无线充电技术（Wireless charging technology；Wireless charge technology ）。 无线充电技术，源于无线电力输送技术。无线充 电，又称作感应充电、非接触式感应充电，是利用近场感应，也就是 电感耦合，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电感耦合传送能量，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。[1] 概述 麻省理工学院的研究团队在2007年6月7日美国《科学》杂志的网站 上发表了他们的研究成果。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。他们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。当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。 共振原理 麻省理工学院的科研组不是第一个提出无线能量转换的组织。科学家 早在19世纪就发现了电磁转换现象，从理论上说，电力可转化为通 过无形的介质传播的电磁波，实现电力的无线输送。但是电磁波向四 面八方辐射，能量大量散失，因此“无线输电”的研究始终进展不大， 19世纪的物理学家和工程师尼古拉·特斯拉进行了远程无线能量转换 系统实验，但是当他的财力用尽后，这项最有野心的尝试(29米高的 瓦登克莱弗塔)宣告失败。其他尝试包括激光等定向能量转换机制。 然而，它们与麻省理工学院的工作不同，这些都需要连续的可视线路， 这对住宅周围的电力设施不好。 无线充电技术给两个手机无线充电[2] 研究组成员，助理教授马林·索亚克教授和他的科研组正在改进这个 设备。“这是一项还未得到发展的系统，它证明能量转换行得通。但 是你不会愿意利用它给你的膝上型电脑供电。我们的目标是缩小这个 设备的体积、扩大感应器间的距离和提高电力转换功效。”他与同事 安德烈·库尔斯、阿里特迪兹·卡拉里斯、罗伯特·莫埃特、约翰·加侬珀 洛斯和彼得·索利科合作，进行了这项研究。 这个系统利用了共振(当一个物体与另一个物体的固有频率一样时， 就会产生震动)原理。当两个物体的振动频率相同时，它们传递能量 的强度不会受到周围事物的影响。索亚克教授解释说：“如果房间内 放了许多相同的杯子，你向瓶中倒入不同度数的葡萄酒，这时这些杯 子就会产生不同的振幅。”例如，如果用勺子敲击，每个杯子都会发 出不同的声音。“如果我进入房间，开始用非常高的声音歌唱，当我 的声音与其中一个杯子的频率相同时，它就有可能爆炸。” 据英国广播公司2007年6月19日报道，这个无线电力传输不像电力设 备，它可以避免被鼠巢破坏，减少很多麻烦，因为它并不需要电线连 接。研究人员在科学杂志上对这种设备作了详细介绍。在实验测试中， 这个设备让距离它2米(7英尺)的一盏80瓦电灯泡发出光亮。该装置被 称作WiTricity，研究人员根据物理学原理研发了它，这种设备还适合 为膝上型电脑等装置提供电源。WiTricity利用的是低频电磁波共振， 而不是利用声学共振。在实验中，两个感应器都以10兆赫的频率震 动，产生共振，让能量在两者之间传递。伦敦帝国学院的约翰·本德 莱教授解释说：“随着每一次共振，感应器中会有更多的电压产生。” 经过产生多次共振，感应器表面就会集聚足够的能量，让灯泡发出光 亮。这个能量的集聚也是为什么一位歌手用与杯子相同频率的声音歌 唱时，杯子不会立刻破裂的原因。本德莱教授说：“酒杯不断集聚能 量，直到能将自己打碎。” 据本德莱教授说，利用波长为30米(100英尺)的低频电磁波具有安全 优势。他说：“通常用千兆赫兹(更短的波长)的手机时，会有电场和 磁场辐射同时产生。”这个过程就是我们所知的“远声场”的一个典 型特征，这种场是从振幅超过一个波长的设备里产生的，如果振幅小 于一个波长，产生的将主要是磁场。约翰说：“身体对电场的反应很 强烈，这也是为什么你能利用微波炉烹制鸡肉的原因。