KR20220101117A - 무선 충전 수신단, 시스템 및 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 출원은 무선 충전 수신단, 시스템 및 제어 방법을 제공하며, 무선 충전 기술 분야에 관한 것이다. 무선 충전 수신단은 수신기 코일, 보상 네트워크, 전력 변환기 및 수신단 컨트롤러를 포함한다. 수신기 코일은 송신단에 의해 송신된 교류 자기장을 교류로 변환하고, 교류를 보상 네트워크로 송신한다. 보상 네트워크는 교류를 보상하고, 이후 보상된 교류를 전력 변환기로 송신한다. 전력 변환기는 보상된 교류를 부하를 충전하기 위한 직류로 정류한다. 수신단 컨트롤러는 전력 변환기의 입력 전류와 입력 기준 전류에 기초해서 송신단의 기준 신호를 획득하고, 송신단의 기준 신호를 송신단 컨트롤러에 송신해서, 송신단 컨트롤러가 송신단의 기준 신호에 기초해서 송신단을 제어하게 한다. 수신단이 수신단의 전력 변환기의 입력 전류를 제어하기 때문에, 수신단의 전력 변환기의 입력 전류의 과전류가 방지될 수 있어서, 수신단의 전력 변환기를 보호하고, 무선 충전 시스템의 신뢰도를 향상시킨다.

Description

무선 충전 수신기, 시스템 및 제어 방법
본 출원은 무선 충전 기술 분야에 관한 것이며, 특히 무선 충전 수신단, 시스템 및 제어 방법에 관한 것이다.
현대 사회에서 에너지 부족과 환경 오염이 심화됨에 따라서, 새로운 에너지 자동차로서 전기 자동차가 널리 주목받고 있다. 전기 자동차는 차량에 장착된 배터리 팩을 에너지로 사용해서 주행한다.
현재 전기 자동차의 충전 모드는 접촉 충전과 무선 충전이 있다. 무선 충전 모드는 사용이 간편하고, 스파크 및 감전 위험이 없어서, 향후 전기 자동차의 발전 방향이 되고 있다.
이하 도 1을 참조하면서 무선 충전 시스템의 작동 원리를 설명한다.
도 1은 무선 충전 시스템의 개략도이다.
무선 충전 시스템은 무선 충전 송신단(이하에서 줄여서 송신단이라 함) 및 무선 충전 수신단(이하에서 줄여서 수신단이라 함)을 포함한다. 일반적으로, 송신단은 땅에 있고 수신단은 차량에 있다.
송신단은 인버터(H1), 송신단 보상 네트워크(100) 및 송신기 코일(Lp)을 포함한다.
예를 들어, 인버터(H1)는 풀 브리지 인버터이다. 인버터(H1)는 4개의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터(S1 내지 S4)를 포함할 수 있고, 인버터(H1)는 직류 전원에 의해 출력되는 직류를 교류로 인버터한다.
송신단 보상 네트워크(100)는 인버터(H1)에 의해 출력되는 교류를 보상하고, 보상된 교류를 송신기 코일(Lp)로 송신한다.
송신기 코일(Lp)은 송신단 보상 네트워크(100)가 보상하는 교류를 교류 자기장의 형태로 송신한다.
수신단은 수신기 코일(Ls), 수신단 보상 네트워크(200) 및 전력 변환기(H2)를 포함한다.
수신기 코일(Ls)은 송신기 코일(Lp)에 의해 방출된 전자기 에너지를 교류 자기장의 형태로 수신한다.
수신단 보상 네트워크(200)는 수신기 코일(Ls)에 의해 수신된 교류를 보상하고, 보상된 교류를 전력 변환기(H2)로 송신한다.
예를 들어, 전력 변환기(H2)는 풀 브리지 정류기이다. 전력 변환기(H2)는 4개의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터(Q1 내지 Q4)를 포함할 수 있고, 수신단 보상 네트워크(200)가 보상하는 교류를, 부하를 충전하기 위해서 직류로 변환하도록 구성된다. 전기 자동차의 부하는 차량 탑재형 전력 배터리 팩이다.
송신단 컨트롤러(101)는 인버터의 스위칭 트랜지스터를 제어하고, 수신단 컨트롤러(201)는 정류기의 스위칭 트랜지스터를 제어한다.
수신단 통신 모듈(300)은 송신단 통신 모듈(400)과 무선 통신을 수행한다.
무선 충전 시에는, 수신단의 전력 변환기의 입력 전류가 제어 및 보호되지 않기 때문에, 전력 변환기의 입력 전류가 과전류가 되면 전력 변환기가 파손되고, 무선 충전 시스템의 신뢰성도가 저하된다.
전술한 기술적 문제를 해결하기 위하여, 본 출원은 수신단의 전력 변환기의 입력 전류의 과전류를 방지해서 수신단의 전력 변환기를 보호함으로써, 무선 충전 시스템의 신뢰도를 향상시킨 무선 충전 수신단, 시스템 및 제어 방법을 제공한다.
본 출원에서 제공되는 무선 충전 수신단은, 수신기 코일의 무선 유도를 통해서, 송신단이 송신한 교류 자기장을 부하를 충전하기 위한 직류로 변환한다. 무선 충전 수신단과 무선 충전 송신단이 전기 자동차 분야에 적용되면, 송신단은 땅에 위치되고, 수신단은 차량에 위치되며, 수신단은 전기 자동차의 차량 탑재형 전력 배터리 팩을 충전한다. 나아가, 무선 충전 수신단 및 무선 충전 송신단은 또한 다른 기술 분야, 예를 들어 무인 항공기를 무선으로 충전하는 기술 분야에 적용될 수도 있다.
제 1 양태에 따르면, 본 출원은 무선 충전 수신단을 제공한다. 수신단은 수신기 코일, 보상 네트워크, 전력 변환기 및 수신단 컨트롤러를 포함한다. 수신기 코일은, 송신단에 의해 송신된 교류 자기장을 교류로 변환하고, 교류를 보상 네트워크에 송신하도록 구성된다. 보상 네트워크는, 교류를 보상하고, 보상된 교류를 전력 변환기에 송신하도록 구성된다. 전력 변환기는, 보상된 교류를 부하를 충전하기 위한 직류로 정류하도록 구성된다. 수신단 컨트롤러는, 전력 변환기의 입력 전류 및 입력 기준 전류에 기초해서 송신단의 기준 신호를 획득하고, 송신단의 기준 신호를 송신단 컨트롤러에 송신해서, 송신단 컨트롤러가 송신단의 기준 신호에 기초해서 송신단을 제어하게 하도록 구성된다. 송신단의 기준 신호는, 송신기 코일 전류의 기준 신호일 수도 있고 또는 인버터의 출력 전압의 기준 신호일 수도 있다.
무선 충전 수신단이 수신단의 전력 변환기의 입력 전류를 제어하기 때문에, 수신단의 전력 변환기의 입력 전류의 과전류가 방지될 수 있어서, 수신단의 전력 변환기를 보호하고, 무선 충전 시스템의 신뢰도를 향상시킨다.
제 1 양태를 참조하면, 제 1 가능한 구현예에서, 수신단 컨트롤러는, 전력 변환기의 입력 전류와 입력 기준 전류 사이의 차이에 기초해서 송신단의 송신기 코일 전류의 기준 신호를 획득하고, 송신기 코일 전류의 기준 신호를 송신단 컨트롤러에 송신해서, 송신단 컨트롤러가 송신기 코일 전류의 기준 신호에 기초해서 송신단의 인버터를 제어하게 하도록, 구성된다.
전력 변환기의 입력 전류와 입력 기준 전류 사이에 차이가 있는 경우, 이 차이는 정류기의 입력 전류의 오차 상태를 반영할 수 있다. 예를 들어, 이 차이는 입력 기준 전류에서 입력 전류를 뺀 값이다. 차이가 음의 값이면, 즉 입력 전류가 입력 기준 전류보다 크면, 정류기의 입력 전류는 과전류일 수 있다. 따라서, 정류기의 입력 전류를 줄여야 한다. 차이가 양수이면, 즉 입력 전류가 입력 기준 전류보다 작으면, 정류기의 입력 전류는 증가될 수 있다.
송신기 코일 전류가 전력 변환기의 입력 전류에 비례하기 때문에, 송신기 코일 전류는 입력 전류를 제어하도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 인버터가 풀 브리지 인버터인 경우, 송신단 컨트롤러는 제어 가능한 스위칭 트랜지스터의 구동 신호의 듀티 사이클을 조정하거나, 두 브리지 암들 사이의 위상 시프트 각도를 조정하거나, 혹은 제어 가능한 스위칭 트랜지스터의 구동 신호의 듀티 사이클과 두 브리지 암들 사이의 위상 시프트 각도를 모두 조정해서, 입력 전류를 제어한다.
제 1 양태 또는 가능한 구현예 중 어느 하나를 참조해서, 제 2 가능한 구현예에서, 수신단 컨트롤러는, 전력 변환기의 입력 전류와 입력 기준 전류 사이의 차이에 기초해서, 송신단의 인버터의 출력 전압의 기준 신호를 획득하고, 인버터의 출력 전압의 기준 신호를 송신단 컨트롤러에 송신해서, 송신단 컨트롤러가 인버터의 출력 전압의 기준 신호에 기초해서 송신단의 인버터를 제어하게 하도록 구성된다. 인버터의 출력 전압이 조정됨으로써 전력 변환기의 입력 전류를 조정한다.
제 1 양태 또는 가능한 구현예 중 어느 하나를 참조해서, 제 3 가능한 구현예에서, 수신단 컨트롤러는, 전력 변환기의 입력 전류와 입력 기준 전류 사이의 차이를 획득하도록 더 구성된다. 예를 들어, 연산 증폭기는 수신단 컨트롤러에 통합될 수도 있으며, 연산 증폭기는 전력 변환기의 입력 전류와 입력 기준 전류 사이의 차이를 획득한다.
제 1 양태 또는 가능한 구현예 중 어느 하나를 참조해서, 제 4 가능한 구현예에서, 수신단은 제 1 연산 증폭기를 더 포함한다. 제 1 연산 증폭기의 제 1 입력단은 전력 변환기의 입력 전류에 접속되고, 제 1 연산 증폭기의 제 2 입력단은 입력 기준 전류에 접속되며, 제 1 연산 증폭기의 출력단은 수신단 컨트롤러에 접속된다. 제 1 연산 증폭기는, 전력 변환기의 입력 전류와 입력 기준 전류 사이의 차이를 획득하고, 차이를 수신단 컨트롤러에 송신하도록 구성된다. 이 경우, 제 1 연산 증폭기는 독립적으로 배치된다.
제 1 연산 증폭기의 전술한 기능은 하드웨어 비용을 절감하기 위해 소프트웨어로 구현될 수 있고, 소프트웨어는 수신단 컨트롤러에 의해 실행될 수 있다는 것을 이해할 수 있다.
제 1 양태 또는 가능한 구현예 중 어느 하나를 참조해서, 제 5 가능한 구현예에서, 수신단 컨트롤러는, 부하의 충전 파라미터와 충전 기준 파라미터 사이의 비교 결과에 기초해서, 전력 변환기의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터의 구동 신호를 획득하고, 구동 신호에 기초해서, 전력 변환기의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터를 구동하도록 더 구성되며, 충전 파라미터는 충전 전류, 충전 전압 및 충전 전력 중 어느 하나이다.
따라서, 수신단은, 수신단의 전력 변환기의 입력 전류가 과전류되는 것을 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 전력 변환기에 의해 부하로 출력되는 충전 파라미터를 제어해서 부하를 보호하고, 부하의 무선 충전 효율을 개선할 수 있다.
제 1 양태 또는 가능한 구현예 중 어느 하나를 참조해서, 제 6 가능한 구현예에서, 충전 파라미터가 충전 전류인 경우, 수신단 컨트롤러는 구체적으로, 전력 변환기의 출력 전류와 출력 기준 전류 사이의 차이에 기초해서, 전력 변환기의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터의 구동 신호를 획득하고, 구동 신호에 기초해서 전력 변환기의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터를 구동하도록 구성된다.
따라서, 전력 변환기의 출력 전류는 출력 기준 전류에 기초해서 최적의 동작 범위로 제어되어 부하의 충전 효율을 향상시킬 수 있다.
상이한 부하에 대응하는 전력 변환기의 입력 전류는 사전에 결정될 수 있고, 대응은 테이블에 저장된다. 제어 과정에서, 전력 변환기의 입력 전류의 기준값은 테이블 룩업 방식을 이용해서, 송신기 코일 및 수신기 코일과 부하의 결합 계수에 기초해서 결정된다.
다른 방안으로, 송신기 코일 전류와 전력 변환기의 입력 전류의 기준 값의 전류 조합은 사전에 결정될 수 있으며, 여기서 전류 조합은, 전력 변환기의 입력 전류가 과전류가 아니며 충전 효율이 최적(더 높음)이라는 요건을 충족할 수 있으며, 이 전류 조합이 테이블에 저장된다. 따라서, 제어 과정에서, 정류기의 입력 전류의 기준값은 테이블 룩업 방식을 이용해서, 송신기 코일 및 수신기 코일과 부하의 결합 계수에 기초해서 결정될 수 있고, 정류기의 입력 전류에 대응하는 송신기 코일 전류는 테이블 룩업 방식을 이용해서 더 결정될 수 있다.
제 1 양태 또는 가능한 구현예 중 어느 하나를 참조해서, 제 7 가능한 구현예에서, 수신단 컨트롤러는, 전력 변환기의 출력 전류와 출력 기준 전류 사이의 차이를 획득하도록 더 구성된다. 예를 들어, 연산 증폭기는 수신단 컨트롤러에 통합될 수도 있으며, 연산 증폭기는 전력 변환기의 입력 전류와 출력 기준 전류 사이의 차이를 획득한다.
제 1 양태 또는 가능한 구현예 중 어느 하나를 참조해서, 제 8 가능한 구현예에서, 수신단 컨트롤러는 제 2 연산 증폭기를 더 포함한다. 제 2 연산 증폭기의 제 1 입력단은 전력 변환기의 출력 전류에 접속되고, 제 2 연산 증폭기의 제 2 입력단은 출력 기준 전류에 접속되며, 제 2 연산 증폭기의 출력단은 수신단 컨트롤러에 접속된다. 제 2 연산 증폭기는, 전력 변환기의 상기 출력 전류와 출력 기준 전류 사이의 차이를 획득하고, 차이를 수신단 컨트롤러에 송신하도록 구성된다. 이 경우, 제 2 연산 증폭기는 수신단 컨트롤러에 독립적으로 배치된다.
나아가, 제 2 연산 증폭기의 전술한 기능은 하드웨어 비용을 절감하기 위해 소프트웨어로 구현될 수 있고, 소프트웨어는 수신단 컨트롤러에 의해 실행될 수 있다.
제 1 양태 또는 가능한 구현예 중 어느 하나를 참조해서, 제 9 가능한 구현예에서, 수신단 컨트롤러는, 전력 변환기의 출력 전압과 출력 기준 전압 사이의 차이에 기초해서 수신기 코일 전류의 기준 신호를 획득하고, 수신기 코일 전류의 기준 신호와 수신기 코일의 샘플링 전류 사이의 차이에 기초해서 전력 변환기의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터의 구동 신호를 출력하며, 구동 신호에 기초해서 전력 변환기의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터를 구동하도록 구성된다.
실제로, 전력 변환기의 출력 전압은 출력 기준 전압에 기초해서 최적의 동작 범위로 제어되어서, 부하의 충전 효율을 향상시킬 수 있다.
제 1 양태 또는 가능한 구현예 중 어느 하나를 참조해서, 제 10 가능한 구현예에서, 수신단 컨트롤러는, 전력 변환기의 출력 전압과 출력 기준 전압 사이의 차이를 획득하도록 더 구성된다. 예를 들어, 연산 증폭기는 수신단 컨트롤러에 통합될 수도 있으며, 연산 증폭기는 전력 변환기의 출력 전압와 출력 기준 전압 사이의 차이를 획득한다.
