Hoe een nieuw energiesysteem draadloos opladen verbetert

De opkomst van draadloze oplaadsystemen is geen verrassing. Deze apparaten bieden meer gemak en flexibiliteit dan hun bedrade tegenhangers. Echter, verschillende beperkende factoren houden draadloze opladers tegen om zich te vestigen als de industriestandaard.

Opmerkelijk is dat een team van ingenieurs van de Incheon National University onlangs een nieuw vermogensbeheersysteem heeft geïntroduceerd dat de potentie heeft om draadloze oplaadoplossingen drastisch te verbeteren. Het nieuwe systeem levert stabiele stroom en vermindert interferentie. Dit is wat u moet weten.

Hoe werkt draadloos opladen?

Er gebeurt veel achter de schermen wanneer u uw telefoon of smartwatch op een draadloos oplaadstation legt. Deze apparaten realiseren draadloze vermogensoverdracht (WPT) zonder stekkers en zelfs door hoezen heen met behulp van elektromagnetische inductie.

Elektromagnetische inductie treedt draadloos op nadat een draadloze zendspoel in het oplaadstation zich in de nabijheid van een ontvangende spoel bevindt. Deze situatie veroorzaakt dat de elektronen in de ontvangende spoel gaan oscilleren, waardoor een elektromagnetisch veld tussen de twee spoelen ontstaat dat uw apparaat oplaadt.

Resonerende schakeling

Een van de belangrijkste componenten van draadloze oplaadsystemen is de resonante schakeling. Deze apparaten balanceren de inductantie van de ontvangende spoel om frequentieresonantie te bereiken. Ze spelen ook een cruciale rol bij het verhogen van de vermogensoverdracht naar de eenheid en het verlagen van de impedantie van de schakeling.

Resonantie-afstemming

Om interferentie en systeemprestatie te beheersen, wordt resonantie-afstemming gebruikt. Deze aanpassingen maken vaak gebruik van parallel gecompenseerde ontvangers om de werkfrequentie van het systeem te moduleren. Interessant is dat juist deze modulatie een mismatch veroorzaakt tussen de gemoduleerde en resonante frequenties, wat leidt tot verminderde prestaties.

Problemen met draadloze oplaadsystemen vandaag

Draadloos opladen kent momenteel enkele serieuze nadelen. Bijvoorbeeld, het is veel langzamer dan bekabelde alternatieven. Bovendien moet uw apparaat zeer dicht bij de lader staan voor de meeste oplaadsystemen om correct te functioneren.

Elektromagnetische interferentie

De voedingssystemen en resonante schakelingen die in de huidige draadloze oplaadstations worden gebruikt, kunnen interfereren met resonante circuits van andere apparaten in de omgeving. Deze elektromagnetische interferentie vermindert zowel de efficiëntie als de prestaties van de draadloze oplaadstations.

Lage systeemefficiëntie

Traditionele draadloze oplaadsystemen kunnen plotseling en onverwacht vermogensverlies ondervinden. De belangrijkste oorzaak van deze plotselinge vermogensdaling zijn drastische frequentieveranderingen in de resonante schakelingen. Dit leidt ertoe dat uw apparaten opwarmen en langzaam opladen.

Resonator-afstemmingsoplossingen

Sinds de introductie van draadloos opladen op de markt zijn er meerdere afstemmingsoplossingen geïntroduceerd in de sector. Opmerkelijk is dat al deze oplossingen enige vorm van extra hardware vereisen. Het probleem is dat deze apparaten de complexiteit, het stroomverbruik en de algehele omvang van de systemen vergroten. Bovendien zijn ze duur en kunnen ze experts vereisen om de complexe regelinstellingen te beheren.

Qi draadloos oplaadstandaard

De meest populaire draadloze oplaadstandaard die momenteel wordt gebruikt, is de Qi-standaard. Dit type oplaadstation kan draadloze energie leveren aan een apparaat op ongeveer 4 cm afstand. De werkfrequenties liggen tussen 110-205 kHz, en het kan meerdere apparaten tegelijk opladen.

Bron – Torro

Qi is populair maar niet efficiënt. Het is traag en kan ervoor zorgen dat uw apparaten opwarmen. Een heet apparaat kan na verloop van tijd de batterijprestaties verminderen. Daarom is er een directe behoefte aan stabielere en efficiëntere draadloze oplaadoplossingen. Gelukkig is er een oplossing in zicht.

