ES2635601T3

ES2635601T3 - Sistemas y procedimientos para la conversión de impedancia de dos estados en la transferencia de energía inalámbrica

Info

Publication number: ES2635601T3
Application number: ES14766380.1T
Authority: ES
Inventors: Chang-Yu Huang; Jonathan BEAVER; Nicholas Athol KEELING; Mickel Bipin Budhia; Michael Le Gallais Kissin
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2013-09-13
Filing date: 2014-09-09
Publication date: 2017-10-04
Anticipated expiration: 2034-09-09
Also published as: KR101932822B1; CN105531908B; JP6043895B1; EP3036820B1; WO2015038539A1; CA2920780C; KR20170064552A; EP3036820A1; JP2016541228A; US9302591B2; US20160272072A1; KR20160053946A; CN105531908A; US20150077046A1; US9994114B2; CA2920780A1

Abstract

Un aparato para transmitir energía de carga inalámbrica, que comprende: un primer condensador (1705, C1A); medios para generar (1710, L1) un campo para la transmisión de energía inalámbrica tanto en una primera como en una segunda configuración; medios para conectar de forma selectiva (1720, S1, S2) adaptados para conectar el primer condensador en una de las primera y segunda configuraciones, estando el primer condensador en serie con los medios para generar en la primera configuración y en paralelo con los medios para generar en la segunda configuración; y un segundo condensador (C1B) en paralelo con los medios para generar el campo; y caracterizado porque: dichos medios para conectar de forma selectiva están adaptados para conectar el primer condensador en paralelo con el segundo condensador en la primera configuración y en serie con el segundo condensador en la segunda configuración.

Description

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DESCRIPCION

Sistemas y procedimientos para la conversion de impedancia de dos estados en la transferencia de energia inalambrica

Campo

La presente divulgacion se refiere en general a una transferencia de energia inalambrica y, mas especificamente, a dispositivos, sistemas y procedimientos relativos a variar una relacion de corriente de salida de inversor con la tension de puente de inversor.

Antecedentes

Se han presentado sistemas remotos, tales como vehiculos, que incluyen energia de locomocion derivada de la electricidad recibida de un dispositivo de almacenamiento de energia, tal como una bateria. Por ejemplo, los vehiculos electricos hibridos incluyen cargadores incorporados que usan la energia del frenado del vehiculo y de motores tradicionales para cargar los vehiculos. Los vehiculos que son unicamente electricos reciben en general la electricidad para cargar las baterias a partir de otras fuentes. A menudo se propone que los vehiculos electricos de baterias (vehiculos electricos) se carguen a traves de algun tipo de corriente alterna (CA) por cable, tal como las fuentes de alimentacion de CA domesticas o comerciales. Las conexiones de carga por cable requieren cables u otros conectores similares que esten conectados de forma fisica a una fuente de alimentacion. Los cables y conectores similares pueden ser incomodos o engorrosos a veces y tener otros inconvenientes. Los sistemas de carga inalambrica que sean capaces de transmitir en el espacio libre (por ejemplo, a traves de un campo inalambrico) energia que vaya a usarse para cargar vehiculos electricos pueden superar algunas de las deficiencias de las soluciones de carga por cable.

En algunos disenos, un vehiculo electrico puede estar configurado para recibir carga a traves de una fuente de alimentacion por cable y de una fuente de alimentacion inalambrica. Diversos vehiculos electricos de doble fuente pueden recibir alimentacion por cable e inalambrica de forma alternativa o simultanea. Como tal, se requieren sistemas y procedimientos de carga inalambrica que faciliten de forma eficiente y eficaz la recepcion, el acondicionamiento y el almacenamiento de energia por cable e inalambrica.

El documento WO 2013/115419 divulga un aparato inalambrico de transmision de energia que comprende una antena para transmitir energia de forma inalambrica; una unidad de sensor para detectar tensiones y corriente de la antena inalambrica de transmision de energia; una unidad de condensador variable que incluya una pluralidad de condensadores que esten conectados en serie y en paralelo a la antena de transmision inalambrica de energia y una pluralidad de conmutadores para conmutar la conexion de la pluralidad de condensadores; y una unidad de control para calcular la impedancia usando las tensiones y la corriente detectadas a traves de la unidad de sensor y ajustando la capacitancia de la unidad de condensador variable de acuerdo con la impedancia calculada.

Resumen

Diversas implementaciones de sistemas, procedimientos y dispositivos dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas tienen cada uno varios aspectos, ninguno de los cuales es responsable unicamente de los atributos deseables descritos en el presente documento. Algunas caracteristicas destacadas se describen en el presente documento sin limitar el alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Los detalles de uno o mas implementaciones de la materia objeto descritos en esta memoria descriptiva se exponen en los dibujos adjuntos y en la descripcion a continuacion. Otras caracteristicas, aspectos y ventajas resultaran evidentes a partir de la descripcion de los dibujos y de las reivindicaciones. Observese que las dimensiones relativas de las figuras siguientes pueden no estar dibujadas a escala.

Otro aspecto proporciona un receptor de energia inalambrico. El transmisor de energia inalambrico incluye una antena de transmision configurada para generar un campo para energia de transmision inalambrica en una primera y segunda configuracion. El transmisor de energia inalambrico incluye ademas un primer condensador. El transmisor de energia inalambrico incluye ademas al menos un conmutador configurado para conectar de forma selectiva el primer condensador en una de las primera y segunda configuraciones. El primer condensador puede estar en serie con la antena de transmision en la primera configuracion y en paralelo con la antena de transmision en la segunda configuracion.

El transmisor de energia inalambrico puede incluir ademas un segundo condensador en paralelo con la antena de transmision. El primer condensador puede estar en paralelo con el segundo condensador en la primera configuracion y en serie con el segundo condensador en la segunda configuracion. El transmisor de energia inalambrico puede incluir ademas un tercer condensador en serie con el al menos un conmutador. El tercer condensador puede estar configurado para compensar una carga reactiva adicional presente en la primera configuracion.

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El al menos un conmutador no puede formar parte de una trayectoria resonante. El al menos un conmutador puede estar configurado para conectar de forma selectiva el primer condensador en una de las primera y segunda configuraciones basandose en un acoplamiento entre la antena de transmision y un receptor. El transmisor de energia inalambrico puede incluir ademas al menos un procesador configurado para medir el acoplamiento entre la antena de transmision y el receptor y comparar el acoplamiento a un umbral.

El transmisor de energia inalambrico puede incluir ademas un transformador de tomas multiples configurado para funcionar en una primera relacion de giros en la primera configuracion y en una segunda relacion de giros en la segunda configuracion. La primera relacion de giros puede ser superior que la segunda relacion de giros.

Otro aspecto proporciona un procedimiento para transmitir energia de carga inalambrica en un transmisor de energia inalambrico. El procedimiento incluye generar, en una antena de transmision, un campo para la energia de transmision inalambrica tanto en una primera como en una segunda configuracion. El procedimiento incluye ademas conectar de forma selectiva un primer condensador en una de las primera y segunda configuraciones. El primer condensador esta en serie con la antena de transmision en la primera configuracion y en paralelo con la antena de transmision en la segunda configuracion.

El procedimiento incluye ademas conectar el primer condensador en paralelo con un segundo condensador en la primera configuracion y en serie con el segundo condensador en la segunda configuracion. El segundo condensador esta en paralelo con la antena de transmision. En un modo de realizacion, el transmisor de energia inalambrico puede incluir un tercer condensador en serie con al menos un conmutador, usandose el al menos un conmutador para conectar de forma selectiva el primer condensador en una de las primera y segunda configuraciones. En un modo de realizacion, el tercer condensador puede estar configurado para compensar una carga reactiva adicional presente en la primera configuracion.

En un modo de realizacion, la conexion puede ser a traves de al menos un conmutador, que puede no formar parte de una trayectoria resonante. En un modo de realizacion, el procedimiento puede incluir ademas conectar de forma selectiva el primer condensador en una de las primera y segunda configuraciones basandose en un acoplamiento entre la antena de transmision y un receptor. En un modo de realizacion, el procedimiento puede incluir ademas medir el acoplamiento entre la antena de transmision y el receptor, y comparar el acoplamiento con un umbral.

En un modo de realizacion, el procedimiento puede incluir ademas la configuracion de un transformador de tomas multiples para funcionar en una primera relacion de giros en la primera configuracion y en una segunda relacion de giros en la segunda configuracion. La primera relacion de giros puede ser superior que la segunda relacion de giros.

Otro aspecto proporciona un aparato para transmitir energia de carga inalambrica. El aparato incluye un primer condensador. El aparato incluye ademas medios para generar un campo para energia de transmision inalambrica tanto en una primera como en una segunda configuracion. El aparato incluye ademas medios para conectar de forma selectiva el primer condensador en una de las primera y segunda configuraciones. El primer condensador esta en serie con los medios para generar en la primera configuracion y en paralelo con los medios para generar en la segunda configuracion.

El aparato incluye ademas un segundo condensador y medios para conectar el primer condensador en paralelo con un segundo condensador en la primera configuracion y en serie con el segundo condensador en la segunda configuracion. El segundo condensador esta en paralelo con los medios para generar. En un modo de realizacion, el aparato puede incluir ademas un tercer condensador en serie con los medios de conexion. En un modo de realizacion, el tercer condensador puede estar configurado para compensar una carga reactiva adicional presente en la primera configuracion.

En un modo de realizacion, los medios de conexion pueden no formar parte de una trayectoria resonante. En un modo de realizacion, el aparato puede incluir ademas medios para conectar de forma selectiva el primer condensador en una de las primera y segunda configuraciones basandose en un acoplamiento entre la antena de transmision y un receptor. En un modo de realizacion, el aparato puede incluir ademas medios para conectar la medicion del acoplamiento entre la antena de transmision y el receptor y medios para conectar la comparacion del acoplamiento con un umbral.

En un modo de realizacion, el aparato puede incluir ademas un transformador de tomas multiples configurado para funcionar en una primera relacion de giros en la primera configuracion y una segunda relacion de giros en la segunda configuracion. La primera relacion de giros puede ser superior que la segunda relacion de giros.

Otro aspecto proporciona un medio no transitorio legible por ordenador que incluye un codigo que, cuando se ejecuta, hace que un aparato implemente el procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 19.

Breve descripcion de los dibujos

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La FIG. 1 es un diagrama de un sistema de transferencia inalambrica de energia a modo de ejemplo para cargar un vehiculo electrico, de acuerdo con un ejemplo de modo de realizacion de la invencion.

La FIG. 2 es un diagrama esquematico de componentes a modo de ejemplo del sistema de transferencia inalambrica de energia de la FIG. 1.

La FIG. 3 es otro diagrama de bloques funcional que muestra componentes principales y auxiliares a modo de ejemplo del sistema de transferencia inalambrica de energia de la FIG. 1.

La FIG. 4 es un diagrama de bloques funcional que muestra una bateria sin contacto reemplazable dispuesta en un vehiculo electrico, de acuerdo con un modo de realizacion a modo de ejemplo de la invencion.

Las FIGS. 5A, 5B, 5C y 5D son diagramas de configuraciones a modo de ejemplo para la colocacion de una bobina de induccion y de material de ferrita relativos a una bateria, de acuerdo con modos de realizacion a modo de ejemplo de la invencion.

La FIG. 6 es un grafico de un espectro de frecuencia que muestra frecuencias a modo de ejemplo que pueden usarse para la carga inalambrica de un vehiculo electrico, de acuerdo con un modo de realizacion a modo de ejemplo de la invencion.

La FIG. 7 es un grafico que muestra frecuencias y distancias de transmision a modo de ejemplo que pueden ser utiles en la carga inalambrica de vehiculos electricos, de acuerdo con un modo de realizacion a modo de ejemplo de la invencion.

La FIG. 8 es un diagrama esquematico de un sistema de carga inalambrica base, de acuerdo con un modo de realizacion.

La FIG. 9A es un diagrama esquematico de un sistema de carga inalambrica base en una configuracion en paralelo, de acuerdo con un modo de realizacion.

La FIG. 9B es un diagrama esquematico de un circuito equivalente para un sistema de carga inalambrica base en una configuracion en paralelo, de acuerdo con un modo de realizacion.

La FIG. 10A es un diagrama esquematico de un sistema de carga inalambrica base en una configuracion en serie parcial, de acuerdo con un modo de realizacion.

La FIG. 10B es un diagrama esquematico de un circuito equivalente para un sistema de carga inalambrica base en una configuracion en serie parcial, de acuerdo con un modo de realizacion.

La FIG. 11 es un grafico que muestra una corriente de salida de inversor frente a una cantidad de errores de sintonia.

La FIG. 12A es un diagrama esquematico de otro sistema de carga inalambrica base, de acuerdo con un modo de realizacion.

La FIG. 12B es un diagrama esquematico de un circuito equivalente para un sistema de carga inalambrica base en una configuracion en paralelo, de acuerdo con un modo de realizacion.

La FIG. 12C es un diagrama esquematico de un circuito equivalente para un sistema de carga inalambrica base en una configuracion en serie parcial, de acuerdo con un modo de realizacion.

La FIG. 13 es un diagrama esquematico de otro sistema de carga inalambrica base que tiene un transformador de tomas multiples, de acuerdo con un modo de realizacion.

La FIG. 14 es un diagrama esquematico de un sistema de carga inalambrica base que tiene un transformador de tomas multiples en una configuracion en paralelo, de acuerdo con un modo de realizacion.

La FIG. 15 es un diagrama esquematico de un sistema de carga inalambrica base que tiene un transformador de tomas multiples en una configuracion en serie parcial, de acuerdo con un modo de realizacion.

La FIG. 16 es un diagrama de flujo de un procedimiento a modo de ejemplo de transmision de energia inalambrica.

La FIG. 17 es un diagrama de bloques funcional de un aparato para transmitir energia de carga inalambrica, de acuerdo con un modo de realizacion de la invencion.

Las diversas caracteristicas ilustradas en los dibujos pueden no estar dibujadas a escala. Por consiguiente, las

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dimensiones de las diversas caracteristicas pueden ampliarse o reducirse de forma arbitraria para una mayor claridad. Ademas, algunos de los dibujos pueden no representar todos los componentes de un sistema, de un procedimiento o de un dispositivo dado. Finalmente, pueden usarse numeros de referencia similares para indicar caracteristicas similares a lo largo de la memoria descriptiva y de las figuras.

Descripcion detallada

La descripcion detallada expuesta a continuacion en conexion con los dibujos adjuntos esta prevista como una descripcion de modos de realizacion a modo de ejemplo de la invencion y no esta prevista para representar los unicos modos de realizacion en los cuales la invencion pueda llevarse a la practica. La expresion "a modo de ejemplo" usada a lo largo de esta descripcion significa "que sirve de ejemplo, caso o ilustracion" y no deberia interpretarse necesariamente como preferida o ventajosa a traves de otros modos de realizacion a modo de ejemplo. La descripcion detallada incluye detalles especificos para el proposito de proporcionar un entendimiento profundo de los modos de realizacion a modo de ejemplo de la invencion. En algunos casos, algunos dispositivos se muestran en forma de diagrama de bloques.

La transmision inalambrica de energia puede referirse a la transferencia de cualquier forma de energia asociada con campos electricos, campos magneticos, campos electromagneticos o de otra forma desde un transmisor hasta un receptor sin el uso de conductores electricos fisicos (por ejemplo, la energia puede transferirse a traves de espacio libre). La energia producida en un campo inalambrico (por ejemplo, un campo magnetico) puede recibirse, capturarse u acoplarse mediante una "bobina receptora" para lograr la transmision de energia.

Un vehiculo electrico se usa en el presente documento para describir un sistema remoto, un ejemplo del cual es un vehiculo que incluye, como parte de sus capacidades de locomocion, energia electrica derivada de un dispositivo de almacenamiento de energia cargable (por ejemplo, una o mas celdas electroquimicas recargables u otro tipo de bateria). Como ejemplos no limitativos, algunos vehiculos electricos pueden ser vehiculos electricos hibridos que incluyan, ademas de motores electricos, un motor de combustion tradicional para la locomocion directa o para cargar la bateria del vehiculo. Otros vehiculos electricos pueden obtener cualquier capacidad de locomocion a partir de energia electrica. Un vehiculo electrico no esta limitado a un automovil y puede incluir motocicletas, carros, scooters y similares. A modo de ejemplo y no de limitacion, se describe en el presente documento un sistema remoto en forma de un vehiculo electrico (EV). Ademas, se contemplan tambien otros sistemas remotos que pueden alimentarse al menos parcialmente usando un dispositivo de almacenamiento de energia cargable (por ejemplo, dispositivos electronicos tales como dispositivos informaticos personales y similares).

