Yeni Bir Güç Sistemi Kablosuz Şarjı Nasıl İyileştiriyor

Kablosuz şarj sistemlerindeki artış şaşırtıcı değil. Bu cihazlar, kablolu muadillerine göre daha fazla rahatlık ve esneklik sağlar. Ancak, çeşitli sınırlayıcı faktörler kablosuz şarj cihazlarının sektör standardı haline gelmesini engelliyor.

Özellikle, Incheon Ulusal Üniversitesi’nden bir mühendis ekibi yakın zamanda tanıttı kablosuz şarj çözümlerini köklü bir şekilde iyileştirme potansiyeline sahip yeni bir güç yönetim sistemi. Yeni sistem istikrarlı güç sağlar ve paraziti azaltır. İşte bilmeniz gerekenler.

Kablosuz Şarj Nasıl Çalışır?

Telefonunuzu ya da akıllı saatinizi bir kablosuz şarj istasyonuna koyduğunuzda sahne arkasında birçok şey gerçekleşir. Bu cihazlar, elektromanyetik indüksiyon kullanarak priz olmadan ve kılıflar üzerinden Kablosuz Güç Transferi (WPT) gerçekleştirir.

Kablosuz bir iletim bobini, şarj istasyonunda bulunan, alıcı bobine yaklaştığında elektromanyetik indüksiyon kablosuz olarak gerçekleşir. Bu durum, alıcı bobindeki elektronların salınım yapmasına neden olur ve iki bobin arasında cihazınızı şarj eden bir elektromanyetik alan oluşturur.

Rezonans Devresi

Kablosuz şarj sistemlerinin temel bileşenlerinden biri rezonans devresidir. Bu cihazlar, alıcı bobinin indüktansını dengeleyerek frekans rezonansını elde eder. Ayrıca, birime güç transferini artırmada ve devre empedansını düşürmede kritik bir rol oynar.

Rezonans Ayarı

Paraziti ve sistem gücünü kontrol etmek için rezonans ayarı kullanılır. Bu ayarlamalar genellikle sistemin çalışma frekansını modüle etmeye yardımcı olmak için paralel telafi edilmiş alıcıları kullanır. İlginç bir şekilde, bu modülasyon, modüle edilen ve rezonans frekansları arasında bir uyumsuzluk yaratır ve performansın düşmesine neden olur.

Günümüzde Kablosuz Şarj Sistemlerinin Sorunları

Kablosuz şarj şu anda bazı ciddi sınırlamalara sahiptir. Örneğin, kablolu alternatiflere göre çok daha yavaştır. Ayrıca, cihazınızın çoğu şarj sistemi düzgün çalışması için çok yakın olması gerekir.

Elektromanyetik Parazit

Günümüzdeki kablosuz şarj istasyonlarında kullanılan güç besleme sistemleri ve rezonans devreleri, yakın çevredeki diğer cihazların rezonans devrelerine parazit verebilir. Bu elektromanyetik parazit, kablosuz şarj istasyonlarının verimliliğini ve performansını da azaltır.

Düşük Sistem Verimliliği

Geleneksel kablosuz şarj sistemleri ani ve beklenmedik güç kayıpları yaşayabilir. Bu ani güç düşüşünün başlıca nedeni, rezonans devrelerindeki büyük frekans değişimleridir. Bu durum, cihazlarınızın ısınmasına ve yavaş şarj olmasına yol açar.

Rezonatör Ayar Çözümleri

Kablosuz şarj piyasaya girdiğinden bu yana sektöre birçok ayar çözümü tanıtıldı. Özellikle, hepsi ek bir donanım gerektiriyor. Sorun, bu cihazların karmaşıklığı, güç gereksinimleri ve genel boyutunu artırmasıdır. Ayrıca, pahalıdırlar ve karmaşık kontrol ayarlarını yönetmek için uzman gerektirebilirler.

Qi Kablosuz Şarj Standardı

Günümüzde yürürlükte olan en popüler kablosuz şarj standardı Qi standardıdır. Bu tip şarj istasyonu, cihaza yaklaşık 4 cm mesafeden kablosuz enerji sağlayabilir. Çalışma frekansları 110-205 kHz arasında değişir ve aynı anda birden fazla cihazı şarj edebilir.

Kaynak – Torro

Qi popüler ancak verimli değil. Yavaştır ve cihazlarınızın ısınmasına neden olabilir. Cihazınızın ısınması zamanla batarya performansını düşürebilir. Bu nedenle, daha istikrarlı ve verimli kablosuz şarj çözümlerine doğrudan ihtiyaç vardır. Neyse ki, bir çözüm ufukta.

