KR20200049534A - 무선 충전을 위한 위치 정렬 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

그라운드 어셈블리(GA; Ground Assembly)의 송신 패드가 전송하는 전력을 수신하는 수신 패드를 포함하는 차량 어셈블리(VA; Vehicle Assembly)에 의해 수행되는 위치 정렬 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 거리 측정 방법은, 상기 수신 패드에 배치된 LF(Low Frequency) 동작 주파수를 가지는 하나 이상의 송신기를 이용해 자기장을 전송하는 단계; 상기 그라운드 어셈블리로부터 상기 송신 패드에 배치된 하나 이상의 LF 수신기를 통해 검출되는 자기장 관련 값을 수신하는 단계; 및 상기 자기장 관련 값을 이용해 상기 송신 패드 및 상기 수신 패드 간 거리를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

무선 충전을 위한 위치 정렬 방법 및 장치{POSITION ALIGNMENT APPARATUS AND METHOD FOR WIRELESS POWER TRANSFER}

본 발명은 무선 충전을 위한 위치 정렬 방법 및 이를 이용하는 위치 정렬 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LF 신호를 기반으로 한 위치 정렬 방법 및 이를 이용하는 위치 정렬 장치에 관한 것이다.

최근 개발되고 있는 전기 자동차(Electric Vehicle, EV)는 배터리의 동력으로 모터를 구동하여, 종래의 가솔린 엔진 자동차에 비해 배기 가스 및 소음 등과 같은 공기 오염원이 적으며, 고장이 적고, 수명이 길고, 운전 조작이 간단하다는 장점이 있다.

전기 자동차는 구동원에 따라 하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그인 하이브리드 전기 자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 및 전기 자동차(EV)로 분류된다. HEV에는 주전력인 엔진과 보조 전력인 모터를 가지고 있다. PHEV는 주전력인 모터와 배터리가 방전될 때 사용되는 엔진을 가지고 있다. EV는 모터를 가지고 있으나, 엔진은 가지고 있지 않다.

전기 자동차의 모터를 구동하기 위한 배터리의 무선 충전은 차징 스테이션의 1차 코일과 전기 자동차의 2차 코일이 자기 공명 방식으로 결합되어 수행될 수 있다. 또한, 자기 공진 무선 전력 전송 시스템에서는 1차 코일과 2차 코일이 정렬되지 않으면, 무선 전력 전달의 효율이 크게 저하될 수 있으므로, 무선 충전의 효율을 높이기 위해 1차 코일과 2차 코일의 정렬이 요구될 수도 있다.

종래의 정렬 방법으로는 후방 카메라를 이용하여 2차 코일이 장착된 전기 자동차를 그라운드 어셈블리(Ground Assembly, GA)의 1차 코일에 정렬시키는 방법이 있다. 또한, 다른 종래의 정렬 방법으로는 전기 자동차가 주차 영역에 범프(bump)에 의해 주차된 후, 움직일 수 있는 충전 패드(movable charging pad)를 이동시켜, 충전 패드의 1차 코일과 전기 자동차의 2차 코일을 정렬하는 방법이 있다.

다만, 종래의 기술은 코일의 정렬에 사용자의 개입, 정렬 및 사용자의 불편 및 정렬의 큰 편차를 초래하며, 이는 약간의 코일 오정렬로 인해 과도한 시스템 성능 저하를 유발할 수 있다. 따라서, 코일의 오정렬에 민감한 자기 공진 형 무선 전력 전송 시스템에서 상술한 종래 기술을 이용하면, 최적의 전력 전달 효율을 실현하기 어렵고, 시스템의 안정성 및 신뢰성이 낮아질 수 있다.

따라서, 무선 전력 전송 시스템에서 차징 스테이션의 그라운드 어셈블리와 전기 자동차의 차량 어셈블리 간의 정렬을 위해 차량의 위치를 정확하게 측정 또는 예측하는 방법이 요구되고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 무선충전을 위한 위치 정렬 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은 상기 위치 측정 방법을 이용하는 위치 정렬 장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 목적은 상기 위치 측정 방법을 이용하는 자기장 검출 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 정렬 방법은, 그라운드 어셈블리(GA; Ground Assembly)의 송신 패드가 전송하는 전력을 수신하는 수신 패드를 포함하는 차량 어셈블리(VA; Vehicle Assembly)에 의해 수행되는 위치 정렬 방법으로서, 상기 수신 패드에 배치된 LF(Low Frequency) 동작 주파수를 가지는 하나 이상의 송신기를 이용해 자기장을 전송하는 단계; 상기 그라운드 어셈블리로부터 상기 송신 패드에 배치된 하나 이상의 LF 수신기를 통해 검출되는 자기장 관련 값을 수신하는 단계; 및 상기 자기장 관련 값을 이용해 상기 송신 패드 및 상기 수신 패드 간 거리를 산출하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 송신기 중 적어도 일부는, 상기 송신기 중 적어도 일부에 의해 형성되는 자기장이 상기 LF 수신기 중 적어도 일부가 형성하는 자기장에 대해 0도, 90도, 180도 또는 270도 방향으로 형성되도록, 배치될 수 있다.

상기 하나 이상의 송신기는 상기 수신 패드의 각 변에 배치되는 3개 이상의 LF 안테나를 포함할 수 있다.

상기 하나 이상의 LF 수신기는 상기 송신 패드의 각 변에 배치되는 3개 이상의 안테나 또는 센서를 포함할 수 있다.

상기 송신기 또는 LF 수신기는 LF 단축 안테나일 수 있다.

상기 송신기 또는 LF 수신기는 페라이트 로드 안테나일 수 있다.

상기 하나 이상의 송신기는 그 중심의 길이 방향이 수신 패드의 변과 평행하도록 배치될 수 있다.

또한, 상기 하나 이상의 LF 수신기는 그 중심의 길이 방향이 송신 패드의 변과 평행하도록 배치될 수 있다.

상기 하나 이상의 송신기 중 제1 송신기는 제2 송신기가 위치하는 변과 다른 변에 위치하되, 상기 제1 송신기와 제2 송신기는 서로에 대해 수직으로 배치될 수 있다.

상기 하나 이상의 송신기 중 제1 송신기는 제3 송신기가 위치하는 변과 다른 변에 위치하되, 상기 제1 송신기와 제3 송신기는 서로에 대해 평행하게 배치될 수 있다.

상기 하나 이상의 LF 수신기 중 제1 LF 수신기는 제2 LF 수신기가 위치하는 변과 다른 변에 위치하되, 상기 제1 LF 수신기 및 제2 LF 수신기는 서로에 대해 수직으로 배치될 수 있다.

상기 하나 이상의 LF 수신기 중 제1 LF 수신기는 제3 LF 수신기가 위치하는 변과 다른 변에 위치하되, 상기 제1 LF 수신기 및 제3 LF 수신기는 서로에 대해 평행하게 배치될 수 있다

상기 하나 이상의 송신기 및 상기 하나 이상의 LF 수신기는, 상기 수신 패드의 수신 코일 또는 상기 송신 패드의 송신 코일에 의해 형성되는 자기장이 균일하게 분포하는 지점에 배치될 수 있다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 검출 장치는 프로세서; 및 상기 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리를 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 명령은, 차량 어셈블리(Vehicle Assembly)의 수신 패드에 배치된 LF(Low Frequency) 동작 주파수를 가지는 하나 이상의 송신기로부터 방출되는 자기장을 감지하도록 하는 명령; 그라운드 어셈블리(Ground Assembly)의 송신 패드에 배치된 하나 이상의 LF 수신기를 통해 검출되는 자기장 관련 값을 측정하도록 하는 명령; 및 상기 자기장 관련 값을 이용해 상기 송신 패드 및 상기 수신 패드 간 거리를 산출하도록 하는 명령을 포함할 수 있다. 상기 LF 수신기 중 적어도 일부는, 상기 LF 수신기 중 적어도 일부에 의해 형성되는 자기장이 상기 송신기 중 적어도 일부가 형성하는 자기장에 대해 0도, 90도, 180도 또는 270도 방향으로 형성되도록, 배치될 수 있다.

상기 하나 이상의 LF 수신기는 상기 송신 패드의 각 변에 배치되는 3개 이상의 안테나 또는 센서를 포함할 수 있다.

상기 하나 이상의 LF 수신기는 그 중심의 길이 방향이 송신 패드의 변과 평행하도록 배치될 수 있다.

상기 하나 이상의 LF 수신기 중 제1 LF 수신기는 제2 LF 수신기가 위치하는 변과 다른 변에 위치하되, 상기 제1 LF 수신기 및 제2 LF 수신기는 서로에 대해 수직으로 배치될 수 있다.

상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 정렬 장치는, 프로세서; 및 상기 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리를 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 명령은, 그라운드 어셈블리(GA; Ground Assembly)의 송신 패드가 전송하는 전력을 수신하는 수신 패드에 배치된 LF(Low Frequency) 동작 주파수를 가지는 하나 이상의 송신기로 하여금 자기장을 전송하도록 하는 명령; 상기 그라운드 어셈블리로부터 상기 송신 패드에 배치된 하나 이상의 LF 수신기를 통해 검출되는 자기장 관련 값을 수신하도록 하는 명령; 및 상기 자기장 관련 값을 이용해 상기 송신 패드 및 상기 수신 패드 간 위치 정렬을 수행하도록 하는 명령을 포함할 수 있다. 상기 송신기 중 적어도 일부는, 상기 송신기 중 적어도 일부에 의해 형성되는 자기장이 상기 LF 수신기 중 적어도 일부가 형성하는 자기장에 대해 0도, 90도, 180도 또는 270도 방향으로 형성되도록, 배치될 수 있다.

상기 하나 이상의 송신기는 상기 수신 패드의 각 변에 배치되는 3개 이상의 LF 안테나를 포함할 수 있다.

상기 하나 이상의 송신기는 그 중심의 길이 방향이 수신 패드의 변과 평행하도록 배치될 수 있다.

