ES2614902T3 - Cálculo de la pérdida de potencia en la transmisión inductiva de potencia - Google Patents
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Abstract
Un método para calcular la pérdida de potencia en un sistema de transferencia inductiva de potencia que comprende un transmisor (112) de potencia para transmitir inductivamente potencia a un receptor (100) de potencia mediante una bobina (114) del transmisor y una bobina (104) del receptor, comprendiendo el método las siguientes etapas por parte del transmisor de potencia: - obtener un parámetro de potencia recibida comunicado desde el receptor de potencia; - obtener información de tiempo para la sincronización comunicada desde el receptor de potencia para que el transmisor de potencia pueda sincronizar, con el receptor de potencia, el tiempo de cálculo de una pérdida de potencia durante la transferencia de potencia; - calcular la pérdida de potencia de acuerdo con la información de tiempo obtenida y el parámetro de potencia recibida.
Description
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DESCRIPCION
Calculo de la perdida de potencia en la transmision inductiva de potencia Campo de la invencion
La invencion se refiere a un metodo para calcular la perdida de potencia en un sistema de transferencia inductiva de potencia en un transmisor de potencia.
La invencion se refiere ademas a un metodo para poder calcular la perdida de potencia en un sistema de transferencia inductiva de potencia en un receptor de potencia.
La invencion se refiere ademas a un transmisor de potencia, un receptor de potencia y una senal de comunicacion.
La invencion se refiere al campo de la tecnologfa de transmision de potencia, en particular a un metodo y un dispositivo para el calculo de la perdida de potencia durante la transferencia de potencia.
La transferencia de potencia mediante induccion magnetica es un metodo bien conocido, mayormente aplicado en los transformadores, que tienen un acoplamiento fuerte entre la bobina primaria y la secundaria. Al separar las bobinas primaria y secundaria en dos dispositivos, se posibilita la transferencia inalambrica de potencia entre estos dispositivos basandose en el principio de un transformador de acoplamiento debil. Los elementos basicos de un sistema de este tipo son un transmisor de potencia que contiene una bobina primaria y un receptor de potencia que contiene una bobina secundaria.
Antecedentes de la invencion
El documento "System description, Wireless Power Transfer, Volume I: Low Power, Part 1: Interface Definition, Version 1.0 July 2010’, publicado por el Wireless Power Consortium, disponible a traves de
http://www.wirelesspowerconsortium.com/downloads/wireless-power-specification-part-l.html, tambien denominado especificacion de potencia inalambrica Qi, describe la transmision inalambrica de potencia.
Para preparar y controlar la transferencia de potencia entre un transmisor de potencia y un receptor de potencia, en tal sistema inalambrico e inductivo de transferencia de potencia, el receptor de potencia comunica informacion al transmisor de potencia. Por ejemplo, el receptor de potencia puede comunicar un paquete de datos que indique la potencia recibida, por ejemplo, la potencia rectificada.
Un problema es que los objetos metalicos situados en la superficie del transmisor de potencia pueden alcanzar una indeseable alta temperatura (mayor de 65 °C) debido a las corrientes parasitas provocadas por el campo magnetico generado por el transmisor de potencia. Esta es una situacion no deseada. El resultado de este calentamiento podna ser que el revestimiento se quemase y el plastico se derritiese.
El documento US 2009/0015210 A1 describe un enfoque en el que se utilizan senales de reconocimiento para asegurar que solo se transfiera potencia si esta presente un receptor reconocido.
El documento EP 2 154 763 A2 describe un metodo para monitorizar la eficiencia de potencia en la transferencia inalambrica de potencia y determinar un mdice de perdida de potencia, desconectandose la alimentacion en caso de perdida excesiva de potencia.
Sumario de la invencion
Es un objeto de esta invencion proporcionar un metodo y unos dispositivos para la transmision de potencia que permitan al transmisor evitar el calentamiento de objetos metalicos.
Para este fin, de acuerdo con un primer aspecto de la invencion, un metodo de calculo de la perdida de potencia en un sistema de transferencia inductiva de potencia, que comprende un transmisor de potencia para transmitir inductivamente potencia a un receptor de potencia mediante una bobina transmisora y una bobina receptora, comprende las siguientes etapas por parte del transmisor de potencia:
- obtener un parametro de potencia recibida, comunicado desde el receptor de potencia;
- obtener la informacion de tiempo para sincronizacion comunicada desde el receptor de potencia para que el transmisor de potencia pueda sincronizar, con el receptor de potencia, el tiempo de calculo de una perdida de potencia durante la transferencia de potencia;
- calcular la perdida de potencia de acuerdo con la informacion de tiempo obtenida y el parametro de potencia recibida.
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Para este fin, de acuerdo con un aspecto adicional de la invencion, un metodo para poder calcular la perdida de potencia en un sistema de transferencia inductiva de potencia, que comprende un transmisor de potencia para transmitir inductivamente potencia a un receptor de potencia mediante una bobina transmisora y una bobina receptora, comprende las siguientes etapas por parte del receptor de potencia:
- comunicar al transmisor de potencia la informacion de tiempo para la sincronizacion, para que el transmisor de potencia pueda sincronizar con el receptor de potencia el tiempo de calculo de una perdida de potencia durante la transferencia de potencia;
- determinar un parametro de potencia recibida de acuerdo con la informacion de tiempo y
- comunicar al transmisor de potencia el parametro de potencia recibida.
