MX2013010657A - Calculo de perdida de energia para transmision de energia inductiva. - Google Patents
Calculo de perdida de energia para transmision de energia inductiva.Info
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Abstract
La invención propone un método de cálculo de pérdida de energía en un sistema de transferencia de energía inductiva que comprende un transmisor de energía (112) para transmitir energía inductivamente a un receptor de energía (110) a través de una bobina del transmisor (114) y una bobina del receptor (104), el método comprende una etapa de obtención, por medio del transmisor de energía, de información de tiempo para la alineación de tiempo para permitir que el transmisor de energía alinee el tiempo de cálculo de la pérdida de energía con el receptor de energía; y una etapa de cálculo de la pérdida de energía durante la transferencia de energía de acuerdo con la información de tiempo obtenida y el parámetro de energía recibida comunicado desde el receptor de energía.
Description
CALCULO DE PERDIDA DE ENERGIA PARA TRANSMISION DE ENERGIA
INDUCTIVA
Campo de la Invención
La invención se relaciona con un método de cálculo de pérdida de energía en un sistema de transferencia de energía inductiva en un transmisor de energía.
La invención se relaciona además con un método que permite el cálculo de la pérdida de energía en un sistema de transferencia de energía inductiva en un receptor de energía.
La invención se relaciona además con un transmisor de energía, un receptor de energía y una señal de comunicación.
La invención se relaciona con el campo de la tecnología de transmisión de energía, particularmente con un método y dispositivo para calcular la pérdida de energía durante la transferencia de energía.
La transferencia de energía vía inducción magnética es un método bien conocido, aplicado mayormente en transformadores que tienen un acoplamiento fuente entre una bobina primaria y una secundaria . Al separar una bobina primaria y secundaria en dos dispositivos, la transferencia de energía inalámbrica entre estos dos dispositivos se hace posible con base en el principio de un transformador acoplado inductivamente. Los elementos básicos para el sistema son un transmisor de energía que contiene una bobina primaria y un
Ref.: 243552 receptor de energía que contiene una bobina secundaria.
Antecedentes de la Invención
El documento "Descripción de Sistema, Transferencia de Energía Inalámbrica, Volumen I: Baja Energía, Parte 1: Definición de Interconexión, Versión 1.0 (System description, Wireless Power Transfer, Volume I: Low Power, Part 1: Interface Definition, Versión 1.0), Julio de 2010, publicado por el Consorcio de Energía Inalámbrica" disponible a través de http: //www. wirelesspowerconsortium. com/downloads/wireless-power-specification-part-l.html, también conocido como la especificación de energía inalámbrica Qi describe la transmisión de energía inalámbrica.
Para preparar y controlar la transferencia de energía entre un transmisor de energía y un receptor de energía en el sistema de transferencia de energía inductiva inalámbrico, el receptor de energía comunica información al transmisor de energía. Por ejemplo, el receptor de energía puede comunicar un paquete de datos indicando la energía recibida, por ejemplo, la energía rectificada.
Un problema es que los objetos metálicos, colocados en la superficie del transmisor de energía, puede alcanzar una alta temperatura indeseable (mayor que 65 °C) debido a corrientes parásitas ocasionadas por el campo magnético generado por el transmisor de energía. Esta es una situación indeseable. El resultado de este calentamiento podrían ser quemaduras en la piel y la fusión de plásticos.
Breve Descripción de la Invención
Un objeto de la presente invención es proporcionar un i método y dispositivos para transmisión de energía que permitan que el transmisor evite calentar objetos metálicos.
Para este propósito, de conformidad con un primer aspecto de la invención, un método de cálculo de pérdida de energía en un sistema de transferencia de energía inductiva que comprende un transmisor de energía para transmitir energía inductivamente a un receptor de energía a través de una bobina del transmisor y una bobina del receptor, comprende, por medio del transmisor de energía, las etapas de:
- obtener un parámetro de energía recibida comunicado desde el receptor de energía;
- obtener información de tiempo para la alineación de tiempo comunicada desde el receptor de energía para permitir que el transmisor de energía alinee, con el receptor de energía, el tiempo de cálculo de una pérdida de energía durante la transferencia de energía;
- calcular la pérdida de energía de acuerdo con la información de tiempo obtenida y el parámetro dé energía recibida.
Para este propósito, de conformidad con un aspecto adicional de la invención, un método para permitir el cálculo de pérdida de energía en un sistema de transferencia de energía inductiva que comprende un transmisor de energía para transmitir energía inductivamente a un receptor de energía a través de una bobina del transmisor y una bobina del receptor, comprende, por medio del receptor de energía, las etapas de:
- comunicar, al transmisor de energía, información de tiempo para la alineación de tiempo para permitir que el transmisor de energía alinee, con el receptor de energía, el tiempo de cálculo de una pérdida de energía durante la transferencia de energía;
- determinar un parámetro de energía recibida de acuerdo con la información de tiempo y
- comunicar, al transmisor de energía, el parámetro de energía recibida.
