Mluvit o tom, co je bezdrátové nabíjení, není nejoriginálnější nápad. Pokud o tom před rokem 2017 psalo mnoho technických webů, pak po vydání prvních smartphonů Apple s bezdrátovým nabíjením (iPhone 8 a iPhone X) se takové články objevily doslova všude.
Proto máme toto dilema. Na jednu stranu nikdo nepotřebuje další dotisk na téma bezdrátového nabíjení. Ale na druhou stranu jsme o tom nic nepsali.
No, nenapsali a není třeba! — řekl by člověk, který nečetl náš článek o tom, jak funguje baterie smartphonu a jak ji správně nabíjet. Ale když se ten článek (na tak otřepané téma) ukázal jako zajímavý, možná dobře dopadne i tento? No, pojďme se na to podívat!
Nejprve si povíme o obecném principu fungování bezdrátového nabíjení a poté přejdeme k nejzajímavějším a nejzajímavějším otázkám.
Jak funguje bezdrátové nabíjení na chytrých telefonech
Zhruba stejně jako běžná nabíječka, kterou používáte k nabíjení telefonu každý den! Nebo jste si mysleli, že uvnitř té malé krabičky s USB kabelem, který je potřeba zapojit do elektrické zásuvky, proud teče pouze dráty?
Jak víme, smartphone potřebuje k nabíjení 5 voltů, ale zásuvka produkuje 220 voltů. Aby naše zařízení při připojení do zásuvky nevyhořelo, je nutné snížit napětí. K tomu potřebujete stejný box s názvem pohonná jednotka. Uvnitř tohoto bloku je transformátor, jehož princip fungování je podobný bezdrátovému nabíjení.
Když zapojíte napájecí zdroj do zásuvky, drát z něj nejde přímo do smartphonu, ale je jednoduše navinut na cívku a není připojen k ničemu jinému:
Ale jak potom teče proud do telefonu, když drát ze zásuvky nikam nevede? Bezdrátově! A vedle této cívky je další, jejíž drát je připojen k smartphonu:
Tento chytrý trik nám umožňuje snížit nebo zvýšit napětí. A funguje to následovně.
Když drát teče střídavý proud, se kolem něj objeví střídavé magnetické pole. Čím aktuálnější, tím silnější je toto pole. Proč se tohle děje? Ano, takhle náš svět funguje – hozený kámen spadne dolů a pohyb elektronů v drátu je doprovázen vznikem magnetického pole.
Pod tímto slovem proměnná znamená to pouze, že proud neustále mění svůj směr. To znamená, že nejprve se všechny elektrony pohybují v jednom směru drátu a poté v opačném směru. Za jednu sekundu změní proud v zásuvce 50krát svůj směr. Tento proměnná aktuální a liší se od trvalý, ve kterém se elektrony pohybují vždy pouze jedním směrem.
Když proud změní směr, změní se i směr magnetického pole (sever a jih). Můžeme říci, že se zdá, že se náš konvenční magnet (magnetické pole) otočí 50krát za sekundu.
Takže před více než stoletím lidé zjistili, že nejen že proud vytváří magnetické pole kolem drátu, ale samotné magnetické pole generuje elektřinu v jiném kusu drátu, pokud je tento drát poblíž.
A cívka je potřebná pouze k posílení magnetického pole, protože magnetická pole každého závitu drátu se navzájem překrývají.
Ukazuje se, že když zapojíme napájecí zdroj, proud protéká první cívkou a vytváří magnetické pole, které zase způsobuje pohyb elektronů v druhé cívce a vytváří tam elektřinu.
Takto snadno se proud přenáší „vzduchem“ z jednoho kusu drátu na druhý!
Pokud vás zajímá, jak se 220 voltů změnilo na 5 voltů, je to zde ještě jednodušší. Ukazuje se, že rozdíl v napětí závisí na počtu závitů drátu. Pokud namotáme vodič ze zásuvky 220V podmíněně do cívky 220 závitů a druhý vodič, který se připojí k smartphonu, navineme do cívky s 5 závity, pak se 220V na jedné straně změní na 5V na druhé drát! To je důvod, proč obrázek ukazuje jiný počet otáček:
Pokud může proud snadno „protékat“ mezi dvěma nezapojenými vodiči, nic nám nebrání takový transformátor rozdělit napůl vytažením druhé cívky a umístěním do smartphonu.
Nyní, abyste mohli „poslat“ energii vzduchem, budete muset jednoduše umístit smartphone na nabíječku tak, aby jejich cívky byly v těsné blízkosti (modré šipky ukazují magnetické pole):
To je celé tajemství bezdrátového nabíjení!
