KR102543310B1 - 차량용 충전 장치, 차량 및 차량의 제어방법 - Google Patents

차량용 충전 장치, 차량 및 차량의 제어방법 Download PDF

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Abstract

차량용 충전 장치는 제1 무선 전력을 송신하는 코일, 제 1 무선 전력에 의해 생성된 음파를 수신하는 음파 수신부, 및 음파의 주파수 스펙트럼을 분석하여 충전 가능한 단말과 이물질을 구분하는 제어부를 포함하되, 제어부는 충전 가능한 단말로서 판단된 경우, 코일이 단말의 무선 충전을 위한 제 2 무선 전력을 송신하도록 제어한다.

Description

차량용 충전 장치, 차량 및 차량의 제어방법{CHARGING DEVICE FOR VEHICLE, VEHICLE AND CONTROLLING METHOD FOR THE VEHICLE}
차량용 충전 장치, 이를 포함하는 차량 및 차량의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 대다수의 전자 기기들은 충전을 필요로 하는데, 이러한 전자 기기들은 다양한 종류의 유선 단자를 포함한다.
이러한 전자 기기에 내장된 배터리팩에 전력을 충전시키는 충전 장치와 배터리팩 간의 전기적 연결방식으로서, 상용전원을 공급받아 배터리팩에 대응하는 전압 및 전류로 변환하여 해당 전자 기기의 단자를 통해 배터리팩으로 전력을 공급하는 단자연결방식이 있다. 이러한 단자연결방식은 충전 장치와 전자 기기를 연결하는 전선을 필요로 하고, 전선을 연결하는 사용자의 행위도 필요로 한다.
이러한 불편함을 극복하고자 전선을 필요로 하지 않는 무선 충전 기술이 급속도로 발전하고 있으며, 차량 내부에서 전자 기기를 무선으로 충전시키는 차량용 충전 장치가 차량 내부에 탑재되고 있다.
이와 같이, 차량용 충전 장치가 차량 내부에 탑재되는 경우, 운전자는 무선 충전이 가능한 전자 기기를 차량용 충전 장치 가까이에 배치하는 것만으로도 손쉽게 전자 기기를 충전할 수 있는데, 차량용 충전 장치 주변에는 운전자가 충전을 시키고자 의도한 전자 기기뿐만 아니라, 다양한 이물질들이 존재하는 바, 이러한 이물질을 차량용 충전 장치가 전자 기기로 잘못 인식하는 경우가 발생한다.
무선 충전이 가능한 전자 기기와 이물질을 구분하여 무선 전력의 전송 여부를 판단하고, 무선 충전이 가능한 전자 기기에 대해서 무선 전력을 전송하는 충전 장치, 이를 포함하는 차량, 및 이를 포함하는 차량의 제어방법을 제공하고자 한다.
일 측면에 따른 차량용 충전 장치는 제1 무선 전력을 송신하는 코일; 제 1 무선 전력에 의해 생성된 음파를 수신하는 음파 수신부; 및 음파의 주파수 스펙트럼을 분석하여 충전 가능한 단말과 이물질을 구분하는 제어부를 포함하되, 제어부는 충전 가능한 단말로서 판단된 경우, 코일이 단말의 무선 충전을 위한 제 2 무선 전력을 송신하도록 제어한다.
코일은 제 1 무선 전력으로서 하나 이상의 단펄스를 송신할 수 있다.
코일은 복수개이고, 각 코일은 상호 시간차를 두고 순차적으로 단펄스를 송신할 수 있다.
제어부는 음파의 크기가 미리 설정된 제 1 주파수 대역에서 미리 설정된 기준값 이상이고, 제 1 주파수 대역 외의 주파수 대역에서 기준값 미만인 경우, 충전 가능한 단말로서 판단할 수 있다.
제어부는 음파의 크기가 미리 설정된 제 1 주파수 대역에서 미리 설정된 기준값 이상이고, 미리 설정된 제 2 주파수 대역에서 기준값 미만인 경우, 충전 가능한 단말로서 판단할 수 있다.
제 2 주파수 대역은 20Hz이상 10kHz 미만의 가청 주파수 대역일 수 있다.
제어부는 음파 수신부가 수신 가능한 모든 주파수 대역에서 음파의 크기가 미리 설정된 기준값 미만인 경우, 충전 가능한 단말로서 판단할 수 있다.
제어부는 음파의 크기가 미리 설정된 주파수 대역에서 미리 설정된 기준값 이상인 경우, 이물질로서 판단할 수 있다.
미리 설정된 주파수 대역은 20Hz이상 10kHz 미만의 가청 주파수 대역일 수 있다.
제어부는 음파 수신부가 수신 가능한 모든 주파수 대역에서 음파의 크기가 미리 설정된 기준값 이상인 경우, 이물질로서 판단할 수 있다.
제어부는 코일이 단말로부터 응답 전력을 수신한 경우 제 2 무선 전력을 반복 송신하나, 코일이 단말로부터 응답 전력을 수신하지 않은 경우 제 2 무선 전력의 송신을 중단할 수 있다.
