鋰電池?zé)o線充電技術(shù)及工作原理

自19世紀(jì)末以來，無線充電就已經(jīng)存在，當(dāng)時(shí)電力科技先驅(qū)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)，通過空氣傳輸電的能力。

隨著蘋果公司最終將原生無線充電技術(shù)引入其iPhone產(chǎn)品陣容，該技術(shù)將在消費(fèi)者和企業(yè)內(nèi)部被廣泛采用。

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

鋰電池?zé)o線充電正在推動(dòng)醫(yī)療保健，汽車和制造業(yè)的發(fā)展，因?yàn)樗鼛砹嗽黾右苿?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(shè)備從充電器獲得數(shù)尺遠(yuǎn)的電力。

用于Ossia的Cota RF技術(shù)的無線充電電路板

現(xiàn)階段流行的無線技術(shù)采用2個(gè)銅電磁線圈之間的磁場(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的充電類型。

鋰電池?zé)o線充電如何工作

廣義上講，無線充電分為三種。有些充電板采用緊密耦合的電磁感應(yīng)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）無線充電功能，能夠在幾尺遠(yuǎn)的距離上實(shí)現(xiàn)a流充電功能。

緊密耦合的感應(yīng)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(dǎo)線的閉環(huán)中感應(yīng)出電流。

宜家的無線充電器產(chǎn)品系列 包括一個(gè)可同時(shí)為三個(gè)設(shè)備充電的墊子

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

例如，在智能通過手機(jī)進(jìn)行無線充電板的情況下，銅電磁線圈的直徑只有幾寸，這嚴(yán)重影響限制了電源的有效信息傳輸安全距離。

當(dāng)電磁線圈較大時(shí)，能夠無線傳輸更多的能量。這就是十年前由麻省理工學(xué)院的研究組建的無線電力（WiTricity）公司的策略。它為從汽車，風(fēng)力渦輪機(jī)到智能機(jī)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(nèi)傳輸電能。當(dāng)時(shí)，在該距離處的功率傳遞效率僅為40％，這意味著60％的功率在傳遞中損失了。索利亞奇于當(dāng)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的車載充電系統(tǒng)中，大型銅電磁線圈（接受器的直徑超過25厘米）可實(shí)現(xiàn)長達(dá)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(rèn)為，諧振的使用可傳輸高水平的功率（高達(dá)11kW）和高效率（端對(duì)端大于92％）。WiTricity還向傳導(dǎo)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(tǒng)不僅用作轎車：上年，日本地區(qū)的智能機(jī)器人生產(chǎn)商DaihenCorp.開始發(fā)售依托于WiTricity技術(shù)的自動(dòng)導(dǎo)引車（AGV）無線功率傳輸系統(tǒng)。配備了Daihen的D-Broad無線充電系統(tǒng)的AGV可以簡單地上拉至充電區(qū)域以啟動(dòng)電源，然后執(zhí)行其倉庫職責(zé)。

雖然遠(yuǎn)距離充電具有巨大的潛力，但到目前為止，鋰電無線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)展來看，充電墊自2015年以來就開始大量銷售；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(xiàn)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(nèi)工作，例如幾厘米。

2016和發(fā)貨的無線充電設(shè)備200個(gè)多萬臺(tái)，其中幾乎所有的設(shè)備都使用某種形式的感應(yīng)的（充電板）型設(shè)計(jì)。

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

第一種移動(dòng)設(shè)備無線充電出現(xiàn)在大約六年前。他們使用了緊密耦合或感應(yīng)充電，這要求用戶將智能手機(jī)放在平板上的正確位置才能充電。

Belkin的BoosUp無線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(shè)備的功率）以及異物檢測(cè)技術(shù)。

貝爾金的BoosUp無線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(shè)備的功率）以及異物檢測(cè)技術(shù)，以確保不應(yīng)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(guī)格的內(nèi)置無線充電功能的商用智能手機(jī)。

