Como um Novo Sistema de Energia Está Melhorando o Carregamento Sem Fio

O aumento dos sistemas de carregamento sem fio não é surpresa. Esses dispositivos oferecem mais conveniência e flexibilidade do que seus equivalentes com fio. No entanto, vários fatores limitantes impedem que os carregadores sem fio se tornem o padrão da indústria.

Notavelmente, uma equipe de engenheiros da Incheon National University recentemente introduziu um novo sistema de gerenciamento de energia que tem potencial para melhorar drasticamente as soluções de carregamento sem fio. O novo sistema fornece energia estável e reduz interferências. Veja o que você precisa saber.

Como o Carregamento Sem Fio Funciona?

Muito acontece nos bastidores quando você coloca seu telefone ou smartwatch em uma estação de carregamento sem fio. Esses dispositivos realizam Transferência de Energia Sem Fio (WPT) sem plugues e através de capas usando indução eletromagnética.

A indução eletromagnética ocorre de forma wireless após uma bobina transmissora localizada na estação de carregamento entrar na vizinhança de uma bobina receptora. Esse cenário faz com que os elétrons na bobina receptora oscilem, criando um campo eletromagnético entre as duas bobinas que carrega seu dispositivo.

Circuito Ressonante

Um dos componentes chave dos sistemas de carregamento sem fio é o circuito ressonante. Esses dispositivos equilibram a indutância da bobina receptora para alcançar a ressonância de frequência. Eles também desempenham um papel crucial ao aumentar a transferência de energia para a unidade e reduzir a impedância do circuito.

Afinamento de Ressonância

Para controlar interferências e a potência do sistema, o afinamento de ressonância é utilizado. Esses ajustes geralmente empregam receptores compensados em paralelo para ajudar a modular a frequência de operação do sistema. Curiosamente, é essa modulação que cria um descompasso entre as frequências modulada e ressonante, resultando em desempenho reduzido.

Problemas com os Sistemas de Carregamento Sem Fio Hoje

O carregamento sem fio tem algumas ressalvas sérias atualmente. Por exemplo, ele é muito mais lento que as alternativas com cabo. Além disso, seu dispositivo precisa estar muito próximo para que a maioria dos sistemas de carregamento funcione corretamente.

Interferência Eletromagnética

Os sistemas de alimentação e os circuitos ressonantes usados nas estações de carregamento sem fio de hoje podem interferir nos circuitos ressonantes de outros dispositivos nas proximidades. Essa interferência eletromagnética reduz a eficiência e o desempenho das estações de carregamento sem fio também.

Baixa Eficiência do Sistema

Os sistemas tradicionais de carregamento sem fio podem sofrer perdas de energia súbitas e inesperadas. A principal razão para essa queda repentina de energia são mudanças drásticas de frequência nos circuitos ressonantes. Esse cenário levará seus dispositivos a aquecerem e carregarem lentamente.

Soluções de Afinamento de Ressonador

Várias soluções de afinamento foram introduzidas no setor desde que o carregamento sem fio entrou no mercado. Notavelmente, todas elas exigem algum tipo de hardware adicional. O problema é que esses dispositivos aumentam a complexidade, os requisitos de energia e o tamanho geral desses dispositivos. Além disso, são caros e podem exigir especialistas para navegar nas configurações de controle complexas.

Padrão de Carregamento Sem Fio Qi

O padrão de carregamento sem fio mais popular em vigor hoje é o padrão Qi. Esse tipo de estação de carregamento pode fornecer energia sem fio a um dispositivo a cerca de 4 cm de distância. Suas frequências de operação variam entre 110‑205 kHz, e pode carregar vários dispositivos ao mesmo tempo.

Fonte – Torro

O Qi é popular, mas não é eficiente. É lento e pode fazer com que seus dispositivos aqueçam. Seu dispositivo ficar quente pode reduzir o desempenho da bateria ao longo do tempo. Como tal, há uma necessidade direta de soluções de carregamento sem fio mais estáveis e eficientes. Felizmente, uma solução está no horizonte.

