KR20220161906A - Wireless charging apparatus with dynamic coil compensation capability and wireless charging method using thereof - Google Patents

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KR20220161906A
KR20220161906A KR1020210070221A KR20210070221A KR20220161906A KR 20220161906 A KR20220161906 A KR 20220161906A KR 1020210070221 A KR1020210070221 A KR 1020210070221A KR 20210070221 A KR20210070221 A KR 20210070221A KR 20220161906 A KR20220161906 A KR 20220161906A
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Abstract

The present invention relates to an apparatus and method for wirelessly charging a battery. To solve problems of wireless charging devices and methods of conventional technology, which have a limitation of decreasing efficiency of wireless charging efficiency due to application of a fixed coil compensation method for a predetermined case when a spacing or degree of alignment between a power transmitting coil and a power receiving coil or the shape of the power receiving coil changes, a wireless charging apparatus with a dynamic coil compensation function and a wireless charging method using the same are configured to measure a received voltage, a received current, a transmitted voltage, and a transmitted current and calculate a received power and a transmitted power to calculate and continuously monitor a charging efficiency so that each compensation capacitor is set to a capacitance value of a power receiving coil compensation capacitor and a transmission coil compensation capacitor, which have a maximum charging efficiency when the charging efficiency decreases, thereby maintaining optimal wireless charging efficiency at all times by controlling the compensation capacitor for resonating the power transmitting coil and the power receiving coil dynamically according to a situation. The wireless charging apparatus with a dynamic coil compensation function comprises a power transmitting unit and a power receiving unit.

Description

동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치 및 이를 이용한 무선충전방법{Wireless charging apparatus with dynamic coil compensation capability and wireless charging method using thereof} Wireless charging apparatus with dynamic coil compensation capability and wireless charging method using the same

본 발명은 배터리의 무선충전을 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는, 배터리의 무선충전에 있어서 무선충전 효율을 최대화하기 위하여는 송전코일과 수전코일이 자기장 교번 주파수에서 공진하도록 커패시터를 이용한 동적보상이 요구되나, 송전코일과 수전코일의 구조가 정해진 경우 또는 송전코일과 수전코일의 간격이 정해진 경우에 대하여만 고정된 코일보상 방식이 적용됨으로 인해 송전코일과 수전코일의 간격이나 정렬도가 변화할 경우 또는 수전코일의 형태가 변화할 경우 코일보상이 적절히 이루어지지 않아 무선충전 효율이 감소하는 한계가 있었던 종래기술의 무선충전 장치 및 방법들의 문제점을 해결하기 위해, 송전코일과 수전코일의 정렬정도의 변화시나 단일의 송전코일로부터 다수의 수전코일로 전력을 송전시 상황에 따라 자동으로 임피던스를 정합하여 무선충전 효율이 자동으로 최적화될 수 있도록 구성되는 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치 및 이를 이용한 무선충전방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for wireless charging of a battery, and more particularly, in order to maximize wireless charging efficiency in wireless charging of a battery, a capacitor is used so that a transmission coil and a power reception coil resonate at a magnetic field alternating frequency. Dynamic compensation is required, but since the fixed coil compensation method is applied only when the structure of the transmission coil and the reception coil is determined or the distance between the transmission coil and the reception coil is determined, the distance or alignment between the transmission coil and the reception coil is not In order to solve the problem of wireless charging devices and methods of the prior art, which have limitations in that the wireless charging efficiency is reduced because coil compensation is not properly performed when the shape of the power receiving coil changes or the shape of the power receiving coil changes, the alignment of the power transmitting coil and the power receiving coil A wireless charging device having a dynamic coil compensation function configured to automatically optimize wireless charging efficiency by automatically matching impedance according to circumstances when power is transmitted from a single power transmission coil to multiple power receiving coils, and a wireless charging device having the same It is about the wireless charging method used.

또한, 본 발명은, 상기한 바와 같이 송전코일과 수전코일의 간격이나 정렬도가 변화할 경우 또는 수전코일의 형태가 변화할 경우 코일보상이 적절히 이루어지지 않아 무선충전 효율이 감소하는 한계가 있었던 종래기술의 무선충전 장치 및 방법들의 문제점을 해결하기 위해, 수전전압과 수전전류를 측정하여 수전전력을 산출하고, 송전전압과 송전전류를 측정하여 송전전력을 산출하며, 수전전력을 송전전력으로 나누어 충전효율을 산출하고, 충전효율을 지속적으로 모니터링하여 충전효율이 감소할 경우 충전효율이 최대가 되는 수전코일 보상 커패시터 및 송전코일 보상 커패시터의 정전용량 값으로 각각의 보상 커패시터를 설정하도록 구성됨으로써, 상황에 따라 동적으로 송전코일과 수전코일을 공진시키기 위한 보상 커패시터를 제어하는 것에 의해 항상 최적의 무선충전 효율을 유지할 수 있도록 구성되는 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치 및 이를 이용한 무선충전방법에 관한 것이다. In addition, the present invention, as described above, when the distance or alignment between the power transmission coil and the power reception coil changes or the shape of the power reception coil changes, coil compensation is not properly performed, resulting in a decrease in wireless charging efficiency. In order to solve the problems of wireless charging devices and methods of technology, the received power is calculated by measuring the received voltage and received current, the transmitted power is calculated by measuring the transmitted voltage and transmitted current, and the received power is divided by the transmitted power to charge. By calculating the efficiency and continuously monitoring the charging efficiency, when the charging efficiency decreases, each compensation capacitor is configured to set the capacitance value of the receiving coil compensation capacitor and the transmission coil compensation capacitor where the charging efficiency is maximized, A wireless charging device having a dynamic coil compensation function configured to always maintain optimal wireless charging efficiency by controlling a compensation capacitor for dynamically resonating a power transmission coil and a power receiving coil according to the present invention and a wireless charging method using the same.

최근, 정보통신 기술의 발달에 따라, 예를 들면, 스마트폰이나 태블릿 PC 또는 노트북 등과 같이, 휴대가능한 개인 정보통신 기기들에 대한 수요가 증가하고 있으며, 이와 함께, 친환경 기술에 대한 요구가 증가하면서 전기차의 보급 및 수요가 증가하고 있다. Recently, with the development of information and communication technology, for example, the demand for portable personal information and communication devices such as smart phones, tablet PCs, or laptops is increasing, and along with this, the demand for eco-friendly technologies is increasing The supply and demand for electric vehicles is increasing.

또한, 상기한 바와 같이 정보통신 기기 및 전기차에 대한 수요가 증가함에 따라 이러한 각종 정보통신 기기나 전기차 등에 구비되는 배터리에 대한 수요가 빠르게 증가하고 있으며, 이에 더하여, 그러한 배터리의 성능 및 효율을 개선하기 위한 기술개발에 대한 요구가 날로 높아지고 있다. In addition, as the demand for information communication devices and electric vehicles increases as described above, the demand for batteries provided in various information communication devices or electric vehicles is rapidly increasing, and in addition, to improve the performance and efficiency of such batteries The demand for technology development for

아울러, 최근에는, 배터리의 충전을 위해 충전선을 연결하여야만 하는 불편함이 있었던 기존의 충전장치들의 단점을 해소하기 위해 무선충전 기술이 개발되어 그 적용범위가 점차 확대되고 있으며, 이에, 최근에는, 이러한 무선충전 장치의 성능 및 효율을 개선하기 위한 기술개발에 대한 요구도 높아지고 있다. In addition, in recent years, wireless charging technology has been developed to solve the disadvantages of existing charging devices that had the inconvenience of having to connect a charging line to charge the battery, and its application range is gradually expanding. Demand for technology development to improve the performance and efficiency of these wireless charging devices is also increasing.

여기서, 상기한 바와 같은 무선충전의 성능 및 효율을 개선하기 위한 장치 및 방법에 관한 종래기술의 예로는, 먼저, 예를 들면, 한국 공개특허공보 제10-2021-0061030호에 제시된 바와 같은 "무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차"가 있다. Here, as an example of the prior art related to an apparatus and method for improving the performance and efficiency of wireless charging as described above, first, for example, as presented in Korean Patent Publication No. 10-2021-0061030, "wireless There is a charging pad, a wireless charging device, and an electric vehicle including the same.

더 상세하게는, 상기한 한국 공개특허공보 제10-2021-0061030호는, 전도성 와이어를 포함하는 코일; 코일상에 배치된 쉴드부; 코일과 쉴드부 사이에 배치된 제 1 자성소재; 및 쉴드부의 제 1 자성 소재를 향하는 일면상에 배치된 제 2 자성 소재를 포함하여, 2종의 자성소재를 구비하는 것에 의해 충전효율이 향상됨과 함께 방열특성이 개선될 수 있도록 구성되는 무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차에 관한 것이다. More specifically, the above Korean Patent Publication No. 10-2021-0061030 discloses a coil including a conductive wire; a shield unit disposed on the coil; a first magnetic material disposed between the coil and the shield unit; and a second magnetic material disposed on one surface of the shield unit facing the first magnetic material, so that charging efficiency and heat dissipation characteristics can be improved by having two kinds of magnetic materials. , a wireless charging device, and an electric vehicle including the same.

또한, 상기한 바와 같은 무선충전의 성능 및 효율을 개선하기 위한 장치 및 방법에 관한 종래기술의 다른 예로는, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-1792134호에 제시된 바와 같은 "무선충전모듈"이 있다. In addition, another example of the prior art related to an apparatus and method for improving the performance and efficiency of wireless charging as described above is, for example, a "wireless charging module" as presented in Korean Patent Registration No. 10-1792134. there is

더 상세하게는, 상기한 한국 등록특허공보 제10-1792134호는, 제 1 자성시트, 제 2 자성시트, 무선충전 송신장치로부터 무선전력을 수신하기 위한 무선충전 안테나부 및 근거리 통신을 위한 NFC 안테나부를 포함하는 무선충전모듈에 있어서, 제 2 자성시트는 개구부를 포함하고, 개구부의 내측면은 제 1 자성시트의 외측면을 둘러싸도록 배치되며, 제 1 자성시트상에 무선충전 안테나부가 배치되고, 제 2 자성시트상에 NFC 안테나부가 배치되며, 무선충전 안테나부와 제 1 자성시트 사이 및 NFC 안테나부와 제 2 자성시트 사이에 접착물질이 배치되고, NFC 안테나부와 무선충전 안테나부는 서로 이격되어 배치되며, 제 1 자성시트의 외측면 및 제 2 자성시트의 내측면은 서로 대향하며 배치되고, 제 1 자성시트와 제 2 자성시트는 투자율 및 면적이 서로 상이하며, 무선충전 안테나부 및 NFC 안테나부와 이격되어 배치된 제 3 안테나부를 더 포함하여, NFC 안테나 기능과 무선충전 안테나 기능을 동시에 보완하여 교신거리를 강화하면서 무선충전 효율을 극대화할 수 있도록 구성되는 일체형 복합자성시트 및 이를 포함하여 구성되는 무선충전모듈에 관한 것이다. More specifically, the above Korean Patent Registration No. 10-1792134 discloses a first magnetic sheet, a second magnetic sheet, a wireless charging antenna unit for receiving wireless power from a wireless charging transmitter, and an NFC antenna for short-range communication. A wireless charging module comprising a unit, wherein the second magnetic sheet includes an opening, an inner surface of the opening is disposed to surround an outer surface of the first magnetic sheet, and a wireless charging antenna unit is disposed on the first magnetic sheet, An NFC antenna unit is disposed on the second magnetic sheet, an adhesive material is disposed between the wireless charging antenna unit and the first magnetic sheet and between the NFC antenna unit and the second magnetic sheet, and the NFC antenna unit and the wireless charging antenna unit are spaced apart from each other The outer surface of the first magnetic sheet and the inner surface of the second magnetic sheet are disposed to face each other, the first magnetic sheet and the second magnetic sheet have different permeability and area, and the wireless charging antenna unit and the NFC antenna An integral composite magnetic sheet configured to maximize wireless charging efficiency while strengthening the communication distance by simultaneously supplementing the NFC antenna function and the wireless charging antenna function, further including a third antenna unit disposed apart from the unit, and a configuration including the same It relates to a wireless charging module that becomes.

