KR101035334B1

KR101035334B1 - 무접점 충전 시스템의 충전전압 제어 방법

Info

Publication number: KR101035334B1
Application number: KR1020090108459A
Authority: KR
Inventors: 국윤상
Original assignee: 주식회사 한림포스텍
Priority date: 2009-11-11
Filing date: 2009-11-11
Publication date: 2011-05-20
Also published as: KR20110051727A

Abstract

본 발명은 무접점 충전 시스템의 충전전압 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 무선전력전송방식으로 무선전력신호를 송출하는 1차측코어부를 구비한 무접점전력전송장치와, 상기 1차측코어부로부터 전력을 공급받는 2차측코어부를 구비한 무접점전력수신장치를 포함하는 무접점 충전 시스템의 충전전압 제어 방법에 있어서, 일부분이 겹쳐지는 중첩영역을 갖는 복층구조로 구성된 제1 전력송신코어 및 제2 전력송신코어를 포함하는 1차측코어부의 부하변화를 감지하는 단계; 무접점전력수신장치의 확인을 위한 요청신호를 출력하는 단계; 상기 요청신호에 대응하는 응답신호를 수신하여 분석 및 처리하는 단계; 상기 분석 및 처리결과에 기초하여 이물질 여부를 판단하는 단계; 및 상기 판단결과, 정상 응답신호인 경우, 부하변화가 감지된 전력송신코어를 통해 무선전력신호를 송출하는 단계를 수행함으로써, 이물질에 의한 소손을 방지하며, 서로 다른 두개의 코어에서 송출되는 무선전력신호의 출력전력을 제어함으로써, 안정적으로 전력을 공급할 수 있도록 한 것이다.

무선전력전송방식, 딜레이타임, 임펄스신호, 피드백신호, 전력제어

Description

무접점 충전 시스템의 충전전압 제어 방법{Method for charging voltage control of non-contact charging system}

본 발명은 무접점 충전 시스템의 충전전압 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무선전력전송방식으로 전기에너지를 공급하는 무접점전력전송장치의 충전데크(Deck)에 놓여지는 무접점전력수신장치가, 충전데크상에서 이동하더라도 안정적으로 전력을 공급할 수 있도록 한 무접점 충전 시스템의 충전전압 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 배터리팩(Battery pack)은 외부의 충전기로부터 전력(전기에너지)을 공급받아 충전한 상태에서 휴대용 단말기(핸드폰, PDA 등)의 작동을 위한 전원을 공급하기 위한 것으로, 전기에너지를 충전하는 배터리셀과 상기 배터리셀의 충전 및 방전(휴대용 단말기로 전기에너지를 공급)을 위한 회로 등이 구성되어 있다.

이러한 휴대용 단말기에 사용되는 배터리팩을 충전시키기 위한 충전기와 배터리팩의 전기적연결방식에는, 상용전원을 공급받아 배터리팩에 대응하는 전압 및 전류로 변환하여 해당 배터리팩의 단자를 통해 배터리팩으로 전기에너지를 공급하 는 단자공급방식이 있다.

그러나, 이러한 단자공급방식은, 단자들간의 서로 다른 전위차로 인한 순간방전현상, 이물질에 의한 소손 및 화재발생, 자연방전, 배터리팩의 수명 및 성능 저하 등의 문제점을 가지고 있었다.

최근에는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 무선전력전송방식을 이용한 무접점 방식의 충전시스템과 제어방법들이 제시되고 있다.

상기와 같은 무접점 방식의 충전시스템은, 무선전력전송방식으로 전기에너지를 공급하는 무접점전력전송장치와, 상기 무접점전력전송장치로부터 공급되는 전기에너지를 수신하여 배터리셀을 충전하는 무접점전력수신장치 등으로 구성되어 있다.

한편, 상기와 같은 무접점 방식의 충전시스템은 무접점 방식의 특성으로 인하여, 무접점전력수신장치가 무접점전력전송장치에 놓여진 상태로 충전된다.

다시 말해, 무접점전력수신장치가 무접점전력전송장치에 고정되지 않은 상태에서 충전된다.

이러한 무접점 방식의 특성으로 인하여, 충전이 이루어지는 상태에서 무접점전력수신장치가 움직이게 되면, 무접점전력전송장치로부터의 전기에너지 공급이 불안정해지는 문제점이 있었다.

이로 인해, 배터리셀이 충전되지 못하거나, 배터리셀의 성능저하 및 소손이 발생됨은 물론, 무접점전력수신장치 등의 충전시스템의 신뢰성이 저하되는 등의 문제점이 발생되었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 무선전력송수신기술을 이용한 무접점 방식의 충전시스템을 구성함에 있어, 무접점전력수신장치가 무접점전력전송장치 상에서 이동을 하더라도, 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 무접점 충전 시스템의 충전전압 제어 방법을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 무접점전력전송장치가 전력을 송신하는 코일을 이용하여 무접점전력수신장치를 확인하기 위한 요청신호를 전송하고 이에 대한 응답신호를 분석 및 처리하여, 놓여진 물체가 이물질인지 배터리팩 등의 무접점전력수신장치인지를 신속하게 판단하여, 무접점전력수신장치가 놓여진 경우에만 안정적으로 전력을 공급하도록 한 무접점 충전 시스템의 충전전압 제어 방법을 제공하는데 목적이 있다.

