鋰電池無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)及工作原理

自19世紀末以來(lái)，無(wú)線(xiàn)充電就已經(jīng)存在，當時(shí)電力科技先驅尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）展示了磁諧振耦合——在兩個(gè)電路（發(fā)射器和接收器）之間產(chǎn)生磁場(chǎng)，通過(guò)空氣傳輸電的能力。

隨著(zhù)蘋(píng)果公司最終將原生無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)引入其iPhone產(chǎn)品陣容，該技術(shù)將在消費者和企業(yè)內部被廣泛采用。

如今，正在采用近六種無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)，所有這些技術(shù)都旨在切斷從智能手機和筆記本電腦到電動(dòng)汽車(chē)的所有設備的電纜。 

鋰電池無(wú)線(xiàn)充電正在推動(dòng)醫療保健，汽車(chē)和制造業(yè)的發(fā)展，因為它帶來(lái)了增加移動(dòng)性和發(fā)展的希望，這些進(jìn)步可以使小型的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設備從充電器獲得數尺遠的電力。

用于Ossia的Cota RF技術(shù)的無(wú)線(xiàn)充電電路板

現階段流行的無(wú)線(xiàn)技術(shù)采用2個(gè)銅電磁線(xiàn)圈之間的磁場(chǎng)，這樣的技術(shù)有個(gè)短板，極大的限制了充電裝置和充電板之間的距離。這就是Apple已將其納入iPhoneX的充電類(lèi)型。

鋰電池無(wú)線(xiàn)充電如何工作

廣義上講，無(wú)線(xiàn)充電分為三種。有些充電板采用緊密耦合的電磁感應或非輻射充電；采用松散耦合或輻射電磁諧振充電的充電碗或直通型充電器，該電荷能夠傳輸幾厘米的電荷；以及非耦合射頻（RF）無(wú)線(xiàn)充電功能，能夠在幾尺遠的距離上實(shí)現a流充電功能。

緊密耦合的感應充電和松散耦合的諧振充電均基于相同的物理原理進(jìn)行操作：隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)在導線(xiàn)的閉環(huán)中感應出電流。

宜家的無(wú)線(xiàn)充電器產(chǎn)品系列 包括一個(gè)可同時(shí)為三個(gè)設備充電的墊子

它的工作方式如下：磁環(huán)形天線(xiàn)（銅電磁線(xiàn)圈）用于產(chǎn)生振蕩磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)能夠在一個(gè)或多個(gè)接收器天線(xiàn)中產(chǎn)生電流。如果添加適當的電容使環(huán)路以相同的頻率諧振，則接收器中的感應電流將增加。這是共振感應充電或磁共振。它能夠在發(fā)射器和接收器之間更遠的距離上傳輸功率，并提高效率。電磁線(xiàn)圈尺寸也會(huì )影響功率傳輸的距離，電磁線(xiàn)圈越大，或電磁線(xiàn)圈數越多，電荷能夠 傳播的距離越遠。

例如，在智能通過(guò)手機進(jìn)行無(wú)線(xiàn)充電板的情況下，銅電磁線(xiàn)圈的直徑只有幾寸，這嚴重影響限制了電源的有效信息傳輸安全距離。

當電磁線(xiàn)圈較大時(shí)，能夠無(wú)線(xiàn)傳輸更多的能量。這就是十年前由麻省理工學(xué)院的研究組建的無(wú)線(xiàn)電力（WiTricity）公司的策略。它為從汽車(chē)，風(fēng)力渦輪機到智能機器人技術(shù)的所有產(chǎn)品提供了松耦合諧振技術(shù)。

麻省理工學(xué)院物理學(xué)教授馬林·索利亞奇（MarinSolja?i?）于2007年證明，他可以在兩米的距離內傳輸電能。當時(shí)，在該距離處的功率傳遞效率僅為40％，這意味著(zhù)60％的功率在傳遞中損失了。索利亞奇于當年晚些時(shí)候啟動(dòng)了WiTricity，以將該技術(shù)商業(yè)化，此后，其功率傳輸效率得到了極大的提高。

在WiTricity的車(chē)載充電系統中，大型銅電磁線(xiàn)圈（接受器的直徑超過(guò)25厘米）可實(shí)現長(cháng)達25厘米的有效功率傳輸。WiTricity首席技術(shù)官莫里斯·凱斯勒（MorrisKesler）認為，諧振的使用可傳輸高水平的功率（高達11kW）和高效率（端對端大于92％）。WiTricity還向傳導環(huán)路添加了電容器，從而增加了可捕獲并用作為電池充電的能量。

