Métodos de transmissão de dados nos sistemas de TESC

Nos sistemas de TESC em simultâneo com TDSF podem ser usados os circuitos ressonantes sintonizados numa única frequência de operação [Hmida07, Tibajia11, Wu12]. Para transmitir os dados em simultâneo com a transferência de energia nestes sistemas pode ser utilizada a modulação do sinal enviado pelo Tx. Nestes casos a frequência portadora tem um dos seus parâmetros, nomeadamente, amplitude, fase ou frequência, alterados em função da informação que se deseja transmitir.

Em [Hmida07, Tibajia11, Wu12] são estudados os sistemas TESC funcionando em simultâneo com sistemas de TDSF, recorrendo às diferentes técnicas de modulação do sinal transmitido, com a utilização de um só par de bobinas Tx e Rx. Em [Hmida07] o sistema de TESC e TDSF descrito funciona para uma frequência de 13.56 MHz e permite a transferência simultânea de energia e de dados com velocidades até 1 Mb/s. O princípio de operação é a modulação da frequência portadora por sinal de informação. Em [Wu12] é demonstrada a viabilidade de transferência de energia e transmissão de dados em simultâneo nos sistemas de TESC com a aplicação do método de modulação do sinal de amplitude.

No entanto, a aplicação do método de modulação nos sistemas de TESC reduz o rendimento de transferência de energia pois a operação de modulação do sinal

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diminui a potência média do sinal modulado, mais em caso de modulação de amplitude do que nos outros tipos de modulação [Wu12].

Em [Bieler02, Rathge09] o sistema de TESC foi implementado utilizando dois conjuntos de bobinas, nomeadamente, o primeiro conjunto de bobinas é constituído pelo sistema de TESC e o segundo conjunto de bobinas é constituído pelo sistema de TDSF. Nestes casos, para transferir os dados da melhor forma possível é necessário melhorar o acoplamento mútuo entre as bobinas de dados Tx e Rx. Ao mesmo tempo é necessário reduzir o acoplamento mútuo entre as bobinas de energia e de dados em cada lado. Esta diminuição do acoplamento pode ser feita através de configuração especial de bobinas de dados. Neste caso a tensão induzida nas bobinas de dados pelo campo eletromagnético das bobinas de energia pode ser reduzida.

Em [Bieler02] foi estudado um sistema de TESC composto por dois conjuntos de bobinas funcionando à frequência de 150 kHz. Foram utilizadas diferentes configurações das bobinas para o sistema de TESC com sentido de reduzir a indutância mútua entre as bobinas de TESC e as bobinas da TDSF.

Em [Rathge09] foi proposto um sistema de TESC por acoplamento indutivo, que permite uma transmissão de dados para além da transferência de energia para o valor de potência aos terminais da carga de 1 kW à distância de 30 mm. Ao utilizar uma configuração especial da bobina para a transmissão de dados foi alcançada uma separação quase completa entre os canais de TESC e de TDSF. Foram modeladas e simuladas as interferências entre o sistema de transferência de energia e transmissão de dados. A configuração das bobinas quer para transferência de energia quer para transmissão de dados é apresentada na Figura 2.4 [Rathge09].

Estado da Arte 38 Bobina para transmissão de dados Bobina para transmissão de energia

Figura 2.4 – Configuração das bobinas para TESC e TDSF.

No entanto, estes sistemas também apresentam desvantagens. A taxa de transmissão de dados e o rendimento de transferência de energia são limitados. A construção das bobinas ressonantes deve garantir um isolamento suficiente entre o sistema de transferência de energia e de transmissão de dados, o que é difícil de realizar.

Tais dificuldades podem ser evitadas se a frequência de transmissão de dados for mais elevada, nomeadamente, na ordem de GHz, mantendo a frequência para a transferência de energia na ordem de dezenas de kHz. O uso de frequências mais elevadas permite maior largura de banda disponível e maior taxa de transmissão de dados, i.e., velocidade de transmissão de dados mais elevada [Yashchenko14, Zlatanov15]. Estes fatores são conhecidos e são usados em telemóveis, onde o carregamento de baterias sem contacto é efetuado por meio de uma bobina ressonante distinta, que opera com valores da frequência na ordem de MHz. Ao mesmo tempo para a troca de dados são usadas antenas separadas, nomeadamente GSM, Wi-Fi.

Em [Yokoi11] é proposto um sistema de TESC por acoplamento indutivo ressonante com comunicação bidirecional entre o Tx e o Rx. O sistema tem a capacidade de alimentar uma carga até ao valor de potência de 1 kW para uma distância entre 100 mm e 300 mm, carregando uma bateria instalada num VE. A comunicação bidirecional é realizada recorrendo a um conjunto de dois MCs que trocam mutualmente de informação utilizando duas antenas ZigBee com frequência de operação 2.4 GHz. A função da comunicação entre o Tx e o VE é a

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coordenação das condições de carregamento de bateria do VE. O sistema de TESC com comunicação bidirecional proposto em [Yokoi11] é apresentado na Figura 2.5.

Figura 2.5 – Sistema de TESC com comunicação bidirecional.

O sistema está preparado para funcionar em três regimes:

- regime pré-ressonante, quando a potência aos terminais da carga tem o valor mínimo de 5 W para se verificar a condição de ressonância;

- regime de ressonância, quando a energia é transferida de acordo com o estado da carga da bateria conforme os dados transmitidos através do canal de comunicação para coordenar o processo de carregamento;

- regime de emergência, quando a transferência de energia é imediatamente cortada por razões de segurança no caso de o sistema detetar um erro fatal no processo de transferência de energia para o Rx. No entanto, em [Yokoi11] não são discutidos nem funcionamento do sistema de comunicação supostamente implementado, nem quaisquer outros detalhes de transmissão de dados no sistema de TESC descrito.