KR20130106706A - 수전 코일의 위치 탐색이 가능한 무접점 충전 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

수전 코일의 위치 탐색이 가능한 무접점 충전 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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박래혁
황정만
박운규
이지형
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엘에스전선 주식회사
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Abstract

본 발명은 수전 코일의 위치 탐색이 가능한 무접점 충전 장치 및 그 제어 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 무접점 충전 장치는, 배터리 장치에 내장된 수전 코일과 자기적으로 결합되어 충전 전력을 유도하는 다수의 급전 코일이 배열된 급전 코일 어레이를 포함하는 무접점 충전 패드; 및 상기 급전 코일 어레이의 각 급전 코일들을 예비적으로 구동시키고, 각 급전 코일의 예비 구동에 따라 유기되는 충전 전력을 모니터링하여 상기 무접점 충전 패드 상에 임의로 위치한 수전 코일의 위치를 탐색하고, 이렇게 탐색된 위치에 대응되는 급전 코일만을 구동시켜 무접점으로 상기 배터리 장치에 충전 전력을 전달하는 무접점 충전 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

수전 코일의 위치 탐색이 가능한 무접점 충전 장치 및 그 제어 방법{Apparatus for wireless charger capable of searching receive coil and Method for controlling the same}
본 발명은 유도 결합을 이용한 무접점 충전 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 급전 코일이 배열된 급전 코일 어레이를 구비한 무접점 충전 패드 상에 위치한 수전 코일의 위치를 탐색하여 최적의 효율로 무접점 충전이 가능하도록 하는 수전 코일의 위치 탐색이 가능한 무접점 충전 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 이동통신단말, PDA 등과 같은 휴대형 전자기기에는 충전 가능한 이차전지를 내장한 배터리가 장착되어 전원을 제공한다. 이차전지를 충전하기 위해서는 가정용 상용 전원을 적절한 전압으로 조정하여 휴대형 전자기기에 공급하는 별도의 충전장치가 필요하다. 통상적으로, 충전장치와 배터리에는 외부에 각각 별도의 접촉단자가 구성되어 있어서, 두 접촉단자를 서로 접속시키는 것에 의해 충전장치와 배터리를 전기적으로 연결한다.
그러나, 이와 같이 접촉단자가 외부에 돌출되면, 미관상 좋지 않고 접촉단자가 외부의 이물질에 오염되어 접촉 상태가 쉽게 불량해지는 문제점이 있다. 또한, 사용자의 부주의로 배터리에 단락이 발생하거나 습기에 노출되면, 충전에너지가 쉽게 소실될 수 있다.
이러한 접촉식 충전방식의 문제점을 해결하기 위하여, 1차 코일(급전코일)을 구비한 충전장치와, 2차 코일(수전코일)을 구비한 배터리 간의 유도 결합을 이용하여 비접촉 방식으로 배터리를 충전하는 무접점 충전 시스템이 제안되었다. 이와 관련된 기술로는 대한민국 공개특허공보 제2002-57468호, 대한민국 공개특허공보 제2002-57469호, 대한민국 등록특허공보 제428,713호, 대한민국 공개특허공보 제2002-35242호, 미국 공개특허 제2003/0,210,106호 등에 개시된 비접촉식 충전 시스템을 들 수 있다.
그러나, 상술한 종래의 무접점 충전 시스템의 경우, 1차 코일과 2차 코일 사이의 위치 관계(positional relationship)에 따라 충전 효율이 좌우되는 단점을 가지게 된다. 즉, 1차 코일과 2차 코일 사이에 위치 어긋남(positional offset)이 존재하면, 2차 코일에 유도기전력이 충분히 유기되지 않기 때문에 유접점 충전 시스템에 비해 충전 효율이 매우 떨어지게 된다. 따라서, 사용자는 2차 코일이 내장된 휴대형 전자기기나 배터리팩을 충전모체상의 최적의 위치에 놓을 수 있도록 노력해야만 한다.
이러한 문제를 해소하기 위해서, 2차 코일의 위치나 방향과 무관하게 높은 충전 효율을 보장할 수 있도록 1차 코일의 배치 패턴을 변환시키는 노력들이 수행 되었다.
대한민국 등록특허 제 524,254 호(이하, 254'호 특허로 약칭한다)는 무선 충전용 패드(1차측 충전모체)상에 코발트 계열 또는 페라이트 재질의 소형 코어를 다수개 붙인 평판 코어상에 일정 패턴을 가진 코일을 형성한 코어블록을 배치한 무접점 충전 시스템을 개시하고 있다.
그러나, 상기 254'호 특허와 같이 1차 코일과 2차 코일간의 위치 어긋남을 보상하기 위해서, 충전모체의 동일 평면상에 다수개의 코일을 교호적으로 또는 병렬로 배치하는 것은 단일한 코일을 이용하는 경우에 비해 에너지 낭비가 과도하다는 문제점을 갖게 된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 다수의 급전 코일이 배열된 급전 코일 어레이와 수전 코일의 유도 결합을 이용한 무접점 충전 장치에 있어서, 임의로 위치한 수전 코일의 위치를 탐색하고, 탐색된 위치의 급전 코일을 통해 무접점 충전이 이루어질 수 있도록 구성함으로써, 최적의 효율로 무접점 충전이 가능하면서도 에너지 낭비를 최소화시킬 수 있는 수전 코일의 위치 탐색이 가능한 무접점 충전 장치 및 그 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 무접점 충전 장치는, 배터리 장치에 내장된 수전 코일과 자기적으로 결합되어 충전 전력을 유도하는 다수의 급전 코일이 배열된 급전 코일 어레이를 포함하는 무접점 충전 패드; 및 상기 급전 코일 어레이의 각 급전 코일들을 예비적으로 구동시키고, 각 급전 코일의 예비 구동에 따라 유기되는 충전 전력을 모니터링하여 상기 무접점 충전 패드 상에 임의로 위치한 수전 코일의 위치를 탐색하고, 이렇게 탐색된 위치에 대응되는 급전 코일만을 구동시켜 무접점으로 상기 배터리 장치에 충전 전력을 전달하는 무접점 충전 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 무접점 충전 모듈은, 상용 교류전원을 입력받아 직류전원으로 변환하여 공급하는 전원 공급부; 상기 전원 공급부로부터 공급받은 전원을 무접점 충전에 필요한 고주파 교류전류로 생성하는 고주파 전력 발생부; 상기 고주파 전력 발생부로부터 생성된 고주파 교류전류를 상기 급전 코일 어레이의 각 급전 코일들에 선택적으로 인가하는 코일 구동 회로부; 상기 급전 코일 어레이의 각 급전 코일의 구동에 따라 유기되는 충전 전력의 세기를 검출하여 출력하는 충전 전력 검출부; 및 상기 코일 구동 회로부를 제어하여 상기 급전 코일 어레이의 각 급전 코일들을 예비적으로 구동시키고, 상기 충전 전력 검출부에서 검출된 각 급전 코일의 충전 전력의 세기를 모니터링하여 상기 무접점 충전 패드 상에 임의로 위치한 수전 코일의 위치를 탐색하고, 이렇게 탐색된 위치에 대응되는 급전 코일만을 구동시키는 제어부를 포함하여 구성된다.
바람직하게, 상기 무접점 충전 모듈의 제어부는, 상기 코일 구동 회로부를 제어하여 상기 급전 코일 어레이의 각 급전 코일들을 예비 구동시키고, 상기 충전 전력 검출부에서 검출된 각 급전 코일의 충전 전력의 세기가 소정 레벨을 초과하는 경우, 해당 급전 코일의 위치에 상기 수전 코일이 위치하는 것으로 탐색한다.
바람직하게, 상기 무접점 충전 모듈의 제어부는, 상기 코일 구동 회로부를 제어하여 상기 급전 코일 어레이의 각 급전 코일들을 예비 구동시키고, 상기 충전 전력 검출부에서 검출된 각 급전 코일의 충전 전력의 세기를 상호 비교하여 충전 전력이 최대값인 급전 코일의 위치에 상기 수전 코일이 위치한 것으로 탐색한다.