상기한 바와 같이, 종래, 무선충전의 성능 및 효율을 개선하기 위한 장치 및 방법에 대하여 여러 가지 기술내용이 제시된 바 있으나, 상기한 바와 같은 종래기술의 내용들은 다음과 같은 문제점이 있는 것이었다. As described above, various technical details have been proposed with respect to devices and methods for improving the performance and efficiency of wireless charging, but the contents of the prior art as described above have the following problems.

즉, 자기유도 방식의 무선충전에 있어서, 송전코일과 수전코일 사이의 간격이 최소이며 송전코일과 수전코일의 정렬이 적절하게 이루어지도록 하여 송전코일의 자기장이 수전코일을 최대로 감아돌 때 무선충전 효율이 최대가 된다. That is, in the wireless charging of the magnetic induction method, the distance between the transmitting coil and the receiving coil is minimized and the transmitting coil and the receiving coil are properly aligned so that the magnetic field of the transmitting coil is maximally wound around the receiving coil. efficiency is maximized.

그러나 실제 산업용으로 무선충전기를 사용할 경우 송전코일과 수전코일 사이의 간격과 정렬이 최적상태가 아닐 수 있으며, 송전기 1개를 사용하여 다양한 수전기로 전력을 전송할 필요가 발생한다. However, when using a wireless charger for actual industrial use, the spacing and alignment between the transmission coil and the reception coil may not be optimal, and it is necessary to transmit power to various receivers using one transmitter.

또한, 이러한 경우, 송전코일과 수전코일이 자기장 교번 주파수에서 공진하도록 커패시터를 이용한 동적보상이 요구되나, 일반적으로, 종래기술의 무선충전 장치 및 방법들은 대부분 송전코일과 수전코일의 구조가 정해진 경우 또는 송전코일과 수전코일의 간격이 정해진 경우에 대하여만 고정된 코일보상 방식이 적용되고 있으며, 그로 인해, 종래기술의 무선충전 장치 및 방법들은 송전코일과 수전코일의 간격이나 정렬도가 변화할 경우 또는 수전코일의 형태가 변화할 경우 코일보상이 적절히 이루어지지 않아 무선충전 효율이 감소하는 문제가 있다. In addition, in this case, dynamic compensation using a capacitor is required so that the transmission coil and the power reception coil resonate at the magnetic field alternating frequency, but in general, wireless charging devices and methods of the prior art are mostly used when the structure of the transmission coil and the power reception coil is determined or The fixed coil compensation method is applied only when the distance between the transmission coil and the reception coil is determined, and as a result, the prior art wireless charging devices and methods are used when the distance or alignment between the transmission coil and the reception coil changes or When the shape of the receiving coil is changed, coil compensation is not properly performed, resulting in a decrease in wireless charging efficiency.

따라서 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여는, 무선충전장치의 사용시 송전코일과 수전코일의 간격이 변화하거나 정렬도가 변화할 경우 또는 수전코일의 형태가 변화할 경우에도 상황에 따라 동적으로 송전코일과 수전코일을 공진시키기 위한 보상 커패시터를 제어하는 것에 의해 항상 최적의 무선충전 효율을 유지할 수 있도록 구성되는 새로운 구조의 무선충전장치 및 방법을 제공하는 것이 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 장치나 방법은 제시되지 못하고 있는 실정이다. Therefore, in order to solve the problems of the prior art as described above, when the wireless charging device is used, when the distance between the power transmission coil and the power reception coil is changed or the degree of alignment is changed or the shape of the power reception coil is changed, dynamic It is desirable to provide a wireless charging device and method with a new structure configured to always maintain optimal wireless charging efficiency by controlling a compensation capacitor for resonating a power transmission coil and a power receiving coil, but all such requests have not yet been met. A satisfactory device or method has not yet been presented.

한국 공개특허공보 제10-2021-0061030호 (2021.05.27.)Korean Patent Publication No. 10-2021-0061030 (2021.05.27.) 한국 등록특허공보 제10-1792134호 (2017.10.25.)Korean Registered Patent Publication No. 10-1792134 (2017.10.25.)

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 미리 정해진 송전코일과 수전코일의 구조나 간격에 대하여 고정된 코일보상 방식이 적용됨으로 인해 송전코일과 수전코일의 간격이나 정렬도 또는 수전코일의 형태가 변화할 경우 적절한 코일보상이 이루어지지 못하여 무선충전 효율이 감소하는 한계가 있었던 종래기술의 무선충전 장치 및 방법들의 문제점을 해결하기 위해, 송전코일과 수전코일의 정렬정도의 변화시나 단일의 송전코일로부터 다수의 수전코일로 송전시 상황에 따라 자동으로 임피던스를 정합하여 무선충전 효율이 자동으로 최적화될 수 있도록 구성되는 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치 및 이를 이용한 무선충전방법을 제공하고자 하는 것이다. The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, and therefore, an object of the present invention is to apply a fixed coil compensation method with respect to a predetermined structure or interval between a transmission coil and a reception coil, so that the transmission coil and the reception coil In order to solve the problems of the prior art wireless charging devices and methods, which have limitations in that the wireless charging efficiency is reduced because proper coil compensation is not performed when the coil spacing or alignment or the shape of the receiving coil is changed, the transmitting coil and the receiving coil A wireless charging device having a dynamic coil compensation function configured to automatically optimize wireless charging efficiency by automatically matching impedances according to circumstances when the degree of arrangement of coils changes or when power is transmitted from a single transmitting coil to multiple receiving coils, and It is intended to provide a wireless charging method using this.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기한 바와 같이 송전코일과 수전코일의 간격이나 정렬도가 변화할 경우 또는 수전코일의 형태가 변화할 경우 코일보상이 적절히 이루어지지 못하여 무선충전 효율이 감소하는 한계가 있었던 종래기술의 무선충전 장치 및 방법들의 문제점을 해결하기 위해, 수전전압과 수전전류를 측정하여 수전전력을 산출하고, 송전전압과 송전전류를 측정하여 송전전력을 산출하며, 수전전력을 송전전력으로 나누어 충전효율을 산출하고, 충전효율을 지속적으로 모니터링하여 충전효율이 감소할 경우 충전효율이 최대가 되는 수전코일 보상 커패시터 및 송전코일 보상 커패시터의 정전용량 값으로 각각의 보상 커패시터를 설정하도록 구성됨으로써, 상황에 따라 동적으로 송전코일과 수전코일을 공진시키기 위한 보상 커패시터를 제어하는 것에 의해 항상 최적의 무선충전 효율을 유지할 수 있도록 구성되는 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치 및 이를 이용한 무선충전방법을 제공하고자 하는 것이다. In addition, another object of the present invention is, as described above, when the distance or alignment between the power transmission coil and the power reception coil is changed or the shape of the power reception coil is changed, coil compensation is not properly performed, thereby reducing wireless charging efficiency. In order to solve the problems of the prior art wireless charging devices and methods, the received power is calculated by measuring the received voltage and received current, the transmitted power is calculated by measuring the transmitted voltage and transmitted current, and the received power is transmitted. The charging efficiency is calculated by dividing by , and the charging efficiency is continuously monitored to set each compensation capacitor to the capacitance value of the receiving coil compensation capacitor and the transmission coil compensation capacitor, in which the charging efficiency is maximized when the charging efficiency decreases. , A wireless charging device having a dynamic coil compensation function configured to always maintain optimal wireless charging efficiency by controlling a compensation capacitor for resonating a power transmission coil and a power receiving coil dynamically according to circumstances, and a wireless charging method using the same that you want to provide.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치에 있어서, 송전코일을 통하여 무선으로 전력을 송신하도록 이루어지는 송전부; 및 수전코일을 통하여 상기 송전부로부터 송신되는 전력을 수신하는 수전부를 포함하여 구성되고, 상기 송전부는, 송전전압을 측정하기 위한 송전전압 측정부; 송전전류를 측정하기 위한 송전전류 측정부; 상기 송전코일의 인덕턴스를 제어하기 위한 송전코일 보상부; 전압 및 전류 측정값을 포함하는 각종 데이터를 송수신하기 위한 송전통신부; 및 상기 송전부의 전체적인 동작을 제어하고, 상기 송전전압 측정부 및 상기 송전전류 측정부에 의해 측정된 각각의 측정값과 상기 수전부로부터 전송되는 데이터에 근거하여 충전효율을 산출하고 모니터링하여 충전효율이 최대가 되도록 상기 송전코일 보상부를 제어하는 처리가 수행되는 송전제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치가 제공된다. In order to achieve the above object, according to the present invention, in a wireless charging device having a dynamic coil compensation function, a power transmission unit configured to wirelessly transmit power through a power transmission coil; and a power receiving unit receiving power transmitted from the power transmitting unit through a power receiving coil, wherein the power transmitting unit includes: a power transmission voltage measurement unit for measuring a power transmission voltage; Transmission current measuring unit for measuring the transmission current; a power transmission coil compensator for controlling inductance of the power transmission coil; a power transmission and communication unit for transmitting and receiving various data including voltage and current measurement values; and controlling the overall operation of the power transmission unit, calculating and monitoring the charging efficiency based on the measured values measured by the transmission voltage measurement unit and the transmission current measurement unit and the data transmitted from the power reception unit. A wireless charging device with a dynamic coil compensation function is provided, characterized in that it comprises a power transmission control unit in which a process of controlling the power transmission coil compensator is performed so that the power transmission coil compensation unit is maximized.

여기서, 상기 수전부는, 수전전류를 측정하기 위한 수전전류 측정부; 수전전압을 측정하기 위한 수전전압 측정부; 상기 수전코일의 인덕턴스를 제어하기 위한 수전코일 보상부; 전압 및 전류 측정값을 포함하는 각종 데이터를 송수신하기 위한 수전통신부; 및 상기 수전부의 전체적인 동작을 제어하고, 상기 수전전압 측정부 및 상기 수전전류 측정부에 의해 측정된 각각의 측정값에 근거하여 수전전력을 산출하고 상기 송전부로 전송하며, 상기 수전코일 보상부를 제어하여 충전효율이 최대가 되는 최적값을 구하고 상기 송전부로 전송하는 처리가 수행되는 수전제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. Here, the power receiving unit may include a receiving current measuring unit for measuring a receiving current; a receiving voltage measuring unit for measuring a receiving voltage; a power receiving coil compensator for controlling inductance of the power receiving coil; A receiving communication unit for transmitting and receiving various data including voltage and current measurement values; and controlling the overall operation of the power receiving unit, calculating received power based on respective measurement values measured by the receiving voltage measuring unit and the receiving current measuring unit, and transmitting the received power to the power transmission unit, and transmitting the receiving power to the power transmitting unit, and the receiving coil compensation unit. It is characterized in that it is configured to include a power reception control unit that performs a process of obtaining an optimum value at which charging efficiency is maximized by controlling and transmitting the value to the power transmission unit.

또한, 상기 송전부는, 전력을 공급하기 위한 송전전원부; 및 충전전류 및 전압을 일정하게 제어하기 위한 스위칭회로를 더 포함하여 구성되고, 상기 수전부는, 수신된 전력신호의 정류를 위한 정류부; 및 수신된 전력이 저장되는 배터리를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. In addition, the transmission unit may include a power transmission power unit for supplying power; and a switching circuit for constantly controlling charging current and voltage, wherein the power receiving unit includes: a rectifying unit for rectifying the received power signal; and a battery in which the received power is stored.

아울러, 상기 수전제어부는, 상기 수전전압 측정부 및 상기 수전전류 측정부를 통하여 수전전압과 수전전류를 측정하고, 측정된 값들로부터 수전전력을 계산하여 상기 수전통신부를 통해 상기 송전제어부로 전송하는 처리가 수행되고, 상기 송전제어부는, 상기 송전전압 측정부 및 상기 송전전류 측정부를 통하여 송전전압과 송전전류를 측정하고, 측정된 값들로부터 송전전력을 산출하며, 상기 수전제어부에서 수신된 수전전력을 산출된 송전전력으로 나눈 값에 근거하여 충전효율을 산출하는 과정을 미리 정해진 설정에 따라 반복 수행하여 충전효율을 모니터링하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다. In addition, the power receiving control unit measures the receiving voltage and the receiving current through the receiving voltage measuring unit and the receiving current measuring unit, calculates the receiving power from the measured values, and transmits the received power to the power transmission control unit through the power receiving communication unit. The transmission control unit measures the transmission voltage and transmission current through the transmission voltage measurement unit and the transmission current measurement unit, calculates the transmission power from the measured values, and calculates the transmission power received by the power reception control unit It is characterized in that the processing of monitoring the charging efficiency is performed by repeatedly performing the process of calculating the charging efficiency based on the value divided by the transmitted power according to a predetermined setting.

