KR20140076552A - 전기 충전 시스템 - Google Patents

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KR20140076552A
KR20140076552A KR1020147005867A KR20147005867A KR20140076552A KR 20140076552 A KR20140076552 A KR 20140076552A KR 1020147005867 A KR1020147005867 A KR 1020147005867A KR 20147005867 A KR20147005867 A KR 20147005867A KR 20140076552 A KR20140076552 A KR 20140076552A
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vehicle
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coil
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electrical
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KR1020147005867A
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English (en)
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리차드 제이. 보이어
브라이언 디. 파샤
존 빅터 푸조
Original Assignee
델피 테크놀로지스 인코포레이티드
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Abstract

무선 전자기 또는 유도 충전을 사용하여 에너지 저장 디바이스(ESD)를 전기적으로 충전하는 데 전기 충전 시스템(ECS)이 사용된다. ECS는 전압-제어 발진기(VCO) 전기 회로, 제1 트랜스듀서, 및 복수의 제2 트랜스듀서를 포함한다. VCO 전기 회로는 제1 트랜스듀서의 복수의 코일을 순차적으로 여기시켜 ESD가 전기적으로 충전되는 경우 에너지를 전송할 복수의 제2 트랜스듀서 중 하나를 선택한다. ECS 전력 효율은 복수의 코일의 여기 중에 측정되어 ESD를 전기적으로 충전하기 위해 ECS가 전자기 접근법을 사용하는지 유도 접근법을 사용하는지를 결정하는 데 사용된다. VCO 전기 회로는 또한 ESD의 전기 충전 중에 최적의 ECS 전력 효율을 유지하는 것을 보조한다. ECS를 이용하여 제1 차량과 관련된 ESD 및 제2 차량과 관련된 ESD를 전기적으로 충전하는 방법 또한 제시된다.

Description

전기 충전 시스템{ELECTRICAL CHARGING SYSTEM}
본 출원은 2011년 8월 6일에 출원된 미국 가출원 제61/515,865호에 대한 우선권을 주장한다.
본 발명은 차량의 배터리를 전기 충전하는데 사용되는 전기 충전 시스템에 관한 것으로서, 더 구체적으로, 무선 전자기 전송 또는 유도 무선 전송을 선택적으로 사용하여 차량에 배치된 배터리를 전기 충전하는 설비들을 포함하는 전기 충전 시스템에 관한 것이다.
무선 자기 에너지 전송만을 활용하여 배터리를 전기 충전하는 전기 충전 시스템을 사용하는 것이 알려져 있다. 무선 유도 에너지 전송만을 활용하여 배터리를 전기 충전하는 전기 충전 시스템을 사용하는 것 또한 알려져 있다. 일반적으로, 전기 충전된 배터리들은 하이브리드 전기차(hybrid electric vehicle) 또는 전기차(electric vehicle)에 배치되어, 이들 차량의 구동렬(drivetrain)에 전력을 공급하는 것을 보조한다.
하이브리드 전기차 및 전기차는 시장 고객과 함께 인정과 상업적 성공을 계속 얻고 있다. 과다한 전기 충전 시스템이 고객 시장에 도입됨에 따라, 고객에 대한 전기 충전 편의를 보장하기 위해 많은 충전 스테이션이 시장의 에너지 유통 위치들에 바람직하게 않게 요구될 수 있다. 이는 원치 않는 복잡성 및 비용 증가를 전체 상용 전기 충전 시스템 인프라구조에 추가한다.
이에 따라, 전기 충전 시스템 인프라구조를 간략화하고, 차량과 관련된 무선 전기 충전 시스템의 타입을 확인하고, 그 후 최적의 전기 충전 시스템 전력 효율을 생성하는 전기 충전 시스템 주파수로 정확한 차량을 전기 충전하는 강건한 전기 충전 시스템에 대한 수요가 있다.
선택적으로 결정되거나 전기 충전을 위해 구성된 차량에 적합한 무선 전송 메커니즘을 사용하여 복수의 차량에 배치된 복수의 에너지 저장 디바이스(ESD) 또는 배터리를 전기적으로 충전하는 데 전기 충전 시스템(ECS)이 이용된다. ECS는 VCO 전기 회로를 사용하여 이러한 선택 가능 결정을 보조한다. 무선 전송 메커니즘이 결정되고 배터리가 전기적으로 충전된 후, VCO 전기 회로는 배터리의 전기 충전 프로세스 중에 ECS의 최적의 시스템 전력 효율을 유지하는 데에도 사용된다.
제1 차량에 배치된 배터리 또는 제2 차량에 배치된 배터리를 전기적으로 충전하는 방법 또한 제시된다. 이 방법은 차량 외부 트랜스듀서(off-vehicle transducer)의 복수의 코일을 순차적으로 및/또는 반복적으로 여기시키는 VCO 전기 회로를 사용하여 어느 차량을 전기적으로 충전할지를 결정하고 또한 복수의 코일의 여기 중에 ECS의 시스템 전력 효율을 분석하여 배터리를 효과적으로 전기 충전하기 위해 어느 무선 전송 메커니즘을 채택할지를 평가하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 특징, 용도, 및 이점은 단지 비제한적인 예시만을 통해 첨부 도면을 참조하여 주어지는 본 발명의 실시예들의 다음의 상세한 설명을 읽음으로써 더 명확해 보일 것이다.
본 발명은 다음의 첨부 도면을 참조하여 더 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 전압 제어 발진기(VCO) 전기 회로를 포함하는 전기 충전 시스템(ECS)의 블록도이다.
도 2는 배터리와 차량 탑재 트랜스듀서 사이에 배치된 도 1의 ECS의 상세 블록도이다.
도 3은 도 1의 VCO 전기 회로의 블록도를 도시한다.
도 4는 도 3의 VCO 전기 회로에 의해 모니터링되는 전압과 전류 사이의 각도 위상 차이 관계를 도시한다.
도 5는 도 1의 ECS를 이용하여 제1 차량의 에너지 저장 디바이스(ESD) 및 제2 차량의 ESD를 전기 충전하는 방법을 도시한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 ECS의 VCO 전기 회로를 도시한다.
전기 충전 시스템(ECS)의 공진 주파수는 로딩 변화, 허용오차 누적, 온도 변화, 컴포넌트 배치 및 배향 변화로 인한 전기 컴포넌트 성능 변화로 인해 달라질 수 있다. 변화들은 차량 외부 트랜스듀서(off-vehicle transducer)가 하나의 특별한 차량 탑재 트랜스듀서(on-vehicle transducer)에 주파수 튜닝되고 그 후 동일한 주파수 또는 주파수 범위로 튜닝되지 않은 상이한 차량 탑재 트랜스듀서에 사용되는 경우에 초래될 수도 있다. 이들 종류의 변화의 하나 또는 다수는 바람직하지 않게 ECS의 운영 체제 전력 효율을 감소시킬 수 있다. 복수의 에너지 전송 배열들을 사용하여 에너지 저장 디바이스(ESD)를 전기 충전할 기회를 허용하면서 전술한 변화들과 관련하여 ECS 전력 효율이 효과적으로 관리 및 제어될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이들 에너지 전송 배열은 ECS에 배치된 전압 제어 발진기(VCO) 전기 회로의 사용에 의해 부분적으로 선택될 수 있다. ECS 내의 VCO 전기 회로의 사용은 유리하게도 복수의 무선 전송 모드를 사용하여 다수의 차량 타입에 배치된 ESD들의 전기 충전을 가능하게 한다. 이러한 특징들을 결합하여 유리하게도 하나의 ECS가 오늘날 시장에서 구동되는 여러 연료 기반 자동차에 사용될 수 있는 액체 가연성 연료의 등급과 유사한 방식으로 여러 상이한 차량을 전기 충전하도록 구성될 수 있도록 상업용 전기 그리드의 간략화를 허용한다.
