KR20230160416A - 무선전력 전송장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전력 수신장치에 구비되어 있는 배터리의 정격전압 및 충전상태에 따라 전력 송신장치에서 전력 수신장치로 전송하는 전력을 가변시킬 수 있는 것으로서 상용 교류전력을 직류전력으로 변환하는 직류전력 변환부와, 직류전력 변환부가 변환한 직류전력을 스위칭시켜 교류전력으로 변환하는 스위칭부와, 스위칭부가 변환한 교류전력을 무선전력 수신장치로 무선 전송하는 전력 송신부와, 무선전력 수신장치와 근거리 통신을 수행하여 배터리의 정격 충전전압 및 정격 충전전류를 포함한 정보와 배터리의 전력 충전상태 정보를 취득하는 통신부와, 통신부를 통해 취득한, 배터리의 정격 충전전압 및 정격 충전전류를 포함한 정보와 배터리의 전력 충전상태 정보에 따라 직류전력 변환부와 스위칭부를 제어하여 전력 송신부에서 전송되는 전력을 제어하는 제어부를 포함하여, 배터리에 전력을 원활하게 충전시킬 수 있고, 과전류 또는 과전압 등으로 인한 안전사고의 발생을 미연에 방지하는 무선전력 전송장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

무선전력 전송장치 및 방법{Apparatus and method for transmitting radio power}
본 발명은 무선전력 송신장치가 무선전력 수신장치에 무선으로 전력을 전송하여 배터리에 충전시키게 하는 무선전력 전송장치 및 방법에 관한 것으로 특히 무선전력 수신장치에 구비되어 있는 배터리의 정격 충전전압 및 정격 충전전류와, 배터리의 충전상태에 따라, 무선전력 송신장치에서 무선전력 수신장치로 전송하는 전력을 조절하는 무선전력 전송장치 및 방법에 관한 것이다.
이동이 자유로우면서 자율적으로 소정의 동작을 수행하는 AGV(Automatic Guided Vehicle) 및 로봇 등을 비롯한 각종 이동체들은 배터리를 내장하고, 내장한 배터리에 충전되어 있는 전력을 사용하여 부하들을 구동시키고 있다.
배터리에 저장되어 있는 충전전력량은 제한되어 있는 것으로서 충전전력이 방전되어 부하에 더 이상 전력을 공급하지 못할 경우에 배터리에는 다시 전력을 충전하여 부하에 전력을 공급할 수 있도록 해야 된다.
전력을 공급하는 전력 송신장치와 전력 수신장치를 유선으로 연결하여 배터리에 전력을 충전시킬 수 있다.
그러나 전력 송신장치와 전력 수신장치를 유선으로 연결하여 배터리에 전력을 충전시키는 것은 구성이 간단한 반면에 작업자가 일일이 전력 송신장치와 전력 수신장치를 유선으로 연결하는 작업을 수행해야 되는 것으로서 많은 번거로움이 있다.
그러므로 무선전력 송신장치가 무선으로 전력을 전송하고, 전송하는 전력을 무선전력 수신장치가 수신하여 배터리에 전력을 충전시키는 무선전력 전송장치가 개발 및 널리 사용되고 있다.
상기 무선전력 전송장치는 자기유도방식의 기술과, 전력 송신코일 및 전력 수신코일의 공진주파수를 일치시키는 기술을 이용하는 것이다. 즉, 무선전력 송신장치에 구비되는 전력 송신코일과 무선전력 수신장치에 구비되는 전력 수신코일을 무선 전송하는 전력의 주파수에 공진시킨다. 그리고 상기 전력 송신코일 및 상기 전력 수신코일을 근거리에서 유도 결합시켜 높은 효율로 전력을 전송할 수 있는 것이다.
무선전력 송신장치에서 무선전력 수신장치로 전력을 무선 전송하는 선행기술로서는 대한민국 등록특허 제10-1741759호(2017. 05. 24. 등록)를 비롯하여 여러 가지의 기술이 알려져 있다.