La FIG. 1 es un diagrama de un sistema de transferencia inalambrica de energia 100 a modo de ejemplo para cargar un vehiculo electrico 112, de acuerdo con un modo de realizacion a modo de ejemplo de la invencion. El sistema de transferencia inalambrica de energia 100 permite cargar un vehiculo electrico 112 mientras el vehiculo electrico 112 esta estacionado cerca de un sistema de carga inalambrica base 102a. Se ilustran espacios para dos vehiculos electricos en un area de estacionamiento que vayan a estacionarse sobre los sistemas inalambricos de carga base 102a y 1610b correspondientes. En algunos modos de realizacion, un centro de distribucion local 130 puede estar conectado a una red central de alimentacion 132 y configurado para proporcionar un suministro de corriente alterna (CA) o de corriente continua (CC) a traves de un enlace de energia 110 al sistema de carga inalambrica base 102a. El sistema de carga inalambrica base 102a incluye tambien una bobina de induccion de sistema base 104a para transferir o recibir energia de forma inalambrica y una antena 136. Un vehiculo electrico 112 puede incluir una unidad de bateria 118, una bobina de induccion de vehiculo electrico 116, un sistema de carga inalambrica de vehiculo electrico 114 y una antena 140. La bobina de induccion de vehiculo electrico 116 puede interactuar con la bobina de induccion de sistema base 104a, por ejemplo, a traves de una region del campo electromagnetico generado por la bobina de induccion de sistema base 104a.

En algunos modos de realizacion a modo de ejemplo, la bobina de induccion de vehiculo electrico 116 puede recibir energia cuando la bobina de induccion de vehiculo electrico 116 este situada en un campo de energia producido por la bobina de induccion de sistema base 104a. El campo corresponde a una region donde la energia producida por la bobina de induccion de sistema base 104a puede capturarse mediante una bobina de induccion de vehiculo electrico 116. Por ejemplo, la energia producida por la bobina de induccion de sistema base 104a puede estar a un nivel suficiente para cargar o alimentar el vehiculo electrico 112 (por ejemplo, para cargar la unidad de bateria 118). En algunos casos, el campo puede corresponder al "campo cercano" de la bobina de induccion de sistema base 104a. El campo cercano puede corresponder a una region en la cual existan fuertes campos reactivos resultantes de las corrientes y de las cargas en la bobina de induccion de sistema de base 104a que no irradien energia hacia fuera de la bobina de induccion de sistema base 104a. En algunos casos, el campo cercano puede corresponder a una region que este dentro de aproximadamente 1/2n de la longitud de onda de la bobina de induccion de sistema base 104a (y viceversa para la bobina de induccion de vehiculo electrico 116), como se describira con mas detalle a continuacion.

El centro de distribucion local 130 puede estar configurado para comunicarse con fuentes externas (por ejemplo, una red electrica) a traves de una red de retorno de comunicacion 134, y con el sistema de carga inalambrica base 102a mediante un enlace de comunicacion 108.

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Los sistemas de carga inalambrica base 102a y 102b pueden estar configurados para comunicarse con el sistema de carga inalambrica de vehiculo electrico 114 a traves de las antenas 136 y 138. Por ejemplo, el sistema de carga inalambrica 102a puede comunicarse con el sistema de carga inalambrica de vehiculo electrico 114 usando un canal de comunicacion entre las antenas 138 y 140. Los canales de comunicacion pueden ser cualquier tipo de canales de comunicacion tales como, por ejemplo, Bluetooth, ZigBee, movil, red de area local inalambrica (WLAN), etc. En diversos modos de realizacion, los sistemas de carga inalambrica base 102a y 102b pueden incluir cualquiera de los sistemas de carga inalambrica base 802, 902A, 1002A, 1202A y/o 1302, descritos en el presente documento con respecto a las FIGS. 8, 9, 10, 12 y 13, respectivamente.

En algunos modos de realizacion, la bobina de induccion de vehiculo electrico 116 puede estar alineada con la bobina de induccion de sistema de base 104a y, por lo tanto, dispuesta dentro de una region de campo cercano, simplemente por el conductor que coloque el vehiculo electrico 112 correctamente relativo a la bobina de induccion de sistema de base 104a. En otros modos de realizacion, se le puede dar al conductor retroalimentacion visual, retroalimentacion auditiva o combinaciones de las mismas para determinar cuando el vehiculo electrico 112 esta colocado de forma apropiada para la transferencia inalambrica de energia. En otros modos de realizacion mas, el vehiculo electrico 112 puede estar situado por un sistema de piloto automatico, que puede mover el vehiculo 112 hacia adelante y hacia atras (por ejemplo, en movimientos en zigzag) hasta que un error de alineacion haya alcanzado un valor tolerable. Esto puede realizarse de forma automatica y autonoma por el vehiculo electrico 112 sin o solamente con una intervencion minima del conductor siempre que el vehiculo electrico 112 este equipado con un volante de direccion asistida, sensores de ultrasonidos e inteligencia para ajustar el vehiculo. En otros modos de realizacion mas, la bobina de induccion de vehiculo electrico 116, la bobina de induccion de sistema base 104a o una combinacion de las mismas pueden tener funcionalidad para desplazar y mover las bobinas de induccion 116 y 104a relativas entre si para orientarlas de forma mas precisa y desarrollar un acoplamiento mas eficaz entre las mismas.

El sistema de carga inalambrica base 102a puede estar situado en una variedad de ubicaciones. A modo de ejemplos no limitativos, algunas ubicaciones adecuadas incluyen un area de estacionamiento en una casa del propietario del vehiculo electrico 112, areas de estacionamiento reservadas para la carga inalambrica de vehiculos electricos modeladas a semejanza de las estaciones de servicio convencionales a base de petroleo y estacionamientos en otras ubicaciones tales como centros comerciales y lugares de trabajo.

La carga de vehiculos electricos de forma inalambrica puede proporcionar numerosos beneficios. Por ejemplo, la carga puede realizarse de forma automatica, practicamente sin intervencion ni manipulaciones del conductor, mejorando de ese modo la comodidad para un usuario. Puede no haber tambien ningun contacto electrico expuesto y ningun desgaste mecanico, mejorando de ese modo la fiabilidad del sistema de transferencia inalambrica de energia 100. Pueden no ser necesarias manipulaciones con cables y conectores y puede no haber cables, enchufes o tomas de corriente que puedan estar expuestos a la humedad y al agua en un entorno al aire libre, mejorando de este modo la seguridad. Puede no haber tambien tomas de corriente, cables y enchufes visibles o accesibles, reduciendo de este modo el posible vandalismo de los dispositivos de carga de energia. Ademas, puesto que un vehiculo electrico 112 puede usarse como un dispositivo de almacenamiento distribuido para estabilizar una red electrica, puede usarse una solucion de conexion a la red para aumentar la disponibilidad de los vehiculos para el funcionamiento de vehiculo a red (V2G).

Un sistema de transferencia inalambrica de energia 100 como el descrito con referencia a la FIG. 1 puede proporcionar tambien ventajas esteticas y no obstaculizadoras. Por ejemplo, puede no haber columnas de carga ni cables que puedan ser barreras para vehiculos y/o peatones.

A modo de explicacion adicional de la capacidad del vehiculo a red, las capacidades de transmision y recepcion inalambricas de energia pueden estar configuradas para ser reciprocas de tal manera que el sistema de carga inalambrica base 102a transmita energia al vehiculo electrico 112 y el vehiculo electrico 112 transfiera energia al sistema de carga inalambrica base 102a, por ejemplo, en momentos de deficit de energia. Esta funcion puede ser util para estabilizar la red electrica de distribucion permitiendo que los vehiculos electricos aporten energia al sistema general de distribucion en momentos de deficit de energia ocasionados por un exceso de demanda o deficit en la produccion de energia renovable (por ejemplo, energia eolica o solar).

La FIG. 2 es un diagrama esquematico de componentes a modo de ejemplo del sistema de transferencia inalambrica de energia 100 de la FIG. 1. Como se muestra en la FIG. 2, el sistema de transferencia inalambrica de energia 200 puede incluir un circuito de transmision de sistema base 206 que incluya una bobina de induccion de sistema base 204 que tenga una inductancia L1. El sistema de transferencia inalambrica de energia 200 incluye ademas un circuito de recepcion de vehiculo electrico 222 que incluye una bobina de induccion de vehiculo electrico 216 que tiene una inductancia L2. Los modos de realizacion descritos en el presente documento pueden usar bucles de cable cargados de forma capacitativa (es decir, bobinas de giros multiples) que formen una estructura resonante que sea capaz de acoplar de forma eficiente la energia desde una estructura primaria (transmisor) hasta una estructura secundaria (receptor) a traves de un campo cercano magnetico o electromagnetico si tanto la estructura primaria como la secundaria estan sintonizadas a una frecuencia de resonancia comun. Las bobinas pueden usarse para la bobina de

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induccion de vehiculo electrico 216 y la bobina de induccion de sistema de base 204. El uso de estructuras resonantes para acoplar energia puede denominarse "resonancia magnetica acoplada", "resonancia electromagnetica acoplada" y/o "induccion resonante". El funcionamiento del sistema de transferencia inalambrica de energia 200 se describira basandose en la transferencia de energia desde un sistema de carga inalambrica de energia base 202 hasta un vehiculo electrico 112, pero no se limita a la misma. Por ejemplo, como se ha analizado anteriormente, el vehiculo electrico 112 puede transferir energia al sistema de carga inalambrica base 102a. En diversos modos de realizacion, el sistema de carga inalambrica base 202 puede incluir cualquiera de los sistemas de carga inalambrica base 802, 902A, 1002A, 1202A y/o 1302, descritos en el presente documento con respecto a las FIGS. 8, 9, 10, 12 y 13, respectivamente.

Con referencia a la FIG. 2, una fuente de alimentacion 208 (por ejemplo, de CA o de CC) suministra energia Psdc al sistema de carga inalambrica de energia base 202 para transferir energia a un vehiculo electrico 112. El sistema de carga inalambrica de energia base 202 incluye un convertidor de energia de sistema de carga base 236. El convertidor de energia de sistema de carga base 236 puede incluir circuitos tales como un convertidor CA/CC configurado para convertir la energia de CA en la energia CC de la red estandar en un nivel de tension adecuado y un convertidor de CC/baja frecuencia (LF) configurado para convertir la energia de CC en energia con una frecuencia de funcionamiento adecuada para la transferencia inalambrica de alta energia. El convertidor de energia de sistema de carga base 236 suministra energia P1 al circuito de transmision de sistema base 206 que incluye el condensador C1 en serie con la bobina de induccion de sistema base 204 para emitir un campo electromagnetico a una frecuencia deseada. Puede proporcionarse un condensador C1 para formar un circuito resonante con la bobina de induccion de sistema base 204 que resuene a una frecuencia deseada. La bobina de induccion de sistema base 204 recibe energia P1 y transmite energia de forma inalambrica a un nivel suficiente para cargar o alimentar el vehiculo electrico 112. Por ejemplo, el nivel de energia proporcionado de forma inalambrica por la bobina de induccion de sistema de base 204 puede ser del orden de kilovatios (kW) (por ejemplo, desde 1 kW a 110 kW, o mas alto o mas bajo).

El circuito de transmision de sistema base 206 que incluya la bobina de induccion de sistema base 204 y el circuito de recepcion de vehiculo electrico 222 que incluya la bobina de induccion de vehiculo electrico 216 pueden sintonizarse sustancialmente a las mismas frecuencias y pueden situarse dentro del campo cercano de un campo electromagnetico transmitido por la bobina de induccion de sistema base 204 o por la bobina de induccion de vehiculo electrico 116. En este caso, la bobina de induccion de sistema base 204 y la bobina de induccion de vehiculo electrico 116 pueden llegar a acoplarse entre si de tal manera que la energia pueda transmitirse al circuito receptor de vehiculo electrico 222 que incluya el condensador C2 y la bobina de induccion de vehiculo electrico 116. Puede proporcionarse el condensador C2 que forme un circuito resonante con la bobina de induccion de vehiculo electrico 216 que resuene a una frecuencia deseada. El elemento k(d) representa el coeficiente de acoplamiento mutuo resultante a una distancia dada de la bobina. Las resistencias equivalentes Req,1 y Req,2 representan las perdidas que pueden ser inherentes a las bobinas de induccion 204 y 216 y a los condensadores antirreactancia C1 y C2. El circuito receptor de vehiculo electrico 222 que incluye la bobina de induccion de vehiculo electrico 316 y el condensador C2 reciben la energia P2 y proporcionan la energia P2 a un convertidor de energia de vehiculo electrico 238 de un sistema de carga de vehiculo electrico 214.

El convertidor de energia de vehiculo electrico 238 puede incluir, entre otras cosas, un convertidor de LF/CC configurado para convertir energia a una frecuencia de funcionamiento en una energia de CC a un nivel de tension coincidente con el nivel de tension de una unidad de bateria del vehiculo electrico 218. El convertidor de energia de vehiculo electrico 238 puede proporcionar la energia convertida Pldc para cargar la unidad de bateria de vehiculo electrico 218. La fuente de alimentacion 208, el convertidor de energia de sistema de carga base 236 y la bobina de induccion de sistema base 204 pueden ser estacionarios y estar situados en diversas ubicaciones como se analizo anteriormente. La unidad de bateria 218, el convertidor de energia de vehiculo electrico 238 y la bobina de induccion de vehiculo electrico 216 pueden estar incluidos en un sistema de carga de vehiculo electrico 214 que forme parte del vehiculo electrico 112 o del paquete de bateria (no mostrado). El sistema de carga de vehiculo electrico 214 puede estar configurado tambien para proporcionar energia de forma inalambrica a traves de la bobina de induccion de vehiculo electrico 216 al sistema de carga inalambrica de energia base 202 para volver a suministrar energia a la red. La bobina de induccion de vehiculo electrico 216 y la bobina de induccion de sistema de base 204 pueden actuar como bobinas de induccion transmisoras o receptoras basandose en el modo de funcionamiento.

Aunque no se muestra, el sistema de transferencia inalambrica de energia 200 puede incluir una unidad de desconexion de carga (LDU) para desconectar de forma segura la unidad de bateria de vehiculo electrico 218 o la fuente de alimentacion 208 del sistema de transferencia inalambrica de energia 200. Por ejemplo, en caso de una emergencia o de fallo del sistema, la LDU puede activarse para desconectar la carga del sistema de transferencia inalambrica de energia 200. La LDU puede proporcionarse ademas a un sistema de gestion de bateria para gestionar la carga de una bateria o puede formar parte del sistema de gestion de bateria.

Ademas, el sistema de carga de vehiculo electrico 214 puede incluir un circuito de conmutacion (no mostrado) para conectar y desconectar de forma selectiva la bobina de induccion de vehiculo electrico 216 al convertidor de energia de vehiculo electrico 238. La desconexion de la bobina de induccion de vehiculo electrico 216 puede suspender la carga y puede ajustar tambien la "carga" como "vista" por el sistema de carga inalambrica base 102a (que actua

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como transmisor), que puede usarse para "ocultar" el sistema de carga de vehiculo electrico 114 (que actua como receptor) del sistema de carga inalambrica base 102a. Los cambios de carga pueden detectarse si el transmisor incluye el circuito de deteccion de carga. Por consiguiente, el transmisor, tal como un sistema de carga inalambrica base 202, puede tener un mecanismo para determinar cuando los receptores, tales como un sistema de carga de vehiculo electrico 114, estan presentes en el campo cercano de la bobina de induccion de sistema de base 204.

Como se ha descrito anteriormente, en funcionamiento, suponiendo la transferencia de energia hacia el vehiculo o la bateria, la energia de entrada se proporciona desde la fuente de alimentacion 208 de tal manera que la bobina de induccion de sistema base 204 genera un campo para proporcionar la transferencia de energia. La bobina de induccion de vehiculo electrico 216 se acopla al campo radiado y genera energia de salida para el almacenamiento o el consumo por el vehiculo electrico 112. Como se ha descrito anteriormente, en algunos modos de realizacion, la bobina de induccion de sistema base 204 y la bobina de induccion de vehiculo electrico 116 estan configuradas de acuerdo con una relacion de resonancia mutua de tal manera que la frecuencia de resonancia de la bobina de induccion de vehiculo electrico 116 y la frecuencia de resonancia de la bobina de induccion de sistema base 204 estan muy proximas o son sustancialmente iguales. Las perdidas de transmision entre el sistema de carga inalambrica de energia base 202 y el sistema de carga de vehiculo electrico 214 son minimas cuando la bobina de induccion de vehiculo electrico 216 esta situada en el campo cercano de la bobina de induccion de sistema base 204.

Como se indica, se produce una transferencia de energia eficiente acoplando una gran porcion de la energia en el campo cercano de la bobina de induccion transmisora con una bobina de induccion receptora en lugar de propagar la mayor parte de la energia en una onda electromagnetica al campo lejano. En el campo cercano, puede establecerse un modo de acoplamiento entre la bobina de induccion transmisora y la bobina de induccion receptora. El area alrededor de las bobinas de induccion donde puede producirse este acoplamiento de campo cercano se denomina en el presente documento region en modo de acoplamiento de campo cercano.

Aunque no se muestren, el convertidor de energia de sistema de carga base 236 y el convertidor de energia de vehiculo electrico 238 pueden incluir ambos un oscilador, un circuito de control, tal como un amplificador de potencia, un filtro y un circuito de adaptacion para el acoplamiento eficiente con la bobina de induccion de energia inalambrica. El oscilador puede estar configurado para generar una frecuencia deseada, que puede ajustarse en respuesta a una senal de ajuste. La senal de oscilador puede amplificarse mediante el amplificador de potencia con una cantidad de amplificacion sensible a las senales de control. El circuito de filtrado y adaptacion puede incluirse para filtrar los armonicos u otras frecuencias no deseadas y adaptar la impedancia del modulo de conversion de energia a la bobina de induccion de energia inalambrica. Los convertidores de energia 236 y 238 pueden incluir tambien un rectificador y una circuiteria de conmutacion para generar una produccion de energia adecuada para cargar la bateria.

