Hvordan et nyt strømsystem forbedrer trådløs opladning

Stigningen i trådløse opladningssystemer er ingen overraskelse. Disse enheder giver mere bekvemmelighed og fleksibilitet end deres kablede modparter. Dog forhindrer flere begrænsende faktorer, at trådløse opladere bliver den industrielle standard.

Bemærkelsesværdigt har et hold af ingeniører fra Incheon National University for nylig introduceret et nyt strømstyringssystem, der har potentiale til at forbedre trådløse opladningsløsninger markant. Det nye system leverer stabil strøm og reducerer interferens. Her er, hvad du behøver at vide.

Hvordan fungerer trådløs opladning?

Der foregår meget bag kulisserne, når du lægger din telefon eller et smartwatch på en trådløs opladningsstation. Disse enheder udfører trådløs energioverførsel (WPT) uden stik og gennem etetui ved hjælp af elektromagnetisk induktion.

Elektromagnetisk induktion forekommer trådløst, efter at en trådløs sendekolbe placeret i opladningsstationen kommer i nærheden af en modtagerkolbe. Dette får elektronerne i modtagerkolben til at oscillere, hvilket skaber et elektromagnetisk felt mellem de to kolber, som oplader din enhed.

Resonanskredsløb

En af de vigtigste komponenter i trådløse opladningssystemer er resonanskredsløbet. Disse enheder balancerer induktansen i modtagerkolben for at opnå frekvensresonans. De spiller også en afgørende rolle i at øge strømoverførslen til enheden og sænke kredsløbets impedans.

Resonanstuning

For at kontrollere interferens og systemets strøm anvendes resonanstuning. Disse justeringer benytter ofte parallelle kompensationsmodtagere for at hjælpe med at modulere systemets driftfrekvens. Interessant nok er det netop denne modulation, der skaber en mismatch mellem den modulerede og resonante frekvens, hvilket resulterer i nedsat ydeevne.

Problemer med trådløse opladningssystemer i dag

Trådløs opladning har i øjeblikket nogle alvorlige forbehold. For eksempel er den meget langsommere end kablede alternativer. Derudover skal din enhed være meget tæt på for, at de fleste opladningssystemer fungerer korrekt.

Elektromagnetisk interferens

Strømforsyningssystemerne og resonanskredsløbene, der anvendes i nutidens trådløse opladningsstationer, kan forstyrre resonanskredsløbet på andre enheder i nærheden. Denne elektromagnetiske interferens reducerer også effektiviteten og ydeevnen for trådløse opladningsstationer.

Lav systemeffektivitet

Traditionelle trådløse opladningssystemer kan opleve pludseligt og uventet strømtab. Hovedårsagen til dette pludselige fald i strøm er drastiske frekvensændringer i resonanskredsløbene. Dette kan føre til, at dine enheder bliver varme og oplader langsomt.

Resonatortuning-løsninger

Der er blevet introduceret flere tuning-løsninger i sektoren, siden trådløs opladning kom på markedet. Bemærkelsesværdigt kræver alle af dem en form for ekstra hardware. Problemet er, at disse enheder øger kompleksiteten, strømkravene og den samlede størrelse af enhederne. Derudover er de dyre og kan kræve eksperter for at navigere i de komplekse kontrolindstillinger.

Qi trådløs opladningsstandard

Den mest populære trådløse opladningsstandard i dag er Qi-standarden. Denne type opladningsstation kan levere trådløs energi til en enhed på omkring 4 cm afstand. Dens driftfrekvenser ligger mellem 110‑205 kHz, og den kan oplade flere enheder samtidigt.

Kilde – Torro

Qi er populær, men ikke effektiv. Den er langsom og kan få dine enheder til at blive varme. Når din enhed bliver varm, kan batteriydelsen forringes over tid. Derfor er der et direkte behov for mere stabile og effektive trådløse opladningsløsninger. Heldigvis er en løsning på vej.

