ES2965031T3 - Envasado inteligente luminoso con autonomía energética - Google Patents
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Abstract
Envases luminosos inteligentes mediante el uso de dispositivos Fotovoltaicos Orgánicos - OPVs, que captan energía lumínica en condiciones de iluminación interior y la convierten en eléctrica para la carga constante de un elemento de almacenamiento de energía, logrando de esta manera su autonomía energética. El paquete inteligente Luminous (1) consta de un paquete de producto (2) integrado con fuentes de luz que funcionan con dispositivos fotovoltaicos orgánicos OPV y realiza un método de detección de sombras. El paquete inteligente luminoso (1) cuenta con un sistema de detección de sombras (3) compuesto por un circuito electrónico miniaturizado (4), un dispositivo OPV (5) y una y/o más fuentes de luz (6). El sistema de detección de sombras (3) funciona como proveedor de energía para las fuentes de luz (6) y para el circuito electrónico (4) y como detector de sombras. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Envasado inteligente luminoso con autonomía energética
La presente invención pertenece a la categoría de invenciones para el desarrollo y fabricación de envases inteligentes. Más particularmente, la presente invención se refiere al desarrollo y fabricación de envases inteligentes luminosos.
El término "Envasado Inteligente" del estado actual de la técnica significa un envase que contiene un índice externo o interno que proporciona información sobre el envasado y/o la calidad del producto que encierra. En particular, el término "envase inteligente luminoso" define envases luminosos inteligentes a partir de fuentes luminosas.
Los envases luminosos inteligentes de la técnica anterior, para satisfacer sus necesidades energéticas, utilizan al menos una o más baterías y/o un elemento de almacenamiento de energía, tal como por ejemplo un condensador, para alimentar las fuentes luminosas. Esto significa que si la batería y/o el elemento de almacenamiento de energía se agota, los envasados inteligentes dejan de ser funcionales e inteligentes, al no tener autonomía energética para cubrir de forma continua el funcionamiento de las fuentes luminosas para la emisión de luz.
Respecto a la técnica anterior, los envases inteligentes luminosos comprenden fuentes luminosas como LED, diodos orgánicos emisores de luz (OLED), diodos luminosos electrocrómicos orgánicos (OLEC) y/o LEC electrocrómicos. Estas invenciones están descritas tanto en los documentos WO2015147995A1, CN202264993U como en aplicaciones de productos originales en el mercado. Todos estos inventos se enfrentan al problema de la autonomía energética, ya que el agotamiento de la batería o elemento de almacenamiento de energía es inevitable cuando la luz se emite desde las fuentes luminosas a lo largo del tiempo. La sustitución de la batería por una nueva con autosuficiencia energética durante algunos meses, o la retirada del envase inteligente para cargar el elemento de almacenamiento de energía o las baterías si son recargables, a través de tensión de CC a CA o alternativamente de CA.
Las desventajas de las soluciones antes mencionadas del estado actual de la técnica son que todas ellas para su implementación requieren intervención humana lo que significa costes a pagar por los trabajadores que sustituirán o cargarán la batería o el elemento de almacenamiento de energía, costes por comprar una batería nueva para sustituirla, el coste de la energía que se consumirá para cargar su condensador o las baterías si son recargables, la carga para el medio ambiente ya que las baterías no son reciclables, así como una pérdida de tiempo al retirar y sustituir los envases en las áreas de almacenamiento, tales como en los estantes de los grandes almacenes. Por otro lado, como se describe en el documento WO2015147995A1, la carga de baterías y/o elementos de almacenamiento de energía se puede conseguir sin cables basándose en el efecto de la inducción electromagnética. La carga inductiva que se va a realizar requiere también la intervención humana para colocar el envase sobre una base de carga que lleva una bobina de inducción y constituye la estación de carga. El envase también debe llevar una segunda bobina inductiva que recibe energía del campo electromagnético que genera la primera y la convierte en energía eléctrica.