A pokud je s tím vše jasné, můžeme přejít k zajímavým otázkám.
– Proč každý nazývá tyto nabíječky bezdrátovými, pokud jsou připojeny k zásuvce drátem!?
Přesně ze stejného důvodu, proč se Wi-Fi nazývá bezdrátový internet, a to navzdory skutečnosti, že samotný router je připojen k nabíjení pomocí drátu.
Mnohem pohodlnější by samozřejmě bylo, kdyby nabíjení fungovalo podobně jako u Wi-Fi routeru. To znamená, že v domě by bylo zařízení, které jednoduše „přenášelo“ energii do vesmíru. Potřebujete nabít svůj smartphone? Spusťte závěrku na telefonu a zapněte nabíjení, jako je Bluetooth nebo NFC.
V zásadě je přenos energie na velké vzdálenosti velmi reálný úkol a možná bude taková technologie brzy dostupná uživatelům chytrých telefonů, ale prozatím se musíme spokojit s elektromagnetickou indukcí.
– Proč všechny smartphony nepodporují bezdrátové nabíjení?
Aby se smartphone dal nabíjet bezdrátově, musí v něm být cívka, jejíž vodiče jsou připojeny k baterii. Pokud výrobce tuto cívku nezabudoval, nebude se takový smartphone moci bezdrátově nabíjet.
Zde je například, jak to vypadá na iPhone XR:
Navíc, pokud má smartphone kovový zadní kryt, nemůže tam být bezdrátové nabíjení, protože se v krytu pod vlivem magnetického pole objeví proud a začne se silně zahřívat. Tohle neskončí dobře.
– Je možné koupit jakoukoli bezdrátovou nabíječku pro smartphone nebo potřebujete konkrétní?
Ještě před několika lety bylo na trhu několik nekompatibilních standardů bezdrátového nabíjení. Nejoblíbenější z nich byla Qi (vyslovováno „Chi“ nebo „Qi“), ale existovaly i jiné, jako je PMA.
Ale protože mezi Qi a PMA nebyl žádný zásadní rozdíl a navíc Apple zvolil Qi jako standard pro iPhone, PMA bitvu prohrálo. Standard Qi dnes používají téměř všechna zařízení, takže pokud je váš smartphone více či méně moderní, poslouží jakákoliv nabíječka tohoto standardu.
– Mám odpojit bezdrátovou nabíječku, když nenabíjí můj smartphone?
To není potřeba. Bezdrátové nabíjení funguje v pohotovostním režimu, když není zátěž. Přirozeně se prakticky nespotřebovává elektřina a nabíjení se nezahřívá.
Taková nabíječka pravidelně vysílá testovací impulsy v očekávání odpovědi smartphonu, a dokud nezareaguje, zařízení se nezapne.
– Musím nabíjet svůj smartphone na přesně definovaném místě s milimetrovou přesností?
Není potřeba milimetrová přesnost. Cívky uvnitř smartphonu a nabíječky však musí být umístěny více či méně přesně vůči sobě.
Pokud si koupíte nejlevnější čínskou nabíječku, s největší pravděpodobností v ní bude pouze jedna cívka a budete muset pokaždé hlídat, kam a jak svůj smartphone položíte, aby umístění cívek odpovídalo. V opačném případě se smartphone buď nebude nabíjet vůbec, nebo bude účinnost (účinnost) nabíjení extrémně nízká a většina energie půjde nazmar.
U běžných (dobrých) nábojů je umístěno několik překrývajících se cívek najednou:
Když na takovou nabíječku dáte svůj smartphone, zapne se přesně ta cívka, která je nejblíže cívce telefonu. Při použití běžné nabíječky tedy nemusíte smartphone přesně polohovat. Prostě nabili telefon a šli si za svým.
Existují i další zajímavá řešení. Například, když se cívka uvnitř bezdrátové nabíječky může pohybovat – položíte svůj smartphone a on se pohybuje přímo pod cívkou telefonu.
– Má pouzdro vliv na bezdrátové nabíjení?
V tomto případě bude smartphone umístěn o něco dále od cívky, ale pokud jeho tloušťka nepřesáhne 2-3 mm, nemělo by to mít vliv na přijímaný výkon. Při nabíjení tedy není nutné pouzdro sundávat. Pokud je příliš tlustá nebo je smartphone umístěn příliš daleko od cívky (řekněme dále než 7 mm), nabíjení se jednoduše vypne.
Materiál pouzdra nehraje žádnou roli, pokud se nejedná o kov. Pokud jsou na pouzdru kovové vložky, musíte zajistit, aby nepřekrývaly cívku. Ale ani v tomto případě nemusí nabíjení fungovat. Podrobnosti najdete v další odpovědi.
