Kdy se zbavíme nabíjecích drátů?

Výrobci nových elektronických hraček chtějí – a musí – neustále zajmout něčím novým. Ale kolik tak zajímavých a skutečně novátorských „hračiček“ se v posledních letech objevilo? A tak se výrobci musí chytat stébel a nabízejí jasnější a podrobnější displeji, vyšší výkon, vykrojené obrazovky, lepší fotoaparáty a další drobná evoluční vylepšení, která potěší, ale neuchvátí.

Čím dál častěji se mezi ně řadí i další drobnost, jež by na pohled mohla uživatele opravdu zaujmout: bezdrátové nabíjení. Jako první ho nabízela u některých modelů firma Samsung, postupně se přidal i Apple s novou generací telefonů iPhone (poprvé s modely 8, 8+ a X).

Ale my vám nechceme prodat novou hračku: chceme jen prodat příběh. Podle nás poučný příběh o tom, jak těžce Apple s novým lákavým prvkem zápasil. Ukazuje, že obelstít fyziku není jednoduché.

Indukce je to pravé

Když Apple své bezdrátové dobíjení představoval, slíbil něco více než konkurence. Firma na prezentaci v září 2017 oznámila, že brzy (příští rok) uvede na trh první bezdrátovou nabíječku, která umožňuje nabíjet hned několik zařízení najednou. Měla to být šikovná podložka, na kterou prostě můžete telefon či jiné zařízeí jakkoliv položit, aby proces zafungoval.

Apple nechtěl vyvíjet vše od nuly. Výrobci se v té době už víceméně shodli na jediném standardu bezdrátového dobíjení, který se označuje jako Qi (firmy by si přály, abychom vyslovovali „či“, je to odkaz na čínský koncept „životní energie“, známý v češtině spíše jako čchi.). Nefunguje přitom tak, jak byste možá řekli.

Pod názvem bezdrátové nabíjení se dnes skrývají dvě různé věci. Jednou z nich je dotykové nabíjení, při kterém se navzájem dotýkají dvě vodivé plošky na zařízení a dobíjecí stanici. Tak jako to například bylo běžné u telefonů pro pevné linky s dokovací stanicí a bezdrátovým sluchátkem, a dnes například u tabletů atp.

Na tomto postupu není samozřejmě nic nového. Nepochybně bude mít vždy své využití, ale Apple sliboval něco jiného: bezdotykové bezdrátové napájení. Při něm se používá principu indukce mezi cívkou v telefonu a cívkou nabíječky. Na cívce v telefonu se vytváří střídavý proud, který se po usměrnění používá pro telefon a přebytky se ukládají do baterie.

Postup má základní fyzikální omezení. Intenzita jakéhokoliv elektromagnetického pole klesá s druhou mocninou vzdálenosti. Jinak řečeno, nabíjet tímto způsobem na jiné než opravdu malé vzdálenosti je nepraktické a ztrátové. Čím dále jste totiž od zdroje, tím více energie se zcela zbůhdarma vyzáří do prostoru. Proto se dnes používá nabíjení jen na vzdálenosti řádově milimetrů, například standard Qi pracoval nejprve na vzdálenosti zhruba do pěti milimetrů. Postupně se pak měla navyšovat řádově do jednotek centimetrů.

V dohledné době také nemůžeme počítat, že by to bylo jinak a že bychom mohli například indukčně nabíjet mobil, se kterým chodíme po místnosti. Musel by se najít způsob, jak na pohled neprůstřelné fyzikální omezení obejít, jako se to už v jiných případech povedlo. Třeba u optických mikroskopů, které díky chytrým trikům se světlem mohou dnes zobrazovat menší předměty, než je vlnová délka světla, což je na první pohled zcela nemožné.

V laboratořích také už dnes skutečně existují systémy, jež umožňují alespoň zhruba smysluplně efektivní indukci (s účinností cca 40 %) na vzdálenost řádově metrů. Zatím jde ovšem o velká zařízení s rozměry řádově v metrech, která se rozhodně nehodí pro dobíjení elektroniky a jejich případná miniaturizace a vylepšení účinnosti je nejspíše práce na desetiletí výzkumných a pak vývojových prací.

Co pak udělám…

Kvůli tomu dnes má indukční nabíjení u telefonů jednu velkou nevýhodu: s přístrojem při nabíjení v podstatě nemůžete pracovat. Fyzikální omezení určují, že musí ležet přímo na nabíječce, a to pokud možno přesně. V takovou chvíli je paradoxně pohodlnější běžná drátová nabíječka. Na druhou stranu, pokud není zrovna úplně vybitý, můžete bez obav telefon z nabíječky zvednout a pak ho tam znovu vrátit. Rozšířený názor, že časté přerušení nabíjení nějak výrazně poškodí baterii, není podloženo fakty. Mnohem důležitější je nevystavovat baterii vysokým či velmi nízkým teplotám, s tím si řídicí elektronika nemůže poradit tak dobře jako s řízením nabíjení.

