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KR102155807B1 - 복수의 무선 전력 전송 장치들을 이용한 무선 충전 시스템에서의 전력 전송 효율을 개선하기 위한 입력 전원 제어 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

복수의 무선 전력 전송 장치들을 이용한 무선 충전 시스템에서의 전력 전송 효율을 개선하기 위한 입력 전원 제어 장치 및 그 동작 방법 Download PDF

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KR102155807B1
KR102155807B1 KR1020190078769A KR20190078769A KR102155807B1 KR 102155807 B1 KR102155807 B1 KR 102155807B1 KR 1020190078769 A KR1020190078769 A KR 1020190078769A KR 20190078769 A KR20190078769 A KR 20190078769A KR 102155807 B1 KR102155807 B1 KR 102155807B1
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KR
South Korea
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power transmission
wireless power
transmission devices
input
magnitude
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Active
Application number
KR1020190078769A
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English (en)
Inventor
안덕주
김도현
Original Assignee
인천대학교 산학협력단
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
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Abstract

복수의 무선 전력 전송 장치들을 이용한 무선 충전 시스템에서의 전력 전송 효율을 개선하기 위한 입력 전원 제어 장치 및 그 동작 방법이 개시된다. 본 발명은 복수의 무선 전력 전송 장치들을 이용한 무선 충전 시스템에서 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각의 송신 코일에서의 상호 인덕턴스와 전류 간의 비율을 모두 동일한 값으로 일치시킬 수 있는 입력 전원 제어 장치 및 그 동작 방법을 제시함으로써, 무선 전력 전송에 따른 효율을 개선할 수 있다.

Description

복수의 무선 전력 전송 장치들을 이용한 무선 충전 시스템에서의 전력 전송 효율을 개선하기 위한 입력 전원 제어 장치 및 그 동작 방법{INPUT POWER CONTROL DEVICE FOR IMPROVING POWER TRANSMISSION EFFICIENCY IN A WIRELESS CHARGING SYSTEM USING A PLURALITY OF WIRELESS POWER TRANSMISSION DEVICES AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 복수의 무선 전력 전송 장치들을 이용한 무선 충전 시스템에서의 전력 전송 효율을 개선하기 위한 입력 전원 제어 장치 및 그 동작 방법에 대한 것이다.
최근, 유선 방식의 충전 기법이 사용자의 편의를 저해한다는 점에서, 무선 방식으로 휴대용 기기의 배터리를 충전할 수 있도록 하는 무선 충전 기술이 도입되고 있다.
이러한 무선 충전 기술로는 전자기 유도에 따른 무선 충전 기법과 자기 공명에 따른 무선 충전 기법이 존재한다. 전자기 유도에 따른 무선 충전 기법과 자기 공명에 따른 무선 충전 기법은 모두 근역장에서 코일 주위에 존재하는 비 방사형 감쇄교류 신호를 사용한다. 즉, 무선 전력 전송 장치의 1차 코일과 무선 전력 수신 장치의 2차 코일 간의 유도 결합을 이용하여 접촉단자 없이 배터리를 충전시키는 방식을 도입하고 있다.
최근에는 무선 충전의 효율을 증대시키기 위해, 복수의 무선 전력 전송 장치들을 이용해서 하나의 무선 전력 수신 장치에 무선 전력을 전송하는 시스템이 도입되고 있다.
관련해서, 도 1에는 복수의 무선 전력 전송 장치들(111, 112, 113)을 이용하여 무선 전력 수신 장치(120)로 무선 전력을 전송하는 시스템의 예시가 도시되어 있다.
이렇게, 복수의 무선 전력 전송 장치들(111, 112, 113)을 이용한 무선 충전 시스템에서는 시스템의 특성상 복수의 무선 전력 전송 장치들(111, 112, 113) 각각의 송신 코일과 무선 전력 수신 장치(120)의 수신 코일 간의 상호 인덕턴스의 크기에 맞추어 복수의 무선 전력 전송 장치들(111, 112, 113) 각각의 송신 코일에 인가되는 전류를 조절하면, 무선 전력 전송 효율을 증대시킬 수 있다.