바람직하게, 상기 무접점 충전 모듈의 제어부는, 상기 급전 코일 어레이의 각 급전 코일들에 대해 중심 급전 코일과 상기 중심 급전 코일에 인접한 주변 급전 코일들로 그룹화하여 적어도 하나 이상의 급전 코일 블록으로 구분하여 제어한다.
바람직하게, 상기 무접점 충전 모듈의 제어부는, 상기 급전 코일 블록 중에서 임의의 급전 코일 블록을 선택하고, 상기 코일 구동 회로부를 제어하여 해당 급전 코일 블록의 중심 급전 코일과 주변 급전 코일들을 순차적으로 예비 구동시키고, 상기 충전 전력 검출부에서 검출된 중심 급전 코일과 주변 급전 코일들의 충전 전력의 세기를 상호 비교하여 중심 코일의 충전 전력이 최대값인 경우 중심 급전 코일의 위치에 상기 수전 코일이 위치한 것으로 탐색한다.
바람직하게, 상기 무접점 충전 모듈의 제어부는, 상기 급전 코일 블록 중에서 임의의 급전 코일 블록을 선택하고, 상기 코일 구동 회로부를 제어하여 해당 급전 코일 블록의 중심 급전 코일과 주변 급전 코일들을 순차적으로 예비 구동시키고, 상기 충전 전력 검출부에서 검출된 중심 급전 코일과 주변 급전 코일들의 충전 전력의 세기를 상호 비교하여 주변 급전 코일 중에서 상기 중심 급전 코일의 값보다 큰 값이 있는 경우, 해당 급전 코일 블록 내에서의 충전 전력의 세기가 최대인 급전 코일을 새로운 중심 급전 코일로 재지정하고, 재지정된 중심 급전 코일에 인접한 주변 급전 코일들이 새로운 주변 급전 코일로 구성되는 가상의 급전 코일 블록을 형성한다.
바람직하게, 상기 무접점 충전 모듈의 제어부는, 상기 중심 급전 코일 또는 재지정된 중심 급전 코일의 충전 전력이 최대값인 경우에 도달할 때까지 지속한다.
바람직하게, 상기 무접점 충전 모듈의 제어부는, 상기 급전 코일 블록들의 모든 중심 급전 코일들을 예비 구동시키고, 상기 충전 전력 검출부에서 검출된 충전 전력의 세기를 비교하여 최대값을 나타내는 중심 급전 코일의 해당 급전 코일 블록에서 수전 코일의 탐색을 시작한다.
바람직하게, 상기 무접점 충전 모듈의 제어부는, 상기 급전 코일 블록들의 모든 중심 급전 코일들을 예비 구동시키고, 상기 충전 전력 검출부에서 검출된 충전 전력의 세기를 비교하여 소정 레벨 이상을 나타내는 중심 급전 코일의 해당 급전 코일 블록에서 수전 코일의 탐색을 시작한다.
바람직하게, 상기 무접점 충전 모듈의 제어부는, 상기 급전 코일 블록 중에서 임의의 급전 코일 블록을 선택하고, 상기 코일 구동 회로부를 제어하여 해당 급전 코일 블록의 중심 급전 코일과 주변 급전 코일들을 순차적으로 예비 구동시키고, 상기 충전 전력 검출부에서 검출된 중심 급전 코일과 주변 급전 코일들의 충전 전력의 세기를 비교하여 해당 급전 코일 블록 내에서의 모든 급전 코일의 충전 전력의 세기가 소정 레벨 이하인 경우, 새로운 급전 코일 블록을 수전 코일 탐색을 위한 급전 코일 블록으로 선택한다.
바람직하게, 상기 급전 코일 어레이는 다수의 급전 코일들이 서로 지그-재그(Zig-Zag) 형태로 엇갈리게 배열된다.
바람직하게, 상기 급전 코일 어레이는 다수의 급전 코일들이 매트릭스 형태로 배열된다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 무접점 충전 제어 방법은, 배터리 장치에 내장된 수전 코일과 자기적으로 결합되어 충전 전력을 유도하는 다수의 급전 코일이 배열된 급전 코일 어레이를 포함하는 무접점 충전 패드를 이용한 무접점 충전 제어 방법에 있어서, (a) 상기 급전 코일 어레이의 각 급전 코일들을 예비 구동하는 단계; (b) 상기 급전 코일 어레이의 각 급전 코일의 예비 구동에 따라 유기되는 충전 전력의 세기를 모니터링하여 상기 무접점 충전 패드 상에 임의로 위치한 수전 코일의 위치를 탐색하는 단계; 및 (c) 상기 수전 코일이 탐색된 위치에 대응되는 급전 코일만을 구동시켜 무접점으로 상기 배터리 장치에 충전 전력을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 (b) 단계는, 검출된 각 급전 코일의 충전 전력의 세기가 소정 레벨을 초과하는 경우, 해당 급전 코일의 위치에 상기 수전 코일이 위치한 것으로 탐색한다.
바람직하게, 상기 (b) 단계는, 검출된 각 급전 코일의 충전 전력의 세기를 상호 비교하여 충전 전력이 최대값인 급전 코일의 위치에 상기 수전 코일이 위치한 것으로 탐색한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 무접점 충전 제어 방법은, 배터리 장치에 내장된 수전 코일과 자기적으로 결합되어 충전 전력을 유도하는 다수의 급전 코일이 배열된 급전 코일 어레이를 포함하는 무접점 충전 패드를 이용한 무접점 충전 제어 방법에 있어서, (a) 상기 급전 코일 어레이의 각 급전 코일들에 대해 중심 급전 코일과 상기 중심 급전 코일에 인접하는 주변 급전 코일들로 그룹화하여 적어도 하나 이상의 급전 코일 블록으로 구분하고, 상기 급전 코일 블록별로 해당 급전 코일 블록의 중심 급전 코일과 주변 급전 코일들을 순차적으로 예비 구동하는 단계; (b) 상기 급전 코일 블록의 중심 급전 코일과 주변 급전 코일들이 순차적으로 예비 구동됨에 따라 충전 전력이 검출되는지 여부를 모니터링하는 단계; (c) 상기 급전 코일 블록의 급전 코일에서 충전 전력이 검출되면, 해당 급전 코일 블록의 중심 급전 코일과 주변 급전 코일들의 충전 전력의 세기를 상호 비교하여 충전 전력이 최대값인 급전 코일의 위치에 상기 수전 코일이 위치한 것으로 탐색하는 단계; 및 (d) 상기 수전 코일이 탐색된 위치에 대응되는 급전 코일만을 구동시켜 무접점으로 상기 배터리 장치에 충전 전력을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 (c) 단계는, 상기 급전 코일 블록의 중심 급전 코일과 주변 급전 코일들의 충전 전력의 세기를 상호 비교하여 충전 전력이 최대값인 급전 코일이 주변 급전 코일인 경우, (c1) 충전 전력이 최대값인 주변 급전 코일을 중심 급전 코일로 재지정하는 단계; (c2) 상기 재지정된 중심 급전 코일의 주변 급전 코일들을 예비 구동하는 단계; 및 (c3) 상기 주변 급전 코일들의 예비 구동에 따라 검출된 주변 급전 코일의 충전 전력의 세기와 재지정된 중심 급전 코일의 충전 전력의 세기를 상호 비교하여 충전 전력이 최대값인 급전 코일의 위치에 상기 수전 코일이 위치한 것으로 탐색하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게, 상기 (c1) 내지 (c3) 단계는, 상기 중심 급전 코일 또는 재지정된 중심 급전 코일의 충전 전력이 최대값인 경우에 도달할 때까지 지속한다.
