KR20190137688A - Method and apparatus for performing switchng synchronization of a bridgeless rectifier in an electric car wireless power transmission system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수신측에 브리지리스 정류기를 사용하는 전기차 무선 전력 전송 시스템에서, 송신측으로부터 전달받는 정보를 최소화하여 수신측 브리지리스 정류기의 스위칭 동작을 제어하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for performing switching synchronization of a bridgeless rectifier in an electric vehicle wireless power transmission system, and more particularly, in an electric vehicle wireless power transmission system using a bridgeless rectifier on a receiving side, transmitted from a transmitting side. The present invention relates to a technique for controlling switching operation of a receiving bridgeless rectifier by minimizing received information.
전기차 충전 시스템은 기본적으로 상용 전원의 배전망(grid)이나 에너지 저장 장치의 전력을 이용하여 전기차에 탑재된 배터리를 충전하는 시스템으로 정의할 수 있다. 이러한 전기차 충전 시스템은 전기차의 종류에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 전기차 충전 시스템은 케이블을 이용한 전도성 충전 시스템이나 비접촉 방식의 무선 전력 전송 시스템을 포함할 수 있다.The EV charging system may be basically defined as a system for charging a battery mounted in an EV using a grid of a commercial power source or an electric power of an energy storage device. Such an electric vehicle charging system may have various forms depending on the type of electric vehicle. For example, the electric vehicle charging system may include a conductive charging system using a cable or a wireless power transmission system of a contactless type.
전기차의 충전 시, 전기차에 탑재되는 차량 어셈블리(vehicle assembly, VA)는 충전 스테이션(charge station)이나 충전 스팟(charging spots)에 위치하는 그라운드 어셈블리(ground assembly, GA)의 송전 패드와 유도 공진 결합을 형성하고, 유도 공진 결합을 통해 그라운드 어셈블리로부터 전달되는 전력을 이용하여 전기차의 배터리에 충전을 수행하게 된다.When charging an electric vehicle, a vehicle assembly (VA) mounted on the electric vehicle induces inductive resonance coupling with a power transmission pad of a ground assembly (GA) located at a charging station or charging spots. And charge the battery of the electric vehicle using the power delivered from the ground assembly through the inductive resonance coupling.
한편, 전기차로 무선 전력을 전달하는 WPT(Wireless Power Transfer) 시스템에 포함된 송신측과 수신측은 서로 물리적 및/또는 전기적으로 분리되어 있어, 상호간 정보 교환을 통해 동기화된 동작을 수행하는 것이 필요하다.Meanwhile, the transmitting side and the receiving side included in a wireless power transfer (WPT) system for transferring wireless power to an electric vehicle are physically and / or electrically separated from each other, and thus it is necessary to perform synchronized operations through mutual information exchange.
만약, 송신측과 수신측 사이에 동기화된 동작이 수행되지 않으면, 공진 주파수가 달라지거나 수신측 임피던스를 원하는 형태로 제어할 수 없게 되므로, 무선 전력 전송 효율이 감소할 수 있고, 시스템의 오동작과 손상을 초래할 수 있다.If the synchronized operation is not performed between the transmitting side and the receiving side, the resonant frequency may be changed or the receiving side impedance may not be controlled in a desired form, thereby reducing the wireless power transmission efficiency and causing malfunction and damage of the system. May result.
따라서, 무선 전력을 전송하는 송신측과 수신측 사이에 최소한의 정보 교환을 통해 동기화된 동작을 수행하거나 수신측에서 독립적으로 동작할 수 있는 방안이 필요한 실정이다.Therefore, there is a need for a method capable of performing a synchronized operation through minimal information exchange between a transmitting side and a receiving side transmitting wireless power or operating independently at the receiving side.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 방법, 장치 및 전기차를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention for solving the above problems is to provide a method, apparatus and electric vehicle for performing switching synchronization of a bridgeless rectifier in an electric vehicle wireless power transmission system.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기(bridgeless rectifier)의 스위칭을 독립적으로 수행하기 위한 방법, 장치 및 전기차를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention for solving the above problems is to provide a method, apparatus and electric vehicle for independently switching the bridgeless rectifier in the electric vehicle wireless power transmission system.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은, 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기(bridgeless rectifier)의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 방법을 제공한다.One aspect of the present invention for achieving the above object provides a method for performing switching synchronization of a bridgeless rectifier in an electric vehicle wireless power transfer system.
전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기(bridgeless rectifier)의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 방법은, 송신측으로부터 송신측 공진 회로의 입력 전압을 수신하는 단계, 수신된 입력 전압에 대한 위상과, 수신측 공진 회로 및 상기 브리지리스 정류기에서 선택된 전압이나 전류에 대한 위상 사이의 위상차를 산출하는 단계 및 산출된 위상차가 0에 근접하도록 상기 브리지리스 정류기에 포함된 스위치들의 스위칭 시점을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.A method for performing switching synchronization of a bridgeless rectifier in an electric vehicle wireless power transmission system includes receiving an input voltage of a transmitting side resonant circuit from a transmitting side, a phase of the received input voltage, and a receiving side resonance Calculating a phase difference between a circuit and a phase for a selected voltage or current in the bridgeless rectifier, and controlling switching points of the switches included in the bridgeless rectifier such that the calculated phase difference approaches zero. .
상기 브리지리스 정류기의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 방법은, 전기차 제어 모듈에서 수행될 수 있다. The method for performing switching synchronization of the bridgeless rectifier may be performed in an electric vehicle control module.
상기 수신측 공진 회로는 상기 송신측 공진 회로와 전자기적으로 커플링되어 있을 수 있다.The receiving side resonant circuit may be electromagnetically coupled to the transmitting side resonant circuit.
상기 브리지리스 정류기는 상기 수신측 공진 회로의 출력을 정류하여 출력할 수 있다.The bridgeless rectifier may rectify and output the output of the reception side resonant circuit.
상기 브리지리스 정류기는, 제1 다이오드 및 제1 스위치가 직렬 연결된 제1 정류 회로; 및 제2 다이오드 및 제2 스위치가 직렬 연결된 제2 정류 회로를 포함할 수 있다.The bridgeless rectifier may include: a first rectifying circuit having a first diode and a first switch connected in series; And a second rectifying circuit connected to the second diode and the second switch in series.
상기 제1 정류 회로와 상기 제2 정류 회로는 서로 병렬 연결될 수 있다.The first rectifier circuit and the second rectifier circuit may be connected in parallel to each other.
상기 위상차를 산출하는 단계는, 상기 입력 전압에 대한 위상과 상기 수신측 공진 회로의 출력 전류에 대한 위상 사이의 위상차를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.The calculating of the phase difference may include calculating a phase difference between a phase with respect to the input voltage and a phase with respect to an output current of the receiving side resonant circuit.
상기 수신측 공진 회로의 출력 전류는, 상기 제1 다이오드와 상기 제1 스위치 사이의 노드 및 상기 제2 다이오드와 제2 스위치 사이의 노드 중 적어도 하나로 유입되는 전류일 수 있다.The output current of the reception side resonant circuit may be a current flowing into at least one of a node between the first diode and the first switch and a node between the second diode and the second switch.
상기 브리지리스 정류기의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 방법은, 상기 수신측 공진 회로의 출력 전류에 대한 주파수를 산출하는 단계 및 산출된 주파수를 상기 스위치들에 대한 스위칭 주파수로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method for performing switching synchronization of the bridgeless rectifier may further include calculating a frequency for an output current of the receiving side resonant circuit and determining the calculated frequency as a switching frequency for the switches. have.
상기 수신측 공진 회로의 출력 전류에 대한 주파수를 산출하는 단계는, 상기 수신측 공진 회로의 출력 전류에 대한 제로-크로스 포인트(zero-cross point)를 감지하는 단계, 감지된 제로-크로스 포인트마다 하나의 펄스(pulse)를 생성하는 단계, 생성된 펄스들에서 연속된 상승 엣지 사이의 시간 간격을 산출하는 단계 및 산출된 시간 간격을 주파수로 환산하는 단계를 포함할 수 있다.Computing the frequency of the output current of the receiving side resonant circuit, detecting a zero-cross point for the output current of the receiving side resonant circuit, one for each detected zero-cross point Generating a pulse, calculating a time interval between successive rising edges in the generated pulses, and converting the calculated time interval into a frequency.
상기 브리지리스 정류기의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 방법은, 전기차 배터리의 출력 전압을 감지하는 단계, 감지된 출력 전압과 상기 전기차 배터리의 설계 요구 사항에 따른 기준 전압을 비교하는 단계 및 비교 결과에 따라 상기 스위치들의 스위칭 듀티(duty)를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method for performing switching synchronization of the bridgeless rectifier may include detecting an output voltage of an electric vehicle battery, comparing the detected output voltage with a reference voltage according to a design requirement of the electric vehicle battery, and according to the comparison result. The method may further include controlling a switching duty of the switches.
상기 스위칭 듀티를 제어하는 단계는, 상기 전기차 배터리의 출력 전압이 상기 기준 전압보다 작으면, 상기 스위칭 듀티가 증가하도록 제어할 수 있다.In the controlling of the switching duty, when the output voltage of the electric vehicle battery is less than the reference voltage, the switching duty may be increased.
상기 위상차를 산출하는 단계는, 상기 입력 전압에 대한 위상과 상기 제1 스위치에 인가되는 전압에 대한 위상 사이의 위상차를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.The calculating of the phase difference may include calculating a phase difference between a phase with respect to the input voltage and a phase with respect to a voltage applied to the first switch.
상기 브리지리스 정류기의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 방법은, 상기 제1 스위치에 인가되는 전압을 이용하여 상기 브리지리스 정류기의 동작 상태에 따른 주파수를 산출하는 단계 및 산출된 주파수를 상기 스위치들에 대한 스위칭 주파수로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.A method for performing switching synchronization of the bridgeless rectifier includes calculating a frequency according to an operating state of the bridgeless rectifier using a voltage applied to the first switch and switching the calculated frequency to the switches. The method may further include determining the frequency.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면은, 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기(bridgeless rectifier)의 스위칭을 독립적으로 수행하기 위한 방법을 제공한다.Another aspect of the present invention for achieving the above object provides a method for independently performing switching of a bridgeless rectifier in an electric vehicle wireless power transfer system.
전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기(bridgeless rectifier)의 스위칭을 독립적으로 수행하기 위한 방법은, 상기 브리지리스 정류기의 출력을 통해 에너지를 전달받는 전기차 배터리에 대하여 출력 전압과 출력 전류를 감지하는 단계, 감지된 출력 전압과 출력 전류를 이용하여 출력 전력을 산출하는 단계 및 산출된 출력 전력이 최대값에 근접하도록 상기 브리지리스 정류기에 포함된 스위치들의 스위칭 시점을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.A method for independently switching a bridgeless rectifier in an electric vehicle wireless power transmission system includes: detecting an output voltage and an output current of an electric vehicle battery receiving energy through an output of the bridgeless rectifier; Calculating output power using the sensed output voltage and output current, and controlling switching points of the switches included in the bridgeless rectifier such that the calculated output power approaches a maximum value.
상기 브리지리스 정류기의 스위칭을 독립적으로 수행하기 위한 방법은, 전기차 제어 모듈에서 수행될 수 있다. The method for independently switching the bridgeless rectifier may be performed in an electric vehicle control module.
상기 브리지리스 정류기는, 제1 다이오드 및 제1 스위치가 직렬 연결된 제1 정류 회로 및 제2 다이오드 및 제2 스위치가 직렬 연결된 제2 정류 회로를 포함할 수 있다. The bridgeless rectifier may include a first rectifier circuit connected in series with a first diode and a first switch, and a second rectifier circuit connected in series with a second diode and a second switch.
상기 제1 정류 회로와 상기 제2 정류 회로는 서로 병렬 연결될 수 있다.The first rectifier circuit and the second rectifier circuit may be connected in parallel to each other.
상기 브리지리스 정류기의 스위칭을 독립적으로 수행하기 위한 방법은, 수신측 공진 회로의 출력 전류에 대한 주파수를 산출하는 단계 및 산출된 주파수를 상기 스위치들에 대한 스위칭 주파수로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method for independently switching the bridgeless rectifier may further include calculating a frequency for an output current of a receiving side resonant circuit and determining the calculated frequency as a switching frequency for the switches. have.
상기 브리지리스 정류기는, 상기 수신측 공진 회로의 출력을 정류하여 출력할 수 있다.The bridgeless rectifier may rectify and output the output of the reception side resonant circuit.
상기 수신측 공진 회로의 출력 전류에 대한 주파수를 산출하는 단계는, 상기 수신측 공진 회로의 출력 전류에 대한 제로-크로스 포인트(zero-cross point)를 감지하는 단계, 감지된 제로-크로스 포인트마다 하나의 펄스(pulse)를 생성하는 단계, 생성된 펄스들에서 연속된 상승 엣지 사이의 시간 간격을 산출하는 단계 및 산출된 시간 간격을 주파수로 환산하는 단계를 포함할 수 있다.Computing the frequency of the output current of the receiving side resonant circuit, detecting a zero-cross point for the output current of the receiving side resonant circuit, one for each detected zero-cross point Generating a pulse, calculating a time interval between successive rising edges in the generated pulses, and converting the calculated time interval into a frequency.
상기 브리지리스 정류기의 스위칭을 독립적으로 수행하기 위한 방법은, 상기 감지된 출력 전압과 상기 전기차 배터리의 설계 요구 사항에 따른 기준 전압을 비교하는 단계 및 비교 결과에 따라 상기 스위치들의 스위칭 듀티(duty)를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.A method for independently performing switching of the bridgeless rectifier may include comparing the detected output voltage with a reference voltage according to a design requirement of the electric vehicle battery, and comparing the switching duty of the switches according to a comparison result. The method may further include controlling.
상기 스위칭 듀티를 제어하는 단계는, 상기 감지된 출력 전압이 상기 기준 전압보다 작으면, 상기 스위칭 듀티가 증가하도록 제어할 수 있다.The controlling of the switching duty may include controlling the switching duty to increase when the sensed output voltage is smaller than the reference voltage.
상기 브리지리스 정류기의 스위칭을 독립적으로 수행하기 위한 방법은, 상기 제1 스위치에 인가되는 전압을 이용하여 상기 브리지리스 정류기의 동작 상태에 따른 주파수를 산출하는 단계 및 산출된 주파수를 상기 스위치들에 대한 스위칭 주파수로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.A method for independently switching the bridgeless rectifier may include calculating a frequency according to an operating state of the bridgeless rectifier using a voltage applied to the first switch, and converting the calculated frequency into the switches. The method may further include determining a switching frequency.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면은, 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기(bridgeless rectifier)의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 장치를 제공한다.Another aspect of the present invention for achieving the above object provides an apparatus for performing switching synchronization of a bridgeless rectifier in an electric vehicle wireless power transfer system.
전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기(bridgeless rectifier)의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 장치는, 적어도 하나의 프로세서(processor), 상기 적어도 하나의 프로세서가 적어도 하나의 단계를 수행하도록 지시하는 명령어들(instructions)을 저장하는 메모리(memory)를 포함할 수 있다.An apparatus for performing switching synchronization of a bridgeless rectifier in an electric vehicle wireless power transfer system includes at least one processor and instructions for instructing the at least one processor to perform at least one step. It may include a memory for storing ().
상기 적어도 하나의 단계는, 송신측으로부터 송신측 공진 회로의 입력 전압을 수신하는 단계, 수신된 입력 전압에 대한 위상과, 수신측 공진 회로 및 상기 브리지리스 정류기에서 선택된 전압이나 전류에 대한 위상 사이의 위상차를 산출하는 단계 및 산출된 위상차가 0에 근접하도록 상기 브리지리스 정류기에 포함된 스위치들의 스위칭 시점을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.The at least one step includes receiving an input voltage of a transmitting side resonant circuit from a transmitting side, between a phase for a received input voltage and a phase for a voltage or current selected by the receiving side resonant circuit and the bridgeless rectifier. Calculating a phase difference and controlling switching points of the switches included in the bridgeless rectifier such that the calculated phase difference approaches zero.
상기 수신측 공진 회로는 상기 송신측 공진 회로와 전자기적으로 커플링되어 있고, 상기 브리지리스 정류기는 상기 수신측 공진 회로의 출력을 정류하여 출력할 수 있다.The receiving side resonant circuit is electromagnetically coupled to the transmitting side resonant circuit, and the bridgeless rectifier may rectify and output the output of the receiving side resonant circuit.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면은, 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기(bridgeless rectifier)의 스위칭을 독립적으로 수행하기 위한 장치를 제공한다.Another aspect of the present invention for achieving the above object provides an apparatus for independently performing switching of a bridgeless rectifier in an electric vehicle wireless power transfer system.
전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기(bridgeless rectifier)의 스위칭을 독립적으로 수행하기 위한 장치는, 적어도 하나의 프로세서(processor), 상기 적어도 하나의 프로세서가 적어도 하나의 단계를 수행하도록 지시하는 명령어들(instructions)을 저장하는 메모리(memory)를 포함할 수 있다.An apparatus for independently switching a bridgeless rectifier in an electric vehicle wireless power transmission system includes at least one processor and instructions for instructing the at least one processor to perform at least one step. It may include a memory for storing instructions.
상기 적어도 하나의 단계는, 브리지리스 정류기의 출력을 통해 에너지를 전달받는 전기차 배터리에 대하여 출력 전압과 출력 전류를 감지하는 단계, 감지된 출력 전압과 출력 전류를 이용하여 출력 전력을 산출하는 단계 및 산출된 출력 전력이 최대값에 근접하도록 상기 상기 브리지리스 정류기에 포함된 스위치들의 스위칭 시점을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.The at least one step may include detecting an output voltage and an output current of an electric vehicle battery receiving energy through an output of the bridgeless rectifier, calculating and outputting output power using the detected output voltage and output current. Controlling switching points of the switches included in the bridgeless rectifier such that the output power is close to a maximum value.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면은, 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기(bridgeless rectifier)의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 전기차(Electric Vehicle, EV)를 제공한다.Another aspect of the present invention for achieving the above object provides an electric vehicle (EV) for performing switching synchronization of a bridgeless rectifier in an electric vehicle wireless power transfer system.
전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기(bridgeless rectifier)의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 전기차(Electric Vehicle, EV)는, 적어도 하나의 프로세서(processor), 상기 적어도 하나의 프로세서가 적어도 하나의 단계를 수행하도록 지시하는 명령어들(instructions)을 저장하는 메모리(memory), 송신 코일과 전자기적으로 커플링되고 상기 송신 코일로부터 유도 전력을 전달받는 수신측 공진 회로, 상기 수신측 공진 회로의 출력을 정류하여 출력하는 브리지리스 정류기 및 상기 브리지리스 정류기의 출력을 통해 에너지를 전달받아 저장하고, 상기 전기차에 에너지를 공급하는 전기차 배터리(EV battery)를 포함할 수 있다.An electric vehicle (EV) for performing switching synchronization of a bridgeless rectifier in an electric vehicle wireless power transmission system includes at least one processor and the at least one processor to perform at least one step. A memory for storing instructions, a receiving side resonant circuit electromagnetically coupled to the transmitting coil and receiving inductive power from the transmitting coil, and rectifying and outputting the output of the receiving side resonant circuit. It may include an electric vehicle battery (EV battery) for receiving and storing energy through the bridgeless rectifier and the output of the bridgeless rectifier and supplying energy to the electric vehicle.
상기 적어도 하나의 단계는, 송신측으로부터 송신측 공진 회로의 입력 전압을 수신하는 단계, 수신된 입력 전압에 대한 위상과, 상기 수신측 공진 회로 및 상기 브리지리스 정류기에서 선택된 전압이나 전류에 대한 위상 사이의 위상차를 산출하는 단계 및 산출된 위상차가 0에 근접하도록 상기 브리지리스 정류기에 포함된 스위치들의 스위칭 시점을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.The at least one step includes receiving an input voltage of a transmitting side resonant circuit from a transmitting side, between a phase for a received input voltage and a phase for a voltage or current selected by the receiving side resonant circuit and the bridgeless rectifier. Calculating a phase difference of and controlling switching points of the switches included in the bridgeless rectifier such that the calculated phase difference approaches zero.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면은, 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기(bridgeless rectifier)의 스위칭을 독립적으로 수행하기 위한 전기차(Electric Vehicle, EV)를 제공한다.Another aspect of the present invention for achieving the above object provides an electric vehicle (EV) for independently performing the switching of the bridgeless rectifier in the electric vehicle wireless power transmission system.
전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기(bridgeless rectifier)의 스위칭을 독립적으로 수행하기 위한 전기차(Electric Vehicle, EV)는, 적어도 하나의 프로세서(processor), 상기 적어도 하나의 프로세서가 적어도 하나의 단계를 수행하도록 지시하는 명령어들(instructions)을 저장하는 메모리(memory), 송신 코일과 전자기적으로 커플링되고 상기 송신 코일로부터 유도 전력을 전달받는 수신측 공진 회로, 상기 수신측 공진 회로의 출력을 정류하여 출력하는 브리지리스 정류기 및 상기 브리지리스 정류기의 출력을 통해 에너지를 전달받아 저장하고, 상기 전기차에 에너지를 공급하는 전기차 배터리(EV battery)를 포함할 수 있다.In an electric vehicle (EV) for independently switching a bridgeless rectifier in an electric vehicle wireless power transmission system, at least one processor and the at least one processor perform at least one step. Memory for storing instructions instructing to receive, the receiving side resonant circuit electromagnetically coupled with the transmitting coil and receives the induced power from the transmitting coil, and outputs the rectified output of the receiving side resonant circuit It may include a bridgeless rectifier and an electric vehicle battery (EV battery) to receive and store energy through the output of the bridgeless rectifier, and to supply energy to the electric vehicle.
상기 적어도 하나의 단계는, 상기 전기차 배터리에 대하여 출력 전압과 출력 전류를 감지하는 단계, 감지된 출력 전압과 출력 전류를 이용하여 출력 전력을 산출하는 단계 및 산출된 출력 전력이 최대값에 근접하도록 상기 브리지리스 정류기에 포함된 스위치들의 스위칭 시점을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.The at least one step may include: detecting an output voltage and an output current with respect to the electric vehicle battery, calculating an output power using the sensed output voltage and the output current, and calculating the output power to be close to a maximum value. Controlling switching points of the switches included in the bridgeless rectifier.