특히, 복수의 무선 전력 전송 장치들(111, 112, 113) 각각의 상호 인덕턴스와 복수의 무선 전력 전송 장치들(111, 112, 113) 각각의 전류 간의 크기 비율이 복수의 무선 전력 전송 장치들(111, 112, 113) 각각에 대해 모두 일정한 값으로 일치하게 되는 경우, 최대의 무선 전력 전송 효율을 획득할 수 있다.
관련해서, 무선 전력 전송 장치 1(111), 무선 전력 전송 장치 2(112), 무선 전력 전송 장치 3(113) 각각에서의 상호 인덕턴스를 M1, M2, M3이라고 하고, 무선 전력 전송 장치 1(111), 무선 전력 전송 장치 2(112), 무선 전력 전송 장치 3(113) 각각에서의 송신 코일에 인가되는 전류를 ITX _1, ITX _2, ITX _3, 이라고 한다면, 본 무선 충전 시스템에서는
Figure 112019067179969-pat00001
으로 그 크기 비율을 모두 동일하게 맞추는 경우, 최대의 무선 전력 전송 효율을 획득할 수 있다.
이와 관련해서, 도 2에는 각 무선 전력 전송 장치(111, 112, 113)의 상호 인덕턴스와 전류 간의 크기 비율에 따른 전력 손실 정도를 나타낸 실험 데이터 그래프가 도시되어 있다.
도 2의 도면부호 210에 도시된 그림과 같이, 복수의 무선 전력 전송 장치들(111, 112, 113) 각각의 상호 인덕턴스와 전류의 비율을 모두 동일한 값으로 일치시키는 경우, 무선 전력 전송에 따른 전력 손실을 최소화할 수 있어, 크기 비율을 다르게 설정하는 것과 비교하여 최대의 무선 전력 전송 효율을 획득할 수 있게 된다.
따라서, 무선 충전 시스템에 있어서, 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각의 상호 인덕턴스와 송신 코일 전류 간의 비율을 동일한 값으로 맞추어 최대의 무선 전력 전송 효율을 획득할 수 있도록 지원하기 위한 제어 장치에 대한 연구가 필요하다.
본 발명은 복수의 무선 전력 전송 장치들을 이용한 무선 충전 시스템에서 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각의 송신 코일에서의 상호 인덕턴스와 전류 간의 비율을 모두 동일한 값으로 일치시킬 수 있는 입력 전원 제어 장치 및 그 동작 방법을 제시함으로써, 무선 전력 전송에 따른 효율을 개선할 수 있도록 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 복수의 무선 전력 전송 장치들을 이용한 무선 충전 시스템에서의 전력 전송 효율을 개선하기 위한 입력 전원 제어 장치는 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 대해 직류 전원을 공급하는 직류 전원 공급부 및 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각의 송신 코일에서 확인되는 무선 전력 수신 장치의 수신 코일과의 상호 인덕턴스와 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각의 송신 코일에 인가되는 전류 간의 크기 비율이 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 대해 모두 일치하도록, 상기 직류 전원 공급부에 의해 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 인가되는 직류 전압의 크기를 조정하는 전압 제어부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 무선 전력 전송 장치들을 이용한 무선 충전 시스템에서의 전력 전송 효율을 개선하기 위한 입력 전원 제어 장치의 동작 방법은 직류 전원 공급부가, 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 대해 직류 전원을 공급하는 단계 및 전압 제어부가, 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각의 송신 코일에서 확인되는 무선 전력 수신 장치의 수신 코일과의 상호 인덕턴스와 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각의 송신 코일에 인가되는 전류 간의 크기 비율이 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 대해 모두 일치하도록, 상기 직류 전원 공급부에 의해 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 인가되는 직류 전압의 크기를 조정하는 단계를 포함한다.
본 발명은 복수의 무선 전력 전송 장치들을 이용한 무선 충전 시스템에서 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각의 송신 코일에서의 상호 인덕턴스와 전류 간의 비율을 모두 동일한 값으로 일치시킬 수 있는 입력 전원 제어 장치 및 그 동작 방법을 제시함으로써, 무선 전력 전송에 따른 효율을 개선할 수 있다.
도 1은 복수의 무선 전력 전송 장치들을 이용한 무선 충전 시스템의 일례를 도시한 도면이다.
