无线充电有什么用 无线充电有什么好处

　　早在19世纪末，无线充电技术就已经出现了，当时电子学先驱尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）展示磁共振耦合技术，它在两个电路（也就是发射器与接收器）之间创造一个磁场，从空中传输电力。

　　一文读懂无线充电：它是怎样工作的？有哪些技术标准？

　　然而在过去大约100年的时间里，这种技术并不怎么实用，只有少量电动牙刷使用。

　　到了今天，使用的无线充电技术大约有5-6种，它们的目标是一样的：剔除线缆，让智能手机、笔记本、厨房电器、汽车都用无线技术充电。

　　无线充电技术正在向医疗保健、汽车、制造业渗透，因为它能增强移动性，让小型物联网设备远程接收电力，与充电器相隔几英尺也能充电。

　　看看目前最流行的无线充电技术，它依赖电磁场，也就是两个铜线圈之间的电磁场，这种技术有着严格的距离限制，设备与充电器之间的距离不能太远。苹果在iPhone 8和iPhone X手机上植入的无线充电技术与此类似。

　　无线充电如何工作的

　　IHS Markit研究主管大卫·格林（David Green）解释说，大体来讲，目前的无线充电技术有三种。一种是充电垫，它用到了紧密耦合电磁感应技术或者短程充电技术。一种是充电碗或者穿透表面的充电器，用到了松耦合电磁谐振充电技术，可以相隔几厘米传输电力。还有一种是解耦合RF无线充电技术，充电距离比较远。

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　　不论是紧密耦合电磁感应还是松耦合电磁谐振充电，二者遵循的物理原理是一样的：都有一个根据时间变化的磁场，感应电流在密闭的线圈内流动。

　　它们是这样工作的：磁回路天线（铜线圈）创造一个振荡磁场，它在一根或者多根接收器天线上生成电流。如果加入合适的电容，回路就可以用同样的频率共振，接收器中的感生电流也会增加。谐振感应充电和磁谐振充电就是这样实现的，该技术有一个优点：发射器与接收器的电力传输距离可以拉长，提升效率。线圈的尺寸也会影响电力传输的距离。线圈越大，或者线圈数量越多，传输的距离越远。

　　以智能手机无线充电垫为例，铜线圈的直径只有几英寸，电力高效传输的距离受到严重限制。

　　当线圈增大，就可以用无线方式传输更多的电力。WiTricity公司就是这样做的，它向众多行业（比如汽车、风力涡轮、机器人）授权松耦合谐振技术。

　　2007年MIT物理学教授Marin Solja?i?证明他可以让电力传输2米远，当时如果按这样的距离传输，效率只有40%，也就是60%的电力会在传输过程中损失掉。2007年年末，Marin Solja?i?成立了WiTricity公司，目标是将技术商用，自此之后电力传输效率持续提升。

　　在WiTricity汽车充电系统中，大型铜线圈（接收器线圈直径约为25厘米）可以延长传输距离，让电力在最远25厘米的距离高效传输。WiTricity CTO莫里斯·科斯勒（Morris Kesler）说，因为用到了谐振技术，传输的电力更多（最高11千瓦），效率也更高（端到端效率高于92%）。WiTricity将电容器放进感应回路，这样就可以捕捉更多的电力，给电池充电。

　　除了用在汽车上，技术还可以用在其它地方。去年，日本机器人制造商Daihen Corp开始提供无线电力传输系统，它就是用WiTricity技术开发的，系统主要给无人引导车（automatic guided vehicles）使用。AGV安装Daihen D-Broad无线充电系统之后，我们只要将车辆拖到充电区就会充电，然后就可以在仓库工作了。

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　　远距离充电仍然挑战重重，正因如此，公众看到的无线充电设备主要还是充电垫。

　　格林说：“自2015年以来，充电垫已经大规模出货；充电碗/穿透表面的充电器今年才推出；如果想横跨房间充电，技术大规模商用至少还要1年时间——Energous展示过新产品，证明这种方法是可行的，只是目前的传输距离很短，只有几厘米。”

