Ý tưởng bỏ hẳn dây sạc xuất hiện đều đặn mỗi vài năm, kèm những bản tin về việc lấy điện từ sóng Wi-Fi. Phần đúng và phần chưa tới nơi nằm lẫn vào nhau, nên bài này tách ba nhóm công nghệ sạc pin không dây, nêu khoảng cách và công suất của từng nhóm, rồi chỉ ra chỗ dùng được trong nhà máy và kho hàng.
Ba cách truyền điện không cần dây
| Cách truyền | Khoảng cách | Mức công suất | Chỗ đang dùng thật |
|---|---|---|---|
| Cảm ứng điện từ giữa hai cuộn dây | Vài milimét tới hơn một centimét | Vài watt tới vài chục watt | Đế sạc điện thoại, tai nghe, bàn chải điện |
| Cộng hưởng từ | Vài centimét tới vài chục centimét | Vài trăm watt tới hàng kilowatt | Trạm nạp cho xe tự hành, xe nâng, xe điện |
| Thu năng lượng từ sóng vô tuyến | Vài mét | Rất nhỏ, thường tính bằng microwatt | Thẻ nhận dạng thụ động, cảm biến gửi tin thưa |
Ba nhóm này khác nhau tới mức không thay thế cho nhau. Nhóm thứ nhất chỉ chạy khi thiết bị đặt gần như chạm vào đế, nhóm thứ hai chấp nhận khe hở lớn nhưng cần cuộn dây to và mạch điều khiển riêng, nhóm thứ ba truyền được xa nhưng công suất nhỏ hơn nhiều bậc.
Sạc cảm ứng hoạt động ra sao
Đế sạc có một cuộn dây phát, thiết bị có một cuộn dây thu. Dòng điện xoay chiều chạy trong cuộn phát tạo ra từ trường biến thiên, từ trường này sinh dòng điện trong cuộn thu, và mạch trong thiết bị nắn dòng đó để nạp cho pin.
Hai cuộn dây phải nằm đúng vị trí so với nhau. Lệch tâm vài milimét đủ làm hiệu suất giảm rõ, đó là lý do nhiều đế sạc có nam châm định vị hoặc gờ giữ. Vỏ máy quá dày, tấm kim loại hay thẻ từ kẹp giữa hai cuộn cũng làm giảm hiệu suất và sinh nhiệt.
Phần điện năng không truyền được biến thành nhiệt ở cả hai phía. Vì vậy sạc không dây thường lâu đầy hơn sạc bằng dây, và nhiệt độ là yếu tố cần để ý nhiều hơn cả thời gian sạc.
Thu năng lượng từ sóng vô tuyến làm được gì
Sóng vô tuyến trong không gian mang năng lượng, nhưng mật độ năng lượng ở khoảng cách vài mét rất thấp. Một mạch thu có thể lấy được lượng điện đủ nuôi các linh kiện tiêu thụ cực nhỏ, không đủ cho màn hình hay bộ xử lý của thiết bị cầm tay.
Ví dụ quen thuộc nhất của nguyên lý này là thẻ nhận dạng thụ động: thẻ không có pin, lấy điện từ sóng do đầu đọc phát ra, đủ để trả lời một chuỗi mã ngắn. Các nghiên cứu về thu năng lượng từ sóng mạng không dây cũng dừng ở mức nuôi cảm biến nhiệt độ hoặc cảm biến trạng thái gửi tin cách quãng.
Nói cách khác, hướng này có ích cho lớp cảm biến chứ không thay được ổ cắm. Trong nhà máy, cách dùng thực tế là kéo dài chu kỳ thay pin cho cảm biến đặt ở vị trí khó với tới, thay vì bỏ hẳn pin.
Ba chỗ dùng được trong nhà máy và kho hàng
- Trạm nạp cho xe tự hành. Xe dừng đúng vị trí đánh dấu, cuộn dây dưới sàn và cuộn dây trên xe ghép với nhau, xe nạp điện trong lúc chờ lệnh tiếp theo. Cách này bỏ được thao tác cắm dây và bỏ được tiếp điểm hở dễ mòn.
- Thiết bị cầm tay trong kho. Máy đọc mã và máy tính bảng đặt lên khay sạc giữa ca, người dùng không phải tìm đúng đầu dây. Với kho lạnh, khay sạc còn giúp giữ thiết bị ở khu vực ấm hơn.