— Co se stane, když na nabíječku položíte kovový předmět nebo je poblíž něco kovového?
Když je kov vystaven střídavému magnetickému poli, přirozeně se uvnitř indukuje elektřina a kovový předmět se začne zahřívat. To by mohlo mít za následek nejnepříjemnější následky, dokonce i požár. Takový scénář je ale nemožný ani teoreticky.
Faktem je, že standard Qi není jen cívka, kterou protéká proud a vzniká magnetické pole. Bezdrátové nabíjení je ve skutečnosti velmi chytré zařízení, které se nikdy nezapne, dokud „nesouhlasí“ se smartphonem.
V pohotovostním režimu není bezdrátové nabíjení schopno nabíjet smartphone ani zahřívat kovový předmět. Prakticky to nefunguje. Jakmile se jakýkoli kovový předmět, včetně cívky smartphonu, dostane do nabíjecího pole, začne zařízení vyslýchat.
Po odeslání požadavku nabíječka čeká na odpověď. Pokud zařízení potvrdí, že je plně kompatibilní se standardem Qi, pak nabíječka zkontroluje informace o poloze zařízení. A pokud všechny tyto kontroly „kovových předmětů“ projdou úspěšně, teprve potom se zapne nabíjení.
Jednoduchý kus hardwaru přirozeně „nemá dostatek inteligence“ k aktivaci nabíječky.
Co se ale stane, když položíme smartphone na nabíječku a poblíž je kovový předmět (mince, prsten, kancelářská sponka) nebo magnet? Ostatně smartphone to nabíječce nijak neřekne, prý poblíž leží něco podezřelého a je lepší přenos energie zatím odložit.
To je pravda, neřekne! To však není vyžadováno. Nabíjení nepřestává komunikovat se smartphonem, který mu sděluje spoustu informací (přijatý výkon, procento nabití atd.). A pokud si všimne, že určité množství energie obchází smartphone, nabíjení se okamžitě zastaví (nebo nezačne vůbec). Tato technologie se nazývá Foreign Object Detection.
Mimochodem, právě tato „komunikace“ mezi nabíječkou a telefonem zaručuje včasné vypnutí nabíjecího procesu, když je baterie plně nabitá.
— Co se stane, když telefon, který tuto technologii nepodporuje, položíte na bezdrátovou nabíječku?
I když se tato otázka může zdát čistě hypotetická, ve skutečnosti má praktické důsledky. Faktem je, že dnes jsou držáky do auta pro chytré telefony s vestavěným bezdrátovým nabíjením velmi běžné. Někoho proto může znepokojovat, co se stane, když se do takového držáku umístí běžný smartphone.
Jak už asi tušíte, nic špatného se nestane, protože standard Qi nutně vyžaduje souhlas se zařízením před zahájením nabíjení. O čem si můžete „povídat“ se smartphonem, který nerozumí „jazyku“ bezdrátového nabíjení? V souladu s tím nabíjení jednoduše nebude fungovat.
— Ovlivňuje bezdrátové nabíjení provoz Bluetooth, Wi-Fi nebo NFC?
Zdálo by se, co s tím má společného Wi-Fi nebo Bluetooth?
Ve skutečnosti bezdrátové nabíjení funguje na určité frekvenci, protože směr proudu se mění tisíckrát za sekundu. Při nabíjení se generují elektromagnetické vlny, které se mohou šířit mimo smartphone. Ale pracovní frekvence Qi nabíjení je od 100 do 300 kHz, zatímco Wi-Fi a Bluetooth pracují na 2.4 GHz a NFC na 13.5 MHz.
Bezdrátové nabíjení tak nemůže nijak ovlivnit fungování Bluetooth, Wi-Fi nebo NFC. Je však docela schopný způsobit rušení v rozsahu 100-300 kHz.
— Je bezdrátové nabíjení zdraví škodlivé?
Pokud na bezdrátovou nabíječku položíte ruku, nic se nestane, jelikož se ani nezapne. Při funkčním nabíjení je jeho elektromagnetické záření pro lidské zdraví zcela neškodné. Stejně jako záření ze smartphonu nebo 5G věží.
— Vybije bezdrátové nabíjení baterii vašeho smartphonu?
Není silnější než kabelové nabíjení. Akumulátor je každý den „zabíjen“ samotným procesem nabíjení a vybíjení, protože po každém takovém cyklu je kapacita mírně snížena v důsledku chemických procesů probíhajících uvnitř baterie.
