Najdete je stále častěji: bezdrátové nabíjecí stanice pro váš smartphone. V kavárnách, zabudované do nábytku nebo automobilů nebo prodávané obchody s elektrospotřebiči a internetovými obchody. Jak přesně ale bezdrátové nabíjení funguje? Pro jaká další zařízení se používá? A jaké jsou výhody a nevýhody této technologie? Odpovědi si můžete přečíst v tomto příspěvku na blogu.
Bezdrátové nabíjení? Nic nového: tato technologie existuje již léta. v elektrickém zubním kartáčku!
Pokud nenabíjíte baterii ve smartphonu běžným kabelem, ale jednoduše telefon položíte na nabíjecí stanici, nabíjíte jej bezdrátově. Technologie bezdrátového nabíjení je elektromagnetická indukce. Nic nového, protože tato technologie existuje již léta. například ve vašem elektrickém zubním kartáčku! Od roku 2009 výrobci smartphonů experimentují s bezdrátovým nabíjením, ale až nyní tato technologie skutečně proráží.
Jak funguje bezdrátové nabíjení?
Bezdrátové nabíjení je možné pomocí elektromagnetické indukce. Elektrická energie se přenáší mezi dvěma objekty prostřednictvím magnetického pole, jako je nabíječka a smartphone, což znamená, že k nabíjení zařízení již nepotřebujete kabely.
Chtěli byste slyšet o celé vědě za tím? Pak určitě pokračujte ve čtení.
Bezdrátové nabíjení neboli indukční nabíjení je založeno na Faradayově zákonu indukce (muž s klecí) a Ampérově zákonu (muž, který dal své jméno základní jednotce elektrického proudu). Proud, který prochází cívkou, vytváří magnetické pole. Tato cívka je umístěna v nabíjecí stanici. Magnetické pole generuje proud v druhé cívce, která je v samotném zařízení. Elektrický náboj zajišťuje, že proud poteče do druhé cívky.
Která zařízení můžete nabíjet bezdrátově?
Jak jsme již zmínili, první bezdrátové nabíjení bylo použito pro elektrický zubní kartáček. Stále více modelů smartphonů je interně vybaveno technologií bezdrátového nabíjení. Vaše zařízení samozřejmě musí mít vestavěný „přijímač“, aby bylo možné transformovat elektromagnetické pole na proud.
Od té doby, co značky jako Apple, Samsung, LG, Motorola atd. vybavily své nejnovější smartphony touto technologií, dostalo bezdrátové nabíjení skutečnou podporu. Nejpoužívanějším standardem bezdrátového nabíjení je standard Qi (vyslov: chi), který umožňuje nabíjet všechna zařízení na nabíjecích stanicích Qi na letištích nebo v kavárnách.
Pokud vaše zařízení tuto technologii nedisponuje, pak můžete použít speciálně navržené pouzdro na nabíječku s vestavěnou technologií bezdrátového nabíjení. Pouzdro naváže kontakt s vaším telefonem přes USB port uvnitř pouzdra. Tato technologie je poměrně těžkopádná, a proto není příliš populární. Velkou výhodou bezdrátového nabíjení je, že již nemusíte zapojovat nabíječku, což u tohoto speciálního pouzdra není.
Přestože se bezdrátové nabíjení používá nejčastěji u chytrých telefonů, stejnou technologii najdeme i v jiných zařízeních. Na seznamu jsou také tablety, protože jsou velmi podobné chytrým telefonům. Nová nositelná zařízení a chytré hodinky lze navíc nabíjet i bezdrátově. Existují také domácí spotřebiče, které můžete snadno nabíjet bezdrátově, jako jsou zametací stroje na drobky a vysavače. Hodně se toho děje také v sektoru e-mobility. K tomuto tématu se vrátíme na konci tohoto příspěvku.
Bezdrátové nabíjení má klady i zápory
Úroveň stresu průměrného majitele smartphonu roste úměrně se snižováním úrovně baterie. Všichni jsme to zažili: vybití baterie a zoufalé hledání elektrické zásuvky. Nebo: proklínání, protože jsi zapomněl přinést napájecí kabel. Není v takových případech praktické položit zařízení na nabíjecí podložku, zatímco si užíváte přestávku na kávu, a pak pokračovat o chvíli později s nabitou baterií?