상기와 같은 본 발명에 따른 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 방법, 장치 및 전기차를 이용할 경우에는, 송신측과 수신측 상호간 스위칭 동기화를 위한 동기화 신호를 교환할 필요가 없어 통신 딜레이(delay)와 잡음(noise)에 영향을 받지 않을 수 있다.When using the method, apparatus and electric vehicle for performing the switching synchronization of the bridgeless rectifier in the electric vehicle wireless power transmission system according to the present invention as described above, it is necessary to exchange the synchronization signal for switching synchronization between the transmitting side and the receiving side It can be unaffected by communication delays and noise.
또한, 최소환의 정보만을 송신측과 수신측이 교환함으로써 연산속도 저하를 방지하고, 감지회로의 부피를 줄여 비용을 감소시킬 수 있다.In addition, since the transmitting side and the receiving side exchange only the minimum ring information, the operation speed can be prevented and the volume of the sensing circuit can be reduced to reduce the cost.
또한, 본 발명에 따른 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기의 스위칭을 독립적으로 수행하기 위한 방법, 장치 및 전기차를 이용할 경우에는, 송신측과 수신측 사이의 정보교환이 불필요하기 때문에 수신측에서 독립적으로 브리지리스 정류기의 스위칭을 제어할 수 있는 장점이 있다.In addition, when using the method, apparatus and electric vehicle for independently switching the bridgeless rectifier in the electric vehicle wireless power transmission system according to the present invention, since the information exchange between the transmitting side and the receiving side is unnecessary, the receiving side is independent. This has the advantage of controlling the switching of the bridgeless rectifier.
도 1은 본 발명의 일 실시예가 적용되는 전기차를 위한 무선 전력 전송의 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 무선 충전 회로를 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 무선 전력 전송에서의 정렬 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템(Wireless Power Transfer system, WPT system)을 나타낸 예시 회로도이다.
도 5는 도 4에 따른 수신측에 브리지리스(bridgeless) 정류기를 구현한 무선 전력 전송 시스템에 대한 등가 회로도이다.
도 6a 내지 도 6c는 브리지리스 정류기의 스위칭 시점과 듀티를 제어하여 등가 출력 임피던스를 제어하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신측의 브리지리스 정류기를 송신측과 동기화하기 위하여 송신측에서 제어를 수행하는 경우에 대한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 브리지리스 정류기를 수신측에서 제어하는 경우에 대한 제1 방법 및 제2 방법을 나타낸 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 브리지리스 정류기를 수신측에서 제어하는 경우에 대한 제3 방법을 나타낸 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 브리지리스 정류기를 수신측에서 제어하는 제1 방법에 대한 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 브리지리스 정류기를 수신측에서 제어하는 제1 방법에 따른 신호를 나타내기 위한 예시 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 브리지리스 정류기의 스위칭 제어에 이용되는 캐리어브릿지 신호를 설명하기 위한 예시도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 브리지리스 정류기를 수신측에서 제어하는 제2 방법에 대한 흐름도이다.
도 14은 본 발명의 일 실시예에 따른 브리지리스 정류기를 수신측에서 제어하는 제2 방법에 따른 신호를 나타내기 위한 제1 예시 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 브리지리스 정류기를 수신측에서 제어하는 제2 방법에 따른 신호를 나타내기 위한 제2 예시 그래프이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 브리지리스 정류기를 수신측에서 제어하는 제3 방법의 개념을 설명하기 위한 그래프이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 방법에 대한 흐름도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기(bridgeless rectifier)의 스위칭을 독립적으로 수행하기 위한 방법에 대한 흐름도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기(bridgeless rectifier)의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 장치에 대한 구성도이다.1 is a conceptual diagram illustrating a concept of wireless power transmission for an electric vehicle to which an embodiment of the present invention is applied.
2 is a conceptual diagram illustrating an electric vehicle wireless charging circuit according to an embodiment of the present invention.
3 is a conceptual diagram illustrating an alignment concept in electric vehicle wireless power transmission according to an embodiment of the present invention.
4 is an exemplary circuit diagram illustrating a wireless power transfer system (WPT system) according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of a wireless power transmission system implementing a bridgeless rectifier on the receiving side according to FIG. 4.
6A through 6C are exemplary diagrams for describing a method of controlling an equivalent output impedance by controlling switching timing and duty of a bridgeless rectifier.
7 is an exemplary diagram of a case where a control is performed at a transmitting side to synchronize a bridgeless rectifier at a receiving side with a transmitting side according to an embodiment of the present invention.
8 is an exemplary diagram illustrating a first method and a second method for a case where a receiver of a bridgeless rectifier according to an embodiment of the present invention is controlled.
9 is an exemplary view showing a third method for the case where the receiver of the bridgeless rectifier according to an embodiment of the present invention is controlled.
10 is a flowchart of a first method of controlling a bridgeless rectifier at a receiving side according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is an exemplary graph for illustrating a signal according to a first method of controlling a bridgeless rectifier in a receiving side according to an embodiment of the present invention.
12 is an exemplary diagram for describing a carrier bridge signal used for switching control of a bridgeless rectifier according to an embodiment of the present invention.
13 is a flowchart of a second method of controlling a bridgeless rectifier at a receiving side according to an embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a first exemplary graph for illustrating a signal according to a second method of controlling a bridgeless rectifier according to an embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a second exemplary graph for illustrating a signal according to a second method of controlling a bridgeless rectifier according to an embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a graph for describing a concept of a third method of controlling a bridgeless rectifier at a receiving side according to an embodiment of the present invention. FIG.
17 is a flowchart illustrating a method for performing switching synchronization of a bridgeless rectifier in an electric vehicle wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.
18 is a flowchart illustrating a method for independently switching a bridgeless rectifier in an electric vehicle wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a block diagram of an apparatus for performing switching synchronization of a bridgeless rectifier in an electric vehicle wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the drawings, similar reference numerals are used for similar elements.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. The term and / or includes a combination of a plurality of related items or any item of a plurality of related items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is said to be "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that another component may be present in the middle. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.
본 발명의 일 실시예에서 전기차 충전 시스템은 기본적으로 상용 전원의 배전망(grid)이나 에너지 저장 장치의 전력을 이용하여 전기차에 탑재된 배터리를 충전하는 시스템으로 정의할 수 있다. 이러한 전기차 충전 시스템은 전기차의 종류에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 전기차 충전 시스템은 케이블을 이용한 전도성 충전 시스템이나 비접촉 방식의 무선 전력 전송 시스템을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the electric vehicle charging system may be basically defined as a system for charging a battery mounted in an electric vehicle using a grid of a commercial power source or an electric power of an energy storage device. Such an electric vehicle charging system may have various forms depending on the type of electric vehicle. For example, the electric vehicle charging system may include a conductive charging system using a cable or a wireless power transmission system of a contactless type.
본 발명의 일 실시예에서 전기차(Electric Vehicle, EV)는 49 CFR(code of federal regulations) 523.3 등에서 정의된 자동차(automobile)를 지칭할 수 있다. 전기차는 고속도로 이용 가능하고, 차량 외부의 전원공급원으로부터 재충전 가능한 배터리 등의 차량 탑재 에너지 저장 장치에서 공급되는 전기에 의해 구동될 수 있다. In an embodiment of the present invention, an electric vehicle (EV) may refer to an automobile as defined in 49 Code of Federal Regulations (52FR) 523.3. The electric vehicle is highway available and can be driven by electricity supplied from an onboard energy storage device such as a rechargeable battery from a power source external to the vehicle.
본 발명의 일 실시예에서 전원공급원은 주거지나 공용 전기서비스 또는 차량 탑재 연료를 이용하는 발전기 등을 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the power supply may include a residential or public electric service or a generator using on-board fuel.
본 발명의 일 실시예에서 전기차(electric vehicle, EV)는 일렉트릭 카(electric car), 일렉트릭 오토모바일(electric automobile), ERV(electric road vehicle), PV(plug-in vehicle), xEV(plug-in vehicle) 등으로 지칭될 수 있고, xEV는 BEV(plug-in all-electric vehicle 또는 battery electric vehicle), PEV(plug-in electric vehicle), HEV(hybrid electric vehicle), HPEV(hybrid plug-in electric vehicle), PHEV(plug-in hybrid electric vehicle) 등으로 지칭되거나 구분될 수 있다.In an embodiment of the present invention, an electric vehicle (EV) is an electric car, an electric automobile, an electric road vehicle (ERV), a plug-in vehicle (PV), a plug-in (xEV). vehicle, etc., and xEV may be a plug-in all-electric vehicle or battery electric vehicle (BEV), a plug-in electric vehicle (PEV), a hybrid electric vehicle (HEV), a hybrid plug-in electric vehicle (HVV). ), Or a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV).
본 발명의 일 실시예에서 플러그인 전기차(Plug-in Electric Vehicle, PEV)는 전력 그리드에 연결하여 량 탑재 일차 배터리를 재충전하는 전기차로 지칭될 수 있다. 플러그인 차량(Plug-in vehicle, PV)은 본 명세서에서 전기차 전력공급장치(electric vehicle supply equipment, EVSE)로부터 물리적인 플러그와 소켓을 사용하지 않고 무선 충전 방식을 통해 재충전 가능한 차량으로 지칭될 수 있다. 중량 자동차(Heavy duty vehicles; H.D. Vehicles)는 49 CFR 523.6 또는 CFR 37.3(bus)에서 정의된 네 개 이상의 바퀴를 가진 모든 차량을 지칭할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a plug-in electric vehicle (PEV) may be referred to as an electric vehicle that is connected to a power grid to recharge a capacity-mounted primary battery. A plug-in vehicle (PV) may be referred to herein as a vehicle that can be recharged through a wireless charging method without using a physical plug and socket from an electric vehicle supply equipment (EVSE). Heavy duty vehicles (H.D. Vehicles) may refer to any vehicle having four or more wheels as defined in 49 CFR 523.6 or CFR 37.3 (bus).
본 발명의 일 실시예에서 경량 플러그인 전기차(Light duty plug-in electric vehicle)는 주로 공공 거리, 도로 및 고속도로에서 사용하기 위한 재충전 가능한 배터리나 다른 에너지 장치의 전류가 공급되는 전기 모터에 의해 추진력을 얻는 3개 또는 4개 바퀴를 가진 차량을 지칭할 수 있다. 경량 플러그인 전기차는 총 중량이 4.545㎏보다 작게 규정될 수 있다.In one embodiment of the present invention, a light duty plug-in electric vehicle is primarily driven by an electric motor powered by a rechargeable battery or other energy device for use on public streets, roads and highways. It may refer to a vehicle having three or four wheels. Lightweight plug-in electric vehicles may be defined as having a total weight of less than 4.545 kg.
본 발명의 일 실시예에서 무선 충전 시스템(Wireless power charging system, WCS)은 무선 전력 전송과 얼라인먼트 및 통신을 포함한 GA와 VA 간의 제어를 위한 시스템을 지칭할 수 있다. 무선 전력 전송(Wireless power transfer, WPT)은 유틸리티(Utility)나 그리드(Grid) 등의 교류(AC) 전원공급 네트워크에서 전기차로 무접촉 수단을 통해 전기적인 전력을 전송하는 것을 지칭할 수 있다.In an embodiment of the present invention, a wireless power charging system (WCS) may refer to a system for controlling the GA and the VA including wireless power transmission and alignment and communication. Wireless power transfer (WPT) may refer to the transmission of electrical power through a contactless means to an electric vehicle in an AC power supply network such as utility or grid.
본 발명의 일 실시예에서 유틸리티(Utility)는 전기적인 에너지를 제공하며 통상 고객 정보 시스템(Customer Information System, CIS), 양방향 검침 인프라(Advanced Metering Infrastructure, AMI), 요금과 수익(Rates and Revenue) 시스템 등을 포함하는 시스템들의 집합으로 지칭될 수 있다. 유틸리티는 가격표 또는 이산 이벤트(discrete events)를 통해 플러그인 전기차가 에너지를 이용할 수 있도록 한다. 또한, 유틸리티는 관세율, 계측 전력 소비에 대한 인터벌 및 플러그인 전기차에 대한 전기차 프로그램의 검증 등에 대한 정보를 제공할 수 있다.In one embodiment of the present invention, Utility provides electrical energy and is typically a customer information system (CIS), an advanced metering infrastructure (AMI), rates and revenue systems. Etc. may be referred to as a collection of systems. The utility makes energy available to plug-in electric vehicles through price tags or discrete events. The utility may also provide information on tariff rates, intervals on metered power consumption and verification of the EV program for plug-in EVs.
본 발명의 일 실시예에서 스마트 충전(Smart charging)은 EVSE 및/또는 플러그인 전기차가 차량 충전율이나 방전율을 그리드 용량이나 사용 비용 비율의 시간을 최적화하기 위해 전력 그리드와 통신하는 시스템으로 설명할 수 있다. 자동 충전(Automatic charging)은 전력을 전송할 수 있는 송신측 충전기 어셈블리(primary charger assembly)에 대하여 적절한 위치에 차량의 놓고 인덕티브 충전하는 동작으로 정의될 수 있다. 자동 충전은 필요한 인증 및 권한을 얻은 후에 수행될 수 있다.In one embodiment of the present invention, smart charging may be described as a system in which the EVSE and / or plug-in electric vehicle communicates the vehicle charging rate or discharge rate with the power grid to optimize the time of grid capacity or usage cost ratio. Automatic charging may be defined as an operation of inductive charging of a vehicle at an appropriate position with respect to a primary charger assembly capable of transmitting power. Automatic charging can be performed after obtaining the required authentication and authority.
본 발명의 일 실시예에서 상호운용성(Interoperabilty)은 서로 상대적인 시스템의 성분들이 전체 시스템의 목적하는 동작을 수행하기 위해 함께 작동할 수 있는 상태를 지칭할 수 있다. 정보 상호운용성(Information interoperability)은 두 개 이상의 네트워크들, 시스템들, 디바이스들, 애플리케이션들 또는 성분들이 사용자가 거의 또는 전혀 불편함 없이 안전하고 효과적으로 정보를 공유하고 쉽게 사용할 수 있는 능력을 지칭할 수 있다.In one embodiment of the present invention, interoperabilty may refer to a state in which components of a system that are relative to each other may operate together to perform a desired operation of the entire system. Information interoperability may refer to the ability of two or more networks, systems, devices, applications or components to share information easily and easily and safely, with little or no inconvenience for the user. .
본 발명의 일 실시예에서 유도 충전 시스템(Inductive charging system)은 두 파트가 느슨하게 결합된 트랜스포머를 통해 전기 공급 네트워크에서 전기차로 정방향에서 전자기적으로 에너지를 전송하는 시스템을 지칭할 수 있다. 본 실시예에서 유도 충전 시스템은 전기차 충전 시스템에 대응할 수 있다. 유도 커플러(Inductive coupler)는 GA 코일과 VA 코일로 형성되어 전력이 전기적인 절연을 통해 전력을 전송하는 트랜스포머를 지칭할 수 있다. 유도 결합(Inductive coupling)은 두 코일들 간의 자기 결합을 지칭할 수 있다. 두 코일은 그라운드 어셈블리 코일(Ground assembly coil)과 차량 어셈블리 코일(Vehicle assembly coil)을 지칭할 수 있다.In an embodiment of the present invention, an inductive charging system may refer to a system for transmitting energy electromagnetically in a forward direction from an electric supply network to an electric vehicle through a transformer in which two parts are loosely coupled. In the present embodiment, the inductive charging system may correspond to the electric vehicle charging system. An inductive coupler may be a transformer formed of a GA coil and a VA coil to transmit power through electrical insulation. Inductive coupling may refer to magnetic coupling between two coils. The two coils may refer to a ground assembly coil and a vehicle assembly coil.
본 발명의 일 실시예에서 VA 코일은 2차 코일(secondary coil), 차량 코일(vehicle coil), 수신 코일(receiver coil) 등으로 지칭될 수 있고, 이와 유사하게 그라운드 어셈블리 코일(ground assembly coil, GA coil)은 1차 코일(primary coil), 송신 코일(transmit coil) 등으로 지칭될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the VA coil may be referred to as a secondary coil, a vehicle coil, a receiver coil, and the like, and similarly, a ground assembly coil (GA). The coil may be referred to as a primary coil, a transmit coil, or the like.
본 발명의 일 실시예에서 GA는 프라이머리 디바이스(primary device, PD), 송신측 장치 등으로 지칭될 수 있고, 이와 유사하게 VA는 세컨더리 디바이스(secondary device, SD), 수신측 장치 등으로 지칭될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the GA may be referred to as a primary device (PD), a transmitting device, and the like, and similarly, the VA may be referred to as a secondary device (SD), a receiving device, or the like. Can be.
본 발명의 일 실시예에서 프라이머리 디바이스(Primary device)는 세컨더리 디바이스에 무접촉 결합을 제공하는 장치 즉, 전기차 외부의 장치일 수 있다. 프라이머리 디바이스는 송신측 장치로 지칭될 수 있다. 전기차가 전력을 받을 때, 프라이머리 디바이스는 전력을 전송하는 전원 소스로서 동작할 수 있다. 프라이머리 디바이스는 하우징과 모든 커버들을 포함할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the primary device may be a device that provides contactless coupling to the secondary device, that is, a device outside the electric vehicle. The primary device may be referred to as a sending device. When the electric vehicle is powered, the primary device can act as a power source to transmit power. The primary device can include a housing and all covers.
본 발명의 일 실시예에서 세컨더리 디바이스(Secondary device)는 프라이머리 디바이스에 무접촉 결합을 제공하는 전기차 탑재 장치일 수 있다. 세컨더리 디바이스는 수신측 장치로 지칭될 수 있다. 전기차가 전력을 받을 때, 세컨더리 디바이스는 프라이머리 디바이스로부터의 전력을 전기차로 전달할 수 있다. 세컨더리 디바이스는 하우징과 모든 커버들을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the secondary device may be an electric vehicle mounting apparatus that provides a contactless coupling to the primary device. The secondary device may be referred to as a receiving side apparatus. When the electric vehicle is powered, the secondary device can transfer power from the primary device to the electric vehicle. The secondary device can include a housing and all covers.
본 발명의 일 실시예에서 그라운드 어셈블리 컨트롤러(GA controller)는 차량으로부터의 정보를 토대로 GA 코일에 대한 출력 전력 레벨을 조절하는 GA의 일부분일 수 있다. In one embodiment of the present invention, a ground assembly controller (GA controller) may be part of a GA that adjusts the output power level for the GA coil based on information from the vehicle.
본 발명의 일 실시예에서 차량 어셈블리 컨트롤러(VA controller)는 충전 동안 특정 차량용 파라미터를 모니터링하고 GA와의 통신을 개시하여 출력 전력 레벨을 제어하는 VA의 일부분일 수 있다. In one embodiment of the present invention, a VA controller may be part of a VA that monitors specific vehicle parameters during charging and initiates communication with the GA to control the output power level.
전술한 GA 컨트롤러는 프라이머리 디바이스 통신제어기(Primary device communication controller, PDCC)로 지칭될 수 있고, VA 컨트롤러는 전기차 통신제어기(electric vehicle communication controller, VA 제어기)로 지칭될 수 있다. 마그네틱 갭(Magnetic gap)은 리츠선(litz wire)의 상부 또는 GA 코일의 마그네틱 재료의 상부의 가장 높은 평면과 상기 리츠선의 하부 또는 VA 코일의 마그네틱 재료의 가장 낮은 평면이 서로 정렬되었을 때 이들 사이의 수직 거리를 지칭할 수 있다.The above-described GA controller may be referred to as a primary device communication controller (PDCC), and the VA controller may be referred to as an electric vehicle communication controller (VA controller). The magnetic gap is defined as the highest plane of the top of the litz wire or the top of the magnetic material of the GA coil and the lower plane of the magnetic material of the VA coil or of the bottom of the litz wire when they are aligned with each other. It may refer to the vertical distance.
본 발명의 일 실시예에서 얼라인먼트(Alignment)는 규정된 효율적인 전력 전송을 위해 프라이머리 디바이스에 대한 세컨더리 디바이스의 상대적인 위치를 찾는 절차 및/또는 세컨더리 디바이스에 대한 프라이머리 디바이스의 상대적인 위치를 찾는 절차를 가리킬 수 있다. 본 명세서에서 얼라인먼트는 무선 전력 전송 시스템의 위치 정렬을 지칭할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.In one embodiment of the present invention, the alignment may refer to a procedure for finding the relative position of the secondary device relative to the primary device and / or to find the relative position of the primary device relative to the secondary device for the prescribed efficient power transmission. Can be. In the present specification, the alignment may refer to a position alignment of the wireless power transmission system, but is not limited thereto.
본 발명의 일 실시예에서 차량 마그네틱 지상고(Vehicle magnetic ground clearance)는 리츠선의 바닥 최하위 평면 또는 차량에 탑재된 VA 코일의 절연 재료와 도로포장 사이의 수직 거리를 지칭할 수 있다. 차량 어셈블리(VA) 코일 표면 간격(Vehicle assembly coil surface distance)은 리츠선의 바닥 최하부의 평면 또는 VA 코일의 마그네틱 재료와 VA 코일의 최하위 외부 표면 사이의 수직 거리를 지칭할 수 있다. 이러한 거리는 보호 커버재 및 코일 포장재로 포장된 추가 아이템을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the vehicle magnetic ground clearance may refer to the vertical distance between the bottommost plane of the Litz wire or the insulation material of the VA coil mounted on the vehicle and the road pavement. Vehicle assembly coil surface distance may refer to the vertical distance between the planar bottom of the bottom of the litz line or the magnetic material of the VA coil and the lowest outer surface of the VA coil. This distance may include additional items wrapped with protective cover and coil wrap.