Las medidas tienen el efecto de que la perdida de potencia es determinada con precision debido a que la potencia recibida y la potencia transmitida son determinadas de acuerdo a la misma informacion de tiempo, por ejemplo, en una ventana de tiempo sincronizada y similar. La perdida de potencia en un objeto metalico puede ser estimada tomando la diferencia entre la potencia neta transmitida y la potencia bruta recibida. Para evitar que se disipe demasiada potencia en un objeto metalico, el transmisor de potencia finaliza la transferencia de potencia si la perdida de potencia supera un umbral. Ventajosamente se evita el calentamiento de los objetos metalicos determinando la perdida de potencia que no forme parte de la perdida de potencia normal del sistema.
Para este fin, de acuerdo con un aspecto adicional de la invencion, un receptor de potencia comprende una unidad de comunicacion para comunicar con un transmisor de potencia para transmitir inductivamente potencia al receptor de potencia mediante una bobina transmisora y una bobina receptora, estando dispuesto el receptor de potencia para determinar un parametro de potencia recibida de acuerdo con la informacion de tiempo y estando dispuesta la unidad de comunicacion para comunicar el parametro de potencia recibida y para comunicar la informacion de tiempo para la sincronizacion, para que el transmisor de potencia pueda sincronizar con el receptor de potencia el tiempo de calculo de la perdida de potencia durante la transferencia de potencia.
Para este fin, de acuerdo con un aspecto adicional de la invencion, un transmisor de potencia comprende una unidad de comunicacion para comunicar con un receptor de potencia dispuesto para recibir inductivamente potencia desde el transmisor de potencia mediante una bobina transmisora y una bobina receptora, estando dispuesta la unidad de comunicacion para comunicar un parametro de potencia recibida y la informacion de tiempo para la sincronizacion, estando dispuesto el transmisor de potencia para calcular la perdida de potencia durante la transferencia de potencia desde el transmisor de potencia hasta el receptor de potencia, de acuerdo con el parametro de potencia recibida comunicado desde el receptor de potencia durante la transferencia de potencia, y aplicando la informacion de tiempo comunicada desde el receptor de potencia para el calculo de la perdida de potencia entre el transmisor de potencia y el receptor de potencia.
Para este fin, de acuerdo con un aspecto adicional de la invencion, una senal de comunicacion para ser comunicada a un transmisor de potencia desde un receptor de potencia, dispuesto para recibir inductivamente potencia desde el transmisor de potencia mediante una bobina transmisora y una bobina receptora, esta dispuesta para comunicar un parametro de potencia recibida y la informacion de tiempo para la sincronizacion, para que el transmisor de potencia pueda sincronizar con el receptor de potencia el tiempo de calculo de una perdida de potencia durante la transferencia de potencia, para el calculo de la perdida de potencia entre el transmisor de potencia y el receptor de potencia.
Ventajosamente, los dispositivos y la senal constituyen un sistema para la transferencia inalambrica de potencia, cuyo sistema esta habilitado para calcular la perdida de potencia, durante la transferencia de potencia desde el transmisor de potencia hasta el receptor de potencia, de acuerdo con el parametro de potencia recibida y la informacion de tiempo para el calculo de la perdida de potencia entre el transmisor de potencia y el receptor de potencia.
Opcionalmente en los metodos, los dispositivos y/o la senal, la informacion de tiempo comprende el tamano de una ventana de tiempo y un desplazamiento de la ventana de tiempo con respecto a un punto de referencia de tiempo.
Opcionalmente, un metodo de calculo de la perdida de potencia en un sistema de transferencia inductiva de potencia, que comprende un transmisor de potencia para transmitir inductivamente potencia a un receptor de potencia mediante la bobina del transmisor y la bobina del receptor, comprende las etapas de:
- obtener, por parte del transmisor de potencia, informacion de tiempo para sincronizacion, para que el transmisor de potencia pueda sincronizar el tiempo de calculo de la perdida de potencia con el receptor de potencia;
- calcular la perdida de potencia durante la transferencia de potencia de acuerdo con la informacion de tiempo obtenida y el parametro de potencia recibida comunicado desde el receptor de potencia.
Opcionalmente, la informacion de temporizacion comprende el tamano de una ventana de tiempo y su desplazamiento con respecto a un punto de referencia de tiempo.
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Opcionalmente, el punto de referencia de tiempo esta relacionado con la comunicacion de un paquete desde el receptor de potencia hasta el transmisor de potencia.
Opcionalmente, la referencia de tiempo corresponde al final de la comunicacion de un determinado bit del paquete.
Opcionalmente, el paquete relativo a la referencia de tiempo contiene la informacion de potencia recibida que el transmisor de potencia aplica para calcular la perdida de potencia.
Opcionalmente, el paquete relativo a la referencia de tiempo precede al paquete que contiene la informacion de potencia recibida que el transmisor de potencia aplica para calcular la perdida de potencia.
