СИСТЕМА ИНДУКТИВНОЙ ЗАРЯДКИ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ ПОРТАТИВНОГО УСТРОЙСТВА

Полезная модель относится к электротехнике, а точнее, к устройствам поддержания в рабочем состоянии вторичных элементов (аккумуляторов), и может быть использована для заряда аккумуляторных батарей (АКБ), обеспечивающих автономное электропитание различных технические устройства и системы, преимущественно, мобильных/ портативных устройств, к которым предъявляются повышенные требования по надежности функционирования и эффективности применения в сложных условиях эксплуатации.
Автономное функционирование многих технических устройств и систем (ТСС), особенно, мобильных / портативных устройств (МПУ), обеспечивается с помощью химических источников тока (ХИТ), среди которых наиболее востребованы и широко применяются АКБ.
Типовая практика обслуживания / заряда АКБ выражается в виде проведения периодических процедур заряда аккумуляторов, входящих в состав АКБ. Обычно, обслуживание / зарядка АКБ, встроенной в МПУ, осуществляется с помощью зарядного устройства (ЗУ), которое проводным / контактным способом (с помощью разъемов и кабелей) подключается к ТСС/ МПУ.
Исследования показали, что в системе электропитания МПУ, предусматривающей восстановление работоспособности АКБ путем ее зарядки с помощью проводного / контактного ЗУ, могут возникать отказы, вызывающие потерю работоспособности, как АКБ, так и МПУ в целом. Причиной низкой надежности системы электропитания МПУ являются элементы проводного интерфейса (ЭПИ), используемого для транспортировки от ЗУ к МПУ электрической энергии, необходимой для осуществления процедуры зарядки АКБ.
Установлено, что ЭПИ, которые, как правило, реализуются на основе проводов и разъемов (например, блочных гнезд и кабельных штекеров), не только создают неудобства в применении ЗУ, но и подвержены влиянию факторов внешней среды (пыль, влага), интенсивному износу (ограниченное количество сочленений гнезда и штекера) и критичны к механическим нагрузкам (образуются разрывы в проводниках кабеля / провода, деформируются / разрушаются разъемы). Также, в результате загрязнений / окисления / ржавчины, возникающих на ЭПИ, может происходить значительное увеличение сопротивления электрической цепи, по которой осуществляется зарядка АКБ. В результате повышения сопротивления, возникающего в ЭПИ, нарушается режим заряда АКБ, например, значительно увеличивается длительность зарядки АКБ, что может привести к частичной или полной потере работоспособности, как самой АКБ, так и системы электропитания МПУ.
Как известно, многие из МПУ используются в ответственных сферах деятельности людей, например, службах экстренной помощи, подразделениях силовых структур (полиция, вооруженные силы государства), что предъявляет к МПУ повышенные требования по надежности и эффективности применения, особенно, в сложных условиях их эксплуатации. При использовании МПУ и ЗУ в сложных условиях эксплуатации, надежность такой системы электропитания, в которой используется проводное / контактное ЗУ, существенно снижается, что обусловлено действием, как факторов внешней среды, так и факторов субъективного характера. Так, например, пользователь МПУ и проводного / контактного ЗУ, действующий в условиях стрессовых ситуаций, может случайно повредить ЭПИ. Из-за выхода из строя ЭПИ теряет работоспособность МПУ в целом, поскольку зарядка его узла АКБ становится невозможной. Вполне очевидно, что степень влияния ЭПИ на надежность функционирования и эффективность применения МПУ существенно возрастает, особенно, при его эксплуатации в сложных условиях, например, в экстремальных ситуациях и жестких климатических условиях (высоком уровне влажности, запыленности, наличии интенсивных механических и прочих воздействий), поскольку при этом ЭПИ подвергается еще более интенсивному износу, что может служить источником частых отказов системы электропитания МПУ.
В процессе исследований установлено, что известные из техники системы электропитания МПУ имеют низкую надежность, что снижает надежность самих МПУ и эффективность их применения, особенно в сложных условиях эксплуатации. По мнению авторов, решение задачи, связанной с повышением надежности функционирования и эффективности применения МПУ, особенно в сложных условиях их эксплуатации, является весьма важной, а поиск технических решений, обеспечивающих повышение надежности, как системы электропитания, так и самих МПУ, функционирующих от встроенных АКБ, актуальным.
Исследования показали, что решение поставленной задачи затруднено наличием следующего противоречия. Так, для того, чтобы выполнить зарядку АКБ, обеспечивающего электропитанием МПУ, зарядное устройство (ЗУ), оборудованное ЭПИ, - необходимо использовать. При использовании ЗУ надежность и эффективность применения МПУ снижается, поэтому ЗУ не нужно использовать. При отсутствии ЗУ, восстановление работоспособности АКБ, обеспечивающей автономное функционирование МПУ, становится не возможным. При этом, электрическое / механическое соединение между МПУ и ЗУ, обеспечиваемое узлом ЭПИ, и необходимое для выполнения периодических процедур заряда узла АКБ, с одной стороны, должно быть, иначе МПУ не сможет автономно функционировать из-за разряда АКБ. Однако, наличие узла ЭПИ, как показано выше, снижает надежность функционирования системы электропитания МПУ и эффективность его применения, поэтому, с другой стороны, узла ЭПИ - не должно быть. При отсутствии ЭПИ, возможность обеспечения работоспособности МПУ от встроенной АКБ - не обеспечивается.
Исследования показали, что систему электропитания МПУ можно представить в виде модели, содержащей следующие звенья: «АКБ-Интерфейс - ЗУ», где АКБ - аккумуляторная батарея, обеспечивающая автономное функционирование МПУ, ЗУ - зарядное устройство, используемое для обслуживания / заряда АКБ, Интерфейс - способ и средства, используемые для соединения/ подключения зарядного устройства к АКБ для ее заряда.
Анализ предложенной модели системы электропитания МПУ показал, что наиболее «слабым звеном», с точки зрения ее надежности, является звено «Интерфейс», поэтому авторы исследования сосредоточили основное внимание на поиске технического решения, позволяющего «усилить» (повысить надежность и удобство применения) именно этого звена.
Информационным / патентным поиском установлено, что известные устройства / системы / технические решения, функционирующие с использованием автономных систем электропитания, которые соответствуют предложенной модели типа «АКБ-Интерфейс - ЗУ», имеют существенные недостатки, снижающие эффективность (надежность и удобство) их применения.
Так, из техники [Л1] известна система электропитания мобильного телефона (далее - система), состоящая из мобильного телефона (МТ), содержащего индикатор, аккумуляторную батарею (АКБ), порт подключения внешних устройств (ППВУ) и контроллер заряда (КЗ), который своими первым, вторым и третьим портами соединен, соответственно, с узлом АКБ, с индикатором и с первым портом узла ППВУ, который выполнен в виде разъема, установленного на корпусе МТ, и обеспечивающего возможность механического и электрического подключения к МТ внешних устройств, и соединяемого (по мере необходимости заряда узла АКБ) с ним проводным / контактным способом зарядного устройства (ЗУ), содержащего последовательно соединенные проводной интерфейс (ПИ), стабилизатор напряжения/ тока (СНТ), блок питания (БП) и сетевой кабель (СК). При этом, система выполнена с возможностью проводного/ контактного подключения узла ЗУ к узлу МТ для осуществления процедуры заряда узла АКБ. Кроме того, узел ПИ выполнен в виде кабеля со штекером с возможностью подключения ко второму порту узла ППВУ, узел ЗУ выполнен в виде сетевого адаптера, обеспечивающего формирование и подачу на узел МТ напряжения, необходимого для заряда узла АКБ.