상기 하나 이상의 송신기 중 제1 송신기는 제2 송신기가 위치하는 변과 다른 변에 위치하되, 상기 제1 송신기와 제2 송신기는 서로에 대해 수직으로 배치될 수 있다.

상기 하나 이상의 송신기 및 상기 하나 이상의 LF 수신기는, 상기 수신 패드의 수신 코일 또는 상기 송신 패드의 송신 코일에 의해 형성되는 자기장이 균일하게 분포하는 지점에 배치될 수 있다.

상기 송신기 또는 LF 수신기는 LF 단축 안테나일 수 있다.

상기 송신기 또는 LF 수신기는 페라이드 로드 안테나일 수 있다.

본 발명에 따르면 LF 신호를 이용해 특히, 근거리에서 차량의 위치를 정확하게 측정함으로써, 그라운드 어셈블리의 1차 코일과 전기 자동차의 2차 코일의 위치 정렬 정밀도를 높일 수 있어 무선 충전 효율을 극대화할 수 있다.

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 차량의 무선 충전을 위한 위치 정렬의 개념도이다.
도 5a는 써큘러 토폴로지를 갖는 1차측 코일 및 2차측 코일의 자기장을 나타낸 측면도이고, 도 5b는 써큘러 토폴로지를 갖는 1차측 코일 및 2차측 코일의 마그네틱 플럭스를 나타낸 상면도(top view)이다.
도 6a 내지 6c는 통상적인 LF 안테나의 방사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 7은 LF 또는 마그네틱 벡터링을 이용한 위치 정렬 시 발생하는 에러를 측정하여 나타낸 도면이다.
도 8a 및 8b는 통상적인 LF 안테나의 배치 구조를 도시한다.
도 9a 내지 9c는 통상적인 LF 안테나 배치 구조에서 자기장의 형태를 도시한다.
도 10a 및 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 LF 안테나의 배치 구조를 도시한다.
도 11a 내지 11c는 본 발명의 실시예에 따른 LF 수신 안테나 배치 구조에서 자기장의 형태를 도시한다.
도 12a 내지 12d는 2개의 LF 안테나 사이의 각도에 따른 자기장 방사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 13a 및 13b는 본 발명의 실시예에 따른 수신 코일에서의 LF 송신기의 배치 구조를 도시한다.
도 14a 내지 14d는 본 발명의 실시예들에 따른 LF 송신기 및 LF 수신기 의 배치 구조를 도시한다.
도 15는 일반적인 자기장에서의 자속 밀도의 개념을 도시한 도면이다.
도 16은 본 발명이 적용되는 전기차 무선 충전에 사용되는 LF 안테나에서의 자속 밀도의 개념이다.
도 17 내지 21은 본 발명의 실시예에 따라 송신 코일과 수신 코일의 정렬 상태에 따른 자기장 인식 가능 여부에 대한 해석 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 정렬 장치의 블록 구성도를 나타낸 도면이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 검출 장치의 블록 구성도를 나타낸 도면이다.

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.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 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.

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.

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.

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.

본 명세서에 사용되는 일부 용어를 정의하면 다음과 같다.

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. 전원공급원은 주거지나 공용 전기서비스 또는 차량 탑재 연료를 이용하는 발전기 등을 포함할 수 있다.

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.

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.

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.

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.

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.

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 1차측 충전기 어셈블리(primary charger assembly)에 대하여 적절한 위치에 차량을 위치시키고 인덕티브 충전하는 동작으로 정의될 수 있다. 자동 충전은 필요한 인증 및 권한을 얻은 후에 수행될 수 있다.

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.

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.

그라운드 어셈블리(Ground assembly, GA)는 GA 코일과 다른 적절한 부품을 포함하여 그라운드 또는 인프라스트럭처(infrastructure) 측에 배치되는 어셈블리를 지칭할 수 있다. 다른 적절한 부품은 임피던스와 공진주파수를 제어하기 위한 적어도 하나의 부품, 자기 경로(magnetic path)를 강화하기 위한 페라이트 및 전자기 차폐 재료를 포함할 수 있다. 예컨대, GA는 무선 충전 시스템의 전력 소스로서 기능하는 데 필요한 전력/주파수 변환 장치, GA 컨트롤러 및 그리드로부터의 배선과 각 유닛과 필터링 회로들, 하우징 등의 사이의 배선을 포함할 수 있다.

차량 어셈블리(Vehicle assembly, VA)는 VA 코일과 다른 적절한 부품을 포함하여 차량에 배치되는 어셈블리를 지칭할 수 있다. 다른 적절한 부품은 임피던스와 공진주파수를 제어하기 위한 적어도 하나의 부품, 자기 경로를 강화하기 위한 페라이트 및 전자기 차폐 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, VA는 무선 충전 시스템의 차량 부품으로서 기능하는 데 필요한 정류기/전력변환장치와 VA 컨트롤러 및 차량 배터리의 배선뿐 아니라 각 유닛과 필터링 회로들, 하우징 등의 사이의 배선을 포함할 수 있다.

전술한 GA는 서플라이 디바이스(supply device), 전력공급측 장치 등으로 지칭될 수 있고, 이와 유사하게 VA는 전기차 디바이스(EV device), 전기차량 측 장치 등으로 지칭될 수 있다.

전력공급측 장치(supply device)는 전기차량측 장치에 무접촉 결합을 제공하는 장치 즉, 전기차 외부의 장치일 수 있다. 전력 공급측 장치는 1차측 장치로 지칭될 수 있다. 전기차가 전력을 받을 때, 전력 공급측 장치는 전력을 전송하는 전원 소스로서 동작할 수 있다. 전력 공급측 장치는 하우징과 모든 커버들을 포함할 수 있다.

전기차량측 장치(EV device)는 전력 공급측 장치에 무접촉 결합을 제공하는 전기차 탑재 장치일 수 있다. 전기차량측 장치는 2차측 장치로 지칭될 수 있다. 전기차가 전력을 받을 때, 전기차량측 장치는 전력공급측 장치로부터의 전력을 전기차로 전달할 수 있다. 전기차량측 장치는 하우징과 모든 커버들을 포함할 수 있다.

그라운드 어셈블리 컨트롤러(Ground Assembly controller)는 차량으로부터의 정보를 토대로 GA 코일에 대한 출력 전력 레벨을 조절하는 GA의 일부분일 수 있다.

차량 어셈블리 컨트롤러(Vehicle Assembly controller)는 충전 동안 특정 차량용 파라미터를 모니터링하고 GA와의 통신을 개시하여 출력 전력 레벨을 제어하는 VA의 일부분일 수 있다.

전술한 GA 컨트롤러는 전력공급측 장치의 서플라이 파워 서킷(supply power circuit, SPC)로 지칭될 수 있고, VA 컨트롤러는 전기차 파워 서킷(EV power circuit, EVPC)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.

주위 온도(Ambient temperature)는 직접적으로 햇빛이 비치지 않는 대상 서브시스템의 대기에서 측정된 그라운드 레벨 온도를 지칭할 수 있다.

차량 지상고(Vehicle ground clearance)는 도로 또는 도로포장과 차량 플로어 팬의 최하부 사이의 수직 거리를 지칭할 수 있다.

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.

전술한 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.

노출 도전 부품(Exposed conductive component)은 사람에 의해 접촉될 수 있고 평상시 전기가 흐르지 않지만 고장 시에 전기가 흐를 수 있는 전기적인 장치(예컨대, 전기차)의 도전성 부품을 지칭할 수 있다.

유해 라이브 요소(Hazardous live component)는 어떤 조건하에서 유해한 전기 쇼크를 줄 수 있는 라이브 구성요소를 지칭할 수 있다.

라이브 요소(Live component)는 기본적인 용도에서 전기적으로 활성화되는 모든 도체 또는 도전성 부품을 지칭할 수 있다.

직접 접촉(Direct contact)은 생물체인 사람의 접촉을 지칭할 수 있다.

간접 접촉(Indirect contact)은 절연 실패로 사람이 노출된, 도전된, 전기가 흐르는 활성 성분에 접촉하는 것을 지칭할 수 있다.(IEC 61140 참조)

얼라인먼트(Alignment)는 규정된 효율적인 전력 전송을 위해 전력공급측 장치에 대한 전기차량측 장치의 상대적인 위치를 찾는 절차 및/또는 전기차량측 장치에 대한 전력공급측 장치의 상대적인 위치를 찾는 절차를 가리킬 수 있다. 본 명세서에서 얼라인먼트는 무선 전력 전송 시스템의 위치 정렬을 지칭할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

페어링(Pairing)은 전력을 전송할 수 있도록 배치된 단일 전용 그라운드 어셈블리(전력공급측 장치)와 차량(전기차)이 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.

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 전력공급측 장치를 감지하도록 그것을 활성화하는 것을 지칭할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 그 역도 가능하다.

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.

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.

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. 차징 스테이션은 가정, 사무실, 공공장소, 도로, 주차장 등에 설치되는 적어도 하나 이상의 그라운드 어셈블리를 구비한 장소를 지칭할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예가 적용되는 전기차를 위한 무선 전력 전송의 개념을 설명하기 위한 개념도이다.

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.

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.

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.

또한, 전기차(10)는 무선으로 배터리(12)를 충전할 수 있도록 수신 코일이 포함된 수신 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.

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 송신 패드(21)에 교류(AC) 또는 직류(DC) 전력을 제공할 수 있다.

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.

여기서, 무선 통신에는 블루투스(Bluetooth), 지그비(zigbee), 셀룰러(cellular), 무선 로컬 영역 네트워크(wireless local area network) 등이 있을 수 있다.

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.

여기서, 전기차(10)의 배터리(12)를 무선 충전하는 과정은 먼저 전기차(10)의 수신 패드(11)가 송신 패드(21)에 의한 에너지 장(energy field)에 위치하고, 송신 패드(21)의 송신 코일과 수신 패드(11)의 수신 코일이 서로 상호작용 또는 커플링됨으로써 수행될 수 있다. 상호작용 또는 커플링의 결과로 수신 패드(11)에 기전력이 유도되고, 유도된 기전력에 의해 배터리(12)가 충전될 수 있다.