더욱이, 상기 송전제어부는, 충전효율의 모니터링 중 충전효율이 미리 정해진 기준값이나 기준범위를 벗어나는 것이 감지되면 상기 수전제어부에 상기 수전코일에 대한 보상명령을 전송하고, 상기 수전제어부는, 상기 보상명령에 근거하여 상기 수전코일 보상부의 수전코일 보상 커패시터의 정전용량을 제어하여 상기 수전코일 보상 커패시터의 최소값에서 최대값까지의 값들 중에서 충전효율이 최대가 되는 최적값을 구하여 상기 송전제어부로 전송하며, 상기 송전제어부는, 수신된 상기 수전코일 보상부의 최적값에 근거하여, 상기 송전코일 보상부의 송전코일 보상 커패시터의 최소값에서 최대값까지의 값들 중에서 충전효율이 최대가 되는 최적값으로 상기 송전코일 보상 커패시터의 정전용량을 제어하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다. Furthermore, when the power transmission control unit detects that the charging efficiency is out of a predetermined reference value or a reference range while monitoring the charging efficiency, the power reception control unit transmits a compensation command for the power reception coil to the power reception control unit, and the power reception control unit responds to the compensation command. Based on this, the capacitance of the receiving coil compensating capacitor of the receiving coil compensating unit is controlled to obtain an optimum value at which the charging efficiency is maximized among the values from the minimum value to the maximum value of the receiving coil compensating capacitor, and transmits the optimum value to the power transmission control unit. Based on the received optimum value of the power receiving coil compensation unit, the control unit determines the power failure of the power transmission coil compensation capacitor with the optimum value at which the charging efficiency is maximized among the values from the minimum value to the maximum value of the power transmission coil compensation capacitor of the power transmission coil compensation unit. It is characterized in that it is configured so that processing for controlling the capacity is performed.

또한, 상기 송전코일 보상부는, 미리 정해진 정전용량을 가지는 고정 커패시터 C1와, 서로 다른 정전용량을 가지고 병렬 연결된 복수의 커패시터와 각각의 커패시터에 연결된 스위치를 포함하여 이루어지는 가변 커패시터 CA를 포함하여 구성되고, 상기 수전코일 보상부는, 미리 정해진 정전용량을 가지는 고정 커패시터 C2와, 서로 다른 정전용량을 가지고 병렬 연결된 복수의 커패시터와 각각의 커패시터에 연결된 스위치를 포함하여 이루어지는 가변 커패시터 CB를 포함하여 구성됨으로써, 각각의 스위치를 통하여 상기 가변 커패시터의 각각의 커패시터를 단락 또는 개방하는 것에 의해 보상 커패시턴스 값을 변경하여 제어할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다. In addition, the power transmission coil compensator includes a fixed capacitor C 1 having a predetermined capacitance, a variable capacitor C A including a plurality of capacitors having different capacitances connected in parallel and a switch connected to each capacitor. and a variable capacitor C B comprising a fixed capacitor C 2 having a predetermined capacitance, a plurality of capacitors having different capacitances and connected in parallel, and a switch connected to each capacitor. Thus, it is characterized in that the compensation capacitance value is changed and controlled by shorting or opening each capacitor of the variable capacitor through each switch.

아울러, 상기 송전코일 보상부(수전코일 보상부)는, fs는 스위칭회로의 스위칭 주파수, L1(L2)은 송전코일(수전코일)의 인덕턴스, L1max(L2max)는 송전코일(수전코일) 인덕턴스의 최대값, C1(C2)은 송전코일(수전코일)의 인덕턴스가 가장 큰 경우의 송전코일(수전코일) 보상 커패시턴스라 할 때, 상기 고정 커패시터 C1(C2)의 값이 이하의 수학식을 만족하는 값으로 설정되는 것을 특징으로 한다. In addition, in the power transmission coil compensation unit (reception coil compensation unit), fs is the switching frequency of the switching circuit, L 1 (L 2 ) is the inductance of the transmission coil (reception coil), and L 1max (L 2max ) is the transmission coil (reception coil) Coil) The maximum value of inductance, C 1 (C 2 ), is the value of the fixed capacitor C 1 (C 2 ) when it is assumed that the transmission coil (reception coil) compensation capacitance when the inductance of the transmission coil (reception coil) is the largest It is characterized in that it is set to a value that satisfies the following equation.

Figure pat00001
Figure pat00001

더욱이, 상기 송전코일 보상부(수전코일 보상부)는, 상기 송전코일(수전코일)의 인덕턴스 L1(L2)의 최소값을 L1min(L2min)라 할 때, 상기 가변 커패시터 CA(CB)의 최대값 CA,max(CB,max)이 이하의 수학식을 만족하는 값으로 설정되는 것을 특징으로 한다. Moreover, when the minimum value of the inductance L 1 (L 2 ) of the transmitting coil (receiving coil) is assumed to be L 1min (L 2min ), the transmitting coil compensator (receiving coil compensating unit), the variable capacitor C A (C B ) is characterized in that the maximum value C A,max (C B,max ) is set to a value that satisfies the following equation.

Figure pat00002
Figure pat00002

또한, 상기 송전코일 보상부(수전코일 보상부)는, 상기 가변 커패시터 CA(CB)의 각각의 커패시터의 값은 기본 커패시턴스 C0의 배수(C0, 2C0, 4C0, 8C0,...)로 설정되고, 상기 기본 커패시턴스 C0는 이하의 수학식을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 한다. In addition, in the transmitting coil compensator (receiving coil compensator), the value of each capacitor of the variable capacitor C A (C B ) is a multiple of the basic capacitance C 0 (C 0 , 2C 0 , 4C 0 , 8C 0 , ...), and the basic capacitance C 0 is characterized in that it is calculated using the following equation.

Figure pat00003
Figure pat00003

(여기서, N은 가변 커패시터 CA(CB)에 구비되는 개별 커패시터의 수에 따라 고정 커패시터 C1(C2)와 조합 가능한 총 경우의 수를 의미함) (Here, N means the total number of cases that can be combined with the fixed capacitor C 1 (C 2 ) according to the number of individual capacitors provided in the variable capacitor C A (C B ))

아울러, 상기 무선충전장치는, 충전이 시작되면, 상기 수전전압 측정부 및 상기 수전전류 측정부를 통하여 수전전압 V2와 수전전류 I2의 값을 각각 측정하고, 이하의 수학식을 이용하여 상기 스위칭 회로의 스위칭주기 T 동안 등간격으로 각각의 시점 t1, t2, ..., tN에서 각각 측정된 수전전압 값 V2(t1), V2(t2), ..., V2(tN)과 수전전류 값 I2(t1), I2(t2), ..., I2(tN)으로부터 평균 수전전력 P2,av를 산출하여 상기 송전제어부로 전송하는 처리가 상기 수전제어부를 통해 수행되며, In addition, when charging starts, the wireless charging device measures the values of the power receiving voltage V 2 and the receiving current I 2 through the power receiving voltage measuring unit and the receiving current measuring unit, respectively, and uses the following equation to perform the switching. Receiving voltage values V 2 (t 1 ), V 2 (t 2 ), ..., V measured at each point in time t 1 , t 2 , ..., t N at equal intervals during the switching period T of the circuit 2 (t N ) and the received current values I 2 (t 1 ), I 2 (t 2 ), ..., I 2 (t N ) to calculate the average received power P 2,av and transmit it to the transmission control unit Processing is performed through the faucet control unit,

Figure pat00004
Figure pat00004

상기 송전제어부를 통하여, 상기 송전전압 측정부와 상기 송전전류 측정부를 통해 측정된 각각의 측정값에 근거하여 상기 수전제어부와 동일한 방식으로 평균 송전전력 P1,av를 산출하고, 상기 수전제어부를 통해 전송된 평균 수전전력 P2,av와 이하의 수학식을 이용하여 충전효율 E를 산출하는 과정을 미리 정해진 설정에 따라 반복하는 것에 의해 충전효율을 지속적으로 모니터링하며, Through the power transmission control unit, the average transmission power P 1,av is calculated in the same manner as the power reception control unit based on the measured values measured through the transmission voltage measurement unit and the transmission current measurement unit, and through the power reception control unit The charging efficiency is continuously monitored by repeating the process of calculating the charging efficiency E using the transmitted average received power P 2,av and the following equation according to a predetermined setting,

Figure pat00005
Figure pat00005

모니터링 중 충전효율이 미리 정해진 기준치나 기준범위를 벗어나는 것이 감지되면 상기 송전코일과 상기 수전코일의 보상이 필요한 것으로 판단하여 상기 수전코일 보상부의 가변 커패시터를 제어하여 최소값 C2에서부터 최대값 C2+CB,max까지의 수전코일 보상 커패시턴스 중에서 효율이 최대인 최적 커패시턴스 C2,opt를 구하고, 상기 수전코일 보상부의 커패시턴스를 상기 최적 커패시턴스 C2,opt로 고정한 상태에서 상기 송전코일 보상부의 최적 커패시턴스 C1,opt를 상기 송전코일 보상부와 동일한 방식으로 구하고, 구해진 각각의 최적 커패시턴스 값에 따라 상기 송전코일 보상부 및 상기 수전코일 보상부의 커패시턴스를 각각 제어하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다. During monitoring, when it is detected that the charging efficiency is out of a predetermined reference value or standard range, it is determined that compensation of the power transmission coil and the power reception coil is necessary, and the variable capacitor of the power reception coil compensator is controlled to obtain a minimum value C 2 to a maximum value C 2 + CB. Optimal capacitance C 2,opt having the maximum efficiency among power receiving coil compensation capacitances up to , max is obtained, and in a state where the capacitance of the receiving coil compensation unit is fixed to the optimum capacitance C 2,opt, the optimum capacitance C 1 of the power transmission coil compensation unit; opt is obtained in the same way as the power transmission coil compensator, and a process of controlling the capacitances of the power transmission coil compensator and the power reception coil compensator is performed according to each obtained optimum capacitance value.

더욱이, 본 발명에 따르면, 상기에 기재된 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치를 이용한 무선충전방법에 있어서, 상기 무선충전장치의 수전제어부를 통하여, 상기 무선충전장치의 수전전압 측정부 및 수전전류 측정부를 통해 수전전압과 수전전류의 값을 각각 측정하고, 측정값에 근거하여 평균 수전전력을 산출하는 처리가 수행되는 수전전력 산출단계; 상기 무선충전장치의 송전제어부를 통하여, 상기 무선충전장치의 송전전압 측정부 및 송전전류 측정부를 통해 송전전압과 송전전류의 값을 각각 측정하고, 측정값에 근거하여 평균 송전전력을 산출하는 처리가 수행되는 송전전력 산출단계; 상기 송전제어부를 통하여, 각각의 수전전력과 송전전력의 값에 근거하여 충전효율을 구하고 지속적으로 모니터링하는 처리가 수행되는 충전효율 산출 및 모니터링단계; 상기 송전제어부를 통하여, 모니터링 중 충전효율이 미리 정해진 기준값이나 범위를 벗어나는 것이 감지되면 상기 무선충전장치의 송전코일 보상부 및 수전코일 보상부에 대한 최적의 보상 커패시턴스를 산출하고, 산출된 값에 근거하여 각각의 보상 커패시턴스를 최적값으로 제어하는 처리가 수행되는 보상단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선충전방법이 제공된다. Furthermore, according to the present invention, in the wireless charging method using the wireless charging device having the dynamic coil compensation function described above, the power receiving voltage measuring unit and the receiving current measurement of the wireless charging device are measured through the power receiving control unit of the wireless charging device. a receiving power calculation step of measuring the values of the receiving voltage and receiving current through the unit and calculating the average received power based on the measured values; The processing of measuring the values of the transmission voltage and the transmission current through the transmission voltage measurement unit and the transmission current measurement unit of the wireless charging device through the transmission control unit of the wireless charging device, respectively, and calculating the average transmission power based on the measured values a transmission power calculation step performed; a charging efficiency calculation and monitoring step in which charging efficiency is calculated and continuously monitored based on values of each received power and transmitted power through the power transmission control unit; Through the transmission control unit, when it is detected that the charging efficiency is out of a predetermined reference value or range during monitoring, optimal compensation capacitance for the transmission coil compensation unit and the reception coil compensation unit of the wireless charging device is calculated, and based on the calculated value There is provided a wireless charging method characterized in that it comprises a compensation step in which a process of controlling each compensation capacitance to an optimum value is performed.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 수전전압과 수전전류를 측정하여 수전전력을 산출하고, 송전전압과 송전전류를 측정하여 송전전력을 산출하며, 수전전력을 송전전력으로 나누어 충전효율을 산출하고, 충전효율을 지속적으로 모니터링하여 충전효율이 감소할 경우 충전효율이 최대가 되는 수전코일 보상 커패시터 및 송전코일 보상 커패시터의 정전용량 값으로 각각의 보상 커패시터를 설정하도록 구성되는 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치 및 이를 이용한 무선충전방법이 제공됨으로써, 상황에 따라 동적으로 송전코일과 수전코일을 공진시키기 위한 보상 커패시터를 제어하는 것에 의해 항상 최적의 무선충전 효율을 유지할 수 있다. As described above, according to the present invention, the received power is calculated by measuring the received voltage and the received current, the transmitted power is calculated by measuring the transmitted voltage and the transmitted current, the received power is divided by the transmitted power to calculate the charging efficiency, , Wireless having a dynamic coil compensation function configured to continuously monitor the charging efficiency and set each compensation capacitor to the capacitance value of the receiving coil compensation capacitor and the transmitting coil compensation capacitor, in which the charging efficiency is maximized when the charging efficiency decreases. By providing a charging device and a wireless charging method using the same, optimal wireless charging efficiency can always be maintained by dynamically controlling a compensation capacitor for resonating a power transmission coil and a power reception coil according to circumstances.

