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无线充电发展历程

作者:坤唐科技    发布时间:2020-10-01 10:06:14    浏览量:


无线充电技术

(英文:Wireless charging technology;Wireless charge technology )源于无线电能传输技术,可分为小功率无线充电和大功率无线充电两种方式。

小功率无线充电常采用电磁感应式,如对手机充电的Qi方式,但中兴的电动汽车无线充电方式采用感应式 [1]  。大功率无线充电常采用谐振式(大部分电动汽车充电采用此方式)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磁场传送能量,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。



历史发展


1890年,物理学家兼电气工程师尼古拉·特斯拉(NikolaTesla)就已经做了无线输电试验。磁感应强度的国际单位制也是以他的名字命名的。特斯拉构想的无线输电方法,是把地球作为内导体、地球电离层作为外导体,通过放大发射机以径向电磁波振荡模式,在地球与电离层之间建立起大约8Hz的低频共振,再利用环绕地球的表面电磁波来传输能量。但因财力不足,特斯拉的大胆构想并没有得到实现。后人虽然从理论上完全证实了这种方案的可行性,但世界还没有实现大同,想要在世界范围内进行能量广播和免费获取也是不可能的。因此,一个伟大的科学设想就这样胎死腹中。

2007年6月7日,麻省理工学院的研究团队在美国《科学》杂志的网站上发表了研究成果。研究小组把共振运用到电磁波的传输上而成功“抓住”了电磁波,利用铜制线圈作为电磁共振器,一团线圈附在传送电力方,另一团在接受电力方。传送方送出某特定频率的电磁波后,经过电磁场扩散到接受方,电力就实现了无线传导。这项被他们称为“无线电力”的技术经过多次试验,已经能成功为一个两米外的60瓦灯泡供电。这项技术的最远输电距离还只能达到2.7米,但研究者相信,电源已经可以在这范围内为电池充电。而且只需要安装一个电源,就可以为整个屋里的电器供电。

2014年2月,电脑厂商戴尔加盟了A4WP阵营,当时,阵营相关高层就表示,会对技术进行升级,支持戴尔等电脑厂商的超极本进行无线充电。市面上的传统笔记本电脑,大部分电源功率超过了50瓦,不过超极本使用了英特尔的低功耗处理器,将成为第一批用上无线充电的笔记本电脑。在此之前,无线充电技术,一直只和智能手机、小尺寸平板等“小”移动设备有关。不过,无线充电三大阵营之一的A4WP(“无线充电联盟”)日前宣布,其技术标准已经升级,所支持的充电功率增加到50瓦,意味着笔记本电脑、平板等大功率设备,也可以实现无线充电。

2017年10月,支持无线充电功能的手机大家庭,又迎来了3名新成员:iPhone 8、iPhone 8 Plus和iPhone X——它们都支持Qi无线充电标准,目的是给用户带来更大方便,手机本身看起来也更酷。



基本原理


电磁感应式

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,事实上,电磁感应解决方案在技术实现上并无太多神秘感,中国本土的比亚迪公司,早在2005年12月申请的非接触感应式充电器专利,就使用了电磁感应技术  。


磁场共振

由能量发送装置,和能量接收装置组成,当两个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。该实验中使用的线圈直径达到50cm,还无法实现商用化,如果要缩小线圈尺寸,接收功率自然也会下降。


无线电波式

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。


主流技术


主流的无线充电标准有五种:Qi标准、Power Matters Alliance(PMA)标准、Alliance for Wireless Power(A4WP)标准、iNPOFi技术、Wi-Po技术。

1、Qi标准

无线充电示例

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 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。

2、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。

3、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。

4、iNPOFi技术

iNPOFi(“invisible power field”,即“不可见的能量场”)无线充电是一种新的无线充电技术。其无线充电系列产品采用智能电传输无线充电技术,具备无辐射、高电能转化效率、热效应微弱等特性。

iNPOFi智能无辐射技术与现有其他的无线充电技术相比,iNPOFi没有辐射,采用电场脉冲模式,不产生任何辐射,中国泰尔实验室测试结果显示,辐射增加值近乎零。 在高效方面,泰尔试验室还测定,该技术的产品,充电传输效率高达90%以上,彻底改变了传统无线充电最高70%以下电转换低效率问题。

在智能管理方面,采用芯片适配管理技术,其中包括:自动开启、关闭充电过程;自动适配需要的电压、电流,管理充电过程,以确保较高的充电效率;并可以使用一个统一的充电板,为任何品牌、型号的电子产品,进行安全、便利、高效的充电。 在安全性方面,同时考虑到了各种弱电充电中的安全性问题,如静电ESD保护、防过充、防冲击等等,甚至若受电设备自身电源管理出现问题时,可以通过inpofi芯片自动熔断保护电子设备不被损坏。

值得一提的是,对于智能设备厂商而言,inpofi以一颗极小的芯片为核心,实现了超微化设计,仅有1/4个五毛硬币大小,可以方便的集成到任何设备中,也可以集成到各种形态的可穿戴设备中。这是传统电磁原理的产品无法达到的。

iNPOFi技术作为新一代无线充电技术标准,高效、绿色、便捷、经济。采用该技术的充电设备包含电源发射装置和电源接收装置两部分,发射装置大小、薄厚与普通手机相当,接收装置嵌入手机保护套中,将手机套上保护套,平放在发射装置上进行充电。充电过程中,手机不需要插上任何连接线。相关检测显示,充电过程中电磁辐射为零,电能效率转换达94.7%,接近有线充电。充电设备支持低电压供电,兼容普通USB供电;实现低温充电,有效保障设备及电池的使用安全及寿命。

5、Wi-Po技术

Wi-Po技术,为Wi-Po磁共振无线充电技术,利用高频恒定幅值交变磁场发生装置,产生6.78MHz的谐振磁场,实现更远的发射距离。

该技术通过蓝牙4.0实现通讯控制,安全可靠,并且可以支持一对多同步通信,同时还具有过温、过压、过流保护和异物检测功能。该技术由于使用的载体为空间磁场,能量不会像电磁波那般发射出去,所以不会对人体造成辐射伤害。

Wi-Po磁共振无线充电可应用于手机、电脑、智能穿戴、智能家居、医疗设备、电动汽车等各种场景。



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