본 발명의 일 실시예에서 페어링(Pairing)은 전력을 전송할 수 있도록 배치된 단일 전용 그라운드 어셈블리(프라이머리 디바이스)와 차량(전기차)가 연관되는 절차를 지칭할 수 있다. 본 명세서에서 페어링은 충전 스팟 또는 특정 그라운드 어셈블리와 차량 어셈블리 제어기의 연관 절차를 포함할 수 있다. 연관(Correlation/Association)은 두 피어 통신 실체들 사이의 관계 성립 절차를 포함할 수 있다. 명령 및 제어 통신(Command and control communication)은 무선 전력 전송 프로세스의 시작, 제어 및 종료에 필요한 정보를 교환하는 전기차 전력공급장치와 전기차 사이의 통신을 지칭할 수 있다.In one embodiment of the present invention, pairing may refer to a procedure in which a vehicle (electric vehicle) is associated with a single dedicated ground assembly (primary device) arranged to transmit power. Pairing herein may include a procedure for associating a charging spot or a specific ground assembly with a vehicle assembly controller. Association / Association may include a procedure for establishing a relationship between two peer communication entities. Command and control communication may refer to communication between an electric vehicle power supply and an electric vehicle exchanging information necessary for starting, controlling, and terminating a wireless power transfer process.
본 발명의 일 실시예에서 하이 레벨 통신(High level communication)은 명령 및 제어 통신에서 담당하는 정보를 초과하는 모든 정보를 처리할 수 있다. 하이 레벨 통신의 데이터 링크는 PLC(Power line communication)을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 저전력 기동(Low power excitation)은 정밀 포지셔닝과 페어링을 수행하기 위해 전기차가 프라이머리 디바이스를 감지하도록 그것을 활성화하는 것을 지칭할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 그 역도 가능하다.In one embodiment of the present invention, high level communication may process all information exceeding information in charge of command and control communication. The data link of the high level communication may use power line communication (PLC), but is not limited thereto. Low power excitation may refer to activating an electric vehicle to detect a primary device to perform precision positioning and pairing, but not the reverse.
본 발명의 일 실시예에서 SSID(Service set identifier)는 무선랜 상에서 전송되는 패킷의 해더에 붙는 32-character로 이루어진 유니크한 식별자이다. SSID는 무선 장비에서 접속하려고하는 BSS(basic service set)를 구분해준다. SSID는 기본적으로 여러 개의 무선랜을 서로 구별해준다. 따라서 특정한 무선랜을 사용하려는 모든 AP(access point)와 모든 단말(terminal)/스테이션(station) 장비들은 모두 같은 SSID를 사용할 수 있다. 유일한 SSID를 사용하지 않는 장비는 BSS에 조인하는 것이 불가능하다. SSID는 평문으로 그대로 보여지기 때문에 네트워크에 어떠한 보안 특성도 제공하지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the SSID (Service Set Identifier) is a unique identifier composed of 32-characters attached to a header of a packet transmitted on a WLAN. The SSID identifies a basic service set (BSS) that a wireless device attempts to access. SSID basically distinguishes several WLANs from each other. Therefore, all access point (AP) and all terminal (station) / station equipment to use a specific WLAN can use the same SSID. Equipment that does not use a unique SSID is unable to join a BSS. Since the SSID is shown in plain text, it may not provide any security features to the network.
본 발명의 일 실시예에서 ESSID(Extended service set identifier)는 접속하고자 하는 네트워크의 이름이다. SSID와 비슷하지만 보다 확장된 개념일 수 있다. BSSID(Basic service set identifier)는 통상 48bits로 특정 BSS(basic service set)를 구분하기 위해 사용한다. 인프라스트럭쳐 BSS 네트워크의 경우, BSSID는 AP 장비의 MAC(medium access control)가 될 수 있다. 독립적인(independent) BSS나 애드훅(ad hoc) 네트워크의 경우, BSSID는 임의의 값으로 생성될 수 있다. In an embodiment of the present invention, an extended service set identifier (ESSID) is a name of a network to be connected. Similar to SSID, but can be a more extended concept. The Basic Service Set Identifier (BSSID) is typically used to identify a particular basic service set (BSS) at 48 bits. In the case of an infrastructure BSS network, the BSSID may be a medium access control (MAC) of an AP device. In an independent BSS or ad hoc network, the BSSID can be generated with any value.
본 발명의 일 실시예에서 차징 스테이션(charging station)은 적어도 하나 이상의 그라운드 어셈블리와 적어도 하나 이상의 그라운드 어셈블리를 관리하는 적어도 하나 이상의 그라운드 어셈블리 제어기를 포함할 수 있다. 그라운드 어셈블리는 적어도 하나 이상의 무선통신기를 구비할 수 있다. 충전 스테이션은 가정, 사무실, 공공장소, 도로, 주차장 등에 설치되는 적어도 하나 이상의 그라운드 어셈블리를 구비한 장소를 지칭할 수 있다.In one embodiment of the invention, the charging station may include at least one ground assembly controller and at least one ground assembly controller managing at least one ground assembly. The ground assembly may include at least one radio. The charging station may refer to a place having at least one ground assembly installed in a home, an office, a public place, a road, a parking lot, or the like.
본 발명의 일 실시예에서 급속 충전은 전력계통의 교류 전원을 직류로 변환하고 변환된 직류 전력을 전기차 내에 탑재된 배터리에 직접 공급하는 방식을 의미할 수 있고, 이때 사용 전압으로 약 500 V 이하의 직류 전압이 사용될 수 있다.In one embodiment of the present invention, rapid charging may refer to a method of converting AC power of a power system into direct current and directly supplying the converted direct current power to a battery mounted in an electric vehicle. DC voltage can be used.
본 발명의 일 실시예에서 완속 충전은 일반적인 가정이나 직장에 공급되는 교류 전력을 이용하여 전기차 내에 탑재된 배터리를 충전하는 방식으로, 각 가정이나 직장의 콘센트 또는 별도로 설치된 충전 스탠드에 내장된 콘센트를 통하여 교류 전력을 제공하며, 이때 사용 전압으로 220 V의 교류 전압이 사용될 수 있다. 이때, 전기차는 완속 충전을 위해 교류 전력을 승압하고 직류 전원으로 변환하여 배터리에 공급할 수 있는 장치인 온보드 차저(On-Board Charger)를 추가로 구비할 수 있다. In one embodiment of the present invention, slow charging is a method of charging a battery mounted in an electric vehicle by using an AC power supplied to a general home or work, through an outlet built in an outlet of each home or work or a charging stand installed separately. AC power is provided, where an AC voltage of 220 V may be used. In this case, the electric vehicle may further include an on-board charger, which is a device capable of boosting AC power and converting it into DC power to supply the battery for slow charging.
본 발명의 일 실시예에서 주파수 튜닝(frequency tuning)이 성능 최적화를 위해 활용될 수 있다. 이때, 주파수 튜닝은 서플라이 디바이스(supply device)에 의해 수행될 수 있으며, 전기차 장치(EV device)에 의해 수행되지는 않을 수 있다. 또한, 전체 범위(full range)에 걸쳐 주파수 튜닝을 제공하는 것이 모든 프라이머리 장치(primary device)로부터 요구될 수 있다. 또한, EVPC(Electric vehicle power controller)는 81,38kHZ - 90,00 kHz 사이의 주파수 영역에서 동작할 수 있다. MF-WPT(Magnetic field wireless power transfer)를 위한 공칭 주파수(nominal frequency)는 85kHz 일 수 있다. 전력 공급 회로(supply power circuit)들은 주파수 튜닝을 제공할 수 있다.In one embodiment of the present invention, frequency tuning may be utilized for performance optimization. In this case, the frequency tuning may be performed by a supply device, and may not be performed by an EV device. In addition, providing frequency tuning over a full range may be required from all primary devices. In addition, the electric vehicle power controller (EVPC) can operate in the frequency region between 81,38 kHZ-90,00 kHz. The nominal frequency for magnetic field wireless power transfer (MF-WPT) may be 85 kHz. Supply power circuits may provide frequency tuning.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예가 적용되는 전기차를 위한 무선 전력 전송의 개념을 설명하기 위한 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating a concept of wireless power transmission for an electric vehicle to which an embodiment of the present invention is applied.
도 1을 참조하면, 무선 전력 전송은 전기차(electric vehicle, 10)의 적어도 하나의 구성요소와 차징 스테이션(charging station, 20)에 의해서 수행될 수 있고, 전기차(10)에 무선으로 전력을 전송하기 위해서 이용될 수 있다.Referring to FIG. 1, wireless power transfer may be performed by at least one component of an
여기서, 전기차(10)는 일반적으로 배터리(12)와 같이 충전 가능한 에너지 저장 장치로부터 유도된 전류를 동력장치인 전기 모터의 에너지원으로 공급하는 차량(automobile)으로 정의할 수 있다. Here, the
다만, 본 발명에 따른 전기차(10)는 전기 모터와 일반적인 내연기관(internal combustion engine)을 함께 갖는 하이브리드 자동차를 포함할 수 있고, 자동차(automobile)뿐만 아니라 모터사이클(motocycle), 카트(cart), 스쿠터(scooter) 및 전기 자전거(electric bicycle)를 포함할 수 있다.However, the
또한, 전기차(10)는 무선으로 배터리(12)를 충전할 수 있도록 수신 코일이 포함된 수전 패드(11)를 포함할 수 있으며, 유선으로 배터리(12)를 충전할 수 있도록 플러그 접속구를 포함할 수도 있다. 이때, 유선으로 배터리(12)를 충전할 수 있는 전기차(10)를 플러그인 전기차(Plug-in Electric Vehicle, PEV)로 지칭할 수 있다.In addition, the
여기서, 차징 스테이션(20)은 전력망(power grid, 30) 또는 전력 백본(power backbone)에 연결될 수 있고, 전력 링크(power link)를 통하여 송신 코일이 포함된 송전 패드(21)에 교류(AC) 또는 직류(DC) 전력을 제공할 수 있다.Here, the charging
또한, 차징 스테이션(20)은 유무선 통신을 통하여 전력망(power grid, 30) 또는 전력망을 관리하는 인프라 관리 시스템(infrastructure management system) 또는 인프라 서버와 통신할 수 있고, 전기차(10)와 무선 통신을 수행할 수 있다.In addition, the charging
여기서, 무선 통신에는 블루투스(Bluetooth), 지그비(zigbee), 셀룰러(cellular), 무선 로컬 영역 네트워크(wireless local area network) 등이 있을 수 있다. Here, the wireless communication may include Bluetooth, Zigbee, cellular, wireless local area network, and the like.
또한, 예를 들어 차징 스테이션(20)은 전기차(10) 소유자의 집에 부속된 주차장, 주유소에서 전기차 충전을 위한 주차구역, 쇼핑 센터나 직장의 주차구역 등과 같이 다양한 장소에 위치할 수 있다.Further, for example, the charging
여기서, 전기차(10)의 배터리(12)를 무선 충전하는 과정은 먼저 전기차(10)의 수전 패드(11)가 송전 패드(21)에 의한 에너지 장(energy field)에 위치하고, 송전 패드(21)의 송신 코일과 수전 패드(11)의 수신 코일이 서로 상호작용 또는 커플링됨으로써 수행될 수 있다. 상호작용 또는 커플링의 결과로 수전 패드(11)에 기전력이 유도되고, 유도된 기전력에 의해 배터리(12)가 충전될 수 있다.Here, in the process of wirelessly charging the
또한, 차징 스테이션(20)과 송전 패드(21)는 그 전부 또는 일부를 그라운드 어셈블리(Ground Assembly, GA)로 지칭할 수 있고, 그라운드 어셈블리는 앞서 정의한 의미를 참조할 수 있다.In addition, the charging
또한, 전기차(10)의 수전 패드(11)와 다른 전기차 내부 구성요소 전부 또는 일부를 비히클 어셈블리(Vehicle Assembly, VA)로 지칭할 수 있는데, 여기서 비히클 어셈블리는 앞서 정의한 의미를 참조할 수 있다.In addition, all or a portion of the
여기서, 송전 패드 또는 수전 패드는 비극성(non-polarized) 또는 극성(polarized)으로 구성될 수도 있다.Here, the power transmission pad or power reception pad may be configured to be non-polarized or polarized.
이때, 패드가 비극성이면 패드의 중앙에 하나의 극이 있고, 바깥 주변에 반대 극을 가질 수 있다. 여기서, 자속(flux)는 패드의 중앙에서 나가고(exit), 패드의 모든 바깥 경계에서 복귀(return)하도록 형성될 수 있다.At this time, if the pad is non-polar, there may be one pole in the center of the pad, and the opposite pole may be around the outside. Here, the flux can be formed to exit from the center of the pad and to return at all outer boundaries of the pad.
또한, 패드가 극성인 경우, 패드의 어느 한쪽 끝에 각각의 극을 가질 수 있다. 여기서, 자속은 패드의 방향(orientation)에 기초하여 형성될 수 있다. In addition, when the pad is polar, it may have respective poles at either end of the pad. Here, the magnetic flux may be formed based on the orientation of the pad.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 무선 충전 회로를 도시한 개념도이다.2 is a conceptual diagram illustrating an electric vehicle wireless charging circuit according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 전기차 무선 충전 시스템에서 충전이 이루어지는 회로에 대한 개략적인 구성을 알 수 있다.2, a schematic configuration of a circuit in which charging is performed in an electric vehicle wireless charging system may be known.
여기서, 도 2의 좌측 회로는 전력망에서 공급되는 전원(Vsrc), 도 1에서의 차징 스테이션(20), 송전 패드(21)의 구성 중 전부 또는 일부를 표현한 것으로 해석될 수 있고, 도 2의 우측 회로는 수전 패드 및 배터리를 포함한 전기차의 일부 또는 전부를 표현한 것으로 해석될 수 있다.Here, the left circuit of FIG. 2 may be interpreted as representing all or part of the configuration of the power supply Vsrc supplied from the electric power grid, the charging
먼저, 도 2의 좌측 회로는 전력망에서 공급되는 전원(Vsrc)에 대응되는 출력 전력(Psrc)를 무선 충전 전력 변환기에 제공하고, 무선 충전 전력 변환기는 송신 코일(L1)에서 희망하는 동작 주파수에서의 전자기장을 방출할 수 있도록, 제공받은 전력(Psrc)의 주파수 및 AC/DC 변환을 수행한 전력(P1)을 출력할 수 있다.First, the circuit on the left side of FIG. 2 provides the output power P src corresponding to the power supply V src supplied from the electric power grid to the wireless charging power converter, and the wireless charging power converter operates in the transmission coil L 1 . In order to emit the electromagnetic field at the frequency, the frequency of the provided power P src and the power P 1 performing AC / DC conversion may be output.
구체적으로, 무선 충전 전력 변환기는 전력망에서 공급된 전력(Psrc)이 AC 전력인 경우 DC 전력으로 변환하는 AC/DC 변환기 및 DC전력을 무선 충전에 적합한 동작 주파수의 전력으로 변환하는 저주파수 변환기(또는 LF 변환기) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 동작 주파수는 예를 들면, 80 내지 90 kHz 사이에 위치하도록 결정할 수 있다.In detail, the wireless charging power converter may include an AC / DC converter converting DC power into power when the power P src supplied from the grid is AC power, and a low frequency converter (or converting DC power into power of an operating frequency suitable for wireless charging). LF converter). The operating frequency may for example be determined to be located between 80 and 90 kHz.
무선 충전 전력 변환기에서 출력된 전력(P1)은 다시 송신 코일(L1), 제1 커패시터(C1) 및 제1 저항(R1)으로 구성된 회로에 공급될 수 있고, 이때 제1 커패시터(C1)는 송신 코일(L1)과 함께 충전에 적합한 동작 주파수를 갖도록 하는 소자값을 가지도록 결정될 수 있다. 또한, 여기서 제1 저항(R1)은 송신 코일(L1) 및 제1 커패시터(C1)에 의해 발생하는 전력손실을 의미할 수 있다.The power P 1 output from the wireless charging power converter may be supplied to a circuit composed of a transmitting coil L 1 , a first capacitor C 1 , and a first resistor R 1 , wherein the first capacitor ( C 1 ) may be determined to have an element value that, together with the transmitting coil L 1 , has an operating frequency suitable for charging. Also, the first resistor R 1 may refer to a power loss generated by the transmitting coil L 1 and the first capacitor C 1 .
여기서, 송신 코일(L1)은 수신 코일(L2)과 커플링 계수 m으로 정의되는 전자기적 커플링이 이루어져 전력이 전송되도록 하거나, 또는 전력이 수신 코일(L2)로 유도될 수 있다. 따라서, 본 발명에서 전력이 전송된다는 의미는 전력이 유도된다는 의미와 혼용하여 사용될 수 있다.Here, the transmitting coil L 1 may be electromagnetically coupled to the receiving coil L 2 and the coupling coefficient m so that power is transmitted or power may be induced to the receiving coil L 2 . Therefore, in the present invention, the meaning that power is transmitted may be used interchangeably with the meaning that power is derived.
여기서, 수신 코일로 유도되거나 전송받은 전력(P2)은 전기차 전력 변환기로 제공될 수 있다. 이때, 제2 커패시터(C2)는 수신 코일(L2)과 함께 충전에 적합한 동작 주파수를 갖도록 하는 소자값으로 결정될 수 있고, 제2 저항(R2)은 수신 코일(L2) 및 제2 커패시터(C2)에 의해 발생하는 전력손실을 의미할 수 있다.Here, the power P 2 induced or received by the receiving coil may be provided to the electric vehicle power converter. In this case, the second capacitor C 2 may be determined as an element value to have an operating frequency suitable for charging together with the receiving coil L 2 , and the second resistor R 2 is the receiving coil L 2 and the second. It may mean power loss generated by the capacitor C 2 .
전기차 전력 변환기는 제공받은 특정 동작 주파수의 전력(P2)을 다시 전기차의 배터리(VHV)에 적합한 전압 레벨을 갖는 DC 전력으로 변환하는 LF/DC 변환기를 포함할 수 있다. The electric vehicle power converter may include an LF / DC converter that converts the provided power P 2 of a specific operating frequency back to DC power having a voltage level suitable for the battery V HV of the electric vehicle.
전기차 전력 변환기가 제공받은 전력(P2)을 변환한 전력(PHV)을 출력하면, 출력된 전력(PHV)는 전기차에 내장된 배터리(VHV)의 충전에 사용될 수 있다.When the electric vehicle power converter outputs the power P HV converted from the power P 2 provided, the output power P HV may be used to charge the battery V HV embedded in the electric vehicle.
여기서, 도 2의 우측 회로에는 수신 코일(L2)을 배터리(VHV)와 선택적으로 접속 또는 해제하기 위한 스위치(switch)를 더 포함할 수 있다.Here, the right circuit of FIG. 2 may further include a switch for selectively connecting or disconnecting the receiving coil L 2 with the battery V HV .
여기서, 송신 코일(L1)과 수신 코일(L2)의 공진 주파수(resonance frequency)는 서로 유사하거나 동일하도록 구성될 수 있으며, 송신 코일(L1)에서 발생된 전자기장에 수신 코일(L2)이 근거리에 위치할 수 있도록 구성될 수 있다.Here, the resonance frequencies of the transmitting coil L 1 and the receiving coil L 2 may be configured to be similar or identical to each other, and the receiving coil L 2 is applied to an electromagnetic field generated by the transmitting coil L 1 . It may be configured to be located at a short distance.
여기서, 도 2의 회로는 본 발명의 실시예들을 위해서 이용 가능한 전기차 무선 충전 시스템에서의 전력 전송에 관한 예시적 회로로 이해되어야 하며, 도 2에서의 회로에 한정하여 해석되는 것은 아니다.Here, the circuit of FIG. 2 should be understood as an exemplary circuit for power transmission in an electric vehicle wireless charging system available for embodiments of the present invention, and is not limited to the circuit in FIG. 2.
한편, 송신 코일(L1)과 수신 코일(L2)이 원거리에 위치할수록 전력 손실이 증가할 수 있으므로, 양자의 위치를 설정하는 것은 중요한 요소일 수 있다.Meanwhile, since the power loss may increase as the transmitting coil L 1 and the receiving coil L 2 are located at a long distance, setting the position of both may be an important factor.
이때, 송신 코일(L1)은 도 1에서의 송전 패드(21)에 포함되고, 수신 코일(L2)은 도 1에서의 수전 패드(11)에 포함될 수 있다. 또한, 송신 코일은 GA 코일(Ground Assembly coil)로 지칭될 수도 있고, 수신 코일은 VA 코일(Vehicle Assembly coil)로 지칭될 수도 있다. 따라서, 송전 패드와 수전 패드 상호간의 위치 결정 또는 전기차와 송전 패드 상호간의 위치 결정에 관하여 이하 도면을 참조하여 설명한다.In this case, the transmitting coil L 1 may be included in the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 무선 전력 전송에서의 정렬 개념을 설명하기 위한 개념도이다.3 is a conceptual diagram illustrating an alignment concept in electric vehicle wireless power transmission according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 도 1에서의 송전 패드(21) 및 전기차(10)에 내장된 수전 패드(11) 사이의 위치 정렬 방법을 설명할 수 있다. 여기서, 위치 정렬은 앞서 설명한 용어인 얼라인먼트(alignment)에 대응될 수 있고, 따라서, GA와 VA간의 위치 정렬로 정의할 수도 있고, 송전 패드(21)와 수전 패드(11)의 위치 정렬로 한정해석되지 않는다.Referring to FIG. 3, a method of aligning positions between the
여기서, 송전 패드(21)는 도 3에서는 지표면 아래에 위치한 것으로 도시하였으나, 지표면 위에 위치할 수도 있고, 지표면 아래에서 송전 패드(21)의 상면이 노출되도록 위치할 수도 있다.Here, although the
또한, 전기차의 수전 패드(11)는 지표면을 기준으로 측정된 높이(z방향으로 정의)에 따라 카테고리를 달리하여 정의할 수 있고, 예를 들어 지표면에서 수전 패드(11)의 높이가 100-150(mm) 인 경우 class 1, 140-210(mm) 인 경우 class 2, 170-250(mm)인 경우 class 3와 같이 설정할 수 있다. 이때, 수전 패드(11)에 따라 class 1만을 지원하거나, class 1과 2를 지원할 수도 있는 등 부분적 지원이 가능할 수 있다. In addition, the
여기서, 지표면을 기준으로 측정된 높이는 앞서 설명한 용어인 차량 마그네틱 지상고에 대응될 수 있다.Here, the height measured based on the ground surface may correspond to the above-described vehicle magnetic ground clearance.