Sin embargo, en los últimos años documentos recientes han propuesto dispositivos luminosos con sistemas de autonomía energética. Estas innovaciones combinan diodos emisores de luz como fuentes luminosas y dispositivos (módulos o células) Fotovoltaicos Orgánicos (OPV) que proporcionan energía a los componentes del dispositivo luminoso. El documento US 2015/364709 A1 ha presentado capacidades de recogida de energía a partir de envases primarios, que comprenden células OPV. Además, ya se conoce por los documentos WO 2017/115281 A1 y US 2010/0065834 A1 dispositivos emisores de luz que no requieren una fuente de alimentación externa porque incorporan OPV que producen electricidad para alimentar directamente dispositivos OLED, mientras que en los documentos US 2006/0130894 A1 y US 2012/0120643 A1 los dispositivos de iluminación alimentados por energía solar también incluyen elementos de almacenamiento de energía eléctrica (batería o condensador) para almacenar carga procedente de la electricidad generada y un controlador que regula la corriente transmitida entre los componentes. La invención utiliza la tecnología ya conocida de OPV. Sin embargo, hasta la fecha no se conocen y no forman parte del estado actual de la técnica aplicaciones que utilicen OPV como sistema de generación de energía para el suministro de envases inteligentes.
La invención es un método para la detección de sombras según la reivindicación 1. El método Z lo realiza el envase inteligente luminoso. En la presente invención el envase inteligente luminoso se basa en el desarrollo y construcción de un sistema de detección de sombras que activa las fuentes luminosas cuando, debido a un obstáculo frente al dispositivo OPV se produce un cambio de sombreado, resultando en una menor potencia de carga en un condensador. En este envase inteligente, los dispositivos OPV actúan como proveedores de energía del sistema para garantizar la autonomía energética y como detectores de sombras. Más concretamente, el circuito electrónico del sistema de detección de sombras toma toda su energía de al menos un dispositivo OPV y la almacena en un condensador de pequeñas dimensiones. Entonces el indicador luminoso de las fuentes luminosas se apaga. El envasado inteligente funciona realizando un método de detección de cambios de sombras. Una vez que se ha detectado el cambio de sombreado, el envase inteligente emite luz. La reducción del sombreado puede producirse cuando se encuentra un obstáculo, tal como un objeto y/o presencia humana, frente al envase donde está ubicado el dispositivo OPV. El obstáculo provoca sombreado en el dispositivo OPV, el circuito electrónico detecta a través de su microprocesador la reducción de la irradiación de luz incidente y suministra energía desde el condensador a las fuentes luminosas, provocando que produzcan fuertes destellos. En este punto, el mismo dispositivo OPV, además de desempeñar el papel de cargador de energía, también funciona como un detector de sombreado ya que es bastante sensible al cambio de irradiación de la luz incidente.
Además, la utilización de OPV como proveedor de energía en envasado inteligente luminoso elimina cualquier necesidad de sustitución continua de la batería después de un período de tiempo, ya que proporcionan una carga continua a los componentes de almacenamiento así como posibles daños al propio envasado al sustituir la batería, evitando los inconvenientes del estado actual de la técnica.
Los dibujos que acompañan a la invención ilustran brevemente lo siguiente:
El dibujo 1 ilustra un envase inteligente luminoso, compuesto por un envase de producto que incorpora un sistema de detección de sombras.
El dibujo 2 ilustra el sistema de detección de sombras, el cual se compone de tres partes principales: un circuito electrónico de pequeñas dimensiones, un dispositivo OPV y una y/o más fuentes luminosas.
El dibujo 3A ilustra el sistema de detección de sombras, compuesto por una placa de circuito impreso PCB equipada con terminales de presión que se acoplan a través de electrodos conductores impresos con un sustrato de plástico flexible que lleva un dispositivo OPV y una y/o más fuentes luminosas.
El dibujo 3B ilustra el sistema de detección de sombras, compuesto por una placa de circuito completamente impresa conectada a través de electrodos conductores impresos a un sustrato de plástico flexible que lleva un dispositivo OPV y una y/o más fuentes luminosas.