특히, 무접점전력전송장치에 구비되는 1차측코어를, 분리구성되는 서로 다른 두 개의 코어로 구성하고, 서로 다른 두 개의 코어에서 송출되는 무선전력신호의 출력전력을 제어함으로써, 안정적인 충전이 이루어질 있도록 한 무접점 충전 시스템의 충전전압 제어 방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 무접점 충전 시스템의 충전전압 제어 방법은, 무선전력전송방식으로 무선전력신호를 송출하는 1차측코어부를 구비한 무접점전력전송장치와, 상기 1차측코어부로부터 전력을 공급받는 2차 측코어부를 구비한 무접점전력수신장치를 포함하는 무접점 충전 시스템의 충전전압 제어 방법에 있어서, a) 일부분이 겹쳐지는 중첩영역을 갖는 복층구조로 구성된 제1 전력송신코어 및 제2 전력송신코어를 포함하는 1차측코어부의 부하변화를 감지하는 단계; b) 무접점전력수신장치의 확인을 위한 요청신호를 출력하는 단계; c) 상기 요청신호에 대응하는 응답신호를 수신하여 분석 및 처리하는 단계; d) 상기 분석 및 처리결과에 기초하여 이물질 여부를 판단하는 단계; 및 e) 상기 판단결과, 정상 응답신호인 경우, 부하변화가 감지된 전력송신코어를 통해 무선전력신호를 송출하는 단계를 포함한다.

특히, 상기 단계 c)는, c') 상기 요청신호에 대응하는 응답신호의 수신시점까지의 딜레이타임(Delay time)을 측정하는 과정을 포함하고, 상기 단계 d)는, d-1) 상기 측정된 딜레이타임과 기준대기시간과 비교하는 과정과, d-2) 상기 비교 결과 기준대기시간보다 측정시간이 짧은 경우, 해당 물체가 이물질인 것으로 판단하고, 기준대기시간보다 측정시간이 긴 경우, 해당 물체가 정상적인 무접점전력수신장치로 판단하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 단계 b)는, b') 상기 1차측코어부를 통해 임펄스신호를 요청신호로 출력하는 과정을 포함하고, 상기 단계 c)는, c') 상기 임펄스신호에 대한 피드백신호를 수신하여 해당 피드백신호의 주파수 및 이득을 측정하는 과정을 포함하며, 상기 단계 d)는, d-1) 상기 측정된 피드백신호와 기준피드백신호를 비교화는 과정과, d-2) 두 신호의 주파수특성이 서로 다른 경우에는 해당 물체가 이물질인 것으로 판단하고, 두 신호의 주파수특성이 동일하면서 이득의 감소가 없는 경우에 는 물체가 없는 것으로 판단하며, 두 신호의 주파수특성이 동일하면서 이득이 감소한 경우에는 해당 물체가 정상적인 무접점전력수신장치인 것으로 판단하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 단계 e)는, e') 부하변화가 제1 전력송신코어만 감지된 경우, 제1 전력송신코어를 통해 기준전력값에 대응하는 출력전력을 갖는 무선전력신호를 송출하고, 제2 전력송신코어만 감지된 경우, 제2 전력송신코어를 통해 기준전력값에 대응하는 출력전력을 갖는 무선전력신호를 송출하며, 제1 전력송신코어 및 제2 전력송신코어에서 모두 감지된 경우, 상기 제1 전력송신코어의 출력전력과 제2 전력송신코어의 출력전력의 합이 기준전력값에 대응하는 출력전력을 갖는 무선전력신호를 송출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 단계 e) 이후에, f) 상기 1차측코어부를 통해 전력제어요청신호가 수신되면, 상기 수신된 전력제어요청신호에 대응하는 보정전력값을 산출한 후, 상기 기준전력값에 보정전력값을 적용하여 상기 제1 전력송신코어 및 제2 전력송신코어 중 적어도 하나를 통해 무선전력신호를 송출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 전력제어요청신호는, 2차측코어부로 수신되는 전력의 전압에 반비례하는 듀티비를 갖는 임펄스 신호이고, 상기 무접점전력수신장치는, 상기 무접점전력전송장치로부터 전송된 무선전력신호를 수신하여 기준전압과 비교한 후, 상기 비교결과에 대응하여 설정된 듀티비(Duty rate)에 기초하여 생성된 펄스신호인 전력제어요청신호를 무접점전력전송장치로 전송하며, 상기 무접점전력전송장치는, 전송된 전력제어요청신호에 대응하여 송출되는 무선전력신호의 세기를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 무접점전력전송장치로부터 전송된 무선전력신호를 수신하여 기준전압과 비교한 후, 상기 비교결과에 대응하여 설정된 주파수를 갖는 펄스신호에 기초하여 생성된 펄스신호를 전력제어요청신호로 하여 무접점전력전송장치로 전송하며, 상기 무접점전력전송장치는, 전송된 펄스신호에 대응하여 송출되는 무선전력신호의 세기를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 해결수단에 의해, 본 발명은 무접점전력수신장치가 무접점전력전송장치 상에서 이동을 하더라도, 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 장점이 있다.

상기와 같은 해결수단에 의해, 본 발명은 무접점전력전송장치의 충전데크에 놓여지는 물체의 종류를 정확하게 판단하고, 무접점전력수신장치가 놓여진 경우에만 전력송신 및 데이터통신이 가능하도록 함으로써, 이물질에 의한 기기의 손상을 방지할 수 있는 것이다.

