Беспроводная зарядка для телефона – история создания и принцип действия
Чаще всего терминология “беспроводная зарядка” или “бесконтактная зарядка” ассоциируется с индуктивной зарядкой. В основе технологии лежит переменное магнитное поле, которое создается при помощи специальной зарядной станции. Стационарное оборудование продуцирует энергию, которая может быть получена устройствами в конструкции, которых предусмотрена индукционная катушка. Это способ бесконтактной подачи энергии на большие дистанции.
Данный принцип в свое время использовал ученый Никола Тесла. Беспроводной способ зарядки использовали разработчики беспроводных зубных щеток, эпиляторов, бритв и других устройств. Но этот метод дает небольшую мощность, он не способен обеспечить быструю передачу энергопотока. Он оправдал свою эффективность в отношении небольших приборов, которые используются лишь по нескольку минут в день. Индуктивный способ зарядки доказал свою эффективность и безопасность. Специальные аппаратные приспособления, которые встраивают в телефон, обеспечивает подзарядку устройства энергией.
История разработки
Беспроводной способ передачи электричества предполагает подачу энергии по электрической цепи без участия токопроводящего элемента. До 2011 года были закреплены первые успешные результаты, при использовании которых был создана первая беспроводная зарядка. В ходе эксперимента ученым удалось осуществить передачу десятков киловатт энергии на микроволновом уровне на дистанцию до одного километра. Показатель КПД составил 40%.
Опыт был проведен в 1975 году в штате Калифорния (Goldstone), второй эксперимент проводился через 22 года на острове Ренюньон (Grand Bassin). Эксперимент был проведен в рамках программы обеспечение населенного пункта без прокладки проводной электросети.
Способы беспроводной подачи электроэнергии индукционный, предполагающий использование малых мощностей на небольших дистанциях; резонансный, он нашел свое применение в чипах RFID, задействуют его и в процессе создания смарт-карт; направленный электромагнитный, обеспечивает передачу тока на большие дистанции и предусмотрен для больших мощностей. Его рабочий диапазон – ультрафиолет – СВЧ.
Беспроводная зарядка для телефона и других аналогичных устройств, стала разрабатываться уже после появления и тестирования технологии Qi. Бесконтактное приспособление для зарядки работает в автоматическом режиме. Процесс пополнения энергии начинается сразу поле того, как телефон или планшет попадает на специальную площадку, в диапазоне которой и проходит подача энергии.
Принцип работы
Работают беспроводные зарядки при помощи специальных приспособлений, которые работают от сети. Предусмотрен и другой вариант, когда в конструкции мобильного телефона или другого гаджета, предусмотрен встроенный аккумулятор. Благодаря такой комплектации устройство можно использовать в качестве внешней дополнительной батареи Power bank.
Наиболее востребованное сегодня беспроводное зарядное устройство – беспроводная подставка с функцией пополнения запасов энергии. Это приспособление разработано специально для iPhone. Современные гаджеты поддерживают стандарт Qi. Поставляются на современный рынок также беспроводные зарядные устройства для Samsung, Sony и для других смартфонов, которые совместимы с Qi.
Беспроводное зарядное устройство видео-обзор которого представлен на специализированных ресурсах, адаптировано для смартфонов Nokia и других гаджетов, которые не поддерживают Qi. Оно представляет собой чехол-ресивер с функцией зарядки. Встроенное беспроводное зарядное устройство для телефона в смартфоне Nokia Lumia 920 вывело данный бренд на новый уровень. Производитель Nokia надеется, что инновация позволит привлечь больше клиентов. Менеджеры компании полагают, что часть тех пользователей, что предпочитают сегодня продукцию Apple, перейдут в ряды покупателей Nokia Lumia. Компания Nokia признает фирменный стандарт QI от Консорциума беспроводного питания.
Еще раньше технология была признана такими мировыми производителями, как Samsung, Sony, HTC. В переводе с китайского “QI” ( ци) значит “поток энергии”. Стандарт предусматривает снабжение устройств потоком энергии посредством применения магнитной индукции.
Безопасность данного метода заключается в том, что тут исключен риск замыкания провода при случайном попадании воды.
Что собой представляет беспроводное зарядное устройство для телефона?
По представлению многих пользователей беспроводные зарядные устройства для телефонов это аппараты, что работают по аналогии Wi-Fi. На самом деле беспроводное мобильное зарядное устройство работает по магнитно-индукционному принципу. В конструкции зарядных аппаратов предусмотрена электромагнитная катушка, генерирующая поле. Кода телефон ставится на поверхность этого приспособления, процесс подачи энергии активизируется. Не стоит путать беспроводные зарядные устройства для телефонов с зарядным кабелем для Mac-устройств. В проводах для подзарядки Mac также используют магниты, но передача тока производится по принципу проводимости, а не с помощью силы магнитной индукции.
Скорость заряжания телефонов
Объем заряда батареи смартфона исчисляют в миллиампер-часах. Используя среднюю по мощности зарядку можно определить численность единиц напряжения, силу ампеража, которые поступают с постоянным током. В среднем 1 А номинального тока с напряжением в 5 В напряжения получает батарея от стандартного проволочного устройства. Такого заряда хватает где-то на 3, 5 часа. Беспроводное зарядное устройство для мобильных телефонов поддерживает те же показатели напряжения, но снижает ампераж до 0, 65 А. Из-за этого аккумулятор заряжается дольше, в среднем на 30-40 минут.
Недостатки технологии
Какие недостатки беспроводной зарядки Короткий радиус. Качество зарядки зависит от мощности магнитного поля. Чем сильнее поле, тем мощнее поток энергии. Но для передачи заряда предусмотрен короткий радиус действия.
Скорость и эффективность подачи заряда
Бесконтактный способ не дает той скорости и результативности, что способен обеспечить контактный физический способ подключения. Габариты. Любой зарядный аппарат, пусть и самый маленький, значительно увеличивает объем и вес устройства. Когда размер катушки для планшета или смартфона удастся уменьшить в десятки раз, то проблема исчезнет. Беспроводные зарядные устройства в будущем
Когда разработчикам удастся сократить размер катушки, также повысить эффективность беспроводной зарядки, то это буде значительным прорывом. Первым, претендентом, который способен улучшить эти показатели является Apple. Компания уже запатентовала аппарат, который способен передавать поток энергии на метровую дистанцию. Сотрудники беспроводного Консорциума питания также постоянно совершенствуют свои результаты, стремлясь к лидерству на рынке.
Третий претендент – разработчик Intel, который развивает интегрированную технологию магнитных устройств. Зарядный аппарат планируют встроить в ноутбук, оно будет раздавать потоки энергии всем приближенным периферийным устройствам.
Беспроводная зарядка – перспективное аппаратное приспособление, у которого есть потенциал и будущее. Понимая преимущества данного способа передачи энергии, все больше разработчиков стремится создать инновационное зарядное устройство для смартфонов, которое сделает жизнь человека проще и приятней.
Зарядка смартфонов: история, факты, мифы
Сегодня рядовой смартфон щеголяет фантастическими возможностями. Расстраивает лишь одно — аккумулятор, которого едва хватает на день активной работы! В этом посте мы расскажем о том, как и почему эволюционировали источники питания в мобильных телефонах и что представляют собой технологии быстрой зарядки аккумуляторов. А заодно развеем несколько застарелых мифах о «правильном» обращении с батареями.
Привет, Хабр! Мы Anker, и это наш первый, но далеко не последний пост в хабраблоге. Если кто-то ещё не знает, Anker — крупнейший в мире производитель зарядных устройств для мобильной техники для продажи в ритейле, основанный бывшим инженером Google Стивеном Янгом. Однако одними зарядками наше портфолио не ограничивается. Под маркой Anker выпускаются разнообразные USB-кабели и пауэрбанки, наушники и портативные колонки, USB-хабы, док-станции и даже роботы-пылесосы! Причем всё это наши собственные разработки. Мы не занимаемся перемаркировкой чужих продуктов. В штате Anker состоят сотни инженеров, занятых реальными исследованиями, разработкой и испытаниями новых продуктов.
В этом блоге мы будем рассказывать о технологиях через призму нашей специализации, поделимся знаниями и инсайдами от международной команды Anker. Гарантируем, что никакой навязчивой рекламы и маркетинговых заявлений вы здесь не встретите. А прямо сейчас мы совершим маленький экскурс в историю зарядки мобильных телефонов (наша любимая тема). Как заряжались первые мобильники, как работают технологии быстрой зарядки и почему мифы об аккумуляторах давно пора забыть — рассказываем здесь и сейчас.
Батареи в телефонах позавчера, вчера и сегодня
История батарей для телефонов начинается в далеких 1940-х годах, когда в автомобилях полиции города Сент-Луис, шт. Миссури, появились радиотелефоны. Они питались от автомобильного аккумулятора, одного полного заряда которого хватало примерно на шесть коротких звонков. Заряжался автомобильный аккумулятор от включенного мотора автомобиля. Несколько десятилетий мобильные телефоны оставались дорогим аксессуаром премиальных автомобилей бизнес-класса — электроника той эпохи была настолько требовательна к силе тока, что ни один из компактных аккумуляторов не мог её запитать.
Первый автомобильный радиотелефон 1946 года выпуска. С одной стороны, прогрессивные беспроводные технологии. С другой, дисковой набор номера. Источник: Daderot / Wikipedia
Так продолжалось до 1973 года, когда появился первый по-настоящему портативный сотовый телефон Motorola, получивший впоследствии имя DynaTAC 8000X (вышел в продажу только в 1983 году). Телефон довольствовался никель-кадмиевым аккумулятором из шести ячеек общей ёмкостью 500 мА·ч. Одного заряда хватало на 30-40 минут разговора (в зависимости от силы сигнала с базовой станции).
