Беспроводная мощность: от смартфонов к EV — путь вперед

Сегодняшний мир все больше питается беспроводными интерфейсами — от наушников и индукционных плит к бурно растущей области зарядки электромобилей. Вопрос остается: сможем ли мы в конечном счете питать машину без кабеля или доставлять сетевое электричество к удаленным сайтам без ЛЭП и траншей?

Беспроводная доставка мощности делится на две широкие категории. Первая опирается на тесную связку между передатчиком и приемником, создавая электрическое или магнитное поле, что шаттлит энергию прямо через короткий зазор. Многие бытовые приборы — индукционные плиты, зубные щетки и большинство телефонных зарядок — используют этот принцип для индуцирования тока в ближайшей приемной катушке.

Вторая категория, излучательная связку, направляет луч энергии — часто высокочастотные радиоволны — к приемнику, настроенному на сбор максимально возможной этой мощности.

Выравнивание между отправителем и получателем критично для эффективного передачи энергии. (Изображение: Molex Ventures)

Эффективность и дальность передачи — ключевые метрики для обоих подходов. Тесная связка требует точного выравнивания; например, сковорода на индукционной плите прекращает нагрев сразу, когда она сходит с центра магнитного кольца. Смартфоны используют встроенные магниты для удержания телефона идеально по центру зарядной площадки, небольшое но существенное инженерное усилие, драматически улучшающее время зарядки.

В большем масштабе беспроводная зарядка для электромобилей сталкивается с похожими проблемами выравнивания. Недавний опрос Molex обнаружил, что 36% автоисполнительных ожидают беспроводную зарядку как стандартную фичу к 2030 году. В то время как телефонные зарядки обычно работают на десятках ватт, EV требуют 50 кВт до 250 кВт для конкурентного дальнего пути с двигателями внутреннего сгорания. Даже несколько процентов невыравнивания могут перевестись в сотни ватт потерянного тепла на интерфейсе.

Концепт беспроводных зарядных полос для электромобилей? (Изображение: Molex Ventures)

Стандарт SAE International J2954_202010 решает многие из этих проблем, определяя интероперабельность, электромагнитную совместимость, лимиты EMF, производительность, безопасность и тестирование для стационарной EV зарядки. Спецификация сейчас покрывает надземные подушки и еще не адресует flush-mounted установки, но устанавливает фреймворк для будущих динамических сценариев зарядки.

Стандарт также описывает протокол выравнивания, помогающий водителям выстраивать свои автомобили с зарядными подушками — и устанавливает сцену для автономного выравнивания в будущем. Тем не менее, технология потребует надежной инженерии и дисциплинированных пользовательских привычек для совпадения удобства подключения машины к традиционной зарядной станции.

Беспроводная зарядка внутри автомобиля иллюстрирует текущие ограничения: телефон должен быть помещен в конкретное место для достижения оптимального выравнивания катушки. Даже самые передовые потребительские зарядки все еще эффективно привязаны к фиксированной локации.

Различные формы зарядных подушек: стеллаж, подушка, держатель стакана (Изображение: Molex Ventures)

Современные смартфоны используют мощные магниты для упрощения выравнивания, но опыт остается ограниченным определенной точкой. Более плавный пользовательский опыт позволил бы устройствам заряжаться где угодно в определенном объеме, без точной связки. Ossia, стартап, финансируемый Molex Ventures, преследует именно это видение, используя MIMO-стиль антенные массивы для лучевой подачи мощности даже когда приемник не в прямой линии видимости.

Система Ossia излучает регулярный сигнал от своей антенны для синхронизации с ближайшими устройствами. Каждый приемник вещает маяк, репортящий его присутствие и потребность в мощности. Передатчик измеряет фазу каждого маяка и использует эту информацию для наведения когерентного энергетического луча к устройству. С множественными антеннами передатчик может разрешать фазовые различия на каждом элементе, позволяя высокоточному beamforming, который может даже отражаться от стен для достижения приемника.

Устройство с приемником мощности Ossia Cota посылает маяк для локализации передатчика, который затем доставляет мощность по тому же пути. (Изображение: Molex Ventures)

Передатчик может поддерживать множественные устройства одновременно. Каждый приемник посылает маяк запроса мощности, и передатчик аллоцирует импульсы мощности пропорционально этим запросам, обеспечивая эффективное распределение в объеме.

Доставляя мощность через луч вместо жесткой катушки, этот подход переопределяет то, что мы считаем «беспроводной зарядкой». Потолковые дымосигнализаторы могут работать бесконечно, и робот-пылесосы могут работать без дока. Парадигмальный сдвиг движется от зарядки к доставке мощности, разблокируя новые возможности для повсеместной, необезжиженной энергии.

Так же как смартфоны освободили нас от проводных стационарных телефонов, истинная объемная беспроводная система мощности могла бы трансформировать повседневные привычки. Ключ к реализации этого видения лежит в продвижении сенсоров выравнивания, термического управления и высокоэффективного beamforming — полях, где экспертиза и сфокусированные исследования могут ускорить прогресс к все более связанному, необезжиженному миру.

>> Эта статья была первоначально опубликована на нашем партнерском сайте EE Times Europe.

---

Lily Yeung — директор корпоративного развития в Molex, LLC и вице-президент Molex Ventures, LLC, дочерней компании Molex. Сочетая экспертизу в финансах, исследовании и анализе и الناشих технологиях, Lily теперь служит на передовой, поощряя инновации в Molex и внутри электроиндустрии. Она отвечает за продвижение предпринимательской экосистемы прямым работой с forward-thinking стартапами, инкубаторами, ангельскими группами, венчурными капиталами и корпоративными венчурными группами. Делая стратегические акционерные инвестиции в обещающие ранние-стадии компании, Molex Ventures питает стартапы с наибольшим потенциалом для позитивного влияния на индустрии и общество.

---

Связанные материалы:

• Разрешение in-vehicle беспроводных мощностных дизайнерских вызовов
• Понимание основ беспроводной зарядки
• Разрешение беспроводной зарядки
• Дроны продолжают двигаться на беспроводных зарядках решениях
• 10 ключевых трендов в беспроводной технологии
• Новейшие решения улучшают электромобильное управление мощностью

Для большего Embedded, подпишитесь на еженедельную email рассылку Embedded.