česky english Vítejte, dnes je sobota 20. červenec 2024

Bezdrátový přenos energie Terminologie

DPS 3/2022 | Články
Autor: RNDr. Karel Jurák, Ph.D., Ing. Zuzana Nejezchlebová, CSc.

Následující článek je zaměřen na bezdrátový přenos energie. Tento termín volně reprezentuje řadu různých technologií, např. bezkontaktní bezdrátový přenos pomocí elektrického nebo magnetického pole, případně pomocí mikrovln, laserového záření, resp. ultrazvukových vln.

Článek uvádí související technické normy/specifikace s globální působností: IEC, Qi, AirFuel. Text rovněž vychází z článků české, německé a anglické wikipedie.

Obr. 1 LG (jpg)

Základní termíny

  • Bezdrátové reverzní nabíjení (wireless reverse charging) je funkce některých modelů telefonů umožňující (nouzově) bezdrátově nabíjet telefony, hodinky, náramky atp.
  • Bezdrátový přenos energie (wireless energy transfer) značí často přenos energie elektrické, optické, akustické ze zdroje do elektrické zátěže pomocí elektrického nebo magnetického pole, elektromagnetických nebo akustických vln.
  • Bezdrátový přenos výkonu (wireless power transfer) značí často přenos elektrické energie ze zdroje do elektrické zátěže pomocí elektrického pole, magnetického pole nebo elektromagnetických vln mezi primárním a sekundárním zařízením.

Poznámka: Wireless power transfer se často překládá jako „bezdrátový přenos energie“; obdobně „Drahtlose Energieübertragung (německy) atp.

  • Bezdrátový induktivní přenos energie (inductive wireless power transfer) je založen na elektromagnetické indukci mezi dvěma plošnými cívkami.
  • Rezonanční induktivní přenos je induktivní přenos energie, kde primární a sekundární cívka jsou doplněny o kondenzátory tak, že tvoří dva vázané rezonanční obvody.

Obr. 2 a 3  (jpg)

Klasifikace souvisejících termínů

Typ přenosu energie:

  • vazba v blízkém poli (near-field techniques)
  • induktivní vazba (inductive coupling);
  • kapacitní vazba (capacitive coupling);
  • vazba ve vzdáleném poli (far-field techniques)
  •   mikrovlny (microwaves);
  •   laserový svazek (laser beam).

Induktivní nabíjení (wireless charging) se dnes používá pro:

  • telefony (phones),
  • bezdrátová sluchátka (earbuds),
  • chytré hodinky (smartwatch) 10W,
  • elektromobily (electric cars),
  • elektrobusy (electric buses).

Studium bezdrátového přenosu energie nabízí:

  • Katedra elektromagnetického pole (Department of electromagnetic field), FEL ČVUT v Praze,
  • Ústav výkonové elektrotechniky a elektroniky (Department of power electrical and electronic engineering), FEKT VUT v Brně.

Související normalizační organizace a subkomise s globální působností:

  • AirFuel je sdružení zaměřené na rezonanční indukční nabíjení, které pracuje na průmyslovém kmitočtu 6,58 MHz a umožňuje připojení až 8 zařízení a předání výkonu do 50 W na vzdálenost do 5 cm. AirFuel zároveň rozvíjí svůj standard pro bezdrátové RF napájení v blízkém poli, vhodný pro miniaturní přístroje.
  • Wireless Power Consortium (WPC) je celosvětové technologické sdružení zaměřené na globální specifikace Qi, které upřesňují bezdrátový přenos výkonu pro různé oblasti aplikací. Například výkonová třída 0 zahrnuje nabíjení baterií pro zařízení s malým a středním příkonem, tedy mobilů, tabletů, kamer atp.
  • IEC/TC 47 Polovodičové součástky (Semiconductor devices), WG 7 Polovodičové součástky pro konverzi a přenos energie (Semiconductor devices for energy conversion and transfer). WG 7 sestavuje normy na polovodičové součástky pro technologie konverze a přenos energie, pro sklízení energie (energy harvesting), bezdrátový přenos energie atp. TC 47 vydala např.:
  • IEC 63244-1:2021, Semiconductor devices – Semiconductor devices for wireless power transfer and charging – Part 1: General requirements and specifications (Polovodičové součástky pro bezdrátový přenos energie a pro nabíjení – Část 1: Obecné požadavky a specifikace).
  • IEC/TC 100, Audio, video a multimediální systémy a zařízení, subkomise SC 15, Bezdrátový přenost energie, vydala např.:
  • IEC 63006, Bezdrátový přenos výkonu (WPT) – Slovník termínů (zavedeno jako ČSN EN 63006, avšak pouze v angličtině);
  • IEC 63028, Wireless power transfer – AirFuel alliance resonant baseline system specification (základní specifikace sdružení AirFuel pro rezonanční induktivní přenos energie);
  • IEC PAS 63095-1, The Qi wireless power transfer system power class 0 specification – Parts 1 and 2: Interface Definitions (základní specifikace Qi sdružení WPC).