차량은 제1 무선 전력을 송신하는 코일; 제 1 무선 전력에 의해 생성된 음파를 수신하는 음파 수신부; 및 음파의 주파수 스펙트럼을 분석하여 충전 가능한 단말과 이물질을 구분하는 제어부를 포함하되, 제어부는 충전 가능한 단말로서 판단된 경우, 코일이 단말의 무선 충전을 위한 제 2 무선 전력을 송신하도록 제어한다
코일은 제 1 무선 전력으로서 하나 이상의 단펄스를 송신할 수 있다.
차량의 제어방법은 제1 무선 전력을 송신하는 단계; 제 1 무선 전력에 의해 생성된 음파를 수신하는 단계; 음파의 주파수 스펙트럼을 분석하여 충전 가능한 단말과 이물질을 구분하는 단계; 및 충전 가능한 단말로서 판단된 경우, 단말의 무선 충전을 위한 제 2 무선 전력을 송신하는 단계를 포함한다.
제 1 무선 전력을 송신하는 단계는 제 1 무선 전력으로서 하나 이상의 단펄스를 송신하는 단계를 포함할 수 있다.
제 1 무선 전력을 송신하는 단계는 상호 시간차를 두고 순차적으로 복수개의 단펄스를 송신하는 단계를 포함할 수 있다.
구분하는 단계는 음파의 크기가 미리 설정된 제 1 주파수 대역에서 미리 설정된 기준값 이상이고, 제 1 주파수 대역 외의 주파수 대역에서 기준값 미만인 경우, 충전 가능한 단말로서 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
구분하는 단계는 음파의 크기가 미리 설정된 제 1 주파수 대역에서 미리 설정된 기준값 이상이고, 미리 설정된 제 2 주파수 대역에서 기준값 미만인 경우, 충전 가능한 단말로서 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
구분하는 단계는 음파의 크기가 미리 설정된 주파수 대역에서 미리 설정된 기준값 이상인 경우, 이물질로서 판단할 수 있다.
미리 설정된 주파수 대역은 20Hz이상 10kHz 미만의 가청 주파수 대역일 수 있다.
개시된 실시예에 따른 차량용 충전 장치, 차량 및 차량의 제어방법에 의하면, 차량용 충전 장치는 무선 충전이 가능한 전자 기기에 대해서만 무선 전력을 전송할 수 있으므로, 이물질로의 무선 전력 전송으로 인한 전력 낭비를 줄일 수 있다.
또한, 개시된 실시예에 따른 차량용 충전 장치, 차량 및 차량의 제어방법에 의하면, 차량용 충전 장치가 이물질을 무선 충전이 가능한 전자 기기로 잘못 인식하고 이물질에 무선 전력 전송을 수행함에 따라 차량용 충전 장치에 발생할 수 있는 발열 문제가 해결될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 차량의 외관도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 차량의 내부 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 차량용 충전 장치와 단말이 포함하는 송신 코일 및 수신 코일의 구조 및 이러한 구조에서의 자기장의 방향을 나타낸 도면이다.
도 4는 차량용 충전 장치의 일 예시도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 충전 장치의 제어 블록도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 충전 장치의 제어방법에 대한 순서도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 충전 장치와 단말 간의 제 1 무선 전력 및 음파 송수신 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 충전 장치와 이물질 간의 제 1 무선 전력 및 음파 송수신 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 9는 단말에 의해 수신된 음파의 주파수 스펙트럼에 대한 다양한 예시도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시 예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서에서, 제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
도 1은 일 실시예에 따른 차량의 외관도이고, 도 2는 일 실시예에 따른 차량의 내부 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 차량(100)의 외관은 차량(100)을 이동시키는 차륜(12,13), 차량(100) 내부를 외부로부터 차폐시키는 도어(15L), 차량(100) 내부의 운전자에게 차량(100) 전방의 시야를 제공하는 전면 유리(16), 운전자에게 차량(100) 후방의 시야를 제공하는 사이드 미러(14L,14R)를 포함한다.
차륜(12,13)은 차량의 전방에 마련되는 전륜(12), 차량의 후방에 마련되는 후륜(13)을 포함하며, 차량(100) 내부에 마련되는 구동 장치(미도시)는 차량(100)이 전방 또는 후방으로 이동하도록 전륜(12) 또는 후륜(13)에 회전력을 제공한다. 이와 같은 구동 장치는 화석 연료를 연소시켜 회전력을 생성하는 엔진 또는 축전기로부터 전원을 공급받아 회전력을 생성하는 모터를 채용할 수 있다.
도어(15L,15R(도 2 참조))는 차량(100)의 좌측 및 우측에 회동 가능하게 마련되어 개방 시에 운전자 또는 동승자가 차량(100)의 내부에 탑승할 수 있도록 하며, 폐쇄 시에 차량(100)의 내부를 외부로부터 차폐시킨다. 또한, 차량(100) 외부에는 도어(15L,15R(도 2 참조))를 개폐할 수 있는 손잡이(17L, 17R)가 마련될 수 있다.
