KR20240003407A - Apparatus and method for detecting collection coil of electric vehicle wireless charging apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명의 전기차 무선충전 시스템의 충전코일 위치 검출 장치는 자력선의 세기에 따라 충전코일의 위치에 대응되는 전기적인 신호를 출력하는 충전코일 감지부; 충전코일 감지부로부터 출력된 전기적인 신호에 따라 충전코일의 위치를 측정하는 프로세서; 및 충전코일과 전기차에 설치된 집전코일에 의해 형성되는 자력선이 외부로 누출되는 것을 방지하는 자력선 누출 방지부를 포함하는 것을 특징으로 한다. The charging coil position detection device for the electric vehicle wireless charging system of the present invention includes a charging coil detection unit that outputs an electrical signal corresponding to the position of the charging coil according to the strength of the magnetic force line; A processor that measures the position of the charging coil according to the electrical signal output from the charging coil detection unit; and a magnetic force line leakage prevention unit that prevents the magnetic force lines formed by the charging coil and the current collecting coil installed in the electric vehicle from leaking to the outside.
Description
본 발명은 전기차 무선충전 시스템의 충전코일 위치 검출 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 집전코일에 설치된 차동코일을 통해 충전코일의 위치를 측정하고 측정된 충전코일의 위치를 토대로 충전코일과 집전코일의 정렬을 유도하는 전기차 무선충전 시스템의 충전코일 위치 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for detecting the position of a charging coil in an electric vehicle wireless charging system. More specifically, the position of the charging coil is measured through a differential coil installed on the current collecting coil, and the charging coil and the current collecting coil are measured based on the measured position of the charging coil. It relates to an apparatus and method for detecting the position of a charging coil in an electric vehicle wireless charging system that induces alignment of the coil.
일반적으로, 충전코일은 자신의 위치를 알리는 비콘(beacon) 신호로써 자력선을 저전력 모드로 발생시킨다. Generally, a charging coil generates magnetic lines of force in a low-power mode as a beacon signal indicating its location.
충전코일에는 집전코일이 충전코일에 충분히 가까이 접근했는지를 감지하는 하나 이상의 코일로 위치 검출기(position detector(PD))가 설치된다. The charging coil is equipped with a position detector (PD) with one or more coils that detects whether the current collecting coil is sufficiently close to the charging coil.
위치 검출기는 전기차로 하여금 충전코일과 집전코일의 접근을 가능하게 하고 충전이 일어나고 정격 전력을 보내게 된다. The position detector allows the electric vehicle to access the charging coil and current collecting coil, and charging occurs and rated power is sent.
그러나, 종래의 위치 검출기는 단상코일로 되어 있으므로 자력선의 크기만 알 수 있어 적어도 3개의 코일을 필요로 한다. 이는 방향성을 알아내기 위한 일반적인 방법으로서, 3개 이상의 후속 신호 처리가 필요하다는 문제점이 있었다. However, since the conventional position detector is made of a single-phase coil, only the size of the magnetic force line can be known, so at least three coils are required. This is a general method for determining directionality, but has the problem of requiring three or more subsequent signal processing.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 10-2018-0047681호(2018.05.10)의 '계자 권선을 이용하는 무선 전력 전송 방법과 이를 이용하는 차량 어셈블리 및 전기차'에 개시되어 있다.The background technology of the present invention is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2018-0047681 (May 10, 2018) titled ‘Wireless power transmission method using field winding and vehicle assembly and electric vehicle using the same.’
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 집전코일에 설치된 차동코일을 통해 충전코일의 위치를 측정하고 측정된 충전코일의 위치를 토대로 충전코일과 집전코일의 정렬을 유도하는 전기차 무선충전 시스템의 충전코일 위치 검출 장치 및 방법을 제공하는 것이다. The present invention was created to improve the above-mentioned problems, and the purpose of one aspect of the present invention is to measure the position of the charging coil through a differential coil installed on the current collecting coil and to measure the position of the charging coil and collect current based on the measured position of the charging coil. To provide an apparatus and method for detecting the position of a charging coil in an electric vehicle wireless charging system that induces alignment of the coil.
본 발명의 일 측면에 따른 전기차 무선충전 시스템의 충전코일 위치 검출 장치는 자력선의 세기에 따라 충전코일의 위치에 대응되는 전기적인 신호를 출력하는 충전코일 감지부; 상기 충전코일 감지부로부터 출력된 전기적인 신호에 따라 상기 충전코일의 위치를 측정하는 프로세서; 및 상기 충전코일과 전기차에 설치된 집전코일에 의해 형성되는 자력선이 외부로 누출되는 것을 방지하는 자력선 누출 방지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.A charging coil position detection device for an electric vehicle wireless charging system according to an aspect of the present invention includes a charging coil detection unit that outputs an electrical signal corresponding to the position of the charging coil according to the strength of the magnetic force line; a processor that measures the position of the charging coil according to the electrical signal output from the charging coil detection unit; and a magnetic force line leak prevention unit that prevents the magnetic force lines formed by the charging coil and the current collecting coil installed in the electric vehicle from leaking to the outside.
본 발명의 상기 자력선 누출 방지부는 상기 자력선 누출 방지부는 상기 집전코일의 상부에 설치되어 외부로 자력선이 누출되는 것을 차단하는 제1 자력선 차단부; 및 상기 충전코일의 하부에 설치되어 외부로 자력선이 누출되는 것을 차단하는 제2 자력선 차단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The magnetic force line leakage prevention unit of the present invention includes: a first magnetic force line blocking unit installed on an upper portion of the current collecting coil to block magnetic force lines from leaking to the outside; and a second magnetic force line blocking unit installed below the charging coil to block the magnetic force line from leaking to the outside.
본 발명의 상기 충전코일 감지부는 상기 충전코일의 위치에 따라 정상 전압(Positive phase voltage) 또는 역상 전압(Negative phase voltage)을 출력하는 차동코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.The charging coil detection unit of the present invention is characterized in that it includes a differential coil that outputs a positive phase voltage or a negative phase voltage depending on the position of the charging coil.
본 발명의 상기 차동코일은 상기 집전코일과 수직방향으로 중첩되게 배치되거나 상기 집전코일과 동일평면상에 배치되는 것을 특징으로 한다.The differential coil of the present invention is arranged to overlap the current collecting coil in a vertical direction or is arranged on the same plane as the current collecting coil.
본 발명의 상기 차동코일은 복수 개가 상기 전기차의 전장방향과 전폭방향으로 교차되게 배치되는 것을 특징으로 한다.The differential coil of the present invention is characterized in that a plurality of differential coils are arranged to cross in the full length direction and full width direction of the electric vehicle.
본 발명의 상기 충전코일 감지부는 상기 충전코일의 위치에 따라 정상 전압 또는 역상 전압을 출력하는 차동코일을 구비하되 상기 차동코일의 네가티브 루프부가 센터탭의 일측에 배치되고 상기 차동코일의 포지티브 루프부가 상기 센터탭의 타측에 배치되는 LC 공진기를 포함하는 것을 특징으로 한다.The charging coil detection unit of the present invention includes a differential coil that outputs a normal voltage or a reverse voltage depending on the position of the charging coil, wherein the negative loop portion of the differential coil is disposed on one side of the center tab and the positive loop portion of the differential coil is disposed on one side of the center tab. It is characterized by including an LC resonator disposed on the other side of the center tab.
본 발명의 상기 차동코일은 포지티브 루프부와 네가티브 루프부는 복수의 턴수로 형성되는 것을 특징으로 한다.The differential coil of the present invention is characterized in that the positive loop part and the negative loop part are formed with a plurality of turns.