La bobina de induccion de vehiculo electrico 216 y la bobina de induccion de sistema base 204 como se describe a traves de los modos de realizacion divulgados pueden denominarse o configurarse como antenas de "bucle" y, mas especificamente, antenas de bucle de giros multiples. Las bobinas de induccion 204 y 216 pueden denominarse tambien en el presente documento o configurarse como antenas "magneticas". El termino "bobinas" esta previsto para referirse a un componente que puede producir o recibir energia de forma inalambrica para su acoplamiento a otra "bobina". La bobina puede denominarse tambien "antena" de un tipo que este configurado para producir o recibir energia de forma inalambrica. Como se usa en el presente documento, las bobinas 204 y 216 son ejemplos de "componentes de transferencia de energia" de un tipo que estan configuradas para producir energia de forma inalambrica, recibir energia de forma inalambrica y/o transmitir energia de forma inalambrica. Las antenas de bucle (por ejemplo, antenas de bucle de giros multiples) pueden estar configuradas para incluir un nucleo de aire o un nucleo fisico tal como un nucleo de ferrita. Una antena de bucle con nucleo de aire puede permitir la colocacion de otros componentes en el area de nucleo. Las antenas con nucleo fisico que incluyan materiales ferromagneticos pueden permitir el desarrollo de un campo electromagnetico mas fuerte y un acoplamiento mejorado.

Como se ha analizado anteriormente, la transferencia eficiente de energia entre un transmisor y un receptor se produce durante la resonancia adaptada o casi adaptada entre un transmisor y un receptor. Sin embargo, incluso cuando la resonancia entre un transmisor y un receptor no esta adaptada, la energia puede transferirse con una eficiencia inferior. La transferencia de energia se produce mediante el acoplamiento de energia del campo cercano de la bobina de induccion transmisora a la bobina de induccion receptora que reside en una region (por ejemplo, dentro de un intervalo de frecuencias predeterminado de la frecuencia de resonancia, o a una distancia predeterminada de la region de campo cercano) donde se establece este campo cercano en lugar de propagar energia desde la bobina de induccion transmisora al espacio libre.

Una frecuencia resonante puede basarse en la inductancia y en la capacitancia de un circuito de transmision que incluya una bobina de induccion (por ejemplo, una bobina de induccion de sistema base 204) como se ha descrito anteriormente. Como se muestra en la FIG. 2, la inductancia puede ser en general la inductancia de la bobina de induccion, mientras que la capacitancia puede anadirse a la bobina de induccion para crear una estructura resonante a una frecuencia resonante deseada. A modo de ejemplo no limitativo, como se muestra en la FIG. 2, puede anadirse un condensador en serie con la bobina de induccion para crear un circuito resonante (por ejemplo, el

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circuito de transmision de sistema de base 206) que genere un campo electromagnetico. Por consiguiente, para las bobinas de induccion de mayor diametro, el valor de la capacitancia necesaria para inducir resonancia puede disminuir a medida que aumenta el diametro o la inductancia de la bobina. La inductancia puede depender tambien de un numero de giros de una bobina de induccion. Ademas, a medida que aumenta el diametro de la bobina de induccion, puede aumentar el area de transferencia eficiente de energia del campo cercano. Son posibles otros circuitos resonantes. A modo de otro ejemplo no limitativo, puede colocarse un condensador en paralelo entre los dos terminales de la bobina de induccion (por ejemplo, un circuito resonante en paralelo). Ademas, puede disenarse una bobina de induccion que tenga un factor de alta calidad (Q) para mejorar la resonancia de la bobina de induccion. Por ejemplo, el factor Q puede ser 300 o mayor.

Como se ha descrito anteriormente, de acuerdo con algunos modos de realizacion, se divulga el acoplamiento de energia entre dos bobinas de induccion que estan en el campo cercano mutuo. Tal como se ha descrito anteriormente, el campo cercano puede corresponder a una region alrededor de la bobina de induccion en la cual existan campos electromagneticos pero no puedan propagarse ni irradiarse lejos de la bobina de induccion. Las regiones en modo de acoplamiento de campo cercano pueden corresponder a un volumen que este cerca del volumen fisico de la bobina de induccion, tipicamente dentro de una pequena fraccion de la longitud de onda. De acuerdo con algunos modos de realizacion, se usan bobinas de induccion electromagneticas, tales como antenas de bucle de un unico giro o de giros multiples, tanto para transmitir como para recibir puesto que las amplitudes de campo magnetico cercano en los modos de realizacion practicos tienden a ser superiores para las bobinas de tipo magnetico en comparacion con los campos electricos cercanos de una antena de tipo electrico (por ejemplo, un dipolo pequeno). Esto permite un acoplamiento potencialmente mayor entre el par. Ademas, pueden usarse tambien antenas "electricas" (por ejemplo, dipolos y monopolos) o una combinacion de antenas magneticas y electricas.

La FIG. 3 es otro diagrama de bloques funcional que muestra componentes principales y auxiliares a modo de ejemplo del sistema de transmision inalambrica de energia 100 de la FlG. 1. El sistema de transferencia inalambrica de energia 300 ilustra un enlace de comunicacion 376, un enlace de guia 366 y sistemas de alineacion 352, 354 para la bobina de induccion de sistema base 304 y la bobina de induccion de vehiculo electrico 316. Como se ha descrito anteriormente, con referencia a la FIG. 2, y suponiendo el flujo de energia hacia el vehiculo electrico 112, en la FIG. 3 una interfaz de alimentacion de sistema de carga de base 360 puede estar configurada para proporcionar energia a un convertidor de energia de sistema de carga 336 a partir de una fuente de energia, tal como una fuente de alimentacion de CA o de CC 126. El convertidor de energia de sistema de carga base 336 puede recibir energia de CA o de CC de la interfaz de alimentacion de sistema de carga base 360 para estimular la bobina de induccion de sistema base 304 en su frecuencia de resonancia o cerca de ella. La bobina de induccion de vehiculo electrico 316, cuando este en la region en modo de acoplamiento de campo cercano, puede recibir energia desde la region en modo de acoplamiento de campo cercano para oscilar a o cerca de la frecuencia de resonancia. El convertidor de energia de vehiculo electrico 338 convierte la senal de oscilacion de la bobina de induccion de vehiculo electrico 316 en una senal de energia adecuada para cargar una bateria a traves de la interfaz de alimentacion de vehiculo electrico.

El sistema de carga inalambrica base 302 incluye un controlador de sistema de carga base 342 y el sistema de carga de vehiculo electrico 314 incluye un controlador de vehiculo electrico 344. El controlador de sistema de carga base 342 puede incluir una interfaz de comunicacion de sistema de carga base con otros sistemas (no mostrados) tales como, por ejemplo, un ordenador, un dispositivo inalambrico y un centro de distribucion de energia o una red electrica inteligente. El controlador de vehiculo electrico 344 puede incluir una interfaz de comunicacion de vehiculo electrico con otros sistemas (no mostrados) tales como, por ejemplo, un ordenador incorporado en el vehiculo, otro controlador de carga de la bateria, otros sistemas electronicos de los vehiculos y sistemas electronicos remotos. En diversos modos de realizacion, el sistema de carga inalambrica base 302 puede incluir cualquiera de los sistemas de carga inalambrica base 802, 902A, 1002A, 1202A y/o 1302, descritos en el presente documento con respecto a las FIGS. 8, 9, 10, 12 y 13, respectivamente.

El controlador del sistema de carga base 342 y el controlador de vehiculo electrico 344 pueden incluir subsistemas o modulos para aplicaciones especificas con canales de comunicacion independientes. Estos canales de comunicacion pueden ser canales fisicos independientes o canales logicos independientes. A modo de ejemplos no limitativos, un sistema de alineacion de carga base 352 puede comunicarse con un sistema de alineacion de vehiculo electrico 354 a traves de un enlace de comunicacion 356 para proporcionar un mecanismo de retroalimentacion para alinear de forma mas cercana la bobina de induccion de sistema base 304 y la bobina de induccion de vehiculo electrico 316, ya sea de forma autonoma o con la asistencia de un operario. Del mismo modo, un sistema de guia de carga base 362 puede comunicarse con un sistema de guia de vehiculo electrico 364 a traves de un enlace de guia 366 para proporcionar un mecanismo de retroalimentacion para guiar a un operario en la alineacion de la bobina de induccion de sistema base 304 y la bobina de induccion de vehiculo electrico 316. Ademas, puede haber enlaces de comunicacion de uso general independientes (por ejemplo, canales), tales como el enlace de comunicacion 376, soportado por el sistema de comunicacion de carga base 372 y el sistema de comunicacion de vehiculo electrico 374 para comunicar otra informacion entre el sistema de carga inalambrica de energia base 302 y el sistema de carga de vehiculo electrico 314. Esta informacion puede incluir informacion sobre las caracteristicas del vehiculo electrico, las caracteristicas de la bateria, el estado de la carga y las funciones de alimentacion del sistema de carga inalambrica de energia base 302 y el sistema de carga de vehiculo electrico 314,

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asi como datos de mantenimiento y diagnostico para el vehiculo electrico 112. Estos enlaces o canales de comunicacion pueden ser canales de comunicacion fisicos independientes tales como, por ejemplo, canales de comunicaciones especializadas de corto alcance (DSRC), IEEE 802. 11x (por ejemplo, WiFi), Bluetooth, ZigBee, moviles, infrarrojos, etc.

El controlador de vehiculo electrico 344 puede incluir tambien un sistema de gestion de bateria (BMS) (no mostrado) que gestione la carga y la descarga de la bateria principal de vehiculo electrico, un sistema de asistencia al estacionamiento basandose en principios de microondas o de radar de ultrasonidos, un sistema de freno configurado para realizar una operacion de estacionamiento semiautomatico y un sistema asistido de volante de direccion configurado para ayudar a un estacionamiento por cable altamente automatizado que pueda proporcionar una mayor precision en el estacionamiento, reduciendo por tanto la necesidad de una alineacion horizontal mecanica de la bobina de induccion en cualquiera del sistema de carga inalambrica base 102a y del sistema de carga de vehiculo electrico 114. Ademas, el controlador de vehiculo electrico 344 puede estar configurado para comunicarse con los sistemas electronicos del vehiculo electrico 112. Por ejemplo, el controlador de vehiculo electrico 344 puede estar configurado para comunicarse con dispositivos de visualizacion de salida (por ejemplo, la pantalla del salpicadero), dispositivos acusticos/de audio de salida (por ejemplo, la alarma, los altavoces), dispositivos mecanicos de entrada (por ejemplo, el teclado, la pantalla tactil y los dispositivos de senalizacion tales como la palanca de mando, la rueda de desplazamiento, etc.) y dispositivos de audio de entrada (por ejemplo, un microfono con reconocimiento electronico de voz).

Ademas, el sistema de transferencia inalambrica de energia 300 puede incluir sistemas de deteccion y sensores. Por ejemplo, el sistema de transferencia inalambrica de energia 300 puede incluir sensores para su uso con sistemas para guiar de forma apropiada al conductor o al vehiculo hasta el punto de carga, sensores para alinear de forma mutua las bobinas de induccion con la separacion/acoplamiento requeridos, sensores para detectar objetos que puedan impedir que la bobina de induccion de vehiculo electrico 316 se mueva hasta una altura y/o posicion particular para lograr el acoplamiento y sensores de seguridad para su uso con sistemas para realizar un funcionamiento fiable, libre de danos y seguro del sistema. Por ejemplo, un sensor de seguridad puede incluir un sensor para la deteccion de la presencia de animales o ninos que se acerquen a las bobinas de induccion inalambrica de energia 104a, 116 mas alla de un radio de seguridad, la deteccion de objetos metalicos cerca de la bobina de induccion de sistema base 304 que puedan calentarse (calentamiento por induccion), la deteccion de eventos peligrosos tales como objetos incandescentes en la bobina de induccion de sistema base 304 y la supervision de la temperatura de los componentes del sistema de carga inalambrica de energia base 302 y el sistema de carga de vehiculo electrico 314.

El sistema de transferencia inalambrica de energia 300 puede soportar tambien la carga enchufable a traves de una conexion por cable. Un puerto de carga por cable puede integrar las salidas de los dos cargadores diferentes antes de transferir energia hacia o desde el vehiculo electrico 112. Los circuitos de conmutacion pueden proporcionar la funcionalidad como se necesite para soportar tanto la carga inalambrica como la carga a traves de un puerto de carga por cable.

Para comunicarse entre un sistema de carga inalambrica base 302 y un sistema de carga de vehiculo electrico 314, el sistema de transferencia inalambrica de energia 300 puede usar senalizacion dentro de banda y un modem de datos RF (por ejemplo, Ethernet sobre radio en una banda sin licencia). La comunicacion fuera de banda puede proporcionar ancho de banda suficiente para la asignacion de servicios de valor anadido al usuario/propietario del vehiculo. Una modulacion de amplitud o de fase de baja profundidad de la portadora inalambrica de energia puede servir de sistema de senalizacion dentro de banda con una interferencia minima.

Ademas, parte de la comunicacion puede realizarse a traves del enlace inalambrico de energia sin usar antenas de comunicaciones especificas. Por ejemplo, las bobinas de induccion inalambrica de energia 304 y 316 pueden estar configuradas tambien para actuar como transmisores de comunicacion inalambrica. Por lo tanto, algunos modos de realizacion del sistema de carga inalambrica de energia base 302 pueden incluir un controlador (no mostrado) para permitir la introduccion del tipo de protocolo en la ruta inalambrica de energia. Mediante la introduccion del nivel de energia de transmision (modulacion por desplazamiento de amplitud) a intervalos predefinidos con un protocolo predefinido, el receptor puede detectar una comunicacion en serie desde el transmisor. El convertidor de energia de sistema de carga base 336 puede incluir un circuito de deteccion de carga (no mostrado) para detectar la presencia o ausencia de receptores activos del vehiculo electrico en las proximidades del campo cercano generado por la bobina de induccion de sistema base 304. A modo de ejemplo, un circuito de deteccion de carga supervisa la corriente que fluye hacia el amplificador de potencia, que se ve afectada por la presencia o ausencia de receptores activos en las proximidades del campo cercano generado por la bobina de induccion de sistema base 104a. La deteccion de cambios en la carga del amplificador de potencia puede supervisarse mediante el controlador de sistema de carga base 342 para su uso en la determinacion de si permitir que el oscilador transmita energia, para comunicarse con un receptor activo o para una combinacion de los mismos.

Para permitir la transmision inalambrica de alta energia, algunos modos de realizacion pueden estar configurados para transferir energia a una frecuencia en el intervalo de 10-60 kHz. Este acoplamiento de baja frecuencia puede permitir la conversion de energia de alta eficiencia que pueda lograrse usando dispositivos de estado solido.

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Ademas, puede haber menos problemas de coexistencia con sistemas de radio en comparacion con otras bandas.

El sistema de transferencia inalambrica de energia 100 descrito puede usarse con una variedad de vehiculos electricos 102 que incluyan baterias recargables o reemplazables.

La FIG. 4 es un diagrama de bloques funcional que muestra una bateria sin contacto reemplazable dispuesta en un vehiculo electrico 412, de acuerdo con un modo de realizacion a modo de ejemplo de la invencion. En este modo de realizacion, la posicion de bateria baja puede ser util para una unidad de bateria de vehiculo electrico que integre una interfaz inalambrica de energia (por ejemplo, una interfaz inalambrica de cargador a bateria 426) y que pueda recibir energia de un cargador (no mostrado) integrado en el suelo. En la FIG. 4, la unidad de bateria de vehiculo electrico puede ser una unidad de bateria recargable y puede alojarse en un compartimiento de bateria 424. La unidad de bateria de vehiculo electrico proporciona tambien una interfaz inalambrica de energia 426, que puede integrar todo el subsistema inalambrico de energia de vehiculo electrico que incluye una bobina de induccion resonante, circuiteria de conversion de energia y otras funciones de control y comunicaciones como se necesite para la transferencia inalambrica de energia eficiente y segura entre una unidad de carga inalambrica situada en el suelo y la unidad de bateria de vehiculo electrico.

Puede ser util que la bobina de induccion de vehiculo electrico este integrada al mismo nivel que un lado inferior de la unidad de bateria de vehiculo electrico o que la carroceria del vehiculo de modo que no haya partes salientes y pueda mantenerse el espacio especificado entre el suelo y el vehiculo. Esta configuracion puede requerir que se dedique algo de espacio en la unidad de bateria del vehiculo electrico al subsistema inalambrico de energia de vehiculo electrico. La unidad de bateria de vehiculo electrico 422 puede incluir tambien una interfaz inalambrica de bateria a EV 422 y una interfaz inalambrica de cargador a bateria 426 que proporcione energia y comunicacion sin contacto entre el vehiculo electrico 412 y un sistema de carga inalambrica base 102a, tal como se muestra en la FIG. 1.