상기한 선행기술은, 무선으로 전력을 수신하여 배터리를 충전하는 무선충전 수신장치로서, 충전상태 추정부가 배터리의 초기 충전상태를 추정하고, 충전 송신장치가 무선 전송하는 충전전력을 충전부가 수신하여 배터리에 충전하며, 배터리에 전력을 충전하면서 제어부가, 충전전류의 값을 측정하고 측정한 충전전류의 값에 따라 제어신호를 생성하여 충전전력의 증감을 제어하면서 통신부를 통해 배터리의 초기 충전 상태와 제어신호를 충전 송신장치에 전송하게 하고 있다.
이러한 선행기술에 따르면, 미리 규정되어 있는 정격 충전전압 및 정격 충전전류의 배터리를 구비하고 있는 무선충전 수신장치에, 무선충전 송신장치가 효율적으로 전력을 전송하여 배터리에 전력을 충전하도록 할 수 있다.
그러나 무선충전 송신장치에 규정되어 있는 정격 충전전압 및 정격 충전전류와는 상이한 충전전압 및 충전전류를 요구하는 배터리의 무선충전 수신장치에는, 무선충전 송신장치가 효율적으로 전력을 전송하지 못하였다.
즉, 무선충전 송신장치에 규정되어 있는 정격 충전전압과는 상이한, 충전전압을 요구하는 배터리를 구비하고 있는 무선전력 수신장치에는 무선 전송하는 전력의 전압이 너무 낮아 충전하지 못하거나 또는 전압이 너무 높아 화제 등의 안전사고가 발생할 수 있다.
또한 무선충전 송신장치에 규정되어 있는 정격 충전전류와는 상이한, 충전전류를 요구하는 배터리를 구비하고 있는 무선전력 수신장치에는 무선 전송하는 전력의 전류가 너무 낮아 충전하는데 많은 시간이 소요되거나 또는 과전류로 인한 화제 등의 안전사고가 발생할 수 있다.
대한민국 등록특허 제10-1741759호(2017. 05. 24. 등록)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 무선충전 수신장치에 구비되어 있는 배터리의 정격 충전전압 및 정격 충전전류에 따라 무선충전 송신장치가 효율적으로 전력을 전송할 수 있는 무선충전 전송장치 및 방법을 제공한다.
또한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 무선충전 송신장치가 무선충전 수신장치와 근거리 통신을 수행하여, 무선충전 수신장치에 구비되어 있는 배터리의 정격 충전전압 및 정격 충전전류에 대한 정보를 취득하고 취득한 정보에 따른 전력을 무선충전 송신장치가 생성하여 무선충전 수신장치로 전송하는 무선충전 전송장치 및 방법을 제공한다.
또한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 무선충전 수신장치에 구비되어 있는 배터리의 전력 충전상태에 따라 효율적으로 전력을 전송할 수 있는 무선충전 전송장치 및 방법을 제공한다.
또한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기에서 언급한 과제들로 제한되지 않고, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재들로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 무선충전 전송장치는, 상용 교류전력을 직류전력으로 변환하는 직류전력 변환부와, 상기 직류전력 변환부가 변환한 직류전력을 스위칭시켜 교류전력으로 변환하는 스위칭부와, 상기 스위칭부가 변환한 교류전력을 무선전력 수신장치로 무선 전송하는 전력 송신부와, 상기 무선전력 수신장치와 근거리 통신을 수행하여 배터리의 정격 충전전압 및 정격 충전전류를 포함한 정보와 배터리의 전력 충전상태 정보를 취득하는 통신부와, 상기 통신부를 통해 취득한, 배터리의 정격 충전전압 및 정격 충전전류를 포함한 정보와 배터리의 전력 충전상태 정보에 따라 상기 직류전력 변환부와 상기 스위칭부를 제어하여 상기 전력 송신부에서 전송되는 전력을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
그리고 본 발명의 무선충전 전송방법은, 제어부가 통신부를 통해 무선전력 수신장치와 근거리 통신을 수행하여 배터리의 정격 충전전압 및 정격 충전전류를 포함한 정보를 취득하는 단계와, 상기 제어부가 상기 배터리의 정격 충전전압 및 정격 충전전류를 포함한 정보에 따라 직류전력 변환부 및 스위칭부를 제어하여 무선 전송되는 전력을 조절하는 단계와, 상기 무선 전송되는 전력을 상기 무선전력 수신장치가 배터리에 충전하면서 배터리의 충전정보를 검출하여 상기 제어부로 전송하는 단계와, 상기 제어부가 상기 배터리의 충전정보에 따라 직류전력 변환부 및 스위칭부를 제어하여 무선 전송되는 전력을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제어부가 상기 배터리의 정격 충전전압 및 정격 충전전류를 포함한 정보에 따라 직류전력 변환부 및 스위칭부를 제어하여 무선 전송되는 전력을 조절하는 단계와, 상기 제어부가 상기 배터리의 충전정보에 따라 직류전력 변환부 및 스위칭부를 제어하여 무선 전송되는 전력을 조절하는 단계는, 상기 제어부가 상기 스위칭부의 스위칭 위상을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 무선충전 전송장치 및 방법에 따르면, 무선전력 송신장치가 무선전력 수신장치와 근거리 통신을 수행하여 배터리의 정격 충전전압 및 정격 충전전류를 포함하는 정보를 취득하고, 취득한 배터리의 정격 충전전압 및 정격 충전전류를 포함하는 정보에 따라 무선전력 송신장치가 무선전력 수신장치로 전력을 전송하게 한다.
