KR20230095142A - 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱 - Google Patents
공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱에 관한 것으로, 보다 상세하게는 송신단인 허브가 무선 자기 공명에 의해 수신단으로 에너지를 공급하여 수신단의 충전이 필요한 배터리 셀을 충전시키는 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱 에 관한 것이다.
Description
본 발명은 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱에 관한 것으로, 보다 상세하게는 송신단인 허브가 무선 자기 공명에 의해 수신단으로 에너지를 공급하여 수신단의 충전이 필요한 배터리 셀을 충전시키는 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱에 관한 것이다.
본 발명 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱 에 관련된 종래기술을 예로 들면, 특허문헌 1 배터리 밸런싱 장치 및 방법은 밸런싱 저항 소자를 이용하여 배터리 셀의 전기 에너지를 소모하는 대신, 배터리 셀의 전기 에너지를 무선 신호의 형태로 변환하여 송출함으로써, 배터리 밸런싱으로 인한 발열을 저감할 수 있다.
또한, 특허문헌 2 배터리 시스템 및 배터리 밸런싱 방법은 배터리 셀 또는 배터리 셀 모듈에 대해서 액티브 셀 밸런싱을 수행할 수 있다.
그러나 종래 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱은 본 발명과 같이, 패시브 셀 밸런싱, 액티브 셀 밸런싱에 비해 신속한 에너지 공급에 의한 배터리 충방전을 가능하게 해서 셀 밸런싱을 단시간 내에 달성하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 송신단인 허브에서 에너지를 무선으로 배터리 셀에 공급하여 충전이 필요한 배터리 셀을 충전시키는 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 송신단과 수신단의 공진 주파수 매칭에 의한 자기 공명을 수행하여 에너지를 공급하고, 주파수 매칭 외의 수신단에는 에너지를 공급하지 않는 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 패시브 셀 밸런싱, 액티브 셀 밸런싱에 비해 신속한 에너지 공급에 의한 배터리 충방전을 가능하게 해서 셀 밸런싱을 단시간 내에 달성하는 셀 밸런싱 장*를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱은, 송신단(10)으로, 캐패시터의 용량을 가변하여 배터리 셀(30)의 수신단(20)의 공진 주파수에 매칭하고, 상기 송신단(10)과 배터리 셀(30)의 수신단(20)의 공진에 의해 에너지를 무선으로 송신하는 허브; 및 상기 송신단(10)으로부터 에너지를 수신하는 수신단(20)으로, 상기 송신단(10)의 공진 주파수와 매칭된 배터리 셀(30)이 상기 송신단(10)으로부터 에너지를 무선으로 수신하여 배터리를 충전하는 배터리 셀(30);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수신단(20) 또는 상기 송신단(10)의 자기 공진 회로에는, PP(Parallel-Parallel) 회로가 사용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수신단(20)은, 인덕터의 자기 공명에 의해 상기 송신단(10)으로부터 에너지를 수신하고, 수신된 에너지를 상기 배터리 셀(30)에 공급하여 상기 배터리 셀(30)을 충전시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱은, 상기 배터리 셀(30)의 전압을 측정하여 충전이 필요한 배터리 셀(30), 방전이 필요한 배터리 셀(30)을 결정하고, 방전이 필요한 배터리 셀(30)의 상기 송신단(10)을 동작시켜 충전이 필요한 배터리 셀(30)에 에너지를 공급하는 제어부(5); 및 상기 제어부(5)의 제어로 온/오프되고, 온이면 상기 송신단(10)으로 에너지를 공급하고, 오프이면 상기 송신단(10)과 연결이 끊어지는 스위치(40);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 송신단(10)은, 자기 공명을 일으키는 인덕터(L1), 스위치 역할을 하는 다이오드(D1), 전압 조정에 의해 용량이 가변되는 가변 캐패시터(C1)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수신단(20)은, 자기 공명을 일으키는 인덕터(L2), 인덕터(L2)와 공진 회로를 구성하는 캐패시터(C2), 에너지 댐핑을 일으키는 저항(R4)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배터리 셀(30)은, 스위치 역할을 하는 다이오드(D2), 센서 역할을 하는 저항(R1), 에너지 충방전하는 배터리(BAT1)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부(5)는, 상기 배터리 셀(30)의 전압값, 상기 송신단(10)의 가변 캐패시터 센서값 판단에 신경망을 이용한 딥러닝 알고리즘을 수행하여 충전 또는 방전이 필요한 배터리 셀(30)을 결정하고, 공진 주파수 선택을 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 송신단인 허브에서 에너지를 무선으로 배터리 셀에 공급하여 충전이 필요한 배터리 셀을 충전시킴으로써 배터리 셀의 전압을 평준화하고, 배터리 셀의 방전 시간이 길어지는 효과를 가질 수 있다.