본 발명의 상기 프로세서는 상기 차동코일로부터 출력되는 전압의 부호 또는 크기를 통해 상기 충전코일의 위치를 측정하는 것을 특징으로 한다.The processor of the present invention is characterized by measuring the position of the charging coil through the sign or magnitude of the voltage output from the differential coil.
본 발명의 일 측면에 따른 전기차 무선충전 시스템의 충전코일 위치 검출 방법은 충전코일 감지부가 자력선의 세기에 따라 충전코일의 위치에 대응되는 전기적인 신호를 출력하는 단계; 프로세서가 상기 충전코일 감지부로부터 출력된 전기적인 신호에 따라 상기 충전코일의 위치를 측정하는 단계; 및 상기 프로세서가 상기 충전코일의 위치에 따라 충전기를 제어하여 전기차를 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method of detecting the position of a charging coil in an electric vehicle wireless charging system according to an aspect of the present invention includes the steps of a charging coil detection unit outputting an electrical signal corresponding to the position of the charging coil according to the strength of a magnetic force line; A processor measuring the position of the charging coil according to an electrical signal output from the charging coil detection unit; and the processor controlling the charger according to the position of the charging coil to charge the electric vehicle.
본 발명의 상기 충전코일 감지부는 상기 충전코일의 위치에 따라 정상 전압(Positive phase voltage) 또는 역상 전압(Negative phase voltage)를 출력하는 차동코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.The charging coil detection unit of the present invention is characterized in that it includes a differential coil that outputs a positive phase voltage or a negative phase voltage depending on the position of the charging coil.
본 발명의 상기 충전코일 감지부는 상기 충전코일의 위치에 따라 정상 전압 또는 역상 전압을 출력하는 차동코일을 구비하되 상기 차동코일의 네가티브 루프부가 센터탭의 일측에 배치되고 상기 차동코일의 포지티브 루프부가 상기 센터탭의 타측에 배치되는 LC 공진기를 포함하는 것을 특징으로 한다.The charging coil detection unit of the present invention includes a differential coil that outputs a normal voltage or a reverse voltage depending on the position of the charging coil, wherein the negative loop portion of the differential coil is disposed on one side of the center tab and the positive loop portion of the differential coil is disposed on one side of the center tab. It is characterized by including an LC resonator disposed on the other side of the center tab.
본 발명의 상기 충전코일의 위치를 측정하는 단계에서, 상기 프로세서는 상기 차동코일로부터 출력되는 전압의 부호 또는 크기를 통해 상기 충전코일의 위치를 측정하는 것을 특징으로 한다. In the step of measuring the position of the charging coil of the present invention, the processor measures the position of the charging coil through the sign or magnitude of the voltage output from the differential coil.
본 발명의 일 측면에 따른 전기차 무선충전 시스템의 충전코일 위치 검출 장치 및 방법은 집전코일에 설치된 차동코일을 통해 충전코일의 위치를 측정하고 측정된 충전코일의 위치를 토대로 충전코일과 집전코일의 정렬을 유도함으로써 효과적인 전기차 충전이 이루어질 수 있도록 한다.An apparatus and method for detecting the position of a charging coil in an electric vehicle wireless charging system according to an aspect of the present invention measures the position of the charging coil through a differential coil installed on the current collecting coil, and aligns the charging coil and the current collecting coil based on the measured position of the charging coil. This ensures effective charging of electric vehicles.
본 발명의 다른 측면에 따른 전기차 무선충전 시스템의 충전코일 위치 검출 장치 및 방법은 충전코일과 집전코일의 불일치에 해당하는 방향과 거리에 해당하는 차동전압을 출력하는데, 이 차동전압이 common mode 전압이 제거되어 있으므로 간단한 신호 처리만으로 충전코일의 위치를 측정할 수 있고, 또한 차동전압의 크기도 작으므로 저가의 신호처리 프로세서를 이용할 수 있다. An apparatus and method for detecting the position of a charging coil in an electric vehicle wireless charging system according to another aspect of the present invention outputs a differential voltage corresponding to the direction and distance corresponding to the mismatch between the charging coil and the current collecting coil, and this differential voltage is the common mode voltage. Since it is removed, the position of the charging coil can be measured with simple signal processing, and since the size of the differential voltage is small, a low-cost signal processing processor can be used.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 전기차 무선충전 시스템의 충전코일 위치 검출 장치 및 방법은 차동코일을 이용한 LC 공진기를 구현함으로써 작은 충전코일의 자기장 신호에 공진하여 증폭된 신호를 공진 코일(tank 회로)에서 얻을 수 있으므로 작은 신호로도 충전코일의 위치를 탐지할 수 있다.An apparatus and method for detecting the position of a charging coil in an electric vehicle wireless charging system according to another aspect of the present invention implements an LC resonator using a differential coil, thereby resonating with the magnetic field signal of a small charging coil and transmitting the amplified signal from the resonance coil (tank circuit). Therefore, the position of the charging coil can be detected even with a small signal.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 무선충전 시스템의 충전코일 위치 검출 장치의 블럭 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 집전코일에 차동코일이 설치된 예가 도시된 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차동코일과 차동코일에서 발생되는 기전력을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전장방향과 전폭방향으로 교차된 2개의 차동코일의 동작 특성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차의 전폭방향으로 배치된 차동코일을 이용하여 전폭방향으로 충전코일과 집전코일의 정렬을 유도하는 방법을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차의 전장방향으로 배치된 차동코일을 이용하여 전장방향으로 충전코일과 집전코일의 정렬을 유도하는 방법을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차의 전폭방향과 전장방향으로 교차배치된 차동코일을 이용하여 전폭방향 및 전장방향으로 충전코일과 집전코일의 정렬을 유도하는 방법을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터로 전폭방향의 차동코일이 배치된 LC 공진기를 이용하여 전폭방향으로 충전코일과 집전코일의 정렬을 유도하는 방법을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터로 전폭방향과 전방방향의 차동코일을 이용하는 2개의 LC 공진기를 이용하여 전폭방향 및 전장방향으로 충전코일과 집전코일의 정렬을 유도하는 방법을 도시한 도면이다.
도 10 및 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 LC 공진기의 과전류 방지 방법을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 LC 공진기의 차동코일이 2턴 코일인 것을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 차동코일의 크기가 조정된 예를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 자력선 누출 방지부의 설치 예시도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터 제어기를 통한 충전코일과 집전코일의 위치 표시 예를 도시한 도면이다.Figure 1 is a block diagram of a charging coil position detection device for an electric vehicle wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram illustrating an example in which a differential coil is installed in a current collecting coil according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram showing a differential coil and electromotive force generated from the differential coil according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram showing the operation characteristics of two differential coils crossed in the full length direction and the full width direction according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram illustrating a method of inducing alignment of a charging coil and a current collecting coil in the full width direction of an electric vehicle using a differential coil disposed in the full width direction of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a diagram illustrating a method of inducing alignment of the charging coil and the current collecting coil in the overall length direction of an electric vehicle using a differential coil disposed in the overall length direction of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a method of inducing alignment of the charging coil and the current collecting coil in the full width direction and the full length direction using differential coils alternately arranged in the full width direction and the full length direction of the electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is a diagram illustrating a method of inducing alignment of a charging coil and a current collecting coil in the full-width direction using an LC resonator in which a differential coil in the full-width direction is disposed as an inductor according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 shows a method of inducing alignment of the charging coil and the current collecting coil in the full-width direction and the full-length direction using two LC resonators using differential coils in the full-width direction and the front direction as an inductor according to an embodiment of the present invention. It is a drawing.
