Qi štandard pre indukčné nabíjanie
Autor: Conrad tím, 21. máj 2021
V zásade je možné všetko - avšak bez prúdu nefunguje nič. To môže potvrdiť každý, kto už sa niekedy pokúsil použiť telefón s vybitým akumulátorom. Za normálnych okolností to samozrejme nie je problém - stačí jednoducho pripojiť telefón k nabíjaciemu káblu.
Po chvíľke je nabitý natoľko, aby bolo možné realizovať aspoň krátky hovor. V poriadku - ale čo robiť, keď nabíjací kábel so sieťovým adaptérom nie je po ruke? Nebolo by pekné, keby si človek mohol svoj smartphone nabiť kdekoľvek? A presne to je možné vďaka bezdrôtovému nabíjaniu. Ako funguje bezdrôtová nabíjačka alebo inak nazývaný wireless charger a čo je to Qi štandard, to vám objasníme nižšie.
Aké výhody ponúka bezdrôtové nabíjanie?
V každej domácnosti dnes nájdeme najrôznejšie nabíjacie zariadenia. Chytré telefóny, Bluetooth slúchadlá, hodiny alebo prenosné prehrávače - to všetko je napájané energiou cez nabíjací kábel. Naviac má každé zariadenie ešte svoj vlastný sieťový adaptér a nabíjací kábel. Preto musíme dávať pozor, aby sme použili ten správny nabíjací kábel so správnym konektorom a príslušný sieťový adaptér.
U niektorých zariadení sa naviac ešte musíme pozrieť, ako musí byť konektor USB micro otočený, aby správne zapadol do zdierky. Keď priložený konektor nevkĺzne do dierky hneď, jednoducho pritlačíme
Pripojenie nabíjacieho kábla
Lenže ani konektoru ani nabíjacej zdierke hrubé zaobchádzanie nerobí dobre. Postupne sa nabíjacia zdierka opotrebuje a nedokáže už zaistiť bezpečné spojenie. Dôsledkom sú uvoľnené kontakty a drahé opravy.
Lepšie by bolo, keby sa pri nabíjaní kábel alebo konektor vôbec nemusel zapájať do zdierky. Preto výrobcovia vyvinuli bezdrôtové nabíjanie, nazývané tiež wireless charging alebo indukčné nabíjanie.
Ako funguje indukčné nabíjanie?
Nabíjací prúd - napríklad pre chytrý telefón - nie je možné len tak jednoducho prenášať vzduchom. Vzduch totiž pôsobí na prúd ako izolátor. Ale energiu je možné prenášať tiež rovnakým spôsobom, akým vzduch prenáša rozhlasové vlny alebo televízny signál. Pri bezdrôtovom prenose energie sa uplatňujú dva fyzikálne zákony:
Princíp elektromotora
Vodič, ktorým prechádza prúd, vytvára magnetické pole. Ak sa vodič navyše nachádza v magnetickom poli permanentného magnetu, obe magnetické polia sa navzájom ovplyvňujú a tým vzniká točivý pohyb elektromotora.
Princíp generátora
Keď sa elektrický vodič nachádza v magnetickom poli, je vo vodiči indukované elektrické napätie. Princíp, akým táto výroba prúdu funguje, sa používa u generátora a dynama.
V praxi sa pri indukčnom nabíjaní používajú dve cievky. Jedna cievka funguje ako vysielač a druhá ako prijímač. Vysielacia cievka vytvára potrebné magnetické pole. Aby mohla prijímacia cievka vytvárať (indukovať) napätie, musela by sa v magnetickom poli pohybovať. Pretože to z mechanického hľadiska nie je možné, využíva sa istý trik. Namiesto toho, aby sa pohyboval vodič prijímacej cievky, pohybuje sa magnetické pole. To sa dosahuje tak, že sa prijímacia cievka pripojí ku striedavému napätiu. Striedavé magnetické pole potom vytvára v prijímacej cievke takisto striedavé napätie, hoci sa prijímacia cievka sama nepohybuje.
