蓝牙技术的发展远远超出了其最初的短程无线数据交换目的。 如今,它支撑着越来越多的无线充电和电力传输领域的应用,使得消费电子、汽车系统和工业设施能够进行更聪明、更有效的能源管理。 随着世界走向无线未来,蓝牙作为电力发射机和接收机之间通信桥梁的作用正变得不可或缺。

无线充电和电力传输的基本原理

无线充电,又称电导充电,使用电磁场在两个电圈之间传递能量:充电基中的发射线圈和装置中的接收线圈. 接收器将交替的电场转换回直流电充电电池,虽然这种方法在智能手机和可穿戴设备中最为常见,但诸如共振电导耦合和无线电频率(RF)能量集聚等其它技术会扩大电源的电源范围和功率能力.

电力传输技术,如Qi(发音“chee ” ) 和PMA(Power Materies Alliance),已经实现了设备谈判电源水平和电源调和方式的标准化。 然而,要使这些系统真正“智能”化,设备必须实时地交流其电源需求、充电状态和安全参数。 蓝牙就是进入画面的地方。

蓝牙遇到无线电源的地方

蓝牙不用于转移电力本身——这将会是效率低下和功率低的(< 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 ]蓝牙的无线充电规格(蓝牙LE堆的一部分)定义了允许设备交换充电相关信息的配置,如电池电位,充电状态,温度,甚至认证证书.

电源的电源在电源中被电源所淹没。 这个交流层对于确保只有在接收器存在时,在正确的电压下,在适当的热管理下才能提供电源至关重要。 没有电源,充电器将被迫以最大功率持续传输,浪费能量,并冒着过热的风险。

Qi 标准中的蓝牙

无线电力联营公司在其Qi v1.3规格中采用了蓝牙低能(BLE)作为Bluetooth Band通信通道。虽然早先的Qi版本依赖in bod通信(调制电源信号)进行认证和电力谈判,但BLE提供更快、更强的数据交换而不妨碍供电。这种转换允许双向数据流、使能特性,如固件更新、充电历史跟踪和先进的外国物体探测(FOD)。

根据蓝牙SIG,BLE还支持与多个设备同时通信,使得多-device充电器(例如充电器处理手机的垫,耳机,以及一次手表)成为理想. 每个设备可以独立与充电器对接,不发生碰撞地报告其状态.

蓝牙 启用的电力管理系统

最实际的操作之一是便携式电子设备中的蓝牙电池管理。一个BLE链接允许智能手机不仅告知充电台的电池百分比,而且告知其内部温度和最佳充电配置(例如快速充电对微调电),然后,当电池接近满载时,该充电台可以动态调整电源输出,如果设备过热,则可以减少电流。

这样的能力对于电动牙刷、医疗器械和工业传感器尤为重要,因为电池必须在许多周期内安全充电。 在这些环境中,蓝牙提供了记录充电事件、诊断故障甚至预测电池退化的标准化方法 — — 所有这些都没有有线诊断端口。

智能充电生态系统

除了一个充电机-设备对,蓝牙还能够使整个家庭充电生态系统成为可能。 想象一下一个知道你的手机电池电池低,自动调整其无线充电垫优先级的智能办公桌。 或者一个客厅,咖啡桌可以在显示附近显示充电状态的同时,向它充电的任何兼容设备充电。 这些情景需要中央协调员 — — 通常是智能手机或枢纽 — — 与多个BLEQ充电器和装置进行交流。

使用BLE的网格网络能力(Bluetooth Mesh),充电器网络可以协调优化家庭或办公室的电力分配。 比如,在能源价格高峰期间,网格可以降低非关键设备的充电速度,同时优先使用需要准备开会的笔记本电脑。 用户可以在手机上看到一个统一的界面,让它们能够控制并能够见识到所有无线电力交易。

汽车和工业应用

汽车业正在迅速采用电动车辆和车辆充电的无线充电。两种情况下都使用蓝牙。 对于车辆无线充电垫(如中央控制台),BLE使汽车的娱乐系统能够显示电话充电状态,并允许司机设定充电时间表。 一些汽车制造商正在将BLE纳入停车辅助系统,引导司机与导线垫进行最佳对接。

在工业环境中,无线电传动往往会给需要无需人干预而充电的自主制导车辆(AGV)和机器人系统提供动力。 蓝牙为AGV提供了安全、低电源通信渠道,用于请求充电、报告电池健康,甚至谈判短程定位矫正 — — 所有这些都不需要线条的视线或线条的以太网。 正如无线电联 注释, 蓝牙的强配对机制以及加密帮助防止在密集制造环境中的未经授权充电或电力盗窃。

挑战和限制

尽管它有优势,但将蓝牙与无线电源传输融合并非没有挑战. 主要关注是共存:蓝牙在2.4GHz ISM频段运行,Wi ⁇ Fi和许多专有无线电系统也使用该频段用于In ⁇ band通信. 注意信道选择和适应频率跳跃(BLE的一个特征)可以减轻干扰,但高 ⁇ 充电器可以产生电磁噪声,降低蓝牙的敏感性.

另一个限制是耐久性。 虽然BLE对电池状态更新(通常为数十毫秒)来说足够快,但它可能不适合需要微秒调整的实时电源控制循环。 因此,一些混合系统在依赖带内信号进行精细的Grained电源调控的同时,使用BLE进行谈判和配置。

未来方向:蓝牙 LE 音频、 Auracast 和 Beyond

蓝牙技术的发展有可能深化其与无线电的融合。蓝牙5.2和后来的版本引入了LE Audio,其中包括一个叫做Auracast的新功能——一种广播音频能力。 虽然Auracast的基本广告扩展主要用于音频,但可以重新用于电力传输的发现:充电台可以向任何BLE的LEQListing设备广播其存在和能力(例如“15W Qi快充电器,位于办公桌上 ” ) , 而不需要完全连接。 这大大简化了配对经验。

展望未来,蓝牙6.0预计将引入更高的数据率和较低的延迟度,这可以支持更复杂的电力管理算法,例如机器学习的预测充电。 此外,正在探索使用BLE的“Power-over-data”概念,在这种装置中,一个非常低的功率装置(像温度传感器)可能根本不需要电池;它可以由一个专门发射机供电,同时发送数据和一个微调充电。

蓝牙在长距离无线电中的作用

在基于RF的无线电源(例如来自Energy Harvesting and PowerBeam)中,蓝牙通常是其低功率抽取的通信协议。 由收割的RF能量驱动的小型传感器可以唤醒,通过BLE传送其能量需求,然后回到睡眠。这已经在智能建筑传感器中部署,运行的电线是不切实际的。蓝牙LE和RF电源传输相结合,在未来几年里能够真正实现无电池IOT设备。

结论

蓝牙在无线充电和电力传输中的作用已不再是外围的 — — 它是创造智能、高效和安全的电力系统的核心。 从智能手机垫内进行充电参数谈判到组织一批工业机器人,蓝牙提供了基本的通信层,使得“智能”无线电成为可能。 随着标准不断发展,随着对无缝无线能源的需求增加,蓝牙仍将是下一代电力传输技术的关键推动者。

  • 改进各种装置和充电器品牌之间的互操作性
  • 通过动态负载平衡实现实时能量优化
  • 温度和外国物体探测更新后的安全性得到加强
  • 汽车、保健和工业电离层电离层电离层电离层的新能力

对工程师和产品设计师来说,理解蓝牙生态系统正变得与理解动力电子本身一样重要。 将BLE纳入其无线充电系统的公司将最能提供消费者和行业日益需要的无缝、智能的经验。