Verbeterde draadloze oplaadstudie

Ingenieurs van Incheon National University publiceerden deze maand een studie getiteld “Resonant Tuning Rectifier for Parallel Compensated Receivers in Wireless Power Transfer“¹ in het wetenschappelijke tijdschrift IEEE Transactions on Industrial Electronics. De studie introduceert een nieuwe resonante afstemmingsrectifier-oplossing die stabiele draadloze stroom kan leveren en de markt zou kunnen revolutioneren.

Resonante afstemmingsrectifier (RTR)

Resonante afstemmingsrectifiers (RTR) helpen de resonantiemismatch van parallel-gecompenseerde RX te corrigeren die optreedt tijdens spread-spectrum frequentiemodulaties. Om deze taak uit te voeren, past de eenheid autonoom de effectieve capaciteit aan.

Deze stap stelt de RTR in staat de resonantiefrequentie af te stemmen door de controlesignalen en de stroom van het systeem te synchroniseren. Zodra ze gesynchroniseerd zijn, kan het apparaat beginnen met het compenseren van eventuele mismatches tussen intrinsieke resonantie en modulatieperioden.

Specifiek heeft de onderzoeker de afstemming bereikt door het uitschakelen van de rectifier MOSFET te synchroniseren met de nuldoorgang van de primaire stroom. Het systeem maakt gebruik van een geïntegreerde sensorspoel om fase-informatie te extraheren en de uitgang te synchroniseren met de primaire stroom van het systeem.

Verbeterde draadloze oplaadtest

Om hun verbeterde draadloze oplaadsysteem te testen, bouwden de ingenieurs een prototype van een 2,2 kW EV‑oplaadstation. Het autoladerstation onderging verschillende testfasen. Tijdens deze proeven verzamelde het team gegevens over de prestaties, efficiëntie, interferentieniveaus, stabiliteit en impact op batterijen. De resultaten waren indrukwekkend.

Resultaten van de verbeterde draadloze oplaadtest

De nieuwe stroomvoorzieningsopstelling verbeterde de prestaties van het oplaadstation op alle fronten. Zo hield het een operationele frequentiemodulatie tussen 80 – 90 kHz aan. Deze frequentie stelde het station in staat een constante uitgangsstroom te leveren.

De ingenieurs noteerden een verbetering van 3,5%–8,1% in efficiëntie bij gebruik van het geüpgradede apparaat. Het nieuwe systeem behaalde extra efficiëntie via zijn geautomatiseerde systemen en de zero voltage switching (ZVS) inschakelfunctie en low dv/dt uitschakelfunctie. Deze functie voorkomt vermogensverlies door schakelen.

Voordelen van de verbeterde draadloze oplaadstudie

De draadloze oplaadstudie brengt veel voordelen naar de markt. Ten eerste biedt het een goedkope alternatieve oplossing voor de status‑quo die de prestaties verbetert. Bovendien biedt het minimalistische ontwerp meer regelinstellingen die realtime aanpassing aan gebruiksscenario’s mogelijk maken.

Stabiele stroomlevering

Het belangrijkste voordeel van de geüpgradede oplaadoplossing is een betrouwbare en stabiele stroomlevering. Dit voordeel is cruciaal voor het creëren van effectievere en bruikbare elektronica. Het geüpgradede systeem presteerde beter dan zijn voorgangers en levert een stabiele stroomdoorvoer met minimaal energieverlies.

Geen extra vermogenscomponenten nodig

Een ander belangrijk voordeel van dit onderzoek is het wegnemen van extra vermogenscomponenten. De nieuwe RTR vereist geen complex systeem of extra batterijen, condensatoren of andere omvangrijke vermogenscomponenten die de vormfactor van de eenheid zouden vergroten.

Geen regel‑logica nodig

In dezelfde lijn elimineert de geüpgradede RTR de noodzaak om complexe terugkoppelingscircuits te integreren. Er wordt veel energie en ruimte bespaard, waardoor de behoefte aan zender‑ontvanger‑communicatiesystemen wegvalt. Het resultaat zijn kleinere en duurzamere eenheden.

Toepassingen van het verbeterde draadloze oplaadsysteem

Er zijn bijna eindeloze toepassingen voor high‑performance draadloze oplaadsystemen. Naast het voeden van uw EV, telefoon of horloge, kunnen deze eenheden stroom leveren aan computers, sensoren en een reeks apparaten om het leven van miljarden mensen te vereenvoudigen. Hieronder staan enkele van de potentiële toepassingen voor high‑performance draadloze oplaadstations.