En algunos modos de realizacion, y con referencia a la FIG. 1, la bobina de induccion de sistema base 104a y la bobina de induccion de vehiculo electrico 116 pueden estar en una posicion fija y las bobinas de induccion se situan dentro de una region de acoplamiento de campo cercano mediante la colocacion total de la bobina de induccion de vehiculo electrico 116 relativa al sistema de carga inalambrica base 102a. Sin embargo, con el fin de realizar la transmision de energia de forma rapida, eficiente y segura, puede ser necesario reducir la distancia entre la bobina de induccion de sistema base 104a y la bobina de induccion de vehiculo electrico 116 para mejorar el acoplamiento. Por tanto, en algunos modos de realizacion, la bobina de induccion de sistema base 104a y/o la bobina de induccion de vehiculo electrico 116 pueden ser desplegables y/o desplazables para alinearlas mejor.

Las FIGS. 5A, 5B, 5C y 5D son diagramas de configuraciones a modo de ejemplo para la colocacion de una bobina de induccion y de material de ferrita relativos a una bateria, de acuerdo con modos de realizacion a modo de ejemplo de la invencion. La FIG. 5A muestra una bobina de induccion 536a con ferrita completamente integrada. La bobina de induccion inalambrica de energia puede incluir un material de ferrita 538a y una bobina 536a enrollada alrededor del material de ferrita 538a. La propia bobina 536a puede estar fabricada de hilo de Litz trenzado. Puede proporcionarse una capa de proteccion conductora 532a para proteger a los pasajeros del vehiculo de una transmision de EMF excesiva. La proteccion conductora puede ser particularmente util en vehiculos fabricados de plastico o de materiales compuestos.

La FIG. 5B muestra una placa de ferrita dimensionada de forma optima (es decir, soporte de ferrita) para mejorar el acoplamiento y reducir las corrientes inducidas (disipacion de calor) en la capa protectora conductora 532b. La bobina 536b puede estar totalmente integrada en un material no conductor y no magnetico (por ejemplo, plastico). Por ejemplo, como se ilustra en la FIG. 5A-5D, la bobina 536b puede estar integrada en un alojamiento protector 534b. Puede haber una separacion entre la bobina 536b y el material de ferrita 538b como resultado de un compromiso entre el acoplamiento magnetico y las perdidas por histeresis de la ferrita.

La FIG. 5C ilustra otro modo de realizacion donde la bobina 536c (por ejemplo, una bobina de giros multiples de hilo de Litz de cobre) puede ser desplazable en una direccion lateral ("X"). La FIG. 5D ilustra otro modo de realizacion donde el modulo de bobina de induccion se despliega en direccion descendente. En algunos modos de realizacion, la unidad de bateria incluye uno de un modulo de la bobina de induccion de vehiculo electrico desplegable y no desplegable 542d como parte de la interfaz de alimentacion inalambrica. Para impedir que los campos magneticos penetren en el espacio de bateria 530d y en el interior del vehiculo, puede haber una capa protectora de capa conductora 532d (por ejemplo, una lamina de cobre) entre el espacio de bateria 530d y el vehiculo. Ademas, puede usarse una capa protectora no conductora (por ejemplo, plastico) 534d para proteger la capa protectora de capa conductora 532d, la bobina 536d y el material de ferrita 538d de los impactos ambientales (por ejemplo, danos mecanicos, oxidacion, etc.). Ademas, la bobina 536d puede ser desplazable en las direcciones laterales X y/o Y. La FIG. 5D ilustra un modo de realizacion en el que el modulo de la bobina de induccion de vehiculo electrico 540d se despliega en una direccion Z descendente relativa a un cuerpo de la unidad de bateria.

El diseno de este modulo desplegable de bobina de induccion de vehiculo electrico 542d es similar al de la FIG. 5B excepto en que no hay proteccion conductora en el modulo de bobina de induccion de vehiculo electrico 542d. La

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capa protectora conductora 532d permanece con el cuerpo de unidad de bateria. Cuando el modulo de bobina de induccion de vehiculo electrico 542d no esta en un estado desplegado, se proporciona la capa protectora 534d (por ejemplo, una capa de plastico) entre la capa protectora conductora 532d y el modulo de bobina de induccion de vehiculo electrico 542d. La separacion fisica del modulo de bobina de induccion de vehiculo electrico 542d del cuerpo de unidad de bateria puede tener un efecto positivo en el rendimiento de la bobina de induccion.

Como se ha analizado anteriormente, el modulo de bobina de induccion de vehiculo electrico 542d que esta desplegado puede contener solamente la bobina 536d (por ejemplo, cable de Litz) y el material de ferrita 538d. Puede proporcionarse soporte de ferrita para mejorar el acoplamiento y para impedir perdidas excesivas de corrientes inducidas en la parte inferior del vehiculo o en la capa protectora de capa conductora 532d. Ademas, el modulo de bobina de induccion de vehiculo electrico 542d puede incluir una conexion de cable flexible para los sistemas electronicos de conversion de energia y los sistemas electronicos de sensores. Este conjunto de cables puede estar integrado en el engranaje mecanico para desplegar el modulo de bobina de induccion de vehiculo electrico 542d.

Con referencia a la FIG. 1, los sistemas de carga descritos anteriormente pueden usarse en diversas ubicaciones para cargar un vehiculo electrico 112 o volver a transferir energia a una red electrica. Por ejemplo, la transferencia de energia puede producirse en el entorno de un estacionamiento. Se observa que un "area de estacionamiento" puede denominarse tambien en el presente documento "plaza de estacionamiento". Para mejorar la eficiencia de un sistema de transferencia inalambrica de energia de un vehiculo 100, un vehiculo electrico 112 puede alinearse en una direccion X y en una direccion Y para permitir que una bobina de induccion de vehiculo electrico 116 dentro del vehiculo electrico 112 se alinee de forma adecuada con un sistema de carga inalambrica base 102a dentro un area de estacionamiento asociada.

Ademas, los modos de realizacion divulgados son aplicables a estacionamientos que tengan una o mas plazas de estacionamiento o areas de estacionamiento, en los que al menos una plaza de estacionamiento dentro de un estacionamiento pueda comprender un sistema de carga inalambrica base 102a. Pueden usarse sistemas de guia (no mostrados) para ayudar a un operario de un vehiculo a colocar un vehiculo electrico 112 en un area de estacionamiento para alinear una bobina de induccion de vehiculo electrico 116 en el vehiculo electrico 112 con un sistema de carga inalambrica base 102a. Los sistemas de guia pueden incluir enfoques basados en sistemas electronicos (por ejemplo, posicionamiento por radio, principios de busqueda de direcciones y/o procedimientos de deteccion optica, cuasioptica y/o por ultrasonidos) o enfoques basados en sistemas mecanicos (por ejemplo, guias de ruedas para vehiculos, carriles o topes) o cualquier combinacion de los mismos para ayudar al operario de un vehiculo electrico a colocar un vehiculo electrico 112 para permitir que una bobina de induccion 116 dentro del vehiculo electrico 112 se alinee de forma adecuada con una bobina de induccion de carga dentro de una base de carga (por ejemplo, el sistema de carga inalambrica base 102a).

Como se ha analizado anteriormente, el sistema de carga de vehiculo electrico 114 puede colocarse en la parte inferior del vehiculo electrico 112 para transmitir y recibir energia de un sistema de carga inalambrica base 102a. Por ejemplo, una bobina de induccion de vehiculo electrico 116 puede estar integrada en la parte inferior del vehiculo preferentemente cerca de una posicion central que proporcione la distancia de seguridad maxima en lo que respecta a la exposicion a EM y que permita el estacionamiento hacia delante y marcha atras del vehiculo electrico.

La FIG. 6 es un grafico de un espectro de frecuencia que muestra frecuencias a modo de ejemplo que pueden usarse para la carga inalambrica de un vehiculo electrico, de acuerdo con un modo de realizacion a modo de ejemplo de la invencion. Como se muestra en la FIG. 6, los posibles intervalos de frecuencia para la transferencia inalambrica de alta energia para vehiculos electricos pueden incluir: VLF en una banda de 3 kHz a 30 kHz, LF inferior en una banda de 30 kHz a 150 kHz (para aplicaciones similares a ISM) con algunas exclusiones, HF de 6,78 MHz (banda ISM de ITU-R de 6,765-6,795 MHz), HF de 13,56 MHz (banda ISM de ITU-R de 13,553-13,567) y HF de 27,12 MHz (banda ISM de ITU-R de 26,957-27,283 MHz).

La FIG. 7 es un grafico que muestra frecuencias y distancias de transmision a modo de ejemplo que pueden ser utiles en la carga inalambrica de vehiculos electricos, de acuerdo con un modo de realizacion a modo de ejemplo de la invencion. Algunas distancias de transmision de ejemplo que pueden ser utiles para la carga inalambrica de vehiculos electricos son de aproximadamente 30 mm, aproximadamente 75 mm y aproximadamente 150 mm. Algunas frecuencias a modo de ejemplo pueden ser de aproximadamente 27 kHz en la banda VLF y alrededor de 135 kHz en la banda LF.

Durante un ciclo de carga de un vehiculo electrico, una unidad de carga base (BCU) del sistema de transferencia inalambrica de energia puede pasar por diversos estados de funcionamiento. El sistema de transferencia inalambrica de energia puede denominarse "sistema de carga." La BCU puede incluir el sistema de carga inalambrica base 102a y/o 102b de la FIG. 1. La BCU puede incluir tambien un controlador y/o una unidad de conversion de energia, como por ejemplo un convertidor de energia 236 como se ilustra en la FIG. 2. Ademas, la BCU puede incluir una o mas plataformas de carga base que incluyen una bobina de induccion, tal como las bobinas de induccion 104a y 104b como se ilustra en la FIG. 1. A medida que la BCU atraviesa los diversos estados, la BCU interactua con una estacion de carga. La estacion de carga puede incluir el centro de distribucion local 130, como se

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ilustra en la FIG. 1, y puede incluir ademas un controlador, una interfaz de usuario grafica, un modulo de comunicaciones y una conexion de red con un servidor remoto o con un grupo de servidores remotos.

La FIG. 8 es un diagrama esquematico de un sistema de carga inalambrica base 802, de acuerdo con un modo de realizacion. En diversos modos de realizacion, el sistema de carga inalambrica base 802 puede incluir, por ejemplo, cualquiera de los sistemas de carga inalambrica base 102a, 102b, 202, y 302, descritos anteriormente con respecto a las FIGS. 1-3, respectivamente. Como se muestra, el sistema de carga inalambrica base 802 incluye un puente de inversor H, un condensador Cb, un primer inductor Lb, un transformador de aislamiento TX, un primer conmutador S1, un segundo conmutador S2, un condensador C1A, un condensador C1B y una bobina de induccion de sistema base L1. Una carga util R representa una carga del lado receptor tal como, por ejemplo, el sistema de carga de vehiculos electricos 114, 214 y/o 314, descrito anteriormente con respecto a las FIGS. 1-3, respectivamente. La carga util R puede incluir tambien perdidas que pueden ser inherentes a las bobinas de induccion (por ejemplo, la bobina de induccion de sistema base L1) y condensadores antirreactancia (por ejemplo, los condensadores C1A y C1B).

Aunque diversas porciones del sistema de carga inalambrica 802 se muestran en la FIG. 8, un experto en la materia medio apreciara que una o mas porciones pueden extraerse, reemplazarse o redisponerse, o pueden incluirse otras porciones. Por ejemplo, los conmutadores S1 y S2 de un unico polo de un unico tiro (SPST) pueden reemplazarse por un conmutador de un unico polo de doble tiro (SPDT). Ademas, diversos condensadores, inductores y/o resistores descritos en el presente documento pueden reemplazarse por circuitos equivalentes (por ejemplo, integrando multiples componentes en un componente individual, dividiendo componentes individuales en multiples componentes, etc.).

El puente de inversor H sirve para generar una senal que varie con el tiempo para la transmision inalambrica de energia. En diversos modos de realizacion, el puente de inversor H puede incluir, por ejemplo, circuiteria tal como un convertidor CA/CC configurado para convertir energia de CA en energia de CC de la red electrica estandar a un nivel de tension adecuado y un convertidor CC/baja frecuencia (LF) configurado para convertir la energia de CC en energia a una frecuencia de funcionamiento adecuada para la transferencia inalambrica de alta energia. En algunos modos de realizacion, el puente de inversor H puede incluir el convertidor de energia de sistema de carga base 236 y/o 336, analizado anteriormente con respecto a las FIGS. 2 y 3, respectivamente. El puente de inversor H mostrado en la FIG. 8 proporciona una tension de salida de inversor Vi y una corriente de salida de inversor Ii. En el modo de realizacion ilustrado, el puente de inversor H incluye al menos un primer terminal acoplado de forma electrica a un primer terminal del condensador CB y un segundo terminal acoplado de forma electrica a un segundo terminal de una bobina primaria del transformador de aislamiento TX.

El condensador Cb y el primer inductor Lb sirven como impedancia de adaptacion jX. Juntos, el condensador Cb y el primer inductor Lb pueden formar un primer elemento inductivo de una red LCL girada para jX. En diversos modos de realizacion, el condensador Cb y el primer inductor Lb pueden reemplazarse por otra red reactiva que tenga la impedancia caracteristica jX. En el modo de realizacion ilustrado, el condensador Cb incluye al menos un primer terminal acoplado de forma electrica al primer terminal del puente de inversor H y un segundo terminal acoplado de forma electrica a un primer terminal del primer inductor LB. En el modo de realizacion ilustrado, el primer inductor Lb incluye al menos un primer terminal acoplado de forma electrica al segundo terminal del condensador Cb y un segundo terminal acoplado de forma electrica a un primer terminal de la bobina primaria del transformador de aislamiento TX.

El transformador de aislamiento TX sirve para aislar de forma electrica la bobina de induccion de sistema base de transmision L1 de la red electrica. En algunos modos de realizacion, el transformador de aislamiento TX puede propagar la corriente de salida de inversor Ii a los conmutadores S1 y S2. En algunos modos de realizacion, el transformador de aislamiento TX puede omitirse. En el modo de realizacion ilustrado, el transformador de aislamiento TX tiene una relacion de giros de 1:1. En otros modos de realizacion, el transformador de aislamiento TX puede tener otra relacion de giros tal como, por ejemplo, 1 :n1.

En el modo de realizacion ilustrado, el transformador de aislamiento TX incluye una bobina primaria y una bobina secundaria. La bobina primaria incluye al menos un primer terminal acoplado de forma electrica al segundo terminal del primer inductor Lb y un segundo terminal acoplado de forma electrica al segundo terminal del puente de inversor H. La bobina secundaria incluye al menos un primer terminal acoplado de forma electrica a un primer terminal del primer conmutador S1 y a un primer terminal del segundo conmutador S2 y un segundo terminal acoplado de forma electrica a un segundo terminal del condensador C1B y a un segundo terminal de la bobina de induccion de sistema base L1.

Pueden proporcionarse los condensadores C1Ay C1B para formar un circuito resonante con la bobina de induccion de sistema base L1 que resuene a una frecuencia deseada. En algunos modos de realizacion, los condensadores C1A y C1B pueden formar el condensador C1, descrito anteriormente con respecto a la FIG. 2. El condensador C1A tiene una impedancia caracteristica de -jpX, donde p es una variacion de sintonizacion descrita con mayor detalle en el presente documento. El condensador C1B tiene una impedancia caracteristica de -j(1 -p)X.

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El condensador Cia incluye al menos un primer terminal acoplado de forma electrica a un segundo terminal del primer conmutador S1 y a un primer terminal de la bobina de induccion de sistema base Li y un segundo terminal acoplado de forma electrica a un segundo terminal del segundo conmutador S2 y a un primer terminal del condensador Cib. El condensador Cia puede establecerse de forma dinamica en una o al menos dos configuraciones, por ejemplo mediante el funcionamiento de los conmutadores Si y S2. En una primera configuracion, denominada tambien configuracion en paralelo, el condensador Cia esta configurado en paralelo con la bobina de induccion de sistema base L1 y en serie con el condensador C1B. En una segunda configuracion, denominada tambien configuracion en serie parcial, el condensador C1A esta configurado en serie con la bobina de induccion de sistema base L1 y en paralelo con el condensador C1B. La configuracion en paralelo se muestra y describe en el presente documento con respecto a las FIGS. 9A-B y la configuracion en serie parcial se muestra y describe en el presente documento con respecto a las FIGS. 10A-E.

El condensador C1B incluye al menos un primer terminal acoplado de forma electrica a un segundo terminal del segundo conmutador S2 y al segundo terminal del condensador C1A y un segundo terminal acoplado de forma electrica al segundo terminal de la bobina secundaria del transformador de aislamiento TX y al segundo terminal de la bobina de induccion de sistema base L1. El condensador C1B esta configurado en paralelo con la bobina de induccion de sistema base L1. Cuando el condensador C1A se establece en la configuracion en paralelo, el condensador C1A esta configurado en serie con el condensador C1B y en paralelo con la bobina de induccion de sistema base L1. Cuando el condensador C1A se establece en la configuracion en serie parcial, el condensador C1A esta configurado en paralelo con el condensador C1B y en serie con la bobina de induccion de sistema base L1. El condensador C1B puede llevar una corriente Ic.