전면 유리(16)는 본체의 전방 상측에 마련되어 차량(100) 내부의 운전자가 차량(100) 전방의 시각 정보를 획득할 수 있도록 하는 것으로서, 윈드쉴드 글래스(windshield glass)라고도 한다.
또한, 사이드 미러(14L,14R)는 차량(100)의 좌측에 마련되는 좌측 사이드 미러(14L) 및 우측에 마련되는 우측 사이드 미러(14R)를 포함하며, 차량(100) 내부의 운전자가 차량(100)의 측면 및 후방의 시각 정보를 획득할 수 있도록 한다.
이외에도 차량(100)은 전방, 후방, 또는 측방의 장애물 내지 다른 차량을 감지하는 근접 센서, 강수 여부 및 강수량을 감지하는 레인 센서 등의 감지 장치를 포함할 수 있다.
근접 센서는 차량의 전방, 후방, 또는 측방에 감지 신호를 발신하고, 다른 차량 등의 장애물로부터 반사되는 반사 신호를 수신할 수 있다. 수신된 반사 신호의 파형을 기초로 차량(100) 전방, 후방, 또는 측방의 장애물의 존재 여부를 감지하고, 장애물의 위치를 검출할 수 있다.
도 2를 참조하면, 대시보드(29)의 중앙 영역에는 AVN(Audio Video Navigation) 디스플레이(71)와 AVN 입력부(61)가 마련될 수 있다. AVN 디스플레이(71)는 오디오 화면, 비디오 화면 및 내비게이션 화면 중 적어도 하나를 선택적으로 표시할 수 있고, 뿐만 아니라 차량(100)과 관련된 각종 제어 화면 또는 부가기능과 관련된 화면을 표시할 수 있다. 예를 들어, AVN 디스플레이(71)는 차량(100)의 전방, 후방. 또는 측방의 도로 상황 또는 장애물 등을 영상으로 표시할 수 있다.
AVN 디스플레이(71)는 LCD(Liquid Crystal Display), LED(Light Emitting Diode), PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic Light Emitting Diode), CRT(Cathode Ray Tube) 등으로 구현될 수 있다.
AVN 입력부(61)는 AVN 디스플레이(71)와 인접한 영역에 하드 키 타입으로 마련될 수도 있고, AVN 디스플레이(71)가 터치 스크린 타입으로 구현되는 경우에는 AVN 디스플레이(71)의 전면에 터치 패널 형태로 마련될 수도 있다.
또한, 운전석(18L)와 조수석(18R) 사이에 죠그 셔틀(jog shuttle) 타입의 센터 입력부(62)가 마련될 수도 있다. 운전자는 센터 입력부(62)를 돌리거나 가압하거나 상, 하, 좌 또는 우 방향으로 미는 방식으로 제어 명령을 입력할 수 있다.
차량(100)에는 음향을 출력할 수 있는 음향 출력부(80)가 마련될 수 있고, 음향 출력부(80)는 스피커일 수 있다. 음향 출력부(80)는 오디오 기능, 비디오 기능, 내비게이션 기능 및 기타 부가 기능을 수행함에 있어 필요한 음향을 출력할 수 있다.
또한, 차량(100)에는 음성을 입력 받을 수 있는 마이크(51)가 마련될 수 있고, 마이크(51)는 차량(100)을 제어하기 위한 운전자의 다양한 음성 명령을 입력 받을 수 있다. 마이크(51)의 위치는 도 2에 도시된 바에 한정되지 아니한다.
운전석(18L) 쪽의 대시보드(29)에는 스티어링 휠(31)이 마련된다.
일 실시예에 따른 차량(100)은 차량용 충전 장치(50)를 포함하고, 차량용 충전 장치(50)는 도 2에 도시된 바와 같이, 차량(100)의 운전석(18L)과 조수석(18R) 사이에 마련된 센터 콘솔(40) 상에 마련될 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 아니하고, 차량(100)의 도어(15L, 15R) 등 다양한 곳에 마련될 수 있다.
일 실시예에 따른 차량용 충전 장치(50)는 무선 충전 장치로 구현되는 것으로서 설명하나, 단자를 더 포함하여 단자연결방식으로 단말과 연결되어 유선 충전을 수행하는 것도 가능하다.
차량용 충전 장치(50)에 대한 자세한 설명은 후술한다.
한편, 차량(100)에는 공조 장치가 구비되어 난방 및 냉방을 모두 수행할 수 있으며, 가열되거나 냉각된 공기를 통풍구(21)를 통해 배출하여 차량(100) 내부의 온도를 제어할 수 있다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여, 일 실시예에 따른 차량용 충전 장치(50)의 구조와 그 원리를 설명한다. 도 3은 차량용 충전 장치와 단말이 포함하는 송신 코일 및 수신 코일의 구조 및 이러한 구조에서의 자기장의 방향을 나타낸 도면이고, 도 4는 차량용 충전 장치의 일 예시도이다. 단말은 차량용 충전 장치(50)에 의해 무선 충전이 가능한 전자 기기를 의미한다.