- Cảm biến ở vị trí khó kéo dây. Điểm đo trên đường ống cao hoặc trên thiết bị quay dùng pin nhỏ kết hợp nguồn thu tại chỗ, gửi số liệu theo chu kỳ thưa thay vì gửi liên tục.
Điểm chung của ba trường hợp là thiết bị tiêu thụ ít hoặc chỉ nạp lúc dừng. Máy chạy liên tục vẫn lấy điện theo cách thông thường, ví dụ máy gắn trên xe nâng nhận nguồn từ ắc quy qua mạch bảo vệ như mô tả ở bài máy tính gắn trên xe cho cảng và kho vận.
Hiệu suất, nhiệt và tuổi thọ pin
Ba con số nên xem khi đánh giá một phương án nạp không dây: phần trăm điện năng tới được pin, mức tăng nhiệt của thiết bị trong lúc nạp, và thời gian nạp thực tế trong điều kiện làm việc. Con số thứ ba mới quyết định, vì thiết bị tự giảm dòng nạp khi nóng nên thời gian ghi trên tài liệu thường ngắn hơn thời gian đo tại chỗ.
Với thiết bị dùng pin lithium, nhiệt là yếu tố làm giảm dung lượng theo thời gian rõ nhất. Phần này có ở bài pin Li-ion và Li-Po cho thiết bị công nghiệp, kể cả cách bố trí khối pin trong tủ điện.
Chọn thiết bị cho điểm đo và cho người làm việc di động
Cảm biến và mô-đun thu thập ở vị trí khó kéo dây chọn trong danh mục thiết bị IoT công nghiệp, ví dụ mô-đun không dây WISE-4012E đọc tín hiệu tại chỗ rồi gửi qua mạng không dây. Thiết bị cho người kiểm hàng chọn ở danh mục máy tính bảng công nghiệp. Bối cảnh về dòng máy nhúng dùng ngoài hiện trường có ở trang máy tính nhúng Advantech trên IPC247.
Khi đã biết vị trí đặt thiết bị, nguồn điện sẵn có tại chỗ và số giờ thiết bị phải chạy giữa hai lần nạp, lọc model bằng công cụ chọn máy theo yêu cầu, ghi rõ thiết bị cố định hay di động để bên tư vấn chọn đúng phương án cấp nguồn.
Câu hỏi thường gặp về sạc pin không dây
Sạc không dây có làm pin nhanh hỏng hơn không?
Yếu tố ảnh hưởng chính là nhiệt, không phải cách truyền điện. Sạc cảm ứng sinh nhiệt ở cả đế và thiết bị, nên đặt máy ở nơi thoáng và bỏ vỏ dày khi sạc sẽ giảm phần nhiệt thừa. Nếu thiết bị nóng lên rõ mỗi lần sạc thì nên xem lại vị trí đặt và đế sạc.
Vì sao sạc không dây lâu đầy hơn sạc bằng dây?
Vì một phần điện năng mất ở khâu truyền qua khe hở giữa hai cuộn dây và ở khâu chuyển đổi. Phần mất đó biến thành nhiệt, và nhiều thiết bị còn tự giảm dòng sạc khi nhiệt độ tăng, nên thời gian sạc dài hơn so với cắm dây.
Có thể sạc điện thoại bằng sóng Wi-Fi không?
Không ở mức công suất của điện thoại. Năng lượng thu được từ sóng vô tuyến trong nhà chỉ đủ cho các mạch tiêu thụ rất nhỏ như thẻ nhận dạng hay cảm biến gửi tin thưa. Đây là hướng nghiên cứu có thật nhưng nhắm tới cảm biến, không nhắm tới thiết bị cầm tay.
Nhà máy dùng sạc không dây ở đâu là hợp lý?
Ở hai chỗ. Thứ nhất là xe tự hành và xe nâng, nạp điện tại trạm dừng mà không cần người cắm dây. Thứ hai là cảm biến đặt ở vị trí khó kéo dây, dùng pin dung lượng nhỏ kết hợp nguồn thu tại chỗ để kéo dài chu kỳ thay pin.
Máy tính gắn trên xe có dùng nguồn không dây được không?
Không nên. Máy tính công nghiệp trên xe cần nguồn ổn định và liên tục, nên vẫn lấy điện từ ắc quy xe qua mạch bảo vệ và mạch quản lý theo khoá điện. Nguồn không dây chỉ hợp với thiết bị tiêu thụ nhỏ hoặc với việc nạp điện tại trạm dừng.
Đọc thêm về thiết bị: toàn bộ máy tính công nghiệp Advantech cùng các hãng khác trên ipc247.com.