제 1 양태 또는 가능한 구현예 중 어느 하나를 참조해서, 제 11 가능한 구현예에서, 수신단 컨트롤러는 제 3 연산 증폭기를 더 포함한다. 제 3 연산 증폭기의 제 1 입력단은 전력 변환기의 출력 전압에 접속되고, 제 3 연산 증폭기의 제 2 입력단은 출력 기준 전압에 접속되며, 제 3 연산 증폭기의 출력단은 수신단 컨트롤러에 접속된다. 제 3 연산 증폭기는, 전력 변환기의 출력 전압과 출력 기준 전압 사이의 차이를 획득하고, 차이를 수신단 컨트롤러로 송신하도록 구성된다. 이 경우, 제 3 연산 증폭기는 수신단 컨트롤러에 독립적으로 배치된다.
제 3 연산 증폭기의 전술한 기능은 하드웨어 비용을 절감하기 위해 소프트웨어로 구현될 수 있고, 소프트웨어는 수신단 컨트롤러에 의해 실행될 수 있다는 것을 이해할 수 있다.
제 1 양태 또는 가능한 구현예 중 어느 하나를 참조해서, 제 12 가능한 구현예에서, 수신단 컨트롤러는, 수신기 코일 전류의 기준 신호와 수신기 코일의 샘플링 전류 사이의 차이를 획득하도록 더 구성된다.
무선 충전 수신단은 수신기 코일 전류를 추가로 제어하여 수신기 코일의 과전류를 방지하고 수신기 코일의 신뢰도를 향상시킨다.
제 1 양태 또는 가능한 구현예 중 어느 하나를 참조해서, 제 13 가능한 구현예에서, 무선 충전 수신단은 제 4 연산 증폭기를 더 포함한다. 제 4 연산 증폭기의 제 1 입력단은 수신기 코일의 샘플링 전류에 접속되고, 제 4 연산 증폭기의 제 2 입력단은 수신기 코일 전류의 기준 신호에 접속되며, 제 4 연산 증폭기의 출력단은 수신단 컨트롤러에 접속된다. 제 4 연산 증폭기는, 수신기 코일 전류의 기준 신호와 수신기 코일의 샘플링 전류 사이의 차이를 획득하고, 차이를 수신단 컨트롤러에 송신하도록 구성된다. 이 경우, 제 4 연산 증폭기는 무선 충전 수신단에 독립적으로 배치된다.
제 4 연산 증폭기는 독립적으로 배치될 수도 있고, 혹은 수신단 컨트롤러에 통합될 수도 있다는 것을 이해할 수 있다. 제 4 연산 증폭기의 전술한 기능은 하드웨어 비용을 절감하기 위해서 소프트웨어에 의해 구현될 수 있고, 소프트웨어는 수신단 컨트롤러에 의해 실행될 수 있다.
제 1 양태 또는 가능한 구현예 중 어느 하나를 참조해서, 제 14 가능한 구현예에서, 전력 변환기는 정류기를 포함한다. 정류기의 입력단은 보상 네트워크의 출력단에 접속되고, 정류기의 출력단은 부하에 접속된다. 정류기는 제어 가능한 스위칭 트랜지스터를 포함하는 풀 브리지 정류기 또는 하프 브리지 정류기이다.
인버터가 풀 브리지 인버터이고, 각각의 브리지 암이 제어 가능한 스위칭 트랜지스터를 포함하는 경우, 수신단 컨트롤러는 제어 가능한 스위칭 트랜지스터의 구동 신호의 듀티 사이클을 조정할 수도 있고, 두 브리지 암들 사이의 위상 시프트 각도를 조정할 수도 있으며, 혹은 구동 신호의 듀티 사이클과 두 브리지들 암 사이의 위상 시프트 각도를 모두 조정할 수도 있다.
정류기가 하프 브리지 정류기이고 제어 가능한 스위칭 트랜지스터를 포함하는 경우, 수신단 컨트롤러는 제어 가능한 스위칭 트랜지스터의 구동 신호의 듀티 사이클을 조정해서 전력 변환기의 출력 전류를 제어할 수 있다.
제 1 양태 또는 가능한 구현예 중 어느 하나를 참조해서, 제 15 가능한 구현예에서, 전력 변환기는 정류기 및 DC-DC 회로를 포함한다. 정류기의 입력단은 보상 네트워크의 출력단에 접속되고, 정류기의 출력단은 DC-DC 회로의 입력단에 접속되며, DC-DC 회로의 출력단은 상기 부하에 접속된다. 정류기의 모든 스위칭 트랜지스터는 다이오드이고, DC-DC 회로는 제어 가능한 스위칭 트랜지스터를 포함한다.
DC-DC 회로는 벅(buck) 회로, 부스트(boost) 회로, 벅-부스트(buck-boost) 회로 등이 될 수 있다. 이것은 본 출원의 이 실시예에서 특별히 한정되는 것은 아니다.
제 2 양태에 따라서, 본 출원은 무선 충전 시스템을 제공한다. 이 시스템은, 송신단, 및 제 1 양태 또는 가능한 구현예 중 어느 하나에 따른 수신단을 포함한다. 송신단은 인버터, 송신단 보상 네트워크, 송신기 코일, 및 송신단 컨트롤러를 포함한다. 인버터는, 직류를 교류로 반전시키고, 교류를 송신단 보상 네트워크에 송신한다. 송신단 보상 네트워크는, 교류를 보상하고, 이후 보상된 교류를 송신기 코일에 송신한다. 송신기 코일은 보상된 교류를 교류 자기장의 형태로 송신한다. 송신단 컨트롤러는, 수신단 컨트롤러에 의해 송신된 송신단의 기준 신호를 수신하고, 송신단의 기준 신호에 기초해서 송신단을 제어하도록 구성된다.
송신단은 역률 보정 회로를 더 포함할 수 있다. 역률 보정 회로의 출력단은 인버터의 입력단에 접속되고, 역률 보정 회로는 인버터에 특정 범위에서 조정될 수 있는 직류 전압을 제공한다. 또한, 역률 보정 회로에 의해 출력되는 전압 범위가, 인버터가 요구하는 입력 전압의 전압 조정 범위를 만족하지 않는 경우에는, 인버터 앞에 DC-DC 변환 회로가 추가되어서 인버터의 입력 전압 범위를 조정할 수 있다.
무선 충전 시스템의 수신단이 수신단의 전력 변환기의 입력 전류를 제어하기 때문에, 수신단의 전력 변환기의 입력 전류의 과전류가 방지될 수 있어서, 수신단의 전력 변환기를 보호하고, 무선 충전 시스템의 신뢰도를 향상시킨다.
제 2 양태를 참조하면, 제 1 가능한 구현예에서, 송신단의 기준 신호는 송신기 코일 전류의 기준 신호이다. 송신단 컨트롤러는, 송신기 코일 전류의 기준 신호에 기초해서 인버터를 제어하도록 구성된다.
제 2 양태 또는 전술한 구현예 중 어느 하나를 참조해서, 제 2 가능한 구현예에서, 송신단의 기준 신호는 인버터의 출력 전압의 기준 신호이다. 송신단 컨트롤러는, 인버터의 출력 전압의 기준 신호에 기초해서, 인버터를 제어하도록 구성된다.
제 3 양태에 따라서, 본 출원의 실시예는 무선 충전 제어 방법을 더 제공한다. 이 방법은 무선 충전 수신단에 적용된다. 수신단은 수신기 코일, 수신단 보상 네트워크, 전력 변환기 및 수신단 컨트롤러를 포함한다. 수신단의 설명은 전술한 구현예를 참조한다. 이 방법은, 전력 변환기의 입력 전류와 입력 기준 전류 사이의 비교 결과에 기초해서 송신단의 기준 신호를 획득하는 단계와, 송신단의 기준 신호를 송신단 컨트롤러로 송신해서, 송신단 컨트롤러가 송신단의 기준 신호에 기초해서 송신단을 제어하게 하는 단계를 포함한다. 송신단의 기준 신호는, 송신기 코일 전류의 기준 신호일 수도 있고 또는 인버터의 출력 전압의 기준 신호일 수도 있다.
제어 방법에 따르면, 무선 충전 수신단이 수신단의 전력 변환기의 입력 전류를 제어하기 때문에, 수신단의 전력 변환기의 입력 전류의 과전류를 방지해서, 수신단의 전력 변환기를 보호할 수 있고, 무선 충전 시스템의 신뢰도를 향상시킨다.
제 3 양태를 참조하면, 제 1 가능한 구현예에서, 송신단에서의 기준 신호는 구체적으로 송신기 코일 전류의 기준 신호이다. 이 방법은 구체적으로, 전력 변환기의 입력 전류와 입력 기준 전류 사이의 차이에 기초해서 송신단의 송신기 코일 전류의 기준 신호를 획득하는 단계와, 송신기 코일 전류의 기준 신호를 송신단 컨트롤러로 송신해서, 송신단 컨트롤러가 송신기 코일 전류의 기준 신호에 기초해서 송신단의 인버터를 제어하게 하는 단계를 포함한다.
송신기 코일 전류가 전력 변환기의 입력 전류에 비례하기 때문에, 송신기 코일 전류가 조정되어서 입력 전류를 제어할 수 있다.
제 3 양태 또는 가능한 구현예 중 어느 하나를 참조하면, 제 2 가능한 구현예에서, 송신단에서의 기준 신호는 구체적으로 인버터의 출력 전압의 기준 신호이다. 이 방법은, 구체적으로, 전력 변환기의 입력 전류와 입력 기준 전류의 차이에 기초해서 송신단의 인버터의 출력 전압의 기준 신호를 획득하는 단계와, 인버터의 출력 전압의 기준 신호를 송신단 컨트롤러에 송신해서, 송신단 컨트롤러가 인버터의 출력 전압의 기준 신호에 기초해서 송신단의 인버터를 제어하게 하는 단계를 포함한다.
제 3 양태 또는 가능한 구현들 중 어느 하나를 참조해서, 제 3 가능한 구현예에서, 충전 파라미터가 충전 전류인 경우, 부하의 충전 파라미터와 충전 기준 파라미터 사이의 비교 결과에 기초해서, 전력 변환기의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터의 구동 신호를 획득하는 단계는 구체적으로, 전력 변환기의 출력 전류와 출력 기준 전류 사이의 차이에 기초해서, 전력 변환기의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터의 구동 신호를 획득하는 단계와, 구동 신호에 기초해서, 전력 변환기의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터를 구동하는 단계를 포함한다.
따라서, 전력 변환기의 출력 전류는 출력 기준 전류에 기초해서 최적의 동작 범위로 제어되어서, 부하의 충전 효율을 향상시킬 수 있다.
제 3 양태 또는 가능한 구현들 중 어느 하나를 참조해서, 제 4 가능한 구현예에서, 충전 파라미터가 충전 전압인 경우, 부하의 충전 파라미터와 충전 기준 파라미터 사이의 비교 결과에 기초해서, 전력 변환기의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터의 구동 신호를 획득하는 단계는, 전력 변환기의 출력 전압과 출력 기준 전압 사이의 차이에 기초해서, 수신기 코일 전류의 기준 신호를 획득하는 단계와, 수신기 코일 전류의 기준 신호와 수신기 코일의 샘플링 전류 사이의 차이에 기초해서 전력 변환기의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터의 구동 신호를 획득하는 단계와, 구동 신호에 기초해서, 전력 변환기의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터를 구동하는 단계를 포함한다.
실제로, 전력 변환기의 출력 전압은 출력 기준 전압에 기초해서 최적의 동작 범위로 제어되어 부하의 충전 효율을 향상시킬 수 있다.
본 출원은 적어도 다음과 같은 이점을 갖는다.
본 출원에서 제공되는 무선 충전 수신단의 컨트롤러는, 수신단의 전력 변환기의 입력 전류와 입력 기준 전류 사이의 비교 결과에 기초해서, 송신단의 기준 신호를 획득하고, 송신단의 기준 신호를 송신단 컨트롤러로 송신해서, 송신단 컨트롤러가 송신단의 기준 신호에 기초해서 송신단을 제어하게 하고, 예를 들어, 송신단 컨트롤러는 송신단의 인버터의 구동 신호를 조정해서, 수신단의 전력 변환기의 입력 전류를 조정할 수 있다. 수신단의 전력 변환기의 입력 전류가 제어되기 때문에, 수신단의 전력 변환기의 입력 전류의 과전류가 방지될 수 있어서, 수신단의 전력 변환기를 보호하고 무선 충전 시스템의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 무선 충전 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 출원에 따른 전기 자동차 무선 충전 시스템의 개략도이다.
도 3은, 도 2에 제공된 전기 자동차 무선 충전 시스템의 구조의 개략도이다.
도 4는, 본 출원의 실시예에 따른 무선 충전 수신단에 대응하는 시스템의 개략도이다.
도 5는 본 출원의 실시예에 따른 다른 무선 충전 수신단에 대응하는 시스템의 개략도이다.
도 6은, 도 5에 도시된 전력 변환기의 구동 시간 시퀀스의 개략도이다.
도 7a는 본 출원의 실시예에 따른 전력 변환기의 개략도이다.
도 7b는 본 출원의 실시예에 따른 다른 전력 변환기의 개략도이다.
도 7c는 본 출원의 실시예에 따른 또 다른 전력 변환기의 개략도이다.
도 7d는 본 출원의 실시예에 따른 또 다른 전력 변환기의 개략도이다.
도 7e는 본 출원의 실시예에 따른 또 다른 전력 변환기의 개략도이다.
도 7f는 본 출원의 실시예에 따른 또 다른 전력 변환기의 개략도이다.
도 8a는 본 출원의 실시예에 따른 인버터의 개략도이다.
도 8b는 본 출원의 실시예에 따른 인버터에 대응하는 송신단의 개략도이다.
도 8c는 본 출원의 실시예에 따른 다른 인버터에 대응하는 송신단의 개략도이다.
도 9a는 본 출원의 실시예에 따른 송신단 보상 네트워크의 개략도이다.
도 9b는 본 출원의 실시예에 따른 다른 송신단 보상 네트워크의 개략도이다.
도 9c는 본 출원의 실시예에 따른 또 다른 송신단 보상 네트워크의 개략도이다.
도 10은 본 출원의 실시예에 따른 또 다른 무선 충전 수신단에 대응하는 시스템의 개략도이다.
도 11은 본 출원의 실시예에 따른 무선 충전 시스템의 개략도이다.
도 12는 본 출원의 실시예에 따른 무선 충전 제어 방법의 흐름도이다.
당업자가 본 출원의 실시예에서 제공되는 기술적 솔루션을 더 잘 이해할 수 있도록, 이하에서는 먼저, 무선 충전 송신 장치의 응용예 시나리오를 설명한다.
본 출원에서 제공되는 무선 충전 수신단은, 수신기 코일의 무선 유도를 통해서, 송신단이 송신한 교류 자기장을, 부하를 충전하기 위한 직류로 변환한다. 무선 충전 수신단과 무선 충전 송신단이 전기 자동차 분야에 적용될 때, 송신단은 땅에 위치되고, 수신단은 차량에 위치되며, 수신단은 전기 자동차의 차량 탑재형 전력 배터리 팩을 충전한다.
도 2는 본 출원에 따른 전기 자동차 무선 충전 시스템의 개략도이다.
무선 충전 수신단(1000a)은 전기 자동차(1000)에 위치되고, 무선 충전 송신단(1001a)은 땅의 무선 충전 스테이션(1001)에 위치된다.
현재, 무선 충전 시스템의 충전 과정은 무선 충전 수신단(1000a)과 무선 충전 송신단(1001a)이 무선의 형태로 전기 에너지를 완전히 전달해서, 전력 배터리 팩을 충전하는 것이다.
무선 충전 스테이션(1001)은 구체적으로 고정 무선 충전 스테이션, 고정 무선 충전 주차장, 무선 충전 도로 등일 수 있다. 무선 충전 송신단(1001a)은 땅에 배치될 수도 있고, 지하에 매설될 수도 있다(도면에서는 무선 충전 송신단(1001a)이 지하에 매설된 경우를 도시함).
