Come un Nuovo Sistema di Alimentazione Sta Migliorando la Ricarica Wireless

L’ascesa dei sistemi di ricarica wireless non è una sorpresa. Questi dispositivi offrono maggiore comodità e flessibilità rispetto ai loro equivalenti cablati. Tuttavia, diversi fattori limitanti impediscono ai caricabatterie wireless di diventare lo standard del settore.

Notably, a team of engineers from Incheon National University recently ha introdotto un nuovo sistema di gestione dell’energia che ha il potenziale di migliorare drasticamente le soluzioni di ricarica wireless. Il nuovo sistema fornisce energia stabile e riduce le interferenze. Ecco cosa devi sapere.

Come Funziona la Ricarica Wireless?

Molte cose avvengono dietro le quinte quando posizioni il tuo telefono o uno smartwatch su una stazione di ricarica wireless. Questi dispositivi realizzano il Trasferimento di Energia Wireless (WPT) senza spine e attraverso le custodie utilizzando l’induzione elettromagnetica.
Electromagnetic induction occurs wirelessly after a wireless transmitting coil located in the charging station comes in the vicinity of a receiver coil. This scenario causes the electrons in the receiver coil to oscillate, creating an electromagnetic field between the two coils that charges your device.

Circuito Risonante

Uno dei componenti chiave dei sistemi di ricarica wireless è il circuito risonante.  Questi dispositivi bilanciano l’induttanza della bobina ricevente per raggiungere la risonanza di frequenza. Svolgono anche un ruolo cruciale nell’aumentare il trasferimento di potenza all’unità e nel ridurre l’impedenza del circuito.

Sintonizzazione della Risonanza

Per controllare le interferenze e la potenza del sistema, si utilizza la sintonizzazione della risonanza. Queste regolazioni impiegano spesso ricevitori compensati in parallelo per modulare la frequenza operativa del sistema. Curiosamente, è questa modulazione a creare una discrepanza tra le frequenze modulata e risonante, con conseguente riduzione delle prestazioni.

Problemi dei Sistemi di Ricarica Wireless Oggi

La ricarica wireless presenta alcune serie limitazioni al momento. Ad esempio, è molto più lenta rispetto alle alternative cablate. Inoltre, il tuo dispositivo deve essere molto vicino affinché la maggior parte dei sistemi di ricarica funzioni correttamente.

Interferenza Elettromagnetica

I sistemi di alimentazione e i circuiti risonanti utilizzati nelle attuali stazioni di ricarica wireless possono interferire con i circuiti risonanti di altri dispositivi nelle vicinanze. Questa interferenza elettromagnetica riduce anche l’efficienza e le prestazioni delle stazioni di ricarica wireless.

Bassa Efficienza del Sistema

I tradizionali sistemi di ricarica wireless possono subire perdite di potenza improvvise e inaspettate. La ragione principale di questo calo improvviso è rappresentata da drastici cambiamenti di frequenza nei circuiti risonanti. Questo scenario porta i dispositivi a surriscaldarsi e a caricarsi lentamente.

Soluzioni di Sintonizzazione del Risonatore

Sono state introdotte diverse soluzioni di sintonizzazione nel settore da quando la ricarica wireless è entrata sul mercato. In particolare, tutte richiedono qualche forma di hardware aggiuntivo. Il problema è che questi dispositivi aumentano la complessità, i requisiti di potenza e le dimensioni complessive di tali sistemi. Inoltre, sono costosi e possono richiedere esperti per gestire le impostazioni di controllo complesse.

Standard di Ricarica Wireless Qi

Lo standard di ricarica wireless più diffuso attualmente è lo standard Qi. Questo tipo di stazione di ricarica può fornire energia wireless a un dispositivo a circa 4 cm di distanza. Le sue frequenze operative variano tra 110-205 kHz e può caricare più dispositivi contemporaneamente.

Qi è popolare ma non efficiente. È lento e può far surriscaldare i tuoi dispositivi. Un dispositivo che si surriscalda può ridurre le prestazioni della batteria nel tempo. Perciò, c’è una necessità diretta di soluzioni di ricarica wireless più stabili ed efficienti. Fortunatamente, una soluzione è all’orizzonte.

