KR20230077351A - 충전 상태를 효율적으로 관리하는 무선 전력 충전 장치 및 그 방법 - Google Patents

충전 상태를 효율적으로 관리하는 무선 전력 충전 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 충전 상태를 효율적으로 관리하는 무선 전력 충전 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 전원부로부터 제공된 전원을 이용하여 전력을 송신하며 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 송신 공진부를 각각 포함하는 적어도 하나의 송신단과; 적어도 하나의 송신단으로부터 전송된 전력을 수신하며 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 수신 공진부 및 수신된 전력을 이용하여 충전을 수행하는 부하를 각각 포함하는 적어도 하나의 수신단과; 적어도 하나의 송신단과 적어도 하나의 수신단 사이의 상호 인덕턴스를 이용하여 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 결정하여 무선 충전을 진행하고 상기 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 도달하는지 여부에 따라 적어도 하나의 송신단에 대한 적어도 하나의 수신단의 중요도 및 적어도 하나의 수신단의 수신 전력을 조절하기 위한 수신 전력 제어방향을 이용하여 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 조절하는 제어부를 포함하는 장치에 관한 것이다.

Description

충전 상태를 효율적으로 관리하는 무선 전력 충전 장치 및 그 방법{WIRELESS POWER CHARGING APPARATUS FOR EFFICIENT MANAGING OF CHARGING STATE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 충전 상태를 효율적으로 관리하는 무선 전력 충전 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 수신단의 수신 전력을 모니터링하여 수신단에서 필요한 전력을 최대한 제공할 수 있는 무선 전력 충전 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
무선 전력 전송은 유선 대신 무선으로 전자기기에 전원을 공급하는 것을 말하며, 전원이 필요한 장치를 전원 콘센트에 연결하지 않고도 무선으로 충전이 가능하여 관련 연구가 활발히 진행되고 있다. 무선 전력 전송 기술은 자기유도방식, 자기공진방식 및 마이크로파 방식 등이 연구되고 있다.
무선 전력 전송 장치는 무선으로 전력을 전송하는 송신단과 송신된 전력을 수신하는 수신단으로 구성된다. 송신단은 자기장을 생성하여 수신단에 복사하는 방식으로 전력을 수신단에 전달한다. 전력 전송을 위해 송신단과 수신단은 코일을 이용하는데, 동일한 공진 주파수를 가질 때 무선 전력 전송 장치에서 최대의 전력 전송이 발생할 수 있다.
한편, 송신단 및 수신단은 하나 이상으로 구성하여 무선 충전이 진행될 수 있다. 이러한 경우 하나의 송신단은 복수의 수신단에 전력을 전송할 수 있으며 하나의 수신단은 복수의 송신단에서 전력을 수신할 수 있다. 이러한 상황에서 어느 수신단에서 수신되는 전력이 필요한 전력 보다 작거나 커서 수신 전력의 조절이 필요한 경우에는 해당 수신단에 전력을 공급하는 송신단의 송신 전력 제어가 필요하다. 그러나 수신 전력의 조절이 필요한 수신단에 전력을 공급하는 송신단은 하나 이상이며 하나의 송신단에서 전송한 전력으로 인한 수신 전력은 수신단마다 상이하고 각 송신단은 해당 수신단 이외에 다른 수신단에도 전력을 전송하기 때문에 어느 송신단의 송신 전력을 제어해야 되는지 결정하기 어렵다는 문제가 있다.
본 발명은 수신단의 수신 전력을 모니터링하여 수신단에서 필요한 전력을 최대한 제공할 수 있는 충전 상태를 효율적으로 관리하는 무선 전력 충전 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 송신단에서 전송한 전력이 수신단에 미치는 정도를 고려하여 송신단의 송신 전력 및 수신단의 수신 전력을 제어할 수 있는 무선 전력 충전 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명은 전원부로부터 제공된 전원을 이용하여 전력을 송신하며 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 송신 공진부를 각각 포함하는 적어도 하나의 송신단과; 상기 적어도 하나의 송신단으로부터 전송된 전력을 수신하며 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 수신 공진부 및 수신된 전력을 이용하여 충전을 수행하는 부하를 각각 포함하는 적어도 하나의 수신단과; 상기 적어도 하나의 송신단과 적어도 하나의 수신단 사이의 상호 인덕턴스를 이용하여 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 결정하여 무선 충전을 진행하고 상기 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 도달하는지 여부에 따라 상기 적어도 하나의 송신단에 대한 상기 적어도 하나의 수신단의 중요도 및 상기 적어도 하나의 수신단의 수신 전력을 조절하기 위한 수신 전력 제어 방향을 이용하여 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 조절하는 제어부를 포함하는 무선 전력 충전 장치에 관한 것이다.
여기서, 제어부는 어느 하나의 송신단과 적어도 하나의 수신단 사이에서 송신단에서 전송한 전력이 각 수신단에 미치는 영향의 정도를 고려하여 상기 중요도를 결정할 수 있다.
또한, 제어부는 어느 하나의 송신단과 적어도 하나의 수신단 사이에서의 상호 인덕턴스의 크기에 따라 중요도의 레벨을 결정하며, 상기 어느 하나의 송신단과 적어도 하나의 수신단 사이에서 '0'이 아닌 상호 인덕턴스를 갖는 수신단의 전체 개수를 상기 중요도의 최상의 값으로 하고 차순위는 상기 최상의 값에서 소정의 값씩 차감하여 상기 중요도의 레벨을 결정할 수 있다.
또한, 제어부는 상기 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 모두 도달한 경우 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 현재의 상태로 유지하고, 상기 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 모두 미달 또는 초과한 경우 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 조절할 수 있다.
또한, 제어부는 [수학식 4]를 이용하여 상기 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 모두 도달한 것인지 결정할 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00001
이때, dk는 제k 수신단에 대한 수신 전력 제어 방향으로 (+1), 0 및 (-1) 중 어느 하나.
또한, 제어부는 [수학식 5]를 이용하여 상기 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 모두 미달 또는 초과한 것인지 결정할 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00002
이때, dk는 제k 수신단에 대한 수신 전력 제어 방향으로 (+1), 0 및 (-1) 중 어느 하나.