차량용 충전 장치(50)는 무선으로 충전하는 방법으로서 자기 유도 방식, 자기 공명 방식, 또는 마이크로파 방식 중 적어도 어느 하나를 채용할 수 있다.
도 3을 참조하면, 차량용 충전 장치(50)는 단말(ob1)에 무선 전력을 전송하기 위한 송신 코일(co1)을 포함하며, 송신 코일(co1)에 전류를 공급하는 경우, 전자기 유도 현상에 의해 송신 코일(co1) 주변에는 전자기장이 발생한다. 단말(ob1)이 이러한 전자기장에 접근하는 경우, 단말(ob1)이 포함하는 수신 코일(co2)에서는 유도 전류가 발생하고, 이러한 유도 전류에 의해 단말(ob1)이 충전된다. 단말(ob1)은 무선 충전이 가능하도록 차량용 충전 장치(50)의 무선 전력을 수신하는 코일과 수신한 무선 전력을 저장하는 배터리팩(미도시)을 포함할 수 있다.
단말(ob1) 또한 차량용 충전 장치(50)와 동일한 원리를 이용하여 차량용 충전 장치(50)에 무선 전력을 전송할 수 있고, 이 경우 무선 충전 장치의 코일은 수신 코일(co2)이 되고, 단말(ob1)의 코일은 송신 코일(co1)이 된다.
도 4를 참조하면, 차량용 충전 장치(50)는 전술한 바와 같이, 센터 콘솔(40) 상에 마련될 수 있고, 센터 콘솔(40)은 차량(100)을 이용하는 탑승자가 소지한 간단한 물건 들을 놓거나 보관하는 공간으로 사용된다. 여기서, 탑승자는 운전자 뿐만 아니라, 차량(100) 내 탑승한 동승자를 포함한다.
이 경우, 단말(ob1) 외 충전이 불가능한 탑승자의 다른 물건들(이하, "이물질"이라 함)이 차량용 충전 장치(50) 주변에 놓일 수 있고, 차량용 충전 장치(50)는 이물질을 단말(ob1)로 잘못 인식하여 무선 전력을 전송하는 낭비가 있을 수 있다. 여기서, 주변은 코일(52)의 무선 전력 송신 가능 범위를 말한다.
따라서, 이를 해결하기 위해 일 실시예에 따른 차량용 충전 장치(50)는 단말(ob1)과 이물질을 구분하고, 충전이 가능한 단말(ob1)에 대해서 무선 전력을 전송하기 위한 구성요소들을 포함한다.
도 5는 일 실시예에 따른 충전 장치의 제어 블록도이다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 차량용 충전 장치(50)는 음파 수신부(51), 코일(52), 무선 전력 송신부(53), 및 제어부(54)를 포함하고, 저장부(55)를 더 포함할 수 있으나 저장부(55)는 생략될 수 있다.
음파 수신부(51)는 코일(52) 주변에 놓인 물체로부터 반사된 음파를 수신하기 위해, 코일(52) 주변에 마련될 수 있고, 마이크로 구현될 수 있다. 음파 수신부(51)는 도 2와 관련하여 기술한 마이크(51)를 일 수 있으나, 반드시 이에 한정되지는 아니한다.
음파 수신부(51)는 음파를 감지하고, 음파에 의한 진동을 전기적 신호로 변환한다. 여기서, 음파는 가청 주파수 대역(20~20,000Hz)의 음파뿐만 아니라, 20Hz 이하의 초저주파 대역 음파, 및 20,000Hz 이상의 초음파 대역 음파를 포함하고, 음파 수신부(51)는 성능에 따라 수신하는 음파의 주파수 대역을 달리할 수 있다.
코일(52)은 무선 전력 송신부(53)의 전력 신호에 기초하여 주변에 전자기장을 형성함으로써 도 3에 도시된 송신 코일(co1)로서 기능하여, 무선 전력을 송신할 수 있다. 구체적으로, 코일(52)은 무선 전력 송신부(53a)의 제 1 송신부(53a)가 생성한 제 1 전력 신호에 기초하여 제 1 무선 전력을 주변에 송신하고, 제 2 송신부(53a)가 생성한 제 2 전력 신호에 기초하여 제 2 무선 전력을 주변에 송신한다.
제 1 무선 전력은 주변 물체를 감지하기 위해 송신되는 전송 시간이 짧은 적어도 하나 이상의 단펄스를 의미하고, 제 2 무선 전력은 물체를 충전하기 위해 송신되는 연속적이거나 제 1 무선 전력에 비해 전송 시간이 긴 장펄스를 의미한다. 제 2 무선 전력은 물체를 충전하는 것뿐만 아니라, 물체가 지원하는 프로토콜(예를 들어, A4WP, WPC, PMA 등)을 확인하기 위해 송신되는 것일 수 있다. 여기서, 주변은 코일(52)의 무선 전력 송신 가능 범위가 될 수 있다.