Estudo de Carregamento Sem Fio Aprimorado

Engenheiros da Incheon National University publicaram um estudo intitulado “Retificador de Afinamento Ressonante para Receptores Compensados em Paralelo na Transferência de Energia Sem Fio“¹ na revista científica IEEE Transactions on Industrial Electronics neste mês. O estudo apresenta uma nova solução de retificador de afinamento ressonante que pode fornecer energia sem fio estável e poderia revolucionar o mercado.

Retificador de Afinamento Ressonante (RTR)

Retificadores de afinamento ressonante (RTR) ajudam a corrigir o descompasso de ressonância de receptores compensados em paralelo que ocorre durante modulações de frequência de espectro espalhado. Para realizar essa tarefa, a unidade ajusta autonomamente a capacitância efetiva.

Esta etapa permite que o RTR ajuste a frequência ressonante sincronizando sinais de controle e a corrente do sistema. Uma vez sincronizado, o dispositivo pode começar a compensar quaisquer descompassos entre a ressonância intrínseca e os períodos de modulação.

Especificamente, o cientista conseguiu o afinamento sincronizando a desativação do MOSFET do retificador com o cruzamento zero da corrente primária. O sistema utiliza uma bobina sensor integrada para extrair informações de fase e sincronizar sua saída com a corrente primária do sistema.

Teste de Carregamento Sem Fio Aprimorado

Para testar seu sistema de carregamento sem fio aprimorado, os engenheiros construíram um protótipo de estação de carregamento de veículos elétricos de 2,2 kW. A estação de carregamento automotiva passou por várias fases de teste. Durante esses ensaios, a equipe coletou dados sobre seu desempenho, eficiência, níveis de interferência, estabilidade e impacto nas baterias. Os resultados foram impressionantes.

Resultados do Teste de Carregamento Sem Fio Aprimorado

A nova configuração de fonte de energia melhorou o desempenho da estação de carregamento em todos os aspectos. Por exemplo, manteve uma modulação de frequência de operação sintonizada entre 80 – 90 kHz. Essa frequência permitiu que a estação fornecesse potência de saída constante.

Os engenheiros observaram uma melhoria de 3,5 %–8,1 % na eficiência ao utilizar o dispositivo aprimorado. O novo sistema alcançou eficiência adicional por meio de seus sistemas automatizados e de seu recurso de comutação de zero voltagem (ZVS) na ativação e de baixa taxa de variação de tensão (dv/dt) na desativação. Esse recurso evita perdas de energia devido à comutação.

Benefícios do Estudo de Carregamento Sem Fio Aprimorado

Há muitos benefícios que o estudo de carregamento sem fio traz ao mercado. Primeiro, ele oferece uma alternativa de baixo custo ao status quo que melhora o desempenho. Além disso, o design minimalista oferece mais configurações de controle que permitem adaptação em tempo real a diferentes cenários de uso.

Entrega de Energia Estável

O principal benefício fornecido pela solução de carregamento aprimorada é a entrega de energia confiável e estável. Esse benefício é crucial para criar eletrônicos mais eficazes e úteis. O sistema aprimorado superou seus predecessores e produz fluxo de energia estável com perda mínima de energia.

Sem Necessidade de Componentes de Energia

Outro grande benefício desta pesquisa é a eliminação de componentes de energia adicionais. O novo RTR não requer um sistema complexo ou baterias, capacitores ou outros componentes de energia volumosos que aumentariam o fator de forma da unidade.

Sem Necessidade de Lógica de Controle

Na mesma linha de pensamento, o RTR aprimorado elimina a necessidade de integrar circuitos de feedback complexos. Muito energia e espaço são economizados, eliminando a necessidade de sistemas de comunicação transmissor‑receptor. O resultado são unidades menores e mais duráveis.

Aplicações do Sistema de Carregamento Sem Fio Aprimorado

Existem aplicações quase ilimitadas para sistemas de carregamento sem fio de alto desempenho. Além de alimentar seu veículo elétrico, telefone ou relógio, essas unidades poderiam fornecer energia a computadores, sensores e uma variedade de dispositivos para simplificar a vida de bilhões de pessoas. Aqui estão apenas algumas das aplicações potenciais para estações de carregamento sem fio de alto desempenho.