Pro bezdrátové nabíjení je samozřejmě potřeba také elektrická zásuvka. Nabíjecí stanice čerpá energii z elektrické sítě. Bezdrátové nabíjení je pomalejší než nabíjení pomocí kabelu. Při použití bezdrátové nabíječky se vaše zařízení může rychleji zahřívat, což může být z dlouhodobého hlediska nevýhodné pro životnost baterie.
A tak musíte být opatrní při používání nabíjecích stanic. Kvalita se může lišit a některé nabíjecí stanice na trhu by mohly váš telefon poškodit. Vždy zkontrolujte, zda je nabíjecí stanice ‚Qi Certified‘ a nese logo Qi. Levnější stanice někdy říkají „Funguje s Qi“ nebo „Kompatibilní s Qi“, ale to není totéž. „Qi“ je standard pro přenos energie z nízké kapacity na vzdálenost až 4 centimetry.
Budoucnost je bezdrátová
Tato bezdrátová technologie má mnoho výhod. Vzpomeňte si na elektromobily: Rotterdam experimentuje s jedním konkrétním typem vozu, který je vybaven touto technologií. Předpokládejme však, že všechna stanoviště taxi nebo parkovací místa byla vybavena nabíjecími stanicemi: to by zvýšilo pohodlí používání elektromobilů. a více lidí by zvážilo jeho koupi. Čína nedávno zahájila pilotní projekt, ve kterém úsek dálnice vyráběl elektrickou energii ze sluneční energie. Byly provedeny důkladné testy, jak lze elektromobily dobíjet pomocí indukce.
Bezdrátové nabíjení existuje od konce 19. století, kdy průkopník elektřiny Nikola Tesla prokázal magnetickou rezonanční vazbu – schopnost přenášet elektřinu vzduchem vytvořením magnetického pole mezi dvěma obvody, vysílačem a přijímačem.
Ale asi 100 let to byla technologie bez mnoha praktických aplikací, snad kromě několika modelů elektrických zubních kartáčků.
Dnes se používá téměř půl tuctu technologií bezdrátového nabíjení, všechny zaměřené na řezání kabelů ke všemu, od chytrých telefonů a notebooků po kuchyňské spotřebiče a automobily.
Bezdrátové nabíjení se prosazuje ve zdravotnictví, automobilovém a výrobním průmyslu, protože nabízí příslib zvýšené mobility a pokroků, které by mohly malým zařízením internetu věcí (IoT) umožnit napájet mnoho metrů od nabíječky.
Nejpopulárnější bezdrátové technologie, které se nyní používají, spoléhají na elektromagnetické pole mezi dvěma měděnými cívkami, což značně omezuje vzdálenost mezi zařízením a nabíjecí podložkou. To je typ nabíjení, který Apple začlenil do iPhone 8 a iPhone X.
Jak funguje bezdrátové nabíjení
Obecně řečeno, existují tři typy bezdrátového nabíjení, podle Davida Greena, manažera výzkumu společnosti IHS Markit. Existují nabíjecí podložky, které používají těsně spojené elektromagnetické indukční nebo nevyzařující nabíjení; nabíjecí misky nebo nabíječky s průchozím povrchem, které používají volně vázané nebo radiační elektromagnetické rezonanční nabíjení, které může přenést náboj o velikosti několika centimetrů; a bezdrátové vysokofrekvenční (RF) nabíjení, které umožňuje udržovací nabíjení na vzdálenost mnoha stop.
Jak těsně vázané indukční, tak i volně vázané rezonanční nabíjení fungují na stejném fyzikálním principu: časově se měnící magnetické pole indukuje proud v uzavřené smyčce drátu.