본 발명에 따르면, 무접점 충전 패드를 다수의 급전 코일이 배열된 급전 코일 어레이로 구성하고, 이를 통해 무접점 충전 패드 상에 임의로 위치한 수전 코일의 위치를 탐색하고 해당 위치의 급전 코일을 통해 무접점 충전이 진행됨으로써, 최적의 효율로 무접점 충전이 가능하면서도 에너지 낭비를 최소화시킬 수 무접점 충전 장치를 제공할 수 있다. 또한, 다수의 급전 코일이 배열된 급전 코일 어레이를 통해 다수의 휴대형 전자기기를 동시에 무접점 충전하는 것이 가능하다.
본 명세서에 첨부되는 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 후술되는 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명에 따른 무접점 충전 장치의 개략적인 사용 상태도이다.
도 2는 본 발명에 따른 무접점 충전 장치의 개략적인 회로 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 급전 코일 어레이에 대한 식별 방식을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무접점 충전 방법의 절차를 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 무접점 충전 방법의 절차를 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 무접점 충전 방법의 절차를 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 무접점 충전 방법의 절차를 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 무접점 충전 장치의 개략적인 사용 상태도이고, 도 2는 본 발명에 따른 무접점 충전 장치의 개략적인 회로 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 급전 코일 어레이에 대한 식별 방식을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 무접점 충전 장치(100)는 배터리 장치(400)에 내장된 수전 코일(410)과 자기적으로 결합되어 충전 전력을 유도하는 다수의 급전 코일(210)이 배열된 급전 코일 어레이(220)를 포함하는 무접점 충전 패드(200)와, 상기 급전 코일 어레이(220)의 각 급전 코일(210)들을 예비적으로 구동시키고, 각 급전 코일(210)의 예비 구동에 따라 유기되는 충전 전력을 모니터링하여 상기 무접점 충전 패드(200) 상에 임의로 위치한 수전 코일(410)의 위치를 탐색하고, 이렇게 탐색된 위치에 대응되는 급전 코일(210)만을 구동시켜 무접점으로 상기 배터리 장치(400)에 충전 전력을 전달하는 무접점 충전 모듈(300)을 포함한다.
상기 무접점 충전 패드(200)는 개별적으로 자기장을 발생하는 다수의 급전 코일(210)이 배열된 급전 코일 어레이(220)를 포함한다. 각 급전 코일(210)은 소정 수만큼 반복적으로 권선된 코일로 이루어지며, 무접점 충전 패드(200) 상면으로부터 소정 거리 이격된 지점에 내장된다. 상기 급전 코일(210)의 모양은, 도면에 도시된 바와 같은 원형으로 형성될 수도 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 타원형, 다각형 등 다양한 형상으로 구성될 수 있다.
상기 급전 코일 어레이(220)는 종래의 단일로 코일이 이루어지는 경우에 비해, 다수의 급전 코일(210)로 구성되어 있기 때문에 상기 수전 코일(410)과의 위치 정합을 달성하는데 용이하다. 즉, 상기 무접점 충전 패드(200) 상에 위치한 배터리 장치(400)가 기울어져 놓이더라도 다수의 급전 코일(210) 중 어느 하나가 상기 수전 코일(410)에 위치하게 되므로 코일 간의 위치 어긋남(positional offset)이 발생하지 않는다.
이와 같은 급전 코일 어레이(220)를 통해, 사용자는 의식적으로 배터리 장치(400)의 수전 코일(410)과 급전 코일(210)의 위치 관계를 고민할 필요가 없기 때문에 사용상의 편리성을 높일 수 있다. 또한, 본 발명의 급전 코일 어레이(220)는 도면에 도시된 바와 같은 다수의 급전 코일(210)이 지그-재그(Zig-Zag) 형태로 엇갈리게 배치될 수도 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다수의 코일을 매트릭스 형태로 배치하는 것도 가능하다.
상기 무접점 충전 모듈(300)은 도 2에 도시된 바와 같이, 전원 공급부(310), 고주파 전력 발생부(320), 코일 구동 회로부(330), 충전 전력 검출부(340) 및 제어부(350)을 포함한다.
상기 전원 공급부(310)는 상용 교류 전원(60Hz, 220V)을 입력받아 직류전원으로 변환하여 고주파 전력 발생부(320)에 공급한다.
상기 고주파 전력 발생부(320)는 상기 전원 공급부(310)로부터 공급받은 전원을 무접점 충전에 필요한 고주파 교류전류로 변환하여 생성하고, 생성된 고주파 교류전류를 상기 코일 구동 회로부(330)를 매개로 상기 급전 코일 어레이(220)의 각 급전 코일(210)에 전달하여 각 급전 코일(210)이 수전 코일(410)과 자기적으로 커플링되었을 때 충전 전력이 유기될 수 있도록 한다. 이렇게 유기되는 충전 전력의 무선 전달을 통해 무접점으로 상기 배터리 장치(400)에 충전 전력을 전달할 수 있게 되는 것이다.
상기 코일 구동 회로부(330)는 상기 고주파 전력 발생부(320)로부터 생성된 고주파 교류전류를 상기 급전 코일 어레이(220)의 각 급전 코일(210)들에 선택적으로 인가하는 기능을 수행한다. 즉, 코일 구동 회로부(330)는 제어부(350)로부터 선택 명령을 전달받고, 이 선택 명령이 지시하는 급전 코일(210)로 상기 고주파 교류전류를 인가하게 된다. 예를 들어, 상기 코일 구동 회로부(330)는 상기 고주파 전력 발생부(320)와 급전 코일 어레이(220) 사이에 위치하는 일종의 스위칭 회로로서 제어부(350)에 의해 선택된 급전 코일(210)과 고주파 전력 발생부(320) 사이를 전기적으로 연결한다.
상기 충전 전력 검출부(340)는 상기 급전 코일 어레이(220)의 각 급전 코일(210)에 고주파 교류전류가 인가되고, 해당 위치에 수전 코일(410)이 위치하였을 때 급전 코일(210)과 수전 코일(410)이 자기적으로 커플링되어 급전 코일(210)에서 유기되는 충전 전력의 세기를 검출하여 출력하는 기능을 수행한다.
상기 제어부(350)는 일종의 마이크로 프로세서로서 무접점 충전 모듈(300)의 구성 요소 전반을 제어하며, 특히 상기 코일 구동 회로부(330)를 제어하여 상기 급전 코일 어레이(220)의 각 급전 코일(210)들을 예비적으로 구동시키고, 상기 충전 전력 검출부(340)에서 검출된 각 급전 코일(210)의 충전 전력의 세기를 모니터링하여 상기 무접점 충전 패드(200) 상에 임의로 위치한 수전 코일의 위치를 탐색하고, 이렇게 탐색된 위치에 대응되는 급전 코일(210)만을 구동시키는 프로세스 처리를 통해 상기 배터리 장치(400)로의 무접점 충전 과정을 제어한다.
상기 제어부(350)는 상기 무접점 충전 패드(200) 상에 임의로 위치한 수전 코일(410)의 위치를 탐색하는 수전 코일 탐색 모드와, 탐색된 수전 코일(410)의 위치에 대응되는 급전 코일(210)을 통해 상기 배터리 장치(400)에 무접점으로 충전 전력을 전달하는 충전 모드로 구분하여 무접점 충전 모듈(300)의 각 구성 요소를 전반적으로 제어한다.
상기 수전 코일 탐색 모드에서 상기 제어부(350)는 상기 코일 구동 회로부(330)를 제어하여 상기 급전 코일 어레이(220)의 각 급전 코일(210)들을 예비 구동시키고, 상기 충전 전력 검출부(340)에서 검출된 각 급전 코일(210)의 충전 전력의 세기를 모니터링하여 상기 무접점 충전 패드(200) 상에 임의로 위치한 수전 코일(410)의 위치를 탐색한다. 여기서, 급전 코일의 예비 구동은 상기 급전 코일(210)에 고주파 교류전류를 예비적으로 인가하여 해당 급전 코일(210)과 자기적으로 커플링되는 수전 코일(410)이 있는지를 확인하기 위한 동작으로, 해당 급전 코일(210) 주변에 수전 코일(410)이 위치되었다고 가정하였을 때, 고주파 교류전류가 인가된 급전 코일(210)은 수전 코일(410)과 자기적으로 커플링되어 충전 전력이 유기되게 된다. 이렇게 급전 코일(210)에서 유기되는 충전 전력의 세기를 모니터링하는 것을 통해 수전 코일 탐색 모드에서는 수전 코일(410)의 위치를 탐색할 수 있는 것이다.