Médico

A indústria médica poderia utilizar essa tecnologia para criar processos de monitoramento e tratamento mais eficazes. Esses dispositivos poderiam oferecer cobertura 24 h por dia aos pacientes. Já, engenheiros analisaram wearables, implantes e outros dispositivos médicos críticos que poderiam usar essa tecnologia para melhorar suas capacidades.

Logística

Outro setor que poderia se beneficiar de capacidades aprimoradas de carregamento sem fio é o setor de logística. A logística poderia aproveitar este estudo para melhorar seus sistemas de rastreamento, incluindo dispositivos IoT. Esses dispositivos poderiam fornecer monitoramento contínuo em um nível totalmente novo usando soluções de carregamento sem fio. No futuro, seus itens estarão seguros por sensores IoT em armazéns, caminhões e lojas.

Pesquisadores do Sistema de Carregamento Sem Fio Aprimorado

O estudo de carregamento sem fio foi liderado por pesquisadores da Incheon National University, Incheon, Coreia, com ajuda de uma equipe da University of Auckland, Auckland. Especificamente, Saidul Alam Chowdhury, Seongmin Kim, Sangwon Kim, Inkui Cho e Duk Ju Ahn contribuíram para o artigo. Agora, a equipe busca expandir as capacidades do sistema de carregamento e reduzir seus custos, possibilitando integração em larga escala.

Empresas Líderes em Carregamento Sem Fio

O aumento das opções de carregamento sem fio resultou em várias empresas se tornando players dominantes no mercado. Essas empresas se especializam em P&D e continuam a introduzir dispositivos mais capazes e acessíveis. Aqui está uma empresa que está posicionada para garantir retornos significativos devido a grandes avanços tecnológicos na indústria.

Energous Corporation

Energous Corporation (WATT ) entrou no mercado em 2012. Foi fundada em San Jose, CA, e desde então cresceu para se tornar um fornecedor líder de sistemas de carregamento sem fio. A empresa atualmente oferece uma ampla seleção de soluções de carregamento sem fio que vão desde pads tradicionais até soluções de carregamento sem fio de longo alcance para armazéns.

O principal produto da Energous Corporation é a rede de energia sem fio WattUp. Esses dispositivos funcionam com unidades IoT para fornecer carregamento inteligente de longo alcance. Utiliza carregamento baseado em frequência de rádio e é compatível com uma enorme seleção de dispositivos IoT e outros eletrônicos.

WATT é visto como uma forte adição ao seu portfólio por várias razões chave. Primeiro, a ação tem apresentado movimentos positivos recentes. O papel de liderança da empresa no setor de carregamento sem fio, além das promessas de atualizações tecnológicas, está impulsionando esse crescimento.

Atualmente, a WATT tem uma capitalização de mercado de US$ 10,791 milhões e um intervalo de 52 semanas de 0,2800 – 2,7000. Aqueles que buscam um fabricante de estações de carregamento reputado devem considerar pesquisar mais sobre a Energous Corp e suas ofertas.

Últimas Notícias sobre a Energous Corporation

O Carregamento Sem Fio Será o Padrão Eventualmente.

É pouco duvidoso que, quando o carregamento sem fio alcançar os equivalentes com fio, ele se tornará o padrão. A economia de custos, conveniência e flexibilidade continuam a fazer do carregamento sem fio a opção preferida para usuários e fabricantes. Como tal, você pode não estar muito longe de nunca mais precisar procurar um cabo de carregamento ou bateria.

Saiba mais sobre outras soluções inovadoras de energia AQUI.

Referência do Estudo:

^{1. Chowdhury, S. A., Kim, S., Kim, S., Cho, I., & Ahn, D. (2024). Retificador de afinamento ressonante para receptores compensados em paralelo na transferência de energia sem fio. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 71(12), 15664–15673. https://doi.org/10.1109/TIE.2024.3390737}