El dibujo 4 ilustra el circuito electrónico de los dibujos 3A y 3B, compuesto por un condensador, un microprocesador con terminales y un circuito de control/gestión de carga.
El dibujo 5 ilustra el sistema de detección de sombras de la Figura 3A de los dibujos, compuesto por una placa de circuito impreso-PCB que se conecta utilizando cinco terminales de presión a los electrodos conductores impresos que conectan un dispositivo OPV y dos fuentes luminosas sobre un sustrato de plástico flexible. El dibujo 6 ilustra el diagrama de flujo del método de detección de sombras realizado por el envase inteligente luminoso.
El dibujo 7 ilustra un modo de implementación de un envase inteligente luminoso.
La invención se describe en detalle a continuación a modo de ejemplo no limitativo y con referencia a los dibujos adjuntos que muestran realizaciones de la presente invención como se representa más particularmente en los dibujos 3A y 5.
Como se ilustra en el Dibujo 1, en un modo de implementación de un envase inteligente luminoso (1), el envase (1) está compuesto por un envase (2) de producto que integra en la superficie interior un sistema funcional de detección de sombras con autonomía energética (3). El envase (2) de producto que integra el sistema (3) de detección de sombras puede ser cualquiera de los materiales de envasado de la técnica anterior, tales como por ejemplo una caja de papel, metal y/o plástico e incluso vidrio tal como una botella, etc. El envase inteligente luminoso (1), debido a que las OPV funcionan en condiciones de poca luz de hasta 1000 lux, está diseñado para uso en interiores utilizando iluminación interior.
Como se ilustra en el Dibujo 2, el sistema (3) de detección de sombras se compone de tres partes principales: un circuito electrónico (4) de pequeñas dimensiones, un dispositivo OPV (5) y una y/o más fuentes luminosas (6). Las fuentes luminosas pueden ser LED, OLED, OLEC y/o LEC en diferentes tamaños, formas y colores. De manera similar, la forma, tamaño y color de los OPV impresos se determina según las características y gráficos del envasado en el que se integran y/o de las necesidades del circuito electrónico. Los OPV se pueden imprimir a gran escala mediante técnicas de impresión tales como flexografía, huecograbado, inyección de tinta y/o serigrafía en estructuras arquitectónicas invertidas y/o normales sobre sustratos flexibles tales como tereftalato de polietileno -PET o directamente sobre el material de envasado si es plástico y/o papel. El color de los OPV está determinado por los materiales que se mezclan para crear su capa fotoactiva y su diseño de patrón se forma utilizando diferentes técnicas tales como láser, fotolitografía o grabado químico.
El circuito electrónico (4) del sistema (3) de detección de sombras como se ilustra en los dibujos 3A y 3B puede ser una placa (7) de circuito impreso PCB (dibujo 3A) y/o una placa (11) de circuito completamente impresa (dibujo 3B) a partir de tintas conductoras impresas utilizando técnicas de impresión directamente sobre la superficie del material de envasado o sobre un sustrato (9) de plástico portador.
Más concretamente, el dibujo 3A representa el sistema (3) de detección de sombras compuesto por un circuito electrónico (4a) de una placa (7) de circuito impreso-PCB fijada con terminales (8) de presión. Los terminales (8) de presión sujetan un sustrato (9) de plástico portador flexible en el que se imprimen o se fijan un dispositivo OPV (5) y una y/o más fuentes luminosas 6). Los electrodos conductores (10) que están impresos en el sustrato (9) de plástico portador interconectan el dispositivo OPV (5) y las fuentes luminosas (7) a la PCB a través de los terminales (8) de presión.
