. 확산 스펙트럼 기술들은 직접 시퀀스 확산 스펙트럼, 처프 확산 스펙트럼(CSS), 이진 직교 키잉(BOK) 및 주파수 호핑 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다른 샘플 실시예들에서, 소프트웨어 업데이트들, 진단 또는 원격 측정 정보, 및 승객 엔터테인먼트 서비스 데이터 중 적어도 하나는 충전 동안 제1 및 제2 유도식 링크들을 통해 그라운드 어셈블리와 차량 어셈블리 사이에서 통신된다. 충전 신호는 고장 이벤트가 그라운드 어셈블리에 의해 검출되거나 차량 어셈블리로부터 수신될 때 디스에이블될 수 있다.
다른 샘플 실시예들에서, 제1 전송/수신 시스템은 그라운드 어셈블리로의 전송을 위해 차량 어셈블리로부터 그리고 외부 시스템들로부터의 커맨드들 및 데이터 중 적어도 하나를 처리하고, 차량 어셈블리 및 외부 시스템들 중 적어도 하나로의 전달을 위해 그라운드 어셈블리로부터 수신된 데이터를 처리한다. 제1 신호, 제2 신호 및 충전 신호와 관련된 측정치들은 또한 처리를 위해 디지털 인터페이스에 제공될 수 있다. 측정치들은 신호 강도, 스펙트럼 잡음 밀도에 대한 비트당 에너지의 비율, 주파수, 및 차량 어셈블리 및 그라운드 어셈블리의 제1 및 제2 안테나 구조들에서의 진폭 및 위상 시프트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 측정치들은 정렬 검출 및 폐쇄 루프 충전 시스템 관리 및 제어 중 적어도 하나를 위해 디지털 인터페이스를 통해 외부 프로세서에 전달될 수 있다.
또 다른 샘플 실시예들에서, 이 방법은 차량 어셈블리 상의 거의 실시간 전압 및 전류 측정치들, 차량 어셈블리의 열 측정치들, 차량 어셈블리를 포함하는 차량의 적재 또는 하역으로 인한 Z-갭 변화들, 그라운드 어셈블리 또는 차량 어셈블리 고장 경보들, 중간-충전 성능 이벤트들에 관한 경보들, 및 차량 어셈블리에 관련된 추가적인 감지 데이터 중 적어도 하나를 차량 어셈블리로부터 그라운드 어셈블리로 전송하는 단계를 포함한다.
더 추가의 샘플 실시예들에서, 이 방법은 충전 사이클의 스테이지 또는 신호 품질의 임계치가 초과되었는지 여부에 따라 제1 신호 및 제2 신호를 협대역 또는 광대역 신호들로서 구성하는 단계를 포함한다.
더 추가의 샘플 실시예들에서, 이 방법은 제1 신호 및 제2 신호를 비동기 확산 스펙트럼 신호로서 구성하는 단계를 포함한다. 제1 및 제2 전송/수신 시스템들이 신호들과 동일 채널 간섭을 구별할 수 있게 하는 상보적인 코드 시퀀스들이 제1 및 제2 전송/수신 시스템들 사이에서 전송될 수 있다.
제3 양태에 따르면, 적어도 2개의 독립적인 코일을 포함하는 클러스터링된 그라운드 어셈블리를 포함하는 차량 충전 시스템이 제공되며, 각각의 코일은 제1 유도식 링크를 통해 제1 신호를 전송하고 제2 유도식 링크를 통해 차량으로부터 제2 신호를 수신하는 전송/수신 시스템을 포함하는 제1 전이중 유도식으로 결합된 데이터 통신 시스템을 갖고, 제1 및 제2 신호들은 차량의 충전 동안 클러스터링된 그라운드 어셈블리와 차량 사이에서 통신된다. 클러스터링된 그라운드 어셈블리는 단일의 매크로 그라운드 어셈블리를 형성하기 위해 긴밀하고 연속적인 방식으로 설치된 개별 그라운드 어셈블리들을 포함할 수 있다.
샘플 실시예들에서, 충전되고 있는 차량은 단일 차량 어셈블리로 달성될 수 있는 것보다 더 높은 전력 전송을 허용하도록 장착된 2개 이상의 차량 어셈블리를 갖고, 클러스터링된 그라운드 어셈블리는 2개 이상의 차량 어셈블리의 기하구조와 매칭하도록 구성된 코일들을 포함한다.
추가적인 샘플 실시예들에서, 충전되고 있는 차량은 클러스터링된 그라운드 어셈블리에 매칭하는 기하구조로 클러스터링된 차량 어셈블리를 구비할 수 있다. 클러스터링된 차량 어셈블리는 적어도 2개의 독립적인 코일을 포함할 수 있고, 각각의 코일은 제2 유도식 링크를 통해 제2 신호를 전송하고 제1 유도식 링크를 통해 클러스터링된 그라운드 어셈블리로부터 제1 신호를 수신하는 전송/수신 시스템을 포함하는 제2 전이중 유도식으로 결합된 데이터 통신 시스템을 가지며, 제1 및 제2 신호들은 차량의 충전 동안 클러스터링된 그라운드 어셈블리와 클러스터링된 차량 어셈블리 사이에서 통신된다.
클러스터링된 차량 어셈블리 및 클러스터링된 그라운드 어셈블리는 각각 2개 이상의 기능적으로 동일한 어셈블리를 포함할 수 있고, 각각의 기능적으로 동일한 어셈블리는 자기 유도 안테나 및 공통 공진 유도 코일 유닛을 포함한다.
본 발명의 이전의 그리고 다른 유익한 특징들 및 이점들이 첨부 도면들과 관련하여 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 그라운드 측 및 차량 측 전송 장비의 샘플 실시예들의 개념적인 표현을 도시한다.
도 2는 전이중 라디오 주파수 데이터 링크의 샘플 실시예를 도시한다.
도 3은 자기-간섭을 피하기 위해 도 2의 샘플 실시예에 의해 이용되는 저 고조파 파형을 도시한다.
도 4는 도 2의 샘플 실시예에 의해 이용되는 디지털 진폭 시프트 변조의 표현을 도시한다.
도 5는 도 3에 도시된 파형을 생성하는 저 고조파 발생 회로의 실시예를 도시한다.
도 6은 도 2의 실시예에 의해 이용되는 디지털 진폭 시프트 변조의 표현을 도시한다.
도 7은 수신기 레벨 검출 회로들의 실시예를 도시한다.
도 8은 자기-간섭 제거를 위한 장치의 실시예를 도시한다.
도 9는 본 명세서에 설명된 통신 방법론을 이용하는 동적 충전의 실시예를 나타낸다.
도 10은 샘플 실시예에서의 전송 장비의 클러스터링된 배치의 예를 나타낸다.
도 11a는 샘플 실시예들에서 무선 전력 전송(WPT) 시스템의 유도식으로 결합된 통신 시스템(ICCS)에 의해 이용되는 시그널링 및 컴포넌트들을 도시한다.
도 11b는 무선 전력 전송(WPT) 시스템의 유도식으로 결합된 통신 시스템(ICCS)을 위한 다이버시티 수신기 안테나들의 예를 도시한다.
도 12a는 샘플 실시예들에서의 ICCS의 기능 요소들을 도시한다.
도 12b는 차량 측 어셈블리 및 그라운드 측 어셈블리를 포함하는 ICCS의 샘플 하드웨어 실시예를 도시한다.
도 13a는 샘플 실시예에서 단일 열 지리적 배열로 배치된 주차장 기반 무선 충전 스테이션의 오버헤드 뷰를 도시한다.
도 13b는 샘플 실시예에서 이중 열 지리적 배열로 배치된 주차장 기반 무선 충전 스테이션의 오버헤드 뷰를 도시한다.
도 14는 샘플 실시예들에서 동적 충전을 위해 인에이블된 고속도로의 예를 도시한다.
샘플 실시예들은 전기 동력 차량들을 충전하는데 이용하기 위해 도 1 내지 도 14와 관련하여 설명될 것이지만, 관련 기술분야의 통상의 기술자라면, 본 명세서에서 제공된 교시들은 다른 비-차량 공진 자기 유도 무선 전력 전송 시스템들에서 이용될 수 있다는 점을 인식할 것이다. 이러한 실시예들은 본 개시내용의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.
도 1은 샘플 실시예들의 개념적인 표현을 예시하는데, 여기서 2개의 장치, 즉 그라운드 측 무선 전력 전송 장비와 연관된 그라운드 측 장치, 및 차량 측 무선 전력 수신 장비와 연관된 차량 측 장치가 제공된다. 도 1에 도시된 데이터 링크는 예를 들어 미국 특허 제10,193,400호에 설명된 코일 정렬 에러 검출 장치에서 구현될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 그라운드 측 장치는 주파수 체배기(10), 전송을 위한 입력 데이터를 수신하는 데이터 변조기(20), 및 차량 측 장치로부터 리턴 링크를 통해 데이터를 수신하고 출력 데이터를 제공하는 동기 검출기(30)를 포함한다. 유사하게, 차량 측 장치는 주파수 체배기(40), 그라운드 측 장치로부터 순방향 링크를 통해 데이터를 수신하는 호모다인 검출기(50), 및 그라운드 측 장치로 리턴 링크를 통해 데이터를 전송하는 변조기(60)를 포함한다. 그라운드 측 장치의 루프 안테나들(70 및 70')은 종래의 방식으로 차량 측 장치 상의 루프 안테나들(80 및 80')과의 유도에 의해 무선으로 통신한다. 그라운드 측 장치에 위치된 수정 제어 기준 발진기(90)는 전송 및 검출에 필요한 모든 라디오 주파수 신호들의 코히어런트 발생을 위한 공통 기준을 제공한다. 이것이 전이중 통신 장치이므로, 2개의 독립적인 전송-수신 링크, 즉 그라운드 측 장치로부터 차량 측 장치로의 순방향 링크, 및 차량 측 장치로부터 그라운드 측 장치로의 리턴 링크가 존재한다. 차량 측 루프 안테나들(80 및 80')은 전형적으로 차량의 전도성 하부 아래에 위치되며, 그라운드 측 루프 안테나들(70 및 70')에 대해 평행하다.
본 명세서에 설명되고 도 1에 도시된 시스템들 및 방법들은 다음과 같이 종래의 라디오 데이터 통신으로부터 벗어난다:
- 통신 경로는, 그라운드 측 장치로부터 차량 측 장치로의 순방향 경로, 및 차량 측 장치에서 유래하여 그라운드 측 장치로 데이터를 전송하는 제2 리턴 데이터 경로를 갖는 전이중 및 양방향성이다.
- 전자 통신 메커니즘은, 관례적인 라디오 주파수 데이터 통신의 원역장 자유 공간 전파보다는, 충돌하는 자기장 에너지에 민감한 2개의 안테나(70, 80 및 70', 80') 사이의 근접장 자기장 결합이다.
- 순방향 경로 신호 캐리어는 주파수 체배에 의해 이차 경로 신호의 발생을 위한 기준을 제공한다. 이것은, 이차 경로 신호가 순방향 경로 신호에 조화롭게 관련되고, 리턴 경로 동기 검출을 위한 동기 및 코히어런트 기준 신호를 도출하는 기술적 어려움이 회피된다는 것을 의미한다. 또한, 코히어런트, 조화롭게 관련된 순방향, 리턴 경로 신호들은 인접 주차 구역들에서의 다른 동일한 장치로부터 유래하는 데이터 링크 신호들의 제거, 및 동일 채널 및 오프 채널 간섭의 단순한 모호하지 않은 제거를 가능하게 한다.
도 2에 도시된 예시적인 실시예에서, 기준 발진기(90)로부터의 순방향 경로 주파수는 13.560 MHz이다. 리턴 경로는 순방향 경로의 제3 고조파인 40.680 MHz에서 동작한다. 양 주파수들은 비-통신 ISM(Industrial, Scientific and Medical) 이용을 위해 국제적으로 할당된다. 통신 이용도 또한 감소된 규제 요건을 갖는 ISM 채널들에서 허용되지만, 모든 다른 ISM 채널 사용자들로부터의 간섭이 수용된다. 전형적인 애플리케이션에서 그라운드 표면 및 차량 전도성 하부에 의해 이루어지는 컷오프 구조 아래의 도파관와 함께 본 명세서에 설명된 코히어런트 트랜스폰더 시스템의 비방사 근접장 성질은 이러한 설명된 시스템을 동일 채널 간섭에 매우 내성이 있게 하고, 이러한 이유로 ISM 할당 주파수들에서 이용하기에 매우 적합하다.
순방향 경로 신호 발생은 13.560 MHz의 주파수에서 동작하는 기준 수정 발진기(90)에서 시작한다. 이 신호는, 도 1의 변조기(20)를 함께 구성하는 진폭 시프트 변조기(24) 및 제3 고조파 소거 회로(22)를 포함하는 파형 발생 스테이지에 인가된다. 물론, 주파수 시프트 변조기들, QPSK 변조기들 등과 같은 다른 유형의 변조기들도 이용될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 진폭 시프트 변조기(24)는 도 3에 도시된 구형 파형을 발생시키는데, 여기서 T는 파형 주기이고, 제3 고조파 전력은 대략 제로이다. 균형 피드(balanced feed)를 갖는 작은 루프 안테나(70)가 순방향 경로 전송 안테나의 역할을 하는 한편, 제2의 차량 장착된 균형 피드의 작은 루프 안테나(80)가 순방향 경로 수신 안테나에 이용된다. 안테나들(70, 80) 양쪽 모두는 동작 주파수에서의 파장보다 훨씬 더 작으며, 이러한 이유로 불량한 자유 공간 방사기들이다. 그러나, 물리적으로 아주 근접해 있을 때, 2개의 작은 루프 안테나(70, 80)는 상당한 자유 공간 전파 없이 순방향 및 역방향 통신 경로들 양쪽 모두를 가능하게 하는 상당한 상호 자기장 결합을 갖는다.
