Bezprzewodowe ładowanie urządzeń mobilnych

Dotychczas bezprzewodowe ładowanie indukcyjne (zasadę jego działania opisujemy na sąsiedniej stronie) nie było zbyt potrzebne. Wykorzystywano je głównie w elektrycznych szczoteczkach do zębów, gdzie zastosowanie tradycyjnych styków do przesyłania prądu nie jest możliwe ze względu na obecność wody. Okazało się jednak, że szybko rosnący w siłę rynek smartfonów stworzył zapotrzebowanie na ładowanie bez kabli. Nowoczesny telefon jest idealnym odbiorcą bezprzewodowego prądu. Po pierwsze bardzo szybko się rozładowuje i wymaga ładowania co dzień lub dwa, często w sytuacji, gdy użytkownik nie posiada przy sobie tradycyjnej ładowarki. Po drugie jego akumulator ma stosunkowo małą pojemność, więc można go szybko naładować prądem o niskim natężeniu – od 0,5 do 1 A. Z tym zakresem dostępne bezprzewodowe ładowarki radzą sobie najlepiej.

Nim bezprzewodowe ładowanie będzie powszechnie dostępne, musi zostać przezwyciężony poważny problem standaryzacji. Aktualnie istnieją dwa konkurencyjne konsorcja promujące własne rozwiązania. Pierwsze, wspierane m.in. przez Samsunga, LG, HTC, Sony i Motorolę Wireless Power Consortium (WPC), promuje technikę ładowania Qi. Konkurencyjne Power Matters Alliance (PMA) cieszy się poparciem Huawei oraz Samsunga i LG (sic!), a od niedawna może się chwalić zainstalowaniem paneli ładujących w sieci brytyjskich kawiarni Starbucks.

Konkurencję między dwoma standardami można porównać do starcia formatów Blu-ray i HD-DVD. Choć oba korzystały z tej samej technologii niebieskiego lasera, to za każdym z nich stali inni producenci filmów i sprzętu. Gdy zwyciężył Blu-ray, czekający na wynik starcia konsumenci mogli bez obaw kupować odtwarzacze i filmy HD zwycięskiego standardu.

W przypadku bezprzewodowych ładowarek jest podobnie, choć konkurencyjne rozwiązania dzieli jeszcze mniej niż wspomniane formaty zapisu filmów. Chodzi o odrobinę inną częstotliwość pola magnetycznego wykorzystywanego do przesyłania prądu. WPC wykorzystuje zakres 100–205 kHz, a PMA 277–357 kHz. Z technicznego punktu widzenia jest to pomijalna różnica, ale dla konsumenta oznacza ona, że ładowarka jednego standardu nie będzie działać z odbiornikiem konkurencji. Sytuację może rozwiązać większa konsolidacja czołowych producentów sprzętu wokół jednego standardu lub pojawienie się nowego, lepszego rozwiązania.

Ładowanie indukcyjne nie jest metodą doskonałą. Po pierwsze ma bardzo ograniczony zasięg. Ładowane urządzenie trzeba położyć na ładowarce – najczęściej w postaci maty (podstawki). Po drugie sprawność pracy ładowarki jest niższa niż w przypadku urządzenia przewodowego, ładowanie akumulatora trwa więc dłużej – w praktyce o jedną trzecią, a nawet o połowę. Strata energii, która sięga w przypadku ładowania urządzeń mobilnych 25 proc., jest wypromieniowywana w postaci ciepła. Oznacza to, że mata ładująca oraz samo urządzenie nagrzewają się podczas ładowania, co negatywnie wpływa na czas życia komponentów smartfonu. Trzecim ograniczeniem jest możliwość ładowania tylko jednego urządzenia równocześnie.

Lepszymi parametrami pracy może pochwalić się opracowywana przez Alliance for Wireless Power (A4WP) technika ładowania rezonansowego. W tej metodzie do przesyłania energii również wykorzystywane jest pole magnetyczne i cewki, tu wprawione w drganie. Zasięg przesyłu dochodzi do 1 metra, a sprawność dla dużych mocy sięga 95 proc., choć w wypadku zastosowań mobilnych, np. ładowania smartfonu, spada do 75–80 proc. Dlatego ta wciąż niekomercyjna technika rozwijana jest z myślą o ładowaniu dużych ogniw, np. w elektrycznych samochodach. Ładowanie mniejszych urządzeń będzie możliwe po udoskonaleniu technologii, która w przeciwieństwie do zwykłej metody indukcyjnej pozwala na pracę z wieloma odbiornikami energii równocześnie. A4WP i PMA połączyły siły i od 1 czerwca stanowią jedną organizację. To spora zmiana na rynku ładowania bezprzewodowego, która daje szansę na powstanie uniwersalnych ładowarek korzystających jednocześnie z metody indukcyjnej i rezonansowej.