그러므로 배터리에 전력을 원활하게 충전시킬 수 있고, 또한 과전류 또는 과전압 등으로 인한 안전사고의 발생을 미연에 방지할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 한정하지 않는 실시 예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하며, 일부 도면에서 동일한 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여한다.
도 1은 일반적인 무선 전력전송 시스템의 개략적인 구성을 보인 도면,
도 2는 본 발명의 무선전력 송신장치의 구성을 보인 블록도, 및
도 3은 본 발명의 무선전력 전송방법에 따른 제어부의 동작을 보인 신호흐름도이다.
이하의 상세한 설명은 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 실시 예를 도시한 것에 불과하다. 또한 본 발명의 원리와 개념은 가장 유용하고, 쉽게 설명할 목적으로 제공된다.
따라서 본 발명의 기본 이해를 위한 필요 이상의 자세한 구조를 제공하고자 하지 않았음은 물론 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 실체에서 실시될 수 있는 여러 가지의 형태들을 도면을 통해 예시한다.
도 1은 일반적인 무선 전력전송 시스템의 개략적인 구성을 보인 도면이다. 여기서, 부호 100은 무선으로 전력을 전송하는 무선전력 송신장치이고, 부호 200은 무선으로 전력을 수신하는 무선전력 수신장치이다.
상기 무선전력 송신장치(100)는 예를 들면, 소정의 충전장소에 고정 설치될 수 있는 것으로서 무선전력 공급부(110)와, 전력 송신코일(120)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 무선전력 공급부(110)는 무선으로 전송할 소정 주파수의 교류전력을 공급하고, 상기 무선전력 공급부(110)가 공급하는 소정 주파수의 교류전력에 상기 전력 송신코일(120)이 공진되어, 상기 소정 주파수의 교류전력을 외부로 전송한다.
상기 무선전력 수신장치(200)는, 예를 들면, AGV 또는 로봇 등과 같은 소정의 이동체에 설치될 수 있는 것으로서 전력 수신코일(210), 수신전력 충전부(220) 및 배터리(230)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 이동체가, 무선전력 송신장치(100)가 고정 설치되어 있는 소정의 충전장소의 충전위치에 위치할 경우에 상기 전력 수신코일(210)이 상기 전력 송신코일(120)과 유도 결합된다. 그러면, 상기 전력 송신코일(120)이 전송하는 소정 주파수의 교류전력이 상기 전력 수신코일(210)로 유도된다.
상기 전력 수신코일(210)로 유도된 교류전력은 수신전력 충전부(220)에서 직류전력으로 변환되고, 변환된 직류전력은 배터리(230)에 충전된 후 이동체에 구비되어 있는 전기적 부하에 동작전력으로 공급된다.
도 2는 본 발명의 무선전력 송신장치의 구성을 보인 블록도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 무선전력 송신장치(100)는 상용 교류전력(310)을 직류전력으로 변환하는 직류전력 변환부(320)와, 상기 직류전력 변환부(320)가 변환한 직류전력을 스위칭시켜 교류전력으로 변환하는 스위칭부(330)와, 상기 스위칭부(330)가 변환한 교류전력을 무선전력 수신장치(200)로 무선 전송하는 전력 송신부(340)와, 상기 무선전력 수신장치(200)와 근거리 통신을 수행하여 배터리(230)에 대한 정보와 배터리(230)의 전력 충전상태 등의 정보를 취득하는 통신부(350)와, 상기 통신부(350)를 통해 취득한 정보에 따라 상기 직류전력 변환부(320)와 상기 스위칭부(330)를 제어하여 요구되는 전력이 전력 송신부(340)를 통해 상기 무선전력 수신장치(200)로 무선 전송되게 제어하는 제어부(360)를 포함할 수 있다.