또한, 본 발명은 송신단과 수신단의 공진 주파수 매칭에 의한 자기 공명을 수행하여 에너지를 공급하고, 주파수 매칭 외의 수신단에는 에너지를 공급하지 않음으로써 충전이 필요한 배터리 셀만 충전되는 효과를 가질 수 있다.
또한, 본 발명은 패시브 셀 밸런싱, 액티브 셀 밸런싱에 비해 신속한 에너지 공급에 의한 배터리 충방전을 가능하게 함으로써 셀 밸런싱을 단시간 내에 달성하는 효과를 가질 수 있다.
도 1은 본 발명 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱 의 개념을 설명하는 예시도이다.
도 2는 도 1 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱 의 제1실시예를 보인 블록도이다.
도 3은 도 1 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱 의 제2실시예를 보인 블록도이다.
도 4는 도 2, 도 3 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱 에 적용되는 회로 구성을 보인 회로도이다.
도 5는 도 4 회로 구성의 결합 상수에 따른 임피던스를 보인 예시도이다.
도 6은 도 1 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱 에서의 송신단, 수신단의 자기 공진 회로를 보인 예시도이다.
도 7은 도 6 공진 회로의 공진 주파수에 따른 임피던스 변화를 보인 그래프이다.
도 8은 도 6 공진 회로의 상호 인덕턴스에 따른 임피던스 변화를 보인 그래프이다.
도 9는 본 발명 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱 의 하드웨어 자원과 운영체제, 코어인 제어부의 동작, 제어부 동작을 실행할 권한을 부여하는 시스템 인증 구성을 설명하는 예시도이다.
도 10은 본 발명 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱 에 구현된 신경망 적용을 보인 예시도이다.
도 2는 도 1 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱 의 제1실시예를 보인 블록도이다.
도 3은 도 1 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱 의 제2실시예를 보인 블록도이다.
도 4는 도 2, 도 3 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱 에 적용되는 회로 구성을 보인 회로도이다.
도 5는 도 4 회로 구성의 결합 상수에 따른 임피던스를 보인 예시도이다.
도 6은 도 1 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱 에서의 송신단, 수신단의 자기 공진 회로를 보인 예시도이다.
도 7은 도 6 공진 회로의 공진 주파수에 따른 임피던스 변화를 보인 그래프이다.
도 8은 도 6 공진 회로의 상호 인덕턴스에 따른 임피던스 변화를 보인 그래프이다.
도 9는 본 발명 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱 의 하드웨어 자원과 운영체제, 코어인 제어부의 동작, 제어부 동작을 실행할 권한을 부여하는 시스템 인증 구성을 설명하는 예시도이다.
도 10은 본 발명 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱 에 구현된 신경망 적용을 보인 예시도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 셀 밸런싱 장Δ에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이하에서 종래 주지된 사항에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명확히 하기 위해 생략하거나 간단히 한다. 본 발명의 설명에 포함된 구성은 개별 또는 복합 결합 구성되어 동작한다.
도 1은 본 발명 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱 의 개념을 설명하는 예시도로서, 도 1을 참조하면, 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱은 에너지를 송신하는 허브; 에너지를 수신하는 배터리 셀;을 포함한다.
허브는 송신단으로, 캐패시터의 용량을 가변하여 배터리 셀의 공진 주파수에 매칭하고, 송신단과 배터리 셀의 수신단의 공진에 의해 에너지를 무선으로 송신한다.
배터리 셀은 송신단으로부터 에너지를 수신하는 수신단을 가지며, 송신단의 공진 주파수와 매칭된 수신단의 배터리 셀이 송신단으로부터 에너지를 무선으로 수신하여 배터리를 충전한다.