Las medidas tienen el efecto de que la pérdida de energía se determina con precisión porque la energía recibida y la energía transmitida se determinan de acuerdo con la misma información de tiempo, por ejemplo, en una misma ventana de tiempo alineada. La pérdida de energía en un objeto metálico puede estimarse tomando en cuenta la diferencia entre la energía neta transmitida y la energía bruta recibida. Para evitar que se disipe mucha energía hacia un objeto metálico, el transmisor de energía termina la transferencia de energía si la pérdida de energía excede un umbral. Ventajosamente se evita que los objetos metálicos se calienten determinando la pérdida de energía que no es parte de la pérdida de energía normal del sistema.
Para este propósito, de conformidad con un aspecto adicional de la invención, un receptor de energía comprende una unidad de comunicación para comunicarse con un transmisor de energía para transmitir energía inductivamente al receptor de energía a través de una bobina del transmisor y una bobina del receptor, el receptor de energía está dispuesto para determinar un parámetro de energía recibida de acuerdo con información de tiempo y la unidad de comunicación está dispuesta para comunicar el parámetro de energía recibida y para comunicar la información de tiempo para la alineación del tiempo para permitir que el transmisor de energía alinee, con el receptor de energía, el tiempo de cálculo de pérdida de energía durante la transferencia de energía.
Para este propósito, de conformidad con un aspecto adicional de la invención, un transmisor de energía comprende una unidad de comunicación para comunicarse con un receptor de energía dispuesto para recibir energía inductivamente del transmisor de energía a través de una bobina del transmisor y una bobina del receptor, la unidad de comunicación está dispuesta para comunicar un parámetro de energía recibida e información de tiempo para la alineación de tiempo, el transmisor de energía está dispuesto para calcular la pérdida de energía durante la transferencia de energía desde el transmisor de energía al receptor de energía de acuerdo con el parámetro de energía recibida comunicado desde el receptor de energía durante la transferencia de energía y aplicar la información de tiempo comunicada desde el receptor de energía para el cálculo de la pérdida de energía entre el transmisor de energía y el receptor de energía.
Para este propósito, de conformidad con un aspecto adicional de la invención, una señal de comunicación para comunicarse a un transmisor de energía desde un receptor de energía dispuesto para recibir energía inductivamente desde el transmisor de energía a través de una bobina del transmisor y una bobina del receptor, está dispuesto para comunicar un parámetro de energía recibida e información de tiempo para la alineación de tiempo, para permitir que el transmisor de energía alinee, con el receptor de energía, el tiempo de cálculo de una pérdida de energía durante la transferencia de energía para el cálculo de la pérdida de energía entre el transmisor de energía y el receptor de energía.
Ventajosamente los dispositivos y la señal constituyen un sistema para la transferencia de energía inalámbrica, cuyo sistema está habilitado para calcular la pérdida de energía durante la transferencia de energía desde el transmisor de energía hasta el receptor de energía de acuerdo con el parámetro de energía recibida y la información de tiempo para el cálculo de la pérdida de energía entre el transmisor de energía y el receptor de energía.
Opcionalmente , en los métodos, los dispositivos y/o la señal, la información de tiempo comprende el tamaño de una ventana de tiempo y un desplazamiento de la ventana de tiempo hacia un punto de referencia de tiempo.
Opcionalmente, un método de cálculo de pérdida de energía en un sistema de transferencia de energía inductiva que comprende un transmisor de energía para transmitir energía inductivamente a un receptor de energía a través de una bobina del transmisor y una bobina del receptor, comprende las etapas de :
obtener, por medio del transmisor de energía, información de tiempo para la alineación de tiempo para permitir que el transmisor de energía alinee el tiempo de cálculo de la pérdida de energía con el receptor de energía;
calcular la pérdida de energía durante la transferencia de energía de acuerdo con la información de tiempo obtenida y el parámetro de energía recibida comunicado desde el receptor de energía.
Opcionalmente, la información de tiempo comprende el tamaño de una ventana de tiempo y su desplazamiento hacia un punto de referencia de tiempo.
Opcionalmente, el punto de referencia de tiempo se relaciona con la comunicación de un paquete desde el receptor de energía hasta el transmisor de energía.
Opcionalmente, la referencia de tiempo corresponde a la finalización de la comunicación de un bit de paquete determinado.
Opcionalmente , el paquete con el cual se relaciona la referencia de tiempo contiene la información de energía recibida que el transmisor de energía aplica para calcular la pérdida de energía.
Opcionalmente, el paquete con el cual se relaciona la referencia de tiempo antecede al paquete que contiene la información de energía recibida que el transmisor de energía aplica para calcular la pérdida de energía.
Opcionalmente, el tamaño de la ventana de tiempo se reduce a cero o a un valor relativamente pequeño, con lo cual el receptor de energía toma una sola medición para déterminar la energía recibida y el transmisor de energía calcula la pérdida de energía alineada con esta medición.
Opcionalmente, un receptor de energía comprende una unidad para comunicar parámetros relacionados con parámetros de alineación de tiempo antes de la transferencia dé energía para permitir que el transmisor de energía alinee c|on el receptor de energía el tiempo de cálculo de pérdida de energía durante la transferencia de energía.
