Miten uusi virtajärjestelmä parantaa langatonta latausta

Langattomien latausjärjestelmien nousu ei ole yllättävää. Nämä laitteet tarjoavat enemmän mukavuutta ja joustavuutta kuin niiden johdotetut vastineet. Kuitenkin useat rajoittavat tekijät estävät langattomia latureita nousemasta alan standardiksi.

Erityisesti Incheon National Universityn insinööritekijäryhmä on äskettäin esitellyt uuden virtahallintajärjestelmän, jolla on potentiaalia parantaa merkittävästi langattomia latausratkaisuja. Uusi järjestelmä tarjoaa vakaan virran ja vähentää häiriöitä. Tässä on, mitä sinun tarvitsee tietää.

Miten langaton lataus toimii?

Kun asetat puhelimesi tai älykellosi langattomaan latausasemaan, taustalla tapahtuu paljon. Nämä laitteet toteuttavat langattoman energiansiirron (WPT) ilman liittimiä ja koteloiden läpi käyttäen sähkömagneettista induktiota.

Sähkömagneettinen induktio tapahtuu langattomasti, kun latausasemassa sijaitseva lähettävä kela tulee lähelle vastaanottokelaa. Tämä saa vastaanottokelan elektronit värähtelemään, luoden sähkömagneettisen kentän kelojen väliin, joka lataa laitteesi.

Resonanssipiiri

Yksi langattomien latausjärjestelmien keskeisistä komponenteista on resonanssipiiri. Nämä laitteet tasapainottavat vastaanottokelan induktanssia saavuttaakseen taajuusresonanssin. Ne myös näyttelevät tärkeää roolia virransiirron tehostamisessa yksikköön ja piirin impedanssin alentamisessa.

Resonanssin viritys

Häiriöiden ja järjestelmän tehon hallitsemiseksi käytetään resonanssin viritystä. Näissä säätöissä käytetään usein rinnakkaisesti kompensoituja vastaanottimia, jotka auttavat moduloi­maan järjestelmän käyttötaajuutta. Mielenkiintoista on, että juuri tämä modulointi aiheuttaa epäsopivuuden moduloidun ja resonanssitaajuuden välillä, mikä johtaa heikentyneeseen suorituskykyyn.

Nykyiset ongelmat langattomissa latausjärjestelmissä

Langattomassa latauksessa on tällä hetkellä vakavia rajoituksia. Esimerkiksi se on paljon hitaampi kuin kaapelivaihtoehdot. Lisäksi laitteesi täytyy olla erittäin lähellä, jotta useimmat latausjärjestelmät toimivat oikein.

Sähkömagneettinen häiriö

Nykyään langattomissa latausasemissa käytetyt virtalähdejärjestelmät ja resonanssipiirit voivat häiritä lähellä olevien laitteiden resonanssipiirejä. Tämä sähkömagneettinen häiriö heikentää myös langattomien latausasemien tehokkuutta ja suorituskykyä.

Alhainen järjestelmän tehokkuus

Perinteiset langattomat latausjärjestelmät voivat kokea äkillistä ja odottamatonta virranmenetystä. Tämän äkillisen tehonlaskun pääsyy on radikaalit taajuusmuutokset resonanssipiireissä. Tämä johtaa laitteidesi ylikuumenemiseen ja hitaaseen lataukseen.

Resonanssivirityksen ratkaisut

Langattoman latauksen markkinoille tulon jälkeen alalle on esitelty useita viritysratkaisuja. Huomionarvoista on, että kaikki ne vaativat jonkinlaista lisälaitteistoa. Ongelma on, että nämä laitteet lisäävät monimutkaisuutta, virrankulutusta ja kokonaiskokoa. Lisäksi ne ovat kalliita ja voivat vaatia asiantuntijoita monimutkaisten ohjausasetusten hallitsemiseksi.

Qi-langattoman latauksen standardi

Tämän päivän suosituin langattoman latauksen standardi on Qi-standardi. Tämän tyyppinen latausasema voi toimittaa langatonta energiaa laitteelle noin 4 cm:n etäisyydellä. Sen käyttötaajuudet vaihtelevat 110–205 kHz välillä, ja se voi ladata useita laitteita samanaikaisesti.

Lähde – Torro

Qi on suosittu, mutta ei tehokas. Se on hidas ja voi aiheuttaa laitteidesi ylikuumenemista. Laitteen kuumeneminen voi ajan myötä heikentää akun suorituskykyä. Tästä syystä on suora tarve vakaammille ja tehokkaammille langattomille latausratkaisuille. Onneksi ratkaisu on horisontissa.