또한, 송전 패드(21)의 높이 방향(z방향으로 정의)의 위치는 상기 수전 패드(11)에서 지원하는 최대 클래스와 최소 클래스 사이에 위치하도록 결정할 수 있는데, 예를 들어 수전 패드(11)가 class1과 2만을 지원한다면, 수전 패드(11)를 기준으로 100-210 (mm) 사이에 송전 패드가 위치하도록 결정할 수 있다.In addition, the position of the height direction (defined in the z direction) of the
또한, 송전 패드(21)의 중심과 수전 패드(11)의 중심 사이의 격차는 가로 및 세로 방향(x 및 y 방향으로 정의)의 한계값 이내에 위치하도록 결정할 수 있다. 예를 들어, 가로 방향(x방향으로 정의)으로는 ±75 (mm) 이내에 위치하도록 결정할 수 있고, 세로 방향(y방향으로 정의)으로는 ±100 (mm) 이내에 위치하도록 결정할 수 있다. Further, the gap between the center of the
여기서, 송전 패드(21)와 수전 패드(11)의 상대적 위치는 그 실험적 결과에 따라 한계값이 달라질 수 있고, 상기 수치들은 예시적인 것으로 이해되어야 한다.Here, the relative positions of the
또한, 송전 패드(21)와 수전 패드(11)는 각각 코일을 포함하는 것으로 전제하고 패드 상호간의 정렬로 설명하였으나, 더 구체적으로는 송전 패드(21)와 수전 패드(11)에 각각 내장된 송신 코일(또는 GA 코일)과 수신 코일(또는 VA 코일) 상호간의 정렬로 정의할 수도 있다.In addition, although the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템(Wireless Power Transfer system, WPT system)을 나타낸 예시 회로도이다.4 is an exemplary circuit diagram illustrating a wireless power transfer system (WPT system) according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템(WPT system)은, 직류 전원(Vdc,link)을 입력받아 교류 전압(Vin)을 출력하는 풀 브리지 인버터(Full bridge inverter, 40), 풀 브리지 인버터(40)로부터 교류 전압을 입력받아 전기차의 수신 패드에 내장된 수신 코일에 유도 기전력을 생성하는 보상 회로(Compensation network, 41), 유도 기전력에 따른 유도 전류(Io,ac)를 정류하여 출력된 전류(Io)를 커패시터(Co)에 저장하는 브리지리스 정류기(bridgeless rectifier, 42), 브리지리스 정류기(42)의 커패시터(Co)에 저장된 에너지를 공급받는 전기차 배터리(Vbatt)를 포함할 수 있다. 이때, 브리지리스 정류기의 커패시터에 따른 전압을 전기차 배터리에 따른 전압으로 변환하는 DC-DC 컨버터(DC to DC Converter)가 전기차 배터리(Vbatt)와 병렬로 연결될 수도 있다.Referring to FIG. 4, a wireless power transmission system (WPT system) according to an embodiment of the present invention receives a DC power supply (V dc, link ) and outputs an AC voltage (V in ).
여기서 풀 브리지 인버터(40)는 직류 전원(Vdc,link)과 병렬로 연결된 제1 직렬 회로 및 제2 직렬 회로를 포함할 수 있다. 이때, 제1 직렬 회로는 제1 스위치(SW1) 및 제3 스위치(SW3)가 직렬 연결된 회로일 수 있다. 제2 직렬 회로는 제4 스위치(SW4) 및 제2 스위치(SW2)가 직렬 연결된 회로일 수 있다. 또한, 풀 브리지 인버터(40)는 제1 스위치(SW1) 및 제3 스위치(SW3) 사이의 접점(Vin+)과 제4 스위치(SW4) 및 제2 스위치(SW2) 사이의 접점(Vin-) 상호간의 전압차(Vin)를 보상 회로(41)의 입력 전압(Vin, 또는 송신측 입력 전압으로 지칭될 수 있음)으로 공급할 수 있다. 여기서 풀 브리지 인버터(40)에 사용되는 스위치로는 모스펫(MOSFET) 스위치가 사용될 수 있다. 또한, 각각의 스위치는 다이오드와 병렬 연결되어 있을 수 있다.Here, the
여기서 보상 회로(41)는 풀 브리지 인버터(40)에 의해 전달된 입력 전압(Vin)과 연결되고, 2개의 인덕터(L) 및 2개의 커패시터(C)가 서로 직,병렬 연결(이때 인덕터와 커패시터는 직렬 연결될 수 있음)되어 L-C-C-L 형태를 갖는 송신측 공진 회로(41a) 및 송신측 공진 회로로부터 유도된 기전력에 의해 수신측에 발생한 유도 전류(Io,ac)를 출력하는 수신측 공진 회로(41b)를 포함할 수 있다.The
여기서, L-C-C-L 형태의 송신측 공진 회로(41a)는 입력 전압(Vin)과 직렬로 연결된 입력 인덕터(Lin) 및 제1 커패시터(Cp)를 포함하고, 제1 커패시터(Cp)와 병렬로 연결되며, 제2 커패시터(Cf) 및 송신 코일(Lp)를 직렬로 연결한 회로를 더 포함할 수 있다.Here, the LCCL type transmission-side
수신측 공진 회로(41b)는 송신 코일(Lp)과 자기적으로 커플링(이때 상호 인덕턴스를 M으로 정의)되어 기전력이 유도되는 수신 코일(Ls) 및 수신 커패시터(Cs)가 직렬 연결되어 있을 수 있다.The receiving side
여기서 브리지리스 정류기(42)는 제1 다이오드(D1) 및 제5 스위치(SW5)가 직렬 연결된 제1 정류 회로 및 제2 다이오드(D2) 및 제6 스위치(SW6)가 직렬 연결된 제2 정류 회로를 포함할 수 있고, 제1 정류 회로와 제2 정류 회로는 서로 병렬 연결될 수 있다. 또한, 제1 다이오드(D1)와 제5 스위치(SW5) 사이(Vo,ac+)의 노드 및/또는 제2 다이오드(D2)와 제6 스위치(SW6) 사이의 노드(Vo,ac-)를 통해 보상 회로(41, 또는 수신측 공진 회로에 유도된 전류)의 유도 전류(Io,ac)가 유입될 수 있다. 또한, 제1 다이오드(D1)와 제5 스위치(SW5) 사이의 노드(Vo,ac+) 및 제2 다이오드(D2)와 제6 스위치(SW6) 사이의 노드(Vo,ac-) 상호간 전압차(Vo,ac)가 브리지리스 정류기(42)에 대한 입력전압으로 인가될 수 있다. 이때, 제1 다이오드(D1)와 제5 스위치(SW5) 사이의 노드(Vo,ac+) 및 제2 다이오드(D2)와 제6 스위치(SW6) 사이의 노드(Vo,ac-) 상호간 전압차(Vo,ac)는, 이하에서 수신측 공진 회로(41b)의 출력 전압 또는 수신측 출력 전압으로 지칭할 수 있다.Here, the
여기서 브리지리스 정류기(42)는 제1 정류 회로 및/또는 제2 정류 회로로부터 정류된 전류(Io)를 제1 정류 회로 및 제2 정류 회로와 병렬 연결된 커패시터(Co)에 저장할 수 있다. Here, the
여기서 브리지리스 정류기(42)는 구조적으로 승압만 가능하기 때문에 결합계수에 따라 달라지는 출력전압(Vbatt)에 대응하기 위하여, 송신측의 DC 입력 전압(Vdc,link, 또는 Vin)에 따라 원하는 출력전압이 도출되도록 직류 링크 전압 제어(DC link voltage control)이 필요하다. In this case, the
한편, 도 4에 따른 무선 전력 전송 시스템(WPT system)의 회로는 반드시 도 4에 따른 구성으로 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, 보상 회로(41)의 공진 회로를 병렬로 구현할 수도 있고, 풀 브리지 인버터 대신에 하프 브리지 인버터 등 다른 인버터들이 사용될 수도 있다. On the other hand, the circuit of the wireless power transmission system (WPT system) according to Figure 4 is not necessarily limited to the configuration according to FIG. For example, the resonant circuit of the
또한, 도 4에 따른 무선 전력 전송 시스템은 송신측(또는 1차측으로 지칭)과 수신측(또는 2차측으로 지칭)을 회로도 관점에서 함께 도시한 것으로서, 풀 브릿지 인버터(40)와 전송측 공진 회로(41a)는 도 1에 따른 차징 스테이션(20) 및/또는 송신 패드(21)에 포함될 수 있으며, 수신측 공진 회로(41b)와 브리지리스 정류기(42)는 도 1에 따른 전기차(10) 및/또는 전기차(10)의 수신 패드(11)에 포함될 수 있다.In addition, the wireless power transmission system according to FIG. 4 shows the transmitting side (or referred to as the primary side) and the receiving side (or referred to as the secondary side) together in terms of circuit diagrams, and the
도 5는 도 4에 따른 수신측에 브리지리스(bridgeless) 정류기를 구현한 무선 전력 전송 시스템에 대한 등가 회로도이다.FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of a wireless power transmission system implementing a bridgeless rectifier on the receiving side according to FIG. 4.
도 4에 따른 무선 전력 전송 시스템에서, 풀 브릿지 인버터를 포함하는 보상회로 전단을 등가 전압(Vin) 및 전류(Iin)로 치환하고, 브리지리스 정류기 및 전기차 배터리를 포함하는 보상회로 후단을 수신측 등가 출력 임피던스(Zo,ac)로 치환하면, 도 5에 따른 등가 회로도를 도출할 수 있다. 도 5에서, -jwMIs 성분 및 jwMIp 성분은 도 4에 따른 상호 인덕턴스(M)를 주파수 도메인(frequency domain 또는 fourier domain)에서 나타낸 것이다. 또한, 수신측 등가 출력 임피던스에 인가되는 전압은 수신측 등가 출력 전압(Vo,ac, 또는 도 4에 따른 수신측 출력 전압과 동일한 의미)으로 지칭할 수 있다. In the wireless power transmission system according to FIG. 4, a front end of a compensation circuit including a full bridge inverter is replaced with an equivalent voltage (V in ) and a current (I in ), and a rear end of the compensation circuit including a bridgeless rectifier and an electric vehicle battery is received. Substituting the side equivalent output impedance (Z o, ac ), an equivalent circuit diagram according to FIG. 5 can be derived. In FIG. 5, the -jwMI s component and the jwMI p component represent the mutual inductance M according to FIG. 4 in the frequency domain or the fourier domain. Further, the voltage applied to the receiver side equivalent output impedance is equivalent to the receiver side output voltage (V o, ac ,). Or the same meaning as the output voltage of the receiving side according to FIG. 4).
도 5에서 보상 회로의 후단에 대한 수신측 등가 출력 임피던스(Zo,ac)는 다음의 수학식 1과 같이 정의될 수 있다.In FIG. 5, the receiver output equivalent output impedance Z o, ac for the rear end of the compensation circuit may be defined as in
도 5에서 수신측 등가 임피던스(Z22)는 다음의 수학식 2와 같이 계산될 수 있다.In FIG. 5, the receiver-side equivalent impedance Z 22 may be calculated as in
수학식 2를 참조하면, 수신측 등가 임피던스(Z22)는 수학식 1에 따른 수신측 등가 출력 임피던스(Zo,ac)를 후단부에 포함하고 있으므로, 수신측 등가 출력 임피던스(Zo,ac)가 변하면 수신측 등가 임피던스(Z22)도 변할 수 있다.Referring to
도 5에서 송신측으로 투영된 수신측 등가 임피던스(Zr)는 다음의 수학식 3과 같이 계산될 수 있다.In FIG. 5, the reception impedance equivalent Z r projected to the transmission side may be calculated as in Equation 3 below.
수학식 3을 참조하면, 송신측으로 투영된 수신측 등가 임피던스(Zr, 또는 반사 임피던스로 지칭)도 수학식 1에 따른 등가 출력 임피던스(Zo,ac)를 분모에 포함하고 있으므로, 수신측 등가 출력 임피던스(Zo,ac)가 변하면 송신측으로 투영된 수신측 등가 임피던스(Zr)도 변할 수 있다.Referring to Equation 3, since the receiving side equivalent impedance (referred to as Z r or reflection impedance) projected to the transmitting side also includes the equivalent output impedance Z o, ac according to
도 5에서 송신측 등가 임피던스(Zin)는 다음의 수학식 4와 같다.In FIG. 5, the equivalent impedance Z in of the transmitting side is expressed by
수학식 4를 참조하면, 송신측 등가 임피던스(Zin)는 수학식 3에 따른 반사 임피던스(Zr)를 포함하고, 반사 임피던스(Zr)가 수신측 등가 출력 임피던스(Zo,ac)의 변동에 영향받으므로, 송신측 등가 임피던스(Zin) 또한 수신측 등가 출력 임피던스(Zo,ac)에 따라 변할 수 있다.Referring to
즉, 수학식 1 내지 4를 종합하면, 수신측 등가 출력 임피던스(Zo,ac)를 제어하면, 수신측 등가 임피던스 뿐만 아니라 송신측 등가 임피던스(및 반사 임피던스)도 변하므로, 송신측 공진 주파수와 수신측 공진 주파수가 서로 일치되도록 할 수 있다.That is, when
또한, 도 4에 따른 브리지리스 정류기의 스위칭 시점과 듀티(duty)를 제어하면, 수신측 등가 출력 임피던스(Zo,ac)를 제어할 수 있다. 따라서, 전기차 무선 전력 전송 시스템(WPT system)의 수신측에 브리지리스 정류기를 사용하고, 브리지리스 정류기의 스위칭 시점과 듀티(duty)를 제어함으로써, 송신측 공진 주파수와 수신측 공진 주파수의 변동(송수신 패드의 위치 변화에 따른 변동 또는 결합계수 변화에 따라 달라지는 출력전압 변동)을 보상할 수 있다.In addition, if the switching time and duty of the bridgeless rectifier according to FIG. 4 are controlled, the equivalent output impedance Z o and ac of the receiver may be controlled. Therefore, by using a bridgeless rectifier on the receiving side of the WPT system and controlling the switching timing and duty of the bridgeless rectifier, the variation of the transmission side resonant frequency and the receiving side resonant frequency (transmission and reception) Output voltage fluctuations caused by changes in pad position or changes in coupling coefficients can be compensated for.
도 6a 내지 도 6c는 브리지리스 정류기의 스위칭 시점과 듀티를 제어하여 등가 출력 임피던스를 제어하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.6A through 6C are exemplary diagrams for describing a method of controlling an equivalent output impedance by controlling switching timing and duty of a bridgeless rectifier.
도 6a 내지 도 6c에서 Vo,ac1 은 도 4에 따른 수신측 출력 전압(Vo,ac)의 기본파를 의미할 수 있으며, Io,ac1은 도 4에 따른 수신측 유도 전류(Io,ac)에 대한 기본파를 의미할 수 있다. 그 밖에 기호는 도 4에 따른 기호와 동일한 것으로 해석될 수 있으며, 이후 그래프에서도 특별한 설명이 없는 한 동일하게 해석된다. In FIGS. 6A to 6C, V o and ac1 may refer to fundamental waves of the output voltage V o and ac of FIG. 4 , and I o and ac1 denotes induction current I o according to FIG. 4. , ac ) for the fundamental wave. In addition, the symbol may be interpreted as being the same as the symbol according to FIG. 4, and is also interpreted the same in the graph unless otherwise specified.
이하의 설명에서는 설명의 편의를 위하여, 도 4에 따른 무선 전력 전송 시스템의 풀 브리지 인버터(40)는 50% 듀티비(duty ratio)로 제어되며, 풀 브리지 인버터(40)에 포함된 4개의 스위치들(SW1, SW2, SW3, SW4)에 대한 스위칭 주파수는, 도 4의 송신측 공진 회로(41a)에 대한 입력 전압(Vin) 및 입력 전류(Iin)가 서로 동상(같은 위상)이 되도록, 송신측 공진주파수를 추종하여 제어되는 것으로 전제할 수 있다(Zero phase angle, ZPA 동작). 다만, 반드시 이러한 전제에 한정하여 적용될 수 있는 것은 아니고 풀 브리지 인버터(40)의 다른 제어 상황에서도 적용이 가능한 것으로 해석되어야 한다.In the following description, for convenience of description, the
도 4에 따른 브리지리스 정류기에 포함된 스위치들(제5 스위치, 제6 스위치)의 스위칭 듀티(duty)를 제어하기 위한 변수를 β[deg.]로 정의할 수 있다. 이때, 변수 β[deg.]는, 수신측 출력 전압(Vo,ac) 값이 0으로 제어되는 위상간격을 의미할 수 있다. 또한, 브리지리스 정류기의 스위칭 듀티가 변동되면, 도 4에 따른 브리지리스 정류기(40)에서 전기차 배터리(Vbatt)로 전달되는 에너지가 변화될 수 있다. 따라서, 송신 패드와 수신 패드 사이의 정렬 상태 변화에 따른 전기차 배터리 전압 변동을 보상하는 방향으로 브리지리스 정류기의 스위칭 듀티(duty)를 제어할 수가 있다. 제어 변수 β(또는 브리지리스 정류기의 스위칭 듀티)는 전기차 배터리의 전압 변동을 보상하는데 활용되므로, 전기차 배터리의 전압(Vbatt), 전류(Ibatt)를 측정하고, 측정된 전압 및/또는 전류를 기반으로 브리지리스 정류기의 스위칭 듀티를 제어할 수 있다. A variable for controlling the switching duty of the switches (5th switch and 6th switch) included in the bridgeless rectifier according to FIG. 4 may be defined as β [deg.]. In this case, the variable β [deg.] May mean a phase interval in which the reception output voltage (V o, ac ) is controlled to be zero. In addition, when the switching duty of the bridgeless rectifier is changed, the energy transferred from the
한편, 도 4에 따른 브리지리스 정류기에 포함된 스위치들(제5 스위치, 제6 스위치)의 스위칭 동작점(또는 시작점)을 제어하기 위한 변수를 γ[deg.] 로 정의할 수 있다. 여기서 변수 γ[deg.]는, 수신측 등가 출력 전압(Vo,ac, 또는 도 4에 따른 수신측 공진 회로의 출력 전압일 수도 있음)의 양의 반주기(61, 63)가 시작하는 지점(60, 62)부터(또는 음의 반주기가 시작하는 지점부터) 변수 β에 따른 위상간격의 정가운데 지점까지의 위상간격으로 정의할 수 있다.Meanwhile, a variable for controlling the switching operation point (or starting point) of the switches (the fifth switch and the sixth switch) included in the bridgeless rectifier according to FIG. 4 may be defined as γ [deg.]. The variable γ [deg.], The receiving-side equivalent to the output voltage point, starting the amount of the half cycle (61, 63) of (V o, ac, or which may be a 4 receiving the output voltage of the side resonator circuit according to) ( 60, 62) (or from the beginning of the negative half cycle) to the center of the phase interval according to the variable β.
다른 실시예로서, 4에 따른 브리지리스 정류기에 포함된 스위치들(제5 스위치, 제6 스위치)의 스위칭 동작점(또는 시작점)을 제어하기 위한 변수를 α[deg]로 정의할 수도 있다. 여기서 변수 α는, 수신측 등가 출력 전압(Vo,ac, 또는 도 4에 따른 수신측 공진 회로의 출력 전압일 수도 있음)의 양의 반주기(61, 63)가 시작하는 지점(60, 62)부터(또는 음의 반주기가 시작하는 지점부터) 변수 β에 따른 위상간격이 나타나는 시작점(또는 브리지리스 정류기에 포함된 스위치들이 동작하는 시작점)까지의 위상 간격으로 정의할 수 있다.As another embodiment, a variable for controlling the switching operation point (or starting point) of the switches (the fifth switch and the sixth switch) included in the bridgeless rectifier according to 4 may be defined as α [deg]. Where variable α is the point (60, 62) at which the positive half-cycle (61, 63) of the receiving side equivalent output voltage (V o, ac , or the output voltage of the receiving side resonant circuit according to FIG. 4) starts. It can be defined as the phase interval from (or starting point of the negative half period) to the starting point (or starting point at which the switches included in the bridgeless rectifier operate) showing the phase interval according to the variable β.
이때, 도 6a에서와 같이, 수신측 출력 전압(Vo,ac)의 양의 반주기의 정중앙에서 변수β에 따른 위상 간격(또는 스위칭 동작점)이 존재하도록 브리지리스 정류기의 스위칭 듀티(duty)를 제어하는 경우, 변수 γ는 90°가 되며 수신측 등가 출력 임피던스(Zo,ac)에는 리액턴스 성분이 존재하지 않을 수 있다. 구체적으로, 제어 변수 γ가 90°이므로, 수신측 등가 출력 전압(Vo,ac)의 양의 반주기가 시작하는 지점에서 90도가 되는 시점(또는 양의 반주기의 중앙 지점)에 제5 스위치(SW5)가 ON 상태로 동작하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 수신측 등가 출력 전압(Vo,ac)의 음의 반주기가 시작하는 지점에서 90도가 되는 시점(또는 음의 반주기의 중앙 지점)에 제6 스위치(SW6)가 ON 상태로 동작하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 제어 변수 β가 30°이므로, 제5 스위치(SW5), 제6 스위치(SW6)가 온 상태로 동작하는 위상간격은 30°가 될 수 있다. In this case, as shown in FIG. 6A, the switching duty of the bridgeless rectifier is set such that the phase interval (or switching operating point) according to the variable β exists at the positive center of the positive half-cycle of the receiving side output voltage (V o, ac ). In the case of control, the variable γ becomes 90 ° and no reactance component may be present in the receiver's equivalent output impedance Z o, ac . Specifically, since the control variable γ is 90 °, the fifth switch SW5 at a time point (or a center point of the positive half cycle) at 90 degrees from the start of the positive half cycle of the receiving side equivalent output voltage V o, ac . You can see that () operates in the ON state. In addition, it is confirmed that the sixth switch SW6 operates in the ON state at a point 90 degrees (or the center point of the negative half cycle) of the negative half cycle of the reception equivalent output voltage V o, ac . Can be. In addition, since the control variable β is 30 °, the phase interval at which the fifth switch SW5 and the sixth switch SW6 operate in the on state may be 30 °.