또한, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 송전코일과 수전코일의 정렬정도의 변화시나 단일의 송전코일로부터 다수의 수전코일로 송전시 상황에 따라 자동으로 임피던스를 정합하여 무선충전 효율이 자동으로 최적화될 수 있도록 구성되는 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치 및 이를 이용한 무선충전방법이 제공됨으로써, 미리 정해진 송전코일과 수전코일의 구조나 간격에 대하여 고정된 코일보상 방식이 적용됨으로 인해 송전코일과 수전코일의 간격이나 정렬도 또는 수전코일의 형태가 변화할 경우 적절한 코일보상이 이루어지지 못하여 무선충전 효율이 감소하는 한계가 있었던 종래기술의 무선충전 장치 및 방법들의 문제점을 해결할 수 있다. In addition, according to the present invention, as described above, when the degree of alignment between the transmission coil and the reception coil is changed or when power is transmitted from a single transmission coil to a plurality of reception coils, the impedance is automatically matched to automatically optimize the wireless charging efficiency. By providing a wireless charging device having a dynamic coil compensation function configured to be configured and a wireless charging method using the same, a fixed coil compensation method is applied to a predetermined structure or interval between a transmission coil and a reception coil, so that the transmission coil and the reception coil It is possible to solve the problems of the prior art wireless charging devices and methods, which have limitations in that wireless charging efficiency is reduced because proper coil compensation is not performed when the coil spacing or alignment or the shape of the power receiving coil is changed.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치의 송전전압 측정부 및 수전전압 측정부의 구체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치의 송전전류 측정부 및 수전전류 측정부의 구체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치의 충전동작을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치의 송전코일 보상부와 수전코일 보상부의 구체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5에 나타낸 보상회로의 가변 커패시터의 구체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치를 이용한 무선충전방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
1 is a diagram schematically showing the overall configuration of a wireless charging device having a dynamic coil compensation function according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing specific configurations of a transmission voltage measurement unit and a reception voltage measurement unit of a wireless charging device having a dynamic coil compensation function according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1 .
FIG. 3 is a diagram schematically showing specific configurations of a transmission current measurement unit and a reception current measurement unit of a wireless charging device having a dynamic coil compensation function according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1 .
4 is a diagram schematically illustrating a charging operation of a wireless charging device having a dynamic coil compensation function according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1 .
FIG. 5 is a diagram schematically showing specific configurations of a transmitting coil compensating unit and a receiving coil compensating unit of a wireless charging device having a dynamic coil compensating function according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1 .
FIG. 6 is a diagram schematically showing a specific configuration of a variable capacitor of the compensation circuit shown in FIG. 5;
7 is a flowchart schematically showing the overall configuration of a wireless charging method using a wireless charging device having a dynamic coil compensation function according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치 및 이를 이용한 무선충전방법의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, specific embodiments of a wireless charging device having a dynamic coil compensation function and a wireless charging method using the same according to the present invention will be described.

여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다. Here, it should be noted that the contents described below are only one embodiment for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to the contents of the embodiments described below.

또한, 이하의 본 발명의 실시예에 대한 설명에 있어서, 종래기술의 내용과 동일 또는 유사하거나 당업자의 수준에서 용이하게 이해하고 실시할 수 있다고 판단되는 부분에 대하여는, 설명을 간략히 하기 위해 그 상세한 설명을 생략하였음에 유념해야 한다. In addition, in the following description of the embodiments of the present invention, for parts that are the same as or similar to the contents of the prior art or are determined to be easily understood and implemented at the level of those skilled in the art, the detailed descriptions are provided to simplify the description. It should be noted that .

즉, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 미리 정해진 송전코일과 수전코일의 구조나 간격에 대하여 고정된 코일보상 방식이 적용됨으로 인해 송전코일과 수전코일의 간격이나 정렬도 또는 수전코일의 형태가 변화할 경우 적절한 코일보상이 이루어지지 못하여 무선충전 효율이 감소하는 한계가 있었던 종래기술의 무선충전 장치 및 방법들의 문제점을 해결하기 위해, 송전코일과 수전코일의 정렬정도의 변화시나 단일의 송전코일로부터 다수의 수전코일로 송전시 상황에 따라 자동으로 임피던스를 정합하여 무선충전 효율이 자동으로 최적화될 수 있도록 구성되는 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치 및 이를 이용한 무선충전방법에 관한 것이다. That is, in the present invention, as will be described later, since a fixed coil compensation method is applied to a predetermined structure or interval between the transmission coil and the reception coil, the distance or alignment between the transmission coil and the reception coil or the shape of the reception coil is changed. In order to solve the problems of the prior art wireless charging devices and methods, which had limitations in reducing wireless charging efficiency due to failure to properly compensate the coil, when the alignment degree of the transmission coil and the reception coil changed or multiple transmission coils were changed, The present invention relates to a wireless charging device having a dynamic coil compensation function configured to automatically optimize wireless charging efficiency by automatically matching impedances according to situations when power is transmitted to a power receiving coil, and a wireless charging method using the same.

아울러, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 송전코일과 수전코일의 간격이나 정렬도가 변화할 경우 또는 수전코일의 형태가 변화할 경우 코일보상이 적절히 이루어지지 못하여 무선충전 효율이 감소하는 한계가 있었던 종래기술의 무선충전 장치 및 방법들의 문제점을 해결하기 위해, 수전전압과 수전전류를 측정하여 수전전력을 산출하고, 송전전압과 송전전류를 측정하여 송전전력을 산출하며, 수전전력을 송전전력으로 나누어 충전효율을 산출하고, 충전효율을 지속적으로 모니터링하여 충전효율이 감소할 경우 충전효율이 최대가 되는 수전코일 보상 커패시터 및 송전코일 보상 커패시터의 정전용량 값으로 각각의 보상 커패시터를 설정하도록 구성됨으로써, 상황에 따라 동적으로 송전코일과 수전코일을 공진시키기 위한 보상 커패시터를 제어하는 것에 의해 항상 최적의 무선충전 효율을 유지할 수 있도록 구성되는 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치 및 이를 이용한 무선충전방법에 관한 것이다. In addition, as will be described later, the present invention has limitations in reducing wireless charging efficiency because coil compensation cannot be properly performed when the distance or alignment between the power transmission coil and the power reception coil changes or the shape of the power reception coil changes. In order to solve the problems of the prior art wireless charging devices and methods, the received power is calculated by measuring the received voltage and received current, the transmitted power is calculated by measuring the transmitted voltage and transmitted current, and the received power is divided by the transmitted power. By calculating the charging efficiency and continuously monitoring the charging efficiency, when the charging efficiency decreases, each compensation capacitor is configured to set the capacitance value of the receiving coil compensation capacitor and the transmission coil compensation capacitor where the charging efficiency is maximized, The present invention relates to a wireless charging device having a dynamic coil compensation function configured to always maintain optimal wireless charging efficiency by controlling a compensation capacitor for dynamically resonating a transmission coil and a power reception coil according to, and a wireless charging method using the same. .

계속해서, 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치 및 이를 이용한 무선충전방법의 구체적인 내용에 대하여 설명한다. Subsequently, with reference to the drawings, specific details of a wireless charging device having a dynamic coil compensation function and a wireless charging method using the same according to the present invention will be described.

먼저, 도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치(10)의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. First, referring to FIG. 1, FIG. 1 is a diagram schematically showing the overall configuration of a wireless charging device 10 having a dynamic coil compensation function according to an embodiment of the present invention.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치(10)는, 크게 나누어, 전력을 송신하는 송전부(11)와, 송전부(11)로부터 송신되는 전력을 수신하는 수전부(21)를 포함하여 구성될 수 있다. As shown in FIG. 1, the wireless charging device 10 having a dynamic coil compensation function according to an embodiment of the present invention is roughly divided into a power transmission unit 11 that transmits power and a power transmission unit 11 that transmits power. It may be configured to include a power receiver 21 that receives power.

더 상세하게는, 상기한 송전부(11)는, 전력을 공급하기 위한 송전전원부(12), 송전전압을 측정하기 위한 송전전압 측정부(13), 송전전류를 측정하기 위한 송전전류 측정부(14), 충전전류 및 전압을 일정하게 제어하기 위한 스위칭회로(15), 송전코일(17)의 인덕턴스를 제어하기 위한 송전코일 보상부(16), 전력신호를 송신하기 위한 송전코일(17), 송전부(11)의 전체적인 동작을 제어하기 위한 송전제어부(18) 및 전원 및 전류 측정값을 포함하는 각종 데이터를 송수신하기 위한 송전통신부(19)를 포함하여 구성될 수 있다. More specifically, the power transmission unit 11 includes a transmission power supply unit 12 for supplying power, a transmission voltage measurement unit 13 for measuring transmission voltage, and a transmission current measurement unit for measuring transmission current ( 14), a switching circuit 15 for constantly controlling the charging current and voltage, a power transmission coil compensator 16 for controlling the inductance of the power transmission coil 17, a power transmission coil 17 for transmitting a power signal, It may include a power transmission control unit 18 for controlling the overall operation of the power transmission unit 11 and a power transmission and communication unit 19 for transmitting and receiving various data including power and current measurement values.

또한, 상기한 수전부(21)는, 송전부(11)로부터 송신되는 전력신호를 수신하기 위한 수전코일(27), 수전코일(27)의 인덕턴스를 제어하기 위한 수전코일 보상부(26), 수신된 전력신호의 정류를 위한 정류부(25), 수전전류를 측정하기 위한 수전전류 측정부(24), 수전전압을 측정하기 위한 수전전압 측정부(23), 수신된 전력이 저장되는 배터리(22), 수전부(21)의 전체적인 동작을 제어하기 위한 수전제어부(28) 및 전원 및 전류 측정값을 포함하는 각종 데이터를 송수신하기 위한 수전통신부(29)를 포함하여 구성될 수 있다. In addition, the power receiving unit 21 includes a power receiving coil 27 for receiving a power signal transmitted from the power transmitting unit 11, a power receiving coil compensation unit 26 for controlling the inductance of the power receiving coil 27, A rectifying unit 25 for rectifying the received power signal, a receiving current measuring unit 24 for measuring receiving current, a receiving voltage measuring unit 23 for measuring receiving voltage, and a battery 22 storing the received power ), a power reception control unit 28 for controlling the overall operation of the power reception unit 21, and a power reception communication unit 29 for transmitting and receiving various data including power and current measurement values.