또한, DC부하변조방식의 부하조건에서 신호의 진폭(Amplitude)이 작을 경우에도 원활한 데이터통신이 이루어질 수 있도록 함으로써, 수신측의 상태를 정확히 인식하여, 효율적으로 전력을 제어할 수 있는 장점이 있다.

따라서, 무접점전력수신장치가 무접점전력전송장치상에서 이동을 한다 하더라도, 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 것이다.

특히, 무접점전력수신장치로 공급되는 전력을 측정하고, 서로 다른 두개의 코어에서 송출되는 무선전력신호의 출력전력을, 상기 측정결과에 대응하여 보정하도록 제어함으로써, 안정적인 충전이 이루어질 수 있도록 한 것이다.

따라서, 무접점전력수신장치와 무접점전력전송장치를 포함하는 무접점 방식의 충전시스템에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있음은 물론, 휴대용 단말기 및 배터리팩 등의 관련제품에 대한 경쟁력을 향상시킬 수 있는 것이다.

본 발명에 따른 무접점 충전 시스템의 충전전압 제어 방법에 대한 예는 다양하게 적용할 수 있으며, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 가장 바람직한 실시 예에 대해 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 무접점 충전 시스템의 충전전압 제어 방법의 예를 나타낸 흐름도로서, 무선전력전송방식으로 무선전력신호를 송출하는 1차측코어부를 구비한 무접점전력전송장치와, 상기 1차측코어부로부터 전력을 공급받는 2차측코어부를 구비한 무접점전력수신장치를 포함하는 무접점 충전 시스템의 충전전압 제어 방법을 나타낸 것이다.

먼저, 무접점전력전송장치가 일부분이 겹쳐지는 중첩영역을 갖는 복층구조로 구성된 제1 전력송신코어 및 제2 전력송신코어를 포함하는 1차측코어부의 부하변화를 감지하면(S10), 상기 무접점전력전송장치는 무접점전력수신장치의 확인을 위한 요청신호를 출력(송출)한 후(S20), 상기 송출된 요청신호에 대응하는 응답신호가 수신되면 이를 분석 및 처리하고(S30), 상기 분석 및 처리결과에 기초하여 이물질 여부를 판단한다(S40).

상기와 같은 판단결과, 무접점전력전송장치에 놓여진 물체가 정상적인 무접점전력수신장치로 판명되면, 다시 말해 정상적인 응답신호가 수신된 경우, 부하변화가 감지된 전력송신코어를 통해 무선전력신호를 송출한다(S50).

이하에서, 상기와 같은 본 발명에 의한 무접점 충전 시스템의 충전전압 제어 방법을 보다 상세히 설명하기 위하여, 상기 방법을 수행하는 무접점 충전 시스템의 구성에 대해 살펴보기로 한다.

도 2는 본 발명에 의한 무접점 충전 시스템의 예를 나타낸 구성도로서, 무선전력신호를 송출하는 무접점전력전송장치(100)와, 상기 무선전력신호를 수신하여 배터리셀을 충전하는 무접점전력수신장치(200)의 세부구성을 나타낸 것이다.

상기 무접점전력전송장치(100)는, 1차측코어부(110), ID확인부(120), 무선전력전송제어부(130), 스위칭제어부(140), 구동드라이버(150), 직렬공진형컨버터(160), 궤환회로부(170)(170’)를 포함하여 구성된다.

상기 1차측코어부(110)는 제1 전력송신코어(111) 및 제2 전력송신코어(112)로 구성되며, 직렬공진형컨버터(160)에 병렬로 연결되어 구성된다.

상기 ID확인부(120)는 상기 1차측코어부(110)의 부하변화를 감지하고, 해당 부하변화가 무접점전력수신장치(200)에 의한 것인지를 판단하는 것으로, 부하변화감지기능과 더불어 무접점전력수신장치(200)로부터 전송된 신호 중 AC신호의 데이터신호코드를 분석 및 처리하는 기능을 수행한다.

상기 무선전력전송제어부(130)는 상기 ID확인부(120)의 판단결과를 전송받아 확인하고, 해당 부하변화가 무접점전력수신장치(200)에 의한 것인 경우, 상기 1차측코어부(110)를 통해 무선전력신호를 송출하기 위한 전력제어신호를 상기 구동드라이버(150)로 전송한다.

그리고, 상기 ID확인부(120)에서 필터링된 데이터신호를 분석처리하고, 이에 대응하여 구동드라이버(150)를 제어하게 된다. 또한, 데이터신호(예를 들어, ID 요청신호)를 생성하여 1차측코어부(110)를 통해 무접점전력수신장치(200)로 전송하는 기능을 수행한다.

상기 스위칭제어부(140)는 직렬공진형컨버터(160)와 제1 전력송신코어(111) 및 제2 전력송신코어(112)의 사이에 각각 구성되는 제1 스위치(141) 및 제2 스위치(142)의 스위칭동작을 제어하는 것이다.

상기 구동드라이버(150)는 송출하고자 하는 무선전력신호의 세기에 대응하여 직렬공진형컨버터(160)의 동작을 제어하는 것이다.

상기 직렬공진형컨버터(160)는 구동드라이버(150)의 제어에 의해 송출하고자 하는 무선전력신호를 발생하기 위한 송출전원을 생성하여 상기 1차측코어부(110)로 공급하는 것이다.

