Kablosuz Şarj Teknolojisi|Kablosuz Şarj Cihazları

Kablosuz şarj teknolojisi 100 yılı aşkın süredir piyasada, ancak Apple’ın yeni iPhone serisi gibi cihazlara dahil edilmesi ona yeni bir hayat verdi. İşte nasıl çalıştığı ve yakında neden evlerden robotlara kadar her şeyde görünebileceği.

Günlük hayatta kullandığımız birçok elektronik aletlerin pil, akü, batarya gibi elektrik enerjisi depolamış aygıtlarla çalıştığını biliyoruz. Burada doldurulabilir piller, akü ve batarya tekrar depolanabilir kategorisine girmektedir. Ve bunu gerçekleştirebilmek için tabii ki kablo gibi çeşitli bağlantılara ihtiyaç duyarız. Bu yazımızda ise, kablosuz şarj teknolojisinden bahsedeceğiz.
Peki nedir kablosuz şarj sistemleri, nasıl çalışırlar?

Kablosuz şarj sistemleri ne kadar kablosuz denilse de yoktan var edip enerji oluşturamayacakları için enerjiyi gönderecek yapının elektrik enerjisini bir yerden çekmesi gerekiyor. Yani elektrik enerjisini gönderen aygıtın bir ucu prize veya elektrik enerjisini depo etmiş bir yapıya (örneğin kapasitöre) bağlanmış olmalı. Bu aygıttan geçen elektrik akımı, Endüksiyon Bobini sayesinde Elektromanyetik İndüksiyon denilen bir manyetik alan oluşturur. Ve bu manyetik alan da şarj edilecek olan cihazımızı şarj eden enerji görevini görür. Şarj edilecek olan cihaz bu manyetik alana girdiği anda, aygıt gerilim indüklenmesine sebep olur. Bunun sonucunda aygıt içinde bir akım (endüksiyon akımı) oluşur. Bu akım ise, tekrar bobinler sayesinde elektrik enerjisine dönüştürülüyor. Burada bobinin sarım sayısı önemlidir, çünkü manyetik akımla doğru orantılıdır.

Kablosuz şarj, sağlık hizmetleri, otomotiv ve imalat endüstrilerinde önemli adımlar atıyor çünkü küçük nesnelerin interneti (IoT) cihazlarının şarj cihazından birkaç metre uzakta güç almasına izin verebilecek artan mobilite ve ilerlemeler vaadi sunuyor.

Şu anda kullanımda olan en popüler kablosuz teknolojiler, iki bakır bobin arasındaki elektromanyetik alana dayanıyor ve bu, bir cihaz ile şarj pedi arasındaki mesafeyi büyük ölçüde sınırlıyor. Apple’ın iPhone 8 ve iPhone X’e dahil ettiği şarj türü budur.

Kablosuz şarj nasıl çalışır?
IHS Markit’te araştırma müdürü olan David Green’e göre, genel anlamda üç tür kablosuz şarj vardır. Sıkıca bağlanmış elektromanyetik endüktif veya radyatif olmayan şarj kullanan şarj pedleri vardır; birkaç santimetre yük iletebilen gevşek bağlı veya radyatif elektromanyetik rezonans şarjı kullanan şarj kaseleri veya yüzeyden geçen şarj cihazları; ve birkaç fitlik mesafelerde damlatmalı şarj kabiliyetine izin veren bağlanmamış radyo frekansı (RF) kablosuz şarj.
Hem sıkı bir şekilde bağlanmış endüktif hem de gevşek bir şekilde bağlanmış rezonans şarjı, aynı fizik prensibine göre çalışır: zamanla değişen bir manyetik alan, kapalı bir tel halkasında bir akımı indükler.
Şu şekilde çalışır: Bir veya daha fazla alıcı anteninde akım oluşturabilen salınımlı bir manyetik alan oluşturmak için bir manyetik döngü anten (bakır bobin) kullanılır. Döngülerin aynı frekansta rezonansa girmesi için uygun kapasitans eklenirse, alıcılarda indüklenen akım miktarı artar. Bu rezonans endüktif şarj veya manyetik rezonanstır; Verici ile alıcı arasında daha büyük mesafelerde güç aktarımı sağlar ve verimliliği artırır. Bobin boyutu ayrıca güç aktarım mesafesini de etkiler. Bobin ne kadar büyükse veya ne kadar çok bobin varsa, bir şarjın gidebileceği mesafe o kadar büyük olur.

Örneğin, akıllı telefon kablosuz şarj pedlerinde, bakır bobinler sadece birkaç inç çaptadır ve gücün verimli bir şekilde seyahat edebileceği mesafeyi ciddi şekilde sınırlar.
Ancak bobinler daha büyük olduğunda, kablosuz olarak daha fazla enerji aktarılabilir. Bu taktik budur, on yıl önce MIT’de yapılan araştırmalardan oluşan bir şirket olan WiTricity, öncülüğe yardımcı olmuştur. Otomobiller ve rüzgar türbinlerinden robotiklere kadar her şey için gevşek bağlı rezonans teknolojisini lisanslar.

