電源和能量?jī)?chǔ)存技術(shù)演示課件

.,第四章 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù) 電源和能量?jī)?chǔ)存技術(shù),.,學(xué)習(xí)任務(wù),Click to add title in here,感知技術(shù)標(biāo)識(shí)技術(shù)通信技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)應(yīng)用服務(wù)技術(shù)安全與隱私技術(shù)硬件技術(shù)電源和能量存儲(chǔ)技術(shù),.,學(xué)習(xí)任務(wù),能源采集轉(zhuǎn)換技術(shù),能量?jī)?chǔ)存（電池）技術(shù),無(wú)線供電技術(shù),Click to add title in here,1,2,3,本節(jié)主要涉及：,.,電源和能量?jī)?chǔ)存技術(shù),在物聯(lián)網(wǎng)的能源技術(shù)研究?jī)?nèi)容中：首當(dāng)其沖的是能量存儲(chǔ)技術(shù)。從現(xiàn)在的情況看，能量存儲(chǔ)已經(jīng)成為電子設(shè)備小型化以及精巧化過程中最受重視的技術(shù)障礙之一。當(dāng)今的嵌入式無(wú)線技術(shù)，例如無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)以及主動(dòng)式RFID標(biāo)簽，都在忍受著笨重的大容量電池組所帶來(lái)的負(fù)擔(dān)，并且在容忍著短暫生命周期內(nèi)頻繁充電或者頻繁更換電池所帶來(lái)的種種尷尬。,.,電源和能量?jī)?chǔ)存技術(shù),未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)要想成功的實(shí)現(xiàn)讓真正的嵌入式、數(shù)字化物品參與其中，就必須在微型高容量能量存儲(chǔ)技術(shù)上取得突破。而從實(shí)現(xiàn)方式上，一種解決方案就是跳過存儲(chǔ)能量的諸多問題，直接從環(huán)境中汲取能源，從而使物品的電池可以更加小巧，并且有能力進(jìn)行自動(dòng)的充電行為。,.,電源和能量?jī)?chǔ)存技術(shù),在能源技術(shù)領(lǐng)域的道路還很漫長(zhǎng)。不過，今天的工作正為我們明確前進(jìn)的方向：首先，能量采集技術(shù)應(yīng)該不僅僅局限在原有的能量源上，像震動(dòng)、太陽(yáng)輻射、熱能等等，都應(yīng)該成為我們接下來(lái)嘗試的方向。其次，微型發(fā)電技術(shù)將成為我們下一個(gè)新興的能源技術(shù)領(lǐng)域，將為下一代物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供全新的發(fā)展機(jī)遇。,.,一、 能源采集轉(zhuǎn)換技術(shù),從廣義上講，采集能源包括各種來(lái)源，比如:動(dòng)能（風(fēng)、波、重力、振動(dòng)等）電磁能（光伏、電磁波）熱能（太陽(yáng)熱能、地?zé)?、溫度變化、燃燒等）原子能（原子核能、放射性衰變等）生物能（生物燃料、生物質(zhì)能等）,.,4.1.1 能源采集,（1）從體熱采集能量：典型的能源采集系統(tǒng)包括眾多組件，如轉(zhuǎn)換、薄膜電池中的暫存器、大量復(fù)雜的能源管理電路、模擬轉(zhuǎn)換器以及超低功耗微處理器 (MCU)。 （2）太陽(yáng)能光伏收集：采用大型太陽(yáng)能電池板進(jìn)行。每 100 平方毫米光伏電池可產(chǎn)生大約 1 MW 電能。能源效率約為 10%，容量比約為 15% 20%。