无线充电技术-无线充电的四大技术与面临的难题

一 : 无线充电的四大技术与面临的难题

无线充电,顾名思义,就是不借助金属导线,以空气为介质实现电能传输的技术。[www.loach.net.cn)如今,无线充电已从智能手机、MP3等一些低功率低耗电量的电子产品开始,逐步向大功率用电设备发展。在民用领域,富尔顿、劲量、苹果、诺基亚、三星等国际知名厂商都投入大量资金研发无线充电技术。国际无线充电联盟的成员企业由最初的十几家增加到现在的一百多家。有专家预计,到2015年,全球支持无线充电功能的设备将增至1亿部以上。可以预见,一个无线充电的时代即将来临。

题图:两部手机正在利用无线充电板进行充电

在军事领域,以美国为首的各军事强国也在争先恐后地研发无线充电技术。据称,美国防部高级研究计划局已投入五六百万美元,用于研发无线充电技术,初步设定无线充电距离为50英尺(约15米)。可以想象,随着技术的成熟和距离的延长,战场上的武器装备将摆脱电线的束缚和距离的限制,机动能力和持续作战能力将大大提升。战士们外出执勤或作战,再也不用携带一堆的充电器和数据线,更不用担心GPS设备、电台等因为没有电能而无法工作。他们只需随身携带无线充电电池,不管在基地或战场的任何角落都可以随时充电。

新奇技术已有百年历史

直到今天,我们当中的许多人在第一次听说无线充电技术时,都认为这是一项新奇的技术,甚至感到有点匪夷所思。其实,早在一百多年前,就已经出现了无线充电技术。19世纪末20世纪初的科学天才尼古拉·特斯拉,曾制作了一个后来被称为传奇的“特斯拉线圈”。这个由黄铜线圈缠绕的电流传输器,可产生超高电压、低电流和高频率的电力,在一定区域内实现电能的无线传输。虽然这项原本可能改变世界的伟大发明,最终因传输效率太低、危险系数过高等原因而胎死腹中,但却为世人打开了梦想的大门。

无线充电四“马”并行

随着科技进步,科学家们最终验证了无线充电的可行性,并在技术上取得重大突破。目前,相对成熟的无线充电技术主要有4种:电磁感应、无线电波、电磁共振和光电转换。

电磁感应技术:电磁感应技术是目前最为常见的无线电力传输方式。它通过发射端和接收端的线圈相互感应产生电流,从而将能量从发射端转移到接收端。但由于磁场向四面八方辐射导致能量大量散失,因此传输效率较低,通常只适合相互“贴着”的小功率电子产品,例如电动牙刷、智能手机、相机等。

无线电波技术:传统观点认为,无线电波只适合传送信息,不适合传送能量。实际上,无线电波作为一种电磁波,其本身也能够传递能量,同时还可以穿透空气。无线电波技术主要是利用电源发送器发送搭载有能量的无线电波,通过微型高效接收器捕捉空中的无线电波,将无线电波能量转化成直流电并为不同电子装置的电池充电。

图①:利用电磁共振技术成功实现为灯泡供电

电磁共振技术:主要是利用物理学的“共振”原理,即两个振动频率相同的物体能高效传输能量。它通常利用铜制线圈作为电磁共振器,当充电器送出某特定频率的电磁波后,电能发送方的线圈和接收方感应器线圈之间就会形成磁场共振,实现电能的高效传输。这也就是当一位歌手用与杯子相同频率的声音歌唱时,杯子会破裂的原因。2007年,麻省理工学院的研究小组就曾利用电磁共振技术成功“抓住”了电磁波,实现了为一个两米外的60瓦灯泡供电。

光电转换技术:主要是以激光等为载体,将能量传递到目的地再转化为电能,进而实现能量的远距无线传输。近日,美国洛克希德·马丁公司与激光动力公司联合研发的一种新型激光充电系统就是利用了这一原理。据称,这项技术已对美特种部队使用的一款名为“阔步者”的小型无人机进行了风洞飞行测试。测试显示,该无人机的电池蓄电量得到有效提高,飞行时间可达48小时以上,飞行续航能力提高24倍,大大增加其执行任务的时间。