Studio sulla Ricarica Wireless Migliorata

Gli ingegneri dell’Incheon National University hanno pubblicato uno studio intitolato “Rectificatore a Sintonizzazione Risonante per Ricevitori Compensati in Parallelo nel Trasferimento di Energia Wireless“¹ nella rivista scientifica IEEE Transactions on Industrial Electronics questo mese. Lo studio introduce una nuova soluzione di rettificatore a sintonizzazione risonante che può fornire energia wireless stabile e potrebbe rivoluzionare il mercato.

Rectificatore a Sintonizzazione Risonante (RTR)

I rettificatori a sintonizzazione risonante (RTR) aiutano a correggere la discrepanza di risonanza dei ricevitori compensati in parallelo (RX) che si verifica durante le modulazioni di frequenza a spettro espanso. Per svolgere questo compito, l’unità regola autonomamente la capacità efficace.

Questo passaggio consente al RTR di sintonizzare la frequenza risonante sincronizzando i segnali di controllo e la corrente del sistema. Una volta sincronizzato, il dispositivo può iniziare a compensare eventuali discrepanze tra la risonanza intrinseca e i periodi di modulazione.

In particolare, lo scienziato ha ottenuto la sintonizzazione sincronizzando lo spegnimento del MOSFET del rettificatore con il passaggio per zero della corrente primaria. Il sistema utilizza una bobina sensore integrata per estrarre le informazioni di fase e sincronizzare la sua uscita con la corrente primaria del sistema.

Test della Ricarica Wireless Migliorata

Per testare il loro sistema di ricarica wireless migliorato, gli ingegneri hanno costruito un prototipo di stazione di ricarica EV da 2,2 kW. La stazione di ricarica automobilistica ha attraversato diverse fasi di test. Durante queste prove, il team ha raccolto dati sulle sue prestazioni, efficienza, livelli di interferenza, stabilità e impatto sulle batterie. I risultati sono stati impressionanti.

Risultati del Test della Ricarica Wireless Migliorata

Il nuovo impianto di alimentazione ha migliorato le prestazioni complessive della stazione di ricarica. In particolare, ha mantenuto una modulazione di frequenza operativa sintonizzata tra 80 e 90 kHz. Questa frequenza ha permesso alla stazione di fornire una potenza di uscita costante.
Gli ingegneri hanno osservato un miglioramento dell’efficienza tra il 3,5% e l’8,1% utilizzando il dispositivo aggiornato. Il nuovo sistema ha ottenuto un’ulteriore efficienza grazie ai suoi sistemi automatizzati e alla funzione di accensione a commutazione a zero tensione (ZVS) e spegnimento a basso dv/dt. Questa funzione previene la perdita di potenza dovuta alla commutazione.

Benefici dello Studio sulla Ricarica Wireless Migliorata

Ci sono numerosi benefici che lo studio sulla ricarica wireless introduce sul mercato. In primo luogo, offre un’alternativa a basso costo allo stato attuale, migliorando le prestazioni. Inoltre, il design minimalista offre più impostazioni di controllo che consentono un’adattamento in tempo reale agli scenari d’uso.

Fornitura di Energia Stabile

Il principale vantaggio fornito dalla soluzione di ricarica aggiornata è una fornitura di energia affidabile e stabile. Questo beneficio è fondamentale per creare elettronica più efficace e utile. Il sistema aggiornato ha superato i suoi predecessori e produce un flusso di energia stabile con perdite minime.

Nessuna Necessità di Componenti di Alimentazione

Un altro importante vantaggio di questa ricerca è l’eliminazione di componenti di alimentazione aggiuntivi. Il nuovo RTR non richiede un sistema complesso né batterie, condensatori o altri ingombranti componenti di potenza che aumenterebbero le dimensioni dell’unità.

Nessuna Necessità di Logica di Controllo

Nella stessa ottica, il RTR aggiornato elimina la necessità di integrare circuiti di feedback complessi. Si risparmiano molta energia e spazio, eliminando la necessità di sistemi di comunicazione trasmettitore-ricevitore. Il risultato sono unità più piccole e più durevoli.