Co však baterii skutečně škodí, jsou velmi vysoké teploty. A zde je situace následující. Na jednu stranu není metoda bezdrátového nabíjení zdaleka nejúčinnější. Nabíječka spotřebovává více energie, než dodává. A smartphone přijímá méně energie, než vydává nabíjení. Část této energie přechází do tepla.
Mimochodem, při konvenčním nabíjení cívky nejen „visí“ ve vzduchu, ale jsou navíjeny na speciální magnetický obvodk dosažení co nejúčinnějšího přenosu magnetického pole. Není zde žádný magnetický obvod.
Často generované teplo nestačí k poškození baterie. A rychlé bezdrátové nabíječky jsou dokonce vybaveny systémem chlazení.
Během procesu nabíjení si navíc obě zařízení nepřestanou vyměňovat informace a pokud se teplota nebezpečně zvýší, nabíječka začne snižovat výkon.
Celkově je bezdrátové nabíjení zcela přirozenou metodou, která není o nic nebezpečnější než kabelové nabíjení.
PS Nezapomeňte se přihlásit k odběru našeho populárního vědeckého webu o mobilních technologiích v Telegramu, aby vám neuniklo to nejzajímavější!
Jestliže ještě před pár lety bylo bezdrátové nabíjení představeno jako experimentální funkce, nyní se již plně zabydlelo a našlo si svého spotřebitele. Stále více výrobců jej zavádí do svých zařízení, takže brzy můžeme očekávat bezdrátové nabíjení i v levných smartphonech. V tomto článku se podíváme na to, jak bezdrátové nabíjení u smartphonů funguje, jak efektivně se nabíjí a zda je pro baterii škodlivé.
Jak funguje bezdrátové nabíjení v chytrých telefonech?
Bezdrátové nabíjení využívá principu indukce. Tato technologie využívá elektromagnetická pole k přenosu energie z nabíječky do smartphonu. Cívka v nabíjecí stanici vytváří elektromagnetické pole, které způsobuje indukovaný proud uvnitř smartphonu. Tento proud se pak používá k nabíjení baterie.
Chcete-li používat bezdrátové nabíjení, váš smartphone musí být kompatibilní s technologií Qi (vyslovujte „chee“). Qi je běžný standard bezdrátového nabíjení vyvinutý společností Wireless Power Consortium. Pokud to váš smartphone podporuje, můžete použít jakoukoli nabíječku, která je také kompatibilní s Qi.
Účinnost a poškození bezdrátového nabíjení
Efektivita a škodlivost bezdrátového nabíjení jsou dvě strany stupnice, která musí být vyvážena. Výkonné Qi nabíjení při neomezeném používání jednoduše „zpraží“ baterii smartphonu a výkonově víceméně nezávadné zařízení se svou účinností rozhodně nevyrovná ani průměrným drátovým nabíječkám. Například nabíjení iPhonu 2 z proprietárního 12W adaptéru trvá asi 5 minut (180 hodiny). Nabití stejného iPhonu z 3 % na 0 % pomocí proprietárního bezdrátového nabíjení MagSafe, napájeného 100W zdrojem, bude trvat jen o 20 minut méně, tedy 15 minut (165 hodiny 2 minut). Zde je pro objektivitu vhodné poznamenat, že bezdrátové nabíjení produkuje výkon 45 W pouze ve špičce a poté postupně klesá na 15 W. Ale v každém případě zůstává rozdíl působivý.
Vše je o účinnosti (faktoru účinnosti) bezdrátových stanic, která je pouze 65 – 80 %. Značná část energie se mění na vytápění a to je hlavní nebezpečí této technologie. Pokud rychlé kabelové nabíjení zahřívá baterii zevnitř kvůli velkému rozdílu napětí, pak bezdrátové nabíjení ji zahřívá zvenčí, a to velmi intenzivně. Technologie Qi nevytváří žádné škodlivé elektromagnetické vlny, které poškozují elektroniku a baterie.
Hlavním problémem je nízká účinnost a teplotní narušení během provozu a nabíjení baterie. Faktem je, že lithium-iontové polymerové baterie, které se používají téměř ve všech moderních chytrých telefonech, jsou citlivé na „extrémní“ teploty. Lze je používat, natož nabíjet, pouze při kladných teplotách: od +10°C do +35°C. Porušení tohoto režimu vede k urychlené degradaci baterie.