일 예로, 상기 제어부(350)는 상기 코일 구동 회로부(330)를 제어하여 도 2에 도시된 각 급전 코일(210)의 코일번호(#1 ~ #48)의 순서에 따라 차례대로 급전 코일(210)을 예비 구동시키면서, 각 급전 코일(210)의 예비 구동에 따라 유기되는 충전 전력의 세기를 상기 충전 전력 검출부(340)를 통해 검출하고, 검출된 충전 전력 세기 값을 각 급전 코일(210)의 코일번호(#1 ~ #48)와 함께 내부 메모리(미도시)에 임시 저장한다. 그리고, 급전 코일 어레이(220)의 모든 급전 코일(210)에 대한 예비 구동과 충전 전력 세기 검출이 완료되면, 각 급전 코일(210)의 충전 전력 세기를 비교하여 수전 코일(410)의 위치를 탐색한다.
이 때, 수전 코일(410)의 위치 탐색은 상기 충전 전력 검출부(340)에서 검출된 각 급전 코일(210)의 충전 전력의 세기가 소정 레벨을 초과하는 경우를 선별하고, 소정 레벨을 초과하는 충전 전력을 갖는 급전 코일(210)의 위치에 상기 수전 코일(410)이 위치하는 것으로 탐색하거나, 상기 충전 전력 검출부(340)에서 검출된 각 급전 코일(210)의 충전 전력의 세기를 상호 비교하여 상대적으로 큰 충전 전력을 갖는 급전 코일(210)의 위치에 상기 수전 코일(410)이 위치하는 것으로 탐색하거나, 상기 충전 전력 검출부(340)에서 검출된 각 급전 코일(210)의 충전 전력의 세기를 상호 비교하여 충전 전력이 최대값인 급전 코일(210)의 위치에 상기 수전 코일(410)이 위치하는 것으로 탐색할 수 있다. 이러한 탐색 방식은 상기 급전 코일 어레이(220)의 배열 크기 즉, 구성된 급전 코일(210)의 개수나 용량에 따라 적합한 방식을 이용할 수 있다.
다른 예로, 상기 제어부(350)는 상기 코일 구동 회로부(330)를 제어하여 도 2에 도시된 각 급전 코일(210)의 코일번호(#1 ~ #48) 중 임의의 순서로 급전 코일(210)을 예비 구동시키면서, 각 급전 코일(210)의 예비 구동에 따라 유기되는 충전 전력이 상기 충전 전력 검출부(340)를 통해 검출되는지 여부를 확인하다가 충전 전력이 검출되면, 최초로 충전 전력이 검출된 급전 코일(210)을 중심 급전 코일(210)로 지정하고, 중심 급전 코일(210)의 충전 전력 세기 값을 코일번호(#1 ~ #48)와 함께 내부 메모리(미도시)에 임시 저장한다. 그리고, 중심 급전 코일(210)과 인접하는 주변 급전 코일(210)들에 대해서만 순차적으로 예비 구동시키고, 충전 전력의 세기를 검출하여 상기 중심 급전 코일(210)의 충전 전력 세기와 주변 급전 코일(210)들의 충전 전력 세기를 상호 비교하여 충전 전력이 최대값인 급전 코일(210)을 확인하고, 최대값인 급전 코일(210)이 앞서의 중심 급전 코일(210)인 경우 해당 급전 코일(210)의 위치에 상기 수전 코일(410)이 위치하는 것으로 탐색하고, 최대값인 급전 코일(210)이 앞서의 중심 급전 코일(210)이 아닌 경우, 다시 최대값인 급전 코일(210)을 중심 급전 코일(210)로 재지정하여 상기한 과정을 재차 거치게 된다. 이러한 과정은 중심 급전 코일(210)이 최대값을 갖는 급전 코일이 될 때까지 반복적으로 수행할 수 있다.
한편, 상술한 실시 예의 경우, 상기 제어부(350)가 급전 코일 어레이(220)의 각 급전 코일(210)들을 도 2에 도시된 코일번호(#1 ~ #48)로 구분하여 제어하는 것으로 설명되었다. 하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제어부(350)는 상기 급전 코일 어레이(220)의 각 급전 코일(210)들에 대해 일정 개수로 그룹화하여 적어도 하나 이상의 급전 코일 블록으로 구분하여 제어할 수 있다. 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(350)는 전체 48개의 급전 코일(210)들을 5개의 급전 코일 블록(B)으로 그룹화하고, 그룹화된 각 급전 코일 블록(B)은 중심 급전 코일(210)의 코일번호(B1-#0, B2-#0, B3-#0, B4-#0, B5-#0)과 이 중심 급전 코일(210)에 인접하는 주변 급전 코일(210)의 코일번호(B1-#1~#6, B2-#1~#6, B3-#1~#6, B4-#1~#6, B5-#1~#6)로 구분하여 제어할 수 있다.
이와 같은 실시예에서의 수전 코일 탐색 모드에서는, 또 다른 예로서, 상기 제어부(350)는 상기 코일 구동 회로부(330)를 제어하여 상기 급전 코일 블록별로 도 3에 도시된 블록번호(B1 ~ B5) 순서에 따라 차례대로 급전 코일 블록(B)을 예비 구동시키면서, 각 급전 코일 블록(B)의 예비 구동에 따라 유기되는 충전 전력의 세기를 상기 충전 전력 검출부(340)를 통해 검출하고, 검출된 충전 전력의 세기 값을 각 급전 코일 블록(B)의 블록번호(B1 ~ B5)와 함께 내부 메모리에 임시 저장한다.
이 때, 각 급전 코일 블록(B)의 예비 구동은 구성된 모든 급전 코일들을 동시에 예비 구동시키거나, 구성된 급전 코일들 중 선택된 어느 하나 예컨대, 도 3에서의 중심 급전 코일의 코일번호(B1-#0, B2-#0, B3-#0, B4-#0, B5-#0)들만을 대표적으로 예비 구동시키는 방식으로 이루어질 수 있다. 이와 같은 경우, 전체 급전 코일(210)들을 모두 탐색하지 않더라도 대표되는 급전 코일(210) 또는 그룹화된 영역의 급전 코일(210)들을 탐색하는 것을 통해 개략적으로 수전 코일(410)의 위치를 추정할 수 있게 된다.
그리고 나서, 모든 급전 코일 블록(B)에 대한 예비 구동과 충전 전력 세기 검출이 완료되면, 충전 전력이 검출된 급전 코일 블록(B)에 한하여 구성된 급전 코일(210)들을 예비 구동시키고, 충전 전력의 세기를 검출하여 해당 급전 코일 블록(B)의 각 급전 코일(210)들의 충전 전력 세기를 상호 비교하여 충전 전력이 최대값인 급전 코일(210)의 위치에 상기 수전 코일(410)이 위치하는 것으로 탐색한다.
또 다른 예로서, 상기 제어부(350)는 상기 코일 구동 회로부(330)를 제어하여 상기 급전 코일 블록별로 도 3에 도시된 블록번호(B1 ~ B5) 중 임의의 순서로 급전 코일 블록(B)에 구성된 급전 코일(210)들을 순차적으로 예비 구동시키면서, 각 급전 코일 블록(B)별로 구성된 급전 코일(210)의 예비 구동에 따라 유기되는 충전 전력이 상기 충전 전력 검출부(340)를 통해 검출되는지 여부를 확인하다가 충전 전력이 검출된 급전 코일 블록이 확인되면, 해당 급전 코일 블록(B)의 각 급전 코일(210)의 충전 전력의 세기를 비교하여 충전 전력이 최대값인 급전 코일(210)의 위치에 상기 수전 코일(410)이 위치하는 것으로 탐색한다.