또한, 차징 스테이션(20)과 송신 패드(21)는 그 전부 또는 일부를 그라운드 어셈블리(Ground Assembly, GA)로 지칭할 수 있고, 그라운드 어셈블리는 앞서 정의한 의미를 참조할 수 있다.

또한, 전기차(10)의 수신 패드(11)와 전기차의 다른 내부 구성요소 전부 또는 일부를 차량 어셈블리(Vehicle Assembly, VA)로 지칭할 수 있는데, 여기서 차량 어셈블리는 앞서 정의한 의미를 참조할 수 있다.

여기서, 송신 패드 또는 수신 패드는 비극성(non-polarized) 또는 극성(polarized)으로 구성될 수도 있다.

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.

또한, 패드가 극성인 경우, 패드의 어느 한쪽 끝에 각각의 극을 가질 수 있다. 여기서, 자속은 패드의 방향(orientation)에 기초하여 형성될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 무선 충전 회로를 도시한 개념도이다.

도 2를 참조하면, 전기차 무선 충전 시스템에서 충전이 이루어지는 회로에 대한 개략적인 구성을 알 수 있다.

여기서, 도 2의 좌측 회로는 전력망에서 공급되는 전원(Vsrc), 도 1에서의 차징 스테이션(20), 송신 패드(21)의 구성 중 전부 또는 일부를 표현한 것으로 해석될 수 있고, 도 2의 우측 회로는 수신 패드 및 배터리를 포함한 전기차의 일부 또는 전부를 표현한 것으로 해석될 수 있다.

먼저, 도 2의 좌측 회로는 전력망에서 공급되는 전원(V_src)에 대응되는 출력 전력(P_src)를 무선 충전 전력 변환기에 제공하고, 무선 충전 전력 변환기는 송신 코일(L₁)에서 희망하는 공진 주파수에서의 전자기장을 방출할 수 있도록, 제공받은 전력(P_src)의 주파수 및 AC/DC 변환을 수행한 전력(P₁)을 출력할 수 있다.

구체적으로, 무선 충전 전력 변환기는 전력망에서 공급된 전력(P_src)이 AC 전력인 경우 DC 전력으로 변환하는 AC/DC 변환기 및 DC전력을 무선 충전에 적합한 공진 주파수의 전력으로 변환하는 저주파수 변환기(또는 LF 변환기) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 공진 주파수는 예를 들면, 79 내지 90 kHz 사이에 위치하도록 결정할 수 있다.

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 공진 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.

여기서, 송신 코일(L₁)은 수신 코일(L₂)과 커플링 계수 k으로 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.

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 공진 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.

전기차 전력 변환기는 제공받은 특정 공진 주파수의 전력(P₂)을 다시 전기차의 배터리(V_HV)에 적합한 전압 레벨을 갖는 DC 전력으로 변환하는 AC/DC 변환기를 포함할 수 있다.

전기차 전력 변환기가 제공받은 전력(P₂)을 변환한 전력(P_HV)을 출력하면, 출력된 전력(P_HV)는 전기차에 내장된 배터리(V_HV)의 충전에 사용될 수 있다.

여기서, 도 2의 우측 회로에는 수신 코일(L₂)을 배터리(V_HV)와 선택적으로 접속 또는 해제하기 위한 스위치(switch)를 더 포함할 수 있다.

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.

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.

한편, 송신 코일(L₁)과 수신 코일(L₂)이 원거리에 위치할수록 전력 손실이 증가할 수 있으므로, 양자의 위치를 설정하는 것은 중요한 요소일 수 있다.

이때, 송신 코일(L₁)은 도 1에서의 송신 패드(21)에 포함되고, 수신 코일(L₂)은 도 1에서의 수신 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. 한편, 본 명세서에서는 설명의 편의상 필요에 따라, 송신 코일과 송신 패드를 기능상 동일한 의미로 사용하였다. 또한, 수신 코일과 수신 패드를 기능상 동일한 의미로 사용하였다.

따라서, 송신 패드와 수신 패드 상호간의 위치 결정 또는 전기차와 송신 패드 상호간의 위치 결정에 관하여 이하 도면을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 무선 전력 전송에서의 정렬 개념을 설명하기 위한 개념도이다.

도 3을 참조하면, 도 1에서의 송신 패드(21) 및 전기차(10)에 내장된 수신 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, 송신 패드(21)와 수신 패드(11)의 위치 정렬로 한정해석되지 않는다.

여기서, 송신 패드(21)는 도 3에서는 지표면 아래에 위치한 것으로 도시하였으나, 지표면 위에 위치할 수도 있고, 지표면 아래에서 송신 패드(21)의 상면이 노출되도록 위치할 수도 있다.

또한, 전기차의 수신 패드(11)는 지표면을 기준으로 측정된 높이(z방향으로 정의)에 따라 카테고리를 달리하여 정의할 수 있고, 예를 들어 지표면에서 수신 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, 수신 패드(11)에 따라 class 1만을 지원하거나, class 1과 2를 지원할 수도 있는 등 부분적 지원이 가능할 수 있다.

여기서, 지표면을 기준으로 측정된 높이는 앞서 설명한 용어인 차량 마그네틱 지상고에 대응될 수 있다.

또한, 송신 패드(21)의 높이 방향(z방향으로 정의)의 위치는 상기 수신 패드(11)에서 지원하는 최대 클래스와 최소 클래스 사이에 위치하도록 결정할 수 있는데, 예를 들어 수신 패드(11)가 class1과 2만을 지원한다면, 수신 패드(11)를 기준으로 100-210 (mm) 사이에 송신 패드가 위치하도록 결정할 수 있다.

또한, 송신 패드(21)의 중심과 수신 패드(11)의 중심 사이의 격차는 가로 및 세로 방향의 한계값 이내에 위치하도록 결정할 수 있다. 예를 들어, 가로 방향(+y방향 또는 차량 진행 방향의 우측 수직 방향으로 정의)으로는 ±75 (mm) 이내에 위치하도록 결정할 수 있고, 세로 방향(-x방향 또는 차량 진행 방향으로 정의)으로는 ±100 (mm) 이내에 위치하도록 결정할 수 있다.

여기서, 송신 패드(21)와 수신 패드(11)의 상대적 위치는 그 실험적 결과에 따라 한계값이 달라질 수 있고, 상기 수치들은 예시적인 것으로 이해되어야 한다.

또한, 송신 패드(21)와 수신 패드(11)는 각각 코일을 포함하는 것으로 전제하고 패드 상호간의 정렬로 설명하였으나, 더 구체적으로는 송신 패드(21)와 수신 패드(11)에 각각 내장된 송신 코일(또는 GA 코일)과 수신 코일(또는 VA 코일) 상호간의 정렬로 정의할 수도 있다.

한편, 전기차 무선충전시 충전효율 극대화를 위해 1차측 코일(GA Coil)과 2차측 코일(VA Coil)의 정렬에 LF(Low Frequency) 신호가 사용될 수 있다. LF 신호는 매우 낮은 주파수 및 낮은 주파수의 ITU 무선 대역에서 동작하는 디지털 변조된 자기장(digitally modulated magnetic field)이다. LF 센서는 19kHz 내지 300kHz 의 주파수 범위 내의 고정된 주파수에서 동작할 수 있다.

또한, 자기장은 EV에 위치하는 적어도 2개의 안테나에 의해 생성될 수 있다. EV에 위치하는 LF 안테나 배치는 예를 들어, 아래 도 4에 도시된 바와 같은 위치들일 수 있지만, 이러한 실시예에 의해 제한되지 않는다. 추가적으로, 1차측 디바이스는 적어도 2개의 자기 센서들을 포함할 수 있으며, 자기 센서의 센싱 엘리먼트들은 대칭적으로 배치되는 것이 바람직하다. 자기 센서들은 자기장의 세기를 x, y, z 방향에서 수신할 수 있다.

한편, 자율주행 기술을 접목하여 자율주차 또는 원격주차를 이용한 위치정렬 또한 고려되고 있다.

또한, 전기차 충전 통신 표준 문서인 ISO 15118-8에 따르면, 전기차 충전을 위한 무선통신을 사용 시 차량측 통신 제어기(EVCC, Electric Vehicle Communication Controller)와 전력 공급측 통신 제어기(SECC, Supply Equipment Communication Controller) 사이의 통신 규격은 IEEE Std 802.11-2012를 준수한다. 무선통신에서 고려되는 통신 채널을 위한 EVCC 및 SECC 간의 거리에 대한 요구 범위는 디스커버리(Discovery)의 경우 5m~30m, 정밀 포지셔닝(Fine positioning)의 경우 10cm~5m, 충전 제어(Charge control)의 경우 5cm~5m이다.

여기서, 디스커버리는 전기차가 충전 패드를 탐색하는 단계로, EVCC가 SECC의 통신 범위에 진입하고 적절한 SECC와 연결하는 단계이다. 정밀 포지셔닝은 WPT의 경우 효율적인 전력 전송을 위한 1차측 및 2차측 디바이스들 간의 정렬을, 도전성 충전을 위한 자동 연결의 경우 전력 전송을 위해 EV 및 EVSE의 커넥터들의 정렬을 의미할 수 있다. 충전 제어는 예를 들어, 차량으로부터 EVSE로의 전력 요청 등이 형태일 수 있다.

도 4는 차량의 무선 충전을 위한 위치 정렬의 개념도이다.

도 4를 참조하면, 무선 충전을 위한 위치 정렬 방법은 그라운드 어셈블리(GA)의 1차 코일 및 차량 어셈블리(VA)의 2차 코일의 위치를 정렬하여 무선 충전 효율을 극대화 및/또는 최적화하기 위한 방법으로, GA 측의 4개의 안테나(ANT1, ANT2, ANT3 및 ANT4) 및 VA 측의 2개의 안테나(ANTa 및 ANTb) 간의 자기장 측정치를 기초로 수행될 수 있다.

