“من TWS إلى مواقد الحث ، اعتدنا على توصيل الطاقة عبر الواجهات اللاسلكية ، ولكن إلى أي مدى يمكن أن تذهب هذه التكنولوجيا؟ هل يمكننا شحن سيارة دون توصيلها ، أو نقل الشبكة إلى مناطق نائية بدون برج.
“
من TWS إلى مواقد الحث ، اعتدنا على توصيل الطاقة عبر الواجهات اللاسلكية ، ولكن إلى أي مدى يمكن أن تذهب هذه التكنولوجيا؟ هل يمكننا شحن سيارة دون توصيلها ، أو نقل الشبكة إلى مناطق نائية بدون برج.
هناك نوعان رئيسيان من إمدادات الطاقة اللاسلكية. الأول ينطوي على الربط الوثيق بين المرسل والمستقبل عن طريق إنشاء مجال كهربائي أو مغناطيسي بينهما ، ثم استخدامه لنقل الطاقة من جانب إلى آخر. تستخدم بعض مخططات نقل الطاقة المترابطة بإحكام مجالًا كهربائيًا لربط القطبين. تولد المنتجات الأخرى مثل مواقد الحث ، وفرشاة الأسنان الكهربائية ، وشواحن الهواتف اللاسلكية مجالًا كهرومغناطيسيًا في جهاز الإرسال ، والذي يستخدم بعد ذلك لتحفيز تيار في جهاز استقبال قريب لشحن البطارية.
الطريقة الرئيسية الثانية ، الاقتران الإشعاعي ، تتضمن توجيه حزمة من الطاقة (عادة في شكل موجات راديو عالية التردد) إلى جهاز استقبال يتم ضبطه بشكل كبير لالتقاط أكبر قدر ممكن من الطاقة.
تعد المحاذاة بين المرسل والمستقبل مهمة جدًا لكفاءة نقل الطاقة. الصورة: Molex Ventures
كل طريقة لها مزاياها وقيودها ، حيث تعتبر كفاءة نقل الطاقة ونطاق النقل أهم ميزتين. بالنسبة للمخططات المترابطة بإحكام ، فإن المحاذاة بين المرسل والمستقبل مهمة جدًا لنقل الطاقة بكفاءة. إذا سبق لك استخدام موقد الحث ، فستعرف هذا غريزيًا لأن المقلاة تتوقف عن التسخين بمجرد تحركها بعيدًا عن مركز الحلقة المحددة. قد تلاحظ أيضًا أن أحدث الهواتف الذكية تحتوي على عدد كبير من المغناطيسات المضمنة في الخلف لضمان توافق حامل الشحن اللاسلكي تمامًا مع ملفات استقبال الهاتف. يعد وقت الشحن أمرًا بالغ الأهمية بالنسبة للهاتف ، لذا فإن التأكد من أن الشحن اللاسلكي فعال قدر الإمكان يستحق كل هذا الجهد.
نشهد تحديات مماثلة على نطاق أوسع حيث نعمل على تطوير معيار للشحن اللاسلكي للسيارات الكهربائية. وجد استطلاع أجرته شركة Molex مؤخرًا لشركات السيارات أن 36 بالمائة من المشاركين يعتقدون أن الشحن اللاسلكي سيكون ميزة قياسية بحلول عام 2030. في الهواتف المحمولة ، تُقاس معدلات الشحن بعشرات الواط. ومع ذلك ، تتطلب المركبات الكهربائية (EVs) معدلات شحن تتراوح من 50 كيلو وات إلى 250 كيلو وات لتكون بديلاً لمركبات محركات الاحتراق في الرحلات الطويلة. من المهم ضمان المحاذاة بين ملف الإرسال على الأرض وملف الالتقاط أسفل السيارة. بعد كل شيء ، خسائر الإرسال بسبب عدم المحاذاة ليست سوى نسبة قليلة ، مما قد يعني تبديد مئات واط من الطاقة بسبب الحرارة غير المفيدة في الواجهة بين ملف نقل الشاحن ومستقبل السيارة.
صورة مفهوم نفق الشحن اللاسلكي للمركبة الكهربائية: Molex Ventures
نشرت SAE International معيارًا (J2954_202010) لمعالجة العديد من المشكلات المتعلقة بشحن السيارة لاسلكيًا. يحدد قابلية التشغيل البيني والتوافق الكهرومغناطيسي و EMF والأداء والسلامة ومعايير الاختبار لأنظمة نقل الطاقة اللاسلكية للمركبات الكهربائية الخفيفة. هذه المواصفات مخصصة لتطبيقات الشحن الثابتة ، على الرغم من أنه يمكن النظر في التطبيقات الديناميكية في المستقبل. في شكله الحالي ، يقتصر على منصات الشحن فوق الأرض ولا يشمل الأجهزة المثبتة.
يحدد معيار SAE J2954 أيضًا طريقة محاذاة من شأنها مساعدة السائقين على مواءمة سيارتهم مع لوحة الشحن لضمان نقل الطاقة بكفاءة وتزويد السيارة بالبنية التحتية للقيام بذلك تلقائيًا في المستقبل. لكن التأكد من أن الشحن اللاسلكي سهل وسريع يتطلب استبدال التشغيل البسيط لبندقية التزود بالوقود ، الأمر الذي يتطلب هندسة جيدة والكثير من انضباط المستخدم.