四大诱惑无法抵挡

与传统有线充电技术相比,无线充电具有4大优势:一是方便。可以想象,电线、插线板、充电器等都可以消失了,你再也不必为寻找适配的电源线而四处问人,也不必为各种手机线、PC线、Pad线、音箱线绞缠一起而焦头烂额。所有的用电设备都可无拘无束地随意移动,外出活动或出差再也不必随身携带充电器和电源线。二是可进行一对多充电。将来,人们只需要一个发射设备就可以给覆盖范围内的所有用电设备进行充电,无论在家、办公室还是街道上,你随时都可以进行无线充电,只不过这些设备采用的标准和协议必须是一致的。三是智能。无线充电设备比普通充电器“聪明”很多,对于不同的电子产品,电源接口能自动对应,需要充电时,发射器和接收芯片会同时自动开始工作,充满电时,两方就会自动关闭。它还能自动识别不同的设备和能量需求进行“个性化工作”,有效保证了能量供应的源源不断,提高设备使用的连续性。四是安全。没有了外露的连接器,漏电、跑电等安全隐患都彻底避免了。

图②:无线充电示意图

四大障碍难以克服

既然无线充电技术早已有之,那为什么直到今天还没有广泛应用到日常生活中?因为在当前科学技术条件下,还有许多难题需要解决。

一是充电距离短。无线充电的发送装置和接收装置相隔不能太远,在1~2米的距离内还能起到较为满意的效果,但一旦距离拉长,能量的衰减将十分严重。二是电能转换功率低。无线充电能量的损耗较大,传输效率不高,极易造成电能的浪费。无线充电器的转化率目前最高只能达到85%,而且随着距离的增大,损耗将更大。三是易遭干扰。平时我们都有这样的经历,手机放在电视旁边时,如果有短信或者电话进来,电视屏幕就会受到干扰。传输电能的无线电波同样易遭干扰。电磁共振技术也容易出现干扰和互扰,不仅寄生电容和外部磁场,甚至连接受设备都能干扰到充电磁场,从而影响充电效率。四是有辐射。虽然有关专家认为电磁辐射对健康不构成威胁。但是电磁波对人体的影响很复杂,需要长期的数据积累,这个过程就好比人们花了几十年时间才确认二手烟会致癌一样。此外,无线充电由于技术含量高,经济成本投入较大,造价远高于目前广泛使用的有线充电和万能充电器,所以,无线充电技术要想“飞入寻常百姓家”还需要很长的路要走。

远景畅想风光无限

将来,无线充电技术一旦广泛应用,那我们的四周不仅有传递信息的电磁波,还有传输电能的电磁波。它如同蓝牙、WIFI一样,弥漫在空气中,无论你身处何方都感受不到它的存在,但却能手到擒来。我们所谓的“电磁环境”的涵义也将被拓展,变得更加复杂和神秘莫测。战场上决定胜负的较量已不再是火力对抗,而是搭载信息和电能的电磁对抗。

畅想未来,随着越来越多的飞机、卫星、军舰都将通过无线传输的方式实现能量的补充,整个陆、海、空、天装备的电源接口将自动对应,电能传输将跨越时间和距离的限制。可以说,只要武器装备没有故障,它就能永久地战斗下去,真正实现智能化持续作战。未来,谁能实现对整个战场电能的补充和控制,那胜利的天平必然会倾向哪一方。到那时,一场新的军事变革必然到来。


 