Parannettu langaton lataus -tutkimus

Incheon National Universityn insinöörit julkaisevat tutkimuksen nimeltä “Resonant Tuning Rectifier for Parallel Compensated Receivers in Wireless Power Transfer“¹ tieteellisessä lehdessä IEEE Transactions on Industrial Electronics tässä kuussa. Tutkimus esittelee uuden resonanssivirityksen tasavirtakytkimen ratkaisun, joka voi tarjota vakaan langattoman energian ja saattaa mullistaa markkinat.

Resonanssivirityksen tasavirtakytkin (RTR)

Resonanssivirityksen tasavirtakytkimet (RTR) auttavat korjaamaan rinnakkain kompensoituja RX:n resonanssivirhettä, joka syntyy spektrinlaajentavien taajuusmodulaatioiden aikana. Tämän tehtävän suorittamiseksi yksikkö säätää itsenäisesti tehokasta kapasitanssia.

Tämä vaihe mahdollistaa RTR:n virittää resonanssitaajuutta synkronoimalla ohjaussignaalit ja järjestelmän virran. Kun synkronointi on saavutettu, laite voi alkaa kompensoida mahdollisia eroja sisäisen resonanssin ja modulaatiojaksojen välillä.

Erityisesti tutkija saavutti virityksen synkronoimalla tasavirtakytkimen MOSFETin sammuttamisen primäärivirran nollakohdan kanssa. Järjestelmä hyödyntää integroitua anturikelaa poimiakseen vaiheinformatiota ja synkronoidakseen ulostulonsa järjestelmän primäärivirtaan.

Parannettu langaton lataustesti

Testatakseen parannettua langatonta latausjärjestelmäänsä insinöörit rakensivat 2,2 kW:n sähköauton latausasemaprotoypin. Auton latausasema kävi läpi useita testausvaiheita. Näiden kokeiden aikana tiimi keräsi tietoa sen suorituskyvystä, tehokkuudesta, häiriötasoista, vakaudesta ja vaikutuksesta akkujen kuntoon. Tulokset olivat vaikuttavia.

Parannetun langattoman latauksen testitulokset

Uusi virtalähdeasetus paransi latausaseman suorituskykyä kaikilla osa-alueilla. Esimerkiksi se ylläpiti käyttötaajuusmodulaatiota, joka oli viritetty 80–90 kHz:n välillä. Tämä taajuus mahdollisti aseman tarjoavan tasaisen ulostulovirran.

Insinöörit havaitsivat 3,5 %–8,1 % parannuksen tehokkuudessa, kun käytettiin päivitettyä laitetta. Uusi järjestelmä saavutti lisätehokkuutta automatisoitujen järjestelmiensä sekä nollajännitteen kytkennän (ZVS) käynnistyksen ja matalan dv/dt-sammutuksen avulla. Tämä ominaisuus estää virranmenetyksen kytkennän aikana.

Parannetun langattoman latauksen tutkimuksen hyödyt

Langattoman latauksen tutkimus tuo markkinoille monia etuja. Yksi niistä on edullinen vaihtoehto nykytilanteelle, joka parantaa suorituskykyä. Lisäksi minimalistinen muotoilu tarjoaa enemmän ohjausasetuksia, jotka mahdollistavat reaaliaikaisen mukautumisen käyttötapauksiin.

Vakaa virransyöttö

Päivitetyssä latausratkaisussa tärkein hyöty on luotettava ja vakaa virransyöttö. Tämä hyöty on ratkaisevan tärkeä tehokkaampien ja hyödyllisempien elektroniikkalaitteiden luomisessa. Päivitetty järjestelmä ylitti edeltäjänsä ja tuottaa vakaan virran kulun minimaalisella energiahäviöllä.

Ei tarvetta virtakomponenteille

Toinen merkittävä tutkimuksen hyöty on ylimääräisten virtakomponenttien poistaminen. Uusi RTR ei vaadi monimutkaista järjestelmää tai lisättyjä akkuja, kondensaattoreita tai muita kömpelöitä virtakomponentteja, jotka kasvattaisivat yksikön muotoa.

Ei tarvetta ohjauslogiikalle

Samassa ajatuslinjassa päivitetty RTR poistaa tarpeen integroida monimutkaista takaisinkytkentäpiiriä. Säästyy paljon energiaa ja tilaa, eikä enää tarvita lähettimen ja vastaanottimen viestintäjärjestelmiä. Tuloksena on pienempiä ja kestävämpiä yksiköitä.

Parannetun langattoman latausjärjestelmän sovellukset

Korkean suorituskyvyn langattomilla latausjärjestelmillä on lähes loputtomat sovellukset. EV:n, puhelimen tai kellon lataamisen lisäksi nämä yksiköt voivat tarjota virtaa tietokoneille, antureille ja monille muille laitteille, helpottaen miljardien ihmisten elämää. Tässä on vain muutama mahdollinen sovellus korkean suorituskyvyn langattomille latausasemille.

