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無線充電技術

原圖鏈接來自搜狗的圖片

無線充電技術（英文：Wireless charging technology）源於無線電能傳輸技術，其原理是充電器與用電裝置之間以磁場傳送能量。

其可分為小功率無線充電和大功率無線充電兩種類型。小功率無線充電常採用電磁感應式；大功率無線充電常採用諧振式，由供電設備將能量傳送至用電裝置。

基本內容

中文名：無線充電技術

又稱作：感應充電

外文名：Wireless charging technology

概述

麻省理工學院的研究團隊在2007年6月7日美國《科學》雜誌的網站上發表了他們的研究成果。研究小組把共振運用到電磁波的傳輸上而成功「抓住」了電磁波。他們利用銅製線圈作為電磁共振器，一團線圈附在傳送電力方，另一團在接受電力方。當傳送方送出某特定頻率的電磁波後，經過電磁場擴散到接受方，電力就實現了無線傳導。這項被他們稱為「無線電力」的技術經過多次試驗，已經能成功為一個兩米外的60瓦燈泡供電。這項技術的最遠輸電距離還只能達到2.7米，但研究者相信，電源已經可以在這範圍內為電池充電。而且只需要安裝一個電源，就可以為整個屋裡的電器供電。

原理

電磁感應式充電

初級線圈一定頻率的交流電，通過電磁感應在次級線圈中產生一定的電流，從而將能量從傳輸端轉移到接收端。目前最為常見的充電墊解決方案就採用了電磁感應，事實上，電磁感應解決方案在技術實現上並無太多神秘感，中國本土的比亞迪公司，早在2005年12月申請的非接觸感應式充電器專利，就使用了電磁感應技術。

磁場共振充電

由能量發送裝置，和能量接收裝置組成，當兩個裝置調整到相同頻率，或者說在一個特定的頻率上共振，它們就可以交換彼此的能量，是目前正在研究的一種技術，由麻省理工學院(MIT)物理教授Marin Soljacic帶領的研究團隊利用該技術點亮了兩米外的一盞60瓦燈泡，並將其取名為WiTricity。該實驗中使用的線圈直徑達到50cm，還無法實現商用化，如果要縮小線圈尺寸，接收功率自然也會下降

無線電波式充電 這是發展較為成熟的技術，類似於早期使用的礦石收音機，主要有微波發射裝置和微波接收裝置組成，可以捕捉到從牆壁彈回的無線電波能量，在隨負載作出調整的同時保持穩定的直流電壓。此種方式只需一個安裝在牆身插頭的發送器，以及可以安裝在任何低電壓產品的「蚊型」接收器。

主流技術

到目前為止，主流的無線充電標準有三種：Qi標準、Power Matters Alliance(PMA)標準、Alliance for Wireless Power(A4WP)標準、iNPOFi技術。下面我們就針對這四種標準進行簡單介紹。

1、Qi標準

Qi是全球首個推動無線充電技術的標準化組織--無線充電聯盟(Wireless Power Consortium,簡稱WPC)推出的「無線充電」標準，具備便捷性和通用性兩大特徵。首先，不同品牌的產品，只要有一個Qi的標識，都可以用Qi無線充電器充電。其次，它攻克了無線充電「通用性」的技術瓶頸，在不久的將來，手機、相機、電腦等產品都可以用Qi無線充電器充電，為無線充電的大規模應用提供可能。

市場比較主流的無線充電技術主要通過三種方式，即電磁感應、無線電波、以及共振作用，而Qi採用了目前最為主流的電磁感應技術。在技術應用方面，中國公司已經站在了無線充電行業的最前沿。據悉，Qi在中國的應用產品主要是手機，這是第一個階段，以後將發展運用到不同類別或更高功率的數碼產品中。

2、Power Matters Alliance標準

Power Matters Alliance標準是由Duracell Powermat公司發起的，而該公司則是由寶潔與無線充電技術公司Powermat合資經營，擁有比較出色的綜合實力。除此以外，Powermat還是Alliance for Wireless Power(A4WP)標準的支持成員之一。

已經有AT&T、Google和星巴克三家公司加盟了PMA聯盟(Power Matters Alliance縮寫)。PMA聯盟致力於為符合IEEE協會標準的手機和電子設備，打造無線供電標準，在無線充電領域中具有領導地位。