,.,4.1.1 能源采集,（3）動(dòng)能收集系統(tǒng)：可產(chǎn)生毫瓦級(jí)的電能?；緞?dòng)能收集技術(shù)包括： 一個(gè)彈簧上的物體； 將線性運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的設(shè)備； 壓電電池。（4）熱電收集技術(shù)：使用賽貝克 (Seebeck) 效應(yīng)，即在兩個(gè)金屬或半導(dǎo)體之間存在溫差的情況下而產(chǎn)生電壓。 熱電發(fā)電機(jī) (TEG) 由熱并聯(lián)與電串聯(lián)的熱電堆構(gòu)成。,.,4.1.2 光伏技術(shù),太陽(yáng)能是一種輻射能，太陽(yáng)能發(fā)電意味著將太陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)換成電能，它必須借助于能量轉(zhuǎn)換器才能轉(zhuǎn)換成為電能。將光能直接轉(zhuǎn)換成電能的過程確切地說(shuō)應(yīng)叫光伏效應(yīng)。不需要借助其它任何機(jī)械部件，光線中的能量被半導(dǎo)體器件的電子獲得，于是就產(chǎn)生了電能。這種把光能轉(zhuǎn)換成為電能的能量轉(zhuǎn)換器，就是太陽(yáng)能電池。,.,4.1.2 光伏技術(shù),太陽(yáng)能電池的主要材料是高純硅，是經(jīng)過特殊的提純處理制作。太陽(yáng)能電池只要受到陽(yáng)光或燈光的照射，能夠把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，使電流從一方流向另一方，一般就可發(fā)出相當(dāng)于所接收光能1020% 的電來(lái)。一般光線越強(qiáng)，產(chǎn)生的電能就越多。為了使太陽(yáng)能電池板最大限度地減少光反射，將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，一般在它的上面都蒙上一層防止光反射的膜，使太?yáng)能板的表面呈紫色。,.,4.1.3 生物發(fā)電,生物發(fā)電就是人類利用能夠產(chǎn)生強(qiáng)生物電的生物，并收集、轉(zhuǎn)化利用其產(chǎn)生的生物電的一種發(fā)電方式。,生物發(fā)電原理,.,4.1.3 生物發(fā)電,生物質(zhì)能是植物通過光合作用生成的有機(jī)物，包括植物、動(dòng)物排泄物，垃圾及有機(jī)廢水等，是生物質(zhì)能的載體，是唯一的可儲(chǔ)存和可運(yùn)輸?shù)目稍偕茉础Ｉ镔|(zhì)能是僅次于煤炭、石油、天然氣的第四大能源，在整個(gè)能源系統(tǒng)占有重要地位采用新技術(shù)生產(chǎn)的各種生物質(zhì)替代燃料，主要用于生活、供熱和發(fā)電等方面。,.,4.1.4 壓電技術(shù),說(shuō)到壓電發(fā)電技術(shù)，我們先要回溯到1880年。當(dāng)年居里兄弟在石英晶體中發(fā)現(xiàn)：晶體受到機(jī)械應(yīng)力的作用時(shí)，其表面會(huì)產(chǎn)生電荷；反之，當(dāng)外加電場(chǎng)于晶體時(shí)，晶體會(huì)產(chǎn)生形變。前者被命名為正壓電效應(yīng)，后者則被稱之為逆壓電效應(yīng)。,.,4.1.4 壓電技術(shù),壓電發(fā)電正是這樣一種技術(shù)利用壓電材料的正壓電效應(yīng)將機(jī)械振動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔軓亩鴮⑷缛梭w走路的踩踏、機(jī)械振動(dòng)，甚至噪音等形式的振動(dòng)能量收集起來(lái)，經(jīng)過能量轉(zhuǎn)換-整流-存儲(chǔ)-供電等諸多環(huán)節(jié)，應(yīng)用于生活。這種能量收集系統(tǒng)幫助我們利用曾被白白耗費(fèi)的能源。