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國際消費電子展談到的無線充電技術(shù)有哪些優(yōu)勢？
2022-06-20

全球規(guī)模最大的消費科技產(chǎn)品交易會之一的國際消費電子展（CES）大幕在美國拉斯維加斯拉開，在智能手機(jī)耗電多、電池續(xù)航能力差、充電頻繁的應(yīng)用背景下，使用平板電腦給手機(jī)進(jìn)行無線充電的產(chǎn)品再次成為展會上的一個亮點?；诙喾剿鸭降馁Y料，本文從不同角度了解無線充電技術(shù)的實質(zhì)、發(fā)展歷程、標(biāo)準(zhǔn)化等方面的情況。 問題1：什么是無線充電技術(shù)？ 答：一般認(rèn)為，無線充電技術(shù)是完全不借助電線，使電能通過無線方式傳輸，從而為設(shè)備充電的一種技術(shù)。 問題2：無線充電技術(shù)有哪些優(yōu)勢？ 答：無線充電技術(shù)一旦普及，將使電子產(chǎn)品擺脫插座和線纜的束縛，有助于解決電氣接口不同或充電器不兼容的問題，從而增強(qiáng)便攜性、美觀性以及使用的安全性。例如2012年9月，諾基亞發(fā)布的Lumia 920手機(jī)就首次引入了內(nèi)置無線充電功能，受到了眾多用戶的喜愛。另外，無線充電技術(shù)還有可能成為應(yīng)急供電的一項解決方案。如果未來空間太陽能發(fā)電能夠商業(yè)化運行，那將有可能實現(xiàn)能源的綠色性，解決地球資源的日益枯竭問題。 問題3：使用無線的形式為設(shè)備進(jìn)行充電的技術(shù)的發(fā)展歷史是怎樣的？ 答：早在1890年，現(xiàn)代交流電系統(tǒng)的奠基者尼古拉?特斯拉就曾提出無線供電的設(shè)想。20世紀(jì)20年代中期，日本人H.Yagi論述了不利用導(dǎo)線去點亮電燈的輸電方案。20世紀(jì)60-70年代之間，美國雷神公司（Raytheon，美國的大型國防合約商）將這一理念變成現(xiàn)實，將頻率為2.45GHz的微波能量轉(zhuǎn)換為直流電，并通過不斷改進(jìn)，使得轉(zhuǎn)換效率提高到50%以上。2000年以后，國際上逐漸掀起了對無線能量傳輸技術(shù)的研究高潮。在2009年、2010年的CES上，至少有三家廠商對外展示了無線充電底座，例如Plam Pre公司的無線充電器、Fulton公司的iPhone充電器以及PowerMat公司的首發(fā)充電模塊。2013年的CES上，F(xiàn)ulton公司再次演示了使用平板電腦背部為手機(jī)充電的新一代產(chǎn)品。 問題4：無線充電技術(shù)的原理有哪些？各有什么特點？ 答：無線供電（充電）技術(shù)主要有三種實現(xiàn)形式，因此原理也不盡相同，這里分別簡要介紹。 形式一：近場耦合式。這一形式通過近場電磁感應(yīng)實現(xiàn)電能傳輸，是當(dāng)前工程領(lǐng)域中最為可行的電能傳輸方式，其通過將交變電流在原線圈產(chǎn)生的電磁場耦合到副線圈上，實現(xiàn)無線供電。這種形式傳輸距離非常近（一般小于5mm），主要應(yīng)用于便攜式消費電子產(chǎn)品、醫(yī)療非接觸式產(chǎn)品、無線充電等。 形式二：磁場共振式。這一形式通過非輻射磁場內(nèi)兩線圈的共振效應(yīng)實現(xiàn)中距離的無線供電（供電距離一般不超過1m）。2007年美國麻省理工大學(xué)的Marin Solijacic研究小組應(yīng)用廣為人知的電磁場近場理論，實現(xiàn)了幾倍于振蕩器尺寸的傳輸距離的、較高效率的電能傳播，并將其命名為“Witricity”技術(shù)。試驗中，該小組使用直徑60cm的銅線圈，通過調(diào)整發(fā)射頻率使其在10MHz左右發(fā)生共振，從而點亮了2米外的一盞60W的燈泡。 形式三：微波輻射式。這一方式通過電波的形式在遠(yuǎn)場范圍內(nèi)采用定向天線或高質(zhì)量的平行激光束實現(xiàn)遠(yuǎn)距離供電（一般認(rèn)為最遠(yuǎn)可實現(xiàn)3.6萬km），在發(fā)射端將電能轉(zhuǎn)化為射頻功率并以可控、低損的方式將其以微波形式輻射出去，在接收端則利用整流天線等裝置將微波能量轉(zhuǎn)換為直流或交流電能。這一形式主要用于衛(wèi)星、太陽能發(fā)電的傳輸系統(tǒng)等。例如2003年歐盟在非洲的留尼旺島建造了一座10kW的實驗型微波輸電站。 問題5：我國在無線充電技術(shù)方面的研究及規(guī)定等方面的情況是怎樣的？ 答：我國對感應(yīng)式電能傳輸?shù)难芯科鸩捷^晚。有研究稱，西安石油學(xué)院的李宏教授發(fā)表一篇關(guān)于感應(yīng)電能傳輸?shù)木C述性文章拉開國內(nèi)無線電能傳輸研究的序幕。