10 and 11 are diagrams showing a method for preventing overcurrent of an LC resonator according to an embodiment of the present invention.
Figure 12 is a diagram showing that the differential coil of the LC resonator according to an embodiment of the present invention is a two-turn coil.
Figure 13 is a diagram showing an example in which the size of the differential coil is adjusted according to an embodiment of the present invention.
Figure 14 is an illustration of the installation of a magnetic force line leakage prevention unit according to an embodiment of the present invention.
Figure 15 is a diagram illustrating an example of displaying the positions of a charging coil and a current collecting coil through a cluster controller according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 무선충전 시스템의 충전코일 위치 검출 장치 및 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. Hereinafter, an apparatus and method for detecting the position of a charging coil in an electric vehicle wireless charging system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. In this process, the thickness of lines or sizes of components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, the terms described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 무선충전 시스템의 충전코일 위치 검출 장치의 블럭 구성도이다.Figure 1 is a block diagram of a charging coil position detection device for an electric vehicle wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 무선충전 시스템의 충전코일 위치 검출 장치는 충전코일 감지부(100), 신호 처리부(200), 프로세서(300), 차량 제어기(400), 및 자력선 누출 방지부(500)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the charging coil position detection device of the electric vehicle wireless charging system according to an embodiment of the present invention includes a charging
충전코일 감지부(100)는 자력선의 세기에 따라 충전코일(20)의 위치에 대응되는 전기적인 신호를 출력하여 충전코일(20)을 감지할 수 있도록 한다.The charging
충전코일 감지부(100)는 충전코일(20)의 위치에 따라 정상 전압(Positive phase voltage) 또는 역상 전압(Negative phase voltage)를 출력하는 차동코일(Differential coil)(110)일 수 있다. 이에 대해서는 도 3 내지 도 8을 참조하여 설명한다.The charging
다른 실시예로, 충전코일 감지부(100)는 차동코일(110)의 네가티브 루프부(111)와 포지티브 루프부(112)가 센터탭 양측의 인덕터(L)로 배치된 LC 공진기(120)일 수 있다. 이에 대해서는 도 8 내지 도 12를 참조하여 설명한다. In another embodiment, the charging
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 집전코일에 차동코일이 설치된 예가 도시된 도면이다.Figure 2 is a diagram illustrating an example in which a differential coil is installed in a current collecting coil according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 차동코일(110)은 수직방향으로 집전코일(10)과 중첩되게 배치되거나, 집전코일(10)과 동일평면 상에 배치될 수 있다.Referring to FIG. 2, the
차동코일(110)은 2개의 단부로 이루어지고 서로 교차되게 와인딩됨으로써, 네가티브 루프부(111)에는 정방향(시계 방향)의 전압이 인가되는 기전력(Electro motive force;EMF)을 발생시키고, 포지티브 루프부(112)에는 역방향(반시계 방향)의 전압이 인가되는 기전력을 발생시킨다. The
즉, 차동코일(110)은 정방향(시계 방향)의 전압이 인가되는 기전력(Electro motive force;EMF)을 발생시키는 네가티브 루프부(111) 및 역방향(반시계 방향)의 전압이 인가되는 기전력을 발생시키는 포지티브 루프부(112)를 포함한다.That is, the
차동코일(110)은 교차 지점에서의 단선을 방지하기 위해, 피복 전선으로 형성되거나, 또는 교차 지점이 인쇄회로기판의 비아 홀(via hole)을 통해 교차되도록 한다. In order to prevent disconnection at the intersection point, the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차동코일과 차동코일에서 발생되는 기전력을 나타낸 도면이다.Figure 3 is a diagram showing a differential coil and electromotive force generated from the differential coil according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 자력선의 방향이 차동코일(110)이 배치된 평면 위로 향하면, 네가티브 루프부(111)에는 정방향(시계 방향)의 전압이 인가되는 기전력이 유도되고, 포지티브 루프부(112)에는 역방향(반시계 방향)의 전압이 인가되는 기전력이 유도된다. Referring to FIG. 3, when the direction of the magnetic force line is toward the plane where the
반면에, 자력선의 기울기가 음의 기울기를 가지거나, 자력선이 코일 평면의 아래로 향하게 되면, 상기와 반대 방향의 기전력이 유도된다. 기전력의 방향은 전압 방향(위상, phase), 즉 정상전압 또는 역상전압으로 나타므로 쉽게 측정이 가능하다. On the other hand, if the slope of the magnetic force line has a negative slope or the magnetic force line is directed downward to the coil plane, an electromotive force in the opposite direction is induced. The direction of electromotive force can be easily measured because it is indicated by the voltage direction (phase), that is, normal voltage or reverse phase voltage.
차동코일(110)은 2개가 전기차의 전장방향과 전폭방향으로 교차되게 배치될 수 있다. 여기서, 2개의 차동코일(110)이 서로 전기적으로 연결되는 것은 아니다.Two
전기차의 전장방향으로 배치되는 차동코일(110)은 전장방향으로의 충전코일(20)의 위치를 측정할 수 있도록 한다. The
전기차의 전폭방향으로 배치되는 차동코일(110)은 전폭방향으로의 충전코일(20)의 위치를 측정할 수 있도록 한다. The
차동코일(110)의 개수와 배치 방식은 특별히 한정되는 것은 아니며, 충전코일(20)의 위치를 측정할 수 있는 것이라면 다양하게 채용될 수 있다. The number and arrangement method of the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전장방향과 전폭방향으로 교차된 2개의 차동코일의 동작 특성을 나타낸 도면이다.Figure 4 is a diagram showing the operation characteristics of two differential coils crossed in the full length direction and the full width direction according to an embodiment of the present invention.
도 4에는 2개의 차동코일(110)이 전기차의 전장방향과 전폭방향으로 교차되게 배치되고, 차동코일(110)과 충전코일(20)이 센터링된 상태가 도시되었다.In Figure 4, two
자력선의 세기는 충전코일(110)의 양단에서 증가하고 중심에서 낮아진다.The strength of the magnetic force lines increases at both ends of the charging
전기차의 전폭방향으로 배치된 차동코일(110)의 경우, 차동코일(110)이 좌측에서 우측으로 이동하면, 포지티브 루프부(112)가 충전코일(20) 상에 먼저 도달하게 되므로, 포지티브 루프부(112)가 네가티브 루프부(111)에 비해 더 큰 자력선에 노출되어 정상전압이 우세하게 된다. 그 결과, 포지티브 루프부(112)에 더 큰 전압이 유기되어 차동코일(110)의 단자에서 정상전압이 출력된다. In the case of the
이후, 차동코일(110)의 중심이 충전코일(20)의 중심에 위치하여 차동코일(110)에서 출력되는 전압이 기 설정된 설정범위 이내이면, 집전코일(10)과 충전코일(20)이 전폭방향으로 정렬된 것으로 판단될 수 있다. Thereafter, if the center of the
설정범위는 전력 전달이 효율적으로 이루어질 수 있는 전압값의 범위이며, 사전에 설정된다. The setting range is the range of voltage values at which power can be transmitted efficiently and is set in advance.