코일(25)은 제 1 무선 전력으로서, 미리 설정된 시간차를 두고 전송 시간이 짧은 하나 이상의 단펄스를 송신할 수 있다.
또한, 코일(52)은 복수개(52a-52c) 마련될 수 있다. 코일(52)이 복수개 마련된 경우, 각 코일(52a-52c)은 미리 설정된 시간차를 두고 순차적으로 제 1 무선 전력을 각각 송신할 수 있다.
예를 들어, 코일(52)은 제 1 무선 전력으로서 65ms의 짧은 시간 동안 펄스를 송신할 수 있는데, 복수개의 코일(52a-52c)이 마련된 경우, 제 1 내지 제 3 코일(52a-52c)은 순차적으로 펄스를 송신하되, 서로 30ms의 간격을 두고 펄스를 송신할 수 있다.
또한, 코일(52)은 제 2 무선 전력으로서 연속적으로 펄스를 송신할 수 있고, 복수개의 코일(52a-52c)이 마련된 경우, 복수개의 코일(52a-52c)은 동시에 제 2 무선 전력을 송신할 수 있다.
또한, 코일(52)은 도 3에 도시된 수신 코일(co2)로서 기능하여, 단말(ob1)로부터 무선 전력을 수신하는 것도 가능하다. 이하, 단말(ob1)로부터 수신한 무선 전력을 응답 전력이라 한다.
무선 전력 송신부(53)는 제어부(54)의 제어 신호에 기초하여 코일(52)에 전자기 유도 현상이 발생하도록 전력 신호를 생성한다.
무선 전력 송신부(53)는 제 1 무선 전력에 대응하는 제 1 전력 신호를 생성하는 제 1 송신부(53a) 및 제 2 무선 전력에 대응하는 제 2 전력 신호를 생성하는 제 2 송신부(53b)를 포함할 수 있다.
제 1 전력 신호는 짧은 펄스의 제 1 무선 전력이 주변에 송신되도록 코일(52)에 공급되는 전류일 수 있고, 제 2 전력 신호는 연속적이거나 제 1 무선 전력보다 긴 펄스를 갖는 제 2 무선 전력이 주변에 송신되도록 코일(52)에 공급되는 전류일 수 있다.
제 1 송신부(53a) 및 제 2 송신부(53b)는 지원하는 프로토콜에 따라 자기유도방식으로 전력 신호를 생성하는 WPC 모듈, 및 PMA 모듈, 및 자기 공명 방식으로 전력 신호를 생성하는 A4WP 모듈 중 적어도 어느 하나로 구현될 수 있다.
일 실시예는 제 1 송신부(53a)와 제 2 송신부(53b)가 별개로 마련된 것으로 기술되었으나, 제 1 송신부(53a)와 제 2 송신부(53b)는 단일의 형태로 결합되어 하나의 모듈에서 제 1 전력 신호와 제 2 전력 신호를 생성할 수 있다.
제어부(54)는 차량용 충전 장치(50)의 각 구성요소를 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다.
제어부(54)는 저장부(55)에 저장된 프로그램과 데이터에 따라 제어 신호를 생성하는 프로세서를 포함한다.
저장부(55)는 차량용 충전 장치(50)를 제어하기 위한 프로그램과 데이터가 저장되는 메모리를 포함한다. 저장부(55)에는 제어부(55)가 생성한 데이터가 저장될 수 있다.
저장부(55)와 제어부(54)는 별도의 모듈로서 마련되는 것뿐만 아니라, 단일의 모듈로서 결합될 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여, 일 실시예에 따른 차량용 충전 장치(50)의 제어부(54)가 차량용 충전 장치(50)의 각 구성요소를 제어하는 방법에 대해서 설명한다. 도 6은 일 실시예에 따른 충전 장치의 제어방법에 대한 순서도이다.
일 실시예에 따른 제어부(54)는 코일(52)이 제 1 무선 전력을 송신하도록 무선 전력 송신부(53)의 제 1 송신부(53a)를 제어한다(1111).
제어부(54)는 예를 들어, 차량용 충전 장치(50)의 전원이 켜진 경우, 제 1 송신부(53a)가 제 1 무선 전력을 송신하도록 제어할 수 있고, 충전이 중단되면, 제 1 송신부(53a)가 미리 설정된 시간 이후에 자동으로 제 1 무선 전력을 송신하도록 제어할 수도 있다.
제 1 무선 전력은 짧은 펄스를 갖는 무선 전력으로서, 물체와 부딪치면 음파를 생성한다. 이 경우, 제 1 무선 전력과 이물질이 부딪치면 잡음이 발생하여 주변에 이명현상이 나타나나, 충전 가능한 단말(ob1)과 제 1 무선 전력이 부딪치면 이러한 이명현상이 발생하지 않는다.