Lääketiede

Lääketieteellinen ala voisi hyödyntää tätä tekniikkaa luodakseen tehokkaampia seurantaa ja hoitoprosesseja. Nämä laitteet voisivat tarjota 24/7‑katteen potilaille. Jo insinöörit ovat tarkastelleet wearablereita, implanteja ja muita kriittisiä lääketieteellisiä laitteita, jotka voisivat käyttää tätä tekniikkaa parantaakseen toimintojaan.

Logistiikka

Toinen ala, joka voisi hyötyä parannetuista langattoman latauksen ominaisuuksista, on logistiikkasektori. Logistiikkasektori voisi hyödyntää tätä tutkimusta parantaakseen seurantalaitteitaan, mukaan lukien IoT-laitteet. Nämä laitteet voisivat tarjota vuorokauden ympäri tapahtuvaa seurantaa täysin uudella tasolla käyttäen langattomia latausratkaisuja. Tulevaisuudessa tavarasi ovat turvassa IoT-antureiden avulla varastoissa, kuorma-autoissa ja kaupoissa.

Parannetun langattoman latausjärjestelmän tutkijat

Langattoman latauksen tutkimusta johti Incheon National Universityn (Incheon, Korea) tutkijaryhmä, jonka avuksi toimi The University of Aucklandin (Auckland) tiimi. Tarkemmin sanottuna Saidul Alam Chowdhury, Seongmin Kim, Sangwon Kim, Inkui Cho ja Duk Ju Ahn osallistuivat paperiin. Nyt tiimi pyrkii laajentamaan latausjärjestelmänsä kykyjä ja alentamaan sen kustannuksia, mahdollistaen laajamittaisen integroinnin.

Langattoman latauksen johtavat yritykset

Langattomien latausvaihtoehtojen nousu on johtanut siihen, että useat yritykset ovat nousseet markkinoiden hallitseviksi toimijoiksi. Nämä yritykset erikoistuvat T&K:hon ja jatkavat entistä kykenevämpien ja edullisempien laitteiden esittelyä. Tässä on yksi yritys, joka on asemoitu saavuttamaan merkittäviä sijoitetun pääoman tuottoja (ROI) mahdollisten merkittävien teknologisten läpimurtojen myötä alalla.

Energous Corporation

Energous Corporation (WATT ) astui markkinoille vuonna 2012. Se perustettiin San Josessa, Kaliforniassa, ja on siitä lähtien kasvanut johtavaksi langattomien latausjärjestelmien tarjoajaksi. Yritys tarjoaa tällä hetkellä laajan valikoiman langattomia latausratkaisuja, jotka vaihtelevat perinteisistä alustoista pitkän kantaman varastojen langattomiin latausratkaisuihin.

Energous Corporationin päätuote on WattUp -langaton virtaverkko. Nämä laitteet toimivat IoT-yksiköiden kanssa tarjoten pitkän kantaman älykkään latauksen. Se hyödyntää radiotaajuuspohjaista latausta ja on yhteensopiva laajan valikoiman IoT-laitteiden ja muiden elektroniikkalaitteiden kanssa.

WATT nähdään vahvana lisäyksenä salkkuusi useista keskeisistä syistä. Yksi syy on, että osake on viime aikoina kokenut positiivisia liikkeitä. Yrityksen johtava rooli langattoman latauksen sektorilla sekä lupaavat teknologiapäivitykset ajavat tätä kasvua.

Tällä hetkellä WATT:n markkina-arvo on 10,791 miljoonaa dollaria ja 52 viikon vaihteluväli on 0,2800–2,7000. Ne, jotka etsivät arvostettua latausasemien valmistajaa, tulisi harkita lisätutkimusta Energous Corpista ja sen tarjonnasta.

Uusimmat uutiset Energous Corporatiosta

Langaton lataus tulee lopulta olemaan standardi.

Ei ole suurta epäilystä, että kun langaton lataus saavuttaa johdolliset vaihtoehdot, siitä tulee standardi. Kustannussäästöt, mukavuus ja joustavuus tekevät langattomasta latauksesta edelleen käyttäjien ja valmistajien suosimman vaihtoehdon. Tästä syystä et ehkä ole kaukana siitä, että sinun ei enää koskaan tarvitse etsiä latauskaapelia tai akkua.

Opi muista innovatiivisista energiaratkaisuista TÄÄLLÄ.

Tutkimusviite:

^{1. Chowdhury, S. A., Kim, S., Kim, S., Cho, I., & Ahn, D. (2024). Resonanssivirityksen tasavirtakytkin rinnakkain kompensoituja vastaanottimia varten langattomassa energiansiirrossa. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 71(12), 15664–15673. https://doi.org/10.1109/TIE.2024.3390737}