참고로, 충전코일(20)과 집전코일(10)이 수직으로 정확히 정렬되는 경우에 전력 전달 효율이 가장 높고 이때 차동코일(110)에서는 0V가 출력될 수 있다. For reference, power transfer efficiency is highest when the charging
정렬 위치는 효율적인 전력 전달을 위한 집전코일(10)의 위치로서, 차동코일(110) 또는 후술한 LC 공진기(120)에서 출력되는 전압값이 상기한 설정범위 이내로 유지되는 집전코일(10)의 위치이며, 충전코일(20)을 중심으로 충전코일(20)의 상측에 형성될 수 있다. The alignment position is the position of the
이후, 차동코일(110)이 계속 이동하여 충전코일(20)의 중심을 지나치게 되면, 네가티브 루프부(111)가 포지티브 루프부(112)에 비해 더 많은 자력선에 노출되어 역상전압이 우세하게 된다. 그 결과, 네가티브 루프부(111)에 더 큰 전압이 유기되어 차동코일(110)의 단자에서 역상전압이 출력된다. Thereafter, when the
반면에, 전기차의 전장방향으로 배치된 차동코일(110)의 경우, 차동코일(110)이 후방에서 전방으로 이동하면, 포지티브 루프부(112)가 충전코일(20) 상에 먼저 도달하게 되므로, 포지티브 루프부(112)가 네가티브 루프부(111)에 비해 더 큰 자력선에 노출되어 정상전압이 우세하게 된다. 그 결과, 포지티브 루프부(112)에 더 큰 전압이 유기되어 차동코일(110)의 단자에는 정상전압이 출력된다.On the other hand, in the case of the
이후, 차동코일(110)의 중심이 충전코일(20)의 중심에 위치하여 차동코일(110)에서 출력되는 전압이 기 설정된 설정범위 이내이면, 집전코일(10)과 충전코일(20)이 전장방향으로 정렬된 것으로 판단될 수 있다. Afterwards, if the center of the
이 과정에서, 차동코일(110)에서 출력되는 전압이 기 설정된 설정범위 이내이면, 집전코일(10)과 충전코일(20)이 전장방향으로 나란하게 배치된 것으로 판단될 수 있다.In this process, if the voltage output from the
설정범위는 전력 전달이 효율적으로 이루어질 수 있는 전압값의 범위이며, 사전에 설정된다. The setting range is the range of voltage values at which power can be transmitted efficiently and is set in advance.
참고로, 충전코일(20)과 집전코일(10)이 수직으로 정확히 정렬되는 경우에 전력 전달 효율이 가장 높고 이때 차동코일(110)에서는 0V가 출력될 수 있다. For reference, power transfer efficiency is highest when the charging
이후, 차동코일(110)이 계속 이동하여 충전코일(20)의 중심을 지나치게 되면, 네가티브 루프부(111)가 포지티브 루프부(112)에 비해 더 많은 자력선에 노출되어 역상전압이 우세하게 된다. 그 결과, 네가티브 루프부(111)에 더 큰 전압이 유기되어 차동코일(110)의 단자에 역상전압이 출력된다. Thereafter, when the
정렬 위치는 효율적인 전력 전달을 위한 집전코일(10)의 위치로서, 차동코일(110) 또는 후술한 LC 공진기(120)에서 출력되는 전압값이 상기한 설정범위 이내로 유지되는 집전코일(10)의 위치이며, 충전코일(20)을 중심으로 충전코일(20)의 상측에 형성될 수 있다. The alignment position is the position of the
신호 처리부(200)는 차동코일(110)의 출력을 증폭 및 정류하여 프로세서(300)에 입력한다.The
신호 처리부(200)의 증폭 및 정류 방식은 당업자에게 자명한 사항이므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다. Since the amplification and rectification methods of the
프로세서(300)는 충전코일 감지부(100)로부터 출력된 전기적인 신호에 따라 충전코일(20)의 위치를 측정하고 측정된 위치에 따라 충전기(30)를 제어하여 전기차를 충전한다. The
즉, 프로세서(300)는 차동코일(110)로부터 입력된 전압값의 부호와 크기에 따라 충전코일(20)의 위치를 측정하고 이를 토대로 집전코일(10)의 이동 여부 및 이동 방향을 결정한다.That is, the
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차의 전폭방향으로 배치된 차동코일을 이용하여 전폭방향으로 충전코일과 집전코일의 정렬을 유도하는 방법을 도시한 도면이다.Figure 5 is a diagram illustrating a method of inducing alignment of a charging coil and a current collecting coil in the full width direction of an electric vehicle using a differential coil disposed in the full width direction of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 먼저 전폭방향으로 배치된 차동코일(110)의 경우, 그 위치에 따라 전압을 출력한다.Referring to FIG. 5, first, in the case of the
차동코일(110)으로부터 출력된 전압은 신호 처리부(200)에 입력된다.The voltage output from the
신호 처리부(200)는 차동코일(110)로부터 입력된 전압을 증폭 및 정류하여 프로세서(300)에 입력한다.The
프로세서(300)는 신호 처리부(200)로부터 입력된 전압값의 부호와 크기를 측정한다. The
프로세서(300)는 전압값을 기 설정된 설정범위와 비교한다.The
프로세서(300)는 전압값이 설정범위의 최대값보다 크면 집전코일(10)을 좌측으로 이동시킨다. 프로세서(300)는 전압값이 설정범위 이내이면 집전코일(10)을 정지시키고 충전기(30)를 통해 충전을 개시한다. 프로세서(300)는 전압값이 설정범위의 최소값보다 작으면 집전코일(10)을 우측으로 이동시킨다. The
즉, 해당 차동코일(110)이 충전코일(20)을 향해 좌측에서 우측으로 접근할 경우, 우선 포지티브 루프부에 큰 자력선이 우선 인가되기 때문에 포지티브 루프부에 상대적으로 큰 전압이 감지된다. That is, when the
차동코일(110)이 계속 이동하여 차동코일(110)의 중심과 충전코일(20)의 중심이 일치하는 센터링(centering)이 완료되면, 차동코일(110)에서 출력되는 전압이 기 설정된 설정범위 이내가 되며, 일 예로 포지티브 루프부에 인가된 전압과 네가티브 루프부에 인가된 전압과 상쇄되므로 신호 처리부(200)의 전압은 '0'이 된다.When the
이후, 차동코일(110)이 계속 이동하여 차동코일(110)의 중심이 충전코일(20)의 중심을 넘어가면, 네가티브 루프부에 인가된 전압이 상대적으로 더 증가하게 되며, 이 전압은 포지티브 루프부에 인가된 전압과 위상이 반대이다.Thereafter, as the
여기서, 신호 처리부(200)는 포지티브 루프부에 인가된 전압과 네가티브 루프부에 인가된 전압을 위상 감지 정류기로 정류하면 직류 전압으로 파악할 수 있으며, 프로세서는 신호 처리부(200)에 의해 처리된 정보를 이용하여 충전코일(20)의 방향과 거리를 파악할 수 있다.Here, the
이러한 포지티브 루프부의 전압과 네가티브 루프부의 전압은 신호 처리부에 의해 정류되므로 직류전압으로 검출이 가능하다. Since the voltage of the positive loop part and the voltage of the negative loop part are rectified by the signal processing unit, they can be detected as direct current voltage.