V současnosti také nelze používat dobíjení přes kovové stěny; kovové slitiny jsou přitom stále nejlepší a nejvšestrannější materiál pro výrobu odolného šasi. Výrobci telefonů s tím musí u modelů s indukčním nabíjením počítat a zadní stěnu dělat z materiálu, které procesu nebrání. U řady jiných telefonů lze dokoupit přijímače (často ukryté pod ochranným krytem), které umožní nabíjení z indukčních nabíječek daného standardu. K dostání jsou i u nás.

Na druhou stranu, jiné velké nevýhody postup nemá. Jistě, nabíjení je podle všech zkušeností zhruba o třetinu až polovinu pomalejší než při nabíjení podobným výkonem z kabelu, protože obvykle se nabíjí nižším výkonem, aby se omezily tepelné ztráty vzniklé při nabíjení. Obecně (a velmi zjednodušeně) se pro představu uvádí, že indukční nabíjení nabízí účinnost až kolem 75 procent, běžné nabíjení zhruba o deset procent vyšší.

To znamená, že při indukčním nabíjení vzniká téměř dvakrát více tepla („odpad“ je 25 % místo 15 %), a proto je výhodné nabíjet pomaleji. Moderní „legendy“ o tom, že indukční nabíječky přehnaně zatěžují a poškozují baterie, jsou nejspíše opravdu jen legendy (tedy pokud si nabíječku a potažmo telefon nepoložíte v létě na sluncem zalitý parapet – ale to nedoporučujeme s žádnou nabíječkou, abychom se vrátili k radě o udržování baterie v „teplotním komfortu“).

Nízší účinnost nabíjení je alespoň zatím prostě fyzikální fakt, se kterým si Apple nedokázal poradit. Vyvíjená nabíjecí podložka podle úniků, jejichž pravdivost nejde ověřit, mimo jiné způsobovala přehřívání telefonů a nabíjela pomalu. V září 2018 tak Apple navzdory slibům nic takového nepředstavil, naopak tiše odstranil z webu zmínky o tomto zařízení.

V lednu 2019 pak firma udělala něco, co nikdy předtím: oznámila, že dobíjecí podložku AirPower vůbec neuvede. Výrobek totiž nesplnil její “vysoké standardy”. Firma postupně i tak indukční nabíjení nabízí, ale zatím se žádný její výrobek nepřiblížil tomu, co slibovala prezentace z roku 2017.

Nejde jistě o nepřekonatelné problémy. Pokrok je ostatně patrný už dnes a výkon indukčních nabíječek pomalu stoupá; postupně se tak přešlo z maximálního dobíjecího výkonu 5 W na 7,5 W a dnes jsou k dostání některé nabíječky s výkonem i kolem 20 W.

S indukčním nabíjením aut experimentovala i automobilka Volvo. Skončilo alespoň zatím jen u experimentů. (foto Volvo)
S indukčním nabíjením aut experimentovala i automobilka Volvo. Skončilo alespoň zatím jen u experimentů. (foto Volvo)

Jak dál?

I z toho důvodu bezdrátovému nabíjení mobilních telefonů opatrně předpovídáme poměrně světlou budoucnost, byť se nejspíše bude šířit poměrně pomalu a nepřinese žádnou „revoluci“, ač by si marketingová oddělení výrobců jistě přála něco jiného. Rozhodně se také nemusí omezovat na telefony; najdou se pro něj možná i vhodnější aplikace. Například u „chytrých hodinek“ se rozšířilo prakticky okamžitě: snadno umožňuje vodotěsnost a uživatele nijak neomezuje, protože prakticky všichni nabíjejí hodinky přes noc. A nevadí, že nabíjení je pomalejší, protože baterie hodinek je výrazně menší než u mobilu.

Mohlo by se zdát, že další praktickou aplikací by mohla být elektromobilita. Velké automobilky tuto technologii zařadily do balíčku programu technologií příští generace a na pohled má své zjevné výhody. Například tu, že majitelé automobilu by nemuseli přímo zacházet s elektrickými nabíječkami, které mají velmi vysoké výkony v řádu stovek kilowattů. To by mohl být totiž do jisté míry i problém bezpečnostní (toky energií jsou opravdu veliké, takže chyba či porucha by mohla napáchat značné škody).

Druhou možností je nabíjení vozidel přímo za jízdy. Byť v principu jde o technologii nepochybně schůdnou, nikde na světě zatím neprobíhají ani předběžné praktické zkoušky. Rozhodně tedy nebude brzy. Vyřešení všech konstrukčních obtíží, dosažení shody na standardu a jeho případné rozšíření na trhu, to všechno je spíše na desetiletí než roky. A pak je tu samozřejmě otázka ceny; o té teď nelze odpovědně říci zhola nic. Zatím tedy buďme rádi aspoň za to, že si máme kam odložit telefon.

Související články

Vložit komentář...