Hvordan et nytt kraftsystem forbedrer trådløs lading

Økningen i trådløse ladingssystemer er ingen overraskelse. Disse enhetene gir mer bekvemmelighet og fleksibilitet enn deres kablede motparter. Imidlertid hindrer flere begrensende faktorer at trådløse ladere blir industristandarden.

Merkbart, et team av ingeniører fra Incheon National University nylig innførte et nytt kraftstyringssystem som har potensial til å drastisk forbedre trådløse ladningsløsninger. Det nye systemet gir stabil kraft og reduserer interferens. Her er det du trenger å vite.

Hvordan fungerer trådløs lading?

Mye skjer i bakgrunnen når du legger telefonen eller en smartklokke på en trådløs ladestasjon. Disse enhetene utfører trådløs kraftoverføring (WPT) uten plugger og gjennom etui ved hjelp av elektromagnetisk induksjon.

Elektromagnetisk induksjon skjer trådløst etter at en trådløs senderspole i ladestasjonen kommer i nærheten av en mottakerspole. Dette får elektronene i mottakerspolen til å oscillere, og skaper et elektromagnetisk felt mellom de to spolene som lader enheten din.

Resonanskrets

En av nøkkelkomponentene i trådløse ladingssystemer er resonanskretsen. Disse enhetene balanserer induktansen i mottakerspolen for å oppnå frekvensresonans. De spiller også en avgjørende rolle i å øke kraftoverføringen til enheten og redusere kretsimpedansen.

Resonanstuning

For å kontrollere interferens og systemkraft brukes resonanstuning. Disse justeringene benytter ofte parallelt kompensierte mottakere for å modulere systemets driftsfrekvens. Interessant nok er det denne moduleringen som skaper en mismatch mellom den modulerte og resonante frekvensen, noe som resulterer i redusert ytelse.

Problemer med trådløse ladingssystemer i dag

Trådløs lading har noen alvorlige begrensninger for øyeblikket. For eksempel er den mye tregere enn kablede alternativer. I tillegg må enheten din være svært nær for at de fleste ladingssystemer skal fungere korrekt.

Elektromagnetisk interferens

Strømforsyningssystemene og resonanskretsene som brukes i dagens trådløse ladestasjoner kan forstyrre resonanskretsene på andre enheter i nærheten. Denne elektromagnetiske interferensen reduserer også effektiviteten og ytelsen til trådløse ladestasjoner.

Lav systemeffektivitet

Tradisjonelle trådløse ladingssystemer kan oppleve plutselig og uventet krafttap. Hovedårsaken til dette plutselige kraftfallet er drastiske frekvensendringer i resonanskretsene. Dette kan føre til at enhetene dine blir varme og lader sakte.

Resonatortuningløsninger

Det har blitt introdusert flere tuningløsninger i sektoren siden trådløs lading kom på markedet. Merkbart krever alle en form for ekstra maskinvare. Problemet er at disse enhetene øker kompleksiteten, kraftbehovet og den totale størrelsen på enhetene. I tillegg er de dyre og kan kreve eksperter for å håndtere de komplekse kontrollinnstillingene.

Qi-standarden for trådløs lading

Den mest populære trådløse ladningsstandarden i dag er Qi-standarden. Denne typen ladestasjon kan levere trådløs energi til en enhet omtrent 4 cm unna. Driftsfrekvensene ligger mellom 110–205 kHz, og den kan lade flere enheter samtidig.

Kilde – Torro

Qi er populær, men ikke effektiv. Den er treg og kan føre til at enhetene dine blir varme. Når enheten blir varm, kan batteriytelsen reduseres over tid. Derfor er det et direkte behov for mer stabile og effektive trådløse ladningsløsninger. Heldigvis er en løsning på horisonten.