도 2는 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각의 상호 인덕턴스와 송신 코일 전류 간의 크기 비율에 따라 발생하는 전력 손실 정도를 측정한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 무선 전력 전송 장치들을 이용한 무선 충전 시스템에서의 전력 전송 효율을 개선하기 위한 입력 전원 제어 장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 무선 전력 전송 장치들을 이용한 무선 충전 시스템에서의 전력 전송 효율을 개선하기 위한 입력 전원 제어 장치의 동작 방법을 도시한 순서도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 이러한 설명은 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 사용하였으며, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 본 명세서 상에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
본 문서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예들에 있어서, 각 구성요소들, 기능 블록들 또는 수단들은 하나 또는 그 이상의 하부 구성요소로 구성될 수 있고, 각 구성요소들이 수행하는 전기, 전자, 기계적 기능들은 전자회로, 집적회로, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등 공지된 다양한 소자들 또는 기계적 요소들로 구현될 수 있으며, 각각 별개로 구현되거나 2 이상이 하나로 통합되어 구현될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 무선 전력 전송 장치들을 이용한 무선 충전 시스템에서의 전력 전송 효율을 개선하기 위한 입력 전원 제어 장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 3에는 본 발명에 따른 입력 전원 제어 장치(110), 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 및 무선 전력 수신 장치(330)가 도시되어 있다.
본 발명에 따른 입력 전원 제어 장치(110)는 직류 전원 공급부(311) 및 전압 제어부(312)를 포함한다.
직류 전원 공급부(311)는 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각에 대해 직류 전원을 공급한다.
전압 제어부(312)는 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각의 송신 코일에서 확인되는 무선 전력 수신 장치(330)의 수신 코일과의 상호 인덕턴스와 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각의 송신 코일에 인가되는 전류 간의 크기 비율이 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각에 대해 모두 일치하도록, 직류 전원 공급부(311)에 의해 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각에 인가되는 직류 전압의 크기를 조정한다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각은 직류 전원 공급부(311)에 의해 인가되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터 스위치(301), 인버터 스위치(301)에 연결되는 제1 인덕터(302)와 제1 커패시터(303), 및 제1 커패시터(303)와 병렬로 연결된 제2 커패시터(304)로 구성되되, 제2 커패시터(304)에 송신 코일(305)이 직렬로 연결된 회로 구조를 갖는 LCC 인버터로 구성될 수 있다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 전압 제어부(312)는 저항 측정부(313) 및 입력 저항 조정부(314)를 포함할 수 있다.
저항 측정부(313)는 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각에 대한 입력 저항의 크기를 측정한다.
입력 저항 조정부(314)는 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각에서 측정된 입력 저항의 크기를 기초로 직류 전원 공급부(311)에 의해 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각에 인가되는 직류 전압의 크기를 조정함으로써, 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각에 대한 입력 저항의 크기를 모두 동일한 값으로 일치시킨다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각은 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각에 대한 입력 저항의 크기가 모두 동일한 값으로 일치하게 되는 경우, 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각의 송신 코일의 반사 저항이 모두 일치하게 됨에 따라 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각의 송신 코일에서의 상호 인덕턴스와 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각의 송신 코일에 인가되는 전류 간의 크기 비율이 모두 동일한 비례 상수로 고정되어 동작할 수 있다.
관련해서, 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 중 도 3에 도시된 그림과 같이, k번째 무선 전력 전송 장치(322)에서의 동작 특성을 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
도 3에 도시된 그림과 같이, k번째 무선 전력 전송 장치(322)와 무선 전력 수신 장치(330)가 존재한다고 하였을 때, k번째 무선 전력 전송 장치(322)의 송신 코일(305)에서의 반사 저항(RRefl _k)은 하기의 수학식 1과 같이 연산될 수 있다.
Figure 112019067179969-pat00002
k번째 무선 전력 전송 장치(322)의 송신 코일(305)에서의 반사 저항(RRefl _k)이 상기 수학식 1과 같이 연산될 수 있기 때문에, 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각에서의 상호 인덕턴스 MN과 전류 ITX _N 간의 비율이
Figure 112019067179969-pat00003
와 같이 동일한 비례 상수로 고정되는 경우, 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각의 송신 코일에서의 반사 저항은 모두 일치하게 된다.
이때, k번째 무선 전력 전송 장치(322)에 인가되는 입력 저항(Rinv _k)은 k번째 무선 전력 전송 장치(322)의 송신 코일(305)에서의 반사 저항(RRefl_k)과의 관계에서 하기의 수학식 2로 연산될 수 있다.