V technike sa tento princíp používa pri transformovaní už dlho. Iba s tým, že u traf je magnetické pole medzi oboma cievkami zosilnené a jadrom cielene smerované zo železných dosiek. Vďaka tomu dokáže transformátor prenášať aj pomerne vysoké výkony. Pri indukčnom nabíjaní však chýba zosilňujúci účinok železného jadra. Preto je dôležité, aby boli obe cievky umiestnené čo najbližšie od seba. Vzdialenosť by mala byť čo najmenšia. Iba tak môže byť energia prenášaná efektívne. Ale aj za ideálnych podmienok dosahuje prenášaný výkon u indukčných nabíjačiek len niekoľko málo wattov. Tento výkon je však pre nabíjanie drobnej nositeľnej elektroniky (wearables) plne dostačujúci.
Železné teleso okolo oboch cievok slúži iba na zväzovanie magnetických siločiar a zvyšovanie stupňa účinnosti.
Aké výzvy so sebou prináša indukčné nabíjanie?
Nápad je to geniálny, ale jeho technická realizácia nie je práve bez komplikácií. Prináša totiž ťažkosti, ktoré nie je ľahké prekonať.
Musí byť zaistená funkčnosť
Asi najdôležitejším aspektom je funkčnosť. Pritom musí byť zabezpečené, aby sa do prijímača (smartphonu) dostal dostatok energie na to, aby mohol byť akumulátor dostatočne nabíjaný veľkým prúdom.
Okrem už spomínanej minimálnej vzdialenosti cievok, dokáže výrobca nabíjačky ovplyvniť tiež silu magnetického poľa a frekvenciu striedavého napätia. V optimálnom prípade sú vysielač a prijímač navzájom perfektne zladené.
Musí byť zaistená bezpečnosť
Proces nabíjania môže byť zahájený až v okamihu, keď je k vysielacej cievke priložený príslušný telefón. Navyše magnetické pole pri nabíjaní nesmie rušiť žiadne iné zariadenie v bezprostrednom okolí.
Ak by sa na vysielaciu cievku nabíjacej stanice dostal náhodou nejaký cudzí predmet ako kancelárska svorka, šperk, náradie alebo pilník na nechty, nesmie nabíjacia stanica začať nabíjanie. Kvôli indukovaným prúdom vo vnútri kovových častí by sa totiž predmety natoľko zahriali, že by ste sa o ne mohli popáliť.
Musí byť zaistená kompatibilita
U technických inovácií je to často tak, že každý výrobca pri realizácii bezdrôtovej nabíjačky ide vlastnou cestou. Ľahko sa preto sa môže stať, že indukčné nabíjanie neprebieha alebo prebieha neuspokojivo, pokiaľ má nabíjacia stanica iného výrobcu než smartphone. V najhoršom prípade indukuje prijímacia cievka v mobilnom telefóne príliš vysoké napätie, ktoré mobilný telefón poškodí.
Najmä keď je bezdrôtové nabíjacie zariadenie k dispozícii na verejných miestach, musí byť zabezpečené, aby sa smartphony plynulo nabíjali, ale zároveň aby sa pri nabíjaní nepoškodili. Preto bol spoločnosťou Wireless Power Consortium vyvinutý Qi štandard.
Čo znamená Qi štandard
WPC (Wireless Power Consortium) je všeobecne prospešná spoločnosť, založená v roku 2008, ktorá združuje viac ako 650 členských podnikov z celého sveta. Popredné značky ako napr. Apple, Samsung, Huawei, Xiaomi, Google, LG, Sony, Nokia a množstvo iných výrobcov sa spojili s WPC.
Spoločne so svojimi členskými podnikmi vyvíja WPC štandardy pre bezdrôtové napájanie bez ohľadu na výrobcu.
Qi (vyslovujeme "či") znamená v čínštine životnú energiu alebo životnú silu. V spojení s technikou nabíjania znamená Qi svetovo uznávaný štandard pre indukčné nabíjanie s výkonom až 15 W. Qi štandard pritom opisuje nielen funkčné aspekty indukčného nabíjania, resp. Qi nabíjačiek. Qi štandard presne definuje tiež bezpečnostne relevantné ochranné zariadenia a spoľahlivé rozpoznanie cudzích telies. Ďalšia špecifikácia Qi opisuje magnetické odtienenie akumulátora, aby sa pri bezdrôtovom nabíjaní minimalizovalo zahrievanie.
