無線充電技術(shù)2021/5/91INTRODUCTION無線充電指的是將電能透過非導(dǎo)電的物質(zhì)傳遞。在實(shí)際應(yīng)用中，通常指的是將電能透過一定的空間距離進(jìn)行傳遞。源于無限電能傳輸技術(shù)，小功率無線充電常采用電磁感應(yīng)式（如對手機(jī)充電的Qi方式，但中興的電動(dòng)汽車無線充電方式采用的感應(yīng)式），大功率無線充電常采用諧振式（大部分電動(dòng)汽車充電采用此方式）由供電設(shè)備（充電器）將能量傳送至用電的裝置，該裝置使用接收到的能量對電池充電，并同時(shí)供其本身運(yùn)作之用。2021/5/92CONTENT1歷史與發(fā)展3總結(jié)2四種方式及比較2021/5/931歷史與發(fā)展2021/5/941歷史與發(fā)展起源無線充電技術(shù)或者說無線電能傳輸?shù)钠鹪纯梢宰匪莸?9世紀(jì)末期。由于電能的產(chǎn)生地與使用地往往存在很大的距離差異，而有線的輸配電系統(tǒng)還沒有建立起來，早期的科學(xué)家希望能夠無線地把電能傳輸?shù)绞褂玫?，于是就有了無線電能傳輸?shù)男枨蟆２簧倏茖W(xué)家在這個(gè)領(lǐng)域做了研究，其中以尼古拉?特斯拉（NikolaTesla）為典型代表。早期的這種無線電能的傳輸都指的是遠(yuǎn)距離（以km為計(jì)量單位）的大功率（至少是kw級(jí)別）的電能傳輸。以這個(gè)目的來開展的無線電能傳輸?shù)难芯孔罱K都以失敗告終。但相關(guān)的基礎(chǔ)理論研究由此開展并延續(xù)下來。在100多年后的今天，我們再回過頭來看當(dāng)年設(shè)定的這個(gè)無線電能傳輸?shù)哪繕?biāo)，發(fā)現(xiàn)它仍然是遙遠(yuǎn)的難以實(shí)現(xiàn)的。而到了近代之后，無線電能傳輸?shù)男枨笾饾u被無線充電的需求所取代。這里的無線充電都指的是相對近距離（米級(jí)或更近）的電能傳輸。2021/5/951歷史與發(fā)展機(jī)皇諾基亞！無線充電的概念起源很早。早期對無線電能傳輸?shù)膽?yīng)用嘗試基本都失敗了。進(jìn)入新世紀(jì)之后，無線充電技術(shù)又重新被關(guān)注起來。其背后的原因是什么呢？這一輪的嘗試是否還會(huì)重蹈歷史的覆轍并最終歸于平淡？近代無線充電技術(shù)的興起，有幾個(gè)先決條件。首先是電網(wǎng)系統(tǒng)的完善。在世界的大多數(shù)國家，電網(wǎng)作為基礎(chǔ)設(shè)施，經(jīng)過幾十或者上百年的發(fā)展，都已經(jīng)比較完善。人們可以較為方便地從電網(wǎng)得到電能的供應(yīng)。電能已經(jīng)不再如百年前一樣稀缺。基本上有人的地方就有電能的供應(yīng)。也就是說跨區(qū)域的長距離無線電能傳輸?shù)男枨蟠蠓秶鷥?nèi)消亡了。其次是，電源技術(shù)得到了快速的發(fā)展。電力電子作為一個(gè)專門的學(xué)科出現(xiàn)大致始于上個(gè)世紀(jì)60年代。伴隨著航空技術(shù)的發(fā)展，受到太空競賽的刺激，航天電源的需求增加，因而電源技術(shù)也得到了發(fā)展和完善。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，開關(guān)電源理論以及半導(dǎo)體器件的制作工藝均得到了很大的發(fā)展?，F(xiàn)階段人們可以更為容易地實(shí)現(xiàn)高頻開關(guān)電源，實(shí)現(xiàn)更好的功率密度和更高的電源效率。近代無線充電技術(shù)的發(fā)展2021/5/961歷史與發(fā)展Boom！第三點(diǎn)也是最重要的一點(diǎn)是區(qū)域內(nèi)無線充電需求的提高。