여기서 리액턴스 성분이 존재하지 않는다는 의미는 수신측 유도 전류(Io,ac)와 수신측 출력 전압(Vo,ac, 또는 수신측 출력 전압의 기본파인 Vo,ac1)의 위상차가 없다는 의미이고, 송신측 공진 주파수와 수신측 공진 주파수는 서로 일치한다. 따라서, 송신 패드와 수신 패드 사이의 정렬 상태가 변화하더라도 공진 주파수 변동이 없다면, 브리지리스 정류기의 스위칭 동작점을 변수 γ가 90°가 되도록 유지하고, 변수 β에 따라 브리지리스 정류기의 스위칭 듀티만 변동시켜 전기차 배터리의 전압 변동을 보상할 수 있다.Here, the absence of a reactance component means that there is no phase difference between the receiving side induced current (I o, ac ) and the receiving side output voltage (V o, ac , or the fundamental wave of the receiving output voltage, V o, ac1 ), The transmitting side resonance frequency and the receiving side resonance frequency coincide with each other. Therefore, if there is no resonance frequency variation even when the alignment between the transmission pad and the receiving pad changes, the switching operating point of the bridgeless rectifier is maintained so that the variable γ is 90 °, and only the switching duty of the bridgeless rectifier is changed according to the variable β. The voltage variation of the electric vehicle battery can be compensated for.
그러나, 송신측 공진 주파수와 수신측 공진 주파수가 서로 달라지게 되면, 수신측 등가 출력 임피던스(Zo,ac)에 리액턴스 성분이 생길 수 있다. 예를 들어, 변수 γ가 90°보다 크도록 브리지리스 정류기의 스위칭 시점을 제어하면, 수신측 등가 출력 임피던스는 유도성 성분이 될 수 있고, 변수 γ가 90°보다 작도록 브리지리스 정류기의 스위칭 시점을 제어하면, 수신측 등가 출력 임피던스는 용량성 성분이 될 수 있다.However, if the transmitting side resonant frequency and the receiving side resonant frequency are different from each other, a reactance component may occur in the receiving side equivalent output impedance Z o, ac . For example, if the switching point of the bridgeless rectifier is controlled such that the variable γ is greater than 90 °, the receiving side equivalent output impedance may be an inductive component, and the switching point of the bridgeless rectifier is such that the variable γ is less than 90 °. By controlling the receiver side equivalent output impedance can be a capacitive component.
도 6b를 참조하면, 도 6a에 따른 제어 상태에서 출력 임피던스가 유도성 성분이 되도록 브리지리스 정류기의 스위칭 제어를 수행한 경우를 확인할 수 있다. 구체적으로, 제어 변수 γ가 90도보다 크도록 브리지리스 정류기의 스위칭 동작시점을 제어하면(또는 제어 변수 α를 도 6a에서보다 증가시키면), 수신측 출력 전압(Vo,ac)의 기본파(Vo,ac1)가 수신측 출력 전류(Io,ac)보다 앞서(leading되어) 나타나므로 출력 임피던스(Zo,ac)가 유도성 성분이 될 수 있다. 예를 들어, 수신측 등가 출력 전압(Vo,ac)의 양의 반주기가 시작하는 지점에서 90도가 넘는 지점(또는 도 6a의 스위칭 시점보다 뒤쳐진 위상)에서 제5 스위치(SW5)가 ON 상태로 동작하고 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, 수신측 등가 출력 전압(Vo,ac)의 음의 반주기가 시작하는 지점에서 90도가 넘는 시점(또는 도 6a의 스위칭 시점보다 뒤쳐진 위상)에서 제6 스위치(SW6)가 ON 상태로 동작하고 있는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6B, it can be seen that switching control of the bridgeless rectifier is performed such that the output impedance becomes an inductive component in the control state according to FIG. 6A. Specifically, when the switching operation point of the bridgeless rectifier is controlled so that the control variable γ is greater than 90 degrees (or when the control variable α is increased than in FIG. 6A), the fundamental wave of the output voltage V o, ac of the receiving side ( Since V o, ac 1 ) appears ahead of the receiver output current I o, ac , the output impedance Z o, ac may be an inductive component. For example, the fifth switch SW5 is turned ON at a point that is more than 90 degrees (or a phase behind the switching point of FIG. 6A) from the start of the positive half-cycle of the receiving side equivalent output voltage V o, ac . You can see it is working. In addition, the sixth switch SW6 operates in the ON state at a time that is more than 90 degrees (or a phase behind the switching time of FIG. 6A) at the start of the negative half period of the equivalent output voltage V o, ac of the receiving side. I can confirm that there is.
도 6c를 참조하면, 도 6a에 따른 제어 상태에서 출력 임피던스가 용량성 성분이 되도록 브리지리스 정류기의 스위칭 제어를 수행한 경우를 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6C, it can be seen that switching control of the bridgeless rectifier is performed such that the output impedance becomes a capacitive component in the control state according to FIG. 6A.
구체적으로, 제어 변수 γ가 90도보다 작도록 브리지리스 정류기의 스위칭 동작시점을 제어하면(또는 제어 변수 α를 도 6a에서보다 감소시키면), 수신측 출력 전압(Vo,ac)의 기본파(Vo,ac1)가 수신측 출력 전류(Io,ac)보다 뒤쳐져(lagging되어) 나타나므로 출력 임피던스(Zo,ac)가 용량성 성분이 될 수 있다. 예를 들어, 수신측 등가 출력 전압(Vo,ac)의 양의 반주기가 시작하는 지점에서 90도 이전 지점(또는 도 6a의 스위칭 시점보다 앞선 위상)에서 제5 스위치(SW5)가 ON 상태로 동작하고 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, 수신측 등가 출력 전압(Vo,ac)의 음의 반주기가 시작하는 지점에서 90도 이전 지점(또는 도 6a의 스위칭 시점보다 앞선 위상)에서 제6 스위치(SW6)가 ON 상태로 동작하고 있는 것을 확인할 수 있다.Specifically, when the switching operation point of the bridgeless rectifier is controlled so that the control variable γ is smaller than 90 degrees (or when the control variable α is reduced than in FIG. 6A), the fundamental wave of the output voltage V o, ac of the receiving side ( Since V o, ac 1 ) appears lagging behind the receiving side output current I o, ac , the output impedance Z o, ac may be a capacitive component. For example, the fifth switch SW5 is turned ON at the point 90 degrees before the start of the positive half-cycle of the receiving side equivalent output voltage V o, ac (or the phase before the switching point of FIG. 6A). You can see it is working. In addition, the sixth switch SW6 operates in the ON state at a point 90 degrees earlier (or a phase earlier than the switching point of FIG. 6A) at the start of the negative half period of the equivalent output voltage V o, ac of the receiving side. I can confirm that there is.
이때, 출력 임피던스(Zo,ac)는 도 5에 따른 등가회로에서 확인한 것과 같이, 반사 임피던스의 형태로 송신측 입력 임피던스(Zin)에 영향을 주게 된다.At this time, the output impedance (Z o, ac ), as confirmed in the equivalent circuit according to FIG. 5, affects the input side input impedance (Z in ) in the form of reflection impedance.
따라서, 수신측의 출력 임피던스(Zo,ac)를 원하는 값(송신측과 수신측의 위상차가 없거나 공진주파수가 서로 일치하기 위한 출력 임피던스)으로 제어하기 위해서는 도 4의 수신측에 있는 브리지리스 정류기(42)의 스위칭 동작이 송신측에 있는 풀브릿지 인버터(40)의 스위칭 동작과 동기화되는 것이 필요하다. 따라서, 이하에서는 브리지리스 정류기의 스위칭 동작을 송신측과 동기화하기 위한 방법을 설명한다.Therefore, in order to control the output impedance Z o, ac of the receiving side to a desired value (output impedance for which there is no phase difference between the transmitting side and the receiving side or the resonance frequency coincides with each other), the bridgeless rectifier of the receiving side of FIG. 4 is used. The switching operation of 42 needs to be synchronized with the switching operation of the
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신측의 브리지리스 정류기를 송신측과 동기화하기 위하여 송신측에서 제어를 수행하는 경우에 대한 예시도이다.7 is an exemplary diagram of a case where a control is performed at a transmitting side to synchronize a bridgeless rectifier at a receiving side with a transmitting side according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 스위칭 동작을 송신측에서 모두 제어할 경우에 대한 예시를 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7, an example of a case where all of the switching operations are controlled by the transmitting side may be confirmed.
구체적으로, 송신측(예를 들면 챠징 스테이션)에서는 브리지리스 정류기의 스위칭 제어를 위해 수신측 출력 전류(Io,ac)나 출력 전압(Vo,ac)에 대한 위상, 수신측에 위치한 전기차 배터리의 전압(Vbatt)과 전류(Ibatt)를 수신측으로부터 전달받아야 할 수 있다.Specifically, the transmitting side (e.g., charging station) is a phase for the receiving side output current (I o, ac ) or the output voltage (V o, ac ), and the electric vehicle battery located at the receiving side for switching control of the bridgeless rectifier. It may be necessary to receive the voltage V batt and the current I batt from the receiver.
또한, 송신측에서는 전달받은 정보들을 기반으로 브리지리스 정류기의 스위칭 주기(또는 스위칭 주파수)와 스위칭 듀티(또는 제어 변수 β), 하나의 스위칭 주기 내에서의 스위칭 시점(또는 제어 변수 γ나 α)를 결정하고, 결정된 스위칭 정보들을 이용하여 제어신호를 생성하고, 생성된 제어신호를 수신측 제어기(예를 들면 전기차나 전기차의 프로세서)에 전달할 수 있다.In addition, the transmitter determines the switching period (or switching frequency) and switching duty (or control variable β) and switching time point (or control variable γ or α) of the bridgeless rectifier based on the received information. The control signal may be generated using the determined switching information, and the generated control signal may be transmitted to a receiving controller (for example, an electric vehicle or a processor of the electric vehicle).
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 브리지리스 정류기를 수신측에서 제어하는 경우에 대한 제1 방법 및 제2 방법을 나타낸 예시도이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 브리지리스 정류기를 수신측에서 제어하는 경우에 대한 제3 방법을 나타낸 예시도이다.8 is an exemplary diagram illustrating a first method and a second method for a case where a receiver of a bridgeless rectifier according to an embodiment of the present invention is controlled. 9 is an exemplary view showing a third method for the case where the receiver of the bridgeless rectifier according to an embodiment of the present invention is controlled.
도 8을 참조하면, 브리지리스 정류기의 스위칭 제어를 수신측(또는 전기차)에서 수행하는 방법을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 8, a method of performing switching control of a bridgeless rectifier on a receiving side (or an electric vehicle) may be confirmed.
앞선 전제와 마찬가지로, 도 4에 따른 무선 전력 전송 시스템의 풀 브리지 인버터(40)는 50% 듀티비(duty ratio)로 제어되며, 풀 브리지 인버터(40)에 포함된 4개의 스위치들(SW1, SW2, SW3, SW4)에 대한 스위칭 주파수는, 도 4의 송신측 공진 회로(41a)에 대한 입력 전압(Vin) 및 입력 전류(Iin)가 서로 동상(같은 위상)이 되도록, 송신측 공진주파수를 추종하여 제어되는 것으로 전제할 수 있다(Zero phase angle, ZPA 동작). 다만, 반드시 이러한 전제에 한정하여 적용될 수 있는 것은 아니고 풀 브리지 인버터(40)의 다른 제어 상황에서도 적용이 가능한 것으로 해석되어야 한다.As with the previous premise, the
이러한 전제에서 도 8을 참조하면, 수신측(또는 전기차의 프로세서)은, 수신측 출력 전류(Io,ac)를 감지하고, 감지된 출력 전류(Io,ac)를 이용하여 송신측(또는 송신측 풀브릿지 인버터)과 동기화된 스위칭 제어를 수행할 수 있다. 이러한 방법을 제1 방법으로 지칭한다.Referring to Figure 8, in this assumption, the receiving (or processors in the electric vehicle), the reception-side output current (I o, ac) the detection and the detected output current (I o, ac) using a transmission-side (or Switching control in synchronization with the full bridge inverter of the transmitting side. This method is referred to as the first method.
또한, 수신측(또는 전기차의 프로세서)은, 수신측의 브리지리스 정류기에 포함된 제5 스위치(SW5)에 인가되는 전압(VSW5)을 감지하고, 감지된 전압을 이용하여 송신측과 동기화된 스위칭 제어를 브리지리스 정류기에 대해 수행할 수 있다. 이러한 방법을 제2 방법으로 지칭한다. 여기서 제1 방법 및 제2 방법은 송신측과의 동기화를 위하여 송신측으로부터 송신측 공진회로에 대한 입력 전압(Vin)을 수신할 수 있다. 송신측으로부터 입력 전압(Vin) 이외에 다른 정보를 전달받지 않기 때문에 최소한의 정보 교환만으로 동기화를 수행하는 장점이 있다.In addition, the receiving side (or the processor of the electric vehicle) detects the voltage V SW5 applied to the fifth switch SW5 included in the bridgeless rectifier on the receiving side, and synchronizes with the transmitting side using the sensed voltage. Switching control can be performed for the bridgeless rectifier. This method is referred to as the second method. Here, the first method and the second method may receive an input voltage (V in ) for the resonant circuit of the transmitter from the transmitter for synchronization with the transmitter. Since no information other than the input voltage V in is received from the transmitting side, there is an advantage of performing synchronization with only minimal information exchange.
한편, 도 9를 참조하면, 수신측(또는 전기차의 프로세서)은, 전기차 배터리의 전압(Vbatt)과 전류(Ibatt)를 감지하고, 감지된 전압(Vbatt)과 전류 전류(Ibatt)를 통해 확인되는 전기차 배터리의 출력 전력(Pbatt)을 이용하여 송신측과 동기화된 스위칭 제어를 브리지리스 정류기에 대해 수행할 수 있다. 이러한 방법을 제3 방법으로 지칭한다. 여기서 제3 방법은 송신측으로부터 별도의 정보를 수신하지 않고 수신측에서 독립적인 제어가 가능한 방법에 해당한다.Meanwhile, referring to FIG. 9, the receiving side (or the processor of the electric vehicle) detects the voltage V batt and the current I batt of the electric vehicle battery, and detects the detected voltage V batt and the current current I batt . By using the output power P batt of the electric vehicle battery identified through the switching control can be performed for the bridgeless rectifier synchronized with the transmitter. This method is referred to as a third method. Here, the third method corresponds to a method capable of independent control at the receiving side without receiving separate information from the transmitting side.
이하에선, 제1 방법, 제2 방법, 제3 방법 각각에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, each of the first method, the second method, and the third method will be described in detail.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 브리지리스 정류기를 수신측에서 제어하는 제1 방법에 대한 흐름도이다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 브리지리스 정류기를 수신측에서 제어하는 제1 방법에 따른 신호를 나타내기 위한 예시 그래프이다. 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 브리지리스 정류기의 스위칭 제어에 이용되는 캐리어브릿지 신호를 설명하기 위한 예시도이다.10 is a flowchart of a first method of controlling a bridgeless rectifier at a receiving side according to an embodiment of the present invention. FIG. 11 is an exemplary graph for illustrating a signal according to a first method of controlling a bridgeless rectifier in a receiving side according to an embodiment of the present invention. 12 is an exemplary diagram for describing a carrier bridge signal used for switching control of a bridgeless rectifier according to an embodiment of the present invention.
수신측 공진회로에 흐르는 출력 전류(Io,ac)는 브리지리스 정류기가 다이오드 정류기처럼 동작할 때, 수신측 출력 전압(Vo,ac)과 동일한 제로-크로스 포인트(zero-cross point, 상승 엣지 또는 하강 엣지가 크기 0을 지나는 지점)를 가진다. 또한, 브리지리스 정류기의 스위칭이 시작되어도 제로-크로스 포인트의 위치는 변하지 않는 특성이 있다. 따라서, 수신측 출력 전류(Io,ac)의 제로-크로스 포인트를 감지하면, 수신측 출력 전압(Vo,ac)의 제로-크로스 포인트를 감지하는 것과 동일한 효과가 있다.Receiving-side resonant circuit, the output current (I o, ac) flowing in to the bridgeless when the rectifier is operated as a diode rectifier, the reception-side output voltage (V o, ac) with the same zero-cross points (zero-cross point, the rising edge Or the point where the falling edge passes through size zero). In addition, the position of the zero-cross point does not change even when the switching of the bridgeless rectifier is started. Therefore, detecting the zero-cross point of the receiving side output current I o, ac has the same effect as detecting the zero-cross point of the receiving side output voltage V o, ac .
이러한 효과를 이용한 제1 방법은, 먼저 수신측 출력 전류(Io,ac)를 감지할 수 있다(S10). 다음으로 감지된 출력 전류의 제로-크로스 포인트를 이용하여 주파수를 추출함으로써 브리지리스 정류기의 스위칭 주파수를 결정할 수 있다(S11). 더욱 상세하는, 감지된 출력 전류(Io,ac)에 대한 제로-크로스 포인트를 찾은 후, 찾은 제로-크로스 포인트에서 펄스를 생성할 수 있다. 생성된 펄스의 상승 엣지(또는 하강 엣지) 사이의 시간 간격을 재고, 잰 시간 간격에 상응하는 주파수를 추출하면, 수신측 출력 전류의 주파수를 추출할 수 있다. 여기서 추출된 주파수가 수신측 출력 전류(Io,ac)의 주파수임과 동시에 브리지리스 정류기의 스위칭 주파수가 될 수 있다. 구현예를 들면, 제로-크로스 포인트에서 생성된 펄스(제로-크로스 펄스로 지칭할 수 있음)를, 상용 DSP(Digital Signal Processor)에서 ECAP(Enhanced capture) 기능을 수행하는 핀(pin)에 인가하면, 출력 전류(Io,ac)에 대한 주파수를 추출할 수 있다. In the first method using such an effect, first, the receiving side output current I o, ac may be sensed (S10). Next, the switching frequency of the bridgeless rectifier may be determined by extracting the frequency using the detected zero-cross point of the output current (S11). More specifically, after finding the zero-cross point for the sensed output current I o, ac , a pulse may be generated at the found zero-cross point. By taking the time interval between the rising edge (or falling edge) of the generated pulse and extracting the frequency corresponding to the measured time interval, the frequency of the receiving side output current can be extracted. Here, the extracted frequency may be the frequency of the receiver output current (I o, ac ) and the switching frequency of the bridgeless rectifier. For example, applying a pulse generated at a zero-cross point (which may be referred to as a zero-cross pulse) to a pin performing an enhanced capture (ECAP) function in a commercial digital signal processor (DSP) The frequency for the output current (I o, ac ) can be extracted.
또한, 송신측 공진회로의 입력 전압(Vin)에 대한 위상 정보를 송신측으로부터 수신하고(S12), 상기 송신측 공진회로의 입력 전압(Vin)에 대한 위상과 수신측 출력 전류(Io,ac)의 위상 사이의 차이가 0이 되도록, 브리지리스 정류기의 스위칭 시점(또는 제어변수 α 또는 γ)을 결정할 수 있다(S13). 여기서 단계 S12은 단계 S10 이후에 수행될 수 있으나 단계 S10 이전에 수행될 수도 있다. 구현예를 들면, 제로-크로스 펄스를 상용 DSP(Digital Signal Processor)에서 PWM 동기화(EPWMxSYNCI) 기능을 수행하는 핀(pin)에 인가하고, 송신측 공진회로의 입력 전압(Vin)과의 동기화를 수행하면, 브리지리스 정류기의 스위칭 시점(또는 제어변수 α 또는 γ)을 결정할 수 있다. In addition, the phase information on the input voltage (V in ) of the transmitting side resonant circuit is received from the transmitting side (S12), the phase and the output side (I o ) of the input voltage (V in ) of the transmitting side resonant circuit The switching point (or control variable α or γ) of the bridgeless rectifier may be determined such that the difference between the phases of , ac is 0 (S13). Here, step S12 may be performed after step S10 but may also be performed before step S10. For example, a zero-cross pulse is applied to a pin performing a PWM Synchronization (EPWMxSYNCI) function in a commercial digital signal processor (DSP), and synchronization with an input voltage (V in ) of a transmission side resonant circuit is performed. In doing so, it is possible to determine the switching point (or control variable α or γ) of the bridgeless rectifier.
한편, 도면에 도시하지는 않았으나, 전기차 배터리에 인가되는 출력 전압(Vbatt)을 감지하고, 감지된 출력 전압을 설계 요구사항에 따른 전기차 배터리 정격 전압과 비교하여 브리지리스 정류기의 스위칭 듀티(또는 제어변수 β)를 결정할 수 있다. 예를 들어, 감지된 전기차 배터리의 출력 전압(Vbatt)이 설계 요구사항보다 낮은 경우, 브리지리스 정류기의 스위칭 듀티가 커지도록 제어할 수 있고, 감지된 전기차 배터리의 출력 전압(Vbatt)이 설계 요구사항보다 높은 경우, 브리지리스 정류기의 스위칭 듀티가 작아지도록 제어할 수 있다.On the other hand, although not shown in the figure, the output voltage (V batt ) is applied to the electric vehicle battery, and the switching output (or control variable) of the bridgeless rectifier by comparing the detected output voltage with the electric vehicle battery rated voltage according to the design requirements β) can be determined. For example, if the detected voltage of the electric vehicle battery (V batt ) is lower than the design requirements, the switching duty of the bridgeless rectifier can be controlled to be large, and the detected voltage of the electric vehicle battery (V batt ) is designed. If higher than the requirement, the switching duty of the bridgeless rectifier can be controlled to be smaller.
도 10에 따른 제1 방법을 구현하는 예시는 도 11을 참조할 수 있다. 도 11을 참조하면, 제1 방법에 따라 생성된 브리지리스 정류기(또는 도 4에서 브리지리스 정류기에 포함된 제5 스위치와 제6 스위치)의 스위칭 신호(SW5 PWM Signal, SW6 PWM Signal)를 확인할 수 있다.An example of implementing the first method according to FIG. 10 may refer to FIG. 11. Referring to FIG. 11, the switching signals SW5 PWM signal and SW6 PWM signal of the bridgeless rectifier (or the fifth and sixth switches included in the bridgeless rectifier in FIG. 4) generated according to the first method may be checked. have.