,.,4.1.4 壓電技術(shù),我們把根據(jù)壓電效應(yīng)制作出的材料叫壓電陶瓷根據(jù)壓電諧振效應(yīng)可以制作出石英諧振器，這種諧振器因具有極高的品質(zhì)因數(shù)和極高的穩(wěn)定性。已經(jīng)被應(yīng)用于對(duì)講機(jī)，電子手表、電視機(jī)、電子儀器等產(chǎn)品中作壓控振蕩器使用。用石英諧振器來(lái)控制振蕩頻率的振蕩器稱為晶體振蕩器，它的頻率穩(wěn)定度可達(dá)到10 數(shù)量級(jí)。,.,4.1.4 壓電技術(shù),2010年上海世博會(huì)上，日本館展示了壓電發(fā)電地板，參觀者輕輕幾步就可將電燈點(diǎn)亮. 發(fā)電公路： （1）日本的NEC等公司聯(lián)合開發(fā)了新型發(fā)光道路標(biāo)識(shí)，在公路下埋有壓電發(fā)電裝置，使其驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光指示牌，基本達(dá)到可自供電的實(shí)用水平。 （2）以色列技術(shù)研究院也在普通路面的瀝青中植入大量的壓電晶體，通過汽車駛過時(shí)的壓電轉(zhuǎn)換來(lái)發(fā)電。據(jù)測(cè)算，1公里的路面能產(chǎn)生約100400千瓦的電力。,.,4.1.4 壓電技術(shù),此外，為了提高能量獲得效率，研發(fā)人員一般在設(shè)計(jì)時(shí)將壓電、熱電、光伏等多種能量同時(shí)收集利用。發(fā)電行囊：如美國(guó)軍方正在開發(fā)一種士兵邊行軍邊發(fā)電的裝置。士兵們可對(duì)所攜帶的電子設(shè)備進(jìn)行自助供電，從而不必?cái)y帶重達(dá)10公斤的儲(chǔ)能電池，大幅度減少行軍負(fù)重。,.,4.1.5 能量轉(zhuǎn)換裝置,能量即不能產(chǎn)生也不能消失，能量轉(zhuǎn)換是指從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式或是從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。不論什么時(shí)候，一個(gè)地方或一種形式的能量減少了，另一個(gè)地方或另一種形式就會(huì)增加同樣數(shù)量的能量。,.,4.1.5 能量轉(zhuǎn)換裝置,所有這些形式的重要意義在于其能量是相等的，也就是說(shuō)一種形式的能量可以轉(zhuǎn)變成另一種形式。宇宙中發(fā)生的絕大部分事件，例如，恒星的崩潰和爆炸、生物的生長(zhǎng)和毀滅、機(jī)器和計(jì)算機(jī)的操作中都包括能量由一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。,.,4.1.5 能量轉(zhuǎn)換裝置, 電能轉(zhuǎn)化熱能一般通過熱電阻或熱輻射，例如家用的電熱爐，是在熱阻絲內(nèi)通過大量電流使熱阻絲產(chǎn)生大量熱能，通過熱輻射傳導(dǎo)給周圍環(huán)境。也可以通過微波裝置，使電能轉(zhuǎn)化成微波，通過直接的熱輻射轉(zhuǎn)為熱能,.,4.1.5 能量轉(zhuǎn)換裝置, 熱能轉(zhuǎn)化電能至今為止，人們還沒想出很有效率的方法可以讓熱能直接轉(zhuǎn)化為電能，似乎人們只發(fā)明了電能和機(jī)械能轉(zhuǎn)化的裝置，所以，如果想任何形式能量轉(zhuǎn)換為電能，必須先轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。,.,4.1.5 能量轉(zhuǎn)換裝置, 機(jī)械能轉(zhuǎn)化電能通過切割電磁圈的磁感線，可以使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。