무선 충전 수신단(1000a)은 전기 자동차(1000)의 하부에 통합될 수 있다. 전기 자동차(1000)가 무선 충전 송신단(1001a)의 무선 충전 범위에 진입하면, 전기 자동차(1000)는 무선 충전 방식으로 충전될 수 있다. 무선 충전 수신단(1000a)의 전력 수신 모듈과 정류 회로는 통합될 수도 있고 분리될 수도 있다. 이것은 본 출원에서 특별히 한정되는 것은 아니다. 전력 수신 모듈과 정류 회로가 분리되는 경우, 정류 회로의 정류기는 차량에 위치되는 것이 일반적이다.
무선 충전 송신단(1001a)에서 전력 송신 모듈과 인버터는 통합될 수도 있고 분리될 수도 있다. 나아가, 비접촉 충전은 무선 충전 수신단(1000a)과 무선 충전 송신단(1001a)이 전기장 결합 또는 자기장 결합을 통해 에너지를 방출하는 것일 수 있는데, 이는 구체적으로는 전기장 유도, 자기 유도, 자기 공명 또는 무선 복사일 수 있다. 이것은 본 출원의 이 실시예에서 특별히 한정되는 것은 아니다. 전기 자동차(1000)와 무선 충전 스테이션(1001)은 또한 양방향으로 충전될 수 있으며 즉, 무선 충전 스테이션(1001)은 충전 전원을 이용해서 전기 자동차(1000)를 충전하고, 전기 자동차(1000)도 충전 전원으로 전력을 방전할 수도 있다.
도 3은 도 2에 제공된 전기 자동차 무선 충전 시스템의 구조의 개략도이다.
도면에 도시된 무선 충전 송신단(1001a)은 송신 변환 모듈(1001a1), 전력 송신 모듈(1001a2), 송신 제어 모듈(1001a3), 통신 모듈(1001a4), 인증 관리 모듈(1001a5) 및 저장 모듈(1001a6)을 포함한다.
무선 충전 수신단(1000a)은 전력 수신 모듈(1000a2), 수신 제어 모듈(1000a3), 수신 변환 모듈(1000a1), 차량 통신 모듈(1000a4), 에너지 저장 관리 모듈(1000a5) 및 에너지 저장 모듈(1000a6)을 포함한다. 나아가, 수신 변환 모듈(1000a1)은 에너지 저장 관리 모듈(1000a5)을 사용해서 에너지 저장 모듈(1000a6)에 접속될 수 있고, 수신한 에너지를 사용해서 에너지 저장 모듈(1000a6)을 충전해서 전기 자동차를 구동할 수 있다. 에너지 저장 관리 모듈(1000a5) 및 에너지 저장 모듈(1000a6)은 무선 충전 수신단(1000a) 내부에 위치될 수도 있고, 혹은 무선 충전 수신단(1000a) 외부에 위치될 수도 있다. 이것은 본 출원의 이 실시예에서 특별히 한정되는 것은 아니다. 전력 수신 모듈(1000a2)은 수신기 코일을 포함한다.
송신 변환 모듈(1001a1)은 외부 전원에 접속되어 외부 전원으로부터 얻은 교류 또는 직류를 고주파 교류로 변환할 수 있다. 외부 전원의 입력이 교류인 경우, 송신 변환 모듈(1001a1)은 적어도 역률(power factor) 보정 유닛 및 인버터를 포함한다. 외부 전원의 입력이 직류인 경우, 송신 변환 모듈(1001a1)은 적어도 인버터를 포함한다. 역률 보정 유닛은, 무선 충전 시스템의 입력 전류 위상을 전력망 전압 위상과 일치시키고, 무선 충전 시스템의 고조파 성분을 감소시키며, 역률 값을 증가시켜서, 전력망에 대한 무선 충전 시스템의 오염을 감소시키고, 신뢰도를 향상시킨다. 역률 보정 유닛은 포스트-스테이지 요건(post-stage requirement)에 기초해서 역률 보정 유닛의 출력 전압을 더 증가시키거나 혹은 더 감소시킬 수 있다. 인버터는, 역률 보정 유닛에 의해 출력되는 전압을 고주파 교류 전압으로 변환하고, 이후에 이 고주파 교류 전압을 전력 송신 모듈(1001a2)에 인가한다. 고주파 교류 전압은 송신 효율과 송신 거리를 향상시킬 수 있다. 외부 전원은 무선 충전 송신단(1001a) 내부에 위치될 수도 있고 또는 외부에 위치될 수도 있다.
전력 송신 모듈(1001a2)은 송신 변환 모듈(1001a1)에 의해 출력되는 교류를, 교류 자기장의 형태로 송신하도록 구성된다. 전력 송신 모듈(1001a2)은 송신기 코일을 포함한다.
송신 제어 모듈(1001a3)은, 무선 충전을 위한 실제 송신 전력 요건에 따라서, 송신 변환 모듈(1001a1)의 전압, 전류 및 주파수 변환 파라미터 조정을 제어해서, 전력 송신 안테나(1001a2)의 고주파 교류의 전압 및 전류 출력 조정을 제어할 수 있다.
통신 모듈(1001a4) 및 차량 통신 모듈(1000a4)은 무선 충전 송신단(1001a)과 무선 충전 수신단(1000a) 사이에서, 전력 제어 정보, 고장 보호 정보, 전원 온/오프 정보, 상호 인증 정보 등을 포함한, 무선 통신을 구현한다. 무선 충전 송신단(1001a)은, 무선 충전 수신단(1000a)이 송신한 전기 자동차에 관한, 속성 정보, 충전 요청 및 상호 인증 정보와 같은 정보를 수신할 수 있다. 나아가, 무선 충전 송신단(1001a)은 무선 충전 송신 제어 정보, 상호 인증 정보, 무선 충전 이력 데이터 정보 등을 무선 충전 수신단(1000a)으로 더 송신할 수 있다. 구체적으로, 전술한 무선 통신의 방식은 블루투스(Bluetooth), 와이파이(Wireless-Fidelity, Wi-Fi), 지그비(Zigbee) 프로토콜, 무선 주파수 식별(Radio Frequency Identification, RFID) 기술, 장거리(Long Range, Lora) 무선 기술, 및 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC) 기술 중 어느 하나 또는 임의의 조합을 포함할 수 있지만 이것으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 통신 모듈(1001a4)은 전기 자동차를 소유한 사용자의 지능형 단말과 더 통신할 수도 있으며, 사용자는 통신 기능을 사용해서 원격 인증 및 사용자 정보 송신을 구현한다.
인증 관리 모듈(1001a5)은 무선 충전 시스템에서 무선 충전 송신단(1001a)과 전기 자동차 사이의 상호 인증 및 권한 관리를 수행하도록 구성된다.
저장 모듈(1001a6)은, 무선 충전 송신 장치(1001a)의 충전 처리 데이터, 상호 인증 데이터(예를 들어, 상호 인증 정보) 및 권한 관리 데이터(예를 들어, 권한 관리 정보)를 저장하도록 구성된다. 상호 인증 데이터와 권한 관리 데이터는, 출하 시 설정될 수도 있고, 사용자에 의해 설정될 수도 있다. 이것은 본 출원의 이 실시예에서 특별히 한정되는 것은 아니다.
전력 수신 모듈(1000a2)은, 전력 송신 모듈(1001a2)에 의해 방출된 전자기 에너지를 교류 자기장의 형태로 수신한다. 무선 충전 시스템에서 전력 송신 모듈(1001a2)과 전력 수신 모듈(1000a2)의 보상 회로 구조의 조합은 S-S 타입, P-P 타입, S-P 타입, P-S 타입, LCL-LCL 타입, LCL-P 타입, LCC-LCC 타입 등의 형태이다. 이것은 본 출원의 이 실시예에서 특별히 한정되는 것은 아니다. 무선 충전 송신단(1001a)과 무선 충전 수신단(1000a)의 역할은 서로 바뀔 수 있으며 즉, 결과적으로 무선 충전 수신단(1000a)이 무선 충전 송신단(1001a)을 충전할 수도 있다.
수신 변환 모듈(1000a1)은 전력 수신 모듈(1000a2)에 의해 수신된 전자기 에너지를, 에너지 저장 모듈(1000a6)을 충전하는데 필요한 직류로 변환한다. 수신 변환 모듈(1000a1)은 적어도 보상 회로 및 정류기를 포함한다. 정류기는, 전력 수신 모듈에서 수신한 고주파 공진 전류와 전압을 직류로 변환하는 역할을 한다.
수신 제어 모듈(1000a3)은, 실제 무선 충전 수신 전력 요건에 기초해서 수신 변환 모듈(1000a1)의 전압, 전류 및 주파수와 같은 파라미터를 조정할 수 있다.
무선 충전이 실제로 수행될 때, 송신단과 수신단의 제조사가 다를 수 있기 때문에, 예를 들어 공용 주차장에 설치된 송신 장치는, 차종 및 전력 레벨이 상이한 수신 장치와 연동해야 하며, 무선 충전 시스템의 동작에 대한 기본적인 제어를 구현하기 위해서는, 전력 송신 장치와 전력 수신 장치에 대한 제어를 최대한 분리(decouple)되어야 한다. 그러나, 수신단의 전력 변환기의 입력 전류는 제어 및 보호되지 않기 때문에, 전력 변환기의 입력 전류가 과전류가 되어서 전력 변환기가 파손될 수 있어서, 무선 충전 시스템의 신뢰성이 저하될 수 있다.
전술한 기술적 문제를 해결하기 위해서, 본 출원은 무선 충전 수신단, 시스템 및 제어 방법을 제공한다. 무선 충전 수신단의 컨트롤러는 수신단의 전력 변환기의 입력 전류와 입력 기준 전류의 비교 결과에 기초해서 송신단의 기준 신호를 획득하고, 이 송신단의 기준 신호를 송신해서, 송신단 컨트롤러가 이 송신단의 기준 신호에 기초해서 송신단을 제어하게 한다. 수신단의 전력 변환기의 입력 전류가 제어되기 때문에, 수신단의 전력 변환기의 입력 전류의 과전류를 방지할 수 있어, 수신단의 전력 변환기를 보호하고, 무선 충전 시스템의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
당업자가 본 출원의 기술적 솔루션을 더 잘 이해할 수 있도록, 이하에서는, 본 출원의 실시예의 첨부 도면을 참조해서 본 출원의 실시예의 기술적 솔루션을 명확하게 설명한다. 하기 실시예에서 "제 1" 및 "제 2"와 같은 용어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 본 출원을 한정하는 것은 아니라는 것을 이해할 수 있을 것이다.
수신단의 실시예 1
본 출원의 실시예는 무선 충전 수신단을 제공하는데, 이에 대해서는 첨부된 도면을 참조해서 후술한다.
도 4는 본 출원의 실시예에 따른 무선 충전 수신단에 대응하는 시스템의 개략도이다.
무선 충전 송신단은 인버터(H1), 송신단 보상 네트워크(100) 및 송신기 코일(Lp)을 포함한다. 송신단에 대한 설명은 도 1에 해당하는 설명을 참조한다. 본 출원의 이 실시예에서 세부 사항은 본 명세서에서 다시 설명하지는 않는다.
무선 충전 수신단은 수신기 코일(Ls), 수신단 보상 네트워크(200)(이하, 줄여서 보상 네트워크(200)라 함), 전력 변환기(H2) 및 수신단 컨트롤러(202)를 포함한다.
수신기 코일(Ls)은 송신단에 의해 송신된 교류 자기장을 교류로 변환하고, 이 교류를 보상 네트워크(200)에 송신하도록 구성된다.
보상 네트워크(200)는 이 교류를 보상하고, 보상된 교류를 전력 변환기(H2)로 송신한다.
전력 변환기(H2)는 보상된 교류를 직류로 정류해서 부하에 공급한다.
수신단 컨트롤러(202)는 전력 변환기(H2)의 입력 전류(Irec)와 입력 기준 전류 사이의 비교 결과에 기초해서, 송신단의 기준 신호를 획득하고, 송신단의 기준 신호를 송신단으로 송신해서, 송신단 컨트롤러(101)가 송신단의 기준 신호에 기초해서 송신단을 제어하게 한다.
수신단 컨트롤러(202)는 전류 센서를 이용해서 전력 변환기(H2)의 입력 전류(Irec)를 획득할 수 있다.
가능한 구현예에서, 모든 작동 상태에서 정류기의 입력 전류가 전력 변환기(H2)의 입력 전류의 최대 설계 값을 초과하지 않도록 하기 위해서, 고정 값이 입력 기준 전류로서 사용될 수 있으며, 이로써 전력 변환기의 입력 전류가 절대 과전류가 되지 않게 한다.
다른 가능한 구현예에서, 다양한 작동 상태에서 전력 변환기(H2)의 입력 전류의 최적 값(또는 상대적으로 최적인 값)이 사전에 결정되어서, 입력 기준 전류로서, 예를 들어 동일한 부하에서의 대응하는 전력 변환기(H2)의 최적의(또는 상대적으로 최적의) 입력 기준 전류로서 사용될 수도 있고, 또는 송신기 코일과 수신기 코일 사이의 결합 계수가 상이한 경우에 상이한 부하에서의 대응하는 전력 변환기(H2)의 최적의(또는 상대적으로 최적의) 입력 기준 전류로서 사용될 수도 있다. 입력 기준 전류를 결정하기 위한 기준은, 전력 변환기(H2)의 입력 전류가 과전류가 아니고, 수신단의 충전 효율에 대한 요건이 만족된다는 것, 즉 가장 높은(또는 비교적 높은) 충전 효율이 달성되는 것을 보장하는 것일 수 있다.
송신단의 기준 신호는 송신기 코일 전류의 기준 신호일 수도 있고 혹은 인버터(H1)의 출력 전압의 기준 신호일 수도 있다. 이것은 본 출원의 이 실시예에서 특별히 한정되는 것은 아니다.
실제 응용예에서, 송신단 컨트롤러(101)는 기준 신호에 기초해서 송신단의 인버터(H1)의 구동 신호를 조정해서, 수신단의 전력 변환기(H1)의 입력 전류를 조정할 수 있다. 예를 들어, 인버터(H1)가 제어 가능한 스위칭 트랜지스터를 포함하는 경우, 송신단 컨트롤러(101)는 송신단의 기준 신호에 기초해서 인버터(H1)의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터로 송신되는 구동 신호를 조정할 수 있다. 이 구동 신호는 PWM(펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation)) 신호일 수 있다.
송신단 컨트롤러(101)는 도 3의 송신 제어 모듈(1001a3)이고 수신단 컨트롤러(202)는 도 3의 수신 제어 모듈(1000a3)이라는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 출원의 이 실시예에서 제공되는 수신단 컨트롤러는 전력 변환기의 입력 전류와 입력 기준 전류 사이의 비교 결과에 기초해서 송신단의 기준 신호를 획득하고, 이 기준 신호를 송신단 컨트롤러에 송신해서, 송신단 컨트롤러가 송신단의 기준 신호에 기초해서 송신단을 제어하게 한다. 수신단의 전력 변환기의 입력 전류가 제어되기 때문에, 수신단의 전력 변환기의 입력 전류의 과전류를 방지할 수 있어서, 수신단의 전력 변환기를 보호하고, 무선 충전 시스템의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
이하에서는, 수신단 컨트롤러 및 송신단 컨트롤러의 작동 원리를 인버터 및 전력 변환기의 특정 구조를 참조하면서 설명한다.
수신단 컨트롤러는 전력 변환기(H2)의 입력 전류(Irec)와 입력 기준 전류의 비교 결과에 기초해서 송신단의 기준 신호를 획득한다. 송신단의 기준 신호는 송신기 코일 전류의 기준 신호일 수도 있고 또는 인버터(H1)의 출력 전압의 기준 신호일 수도 있다.