Geliştirilmiş Kablosuz Şarj Çalışması

Incheon Ulusal Üniversitesi mühendisleri, bu ay IEEE Transactions on Industrial Electronics bilimsel dergisinde “Paralel Telafi Edilmiş Alıcılar için Rezonans Ayarlı Düzeltici Kablosuz Güç Transferinde“¹ başlıklı bir çalışma yayımladı. Çalışma, istikrarlı kablosuz güç sağlayabilen ve piyasayı devrim niteliğinde değiştirebilecek yeni bir rezonans ayarlı düzeltici çözümünü tanıtıyor.

Rezonans Ayarlı Düzeltici (RTR)

Rezonans ayarlı düzelticiler (RTR), yaygın spektrum frekans modülasyonları sırasında ortaya çıkan paralel telafi edilmiş alıcıların (RX) rezonans uyumsuzluğunu düzeltmeye yardımcı olur. Bu görevi yerine getirmek için birim, etkili kapasiteyi otonom olarak ayarlar.

Bu adım, RTR’nin kontrol sinyallerini ve sistem akımını senkronize ederek rezonans frekansını ayarlamasını sağlar. Senkronizasyon sağlandıktan sonra cihaz, içsel rezonans ile modülasyon periyotları arasındaki uyumsuzlukları telafi etmeye başlayabilir.

Özellikle, bilim insanı, düzeltici MOSFET’in kapanışını birincil akımın sıfır geçişiyle senkronize ederek ayarlamayı başardı. Sistem, faz bilgisi elde etmek ve çıkışını birincil akımla senkronize etmek için entegre bir sensör bobini kullanır.

Geliştirilmiş Kablosuz Şarj Testi

Geliştirilmiş kablosuz şarj sistemlerini test etmek için mühendisler 2,2 kW’lık bir EV şarj istasyonu prototipi inşa etti. Otomobil şarj istasyonu çeşitli test aşamalarından geçti. Bu denemeler sırasında ekip, performans, verimlilik, parazit seviyeleri, istikrar ve bataryalar üzerindeki etkisiyle ilgili veriler topladı. Sonuçlar etkileyiciydi.

Geliştirilmiş Kablosuz Şarj Test Sonuçları

Yeni güç kaynağı düzenlemesi, şarj istasyonu için genel performansı artırdı. Örneğin, 80‑90 kHz arasında ayarlanmış bir çalışma frekansı modülasyonu sürdürdü. Bu frekans, istasyonun sabit çıkış gücü sağlamasına olanak tanıdı.

Mühendisler, yükseltilmiş cihazı kullandıklarında %3,5‑%8,1 arasında bir verimlilik artışı gözlemlediler. Yeni sistem, otomatik sistemleri ve sıfır voltaj anahtarlama (ZVS) açma ve düşük dv/dt kapama özelliği sayesinde ek verimlilik sağladı. Bu özellik, anahtarlamadan kaynaklanan güç kaybını önler.

Geliştirilmiş Kablosuz Şarj Çalışmasının Faydaları

Kablosuz şarj çalışmasının piyasaya sunduğu birçok fayda var. Birincisi, mevcut duruma düşük maliyetli bir alternatif sunarak performansı artırıyor. Ayrıca, minimalist tasarım daha fazla kontrol ayarı sunarak kullanım senaryolarına gerçek zamanlı uyum sağlamayı mümkün kılıyor.

Kararlı Güç Teslimatı

Yükseltilmiş şarj çözümünün sağladığı temel fayda, güvenilir ve kararlı güç teslimatıdır. Bu fayda, daha etkili ve kullanışlı elektronikler yaratmak için kritiktir. Yükseltilmiş sistem, öncekilerden daha iyi performans gösterdi ve minimum enerji kaybıyla kararlı güç akışı üretiyor.

Güç Bileşenlerine İhtiyaç Yok

Bu araştırmanın bir diğer büyük faydası, ek güç bileşenlerinin ortadan kaldırılmasıdır. Yeni RTR, birimi daha büyük hale getirecek karmaşık bir sistem, ek bataryalar, kapasitörler veya diğer hantal güç bileşenlerine ihtiyaç duymaz.

Kontrol Mantığına İhtiyaç Yok

Aynı düşünce doğrultusunda, yükseltilmiş RTR karmaşık geri besleme devrelerinin entegrasyonuna gerek kalmaz. Çok fazla enerji ve alan tasarrufu sağlanır, verici-alıcı iletişim sistemlerine ihtiyaç ortadan kalkar. Sonuç olarak daha küçük ve daha dayanıklı birimler elde edilir.

Geliştirilmiş Kablosuz Şarj Sistemi Uygulamaları

Yüksek performanslı kablosuz şarj sistemlerinin neredeyse sınırsız uygulamaları vardır. EV’nizi, telefonunuzu veya saatinizi beslemenin yanı sıra, bu birimler bilgisayarlar, sensörler ve milyarlarca insanın yaşamını kolaylaştıracak çok sayıda cihaza güç sağlayabilir. İşte yüksek performanslı kablosuz şarj istasyonları için potansiyel uygulamalardan sadece birkaç örnek.