Зарядное устройство для DynaTAC 8000X имело функцию капельной подзарядки — это питание уже заряженной батареи низкими токами для компенсации её саморазряда, чем очень грешат никель-кадмиевые батареи. На восстановление заряда телефона с нуля требовалось 10 часов. Для самых торопливых бизнесменов Motorola предлагала особую быструю зарядку — док-станцию массой 2 кг, которая могла зарядить аккумулятор DynaTAC 8000X всего за час! При этом телефон почти не нагревался, а батарея не деградировала. Фактически быстрая зарядка телефонов появилась не «вчера», а 37 лет назад.
Первый портативный телефон Motorola DynaTAC 8000X и опциональная 2-килограммовая быстрая зарядка для него. Источник: Redrum0486 / Wikipedia, Redfield-1982 / DeviantArt
Пока в первой половине 1990-х мобильники осваивали новые компактные никель-металлогидридные батареи, на рынке аккумуляторов незаметно произошла настоящая революция: в 1991 году Sony выпустила первую литий-ионную батарею, шедшую в комплекте с пленочной видеокамерой CCD-TR1. Литий-ионные аккумуляторы превосходили предшественников по сроку жизни и энергетической плотности. Помимо этого, в них отсутствовал «эффект памяти», что наконец дало покупателям портативной электроники возможность по-новому заряжать свою технику — не дожидаясь полной разрядки батареи и не заряжая её до конца.
С приходом литий-ионных аккумуляторов время работы телефонов в режиме ожидания возросло до дней и даже недель против одного-двух дней ранее. Эпоха «прожорливых» карманных персональных компьютеров (КПК) и тем более смартфонов ещё не пришла, поэтому подзарядка телефона раз в неделю была обычным делом — необходимости в «быстрой» зарядке просто не было. Но прогресс не стоял на месте, и в конце 1990-х годов в продажу поступили литий-полимерные аккумуляторы. Первым телефоном с литий-полимерной батареей стал легендарный Ericsson T28 1999 года выпуска.
Ericsson T28 впечатлял своей «худобой» — всего 15,2 мм в толщину, что по тем временам было очень мало. Благодарить за это стоило новый литий-полимерный аккумулятор. Источник: Holger.Ellgaard / Wikipedia
Это был не новый тип батарей, а лишь небольшой апгрейд литий-ионных ячеек: жидкий электролит в них заменили на твёрдый или гелеобразный, что увеличило энергетическую плотность. Но повышенная энергоплотность дала возможность делать более тонкие аккумуляторы с прежней ёмкостью. Или более ёмкие в прежних размерах. Ёмкость батарей заметно увеличилась, а вот скорость их зарядки не изменилась. В комплекте со смартфонами чаще всего шли максимально дешёвые ЗУ с выходной мощностью около 5 Вт, которым требовалось до трёх часов на восполнение заряда ёмкого аккумулятора. Даже если пользователи покупали адаптеры с мощностью 10 Вт, контроллер питания смартфонов не всегда соглашался подавать на батарею такую мощность, оставаясь верным безопасному профилю 5 В / 1 А. Необходимость заряжать смартфон в течение мучительно долгих нескольких часов заставила шестерёнки прогресса шевелиться — в начале 2010-х годов производители мобильных устройств активно искали способы быстрой подзарядки аккумуляторов. И таки нашли.
Быстрая зарядка: будущее, которое наступило
В конце ХХ века на зарядку телефона в среднем уходило полтора-два часа, но мобильные телефоны работали на одном заряде по несколько дней. Смартфон с огромной для начала 2010-х годов ёмкостью батареи 2000 мА·ч мог быть посажен «в ноль» меньше чем за день — спасибо требовательным играм, потоковому видео и быстрому мобильному интернету.
Так называемая «медленная» зарядка через USB по стандарту USB Battery Charging допускает повышение силы тока зарядного устройства до 2 А при напряжении 5 В, но даже два часа на подзарядку большого смартфона — это слишком долго.
Пожалуй, самый знаменитый блок питания для смартфонов — 5-ваттный зарядник из комплекта iPhone. Из-за малой мощности и проистекающей из этого бесполезности ЗУ со временем перешло в разряд «электронного мусора». В итоге Apple убрала его из комплекта iPhone и Apple Watch. Источник: Apple
В 2012 году был принят стандарт USB Power Delivery, который регламентировал передачу через интерфейс USB напряжения до 20 В и токов до 5 А. Правда, для высоких мощностей требуются высококачественные сертифицированные кабели. На основе спецификаций Power Delivery производители чипов принялись разрабатывать собственные решения для быстрой зарядки смартфонов. Раньше всех это удалось сделать телекоммуникационному гиганту Qualcomm, чей протокол Quick Charge 2.0 стал усовершенствованной версией Power Delivery — в отличие от родительского стандарта, Quick Charge 2.0 работал с любыми кабелями и разъемами Micro-USB 2.0.
Принцип работы Quick Charge 2.0 заключался в поэтапной подаче на аккумулятор повышенного вплоть до 12 В напряжения при постоянном токе до тех пор, пока не зарядится примерно половина батареи. После этого напряжение спадает и скорость зарядки уменьшается, что снижает перегрев смартфона и аккумулятора вместе с ним.
Сейчас актуальна уже пятая версия Quick Charge: Qualcomm обещает зарядить смартфон до 50% за 5 минут и до 100% за 15 минут. Всё потому, что Quick Charge 5.0 предусматривает передачу мощности на смартфон вплоть до 100 Вт. Причём без перегрева аккумулятора — смартфон будет разогреваться не выше чем до 40 °C.
Qualcomm Quick Charge — закрытый лицензируемый стандарт. Он поддерживается только системами-на-чипе Qualcomm Snapdragon, на которых, впрочем, построено порядка 40% современных Android-смартфонов. Также Quick Charge должен поддерживаться зарядным устройством. Добавление Quick Charge в блок питания сказывается на его цене совсем незначительно. Блоки питания с этой технологией обязательно помечаются логотипом с молнией, а сам зарядный порт выделяется цветом.
В Anker PowerPort Speed 5 два разъёма поддерживают Qualcomm Quick Charge — они выделены синим цветом и сопровождаются логотипом технологии (на другом боку ЗУ). Источник: Anker
На основе Quick Charge другими компаниями были разработаны как бы собственные, но полностью совместимые технологии быстрой зарядки: Motorola TurboPower, Xiaomi Mi Fast Charging, Samsung Adaptive Fast Charging, Asus BoostMaster и Vivo Dual-Engine Fast Charging. По сути, они ничем не отличаются от Quick Charge кроме имён, и потому прекрасно работают в паре с блоками питания с поддержкой Quick Charge.
В противовес зарядке повышенным напряжением право на жизнь заслужил и другой подход — зарядка аккумуляторов повышенными токами при обычном напряжении в 5 В. По этому пути, например, пошла китайская BBK Electronics, которой принадлежит бренд OPPO. Технология VOOC (Voltage Open Loop Multi-step Constant-Current Charging) подаёт на смартфон стандартное для USB напряжение 5 В, но с током не менее 4,0 А. Третья версия VOOC принесла поддержку токов до 5,0 А, а четвёртая версия — до 6,0 А. VOOC под другими именами пришла в смартфоны других брендов BBK Electronics: OnePlus Dash Charge, Vivo Super FlashCharge и Realme Dart Charge.
Маленькие зарядные устройства на 5 Вт из комплекта iPhone за ненадобностью часто даже не вынимают из коробки. Anker PowerPort III Nano при схожих размерах заряжает iPhone с максимальной для него мощностью 18 Вт. Источник: Anker
VOOC и её аналоги работают в паре со специальными аккумуляторами, поделенными на секторы. Батарея с поддержкой этой технологии несёт восемь контактных площадок, через которые параллельно ведётся зарядка нескольких секторов одной батареи.
Так как напряжение заряда через VOOC стандартное, телефону нет нужды снижать его для подачи на аккумулятор, а значит контроллер не будет заниматься понижением, выделяя вредное для батареи тепло. То есть с точки зрения здоровья аккумулятора VOOC более безопасна, чем Quick Charge. Ещё одним преимуществом оказалось то, что при использовании смартфона во время зарядки по VOOC он не перегревается. А вот аппараты с Quick Charge до версии 5.0 лучше не использовать во время подзарядки, иначе смартфоны начинают греться и контроллер питания в целях безопасности снижает напряжение и замедляет зарядку.
VOOC выглядел слишком хорошо до тех пор, пока пользователь не узнавал, что для работы технологии необходим специальный кабель с более толстыми жилами для передачи высоких токов и дополнительным сигнальным контактом на коннекторе.
Для работы технологии быстрой зарядки OPPO VOOC и её аналогов необходим вот такой нестандартный кабель. Кабели со штекером USB-C вместо Micro-USB 2.0 тоже несут дополнительный пин. Источник: AliExpress
Anker PowerIQ — один стандарт, чтоб править всеми
Как вы понимаете, комплектные зарядные устройства к смартфонам всегда поддерживают одну технологию быстрой зарядки (ну, и её «копии»). Если вы являетесь счастливым обладателем гаджетов от разных компаний, например, Apple iPad Pro с Power Delivery, Samsung GALAXY S9 с Adaptive Fast Charging, то зарядка от одного гаджета будет заряжать другой гаджет в медленном режиме.
Для «зоопарка» устройств от разных брендов полезно купить один универсальный адаптер с несколькими выходами для одновременной зарядки всех гаджетов — такой, чтобы зарядное устройство понимало, с каким стандартом быстрой зарядки работает подключенный гаджет, и начинало зарядку согласно этому стандарту.
