Организация Wireless Power Consortium (WPC) сообщила, что в скором времени дебютирует обновлённый стандарт беспроводной зарядки для электронных устройств, который получил название Qi2. С ним подключение смартфонов и носимых устройств упростится, а эффективность при передаче энергии повысится.

Источник изображения: apple.com

На первых этапах обновлённый стандарт будет поддерживать ту же максимальную мощность в 15 Вт, что и первая версия, но после завершения спецификации Qi2 разработчики этот показатель повысят. Qi2 основан на наработках Apple, применяемых в MagSafe. Компания является одним из наиболее авторитетных членов WPC.

В зарядных устройствах увеличилось число магнитов, благодаря чему стало проще правильно размещать телефоны на их поверхности, чтобы добиться максимальной эффективности и минимальных потерь — за это отвечает функция Magnetic Power Profile. Стандарт также включает в себя механизмы аутентификации: производители смартфонов смогут блокировать зарядку от несертифицированных устройств, обеспечивая тем самым совместимость и безопасность. С другой стороны, этой функцией производители могут и злоупотреблять, предположили журналисты The Verge: в частности, это близко Apple с её закрытой экосистемой.

Окончательная версия спецификации Qi2 выйдет в середине этого года, а смартфоны и зарядные устройства с поддержкой обновлённой технологии поступят в продажу только к его концу. Всего же в 2023 году, по оценкам будет продано более миллиарда устройств с поддержкой беспроводной зарядки, включая передающие и принимающие.

Контактные сети, которые десятилетиями обеспечивали электроэнергией трамваи и троллейбусы, в будущем попытаются уйти под землю, а передача электроэнергии силовой установке перспективных видов транспорта будет осуществляться методом электромагнитной индукции. Во всяком случае, в Японии компании Obayashi и Denso приступили к тестированию подобной технологии, которая к 2025 году может найти применение на городских улицах.

Источник изображения: Nikkei Asian Review, Shugo Tamura

Основное предназначение подобных систем — непрерывная подзарядка общественного электротранспорта. Под дорожным полотном будут скрыты кабели и индукционные контуры, которые позволят непрерывно подпитывать тяговую батарею передвигающегося по маршруту электробуса. Последнюю за счёт такой поддержки можно будет сделать более лёгкой и компактной, улучшив способность транспортного средства перевозить полезную нагрузку в виде пассажиров.

Строительная компания Obayashi, как отмечает Nikkei Asian Review, объединила усилия с поставщиком автокомпонентов Denso, чтобы построить на территории исследовательского центра в Токио испытательную трассу протяжённостью 15 км для тестирования технологии подзарядки электротранспорта бесконтактным способом в движении. Если Denso в этом тандеме отвечает за зарядную инфраструктуру, то Obayashi разработала армированный волокном бетон, который позволяет накрывать монтируемые в дорожное полотно зарядные контуры достаточно тонкими, но при этом прочными плитками, выдерживающими интенсивную эксплуатацию в условиях мегаполиса.

Как отмечается, подобные решения уже тестируются и европейскими автопроизводителями. Испытания в Японии будут проводиться до марта следующего года, и если решение себя зарекомендует с лучшей стороны, работы по его практическому внедрению будут вестись до 2025 года. Obayashi также собирается сотрудничать с производителем кабелей Furukawa Electric, реализуя проект по прокладке питающей зарядные устройства проводки вдоль дорог. Развитие такой инфраструктуры, по мнению участников инициативы, будет способствовать популяризации электротранспорта. Одновременно будут прокладываться телекоммуникации, позволяющие «умным» автомобилям обмениваться информацией с центрами обработки данных на высоких скоростях по всему маршруту следования.

Учёные Седжонского университета (Южная Корея) предложили технологию беспроводной передачи энергии при помощи инфракрасного лазера. В теперешней реализации дальность действия системы составляет 30 м, а транслируемая мощность ограничивается всего 400 мВт, однако технология предполагает масштабирование, и её практические возможности можно будет улучшить.