該系統不僅用作轎車(chē)：上年，日本地區的智能機器人生產(chǎn)商DaihenCorp.開(kāi)始發(fā)售依托于WiTricity技術(shù)的自動(dòng)導引車(chē)（AGV）無(wú)線(xiàn)功率傳輸系統。配備了Daihen的D-Broad無(wú)線(xiàn)充電系統的AGV可以簡(jiǎn)單地上拉至充電區域以啟動(dòng)電源，然后執行其倉庫職責。

雖然遠距離充電具有巨大的潛力，但到目前為止，鋰電無(wú)線(xiàn)充電的公眾面貌仍保留在充電墊上。

從進(jìn)步和行業(yè)發(fā)展來(lái)看，充電墊自2015年以來(lái)就開(kāi)始大量銷(xiāo)售；充電碗/直通型今年才真正推出；整個(gè)房間的充電距離商業(yè)高點(diǎn)至少還有一年的時(shí)間，體積的現實(shí)，盡管新的Energous產(chǎn)品顯示此方法目前可在非常短的范圍內工作，例如幾厘米。

2016和發(fā)貨的無(wú)線(xiàn)充電設備200個(gè)多萬(wàn)臺，其中幾乎所有的設備都使用某種形式的感應的（充電板）型設計。

9月，蘋(píng)果在擁抱WPC的Qi標準方面落后于別的手機制造商多年之后，終于選擇了一方，三星和別的Android智能手機生產(chǎn)商已經(jīng)使用了至少兩年。

第一種移動(dòng)設備無(wú)線(xiàn)充電出現在大約六年前。他們使用了緊密耦合或感應充電，這要求用戶(hù)將智能手機放在平板上的正確位置才能充電。

Belkin的BoosUp無(wú)線(xiàn)充電板與別的充電板相似，它包括一個(gè)銅發(fā)射器充電，一個(gè)芯片組（用作控制傳遞給設備的功率）以及異物檢測技術(shù)。

貝爾金的BoosUp無(wú)線(xiàn)充電板與別的充電板相似，它包括一個(gè)銅發(fā)射器充電，一個(gè)芯片組（用作控制傳遞給設備的功率）以及異物檢測技術(shù)，以確保不應接收電荷的物體不會(huì )被充電。

Nokia920于2012年9月，提供了第一款依托于Qi規格的內置無(wú)線(xiàn)充電功能的商用智能手機。

無(wú)線(xiàn)充電規范之爭

幾年來(lái)，有三個(gè)競爭的無(wú)線(xiàn)充電標準組致力于磁感應和諧振充電規范：無(wú)線(xiàn)電源聯(lián)盟（A4WP），電源事項聯(lián)盟（PMA）和無(wú)線(xiàn)充電聯(lián)盟（WPC）。后者的成員包括蘋(píng)果，谷歌，Verizon和一位名副其實(shí)的電子制造商名人錄，一共擁有296名。

WPC創(chuàng )建了一個(gè)流行的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)充電技術(shù)標準——Qi，該標準開(kāi)展適用磁感應或墊式充電方法以及學(xué)生短距（1.5cm或更?。╇姶胖C振磁感應充電。目前蘋(píng)果公司正在應用Qi標準。

AppleWatch于15年發(fā)布，應用磁感應無(wú)線(xiàn)充電線(xiàn)

PMA和Powermat的磁感應充電規范，并根據無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)在咖啡店和機場(chǎng)試用成功。例如，星巴克于2014年開(kāi)始不斷發(fā)布一個(gè)無(wú)線(xiàn)充電板。

在競爭標準的適用下，對移動(dòng)設備的適用仍然支離破碎，大多數移動(dòng)設備都需要適應性的情況才能實(shí)現無(wú)線(xiàn)充電。

A4WP和PMA在15年決定成立一個(gè)聯(lián)合航空燃料聯(lián)盟，目前有110個(gè)成員，包括戴爾、金、三星和高通。

2014年，星巴克宣布在美國近8000家咖啡店推出基于Powermat規范的無(wú)線(xiàn)充電

由于空氣燃料聯(lián)盟的部分，金霸王Powermat的聲稱(chēng)它已在美國超出一千五百個(gè)充電站，根據PowerKiss歐洲機場(chǎng)，酒店和超出1000個(gè)充電站的咖啡館合作伙伴的Powermat。AirFuel還宣布在麥當勞的一些學(xué)生餐廳可以開(kāi)展分析無(wú)線(xiàn)充電。該Freas說(shuō)，這是一種方法的無(wú)線(xiàn)充電可廣泛應用于。

