Πώς ένα Νέο Σύστημα Ισχύος Βελτιώνει την Ασύρματη Φόρτιση

Η άνοδος των συστημάτων ασύρματης φόρτισης δεν αποτελεί έκπληξη. Αυτές οι συσκευές προσφέρουν μεγαλύτερη ευκολία και ευελιξία σε σχέση με τις ενσύρματες εναλλακτικές τους. Ωστόσο, διάφοροι περιοριστικοί παράγοντες εμποδίζουν τους ασύρματους φορτιστές να γίνουν το βιομηχανικό πρότυπο.

Σημαντικό είναι ότι μια ομάδα μηχανικών από το Εθνικό Πανεπιστήμιο Incheon παρουσίασε ένα νέο σύστημα διαχείρισης ενέργειας που έχει τη δυνατότητα να βελτιώσει δραστικά τις λύσεις ασύρματης φόρτισης. Το νέο σύστημα παρέχει σταθερή ενέργεια και μειώνει τις παρεμβολές. Ακολουθούν τα βασικά που πρέπει να γνωρίζετε.

Πώς Λειτουργεί η Ασύρματη Φόρτιση;

Πολλά συμβαίνουν στο παρασκήνιο όταν τοποθετείτε το τηλέφωνό σας ή το smartwatch σε έναν ασύρματο σταθμό φόρτισης. Αυτές οι συσκευές πραγματοποιούν τη Μεταφορά Ασύρματης Ενέργειας (WPT) χωρίς πρίζες και μέσω θηκών χρησιμοποιώντας ηλεκτρομαγνητική επαγωγή.

Η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή συμβαίνει ασύρματα όταν η μεταδιδόμενη πηνία του ασύρματου σταθμού βρίσκεται κοντά στην πηνία λήπτη. Αυτό προκαλεί τα ηλεκτρόνια στην πηνία λήπτη να ταλαντώνονται, δημιουργώντας ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο μεταξύ των δύο πηνίων που φορτίζει τη συσκευή σας.

Αντισταθμικό Κύκλωμα

Ένα από τα βασικά συστατικά των συστημάτων ασύρματης φόρτισης είναι το αντισταθμικό κύκλωμα.  Αυτές οι συσκευές εξισορροπούν την επαγωγή της πηνίας λήπτη για να επιτύχουν συντονισμό συχνότητας. Επίσης, παίζουν κρίσιμο ρόλο στην ενίσχυση της μεταφοράς ενέργειας στη μονάδα και στη μείωση της αντίστασης του κυκλώματος.

Συντονισμός Συχνότητας

Για τον έλεγχο των παρεμβολών και της ενέργειας του συστήματος, χρησιμοποιείται ο συντονισμός συχνότητας. Αυτές οι ρυθμίσεις συχνά χρησιμοποιούν παράλληλα αντισταθμισμένους λήπτες για να βοηθήσουν στη διαμόρφωση της λειτουργικής συχνότητας του συστήματος. Παράξενο, αυτή η διαμόρφωση δημιουργεί ασυμφωνία μεταξύ της διαμορφωμένης και της συντονισμένης συχνότητας, οδηγώντας σε μειωμένη απόδοση.

Προβλήματα των Συστημάτων Ασύρματης Φόρτισης Σήμερα

Η ασύρματη φόρτιση έχει ορισμένες σοβαρές αδυναμίες αυτή τη στιγμή. Για παράδειγμα, είναι πολύ πιο αργή από τις ενσύρματες εναλλακτικές. Επιπλέον, η συσκευή σας πρέπει να βρίσκεται πολύ κοντά για να λειτουργούν σωστά τα περισσότερα συστήματα φόρτισης.

Ηλεκτρομαγνητική Παρεμβολή

Τα συστήματα τροφοδοσίας και τα αντισταθμικά κυκλώματα που χρησιμοποιούνται στους σημερινούς ασύρματους σταθμούς φόρτισης μπορούν να παρεμβάλλονται με τα αντισταθμικά κυκλώματα άλλων συσκευών στην περιοχή. Αυτή η ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή μειώνει την αποδοτικότητα και την απόδοση των ασύρματων σταθμών φόρτισης.

Χαμηλή Αποδοτικότητα Συστήματος

Τα παραδοσιακά συστήματα ασύρματης φόρτισης μπορούν να υποφέρουν από ξαφνική και απρόσμενη απώλεια ενέργειας. Ο κύριος λόγος για αυτή τη ξαφνική πτώση είναι οι απότομες αλλαγές συχνότητας στα αντισταθμικά κυκλώματα. Αυτό το σενάριο οδηγεί στη θέρμανση των συσκευών σας και στην αργή φόρτιση.