"Engineering Mathematics Handbook"(Third Edition, Tuma, Jan J., McGraw-Hill 1987 ISBN 0-07-065443-3)으로부터, 도 3에 도시되어 있는 수정된 사인 파형에 대한 푸리에 급수 계수들은 다음으로 주어진다:
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처음 20개의 푸리에 급수 계수 중에서, 6개를 제외한 모두는 제로이다. 비-제로 계수들은, 원하는 n=1 컴포넌트에 대해, -14dB 및 -16.9dB로 억제되는 제5 계수 및 제7 계수, -20.8dB 및 -22.3dB로 억제되는 제11 계수 및 제13 계수, -22.9 및 -25.5dB로 억제되는 제17 계수 및 제19 계수이다. 수학적으로 이상적인 파형은 무한 제3 고조파 억제를 갖지만, 실제 구현은 동일하지 않은 0-1 및 1-0 논리 전파 지연들로 인해 그리고 다른 작은 파형 비대칭성들로부터 무한 고조파 소거보다 작은 소거를 가질 것이다. 그렇기는 하지만, 도 5에 도시된 회로를 갖는 제3 고조파 소거 회로(22)에 의해 발생된 도 3의 파형은 40.680 MHz 리턴 경로의 검출과 순방향 전송 경로의 제3 고조파 사이의 자기-간섭을 피하기 위한 매우 바람직한 특징인 우수한 제3 고조파 억제(제3 고조파 에너지가 제로에 접근함)를 갖는다. 남아있는 잔여 제3 고조파 에너지는, 필요한 경우에, 종래의 고조파 필터링 기술들을 이용하여 추가로 억제될 수 있다.
도 5에 도시된 낮은 제3 고조파 발생 회로는, PLL 주파수 체배기(108)에 의해, 기준 발진기(90)로부터의 13.560 MHz 주파수로부터 도출된 바와 같은 원하는 출력 주파수의 6배에서 클로킹되는 3개의 D 플립-플롭(102, 104, 106)으로 이루어진 워킹 링 카운터(walking ring counter)로 구성된다. 한 쌍의 NAND 게이트들(110, 112)이 워킹 링 카운터를 디코딩하여, 대칭적인 푸시-풀 구성으로 배열된 2개의 트랜지스터(114, 116)에 의해 순방향 링크 루프 안테나(70)를 구동하는 원하는 구형파를 생성한다. 도 5에 도시된 안테나 공진 커패시터(124) 및 루프 안테나(70)의 인덕턴스와 결합된, 전압 소스(122)에 접속된 2개의 라디오 주파수 초크(118, 120)의 인덕턴스는, 잔여 고조파 에너지, 특히 예시적인 실시예에서는 제3 고조파의 억제를 제공하는 공진 회로를 구성한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 예시적인 실시예에서, 순방향 링크 전송 스테이지 공급 전압의 값을 변동시킴으로써 진폭 시프트 변조기(24)에 의해 순방향 링크 캐리어 상에 진폭 시프트 키잉(ASK) 변조가 부과된다. 논리 1 비트들은 최대 신호 진폭으로서 인코딩되는데, 여기서 전송 스테이지는 최대 공급 전압으로부터 동작한다. 논리 0 비트들은 최대 신호 진폭의 1/2로서 인코딩되는데, 여기서 전송 스테이지는 감소된 공급 전압으로 동작한다. 이러한 방식으로 전송기 스테이지 공급 전압을 변동시키는 것은 도 4에 도시된 전송 파형을 생성한다.
순방향 링크의 차량 측에서, 가변 이득 제어 증폭기(52)가 루프 안테나(80)로부터의 수신된 신호 진폭을 증가시킨다. 수신된 신호는 논리 0 비트들에 대해서도 비-제로 값들을 갖기 때문에, 13.56 MHz 캐리어는 항상 존재한다(도 4 참조). 증폭된 수신 신호의 일부는 제한 증폭기(54)에 인가되고, 제한 증폭기는 수신 신호 진폭 변동들을 제거하는데, 이러한 변동들은 진폭 데이터 변조에 의해 도입된 것들, 및 2개의 순방향 경로 루프 안테나(70, 80) 사이의 자기장 결합에서의 부수적인 변화로 인해 발생하는 것들 양쪽 모두이다. 제한 증폭기(54)의 출력은 수신 신호의 순시 극성을 표시하는 일정한 진폭의 구형파이다. 제한 증폭기(54)에 인가되지 않은 가변 이득 증폭기 출력의 부분은 체배형 믹서(multiplicative mixer)(56)의 하나의 입력에 인가된다. 제한 증폭기(54) 출력은 다른 믹서 입력을 구동한다. 제한 증폭기(54) 및 믹서(56)는 호모다인 검출기(50)를 포함하는데, 여기서 인입 신호 캐리어가 추출되어 인입 신호를 동기 검출하는데 이용된다. 제한 증폭기(54)의 전파 지연은 코히어런트 검출의 최대 이점들을 달성하기 위해 보상되거나 무시가능하다. 호모다인 검출기(50)의 출력은 인입 진폭 변조된 신호의 전파 정류(full wave rectification)와 등가이다. 저항기-커패시터 저역 통과 필터링은 2배의 캐리어 주파수 리플을 제거하여, 인가된 직렬 디지털 변조에 따라 진폭을 변동시키는 직류 전압을 남긴다. 캐리어 리플 필터링되는, 호모다인 검출기 후 신호(post-homodyne detector signal)는 레벨 검출 회로(59)에 인가되는데, 레벨 검출 회로는 자동 이득 제어(AGC) 제어 루프(58)에 피드되고, 또한 진폭 레벨 검출에 의해 순방향 경로 직렬 데이터를 추출한다. 그 구현은 도 7과 관련하여 아래에 더 상세하게 설명될 것이다.
제한 증폭기(54)에 의해 복구된 순방향 경로 캐리어는, 충분히 강한 순방향 링크 신호가 존재하는 경우를 제외하고는 주파수 체배기 동작을 금지하는 수정 필터(44)를 먼저 통과한 이후에, 필터가 또는 등가적으로는 위상 고정 루프가 뒤따르는, 펄스 발생기로서 구현된 주파수 3배기(frequency tripler)(42)에 인가되고, 따라서 충돌 주파수들을 피한다. 결과적인 40.680 MHz 캐리어는 리턴 데이터 경로 상의 직렬 디지털 데이터를 인코딩하기 위해 앞서와 같이 100% 및 50% 변조 레벨들을 이용하는 제2 진폭 시프트 변조기(62)에 인가된다. 리턴 경로 진폭 시프트 변조기(62)는, 도 5의 요소들(102-112)이 필요하지 않다는 점을 제외하고는, 앞서와 같이 작은 공진 루프 안테나(80')를 구동한다.
리턴 링크의 그라운드 측에는, 자동 이득 제어(AGC) 회로(34)에 의해 제어되는 증폭기(32) 및 작은 공진 루프 수신 안테나(70')가 존재한다. 수신된 리턴 경로 신호의 동기 검출은 주파수 3배화에 의해 40.680 MHz 동기 검출 기준 신호를 발생시킴으로써 구현된다. 동기 검출 기준 신호의 주파수 에러는 장치의 전체 설계에 의해 제로인 것으로 보장되지만, 제로 위상 에러가 보장되지는 않고, 위상 시프터 스테이지의 쿼드러처 채널 위상 검출(quadrature channel phase detection) 및 위상 고정 루프 제어의 이용을 통해 획득된다. 주파수 3배기(14) 이후가 아니라 이전에 위상 시프트 스테이지(위상 시프터(12))를 놓는 것은, 위상 동기 검출을 보장하기 위해 동기 검출기(30)에서 요구되는 최대 360도가 아니라 120도만을 전체 위상 시프트 제어 범위가 초과할 필요가 있다는 것을 의미한다. 40.680 MHz에서의 쿼드러처 기준 신호 발생을 용이하게 하기 위해, 수정 발진기(90)로부터의 그라운드 측 13.560 MHz 신호는 90°만큼 오프셋된 2개의 구형파를 출력하는 주파수 3배기(14)에 의해 체배된다. 주파수 3배기(14)는 I 및 Q 동기 검출 기준 신호들을 획득하기 위해 D 플립-플롭들(130, 132)을 포함하는 도 6에 도시된 바와 같은 쿼드러처 2-분주 회로(quadrature divide by two circuit)가 뒤따르는 6개의 위상 고정 루프 주파수 체배기의 인자에 의해 구현된다. 17에서의 Q 채널 신호 출력이 0V와 동일할 때에는, 위상 에러가 존재하지 않는다는 점이 인식될 것이다. 그러나, 17에서의 출력이 0V가 아닌 경우에는, 위상 에러가 존재하고, 위상 시프터(12)의 위상 고정 루프 동작은 위상차를 제로로 구동하도록 기능한다.
가변 위상 시프트 회로(12)는 가변 공급 전압을 갖는 일련의 용량식으로 로딩되는 논리 인버터들로서 구현된다. 용량식 로딩은 인버터 입력으로부터 인버터 출력까지의 전파 지연을 증가시킨다. 증가된 공급 전압은 인버터 전파 지연을 감소시키고, 그에 의해 인버터 위상 시프트를 감소시킨다. Q 채널 믹서(17) 및 연관된 루프 필터(16)에 의해 이루어지는 종래의 위상 고정 루프는 동기 검출기(30)의 Q 채널 출력을 제로로 구동하고, 그에 의해 I 채널 진폭 검출을 위한 적절한 위상 동기화를 보장한다.
동기 검출기(36)의 I 채널 믹서(38)는 증폭기(32)의 출력과 주파수 3배기(14)의 I 채널 출력을 혼합하고, 그에 의해 레벨 검출 회로(36)에 대한 입력 신호를 제공한다. 차량 측 상의 순방향 경로 레벨 검출 회로(59)는, 순방향 경로 레벨 검출 회로가 캐리어 검출 기능, 및 리턴 경로 신호의 존재를 검출하는 연관된 전압 비교기(138)(도 7)를 포함한다는 점을 제외하고는, 그라운드 측 상의 리턴 경로 레벨 검출 회로(36)와 동일하다.
도 7은 수신기 레벨 검출 회로(36)의 실시예를 도시한다. 전파 정밀 정류기(full wave precision rectifier)(136)에 의해 구동되는 피크 홀드 커패시터(134)는 최대 검출 전압 레벨을 유지하고, 이는 결국 AGC 회로(34)(도 2)에 의해 일정한 값으로 유지된다. AGC 진폭 안정화된 피크 검출 전압은, 도 4에 도시된 검출 후 파형의 피크 값의 25% 및 75%로 각각 전압 비교기 기준 전압들을 설정하는 R-2R-R 저항기 전압 분배기(142)에 의해, 1-0 직렬, 이진 검출 전압 비교기(138)에 대한 기준 전압을 제공하고, 캐리어 검출 전압 비교기(140)에 대한 기준 전압을 제공한다. 캐리어 검출 전압 비교기(140)는 차량 측 결함 발생의 빠른 표시를 제공한다. 갑작스러운 예기치 않은 부하 차단(load shedding)과 같이 차량 측에서 결함이 발생하는 경우, 리턴 링크 캐리어가 즉시 디스에이블된다. 그라운드 측 장치는 검출 전과 검출 후 필터 지연에 의해서만 지연된 캐리어 제거를 검출하고, 즉시 무선 전력 전송을 중단한다. 피크 홀드 기능의 최대 값은, AGC 세트 포인트(146) 전압과 동일하게 피크 홀드 커패시터(134) 전압을 유지하기 위해 AGC 증폭기(34)의 이득 및 그에 따른 증폭기(32)의 이득을 조정하는 AGC 적분기(144)에 인가된다. 종래의 정밀 정류기(136)는 입력 전압의 절대 값에 비례하는 출력 전압을 발생시키고, 연산 증폭기 피드백 경로 내에 배치된 하나 이상의 작은 신호 다이오드로 구성되는데, 이는 다이오드 순방향 전압 강하를 효과적으로 소거함으로써 최소 에러로 저레벨 신호들의 정밀 정류를 가능하게 하는 구성이다.
대안적으로, 리턴 링크 동기 검출은, 코히어런트하지만 위상 동기화되지 않은 I 및 Q 검출 채널들을 이용함으로써 이루어질 수 있다. 진폭 및 위상 변조는 종래의 방식으로 추출될 수 있는데, 여기서 진폭은 I 및 Q 채널들의 RMS(root mean square)이고, 위상 각도는 I와 Q의 비율의 아크탄젠트이다. 이 대안적인 실시예에서, 위상 시프팅 및 위상 고정 회로는 필요하지 않다.