Источник изображений: optica.org

Глава исследовательской группы Чжин Ён Ха (Jinyong Ha) отметил, что уже сейчас разработанную его командой систему можно применять для питания различных сенсоров — компонентов интернета вещей или датчиков на производственных предприятиях. А при дальнейшем развитии технологию можно будет развить до уровня, позволяющего заряжать современные мобильные устройства: смартфоны и планшеты.

Основу системы составил эрбиевый лазерный излучатель, производящий луч с длиной волны 1550 нм — этот диапазон считается наиболее безопасным, поскольку при использованной в рамках проекта рабочей мощности он не представляет угрозы для глаз и кожи человека. Приёмник оборудуется ретрорефлектором со сферической линзой — они увеличивают эффективность при передаче энергии. Кроме того, когда система обнаруживает на пути луча препятствия, излучатель переключается в энергосберегающий режим.

Корейские учёные построили прототип системы, обеспечив передачу энергии на расстояние 30 м. Оборудованный ретрорефлектором и преобразующим оптический сигнал в электроэнергию фотогальваническим элементом приёмник оказался размерами всего 10×10 мм — такой модуль легко интегрировать в сенсоры или мобильные устройства. Фотогальванический элемент обеспечил преобразование входящего оптического сигнала мощностью 400 мВт в электрический мощностью 85 мВт. Исследователи также продемонстрировали автоматическое переключение системы в энергосберегающий режим при перекрытии линии обзора рукой.

В перспективе авторы разработки планируют повысить эффективность фотогальванического элемента и обеспечить работу нескольких приёмников от одного передатчика. На практике, уверены учёные, изобретение пригодится как для зарядки мобильных устройств, так и для обеспечения питания потребителей, которых по разным причинам трудно подключить к традиционной электросети.

В беспроводных зарядках давно нет ничего нового — некоторые смартфоны даже сами способны заряжать другие устройства. Тем не менее возможность зарядки смартфонов и других гаджетов с помощью ноутбука пока никто не использовал в своих решениях. Первой может стать компания Dell, которая запатентовала соответствующий способ.

Источник изображения: XPS/unsplash.com

Даже лучшие из ноутбуков имеют массу свободного пространства на передней панели, где вполне можно разместить оборудование для беспроводной зарядки электроники вроде смартфонов — именно об этом говорится в патентной заявке Dell, поданной в американское ведомство USPTO.

Источник изображения: Dell

При этом заявка №20220239124 не предусматривает интеграции зарядных катушек в корпус самого ноутбука. Вместо этого, панель беспроводной зарядки будет крепиться на ноутбуке с помощью магнитов, а электропитание «накладке» будет подаваться через специальный контакт на самом компьютере.

Источник изображения: Dell

Пока неизвестно, какую мощность даже в теории способна обеспечить подобная накладка, будет ли удобно размещение смартфона или любого другого устройства на передней панели ноутбука, особенно во время работы — набирать что-либо в таком режиме можно разве что при использовании мыши и отдельной клавиатуры.

Более того, пока нет никаких признаков того, что Dell намерена внедрять запатентованное решение в новых продуктах. Известно, что некоторые зарегистрированные в патентных ведомствах технологии годами ждут своего часа.

Автоконцерн Stellantis на практике доказал способность электромобиля ездить без аккумулятора «бесконечно» долго. Правда, для этого дорожное полотно должно быть оснащено системой беспроводной передачи питания. Недалеко от Милана была построена трасса «Арена будущего» длиной 1050 метров. В дорожное полотно уложили катушки индуктивности и подвели к ним питание. Электромобиль без аккумулятора во время испытаний смог без труда колесить по новой трассе.

Источник изображения: Stellantis

Трасса Arena Del Futuro построена для испытания множества перспективных автомобильных технологий, включая связь 5G, решения IoT, связь V2X и оптимизацию дорожного покрытия. Но изюминкой проекта стала фирменная технология Stellantis динамической беспроводной передачи энергии (DWTP). Для реализации DWTP в полотне были сделаны каналы и канавки для укладки силового кабеля и катушек индуктивности (потом всё это покрывается асфальтом). Если в электромобиль установить соответствующий приёмник энергии, то он сможет ехать по такой дороге даже без тягового аккумулятора.