但是磁场不会 对人体产生影响。根据身体对能量的吸收，它对磁场的反应几乎为零。” 因此，这项设备不能给人类带来任何明显的健康风险。 主流技术 到目前为止，主流的无线充电标准有三种：Qi标准、Power Matters Alliance(PMA)标准、Alliance for Wireless Power(A4WP)标准、 iNPOFi技术。下面我们就针对这三种标准进行简单介绍。 1、Qi标准 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 无线充电示例 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采用了目前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。[3] 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。[4] 转换装置 工作原理 无线充电技术原理图[5] 利用物理学的“共振”原理——两个振动频率相同的物体能高效传 输能量。 1.输电线中的电能传入用铜制造的天线中。 2.天线以10兆赫的波长振动，产生电磁波。 3.天线发出的能量传播到2米(6.5英尺)外。 4.同样以10兆赫的频率震动的膝上型电脑接收到电流，能量充入设备 中。 5.没有转换成膝上型电脑的能量不会被天线重新吸收。不能产生10 兆赫共振的人和其他物体不会对它产生干扰。 主要特点 1、从理论来说，无线充电技术对人体安全无害处，无线充电使用的 共振原理是磁场共振，只在以同一频率共振的线圈之间传输，而其他 装置无法接受波段，另外，无线充电技术使用的磁场本身就是对人体 无害的。但无线充电技术毕竟是新型的充电技术，以迈源科的无线充 电器来说，很多人都会担忧无线充电技术会像当初Wi-Fi和手机天线 杆刚出现一样，其实技术本身是无害的。 2、桑德力的无线充电技术利用电磁炉原理在充电器与手机之间利用 磁能转化为电能，线圈和电容器则在充电时产生转化作用。[6] 3、桑德力表示这一系统可以在未来得到广泛应用，例如针对电动汽 车的充电区以及针对电脑芯片的电量传输。采用这项技术研制的充电 系统所需要的充电时间只有当前的一百五十分之一。 4、转化率一直是很多人担心的问题，麻省理工学院通过研究表明， 无线充电技术的损耗比起有线充电技术来说更高。迈源表示：无线充 电高转化，也是无线充电器得以在全球进行应用的关键因素。但无线 充电技术也受到距离的限制，未来发展，必然需要解决远距离传送对 于波段和磁场范围的精准定位问题。 5、共振控制核心芯片是无线充电技术共振原理控制中心。精准 辐射范围控制，磁场频率大小，其它控制等都是由芯片实现。[7] 市场需求 随着iPhone、iPad等对电量充满“饥渴”的设备迅速兴起，研发无 线充电等突破性充电技术的需求日益提高。富士通在一份声明中说： “这项技术将为手机集合紧凑型无线充电功能以及同时为多个便携 式设备充电铺平道路。对多个设备充电时，设备相对于充电器的位置 没有任何限制。” 测试应用 1、测试结果显示无线传输距离大约在15厘米左右，但富士通表示无 线传输距离最终可实现几米远。 2、需要指出的是，距离设备越远，传输中损耗的电量越多。 3、桑德力的系统与美国Witricity公司研发的技术类似，后者同样利 用磁共振传输电量，传输距离可达到几米远。 有关《无线充电》技术应用的社会实际效益 当今，世界各国都在争先恐后的研制《无线充电技术》。随着自然资 源的不断匮乏和日益加重的环境保护问题，以电能来替代其它能源的 运输工具已逐渐的发展开来，电动汽车以及电动自行车已普遍的深入 到了人们的生活当中。作为电动汽车快速充电设备的技术难题还有很 多，其中之一就是如何利用《无线充电技术》来实现电动汽车日益增 长的需要。《无线充电技术》的不完善，问题的关键点就是能源损失 太大和磁电感应转换的效率较低。另外，还有大功率《无线充电技术》 的远距离传输和电磁对环境的辐射影响等因素还没有得到充分的解 决。 