Λύσεις Συντονισμού Αντισταθμιστών

Έχουν παρουσιαστεί πολλαπλές λύσεις συντονισμού στον κλάδο από τότε που η ασύρματη φόρτιση εισήχθη στην αγορά. Σημαντικό είναι ότι όλες απαιτούν κάποια μορφή πρόσθετου υλικού. Το πρόβλημα είναι ότι αυτές οι συσκευές αυξάνουν την πολυπλοκότητα, τις απαιτήσεις ενέργειας και το συνολικό μέγεθος των συσκευών. Επιπλέον, είναι ακριβές και μπορεί να απαιτούν ειδικούς για τη διαχείριση των πολύπλοκων ρυθμίσεων ελέγχου.

Πρότυπο Ασύρματης Φόρτισης Qi

Το πιο δημοφιλές πρότυπο ασύρματης φόρτισης σήμερα είναι το πρότυπο Qi. Αυτός ο τύπος σταθμού φόρτισης μπορεί να παρέχει ασύρματη ενέργεια σε μια συσκευή σε απόσταση περίπου 4 cm. Οι λειτουργικές του συχνότητες κυμαίνονται μεταξύ 110‑205 kHz και μπορεί να φορτίσει πολλαπλές συσκευές ταυτόχρονα.

Πηγή – Torro

Το Qi είναι δημοφιλές αλλά δεν είναι αποδοτικό. Είναι αργό και μπορεί να προκαλέσει τη θέρμανση των συσκευών σας. Η θέρμανση της συσκευής μπορεί να μειώσει την απόδοση της μπαταρίας με την πάροδο του χρόνου. Συνεπώς, υπάρχει άμεση ανάγκη για πιο σταθερές και αποδοτικές λύσεις ασύρματης φόρτισης. Ευτυχώς, μια λύση είναι στον ορίζοντα.

Μελέτη Βελτιωμένης Ασύρματης Φόρτισης

Οι μηχανικοί του Εθνικού Πανεπιστημίου Incheon δημοσίευσαν μια μελέτη με τίτλο «Resonant Tuning Rectifier for Parallel Compensated Receivers in Wireless Power Transfer»¹ στο επιστημονικό περιοδικό IEEE Transactions on Industrial Electronics αυτόν τον μήνα. Η μελέτη παρουσιάζει μια νέα λύση διορθωτή συντονισμού (rectifier) που μπορεί να παρέχει σταθερή ασύρματη ενέργεια και θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στην αγορά.

Διορθωτής Συντονισμού (RTR)

Οι διορθωτές συντονισμού (RTR) βοηθούν στη διόρθωση της ασυμφωνίας συντονισμού των παράλληλα αντισταθμισμένων λήπτών (RX) που εμφανίζεται κατά τις διασκορπισμένες διαμορφώσεις συχνότητας. Για την εκτέλεση αυτού του έργου, η μονάδα ρυθμίζει αυτόνομα τη χωρητικότητα.

Αυτό το βήμα επιτρέπει στο RTR να ρυθμίσει τη συντονισμένη συχνότητα συγχρονίζοντας τα σήματα ελέγχου και το ρεύμα του συστήματος. Μόλις συγχρονιστεί, η συσκευή μπορεί να αρχίσει να αντισταθμίζει τυχόν ασυμφωνίες μεταξύ της ενδογενούς συντονισμού και των περιόδων διαμόρφωσης.

Συγκεκριμένα, ο ερευνητής πέτυχε τον συντονισμό συγχρονίζοντας το κλείσιμο του MOSFET του διορθωτή με το μηδενικό σημείο του πρωτεύοντος ρεύματος. Το σύστημα χρησιμοποιεί μια ενσωματωμένη πηνία αισθητήρα για την εξαγωγή πληροφοριών φάσης και συγχρονίζει την έξοδό του με το πρωτεύον ρεύμα του συστήματος.

Δοκιμή Βελτιωμένης Ασύρματης Φόρτισης

Για να δοκιμάσουν το βελτιωμένο σύστημα ασύρματης φόρτισης, οι μηχανικοί κατασκεύασαν ένα πρωτότυπο σταθμό φόρτισης EV 2,2 kW. Ο σταθμός φόρτισης αυτοκινήτων υπεβλήθη σε πολλές φάσεις δοκιμών. Κατά τη διάρκεια αυτών των δοκιμών, η ομάδα συνέλεξε δεδομένα σχετικά με την απόδοση, την αποδοτικότητα, τα επίπεδα παρεμβολών, τη σταθερότητα και την επίδραση στις μπαταρίες. Τα αποτελέσματα ήταν εντυπωσιακά.