Medisch

De medische sector zou deze technologie kunnen gebruiken om effectievere monitorings- en behandelingsprocessen te creëren. Deze apparaten kunnen 24/7 dekking bieden aan patiënten. Ingenieurs hebben al gekeken naar wearables, implantaten en andere kritieke medische apparaten die deze technologie kunnen benutten om hun mogelijkheden te verbeteren.

Logistiek

Een andere sector die kan profiteren van verbeterde draadloze oplaadmogelijkheden is de logistieke sector. De logistieke sector kan deze studie benutten om haar volgsystemen, inclusief IoT‑apparaten, te verbeteren. Deze apparaten kunnen 24‑uur‑per‑dag monitoring op een geheel nieuw niveau bieden met behulp van draadloze oplaadoplossingen. In de toekomst zullen uw goederen beveiligd zijn door IoT‑sensoren in magazijnen, vrachtwagens en winkels.

Onderzoekers van het verbeterde draadloze oplaadsysteem

De draadloze oplaadstudie werd geleid door onderzoekers van Incheon National University, Incheon, Korea, met hulp van een team van de University of Auckland, Auckland. Specifiek hebben Saidul Alam Chowdhury, Seongmin Kim, Sangwon Kim, Inkui Cho en Duk Ju Ahn bijgedragen aan het artikel. Nu streeft het team ernaar de mogelijkheden van hun oplaadsysteem uit te breiden en de kosten te verlagen, zodat grootschalige integratie mogelijk wordt.

Bedrijven die vooroplopen in draadloos opladen

De opkomst van draadloze oplaadopties heeft ertoe geleid dat verschillende bedrijven dominante spelers op de markt zijn geworden. Deze bedrijven zijn gespecialiseerd in R&D en blijven steeds capabelere en betaalbare apparaten introduceren. Hier is één bedrijf dat zich in een positie bevindt om aanzienlijke ROI’s te behalen dankzij eventuele grote technologische doorbraken in de sector.

Energous Corporation

Energous Corporation (WATT ) betrad de markt in 2012. Het werd opgericht in San Jose, CA, en is sindsdien uitgegroeid tot een toonaangevende leverancier van draadloze oplaadsystemen. Het bedrijf biedt momenteel een breed scala aan draadloze oplaadoplossingen, variërend van traditionele pads tot langeafstand magazijn‑draadloze oplaadoplossingen.

Het belangrijkste product van Energous Corporation is het WattUp draadloze vermogensnetwerk. Deze apparaten werken met IoT‑eenheden om langeafstands‑smart‑charging te bieden. Het maakt gebruik van op radiofrequentie gebaseerde oplading en is compatibel met een enorme selectie van IoT‑apparaten en andere elektronica.

WATT wordt gezien als een sterke toevoeging aan uw portefeuille om verschillende belangrijke redenen. Ten eerste heeft het aandeel recent positieve bewegingen laten zien. De leidende rol van het bedrijf in de draadloze oplaadsector, gecombineerd met beloofde technologische updates, stimuleert deze groei.

Momenteel heeft WATT een marktkapitalisatie van $10,791M en een 52‑week bereik van 0,2800 – 2,7000. Wie op zoek is naar een gerenommeerde fabrikant van oplaadstations, zou meer onderzoek moeten doen naar Energous Corp en haar aanbod.

Laatste nieuws over Energous Corporation

Draadloos opladen zal uiteindelijk de standaard worden.

Er bestaat weinig twijfel dat zodra draadloos opladen de bekabelde alternatieven inhaalt, het de standaard zal worden. De kostenbesparingen, het gemak en de flexibiliteit blijven draadloos opladen de voorkeursoptie maken voor zowel gebruikers als fabrikanten. Daarom bent u mogelijk niet meer ver verwijderd van een situatie waarin u nooit meer een oplaadkabel of batterij hoeft te zoeken.

Lees meer over andere innovatieve stroomoplossingen HIER.

Studieverwijzing:

^{1. Chowdhury, S. A., Kim, S., Kim, S., Cho, I., & Ahn, D. (2024). Resonante afstemmingsrectifier voor parallel gecompenseerde ontvangers in draadloze vermogensoverdracht. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 71(12), 15664–15673. https://doi.org/10.1109/TIE.2024.3390737}