La transferencia inalámbrica de energía promete productos sellados y sin conectores – y NiMH, con su tolerancia y perfil de seguridad, es una batería plausible para tales diseños, desde dispositivos de consumo impermeables hasta sensores industriales sellados y accesorios médicos. Sin embargo, la carga inalámbrica añade un problema de control entre la fuente y la celda: el acoplamiento varía con la alineación y el hueco, el receptor debe seguir entregando una corriente constante controlada, y las pérdidas de las bobinas crean calor y oscurecen las señales de voltaje/temperatura de las que depende la terminación NiMH. Este artículo evalúa la carga inalámbrica inductiva y resonante aplicada específicamente a NiMH, desarrolla la arquitectura del receptor necesaria para preservar la carga controlada por corriente y una terminación válida, e identifica dónde el NiMH inalámbrico es ventajoso y dónde la complejidad añadida no se justifica.
La transferencia inalámbrica acopla una bobina transmisora a una bobina receptora por campo magnético; los sistemas inductivos fuertemente acoplados solo operan con eficiencia a corta distancia y alineados, mientras que los sistemas resonantes (débilmente acoplados) toleran mayor hueco y desalineación sintonizando ambos lados a una frecuencia común. El receptor rectifica la corriente alterna inducida y la regula hacia la batería; la eficiencia alcanza su máximo en una región de operación diseñada y cae con desalineación, distancia y carga.
Para un cargador de batería, el enlace es simplemente una etapa DC-DC variable y con pérdidas que precede al controlador de carga real; su variabilidad es el nuevo reto de diseño, porque la potencia que llega a la celda no es la potencia que el transmisor ordena.
NiMH requiere corriente de carga controlada (artículo 15), por lo que el receptor inalámbrico debe regular la corriente de salida pese a la variación de acoplamiento – logrado mediante una etapa reguladora en el receptor (controlando el bus rectificado a un lazo de corriente), control en el transmisor informado por la retroalimentación del receptor (comunicación en banda o fuera de banda), o ambos en un sistema de energía inalámbrico cerrado. Sin regulación, el movimiento de la bobina modularía la corriente de carga y corrompería el -delta-V, que solo es válido a corriente estable (artículo 6).
Los controladores de energía inalámbrica de estilo Qi y propietarios integran cada vez más este control de potencia en lazo cerrado; la función de carga de batería se sitúa entonces detrás de un suministro razonablemente estable y reutiliza la máquina de estados NiMH estándar, tratando el enlace como otro elemento de etapa de potencia en el sentido del artículo 36.
Las pérdidas de bobina y receptor se convierten en calor dentro del producto sellado, a menudo junto a las celdas, lo que a la vez calienta la batería y contamina la señal de terminación dT/dt – el cargador debe distinguir el calentamiento por recombinación en la celda de las pérdidas del enlace en la bobina. Las soluciones incluyen separar el termistor NTC (acoplado térmicamente a las celdas, aislado de la bobina, artículo 38), modelar la eficiencia del enlace para restar sus pérdidas conocidas, y reducir la potencia de carga cuando la temperatura combinada se acerca a los límites.
Como los productos sellados no pueden convectar calor libremente, el caso inalámbrico intensifica la disciplina térmica del paquete del artículo 28; la corriente de carga suele fijarse por el presupuesto térmico total del recinto y no por el techo intrínseco de carga rápida de la celda.
Un cargador NiMH inalámbrico sigue terminando por -delta-V, dT/dt, temperatura absoluta y tiempo, evaluados sobre la corriente y temperatura del lado de la celda; el controlador del receptor comunica el estado de carga y las peticiones de potencia al transmisor y ordena apagar la potencia en la terminación y durante el mantenimiento. El mantenimiento por pulsos (artículo 9) se traslada de forma natural a lo inalámbrico: breves pulsos de potencia con bajo ciclo de trabajo minimizan tanto la sobrecarga como las pérdidas en espera del enlace, y el transmisor puede apagarse por completo entre ellos.
Los diseños robustos gestionan la pérdida de acoplamiento a mitad de carga (pausar y mantener el estado), la detección de objetos extraños que exige la seguridad de la energía inalámbrica, y una ruta de fallo que elimina la potencia del transmisor si se pierde la retroalimentación del receptor – evitando un primario impulsado pero no regulado.
Los casos más sólidos son productos sellados o impermeables donde los conectores suponen un lastre de fiabilidad o higiene, accesorios industriales y médicos sellados, dispositivos cargados en bases de acoplamiento donde la alineación es fija (lo que hace que la eficiencia inductiva sea alta y predecible), y flotas de pequeños dispositivos de alta utilización. Es más débil donde se necesita alta potencia de carga rápida en un recinto pequeño (el calor del enlace domina), donde la alineación no está controlada, o donde un simple cargador de contacto cubriría la necesidad a mucho menor costo y mayor eficiencia.
La primera figura diagrama la cadena de control inalámbrico-a-celda; la segunda secuencia una carga inalámbrica incluyendo la retroalimentación de acoplamiento y la terminación del lado de la celda, mostrando dónde se conserva la lógica NiMH estándar.
Un proyecto NiMH inalámbrico selecciona el estándar o controlador de energía inalámbrica, diseña bobinas para la geometría de alineación, coloca un receptor de corriente regulada que alimenta la máquina de estados de carga NiMH, separa térmicamente la detección de bobina y celda, y valida la terminación a través de desalineación y hueco, así como de la temperatura. Weijiang aporta los envolventes de carga y térmicos de la celda que fijan el nivel de energía inalámbrica sostenible y apoya la co-validación del perfil del lado de la celda. El artículo de la frontera final aborda el concepto de control más ambicioso – el gemelo digital de batería.
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