한편, 최대값인 급전 코일(210)이 급전 코일 블록(B)의 외곽 쪽에 위치한 경우, 해당 급전 코일(210)의 주변 급전 코일(210)들을 추가적으로 예비 구동시키면서, 주변 급전 코일(210)의 충전 전력 세기와 비교하여 충전 전력이 최대값인 급전 코일(210)을 재확인하고, 최대값인 급전 코일(210)이 급전 코일 블록(B)의 중심부에 위치할 때까지 반복적으로 수행하여 보다 정확하게 수전 코일(410)의 위치를 탐색할 수 있도록 할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 무접점 충전 장치를 통한 무접점 충전 방법에서 수전 코일의 탐색 방법의 실시 형태를 설명한다. 설명의 편의를 위해서 본 실시예의 무접점 충전 장치(100)가 도 2과 같은 코일 어레이 구조(48개의 급전 코일이 지그-재그 구조로 배열된 형태)를 갖고, 이 무접점 충전 장치(100)의 무접점 충전 패드(200) 상에 임의의 위치로 수전 코일(410)이 내장된 배터리 장치(400)가 놓여진다고 가정한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 무접점 충전 방법의 절차를 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 무접점 충전 방법에서 수전 코일을 탐색하는 방법은, 먼저, 단계(S11)에서 교류 전원과 같은 외부 전원이 무접점 충전 모듈(300)에 인가되면, 상기 제어부(350)가 구동되어 상기 무접점 충전 패드(200) 상에 임의로 위치한 수전 코일(410)의 위치를 탐색하는 수전 코일 탐색 모드를 시작한다.
단계(S12)에서, 상기 제어부(350)는 상기 코일 구동 회로부(330)를 제어하여 각 급전 코일(210)을 예비 구동한다. 즉, 도 2에 도시된 각 급전 코일(210)의 코일번호(#1 ~ #48)의 순서에 따라 n번째의 급전 코일(210)에 상기 코일 구동 회로부(330)를 제어하여 상기 고주파 전력 발생부(320)에서 생성된 고주파 교류전류를 인가한다.
단계(S13)에서, 상기 제어부(350)는 n번째 급전 코일(210)의 예비 구동에 따라 유기되는 충전 전력의 세기를 상기 충전 전력 검출부(340)을 통해 검출하고, 검출된 충전 전력 세기 값을 n번째 급전 코일(210)의 코일번호(#1 ~ #48)와 함께 내부 메모리(미도시)에 임시 저장한다.
단계(S14)에서는 n번째 급전 코일(210)의 코일번호가 #48인지를 확인하는 것을 통해 각 급전 코일(210)이 코일번호(#1 ~ #48)의 순서에 따라 차례대로 예비 구동이 모두 완료되었는지에 대해 판단하는 단계로서, n번째 급전 코일(210)의 코일번호가 #48이 아니라면 단계(S15)로 프로세스를 이행하여 급전 코일의 코일번호 인덱스 n을 1 증가시킨 상태에서 프로세스를 단계(S12)로 이행하고, n번째 급전 코일(210)의 코일번호가 #48이라면 단계(S16)으로 프로세스를 이행한다.
단계(S15)에서, 상기 제어부(350)는 모든 급전 코일(210)의 예비 구동 및 충전 전력 검출이 완료된 것으로 판단하고, 각 급전 코일(210)의 충전 전력의 세기를 내부 메모리로부터 리드하여 각 급전 코일(210)의 충전 전력의 세기를 비교한다. 즉, 단계(S15)에서 제어부(350)는 각 급전 코일(210)에서 충전 전력이 검출되었는지 여부와 충전 전력이 검출되었다면 어느 급전 코일(210)에서 충전 전력이 검출되었는지를 확인하고, 충전 전력이 검출된 급전 코일(210)들의 충전 전력의 세기를 상호 비교한다.
단계(S16)에서, 상기 제어부(350)는 각 급전 코일(210)들의 충전 전력의 세기를 비교한 결과로부터 수전 코일의 위치를 탐색한다. 예컨대, 상기 제어부(250)는 각 급전 코일(210)의 충전 전력 세기의 비교 결과에서, 급전 코일(210)의 충전 전력의 세기가 소정 레벨을 초과하는 경우를 선별하고, 소정 레벨을 초과하는 충전 전력을 갖는 급전 코일(210)의 위치에 상기 수전 코일(410)이 위치하는 것으로 탐색하거나, 충전 전력의 세기가 다른 급전 코일(210)에 비해 상대적으로 큰 충전 전력을 갖는 급전 코일(210)의 위치에 상기 수전 코일(410)이 위치하는 것으로 탐색하거나, 충전 전력이 최대값인 급전 코일(210)의 위치에 상기 수전 코일(410)이 위치하는 것으로 탐색할 수 있다. 이와 같은 탐색 방법은 상기 급전 코일 어레이(220)의 배열 크기 즉, 구성된 급전 코일(210)의 개수나 용량에 따라 적합한 방식을 결정하여 이용될 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 무접점 충전 방법에서 수전 코일을 탐색하는 방법은, 먼저, 단계(S21)에서 교류 전원과 같은 외부 전원이 무접점 충전 모듈(300)에 인가되면, 상기 제어부(350)가 구동되어 상기 무접점 충전 패드(200) 상에 임의로 위치한 수전 코일(410)의 위치를 탐색하는 수전 코일 탐색 모드를 시작한다.
단계(S22)에서, 상기 제어부(350)는 상기 코일 구동 회로부(330)를 제어하여 각 급전 코일(210)을 예비 구동한다. 즉, 도 2에 도시된 각 급전 코일(210)의 코일번호(#1 ~ #48) 중 임의의 순서로 n번째 급전 코일(210)을 예비 구동한다.
단계(S23)에서, 상기 제어부(350)는 n번째 급전 코일(210)의 예비 구동에 따라 유기되는 충전 전력이 상기 충전 전력 검출부(340)를 통해 검출한다.
단계(S24)에서는 n번째 급전 코일(210)에서 충전 전력의 세기가 검출되는지 여부를 확인하다가 충전 전력이 검출되지 않았다면 단계(S25)로 프로세스를 이행하여 급전 코일의 코일번호 인덱스 n을 1 증가시킨 상태에서 프로세스를 단계(S22)로 이행하고, n번째 급전 코일(210)에서 충전 전력의 세기가 검출되면, 단계(S26)으로 프로세스를 이행한다.
단계(S26)에서, 상기 제어부(350)는 n번째 급전 코일(210)이 최초로 충전 전력이 검출된 급전 코일(210)인 것으로 인지하여 해당 급전 코일(210)을 중심 급전 코일(210)로 지정하고, 중심 급전 코일(210)의 충전 전력 세기 값을 n번째 급전 코일(210)의 코일번호(#1 ~ #48)와 함께 내부 메모리(미도시)에 임시 저장한다.
단계(S27)에서, 상기 제어부(350)는 중심 급전 코일(210)과 인접하는 주변 급전 코일(210)들에 대해서만 순차적으로 예비 구동시킨다. 즉, 중심 급전 코일(210)의 주변에서 예비 구동 및 충전 전력 검출이 시행되지 않았던 급전 코일(210)만을 선별하고, 선별된 급전 코일(210)들을 개별적이고도 순차적으로 상기 코일 구동 회로부(330)를 제어하여 상기 고주파 전력 발생부(320)에서 생성된 고주파 교류전류를 인가한다.
단계(S28)에서, 상기 제어부(350)는 순차적으로 예비 구동된 각 주변 급전 코일(210)에서 유기되는 충전 전력의 세기를 충전 전력 검출부(340)를 통해 검출하고, 검출된 충전 전력 세기 값을 해당 급전 코일(210)의 코일번호(#1 ~ #48)와 함께 내부 메모리에 임시 저장한다.
