無線充電技術幻燈片

1、無線充電技術,1,2020/10/19,INTRODUCTION,無線充電指的是將電能透過非導電的物質(zhì)傳遞。在實際應用中，通常指的是將電能透過一定的空間距離進行傳遞。源于無限電能傳輸技術，小功率無線充電常采用電磁感應式（如對手機充電的Qi方式，但中興的電動汽車無線充電方式采用的感應式），大功率無線充電常采用諧振式（大部分電動汽車充電采用此方式）由供電設備（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電池充電，并同時供其本身運作之用。,2,2020/10/19,CONTENT,歷史與發(fā)展,總結(jié),四種方式及比較,3,2020/10/19,1,歷史與發(fā)展,4,2020/10/19,起源,

2、無線充電技術或者說無線電能傳輸?shù)钠鹪纯梢宰匪莸?9世紀末期。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)還沒有建立起來，早期的科學家希望能夠無線地把電能傳輸?shù)绞褂玫?，于是就有了無線電能傳輸?shù)男枨?。不少科學家在這個領域做了研究，其中以尼古拉特斯拉（Nikola Tesla）為典型代表。 早期的這種無線電能的傳輸都指的是遠距離（以km為計量單位）的大功率（至少是kw級別）的電能傳輸。以這個目的來開展的無線電能傳輸?shù)难芯孔罱K都以失敗告終。但相關的基礎理論研究由此開展并延續(xù)下來。在100多年后的今天，我們再回過頭來看當年設定的這個無線電能傳輸?shù)哪繕耍l(fā)現(xiàn)它仍然是遙遠的難以實現(xiàn)的。

3、而到了近代之后，無線電能傳輸?shù)男枨笾饾u被無線充電的需求所取代。這里的無線充電都指的是相對近距離（米級或更近）的電能傳輸。,5,2020/10/19,機皇諾基亞！,無線充電的概念起源很早。早期對無線電能傳輸?shù)膽脟L試基本都失敗了。進入新世紀之后，無線充電技術又重新被關注起來。其背后的原因是什么呢？這一輪的嘗試是否還會重蹈歷史的覆轍并最終歸于平淡？ 近代無線充電技術的興起，有幾個先決條件。 首先是電網(wǎng)系統(tǒng)的完善。在世界的大多數(shù)國家，電網(wǎng)作為基礎設施，經(jīng)過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。電能已經(jīng)不再如百年前一樣稀缺。基本上有人的地方就有電能的供應。也就是

4、說跨區(qū)域的長距離無線電能傳輸?shù)男枨蟠蠓秶鷥?nèi)消亡了。 其次是，電源技術得到了快速的發(fā)展。電力電子作為一個專門的學科出現(xiàn)大致始于上個世紀60年代。伴隨著航空技術的發(fā)展，受到太空競賽的刺激，航天電源的需求增加，因而電源技術也得到了發(fā)展和完善。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，開關電源理論以及半導體器件的制作工藝均得到了很大的發(fā)展。現(xiàn)階段人們可以更為容易地實現(xiàn)高頻開關電源，實現(xiàn)更好的功率密度和更高的電源效率。,近代無線充電技術的發(fā)展,6,2020/10/19,Boom！,第三點也是最重要的一點是區(qū)域內(nèi)無線充電需求的提高。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，各種智能終端設備越來越普遍。在中國2014年的智能手機出貨量達到了驚人的

5、4億部。而人們在要求智能設備更快的上網(wǎng)速度，更快的運算速度，更清晰的顯示效果的同時，各種智能設備的電能需求也在不斷的提高。受限制于電池技術，智能設備的續(xù)航時間成為困擾用戶的最大問題。在功能機時代，常見手機的使用時間可以輕松達到一個星期。而進入智能機時代，雖然電池的容量增大了3倍以上，智能手機的續(xù)航則下降到了一天左右。因此無線充電作為一種簡易可行的智能設備充電方式受到了越來越多的關注。 無線充電技術對于智能手機的意義如何呢？我們回顧一下智能手機的發(fā)展歷史。從 2012年小米的第一款手機發(fā)布開始，智能手機廠商開始了一輪瘋狂的配置大戰(zhàn)，從雙核CPU，1G內(nèi)存一直廝殺到八核4G內(nèi)存，手機攝像頭也從50