Funguje to takto: Magnetická smyčková anténa (měděná cívka) se používá k vytvoření oscilačního magnetického pole, které může vytvářet proud v jedné nebo více anténách přijímače. Pokud se přidá vhodná kapacita tak, aby smyčky rezonovaly na stejné frekvenci, velikost indukovaného proudu v přijímačích se zvyšuje. Jedná se o rezonanční indukční nabíjení nebo magnetickou rezonanci; umožňuje přenos energie na větší vzdálenosti mezi vysílačem a přijímačem a zvyšuje účinnost. Velikost cívky také ovlivňuje vzdálenost přenosu výkonu. Čím větší je cívka nebo čím více cívek je, tím větší vzdálenost může náboj urazit.
Například v případě bezdrátových nabíjecích podložek pro chytré telefony mají měděné cívky pouze několik palců v průměru, což výrazně omezuje vzdálenost, na kterou může energie efektivně cestovat.
Ale když jsou cívky větší, lze bezdrátově přenášet více energie. To je taktika, která pomohla být průkopníkem společnosti WiTricity, která vznikla na základě výzkumu na MIT před deseti lety. Licencuje volně vázanou rezonanční technologii pro vše od automobilů a větrných turbín po robotiku.
V roce 2007 profesor fyziky MIT Marin Soljačić dokázal, že dokáže přenášet elektřinu na vzdálenost dvou metrů; v té době byl přenos energie pouze 40% účinný na tuto vzdálenost, což znamená, že 60% energie bylo ztraceno v překladu. Soljačić založil WiTricity později toho roku, aby komercializoval technologii, a její účinnost přenosu energie se od té doby výrazně zvýšila.
V nabíjecím systému pro auta WiTricity umožňují velké měděné cívky – u přijímačů o průměru přes 25 centimetrů – účinný přenos energie na vzdálenost až 25 centimetrů. Použití rezonance umožňuje přenos vysokých úrovní výkonu (až 11 kW) a vysokou účinnost (více než 92 % end-to-end), podle CTO WiTricity Morris Kesler. WiTricity také přidává kondenzátory do vodivé smyčky, což zvyšuje množství energie, kterou lze zachytit a použít k nabíjení baterie.
Systém není jen pro automobily: V loňském roce japonský výrobce robotů Daihen Corp. začal dodávat systém bezdrátového přenosu energie založený na technologii WiTricity pro automaticky řízená vozidla (AGV). Vozidla AGV vybavená bezdrátovým nabíjecím systémem Daihen D-Broad mohou jednoduše přijet k nabíjecímu prostoru, kde se napájejí, a poté se pustit do svých povinností ve skladu.
Zatímco nabíjení na dálku má velký potenciál, veřejná tvář bezdrátového nabíjení dosud zůstala u nabíjecích podložek.
„Pokud jde o pokrok a připravenost odvětví, nabíjecí podložky jsou dodávány ve velkém od roku 2015; nabíjecí misky/typ průchozího povrchu jsou skutečně uvedeny na trh letos; a nabíjení v místnosti je pravděpodobně ještě nejméně rok daleko od komerční velkoobjemové reality – ačkoli nové produkty Energous ukazují, že tato metoda nyní funguje na velmi krátkou vzdálenost, například několik centimetrů,“ řekl Green.
V roce 200 bylo dodáno něco málo přes 2016 milionů zařízení s podporou bezdrátového nabíjení, přičemž téměř všechna využívala nějakou formu indukčního (nabíjecího podložky) typu designu.
V září si Apple konečně vybral stranu poté, co léta zaostával za ostatními výrobci mobilních telefonů tím, že přijal standard Qi WPC, stejný, který Samsung a další výrobci smartphonů Android používají nejméně dva roky.
První třída bezdrátových nabíječek mobilních zařízení se objevila asi před šesti lety; používali pevně spojené nebo indukční nabíjení, které vyžaduje, aby uživatelé umístili smartphone do přesné polohy na podložce, aby se mohl nabít.
„Podle mého názoru vám přesné seřazení pro nabití neušetří mnoho úsilí, které byste si museli vynaložit při pouhém zapojení do zásuvky,“ řekl Benjamin Freas, hlavní analytik společnosti Navigant Research.
Zatímco první uživatelé a technici se rozhodli pro indukční nabíjení, jiní ne, řekl Freas.