А вот вам памятка. В этой таблице собраны спецификации самых популярных технологий быстрой зарядки смартфонов в сравнении со всеми версиями USB. Источник: Anker
Во всех зарядках Anker за это отвечает технология Anker PowerIQ. Например, Anker PowerPort Atom III имеет выходы USB-C и USB-A, каждый из которых отмечен значком PowerIQ 3.0 и PowerIQ 2.0 соответственно. К этим выходам можно подключать смартфоны, планшеты и даже ноутбуки с поддержкой USB Power Delivery, Qualcomm Quick Charge и их аналогами — во всех случаях адаптер выберет максимально допустимый режим питания, будь то 5 В / 2,4 А, 9 В / 2 А или даже 12 В / 1,5 А.
Незаменимым помощником в таком случае может стать Anker Powerport III Nano 20W. Это самое тонкое и лёгкое зарядное устройство в линейке Anker. Новинка подойдёт практически к любому устройству Apple и Android и избавит от необходимости иметь персональное ЗУ для каждого гаджета. Оно оснащено одним единственным портом USB-C, способным выдавать до 20 Вт энергии с использованием стандарта Power Delivery. Инженеры Anker Innovations уместили 20Вт в адаптер размером 2,74 х 3,00 см, что сопоставимо с размером 5 рублевой монеты.
В каждом зарядном устройстве Anker с технологией PowerIQ есть чип, который связывается с подключенным гаджетом и выбирает наиболее эффективный для него протокол питания. Например, PowerIQ 3.0 работает с Power Delivery, Quick Charge и Apple Fast Charging. При подключении смартфона чип PowerIQ отправляет команды, которыми предлагает смартфону по очереди поддерживаемые протоколы питания. Если смартфон отвечаёт, что может работать с Power Delivery или Quick Charge, зарядное устройство Anker передаёт данные о поддерживаемом выходном напряжении и токе. Смартфон выберет из предложенных оптимальный для себя режим питания и отправит команду об этом в зарядное устройство. После этого ЗУ Anker будет регулировать напряжение в соответствии с выбранным профилем, а смартфон — потреблять ток в соответствии с протоколом.
Anker PowerPort Atom III может зарядить хоть смартфон, хоть ноутбук, причём с максимально возможной для них скоростью. На выход USB-C подаётся 45 Вт, а на USB-A 15 Вт, причём одновременно. Источник: Anker
Несколько мифов о зарядке аккумуляторов
Пользователи смартфонов до сих пор спорят в интернете о вреде быстрой зарядки для аккумуляторов. Одни упирают на то, что любое отклонение от годами проверенного сочетания 5 В / 2 А (10 Вт) вредит батарее, другие приводят результаты исследований, доказывающих, что подача на телефон мощности даже в 30 Вт если и влияет на здоровье аккумулятора, то крайне незначительно. Этот и ещё несколько мифов о зарядке аккумуляторов мы сейчас безжалостно разгромим.
Конечно, высокие токи заряда и разряда не идут батареям на пользу. Но стоит ли опасаться заряжать гаджет таким образом или негативный эффект от этого если и проявится, то ближе к концу жизни самого смартфона? Ежедневная зарядка в самом щадящем режиме (5 В / 1 А) уменьшит ёмкость литий-полимерной батареи примерно на 10-15% за 400 циклов, что соответствует одному-полутора годам использования устройства. По достижению 500 циклов батарею телефона рекомендуется менять, так как по мере старения ёмкость элемента питания падает не линейно, а по экспоненте.
Влияние быстрой зарядки на износ аккумулятора было проверено специалистами SLAC National Accelerator Laboratory (лаборатория при Стэнфордском университете) еще в 2014 году. Результаты исследования показали, что состояние анода и катода не меняется в зависимости от скорости зарядки аккумулятора. В 2020 году сотрудники сайта DDay.it устроили стресс-тест для смартфона OPPO Find X2 Pro с технологией VOOC. В течение полутора месяцев телефон заряжали адаптером мощностью 65 Вт, за время испытания аккумулятор пережил 248 циклов. Для быстрой разрядки в телефоне создавали искусственную предельную нагрузку, от которой устройство нагревалось до вредных 44 °C. В конце эксперимента батарея потеряла порядка 15% ёмкости, хотя изначально предполагалось, что деградация составит до 35%. Если бы не высокие нагрузки и опасная для аккумулятора температура, падение ёмкости было бы ещё меньше.
Удивительно, что даже в 2020 году среди неопытных пользователей смартфонов гуляют застарелые мифы о «правильной» зарядке. Например, некоторые до сих пор после покупки телефона проводят «раскачку» батареи, несколько раз заряжая устройство до конца и разряжая его до нуля, как это рекомендовалось в начале 1990-х для никель-металлогидридных ячеек. Это якобы помогает задействовать всю ёмкость нового аккумулятора, и если этого не сделать, то смартфон, мол, будет разряжаться раньше, чем должен. Кто-то также называет этот процесс «калибровкой контроллера питания».
На самом деле литий-ионным батареям не нужна никакая «тренировка» перед началом использования устройства, несколько циклов полной зарядки и разрядки вообще никак не повлияют на ёмкость батареи и ни на минуту не увеличат возможное время автономной работы. Контроллер прекрасно знает, с какой ёмкостью ему предстоит работать, да к тому же иногда сам, без участия пользователя, проводит калибровку по мере деградации батареи.
Вырезка из инструкции к Motorola StarTAC. В ней ясно прописано, что никель-металлогидридную батарею перед началом использования надо «раскачать». Телефон также комплектовался литий-ионными батареями, но об их «раскачке» в инструкции ни слова
Легенда о важности «раскачки» аккумуляторов до сих пор питает миф об эффекте памяти. Сам по себе эффект памяти, когда ёмкость элемента теряется из-за частых подзарядок не до конца разряженной батареи, действительно существует. Вот только и ранние литий-ионные, и современные литий-полимерные элементы питания этим эффектом практически не обладают (его проявление ничтожно мало). Эффекту памяти подвержены устаревшие никель-кадмиевые и в меньшей степени никель-металлогидридные аккумуляторы, которые не используются в гаджетах с конца 1990-х годов.
Эффект памяти проявляется из-за укрупнения кристаллов рабочего вещества никель-кадмиевого аккумулятора. Чем крупнее кристаллы, тем меньше общая площадь поверхности. Чем меньше площадь, тем меньше ёмкость батареи. В литий-ионных аккумуляторах укрупнения кристаллов не происходит. На схематичном изображении показаны слева здоровый электрод, а справа электрод с выросшими кристаллами. Источник: Anker
Третий миф гласит, что смартфоны нельзя оставлять подключенными к зарядному устройству надолго, например, на ночь — будто бы батарея перезаряжается сверх меры, отчего теряет ёмкость и даже может загореться. В принципе, в начале 1990-х такое мнение ещё имело право на жизнь, но сейчас, в эпоху литий-ионных батарей с контроллерами нет вообще никакой разницы, как долго вы держите смартфон подключенным к розетке. Затем и придуман контроллер питания, чтобы не допускать перезаряда. Когда аккумулятор заряжен, контроллер видит это и переходит в режим сбережения заряда, снижая потребляемый ток до околонулевых значений.
Ёмкость аккумуляторов мобильных телефонов за четверть века выросла в прямом смысле на порядок, как выросли и «аппетиты» гаджетов. Прогресс в области элементов питания движется не так быстро, как в области графических процессоров или памяти, однако нынешние литий-полимерные аккумуляторы — это настоящее чудо, требующее лишь качественного питания.
Чтобы раскрыть потенциал батареи полностью, наслаждаться безопасной и быстрой зарядкой, следует подобрать хорошее зарядное устройство — комплектные адаптеры смартфонов из экономии чаще всего отвечают только минимальным требованиям для зарядки. Вдвойне разумно завести дома многопортовый универсальный зарядный блок, работающий с несколькими протоколами быстрой зарядки и имеющий выходы USB-A и USB-C для самой современной и устаревающей техники.
Технологии беспроводной зарядки.
Часть 1. Теоретические основы и способы аппаратной реализации
Беспроводная зарядка (БЗ), также известная как передача энергии без проводов, это технология, обеспечивающая передачу электромагнитной энергии по воздуху от источника к приемнику без использования проводных соединений. Она применима для самых разнообразных устройств, от маломощной электрической зубной щетки до электромобилей, и обладает несомненным преимуществом в удобстве использования. Сегодня данная технология, ранее бывшая чистой теорией, находит все более широкое применение, воплощаясь в коммерческих продуктах. Особенно успешно ее внедрение идет на рынке портативных устройствмобильных телефонов, планшетов и т. п. В 2014 г. лидеры рынка мобильной техники, такие как Samsung, Apple и Huawei, заявили о выпуске нового поколения устройств со встроенной поддержкой БЗ. Согласно прогнозам IMS Research, количество устройств, обладающих возможностью БЗ, к 2016 г. достигнет 4,5 млн. Другая компания, Pike Research, предсказывает увеличение числа такого рода устройств до 15 млн к 2020 г.
По сравнению с традиционным (проводным) способом зарядки БЗ обладает рядом преимуществ:
- Удобство для пользователей, которые будут избавлены от множества зарядных кабелей для различных устройств. Если производители придут к общему знаменателю, использование одинаковых зарядных устройств для продукции различных брэндов позволит избавиться от путаницы проводов.
- Уменьшение размера устройств путем использования менее емких аккумуляторов или даже, возможно, полного отказа от них.
- Повышение защищенности устройств (например, пыле- и влагонепроницаемость) при полном отказе от использования проводов как для зарядки, так и для передачи данных.
- Расширение возможности применения устройств, особенно в тех случаях, когда использование проводов или замена батарей являются крайне нежелательными или даже неприменимыминапример в имплантатах.