먼저, 수신측 출력 전류(Io,ac)를 감지하여, 출력 전류(Io,ac)의 상승 엣지가 크기 0과 만나는 점(제로-크로스 포인트)에서 생성된 펄스(Zero-cross pulse)를 확인할 수 있다.First, the reception-side output current (I o, ac) the detected, output current (I o, ac) that the rising edge meets the size 0 - the pulse (Zero-cross pulse) generated by the (zero-cross point) You can check it.
또한, 생성된 펄스를 ECAP 기능을 수행하는 핀에 인가하면, 상승 엣지를 감지함에 따라 시간 카운트값이 증가하다가, 다음 상승 엣지에서 시간 카운트를 종료함으로써, 출력 전류에 대한 주파수를 추출할 수 있는 것을 확인할 수 있다.In addition, when the generated pulse is applied to the pin that performs the ECAP function, the time count value increases as the rising edge is sensed, and the time count is terminated at the next rising edge to extract the frequency for the output current. You can check it.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 캐리어브릿지 신호(Carr_BR)를 이용하여 브리지리스 정류기와 스위칭 듀티와 스위칭 시점을 결정할 수 있다. 도 11에서 위에서 네번째 그래프를 참조하면, 제5 스위치에 대한 스위칭 동작 신호를 결정하는 제1 기준값(Ref.A)과 제6 스위치에 대한 제2 기준값(Ref.B) 사이에서 스위칭 듀티와 스위칭 시점을 결정하는 캐리어브릿지 신호(Carr_BR)가 생성된 것을 확인할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the bridgeless rectifier and the switching duty and the switching time point may be determined using the carrier bridge signal Carr_BR. Referring to the fourth graph from the top in FIG. 11, the switching duty and the switching time point are determined between the first reference value Ref.A for determining the switching operation signal for the fifth switch and the second reference value Ref.B for the sixth switch. It can be seen that the carrier bridge signal Carr_BR is determined.
구체적으로 캐리어브릿지 신호(Carr_BR)는 제5 스위치의 스위칭 듀티를 결정하는 제1 기준값(Ref.A) 및 제6 스위치의 스위칭 듀티를 결정하는 제2 기준값(Ref.B)과의 크기 비교를 통해 제5 스위치(SW5)와 제6 스위치(SW6)에 대한 동작 신호를 생성하는 데 이용된다. 예를 들어 도 11의 하단에서와 같이, 캐리어브릿지 신호(Carr_BR)의 크기가 제1 기준값(Ref.A)보다 클 때 제5 스위치(SW5 PWM signal)가 온 상태로 동작하게 되며, 캐리어브릿지 신호(Carr_BR)의 크기가 제2 기준값(Ref.B)보다 작을 때 제 6 스위치(SW6 PWM signal)가 온 상태로 동작할 수 있다. 캐리어브릿지 신호(Carr_BR)는, 제1 기준값 및 제2 기준값과는 독립적으로 생성될 수 있다. In detail, the carrier bridge signal Carr_BR is compared with the first reference value Ref.A for determining the switching duty of the fifth switch and the second reference value Ref.B for determining the switching duty of the sixth switch. It is used to generate an operation signal for the fifth switch SW5 and the sixth switch SW6. For example, as shown in the lower part of FIG. 11, when the size of the carrier bridge signal Carr_BR is greater than the first reference value Ref.A, the fifth switch SW5 PWM signal is operated in an on state, and the carrier bridge signal When the size of Carr_BR is smaller than the second reference value Ref.B, the sixth switch SW6 PWM signal may operate in the on state. The carrier bridge signal Carr_BR may be generated independently of the first reference value and the second reference value.
한편, 캐리어브릿지 신호(Carr_BR)를 이용하여 브리지리스 정류기의 스위칭 제어를 수행하기 위해서는 캐리어브릿지 신호(Carr_BR)의 피크값(peak value), 주파수, 초기값(Initial value)를 결정하는 것이 필요하다. Meanwhile, in order to perform switching control of the bridgeless rectifier using the carrier bridge signal Carr_BR, it is necessary to determine a peak value, a frequency, and an initial value of the carrier bridge signal Carr_BR.
도 12를 참조하면, 캐리어브릿지 신호(Carr_BR)는 초기값부터 피크값까지 상승한 후, 크기가 0이 될 때까지 하강한후, 다시 피크값까지 상승하는 것을 반복하는 삼각파의 형태를 가진다.Referring to FIG. 12, the carrier bridge signal Carr_BR has a form of a triangular wave that rises from an initial value to a peak value, descends until the magnitude becomes 0, and then repeatedly rises to a peak value.
먼저, 캐리어브릿지 신호(Carr_BR)의 주파수는 앞서 ECAP 기능을 이용하여 추출한 출력 전류(Io,ac)의 주파수와 동일한 주파수를 가질 수 있다. 또한, 캐리어브릿지 신호(Carr_BR)의 피크값(Carr_BR_peak)은 출력 전류(Io,ac)의 주파수에 따라 결정될 수 있다.First, the frequency of the carrier bridge signal Carr_BR may have the same frequency as that of the output current I o, ac extracted by using the ECAP function. In addition, the peak value Carr_BR_peak of the carrier bridge signal Carr_BR may be determined according to the frequency of the output current I o, ac .
또한, 캐리어브릿지 신호(Carr_BR)의 초기값(Initial value)은, 스위칭 시점을 제어하는 변수 γ에 따라 결정될 수 있다. 여기서 제어 변수 γ는 앞에서 설명한 것과 같이 송신측 공진회로의 입력 전압(Vin)에 대한 위상과 수신측 출력 전류(Io,ac)의 위상 사이의 차이가 0이 되도록 결정된다. In addition, an initial value of the carrier bridge signal Carr_BR may be determined according to a variable γ controlling a switching time point. Here, the control variable γ is determined so that the difference between the phase with respect to the input voltage (V in ) of the transmitting side resonant circuit and the phase of the receiving output current (I o, ac ) becomes zero.
예를 들어, 제어 변수 γ가 90도이면, 초기값은 피크값의 1/2에 해당하는 값을 가질 수 있다. 또한, 제어 변수 γ가 90도보다 크면, 초기값은 피크값의 1/2에 해당하는 값보다 작을 수 있다. 또한, 제어 변수 γ가 90도보다 작으면, 초기값은 피크값의 1/2에 해당하는 값보다 클 수 있다. 도 12의 상단 그래프를 참조하면, 제어 변수 γ가 90도일 때 초기값이 피크값의 1/2에 해당하는 값으로 설정되어 피크값이 반주기의 정중앙에 위치하는 것을 알 수 있다. 또한, 도 12의 하단 그래프를 참조하면, 제어 변수 γ가 90도보다 클 때, 초기값이 피크값의 1/2보다 작은 값으로 설정되어, 피크값이 상단 그래프에서보다 뒤쳐진 지점에 존재하는 것을 알 수 있다. 즉, 캐리어브릿지 신호의 초기값은 브리지리스 정류기의 스위칭 시점을 결정할 수 있다.For example, when the control variable γ is 90 degrees, the initial value may have a value corresponding to 1/2 of the peak value. In addition, when the control variable γ is greater than 90 degrees, the initial value may be smaller than the value corresponding to 1/2 of the peak value. In addition, when the control variable γ is smaller than 90 degrees, the initial value may be larger than a value corresponding to 1/2 of the peak value. Referring to the upper graph of FIG. 12, it can be seen that when the control variable γ is 90 degrees, the initial value is set to a value corresponding to 1/2 of the peak value, so that the peak value is located at the center of the half cycle. In addition, referring to the lower graph of FIG. 12, when the control variable γ is larger than 90 degrees, the initial value is set to a value smaller than 1/2 of the peak value, indicating that the peak value exists at a point behind the upper graph. Able to know. That is, the initial value of the carrier bridge signal may determine the switching time of the bridgeless rectifier.
또한, 제 5스위치의 스위칭 듀티를 결정하는 제1 기준값(Ref.A)과 제6 스위치의 스위칭 듀티를 결정하는 제2 기준값(Ref.B)은, 전기차 배터리의 출력 전압에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 전기차 배터리의 출력 전압이 설계 요구사항보다 낮으면, 스위칭 듀티가 커져야 하므로 제1 기준값(Ref.A)은 작아지고 제2 기준값(Ref.B)은 커질 수 있다. 구체적인 구현례로서, 전기차 배터리의 출력 전압(Vbatt)과 전기차 배터리의 설계 요구 전압(Vbatt_ref) 사이의 차분값을 PI 제어기(Propotional-Integral controller)에 입력하여 스위칭 듀티를 결정하고, 스위칭 듀티를 이용하여 제1 기준값과 제2 기준값을 결정할 수 있다.In addition, the first reference value Ref.A for determining the switching duty of the fifth switch and the second reference value Ref.B for determining the switching duty of the sixth switch may vary according to the output voltage of the EV battery. For example, when the output voltage of the electric vehicle battery is lower than the design requirement, the switching duty needs to be large, so that the first reference value Ref.A may be small and the second reference value Ref.B may be large. In a specific embodiment, the difference between the output voltage (V batt ) of the EV battery and the design demand voltage (V batt_ref ) of the EV battery is input to a PI controller to determine the switching duty, and the switching duty is determined. The first reference value and the second reference value may be determined using the reference value.
제1 기준값(Ref.A)는 앞서 결정된 스위칭 듀티(Duty) 및 캐리어브릿지 신호의 피크값(Carr_BR_peak)을 이용해 다음의 수학식 5와 같이 결정될 수 있다.The first reference value Ref.A may be determined by
상기 수학식 5를 참조하면, 스위칭 듀티(Duty)가 클수록 제1 기준값(Ref.A)이 작아지는 것을 확인할 수 있다.Referring to
제2 기준값(Ref.B)는 스위칭 듀티(Duty) 및 캐리어브릿지 신호의 피크값(Carr_BR_peak)을 이용해 다음의 수학식 6과 같이 결정될 수 있다.The second reference value Ref.B may be determined by Equation 6 using the switching duty and the peak value Carr_BR_peak of the carrier bridge signal.
상기 수학식 6을 참조하면, 스위칭 듀티(Duty)가 클수록 제2 기준값(Ref.B)이 커지는 것을 확인할 수 있다.Referring to Equation 6, it can be seen that the second reference value Ref.B increases as the switching duty is larger.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 브리지리스 정류기를 수신측에서 제어하는 제2 방법에 대한 흐름도이다. 도 14은 본 발명의 일 실시예에 따른 브리지리스 정류기를 수신측에서 제어하는 제2 방법에 따른 신호를 나타내기 위한 제1 예시 그래프이다. 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 브리지리스 정류기를 수신측에서 제어하는 제2 방법에 따른 신호를 나타내기 위한 제2 예시 그래프이다.13 is a flowchart of a second method of controlling a bridgeless rectifier at a receiving side according to an embodiment of the present invention. FIG. 14 is a first exemplary graph for illustrating a signal according to a second method of controlling a bridgeless rectifier according to an embodiment of the present invention. FIG. 15 is a second exemplary graph for illustrating a signal according to a second method of controlling a bridgeless rectifier according to an embodiment of the present invention.
브리지리스 정류기에 포함된 제5 스위치에 인가되는 전압은 수신측 출력 전압의 양의 반주기에 해당하는 파형을 가진다. 이러한 특성을 이용하여 브리지리스 정류기의 제5 스위치(도 4에 도시된 SW5)에 인가되는 전압을 감지하는 제2 방법을 제안할 수 있다.The voltage applied to the fifth switch included in the bridgeless rectifier has a waveform corresponding to a positive half period of the output voltage of the receiving side. Using this characteristic, a second method of sensing a voltage applied to the fifth switch (SW5 shown in FIG. 4) of the bridgeless rectifier may be proposed.
도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 방법은, 먼저 수신측 브리지리스 정류기의 제5 스위치에 인가되는 전압(VSW5)을 감지할 수 있다(S20). 다음으로, 감지된 전압에서 브리지리스 정류기의 동작 모드에 따라 결정되는 상승엣지까지의 시간간격을 이용하여 추출된 주파수를 스위칭 주파수로 결정할 수 있다(S21). 여기서 브리지리스 정류기의 동작 모드는 브리지리스 정류기의 스위치들이 오프 상태로 있는 경우와 스위칭 주기에 따라 온 상태로 동작하는 경우로 구분될 수 있다.Referring to FIG. 13, in a second method according to an embodiment of the present invention, first, a voltage V SW5 applied to a fifth switch of a receiving side bridgeless rectifier may be sensed (S20). Next, the extracted frequency may be determined as the switching frequency using the time interval from the sensed voltage to the rising edge determined according to the operation mode of the bridgeless rectifier (S21). The operation mode of the bridgeless rectifier may be classified into a case in which the switches of the bridgeless rectifier are in an off state and a case in which the bridgeless rectifier is in an on state according to a switching period.
도 14를 참조하면, 브리지리스 정류기의 스위치들이 오프 상태로 있는 경우에 대하여 감지된 제5 스위치 전압(VSW5) 및 스위치 제어 신호의 생성 과정을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 14, a process of generating the fifth switch voltage V SW5 and the switch control signal detected when the switches of the bridgeless rectifier are in an off state may be checked.
도 14에서 상단 두번째 그래프를 참조하면, 제5 스위치 전압(VSW5)이 수신측 출력 전압(Vo,ac)의 양의 반주기마다 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이때, 첫번째 상승 엣지를 CEVT1으로 도시하였고, 두번째 상승 엣지를 CEVT2로 도시하였고, 이러한 두 개의 상승 엣지(CEVT1, CEVT2)가 반복해서 나타나는 것으로 이해할 수 있다. 브리지리스 정류기의 스위치들이 오프 상태로 있는 경우에서는 두번째 상승 엣지(CEVT2)가 나타날 때까지가 하나의 주기가 되어야 한다. 따라서, 제5 스위치 전압에서 두번째 상승 엣지(CEVT2)가 나타날때까지의 시간 간격을 재고, 잰 시간 간격에 상응하는 주파수를 추출하면, 수신측 출력 전압(Vo,ac)의 주파수를 추출할 수 있다(도 14에서 상단부터 세번째 그래프는 누적된 시간 카운트를 나타냄). 구현예로서, 상용 DSP에서 ECAP 기능을 수행하는 핀(pin)에 제5 스위치 전압을 인가하고, 두번째 상승엣지를 카운팅 신호로 설정하면, 수신측 출력 전압(Vo,ac)의 주파수를 추출할 수 있다. 여기서 추출된 주파수가 브리지리스 정류기의 스위칭 주파수가 될 수 있다. Referring to the upper second graph in FIG. 14, it can be seen that the fifth switch voltage V SW5 appears every half period of the positive output voltage V o, ac . At this time, the first rising edge is shown as CEVT1, the second rising edge is shown as CEVT2, it can be understood that these two rising edges (CEVT1, CEVT2) appear repeatedly. If the switches of the bridgeless rectifier are in the off state, one cycle shall be made until the second rising edge (CEVT2) appears. Therefore, by taking the time interval from the fifth switch voltage until the second rising edge CEVT2 appears and extracting the frequency corresponding to the measured time interval, the frequency of the output voltage V o, ac of the receiving side can be extracted. (The third graph from the top in FIG. 14 represents the accumulated time count). As an exemplary embodiment, applying a fifth switch voltage to a pin performing an ECAP function in a commercial DSP and setting the second rising edge as a counting signal may extract a frequency of a receiving side output voltage (V o, ac ). Can be. The extracted frequency may be a switching frequency of the bridgeless rectifier.
도 15를 참조하면, 브리지리스 정류기의 스위치들이 스위칭 주기에 따라 온 상태로 동작하는 경우에 대하여 감지된 제5 스위치 전압(VSW5) 및 스위치 제어 신호의 생성 과정을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 15, a process of generating the fifth switch voltage V SW5 and the switch control signal detected when the switches of the bridgeless rectifier operate in the on state according to the switching period may be checked.
도 15에서 상단 두번째 그래프를 참조하면, 제5 스위치 전압(VSW5)이 수신측 출력 전압(Vo,ac)의 양의 반주기마다 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이때, 첫번째 상승 엣지를 CEVT1으로 도시하였고, 두번째 상승 엣지를 CEVT2로 도시하였고, 이러한 두 개의 상승 엣지(CEVT1, CEVT2)가 반복해서 나타나는 것으로 이해할 수 있다. 브리지리스 정류기의 스위치들이 스위칭 주기에 따라 온 상태로 동작하는 경우에서는 첫번째 상승 엣지(CEVT1)가 다시 나타날 때까지가 하나의 주기가 되어야 한다. 따라서, 제5 스위치 전압에서 첫번째 상승 엣지(CEVT1)가 다시 나타날때까지의 시간 간격을 재고, 잰 시간 간격에 상응하는 주파수를 추출하면, 수신측 출력 전압(Vo,ac)의 주파수를 추출할 수 있다(도 15에서 상단부터 세번째 그래프는 누적된 시간 카운트를 나타냄). 구현예로서, 상용 DSP에서 ECAP 기능을 수행하는 핀(pin)에 제5 스위치 전압을 인가하고, 첫번째 상승엣지를 카운팅 신호로 설정하면, 수신측 출력 전압(Vo,ac)의 주파수를 추출할 수 있다. 여기서 추출된 주파수가 브리지리스 정류기의 스위칭 주파수가 될 수 있다. Referring to the upper second graph in FIG. 15, it can be seen that the fifth switch voltage V SW5 appears every half of a positive period of the output voltage V o, ac of the receiving side. At this time, the first rising edge is shown as CEVT1, the second rising edge is shown as CEVT2, it can be understood that these two rising edges (CEVT1, CEVT2) appear repeatedly. If the switches in the bridgeless rectifier operate on in accordance with the switching period, the period must be one cycle until the first rising edge CEVT1 reappears. Accordingly, when the frequency corresponding to the measured time interval is extracted by taking the time interval until the first rising edge CEVT1 appears again from the fifth switch voltage, the frequency of the receiving output voltage V o, ac may be extracted. (The third graph from the top in FIG. 15 represents the accumulated time count). As an embodiment, applying a fifth switch voltage to a pin performing an ECAP function in a commercial DSP and setting the first rising edge as a counting signal may extract the frequency of the receiving output voltage (V o, ac ). Can be. The extracted frequency may be a switching frequency of the bridgeless rectifier.
다시 도 13을 참조하면, 제1 방법과 마찬가지로, 송신측 공진회로의 입력 전압(Vin)에 대한 위상 정보를 송신측으로부터 수신하고(S22), 상기 송신측 공진회로의 입력 전압(Vin)에 대한 위상과 제5 스위치 전압(VSW5)의 위상 사이의 차이가 0이 되도록, 브리지리스 정류기의 스위칭 시점(또는 제어변수 α 또는 γ)을 결정할 수 있다(S23). 여기서 단계 S22은 단계 S20 이후에 수행될 수 있으나 단계 S20 이전에 수행될 수도 있다. 구현예를 들면, 감지된 제5 스위치 전압(VSW5)를 상용 DSP(Digital Signal Processor)에서 PWM 동기화(EPWMxSYNCI) 기능을 수행하는 핀(pin)에 인가하고, 송신측 공진회로의 입력 전압(Vin)과의 동기화를 수행하면, 브리지리스 정류기의 스위칭 시점(또는 제어변수 α 또는 γ)을 결정할 수 있다. Referring back to Figure 13, the input voltage to the same manner as first method, the transmission side receives the phase information of the input voltage (V in) of the resonance circuit from the transmission side, and (S22), the transmission side resonance circuit (V in) The switching point (or control variable α or γ) of the bridgeless rectifier may be determined such that the difference between the phase with respect to and the phase of the fifth switch voltage V SW5 becomes 0 (S23). Here, step S22 may be performed after step S20 but may also be performed before step S20. For example, the sensed fifth switch voltage V SW5 is applied to a pin performing a PWM synchronization (EPWMxSYNCI) function in a commercial digital signal processor (DSP), and the input voltage V of the resonant circuit of the transmission side is applied. In synchronization with in ), it is possible to determine the switching point (or control variable α or γ) of the bridgeless rectifier.
이때, 브리지리스 정류기의 스위칭 시점과 스위칭 듀티를 결정하기 위해 도 11에서 설명한 캐리어브릿지 신호를 사용할 수 있다. 도 14 및 도 15에서 밑에서 세번째 그래프가 캐리어브릿지 신호, 제1 기준값, 제2 기준값을 도시한 것이다. 캐리어브릿지 신호를 결정하는 기준은 도 11에서 설명한 것과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.In this case, the carrier bridge signal described in FIG. 11 may be used to determine the switching time and the switching duty of the bridgeless rectifier. In FIG. 14 and FIG. 15, the third graph from the bottom shows the carrier bridge signal, the first reference value, and the second reference value. Since the criterion for determining the carrier bridge signal is the same as that described with reference to FIG. 11, a detailed description thereof will be omitted.
이와 같이 브리지리스 정류기의 스위칭 시점과 듀티, 스위칭 주파수를 결정하면 도 14 및 도 15의 가장 아래 두개의 그래프(위에서부터 제5스위치, 제6 스위치)에 도시된 스위칭 동작 신호를 생성할 수 있다.As such, when the switching time, duty, and switching frequency of the bridgeless rectifier are determined, the switching operation signals illustrated in the two lowest graphs (the fifth switch and the sixth switch from the top) of FIGS. 14 and 15 may be generated.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 브리지리스 정류기를 수신측에서 제어하는 제3 방법의 개념을 설명하기 위한 그래프이다.FIG. 16 is a graph for describing a concept of a third method of controlling a bridgeless rectifier at a receiving side according to an embodiment of the present invention. FIG.
본 발명의 일 실시예에 따른 제3 방법은, 앞에서 설명한 제1 방법 및 제2 방법과 같은 방식으로 스위칭 듀티와 스위칭 주파수를 결정할 수 있다. 다만, 제1 방법 및 제2 방법과 달리, 제3 방법은 스위칭 시점을 수신측에서 활용 가능한 정보만을 이용하여 결정하고, 송신측으로부터 어떠한 정보(예를 들어, 송신측 공진회로의 입력 전압(Vin))도 수신하지 않는 점에서 유리하다. 또한, 제3 방법은 수신측의 정보만을 이용하므로 브리지리스 정류기를 송신측과 독립적으로 제어할 수 있는 장점이 있다. The third method according to an embodiment of the present invention may determine the switching duty and the switching frequency in the same manner as the first and second methods described above. However, unlike the first method and the second method, the third method determines the switching time point using only the information available on the receiving side, and provides some information from the transmitting side (for example, the input voltage V of the transmitting side resonance circuit). in )) is also advantageous in that it does not receive. In addition, since the third method uses only the information on the receiving side, there is an advantage that the bridgeless rectifier can be controlled independently of the transmitting side.