다시 말해, 무선전력전송제어부(130)가 요구되는 전력값을 갖는 무선전력신호의 송출을 위한 전력제어신호를 구동드라이버(150)로 전송하면, 상기 구동드라이버(150)는 전송된 전력제어신호에 대응하여 직렬공진형컨버터(160)의 동작을 제어하고, 상기 직렬공진형컨버터(160)는 구동드라이버(150)의 제어에 의하여 요구되는 전력값에 대응하는 송출전원을 1차측코어부(110)에 인가함으로써, 요구되는 세기의 무선전력신호가 송출되도록 하는 것이다.

상기 궤환회로부(170)(170')는, AC신호의 코드데이터가 1차측코어부(110)로 수신되면, 상기 1차측코어부(110)에 인가되는 DC신호로부터 AC신호의 코드데이터를 추출하는 것으로, 도 3a에 나타난 바와 같이, 상기 1차측코어부(110)의 제1 전력송신코어(111) 및 제2 전력송신코어(112)의 일측단과 전기적으로 연결되어 DC신호성분을 제거(저주파성분 제거)하는 RC필터회로(171)(171')와, 상기 RC필터회로와 전기적으로 연결되는 OP-AMP를 포함하는 증폭회로(172)(172')를 포함하여 구성한다.

다시 말해, RC필터회로(171)에서 DC신호성분인 저주파신호가 제거되고, 추출된 AC신호성분이 증폭회로에서 증폭되는 것이다.

따라서, 진폭이 적은 신호의 송수신이 가능해지는 것이다.

그리고, 무선전력신호를 수신하여 전력을 공급받는 무접점전력수신장치(200)는, 상기 송출된 무선전력신호에 의해 유도전력을 생성하는 2차측코어부(210)인 전력수신코어(211)와, 유도된 전력을 정류하는 정류부(220) 및 정류된 전력으로 배터리셀을 충전하는 배터리셀모듈(230)을 포함한다.

여기서, 상기 배터리셀모듈(230)에는 과전압 및 과전류방지회로, 온도감지회로 등의 보호회로가 포함되어 구성되며, 특히, 배터리셀의 충전상태 등의 정보를 수집 및 처리하는 충전관리모듈이 포함된다.

또한, 상기 무접점전력수신장치(200)는, 2차측코어부(210)인 전력수신코어(211)로 유도되는 전류를 확인하고, 상기 배터리셀모듈(230)에서 수집 및 처리되는 배터리셀의 충전정보에 기초하여, 무선전력신호의 세기제어를 요청하는 무선전 력수신측제어부(240)와, AC모듈레이션(Modulation) 방식으로 변환된 AC신호의 코드데이터를, 2차측코어부(210)를 통해 송수신하는 ID송신부(250)가 더 포함되어 구성된다.

그리고, 무접점전력수신장치(200)는, 도 4a에 나타난 바와 같이, 2차측코어부(210)의 전력수신코어(211)와 병렬로 연결되어 DC신호성분을 제거하는 커패시터(Capacitor)(C)와 더불어, 드레인단자가 상기 커패시터와 직렬로 연결된 MOSFET을 더 포함한다.

상기 MOSFET은 ID송신부(250)의 제어에 의해 온오프동작을 수행하는 것으로, 상기 ID송신부(250)는, 상기 무선전력수신측제어부(240)의 무선전력신호에 대한 세기제어의 요청에 대응하여 설정된 듀티비(Duty rate)에 대응하여, 상기 MOSFET의 동작전압을 상기 MOSFET의 게이트단자로 입력한다.

다시 말해, ID송신부(250)가 동작전압에 해당하는 온신호 및 오프신호를 게이트단자로 입력하면, MOSFET은 게이트단자에 입력된 전압에 대응하여, 펄스폭변조(PWM)된 신호를 생성하여 출력하게 되며, 이러한 신호는 2차측코어부(210)의 전력수신코어(211)를 통해 무접점전력전송장치(100)로 전송된다.

이하에서, 상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 무접점 충전 시스템의 충전전압 제어 방법을 보다 상세히 살펴보기로 한다.

먼저, 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 무점점전력전송장치(100)의 동작을 살펴보면, 무접점전력전송장치(100)의 스위칭제어부(140)는 제1 스위치(141) 및 제2 스위치(142)를 오프(Off)상태로 유지하고, ID확인부(120)가 1차측코어부(110)의 제1 전력송신코어(111) 및 제2 전력송신코어(112)의 부하변화를 감지하는 대기상태를 유지(스텐바이모드)한다(S101).

상기와 같은 대기상태(S110)에서, 무접점전력수신장치(200)가 무접점전력전송장치(100)에 놓여지게 되면, 제1 전력송신코어(111) 및 제2 전력송신코어(112)에 자기장의 변화가 발생되고, ID확인부(120)가 이를 감지하게 된다(S102).

상기와 같이 부하변화가 감지되면, ID확인부(120)는 이를 무선전력전송제어부(130)에게 알려주게 되며, 상기 무선전력전송제어부(130)는 도 3b에 나타난 바와 같이 1차측코어부(110)로 송출된 신호(Fref)에 의한 응답신호(이물질의 경우 반사신호)의 수신 딜레이타임(Delay time)을 측정한다(S103).