电动汽车实现《无线充电技术》的优点是替代了原始的电网直 插式链接的诸多弊端，还有电能补充的时间长、车位占地面积大以及 人工操作繁琐等不利因素。对于以往的这种充电技术来讲只是一次性 电网的电能转换，而且一次性电磁感应的电能损失小，因为变压器初 次级的电能频率与电网是一致的（50赫兹），所以不存在中频以上 电磁辐射对环境产生的影响。但其缺点是在充电时必须提前安装好接 电装置和需要加长电源引线以及存在某些不安全性等繁琐操作因素。 随着电动力汽车技术的不断完善和市场的保有量逐步的增加，也是为 了方便电动汽车的能源补给，人们开始尝试着研究如何利用《无线充 电技术》对电动汽车进行充电，以解决电动汽车在有线充电过程中的 诸多不利环节。 优缺点 《有线充电技术》与《无线充电技术》各有各的优缺点。 《有线充电技术》的优点: 1，能源转换一次性获得，电能损失小，节能环保。 2，交直流转换一次性，不存在中高频电磁辐射。 3，设备技术含量低，经济投入不大，维修方便。 4，电功率的调节范围较宽，适合多种不同电压和电流等级的蓄电瓶 储能补给。 《有线充电》的缺点： 1，设备的移动搬运和电源的引线过长，主要是人工操作繁琐。 2，设备以及在对电动汽车充电时其公共占地面积过大， 3，在人工操作过程中，极易出现设备的过度磨损以及不安全性等因 素。 《无线充电技术》的优点： 1，利用无线磁电感应充电的设备可做到隐形，设备磨损率低，应用 范围广，公共充电区域面积相对的减小，但减小的占地面积份额不会 太大。 2，技术含量高，操作方便，可实施相对来说的远距离无线电能的转 换，但大功率无线充电的传输距离只限制在5米以内，不会太远。 3，操作方便。 《无线充电技术》的缺点： 1，虽然设备技术含量高，但设备的经济成本投入较高，维修费用大。 2，因实现远距离大功率无线磁电转换，所以设备的耗能较高。无线 传输的距离越远，无用功的耗损也就会越大。 3，《无线充电技术》设备本身实现的是二次能源转换，也就是将网 电降压（或直接）变为直流电后在进行一次较高频率的开关控制交流 变换输出。由于大功率的交直交电流转换是进行电能的二次性无线传 输原因，所以电磁的空间磁损率太大。 4，因为采取无线传输，磁能的无用功耗损会随着《无线充电设备》 的功率增高而上升。 如今，《无线充电技术》在小功率的范围内还是可以显示出它的优越 性的。比如小型直流用电设备中的通讯仪器仪表、民用无线通讯手机、 微型计算机、小型便携式家用电器等。但实施大功率的无线传输来说， 就比较困难了。根据磁能无线传输理论来说，传输的距离越远，磁能 的消耗就会越大，而在终端设备中所获得的电能量也就越小。从电动 汽车所需的能量补充电功率来说不是很小，一般小型的家用电子设备 的充电电流在0.5安培至2安培之间。而一部几十马力的电动汽车所需 的电能补充电流大多在5安培至20安培左右。电动汽车的功率越大， 所需补充电能的电流量也就越大。而且我们在制造《无线充电设备》 时，其输出功率会大于500瓦特以上或甚至更高。如果多部机车的联 动充电，那么所需的总电源功率输出就会直线上升。对市电的供电系 统来说无疑是雪上加霜，从而带给整座城市的是电网改造和巨额的经 济投入，真是得不偿失。 另外，我们可计算一下经济账。按充电电压24伏特和15安培的电流 对一部电动汽车进行充电，充电时间为10小时，其电能损耗只不过 在3度左右，按市电当前的0.5角价格计算，给一部电动汽车充电的费 用大约在一元五角钱左右。如果个人将电动车开到公共无线充电场合 去充电的话，其费用不用说是很高的，我们这里所说的是自己使用一 般的有线充电装置对电动车充电时所产生的费用。我们可对比一下， 在同一台电动车充电的状态下，无线充电设备的功率肯定大于一般有 线充电装置。因为《无线充电设备》的电损肯定大于有线充电设备的 损耗，鉴于两种设备之间的经济投入和充电费用，所以人们往往还是 喜欢采取低经济投入的有线充电设备来使用。依据电工学理论，我们 知道，变压器的磁路越长，磁损会越大。不论是采取那一种电磁—— 磁电的远距离传输转换，都会损失大量的电能。而且电磁——磁电 的转换次数越多，电能的损耗也会越大。