Bluetooth テクノロジーは、短距離無線データ交換の本来の目的を超えて発展してきました。今日、ワイヤレス充電と電力転送の領域でアプリケーションの増加を強調し、消費者の電子機器、自動車システム、および産業用インストールのスマートで効率的なエネルギー管理を実現します。世界がケーブルフリーの未来に向かって移動するにつれて、電力伝送と受信機間の通信橋としての Bluetooth の役割は不可欠です。

ワイヤレス充電とパワートランスファーの基礎

電導電、誘導充電とも呼ばれるワイヤレス充電は、電磁場を使用して2つのコイル間のエネルギーを転送します。充電ベースと装置内の受信機コイルの送信機コイル。受信機は、電池を充電するために、交流フィールドを直接電流に変換します。この方法は、スマートフォンやウェアラブルで最も一般的なが、共鳴誘導カップリングや無線周波数(RF)エネルギーの収穫などの他の技術は、範囲と電力能力を拡張します。

Qi(「chee」とPMA(パワーマターアライアンス)などのパワートランスファー技術は、デバイスが電力レベルとアライメントを交渉する方法を標準化しました。しかし、これらのシステムが真に「スマート」になるためには、デバイスは、リアルタイムで、電力ニーズ、充電状況、および安全パラメータを通信しなければなりません。これは、Bluetoothが画像を入力する場所です。

Bluetooth がワイヤレス電源に出会う場所

Bluetooth は、電力そのものを転送する使用されていません。それは、非常に非効率的で低電力([< 1 mW). Instead, it provides a low‑energy, reliable data channel between the charger and the device, or between multiple devices within a charging ecosystem. The ]])である。Bluetooth® ワイヤレス充電])仕様は、デバイスがバッテリーレベル、充電状態、温度、認証資格情報などの充電関連情報を交換することを可能にするプロファイルを定義します。

受信機が正しい電圧で、適切な熱管理で、その電力が提示されるときだけ確実に送達されるように、この通信層は重要です。それなしで、充電器は、エネルギーを無駄にし、過熱を危険にさらす、最大電力を継続的に送信することを余儀なくされるでしょう。

Qi標準のBluetooth

ワイヤレスパワーコンソーシアム(WPC)は、Qi v1.3仕様のアウトバンド通信チャネルとしてBluetooth Low Energy(BLE)を採用しました。Qiバージョン以前のバージョンでは、認証と電力交渉のためのインバンド通信(電力信号の調整)に依存していますが、BLEは、電力配信を妨げることなく、より高速でより堅牢なデータ交換を提供します。このシフトは、双方向データストリームを可能にし、ファームウェアのアップデート、充電履歴の追跡、および高度な異物検出(FOD)などの機能を可能にします。

[ Bluetooth SIG[]]によると、BLEは複数のデバイスとの同時通信をサポートし、マルチデバイス充電器(例えば、電話、イヤホン、および一度に時計を処理する充電パッド)に最適です。 各デバイスは、充電器と独立してペアリングし、衝突なしでそのステータスを報告することができます。

Bluetooth対応電源管理システム

最も実用的な実装の1つは、ポータブル電子機器のBluetoothベースのバッテリー管理です。BLEリンクは、スマートフォンが充電パッドをバッテリーのパーセンテージだけでなく、内部温度と最適な充電プロファイル(例えば、高速充電対トリコール充電)に知らせることを可能にします。その後、バッテリーがほぼ満たしているか、デバイスが過熱している場合、電流を削減する、出力を動的に調整することができます。

特に、電動歯ブラシ、医療機器、および産業用センサーには、電池が多くのサイクルで安全に充電しなければならない機能が重要である。これらの環境では、Bluetoothは充電イベントをログにしたり、故障を診断したり、電池の劣化を予測したりするための標準化された方法を提供します。

スマート充電エコシステム

単一の充電器の対を超えて、Bluetoothは全家の充電エコシステムを可能にします。あなたの携帯電話を知っているスマートデスクは、バッテリーが低く、ワイヤレス充電パッドの優先順位を自動的に調整する想像してみてください。または、コーヒーテーブルが近くのディスプレイに充電ステータスを表示しながら、それの上に座る任意の互換性のあるデバイスを充電できるリビングルーム。これらのシナリオは、中央コーディネーターが必要です。スマートフォンやハブが、複数のBLE-enabled充電器と通信します。デバイス。

BLEのメッシュネットワーク機能(Bluetoothメッシュ)を使用すると、充電器のネットワークは、家庭やオフィスの電力配分を最適化することができます。例えば、ピークエネルギーの価格設定中、メッシュは、ミーティングの準備が必要なラップトップを優先しながら、非重要なデバイスのための充電速度を削減することができます。ユーザーは、電話の統一されたインターフェイスを見たり、すべてのワイヤレス電力取引に制御および可視性を与えます。