Opcionalmente, el tamano de dicha ventana de tiempo se reduce a cero o a un valor relativamente pequeno, por lo que el receptor de potencia toma una sola medicion para determinar la potencia recibida y el transmisor de potencia calcula la perdida de potencia sincronizada con esta medida.
Opcionalmente, un receptor de potencia comprende una unidad para comunicar los parametros relacionados con los parametros de sincronizacion antes de la transferencia de potencia, para que el transmisor de potencia pueda sincronizar con el receptor de potencia el tiempo de calculo de la perdida de potencia durante la transferencia de potencia.
Opcionalmente, un receptor de potencia comprende adicionalmente una unidad para comunicar su potencia recibida al transmisor de potencia por medio de:
- una unica entidad de datos, o
- dos entidades de datos, en las que la primera entidad de datos contiene el valor de salida y la segunda entidad contiene informacion sobre la perdida de potencia en el receptor, o el dispositivo movil, a partir de la cual el transmisor de potencia puede calcular la potencia recibida.
Opcionalmente, un transmisor de potencia comprende la unidad para calcular la perdida de potencia durante la transferencia de potencia desde el transmisor de potencia hasta el receptor de potencia, de acuerdo a la potencia recibida comunicada desde el receptor de potencia durante la transferencia de potencia, y aplicando la informacion de temporizacion para sincronizacion, comunicada desde el receptor de potencia antes de la transferencia de potencia, para el calculo de la perdida de potencia entre el transmisor de potencia y el receptor de potencia.
Opcionalmente, un transmisor de potencia tambien puede comprender:
- una unidad para aplicar multiples casos de la informacion de potencia recibida comunicada por el receptor de potencia para aumentar la robustez del metodo de calculo de la perdida de potencia;
- una unidad para finalizar la transferencia de potencia si en dos o mas casos la perdida de potencia supera un umbral;
- una unidad para tomar el promedio de dos o mas casos sucesivos para calcular una perdida de potencia media a lo largo de estos casos.
La invencion tambien comprende un sistema de transferencia de potencia que contiene un transmisor de potencia como se describio anteriormente y un receptor de potencia como se describio anteriormente.
Otras realizaciones preferidas del dispositivo y el metodo segun la invencion figuran en las reivindicaciones adjuntas, cuya divulgacion se incorpora en esta memoria por referencia.
Breve descripcion de los dibujos
Estos y otros aspectos de la invencion seran evidentes, y se aclararan adicionalmente, con referencia a las realizaciones descritas a modo de ejemplo en la siguiente descripcion y con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales
la Figura 1 muestra un ejemplo del cambio de la potencia recibida y la potencia transmitida como resultado de un escalon de carga;
la Figura 2 ilustra la definicion de la ventana de tiempo de acuerdo con la realizacion; y
la Figura 3 representa una realizacion de como determinar la referencia de tiempo. Las figuras son puramente esquematicas y no estan dibujadas a escala. En las figuras, los elementos que corresponden a elementos ya descritos tienen los mismos numeros de referencia.
la Figura 4 muestra un metodo de calculo de la perdida de potencia, y un metodo para poder calcular la perdida
de potencia en un sistema de transferencia inductiva de potencia.
la Figura 5 muestra un transmisor y un receptor en un sistema de potencia inductivo.
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Descripcion detallada de las realizaciones
Un metodo para evitar que un objeto metalico se caliente es determinar la perdida de potencia que no forme parte de la perdida de potencia normal del sistema. La perdida de potencia en un objeto metalico puede ser estimada tomando la diferencia entre la potencia neta transmitida y la potencia bruta recibida. Para evitar que se disipe demasiada potencia en un objeto metalico, el transmisor de potencia finaliza la transferencia de potencia si la perdida de potencia supera un umbral.
Para determinar la perdida de potencia, el receptor de potencia estima su potencia bruta recibida, por ejemplo, midiendo su tension y corriente rectificadas, multiplicando la corriente por la tension, y sumando una estimacion de las perdidas internas de potencia en el receptor de potencia. El receptor de potencia comunica la potencia recibida al transmisor de potencia, por ejemplo con una tasa minima tal como cada 5 segundos. Tal tasa minima significa que la distancia en el tiempo entre los finales de dos datos sucesivos de informacion de potencia recibida es como maximo de 5 segundos.
El transmisor de potencia estima su potencia neta transmitida, por ejemplo, midiendo la tension y la corriente de entrada, multiplicando la tension y la corriente de entrada, y restando del resultado intermedio una estimacion de las perdidas internas de potencia del transmisor de potencia. El transmisor de potencia calcula entonces la perdida de potencia restando de la potencia transmitida la potencia recibida comunicada. Si la diferencia supera un umbral, el transmisor de potencia asume que se disipa demasiada potencia en un objeto metalico y finaliza la transferencia de potencia. Un Criterio de finalizacion es el definido por:
Pt - Pr > umbral
en donde:
Pt = potencia transmitida neta estimada Pr = potencia recibida bruta estimada Pt - Pr = perdida de potencia estimada Umbral = lfmite de seguridad
El umbral puede incorporar la inexactitud de la potencia transmitida y la potencia recibida estimadas. Es importante para lograr una alta precision en la estimacion de la potencia transmitida y recibida y para mitigar el error en el calculo de la perdida de potencia.
