Многие люди с нетерпением ждут того дня, когда они перестанут копаться в куче старых зарядных кабелей, чтобы найти тот, который им нужен. Но, несмотря на нынешний успех в беспроводной зарядке небольших устройств, таких как телефоны, есть несколько технологических проблем, которые необходимо решить, прежде чем мы сможем полностью перейти на беспроводную связь, особенно когда речь идет об электронике, которая требует больше энергии.
В исследовании, опубликованном 23 января в журнале IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics , эксперты в этой области излагают некоторые способы преодоления таких барьеров, которые включают передачу большего количества энергии на более высоких частотах и оптимизацию эффективности зарядки без перегрева батарей.
Шу-Юэн Рон Хуэй, профессор школы электротехники и электроники Наньянского технологического университета, принимал участие в исследовании и десятилетиями работал над стандартизацией технологии беспроводной передачи энергии (WPT). Ученый говорит, что первоначальные стандарты WPT, выпущенные в 2010 году, были просто направлены на то, чтобы передатчики одной компании были совместимы с приемниками другой компании. «Однако оптимальные характеристики, такие как максимальная эффективность и минимальное время зарядки, не были главным приоритетом», — отмечает он.
Одним из основных препятствий на пути достижения высокой эффективности с помощью WPT является тепловой предел батарей. Как правило, для зарядки аккумуляторов требуется постоянное напряжение и ток, но это может нагреть аккумулятор до опасного уровня. Из соображений безопасности коммерческие зарядные устройства уменьшают или даже прекращают зарядный ток, когда температура поверхности батареи достигает своего верхнего предела (обычно 45 °C).
Чтобы решить эту проблему, Хуэй и его коллеги разработали новый метод контроля тока с регулированием температуры, который сокращает время зарядки без перегрева батареи. Если этот метод будет широко применяться производителями электроники WPT, это может помочь повысить эффективность зарядки этой технологии.
Вторая проблема заключается в одновременной передаче большего количества энергии. Технология WPT передает мощность с помощью электромагнитного поля, и за заданный период времени можно передавать больше энергии с использованием более высоких электромагнитных частот. Однако для этого требуется аппаратное обеспечение, способное управлять передачей мощности на исключительно высоких скоростях.
В то время как существующие драйверы затвора имеют задержку около 100 наносекунд, Hui разработала драйвер с задержкой всего 6 нс. Новый драйвер затвора, разработанный совместно с коллегой Хуэя Ченг Чжаном из Манчестерского университета, также обеспечивает плавное переключение. Это метод, который снижает коммутационные потери и нагрузку на силовые ключи, позволяя использовать драйвер затвора на гораздо более высоких частотах. В настоящее время большинство инверторов мощности WPT работают на частоте менее 1 мегагерца, но недавнее изобретение команды может работать на частоте до десятков мегагерц.
В своей статье исследователи выделяют еще один ключевой способ оптимизации технологии WPT. Они призывают производителей передатчиков использовать технологию отслеживания эффективности, которая может помочь оптимизировать процесс зарядки. Один метод, недавно разработанный группой Хуэя, позволяет управлять передатчиками так, чтобы они динамически следовали рабочей точке максимальной эффективности системы WPT по мере зарядки аккумулятора. В результате эффективность системы WPT оптимизирована для всего процесса зарядки.
Вместе эти новые технологии могут открыть новую эру для технологии WPT. В настоящее время существуют стандарты для зарядки небольших устройств, таких как мобильные телефоны, которым требуется 15 Вт или меньше, и разрабатываются планы по созданию стандартов для устройств средней мощности, которым требуется около 200 Вт, таких как портативные инструменты, электрические велосипеды и электромобили. ноутбуки.
Но еще предстоит заложить основу для более крупной и энергоемкой электроники, и Хуэй и его коллеги планируют двигаться вперед.
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК
Бесплатная служба распространения новостей для научных организаций и стартапов
hello@technovery.com