Opcionalmente, un receptor de energía comprende además una unidad para comunicar su energía recibida al transmisor de energía por medio de :
- una sola entidad de datos, o
- por medio de dos entidades de datos, en donde la primera entidad de datos contiene el valor de salida y la segunda entidad contiene información acerca de la pérdida de energía en el receptor, o el dispositivo móvil a partir del cual el transmisor de energía puede calcular la energía recibida .
Opcionalmente , un transmisor de energía comprende una unidad para calcular la pérdida de energía durante la transferencia de energía desde el transmisor de energía hasta el receptor de energía de acuerdo con la energía recibida comunicada desde el receptor de energía durante la transferencia de energía y aplicando información de tiempo comunicada desde el receptor de energía antes de la transferencia de energía para la alineación de tiempo para el cálculo de la pérdida de energía entre el transmisor de energía y el receptor de energía.
Opcionalmente, un transmisor de energía también puede comprender :
- una unidad para aplicar múltiples casos de información de energía recibida comunicada por el receptor de energía para aumentar la robustez del método de cálculo de pérdida de energía;
- una unidad para terminar la transferencia de energía si para dos o más casos sucesivos la pérdida de energía excede un umbral;
- una unidad para tomar el promedio de dos o más casos sucesivos para calcular una pérdida de energía promedio en estos casos.
La invención también comprende un sistema de transferencia de energía que contiene un transmisor de energía como se describió arriba, y un receptor de energía como se describió arriba.
Modalidades adicionales preferidas del dispositivo y método de conformidad con la invención se proporcionan en las reivindicaciones adjuntas, cuya descripción se incorpora aquí como referencia.
Breve Descripción de las Figuras
Estos y otros aspectos de la invención serán evidentes y se explicarán adicionalmente al hacer referencia a las modalidades descritas a manera de ejemplo en la siguiente descripción y con referencia a las figuras adjuntas, en las cuales :
la figura 1 muestra un ejemplo del cambio de la energía recibida y la energía transmitida como resultado de un incremento de carga;
la figura 2 ilustra la definición de la ventana de tiempo de conformidad con una modalidad; y
La figura 3 ilustra una modalidad de cómo determinar la referencia de tiempo.
Las figuras son puramente diagramáticas y no están dibujadas a escala. En las figuras, los elementos que corresponden a elementos ya descritos tienen los mismos números de referencia.
La figura 4 muestra un método de cálculo de pérdida de energía, y un método para permitir el cálculo de la pérdida de energía en un sistema de transferencia de energía inductiva .
La figura 5 muestra un transmisor y un receptor en un sistema de energía inductiva.
Descripción Detallada de la Invención
Un método para evitar que un objeto metálico se caliente es determinar la pérdida de energía que no es parte de la pérdida de energía normal del sistema. La pérdida de energía en un objeto metálico puede estimarse tomando en cuenta la diferencia entre la energía neta transmitida y la energía bruta recibida. Para evitar que se disipe mucha energía hacia un objeto metálico, el transmisor de energía termina la transferencia de energía si la pérdida de energía excede un umbral .
Para determinar la pérdida de energía el receptor de energía estima su energía bruta recibida, por ejemplo, midiendo su voltaje y corriente rectificados, multiplicando la corriente y el voltaje, y sumando una estimación de las pérdidas de energía interna en el receptor de energía. El receptor de energía comunica la energía recibida al transmisor de energía, por ejemplo con un frecuencia mínima tal como cada 5 segundos. Dicha frecuencia mínima significa que la distancia en tiempo entre los extremos de dos datos de información . de energía sucesivos recibidos es máximo de 5 segundos .
El transmisor de energía estima su energía transmitida neta, por ejemplo, midiendo el voltaje y la corriente de entrada, multiplicando el voltaje y la corriente de entrada, y sustrayendo del resultado intermedio una estimación de las pérdidas de energía interna del transmisor de energía. El transmisor de energía calcula entonces la pérdida de energía sustrayendo la energía recibida comunicada de la energía transmitida. Si la diferencia excede un umbral, el transmisor de energía supone que se disipa mucha energía en un objeto metálico y termina la transferencia de energía. Un criterio de terminación está definido por:
PT - PR > umbral
en donde :
PT = energía transmitida neta estimada
PR = energía recibida bruta estimada
PT - PR = pérdida de energía estimada
Umbral = límite de seguridad
El umbral puede incorporar la imprecisión de la energía transmitida estimada y la energía recibida. Es importante lograr una alta precisión en la estimación de la energía transmitida y recibida y mitigar el error en el cálculo de la pérdida de energía
Si la carga de salida fluctúa a través del tiempo, ocurrirá un error en el cálculo de la pérdida de energía si la medición y la estimación de la energía transmitida y recibida no tiene el tiempo alineado. Este error puede mitigarse tomando en cuenta el promedio de la energía transmitida y la energía recibida en cierto periodo de tiempo más largo .