Si la carga de salida fluctua con el tiempo, se producira un error en el calculo de la perdida de potencia si las mediciones y la estimacion de la potencia transmitida y recibida no estan sincronizadas en el tiempo. Este error puede ser mitigado tomando el promedio de la potencia transmitida y la potencia recibida durante un penodo de tiempo algo mas largo.
Una posible implementacion para promediar la medicion de potencia es sumar multiples muestras de las mediciones instantaneas y dividir el resultado por el numero de muestras durante un penodo de tiempo.
Otra posible implementacion es tomar la contribucion de cada nueva muestra proporcionalmente al promedio calculado anterior. Asf, por ejemplo, si un receptor de potencia toma 20 muestras durante un penodo determinado, el nuevo promedio sena:
Nueva Muestra * 1/20 + Antiguo Promedio * 19/20.
Otra posibilidad mas es aplicar un filtro paso bajo para amortiguar la contribucion del valor medido actual. Esto podna ser realizado, por ejemplo con un condensador conectado a la senal medida a traves de un resistor.
La Figura 1 muestra un ejemplo del cambio de la potencia recibida y la potencia transmitida como resultado de un escalon de carga. El penodo durante el cual el receptor de potencia promedia su potencia recibida no es conocido por el transmisor de potencia y puede variar de un diseno a otro. Este problema esta ilustrado por la Figura 1. La figura muestra el cambio de la potencia recibida (potencia-Rx) y la potencia transmitida (potencia-Tx) como resultado de un escalon de carga (un incremento o una disminucion bruscos de la carga).
En la Figura 1 la ventana sobre la que se toma la potencia transmitida media (ventana-Tx) no esta sincronizada con la ventana sobre la que se toma la potencia media recibida (ventana-Rx). Por ejemplo, si ambas potencias Tx y Rx cambian de 1 W a 5 W como resultado de un escalon de carga, la potencia recibida media en la ventana-Rx sera 3 W y la potencia transmitida en la ventana-Tx sera 4 W, lo que conduce a un error (adicional) de 1 W en la estimacion de la perdida de potencia.
Como solucion, el transmisor de potencia y el receptor de potencia podnan medir respectivamente la potencia transmitida media y la potencia recibida media en el penodo entre dos paquetes sucesivos de potencia recibida. Sin
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embargo, este metodo fallara si un paquete de potencia recibida no llega al transmisor de potencia debido a un error de comunicacion.
La invencion reduce el error del metodo de deteccion de perdida de potencia, provocado por una carga de salida dinamica, sincronizando la estimacion de la potencia transmitida y la de la potencia recibida. Para ello, el transmisor de potencia obtendra informacion para sincronizar el tiempo de la medicion de la potencia transmitida y la potencia recibida. Esta informacion podna ser, por ejemplo, un parametro de ventana de tiempo para ajustar una ventana de tiempo al transmisor de potencia durante la fase de configuracion, para que el transmisor de potencia pueda sincronizar su estimacion de potencia transmitida con la estimacion de potencia recibida aplicando esta ventana de tiempo.
Para que el transmisor de potencia pueda eliminar o mitigar el error de calculo de la perdida de potencia en el metodo de perdida de potencia, anteriormente descrito, en caso de que fluctue la carga de salida, el transmisor de potencia necesita informacion sobre el penodo de tiempo para el que deba calcularse la perdida de potencia.
Para este fin, el receptor de potencia comunica los parametros que determinan el ajuste para una ventana de tiempo durante la configuracion del sistema. El transmisor de potencia aplica el ajuste de ventana para sincronizar la estimacion de su potencia transmitida con la de la potencia recibida.
Podna almacenarse previamente en el transmisor de potencia una ventana de tiempo por defecto. En caso de que el receptor de potencia no comunique dichos parametros de temporizacion, el transmisor de potencia aplica en su lugar los valores por defecto.
La ventana de tiempo esta determinada por los dos parametros siguientes.
1. Tamano de ventana - por ejemplo, un valor de 8 bits. El rango de este parametro podna ser, por ejemplo, entre 0 s y 12.750 s. Un valor razonable para el tamano de ventana podna ser 1 s. El valor por defecto tambien podna ser 1 s. El tamano de ventana tambien puede reducirse a un valor relativamente pequeno, por ejemplo, 100 ms o 255 ms.
2. Desplazamiento de ventana - por ejemplo, un valor de 8 bits. Este valor indica el desplazamiento de la ventana de tiempo con respecto a un tiempo de referencia. Preferiblemente, el desplazamiento esta definido entre el final de la ventana de tiempo y el punto de referencia, pero tambien se puede utilizar el punto de inicio de la ventana de tiempo para determinar el desplazamiento respecto a la referencia. El rango del parametro de desplazamiento podna ser, por ejemplo, entre 0 ms y 255 ms. Un valor razonable para el desplazamiento podna ser 100 ms. El valor por defecto podna ser tambien 100 ms.
