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電動(dòng)汽車、移動(dòng)設(shè)備和工業(yè)應(yīng)用正在重新關(guān)注無(wú)線充電技術(shù)。
眾所周知，電在空氣中傳播的距離很長(zhǎng)，但是，離開了電線，好像從來(lái)沒(méi)有一種實(shí)用或者可靠的方式可以給電子設(shè)備供電。
實(shí)際上，無(wú)線供電已經(jīng)出現(xiàn)很多年了。無(wú)線供電能否延長(zhǎng)電池的壽命，目前尚不完全清楚。但是，終端設(shè)備處理能力和功能日益增強(qiáng)，相比之下，電池容量改善緩慢，為了緩解日益增長(zhǎng)的功能和落后的電池之間的矛盾，以及應(yīng)對(duì)電動(dòng)汽車和連接性工業(yè)應(yīng)用等新興市場(chǎng)的持續(xù)增長(zhǎng)，無(wú)線充電重新引起了人們更多的關(guān)注。
“我記得，10 年前或 15 年前，醫(yī)療植入物就可以使用袖帶或線圈進(jìn)行充電，這樣就不必回去做手術(shù)了?！?a class="article-link" target="_blank" href="/manufacturer/1000180/">西門子 -Mentor 公司的產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理 Jeff Miller 說(shuō)?！盎蛘咴诳ㄜ嚿辖o輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)充電時(shí)，因?yàn)檩喬ド蠜](méi)有電線，沒(méi)法進(jìn)行有線充電，而且你肯定也不想把輪胎拆下來(lái)，所以必須采用不同的方法進(jìn)行充電?！?/p>
大部分無(wú)線充電應(yīng)用場(chǎng)景涉及工業(yè)、汽車或可充電電動(dòng)牙刷等低端消費(fèi)類產(chǎn)品，但是現(xiàn)在，智能手機(jī)也越來(lái)越多地集成了無(wú)線充電功能。智能手機(jī)主要基于 Qi 標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)依靠發(fā)射器和接收器之間的磁感應(yīng)完成能量傳輸，在充電過(guò)程中，發(fā)射端和接收端需要靠得很近，基本上都快接觸上了。
除此之外，人們還在努力開發(fā)能在幾英尺之外以同樣的充電時(shí)間完成手機(jī)充電的方案，而且這種方案除了給手機(jī)充電,還有可能在同一時(shí)間利用磁場(chǎng)、超聲波、激光或各種頻率的射頻信號(hào)給許多其它裝置充電，除了充電之外，甚至還可以傳輸媒體數(shù)據(jù)。
“不通過(guò)電纜傳輸電力的基礎(chǔ)物理學(xué)已經(jīng)問(wèn)世幾十年了，難點(diǎn)不在于通過(guò)空氣傳輸電力，而是能夠在受限的場(chǎng)強(qiáng)范圍內(nèi)，不受干擾地傳輸電力，同時(shí)能夠把成本降下來(lái)，使之成為大眾化的產(chǎn)品?！睙o(wú)線充電聯(lián)盟（WPC）主席 Menno Treffers 稱。該聯(lián)盟的目標(biāo)是將之前兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)性的技術(shù)規(guī)范合并，統(tǒng)一到其用于近場(chǎng)手機(jī)充電的 Qi 標(biāo)準(zhǔn)中。
Treffers 說(shuō)，要讓大多數(shù)無(wú)線充電產(chǎn)品產(chǎn)生并實(shí)際能夠提供智能手機(jī)充電所需的 5 瓦或更高功率的電力，是一件非常困難的事情。
“做個(gè)看起來(lái)像是在 15 英尺之外給手機(jī)充電的演示很簡(jiǎn)單，真正重要的是數(shù)據(jù)?！彼f(shuō)?！叭绻阒皇窍蛞粋€(gè)需要 5W 功率的設(shè)備傳輸毫瓦級(jí)別的電力，那基本上毫無(wú)用處。使用磁感應(yīng)技術(shù)，你可以得到 5W 的充電功率，但是有的電器的功耗是 2.4 千瓦，筆記本電腦和無(wú)人機(jī)功耗也在 60 瓦到 100 瓦之間。遠(yuǎn)處充電可以幫您實(shí)現(xiàn)永遠(yuǎn)不再需要充電的夢(mèng)想，但是，理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)很骨感，我們遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有到解決更高功率無(wú)線充電難題的程度。”