이를 위해, 도 1 및 도 2를 참조하고, 본 발명의 일 실시예에 따라, 다양한 ESD(14a 및 14b)를 전기 충전하는데 효과적인 ECS(12)가 제공된다. ESD(14a)는 차량 #1 또는 제1 자동차(40)에 배치된다. ESD(14b)는 차량 #2 또는 제2 자동차(42)에 배치된다. 제1 차량(40) 및 제2 차량(42)은 각각 하이브리드 차이거나 하이브리드 전기차일 수 있다 ESD(14a 및 14b)는 이들 차량이 도로를 따라 이동하도록 제1 차량(40) 및 제2 차량(42) 각각의 구동렬에 전력을 제공하도록 구성된다. 구동렬은 차량이 도로를 따라 이동할 수 있도록 이들 차량의 휠(wheel)과 통신한다. 이와 같이, 이들 차량 중 하나 또는 양자 모두는 PHEV(pluggable hybrid electric vehicle), PEV(pluggable electric vehicle), 또는 EREV(extended range electric vehicle) 중 하나로 더 카테고리 분류될 수 있다. ECS(12)는 전력 송신기(16), 차량 외부 트랜스듀서(18), 및 복수의 차량 탑재 트랜스듀서(20 및 22)를 포함한다. 전력 송신기(16)는 전압 제어 발진기(VCO) 전기 회로(24)를 더 포함한다. 전력 송신기(16)는 제1 차량(40) 외부에 배치되고 제2 차량(42) 외부에 배치된다. 차량 외부 트랜스듀서(18)는 코일 #1 또는 제1 코일(26) 및 코일 #2 또는 제2 코일(28)을 포함한다. 제1 코일(26) 및 제2 코일(28)은 VCO 전기 회로(24)와 전기 통신 상태에 있다. 바람직하게, 차량 외부 트랜스듀서(18)는 접지면(미도시)에 고정되도록 구성된다. 차량 탑재 트랜스듀서(20)는 제1 차량(40)에 배치 부착되고 코일 #3 또는 제3 코일(30)을 포함한다. 차량 탑재 트랜스듀서(22)는 제2 차량(42)에 배치 부착되고, 코일 #4 또는 제4 코일(32)을 포함한다. 각각의 차량 탑재 트랜스듀서(20 및 22)는 차량에 부착될 수 있다. 일 실시예에서, 차량 탑재 트랜스듀서들은 공지된 임의의 타입의 파스너(fastener)를 사용하여 제1 차량 및 제2 차량의 차량 지지 프레임에 각각 부착될 수 있다. 제1 차량 및 제2 차량의 차량 탑재 트랜스듀서들의 위치는 제1 차량 및 제2 차량의 각각의 길이를 따라 언더캐리지(undercarriage)의 임의의 부분을 따라 있을 수 있다.
제1 코일(26)은 전력 송신기(16)에 의해 공급된 에너지를 이용하여 여기되는 경우 자기 또는 전자기 에너지(44)를 제3 코일(30)에 무선 전송한다. 전자기 에너지 전송은 제1 무선 에너지 전송 메커니즘이다. 제2 코일(28)은 전력 송신기(16)에 의해 공급된 에너지를 이용하여 여기되는 경우 유도 에너지(46)를 제4 코일(32)로 무선 전송한다. 유도 에너지 전송은 제2 무선 에너지 전송 메커니즘이다. 배터리(14a 또는 14b)의 전기 충전의 경우, 각각의 차량 탑재 트랜스듀서(20 및 22)는 차량 외부 트랜스듀서(18)와 이격되어 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 코일(26 및 28)은 제3 코일(30) 및 제4 코일(32)로부터 일정 거리만큼 이격되어 있다. 또한, 차량 탑재 트랜스듀서(20)의 제3 코일(30)은 제1 차량(40)의 배터리(14a)와 전기 통신 상태에 있고, 차량 탑재 트랜스듀서(22)의 제4 코일(32)은 제2 차량(42)의 배터리(14b)와 전기 통신 상태에 있다.
코일들(26 및 30) 및 코일들(28 및 32) 사이의 에너지 전송은 에너지가 이들 사이에 무선 전송될 수 있도록 이들 각각의 코일들의 정렬에 의존한다. 코일들의 이러한 정렬은 차량 탑재 코일의 적어도 일부가 차량 외부 트랜스듀서 위에 배치되는 경우에 실현될 수 있다. 도 2를 참조하면, 차량 탑재 트랜스듀서(20)의 적어도 일부가 차량 외부 트랜스듀서(18) 위에 배치된다. 다르게는, 차량 탑재 트랜스듀서는 차량 외부 트랜스듀서 위에 배치되지 않을 수 있지만, 여전히 차량 외부 트랜스듀서에 근접하게 위치하며, 이로써 무선 에너지 전송이 이들 사이에 발생한다. 또한, 도 2를 참조하면, 일반적으로 하나의 차량, 및 그에 따라 하나의 차량 탑재 트랜스듀서가 소정의 기간 내에 차량 외부 트랜스듀서와 함께 동작할 것이다. 이로 인해, 제1 차량의 ESD 및 제2 차량의 ESD 양쪽 모두가 동일 기간 내에 ECS에 의해 전기 충전되지 않을 것이다. 예를 들어, 도 2에 가장 잘 예시된 바와 같이, 제1 차량(40)에 배치된 ESD(14a)가 ECS(12)에 의한 전기 충전을 위해 구성된다.
전력 송신기(16)는 전력원(power source; 48)과 전기적으로 통신 상태에 있다. 전력원(48)은 전력 그리드와 일반적으로 관련된 120 VAC 또는 240 VAC의 전압을 공급할 수 있다. 전력원(48)은 50 헤르쯔(Hz) 또는 60 Hz와 같은 동작 주파수를 가질 수도 있다. 대안으로서, 전력원은 120 VAC 또는 240 VAC와 상이한 동작 전압 또는 50 Hz 또는 60 Hz와 상이한 동작 주파수를 가질 수 있다.
VCO 전기 회로(24)는 단일 구동 주파수, 또는 차량 외부 트랜스듀서(18)로 또는 제1 코일(26) 또는 제2 코일(28)로 전기적으로 전송되는 주파수 범위 내의 단일 구동 주파수를 제어한다. 제1 코일(26)을 구동하기 위한 주파수는 제2 코일(28)을 구동하는 데 필요한 주파수와 상이할 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 차량(40 및 42)은 ECS(12)로부터 이익을 얻을 시장에서 사용될 수 있는 여러 상이한 타입의 차량의 서브세트를 나타내며, 여기서 ECS(12)는 전자기 또는 유도 에너지를 무선으로 전송하여 이들 상이한 차량 타입을 전기 충전할 수 있는 유연성을 허용한다.
이하 설명되는 다음의 정의들은 도 2에 적용된다. 이하의 여러 정의들은 도 2에 예시된 신호 경로에 표시된 용어들에 대한 것이다.
