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无线充电

無需電線連接的充電技術

无线充电，又称作感应充电、非接触式感应充电，是利用近场感应，也就是电感耦合，由供电设备（充电器）将能量发送至用电的设备，该设备使用接收到的能量对电池充电，并同时供其本身运作之用。基本上由于充电器与用电设备之间以电感耦合发送能量，两者之间不需使用电线连接，因此充电器及用电的设备都可以做到无导电接点外露。那样就比有线充电更为方便。

历史

尼古拉·特斯拉认为可以用特斯拉线圈实现无线供电。但实验没有成功。

1978年，美国发明家约翰·乔治·博格尔开始尝试给电动汽车进行无线充电。[1]

1989年，日本八电子提出了与WiTricity的磁耦合谐振原理完全相同的电路。[2]

1993年，日本大福公司实现了世界上第一起非接触式供电和输送系统[3]。其理论基础来自奥克兰大学约翰·博伊斯的理论。

1994年，村田制造公司的开发商宣布“磁耦合谐振技术”。[4][5]

2006年11月，麻省理工学院（MIT）的马林·索尔贾希克成功了2米传输实验。

2009年1月，WiPower公司制定磁共振标准“A4WP”，支持高达50W的功率传输[6]，距离可达5厘米[7]，功率传输频率为6.78 MHz。

2010年7月，无线电力联盟（WPC）制定磁感应标准“Qi”。制定了5W或更小的移动终端的标准。

2012年1月，IEEE发布根据IEEE标准协会（IEEE-SA）的PMA磁感应标准，行业组成电力事务联盟（PMA）。该标准与Qi相似，主要建置一套安全，节能的感应电源标准，并进行智能电源管理。

2015年9月，A4WP与PMA无线充电组织合并成AirFuel Alliance，推动统一无线充电标准。

2019年2月，集成了WiTricity技术与Qualcomm Halo（来自奥克兰大学的Halo IPT）技术。

两大标准

自 2015 年 PMA 与 A4WP 合并之后，目前无线充电剩下两大标准．

WPC 理事会成员：AirCharge, ConvenientPower, Delphi Automotive, Fulton Innovation, Haier（海尔）, HTC（宏达电子）, Integrated Device Technology, Leggett & Platt, LG Electronics（乐金电子）, MediaTek（联发科）, Nokia（诺基亚）, NXP, Panasonic（松下）, Philips（飞利浦）, PowerbyProxi, Qualcomm（高通）, Robert Bosch, Rohm, Samsung Electro-Mechanics（三星电机）, Sony（索尼）, STMicroelectronics, Texas Instruments（德州仪器）, Toshiba（东芝）, Verizon Wireless.[8]

AFA 理事会成员：AT&T, Dell, Duracell, Energous, Flextronics, Gill Electronics, Integrated Device Technology Inc., MediaTek Incorporated, ON Semiconductor, Powermat, Qualcomm Technologies, Samsung Electronics, Samsung Electro-Mechanics, Starbucks, WiTricity Corp.[9]

概况

 
三星Galaxy Z系列智能手机拥有"Wireless PowerShare"功能，可以为旗下的Galaxy Watch智能手表无线充电。

A4WP 及 PMA 合并成为AirFuel 联盟之后，其内部存在两个不同的标准，进行双模发展解决方案并提出认证计划，尝试让两种标准一起发展在不同的应用环境[10]，未来将集成磁共振与磁感应技术，推动无线充电统一标准[11]。

AirFuel Resonant 指的是原先 A4WP 的标准、AirFuel Inductive 则是指原先 PMA 的标准。而 WPC 的 Qi标准与 AirFuel Inductive 的标准相似程度很高，因此无论充电器还是接收器要同时兼容于这两个标准并不困难。但这两个标准与 AirFuel Resonant 完全不同，WPC Qi 和 AirFuel Inductive 为磁感应技术、AirFuel Resonant 是磁共振技术，两者原理完全不一样，因此无论充电器还是接收器要同时兼容于这两个技术就非常困难。