二 : 2.5小时充满 沃尔沃推汽车无线充电技术

  [网聚知识 新闻] 提起无线充电技术,已经不算是什么新的技术了,这一技术已经有了很广泛的应用,但是主要是应用在小型设备上,比如诺基亚的新款手机上。

  沃尔沃最近宣布,他们正在研发基于无线充电的电动车充电系统,并且已经取得了显著的成功。这套系统的原理和小型IT设备上的原理相同,都是使用线圈制造电磁场进行充电。

  沃尔沃电力推进系统的副总裁Lennart Stegland表示,无线充电技术是一个传输能量的更舒适有效的方式,而且经过研究,它也是安全的。沃尔沃正与合作伙伴一起研究制定无线充电系统的标准,充电站需要包括地面上的充电器,以及安装在车身底盘上的感应装置。

  经过研究,沃尔沃表示采用这种技术的电动车的充电时间可以缩短至最小2.5小时,这个速度已经明显快于现在常见的插电式的电动车充电速度了。这是沃尔沃在一辆120马力的电动版C30实际测试中获得的数据。

  沃尔沃此次并未宣布这套系统正式推向市场的时间,不过表示时间并不会太长。(编译/网聚知识 常凤臣)

三 : 充电仅90分钟 丰田推汽车无线充电技术

  [网聚知识 新闻]  最近丰田对外宣布,他们将在日本开始测试其汽车无线充电技术,该技术在未来可为纯电动车和插电式混动车进行充电,仅需90分钟就可将电池充满。

  这套技术的原理就是使用充电线圈制造的电磁场进行无线充电。丰田将充电线圈布置在地面停车位上,当汽车停放在车位上时,位于汽车底盘部位的充电接收器接收来自充电线圈发送的电力,从而开始进行充电。此外丰田还优化了自动泊车系统,当车辆停稳后充电接收器未对充电线圈时,自动泊车系统会开启并调整车辆停放位置,将车辆上的充电接收器对准充电线圈,避免充电线圈发送的电力被浪费。

  丰田正在日本本土测试该项技术,并对其进行进一步优化,包括如何减少对附近其他设备的电磁干扰等。(信息来源:AUTOEXPRESS;编译/网聚知识 耿源)

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四 : 未来能否到来?五问高通无线充电技术

  [网聚知识 技术]  Qualcomm高通,是一家以半导体技术而闻名世界的高科技企业,随着Google Android派系智能手机队伍的不断地壮大,人们对“高通骁龙”这个名字也越来越熟悉,在很多人的眼中,高通就好像是移动通讯的Intel一般。但事实上,高通不仅仅在半导体芯片行业中全球领先,还是一家顶尖的集无线互联、射频IC以及卫星导航等技术于一身的科研公司,而近期借Formula E电动方程式大赛推出的Halo车用无线充电系统,则标志着高通又向着新能源车辆领域迈出了重要的一步。不过,这项听起来似乎有些超前的技术,真的能够实现吗?

问题一:Halo是什么?

  Halo就是高通在本次Formula E比赛中推出的车用无线充电系统,它的原理就是利用磁共振效应来对电动或混动车辆的动力电池组进行非接触式充电。这个充电过程无需使用传统的电缆即可进行,在需要充电时,车主仅需要将车辆停放在Halo的充电板上方即可,因此更加方便、省力。

问题二:无线充电,好用吗?

  高通的工程师表示,由于磁共振过程中能量的损失要低于电流在传统线缆中的损耗,因此Halo无线充电的效率非常高,可以达到90%以上,超过了线缆充电。如果事实果真如此,那么Halo还是很靠谱的。而在充电速度方面,Halo可以根据用户需求调整充电的功率,其范围可以从6.6kW-20kW不等。如果按照最高的20kW计算,充满电池容量85kWh的特斯拉MODEL S P85仅需要不到5小时。此外,Halo充电板可以在50mm-200mm的距离内完成对车辆的感应充电,因此不论是像MODEL S这样底盘较低的轿跑车,还是底盘较高的SUV,例如未来的比亚迪唐,都可以方便地使用。

问题三:无线充电,安全吗?