Источник изображения: Stellantis

По завершению первых испытаний трассы, системы передачи энергии и электромобилей с приёмником энергии Stellantis утверждает, что эффективность передачи питания «сопоставима с типичной эффективностью станций быстрой зарядки». Магнитные поля, по словам компании, «не оказывают никакого влияния на водителя и пассажиров» и безопасны для пешеходов. Кроме того, работа на постоянном токе означает, что система DWTP может использовать относительно тонкие и компактные кабели, а также может быть напрямую подключена к возобновляемым источникам энергии без необходимости преобразования постоянного тока в переменный и обратно для работы системы беспроводной зарядки.

В то же время необходимо понимать, что коммерческое внедрение подобных решений — это очень непростой вопрос. Стоимость работ будет высока, а отдача — под вопросом. По крайней мере, в обозримые сроки. Также система должна научиться выставлять счета только тем электромобилям, которые воспользовались услугой беспроводного питания и точно в том объёме, который они получили. Но главное, что система работает и начать можно будет с малого — оснащать беспроводным питанием парковки и подъезды к общественным зданиям.

Военно-морская исследовательская лаборатория США (NRL) провела два эксперимента по беспроводной передаче электроэнергии на дальность один километр. По словам исследователей, это был самый масштабный опыт подобного рода за последние 50 лет: с помощью микроволнового излучения по воздуху было передано 1,6 кВт мощности.

Передающая антенна. Источник изображения: NRL

Идее и опытам по передаче энергии без проводов свыше ста лет. Пионером этого направления, в частности, был Никола Тесла, который для масштабных экспериментов в 1901 году начал строить башню Ворденклиф, позже получившей неофициальное название «Башни Тесла». В то время считалось, что беспроводная передача электричества быстро приведёт к повсеместной и доступной электрификации, но законы физики оказались сложнее — КПД подобных установок оказался очень и очень низким для работы на больших дистанциях.

Для повышения эффективности беспроводных установок по передаче энергии учёные NRL выбрали рабочую частоту излучения на уровне 10 ГГц. Такая частота снижает уровень затухания микроволн даже в плохую погоду во время сильных осадков, что позволяет сохранять КПД на приличном уровне — потери не превышают 5 %. Также работа в диапазоне 10 ГГц разрешена как безопасная для живых организмов — животных и людей, что не требует создания систем прерывания передачи, если в зону луча попадает человек, птица или зверь.

Конкретный проект по беспроводной передаче энергии — Safe and Continuous Power bEaming - Microwave (SCOPE-M) — стартовал по заказу Министерства обороны США. Недавно одна из опытных установок — передатчик и приёмник — была развёрнута на исследовательском полигоне армии США в Блоссом-Пойнт, штат Мэриленд, а вторая — на передатчике Haystack Ultra Wideband Satellite Imaging Radar (HUSIR) в Массачусетском технологическом институте. Установка в Блоссом-Пойнт показала КПД 60 %. Опыт в MIT сопровождался меньшей пиковой эффективностью, но продемонстрировал более высокий средний уровень передаваемой мощности, поэтому в целом приёмником было получено больше энергии.

Приёмная антенна (ректенна). Источник изображения: NRL

Работа с установками военных подчёркивает первичную цель проекта — обеспечение питанием военных формирований на переднем крае, куда доставлять обычными путями топливо опасно. В перспективе подобные установки могут появиться на космических электростанциях на орбите Земли, чтобы оттуда снабжать электричеством земные объекты.

«Хотя SCOPE-M был наземным каналом передачи энергии, он стал хорошим доказательством концепции космического канала передачи энергии, — сказал Брайан Тирни (Brian Tierney), инженер-электроник SCOPE-M. — Главным преимуществом передачи энергии из космоса на Землю для Министерства обороны является уменьшение зависимости от поставок топлива для войск, которые могут быть уязвимы для атак».