Устройство функционирует следующим образом. Узел МТ получает электропитание от АКБ. Для заряда узла АКБ используется узел ЗУ, который по мере необходимости (для зарядки узла АКБ) подключается к узлу МТ. Узел ЗУ представляет собой типовой сетевой адаптер / зарядное устройство, подключение которого к МТ осуществляется с помощью проводного / контактного соединения с использованием узлов ППВУ и ПИ. При этом, узлы ППВУ и ПИ выполнены, соответственно, в виде многоштырькового разъема, установленного на корпусе узла МТ и в виде кабеля со штекером. Узлы ППВУ и ПИ выполнены с возможностью механического сочленения и электрического подключения цепей, обеспечивающих коммутацию / подачу от узла ЗУ к узлу МТ напряжения, необходимого для осуществления заряда узла АКБ. В исходном состоянии степень заряда узла АКБ отображается с помощью индикатора. Например, после разряда АКБ, цвет свечения индикатора изменяется с зеленого на красный. В этом случае, возникает необходимость выполнить заряд узла АКБ. Для этого пользователь системы подключает (механически и электрически соединяет) между собой узлы ПИ и ППВУ и подключает узел СК к сетевой розетке (220 В, 50 Гц). Напряжение (+5 В) с выхода узла ЗУ поступает через узлы ПИ и ППВУ на узел АКБ и под управлением узла КЗ осуществляется зарядка узла АКБ. Режим заряда узла АКБ определяется алгоритмами, установленными в узле КЗ. Например, если узел состоит из литий-полимерных аккумуляторов, то их заряд осуществляется типовым способом, известным из [Л2]. После того как узел АКБ заряжен, цвет свечения индикатора изменяется с красного на зеленый. После этого оператор/ пользователь системы может отключить узел ЗУ от узла МТ путем физического отсоединения узла ПИ от узла ППВУ.
Данная система имеет низкую надежность и не удобна в использовании, что обусловлено следующими причинами. Так, использование узлов ППВУ и ПИ, которые выполнены в виде типовых разъемов, обеспечивающих коммутацию электрических цепей, используемых для заряда узла АКБ, существенным образом снижает надежность функционирования системы и эффективность (удобства) ее применения. Это, в свою очередь, вызвано тем, что любое механическое сочленение, используемое для соединения / коммутации электрических цепей, подвержено износу / разрушению, в том числе, из-з действия процессов трения / истирания, возникающих при механическом сочленении разъемов, их коррозии, а также из-за небрежного обращения с этими узлами (ППВУ и ПИ) его пользователями в процессе эксплуатации системы (при выполнении процедур заряда узла АКБ). Также, узлы ППВУ и ПИ уязвимы к воздействию механических нагрузок (вибраций, ударов, чрезмерных нажимов, перегибов / перекосов, растяжений и т.п.) и к воздействию различных факторов внешней среды (повышенный уровень влажности, запыленности и др.), в результате действия которых ускоряются процессы износа узлов ППВУ и ПИ, что служит источником непредвиденных / преждевременных отказов в работе, как ЭПИ (узлы ППВУ и ПИ), так системы электропитания МПУ (МТ/ЗУ) в целом.
Из техники [ЛЗ] известна система электропитания портативной радиостанции (далее - система), состоящая из радиостанции (РС), содержащей аккумуляторную батарею (АКБ), индикатор, порт подключения внешних устройств (ППВУ) и контроллер заряда (КЗ), который своими с первого по третий портами соединен, соответственно, с узлом АКБ, с узлом индикатора и с узлом ППВУ, и соединенной с ней посредством проводной / контактной связи зарядного устройства (ЗУ), содержащего последовательно соединенные проводной интерфейс (ПИ), стабилизатор напряжения / тока (СНТ), сетевой блок питания (БП) и сетевой кабель (СК). При этом, узел ЗУ выполнен в виде сетевого адаптера, обеспечивающего формирование и подачу на узел ПИ напряжения, необходимого для заряда узла АКБ, узел ПИ выполнен в виде кабеля со штекером, обеспечивающим возможность подключения ЗУ ко второму порту узла ППВУ для осуществления процедуры заряда узла АКБ.
Функционирование данной системы осуществляется аналогично предыдущему устройству. Отличия могут быть только в используемом алгоритме заряда узла АКБ, реализуемом узлом КЗ.
Данная система частично устраняет недостатки предыдущей системы, что достигается за счет того, что узел РС разработан и изготовлен для эксплуатации в сложных условиях. Корпус РС изготовлен с применением прочных / износостойких конструктивных элементов (литое алюминиевое шасси) и имеет брызгозащищенное исполнение. Внешние разъемы, в том числе узел ППВУ, герметизированы резиновыми уплотнителями и усилены болтовыми соединениями. Это обеспечивает повышенную устойчивость узлов ППВУ и ПИ к воздействию внешних факторов среды, в том числе, механических нагрузок, пыли и влаги. Поэтому, звено «интерфейс» данной системы имеет более высокую надежность.
Данная система имеет недостатки, аналогичные предыдущей системе. Это обусловлено тем, что звено «интерфейс» организовано с использованием конструктивных элементов (разъемов, кабелей), которые имеет низкую надежность, поскольку уязвимы к воздействиям факторов внешней среды. Узлы ППВУ и ПИ, особенно, в сложных условиях, подвержены, интенсивному износу, разрушению под действием механических нагрузок, пыли, влаги и других факторов внешней среды. Наличие проводных соединений, устанавливаемых при осуществлении процедур заряда узла АКБ, весьма неудобны и могут быть повреждены при их использовани, особенно, в сложных условиях эксплуатации.
По мнению авторов, решение поставленной задачи может быть достигнуто путем реализации звена «интерфейс» на новом технологическом принципе, предусматривающем полный отказ от использования типовых разъемов / кабелей (узлов ППВУ и ПИ) и других проводных/ контактных систем при осуществлении процедуры заряда АКБ. Такой подход предполагает реализацию более «сильного» (более надежного и удобного в применении) звена «интерфейс», что достигается исключением из него конструктивных элементов (узлов ППВУ и ПИ), которые подвержены влиянию факторов внешней среды (интенсивному износу, разрушению под действием механических нагрузок, пыли, влаги и др.), а также создают неудобства в обслуживании / зарядке узла АКБ. Для реализации более эффективной модели системы электропитания МПУ, авторами исследована возможность реализации звена «интерфейс» на основе использования технологии беспроводной передачи электрической энергии для использования ее в целях зарядки АКБ, встроенной в МПУ.
Как известно из [Л4], существует способ передачи электроэнергии (ЭЭ) без использования токопроводящих элементов в электрической цепи - беспроводная передача электричества (БПЭ). Технологические принципы беспроводной передачи электрической энергии включают в себя следующие методы: индукционный / индуктивный (используется для передачи ЭЭ на малые расстояния), резонансный (используется для передачи ЭЭ к бесконтактным смарт-картам и RFID-чипам), и направленный электромагнитный метод (используемы для передачи ЭЭ на относительно большие с использованием излучений на частотах в диапазоне от лазерного до микроволнового.