또한, 제어부는 상기 적어도 하나의 수신단의 일부의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 미달 또는 초과한 경우 상기 적어도 하나의 송신단에 대한 중요도가 최상인 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 도달하는지 여부에 따라 상기 송신단의 출력 전류를 조절할 수 있다.
또한, 제어부는 [수학식 6]을 이용하여 상기 적어도 하나의 송신단에 대한 중요도가 최상인 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 도달한 것인지 결정할 수 있다.
[수학식 6]
Figure pat00003
이때, Dt는 제t 번째 송신단에 대한 중요도가 최상인 수신단에 대한 수신 전력 제어 방향으로 (+1), 0 및 (-1) 중 어느 하나.
또한, 제어부는 [수학식 7]을 이용하여 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 조절할 수 있다.
[수학식 7]
Figure pat00004
이때, St는 제t 번째 송신단의 전류 제어 방향으로 증가, 감소 및 유지 중 어느 하나
Wtk 는 제t 번째 송신단에 대한 제k 번째 수신단의 중요도
dk는 제k 수신단에 대한 수신 전력 제어방향으로 (+1), 0 및 (-1) 중 어느 하나.
한편, 본 발명은 전원부로부터 제공된 전원을 이용하여 전력을 송신하며 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 송신 공진부를 각각 포함하는 적어도 하나의 송신단 및 상기 적어도 하나의 송신단으로부터 전송된 전력을 수신하며 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 수신 공진부 및 수신된 전력을 이용하여 충전을 수행하는 부하를 각각 포함하는 적어도 하나의 수신단 사이의 상호 인덕턴스를 결정하는 과정과; 상기 적어도 하나의 송신단과 적어도 하나의 수신단 사이의 상호 인덕턴스를 이용하여 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 결정하여 무선 충전을 진행하는 과정과; 상기 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 도달하는지 여부에 따라 상기 적어도 하나의 송신단에 대한 상기 적어도 하나의 수신단의 중요도 및 상기 적어도 하나의 수신단의 수신 전력을 조절하기 위한 수신 전력 제어방향을 이용하여 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 조절하는 과정을 포함하는 무선 전력 충전 방법에 관한 것이다.
여기서, 송신단의 출력 전류를 조절하는 과정은, 어느 하나의 송신단과 적어도 하나의 수신단 사이에서 '0'이 아닌 상호 인덕턴스를 갖는 수신단의 전체 개수를 확인하는 과정과; 상기 전체 개수를 상기 중요도의 최상의 값으로 하고, 차순위는 상기 최상의 값에서 소정의 값씩 차감하여 중요도의 레벨을 결정하는 과정을 포함할 수 있다.
또한, 송신단의 출력 전류를 조절하는 과정은, 상기 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 모두 도달한 경우 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 현재의 상태로 유지하는 과정과; 상기 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 모두 미달 또는 초과한 경우 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 조절하는 과정을 포함할 수 있다.
또한, 송신단의 출력 전류를 조절하는 과정은, 상기 적어도 하나의 수신단의 일부의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 미달 또는 초과한 경우 상기 적어도 하나의 송신단에 대한 중요도가 최상인 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 도달하는지 여부에 따라 상기 송신단의 출력 전류를 조절하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명은 수신단이 복수의 송신단으로부터 전력을 전송받거나 송신단이 복수의 수신단에 전력을 전송하는 경우에도 수신단의 수신 전력이 목표로 정한 수신 전력에 미달하거나 초과하는 경우 송신단의 송신 전력을 제어하여 수신단의 수신 전력을 조절할 수 있다. 또한, 송신단과 수신단의 관계에서 송신단에 대한 수신단의 중요도를 고려하여 가장 영향이 높은 송신단과 수신단을 파악하여 전력을 공급하므로 효율적으로 전력 공급을 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치의 구성도를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치의 송신단 및 수신단을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치의 복수의 송신단 및 복수의 수신단의 연결 관계를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치에서 충전 진행 여부를 판단하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치에서 상호 인덕턴스를 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치에서 송신단의 출력 전류를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치(10)의 동작을 설명하기 위한 순서도.
이하, 본 발명의 실시예를 도면과 함께 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치(10)의 구성도를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 무선 전력 충전 장치(10)는 전원부(100), 증폭부(110), 통신부(120), 감지부(130), 공진부(140), 정류부(150), 변환부(160) 및 제어부(170)를 포함한다.
전원부(100)는 본 발명의 무선 전력 충전 장치(10)에 전원을 공급하며, 일 예로 AC(Alternating current) 또는 DC(Direct current) 전원을 공급한다.
증폭부(110)는 전원부(100)에서 공급된 전원을 증폭하며, 파워 앰프(Power amp)로 구성할 수 있다.
통신부(120)는 외부 장치 또는 본 발명의 무선 전력 충전 장치(10)의 내부에서의 통신을 위한 것으로, 블루투스(Bluetooth), 와이파이(Wi-fi) 등 근거리 통신 수단 또는 LTE, 5G(5th Generation) 등과 같은 다양한 이동 통신 규격에 따라 이동 통신망에 접속하여 통신할 수 있는 통신 수단을 포함할 수 있다.
감지부(130)는 본 발명의 무선 전력 충전 장치(10)의 소정의 위치에서의 전압 또는 전류 등을 감지하며, 다양한 센서를 포함할 수 있다.
공진부(140)는 코일 사이의 공진 현상에 의해 전력이 전송되도록 하며, 캐패시터 및 인덕터를 각각 포함하는 적어도 하나의 송신 공진부 및 적어도 하나의 수신 공진부를 포함한다.
정류부(150)는 교류 전류를 직류 전류로 변화하기 위한 것으로, 정류기(Rectifier)로 구성할 수 있다. 정류부(150)는 수신 공진부에서 발생한 전류를 정류한다.
변환부(160)는 충전을 위한 전압 조건을 충족하기 위해 충전을 위해 제공되는 전압을 일정하게 유지하기 위한 것으로 DC-DC 컨버터(Converter)로 구성할 수 있으며, 전환 비율(conversion ratio)에 따라 전압을 조정할 수 있다.