AirFuel致力于兩種充電技術(shù)：電磁諧振和射頻，該技術(shù)提供了在空間中移動(dòng)并仍然為移動(dòng)設備充電的能力。

“我們已經(jīng)看到了明確的市場(chǎng)指標，諧振和射頻是必經(jīng)之路。這兩種技術(shù)在空間自由度，易用性和易安裝性方面均具有非常明顯優(yōu)勢，這是我們創(chuàng )造中國市場(chǎng)經(jīng)濟價(jià)值和客戶(hù)服務(wù)滿(mǎn)意度的重要環(huán)境因素。”AirFuel發(fā)言人SharenSantoski。“我們認為，共振是短期內實(shí)現廣泛公共基礎設施部署的最佳技術(shù)。”

結果，桑托斯基說(shuō)，越來(lái)越多的咖啡店，飯店和機場(chǎng)已經(jīng)部署了基于諧振的無(wú)線(xiàn)充電站。桑托斯基說(shuō)：“臺灣和中國都在大力投資。”

空燃比最近宣布與桃園機場(chǎng)地鐵站項目，該項目正在以它的火車(chē)開(kāi)展和車(chē)站共振充電。家具制造商O(píng)rderFurniture創(chuàng )建了具有共振功能的家具新系列。

如果在每家餐廳和咖啡店都擁有它，那么人們將更有可能使用它并在家中充電。Freas說(shuō)，這些項目中的大多數仍只是試點(diǎn)項目，消費者和企業(yè)不太可能希望緊密耦合充電，而更有可能選擇松散耦合諧振充電，這是因為松散耦合充電提供了更大的空間自由度-將手機，平板電腦或筆記本放在臺式主機上進(jìn)行充電。

車(chē)載WiTricity和無(wú)線(xiàn)充電

7月，Dell公布了一款Latitude筆記本，該筆記本融合了WiTricity的共振無(wú)線(xiàn)充電功能，該企業(yè)位于馬薩諸塞州沃特敦，該企業(yè)授權最初由麻省理工學(xué)院（MIT）開(kāi)發(fā)的技術(shù)。Dell無(wú)線(xiàn)充電器可提供高達30W的充電功率，因此Latitude筆記本將以與插入墻上插座相同的速率進(jìn)行充電。

但是無(wú)線(xiàn)充電的主要重點(diǎn)是汽車(chē)工業(yè)。WiTricity首席執行官亞歷克斯·格魯岑（AlexGruzen）表示，該企業(yè)隸屬于A(yíng)irFuel聯(lián)盟，預計許多電動(dòng)汽車(chē)制造商將宣布對其車(chē)輛進(jìn)行無(wú)線(xiàn)充電。

該企業(yè)的電磁諧振技術(shù)允許功率在距充電板約9英寸的距離內傳輸。這樣一來(lái)，電動(dòng)汽車(chē)只需將車(chē)停在大型充電板上即可充電。

例如，奔馳今年將推出具有使用無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)能力的S550e插電式混合動(dòng)力轎車(chē)。S550e只需停放在墊子上，它們開(kāi)始充電的效率甚至比插入電源時(shí)還要高。

近50種汽車(chē)模型在其機艙中提供基于Qi的無(wú)線(xiàn)充電

電動(dòng)汽車(chē)的應用是為電磁諧振充電量身定制的。那是因為車(chē)輛不需要充電電纜，并且無(wú)線(xiàn)充電板比電纜更有效地輸送電力。有線(xiàn)充電系統使用電子設備將交流電轉換為直流電并調節功率流，從而將效率降低到約86％，凱斯勒說(shuō)，我們的無(wú)線(xiàn)充電從一端到另一端，從墻壁到傳送到電池的效率高達93％。

遠距離無(wú)線(xiàn)充電

17年10月，美國蘋(píng)果公司收購了無(wú)線(xiàn)充電企業(yè)PowerByProxi，這使一些業(yè)界觀(guān)察家感到驚訝，這家新西蘭企業(yè)也開(kāi)發(fā)了基于Qi規格的松耦合諧振充電技術(shù)。

PowerbyProxi由實(shí)業(yè)家FadyMishriki于2007年成立，是奧克蘭大學(xué)的衍生企業(yè)。PowerByProxi展現了充電箱和充電碗，可在這其中能夠同時(shí)根據放置一個(gè)多個(gè)系統設備并進(jìn)行學(xué)習充電。

這家酒店在奧克蘭開(kāi)始銷(xiāo)售建筑，電信，國防，農業(yè)等行業(yè)使用的大型系統。一種根據這樣的產(chǎn)品是用于風(fēng)力渦輪機的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )控制智能管理系統。