도 1 및 도 2는 4개의 루프 안테나, 즉 순방향 링크를 위한 전송 및 수신 안테나 쌍(70, 80) 및 리턴 링크를 위한 제2 안테나 쌍(70', 80')을 도시한다. 대안적인 실시예에서, 순방향 및 리턴 링크 안테나 쌍은, 순방향 및 리턴 링크 신호들을 분리 및 격리하기 위해 종래의 안테나 듀플렉서를 갖는 단일 루프 안테나로 통합될 수 있다. 마찬가지로, 하나의 또는 양 데이터 링크 신호를 미국 특허 제10,193,400호에 설명된 코일 정렬 에러 검출 장치의 일부인 와전류 발생 코일들과 같은 보조 전자기 구조들 상에 또는 무선 전력 전송 코일들 상에 다중화하는 것도 또한 가능하다.
단순성 및 비용 감소의 이유로, 순방향 및 역방향 경로들은 공통 안테나 구조를 공유하는 것이 바람직하다. 그러면, 문제점은, 순방향 경로 신호와 역방향 경로 신호를 결합하는 것, 및 기능을 단일 안테나 구조로 결합하는 것에 의해 직면하는 다른 전기 신호들로부터 그리고 서로로부터 순방향 경로 신호와 역방향 경로 신호를 후속하여 분리하는 것이다. 일반적으로, 신호 결합, 분리 및 라우팅을 구현하는 2가지 일반적인 방법이 존재한다. 첫번째 방법은 신호 흐름 방향에 의해 순방향 경로 신호와 역방향 경로 신호를 구별하는 방향성 커플러들, 하이브리드 커플러들 또는 하이브리드 변압기들을 이용한다. 두번째 방법은 주파수에 기반하여 신호들을 구별하는 주파수 선택적 필터들에 의존한다. 주파수 선택적 다중화기는 LC 집중 컴포넌트들(lumped components)로, 분산형 컴포넌트들로, 또는 복수의 공진 요소 및 결합 요소를 포함하는 모놀리식 회로로서 구현될 수 있다. 주파수 다중화 기능 블록은 신호 방향 및 신호 주파수 구별 양쪽 모두를 결합할 수 있다.
신호 다중화기 기능 블록(회로)의 성능은 도 8에 도시된 바와 같은 전자 신호 소거의 추가에 의해 증대될 수 있다. 전자 신호 소거 기능 블록(회로)은 공통 순방향/역방향 경로 안테나와 수신기 사이의 경로에 배치된다. 공통 안테나는 신호 스플리터(204)의 포트(202)에 접속된다. 하나의 스플리터 출력은 격리 증폭기(208)에 의해 믹서(206)의 입력 포트로 간다. 소거될 신호의 샘플이 포트(210)에 인가되고, 인가된 신호는 가변 위상 시프터(212)에 의해 위상이 시프트되고, 제한 증폭기(214)에 의해 믹서(206)의 국부 발진기 포트에 인가된다. 믹서(206) 출력은 루프 필터(216)에 인가된 다음, 가변 위상 시프터(212)의 제어 포트에 인가된다. 컴포넌트들(212, 214, 206 및 216)은, 소거 신호가 포트(202)에 인가된 원하지 않는 신호 컴포넌트와 위상이 90도 다른 것을 보장하는 위상 제어 루프를 구성한다. 제로 위상 에러는 믹서(206)의 출력에서의 제로 직류 전압에 대응한다.
도 8에 예시된 바와 같이, 스플리터(204)의 제2 출력은 격리 증폭기(220)에 의해 결합기(218)로 간다. 예시된 바와 같이, 신호 결합기(218), 스플리터(222), 격리 증폭기(224), 믹서(226), 루프 필터(228) 및 감쇠기(230)는 함께 진폭 제어 루프를 구성한다. 위상 시프터(212)에 의해 출력된 쿼드러처 샘플 신호의 일부는 고정된 90도 위상 시프터(232)에 인가되어, 소거 신호의 180도 위상이 다른 버전을 생성하고, 이는 제어된 감쇠기(230)를 통해 신호 결합기(218)로 전달되는데, 소거 신호 진폭이 올바른 경우, 원하지 않는 신호의 완전한 소거가 달성된다. 결합기(218) 출력 신호의 하나의 부분은 스플리터(222)를 통해 234에서 수신기 입력으로 지향된다. 다른 부분은 격리 증폭기(224)를 통해 믹서(226)의 신호 포트로 지향되는데, 이는 180도 위상이 다른 소거 신호의 감쇠되지 않은 부분에 의해 구동되는 코히어런트 진폭 검출기의 역할을 한다. 믹서(226)의 출력은 가변 감쇠기(230)를 제어하는 루프 필터(228)를 통해 전달된다. 관련 기술분야의 통상의 기술자라면, 제로 소거 신호 진폭 에러는 믹서(226)의 출력에서의 제로 직류 전압에 대응한다는 점을 인식할 것이다.
동작 시에, 차량이 무선 충전 스테이션에 접근함에 따라, 충전이 시작되기 이전에 통신이 확립된다. 일단 충전이 시작되면, 적절한 시스템 동작의 모니터링뿐만 아니라, 전송 전력 레벨, 출력 전압 및 전류를 포함한 무선 전력 전송 동작의 복수의 양태를 제어하고 조정하는데 전이중 통신이 이용된다. 제어 통신을 확립하기 위해, 그라운드 장비는 차량 발생 리턴 경로 신호를 청취하면서 순방향 경로 신호를 연속적으로 또는 주기적으로 방출할 수 있다. 이중 통신은 차량 발생 리턴 경로 신호의 검출 시에 개시된다. 대안적으로, 차량 측 전자기기는, 그라운드 측 전자기기에 의해 비-코히어런트식으로 검출되고, 호모다인 검출기(50)에 의해 복구되는 통상적으로 이용된 캐리어 대신에 일시 수정 발진기(도시되지 않음)로부터 일시적으로 도출되는 리턴 경로 신호와 초기 접촉할 수 있다. 차량 신호의 그라운드 측 수신 시에, 그라운드 측 장비는 순방향 경로 신호를 방출한다. 차량 측 통신 개시의 경우, 차량 측 장치는 일시 수정 발진기를 디스에이블하고, 성공적인 호모다인 검출 및 캐리어 복구 시에 코히어런트 트랜스폰더 동작으로 되돌아간다.
위에서 설명된 개시 방법들 양쪽 모두는 순방향 또는 리턴 경로 신호의 방출에 의존한다. 통신은 유리하게는 순방향 또는 역방향 경로 방출들 없이 또한 개시될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 그라운드 장비는 무선 전력 전송 코일의 임피던스에서 오버헤드 차량에 의해 야기된 변화를 검출하고, 순방향 경로 신호를 방출함으로써 응답한다. 이 실시예는 불필요한 신호 방출들을 감소시키거나 제거하고, 일부 규제 환경들에서 유리하다. 무선 전력 전송 코일들에 추가하여, 개시 임피던스 변화는 코일 정렬 보조 코일들에서 또는 근접장 통신 안테나에서 또한 검출될 수 있다. 임피던스 변화에 추가하여, 격리된 전자기 요소들 사이의 상호 임피던스 변화들이 또한 통신을 개시하는데 이용될 수 있다.
본 명세서에 설명된 예시적인 실시예에서, 40.680 MHz에서의 역방향 신호는 13.560 MHz에서의 순방향 신호 주파수의 단순 정수배이고, 여기서 양 신호들은 기존의 국제적으로 지정된 ISM 주파수 할당들 내에 있다. 비-정수 주파수 비들을 갖는 다른 주파수들 및 주파수 쌍들도 이용될 수 있다. 예를 들어, 2450 MHz 및 5800 MHz의 중심 주파수들을 갖는 2개의 국제 ISM 주파수 대역이 또한 이용될 수 있다. 본 명세서에 설명된 코히어런트 트랜스폰더 아키텍처는, 종래의 위상 고정 루프 기술들과 결합되어, 2450 MHz 신호와 주파수 동기화되는 5800 MHz 신호를 발생시킬 수 있는데, 여기서 주파수 비 M/N은 116/49이고, M = 5800 MHz 및 N = 2450 MHz이다. 복수의 동시적인 전송 및 수신 캐리어 주파수들 및 다른 정수 또는 유리 분수 주파수와의 주파수 쌍들, ISM 대역들 및 비-ISM 대역 주파수들의 다른 조합들이 또한 가능하다. 예를 들어, 각각의 리턴 경로 데이터 채널이 제1 유도식 링크의 전송 주파수의 상이한 M/N 배수에서 데이터를 전송하고, 여기서 M 및 N이 정수들인 복수의 리턴 경로 데이터 채널들이 또한 이용될 수 있다. 전이중 주파수 코히어런트 통신이 또한 가능한데, 여기서 그라운드 및 원격 장치는 근접장 전파와는 대조적으로 원역장에 의해 링크된다.
동적 충전
동적 전기 차량 충전은 전기 동력 차량이 움직이고 있는 동안에 이러한 차량에 전기 에너지를 제공하는 특수 경우이다. 도 9에 예시된 바와 같이, 동적 충전의 이용은 공진 자기 유도를 이용하여 달성될 수 있는데, 여기서 복수의 독립적인 전송기(300)는 선형 어레이로 도로에 설치되고, 타겟 차량(310, 312)이 선형 어레이(300) 위에서 주행함에 따라 제어된 시퀀스로 에너지공급(energize)된다. 동적 충전은, 전송기들(300)의 어레이 위에서 이동하는 단 하나의 차량(310)이 존재할 때, 또는 더 현실적인 상황에서는 전송기들(300)의 어레이 위에서 이동하는 상이한 유형들, 속도들 및 전력 요건들의 복수의 전기 차량(310, 312)이 존재할 때 구현될 수 있다. 후자의 경우에, 특정 전송기들(300)의 에너지공급의 시퀀싱은 어레이 내에서 가변적일 것이며, 본질적으로 예측불가능한 인자들인 다양한 차량 유형들 및 그 모션에 종속할 것이다. 따라서, 동적 충전의 기술 요건들은 특별한 기술적 도전과제들을 제기한다. 위에서 설명된 시스템은 아래에 열거되는 바와 같은 동적 충전의 복수의 문제점을 해결한다.
동적 충전에 대한 가장 심각한 문제점은 차량-대-그라운드 및 그라운드-대-차량 통신에 대한 필요성인데, 여기서 충전 시스템에 지시하고 제어하기 위한 요건으로서, 개별적인 고속의 매우 구별적이며 신뢰성있는 데이터가 전송된다. 이러한 데이터는, 그라운드-매립형 유도식 전력 전송기들의 직렬 어레이를 가로지를 수 있는 하나의 또는 수개의 차량의 경우에 충전 시스템을 동작시키기 위해 요구된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 유도식 전력 전송기들(300)의 어레이는 도로 아래에 설치되며, 각각의 전송기(300)는 도로의 세로 축을 따라 직렬 어레이로 배치된다. 그 의도는, 전기 동력 차량(310, 312)에 의해 구동될 때, 유도식 전송기들(300)의 선형 어레이 위에서 주행하는 차량(310, 312)에 전기 에너지를 공급할 수 있는 도로 길이를 제공하는 것이다. 차량 수신기 바로 밑에 있는 전송기들(300)만이 에너지공급되는 것이 바람직하다. 위에 차량이 없는 전송기들(300)은 비활성 상태로(즉, 에너지공급되지 않은 상태로) 유지되어야 한다.
유도식 전력 전송의 모든 경우에, 여기서 설명된 동적 충전 모드에 있는지, 또는 단일 전력 수신기가 장착되어 있는 차량이 주차되어, 포장도로에 매립되는 단일 전력 전송기 위에서 움직이지 않는 상태로 유지되는, 위에서 설명된 정지식 충전(stationary charging)의 더 단순한 경우에 있는지 간에, 차량 기반 수신기와 그라운드 기반 전송기 사이의 통신이 발생한다. 이것은 일차-대-이차 정렬, 수직 갭 분리 거리, 공진 주파수, 전압 및 전류의 조절, 에너지 구매에 대한 과금, 차량 식별에 그리고 안전 동작 및 비상 전력 차단과 같은 다른 목적들에 바람직하다. 이것은, 차량에 내장된 단일 전송기가 복수의 독립적인 전송기와 순차적으로 통신한다는 점을 제외하고는, 움직이고 있는 동안에 충전되고 있는 이동 차량의 경우에도 또한 그러하다. 이러한 움직이는 일대일 관계는 매우 상당한 통신 도전과제들을 부과한다.
이동 차량을 충전하기 위한 동작 방법은, 차량 수신기(320)가 각각의 독립적인 전송기(300) 위를 지나감에 따라 순차적인 패턴으로 공진 자기장을 생성하도록 선형 어레이의 각각의 독립적인 전송기(300)를 에너지공급하는 것이다. 차량의 유형, 그 특정 충전 요건들, 그 속도, 전송기(300)에 대한 정렬 및 그 예측된 궤적은 모두 이러한 문제점이 해결되기 어렵게 하는 중요한 인자들이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 포장도로-매립형 전송기들(300)의 어레이가 동시에 2대 이상의 차량(310, 312)의 존재를 경험하고 각각의 차량(310, 312)의 가변 상태들에 응답하는 경우임이 확실하다. 이 경우, 각각의 차량(310, 312)과 이 차량이 위에 위치되는 특정 그라운드 전송기(300) 사이의 통신은 개별적이며 구별적이고, 그에 의해 어떠한 다른 차량(310, 312)도 혼란스럽게 되지 않거나 또는 인근 차량(310, 312)으로부터의 데이터 전송들이 수신되어 오판독되지 않는다. 이것에 대한 요건들은, 데이터 통신 시스템이 의도된 차량(310, 312)의 타겟 영역에 근접하게 제약되는 것을 포함한다. 이에 비해, 방송 라디오 및 Wi-Fi와 같은 다른 시스템들은 많은 인근 차량들에 의해 쉽게 수신될 수 있는 범위를 갖는다.