Из техники [Л5] известно, что основной принцип работы индуктивной зарядки основан на использовании эффекта электромагнитной индукции. Для этого необходимо наличие двух катушек и переменный ток, который будет создавать нестатическое электромагнитное поле. Первая катушка расположена в передатчике и подключена к сети. Приемник также содержит катушку, ток в которой возникает только при изменении электромагнитного поля, которое создается переменным током в передатчике. Основной принцип работы индуктивной зарядки основывается на электромагнитной индукции. В отличие от классических зарядных устройств, их беспроводные аналоги вместо соединительного провода / кабеля используют дополнительный блок преобразования, аналогичный обычному трансформатору. Следует заметить, что использование беспроводной транспортировки электроэнергии может сопровождаться снижением эффективности ее доставки. Так, КПД этого блока, по данным разных производителей, колеблется от 50% до 90%. Компания Wireless Power Consortium сообщает, что в ее разработках достигнут КПД беспроводной передачи энергии до 70%. Экспертами отмечается, что технология беспроводной передачи энергии, используемая для индуктивной зарядки портативных устройств, имеет следующие достоинства. Во-первых, это - удобство применения. Пользователи портативных устройств (ПУ), для выполнения зарядки АКБ, встроенной в ПУ, просто кладут это ПУ на небольшую плоскую панель - корпус ЗУ, не заботясь о подключении проводов к передатчику энергии (зарядному устройству). Во-вторых - это - универсальность. Пользователи могут осуществлять зарядку любых моделей ПУ от стандартного беспроводного зарядного устройства. В-третьих это-практичность. Индуктивное зарядное устройство позволяет одновременную зарядку нескольких ПУ. В-четвертых - высокая надежность системы электропитания, поскольку отсутствуют проводные соединения между ЗУ и ПУ.
Также из техники [Л6] известен стандарт для индукционной передачи энергии, обозначаемый как «Qi», который разработан Консорциумом беспроводной электромагнитной энергии Wireless Power Consortium, WPC) для индукционной передачи энергии на расстояние до 4 см. Аппаратура Qi включает в себя передатчик, располагаемый в зарядной платформе (ЗП) и совместимый с ним приемник, располагаемый в подключаемом портативном устройстве (ПУ). Для осуществления процесса заряда АКБ, встроенной в ПУ, необходимо разместить ПУ на корпусе ЗП. Зарядка происходит посредством индукционной передачи энергии как, например, в трансформаторах. Производителями, использующими этот стандарт в некоторых своих устройствах, являются такие компании, как HTC, Huawei, LG Electronics, Motorola, Mobility, Nokia, Samsung, Sony. Консорциум беспроводной электромагнитной энергии WPC является открытым и объединяет различных производителей Азии, Европы и Америки. Его цель- создание единого стандарта для технологии индукционной зарядки. Устройства, стандарта используют электромагнитную индукцию между двумя плоскими катушками. Одна из них является базой и подключается к источнику энергии, а вторая находится внутри заряжаемого устройства и является приемником. Стандарт Qi предусматривает передачу мощности от 0 до 5 Вт. Следует отметить, что согласно стандарту Qi, магнитное поле используется и как средство связи, что используется для обнаружения устройств и управления процессами беспроводной передачи электрической энергии.
По мнению авторов, именно технологии беспроводной передачи электроэнергии типа стандарта Qi могут быть положены в основу для создания звена «интерфейс» при реализации более эффективной модели системы электропитания МПУ, обеспечивающей, как надежную зарядку узла АКБ, так и повышение удобств в ее применении. Использование технологии беспроводной передачи электричества (БПЭ) в системе электропитания МПУ позволяет избавиться от использования проводов и разъемов (узлов ППВУ и ПИ), поскольку узлы МПУ и ЗУ для зарядки АКБ соединяются беспроводным / бесконтактным способом. При этом, появляется возможность исключить в звене «интерфейс» элементы с низкой надежностью, которые подвержены интенсивному износу, разрушению под действием механических нагрузок, пыли, влаги и других факторов внешней среды и, тем самым, обеспечить решение поставленной задачи, связанной с повышением, как надежности системы электропитания МПУ, так и эффективности его применения, особенно, в сложных условиях. Например, отсутствие в корпусе МПУ разъемов, через которые подается электропитание от внешнего ЗУ, позволяет более надежно защитить узел АКБ от воздействия внешних факторов типа пыли и влаги. Возможность подключения МПУ к ЗУ без использования проводов / кабелей и разъемов значительно повышает как надежность системы электропитания, так и эффективность (с точки зрения надежности и удобств) применения МПУ, особенно, в сложных условиях его эксплуатации.
Из техники [Л7], известна система индуктивной зарядки аккумулятора (далее - система) состоящая из первичной цепи (ПЦ), включающей в себя источник мощности (ИМ), первичную катушку (ПК), детектор обратной связи (ДОС) и контроллер первичной цепи (КПЦ), который своими первым и вторым портами соединен, соответственно, с первым портом узла ИМ и с первым портом узла ДОС, который вторым портом соединен с первым портом узла ПК, который вторым портом соединен со вторым портом узла ИМ, и связанной с ней беспроводным способом (посредством индуктивной связи - ИС), вторичной цепи (ВЦ), включающей в себя вторичную катушку (ВК), цепь обратной связи (ЦОС), аккумуляторную батарею (АКБ) и контроллер заряда (КЗ), который своими первым, вторым и третьим портами соединен, соответственно, с узлом АКБ, с первым портом узла ВК и с первым портом узла ЦОС, который вторым портом соединен со вторым портом узла ВК. При этом, узел ЦОС выполнен с возможностью формирования и передачи сигнала обратной связи к первичной цепи через индуктивную связь между ПК и ВК, узел КПЦ выполнен с возможностью управления уровнем мощности подаваемой от узла ИМ на узел ПК, в соответствии с уровнем сигналов, принимаемых от узла ЦОС по цепи обратной связи через индуктивную связь между узлами ПК и ВК, узел КЗ выполнен с возможностью реализации необходимого алгоритма заряда узла АКБ, обнаружения режимов перенапряжения / избыточного тока в цепи заряда АКБ и формирования сигналов управления узлом ЦОС, используемых для управления процессом беспроводной передачи электрической энергии (увеличения или снижения мощности передаваемой электроэнергии).
Система функционирует следующим образом. Для выполнения процедуры зарядки узла АКБ сначала осуществляется подключении узла ПЦ к питающей электросети (220 В). В простейшем случае узел ПЦ может быть реализован в виде типового сетевого блока / адаптера электропитания. От узла ИМ на узел ПК поступает переменное напряжение, мощность излучения которого управляется узлом КПЦ. Поскольку первичная и вторичная катушки системы индуктивно взаимосвязаны, то во вторичной цепи образуется входное напряжение, создаваемое за счет электромагнитной индукции. Входное напряжение используется для заряда узла АКБ. При этом, узлом КЗ осуществляется контроль перенапряжения или избыточного тока, создаваемых на узле АКБ в процессе его заряда. Обнаружение этих состояний осуществляется с помощью узла КЗ, реализующего функции детектора перенапряжения и датчика избыточного тока. Для устранения действия на узел АКБ «стрессовых состояний» (перенапряжения и перезаряда), узлом КЗ подается на узел ЦОС управляющий сигнал, по которому узлом ЦОС через узлы ВК и ПК передается сигнал обратной связи, который обнаруживается узлом ДОС. Выходные сигналы узла ДОС поступают на узел КПЦ, где осуществляется оценка их уровня. После этого, узлом КПЦ формируется сигнал управления узлом ИМ, что приводит к изменению уровня мощности, излучаемой узлом ПК. Таким образом, в процессе выполнения процедуры заряда узла АКБ, узлами КПЦ и ЦОС осуществляется формирование сигнала обратной связи, который передается ко вторичной цепи посредством индуктивной связи, установленной между узлами ВК и ПК. Это позволяет управлять количеством передаваемой энергии, используемой для заряда узла АКБ. Следует заметить, что узел ПК выполнен как часть колебательного контура и управление уровнем мощности, излучаемой ПЦ, осуществляется путем изменения частоты сигнала, подаваемого на ПК. Так, для повышения напряжения, создаваемого во вторичной цепи, уровень сигналов, предаваемых по цепи обратной связи, увеличивается, что вызывает сдвиг частоты сигнала, подаваемого на первичную катушку, ближе к резонансной частоте колебательного контура (частью которого является узел ПК). Для снижения мощности излучения узла ПЦ, частота сигналов, подаваемых на первичную катушку, сдвигается в сторону от резонансной частоты колебательного контура (частью которого является узел ПК). Таким образом, сигналы, поступающие по цепи обратной связи, используются для управления мощностью ЭМП, излучаемого ПЦ. По мере завершения заряда узла АКБ, сигналы в цепи обратной связи формируются таким образом, что частота сигнала, подводимого к ПК отводится все дальше и дальше от резонанса до тех пор, пока не перестанет поступать сигнал обратной связи, что приводит, практически, к выключению процесса беспроводной передачи электрической энергии (входное напряжение на ВЦ стремится к нулю).