상기와 같이 수신신호의 딜레이타임이 측정되면, 기준시간(도 3b에 나타난 "Tfb"과 비교한 후(S104), 측정시간이 기준시간보다 긴 경우(도 3b에 나타난 "Tfb1")에는 정상적인 무접점전력수신장치(200)가 놓여진 것으로 판단하고(S106), 측정시간이 기준시간보다 짧은 경우(도 3b에 나타난 "Tfb2")에는 이물질이 놓여진 것으로 판단한다(S107).

상기와 같은 판단은 1차적인 판단기준이며, 이하 설명될 ID확인과정과 더불어 이물질여부의 판단기준이 된다.

한편, 이물질 감지여부는 상기와 같은 딜레이타임에 의한 판단 뿐만 아니라, 하기하는 주파수특성의 변화에 의해서도 판단되며, 당업자의 요구에 따라 딜레이타임 및 주파수특성의 변화를 동시에 판단하면, 보다 정확한 이물질 판별이 가능함은 물론이다.

주파수특성의 변화에 의한 방법으로는, 먼저, 상기와 같이 부하변화가 감지되면, ID확인부(120)는 이를 무선전력전송제어부(130)에게 알려주게 되며, 상기 무선전력전송제어부(130)는 도 3c에 나타난 바와 같이 1차측코어부(110)로 송출된 임펄스신호(Vgs)에 대한 피드백신호(Vp)를 수신하여 분석 및 처리한다(S103').

상기 분석 및 처리결과, 피드백신호의 주파수가 측정되면, 기준피드백신호(도 3c의 (a))의 주파수와 비교한 후(S104'), 주파수 특성을 만족하면(S105') 정상으로 판단하고(S106’), 주파수특성이 다르면(도 3c의 (c)) 이물질이 놓여진 것으로 판단한다(S106').

이때, 주파수특성이 동일하면 이득의 감소여부를 확인한 후, 이득이 감소되지 않으면 물체가 없는 것으로 판단하고, 이득이 감소되면 무접점전력수신장치(200)가 놓여진 것으로 판단한다.

따라서, 주파수특성이 동일하면서 이득이 감소된 경우를 만족한 상태(S105') 로 설정한다.

상기와 같이 ID확인부(120)를 통해 수신된 신호에 기초하여, 해당 물체가 무접점전력수신장치(200)인 것으로 1차 판정이 되면, 상기 무선전력전송제어부(130)는 1차측코어부(110)를 통해 헤더ID를 요청하는 신호를 전송한다(S108).

여기서, 헤더ID는 ID코드(Code)의 헤더(Header)부분에 있는 코드를 말한다.

한편, 도 6a에 나타난 바와 같이 상기 무접점전력수신장치(200)는, 배터리셀을 충전하기 위한 스텐바이모드(Standby mode)(S201)에서, 상기와 같은 헤더ID요청신호가 수신되면(S202), 전력수신코어(211)를 통해 헤더ID코드를 송신한다(S203).

상기 헤더ID코드가 1차측코어부(110)로 수신되면, ID확인부(120)는 해당 물체가 무접점전력수신장치(200)인 것으로 판단하고, 응답신호가 수신되지 않으면 금속재질의 이물질인 것으로 판단한다(S109).

이물질인 것으로 판단되면, LCD 또는 LED와 같은 출력장치를 통해 문자 또는 발광형태로 이물질이 감지된 것을 사용자에게 알려주며(S111), 무접점전력수신장치(200)인 것으로 판단되면, 1차측코어부(110)를 통해 풀ID를 요청하는 신호를 전송한다(S110).

여기서, 풀ID는 ID코드의 전체(Full)코드를 말한다.

한편, 도 6a에 나타난 바와 간이 상기 무접점전력수신장치(200)는, 배터리셀을 충전하기 위한 스텐바이모드(Standby mode)(S201)에서, 상기와 같은 풀ID요청신호가 수신되면(S202), 전력수신코어(211)를 통해 풀ID코드를 송신한다(S203).

상기 풀ID코드가 수신되면, ID확인부(120)는 이를 확인하여(S112), 정상적인 ID코드가 수신된 경우 해당 무접점전력수신장치(200)측으로 무선전력신호를 송출하고(S113), 수신된 ID코드가 정상적이지 않은 경우, ID에러를 사용자에게 알려주게 된다(S114).

여기서, ID코드에 대한 요청신호의 송출 및 응답신호의 수신을 위하여 동작되는 무접점전력전송장치(100)의 세부구성 중 일부에 대한 설명은 생략하였으나, 이는 본 발명에 의한 충전 시스템을 설명하면서 이미 설명된 내용이며, 이하에서도 불필요하게 반복되는 내용에 대하여 생략할 수 있음은 당연하다.

한편, ID코드가 수신된 코어가 제1 전력전송코어(111)인 경우, 무선전력전송 제어부(130)는 스위칭제어부(140)에 스위칭제어신호를 전송하여 제1 스위치(141)를 온시키고 제2 스위치(142)를 오프시킨 후, 구동드라이버(150)에 전력제어신호를 전송하여 제1 전력전송코어(111)를 통해 무선전력신호를 송출한다(S113).

이때, 송출되는 무선전력신호의 출력전력은 기준전력값에 대응하여 송출되며, 상기 기준전력값은 무접점전력수신장치(200)에서 요구되는 입력전압(예를 들어, 4.5V 내지 5.5V)으로 유도될 수 있는 전압에 대응되는 값이다.