제어부(140)는 무선 전력 충전이 최대 효율로 진행될 수 있도록 공진부(140)의 상호 인덕턴스, 송신부의 전류 또는 전압 등의 결정 등 본 발명의 무선 전력 충전 장치(10)를 전체적으로 제어한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치(10)의 송신단(200) 및 수신단(210)을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 무선 전력 충전 장치(10)는 전력을 전송하는 송신단(200) 및 충전이 가능하도록 전력을 수신하는 수신단(210)을 포함한다.
송신단(200)은 제어부(170), 전원부(100), 증폭부(110) 및 송신 공진부(220)를 포함하며, 수신단(210)은 수신 공진부(230), 정류부(150), 변환부(160) 및 부하(RL)를 포함한다. 도 2에서는 제어부(170)를 송신단(200)에 도시하였으나, 제어부(170)는 송신단(200) 뿐만 아니라 수신단(210)을 포함하여 본 발명의 무선 전력 충전 장치(10)를 전체적으로 제어하도록 구성할 수 있다.
또한, 도 2에서는 도시하지 않았으나 감지부(130)는 송신단(200) 및 수신단(210)의 소정의 위치에서의 전압 또는 전류를 감지하고, 통신부(120)를 통해 상호 통신할 수 있다. 일 예로, 블루투스 통신을 통해 감지된 전류 또는 전압을 송수신하거나, 제어 정보를 송수신할 수 있다.
도 2에 도시된 각 문자에 대한 설명은 다음과 같다.
VP : 증폭부(110)의 출력 전압
IP : 송신단(200)의 출력 전류
CP : 송신 공진부(220)의 캐패시턴스
LP : 송신 공진부(220)의 자기 인덕턴스
M : 상호 인덕턴스
IS : 수신단(210)의 수신 전류
CS : 수신 공진부(230)의 캐패시턴스
LS : 수신 공진부(230)의 자기 인덕턴스
VR : 정류부(150)의 출력 전압
VOut : 수신단(210)의 부하의 충전 전압
RL : 수신단(210)의 부하 임피던스
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치(10)의 복수의 송신단(200a,200b,200c) 및 복수의 수신단(210a,210b,210c)의 연결 관계를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서 복수의 송신단에서 복수의 수신단에 전력을 전송하는 경우를 살펴보며, 하나의 송신단에서 전력을 전송하거나 또는 하나의 수신단에서 전력을 수신하는 경우에도 동일유사하게 적용할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치(10)는 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c) 및 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)으로 구성되어 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)에서 송신한 전력을 이용하여 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)에서 전력 충전이 진행될 수 있도록 한다. 이때, 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c) 각각은 도2에서 살펴본 송신단(200)과 동일 또는 유사한 구성을 포함할 수 있으며, 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 각각은 도2에서 살펴본 수신단(210)과 동일 또는 유사한 구성을 포함할 수 있다.
또한, 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c) 및 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 각각은 캐패시턴스, 인덕턴스, 임피던스 등 각 구성 소자의 크기를 다른 송신단 또는 수신단과 동일하게 구성하거나 서로 상이하게 구성할 수 있다. 또한, 전원부(100) 및 제어부(170)는 각각 하나의 컴포넌트로 구성하여 본 발명의 무선 전력 충전 장치(10) 전체에 적용하고, 증폭부(110), 송신공진부(220), 감지부(130)는 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c) 각각에 포함되는 복수의 컴포넌트로 구성하며, 수신공진부(230), 정류부(150), 변환부(160), 감지부(130)는 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 각각에 포함되는 복수의 컴포넌트로 구성할 수 있다. 또한, 통신부(120)는 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)에서는 하나의 컴포넌트로 구성하여 송신단 전체에 적용하고 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)에서는 각각에 포함되는 복수의 컴포넌트로 구성할 수 있다. 또한, 제어부(170)는 전원부(100)로부터 공급된 전원을 이용하여 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)에 공급되는 전원을 제어한다.
제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c) 및 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 사이에서는 각 송신단과 각 수신단 사이에서 Mtq 와 같은 상호 인덕턴스가 발생한다. 또한, 이물질이 충전 영역에 침입하는 경우 이물질도 인덕턴스 및 이물질의 부하가 있기 때문에 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)과 이물질 사이, 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)과 이물질 사이에서도 상호 인덕턴스가 발생한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치(10)에서 충전 진행 여부를 판단하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
전력 소모를 최소화 하기 위해 수신단이 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 충전 영역에 들어오기 전에는 본 발명의 무선 전력 충전 장치(10)는 절전 모드에서 동작한다. 절전 모드에서 제어부(170)는 임의의 물체가 송신단의 충전 영역에 들어오면 무선 충전이 가능한 수신단이 송신단의 충전 영역내에 있는지 확인하여 무선 충전을 진행한다. 이때, 충전 영역에 이물질이 들어올 수 있기 때문에 충전 영역에 임의의 물체가 있는지 확인한 후 물체가 충전 가능한 수신단인지 이물질인지 판단하며 수신단인 경우 충전을 진행하고 이물질인 경우 충전을 진행하지 않는다.
이하에서는 제t 번째 송신단(200c)에 대해 살펴보며, 다른 송신단에 대해서도 동일 또는 유사하게 적용할 수 있다.
도 4는 제t 번째 송신단(200c)의 충전 영역내에 임의의 물체가 진입한 경우 등가회로를 나타내는 도면이다. 도 4에 도시된 바와같이 등가회로는 2개의 MOS-FET, 저항, 캐패시터 및 인덕터를 포함하며 각 문자에 대한 설명은 다음과 같다.
C.C.St(400): 제t 번째 송신단(200c)의 전류 제어부
w : 제t 번째 송신단(200c)의 동작 각주파수
Imt : 제t 번째 송신단(200c)의 출력 전류
VPt : 제t 번째 송신단(200c)의 입력 전압
RPt : 제t 번째 송신단(200c)의 코일의 내부 저항
CPt : 제t 번째 송신단(200c)의 캐패시턴스
LPt : 제t 번째 송신단(200c)의 인덕턴스
Zu.o(410): 제t 번째 송신단(200c)에서 바라보는 소정의 물체의 임피던스
Zint : 제t 번째 송신단(200c)에서 전체 수신단을 바라본 임피던스
C.C.St(400)는 제t번째 송신단(200c)에 공급하는 전류를 제어하는 것으로 일 예로 MCU(Micro Controller Unit )로부터 수신된 제어 신호에 따라 0.01(A)와 같이 소정의 전류 단위로 제t 번째 송신단(200c)에 공급하는 전류의 크기를 제어한다.