전력 변환기(H2)의 입력 전류(Irec)와 입력 기준 전류 사이에 차이가 있는 경우, 이 차이는 정류기의 입력 전류의 오차 상태를 반영할 수 있다. 예를 들어, 이 차이는 입력 기준 전류에서 Irec를 뺀 값이다. 차이가 음의 값이면, 즉 Irec가 입력 기준 전류보다 크면, 정류기의 입력 전류는 과전류일 수 있다. 따라서, 정류기의 입력 전류를 줄여야 한다. 차이가 양수이면, 즉 Irec가 입력 기준 전류보다 작으면, 정류기의 입력 전류는 증가될 수 있다.
Irec는, 수신단 보상 네트워크(200)가 수신기 코일 전류를 보상한 이후에 획득된다. 송신기 코일 전류는 전력 변환기(H2)의 입력 전류에 비례하기 때문에, 송신기 코일 전류가 Irec를 제어하도록 조정될 수 있다. 이하 자세히 설명한다.
송신단의 기준 신호가 송신기 코일 전류의 기준 신호인 경우에 사용되는 작동 원리가 먼저 설명된다.
수신단의 실시예 2
도 5는 본 출원의 실시예에 따른 다른 무선 충전 수신단에 대응하는 시스템의 개략도이다.
인버터(H1)는 풀 브리지 인버터로서, 제어 가능한 스위칭 트랜지스터(S1 내지 S4)를 포함한다. 전력 변환기(H2)는 풀 브리지 정류기로서, 제어 가능한 스위칭 트랜지스터(Q1 내지 Q4)를 포함한다.
인덕터(Lf1), 커패시터(Cf1) 및 커패시터(Cs1)는 송신단 보상 네트워크를 형성한다.
인덕터(Lf2), 커패시터(Cf2) 및 커패시터(Cs2)는 수신단 보상 네트워크를 형성한다.
수신단은 출력 필터링 커패시터(Co) 및 부하를 더 포함한다.
수신단 컨트롤러(202)는, 전력 변환기(H2)의 입력 전류(Irec)와 입력 기준 전류 사이의 차이에 기초해서 송신단의 송신기 코일 전류의 기준 신호(이하 Ipref라고 표시됨)를 획득하고, 송신기 코일 전류의 Ipref를 송신단 컨트롤러(101)에 송신해서, 송신단 컨트롤러(101)가 Ipref에 기초해서 송신단의 인버터(H1)를 제어하게 한다. 이하 자세히 설명한다.
수신단 컨트롤러(202)는 전류 센서를 이용해서 전력 변환기(H2)의 입력 전류(Irec)를 획득할 수 있다.
가능한 구현예에서, Irec와 입력 기준 전류 사이의 차이를 획득하기 위해, 수신단은 제 1 연산 증폭기를 더 포함할 수 있으며, 여기서 제 1 연산 증폭기의 제 1 입력단은 전력 변환기(H1)의 입력 전류 Irec에 접속되고, 제 1 연산 증폭기의 제 2 입력단은 입력 기준 전류에 접속되며, 제 1 연산 증폭기의 출력단은 수신단 컨트롤러(202)에 접속된다.
제 1 연산 증폭기는 Irec와 입력 기준 전류 사이의 차이를 획득할 수 있고, 이 차이를 수신단 컨트롤러(202)로 송신할 수 있다.
제 1 연산 증폭기는 독립적으로 배치될 수도 있고, 혹은 수신단 컨트롤러(202)에 통합될 수도 있다는 것을 이해할 수 있다. 이것은 본 출원의 이 실시예에서 특별히 한정되는 것은 아니다.
다른 가능한 구현예에서, 제 1 연산 증폭기의 전술한 기능은, 하드웨어 비용을 절감하기 위해서 소프트웨어에 의해 구현될 수 있고, 소프트웨어는 수신단 컨트롤러(202)에 의해 실행될 수 있다. 구체적으로, 수신단 컨트롤러(202)는 Irec와 입력 기준 전류의 차이를 획득할 수 있다.
수신단 컨트롤러(202)는 획득된 차이에 대한 보상 제어를 수행해서 송신기 코일 전류의 기준 신호(Ipref)를 생성한다. 보상 제어는 PID 제어(P는 비례(Proportion), I는 적분(Integration), D는 미분(Differentiation)), 히스테리시스 제어, 퍼지 제어, 슬라이딩 모드 제어 또는 카오스 제어와 같은 보상 제어 방식이라면 어떠한 것이든 가능하다. 이것은 본 출원의 이 실시예에서 특별히 한정되는 것은 아니다. 나아가, 상술한 보상 제어 방식은 이하의 설명의 보상 제어에도 적용 가능하다. 자세한 내용은 아래에서 다시 설명하지 않는다.
수신단 컨트롤러(202)는 송신단 컨트롤러(101)에 송신단 코일 전류의 기준 신호(Ipref)를 송신해서, 송신단 컨트롤러(101)가 Ipref에 기초해서 송신단의 인버터(H1)를 제어하게 한다.
이하, 송신단 컨트롤러(101)의 작동 원리를 상세하게 설명한다.
송신단 컨트롤러(101)는 전류 센서를 사용해서 송신기 코일 전류를 샘플링할 수 있으며, 여기서 샘플링된 전류는 Ip이다.
송신단은 송신단 연산 증폭기를 더 포함할 수 있으며, 여기서 송신단 연산 증폭기의 제 1 입력단은 Ip에 접속되고, 송신단 연산 증폭기의 제 2 입력단은 Ipref에 접속되며, 송신단 연산 증폭기의 출력단은 송신단 컨트롤러(101)에 접속된다.
송신단 연산 증폭기는 Ip와 Ipref 사이의 차이(이하 Iperr라고 표시)를 획득하고, 그 차이를 송신단 컨트롤러(101)로 송신할 수 있다.
송신단 연산 증폭기는 독립적으로 배치될 수도 있고 혹은 송신단 컨트롤러(101)에 통합될 수도 있다는 것을 이해할 수 있다. 이것은 본 출원의 이 실시예에서 특별히 한정되는 것은 아니다. 나아가, 송신단 연산 증폭기의 전술한 기능은 하드웨어 비용을 절감하기 위해 소프트웨어로 더 구현될 수도 있으며, 소프트웨어는 송신단 컨트롤러(101)에 의해 실행될 수 있다.
송신단 컨트롤러(101)는 차이(Iperr)에 대한 보상 제어를 수행해서 인버터(H1)의 변조 신호를 생성하고, 변조를 통해서 인버터(H1)의 구동 신호를 생성하며, 구동 신호에 기초해서 인버터(H1)의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터를 구동한다.
구체적으로, 인버터(H1)가 풀 브리지 인버터인 경우, 송신단 컨트롤러는 제어 가능한 스위칭 트랜지스터의 구동 신호의 듀티 사이클을 조정할 수도 있고, 두 브리지 암 사이의 위상 시프트 각도를 조정할 수도 있으며, 혹은 제어 가능한 스위칭 트랜지스터의 구동 신호의 듀티 사이클과 두 브리지 암 사이의 위상 시프트 각도 모두를 조정할 수도 있다.
실제 응용예에서, 서로 다른 부하에 대응하는 전력 변환기의 입력 전류가 사전에 결정될 수도 있고, 그 대응 관계가 테이블에 저장된다. 제어 과정에서, 전력 변환기의 입력 전류의 기준값은 테이블 룩업 방식을 이용해서, 송신기 코일 및 수신기 코일과 부하의 결합 계수에 기초해서 결정된다. 다른 방안으로, 송신기 코일 전류와 전력 변환기의 입력 전류의 기준 값의 전류 조합은 사전에 결정될 수 있으며, 여기서 전류 조합은, 전력 변환기의 입력 전류가 과전류가 아니며 충전 효율이 최적(더 높음)이라는 요건을 충족할 수 있으며, 이 전류 조합이 테이블에 저장된다. 따라서, 제어 과정에서, 정류기의 입력 전류의 기준값은 테이블 룩업 방식을 이용해서, 송신기 코일 및 수신기 코일과 부하의 결합 계수에 기초해서 결정될 수 있고, 정류기의 입력 전류에 대응하는 송신기 코일 전류는 테이블 룩업 방식을 이용해서 더 결정될 수 있다.
결론적으로, 무선 충전 수신단의 컨트롤러는 수신단의 전력 변환기의 입력 전류와 입력 기준 전류를 비교한 결과에 기초해서 송신기 코일 전류의 기준 신호를 획득하고, 송신기 코일 전류의 기준 신호를 송신단 컨트롤러로 송신해서, 송신단 컨트롤러가 송신기 코일 전류의 기준 신호에 기초해서 송신단을 제어하게 한다. 수신단의 전력 변환기의 입력 전류가 제어되기 때문에, 수신단의 전력 변환기의 입력 전류의 과전류를 방지해서, 수신단의 전력 변환기를 보호하고, 무선 충전 시스템의 신뢰도를 향상시킬 수 있다. 나아가, 실제 응용예에서 입력 기준 전류가 송신기 코일 및 수신기 코일과 부하 상태 사이의 결합 계수에 기초해서 실시간으로 조정되어서, 전력 변환기가 다양한 작동 상태에 적응될 수 있다. 따라서, 무선 충전 시스템의 출력 응답 속도가 더욱 향상될 수 있다.
또한, 실제 응용예에서는, 수신단의 전력 변환기의 입력 전류가 과전류가 되지 않도록 제어되어야 하며, 전력 변환기에 의해서 부하로 출력되는 충전 파라미터는, 부하를 보호하도록 추가적으로 제어되어서, 부하의 무선 충전 효율을 향상시킬 수 있다. 충전 파라미터는 충전 전류, 충전 전압, 충전 전력 중 어느 하나일 수 있다.
수신단 컨트롤러(202)는 부하의 충전 파라미터와 충전 기준 파라미터 사이의 비교 결과에 기초해서 전력 변환기(H2)의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터의 구동 신호를 획득하고, 구동 신호에 기초해서 전력 변환기(H2)의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터를 구동할 수 있다.
이하 충전 파라미터가 충전 전류인 예를 사용해서 설명한다. 제어 원리는, 충전 파라미터가 충전 전압인 경우와 유사한 것으로 이해될 수 있다. 충전 파라미터가 충전 전력인 경우, 충전 전류와 충전 전압의 곱에 기초해서 충전 전력이 결정될 수 있다. 본 출원의 이 실시예에서는 세부 사항은 설명하지 않는다.
수신단 컨트롤러(202)는 전류 센서를 사용해서 전력 변환기(H2)의 출력 전류(Io)를 획득할 수 있다.
충전 지시를 수신하면, 수신단 컨트롤러(202)는 충전 지시에 포함된 출력 기준 전류를 획득한다. 충전 파라미터가 충전 전압이면, 수신단 컨트롤러(202)는 충전 지시에 포함된 출력 기준 전압을 획득한다. 충전 파라미터가 충전 전력이면, 수신단 컨트롤러(202)는 충전 지시에 포함된 출력 기준 전력을 획득한다.
충전 지시는 송신단에 의해 송신될 수도 있고, 수신단에 의해 송신될 수도 있다. 충전 지시가 송신단으로부터 송신되는 경우, 충전 지시는 사용자 동작에 대한 응답으로 송신단에 의해 전달되는 지시일 수 있다. 충전 지시가 수신단으로부터 송신되는 경우, 충전 지시는 사용자 동작에 대한 응답으로 수신단에 의해 전달되는 지시일 수도 있고, 부하에 접속된 BMS(Battery Management System, Battery Management System)에 의해 전달되는 지시일 수도 있다.
수신단 컨트롤러(202)는 전력 변환기(H2)의 출력 전류(Io)와 출력 기준 전류 사이의 차이(Ioerr)를 획득한다.
가능한 구현예에서, 차이(Ioerr)를 획득하기 위해서, 수신단은 제 2 연산 증폭기를 더 포함할 수 있으며, 여기서 제 2 연산 증폭기의 제 1 입력단은 출력 전류(Io)에 접속되고, 제 2 연산 증폭기의 제 2 입력단은 출력 기준 전류에 접속되며, 제 2 연산 증폭기의 출력단은 수신단 컨트롤러(202)에 접속된다.
제 2 연산 증폭기는 차이(Ioerr)를 획득하고, 차이(Ioerr)를 수신단 컨트롤러(202)로 송신할 수 있다.
제 2 연산 증폭기는 독립적으로 배치될 수도 있고 혹은 수신단 컨트롤러(202)에 통합될 수도 있다는 것이 이해될 수 있다. 이것은 본 출원의 이 실시예에서 특별히 한정되는 것은 아니다.
다른 가능한 구현예에서, 제 2 연산 증폭기의 전술한 기능은 하드웨어 비용을 절감하기 위해서 소프트웨어에 의해 구현될 수 있고, 소프트웨어는 수신단 컨트롤러(202)에 의해 실행될 수 있다. 구체적으로, 수신단 컨트롤러(202)는 Io와 전력 변환기(H2)의 출력 기준 전류 사이의 차이(Ioerr)를 획득할 수 있다.
수신단 컨트롤러(202)는 차이(Ioerr)에 대한 보상 제어를 수행하여 전력 변환기(H2)의 변조 신호를 생성하고, 변조를 통해 전력 변환기(H2)의 구동 신호를 생성하며, 구동 신호에 기초해서 전력 변환기(H2)의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터를 구동할 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 전력 변환기(H2)의 구동 시간 시퀀스의 개략도이다.
전력 변환기(H2)가 위상 시프트 제어를 수행할 때, 동일한 브리지 암의 상부 스위치와 하부 스위치가 서로 접속된다. 동일한 위치에 있는 선행 브리지 암과 후행 브리지 암의 스위칭 트랜지스터들(동일한 상부 스위치 또는 동일한 하부 스위치임) 사이의 위상 시프트 각도(θ)와, 전력 변환기(H2)의 입력 전류(Irec)와, 출력 전류(Io) 사이의 관계는 다음과 같다.
Figure pct00001
(1)
식 (1)에 나타낸 관계로부터, 수신단 컨트롤러(202)가 정류기의 입력 전류(Irec)를 조정하고 전력 변환기(H2)의 선행 브리지 암과 후행 브리지 암 사이의 위상 시프트 각도(θ)를 조정함으로써 출력 전류(Io)를 제어할 수 있다는 것을 알 수 있다. 수신단 컨트롤러(202)가 입력 전류(Irec)를 조절하는 방법에 대한 설명은 전술한 내용을 참조한다. 이하에서는, 수신단 컨트롤러(202)에 의해 위상 시프트 각도(θ)를 조정하는 동작 원리를 설명한다.
실제 응용예에서, 예를 들어 수신단은 음의(negative) 피드백 조정을 수행한다. 차이(Ioerr)는 구체적으로, 출력 기준 전류에서 전력 변환기(H2)의 출력 전류(Io)를 빼서 얻어진다. Ioerr가 음수이면, 즉 출력 전류(Io)가 전력 변환기(H2)의 출력 기준 전류보다 크면, 수신단 컨트롤러(202)에 의해 생성된 구동 신호는 위상 시프트 각도를 감소시켜서, 전력 변환기(H2)의 출력 전류를 줄이도록 제어하는 데 사용될 수 있다. Ioerr가 양수이면, 즉 출력 전류(Io)가 전력 변환기(H2)의 출력 기준 전류보다 작으면, 수신단 컨트롤러(202)에 의해 생성된 구동 신호는 위상 시프트 각도를 증가시켜서, 전력 변환기(H2)의 출력 전류를 증가시키도록 제어하는 데 사용될 수 있다.
나아가, 수신단 컨트롤러(202)는 또한, 구동 신호의 듀티 사이클을 조정해서 전력 변환기(H2)의 출력 전류를 조정할 수 있다. 자세한 것은 아래에서 설명한다.
차이(Ioerr)가 음이면, 즉 출력 전류(Io)가 전력 변환기(H2)의 출력 기준 전류보다 크면, 수신단 컨트롤러(202)는 구동 신호의 듀티 사이클을 감소시켜서 전력 변환기(H2)의 출력 전류를 감소시킬 수 있다. 차이(Ioerr)가 양이면, 즉 출력 전류(Io)가 전력 변환기(H2)의 출력 기준 전류보다 작으면, 수신단 컨트롤러(202)는 구동 신호의 듀티 사이클을 증가시켜서 전력 변환기(H2)의 출력 전류를 증가시킬 수 있다.