Kablosuz Şarjda Termal Yönetim İhtiyacı
Kablosuz şarj inkar edilemez şekilde daha hızlı, daha kolay ve daha rahattır. Bununla birlikte, cihazlar kablosuz şarj sırasında ciddi sıcaklık dalgalanmalarına maruz kalabilir, bu da zayıf performansa ve pil ömrünün kısalmasına neden olabilir. Termal özellikler, geliştiricilerin çoğu tarafından ikincil bir tasarım düşüncesi olarak görülüyor. Kablosuz şarj için güçlü talep nedeniyle, cihaz üreticileri, ürünlerini daha hızlı piyasaya sürmek için görünüşte küçük hususları gözden kaçırma eğilimindedir.
EV pillerinde, daha fazla güç sağlamalarına ve daha az sıklıkta şarj gerektirmelerine olanak tanıyan sağlam ilerlemeler kaydedildi. Ancak, etkili bir soğutma sistemi tasarlama yeteneği, akü güvenliğini ve optimum verimliliği sağlamak için en büyük zorluklardan biri olmaya devam etmektedir. Elektrikli arabalar, enerji depolamak için büyük piller kullanır.
Pil boyutu ne kadar büyükse, mevcut akış hızı ve ısı üretimi o kadar yüksek olacaktır. Aşağıda, kullanılan yaygın olarak kullanılan pil termal yönetim yöntemleri verilmiştir.
• Faz Değiştiren Malzemeler (PCM): Faz değişim malzemeleri katı halden sıvı hale geçerek ısıyı emer. Sadece küçük bir sıcaklık değişikliğiyle, bu malzemeler büyük miktarda ısıyı emebilir. Ancak işlem sırasında meydana gelen hacim değişikliği, uygulamalarını kısıtlar.
• Kanatlı Soğutma: Soğutma kanatları yüzeyi artırarak ısı transfer oranını artırır. Bu kanatçıklar tipik olarak yüksek bir termal iletkenliğe sahiptir ve verimli bir şekilde soğutma sağlayabilir. Ancak, sisteme çok fazla ek ağırlık katarlar.
• Hava Soğutma: Hava ile soğutma, batarya paketinden ısıyı emmek için hava konveksiyonu prensibini kullanır. Yüzeyin üzerinden geçen hava, sistem tarafından dağıtılan ısıyı uzaklaştırır. Yöntem basit ve kolaydır, ancak sıvı soğutmaya kıyasla daha az verimlidir.
• Sıvı Soğutma: Sıvı soğutucular, sistemin daha verimli çalıştığı için havaya göre daha yüksek ısı kapasitesine ve ısı iletkenliğine sahiptir. Ek olarak, sıvı soğutma sistemleri kompakttır ve gerekli sıcaklığı korumak için en iyi performansı sunma eğilimindedir.
Uzaktan kablosuz şarj
Apple , yine Qi spesifikasyonuna dayanan gevşek bağlı rezonant şarj teknolojisi geliştiren Yeni Zelanda merkezli bir şirket olan PowerByProxi’yi satın alarak sektördeki bazı izleyicileri şaşırttı .
PowerbyProxi, 2007 yılında girişimci Fady Mishriki tarafından Auckland Üniversitesi’nden bir yan ürün olarak kuruldu. PowerByProxi, aynı anda birden fazla cihazın yerleştirilip şarj edilebildiği şarj kutuları ve kaseler sergiledi.
Aukland merkezli şirket, inşaat, telekomünikasyon, savunma ve tarım endüstrileri için büyük ölçekli sistemler satmaya başladı. Böyle bir ürün, rüzgar türbinleri için kablosuz bir kontrol sistemidir.
WPC’nin Yönlendirme Komitesi üyesi olan PowerByProxi, teknolojisini minyatürleştirdi ve AA şarj edilebilir pillere yerleştirerek teknolojiyi doğrudan cihazlara yerleştirme ihtiyacını ortadan kaldırdı. Kablosuz teknoloji, AA pil yüksekliğinin yaklaşık% 10’unu kaplar.
Apple, PowerByProxi’nin teknolojisini kablosuz şarjın kullanımını yalnızca akıllı telefonların ötesine genişletmek, örneğin TV uzaktan kumandalarını, bilgisayar çevre birimlerini veya pil gerektiren herhangi bir sayıda cihazı şarj etmek için kullanabilir.
Kablosuz şarj teknolojisinin en gözle görülür kullanımı mobil cihaz şarj pedlerinde olsa da, bu teknoloji aynı zamanda depo robotlarından küçük IoT cihazlarına kadar, aksi takdirde kablolanması veya değiştirilebilir pillerle çalıştırılması gereken her şeye giriş yapıyor.

Gelecek trendleri
• Kablosuz şarj, IoT cihazı kullanıcıları için menzili genişletmeyi ve mobiliteyi artırmayı vaat ediyor. Birinci nesil kablosuz şarj cihazları, cihaz ile şarj cihazı arasında yalnızca birkaç santimetre mesafeye izin verdi. Yeni şarj cihazları için mesafe yaklaşık 10 santimetreye çıktı. Teknoloji hızla ilerlemeye devam ettikçe, yakında birkaç metrelik mesafeler boyunca hava yoluyla güç iletmek mümkün olabilir.
• İş ve ticaret sektörü de kablosuz şarj cihazları için yeni ve yenilikçi uygulamalar sunmaya devam ediyor. Akıllı telefonları ve diğer akıllı cihazları şarj eden restoran masaları, entegre şarj özelliğine sahip ofis mobilyaları ve kahve makinesine ve diğer cihazlara kablosuz olarak güç sağlayan mutfak tezgahları teknolojinin potansiyel uygulamalarından bazıları.
Nikola Tesla’nın en büyük hayali olan kablosuz şarj halen geliştirilme aşamasında olmasına rağmen hayatımıza girmiş bulunmakta. Kısa bir zaman içinde eksiklikleri en aza indirmiş halde daha çok karşımıza çıkacağına ve hayatımızın pratikleşeceğine inanıyorum.