이러한 구성을 가지는 무선전력 송신장치(100)는 무선전력 수신장치(200)로 전력을 전송하기 전에 먼저 제어부(360)가 통신부(350)를 통해 무선전력 수신장치(200)와 통신을 수행하여 무선전력 수신장치(200)에 구비되어 있는 배터리(230)의 정보를 취득한다.
상기 제어부(360)가 취득하는 배터리(230)의 정보에는 배터리(230)의 정격 충전전압 및 정격 충전전류를 포함할 수 있다.
상기 제어부(360)는, 상기 배터리(230)의 정보가 취득되면, 직류전력 변환부(320)를 제어하여, 상용 교류전력(310)을 직류전력으로 변환하게 제어한다.
이 때, 상기 제어부(360)는 상기 직류전력 변환부(320)가 변환하는 직류전력의 전압 레벨이, 상기 배터리(230)의 정격 충전전압의 레벨로 되게 제어한다.
그리고 상기 제어부(360)는 스위칭 신호를 발생하고, 발생한 스위칭 신호에 따라 스위칭부(330)가 상기 직류전력 변환부(320)에서 변환된 직류전력을 스위칭하여 교류전력으로 변환하게 된다.
여기서, 상기 스위칭부(330)는 예를 들면, 복수 개의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등과 같은 스위칭 소자들이 브리지 결합되어 있는 것으로서 제어부(360)가 출력하는 소정 주파수의 스위칭 신호에 따라 상기 복수 개의 스위칭 소자들이 선택적으로 스위칭되면서, 상기 직류전력 변환부(320)에서 출력되는 직류전력을 스위칭하여 주파수의 교류전력을 생성한다.
그리고 상기 제어부(360)는 상기 배터리(230)의 정격 충전전류의 레벨에 따라 상기 스위칭부(330)의 스위칭 위상을 제어하여, 스위칭부(330)에서 배터리(230)의 정격 충전전류의 레벨에 따른 전류의 교류전력이 출력되게 한다.
상기 스위칭부(330)에서 출력되는 교류전력 즉, 상기 배터리(230)의 정격 충전전압의 레벨에 따른 전압과, 상기 배터리(230)의 정격 충전전류의 레벨에 따른 전류를 가지는 교류전력은 전력 송신부(340)로 입력되어 무선전력 수신장치(200)로 무선 전송된다.
여기서, 상기 전력 송신부(340)는 예를 들면, 커패시터(342) 및 전력 송신코일(120)이 직렬 연결되어 상기 스위칭부(330)에서 출력되는 교류전력의 주파수에 공진되는 것으로서 상기 전력 송신코일(120)은 최적의 상태로 전력을 무선 전송하게 된다.
이와 같이 하여 전력 송신부(340)가 무선으로 전력을 전송하고, 이를 무선전력 수신장치(200)가 수신하여 배터리(230)에 충전시키는 상태에서 무선전력 수신장치(200)가 배터리(230)의 충전전압 및 충전전류를 검출하고, 검출한 충전전압 및 충전전류를 포함하는 충전정보를 무선전력 송신장치(100)로 전송한다.
상기 무선전력 송신장치(100)는 상기 무선전력 송신장치(100)가 송신하는 충전정보를 통신부(350)가 수신하여 제어부(360)로 입력시킨다.
그러면, 상기 제어부(360)는 충전정보에 따라 직류전력 변환부(320) 및 스위칭부(330)를 제어하여 상기 배터리(230)에 전력을 만충전시키도록 전력을 전송한다.
도 3은 본 발명의 무선전력 전송방법에 따른 제어부의 동작을 보인 신호흐름도이다.
도 3을 참조하면, 제어부(360)는 통신부(350)를 통해 전력 수신장치(200)와 통신을 수행하면서 전력을 전송할 조건을 만족하는지의 여부를 판단한다(S300).