더욱 상세하게는, VA는 2개의 안테나를 포함할 수 있고, 2개의 안테나는 VA의 좌측 구역 및 우측 구역에 하나씩 위치할 수 있으며, 좌측 구역 및 우측 구역은 VA를 좌측 및 우측으로 2등분한 구역을 의미할 수 있고, 좌우 대칭적으로 구분한 구역을 의미할 수 있다. VA가 사각형의 구조를 가지는 경우, 2개의 안테나는 사각형의 좌측변 중앙 및 우측변 중앙에 각각 위치할 수 있으나, 구조는 설계에 따라 변경될 수 있으므로, 사각형으로 한정하지 않는다.

또한, 2개의 안테나는 VA와 연결되어 차량의 특정 부분에 위치할 수도 있으며, 이러한 경우 차량의 특정 부분의 좌측 구역 및 우측 구역에 하나씩 위치할 수 있다. 차량의 특정 부분의 좌측 구역 및 우측 구역은 차량의 특정 부분을 좌우 대칭적으로 구분한 구역을 의미할 수 있다.

상술한 VA 및 차량의 특정 부분의 좌측 구역 및 우측 구역은 앞쪽 구역 및 뒤쪽 구역도 될 수 있으나, 이에 한정하지 않으며, 대칭성을 가지고 구분된 2개의 구역을 의미할 수 있다. 이하에서는 VA에 위치하는 것으로 가정하여 설명하겠다.

VA 또는 차량 어셈블리 컨트롤러(vehicle assembly controller)는 안테나를 제어할 수 있고, VA 및 GA 간의 위치 차이 정보를 산출할 수 있는 위치 정렬 장치를 포함할 수 있다.

GA는 4개의 안테나를 포함할 수 있고, 4개의 안테나는 GA의 제1 구역, 제2 구역, 제3 구역 및 제 4구역에 하나씩 위치할 수 있으며, 제1 구역, 제2 구역, 제3 구역 및 제4 구역은 각각 GA의 좌측 상단 구역, 우측 상단 구역, 좌측 하단 구역 및 우측 하단 구역을 의미할 수 있으나, 이에 한정하지 않으며, GA를 동일한 크기를 가지도록 4등분한 구역들을 각각 의미할 수 있다. GA가 사각형의 구조를 가지는 경우, 4개의 안테나는 사격형의 각 모서리에 각각 위치할 수 있으나, 구조는 설계에 따라 변경될 수 있으므로, 사각형으로 한정하지 않는다. 또한, GA 또는 그라운드 어셈블리 컨트롤러(ground assembly controller)는 4개의 안테나가 검출한 자기장 정보를 기초로 자기장 측정치를 산출할 수 있고, 위치 정렬 장치로 자기장 측정치를 송신할 수 있는 자기장 검출 장치를 포함할 수 있다.

여기서, VA 및/또는 GA가 포함하는 안테나는 루프 안테나(loop antenna)를 의미할 수 있고, 페라이트 로드 안테나(ferrite rod antenna)를 의미할 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다.

페라이트 로드 안테나는 크기의 감소로 인해 차량, 휴대용 라디오 및 항공기 등에 사용될 수 있고, 거의 반사가 없으며, 전계 강도의 완만한 감소로 양호한 범위 제어가 가능할 수 있다. 또한, 페라이트 로드 안테나는 높은 보급률을 가질 수 있고, 공진 주파수 입력 단계에 따른 낮은 무부하 전류(quiescent current)를 요구할 수 있고, 높은 주파수에 비해 디튜닝(detuning)에 덜 민감할 수 있다. 다만, 페라이트 로드 안테나는 Q 인자가 매우 높으므로, 요구되는 신호 변조의 일부를 필터링할 수 있다.

페라이트 로드 안테나는 저주파수(Low Frequency; LF)를 이용하는 안테나를 의미할 수 있다. 페라이트 로드 루프 안테나는 일반적인 에어-코어(Air-core) 루프 안테나의 특별한 경우로 생각할 수 있다. 에어-코어(Air-core) 루프 안테나는 솔레노이드와 같은 의미로 볼 수 있다. 따라서 솔레노이드에서의 자기장은 암페어의 법칙에 근거하여 표현될 수 있다. 다만, 솔레노이드는 코일 내부의 매질이 공기이기 때문에 내부 매질이 페라이트 로드인 경우에는 코일 내부의 매질인 페라이트 로드가 반영되어야 한다. 또한, 코일의 턴수, 코일의 반경, 코일의 길이 등을 고려한다면 최종적인 LF Antenna(Ferrite-rod Loop Antenna)의 자기장은 아래 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.

한편, 저주파수(LF)는 ITU(International Telecommunication Union)에서 12 단계로 구분한 주파수 영역 중 30~300 kHz 대역을 사용하는 LF 대역을 의미할 수 있다. ITU에서 12단계로 구분한 주파수 영역은 표 1과 같다.

무선 충전을 위한 위치 정렬은 LF 신호 및 마그네틱 벡터링(Magnetic Vectoring)을 이용해 이루어질 수 있다. 마그네틱 벡터링(Magnetic Vectoring)은 송신 코일에 3축(X, Y, Z)으로 보조 코일을 감으며, 수신 코일에 2축(X, Y)으로 보조 코일을 감아 여기서 발생하는 미약 자계를 감지하여 거리를 인식하는 방법이다.

도 5a는 써큘러 토폴로지를 갖는 1차측 코일 및 2차측 코일의 자기장을 나타낸 사시도이고, 도 5b는 써큘러 토폴로지를 갖는 1차측 코일 및 2차측 코일의 마그네틱 플럭스를 나타낸 상면도(top view)이다.

도 6a 내지 6c는 통상적인 LF 안테나의 방사 패턴을 나타낸 도면이다.

도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 통상적인 LF 안테나는 소형 루프 안테나와 비슷한 무 지향성 방사 패턴을 가지는데, 이는 소형 다이폴 안테나(Dipole Antenna)와 동일하다. 여기서, 무 지향성 방사 패턴은 안테나가 다중 방향으로부터 신호를 수신할 수 있다는 것을 의미한다. 도 6b에 도시된 SinΘ 패턴은 모든 방위각 Φ 에 대해 무 지향성 방사 패턴을 가지며, 도 6c에 나타낸 바와 같이 3 차원에서는 토러스 모양의 방사 패턴이 된다.

LF 안테나에서 방사 패턴의 널(null)은 코일의 축에 위치한다. 방사 패턴에 자주 사용되는 파라미터는 하프 파워 빔폭(Half-power beamwidth)이며, 이는 안테나 빔의 최대치를 갖는 평면에서 방사 강도가 빔의 최대 전력치의 반(전계 강도는 1/2)이 되는 두 방향 사이의 각도이다. LF 안테나에서는 이 각도가 90도이다.

무 지향성 방사 패턴은 신호의 소스와 방향이 알려지지 않거나 예측하기 어려운 경우에 유용하다. 방향 정보는 대부분 손실되지만 안테나의 빔 추적은 전자기파와 관련된 포인팅 벡터 경로를 분석하여 신호의 원점을 추정하는 데 사용할 수 있다. 이에 대한 자속 밀도(magnetic flux density)를 수식으로 표현하면 아래 수학식 2로 표현할 수 있다.

한편, 최근 여러 실험을 통해 전기차 무선충전에서 LF 신호 및 마그네틱 벡터링을 이용한 위치 정렬 시 정밀 정렬이 어렵다는 사실이 보고되고 있다.

도 7은 LF 또는 마그네틱 벡터링을 이용한 위치 정렬 시 발생하는 에러를 측정하여 나타낸 도면이다.

도 7의 결과는 IEC 61980-2 TS 표준문서에서 정의하는 바에 따라 송신 코일에 LF 안테나 또는 LF 센서를 4개, 수신 코일에 2개의 LF 안테나 또는 LF 센서를 배치하여 위치 정렬을 수행한 결과이다. 도 7에 도시된 결과를 통해, 송신 코일과 수신 코일 사이의 거리가 초 근거리일 때 위치 관련 데이터를 획득할 수 없음을 알 수 있다. 즉, 이로부터 LF 신호 및 마그네틱 벡터링을 이용한 위치 정렬 시 정밀 정렬이 어렵다는 사실을 확인할 수 있다.

이러한 현상은 LF 신호나 마그네틱 벡터링의 보조 코일의 자기장 세기를 이용하여 거리를 감지할 때 사용되는 자기장 세기가 수십 nT인 미약 자계를 사용하기 때문일 가능성이 크다. 즉, 미약 자계를 사용하는 경우 송신 코일과 수신 코일 사이의 거리가 초 근거리(예를 들어, 0 ~ 0.5m) 내일 때 송신 코일의 보조 코일(또는 보조 안테나)과 수신 코일의 보조 코일(또는 보조 안테나) 간의 미약 자계 차이를 구분하기 어렵게 되고, 그에 따라 송신 코일과 수신 코일 사이의 거리를 정확히 판별해 내기가 어렵기 때문이다.

LF 신호를 이용한 위치 정렬 시 사용되는 보조 코일(또는 보조 안테나)은 LF 안테나 또는 LF 센서로만 표현되어 있어 어떠한 형태의 LF 안테나 또는 LF 센서인지는 언급되어 있지 않다.

이러한 사실들로부터 아래와 같은 결론을 도출할 수 있다.

LF 신호 또는 LF 안테나를 이용하여 위치 정렬 시 전기차 무선충전을 위한 전력전송 코일의 자기장 방향과 LF 안테나의 방사 특성이 고려되어야 초 근거리(0~0.5m)에서도 위치에 대한 정보를 정확하게 알 수 있다. 따라서, 전기차 무선충전을 위한 위치 정렬용 LF 안테나는 무 지향성 방사 패턴을 가지는 일반적인 LF 안테나 대신 지향성 방사 패턴을 가지는 구조가 적합함을 알 수 있다.