Pomysły na wykorzystanie innych niż pole magnetyczne środków do przesyłania energii to mieszanina technik dobrze znanych i bardzo awangardowych. Np. do ładowania urządzeń, które podczas pracy zużywają niewiele energii, korzysta się z fal radiowych. W ten sposób zasilane są np. rozruszniki serca czy układy RFID. Przesyłanie energii możliwe jest na dystansie do 10 metrów.

Zasięg ma być też zaletą technologii uBeam. Ten projekt rodem z USA, za którym stoi 26-letnia Meredith Perry, zakłada przesyłanie energii w postaci fali akustycznej (pokazano już działający prototyp). uBeam ma pozwolić na ładowanie wielu urządzeń równocześnie bez wymogu fizycznego zetknięcia się ładowarki i urządzenia. Firma zgłosiła już 18 patentów i otrzymała wsparcie finansowe, m.in. od szefa Yahoo.

Bezprzewodowe ładowanie jest możliwe w przypadku kilkudziesięciu smartfonów, przede wszystkim droższych modeli (przodują tu Nokia i Samsung). Jednak tylko kilkanaście z nich posiada wbudowany w obudowę odbiornik pola magnetycznego. Inne muszą korzystać ze specjalnej wymiennej obudowy lub nakładki na nią, co jest rozwiązaniem zastępczym, mniej wygodnym.

Dużo bogatsza jest oferta ładowarek. Możesz wybierać spośród modeli dedykowanych konkretnym urządzeniom, kosztujących 100–200 złotych, oraz tanich mat ładujących za kilkanaście złotych. Te ostatnie bywają dość małe i nie zawsze możesz stabilnie położyć na nich smartfona. Od wygody używania bardziej powinno liczyć się bezpieczeństwo pracy. Dobra mata powinna wykrywać położenie na niej urządzenia – wówczas rozpoczyna się transmisja energii. W trakcie ładowania telefon wysyła do maty sygnał kontrolny o poziomie napełnienia akumulatora. Gdy dojdzie ono do 100 proc., ładowarka powinna wyłączyć pole magnetyczne. Zapobiega to nagrzewaniu maty i ładowanego urządzenia.

Najbardziej zaawansowane ładowarki mają ruchome cewki lub kilka cewek zamiast jednej. Dzięki temu ładowane urządzenie może leżeć na dowolnym fragmencie powierzchni maty. Standardowe maty wymagają odkładania telefonu w ściśle określonym punkcie. W macie ważne jest też ekranowanie – pole magnetyczne powinno być kierowane tylko w kierunku ładowanego urządzenia.

Ładowanie bezprzewodowe było jednym z motywów przewodnich tegorocznych targów CES. Za dwa–trzy lata technologia będzie dostępna w smartfonach wszystkich grup cenowych. Nim zacznie się bezprzewodowe ładowanie tabletów, słuchawek czy laptopów, konieczne jest wyłonienie wiodącego standardu oraz wyeliminowanie ograniczeń: zasięgu przesyłania energii oraz pracy z tylko jednym urządzeniem.

Pole elektromagnetyczne emitowane przez bezprzewodowe ładowarki budzi obawy części użytkowników. Jest jednak promieniowaniem niejonizującym, uznawanym obecnie za nieszkodliwe dla zdrowia. Innego rodzaju niepokój budzi perspektywa włamania się do smartfonu za pośrednictwem ładowarki. W przyszłości nie można wykluczyć takiej możliwości, lecz obecnie komunikacja między ładowarką a telefonem jest bardzo skromna i prymitywna – zbyt prosta, by mogło dojść do skutecznego przejęcia urządzenia.

Odpowiedzią na zwiększone zapotrzebowanie smartfonów na prąd jest funkcja szybkiego ładowania dostępna od niedawna w niektórych ładowarkach przewodowych. Jednym z takich rozwiązań jest Quick Charge opracowany przez Qualcomm. W najnowszej wersji 2.0 smartfon wyposażony w technologię ładuje się do pięciu razy szybciej niż standardowo. Odbywa się to przez zwiększenie natężenia prądu wysyłanego przez ładowarkę z 1 do nawet 3 amperów oraz podniesienie napięcia z 5 do maksymalnie 12 V. Wskutek tego moc ładowarki rośnie ponad trzykrotnie. Quick Charge wymaga odpowiedniej ładowarki oraz smartfonu, ale nie muszą one pochodzić od tego samego producenta. Funkcja nie działa, jeśli ładujesz telefon przez port USB komputera.