En el caso en que el circuito electrónico (4b) es una placa (11) de circuito completamente impresa, como se muestra en el Dibujo 3B, no se necesitan terminales (8) de presión porque el propio circuito está impreso en el sustrato (9) de plástico portador, con electrodos conductores impresos (10) que se conectan a los terminales del dispositivo OPV (5) y una y/o más fuentes luminosas (6) sobre el sustrato (9) del mismo. La placa (11) de circuito completamente impresa se puede imprimir sobre el sustrato (9) de plástico portador mediante técnicas de impresión por chorro de tinta y huecograbado mientras que los electrodos conductores (10) se pueden imprimir sobre el sustrato (9) utilizando tinta y serigrafía.
El circuito electrónico (4) ilustrado en la Fig. 4 se compone de componentes individuales tales como un condensador (12) , un microprocesador (13) con terminales (15) para una programación apropiada y un circuito (14) de control de carga. En el caso del circuito electrónico (4a) del dibujo 3A, los componentes individuales están conectados entre sí mediante corredores metálicos conductores de cobre y/o plata y están integrados en la PCB mediante fusión en caliente utilizando Estaño. Por otro lado, en la Fig. 3B, los componentes individuales que constituyen el circuito electrónico (4b) están conectados entre sí mediante electrodos conductores impresos en plata y fijados al circuito (4b) mediante métodos electrocrómicos y/o electrostáticos.
El circuito (14) de control de carga se compone de condensadores, resistencias y diodos individuales. Dependiendo de la potencia y tensión suministrada y consumida, el circuito (14) de control de carga gestiona la carga y descarga del condensador (12), compensando las tensiones entre las OPV (5) y las fuentes luminosas (6) y el microprocesador (13) . El funcionamiento del sistema (3) de detección de sombras se basa en el hecho de que el dispositivo OPV (5) recolecta la energía de la luz y la convierte en energía eléctrica y la transfiere a través de los electrodos impresos conductores (10) al circuito electrónico (4) almacenando la energía eléctrica en un condensador (12). Utilizando las OPV (5) se asegura la autonomía energética del sistema (3) de detección de sombras, ya que los OPV cubren continuamente las pérdidas de energía del circuito electrónico (4) para activar las fuentes luminosas (6) y reponer la energía consumida por las fuentes luminosas cuando parpadean.
El dibujo 5 muestra un sistema de detección de sombras compuesto por un circuito electrónico (4) basado en una placa (7) de circuito impreso conectada mediante terminales (8) de presión a un sustrato (9) de plástico flexible que lleva un dispositivo OPV (5) y dos fuentes luminosas (6 y 6a). Por supuesto, la presente invención se aplica de manera similar en el caso en el que las fuentes luminosas sean una y/o más. Cinco terminales (16) de presión se integran pegando a la placa (7) y se conectan a cinco electrodos conductores impresos (10a), mientras que el primer terminal (18) se conecta al ánodo de la segunda fuente luminosa (6a), el segundo terminal (19) está conectado al cátodo de la segunda fuente luminosa (6a) y de la primera fuente luminosa (6), el tercer terminal (20) en el ánodo de la primera fuente luminosa (6), el cuarto terminal (21) en el terminal negativo del OPV (5) y el quinto terminal (22) al terminal positivo del OPV (5).
El método de detección de sombras se realiza mediante el envase inteligente luminoso (1) según las siguientes etapas.
El sistema de detección de sombras para un funcionamiento óptimo realiza un método ilustrado en el Diagrama de flujo (23) del dibujo 6. El diagrama de flujo del método (23) de detección de sombras del envase inteligente luminoso (1) se basa en cuatro modos de funcionamiento: a) modo (24) de inicio, b) modo (25) de suspensión, c) modo preparado (26) y d) el modo intermitente.
En el envase inteligente luminoso (1) cuando el OPV está siendo sombreado (5), el microprocesador (12) del circuito electrónico (4) detecta a través del valor de tensión la reducción de la radiación de luz incidente y proporciona energía desde el condensador (13) a las fuentes luminosas (6) provocándoles un fuerte parpadeo.
