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        无线充电技术

        浏览次数: 日期:2015年5月8日 10:33

            随着生活中的电子设备越来越多,在不知不觉中各种“理不清”的线缆以及需要事先布置好的插座却给我们带来了与日俱增的困扰。

            无线充电技术是利用磁共振、电磁感应线圈、无线电波等方式,在充电器与设备之间的空气中传输电荷,实现电能高效传输的技术。它主要包括电磁感应式、无线电波式、磁场共振式,以及其他方式(微波、超声波、激光)。市场上有几个相互竞争的无线充电标准,目前占主导地位的是无线充电联盟WPC的Qi无线充电标准,这种充电方式主要采用紧密耦合线圈的磁感应技术。然而,主要产业集群正在进行重组,很多芯片公司也在开发用于磁共振式充电的标准和产品。在2014年的CES展会上,两大无线充电联盟PMA和A4WP宣布合并,未来将致力于整合磁共振和磁感应技术,实现多种模式的充电方式。

            据市场研究咨询公司MarketsandMarkets调研显示,2014—2020年,全球无线充电市场将迎来飞速发展,期间年复合增长率将超过60%,预计到2020年,无线充电市场收益将达到137.8亿美元(约合人民币854亿元)。报告中称,2014年,消费电子产品是无线充电市场应用中最大的细分市场,所占比例高达68%。与此同时,消费电子产品需求的迅速增长也是无线充电市场飞速发展的主要原因。此外,汽车领域,尤其是电动汽车的发展也将对无线充电市场起到积极的促进作用。

            如今,各种无线充电技术层出不穷,下面将介绍一些最新研究进展。
        1 最新进展

            早在2011年,美国宾西法尼亚大学的佩里就发明了她的第一款无线充电系统,该系统是由两台烤箱大小相距两英尺远的盒子组成。佩里在All Things Digital科技峰会上展示了如何通过超声波将电能跨越那段距离输送过去。这款设备叫做uBeam。现在,名为uBeam的公司表示,它正在研制一款可能在两年内就会上市的原型产品。目前市面上已经有了一些无线充电产品,不过佩里认为uBeam的技术比所有竞争对手都要先进。佩里还在洛杉矶接受了长时间的电话专访,畅谈了她一手创建的uBeam,该采访文章刊登在20151月的《财富》杂志上。

            不少制造商都已经把无线充电技术运用在数码设备上,但其中多数都是一对一充电,而美国厂商推出名为“WattUp”的充电器,可以允许在距离信号发射器4.6米范围内进行无线充电,可向最多12台设备传输0.25 W电源,或是向最多4台设备传输4 W的电源,离得越近充电越快。发射器的内部还有蓝牙,能检测设备电量,低到一定程度可自动充电。这台设备当中有一个蓝牙模组,通过低耗电蓝牙技术,定位需要充电的电子设备,并将其与充电信号发射器对接。与充电设备相连之后,WattUp便会以5.7~5.8 GHz的频率发射出电源。不过,WattUp并不会一直保持电源的输送。它会通过软件来监控相连设备的电量,用户也可以设置充电的优先级和时间。比如说,可以命令WattUp只在设备电量低于5%才对其进行充电,或是通过配套的应用程序手动控制设备接受充电。用户也可以在家中安装多台WattUp,让充电设备享受到无缝漫游,就像是处理Wi-Fi信号一样选择特定设备来充电。如果客厅里的电源信号强度高于厨房,且充电设备被放在了沙发上,它便会自动进行切换。当然,通过电波传播电源的效率并不如充电板那么高,只有70%左右。不过WattUp的确展现出了不小的潜力,并引起了厂商的注意。自2012 年成立以来,Energous公司已经将无线充电核心的发射器从咖啡桌大小微缩成能够置入大型路由器之中。相较于硬件产品生产制造而言,芯片及软件才是 WattUp的开发公司Energous最为看重的核心。目前,富士康、海尔和Innovation First都已经和Energous签订了合作协议。这款充电器将在2015年底上市,预计价格与普通充电器相当,但用户还需要购买一个信号发射器才能使用,发射器定价约300美元,约合1 858元人民币。

            2015年初,美国专利和商标局发布了一项三星专利申请,内容是有关使用电感线圈研发的无线充电器。据称,三星正在研发的这个无线充电技术还会增加额外功能。其中,最有特色的就是充电器会嵌入紫外点辐射功能,可以消灭充电设备表面的微生物细菌。三星此次申请专利号为FIG.4C,发布的专利中展示了这款无线充电器的外观架构,工作原理为电感线圈结构部位的电流方向一致,从而产生电场。