目前市面上内置无线充电功能的智能手机几乎都同时兼容于 WPC Qi 及 AirFuel Inductive，如三星的 Galaxy S6、S6 Edge、S7、S7 Edge，而充电器则绝大多数支持 WPC Qi 及 AirFuel Inductive，支持 AirFuel Resonant 的充电器及接收器则非常少见，但 AirFuel Resonant 的磁共振技术充电效率较佳且支持多设备充电。

发展趋势

原本无线充电是由三大族群分庭抗礼，然而当其中A4WP及PMA合并成为AirFuel后，整个竞争市场布局将会彻底改观，这场龟兔赛跑即将在不久的未来见真章，尤其在2015年4月日本的英特尔科技论坛（Intel Developer Forum，又称为英特尔开发者论坛）针对无线充电所举办的亚太区发表会，改写无线充电的历史定位（因为所有电脑无线化及全面使用A4WP后），台湾的媒体却仍将Qi和AirFuel混为一谈而误导社会大众时，的确值得社会大众关注此一议题。

无线充电族群中，当英特尔（Intel）宣布加入无线充电联盟（Alliance for Wireless Power；A4WP），与博通（Broadcom）、Gill Industries、IDT、高通（Qualcomm）、三星电子（Samsung Electronics）以及三星电机（Samsung Electro-Mechanics）等公司一样成为A4WP的董事会成员之一后；并根据CNET和PCWorld报导，英特尔（Intel）研发无线科技，可以让电脑摆脱所有的电源线、转接线，新科技预定2016年问市。英特尔并在2014年6月4日在台北国际电脑展表示，搭载“Skylake”芯片的设备将可以无线充电、无线传输数据。这个平台将采用WiGig传输技术，能无线连接台式机、显示器、鼠标、键盘等，不再需要接线连接各种设备。该公司并表示最快2015年无线模块可集成进电脑内。然而为了提升移动设备的无线充电效率，并让小型电子产品以外的设备，如笔记本电脑、平板电脑等产品，皆能享有无线充电功能，A4WP日前正式发布电力传输功率可达50瓦的无线充电标准，成为三大标准阵营中，首个传输功率可达5瓦以上的标准。

至于属于PMA联盟的金顶电池（Duracell），打算花费数亿美元的成本，为麦迪逊广场花园和达美航空贵宾室打造无线充电设备。星巴克（Starbucks）和麦当劳（McDonald’s）也计划在店内设置无线充电板，提供顾客可在店内充电的便利性，这将带动无线充电市场的快速成长。现阶段消费者购买商品时，应该开始担心所选购的产品会不会在日后被淘汰。

PMA和A4WP签署初步协议，并在2015年CES展宣布合并消息，并在同年6月宣布整并完成，实现各自标准优势的同时兼容对方标准。这意味今后PMA和A4WP的充电设备将可通用，这对双方乃至整个无线充电产业而言都是一件好事。在双方结盟之后，PMA将会获得A4WP的优势，亦即可在一座充电器下同时给多个设备无线充电。双方都在PMA开放式的API网络基础上管理和兼容充电点，所以在商用市场进展较慢的A4WP则可以获得遍布于星巴克以及麦当劳等地的充电热点，如此看来，此举对两者及市场普及化都是十分有益的一场合作。

目前市场上至少有四种不同的无线充电技术，试图争抢市场上数十亿台新一代移动设备的电源商机，而分析师预期，到2018年，该技术领域的赢家将可主宰市场规模达7亿台设备的无线充电市场。

2016 年 5 月，Intel 宣布退出 AirFuel，为整个市场投下了震撼弹，原本以为 AirFuel 将击败 WPC 联盟所制定的 Qi 标准，没想到形势在一夜之间产生了变化，而 Qualcomm 似乎也悄悄地降低了投入，于是，这场标准战争，又陷入了泥沼。

在Techno Frontier 2017 [12]欧姆龙展位展示的“第二共振”技术，即使线圈轴线偏移了10厘米，也保持了90％左右的效率。关键是仅在次级侧构建谐振电路。如果构造在初级侧和次级侧，发送距离变长，但是如果线圈的轴线移动，则效率极低。

优点

  • 安全：无通电接点设计，可以避免触电的危险。在植入嵌入式医疗设备上，可以在不损害身体组织的情况下对植入在人体内的医疗设备进行充电而不需要有电线穿过皮肤及其他自体组织，免去感染的风险。
  • 方便：充电时无需以电线连接，只要放到充电器附近即可。技术上，一个充电器可以对多个用电设备进行进电，在有多个用电设备的情况下可以省去多个充电器、不用占用多个电源插座、没有多条电线互相缠绕的麻烦。