송신단과 수신단은 상호 유도를 이용하고, 상호 유도는 두 개의 코일을 가까이 놓고 송신단의 코일에 전류를 가해 자속이 발생하며, 수신단의 다른 쪽 코일에서 송신단 코일의 자속 변화를 방해하려는 방향으로 기전력이 발생한다. 송신단 코일의 전류가 변화할 때, 수신단 코일에서 유도 기전력이 발생하는 것을 상호유도라 한다. 상호 유도에 의한 상호 인덕턴스는 
이다. 여기서, L1은 송신단 코일의 인덕턴스, L2는 수신단 코일의 인덕턴스이고, k는 결합 상수이다. 송신단과 수신단은 두 코일의 권수를 이용하여 전압을 변화시켜 사용할 수 있다. 즉, 높은 전압에는 코일을 많이 감고, 낮은 전압 쪽에는 코일을 조금 감아 전압을 변화시킨다.
도 2는 도 1 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱 의 제1실시예를 보인 블록도로서, 도 2를 참조하면, 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱은 송신단(10), 수신단(20), 배터리 셀(30)을 포함한다.
송신단(10)은 인덕터의 자기 공명에 캐패시터 용량을 가변하여 공진 주파수를 변화시키고, 충전할 배터리 셀(30)에 대응한 수신단(20)의 공진 주파수에 매칭하여 에너지를 송신한다. 송신단(10)은 독립된 전원을 이용하여 수신단(20)의 배터리 셀(30) 밸런싱에 사용되는 전원을 공급할 수 있다.
수신단(20)은 인덕터의 자기 공명에 의해 송신단(10)으로부터 에너지를 수신하고, 수신된 에너지를 배터리 셀(30)에 공급하여 배터리 셀(30)을 충전시킨다. 수신단(20)에는 배터리 셀(30)의 전압을 측정하고, 충전이 필요한 배터리 셀(30)을 결정하는 제어부(5)가 더해지고, 제어부(5)는 송신단(10)의 공진 주파수를 가변하고자 가변 캐패시터의 용량을 제어하는 전압값을 제어할 수 있다. 가변 캐패시터와 인덕터의 회로 조합은 특정 공진 주파수를 가지고, 송신단(10)과 수신단(20)의 공진 주파수가 일치할 때 송신단(10)과 수신단(20)의 에너지 교환이 높아진다.
도 3은 도 1 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱 의 제2실시예를 보인 블록도로서, 도 3을 참조하면, 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱은 배터리 셀(30), 스위치(40), 송신단(10), 제어부(5), 수신단(20)을 포함한다. 또한, 송신단(10)이 각각 스위치(40)를 통해 배터리 셀(30)에 연결되었지만, 송신단(10) 하나가 각각의 스위치(40)를 통해 배터리 셀(30)에 연결될 수 있다.
배터리 셀(30)은 수신단(20)을 통해 에너지를 수신하여 충전되고, 스위치(40)의 온/오프로 송신단(10)으로 에너지를 공급한다. 배터리 셀(30)에서 충전이 필요한 배터리 셀(30)은 충전되고, 방전이 필요한 배터리 셀(30)은 방전되어 모든 배터리 셀(30)의 전압이 평준화된다.
스위치(40)는 제어부(5)의 제어로 온/오프되고, 온이면 송신단(10)으로 에너지를 공급하고, 오프이면 송신단(10)과 연결이 끊어진다. 스위치(40)가 온이면 온된 스위치(40)에 연결된 배터리 셀(30)과 송신단(10)이 결합되고, 송신단(10)의 공진 주파수에 매칭하는 수신단(20) 사이에 무선 충전 경로가 형성된다. 송신단(10)에 연결된 배터리 셀(30)은 방전되고, 수신단(20)에 연결된 배터리 셀(30)은 충전된다. 이때, 송신단(10)의 배터리 셀(30) 전압이 수신단(20)의 배터리 셀(30) 전압보다 높다.