Duracell Powermat公司推出過一款WiCC充電卡採用的就是Power Matters Alliance標準。WiCC比SD卡大一圈，內部嵌入了用於電磁感應式非接觸充電的線圈和電極等組件，卡片的厚度較薄，插入現有智能手機電池旁邊即可利用，利用該卡片可使很多便攜終端輕鬆支持非接觸充電。

3、A4WP標準

A4WP是Alliance for Wireless Power標準的簡稱，由美國高通公司、韓國三星公司以及前面提到的Powermat公司共同創建的無線充電聯盟創建。該聯盟還包括Ever Win Industries、Gill Industries、Peiker Acustic和SK Telecom等成員，目標是為包括便攜式電子產品和電動汽車等在內的電子產品無線充電設備設立技術標準和行業對話機制。

4、iNPOFi技術

iNPOFi（「invisible power field」，即「不可見的能量場」）無線充電是一種新的無線充電技術。其無線充電系列產品採用智能電傳輸無線充電技術，具備無輻射、高電能轉化效率、熱效應微弱等特性。

iNPOFi智能無輻射技術與現有其他的無線充電技術相比，iNPOFi沒有輻射，採用電場脈衝模式，不產生任何輻射，中國泰爾實驗室測試結果顯示，輻射增加值近乎零。 在高效方面，泰爾試驗室還測定，該技術的產品，充電傳輸效率高達90%以上，徹底改變了傳統無線充電最高70%以下電轉換低效率問題。 在智能管理方面，採用芯片適配管理技術，其中包括：自動開啟、關閉充電過程；自動適配需要的電壓、電流，管理充電過程，以確保較高的充電效率；並可以使用一個統一的充電板，為任何品牌、型號的電子產品，進行安全、便利、高效的充電。 在安全性方面，同時考慮到了各種弱電充電中的安全性問題，如靜電ESD保護、防過充、防衝擊等等，甚至若受電設備自身電源管理出現問題時，可以通過inpofi芯片自動熔斷保護電子設備不被損壞。 值得一提的是，對於智能設備廠商而言，inpofi以一顆極小的芯片為核心，實現了超微化設計，僅有1/4個五毛硬幣大小，可以方便的集成到任何設備中，也可以集成到各種形態的可穿戴設備中。這是傳統電磁原理的產品無法達到的。

iNPOFi技術作為新一代無線充電技術標準，高效、綠色、便捷、經濟。採用該技術的充電設備包含電源發射裝置和電源接收裝置兩部分，發射裝置大小、薄厚與普通手機相當，接收裝置嵌入手機保護套中，將手機套上保護套，平放在發射裝置上進行充電。充電過程中，手機不需要插上任何連接線。相關檢測顯示，充電過程中電磁輻射為零，電能效率轉換達94．7%，接近有線充電。充電設備支持低電壓供電，兼容普通USB供電；實現低溫充電，有效保障設備及電池的使用安全及壽命。

注意事項

1.國家要出台相應的政策，鼓勵、扶持並規範無線充電汽車的發展和充電設施的建設。一個行業或企業，尤其是利國利民的行業或企業的發展，離不開國家的扶持。無線充電是一個剛剛起步的領域，其有效的發展可以很大程度上解決電動汽車發展的一個瓶頸，但由於對其研發的投資巨大，這就更需要國家進行鼓勵和扶持，以加快其研發進程，使其儘早得以應用。

2.無論最終採用何種方式充電、採用何種蓄電池，國家及各地方有關部門都要對其頻率、安全、環保、節能等方面進行研究，避免浪費、避免對人體健康產生不良影響、避免對環境造成新的污染，同時要宣傳到位，避免人們對電磁的恐懼心理。

3.在實際中，由於發射端置於地下，要注意對其的保護。

4.在雨水較多的地區，除對地下設施的防水外，車輛接收端的防水處理也是一個需要考慮的問題。

轉換裝置

工作原理

利用物理學的「共振」原理——兩個振動頻率相同的物體能高效傳輸能量。

1.輸電線中的電能傳入用銅製造的天線中。

2.天線以10兆赫的頻率振動，產生電磁波。

3.天線發出的能量傳播到2米(6.5英尺)外。

4.同樣以10兆赫的頻率震動的膝上型電腦接收到電流，能量充入設備中。

5.沒有轉換成膝上型電腦的能量不會被天線重新吸收。不能產生10兆赫共振的人和其他物體不會對它產生干擾。

主要特點

1、從理論來說，無線充電技術對人體安全無害處，無線充電使用的共振原理是磁場共振，只在以同一頻率共振的線圈之間傳輸，而其他裝置無法接受波段，另外，無線充電技術使用的磁場本身就是對人體無害的。但無線充電技術畢竟是新型的充電技術，以邁源科的無線充電器來說，很多人都會擔憂無線充電技術會像當初Wi-Fi和手機天線杆剛出現一樣，其實技術本身是無害的。