6、0萬像素沖到了夸張的4000萬像素。在一輪硬件配置的比拼之后，國產(chǎn)智能手機的同質(zhì)化也越來越嚴重。差異化競爭成為智能手機廠商的必然選擇。對性能參數(shù)的追求也將逐漸轉(zhuǎn)移到對用戶使用體驗的關注上。在這種環(huán)境下，無線充電技術還是有很大的發(fā)展機會的。 以上三個條件結(jié)合在一起，使得無線充電技術的發(fā)展成為了可能。,近代無線充電技術的發(fā)展,7,2020/10/19,2,無線充電技術的分類,8,2020/10/19,METHOD,9,2020/10/19,磁感應,磁感應式的基本原理就是給初級線圈通以一定頻率的交流電，產(chǎn)生磁場并通過電磁感應在次級線圈中產(chǎn)生電流，從而實現(xiàn)能量的傳輸。,10,2020/10/19,磁感

7、應,第一代磁感應無線充電技術最為人詬病的是使用時空間自由度低。即充電區(qū)域的面積很小，手機需要準確地放置在這個位置上，且不能有較多的垂直間隔。這一點從上圖三星S6充電器拆解之后的線圈面積可以看出，也可以從手機背貼的面積大小上進行推斷。只有手機背貼的線圈和充電器里的線圈位置正對時，才能夠進行無線充電，其有效充電面積大概是兩個一元硬幣大小。這一點使得很多人在使用時經(jīng)常遇到因為對不準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。換言之，較高的學習成本阻礙了這種技術的廣泛應用。,11,2020/10/19,磁場共振,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)

8、射裝置所需諧振電流的頻率相同的正弦信號，經(jīng)功率放大電路將信號放大，通過一個線圈將能量感應到發(fā)射裝置中。發(fā)射與接收裝置是為兩個具有相同結(jié)構的天線。發(fā)射天線中感應得到的交變電流，在其周圍產(chǎn)生相同頻率的狡辯磁場，從而在接受線圈中感應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，兩線圈之間通過強磁場建立耦合關系，能量由發(fā)射裝置源源不斷傳到接收裝置。,12,2020/10/19,磁場共振,無線傳輸電力系統(tǒng)結(jié)構,英特爾的“無線充電碗”,13,2020/10/19,電場感應,有了利用空間磁場的無線供電技術，自然而然會有人想到利用空間電場進行無線充電。因為原本電和磁就是相互對應而又

9、關聯(lián)的。對于電場感應的無線充電技術而言，簡單點說，可以把能量發(fā)射裝置和接收裝置看成電容的兩個極板。在交流電場的作用下，電容的兩個極板會有交變電流流過，這樣就實現(xiàn)了電能的無線傳遞。,14,2020/10/19,電場感應,主流廠商之所以不選擇這種技術標準，主要原因是因為空間電場對人體的影響。需要厘清的是，這里并不是輻射的概念。并不是說利用空間電場就比利用空間磁場有更多的輻射。輻射更多指的是空間逸散的能量對人體的影響。對于前三種無線充電技術而言，不管是空間磁場還是空間電場，由于他們的工作頻率較低，能量都幾乎不會以電磁波的形式發(fā)射出去。所以我們說前三種無線充電的方式都是無輻射的，這種說法是沒有問題的。

10、空間電場對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，而較強的空間電場有可能影響到人的神經(jīng)系統(tǒng)。,15,2020/10/19,電場共振,這種方式或許才是人們真正“想要”的無線充電黑科技。就是無線充電可以表現(xiàn)的像無線上網(wǎng)一樣，能夠隨時隨地，間隔5米或者10米對手機進行充電。第四種無線充電技術是利用高頻電磁波來進行無線充電。這個技術在理論上是可行的。我們知道常見的wifi頻率是2.4GHz，現(xiàn)在也有5GHz的wifi信號了。既然能夠傳遞數(shù)據(jù)，那么理論上也可以傳遞能量。常見的家用無線路由器的功率等級大概是10mW，理論上來說我們只需要把這個路由器的功率等級增大2000倍，就可以給手機

11、進行充電了。,16,2020/10/19,電場共振, 充電效率會非常低。電磁波的能量是對外發(fā)散的，可以想象成一個一個的能量包裹（即光子），從發(fā)射源離開之后不管有沒有被待充電設備接收，能量都是消耗了的。 對人體的影響。電磁波的能量是對外發(fā)散的，基本上是遇到什么就被什么吸收掉。手機能夠得到電能補充的同時，人會比手機吸收更多的能量，當然，這么大強度的電磁波對人體的影響究竟是什么，國際上是還沒有明確結(jié)論的。從目前來說，要想讓電磁波來為手機有效地無線充電，空間電磁波的能量肯定是會遠遠超過國際標準的規(guī)定的。,17,2020/10/19,3,總結(jié),18,2020/10/19,總結(jié),對于無線充電而言，到底什么才是要解決的問題，我們認為應該是接收電力要迷你化，起碼可在手機作為內(nèi)置系統(tǒng)，安裝在智能手機處理器方面。 隨著科學技術的發(fā)展，人類已經(jīng)成功的從有