송신단(10)은 제어부(5)의 제어로 공진 주파수가 달라질 수 있고, 인덕터의 자기 공명에 의해 수신단(20)으로 에너지를 공급한다. 송신단(10)을 구성하는 가변 캐패시터 용량은 제어부의 전압 제어로 변화되고, 송신단(10)의 공진 주파수가 달라진다. 송신단(10)의 공진 주파수와 수신단(20)의 공진 주파수가 일치할 때 송신단(10)과 수신단(20) 사이의 상호 유도가 증가하고, 에너지 교환이 활발해진다.
제어부(5)는 배터리 셀(30)의 전압을 측정하여 충전이 필요한 배터리 셀(30), 방전이 필요한 배터리 셀(30)을 결정하고, 방전이 필요한 배터리 셀(30)의 송신단(10)을 동작시켜 충전이 필요한 배터리 셀(30)에 에너지를 공급한다. 제어부(5)는 공진 주파수 테이블을 가지고, 테이블에 기록된 공진 주파수 값을 참고하여 송신단(10)과 수신단(20)의 공진 주파수를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(5)는 송신단(10)의 전압, 수신단(20)의 전압, 공진 주파수에 의한 에너지 교환에 대응한 센서값을 이용하여 에너지 교환 효율을 계산하고, 계산된 효율이 목표치에 근접하는지를 판단하여 송신단(10)과 수신단(20)의 공진 주파수 제어를 달리할 수 있다. 예를 들어, 에너지 교환 효율이 목표치에 근접하지 못하면, 인접 배터리 셀(30)이나 다른 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱 의 배터리 셀(30)로 에너지 손실이 발생한다고 예측될 수 있으므로 제어부(5)는 송신단(10)과 수신단(20) 사이의 공진 주파수 조합을 변경해서 에너지 교환 효율을 높일 수 있다.
제어부(5)는 공진 주파수 조합 변경에서 랜덤 주파수 선택, 주파수 도약, 주파수 스케줄링, 히스토리 분석을 수행할 수 있다. 랜덤 주파수 선택은 주파수 테이블에서 랜덤값에 의해 해당 주파수를 선택하고, 주파수 도약은 주파수 증감을 달리해서 해당 주파수를 선택하고, 주파수 스케줄링은 주파수 선택을 일정표에 따라 수행하고, 히스토리 분석은 이전 주파수 선택에 대한 에너지 교환 효율을 참고해서 해당 주파수를 선택한다.
수신단(20)은 제어부(5)의 제어로 공진 주파수가 달라질 수 있고, 인덕터의 자기 공명에 의해 송신단(10)으로부터 에너지를 수신하여 배터리 셀(30)에 공급한다.
도 4는 도 2, 도 3 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱 에 적용되는 회로 구성을 보인 회로도로서, 도 4를 참조하면, 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱 에서 송신단은 인덕터(L1), 다이오드(D1), 가변 캐패시터(C1)을 포함하고, 수신단은 인덕터(L2), 캐패시터(C2), 저항(R4)를 포함하고, 배터리 셀은 다이오드(D2), 저항(R1), 배터리(BAT1)을 포함한다.
송신단은 자기 공명을 일으키는 인덕터(L1), 스위치 역할을 하는 다이오드(D1), 전압 조정에 의해 용량이 가변되는 가변 캐패시터(C1)을 포함하고, 수신단은 자기 공명을 일으키는 인덕터(L2), 인덕터(L2)와 공진 회로를 구성하는 캐패시터(C2), 에너지 댐핑을 일으키는 저항(R4)를 포함하고, 배터리 셀은 스위치 역할을 하는 다이오드(D2), 센서 역할을 하는 저항(R1), 에너지 충방전하는 배터리(BAT1)을 포함한다.
또한, 송신단(10)과 수신단(20)의 커패시터 및 셀의 위치는 상호 인덕턴스와 공진주파수를 고려해 설계되는 것이 바람직하다.
도 5는 도 4 회로 구성의 결합 상수에 따른 임피던스를 보인 예시도로서, 도 5를 참조하면, 송신단(10)에서 바라보는 임피던스는
도 6은 도 1 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱 에서의 송신단, 수신단의 자기 공진 회로를 보인 예시도로서, 도 6을 참조하면, 자기 공진 회로는 SS(Series-Series), PP(Parallel-Parallel), SP(Series-Parallel), PS(Parallel-Series)로 나누어지며, 원치 않는 셀로의 에너지 전송을 방지하기 위해 임피던스 변화가 큰 회로 구성이 필요하다. 임피던스가 최소가 되는 공진 주파수와 상호 인덕턴스를 활용하고, 임피던스 변화가 상대적으로 큰 PP 회로를 활용한다.