구체적으로 앞에서 설명한 제1 방법이나 제2 방법은 송신측 공진회로의 입력 전압(Vin)에 대한 위상과 수신측 출력 전류(Io,ac) 또는 제5 스위치 전압(VSW5)의 위상 사이의 차이가 0이 되도록, 브리지리스 정류기의 스위칭 시점(또는 제어변수 α 또는 γ)을 결정하였다.Specifically, the first method or the second method described above is performed between the phase with respect to the input voltage V in of the transmission side resonant circuit and the phase with the reception output current I o, ac or the fifth switch voltage V SW5 . The switching point (or control variable α or γ) of the bridgeless rectifier was determined so that the difference was zero.
그러나, 제3 방법은 수신측의 전기차 배터리의 전압(Vbatt)과 전류(Ibatt)를 감지하고, 감지된 전압과 전류를 통해 확인되는 전기차 배터리의 출력 전력(Pbatt)가 최대가 되도록 브리지리스 정류기의 스위칭 시점(또는 제어변수 α 또는 γ)을 결정할 수 있다.However, the third method detects the voltage V batt and the current I batt of the electric vehicle battery on the receiving side, and bridges the output power P batt of the electric vehicle battery that is checked through the detected voltage and current. The switching point (or control variable α or γ) of the lease rectifier can be determined.
도 16을 참조하면, 제 3 방법에서, 브리지리스 정류기의 스위칭 시점(switching point)을 달리하면서 전기차 배터리의 출력 전력이 최대가 되는 지점(Max. power point)을 찾는 것(화살표 방향)을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 16, in the third method, finding the point at which the output power of the electric vehicle battery is maximized while changing the switching point of the bridgeless rectifier (arrow direction) can be confirmed. have.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 방법, 제2 방법, 제3 방법을 이용할 경우 송신측과 수신측 상호간 스위칭 동기화를 위한 동기화 신호를 교환할 필요가 없어 통신 딜레이(delay)와 잡음(noise)에 영향을 받지 않을 수 있다.When using the first method, the second method, and the third method according to an embodiment of the present invention, there is no need to exchange a synchronization signal for switching synchronization between a transmitting side and a receiving side, thereby delaying communication and noise. May not be affected.
또한, 제1 방법 및 제2 방법은 최소환의 정보만을 송신측과 수신측이 교환하기 때문에 연산속도 저하를 방지하고, 감지회로의 부피를 줄여 비용을 감소시킬 수 있다.In addition, in the first and second methods, since only the minimum ring information is exchanged between the transmitting side and the receiving side, the operation speed can be prevented and the cost of the sensing circuit can be reduced by reducing the volume of the sensing circuit.
또한, 제3 방법은 송신측과 수신측 사이의 정보교환이 불필요하기 때문에 수신측에서 독립적으로 브리지리스 정류기의 스위칭을 제어할 수 있는 장점이 있다.In addition, the third method has the advantage that the switching of the bridgeless rectifier can be controlled independently at the receiving side because information exchange between the transmitting side and the receiving side is unnecessary.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 방법에 대한 흐름도이다.17 is a flowchart illustrating a method for performing switching synchronization of a bridgeless rectifier in an electric vehicle wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.
도 17을 참조하면, 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기(bridgeless rectifier)의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 방법은, 송신측으로부터 송신측 공진 회로의 입력 전압을 수신하는 단계(S100), 수신된 입력 전압에 대한 위상과, 수신측 공진 회로 및 상기 브리지리스 정류기에서 선택된 전압이나 전류에 대한 위상 사이의 위상차를 산출하는 단계(S110) 및 산출된 위상차가 0에 근접하도록 상기 브리지리스 정류기에 포함된 스위치들의 스위칭 시점을 제어하는 단계(S120)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 17, a method for performing switching synchronization of a bridgeless rectifier in an electric vehicle wireless power transmission system may include receiving an input voltage of a transmitting side resonant circuit from a transmitting side (S100), and receiving a received input. Calculating a phase difference between a phase with respect to a voltage and a phase with respect to a voltage or a current selected by the receiver-side resonant circuit and the bridgeless rectifier (S110) and a switch included in the bridgeless rectifier such that the calculated phase difference approaches zero. It may include the step (S120) of controlling the switching time of the.
여기서 송신측 공진 회로의 입력 전압은 도 4에서 송신측 공진 회로(41a)에 대한 입력 전압(Vin)을 의미할 수 있다.Herein, the input voltage of the transmitting side resonant circuit may mean an input voltage V in of the transmitting side
상기 브리지리스 정류기의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 방법은, 도 8 및 도 10 내지 도 15에서 설명한 제1 방법 및 제2 방법을 포함할 수 있다.The method for performing switching synchronization of the bridgeless rectifier may include the first method and the second method described with reference to FIGS. 8 and 10 to 15.
상기 브리지리스 정류기의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 방법은, 전기차 제어 모듈에서 수행될 수 있다. 여기서 전기차 제어 모듈은 전기차에 포함되어 브리지리스 정류기의 스위칭 제어를 수행하는 제어 장치로서, DSP(Digital Signal Processor)를 포함할 수 있고, 비히클 어셈블리(Vehicle Assembly) 또는 비히클 어셈블리 컨트롤러(VA controller)일 수도 있다.The method for performing switching synchronization of the bridgeless rectifier may be performed in an electric vehicle control module. Here, the electric vehicle control module is a control device included in the electric vehicle to perform switching control of the bridgeless rectifier, and may include a digital signal processor (DSP) and may be a vehicle assembly or a vehicle assembly controller (VA controller). have.
상기 수신측 공진 회로는 상기 송신측 공진 회로와 전자기적으로 커플링되어 있을 수 있다.The receiving side resonant circuit may be electromagnetically coupled to the transmitting side resonant circuit.
상기 브리지리스 정류기는 상기 수신측 공진 회로의 출력을 정류하여 출력할 수 있다.The bridgeless rectifier may rectify and output the output of the reception side resonant circuit.
상기 브리지리스 정류기는, 제1 다이오드 및 제1 스위치가 직렬 연결된 제1 정류 회로 및 제2 다이오드 및 제2 스위치가 직렬 연결된 제2 정류 회로를 포함할 수 있다. 여기서 제1 다이오드는 도 4에 따른 제1 다이오드(D1)이고, 제1 스위치는 도 4에 따른 제5 스위치(SW5)이며, 제2 다이오드는 도 4에 따른 제2 다이오드(D2)이고, 제2 스위치는 도 4에 따른 제6 스위치(SW6)일 수 있다. The bridgeless rectifier may include a first rectifier circuit connected in series with a first diode and a first switch, and a second rectifier circuit connected in series with a second diode and a second switch. Here, the first diode is the first diode D1 according to FIG. 4, the first switch is the fifth switch SW5 according to FIG. 4, the second diode is the second diode D2 according to FIG. 4, and The second switch may be a sixth switch SW6 according to FIG. 4.
상기 제1 정류 회로와 상기 제2 정류 회로는 서로 병렬 연결될 수 있다.The first rectifier circuit and the second rectifier circuit may be connected in parallel to each other.
상기 위상차를 산출하는 단계(S110)는, 상기 입력 전압에 대한 위상과 상기 수신측 공진 회로의 출력 전류에 대한 위상 사이의 위상차를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.The calculating of the phase difference (S110) may include calculating a phase difference between a phase with respect to the input voltage and a phase with respect to an output current of the reception side resonant circuit.
상기 수신측 공진 회로의 출력 전류는, 상기 제1 다이오드와 상기 제1 스위치 사이의 노드 및 상기 제2 다이오드와 제2 스위치 사이의 노드 중 적어도 하나로 유입되는 전류일 수 있다.The output current of the reception side resonant circuit may be a current flowing into at least one of a node between the first diode and the first switch and a node between the second diode and the second switch.
상기 브리지리스 정류기의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 방법은, 상기 수신측 공진 회로의 출력 전류에 대한 주파수를 산출하는 단계 및 산출된 주파수를 상기 스위치들에 대한 스위칭 주파수로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method for performing switching synchronization of the bridgeless rectifier may further include calculating a frequency for an output current of the receiving side resonant circuit and determining the calculated frequency as a switching frequency for the switches. have.
상기 수신측 공진 회로의 출력 전류에 대한 주파수를 산출하는 단계는, 상기 수신측 공진 회로의 출력 전류에 대한 제로-크로스 포인트(zero-cross point)를 감지하는 단계, 감지된 제로-크로스 포인트마다 하나의 펄스(pulse)를 생성하는 단계, 생성된 펄스들에서 연속된 상승 엣지 사이의 시간 간격을 산출하는 단계 및 산출된 시간 간격을 주파수로 환산하는 단계를 포함할 수 있다.Computing the frequency of the output current of the receiving side resonant circuit, detecting a zero-cross point for the output current of the receiving side resonant circuit, one for each detected zero-cross point Generating a pulse, calculating a time interval between successive rising edges in the generated pulses, and converting the calculated time interval into a frequency.
상기 브리지리스 정류기의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 방법은, 전기차 배터리의 출력 전압을 감지하는 단계, 감지된 출력 전압과 상기 전기차 배터리의 설계 요구 사항에 따른 기준 전압을 비교하는 단계 및 비교 결과에 따라 상기 스위치들의 스위칭 듀티(duty)를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method for performing switching synchronization of the bridgeless rectifier may include detecting an output voltage of an electric vehicle battery, comparing the detected output voltage with a reference voltage according to a design requirement of the electric vehicle battery, and according to the comparison result. The method may further include controlling a switching duty of the switches.
상기 스위칭 듀티를 제어하는 단계는, 상기 전기차 배터리의 출력 전압이 상기 기준 전압보다 작으면, 상기 스위칭 듀티가 증가하도록 제어할 수 있다.In the controlling of the switching duty, when the output voltage of the electric vehicle battery is less than the reference voltage, the switching duty may be increased.
상기 위상차를 산출하는 단계(S110)는, 상기 입력 전압에 대한 위상과 상기 제1 스위치에 인가되는 전압에 대한 위상 사이의 위상차를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.The calculating of the phase difference (S110) may include calculating a phase difference between a phase with respect to the input voltage and a phase with respect to a voltage applied to the first switch.
상기 브리지리스 정류기의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 방법은, 상기 제1 스위치에 인가되는 전압을 이용하여 상기 브리지리스 정류기의 동작 상태에 따른 주파수를 산출하는 단계 및 산출된 주파수를 상기 스위치들에 대한 스위칭 주파수로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.A method for performing switching synchronization of the bridgeless rectifier includes calculating a frequency according to an operating state of the bridgeless rectifier using a voltage applied to the first switch and switching the calculated frequency to the switches. The method may further include determining the frequency.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기(bridgeless rectifier)의 스위칭을 독립적으로 수행하기 위한 방법에 대한 흐름도이다.18 is a flowchart illustrating a method for independently switching a bridgeless rectifier in an electric vehicle wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.
도 18을 참조하면, 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기(bridgeless rectifier)의 스위칭을 독립적으로 수행하기 위한 방법은, 상기 브리지리스 정류기의 출력을 통해 에너지를 전달받는 전기차 배터리에 대하여 출력 전압과 출력 전류를 감지하는 단계(S200), 감지된 출력 전압과 출력 전류를 이용하여 출력 전력을 산출하는 단계(S210) 및 산출된 출력 전력이 최대값에 근접하도록 상기 브리지리스 정류기에 포함된 스위치들의 스위칭 시점을 제어하는 단계(S220)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 18, a method for independently switching a bridgeless rectifier in an electric vehicle wireless power transmission system includes an output voltage and an output for an electric vehicle battery receiving energy through an output of the bridgeless rectifier. Sensing current (S200), calculating output power using the sensed output voltage and output current (S210), and switching time points of the switches included in the bridgeless rectifier such that the calculated output power approaches a maximum value It may include the step (S220) to control.
상기 브리지리스 정류기의 스위칭을 독립적으로 수행하기 위한 방법은, 도 9 및 도 16에서 설명한 제3 방법을 포함할 수 있다.The method for independently switching the bridgeless rectifier may include the third method described with reference to FIGS. 9 and 16.
상기 브리지리스 정류기의 스위칭을 독립적으로 수행하기 위한 방법은, 전기차 제어 모듈에서 수행될 수 있다. 여기서 전기차 제어 모듈은 전기차에 포함되어 브리지리스 정류기의 스위칭 제어를 수행하는 제어 장치로서, DSP(Digital Signal Processor)를 포함할 수 있고, 비히클 어셈블리(Vehicle Assembly) 또는 비히클 어셈블리 컨트롤러(VA controller)일 수도 있다.The method for independently switching the bridgeless rectifier may be performed in an electric vehicle control module. Here, the electric vehicle control module is a control device included in the electric vehicle to perform switching control of the bridgeless rectifier, and may include a digital signal processor (DSP) and may be a vehicle assembly or a vehicle assembly controller (VA controller). have.
상기 브리지리스 정류기는, 제1 다이오드 및 제1 스위치가 직렬 연결된 제1 정류 회로 및 제2 다이오드 및 제2 스위치가 직렬 연결된 제2 정류 회로를 포함할 수 있다. 여기서 제1 다이오드는 도 4에 따른 제1 다이오드(D1)이고, 제1 스위치는 도 4에 따른 제5 스위치(SW5)이며, 제2 다이오드는 도 4에 따른 제2 다이오드(D2)이고, 제2 스위치는 도 4에 따른 제6 스위치(SW6)일 수 있다.The bridgeless rectifier may include a first rectifier circuit connected in series with a first diode and a first switch, and a second rectifier circuit connected in series with a second diode and a second switch. Here, the first diode is the first diode D1 according to FIG. 4, the first switch is the fifth switch SW5 according to FIG. 4, the second diode is the second diode D2 according to FIG. 4, and The second switch may be a sixth switch SW6 according to FIG. 4.
상기 제1 정류 회로와 상기 제2 정류 회로는 서로 병렬 연결될 수 있다.The first rectifier circuit and the second rectifier circuit may be connected in parallel to each other.
상기 브리지리스 정류기의 스위칭을 독립적으로 수행하기 위한 방법은, 수신측 공진 회로의 출력 전류에 대한 주파수를 산출하는 단계 및 산출된 주파수를 상기 스위치들에 대한 스위칭 주파수로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method for independently switching the bridgeless rectifier may further include calculating a frequency for an output current of a receiving side resonant circuit and determining the calculated frequency as a switching frequency for the switches. have.
상기 브리지리스 정류기는, 상기 수신측 공진 회로의 출력을 정류하여 출력할 수 있다.The bridgeless rectifier may rectify and output the output of the reception side resonant circuit.
상기 수신측 공진 회로의 출력 전류에 대한 주파수를 산출하는 단계는, 상기 수신측 공진 회로의 출력 전류에 대한 제로-크로스 포인트(zero-cross point)를 감지하는 단계, 감지된 제로-크로스 포인트마다 하나의 펄스(pulse)를 생성하는 단계, 생성된 펄스들에서 연속된 상승 엣지 사이의 시간 간격을 산출하는 단계 및 산출된 시간 간격을 주파수로 환산하는 단계를 포함할 수 있다.Computing the frequency of the output current of the receiving side resonant circuit, detecting a zero-cross point for the output current of the receiving side resonant circuit, one for each detected zero-cross point Generating a pulse, calculating a time interval between successive rising edges in the generated pulses, and converting the calculated time interval into a frequency.
상기 브리지리스 정류기의 스위칭을 독립적으로 수행하기 위한 방법은, 상기 감지된 출력 전압과 상기 전기차 배터리의 설계 요구 사항에 따른 기준 전압을 비교하는 단계 및 비교 결과에 따라 상기 스위치들의 스위칭 듀티(duty)를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.A method for independently performing switching of the bridgeless rectifier may include comparing the detected output voltage with a reference voltage according to a design requirement of the electric vehicle battery, and comparing the switching duty of the switches according to a comparison result. The method may further include controlling.
상기 스위칭 듀티를 제어하는 단계는, 상기 감지된 출력 전압이 상기 기준 전압보다 작으면, 상기 스위칭 듀티가 증가하도록 제어할 수 있다.The controlling of the switching duty may include controlling the switching duty to increase when the sensed output voltage is smaller than the reference voltage.
상기 브리지리스 정류기의 스위칭을 독립적으로 수행하기 위한 방법은, 상기 제1 스위치에 인가되는 전압을 이용하여 상기 브리지리스 정류기의 동작 상태에 따른 주파수를 산출하는 단계 및 산출된 주파수를 상기 스위치들에 대한 스위칭 주파수로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.A method for independently switching the bridgeless rectifier may include calculating a frequency according to an operating state of the bridgeless rectifier using a voltage applied to the first switch, and converting the calculated frequency into the switches. The method may further include determining a switching frequency.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기(bridgeless rectifier)의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 장치에 대한 구성도이다.FIG. 19 is a block diagram of an apparatus for performing switching synchronization of a bridgeless rectifier in an electric vehicle wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.
도 19를 참조하면, 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기(bridgeless rectifier)의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 장치(100)는, 적어도 하나의 프로세서(processor, 110), 상기 적어도 하나의 프로세서(110)가 적어도 하나의 단계를 수행하도록 지시하는 명령어들(instructions)을 저장하는 메모리(memory, 120)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 19, an
또한, 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기(bridgeless rectifier)의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 장치(100)는, 유무선 네트워크를 통해 통신을 수행하는 송수신 장치(transceiver, 130)를 포함할 수 있다. 또한, 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기(bridgeless rectifier)의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 장치(100)는 입력 인터페이스 장치(140), 출력 인터페이스 장치(150), 저장 장치(160) 등을 더 포함할 수 있다. 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기(bridgeless rectifier)의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 장치(100)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus, 170)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.In addition, the
여기서 프로세서(110)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(120) 및 저장 장치(160) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(120)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.Here, the
상기 적어도 하나의 단계는, 송신측으로부터 송신측 공진 회로의 입력 전압을 수신하는 단계, 수신된 입력 전압에 대한 위상과, 수신측 공진 회로 및 상기 브리지리스 정류기에서 선택된 전압이나 전류에 대한 위상 사이의 위상차를 산출하는 단계 및 산출된 위상차가 0에 근접하도록 상기 브리지리스 정류기에 포함된 스위치들의 스위칭 시점을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.The at least one step includes receiving an input voltage of a transmitting side resonant circuit from a transmitting side, between a phase for a received input voltage and a phase for a voltage or current selected by the receiving side resonant circuit and the bridgeless rectifier. Calculating a phase difference and controlling switching points of the switches included in the bridgeless rectifier such that the calculated phase difference approaches zero.
상기 수신측 공진 회로는 상기 송신측 공진 회로와 전자기적으로 커플링되어 있고, 상기 브리지리스 정류기는 상기 수신측 공진 회로의 출력을 정류하여 출력할 수 있다.The receiving side resonant circuit is electromagnetically coupled to the transmitting side resonant circuit, and the bridgeless rectifier may rectify and output the output of the receiving side resonant circuit.
그 밖에도 브리지리스 정류기의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 장치(100)는 도 17에서 설명한 단계들을 수행할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.In addition, it should be understood that the
한편, 도 19에 따른 하드웨어 구성은 도 18에서 설명한 방법(또는 제3 방법)을 수행하는 장치(이하에서 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기의 스위칭을 독립적으로 수행하기 위한 장치로 지칭)로서 활용될 수도 있다.Meanwhile, the hardware configuration according to FIG. 19 is utilized as an apparatus for performing the method (or third method) described in FIG. 18 (hereinafter, referred to as an apparatus for independently switching the bridgeless rectifier in an electric vehicle wireless power transmission system). May be
예를 들어, 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기(bridgeless rectifier)의 스위칭을 독립적으로 수행하기 위한 장치는, 적어도 하나의 프로세서(processor), 상기 적어도 하나의 프로세서가 적어도 하나의 단계를 수행하도록 지시하는 명령어들(instructions)을 저장하는 메모리(memory)를 포함할 수 있다.For example, an apparatus for independently switching a bridgeless rectifier in an electric vehicle wireless power transfer system may include at least one processor and instruct the at least one processor to perform at least one step. It may include a memory for storing instructions (instructions).
상기 적어도 하나의 단계는, 브리지리스 정류기의 출력을 통해 에너지를 전달받는 전기차 배터리에 대하여 출력 전압과 출력 전류를 감지하는 단계, 감지된 출력 전압과 출력 전류를 이용하여 출력 전력을 산출하는 단계 및 산출된 출력 전력이 최대값에 근접하도록 상기 상기 브리지리스 정류기에 포함된 스위치들의 스위칭 시점을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.The at least one step may include detecting an output voltage and an output current of an electric vehicle battery receiving energy through an output of the bridgeless rectifier, calculating and outputting output power using the detected output voltage and output current. Controlling switching points of the switches included in the bridgeless rectifier such that the output power is close to a maximum value.
그 밖에도, 브리지리스 정류기(bridgeless rectifier)의 스위칭을 독립적으로 수행하기 위한 장치는 도 18에서 설명한 방법을 수행할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.In addition, it should be construed that an apparatus for independently switching the bridgeless rectifier can perform the method described in FIG. 18.