Studie om forbedret trådløs lading

Ingeniører fra Incheon National University publiserte en studie med tittelen “Resonanstuning-rektifikator for parallelt kompensierte mottakere i trådløs kraftoverføring“¹ i det vitenskapelige tidsskriftet IEEE Transactions on Industrial Electronics denne måneden. Studien introduserer en ny resonanstuning-rektifikatorløsning som kan levere stabil trådløs kraft og kan revolusjonere markedet.

Resonanstuning-rektifikator (RTR)

Resonanstuning-rektifikatorer (RTR) hjelper med å korrigere resonansmismatchen i parallelt kompensierte mottakere (RX) som oppstår under spredt spektrum frekvensmodulasjoner. For å utføre denne oppgaven justerer enheten autonomt den effektive kapasitansen.

Dette trinnet gjør det mulig for RTR å justere resonansfrekvensen ved å synkronisere kontrollsignaler og systemets strøm. Når de er synkronisert, kan enheten begynne å kompensere for eventuelle mismatch mellom innebygd resonans og modulasjonsperioder.

Spesielt oppnådde forskeren tuning ved å synkronisere rektifikatorens MOSFET-avslåing med nullkrysningen av primærstrømmen. Systemet utnytter en integrert sensorkrans for å hente faseinformasjon og synkronisere utgangen med systemets primærstrøm.

Test av forbedret trådløs lading

For å teste deres forbedrede trådløse ladingssystem konstruerte ingeniørene en prototype av en 2,2 kW EV-ladestasjon. Bilens ladestasjon gjennomgikk flere testfaser. Under disse prøvene samlet teamet inn data om ytelse, effektivitet, interferasjonsnivåer, stabilitet og påvirkning på batterier. Resultatene var imponerende.

Resultater fra testen av forbedret trådløs lading

Den nye strømforsyningsoppsettet forbedret ytelsen på alle områder for ladestasjonen. For det første holdt den en driftsfrekvensmodulasjon mellom 80–90 kHz. Denne frekvensen tillot stasjonen å levere konstant utgangseffekt.

Ingeniørene bemerket en forbedring i effektivitet på 3,5 %–8,1 % ved bruk av den oppgraderte enheten. Det nye systemet oppnådde ekstra effektivitet gjennom sine automatiserte systemer og sin nullspenningsbryter (ZVS) påslag og lav dv/dt avslag-funksjon. Denne funksjonen forhindrer krafttap på grunn av bryting.

Fordeler med studien om forbedret trådløs lading

Det er mange fordeler som studien om trådløs lading introduserer til markedet. For det første gir den et lavkostalternativ til status quo som forbedrer ytelsen. I tillegg gir det minimalistiske designet flere kontrollinnstillinger som gjør det mulig med sanntids tilpasning til ulike bruksområder.

Stabil kraftlevering

Den viktigste fordelen med den oppgraderte ladningsløsningen er pålitelig og stabil kraftlevering. Denne fordelen er avgjørende for å skape mer effektive og nyttige elektroniske enheter. Det oppgraderte systemet overgikk sine forgjengere og produserer stabil kraftgjennomstrømning med minimal energitap.

Ingen behov for kraftkomponenter

En annen stor fordel med denne forskningen er elimineringen av ekstra kraftkomponenter. Den nye RTR krever ikke et komplekst system eller ekstra batterier, kondensatorer eller andre klumpete kraftkomponenter som ville øke enhetens formfaktor.

Ingen behov for kontrolllogikk

I samme tankegang eliminerer den oppgraderte RTR behovet for å integrere kompleks tilbakemeldingskretsløp. Det sparer mye energi og plass, og fjerner behovet for sender-mottaker-kommunikasjonssystemer. Resultatet er mindre og mer holdbare enheter.

Applikasjoner for forbedret trådløst ladingssystem

Det finnes nesten uendelige bruksområder for høyytelses trådløse ladingssystemer. I tillegg til å lade din elbil, telefon eller klokke, kan disse enhetene levere strøm til datamaskiner, sensorer og en rekke andre enheter for å forenkle livet til milliarder av mennesker. Her er noen av de potensielle bruksområdene for høyytelses trådløse ladestasjoner.

