無(wú)線充電技術(shù)[特制材料]

1、無(wú)線充電技術(shù) 1課程知識(shí) INTRODUCTION 無(wú)線充電指的是將電能透過(guò)非導(dǎo)電的物質(zhì)傳遞。在實(shí)際應(yīng)用中，通常指的是將電能透 過(guò)一定的空間距離進(jìn)行傳遞。源于無(wú)限電能傳輸技術(shù)，小功率無(wú)線充電常采用電磁感 應(yīng)式（如對(duì)手機(jī)充電的Qi方式，但中興的電動(dòng)汽車無(wú)線充電方式采用的感應(yīng)式），大 功率無(wú)線充電常采用諧振式（大部分電動(dòng)汽車充電采用此方式）由供電設(shè)備（充電器） 將能量傳送至用電的裝置，該裝置使用接收到的能量對(duì)電池充電，并同時(shí)供其本身運(yùn) 作之用。 2課程知識(shí) CONTENT 1 歷史與發(fā)展 3 總結(jié) 2 四種方式及比較 3課程知識(shí) 1 歷史與發(fā)展 4課程知識(shí) 1歷史與發(fā)展 起源 無(wú)線充電技術(shù)或者說(shuō)無(wú)

2、線電能傳輸?shù)钠鹪纯梢宰匪莸?9世紀(jì)末期。由于電 能的產(chǎn)生地與使用地往往存在很大的距離差異，而有線的輸配電系統(tǒng)還沒(méi) 有建立起來(lái)，早期的科學(xué)家希望能夠無(wú)線地把電能傳輸?shù)绞褂玫?，于是?有了無(wú)線電能傳輸?shù)男枨?。不少科學(xué)家在這個(gè)領(lǐng)域做了研究，其中以尼古 拉特斯拉（Nikola Tesla）為典型代表。 早期的這種無(wú)線電能的傳輸都指的是遠(yuǎn)距離（以km為計(jì)量單位）的大功率 （至少是kw級(jí)別）的電能傳輸。以這個(gè)目的來(lái)開展的無(wú)線電能傳輸?shù)难芯?最終都以失敗告終。但相關(guān)的基礎(chǔ)理論研究由此開展并延續(xù)下來(lái)。在100 多年后的今天，我們?cè)倩剡^(guò)頭來(lái)看當(dāng)年設(shè)定的這個(gè)無(wú)線電能傳輸?shù)哪繕?biāo)， 發(fā)現(xiàn)它仍然是遙遠(yuǎn)的難以實(shí)現(xiàn)的。而到

3、了近代之后，無(wú)線電能傳輸?shù)男枨?逐漸被無(wú)線充電的需求所取代。這里的無(wú)線充電都指的是相對(duì)近距離（米 級(jí)或更近）的電能傳輸。 5課程知識(shí) 1歷史與發(fā)展 機(jī)皇諾基亞！ 無(wú)線充電的概念起源很早。早期對(duì)無(wú)線電能傳輸?shù)膽?yīng)用嘗試基本都失敗了。 進(jìn)入新世紀(jì)之后，無(wú)線充電技術(shù)又重新被關(guān)注起來(lái)。其背后的原因是什么 呢？這一輪的嘗試是否還會(huì)重蹈歷史的覆轍并最終歸于平淡？ 近代無(wú)線充電技術(shù)的興起，有幾個(gè)先決條件。 首先是電網(wǎng)系統(tǒng)的完善。在世界的大多數(shù)國(guó)家，電網(wǎng)作為基礎(chǔ)設(shè)施，經(jīng)過(guò) 幾十或者上百年的發(fā)展，都已經(jīng)比較完善。人們可以較為方便地從電網(wǎng)得 到電能的供應(yīng)。電能已經(jīng)不再如百年前一樣稀缺?；旧嫌腥说牡胤骄陀?電能的供

4、應(yīng)。也就是說(shuō)跨區(qū)域的長(zhǎng)距離無(wú)線電能傳輸?shù)男枨蟠蠓秶鷥?nèi)消亡 了。 其次是，電源技術(shù)得到了快速的發(fā)展。電力電子作為一個(gè)專門的學(xué)科出現(xiàn) 大致始于上個(gè)世紀(jì)60年代。伴隨著航空技術(shù)的發(fā)展，受到太空競(jìng)賽的刺激， 航天電源的需求增加，因而電源技術(shù)也得到了發(fā)展和完善。經(jīng)過(guò)幾十年的 發(fā)展，開關(guān)電源理論以及半導(dǎo)體器件的制作工藝均得到了很大的發(fā)展?，F(xiàn) 階段人們可以更為容易地實(shí)現(xiàn)高頻開關(guān)電源，實(shí)現(xiàn)更好的功率密度和更高 的電源效率。 近代無(wú)線充電技術(shù)的發(fā)展 6課程知識(shí) 1歷史與發(fā)展 Boom！ 第三點(diǎn)也是最重要的一點(diǎn)是區(qū)域內(nèi)無(wú)線充電需求的提高。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng) 技術(shù)的發(fā)展，各種智能終端設(shè)備越來(lái)越普遍。在中國(guó)2014年的智