제1 요건은 2 미터 미만으로 제한되는 매우 근접한 전송-수신 능력을 갖는 것이다(60 MPH로 이동하는 차량은 초당 88 피트를 주행한다. 전송기에 대한 수신기의 노출 시간은 0.02초 정도일 수 있다. 이 시간프레임에서, 0.04 내지 0.07초의 디지털 통신 시스템들에 전형적인 신호 전송에서의 시간 지연은 명확하게 유지될 수 없다).
제2 요건은 신호에서 시간 지연(또는 레이턴시)을 전혀 갖지 않거나 매우 낮은 시간 지연을 갖는 것이다. 이것은, 차량들(310, 312)이 복수의 전송기(300) 위에서 고속으로 이동하고 있을 수 있고, 온보드 수신기(320)와 임의의 하나의 전송기(300) 사이의 개별 통신이 보장되어야 하기 때문에 요구된다.
제3 요건은 통신 시스템이 전송기들(300)의 순차적인 어레이에 대한 통신을 "핸드오프(hand-off)" 또는 시퀀싱할 수 있는 것이다. 이것은, 하나의 전송기(300)가 순차적인 어레이에서 인접 전송기(300)를 어드레싱하기 위해 본 명세서에 설명된 근접장 통신 시스템을 이용하여 통신하는 것을 허용함으로써 또는 전송기들(300)을 서로에 대해 배선함으로써 행해질 수 있다.
제4 요건은, 차량(310, 312)이 전송기(300) 위에 존재하는 매우 짧은 시간 범위에서, 데이터가 양방향들로, 즉 차량으로부터 그라운드로 그리고 그라운드로부터 차량으로 교환될 수 있는 것을 보장하기 위한 전이중 동작 또는 양방향성에 대한 것이다.
제5 요건은 모든 날씨 및 환경적 상태들 하에서 중단되지 않는 통신을 허용하는 것이다. 이것은, 본 명세서에 설명된 바와 같이, 물, 눈, 얼음 및 다른 험한 도로 표면 상태들의 바디들을 통한 통신을 허용하는 자기 에너지를 이용하는 것에 의해 달성된다.
제6 요건은 차량(310, 312)의 말단에 있는 복수의 안테나의 문제점을 피하는 것이다. 복수의 말단 안테나는, 다중경로 신호 무효화(multipath signal nullification)와 같이, 도로 포장 및 차량 바디 간섭으로 인해 상당한 문제점들을 도입한다. 복수의 안테나를 이용한 높은 신뢰성의 차량 식별은 악의적인 해킹이나 다른 사이버-파손(cyber-vandalism)을 피하기 위한 보안이 어렵다.
관련 기술분야의 통상의 기술자라면, 본 명세서에 설명된 통신 시스템은 이러한 요건들 각각에 대해 균일한 해결책을 제공한다는 점을 인식할 것이다.
위에서 언급된 바와 같이, 동적 충전은, 차량들(310, 312)이 도로에서 전송기들(300) 위를 지나감에 따라, 이동 차량들이 주행 동안에 충전되는 것을 허용한다. 각각의 전송기(300)는, 그 위의 차량(310, 312)의 존재를 예상할 때 제어된 시퀀스로 에너지공급된다. 차량 수신기(320)가 단지 짧은 시간 동안 임의의 하나의 충전 스테이션 위에 "존재"하기 때문에, 차량의 수신기와 충전 스테이션의 전송기가 실시간으로 서로 관련되는 곳을 아는 시퀀싱 시스템이 필요하다. 이상적으로, 사전 시퀀스 점화 절차는 차량 수신기(320)와 동일한 레이트로 이동하는 자기 에너지의 진행파를 효과적으로 확립한다. 이것을 행하기 위해, 본 명세서에 설명된 것과 같이 최소 레이턴시를 갖는 통신 시스템이 필요하다. 위에서 언급된 바와 같이, 본 명세서에 설명된 통신 시스템은, 수신기(320)가 전송기(300)에 관련되는 곳이 알려지도록 매우 빠르며(거의-제로 레이턴시) 매우 근접하다. 따라서, 동적 충전을 가능하게 하기 위해, 본 명세서에 설명된 통신 시스템이 장착된 일련의 충전 스테이션들이 제공된다. 동작 중에, 각각의 충전 스테이션 및/또는 차량 전송기는, 예를 들어, 차량의 무선 충전 수신기(320)가 주행 동안 다음 전송기(300) 위에 위치될 때 이 다음 전송기가 점화되도록 다음 전송기에 대해 차량(310, 312)에 관한 위치, 타이밍, 궤적 및/또는 속도 정보, 안전 동작들 및 비상 전력 차단과 같은 다른 목적들을 위한 정보, 및 일차-대-이차 정렬, 수직 갭 분리 거리, 공진 주파수, 전압 및 전류의 조절, 에너지 구매에 대한 과금, 차량 식별을 포함한 정보를 제공한다.
강건한 하이브리드 대안적인 실시예
본 명세서에 설명된 유형의 무선 전력 전송(WPT) 시스템의 경우, 그라운드 측 충전 시스템과 차량 측 충전 전자기기 사이의 안전하고 모호하지 않은 지점간 낮은 레이턴시의 전이중 링크가 또한 필요하다. 통신 링크는 그라운드와 차량 전자기기 사이의 배터리 관리 시스템(BMS) 커맨드들 및 다른 통신 시나리오들을 지원할 필요가 있다.
지원된 동작 시나리오들은 국내 및 국제 시장에서의 다양한 날씨 상태들 하에서의 정적 및 동적 충전을 포함한다. 유도식으로 결합된 통신 시스템(ICCS)은 허가 및 비허가 동일 채널 사용자들 둘 다를 갖는 혼잡한 라디오 환경들에서 신뢰할 수 있는 동시에 최소의 간섭을 야기한다. 이 동일한 유도식 통신 시스템은 또한 고여있는 물, 눈 및 얼음을 통해 기능하도록 설계된다.
일 실시예에서, 공진 유도 무선 전력 전송 시스템의 제어를 위한 협대역 전이중의 낮은 레이턴시의 근접장 데이터 링크는, 그라운드 측 어셈블리(GA)와 차량 측 어셈블리(VA) 사이의 광대역 전이중의 낮은 레이턴시의 근접장 데이터 링크에 의해 증대되거나 대체된다. 이 개선된(하이브리드 또는 광대역) 무선 이중 데이터 링크는, 근접장 유도식 결합 통신 시스템에서 이용하기 위한 로컬 스펙트럼 규제들, 전기장 및 자기장(EMF) 안전, 및 데이터 레이트 요건들을 충족시키기 위한 더 큰 보안, 더 높은 데이터 레이트들, 동적 대역폭 선택, 주파수 민첩성, 및 변조 방식 민첩성을 허용한다.
가장 넓은 가능한 정적 배치 구성들을 지원하기 위해, 데이터링크는 이웃하는 또는 근접한 그라운드 측 어셈블리 설치들에 의해 발생되는 간섭을 견뎌야 한다. 근접 설비들은 거리에서(지리적으로 또는 주차 차고들의 경우에, 수직으로) 또는 차폐 구조물에 의해(예를 들어, 주차 차고들에서와 같이 커브들 또는 플로어들에 의해) 감쇠된다. 이웃 시스템들은 다음 차량 주차 지점 또는 차선에 자리잡을 수 있다. 일부 이웃 경우들에서, 복수의 클러스터링된 그라운드 어셈블리들은 동일한 주차 지점에 배치될 수 있거나, 또는 매칭하는 기하구조로 대응하게 클러스터링된 차량 어셈블리들을 구비한 차선 역할 차량들에 배치될 수 있다. "매크로" GA가 복수의 더 작은 클러스터링된 GA들로 구성되는 인접 배치들이 가능하다.
동적 충전 배치 구성들에서, 예를 들어, GA 장착 주행 차선에서, 데이터링크는 이웃하는 또는 근접한 그라운드 측 어셈블리 설치에 의해 발생되는 간섭을 견뎌야 할 뿐만 아니라 연속적인 그라운드 측 어셈블리들 또는 그라운드 측 어셈블리 클러스터들 사이의 소프트-핸드오프 능력을 지원해야 한다. 소프트-핸드오프에서, 차량의 충전 플랫폼은 GA 장착 주행 차선에서 이동함에 따라 연속적인 그라운드 어셈블리들에 대한 복수의 데이터링크들을 순차적으로 지원할 것이다.
클러스터링된 충전기 시나리오
단일 코일 어셈블리가 독립형 그라운드 어셈블리(GA)로서 배치될 수 있고, 2개 이상의 코일 어셈블리가 더 높은 전력 전송을 할 수 있는 (기하학적으로) 더 큰 그라운드 어셈블리를 달성하도록 클러스터링될 수 있는 모듈식 코일 설계는 WPT 시스템을 사용자 요구에 맞추는데 유리하다. 예를 들어, 서로 바로 인접하여 장착 배치되는 클러스터링된 그라운드 측 어셈블리 및 대응하는 차량 측 어셈블리(VA)를 필요로 하는 무선 전력 전송을 요구하는 버스, 트럭, 기차, 건설 장비, 또는 임의의 다른 차량(예를 들어, 각각의 코일 어셈블리가 그 자신의 이중 유도식 통신을 갖는 4개의 인접하게 장착된 50kW 충전 코일로 구성된 VA를 갖는 버스)의 경우에, 하나의 코일의 통신 신호들과 인접 코일의 통신 신호들의 간섭을 완화시킬 필요가 있다.
이러한 배치 유연성에 의해, 차량은 단일 VA로 달성될 수 있는 것보다 더 높은 전력 전송을 허용하도록 장착된 하나, 둘 또는 그 이상의 차량 어셈블리를 가질 수 있다. 유사하게, 그라운드 어셈블리들(GA들)은 함께 클러스터링될 수 있고, VA 설비의 기하구조와 매칭하도록 선택적으로 인에이블될 수 있다. 단일 GA들이 긴밀하고 연속적인 방식으로 설치되어 단일의 매크로 GA를 형성하는 이러한 클러스터링된 배치들에서, 고유의 방사 전력 저하 범위 제한으로 인해 근접하는 다른 데이터링크들과 간섭하지 않는 근접장 데이터링크들의 고유한 이점이 영향을 받는다. 근접장에서 유도식 통신 링크에 대해 자기장 강도 및 자기장 전력은 각각 1/(r3) 및 1/(r6)(여기서 r = 반경)의 레이트들로 떨어진다.
안테나로부터의 원역장 방사 자기장이 자기장 강도의 경우 1/r 및 자기장 에너지의 경우 1/r2로만 떨어지지만, 약 λ/2π까지의 거리에 대해서는 자기 근접장이 지배적이다. 예를 들어, 13.56 MHz에서의 자기 유도 근접장 전송 안테나의 방사 저항은 그 반응성 임피던스에 비해 매우 작은데(전형적인 비율은 0.0005보다 작음), 그 이유는 대다수의 에너지가 근접장에서 결합되기 때문이다. 따라서, 자기 신호의 원역장에서의 전파 에너지는 등가의 의도적인 방사 시스템의 전파 에너지에 비해 무시할만하다. 거리에 따른 장의 이러한 강한 저하는 동일한 클러스터링된 코일 어셈블리의 인접 코일들로부터의 신호들을 다루는데 주의를 기울이지만, 인접 차량들 또는 충전 스테이션들의 코일들 사이의 간섭에 대한 우려가 없다는 것을 의미한다.
도 10은 샘플 실시예에서의 클러스터링된 배치의 예를 도시한다. 이 경우, 차량(예를 들어, 버스)(1001)은 차량(1001)의 하부측에 장착된 클러스터링된 차량 어셈블리(1004)를 갖추고 있다. 도시된 바와 같이, 승객 정류장 또는 주차 지점(1003)은 또한 대응하는 클러스터 배치된 그라운드 어셈블리(1002)를 갖추고 있다.
도 11a는 샘플 실시예들에서 무선 전력 전송(WPT) 시스템의 유도식으로 결합된 통신 시스템(ICCS)(1101)에 의해 이용되는 시그널링 및 컴포넌트들을 도시한다. 도 11a는 차량 어셈블리(VA)(1102) 및 그라운드 어셈블리(GA)(1103)가 수직으로 대향되는 것으로 도시되는 ICCS(1101) 단면을 도시한다. 다른 배치 옵션들, 예를 들어, 궤도차의 측면 상의 VA(1102) 및 벽 상에 장착된 GA(1103)를 갖는 수평 장착이 가능하다. VA와 GA 사이의 밀접한 평행 대향이 달성가능한 한 배치에서의 임의의 GA-대-VA 배향이 이루어질 수 있다. VA(1102) 통신 컴포넌트들은 단일 전송 안테나(1105)의 주변부 상에 위치되는 적어도 한 쌍의 수신 안테나들(1104 및 1106)을 포함한다. VA 수신 안테나들(1104 및 1106)은 GA 전송 안테나(1108)로부터 전송(1110 및 1111)을 수신한다. 유사하게, GA 수신 안테나들(1107 및 1109)은 전송된 신호(1112 및 1113)를 수신한다. 양방향 충전 신호(1114 또는 1127)는 통신 세션 동안 임의의 시간에 존재할 수 있다.