감지부(130)가 제t 번째 송신단(200c)의 입력 전압 또는 출력 전류를 감지하여 제어부(170)에 전송하면 제어부는 [수학식 1]을 이용하여 임피던스(Zint) 결정한다.
[수학식 1]
Figure pat00005
제t 번째 송신단(200c)의 충전 영역내에 소정의 물체가 위치하면 해당 물체로 인해 임피던스(Zu.o)가 발생하며 이로인해 임피던스(Zint)가 증가하게 된다. 이를 통해 임피던스(Zint)의 크기가 미리 결정된 임계값을 초과하는 경우 임의의 물체가 충전 영역내에 위치한 것으로 판단한다. 이후 임의의 물체가 무선 전력 충전이 가능한 수신단인지 또는 충전이 어려운 이물질인지 판단하여 수신단인 경우 무선 충전을 진행하고 이물질인 경우 충전을 진행하지 않는다.
임의의 물체가 수신단으로 확인되면 제어부(170)는 무선 충전을 진행하기 위해 블루투스 등의 근거리 통신 수단을 이용하여 수신단의 개수를 확인하고 송신단과 수신단 사이의 상호 인덕턴스의 값과 부호를 결정한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치(10)에서 상호 인덕턴스를 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
제어부(170)는 출원번호 10-2019-0092894 (출원일 : 2019.07.31)에서 설명한 방법을 통해 상호 인덕턴스를 결정할 수 있으며, 본 발명은 출원번호 10-2019-0092894에서 설명한 방법을 통해 결정된 상호 인덕턴스를 이용할 수 있다.
일 예로, 도 5와 같이 무선 전력 충전 장치의 등가회로가 제1 내지 제t 송신 공진회로부(300,320,340), 제1 내지 제t 전원부(VS1, VS2, VSt), 제1 내지 제q 수신 공진회로부(310,330,350) 및 부하 저항(RL1, RL2, RLq)으로 구성되는 경우를 살펴보도록 한다. 제1 내지 제t 전원부(VS1, VS2, VSt)에서 제1 내지 제t 송신 공진회로부(300,320,340)에 전원을 공급하면, 제1 내지 제t 송신 공진회로부(300,320,340)에는 입력 전압(VP1, VP2, VPt)이 발생하고, 제1 내지 제q 수신 공진회로부(310,330,350)에는 수신 전압(VR1, VR2, VRq)이 발생한다.
이때, 효율적으로 제1 내지 제t 송신 공진회로부(300,320,340)에서 제1 내지 제q 수신 공진회로부(310,330,350)로 전력 전송을 하기 위한 상호 인덕턴스 값은 [수학식 2]와 같이 결정된다.
[수학식 2]
Figure pat00006
이때, Mtq : 제t 번째 송신 공진회로부와 제q 번째 수신 공진회로부의 상호 인덕턴스
IPt : 제t 번째 송신 공진회로부의 입력 전류
w : 제t 번째 송신 공진회로부 동작 각주파수
RLq : 제q 번째 수신 공진회로부의 부하 저항
VRq : 제q 번째 수신 공진회로부의 수신 전압
ZSq : 제q 번째 수신 공진회로부의 임피던스
Figure pat00007
CSq : 제q 번째 수신 공진회로부의 캐패시터
LSq : 제q 번째 수신 공진회로부의 자기 인덕턴스
RSq : 제q 번째 수신 공진회로부의 내부 저항
본 발명은 상호 인덕턴스 값을 결정하기 위해서 어느 하나의 송신 공진회로부에만 전원을 공급하고 다른 공진회로부에는 전원 공급을 차단한 상태에서 [수학식 2]를 통해 상호 인덕턴스값을 결정한다.
일 예로, 제1 송신 공진회로부(300)에만 전류 IP1을 공급하고 제2 송신 공진회로부 내지 제t 송신 공진회로부(320,340)에는 전원 공급을 차단한 후 제1 송신 공진회로부(300)에 관련된 상호 인덕턴스(M11, M12내지 M1q)을 결정한다. 이후, 제2 송신 공진회로부(320)에만 전류 IP2을 공급하고 제1 송신 공진회로부(300) 및 제3 송신 공진회로부(미도시) 내지 제t 공진회로부(340)에는 전원 공급을 차단한 후 제2 송신 공진회로부(320)에 관련된 상호 인덕턴스(M21, M22 내지 M2q)를 결정한다. 동일한 방법으로 제t 송신 공진회로부(340)까지 진행하면 모든 상호 인덕턴스 값을 결정할 수 있다.
한편, 상호 인덕턴스 값이 결정되면 상호 인덕턴스의 부호를 결정하는데, 상호 인덕턴스의 부호는 [수학식 3]과 같이 결정된다.
[수학식 3]
if) VRq,in-phase > VRq,out of phase 의 경우 (+)
if) VRq,in-phase < VRq,out of phase 의 경우 (-)
이때, VRq,in-phase 는 기준 송신 공진회로부와 부호를 결정하기 위한 송신 공진회로부에 소정의 동일 크기 및 동일 위상 전류를 공급할 때, q번째 수신 공진회로부에서 발생하는 전압이며, VRq,out of phase 는 기준 송신 공진회로부와 부호를 결정하기 위한 송신 공진회로부에 소정의 동일 크기 및 서로 반대 위상 전류를 흘렸을 때, q번째 수신 공진회로부에서 발생하는 전압이다. 이때, 기준 송신 공진회로부 및 부호를 결정하기 위한 송신 공진회로부 이외에 다른 송신 공진회로부에는 전원 공급을 차단한다.
상호 인덕턴스의 부호가 (+)인 경우는 동일한 위상인 경우를 나타내며, (-)는 위상이 반대인 경우를 나타낸다. 또한, 기준 송신 공진회로부는 임의로 결정할 수 있으며, 기준 송신 공진회로부와 관련된 상호 인덕턴스의 부호는 모두 (+)가 된다.