無(wú)線充電的優(yōu)勢(shì)
根據(jù) IHSMarkit 2 月份發(fā)布的一份報(bào)告，消費(fèi)者希望擺脫充電插頭帶來(lái)的不便的欲望，幫助 2017 年支持無(wú)線充電功能的消費(fèi)品出貨量增長(zhǎng)了 40%，至大約 5 億部。到 2022 年，配備無(wú)線充電功能的智能手機(jī)將達(dá)到 9000 萬(wàn)部。
2014 年是智能手機(jī)搭載無(wú)線充電功能的元年。當(dāng)時(shí)，星巴克安裝了 PowerMat 的充電板，該充電板采用 PMA 標(biāo)準(zhǔn)（現(xiàn)由 AirFuel Alliance 管理），麥當(dāng)勞在其位于英國(guó)的 50 家門店安裝了支持競(jìng)爭(zhēng)性的 Qi 標(biāo)準(zhǔn)的充電器。這也反應(yīng)了無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)的分化，三星和 AT＆T 支持 PMA，飛利浦、高通和諾基亞支持無(wú)線充電聯(lián)盟的 Qi。
蘋果去年新機(jī)支持 Qi 標(biāo)準(zhǔn)的決策打破了兩種競(jìng)爭(zhēng)標(biāo)準(zhǔn)的力量平衡，這場(chǎng)戰(zhàn)斗最終以今年 1 月 8 日公布的整合兩種標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議而告終。IHSMarkit 的報(bào)告預(yù)測(cè)，三星和蘋果手機(jī)采用統(tǒng)一的無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)，將促使其它手機(jī)制造商加入進(jìn)來(lái)，并進(jìn)一步提升用戶數(shù)量。
遠(yuǎn)距離充電
另外一條大新聞來(lái)自 FCC，最近，它認(rèn)證通過(guò)了兩款支持遠(yuǎn)距離無(wú)線充電的產(chǎn)品 - 一個(gè)是 3 英尺，另一個(gè)是 80 英尺?，F(xiàn)在為智能手機(jī)電池充電的商業(yè)產(chǎn)品中，還沒(méi)有一個(gè)超過(guò)幾英寸的。
去年 12 月，F(xiàn)CC 認(rèn)證通過(guò)了一款名為 WattUp 的中場(chǎng)發(fā)射器，它是一個(gè)基于射頻技術(shù)的一對(duì)多充電單元，可以在三英尺距離使用 900MhZ 和 5.8 Ghz 為設(shè)備充電。
它還認(rèn)證通過(guò)了 Powermat 公司的 3 瓦 PowerSpot 發(fā)射器，該發(fā)射器采用射頻技術(shù)，最遠(yuǎn)充電距離可達(dá) 80 英尺。它使用通常為 ISM 保留的 915MHz，頻段也可以在 850 到 950MHz 之間，這是 UHF RFID 產(chǎn)品的更典型頻段。
根據(jù)編寫這份 IHSMarkit 報(bào)告的 Victoria Fodale 的說(shuō)法，眾多的技術(shù)和監(jiān)管問(wèn)題使得我們很難估計(jì)何時(shí)我們可以看到遠(yuǎn)距離的無(wú)線充電商用產(chǎn)品。
Solis 表示：“現(xiàn)在的遠(yuǎn)距離無(wú)線充電產(chǎn)品都沒(méi)有商業(yè)價(jià)值，因?yàn)樗鼈冃枰M(jìn)行太多的權(quán)衡。盡管它不是一個(gè)完美的解決方案，但是，如果在幾英尺范圍之內(nèi)還可以繼續(xù)使用設(shè)備，即便只是涓流充電，幫助減緩電池電量的消耗，這也是很讓人可喜的大事?！?/p>
無(wú)線充電應(yīng)用中的能量水平下降很快，超過(guò)幾英尺之后，很難繼續(xù)保持信號(hào)強(qiáng)度。根據(jù) Teffer 的說(shuō)法，這還需要把信號(hào)的功率提高到很高水平，以至于會(huì)違反當(dāng)?shù)氐膹V播規(guī)定甚至安全規(guī)定。很難在功率、安全性和效率之間找到一個(gè)很好的平衡點(diǎn)。