또한, IEC 61980-2 TS 표준문서에서는 송신 코일에 LF 안테나 또는 LF 센서를 4개, 수신 코일에는 2개의 LF 안테나 또는 LF 센서가 위치하여 미약 자계를 이용한 위치 정보를 판단한다고 되어 있다. 하지만 이러한 구조를 이용해 초 근거리에서 위치 정보를 판단하는 데 어려움이 있음을 살펴본 바 있다. 따라서, LF 자계를 송신하는 LF 송신기, 그리고 LF 자계를 수신하는 LF 수신 안테나 또는 LF 센서를 지정하여 송신 코일과 수신 코일에 각각 어떤 안테나가 배치되어야 하는지 명확히 할 필요가 있다. 필요하다면, 송신 코일과 수신 코일에 배치되는 안테나의 개수도 지정할 필요가 있다.

따라서, 본 발명은 전기차 무선충전을 위해 LF 신호를 이용한 위치 정렬 시 초 근거리(0~0.5m)에서 정밀 정렬을 가능토록 하는 방안을 제시한다. 보다 구체적으로, 전기차 무선 충전을 위해 LF 신호를 이용하는 위치 정렬 방법을 유지하되 효율을 감소시키지 않는 안테나 및 센서의 배치를 제안하고, 송신 코일의 LF 수신 안테나와 수신 코일의 LF 송신기의 배열을 통해 송신 코일의 LF 수신 안테나가 수신 코일의 LF 송신기의 위치 정렬을 위한 무 지향성 자기장을 선택적으로 받아들이도록 하는 방법을 제안한다.

초 근거리(0~0.5m)에서의 위치 인식 어려움을 해결하기 위한 방안을 도출하기 전에 우선 기존에 제시된 LF 안테나의 배치가 적합한지 살펴보기 위해, 기존 표준문서에서 제안하는 송신 및 수신 코일의 LF 안테나 및 센서의 배치에 대해 EM 시뮬레이션(Electromagnetic Simulation) 및 실차 테스트를 실시하였다.

도 8a 및 8b는 통상적인 LF 안테나의 배치 구조를 도시한다.

본 발명에서 정렬을 개시하는 주체는 전력 전송을 하는 송신코일이 아니라 전력을 받는 수신 코일, 즉 차량이다. 본 발명에 따른 위치 정렬을 수행하기 위해서는 차량 측에서 정렬을 개시한다는 신호를 송신 코일에 전송하여야 한다. 이를 위해 차량의 수신 코일에 LF 송신기를, 인프라의 송신코일에는 LF 수신 안테나 또는 LF 센서를 장착한다.

도 8a는 송신 코일의 모서리에 4개의 LF 수신 안테나가 장착된 구조를 나타내는 도면이다. 도 8b는 송신 코일의 모서리에 4개의 LF 수신 안테나가 배치된 구조를 개념적으로 나타낸 도면이다. 도 8a 및 8b를 통해 나타낸 LF 안테나의 배치 구조는 관련 표준 등에서 정의하는 일반적인 구조이다.

그런데, LF 안테나의 장착 위치는 전력 전송에 사용되는 코일의 자기장 방향을 고려해야 한다. 아래 도 9a 내지 9c를 통해 살펴볼 시뮬레이션 결과를 통해 전기차 무선충전용 송신 코일 및 수신 코일에 LF 안테나가 있을 경우 충전 효율의 변화를 확인할 수 있으며, 이를 근거로 LF 안테나의 장착 위치를 확정할 수 있다.

도 9a 내지 9c는 통상적인 LF 안테나 배치 구조에서 자기장의 형태를 도시한다.

도 9a는 전력전송시 송신 코일의 자기장의 자속 밀도를, 도 9b는 전력전송시 송신 및 수신 코일 사이의 자기장의 자속 밀도를, 도 9c는 전력전송시 수신 코일의 자기장의 자속 밀도를 나타낸다.

도 9a 내지 9c를 살펴보면, 송신 코일의 모서리에 LF 안테나를 장착하게 되면 전력전송 시 LF 안테나에 의한 영향으로 자속 밀도(magnetic flux density)가 분산되는 것을 알 수 있다. 즉, 자속 밀도에서 Sin 45°만큼 손해가 발생함을 알 수 있다. 또한, 도 9c의 수신코일에서도 일부 블라인드 스팟(blind spot)이 발생함을 확인할 수 있다

이와 같은 실험 결과를 살펴보면, 전기차 무선충전 시 충전 효율을 감소시키지 않기 위해서는, 송신 코일에는 LF 수신 안테나가 수신 코일에는 LF 송신기가 배치되어야 한다는 결론에 이르게 된다. 전력전송을 위한 자기장이 영향을 받지 않도록 송신 코일의 LF 수신 안테나를 배열하려면, 사각형 형상인 송신 코일의 각 변에서 자기장이 균일하게 분포하게 되는 지점에 LF 안테나를 배치하는 것이 바람직하다. 이는 표준문서 내 전기차 무선충전 송신 및 수신코일의 형상이 사각형인 것을 고려한 배치 및 배열이다. 만약 송신 및 수신코일이 사각형이 아니라면, 송신 코일에서 자기장이 균일하게 분포하게 되는 지점에 LF 안테나를 배치해야 한다.

또한, 앞서 살펴본 바와 같이, 현재 표준에서 제시하는 LF 안테나의 구조 및 배열로는 송신 코일의 LF 수신 안테나 또는 LF 센서가 모든 자기장 값을 다 받아들이기 때문에 초 근접거리에서 수신코일의 LF 송신기를 구분하지 못하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 송신 코일의 LF 수신 안테나와 수신 코일의 LF 송신기의 배열을 통해 송신 코일의 LF 수신 안테나가 수신 코일의 송신기의 위치 정렬을 위한 무 지향성 자기장을 선택적으로 받아들이도록 한다.

정리하면, 본 발명에서는 초 근거리(0~0.5m)에서도 LF 신호를 이용하여 위치 정렬을 수행할 수 있는 송신 코일 및 수신 코일에 배치 및 배열되는 LF 안테나의 구성 방법을 제안한다. 송신 코일에는 LF 수신 안테나를 배치하고, 수신 코일에는 LF 송신기를 배치하되 전력 전송과 연관된 자기장에 영향을 주는 것을 피해야 하므로 LF 안테나를 배치할 때 송신 코일에서 해당 코일에 의한 자기장이 균일하게 분포하는 지점에 LF 안테나를 배치할 수 있다.

이를 위해 본 발명에서는 모든 LF 안테나에 대해 동일한 방향으로 안테나를 배열하는 것이 아니라 일부 안테나의 배열을 90도로 전환하여 송신 코일의 LF 수신 안테나가 수신 코일의 LF 송신기의 자기장 값을 선택적으로 수신하도록 함으로써, LF 자기장을 제어한다.

도 10a 및 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 LF 안테나의 배치 구조를 도시한다.

본 발명에서는 전력전송을 담당하는 송신코일에 위치정렬을 위한 LF 수신 안테나를 배치할 때 전력전송을 위한 자기장(Magnetic field)이 영향을 받지 않도록 배치한다. 즉, 본 발명의 일 실시에에 따르면 도 10a에 도시된 바와 같이 전기차 무선충전 국제 표준문서에서 정의하는 사각형인 송신 코일 형상의 각 변에서 자기장이 균일하게 분포하게 되는 지점에 LF 안테나를 배치할 수 있다.

도 10a는 송신 코일(21)의 각 변에 4개의 LF 수신 안테나가 배치된 구조를 개념적으로 나타낸 도면이다. 도 10b는 송신 코일(21)의 각 변에 4개의 LF 수신 안테나가 장착된 구조를 나타내는 도면이다.

도 11a 내지 11c는 본 발명의 실시예에 따른 LF 수신 안테나 배치 구조에서 자기장의 형태를 도시한다.

도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 LF 수신 안테나 배치 구조에서, 즉, 도 10a 및 10b와 같은 LF 수신 안테나 배치 구조에서, 전력 전송시 송신 코일의 자기장을 나타낸다. 유사하게, 도 11b는 전력 전송시 송신 및 수신 코일 사이의 자기장을, 도 11c는 전력전송시 수신 코일의 자속 밀도를 색상으로 구분하여 나타낸 도면이다.

송신 코일에서의 LF 수신 안테나의 배치 구조가 결정되었다면, 수신 코일에서의 LF 송신기의 배치 구조를 결정할 필요가 있다. LF 안테나의 Half-power 대역폭(beamwidth)은 SinΘ의 특성을 가지며, LF 안테나에 대한 자속 밀도 또한 싸인(Sine) 성분을 가지고 있다. LF 안테나의 자기장 특성을 극대화하기 위해서는 수신 코일의 자기장 방향이 송신 코일에 장착한 LF 수신 안테나의 자기장 방향과 일정한 방향, 예를 들어, 0도, 90도, 180도 또는 270도를 이루도록, 수신 코일의 LF 송신기를 배치할 필요가 있다.

도 12a 내지 12d는 2개의 LF 안테나 사이의 각도에 따른 자기장 방사 패턴을 나타낸 도면이다.

도 12a는 두 안테나 사이의 각도가 90도일 때의 방사 패턴을, 도 12b는 두 안테나 사이의 각도가 30도일 때의 방사 패턴을, 도 12c는 두 안테나 사이의 각도가 45도일 때의 방사 패턴을, 도 12d는 두 안테나 사이의 각도가 60도일 때의 방사 패턴을 나타낸다. 이때, 두 안테나 중 하나는 LF 송신기고, 나머지 하나는 LF 수신 안테나이다.

도 13a 및 13b는 본 발명의 실시예에 따른 수신 코일에서의 LF 송신기의 배치 구조를 도시한다.

앞서 살펴본 바와 같이 수신코일이 송신코일에 초 근접하기 시작하면서부터 LF 신호를 인식하지 못하게 된다. 좀 더 확실하게 미약 자계를 인식할 수 있도록 하기 위해서는 수신 코일의 LF 송신기가 다른 수신 코일의 LF 송신과는 다른 방향으로 자기장을 송신할 필요가 있다. 따라서, 본 발명에서는 수신 코일의 LF 송신기를 하나 더 추가하되 기존의 LF 송신기와 90도 직각인 방향에 배치하는 방법을 사용한다. 해당 배치 방법은 도 13a 및 13b에서 나타낸 LF 송신기의 2가지 배치예를 통해 확인할 수 있다.