HV HF AC - 고전압, 고주파 교류(AC) 전기 신호. 바람직하게, 전압 신호는 120 VAC보다 크고, 전압 신호의 주파수는 60 헤르쯔(Hz)보다 크다. 이 주파수는 10 kHz 내지 450 kHz 범위에 있을 수 있다. 예를 들어, 이 범위는 일반적으로 10 kHz 내지 70 kHz 범위의 무선 유도 전송 및 일반적으로 50 kHz 내지 450 kHz 범위의 무선 전자기 전송을 포함할 수 있다.
HV DC - 고전압, 직류(DC) 전기 신호. 바람직하게, DC 전압은 120 VDC보다 크다.
60 Hz AC - 60Hz AC 전압 전기 신호. 일반적으로, AC 전압은 전압을 발생시키는 전압원에 따라 120 VAC이거나 240 VAC이다. 2차 시스템(62)은 60 Hz AC 전압을 공급하여 배터리를 전기 충전한다. 다르게는, 60 Hz는 50 Hz AC 전압 전기 신호일 수 있다.
120 VAC 또는 240 VAC , 60 Hz - 120 VAC 또는 240 VAC, 60 Hz 전기 신호. 예를 들어, 이는 전력원에 의해 1차 시스템(240 VAC) 또는 2차 시스템(120 VAC, 플러그-인)에 공급된 전기 신호일 수 있다. 1차 시스템 및/또는 2차 시스템은 전기 사용 응용에 따라 이들 전력원에 고정 배선되거나 플러그 연결될 수 있다.
전기 충전 시스템( ECS ) 전력 효율 - 시스템 전력 효율이라고도 알려짐. ECS의 전력 출력량에 대한 전력 입력량. 통상적으로, 시스템 전력 효율은 0% 내지 100%의 범위를 가질 수 있으며, 100%는 완전히 효율적이어서 입출력 사이의 전력 손실이 없다. 일부 전기 응용의 경우, 가능한 한 최고의 시스템 전력 효율을 갖고, 이로써 100%에 가까운 백분율 값을 갖는 것이 요구될 수 있다. 시스템 전력 효율은 여러 요인에 의해 영향을 받을 수 있으며, 이들 중 하나는 ECS를 통한 전력 손실에 영향을 미칠 수 있는 ECS를 구성하는 데 사용되는 전기 컴포넌트들이다. 또한, 시스템 전력 효율은 ECS의 동작 주파수에 의해 영향을 받는다. 이로 인해, VCO 전기 회로는 시스템 전력 효율을 미세하게 튜닝, 제어, 및 최적화할 수 있다.
트랜스듀서 - 차량 탑재 트랜스듀서 및 차량 외부 트랜스듀서는 모두 함께 제1 코일(26), 제2 코일(28), 제3 코일(30), 및 제4 코일(32)을 포함한다. 에너지를 다른 형태로 변환하는 디바이스. 예를 들어, 차량 외부 트랜스듀서는 전기 에너지를 전자기 에너지 또는 유도 에너지로 변환하고, 차량 탑재 트랜스듀서는 전자기 에너지 또는 유도 에너지의 적어도 일부를 수신하고, 그 후 이 수신된 전자기 또는 유도 에너지를 배터리의 전기 충전에 사용될 수 있는 전기 에너지로 다시 변환한다.
전력원 - 이는 전력 지방 당국에 의해 공급되는 것과 같은 전기 전력 그리드에 의해 공급되는 전력이다. 고전력의 1차 ECS는 전력원에 전기 연결된다. 종래의 60 Hz ECS 또한 전력원과 전기 연결된다. 바람직하게, 고전력 ECS와 전기 통신 상태에 있는 전력원은 60 Hz ECS와 전기 통신 상태에 있는 전력원보다 큰 전력을 갖는다. 다르게는, 60 Hz는 50 Hz일 수 있다.
ECS(12)는 전술한 바와 같이 VCO 전기 회로(24)를 갖는 전력 송신기(16), 차량 외부 트랜스듀서(18), 및 차량 탑재 트랜스듀서(20)를 포함하지만, ECS(12)는 또한 이 비제한적인 예시에서 컨트롤러/컨버터(53), 통합 충전기(60), 및 전환 스위치(transfer switch)(57)를 포함하는 향상된 1차 ECS(12a)를 포함하도록 확장된다. 컨트롤러/컨버터(53), 통합 충전기(60), 및 전환 스위치(57)는 차량(40)에 배치되고, VCO 전기 회로(24)를 구비한 전력 송신기(16), 차량 외부 트랜스듀서(18), 및 차량 탑재 트랜스듀서(20)와 함께 작동적으로 기능하여 ESD(14a)를 전기 충전하는 데 유용한 전류를 제공한다. 컨트롤러/컨버터(53), 통합 충전기(60), 전환 스위치(57)는 적어도 하나의 전기 신호 성형 장치(ESSD; 45)를 형성하는 전기 컴포넌트들을 포함한다.
이로 인해, 전력 송신기(16)는 차량 외부 트랜스듀서(18)와 전기 통신 상태에 있고, 차량 외부 트랜스듀서(18)에 에너지를 제공하도록 구성된다. 차량 외부 트랜스듀서(20)는 접지면에 고정되어 차량(40) 외부에 배치된다. 차량 탑재 트랜스듀서(20)는 차량 외부 트랜스듀서(18)로부터 무선으로 전송되는 에너지의 적어도 일부를 수신하도록 구성된다. ESSD(45)는 차량 탑재 트랜스듀서(20)와 전기 통신 상태에 있고, 수신 에너지의 적어도 일부를 전기적으로 성형하고 전기적으로 성형된 에너지를 전기적으로 전송하여 ESD(14a)를 전기 충전한다.
2차 ECS(62) 역시 통합 충전기(60)와 전기적으로 통신하여 60 Hz 전류를 제공함으로써 배터리(14a)를 충전할 수 있다. 향상된 1차 ECS(12a) 및 2차 시스템(62)의 인간 운영자의 편의 향상을 위해, 2차 ECS(62)는 유리하게도 배터리(14a)를 전기 충전하는 다른 대체 모드를 제공한다. 전환 스위치(57)는 신호 라인(55)을 통해 컨트롤러/컨버터(53)의 컨트롤러 부분에 의해 작동적으로 제어되어 2차 ECS(62)와 1차 ECS(12) 간에 스위칭한다. 차량 탑재 트랜스듀서(20)에 의해 생성된 전기 신호를 운반하는 출력(52)이 컨트롤러/컨버터(53)의 컨버터 부분에 의해 수신된다. 컨트롤러/컨버터(53)의 컨버터 부분으로부터의 전기 신호를 운반하는 출력(56)이 전환 스위치(57)에 의해 수신된다. 출력(58)은 전환 스위치(57)로부터 배터리(14a)로 전기 신호를 운반한다. 차량 통신 데이터 버스(54)는 컨트롤러/컨버터(53)의 컨트롤러 부분과 통신하여 ECS(12a)와 차량 데이터 정보를 송수신하거나, 차량(40) 내에 배치된 다른 전기 디바이스와 ECS 데이터를 송수신한다. 차량(40)은 차량을 정렬하는 것을 보조하는 휠(51a, 51b, 51c, 및 51d)을 포함하며, 따라서 차량 탑재 트랜스듀서(40)는 차량 외부 트랜스듀서(18)와 정렬되어 있다. 휠 초크(63)와 같은 정렬 수단(99)이 트랜스듀서(18 및 20)의 이러한 정렬을 더 보조할 수 있다. 또한, 정렬 디바이스(64)가 차량(40)을 배치하는 것을 보조하며, 이로써 트랜스듀서(18 및 20)가 정렬된다. 이러한 정렬 디바이스는 예를 들어, 차고의 천장에 걸려 있는 테니스 공을 포함할 수 있다. 차량 외부 트랜스듀서로부터 차량 탑재 트랜스듀서로 일어나는 에너지 전송을 위해 정렬이 필요하다. 도 2에 도시된 바와 같이, 트랜스듀서(18 및 20)의 정렬은, 도 2에 가장 잘 예시된 바와 같이, 차량 탑재 트랜스듀서(20)의 적어도 일부가 차량 외부 트랜스듀서(18) 위에 배치되는 경우일 수 있다. 다르게는, 트랜스듀서들의 정렬은 트랜스듀서들이 충분히 이격되어 있지만, 차량의 배터리가 전기 충전되도록 에너지의 무선 전송이 이들 사이에 일어나게 하는 경우일 수 있다. 이차 시스템(62)은 충전기(60)에 의해 수신되는 전기 신호를 운반하는 출력(61)을 생성하고, 충전기는 전환 스위치(57)에 의해 수신되는 전기 신호를 운반하는 출력(59)을 생성한다. 컨트롤러/컨버터의 컨트롤러 부분은 전력 송신기(16)와 무선 통신하고, 전력 송신기(16)는 컨트롤러/컨버터(53)의 컨트롤러 부분과 무선 통신하도록 구성된다.