El primer conmutador S1 sirve para acoplar de forma selectiva los primer y segundo terminales. En conjuncion con el segundo conmutador S2, el primer conmutador S1 puede establecer el condensador C1A en la configuracion en paralelo o en serie parcial. El primer conmutador S1 puede incluir, por ejemplo, un rele mecanico o un conmutador de corriente alterna (CA) semiconductor. El primer conmutador S1 incluye un primer terminal acoplado de forma electrica al primer terminal de la bobina secundaria del transformador de aislamiento TX y al primer terminal del segundo conmutador S2 y un segundo terminal acoplado de forma electrica al primer terminal del condensador C1A y al primer terminal de la bobina de induccion de sistema base L1. El primer conmutador S1 puede llevar la corriente de salida de inversor Ii.

El segundo conmutador S2 sirve para acoplar de forma selectiva los primer y segundo terminales. En conjuncion con el primer conmutador S1, el segundo conmutador S2 puede establecer el condensador C1A en la configuracion en paralelo o en serie parcial. El segundo conmutador S2 puede incluir, por ejemplo, un rele mecanico o un conmutador de corriente alterna (CA) semiconductor. El segundo conmutador S2 incluye un primer terminal acoplado de forma electrica al primer terminal de la bobina secundaria del transformador de aislamiento TX y al primer terminal del primer conmutador S1 y un segundo terminal acoplado de forma electrica al segundo terminal del condensador C1A y al primer terminal del condensador C1B. El segundo conmutador S2 puede llevar la corriente de salida de inversor li

La bobina de induccion de sistema base L1 sirve para transmitir energia de forma inalambrica a un nivel suficiente para cargar o alimentar el vehiculo electrico 112. Por ejemplo, el nivel de energia proporcionado de forma inalambrica por la bobina de induccion de sistema base L1 puede ser del orden de kilovatios (kW) (por ejemplo, cualquier valor entre 1 kW y 110 kW, o mas alto o mas bajo). En algunos modos de realizacion, la bobina de induccion de sistema base L1 puede incluir la bobina de induccion de sistema base 204 descrita anteriormente con respecto a la FIG. 2. En otros modos de realizacion, la bobina de induccion de sistema base L1 puede servir para otros propositos, no limitados a la carga inalambrica o electrica del vehiculo.

La bobina de induccion de sistema base L1 puede accionar una carga del lado receptor, representada en la FIG. 8 por la carga util R. La bobina de induccion de sistema base L1 puede llevar una corriente de salida de sistema base L1, que puede denominarse tambien corriente de resonancia I1. En diversos modos de realizacion, la corriente de salida de sistema base l1 puede ser un multiplo de la corriente de salida de inversor li tal como, por ejemplo, entre alrededor de dos y alrededor de seis veces la corriente de salida de inversor li, alrededor de cuatro veces la corriente de salida de inversor li, o alrededor de cinco veces la corriente de salida de inversor li. En diversos modos de realizacion, la corriente de salida de sistema base h puede estar entre alrededor de 30 A y alrededor de 50 A, tal como alrededor de 40 A. Por consiguiente, la corriente de salida de inversor li puede estar entre alrededor de 6 A y alrededor de 12 A, tal como alrededor de 8 A, alrededor de 9 A o alrededor de 10 A.

En diversos modos de realizacion, la carga util R puede variar con el tiempo. Por ejemplo, la alineacion de un dispositivo receptor (por ejemplo, la bobina de induccion de vehiculo electrico 216 de la FIG. 2) puede variar con respecto a la bobina de induccion de sistema base L1, ocasionando el acoplamiento magnetico y la variacion de la energia de salida. Por consiguiente, la corriente de salida de sistema base h puede variar. Sin embargo, la corriente de salida de inversor li puede controlarse y estar limitada por cuatro factores: una tension de bus de corriente continua (CC) del puente de inversor H, una tension maxima de salida de inversor Vi, una relacion de giros de transformador de aislamiento TX y una impedancia caracteristica de la red LCL en la FIG. 8. En algunos modos de realizacion, puede ser imposible y/o ineficiente ajustar los tres primeros factores. Particularmente, el intervalo de variacion del bus de CC puede limitarse a una clasificacion de dispositivo. Por lo tanto, una gran variacion p puede

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obligar al sistema de carga inalambrica base 802 a alejarse de funcionar cerca de un punto optimo o esperado de eficiencia. En algunos casos, la tension de bus de CC puede ser fija.

En algunos modos de realizacion, el sistema de carga inalambrica base 802 puede estar configurado para introducir un cambio de etapa de variacion en la impedancia caracteristica de red LCL usando los conmutadores de CA S1 y S2. Particularmente, como se ha analizado anteriormente, los conmutadores S1 y S2 pueden estar configurados para conmutar el condensador C1A entre la configuracion en serie parcial y la configuracion en paralelo. El cambio de etapa puede reducir una cantidad de control en el puente de inversor H durante el funcionamiento. Con un pequeno cambio incremental (de 10 % a 30 %) en la impedancia de red LCL, el puente de inversor H y la unidad de correccion de factor de energia de entrada pueden mantener la operacion en una region preferida. Por ejemplo, conmutando entre la configuracion en serie parcial y la configuracion en paralelo, la corriente de salida de sistema base h puede variarse sin cambiar la corriente de salida de inversor Ii.

En un modo de realizacion, los conmutadores S1 y S2 pueden abrirse y cerrarse mediante un controlador. Por ejemplo, el controlador de sistema de carga base 342 (FIG. 3) puede estar configurado para conmutar el condensador C1A a partir de la configuracion en serie parcial a la configuracion en paralelo y viceversa. En la configuracion en paralelo, el controlador de sistema de carga base 342 puede cerrar el primer conmutador S1 y abrir el segundo conmutador S2. En la configuracion en serie parcial, el controlador de sistema de carga base 342 puede abrir el primer conmutador S1 y cerrar el segundo conmutador S2. En algunos modos de realizacion, el controlador de sistema de carga base 342 no abre de forma simultanea los conmutadores S1 y S2 ni cierra de forma simultanea los conmutadores S1 y S2. En otros modos de realizacion, los conmutadores S1 y S2 se abren y/o se cierran de forma simultanea.

La FIG. 9A es un diagrama esquematico de un sistema de carga inalambrica base 902A en una configuracion en paralelo, de acuerdo con un modo de realizacion. En diversos modos de realizacion, el sistema de carga inalambrica base 902A puede incluir, por ejemplo, cualquiera de los sistemas de carga inalambrica base 102a, 102b, 202, 302 y 802 descritos anteriormente con respecto a las FIGS. 1-3 y 8, respectivamente. Como se muestra, el sistema de carga inalambrica base 902A incluye el puente de inversor H, el condensador Cb , el primer inductor Lb, el transformador de aislamiento TX, el primer conmutador S1, el segundo conmutador S2, el condensador C1A, el condensador C1B y la bobina de induccion de sistema base L1. La carga util R representa la carga del lado receptor tal como, por ejemplo, el sistema de carga de vehiculos electricos 114, 214 y/o 314, descrito anteriormente con respecto a las FIGS. 1 -3, respectivamente. La carga util R puede incluir tambien perdidas que pueden ser inherentes a las bobinas de induccion (por ejemplo, la bobina de induccion de sistema base L1) y condensadores antirreactancia (por ejemplo, los condensadores C1A y C1B).

Aunque diversas porciones del sistema de carga inalambrica 902A se muestran en la FIG. 9A, el experto en la materia medio apreciara que una o mas porciones pueden extraerse, reemplazarse o redisponerse, o pueden incluirse otras porciones. Por ejemplo, los conmutadores S1 y S2 de un unico polo de un unico tiro (SPST) pueden reemplazarse por el conmutador de un unico polo de doble tiro (SPDT). Ademas, diversos condensadores, inductores y/o resistores descritos en el presente documento pueden reemplazarse por circuitos equivalentes (por ejemplo, integrando multiples componentes en el componente individual, dividiendo componentes individuales en multiples componentes, etc.).

En el modo de realizacion ilustrado de la FIG. 9A, el primer conmutador S1 esta cerrado y el segundo conmutador S2 esta abierto. Por consiguiente, el condensador C1A se establece en la configuracion en paralelo. En otras palabras, cerrando el primer conmutador S1 y abriendo el segundo conmutador S2, el condensador C1A, que tiene una impedancia de -jpX, esta configurado en serie con el condensador C1B, que tiene una impedancia de -j(1-B)X. Ademas, el condensador C1A y el condensador C1B estan configurados en paralelo con la bobina de induccion de sistema base L1, que tiene una impedancia de jX, para formar una red resonante paralela. En esta configuracion, la impedancia caracteristica de la red LCL es X. Un circuito equivalente de esta configuracion de compensacion paralela se muestra en la FIG. 9B, a continuacion.

En la configuracion en paralelo, el segundo condensador C1A lleva la corriente Ic. El primer conmutador S1 lleva la corriente Ii. El esfuerzo electrico a traves del segundo conmutador S2 mientras el primer conmutador S1 esta en cortocircuito se determina mediante la ecuacion 1:

VS,=IC*!3X ...Cl)

La FIG. 9B es un diagrama esquematico de un circuito equivalente 902B para un sistema de carga inalambrica base en una configuracion en paralelo, de acuerdo con un modo de realizacion. En un modo de realizacion, el circuito equivalente 902B puede incluir un equivalente para el sistema de carga inalambrica base 902A, descrito anteriormente con respecto a la FIG. 9A. Como se muestra, el circuito equivalente 902B incluye el puente de inversor H, un condensador equivalente Cb, un inductor equivalente Lb, un condensador equivalente C1A+C1B , un inductor equivalente L1 y la carga util R. La carga util R representa la carga del lado receptor tal como, por ejemplo, el sistema de carga de vehiculo electrico 114, 214 y/o 314 descrito anteriormente con respecto a las FIGS. 1-3,

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respectivamente. La carga util R puede incluir tambien perdidas que pueden ser inherentes a las bobinas de induccion (por ejemplo, la bobina de induccion de sistema base Li) y condensadores antirreactancia (por ejemplo, los condensadores Cia y Cib). Aunque diversas porciones del sistema de carga inalambrica 902B se muestran en la FIG. 9B, el experto en la materia medio apreciara que una o mas porciones pueden extraerse, reemplazarse o redisponerse, o pueden incluirse otras porciones.

Debido a que el condensador Cia y el condensador Cib estan en serie, el condensador equivalente Cia+Cib tiene una impedancia caracteristica de -jX. El inductor equivalente Li tiene una impedancia caracteristica de jX, en resonancia con el condensador equivalente Cia+Cib. El condensador equivalente de adaptacion Cb y el inductor equivalente Lb tienen tambien una impedancia combinada de jX. Por consiguiente, el condensador equivalente Cb y el inductor equivalente Lb forman el primer inductor de una red LCL, el condensador equivalente Cia+Cib forma el condensador de la red LCL, y el inductor equivalente Li y la carga util R forman el segundo inductor de la red LCL.

La FIG. 10A es un diagrama esquematico de un sistema de carga inalambrica base 1002A en una configuracion en serie parcial, de acuerdo con un modo de realizacion. En diversos modos de realizacion, el sistema de carga inalambrica base 1002A puede incluir, por ejemplo, cualquiera de los sistemas de carga inalambrica base 102a, 102b, 202, 302 y 802 descritos anteriormente con respecto a las FIGS. 1-3 y 8, respectivamente. Como se muestra, el sistema de carga inalambrica base 1002A incluye el puente de inversor H, el condensador Cb , el primer inductor Lb, el transformador de aislamiento TX, el primer conmutador S1, el segundo conmutador S2, el condensador C1A, el condensador C1B y la bobina de induccion de sistema base L1. La carga util R representa la carga del lado receptor tal como, por ejemplo, el sistema de carga de vehiculos electrico 114, 214 y/o 314, descrito anteriormente con respecto a las FIGS. 1 -3, respectivamente. La carga util R puede incluir tambien perdidas que pueden ser inherentes a las bobinas de induccion (por ejemplo, la bobina de induccion de sistema base L1) y condensadores antirreactancia (por ejemplo, los condensadores C1A y C1B).

Aunque diversas porciones del sistema de carga inalambrica 1002A se muestran en la FIG. 10A, el experto en la materia medio apreciara que una o mas porciones pueden extraerse, reemplazarse o redisponerse, o pueden incluirse otras porciones. Por ejemplo, los conmutadores S1 y S2 de un unico polo de un unico tiro (SPST) pueden reemplazarse por el conmutador de un unico polo de doble tiro (SPDT). Ademas, diversos condensadores, inductores y/o resistores descritos en el presente documento pueden reemplazarse por circuitos equivalentes (por ejemplo, integrando multiples componentes en el componente individual, dividiendo componentes individuales en multiples componentes, etc.).

En el modo de realizacion ilustrado de la FIG. 10A, el primer conmutador S1 esta abierto y el segundo conmutador S2 esta cerrado. Por consiguiente, el condensador C1A se establece en la configuracion en serie parcial. En otras palabras, al abrir el primer conmutador S1 y cerrar el segundo conmutador S2, el condensador C1A, que tiene una impedancia de -jpX, esta configurado en serie con la bobina de induccion de sistema base L1, que tiene una impedancia de jX. Ademas, el condensador C1A y la bobina de induccion de sistema base L1 estan configurados en paralelo con el condensador C1B, que tiene una impedancia de -j(1 -p)X, para formar una red de resonancia paralela. En esta configuracion, la impedancia caracteristica de la red LCL es (1-p)X. En otras palabras, la corriente de salida de sistema base h se aumenta un factor de 1/(1-p). Un circuito equivalente de esta configuracion de compensacion paralela se muestra en la FIG. 10B, a continuacion.

En la configuracion en serie parcial, el condensador C1A lleva la corriente I1. El segundo conmutador S2 lleva la corriente Ii. El esfuerzo electrico a traves del primer conmutador S1 mientras el segundo conmutador S2 esta en cortocircuito se determina mediante la Ecuacion 2:

Vn=l*pX -(2)

La FIG. 10B es un diagrama esquematico de un circuito equivalente 1002B para un sistema de carga inalambrico base en una configuracion en serie parcial, de acuerdo con un modo de realizacion. En un modo de realizacion, el circuito equivalente 1002B puede incluir un equivalente para el sistema de carga inalambrica base 1002A, descrito anteriormente con respecto a la FIG. 10A. Como se muestra, el circuito equivalente 1002B incluye el puente de inversor H, un condensador equivalente Cb, un inductor equivalente Lb, un condensador equivalente C1B , un inductor equivalente L1+C1A y la carga util R. La carga util R representa la carga del lado receptor tal como, por ejemplo, el sistema de carga de vehiculo electrico 114, 214 y/o 314, descrito anteriormente con respecto a las FIGS. 1-3, respectivamente. La carga util R puede incluir tambien perdidas que pueden ser inherentes a las bobinas de induccion (por ejemplo, la bobina de induccion de sistema base L1) y condensadores antirreactancia (por ejemplo, los condensadores C1A y C1B). Aunque diversas porciones del sistema de carga inalambrica 1002B se muestran en la FIG. 10B, el experto en la materia medio apreciara que una o mas porciones pueden extraerse, reemplazarse o redisponerse, o pueden incluirse otras porciones.

Debido a que el condensador C1A y la bobina de induccion de sistema base L1 estan en serie, el inductor equivalente L1+C1A tiene una impedancia caracteristica de j(1-p)X. El condensador equivalente C1B tiene una impedancia caracteristica de -j(1-p)X, en resonancia con el inductor equivalente L1+C1A. En consecuencia, el condensador

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equivalente Cb y el inductor equivalente Lb forman el primer inductor de una red LCL, el condensador equivalente Cib forma el condensador de la red LCL y el inductor equivalente L1+C1A y la carga util R forman el segundo inductor de la red LCL.

Debido al cambio de la impedancia caracteristica de la red LCL, el condensador equivalente Cb y el inductor equivalente Lb tienen de forma equivalente un componente reactivo adicional con un valor de impedancia de jpX. Este componente reactivo adicional con valor de jpX puede obligar al puente de inversor a suministrar un reactivo de voltio-amperio (VAR) adicional. La relacion de este VAR adicional sobre la energia suministrada con respecto a la variacion de sintonizacion, p, y a una Q de resonancia cargada de la red LCL se da en la Ecuacion 3:

VAR _ -PR -D

p (l-/?)’* (1 -m "

Debido a que VA2=P2+VAR2 , para la misma tension de salida de inversor Vi, el incremento de la corriente de salida de inversor Ii (considerando solamente el componente fundamental) puede expresarse como se muestra en la Ecuacion 4:

imagen1

En algunos modos de realizacion, la Q de resonancia de fuente alimentacion se mantiene igual o mayor que 1. Por ejemplo, con una variacion p de 0,5 y una Q de 1,5, para la misma tension de salida de inversor Vi, el aumento de la magnitud para Ii puede estar alrededor del 20 %. Un grafico del aumento de Ii frente a la cantidad de errores de sintonizacion p se muestra en la FIG. 11.

La FIG. 11 es un grafico 1100 que muestra una corriente de salida de inversor frente a una cantidad de errores de sintonizacion. El eje x muestra una cantidad de errores de sintonizacion p como se ha descrito anteriormente con respecto a las FIGS. 8-10B. El eje y muestra el cambio en la corriente de salida de inversor Ii, analizado anteriormente con respecto a las FIGS. 8-10B. El grafico 1100 supone una tension de salida maxima estable de inversor V y una Q cargada de 1,5.