無線充電規(guī)范之爭

幾年來，有三個(gè)競(jìng)爭的無線充電標(biāo)準(zhǔn)組致力于磁感應(yīng)和諧振充電規(guī)范：無線電源聯(lián)盟（A4WP），電源事項(xiàng)聯(lián)盟（PMA）和無線充電聯(lián)盟（WPC）。后者的成員包括蘋果，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)流行的無線網(wǎng)充電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)——Qi，該標(biāo)準(zhǔn)開展適用磁感應(yīng)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(yīng)充電。目前蘋果公司正在應(yīng)用Qi標(biāo)準(zhǔn)。

AppleWatch于15年發(fā)布，應(yīng)用磁感應(yīng)無線充電線

PMA和Powermat的磁感應(yīng)充電規(guī)范，并根據(jù)無線充電技術(shù)在咖啡店和機(jī)場(chǎng)試用成功。例如，星巴克于2014年開始不斷發(fā)布一個(gè)無線充電板。

在競(jìng)爭標(biāo)準(zhǔn)的適用下，對(duì)移動(dòng)設(shè)備的適用仍然支離破碎，大多數(shù)移動(dòng)設(shè)備都需要適應(yīng)性的情況才能實(shí)現(xiàn)無線充電。

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(guī)范的無線充電

由于空氣燃料聯(lián)盟的部分，金霸王Powermat的聲稱它已在美國超出一千五百個(gè)充電站，根據(jù)PowerKiss歐洲機(jī)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(dāng)勞的一些學(xué)生餐廳可以開展分析無線充電。該Freas說，這是一種方法的無線充電可廣泛應(yīng)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(shè)備充電的能力。

“我們已經(jīng)看到了明確的市場(chǎng)指標(biāo)，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(shì)，這是我們創(chuàng)造中國市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)價(jià)值和客戶服務(wù)滿意度的重要環(huán)境因素。”AirFuel發(fā)言人SharenSantoski。“我們認(rèn)為，共振是短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)廣泛公共基礎(chǔ)設(shè)施部署的最佳技術(shù)。”

結(jié)果，桑托斯基說，越來越多的咖啡店，飯店和機(jī)場(chǎng)已經(jīng)部署了基于諧振的無線充電站。桑托斯基說：“臺(tái)灣和中國都在大力投資。”

空燃比最近宣布與桃園機(jī)場(chǎng)地鐵站項(xiàng)目，該項(xiàng)目正在以它的火車開展和車站共振充電。家具制造商OrderFurniture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，這些項(xiàng)目中的大多數(shù)仍只是試點(diǎn)項(xiàng)目，消費(fèi)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?yàn)樗缮Ⅰ詈铣潆娞峁┝烁蟮目臻g自由度-將手機(jī)，平板電腦或筆記本放在臺(tái)式主機(jī)上進(jìn)行充電。

車載WiTricity和無線充電

7月，Dell公布了一款Latitude筆記本，該筆記本融合了WiTricity的共振無線充電功能，該企業(yè)位于馬薩諸塞州沃特敦，該企業(yè)授權(quán)最初由麻省理工學(xué)院（MIT）開發(fā)的技術(shù)。Dell無線充電器可提供高達(dá)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。

但是無線充電的主要重點(diǎn)是汽車工業(yè)。WiTricity首席執(zhí)行官亞歷克斯·格魯岑（AlexGruzen）表示，該企業(yè)隸屬于AirFuel聯(lián)盟，預(yù)計(jì)許多電動(dòng)汽車制造商將宣布對(duì)其車輛進(jìn)行無線充電。

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(nèi)傳輸。這樣一來，電動(dòng)汽車只需將車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線充電技術(shù)能力的S550e插電式混合動(dòng)力轎車。S550e只需停放在墊子上，它們開始充電的效率甚至比插入電源時(shí)還要高。