단계(S29)에서, 상기 제어부(350)는 상기 중심 급전 코일(210)의 충전 전력 세기와 주변 급전 코일(210)들의 충전 전력 세기를 상호 비교하여 충전 전력이 최대값인 급전 코일(210)을 확인한다.
단계(S30)에서는 상기 중심 급전 코일(210)의 충전 전력의 세기가 최대값인지 여부를 확인하고, 충전 전력이 최대값인 급전 코일(210)이 중심 급전 코일(210)이 아니라면 단계(S31)로 프로세스를 이행하여 최대값인 급전 코일(210)을 중심 급전 코일(210)로 재지정한 상태에서 프로세스를 단계(S27)로 이행하고, 충전 전력이 최대값인 급전 코일(210)이 중심 급전 코일(210)이라면 단계(S32)로 프로세스를 이행한다.
단계(S32)에서, 상기 제어부(350)는 상기 중심 급전 코일(210)의 위치에 상기 수전 코일(410)이 위치하는 것으로 탐색한다.
한편, 상술한 제1 및 제2 실시예의 경우, 상기 제어부(350)가 급전 코일 어레이(220)의 각 급전 코일(210)들을 도 2에 도시된 코일번호(#1 ~ #48)로 구분하여 제어하는 것으로 설명되었다. 하지만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제어부(350)가 상기 급전 코일 어레이(220)의 각 급전 코일(210)들에 대해 일정 개수로 그룹화하여 적어도 하나 이상의 급전 코일 블록으로 구분하여 제어할 수 있다. 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(350)는 전체 48개의 급전 코일(210)들을 5개의 급전 코일 블록(B)으로 그룹화하고, 그룹화된 각 급전 코일 블록(B)은 중심 급전 코일(210)의 코일번호(B1-#0, B2-#0, B3-#0, B4-#0, B5-#0)과 이 중심 급전 코일(210)에 인접하는 주변 급전 코일(210)의 코일번호(B1-#1~#6, B2-#1~#6, B3-#1~#6, B4-#1~#6, B5-#1~#6)로 구분하여 제어할 수 있다. 이하에서, 이와 같은 조건에서 무접점 충전 장치를 통한 무접점 충전 방법에서 수전 코일의 탐색 방법의 실시 형태를 설명한다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 제3 및 제4 실시예에 따른 무접점 충전 방법의 절차를 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 무접점 충전 방법에서 수전 코일을 탐색하는 방법은, 먼저, 단계(S41)에서 교류 전원과 같은 외부 전원이 무접점 충전 모듈(300)에 인가되면, 상기 제어부(350)가 구동되어 상기 무접점 충전 패드(200) 상에 임의로 위치한 수전 코일(410)의 위치를 탐색하는 수전 코일 탐색 모드를 시작한다.
단계(S42)에서, 상기 제어부(350)는 상기 코일 구동 회로부(330)를 제어하여 상기 급전 코일 블록(B)별로 예비 구동한다. 즉, 도 3에 도시된 각 급전 코일 블록(B)의 블록번호(B1 ~ B5)의 순서에 따라 M번째의 급전 코일 블록(B)에 상기 코일 구동 회로부(330)를 제어하여 상기 고주파 전력 발생부(320)에서 생성된 고주파 교류전류를 인가한다. 이 때, 단계(S42)에서 제어부(350)는 각 급전 코일 블록(B)의 모든 급전 코일들을 동시에 예비 구동시키거나, 구성된 급전 코일들 중 선택된 어느 하나 예컨대, 도 3에 도시된 중심 급전 코일(210)의 코일번호(B1-#0, B2-#0, B3-#0, B4-#0, B5-#0)들만을 대표적으로 예비 구동시키는 방식으로 시행될 수 있다. 이와 같은 경우, 상술한 제1 및 제2 실시예에서와는 다르게 모든 급전 코일(210)들을 탐색하지 않더라도 대표되는 급전 코일(210) 또는 그룹화된 영역의 급전 코일(210)들만을 탐색하는 것을 통해 개략적으로 수전 코일(410)의 위치를 추정할 수 있게 된다.
단계(S43)에서, 상기 제어부(350)는 M번째 급전 코일 블록(B)의 예비 구동에 따라 유기되는 충전 전력의 세기를 상기 충전 전력 검출부(340)를 통해 검출하고, 검출된 충전 전력의 세기 값을 각 급전 코일 블록(B)의 블록번호(B1 ~ B5)와 함께 내부 메모리에 임시 저장한다.
단계(S44)에서는 M번째 급전 코일 블록(B)의 블록번호가 B5인지를 확인하는 것을 통해 각 급전 코일 블록(B)이 블록번호(B1 ~ B5)의 순서에 따라 차례대로 예비 구동이 모두 완료되었는지에 대해 판단하는 단계로서, M번째 급전 코일 블록(B)의 블록번호가 B5가 아니라면 단계(S45)로 프로세스를 이행하여 급전 코일 블록(B)의 블록번호 인덱스 M을 1 증가시킨 상태에서 프로세스를 단계(S42)로 이행하고, M번째 급전 코일 블록(B)의 블록번호가 B5라면 단계(S46)으로 프로세스를 이행한다.
단계(S46)에서, 상기 제어부(350)는 모든 급전 코일 블록(B)의 예비 구동 및 충전 전력 검출이 완료된 것으로 판단하고, 각 급전 코일 블록(B)의 충전 전력의 검출 여부를 확인한다.
단계(S47)에서는 각 급전 코일 블록(B)의 충전 전력의 검출 여부 결과로부터 수전 코일(410)의 존재 유무를 확인한다. 즉, 모든 급전 코일 블록(B)에서 충전 전력이 검출되지 않았다면 무접점 충전 패드(200) 상에 수전 코일(410)이 위치하지 않은 것으로 판단하여 프로세스를 단계(S42) 이전으로 이행시키고, 충전 전력이 검출되는 급전 코일 블록(B)이 존재하는 경우에만 프로세스를 단계(S48)로 이행한다.
단계(S48)에서, 상기 제어부(350)는 충전 전력이 검출된 급전 코일 블록(B)에 대해서만 해당 급전 코일 블록(B)에 구성된 각 급전 코일(210)을 순차적으로 예비 구동시킨다. 즉, 상기 코일 구동 회로부(330)를 제어하여 충전 전력이 검출된 급전 코일 블록(B)에 구성된 급전 코일(210)에만 상기 고주파 전력 발생부(320)에서 생성된 고주파 교류전류를 인가한다.
단계(S49)에서, 상기 제어부(350)는 충전 전력이 검출된 급전 코일 블록(B)에 구성된 각 급전 코일(210)의 예비 구동에 따라 유기되는 충전 전력의 세기를 상기 충전 전력 검출부(340)를 통해 검출하고, 검출된 충전 전력 세기 값을 코일번호와 함께 내부 메모리에 임시 저장한다.
단계(S50)에서, 상기 제어부(350)는 충전 전력이 검출된 급전 코일 블록(B)에 구성된 각 급전 코일(210)의 충전 전력의 세기를 비교한다. 즉, 단계(S50)에서 제어부(350)는 충전 전력이 검출된 급전 코일 블록(B)에 구성된 각 급전 코일(210)에서 충전 전력이 검출되었는지 여부와 충전 전력이 검출되었다면 어느 급전 코일(210)에서 충전 전력이 검출되었는지를 확인하고, 충전 전력이 검출된 급전 코일(210)들의 충전 전력의 세기를 상호 비교한다.