Medikal

Medikal sektör, bu teknolojiyi daha etkili izleme ve tedavi süreçleri oluşturmak için kullanabilir. Bu cihazlar hastalara 7/24 hizmet sağlayabilir. Zaten mühendisler, bu teknolojiyi kullanarak yeteneklerini artırabilecek giyilebilir cihazlar, implantlar ve diğer kritik medikal cihazları incelediler.

Lojistik

İyileştirilmiş kablosuz şarj yeteneklerinden faydalanabilecek bir diğer sektör lojistik sektörüdür. Lojistik sektörü, bu çalışmadan yararlanarak IoT cihazları dahil izleme sistemlerini geliştirebilir. Bu cihazlar, kablosuz şarj çözümleriyle tamamen yeni bir seviyede 7/24 izleme sağlayabilir. Gelecekte, ürünleriniz depolarda, kamyonlarda ve mağazalarda IoT sensörleriyle güvence altına alınacak.

Geliştirilmiş Kablosuz Şarj Sistemi Araştırmacıları

Kablosuz şarj çalışması, Güney Kore, Incheon’daki Incheon Ulusal Üniversitesi araştırmacıları tarafından, Auckland Üniversitesi ekibinin yardımıyla yürütüldü. Özellikle, Saidul Alam Chowdhury, Seongmin Kim, Sangwon Kim, Inkui Cho ve Duk Ju Ahn makaleye katkıda bulundu. Şimdi ekip, şarj sistemi yeteneklerini genişletmeyi ve maliyetlerini düşürmeyi hedefleyerek büyük ölçekli entegrasyonu mümkün kılıyor.

Kablosuz Şarjda Öncü Şirketler

Kablosuz şarj seçeneklerinin artışı, birkaç şirketin piyasada hâkim oyuncular haline gelmesine yol açtı. Bu şirketler Ar-Ge’ye odaklanıyor ve daha yetkin, uygun fiyatlı cihazlar sunmaya devam ediyor. İşte sektördeki büyük teknolojik atılımlardan dolayı önemli yatırım getirileri (ROI) elde etmesi beklenen bir şirket.

Energous Corporation

Energous Corporation (WATT ) 2012 yılında piyasaya girdi. San Jose, CA’da kuruldu ve o zamandan beri önde gelen bir kablosuz şarj sistemi sağlayıcısı haline geldi. Şirket, geleneksel pedlerden uzun menzilli depo kablosuz şarj çözümlerine kadar geniş bir kablosuz şarj çözümü yelpazesi sunmaktadır.

Energous Corporation’ın ana ürünü WattUp kablosuz güç ağıdır. Bu cihazlar, uzun menzilli akıllı şarj sağlamak için IoT birimleriyle çalışır. Radyo frekansı tabanlı şarj kullanır ve çok geniş bir IoT cihazı ve diğer elektronik seçeneğiyle uyumludur.

WATT, birkaç önemli nedenden dolayı portföyünüze güçlü bir ek olarak görülüyor. Öncelikle, hisse son zamanlarda olumlu hareketler gösterdi. Şirketin kablosuz şarj sektöründeki lider rolü ve vaat edilen teknoloji güncellemeleri bu büyümeyi tetikliyor.

Şu anda, WATT’in piyasa değeri 10,791 M$ ve 52 haftalık fiyat aralığı 0,2800 – 2,7000. Saygın bir şarj istasyonu üreticisi arayanlar, Energous Corp ve sundukları hakkında daha fazla araştırma yapmayı düşünmelidir.

Energous Corporation ile En Son Gelişmeler

Kablosuz Şarj Sonunda Standart Olacak.

Kablosuz şarjın kablolu alternatiflerle eşit seviyeye geldiği anın standart haline geleceği konusunda çok az şüphe var. Maliyet tasarrufu, rahatlık ve esneklik, kablosuz şarjı hem kullanıcılar hem de üreticiler için tercih edilen seçenek haline getirmeye devam ediyor. Bu nedenle, bir daha şarj kablosu ya da batarya aramak zorunda kalmayacağınız çok uzak olmayabilirsiniz.

Diğer yenilikçi güç çözümleri hakkında BURADA öğrenin.

Çalışma Referansı:

^{1. Chowdhury, S. A., Kim, S., Kim, S., Cho, I., & Ahn, D. (2024). Paralel Telafi Edilmiş Alıcılar için Rezonans Ayarlı Düzeltici Kablosuz Güç Transferinde. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 71(12), 15664–15673. https://doi.org/10.1109/TIE.2024.3390737}