2、桑德力的無線充電技術利用電磁爐原理在充電器與手機之間利用磁能轉化為電能，線圈和電容器則在充電時產生轉化作用。

3、桑德力表示這一系統可以在未來得到廣泛應用，例如針對電動汽車的充電區以及針對電腦芯片的電量傳輸。採用這項技術研製的充電系統所需要的充電時間只有當前的一百五十分之一。

4、轉化率一直是很多人擔心的問題，麻省理工學院通過研究表明，無線充電技術的損耗比起有線充電技術來說更高。邁源表示：無線充電高轉化，也是無線充電器得以在全球進行應用的關鍵因素。但無線充電技術也受到距離的限制，未來發展，必然需要解決遠距離傳送對于波段和磁場範圍的精準定位問題。

5、共振控制核心芯片是無線充電技術共振原理控制中心。精準輻射範圍控制，磁場頻率大小，其它控制等都是由芯片實現。

市場需求

隨着iPhone、iPad等對電量充滿「饑渴」的設備迅速興起，研發無線充電等突破性充電技術的需求日益提高。富士通在一份聲明中說：「這項技術將為手機集合緊湊型無線充電功能以及同時為多個便攜式設備充電鋪平道路。對多個設備充電時，設備相對於充電器的位置沒有任何限制。」

測試應用

1、測試結果顯示無線傳輸距離大約在15厘米左右，但富士通表示無線傳輸距離最終可實現幾米遠。

2、需要指出的是，距離設備越遠，傳輸中損耗的電量越多。

3、桑德力的系統與美國Witricity公司研發的技術類似，後者同樣利用磁共振傳輸電量，傳輸距離可達到幾米遠。

有關《無線充電》技術應用的社會實際效益

當今，世界各國都在爭先恐後的研製《無線充電技術》。隨着自然資源的不斷匱乏和日益加重的環境保護問題，以電能來替代其它能源的運輸工具已逐漸的發展開來，電動汽車以及電動自行車已普遍的深入到了人們的生活當中。作為電動汽車快速充電設備的技術難題還有很多，其中之一就是如何利用《無線充電技術》來實現電動汽車日益增長的需要。《無線充電技術》的不完善，問題的關鍵點就是能源損失太大和磁電感應轉換的效率較低。另外，還有大功率《無線充電技術》的遠距離傳輸和電磁對環境的輻射影響等因素還沒有得到充分的解決。 電動汽車實現《無線充電技術》的優點是替代了原始的電網直插式鏈接的諸多弊端，還有電能補充的時間長、車位占地面積大以及人工操作繁瑣等不利因素。對於以往的這種充電技術來講只是一次性電網的電能轉換，而且一次性電磁感應的電能損失小，因為變壓器初次級的電能頻率與電網是一致的（50赫茲），所以不存在中頻以上電磁輻射對環境產生的影響。但其缺點是在充電時必須提前安裝好接電裝置和需要加長電源引線以及存在某些不安全性等繁瑣操作因素。隨着電動力汽車技術的不斷完善和市場的保有量逐步的增加，也是為了方便電動汽車的能源補給，人們開始嘗試着研究如何利用《無線充電技術》對電動汽車進行充電，以解決電動汽車在有線充電過程中的諸多不利環節。

優缺點

《有線充電技術》與《無線充電技術》各有各的優缺點。

《有線充電技術》的優點:

1，能源轉換一次性獲得，電能損失小，節能環保。

2，交直流轉換一次性，不存在中高頻電磁輻射。

3，設備技術含量低，經濟投入不大，維修方便。

4，電功率的調節範圍較寬，適合多種不同電壓和電流等級的蓄電瓶儲能補給。

《有線充電》的缺點：

1，設備的移動搬運和電源的引線過長，主要是人工操作繁瑣。

2，設備以及在對電動汽車充電時其公共占地面積過大，

3，在人工操作過程中，極易出現設備的過度磨損以及不安全性等因素。

《無線充電技術》的優點：

1，利用無線磁電感應充電的設備可做到隱形，設備磨損率低，應用範圍廣，公共充電區域面積相對的減小，但減小的占地面積份額不會太大。

2，技術含量高，操作方便，可實施相對來說的遠距離無線電能的轉換，但大功率無線充電的傳輸距離只限制在5米以內，不會太遠。

3，操作方便。

《無線充電技術》的缺點：

1，雖然設備技術含量高，但設備的經濟成本投入較高，維修費用大。

2，因實現遠距離大功率無線磁電轉換，所以設備的耗能較高。無線傳輸的距離越遠，無用功的耗損也就會越大。

3，《無線充電技術》設備本身實現的是二次能源轉換，也就是將網電降壓（或直接）變為直流電後在進行一次較高頻率的開關控制交流變換輸出。由於大功率的交直交電流轉換是進行電能的二次性無線傳輸原因，所以電磁的空間磁損率太大。

4，因為採取無線傳輸，磁能的無用功耗損會隨着《無線充電設備》的功率增高而上升。

如今，《無線充電技術》在小功率的範圍內還是可以顯示出它的優越性的。比如小型直流用電設備中的通訊儀器儀表、民用無線通訊手機、微型計算機、小型便攜式家用電器等。但實施大功率的無線傳輸來說，就比較困難了。根據磁能無線傳輸理論來說，傳輸的距離越遠，磁能的消耗就會越大，而在終端設備中所獲得的電能量也就越小。從電動汽車所需的能量補充電功率來說不是很小，一般小型的家用電子設備的充電電流在0.5安培至2安培之間。而一部幾十馬力的電動汽車所需的電能補充電流大多在5安培至20安培左右。電動汽車的功率越大，所需補充電能的電流量也就越大。而且我們在製造《無線充電設備》時，其輸出功率會大於500瓦特以上或甚至更高。如果多部機車的聯動充電，那麼所需的總電源功率輸出就會直線上升。對市電的供電系統來說無疑是雪上加霜，從而帶給整座城市的是電網改造和巨額的經濟投入，真是得不償失。

另外，我們可計算一下經濟賬。按充電電壓24伏特和15安培的電流對一部電動汽車進行充電，充電時間為10小時，其電能損耗只不過在3度左右，按市電當前的0.5角價格計算，給一部電動汽車充電的費用大約在一元五角錢左右。如果個人將電動車開到公共無線充電場合去充電的話，其費用不用說是很高的，我們這裡所說的是自己使用一般的有線充電裝置對電動車充電時所產生的費用。我們可對比一下，在同一台電動車充電的狀態下，無線充電設備的功率肯定大於一般有線充電裝置。因為《無線充電設備》的電損肯定大於有線充電設備的損耗，鑑於兩種設備之間的經濟投入和充電費用，所以人們往往還是喜歡採取低經濟投入的有線充電設備來使用。依據電工學理論，我們知道，變壓器的磁路越長，磁損會越大。不論是採取那一種電磁——磁電的遠距離傳輸轉換，都會損失大量的電能。而且電磁——磁電的轉換次數越多，電能的損耗也會越大。而且電子器件的工作電流越大，器件的老化期也會越提前，這給我們對設備的維修和使用帶來了很多的不便利因素。

關於電動車充電站的設立，在我看來不礙採取兩種方式進行對比。就其一次性的充電費用來說，客戶們還是喜歡選擇一般有線充電的充電方式。我說的前提是兩種充電設備具有一樣的技術指標，都可實施快速充電方式和同樣的充電質量。此時，我們可通過對充電設備的電能耗損參數做個對比，看看哪種設備的經濟價值和社會效益更高。因為我們這個社會是以市場經濟核算下的區域部門單位，人人都要計算經濟的投入與回報，所以每一項高科技產業的投入也必須考慮大眾化的普遍認可和產業自身的經濟槓桿問題。同時在化石能源還沒有達到枯竭的現代社會，民用電動汽車的發展也不會太快，如果能夠提高蓄電池的一次性充電使用周期才是解決問題的最好辦法。較短的電池一次性充電使用周期是制約電動汽車發展的最大阻力，從汽車的功率和速度來看，燃料汽車還是存在較多的優越性。