Данное техническое решение частично устраняет недостатки предыдущей системы. Это достигается за счет того, что из цепи передачи электрической энергии, используемой для зарядки АКБ, устранены конструктивные элементы - узлы ППВУ и ПП (выполненные в предыдущей системе с использованием разъемов и кабеля), которые подвержены интенсивному износу, разрушению под действием механических нагрузок, пыли, влаги и других факторов внешней среды. Возможность беспроводной зарядки узла АКБ (без использования проводного / контактного соединения ПЦ и ВЦ) позволяет значительно повысить надежность данной системы электропитания. Кроме того, также повышается эффективность применения системы, с точки зрения создания комфортных условий и удобств в осуществлении процедуры зарядки АКБ, поскольку от пользователя системы, кроме как разместить рядом друг с другом узлы ПЦ и ВЦ, никаких действий больше не требуется.
Данная система имеет низкую надежность. Звено «интерфейса», обеспечивающее беспроводную передачу электроэнергии при осуществлении зарядки узла АКБ, может функционировать неустойчиво / с отказами, возникающими в результате воздействии факторов внешней среды, например, нарушений точного взаимного позиционирования узлов ПК и ВК, возникновения загрязнений корпусов узлов ПЦ/ВЦ, вызывающих ослабления процесса БПЭ, влияния на процесс беспроводной передачи электроэнергии посторонних предметов, которые могут вызывать образование помех в цепи обратной связи и нарушать режим заряда узла АКБ. Также, система уязвима к факторам, носящим субъективных характер, например, из-за действий (небрежности в использовании) пользователей системы, которые могут нарушать требуемые рекомендации по обслуживанию системы, в том числе, по взаимному размещению узлов ПЦ и ВЦ. Поскольку возможность контроля процесса БПЭ и зарядки узла АКБ отсутствует, то нарушения по взаимному размещению узлов ПЦ и ВЦ, существенно влияющие на эффективность БПЭ, пользователями системы не могут быть своевременно замечены. В результате этого время обслуживания / зарядки АКБ, встроенной в МПУ, может значительно увеличиваться (из-за нарушений в БПЭ и снижению эффективности этого процесса).
Исследования показали, что известные из техники системы электропитания МПУ, базирующиеся на применении технологий беспроводной передачи электроэнергии (далее Qi - устройства) имеют недостатки общего характера, которые существенно влияют, как на надежность МПУ, так и на эффективность их применения. Информационным / патентным поиском установлено, что известные из техники устройства / системы / технические решения, которые могут быть использованы для беспроводной зарядки АКБ МПУ, имеют существенные недостатки, снижающие надежность и эффективность применения МПУ, особенно при его эксплуатации в сложных условиях. Рассмотрим этот вопрос подробнее.
Так, согласно [Л8], система беспроводной передачи электроэнергии типа Qi весьма критична к расстоянию между катушками (ПК и ВК) и точности позиционирования их относительно друг друга. Чем точнее катушка приемника попадает в поле передатчика, тем сильнее будет ток зарядки, а значит, меньше времени будет тратиться на зарядку АКБ. При использовании беспроводной зарядки для выполнения процедуры зарядки аккумуляторов (узла АКБ) пользователь должен строго соблюдать инструкцию по взаимному расположению Qi - устройств, поскольку точность их позиционирования существенно влияет на эффективность зарядки, что выражается в увеличении ее длительности. Например, в проведенных опытах время полного заряда аккумулятора мобильного телефона, при использовании проводного и беспроводного ЗУ, длительность зарядки составила, соответственно 121 мин и 172 мин. При этом, повышение беспроводной / индуктивной зарядки увеличилось из-за нарушений взаимного позиционирования узлов ПК и ВК на величину около 10%, что доказывает уязвимость системы индуктивной зарядки к точности позиционирования ее приемопередающих узлов (узлов ПК и ВК). Также, в [Л9] отмечается, что для наиболее эффективной передачи энергии необходимо обеспечить наилучшее взаимодействие катушки-приемника с магнитным полем. При этом от диаметра катушки зависит оптимальное расстояние между передатчиком и приемником. Для обеспечения оптимальных условий передачи энергии катушка передатчика имеет определенный размер, установленный стандартом QI. Размер используемых в настоящее время типовых катушек составляет 43 мм. Размер катушки передатчика, предусмотренный стандартом QI, в зависимости от конструктивных особенностей передатчика, колеблется в пределах 30-80 мм. Требуемое расстояние меду узлами ПК и ВК составляет приблизительно десятую часть от этого значения, то есть, оба QI- устройства должны располагаться вплотную друг к другу. При увеличении расстояния / нарушения позиционирования между QI - устройствами эффективность передачи энергии снижается катастрофически - от 70% до нескольких процентов. К тому же, для оптимальной БПЭ необходимо также выбрать удачное / оптимальное положение катушек в пространстве.
По мнению авторов, наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту (прототипом) является, известная из техники [Л10], система индуктивной зарядки аккумуляторной батареи портативного устройства (далее - система), состоящая из зарядной платформы (ЗП), содержащей блок электропитания (БЭП), преобразователь тока / напряжения (ПТН) типа AC-DC, первичную катушку (ПК), датчик тока / напряжения (ДТН) и контроллер зарядной платформы (КЗП), который своими первым и вторым портами соединен, соответственно, с первым портом узла ПТН и с первым портом узла ДТН, который своим вторым портом соединен с первым портом узла ПК, который вторым портом соединен со вторым портом узла ПТН, который третьим портом соединен со вторым портом узла БЭП, который выполнен с возможностью подключения своим первым портом к электросети 220 В, и соединенного с ней посредством беспроводным способом портативного устройства (ПУ), содержащего вторичную катушку (ВК), драйвер, выпрямитель / регулятор напряжения / тока (ВРНТ), контроллер заряда (КЗ), аккумуляторную батарею (АКБ) и индикатор, который своим входом соединен с первым портом узла КЗ, который своими со второго по четвертый портами соединен, соответственно, с узлом АКБ и первым портом узла ВРНТ, со вторым портом узла ВРНТ и со вторым портом узла драйвера, который первым портом соединен со вторым портом узла ВК, который первым портом соединен с третьим портом узла ВРНТ, при этом, система выполнена с возможностью беспроводной передачи электроэнергии от узла ЗП к узлу ПУ по стандарту типа для осуществления индуктивной зарядки узла АКБ.