신호 수신을 돕고 전이중 통신 시스템에 의해 제공되는 부수적인 능력들을 개선하기 위해 추가적인 근접장 수신기 안테나들이 배치될 수 있다.
도 11b는 아래로부터의 예시적인 전기 차량(1115)을 도시한다. 일 실시예에서, 추가적인 수신기 안테나들이 VA(1102) 상에 또는 그 내에 설치될 수 있다. x-축 상의 (전후의) 적어도 2개의 안테나 및 y-축 상의 (좌우의) 적어도 2개의 안테나에 의해, VA(1102)는 x-축 및 y-축 둘 다를 따라 GA 코일 정렬 변위들을 결정하도록 인에이블될 것이다. 우선적으로, 이러한 VA 장착 수신기 안테나들(1116, 1117, 1118, 및 1119)은, 자기적으로 결합된 GA 전송기(1108)의 신호(1112 및 1113)의 범위 내에서, VA(1102)의 4개의 코너 상에 배치될 것이다. 양방향 충전 신호(1114 및 1127)의 전송 및 수신을 위한 VA 코일 어셈블리(1126)는 또한 명목상 VA(1102)의 전송 안테나(1105) 아래에 VA(1102)에 존재한다. GA(도시되지 않음) 아키텍처는 이중 통신 및 양방향 충전을 가능하게 하기 위해 VA(1102)의 것들을 미러링하도록 통신 안테나들 및 충전 코일 어셈블리를 복제한다.
추가적인 다이버시티 수신기 안테나들은 또한, 우선적으로 차량의 길이 및 폭을 따라 가능한 한 멀리 변위되어 이차 분산형 안테나/수신기 시스템(1121, 1122, 1124, 및 1125)을 형성하는, 차량 상의 어디에나 위치될 수 있다는 점에 유의한다. 분산형 안테나들(1121, 1122, 1124, 및 1125)에서의 GA 기반 전송기로부터의 범위로 인해, 수신기 안테나는 GA 전송기(1108)의 신호(1112 및 1113)의 반응성 근접장 범위 및 방사성 근접장 범위(프레넬 영역이라고도 함)에 의해 지시되는 바와 같은 자기 유도식 루프들 또는 근접장 안테나들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 변위된 다이버시티 수신 안테나들은 자기 전송 안테나(들)로부터의 범위에 의존하는 동일 평면, 평행, 또는 (전송기 루프 안테나에 대해) 직교 장착 루프 안테나에 의해 자기적으로 결합될 수 있다. 전송기 루프에 평행한 하나의 루프 요소 및 직교로 설정된 제2 루프 요소를 갖는 하이브리드 루프 안테나는 또한 전송기-대-안테나 범위 또는 동일 평면 장착 능력이 불확실한 경우들에서 자기적으로 결합된 링크를 확장하는데 이용될 수 있다.
동적 충전의 경우에, 분산형 순방향 안테나 또는 안테나들(1121 및 1122)은 현재 GA의 GA 포워드와의 통신을 가능하게 하는 증가된 통신 범위를 허용한다. 이 진보된 통신은 램프-업을 최소화할 필요가 있기 전에 차량 작동 시작 시간의 경로에서 GA를 가능하게 한다. 분산형 측방향 안테나들의 우측(1122 및 1124) 및 좌측(1121 및 1125)은 또한 코일 효율을 최대화하기 위해 주행 방향에서 중심 정렬을 제공한다.
하나의 물리적 실시예에서, 4개 이상의 수신기 안테나(1116, 1117, 1118, 및 1119)가 (주행의 진행 방향과 관련하여) 전방 및 후방 방식으로 그리고 우측 및 좌측 횡방향 방식으로 VA(1102) 상에 분포되어 있다. 4개의 추가적인 안테나(1121, 1122, 1124, 및 1125)가 추가되고, 2개는 전방(1120)에(예컨대, 범퍼에, 범퍼 아래에, 또는 차량 프레임 상에) 부착되고, 2개는 후방(1123)에 유사하게 부착되거나 매립되어 있다. 전방 및 후방 배치들 둘 다에서, 안테나들은 횡축 상에서 좌측 및 우측으로 최대 가능하게 분리되어야 한다.
분산형 안테나들은 유선 또는 무선(예를 들어, 블루투스, 지그비(IEEE 802.15)) 접속들을 이용하여 ICCS(1101)에 백홀링될 수 있다. ICCS(1101)는 이용되는 통신 링크 방법 및 데이터 프로토콜에 필요한 상이한 수신 및 처리 시간을 보상할 것이다.
수평면에 대해 공통 또는 알려진 오프셋을 갖는 분산형 안테나들(1121, 1122, 1124, 및 1125)은 또한 증가된 정렬 능력을 가능하게 한다. 다이버시티 수신기들에 의해, 신호 강도 측정(Signal-Strength-Measurement)(SSM), 도달 시간(Time-of-Arrival)(TOA), 및 도달 시간차(Time-Difference-of-Arrival)(TDOA)와 같은 위치설정 및 거리측량 기술들이 이용가능하게 된다. 방향성 수신기 안테나의 이용은 도달 각도(Angle-of-Arrival)(AoA) 기술을 가능하게 할 것이다. AoA 기술을 갖는 차량 전방 장착 방향성 안테나들은 전방 방향에서의 위치설정 및 정렬에 특히 유리하다.
ITS(Intelligent Transport System)의 영구 79 GHz 대역 할당은 설명된 기술들 중 2개 이상을 이용하여 TOA, TDOA, AOA, 또는 하이브리드 위치설정의 이용을 용이하게 한다. 12개의 ITU(International Telecommunication Union) 정의된 ISM(industrial, scientific and Medical) 대역들은 정렬에서 이용하기 위한 다른 잠재적인 스펙트럼이다(6개는 전역적으로 이용가능하고, 다른 6개의 ISM 대역은 로컬 규제들에 따라 이용가능할 수 있다). 정렬 정밀도는 보다 높은 분해능을 제공하는 보다 높은 주파수들 및 보다 낮은 분해능을 제공하는 보다 낮은 주파수들의 이용에 따라 변할 것이다.
TDOA, AOA, 또는 TDOA-AOA 하이브리드 위치설정 기술들에 의한 분산형 안테나들의 이용은 Z-축(수직) 측정치의 발생에 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 비-라디오 수단, 예를 들어, 초음파 트랜스듀서 거리 측정기가 Z-축 추정에 이용될 수 있다.
대안적으로, 차량이 적절히 장착되어 있지 않은 경우, 제조사, 모델, 제조자, 및 변형에 대한 명목상 Z-갭은 코일 클러스터에서 무선 전력 전송 GA 전압 및 코일 인에이블먼트를 설정하는데 이용하기 위해 차량 또는 육상 네트워크화된 서버로부터 업로드될 수 있다.
소프트웨어 정의된 라디오
개선된 ICCS(1101)의 구현을 위한 하나의 옵션은, 그라운드 측 어셈블리(GA)(1103)와 차량 측 어셈블리(VA)(1102) 사이의 유도식 결합 통신을 이용하여 그라운드 스테이션과 차량 설비 사이의 시그널링을 개선하기 위해 소프트웨어-정의된 전송기들 및 수신기들을 이용하는 것이다.
ICCS(1101)는 샘플 실시예들에서, 진폭 변조, 위상 변조, 및 주파수 변조를 위한 둘 이상의 유형의 회로뿐만 아니라, 필요에 따라 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 및 처프 확산 스펙트럼(CSS)(예를 들어, 이진 직교 키잉(BOK), 주파수 호핑, 및 직접 변조(DM))과 같은 확산 기술들의 이용을 가능하게 하는 회로 중에서 선택가능하도록 설계된다. 아래에 설명되는 바와 같이, 이러한 특징들은 샘플 실시예들에서 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA)에서 구현될 수 있지만, 설명되는 기능은 또한 이산 집적 회로 컴포넌트들 및/또는 멀티칩 모듈들을 이용하여 그리고/또는 디지털 신호 프로세서(DSP)와 같은 다른 처리 디바이스들에 의해 실행되는 소프트웨어에서 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, ICCS(1101)는 서브캐리어들이 비허가 스펙트럼(또는 예비 스펙트럼)에 할당될 수 있는 직교 주파수 분할 다중화 시스템(OFDM)에서와 같이 복수의 동시 서브캐리어들을 이용하고 설명되는 변조 방식들 중 임의의 것을 이용할 수 있다.
도 12a는 샘플 실시예들에서의 ICCS의 기능 요소들을 도시한다. 도시된 바와 같이, 수신기(1201)는 자기 유도식 시그널링에 특수화된 안테나 또는 안테나들을 이용한다. 수신된 아날로그 신호는 전술한 바와 같이 수신기(1201)에서 필터링될 수 있다. 수신된 신호들은 디지털화 요소들(1202)에 의해 처리되어 수신된 아날로그 신호를 취하고 이를 그 신호의 디지털 표현으로 변환한다. 수신된 신호의 디지털 표현은 그 후 처리 요소(1203)에 의해 디지털적으로 처리된다. 처리된 신호로부터 추출된 데이터는 그 후 디지털 인터페이스(1206)를 통해 출력된다.
인입 디지털 데이터는 또한 입력 인터페이스(1207)를 통해 처리 요소(1203)에 적용될 수 있다. 인입 데이터는 아날로그 변환 요소(1204)에서 아날로그 신호로의 변환 전에 처리 요소(1203)에 의해 패키징된다. 아날로그 형태가 되면, 신호는 그 후 필터링되고 자기 유도식 시그널링에 특수화된 안테나 또는 안테나들을 통해 전송기(1205)에 의해 전송될 수 있다.
샘플 실시예들에서, 도 12a의 ICCS 기능 요소들은 다수의 방식들 중 임의의 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, ICCS는 다음과 같이 구성될 수 있다:
Figure pct00002
프로그래머블 요소들(예컨대, 필드 프로그래머블 게이트 어레이들(FPGA들), EEPROM들 등)을 갖는 이산 집적 회로들(IC들)(예컨대, 아날로그-디지털 변환기(ADC), 디지털-아날로그 변환기(DAC))로 이루어진 회로;
Figure pct00003
멀티칩 모듈 내의 혼합된 하드웨어(IC들), 소프트웨어, 및 매립된 펌웨어;
Figure pct00004
필요한 제어 논리, 디지털화 및 아날로그 변환 기능을 포함하는 주문형 집적 회로(ASIC)에 존재하는 펌웨어; 및
Figure pct00005
수반되는 디지털-아날로그 및 아날로그-디지털 회로를 갖는 컴퓨팅 플랫폼(예를 들어, 중앙 처리 유닛(CPU) 또는 디지털 신호 프로세서(DSP)) 상에서 실행되는 소프트웨어 구조들.
각각의 경우에, 아날로그 신호 필터링은 (예를 들어, 대역통과 중간 주파수(IF) 스테이지들을 갖는 슈퍼-헤테로다인 설계들 또는 제한된 아날로그 대역폭들을 갖는 직접 변환 설계들에 대해) 선택된 설계를 위해 필요에 따라 포함될 수 있다.
어느 ICCS 구현(FPGA 대 DSP) 및 (이산 IC들, 멀티칩 IC 모듈, 또는 ASIC의 어셈블리로서의) 배치를 이용할지의 선택은 필요에 따라 개발 비용들, 생산량들, 및 컴퓨팅 리소스들의 비용에 크게 의존한다. 구현들에서, FPGA는 병렬 경로 신호 처리를 제공하는 반면, CPU/DSP는 작업을 단순화하기 위해 우수한 메모리 액세스 및 운영 체제를 제공한다. 이산 IC 패키징은 컴포넌트들의 선택 및 그 컴포넌트들의 배치에 있어서 가장 큰 유연성을 제공하는 반면, 멀티칩 모듈은 개별 컴포넌트들 사이의 고정된 상호접속들을 제공한다. ASIC 패키지는 ICCS 컴포넌트들 및 단일 집적 서브시스템으로의 상호접속들 둘 다를 가장 높은 개발 시간 및 비용으로 제공하지만, 배치가 가장 간단하다. 샘플 실시예들에서, ICCS 구성은 제조 시에 선택되지만, 이용 동안 사용자 선택가능할 수도 있다.
도 12b는 이산 집적 회로 실시예에서 VA(1202) 및 GA(1201)를 포함하는 ICCS(1101)의 샘플 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 통신 채널들(1211 및 1227)은 GA(1260)와 VA(1261) 사이의 단거리 저전력 자기장 링크에 대해 최소로 전파하는 자기장들을 갖는 자기 유도 결합을 이용한다. GA 통신 신호(1211) 및 VA 통신 신호(1227)는 사전 설정된 프로그래밍, 충전 사이클의 스테이지(접근, 대략 위치설정, 미세 위치설정, FOD(Foreign-Object-Detection) 및 LOD(Live-Object-Detection) 스캐닝, 충전, 충전 종료), 또는 신호 품질의 임계치(예를 들어, 수신된 신호 강도, 비트 에러율)가 초과되었는지 여부에 따라 협대역 또는 광대역일 수 있다.
GA 유도식으로 결합된 통신 시스템(1260)의 코어(1262)는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA)(1265), 아날로그-디지털 변환기(ADC)(1263), 및 디지털-아날로그 변환기(DAC)(1264)를 포함한다. FPGA(1265)는 계산 리소스들을 공급한다. FPGA(1265)에 의한 계산 동작들은 신호 처리(예를 들어, 신호 합산, 조합, 및 선택; 변조, 복조, 디지털 필터링, 데이터 추출, 자동 이득 제어(AGC), 및 ICCS 하드웨어 제어)를 포함한다. GA 및 외부 시스템들로부터의 데이터는 VA(1261)로의 전송을 위한 처리를 위해 디지털 인터페이스(1240)를 통해 GA 코어(1262)에 입력된다.