　　2016年出货的无线充电设备超过2亿台，几乎所有设备都采用感应（充电垫）设计。

　　9月份，苹果终于接受无线充电技术，比其它手机制造商落后一步，苹果引入了WPC Qi技术，三星及其它Android智能手机商已经使用这种技术至少2年了。

　　第一批移动设备无线充电器大约6年之前推出，使用紧密耦合或者感应充电技术，用户必须将智能手机放在充电垫的某个位置，否则无法充电。

　　Navigant Research分析师本杰明·弗里亚斯（Benjamin Freas）说：“在我看来，要将设备与充电垫对齐充电，过程并不比直接插线省太多事。”弗里亚斯说，虽然早期接受者、技术爱好者购买感应充电器，其它人却没有兴趣。

　　2012年9月，诺基亚920手机推出，它是第一款植入无线充电技术的商用手机，诺基亚用的是Qi技术。

　　无线充电标准大战

　　在过去几年里，有三个无线充电标准组织竞争，它们关注感应和谐振充电技术。三个组织分别是A4WP（Alliance for Wireless Power）、PMA（Power Matters Alliance）和WPC（Wireless Power Consortium）。WPC有296个成员，包括苹果、谷歌、Verizon。

　　WPC搭建了最流行的无线充电标准Qi，它支持感应充电、充电垫充电、短距离（1.5厘米甚至更近的距离）电磁谐振感应充电。苹果用的就是Qi标准。

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　　PMA开发了Powermat谐振充电技术，它最开始时将技术用在咖啡店和机场内，取得一些成功。例如，星巴克2014年开始部署无线充电垫。

　　标准彼此竞争，移动设备市场很分散，大多移动设备需要一种适应性更强的无线充电标准。

　　2015年，A4WP和PMA联合，成立AirFuel Alliance，现在联盟有110个成员，包括戴尔、Duracell、三星和高通。

　　Duracell Powermat是AirFuel Alliance的一部分，它说自己在美国已经拥有1500多个充电点，通过Powermat的合作伙伴PowerKiss提供服务。PowerKiss在欧洲机场、酒店、咖啡店设有1000个充电点。AirFuel还说，一些麦当劳餐馆也使用自己的无线充电技术。

　　AirFuel关注电磁谐振和RF技术

　　AirFuel关注两种充电技术：一种是电磁谐振技术，一种是RF技术，你可以在空间内移动，移动时可以给设备充电。

　　AirFuel新闻发言人桑托斯克（Sharen Santoski）说：“市场告诉我们谐振与RF才是未来发展方向。这两种技术在空间自由度方面有优势，而且容易使用容易安装，这些优势相当重要，它可以创造市场价值，提高客户满意度。我们认为，如果想在短期之内在公共基础设施广泛部署无线充电服务，谐振是最好的选择。”

　　桑托斯克说，越来越多的咖啡店、餐馆、机场已经引进谐振无线充电站。他还说中国投资很大，中国台湾也一样。

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　　AirFuel最近公布一个项目，在台湾桃园机场地铁（Taoyuan Airport Metro）提供无线充电服务，AirFuel将谐振充电技术带到了地铁和地铁站。家具制造商Order Furniture也设计一套谐振充电家具。

　　弗里亚斯说：“如果每一个餐馆和咖啡店都引入无线充电技术，大家就会更愿意使用它，就会买一个充电垫放在家里。”不过弗里亚斯还说，目前的大多项目都是试点项目，消费者和企业不太喜欢紧密耦合充电技术，而是喜欢松耦合谐振充电技术。为什么？因为使用松耦合技术时空间自由度更高，你只要将手机、平板、笔记本放在桌面就可以充电。

　　WiTricity与汽车无线充电

　　7月份，戴尔推出Latitude笔记本，这款笔记本用到了WiTricity谐振无线充电技术。戴尔无线充电器的充电功率最高30瓦，换言之，Latitude用无线充电器充电的速度跟线缆-插座充电是一样的。

　　WiTricity的关注焦点是汽车产业。它是AirFuel联盟的成员，按照WiTricity的估计，许多电动汽车制造商都会在汽车内植入无线充电技术。使用WiTricity电磁谐振技术，电力最多可以传输9英寸的距离。这样一来，我们只需要将汽车停在大型充电垫上就能充电。