Figure 112019067179969-pat00004
상기 수학식 2에서 확인할 수 있는 것처럼, k번째 무선 전력 전송 장치(322)에 인가되는 입력 저항(Rinv_k)은 k번째 무선 전력 전송 장치(322)의 송신 코일(305)에서의 반사 저항(RRefl _k)의 크기에 따라 변하고, 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각은 동일한 소자를 사용한 장치로, RC, LC, RTx가 모두 같기 때문에, 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각의 반사 저항이 모두 일치하는 경우, 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각의 입력 저항도 모두 동일한 값으로 일치하게 된다.
결국, 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각의 입력 저항을 모두 동일한 값으로 일치시키게 되면, 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각의 송신 코일에서의 반사 저항이 동일한 값으로 일치하게 되고, 이로 인해, 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각의 송신 코일에서의 상호 인덕턴스와 전류 간의 크기 비율은 모두 동일한 비례 상수로 고정되게 된다.
이에, 본 발명에 따른 입력 저항 조정부(314)는 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각에서 측정된 입력 저항의 크기를 기초로 직류 전원 공급부(311)에 의해 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각에 인가되는 직류 전압의 크기를 조정함으로써, 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각에 대한 입력 저항의 크기를 모두 동일한 값으로 일치시켜, 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각의 송신 코일에서의 상호 인덕턴스와 전류 간의 크기 비율이 모두 동일한 비례 상수로 고정되도록 제어할 수 있다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 전압 제어부(312)는 기준 저항 값 저장부(315)를 더 포함할 수 있다.
기준 저항 값 저장부(315)에는 미리 설정된 기준 저항 값이 저장되어 있다.
이때, 입력 저항 조정부(314)는 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각에서 측정된 입력 저항의 크기를 기초로 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각에 대한 입력 저항의 크기가 상기 기준 저항 값과 동일하게 되도록 직류 전원 공급부(311)에 의해 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각에 인가되는 직류 전압의 크기를 조정할 수 있다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 입력 저항 조정부(314)는 감소 제어부(316) 및 증가 제어부(317)를 포함할 수 있다.
감소 제어부(316)는 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 중 어느 하나인 제1 무선 전력 전송 장치에서 측정된 입력 저항의 크기가 상기 기준 저항 값을 초과하는 경우, 상기 제1 무선 전력 전송 장치에서 측정되는 입력 저항의 크기가 상기 기준 저항 값과 일치하게 될 때까지 직류 전원 공급부(311)에 의해 상기 제1 무선 전력 전송 장치에 인가되는 직류 전압의 크기를 감소시킨다.
그리고, 증가 제어부(317)는 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 중 어느 하나인 제2 무선 전력 전송 장치에서 측정된 입력 저항의 크기가 상기 기준 저항 값 미만인 경우, 상기 제2 무선 전력 전송 장치에서 측정되는 입력 저항의 크기가 상기 기준 저항 값과 일치하게 될 때까지 직류 전원 공급부(311)에 의해 상기 제2 무선 전력 전송 장치에 인가되는 직류 전압의 크기를 증가시킨다.
관련해서, k번째 무선 전력 전송 장치(322)에서의 입력 저항(Rinv _k)은 k번째 무선 전력 전송 장치(322)에 인가되는 직류 전압(Vinv _k) 및 직류 전류(Iinv _k)와 관계에서 하기의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019067179969-pat00005
따라서, 감소 제어부(316)는 k번째 무선 전력 전송 장치(322)에서 측정된 입력 저항(Rinv _k)의 크기가 상기 기준 저항 값을 초과하는 경우, 상기 입력 저항(Rinv _k)의 크기를 감소시키기 위해, k번째 무선 전력 전송 장치(322)에 인가되는 직류 전압(Vinv_k)의 크기를 감소시킬 수 있다.
또한, 증가 제어부(317)는 k번째 무선 전력 전송 장치(322)에서 측정된 입력 저항(Rinv _k)의 크기가 상기 기준 저항 값 미만인 경우, 상기 입력 저항(Rinv _k)의 크기를 증가시키기 위해, k번째 무선 전력 전송 장치(322)에 인가되는 직류 전압(Vinv_k)의 크기를 증가시킬 수 있다.