따라서, 프로세서(300)는 차동코일(110)에 의해 인가된 전압을 통해 차동코일(110)의 위치를 감지하는데, 이때 차동코일(110)에 의해 인가된 전압이 설정범위 이내에 포함, 즉 '0V'에 근접하면, 차동코일(110)의 중심과 충전코일(20)의 중심이 일치하는 센터링(centering)이 완료된 것으로 판정하고 충전을 수행한다. Therefore, the
이는 후술하는 전장방향으로의 정렬을 유도하기 위해 이동시키는 것 이외에도 6의 경우와 동일하게 적용된다.This is applied in the same way as in case 6, in addition to moving it to induce alignment in the battlefield direction, which will be described later.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차의 전장방향으로 배치된 차동코일을 이용하여 전장방향으로 충전코일과 집전코일의 정렬을 유도하는 방법을 도시한 도면이다. Figure 6 is a diagram illustrating a method of inducing alignment of the charging coil and the current collecting coil in the overall length direction of an electric vehicle using a differential coil disposed in the overall length direction of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 먼저 전장방향으로 배치된 차동코일(110)의 경우, 그 위치에 따라 전압을 출력한다.Referring to FIG. 6, first, in the case of the
차동코일(110)으로부터 출력된 전압은 신호 처리부(200)에 입력된다.The voltage output from the
신호 처리부(200)는 차동코일(110)로부터 입력된 전압을 증폭 및 정류하여 프로세서(300)에 입력한다.The
프로세서(300)는 신호 처리부(200)로부터 입력된 전압값의 부호와 크기를 측정한다. The
프로세서(300)는 전압값을 기 설정된 설정범위와 비교한다.The
프로세서(300)는 전압값이 설정범위의 최대값보다 크면 집전코일(10)을 전진이동시킨다. 프로세서(300)는 전압값이 설정범위 이내미면 집전코일(10)을 정지시키고 충전기(30)를 통해 충전을 개시한다. 프로세서(300)는 전압값이 설정범위의 최대값보다 작으면 집전코일(10)을 후진이동시킨다. The
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차의 전폭방향과 전장방향으로 교차배치된 차동코일을 이용하여 전폭방향 및 전장방향으로 충전코일과 집전코일의 정렬을 유도하는 방법을 도시한 도면이다. FIG. 7 is a diagram illustrating a method of inducing alignment of the charging coil and the current collecting coil in the full width direction and the full length direction using differential coils alternately arranged in the full width direction and the full length direction of the electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
도 7에는 2개의 차동코일(110)이 전폭방향과 전장방향으로 교차되게 배치된 경우, 전폭방향과 전방방향으로의 차동코일(110)의 전압에 따라 집전코일(10)을 이동시키는 예가 도시되었다.In Figure 7, when two
프로세서(300)는 도 5에 도시된 바와 같이 전폭방향으로 배치된 차동코일(110)의 전압에 따라 집전코일(10)을 전폭방향으로 이동시키고, 도 6에 도시된 바와 같이 전장방향으로 배치된 차동코일(110)의 전압에 따라 집전코일(10)을 전장방향으로 이동시킴으로써, 집전코일(10)을 정렬 위치에 정렬한다. The
한편, 상기한 실시예에서는 충전코일 감지부(100)로 차동코일(110)을 이용한 것을 예시로 설명하였다. 그러나, 충전코일 감지부(100)로 차동코일(110)의 포지티브 루프부(112)와 네가티브 루프부(111)를 센터탭의 양측 인덕터로 배치한 LC 공진기(120)가 채용될 수 있다. 이를 도 8 내지 도 13을 참조하여 설명한다.Meanwhile, in the above-described embodiment, the use of the
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터로 전폭방향의 차동코일이 배치된 LC 공진기를 이용하여 전폭방향으로 충전코일과 집전코일의 정렬을 유도하는 방법을 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터로 전폭방향과 전방방향의 차동코일을 이용하는 2개의 LC 공진기를 이용하여 전폭방향 및 전장방향으로 충전코일과 집전코일의 정렬을 유도하는 방법을 도시한 도면이다. Figure 8 is a diagram showing a method of inducing alignment of the charging coil and current collecting coil in the full-width direction using an LC resonator in which a differential coil in the full-width direction is disposed as an inductor according to an embodiment of the present invention, and Figure 9 is a diagram showing a method of inducing alignment of the charging coil and the current collecting coil in the full-width direction. This diagram shows a method of inducing alignment of the charging coil and the current collecting coil in the full-width direction and the full-length direction using two LC resonators using differential coils in the full-width direction and the front direction as an inductor according to an embodiment of the invention.
도 8을 참조하면, 충전코일 감지부(100)는 LC 공진기(120)가 채용될 수 있다. Referring to FIG. 8, the charging
참고로, 도 8에는 충전코일(20)을 전폭방향으로 감지하는 LC 공진기(120)를 예시로 설명한다. For reference, FIG. 8 illustrates the
LC 공진기(120)는 특정 공진 주파수에서 발진하는 2개의 인덕터를 구비하여 발진 신호를 생성하는 공진 탱크 회로(LC 탱크)와 액티브 네가티브 트랜스컨덕턴스 회로를 포함한다. The
이러한 공진 탱크 회로의 양측 인덕터로 차동코일(110)의 포지티브 루프부(112)와 네가티브 루프부(111)를 배치한다.The
즉, 센터탭의 일측에 배치되는 인덕터(L)에 차동코일(110)의 포지티브 루프부(112)를 배치하고, 센터탭의 타측에 배치되는 인더턱(L)에 차동코일(110)의 네가티브 루프부(111)를 배치한다.That is, the
이와 같이, 인덕터(L)에 차동코일(110)의 포지티브 루프부(112)가 배치되고 센터탭의 타측에 배치되는 인더턱(L)에 차동코일(110)의 네가티브 루프부(111)가 배치됨으로써, LC 공진기(120)가 구현될 수 있다. In this way, the
이러한 LC 공진기(120)는 보다 적고 비슷한 주파수 범위에서 형성된 자력선에 민감하게 작동할 수 있어 충전코일(20)을 더욱 효과적이고 정확하게 감지할 수 있다.This
한편, 커패시터 양단이 신호 처리부(200)에 연결되고, 신호 처리부(200)는 차동코일(110)의 포지티브 루프부(112)와 네가티브 루프부(111)로부터 유기되는 전압을 커패시터 양단으로부터 입력받아 신호 처리한 후, 프로세서(300)에 입력한다.Meanwhile, both ends of the capacitor are connected to the
이에 따라, 프로세서(300)는 신호 처리부(200)로부터 입력된 전압값의 부호와 크기를 측정한다. Accordingly, the
프로세서(300)는 전압값을 기 설정된 설정범위와 비교한다.The
프로세서(300)는 전압값이 설정범위 최대값보다 크면 집전코일(10)을 좌측으로 이동시킨다. 프로세서(300)는 전압값이 설정범위 이내이면 집전코일(10)을 정지시키고 충전기(30)를 통해 충전을 개시한다. 프로세서(300)는 전압값이 설정범위의 최소값보다 작으면 집전코일(10)을 우측으로 이동시킨다. The
한편, 도 8에는 충전코일(20)을 전폭방향으로 감지하는 LC 공진기(120)를 예시로 설명하였다. 그러나, 본 실시예는 충전코일(20)을 전장방향으로 감지하는 LC 공진기(120)를 더 구비할 수 있다. Meanwhile, in Figure 8, the
한편, 본 실시예는 상기한 바와 같이 충전코일(20)을 전폭방향으로 감지하는 LC 공진기(120)와 충전코일(20)을 전장방향으로 감지하는 LC 공진기(120)를 구비할 수 있다. Meanwhile, the present embodiment may be provided with an
이에 따라, 도 9 에 도시된 바와 같이 충전코일(20)을 전폭방향으로 감지하는 LC 공진기(120)의 센터탭 양측 포지티브 루프부(112) 및 네가티브 루프부(111)를, 충전코일(20)을 전장방향으로 감지하는 LC 공진기(120)의 센터탭 양측 포지티브 루프부(112) 및 네가티브 루프부(111)는 서로 교차될 수 있다. Accordingly, as shown in FIG. 9, the
이러한 충전코일(20)을 전폭방향으로 감지하는 LC 공진기(120)와 충전코일(20)을 전장방향으로 감지하는 LC 공진기(120)를 이용하여 집전코일(10)을 이동시키는 것은 상기한 차동코일(110)을 이용하는 것과 동일하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.The differential coil described above is used to move the
한편, LC 공진기(120)로 구현된 회로를 통해 충전이 개시되면 충전기(30)의 자력선이 과하게 유입되므로, 300V 이상의 전압이 커패시터에 인가될 수 있으므로 과전류로 인한 LC 공진기(120)의 파손을 방지할 필요가 있다.Meanwhile, when charging is initiated through a circuit implemented with the
도 10 및 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 LC 공진기의 과전류 방지 방식을 나타낸 도면이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 LC 공진기의 차동코일이 2턴코일인 것을 나타낸 도면이며. 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 차동코일의 크기가 조정된 예를 도시한 도면이다.Figures 10 and 11 are diagrams showing an overcurrent prevention method of the LC resonator according to an embodiment of the present invention, and Figure 12 is a diagram showing that the differential coil of the LC resonator according to an embodiment of the present invention is a two-turn coil. Figure 13 is a diagram showing an example in which the size of the differential coil is adjusted according to an embodiment of the present invention.