Αποτελέσματα Δοκιμής Βελτιωμένης Ασύρματης Φόρτισης

Η νέα διαμόρφωση τροφοδοσίας βελτίωσε την απόδοση του σταθμού φόρτισης συνολικά. Για παράδειγμα, διατήρησε μια λειτουργική διαμόρφωση συχνότητας μεταξύ 80‑90 kHz. Αυτή η συχνότητα επέτρεψε στον σταθμό να παρέχει σταθερή ισχύ εξόδου.

Οι μηχανικοί παρατήρησαν βελτίωση στην αποδοτικότητα κατά 3,5%‑8,1% κατά τη χρήση της αναβαθμισμένης συσκευής. Το νέο σύστημα πέτυχε πρόσθετη αποδοτικότητα μέσω των αυτοματοποιημένων συστημάτων του και της λειτουργίας εναλλαγής μηδενικής τάσης (ZVS) κατά την ενεργοποίηση και της χαμηλής ταχύτητας απενεργοποίησης (low dv/dt). Αυτή η λειτουργία αποτρέπει την απώλεια ενέργειας λόγω εναλλαγής.

Οφέλη της Μελέτης Βελτιωμένης Ασύρματης Φόρτισης

Η μελέτη ασύρματης φόρτισης προσφέρει πολλά οφέλη στην αγορά. Κατ’ αρχάς, παρέχει μια οικονομική εναλλακτική λύση στην τρέχουσα κατάσταση που βελτιώνει την απόδοση. Επιπλέον, ο μινιμαλιστικός σχεδιασμός προσφέρει περισσότερες ρυθμίσεις ελέγχου που επιτρέπουν προσαρμογή σε πραγματικό χρόνο σε σενάρια χρήσης.

Σταθερή Παράδοση Ενέργειας

Το κύριο όφελος της αναβαθμισμένης λύσης φόρτισης είναι η αξιόπιστη και σταθερή παροχή ενέργειας. Αυτό το όφελος είναι κρίσιμο για τη δημιουργία πιο αποτελεσματικών και χρήσιμων ηλεκτρονικών. Το αναβαθμισμένο σύστημα ξεπέρασε τους προκάτοχούς του και παράγει σταθερή ροή ενέργειας με ελάχιστη απώλεια.

Χωρίς Ανάγκη για Στοιχεία Ισχύος

Ένα ακόμη σημαντικό όφελος αυτής της έρευνας είναι η εξάλειψη πρόσθετων στοιχείων ισχύος. Το νέο RTR δεν απαιτεί σύνθετο σύστημα ή πρόσθετες μπαταρίες, πυκνωτές ή άλλα ογκώδη στοιχεία ισχύος που θα αύξανε το μέγεθος της μονάδας.

Χωρίς Ανάγκη για Λογική Ελέγχου

Στο ίδιο πνεύμα, το αναβαθμισμένο RTR εξαλείφει την ανάγκη ενσωμάτωσης σύνθετων κυκλωμάτων ανάδρασης. Εξοικονομείται πολύ ενέργεια και χώρος, αφαιρώντας την ανάγκη για συστήματα επικοινωνίας πομπού‑δέκτη. Τα αποτελέσματα είναι μικρότερες και πιο ανθεκτικές μονάδες.

Εφαρμογές του Συστήματος Βελτιωμένης Ασύρματης Φόρτισης

Υπάρχουν σχεδόν ατελείωτες εφαρμογές για συστήματα ασύρματης φόρτισης υψηλής απόδοσης. Εκτός από την τροφοδοσία του EV, του τηλεφώνου ή του ρολογιού σας, αυτές οι μονάδες θα μπορούσαν να παρέχουν ενέργεια σε υπολογιστές, αισθητήρες και μια σειρά συσκευών για να απλοποιήσουν τη ζωή δισεκατομμυρίων ανθρώπων. Ακολουθούν μερικές από τις πιθανές εφαρμογές για σταθμούς ασύρματης φόρτισης υψηλής απόδοσης.

Ιατρική

Η ιατρική βιομηχανία θα μπορούσε να αξιοποιήσει αυτήν την τεχνολογία για τη δημιουργία πιο αποτελεσματικών διαδικασιών παρακολούθησης και θεραπείας. Αυτές οι συσκευές θα μπορούσαν να παρέχουν κάλυψη 24/7 στους ασθενείς. Ήδη, οι μηχανικοί έχουν εξετάσει φορετές συσκευές, εμφυτεύματα και άλλες κρίσιμες ιατρικές συσκευές που θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν αυτήν την τεχνολογία για να βελτιώσουν τις δυνατότητές τους.