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，各種智能終端設(shè)備越來越普遍。在中國2014年的智能手機(jī)出貨量達(dá)到了驚人的4億部。而人們在要求智能設(shè)備更快的上網(wǎng)速度，更快的運(yùn)算速度，更清晰的顯示效果的同時(shí)，各種智能設(shè)備的電能需求也在不斷的提高。受限制于電池技術(shù)，智能設(shè)備的續(xù)航時(shí)間成為困擾用戶的最大問題。在功能機(jī)時(shí)代，常見手機(jī)的使用時(shí)間可以輕松達(dá)到一個(gè)星期。而進(jìn)入智能機(jī)時(shí)代，雖然電池的容量增大了3倍以上，智能手機(jī)的續(xù)航則下降到了一天左右。因此無線充電作為一種簡易可行的智能設(shè)備充電方式受到了越來越多的關(guān)注。無線充電技術(shù)對于智能手機(jī)的意義如何呢？我們回顧一下智能手機(jī)的發(fā)展歷史。從2012年小米的第一款手機(jī)發(fā)布開始，智能手機(jī)廠商開始了一輪瘋狂的配置大戰(zhàn)，從雙核CPU，1G內(nèi)存一直廝殺到八核4G內(nèi)存，手機(jī)攝像頭也從500萬像素沖到了夸張的4000萬像素。在一輪硬件配置的比拼之后，國產(chǎn)智能手機(jī)的同質(zhì)化也越來越嚴(yán)重。差異化競爭成為智能手機(jī)廠商的必然選擇。對性能參數(shù)的追求也將逐漸轉(zhuǎn)移到對用戶使用體驗(yàn)的關(guān)注上。在這種環(huán)境下，無線充電技術(shù)還是有很大的發(fā)展機(jī)會(huì)的。以上三個(gè)條件結(jié)合在一起，使得無線充電技術(shù)的發(fā)展成為了可能。近代無線充電技術(shù)的發(fā)展2021/5/972無線充電技術(shù)的分類2021/5/982無線充電的四種實(shí)現(xiàn)方法METHOD利用磁場之間的頻率共振實(shí)現(xiàn)磁場共振可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信的利用電磁波來實(shí)現(xiàn)的充電技術(shù)電磁波顧名思義，利用磁場感應(yīng)來實(shí)現(xiàn)充電技術(shù)的完成磁場感應(yīng)利用空間電場為媒介，通過電場傳遞能量電場感應(yīng)2021/5/99①磁感應(yīng)

磁感應(yīng)式的基本原理就是給初級(jí)線圈通以一定頻率的交流電，產(chǎn)生磁場并通過電磁感應(yīng)在次級(jí)線圈中產(chǎn)生電流，從而實(shí)現(xiàn)能量的傳輸。2021/5/910①磁感應(yīng)第一代磁感應(yīng)無線充電技術(shù)最為人詬病的是使用時(shí)空間自由度低。即充電區(qū)域的面積很小，手機(jī)需要準(zhǔn)確地放置在這個(gè)位置上，且不能有較多的垂直間隔。這一點(diǎn)從上圖三星S6充電器拆解之后的線圈面積可以看出，也可以從手機(jī)背貼的面積大小上進(jìn)行推斷。只有手機(jī)背貼的線圈和充電器里的線圈位置正對時(shí)，才能夠進(jìn)行無線充電，其有效充電面積大概是兩個(gè)一元硬幣大小。這一點(diǎn)使得很多人在使用時(shí)經(jīng)常遇到因?yàn)閷Σ粶?zhǔn)位置而造成充電失敗的情況。這種情況的多次發(fā)生就極大的影響了用戶使用體驗(yàn)。換言之，較高的學(xué)習(xí)成本阻礙了這種技術(shù)的廣泛應(yīng)用。2021/5/911②磁場共振