3. La referencia de tiempo puede ser definida de acuerdo con un tiempo en el que un determinado bit de un paquete es comunicado desde el receptor de potencia hasta el transmisor de potencia. El paquete es preferentemente el paquete de potencia recibida que el transmisor de potencia aplica para calcular la perdida de potencia, ya que, al recibir este paquete, el transmisor de potencia puede estar seguro de tener la correcta relacion entre la informacion de la potencia recibida y la ventana de tiempo sobre la cual tiene que calcular la perdida de potencia.
Las realizaciones ejemplares para determinar la referencia de tiempo son las siguientes:
a. La referencia de tiempo es determinada por (el final de) la comunicacion del ultimo bit del paquete de potencia recibida. Normalmente, la longitud y por lo tanto el tiempo para comunicar el paquete de potencia recibida son conocidos por el receptor de potencia (por ejemplo, 20 ms) y tambien el tiempo para calcular la potencia recibida a partir de las mediciones (por ejemplo, 80 ms) es conocido por el disenador del receptor de potencia - lo que significa que la desviacion de la ventana puede ser determinada con bastante precision (por ejemplo, 100 ms).
b. La referencia de tiempo es determinada por la comunicacion del primer bit del paquete de potencia recibida. Esta temporizacion podna ser un poco mas precisa, ya que ahora se ha eliminado la imprecision del tiempo de transferencia del paquete. El transmisor de potencia, sin embargo, tiene que almacenar el tiempo de la recepcion del primer bit de un paquete y esperar a la recepcion de la parte restante del paquete antes de saber que el bit forma parte de un paquete de potencia recibida.
La Figura 2 ilustra la definicion de la ventana de tiempo segun la realizacion a., en la que el tiempo de referencia esta definido por el final de la comunicacion del ultimo bit del paquete de potencia recibida (Potencia-Rx). El tiempo entre el final de la ventana de tiempo y el tiempo de referencia se determina por el desplazamiento de la ventana. El tiempo entre el inicio y el final de la ventana se determina por el tamano de la ventana.
Una posible implementacion para el transmisor de potencia es tomar muestras de su potencia media a lo largo de pequenos escalones de tiempo y almacenar estos valores en la memoria. Un valor de escalon podna ser, por ejemplo, 10 ms. Tras la recepcion de un paquete de potencia recibida, el transmisor de potencia consulta los valores almacenados y calcula el valor medio en la ventana de tiempo configurada. Con un tamano de ventana de 1000 ms y un desplazamiento de ventana hasta el ultimo bit del paquete de potencia recibida de 100 ms, el transmisor de potencia tiene que almacenar, por ejemplo, 110 muestras. El transmisor de potencia puede almacenar circularmente
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las muestras de potencia transmitidas, por lo que sobrescribe la muestra mas reciente sobre la mas antigua.
La robustez del metodo de perdida de potencia puede mejorarse si el transmisor de potencia no finaliza la transferencia de potencia basandose en la informacion contenida en un unico mensaje de potencia recibida.
El transmisor de potencia podna esperar a uno o mas paquetes adicionales de potencia recibida antes de finalizar la transferencia de potencia. De este modo, si se superara el umbral de perdida de potencia de acuerdo a la informacion de un solo paquete de potencia recibida, el transmisor de potencia podna decidir aplazar la decision de finalizar la transferencia de potencia hasta la recepcion de un paquete sucesivo.
Podna finalizarse la transferencia de potencia si la perdida de potencia superara el umbral en dos o mas paquetes sucesivos de potencia recibida.
Podna promediarse la perdida de potencia calculada correspondiente a los ultimos dos o mas paquetes de potencia recibida y finalizar la transferencia de potencia si esta media supera un umbral.
La potencia recibida puede ser comunicada desde el receptor de potencia hasta el transmisor de potencia por medio de un paquete de potencia recibida, tal como se indica en las descripciones anteriores. La invencion, sin embargo, no esta limitada a esta forma de comunicar la potencia recibida.
El receptor de potencia tambien podna comunicar de otras formas su potencia recibida, como
• Comunicando (cualquier forma de) la potencia de salida, como por ejemplo la potencia de salida rectificada y ademas la informacion que permita al transmisor de potencia calcular la potencia recibida a partir de la potencia de salida. La informacion adicional podna ser comunicada como un paquete separado, aunque tambien podna ser incluida con la informacion de potencia de salida en un unico paquete, y podna contener, por ejemplo:
1. La perdida de potencia real en el receptor, que el transmisor de potencia debe anadir a la potencia de salida para calcular la potencia recibida. Esta informacion es comunicada preferentemente en el mismo paquete que la potencia de salida, o en un paquete separado poco antes o despues que un paquete de potencia de salida.
2. El factor de correccion de potencia, que el transmisor de potencia debe multiplicar por la potencia de salida, y el factor de desplazamiento de potencia que el transmisor de potencia debe sumar a la potencia de salida para calcular la potencia recibida. Tal informacion de correccion podna ser comunicada por el receptor durante la configuracion con el fin de reducir la sobrecarga de comunicacion durante la transferencia de potencia.