도 7은 도 6 공진 회로의 공진 주파수에 따른 임피던스 변화를 보인 그래프로서, 도 7을 참조하면, PP 공진 회로의 공진 주파수에 따른 임피던스 변화가 큼을 알 수 있다.
도 8은 도 6 공진 회로의 상호 인덕턴스에 따른 임피던스 변화를 보인 그래프로서, 도 8을 참조하면, PP 공진 회로의 상호 인덕턴스에 따른 임피던스 변화가 큼을 알 수 있다.
도 9는 본 발명 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱 의 하드웨어 자원과 운영체제, 코어인 제어부의 동작, 제어부 동작을 실행할 권한을 부여하는 시스템 인증 구성을 설명하는 예시도로서, 도 9를 참조하면, 본 발명은 프로세서(1), 메모리(2), 입출력장치(3), 운영체제(4), 제어부(5)를 포함한다.
프로세서(1)는 CPU(Central Processing Units), GPU(Graphic Processing Unit), FPGA(Field Programmable Gate Array), NPU(Neural Processing Unit)로서, 메모리(2)에 탑재된 운영체제(4), 제어부(5)의 실행 코드를 수행한다.
메모리(2)는 RAM(random access memory), ROM(read only memory), 디스크 드라이브, SSD(solid state drive), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같은 비소멸성 대용량 저장 장치(permanent mass storage device)를 포함할 수 있다.
입출력장치(3)는 입력 장치로, 오디오 센서 및/또는 이미지 센서를 포함한 카메라, 키보드, 마이크로폰, 마우스 등의 장치를, 그리고 출력 장치로, 디스플레이, 스피커, 햅틱 피드백 디바이스(haptic feedback device) 등과 같은 장치를 포함할 수 있다.
운영체제(4)는 마이크로 OS를 포함할 수 있고, 윈도우, 리눅스, IOS, 가상 머신, 웹브라우저, 인터프리터를 포함할 수 있다.
제어부(5)는 운영체제(4)의 지원하에 입출력장치(3)의 센서, 키, 터치, 마우스 입력에 의한 상태를 결정하고, 결정된 상태에 따른 동작을 수행한다. 제어부(5)는 병렬 수행 루틴으로 타이머, 쓰레드에 의한 작업 스케줄링을 수행한다.
제어부(5)는 입출력장치(3)의 센서값을 이용하여 상태를 결정하고, 결정된 상태에 따른 알고리즘을 수행한다. 입출력장치(3)는 송신단(10), 수신단(20), 배터리 셀(30)이 될 수 있고, 제어부(5)는 배터리 셀(30)의 전압값, 송신단(10)의 가변 캐패시터 센서값을 이용하여 충전 또는 방전이 필요한 배터리 셀(30)을 결정하고, 송신단(10)의 가변 캐패시터의 용량을 변화시킬 전압값을 결정할 수 있다.
제어부(5)는 배터리 셀(30)의 센서값에 간격 차등을 적용하여 증감 설정에 따른 전압 감지 알고리즘을 수행한다. 전압 감지 알고리즘은 전압이 감지되고, 1차 센서값 레벨에 대해 2차 감지에 대한 간격 차등을 적용한 증감 설정으로 2차 센서값 감지에 대한 신뢰성을 높인다. 전압 또는 전류 센서가 전압 또는 전류를 감지하고, 전압 또는 전류가 점점 세지거나 낮아질 때, 증감은 있으나 전압 또는 전류 강도 추세가 점점 세질 때 또는 낮아질 때에 전압 또는 전류 감지 신호를 출력할 수 있다.
전압 또는 전류 센서에 전압 감지 알고리즘이 적용되어 있지 않을 때에는 제어부(5)가 전압 또는 전류 센서의 전압 감지 신호에 대해 시간 경과에 따른 전압 감지 신호의 추이, 변화를 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라 전압 감지 메시지를 생성할 수 있다.