그리고, ID가 수신된 코어가 제2 전력전송코어(112)인 경우, 무선전력전송제어부(130)는 스위칭제어부(140)에 스위칭제어신호를 전송하여 제1 스위치(141)를 오프시키고 제2 스위치(142)를 온시킨 후, 구동드라이버(150)에 전력제어신호를 전송하여 제2 전력전송코어(111)를 통해 무선전력신호를 송출한다.

만약, 전력수신코어(211)가 도 7에 나타난 중첩영역에 위치하게 될 경우, 제1 전력전송코어(111) 및 제2 전력전송코어(112)가 동시에 ID를 수신하게 되면, 무선전력전송제어부(130)는 스위칭제어부(140)에 스위칭제어신호를 전송하여 제1 스위치(141) 및 제2 스위치(142)를 온시키고, 구동드라이버(150)에 전력제어신호를 전송하여 제1 전력전송코어(111) 및 제2 전력전송코어(112)를 통해 무선전력신호를 송출한다.

이때, 상기 제1 전력전송코어(111) 및 제2 전력전송코어(112)에서 각각 기준전력값에 대응하는 출력전력으로 무선전력신호를 출력하게 될 경우, 전력수신코어(211)에 과도한 전압이 유도될 수 있다.

따라서, 제1 전력전송코어(111) 및 제2 전력전송코어(112)가 동시에 ID를 수 신하는 경우에는, 제1 전력전송코어(111)의 출력전력과 제2 전력전송코어(112)의 출력전력의 합이 기준전력값에 대응하도록 제어하여 무선전력신호를 송출하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 과정에 의해 무접점전력수신장치(200)로 무선전력신호가 수신되면(S204), 상기 무접점전력수신장치(200)는 전력수신코어(211)에 유도되는 전기에너지를 이용하여 배터리셀을 충전하게 된다(S205).

그리고, 상기 무접점전력수신장치(200)는, 도 6b에 나타난 바와 같이, 배터리셀의 충전상태를 확인하여(S206), 해당 배터리셀의 만충전여부(S207)와 게이지변화여부(S210)를 확인하고, 본 발명의 목적인 안정적인 충전을 이루기 위하여, 전력수신코어(211)에 유도되는 전압을 감지하고, 감지된 유도전압이 충전동작에 요구되는 입력전압의 범위(예를 들어, 4.5V 내지 5.5V)에 포함되는지를 판단한다(S213)(S215).

상기 판단결과, 배터리셀이 만충전인 경우(S207), 배터리셀모듈(230)은 ID송신부(240)를 통해 AC모듈레이션(Modulation) 방식으로 변환된 파워오프코드(Power off code)를 무접점전력전송장치(100)로 전송하고(S208), 충전동작을 완료하며(S209), 게이지가 변환된 경우(S210) 게이지코드(Gauge code)를 전송한다(S211).

그리고, 상기 판단결과, 설정된 범위에 포함되지 않을 경우, 무접점전력수신장치(200)는 무접점전력전송장치(100)로 전력제어요청신호를 전송한다(S240).

예를 들어, 도 8에 나타난 바와 같이, 전력수신코어(211)가 외곽으로 이동하여 설정범위보다 낮은 전압이 유도된 경우(S213), 파워업코드(Power up code)를 전 송하고(S214), 전력수신코어(211)가 도 7의 중첩영역에 위치하여 제1 전력전송코어(111) 및 제2 전력전송코어(112)에서 동시에 송출되는 무선전력신호에 의해 전력수신코어(211)에 설정범위보다 높은 전압이 유도된 경우(S215), 파워다운코드(Power down code)를 전송한다(S216).

상기와 같은 각 코드가 전송되면, 무접점전력수신장치(200)는 무접점전력전송장치(100)로부터 전송되는 무선전력신호의 세기 등을 모니터한다(S212).

상기와 같은 전력제어코드가 무접점전력전송장치(100)의 1차측코어부(110)로 수신되면(S115), 궤환회로부(170)가 1차측코어부(110)에 유도된 신호(DC성분의 송출전력신호 및 수신된 AC성분의 코드신호)로부터 해당 코드를 추출한다.

무선전력전송제어부(130)는 상기 추출된 코드를 수신하여 분석한 후, 해당 코드가 파워오프코드인 경우(S116) LED 또는 LCD 등을 통해 만충전상태임을 표시하고(S117), 게이지코드인 경우(S118) 충전상태를 출력하며(S119), 파워업코드인 경우(S121) 해당 전력송신코어의 송출전력을 높이고(S122), 파워다운코드인 경우(S123) 해당 전력송신코어의 송출전력을 낮춘다(S124).

도 5c에서 'S115'는 지속적인 충전여부를 판단하기 위한 것이다.

예를 들어, 도 4b에 나타난 바와 같이, 배터리셀을 충전하기 위한 전압(도 4a의 DC)에서 분기된 감시전압(도 3a의 Vsense)이 기준전압(Vset)보다 낮은 경우, ID송신부(250)는 기준전압에 해당하는 듀티비를 갖는 펄스신호에 비하여 큰 듀티비를 갖는 펄스신호를 MOSFET의 게이트단자로 입력하고, MOSFET는 게이트단자로 입력된 펄스신호에 대응하여 온오프 동작을 수행하면서, 파워업코드를 생성하여 무접점 전력전송장치(100)로 전송하며, 이에 대응하여 송출된 무선전력신호는 딜레이타임(Td)이 경과되어 무선전력수신측제어부(240)로 수신된다.