Výrobcovia indukčných nabíjačiek pre chytré telefóny si môžu u WPC požiadať o certifikáciu svojich bezdrôtových nabíjačiek. Autorizované a nezávislé skúšobne za týmto účelom preveria, do akej miery produkty dodržiavajú prísne svetové Qi štandardy. Pritom čo najstarostlivejšie testujú špecifické vlastnosti produktov v oblasti bezpečnosti, interoperability a užívateľskej prívetivosti. Keď bezdrôtová nabíjacia stanica splní v plnom rozsahu všetky požiadavky štandardu Qi, smie niesť označenie v podobe loga Qi.
Tým je zaistené, že sú všetky produkty s certifikáciou Qi navzájom kompatibilné a perfektne fungujú. Užívateľ môže svoj smartphone so štandardom Qi bez obáv položiť na ktorúkoľvek nabíjaciu stanici so štandardom Qi - telefón sa nemôže poškodiť.
Qi štandard sa momentálne ešte používa v prvom rade na nabíjanie smartphonov. Členovia WPC neustále pracujú na zvyšovaní výkonnosti Qi štandardu. Neskôr bude možné túto metódu využívať aj na nabíjanie notebookov a tabletov s nabíjacím výkonom 30 až 60 W.
Kto chce vedieť, či ním používaná indukčná nabíjačka má certifikáciu Qi, môže sa pozrieť do databázy Wireless Power Consortium.
Spĺňajú všetky nabíjačky Conrad Qi štandard?
V tesnej spolupráci s výrobcami a spoločnosťou Wireless Power Consortium sa firma Conrad Electronic rozhodla, že bude pre bezdrôtové nabíjanie ponúkať už len nabíjačky s certifikáciou Qi.
Vďaka tomu majú naši zákazníci absolútnu istotu, že im bude smartphone s certifikáciou Qi bez problémov fungovať s nabíjačkou Qi. Smartphone sa optimálnym spôsobom nabije a súčasne sú zohľadnené všetky bezpečnostne relevantné aspekty. To našim zákazníkom dodáva navyše tiež dobrý pocit pri bezdrôtovom nabíjaní.
Najnovší vývoj v oblasti bezdrôtového nabíjania
Bezdrôtové a bezpečné nabíjanie akumulátorov mobilných telefónov technológiou Qi je v tejto chvíli iba špičkou ľadovca. Wireless charging, resp. bezdrôtové nabíjanie má ešte oveľa väčší potenciál. V budúcnosti napríklad nebude potrebné zapájať mixér, toustovač a podobné pomocníky káblom do zásuvky. Prístroje budú bezdrôtové a vybavené inteligentnou nabíjacou technikou (Standard Ki Cordless Kitchen). Iba ich postavíte na označené miesto na pracovnej doske a nabíjanie zaistí indukcia.
Pracuje sa už tiež na bezdrôtovom nabíjaní elektromobilov a elektrobicyklov. Pretože tu ale musia byť prenesené oveľa vyššie výkony, na technickú realizáciu si budeme musieť zrejme ešte počkať. Napriek tomu sa bezdrôtové nabíjanie technikou Qi už v blízkej budúcnosti stane viac ako štandardom.
Často kladené otázky ohľadom Qi nabíjačiek
Ako zistím, či je môj mobilný telefón vhodný pre Qi nabíjačku?
Na to, či je možné mobilný telefón nabíjať bezdrôtovo pomocou nabíjačky Qi, sa musíte v prípade pochybností informovať na internetovej stránke výrobcu alebo v produktovom liste. Ak to nie je možné, je na rôznych stránkach možné nájsť prehľady modelov mobilných telefónov, ktoré je možné prevádzkovať podľa štandardu Qi.
Môžem mobilný telefón so štandardom Qi nabíjať na akejkoľvek bezdrôtovej nabíjačke?
To je možné iba za predpokladu, že bezdrôtová nabíjačka taktiež podporuje štandard Qi. Ak bezdrôtová nabíjacia stanica nepodporuje štandard Qi, nabíjanie sa neodporúča.
Čo môžem robiť, ak môj mobilný telefón nepodporuje štandard Qi?
V súčasnej dobe ponúkajú niektorí výrobcovia sadu dodatočného vybavenia Qi pre určité mobilné zariadenia. Tieto Qi prijímače sa jednoducho pripoja k nabíjacej zdierke a na zadnú stranu. Úzky prijímač je možné tiež umiestniť medzi mobilný telefón a ochranné puzdro. Avšak v takom prípade môže za istých okolností dôjsť k problémom pri bezdrôtovom nabíjaní.