            微软研究院已经制定出了一个名为AutoCharge的一种自动定位智能手机并为其充电的技术。他们制造的原型充电器可以被安装在天花板上,有两个工作模块:一个监测模块,其采用的是微软的Kinect摄像头,可以扫描像智能手机样子的物体;另一个是充电模式,采用了UltraFire CREE XM-L T6来聚焦LED光线。该AutoCharge系统采用了基于图像处理来监测和追踪桌上的智能手机的技术,并自动为智能手机充电。充电器会不断地旋转,直到它检测到一个看起来像智能手机的物体,之后将使用太阳能发电技术所产生的光束为智能手机远程充电。AutoCharge通过蓝牙或手机上的LED和智能手机建立连接,这确保了当电池充满电以后可以停止充电,以及确保那些大小和形状与智能手机类似的物体不能被充电。该系统在识别到有物体出现在它和智能手机之间,对充电造成干扰时,还可以在50 ms内自动关闭。研究人员指出,目前的智能手机无线充电解决方案表现出了多个问题:首先,无线充电的电磁辐射比无线通信要高得多,因此,无线充电对人体的安全性是一个大问题。其结果是,无线充电通常只有在极端情况下才会使用,例如:在外层空间、用于军事目的或在非常小的范围。现有的智能手机无线充电板实际上基于电磁感应,这是无线充电的方法之一。其次,无线充电使用的无线频率要远低于光线的频率,所以很难发射出足够直的无线电波。如果接收装置不够大的话,这将导致能源浪费,并且很难保证它的安全性。使用诸如X射线这样的高频无线电波可以解决一些问题,但X射线同样是有害的,也可能导致更严重的安全问题。此外,在进行远距离使用时,无线充电的电力传输效率是很低的。这也是AutoCharge依靠太阳能发电技术的原因,这个技术相比现在的无线充电更加成熟,可以在一条直线上进行电力传输,并且对人体而言也更加安全。虽然AutoCharge现在仍然是一个原型产品,但研究人员声称现在只需几秒钟就能监测到要充电的设备,而且无线充电的速度和有线充电一样快。研究人员由此得出结论,他们的实验结果表明自动为智能手机充电是可行的。

           美国加州欧文芯片公司在2014CES展会上用一部手机测试了三个不同的无线充电器。博通公司用BCM59350接收机芯片创造了一个照明电路。这个电路可以兼容PMA(300 kHz)A4WP(6.78 MHz)Qi(200 kHz)等无线充电标准。当支持不同充电功率时,10 mm×10 mm的芯片比墙壁或USB充电器充电时间短。博通的这款充电装置还内置了磁铁用以校正感应线圈的正确位置。

            高通公司在2014年本田雅阁电动汽车上展示了无线充电技术。这款名为Halo的无线充电系统来自新西兰的奥克兰大学。这个系统使用充电箱来驱动地面上的无线充电垫。当对准汽车上的接收端时,就可以进行充电。充电垫上的线圈紧密耦合,其双“D”正交设计可以使能量即使在垫子错位的情况下也能高效率传递。高通公司提供3.36.620 kW的充电垫。一个3.3 kW的系统需要大约2 h才能充满。高通已经把这种想法应用到了方程式E赛车上。这可以让赛车在维修通道上进行无线充电,或沿着特定的车道在赛道上驾驶。

             麦当劳宣布将在全英国50个门店增加600个无线充电热点,采用无线充电联盟的Qi标准。具体施工部署和调试将由Aircharge公司完成。届时麦当劳消费者将可以一边吃巨无霸查看FacebookInstagram,一边为智能手机和平板电脑充电。并且,这些Qi标准的无线充电热点设备均采用防水设计,顾客无需担心可乐等饮料的意外泼洒对他们的智能设备造成伤害。可以说,由无线充电联盟推出的Qi无线充电标准这一次取得了对电源事项联盟推出的PMA无线充电标准的胜利。

        宝马在全新混合动力跑车宝马i8上展示了一种全新的感应式充电技术,免去搭载电缆,使充电过程更为便捷。感应式充电即无线蓄电池充电应用程序。借助磁场进行的感应式充电系统由一个主线圈和一个次级线圈组成,主线圈嵌入车库或街道的地面内,次级线圈集成在宝马i8的底盘中,车辆停在车位上方即可充电。宝马宣称此项技术将会为电动或插电式混合动力汽车的车主提供很大的便利。宝马曾联手奔驰共同致力于开发无线充电技术。为保障低排量,严格遵守排放法规,两大豪车集团承诺进一步加大电动车推广。宝马i8充电只需两个小时,纯电力下可行驶37 km。

            瑞典城市南泰利耶市计划在2016年,开始对一种全新的无线充电混合动力城市公交系统进行测试,当装载特殊设备的公交车接近车站时,一种特殊的无线充电系统会将能量传递给汽车,只需要6~7 min就能够为公交车完成充电。以目前2 000辆公交车的规模预计,一年燃料损耗将减少高达90%。

            2015年1月,中兴通讯与宇通客车股份有限公司宣布签约,双方将在新能源汽车无线充电领域展开合作,共同推进新能源汽车产业的发展。据悉,此次协议签署后,中兴通讯和宇通客车将充分发挥各自优势,在电动汽车无线充电的关键技术研究和产业化推广等领域深入开展全方位合作,共同开拓新能源汽车市场。

        2 展望

            目前,无线充电不仅是各种电子设备,也是新能源汽车产业的前沿技术之一。这项世界领先的高科技能够对加速电动汽车充电基础设施建设产生革命性推动作用。今后,电动汽车在改造过的停车位停靠后就可以进行非接触充电,无需人工插拔充电枪,完全不受泥沙和水浸的影响。无线充电技术将对未来电子设备的发展,以及新能源汽车的普及和产业化起到至关重要的作用。但是,无线充电市场的发展仍然会遇到一些阻碍,包括无线充电设备标准不统一、兼容性、政策规范的不匹配等,这些问题还有待相关各方去解决。

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        该资讯的关键词为:充电技术 电源技术