아울러, 도 2 및 도 3을 참조하면, 도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치(10)의 송전전압 측정부(13) 및 수전전압 측정부(23)의 구체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 3은 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치(10)의 송전전류 측정부(14) 및 수전전류 측정부(24)의 구체적인 구성을 각각 개략적으로 나타내는 도면이다. In addition, referring to FIGS. 2 and 3, FIG. 2 is a transmission voltage measurement unit 13 and a reception voltage measurement unit of the wireless charging device 10 having a dynamic coil compensation function according to the embodiment of the present invention shown in FIG. (23) is a diagram schematically showing the specific configuration, and FIG. 3 is a transmission current measurement unit 14 and a current reception current of the wireless charging device 10 having a dynamic coil compensation function according to the embodiment of the present invention shown in FIG. It is a drawing schematically showing the specific configuration of the measuring unit 24, respectively.

도 2 및 도 3에 각각 나타낸 바와 같이, 상기한 송전전압 측정부(13) 및 수전전압 측정부(23)는 미리 정해진 일정 배수로 전압을 증폭하기 위한 전압배율 증폭기를 포함하여 구성될 수 있고, 상기한 송전전류 측정부(14) 및 수전전류 측정부(24)는 미리 정해진 일정 배수로 전류를 증폭하기 위한 전류측정 증폭기를 포함하여 구성될 수 있다. As shown in FIGS. 2 and 3 , the transmission voltage measurement unit 13 and the reception voltage measurement unit 23 may include a voltage multiplier amplifier for amplifying the voltage by a predetermined multiple, and the The transmission current measurement unit 14 and the reception current measurement unit 24 may include a current measurement amplifier for amplifying the current by a predetermined multiple.

더욱이, 본 발명의 실시예에 따른 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전기(10)는, 배터리의 충전상태에 따라 단계별로 나누어 충전이 이루어지도록 구성될 수 있다. Moreover, the wireless charger 10 having a dynamic coil compensation function according to an embodiment of the present invention may be configured to charge in stages according to the state of charge of the battery.

더 상세하게는, 도 4를 참조하면, 도 4는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치(10)의 충전동작을 개략적으로 나타내는 도면이다. In more detail, referring to FIG. 4 , FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a charging operation of the wireless charging device 10 having a dynamic coil compensation function according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 .

도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전기(10)는, 상기한 송전제어부(18)의 제어에 의해 배터리의 종류에 따라 정해진 정전류 충전단계와 정전압 충전단계로 배터리가 충전되도록 구성될 수 있다. As shown in FIG. 4, in the wireless charger 10 having a dynamic coil compensation function according to an embodiment of the present invention, the constant current charging step and constant voltage charging determined according to the type of battery under the control of the power transmission controller 18 described above. The battery may be configured to be charged in steps.

즉, 상기한 송전제어부(18)는, 스위칭 회로(16)을 제어하여 정전류 충전단계에서는 배터리 충전전류가 일정한 값이 되도록 제어하고, 정전압 충전단계에서는 배터리 충전전압이 일정한 값이 되도록 제어한다. That is, the power transmission control unit 18 controls the switching circuit 16 to control the battery charging current to be a constant value in the constant current charging step, and to control the battery charging voltage to be a constant value in the constant voltage charging step.

또한, 일반적으로, 10kHz ~ 30MHz 대역의 무선충전에 있어서, 송전코일의 인덕턴스와 수전코일의 인덕턴스를 커패시터를 이용하여 인덕터와 거패시터가 공진하도록 각각 보상함으로써 충전효율을 증가시킬 수 있다. In addition, in general, in wireless charging in a band of 10 kHz to 30 MHz, the charging efficiency can be increased by compensating the inductance of the power transmission coil and the inductance of the power receiving coil using a capacitor so that the inductor and the capacitor resonate.

이때, 송전코일과 수전코일의 인덕턴스는 두 코일의 상대적 위치와 두 코일의 상대적 형상에 따라 변화하며, 송전코일과 수전코일이 사전에 정해진 정도로 정확히 정렬되지 않거나, 또는, 1개의 송전코일로 다양한 수전코일에 전력을 전송하고자 할 경우 송전코일과 수전코일의 인덕턴스가 다양한 값을 가지게 되므로, 충전시마다 동적으로 송전코일과 수전코일을 적절히 보상함으로써 충전효율을 높일 수 있다. At this time, the inductance of the transmission coil and the reception coil changes according to the relative position of the two coils and the relative shape of the two coils, and the transmission coil and the reception coil are not precisely aligned to a predetermined degree, or a single transmission coil receives various powers. Since the inductances of the transmission coil and the reception coil have various values when power is to be transmitted to the coil, charging efficiency can be increased by appropriately compensating the transmission coil and the reception coil dynamically each time charging occurs.

이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치(10)는, 먼저, 수전제어부(28)에서, 수전전압 측정부(23) 및 수전전류 측정부(24)를 통하여 수전전압과 수전전류를 측정하고, 측정된 값들로부터 수전전력을 계산하여 수전통신부(29)를 통해 송전제어부(18)로 전송한다. To this end, in the wireless charging device 10 having a dynamic coil compensation function according to an embodiment of the present invention, first, in the power receiving control unit 28, through the power receiving voltage measuring unit 23 and the receiving current measuring unit 24 The received voltage and received current are measured, and the received power is calculated from the measured values and transmitted to the power transmission control unit 18 through the power receiving communication unit 29.

또한, 송전제어부(18)는, 송전전압 측정부(13) 및 송전전류 측정부(14)를 통하여 송전전압과 송전전류를 측정하고, 측정된 값들로부터 송전전력을 산출하며, 수전제어부(28)에서 수신된 수전전력을 산출된 송전전력으로 나눈 값에 근거하여 충전효율을 산출하고, 이와 같이 산출된 충전효율을 지속적으로 모니터링한다. In addition, the transmission control unit 18 measures the transmission voltage and transmission current through the transmission voltage measurement section 13 and the transmission current measurement section 14, calculates the transmission power from the measured values, and the power reception control section 28 The charging efficiency is calculated based on the value obtained by dividing the received power received by the calculated transmitted power, and the calculated charging efficiency is continuously monitored.

계속해서, 충전효율의 모니터링 중 충전효율이 미리 정해진 기준에 근거하여 일정 수준 이상 저하된 것이 감지되면, 송전제어부(18)는 수전제어부(28)에 수전코일(27)의 보상을 명령하고, 수전제어부(28)는 이 명령에 의거하여 수전코일 보상부(26)를 제어하여 수전코일 보상 커패시터의 정전용량을 조정한다. Continuously, during the monitoring of the charging efficiency, when it is detected that the charging efficiency is lowered to a certain level or more based on a predetermined standard, the power transmission control unit 18 commands the power receiving control unit 28 to compensate the power receiving coil 27, and power receiving The control unit 28 controls the power receiving coil compensation unit 26 based on this command to adjust the capacitance of the power receiving coil compensation capacitor.

이때, 수전제어부(28)는, 각각의 처리단계에서 송전제어부(18)와 통신하여 충전효율이 최대가 되는 수전코일 보상 커패시터의 정전용량 값으로 수전코일 보상 커패시터를 설정한다. At this time, the power reception control unit 28 communicates with the power transmission control unit 18 in each processing step to set the power reception coil compensation capacitor to the capacitance value of the power reception coil compensation capacitor at which the charging efficiency is maximized.

다음으로, 송전제어부(18)는, 송전코일 보상부(26)를 제어하여 충전효율이 최대가 되는 송전코일 보상 커패시터의 정전용량을 산출하고, 이 값에 따라 송전코일 보상 커패시터를 설정한다. Next, the power transmission control unit 18 controls the power transmission coil compensation unit 26 to calculate the capacitance of the power transmission coil compensation capacitor having the maximum charging efficiency, and sets the power transmission coil compensation capacitor according to this value.

따라서 상기한 바와 같은 처리과정을 통하여, 충전효율의 모니터링을 통해 충전효율이 최대가 되는 정전용량에 따라 송전코일 보상 커패시터 및 수전코일 보상 커패시터의 정전용량을 각각 제어하는 것에 의해 항상 최적의 충전효율을 유지할 수 있다. Therefore, through the process described above, the capacitance of the transmission coil compensation capacitor and the reception coil compensation capacitor are respectively controlled according to the capacitance at which the charging efficiency is maximized through the monitoring of the charging efficiency, so that the optimum charging efficiency is always obtained. can keep

더 상세하게는, 도 5를 참조하면, 도 5는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치(10)의 송전코일 보상부(16)와 수전코일 보상부(26)의 구체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. More specifically, referring to FIG. 5, FIG. 5 shows a power transmission coil compensation unit 16 and a power reception coil compensation unit of a wireless charging device 10 having a dynamic coil compensation function according to the embodiment of the present invention shown in FIG. It is a diagram schematically showing the specific configuration of (26).

여기서, 도 5에 나타낸 회로 구성에 있어서, R1은 송전코일(17)의 저항과 송전전원부(12)의 내부저항을 합한 저항, R2는 수전코일(27)의 저항, RL은 정류부(25)와 배터리(22)로 구성된 회로의 저항, L1은 송전코일(17)의 인덕턴스, L2는 수전코일(27)의 인덕턴스, C1은 송전코일(17)의 인덕턴스가 가장 큰 경우의 송전코일 보상 커패시턴스, C2는 수전코일(27)의 인덕턴스가 가장 큰 경우의 수전코일 보상 커패시턴스, CA는 송전코일(17)을 동적으로 보상하기 위한 가변 커패시턴스, CB는 수전코일(27)을 동적으로 보상하기 위한 가변 커패시턴스, M은 송전코일(17)과 수전코일(27)의 상호 인덕턴스를 각각 나타낸다. Here, in the circuit configuration shown in FIG. 5, R 1 is the resistance obtained by adding the resistance of the power transmission coil 17 and the internal resistance of the power transmission power supply unit 12, R 2 is the resistance of the power receiving coil 27, and R L is the rectifying unit ( 25) and the battery 22, L 1 is the inductance of the transmission coil 17, L 2 is the inductance of the power reception coil 27, C 1 is the case where the inductance of the transmission coil 17 is the largest Power transmission coil compensation capacitance, C 2 is the power receiving coil compensation capacitance when the inductance of the power receiving coil 27 is the largest, C A is a variable capacitance for dynamically compensating the power transmission coil 17, C B is the power receiving coil 27 A variable capacitance, M, for dynamically compensating for , represents mutual inductances of the transmitting coil 17 and the receiving coil 27, respectively.

먼저, 동적 코일보상 기능이 없는 무선충전장치에 있어서, 송전코일 보상 커패시턴스 C1과 수전코일 보상 커패시턴스 C2는 이하의 [수학식 1]에 나타낸 바와 같이 스위칭 회로(15)의 스위칭 주파수 fs에서 각각 송전코일 인덕턴스 L1 및 수전코일 인덕턴스 L2와 직렬 공진회로를 구성하도록 설정된다. First, in a wireless charging device without a dynamic coil compensation function, the power transmission coil compensation capacitance C 1 and the power reception coil compensation capacitance C 2 are each at the switching frequency fs of the switching circuit 15 as shown in [Equation 1] below. It is set to form a series resonant circuit with the transmission coil inductance L 1 and the reception coil inductance L 2 .

[수학식 1] [Equation 1]

Figure pat00006
Figure pat00006

또한, 송전코일 인덕턴스 L1과 수전코일 인덕턴스 L2는, 두 코일의 구조가 동일하며 두 코일 간격이 가장 작을 때 그리고 두 코일이 정확히 겹치게 정렬되었을 경우 각각 최대값 L1max, L2max가 되며, 각자 상대방 코일이 제거되었을 때 각각 최소값 L1min과 L2min을 가진다. In addition, the transmission coil inductance L 1 and the reception coil inductance L 2 are the maximum values L 1max and L 2max respectively when the structures of the two coils are the same and the distance between the two coils is the smallest and when the two coils are precisely overlapped and aligned, respectively. When the counterpart coil is removed, it has minimum values L 1min and L 2min , respectively.

즉, 인덕턴스 L1의 변화비율을 m이라 하면, m은 이하의 [수학식 2]에 나타낸 바와 같이 나타낼 수 있으며, 통상적으로 대략 1.5 내지 3의 범위의 값을 가진다. That is, assuming that the rate of change of inductance L 1 is m, m can be expressed as shown in [Equation 2] below, and typically has a value in the range of about 1.5 to 3.

[수학식 2] [Equation 2]

Figure pat00007
Figure pat00007

아울러, 동적 코일보상의 경우, 도 2에 나타낸 고정 커패시터 C1의 값은 이하의 [수학식 3]을 만족하는 값으로 설정될 수 있다. In addition, in the case of dynamic coil compensation, the value of the fixed capacitor C 1 shown in FIG. 2 may be set to a value that satisfies the following [Equation 3].