La invencion aplica un desplazamiento de ventana hacia un tiempo de referencia. La descripcion anterior hace uso del paquete de potencia recibida para relacionar tal tiempo de referencia, que es posterior a la ventana de tiempo que se aplica para el calculo de la perdida de potencia. No obstante, tambien son posibles otros metodos para determinar tal punto de referencia. Los siguientes son algunos ejemplos adicionales del tiempo de referencia.
La Figura 3 representa una realizacion de como determinar la referencia de tiempo. El receptor de potencia podna enviar el paquete de potencia recibida a distancias iguales de tiempo; si el transmisor de potencia es informado acerca de la distancia de tiempo entre estos paquetes, es posible utilizar el paquete de potencia recibida comunicado previamente para la referencia de tiempo. La Figura 3 ilustra como utilizar el paquete de potencia recibida comunicado previamente para la referencia de tiempo. El ultimo bit del paquete previo de potencia recibida es el tiempo de referencia. La ventana de tiempo comienza en el desplazamiento de ventana tras este tiempo de referencia. La ventaja es que el transmisor de potencia no tiene que almacenar las muestras para determinar su potencia transmitida media del pasado. Puede determinar su potencia transmitida media durante la ventana de tiempo. Solo tiene que almacenar la potencia media resultante durante la ventana de tiempo hasta que reciba el siguiente paquete de potencia recibida. En caso de que el transmisor de potencia no reciba el siguiente paquete de potencia recibida, debido a un error de comunicacion, puede aplicar un tiempo de espera para descartar la ultima potencia transmitida media almacenada y utilizar la informacion sobre el tiempo previsto entre dos paquetes sucesivos de potencia recibida para empezar a determinar la potencia transmitida media para la siguiente ventana de tiempo.
Con este metodo es necesario que el transmisor de potencia sea informado de la distancia de tiempo entre dos paquetes sucesivos de potencia recibida. Esto podna arreglarse utilizando un valor por defecto y/o comunicando tal valor desde el receptor de potencia hasta el transmisor de potencia, por ejemplo en la fase de configuracion del sistema. En este metodo, el receptor de potencia no debe desviar demasiado el tiempo entre la comunicacion de dos paquetes sucesivos para mantener alineado el transmisor de potencia. Esto podna ser un problema en caso de que hubiera que comunicar otros paquetes de control con mayor prioridad y causar un retraso en la comunicacion del paquete de potencia recibida. Por lo tanto, el paquete de potencia recibida debe tener una alta prioridad.
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Otra posibilidad es que el receptor de potencia se sincronice con una senal procedente del transmisor de potencia. En caso de que el sistema permita la comunicacion desde el transmisor de potencia hasta el receptor de potencia, por ejemplo modulando la amplitud, la frecuencia o la fase de la senal de potencia, el transmisor de potencia podna enviar un dato de sincronizacion a intervalos de tiempo regulares. Tal dato tambien podna servir como referencia de tiempo para una ventana de tiempo. La ventana de tiempo podna ser, por ejemplo, exactamente el tiempo entre dos datos de sincronizacion sucesivos.
El sistema aplica una ventana sobre la cual se promedian la potencia recibida y la potencia transmitida. Una realizacion incluye la posibilidad de reducir a cero el tamano de la ventana. Esto significa que, en lugar de los valores medios de la potencia recibida y la potencia transmitida, se toman los valores de medicion para realizar el metodo de perdida de potencia. Una forma practica de aplicacion podna ser la aplicacion de una ventana de tamano muy pequeno en la que el receptor de potencia tomase una (unica) medicion para determinar su potencia recibida y en la que el transmisor de potencia tomase una (unica) medicion para determinar su potencia transmitida. Esta realizacion es menos robusta en comparacion con una realizacion en la que se tome el promedio de varios valores de medicion a lo largo de una ventana de tiempo de mayor tamano. No obstante, se puede mejorar la robustez segun se ha descrito anteriormente.
En una realizacion practica, el Desplazamiento de Ventana indica el intervalo de la ventana para promediar la potencia recibida y el comienzo de la transmision del respectivo Paquete de Potencia Recibida. El valor del Desplazamiento de Ventana puede ser expresado en unidades por un valor de datos en un paquete de datos a transferir desde el receptor de potencia hasta el transmisor de potencia, por ejemplo, 3 bits. Un valor adicional de datos puede indicar el Tamano de Ventana, por ejemplo, 5 bits. Los valores se pueden expresar en unidades de unos pocos milisegundos, por ejemplo, 4 ms. Ventajosamente se utilizan unidades de 8 ms, lo que permite un tamano de ventana maximo de 252 ms en lugar de 124 ms.
Se observa que la ventana de tiempo puede ser un penodo relativamente largo, por ejemplo, 1 s, pero tambien un penodo relativamente corto, por ejemplo, 64 ms. El penodo mas corto permite medir la potencia solo cuando no exista comunicacion alguna entre Rx y Tx. La modulacion de amplitud debida a la comunicacion hace que las mediciones sean menos precisas. Por ejemplo, el penodo mas corto permite definir que la ventana de tiempo vaya desde el final del paquete precedente (por ejemplo, el paquete de potencia recibida precedente) hasta el principio del paquete de potencia recibida actual, o desde el final del paquete precedente hasta el final del paquete precedente + el tamano de ventana tal como se ha definido.