而且电子器件的工作电流越 大，器件的老化期也会越提前，这给我们对设备的维修和使用带来了 很多的不便利因素。 关于电动车充电站的设立，在我看来不碍采取两种方式进行对比。就 其一次性的充电费用来说，客户们还是喜欢选择一般有线充电的充电 方式。我说的前提是两种充电设备具有一样的技术指标，都可实施快 速充电方式和同样的充电质量。此时，我们可通过对充电设备的电能 耗损参数做个对比，看看哪种设备的经济价值和社会效益更高。因为 我们这个社会是以市场经济核算下的区域部门单位，人人都要计算经 济的投入与回报，所以每一项高科技产业的投入也必须考虑大众化的 普遍认可和产业自身的经济杠杆问题。同时在化石能源还没有达到枯 竭的现代社会，民用电动汽车的发展也不会太快，如果能够提高蓄电 池的一次性充电使用周期才是解决问题的最好办法。较短的电池一次 性充电使用周期是制约电动汽车发展的最大阻力，从汽车的功率和速 度来看，燃料汽车还是存在较多的优越性。 根据现代能源匮乏的实际情况，电动运输工具实现大功率《无线充电 技术》的产业运作还为时过早。为什么会这样的说呢？虽然发展电动 汽车可以节约能源和有利于环境的保护，但对供电系统的各方面量化 要求也会更大；如增加电站的建设投资、输电网络的改造增容等原因。 还有，因为电动汽车的社会保有量越大，所需的长期停车充电场所的 占地面积也要随之扩大。实际上，采取大功率《无线充电技术》的社 会经济投入费用普遍较高，而利用常规有线式充电方式既简便，一次 性投资又小，而且对市电的量化需求又不大。还有就所占用的土地面 积来说也相对的减少，这里所说的减少，是因为每个家庭都可以实施 对电动汽车的能量补充，不会统一的集中到公共场所去充电。另外， 每个家庭也不会购买价格较高的《无线充电设备》的，而且自己所担 负的充电费用较公共场所要低得多。所以我们一定要宗合来考虑实施 大功率《无线充电技术》的步子迈得是否不要太大，这仅仅是为了一 时的方便，而导致了社会总体资源的大量消耗是否是得不偿失呢？ 应用实例 无线充电技术点亮两个灯泡[8] 无线充电技术点亮两个灯泡[9]。 桑德力牌加入了Qi标准的无线充电技术，桑德力公司已经为该设备研 发数种无线充电器，如无线移动电源 Palm Pre是第一个使用无线充电技术的智能手机，可以使用[[电磁感 应]]通过一个可选的无线 发展动向 尽管在手机、笔记本电脑、小家电等领域可以使用无线充电技术，但 是市场份额最大的还是手机领域。无线充电 技术动向综上所述，可以概括为几点： 第一：简单的原理 高中物理学的电磁耦合原理，产业界也很熟悉，从RFID延伸出来的 技术，也很容易接受。接收端就一片或者两片芯片（最终会单片方案）， 一端接充电线圈，一端接电池。很多公司开始推出系列芯片，会加快 无线充电知识的传播和普及。 第二：麻烦的工艺 手机中多余的空间，尤其是智能手机，是很难腾出来放置一个大的充 电线圈的。 如图所示： 这个直径在40mm的圆形线圈，下面还要加一片厚度在0.8-2mm无 机磁性材料（即使用微航有机磁性材料也要0.2mm厚度）手机厚度 要增加，这个组件若放置在手机电路板上，也占据空间，挤兑其他元 件。所以，所有做手机结构设计的工程师都头痛，这制约了或者说阻 碍了无线充电产品的发展。成为拦路虎。有些公司推出0.53mm厚度 的无线充电接收线圈（天线），有希望推动无线充电技术在手机中普 及： 第三：普及条件待形成 接收端天线线圈超薄、有韧性、性能好、价格便宜，达到这四点后， 无线充电技术才会被手机商接受，否则只是 一场曲高和寡的技术游戏。 超薄：总体厚度在0.7mm内。粘贴在手机外壳内侧或者电池上。 韧性：抗冲击、跌落，这是手持终端通用要求，尤其是粘贴在手机外 壳内侧上，经常有翘曲变形的外力作用之。 有赖新型磁性材料技术进步，传统的烧结磁性材料太硬和脆，待柔性 的有机磁性材料普及。 性能：充电电流在500-600mA是硬指标。 价格：无线充电线圈加无线充电芯片超过 10 元，不是普及价格；芯 片跌落到 2 元内，线圈组件在 3 元内是普及拐点。芯片价格贵，线 圈加磁性组件价格也不便宜，市场还处于观望等待状态期。