Una posible implementación de promediar la medición de energía es agregar múltiples muestras de las mediciones instantáneas y dividir el resultado entre el número de muestras en un periodo de tiempo.
Otra implementación posible es considera la contribución de cada nueva muestra proporcionalmente en el promedio anterior calculado. Por lo que por ejemplo, si un receptor de energía toma 20 muestras en cierto periodo, el nuevo promedio sería :
Nueva Muestra * 1/20 + Promedio Anterior * 19/20.
Aún otra posibilidad es aplicar un filtro de bajo paso para amortiguar la contribución del valor real medido. Esto podría, por ejemplo, hacerse con un capacitor conectado a la señal medida a través de un resistor.
La figura 1 muestra un ejemplo del cambio de la energía recibida y la energía transmitida como resultado de un incremento de carga. El periodo en el cual el receptor de energía promedia su energía recibida no la conoce el transmisor de energía y puede variar de un diseño a otro. Este problema se ilustra en la figura 1. La figura muéstr-a el cambio de la energía recibida (energía Rx) y la energía transmitida (energía Tx) como resultado de una etapa de carga (un aumento o disminución repentina de la carga) .
En la figura 1 la ventana en la cual se considera la energía transmitida promedio (ventana Tx) no está alineada con la ventana en la cual se considera la energía recibida (ventana Rx) . Por ejemplo, si tanto la energía Tx como Rx cambian de 1 W a 5 W como resultado de un incremento de carga, la energía recibida promedio en la ventana Rx será de 3 W y la energía transmitida en la ventana Tx será dé 4 W dando lugar a un error (adicional) de 1 W en la estimación de la pérdida de energía.
Como una solución, el transmisor de energía y el receptor de energía podrían medir respectivamente la energía transmitida promedio y la energía recibida promedio en el periodo entre dos paquetes de energía recibida sucesivos. Este método, sin embargo, fallará si un paquete dé energía recibida no llega al transmisor de energía debido a< un error de comunicación.
La invención reduce el error en el método de detección de pérdida de energía que es ocasionado por una carga de salida dinámica por la alineación de la estimación de energía transmitida con la de la energía recibida a tiempo. Para este propósito, el transmisor de energía obtendrá información para alinear el tiempo de medición de la energía transmitida y la energía recibida. Esta información podría ser por ejemplo un parámetro de ventana de tiempo para ajustar una ventana de tiempo para el transmisor de energía durante la fase de configuración para permitir que el transmisor de energía alinee su estimación de energía transmitida con la estimación de energía recibida mediante la aplicación de esta ventana de tiempo .
Para permitir que el transmisor de energía elimine, o mitigue el error de cálculo de la pérdida de energía para el método de pérdida de energía descrito anteriormente en el caso de que la carga de salida fluctúe, el transmisor de energía necesita información acerca del periodo en el tiempo para el cual ha de calcularse la pérdida de energía.
Para este propósito el receptor de energía comunica los parámetros determinando el ajuste para una ventaja de tiempo durante la configuración del sistema. El transmisor de energía aplica el ajuste de ventana para alinear la estimación de su energía transmitida con la de la energía recibida .
Podría haber una ventana de tiempo por omisión previamente almacenada en el transmisor de energía. En el caso de que el receptor de energía no comunique los parámetros de tiempo, el transmisor de energía aplica valores por omisión para ellos.
La ventana de tiempo se determina por medio de los siguientes dos parámetros.
1. Tamaño de ventana, por ejemplo, un valor de 8 bits. El intervalo de este parámetro podría ser, por ejemplo, desde 0 segundos hasta 12.750 segundos. Un valor razonable para el tamaño de ventana podría ser de 1 segundo.' El valor por omisión podría ser también de 1 segundo. El tamaño de la ventana también puede reducirse a un valor relativamente pequeño, por ejemplo, de 100 milisegundos o 255 milisegundos .
2. Desplazamiento de la ventana, por ejemplo, un valor de 8 bits. Este valor indica el desplazamiento de la ventana de tiempo hacia una referencia de tiempo. Preferentemente el desplazamiento está definido entre el final de la ventana de tiempo y el punto de referencia, pero también es posible utilizar el punto inicial de la ventana de tiempo para determinar el desplazamiento hacia la referencia. El intervalo del parámetro de desplazamiento podría ser, por ejemplo, desde 0 milisegundos hasta 255 milisegundos. Un valor razonable para el desplazamiento podría ser de 100 milisegundos. El valor por omisión podría ser también de 100 milisegundos.
3. La referencia de tiempo puede definirse de acuerdo con un tiempo en el que cierto bit de un paquete se comunica desde el receptor de energía hasta el transmisor de energía. El paquete es preferentemente el paquete de energía recibida el cual el transmisor de energía aplica para calcular la pérdida de energía, porque al recibir este paquete, el transmisor de energía puede asegurar tener la relación correcta entre la información de energía recibida y la ventana de tiempo en la cual necesita calcularse la pérdida de energía.