도 10과 도 11을 참조하면, 센터탭 양측의 인덕터가 차동코일(110)이 사용됨에 따라, 커패시터의 양단의 전압차는 현저히 감소될 수 있으므로, 해당 커패시터를 상용 세라믹 커패시터로 대체할 수 있다.Referring to Figures 10 and 11, as the inductors on both sides of the center tap use
이 경우, 포지티브 루프부(112)와 네가티브 루프부(111)는 도 11에 도시된 바와 같이 1턴으로 형성되거나, 도 12에 도시된 바와 같이 2턴 이상으로도 구현될 수 있다. In this case, the
한편, LC 공진기(120)의 커패시터는 도 11에 도시된 바와 같이 2개의 커패시터로 형성될 수 있으나, 전위차에 따라 3개 이상의 커패시터로 형성될 수 있으며, 이를 통해 커패시터 양단의 전압이 조정될 수 있다. Meanwhile, the capacitor of the
2턴 이상으로 형성된 차동코일(110)을 이용한 LC 공진기(120)로 구현됨에 따라, 커패시터 양단의 전위차가 현저히 적으므로 백투백 제너 다이오드(back to back zener diode)가 불필요하다.As it is implemented as an
또한, 과전류로 인한 LC 공진기(120)의 파손을 방지하기 위해, LC 공진기(120)로부터 흐르는 전류에 따라 차동코일(110)의 크기와 위치가 조정될 수 있다. 차동코일(110) 양단에는 노출된 자력선의 분포 차이만큼의 전압이 유도된다. 이때 전압은 충전기(30)와 집전코일(10)의 오프셋에 비례하게 되고 작은 오프셋에서도 크게 발생될 수 있다. 따라서, 차동 코일의 크기와 위치를 조정함으로써, 상대적으로 작은 전류가 인가될 수 있도록 한다. Additionally, in order to prevent damage to the
또한, 차동코일(110)이 수평 및 수직으로 배치되는 경우, 포지티브 루프부(112)와 네가티브 루프부(111) 중 어느 하나에서 작은 언밸런싱 전압이 감지될 수 있는데, 언밸런싱 전압은 공진주파수의 유지와 이를 이용한 소프트 스위칭에 이용될 수 있다. 이는 차동코일(110)에 의해 감지된 자기력선은 집전코일(10)의 전류의 정보를 가지고 있기 때문이다. 즉, 충전이 개시된 후에는, 충전코일 감지부(100)는 충전기(30)의 인버터 및 집전장치의 정류기의 소프트 스위칭 등 스위칭 효율을 높이기 위한 센서로 사용이 가능하다. 예를 들면, 차량의 위치변동 등 위치에 따른 공진주파수의 변동을 조정이 가능하도록 하는 전류의 위상 정보를 수집하여야 게이트 드라이버를 통해 공진 주파수가 적절이 유지될 수 있다. 따라서, 충전코일 감지부(100)에 의해 전류의 정보, 예컨대 위상 정보에 따라 ZVS(zero voltage switching) 또는 ZCS(zero current switching)이 가능하게 될 수 있으므로, 인버터와 정류기의 효율이 증가할 수 있게 된다. In addition, when the
자력선 누출 방지부(500)는 전기차 충전시 충전코일(20)과 집전코일(10) 간에 형성되는 자력선이 외부로 누출되는 것을 방지한다. The magnetic force line
자력선 누출 방지부(500)는 전기차 충전시 자력선이 전기차의 객실로 유입되거나 또는 전기차 내 금속 구조물에 자력선에 의한 와전류가 발생하는 것을 억제한다.The magnetic line
자력선 누출 방지부(500)는 마그네틱 회로로서 페라이트 구조물로 형성될 수 있다.The magnetic force line
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 자력선 누출 방지부의 설치 예시도이다.Figure 14 is an illustration of the installation of a magnetic force line leakage prevention unit according to an embodiment of the present invention.
도 14를 참조하면, 자력선 누출 방지부(500)는 제1 자력선 차단부(510) 및 제2 자력선 차단부(520)를 포함한다. Referring to FIG. 14 , the magnetic force line
제1 자력선 차단부(510)와 제2 자력선 차단부(520)는 주변의 다른 금속 구조물에 비해 릴럭턴스가 상대적으로 낮아 자력선이 내부로 유도되도록 함으로써, 결과적으로 자력선이 외부의 여러 방향으로 누출되는 것을 차단할 수 있다. 이는 자력선이 제1 자력선 차단부(510)와 제2 자력선 차단부(520)의 릴럭턴스가 상대적으로 낮은 쪽으로 흐르기 때문이다. The first magnetic force
제1 자력선 차단부(510)는 집전코일(10) 상부의 하부 프레임(50) 하부에 설치되어 집전코일(10)의 상측방향 또는 양측방향으로 누출되는 자력선을 차단한다. 제1 자력선 차단부(510)는 외측 단부가 충전코일(20)을 향해 절곡되어 자력선이 제1 자력선 차단부(510)에 더욱 용이하게 유도될 수 있도록 한다.The first magnetic force
제2 자력선 차단부(520)는 충전코일(20) 하부의 지면에 설치되어 집전코일(10)의 하측방향 또는 양측방향으로 누출되는 자력선을 차단한다. 제2 자력선 차단부(520)는 외측 단부가 집전코일(10)을 향해 절곡되어 자력선이 제2 자력선 차단부(520)에 더욱 용이하게 유도될 수 있도록 한다. The second magnetic force
이와 같이 제1 자력선 차단부(510)와 제2 자력선 차단부(520)에 의해 자력선은 집전코일(10)과 충전코일(20) 사이에 집중적으로 형성될 수 있다. In this way, magnetic force lines can be formed intensively between the
차량 제어기(400)는 프로세서(300)로부터의 제어명령에 따라 집전코일(10)과 충전코일(20)을 정렬시키기 위한 동작을 수행한다. The
차량 제어기(400)로는 전기차의 클러스터 제어기 또는 자율주행 제어기가 채용될 수 있다.The
클러스터 제어기는 충전코일(20)과 집전코일(10)의 위치를 전기차의 탑승자에게 안내할 수 있다. 클러스터 제어기는 이미지와 음성을 조합하여 충전코일(20)과 집전코일(10)의 위치를 안내함으로써, 탑승자가 현재 충전코일(20)과 집전코일(10)의 위치, 충전코일(20)과 집전코일(10)을 정렬시키기 위한 전기차의 주행방향, 및 집전코일(10)의 정렬 여부를 인지할 수 있도록 한다.The cluster controller can guide the occupants of the electric vehicle to the positions of the charging
예컨대, 클러스터 제어기는 클러스터 상에 집전코일(10)과 충전코일(20)을 오버랩시켜 탑승자가 충전코일(20)에 대한 집전코일(10)의 상대적 위치를 직관적으로 인지할 수 있도록 한다. 즉, 전기차가 주행하여 집전코일(10)이 충전코일(20)에 접근하는 경우, 충전코일(20)과 집전코일(10)을 서로 다른 색상으로 오버랩시킴으로써, 탑승자가 충전코일(20)에 대한 집전코일(10)의 위치를 손쉽게 인지할 수 있도록 한다. 이때, 집전코일(10)이 정렬 위치에 위치하면, 클러스터 제어기는 집전코일(10)이 정렬되었음을 탑승자에게 이미지 또는 안내 음성을 통해 시각적 또는 청각적으로 안내할 수 있다.For example, the cluster controller overlaps the
전기차 충전이 이루어지기 위해서는 전력전달이 효율적으로 이루어질 수 있도록 집전코일(10)과 충전코일(20)이 수직방향으로 나란하게 배치되어야 한다. In order to charge an electric vehicle, the
정렬 위치는 상기한 효율적인 전력 전달을 위해 설정되는 충전코일(20)에 대한 집전코일(10)의 위치로서, 충전코일(20)을 중심으로 충전코일(20)의 상측에 설정 범위로 형성될 수 있다. The alignment position is the position of the
자율주행 제어기는 프로세서(300)로부터 충전코일(20)과 집전코일(10)을 정렬시키기 위한 주행명령을 입력받고, 주행명령에 따른 전기차의 진행방향제어, 조향제어 및 차속제어를 통해 집전코일(10)이 정렬 위치에 배치될 수 있도록 한다.The autonomous driving controller receives a driving command from the
본 실시예에서는 차량 제어기(400)로 클러스터 제어기와 자율주행 제어기를 예시로 설명하였으나, 차량 제어기(400)의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니다. In this embodiment, a cluster controller and an autonomous driving controller are explained as examples of the