Con referencia de nuevo a las FIGS. 8-10, en algunos modos de realizacion, la carga reactiva jpX adicional puede compensarse mediante la adicion de uno o mas condensadores en serie con los conmutadores S1 y S2. Por ejemplo, cuando cada conmutador S1 y S2 esta cerrado, uno o mas condensadores pueden formar el primer ramal de la red LCL con una impedancia de jX para mantenerla sintonizada. En algunos modos de realizacion, los condensadores adicionales pueden no ser necesarios para conseguir una red LCL completamente sintonizada en ambos estados de funcionamiento.

La FIG. 12A es un diagrama esquematico de otro sistema de carga inalambrica base 1202, de acuerdo con un modo de realizacion. En diversos modos de realizacion, el sistema de carga inalambrica base 1202A puede incluir, por ejemplo, cualquiera de los sistemas de carga inalambrica base 102a, 102b, 202, y 302, descritos anteriormente con respecto a las FIGS. 1-3, respectivamente. Como se muestra, el sistema de carga inalambrica base 1202A incluye el puente de inversor H, el condensador Cb, el primer inductor Lb, el transformador de aislamiento TX, el primer conmutador S1, el segundo conmutador S2, el condensador C1A, el condensador C1B, un cuarto condensador Ctx1 , un quinto condensador Ctx2 y la bobina de induccion de sistema base L1. Una carga util R representa la carga del lado receptor, tal como, por ejemplo, el sistema de carga de vehiculo electrico 114, 214 y/o 314, descrito anteriormente con respecto a las FIGS. 1-3, respectivamente. La carga util R puede incluir tambien perdidas que pueden ser inherentes a las bobinas de induccion (por ejemplo, la bobina de induccion de sistema base L1) y condensadores antirreactancia (por ejemplo, los condensadores C1A y C1B).

Aunque diversas porciones del sistema de carga inalambrica 1202A se muestran en la FIG. 12A, el experto en la materia medio apreciara que una o mas porciones pueden extraerse, reemplazarse o redisponerse, o pueden incluirse otras porciones. Por ejemplo, los conmutadores S1 y S2 de un unico polo de un unico tiro (SPST) pueden reemplazarse por el conmutador de un unico polo de doble tiro (SPDT). Ademas, diversos condensadores, inductores y/o resistores descritos en el presente documento pueden reemplazarse por circuitos equivalentes (por ejemplo, integrando multiples componentes en el componente individual, dividiendo componentes individuales en multiples componentes, etc.). Por ejemplo, en algunos modos de realizacion, el cuarto condensador Ctx1 puede reemplazarse por un segundo inductor Ltx1 (no mostrado), dependiendo de la polaridad del componente reactivo adicional durante la conmutacion C1A desde la configuracion en paralelo hasta la configuracion en serie parcial y viceversa. A modo de ejemplo, en un modo de realizacion donde la impedancia total del condensador Cb y el primer inductor Lb es j(1 -p)X, durante la configuracion en paralelo, el segundo inductor Ltx1 puede tener una impedancia de jpX para mantener la red LCL sintonizada. A continuacion, durante la configuracion en serie parcial, puede omitirse

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el quinto condensador Ctx2 (o un tercer inductor Ltx2 , no mostrado).

El puente de inversor H sirve para generar la senal que varia con el tiempo para la transmision de energia inalambrica. En diversos modos de realizacion, el puente de inversor H puede incluir, por ejemplo, circuiteria tal como el convertidor CA/CC configurado para convertir energia de CA en energia de CC de la red electrica estandar en un nivel de tension adecuado y el convertidor CC/baja frecuencia (LF) configurado para convertir la energia de CC en energia a la frecuencia de funcionamiento adecuada para la transferencia inalambrica de alta energia. En algunos modos de realizacion, el puente de inversor H puede incluir el convertidor de energia de sistema de carga base 236 y/o 336, analizado anteriormente con respecto a las FIGS. 2 y 3, respectivamente. El puente de inversor H mostrado en la FIG. 12A proporciona la tension de salida de inversor Vi y la corriente de salida de inversor Ii. En el modo de realizacion ilustrado, el puente de inversor H incluye al menos el primer terminal acoplado de forma electrica al primer terminal del condensador Cb y el segundo terminal acoplado de forma electrica al segundo terminal de la bobina primaria del transformador de aislamiento TX.

El condensador Cb y el primer inductor Lb sirven como impedancia de acoplamiento jX. Juntos, el condensador Cb y el primer inductor Lb pueden formar el primer elemento inductivo de la red LCL girada para jX. En diversos modos de realizacion, el condensador Cb y el primer inductor Lb pueden reemplazarse por otra red reactiva que tenga la impedancia caracteristica jX. En el modo de realizacion ilustrado, el condensador Cb incluye al menos el primer terminal acoplado de forma electrica al primer terminal del puente de inversor H y el segundo terminal acoplado de forma electrica al primer terminal del primer inductor Lb. En el modo de realizacion ilustrado, el primer inductor Lb incluye al menos el primer terminal acoplado de forma electrica al segundo terminal del condensador Cb y el segundo terminal acoplado de forma electrica al primer terminal de la bobina primaria del transformador de aislamiento TX.

El transformador de aislamiento TX sirve para aislar de forma electrica la bobina de induccion de sistema base de transmision L1 de la red electrica. En algunos modos de realizacion, el transformador de aislamiento TX puede propagar la corriente de salida de inversor Ii a los conmutadores S1 y S2. En algunos modos de realizacion, el transformador de aislamiento TX puede omitirse. En el modo de realizacion ilustrado, el transformador de aislamiento TX tiene la relacion de giros de 1:1. En otros modos de realizacion, el transformador de aislamiento TX puede tener otra relacion de giros tal como, por ejemplo, 1 :n1.

En el modo de realizacion ilustrado, el transformador de aislamiento TX incluye la bobina primaria y la bobina secundaria. La bobina primaria incluye al menos el primer terminal acoplado de forma electrica al segundo terminal del primer inductor Lb y el segundo terminal acoplado de forma electrica al segundo terminal del puente de inversor H. La bobina secundaria incluye al menos el primer terminal acoplado de forma electrica al primer terminal del primer conmutador S1 y al primer terminal del segundo conmutador S2 y el segundo terminal acoplado de forma electrica al segundo terminal del tercer condensador C1B y al segundo terminal de la bobina de induccion de sistema base L1.

Pueden proporcionarse los condensadores C1A y C1B para formar el circuito de resonancia con la bobina de induccion de sistema base L1 que resuene a la frecuencia deseada. En algunos modos de realizacion, los condensadores C1A y C1B pueden formar el condensador C1, descrito anteriormente con respecto a la FIG. 2. El condensador C1A tiene la impedancia caracteristica de -jpX, donde -p) es la variacion de sintonizacion descrita con mas detalle en el presente documento. El condensador C1B tiene la impedancia caracteristica de -j(1-p)X.

El condensador C1A incluye al menos el primer terminal acoplado de forma electrica a un segundo terminal del cuarto condensador Ctx1 y al primer terminal de la bobina de induccion de sistema base L1 y el segundo terminal acoplado de forma electrica a un segundo terminal del quinto condensador Ctx2 y al primer terminal del condensador C1B. El condensador C1A puede establecerse de forma dinamica en una o al menos dos configuraciones, por ejemplo mediante el funcionamiento de los conmutadores S1 y S2. En la primera configuracion, denominada tambien configuracion en paralelo, el condensador C1A esta configurado en paralelo con la bobina de induccion de sistema base L1 y en serie con el condensador C1B. En la segunda configuracion, denominada tambien configuracion en serie parcial, el condensador C1A esta configurado en serie con la bobina de induccion de sistema base L1 y en paralelo con el condensador C1B.

El condensador C1B incluye al menos el primer terminal acoplado de forma electrica al segundo terminal del quinto condensador Ctx2 y al segundo terminal del condensador C1A y el segundo terminal acoplado de forma electrica al segundo terminal de la bobina secundaria del transformador de aislamiento TX y al segundo terminal de la bobina de induccion de sistema base L1. El condensador C1B esta configurado en paralelo con la bobina de induccion de sistema base L1. Cuando el condensador C1A se establece en la configuracion en paralelo, el condensador C1A esta configurado en serie con el condensador C1B y en paralelo con la bobina de induccion de sistema base L1. Cuando el condensador C1A se establece en la configuracion en serie parcial, el condensador C1A esta configurado en paralelo con el condensador C1B y en serie con la bobina de induccion de sistema base L1. El condensador C1B puede llevar la corriente Ic.

El primer conmutador S1 sirve para acoplar de forma selectiva los primer y segundo terminales. En conjuncion con el segundo conmutador S2, el primer conmutador S1 puede establecer el condensador C1A en la configuracion en

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paralelo o en serie parcial. El primer conmutador S1 puede incluir, por ejemplo, el rele mecanico o el conmutador de corriente alterna (CA) semiconductor. El primer conmutador S1 incluye el primer terminal acoplado de forma electrica al primer terminal de la bobina secundaria del transformador de aislamiento TX y al primer terminal del segundo conmutador S2 y el segundo terminal acoplado de forma electrica al primer terminal del cuarto condensador Ctx1. El primer conmutador S1 puede llevar la corriente de salida de inversor Ii.

El segundo conmutador S2 sirve para acoplar de forma selectiva los primer y segundo terminales. En conjuncion con el primer conmutador S1, el segundo conmutador S2 puede establecer el condensador C1A en la configuracion en paralelo o en serie parcial. El segundo conmutador S2 puede incluir, por ejemplo, el rele mecanico o el conmutador de corriente alterna (CA) semiconductor. El segundo conmutador S2 incluye el primer terminal acoplado de forma electrica al primer terminal de la bobina secundaria del transformador de aislamiento TX y al primer terminal del primer conmutador S1 y el segundo terminal acoplado de forma electrica al primer terminal del quinto condensador Ctx2. El segundo conmutador S2 puede llevar la corriente de salida de inversor li.

La bobina de induccion de sistema base L1 sirve para transmitir energia de forma inalambrica al nivel suficiente para cargar o alimentar el vehiculo electrico 112. Por ejemplo, el nivel de energia proporcionado de forma inalambrica por la bobina de induccion de sistema base L1 puede ser del orden de kilovatios (kW) (por ejemplo, cualquier valor entre 1 kW y 110 kW, o mayor o menor). En algunos modos de realizacion, la bobina de induccion de sistema base L1 puede incluir la bobina de induccion de sistema base 204 descrita anteriormente con respecto a la FIG. 2. En otros modos de realizacion, la bobina de induccion de sistema base L1 puede servir para otros propositos, no limitados a la carga inalambrica o electrica del vehiculo.

La bobina de induccion de sistema base L1 puede accionar la carga de lado receptor, representada en la FIG. 12A por la carga util R. La bobina de induccion de sistema base L1 puede llevar la corriente de salida de sistema base I1, que puede denominarse tambien corriente de resonancia I1. En diversos modos de realizacion, la corriente de salida de sistema base I1 puede ser el multiplo de la corriente de salida de inversor li tal como, por ejemplo, entre alrededor de dos y alrededor de seis veces la corriente de salida de inversor li, alrededor de cuatro veces la corriente de salida de inversor li o alrededor de cinco veces la corriente de salida de inversor li. En diversos modos de realizacion, la corriente de salida de sistema base li puede estar entre aproximadamente 30 A y alrededor de 50 A, tal como alrededor de 40 A. Por consiguiente, la corriente de salida de inversor li puede estar entre alrededor de 6 A y alrededor de 12 A, tal como alrededor de 8 A, alrededor de 9 A, o alrededor de 10 A.

El cuarto condensador CTX1 sirve para formar un primer ramal de una red LCL, junto con el condensador Cb y el primer inductor LB , cuando el primer conmutador S1 esta cerrado. En otras palabras, el cuarto condensador CTX1 puede sintonizar el sistema de carga inalambrica base 1202A cuando este en la configuracion en paralelo. En un modo de realizacion, el cuarto condensador Ctx1 puede omitirse. El quinto condensador Ctx2 sirve para formar un primer ramal de una red LCL, junto con el condensador Cb y el primer inductor Lb, cuando el segundo conmutador S2 este cerrado. En otras palabras, el quinto condensador Ctx2 puede sintonizar el sistema de carga inalambrica base 1202A cuando este en la configuracion en serie parcial. La impedancia total del cuarto condensador Ctx1, en conjuncion con el condensador Cb y el primer inductor Lb, puede ser jX. La impedancia total del quinto condensador Ctx2 , en conjuncion con el condensador Cb y el primer inductor Lb , puede ser j(1-p)X. Los circuitos equivalentes para las configuraciones en paralelo y en serie parcial se muestran en las FIGS. 12B-12C, a continuacion.

La FIG. 12B es un diagrama esquematico de un circuito equivalente 1202B para un sistema de carga inalambrica base en una configuracion en paralelo, de acuerdo con un modo de realizacion. En un modo de realizacion, el circuito equivalente 1202B puede incluir un equivalente para el sistema de carga inalambrica base 902A, descrito anteriormente con respecto a la FIG. 9A. Como se muestra, el circuito equivalente 1202B incluye el puente de inversor H, un condensador equivalente Cb , un inductor equivalente Lb, un condensador equivalente Ctx1 , un condensador equivalente C1A+C1B, un inductor equivalente L1, y la carga util R. La carga util R representa la carga del lado receptor, tal como, por ejemplo, el sistema de carga de vehiculos electricos 114, 214 y/o 314, descrito anteriormente con respecto a las FIGS. 1-3, respectivamente. La carga util R puede incluir tambien perdidas que pueden ser inherentes a las bobinas de induccion (por ejemplo, la bobina de induccion de sistema base L1) y condensadores antirreactancia (por ejemplo, los condensadores C1A y C1B). Aunque diversas porciones del sistema de carga inalambrica 1202B se muestran en la FIG. 12B, el experto en la materia medio apreciara que una o mas porciones pueden extraerse, reemplazarse o redisponerse, o pueden incluirse otras porciones.

Debido a que el condensador C1A y el condensador C1B estan en serie, el condensador equivalente C1A+C1B tiene una impedancia caracteristica de -jX. El inductor equivalente L1 tiene una impedancia caracteristica de jX, en resonancia con el condensador equivalente C1B+C1B-. El condensador equivalente CB , el inductor equivalente LB y el condensador equivalente CTX1 tienen una impedancia combinada de jX. Por consiguiente, el condensador equivalente Cb , el inductor equivalente Lb y el condensador equivalente Ctx1 forman el primer inductor de una red LCL, el condensador equivalente C1A+C1B forma el condensador de la red LCL y el inductor equivalente L1 y la carga util R forman el segundo inductor de la red LCL.

La FIG. 12C es un diagrama esquematico de un circuito equivalente 1202C para un sistema de carga inalambrica base en una configuracion en serie parcial, de acuerdo con un modo de realizacion. En un modo de realizacion, el

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circuito equivalente 1202C puede incluir un equivalente para el sistema de carga inalambrica base 1002A, descrito anteriormente con respecto a la FIG. 10A. Como se muestra, el circuito equivalente 1202C incluye el puente de inversor H, un condensador equivalente Cb , un inductor equivalente Lb, un condensador equivalente Ctx2 , un condensador equivalente C1B, un inductor equivalente L1+C1A y la carga util R. La carga util R representa la carga del lado receptor, tal como, por ejemplo, el sistema de carga de vehiculos electricos 114, 214 y/o 314, descrito anteriormente con respecto a las FIGS. 1-3, respectivamente. La carga util R puede incluir tambien perdidas que pueden ser inherentes a las bobinas de induccion (por ejemplo, la bobina de induccion de sistema base L1) y condensadores antirreactancia (por ejemplo, los cuarto y quinto condensadores C1A y C1B). Aunque diversas porciones del sistema de carga inalambrica 1202C se muestran en la FIG. 12C, el experto en la materia medio apreciara que una o mas porciones pueden extraerse, reemplazarse o redisponerse, o pueden incluirse otras porciones.

Debido a que el condensador C1A y la bobina de induccion de sistema base L1 estan en serie, el inductor equivalente L1+C1A tiene una impedancia caracteristica de j(1-p)X. El condensador equivalente C1B tiene una impedancia caracteristica de -j(1-p)X, en resonancia con el inductor equivalente L1+C1A. El condensador equivalente Cb , el inductor equivalente Lb y el condensador equivalente CTX2 tienen una impedancia combinada de adaptacion de j(1- P)X. Por consiguiente, el condensador equivalente CB , el inductor equivalente Lb y el condensador equivalente CTX2 forman el primer inductor de una red LCL, el condensador equivalente C1B forma el condensador de la red LCL y el inductor equivalente L1+C1A y la carga util R forma el segundo inductor de la red LCL.

En un modo de realizacion, un sistema de carga inalambrica base puede ajustar tambien una relacion de giros de transformador mientras que cambia de forma simultanea la impedancia caracteristica de la red LCL. Por consiguiente, un controlador puede ajustar una relacion entre h y Vi basandose en una variacion de acoplamiento magnetico detectada y requisitos de carga. Un modo de realizacion de una fuente de alimentacion primaria que tiene un transformador de tomas multiples secundario se muestra en las FIGS. 13-15.