여기서, 도 4a에 나타난 'Tx' 및 'Rx'는 무접점전력전송장치(100)를 기준으로 한 신호의 송수신여부를 나타낸 것이다.

무접점전력전송장치(100)의 무선전력전송제어부(130)는 수신된 전력제어요청신호(각 코어신호)에 대응하는 보정전력값을 산출한 후, 상기 기준전력값에 보정전력값을 적용하여 상기 제1 전력송신코어(111) 및 제2 전력송신코어(112) 중 적어도 하나를 통해 무선전력신호를 송출함으로써, 무접점전력수신장치(200)의 위치에 관계없이 안정적인 충전이 가능해진다.

한편, 무선전력전송방식을 이용하여 무선전력신호를 전송하는 무접점전력전송장치에 구비되는 1차측코어(110)는 도 7에 나타난 바와 같이, 제1 전력송신코어(111)와 제2 전력송신코어(112) 및 차폐구(115)에 구성되며, 도 7은 무접점전력수신장치(200)에 구비되는 2차측코어(210)인 전력수신코어(211)가 상기 제1 전력송신코어(111) 및 제2 전력송신코어(112) 상에서 이동되는 것을 나타낸 것이다.

상기 제1 전력송신코어(111) 및 제2 전력송신코어(112)는, 리쯔형태 또는 PCB패턴타입으로 형성되며, 제1 전력송신코어(111)만의 영역인 제1 단일영역과, 제2 전력송신코어(112)만의 영역인 제2 단일영역, 그리고 제1 전력송신코어(111) 및 제2 전력송신코어(112)가 오버랩(Overlap)되는 중첩영역을 갖도록 구성된다.

따라서, 도 7에 나타난 바와 같이 2차측코어인 전력수신코어(211)가 이동하더라도 지속적으로 전력을 공급받을 수 있는 것이다.

더불어, 제1 전력송신코어(111) 및 제2 전력송신코어(112)가 오버랩(Overlap)되는 중첩영역의 폭(W1)을, 전력수신코어(211)의 폭(W2)보다 넓게 형성함으로써, 전력수신코어(211)가 이동한다 하더라도, 항상 제1 전력송신코어(111) 또는 제2 전력송신코어(112)에 의한 무선전력신호 수신영역내에 존재하도록 함이 바람직하다.

그리고, 본 발명에 의한 무선전력송신용 코어의 층구조는, 도 9a 내지 도 9d에 나타난 바와 같이 적용될 수 있다.

이를 보다 상세히 살펴보면 도 9a에 나타난 바와 같이, 제1 전력송신코어(111)를 절곡형성하고, 제1 전력송신코어(111)의 중첩영역이, 상기 제2 전력송신코어(112)의 중첩영역 상부에 위치하도록 하는 복층구조로 구성할 수 있다.

또한, 도 9b에 나타난 바와 같이, 제1 전력송신코어(111)를 절곡형성하고, 제1 전력송신코어(111)의 중첩영역이, 상기 제2 전력송신코어(112)의 중첩영역 하부에 위치하도록 하는 복층구조로 구성할 수 있다.

또한, 도 9c에 나타난 바와 같이, 제1 전력송신코어(111) 및 제2 전력송신코어(112)를 절곡형성하고, 제1 전력송신코어(111)의 중첩영역이, 상기 제2 전력송신코어(112)의 중첩영역 하부에 위치하도록 하는 복층구조로 구성할 수 있다.

또한, 도 9d에 나타난 바와 같이, 제1 전력송신코어(111) 및 제2 전력송신코어(112)의 높이레벨을 다르게 하여, 제1 전력송신코어(111)의 중첩영역이, 상기 제2 전력송신코어(112)의 중첩영역 상부에 위치하도록 하는 복층구조로 구성할 수 있다.

이상에서 본 발명에 의한 무접점 충전 시스템의 충전전압 제어 방법에 대하여 설명하였다. 이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지는 것이므로, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명에 의한 무접점 충전 시스템의 충전전압 제어 방법의 예를 나타낸 흐름도이다.

도 2는 본 발명에 의한 무접점 충전 시스템의 예를 나타낸 구성도이다.

도 3a는 도 2에 나타난 무접점전력전송장치의 주요구성에 대한 예를 나타낸 회로도이다.

도 3b 및 도 3c는 도 2에 나타난 무접점전력전송장치에 놓여지는 물체의 종류에 따른 1차측코어부를 통해 감지되는 피드백신호의 예를 나타낸 그래프이다.

도 4a는 도 2에 나타난 무접점전력수신장치의 주요구성에 대한 예를 나타낸 회로도이다.

도 4b는 도 2에 나타난 무점점전력수신장치의 충전전압 및 충전제어를 위한 송수신신호에 대한 예를 나타낸 그래프이다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 의한 무접점전력전송장치의 제어방법에 대한 예를 나타낸 순서도이다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 의한 무접점전력수신장치의 제어방법에 대한 예를 난타낸 순서도이다.

도 7은 본 발명에 의한 무접점전력전송장치의 1차측코어의 구성에 대한 예를 나타낸 구성도이다.

도 8은 도 5c의 단계 'S121' 및 도 6b의 단계 'S214'를 설명하기 위한 구성도이다.