[수학식 3] [Equation 3]

Figure pat00008
Figure pat00008

상기한 바와 같은 관계는 수전코일 L2의 경우에도 동일하게 적용되며, 여기서, 본 발명의 실시예에서는, 설명을 간략히 하기 위해 중복되는 설명은 생략하였음에 유념해야 한다. The relationship as described above is equally applied to the receiving coil L 2 , and it should be noted that in the embodiment of the present invention, redundant descriptions are omitted for simplicity.

계속해서, 도 6을 참조하면, 도 6은 도 5에 나타낸 보상회로의 가변 커패시터(CA, CB)의 구체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. Continuing to refer to FIG. 6 , FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a specific configuration of the variable capacitors C A and C B of the compensation circuit shown in FIG. 5 .

도 6에 나타낸 바와 같이, 보상 커패시터 CA의 조정은, 예를 들면, 4개의 커패시터를 병렬로 연결하여 C1과 CA의 합이 총 16개의 값을 가지도록 구성될 수 있다. As shown in FIG. 6 , the adjustment of the compensation capacitor C A can be configured such that the sum of C 1 and C A has a total of 16 values by connecting four capacitors in parallel, for example.

더 상세하게는, 보상 커패시턴스 CA의 최대값 CA,max는 인덕턴스 L1의 예상되는 최소값 L1min에 의해 이하의 [수학식 4]에 나타낸 바와 같이 결정될 수 있다. More specifically, the maximum value C A ,max of the compensation capacitance C A can be determined as shown in [Equation 4] below by the expected minimum value L 1min of the inductance L 1 .

[수학식 4] [Equation 4]

Figure pat00009
Figure pat00009

즉, 보상 커패시터는, 예를 들면, 도 6에 나타낸 바와 같이, 4개의 커패시턴스 C0, 2C0, 4C0, 8C0를 각각 스위치 S0, S1, S2, S3를 사용하여 단락 또는 개방함으로써, 인덕턴스 L1에 대한 보상 커패시턴스 값이 C1에서 C1 + CA,max까지 총 16단계의 값을 가지도록 제어할 수 있다. That is, the compensation capacitor is, for example, as shown in FIG. 6, the four capacitances C 0 , 2C 0 , 4C 0 , 8C 0 are short-circuited or By opening, the compensation capacitance value for the inductance L 1 can be controlled to have a total of 16 values from C 1 to C 1 + C A,max .

이때, 도 6에 있어서, 상기한 C0는 이하의 [수학식 5]를 이용하여 산출될 수 있다. At this time, in FIG. 6 , C 0 described above may be calculated using the following [Equation 5].

[수학식 5] [Equation 5]

Figure pat00010
Figure pat00010

여기서, 상기한 [수학식 5]에 있어서, 분모는 가변 커패시터에 구비되는 커패시터의 개수에 따라 변경될 수 있으며, 즉, 커패시터의 개수에 따라 도출 가능한 보상 커패시턴스의 조합의 총 수를 N이라 할 때, [수학식 5]의 분모는 N-1로 결정될 수 있다. Here, in the above [Equation 5], the denominator may be changed according to the number of capacitors provided in the variable capacitor, that is, when N is the total number of combinations of compensation capacitances that can be derived according to the number of capacitors , the denominator of [Equation 5] may be determined as N-1.

아울러, 수전코일 보상부(26)의 보상 커패시터 C2 및 CB도 상기한 바와 동일한 방법으로 설정될 수 있다. In addition, compensation capacitors C 2 and C B of the power receiving coil compensator 26 may be set in the same manner as described above.

여기서, 도 6에 나타낸 실시예에서는 보상 커패시터 (CA, CB)가 4개의 커패시터를 병렬로 연결하여 구성되는 경우를 예로 하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 경우로만 한정되는 것은 아니며, 즉 본 발명은, 본 발명의 실시예에 나타낸 구성 이외에도 본 발명의 취지 및 본질을 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 필요에 따라 다양하게 수정 및 변경하여 구성될 수 있는 것임에 유념해야 한다. Here, in the embodiment shown in FIG. 6, the present invention has been described by taking as an example the case where the compensation capacitors (C A , C B ) are configured by connecting four capacitors in parallel, but the present invention is not necessarily limited to this case. That is, it should be noted that the present invention, in addition to the configurations shown in the embodiments of the present invention, can be configured by various modifications and changes as needed by those skilled in the art within the scope of not departing from the spirit and essence of the present invention.

다음으로, 송전코일 보상부(16) 및 수전코일 보상부(26)의 제어는 다음과 같이 하여 수행될 수 있다. Next, control of the power transmission coil compensator 16 and the power reception coil compensator 26 may be performed as follows.

먼저, 충전이 시작되면, 수전전압 측정부(23) 및 수전전류 측정부(24)를 통하여 수전전압 V2와 수전전류 I2의 값을 각각 측정하고 측정값에 근거하여 평균 수전전력 P2,av를 산출하는 처리가 수전제어부(28)를 통해 수행된다. First, when charging starts, the values of the receiving voltage V 2 and the receiving current I 2 are measured through the receiving voltage measuring unit 23 and the receiving current measuring unit 24, respectively, and based on the measured values, the average receiving power P 2, A process of calculating av is performed through the power faucet control unit 28 .

더 상세하게는, 이하의 [수학식 6]을 이용하여, 스위칭 회로(15)의 스위칭주기 T 동안 신호주기 시작점에서 출발하여 등간격으로 t1, t2, ..., tN 시점에서 각각 측정된 수전전압 값 V2(t1), V2(t2), ..., V2(tN)과 수전전류 값 I2(t1), I2(t2), ..., I2(tN)으로부터 평균 수전전력 P2,av를 구한다. More specifically, using the following [Equation 6], starting from the signal period starting point during the switching period T of the switching circuit 15, at equal intervals t 1 , t 2 , ..., at t N time points, respectively Measured receiving voltage values V 2 (t 1 ), V 2 (t 2 ), ..., V 2 (t N ) and receiving current values I 2 (t 1 ), I 2 (t 2 ), ... , the average received power P 2,av is obtained from I 2 (t N ).

[수학식 6] [Equation 6]

Figure pat00011
Figure pat00011

이와 동시에, 송전제어부(18)는, 송전전압 측정부(13)와 송전전류 측정부(14)를 통하여 동일한 방식으로 평균 송전전력 P1,av를 구하고, 수전제어부(28)를 통해 전송된 평균 수전전력 P2,av와 이하의 [수학식 7]을 이용하여 충전효율 E를 산출하며, 이러한 과정을 미리 정해진 일정 간격마다 주기적으로 반복하는 것에 의해 충전효율을 지속적으로 모니터링한다. At the same time, the power transmission control unit 18 obtains the average transmitted power P 1,av in the same manner through the transmitted voltage measuring unit 13 and the transmitted current measuring unit 14, and the average transmitted through the power receiving control unit 28. The charging efficiency E is calculated using the received power P 2,av and the following [Equation 7], and the charging efficiency is continuously monitored by periodically repeating this process at predetermined intervals.

[수학식 7] [Equation 7]

Figure pat00012
Figure pat00012

계속해서, 충전효율의 모니터링 중, 예를 들면, 충전효율이 미리 정해진 기준치 이하로 떨어지거나 미리 정해진 기준범위를 초과하는 변동이 감지된 경우, 송전코일(17)과 수전코일(27)의 동적보상이 필요한 것으로 판단하여 다음과 같은 처리가 수행된다. Continuously, during the monitoring of the charging efficiency, for example, when the charging efficiency falls below a predetermined reference value or a change exceeding the predetermined reference range is detected, dynamic compensation of the power transmission coil 17 and the power reception coil 27 is performed. If it is determined that this is necessary, the following processing is performed.

더 상세하게는, 먼저, 수전코일 보상부(26)의 보상 커패시터를 제어하여 최소값 C2에서부터 최대값 C2+CB,max까지 총 16개의 수전코일 보상 커패시턴스 중에서 효율이 최대인 C2,opt를 구한다. More specifically, first, the compensation capacitor of the power receiving coil compensation unit 26 is controlled to obtain C 2 ,opt having the maximum efficiency among a total of 16 power receiving coil compensation capacitances from the minimum value C 2 to the maximum value C 2+CB,max . save

이어서, 수전코일 보상부(26) 커패시턴스를 C2,opt로 고정한 상태에서 송전코일 보상부(16)의 최적 커패시턴스 C1,opt를 같은 방법으로 구하고, 구해진 각각의 최적 커패시턴스에 따라 송전코일(17) 및 수전코일(27)의 값을 보상하도록 제어함으로써 항상 최적의 충전효율을 얻을 수 있고, 그것에 의해, 무선충전장치의 전체적인 성능 및 효율을 향상시킬 수 있다. Then, in a state where the capacitance of the power receiving coil compensation unit 26 is fixed to C 2,opt, the optimum capacitance C 1,opt of the power transmission coil compensation unit 16 is obtained in the same way, and the power transmission coil 17 is obtained according to each optimum capacitance obtained. ) and the value of the receiving coil 27 can be controlled to compensate, so that the optimum charging efficiency can always be obtained, thereby improving the overall performance and efficiency of the wireless charging device.

여기서, 상기한 바와 같은 처리과정에서 송전제어부(18)와 수전제어부(28)의 데이터 교환은 송전통신부(19)와 수전통신부(29)를 통하여 이루어진다. Here, data exchange between the power transmission control unit 18 and the power reception control unit 28 is performed through the power transmission communication unit 19 and the power reception communication unit 29 in the process as described above.

따라서 상기한 바와 같이 하여 본 발명의 실시예에 따른 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치(10)를 구현할 수 있으며, 그것에 의해, 충전코일과 수전코일의 위치 및 형상에 따라 자동으로 코일보상이 이루어지는 무선충전방법을 구현할 수 있다. Therefore, as described above, it is possible to implement the wireless charging device 10 having a dynamic coil compensation function according to an embodiment of the present invention, whereby coil compensation is automatically performed according to the position and shape of the charging coil and the receiving coil A wireless charging method can be implemented.

즉, 도 7을 참조하면, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치(10)를 이용한 무선충전방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 플로차트이다. That is, referring to FIG. 7 , FIG. 7 is a flowchart schematically showing the overall configuration of a wireless charging method using the wireless charging device 10 having a dynamic coil compensation function according to an embodiment of the present invention.

도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무선충전방법은, 크게 나누어, 먼저, 도 1에 나타낸 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치(10)의 수전전압 측정부(23) 및 수전전류 측정부(24)를 통하여 수전전압과 수전전류의 값을 각각 측정하고, 측정값에 근거하여 평균 수전전력을 산출하는 처리가 수전제어부(28)를 통해 수행되는 수전전력 산출단계(S10)와, 송전전압 측정부(13)와 송전전류 측정부(14)를 통하여 송전전압과 송전전류의 값을 각각 측정하고, 측정값에 근거하여 평균 송전전력을 산출하는 처리가 송전제어부(18)를 통해 수행되는 송전전력 산출단계(S20)와, 산출된 각각의 수전전력과 송전전력의 값에 근거하여 충전효율을 구하고 지속적으로 모니터링하는 처리가 송전제어부(18)를 통해 수행되는 충전효율 산출 및 모니터링단계(S30)와, 모니터링 중 충전효율이 미리 정해진 기준값이나 범위를 벗어나는 것이 감지되면 송전코일 보상부(16) 및 수전코일 보상부(26)에 대하여 최적의 보상 커패시턴스를 산출하고 산출된 값에 근거하여 각각의 보상 커패시턴스를 최적값으로 제어하는 처리가 송전제어부(18)를 통해 수행되는 보상단계(S40)를 포함하여 구성될 수 있다. As shown in FIG. 7, the wireless charging method according to an embodiment of the present invention is broadly divided, first, a wireless charging device (10) having a dynamic coil compensation function according to an embodiment of the present invention configured as shown in FIG. The processing of measuring the values of the receiving voltage and the receiving current through the receiving voltage measuring unit 23 and the receiving current measuring unit 24 of the ) and calculating the average receiving power based on the measured values is performed by the receiving control unit 28. The received power calculation step (S10) performed through the transmission voltage measurement unit 13 and the transmission current measurement unit 14 measures the values of the transmission voltage and transmission current, respectively, and calculates the average transmission power based on the measured values. The transmission power calculation step (S20) in which the calculation process is performed through the power transmission control unit 18 and the process of obtaining and continuously monitoring the charging efficiency based on the calculated values of each received power and transmitted power are performed by the transmission control unit 18 ), the charging efficiency calculation and monitoring step (S30), and when it is detected that the charging efficiency is out of a predetermined reference value or range during the monitoring, the optimal It may include a compensation step (S40) in which a process of calculating compensation capacitance and controlling each compensation capacitance to an optimal value based on the calculated value is performed through the power transmission control unit 18.