프로세서(300)는 차동코일(110)을 통해 측정된 충전코일(20)의 위치에 따라 충전코일(20)과 집전코일(10)의 정렬 여부를 판정하고, 정렬 여부에 따라 충전기(30)를 통해 전기차를 충전한다. The
즉, 충전코일(20)과 집전코일(10)이 정렬되면, 프로세서(300)는 충전기(30)를 통해 전기차를 충전한다. That is, when the charging
반면에, 충전코일(20)과 집전코일(10)이 정렬되지 않으면, 프로세서(200)는 충전코일(20)의 거리와 방향을 산출한다. On the other hand, if the charging
프로세서(200)는 산출된 충전코일(20)의 거리와 방향을 토대로 충전코일(20)과 집전코일(10)을 정렬시키기 위한 주행명령을 생성하거나, 집전코일(10)이 충전코일(20)과 정렬될 수 있도록 충전코일(20)의 이미지와 집전코일(10)의 이미지를 클러스터상에 표시한다. 이때, 프로세서(200)는 클러스터 제어기를 제어하여 충전코일(20)의 이미지와 집전코일(10)의 이미지를 서로 다른 색상으로 중첩시킴으로써, 탑승자가 충전코일(20)에 대한 집전코일(10)의 위치를 손쉽게 인지할 수 있도록 한다. 이 과정에서, 집전코일(10)이 정렬 위치에 위치하면, 클러스터 제어기를 제어하여 집전코일(10)이 정렬되었음을 탑승자에게 이미지 또는 안내 음성을 통해 시각적 또는 청각적으로 안내할 수 있다. 이 경우, 충전코일(20)과 집전코일(10)은 원형 또는 사각형으로 도시될 수 있다.The
좀 더 구체적으로 설명하면, 먼저 프로세서(200)는 충전코일(20)의 거리와 방향을 토대로 충전코일(20)과 집전코일(10)을 정렬시키기 위한 주행명령을 생성하여 전기차의 자율주행 제어기로 전달한다. To be more specific, first, the
자율주행 제어기는 프로세서(200)로부터 입력된 주행명령에 따라 전기차의 주행방향제어, 차속제어, 및 조향제어 등을 수행하여 충전코일(20)과 집전코일(10)이 정렬될 수 있도록 한다. The autonomous driving controller performs driving direction control, vehicle speed control, and steering control of the electric vehicle according to the driving command input from the
또한, 프로세서(200)는 충전코일(20)과 집전코일(10)의 위치를 클러스터 제어기에 전달한다. Additionally, the
클러스터 제어기는 프로세서(200)로부터 충전코일(20)과 집전코일(10)의 위치를 이미지나 문자 또는 음성으로 출력한다. 이때, 클러스터 제어기는 충전코일(20)의 이미지와 집전코일(10)의 이미지를 서로 다른 색상으로 중첩시킴으로써, 탑승자가 충전코일(20)에 대한 집전코일(10)의 위치를 손쉽게 인지할 수 있도록 한다.The cluster controller outputs the positions of the charging
한편, 상기한 과정에서, 충전코일(20)과 집전코일(10)이 정렬되면, 프로세서(200)는 클러스터 제어기를 통해 충전코일(20)과 집전코일(10)이 정렬되었음을 안내하고, 충전기(30)를 통해 전기차를 충전한다. Meanwhile, in the above process, when the charging
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터 제어기를 통한 충전코일과 집전코일의 위치 표시 예를 도시한 도면이다.Figure 15 is a diagram illustrating an example of position display of a charging coil and a current collecting coil through a cluster controller according to an embodiment of the present invention.
도 15의 (a)는 충전코일(20)에 집전코일(10)의 일부가 전기차의 전장방향으로 중첩된 예이다.Figure 15(a) is an example in which a portion of the
도 15의 (b)는 충전코일(20)에 집전코일(10)의 일부가 전기차의 전폭방향으로 중첩된 예이다.Figure 15(b) is an example in which a portion of the
도 15의 (c)는 충전코일(20)에 집전코일(10)이 정렬된 예를 나타낸 도면이다.Figure 15(c) is a diagram showing an example in which the
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 무선충전 시스템의 충전코일 위치 검출 장치 및 방법은 집전코일에 설치된 차동코일을 통해 충전코일의 위치를 측정하고 측정된 충전코일의 위치를 토대로 충전코일과 집전코일의 정렬을 유도함으로써 효과적인 전기차 충전이 이루어질 수 있도록 한다.As such, the charging coil position detection device and method of the electric vehicle wireless charging system according to an embodiment of the present invention measures the position of the charging coil through a differential coil installed on the current collecting coil, and detects the charging coil and the charging coil based on the measured position of the charging coil. By guiding the alignment of the current collection coil, effective electric vehicle charging can be achieved.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 무선충전 시스템의 충전코일 위치 검출 장치 및 방법은 충전코일과 집전코일의 불일치에 해당하는 방향과 거리에 해당하는 차동전압을 출력하는데, 이 차동전압이 common mode 전압이 제거되어 있으므로 간단한 신호 처리만으로 충전코일의 위치를 측정할 수 있고, 또한 차동전압의 크기도 작으므로 저가의 신호처리 프로세서를 이용할 수 있다. In addition, the charging coil position detection device and method of the electric vehicle wireless charging system according to an embodiment of the present invention outputs a differential voltage corresponding to the direction and distance corresponding to the mismatch between the charging coil and the current collecting coil, and this differential voltage is common. Since the mode voltage is removed, the position of the charging coil can be measured with simple signal processing, and since the size of the differential voltage is small, a low-cost signal processing processor can be used.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 무선충전 시스템의 충전코일 위치 검출 장치 및 방법은 차동코일을 이용한 LC 공진기를 구현함으로써 작은 충전코일의 자기장 신호에 공진하여 증폭된 신호를 공진 코일(tank 회로)에서 얻을 수 있으므로 작은 신호로도 충전코일의 위치를 탐지할 수 있다.In addition, the charging coil position detection device and method for the electric vehicle wireless charging system according to an embodiment of the present invention implements an LC resonator using a differential coil to resonate with the magnetic field signal of a small charging coil and transmit the amplified signal to a resonant coil (tank circuit). ), so the position of the charging coil can be detected even with a small signal.