1차 ECS(12a)의 컨트롤러/컨버터(53)에 입력된 제1 전류의 제1 주파수는 2차 ECS(62)로부터의 출력(61)에 운반되는 제2 전류의 제2 주파수보다 더 큰 주파수 값을 갖는다. 이에 따라, ECS(12a)는 2차 ECS(62)보다 더 많은 전력을 인가하여 배터리(14a)를 전기 충전할 수 있다. 컨트롤러/컨버터(53)의 컨트롤러 부분은 전압, 전류, 및 전력을 측정한다. 컨트롤러/컨버터(53)의 컨트롤러 부분은 전력 송신기(16)가 차량 외부 트랜스듀서(18)에 공급된 전력의 양을 더 조절하여 최적의 ECS 전력 효율을 보장할 수 있도록 측정된 전압, 전류, 및 전력 데이터를 전력 송신기(16)로 전송한다. 바람직하게, 최적의 ECS 전력 효율은 85%보다 크다. 이와 마찬가지로, 전력 송신기(16)는 공급된 전력 데이터를 컨트롤러/컨버터(53)의 컨트롤러 부분에 더 무선 전송할 수 있다. 다른 ESSD 구성과 함께 여기에 전술된 본 컨트롤러/구성은 2012년 4월 19일에 출원된 발명의 명칭이 “ELECTRICAL CHARGING SYSTEM HAVING ENERGY COUPLING ARRANGEMENT FOR WIRELESS ENERGY TRANSMISSION THEREBETWEEN”으로서 여기에 참조로서 통합된 미국 특허 출원 제13/450,881호에 더 설명되어 있다. 도 2는 제1 차량(40)과 관련된 ECS(12)를 설명하지만, 제2 차량(42)은 유도 에너지(46)를 무선 송수신하는 유사 ECS 구성을 가질 수 있다. 다르게는, 제2 차량은 도 1에 도시된 제1 차량과 상이한 ECS 전기 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 차량과 관련된 ECS는 여기에 전술된 미국 특허 출원 제13/450,881호에 설명된 다른 ECS 구성일 수 있다.
도 3을 참조하여, VCO 전기 회로(24)의 블록도가 설명된다. VCO 회로(24)는 VCO(71), 증폭기(70), 전압 모니터(73), 전류 모니터(74), 및 검출 회로(72)를 포함한다. VCO(71)는 증폭기(70)의 입력과 전기적으로 통신한다. 우선, VCO(71)는 ECS(12)로 하여금 어느 차량(40, 42)이 전기 충전을 필요로 하는지를 알게 하는데 효과적이다. 이는 코일 쌍(26, 30) 및 코일 쌍(28, 32)에 의해 포괄되는 주파수 범위를 스윕함으로써 행해지고, 어느 차량 탑재 트랜스듀서 코일(30, 32)이 동력적으로 여기되어 있는지가 결정된다. 둘째로, VCO(71)는 그 후 결정된 가동된 코일 쌍(26, 30 또는 28, 32)에 대해 코일(26) 또는 코일(28)을 위해 전력 송신기(16)로부터 차량 외부 트랜스듀서(18)로 공급된 전력을 관리하는 것을 보조한다. 일반적으로, 전술한 바와 같이, 제1 차량의 차량 탑재 트랜스듀서 또는 제2 차량의 차량 탑재 트랜스듀서만이 임의의 정해진 시간에 차량 외부 트랜스듀서와 정렬될 것이다. 인간 탑승자가 배터리를 전기 충전하기 위해 차고에 차량을 배치할 때 이 시나리오를 위한 통상적인 상황이 일어난다. 증폭기(70)의 출력들은 차량 외부 트랜스듀서(18)와 전기 통신 상태에 있다. 차량 외부 트랜스듀서(18)와 VCO(71) 사이에 피드백 루프(65)가 생성된다. 피드백 루프(65)는 검출 회로(72)와 통신 상태에 있는 전압 모니터(73) 및 전류 모니터(74)를 포함한다. 전압 모니터(73)는 차량 외부 트랜스듀서(18)에 대한 입력에서 전압 흐름을 모니터하고 측정하고, 전류 모니터(74)는 차량 외부 트랜스듀서(18)에 대한 입력에서 전류 흐름을 모니터하고 측정한다. 검출 회로(72)는 차량 외부 트랜스듀서(18)에 대한 입력에서의 전압과 전류 사이의 위상차를 측정하는 데 유리하다. 검출 회로(72)는 전력원(48)으로부터 수신되어 출력(67a)에 공급되는 전류의 주파수를 제어하는 VCO(71)와 전기적으로 결합된다. 검출 회로(72)는 수신 전압 파형 및 전류 파형이 소정의 위상차 범위 내에 있는지 여부를 결정하도록 함께 동작하는 전자 컴포넌트들로부터 충분히 형성된다. 검출 회로(72)는 ECS의 소정 또는 사전 정의된 전기 컴포넌트 허용오차 및 ECS의 시스템 허용오차, 특히 차량 탑재 트랜스듀서(20 및 22) 및 차량 외부 트랜스듀서(18)의 컴포넌트 허용오차로 동작하도록 설계되어 있다. 전체 컴포넌트 허용오차에 통합할 추가 허용오차는 VCO 회로(24)를 지원하는 전기 회로이다. 이에 따라, 검출 회로(72)는 코일 쌍(26, 30 및 28, 32)의 동작 허용오차와 함께 코일 #1 내지 #4(26, 28, 30, 및 32)의 설계 허용오차를 통합하는 방식으로 설계되어 있다.