5、能手機(jī)出 貨量達(dá)到了驚人的4億部。而人們?cè)谝笾悄茉O(shè)備更快的上網(wǎng)速度，更快 的運(yùn)算速度，更清晰的顯示效果的同時(shí)，各種智能設(shè)備的電能需求也在不 斷的提高。受限制于電池技術(shù)，智能設(shè)備的續(xù)航時(shí)間成為困擾用戶的最大 問(wèn)題。在功能機(jī)時(shí)代，常見(jiàn)手機(jī)的使用時(shí)間可以輕松達(dá)到一個(gè)星期。而進(jìn) 入智能機(jī)時(shí)代，雖然電池的容量增大了3倍以上，智能手機(jī)的續(xù)航則下降 到了一天左右。因此無(wú)線充電作為一種簡(jiǎn)易可行的智能設(shè)備充電方式受到 了越來(lái)越多的關(guān)注。 無(wú)線充電技術(shù)對(duì)于智能手機(jī)的意義如何呢？我們回顧一下智能手機(jī)的發(fā)展 歷史。從 2012年小米的第一款手機(jī)發(fā)布開始，智能手機(jī)廠商開始了一輪 瘋狂的配置大戰(zhàn)，從雙核CPU，1G內(nèi)存

6、一直廝殺到八核4G內(nèi)存，手機(jī)攝像 頭也從500萬(wàn)像素沖到了夸張的4000萬(wàn)像素。在一輪硬件配置的比拼之后， 國(guó)產(chǎn)智能手機(jī)的同質(zhì)化也越來(lái)越嚴(yán)重。差異化競(jìng)爭(zhēng)成為智能手機(jī)廠商的必 然選擇。對(duì)性能參數(shù)的追求也將逐漸轉(zhuǎn)移到對(duì)用戶使用體驗(yàn)的關(guān)注上。在 這種環(huán)境下，無(wú)線充電技術(shù)還是有很大的發(fā)展機(jī)會(huì)的。 以上三個(gè)條件結(jié)合在一起，使得無(wú)線充電技術(shù)的發(fā)展成為了可能。 近代無(wú)線充電技術(shù)的發(fā)展 7課程知識(shí) 2 無(wú)線充電技術(shù)的分類 8課程知識(shí) 2無(wú)線充電的四種實(shí)現(xiàn)方法 METHOD 利用磁場(chǎng)之間的頻率共振實(shí)現(xiàn) 磁場(chǎng)共振 可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信的利用電 磁波來(lái)實(shí)現(xiàn)的充電技術(shù) 電磁波 顧名思義，利用磁場(chǎng)感應(yīng)來(lái)實(shí) 現(xiàn)充電技術(shù)的完

7、成 磁場(chǎng)感應(yīng) 利用空間電場(chǎng)為媒介，通過(guò)電 場(chǎng)傳遞能量 電場(chǎng)感應(yīng) 9課程知識(shí) 磁感應(yīng) 磁感應(yīng)式的基本原理 就是給初級(jí)線圈通以一 定頻率的交流電，產(chǎn)生 磁場(chǎng)并通過(guò)電磁感應(yīng)在 次級(jí)線圈中產(chǎn)生電流， 從而實(shí)現(xiàn)能量的傳輸。 10課程知識(shí) 磁感應(yīng) 第一代磁感應(yīng)無(wú)線充電技術(shù)最為人詬病的是使用 時(shí)空間自由度低。即充電區(qū)域的面積很小，手機(jī) 需要準(zhǔn)確地放置在這個(gè)位置上，且不能有較多的 垂直間隔。這一點(diǎn)從上圖三星S6充電器拆解之后 的線圈面積可以看出，也可以從手機(jī)背貼的面積 大小上進(jìn)行推斷。只有手機(jī)背貼的線圈和充電器 里的線圈位置正對(duì)時(shí)，才能夠進(jìn)行無(wú)線充電，其 有效充電面積大概是兩個(gè)一元硬幣大小。這一點(diǎn) 使得很多人

8、在使用時(shí)經(jīng)常遇到因?yàn)閷?duì)不準(zhǔn)位置而 造成充電失敗的情況。這種情況的多次發(fā)生就極 大的影響了用戶使用體驗(yàn)。換言之，較高的學(xué)習(xí) 成本阻礙了這種技術(shù)的廣泛應(yīng)用。 11課程知識(shí) 磁場(chǎng)共振 高頻電源有高頻振蕩電路與功率放大電路組成，高頻振蕩電 路產(chǎn)生與發(fā)射裝置所需諧振電流的頻率相同的正弦信號(hào)，經(jīng)功 率放大電路將信號(hào)放大，通過(guò)一個(gè)線圈將能量感應(yīng)到發(fā)射裝置 中。發(fā)射與接收裝置是為兩個(gè)具有相同結(jié)構(gòu)的天線。發(fā)射天線 中感應(yīng)得到的交變電流，在其周圍產(chǎn)生相同頻率的狡辯磁場(chǎng)， 從而在接受線圈中感應(yīng)生成相同頻率的電流，由于接受天線的 本征頻率與電流頻率相同，從而發(fā)生自諧振，兩線圈之間通過(guò) 強(qiáng)磁場(chǎng)建立耦合關(guān)系，能量由發(fā)射裝