GA 코어 디지털-아날로그 변환기(DAC)(1264)는 전송 증폭기(1208)에 의해 증폭되기 전에 FPGA의 디지털 출력 비트 스트림을 양자화된 아날로그 신호로 변환하는 역할을 하고, 이 신호는 이어서 대역통과 필터(1209)에 의해 대역 제한되고 평활화되며, 유도식 자기 신호(1211)로서 전파하는 GA 전송 안테나(1210)에 의해 전송된다.
GA 통신의 신호(1211)는 VA(1261)와 GA(1260) 사이의 에어 갭(1266)을 가로지르고, 그 후 VA 수신기 안테나들(1212 및 1213)에서 수신된다(이 예에서, 2개의 수신기 안테나가 이용되지만, 그 설계는 단일 수신기 안테나 및 임의의 복수의 수신기 안테나들의 이용을 지원한다는 점에 유의한다). 일단 VA의 쌍을 이룬 결합 안테나 구조들(1212 및 1213) 중 하나 이상에 의해 수신되면, GA 신호는 그 후 필터들(1214 및 1215)을 이용하여 대역통과 필터링된다. 대역 제한된 신호들은 그 후 저잡음 증폭기들(LNA들)(1216 및 1217)의 쌍에 의해, 각각의 VA 수신기 경로에 대해 하나씩 증폭된다. 대역통과 필터들(1218 및 1219)의 제2 쌍은 그 후 VA 수신 경로들 각각에서 직접 디지털 변환을 위한 신호 주파수 대역폭을 제한하는데 이용된다.
아날로그-디지털 변환은 VA ADC(1223)에서 발생한다. VA ADC(1223)는 (이용되는 수신 안테나들의 수에 따라) n-채널 ADC로서 또는 ADC들의 쌍을 이룬 세트로서 구현될 수 있다. 디지털화된 신호는 그 후 VA FPGA(1222)에 전달된다. VA FPGA(1222)는 수신된 디지털화된 신호들을 종래의 디지털 신호 처리 기술들을 이용하여 변환하고, 그 후 재구성된 비트 스트림을 처리하고(예를 들어, 프레이밍, 트레이닝 시퀀스들을 제거하고, 순방향 에러 정정 및 데이터 인코딩을 구현하고(예를 들어, 컨볼루션 코딩, 터보 코딩, 해밍 코드들을 이용하는 것으로부터의 코딩), 보안-마스킹된 비트 시퀀스들을 디코딩함), 비트 스트림을 디지털 인터페이스(1238)를 경유하여, 잠재적으로 중간 프로세서들, 네트워크들, 및 프로토콜들, 예컨대 제어기 영역 네트워크(Controller Area Network)(CAN 버스)(도시되지 않음)를 통해, 차량 배터리 관리 시스템(VBMS)(1239)에 전달한다. 통신 신호들에 관련된 측정치들은 디지털 인터페이스(1236) 상에서 차량 기반 프로세서(1250)에 출력된다. 충전 신호에 관련된 측정치들은 디지털 인터페이스(1237) 상에서 출력된다.
차량 배터리 관리 시스템(VBMS)(1239), 차량의 탑승자 정보 시스템, 차량의 엔터테인먼트 시스템, 및 다른 차량 탑재 데이터 또는 원격 측정 시스템들은 VBMS 및 차량 온보드 시스템들의 구성에 따라 디지털 인터페이스들(1238 및 1243)을 통해 VA FPGA(1222)에 비트 스트림을 제공한다. VA FPGA(1222)는 프레이밍, 트레이닝 시퀀스들을 적용하고, (예를 들어, 컨볼루션 코딩, 해밍 코드들, 하다마르 코드를 이용하여) 순방향 에러 정정 및 데이터 인코딩을 구현하고, 보안-마스킹된 비트 시퀀스들을 인코딩하고, 비트 스트림을 VA 디지털-아날로그 변환기(DAC)(1221)에 전달한다. 그 후, VA DAC(1221)의 출력은 전송 증폭기(1224)에 의해 증폭된다. 전송을 위한 VA 신호는 그 후 원하는 채널 대역폭과 매칭하도록 대역통과 필터(1225)에 의해 필터링된다. 대역 제한된 아날로그 VA 신호는 그 후 자기장 에어 인터페이스(1266)를 통해 결합 안테나 구조(1226)를 이용하여 전송된다.
VA의 유도식 자기 신호(1227)는 GA의 결합 안테나 구조들(1228 및 1229) 중 하나 이상에 의해 수신된다. 그 후, VA 신호는 필터들(1230 및 1231)을 이용하여 각각의 GA 수신 경로 상에서 대역통과 필터링된다. 대역 제한된 신호들은 그 후 각각의 GA 수신기 경로에 대해 하나씩, 저잡음 증폭기들(LNA들)(1232 및 1233)의 쌍에 의해 각각 증폭된다. 대역통과 수신기들(1234 및 1235)의 제2 쌍은 그 후 GA 수신 경로들 각각 상에서 직접 디지털 변환을 위한 신호 주파수 대역을 제한하는데 이용된다. ICCS의 일부 구성들에서, 대역통과 필터들(1209, 1214, 1215, 1218, 1219, 1225, 1230, 1231, 1234, 및 1235)은 복수의 주파수 대역들을 수용하기 위해 스위칭된 필터 뱅크로서 구성될 수 있다.
아날로그-디지털 변환은 GA ADC(1263)에서 발생한다. GA ADC(1263)는 ADC들의 쌍을 이룬 세트로서 또는 2-채널 ADC로서 구현될 수 있다. 디지털화된 신호는 그 후 VA FPGA(1265)에 전달된다. VA FPGA(1265)는 수신된 디지털화된 신호들을 종래의 디지털 신호 처리 기술들을 이용하여 변환하고 그 후 재구성된 비트 스트림을 처리하고(예를 들어, 프레이밍, 트레이닝 시퀀스들을 제거하고, (예를 들어, 컨볼루션 코딩, 터보 코딩, 해밍 코드들을 이용하여) 순방향 에러 정정 및 데이터 인코딩을 구현하고, 보안-마스킹된 비트 시퀀스들을 디코딩함), 잠재적으로 중간 프로세서들, 인터페이스들, 및 프로토콜들(도시되지 않음)을 통해, 무선 충전기 및 외부 통신 인터페이스들(1242)에 로컬인 그라운드 측 계산 리소스들(1241)에 비트 스트림을 전달한다. (GA에 의해) 검출된 또는 (VA에 의해) 전송된 고장 이벤트의 경우에, GA FPGA(1265)는 충전 신호(1245)를 디스에이블하는 비상 차단(1244)(예를 들어, 코일 고장 또는 열 임계치 초과의 경우임)을 시그널링한다.
폐쇄 및 개방 루프 제어 및 보고
ICCS(1101)는 충전 신호(1245) 및 통신 신호들(1211 및 1227) 둘 다를 능동적으로 측정한다. 측정치들은 수신된 신호 강도, 비트 에러율, 제1(1228) 및 제2(1229) 안테나 구조들에 의해 수신된 신호(1227)의 합 및 차이, Eb/No(스펙트럼 잡음 밀도(No)에 대한 비트당 에너지(Eb)의 비율), 수신된 신호 강도 표시(RSSI), 중심 주파수, 및 제1 및 제2 수신 안테나들(1228 및 1229)에서의 진폭 및 위상 시프트를 포함할 수 있다. 측정치들은 정렬 검출, 및 폐쇄 루프 충전 시스템 관리 및 제어를 위해 GA 디지털 제어 인터페이스(1241)를 통해 하나 이상의 차량 기반 프로세서(1250)에 대한 VA 디지털 제어 인터페이스(1236) 또는 그라운드에 전달될 수 있다.
폐쇄 루프 제어는 FPGA(1222)에게 (VA 상의) 거의 실시간 전압 및 전류 측정치들, VA 열 측정치들, 차량의 적재 또는 하역으로 인한 Z-갭 변화들, 소프트 VA 또는 GA 고장 (클러스터링된) 경보들, 중간-충전 성능 이벤트들의 경보, 및 필요에 따라 VA 또는 차량 전기 시스템과 관련된 차량 측에서의 추가적인 감지의 GA 및 VA로의 전달을 제공하는 것을 포함할 수 있다.
VBMS(1239)는 VA 제어 디지털 인터페이스(1238)를 이용하여, GA 제어 디지털 인터페이스(1241)를 통해 GA에 명령할 수 있는 충전 시스템에 전송을 위한 커맨드들을 전달한다.
확산 스펙트럼 광대역 신호
일 실시예에서, 전이중 VA-GA 통신 링크에 이용되는 광대역 신호는 상보적인 코드 시퀀스들을 이용하는 비동기 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 신호이다. 일부 배치 시나리오들에서, 예를 들어, GA들이 더 큰 매크로-GA 클러스터의 컴포넌트들로서(예를 들어, 단일 차량 주차 지점 충전기로서) 인접하게 배치되는 경우들에서, 거리는 복수의 GA-대-VA 및 VA-대-GA 전송들 사이의 동일 채널 간섭을 완화하기에 충분한 자기 신호 감쇠를 제공하는데 의존될 수 없다. 확산 시퀀스 기술들의 이용은 GA 및 VA 수신기들 각각이 각각의 수신기에 대해 전송되는 신호들과 동일 채널 간섭을 구별하는 것을 허용한다. 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 시스템에서의 상보적인 코드들의 이용은 수신기들에 의한 상관 처리가 동일 채널 간섭 및 GA와 VA 둘 다의 전송기들 사이의 동기화의 결여를 극복할 수 있게 하는데 이용된다.
GA들(및 쌍을 이룬 VA들) 사이의 충분한 거리에 의해, 자기 신호들의 신호 감쇠는 코드 재사용을 허용하고, 이는 결국 더 짧은 코드 시퀀스들을 허용한다. 더 짧은 코드 시퀀스들에 의해, 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 시스템에서의 비트당 '칩들'의 수가 최소화될 수 있어서, 동일한 대역폭에 걸쳐 더 큰 데이터 레이트들을 낳는다.
전송들을 위해 유도식 결합을 이용하는 통신 시스템에서, 신호 반사 및 다중경로는 자기장 전파의 선천적 물리학에 의해 최소화된다. 일 실시예에서, 상보적인 코드 시퀀스들을 이용하는 직접 시퀀스 코드 확산은 무선 충전 주차장 또는 차선에서와 같이 가까이 위치한(클러스터링된, 인접한 또는 근접한) 전송기들과 수신기들 사이의 동일 채널 간섭을 완화하도록 설계된다.
비동기 시스템의 이용은 각각이 그 자신의 전송기 및 수신기를 갖는 복수의 개별 그라운드 어셈블리가 공유된 실시간 타이밍 소스를 필요로 하지 않고 인접 또는 근접 방식으로 배치될 수 있게 한다. 공통 타이밍 소스에 대한 필요성의 결여는 GA 및 VA 시스템들 간의 클럭 복구 및/또는 위상 고정에 대한 필요성을 제거한다. 따라서, 각각의 정렬된 GA 및 VA 쌍은 배치된 유닛들의 수 또는 기능하는 유닛들의 수에 관계없이 독립적으로 통신할 수 있다. GA가 (상이한 배치 기하구조들 또는 VA 고장 상태들로 인해) VA와 쌍을 이루지 않은 경우, GA는 충전 신호를 개시하지 않을 것이다.
샘플 실시예들에서, 이러한 충전 시스템은 충전 신호를 수신하도록 GA에 대해 차량의 VA를 위치설정함으로써 차량을 충전하는데 이용될 수 있다. GA 및 VA의 코일들은 정렬된 코일들만이 활성화되도록 충전을 위해 GA에 대한 VA의 기하학적 위치설정에 기반하여 선택적으로 인에이블된다. 적절하게는, GA 및 VA의 전송/수신 시스템들 중 하나 또는 둘 다는 동일한 유형의 신호 처리 회로를 갖도록 선택된다. 그 후, 전송/수신 시스템들은 충전 동안 유도식 링크들을 통해 GA 및 VA의 전송/수신 시스템들 사이에서 충전 관리 및 제어 데이터를 통신하는데 이용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 전송/수신 시스템들은 진폭 변조, 위상 변조, 주파수 변조, 직교 주파수 분할 다중화(OFDM), 및 직접 시퀀스 확산 스펙트럼, 처프 확산 스펙트럼(CSS), 이진 직교 키잉(BOK), 주파수 호핑, 및 직접 변조(DM) 중 적어도 하나를 포함하는 기술들을 구현하는 확산 스펙트럼 중 하나 이상을 제공하는 하드웨어, 소프트웨어, 및/또는 펌웨어를 포함할 수 있다. 전송/수신 시스템들의 유형들은 예를 들어 설계/제조 시에 또는 사용자 선택에 의해 동일하도록 선택된다. VA 및 GA는 그 후 충전 동안 소프트웨어 업데이트들, 진단 또는 원격 측정 정보, 및/또는 승객 엔터테인먼트 서비스 데이터를 그들 사이에서 통신할 수 있다.