- Возможность обеспечить зарядку по требованию, что позволит избежать перезарядки аккумуляторов и уменьшить расходы на электричество.
Однако использование БЗ, как правило, имеет более высокую стоимость реализации по сравнению с традиционным способом: вместо зарядного шнура требуется установить беспроводное зарядное устройство, а в мобильный гаджет должен быть встроен приемник передаваемой энергии. Кроме того, устройства БЗ характеризуются повышенным тепловыделением при работе, что требует использования более качественных материалов.
Разработка технологий БЗ идет по двум основным направлениям. В первом случае используется энергия электромагнитного излучения радиочастотного или даже микроволнового диапазона. По соображениям безопасности такой способ может быть использован только для маломощных устройств. Так, например, всенаправленное радиочастотное излучение подходит только для приложений с узлами датчиков, потребляющих мощность до 10 мВт.
Альтернативный путьиспользование для передачи энергии магнитного поля, генерируемого катушкой-излучателем и улавливаемого катушкой-приемником. Поскольку затухание магнитного поля гораздо сильнее, чем электрического, данный способ применим только для зарядки на небольшом расстоянии. Но данный способ зарядки безопасен, что позволяет широко использовать его для самых разнообразных устройствот зубных щеток до автомобилей.
Настоящее исследование фокусируется на стратегиях беспроводной зарядки в сетях связи с возможностью беспроводного получения энергии, также называемых беспроводными сетями связи (WPCN).
История и коммерциализация
На рис. 1 показана краткая история и основные этапы развития технологии БЗ.
Рис. 1. Краткая история развития беспроводной передачи энергии
Теоретические основы
Изучение электромагнетизма началось в 1819 г., когда Х. С. Эрстед (H. C. Oersted) обнаружил связь электрического тока и магнитного поля. Вскоре были открыты законы Ампера, Био-Савара и Фарадея, описывающие основные свойства электромагнитного поля. Затем, в 1864 г., последовало открытие уравнений, характеризующих процесс возникновения и взаимодействия электрического и магнитного полей. Позднее, в 1873 г., публикация книги Дж. К. Максвелла (J. C. Maxwell) Трактат об электричестве и магнетизме объединила изучение электричества и магнетизма, связав их в электромагнитном поле — среде, в которой происходит распространение электрических и магнитных воздействий.. Этот исторический прогресс установил современную теоретическую основу электромагнетизма.
Технические прорывы и исследовательские проекты
История стала свидетелем серии важных технических прорывов, объединенных двумя основными направлениями исследований в области электрического и магнитного поля. В 1888 г. Х. Р. Герц (H. R. Herts) для передачи электричества через крошечный зазор использовал осциллятор, соединенный с индукционными катушками. Это впервые экспериментально подтвердило существование электромагнитного излучения. Никола Тесла, создатель электрооборудования, работаюшего на переменном токе, провел первые эксперименты по беспроводной передаче энергии на основе микроволнового излучения. Он сосредоточил усилия на изучении возможности передачи беспроводной энергии на большие расстояния, и в 1896 г. ему удалось передать сигналы на расстояние около 48 км при помощи микроволнового излучения. Еще один крупный прорыв был достигнут в 1899 г.: электроэнергия высокой частоты с напряжением 10 МВ была передана на расстояние около 40 км (25 миль), что позволило зажечь 200 ламп накаливания и запустить электродвигатель. Однако технология, которую применял Тесла, не получила развития, поскольку использование таких высоких напряжений могло бы привести к катастрофическим последствиям для людей и электрооборудования в окрестностях. Примерно в тот же период он представил свою знаменитую катушку Теслы (рис. 2а). В 1901 г. он построил башню Ворденклифф (Wardenclyffe Tower) для передачи электрической энергии без проводов через ионосферу (рис. 2б). Однако из-за ограничения технологии (например, низкой эффективности системы из-за необходимости генерации электрического поля гигантских размеров) идея также не получила дальнейшего развития и не имела коммерческого успеха.
Позднее, в 1920-1930-х годах, были изобретены магнетроны для преобразования электричества в микроволны, что сделало возможной передачу энергии на большие расстояния без использования проводов. Однако способ эффективно конвертировать микроволновое излучение обратно в электричество не был найден, и развитие технологий БЗ приостановилось.
Так продолжалось до 1964 г., когда В. К. Браун (W. C. Brown), считающийся главным инженером практической беспроводной зарядки, изобрел устройство, названное ректенна, которое предназначалось для преобразования микроволн в электричество. Браун доказал практичность передачи микроволновой энергии, продемонстрировав модель вертолета, получающего всю необходимую ему энергию от микроволнового луча (рис. 2в). Это послужило стартом для исследований возможности конструирования самолетов, работающих от микроволнового излучения, которые проводились в 1980-1990-х годах в Японии и Канаде. В 1975 г. Браун передал 30 кВт на расстояние 1 мили с эффективностью преобразования 84%, используя комплекс дальней космической связи обсерватории Голдстоун (Goldstone Deep Space Communications Complex, рис. 2г).
Рис. 2. Беспроводные системы передачи энергии:
а) катушка Теслы;
б) башня Ворденклифф;
в) вертолет, работающий на беспроводном электричестве;
г) обсерватория Голдстоун;
д) система Witricity;
е) приемник и передатчик Powercaster;
ж) зарядные панели Qi;
з) системы MIMO
Спутник солнечной энергии (SPS), концепция которого была предложена в 1968 г.,это еще один пример возможного использования СВЧ для передачи энергии на большие расстояния. В основе идеи лежит размещение большого SPS на геостационарной орбите Земли для сбора энергии Солнца и ее передачи на Землю посредством электромагнитного излучения. Широкие исследования по передаче энергии с помощью микроволн проводились НАСА в течение 1970-1980-х годов.
В этот же период времени шел постепенный прогресс технологии БЗ с помощью магнитного поля. Крупных прорывов на этом направлении не было, хотя стоит отметить, что устройства с индуктивной связью уже в 1960-х годах широко использовались в маломощных медицинских устройствах.
Коммерциализация
Недавний всплеск интереса к исследованиям в области БЗ в первую очередь был вызван стремительным ростом рынка портативных электронных устройств. Коммерческие продукты, использующие БЗ, стали появляться в 1990-х годах. Это касалось как устройств ближнего действия (индуктивных), так и дальнего (микроволновых)прогресс шел в обоих направлениях. В 2007 г. коллективом из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology, MIT) была разработана технология Witricity (рис. 2д). В ходе экспериментов было показано, что БЗ среднего радиуса действия может быть не только практична, но и эффективна. На коммерческом рынке появились первые устройства БЗтакие как Cota system, PRIMOVE и беспроводная перезаряжаемая система Powercast (рис. 2е).
Совсем недавно для разработки международных стандартов БЗ были созданы различные консорциумы, например Консорциум беспроводной энергии (Wireless Power Consortium, WPC), Alliance Power Matters Alliance (PMA) и Alliance for Wireless Power (A4WP). В настоящее время эти стандарты были приняты и воплощены во многих электронных продуктах, доступных на рынке, таких как смартфоны и БЗ, показанные на рис. 2ж. Конец 2014 г. ознаменовался впечатляющим технологическим прорывомпоявлением Magnetic MIMO (MagMIMO). Устройства, использующие данную технологию (рис. 2з), формируют поле беспроводной зарядки при помощи многоантенных излучателей магнитных волн. Эта технология стала основой для исследований в области формирования излучателей магнитного поля.
Беспроводные технологии зарядки
Как показано на рис. 3, технологии БЗ делятся на неизлучающие, работа которых основана на эффекте магнитной индукции, и излучающие, которые используют энергию электромагнитных волн. Неизлучающие устройства используют такие методы передачи энергии, как индуктивная связь, магнитно-резонансная связь и емкостная связь. Излучающие технологии, в свою очередь, могут использовать направленную передачу энергии или же ненаправленную. При емкостной связи величина передаваемой энергии зависит от доступной площади устройства. Однако для портативного электронного устройства это является неприемлемым, поскольку габариты таких устройств не позволяют обеспечить достаточную мощность для зарядки. Если же говорить о направленных излучателях электромагнитной энергии, то ограничение заключается в том, что зарядное устройство должно знать точное местоположение приемника энергии, который к тому же должен находиться в пределах прямой видимости. Из-за очевидного ограничения вышеупомянутых двух методов БЗ обычно реализуется с помощью других трех методов, а именно: магнитной индуктивной связи, магнитно-резонансной связи и непрямого радиочастотного излучения.
Рис. 3. Классификация технологий беспроводной зарядки
Магнитная индукция и магнитно-резонансная связь работают на небольшом расстоянии, где генерируемое электромагнитное поле доминирует в области, близкой к передатчику или рассеивающему устройству. Мощность магнитного поля обратно пропорциональна третьей степени расстояния от источника до приемника. В то же время микроволновое излучение работает на гораздо большем расстоянии. Мощность микроволнового излучения уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния от излучателя. Более того, для данного метода поглощение излучения не оказывает влияния на передатчик, поскольку передающая и принимающая антенны не связаны. Напротив, при использовании индуктивных методов приемник и передатчик оказывают взаимное влияние друг на друга.