  提到磁共振,人们很容易就想到电磁辐射,同时免不了对其安全性产生疑虑。一方面,很多人会担忧电磁辐射对于人体的伤害,而另一方面,也有人关注设备运行时是否会产生诸如火灾之类的危险或隐患。面对人体健康方面的质疑,高通表示Halo工作时的磁感应强度,也就是人们通常理解的辐射强度约为100μT(微泰斯拉),符合ICNIRP(International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection,国际非电离辐射防护委员会)的相关标准。事实上,在进行手机通话时,磁感应强度可以达到220μT,因此大家对于Halo的辐射水平可以有个较为形象的理解。

  而在杜绝危险隐患方面,高通为Halo设定了防护程序。一旦处于工作状态的充电板上有金属罐一类的异物,或是小动物、幼儿时,Halo将自动停止充电作业,以避免危险,同时会将相关信息发送至车主的手机客户端中。

问题四:我的车能使用Halo吗?

  首先,Halo对电池的类型并没有选择性。目前市面上的电动以及混动车型所采用的镍氢电池、锂离子电池、甚至铅酸电池都可以通过Halo进行充电。如果想要使用Halo,除了包括充电板、控制器以及线缆这样的外部设备,还需要在车辆上安装一个用于接收电磁辐射的接收端。目前,高通已经为包括宝马i系列、日产聆风以及雷诺ZOE等车型安装了车载接收板和控制器,取得了很好的效果。不过,按照高通的设想,未来希望能够与众多的汽车制造商合作,主要以原厂预装作为出货渠道,其结果就是消费者在未来将可以直接购买到出厂前已安装好Halo系统的车辆。

  在后市场方面,由于系统需要针对不同车型进行特殊的调整,消费者自行加装难度很大,因此高通对Halo进入后市场并不看好。不过,高通表示,如果未来需要,也将会针对汽车租赁等行业进行后市场开发。此外,无线充电目前并没有统一的标准和制式,高通也在积极倡导无线充电标准的制定,一旦标准得到统一,那么同一个设备便可以为不同的车辆进行充电。

问题五:无线充电的未来什么样?

  对于无线充电技术前景的描绘,高通表示非常乐观。在高通的规划中,未来无线充电将用于更加广泛的环境中,以实现车辆的半动态及动态充电。想要实现这个目标,需要在城市道路中埋设大量的充电板,当车辆在充电板上方驶过时,便可以进行连续的充电,最理的状态是,驾驶者可以在行驶中将电池组充满。当然,想要实现这个目标,高通还需要在技术、安全、标准、成本以及政策等方面进行更加深入的努力,但这样的未来确实值得人们期待。

编辑总结:

  高通描绘的未来是否能够真的到来呢?从目前的家用级产品Halo来看,无线充电技术已经可以带给人们实实在在的便捷,而当这种技术足够成熟后,无疑可以带给使用电动车的人们更多的自由空间。目前,中国政府已经制定了发展电动车和插电式混合动力车型的鼓励政策,如美、德等国家也都在进行着类似的政策引导。倘若电动车真的能够在未来成为道路的主宰,那么无线充电的愿景将很有可能成为生活中的现实。(文/图 网聚知识 张戈)

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五 : 无线充电/遥控停车等 大众发布新技术

  [网聚知识 新闻]  日前,大众在2015 CES电子消费展开展前夕发布了全新车载信息系统、无线充电和远程遥控停车等技术。

  大众全新的信息系统将可以连接苹果手机和配备安卓系统的手机,使得车内成员的手机与中控屏幕进行互联。另外,未来大众该信息系统还将加入手势识别功能,可以通过车载摄像头识别手势,使得驾驶者无需进行按键或触摸屏操作。

  未来大众的信息系统还将对智能手机进行更全面的支持,用户可以通过安装特定App的智能手机控制汽车的锁车和开车门等功能,同时其还可以通过智能手机进行遥控停车。车主可以站在车外,通过操作手机实现停车入位。

  此外,未来大众的高尔夫电动版车型将配备无线充电系统,车主将车子开到充电站的车位上,便可以进行无线充电。(文/网聚知识 章宁)

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