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无线充电技术介绍

来源:IT165收集  发布日期:2015-02-02 20:09:47

一、概述

1. 什么是无线充电
无线充电技术,源于无线电力输送技术。无线充电,又称作感应充电、非接触式感应充电,是利用近场感

应,也就是电感耦合,由供电设备(充电器)将能量传送至用电的装置,该装置使用接收到的能量对电池充电,

并同时供其本身运作之用。由于充电器与用电装置之间以电感耦合传送能量,两者之间不用电线连接,因此充电

器及用电的装置都可以做到无导电接点外露。

 

 

2. 无线充电的市场需求
随着苹果Appple watch开始支持无线充电,无线充电技术终于拉开了产业化的进程,越来越多的设备加入无线

充电功能,由于移动设备具备always-on GPS、高性能无线视频/音频技术、日益突出的应用及连续使用等功能,

因此尽管改进了电池技术,其电池寿命仍然较短,从而有了要求更方便的移动充电配件的需求。

现在市面上的无线充电系统即可满足这些需求,只需将移动设备放置在充电板上即可完成充电,无需最终会出

现磨损的微型连接器,无需在暗处摸索着插入充电器,无需帮助孩子插入玩具。是的,这是一类全封闭、完全防

水的装置,将手机放在餐厅的充电台上、离开时即可充满电,是如此之方便。

事实上,据 IHS 研究报告显示,在 2012 年至少交付了 500 万的无线充电设备,预计到2015 年将会有一亿

的交付量。当然这不仅仅是指智能手机,还包括 MP3 播放器、数码相机和其他移动电子设备。

 

3. 无线充电技术的发展历史
(1)19世纪30年代,法拉第发现周围磁场的变化将在电线中产生电流;
(2)19世纪90年代,爱迪生光谱辐射能研究项目的物理学家特斯拉提出了无线电力传输的构想;
(3)香港城市大学电子工程学系许树源教授在早几年曾成功研制出“无线电池充电平台”,需要产品与充电器

接触,它主要利用的是近场电磁耦合原理
(4)2007年,美国麻省理工学院的马林·索尔贾希克(Marin Soljacic)等人在无线传输电力方面取得了新进

展,他们用两米外的一个电源,“隔地”点亮了一盏60瓦的灯泡
(5)2008年12月17日,无线充电联盟(Wireless Power consortium)成立,其使命是为了创造和促进市场广

泛采用与所有可再充电电子设备兼容的国际无线充电标准Qi
(6)2010年9月1日,全球首个推动无线充电技术的标准化组织——无线充电联盟,在北京宣布将Qi无线充电

国际标准率先引入中国

 

4. 无线充电的应用前景
无线充电技术将在电动牙刷、电动剃须刀、无绳电话等家电产品,智能手机、平板电脑以及电动汽车领域被广

泛应用,可以让用户充分体验到无线充电技术带来的便携性。例如,未来可以将无线充电装置安装在办公桌内

部,只要将笔记本或PDA等放在桌上就能够立即供电。

 

二、技术原理

1. 电磁感应式充电
初级线圈一定频率的交流电,通过电磁感应在次级线圈中产生一定的电流,从而将能量从传输端转移到接收

端。目前最为常见的充电解决方案就采用了电磁感应。

 

 

2. 磁共振充电
由能量发送装置,和能量接收装置组成,当两个无线充电技术装置调整到相同频率,或者说在一个特定的频率

上共振,它们就可以交换彼此的能量,是目前正在研究的一种技术,由麻省理工学院(MIT)物理教授Marin Soljacic

带领的研究团队利用该技术点亮了两米外的一盏60瓦灯泡,并将其取名为WiTricity。

 

 

3. 无线电波式充电
这是发展较为成熟的技术,类似于早期使用的矿石收音机,主要有微波发射装置和微波接收装置组成,可以捕

捉到从墙壁弹回的无线电波能量,在随负载作出调整的同时保持稳定的直流电压。此种方式只需一个安装在墙身

插头的发送器,以及可以安装在任何低电压产品的“蚊型”接收器。

 

 

4. 三种技术方案对比

 


三、主流标准

1. A4WP标准
A4WP是Alliance for Wireless Power标准的简称,由美国高通公司、韩国三星公司以及前面提到的Powermat

公司共同创建的无线充电联盟创建。该联盟还包括Ever Win Industries、Gill Industries、Peiker Acustic和

SK Telecom等成员,目标是为包括便携式电子产品和电动汽车等在内的电子产品无线充电设备设立技术标准和行

业对话机制。

 

 

2. Qi标准
Qi是全球首个推动无线充电技术的标准化组织--无线充电联盟 (Wireless 无线充电示例Power Consortium,简称

WPC)推出的“无线充电”标准,具备便捷性和通用性两大特征。首先,不同品牌的产品,只要有一个Qi的标识,

都可以用Qi无线充电器充电。其次,它攻克了无线充电“通用性”的技术瓶颈,在不久的将来,手机、相机、电

脑等产品都可以用Qi无线充电器充电,为无线充电的大规模应用提供可能。

市场比较主流的无线充电技术主要通过三种方式,即电磁感应、无线电波、以及共振作用,而Qi采用了最为主

流的电磁感应技术。在技术应用方面,中国公司已经站在了无线充电行业的最前沿。据悉,Qi在中国的应用产品

主要是手机,这是第一个阶段,以后将发展运用到不同类别或更高功率的数码产品中。

 

3. Power Matters Alliance标准
Power Matters Alliance标准是由Duracell Powermat公司发起的,而该公司则是由宝洁与无线充电技术公司

Powermat合资经营,拥有比较出色的综合实力。除此以外,Powermat还是Alliance for Wireless Power(A4WP)标

准的支持成员之一。

已经有AT&T、Google和星巴克三家公司加盟了PMA联盟(Power Matters Alliance缩写)。PMA联盟致力于为符

合IEEE协会标准的手机和电子设备,打造无线供电标准,在无线充电领域中具有领导地位。

Duracell Powermat公司推出过一款WiCC充电卡采用的就是Power Matters Alliance标准。WiCC比SD卡大一

圈,内部嵌入了用于电磁感应式非接触充电的线圈和电极等组件,卡片的厚度较薄,插入现有智能手机电池旁边即

可利用,利用该卡片可使很多便携终端轻松支持非接触充电。

4. 三大主流标准对比

 

5. 主流标准的最新发展情况
(1)标准整合与混合模式解决方案
Qualcomm,出人意料的加入了WPC阵营,正式开启了这一整合尝试。Qualcomm 此举是为了鼓励

WPC 和 PMA 利用 A4WP 在磁共振技术领域的成果。在 PMA,Qualcomm 欲与 WiTricity(其专有技术基于

磁共振)共同创立一个工作小组,来定义“双模式”规范以密切支持磁感应和磁共振技术。

(2)Qi规范扩展
目前仅发布了 Qi 低功率规范,该规范能够最高提供 5W 的能量支持移动手机和其他小型设备。WPC 正

致力于公布 Qi 中等功率规范,以提供最高 120W 的能量来支持平板电脑、笔记本电脑和便携式钻机等大型

设备。
(3)提升效率
由于传输电力时发射器与接收器间的气隙造成的损耗,固有功率会低于通过插入墙上插座或 USB 获得

的能量,此类系统的效率通常约为70%。通过精心设计、更好的屏蔽和高质量驱动元件以及利用超薄线圈来

降低传输损耗的新技术,有可能将效率提升至 80% 到 85%。

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