Индуктивная связь
Индуктивная связь основана на явлении электромагнитной индукции (рис. 4a). Индуктивная передача мощности (IPT) происходит, когда первичная катушка передатчика энергии генерирует изменяющееся магнитное поле, которое проходит через вторичную катушку приемника энергии. Переменное магнитное поле индуцирует напряжение/ток во вторичной катушке приемника. Этот эффект можно использовать для зарядки беспроводного устройства или аккумулятора. Рабочая частота индуктивной связи обычно находится в диапазоне нескольких килогерц. Для повышения эффективности зарядки вторичная катушка должна быть настроена на рабочую частоту. Добротность такой системы обычно имеет низкие значения (например, ниже 10), поскольку передаваемая мощность быстро снижается при повышении добротности. Из-за отсутствия компенсации добротности эффективное зарядное расстояние таких систем обычно не превышает 20 см. Радиочастотная идентификация на основе индуктивной связи (RFID) использует технологию увеличения расстояния зарядки до десятков сантиметров за счет снижения эффективности (1-2%). Полученная приемником мощность измеряется микроваттами. Несмотря на ограниченное расстояние передачи, эффективная мощность зарядки может быть очень высокой (например, киловатты в устройствах для зарядки электромобиля).
Рис. 4. Модели беспроводных зарядных систем на основе индуктивной и магнитно-резонансной связи
К преимуществам устройств на магнитной индуктивной связи также относятся простота внедрения, удобная работа, высокая эффективность на близком расстоянии (как правило, меньшем, чем диаметр катушки) и гарантированная безопасность. Поэтому данный метод применим и популярен для мобильных устройств. Используя упомянутую выше технологию MagMIMO, можно заряжать беспроводное устройство на расстоянии до 30 см. Утверждается, что MagMIMO может обнаруживать телефон и инициировать его зарядку даже если он находится не в прямой видимости зарядного устройства, например в кармане.
Магнитно-резонансная связь
Магнитно-резонансная связь (рис. 4б) основана на взаимодействии с затухающей волной, которая генерирует и передает электрическую энергию между двумя резонансными катушками через изменяющиеся или осциллирующие магнитные поля. Поскольку две резонансные катушки, работающие на той же резонансной частоте, сильно связаны, может быть достигнута высокая эффективность передачи энергии, при этом утечки для нерезонансных внешних препятствий будут небольшими. Например, в апреле 2015 г. был продемонстрирован современный прототип, показавший максимальную эффективность передачи мощности в 92,6% на расстоянии 0,3 см. Благодаря использованию эффекта резонанса преимуществом магнитно-резонансной связи является игнорирование влияния внешней среды и отсутствие требования прямой видимости передающего и принимающего устройств. Продемонстрированные ранее магнитосвязанные резонаторы показали способность передавать энергию на бόльшие расстояния, чем устройства индуктивной связи той же мощности, и с более высокой эффективностью, чем при помощи радиочастотного (RF) излучения. Кроме того, магнитно-резонансная связь может быть использована для передачи энергии на несколько устройств при помощи одного передатчика, благодаря чему данный метод позволяет заряжать несколько устройств одновременно.
Устройства, использующие резонансную связь, работают в диапазоне мегагерцевых частот и имеют высокую добротность. Это особенно важно для увеличения расстояния до зарядки, поскольку высокая добротность сглаживает негативное влияние увеличенного расстояния между устройствами и, следовательно, повышает эффективность БЗ. Таким образом, становится возможным увеличение расстояния передачи мощности вплоть до 1 м. Как уже упоминалось, в 2007 г. ученые из MIT предложили Witricityвысокоэффективную технологию беспроводной передачи энергии на средних дистанциях, основанную на сильно связанном магнитном резонансе. Сообщалось, что с помощью данной технологии можно заставить работать лампу мощностью 60 Вт на расстоянии более чем 2 м при эффективности энергопередачи около 40%. Эффективность увеличилась до 90%, когда расстояние передачи составило 1 м. Однако недостатком данной технологии является то, что размер приемника Witricity трудно уменьшить, поскольку требуется наличие распределенной емкостной катушки. Это представляет собой серьезную проблему в реализации технологии Witricity в портативных устройствах. Резонансная магнитная связь может одновременно заряжать несколько устройств, для чего требуется настройка связанных резонаторов с несколькими приемными катушками, что даже улучшает общую эффективность системы. Однако взаимная связь приемных катушек может привести к помехам, и следовательно, необходима правильная настройка приемных устройств.
Радиочастотное излучение
В данном случае в качестве среды для переноса энергии используется RF-излучение микроволнового диапазона. Радиоволны СВЧ распространяются в пространстве со скоростью света в прямом направлении. Типичная частота микроволнового излучения составляет от 300 МГц до 300 ГГц. При передаче энергии могут использоваться также инфракрасные и рентгеновские лучи. Однако из-за проблемы безопасности такие системы широко не используются. На рис. 5 показана архитектура СВЧ-системы передачи энергии. Она начинается с преобразования переменного тока (AC) в постоянный (DC), который, в свою очередь, преобразуется в радиоизлучение при помощи магнетрона, входящего в состав передатчика. После распространения по воздуху микроволновое излучение захватывается ректенной приемника, после чего происходит обратное преобразование радиоизлучения в электричество.
Рис. 5. Система передачи энергии дальнего действия при помощи радиоизлучения
Эффективность преобразования RF-DC в значительной степени зависит от поглощенной плотности мощности на приемной антенне, от точности согласования импеданса между антенной и множителем напряжения и энергоэффективности преобразователя напряжения, который конвертирует принятое RF-излучение в постоянный ток. Например, в одном из продемонстрированных в мае 2015 г. устройств эффективность преобразования RF-DC достигала 62 и 84% при суммарной входной мощности 10 и 5,8 дБм соответственно.
RF-излучение может быть изотропным или направленным. Изотропное более подходит для широковещательных приложений. При передаче точка-точка направленное излучение может повысить эффективность передачи энергии. Для формирования направленного излучения используется массив фокусирующих антенн или антенны на основе аппертурных решеток.. Четкость формирования луча энергии улучшается с увеличением количества передающих антенн. Использование большого числа антенн увеличенного размера также способствует улучшению качества передачи энергии. На коммерческом рынке уже присутствуют устройства для БЗ на основе RF-излучениянапример, передатчик Powercaster и приемник Powerharvester, которые допускают изотропную передачу мощности 1 или 3 Вт (рис. 2е).
Помимо более высокой дальности передачи, микроволновое излучение имеет еще одно преимуществосовместимость с существующей системой связи. Посредством RF-излучения возможно одновременно передавать и энергию, и информацию. Амплитуда и фаза СВЧ используются для модуляции информации, а ее излучение и колебаниядля переноса энергии. Концепция использования одновременной передачи информации и энергии получила название SWIPT (Simultaneous Wireless Information and Power Transfer). Для внедрения SWIPT были разработаны усовершенствованные интеллектуальные антенны, используемые на стороне приемника, которые обеспечивают хороший компромисс между производительностью и сложностью системы. Другой подход к внедрению подобных систем, имеющий определенные экономические преимущества, предусматривает развертывание выделенных силовых маяков, действующих совместно с существующей системой связи. Однако из-за медицинских ограничений для RF-излучения мощность передатчиков должна быть регламентирована в соответствии с нормативами, такими, например, как установленные Федеральной комиссией по связи США (FCC), и максимально допустимыми уровнями воздействия, указанными в стандарте IEEE C95.1-2005. Это приводит к увеличению плотности сети передающих станций, имеющих пониженную мощность излучения.
В таблице 1 приводятся сравнительные характеристики разных типов БЗ, их преимущества, недостатки, эффективное расстояние зарядки и сферы применения.
Технология беспроводной зарядки
Преимущества
Недостатки
Радиус действия
Безопасность, простая конструкция
Работа на коротком расстоянии, нагрев, не подходит для мобильных приложений, необходимо строгое выравнивание зарядного
и заряжаемого устройств
От нескольких миллиметров до нескольких сантиметров
Резонансная индуктивная связь
Нестрогие требования к выравниванию устройств, возможность одновременной зарядки нескольких устройств с разной мощностью, высокая эффективность зарядки, устройства могут находиться не в прямой видимости друг друга
Не подходит для мобильных приложений, ограниченный радиус действия, сложная конструкция
От нескольких сантиметров до нескольких метров
Эффективно для работы на больших расстояниях, пригодно для мобильных приложений
Небезопасна при высоких энергиях, низкая эффективность зарядки, устройства должны находиться в прямой видимости.
Обычно от нескольких десятков метров до нескольких километров
Применение систем БЗ
Для лучшего понимания всего разнообразия и многообещающего применения БЗ расскажем об уже существующих приложениях и практическом применении систем БЗ ближнего и дальнего радиуса действия.
Зарядка ближнего действия
Зарядные приложения для ближнего поля могут быть реализованы на основе индуктивной и резонансной связи. Из-за простоты и низкой стоимости реализации в большинстве существующих решений в основном применяется индуктивная связь. Как упоминалось выше, технология IPT (Inductive Power Transferпередача энергии посредством катушек индуктивности) способна обеспечить передачу большой мощности (киловатт и выше) и широко используется в промышленной автоматизации. Основные области применения включают роботизированные манипуляторы, автоматизированные подводные аппараты, индукционные генераторы и асинхронные двигатели. Мощные системы IPT также применяются для обеспечения энергией общественного транспорта, например монорельсовых составов, пассажирского транспорта, электроподвижного состава на железнодорожном транспорте (в частности, на высокоскоростных поездах). Передаваемая при этом мощность колеблется от киловатта до сотен киловатт. Например, система онлайнового питания электроподвижного состава реализует выходную мощность 100 кВт с 80%-й энергоэффективностью при воздушном зазоре 26 см.