일 예로, 제1 송신 공진회로부(300)를 기준 송신 공진회로부로 결정하면, 제1 송신 공진회로부(300)와 관련된 상호 인덕턴스(M11내지 M1q)의 부호는 모두 (+)가 된다.
제2 송신 공진회로부(320)와 관련된 상호 인덕턴스(M21 내지 M2q)의 부호를 결정하기 위해 기준이 되는 제1 송신 공진회로부(300) 및 부호를 결정하기 위한 제2 송신 공진회로부(320)에 동일 크기 및 동일 위상의 전류를 공급하여 제1 수신 공진회로부 내지 제q 수신 공진회로부(310,350)의 수신 전압을 측정한다. 이후, 제1 송신 공진회로부(300) 및 제2 송신 공진회로부(320)에 동일 크기 및 서로 반대 위상의 전류를 공급하여 제1 수신 공진회로부 내지 제q 수신 공진회로부(310,350)의 수신 전압을 측정한다. 제1 수신 공진회로부 내지 제q 수신 공진회로부(310,350)의 수신 전압이 측정되면 [수학식 3]을 이용하여 상호 인덕턴스의 부호를 결정한다. 이와 같은 방법으로 제3 송신 공진회로부(미도시) 내지 제t 송신 공진회로부(340)에 대해서도 상호 인덕턴스의 부호를 결정할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치(10)에서 송신단의 출력 전류를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면
본 발명은 적어도 하나의 송신단 또는 수신단 사이에서 전력이 송수신되기 때문에 제어부(170)는 충전 효율을 높이기 위해 다른 송신단 또는 수신단과 영향이 없는 독립적인 송신단 또는 수신단으로 볼 수 있는 서브셋(Subset)을 설정한다. 서브셋을 설정하면 더 빠르게 최대 효율을 위한 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 각 출력 전류(IP1, IP2, IPt)를 결정할 수 있다.
제어부(170)는 상호 인덕턴스(Mtq)의 행렬을 이용하여 서브셋을 설정한다. 행렬에서 행은 송신단, 열은 수신단을 의미하며, i행 j열은 제i 송신단과 제j 수신단 사이의 상호 결합을 의미한다. 이와 같이 구성된 상태에서 소정의 상호 인덕턴스로부터 앞의 행과 열의 원소가 모두'0'이면 해당 상호 인덕턴스로부터 별도의 서브셋으로 본다. 일 예로, 도 6은 무선 충전 장치(10)가 제1 내지 제4 송신단(Tx1,Tx2,Tx3,Tx4) 및 제1 내지 제3 수신단(Rx1,Rx2,Rx3)으로 구성된 경우 서브셋을 결정하는 방법을 나타내고 있다.
도 6에서 제1 수신단(Rx1)은 제1 및 제2 송신단(Tx1,Tx2)으로부터 전력을 전송받고, 제2 수신단(Rx2)은 제2 및 제3 송신단(Tx2,Tx3)으로부터 전력을 전송받으며, 제3 수신단(Rx3)은 제4 송신단(Tx4)으로부터 전력을 전송받는 경우를 나타내고 있다. 제3 수신단(Rx3)과 제4 송신단(Tx4) 사이의 상호 인덕턴스(M43)는 앞의 행과 열의 원소가 모두'0'이기 때문에 별도의 서브셋을 구성한다. 따라서, 상호 인덕턴스(M11,M21,M22,M32)가 하나의 서브셋을 구성하고, 상호 인덕턴스(M43)은 하나의 서브셋을 구성한다. 즉, 제3 수신단(Rx3) 및 제4 송신단(Tx4)이 하나의 서브셋을 구성하고, 나머지 송신단 및 수신단이 하나의 서브셋을 구성한다.
서브셋이 결정되면 각 서브셋에 최적화 알고리즘을 적용하여 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 각 출력 전류(IP1, IP2, IPt)를 결정한다. 일 예로, 무선 충전 장치(10)의 충전시 제한 조건을 고려하여
Figure pat00008
을 구하며, 이때, Particle Swarm Optimization, Simmulated Annealing, Generic Algorithm 등을 이용할 수 있다.
제어부(170)는 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 출력 전류(IP1, IP2, IPt)가 결정되면 결정된 전류를 통해 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)에 전력을 전송하여 충전이 진행되도록 한다. 이때, 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 출력 전류(IP1, IP2, IPt)를 통해 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)에서 최대 효율로 충전을 진행하기 위해서는 각 수신단에서 수신되는 전력을 모니터링하여 각 송신단의 출력 전류(IP1, IP2, IPt)를 제어하는 것이 필요하다.
일 예로, 송신단 및 수신단이 복수인 경우 하나의 송신단에서 전송한 전력이 복수의 수신단에 영향을 미치고 어느 수신단에서는 목표로 정한 수신 전력(이하, '목표 수신전력'이라 함) 보다 더 높은 전력이 수신되고 다른 수신단에서는 목표 수신전력 보다 낮은 전력이 수신될 수 있기 때문에 각 수신단에서 수신되는 전력(이하, '현재 수신전력'이라 함)이 최대한 각 수신단의 목표 수신전력에 도달될 수 있도록 각 송신단의 출력 전류를 제어하는 것이 필요하다.
이를 위해 제어부(170)를 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)과 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 사이에서 결정된 상호 인덕턴스를 이용하여 중요도 메트릭스를 생성한다. 여기서 중요도는 어느 하나의 송신단과 각각의 수신단 사이에서 송신단에서 전송한 전력이 각 수신단에 미치는 영향의 정도를 나타내는 것으로 어느 하나의 송신단과 각 수신단 사이에서 상호 인덕턴스의 크기에 따라 결정되며, 상호 인덕턱스의 절대값을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 중요도 매트릭스는 각 송신기와 각 수신기 사이의 중요도를 나타내는 매트릭스에 관한 것으로 각 송신단과 각 수신단 사이에서 결정된 상호 인덕턴스를 이용하여 결정된다. 일 예로 각 송신단과 각 수신단 사이의 상호 인덕턱스는 [표 1]과 같이 상호 인덕턴스 매트릭스로 나타낼 수 있으며, [표 1]에서 Txt는 제t 번째 송신단, Rxq는 제q 번째 수신단, Mtq는 제t 번째 송신단과 제q 번째 수신단 사이의 상호 인덕턴스, at는 제t 번째 송신단과'0'이 아닌 상호 인덕턴스를 갖는 수신단의 전체 개수를 나타낸다.