在電機(jī)中，機(jī)械能和電能可以互逆轉(zhuǎn)換。 電能轉(zhuǎn)化機(jī)械能借助電磁感應(yīng)效應(yīng)，人們?cè)O(shè)計(jì)了電機(jī)，可以使電能輕松轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。在電機(jī)中，電能和機(jī)械能可以互逆轉(zhuǎn)換。,.,4.1.5 能量轉(zhuǎn)換裝置,光能轉(zhuǎn)化電能可以通過光電效應(yīng)使光照射在金屬表面而輻射出電子，通過這種方法，人們?cè)O(shè)計(jì)了太陽(yáng)能板，太陽(yáng)能板是通過陽(yáng)光照射硅晶體的PN結(jié)產(chǎn)生空穴電壓產(chǎn)生電能的，光能就是最受關(guān)注的清潔能源之一。 光能轉(zhuǎn)化熱能光能在照射到物體時(shí)，自然就會(huì)伴隨熱能的傳導(dǎo)，但不同波段的光波導(dǎo)熱能力不同。,.,4.1.5 能量轉(zhuǎn)換裝置,化學(xué)能轉(zhuǎn)化電能通過化學(xué)反應(yīng)使得正電子和負(fù)電子分別在陽(yáng)極和陰極匯聚，其實(shí)這也是電池的充電過程?；瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化熱能可以通過核裂變使得熵值大量增加，進(jìn)而產(chǎn)生大量熱能傳導(dǎo)出去。在核裂變過程中，不僅產(chǎn)生大量熱能，還產(chǎn)生大量光能及機(jī)械能等。還有一種方法就是通過可燃物的燃燒，伴隨著光能的同時(shí)也產(chǎn)生大量熱能。,.,4.1.5 能量轉(zhuǎn)換裝置,熱能轉(zhuǎn)化機(jī)械能至今人們想到的最好方法，只有通過加熱水進(jìn)而通過水蒸氣驅(qū)動(dòng)機(jī)械做功，自從瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)以來(lái)，人們一直沿用這個(gè)方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 機(jī)械能轉(zhuǎn)化熱能機(jī)械做功摩擦可以產(chǎn)生熱能，但一般效率不高，而且在實(shí)際應(yīng)用中無(wú)法通過這樣的轉(zhuǎn)化大量提供熱能，只作為機(jī)械能的能量損耗而已。,.,4.2.1 薄膜電池4.2.2 鋰離子電池4.2.3 印刷電池4.2.4 光電池,二、能量?jī)?chǔ)存（電池）技術(shù),.,4.2.1 薄膜電池,薄膜電池顧名思義就是將一層薄膜制備成太陽(yáng)能電池，其用硅量極少，更容易降低成本，目前已經(jīng)能進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的薄膜電池主要有3種：硅基薄膜太陽(yáng)能電池銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池（CIGS）碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池（CdTe）,.,4.2.1 薄膜電池,（1）薄膜電池發(fā)電原理薄膜電池發(fā)電原理與晶硅相似，當(dāng)太陽(yáng)光照射到電池上時(shí)，電池吸收光能產(chǎn)生“光生電子空穴對(duì)”在電池內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，光生電子和空穴被分離，空穴漂移到P 側(cè)，電子漂移到N 側(cè)，形成光生電動(dòng)勢(shì)，外電路接通時(shí)，產(chǎn)生電流。