　　例如，奔驰今年推出S550e插电式混合动力汽车，它用到了WiTricity技术，将S550e停在充电垫上，汽车就会充电，效率比插线还要高。

　　科斯勒说，电动汽车使用的技术是一种量身定制的电磁谐振技术。汽车不需要充电线，无线充电垫传输电力的效率比线缆还要高。如果是有线充电系统，要用电子设备将AC转化为DC，调节电流，导致效率下降到86%左右。科斯勒称：“如果使用我们的无线充电系统，端到端效率约为93%，所谓端到端就是从墙壁传到电池的效率。”

　　远距离无线充电

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　　本月，苹果收购PowerByProxi，行业吓了一跳。PowerByProxi是一家新西兰公司，它开发松耦合谐振充电技术，用的也是Qi标准。

　　PowerbyProxi是2007年成立的，创始人名叫法迪·米什瑞奇（Fady Mishriki）。PowerByProxi展示过充电盒、充电碗产品，可以同时给多款设备充电。PowerbyProxi开始向建筑、通信、国防、农业等行业销售大型系统。当中有一个无线控制系统专门给风力涡轮使用。

　　PowerByProxi是WPC Steering Committee的成员，它缩小技术，植入AA充电电池，不必将技术直接放进设备。无线充电技术占用的空间大约只有AA电池高度的10%。苹果可能会将PowerByProxi技术放进产品，扩大无线充电技术的应用范围，不只用在手机上，电视遥控器、计算机外设及任何使用电池的设备都能用。

　　就目前来说，无线充电技术主要用在移动设备充电垫上，不过技术正在向其它领域渗透，比如仓库机器人、小型物联网设备。

　　Ossia与Energous已经证明过，无线充电距离最远可以达到15英尺（约4.57米）。Ossia充电器可以将2瓦的电力传输最远7英尺（约2.13米），如果超过这一距离，效率就会迅速下降。Ossia CEO马里奥o奥贝达特（Mario Obeidat）说，即使距离达到30英尺（约9.14米），能够传输的电力也是很大的。

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　　奥贝达特还说：“每天我会在办公室呆8-10小时，可以充半瓦或者一瓦的电量，系统一直给我的设备充电。如果5小时就能给设备充满电，那就很好了，因为你一直呆在那里。”

　　VC公司Sorenson Capital的总经理罗勃·吕克特（Rob Rueckert）说：“我用过Ossia和Energous产品，技术很好。”吕克特相信，与充电垫甚至充电盒相比，远程充电更有魅力，因为充电垫充电盒要求移动设备与电源紧密连接。

　　Energous WattUp和Ossia Cota移动设备充电系统有点像无线路由器，它将RF信号发送出去，让穿戴和移动设备接收。电路板组成小型RF天线，ASIC与软件组成无线电力接收器。

　　Cota装有多天线管理芯片，芯片尺寸约为4x4毫米。Cota电力发射器可以装进形态多样的设备，比如吊顶板、桌子、玻璃、电视、汽车仪表板。

　　发射器自动侦测Cota设备，上面还有温度感知单元，可以防止过热。

　　奥贝达特解释说：“我们管它叫真正的无线电力。我们的技术与市场上的其它技术（比如Qi）有点不同，我们可以远程传输大量电力。如果是其它技术，你要将设备放在充电垫上。正因如此，充电时你不能使用设备。”奥贝达特还说Cota技术可以穿透墙壁，就像Wi-Fi路由器一样。奥贝达特补充道：“我们的技术强调不可知论。未来，你可以将发射器放在房间内，同时给手机、平板、智能手表充电。”

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　　Ossia还想将技术植入零售货架商品的电子标签，这样一来标签就可以将产品信息告诉购物者，不需要员工放置物理标签，也不需要更换价格标签。

　　有些人可能会嘲笑，说这样的技术只能传输几瓦的电力，尽管如此，投资者却很重视。例如，加州Energous 2014年上市，融资2500万美元。Energous开发的WattUp充电器用蓝牙无线通信技术充电。和Ossia Cota一样，WattUp传输的电力很有限。正因如此，Energous的目标是为移动设备提供电力，而不是笔记本、更高容量的电池。