Jak se výrobci vyrovnávají s vysokými teplotami
Většina výrobců řeší přehřívání při bezdrátovém nabíjení volbou optimálního výkonu (nižší výkon – nižší teplota). Existují však také případy, kdy jsou k dosažení působivých výsledků implementována neobvyklá technická řešení. Například: Xiaomi má 80wattovou bezdrátovou nabíječku (napájenou 120wattovou jednotkou), která dokáže nabít vlajkovou loď stejné společnosti za 40–50 minut. Pro snížení tepla se čínská společnost uchýlila ke 4 nástrojům najednou:
- Oddělení baterie. Tato technologie se aktivně využívá při kabelovém rychlém nabíjení. Vzhledem ke zmenšenému objemu každé z jednotlivých částí baterie je k jejich nabíjení potřeba menší napětí. Čím nižší je napětí na obvodu, tím méně se baterie zahřívá.
- Několik cívek v nabíječce. Princip je mírně podobný oddělení baterie: místo 2 výkonné jsou použity 1 cívky. To je také potřeba pro nabíjení smartphonu ve vodorovné poloze.
- Radiátory a termofólie. Přijímací cívka je upevněna silnou tepelnou fólií, která dokonale odvádí teplo po celé ploše smartphonu a zlepšuje přenos tepla (chlazení).
- Aktivní chladicí systém. Kryt bezdrátové nabíječky má vestavěný ventilátor s hliníkovými radiátory. Systém ochlazuje jak samotnou nabíječku, tak i zadní kryt nabíjeného smartphonu, což umožňuje udržovat optimální teplotu při zvýšeném výkonu.
Proveditelnost použití všech těchto technologií je sporná, protože zvýšená rychlost nabíjení má své vlastní nuance v podobě nákladů a velikosti takového gadgetu. Zařízení už nevypadá jako praktická bezdrátová nabíječka, ale jako plnohodnotná dokovací stanice. Směr se však vyvíjí, a to je povzbudivé.
Jak správně používat bezdrátové nabíjení
Existuje řada pravidel, která byste měli dodržovat, abyste zajistili, že bezdrátové nabíjení bude co nejúčinnější, ale zároveň nepoškodí baterii vašeho smartphonu:
- Sledujte teplotu. Nenabíjejte vychladlý telefon po odchodu ven, nebo naopak horký telefon po aktivním hraní. Nechte zařízení vychladnout/zahřát na pokojovou teplotu. Ujistěte se, že teplota během nabíjení nepřekračuje povolené limity.
- Používejte kvalitní zařízení. Každá bezdrátová nabíječka Qi má regulátor výkonu. Čím je tento regulátor technologicky vyspělejší, tím má více provozních režimů. Plynulé zvyšování a snižování výkonu během nabíjení šetří životnost baterie smartphonu. Snažte se vybírat pouze velké a důvěryhodné značky.
- Vycentrujte svůj smartphone. Účinnost bezdrátového nabíjení je velmi závislá na umístění cívek proti sobě. Čím větší je oblast jejich interakce, tím rychleji se bude smartphone nabíjet. Apple například používá magnety v pouzdru iPhone a nabíječce MagSafe, které nezávisle vycentrují jejich polohu. A u Xiaomi se smartphone vkládá do speciálních drážek, které jej zajišťují.
- Napájecí zdroj musí mít výkonovou rezervu. Vyberte bezdrátové nabíječky, které jsou již dodávány s nabíjecími bloky. Pokud žádné nejsou, postupujte podle doporučení výrobce a vyberte optimální výkon adaptéru. Pokud ani tam nejsou žádné informace, přidejte 40-50 % k výkonu bezdrátové stanice. Pokud například nabíjení produkuje 10 W energie, pak je potřeba 15W jednotka.
- Nepoužívejte silné kryty. Ačkoli standard Qi zajišťuje přenos energie na vzdálenost až 4 cm, ve skutečnosti je toto číslo několikanásobně menší – asi 3-5 mm. Tlusté pouzdro v kombinaci s krytem pouzdra může tento parametr překročit, a proto bezdrátové nabíjení nebude fungovat správně. Qi má také systém rozpoznávání předmětů třetí strany, takže pokud jsou pod pouzdrem mince, bankovní karty nebo jiné kovové předměty, proces nabíjení se nespustí.
Shrnout
Bezdrátové nabíjení je poměrně praktická technologie, ale v tuto chvíli není její pohodlí plně realizováno. Hlavní nevýhodou je nízká účinnost. Baterie smartphonu může poškodit pouze zahřátím. Moderní smartphony mají chytré regulátory napájení, které neumožní pokračování nabíjení, pokud jsou porušeny teplotní podmínky. Pokud dodržíte výše popsaná pravidla, bezdrátové nabíjení nijak nezrychlí výdrž baterie oproti standardnímu drátovému.