이렇게 하면 추가한 수신 패드의 LF 송신기 방향과 송신패드의 LF 수신 안테나가 같은 방향이기 때문에, 원거리에서는, 추가한 수신패드의 LF 송신기에서 방출하는 자기장을 송신패드의 LF 수신 안테나가 감지하는 데 어려움이 있을 수 있다. 하지만, 송신패드의 LF 수신 안테나는 나머지 두 개의 수신 패드의 LF 송신기에서 방출하는 자기장을 감지할 수 있으므로 문제가 되지 않는다. 또한, 수신 코일(11)이 송신 코일에 초 근접하기 시작하면 추가한 수신패드의 LF 송신기 자기장도 송신패드의 LF 수신 안테나가 감지할 수 있게 된다.

도 14a 내지 14d는 본 발명의 실시예들에 따른 LF 송신기 및 LF 수신 기의 배치 구조를 도시한다.

도 14a 내지 14d는 LF 송신기의 배치 및 LF 수신기의 배치를 함께 고려한 예를 나타낸다. 도 14a 내지 14d의 실시예에서 LF 송신기는 LF 송신 안테나인 경우를, LF 수신기는 LF 수신 안테나인 경우를 나타낸다.

또한, 본 실시예에서, 송신 코일(21)에 4개의 LF 수신 안테나를 배치하지 않고 3개의 수신 안테나를 배치한다. 수신 코일(11)에도 3개의 송신 안테나가 배치된다.

즉, 하나 이상의 수신 안테나는 송신 패드의 각 변에 배치되는 3개 이상의 LF 안테나를 포함하고, 각 수신 안테나는 그 중심의 길이 방향이 해당 수신 안테나가 위치하는 변과 평행하도록 배치될 수 있다.

하나 이상의 수신 안테나 중 제1 수신 안테나는 제2 수신 안테나가 위치하는 변과 다른 변에 위치하되, 제1 수신 안테나와 제2 수신 안테나는 서로에 대해 수직으로 배치될 수 있다.

또한, 하나 이상의 LF 수신 안테나 중 제1 LF 수신 안테나는 제2 LF 수신 안테나가 위치하는 변과 다른 변에 위치하되, 상기 제1 LF 수신 안테나 및 제2 LF 수신 안테나는 서로에 대해 평행하게 배치될 수 있다.

한편, 하나 이상의 송신기는 수신 패드의 각 변에 배치되는 3개 이상의 LF 안테나를 포함하고, 각 송신기는 그 중심의 길이 방향이 해당 송신기가 위치하는 변과 평행하도록 배치될 수 있다.

하나 이상의 송신기 중 제1 송신기는 제2 송신기가 위치하는 변과 다른 변에 위치하되, 제1 송신기와 제2 송신기는 서로에 대해 수직으로 배치될 수 있다.

또한, 상기 하나 이상의 송신기 중 제1 송신기는 제3 송신기가 위치하는 변과 다른 변에 위치하되, 상기 제1 송신기와 제3 송신기는 서로에 대해 평행하게 배치될 수 있다. 여기서, 하나 이상의 송신기 및 하나 이상의 수신 안테나는, 각 자기장이 서로 0도, 90도, 180도 또는 270도 방향으로 형성되도록 배치되는 것이 바람직하다.

한편, 다양한 포지셔닝 기술(positioning technologies) 중에서 전기차 무선충전 정렬을 위한 LF 신호에 사용될 수 있는 대표적인 포지셔닝 기술로 RSSI(Received Signal Strength Intensity)를 이용한 방법을 들 수 있다.

RSSI에 기반한 거리 측위는 아래 수학식 3에 따라 표현될 수 있다.

여기서, d는 거리, n은 신호전파상수, Ar은 1미터당 RSSI 값, λ 는 전파의 파장, c는 전파의 속도, f는 전파의 주파수, L은 전파경로손실(송신 신호 세기 - 수신 신호 세기)를 나타낸다.

RSSI에서 3차원 좌표를 인식하기 위해서는 최소 4개의 신호를 인식할 필요가 있다. 수신 코일에 3개의 LF 송신기가 배열되어 있기 때문에 송신코일의 LF 수신 안테나가 4개일 필요가 없으며 1개의 LF 수신 안테나는 없어도 무방하다. 또한, 수신코일의 LF 송신기와 마찬가지로 송신코일의 LF 수신 안테나 중 하나를 다른 LF 수신 안테나와 90도 직각으로 배치할 필요가 있다. 이와 같은 송신패드의 LF 수신 안테나와 수신패드의 LF 송신기를 모두 고려한 배치가 도 14a 내지 14d에 나타나 있다.

이하에서는 LF 신호를 이용한 위치 정렬에서 자기장을 분석하여 거리를 측정하는 방법에 대해 살펴본다.

도 15는 일반적인 자기장에서의 자속 밀도의 개념을 도시한 도면이다.

x, y, z로 표현되는 일반적인 공간 좌표에서 장점(r, θ, φ)에서의 벡터자기퍼텐셜 A와, 자속밀도 B는 아래 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.

일반적으로 공간 좌표(spherical coordinate system)로 표시되는 자속밀도를 직각 좌표(rectangular coordinate system)로 변환하면 아래 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.

이를 일반식으로 변환하면 다음과 같은 식을 도출할 수 있다.

도 16은 본 발명이 적용되는 전기차 무선 충전에 사용되는 LF 안테나에서의 자속 밀도의 개념을 도시한다.

만약 송신 코일의 LF 안테나와 수신코일의 LF 안테나가 동일한 X, Y 축에 위치한다면 정렬이 완료되어 자속밀도는 아래 수학식과 같이 Z 축만 고려된 값으로 표현될 수 있다.

이하에서는, LF 송신기 및 LF 수신 안테나의 통상적인 배치예(예를 들어, 도 4에 설명된 배치예)에서의 거리 측정에 대해 먼저 살펴본다.

t0 시점에 수신 코일의 LF 송신기 α가 송출하는 자기장을 수신하는 송신 코일의 각 LF 수신 안테나에서의 자속 밀도는 아래 수학식 7와 같이 표현할 수 있다.

또한, t1 시점에 수신 코일의 LF 송신기 β가 송출하는 자기장을 수신하는 송신 코일의 각 LF 수신 안테나에서의 자속 밀도는 아래와 같이 표현할 수 있다.

RSSI를 이용하여 송신 코일 및 수신 코일 간의 거리를 산출할 수 있으므로, RSSI 연산식을 정리하면 아래와 수학식 9 및 수학식 10와 같다.

최종 RSSI 연산식으로부터, 송신 코일의 LF 수신 안테나는 송신기가 방출하는 모든 자기장 값을 수신하기 때문에 초근접 거리에서 수신 코일의 LF 송신기를 구분하지 못한다는 결론에 이르게 된다.

이러한 사실은 송신 코일에 LF 수신 안테나가 아니라 3축 LF 센서가 배치되는 경우에도 마찬가지이다. 송신 코일의 각 LF 센서에서의 자속 밀도는 아래와 같다.

t0 시점에 수신 코일의 LF 송신기 α가 송출하는 자기장을 수신하는 송신 코일에 배치되는 각 3축 LF 센서의 자속 밀도는 아래 수학식 11과 같이 표현될 수 있다.

t1 시점에 수신 코일의 LF 송신기 β가 송출하는 자기장을 수신하는 송신코일에 배치되는 각 3축 LF 센서의 자속 밀도는 아래와 같이 정의될 수 있다.

최종 RSSI 연산식은 아래 수학식 13과 같으며, 송신 코일의 LF 센서는 송신기가 방출하는 모든 자기장 값을 수신하기 때문에 초근접 거리에서 수신 코일의 LF 송신기를 구분하지 못한다는 결론에 이르게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로, 본 발명에 따른 배치를 갖는 송신 코일의 LF 수신 안테나 및 수신 코일의 송신기를 통해 자기장 분석 및 거리 측정을 하게 되면, 수신 안테나에서 부분적인 자기장을 받아들이게 되어 송신코일의 중점과 수신코일의 중점을 연산하는 데 어려움이 없게 된다. 벡터장에서는 좌표계의 직교 성분이 만나게 되면 0이 된다. 따라서 간단히 정리하면 아래와 같은 연산식들을 도출할 수 있다. 물론 좌표계이기 때문에 각각의 싸인(Sine) 성분이 존재하지만 여기서는 편의상 간단히 나타내기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 배치 구조, 예를 들어 도 14a와 같은 안테나 배치 구조에서, t0 시간에 수신 코일의 LF 송신기 α가 송출하는 자기장을 수신하는 송신코일의 LF 수신 안테나에서의 자속 밀도는 아래와 같이 표현할 수 있다.

또한, t1 시간에 수신 코일의 LF 송신기 β가 송출하는 자기장을 수신하는 송신코일의 LF 수신 안테나에서의 자속 밀도는 아래와 같이 표현할 수 있다.

t2 시간에 수신 코일의 LF 송신기 γ 가 송출하는 자기장을 수신하는 송신 코일의 LF 수신 안테나에서의 자속 밀도는 아래와 같이 표현할 수 있다.

본 발명에 따른 LF 송신기 및 수신 안테나의 구조에서 최종 RSSI 연산식은 아래와 같이 정리될 수 있다.

정리하면, 송신 코일의 LF 수신 안테나 중 하나를 다른 수신 안테나들과 수직으로 배치하고 수신 코일의 LF 송신기 중 하나를 다른 송신기들과 수직으로 배치한 상태에서, 예를 들어, 도 14a에 도시된 바와 같은 LF 안테나 구성에서 송신 코일 및 수신 코일 간의 정렬이 완벽하게 이루어졌다면, 최종적으로 얻을 수 있는 자기장 분석식은 아래 수학식 18과 같이 정리될 수 있다.