실제 응용예에서, 수신단 컨트롤러(202)는 또한 전력 변환기(H2)의 출력 전류를 제어하기 위해서, 구동 신호의 듀티 사이클와 위상 시프트 각도를 모두 조정할 수도 있다.
전력 변환기(H2)의 출력 전류는 부하가 과전류가 되지 않도록 제어되며, 실제로 전력 변환기(H2)의 출력 전류는, 출력 기준 전류에 기초해서, 부하의 충전 효율을 향상시키는 최적의 동작 범위에 있도록 추가로 제어될 수 있다.
결론적으로, 본 출원의 본 실시예에서 제공되는 무선 충전 수신단은 수신단의 전력 변환기의 입력 전류가 과전류되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 부하를 보호하고, 전력 변환기의 충전 기준 파라미터 및 충전 파라미터에 기초해서 부하의 무선 충전 효율을 향상시켜서, 무선 충전 시스템의 신뢰도를 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 도 5에서는, 전력 변환기(H2)가 풀 브리지 정류기인 경우를 예로 들어 설명한다. 실제 응용예에서, 전력 변환기(H2)는 또한 다른 방식으로 구현될 수 있다. 아래에서 자세하게 설명한다. 전력 변환기의 입력 전류가 과전류가 되지 않도록 제어하는 원리는 다음 구현예에서의 원리와 유사하다는 것을 알 수 있다. 아래에서 세부 사항을 다시 설명하지는 않는다.
방식 1:
도 7a는 본 출원의 실시예에 따른 전력 변환기의 개략도이다.
전력 변환기(H2)는 풀 브리지 정류기로, 하나의 브리지 암은 제어 불가능한 다이오드(D1 및 D2)를 포함하고, 다른 브리지 암은 제어 가능한 스위칭 트랜지스터(Q3 및 Q4)를 포함한다.
수신단 컨트롤러는, 전력 변환기(H2)의 출력 전류를 제어하기 위해서, Q3 및 Q4의 구동 신호의 듀티 사이클을 조정할 수도 있고, 두 브리지 암들 사이의 위상 시프트 각도를 조정할 수도 있으며, 혹은 Q3 및 Q4의 구동 신호의 두 듀티 사이클과 두 브리지 암들 사이의 위상 시프트 각도 모두를 조정할 수도 있다.
방식 2:
도 7b는 본 출원의 실시예에 따른 다른 전력 변환기의 개략도이다.
전력 변환기(H2)는 하프 브리지 정류기로, 즉 하나의 암만을 포함하고, 브리지 암은 제어 가능한 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)를 포함한다.
이 경우, 수신단 컨트롤러는 Q1 및 Q2의 구동 신호의 듀티 사이클을 조정해서 전력 변환기(H2)의 출력 전류를 제어할 수도 있다.
방식 3:
도 7c는 본 출원의 실시예에 따른 또 다른 전력 변환기의 개략도이다.
전력 변환기(H2)는 하프 브리지 정류기로, 즉 하나의 브리지 암만을 포함하고, 브리지 암의 상부 하프 브리지 암은 다이오드(D1)을 포함하고, 하부 하프 브리지 암은 제어 가능한 스위칭 트랜지스터(Q2)를 포함한다.
이 경우, 수신단 컨트롤러는 Q2의 구동 신호의 듀티 사이클을 조정해서 전력 변환기(H2)의 출력 전류를 제어할 수 있다.
방식 4:
도 7d는 본 출원의 실시예에 따른 또 다른 전력 변환기의 개략도이다.
전력 변환기(H2)는 정류기 및 DC-DC 회로를 포함한다. 정류기의 출력단은 DC-DC 회로의 입력단에 접속되고, DC-DC 회로의 출력단은 부하에 접속된다.
정류기는 구체적으로 제어 불가능한 다이오드 정류기 브리지로, 다이오드(D1 내지 D4)를 포함한다. DC-DC 회로는 벅(buck) 회로, 부스트(boost) 회로, 벅-부스트(buck-boost) 회로 등이 될 수 있다. 이것은 본 출원의 이 실시예에서 특별히 한정되는 것은 아니다.
이 경우, 수신단 컨트롤러는 DC-DC 회로의 작동 상태를 제어하여 전력 변환기(H2)의 출력 전류를 제어할 수 있다.
이하에서 DC-DC 회로가 부스트 회로인 경우를 예로 들어 설명한다.
도 7e는 본 출원의 실시예에 따른 또 다른 전력 변환기의 개략도이다.
DC-DC 회로는 인덕터(Lb), 다이오드(Db) 및 스위칭 트랜지스터(Qb)를 포함한다. 수신단 컨트롤러(202)는 스위칭 트랜지스터(Qb)의 구동 신호의 듀티 사이클을 조정해서, 전력 변환기(H2)의 출력 전류를 제어할 수 있다.
방식 5:
도 7f는 본 출원의 실시예에 따른 또 다른 전력 변환기의 개략도이다.
전력 변환기는 병렬로 2개의 부스트 회로를 포함하는데, 부스트 회로 중 하나는 L1, Q1 및 D3을 포함하고 다른 부스트 회로는 L2, Q2 및 D4를 포함한다. 수신단 컨트롤러(202)는 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)의 구동 신호의 듀티 사이클을 조정해서 전력 변환기(H2)의 출력 전류를 제어할 수 있다.
또한, 도 5에서는 인버터(H1)가 풀 브리지 인버터인 경우를 예로 들어 설명한다. 실제 응용예에서, 인버터(H1)는 다른 방식으로 구현될 수도 있다. 이하 자세하게 설명한다.
도 8a는 본 출원의 실시예에 따른 인버터의 개략도이다.
인버터(H1)는 하프 브리지 인버터이고, 인버터(H1)의 상부 하프 브리지 암과 하부 하프 브리지 암 모두는 제어 가능한 스위칭 트랜지스터(S1 및 S2)를 포함한다.
송신단 컨트롤러는 S1 및 S2의 구동 신호의 듀티 사이클과 두 브리지 암들 사이의 위상 시프트 각도를 조정해서 송신기 코일 전류를 제어할 수 있다.
나아가, 무선 충전 송신단도 다른 방식으로 구현될 수 있다. 이하 자세하게 설명한다.
도 8b는 본 출원의 실시예에 따른 인버터에 대응하는 송신단의 개략도이다.
역률 보정 회로(102)는 단상 역률 보정 회로이다. 역률 보상 회로(102)의 출력단은 인버터(H1)의 입력단에 접속되고, 역률 보상 회로(102)는 인버터(H1)에, 특정 범위에서 조정될 수 있는 직류 전압을 제공한다.
도 8c는 본 출원의 실시예에 따른 다른 인버터에 대응하는 송신단의 개략도이다.
역률 보정 회로(102)는 3상 역률 보정 회로이다. 역률 보상 회로(102)에서 출력되는 전압 범위가 인버터(H1)가 요구하는 입력 전압의 전압 조정 범위를 만족하지 않는 경우, 인버터(H1) 앞에 DC-DC 변환 회로(103)가 추가되어 인버터(H1)의 입력 전압 범위를 조정할 수 있다.
또한, 도 5의 송신단 보상 네트워크는 인덕터(Lf1), 커패시터(Cf1) 및 커패시터(Cs1)를 포함하며, LCC형 보상 네트워크이다. 실제 응용예에서, 송신단 보상 네트워크는 다른 방식으로 구현될 수도 있다. 이하 자세하게 설명한다.
방식 1:
도 9a는 본 출원의 실시예에 따른 송신단 보상 네트워크의 개략도이다.
보상 네트워크는 커패시터(C2), 인덕터(L1) 및 커패시터(C1)를 포함하며, LCC형 보상 네트워크이다.
방식 2:
도 9b는 본 출원의 실시예에 따른 다른 송신단 보상 네트워크의 개략도이다.
보상 네트워크는 인덕터(L1)와 커패시터(C1)를 포함하며, LC형 보상 네트워크이다.
방식 3:
도 9c는 본 출원의 실시예에 따른 또 다른 송신단 보상 네트워크의 개략도이다.
보상 네트워크는 커패시터(C1)를 포함하며 P형 보상 네트워크이다.
송신단 보상 네트워크는 수신단 보상 네트워크에도 대응해서 적용될 수 있으며, 송신단 보상 네트워크와 수신단 보상 네트워크는 동일할 수도 있고 상이할 수도 있으며, 예를 들어, LCC- LCC, LCC-LC, LC-LCC, LC-LC, LCC-P, P-LCC, P-P, LC-P 및 P-LC와 같은 조합이 될 수 있다.
이하, 송신단의 기준 신호가 인버터(H1)의 출력 전압의 기준 신호일 때의 작동 원리를 설명한다.
수신단의 실시예 3
도 10은 본 출원의 실시예에 따른 또 다른 무선 충전 수신단에 대응하는 시스템의 개략도이다.
인버터(H1)는 풀 브리지 인버터이며, 제어 가능한 스위칭 트랜지스터(S1 내지 S4)를 포함한다.
전력 변환기(H2)는 풀 브리지 정류기로, 두 브리지 암들의 두 상부 하프 브리지 암은 다이오드(D1 및 D3)를 포함하고, 두 브리지 암들의 두 하부 하프 브리지 암은 제어 가능한 스위칭 트랜지스터(Q2 및 Q4)를 포함한다. 수신단 컨트롤러(H2)의 구동 신호는 제어 가능한 스위칭 트랜지스터(Q2, Q4)를 제어하는 데 사용된다.
인덕터(Lf1), 커패시터(Cf1) 및 커패시터(Cs1)는 송신단 보상 네트워크를 형성한다.
인덕터(Lf2), 커패시터(Cf2) 및 커패시터(Cs2)는 수신단 보상 네트워크를 형성한다.
수신단은 출력 필터링 커패시터(Co) 및 부하를 더 포함한다.
수신단 컨트롤러(202)는 전력 변환기(H2)의 입력 전류(Irec)와 입력 기준 전류 사이의 차이에 기초해서, 송신단의 인버터의 출력 전압의 기준 신호(이하에서 Uinvref라고 표시함)를 획득하고, Uinvref를 송신단 컨트롤러(101)에 송신해서 송신단 컨트롤러(101)가 Uinvref에 기초해서 송신단의 인버터(H1)를 제어하게 한다. 이하 자세하게 설명한다.
수신단 컨트롤러(202)는, 전류 센서를 이용해서 전력 변환기(H2)의 입력 전류(Irec)를 획득할 수 있다.
가능한 구현예에서, Irec와 입력 기준 전류 사이의 차이를 획득하기 위해서, 수신단은 제 1 연산 증폭기를 더 포함할 수 있으며, 여기서 제 1 연산 증폭기의 제 1 입력단은 전력 변환기(H1)의 입력 전류(Irec)에 접속되고, 제 1 연산 증폭기의 제 2 입력단은 입력 기준 전류에 접속되며, 제 1 연산 증폭기의 출력단은 수신단 컨트롤러(202)에 접속된다.
제 1 연산 증폭기는 Irec와 입력 기준 전류 사이의 차이를 획득할 수 있고, 이 차이를 수신단 컨트롤러(202)로 송신할 수 있다.
제 1 연산 증폭기는 독립적으로 배치될 수도 있고, 수신단 컨트롤러(202)에 통합될 수도 있다는 것을 이해할 수 있다. 이것은 본 출원의 이 실시예에서 특별히 한정되는 것은 아니다.
다른 가능한 구현예에서, 제 1 연산 증폭기의 전술한 기능은 하드웨어 비용을 절감하기 위해서 소프트웨어에 의해 구현될 수도 있고, 소프트웨어는 수신단 컨트롤러(202)에 의해 실행될 수 있다.
수신단 컨트롤러(202)는 획득된 차이에 대한 보상 제어를 수행해서, 인버터의 출력 전압의 기준 신호(Uinvref)를 생성하고, Uinvref를 송신단 컨트롤러(101)로 송신한다.
이하, 송신단 컨트롤러(101)의 동작 원리를 상세하게 설명한다.
송신단 컨트롤러(101)는 전압 센서를 이용해서 인버터(H1)의 출력 전압(Uinv)을 샘플링할 수 있다.
송신단은 송신단 연산 증폭기를 더 포함할 수 있으며, 여기서 송신단 연산 증폭기의 제 1 입력단은 Uinvref에 접속되고, 송신단 연산 증폭기의 제 2 입력단은 Uinv에 접속되며, 송신단 연산 증폭기의 출력단은 송신단 컨트롤러(101)에 접속된다.
송신단 연산 증폭기는 Uinvref와 Uinv 사이의 차이(이하 Uinverr로 표시함)를 획득하고, 그 차이를 송신단 컨트롤러(101)에 송신할 수 있다.
송신단 연산 증폭기는 독립적으로 배치될 수도 있고, 송신단 컨트롤러(101)에 통합될 수도 있다는 것을 이해할 수 있다. 이것은 본 출원의 이 실시예에서 특별히 한정되는 것은 아니다. 나아가, 송신단 연산 증폭기의 전술한 기능은 하드웨어 비용을 절감하기 위해 소프트웨어로 더 구현될 수도 있으며, 소프트웨어는 송신단 컨트롤러(101)에 의해 실행될 수 있다.
송신단 컨트롤러(101)는 차(Uinverr)에 대한 보상 제어를 수행해서 인버터(H1)의 변조 신호를 생성하고, 변조를 통해 인버터(H1)의 구동 신호를 생성하며, 구동 신호에 기초해서 인버터(H1)의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터를 구동한다.
구체적으로, 인버터(H1)가 풀 브리지 인버터인 경우, 송신단 컨트롤러는 제어 가능한 스위칭 트랜지스터(S1 내지 S4)의 구동 신호의 듀티 사이클을 조정할 수도 있고, 두 브리지 암들 사이의 위상 시프트 각도를 조정할 수도 있으며, 또는 제어 가능한 스위칭 트랜지스터의 구동 신호의 듀티 사이클과 두 브리지 암들 사이의 위상 시프트 각도를 조정할 수도 있다.
실제 응용예에서, 서로 다른 부하에 대응하는 전력 변환기의 입력 전류가 사전에 결정될 수 있고, 그 대응 관계가 테이블에 저장된다. 제어 과정에서, 전력 변환기의 입력 전류의 기준값은 테이블 룩업 방식을 이용해서, 송신기 코일 및 수신기 코일과 부하의 결합 계수에 기초해서 결정된다. 다른 방안으로, 인버터의 출력 전압과 전력 변환기의 입력 전류의 기준값의 조합이 사전 결정될 수 있고, 여기서 조합은 전력 변환기의 입력 전류가 과전류가 아니며, 충전 효율이 최적(더 높음)이라는 요건을 충족할 수 있으며, 이 조합이 테이블에 저장된다. 따라서, 제어 과정에서, 정류기의 입력 전류의 기준값은 테이블 룩업 방식을 이용해서, 송신기 코일 및 수신기 코일과 부하의 결합 계수에 기초해서 결정될 수 있고, 정류기의 입력 전류의 기준값에 대응하는 것으로 인버터의 출력 전압은 테이블 룩업 방식을 이용해서 더 결정될 수 있다.
결론적으로, 무선 충전 수신단의 컨트롤러는 수신단의 전력 변환기의 입력 전류와 입력 기준 전류를 비교한 결과에 기초해서 인버터의 출력 전압의 기준 신호를 획득하고, 인버터의 출력 전압의 기준 전압을 송신단 컨트롤러로 송신해서, 송신단 컨트롤러가 인버터의 출력 전압의 기준 신호에 기초해서 송신단을 제어하게 한다. 수신단의 전력 변환기의 입력 전류가 제어되기 때문에, 수신단의 전력 변환기의 입력 전류의 과전류를 방지해서, 수신단의 전력 변환기를 보호하고, 무선 충전 시스템의 신뢰도를 향상시킬 수 있다. 나아가, 실제 응용예에서 입력 기준 전류가 부하 상태에 기초해서 실시간으로 조정되어서, 전력 변환기가 다양한 작동 상태에 적응될 수 있다. 따라서, 무선 충전 시스템의 출력 응답 속도가 더욱 향상될 수 있다.