Функциональная схема данной системы представлена на фиг.1. Система (фиг.1) состоит из зарядной платформы (ЗП) 1, содержащей блок электропитания (БЭП) 7, преобразователь тока / напряжения (ПТН) 6, первичную катушку (ПК) 4, датчик тока / напряжения (ДТН) 3 и контроллер зарядной платформы (КЗП) 5, который своими первым и вторым портами соединен, соответственно, с первым портом узла ПТН 6 и с первым портом узла ДТН 3, который вторым портом соединен с первым портом узла ПК 4, который вторым портом соединен со вторым портом узла ПТН 6, который третьим портом соединен со вторым портом узла БЭП 7, который первым портом может подключаться к электросети 8, и соединенного с ней посредством беспроводной связи (электромагнитного поля - ЭМП) 9 портативного устройства (ПУ) 2, содержащего вторичную катушку (ВК) 10, драйвер 11, выпрямитель / регулятор напряжения / тока (ВРНТ) 12, контроллер заряда (КЗ) 13, аккумуляторную батарею (АКБ) 14 и индикатор 15, который своим входом соединен с первым портом узла КЗ 13, который своими со второго по четвертый портами соединен, соответственно, с узлом АКБ 14 и первым портом узла ВРНТ 12, со вторым портом узла ВРНТ 12 и со вторым портом узла драйвера 11, который первым портом соединен со вторым портом узла ВК 10, который первым портом соединен с третьим портом узла ВРНТ 12, при этом, система выполнена с возможностью осуществления беспроводной/ индуктивной зарядки узла АКБ 14 по стандарту типа Qi.
Система (фиг.1) функционирует следующим образом. Для осуществления процедуры заряда узла АКБ 14, узел ПУ 2 размещается/ устанавливается, как можно ближе к узлу ЗП 1 (на практике, чаще всего, узел ПУ 2 располагается непосредственно на корпусе ЗП 1), который выполняет функции беспроводного / индуктивного зарядного устройства. Для получения наиболее эффективного процесса беспроводной передачи энергии (высокого КПД), узлы ПК 4 и ВК 10 должны быть приближены и правильно (согласно инструкции) ориентированы друг относительно друга так, чтобы приемопередающие катушки - узлы ПК 4 и ВК 10 были в непосредственной близости (с максимальной индуктивной связью). После подключения узла ЗП 1 к питающей электросети (220 В) 8 в узле ПК 4, представляющего собой индукционную катушку, с помощью узла ПТН 6 создается переменное напряжение / ток, что приводит к образованию вокруг ПК 4 электромагнитного поля (ЭМП) 9, которое достигает и пересекает витки катушки узла ВК 10. При этом, за счет действия эффекта электромагнитной индукции, в узле ВК 10 возникает входное электрическое напряжение (ВЭН), которое поступает на узел ВРНТ 12, с помощью которого осуществляется конвертирование / преобразование ВЭН к виду / уровню, необходимому для осуществления зарядки узла АКБ 14, которая происходит под управлением узла КЗ 13. Электрическая энергия от узла ЗП 1 передается к узлу ПУ 2 посредством переменного электромагнитного поля 9, которое наводит (за счет электромагнитной индукции) в витках вторичной катушки 10 величину переменного напряжения ВЭН, требуемую для зарядки узла АКБ 14. Если первичная и вторичная катушки (узлы ПК 4, ВК 10) находятся в непосредственной близости, то значительная часть силовых линий, создаваемых первичной катушкой 4, пройдет через витки вторичной катушки 10, создав в ней переменный ток, который затем преобразовывается и используемое для заряда узла АКБ 14. Система функционирует по стандарт Qi, который регламентирует, как допустимый уровень мощности энергии, передаваемой беспроводным путем (до 5 Вт), так и протокол энергетического и информационного взаимодействия между узлами ЗП 1 и ПУ 2. Информационное взаимодействие ЗП 1 и ПУ 2 осуществляется путем передачи цифровой информацию в виде битов / байтов методом фазовой модуляции ЭМП 9. Связь между узлами ЗП 1 и ПУ 2 устанавливается автоматически, в тот момент, когда ПУ 2 оказывается установленным на поверхности корпуса ЗП 1 и распознанным, как устройство Qi. Для идентификации ПУ 2, узлом ЗП 1 каждые 400 мс посылаются/ излучаются энергетические импульсы. Если на корпусе ЗП 1 установлено ПУ 2, то в соответствии с протоколом, соответствующим стандарту Qi, происходит информационный обмен, в процессе которого ЗП 1 и ПУ 2 «договариваются» об условиях зарядки узла АКБ 14 (например, об необходимом количестве электроэнергии, силе и частоте тока). После этого начинается фаза передачи энергии. Для контроля этого процесса, узлом ПУ 2 через каждые 32 мс осуществляется отправка узлу ЗП 1 пакетов данных с информацией об ошибках в работе беспроводной системы транспортировки электроэнергии. Передача данных от ПУ 2 к ЗП 1 и обратно осуществляется по цепи: КЗ 13 - драйвер 11 - ВК 10 - ЭМП 9 - ПК 4 - ДТН 3 - КЗП 5. Процесс заряда узла АКБ 14 отображается на индикаторе 15 тем или иным способом. В простейшем случае - цветом свечения индикатора 15, а при выполнении узла 15 в виде дисплея, - в виде условного значка батарейки, степень заряда АКБ 14 условно отображается степенью его заполнения. После завершения заряда узла АКБ 14, ПУ 2 отправляет пакет данных с сообщением типа «Передача энергии завершена», по получении которого ЗП 1 останавливает работу (прекращает беспроводную передачу электроэнергии).
Данная система частично устраняет недостатки предыдущего технического решения, так, этому способствует то, что в данной системе использован более совершенный механизм управления процессами беспроводной передачи электроэнергии и зарядки узла АКБ 14. Это достигается за счет использования цифрового протокола коммуникационного взаимодействия между узлами ЗП 1 и ПУ 2, предусматривающего возможность обнаружения и корректировки ошибок, возникающих в процессе беспроводной передачи электроэнергии. Кроме того, благодаря использованию стандарта типа Qi с поддержкой протокола передачи данных между ЗП 1 и ПУ 2 на скорости около 2 кбит/с, достигается достаточно эффективное, с точки зрения скорости и точности, управление процессами беспроводной передачи электроэнергии и заряда узла АКБ 14. По сравнению с предыдущим техническим решением, в котором для организации управления процессами беспроводной передачи электроэнергии и контроля режимом заряда узла АКБ использовалась цепь обратной связи, по которой передавались аналоговые сигналы, в данной системе реализуется более надежная схема контроля и управления. В данной системе использован более совершенный (цифровой) канал обратной связи, обеспечивающий более эффективное (надежное и точное) управление процессами организации, проведения и завершения процедур беспроводной передачи электроэнергии и контроля окончания зарядки узла АКБ 14.
Данной системе присущи недостатки, аналогичные предыдущему техническому решению.