단계(S51)에서, 상기 제어부(350)는 전 전력이 검출된 급전 코일 블록(B)에 구성된 각 급전 코일(210)의 충전 전력의 세기를 비교한 결과로부터 수전 코일의 위치를 탐색한다. 즉, 해당 급전 코일 블록(B)의 각 급전 코일(210) 중에서 충전 전력이 최대값인 급전 코일(210)의 위치에 상기 수전 코일(410)이 위치하는 것으로 탐색한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 무접점 충전 방법에서 수전 코일을 탐색하는 방법은, 먼저, 단계(S61)에서 교류 전원과 같은 외부 전원이 무접점 충전 모듈(300)에 인가되면, 상기 제어부(350)가 구동되어 상기 무접점 충전 패드(200) 상에 임의로 위치한 수전 코일(410)의 위치를 탐색하는 수전 코일 탐색 모드를 시작한다.
단계(S62)에서, 상기 제어부(350)는 상기 급전 코일 블록(B)별로 예비 구동하기 위한 사전 작업으로 도 3에 도시된 각 급전 코일 블록(B)의 블록번호(B1 ~ B5) 중 임의로 M번째의 급전 코일 블록(B)을 선택한다. 이 때, 급전 코일 블록(B)의 선택은 무접점 충전 패드(200) 상에서 수전 코일(410)이 상대적으로 많이 위치하게 되는 지점에 대응되는 급전 코일 블록(B)을 선택하는 것이 바람직하다.
단계(S63)에서, 상기 제어부(350)는 M번째 급전 코일 블록(B)에 구성된 급전 코일(210)을 예비 구동한다. 즉, 도 3에 도시된 각 급전 코일 블록(B)에서 중심 급전 코일(210)의 코일번호(B1-#0, B2-#0, B3-#0, B4-#0, B5-#0)를 우선하여 주변 급전 코일(210)의 코일번호(B1-#1~#6, B2-#1~#6, B3-#1~#6, B4-#1~#6, B5-#1~#6) 순서에 따라 각 급전 코일(210)에 상기 코일 구동 회로부(330)를 제어하여 상기 고주파 전력 발생부(320)에서 생성된 고주파 교류전류를 인가한다.
단계(S64)에서, 상기 제어부(350)는 M번째 급전 코일 블록(B)에서 순차적으로 예비 구동된 중심 급전 코일(210)과 주변 급전 코일(210)들에서 유기되는 충전 전력의 세기를 충전 전력 검출부(340)를 통해 검출하고, 검출된 충전 전력 세기 값을 코일번호와 함께 내부 메모리에 임시 저장한다.
단계(S65)에서는 M번째 급전 코일 블록(B)에서 충전 전력이 검출된 급전 코일(210)이 존재하는지 여부를 확인하다가 충전 전력이 검출되는 급전 코일(210)이 존재하지 않으면 단계(S66)으로 프로세스를 이행하여 급전 코일 블록(B)의 블록번호 인덱스 M을 1 증가시킨 상태에서 프로세스를 단계(S62)로 이행하고, 충전 전력이 검출되는 급전 코일(210)이 존재하면 단계(S67)로 프로세스를 이행한다.
단계(S67)에서, 제어부(350)는 M번째 급전 코일 블록(B)에 구성된 중심 급전 코일(210)과 주변 급전 코일(210)의 충전 전력의 세기를 내부 메모리로부터 리드하여 중심 급전 코일(210)과 주변 급전 코일(210)의 충전 전력의 세기를 비교한다.
단계(S68)에서는 상기 중심 급전 코일(210)의 충전 전력의 세기가 최대값인지 여부를 확인하고, 충전 전력이 최대값인 급전 코일(210)이 중심 급전 코일(210)이 아니라면 단계(S69)로 프로세스를 이행하고, 충전 전력이 최대값인 급전 코일(210)이 중심 급전 코일(210)이라면 단계(S72)로 프로세스를 이행한다.
단계(S69) 내지 단계(S71)은, 충전 전력의 세기가 최대값인 급전 코일(210)이 중심 급전 코일(210)이 아닌 경우 수행되는 프로세스로서, 단계(S69)에서 제어부(350)는 최대값인 급전 코일(210)을 중심 급전 코일(210)로 변동하여 재지정한다. 그리고, 단계(S70)에서 제어부(350)에서 제어부(350)는 중심 급전 코일(210)과 인접하는 주변 급전 코일(210)들에 대해서만 순차적으로 예비 구동시킨다. 즉, 중심 급전 코일(210)의 주변에서 예비 구동 및 충전 전력 검출이 시행되지 않았던 급전 코일(210)만을 선별하고, 선별된 급전 코일(210)들을 개별적이고도 순차적으로 상기 코일 구동 회로부(330)를 제어하여 상기 고주파 전력 발생부(320)에서 생성된 고주파 교류전류를 인가한다. 그런 다음, 단계(S72)에서 제어부는 순차적으로 예비 구동된 각 급전 코일(210)에서 유기되는 충전 전력의 세기를 충전 전력 검출부(340)를 통해 검출하고, 검출된 충전 전력 세기 값을 코일번호와 함께 내부 메모리에 임시 저장한다. 이와 같은 과정은 중심 급전 코일(210)이 최대값을 갖는 급전 코일이 될 때까지 반복적으로 수행되게 된다.
단계(S72)에서, 제어부(350)는 상기 중심 급전 코일(210)의 위치에 상기 수전 코일(410)이 위치하는 것으로 탐색한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 무접점 충전 장치는 별도의 무선 통신 모듈을 구비하지 않고, 무접점 충전 장치의 기본 구성만으로도 다수의 급전 코일이 배열된 급전 코일 어레이를 구비한 무접점 충전 패드 상에 임의로 위치한 수전 코일의 위치를 탐색할 수 있으므로 최적의 효율로 무접점 충전이 가능하면서도 에너지 낭비를 최소화시킬 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 무접점 충전 장치 200 : 무접점 충전 패드
210 : 급전 코일 220 : 급전 코일 어레이
300 : 무접점 충전 모듈 310 : 전원 공급부
320 : 고주파 전력 발생부 330 : 코일 구동 회로부
340 : 충전 전력 검출부 350 : 제어부

Claims (19)

  1. 배터리 장치에 내장된 수전 코일과 자기적으로 결합되어 충전 전력을 유도하는 다수의 급전 코일이 배열된 급전 코일 어레이를 포함하는 무접점 충전 패드; 및
    상기 급전 코일 어레이의 각 급전 코일들을 예비적으로 구동시키고, 각 급전 코일의 예비 구동에 따라 유기되는 충전 전력을 모니터링하여 상기 무접점 충전 패드 상에 임의로 위치한 수전 코일의 위치를 탐색하고, 이렇게 탐색된 위치에 대응되는 급전 코일만을 구동시켜 무접점으로 상기 배터리 장치에 충전 전력을 전달하는 무접점 충전 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무접점 충전 모듈은,
    상용 교류전원을 입력받아 직류전원으로 변환하여 공급하는 전원 공급부;
    상기 전원 공급부로부터 공급받은 전원을 무접점 충전에 필요한 고주파 교류전류로 생성하는 고주파 전력 발생부;
    상기 고주파 전력 발생부로부터 생성된 고주파 교류전류를 상기 급전 코일 어레이의 각 급전 코일들에 선택적으로 인가하는 코일 구동 회로부;
    상기 급전 코일 어레이의 각 급전 코일의 구동에 따라 유기되는 충전 전력의 세기를 검출하여 출력하는 충전 전력 검출부; 및
    상기 코일 구동 회로부를 제어하여 상기 급전 코일 어레이의 각 급전 코일들을 예비적으로 구동시키고, 상기 충전 전력 검출부에서 검출된 각 급전 코일의 충전 전력의 세기를 모니터링하여 상기 무접점 충전 패드 상에 임의로 위치한 수전 코일의 위치를 탐색하고, 이렇게 탐색된 위치에 대응되는 급전 코일만을 구동시키는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 무접점 충전 모듈의 제어부는,
    상기 코일 구동 회로부를 제어하여 상기 급전 코일 어레이의 각 급전 코일들을 예비 구동시키고, 상기 충전 전력 검출부에서 검출된 각 급전 코일의 충전 전력의 세기가 소정 레벨을 초과하는 경우, 해당 급전 코일의 위치에 상기 수전 코일이 위치하는 것으로 탐색하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 무접점 충전 모듈의 제어부는,
    상기 코일 구동 회로부를 제어하여 상기 급전 코일 어레이의 각 급전 코일들을 예비 구동시키고, 상기 충전 전력 검출부에서 검출된 각 급전 코일의 충전 전력의 세기를 상호 비교하여 충전 전력이 최대값인 급전 코일의 위치에 상기 수전 코일이 위치한 것으로 탐색하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 무접점 충전 모듈의 제어부는,