Rx1 Rx2 ··· Rxq a
Tx1 M11 M12 ··· M1q a1
Tx2 M21 M22 ··· M2q a2
··· ··· ··· ··· ··· ···
Txt Mt1 Mt2 ··· Mtq at
제어부(170)는 [표 1]과 같이 송신단과 수신단 사이의 상호 인덕턴스가 결정되면 [표 2]와 같이 중요도 메트릭스를 결정한다. [표 2]에서 Wtq 는 제t 번째 송신단에 대한 제q 번째 수신단의 중요도를 나타낸다.
Rx1 Rx2 ··· Rxq
Tx1 W11 W12 ··· W1q
Tx2 W21 W22 ··· W2q
··· ··· ··· ··· ···
Txt Wt1 Wt2 ··· Wtq
중요도는 어느 하나의 송신단과 각 수신단 사이에서 결정되기 때문에 중요도의 최대값은 해당 송신단과'0'이 아닌 상호 인덕턴스를 갖는 수신단의 전체 개수(at)이고, 최대값과 최소값 사이는 중요도에 따라 최대값에서 소정의 값씩 차감하여 결정되며, 소정의 값은'1'이 바람직하다. 중요도의 최소값은 '0'이며, 어느 하나의 송신단과 각 수신단 사이에서 상호 인덕턴스가 '0'인 경우에는 최소값은'0'이 된다.
일 예로, 제1 및 제2 송신단에서 제1 내지 제3 수신단으로 전력을 전송하여 무선 충전이 진행되는 경우, 각 송신단과 수신단 사이에서 상호 인덕턴스가 결정되어 [표 3]과 같이 상호 인덕턴스 매트릭스가 생성되는 경우를 살펴본다. [표 3]에서 제1 송신단과 각 수신단 사이에서 '0'이 아닌 상호 인덕턴스를 갖는 수신기의 개수는 2개이며, 제2 송신단과 각 수신단 사이에서 0'이 아닌 상호 인덕턴스를 갖는 수신기의 개수는 2개이므로 a1 및 a2 는 '2'가 된다.
Rx1 Rx2 Rx3 a
Tx1 120 95 0 2
Tx2 0 -45 80 2
제1 및 제2 송신단과 제1 내지 제3 수신단 사이의 상호 인덕턴스 매트릭스가 생성되면 제어부(170)는 상호 인덕턴스를 이용하여 [표 4]와 같은 중요도 매트릭스를 결정한다.
Rx1 Rx2 Rx3
Tx1 2 1 0
Tx2 0 1 2
[표 4]에서 제1 송신단과 제1 내지 제3 수신단에서 상호 인덕턴스가 가장 높은 수신단은 제1 수신단이므로 제1 송신단에 대한 중요도가 최대인 수신단은 제1 수신단이며 a1이 '2'이므로 W11은 '2'가 된다. 제2 수신단은 두번째로 높은 상호 인덕턴스를 가지므로 최대값에서 '1'이 차감되고, 제3 수신단은 최소값으로 '0'이 된다. 제2 송신단의 경우 상호 인덕턴스가 가장 높은 수신단은 제3 수신단이므로 제2 송신단에 대한 중요도가 최대인 수신단은 제3 수신단이며 a2가 '2'이므로 중요도(W23)은 '2'가 된다. 제2 수신단은 두번째로 높은 상호 인덕턴스를 가지므로 최대값에서 '1'이 차감되고, 제1 수신단은 최소값으로 '0'이된다.
한편, 제어부(170)는 감지부(130)로부터 전송된 각 수신부의 수신 전압 또는 수신 전류를 이용하여 각 수신부의 현재 수신전력을 확인하며 각 수신부에서 목표 수신전력에 도달했는지 확인한다. 각 수신부에서 목표 수신전력에 도달하지 못한 경우에는 수신 전력을 증가시켜야 되며, 목표 수신전력에 도달한 경우에는 현재의 상태를 유지하고 목표 수신전력을 초과한 경우에는 수신 전력을 감소시켜야 된다. 이를 위해 제어부(170)는 [표 5]와 같은 각 수신단에 대한 수신 전력 제어방향 메트릭스를 결정한다.
Rx1 Rx2 ··· Rxq
목표 수신전력 PT1 PT2 ··· PTq
현재 수신전력 PC1 PC2 ··· PCq
수신전력 제어 방향 d1 d2 ··· dq
[표 5]에서 PTq는 제q 번째 수신단(210c)의 목표 수신전력, PCq는 제q 번째 수신단(210c)의 현재 수신전력, dq는 제q 수신단(210c)에 대한 수신 전력 제어 방향을 나타내는 것으로 '+1'은 현재 수신전력이 목표 수신전력에 도달하지 못해 수신 전력을 증가시켜야 되는 것을 나타내며, '-1'은 현재 수신전력이 목표 수신전력을 초과하여 수신 전력을 감소시켜야 되는 것을 나타내고,'0'은 현재 수신전력이 목표 수신전력에 도달하여 수신 전력을 유지시켜야 되는 것을 나타낸다. 일 예로, 제1 내지 제3 수신단에 대한 전력 제어방향 메트릭스는 [표 6]과 같이 나타낼 수 있다. [표 6]에서 제1 수신단은 현재 수신 전력이 목표 수신 전력을 초과하였으므로 수신 전력 제어 방향이 '-1'이 되고, 제2 수신단은 현재 수신 전력이 목표 수신 전력에 미달하였으므로 '+1'이 되며, 제3 수신단은 현재 수신 전력이 목표 수신 전력에 도달하였으므로 '0'이 된다.
Rx1 Rx2 Rx3
목표 수신전력 5 5 5
현재 수신전력 8 2 5
수신전력 제어 방향 -1 +1 0
제어부(170)는 각 수신단의 전력 제어방향 메트릭스가 결정되면 각 송신단의 출력 전류를 제어하여 각 수신단에 전송되는 전력을 조절한다. 이때, 하나의 송신단에서 전송하는 전력이 적어도 하나의 수신단에 영향을 미치므로 효율적인 전력 전송을 위해 모든 수신단의 수신 전력 제어 방향 또는 각 송신단에 대한 중요도가 가장 높은 수신단의 수신 전력 제어 방향을 고려하여 각 송신단의 출력 전류를 제어한다.