近50種汽車模型在其機(jī)艙中提供基于Qi的無線充電

電動(dòng)汽車的應(yīng)用是為電磁諧振充電量身定制的。那是因?yàn)檐囕v不需要充電電纜，并且無線充電板比電纜更有效地輸送電力。有線充電系統(tǒng)使用電子設(shè)備將交流電轉(zhuǎn)換為直流電并調(diào)節(jié)功率流，從而將效率降低到約86％，凱斯勒說，我們的無線充電從一端到另一端，從墻壁到傳送到電池的效率高達(dá)93％。

遠(yuǎn)距離無線充電

17年10月，美國蘋果公司收購了無線充電企業(yè)PowerByProxi，這使一些業(yè)界觀察家感到驚訝，這家新西蘭企業(yè)也開發(fā)了基于Qi規(guī)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(xiàn)了充電箱和充電碗，可在這其中能夠同時(shí)根據(jù)放置一個(gè)多個(gè)系統(tǒng)設(shè)備并進(jìn)行學(xué)習(xí)充電。

這家酒店在奧克蘭開始銷售建筑，電信，國防，農(nóng)業(yè)等行業(yè)使用的大型系統(tǒng)。一種根據(jù)這樣的產(chǎn)品是用于風(fēng)力渦輪機(jī)的無線網(wǎng)絡(luò)控制智能管理系統(tǒng)。

WPC具體指導(dǎo)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，從而無需將技術(shù)直接嵌入設(shè)備中，無線技術(shù)約占AA電池高度的10％。

蘋果可以使用PowerByProxi的技術(shù)將無線充電的用途擴(kuò)展到智能手機(jī)以外的領(lǐng)域，例如，為電視遙控器，計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備或需要電池的任何設(shè)備充電。

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

Ossia和Energous早已證實(shí)無線充電超出4.5米。Ossia的充電器可以發(fā)出高達(dá)2瓦的功率，但是隨著距離的增加，它的電量會(huì)迅速下降。殊不知，依據(jù)OssiaCEOMarioObeidat的說法，即使在9米處，可以傳輸?shù)碾娏恳彩?ldquo;有意義的”，這暗示著對(duì)設(shè)備進(jìn)行trick流以維持其電量。

Ossia Cota無線充電系統(tǒng) 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(shè)備充電。因此，如果要花5個(gè)小時(shí)才能為該設(shè)計(jì)充滿電，那也很好，因?yàn)槟阋恢痹谀莾骸?/span>

無線充電的工作方式

Energous和奧斯西亞移動(dòng)設(shè)備充電系統(tǒng)都像無限路由器一樣工作，它們發(fā)送射頻（RF）信號(hào)，這些信號(hào)可由已啟用的可穿戴設(shè)備和移動(dòng)電話接收。無線功率接收器由PCB板形式的小型RF天線，ASIC和軟件組成。

使用大小約為4x4mm的多天線管理芯片，Cota功率發(fā)送器可以內(nèi)置到各種尺寸的設(shè)備中，從天花板到桌子，書桌，玻璃，電視和汽車儀表板，應(yīng)有盡有。

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

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

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

盡管有些人嘲笑遠(yuǎn)距離僅傳輸幾瓦功率的想法，但投資者卻認(rèn)真對(duì)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2500萬美元。

Energous的WattUp充電器使用藍(lán)牙手機(jī)無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)規(guī)范。科塔技術(shù)，功率WattUp可發(fā)送像Ossia是有限的。因而，Energous專注于為中小型企業(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(tǒng)供電。

Energous的創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官M(fèi)ichael Leabman演示了該公司的無線充電路由器之一如何在中距離和遠(yuǎn)距離發(fā)送功率

該Energous說，1個(gè)WattUp信號(hào)發(fā)射器可達(dá)到24充電設(shè)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(shè)備。隨著更多“授權(quán)”設(shè)備進(jìn)入房間，對(duì)每個(gè)設(shè)備的收費(fèi)下降。