Modalidades de ejemplo para determinar la referencia de tiempo son las siguientes:
a . La referencia de tiempo se determina mediante (el final de) la comunicación del último bit del paquete de energía recibida. Típicamente la longitud y por lo tanto el tiempo para comunicar el paquete de energía recibida los conoce el receptor de energía (por ejemplo 20 ms) y también el tiempo para calcular la energía recibida de las mediciones (por ejemplo, 80 ms) lo conoce el diseñador del receptor de energía, lo que significa que el deslazamiento de la ventana puede determinarse con bastante precisión (por ejemplo 100 ms) .
b. La referencia de tiempo se determina mediante la comunicación del primer bit del paquete de energía recibida. Este tiempo podría ser un poco más preciso dado que ahora se elimina la imprecisión del tiempo de transferencia de paquetes. Sin embargo, el transmisor de energía tiene que almacenar el tiempo de la recepción del primer bit de un paquete y esperar la recepción de la parte remanente del paquete antes de que sepa que el bit es parte de un paquete de energía recibida.
La figura 2 ilustra la definición de la ventana de tiempo de conformidad con la modalidad a.f en la cual el tiempo de referencia está definido por el final de la comunicación del último bit del paquete de energía recibida (Energía Rx) . El tiempo entre el fin de la ventana de tiempo y el tiempo de referencia se determina por medio del desplazamiento de la ventana. El tiempo entre el principio y el final de la ventana está determinado por el tamaño de la ventana .
Una implementacion posible para el transmisor de energía es muestrear su energía promedio en incrementos de tiempo pequeños y almacenar estos valores en memoria. Un valor de incremento podría ser por ejemplo de 10 milisegundos ^ Después de la recepción de un paquete de energía recibida el transmisor de energía busca los valores almacenados y calcula el valor promedio en la ventana de tiempo configurada. Con un tamaño de venta de 1000 ms y un desplazamiento de ventana hasta el último bit del paquete de energía recibida de 100 ms, el transmisor de energía tiene que almacenar, por ejemplo, 110 muestras. El transmisor de energía puede almacenar las muestras de energía transmitida circularmente con lo cual sobrescribe la muestra anterior con la más nueva.
La robustez del método de pérdida de energía puede mejorarse si el transmisor de energía no termina la transferencia de energía con base en la información portada en un solo mensaje recibido de energía.
El transmisión de energía podría esperar uno, o más paquetes de energía recibida adicionales antes de terminar la transferencia de energía. De tal manera que si el umbral de pérdida de energía se excediera de acuerdo con la información sobre un solo paquete de energía recibida, el transmisor de energía podría decidir retardar la decisión para terminar la transferencia de energía hasta la recepción de un paquete sucesivo.
Podría terminar la transferencia de energía si por cada uno de dos o más paquetes de energía recibida sucesivos, la pérdida de energía excede el umbral.
Podría promediar la pérdida de energía calculada que corresponde a los últimos dos o más paquetes de energía recibida y terminar la transferencia de energía si este promedio excede un umbral .
La energía recibida puede comunicarse desde el receptor de energía al transmisor de energía por medio de un paquete de energía recibida como se indicó en las descripciones anteriores. Sin embargo, la invención no se limita á esta forma de comunicación de la energía recibida.
El receptor de energía podría comunicar también su energía recibida en otras formas, como:
Comunicar (cualquier forma de) energía de salida, como, por ejemplo, la energía de salida rectificada y además información que permita al transmisor de energía calcular la energía recibida de la energía de salida. La información adicional podría comunicarse como paquete separado, pero también incluirse con la información de energía de salida en un solo paquete y podría contener, por ejemplo:
1. La pérdida de energía real en el receptor que el transmisor de energía debe agregar a la energía de salida para calcular le energía recibida. Esta información se comunica preferentemente en el mismo paquete como la energía de salida, o en un paquete separado poco antes o después de un paquete de energía de salida.
2. Un factor de corrección de energía que el transmisor de energía debe multiplicar con la energía de salida y el desplazamiento de energía que el transmisor de energía debe añadir a la energía de salida para calcular la energía recibida. La información de corrección podría comunicarse por medio del receptor durante la configuración con el fin de reducir la sobrecarga de comunicación durante la transferencia de energía.
La invención aplica un desplazamiento de ventana hacia un tiempo de referencia. La descripción anterior utiliza el paquete de energía recibida para relacionar el tiempo de referencia, el cual es posterior a la ventana de tiempo que se aplica para el cálculo de pérdida de energía. Sin embargo, también son posibles otros métodos para determinar el punto de referencia. Los siguientes son algunos ejemplos adicionales para la referencia de tiempo.
La figura 3 ilustra una modalidad de cómo determinar la referencia de tiempo. El receptor de energía podría enviar el paquete de energía recibida en distancias de tiempo iguales; si el transmisor de energía es informado acerca de la distancia de tiempo entre estos paquetes, es posible usar el paquete de energía recibida previamente comunicado para la referencia de tiempo. La figura 3 ilustra cómo usar el paquete de energía recibida previamente comunicado para la referencia de tiempo. El último bit del paquete de energía recibida anterior es el tiempo de referencia. La ventana de tiempo comienza en el desplazamiento de ventana después de este tiempo de referencia. La ventaja es que el transmisor de energía no tiene que almacenar las muestras con el fin de determinar su energía transmitida promedio del pasado. Puede determinar su energía transmitida promedio durante la ventaja de tiempo. Solo tiene que almacenar la energía promedio resultante a través de la ventana hasta que se reciba el siguiente paquete de energía recibida.