한편, 브리지리스 정류기의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 장치(100)는 도 1에 따른 전기차에 내장될 수 있다. 예를 들어, 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기(bridgeless rectifier)의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 전기차(Electric Vehicle, EV)는, 적어도 하나의 프로세서(processor), 상기 적어도 하나의 프로세서가 적어도 하나의 단계를 수행하도록 지시하는 명령어들(instructions)을 저장하는 메모리(memory), 송신 코일과 전자기적으로 커플링되고 상기 송신 코일로부터 유도 전력을 전달받는 수신측 공진 회로, 상기 수신측 공진 회로의 출력을 정류하여 출력하는 브리지리스 정류기 및 상기 브리지리스 정류기의 출력을 통해 에너지를 전달받아 저장하고, 상기 전기차에 에너지를 공급하는 전기차 배터리(EV battery)를 포함할 수 있다.Meanwhile, the
상기 적어도 하나의 단계는, 송신측으로부터 송신측 공진 회로의 입력 전압을 수신하는 단계, 수신된 입력 전압에 대한 위상과, 상기 수신측 공진 회로 및 상기 브리지리스 정류기에서 선택된 전압이나 전류에 대한 위상 사이의 위상차를 산출하는 단계 및 산출된 위상차가 0에 근접하도록 상기 브리지리스 정류기에 포함된 스위치들의 스위칭 시점을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.The at least one step includes receiving an input voltage of a transmitting side resonant circuit from a transmitting side, between a phase for a received input voltage and a phase for a voltage or current selected by the receiving side resonant circuit and the bridgeless rectifier. Calculating a phase difference of and controlling switching points of the switches included in the bridgeless rectifier such that the calculated phase difference approaches zero.
한편, 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기(bridgeless rectifier)의 스위칭을 독립적으로 수행하기 위한 장치도 도1에 따른 전기차에 내장될 수 있다. 예를 들어, 전기차 무선 전력 전송 시스템에서 브리지리스 정류기(bridgeless rectifier)의 스위칭을 독립적으로 수행하기 위한 전기차(Electric Vehicle, EV)는, 적어도 하나의 프로세서(processor), 상기 적어도 하나의 프로세서가 적어도 하나의 단계를 수행하도록 지시하는 명령어들(instructions)을 저장하는 메모리(memory), 송신 코일과 전자기적으로 커플링되고 상기 송신 코일로부터 유도 전력을 전달받는 수신측 공진 회로, 상기 수신측 공진 회로의 출력을 정류하여 출력하는 브리지리스 정류기 및 상기 브리지리스 정류기의 출력을 통해 에너지를 전달받아 저장하고, 상기 전기차에 에너지를 공급하는 전기차 배터리(EV battery)를 포함할 수 있다.Meanwhile, an apparatus for independently switching the bridgeless rectifier in the EV wireless power transmission system may also be embedded in the EV according to FIG. 1. For example, an electric vehicle (EV) for independently switching a bridgeless rectifier in an electric vehicle wireless power transmission system may include at least one processor and at least one processor. A memory for storing instructions instructing to perform the steps of a receiving side resonant circuit electromagnetically coupled with a transmitting coil and receiving induced power from the transmitting coil, an output of the receiving side resonant circuit It may include a bridgeless rectifier for rectifying and outputting the energy received through the output of the bridgeless rectifier and the electric vehicle battery (EV battery) for supplying energy to the electric vehicle.
상기 적어도 하나의 단계는, 상기 전기차 배터리에 대하여 출력 전압과 출력 전류를 감지하는 단계, 감지된 출력 전압과 출력 전류를 이용하여 출력 전력을 산출하는 단계 및 산출된 출력 전력이 최대값에 근접하도록 상기 브리지리스 정류기에 포함된 스위치들의 스위칭 시점을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.The at least one step may include: detecting an output voltage and an output current with respect to the electric vehicle battery, calculating an output power using the sensed output voltage and the output current, and calculating the output power to be close to a maximum value. Controlling switching points of the switches included in the bridgeless rectifier.
본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.The methods according to the invention can be implemented in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded on a computer readable medium. Computer-readable media may include, alone or in combination with the program instructions, data files, data structures, and the like. The program instructions recorded on the computer readable medium may be those specially designed and constructed for the present invention, or may be known and available to those skilled in computer software.
컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함될 수 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Examples of computer readable media may include hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions may include high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, as well as machine code such as produced by a compiler. The hardware device described above may be configured to operate with at least one software module to perform the operations of the present invention, and vice versa.
또한, 상술한 방법 또는 장치는 그 구성이나 기능의 전부 또는 일부가 결합되어 구현되거나, 분리되어 구현될 수 있다. In addition, the above-described method or apparatus may be implemented by combining all or part of the configuration or function, or may be implemented separately.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.
Claims (21)
송신측으로부터 송신측 공진 회로의 입력 전압을 수신하는 단계;
수신된 입력 전압에 대한 위상과, 수신측 공진 회로 및 상기 브리지리스 정류기에서 선택된 전압이나 전류에 대한 위상 사이의 위상차를 산출하는 단계; 및
산출된 위상차가 0에 근접하도록 상기 브리지리스 정류기에 포함된 스위치들의 스위칭 시점을 제어하는 단계를 포함하되,
상기 수신측 공진 회로는 상기 송신측 공진 회로와 전자기적으로 커플링되어 있고, 상기 브리지리스 정류기는 상기 수신측 공진 회로의 출력을 정류하여 출력하는, 브리지리스 정류기의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 방법.A method for performing switching synchronization of a bridgeless rectifier in an electric vehicle wireless power transmission system, which is performed in an electric vehicle control module.
Receiving an input voltage of a transmitting side resonant circuit from the transmitting side;
Calculating a phase difference between a phase with respect to a received input voltage and a phase with respect to a voltage or current selected by a receiving side resonant circuit and the bridgeless rectifier; And
Controlling switching points of the switches included in the bridgeless rectifier such that the calculated phase difference approaches zero;
And the receiving side resonant circuit is electromagnetically coupled with the transmitting side resonant circuit, and wherein the bridgeless rectifier rectifies and outputs the output of the receiving side resonant circuit.
상기 브리지리스 정류기는,
제1 다이오드 및 제1 스위치가 직렬 연결된 제1 정류 회로; 및 제2 다이오드 및 제2 스위치가 직렬 연결된 제2 정류 회로를 포함하고,
상기 제1 정류 회로와 상기 제2 정류 회로는 서로 병렬 연결되는, 브리지리스 정류기의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 방법.In claim 1,
The bridgeless rectifier,
A first rectifying circuit having a first diode and a first switch connected in series; And a second rectifying circuit connected to the second diode and the second switch in series,
And the first rectifier circuit and the second rectifier circuit are connected in parallel with each other.
상기 위상차를 산출하는 단계는,
상기 입력 전압에 대한 위상과 상기 수신측 공진 회로의 출력 전류에 대한 위상 사이의 위상차를 산출하는 단계를 포함하는, 브리지리스 정류기의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 방법.In claim 2,
The step of calculating the phase difference,
Calculating a phase difference between a phase with respect to the input voltage and a phase with respect to an output current of the receiving side resonant circuit.
상기 수신측 공진 회로의 출력 전류는,
상기 제1 다이오드와 상기 제1 스위치 사이의 노드 및 상기 제2 다이오드와 제2 스위치 사이의 노드 중 적어도 하나로 유입되는 전류인, 브리지리스 정류기의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 방법. In claim 3,
The output current of the receiving side resonant circuit is,
And a current flowing into at least one of a node between the first diode and the first switch and a node between the second diode and the second switch.
상기 수신측 공진 회로의 출력 전류에 대한 주파수를 산출하는 단계; 및
산출된 주파수를 상기 스위치들에 대한 스위칭 주파수로 결정하는 단계를 더 포함하는, 브리지리스 정류기의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 방법. In claim 3,
Calculating a frequency with respect to an output current of the receiving side resonant circuit; And
Determining the calculated frequency as the switching frequency for the switches.
상기 수신측 공진 회로의 출력 전류에 대한 주파수를 산출하는 단계는,
상기 수신측 공진 회로의 출력 전류에 대한 제로-크로스 포인트(zero-cross point)를 감지하는 단계;
감지된 제로-크로스 포인트마다 하나의 펄스(pulse)를 생성하는 단계;
생성된 펄스들에서 연속된 상승 엣지 사이의 시간 간격을 산출하는 단계; 및
산출된 시간 간격을 주파수로 환산하는 단계를 포함하는, 브리지리스 정류기의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 방법.In claim 5,
Calculating a frequency with respect to the output current of the receiving side resonant circuit,
Detecting a zero-cross point for the output current of the receiving side resonant circuit;
Generating one pulse per sensed zero-cross point;
Calculating a time interval between successive rising edges in the generated pulses; And
Converting the calculated time interval into a frequency, the method for performing switching synchronization of the bridgeless rectifier.
전기차 배터리의 출력 전압을 감지하는 단계;
감지된 출력 전압과 상기 전기차 배터리의 설계 요구 사항에 따른 기준 전압을 비교하는 단계; 및
비교 결과에 따라 상기 스위치들의 스위칭 듀티(duty)를 제어하는 단계를 더 포함하는, 브리지리스 정류기의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 방법.In claim 2,
Sensing an output voltage of the electric vehicle battery;
Comparing the sensed output voltage with a reference voltage according to a design requirement of the electric vehicle battery; And
Controlling switching duty of the switches in accordance with a comparison result.
상기 스위칭 듀티를 제어하는 단계는,
상기 전기차 배터리의 출력 전압이 상기 기준 전압보다 작으면, 상기 스위칭 듀티가 증가하도록 제어하는, 브리지리스 정류기의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 방법.In claim 7,
Controlling the switching duty,
And if the output voltage of the electric vehicle battery is less than the reference voltage, controlling the switching duty to increase.
상기 위상차를 산출하는 단계는,
상기 입력 전압에 대한 위상과 상기 제1 스위치에 인가되는 전압에 대한 위상 사이의 위상차를 산출하는 단계를 포함하는, 브리지리스 정류기의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 방법.In claim 2,
The step of calculating the phase difference,
Calculating a phase difference between a phase with respect to the input voltage and a phase with respect to a voltage applied to the first switch.
상기 제1 스위치에 인가되는 전압을 이용하여 상기 브리지리스 정류기의 동작 상태에 따른 주파수를 산출하는 단계; 및
산출된 주파수를 상기 스위치들에 대한 스위칭 주파수로 결정하는 단계를 더 포함하는, 브리지리스 정류기의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 방법. In claim 2,
Calculating a frequency according to an operating state of the bridgeless rectifier using a voltage applied to the first switch; And
Determining the calculated frequency as the switching frequency for the switches.
상기 브리지리스 정류기의 출력을 통해 에너지를 전달받는 전기차 배터리에 대하여 출력 전압과 출력 전류를 감지하는 단계;
감지된 출력 전압과 출력 전류를 이용하여 출력 전력을 산출하는 단계; 및
산출된 출력 전력이 최대값에 근접하도록 상기 브리지리스 정류기에 포함된 스위치들의 스위칭 시점을 제어하는 단계를 포함하는, 브리지리스 정류기의 스위칭을 독립적으로 수행하기 위한 방법.A method for independently performing switching of a bridgeless rectifier in an electric vehicle wireless power transmission system, which is performed in an electric vehicle control module.
Detecting an output voltage and an output current of an electric vehicle battery receiving energy through an output of the bridgeless rectifier;
Calculating output power using the sensed output voltage and output current; And
Controlling switching points of switches included in the bridgeless rectifier such that the calculated output power approaches a maximum value.
상기 브리지리스 정류기는,
제1 다이오드 및 제1 스위치가 직렬 연결된 제1 정류 회로; 및 제2 다이오드 및 제2 스위치가 직렬 연결된 제2 정류 회로를 포함하고,
상기 제1 정류 회로와 상기 제2 정류 회로는 서로 병렬 연결되는, 브리지리스 정류기의 스위칭을 독립적으로 수행하기 위한 방법.In claim 11,
The bridgeless rectifier,
A first rectifying circuit having a first diode and a first switch connected in series; And a second rectifying circuit connected to the second diode and the second switch in series,
And the first rectifier circuit and the second rectifier circuit are connected in parallel to each other independently.
수신측 공진 회로의 출력 전류에 대한 주파수를 산출하는 단계; 및
산출된 주파수를 상기 스위치들에 대한 스위칭 주파수로 결정하는 단계를 더 포함하되,
상기 브리지리스 정류기는, 상기 수신측 공진 회로의 출력을 정류하여 출력하는, 브리지리스 정류기의 스위칭을 독립적으로 수행하기 위한 방법. In claim 12,
Calculating a frequency with respect to an output current of the receiving resonance circuit; And
Determining the calculated frequency as the switching frequency for the switches, wherein
And the bridgeless rectifier rectifies and outputs the output of the receiving side resonant circuit.
상기 수신측 공진 회로의 출력 전류에 대한 주파수를 산출하는 단계는,
상기 수신측 공진 회로의 출력 전류에 대한 제로-크로스 포인트(zero-cross point)를 감지하는 단계;
감지된 제로-크로스 포인트마다 하나의 펄스(pulse)를 생성하는 단계;
생성된 펄스들에서 연속된 상승 엣지 사이의 시간 간격을 산출하는 단계; 및
산출된 시간 간격을 주파수로 환산하는 단계를 포함하는, 브리지리스 정류기의 스위칭을 독립적으로 수행하기 위한 방법.In claim 13,
Calculating a frequency with respect to the output current of the receiving side resonant circuit,
Detecting a zero-cross point for the output current of the receiving side resonant circuit;
Generating one pulse per sensed zero-cross point;
Calculating a time interval between successive rising edges in the generated pulses; And
Converting the calculated time interval to frequency, the method for independently performing switching of the bridgeless rectifier.
상기 감지된 출력 전압과 상기 전기차 배터리의 설계 요구 사항에 따른 기준 전압을 비교하는 단계; 및
비교 결과에 따라 상기 스위치들의 스위칭 듀티(duty)를 제어하는 단계를 더 포함하는, 브리지리스 정류기의 스위칭을 독립적으로 수행하기 위한 방법.In claim 12,
Comparing the sensed output voltage with a reference voltage according to a design requirement of the electric vehicle battery; And
Controlling the switching duty of the switches in accordance with a comparison result.
상기 스위칭 듀티를 제어하는 단계는,
상기 감지된 출력 전압이 상기 기준 전압보다 작으면, 상기 스위칭 듀티가 증가하도록 제어하는, 브리지리스 정류기의 스위칭을 독립적으로 수행하기 위한 방법.In claim 15,
Controlling the switching duty,
If the sensed output voltage is less than the reference voltage, controlling the switching duty to increase.
상기 제1 스위치에 인가되는 전압을 이용하여 상기 브리지리스 정류기의 동작 상태에 따른 주파수를 산출하는 단계; 및
산출된 주파수를 상기 스위치들에 대한 스위칭 주파수로 결정하는 단계를 더 포함하는, 브리지리스 정류기의 스위칭을 독립적으로 수행하기 위한 방법. In claim 12,
Calculating a frequency according to an operating state of the bridgeless rectifier using a voltage applied to the first switch; And
Determining the calculated frequency as the switching frequency for the switches.
적어도 하나의 프로세서(processor);
상기 적어도 하나의 프로세서가 적어도 하나의 단계를 수행하도록 지시하는 명령어들(instructions)을 저장하는 메모리(memory)를 포함하고,
상기 적어도 하나의 단계는,
송신측으로부터 송신측 공진 회로의 입력 전압을 수신하는 단계;
수신된 입력 전압에 대한 위상과, 수신측 공진 회로 및 상기 브리지리스 정류기에서 선택된 전압이나 전류에 대한 위상 사이의 위상차를 산출하는 단계; 및
산출된 위상차가 0에 근접하도록 상기 브리지리스 정류기에 포함된 스위치들의 스위칭 시점을 제어하는 단계를 포함하되,
상기 수신측 공진 회로는 상기 송신측 공진 회로와 전자기적으로 커플링되어 있고, 상기 브리지리스 정류기는 상기 수신측 공진 회로의 출력을 정류하여 출력하는, 브리지리스 정류기(bridgeless rectifier)의 스위칭 동기화를 수행하기 위한 장치.An apparatus for performing switching synchronization of a bridgeless rectifier in an electric vehicle wireless power transmission system,
At least one processor;
A memory storing instructions instructing the at least one processor to perform at least one step,
The at least one step,
Receiving an input voltage of a transmitting side resonant circuit from the transmitting side;
Calculating a phase difference between a phase with respect to a received input voltage and a phase with respect to a voltage or current selected by a receiving side resonant circuit and the bridgeless rectifier; And
Controlling switching points of the switches included in the bridgeless rectifier such that the calculated phase difference approaches zero;
The receiving side resonant circuit is electromagnetically coupled to the transmitting side resonant circuit, and the bridgeless rectifier performs switching synchronization of a bridgeless rectifier to rectify and output the output of the receiving side resonant circuit. Device for
적어도 하나의 프로세서(processor);
상기 적어도 하나의 프로세서가 적어도 하나의 단계를 수행하도록 지시하는 명령어들(instructions)을 저장하는 메모리(memory)를 포함하고,
상기 적어도 하나의 단계는,
브리지리스 정류기의 출력을 통해 에너지를 전달받는 전기차 배터리에 대하여 출력 전압과 출력 전류를 감지하는 단계;
감지된 출력 전압과 출력 전류를 이용하여 출력 전력을 산출하는 단계; 및
산출된 출력 전력이 최대값에 근접하도록 상기 상기 브리지리스 정류기에 포함된 스위치들의 스위칭 시점을 제어하는 단계를 포함하는, 브리지리스 정류기의 스위칭 동기화를 독립적으로 수행하기 위한 장치.An apparatus for independently performing switching of a bridgeless rectifier in an electric vehicle wireless power transmission system,
At least one processor;
A memory storing instructions instructing the at least one processor to perform at least one step,
The at least one step,
Sensing an output voltage and an output current of an electric vehicle battery that receives energy through an output of the bridgeless rectifier;
Calculating output power using the sensed output voltage and output current; And
Controlling switching points of switches included in the bridgeless rectifier such that the calculated output power approaches a maximum value.
적어도 하나의 프로세서(processor);
상기 적어도 하나의 프로세서가 적어도 하나의 단계를 수행하도록 지시하는 명령어들(instructions)을 저장하는 메모리(memory);
송신 코일과 전자기적으로 커플링되고 상기 송신 코일로부터 유도 전력을 전달받는 수신측 공진 회로;
상기 수신측 공진 회로의 출력을 정류하여 출력하는 브리지리스 정류기; 및
상기 브리지리스 정류기의 출력을 통해 에너지를 전달받아 저장하고, 상기 전기차에 에너지를 공급하는 전기차 배터리(EV battery)를 포함하고,
상기 적어도 하나의 단계는,
송신측으로부터 송신측 공진 회로의 입력 전압을 수신하는 단계;
수신된 입력 전압에 대한 위상과, 상기 수신측 공진 회로 및 상기 브리지리스 정류기에서 선택된 전압이나 전류에 대한 위상 사이의 위상차를 산출하는 단계; 및
산출된 위상차가 0에 근접하도록 상기 브리지리스 정류기에 포함된 스위치들의 스위칭 시점을 제어하는 단계를 포함하는, 전기차.An electric vehicle (EV) for performing switching synchronization of a bridgeless rectifier in an electric vehicle wireless power transmission system,
At least one processor;
Memory for storing instructions instructing the at least one processor to perform at least one step;
A receiving side resonant circuit electromagnetically coupled to the transmitting coil and receiving inductive power from the transmitting coil;
A bridgeless rectifier for rectifying and outputting an output of the reception side resonance circuit; And
An electric vehicle battery (EV battery) for receiving and storing energy through an output of the bridgeless rectifier and supplying energy to the electric vehicle,
The at least one step,
Receiving an input voltage of a transmitting side resonant circuit from the transmitting side;
Calculating a phase difference between a phase with respect to a received input voltage and a phase with respect to a voltage or current selected by the receiving side resonant circuit and the bridgeless rectifier; And
Controlling switching points of the switches included in the bridgeless rectifier such that the calculated phase difference approaches zero.
적어도 하나의 프로세서(processor);
상기 적어도 하나의 프로세서가 적어도 하나의 단계를 수행하도록 지시하는 명령어들(instructions)을 저장하는 메모리(memory);
송신 코일과 전자기적으로 커플링되고 상기 송신 코일로부터 유도 전력을 전달받는 수신측 공진 회로;
상기 수신측 공진 회로의 출력을 정류하여 출력하는 브리지리스 정류기; 및
상기 브리지리스 정류기의 출력을 통해 에너지를 전달받아 저장하고, 상기 전기차에 에너지를 공급하는 전기차 배터리(EV battery)를 포함하고,
상기 적어도 하나의 단계는,
상기 전기차 배터리에 대하여 출력 전압과 출력 전류를 감지하는 단계;
감지된 출력 전압과 출력 전류를 이용하여 출력 전력을 산출하는 단계; 및
산출된 출력 전력이 최대값에 근접하도록 상기 브리지리스 정류기에 포함된 스위치들의 스위칭 시점을 제어하는 단계를 포함하는, 전기차.As an electric vehicle (EV) for independently switching the bridgeless rectifier in the electric vehicle wireless power transmission system,
At least one processor;
Memory for storing instructions instructing the at least one processor to perform at least one step;
A receiving side resonant circuit electromagnetically coupled to the transmitting coil and receiving inductive power from the transmitting coil;
A bridgeless rectifier for rectifying and outputting an output of the reception side resonance circuit; And
An electric vehicle battery (EV battery) for receiving and storing energy through an output of the bridgeless rectifier and supplying energy to the electric vehicle,
The at least one step,
Sensing an output voltage and an output current with respect to the electric vehicle battery;
Calculating output power using the sensed output voltage and output current; And
Controlling switching points of switches included in the bridgeless rectifier such that the calculated output power approaches a maximum value.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US16/428,057 US11292348B2 (en) | 2018-06-01 | 2019-05-31 | Method and apparatus for performing switching synchronization for bridgeless rectifier in electric vehicle wireless power transfer system |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180063507 | 2018-06-01 | ||
| KR20180063507 | 2018-06-01 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190137688A true KR20190137688A (en) | 2019-12-11 |
Family
ID=69003640
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020190055533A KR20190137688A (en) | 2018-06-01 | 2019-05-13 | Method and apparatus for performing switchng synchronization of a bridgeless rectifier in an electric car wireless power transmission system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20190137688A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2968106A1 (en) * | 2022-09-22 | 2024-05-07 | Rodriguez Marcos Ortega | Personal mobility vehicle parking system, personal mobility vehicle power receiving unit and personal mobility vehicle (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
-
2019
- 2019-05-13 KR KR1020190055533A patent/KR20190137688A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2968106A1 (en) * | 2022-09-22 | 2024-05-07 | Rodriguez Marcos Ortega | Personal mobility vehicle parking system, personal mobility vehicle power receiving unit and personal mobility vehicle (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
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