قد يكون الشحن اللاسلكي للهواتف المحمولة في السيارات أفضل مثال حتى الآن على المستقبل غير المؤكد لنقل الطاقة اللاسلكية. استخدم فقط عند وضع الهاتف في مكان محدد لضمان المحاذاة الثابتة بين ملفي جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال.
أشكال مختلفة من وسادات الشحن. من اليسار إلى اليمين: حامل شحن لاسلكي ولوحة شحن لاسلكية وحامل أكواب شحن لاسلكي (رصيد الصورة: Molex Ventures)
مستخدمو الهاتف ليسوا متسامحين ، ولهذا السبب تحتوي أحدث الهواتف الذكية على مغناطيس قوي على ظهر العلبة مما يجعل المحاذاة سريعة. ومع ذلك ، لا يزال هذا الشحن اللاسلكي تجربة مقيدة جزئيًا حيث يتعين عليك الذهاب إلى لوحة الشحن. قد تتضمن تجربة المستخدم الأفضل القدرة على شحن جهاز في أي مكان بحجم معين دون الحاجة إلى اقتران محكم ومحاذاة دقيقة لملف الشحن. تقوم الشركة الناشئة المسماة Ossia ، المدعومة من شركة Molex Ventures ، بذلك باستخدام إستراتيجية مشابهة لمصفوفات هوائي MIMO المستخدمة في أنظمة WiFi و 5G المتقدمة لتوجيه الطاقة حتى عندما لا يكون الجهاز في خط رؤية جهاز الإرسال. تنتقل إلى الجهاز. .
في طريقة Ossia ، يرسل مرسل الطاقة إشارة منتظمة من هوائي لمزامنته مع أي جهاز متوافق قريب. ثم يرسل كل جهاز استقبال إشارة منارة تعلن عن وجوده واحتياجات الطاقة المطلوبة. يقيس مرسل القدرة مرحلة كل إشارة منارة ويستخدم تلك الإشارة لتحديد الاتجاه الذي يجب إرسال الطاقة فيه من أجل نقل الطاقة الأكثر كفاءة.
تعمل هذه الطريقة مع أجهزة الإرسال أحادية الهوائي ، ولكن يمكن لأجهزة إرسال الطاقة ذات الهوائيات المتعددة قياس المراحل المختلفة التي تصل إلى كل منارة لتحديد مسار الإرسال الأكثر كفاءة بشكل أكثر دقة. يمكن لمرسل الطاقة بعد ذلك ضبط المرحلة وخرج الطاقة لكل من الهوائيات الخاصة به لتوجيه حزمة متماسكة من الطاقة نحو المستقبل. ولا يجب أن يكون هذا المسار في خط الرؤية ، فإذا أرسل جهاز يعمل بالطاقة منارة ترتد عن الحائط في طريقه إلى جهاز الإرسال ، فإن هذا المرسل يوجه شعاعته إلى الخلف على نفس المسار.
يرسل الجهاز الممكّن من Ossia Cota Power Receiver إشارة منارة لتحديد موقع جهاز إرسال الطاقة ، والذي يتم تشغيله بعد ذلك لاسلكيًا من خلال نفس المسار. الصورة: Molex Ventures
يمكن أن يدعم جهاز الإرسال أيضًا أجهزة متعددة. يقيس كل مستقبل في المجلد الطاقة التي يحتاجها ويرسل هذه المعلومات كطلب إلى جهاز الإرسال. ثم يقارن جهاز الإرسال جميع الطلبات الواردة من أجهزة الاستقبال التي يخدمها ويخصص نبضات طاقة لاسلكية لكل جهاز استقبال بناءً على احتياجاته.
تعتقد الشركة أن الوعد بهذا النهج هو أنه بمجرد توفير الطاقة بهذه الطريقة ، يمكن إعادة النظر في افتراضات مختلفة حول كيفية تشغيل الأجهزة في البيئة. سيتغير النموذج من الشحن اللاسلكي إلى الطاقة اللاسلكية. على سبيل المثال ، لن تحتاج أجهزة إنذار دخان السقف إلى بطاريات جديدة ، ولن تحتاج المكانس الآلية إلى العودة إلى محطات الإرساء الضخمة لإنجاز المهمة.
تخبرنا الهواتف أنه يمكننا الوصول إلى أي شيء من جهاز محمول يقتصر فقط على الوصول إلى النطاق الترددي والمستوى المناسب لشحن البطارية. يبدو أن نقل الطاقة اللاسلكية طريقة مفيدة لتجنب توصيل الهاتف أو السيارة ، ولكن في النهاية ، لا يزال مرتبطًا بموقع الشاحن. إذا كان بالإمكان تشغيل الأجهزة لاسلكيًا في أي مكان ضمن نطاق محدود ، فقد نشهد تغييرات في فرصنا وسلوكياتنا ، كما فعلنا عند الانتقال من الخطوط الأرضية إلى الهواتف الذكية.
في النهاية ، سيأتي هذا التغيير مع تطوير تقنيات تمكين ، مثل أجهزة الاستشعار لدعم قضايا المحاذاة ، أو حلول الإدارة الحرارية للمساعدة في الشحن عالي الطاقة. وهذا يتطلب خبرة لتوفير طريق إلى عالم متصل بشكل متزايد ولكنه غير مقيد.