WPC具體指導委員會(huì )的成員PowerByProxi還將其技術(shù)微型化，并將其放入AA充電電池中，從而無(wú)需將技術(shù)直接嵌入設備中，無(wú)線(xiàn)技術(shù)約占AA電池高度的10％。

蘋(píng)果可以使用PowerByProxi的技術(shù)將無(wú)線(xiàn)充電的用途擴展到智能手機以外的領(lǐng)域，例如，為電視遙控器，計算機外圍設備或需要電池的任何設備充電。

雖然無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)主要的用途是移動(dòng)設備充電板，但該技術(shù)也正在涉足從倉庫機器人到微型IoT設備的所有領(lǐng)域，否則這些設備需要通過(guò)可更換電池進(jìn)行接線(xiàn)或供電。

Ossia和Energous早已證實(shí)無(wú)線(xiàn)充電超出4.5米。Ossia的充電器可以發(fā)出高達2瓦的功率，但是隨著(zhù)距離的增加，它的電量會(huì )迅速下降。殊不知，依據OssiaCEOMarioObeidat的說(shuō)法，即使在9米處，可以傳輸的電量也是“有意義的”，這暗示著(zhù)對設備進(jìn)行trick流以維持其電量。

Ossia Cota無(wú)線(xiàn)充電系統 包括大型圓柱形發(fā)射器及接收器 

假如你每天在辦公室工作8到10個(gè)小時(shí)，而收到的功率為半瓦或一瓦；它會(huì )一直在為你的設備充電。因此，如果要花5個(gè)小時(shí)才能為該設計充滿(mǎn)電，那也很好，因為你一直在那兒。

無(wú)線(xiàn)充電的工作方式

Energous和奧斯西亞移動(dòng)設備充電系統都像無(wú)限路由器一樣工作，它們發(fā)送射頻（RF）信號，這些信號可由已啟用的可穿戴設備和移動(dòng)電話(huà)接收。無(wú)線(xiàn)功率接收器由PCB板形式的小型RF天線(xiàn)，ASIC和軟件組成。

使用大小約為4x4mm的多天線(xiàn)管理芯片，Cota功率發(fā)送器可以?xún)戎玫礁鞣N尺寸的設備中，從天花板到桌子，書(shū)桌，玻璃，電視和汽車(chē)儀表板，應有盡有。

我們稱(chēng)其為真正的無(wú)線(xiàn)電力。奧貝達特說(shuō)，我們的技術(shù)與市場(chǎng)上的其他產(chǎn)品（例如Qi）之間的區別是，我們可以遠程提供有意義的電源。其他技術(shù)則需要您將設備放在平板上。因此，有效地，您必須放棄設備才能為其充電。

奧貝達特還聲稱(chēng)，Cota充電可以像Wi-Fi路由器一樣在墻上穿行。你可以設想在房間內同時(shí)為智能手機，平板電腦或智能手表供電的發(fā)射機。

奧斯西亞一直在零售貨架產(chǎn)品的電子標簽上測試其技術(shù)。標簽可以告訴詳細信息或銷(xiāo)售產(chǎn)品的顧客，而不將工人的物理標記或更改價(jià)格標簽。

盡管有些人嘲笑遠距離僅傳輸幾瓦功率的想法，但投資者卻認真對待了這一想法。例如，總公司位于加利福尼亞州普萊森頓的Energous（AirFuel成員）在2014年上市時(shí)籌集了約2500萬(wàn)美元。

Energous的WattUp充電器使用藍牙手機無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )技術(shù)規范?？扑夹g(shù)，功率WattUp可發(fā)送像Ossia是有限的。因而，Energous專(zhuān)注于為中小型企業(yè)移動(dòng)電子產(chǎn)品進(jìn)行供電，而不是為需要1個(gè)更高容量的筆記本電腦或電池系統供電。

Energous的創(chuàng )始人兼首席技術(shù)官Michael Leabman演示了該公司的無(wú)線(xiàn)充電路由器之一如何在中距離和遠距離發(fā)送功率

該Energous說(shuō)，1個(gè)WattUp信號發(fā)射器可達到24充電設備，所有這些都可以啟用或充電軟件控制下禁用。最大功率（4瓦）只能同時(shí)傳送到四個(gè)設備。隨著(zhù)更多“授權”設備進(jìn)入房間，對每個(gè)設備的收費下降。