또한, 실제 응용예에서는, 수신단의 전력 변환기의 입력 전류가 과전류가 되지 않도록 제어되어야 하며, 전력 변환기에 의해서 부하로 출력되는 충전 파라미터는, 부하를 보호하도록 추가적으로 제어되어서, 부하의 무선 충전 효율을 향상시킬 수 있다. 충전 파라미터는 충전 전류, 충전 전압, 충전 전력 중 어느 하나일 수 있다.
이하 충전 파라미터가 충전 전압인 예를 사용해서 설명한다.
수신단 컨트롤러(202)는 전압 센서를 사용해서 전력 변환기(H2)의 출력 전압(Vo)을 획득할 수 있다.
충전 지시를 수신할 때, 수신단 컨트롤러(202)는 충전 지시에 포함된 출력 기준 전압을 획득한다.
충전 지시를 수신할 때, 수신단 컨트롤러(202)는 충전 지시에 포함된 출력 기준 전류를 획득한다.
충전 지시는 송신단에 의해 송신될 수도 있고, 수신단에 의해 송신될 수도 있다. 충전 지시가 송신단으로부터 송신되는 경우, 충전 지시는 사용자 동작에 대한 응답으로 송신단에 의해 전달되는 지시일 수 있다. 충전 지시가 수신단으로부터 송신되는 경우, 충전 지시는 사용자 동작에 대한 응답으로 수신단에 의해 전달되는 지시일 수도 있고, 부하에 접속된 BMS에 의해 전달되는 지시일 수도 있다.
가능한 구현예에서, 차이(Voerr)를 획득하기 위해, 수신단은 제 3 연산 증폭기를 더 포함할 수 있으며, 여기서 제 3 연산 증폭기의 제 1 입력단은 출력 전압(Vo)에 접속되고, 제 3 연산 증폭기의 제 2 입력단은 출력 기준 전압에 접속되며, 제 3 연산 증폭기의 출력단은 수신단 컨트롤러(202)에 접속된다.
제 3 연산 증폭기는 차이(Voerr)을 획득하고, 차이(Voerr)를 수신단 컨트롤러(202)로 송신할 수 있다.
제 3 연산 증폭기는 독립적으로 배치될 수도 있고, 혹은 수신단 컨트롤러(202)에 통합될 수도 있다는 것을 이해할 수 있다. 이것은 본 출원의 이 실시예에서 특별히 한정되는 것은 아니다.
다른 가능한 구현예에서, 제 3 연산 증폭기의 전술한 기능은 하드웨어 비용을 절감하기 위해 소프트웨어에 의해 구현될 수 있고, 소프트웨어는 수신단 컨트롤러(202)에 의해 실행될 수 있다. 구체적으로, 수신단 컨트롤러(202)는 Vo와 전력 변환기(H2)의 출력 기준 전압 사이의 차이(Voerr)를 획득할 수 있다.
수신단 컨트롤러(202)는 차이(Voerr)에 대한 보상 제어를 수행하여 전력 변환기(H2)의 변조 신호를 생성하고, 변조를 통해 전력 변환기(H2)의 구동 신호를 생성하며, 구동 신호에 기초해서 전력 변환기(H2)의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터를 구동할 수 있다.
구체적으로, 수신단 컨트롤러(202)는 전력 변환기(H2)의 출력 전압을 제어하기 위해서, 전력 변환기(H2)의 구동 신호의 듀티 사이클을 조정할 수도 있고, 2개의 브리지 암들 사이의 위상 시프트 각도를 조정할 수도 있으며, 전력 변환기(H2)의 구동 신호의 듀티 사이클과, 2개의 브리지 암들 사이의 위상 시프트 각도 모두를 조정할 수도 있다.
전력 변환기(H2)의 출력 전압은 부하가 확실히 과전압이 되지 않도록 제어되며, 실제로 부하의 충전 효율을 향상시키기 위해서, 전력 변환기(H2)의 출력 전압은 출력 기준 전압에 기초해서 최적의 동작 범위에 있도록 추가로 제어될 수 있다.
결론적으로, 본 출원의 본 실시예에서 제공되는 무선 충전 수신단은 수신단의 전력 변환기의 입력 전류가 과전류되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 부하를 보호하고, 전력 변환기의 충전 기준 파라미터 및 충전 파라미터에 기초해서 부하의 무선 충전 효율을 향상시켜서, 무선 충전 시스템의 신뢰도를 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 실제 응용예에서는, 수신기 코일의 과전류를 방지하고 수신기 코일의 신뢰도를 향상시키기 위해 수신기 코일 전류가 더 제어될 수 있다. 이하 자세하게 설명한다.
수신단 컨트롤러(202)는, 전력 변환기(H2)의 출력 전압(Vo)과 출력 기준 전압 사이의 차이(Voerr)에 기초해서 수신기 코일 전류의 기준 신호를 획득하고, 수신기 코일 전류의 기준 신호와 수신기 코일의 샘플링 전류 Is 사이의 차이(이하 Iserr라고 표시함)에 기초해서, 전력 변환기(H2)의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터의 구동 신호를 획득하고, 이 구동 신호에 기초해서 전력 변환기(H2)의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터를 구동한다.
수신단 컨트롤러(202)는 전류 센서를 사용해서 수신기 코일의 샘플링 전류(Is)를 획득할 수 있다.
가능한 구현예에서, 차이(Iserr)를 획득하기 위해서, 수신단은 제 4 연산 증폭기를 더 포함할 수 있으며, 여기서 제 4 연산 증폭기의 제 1 입력단은 수신기 코일의 샘플링 전류(Is)에 접속되고, 제 4 연산 증폭기의 제 2 입력단은 수신기 코일 전류의 기준 신호에 접속되며, 제 4 연산 증폭기의 출력단은 수신단 컨트롤러(202)에 접속된다.
제 4 연산 증폭기는 차이(Iserr)를 획득하고, 차이(Iserr)를 수신단 컨트롤러(202)로 송신할 수 있다.
제 4 연산 증폭기는 독립적으로 배치될 수도 있고, 혹은 수신단 컨트롤러(202)에 통합될 수도 있다는 것을 이해할 수 있다. 이것은 본 출원의 이 실시예에서 특별히 한정되는 것은 아니다.
다른 가능한 구현예에서, 제 4 연산 증폭기의 전술한 기능은 하드웨어 비용을 절감하기 위해서 소프트웨어에 의해 구현될 수 있고, 소프트웨어는 수신단 컨트롤러(202)에 의해 실행될 수 있다. 구체적으로, 수신단 컨트롤러(202)는 수신기 코일 전류의 기준 신호와 수신기 코일의 샘플링 전류(Is) 사이의 차이(Iserr)를 획득할 수 있다.
수신단 컨트롤러(202)는 Iserr에 대한 보상 제어를 수행해서 전력 변환기(H2)의 변조 신호를 생성하고, 변조를 통해 전력 변환기(H2)의 구동 신호를 생성하며, 구동 신호에 기초해서, 수신기 코일 전류를 조정하도록, 전력 변환기(H2)의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터를 구동할 수 있다.
구체적으로, 수신단 컨트롤러(202)는, 수신기 코일 전류를 조정하기 위해서, 전력 변환기(H2)의 구동 신호의 듀티 사이클을 조정할 수도 있고, 2개의 브리지 암들 사이의 위상 시프트 각도를 조정할 수도 있으며, 구동 신호의 듀티 사이클와, 2개의 브리지 암들 사이의 위상 시프트 각도 모두를 조정할 수도 있다.
결론적으로, 본 출원의 본 실시예에서 제공되는 수신단이 수신기 코일 전류를 제어하기 때문에, 수신기 코일 전류는 출력 전력을 확보하면서도 과전류가 방지될 수 있어서, 수신기 코일의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
또한, 전력 변환기(H2)가 도 7a에 도시된 구현예를 사용할 때, 수신단 컨트롤러는 Q3 및 Q4의 구동 신호의 듀티 사이클을 조정해서 수신기 코일 전류를 조정할 수 있다.
전력 변환기(H2)가 도 7b에 도시된 구현예를 사용할 때, 수신단 컨트롤러는 수신기 코일 전류를 조정하기 위해서, Q1 및 Q2의 구동 신호의 듀티 사이클을 조정할 수 있다.
전력 변환기(H2)가 도 7c에 도시된 구현예를 사용할 때, 수신단 컨트롤러는 Q2의 구동 신호의 듀티 사이클을 조정해서 수신기 코일 전류를 조정할 수 있다.
전력 변환기(H2)가 도 7d에 도시된 구현예를 사용할 때, 수신단 컨트롤러는 수신기 코일 전류를 조정해서 DC-DC 회로의 작동 상태를 제어할 수 있다.
구체적으로, 예를 들어, DC-DC 회로가 도 7e에 도시된 구현예를 사용할 때, 수신단 컨트롤러(202)는 스위칭 트랜지스터(Qb)의 구동 신호의 듀티 사이클을 조정해서 수신기 코일 전류를 조정할 수 있다.
전력 변환기(H2)가 도 7f에 도시된 구현예를 사용할 때, 수신단 컨트롤러는 스위칭 트랜지스터(Q1 및 Q2)의 구동 신호의 듀티 사이클을 조정해서 수신기 코일 전류를 조정할 수 있다.
인버터(H1)는 다른 방안으로 도 8a 내지 도 8c의 구현예들 중 어느 하나를 사용할 수 있고, 수신단 보상 네트워크는 다른 방안으로 도 9a 내지 도 9c의 대응하는 설명의 구현예들 중 어느 하나를 사용할 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 세부사항은 본 출원의 실시예에서 설명되지 않는다.
전술한 실시예에서 제공되는 무선 충전 수신단에 기초해서, 본 출원의 실시예는 무선 충전 시스템을 더 제공한다. 이하 첨부된 도면을 참조해서 자세하게 설명한다.
시스템 실시예
도 11은 본 출원의 실시예에 따른 무선 충전 시스템의 개략도이다.
무선 충전 시스템(1100)은 무선 충전 수신단(1000a) 및 무선 충전 송신단(1001a)을 포함한다.
무선 충전 수신단(1000a)은, 무선 충전 송신단(1001a)에 의해 송신된 교류 자기장을 수신하고, 교류 자기장을 직류로 변환하며, 이 직류를 부하에 공급하도록 구성된다. 무선 충전 수신단(1000a)은 수신기 코일(Ls), 수신단 보상 네트워크(200), 전력 변환기(H2), 및 수신단 컨트롤러(202)를 포함한다.
수신기 코일(Ls)은 송신단에 의해 송신된 교류 자기장을 교류로 변환하고, 교류를 수신단 보상 네트워크(200)로 송신한다.
수신단 보상 네트워크(200)는 교류를 보상한 다음, 보상된 교류를 전력 변환기(H2)로 송신한다.
전력 변환기(H2)는, 부하 충전을 위해서, 보상된 교류를 직류로 정류한다.
수신단 컨트롤러(202)는 전력 변환기의 입력 전류와 입력 기준 전류의 비교 결과에 기초해서 송신단의 기준 신호를 획득하고, 송신단의 기준 신호를 송신단 컨트롤러(101)로 송신해서, 송신단 컨트롤러(101)가 송신단의 기준 신호에 기초해서 송신단을 제어할 수 있게 한다.
무선 충전 송신단(1001a)은 인버터(H1), 송신기 코일(Lp), 송신단 보상 네트워크(100) 및 송신단 컨트롤러(101)를 포함한다.
인버터(H1)는 직류 전원에 의해 출력되는 직류를 교류로 변환한다.
송신단 보상 네트워크(100)는 교류를 보상하고, 이 보상된 교류를 송신기 코일(Lp)로 송신한다.
송신기 코일(Lp)은 보상된 교류를 교류 자기장의 형태로 송신한다.
송신단 컨트롤러(101)는 무선 충전 수신단에서 컨트롤러에 의해 송신된 송신단의 기준 신호를 수신하고, 송신단의 기준 신호에 기초해서 송신단을 제어한다.
송신단의 기준 신호는 송신기 코일 전류의 기준 신호일 수도 있고 인버터의 출력 전압의 기준 신호일 수도 있다. 송신단 컨트롤러(101)는 송신단의 기준 신호에 기초해서 송신단의 인버터(H1)를 제어할 수 있다.
무선 충전 시스템은 도 2에 도시된 시나리오에 적용될 수 있다. 구체적으로, 무선 충전 수신단(1000a)의 부하는 전기 자동차일 수 있고, 무선 충전 수신단(1000a)은 전기 자동차에 위치될 수 있으며, 무선 충전 송신단(1001a)은 무선 충전 스테이션에 위치될 수 있다.
본 출원의 이 실시예에서 제공되는 무선 충전 시스템의 수신단 컨트롤러는 전력 변환기의 입력 전류와 입력 기준 전류 사이의 비교 결과에 기초해서 송신단의 기준 신호를 획득하고, 송신단의 기준 신호를 송신단 컨트롤러로 송신해서, 송신단 컨트롤러가 송신단의 기준 신호에 기초해서 송신단을 제어하게 한다. 수신단의 전력 변환기의 입력 전류가 제어되기 때문에, 수신단의 전력 변환기의 입력 전류의 과전류를 방지할 수 있어서, 수신단의 전력 변환기를 보호하고 무선 충전 시스템의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
또한, 송신단은 역률 보정 회로를 더 포함할 수 있다. 역률 보정 회로의 입력단은 전원에 접속되고, 역률 보정 회로의 출력단은 인버터에 접속된다. 역률 보정 회로는 인버터의 입력 전압을 조정하도록 구성된다. 역률 보상 회로에서 출력되는 전압 범위가 인버터가 요구하는 입력 전압 조정 범위를 만족하지 않는 경우, DC-DC 회로가 인버터 앞에 추가되어서 인버터의 입력 전압을 조정할 수 있다.
또한, 무선 충전 시스템의 수신단은 다른 방안으로, 실시예 2 또는 실시예 3의 임의의 구현예에서 구현될 수 있다. 구체적인 것은 본 출원의 이 실시예에서 여기에서 다시 설명되지 않는다.
실시예 3에서 제공되는 무선 충전 시스템의 수신단이 수신기 코일 전류를 더 제어하기 때문에, 수신기 코일 전류는 출력 전력을 확보하면서도 과전류를 방지할 수 있어서, 수신기 코일의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
방법 실시예
전술한 실시예에서 제공된 무선 충전 수신단에 기초해서, 본 출원의 실시예는 무선 충전 수신단 제어 방법을 더 제공한다. 이하 첨부된 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
도 12는 본 출원의 실시예에 따른 무선 충전 제어 방법의 흐름도이다.
본 출원의 이 실시예에서 제공되는 제어 방법은 다음 단계를 포함한다.
S1201 : 전력 변환기의 입력 전류와 입력 기준 전류 사이의 비교 결과에 기초해서 송신단의 기준 신호를 획득한다.
전력 변환기의 입력 전류는 전류 센서를 이용해서 구할 수 있다.
가능한 구현예에서, 정류기의 입력 전류가 모든 작동 상태에서 전력 변환기의 입력 전류의 최대 설계 값을 초과하지 않도록 하기 위해서, 고정 값이 입력 기준 전류로 사용되어서, 전력 변환기의 입력 전류가 과전류가 되지 않게 할 수 있다.
다른 가능한 구현예에서, 다양한 동작 상태에서의 전력 변환기의 입력 전류의 최적 값(또는 상대적으로 최적 값)이 사전에 결정되어서, 입력 기준 전류, 예를 들어 동일한 부하에서의 대응하는 전력 변환기의 최적의(또는 상대적으로 최적의) 입력 기준 전류, 또는 송신기 코일과 수신기 코일 간의 결합 계수가 다른 경우에 서로 다른 부하에서의 대응하는 전력 변환기의 최적의(또는 상대적으로 최적의) 입력 기준 전류로서 사용될 수 있다. 입력 기준 전류를 결정하는 기준은, 전력 변환기의 입력 전류가 과전류가 되지 않고, 수신단에서 충전 효율에 대한 요건이 만족되는 것 즉, 가장 높은(또는 비교적 높은) 충전 효율이 달성되는 것을 보장하는 것일 수 있다.