또한, ECS(12)는 주파수가 원하는 ECS 전력 효율을 생성하기 위한 최적의 값인지 여부를 결정하기 위해 전력 송신기(16)로부터 차량 외부 트랜스듀서(18)에 공급된 RF 전력의 AC 전압 및 AC 전류를 모니터링한다. 이러한 최적의 값은 ECS의 특정 전기 컴포넌트들의 변화에 의해 결정될 것이다. 주파수가 최적이 아니면, 이러한 정보는 RF 전력원으로 피드백되고 주파수는 최적의 성능을 실행하도록 변경된다. 출력 전압 및 전류의 모니터링은 충전 사이클 중에 연속적으로 행해지고, 공명 주파수 보정이 ECS에 의해 필요에 따라 적용된다. AC 전압 및 AC 전류는 전압 모니터(73) 및 전류 모니터(74)에 의해 모니터링 및 측정된다. AC 전압과 AC 전류 사이의 위상 관계가 ECS에 의해 결정된다. 그 후, 전력 송신기(16)는 차량 외부 트랜스듀서(18)에 공급된 전력을 조정하여 ECS 전력 효율이 원하는 레벨로 유지되는 것을 보장한다. 일 실시예에서, 바람직한 ECS 전류 효율은 적어도 85%이다. 바람직하게, VCO 회로의 동작 주파수 범위는 약 15 kHz 내지 200 kHz이다.
도 4를 참조하면, 그래프(69)는 전력 송신기(16)의 VCO 회로(24)의 출력 라인(67a 또는 67b)에서의 시간의 함수로서 AC 전류 측정(77)과 AC 전압 측정(78)의 일례를 예시한다. 전류 측정(77)과 전압 측정(78)은 각도 위상 차이 또는 위상차(79)에 의해 표현되는 양만큼 위상이 달라진 사인파(sine wave)들이다. 위상차(79)가 ECS 전력 효율에 관한 소정의 범위 외부에 있으면, 검출기(72)는 출력 주파수 전력 송신기(16)를 조정하기 위해 신호를 제공한다. 제1 코일(26)과 제3 코일(30) 사이의 무선 전자기 에너지 전송의 경우, 바람직하게, 각도 위상 차이는 ECS의 ECS 전력 효율 성능을 보장하기 위해 약 10도 내지 약 15도의 범위에 있다. 각도 위상 차이는 코일들의 부분 허용오차, 온도, 및 정렬의 효과들을 고려한다. ECS가 더 높은 ECS 전력 효율로 동작하는 경우, 에너지 사용이 더 효율적이고, 이로써 ECS의 운영자는 더 낮은 비용으로 ECS를 운영할 수 있다. 이에 따라, VCO 전기 회로를 포함하는 ECS의 설계는 배터리로 전달된 ECS 전력 효율이 최적의 레벨임을 보장하는 소정의 위상 차이 범위 내에 전압 파형 및 전류 파형이 있는지 여부를 결정한다. 소정의 위상 차이 범위 및 ECS 전력 효율은 ECS 전력 효율의 최적의 레벨이 유지되도록 ECS에 의해, 더 구체적으로 VCO 전기 회로의 컨트롤러에 의해 분석된다. 차량 외부 트랜스듀서에 입력된 전압 파형 및 전류 파형의 분석 후에, 컨트롤러는 VCO 전기 회로의 주파수를 조정하도록 동작 가능한 전압을 출력하며, 이로써 차량 외부 트랜스듀서에 대한 전압 송신기의 출력 신호는 원하는 ECS 전력 효율을 유지한다. 이는 또한 전압과 전류 위상차가 제1 코일과 제3 코일 사이의 전자기 전송에 대해 약 15도로 유지되고 제2 코일과 제4 코일 사이의 유도 전송에 대해 0도로 유지되는 것을 보장한다. 이로 인해, ECS는 제1 코일과 제2 코일의 여기 중에 시스템 전력 효율 측정들 및 각도 위상 차이 값을 사용하여 제1 차량이 전기 충전을 필요로 하는지 또는 제2 차량이 전기 충전을 필요로 하는지를 결정하는 것을 보조한다.
ECS(12)는 전력 송신기(16)가 전력원(48)과 전기적으로 통신 상태에 있지 않은 경우 사용되지 않는다.
ECS(12)는 전력 송신기(16)가 전력원(48)과 전기적으로 통신 상태에 있는 경우 부분적으로 사용되지만, ECS(12)는 배터리(14a) 또는 배터리(14b)를 전기적으로 충전하기 위해 동작하지 않는다.
ECS(12)는 배터리(14a) 또는 배터리(14b)를 전기적으로 충전하는 경우 사용된다. 이를 위해, 코일(26, 30) 또는 코일(28, 32)은 전자기 에너지(44) 또는 유도 에너지(46)의 무선 전송이 전술한 바와 같이 이들 사이에 일어나도록 충분히 가깝게 배치되어야 한다.
도 5를 참조하여, ECS(12)를 작동적으로 사용하는 하나의 비제한적인 예시에서, ECS(12)를 이용하여 제1 차량(40)의 ESD(14a) 및 제2 차량(42)의 ESD(14b)를 전기적으로 충전하는 방법(100)이 설명될 것이다. 방법(100)의 하나의 단계(102)는 제1 코일(26) 및 제2 코일(28)을 포함하는 ECS(12)의 제1 트랜스듀서(18)를 제공하는 것이다. 제1 코일(26) 및 제2 코일(28)은 각각 ECS(12)의 VCO 전기 회로(24)와 전기 통신 상태에 있다. 방법(100)의 또 하나의 단계(104)는 적어도 제1 차량(40) 및 제2 차량(42)에 각각 배치된 ECS(12)의 복수의 제2 트랜스듀서(20 및 22)를 제공하는 것이다. 제1 차량(40)과 연관된 제2 트랜스듀서(20)는 제3 코일(30)을 포함하고, 제2 차량(42)과 관련된 제2 트랜스듀서(22)는 제4 코일(32)을 포함한다. 방법(100)의 추가 단계(106)는 제3 코일(30)이 제1 코일(26)과 에너지를 무선으로 통신하도록 구성되거나 제4 코일(32)이 제2 코일(28)과 에너지를 무선으로 통신하도록 구성되도록 제1 차량(40) 및 제2 차량(42) 중 하나를 이동 배치하는 것이다. 방법(100)의 또 하나의 단계(108)는 VCO 전기 회로(24)에 의해 제1 주파수로 제1 트랜스듀서(18)의 제1 코일(26)을 여기시키는 것이다. 방법(100)의 추가 단계(110)는 VCO 전기 회로(24)에 의해 제1 주파수와 상이한 제2 주파수로 제1 트랜스듀서(18)의 제2 코일(28)을 여기시키는 것이다. 방법(100)의 또 하나의 단계(112)는 제1 코일(26)이 여기 단계(108)에서 여기되는 경우 ECS(12)에 의해 측정된 제1 ECS 전력 효율과 관련하여 여기된 제1 코일(26)의 결과로서 제1 차량(40)과 관련된 제3 코일(30)이 가동되는지 여부를 ECS(12)가 결정하는 것이다. 방법(100)의 추가 단계(114)는 제2 코일(28)이 여기 단계(110)에서 여기되는 경우 ECS(12)에 의해 측정된 제2 ECS 전력 효율과 관련하여 여기된 제2 코일(28)의 결과로서 제2 차량(42)과 관련된 제4 코일(32)이 가동되는지 여부를 ECS(12)가 결정하는 것이다. 방법(100)의 또 하나의 단계(116)는 제1 ECS 전력 효율과 제2 ECS 전력 효율을 ECS(12)가 비교하는 것이다. 방법(100)의 추가 단계(118)는 제1 ECS 전력 효율이 허용가능한 ECS 전력 효율 범위에 있는 경우 제1 차량(40)의 ESD(14a)를 전기적으로 충전하거나, 제2 ECS 전력 효율이 허용가능한 ECS 전력 효율 범위에 있는 경우 제2 차량(42)의 ESD(14b)를 전기적으로 충전하는 것이다. 제1 코일(26) 및 제2 코일(28)의 여기는 어느 차량의 배터리가 전기적으로 충전될 필요가 있는지를 파악하는 반복적인 프로세스일 수 있다.