Еще одно широко распространенное применение зарядных устройств большой мощностиэто питание аккумуляторных батарей натранспортных средствах на электроприводе (Electric Vehicle, EV), в том числе на гибридных электрических транспортных средствах (Plug-in Hybrid Electric Vehicles, PHEV). Индуктивная связь начала применяться для зарядки EV с 1990-х годов. Были разработаны индуктивные зарядные устройства как для однонаправленной, так и для двунаправленной зарядки, которая делает возможным создание целых сетей БЗ. Как правило, эффективность зарядки достигает 90% и выше при мощности 1-10 кВт на расстоянии 4-10 мм. В 2012-2015 гг. были продемонстрированы и оценены системы на основе резонансной связи для EV. По сравнению с индуктивными устройствами БЗ, зарядка EV на основе резонансной связи позволяет заметно увеличить зарядное расстояние, а также эффективность передачи энергии. Так, например, в экспериментах, результаты которых были представлены на International Symposium on Electromagnetic Compatibility (EMC Europe) в Гетеборге (Швеция) в сентябре 2014 г., была достигнута эффективность более 95% при воздушном зазоре 22,5 см.
Системы зарядки ближнего действия средней мощности (от нескольких ватт до десятков ватт) применяются, прежде всего, в медицинских аппаратах и бытовых устройствах. Различные конструкции биомедицинских имплантатов, основанные на индуктивной связи, были показаны на конференции Medicine and Biology Society (EMBC) в Буэнос-Айресе (Аргентина) еще в 2010 г. Современные решения могут обеспечить более высокую эффективность зарядки50% и выше при воздушном зазоре 10 мм. Системы с резонансной зарядкой, используемые в биомедицинских имплантатах, имеют более мощную проникающую способность. Поскольку расстояние до БЗ намного больше размера катушки, резонансная связь обеспечивает меньший размер имплантированного устройства по сравнению со стандартным решением. В некоторых работах было показано, что при передающей катушке диаметром 3 см и приемной диаметром 2 см эффективность зарядки может достигать более 60% на расстоянии свыше 20 см. Современные технологии могут дать повышение эффективности БЗ в биотканевых средах до 70%.
Что касается применения БЗ средней мощности для бытовой техники, то это, например, индуктивная зубная щетка, освещение, настенный выключатель, система отопления и проч.везде, где только может быть использована БЗ. Если речь идет о портативных устройствах, то для них было выпущено множество стандартных БЗ, таких, например, как зарядное устройство Qi RAVPower, зарядная площадка Verizon Qi, Duracell Powermat, зарядное устройство Energizer Qi, зарядные площадки ZENS Qi и Airpulse, разработанные для передачи энергии на ноутбуки, планшеты и мобильные телефоны (рис. 3ж).
Более того, в период с 2011 по 2014 г. на различных международных научных конференциях по электромагнетизму, СВЧ-технологиям, вопросам беспроводной передачи данных и т. п. были продемонстрированы системы БЗ ближнего действия для передачи энергии с морских энергостанций, для использования в нефтедобывающей промышленности, угольных шахтах, электрических велосипедах, сенсорах и датчиках, носимых устройствах, имплантируемых системах, RFID, LED-дисплеях и т. п.
Системы дальнего радиуса действия
Системы дальнего радиуса действия могут быть реализованы на основе как ненаправленного, так и направленного радиоизлучения. Ненаправленное излучение подходит даже для тех условий, когда передатчик и приемник не находятся в условиях прямой видимости. При этом эффективность приема в очень незначительной степени зависит от ориентации антенны приемника, однако эффективность зарядки в таком случае будет относительно низкая. Поэтому наиболее широко распространенными приложениями для ненаправленной зарядки стали маломощные беспроводные системы, такие как беспроводные сенсорные сети (WRSN) и RFID-системы. WRSN с низкими рабочими циклами могут поддерживать постоянную работу при плотности электромагнитной мощности RF-излучения в диапазоне 20-200 мВт/см 2 .
Для работы в ненаправленной системе дальнего радиуса были специально разработаны семейства датчиков сверхнизкой мощности. Как было показано на International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS) в Сеуле (Сев. Корея) в мае 2012 г., встроенный датчик и приемник отдельного устройства потребляют мощность 1,79 и 0,683 мВт соответственно и могут передавать данные со скоростью 500 кбит/с.
Чтобы не зависеть от выделенного устройства БЗ, были разработаны беспроводные системы зарядки, основанные на сборе энергии от окружающей среды. В специализированной литературе в последнее время нередко упоминаются разработки платформ самозарядных датчиков для сбора энергии от RF-сигналов телевизионного вещания, передач радиостанций с амплитудной модуляцией (AM), от глобальной системы мобильной связи (GSM 900/1800), маршрутизаторов Wi-Fi, базовых станций сотовой связи и спутникового телевещания.
RF-датчики могут найти применение в самых разнообразных системах, например таких, как беспроводные нательные сенсорные/компьютерные сети (Wireless BodyArea Networks, WBAN), предназначенные для мониторинга состояния пациента и медико-санитарной помощи. Устройства WBAN могут быть носимыми, размещенными на теле, или даже имплантированными внутрь человеческого тела. В некоторых научных публикациях 2012-2014 гг. рассматриваются вопросы создания и варианты использования WBAN, не имеющих батарей, питание которых осуществляется с помощью БЗ. Как правило, потребляемая мощность таких датчиков составляет десятки милливатт, а эффективность зарядки составляет около нескольких процентов (например, 1,2%). Следует отметить, что размещение имплантированных датчиков глубоко внутри органов тела влечет за собой значительно меньшую эффективность зарядки, обычно менее 0,1%. Утверждается, что типичные имплантированные датчики с микроволновым источником питания могут работать на расстоянии десятков сантиметров от излучателя. RF-датчики также используются в системах Интернета вещей (IoT), системах связи межмашинного взаимодействия (M2M) и системах интеллектуальных сетей (Intelligent Network, IN).
Системы с направленным излучением могут быть использованы для беспроводного питания электронных устройств с большим энергопотреблением. В 1960-х годах были разработаны сверхмощные системы передачи энергии, использующие микроволновое излучение, способные передавать сотни киловатт. Направленные СВЧ-системы передачи большой мощности на дальнее расстояние получили относительно широкое распространение. Как было упомянуто выше, эксперимент по передаче СВЧ-энергии в Голдстоуне, проведенный в 1975 г., продемонстрировал возможность передачи 30 кВт с мощностью пучка 450 кВт на расстояние более 1,54 км при работе системы на частоте 2,388 ГГц. Системы на основе направленного СВЧ-излучения дальнего радиуса действия также стимулировали развитие сетей больших систем БЗ. Это, например, Solar Power Satellites (SPS); беспилотные летательные аппараты (БЛА), в том числе с беспроводным питанием от источника СВЧ-излучения; высотные платформы на электромоторах (HAPP); воздушная радиоантенна Raytheon (RAMP) и программы создания высотных стационарных ретрансляторов (SHARP).
В последнее время активно набирают популярность транспортные средства на электроприводе (упомянутые ранее EV/PHEV). Для их питания также могут быть использованы системы БЗ на основе направленного СВЧ-излучения. На International Electric Drives Production Conference (EDPC) в Нюрнберге (Германия) в 2013 г. были представлены материалы исследования и создания системы дорожных излучателей для беспроводной передачи энергии электротранспорту. Показано, что разработанная ректенна способна принимать мощность 10 кВт с эффективностью преобразования RF-DC более 80%.
В прошедшем десятилетии большое распространение получили системы беспроводного питания средней мощности для работы с портативными электронными устройствами. Например, коммерческая система Cota, о которой также говорилось выше, способна передавать энергию на расстояние до 10 м даже при наличии препятствий между передающим и принимающим устройствами. Кроме того, система передающих станций СВЧ-излучения (например, 60 ГГц) может служить источником питания для мобильных устройств в сотовых сетях. Однако практичность и экономическая эффективность такой системы требуют дальнейшего исследования.
Обзор систем беспроводной зарядки
Рассмотрим и проанализируем системы БЗ, их архитектуру, аппаратное обеспечение и вопросы конструирования.
Архитектура
На рис. 6 представлена блок-схема типичной неизлучающей системы БЗ. Передатчик состоит из: выпрямителя, преобразующего переменный ток в постоянный; повышающего преобразователя постоянного тока, увеличивающего выходное напряжение; инвертора-преобразователя, конвертирующего постоянный ток в переменный. Приемник состоит из: выпрямителя, преобразующего переменный ток высокой частоты в постоянный; понижающего преобразователя постоянного тока, уменьшающего выходное напряжение; нагрузки.
Рис. 6. Блок-схема системы неизлучающей БЗ
Процесс передачи происходит следующим образом. Переменный ток передается на вход выпрямителя. Существующие сети переменного тока работают на частоте 50 или 60 Гц, что слишком мало для систем БЗ. Полученный постоянный ток при помощи преобразователя получает более высокое напряжение. Затем происходит преобразование напряжение-частота, после которого на выходе получается переменный ток высокой частоты. Проходя через катушку, переменный ток формирует магнитное поле, которое взаимодействует с катушкой приемника через воздушный зазор и возбуждает переменный ток высокой частоты в приемнике. Далее происходит обратный процесс преобразования: переменный ток выпрямляется, затем происходит уменьшение полученного напряжения в преобразователе для получения тока, пригодного для питания устройства или зарядки батареи.
Топология индуктивных систем связи имеет четыре разновидности, а именно: последовательно-последовательная; последовательно-параллельная; параллельно-последовательная; параллельно-параллельная. Различие данных топологий сказывается на компенсационных преобразованиях при взаимодействии электромагнитных цепей. Параллельно-последовательная и параллельно-параллельная регулируют ток инвертора, протекающий в параллельных резонансных контурах, при помощи дополнительных индукторов, что приводит к увеличению размеров преобразователя и его стоимости. Кроме того, эти две топологии имеют различные значения резонансной емкости в зависимости от сочетания и добротности контуров. Поэтому более широкое распространение получили последовательно-последовательная и последовательно-параллельная структуры. Основными типами входного порта системы резонансного соединения являются последовательные и параллельные схемы, которые используются в сочетании для повышения эффективности работы индукционной катушки.