遠距離可以采用通過(guò)無(wú)線(xiàn)充電的1個(gè)企業(yè)潛在功能障礙是，Ossia和Energous都沒(méi)法為支持Qi的設備進(jìn)行充電。該技術(shù)是專(zhuān)有的。

只是開(kāi)始

Qi和Powermat是一個(gè)很好的開(kāi)始，但是該技術(shù)并不是完全無(wú)線(xiàn)的。Qi已經(jīng)開(kāi)始了有關(guān)無(wú)線(xiàn)電力的討論。非常重要的是要讓消費者知曉有關(guān)可能的事。

通過(guò)使用QiPad充電開(kāi)始，用戶(hù)可以開(kāi)始接受無(wú)線(xiàn)電源的前提，并很快將需要1個(gè)更加靈活，強大的解決方案：遠距離供電以及在充電時(shí)靈活使用設備的能力。

現在，將近80種汽車(chē)模型在其機艙中提供基于Qi的無(wú)線(xiàn)充電。根據負責Qi標準的實(shí)體無(wú)線(xiàn)充電聯(lián)盟（WPC）的數據，全球有超過(guò)5000個(gè)公共Qi充電地點(diǎn)。麥當勞（McDonald‘s），萬(wàn)豪（Marriott），宜必思（Ibis）等其他主要品牌已將Qi納入其物業(yè)。倫敦希思羅機場(chǎng)，費城等世界各地的機場(chǎng)都設有Qi充電站。例如Facebook，Google，Deloitte，PwC和Cisco等企業(yè)已將Qi納入其公司辦公室。

無(wú)線(xiàn)充電的優(yōu)點(diǎn)：

1.方便：非接觸式，相比于許多普通充電充電器插頭減少了麻煩，也避免了接口不適用，因而不好，老人也能輕松使用。一臺充電器可以對企業(yè)多個(gè)負載充電，1個(gè)中國家庭可以購買(mǎi)一臺充電器就可以得到滿(mǎn)足全家人使用。

2.通用性：任何制造商的任何設備都可以使用無(wú)線(xiàn)充電，只要使用相同的無(wú)線(xiàn)充電標準。

3.新穎性，良好的用戶(hù)體驗

4.具有通用規范

主流的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)充電標準規范有：Qi規范、pMA規范、A4Wp規范。

Qi規范：Qi規范是世界上首個(gè)無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)推廣的標準化組織-無(wú)線(xiàn)充電聯(lián)盟（WPC，成立于2008年）發(fā)布的無(wú)線(xiàn)充電規范，它采用電流的磁效應技術(shù)是最主流的，以及與通用兩大兼容性特點(diǎn)。只要是企業(yè)擁有Qi標識的產(chǎn)品，都可以用Qi無(wú)線(xiàn)智能充電器進(jìn)行充電。蘋(píng)果加入了WPC。

pMA標準：pMA聯(lián)盟致力于為符合IEEE協(xié)會(huì )標準的手機和電子設備，打造無(wú)線(xiàn)供電標準，在無(wú)線(xiàn)充電領(lǐng)域中具有領(lǐng)導地位。pMA也是采用電磁感應原理實(shí)現無(wú)線(xiàn)充電。目前已經(jīng)有AT&T、Google和星巴克三家公司加盟了pMA聯(lián)盟。

A4Wp：AllianceforWirelesspower規范，2012年發(fā)布，目標是為包括便攜式電子信息產(chǎn)品和電動(dòng)汽車(chē)等在內的電子企業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行無(wú)線(xiàn)充電設施設備可以設立相關(guān)技術(shù)發(fā)展規范和行業(yè)通過(guò)對話(huà)管理機制。采用電磁共振原理實(shí)現無(wú)線(xiàn)充電。

無(wú)線(xiàn)充電的缺點(diǎn)：

1.工作距離短

大多數當前的無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)近磁場(chǎng)進(jìn)行充電的無(wú)線(xiàn)電子產(chǎn)品的短距離范圍內。因為通過(guò)無(wú)線(xiàn)電能傳輸的距離越遠，功率的耗損也就會(huì )影響越大，能量傳輸技術(shù)效率問(wèn)題就會(huì )越低，且會(huì )導致企業(yè)設備的耗能較高。

2.轉換效率低，速度慢

無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)是簡(jiǎn)單方便，但在有缺陷的慢速充電速度和充電效率。

3.功耗較高，更加費電

隨著(zhù)我國無(wú)線(xiàn)網(wǎng)充電技術(shù)設備的距離和功率的增大，無(wú)用功的耗損也就會(huì )越來(lái)越大。

4.成本高，維修消耗大，不達標會(huì )有安全隱患。

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