S1202 : 송신단의 기준 신호를 송신단 컨트롤러에 송신해서, 송신단 컨트롤러가 송신단의 기준 신호에 기초해서 송신단을 제어하게 한다.
이하, 송신단 컨트롤러 및 수신단 컨트롤러의 동작 원리와 송신단의 기준 신호가 송신기 코일 전류의 기준 신호일 때 사용되는 동작 원리를 상세하게 설명한다.
가능한 구현예에서, 전력 변환기의 입력 전류와 입력 기준 전류 사이의 차이를 획득하기 위해서, 수신단은 제 1 연산 증폭기를 더 포함할 수 있으며, 여기서 제 1 연산 증폭기의 제 1 입력단은 전력 변환기의 입력 전류에 접속되고, 제 1 연산 증폭기의 제 2 입력단은 입력 기준 전류에 접속되며, 제 1 연산 증폭기의 출력단은 수신단 컨트롤러에 접속된다.
제 1 연산 증폭기는 전력 변환기의 입력 전류와 입력 기준 전류 사이의 차이를 획득하고, 이 차이를 수신단 컨트롤러로 송신할 수 있다.
제 1 연산 증폭기는 독립적으로 배치될 수도 있고, 혹은 수신단 컨트롤러에 통합될 수도 있다는 것을 이해할 수 있다. 이것은 본 출원의 이 실시예에서 특별히 한정되는 것은 아니다.
다른 가능한 구현예에서, 제 1 연산 증폭기의 전술한 기능은 하드웨어 비용을 절감하기 위해서 소프트웨어에 의해 구현될 수 있고, 소프트웨어는 수신단 컨트롤러에 의해 실행될 수 있다. 구체적으로, 수신단 컨트롤러는 전력 변환기의 입력 전류와 입력 기준 전류 사이의 차이를 획득할 수 있다.
수신단 컨트롤러는 획득된 차이에 대한 보상 제어를 수행해서 송신기 코일 전류의 기준 신호를 생성한다.
송신단 컨트롤러는 전류 센서를 사용해서 송신기 코일 전류를 샘플링할 수 있다.
송신단은 송신단 연산 증폭기를 더 포함할 수 있으며, 여기서 송신단 연산 증폭기의 제 1 입력단은 송신기 코일 전류에 접속되고, 송신단 연산 증폭기의 제 2 입력단은 송신기 코일 전류의 기준 신호에 접속되며, 송신단 연산 증폭기의 출력단은 송신단 컨트롤러에 접속된다.
송신단 연산 증폭기는 송신단 코일 전류와 송신단 코일 전류의 기준 신호 사이의 차이를 획득할 수 있고, 이 차이를 송신단 컨트롤러로 송신할 수 있다.
송신단 연산 증폭기는 독립적으로 배치될 수도 있고, 혹은 송신단 컨트롤러에 통합될 수도 있다는 것을 이해할 수 있다. 이것은 본 출원의 이 실시예에서 특별히 한정되는 것은 아니다. 나아가, 송신단 연산 증폭기의 전술한 기능은 하드웨어 비용을 절감하기 위해 소프트웨어로 구현될 수도 있으며, 소프트웨어는 송신단 컨트롤러에 의해 실행될 수 있다.
송신단 컨트롤러는 이 차이에 대한 보상 제어를 수행하여 인버터의 변조 신호를 생성하고, 변조를 통해 인버터의 구동 신호를 생성하며, 이 구동 신호에 기초해서 인버터의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터를 구동한다.
예를 들어, 인버터는 풀 브리지 인버터이다. 이 경우, 송신단 컨트롤러는 제어 가능한 스위칭 트랜지스터의 구동 신호의 듀티 사이클을 조정할 수도 있고, 두 브리지 암들 사이의 위상 시프트 각도를 조정할 수도 있으며, 혹은 제어 가능한 스위칭 트랜지스터의 구동 신호의 듀티 사이클과 두 브리지들 암 사이의 위상 시프트 각도를 모두 조정할 수도 있다.
이하, 송신단 컨트롤러 및 수신단 컨트롤러의 작동 원리 및 송신단의 기준 신호가 인버터의 출력 전압의 기준 신호일 때 사용되는 작동 원리를 설명한다.
수신단 컨트롤러는 전류 센서를 이용해서 전력 변환기의 입력 전류를 획득할 수 있다.
가능한 구현예에서, 입력 전류와 입력 기준 전류 사이의 차이를 획득하기 위해, 수신단은 제 1 연산 증폭기를 더 포함할 수 있으며, 여기서 제 1 연산 증폭기의 제 1 입력단은 전력 변환기의 입력 전류에 접속되고, 제 1 연산 증폭기의 제 2 입력단은 전력 변환기의 입력 기준 전류에 접속되며, 제 1 연산 증폭기의 출력단은 수신단 컨트롤러에 접속된다.
제 1 연산 증폭기는 입력 전류와 입력 기준 전류 사이의 차이를 획득할 수 있고, 이 차이를 수신단 컨트롤러로 송신할 수 있다.
제 1 연산 증폭기는 독립적으로 배치될 수도 있고, 혹은 수신단 컨트롤러에 통합될 수도 있다는 것을 이해할 수 있다. 이것은 본 출원의 이 실시예에서 특별히 한정되는 것은 아니다.
다른 가능한 구현예에서, 제 1 연산 증폭기의 전술한 기능은 하드웨어 비용을 절감하기 위해 소프트웨어에 의해 구현될 수도 있고, 소프트웨어는 수신단 컨트롤러에 의해 실행될 수 있다.
수신단 컨트롤러는 획득된 차이에 대한 보상 제어를 수행하여 인버터의 출력 전압의 기준 신호를 생성하고, 인버터의 출력 전압의 기준 신호를 송신단 컨트롤러로 송신한다.
송신단 컨트롤러는 전압 센서를 이용해서 인버터의 출력 전압을 샘플링할 수 있다.
송신단은 송신단 연산 증폭기를 더 포함할 수 있고, 여기서 송신단 연산 증폭기의 제 1 입력단은 인버터의 출력 전압의 기준 신호에 접속되고, 송신단 연산 증폭기의 제 2 입력단은 출력 전압에 접속되며, 송신단 연산 증폭기의 출력단은 송신단 컨트롤러에 접속된다.
송신단 연산 증폭기는 인버터의 출력 전압의 기준 신호와 출력 전압 사이의 차이를 획득할 수 있고, 이 차이를 송신단 컨트롤러로 송신할 수 있다.
송신단 연산 증폭기는 독립적으로 배치될 수도 있고, 혹은 송신단 컨트롤러에 통합될 수도 있다는 것을 이해할 수 있다. 이것은 본 출원의 이 실시예에서 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한, 송신단 연산 증폭기의 전술한 기능은 하드웨어 비용을 절감하기 위해 소프트웨어로 더 구현될 수 있으며, 소프트웨어는 송신단 컨트롤러에 의해 실행될 수 있다.
송신단 컨트롤러(101)는 차이에 대한 보상 제어를 수행하여 인버터의 변조 신호를 생성하고, 변조를 통해 인버터의 구동 신호를 생성하며, 이 구동 신호에 기초해서 인버터의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터를 구동한다.
예를 들어, 인버터는 풀 브리지 인버터이다. 이 경우, 송신단 컨트롤러는 제어 가능한 스위칭 트랜지스터의 구동 신호의 듀티 사이클을 조정할 수도 있고, 두 브리지 암 사이의 위상 시프트 각도를 조정할 수도 있으며, 혹은 제어 가능한 스위칭 트랜지스터의 구동 신호의 듀티 사이클과 두 브리지 암 사이의 위상 시프트 각도를 모두 조정할 수도 있다.
결론적으로, 본 출원의 본 실시예에서 제공된 방법에 따르면, 수신단의 전력 변환기의 입력 전류가 제어되기 때문에, 수신단의 전력 변환기의 입력 전류의 과전류가 방지될 수 있어서, 수신단의 전력 변환기를 보호하고 무선 충전 시스템의 신뢰도를 향상시킨다. 나아가, 실제 응용예에서, 입력 기준 전류가 부하 상태에 따라 실시간으로 조정될 수 있으므로, 전력 변환기는 다양한 동작 상태에 적응할 수 있다. 따라서, 무선 충전 시스템의 출력 응답 속도가 더욱 향상될 수 있다.
전력 변환기가 부하로 출력하는 충전 파라미터를 제어해서 부하를 보호하고, 부하의 무선 충전 효율을 향상시키는 원리를 더 설명한다. 충전 파라미터는 충전 전류, 충전 전압, 충전 전력 중 어느 하나일 수 있다.
이하, 충전 파라미터가 충전 전류인 예를 들어 설명한다. 제어 원리는 충전 파라미터가 충전 전압인 경우와 유사하다는 것이 이해될 수 있다. 충전 파라미터가 충전 전력인 경우, 충전 전류와 충전 전압의 곱에 기초해서 충전 전력이 결정될 수 있다. 본 출원의 이 실시예에서는 세부사항은 설명되지 않는다.
수신단 컨트롤러는 전류 센서를 이용해서 전력 변환기의 출력 전류를 획득할 수 있다.
수신단 컨트롤러는 부하의 출력 전류와 출력 기준 전류의 차이를 획득한다.
가능한 구현예에서, 차이를 획득하기 위해서, 수신단은 제 2 연산 증폭기를 더 포함할 수 있으며, 여기서 제 2 연산 증폭기의 제 1 입력단은 출력 전류에 접속되고, 제 2 연산 증폭기의 제 2 입력단은 출력 기준 전류에 접속되며, 제 2 연산 증폭기의 출력단은 수신단 컨트롤러에 접속된다.
제 2 연산 증폭기는 차이를 획득할 수 있고, 이 차이를 수신단 컨트롤러에 송신할 수 있다.
제 2 연산 증폭기는 독립적으로 배치될 수도 있고, 혹은 수신단 컨트롤러에 통합될 수도 있다는 것을 이해할 수 있다. 이것은 본 출원의 이 실시예에서 특별히 한정되는 것은 아니다.
다른 가능한 구현예에서, 제 2 연산 증폭기의 전술한 기능은 하드웨어 비용을 절감하기 위해 소프트웨어에 의해 구현될 수 있고, 소프트웨어는 수신단 컨트롤러에 의해 실행될 수 있다. 구체적으로, 수신단 컨트롤러는 출력 전류와 전력 변환기의 출력 기준 전류 사이의 차이를 획득할 수 있다.
수신단 컨트롤러는 차이에 대한 보상 제어를 수행해서 전력 변환기의 변조 신호를 생성하고, 변조를 통해 전력 변환기의 구동 신호를 생성하며, 이 구동 신호에 기초해서 전력 변환기의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터를 구동할 수 있다.
본 출원의 실시예에서 제공되는 제어 방법에 따르면, 충전 기준 파라미터 및 전력 변환기의 충전 파라미터에 기초해서, 무선 충전 수신단은 수신단의 전력 변환기의 입력 전류의 과전류를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 부하를 보호하고 무선 충전 효율을 향상시킬 수 있으며, 이로써 무선 충전 시스템의 신뢰도를 더욱 향상시킨다.
또한, 실제 응용예에서는, 수신기 코일의 과전류를 방지해서 수신기 코일의 신뢰도를 향상시키도록 수신기 코일 전류가 더 제어될 수 있다. 이하 더 상세하게 설명한다.
수신단 컨트롤러는 전력 변환기의 출력 전압과 출력 기준 전압 사이의 차이에 기초해서 수신기 코일 전류의 기준 신호를 획득하고, 수신기 코일 전류의 기준 신호와 수신기 코일의 샘플링 전류 사이의 차이에 기초해서 전력 변환기의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터의 구동 신호를 획득하며, 이 구동 신호에 기초해서 전력 변환기의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터를 구동할 수 있다.
수신단 컨트롤러는 전류 센서를 이용해서 수신기 코일의 샘플링 전류를 획득할 수 있다.
가능한 구현예에서, 차이를 획득하기 위해서, 수신단은 제 4 연산 증폭기를 더 포함할 수 있으며, 여기서 제 4 연산 증폭기의 제 1 입력단은 수신기 코일의 샘플링 전류에 접속되고, 제 4 연산 증폭기의 제 2 입력단은 수신기 코일 전류의 기준 신호에 접속되며, 제 4 연산 증폭기의 출력단은 수신단 컨트롤러에 접속된다.
제 4 연산 증폭기는 차이를 획득할 수 있고, 이 차이를 수신단 컨트롤러로 송신할 수 있다.
제 4 연산 증폭기는 독립적으로 배치될 수도 있고, 혹은 수신단 컨트롤러에 통합될 수도 있다는 것을 이해할 수 있다. 이것은 본 출원의 이 실시예에서 특별히 한정되는 것은 아니다.
다른 가능한 구현예에서, 제 4 연산 증폭기의 전술한 기능은 하드웨어 비용을 절감하기 위해 소프트웨어에 의해 구현될 수 있고, 소프트웨어는 수신단 컨트롤러에 의해 실행될 수 있다. 구체적으로, 수신단 컨트롤러는 수신기 코일 전류의 기준 신호와 수신기 코일의 샘플링 전류 사이의 차이를 획득할 수 있다.
수신단 컨트롤러는 출력 전류의 차이에 대해 보상 제어를 수행해서 전력 변환기의 변조 신호를 생성하고, 변조를 통해서 전력 변환기(H2)의 구동 신호를 생성하며, 구동 신호에 기초해서 전력 변환기의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터를 구동해서, 수신기 코일 전류를 조정한다.
결론적으로, 본 출원의 본 실시예에서 제공되는 제어 방법에 따르면, 수신단이 수신기 코일 전류를 제어하기 때문에, 출력 전력을 보장하면서 수신기 코일 전류의 과전류가 방지될 수 있어서, 수신기 수신기 코일의 신뢰도를 향상시킨다.
본 출원의 이 실시예에서, 인버터 및 전력 변환기의 스위칭 트랜지스터는 각각, 릴레이, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT), 금속 산화물 반도체 필드 효과 트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, MOSFET)(줄여서 MOS 트랜지스터라고 함), SiC MOSFET(실리콘 카바이드 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터, Silicon Carbide Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 등 중 어느 하나일 수 있다. 스위칭 트랜지스터가 MOS 트랜지스터인 경우, 스위칭 트랜지스터는 구체적으로 PMOS 트랜지스터일 수도 있고 또는 NMOS 트랜지스터일 수도 있다. 이것은 본 출원의 이 실시예에서 특별히 한정되는 것은 아니다.
본 출원에서 "적어도 하나"는 하나 이상을 의미하고, "복수"는 둘 이상을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. "및/또는"이라는 용어는 연관된 대상들 사이의 연관 관계를 나타내는 데 사용되며, 세 가지 관계가 존재할 수 있다는 것을 나타낸다. 예를 들어, "A 및/또는 B"는 다음 3개의 경우: A만 존재함, B만 존재함, 및 A와 B 양자 모두 존재함을 나타낼 수 있으며, A 및 B는 단수일 수도 있고 또는 복수일 수도 있다. 문자 "/"는 연관된 대상들 사이의 "또는(or)" 관계를 나타낸다. "다음의 항목들(단편들) 중 적어도 하나(at least one of the following items(pieces))" 또는 그 유사한 표현은, 이러한 항목들의 임의의 조합을 의미하고, 이는 단수 항목(단편) 또는 복수의 항목들(단편들)의 임의의 조합을 포함한다. 예를 들어, a, b, 또는 c 중 적어도 하나(단편)는, a, b, c, "a 및 b", "a 및 c", "b 및 c", 또는 "a, b, 및 c"를 표시할 수 있고, a, b, 및 c는 단수일 수도 있고 또는 복수일 수도 있다.