Forbedret trådløs opladningsstudie

Ingeniører fra Incheon National University offentliggjorde en undersøgelse med titlen “Resonant Tuning Rectifier for Parallel Compensated Receivers in Wireless Power Transfer“¹ i det videnskabelige tidsskrift IEEE Transactions on Industrial Electronics denne måned. Undersøgelsen introducerer en ny resonanstuning-rektifikatorløsning, der kan levere stabil trådløs strøm og potentielt kan revolutionere markedet.

Resonanstuning-rektifikator (RTR)

Resonanstuning-rektifikatorer (RTR) hjælper med at korrigere resonans‑mismatches i parallel‑kompenserede modtagere, som opstår under spredningsspektrum‑frekvensmodulationer. For at udføre denne opgave justerer enheden autonomt den effektive kapacitans.

Dette trin gør det muligt for RTR at justere resonansfrekvensen ved at synkronisere kontrolsignaler og systemets strøm. Når de er synkroniseret, kan enheden begynde at kompensere for eventuelle mismatches mellem den indre resonans og modulationsperioderne.

Specifikt opnåede forskeren tuning ved at synkronisere rektifikatorens MOSFET’s slukning med nul‑gennemgangen af den primære strøm. Systemet udnytter en integreret sensorspole til at udtrække faseinformation og synkronisere sit output med systemets primære strøm.

Forbedret trådløs opladningstest

For at teste deres forbedrede trådløse opladningssystem byggede ingeniørerne en prototype af en 2,2 kW EV‑opladerstation. Bilens opladerstation gennemgik flere testfaser. Under disse forsøg indsamlede holdet data om dens ydeevne, effektivitet, interferenceniveauer, stabilitet og påvirkning på batterier. Resultaterne var imponerende.

Resultater af forbedret trådløs opladningstest

Den nye strømforsyningsopsætning forbedrede ydeevnen på tværs af opladerstationen. For det første holdt den en driftfrekvensmodulation afstemt mellem 80–90 kHz. Denne frekvens gjorde det muligt for stationen at levere konstant udgangseffekt.

Ingeniørerne bemærkede en forbedring i effektiviteten på 3,5 %–8,1 % ved brug af den opgraderede enhed. Det nye system opnåede ekstra effektivitet gennem sine automatiserede systemer samt sin zero‑voltage‑switching (ZVS) tændings‑ og lav‑dv/dt‑slukningsfunktion. Denne funktion forhindrer strømtab på grund af switching.

Fordele ved forbedret trådløs opladningsstudie

Der er mange fordele, som trådløs‑opladningsstudiet introducerer på markedet. For det første giver det et lavprisalternativ til den nuværende situation, som forbedrer ydeevnen. Derudover giver det minimalistiske design flere kontrolindstillinger, som muliggør real‑time tilpasning til brugsscenarier.

Stabil strømlevering

Den primære fordel ved den opgraderede opladningsløsning er pålidelig og stabil strømlevering. Denne fordel er afgørende for at skabe mere effektive og brugbare elektroniske enheder. Det opgraderede system overgik sine forgængere og producerer stabil strømgennemstrømning med minimal energitab.

Ingen behov for strømkomponenter

En anden stor fordel ved denne forskning er fjernelsen af ekstra strømkomponenter. Den nye RTR kræver ikke et komplekst system eller ekstra batterier, kondensatorer eller andre omfangsrige strømkomponenter, som ville øge enhedens formfaktor.

Ingen behov for kontrollogik

I samme ånd fjerner den opgraderede RTR behovet for at integrere kompleks feedback‑kredsløb. Der spares meget energi og plads, hvilket eliminerer behovet for transmitter‑modtager‑kommunikationssystemer. Resultatet er mindre og mere holdbare enheder.

Anvendelser af forbedret trådløst opladningssystem

Der er næsten uendelige anvendelser for højtydende trådløse opladningssystemer. Ud over at forsyne din elbil, telefon eller ur, kan disse enheder levere strøm til computere, sensorer og en række andre enheder for at forenkle livet for milliarder af mennesker. Her er blot nogle af de potentielle anvendelser for højtydende trådløse opladningsstationer.