В процессе исследований авторами установлено, что надежность системы электропитания МПУ, использующих для заряда АКБ беспроводную передачу электроэнергии (индуктивную зарядку) по технологии типа Qi, может быть повышена за счет использования новых признаков и свойств, позволяющих осуществлять более эффективную (надежную) индуктивную зарядку АКБ. Так, например, создание интерактивного интерфейса с возможностью контроля взаимного позиционирования катушек Qi-устройств (узлов ЗП 1 и ПУ 2) и контроля эффективности процесса беспроводной передачи электроэнергии в процессе заряда АКБ, может обеспечить возможность пользователю этих Qi-устройств создавать и поддерживать условия наиболее эффективного энергетического обмена между передатчиком и приемником электрической энергии Qi-устройств. В простейшем случае, наличие индикатора, отображающего точность позиционирования узлов ЗП 1 и ПУ 2, могла бы обеспечить такое размещение этих узлов, при котором создаются наиболее благоприятные условия беспроводной передачи электроэнергии и зарядки узла АКБ 14. Также, возможность контроля эффективности беспроводной передачи электроэнергии в процессе заряда узла АКБ 14, может обеспечить возможность пользователю своевременно предпринять меры по устранению причин, влияющих на индуктивную зарядку, например, нарушений позиционирования узлов ПК 4 и ВК 10, влияния на БПЭ между ними различных предметов и загрязнений. Кроме того, поскольку на работоспособность АКБ существенно влияет режим ее заряда, то предоставление системе электропитания возможностей по контролю / управлению режимом заряда АКБ с предоставлением пользователю системы результатов ее обслуживания / заряда (отображением состояния / параметров АКБ) также может обеспечить повышение надежности работы системы электропитания МПУ и эффективности его применения, в том числе, в сложных условиях, поскольку позволяет пользователю, в зависимости от практических потребностей, использовать наиболее подходящий алгоритм / режим заряда узла АКБ.
Как показали исследования, использование интерактивного интерфейса для осуществления взаимного позиционирования Qi-устройств с целью создания условий наиболее эффективного энергетического обмена между ними, непрерывного контроля эффективности процесса беспроводной передачи электроэнергии и контроля/ управления режимом индуктивной зарядки АКБ с отображением результатов обслуживания / заряда АКБ, из техники не известны.
Целью полезной модели является расширение функциональных возможностей известного устройства, связанных с повышением эффективности контроля и управления индуктивной зарядкой аккумуляторной батареи.
Поставленная цель достигается за счет того, что в известную систему, состоящую из зарядной платформы (ЗП), содержащей блок электропитания (БЭП), преобразователь тока / напряжения (ПТН) типа AC-DC, первичную катушку (ПК), датчика тока / напряжения (ДТН) и контроллер зарядной платформы (КЗП), который своими первым и вторым портами соединен, соответственно, с первым портом узла ПТН и с первым портом узла ДТН, который своим вторым портом соединен с первым портом узла ПК, который вторым портом соединен со вторым портом узла ПТН, который третьим портом соединен со вторым портом узла БЭП, который первым портом может подключаться к электросети 8, и соединенного с ней беспроводным способом портативного устройства (ПУ), содержащего вторичную катушку (ВК), драйвер, выпрямитель / регулятор напряжения / тока (ВРНТ), контроллер заряда (КЗ), аккумуляторную батарею (АКБ) и индикатор, который своим входом соединен с первым портом узла КЗ, который своими со второго по четвертый портами соединен, соответственно, с узлом АКБ и первым портом узла ВРНТ, со вторым портом узла ВРНТ и со вторым портом узла драйвера, который первым портом соединен со вторым портом узла ВК, который первым портом соединен с третьим портом узла ВРНТ, и выполненную с возможностью беспроводной передачи электроэнергии от узла ЗП к узлу ПУ по стандарту типа 01 для осуществления индуктивной зарядки узла АКБ, дополнительно в состав ЗП введен сенсорный экран (СЭ), который своим портом соединен с третьим портом узла КЗП, при этом, узел СЭ выполнен с возможностью ввода и отображения буквенной, цифровой, символьной и графической информации, кроме того, узел КЗП функционирует по программе, обеспечивающей возможность поддержки функций узла СЭ по вводу и выводу различных видов информации, эмуляции интерактивного интерфейса пользователя системы (ИИС) с визуализацией на узле СЭ виртуальной клавиатуры (ВК) и элементов оконного интерфейса, обеспечивающих возможность настройки канала беспроводной передачи электрической энергии (БПЭ) между узлами ЗП и ПУ путем оптимизации взаимного позиционирования узлов ПК и ВК по критерию минимизации количества ошибок, возникающих в коммуникационном / служебном канале связи между узлами ПУ и ЗП, непрерывного контроля процесса БПЭ между узлами ЗП и ПУ в процессе индуктивной зарядки узла АКБ с выводом на узел СЭ сообщений / данных отражающих эффективность этого процесса, например, отображения текущих значений КПД канала БПЭ, управления режимом обслуживания/ зарядки узла АКБ, например, путем выбора / установки нормального или ускоренного режима его заряда, и визуализации состояний узла АКБ, например, степени его заряда / значений электрических параметров узла АКБ.
Функциональная схема устройства индукционной/ беспроводной зарядки аккумуляторной батареи портативного устройства (далее- система) представлена на фиг.2. Система (фиг.2) состоит из зарядной платформы (ЗП) 1, содержащей сенсорный экран (СЭ) 7, блок электропитания (БЭП) 8, преобразователь тока / напряжения (ПТН) 6, первичной катушки (ПК) 4, датчика тока / напряжения (ДТН) 3 и контроллера зарядной платформы (КЗП) 5, который своими третьим, первым, и вторым портами соединен, соответственно, с портом узла СЭ 7, с первым портом узла ПТН 6 и с первым портом узла ДТН 3, который вторым портом соединен с первым портом узла ПК 4, который вторым портом соединен со вторым портом узла ПТН 6, который третьим портом соединен со вторым портом узла БЭП 7, который первым портом может подключаться к электросети (220 В) 8, и соединенного с ней посредством беспроводной связи 10 портативного устройства (ПУ) 2, содержащего вторичную катушку (ВК) 11, драйвер 12, выпрямитель / регулятор напряжения / тока (ВРНТ) 13, контроллер заряда (КЗ) 14, АКБ 15 и индикатор 16, который своим входом соединен с первым портом узла КЗ 14, который своими со второго по четвертый портами соединен, соответственно, с узлом АКБ 15 и первым портом узла ВРНТ 13, со вторым портом узла ВРНТ 13 и со вторым портом узла драйвера 12, который первым портом соединен со вторым портом узла ВК 11, который первым портом соединен с третьим портом узла ВРНТ 13, при этом, система выполнена с возможностью осуществления беспроводной/ индуктивной зарядки узла АКБ 15 по стандарту типа Qi, кроме того, узел СЭ 7 выполнен с возможностью ввода и отображения буквенной, цифровой, символьной и графической/ информации, кроме того, узел КЗП 5 функционирует по программе, обеспечивающей возможность поддержки функций узла СЭ 7 по вводу и выводу различных видов информации, эмуляции интерактивного интерфейса пользователя системы с визуализацией на узле СЭ 7 виртуальной клавиатуры и элементов оконного интерфейса, обеспечивающих настройку канала беспроводной передачи электрической энергии (БПЭ) между узлами ЗП 1 и ПУ 2 путем оптимизации взаимного позиционирования узлов ПК 2 и ВК 11 по критерию минимизации количества ошибок, возникающих в коммуникационном / служебном канале связи между узлами ПУ 2 и ЗП 1, непрерывный мониторинг процесса БПЭ между узлами ЗП 1 и ПУ 2 с выводом на узел СЭ 7 сообщений/ данных отражающих эффективность процесса БПЭ, например, отображения на узле СЭ 7 текущего значения КПД канала БПЭ, управление режимом обслуживания / зарядки узла АКБ 15, например, путем выбора/ установки нормального или ускоренного режима его заряда, а также визуализацию состояний узла АКБ 15, например, степень его заряда.