여기서, 상기한 각 단계(S10 ~ S40)의 구체적인 처리과정은 도 1 내지 도 6 및 [수학식 1] 내지 [수학식 7]을 참조하여 상기한 바와 같이 하여 구성될 수 있으므로, 여기서는 설명을 간략히 하기 위해 그 상세한 설명을 생략하였음에 유념해야 한다. Here, the specific processing of each of the above steps (S10 to S40) may be configured as described above with reference to FIGS. 1 to 6 and [Equation 1] to [Equation 7], so a brief description is given here It should be noted that the detailed description has been omitted for the sake of clarity.

아울러, 상기한 본 발명의 실시예에 있어서, 예를 들면, 무선충전이나 코일보상이 이루어지는 구체적인 동작이나 원리 등과 같이, 당업자에게 있어 자명하거나 종래기술의 문헌 등을 참조하여 당업자가 용이하게 이해하고 실시할 수 있는 내용에 대하여는 설명을 간략히 하기 위해 그 상세한 설명을 생략하였음에 유념해야 한다. In addition, in the above-described embodiments of the present invention, for example, specific operations or principles of wireless charging or coil compensation, etc., are obvious to those skilled in the art or are easily understood and implemented by those skilled in the art by referring to documents in the prior art. It should be noted that a detailed description of what can be done has been omitted to simplify the description.

따라서 상기한 바와 같이 하여 본 발명의 실시예에 따른 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치 및 이를 이용한 무선충전방법을 구현할 수 있으며, 그것에 의해, 본 발명에 따르면, 수전전압과 수전전류를 측정하여 수전전력을 산출하고, 송전전압과 송전전류를 측정하여 송전전력을 산출하며, 수전전력을 송전전력으로 나누어 충전효율을 산출하고, 충전효율을 지속적으로 모니터링하여 충전효율이 감소할 경우 충전효율이 최대가 되는 수전코일 보상 커패시터 및 송전코일 보상 커패시터의 정전용량 값으로 각각의 보상 커패시터를 설정하도록 구성되는 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치 및 이를 이용한 무선충전방법이 제공됨으로써, 상황에 따라 동적으로 송전코일과 수전코일을 공진시키기 위한 보상 커패시터를 제어하는 것에 의해 항상 최적의 무선충전 효율을 유지할 수 있다. Therefore, as described above, it is possible to implement a wireless charging device having a dynamic coil compensation function and a wireless charging method using the same according to an embodiment of the present invention, whereby, according to the present invention, power reception by measuring power reception voltage and power reception current Calculate power, measure transmission voltage and transmission current to calculate transmission power, divide received power by transmission power to calculate charging efficiency, and continuously monitor charging efficiency to maximize charging efficiency when charging efficiency decreases. A wireless charging device having a dynamic coil compensation function configured to set each compensation capacitor to a capacitance value of a power receiving coil compensation capacitor and a power transmission coil compensation capacitor, and a wireless charging method using the same, are provided, so that the power transmission coil is dynamically Optimum wireless charging efficiency can always be maintained by controlling the compensation capacitor for resonating the power receiving coil.

또한, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 송전코일과 수전코일의 정렬정도의 변화시나 단일의 송전코일로부터 다수의 수전코일로 송전시 상황에 따라 자동으로 임피던스를 정합하여 무선충전 효율이 자동으로 최적화될 수 있도록 구성되는 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치 및 이를 이용한 무선충전방법이 제공됨으로써, 미리 정해진 송전코일과 수전코일의 구조나 간격에 대하여 고정된 코일보상 방식이 적용됨으로 인해 송전코일과 수전코일의 간격이나 정렬도 또는 수전코일의 형태가 변화할 경우 적절한 코일보상이 이루어지지 못하여 무선충전 효율이 감소하는 한계가 있었던 종래기술의 무선충전 장치 및 방법들의 문제점을 해결할 수 있다. In addition, according to the present invention, as described above, when the degree of alignment between the transmission coil and the reception coil is changed or when power is transmitted from a single transmission coil to a plurality of reception coils, the impedance is automatically matched to automatically optimize the wireless charging efficiency. By providing a wireless charging device having a dynamic coil compensation function configured to be configured and a wireless charging method using the same, a fixed coil compensation method is applied to a predetermined structure or interval between a transmission coil and a reception coil, so that the transmission coil and the reception coil It is possible to solve the problems of the prior art wireless charging devices and methods, which have limitations in that wireless charging efficiency is reduced because proper coil compensation is not performed when the coil spacing or alignment or the shape of the power receiving coil is changed.

이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치 및 이를 이용한 무선충전방법의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다. In the above, the details of the wireless charging device having a dynamic coil compensation function according to the present invention and the wireless charging method using the same have been described through the embodiments of the present invention as described above, but the present invention is the contents described in the above embodiments. It is not limited to, and therefore, the present invention is capable of various modifications, changes, combinations, and substitutions according to design needs and other various factors by those skilled in the art to which the present invention belongs. I'd say it's a natural thing.

10. 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치
11. 송전부 12. 송전전원부
13. 송전전압 측정부 14. 송전전류 측정부
15. 스위칭회로 16. 송전코일 보상부
17. 송전코일 18. 송전제어부
19. 송전통신부 21. 수전부
22. 배터리 23. 수전전압 측정부
24. 수전전류 측정부 25. 정류부
26. 수전코일 보상부 27. 수전코일
28. 수전제어부 29. 수전통신부
10. Wireless charging device with dynamic coil compensation
11. Transmission section 12. Transmission power section
13. Transmission voltage measurement unit 14. Transmission current measurement unit
15. Switching circuit 16. Transmission coil compensator
17. Transmission coil 18. Transmission control unit
19. Power transmission and communication part 21. Power receiving part
22. Battery 23. Receiving voltage measuring unit
24. Receiving current measurement unit 25. Rectification unit
26. Receiving coil compensating part 27. Receiving coil
28. Reception control unit 29. Reception communication unit

Claims (11)

동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치에 있어서,
송전코일을 통하여 무선으로 전력을 송신하도록 이루어지는 송전부; 및
수전코일을 통하여 상기 송전부로부터 송신되는 전력을 수신하는 수전부를 포함하여 구성되고,
상기 송전부는,
송전전압을 측정하기 위한 송전전압 측정부;
송전전류를 측정하기 위한 송전전류 측정부;
상기 송전코일의 인덕턴스를 제어하기 위한 송전코일 보상부;
전압 및 전류 측정값을 포함하는 각종 데이터를 송수신하기 위한 송전통신부; 및
상기 송전부의 전체적인 동작을 제어하고, 상기 송전전압 측정부 및 상기 송전전류 측정부에 의해 측정된 각각의 측정값과 상기 수전부로부터 전송되는 데이터에 근거하여 충전효율을 산출하고 모니터링하여 충전효율이 최대가 되도록 상기 송전코일 보상부를 제어하는 처리가 수행되는 송전제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치.
In the wireless charging device having a dynamic coil compensation function,
a power transmission unit configured to wirelessly transmit power through a power transmission coil; and
It is configured to include a power reception unit that receives power transmitted from the power transmission unit through a power reception coil,
The transmission unit,
a transmission voltage measurement unit for measuring transmission voltage;
Transmission current measuring unit for measuring the transmission current;
a power transmission coil compensator for controlling inductance of the power transmission coil;
a transmission and communication unit for transmitting and receiving various data including voltage and current measurement values; and
The overall operation of the power transmission unit is controlled, and the charging efficiency is calculated and monitored based on the measured values measured by the power transmission voltage measurement unit and the transmission current measurement unit and the data transmitted from the power reception unit, so that the charging efficiency is determined. A wireless charging device having a dynamic coil compensation function, characterized in that it comprises a power transmission control unit in which a process of controlling the power transmission coil compensator is performed to maximize the power transmission coil compensation unit.
제 1항에 있어서,
상기 수전부는,
수전전류를 측정하기 위한 수전전류 측정부;
수전전압을 측정하기 위한 수전전압 측정부;
상기 수전코일의 인덕턴스를 제어하기 위한 수전코일 보상부;
전압 및 전류 측정값을 포함하는 각종 데이터를 송수신하기 위한 수전통신부; 및
상기 수전부의 전체적인 동작을 제어하고, 상기 수전전압 측정부 및 상기 수전전류 측정부에 의해 측정된 각각의 측정값에 근거하여 수전전력을 산출하고 상기 송전부로 전송하며, 상기 수전코일 보상부를 제어하여 충전효율이 최대가 되는 최적값을 구하고 상기 송전부로 전송하는 처리가 수행되는 수전제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치.
According to claim 1,
The power supply unit,
a receiving current measurement unit for measuring a receiving current;
a receiving voltage measuring unit for measuring a receiving voltage;
a power receiving coil compensator for controlling inductance of the power receiving coil;
A receiving communication unit for transmitting and receiving various data including voltage and current measurement values; and
Controls the overall operation of the power receiving unit, calculates received power based on the measured values measured by the receiving voltage measuring unit and the receiving current measuring unit, transmits the received power to the power transmitting unit, and controls the receiving coil compensation unit. A wireless charging device having a dynamic coil compensation function, characterized in that it comprises a power reception control unit that performs a process of obtaining an optimum value for maximizing charging efficiency and transmitting it to the power transmission unit.
제 2항에 있어서,
상기 송전부는,
전력을 공급하기 위한 송전전원부; 및
충전전류 및 전압을 일정하게 제어하기 위한 스위칭회로를 더 포함하여 구성되고,
상기 수전부는,
수신된 전력신호의 정류를 위한 정류부; 및
수신된 전력이 저장되는 배터리를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치.
According to claim 2,
The transmission unit,
a transmission power unit for supplying power; and
It is configured to further include a switching circuit for constantly controlling the charging current and voltage,
The power supply unit,
a rectifier for rectifying the received power signal; and
A wireless charging device having a dynamic coil compensation function, characterized in that configured to further include a battery in which the received power is stored.
제 3항에 있어서,
상기 수전제어부는,
상기 수전전압 측정부 및 상기 수전전류 측정부를 통하여 수전전압과 수전전류를 측정하고, 측정된 값들로부터 수전전력을 계산하여 상기 수전통신부를 통해 상기 송전제어부로 전송하는 처리가 수행되고,
상기 송전제어부는,
상기 송전전압 측정부 및 상기 송전전류 측정부를 통하여 송전전압과 송전전류를 측정하고, 측정된 값들로부터 송전전력을 산출하며, 상기 수전제어부에서 수신된 수전전력을 산출된 송전전력으로 나눈 값에 근거하여 충전효율을 산출하는 과정을 미리 정해진 설정에 따라 반복 수행하여 충전효율을 모니터링하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치.
According to claim 3,
The power control unit,
The receiving voltage and the receiving current are measured through the receiving voltage measuring unit and the receiving current measuring unit, and processing of calculating received power from the measured values and transmitting the received power to the power transmission control unit through the receiving communication unit is performed,
The power transmission control unit,
The transmission voltage and transmission current are measured through the transmission voltage measurement unit and the transmission current measurement unit, transmission power is calculated from the measured values, and based on a value obtained by dividing the transmission power received by the transmission control unit by the calculated transmission power A wireless charging device with a dynamic coil compensation function, characterized in that the process of calculating the charging efficiency is repeatedly performed according to a predetermined setting to perform a process of monitoring the charging efficiency.
제 4항에 있어서,
상기 송전제어부는,
충전효율의 모니터링 중 충전효율이 미리 정해진 기준값이나 기준범위를 벗어나는 것이 감지되면 상기 수전제어부에 상기 수전코일에 대한 보상명령을 전송하고,
상기 수전제어부는,
상기 보상명령에 근거하여 상기 수전코일 보상부의 수전코일 보상 커패시터의 정전용량을 제어하여 상기 수전코일 보상 커패시터의 최소값에서 최대값까지의 값들 중에서 충전효율이 최대가 되는 최적값을 구하여 상기 송전제어부로 전송하며,
상기 송전제어부는,
수신된 상기 수전코일 보상부의 최적값에 근거하여, 상기 송전코일 보상부의 송전코일 보상 커패시터의 최소값에서 최대값까지의 값들 중에서 충전효율이 최대가 되는 최적값으로 상기 송전코일 보상 커패시터의 정전용량을 제어하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치.
According to claim 4,
The power transmission control unit,
When it is detected that the charging efficiency is out of a predetermined reference value or reference range during the monitoring of the charging efficiency, a compensation command for the power receiving coil is transmitted to the power receiving control unit;
The power control unit,
Based on the compensation command, the capacitance of the receiving coil compensating capacitor of the receiving coil compensating unit is controlled to obtain an optimum value at which the charging efficiency is maximized among the values from the minimum value to the maximum value of the receiving coil compensating capacitor, and transmitted to the power transmission control unit. and
The power transmission control unit,
Controls the capacitance of the power transmission coil compensation capacitor to the optimum value at which the charging efficiency is maximized among the values from the minimum value to the maximum value of the power transmission coil compensation capacitor of the power transmission coil compensation unit based on the received optimum value of the power reception coil compensation unit. Wireless charging device having a dynamic coil compensation function, characterized in that configured to perform the processing of.
제 5항에 있어서,
상기 송전코일 보상부는,
미리 정해진 정전용량을 가지는 고정 커패시터 C1와, 서로 다른 정전용량을 가지고 병렬 연결된 복수의 커패시터와 각각의 커패시터에 연결된 스위치를 포함하여 이루어지는 가변 커패시터 CA를 포함하여 구성되고,
상기 수전코일 보상부는,
미리 정해진 정전용량을 가지는 고정 커패시터 C2와, 서로 다른 정전용량을 가지고 병렬 연결된 복수의 커패시터와 각각의 커패시터에 연결된 스위치를 포함하여 이루어지는 가변 커패시터 CB를 포함하여 구성됨으로써,
각각의 스위치를 통하여 상기 가변 커패시터의 각각의 커패시터를 단락 또는 개방하는 것에 의해 보상 커패시턴스 값을 변경하여 제어할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치.
According to claim 5,
The transmission coil compensation unit,
It is configured to include a fixed capacitor C 1 having a predetermined capacitance, a variable capacitor C A including a plurality of parallel-connected capacitors having different capacitances and a switch connected to each capacitor,
The receiving coil compensation unit,
By including a fixed capacitor C 2 having a predetermined capacitance, a variable capacitor C B comprising a plurality of parallel-connected capacitors having different capacitances and a switch connected to each capacitor,
Wireless charging device having a dynamic coil compensation function, characterized in that configured to change and control the compensation capacitance value by shorting or opening each capacitor of the variable capacitor through each switch.
제 6항에 있어서,
상기 송전코일 보상부(수전코일 보상부)는,
fs는 스위칭회로의 스위칭 주파수, L1(L2)은 송전코일(수전코일)의 인덕턴스, L1max(L2max)는 송전코일(수전코일) 인덕턴스의 최대값, C1(C2)은 송전코일(수전코일)의 인덕턴스가 가장 큰 경우의 송전코일(수전코일) 보상 커패시턴스라 할 때, 상기 고정 커패시터 C1(C2)의 값이 이하의 수학식을 만족하는 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치.