Medicinsk

Den medicinske industri kunne udnytte denne teknologi til at skabe mere effektive overvågnings- og behandlingsprocesser. Disse enheder kunne give 24/7 dækning til patienter. Allerede har ingeniører undersøgt wearables, implantater og andre kritiske medicinske enheder, som kunne bruge denne teknologi til at forbedre deres funktioner.

Logistik

En anden branche, der kunne drage fordel af forbedrede trådløse opladningsmuligheder, er logistiksektoren. Logistiksektoren kunne udnytte dette studie til at forbedre sine sporingssystemer, herunder IoT‑enheder. Disse enheder kunne levere døgnet rundt overvågning på et helt nyt niveau ved brug af trådløse opladningsløsninger. I fremtiden vil dine varer være sikret af IoT‑sensorer i lagre, lastbiler og butikker.

Forskere bag forbedret trådløst opladningssystem

Trådløs‑opladningsstudiet blev ledet af forskere fra Incheon National University i Incheon, Korea, med hjælp fra et hold fra The University of Auckland i Auckland. Specifikt bidrog Saidul Alam Chowdhury, Seongmin Kim, Sangwon Kim, Inkui Cho og Duk Ju Ahn til artiklen. Nu søger holdet at udvide deres opladningssystems kapaciteter og sænke omkostningerne, så stor‑skala integration kan muliggøres.

Virksomheder der leder inden for trådløs opladning

Stigningen i trådløse opladningsmuligheder har gjort, at flere virksomheder er blevet dominerende aktører på markedet. Disse virksomheder specialiserer sig i F&U og fortsætter med at introducere mere kapable og prisvenlige enheder. Her er en virksomhed, som er positioneret til at sikre betydelige afkast på investeringerne på grund af eventuelle store teknologiske gennembrud i branchen.

Energous Corporation

Energous Corporation (WATT ) gik ind på markedet i 2012. Den blev grundlagt i San Jose, CA, og har siden vokset sig til at blive en førende leverandør af trådløse opladningssystemer. Virksomheden tilbyder i øjeblikket et bredt udvalg af trådløse opladningsløsninger, der spænder fra traditionelle pads til langtrækkende lager‑trådløse opladningsløsninger.

Energous Corporations hovedprodukt er WattUp trådløst strømnetværk. Disse enheder fungerer med IoT‑enheder for at levere langtrækkende smart opladning. Det benytter radiofrekvens‑baseret opladning og er kompatibelt med et enormt udvalg af IoT‑enheder og anden elektronik.

WATT betragtes som en stærk tilføjelse til din portefølje af flere vigtige grunde. For det første har aktien oplevet nylige positive bevægelser. Virksomhedens førende rolle i trådløs‑opladningssektoren, samt lovede teknologiske opdateringer, driver denne vækst.

I øjeblikket har WATT en markedsværdi på $10,791 M og et 52‑ugers interval på 0,2800 – 2,7000. De, der søger en anerkendt producent af opladningsstationer, bør overveje at foretage yderligere research om Energous Corp og deres produkter.

Seneste om Energous Corporation

Trådløs opladning vil til sidst blive standarden.

Der er ingen tvivl om, at så snart trådløs opladning indhenter de kablede alternativer, vil den blive standarden. Besparelserne, bekvemmeligheden og fleksibiliteten gør fortsat trådløs opladning til den foretrukne løsning for både brugere og producenter. Derfor kan det være, at du snart ikke længere behøver at lede efter et opladerkabel eller et batteri.

Lær om andre innovative strømløsninger HER.

Studierreference:

^{1. Chowdhury, S. A., Kim, S., Kim, S., Cho, I., & Ahn, D. (2024). Resonant tuning rectifier for parallel compensated receivers in wireless power transfer. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 71(12), 15664–15673. https://doi.org/10.1109/TIE.2024.3390737}