Související právní předpisy EU:

  • Směrnice 2013/35/EU, o minimálních požadavcích na bezpečnost a ochranu zdraví před expozicí zaměstnanců rizikům spojeným s fyzikálními činiteli (elektromagnetickými poli) – on the minimum health and safety requirements regarding the exposure of workers to the risks arising from physical agents (electromagnetic fields).
  • Směrnice 2014/30/EU, o harmonizaci právních předpisů členských států týkajících se elektromagnetické kompatibility (electromagnetic compatibility). Jde o harmonizaci předpisů na volný pohyb elektrických a elektronických přístrojů, aniž se v členských státech sníží odůvodněná úroveň ochrany.

Vysvětlivky k souvisejícím termínům a zkratkám

  • Bezdrátová nabíječka (wireless charger) je obvykle univerzální, chytré nabíjecí zařízení 5W, 7,5W, 10W, s podporou rychlonabíjení, s ochranou proti zkratu, přepětí, přetížení a přehřátí.
  • Certifikace Qi − Výrobky označené „Qi Certified“ splnily přísné laboratorní testy na bezpečnost, interoperabilitu a energetickou účinnost. Alternativní označení typu „Qi compliant“, „Qi compatible“ nebo „Works with Qi“, vyjadřuje, že výrobek neprošel Qi certifikačním testováním.
  • Elektromobil (electric car), elektrobus atp. je motorové vozidlo na elektrický pohon. Pro skladování energie využívají běžné elektromobily obvykle baterie. Dojezdová vzdálenost závisí na kapacitě jeho baterie, resp. na zabezpečení dobíjecích stanic (elektroautobusy).
  • Napájecí zdroj (power supply) je zařízení, které poskytuje elektrickou energii pro napájení dalšího zařízení.
  • Pohon (power) značí zdroj energie pro pohyb vozidla, letadla atp.
  • Qi induktivní nabíjení (Qi Wireless Charging) telefonů, např. Galaxy S5, iPhone 8 atp.
  • Rectenna ( rectifying antenna) je speciální typ přijímací antény, která se používá pro přeměnu elektromagnetické energie na stejnosměrný proud. Používají se v systémech přenosu energie rádiovými vlnami.
  • Sklízení energie (energy harvesting) jsou techniky získávání malého množství energie ze zdrojů, jako je okolní teplota, vibrace nebo proudění vzduchu. Tímto způsobem lze napájet pouze nízkopříkonová zařízení.
  • Systém Qi (Qi system) značí obvykle sestavu induktivního nabíjení, které respektuje specifikace Qi.
  • Wireless earbuds (pecky do uší) malá sluchátka nošená v uších pro použití s audiozařízeními, např. Wireless Bluetooth Headphones Earphones pro iPhone 12.

Literatura:

Bezdrátové nabíječky: Funkční řešení, nebo slepá cesta, https://www.elektrina.cz/bezdratove-nabijecky

ČVUT FEL, bakalářská práce, V. Chlupatý, Induktivní bezdrátový přenos energie, 2018

VUT FEKT, diplomová práce, R. Tománek, Bezdrátový přenos výkonu 20 kW, 2019

Info_iec63028, Wireless power transfer – AirFuel Alliance resonant baseline system specification (BSS)

Info_iecpas63095, The Qi wireless power transfer system power class 0 specification – Parts 1 and 2: Interface Definitions

[csWiki] csWikipedia: https://cs.wikipedia.org/

Bezdrátový přenos výkonu

Elektromobil

Indukční vařič

Qi (standard bezdrátového nabíjení)

[deWiki] https://de.wikipedia.org/

Drahtlose Energieübertragung

[enWiki] https://en.wikipedia.org/

Inductive charging

Wireless Power Consortium

Wireless power transfer

Electric car

[WikiComm] Wikimedia Commons: (obr. 1, 2 a 3)

File: Inductive charging of LG smartphone (2).jpg, autor: Goldsztajn

File: Braun 4728 - Wire coil for inductive coupling-3888.jpg

File: Electric car wireless parking chargé closeup.jpg, autor: NJo