La FIG. 13 es un diagrama esquematico de otro sistema de carga inalambrica base 1302 que tiene un transformador de tomas multiples, de acuerdo con un modo de realizacion. En diversos modos de realizacion, el sistema de carga inalambrica base 1302 puede incluir, por ejemplo, cualquiera de los sistemas de carga inalambrica base 102a, 102b, 202, y 302, descritos anteriormente con respecto a las FIGS. 1-3, respectivamente. Como se muestra, el sistema de carga inalambrica base 1302 incluye un puente de inversor H, un condensador Cb , un primer inductor Lb, un transformador TX de tomas multiples, un primer conmutador S1, un segundo conmutador S2, un condensador C1A, un condensador C1B, un cuarto condensador CTX1 , un quinto condensador CTX2 y una bobina de induccion de sistema base L1. Una carga util R representa una carga del lado receptor tal como, por ejemplo, el sistema de carga de vehiculos electricos 114, 214 y/o 314, descrito anteriormente con respecto a las FIGS. 1-3, respectivamente. La carga util R puede incluir tambien perdidas que pueden ser inherentes a las bobinas de induccion (por ejemplo, la bobina de induccion de sistema base L1) y condensadores antirreactancia (por ejemplo, los condensadores C1A y C1B).

Aunque diversas porciones del sistema de carga inalambrica 1302 se muestran en la FIG. 13, un experto den la materia medio apreciara que una o mas porciones pueden extraerse, reemplazarse o redisponerse, o pueden incluirse otras porciones. Ademas, diversos condensadores, inductores y/o resistores descritos en el presente documento pueden reemplazarse por circuitos equivalentes (por ejemplo, integrando multiples componentes en un componente individual, dividiendo componentes individuales en multiples componentes, etc.).

El puente de inversor H sirve para generar una senal que varie con el tiempo para la transmision inalambrica de energia. En diversos modos de realizacion, el puente de inversor H puede incluir, por ejemplo, circuiteria tal como un convertidor CA/CC configurado para convertir energia de CA en energia de CC de la red electrica estandar a un nivel de tension adecuado y un convertidor CC/baja frecuencia (LF) configurado para convertir la energia de CC en energia a una frecuencia de funcionamiento adecuada para la transferencia alta inalambrica de energia. En algunos modos de realizacion, el puente de inversor H puede incluir el convertidor de energia de sistema de carga base 236 y/o 336, analizado anteriormente con respecto a las FIGS. 2 y 3, respectivamente. El puente de inversor H mostrado en la FIG. 13 proporciona una tension de salida de inversor Vi y una corriente de salida de inversor Ii. En el modo de realizacion ilustrado, el puente de inversor H incluye al menos un primer terminal acoplado de forma electrica a un primer terminal del condensador Cb, y un segundo terminal acoplado de forma electrica a un segundo terminal de una bobina primaria del transformador TX de tomas multiples.

El condensador CB y el primer inductor Lb sirven como impedancia de adaptacion jX. Juntos, el condensador CB y el primer inductor Lb pueden formar un primer elemento inductivo de una red LCL girada para jX. En diversos modos de realizacion, el condensador CB y el primer inductor Lb pueden reemplazarse por otra red reactiva que tenga la impedancia caracteristica jX. En el modo de realizacion ilustrado, el condensador Cb incluye al menos un primer terminal acoplado de forma electrica al primer terminal del puente de inversor H y un segundo terminal acoplado de forma electrica a un primer terminal del primer inductor Lb. En el modo de realizacion ilustrado, el primer inductor Lb incluye al menos un primer terminal acoplado de forma electrica al segundo terminal del condensador Cb y un segundo terminal acoplado de forma electrica a un primer terminal de la bobina primaria del transformador TX de tomas multiples.

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El transformador TX de tomas multiples sirve para aislar de forma electrica la bobina de induccion de sistema base de transmision L1 de la red electrica. En algunos modos de realizacion, el transformador TX de tomas multiples puede propagar la corriente de salida de inversor Ii a los conmutadores S1 y S2. En algunos modos de realizacion, puede omitirse el transformador TX de tomas multiples. En el modo de realizacion ilustrado, el transformador TX de tomas multiples tiene una relacion de giros seleccionable basandose en una salida de toma. La relacion de giros seleccionable puede ser, por ejemplo, 1:1, 2:1, etc. En otros modos de realizacion, el transformador TX de tomas multiples puede tener otras relaciones de giros tales como, por ejemplo, 1 :n1.

En el modo de realizacion ilustrado, el transformador TX de tomas multiples incluye una bobina primaria y una bobina secundaria. La bobina primaria incluye al menos un primer terminal acoplado de forma electrica al segundo terminal del primer inductor Lb y un segundo terminal acoplado de forma electrica al segundo terminal del puente de inversor H. La bobina secundaria incluye al menos un primer terminal acoplado de forma electrica a un primer terminal del cuarto condensador Ctx1, un segundo terminal acoplado de forma electrica a un primer terminal del quinto condensador Ctx2 y un tercer terminal acoplado de forma electrica a un segundo terminal del condensador C1B y a un segundo terminal de la bobina de induccion de sistema base L1. Una tension de salida en el primer terminal de la bobina secundaria es VTX1 y una tension de salida en el segundo terminal de la bobina secundaria es VTX2 que puede ser una fraccion de VTX1

El condensador C1A incluye al menos un primer terminal acoplado de forma electrica a un segundo terminal del segundo conmutador S2 y a un primer terminal de la bobina de induccion de sistema base L1 y un segundo terminal acoplado de forma electrica a un segundo terminal del primer conmutador S1 y a un primer terminal del condensador C1B. El condensador C1A puede establecerse de forma dinamica en una o al menos dos configuraciones, por ejemplo mediante el funcionamiento de los conmutadores S1 y S2. En una primera configuracion, denominada tambien configuracion en paralelo, el condensador C1A esta configurado en paralelo con la bobina de induccion de sistema base L1 y en serie con el condensador C1B. En la configuracion en paralelo, el condensador C1A puede recibir la segunda tension de toma VTX2 , que puede tener un valor absoluto inferior a la primera tension de toma VTX1. En una segunda configuracion, denominada tambien configuracion en serie parcial, el condensador C1A esta configurado en serie con la bobina de induccion de sistema base L1 y en paralelo con el condensador C1B. En la configuracion en paralelo, el condensador C1A puede recibir la primera tension de toma Vtx1 , que puede tener un valor absoluto mas alto que la segunda tension de toma Vtx2 . La configuracion en paralelo se muestra y describe en el presente documento con respecto a la FIG. 14 y la configuracion en serie parcial se muestra y describe en el presente documento con respecto a la FIG. 15.

El condensador C1B incluye al menos un primer terminal acoplado de forma electrica a un segundo terminal del primer conmutador S1 y al segundo terminal del condensador C1A y un segundo terminal acoplado de forma electrica al segundo terminal de la bobina secundaria del condensador C1A del transformador TX de tomas multiples y al segundo terminal de la bobina de induccion de sistema base L1. El condensador C1B esta configurado en paralelo con la bobina de induccion de sistema base L1. Cuando el condensador C1A se establece en la configuracion en paralelo, el condensador C1A esta configurado en serie con el condensador C1B y en paralelo con la bobina de induccion de sistema base L1. Cuando el condensador C1A se establece en la configuracion en serie parcial, el condensador C1A esta configurado en paralelo con el condensador C1B y en serie con la bobina de induccion de sistema base L1. El condensador C1B puede llevar una corriente Ic.

El primer conmutador S1 sirve para acoplar de forma selectiva los primer y segundo terminales. En conjuncion con el segundo conmutador S2, el primer conmutador S1 puede establecer el condensador C1A en la configuracion en paralelo o en serie parcial. El primer conmutador S1 puede incluir, por ejemplo, un rele mecanico o un conmutador de corriente alterna (CA) semiconductor. El primer conmutador S1 incluye un primer terminal acoplado de forma electrica al primer terminal de la bobina secundaria del transformador TX de tomas multiples (a traves de un segundo terminal del cuarto condensador Ctx1) y un segundo terminal acoplado de forma electrica al segundo terminal del condensador C1A y al primer terminal del condensador C1B. El primer conmutador S1 puede llevar la corriente de salida de inversor Ii.

El segundo conmutador S2 sirve para acoplar de forma selectiva los primer y segundo terminales. En conjuncion con el primer conmutador S1, el segundo conmutador S2 puede establecer el condensador C1A en la configuracion en paralelo o en serie parcial. El segundo conmutador S2 puede incluir, por ejemplo, un rele mecanico o un conmutador de corriente alterna (CA) semiconductor. El segundo conmutador S2 incluye un primer terminal acoplado de forma electrica al segundo terminal de la bobina secundaria del transformador TX de tomas multiples (a traves de un segundo terminal del quinto condensador Ctx2) y un segundo terminal acoplado de forma electrica al primer terminal del condensador C1A y al primer terminal de la bobina de induccion de sistema base L1. El segundo conmutador S2

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puede llevar la corriente de salida de inversor lj.

La bobina de induccion de sistema base Li sirve para transmitir energia de forma inalambrica a un nivel suficiente para cargar o alimentar el vehiculo electrico 112. Por ejemplo, el nivel de energia proporcionado de forma inalambrica por la bobina de induccion de sistema base 1 puede ser del orden de kilovatios (kW) (por ejemplo, cualquier valor entre 1 kW y 110 kW, o mayor o menor). En algunos modos de realizacion, la bobina de induccion de sistema base L1 puede incluir la bobina de induccion de sistema base 204 descrita anteriormente con respecto a la FIG. 2. En otros modos de realizacion, la bobina de induccion de sistema base L1 puede servir para otros propositos, no limitados a la carga inalambrica o electrica del vehiculo.

La bobina de induccion de sistema base L1 puede accionar una carga del lado receptor, representada en la FIG. 13 por la carga util R. La bobina de induccion de sistema base L1 puede llevar una corriente de salida de sistema base I1, que puede denominarse tambien corriente de resonancia I1. En diversos modos de realizacion, la corriente de salida de sistema base I1 puede ser un multiplo de la corriente de salida de inversor li tal como, por ejemplo, entre alrededor de dos y alrededor de seis veces la corriente de salida de inversor li, alrededor de cuatro veces la corriente de salida de inversor li, o alrededor de cinco veces la corriente de salida de inversor li. En diversos modos de realizacion, la corriente de salida de sistema base l1puede estar entre alrededor de 30 A y alrededor de 50 A, tal como alrededor de 40 A. Por consiguiente, la corriente de salida de inversor li puede estar entre alrededor de 6 A y alrededor de 12 A, tal como alrededor de 8 A, alrededor de 9 A o alrededor de 10 A.

El cuarto condensador Ctxi sirve para formar un primer ramal de una red LCL, junto con el condensador Cb y el primer inductor Lb, cuando el primer conmutador S1 este cerrado. En otras palabras, el cuarto condensador Ctx1 puede sintonizar el sistema de carga inalambrica base 1202 cuando este en la configuracion en serie parcial. El quinto condensador Ctx2 sirve para formar un primer ramal de una red LCL, junto con el condensador Cb y el primer inductor Lb, cuando el segundo conmutador S2 este cerrado. En otras palabras, el quinto condensador Ctx2 puede sintonizar el sistema de carga inalambrica base 1202 cuando este en la configuracion en paralelo. En un modo de realizacion, el quinto condensador Ctx2 puede omitirse.

Cuando el segundo conmutador S2 esta cerrado, el transformador TX de tomas multiples puede funcionar en un estado de relacion de giros baja y la red LCL puede funcionar en un estado de impedancia jX relativamente superior, como se muestra y describe a continuacion con respecto a la FIG. 14. Una tension inferior Vtx1 y una impedancia superior daran como resultado una corriente inferior l1 en la bobina de induccion de sistema base L1. Cuando el primer conmutador S1 esta cerrado, el transformador TX de tomas multiples puede funcionar en un estado de relacion de giros alta y la red LCL puede funcionar en un estado de impedancia j(1-p)X relativamente inferior, como se muestra y describe a continuacion con respecto a la FIG. 15. Por lo tanto, una tension V tx2 superior y una impedancia inferior dara como resultado una corriente I1 superior en la bobina de induccion de sistema base L1.

La FIG. 14 es un diagrama esquematico de un sistema de carga inalambrica base 1402 que tiene un transformador de tomas multiples en una configuracion en paralelo, de acuerdo con un modo de realizacion. En diversos modos de realizacion, el sistema de carga inalambrica base 1402 puede incluir, por ejemplo, cualquiera de los sistemas de carga inalambrica base 102a, 102b, 202, 302 y 1302 descritos anteriormente con respecto a las FIGS. 1-3 y 8, respectivamente. Como se muestra, el sistema de carga inalambrica base 1402 incluye el puente de inversor H, el condensador Cb, el primer inductor LB, el transformador TX de tomas multiples, el primer conmutador S1, el segundo conmutador S2, el condensador C1A, el condensador C1B, el cuarto condensador Ctx1, el quinto condensador Ctx2 y la bobina de induccion de sistema base L1. La carga util R representa la carga del lado receptor tal como, por ejemplo, el sistema de carga de vehiculos electricos 114, 214 y/o 314, descrito anteriormente con respecto a las FIGS. 1-3, respectivamente. La carga util R puede incluir tambien perdidas que pueden ser inherentes a las bobinas de induccion (por ejemplo, la bobina de induccion de sistema base L1) y condensadores antirreactancia (por ejemplo, los condensadores C1A y C1B).

Aunque diversas porciones del sistema de carga inalambrica 1402 se muestran en la FIG. 14, el experto en la materia medio apreciara que una o mas porciones pueden extraerse, reemplazarse o redisponerse, o pueden incluirse otras porciones. Ademas, diversos condensadores, inductores y/o resistores descritos en el presente documento pueden reemplazarse por circuitos equivalentes (por ejemplo, integrando multiples componentes en el componente individual, dividiendo componentes individuales en multiples componentes, etc.).

En el modo de realizacion ilustrado de la FIG. 14, el primer conmutador S1 esta abierto y el segundo conmutador S2 esta cerrado. Por consiguiente, el condensador C1A se establece en la configuracion en paralelo y el transformador TX de tomas multiples se establece en una configuracion de relacion de giros baja. En otras palabras, abriendo el primer conmutador S1 y cerrando el segundo conmutador S2, el condensador C1A, que tiene una impedancia de - jpX, esta configurado en serie con el condensador C1B , que tiene una impedancia de -j(1- B)X. Ademas, el condensador C1A y el condensador C1B estan configurados en paralelo con la bobina de induccion de sistema base L1, que tiene una impedancia de jX, para formar una red resonante paralela. En esta configuracion, la impedancia caracteristica de la red LCL es X. Un circuito equivalente de esta configuracion de compensacion paralela se muestra en la FIG. 12B, anteriormente.

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La FIG. 15 es un diagrama esquematico de un sistema de carga inalambrica base 1502 que tiene un transformador de tomas multiples en una configuracion en serie parcial, de acuerdo con un modo de realizacion. En diversos modos de realizacion, el sistema de carga inalambrica base 1502 puede incluir, por ejemplo, cualquiera de los sistemas de carga inalambrica base 102a, 102b, 202, 302 y 1302 descritos anteriormente con respecto a las FIGS. 1-3 y 8, respectivamente. Como se muestra, el sistema de carga inalambrica base 1502 incluye el puente de inversor H, el condensador Cb, el primer inductor Lb, el transformador TX de tomas multiples, el primer conmutador S1, el segundo conmutador S2, el condensador C1A, el condensador C1B, el cuarto condensador CTX1, el quinto condensador Ctx2 y la bobina de induccion de sistema base L1. La carga util R representa la carga del lado receptor tal como, por ejemplo, el sistema de carga de vehiculos electricos 114, 214 y/o 314, descrito anteriormente con respecto a las FIGS. 1-3, respectivamente. La carga util R puede incluir tambien perdidas que pueden ser inherentes a las bobinas de induccion (por ejemplo, la bobina de induccion de sistema base L1) y condensadores antirreactancia (por ejemplo, los condensadores C1A y C1B).

Aunque diversas porciones del sistema de carga inalambrica 1502 se muestran en la FIG. 15, el experto en la materia medio apreciara que una o mas porciones pueden extraerse, reemplazarse o redisponerse, o pueden incluirse otras porciones. Ademas, diversos condensadores, inductores y/o resistores descritos en el presente documento pueden reemplazarse por circuitos equivalentes (por ejemplo, integrando multiples componentes en el componente individual, dividiendo componentes individuales en multiples componentes, etc.).

En el modo de realizacion ilustrado de la FIG. 15, el primer conmutador S1 esta cerrado y el segundo conmutador S2 esta abierto. Por consiguiente, el condensador C1A se establece en la configuracion en serie parcial y el transformador TX de tomas multiples se establece en una configuracion de relacion de giros alta. En otras palabras, cerrando el primer conmutador S1 y abriendo el segundo conmutador S2, el condensador C1A, que tiene una impedancia de -jpX, esta configurado en serie con la bobina de induccion de sistema base L1, que tiene una impedancia de jX. Ademas, el condensador C1A y la bobina de induccion de sistema base L1 estan configurados en paralelo con el condensador C1B, que tiene una impedancia de -j(1 -p)X, para formar una red de resonancia paralela. En esta configuracion, la impedancia caracteristica de la red LCL es (1-p) X. En otras palabras, la corriente de salida de sistema base I1 se aumenta un factor de 1/(1 -p) encima de cualquier aumento debido a cambios en la relacion de giros de TX. Un circuito equivalente de esta configuracion de compensacion paralela se muestra en la FIG. 12C, anteriormente.

