無線充電技術的現(xiàn)狀和未來發(fā)展前景

現(xiàn)在市面上的無線充電系統(tǒng)即可滿足這些需求，只需將移動設備放置在充電板上即可完成充電，無需最終會出現(xiàn)磨損的微型連接器，無需在暗處摸索著插入充電器，無需幫助孩子插入玩具。是的，這是一類全封閉、完全防水的裝置，將手機放在餐廳的充電臺上、離開時即可充滿電，是如此之方便。

隨著蘋果Appple watch開始支持無線充電，無線充電技術終于拉開了產(chǎn)業(yè)化的進程，越來越多的設備加入無線充電功能，由于移動設備具備always-on GPS、高性能無線視頻/音頻技術、日益突出的應用及連續(xù)使用等功能，因此盡管改進了電池技術，其電池壽命仍然較短，從而有了要求更方便的移動充電配件的需求。

現(xiàn)在市面上的無線充電系統(tǒng)即可滿足這些需求，只需將移動設備放置在充電板上即可完成充電，無需最終會出現(xiàn)磨損的微型連接器，無需在暗處摸索著插入充電器，無需幫助孩子插入玩具。是的，這是一類全封閉、完全防水的裝置，將手機放在餐廳的充電臺上、離開時即可充滿電，是如此之方便。

事實上，據(jù) IHS 研究報告顯示，在 2012 年至少交付了 500 萬的無線充電設備，預計到 2015 年將會有一億的交付量。當然這不僅僅是指智能手機，還包括 MP3 播放器、數(shù)碼相機和其他移動電子設備。

發(fā)展史

無線電源的概念由來已久。致力于電力研究的發(fā)明家尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）于 1891 年演示了洲際無線電力傳輸，進而確定了我們大部分的現(xiàn)代生活方式，這一試驗令人震驚但又有些時運不濟。特斯拉曾嘗試證實邁克爾·法拉第（Michael Faraday）在 1831 年發(fā)現(xiàn)的電磁感應原理：借由流經(jīng)一根電線的電流使得附近的另外一根電線中產(chǎn)生電流。

特斯拉的觀念非常超前，時至今日人們還在研究長距離無線電力傳輸，但仍無法實現(xiàn)。然而短距離無線電力傳輸（或稱為無線充電設備、系統(tǒng)或技術）卻能得以實現(xiàn)。自 1990 年至今，最常見的家用無線充電系統(tǒng)包括可再充電電動牙刷和剃須刀。還有不太常見的生物醫(yī)學植入片，該裝置利用磁感應技術將電力安全地傳輸?shù)綈毫佣舾械呐R近環(huán)境如人體內(nèi)。

Qi 無線充電技術

Qi（發(fā)音為“Chee”）無線充電技術為當今領先的充電技術，致力于為無線充電板與任何配備相應產(chǎn)品的移動設備間的互操作建立國際標準，半導體供應商、手機制造商和無線服務提供商于 2008 年組建了一個由近 200 家公司組成的無線充電聯(lián)盟（WPC），并于 2009 年發(fā)布了 Qi 開放式標準。自此之后，已提供了超過 350 種兼容 Qi的設備。Qi 無線充電板都有現(xiàn)貨供應，也可從亞馬遜或易趣等網(wǎng)上商城在線購買。同時提供了后市場接收器套來支持移動設備進行 Qi 無線充電，包括Samsung Galaxy S3 和 S4。此外，制造商也開始將 Qi 技術直接集成在一些設備中，如 Nokia Lumia 920、Google Nexus 4、LG Optimus LTE2 以及 Panasonic Eluga 手機。事實上，WPC 早在2012 年 9 月就宣布，已交付了 850萬集成Qi 技術的手機。

現(xiàn)在我們從 Qi無線充電系統(tǒng)的價格方面進行考量。Qi 單座定位充電板（對位于特定位置的一款移動設備充電）可能需要花費 30 到 50 美元。Qi 單座自由定位充電板（移動設備無需鎖定在某個特定位置）價格稍高些。而 Qi 三座自由定位充電板價格大約為 75 美元。而 Qi 充電套價格低至 5 美元。這些價格相對于 Qi 支持的電子設備而言還是可承受的。