自動車・産業用途

自動車業界は、電気自動車(EV)のワイヤレス充電を急速に採用しています。また、車載機器充電にも使用されます。Bluetoothは、両方のシナリオで使用されます。車載ワイヤレス充電パッド(例えば、センターコンソール)の場合、BLEは、車のインフォテイメントシステムが携帯電話の充電状況を表示し、ドライバーが充電スケジュールを設定できるようにします。一部のオートメーカーは、駐車補助システムにBLEを統合して、ドライバーが最適なパッドを最適なパッドに合わせるために誘導します。

産業用設定では、無線電信転送は、人間の介入なしで充電する必要がある自律的なガイド付き車(AGV)とロボットシステムに電力を供給することが多いです。 Bluetoothは、AGVの安全で低レイテンシーな通信チャネルを提供し、充電、バッテリーの健全性を報告し、さらには、ラインオブサイトや有線イーサネットを必要としない短距離位置補正を交渉することを可能にします。 Wireless Power Consortiumとして、Bluetoothの電源を交換したり、Bluetoothの電源を強制的に充電したり、Bluetoothの電源を解除したり、Bluetoothの操作を解除したり、Bluetoothの操作を解除したりすることができます。

課題と限界

その利点にもかかわらず、ワイヤレス電力転送でBluetoothを統合することは課題なしではいません。 主な懸念は共存です。 Bluetoothは2.4 GHz ISMバンドで動作し、Wi-Fiと、バンド通信の同じ周波数を使用する多くの独自のワイヤレス電力システムによっても使用されます。 便利なチャネル選択と適応周波数ホッピング(BLEの特徴)のマイティゲート干渉が、高出力の充電器は、Bluetoothの感度を低下させる電磁ノイズを生成することができます。

もう一つの制限は待ち時間です。BLEはバッテリーの状態の更新(通常はミリ秒数の10秒)に十分速いですが、マイクロ秒の調整を必要とするリアルタイムの電力制御ループには適していません。したがって、一部のハイブリッドシステムは、交渉と構成のためにBLEを使用しており、インバンド信号に依存しながら、細かい - グラインドされた電力規制に使用されます。

未来の方向: Bluetooth LE の可聴周波、Auracast および Beyond

Bluetooth テクノロジーの進化は、ワイヤレス電力との統合を深めることを約束します。 Bluetooth 5.2 以降バージョンでは、Auracast と呼ばれる新しい機能を含む LE Audio を導入しました。これは、放送オーディオ機能です。主にオーディオ用として、Auracast の広告拡張機能が電力伝送の検出に適しています。充電パッドは、充電パッドがそのプレゼンスと機能(例えば、デスクに設置された 15W Qi の高速充電器)を、接続を完全に組み合わせることなく、BLE デバイスに放送することができます。

今後、機械学習による予測充電など、より高度な電力管理アルゴリズムをサポートできる「Bluetooth 6.0」がさらに高騰し、レイテンシを低下させることが期待されています。また、BLEを用いた「パワーオーバーデータ」の概念は、非常に低電力デバイス(温度センサーなど)が電池を必要としない、という点で、専用のBLE送信機で駆動できるのです。さらに、BLE送信機とデータが同時に伝送されるという概念も、非常に低電力デバイス(温度センサーなど)が不要になる可能性があり、データが非常に低いため、バッテリーが不要になる可能性があります。

長距離無線電力におけるBluetoothの役割

RF ベースのワイヤレス電力(例えば、エネルギー収穫とパワービーム)では、Bluetooth は、低電力の描画のために選択の通信プロトコルです。 収穫された RF エネルギーによって供給される小型センサーは、BLE を介してエネルギーのニーズを覚醒し、そして眠りに戻って送信することができます。 これは既に、ワイヤを実行しているスマート ビルディング センサーに導入されています。 Bluetooth LE と RF の電力転送の組み合わせは、来年中に本当に電池なしの IoT デバイスを有効にすることができます。

コンテンツ

Bluetooth のワイヤレス充電と電力転送における役割は、もはや周辺ではありません。インテリジェントで効率的な、安全な電力システムを作成するのは、中央です。スマートフォンパッドの充電パラメータを交渉し、産業用ロボットの艦隊を編成するから、Bluetooth は「スマート」ワイヤレス電力を可能にする重要な通信層を提供します。標準は進化し続け、シームレスなケーブルフリーエネルギーが成長する需要として、Bluetooth は次世代の電力転送技術の重要な有効化を維持します。

  • デバイスや充電器のブランドを横断した相互運用性の向上
  • 動的負荷分散によるリアルタイムエネルギー最適化
  • 温度および異物検出の更新による安全性の向上
  • 自動車、ヘルスケア、産業用IoTの新機能

エンジニアやプロダクトデザイナーにとって、Bluetoothエコシステムを理解することは、電力電子機器自体を理解することが重要になっています。BLEをワイヤレス充電システムに統合する企業は、消費者や業界がますますます需要を増加させる、シームレスでインテリジェントなエクスペリエンスを提供するのに最適なでしょう。