La Figura 4 muestra un metodo para calcular la perdida de potencia y un metodo para poder calcular la perdida de potencia en un sistema de transferencia inductiva de potencia. El sistema de transferencia inductiva de potencia tiene un transmisor de potencia para transmitir inductivamente potencia a un receptor de potencia mediante una bobina transmisora y una bobina receptora. El metodo de calculo de la perdida de potencia comienza despues de que el sistema inductivo de potencia haya iniciado la transferencia de potencia, como se muestra por la etapa INIT Rt (iniciar la transmision). A continuacion, el metodo procede a efectuar, por parte del transmisor de potencia, las siguientes etapas. El metodo obtiene, en la etapa OTI (obtener la informacion de tiempo), la informacion de tiempo para la sincronizacion comunicada desde el receptor de potencia. La informacion de tiempo permite al transmisor de potencia sincronizar, con el receptor de potencia, el tiempo de calculo de una perdida de potencia durante la transferencia de potencia. El metodo determina los datos de potencia transmitida en la etapa DTPD (determinar los datos de potencia transmitida). El metodo obtiene un parametro de potencia recibida comunicado desde el receptor de potencia en la etapa OPP (obtener el parametro de potencia). A continuacion, el metodo pasa a la etapa CALC (calcular), calculando la perdida de potencia de acuerdo con la informacion de tiempo obtenida, los datos de potencia transmitida determinados y el parametro de potencia recibida.
La figura tambien muestra el metodo para poder calcular la perdida de potencia por medio de las etapas efectuadas por el receptor de potencia. El metodo comienza despues de que el sistema inductivo de potencia haya iniciado la transferencia de potencia, segun se muestra por la etapa INIT RC (iniciar la recepcion). En la etapa cTl (comunicar informacion de tiempo), el metodo comunica al transmisor de potencia, por parte del receptor de potencia, la informacion de tiempo para la sincronizacion. La informacion de tiempo permite al transmisor de potencia sincronizar, con el receptor de potencia, el tiempo de calculo de una perdida de potencia durante la transferencia de potencia. En la etapa DPP (determinar el parametro de potencia), se determina un parametro de potencia recibida de acuerdo con la informacion de tiempo, por ejemplo, en una ventana de tiempo definida por la informacion de tiempo. Entonces, el metodo procede a comunicar al transmisor de potencia, en la etapa CPP (comunicar el parametro de potencia), el parametro de potencia recibida.
La Figura 5 muestra un transmisor y un receptor en un sistema inductivo de potencia. Un dispositivo 110 de fuente de alimentacion, tambien llamado estacion base, tiene al menos un transmisor de potencia 112, 112a y una unidad 115 de sistema para controlar el sistema inductivo de potencia. Una bobina transmisora 114, tambien llamada bobina primaria, esta representada conectada a una unidad 113 de conversion de potencia del transmisor, que esta acoplada a un controlador 111, tambien llamado unidad de comunicaciones y control. La unidad 113 de conversion de potencia del transmisor convierte la potencia de entrada en una potencia de transferencia que sera transferida magneticamente desde la bobina transmisora hasta la bobina receptora. La unidad de comunicacion 111 del
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transmisor esta acoplada a la unidad de conversion de potencia para recibir la senal de comunicacion en la bobina transmisora desde la bobina receptora.
Un receptor 100 de potencia, normalmente un dispositivo movil, tiene una bobina receptora 104, tambien llamada bobina secundaria, que se muestra conectada a una unidad 103 de captacion de potencia que proporciona potencia de salida a una carga 102. La unidad de captacion de potencia esta acoplada a una unidad 101 de comunicacion y control del receptor. La unidad de comunicacion y control del receptor esta dispuesta para accionar la bobina receptora para la transmision de una senal de comunicacion desde la bobina receptora hasta la bobina transmisora, y esta acoplada a la carga 102 para detectar y controlar el estado de potencia de la carga. El sistema de transferencia inductiva de potencia, segun se muestra en la Figura 4, se basa en el conocido estandar Qi. Las unidades de comunicacion y control del transmisor y el receptor estan adaptadas para efectuar las funciones anteriormente definidas con referencia a las Figuras 1, 2 y 3.
En resumen, la invencion propone un metodo de calculo de la perdida de potencia en un sistema de transferencia inductiva de potencia que comprende un transmisor de potencia para transmitir inductivamente potencia a un receptor de potencia mediante la bobina del transmisor y la bobina del receptor, comprendiendo el metodo una etapa de obtener, por parte del transmisor de potencia, informacion de tiempo para sincronizar el tiempo para que el transmisor de potencia pueda sincronizar con el receptor de potencia el tiempo de calculo de la perdida de potencia; y una etapa de calcular la perdida de potencia durante la transferencia de potencia de acuerdo con la informacion de tiempo obtenida y el parametro de potencia recibida comunicado desde el receptor de potencia.
Es de senalar que la invencion puede implementarse en hardware y/o software, usando componentes programables. Los metodos para implementar la invencion tienen las etapas correspondientes a las funciones definidas para el sistema segun se ha descrito anteriormente.
