Беспроводная перезарядка: наступает совершенно беспроводное будущее

Хотя дни проводных настенных телефонов заканчиваются, и беспроводные интернет-соединения распространены дома и в дороге, люди все еще зависят от шнуров для зарядки своих мобильных устройств. Мое исследование, а также исследования других в этой области, направлены на то, чтобы отсоединить шнуры питания путем подзарядки аккумуляторов по беспроводной сети.

Первопроходец-электротехник Никола Тесла впервые вообразил передачу электроэнергии по воздуху без проводов в 1890-х годах. Принцип аналогичен тому, как радиосигнал поступает от радиостанции к вашему приемнику - электричество преобразуется в электромагнитные волны, которые по прибытии в пункт назначения преобразуются обратно в электрические сигналы. Однако беспроводная система зарядки должна передавать и получать гораздо больше энергии, чем радиосигнал.

На сегодняшний день основной проблемой является то, как мало энергии может пересекать даже короткие расстояния в несколько сантиметров между передатчиком и приемником. Доступные в продаже беспроводные зарядные устройства требуют от пользователей размещать свои телефоны непосредственно на зарядной площадке; их поднятие, как при ответе на телефонный звонок, останавливает зарядку. В то время как исследователи и инженеры отрасли разрабатывают планы передачи электроэнергии на большие расстояния, пока еще невозможно перезарядить электромобиль, просто поставив его над зарядной площадкой на асфальте в зоне отдыха на шоссе или в домашнем гараже.

Дальнейший прогресс может быть значительным: подумайте о пациенте, которому никогда не нужно было заменять батарею кардиостимулятора, или о дорожной системе, которая может заряжать электромобили во время движения. Детекторы дыма могут больше никогда не нуждаться в замене батарей; установить новую лампу в доме можно так же просто, как повесить фотографию - и поиск ближайшей электрической розетки больше не будет проблемой.

Правильное выравнивание

Соединение между передатчиком энергии и приемником имеет решающее значение для того, сколько электричества может перейти от одного к другому. В идеале - и наиболее эффективно - частота, на которой передается мощность, соответствует естественной резонансной частоте приемника. Это похоже на то, как грузовики проезжают мимо вашего дома: некоторые из них вибрируют с нужной частотой, чтобы стучать в ваши окна, но другие грузовики скользят мимо с едва слышным звуком.

Для беспроводной зарядки ключевой проблемой является обеспечение правильного расположения передатчика и приемника. В противном случае их частоты могут не совпадать точно, что приведет к значительному снижению количества передаваемой энергии - или даже к нулю.

Наша исследовательская группа работает над разработкой электронных компонентов зарядных устройств, которые можно настраивать - например, настраивать радио - до совпадения резонансных частот. Системы, которые могут быть настроены - или, что еще лучше, могут самостоятельно замечать, когда передатчики и приемники не точно выровнены, и настраиваются автоматически - будут намного эффективнее.

Например, если электрический автомобиль припаркован на верхней части зарядного устройства, в идеале, приемник и передатчик энергии должны быть идеально выровнены, чтобы иметь резонанс на той же частоте. Если водитель припаркован под углом, или слишком далеко вперед или назад, передача будет не такой эффективной. В этом случае устройство чувствует, что мощность не передается так, как ожидалось, и может регулировать компоненты, чтобы изменять частоту передачи для лучшей работы.

Наша работа согласуется с другими исследованиями в других университетах, в которых разрабатываются аккумуляторы с быстрой зарядкой и управляющая электроника высокой мощности для повышения эффективности и плотности мощности для быстрой зарядки. Потребуется время, чтобы вся эта работа принесла свои плоды и принесет ее на коммерческие рынки, но грядет по-настоящему беспроводное будущее.

Эта статья была первоначально опубликована на разговор Шашанк Прия. Прочитайте оригинальную статью здесь.