,.,4.2.1 薄膜電池,（2） 薄膜電池的優(yōu)點(diǎn) （1）成本低 （2）弱光性好 （3）適合與建筑結(jié)合的光伏發(fā)電組件(BIPV) （3）薄膜電池的缺點(diǎn) （1）效率低 （2）穩(wěn)定性差 （3）相同的輸出電量所需太陽(yáng)能電池面積增加,.,4.2.1 薄膜電池,（4）發(fā)展趨勢(shì)近年來(lái),業(yè)界對(duì)以薄膜取代硅晶制造太陽(yáng)能電池在技術(shù)上已有足夠的把握。日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所于去年2月已經(jīng)研制出目前世界上太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換率最高的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池，其轉(zhuǎn)換率已達(dá)到現(xiàn)有有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池的4倍。,.,4.2.2 鋰離子電池,鋰離子電池是一種充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作。一般采用含有鋰元素的材料作為電極的電池，是現(xiàn)代高性能電池的代表。,鋰離子電池原理結(jié)構(gòu),.,4.2.2 鋰離子電池,1. 鋰系電池概述 鋰系電池分為鋰電池和鋰離子電池。目前手機(jī)和筆記本電腦使用的都是鋰離子電池，通常人們俗稱其為鋰電池，而真正的鋰電池由于危險(xiǎn)性大，很少應(yīng)用于日常電子產(chǎn)品。鋰離子電池能量密度大，平均輸出電壓高。自放電小，每月在2%以下。沒有記憶效應(yīng)。循環(huán)性能優(yōu)越、可快速充放電、充電效率高達(dá)100%，而且輸出功率大。使用壽命長(zhǎng)。不含有毒有害物質(zhì)，被稱為綠色電池。,.,4.2.2 鋰離子電池,2. 作用機(jī)理鋰離子電池以碳素材料為負(fù)極，以含鋰的化合物作正極，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。鋰離子電池的充放電過程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。,.,4.2.2 鋰離子電池,在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中，同時(shí)伴隨著與鋰離子等量電子的嵌入和脫嵌（習(xí)慣上正極用嵌入或脫嵌表示，而負(fù)極用插入或脫插表示）。在充放電過程中，鋰離子在正、負(fù)極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插，被形象地稱為“搖椅電池”。,.,4.2.2 鋰離子電池,3. 鋰離子電池的主要優(yōu)點(diǎn)： 1）電壓高 2） 比能量大 3）循環(huán)壽命長(zhǎng) 4）安全性能好： 無(wú)公害，無(wú)記憶效應(yīng) 5）自放電小 6) 可快速充放電 7) 工作溫度范圍高,.,4.2.2 鋰離子電池,4. 新發(fā)展 聚合物鋰離子電池聚合物鋰離子電池是在液態(tài)鋰離子電池基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，以導(dǎo)電材料為正極，碳材料為負(fù)極，電解質(zhì)采用固態(tài)或凝膠態(tài)有機(jī)導(dǎo)電膜組成，并采用鋁塑膜做外包裝的最新一代可充鋰離子電池。由于性能的更加穩(wěn)定，因此它也被視為液態(tài)鋰離子電池的更新?lián)Q代產(chǎn)品。,.,4.2.2 鋰離子電池, 動(dòng)力鋰離子電池動(dòng)力鋰離子電池指容量在3AH以上的鋰離子電池。根據(jù)內(nèi)部材料的不同，相應(yīng)地分為液態(tài)動(dòng)力鋰離子電池和聚合物理離子動(dòng)力電池兩種。 