추가적으로, VCO 전기 디바이스의 주파수는 전술한 바와 같이 VCO 전기 회로의 출력의 AC 전압 및 AC 전류의 각도 위상 차이에 매칭하도록 변경될 수 있다. 이로 인해, VCO 회로의 출력 주파수는 최적의 ECS 전력 효율과 관련된 각도 위상 차이에 기반하여 조정된다.
VCO 전기 회로(24)에 의해 조정되는 바와 같이 ECS(12)의 주파수에 직접 영향을 미치지 않으면서, ECS(12)가 제1 차량(40)의 ESD(14a)를 전기적으로 충전할지 제2 차량(42)의 ESD(14b)를 전기적으로 충전할지에 여러 요인들이 추가로 영향을 미친다. 이들 요인 중 어느 하나 또는 전부가 ECS가 ESD를 전기적으로 충전하도록 동작하는지 여부에 영향을 미칠 수 있다. 하나의 요인은 제1 차량의 ESD 및 제2 차량의 ESD의 건강 상태이다. 다른 하나의 요인은 제1 차량의 ESD 및 제2 차량의 ESD의 충전 레벨이다. 다른 요인은 ECS의 온/오프 상태이다. ECS는 전력 송신기에 배치되어 ECS의 인간 운영자에 의해 눌릴 수 있는 ECS 온/오프 제어를 위한 푸시-버튼을 가질 수 있다. 추가적으로, 이들 요인이 ECS에 의해 모니터링된다. 예를 들어, ESD의 건강 상태에서 ESD가 건강하지 않으면, ECS는 ESD를 전기적으로 충전하지 않을 것이다. ECS가 ESD의 전기 충전 레벨이 완전한 전기 충전 레벨이라고 결정하면, ECS는 ESD를 전기적으로 충전하지 않을 것이다. 전기 충전을 위해 ECS를 가동시키기 위해 ECS의 푸시 버튼이 눌리지 않으면, ECS는 ESD를 전기적으로 충전하지 않을 것이다.
각도 위상 차이 값들이 전술된 무선 전송 메커니즘(즉, 무선 전자기 및 무선 유도)과 관련된 소정의 주파수 범위에 대응하는 소정의 범위의 값으로 미리 결정된다는 점에 주의해야 한다. 이에 따라, VCO 전기 회로(24)는 코일(18 및 26) 중 하나로 해당 주파수들 중 하나를 출력하고, 그 후 ECS(12)는 시스템 전력 효율을 측정하여 허용가능한 범위 내인지 여부를 결정한다. 허용가능한 범위 내에 있으면, VCO 전기 회로(24)는 ECS(12)의 최적의 시스템 전력 효율이 획득될 때까지 전력 송신기(16)로부터 차량 외부 트랜스듀서(18)로 출력된 전기 신호의 주파수를 미세 튜닝한다. VCO 전기 회로(24)는 각도 위상 차이 값들을 계속 모니터링하고, VCO 전기 회로(24)에 의해 주파수를 조정하여 ESD의 전기 충전에 걸쳐 최적의 시스템 전력 효율을 유지한다. 그러나, 제1 주파수가 허용가능한 범위 내에 있지 않으면, VCO 전기 회로(24)는 다른 무선 전송 메커니즘에 대응하는 다른 알려진 주파수를 출력하고, 시스템 전력 효율이 출력된 주파수에 대해 허용가능한 범위에 있는지 여부를 결정하는 프로세스를 다시 시작한다. 시스템 전력 효율이 허용가능한 범위에 있으면, VCO 전기 회로는 충전 사이클 중에 최적의 시스템 전력 효율을 보장하도록 미세 튜닝된다. 시스템 전력 효율이 허용가능한 범위에 없으면, VCO는 또 다른 주파수를 시도하는데, 이는 제1 차량(40) 또는 제2 차량(42)을 적절히 전기적으로 충전하기 위한 반복적인 프로세스일 수 있다.
도 6을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따라, VCO 전기 회로(225)가 예시된다. 도 3의 VCO 회로(24)에 비해, 도 6에 도시되어 있는 유사한 요소들은 200만큼 상이한 도면 부호를 갖는다. 전술한 VCO 회로(24)와 유사하게, VCO 회로(225)는 VCO(271), 증폭기(270), 전압 모니터(273), 전류 모니터(274), 및 검출 회로(272)를 채택한다. 검출 회로(272)는 플립-플롭 전기 컴포넌트(287) 및 컨트롤러(288)를 포함한다. 플립-플롭(287)은 컨트롤러(288)에 카운트 횟수를 제공하여 컨트롤러(288)로 하여금 VCO(271)의 주파수를 작동적으로 제어하기 위해 어떤 전압이 출력(299)에 제공할지를 결정하게 한다. 저항기들(281 내지 284, 289)은 전기 신호들이 현재의 전압 레벨로 바이어스되게 한다. 전류 모니터(274)는 증폭기(270)의 출력으로부터의 전류 감지를 제공하는 코일(285)에 전기적으로 연결된다. VCO(271)는 증폭기(270)의 입력과 전기적으로 통신한다. 전압 전기 신호들은 신호 경로들(292 및 293)로 운반되고, 전압 모니터(273)에 의해 수신된다. 전류 신호들은 신호 경로들(290 및 291)로 운반되고, 전류 모니터(274)에 의해 수신된다. 플립-플롭 전기 컴포넌트(287)는 전압 모니터(273)로부터 출력(296)을 수신하고, 전류 모니터(274)로부터 출력(297)을 수신한다. 플립-플롭 전기 컴포넌트(287)의 출력(298)은 컨트롤러(288)에 의해 수신된다. VCO(271)는 컨트롤러(288)로부터 출력(299)을 수신한다. 예를 들어, 제로 전기 펄스들이 플립-플롭으로부터 컨트롤러에 출력되면, VCO 전기 회로의 주파수에서의 조정이 필요하지 않을 수 있다. 모니터들(273 및 274)의 피드백으로 인해 플립-플롭의 출력에서의 펄스들의 개수가 제로 펄스보다 크면, VCO에 대한 전압 조정은 수신된 피드백 신호의 양과 관련하여 일어날 수 있다.
다르게는, 다른 소정의 각도 위상 차이 값들이 ECS를 위한 전기 사용 응용에 따라 전자기 전송 및 유도 전송에 대해 채택될 수 있다. 일부 응용에서, 예를 들어, 무선 전자기 전송을 위해 21도의 최적의 각도 위상 차이를 요구하고, 무선 유도 전송을 위해 2도의 최적의 각도 위상 차이를 요구할 수 있다. 또한, 위상 차이 각도는 ECS의 이용 응용에 따라 결정된 임의의 값일 수 있다.
다르게는, 본 발명의 사상 및 범위는 전자기 전송 및 유도 전송 이외에, 예를 들어, 전기장 커플링(electric field coupling)과 같은 임의의 다른 무선 전송 타입에 적용될 수 있다.