遠(yuǎn)距離可以采用通過無線充電的1個(gè)企業(yè)潛在功能障礙是，Ossia和Energous都沒法為支持Qi的設(shè)備進(jìn)行充電。該技術(shù)是專有的。

只是開始

Qi和Powermat是一個(gè)很好的開始，但是該技術(shù)并不是完全無線的。Qi已經(jīng)開始了有關(guān)無線電力的討論。非常重要的是要讓消費(fèi)者知曉有關(guān)可能的事。

通過使用QiPad充電開始，用戶可以開始接受無線電源的前提，并很快將需要1個(gè)更加靈活，強(qiáng)大的解決方案：遠(yuǎn)距離供電以及在充電時(shí)靈活使用設(shè)備的能力。

現(xiàn)在，將近80種汽車模型在其機(jī)艙中提供基于Qi的無線充電。根據(jù)負(fù)責(zé)Qi標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)體無線充電聯(lián)盟（WPC）的數(shù)據(jù)，全球有超過5000個(gè)公共Qi充電地點(diǎn)。麥當(dāng)勞（McDonald‘s），萬豪（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(jī)場(chǎng)，費(fèi)城等世界各地的機(jī)場(chǎng)都設(shè)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。

無線充電的優(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(tái)充電器可以對(duì)企業(yè)多個(gè)負(fù)載充電，1個(gè)中國家庭可以購買一臺(tái)充電器就可以得到滿足全家人使用。

2.通用性：任何制造商的任何設(shè)備都可以使用無線充電，只要使用相同的無線充電標(biāo)準(zhǔn)。

3.新穎性，良好的用戶體驗(yàn)

4.具有通用規(guī)范

主流的無線網(wǎng)充電標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范有：Qi規(guī)范、pMA規(guī)范、A4Wp規(guī)范。

Qi規(guī)范：Qi規(guī)范是世界上首個(gè)無線充電技術(shù)推廣的標(biāo)準(zhǔn)化組織-無線充電聯(lián)盟（WPC，成立于2008年）發(fā)布的無線充電規(guī)范，它采用電流的磁效應(yīng)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(biāo)識(shí)的產(chǎn)品，都可以用Qi無線智能充電器進(jìn)行充電。蘋果加入了WPC。

pMA標(biāo)準(zhǔn)：pMA聯(lián)盟致力于為符合IEEE協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)的手機(jī)和電子設(shè)備，打造無線供電標(biāo)準(zhǔn)，在無線充電領(lǐng)域中具有領(lǐng)導(dǎo)地位。pMA也是采用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)無線充電。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(guī)范，2012年發(fā)布，目標(biāo)是為包括便攜式電子信息產(chǎn)品和電動(dòng)汽車等在內(nèi)的電子企業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行無線充電設(shè)施設(shè)備可以設(shè)立相關(guān)技術(shù)發(fā)展規(guī)范和行業(yè)通過對(duì)話管理機(jī)制。采用電磁共振原理實(shí)現(xiàn)無線充電。

無線充電的缺點(diǎn)：

1.工作距離短

大多數(shù)當(dāng)前的無線充電技術(shù)近磁場(chǎng)進(jìn)行充電的無線電子產(chǎn)品的短距離范圍內(nèi)。因?yàn)橥ㄟ^無線電能傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)，功率的耗損也就會(huì)影響越大，能量傳輸技術(shù)效率問題就會(huì)越低，且會(huì)導(dǎo)致企業(yè)設(shè)備的耗能較高。

2.轉(zhuǎn)換效率低，速度慢

無線充電技術(shù)是簡單方便，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(fèi)電

隨著我國無線網(wǎng)充電技術(shù)設(shè)備的距離和功率的增大，無用功的耗損也就會(huì)越來越大。

4.成本高，維修消耗大，不達(dá)標(biāo)會(huì)有安全隱患。

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