La FIG. 16 es un diagrama de flujo 1600 de un procedimiento a modo de ejemplo de transmision inalambrica de energia. Aunque el procedimiento del diagrama de flujo 1600 se describe en el presente documento con referencia a los sistemas de transferencia inalambrica de energia 100, 200 y 300 analizados anteriormente con respecto a las FIGS. 1-3, los sistemas de carga inalambrica base 102, 202, 302, 802, 902A, 902B, 1002A, 1002B, 1202A, 1202B, 1202C, 1302, 1402 y 1502 analizados anteriormente con respecto a las FIGS. 1-3 y 8-15, un experto en la materia medio apreciara que el procedimiento del diagrama de flujo 1600 puede implementarse mediante otro dispositivo descrito en el presente documento o cualquier otro dispositivo adecuado. En un modo de realizacion, las etapas en el diagrama de flujo 1600 pueden realizarse mediante un procesador o un controlador, tal como, por ejemplo, el controlador 432 (FIG. 3). Aunque el procedimiento del diagrama de flujo 1600 se describe en el presente documento con referencia a un orden particular, en diversos modos de realizacion, los bloques en el presente documento pueden realizarse en un orden diferente, u omitirse, y pueden anadirse bloques adicionales.

Primero, en el bloque 1610, el sistema de carga inalambrica base 102 genera, en una antena de transmision, un campo para la energia de transmision inalambrica, tanto en una primera como en una segunda configuracion. Por ejemplo, el puente de inversor H del sistema de carga inalambrica base 802 puede alimentar la bobina de induccion de sistema base L1 para generar el campo, como se ha analizado anteriormente con respecto a la FIG. 8.

A continuacion, en el bloque 1620, el sistema de carga inalambrica base 102 conecta de forma selectiva un primer condensador en una de las primera y segunda configuraciones. El primer condensador esta en serie con la antena de transmision en la primera configuracion y en paralelo con la antena de transmision en la segunda configuracion. Por ejemplo, el controlador de sistema de carga base 342 puede abrir y cerrar de forma selectiva los primer y segundo conmutadores S1 y S2 para conectar el condensador C1A en las configuraciones en serie parcial o en paralelo, tal como de la manera analizada anteriormente con respecto a las FIGS . 10A y 10B, respectivamente.

El sistema de carga inalambrica base 102 conecta el primer condensador en paralelo con un segundo condensador en la primera configuracion y en serie con el segundo condensador en la segunda configuracion. El segundo condensador esta en paralelo con la antena de transmision. Por ejemplo, cuando el controlador de sistema de carga base 342 conecta el condensador C1A en la configuracion en paralelo, el condensador C1A puede estar en serie con el condensador C1B, tal como de la manera analizada anteriormente con respecto a la FIG. 10A. Cuando el controlador de sistema de carga base 342 conecta el condensador C1A en la configuracion en serie parcial, el condensador C1A puede estar en paralelo con el condensador C1B, tal como de la manera analizada anteriormente con respecto a la FIG. 10A.

En un modo de realizacion, el transmisor de energia inalambrico puede incluir un tercer condensador en serie con al menos un conmutador. Por ejemplo, los sistemas de carga inalambrica base 1202A-1202C pueden incluir uno o

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ambos de los condensadores Ctxi y Ctx2 , como se ha analizado anteriormente con respecto a las FIGS. 12A-12C. En un modo de realizacion, el tercer condensador esta configurado para compensar una carga reactiva adicional presente en la primera configuracion. Por ejemplo, el tercer condensador que incluye Ctx1 y/o Ctx2 puede compensar el componente reactivo jpX adicional cuando el condensador C1A este en la configuracion en serie parcial. En un modo de realizacion, el tercer condensador puede tener una impedancia caracteristica de -jpX.

En un modo de realizacion, el sistema de carga inalambrica base 102 puede conectar el primer condensador a traves de al menos un conmutador que no forma parte de una trayectoria de resonancia. Por ejemplo, el controlador del sistema de carga base 342 puede hacer funcionar los primer y segundo conmutadores S1 y S2 del sistema de carga inalambrica base 802, como se ha analizado anteriormente con respecto a la FIG. 8. Los conmutadores S1 y S2 no forman parte de la trayectoria de resonancia que incluye los condensadores C1A y C1B y la bobina de induccion de sistema base L1.

En un modo de realizacion, el sistema de carga inalambrica base 102 puede conectar de forma selectiva el primer condensador en una de las primera y segunda configuraciones basandose en un acoplamiento entre la antena de transmision y un receptor. Por ejemplo, el controlador de sistema de carga base 342 puede seleccionar una de las configuraciones en serie parcial y en paralelo para mantener la tension de salida de inversor Vi. En un modo de realizacion, el sistema de carga inalambrica base 102 puede medir el acoplamiento entre la antena de transmision y el receptor y comparar el acoplamiento con un umbral.

En un modo de realizacion, el sistema de carga inalambrica base 102 puede configurar un transformador de tomas multiples para funcionar en una primera relacion de giros en la primera configuracion y en una segunda relacion de giros en la segunda configuracion. La primera relacion de giros puede ser superior que la segunda relacion de giros. Por ejemplo, el controlador de sistema de carga base 342 puede hacer funcionar los primer y segundo conmutadores S1 y S2 del sistema de carga inalambrica base 1302 a fin de derivar el transformador TX de tomas multiples, como se ha analizado anteriormente con respecto a la FIG. 13.

La FIG. 17 es un diagrama de bloques funcional de un aparato 1700 para transmitir energia de carga inalambrica, de acuerdo con un modo de realizacion de la invencion. Los expertos en la tecnica apreciaran que un aparato de comunicacion inalambrica puede tener mas componentes que el aparato 1700 simplificado mostrado en la FIG. 17. El aparato 1700 para transmitir energia de carga inalambrica incluye solamente esos componentes utiles para describir algunas caracteristicas destacables de implementaciones dentro del alcance de las reivindicaciones. El aparato 1700 para transmitir energia de carga inalambrica incluye un primer condensador 1705, medios 1710 para generar un campo para energia de transmision inalambrica en unas primera y segunda configuraciones y medios 1720 para conectar de forma selectiva el primer condensador en una de las primera y segunda configuraciones, estando el primer condensador en serie con los medios para generar en la primera configuracion y en paralelo con los medios para generar en la segunda configuracion.

En un modo de realizacion, el primer condensador 1705 puede incluir, por ejemplo, el condensador C1A analizado anteriormente con respecto a las FIGS. 8-15. En algunos modos de realizacion, el primer condensador 1705 puede ser en su lugar unos medios para almacenar carga, unos medios para ajustar una impedancia caracteristica, medios para reactancia, etc.

En un modo de realizacion, los medios 1710 para generar un campo para energia de transmision inalambrica en unas primera y segunda configuraciones pueden estar configurados para realizar una o mas de las funciones descritas anteriormente con respecto al bloque 1610 (FIG. 16). En diversos modos de realizacion, los medios 1710 para generar un campo para energia de transmision inalambrica tanto en una primera como en una segunda configuracion pueden implementarse mediante uno o mas del controlador de sistema de carga base 342, las bobinas 104A (FIG. 1), 104B (FlG. 1), 204 (FIG. 2), 304 (FIG. 3) y L1 (FIGS. 8-15), los inversores H (FIGS. 8-15), el circuito de transmision de sistema base 206 (FIG. 2) y el convertidor de energia de sistema de carga base 236 (FIG. 2).

En un modo de realizacion, los medios 1720 para conectar de forma selectiva el primer condensador en una de las primera y segunda configuraciones pueden estar configurados para realizar una o mas de las funciones descritas anteriormente con respecto al bloque 1620 (FIG. 16). En diversos modos de realizacion, los medios 1720 para conectar de forma selectiva el primer condensador en una de las primera y segunda configuraciones pueden implementarse mediante uno o mas del controlador de sistema de carga base 342, de las bobinas 104A (FIG. 1) y de los primer y segundo conmutadores S1 y S2 (FIGS. 8-15).

Las diversas operaciones de los procedimientos descritos anteriormente pueden realizarse por cualquier medio adecuado capaz de realizar las operaciones, tales como diversos componente(s), circuitos y/o modulo(s) de hardware y/o software. En general, cualquier operacion ilustrada en las Figuras puede realizarse por medios funcionales correspondientes capaces de realizar las operaciones.

La informacion y las senales pueden representarse usando cualquiera de una amplia variedad de tecnologias y tecnicas diferentes. Por ejemplo, los datos, las instrucciones, los comandos, la informacion, las senales, los bits, los simbolos y los chips que puedan haberse mencionado a lo largo de la descripcion anterior, pueden representarse

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mediante tensiones, corrientes, ondas electromagneticas, campos o partfculas magneticos, campos o particulas opticos, o cualquier combinacion de los mismos.

Los diversos bloques logicos, modulos, circuitos y etapas de algoritmos ilustrativos descritos en conexion con los modos de realizacion divulgados en el presente documento pueden implementarse como hardware electronico, software informatico o combinaciones de ambos. Para ilustrar claramente esta intercambiabilidad de hardware y software, se han descrito anteriormente diversos componentes, bloques, modulos, circuitos y etapas ilustrativos en general en terminos de su funcionalidad. Que dicha funcionalidad se implemente como hardware o software depende de la aplicacion especifica y las restricciones de diseno impuestas al sistema completo. La funcionalidad descrita puede implementarse de formas variables para cada aplicacion particular, pero no deberia interpretarse que dichas decisiones de implementacion ocasionan un alejamiento del alcance de los modos de realizacion de la invencion.

Los diversos bloques, modulos y circuitos ilustrativos descritos en conexion con los modos de realizacion divulgados en el presente documento pueden implementarse o realizarse con un procesador de uso general, con un procesador de senales digitales (DSP), con un circuito integrado especifico de la aplicacion (ASIC), con una matriz de puertas programables por campo (FPGA) o con otro dispositivo de logica programable, puerta discreta o logica de transistor, componentes de hardware discretos o con cualquier combinacion de los mismos disenada para realizar las funciones descritas en el presente documento. Un procesador de uso general puede ser un microprocesador pero, como alternativa, el procesador puede ser cualquier procesador, controlador, microcontrolador o maquina de estados convencional. Un procesador puede implementarse tambien como una combinacion de dispositivos informaticos, por ejemplo, una combinacion de un DSP y un microprocesador, una pluralidad de microprocesadores, uno o mas microprocesadores en conjuncion con un nucleo de DSP o cualquier otra dicha configuracion.

Las etapas de un procedimiento o algoritmo y las funciones descritas en conexion con los modos de realizacion divulgados en el presente documento pueden realizarse directamente en hardware, en un modulo de software ejecutado por un procesador o en una combinacion de los dos. Si se implementan en software, las funciones pueden almacenarse en o transmitirse sobre, como una o mas instrucciones o codigo, un medio no transitorio tangible legible por ordenador. Un modulo de software puede residir en una memoria de acceso aleatorio (RAM), en una memoria flash, en una memoria de solo lectura (ROM), en una memoria ROM programable de forma electrica (EPROM), en una memoria ROM borrable programable de forma electrica (EEPROM), en registros, en un disco duro, en un disco extraible, en un CD-ROM o en cualquier otra forma de medio de almacenamiento conocida en la tecnica. Un medio de almacenamiento esta acoplado con el procesador de modo que el procesador puede leer informacion de, y escribir informacion en, el medio de almacenamiento. De forma alternativa, el medio de almacenamiento puede estar integrado en el procesador. El termino disco, como se usa en el presente documento, incluye un disco compacto (CD), un disco laser, un disco optico, un disco versatil digital (DVD), un disco flexible y un disco Blu-ray donde los discos reproducen usualmente datos de forma magnetica, mientras que el resto de discos reproducen datos de forma optica con laseres. Las combinaciones de lo anterior deberian incluirse tambien dentro del alcance de los medios legibles por ordenador. El procesador y el medio de almacenamiento pueden residir en un ASIC. El ASIC puede residir en un terminal de usuario. Como alternativa, el procesador y el medio de almacenamiento pueden residir como componentes discretos en un terminal de usuario.

Para los propositos de resumir la divulgacion, ciertos aspectos, ventajas y caracteristicas novedosas de las invenciones se han descrito en el presente documento. Se entendera que no pueden lograrse necesariamente todas dichas ventajas de acuerdo con cualquier modo de realizacion particular de la invencion. Por tanto, la invencion puede realizarse o llevarse a cabo de una manera que logre u optimice una ventaja o un grupo de ventajas como se ensena en el presente documento, sin lograr necesariamente otras ventajas como puede ensenarse o sugerirse en el presente documento.

Diversas modificaciones de los modos de realizacion descritos anteriormente resultaran evidentes facilmente y los principios genericos definidos en el presente documento pueden aplicarse a otros modos de realizacion sin alejarse del alcance de la invencion. Por tanto, la presente invencion no pretende limitarse a los modos de realizacion mostrados en el presente documento, sino que se define mediante las reivindicaciones adjuntas.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un aparato para transmitir energia de carga inalambrica, que comprende:

un primer condensador (1705, Cia);

medios para generar (1710, Li) un campo para la transmision de energia inalambrica tanto en una primera como en una segunda configuracion;

medios para conectar de forma selectiva (1720, S1, S2) adaptados para conectar el primer condensador en una de las primera y segunda configuraciones, estando el primer condensador en serie con los medios para generar en la primera configuracion y en paralelo con los medios para generar en la segunda configuracion; y un segundo condensador (C1b) en paralelo con los medios para generar el campo; y caracterizado porque:

dichos medios para conectar de forma selectiva estan adaptados para conectar el primer condensador en paralelo con el segundo condensador en la primera configuracion y en serie con el segundo condensador en la segunda configuracion.
2. El aparato de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que los medios para generar comprenden:

una antena de transmision (L1); y

medios para conectar de forma selectiva al menos un conmutador (S1, S2) configurado para conectar de forma selectiva el primer condensador en una de las primera y segunda configuraciones, estando el primer condensador en serie con la antena de transmision en la primera configuracion y en paralelo con la antena de transmision en la segunda configuracion.
3. El aparato de la Reivindicacion 2, que comprende ademas un tercer condensador (Ctx1) en serie con el al menos un conmutador.
4. El aparato de la Reivindicacion 3, en el que el tercer condensador esta configurado para compensar por una carga reactiva adicional presente en la primera configuracion.
5. El aparato de la Reivindicacion 2, en el que el al menos un conmutador no forma parte de una trayectoria de resonancia.
6. El aparato de la Reivindicacion 2, en el que el al menos un conmutador esta configurado para conectar de forma selectiva el primer condensador en una de las primera y segunda configuraciones en base a un acoplamiento entre la antena de transmision y un receptor.
7. El aparato de la Reivindicacion 5, que comprende ademas al menos un procesador configurado para medir el acoplamiento entre la antena de transmision y el receptor y para comparar el acoplamiento a un umbral.
8. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende ademas un transformador de tomas multiples configurado para funcionar en una primera relacion de giros en la primera configuracion y en una segunda relacion de giros en la segunda configuracion, siendo la primera relacion de giros superior a la segunda relacion de giros.
9. Un procedimiento para transmitir energia de carga inalambrica en un transmisor de energia inalambrico, comprendiendo el transmisor un primer condensador (C1a) y un segundo condensador (C1b) donde el segundo condensador (C1b) esta conectado en paralelo con una antena de transmision (L1), el procedimiento comprendiendo:

generar (1610), en la antena de transmision (L1), un campo para energia de transmision inalambrica, tanto en una primera como en una segunda configuraciones, y

conectar de forma selectiva (1620) el primer condensador (C1a) en una de las primera y segunda configuraciones, estando el primer condensador en serie con la antena de transmision en la primera configuracion y en paralelo con la antena de transmision en la segunda configuracion y caracterizado porque:

conecta el primer condensador en paralelo con el segundo condensador en la primera configuracion y en serie con el segundo condensador en la segunda configuracion.
10. El procedimiento de la Reivindicacion 9, en el que:

el transmisor comprende al menos un conmutador (S1, S2) para conectar de forma selectiva, y el procedimiento comprende ademas conectar un tercer condensador (Ctx1) en serie con el al menos un conmutador (S1, s2), donde el tercer condensador esta configurado para compensar por una carga reactiva adicional presente en la primera configuracion.
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El procedimiento de la Reivindicacion 9, en el que dicha conexion es a traves de al menos un conmutador que no forma parte de una trayectoria de resonancia.

El procedimiento de la Reivindicacion 9, que comprende ademas conectar de forma selectiva el primer condensador en una de las primera y segunda configuraciones en base a un acoplamiento entre la antena de transmision y un receptor.

El procedimiento de la Reivindicacion 12, que comprende ademas medir el acoplamiento entre la antena de transmision y el receptor y comparar el acoplamiento con un umbral.

El procedimiento de la Reivindicacion 9, que comprende ademas configurar un transformador de tomas multiples para funcionar en una primera relacion de giros en la primera configuracion y en una segunda relacion de giros en la segunda configuracion, siendo la primera relacion de giros superior que la segunda relacion de giros.

Un medio no transitorio legible por ordenador que comprende codigos que, cuando se ejecutan, hacen que un aparato implemente el procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 14.