이러한 방식으로, 본 발명에 따른 입력 전원 제어 장치(310)는 직류 전원 공급부(311)에 의해 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각에 인가되는 직류 전압의 크기를 조정하여 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각에 대한 입력 저항의 크기가 상기 기준 저항 값과 동일하게 되도록 제어할 수 있다. 이로 인해, 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각의 송신 코일에서의 반사 저항은 동일한 값으로 일치하게 되고, 그 결과, 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각의 송신 코일에서의 상호 인덕턴스와 전류 간의 크기 비율이 모두 동일한 비례 상수로 고정됨으로써, 최대 효율의 무선 전송 효율이 달성될 수 있게 된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 입력 전원 제어 장치(310)는 기준 저항 결정부(318)를 더 포함할 수 있다.
기준 저항 결정부(318)는 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각에 대한 입력 저항의 크기가 상기 기준 저항 값과 동일하게 조정되면, 상기 기준 저항 값의 크기를 조정하면서 상기 기준 저항 값의 크기 조정에 대응하여 발생하는 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각에 대한 입력 저항의 크기 변화에 따른 무선 전력 전송 효율을 반복적으로 체크함으로써, 상기 무선 전력 전송 효율이 최대가 되는 시점에서의 상기 기준 저항 값의 크기를 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각에 인가되는 직류 전압의 크기를 조정하기 위한 최종 기준 저항 값의 크기로 결정한다.
즉, 기준 저항 결정부(318)는 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각에서의 상호 인덕턴스와 전류의 크기 비율이 동일한 값으로 고정되면, 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각의 송신 코일에 인가되는 전류의 크기를 동시에 증가 또는 감소시켜서 무선 전송 효율을 보다 높이기 위해, 기준 저항 값 저장부(315)에 저장되어 있는 상기 기준 저항 값의 크기를 조정할 수 있다.
상기 기준 저항 값의 크기가 조정되면, 본 발명의 입력 전원 제어 장치(310)에 의해 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각에 인가되는 직류 전압의 크기가 다시 조정될 것이고, 이로 인해, 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323) 각각의 송신 코일에 인가되는 전류의 크기가 동시에 증가 또는 감소될 수 있다.
이때, 기준 저항 결정부(318)는 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323)을 통해 전송되는 무선 전력의 전송 효율을 체크하여 최대의 효율이 되는 시점에서의 기준 저항 값의 크기를 최종 기준 저항 값으로 결정함으로써, 복수의 무선 전력 전송 장치들(321, 322, 323)이 상기 최종 기준 저항 값을 기초로 동작하도록 제어할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 무선 전력 전송 장치들을 이용한 무선 충전 시스템에서의 전력 전송 효율을 개선하기 위한 입력 전원 제어 장치의 동작 방법을 도시한 순서도이다.
단계(S410)에서는 직류 전원 공급부가, 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 대해 직류 전원을 공급한다.
단계(S420)에서는 전압 제어부가, 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각의 송신 코일에서 확인되는 무선 전력 수신 장치의 수신 코일과의 상호 인덕턴스와 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각의 송신 코일에 인가되는 전류 간의 크기 비율이 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 대해 모두 일치하도록, 상기 직류 전원 공급부에 의해 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 인가되는 직류 전압의 크기를 조정한다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 단계(S420)에서는 저항 측정부가, 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 대한 입력 저항의 크기를 측정하는 단계 및 입력 저항 조정부가, 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에서 측정된 입력 저항의 크기를 기초로 상기 직류 전원 공급부에 의해 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 인가되는 직류 전압의 크기를 조정함으로써, 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 대한 입력 저항의 크기를 모두 동일한 값으로 일치시키는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 단계(S420)에서는 미리 설정된 기준 저항 값이 저장되어 있는 기준 저항 값 저장부를 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 동일한 값으로 일치시키는 단계는 상기 입력 저항 조정부가, 