도 13a는 샘플 실시예에서 단일 열 지리적 배열(1301)로 배치된 주차장 기반 무선 충전 스테이션의 오버헤드 뷰를 도시한다. 주차 지점들(1304, 1305, 1306 및 1307)은 통상적인 바와 같이 커브(1303) 및 페인팅된 라인 마커에 의해 정의된다. 주행 차선(1302)은 각각의 주차 지점에 대한 차량 접근을 제공한다. 이 예에서, 각각의 주차 지점(1304, 1305, 1306 및 1307)은 설치된 무선 충전 그라운드 어셈블리(GA)(1310, 1311, 1312 및 1313)를 갖는다. GA들(1310, 1311, 1312 및 1313)은 4개의 인접한 독립적인 GA의 클러스터링된 어셈블리들로서 도시되지만, 주차 구획의 길이 및 폭에 대해 다른 기하구조들이 가능하다.
활성 GA들(1311, 1312, 및 1313)은 각각의 충전 세션 이전 그리고 그 동안에 자기 통신 신호(1315)를 방사한다. 결합된 자기 유도 신호 및 수직 안테나 배향의 전파 특성들로 인해, 동일 채널 간섭은 GA 클러스터들 내로 그리고 잠재적으로 이웃 주차 구획들(1314) 사이로 제한된다.
각각의 활성 GA 클러스터(1311, 1312 및 1313)에 의해 방사되는 자기 신호는 각각의 통신 링크에 대한 동일 채널 간섭의 하나의 소스이다(이 예에서, 클러스터당 최대 8개의 신호, 활성일 때 GA로부터 VA로의 4개 및 VA로부터 GA로의 4개가 있다). 근방의 활성 GA(1312 또는 1313) 장착 주차 지점들로부터의 자기 신호들(1315)의 잠재적인 중첩 또는 충돌이 또한 가능하지만, 비이웃 활성 GA들(1311 및 1312) 사이의 충분한 물리적 분리(1309)는 잠재적인 동일 채널 간섭을 매우 감소시키거나 제거하는 역할을 한다. 주행 차선(1302)을 가로지르는 가능한 추가적인 충전기들은 동일 채널 간섭 전위를 제한하기에 충분한 물리적 분리(1308)를 가질 것이다.
도 13b는 샘플 실시예에서 이중 열 지리적 배열(1316)로 배치된 주차장 기반 무선 충전 스테이션의 오버헤드 뷰를 도시한다. GA 장착 주차의 이중 열(1316)은 주행 차선들(1304)에 의해 격리된다. 이 예시에서, 주차 지점들(1317, 1320, 1321, 및 1322)은 현재 활성인 GA들을 갖는 반면, 주차 지점들(1318, 1319, 1323, 및 1324)은 비활성이다(즉, 비충전 상태에서, 주차 지점들은 점유되지 않거나, 점유되지만 비동작, 종료, 또는 아직 시작되지 않은 충전으로 점유될 수 있다). 자기적으로 결합된 전이중 통신 시스템의 잠재적인 동일 채널 간섭은 활성 주차 구획들(자기 신호(1315)를 방사하는 것들)에 존재한다. 매크로 GA 내의 GA들의 클러스터 각각 사이의 동일 채널 간섭(여기서, 매크로 GA는 독립적인 이중 통신들을 각각 갖는 4개의 인접한 GA로 구성됨) 및 이웃하는 매크로 GA들 사이의 잠재적인 동일 채널 간섭(1314)이 통신 시스템에 의해 용인된다. 충분한 지리적 격리(1309)를 갖는 동일한 열의 가장 가까운 활성 GA들(1317 및 1320) 또는 맞은편 열의 가장 가까운 활성 GA들(1322 및 1320)은 이중 열 충전 스테이션(1316)에 대한 액세스를 제공하는 하나 이상의 주행 차선(1304) 맞은편의 지리적으로 이격된(1308) 가능한 GA들과 같은 잠재적인 간섭자들이 아니다.
인에이블된 통신 링크들
일 실시예에서, 충전 사이클 동안, 전이중 링크가 항상 인에이블되어, VA와 GA 사이의 연속적인 통신들은 물론, 차량 소프트웨어 업데이트들, 진단들, 원격 측정, 엔터테인먼트, 및 다른 정보를 위한 안전한 전달을 제공한다. ICCS(1101)는 충전 세션 이전에, 그 동안에 그리고 그 이후에 특정 이벤트들을 지원하기 위해 전송 및 수신 주파수들에서의 변동들, 변조 및 코딩을 지원한다.
클러스터링된 배치들에서, 각각의 개별 GA는 각각의 개별 VA와의 독립적인 통신 링크를 지원할 수 있다. 이러한 방식으로, 클러스터링된 GA는 기하학적으로 대응하는 VA들과의 GA들에 대한 충전 신호만을 활성화함으로써 단독 VA 또는 클러스터링된 VA(예를 들어, 2개의 VA의 1개의 열; 2개의 VA의 2개의 열; 2개의 VA의 3개의 열; 및 차량의 최대 폭 및 길이까지 등) 또는 심지어 부분적으로 동작하는 VA를 지원할 수 있다. 독립적인 통신들의 이용은 단일 충전 사이트가 다중 구성된 차량들을 지원할 수 있기 때문에 배치와 동작들 둘 다를 용이하게 한다. 대안적으로, GA들은 조정된 클러스터로서 배치될 수 있고, 여기서 충전 신호가 활성화되면 단일 GA 및 VA가 통신들을 유지한다.
정적 경우
이중 통신 데이터링크는 정적 및 동적 충전 시나리오들에서 WPT에 대한 인증 및 액세스 제어를 제공하는 역할을 한다. 또한, 데이터링크는 GA와 VA 사이에서 정보, 소프트웨어 업데이트들, 진단 또는 원격 측정 정보 및 승객 엔터테인먼트 서비스들을 제공하는데 이용될 수 있다. 이중 데이터링크의 연속적인 성질은 VA와 GA 사이에 도입되는 이물질의 검출 후의 충전 신호의 비활성화와 같이 제어 시스템들에 대한 더 빠른 피드백을 낳는다. 충전 코일의 물리적 주변부 상의 통신 시스템 수신기들의 위치는 또한 도입된 장애물의 가장 빠른 검출을 허용한다.
동적 경우
동적 충전 경우의 실시예에서, 통신 링크는 차량이 구비된 철로 또는 고속도로를 따라 이동할 때 유지된다. 이 배치에서, 직접 시퀀스 확산 시스템(DSSS)으로 인에이블된 ICCS를 이용하여, 코드 시퀀스들은 GA들 사이의 빠른 소프트-핸드오프를 허용하는 인접한 GA들과 가능한 한 짧고 직교하도록 선택된다. 자기 유도 통신 링크를 이용하여, GA들의 예상된 시퀀스 및 연관된 코드 시퀀스들은 GA 장착 주행 차선 또는 철로 상의 허용가능한 속도를 증가시키기 위해 차량에 업로드될 수 있다. 업로드된 시퀀스를 이용하여, ICCS는 통신 신호를 더 빠르게 복조하고 디코딩하기 위해 프리로드될 수 있다.
도 14는 동적 충전을 위해 인에이블된 고속도로(1401)의 일 예를 도시한다. 고속도로는 2개의 커브(1402 및 1403) 사이에 설정되고 주행 차선들(1405) 및 충전 차선(1406)으로 분할된다. 이러한 충전 차선들은 충전을 더 잘 최적화하기 위해 설정된 속도들 및 설정된 차량간 갭 길이들을 가질 수 있다. 충전 차선 속도는 각각의 순차적인 GA(1407) 상의 충전 시간(체류 시간이라고도 함)을 관리하도록 설정된다. 차량들(1404 및 1409)은 임의대로 또는 지정된 진입점들에서, 별개의 차선 표시들 또는 물리적 분리(1408)를 갖는 것으로 여기에 도시된 충전 차선으로 이동할 수 있다.
철로 예에서, VA 장착 궤도차들을 충전하기 위한 GA들의 시퀀스 또는 어레이(순차적인 클러스터들)가 (1 궤간 폭까지) 선로들 사이에 배치된다. GA들은 또한 궤도차의 측면(들) 또는 상단에 배치된 VA들과 마주할 수 있다.
복수의 GA들이 주행 경로를 따라 순차적으로 배열되게 함으로써, 더 긴 안테나(충전 및 통신 둘 다)와 같은 GA의 맞춤화가 배치될 수 있고, 잠재적인 경로들을 따라 현재 차선 및 잠재적인 충전기 사이트들 둘 다에서 최적의 충전을 위한 자율 차량 제어 정보를 제공할 수 있다.
어셈블리마다의 독립적인 통신 경로들
일 실시예에서, 전이중 유도식으로 결합된 데이터링크는 독립적인 GA들의 클러스터(매크로 GA)의 각각의 멤버에 대해 배치된다. 유사하게, 각각의 독립적인 VA(매크로-VA 클러스터의 일부)는 전이중 유도식으로 결합된 데이터링크를 구비한다.
데이터링크들의 이러한 독립적인 동작은 어셈블리들이 클러스터링될 때 어셈블리들 사이의 통신들을 조정하는데 필요한 회로 및 처리를 제거함으로써 최저 레이턴시 통신들을 제공한다. 조정의 결여는 또한 각각의 어셈블리 쌍(GA-대-VA)에 의한 동시 데이터링크 셋업이 인에이블되기 때문에 링크 개시가 더 빠르다는 것을 의미한다.
독립적인 데이터링크들은 또한 단일 및 복수의 어셈블리의 배치를 용이하게 한다. GA들의 기하학적으로 임의의 클러스터들은 차량 치수들을 지원하고 전력 공급 요구들을 규모조정하는데 필요한 어떠한 영역 또는 패턴들에서도 배치가능하다.
(예를 들어, 동일한 자기 유도 안테나 및 공통 공진 유도 코일 유닛을 이용하여) 각각의 VA 및 GA를 기능적으로 동일하게 함으로써, 규모의 경제가 실현될 수 있다. 공통 공진 유도 코일 유닛은 또한 충전 신호의 효율 및 이에 따른 ICCS 전체의 전력 효율을 증가시키는 역할을 한다.
쌍을 이룬 GA-대-VA 구성의 독립적인 성질은 클러스터링된 배치에서의 단일 GA 또는 VA 고장이 나머지 GA-VA 쌍들을 통한 더 낮은 충전 상태로의 무리없는 저하라는 것을 의미한다. 일 양태에서, VA 유닛의 고장은 쌍을 이룬 GA로부터의 충전 신호의 즉각적인 차단을 초래한다. 이 GA가 더 이상 방사하지 않기 때문에, 차량은 더 이상 종료되지 않은 충전 신호로부터 가열되지 않는다.
관련 기술분야의 통상의 기술자라면, 본 명세서에 설명된 토폴로지 및 회로 구현 방법론은, 단일의 주문형 집적 회로, 이산 집적 회로들, 멀티칩 모듈들로서, 그리고/또는 보조 A/D 및 D/A 회로를 갖는 디지털 신호 처리 회로 상에서 실행되는 소프트웨어로서 효과적인 실현을 가능하게 한다는 것을 이해할 것이다. 또한, 본 명세서에 포함된 개시내용은 차량들에 전기 전력을 제공하는 것에 관한 것이지만, 이것은 많은 가능한 애플리케이션들 중 하나일 뿐이며, 비-차량 애플리케이션들을 포함한 다른 실시예들도 가능하다는 점이 이해되어야 한다. 예를 들어, 관련 기술분야의 통상의 기술자라면, 칫솔들, 셀룰러 전화기들 및 다른 디바이스들을 충전하는데 이용되는 것들(예를 들어, PowerMat™)과 같은 휴대용 소비자 전자 디바이스 충전기들과 같이 비-차량 유도식 충전 애플리케이션들에서 전이중 데이터 링크를 제공하는 많은 애플리케이션이 존재한다는 점을 인식할 것이다. 추가로, 관련 기술분야의 통상의 기술자라면, 본 명세서에 설명된 통신 시스템의 전송 대역폭(데이터 레이트)은 복수의 변조된 순방향 및 역방향 경로 캐리어의 이용에 의해 그리고 다른 복합 변조 방법들을 이용한 동시적인 진폭 및 각도 변조를 이용하여 증가될 수 있다는 점을 인식할 것이다. 따라서, 이러한 애플리케이션들 및 다른 이러한 애플리케이션들은 다음의 청구항들의 범위 내에 포함된다.