구체적으로 살펴보면, 먼저 제어부(170)는 [수학식 4]를 이용하여 모든 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 도달하였는지 확인한다.
[수학식 4]
Figure pat00009
모든 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 도달한 경우에는 각 수신단의 수신전력 제어 방향이'0'이 되기 때문에
Figure pat00010
의 값이 '0'이 되고, 어느 하나 이상의 수신단에서의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 미달하거나 초과한 경우에는 하나 이상의 수신단에서의 수신 전력 제어 방향이 '+1' 또는 '-1' 이므로
Figure pat00011
의 값이'0'을 초과하게 된다. 따라서, 제어부(170)는
Figure pat00012
의 값이 '0'인 경우에는 현 상태를 유지시키고,
Figure pat00013
의 값이 '0'을 초과하는 경우 [수학식 5]를 이용하여 모든 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 미달하거나 또는 초과하였는지 확인한다.
[수학식 5]
Figure pat00014
어느 하나 이상의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 도달한 경우 해당 수신단의 수신전력 변화는'0'이므로
Figure pat00015
는 '0'이 되고, 모든 수신단에서 현재 수신전력이 목표 수신전력에 미달하거나 초과한 경우에는
Figure pat00016
는 '-1' 또는 '+1'이 된다. 따라서 제어부(170)는
Figure pat00017
가 '-1' 또는 '+1'인 경우에는 모든 수신단에서 현재 수신전력이 목표 수신전력에 도달하지 못하였거나 초과한 것으로 판단하여 각 송신단의 출력 전류를 제어하여 각 수신단에 전송되는 전력을 조절한다. 또한,
Figure pat00018
가 '0'인 경우에는 각 송신단에 대한 가장 큰 상호 인덕턴스를 갖는 중요도가 가장 높은 수신단의 수신전력이 모두 목표 수신전력에 도달하였는지 [수학식 6]을 이용하여 확인한다.
[수학식 6]
Figure pat00019
이때, Dt는 제t 번째 송신단에 대한 중요도가 가장 높은 수신단에 대한 수신 전력 제어 방향
제어부(170)는
Figure pat00020
가 '0'인 경우에는 각 송신기에 대한 중요도가 가장 높은 수신단의 현재 수신전력이 모두 목표 수신 전력에 도달한 것으로 판단하여 현재의 상태를 유지시키고,
Figure pat00021
가 '0'을 초과한 경우에는 각 송신단의 출력 전류를 제어하여 각 수신단에 전송되는 전력을 조절한다. 일 예로, 제1 및 제2 송신단에 대한 중요도가 가장 높은 수신단에 대한 수신 전력 제어 방향을 나타내면 [표 7]과 같다. [표 7]에서 제1 송신단에 대한 중요도가 가장 높은 수신단은 현재 수신 전력이 목표 수신 전력을 초과하였으므로 수신 전력 제어 방향이 '-1'이 되고, 제2 송신단에 대한 중요도가 가장 높은 수신단은 현재 수신 전력이 목표 수신 전력에 도달하였으므로 '0'이 된다.
Dt
Tx1 -1
Tx2 0
각 수신단의 현재 수신전력을 조절하기 위해 각 송신단의 출력 전류 제어가 필요한 경우 제어부(170)는 [수학식 7]을 이용하여 각 송신단의 출력 전류를 제어한다.
[수학식 7]
Figure pat00022
이때, St는 제t 번째 송신단의 전류 제어 방향
Wtk 는 제t 번째 송신단에 대한 제k 번째 수신단의 중요도
dk는 제k 수신단에 대한 수신 전력 제어방향
제어부(170)는 'St > 0'인 경우 제 t 번째 송신단의 출력 전류를 증가시키고, 'St < 0'인 경우 제 t 번째 송신단의 출력 전류를 감소시키며,'St = 0'인 경우 제 t 번째 송신단의 출력 전류를 유지시킨다. 일 예로, 제1 및 제2 송신단에서 제1 내지 제3 수신단에 전력을 전송하는 경우 각 송신단과 각 수신단 사이의 중요도는 [표 8]과 같이 정리를 할 수 있다.
Rx1 Rx2 Rx3
Tx1 2 1 0
Tx2 0 1 2
이러한 가운데 d1은 (-1), d2는 (+1), d3은 (-1)인 경우 St는 다음과 같이 결정된다.
Figure pat00023
Figure pat00024
S1 은 0 보다 작기 때문에 제어부(170)는 제1 송신단의 출력 전류를 감소시키고, S2 는 0 보다 작기 때문에 제어부(170)는 제2 송신단의 출력 전류를 감소시킨다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 무선 전력 충전 장치(10)의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7을 참조하면, 제어부(170)는 임의의 물체가 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 충전 영역에 들어오면 해당 물체를 확인하고(700), 해당 물체가 무선 충전이 가능한 수신단인 경우(710의 예) 충전을 진행하고 이물질인 경우(710의 아니오) 충전을 진행하지 않는다. 충전을 진행하는 경우, 제어부(170)는 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)과 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c) 사이의 상호 인덕턴스를 결정하고 각 수신단에 대한 서브셋을 결정하여 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 출력 전류를 결정하여 충전을 진행한다(720).
이후, 제어부(170)는 수신단의 충전 상태를 모니터링하여 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)의 현재 수신전력이 모두 목표 수신전력에 도달하는지 확인한다. 도달한 경우(730의 예) 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 출력 전류를 현재의 상태로 유지하고(770), 도달하지 못한 경우(730의 아니오) 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)의 현재 수신전력이 모두 목표 수신전력에 미달 또는 초과하는지 확인한다. 미달 또는 초과한 경우(740의 예), 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)에 대한 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)의 중요도 및 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)에 대한 수신 전력 제어방향을 이용하여 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 출력 전류를 조절한다(760). 또한, 미달 또는 초과하지 않은 경우(740의 아니오), 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)에 대한 중요도가 가장 높은 수신단의 현재 수신전력이 모두 목표 수신전력에 도달하는지 확인한다. 도달한 경우(750의 예), 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 출력 전류를 현재의 상태로 유지하고(770), 도달하지 못한 경우(750의 아니오) 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)에 대한 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)의 중요도 및 제1 내지 제q 수신단(210a,210b,210c)에 대한 수신 전력 제어방향을 이용하여 제1 내지 제t 송신단(200a,200b,200c)의 출력 전류를 조절한다(760).