La tensión V<op>de las fuentes luminosas (6) del envasado inteligente luminoso (1) oscila entre 2,7 Voltios y 5,1 Voltios. El circuito electrónico (7) tiene un consumo de corriente de 100 pA con una tensión mínima para su funcionamiento a 2,7 Voltios. Dado que el envasado inteligente luminoso está destinado a ser utilizado en interiores, el OPV (5) debería proporcionar esta energía en condiciones de iluminación interior. Es preferible que el OPV tenga una tensión de circuito abierto alta de 12 voltios para proporcionar la energía requerida con poca luz. Las luces LED para iluminar un espacio de iluminación interior requieren una tensión ligeramente superior al mínimo de 2,7 Voltios de la tensión del circuito electrónico (7), mientras que necesitan una tensión de hasta 5 Voltios para poder iluminar intensamente. Por esta razón, dentro del circuito (14) de control de carga se encuentra contenido un diodo Zener para bloquear la tensión OPV a 5,1 Voltios.
El envasado inteligente luminoso (1) se pone en modo (24) de inicio cuando se coloca en condiciones de iluminación interior. Como el microprocesador (12) del sistema (3) de detección de sombras tiene una potencia de salida baja de menos de 2,7 Voltios, las fuentes luminosas (6) permanecen en modo (25) de suspensión. Cuando la tensión del condensador (13) excede la tensión de funcionamiento mínima requerida de 2,7 Voltios, entonces la primera fuente luminosa (6) se activa cada 10 segundos para iluminarse durante 3 ms. Este estado se caracteriza como un modo preparado (26).
Durante el modo preparado, el circuito electrónico PCB (7) cortocircuita el OPV (5) cada 1 segundo para medir la corriente de cortocircuito Isc. El valor máximo que se puede medir es 1 mA. El valor máximo de corriente que se puede medir depende del rendimiento del dispositivo OPV (5), de la intensidad de la radiación luminosa y de dónde se coloca el envasado inteligente luminoso (1) en términos de la luz ambiental en la que se ubica. Si la corriente es mayor que la medición se saturará a 1 mA. Si el valor del Isc se mide un 20% menos que el anterior debido al sombreado, entonces el envasado inteligente luminoso (1) pasa al modo intermitente, donde las fuentes luminosas (6) y (6a) están parpadeando.
Finalmente, en ambos modos de funcionamiento, modo preparado (25) e intermitente (26), si la tensión del condensador baja de los 2,7 Voltios, el envase inteligente luminoso (1) regresa al modo (25) de suspensión.
La presente invención que se ilustra a modo de ejemplo no limitativo en el Dibujo 5, se aplica de manera similar en el caso en que el dispositivo OPV (5) tiene diferente tamaño y rendimiento y dependiendo de qué tipo sean las fuentes luminosas (6) LED, OLED, OLEC y/o LEC. En este caso, el circuito electrónico (4) muestra una sensibilidad diferente ya que parámetros de funcionamiento tales como la tensión mínima de funcionamiento, la corriente de pico Isc y el tiempo de activación de las fuentes luminosas (6) se diversifican en el modo preparado.
El dibujo 7 ilustra el envase inteligente luminoso (1) en el caso de que esté compuesto por una caja de papel con una ventana abierta (28), como en el envasado de alimentos, no requiere perforación para insertar el dispositivo OPV y las fuentes luminosas. Además, si la ventana (28) no está abierta sino cubierta por una película fija, entonces todo el sustrato flexible (9) que lleva el circuito impreso (11) con los electrodos impresos, el dispositivo OPV (5) y las fuentes luminosas (6) entran fácilmente debajo de la película siguiendo los gráficos artísticos del envasado. Si las fuentes luminosas (6) no son LED sino OLED y/o LEC, entonces no es necesario perforar la película en puntos como se requiere en el caso de los LED para su extracción. Dado que la película necesita ser transparente para permitir que los OPV recopilen la luz, la película está hecha de materiales transparentes, láminas de grosor < 60 pm, tales como PP, PE y PVC, siendo PP el que tiene la mayor transparencia óptica y el más fácil de manejar en comparación con los otros dos materiales transparentes durante el desarrollo del envasado.