Applicazioni del Sistema di Ricarica Wireless Migliorato

Esistono quasi infinite applicazioni per i sistemi di ricarica wireless ad alte prestazioni. Oltre a alimentare il tuo EV, telefono o orologio, queste unità potrebbero fornire energia a computer, sensori e una serie di dispositivi per semplificare la vita a miliardi di persone. Ecco solo alcune delle potenziali applicazioni per le stazioni di ricarica wireless ad alte prestazioni.

Medicina

L’industria medica potrebbe utilizzare questa tecnologia per creare processi di monitoraggio e trattamento più efficaci. Questi dispositivi potrebbero fornire copertura 24/7 ai pazienti. Già, gli ingegneri hanno esaminato indossabili, impianti e altri dispositivi medici critici che potrebbero utilizzare questa tecnologia per migliorare le loro capacità.

Logistica

Un altro settore che potrebbe beneficiare delle capacità di ricarica wireless migliorate è il settore della logistica. Il settore logistico potrebbe sfruttare questo studio per migliorare i suoi sistemi di tracciamento, inclusi i dispositivi IoT. Questi dispositivi potrebbero fornire monitoraggio continuo a un livello completamente nuovo utilizzando soluzioni di ricarica wireless. In futuro, i tuoi oggetti saranno protetti da sensori IoT in magazzini, camion e negozi.

Ricercatori del Sistema di Ricarica Wireless Migliorato

Lo studio sulla ricarica wireless è stato guidato da ricercatori dell’Incheon National University, Incheon, Corea, con l’aiuto di un team dell’University of Auckland, Auckland. In particolare, Saidul Alam Chowdhury, Seongmin Kim, Sangwon Kim, Inkui Cho e Duk Ju Ahn hanno contribuito al documento. Ora, il team cerca di espandere le capacità del loro sistema di ricarica e ridurne i costi, consentendo un’integrazione su larga scala.

Aziende Leader nella Ricarica Wireless

L’ascesa delle opzioni di ricarica wireless ha portato diverse aziende a diventare attori dominanti nel mercato. Queste aziende si specializzano in R&D e continuano a introdurre dispositivi più capaci e convenienti. Ecco un’azienda che è posizionata per garantire ritorni sugli investimenti significativi grazie a eventuali importanti innovazioni tecnologiche nel settore.

Energous Corporation

Energous Corporation (WATT ) è entrata nel mercato nel 2012. È stata fondata a San Jose, CA, e da allora è cresciuta fino a diventare un fornitore leader di sistemi di ricarica wireless. L’azienda offre attualmente un’ampia gamma di soluzioni di ricarica wireless che vanno dai tradizionali pad a soluzioni di ricarica wireless a lungo raggio per magazzini.

Il prodotto principale di Energous Corporation è la rete di energia wireless WattUp. Questi dispositivi funzionano con unità IoT per fornire una ricarica intelligente a lungo raggio. Utilizza la ricarica basata su frequenza radio ed è compatibile con una vasta selezione di dispositivi IoT e altre elettroniche.

WATT è considerato un’aggiunta solida al tuo portafoglio per diversi motivi chiave. In primo luogo, il titolo ha registrato recenti movimenti positivi. Il ruolo di leader dell’azienda nel settore della ricarica wireless, insieme agli aggiornamenti tecnologici promessi, sta guidando questa crescita.

Attualmente, WATT ha una capitalizzazione di mercato di $10,791M e un intervallo di 52 settimane di 0,2800 – 2,7000. Chi cerca un produttore di stazioni di ricarica affidabile dovrebbe considerare ulteriori ricerche su Energous Corp e le sue offerte.

Novità su Energous Corporation

La Ricarica Wireless Diventerà Presto lo Standard.

Non c’è dubbio che, non appena la ricarica wireless raggiungerà le alternative cablate, diventerà lo standard. Il risparmio sui costi, la comodità e la flessibilità continuano a rendere la ricarica wireless l’opzione preferita sia per gli utenti che per i produttori. Pertanto, potresti non essere molto lontano dal non dover più cercare un cavo di ricarica o una batteria.

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Riferimento allo Studio:

^{1. Chowdhury, S. A., Kim, S., Kim, S., Cho, I., & Ahn, D. (2024). Rectificatore a sintonizzazione risonante per ricevitori compensati in parallelo nel trasferimento di energia wireless. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 71(12), 15664–15673. https://doi.org/10.1109/TIE.2024.3390737}