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에서 측정된 입력 저항의 크기를 기초로 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 대한 입력 저항의 크기가 상기 기준 저항 값과 동일하게 되도록 상기 직류 전원 공급부에 의해 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 인가되는 직류 전압의 크기를 조정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 동일한 값으로 일치시키는 단계는 감소 제어부가, 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 중 어느 하나인 제1 무선 전력 전송 장치에서 측정된 입력 저항의 크기가 상기 기준 저항 값을 초과하는 경우, 상기 제1 무선 전력 전송 장치에서 측정되는 입력 저항의 크기가 상기 기준 저항 값과 일치하게 될 때까지 상기 직류 전원 공급부에 의해 상기 제1 무선 전력 전송 장치에 인가되는 직류 전압의 크기를 감소시키는 단계 및 증가 제어부가, 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 중 어느 하나인 제2 무선 전력 전송 장치에서 측정된 입력 저항의 크기가 상기 기준 저항 값 미만인 경우, 상기 제2 무선 전력 전송 장치에서 측정되는 입력 저항의 크기가 상기 기준 저항 값과 일치하게 될 때까지 상기 직류 전원 공급부에 의해 상기 제2 무선 전력 전송 장치에 인가되는 직류 전압의 크기를 증가시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 입력 전원 제어 장치의 동작 방법은 기준 저항 결정부가, 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 대한 입력 저항의 크기가 상기 기준 저항 값과 동일하게 조정되면, 상기 기준 저항 값의 크기를 조정하면서 상기 기준 저항 값의 크기 조정에 대응하여 발생하는 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 대한 입력 저항의 크기 변화에 따른 무선 전력 전송 효율을 반복적으로 체크함으로써, 상기 무선 전력 전송 효율이 최대가 되는 시점에서의 상기 기준 저항 값의 크기를 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 인가되는 직류 전압의 크기를 조정하기 위한 최종 기준 저항 값의 크기로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각은 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 대한 입력 저항의 크기가 모두 동일한 값으로 일치하게 되는 경우, 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각의 송신 코일의 반사 저항이 모두 일치하게 됨에 따라 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각의 송신 코일에서의 상호 인덕턴스와 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각의 송신 코일에 인가되는 전류 간의 크기 비율이 모두 동일한 비례 상수로 고정되어 동작할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각은 상기 직류 전원 공급부에 의해 인가되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터 스위치, 상기 인버터 스위치에 연결되는 제1 인덕터와 제1 커패시터, 및 상기 제1 커패시터와 병렬로 연결된 제2 커패시터로 구성되되, 상기 제2 커패시터에 송신 코일이 직렬로 연결된 회로 구조를 갖는 LCC 인버터로 구성될 수 있다.
이상, 도 4를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 무선 전력 전송 장치들을 이용한 무선 충전 시스템에서의 전력 전송 효율을 개선하기 위한 입력 전원 제어 장치의 동작 방법에 대해 설명하였다. 여기서, 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 무선 전력 전송 장치들을 이용한 무선 충전 시스템에서의 전력 전송 효율을 개선하기 위한 입력 전원 제어 장치의 동작 방법은 도 3을 이용하여 설명한 복수의 무선 전력 전송 장치들을 이용한 무선 충전 시스템에서의 전력 전송 효율을 개선하기 위한 입력 전원 제어 장치(310)의 동작에 대한 구성과 대응될 수 있으므로, 이에 대한 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
310: 복수의 무선 전력 전송 장치들을 이용한 무선 충전 시스템에서의 전력 전송 효율을 개선하기 위한 입력 전원 제어 장치
311: 직류 전원 공급부 312: 전압 제어부
313: 저항 측정부 314: 입력 저항 조정부
315: 기준 저항 값 저장부 316: 감소 제어부
317: 증가 제어부 318: 기준 저항 결정부
321, 322, 323: 복수의 무선 전력 전송 장치들
330: 무선 전력 수신 장치

Claims (14)

  1. 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 대해 직류 전원을 공급하는 직류 전원 공급부; 및
    상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각의 송신 코일에서 확인되는 무선 전력 수신 장치의 수신 코일과의 상호 인덕턴스와 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각의 송신 코일에 인가되는 전류 간의 크기 비율이 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 대해 모두 일치하도록, 상기 직류 전원 공급부에 의해 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 인가되는 직류 전압의 크기를 조정하는 전압 제어부