따라서, 음파 수신부(51)가 코일(54) 주변의 음파를 수신하면(1112), 제어부(54)는 음파 수신부(51)가 생성한 전기적 신호에 기초하여 음파의 주파수 스펙트럼을 분석함(1113)으로써 제 1 무선 전력 송신에 의해 이명현상이 발생했는지 판단하고, 물체가 충전 불가능한 이물질인지 충전 가능한 단말(ob1)인지 여부를 판단한다. 제어부(54)가 음파의 주파수 스펙트럼을 분석하는 과정(1113)에 대한 자세한 설명은 후술한다.
이어서, 제어부(54)는 주파수 스펙트럼의 분석 결과, 충전이 불가한 이물질이 주변에 있는 것으로서 판단된 경우(1113의 "충전 불가"), 충전을 중단한다(1118).
여기서, 충전을 중단하는 것(1118)은 탑승자의 별도의 무선 충전 명령이 있을 때까지 더 이상의 프로세스를 진행하지 않는 것을 포함한다.
또한, 충전을 중단하는 것(1118)은, 이미 제 2 무선 전력을 송신하고 있던 중인 경우, 제 2 무선 전력의 송신을 중단시키는 것을 포함한다.
또한, 충전을 중단하는 것(1118)은 미리 설정된 재송신 시간이 경과하면 다시 제 1 무선 전력을 송신하도록(1111) 제 1 송신부(53a)를 제어하는 것을 포함한다.
이와 같이, 짧은 펄스를 갖는 제 1 무선 전력을 송신하여 음파의 주파수 스펙트럼을 분석하는 것만으로도 차량용 충전 장치(50)는 단말(ob1)과 이물질을 구분할 수 있고, 이물질에 대해서는 더 이상 제 2 무선 전력을 송신하지 않아도 되므로, 불필요한 전력 소비가 줄어들 수 있다.
그러나, 제어부(54)는 단말(ob1)이 감지된 경우(1113의 "충전 가능"), 코일(52)이 제 2 무선 전력을 송신하도록 무선 전력 송신부(53)의 제 2 송신부(53b)를 제어한다(1114).
제 2 무선 전력은 단말(ob1)이 차량용 충전 장치(50)와 동일한 프로토콜을 지원하는 지 확인하기 위한 핑(Ping; Packet Internet Grouper) 신호를 포함한다.
또한, 제 2 무선 전력은 제 1 무선 전력보다 긴 펄스를 갖는 무선 전력으로서, 단말(ob1)을 충전하는 기능을 수행할 수 있다.
이어서, 제어부(54)는 코일(52)이 단말(ob1)로부터 응답 전력을 수신하였는지 여부를 판단하고(1115), 코일(52)이 응답 전력을 수신하지 않은 경우(1115의 "아니오"), 단말(ob1)이 차량용 충전 장치(50)가 지원하는 프로토콜을 지원하지 않거나 더 이상 충전을 원하지 않는 것으로 판단하고 충전을 중단한다(1118).
그러나, 제어부(54)는 코일(52)이 응답 전력을 수신한 경우(1115의 "예"), 응답 전력의 크기와 송신한 제 2 무선 전력의 크기를 비교한다(1116).
구체적으로, 제어부(54)는 제 2 무선 전력과 응답 전력의 크기 차가 미리 설정된 기준값(x; 예를 들어, 1.4W)보다 큰 경우(1116의 "예"), 응답 전력이 약한 것으로 판단하고, 대기 시간 동안 제 2 무선 전력의 송신과정(1114)과 응답 전력의 수신 과정(1115)을 반복한다(1117의 "아니오"). 다만, 제어부(54)는 응답 전력이 지속적으로 약하다고 판단된 상태에서 대기 시간이 경과한 경우(1117의 "예"), 응답 전력을 수신하지 않은 경우(1115의 "아니오")와 마찬가지로 충전을 중단한다(1118).
한편, 제어부(54)는 제 2 무선 전력과 응답 전력의 크기 차가 미리 설정된 기준값(x) 이하인 경우(1116의 "아니오"), 응답 전력이 강한 것으로 판단하고, 제 2 무선 전력과 응답 전력의 크기 차가 미리 설정된 기준값(x) 초과가 될 때까지(즉, 응답 전력의 크기가 약해질 때까지) 제 2 무선 전력의 송신과정(1114)과 응답 전력의 수신 과정(1115)을 반복한다(1117의 "아니오"). 이러한 제 2 무선 전력의 송신과정(1114)과 응답 전력의 수신 과정(1115)에 의해 단말(ob1)이 충전될 수 있다.
이하, 도 7 내지 도 9를 참조하여, 일 실시예에 따른 차량용 충전 장치(50)의 제어부(54)가 음파의 주파수 스펙트럼을 분석하는 방법(1113)에 대해 자세히 설명한다.