根據現代能源匱乏的實際情況，電動運輸工具實現大功率《無線充電技術》的產業運作還為時過早。為什麼會這樣的說呢？雖然發展電動汽車可以節約能源和有利於環境的保護，但對供電系統的各方面量化要求也會更大；如增加電站的建設投資、輸電網絡的改造增容等原因。還有，因為電動汽車的社會保有量越大，所需的長期停車充電場所的占地面積也要隨之擴大。實際上，採取大功率《無線充電技術》的社會經濟投入費用普遍較高，而利用常規有線式充電方式既簡便，一次性投資又小，而且對市電的量化需求又不大。還有就所占用的土地面積來說也相對的減少，這裡所說的減少，是因為每個家庭都可以實施對電動汽車的能量補充，不會統一的集中到公共場所去充電。另外，每個家庭也不會購買價格較高的《無線充電設備》的，而且自己所擔負的充電費用較公共場所要低得多。所以我們一定要宗合來考慮實施大功率《無線充電技術》的步子邁得是否不要太大，這僅僅是為了一時的方便，而導致了社會總體資源的大量消耗是否是得不償失呢？

市場需求

無線充電技術不僅可以為手機產品充電，它還將在PMP/MP3播放器、數字照相機以及筆記本電腦等產品領域得到快速應用和發展。根據市場調查機構的調查，到2013年，全球無線充電潛在市場容量接近140億美元，到2014年，無線充電設備的出貨量將達到2億5千萬台，也正是這一持續增長的市場需求讓Qi標準將在更多領域發揮它的超便捷作用。

發展動向

儘管在手機、筆記本電腦、小家電等領域可以使用無線充電技術，但是市場份額最大的還是手機領域。無線充電

技術動向綜上所述，可以概括為幾點：

第一：簡單的原理

高中物理學的電磁耦合原理，產業界也很熟悉，從RFID延伸出來的技術，也很容易接受。接收端就一片或者兩片芯片（最終會單片方案），一端接充電線圈，一端接電池。很多公司開始推出系列芯片，會加快無線充電知識的傳播和普及。

第二：麻煩的工藝

手機中多餘的空間，尤其是智能手機，是很難騰出來放置一個大的充電線圈的。

如圖所示：

這個直徑在40mm的圓形線圈，下面還要加一片厚度在0.8-2mm無機磁性材料（即使用微航有機磁性材料也要0.2mm厚度）手機厚度要增加，這個組件若放置在手機電路板上，也占據空間，擠兌其他元件。所以，所有做手機結構設計的工程師都頭痛，這制約了或者說阻礙了無線充電產品的發展。成為攔路虎。有些公司推出0.53mm厚度的無線充電接收線圈（天線），有希望推動無線充電技術在手機中普及：

第三：普及條件待形成

接收端天線線圈超薄、有韌性、性能好、價格便宜，達到這四點後，無線充電技術才會被手機商接受，否則只是

一場曲高和寡的技術遊戲。

超薄：總體厚度在0.7mm內。粘貼在手機外殼內側或者電池上。

韌性：抗衝擊、跌落，這是手持終端通用要求，尤其是粘貼在手機外殼內側上，經常有翹曲變形的外力作用之。

有賴新型磁性材料技術進步，傳統的燒結磁性材料太硬和脆，待柔性的有機磁性材料普及。

性能：充電電流在500-600mA是硬指標。

價格：無線充電線圈加無線充電芯片超過10元，不是普及價格；芯片跌落到2元內，線圈組件在3元內是普及拐點。芯片價格貴，線圈加磁性組件價格也不便宜，市場還處於觀望等待狀態期。

無線充電產業鏈

無線充電產業鏈分為接收和發射兩個部分，接收端上下游產業鏈分為芯片、磁性材料、傳輸線圈、模組製造、系統集成。而發射端分為：芯片、線圈模組、方案設計。

接收端芯片與系統集成設計環節技術壁壘高、利潤高（大概各占無線充電產業鏈利潤的30%），主要客戶是手機終端。發展狀態與三年前指紋識別非常類似，只有IDT一家有過出貨經驗，博通是給蘋果公司官方定製，而其他包括TI、高通在內都沒能抓住產業的第一波爆發機會，未能打入任何一家手機廠商的供應鏈 。相反，國內一批掌握高尖端技術的創業公司和上市公司提前布局，在手機接收端市場初現端倪，搭載國產芯片的品牌手機已有面市金立手機M7 Plus選用的便是國產品牌的無線充電方案。

在發射端芯片環節，參與廠商眾多，分化出不同的層級。一線的無線充電器廠商，如Mophie、Belkin、澤寶等一般更看重定頻、FOD異物檢測功能，以及快充等性能，品牌NXP、IDT和國內少數主打高端市場的芯片廠商往往成為其首選。在主打性價比的品牌中，國外的芯片因為其居高不下的價格很難占據一席之地，反而國內的一批芯片廠商市場占有率很高，當然這一市場的競爭也非常激烈。