즉, 상기 제어부(360)는 상기 전력 수신장치(200)와 통신을 수행하여 이동체가 충전장소의 충전 정위치에 위치하고, 전력의 전송을 요청하는지 등의 여부를 판단한다.
전송조건을 만족할 경우에 상기 제어부(360)는 통신부(350)를 통해 배터리(230)의 정보를 취득한다(S302).
그리고 상기 제어부(360)는 취득한 배터리(230)의 정보 즉, 배터리(230)의 정격 충전전압과 정격 충전전류에 따라 직류전력 변환부(320) 및 스위칭부(330)를 제어하여 배터리(230)의 정격 충전전압과 정격 충전전류에 따른 교류전력을 생성하고, 생성한 교류전력은 전력 송신부(340)를 통해 무선전력 수신장치(200)로 무선 전송된다(S304).
이와 같은 상태에서 상기 제어부(360)는 무선전력 수신장치(200)가 전송하는 배터리(230)의 충전정보를 통신부(350)를 통해 획득하고(S306), 획득한 충전정보로 배터리(230)의 충전이 완료되었는지의 여부를 판단한다(S308).
상기 배터리(230)의 전력 충전이 완료되지 않았을 경우에 상기 제어부(360)는 상기 충전정보에 따라 직류전력 변환부(320) 및 스위칭부(330)를 제어하여, 상기 배터리(230)의 현재 전력 충전상태에 따른 전력이 전송되게 한다(S310).
그리고 상기 제어부(360)는 상기 배터리(230)의 전력 충전이 완료되었음이 판단될 경우에 전력의 전송동작을 정지한다(S312).
이상에서는 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 무선전력 송신장치 110 : 무선전력 공급부
120 : 전력 송신코일 200 : 무선전력 수신장치
210 : 전력 수신코일 220 : 수신전력 충전부
230 : 배터리 310 : 상용 교류전력
320 : 직류전력 변환부 330 : 스위칭부
340 : 전력 송신부 342 : 커패시터
350 : 통신부 360 : 제어부

Claims (3)

  1. 상용 교류전력을 직류전력으로 변환하는 직류전력 변환부;
    상기 직류전력 변환부가 변환한 직류전력을 스위칭시켜 교류전력으로 변환하는 스위칭부;
    상기 스위칭부가 변환한 교류전력을 무선전력 수신장치로 무선 전송하는 전력 송신부;
    상기 무선전력 수신장치와 근거리 통신을 수행하여 배터리의 정격 충전전압 및 정격 충전전류를 포함한 정보와 배터리의 전력 충전상태 정보를 취득하는 통신부; 및
    상기 통신부를 통해 취득한, 배터리의 정격 충전전압 및 정격 충전전류를 포함한 정보와 배터리의 전력 충전상태 정보에 따라 상기 직류전력 변환부와 상기 스위칭부를 제어하여 상기 전력 송신부에서 전송되는 전력을 제어하는 제어부;를 포함하는 무선전력 전송장치.
  2. 제어부가 통신부를 통해 무선전력 수신장치와 근거리 통신을 수행하여 배터리의 정격 충전전압 및 정격 충전전류를 포함한 정보를 취득하는 단계;
    상기 제어부가 상기 배터리의 정격 충전전압 및 정격 충전전류를 포함한 정보에 따라 직류전력 변환부 및 스위칭부를 제어하여 무선 전송되는 전력을 조절하는 단계;
    상기 무선 전송되는 전력을 상기 무선전력 수신장치가 배터리에 충전하면서 배터리의 충전정보를 검출하여 상기 제어부로 전송하는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 배터리의 충전정보에 따라 직류전력 변환부 및 스위칭부를 제어하여 무선 전송되는 전력을 조절하는 단계;를 포함하는 무선전력 전송방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부가 상기 배터리의 정격 충전전압 및 정격 충전전류를 포함한 정보에 따라 직류전력 변환부 및 스위칭부를 제어하여 무선 전송되는 전력을 조절하는 단계와, 상기 제어부가 상기 배터리의 충전정보에 따라 직류전력 변환부 및 스위칭부를 제어하여 무선 전송되는 전력을 조절하는 단계는,
    상기 제어부가 상기 스위칭부의 스위칭 위상을 조절하는 단계;를 포함하는 무선전력 전송방법.
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