도 7은 일 실시예에 따른 충전 장치와 단말 간의 제 1 무선 전력 및 음파 송수신 과정을 설명하기 위한 개념도이고, 도 8은 일 실시예에 따른 충전 장치와 이물질 간의 제 1 무선 전력 및 음파 송수신 과정을 설명하기 위한 개념도이며, 도 9는 단말에 의해 수신된 음파의 주파수 스펙트럼에 대한 다양한 예시도이다.
차량용 무선 장치(50)의 코일(52)이 짧은 펄스(예를 들어, 65ms의 펄스)를 갖는 제 1 무선 전력을 주변에 송신하는 경우, 코일(52) 주변의 물체는 제 1 무선 전력에 반응하여 다양한 주파수 스펙트럼을 갖는 음파를 송신한다.
도 7을 참조하면, 차량용 무선 장치(50) 주변에 충전이 가능한 단말(ob1)이 존재하는 경우, 차량용 무선 장치(50)의 음파 수신부(51)로부터 감지되는 음파는 특정한 주파수 대역(f1)에서 기준값(ref) 이상의 크기를 갖고, 그 외의 주파수 대역에서는 기준값(ref) 미만의 크기를 가질 수 있다.
또는, 미도시되었으나, 차량용 무선 장치(50) 주변에 충전이 가능한 단말(ob1)이 존재하는 경우, 차량용 무선 장치(50)의 음파 수신부(51)로부터 감지되는 음파는 전체 주파수 대역에서 기준값(ref) 미만의 크기를 가질 수 있다.
그러나, 도 8을 참조하면, 차량용 무선 장치(50) 주변에 충전이 불가능한 이물질(ob2; 예를 들어, 금속 물질)이 존재하는 경우, 차량용 무선 장치(50)의 음파 수신부(51)에 의해 수신된 음파는 넓은 주파수 대역(f2)에서 기준값(ref) 이상의 크기를 갖는다.
일 실시예에 따른 차량용 무선 장치(50)의 제어부(54)는 이러한 단말(ob1)과 이물질(ob2)의 음파의 주파수 스펙트럼의 특성을 분석함으로써 단말(ob1)과 이물질(ob2)을 구분할 수 있다.
일 예로서, 도 9의 (a)를 참조하면, 제어부(54)는 음파의 크기가 미리 설정된 제 1 주파수 대역(f1)에서 기준값(ref) 이상이고, 그 외의 주파수 대역에서 기준값(ref) 미만인 경우, 차량용 무선 장치(50) 주변의 물체가 단말(ob1)인 것으로 판단할 수 있다. 미리 설정된 제 1 주파수 대역(f1)에 대한 정보는 저장부(55)에 미리 데이터베이스로서 저장된 것일 수 있다.
또한, 제어부(54)는 음파의 크기가 미리 설정된 제 1 주파수 대역(f1)에서 기준값(ref) 이상이고, 미리 설정된 제 2 주파수 대역(f2; 예를 들어, 20Hz이상 10kHz 미만의 가청 주파수 대역)에서 기준값(ref) 미만인 경우, 차량용 무선 장치(50) 주변의 물체가 단말(ob1)인 것으로 판단할 수 있다. 미리 설정된 제 1 주파수 대역(f1) 및 제 2 주파수 대역(f2)에 대한 정보는 저장부(55)에 미리 데이터베이스로서 저장된 것일 수 있다.
여기서, 제 1 주파수 대역(f1)은 단말(ob1)의 종류에 따라 도 9의 (a), (b)에 도시된 바와 같이 서로 다르게 설정된 것일 수 있다. 저장부(55)는 단말(ob1)의 종류에 각각 대응하는 제 1 주파수 대역(f1)을 데이터 베이스로서 저장하고 있을 수 있다.
또한, 도 9의 (c)를 참조하면, 제어부(54)는 음파가 검출되되, 전체 주파수 대역(즉, 음파 수신부(51)가 수신 가능한 모든 주파수 대역)에서 기준값(ref) 미만인 경우, 차량용 무선 장치(50) 주변의 물체가 단말(ob1)인 것으로 판단할 수 있다.
또한, 도시되지 않았으나, 전체 주파수 대역에서 음파가 검출되지 않는 경우, 차량용 무선 장치(50) 주변의 물체가 비금속성 이물질인 것으로 판단하는 것도 가능하다.
한편, 제어부(54)는 음파의 크기가 미리 설정된 제 2 주파수 대역(f2; 예를 들어, 20Hz이상 10kHz 미만의 가청 주파수 대역)에서 기준값(ref) 이상인 경우, 차량용 무선 장치(50) 주변의 물체가 이물질(ob2)인 것으로 판단할 수 있다.
또한, 제어부(54)는 음파의 크기가 제 1 주파수 대역(f1) 외의 다른 주파수 대역에서 기준값(ref) 이상인 경우, 차량용 무선 장치(50) 주변의 물체가 이물질(ob2)인 것으로 판단할 수 있다.
또한, 제어부(54)는 음파의 크기가 전체 주파수 대역에서 기준값(ref) 이상인 경우, 차량용 무선 장치(50) 주변의 물체가 이물질(ob2)인 것으로 판단할 수 있다.