도 9a 내지 도 9d는 도 6에 나타난 1차측코어의 층구조에 대한 예를 나타낸 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 무접점전력전송장치 110 : 1차측코어부

120 : ID확인부 130 : 무선전력전송제어부

140 : 스위칭제어부 150 : 구동드라이버

160 : 직렬공진형컨버터 170 : 궤환회로부

200 : 무접점전력수신장치 210 : 2차측코어부

220 : 정류부 230 : 배터리셀모듈

240 : 무선전력수신측제어부 250 : ID송신부

Claims

무선전력전송방식으로 무선전력신호를 송출하는 1차측코어부를 구비한 무접점전력전송장치와, 상기 1차측코어부로부터 전력을 공급받는 2차측코어부를 구비한 무접점전력수신장치를 포함하는 무접점 충전 시스템의 충전전압 제어 방법에 있어서,

a) 일부분이 겹쳐지는 중첩영역을 갖는 복층구조로 구성된 제1 전력송신코어 및 제2 전력송신코어를 포함하는 1차측코어부의 부하변화를 감지하는 단계;

b) 무접점전력수신장치의 확인을 위한 요청신호를 출력하는 단계;

c) 상기 요청신호에 대응하는 응답신호를 수신하여 분석 및 처리하는 단계;

d) 상기 분석 및 처리결과에 기초하여 이물질 여부를 판단하는 단계; 및

e) 상기 판단결과, 정상 응답신호인 경우, 부하변화가 감지된 전력송신코어를 통해 무선전력신호를 송출하는 단계를 포함하는 무접점 충전 시스템의 충전전압 제어 방법.
제 1항에 있어서,

상기 단계 c)는,

c') 상기 요청신호에 대응하는 응답신호의 수신시점까지의 딜레이타임(Delay time)을 측정하는 과정을 포함하고,

상기 단계 d)는,

d-1) 상기 측정된 딜레이타임과 기준대기시간과 비교하는 과정과,

d-2) 상기 비교 결과 기준대기시간보다 측정시간이 짧은 경우, 해당 물체가 이물질인 것으로 판단하고, 기준대기시간보다 측정시간이 긴 경우, 해당 물체가 정상적인 무접점전력수신장치로 판단하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 시스템의 충전전압 제어 방법.
제 1항에 있어서,

상기 단계 b)는,

b') 상기 1차측코어부를 통해 임펄스신호를 요청신호로 출력하는 과정을 포함하고,

상기 단계 c)는,

c') 상기 임펄스신호에 대한 피드백신호를 수신하여 해당 피드백신호의 주파수 및 이득을 측정하는 과정을 포함하며,

상기 단계 d)는,

d-1) 상기 측정된 피드백신호와 기준피드백신호를 비교화는 과정과,

d-2) 두 신호의 주파수특성이 서로 다른 경우에는 해당 물체가 이물질인 것으로 판단하고, 두 신호의 주파수특성이 동일하면서 이득의 감소가 없는 경우에는 물체가 없는 것으로 판단하며, 두 신호의 주파수특성이 동일하면서 이득이 감소한 경우에는 해당 물체가 정상적인 무접점전력수신장치인 것으로 판단하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 시스템의 충전전압 제어 방법.
제 1항 또는 제 3항에 있어서,

상기 단계 e)는,

e') 부하변화가 제1 전력송신코어만 감지된 경우, 제1 전력송신코어를 통해 기준전력값에 대응하는 출력전력을 갖는 무선전력신호를 송출하고, 제2 전력송신코어만 감지된 경우, 제2 전력송신코어를 통해 기준전력값에 대응하는 출력전력을 갖는 무선전력신호를 송출하며, 제1 전력송신코어 및 제2 전력송신코어에서 모두 감지된 경우, 상기 제1 전력송신코어의 출력전력과 제2 전력송신코어의 출력전력의 합이 기준전력값에 대응하는 출력전력을 갖는 무선전력신호를 송출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 시스템의 충전전압 제어 방법.
제 4항에 있어서,

상기 단계 e) 이후에,

f) 상기 1차측코어부를 통해 전력제어요청신호가 수신되면, 상기 수신된 전력제어요청신호에 대응하는 보정전력값을 산출한 후, 상기 기준전력값에 보정전력값을 적용하여 상기 제1 전력송신코어 및 제2 전력송신코어 중 적어도 하나를 통해 무선전력신호를 송출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 시스템의 충전전압 제어 방법.
제 5항에 있어서,

상기 전력제어요청신호는,

2차측코어부로 수신되는 전력의 전압에 반비례하는 듀티비를 갖는 임펄스 신호이고,

상기 무접점전력수신장치는,

상기 무접점전력전송장치로부터 전송된 무선전력신호를 수신하여 기준전압과 비교한 후, 상기 비교결과에 대응하여 설정된 듀티비(Duty rate)에 기초하여 생성된 펄스신호인 전력제어요청신호를 무접점전력전송장치로 전송하며,

상기 무접점전력전송장치는, 전송된 전력제어요청신호에 대응하여 송출되는 무선전력신호의 세기를 제어하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 시스템의 충전전압 제어 방법.
제 5항에 있어서,

상기 무접점전력전송장치로부터 전송된 무선전력신호를 수신하여 기준전압과 비교한 후, 상기 비교결과에 대응하여 설정된 주파수를 갖는 펄스신호에 기초하여 생성된 펄스신호를 전력제어요청신호로 하여 무접점전력전송장치로 전송하며,

상기 무접점전력전송장치는, 전송된 펄스신호에 대응하여 송출되는 무선전력신호의 세기를 제어하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 시스템의 충전전압 제어 방법.