En el caso de que el transmisor de energía no recibiera el siguiente paquete de energía recibida debido a un error de comunicación, puede aplicar un retardo para descartar la energía transmitida promedio almacenada y usar la información en el tiempo esperado entre dos paquetes de energía recibida sucesivos para comenzar a determinar la energía transmitida promedio para la siguiente ventana de tiempo.
Para este método se necesita que el transmisor de energía esté informado acerca de la distancia de tiempo entre dos paquetes de energía recibida sucesivos. Esto podría disponerse usando un valor por omisión y/o comunicando el valor desde el receptor de energía hasta el transmisor de energía, por ejemplo, en la fase de configuración del sistema. En este método el receptor de energía no debe desviar el tiempo entre la comunicación de dos paquetes sucesivos para mantener el transmisor de energía alineado. Esto podría ser un problema en caso de que otros paquetes de control tengan que comunicarse con mayor prioridad y ocasionar un retardo en la comunicación del paquete de energía recibida. Por lo tanto el paquete de energía recibida debe tener alta prioridad.
Otra posibilidad es que el receptor de energía se sincronice con una señal del transmisor de energía. En el caso de que el sistema permita la comunicación del transmisor de energía al receptor de energía, por ejemplo, modulando la amplitud, la frecuencia o la fase de la señal de energía, el transmisor de energía podría enviar un dato de sincronización a intervalos de tiempo regulares. Los datos también podría funcionar como referencia de tiempo para una ventana de tiempo. La ventana de tiempo podría, por ejemplo, ser exactamente el tiempo entre dos datos de sincronización sucesivos .
El sistema aplica una ventana en la cual se promedian la energía recibida y la energía transmitida. Una modalidad incluye la posibilidad de reducir el tamaño de la ventana hasta cero. Esto significa que en lugar de los valores promedio de energía recibida y energía transmitida, los valores de casos se consideran para la realización del método de pérdida de energía. Una forma práctica de implementáción podría ser aplicar un tamaño de ventana muy pequeño en la cual el receptor de energía toma una (sola) medición para determinar su energía recibida y en la cual el transmisor de energía toma una (sola) medición para determinar su energía transmitida. Esta modalidad es menos robusta en comparación con una modalidad en la cual se toma el promedio de múltiples valores medidos en una ventana de tiempo de mayor tamaño. Sin embargo, la robustez puede mejorarse como se describió anteriormente.
En una modalidad práctica el desplazamiento de la ventana indica el intervalo entre la ventana para promediar la energía recibida y el comienzo de la transmisión del respectivo paquete de energía recibida. El valor del desplazamiento de la ventana puede expresarse en unidades por medio de un valor de datos en un paquete de datos que se transferirá desde el receptor de energía hasta el transmisor de energía, por ejemplo, 3 bits. Un valor de dato adicional puede indicar el tamaño de la ventana, por ejemplo 5 bits. Los valores pueden expresarse en unidades de unos pocos milisegundos, por ejemplo 4 milisegundos . Ventajosamente se usan unidades de 8 milisegundos, lo cual permite un tamaño de ventana máximo de 252 milisegundos en lugar de 124 milisegundos.
Se aprecia que la ventana de tiempo puede ser un periodo relativamente largo, por ejemplo, de 1 segundo, pero también un periodo relativamente corto, por ejemplo, de 64 milisegundos. El periodo más corto permite medir la energía solo mientras no tiene lugar ninguna comunicación entre Rx y Tx. La modulación de la amplitud debido a la comunicación hace menos precisas las mediciones. Por ejemplo, el periodo más corto permite definir la ventana de tiempo para que sea desde el final del paquete anterior (por ejemplo, el paquete de energía recibida anterior) hasta el comienzo del paquete de energía recibida actual, o desde el final del paquete anterior hasta el final del paquete anterior + el tamaño de ventana definido.
La figura 4 muestra un método de cálculo de pérdida de energía, y un método para permitir el cálculo de la pérdida de energía en un sistema de transferencia dé energía inductiva. El sistema de transferencia de energía inductiva tiene un transmisor de energía para transmitir energía inductivamente al receptor de energía a través de una bobina del transmisor y una bobina del receptor. El método de cálculo de energía comienza después de que el sistema de energía inductiva ha iniciado la transferencia de energía, como se muestra por medio de la etapa INIT TR (siglas para inicializar transmisión) . Después el método avanza realizando, mediante el transmisor de energía, las siguientes etapas. El método obtiene, en la etapa OTI (siglas para obtener información de tiempo) , información de tiempo para la alineación de tiempo comunicada desde el receptor de energía. La información de tiempo permite que el transmisor de energía alinee, con el receptor de energía, el tiempo de cálculo de una pérdida de energía durante la transferencia de energía. El método determina datos de energía transmitida en la etapa DTPD (determinar datos de energía transmitida) . El método obtiene un parámetro de energía recibida comunicado desde el receptor de energía en la etapa OPP (siglas para obtener parámetro de energía) . Después el método avanza, en la etapa CALC (calcular) , calculando la pérdida de energía de acuerdo con la información obtenida, los datos de energía transmitida determinados y el parámetro de energía recibida.