Εφοδιαστική

Ένας άλλος κλάδος που θα μπορούσε να ωφεληθεί από τις βελτιωμένες δυνατότητες ασύρματης φόρτισης είναι ο τομέας της εφοδιαστικής. Ο τομέας της εφοδιαστικής θα μπορούσε να αξιοποιήσει αυτή τη μελέτη για τη βελτίωση των συστημάτων εντοπισμού, συμπεριλαμβανομένων των συσκευών IoT. Αυτές οι συσκευές θα μπορούσαν να παρέχουν παρακολούθηση 24/7 σε εντελώς νέο επίπεδο χρησιμοποιώντας λύσεις ασύρματης φόρτισης. Στο μέλλον, τα αντικείμενά σας θα είναι ασφαλισμένα από αισθητήρες IoT σε αποθήκες, φορτηγά και καταστήματα.

Ερευνητές του Συστήματος Βελτιωμένης Ασύρματης Φόρτισης

Η μελέτη ασύρματης φόρτισης διοικήθηκε από ερευνητές του Εθνικού Πανεπιστημίου Incheon, Incheon, Κορέα, με τη βοήθεια μιας ομάδας από το Πανεπιστήμιο του Auckland, Auckland. Συγκεκριμένα, οι Saidul Alam Chowdhury, Seongmin Kim, Sangwon Kim, Inkui Cho και Duk Ju Ahn συνέβαλαν στο άρθρο. Τώρα, η ομάδα επιδιώκει να επεκτείνει τις δυνατότητες του συστήματος φόρτισης και να μειώσει το κόστος του, επιτρέποντας την ευρεία ενσωμάτωση.

Εταιρείες που Ηγούνται στην Ασύρματη Φόρτιση

Η άνοδος των επιλογών ασύρματης φόρτισης έχει οδηγήσει σε αρκετές εταιρείες να γίνουν κυρίαρχοι παίκτες στην αγορά. Αυτές οι εταιρείες εξειδικεύονται στην Έ&Κ και συνεχίζουν να παρουσιάζουν πιο ικανές και προσιτές συσκευές. Ακολουθεί μια εταιρεία που βρίσκεται σε θέση να εξασφαλίσει σημαντικές αποδόσεις επένδυσης (ROI) λόγω τυχόν σημαντικών τεχνολογικών προόδων στον κλάδο.

Energous Corporation

Η Energous Corporation (WATT ) εισήλθε στην αγορά το 2012. Ιδρύθηκε στο Σαν Χοσέ, Καλιφόρνια, και από τότε έχει εξελιχθεί σε κορυφαίο πάροχο συστημάτων ασύρματης φόρτισης. Η εταιρεία προσφέρει επί του παρόντος μια ευρεία γκάμα λύσεων ασύρματης φόρτισης που κυμαίνονται από παραδοσιακές πλάκες έως λύσεις ασύρματης φόρτισης αποθήκης μεγάλου εύρους.

Το κύριο προϊόν της Energous Corporation είναι το WattUp δίκτυο ασύρματης ενέργειας. Αυτές οι συσκευές λειτουργούν με μονάδες IoT για να παρέχουν έξυπνη φόρτιση μεγάλου εύρους. Χρησιμοποιεί φόρτιση βασισμένη σε ραδιοσυχνότητες και είναι συμβατό με μια τεράστια επιλογή συσκευών IoT και άλλων ηλεκτρονικών.

Το WATT θεωρείται ισχυρή προσθήκη στο χαρτοφυλάκιό σας για αρκετούς βασικούς λόγους. Κατ’ αρχάς, η μετοχή έχει παρουσιάσει πρόσφατες θετικές κινήσεις. Ο ηγετικός ρόλος της εταιρείας στον τομέα της ασύρματης φόρτισης, μαζί με τις υποσχόμενες τεχνολογικές ενημερώσεις, οδηγούν σε αυτήν την ανάπτυξη.

Αυτή τη στιγμή, το WATT έχει κεφαλαιοποίηση αγοράς $10,791M και εύρος 52 εβδομάδων 0,2800 – 2,7000. Όσοι αναζητούν έναν αξιόπιστο κατασκευαστή σταθμών φόρτισης θα πρέπει να εξετάσουν περαιτέρω την Energous Corp και τις προσφορές της.

Τελευταία Ειδησεία για την Energous Corporation

Η Ασύρματη Φόρτιση Θα Γίνει το Πρότυπο Τελικά.

Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι όταν η ασύρματη φόρτιση φτάσει στο επίπεδο των ενσύρματων εναλλακτικών, θα γίνει το πρότυπο. Η εξοικονόμηση κόστους, η ευκολία και η ευελιξία συνεχίζουν να καθιστούν την ασύρματη φόρτιση την προτιμώμενη επιλογή για χρήστες και κατασκευαστές. Συνεπώς, μπορεί να μην είναι πολύ μακριά η στιγμή που δεν θα χρειάζεται πλέον να ψάχνετε για καλώδιο φόρτισης ή μπαταρία.

Μάθετε για άλλες καινοτόμες λύσεις ενέργειας ΕΔΩ.

Αναφορά Μελέτης:

^{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}