Индуктивные системы связи обычно используют архитектуру с двумя катушками, как показано на рис. 6. В то же время архитектура системы при использовании резонансной связи более разнообразна. Сравнительно недавно получили распространение системы с применением магнитной связи на основе четырех катушек с согласованным импедансом, системой релейного резонатора и системами домино-резонаторов.
Рис. 6. Блок-схема системы неизлучающей БЗ
Идея использовать систему БЗ с четырьмя катушками впервые была предложена в 1998 г. В ней на стороне передатчика располагаются катушка возбуждения и передающий резонатор, а на стороне приемникапринимающий резонатор и катушка нагрузки (рис. 7). Использование катушки возбуждения и катушки нагрузки включает в себя два дополнительных коэффициента взаимной связи, т. е. коэффициент между катушкой возбуждения и передающим резонатором, а также между принимающим резонатором и катушкой нагрузки. По сравнению с системой с двумя катушками, два дополнительных коэффициента обеспечивают дополнительные возможности по увеличению расстояния передачи. Однако общая эффективность передачи не будет превышать 50% из-за требования согласования независимости.
Рис. 7. Архитектура беспроводной системы зарядки с четырьмя катушками и резонансной связью
Система с использованием релейного резонатора получается путем добавления дополнительного релейного резонатора между передающей и приемной катушками. Оптимизация и экспериментальные оценки такой системы проводились с рабочими частотами 115,6 кГц, 1,25/6,78/7/13,56 МГц. Для дальнейшего расширения диапазона передачи системы с релейным резонатором может быть применена так называемая система домино-резонатора, когда между передающей и приемной катушками могут быть размещены несколько промежуточных резонаторных реле. Такие системы получаются очень гибкими и могут быть выполнены в различных конфигурациях: прямая линия, кольцо, изогнутые и Y-образные узоры. Энергия может передаваться раздельными путями или объединять несколько путей, что обеспечивает улучшенное управление передачей мощности.
Аппаратное обеспечение
Напряженность магнитного поля можно охарактеризовать как функцию расстояния d от источника следующим образом:
где I, N и r – ток, число витков и радиус катушки соответственно.
Из (1) непосредственно следует, что увеличение числа витков и радиуса передающей катушки приводит к усилению напряженности. Однако они не могут увеличиваться беспредельно, поэтому их оптимизация производится более сложным способом, при котором учитываются частота и сопротивление. Для эффективного приема передаваемой энергии принимающая катушка должна иметь низкий импеданс.
Эффективность передачи энергии неизлучательной зарядной системы сильно зависит от взаимной индуктивности между двумя катушками, добротности Q и коэффициента согласования нагрузки. Взаимная индуктивность пары катушек указывает, как изменение одной катушки влияет на индуцированный ток в другой. Взаимная индуктивность между парой катушек пропорциональна самоиндукции двух катушек через коэффициент связи. Коэффициент эффективности передачи, который характеризует качество взаимосвязи катушек, определяется выравниванием, расстоянием, отношением диаметров и формой двух катушек.
Добротность Q определяется как отношение энергии, хранящейся в резонаторе, к энергии, обеспечиваемой генератором. Более высокое значение Q указывает на меньшую скорость потери энергии системы при передаче мощности. Поэтому в силовой системе с высокой добротностью колебания/резонанс медленно снижаются. На добротность влияет самоиндуктивность, сопротивление и внутренняя частота, которые, в основном, зависят от применяемых материалов. Коэффициент соответствия нагрузки зависит от расстояния. Так как резонансные частоты пары катушек меняются при изменении зазора, коэффициент согласования нагрузки измеряет, насколько точно совпадают резонансные частоты. Для настройки коэффициента согласования нагрузки для поддержания согласования резонансной частоты на различном расстоянии в литературе предложены различные решения, такие как манипуляция с сопряжением, согласование частоты, согласование импеданса и настройка параметров резонатора.
Публикация
Применяемая технология
Напряжение
на выходе, В
Максимальная эффективность зарядки, %
Максимальная рабочая
дистанция, мм
Частота
J. Yoo, L. Yan, S. Lee, Y. Kim, and H.-J Yoo. A 5.2 mW Self-Configured Wearable Body Sensor Network Controller and a 12 W Wirelessly Powered Sensor for a Continuous Health Monitoring System // IEEE Journal of Solid-State Circuits. Vol. 45. № 1. 2010.
H.-M. Lee and M. Ghovanloo. An Adaptive Reconfigurable Active Voltage Doubler/rectifier for Extended-range Inductive Power Transmission // IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs. Vol. 59. № 8. 2012.
S.-Y. Lee, J.-H. Hong, C.-H. Hsieh, M.-C. Liang, and J.-Y. Kung. A Low-power 13.56 MHz RF Front-end Circuit for Implantable Biomedical Devices // IEEE Trans. Biomed. Circuits Syst. Vol. 7. № 3. 2013.
O. Lazaro and G. A. Rincon-Mora. 180-nm CMOS Wideband Capacitor-Free Inductively Coupled Power Receiver and Charger // IEEE Journal of Solid-State Circuits. Vol. 48. № 11. 2013.
X. Li, C.-Y. Tsui, and W.-H. Ki. Power Management Analysis of Inductively-Powered Implants with 1X/2X Reconfigurable Rectifier // IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers. Vol. 62/ № 3. 2015.
В таблицах 2 и 3 показаны некоторые из недавно разработанных способов аппаратной реализации систем передачи энергии через индуктивность (IPT) и резонансных систем связи соответственно. Показано, что для систем IPT эффективность зарядки 50-80% может быть достигнута при расстояниях до зарядки в несколько сантиметров. Для систем резонансной связи зарядное расстояние увеличивается до нескольких дециметров с эффективностью от 50% до 90%.
Публикация
Диаметр
передающей катушки, см
Диаметр
приемной
катушки, см
Рабочая
дистанция, см
Макси-мальная эффекти-вность зарядки, %
Частота
A. Kurs, A. Karalis, R. Moffatt, J. D. Joannopoulos, P. Fisher and M. Soljacic. Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances // Science. Vol. 317. № 5834. 2007.
Z. N. Low, R. Chinga, R. Tseng and J. Lin. Design and Test of a Highpower High-efficiency Loosely Coupled Planar Wireless Power Transfer System // IEEE Trans. Ind. Electron. Vol. 56. № 5. 2009.
D. Wang, Y. Zhu, H. Guo, X. Zhu, T. Mo and Q. Huang // Enabling Multi-angle Wireless Power Transmission via Magnetic Resonant Coupling // in Proc. of International Conference on Computing and Convergence Technology (ICCCT). Seoul, South Korea. Dec. 2012.
D. Ahn and S. Hong. Effect of Coupling Between Multiple Transmitters or Multiple Receivers on Wireless Power Transfer // IEEE Transactions on Industrial Electronics. Vol. 60. № 7. 2013.
M. T. Ali, A. Anwar, U. Tayyab, Y. Iqbal, T. Tauqeer and U. Nasir. Design of High Efficiency Wireless Power Transmission System at Low Resonant Frequency // in Proc. of IEEE International Power Electronics and Motion Control Conference and Exposition (PEMC). Antalya, Turkey. Sept. 2014.
Изучение распространения беспроводной энергии
Распространение радиоволн для дальней радиосвязи хорошо изучено. Уделим внимание основным характеристикам распространения магнитных волн при близком взаимодействии. Сначала рассмотрим фундаментальную модель магнитной индукции в базовой установке одиночного входа/одиночного выхода (SISO). Затем модель расширяется для конфигураций с множественными входами и выходами: с несколькими входами/одиночными выходами (MISO), с одним входом и несколькими выходами (SIMO) и с несколькими входами и выходами (MIMO).
Система магнитной индукции с одним входом и одним выходом показана на рис. 8а. Пусть rt и rr радиусы передающей и принимающей катушек соответственно. Расстояние между катушками обозначим как d. Пусть w0 – это резонансная угловая частота, с которой связаны две катушки. Тогда:
где Lt и Lr – самоиндукция передающей и принимающей катушек соответственно.
Рис. 8. Схемы моделей передачи «точка–точка»:
a) SISO;
б) MISO;
в) SIMO;
г) MIMO
M – взаимоиндукция, а Ct и Cr – резонансные емкости. Сопротивление передающей и принимающей катушек соответственно обозначим как Rt и Rr.. Импеданс источника передатчика и нагрузки приемника RS и RL соответственно. В соответствии со вторым правилом Кирхгофа, напряжение между двумя катушками может быть выражено следующей формулой:
После упрощения (2) полученная мощность на нагрузке приемника может быть вычислена как:
где Pt – передаваемая мощность источника, ƞt и ƞr – эффективность передатчика и приемника, вычисляемые по формуле:
Qt и Qr – добротность передатчика и приемника, вычисляемые по формуле:
k(x) – коэффициент фактора связи между двумя катушками. Коэффициент связи является функцией взаимной индуктивности, обозначенной как M, и собственной индуктивностью катушек передачи и приема. Его значение определяется следующим выражением:
Если известен радиус катушек передачи и приема, а также расстояние зарядки между ними, коэффициент связи также может быть выражен в виде следующей функции:
Подставляя (7) в (3), получим, что мощность, полученная передатчиком при соединении один к одному (SISO), приводится к следующему виду:
На рис. 8б показана базовая модель для схемы MISO (несколько входов/один выход). Пусть Nt – это число передающих катушек. На резонансной частоте каждая катушка передатчика взаимодействует с катушкой приемника. Энергия, передаваемая на приемник от катушки передатчика, n∈<1,…,Nt>, рассчитывается по формуле:
где P n r, Q n tи ƞ n t – передаваемая энергия, добротность и эффективность передающей катушки nсоответственно.