9、置源源不斷傳到接收裝置。 12課程知識(shí) 磁場(chǎng)共振 無(wú)線傳輸電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 英特爾的“無(wú)線充電碗” 13課程知識(shí) 電場(chǎng)感應(yīng) 有了利用空間磁場(chǎng)的無(wú)線供電技術(shù)，自然而然會(huì)有人想到利用 空間電場(chǎng)進(jìn)行無(wú)線充電。因?yàn)樵倦姾痛啪褪窍嗷?duì)應(yīng)而又關(guān) 聯(lián)的。對(duì)于電場(chǎng)感應(yīng)的無(wú)線充電技術(shù)而言，簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，可以把 能量發(fā)射裝置和接收裝置看成電容的兩個(gè)極板。在交流電場(chǎng)的 作用下，電容的兩個(gè)極板會(huì)有交變電流流過(guò)，這樣就實(shí)現(xiàn)了電 能的無(wú)線傳遞。 14課程知識(shí) 電場(chǎng)感應(yīng) 主流廠商之所以不選擇這種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主要原因是因?yàn)榭臻g電 場(chǎng)對(duì)人體的影響。需要厘清的是，這里并不是輻射的概念。并 不是說(shuō)利用空間電場(chǎng)就比利用空間磁場(chǎng)有更多的輻射。

10、輻射更 多指的是空間逸散的能量對(duì)人體的影響。對(duì)于前三種無(wú)線充電 技術(shù)而言，不管是空間磁場(chǎng)還是空間電場(chǎng)，由于他們的工作頻 率較低，能量都幾乎不會(huì)以電磁波的形式發(fā)射出去。所以我們 說(shuō)前三種無(wú)線充電的方式都是無(wú)輻射的，這種說(shuō)法是沒(méi)有問(wèn)題 的?？臻g電場(chǎng)對(duì)人體的潛在影響體現(xiàn)在其他方面。人體內(nèi)信息 的傳遞靠的是生物電，而較強(qiáng)的空間電場(chǎng)有可能影響到人的神 經(jīng)系統(tǒng)。 15課程知識(shí) 電場(chǎng)共振 這種方式或許才是人們真正“想要”的無(wú)線充電黑科技。就是 無(wú)線充電可以表現(xiàn)的像無(wú)線上網(wǎng)一樣，能夠隨時(shí)隨地，間隔5米 或者10米對(duì)手機(jī)進(jìn)行充電。第四種無(wú)線充電技術(shù)是利用高頻電 磁波來(lái)進(jìn)行無(wú)線充電。這個(gè)技術(shù)在理論上是可行的。我們

11、知道 常見(jiàn)的wifi頻率是2.4GHz，現(xiàn)在也有5GHz的wifi信號(hào)了。既然 能夠傳遞數(shù)據(jù)，那么理論上也可以傳遞能量。常見(jiàn)的家用無(wú)線 路由器的功率等級(jí)大概是10mW，理論上來(lái)說(shuō)我們只需要把這個(gè) 路由器的功率等級(jí)增大2000倍，就可以給手機(jī)進(jìn)行充電了。 16課程知識(shí) 電場(chǎng)共振 充電效率會(huì)非常低。電磁波的能量是對(duì)外發(fā)散的，可以想象 成一個(gè)一個(gè)的能量包裹（即光子），從發(fā)射源離開之后不管有 沒(méi)有被待充電設(shè)備接收，能量都是消耗了的。 對(duì)人體的影響。電磁波的能量是對(duì)外發(fā)散的，基本上是遇到 什么就被什么吸收掉。手機(jī)能夠得到電能補(bǔ)充的同時(shí)，人會(huì)比 手機(jī)吸收更多的能量，當(dāng)然，這么大強(qiáng)度的電磁波對(duì)人體的影 響究竟是什么，國(guó)際上是還沒(méi)有明確結(jié)論的。從目前來(lái)說(shuō)，要 想讓電磁波來(lái)為手機(jī)有效地?zé)o線充電，空間電磁波的能量肯定 是會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定的。 17課程知識(shí) 3 總結(jié) 18課程知識(shí) 3 總結(jié) 對(duì)于無(wú)線充電而言，到底什么才是要解決的問(wèn)題，我們認(rèn)為應(yīng) 該是接收電力要迷你化，起碼可在手機(jī)作為內(nèi)置系統(tǒng)，安裝在 智能手機(jī)處理器方面。 隨著科學(xué)技術(shù)