    를 포함하고,
    상기 전압 제어부는
    상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 대한 입력 저항의 크기를 측정하는 저항 측정부; 및
    상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에서 측정된 입력 저항의 크기를 기초로 상기 직류 전원 공급부에 의해 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 인가되는 직류 전압의 크기를 조정함으로써, 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 대한 입력 저항의 크기를 모두 동일한 값으로 일치시키는 입력 저항 조정부
    를 포함하는 복수의 무선 전력 전송 장치들을 이용한 무선 충전 시스템에서의 전력 전송 효율을 개선하기 위한 입력 전원 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전압 제어부는
    미리 설정된 기준 저항 값이 저장되어 있는 기준 저항 값 저장부
    를 더 포함하고,
    상기 입력 저항 조정부는
    상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에서 측정된 입력 저항의 크기를 기초로 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 대한 입력 저항의 크기가 상기 기준 저항 값과 동일하게 되도록 상기 직류 전원 공급부에 의해 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 인가되는 직류 전압의 크기를 조정하는 복수의 무선 전력 전송 장치들을 이용한 무선 충전 시스템에서의 전력 전송 효율을 개선하기 위한 입력 전원 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 입력 저항 조정부는
    상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 중 어느 하나인 제1 무선 전력 전송 장치에서 측정된 입력 저항의 크기가 상기 기준 저항 값을 초과하는 경우, 상기 제1 무선 전력 전송 장치에서 측정되는 입력 저항의 크기가 상기 기준 저항 값과 일치하게 될 때까지 상기 직류 전원 공급부에 의해 상기 제1 무선 전력 전송 장치에 인가되는 직류 전압의 크기를 감소시키는 감소 제어부; 및
    상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 중 어느 하나인 제2 무선 전력 전송 장치에서 측정된 입력 저항의 크기가 상기 기준 저항 값 미만인 경우, 상기 제2 무선 전력 전송 장치에서 측정되는 입력 저항의 크기가 상기 기준 저항 값과 일치하게 될 때까지 상기 직류 전원 공급부에 의해 상기 제2 무선 전력 전송 장치에 인가되는 직류 전압의 크기를 증가시키는 증가 제어부
    를 포함하는 복수의 무선 전력 전송 장치들을 이용한 무선 충전 시스템에서의 전력 전송 효율을 개선하기 위한 입력 전원 제어 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 대한 입력 저항의 크기가 상기 기준 저항 값과 동일하게 조정되면, 상기 기준 저항 값의 크기를 조정하면서 상기 기준 저항 값의 크기 조정에 대응하여 발생하는 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 대한 입력 저항의 크기 변화에 따른 무선 전력 전송 효율을 반복적으로 체크함으로써, 상기 무선 전력 전송 효율이 최대가 되는 시점에서의 상기 기준 저항 값의 크기를 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 인가되는 직류 전압의 크기를 조정하기 위한 최종 기준 저항 값의 크기로 결정하는 기준 저항 결정부
    를 더 포함하는 복수의 무선 전력 전송 장치들을 이용한 무선 충전 시스템에서의 전력 전송 효율을 개선하기 위한 입력 전원 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각은 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 대한 입력 저항의 크기가 모두 동일한 값으로 일치하게 되는 경우, 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각의 송신 코일의 반사 저항이 모두 일치하게 됨에 따라 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각의 송신 코일에서의 상호 인덕턴스와 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각의 송신 코일에 인가되는 전류 간의 크기 비율이 모두 동일한 비례 상수로 고정되어 동작하는 복수의 무선 전력 전송 장치들을 이용한 무선 충전 시스템에서의 전력 전송 효율을 개선하기 위한 입력 전원 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각은 상기 직류 전원 공급부에 의해 인가되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터 스위치, 상기 인버터 스위치에 연결되는 제1 인덕터와 제1 커패시터, 및 상기 제1 커패시터와 병렬로 연결된 제2 커패시터로 구성되되, 상기 제2 커패시터에 송신 코일이 직렬로 연결된 회로 구조를 갖는 LCC 인버터로 구성되는 복수의 무선 전력 전송 장치들을 이용한 무선 충전 시스템에서의 전력 전송 효율을 개선하기 위한 입력 전원 제어 장치.