缺点

  • 充电效率低：一般充电器内也有变压器，但无线充电以发射线圈及接收线圈组成的变压器由于在结构上有限制，所以能量存送效率理论上会略低于一般充电器。若电源先由市电经适配器（降压、整流、稳压）后再接到无线充电器，如此经多重转换，效率会更低。
  • 充电速度慢：由于目前手机等接收设备，大多限制了输入的功率，因此充电速度较慢。
  • 成本高：在充电器需要有推动线圈的电子线路，而在用电设备需要有电力转换的电子设备，两者也需要有线圈，而且需要高频滤波电路以满足FCC之规范，因此成本比直接接触为高。
  • 不能在移动时充电：这个问题只在移动设备上发生，例如电动刮胡刀在充电时就不能移离充电器，若电动刮胡刀内的电池刚完全用尽时就不能使用，反而传统以电线连接充电的设计可以持续使用。
  • 兼容性低：不同品牌的无线充电设备因为无统一标准，因此不能通换使用。但近年，业界组织WPC开始推行标准化，展望将会有望达至标准统一。不过随着Qi标准在2012年末广泛用于多种流行手机，但是一直无法普及并广泛使用，现在基本上虽提到“支持无线充电”就是“支持Qi无线充电”，但是未来发展则未可知。
  • 发热严重：由于电力转换的电子设备在工作时会有损耗，而且电子设备十分贴近被充电的接收设备，因此用户会在使用中感受到很高的热量。其实这一点和传统线充使用的适配器发热是一致的。目前特斯拉无线设备公司的新产品解决了这一问题，使得充电时温度和线充基本一致。
  • 电池寿命耗损高：使用一般的有线充电时，设备会让充电器直接供给电源给设备，并让设备中的电池得到休息。而在使用无线充电时，设备并不会让电池停止工作。无线充电把电池充饱一部分后，电池又供给电源给设备，消耗掉部分电力后，充电器再把电力充进电池内。一来一往，让电池不断处在被使用的状态，造成电池寿命的耗损。

应用

 
一架电动车EV1正使用感应充电方式充电
 
上海轨道交通18号线列车内的手机无线充电区

参见

参考资料

  1. ^ 磁界を発生する电力源を组合わせた道路上で使用する车輌　特愿昭54-51344
  2. ^ 电磁诱导による电力供给　特愿平1-235399
  3. ^ Non-Contact Power Supply Transport System Technology. www.daifuku.com. [2019-09-05]. （原始内容存档于2019-04-08）. 
  4. ^ テクノロジー | WPM-c. [2019-09-05]. （原始内容存档于2020-01-15） （日语）. 
  5. ^ 新物理現象的應用！ 開發直流電力諧振式無線電力傳輸系統. [2017-02-23]. （原始内容存档于2014-07-28）. 
  6. ^ Alliance for Wireless Power (A4WP) Announces the Expansion of the Rezence™ Standard to 50 Watts to Include Tablets, PCs and Peripherals. MarketWatch. PR Newswire. [2017-09-22]. （原始内容存档于2017-10-15）. 
  7. ^ A4WP Rezence Wireless Power. YouTube. [2017-09-22]. （原始内容存档于2019-04-09）. 
  8. ^ Regular membership profile. www.wirelesspowerconsortium.com. [2016-11-13]. （原始内容存档于2019-09-16）. 
  9. ^ AirFuel Alliance - Board of Directors. www.airfuel.org. [2016-11-13]. （原始内容存档于2016-11-14）. 
  10. ^ 无线充电标准整合难度高 多模设计成关键. m.chinaaet.com. [2019-09-05]. （原始内容存档于2019-09-20）. 
  11. ^ 無線充電變成WPC與AirFuel之爭. iKnow科技产业信息室. [2019-09-05]. （原始内容存档于2021-01-19）. 
  12. ^ 【展会报告】 Techno Frontier 2017 互联网档案馆的存档，存档日期2017-05-31. - New Energy新闻
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