다만, 수학식 18에서

_{(LF Receive Antenna A)}의 Max 값과

_{(LF Receive Antenna B) =}

_{(LF Receive Antenna C)}의 Max 값은 다르다.

이상 설명한 본 발명의 실시예들에 따라 송신 패드의 LF 수신 안테나와 수신패드의 LF 송신기를 모두 고려한 안테나 배치에서, 초 근접거리에서의 LF 자기장 인식 가능여부를 해석 시뮬레이션을 통해 확인하였다.

도 17 내지 21은 본 발명의 실시예에 따른 LF 송신기 및 LF 수신 안테나의 배치에서, 송신 코일과 수신 코일의 정렬 상태에 따른 자기장 인식 가능 여부에 대한 해석 시뮬레이션 결과를 나타낸다.

도 17은 전력공급 장치 측 송신 코일(21)과 차량 측 수신 코일(11)의 정렬이 100%에 가깝게 이루어진 경우의 자기장을 나타낸다. 도 18 내지 21의 예는 수신 코일이 송신 코일의 모서리 근처에 위치할 때의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 18은 수신 코일(11)이 송신 코일(21)의 좌상단 모서리에 위치하는 경우를, 도 19는 수신 코일(11)이 송신 코일(21)의 우상단 모서리에 위치하는 경우를, 도 20은 수신 코일(11)이 송신 코일(21)의 좌하단 모서리에 위치하는 경우를, 도 21은 수신 코일(11)이 송신 코일(21)의 우하단 모서리에 위치하는 경우를 나타낸다.

도 17 내지 21을 참고하면, 송신 코일을 기준으로 한 수신 코일의 위치가 자기장 관련 시뮬레이션 결과 값으로 인식 가능한 형태로 제시되고 있어 초 근접 거리에서도 LF 자기장을 인식 가능함을 확인할 수 있다.

도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 정렬 장치의 블록 구성도를 나타낸 도면이다.

도 22를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 정렬 장치(100)는 통신부(110), 처리부(120), LF 송신부(130), 및 적어도 하나의 LF 송신기(140)를 포함할 수 있다.

위치 정렬 장치(100)는 VA, 또는 VA의 일부일 수 있으며, VA에 연결된 형태일 수도 있다. 즉, 위치 정렬 장치(100)의 구성은 명칭에 한정되지 않으며, 기능에 의해 정의될 수 있다. 또한, 복수의 기능을 하나의 구성이 수행할 수 있으며, 하나의 기능을 복수의 구성이 수행할 수 있다.

통신부(110)는 후술하는 자기장 검출 장치(200)와 통신할 수 있는 통신 모듈을 포함할 수 있다. 여기서, 통신 모듈은 WIFI 통신을 수행할 수 있는 통신 모듈을 포함할 수 있고, 3G 통신 및 4G 통신을 수행할 수 있는 통신 모듈도 포함할 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 통신부(110)는 통신 모듈을 통해 GA가 위치하는 주차 공간을 검색할 수 있으며, GA 및 VA의 위치 정렬을 위해 해당 GA에 연결된 자기장 검출 장치(200)와 통신 연결을 할 수 있고, 자기장 검출 장치(200)로부터 자기장 측정치를 수신할 수 있다.

또한, 통신부(110)는 수신 전계 강도 지시자(Received Signal Strength Indicator, RSSI), 전파 시간(Time of Flight, ToF), 전파 시간 차이(Time Difference of Flight, TDoF) 도달 시간(Time of Arrival, ToA) 및 도달 시간 차이(Time Difference of Arrival) 중 적어도 하나의 값을 측정할 수도 있다.

처리부(120)는 후술하는 LF 송신부(130)에 연결된 하나 이상의 안테나가 정상 구동하는지 검증할 수 있고, 안테나를 구동시킬 수 있고, 통신부(110)가 수신한 자기장 측정치를 이용하여 송신 패드 및 수신 패드 간 위치 정렬을 수행할 수 있다.

LF 송신부(130)는 처리부(120)의 동작에 따라 연결된 안테나의 정상 구동하는지 검증할 수 있고, 본 발명에 따른 적어도 하나의 송신기를 구동시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 정렬 장치(100)는 적어도 하나의 프로세서 및 프로세서를 통해 상술한 동작이 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하고 있는 메모리를 포함할 수 있다. 여기서, 프로세서는 메모리에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있고, 중앙 처리 장치(Central Processing Unit, CPU), 그래픽 처리 장치(Graphics Processing Unit, GPU) 또는 본 발명에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리는 휘발성 저장 매체 및/또는 비휘발성 저장 매체로 구성될 수 있고, 읽기 전용 메모리(Read Only Memory, ROM) 및/또는 랜덤 액세스 메모리(Random Access Memory, RAM)로 구성될 수 있다.

여기서, 상기 적어도 하나의 명령은, 상기 수신 패드에 배치된 하나 이상의 송신기를 이용해 LF 자기장을 방출하도록 하는 명령; 상기 그라운드 어셈블리로부터 상기 송신 패드에 배치된 하나 이상의 LF 수신기를 통해 검출되는 자기장 관련 값을 수신하도록 하는 명령; 및 상기 자기장 관련 값을 이용해 상기 송신 패드 및 상기 수신 패드 간 위치 정렬을 수행하도록 하는 명령을 포함하고, 상기 하나 이상의 송신기 및 상기 하나 이상의 LF 수신기는, 각 자기장이 서로에 대해 0도, 90도, 180도 또는 270도 방향으로 형성되도록 배치될 수 있다.

도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 검출 장치의 블록 구성도를 나타낸 도면이다.

도 23을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 검출 장치(200)는 통신부(210), 처리부(220) 및 LF 수신부(230)를 포함할 수 있다.

자기장 검출 장치(200)는 전력 공급측 장치인 GA, 또는 GA의 일부일 수 있으며, GA 에 연결된 형태일 수도 있다. 즉, 자기장 검출 장치(200)의 구성은 명칭에 한정되지 않으며, 기능에 의해 정의될 수 있다. 또한, 복수의 기능을 하나의 구성이 수행할 수 있으며, 하나의 기능을 복수의 구성이 수행할 수 있다.

통신부(210)는 위치 정렬 장치(100)와 통신할 수 있는 통신 모듈을 포함할 수 있다. 여기서, 통신 모듈은 WIFI 통신을 수행할 수 있는 통신 모듈을 포함할 수 있고, 3G 통신 및 4G 통신을 수행할 수 있는 통신 모듈도 포함할 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 통신부(210)는 검출된 자기장 관련 측정치를 VA로 송신할 수 있다.

또한, 통신부(210)는 GA 및 VA의 위치 정렬을 위해 위치 정렬 장치(100)와 연결할 수 있고, 처리부(220)가 측정한 자기장 측정치를 위치 정렬 장치(100)로 송신할 수 있다.

처리부(220)는 후술하는 LF 수신부(230)로부터 검출한 자기장 정보를 기초로 자기장 측정치를 측정할 수 있다. 여기서, 자기장 정보는 안테나 별로 존재할 수 있으므로, 예를 들어, 3개의 수신 안테나가 위치 정렬 장치(100)에 연결된 예를 들어, 3개의 송신기의 자기장을 검출할 수 있고, 이 경우 9개의 자기장 정보가 존재할 수 있다. 처리부(220)는 자기장 측정치를 통신부(210)에 제공할 수 있다.

LF 수신부(230)는 GA에 위치하는 복수의, 예를 들어, 3개의 수신 안테나(ANT 1, ANT 2, 및 ANT 3)와 연결되어 있을 수 있으며, 3개의 수신 안테나가 검출한 위치 정렬 장치(100)의 3개의 송신기가 출력하는 자기장에 대한 정보를 획득할 수 있다. LF 수신부(230)는 획득한 자기장에 대한 정보를 처리부(220)에 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 검출 장치(200)는 적어도 하나의 프로세서 및 프로세서를 통해 상술한 동작이 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하고 있는 메모리를 포함할 수 있다. 여기서, 프로세서는 메모리에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있고, 중앙 처리 장치(Central Processing Unit, CPU), 그래픽 처리 장치(Graphics Processing Unit, GPU) 또는 본 발명에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리는 휘발성 저장 매체 및/또는 비휘발성 저장 매체로 구성될 수 있고, 읽기 전용 메모리(Read Only Memory, ROM) 및/또는 랜덤 액세스 메모리(Random Access Memory, RAM)로 구성될 수 있다.

상기 적어도 하나의 명령은, 상기 수신 패드에 배치된 하나 이상의 송신기로부터 방출되는 LF(Low Frequency) 자기장을 감지하도록 하는 명령; 상기 송신 패드에 배치된 하나 이상의 LF 수신기를 통해 검출되는 자기장 관련 값을 측정하도록 하는 명령; 및 상기 자기장 관련 값을 이용해 상기 송신 패드 및 상기 수신 패드 간 거리를 산출하도록 하는 명령을 포함할 수 있다.

상기 하나 이상의 LF 수신기는, 상기 송신기가 방출하는 자기장이 상기 하나 이상의 LF 수신기의 자기장에 대해 0도, 90도, 180도 또는 270도 방향으로 형성되도록 배치될 수 있다.

도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 패드 및 수신 패드 간의 거리 측정 방법의 동작 순서도이다.

도 24에 도시된 거리 측정 방법은, 무선 전력 전송 시 송신 패드 및 수신 패드 간의 위치 정렬을 위해 그라운드 어셈블리(Ground Assembly)에 의해 수행될 수 있다.

도 24를 참조하면 그라운드 어셈블리는, 차량 어셈블리의 수신 패드에 배치된 하나 이상의 송신기로부터 방출되는 LF(Low Frequency) 자기장을 감지하고(S2410), 그라운드 어셈블리의 송신 패드에 배치된 하나 이상의 LF 수신기를 통해 검출되는 자기장 관련 값을 측정한다(S2420).

차량 어셈블리는 측정된 자기장 관련 값을 이용해 송신 패드 및 수신 패드 간 거리를 산출할 수 있다(S2430). 여기서, 산출된 송신 패드 및 수신 패드 간 거리 값은 차량으로 전달되어 차량이 위치 정렬을 수행하는 데 사용될 수 있다.