動(dòng)力鋰離子電池分高容量和高功率兩種類型。（1）高容量電池可用于電動(dòng)工具、自行車、滑板車、礦燈、醫(yī)療器械等；（2）高功率電池主要用于混合動(dòng)力汽車及其它需要大電流充放電的場(chǎng)合。,.,4.2.2 鋰離子電池, 高性能鋰電池為了突破傳統(tǒng)鋰電池的儲(chǔ)電瓶頸，研制一種能在很小的儲(chǔ)電單元內(nèi)儲(chǔ)存更多電力的全新鐵碳儲(chǔ)電材料。但是此前這種材料的明顯缺點(diǎn)是充電周期不穩(wěn)定，在電池多次充放電后儲(chǔ)電能力明顯下降。,.,4.2.3 印刷電池,研究人員通過利用納米技術(shù)將普通鋰離子電池縮小并封閉到一張纖維素紙張上，采用絲網(wǎng)印刷方式生產(chǎn)，類似于制造T恤衫。單層比頭發(fā)絲還薄。印刷電池與普通電池有很大的不同。由于其輕薄的特性，可以將其嵌入銀行卡。電池不含有汞，十分環(huán)保。,.,4.2.3 印刷電池,薄膜和印刷電池靈活的形狀和超低的重量將使這種新功能廣泛應(yīng)用于智能卡、RFID和傳感器等電子產(chǎn)品中，提高這些產(chǎn)品的有用性和市場(chǎng)規(guī)模。其電壓為1.5伏，屬于正常電壓范圍。可以將電池堆疊起來(lái)提高電壓，得到3伏、 4.5伏和6伏的電池，為任何電子產(chǎn)品提供電能。,.,4.2.4 光電池, 晶體硅光電池晶體硅光電池有單晶硅與多晶硅兩大類，用P型（或n型）硅襯底，通過磷（或硼）擴(kuò)散形成Pn結(jié)而制作成的，生產(chǎn)技術(shù)成熟，是光伏市場(chǎng)上的主導(dǎo)產(chǎn)品。采用埋層電極、表面鈍化、強(qiáng)化陷光、密柵工藝、優(yōu)化背電極及接觸電極等技術(shù)，提高材料中的載流子收集效率，優(yōu)化抗反射膜、 凹凸表面、高反射背電極等方式，光電轉(zhuǎn)換效率有較大提高。,.,4.2.4 光電池, 非晶硅光電池a-Si（非晶硅）光電池一般采用高頻輝光放電方法使硅烷氣體分解沉積而成。由于分解沉積溫度低，可在玻璃、不銹鋼板、陶瓷板、柔性塑料片上沉積約1m厚的薄膜，易于大面積化（0.5m1.0m），成本較低，多采用pin結(jié)構(gòu)。其商品化產(chǎn)量連續(xù)增長(zhǎng)，全球市場(chǎng)用量每月在1千萬(wàn)片左右，居薄膜電池首位。,.,4.2.4 光電池, 多晶硅光電池p-Si（多晶硅，包括微晶）光電池沒有光致衰退效應(yīng)，材料質(zhì)量有所下降時(shí)也不會(huì)導(dǎo)致光電池受影響，是國(guó)際上正掀起的前沿性研究熱點(diǎn)。在單晶硅襯底上用液相外延制備的p-Si光電池轉(zhuǎn)換效率為15.3%，經(jīng)減薄襯底，加強(qiáng)陷光等加工，可提高到23.7%.,.,4.2.4 光電池,銅銦硒光電池CIS（銅銦硒）薄膜光電池已成為國(guó)際光伏界研究開發(fā)的熱門課題，它具有轉(zhuǎn)換效率高（已達(dá)到17.7%），性能穩(wěn)定，制造成本低的特點(diǎn)。CIS光電池一般是在玻璃或其它廉價(jià)襯底上分別沉積多層膜而構(gòu)成的，厚度可做到2-3m，吸收層CIS膜對(duì)電池性能起著決定性作用。,.,4.2.4 光電池, 碲化鎘光電池CdTe（碲化鎘）也很適合制作薄膜光電池，其理論轉(zhuǎn)換效率達(dá)30%，是非常理想的光伏材料?？刹捎蒙A法、電沉積、噴涂、絲網(wǎng)印刷等10種較簡(jiǎn)便的加工技術(shù)，在低襯底溫度下制造出效率4%以上的CdTe光電池，小面積CdTe光電池的國(guó)際先進(jìn)水平光電轉(zhuǎn)換率為15.8%.,.,三、 無(wú)線供電技術(shù),4.3.1 無(wú)線供電技術(shù)實(shí)驗(yàn)經(jīng)過多年研究，科學(xué)家們認(rèn)為進(jìn)行無(wú)線電力傳輸是可能的，馬林-索爾賈?？