Система (фиг.2) функционирует аналогично прототипу. После установки узла ПУ 2 на корпус узла ЗП 1 происходит его идентификация, как Qi-устройства в соответствии со стандартным протоколом, предусмотренным спецификацией для Qi-устройств. На этом этапе между ПУ 2 и ЗП 1 устанавливается энергетическая (для канала БПЭ) и коммуникационная (для канала обмена служебной информацией) связь. Далее, пользователь может выполнить тонкую настройку работы системы с использованием узла СЭ 7, в том числе, осуществить точное позиционирование узлов ПУ 2 и ЗП 1 для достижения максимальной эффективности процесса БПЭ, а также выбрать требуемый режим заряда узла АКБ 15. Эти возможности обеспечиваются тем, что узел СЭ 7 позволяет пользователю системы вводить и считывать различные данные в виде буквенной, цифровой, символьной и графической информации. Кроме того, пользователю системы доступен для контроля и управления процессом индуктивной зарядки узла АКБ 15 интерактивный интерфейс системы (ИИС). С помощью ИИС обеспечивается визуализация на узле СЭ 7 виртуальной клавиатуры и элементов оконного интерфейса, с помощью которых пользователь системы может выполнить целый рад действий, направленных на повышение эффективности работы системы. Так, ИИС позволяет выполнить тонкую / точную настройку канала беспроводной передачи электрической энергии (БПЭ) между узлами ЗП 1 и ПУ 2 путем оптимизации взаимного позиционирования узлов ПК 4 и ВК 11 по критерию минимизации количества ошибок, возникающих в коммуникационном / служебном канале связи между узлами ПУ 2 и ЗП 1, осуществлять непрерывный контроль процесса БПЭ между узлами ЗП 1 и ПУ 2 с выводом на узел СЭ 7 сообщений / данных отражающих эффективность этого процесса, например, значений текущего КПД канала БПЭ, осуществлять установку / управление режимом обслуживания/ зарядки узла АКБ, 15 например, путем выбора / установки нормального или ускоренного его заряда, а также визуализировать состояние узла АКБ 15, например, степень его заряда и/или его электрические характеристики. В процессе заряда узла АКБ 15 возможны нарушения взаимного позиционирования узлов ЗП 1 ПУ 2 из-за действия факторов внешней среды, например, случайных механических воздействий. В этих случаях, на узел СЭ 7 выводится сообщение с указанием о снижении эффективности процесса БПЭ ниже допустимого значения и рекомендациями по требуемым действиям, например, «Внимание! -Недостаточно энергии для зарядки батареи. Уточните положение прибора». При обнаружении подобных сообщений пользователь системы с помощью ИИС может повторить точную настройку системы БПЭ. После выполнения процесса заряда узла АКБ 15 на узел СЭ 7 выводятся сообщения типа «Зарядка завершена, параметры батареи - в норме».
В предлагаемой системе индуктивной зарядки аккумуляторной батареи портативного устройства (далее - система) обеспечивается следующее сочетание отличительных признаков и свойств.
В состав зарядной платформы системы дополнительно введен сенсорный экран (СЭ), который своим портом соединен с третьим портом узла КЗП. Использование СЭ позволяет отображать и вводить различные данные, что существенно расширяет возможности системы по реализации интерактивного интерфейса, позволяющего контролировать процессы, связанные с индуктивной зарядкой АКБ, в том числе, контролировать эффективность работы канала беспроводной передачи электроэнергии между узлами ЗП и ПУ, например, отображением значения КПД, задавать режимы заряда узла АКБ, например, стандартный/ ускоренный, визуализировать состояние АКБ, например, степень ее заряженности и другие данные.
Узел СЭ выполнен с возможностью ввода и отображения буквенной, цифровой, символьной и графической / информации.
Узел КЗП функционирует по программе, обеспечивающей возможность поддержки функций узла СЭ по вводу и выводу различных видов информации, эмуляции интерактивного интерфейса пользователя системы с визуализацией на узле СЭ виртуальной клавиатуры и элементов оконного интерфейса, обеспечивающих настройку канала беспроводной передачи электрической энергии между узлами ЗП и ПУ, выполняемой путем контроля точности позиционирования узлов ПК и ВК, и оцениваемой по критерию минимизации количества ошибок, возникающих в коммуникационном / служебном канале связи между узлами ПУ и ЗП, непрерывный мониторинг процесса БПЭ между узлами ЗП и ПУ с выводом на узел СЭ сообщений отражающих эффективность / КПД БПЭ, управление режимом обслуживания / зарядки узла АКБ с возможностью выбора/ установки нормального или ускоренного режима его заряда, и визуализации на узле СЭ состояний / электрических параметров узла АКБ.
Введение и использование указанных признаков и свойств позволяют существенно расширить функциональные возможности известного устройства, связанных с повышением эффективности контроля беспроводной передачи электрической энергии и управлением режимами индуктивной зарядки аккумуляторной батареи.
Введение дополнительных признаков и использование новых свойств позволяет в предлагаемом техническом решении достичь существенного повышения эффективности контроля процесса беспроводной передачи электрической энергии, реализации функций по управлению режимами индуктивной зарядки аккумуляторной батареи (АКБ) и контролю ее состоянием, что обеспечивает повышение, как надежности системы электропитания МПУ, функционирующего от встроенной АКБ, так и повышение надежности функционирования и эффективности применения МПУ в целом, особенно, при его эксплуатации в сложных условиях.
Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемого технического решения, является повышение эффективности (надежности) индуктивной / беспроводной зарядки аккумуляторной батареи (АКБ) 15, что обеспечивается за счет использования интерактивного интерфейса пользователя системы, позволяющего достичь высокой точности взаимного позиционирования узлов ЗП 1 и ПУ 2 и создать оптимальные условия беспроводной передачи электроэнергии (с точки зрения осуществления БПЭ с высоким уровнем КПД), используемой для зарядки узла АКБ 15, непрерывного мониторинга эффективности процесса БПЭ с возможностью его настройки/ подстройки в процессе зарядки узла АКБ 15, а также осуществления контроля/ управления режимом заряда (например, нормальный / ускоренный) АКБ с отображением состояния / результата ее обслуживания / заряда.
Сочетание отличительных признаков и свойств, предлагаемой системы индуктивной зарядки аккумуляторной батареи, из техники не известно, поэтому оно соответствует критерию новизны. При этом, для достижения максимального эффекта по расширению функциональных возможностей известного устройства, направленных на повышение эффективности контроля процесса беспроводной передачи электрической энергии, управления режимами индуктивной зарядки аккумуляторной батареи и контроля ее состояния, необходимо использовать всю совокупность отличительных признаков и свойств, указанных выше.
Обобщенный алгоритм функционирования предлагаемой системы может быть представлен в следующем виде.
- Начало;
- Шаг-1. Подготовка к зарядке узла АКБ 15. Подключение узла ЗП 1 к электросети 9, установка узла ПУ 2 на корпусе узла ЗП 1 и переход к шагу 2.
- Шаг-2. Проверка-1: беспроводная / индуктивная связь между узлами ПУ 2 и ЗП 1 есть? - Если да, то переход к шагу 3, если нет, то возврат к шагу-1;
- Шаг-3. Настройка: уточнение взаимного положения узлов ПУ 2 и ЗП 1 по данным эффективности БПЭ между ними, отображаемой на узле СЭ 7, с завершением процедуры позиционирования узлов ПУ 2 и ЗП 1 после достижения БПЭ допустимого / требуемого значения; установка метода зарядки узла АКБ 15 - нормальный или ускоренный, переход к шагу 4;
- Шаг-4. Зарядка узла АКБ 15: осуществление процесса БПЭ между ПУ 2 и ЗП 1 и выполнение процедуры зарядки узла АКБ 15 в соответствии с установленным режимом;
- Шаг-5. Проверка-2. Эффективность процесса БПЭ находится в пределах нормы? - Если да, то переход к шагу-6, если нет, то возврат к шагу 3;
-Шаг-6. Проверка-3. Зарядка узла АКБ 15 завершена? - Если нет, то возврат к шагу 4, если да, то переход к шагу 7.