Claims (36)

  1. 차량 충전 시스템으로서,
    하나 이상의 코일을 포함하는 그라운드 어셈블리(ground assembly) - 각각의 코일은 제1 유도식 링크를 통해 제1 신호를 전송하고 제2 유도식 링크를 통해 제2 신호를 수신하는 제1 전송/수신 시스템을 포함하는 전이중(full duplex) 유도식으로 결합된 데이터 통신 시스템을 가짐 -; 및
    하나 이상의 코일을 포함하는 차량 어셈블리 - 각각의 코일은 상기 제1 유도식 링크를 통해 상기 제1 신호를 수신하고 상기 제2 유도식 링크를 통해 상기 제2 신호를 전송하는 제2 전송/수신 시스템을 포함하는 전이중 유도식으로 결합된 데이터 통신 시스템을 가짐 -
    를 포함하며,
    상기 제1 및 제2 전송/수신 시스템들은 진폭 변조, 위상 변조, 주파수 변조, 직교 주파수 분할 다중화(OFDM), 및 직접 시퀀스 확산 스펙트럼, 처프 확산 스펙트럼(CSS), 이진 직교 키잉(BOK), 주파수 호핑, 및 직접 변조(DM) 중 적어도 하나를 포함하는 기술들을 구현하는 확산 스펙트럼 회로 중 적어도 2개를 위한 회로를 이용하고 그 사이에서 스위칭하도록 적응되고,
    상기 그라운드 어셈블리의 코일들은 충전 동안 충전 신호를 수신하도록 상기 차량 어셈블리의 코일들과 병렬로 배치되고 충전 동안 상기 차량 어셈블리의 기하구조와 매칭하도록 선택적으로 인에이블되도록 구성되는, 차량 충전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 그라운드 어셈블리는 상기 차량 어셈블리로의 전송을 위해 상기 그라운드 어셈블리 및 외부 시스템들로부터의 데이터를 처리하고 처리를 위한 상기 그라운드 어셈블리 및 상기 외부 시스템들로의 전달을 위해 상기 차량 어셈블리로부터 수신된 데이터를 처리하는 프로세서를 포함하는, 차량 충전 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    고장 이벤트가 상기 그라운드 어셈블리에 의해 검출되거나 상기 차량 어셈블리로부터 수신될 때, 상기 프로세서는 상기 충전 신호를 디스에이블하는, 차량 충전 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 차량 어셈블리는 상기 그라운드 어셈블리로의 전송을 위해 상기 차량 어셈블리로부터의 그리고 차량 배터리 관리 시스템, 차량 탑승자 정보 시스템 및 차량 엔터테인먼트 시스템 중 적어도 하나로부터의 커맨드들 및 데이터 중 적어도 하나를 처리하고, 상기 차량 어셈블리 및 상기 차량 배터리 관리 시스템, 상기 차량 탑승자 정보 시스템 및 상기 차량 엔터테인먼트 시스템 중 적어도 하나로의 전달을 위해 상기 그라운드 어셈블리로부터 수신된 데이터를 처리하는 프로세서를 포함하는, 차량 충전 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 차량 어셈블리는 디지털 인터페이스를 더 포함하고, 상기 프로세서는 상기 제1 신호, 상기 제2 신호, 및 상기 충전 신호에 관련된 측정치들을 상기 디지털 인터페이스에 제공하는, 차량 충전 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 측정치들은 신호 강도, 비트 에러율, 각각 상기 차량 어셈블리 및 그라운드 어셈블리의 제1 및 제2 안테나 구조들에 의해 수신되는 제1 또는 제2 신호의 합 및 차이, 스펙트럼 잡음 밀도에 대한 비트당 에너지의 비율, 수신된 신호 강도 표시, 중심 주파수, 및 상기 차량 어셈블리 및 그라운드 어셈블리의 상기 제1 및 제2 안테나 구조들에서의 진폭 및 위상 시프트 중 적어도 하나를 포함하는, 차량 충전 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    차량 기반 프로세서를 더 포함하고, 상기 측정치들은 정렬 검출 및 폐쇄 루프 충전 시스템 관리 및 제어 중 적어도 하나를 위해 상기 디지털 인터페이스를 통해 상기 차량 기반 프로세서에 전달되는, 차량 충전 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 차량 기반 프로세서는 상기 차량 어셈블리 상의 거의 실시간 전압 및 전류 측정치들, 상기 차량 어셈블리의 열 측정치들, 차량의 적재(loading) 또는 하역으로 인한 Z-갭 변화들, 차량 어셈블리 또는 그라운드 어셈블리 고장 경보들, 중간-충전 성능 이벤트들에 관한 경보들, 및 상기 차량 어셈블리 또는 차량 전기 시스템에 관련된 추가적인 차량 감지 데이터를 전송을 위해 상기 프로세서에 제공하는, 차량 충전 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 신호 및 상기 제2 신호는 충전 사이클의 스테이지 또는 신호 품질의 임계치가 초과(cross)되었는지 여부에 따라 협대역 또는 광대역 신호들 중 어느 하나로서 구성되는, 차량 충전 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 신호 및 상기 제2 신호는 상보적인 코드 시퀀스들을 이용하여 비동기 확산 스펙트럼 신호로서 구성되는, 차량 충전 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    전송/수신 시스템은 각각의 전송/수신 시스템이 신호들과 동일 채널 간섭을 구별할 수 있게 하는 코드 시퀀스들을 전송하는 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 시스템을 포함하는, 차량 충전 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 코드 시퀀스들은 상보적인 코드 시퀀스들인, 차량 충전 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전송/수신 시스템들은 출력 신호들을 변조하고 입력 신호들을 복조하도록 적응되는 하드웨어, 소프트웨어, 및 펌웨어 구성들 중 적어도 하나 중에서 선택가능하도록 적응되는, 차량 충전 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 중 적어도 하나는 진폭 변조, 위상 변조, 주파수 변조, 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 및 확산 스펙트럼 기술들 중 적어도 2개를 이용하여 상기 출력 신호들을 변조하도록 적응되는, 차량 충전 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 확산 스펙트럼 기술들은 직접 시퀀스 확산 스펙트럼, 처프 확산 스펙트럼(CSS), 이진 직교 키잉(BOK) 및 주파수 호핑 중 적어도 하나를 포함하는, 차량 충전 시스템.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전송/수신 시스템들 각각은 수신기, 아날로그-디지털 변환기, 상기 차량 어셈블리로의 전송을 위해 상기 그라운드 어셈블리 및 외부 시스템들 중 적어도 하나로부터의 데이터를 처리하고 처리를 위한 상기 그라운드 어셈블리 및 상기 외부 시스템들 중 적어도 하나로의 전달을 위해 상기 차량 어셈블리로부터 수신된 데이터를 처리하는 디지털 프로세서, 디지털-아날로그 변환기, 및 전송기를 포함하는, 차량 충전 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 아날로그-디지털 변환기 및 디지털-아날로그 변환기는 이산 집적 회로들로서 구현되고, 상기 디지털 프로세서는 필드 프로그래머블 게이트 어레이로서 구현되는, 차량 충전 시스템.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 아날로그-디지털 변환기, 디지털 프로세서, 및 디지털-아날로그 변환기는 주문형 집적 회로(ASIC)에 존재하는 펌웨어로서 구현되는, 차량 충전 시스템.
  19. 제16항에 있어서,
    각각의 전송/수신 시스템의 상기 디지털 프로세서는 전송을 위해 입력 데이터를 처리하고 상기 디지털 프로세서 상에 구현된 소프트웨어 구조들을 이용하여 다른 전송/수신 시스템으로부터 수신된 데이터를 처리하는, 차량 충전 시스템.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전송/수신 시스템들 각각은 적어도 하나의 대역통과 필터를 더 포함하는, 차량 충전 시스템.
  21. 차량을 충전하는 방법으로서,
    충전 신호를 수신하도록 그라운드 어셈블리에 대해 차량의 차량 어셈블리를 위치설정(positioning)하는 단계 - 상기 차량 어셈블리는 하나 이상의 코일을 포함하고, 각각의 코일은 제1 유도식 링크를 통해 제1 신호를 수신하고 제2 유도식 링크를 통해 제2 신호를 전송하는 제1 전송/수신 시스템을 포함하는 전이중 유도식으로 결합된 데이터 통신 시스템을 갖고, 상기 그라운드 어셈블리는 하나 이상의 코일을 포함하고, 각각의 코일은 상기 제1 유도식 링크를 통해 상기 제1 신호를 전송하고 상기 제2 유도식 링크를 통해 상기 제2 신호를 수신하는 제2 전송/수신 시스템을 포함하는 전이중 유도식으로 결합된 데이터 통신 시스템을 가짐 -;
    충전을 위해 상기 그라운드 어셈블리에 대한 상기 차량 어셈블리의 기하학적 위치설정에 기반하여 상기 그라운드 어셈블리 및 상기 차량 어셈블리의 코일들을 선택적으로 인에이블하는 단계;
    상기 제1 전송/수신 시스템 및 상기 제2 전송/수신 시스템 중 적어도 하나를 상기 제1 및 제2 전송/수신 시스템 중 다른 하나에 의해 이용되는 것과 동일한 유형의 신호 처리 회로로 스위칭하는 단계; 및
    충전 동안 상기 제1 및 제2 유도식 링크들을 통해 상기 제1 및 제2 전송/수신 시스템들 사이에서 충전 관리 및 제어 데이터를 통신하는 단계
    를 포함하는, 차량 충전 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 스위칭하는 단계는 상기 제1 전송/수신 시스템 및 상기 제2 전송/수신 시스템 중 적어도 하나를 진폭 변조 회로, 위상 변조 회로, 주파수 변조 회로, 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 회로, 및 직접 시퀀스 확산 스펙트럼, 처프 확산 스펙트럼(CSS), 이진 직교 키잉(BOK), 주파수 호핑, 및 직접 변조(DM) 중 적어도 하나를 포함하는 기술들을 구현하는 확산 스펙트럼 회로 중 적어도 2개 사이에서 스위칭하는 단계를 포함하는, 차량 충전 방법.
  23. 제21항에 있어서,
    충전 동안 상기 제1 및 제2 유도식 링크들을 통해 상기 그라운드 어셈블리와 상기 차량 어셈블리 사이에서 소프트웨어 업데이트들, 진단 또는 원격 측정 정보, 및 승객 엔터테인먼트 서비스 데이터 중 적어도 하나를 통신하는 단계를 더 포함하는, 차량 충전 방법.
  24. 제21항에 있어서,
    진폭 변조, 위상 변조, 주파수 변조, 직교 주파수 분할 다중화(OFDM), 및 확산 스펙트럼 기술들 중 적어도 2개를 이용하여 출력 신호들을 변조하도록 적응된 동일한 유형의 하드웨어, 소프트웨어, 및/또는 펌웨어를 갖도록 상기 제1 전송/수신 시스템 및 상기 제2 전송/수신 시스템을 구성하는 단계를 더 포함하는, 차량 충전 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 확산 스펙트럼 기술들은 직접 시퀀스 확산 스펙트럼, 처프 확산 스펙트럼(CSS), 이진 직교 키잉(BOK) 및 주파수 호핑 중 적어도 하나를 포함하는, 차량 충전 방법.
  26. 제21항에 있어서,
    충전 동안 상기 제1 및 제2 유도식 링크들을 통해 상기 그라운드 어셈블리와 상기 차량 어셈블리 사이에서 소프트웨어 업데이트들, 진단 또는 원격 측정 정보, 및 승객 엔터테인먼트 서비스 데이터 중 적어도 하나를 통신하는 단계를 더 포함하는, 차량 충전 방법.
  27. 제21항에 있어서,
    고장 이벤트가 상기 그라운드 어셈블리에 의해 검출되거나 상기 차량 어셈블리로부터 수신될 때 상기 충전 신호를 디스에이블하는 단계를 더 포함하는, 차량 충전 방법.
  28. 제21항에 있어서,
    상기 제1 전송/수신 시스템이 상기 그라운드 어셈블리로의 전송을 위해 상기 차량 어셈블리로부터 그리고 외부 시스템들로부터의 커맨드들 및 데이터 중 적어도 하나를 처리하고, 상기 차량 어셈블리 및 상기 외부 시스템들 중 적어도 하나로의 전달을 위해 상기 그라운드 어셈블리로부터 수신된 데이터를 처리하는 단계를 더 포함하는, 차량 충전 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 제1 신호, 상기 제2 신호, 및 상기 충전 신호에 관련된 측정치들을 처리를 위해 디지털 인터페이스에 제공하는 단계를 더 포함하는, 차량 충전 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 측정치들은 신호 강도, 스펙트럼 잡음 밀도에 대한 비트당 에너지의 비율, 주파수, 및 상기 차량 어셈블리 및 그라운드 어셈블리의 제1 및 제2 안테나 구조들에서의 진폭 및 위상 시프트 중 적어도 하나를 포함하는, 차량 충전 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    정렬 검출 및 폐쇄 루프 충전 시스템 관리 및 제어 중 적어도 하나를 위해 상기 디지털 인터페이스를 통해 상기 측정치들을 외부 프로세서에 전달하는 단계를 더 포함하는, 차량 충전 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 차량 어셈블리 상의 거의 실시간 전압 및 전류 측정치들, 상기 차량 어셈블리의 열 측정치들, 상기 차량 어셈블리를 포함하는 차량의 적재 또는 하역으로 인한 Z-갭 변화들, 그라운드 어셈블리 또는 차량 어셈블리 고장 경보들, 중간-충전 성능 이벤트들에 관한 경보들, 및 상기 차량 어셈블리에 관련된 추가적인 감지 데이터 중 적어도 하나를 상기 차량 어셈블리로부터 상기 그라운드 어셈블리로 전송하는 단계를 더 포함하는, 차량 충전 방법.
  33. 제21항에 있어서,
    충전 사이클의 스테이지 또는 신호 품질의 임계치가 초과되었는지 여부에 따라 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 협대역 또는 광대역 신호들 중 어느 하나로서 구성하는 단계를 더 포함하는, 차량 충전 방법.
  34. 제21항에 있어서,
    상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 비동기 확산 스펙트럼 신호로서 구성하는 단계를 더 포함하는, 차량 충전 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전송/수신 시스템들이 신호들과 동일 채널 간섭을 구별할 수 있게 하는 코드 시퀀스들을 상기 제1 및 제2 전송/수신 시스템들 사이에서 전송하는 단계를 더 포함하는, 차량 충전 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 코드 시퀀스들을 전송하는 단계는 상보적인 코드 시퀀스들을 전송하는 단계를 포함하는, 차량 충전 방법.
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