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 전원부 110: 증폭부
120: 통신부 130: 감지부
140: 공진부 150: 정류부
160: 변환부 170: 제어부

Claims (13)

  1. 무선 전력 충전 장치에 있어서,
    전원부로부터 제공된 전원을 이용하여 전력을 송신하며 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 송신 공진부를 각각 포함하는 적어도 하나의 송신단과;
    상기 적어도 하나의 송신단으로부터 전송된 전력을 수신하며 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 수신 공진부 및 수신된 전력을 이용하여 충전을 수행하는 부하를 각각 포함하는 적어도 하나의 수신단과;
    상기 적어도 하나의 송신단과 적어도 하나의 수신단 사이의 상호 인덕턴스를 이용하여 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 결정하여 무선 충전을 진행하고 상기 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 도달하는지 여부에 따라 상기 적어도 하나의 송신단에 대한 상기 적어도 하나의 수신단의 중요도 및 상기 적어도 하나의 수신단의 수신 전력을 조절하기 위한 수신 전력 제어 방향을 이용하여 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 조절하는 제어부를 포함하는 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 어느 하나의 송신단과 적어도 하나의 수신단 사이에서 송신단에서 전송한 전력이 각 수신단에 미치는 영향의 정도를 고려하여 상기 중요도를 결정하는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 어느 하나의 송신단과 적어도 하나의 수신단 사이에서의 상호 인덕턴스의 크기에 따라 중요도의 레벨을 결정하며,
    상기 어느 하나의 송신단과 적어도 하나의 수신단 사이에서 '0'이 아닌 상호 인덕턴스를 갖는 수신단의 전체 개수를 상기 중요도의 최상의 값으로 하고 차순위는 상기 최상의 값에서 소정의 값씩 차감하여 상기 중요도의 레벨을 결정하는 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 모두 도달한 경우 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 현재의 상태로 유지하고,
    상기 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 모두 미달 또는 초과한 경우 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 조절하는 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제어부는 [수학식 4]를 이용하여 상기 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 모두 도달한 것인지 결정하는 장치.
    [수학식 4]
    Figure pat00025

    이때, dk는 제k 수신단에 대한 수신 전력 제어 방향으로 (+1), 0 및 (-1) 중 어느 하나.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 제어부는 [수학식 5]를 이용하여 상기 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 모두 미달 또는 초과한 것인지 결정하는 장치.
    [수학식 5]
    Figure pat00026

    이때, dk는 제k 수신단에 대한 수신 전력 제어 방향으로 (+1), 0 및 (-1) 중 어느 하나.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 적어도 하나의 수신단의 일부의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 미달 또는 초과한 경우 상기 적어도 하나의 송신단에 대한 중요도가 최상인 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 도달하는지 여부에 따라 상기 송신단의 출력 전류를 조절하는 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제어부는 [수학식 6]을 이용하여 상기 적어도 하나의 송신단에 대한 중요도가 최상인 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 도달한 것인지 결정하는 장치.
    [수학식 6]
    Figure pat00027

    이때, Dt는 제t 번째 송신단에 대한 중요도가 최상인 수신단에 대한 수신 전력 제어 방향으로 (+1), 0 및 (-1) 중 어느 하나.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 [수학식 7]을 이용하여 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 조절하는 장치.
    [수학식 7]
    Figure pat00028

    이때, St는 제t 번째 송신단의 전류 제어 방향으로 증가, 감소 및 유지 중 어느 하나
    Wtk 는 제t 번째 송신단에 대한 제k 번째 수신단의 중요도
    dk는 제k 수신단에 대한 수신 전력 제어방향으로 (+1), 0 및 (-1) 중 어느 하나.
  10. 무선 전력 충전 방법에 있어서,
    전원부로부터 제공된 전원을 이용하여 전력을 송신하며 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 송신 공진부를 각각 포함하는 적어도 하나의 송신단 및 상기 적어도 하나의 송신단으로부터 전송된 전력을 수신하며 하나의 캐패시터와 하나의 인덕터를 포함하는 수신 공진부 및 수신된 전력을 이용하여 충전을 수행하는 부하를 각각 포함하는 적어도 하나의 수신단 사이의 상호 인덕턴스를 결정하는 과정과;
    상기 적어도 하나의 송신단과 적어도 하나의 수신단 사이의 상호 인덕턴스를 이용하여 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 결정하여 무선 충전을 진행하는 과정과;
    상기 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 도달하는지 여부에 따라 상기 적어도 하나의 송신단에 대한 상기 적어도 하나의 수신단의 중요도 및 상기 적어도 하나의 수신단의 수신 전력을 조절하기 위한 수신 전력 제어방향을 이용하여 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 조절하는 과정을 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 송신단의 출력 전류를 조절하는 과정은,
    어느 하나의 송신단과 적어도 하나의 수신단 사이에서 '0'이 아닌 상호 인덕턴스를 갖는 수신단의 전체 개수를 확인하는 과정과;
    상기 전체 개수를 상기 중요도의 최상의 값으로 하고, 차순위는 상기 최상의 값에서 소정의 값씩 차감하여 중요도의 레벨을 결정하는 과정을 포함하는 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 송신단의 출력 전류를 조절하는 과정은,
    상기 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 모두 도달한 경우 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 현재의 상태로 유지하는 과정과;
    상기 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 모두 미달 또는 초과한 경우 상기 적어도 하나의 송신단의 출력 전류를 조절하는 과정을 포함하는 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 송신단의 출력 전류를 조절하는 과정은,
    상기 적어도 하나의 수신단의 일부의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 미달 또는 초과한 경우 상기 적어도 하나의 송신단에 대한 중요도가 최상인 적어도 하나의 수신단의 현재 수신전력이 목표 수신전력에 도달하는지 여부에 따라 상기 송신단의 출력 전류를 조절하는 과정을 포함하는 방법.
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