Energia Sem Fio: De Smartphones a EVs — O Caminho à Frente

O mundo de hoje é cada vez mais alimentado por interfaces sem fio — de fones de ouvido e fogões de indução ao campo nascente de carregamento de veículos elétricos. A pergunta permanece: podemos eventualmente alimentar um carro sem cabo, ou entregar eletricidade da rede a locais remotos sem torres e valas?

A entrega de energia sem fio se divide em duas categorias amplas. A primeira depende de acoplamento forte entre um transmissor e um receptor, criando um campo elétrico ou magnético que transporta energia diretamente através de um curto intervalo. Muitos eletrodomésticos — fogões de indução, escovas de dente e a maioria dos carregadores de telefone — usam este princípio para induzir corrente em uma bobina receptora próxima.

A segunda categoria, acoplamento radiativo, direciona um feixe de energia — frequentemente ondas de rádio de alta frequência — para um receptor sintonizado para colher o máximo possível dessa potência.

Eficiência e alcance de transmissão são as métricas-chave para ambas as abordagens. O acoplamento forte exige alinhamento preciso; por exemplo, uma panela em um fogão de indução para de aquecer imediatamente quando sai do centro do anel magnético. Smartphones usam ímãs embutidos para manter o telefone perfeitamente centralizado na base de carregamento, um pequeno mas essencial esforço de engenharia que melhora drasticamente os tempos de carregamento.

Em escala maior, o carregamento sem fio para veículos elétricos enfrenta desafios similares de alinhamento. Uma pesquisa recente da Molex descobriu que 36% dos executivos automotivos esperam que o carregamento sem fio se torne recurso padrão até 2030. Enquanto carregadores de celular operam tipicamente em dezenas de watts, EVs requerem 50 kW a 250 kW para tornar viagens de longo alcance competitivas com motores a combustão. Mesmo alguns por cento de desalinhamento podem se traduzir em centenas de watts de calor desperdiçado na interface.

O padrão J2954_202010 da SAE International aborda muitas dessas questões definindo interoperabilidade, compatibilidade eletromagnética, limites de CEM, desempenho, segurança e testes para carregamento estacionário de EVs. A especificação atualmente cobre pads acima do solo e ainda não aborda instalações embutidas, mas estabelece uma estrutura para cenários futuros de carregamento dinâmico.

O padrão também descreve um protocolo de alinhamento que ajuda motoristas a alinhar seus veículos com pads de carregamento — e prepara o palco para alinhamento autônomo no futuro. No entanto, a tecnologia exigirá engenharia robusta e hábitos de usuário disciplinados para igualar a conveniência de conectar um carro a uma estação de carregamento tradicional.

O carregamento sem fio dentro de um veículo ilustra as limitações atuais: um telefone deve ser colocado em um local específico para alcançar alinhamento ótimo da bobina. Mesmo os carregadores de consumo mais avançados ainda são efetivamente amarrados a um local fixo.

Smartphones modernos usam ímãs potentes para simplificar o alinhamento, mas a experiência permanece restrita a um ponto definido. Uma experiência de usuário mais fluida permitiria que dispositivos carregassem em qualquer lugar dentro de um certo volume, sem acoplamento preciso. A Ossia, startup financiada pela Molex Ventures, está perseguindo precisamente essa visão ao aproveitar arrays de antenas estilo MIMO para fechar energia mesmo quando o receptor não está em linha de vista direta.

O sistema da Ossia emite um sinal regular de sua antena para sincronizar com dispositivos próximos. Cada receptor transmite um beacon que reporta sua presença e necessidade de energia. O transmissor mede a fase de cada beacon e usa essa informação para direcionar um feixe de energia coerente ao dispositivo. Com múltiplas antenas, o transmissor pode resolver diferenças de fase em cada elemento, permitindo beamforming altamente preciso que pode até refletir em paredes para alcançar o receptor.

O transmissor pode suportar múltiplos dispositivos simultaneamente. Cada receptor envia um beacon de solicitação de energia, e o transmissor aloca pulsos de energia proporcionalmente a essas solicitações, garantindo distribuição eficiente dentro do volume.

Ao entregar energia através de um feixe em vez de uma bobina rígida, essa abordagem redefine o que consideramos "carregamento sem fio". Detectores de fumaça montados no teto poderiam funcionar indefinidamente, e aspiradores robôs poderiam operar sem dock. A mudança de paradigma vai de carregamento para entrega de energia, desbloqueando novas possibilidades para energia onipresente e sem cabos.

Assim como smartphones nos libertaram de linhas fixas com fio, um sistema verdadeiramente volumétrico de energia sem fio poderia transformar hábitos cotidianos. A chave para realizar essa visão está em avanços em sensores de alinhamento, gerenciamento térmico e beamforming de alta eficiência — campos onde expertise e pesquisa focada podem acelerar o progresso rumo a um mundo cada vez mais conectado e sem amarras.

>> Este artigo foi publicado originalmente em nosso site irmão, EE Times Europe.

---

---

Conteúdo Relacionado

• Desvendando desafios de design de energia sem fio veicular
• Entendendo o básico do carregamento sem fio
• Desvendando o carregamento sem fio
• Drones continuam em movimento com soluções de carregamento sem fio
• 10 tendências-chave em tecnologia sem fio
• Soluções emergentes aprimoram gerenciamento de energia de veículos elétricos

Para mais Embedded, assine a newsletter semanal por e-mail do Embedded.