  8. 직류 전원 공급부가, 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 대해 직류 전원을 공급하는 단계; 및
    전압 제어부가, 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각의 송신 코일에서 확인되는 무선 전력 수신 장치의 수신 코일과의 상호 인덕턴스와 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각의 송신 코일에 인가되는 전류 간의 크기 비율이 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 대해 모두 일치하도록, 상기 직류 전원 공급부에 의해 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 인가되는 직류 전압의 크기를 조정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 직류 전압의 크기를 조정하는 단계는
    저항 측정부가, 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 대한 입력 저항의 크기를 측정하는 단계; 및
    입력 저항 조정부가, 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에서 측정된 입력 저항의 크기를 기초로 상기 직류 전원 공급부에 의해 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 인가되는 직류 전압의 크기를 조정함으로써, 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 대한 입력 저항의 크기를 모두 동일한 값으로 일치시키는 단계
    를 포함하는 복수의 무선 전력 전송 장치들을 이용한 무선 충전 시스템에서의 전력 전송 효율을 개선하기 위한 입력 전원 제어 장치의 동작 방법.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 직류 전압의 크기를 조정하는 단계는
    미리 설정된 기준 저항 값이 저장되어 있는 기준 저항 값 저장부를 유지하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 동일한 값으로 일치시키는 단계는
    상기 입력 저항 조정부가, 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에서 측정된 입력 저항의 크기를 기초로 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 대한 입력 저항의 크기가 상기 기준 저항 값과 동일하게 되도록 상기 직류 전원 공급부에 의해 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 인가되는 직류 전압의 크기를 조정하는 복수의 무선 전력 전송 장치들을 이용한 무선 충전 시스템에서의 전력 전송 효율을 개선하기 위한 입력 전원 제어 장치의 동작 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 동일한 값으로 일치시키는 단계는
    감소 제어부가, 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 중 어느 하나인 제1 무선 전력 전송 장치에서 측정된 입력 저항의 크기가 상기 기준 저항 값을 초과하는 경우, 상기 제1 무선 전력 전송 장치에서 측정되는 입력 저항의 크기가 상기 기준 저항 값과 일치하게 될 때까지 상기 직류 전원 공급부에 의해 상기 제1 무선 전력 전송 장치에 인가되는 직류 전압의 크기를 감소시키는 단계; 및
    증가 제어부가, 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 중 어느 하나인 제2 무선 전력 전송 장치에서 측정된 입력 저항의 크기가 상기 기준 저항 값 미만인 경우, 상기 제2 무선 전력 전송 장치에서 측정되는 입력 저항의 크기가 상기 기준 저항 값과 일치하게 될 때까지 상기 직류 전원 공급부에 의해 상기 제2 무선 전력 전송 장치에 인가되는 직류 전압의 크기를 증가시키는 단계
    를 포함하는 복수의 무선 전력 전송 장치들을 이용한 무선 충전 시스템에서의 전력 전송 효율을 개선하기 위한 입력 전원 제어 장치의 동작 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    기준 저항 결정부가, 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 대한 입력 저항의 크기가 상기 기준 저항 값과 동일하게 조정되면, 상기 기준 저항 값의 크기를 조정하면서 상기 기준 저항 값의 크기 조정에 대응하여 발생하는 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 대한 입력 저항의 크기 변화에 따른 무선 전력 전송 효율을 반복적으로 체크함으로써, 상기 무선 전력 전송 효율이 최대가 되는 시점에서의 상기 기준 저항 값의 크기를 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 인가되는 직류 전압의 크기를 조정하기 위한 최종 기준 저항 값의 크기로 결정하는 단계
    를 더 포함하는 복수의 무선 전력 전송 장치들을 이용한 무선 충전 시스템에서의 전력 전송 효율을 개선하기 위한 입력 전원 제어 장치의 동작 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각은 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각에 대한 입력 저항의 크기가 모두 동일한 값으로 일치하게 되는 경우, 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각의 송신 코일의 반사 저항이 모두 일치하게 됨에 따라 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각의 송신 코일에서의 상호 인덕턴스와 상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각의 송신 코일에 인가되는 전류 간의 크기 비율이 모두 동일한 비례 상수로 고정되어 동작하는 복수의 무선 전력 전송 장치들을 이용한 무선 충전 시스템에서의 전력 전송 효율을 개선하기 위한 입력 전원 제어 장치의 동작 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 무선 전력 전송 장치들 각각은 상기 직류 전원 공급부에 의해 인가되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터 스위치, 상기 인버터 스위치에 연결되는 제1 인덕터와 제1 커패시터, 및 상기 제1 커패시터와 병렬로 연결된 제2 커패시터로 구성되되, 상기 제2 커패시터에 송신 코일이 직렬로 연결된 회로 구조를 갖는 LCC 인버터로 구성되는 복수의 무선 전력 전송 장치들을 이용한 무선 충전 시스템에서의 전력 전송 효율을 개선하기 위한 입력 전원 제어 장치의 동작 방법.
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