도 9을 참조하면, 시스템 인증 구성은 제어부(5)를 포함하는 단말기(6), 인증 서버(7)를 포함한다. 단말기(6)는 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱이 될 수 있다. 셀 밸런싱 장치는 사용자 인증을 통해 배터리 셀(30) 밸런싱 수행을 제어한다.
단말기(6)는 데이터 채널을 이중화하고, 단말기(6)의 키값, 생체 정보를 입력받아 인증 서버(7)에 제1데이터 채널을 통해 사용자 인증을 요청하고, 단말기(6)는 생성된 킷값을 디스플레이에 표시하고, 인증 서버(7)로 전송한다.
단말기(6)는 단말기(6)의 디스플레이에 표시된 킷값을 입력하고, 사용자 정보와 함께 제2데이터 채널을 통해 인증 서버(7)로 전송한다. 단말기(6)는 킷값과 사용자 정보를 이용하여 단말기(6)에 탑재된 시스템의 인증을 인증 서버(7)에 요청한다. 단말기(6)의 킷값은 컴퓨터 고유의 정보인 CPU 제조번호, 이더넷 칩의 맥주소로부터 생성될 수 있다. 단말기(6)는 카메라를 이용한 얼굴 인식, 마이크를 이용한 음성 인식, 디스플레이를 이용한 필기 인식을 통해 사용자 정보를 획득하고, 인증에 활용할 수 있다.
인증 서버(7)는 단말기(6)로부터 킷값을 수신하고, 단말기(6)로부터 이중화된 데이터 채널을 통해 킷값과 사용자 정보를 수신하여 단말기(6)의 킷값과 사용자 정보를 비교하고, 사용자 정보를 대응시켜 단말기(6)의 시스템 이용에 대한 인증을 처리한다. 인증 서버(7)는 인증 결과를 단말기(6)로 전송하여 시스템에 대한 사용자의 사용을 허가한다. 단말기(6)의 이중화된 데이터 채널로 인해 킷값 손실이 최소화되는 효과를 가질 수 있다.
인증 서버(7)는 사용자 정보의 히스토리 분석을 수행하고, 시간 흐름에 따라 사용자 정보의 일관성, 변화를 비교 판단한다. 히스토리 분석에서 사용자 정보가 일관성을 나타내면 사용자의 사용을 허가하고, 변화를 나타내면 사용자의 사용을 허가하지 않는다. 사용자 정보가 일관성을 나타낼 때 사용자의 시스템 사용을 허가함으로써 사용자 정보가 변조된 사용자가 시스템에 접근하지 못하도록 보안을 강화한다.
시스템의 사용을 인증하는 수단인 단말기(6)는 시스템과 직접 연결하지 않고, 인증 서버(7)를 통한 우회 경로를 형성함으로써 인터넷망을 이루는 네트워크가 내부망과 외부망으로 구성되어 아이피 주소 설정 과정이 번거로울 때 단말기(6)를 이용한 인증 과정이 원활히 수행되는 장점이 있다. 이때, 단말기(6)에는 시스템이 탑재되고, 단말기(6)는 인증 단말 수단이 되고, 인증 서버(7)는 인증 서버 수단이 된다.
도 10은 본 발명 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱 에 구현된 신경망 적용을 보인 예시도로서, 도 10을 참고하여 설명한다.
신경망 학습은 온도, 고도, 지문 등 각종 센서, 이미지, 적외선 등 카메라, 라이더와 같은 입력 장치로부터 수집된 시계열 데이터로부터 특징량 선택, 알고리즘 선택을 통해 모델을 선택하고, 학습, 성능 검증 과정에 의한 반복 시행 착오를 거쳐 모델 선택을 반복한다. 성능 검증이 마치면 인공지능 모델이 선택된다.
제어부(5)는 센서값 판단에 신경망을 이용한 딥러닝 알고리즘을 수행하고, 신경망 학습에 훈련 데이터를 이용하고, 시험 데이터로 신경망 성능을 검증한다. 제어부(5)는 배터리 셀(30)의 전압값, 송신단(10)의 가변 캐패시터 센서값 판단에 신경망을 이용한 딥러닝 알고리즘을 수행하여 충전 또는 방전이 필요한 배터리 셀(30)을 결정하고, 공진 주파수 선택을 결정할 수 있다.
