两年前,苹果iPhone8/X系列手机横空出世,让不温不火的无线充电概念再度翻红。“摆脱线缆的束缚”一直是无线充电的宣传语,那么这种充电方式是否真的“自由”呢?实际上,现阶段市面上商用的无线充电技术仍不能让你完全摆脱“束缚”。
主要表现在:常见的电磁感应技术无线充电最大充电距离仅为10毫米,充电时手机必须放在无线充电面板上;无线充电器包括插头、数据线和底座,其尺寸并不算小,不适合室外工作的人士携带;无线充电能量转化率大约在65%-75%之间,较低的转化效率会引起充电底座发热,可能会加速手机电池耗损……如果这类问题得不到解决,无线充电将很难取代有线充电。
无线充电的历史
其实,早在1890年发明家、物理学家尼古拉·特斯拉(1856.07.10-1943.01.07)就提出无线充电的概念,虽然从理论上看其观点具有可行性,但是由于条件限制最终未能实现。2007年,麻省理工学院研究团队有了新突破,迅速推动了无线充电的研究和应用。此后,各无线充电联盟成立,并相继制定了标准。2017年10月,支持Qi标准的iPhone 8、iPhone 8 Plus和iPhone X发布,无线充电重现在大众视野。到现在,无线充电在智能手机、TWS耳机、智能手表等消费类产品上有了商用。
无线充电的种类
无线充电技术主要有四种:电磁感应、磁场共振、微波方式、电场耦合式。其中,电磁感应、磁场共振是当前应用得最多的技术。
电磁感应:电流通过线圈时会产生磁场,新生磁场对附近的线圈产生感应电动势从而产生电流,电流将能量从传输端转移到接收端。支持Qi标准的无线充电是电磁感应式,该方式转化效率较高,但传输距离仅在10mm范围内,且对摆放位置要求高,只能对准线圈一对一进行。该充电方式较多应用在智能手机、手表等适合小功率无线充电的产品上。
磁场共振:该技术由能量发送装置和能量接收装置组成,当两个装置的频率相同或在特定频率共振时,就能进行电能传输。这种充电方式传输距离较远(≤5m),支持多个设备同时使用,其传输功率较大,适合远距离、大功率充电,多应用于新能源汽车。不过,这种充电方式效率较低,传输过程中有较大的损耗,且距离越远、传输功率越大,损耗就越大。另外,还要对使用的频段进行保护,以免受外界因素干扰。
表1 四类无线充电优缺点
无线充电标准
当前主流的无线充电标准有:Qi标准、AirFuel(AirFuel Alliance)、iNPOFi(invisible power field )技术、Wi-Po技术。
Qi是由无线充电联盟(WPC,全称Wireless Power Consortium)推出的“无线充电”标准。当前,在中国Qi无线充电器主要应用在手机领域。在通用性方面Qi具备优势,任何品牌的产品,只要有Qi标识都可使用Qi无线充电器,并随着技术的持续发展,未来包括相机、电脑在内的多类产品都将能使用Qi无线充电器。
AirFuel标准由无线电力联盟(Alliance for Wireless Power,A4WP)与电源事物联盟(Power Matters Alliance,PMA) 在2015年年初合并而成,致力于整合磁共振与磁感应技术,推动统一的无线充电标准。支持该联盟的成员超过195个,包括AT&T、Google、星巴克、高通、三星、Powermat、Ever Win Industries、Gill Industries、Peiker Acustic和SK Telecom等。
iNPOFi是一种新的无线充电技术,具备无辐射、高电能转化效率、热效应微弱等特性。实验室数据显示,iNPOFi产品的充电传输效率高达90%以上。iNPOFi以一颗1/4个硬币大小的芯片为核心,可集成到任何设备中,采用该技术的充电设备包含电源发射装置、电源接收装置,支持低电压供电、兼容USB供电、还可低温充电。
Wi-Po磁共振无线充电技术利用高频恒定幅值交变磁场发生装置,产生6.78MHz的谐振磁场,实现更远的发射距离。该技术可应用于手机、电脑、智能穿戴、智能家居、医疗设备、电动汽车等场景,通过蓝牙4.0来实现通讯控制,可支持一对多同步通信,具有过温、过压、过流保护和异物检测功能。
无线充电应用
表格2 支持无线充电的各类产品
截至2019年8月,市面上有超过155款手机和多款智能手表、TWS耳机具备无线充电功能。