전술한 설명은 단지 본 출원의 바람직한 실시예일 뿐으로, 어떤 방식으로도 본 출원을 한정하는 것은 아니다. 본 출원의 예시적인 실시예가 위에서 개시되었지만, 실시예는 본 출원을 제한하도록 의도되지 않는다. 위에 개시된 방법 및 기술적 내용을 사용함으로써, 당업자는 본 출원의 기술적 솔루션에 대해 복수의 가능한 변경 및 수정을 행할 수 있도 있고, 혹은 본 출원의 기술 솔루션의 보호 범주로부터 벗어남없이 등가의 변형예를 통해서 동일한 효과를 갖는 실시예가 되도록 그의 기술적 솔루션을 수정할 수 있다. 따라서, 본 출원의 기술 솔루션의 내용으로부터 벗어남없는 본 출원의 기술적 본질에 따라서 위의 실시예에 대한 간단한 수정, 등가 변형 및 수정은 본 출원의 기술 솔루션의 보호 범위에 속한다.

Claims (28)

  1. 수신기 코일, 보상 네트워크, 전력 변환기 및 수신단 컨트롤러를 포함하는 무선 충전 수신단으로서,
    상기 수신기 코일은, 송신단에 의해 송신된 교류 자기장을 교류로 변환하고, 상기 교류를 상기 보상 네트워크에 송신하도록 구성되고,
    상기 보상 네트워크는, 상기 교류를 보상하고, 보상된 교류를 상기 전력 변환기에 송신하도록 구성되며,
    상기 전력 변환기는, 상기 보상된 교류를, 부하를 충전하기 위한 직류로 정류하도록 구성되고,
    상기 수신단 컨트롤러는, 상기 전력 변환기의 입력 전류 및 입력 기준 전류에 기초해서 상기 송신단의 기준 신호를 획득하고, 상기 송신단의 상기 기준 신호를 송신단 컨트롤러에 송신해서, 상기 송신단 컨트롤러가 상기 송신단의 상기 기준 신호에 기초해서 상기 송신단을 제어하게 하도록 구성되는,
    무선 충전 수신단.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신단 컨트롤러는, 상기 전력 변환기의 상기 입력 전류와 상기 입력 기준 전류 사이의 차이에 기초해서 상기 송신단의 송신기 코일 전류의 기준 신호를 획득하고, 상기 송신기 코일 전류의 상기 기준 신호를 상기 송신단 컨트롤러에 송신해서, 상기 송신단 컨트롤러가 상기 송신기 코일 전류의 상기 기준 신호에 기초해서 상기 송신단의 인버터를 제어하게 하도록, 구성되는,
    무선 충전 수신단.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신단 컨트롤러는, 상기 전력 변환기의 상기 입력 전류와 상기 입력 기준 전류 사이의 차이에 기초해서, 상기 송신단의 인버터의 출력 전압의 기준 신호를 획득하고, 상기 인버터의 상기 출력 전압의 상기 기준 신호를 상기 송신단 컨트롤러에 송신해서, 상기 송신단 컨트롤러가 상기 인버터의 상기 출력 전압의 상기 기준 신호에 기초해서 상기 송신단의 상기 인버터를 제어하게 하도록 구성되는,
    무선 충전 수신단.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 수신단 컨트롤러는, 상기 전력 변환기의 상기 입력 전류와 상기 입력 기준 전류 사이의 차이를 획득하도록 더 구성되는,
    무선 충전 수신단.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    제 1 연산 증폭기를 더 포함하고,
    상기 제 1 연산 증폭기의 제 1 입력단은 상기 전력 변환기의 상기 입력 전류에 접속되고, 상기 제 1 연산 증폭기의 제 2 입력단은 상기 입력 기준 전류에 접속되며, 상기 제 1 연산 증폭기의 출력단은 상기 수신단 컨트롤러에 접속되고,
    상기 제 1 연산 증폭기는, 상기 전력 변환기의 상기 입력 전류와 상기 입력 기준 전류 사이의 상기 차이를 획득하고, 상기 차이를 상기 수신단 컨트롤러에 송신하도록 구성되는,
    무선 충전 수신단.
  6. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 수신단 컨트롤러는, 상기 부하의 충전 파라미터와 충전 기준 파라미터 사이의 비교 결과에 기초해서, 상기 전력 변환기의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터의 구동 신호를 획득하고, 상기 구동 신호에 기초해서, 상기 전력 변환기의 상기 제어 가능한 스위칭 트랜지스터를 구동하도록 더 구성되며,
    상기 충전 파라미터는 충전 전류, 충전 전압 및 충전 전력 중 어느 하나인,
    무선 충전 수신단.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 충전 파라미터가 상기 충전 전류인 경우, 상기 수신단 컨트롤러는, 상기 전력 변환기의 출력 전류와 출력 기준 전류 사이의 차이에 기초해서, 상기 전력 변환기의 상기 제어 가능한 스위칭 트랜지스터의 상기 구동 신호를 획득하고, 상기 구동 신호에 기초해서 상기 전력 변환기의 상기 제어 가능한 스위칭 트랜지스터를 구동하도록, 구성되는,
    무선 충전 수신단.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 수신단 컨트롤러는, 상기 전력 변환기의 출력 전류와 출력 기준 전류 사이의 차이를 획득하도록 더 구성되는,
    무선 충전 수신단.
  9. 제 6 항에 있어서,
    제 2 연산 증폭기를 더 포함하고,
    상기 제 2 연산 증폭기의 제 1 입력단은 상기 전력 변환기의 출력 전류에 접속되고, 상기 제 2 연산 증폭기의 제 2 입력단은 출력 기준 전류에 접속되며, 상기 제 2 연산 증폭기의 출력단은 상기 수신단 컨트롤러에 접속되고,
    상기 제 2 연산 증폭기는, 상기 전력 변환기의 상기 출력 전류와 상기 출력 기준 전류 사이의 차이를 획득하고, 상기 차이를 상기 수신단 컨트롤러에 송신하도록 구성되는,
    무선 충전 수신단.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 수신단 컨트롤러는, 상기 전력 변환기의 출력 전압과 출력 기준 전압 사이의 차이에 기초해서 수신기 코일 전류의 기준 신호를 획득하고, 상기 수신기 코일 전류의 상기 기준 신호와 수신기 코일의 샘플링 전류 사이의 차이에 기초해서 상기 전력 변환기의 상기 제어 가능한 스위칭 트랜지스터의 상기 구동 신호를 획득하며, 상기 구동 신호에 기초해서 상기 전력 변환기의 상기 제어 가능한 스위칭 트랜지스터를 구동하도록 구성되는,
    무선 충전 수신단.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 수신단 컨트롤러는, 상기 전력 변환기의 상기 출력 전압과 상기 출력 기준 전압 사이의 차이를 획득하도록 더 구성되는,
    무선 충전 수신단.
  12. 제 10 항에 있어서,
    제 3 연산 증폭기를 더 포함하고,
    상기 제 3 연산 증폭기의 제 1 입력단은 상기 전력 변환기의 상기 출력 전압에 접속되고, 상기 제 3 연산 증폭기의 제 2 입력단은 상기 출력 기준 전압에 접속되며, 상기 제 3 연산 증폭기의 출력단은 상기 수신단 컨트롤러에 접속되고,
    상기 제 3 연산 증폭기는, 상기 전력 변환기의 상기 출력 전압과 상기 출력 기준 전압 사이의 상기 차이를 획득하고, 상기 차이를 상기 수신단 컨트롤러로 송신하도록 구성되는,
    무선 충전 수신단.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 수신단 컨트롤러는, 상기 수신기 코일 전류의 상기 기준 신호와 상기 수신기 코일의 상기 샘플링 전류 사이의 상기 차이를 획득하도록 더 구성되는,
    무선 충전 수신단.
  14. 제 10 항에 있어서,
    제 4 연산 증폭기를 더 포함하고,
    상기 제 4 연산 증폭기의 제 1 입력단은 상기 수신기 코일의 상기 샘플링 전류에 접속되고, 상기 제 4 연산 증폭기의 제 2 입력단은 상기 수신기 코일 전류의 상기 기준 신호에 접속되며, 상기 제 4 연산 증폭기의 출력단은 상기 수신단 컨트롤러에 접속되고,
    상기 제 4 연산 증폭기는, 상기 수신기 코일 전류의 상기 기준 신호와 상기 수신기 코일의 상기 샘플링 전류 사이의 상기 차이를 획득하고, 상기 차이를 상기 수신단 컨트롤러에 송신하도록 구성되는,
    무선 충전 수신단.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 변환기는 정류기를 포함하고,
    상기 정류기의 입력단은 상기 보상 네트워크의 출력단에 접속되고,
    상기 정류기의 출력단은 상기 부하에 접속되며,
    상기 정류기는 제어 가능한 스위칭 트랜지스터를 포함하는 풀 브리지 정류기 또는 하프 브리지 정류기인,
    무선 충전 수신단.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 변환기는 정류기 및 DC-DC 회로를 포함하고,
    상기 정류기의 입력단은 상기 보상 네트워크의 출력단에 접속되고, 상기 정류기의 출력단은 상기 DC-DC 회로의 입력단에 접속되며, 상기 DC-DC 회로의 출력단은 상기 부하에 접속되고,
    상기 정류기의 모든 스위칭 트랜지스터는 다이오드이고, 상기 DC-DC 회로는 제어 가능한 스위칭 트랜지스터를 포함하는,
    무선 충전 수신단.
  17. 무선 충전 시스템으로서,
    송신단 및 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 수신단을 포함하고,
    상기 송신단은 인버터, 송신단 보상 네트워크, 송신기 코일 및 송신단 컨트롤러를 포함하며,
    상기 인버터는, 직류를 교류로 반전시키고, 상기 교류를 상기 송신단 보상 네트워크에 송신하도록 구성되며,
    상기 송신단 보상 네트워크는, 상기 교류를 보상하고, 이후 상기 보상된 교류를 상기 송신기 코일에 송신하도록 구성되며,
    상기 송신기 코일은 상기 보상된 교류를 교류 자기장의 형태로 송신하도록 구성되고,
    상기 송신단 컨트롤러는, 수신단 컨트롤러에 의해 송신된 송신단의 기준 신호를 수신하고, 상기 송신단의 상기 기준 신호에 기초해서 상기 송신단을 제어하도록 구성되는,
    무선 충전 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 송신단의 상기 기준 신호는 송신기 코일 전류의 기준 신호이고,
    상기 송신단 컨트롤러는, 상기 송신기 코일 전류의 상기 기준 신호에 기초해서 상기 인버터를 제어하도록 구성되는,
    무선 충전 시스템.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 송신단의 상기 기준 신호는 상기 인버터의 출력 전압의 기준 신호이고,
    상기 송신단 컨트롤러는, 상기 인버터의 상기 출력 전압의 상기 기준 신호에 기초해서, 상기 인버터를 제어하도록 구성되는,
    무선 충전 시스템.
  20. 무선 충전 수신단에 적용되는 무선 충전 제어 방법으로서,
    전력 변환기의 입력 전류 및 입력 기준 전류에 기초해서 송신단의 기준 신호를 획득하는 단계와,
    상기 송신단의 상기 기준 신호를 송신단 컨트롤러로 송신해서, 상기 송신단 컨트롤러가 상기 송신단의 상기 기준 신호에 기초해서 상기 송신단을 제어하게 하는 단계
    를 포함하는 제어 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 송신단의 상기 기준 신호는 송신기 코일 전류의 기준 신호이고,
    상기 방법은,
    상기 전력 변환기의 상기 입력 전류와 상기 입력 기준 전류의 차이에 기초해서, 상기 송신단의 상기 송신기 코일 전류의 상기 기준 신호를 획득하는 단계와,
    상기 송신기 코일 전류의 상기 기준 신호를 상기 송신단 컨트롤러로 송신해서, 상기 송신단 컨트롤러가 상기 송신기 코일 전류의 상기 기준 신호에 기초해서 상기 송신단의 인버터를 제어하게 하는 단계
    를 포함하는
    제어 방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 송신단의 상기 기준 신호는 인버터의 출력 전압의 기준 신호이고,
    상기 방법은,
    상기 전력 변환기의 상기 입력 전류와 상기 입력 기준 전류의 차이에 기초해서 상기 송신단의 상기 인버터의 상기 출력 전압의 상기 기준 신호를 획득하는 단계와,
    상기 인버터의 상기 출력 전압의 상기 기준 신호를 상기 송신단 컨트롤러에 송신해서, 상기 송신단 컨트롤러가 상기 인버터의 상기 출력 전압의 상기 기준 신호에 기초해서 상기 송신단의 인버터를 제어하게 하는 단계
    를 포함하는,
    제어 방법.
  23. 제 20 항에 있어서,
    충전 파라미터가 충전 전류인 경우,
    부하의 충전 파라미터와 충전 기준 파라미터 사이의 비교 결과에 기초해서, 상기 전력 변환기의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터의 구동 신호를 획득하는 단계는,
    상기 전력 변환기의 출력 전류와 출력 기준 전류 사이의 차이에 기초해서, 상기 전력 변환기의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터의 구동 신호를 획득하는 단계와,
    상기 구동 신호에 기초해서, 상기 전력 변환기의 상기 제어 가능한 스위칭 트랜지스터를 구동하는 단계
    를 포함하는,
    제어 방법.
  24. 제 20 항에 있어서,
    충전 파라미터가 충전 전압인 경우,
    부하의 충전 파라미터와 충전 기준 파라미터 사이의 비교 결과에 기초해서, 상기 전력 변환기의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터의 구동 신호를 획득하는 단계는,
    상기 전력 변환기의 출력 전압과 출력 기준 전압 사이의 차이에 기초해서, 수신기 코일 전류의 기준 신호를 획득하는 단계와,
    상기 수신기 코일 전류의 상기 기준 신호와 상기 수신기 코일의 샘플링 전류 사이의 차이에 기초해서 상기 전력 변환기의 제어 가능한 스위칭 트랜지스터의 구동 신호를 획득하는 단계와,
    상기 구동 신호에 기초해서, 상기 전력 변환기의 상기 제어 가능한 스위칭 트랜지스터를 구동하는 단계
    를 포함하는,
    제어 방법.
  25. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 수신단, 차량 통신 모듈, 에너지 저장 모듈, 및 구동 모듈을 포함하는 전기 자동차로서,
    상기 수신단은 에너지 저장에 필요한 전기 에너지를 상기 에너지 저장 모듈에 제공하고,
    상기 에너지 저장 모듈은 자동차를 구동하기 위한 전기 에너지를 상기 구동 모듈에 제공하며,
    상기 차량 통신 모듈은 상기 수신단과 매칭되는 송신단과 통신하도록 구성되는,
    전기 자동차.
  26. 인버터, 송신단 보상 네트워크, 송신기 코일 및 송신단 컨트롤러를 포함하는 무선 충전 송신단으로서,
    상기 인버터는, 직류를 교류로 반전시키고, 상기 교류를 상기 송신단 보상 네트워크에 송신하도록 구성되며,
    상기 송신단 보상 네트워크는, 상기 교류를 보상하고, 이후 보상된 교류를 상기 송신기 코일에 송신하도록 구성되며,
    상기 송신기 코일은 상기 보상된 교류를 교류 자기장의 형태로 송신하도록 구성되고,
    상기 송신단 컨트롤러는, 무선 충전 수신단에 의해 송신된 송신단의 기준 신호를 수신하고, 상기 송신단의 상기 기준 신호에 기초해서 상기 송신단을 제어하도록 구성되고,
    상기 기준 신호는, 상기 수신단의 전력 변환기의 입력 전류와 입력 기준 전류에 기초해서 수신단에 의해 획득되는 기준 신호인,
    무선 충전 송신단.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 송신단의 상기 기준 신호는 송신기 코일 전류의 기준 신호이고,
    상기 송신단 컨트롤러는, 상기 송신기 코일 전류의 상기 기준 신호에 기초해서 상기 인버터를 제어하도록 구성되는,
    무선 충전 송신단.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 송신단의 상기 기준 신호는 상기 인버터의 출력 전압의 기준 신호이고,
    상기 송신단 컨트롤러는, 상기 인버터의 상기 출력 전압의 상기 기준 신호에 기초해서, 상기 인버터를 제어하도록 구성되는,
    무선 충전 송신단.
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