Medisinsk

Den medisinske industrien kan bruke denne teknologien for å skape mer effektive overvåkings- og behandlingsprosesser. Disse enhetene kan gi 24/7 dekning til pasienter. Allerede har ingeniører undersøkt wearables, implantater og andre kritiske medisinske enheter som kan bruke denne teknologien for å forbedre sine muligheter.

Logistikk

En annen industri som kan dra nytte av forbedrede trådløse ladningsmuligheter er logistikksektoren. Logistikksektoren kan utnytte denne studien for å forbedre sine sporingssystemer, inkludert IoT-enheter. Disse enhetene kan gi døgnkontinuerlig overvåking på et helt nytt nivå ved bruk av trådløse ladningsløsninger. I fremtiden vil dine varer være sikret av IoT-sensorer i lager, lastebiler og butikker.

Forskere bak forbedret trådløst ladingssystem

Studien om trådløs lading ble ledet av forskere fra Incheon National University i Incheon, Korea, med hjelp fra et team fra University of Auckland i Auckland. Spesielt bidro Saidul Alam Chowdhury, Seongmin Kim, Sangwon Kim, Inkui Cho og Duk Ju Ahn til artikkelen. Nå ønsker teamet å utvide ladingssystemets muligheter og senke kostnadene, slik at storstilt integrering blir mulig.

Selskaper som leder innen trådløs lading

Veksten av trådløse ladningsalternativer har gjort at flere selskaper har blitt dominerende aktører i markedet. Disse selskapene spesialiserer seg på FoU og fortsetter å introdusere mer kapable og rimelige enheter. Her er ett selskap som er posisjonert til å sikre betydelige avkastninger på investeringen på grunn av eventuelle store teknologiske gjennombrudd i bransjen.

Energous Corporation

Energous Corporation (WATT ) kom inn på markedet i 2012. Den ble grunnlagt i San Jose, CA, og har siden vokst til å bli en ledende leverandør av trådløse ladingssystemer. Selskapet tilbyr nå et bredt utvalg av trådløse ladningsløsninger som spenner fra tradisjonelle padder til langdistanse lagertrådløseladningsløsninger.

Hovedproduktet til Energous Corporation er WattUp trådløst kraftnettverk. Disse enhetene fungerer med IoT-enheter for å tilby langdistanse smart lading. Den bruker radiobølgeladning og er kompatibel med et enormt utvalg av IoT-enheter og annen elektronikk.

WATT anses som et sterkt tillegg til porteføljen din av flere viktige grunner. For det første har aksjen hatt nylige positive bevegelser. Selskapets ledende rolle i trådløs ladningssektoren, samt lovede teknologiske oppdateringer, driver denne veksten.

For øyeblikket har WATT en markedsverdi på $10,791 M og et 52-ukers område på 0,2800 – 2,7000. De som søker en anerkjent produsent av ladestasjoner bør vurdere ytterligere forskning på Energous Corp og deres tilbud.

Siste nytt om Energous Corporation

Trådløs lading vil til slutt bli standarden.

Det er liten tvil om at så snart trådløs lading innhenter kablede alternativer, vil den bli standarden. Kostnadsbesparelser, bekvemmelighet og fleksibilitet gjør fortsatt trådløs lading til det foretrukne alternativet for både brukere og produsenter. Derfor kan det hende du ikke er så langt fra å aldri måtte lete etter en ladekabel eller batteri igjen.

Lær om andre innovative kraftløsninger HER.

Studierreferanse:

^{1. Chowdhury, S. A., Kim, S., Kim, S., Cho, I., & Ahn, D. (2024). Resonanstuning-rektifikator for parallelt kompensierte mottakere i trådløs kraftoverføring. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 71(12), 15664–15673. https://doi.org/10.1109/TIE.2024.3390737}