또한, VCO 전기 회로의 검출 회로는 내장형 컨트롤러를 포함할 수 있다. 이러한 회로 구현예는, 예를 들어, 비용을 절감시킬 수 있는 회로 설계를 간략화하는 VCO 전기 회로에서 다른 전기 블록/전기 컴포넌트들을 제거할 수 있다. 도 3을 참조하면, 내장형 컨트롤러를 사용하는 것은 통합 기능을 허용하여 이로써 모니터들(73 및 74), 검출 회로(72), 및 VCO 전기 디바이스(71)가 필요하지 않을 수 있다. 이와 유사하게, 도 6을 참조하면, 모니터들(273 및 274), 플립-플롭(287), 컨트롤러(288), 및 VCO 전기 디바이스(271)는 내장형 컨트롤러가 VCO 전기 회로에 사용되는 경우에 필요하지 않을 수 있다.
이와 같이, 전기 충전 시스템 인프라구조를 간략하게 하고, 차량과 관련된 무선 전기 충전 시스템의 타입을 확인하고, 그 후 최적의 전기 충전 시스템 전력 효율을 생성하는 전기 충전 시스템 주파수로 정확한 차량을 전기 충전하는 강건한 전기 충전 시스템이 제시되었다. 또한, ECS는 차량 외부 트랜스듀서와 차량 탑재 트랜스듀서 사이의 거리에 걸쳐 전자기 에너지 또는 유도 에너지를 무선 전송하도록 구성될 수 있다. VCO 전기 회로는 차량 외부 트랜스듀서를 공급하는 ECS의 전력 송신기에 쉽게 제조된다. VCO 전기 회로는 전기 충전된 차량이 전자기 시스템인지 유도 시스템인지 여부를 결정하고 그 후 전기 신호의 주파수를 효과적으로 관리하는 것을 보조하는 데 사용되며, 이로써 전자기 또는 유도 ECS를 포함하는 차량의 배터리의 전기 충전 동안에 최적의 ECS 전력 효율이 유지된다. ECS는 전기 분야에 통상 상업적으로 입수할 수 있는 저항기, 커패시터, 릴레이 등과 같은 전기 컴포넌트들로 구성될 수 있다. VCO 전기 디바이스는 ECS의 전자기 및 유도 무선 메커니즘에 의해 포함되는 관심 주파수의 통상 이용 가능한 일부로서 구입될 수 있다. VCO 전기 회로의 검출 회로는 플립-플롭 전기 컴포넌트와 컨트롤러를 이용하여 쉽게 구성될 수 있다. ECS(12)는 제1 및 제2 코일의 여기 중에 시스템 전력 효율을 편리하게 결정하고, 또한 15도의 관계 또는 0도의 관계와 같이 위상차 관계가 존재하는지 여부를 결정하여, 제1 차량의 차량 탑재 트랜스듀서 또는 제2 차량의 차량 탑재 트랜스듀서가 차량 외부 트랜스듀서와 정렬되어 있는지 여부를 안다. 전자기 ECS 배열의 결정을 위한 최종 값을 제공하기 위해 15도의 위상 차이 각도가 발견되었다.
본 발명이 바람직한 실시예의 측면에서 설명되어 있지만, 이로 제한되는 것이 아니라 다음의 청구항들에 개시된 한도로만 제한된다.
그러나, 본 발명은 광범위한 유용성 및 응용분야에 적용될 수 있다는 점이 당업자에 의해 용이하게 이해될 것이다. 여러 변형예, 수정예, 및 균등 배열뿐 아니라, 여기에 설명된 것 이외에 본 발명의 여러 실시예 및 적용예는 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한, 본 발명 및 전술한 설명으로부터 명백하거나 합리적으로 제안될 것이다. 따라서, 본 발명이 바람직한 실시예에 관해 상세히 설명되어 있지만, 이러한 개시는 본 발명의 예시와 본보기일 뿐이고 단지 본 발명의 완전하고 이용 가능한 개시를 제공하기 위한 것이다. 전술한 개시는 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니라 임의의 다른 실시예, 적용예, 변형예, 수정예, 및 균등 배열을 배제하지 않으며, 본 발명은 다음의 청구항 및 그 균등물에 의해서만 제한된다.

Claims (20)

  1. 적어도 하나의 에너지 저장 디바이스(ESD: energy storage device)를 전기적으로 충전하기 위한 전기 충전 시스템(ECS: electrical charging system)으로서,
    전압 제어 발진기(VCO: voltage-controlled oscillator) 전기 회로;
    상기 VCO 전기 회로와 각각 전기 통신하는 제1 코일 및 제2 코일을 적어도 포함하는 복수의 코일을 포함하는 제1 트랜스듀서; 및
    (i) 제3 코일 및 (ii) 제4 코일 중 적어도 하나를 각각 포함하는 복수의 제2 트랜스듀서
    를 포함하고,
    상기 VCO 전기 회로가 제1 주파수로 동작하는 경우에는 상기 제1 코일이 상기 제3 코일과 무선 통신하여 상기 ESD를 전기적으로 충전하고, 상기 VCO 전기 회로가 상기 제1 주파수와 상이한 제2 주파수로 동작하는 경우에는 상기 제2 코일이 상기 제4 코일과 무선 통신하여 상기 ESD를 전기적으로 충전하는 ECS.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 제2 트랜스듀서는, 제1 자동차(motorized vehicle) 및 제2 자동차를 포함하는 복수의 차량 상에 배치되고, 상기 제1 자동차는 상기 복수의 제2 트랜스듀서 중에서 상기 제3 코일을 포함하는 제2 트랜스듀서를 포함하고, 상기 제2 자동차는 상기 복수의 제2 트랜스듀서 중에서 상기 제4 코일을 포함하는 제2 트랜스듀서를 포함하는 ECS.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 자동차 및 상기 제2 자동차는 각각 전기차 및 하이브리드 전기차 중 하나이고, 상기 제1 자동차의 ESD는 상기 제1 자동차의 구동렬(drivetrain)에 전력 공급하도록 구성되고, 상기 제2 자동차의 ESD는 상기 제2 자동차의 구동렬에 전력 공급하도록 구성되는 ECS.
  4. 제2항에 있어서, 상기 VCO 전기 회로는 상기 ECS와 관련된 전력 송신기에 배치되고, 상기 전력 송신기는 상기 제1 자동차의 외부에 배치되며 상기 제2 자동차의 외부에 배치되는 ECS.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제3 코일은 상기 제1 코일로부터 전자기 에너지를 무선으로 수신하고, 상기 제4 코일은 상기 제2 코일로부터 유도 에너지를 무선으로 수신하는 ECS.
  6. 제5항에 있어서, 상기 VCO 전기 회로는 상기 전자기 에너지에 대한 각도 위상 차이(angular phase difference) 및 상기 유도 에너지에 대한 각도 위상 차이를 동작적으로 유지하고, 상기 전자기 에너지 및 상기 유도 에너지 중 하나에 대한 상기 각도 위상 차이는, 상기 ECS와 관련된 전력 송신기로부터 각각 출력되며 상기 제1 트랜스듀서에 의해 입력들로서 각각 수신되는 AC 전류와 AC 전압 사이에 있는 ECS.