    상기 급전 코일 어레이의 각 급전 코일들에 대해 중심 급전 코일과 상기 중심 급전 코일에 인접한 주변 급전 코일들로 그룹화하여 적어도 하나 이상의 급전 코일 블록으로 구분하여 제어하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 무접점 충전 모듈의 제어부는,
    상기 급전 코일 블록 중에서 임의의 급전 코일 블록을 선택하고, 상기 코일 구동 회로부를 제어하여 해당 급전 코일 블록의 중심 급전 코일과 주변 급전 코일들을 순차적으로 예비 구동시키고, 상기 충전 전력 검출부에서 검출된 중심 급전 코일과 주변 급전 코일들의 충전 전력의 세기를 상호 비교하여 중심 코일의 충전 전력이 최대값인 경우 중심 급전 코일의 위치에 상기 수전 코일이 위치한 것으로 탐색하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 무접점 충전 모듈의 제어부는,
    상기 급전 코일 블록 중에서 임의의 급전 코일 블록을 선택하고, 상기 코일 구동 회로부를 제어하여 해당 급전 코일 블록의 중심 급전 코일과 주변 급전 코일들을 순차적으로 예비 구동시키고, 상기 충전 전력 검출부에서 검출된 중심 급전 코일과 주변 급전 코일들의 충전 전력의 세기를 상호 비교하여 주변 급전 코일 중에서 상기 중심 급전 코일의 값보다 큰 값이 있는 경우, 해당 급전 코일 블록 내에서의 충전 전력의 세기가 최대인 급전 코일을 새로운 중심 급전 코일로 재지정하고, 재지정된 중심 급전 코일에 인접한 주변 급전 코일들이 새로운 주변 급전 코일로 구성되는 가상의 급전 코일 블록을 형성하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 무접점 충전 모듈의 제어부는,
    상기 중심 급전 코일 또는 재지정된 중심 급전 코일의 충전 전력이 최대값인 경우에 도달할 때까지 지속하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 무접점 충전 모듈의 제어부는,
    상기 급전 코일 블록들의 모든 중심 급전 코일들을 예비 구동시키고, 상기 충전 전력 검출부에서 검출된 충전 전력의 세기를 비교하여 최대값을 나타내는 중심 급전 코일의 해당 급전 코일 블록에서 수전 코일의 탐색을 시작하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 무접점 충전 모듈의 제어부는,
    상기 급전 코일 블록들의 모든 중심 급전 코일들을 예비 구동시키고, 상기 충전 전력 검출부에서 검출된 충전 전력의 세기를 비교하여 소정 레벨 이상을 나타내는 중심 급전 코일의 해당 급전 코일 블록에서 수전 코일의 탐색을 시작하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 무접점 충전 모듈의 제어부는,
    상기 급전 코일 블록 중에서 임의의 급전 코일 블록을 선택하고, 상기 코일 구동 회로부를 제어하여 해당 급전 코일 블록의 중심 급전 코일과 주변 급전 코일들을 순차적으로 예비 구동시키고, 상기 충전 전력 검출부에서 검출된 중심 급전 코일과 주변 급전 코일들의 충전 전력의 세기를 비교하여 해당 급전 코일 블록 내에서의 모든 급전 코일의 충전 전력의 세기가 소정 레벨 이하인 경우, 새로운 급전 코일 블록을 수전 코일 탐색을 위한 급전 코일 블록으로 선택하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 급전 코일 어레이는 다수의 급전 코일들이 서로 지그-재그(Zig-Zag) 형태로 엇갈리게 배열되는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 급전 코일 어레이는 다수의 급전 코일들이 매트릭스 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
  14. 배터리 장치에 내장된 수전 코일과 자기적으로 결합되어 충전 전력을 유도하는 다수의 급전 코일이 배열된 급전 코일 어레이를 포함하는 무접점 충전 패드를 이용한 무접점 충전 제어 방법에 있어서,
    (a) 상기 급전 코일 어레이의 각 급전 코일들을 예비 구동하는 단계;
    (b) 상기 급전 코일 어레이의 각 급전 코일의 예비 구동에 따라 유기되는 충전 전력의 세기를 모니터링하여 상기 무접점 충전 패드 상에 임의로 위치한 수전 코일의 위치를 탐색하는 단계; 및
    (c) 상기 수전 코일이 탐색된 위치에 대응되는 급전 코일만을 구동시켜 무접점으로 상기 배터리 장치에 충전 전력을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    검출된 각 급전 코일의 충전 전력의 세기가 소정 레벨을 초과하는 경우, 해당 급전 코일의 위치에 상기 수전 코일이 위치한 것으로 탐색하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 제어 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    검출된 각 급전 코일의 충전 전력의 세기를 상호 비교하여 충전 전력이 최대값인 급전 코일의 위치에 상기 수전 코일이 위치한 것으로 탐색하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 제어 방법.
  17. 배터리 장치에 내장된 수전 코일과 자기적으로 결합되어 충전 전력을 유도하는 다수의 급전 코일이 배열된 급전 코일 어레이를 포함하는 무접점 충전 패드를 이용한 무접점 충전 제어 방법에 있어서,
    (a) 상기 급전 코일 어레이의 각 급전 코일들에 대해 중심 급전 코일과 상기 중심 급전 코일에 인접하는 주변 급전 코일들로 그룹화하여 적어도 하나 이상의 급전 코일 블록으로 구분하고, 상기 급전 코일 블록별로 해당 급전 코일 블록의 중심 급전 코일과 주변 급전 코일들을 순차적으로 예비 구동하는 단계;
    (b) 상기 급전 코일 블록의 중심 급전 코일과 주변 급전 코일들이 순차적으로 예비 구동됨에 따라 충전 전력이 검출되는지 여부를 모니터링하는 단계;
    (c) 상기 급전 코일 블록의 급전 코일에서 충전 전력이 검출되면, 해당 급전 코일 블록의 중심 급전 코일과 주변 급전 코일들의 충전 전력의 세기를 상호 비교하여 충전 전력이 최대값인 급전 코일의 위치에 상기 수전 코일이 위치한 것으로 탐색하는 단계; 및
    (d) 상기 수전 코일이 탐색된 위치에 대응되는 급전 코일만을 구동시켜 무접점으로 상기 배터리 장치에 충전 전력을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 제어 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    상기 급전 코일 블록의 중심 급전 코일과 주변 급전 코일들의 충전 전력의 세기를 상호 비교하여 충전 전력이 최대값인 급전 코일이 주변 급전 코일인 경우,
    (c1) 충전 전력이 최대값인 주변 급전 코일을 중심 급전 코일로 재지정하는 단계;
    (c2) 상기 재지정된 중심 급전 코일의 주변 급전 코일들을 예비 구동하는 단계; 및
    (c3) 상기 주변 급전 코일들의 예비 구동에 따라 검출된 주변 급전 코일의 충전 전력의 세기와 재지정된 중심 급전 코일의 충전 전력의 세기를 상호 비교하여 충전 전력이 최대값인 급전 코일의 위치에 상기 수전 코일이 위치한 것으로 탐색하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 제어 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 (c1) 내지 (c3) 단계는, 상기 중심 급전 코일 또는 재지정된 중심 급전 코일의 충전 전력이 최대값인 경우에 도달할 때까지 지속하는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 제어 방법.
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