V září 2012 se Nokia 920 stala prvním komerčně dostupným chytrým telefonem, který nabízí vestavěné bezdrátové nabíjení založené na specifikaci Qi.
Bitva standardů bezdrátového nabíjení
Po několik let existovaly tři konkurenční skupiny standardů bezdrátového nabíjení zaměřené na specifikace indukčního a rezonančního nabíjení: Alliance for Wireless Power (A4WP), Power Matters Alliance (PMA) a Wireless Power Consortium (WPC). Seznam 296 členů zahrnuje Apple, Google, Verizon a skutečného výrobce elektroniky, kdo je kdo.
WPC vytvořil nejpopulárnější standard bezdrátového nabíjení – Qi (vyslovováno „chee“) – který umožňuje indukční nabíjení nebo nabíjení ve stylu podložky a elektromagnetické rezonanční indukční nabíjení na krátkou vzdálenost (1.5 cm nebo méně). Společnost Apple používá standard Qi.
PMA a jeho specifikace pro indukční nabíjení Powermat našly úspěch pilotováním své technologie bezdrátového nabíjení v kavárnách a na letištích. Například společnost Starbucks začala v roce 2014 uvádět bezdrátové nabíjecí podložky.
S konkurenčními standardy zůstala podpora pro mobilní zařízení roztříštěná a většina mobilních zařízení potřebovala adaptivní pouzdro, které umožní bezdrátové nabíjení.
V roce 2015 se A4WP a PMA rozhodly spojit a vytvořit AirFuel Alliance, která má nyní 110 členů, včetně společností Dell, Duracell, Samsung a Qualcomm.
Jako součást AirFuel Alliance Duracell Powermat tvrdí, že má více než 1,500 1,000 nabíjecích míst v USA a prostřednictvím partnerství PowerKiss PowerKiss XNUMX XNUMX nabíjecích míst na evropských letištích, hotelech a kavárnách. AirFuel také oznámil bezdrátové nabíjení v některých restauracích McDonald’s. To je podle Frease jedním ze způsobů, jak by bezdrátové nabíjení mohlo být rozšířeno.
AirFuel se zaměřuje na elektromagnetickou rezonanci a RF
AirFuel se zaměřil na dvě nabíjecí technologie: elektromagnetickou rezonanci a radiofrekvenční, která nabízí možnost pohybovat se po prostoru a přitom mít vaše mobilní zařízení nabité.
„Viděli jsme jasné tržní ukazatele, že rezonanční a RF jsou správnou cestou. Obě technologie nabízejí výrazné výhody, pokud jde o prostorovou svobodu, snadné použití a snadnou instalaci – velké faktory při vytváření tržní hodnoty a spokojenosti zákazníků,“ řekl mluvčí AirFuel Sharen Santoski. “A věříme, že rezonanční technologie je nejlepší technologií, která v blízké době umožní rozsáhlé nasazení veřejné infrastruktury.”
V důsledku toho, řekl Santoski, rostoucí počet kaváren, restaurací a letišť používá rezonanční bezdrátové nabíjecí stanice. „Tchaj-wan hodně investuje, stejně jako Čína,“ řekl Santoski.
AirFuel nedávno oznámil projekt s metrem na letišti Taoyuan, který zavádí do svých vlaků a stanic nabíjení Resonant. A výrobce nábytku Order Furniture vytvořil novou řadu nábytku s podporou Resonant.
„Pokud to máte v každé restauraci a kavárně, lidé to s větší pravděpodobností použijí a dostanou podložku, kterou si nabijí doma,“ řekl Freas.
Většina z těchto projektů jsou stále jen pilotními programy, řekl Freas a dodal, že spotřebitelé a podniky méně pravděpodobně budou chtít pevně spojené nabíjení a pravděpodobněji zvolí volně spřažené rezonanční nabíjení Je to proto, že volně spojené nabíjení poskytuje větší prostorovou svobodu – možnost jednoduše položte telefon, tablet nebo notebook na plochu a nechte je nabít.