Эффективность передачи между передатчиком и приемником может быть вычислена по формуле:
Суммарная мощность, получаемая приемником в этом случае, может быть рассчитана по формуле:
На рис. 8в показана базовая модель для схемы подключения один вход/несколько выходов (SIMO). Пусть Nrэто число катушек приемника. Подобно схеме MISO, на резонансной частоте каждая катушка приемника взаимодействует
с передающей катушкой, т. о. каждая катушка приемника получает свою порцию энергии от передатчика. Энергия, получаемая приемником, m∈<1,…,Nr>, рассчитывается по формуле:
где Q m r и ƞ m r – добротность и эффективность m-ой катушки приемника соответственно, dmэто расстояние между катушкой mприемника и передающей катушкой.
Общая мощность, передаваемая приемнику, рассчитывается по следующей формуле:
Пусть kn,m и dn,m обозначают коэффициент связи и расстояние между катушкой n приемника и катушкой m передатчика соответственно. Для расчетов в схеме подключения MIMO применяется система точка-точка (рис. 8г). Согласно ей приемник получает энергию раздельно от каждой отдельной катушки передатчика. Перекрестные связи между катушками приемника и передатчика слабые. Мощность на катушке приемника
m∈<1,…,Nr>, получаемая от n ∈<1,…,Nt> катушки передатчика, рассчитывается по формуле:
Полная переданная мощность может быть вычислена следующим образом:
На этом мы завершим первую часть статьи. В следующих публикациях будут подробно рассмотрены спецификации ведущих международных стандартов беспроводной зарядки и существующие их реализации, исследованы сетевые приложения, включая стратегии планирования статического зарядного устройства, мобильные беспроводные зарядные устройства и стратегии развертывания беспроводных зарядных устройств. Завершающие статьи цикла будут посвящены некоторым открытым направлениям исследований в области внедрения технологий БЗ, а также прогнозам некоторых будущих сетевых приложений.
Почему в беспроводной зарядке нет смысла
В закладки
Идея беспроводной передачи электричества пришла в голову учёным ещё в конце позапрошлого столетия. Страшно представить, какие перспективы открывала новая технология перед человечеством.
Со дня великого открытия Николы Теслы прошло уже 125 лет, а «воз и ныне там». Вернее, какие-то шаги навстречу беспроводному будущему уже сделаны, но по своей сути они жалки и беспомощны.
Беспроводной стандарт зарядки Qi появился и в iPhone X, и в iPhone 8/8 Plus. Samsung применила аналогичный за несколько лет ДО. Свои Qi-решения есть у LG, ZTE, Nokia и доброй пригоршни китайцев.
Но если абстрагироваться от пятиминутного восторга и криков «Вау, никаких проводов!», отложить эйфорию “на полку” и подумать о целесообразности самой технологии в нынешнем виде, начинаешь понимать, что Qi — не более, чем попытка выжать с потребителя ещё дополнительную пару-тройку сотен рублей.
1. Они очень медленные
В основе беспроводной передачи электрического тока лежит понятие электромагнитной индукции. Если “на пальцах”, то есть два мотка проволоки, размещённых на определённом расстоянии друг от друга. На один из них подаётся ток определённой величины. Между ними возникает электромагнитное поле, и на втором мотке возникает напряжение. Заряд пошёл.
Разумеется, всё вышеописанное имеет ряд условностей. Мощность — одна из них.
Если перевернуть современную беспроводную зарядку и посмотреть на значения выходного вольтажа и ампеража, получите мощность в 5 – 10 Ватт. У самых мощных зарядок для смартфонов это значение достигает 20 Ватт.
Но это не те самые ватты, что написаны на традиционном «проводном» блоке питания. В реальности беспроводная зарядка имеет существенно меньший КПД.
- КПД проводной зарядки составляет 95 – 98%
- КПД беспроводной зарядки — менее 80%
То есть разница в скорости зарядки, в лучшем случае, отличается на 20%. В реальности же беспроводные Qi-зарядки пополняют ёмкость аккумулятора в два, а то и в три раза медленнее.
2. Их не могут сделать мощными
Вернее, чисто технически это возможно. Никто не мешает производителям выпустить зарядное устройство мощность 100, 200 или 800 Ватт, как в микроволновой печи. Вот только влияние той самой микроволновки на всё органическое, пожалуй, вы знаете.
Да, частотный диапазон у этих излучений разнИтся, но, при повышении мощности беспроводных зарядок в 10 – 15 раз, для зарядки смартфона вам придётся класть его в специальный бокс или удаляться из комнаты подальше.
Ускорить процесс подзарядки сложно сразу по нескольким причинам:
- выпускающим мощные зарядные устройства компаниям никто не даст сертификат соответствия качества по той лишь причине, что они наносят ущерб здоровью человека
- для выпуска мощных зарядок их придётся снабжать увесистыми трансформаторами, вес которых доходит до 1,5 – 3 кг. Представляете себе такую «изящную упаковку» с новым iPhone и мощной зарядкой? Я – нет.
- слишком мощное электромагнитное излучение “вскипятит мозги” не только владельцу, но и самому смартфону
Самое печальное, что даже на официальном сайте Apple есть приписка: во время беспроводной зарядки iPhone может немного нагреваться. Это при мощности в 5 Вт. Сами понимаете, что будет с девайсом при использовании большей мощности.
3. Они не экономят время
«Без проводов удобнее и быстрее», — серьезно?
Сколько времени вы тратите на подключение Lightning-шнурка к iPhone? Думаю, секунды две.
С беспроводной зарядкой на это уходит одна секунда. Окей, с помощью стандарта Qi я экономлю, максимум, 2 секунды на установке смартфона на зарядку, но при этом трачу десятки минут из-за их низкого КПД.
Где, простите, логика?
4. Qi-зарядки жутко непрактичны
За возможность заряжать iPhone без проводов вы доставляете себе новые проблемы. Отныне вам нужна максимально горизонтальная поверхность. А если во время зарядки вам пришёл с десяток сообщений или настойчиво позвонила пара коллег, вернувшись к зарядному устройству, можете обнаружить, что iPhone съехал с платформы, так и не зарядившись.
Опять-таки, это придумано не мной. Об этом предупреждает сама Apple. Да и подобных пользовательских историй – масса.
Ах да, зарядку можно подключить к магнитному креплению. Конечно можно, но только не нужно забывать, что в iPhone есть несколько элементов, которые не слишком терпимы к постоянному намагничиванию. Например, компас и система оптической стабилизации камеры.
Как результат, в один прекрасный день GPS-позиционирование может “сойти с ума”, и любимый картографический сервис заведет вас в далёкую глушь. Но произойдет это, разумеется, не сразу.
5. У них нет нормальной инфраструктуры
Радоваться наличию беспроводной зарядки в смартфоне в 2018 году, это как радоваться NFC-модулю в iPhone жителю Зимбабве, Коста-Рики и ещё “224 стран мира”.
Вроде и есть технология, а вот применение её весьма спорно.
Если вам приходится часто проводить время в зале ожидания аэропорта или вокзала, проводить сутки в автобусах или ночевать в гостиницах, вы прекрасно знаете — беспроводных зарядок там нет. А если они и попадаются, то крайне редко.
В результате, всё удобство вновь сводится к использованию USB-шнурка и поиску свободного USB-порта.
6. В перспективе они крайне невыгодны малому бизнесу
Допустим, в недалёком будущем производители зарядок произведут революцию и выпустят Qi-зарядку с мощностью в 60 Ватт без недостатков.
Предположим, что вы — владелец уютного кафе и не отстаёте от технологических тенденций. Заботясь о посетителях, вы закупили сотню дорогостоящих зарядок и разместили по парочке у каждого столика.
Предположим, в самые «рыбные» дни в полностью заполненном кафе сидит около сотни человек. Каждый второй решил подзарядить смартфон. Люди в восторге, а вы покорно платите за три дополнительных киловатта потреблённой энергии.
Это лишь наглядный пример, который можно масштабировать до бесконечности.
Qi – это просто выгодный маркетинг, не более!
Если трезво взглянуть на ситуацию, которая обстоит с беспроводными зарядками и уровнем развития данной технологии в 2018 году, начинаешь понимать — можно спокойно жить и без Qi.
Но даже если вы ни разу не пользовались Qi и не планируете, Apple уже содрала с вас денег «на перспективу».
Стоимость установленного в iPhone X, 8 Plus и iPhone 8 чипа, отвечающего за беспроводную зарядку, составляет 8,5 долларов. Чип маркируется как BCM59355A2IUB3G, и производит его компания Broadcom.
Учитывая, что себестоимость устройства после выхода на рынок в конечном счёте была поднята в три раза, за тот самый модуль вы платите около $25,5. Это при официальных ценах в США.
При покупке смартфона в России за беспроводную зарядку в базовом iPhone X переплата составит почти 2 000 рублей.
В случае с iPhone 8 и 8 Plus всё еще немного хуже. Подсчет очень грубый, но имеет много общего с реальностью.
А теперь скажите, сильно ли Apple заинтересована в поддержке унылой технологии Qi, если собственную зарядную станцию AirPower не может выпустить уже более полугода?
Думаю, ответ очевиден.
Пожалуй, вместо бесполезного Qi инженеры Apple лучше бы позаботились о другом. Например, подумали об аккумуляторе повышенной ёмкости и поддержке технологии быстрой зарядки. Заодно положили бы в комплект более мощный блок питания.
И тогда бы каждый владелец iPhone ранним утром снимал свой смартфон с зарядки и до поздней ночи даже не думал о необходимости подзарядить девайс ни проводным, ни беспроводным способом. Но это была бы «другая Apple». В погоне за капитализацией слоган компании "Think Different" приобретает немного другие краски.
В закладки