無線充電標準之推動因素

對于客戶而言，無線充電標準的主要優(yōu)勢是互操作性。用戶只需購買一臺無線充電板，即可為各種家用移動設備充電。用戶在當?shù)氐目Х瑞^享受著免費 Wi-Fi 的同時，還可以利用無線充電（一項新興服務），而不用擔心設備是否存在兼容性問題。標準化技術的商業(yè)擁護者認為，這將消除用戶對無線充電技術的疑慮并促進其被廣泛采納。

標準與專用協(xié)議之爭

Qi 技術基于充電器（發(fā)射器）線圈和移動設備（接收器）線圈間的電磁感應原理，這就必然存在一些要求和約束，即，1) 每個接收器必須有一個對應的發(fā)射器，2) 為了能正常工作并最大化電力傳輸，兩個線圈間允許的最大距離僅為 4 cm（1.6 英寸），3) 接收器必須位于相對于發(fā)射器的特定位置，雖然 Qi 通過利用 3 到 8 個發(fā)射器線圈能夠支持自由定位充電板上的設備。Qi 標準的這些限制促進了新標準形式的出現(xiàn)，每個標準都推出了新的方法，看似解決了某些關鍵問題。

目前有三個標準組織，在角逐采用電磁耦合的無線充電領域的主宰地位。除了現(xiàn)有的 WPC，還有2012 年 3 月成立的電力事業(yè)聯(lián)盟（PMA）和 2012 年 5 月成立的無線電力聯(lián)盟（A4WP）。PMA的 Power 2.0 技術采用電磁感應原理，工作方式與 Qi 非常類似，主要優(yōu)勢在于其軟件允許星巴克和麥當勞等熱點供應商監(jiān)視并控制充電站的使用情況。A4WP 的 A4WP v1.0 標準采用 Qualcomm 開發(fā)的 WiPower 技術。WiPower 利用了不同于電磁感應的磁共振原理，其工作頻率高于 Qi 和 Power 2.0。

磁共振說明了兩個以同一頻率工作而產(chǎn)生共振的線圈間的電量傳輸情況。當發(fā)射器和接收器端以同一頻率振動時，接收器會從發(fā)射器產(chǎn)生的電磁場獲得能量，并將其轉換為電流來為移動設備供電或充電。磁共振充電的優(yōu)勢為：1) 即使在穿越障礙物或物體表面時，充電范圍也可達數(shù)英寸或更遠，2) 可同時對充電板上的多臺設備充電，3) 充電板上接收設備的定向和定位功能非常靈活。A4WP 的擁護者將這些優(yōu)勢稱為“自由空間”( spatial freedom)。

有些公司是專用協(xié)議（有時是標準協(xié)議之補充）的擁護者，或可能擁有許可權。Intel、Apple 以及WiTricity（由 Toyota、Mitsubishi 以及 Delphi 自動化行業(yè)巨頭提供支持）即為其擁護者，每家公司都擁有雄厚的實力，并具有一定的市場影響力。表 1 進一步闡述了這三個采用電磁耦合的主要無線充電標準間的差異。

表 1: 無線充電技術競爭標準之比較

最新發(fā)展：標準整合與混合模式解決方案

近期無線充電標準的整合性嘗試，成為了大家密切關注的焦點。2012 年成立的 A4WP 的創(chuàng)始成員Qualcomm，出人意料的加入了 WPC（2013 年 9 月 2日）和 PMA（2013 年 10 月 1 日）陣營，正式開啟了這一整合嘗試。Qualcomm 此舉是為了鼓勵 WPC 和 PMA 利用 A4WP 在磁共振技術領域的成果。在 PMA，Qualcomm 欲與 WiTricity（其專有技術基于磁共振）共同創(chuàng)立一個工作小組，來定義“雙模式”規(guī)范以密切支持磁感應和磁共振技術。WPC 已在著手研究其獨有的磁共振形式，以便支持遠距離發(fā)射器和接收器，也會樂于采納這個專家級的意見。