高頻電源有高頻振蕩電路與功率放大電路組成，高頻振蕩電路產(chǎn)生與發(fā)射裝置所需諧振電流的頻率相同的正弦信號(hào)，經(jīng)功率放大電路將信號(hào)放大，通過一個(gè)線圈將能量感應(yīng)到發(fā)射裝置中。發(fā)射與接收裝置是為兩個(gè)具有相同結(jié)構(gòu)的天線。發(fā)射天線中感應(yīng)得到的交變電流，在其周圍產(chǎn)生相同頻率的狡辯磁場，從而在接受線圈中感應(yīng)生成相同頻率的電流，由于接受天線的本征頻率與電流頻率相同，從而發(fā)生自諧振，兩線圈之間通過強(qiáng)磁場建立耦合關(guān)系，能量由發(fā)射裝置源源不斷傳到接收裝置。2021/5/912②磁場共振無線傳輸電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)英特爾的“無線充電碗”2021/5/913③電場感應(yīng)有了利用空間磁場的無線供電技術(shù)，自然而然會(huì)有人想到利用空間電場進(jìn)行無線充電。因?yàn)樵倦姾痛啪褪窍嗷?yīng)而又關(guān)聯(lián)的。對于電場感應(yīng)的無線充電技術(shù)而言，簡單點(diǎn)說，可以把能量發(fā)射裝置和接收裝置看成電容的兩個(gè)極板。在交流電場的作用下，電容的兩個(gè)極板會(huì)有交變電流流過，這樣就實(shí)現(xiàn)了電能的無線傳遞。2021/5/914③電場感應(yīng)主流廠商之所以不選擇這種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主要原因是因?yàn)榭臻g電場對人體的影響。需要厘清的是，這里并不是輻射的概念。并不是說利用空間電場就比利用空間磁場有更多的輻射。輻射更多指的是空間逸散的能量對人體的影響。對于前三種無線充電技術(shù)而言，不管是空間磁場還是空間電場，由于他們的工作頻率較低，能量都幾乎不會(huì)以電磁波的形式發(fā)射出去。所以我們說前三種無線充電的方式都是無輻射的，這種說法是沒有問題的?？臻g電場對人體的潛在影響體現(xiàn)在其他方面。人體內(nèi)信息的傳遞靠的是生物電，而較強(qiáng)的空間電場有可能影響到人的神經(jīng)系統(tǒng)。2021/5/915④電場共振

這種方式或許才是人們真正“想要”的無線充電黑科技。就是無線充電可以表現(xiàn)的像無線上網(wǎng)一樣，能夠隨時(shí)隨地，間隔5米或者10米對手機(jī)進(jìn)行充電。第四種無線充電技術(shù)是利用高頻電磁波來進(jìn)行無線充電。這個(gè)技術(shù)在理論上是可行的。我們知道常見的wifi頻率是2.4GHz，現(xiàn)在也有5GHz的wifi信號(hào)了。既然能夠傳遞數(shù)據(jù)，那么理論上也可以傳遞能量。常見的家用無線路由器的功率等級(jí)大概是10mW，理論上來說我們只需要把這個(gè)路由器的功率等級(jí)增大2000倍，就可以給手機(jī)進(jìn)行充電了。2021/5/916④電場共振①充電效率會(huì)非常低。電磁波的能量是對外發(fā)散的，可以想象成一個(gè)一個(gè)的能量包裹（即光子），從發(fā)射源離開之后不管有沒有被待充電設(shè)備接收，能量都是消耗了的。②對人體的影響。電磁波的能量是對外發(fā)散的，基本上是遇到什么就被什么吸收掉。手機(jī)能夠得到電能補(bǔ)充的同時(shí)，人會(huì)比手機(jī)吸收更多的能量，當(dāng)然，這么大強(qiáng)度的電磁波對人體的影響究竟是什么，國際上是還沒有明確結(jié)論的。從目前來說，要想讓電磁波來為手機(jī)有效地?zé)o線充電，空間電磁波的能量肯定是會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國際標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定的。2021/5/9173總結(jié)2021/5/9183總結(jié)對于無線充電而言，到底什么才是要解決的問題，我們認(rèn)為應(yīng)該是接收電力要迷你化，起碼可在手機(jī)作為內(nèi)置系統(tǒng)，