Powercast 的首席運(yùn)營(yíng)官兼首席技術(shù)官 Charles Greene 說(shuō)，“支持遠(yuǎn)距離無(wú)線充電的手機(jī)是行業(yè)的圣杯。”Powercast 是最近獲得 FCC 批準(zhǔn)銷售支持對(duì)手機(jī)電池進(jìn)行 5 到 10 英尺遠(yuǎn)距離充電的產(chǎn)品的兩家公司之一。
“物理特性確實(shí)會(huì)造成一些限制，”Greene 說(shuō)?！爱?dāng)你離電源越來(lái)越遠(yuǎn)時(shí)，能量會(huì)逐漸下降。有一些方法可以解決這個(gè)問(wèn)題，但是這些方法會(huì)縮小充電范圍，并且更難以創(chuàng)建一個(gè)可以進(jìn)行一對(duì)多充電的區(qū)域，這正是我們所關(guān)注的難點(diǎn)?！?/p>
Powercast 在智能手機(jī)充電上采用了 Qi 標(biāo)準(zhǔn)，但是它并沒(méi)有放棄自家的 RF 充電技術(shù)。相反，它正在開發(fā)一款支持 Qi 的手機(jī)充電器，并將之集成進(jìn)自家的發(fā)射器中，該產(chǎn)品可能會(huì)在今年第三季度上市。
Greene 說(shuō)：“Qi 標(biāo)準(zhǔn)確實(shí)非常成熟，但它也有其局限性。通常情況下，它是一對(duì)一而不是一對(duì)多的解決方案，而且它需要一個(gè)電源板。我們能夠提供搭載了其他解決方案的組合。通過(guò)桌面上的發(fā)射器，我們可以在一夜之間（從遠(yuǎn)處）給手機(jī)提供 10%至 15%的電量，我們可以進(jìn)一步改進(jìn)，使之達(dá)到 50%，這樣一來(lái)，我可以把這個(gè)發(fā)射器放在我的床頭柜或桌子上，它可以全天連續(xù)給手機(jī)充電，也許永遠(yuǎn)也不需要插上有線充電器?！?/p>
WiTricity 的 CTO Morris Kesler 稱，無(wú)線充電器肯定能夠?qū)崿F(xiàn)比當(dāng)今更高的功率，并至少在短距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)一對(duì)多充電，WiTricity 是 2007 年從麻省理工學(xué)院孵化出來(lái)的一家公司，旨在把 MIT 教授 Marin Solja?i?的研究成果轉(zhuǎn)化為商業(yè)化的磁共振無(wú)線傳輸。
WiTricity 表示，它將在今年晚些時(shí)候提供可充電的停車墊，作為一家汽車制造商首款高端電動(dòng)汽車的配件進(jìn)行銷售。根據(jù)汽車大小，該系統(tǒng)可提供 3.6kw 到 11kw 的功率，效率高達(dá) 93%。它可以在幾米的范圍內(nèi)傳輸電力，使得車主可以正常停車，而不是必須把汽車停在停車墊幾公分之處。
“電力能夠傳輸多遠(yuǎn)取決于發(fā)射器和接收器的大小以及你的功率水平，但磁共振的優(yōu)點(diǎn)之一是能夠進(jìn)行一對(duì)多連接，”Kesler 說(shuō)。 “人體對(duì)磁場(chǎng)沒(méi)有太大反應(yīng)，所以不需要擔(dān)心磁共振對(duì)人體的影響。如果你試圖在一個(gè) 10 米左右的房間內(nèi)發(fā)送能量，你可能會(huì)想用天線，將信號(hào)發(fā)射到特定地點(diǎn)。”
他說(shuō)，沒(méi)有理由認(rèn)為手機(jī)是唯一可使用無(wú)線充電的市場(chǎng)。雖然電動(dòng)汽車（EV）市場(chǎng)剛剛起步，但是廣義來(lái)講，很多工廠和倉(cāng)庫(kù)都有自動(dòng)化地面車輛、工業(yè)機(jī)械，幾乎任何用電而且能移動(dòng)的東西也都是無(wú)線充電的潛在市場(chǎng)，還包括醫(yī)療應(yīng)用和植入物。
“你必須小心效率問(wèn)題，”他說(shuō)。 “如果你打算以 70%的效率使用一千瓦的電源，那么你將需要處理 300 瓦熱量的消耗，這可是一個(gè)棘手的問(wèn)題?！?/p>
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