私淌谔岢隽穗姶殴舱襁@個(gè)概念，他認(rèn)為當(dāng)物體間以相同頻率共振時(shí)，就有可能有效實(shí)現(xiàn)無(wú)線能量傳輸。,.,4.3.1 無(wú)線供電技術(shù)實(shí)驗(yàn),美國(guó)麻省理工學(xué)院的科學(xué)家們最近完成了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，使用兩個(gè)相距2米的銅線圈，讓其中一個(gè)傳輸能量，另一個(gè)則接收能量,成功地通過無(wú)線電力傳輸點(diǎn)亮了一個(gè)功率為60瓦的電燈泡，并為這種技術(shù)取名為無(wú)線電力（WiTricity）。,.,4.3.1 無(wú)線供電技術(shù)實(shí)驗(yàn),電磁共振的原理類似聲波共振的原理，即如果兩種介質(zhì)具有相同的共振頻率，就可以用來(lái)傳遞能量。WiTricity的技術(shù)就是采用了電磁共振的原理。他們稱之為非輻射性電磁共振。,.,4.3.2 短距離無(wú)線供電方案,1. 電磁波方案 電磁波，俗稱無(wú)線電波是人們非常熟悉的一個(gè)概念。正是由于它的發(fā)現(xiàn)，才奠定了廣播、電視和現(xiàn)代通信技術(shù)的基礎(chǔ)。電磁波不僅能傳輸信號(hào)，它也能傳輸電能。可為各種電子產(chǎn)品充電或供電，包括耗電量相對(duì)較低的電子產(chǎn)品，諸如手機(jī)、MP3隨身聽、溫度傳感器、助聽器，甚至汽車零部件和醫(yī)療儀器。,.,4.3.2 短距離無(wú)線供電方案,整個(gè)系統(tǒng)基本上包含了兩個(gè)部件，稱為Power Caster的發(fā)射器模塊和稱為Powerharvester的接收器模塊，前者可插入在插座上，后者則嵌入在電子產(chǎn)品上。發(fā)送器發(fā)射安全的低頻電磁波，接收器接收發(fā)射頻率的電磁波，據(jù)稱約有70%的電磁信號(hào)能量轉(zhuǎn)換為直流電能。,.,4.3.2 短距離無(wú)線供電方案,Powercast 系統(tǒng)圖,.,4.3.2 短距離無(wú)線供電方案,2. 磁耦合方案 電磁感應(yīng)是一項(xiàng)基本原理，交流電源中一個(gè)重要部件變壓器就是利用它工作的，變壓器由一個(gè)磁芯和二個(gè)線圈，即初級(jí)線圈與次級(jí)線圈組成。當(dāng)初級(jí)線圈兩端加上一個(gè)交變電壓時(shí)，磁芯中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，從而在次級(jí)線圈上感應(yīng)一個(gè)相同頻率的交流電壓，電能就從輸入電路傳輸至輸出電路。,.,4.3.2 短距離無(wú)線供電方案,對(duì)無(wú)線供電或充電的裝置而言，其初級(jí)線圈與次級(jí)線圈處于兩個(gè)分離的各自部件中，因而線圈間的耦合是比較松散的。最早使用電磁感應(yīng)原理的是電動(dòng)牙刷。電動(dòng)牙刷經(jīng)常接觸水，不采用直接充電方案，在充電座和牙刷中各有一個(gè)線圈，當(dāng)牙刷放在充電座上時(shí)就有磁耦合作用，類似一個(gè)變壓器，感應(yīng)電壓整流后就可對(duì)鎳鎘電池充電，整個(gè)電路消耗功率約3W。,.,4.3.2 短距離無(wú)線供電方案,電動(dòng)牙刷,.,4.3.2 短距離無(wú)線供電方案,日本東京大學(xué)的教授們?cè)O(shè)計(jì)了一種塑料薄膜電源，很有創(chuàng)意，用途也十分廣泛。例如，可將它鋪在地板上或桌子上，或嵌入在墻壁上，為圣誕樹上發(fā)光二極管、裝飾燈供電，為魚缸水中燈泡或小型電機(jī)供電。,.,4.3.2 短距離無(wú)線供電方案,薄膜電源由四層塑料薄膜組成：最低一層是電導(dǎo)可控的有機(jī)晶體管上面是感測(cè)兼容電子設(shè)備接近的銅線圈再上