La figura también muestra el método permitiendo el cálculo de pérdida de energía por medio de las etapas realizadas por el receptor de energía. El método comienza después de que el sistema de energía inductiva ha iniciado la transferencia de energía, como se muestra por medio de la etapa INIT RC (siglas para inicializar recepción) . El método comunica en la etapa CTI (siglas para comunicar información de tiempo) , por medio del receptor de energía al transmisor de energía, información de tiempo para alineación de tiempo. La información de tiempo permite que el transmisor de energía alinee, con el receptor de energía, el tiempo de cálculo de una pérdida de energía durante la transferencia de energía. En la etapa DPP (determinar parámetro de energía) , se determina un parámetro de energía recibida de acuerdo con la información de tiempo, por ejemplo, en una ventana de tiempo como lo define la información de tiempo. Después el método avanza para comunicar, en la etapa CPP (siglas para comunicar parámetro de energía) al transmisor de energía, el parámetro de energía recibida.
La figura 5 muestra un transmisor y un receptor en un sistema de energía inductiva. Un dispositivo de suministro de energía 110, también llamado estación base, tiene por lo menos un transmisor de energía 112, 112a y una unidad de sistema 115 para controlar el sistema de energía inductiva. Una bobina del transmisor 114, también llamada bobina primaria, se muestra conectada a una unidad de conversión de energía del transmisor 113, la cual se acopla a un controlador 111, también denominado unidad de comunicaciones y control. La unidad de conversión de energía del transmisor 113 convierte energía de entrada para transferir energía que se transferirá magnéticamente desde la bobina del transmisor hasta la bobina del receptor. La unidad de comunicación del transmisor 111 está acoplada a la unidad de conversión de energía para recibir la señal de comunicación a través de la bobina del transmisor desde la bobina del receptor.
El receptor de energía 100, usualmente un dispositivo móvil, tiene una bobina del receptor 104, también denominada bobina secundaria, la cual se muestra conectada a una unidad de captación de energía 103 que proporciona una salida de energía a una carga 102. La unidad de captación de energía está acoplada a una unidad de comunicación y control 101 del receptor. La unidad de comunicación y control del receptor está dispuesta para excitar la bobina del receptor para transmitir una señal de comunicación a través de la bobina del receptor a la bobina del transmisor, y está acoplada a la carga 102 para detectar y controlar el estado de la energía de carga. El sistema de transferencia de energía inductiva como se muestra en la figura 4 está basado en el estándar Qi bien conocido. Las unidades de comunicación y control en el transmisor y el receptor están adaptadas para realizar las funciones definidas arriba con referencia a las figuras 1, 2 En resumen, la invención propone un método de cálculo de pérdida de energía en un sistema de transferencia de energía inductiva que comprende un transmisor de energía para transmitir energía inductivamente a un receptor de energía a través de una bobina del transmisor y una bobina del receptor, el método comprende una etapa de obtención, por medio del transmisor de energía, de información de tiempo para alineación de tiempo para permitir que el transmisor de energía alinee el tiempo de cálculo de la pérdida de energía con el receptor de energía; y una etapa de cálculo de la pérdida de energía durante la transferencia de energía de acuerdo con la información de tiempo obtenida y el parámetro de energía recibida comunicado desde el receptor de energía.
Se apreciará que la invención puede implementarse en hardware y/o software, utilizando componentes programables . Los métodos para implementar la invención tienen las etapas que corresponden a las funciones definidas para el sistema como se describió anteriormente.
Aunque la presente invención se ha descrito en relación con algunas modalidades, no se pretende que se limite a la forma específica presentada aquí. Adicionalmente , aunque una característica puedé parecer que está descrita en relación con modalidades particulares, alguien con experiencia en la técnica reconocerá que las varias características de las modalidades descritas pueden combinarse de conformidad con la invención. En las reivindicaciones, el término comprende no excluye la presencia de otros elementos o etapas .
Adicionalmente , aunque se enumeren individualmente, una pluralidad de medios, elementos o etapas de método se pueden implementar por ejemplo, por medio de una sola unidad o procesador. Adicionalmente, aunque pueden estar incluidas características individuales en diferentes reivindicaciones, éstas posiblemente pueden combinarse ventajosamente, y la inclusión en diferentes reivindicaciones no implica que una combinación de características no sea factible y/o ventajosa. Asimismo la inclusión de una característica en una categoría de reivindicaciones no implica una limitación a esta categoría sino más bien indica que la característica es igualmente aplicable a otras categorías de reivindicaciones según resulte apropiado. Adicionalmente, el orden de las características en las reivindicaciones no implica ningún orden específico en el cual las características deban trabajarse y en particular el orden de etapas individuales en una reivindicación de método no implica que las etapas deban realizarse en ese orden. Más bien, las etapas pueden realizarse en cualquier orden apropiado. Además, las referencia singulares no excluyen una pluralidad. Por lo tanto, las referencia a "un", "uno", "primero", "segundo", etc., no descartan una pluralidad. Los signos de referencia en las reivindicaciones se proporcionan simplemente como un ejemplo de clarificación y no deben considerarse de ninguna manera como limitantes del alcance de las reivindicaciones.
Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.
Claims (13)
1. Un método de cálculo de pérdida de energía en un sistema de transferencia de energía inductiva que comprende un transmisor de energía para transmitir energía inductivamente a un receptor de energía a través de una bobina de transmisor y una bobina de receptor, caracterizado porque, por medio del transmisor de energía, comprende las etapas de: - obtener un parámetro de energía recibida comunicado desde el receptor de energía; - obtener información de tiempo para la alineación de tiempo comunicada desde el receptor de energía para permitir que el transmisor de energía alinee, con el receptor de energía, el tiempo de cálculo de una pérdida de energía durante la transferencia de energía; calcular la pérdida de energía de acuerdó con la información de tiempo obtenida y el parámetro de energía recibida .
2. Un método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la información de tiempo comprende el tamaño de una ventana de tiempo y un desplazamiento de la ventana de tiempo hacia un punto de referencia de tiempo.
3. Un método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el punto de referencia de tiempo se relaciona con la comunicación de un paquete desde el receptor de energía hasta el transmisor de energía.
4. Un método de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el paquete con el cual se relaciona el punto de referencia de tiempo, contiene el parámetro de energía recibida.
5. Un método para permitir el cálculo de pérdida de energía en un sistema de transferencia de energía inductiva que comprende un transmisor de energía para transmitir energía inductivamente a un receptor de energía a través de una bobina del transmisor y una bobina del receptor, caracterizado porque, por medio del receptor de energía, comprende las etapas de: - comunicar, al transmisor de energía, información de tiempo para la alineación de tiempo para permitir que el transmisor de energía alinee, con el receptor de energía, el tiempo de cálculo de una pérdida de energía durante la transferencia de energía; - determinar un parámetro de energía recibida de acuerdo con la información de tiempo y - comunicar, al transmisor de energía, el parámetro de energía recibida.
6. Un método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque la información de tiempo comprende el tamaño de una ventana de tiempo y un desplazamiento de la ventana de tiempo hacia un punto de referencia de tiempo.
7. Un receptor de energía caracterizado porque comprende una unidad de comunicación para comunicarse con un transmisor de energía para transmitir energía inductivamente al receptor de energía a través de una bobina de transmisor y una bobina de receptor, el receptor de energía está dispuesto para determinar un parámetro de energía recibida de acuerdo con la información de tiempo y la unidad de comunicación está dispuesta para comunicar el parámetro de energía recibida y para comunicar la información de tiempo para la alineación de tiempo para permitir que el transmisor de energía alinee, con el receptor de energía, el tiempo de cálculo de pérdida de energía durante la transferencia de energía.
8. El receptor de energía de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la información de tiempo comprende el tamaño de una ventana de tiempo y un desplazamiento de la ventana de tiempo hacia un punto de referencia de tiempo.
9. Un receptor de energía de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque comprende una unidad para comunicar la energía recibida al transmisor de energía por medio de : - una sola entidad de datos, o - dos entidades de datos, en donde la primera entidad de datos contiene la energía de salida y la segunda entidad contiene información acerca de la pérdida de energía en el receptor, o el dispositivo móvil a partir del cual el transmisor de energía puede calcular la energía recibida.
10. Un transmisor de energía caracterizado porque comprende una unidad de comunicación para comunicarse con un receptor de energía dispuesto para 'recibir energía inductivamente del transmisor de energía a través de una bobina del transmisor y una bobina del receptor, la unidad de comunicación está dispuesta para comunicar un parámetro de energía recibida e información de tiempo para la alineación de · tiempo, el transmisor de energía está dispuesto para calcular la pérdida de energía durante la transferencia de energía desde el transmisor de energía al receptor de energía de acuerdo con el parámetro de energía recibida comunicado desde el receptor de energía durante la transferencia de energía y aplicar la información de tiempo comunicada desde el receptor de energía para el cálculo de la pérdida de energía entre el transmisor de energía y el receptor de energía.
11. El transmisor de energía de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque la información de tiempo comprende el tamaño de una ventana de tiempo y un desplazamiento de la ventana de tiempo hacia un punto de referencia de tiempo.
12. El transmisor de energía de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque comprende: - una unidad para terminar la transferencia de energía si para dos o más casos sucesivos la pérdida de energía excede un umbral .
13. Un sistema de transferencia caracterizado porque contiene un receptor de energía de conformidad con la reivindicación 7, 8 ó 9, y un transmisor de energía de conformidad con la reivindicación 10, 11 ó 12.
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