본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.Implementations described herein may be implemented, for example, as a method or process, device, software program, data stream, or signal. Although discussed only in the context of a single form of implementation (eg, only as a method), implementations of the features discussed may also be implemented in other forms (eg, devices or programs). The device may be implemented with appropriate hardware, software, firmware, etc. The method may be implemented in a device such as a processor, which generally refers to a processing device including a computer, microprocessor, integrated circuit, or programmable logic device. Processors also include communication devices such as computers, cell phones, portable/personal digital assistants (“PDAs”) and other devices that facilitate communication of information between end-users.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely illustrative, and those skilled in the art will recognize that various modifications and other equivalent embodiments can be made therefrom. You will understand. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the scope of the patent claims below.
10: 집전코일
20: 충전코일
30: 충전기
100: 충전코일 감지부
110: 차동코일
111: 네가티브 루프부
112: 포지티브 루프부
120: LC 공진기
200: 신호 처리부
300: 프로세서
400: 차량 제어기
500: 자력선 누출 방지부
510: 제1 자력선 차단부
520: 제2 자력선 차단부
600: 집전코일 이동부 10: current collection coil 20: charging coil
30: Charger 100: Charging coil detection unit
110: differential coil 111: negative loop part
112: positive loop part 120: LC resonator
200: signal processing unit 300: processor
400: Vehicle controller 500: Magnetic force line leakage prevention unit
510: first magnetic force line blocking unit 520: second magnetic force line blocking unit
600: Current collection coil moving part
Claims (12)
상기 충전코일 감지부로부터 출력된 전기적인 신호에 따라 상기 충전코일의 위치를 측정하는 프로세서; 및
상기 충전코일과 전기차에 설치된 집전코일에 의해 형성되는 자력선이 외부로 누출되는 것을 방지하는 자력선 누출 방지부를 포함하는 전기차 무선충전 시스템의 충전코일 위치 검출 장치. A charging coil detection unit that outputs an electrical signal corresponding to the position of the charging coil according to the strength of the magnetic force line;
a processor that measures the position of the charging coil according to the electrical signal output from the charging coil detection unit; and
A charging coil position detection device for an electric vehicle wireless charging system including a magnetic force line leakage prevention unit that prevents magnetic force lines formed by the charging coil and a current collecting coil installed in the electric vehicle from leaking to the outside.
상기 집전코일의 상부에 설치되어 외부로 자력선이 누출되는 것을 차단하는 제1 자력선 차단부; 및
상기 충전코일의 하부에 설치되어 외부로 자력선이 누출되는 것을 차단하는 제2 자력선 차단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 무선충전 시스템의 충전코일 위치 검출 장치.The method of claim 1, wherein the magnetic force line leak prevention unit
a first magnetic force line blocking unit installed on top of the current collecting coil to block magnetic force lines from leaking to the outside; and
A charging coil position detection device for an electric vehicle wireless charging system, comprising a second magnetic force line blocking unit installed below the charging coil to block the magnetic force line from leaking to the outside.
상기 충전코일의 위치에 따라 정상 전압(Positive phase voltage) 또는 역상 전압(Negative phase voltage)을 출력하는 차동코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 무선충전 시스템의 충전코일 위치 검출 장치. The method of claim 1, wherein the charging coil detection unit
A charging coil position detection device for an electric vehicle wireless charging system, comprising a differential coil that outputs a positive phase voltage or a negative phase voltage depending on the position of the charging coil.
상기 집전코일과 수직방향으로 중첩되게 배치되거나 상기 집전코일과 동일평면상에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기차 무선충전 시스템의 충전코일 위치 검출 장치. The method of claim 3, wherein the differential coil is
A charging coil position detection device for an electric vehicle wireless charging system, characterized in that it is arranged to overlap in a vertical direction with the current collecting coil or is arranged on the same plane as the current collecting coil.
복수 개가 상기 전기차의 전장방향과 전폭방향으로 교차되게 배치되는 것을 특징으로 하는 전기차 무선충전 시스템의 충전코일 위치 검출 장치. The method of claim 3, wherein the differential coil is
A charging coil position detection device for an electric vehicle wireless charging system, characterized in that a plurality of coils are arranged to cross in the full length direction and full width direction of the electric vehicle.
포지티브 루프부와 네가티브 루프부 각각이 복수의 턴수로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기차 무선충전 시스템의 충전코일 위치 검출 장치. The method of claim 6, wherein the differential coil is
A charging coil position detection device for an electric vehicle wireless charging system, characterized in that each of the positive loop portion and the negative loop portion is formed with a plurality of turns.
상기 차동코일로부터 출력되는 전압의 부호 또는 크기를 통해 상기 충전코일의 위치를 측정하는 것을 특징으로 하는 전기차 무선충전 시스템의 충전코일 위치 검출 장치. The method of claim 3, wherein the processor
A charging coil position detection device for an electric vehicle wireless charging system, characterized in that the position of the charging coil is measured through the sign or magnitude of the voltage output from the differential coil.
프로세서가 상기 충전코일 감지부로부터 출력된 전기적인 신호에 따라 상기 충전코일의 위치를 측정하는 단계; 및
상기 프로세서가 상기 충전코일의 위치에 따라 충전기를 제어하여 전기차를 충전하는 단계를 포함하는 전기차 무선충전 시스템의 충전코일 위치 검출 방법. A charging coil detection unit outputting an electrical signal corresponding to the position of the charging coil according to the strength of the magnetic force line;
A processor measuring the position of the charging coil according to an electrical signal output from the charging coil detection unit; and
A method of detecting the position of a charging coil in an electric vehicle wireless charging system, comprising the step of the processor controlling a charger according to the position of the charging coil to charge the electric vehicle.
상기 충전코일의 위치에 따라 정상 전압(Positive phase voltage) 또는 역상 전압(Negative phase voltage)를 출력하는 차동코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 무선충전 시스템의 충전코일 위치 검출 방법. The method of claim 9, wherein the charging coil detection unit
A method of detecting the position of a charging coil in an electric vehicle wireless charging system, comprising a differential coil that outputs a positive phase voltage or a negative phase voltage depending on the position of the charging coil.
상기 프로세서는 상기 차동코일로부터 출력되는 전압의 부호 또는 크기를 통해 상기 충전코일의 위치를 측정하는 것을 특징으로 하는 전기차 무선충전 시스템의 충전코일 위치 검출 방법. The method of claim 10 or 11, wherein in measuring the position of the charging coil,
A method of detecting the position of a charging coil in an electric vehicle wireless charging system, wherein the processor measures the position of the charging coil through the sign or magnitude of the voltage output from the differential coil.
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