이와 같이, 차량(100)에 포함된 차량용 충전 장치(50)는 제 1 무선 전력을 송신하여 주변에 존재하는 물체의 음파를 수신하고, 음파의 주파수 스펙트럼을 분석함으로써 단말(ob1)과 이물질(ob2)을 구분하여 무선 전력을 전송할 수 있으므로, 이물질로의 무선 전력 전송으로 인한 전력 낭비를 줄일 수 있다.
전술한 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 차량 50: 충전 장치
51: 음파 수신부 52: 코일
53: 무선 전력 송신부 53a: 제 1 송신부
53b: 제 2 송신부 54: 제어부
55: 저장부

Claims (20)

  1. 제1 무선 전력을 송신하는 코일;
    상기 제 1 무선 전력에 의해 생성된 음파를 수신하는 음파 수신부; 및
    상기 음파의 주파수 스펙트럼을 분석하여 충전 가능한 단말과 이물질을 구분하는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는 상기 음파의 크기가 미리 설정된 제 1 주파수 대역에서 미리 설정된 기준값 이상이고, 상기 제 1 주파수 대역 외의 주파수 대역에서 상기 기준값 미만인 경우, 상기 충전 가능한 단말로서 판단하고,
    상기 충전 가능한 단말로서 판단된 경우, 상기 코일이 상기 단말의 무선 충전을 위한 제 2 무선 전력을 송신하도록 제어하는 차량용 충전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 코일은 제 1 무선 전력으로서 하나 이상의 단펄스를 송신하는 차량용 충전 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 코일은 복수개이고, 각 코일은 상호 시간차를 두고 순차적으로 단펄스를 송신하는 차량용 충전 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 음파의 크기가 미리 설정된 제 1 주파수 대역에서 미리 설정된 기준값 이상이고, 미리 설정된 제 2 주파수 대역에서 기준값 미만인 경우, 상기 충전 가능한 단말로서 판단하는 차량용 충전 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 주파수 대역은 20Hz이상 10kHz 미만의 가청 주파수 대역인 차량용 충전 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 음파 수신부가 수신 가능한 모든 주파수 대역에서 상기 음파의 크기가 미리 설정된 기준값 미만인 경우, 상기 충전 가능한 단말로서 판단하는 차량용 충전 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 음파의 크기가 미리 설정된 주파수 대역에서 미리 설정된 기준값 이상인 경우, 상기 이물질로서 판단하는 차량용 충전 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 미리 설정된 주파수 대역은 20Hz이상 10kHz 미만의 가청 주파수 대역인 차량용 충전 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 음파 수신부가 수신 가능한 모든 주파수 대역에서 상기 음파의 크기가 미리 설정된 기준값 이상인 경우, 상기 이물질로서 판단하는 차량용 충전 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 코일이 상기 단말로부터 응답 전력을 수신한 경우 제 2 무선 전력을 반복 송신하나, 상기 코일이 상기 단말로부터 응답 전력을 수신하지 않은 경우 상기 제 2 무선 전력의 송신을 중단하는 차량용 충전 장치.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제1 무선 전력을 송신하는 단계;
    상기 제 1 무선 전력에 의해 생성된 음파를 수신하는 단계;
    상기 음파의 주파수 스펙트럼을 분석하여 충전 가능한 단말과 이물질을 구분하는 단계; 및
    상기 충전 가능한 단말로서 판단된 경우, 상기 단말의 무선 충전을 위한 제 2 무선 전력을 송신하는 단계를 포함하되,
    상기 구분하는 단계는 상기 음파의 크기가 미리 설정된 제 1 주파수 대역에서 미리 설정된 기준값 이상이고, 상기 제 1 주파수 대역 외의 주파수 대역에서 상기 기준값 미만인 경우, 상기 충전 가능한 단말로서 판단하는 단계를 포함하는 차량의 제어방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 무선 전력을 송신하는 단계는 제 1 무선 전력으로서 하나 이상의 단펄스를 송신하는 단계를 포함하는 차량의 제어방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 무선 전력을 송신하는 단계는 상호 시간차를 두고 순차적으로 복수개의 단펄스를 송신하는 단계를 포함하는 차량의 제어방법.
  17. 삭제
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 구분하는 단계는 상기 음파의 크기가 미리 설정된 제 1 주파수 대역에서 미리 설정된 기준값 이상이고, 미리 설정된 제 2 주파수 대역에서 기준값 미만인 경우, 상기 충전 가능한 단말로서 판단하는 단계를 포함하는 차량의 제어방법.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 구분하는 단계는 상기 음파의 크기가 미리 설정된 주파수 대역에서 미리 설정된 기준값 이상인 경우, 상기 이물질로서 판단하는 차량의 제어방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 미리 설정된 주파수 대역은 20Hz이상 10kHz 미만의 가청 주파수 대역인 차량의 제어방법.
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