제어부(5)는 센서값에 필터링을 적용하여 데이터 잡음을 제거하고, 잡음이 신경망에 인가되지 않도록 전처리한다. 제어부(5)는 잡음이 신경망 성능에 영향을 미치지 않도록 해서 셀 밸런싱 성능을 높인다. 예를 들어, 제어부(5)는 센서값 필터링에 디지털 필터를 이용할 수 있다. 제어부(5)는 센서값을 디지털값으로 변환하고, 주파수 스펙트럼을 계산해서 일정 주파수 구간의 센서값을 신경망에 인가한다.
제어부(5)는 신경망 성능을 측정하고, 신경망 성능이 높은 주파수 구간으로 센서값의 필터링 주파수 구간을 변경할 수 있다. 예를 들어, 제어부(5)는 신경망 성능과 필터링 주파수 구간의 상관 관계를 계산해서 최적의 필터링 주파수 구간을 선택하도록 PID 제어를 이용할 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 해당 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
1: 프로세서
2: 메모리
3: 입출력 장치
4: 운영체제
5: 제어부
6: 단말기
7: 인증 서버
10: 송신단
20: 수신단
30: 배터리 셀
40: 스위치
2: 메모리
3: 입출력 장치
4: 운영체제
5: 제어부
6: 단말기
7: 인증 서버
10: 송신단
20: 수신단
30: 배터리 셀
40: 스위치
Claims (7)
- 송신단(10)으로, 캐패시터의 용량을 가변하여 배터리 셀(30)의 수신단(20)의 공진 주파수에 매칭하고, 상기 송신단(10)과 배터리 셀(30)의 수신단(20)의 공진에 의해 에너지를 무선으로 송신하는 허브; 및
상기 송신단(10)으로부터 에너지를 수신하는 수신단(20)으로, 상기 송신단(10)의 공진 주파수와 매칭된 배터리 셀(30)이 상기 송신단(10)으로부터 에너지를 무선으로 수신하여 배터리를 충전하는 배터리 셀(30);을 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱 .
- 제1항에 있어서,
상기 수신단(20) 또는 상기 송신단(10)의 자기 공진 회로에는,
PP(Parallel-Parallel) 회로가 사용되는 것을 특징으로 하는 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱.
- 제1항에 있어서,
상기 배터리 셀(30)의 전압을 측정하여 충전이 필요한 배터리 셀(30), 방전이 필요한 배터리 셀(30)을 결정하고, 방전이 필요한 배터리 셀(30)의 상기 송신단(10)을 동작시켜 충전이 필요한 배터리 셀(30)에 에너지를 공급하는 제어부(5); 및
상기 제어부(5)의 제어로 온/오프되고, 온이면 상기 송신단(10)으로 에너지를 공급하고, 오프이면 상기 송신단(10)과 연결이 끊어지는 스위치(40);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱.
- 제1항에 있어서,
상기 송신단(10)은,
자기 공명을 일으키는 인덕터(L1), 스위치 역할을 하는 다이오드(D1), 및 전압 조정에 의해 용량이 가변되는 가변 캐패시터(C1)을 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱.
- 제1항에 있어서,
상기 수신단(20)은,
자기 공명을 일으키는 인덕터(L2), 인덕터(L2)와 공진 회로를 구성하는 캐패시터(C2), 및 에너지 댐핑을 일으키는 저항(R4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱.
- 제1항에 있어서,
상기 배터리 셀(30)은,
스위치 역할을 하는 다이오드(D2), 센서 역할을 하는 저항(R1), 및 에너지 충방전하는 배터리(BAT1)을 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱.
- 제3항에 있어서,
상기 제어부(5)는,
상기 배터리 셀(30)의 전압값, 상기 송신단(10)의 가변 캐패시터 센서값 판단에 신경망을 이용한 딥러닝 알고리즘을 수행하여 충전 또는 방전이 필요한 배터리 셀(30)을 결정하고, 공진 주파수 선택을 결정하는 것을 특징으로 하는 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱.
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| KR1020210183542A KR102642500B1 (ko) | 2021-12-21 | 2021-12-21 | 공간 매칭을 이용한 배터리 Near-Field 무선 셀 밸런싱 |
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