Figure pat00013

According to claim 6,
The transmission coil compensation unit (reception coil compensation unit),
fs is the switching frequency of the switching circuit, L 1 (L 2 ) is the inductance of the transmitting coil (receiving coil), L 1max (L 2max ) is the maximum value of the inductance of the transmitting coil (receiving coil), C 1 (C 2 ) is the transmitting coil (C 2 ) Characterized in that the value of the fixed capacitor C 1 (C 2 ) is set to a value that satisfies the following equation when the compensation capacitance of the transmitting coil (receiving coil) is the case where the inductance of the coil (receiving coil) is the largest. A wireless charging device with a dynamic coil compensation function.

Figure pat00013

제 7항에 있어서,
상기 송전코일 보상부(수전코일 보상부)는,
상기 송전코일(수전코일)의 인덕턴스 L1(L2)의 최소값을 L1min(L2min)라 할 때, 상기 가변 커패시터 CA(CB)의 최대값 CA,max(CB,max)이 이하의 수학식을 만족하는 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치.

Figure pat00014

According to claim 7,
The transmission coil compensation unit (reception coil compensation unit),
When the minimum value of the inductance L 1 (L 2 ) of the transmitting coil (receiving coil) is L 1min (L 2min ), the maximum value of the variable capacitor C A (C B ) C A,max (C B,max ) A wireless charging device having a dynamic coil compensation function, characterized in that set to a value that satisfies the following equation.

Figure pat00014

제 8항에 있어서,
상기 송전코일 보상부(수전코일 보상부)는,
상기 가변 커패시터 CA(CB)의 각각의 커패시터의 값은 기본 커패시턴스 C0의 배수(C0, 2C0, 4C0, 8C0,...)로 설정되고,
상기 기본 커패시턴스 C0는 이하의 수학식을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치.

Figure pat00015


(여기서, N은 가변 커패시터 CA(CB)에 구비되는 개별 커패시터의 수에 따라 고정 커패시터 C1(C2)와 조합 가능한 총 경우의 수를 의미함)
According to claim 8,
The transmission coil compensation unit (reception coil compensation unit),
The value of each capacitor of the variable capacitor C A (C B ) is set to a multiple of the basic capacitance C 0 (C 0 , 2C 0 , 4C 0 , 8C 0 ,...),
The basic capacitance C 0 is a wireless charging device having a dynamic coil compensation function, characterized in that calculated using the following equation.

Figure pat00015


(Here, N means the total number of cases that can be combined with the fixed capacitor C 1 (C 2 ) according to the number of individual capacitors provided in the variable capacitor C A (C B ))
제 9항에 있어서,
상기 무선충전장치는,
충전이 시작되면, 상기 수전전압 측정부 및 상기 수전전류 측정부를 통하여 수전전압 V2와 수전전류 I2의 값을 각각 측정하고, 이하의 수학식을 이용하여 상기 스위칭 회로의 스위칭주기 T 동안 등간격으로 각각의 시점 t1, t2, ..., tN에서 각각 측정된 수전전압 값 V2(t1), V2(t2), ..., V2(tN)과 수전전류 값 I2(t1), I2(t2), ..., I2(tN)으로부터 평균 수전전력 P2,av를 산출하여 상기 송전제어부로 전송하는 처리가 상기 수전제어부를 통해 수행되며,

Figure pat00016


상기 송전제어부를 통하여, 상기 송전전압 측정부와 상기 송전전류 측정부를 통해 측정된 각각의 측정값에 근거하여 상기 수전제어부와 동일한 방식으로 평균 송전전력 P1,av를 산출하고, 상기 수전제어부를 통해 전송된 평균 수전전력 P2,av와 이하의 수학식을 이용하여 충전효율 E를 산출하는 과정을 미리 정해진 설정에 따라 반복하는 것에 의해 충전효율을 지속적으로 모니터링하며,

Figure pat00017


모니터링 중 충전효율이 미리 정해진 기준치나 기준범위를 벗어나는 것이 감지되면 상기 송전코일과 상기 수전코일의 보상이 필요한 것으로 판단하여 상기 수전코일 보상부의 가변 커패시터를 제어하여 최소값 C2에서부터 최대값 C2+CB,max까지의 수전코일 보상 커패시턴스 중에서 효율이 최대인 최적 커패시턴스 C2,opt를 구하고,
상기 수전코일 보상부의 커패시턴스를 상기 최적 커패시턴스 C2,opt로 고정한 상태에서 상기 송전코일 보상부의 최적 커패시턴스 C1,opt를 상기 송전코일 보상부와 동일한 방식으로 구하고, 구해진 각각의 최적 커패시턴스 값에 따라 상기 송전코일 보상부 및 상기 수전코일 보상부의 커패시턴스를 각각 제어하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치.
According to claim 9,
The wireless charging device,
When charging starts, the power receiving voltage V 2 and the receiving current I 2 are measured through the power receiving voltage measuring unit and the receiving current measuring unit, respectively, at equal intervals during the switching period T of the switching circuit by using the following equation. Receiving voltage values V 2 (t 1 ), V 2 (t 2 ), ..., V 2 (t N ) and receiving current measured at each time point t 1 , t 2 , ..., t N A process of calculating the average received power P 2,av from the values I 2 (t 1 ), I 2 (t 2 ), ..., I 2 (t N ) and transmitting the result to the power transmission control unit is performed through the power reception control unit. becomes,

Figure pat00016


Through the power transmission control unit, the average transmission power P 1,av is calculated in the same manner as the power reception control unit based on the measured values measured through the transmission voltage measurement unit and the transmission current measurement unit, and through the power reception control unit The charging efficiency is continuously monitored by repeating the process of calculating the charging efficiency E using the transmitted average received power P 2,av and the following equation according to a predetermined setting,

Figure pat00017


During monitoring, when it is detected that the charging efficiency is out of a predetermined reference value or standard range, it is determined that compensation of the power transmission coil and the power reception coil is necessary, and the variable capacitor of the power reception coil compensator is controlled to obtain a minimum value C 2 to a maximum value C 2 + CB. Among the receiving coil compensation capacitances up to ,max, the optimal capacitance C 2,opt with the maximum efficiency is obtained,
In a state in which the capacitance of the power receiving coil compensation unit is fixed to the optimum capacitance C 2,opt, the optimum capacitance C 1,opt of the power transmission coil compensation unit is obtained in the same manner as in the power transmission coil compensation unit, and the optimum capacitance value A wireless charging device having a dynamic coil compensation function, characterized in that it is configured to perform processing for controlling the capacitance of the transmitting coil compensator and the receiving coil compensator, respectively.
청구항 1항 내지 청구항 10항 중 어느 한 항에 기재된 동적 코일보상 기능을 가지는 무선충전장치를 이용한 무선충전방법에 있어서,
상기 무선충전장치의 수전제어부를 통하여, 상기 무선충전장치의 수전전압 측정부 및 수전전류 측정부를 통해 수전전압과 수전전류의 값을 각각 측정하고, 측정값에 근거하여 평균 수전전력을 산출하는 처리가 수행되는 수전전력 산출단계;
상기 무선충전장치의 송전제어부를 통하여, 상기 무선충전장치의 송전전압 측정부 및 송전전류 측정부를 통해 송전전압과 송전전류의 값을 각각 측정하고, 측정값에 근거하여 평균 송전전력을 산출하는 처리가 수행되는 송전전력 산출단계;
상기 송전제어부를 통하여, 각각의 수전전력과 송전전력의 값에 근거하여 충전효율을 구하고 지속적으로 모니터링하는 처리가 수행되는 충전효율 산출 및 모니터링단계; 및
상기 송전제어부를 통하여, 모니터링 중 충전효율이 미리 정해진 기준값이나 범위를 벗어나는 것이 감지되면 상기 무선충전장치의 송전코일 보상부 및 수전코일 보상부에 대한 최적의 보상 커패시턴스를 산출하고, 산출된 값에 근거하여 각각의 보상 커패시턴스를 최적값으로 제어하는 처리가 수행되는 보상단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선충전방법.
In the wireless charging method using the wireless charging device having a dynamic coil compensation function according to any one of claims 1 to 10,
The processing of measuring the values of the receiving voltage and the receiving current through the receiving control unit of the wireless charging device, the receiving voltage measuring unit and the receiving current measuring unit of the wireless charging device, respectively, and calculating the average receiving power based on the measured values a receiving power calculation step performed;
The processing of measuring the values of the transmission voltage and the transmission current through the transmission voltage measurement unit and the transmission current measurement unit of the wireless charging device through the transmission control unit of the wireless charging device, respectively, and calculating the average transmission power based on the measured values a transmission power calculation step performed;
a charging efficiency calculation and monitoring step in which charging efficiency is calculated and continuously monitored based on values of each received power and transmitted power through the power transmission control unit; and
Through the transmission control unit, when it is detected that the charging efficiency is out of a predetermined reference value or range during monitoring, optimal compensation capacitance for the transmission coil compensation unit and the reception coil compensation unit of the wireless charging device is calculated, and based on the calculated value A wireless charging method characterized in that it comprises a compensation step in which a process of controlling each compensation capacitance to an optimum value is performed.
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