- Шаг -7. Завершение работы. Выключение БПЭ, вывод на узел СЭ 7 сообщений о завершении зарядки узла АКБ 15 и отображение его состояния / значений электрических параметров.
- Конец.
Узлы ДТН 3, ПК 4, КЗП 5, ПТН 6, БЭП 8 и ПУ 2 могут быть аналогичными соответствующим признакам прототипа и не требуют значительной доработки при реализации предлагаемого технического решения. Узел КЗП также может быть реализован на основе PIC-контроллеров, известных из [Л11]. Узел СЭ 7 может быть реализован на основе сенсорных экранов, известных из [Л12], к достоинствам которых относится повышенная надежность, устойчивость к жестким внешним воздействиям, защищенность от воздействия пыли и влаги, а также простота интерфейса, обеспечивающего удобный способ интерактивного взаимодействия пользователя с техническими устройствами и системами.
Для реализации узлов предлагаемой системы с необходимыми признаками и свойствами, также могут быть использованы решения и программные процедуры, известные из авторских программ для ЭВМ [Л13-Л16] и авторских технических решений [Л17-Л22].
На основе приведенных данных можно заключить, что предлагаемая полезная модель системы индуктивной зарядки аккумуляторной батареи портативного устройства, за счет использования указанных выше отличительных признаков и свойств и реализации достигаемого технического результата, позволяет решить поставленную задачу, связанную с повышением, как надежности системы электропитания МПУ, функционирующего от встроенной АКБ, так и с повышением надежности функционирования и эффективности применения МПУ в целом, особенно, при его эксплуатации в сложных условиях. При этом, повышение надежности и эффективности применения предлагаемой системы достигается за счет использования интерактивного интерфейса, позволяющего обеспечить возможность повышения точности взаимного позиционирования узлов ЗП 1 и ПУ 2 и создания в узлах ПК 4 и ВК 11 оптимальных (с высоким уровнем КПД) условий беспроводной передачи электроэнергии (БПЭ), используемой для зарядки узла АКБ 15, непрерывного контроля эффективности процесса БПЭ с возможностью его настройки / подстройки в процессе зарядки узла АКБ 15 и осуществления контроля / управления режимом заряда АКБ с отображением результатов ее обслуживания/ заряда на узле СЭ 7.
Приведенные средства, с помощью которых возможно осуществление полезной модели, позволяют обеспечить ее промышленную применимость.
Основные узлы предлагаемой системы индуктивной зарядки аккумуляторной батареи портативного устройства изготовлены, экспериментально испытаны и могут быть использованы при создании серийных образцов. Производимые системы могут быть использованы для заряда аккумуляторных батарей (АКБ), обеспечивающих электропитание различных технических устройств и систем, преимущественно, мобильных / портативных устройств, к которым предъявляются повышенные требования по надежности и эффективности применения, в том числе, в сложных условиях эксплуатации. Разработанное авторами техническое решение (ТР) обеспечивает повышение, как надежности системы электропитания МПУ, функционирующего от встроенной АКБ, так и повышением надежности функционирования и эффективности применения МПУ в целом, особенно, при его эксплуатации в сложных условиях. Предлагаемое техническое решение будет востребовано широким кругом пользователей различных технических устройств и систем (ТУС), функционирующих автономно с электропитанием от встроенных АКБ, особенно, к которым предъявляются повышенные требования по надежности и эффективности применения в сложных условиях эксплуатации. Использование данного технического решения обеспечивает существенное повышение надежность функционирования и эффективность применения, как потребительской радиоэлектронной аппаратуры, так и техники специального назначения, особенно, при ее эксплуатации в сложных условиях.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ
Мобильный телефон НТС X515m EVO 3D, http://electronics.Wikimart.ru/communication/cell/model/5667000/mobilnyj_telefon_htc_evo_3d/
Зарядка литий-полимерных аккумуляторов,
Портативная радиостанция Vector VT-44 master,
Беспроводная передача электричества, . aspx?qid=e3297268-c8d5-4308-8f5b-7c9592e701fb
Беспроводная передача энергии и беспроводные зарядные устройства http://venture-biz.ru/tekhnologii-innovatsii/152-besprovodnaya-peredacha
Стандарт Qi,  D0% B0%D0%BD%D0%B4%D0%B0%D1%80%D1%82_%D0%BF%D0%B8% D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F)
Система и способ индуктивной зарядки аккумулятора, патент на изобретение №2009115795 А, дата публикации заявки: 20.11.2010 г.
Индукционная беспроводная зарядка стандарта Qi, http://tigors.net/qi-wireless-inductíon-charger/
Стандарт QI: зарядка мобильных устройств без проводов, htφ://http://www.chip.ua/stati/go-digital/2012/12/stano%5e-qi-zaryadka-mobilnyh-ustroistv-bez-provodov
Беспроводное зарядное устройство смартфона Nokia Lumia 920 ,
11.Микроконтроллеры серии PIC 18FX5XX с поддержкой шины USB2.0,  18_2.htm
Сенсорный экран, http://m.wikipedia.org/wiki/0/oDl0/oE50/oED0/oFl%EE0/ohttp://m.wikipedia.org/wiki/0/oDl0/oE50/oED0/oFl%EE0/ohttp://m.wikipedia.org/wiki/Qi_(%25Dl%810/oDl%820/ohttp://m.wikipedia.org/wiki/0/oDl0/oE50/oED0/oFl%EE0/ohttp://m.wikipedia.org/wiki/0/oDl0/oE50/oED0/oFl%EE0/ohttp://m.wikipedia.org/wiki/0/oDl0/oE50/oED0/oFl%EE0/ohttp://m.wikipedia.org/wiki/Qi_(%25Dl%810/oDl%820/ohttp://m.wikipedia.org/wiki/0/oDl0/oE50/oED0/oFl%EE0/oF0ED%FB%E9_%FD%EA%F0%E0ED
ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, программа для ЭВМ «Драйвер светоиндикаторного устройства», Свидетельство о государственной регистрации в ФИПС РФ, №2011610487 от 13.11.2010 г.
ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, программа для ЭВМ «Программа автоматизированной обработки данных», Свидетельство о
государственной регистрации в ФИПС РФ №2009613019 от 10.06.2009 г.
ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, программа для ЭВМ «Менеджер сенсора», Свидетельство о государственной регистрации в ФИПС РФ.
ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, программа для ЭВМ «Программа приема и обработки аналоговых сигналов», Свидетельство о регистрации в ФИПС РФ, №2011610486 от 11.01.2011 г.
Войсковая часть 11135 (К.Ц), Патент на изобретение №2289856 «Устройство индикации», зарегистрирован 20.12.2006 г.
ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, патент на полезную модель №98641 «Устройство заряда никель-кадмиевых аккумуляторов и контроля их работоспособности», зарегистрирован от 20 октября 2010 г.
ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, патент на полезную модель №114226 «Устройство обслуживания аккумулятора и контроля его работоспособности», зарегистрирован от 10 марта 2012 г.
ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, патент на полезную модель №114227 «Устройство заряда аккумулятора и защиты его от перегрузок», зарегистрирован в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 10 марта 2012 г.
ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, патент на полезную модель №114228 «Устройство заряда элемента аккумулятора с ограничением и сигнализацией его токовых перегрузок», зарегистрирован в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 10 марта 2012 г.
22.ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, патент на полезную модель №124443 «Устройство дифференцированного управления автономным электропитанием портативной РЭА»,
зарегистрирован в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 15 июня 2012 г.