이때, 하나 이상의 송신기 및 상기 하나 이상의 LF 수신기는, 각 자기장이 서로에 대해 0도, 90도, 180도 또는 270도 방향으로 형성되도록 배치될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 송신 패드 및 수신 패드 간의 거리 측정 방법은 차량 또는 차량 어셈블리에 의해 수행될 수도 있다. 이 경우, 차량 어셈블리는 그라운드 어셈블리로부터 자기장 관련 측정치를 수신하여 수신한 측정치로부터 두 패드 간 거리를 산출할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 정렬 방법은, 그라운드 어셈블리(GA; Ground Assembly)의 송신 패드가 전송하는 전력을 수신하는 수신 패드를 포함하는 차량 어셈블리에 의해 수행되는 위치 정렬 방법으로서, 상기 수신 패드에 배치된 LF 동작 주파수를 가지는 하나 이상의 송신기를 이용해 자기장을 전송하는 단계; 상기 그라운드 어셈블리로부터 상기 송신 패드에 배치된 하나 이상의 LF 수신기를 통해 검출되는 자기장 관련 값을 수신하는 단계; 및 상기 자기장 관련 값을 이용해 상기 송신 패드 및 상기 수신 패드 간 거리를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

이 경우에도 역시 상기 송신기 중 적어도 일부는, 상기 송신기 중 적어도 일부에 의해 형성되는 자기장이 상기 LF 수신기 중 적어도 일부가 형성하는 자기장에 대해 0도, 90도, 180도 또는 270도 방향으로 형성되도록, 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 동작은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터로 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다. 프로그램 명령은 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.

본 발명의 일부 측면들은 장치의 문맥에서 설명되었으나, 그것은 상응하는 방법에 따른 설명 또한 나타낼 수 있고, 여기서 블록 또는 장치는 방법 단계 또는 방법 단계의 특징에 상응한다. 유사하게, 방법의 문맥에서 설명된 측면들은 또한 상응하는 블록 또는 아이템 또는 상응하는 장치의 특징으로 나타낼 수 있다. 방법 단계들의 몇몇 또는 전부는 예를 들어, 마이크로프로세서, 프로그램 가능한 컴퓨터 또는 전자 회로와 같은 하드웨어 장치에 의해(또는 이용하여) 수행될 수 있다. 몇몇의 실시예에서, 가장 중요한 방법 단계들의 하나 이상은 이와 같은 장치에 의해 수행될 수 있다.

실시예들에서, 프로그램 가능한 로직 장치(예를 들어, 필드 프로그머블 게이트 어레이)가 여기서 설명된 방법들의 기능의 일부 또는 전부를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 실시예들에서, 필드 프로그머블 게이트 어레이는 여기서 설명된 방법들 중 하나를 수행하기 위한 마이크로프로세서와 함께 작동할 수 있다. 일반적으로, 방법들은 어떤 하드웨어 장치에 의해 수행되는 것이 바람직하다.

이상 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.

10: 전기차 11: 수신 패드/수신 코일
12: 배터리 20: 차징 스테이션
21: 송신 패드 /송신 코일 30: 전력망
100: VA(Vehicle Assembly) 200: GA(Ground Assembly)

Claims (20)

1. 그라운드 어셈블리(GA; Ground Assembly)의 송신 패드가 전송하는 전력을 수신하는 수신 패드를 포함하는 차량 어셈블리(VA; Vehicle Assembly)에 의해 수행되는 위치 정렬 방법으로서,
   상기 수신 패드에 배치된 LF(Low Frequency) 동작 주파수를 가지는 하나 이상의 송신기를 이용해 자기장을 전송하는 단계;
   상기 그라운드 어셈블리로부터 상기 송신 패드에 배치된 하나 이상의 LF 수신기를 통해 검출되는 자기장 관련 값을 수신하는 단계; 및
   상기 자기장 관련 값을 이용해 상기 송신 패드 및 상기 수신 패드 간 거리를 산출하는 단계를 포함하고,
   상기 송신기 중 적어도 일부는, 상기 송신기 중 적어도 일부에 의해 형성되는 자기장이 상기 LF 수신기 중 적어도 일부가 형성하는 자기장에 대해 0도, 90도, 180도 또는 270도 방향으로 형성되도록, 배치되는, 무선충전을 위한 위치 정렬 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 하나 이상의 송신기는 상기 수신 패드의 각 변에 배치되는 3개 이상의 LF 안테나를 포함하는, 무선충전을 위한 위치 정렬 방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 하나 이상의 LF 수신기는 상기 송신 패드의 각 변에 배치되는 3개 이상의 안테나 또는 센서를 포함하는, 무선충전을 위한 위치 정렬 방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 송신기 또는 LF 수신기는 LF 단축 안테나인, 무선충전을 위한 위치 측정 방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 하나 이상의 송신기는 그 중심의 길이 방향이 수신 패드의 변과 평행하도록 배치되는, 무선충전을 위한 위치 정렬 방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 하나 이상의 LF 수신기는 그 중심의 길이 방향이 송신 패드의 변과 평행하도록 배치되는, 무선충전을 위한 위치 정렬 방법.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 하나 이상의 송신기 중 제1 송신기는 제2 송신기가 위치하는 변과 다른 변에 위치하되, 상기 제1 송신기와 제2 송신기는 서로에 대해 수직으로 배치되는, 무선충전을 위한 위치 정렬 방법.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 하나 이상의 LF 수신기 중 제1 LF 수신기는 제2 LF 수신기가 위치하는 변과 다른 변에 위치하되, 상기 제1 LF 수신기 및 제2 LF 수신기는 서로에 대해 수직으로 배치되는, 무선충전을 위한 위치 정렬 방법.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 하나 이상의 송신기 및 상기 하나 이상의 LF 수신기는, 상기 수신 패드의 수신 코일 또는 상기 송신 패드의 송신 코일에 의해 형성되는 자기장이 균일하게 분포하는 지점에 배치되는, 무선충전을 위한 위치 정렬 방법.
10. 차량 어셈블리(Vehicle Assembly)의 수신 패드에 배치된 하나 이상의 송신 기로부터 전송되는 LF(Low Frequency) 자기장을 검출하는 하나 이상의 LF 수신기;
    상기 하나 이상의 LF 수신기를 통해 검출되는 자기장 관련 값을 산출하고, 산출된 자기장 관련 값으로부터 상기 송신 패드 및 상기 수신 패드 간 거리를 산출하는 프로세서; 및
    상기 프로세서에 의해 산출된 상기 송신 패드 및 상기 수신 패드 간 거리에 대한 정보를 상기 차량 어셈블리로 전송하는 통신부를 포함하고,
    상기 LF 수신기 중 적어도 일부는, 상기 LF 수신기 중 적어도 일부에 의해 형성되는 자기장이 상기 송신기 중 적어도 일부가 형성하는 자기장에 대해 0도, 90도, 180도 또는 270도 방향으로 형성되도록, 배치되는, 자기장 검출 장치.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 하나 이상의 LF 수신기는 상기 송신 패드의 각 변에 배치되는 3개 이상의 안테나 또는 센서를 포함하는, 자기장 검출 장치.
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 하나 이상의 LF 수신기는 그 중심의 길이 방향이 송신 패드의 변과 평행하도록 배치되는, 자기장 검출 장치.
13. 청구항 10에 있어서,
    상기 하나 이상의 LF 수신기 중 제1 LF 수신기는 제2 LF 수신기가 위치하는 변과 다른 변에 위치하되, 상기 제1 LF 수신기 및 제2 LF 수신기는 서로에 대해 수직으로 배치되는, 자기장 검출 장치.
14. 그라운드 어셈블리(GA; Ground Assembly)의 송신 패드가 전송하는 전력을 수신하는 차량 어셈블리(VA; Vehicle Assembly)의 수신 패드와 연동하는 위치 정렬 장치로서,
    LF(Low Frequency) 동작 주파수를 가지는 자기장을 전송하는 하나 이상의 송신기;
    상기 송신 패드에 배치된 하나 이상의 LF 수신기를 통해 검출되는 자기장 관련 값을 상기 그라운드 어셈블리로부터 수신하는 통신부; 및
    상기 자기장 관련 값에 기초하여 상기 송신 패드 및 상기 수신 패드 간 거리를 산출함으로써 상기 그라운드 어셈블리와의 위치 정렬을 수행하는 프로세서를 포함하고,
    상기 송신기 중 적어도 일부는, 상기 송신기 중 적어도 일부에 의해 형성되는 자기장이 상기 LF 수신기 중 적어도 일부가 형성하는 자기장에 대해 0도, 90도, 180도 또는 270도 방향으로 형성되도록, 배치되는, 위치 정렬 장치.
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 하나 이상의 송신기는 상기 수신 패드의 각 변에 배치되는 3개 이상의 LF 안테나를 포함하는, 위치 정렬 장치.
16. 청구항 14에 있어서,
    상기 하나 이상의 송신기는 그 중심의 길이 방향이 상기 수신 패드의 변과 평행하도록 배치되는, 위치 정렬 장치.
17. 청구항 14에 있어서,
    상기 하나 이상의 송신기 중 제1 송신기는 제2 송신기가 위치하는 변과 다른 변에 위치하되, 상기 제1 송신기와 제2 송신기는 서로에 대해 수직으로 배치되는, 위치 정렬 장치.
18. 청구항 14에 있어서,
    상기 하나 이상의 송신기 및 상기 하나 이상의 LF 수신기는 상기 수신 패드의 수신 코일 또는 상기 송신 패드의 송신 코일에 의해 형성되는 자기장이 균일하게 분포하는 지점에 배치되는, 위치 정렬 장치.
19. 청구항 14에 있어서,
    상기 송신기 또는 LF 수신기는 LF 단축 안테나인, 위치 정렬 장치.
20. 청구항 14에 있어서,
    상기 송신기 또는 LF 수신기는 페라이드 로드 안테나인, 위치 정렬 장치.
    

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