  7. 제6항에 있어서, 상기 전자기 에너지에 대한 상기 각도 위상 차이는 약 10도 내지 약 15도의 범위의 값을 갖고, 상기 유도 에너지에 대한 상기 각도 위상 차이는 약 0도인 값을 갖는 ECS.
  8. 제1항에 있어서, 상기 VCO 전기 회로는,
    입력 및 출력을 갖는 증폭기 - 상기 출력은 상기 제1 트랜스듀서와 전기 통신함 -,
    상기 증폭기의 입력과 전기 통신하는 VCO 전기 디바이스,
    상기 증폭기의 출력과 전기 통신하는 입력을 갖는 전압 모니터 전기 회로,
    상기 증폭기의 출력과 전기 통신하는 입력을 갖는 전류 모니터 전기 회로, 및
    출력, 제1 입력 및 제2 입력을 갖는 검출 전기 회로
    를 포함하고,
    상기 검출 전기 회로의 상기 출력은 상기 VCO 전기 디바이스의 입력과 전기 통신하고,
    상기 검출 전기 회로의 상기 제1 입력은 상기 전압 모니터 전기 회로로부터 전기 신호를 수신하고,
    상기 검출 전기 회로의 상기 제2 입력은 상기 전류 모니터 전기 회로로부터 전기 신호를 수신하는 ECS.
  9. 제8항에 있어서, 상기 검출 전기 회로는 상기 VCO 전기 디바이스와 전기 통신하는 컨트롤러를 더 포함하는 ECS.
  10. 전기 충전 시스템(ECS)을 사용하여 제1 차량의 에너지 저장 디바이스(ESD) 및 제2 차량의 ESD를 전기적으로 충전하는 방법으로서,
    제1 코일 및 제2 코일을 포함하는 상기 ECS의 제1 트랜스듀서를 제공하는 단계 - 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일은 상기 ECS의 전압 제어 발진기(VCO) 전기 회로와 각각 전기 통신함 -;
    적어도 상기 제1 차량 및 상기 제2 차량 상에 각각 배치되는 상기 ECS의 복수의 제2 트랜스듀서를 제공하는 단계 - 상기 제1 차량과 관련된 제2 트랜스듀서는 제3 코일을 포함하고, 상기 제2 차량과 관련된 제2 트랜스듀서는 제4 코일을 포함함 -;
    상기 제3 코일이 상기 제1 코일과 에너지를 무선으로 통신하도록 구성되거나 상기 제4 코일이 상기 제2 코일과 에너지를 무선으로 통신하도록 구성되도록 상기 제1 차량 및 상기 제2 차량 중 하나의 차량을 이동 배치하는 단계;
    상기 VCO 전기 회로에 의해 제1 주파수로 상기 제1 트랜스듀서의 상기 제1 코일을 여기시키는 단계;
    상기 VCO 전기 회로에 의해 상기 제1 주파수와 상이한 제2 주파수로 상기 제1 트랜스듀서의 상기 제2 코일을 여기시키는 단계;
    상기 제1 코일이 상기 여기시키는 단계에서 여기되는 경우, 상기 ECS에 의해 측정된 제1 ECS 전력 효율에 관련한 상기 여기된 제1 코일의 결과로서 상기 제1 차량과 관련된 상기 제3 코일이 가동되는지(energized) 여부를 상기 ECS에 의해 결정하는 단계;
    상기 제2 코일이 상기 여기시키는 단계에서 여기되는 경우, 상기 ECS에 의해 측정된 제2 ECS 전력 효율에 관련한 상기 여기된 제2 코일의 결과로서 상기 제2 차량과 관련된 상기 제4 코일이 가동되는지 여부를 상기 ECS에 의해 결정하는 단계;
    상기 ECS에 의해, 상기 제1 ECS 전력 효율과 상기 제2 ECS 전력 효율을 비교하는 단계; 및
    (i) 상기 제1 ECS 전력 효율이 허용가능한 ECS 전력 효율 범위 내에 있는 경우에 상기 제1 차량의 ESD를 전기적으로 충전하거나, (ii) 상기 제2 ECS 전력 효율이 상기 허용가능한 ECS 전력 효율 범위 내에 있는 경우에 상기 제2 차량의 ESD를 전기적으로 충전하는 단계
    를 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 결정하는 단계는,
    상기 제1 코일이 여기되는 경우, 상기 제1 트랜스듀서에 각각 입력되는 AC 전압과 AC 전류 사이에서 상기 ECS의 상기 제1 전력 효율에 관련하여 제1 각도 위상 차이를 결정하는 서브단계, 및
    상기 제2 코일이 여기되는 경우, 상기 제1 트랜스듀서에 각각 입력되는 AC 전압과 AC 전류 사이에서 상기 ECS의 상기 제2 ECS 전력 효율에 관련하여 제2 각도 위상 차이를 결정하는 서브단계
    를 더 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 결정된 제1 각도 위상 차이는 상기 결정된 제2 각도 위상 차이보다 큰 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 결정된 제1 각도 위상 차이는 약 15도이고, 상기 결정된 제2 각도 위상 차이는 약 0도인 방법.
  14. 제10항에 있어서, 상기 제1 차량의 상기 제1 코일로부터 상기 제3 코일에 의해 무선으로 수신된 상기 에너지는 무선 전자기 에너지를 포함하고, 상기 제2 차량의 상기 제2 코일로부터 상기 제4 코일에 의해 무선으로 수신된 상기 에너지는 무선 유도 에너지를 포함하는 방법.
  15. 제10항에 있어서, 상기 제3 코일은 제1 주파수로 상기 제1 코일로부터 에너지를 무선으로 수신하고, 상기 제4 코일은 상기 제1 주파수와 상이한 제2 주파수로 상기 제2 코일로부터 에너지를 무선으로 수신하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1 주파수는 상기 제2 주파수보다 큰 방법.
  17. 제10항에 있어서, 상기 결정하는 단계들은,
    (i) 상기 제1 차량의 ESD, 및
    (ii) 상기 제2 차량의 ESD
    중 하나의 ESD의 전기 충전과 관련된 상기 ECS에 의한 상기 VCO 전기 회로의 동작 제어를 더 포함하고,
    상기 VCO 전기 회로의 상기 동작 제어는,
    a) 상기 제1 차량 및 상기 제2 차량 중 하나의 차량의 ESD의 건강 상태,
    b) 상기 제1 차량 및 상기 제2 차량 중 하나의 차량의 각각의 ESD의 전기 충전 레벨, 및
    c) 상기 ECS의 온/오프 상태
    중 적어도 하나에 또한 기반하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 VCO 전기 회로의 상기 동작 제어는,
    a) 상기 제1 차량 및 상기 제2 차량 중 하나의 차량의 ESD의 건강 상태,
    b) 상기 제1 차량 및 상기 제2 차량 중 하나의 차량의 각각의 ESD의 전기 충전 레벨, 및
    c) 상기 ECS의 온/오프 상태
    에 기반하는 방법.
  19. 제10항에 있어서, 상기 VCO 전기 회로는 상기 ECS와 관련된 전력 송신기에 배치되고, 상기 VCO 전기 회로는 상기 제1 트랜스듀서와 직접 전기적 연결되는 증폭기를 포함하고, 상기 전력 송신기는 상기 제1 차량 및 상기 제2 차량의 외부에 배치되는 방법.
  20. 제10항에 있어서, 상기 제1 차량 및 상기 제2 차량은 각각 (i) 하이브리드 전기차 및 (ii) 전기차 중 하나인 방법.
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