芯片供應商熱衷于混合模式解決方案的理念。Integrated Device Technology (IDT) 提供了IDTP9030無線電源發(fā)射器 IC和 IDTP9020無線電源接收器，這兩款器件均能夠進行“多模式”操作，支持 Qi 標準和專用格式，以增加功能、改進安全性并提高功率輸出能力（高達 7.5W）。動態(tài)轉換可實現(xiàn) Qi和專用模式之間進行的無縫轉換。

Qi 規(guī)范擴展

目前僅發(fā)布了 Qi 低功率規(guī)范，該規(guī)范能夠最高提供 5W 的能量支持移動手機和其他小型設備。WPC 正致力于公布 Qi 中等功率規(guī)范，以提供最高 120W 的能量來支持平板電腦、筆記本電腦和便攜式鉆機等大型設備。

提升效率

通常來說，基于電磁耦合原理的無線充電技術急需解決較為廣泛的基礎性問題，即，由于傳輸電力時發(fā)射器與接收器間的氣隙造成的損耗，固有功率會低于通過插入墻上插座或 USB 獲得的能量。此類系統(tǒng)的效率通常約為70%。通過精心設計、更好的屏蔽和高質量驅動元件以及利用超薄線圈來降低傳輸損耗的新技術，有可能將效率提升至 80% 到 85%。

相對于有線電力而言，低功率移動配件充電應用更易接受此功率較小的無線電力。但損失的功耗以熱的形式釋放，為高功率應用帶來了安全性問題。功耗同時也意味著能量的損失，對于環(huán)保人士或我們的成本而言是一種浪費。因此，目前來說為大型電子設備（如電視機、冰箱等）進行無線供電是不太現(xiàn)實的。

對于電動車輛（EV）充電市場，能量損耗即意味著延長充電時間。無線充電要贏得電動車輛市場，其電池充電時間就必須低于充滿油箱所用的時間。HEVO（Hybrid & Electric Vehicle Optimization）已構思通過提供內(nèi)置在停車位的磁共振充電站避免此類問題，其愿景是對 EV 充電就如停車一樣簡單。駕駛員只需選擇配備了 unobtrusive HEVO 技術的停車位（類似于井蓋）并停車。HEVO 的免費應用將指導如何正確充電并處理移動付費問題。而汽車需配備一個接收器，因 HEVO 并未提供此裝置。HEVO 計劃于2014 年在紐約率先進行部署。RnRMarketResearch預測今天擁有 170 萬美元的EV/無線汽車充電市場，在 2019 年的市場規(guī)模將達到 46 億美元。

近場通信（NFC）

NFC 已在無線電力領域占有了一席之地。例如，在 2013 年消費電子展 (CES) 上，恩智浦半導體演示了在一個充電板上支持兩種充電標準的無線充電技術，同時還展示了 NFC 可用于觸發(fā)充電板并告知支持標準的功能。

當前市場還在著力于將無線電力傳輸技術與 NFC 相結合來為小型設備供電，其愿景是當 NFC 設備放置在支持的筆記本電腦上時將能夠接收電量。因此，仍需要技術開發(fā)工作，包括優(yōu)化當前 NFC 天線設計，以提高無線電力傳輸。還需修改 NFC 標準以支持無線電力。

發(fā)展前景

無線充電技術并不單單是業(yè)績導向型行業(yè)，因此我們很難預測到其發(fā)展前景。市場營銷和經(jīng)濟（知識產(chǎn)權和許可）動因也同時駕馭著其發(fā)展方向。此外，很多涉足這一領域的公司都是行業(yè)巨頭，也能隨時轉變其發(fā)展方向。

還有其他從電磁技術中分離出來的無線電力技術有待開發(fā)，如超聲波或光伏等。

眾所周知，無線電力的便利性成為人人趨之若鶩的關鍵所在，我們正致力于努力尋找更新、更好、更小、更快且更具成本效益的無線電力解決方案。