WiTricity a bezdrátové nabíjení ve vozidlech
V červenci společnost Dell uvedla na trh notebook Latitude, který obsahuje rezonanční bezdrátové nabíjení od WiTricity, společnosti se sídlem ve Watertown, Massachusetts, která licencuje technologii původně vyvinutou na Massachusetts Institute of Technology (MIT). Bezdrátová nabíječka Dell nabízí až 30W nabíjecího výkonu, takže notebook Latitude se bude nabíjet stejnou rychlostí, jakou byl zapojen do zásuvky.
Hlavním zaměřením WiTricity je však automobilový průmysl. Společnost, která je součástí AirFuel Alliance, očekává, že řada výrobců elektromobilů oznámí bezdrátové nabíjení pro svá vozidla, uvedl generální ředitel WiTricity Alex Gruzen.
Technologie elektromagnetické rezonance společnosti umožňuje přenos energie na vzdálenost až asi devět palců od nabíjecí podložky. To by umožnilo elektromobilům nabíjet pouhým zaparkováním na vrcholu velké nabíjecí podložky.
Například Mercedes-Benz letos uvede na trh plug-in hybridní sedany S550e s možností využívat technologii WiTricity; S550e lze jednoduše zaparkovat nad podložkou a začnou se nabíjet ještě efektivněji, než kdyby byly zapojeny do zásuvky.
Aplikace elektrického vozidla je šitá na míru pro elektromagnetické rezonanční nabíjení, řekl Kesler. Je to proto, že vozidlo nepotřebuje nabíjecí kabel a bezdrátová nabíjecí podložka dodává elektřinu efektivněji než kabel. (Drátové nabíjecí systémy využívají elektroniku k přeměně střídavého proudu na stejnosměrný a regulují tok energie, čímž snižují účinnost na přibližně 86 %, řekl Kesler.)
„Naše bezdrátové nabíjení může být 93% účinné od konce ke konci – od zdi až po to, co je dodáváno do baterie,“ řekl Kesler.
Bezdrátové nabíjení na dálku
Tento měsíc Apple překvapil některé pozorovatele v oboru koupí PowerByProxi, novozélandské společnosti vyvíjející technologii volně vázaného rezonančního nabíjení, která je také založena na specifikaci Qi.
PowerbyProxi byla založena v roce 2007 podnikatelem Fadym Mishrikim jako spin-out z University of Auckland. PowerByProxi předvedlo nabíjecí boxy a misky, do kterých lze umístit a nabíjet více zařízení současně.
Společnost se sídlem v Auklandu zahájila prodej rozsáhlých systémů pro stavebnictví, telekomunikace, obranu a zemědělství. Jedním z takových produktů je bezdrátový řídicí systém pro větrné turbíny.
PowerByProxi, člen řídícího výboru WPC, také miniaturizoval svou technologii a umístil ji do dobíjecích baterií AA, čímž eliminuje potřebu vkládat technologii přímo do zařízení. Bezdrátová technologie zabírá asi 10 % výšky baterie AA.
Apple by mohl využít technologii PowerByProxi k rozšíření svého využití pro bezdrátové nabíjení nejen pro chytré telefony, například k nabíjení televizních dálkových ovladačů, počítačových periferií nebo libovolného počtu zařízení, která vyžadují baterie.
Zatímco nejviditelnější využití technologie bezdrátového nabíjení bylo v nabíjecích podložkách pro mobilní zařízení, tato technologie také zasahuje do všeho, od skladových robotů po malá zařízení IoT, která by jinak musela být zapojena nebo napájena vyměnitelnými bateriemi.
Ossia i Energous prokázaly bezdrátové nabíjení na vzdálenost více než 15 stop. Nabíječka Ossia může poslat asi dva watty až do několika stop, ale to rychle klesá, jak se vzdálenost zvyšuje. I ve výšce 30 stop je však množství energie, které lze přenášet, „smysluplné“, podle generálního ředitele společnosti Ossia Maria Obeidata, v narážce na kapkové napájení zařízení, aby si udržely svůj náboj.
- Mobilní aplikace
- Vyvíjející se technologie
- Internet věcí
- Malé a střední podniky