La aplicación industrial de la invención se dirige a la industria del envasado y etiquetado de productos. El efecto de iluminación a través del envasado luminoso (1) se puede activar sin contacto sombreando un OPV (5) sin utilizar sensores habituales bajo pedido, y con autonomía energética en lugares bajo iluminación interior tales como grandes almacenes.
La aplicación de OPV impresos en el sector del envasado y las etiquetas para asegurar la autonomía energética tanto de fuentes luminosas como de sensores se impone por el mercado no sólo por su bajo coste de producción, ya que se producen en grandes áreas utilizando procesos de impresión rollo a rollo, sino que también al alto valor añadido que ofrecen a los envases comerciales existentes. Los OPV se fabrican mediante múltiples nanoestructuras de materiales orgánicos e inorgánicos con técnicas de impresión (tales como Flexografía, Huecograbado, Impresión por chorro de tinta, Revestimiento de matriz ranurada, Serigrafía) que se utilizan ampliamente en la industria de impresión flexográfica convencional, películas de envasado y etiquetas. Las impresoras industriales para la fabricación de capas de envasado y etiquetas que imprimen a altas velocidades y en grandes cantidades tienen la capacidad, con la modificación apropiada, de capacidad de producción de nanoestructuras, también para ser utilizadas para imprimir dispositivos OPV. Esto proporciona la ventaja a la tecnología actual de OPV impresos de integrarse de forma más rápida, económica y sencilla que cualquier otra tecnología electrónica convencional en la industria del envasado.
Claims (1)
1. Método de detección de sombras realizado mediante un envase inteligente luminoso (1) compuesto por un envase (2) de producto que incorpora un sistema (3) de detección de sombras, el sistema (3) de detección de sombras integra:
- fuentes luminosas (6, 6a) alimentadas por Dispositivos Fotovoltaicos Orgánicos OPV (5),
- un circuito electrónico (4) de pequeñas dimensiones que comprende un condensador (12), un microprocesador (13) y un circuito (14) de control de carga,
- una placa (7) de circuito impreso (PCB) con terminales (8) de presión conectados a través de electrodos conductores impresos (10) con un sustrato (9) de plástico flexible que lleva un dispositivo OPV (5) y fuentes luminosas (6, 6a) tales como Diodos Emisores de Luz (LED), Diodos Orgánicos Emisores de Luz (OLED) y electrocrómicos (LEC),
caracterizado por que
el envase inteligente luminoso (1) realiza el diagrama de flujo del programa (12) de microprocesador de su circuito electrónico (4) en base a cuatro modos de funcionamiento:
a) modo (24) de inicio, b) modo (25) de suspensión, c) modo preparado (26) y d) modo intermitente y se realiza mediante las siguientes etapas:
a) El envasado inteligente luminoso (1) se pone en modo (24) de inicio cuando se coloca en condiciones de iluminación interior;
b) como el microprocesador (12) del sistema (3) de detección de sombras está a una salida de alimentación baja de menos de 2,7 Voltios, las fuentes luminosas (6, 6a) permanecen en modo (25) de suspensión;
c) cuando la tensión del condensador (13) excede la tensión de funcionamiento mínima requerida de 2.7 Voltios, entonces la primera fuente luminosa (6) se activa cada 10 segundos para iluminarse durante 3 ms, estando en modo preparado (26), durante el cual, el circuito electrónico PCB (7) cortocircuita el OPV (5) cada 1 segundo para medir la corriente de cortocircuito Isc, siendo el valor máximo que se puede medir 1 mA;
d) si la corriente es superior a la medición, se saturará a 1 mA y si el valor del Isc se mide un 20% menos que el anterior debido al sombreado, entonces el envasado inteligente luminoso (1) entra en modo intermitente, donde las fuentes luminosas (6) y (6a) están parpadeando;
finalmente, en ambos modos de funcionamiento, modo preparado (25) e intermitente (26), si la tensión del condensador baja de los 2,7 Voltios, el envase inteligente luminoso (1) regresa al modo (25) de suspensión.
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