Aunque la presente invencion ha sido descrita en conexion con algunas realizaciones, no se pretende limitarla a la forma espedfica expuesta en el presente documento. Ademas, aunque pueda aparecer alguna caractenstica que se haya descrito en relacion con realizaciones particulares, un experto en la tecnica reconocera que diversas caractensticas de las realizaciones descritas pueden ser combinadas de acuerdo con la invencion. En las reivindicaciones, el termino comprendiendo no excluye la presencia de otros elementos o etapas.
Ademas, aunque individualmente enumerados, una pluralidad de medios, elementos o etapas del metodo pueden ser implementados, por ejemplo, por una unica unidad o procesador. Ademas, aunque caractensticas individuales puedan estar incluidas en diferentes reivindicaciones, estas pueden posiblemente combinarse ventajosamente, y la inclusion en diferentes reivindicaciones no implica que una combinacion de caractensticas no sea factible y/o ventajosa. Adicionalmente, la inclusion de una caractenstica en una categona de reivindicaciones no implica una limitacion a esta categona, sino que indica que la caractenstica es igualmente aplicable a otras categonas de reivindicaciones, segun proceda. Por otra parte, el orden de las caractensticas en las reivindicaciones no implica ningun orden espedfico en el que se deban trabajar las caractensticas y, en particular, el orden de las etapas individuales en una reivindicacion del metodo no implica que las etapas deban efectuarse en este orden. Por el contrario, las etapas pueden efectuarse en cualquier orden adecuado. Ademas, las referencias singulares no excluyen una pluralidad. De ad, la referencia a "un", "una", "primero", "segundo", etc. no excluyen una pluralidad. Los signos de referencia en las reivindicaciones se proporcionan simplemente como un ejemplo clarificador que de ninguna manera sera interpretado como una limitacion del alcance de las reivindicaciones.
Claims (8)
- 510152025303540455055REIVINDICACIONES1. Un metodo para calcular la perdida de potencia en un sistema de transferencia inductiva de potencia que comprende un transmisor (112) de potencia para transmitir inductivamente potencia a un receptor (100) de potencia mediante una bobina (114) del transmisor y una bobina (104) del receptor, comprendiendo el metodo las siguientes etapas por parte del transmisor de potencia:- obtener un parametro de potencia recibida comunicado desde el receptor de potencia;- obtener informacion de tiempo para la sincronizacion comunicada desde el receptor de potencia para que el transmisor de potencia pueda sincronizar, con el receptor de potencia, el tiempo de calculo de una perdida de potencia durante la transferencia de potencia;- calcular la perdida de potencia de acuerdo con la informacion de tiempo obtenida y el parametro de potencia recibida.
- 2. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la informacion de tiempo comprende el tamano de una ventana de tiempo y un desplazamiento de la ventana de tiempo con respecto a un punto de referencia de tiempo.
- 3. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 2, en el que dicho punto de referencia de tiempo esta relacionado con la comunicacion de un paquete desde el receptor de potencia hasta el transmisor de potencia.
- 4. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 3, en el que el paquete relacionado con el punto de referencia de tiempo contiene el parametro de potencia recibida.
- 5. Un transmisor de potencia que comprende una unidad (111) de comunicacion para comunicarse con un receptor (100) de potencia dispuesto para recibir inductivamente potencia desde el transmisor (112) de potencia a traves de una bobina (114) del transmisor y una bobina (104) del receptor, caracterizado por que la unidad de comunicacion esta dispuesta para comunicar un parametro de potencia recibida e informacion de tiempo para la sincronizacion, estando el transmisor de potencia dispuesto para calcular la perdida de potencia, durante la transferencia de potencia desde el transmisor de potencia hasta el receptor de potencia, de acuerdo con el parametro de potencia recibida comunicado desde el receptor de potencia durante la transferencia de potencia, y aplicando la informacion de tiempo comunicada desde el receptor de potencia para calcular la perdida de potencia entre el transmisor de potencia y el receptor de potencia.
- 6. El transmisor de potencia segun la reivindicacion 5, en el que la informacion de tiempo comprende el tamano de una ventana de tiempo y un desplazamiento de la ventana de tiempo con respecto a un punto de referencia de tiempo.
- 7. El transmisor de potencia segun la reivindicacion 6, que comprende:- una unidad (115) para finalizar la transferencia de potencia si en dos o mas casos sucesivos la perdida de potencia supera un umbral.
- 8. Un sistema de transferencia de potencia que contiene un transmisor de potencia como el reivindicado en las reivindicaciones 5, 6 o 7,yun receptor de potencia que comprende una unidad (101) de comunicacion para comunicarse con un transmisor (112) de potencia para transmitir inductivamente potencia al receptor de potencia mediante una bobina (114) del transmisor y una bobina (104) del receptor,estando el receptor de potencia dispuesto para determinar un parametro de potencia recibida de acuerdo con la informacion de tiempo yestando la unidad de comunicacion dispuesta para comunicar el parametro de potencia recibida y para comunicar la informacion de tiempo para la sincronizacion, para que el transmisor de potencia pueda sincronizar, con el receptor de potencia, el tiempo de calculo de la perdida de potencia durante la transferencia de potencia.
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