此后，國內(nèi)各大電子電力研究機(jī)構(gòu)的研究工作深入開展、進(jìn)步較快。例如：中科院電工所的嚴(yán)陸光院士的課題組進(jìn)行了深入的理論研究，重慶大學(xué)2007年研制了可實現(xiàn)0.6-1.0kW的電能輸出的感應(yīng)電能傳輸裝置等等。另有眾多研究提出將感應(yīng)能量傳輸技術(shù)應(yīng)用于同步電機(jī)、生物醫(yī)學(xué)、礦井安全等方面。 我國關(guān)于磁場共振式、微波輻射式能量傳輸技術(shù)的公開研究資料很少，具體情況有待進(jìn)一步了解。 另外，我國無線電管理部門尚未批準(zhǔn)無線充電技術(shù)的頻率應(yīng)用。 問題6：無線充電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化方面的情況是怎樣的？ 答：有研究稱，預(yù)計2015年將有超過1億的設(shè)備支持這一技術(shù)，包括谷歌、三星和LG這些科技大佬都在大力推動自家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，無線充電技術(shù)的產(chǎn)品化進(jìn)程緩慢。 據(jù)了解，無線充電技術(shù)目前共有3大陣營。 ——電能聯(lián)盟（Power Matters Alliance，http://www.powermatters.org/）標(biāo)準(zhǔn)是由Duracell Powermat公司發(fā)起的（該公司是由寶潔與無線充電技術(shù)公司Powermat合資經(jīng)營），該標(biāo)準(zhǔn)得到了谷歌、AT&T和星巴克支持。 ——諾基亞、LG電子等公司采用Qi（寓意是亞洲地區(qū)人民較為篤信的“氣”的傳統(tǒng)觀念）標(biāo)準(zhǔn)。Qi是全球首個推動無線充電技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化組織——無線充電聯(lián)盟（Wireless Power Consortium，WPC，www.wirelesspowerconsortium.com）推出的“無線充電”標(biāo)準(zhǔn)，具備便捷性和通用性兩大特征。首先，不同品牌的產(chǎn)品，只要有一個Qi的標(biāo)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(shù)瓶頸，在不久的將來，手機(jī)、相機(jī)、電腦等產(chǎn)品都可以用Qi無線充電器充電，為無線充電的大規(guī)模應(yīng)用提供可能。2010年9月，無線充電聯(lián)盟在北京宣布將Qi無線充電國際標(biāo)準(zhǔn)率先引入中國，原信息產(chǎn)業(yè)部通信電磁兼容質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心也加入該組織。 ——三星與其他19家公司則支持 “A4WP”標(biāo)準(zhǔn)。A4WP是無線電能聯(lián)盟（Alliance for Wireless Power，www.a4wp.org）推出的標(biāo)準(zhǔn)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(chuàng)建的無線充電聯(lián)盟創(chuàng)建。目標(biāo)是為包括便攜式電子產(chǎn)品和電動汽車等在內(nèi)的電子產(chǎn)品無線充電設(shè)備設(shè)立技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)對話機(jī)制。需要指出，A4WP標(biāo)準(zhǔn)“主攻”磁場共振式無線充電技術(shù)。 問題7：ITU-R關(guān)于無線充電技術(shù)研究方面的情況是怎樣的？ 答：ITU-R WP1A工作組已經(jīng)確立了第ITU-R 210-2/1號課題——《無線功率傳輸》，中國將積極參與這項課題的研究，并預(yù)計在2013年6月召開的會議上開展相關(guān)頻譜工程方面的討論。 結(jié)語：本文力求用最簡潔的語言向讀者介紹無線充電技術(shù)的有關(guān)情況，相關(guān)內(nèi)容謹(jǐn)供參考。鑒于國際上正在對無線充電技術(shù)的有關(guān)無線電管理方面的問題進(jìn)行研究，因此也希望本文對相關(guān)國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)有所裨益，并積極參加到ITU-R SG1國內(nèi)的相關(guān)研究中去。（本文作者系國家無線電監(jiān)測中心無線電管理政策研究室副主任） 作者：劉斌 參考文獻(xiàn)： [1] 《無線充電技術(shù)的三大標(biāo)準(zhǔn)：PLA、Qi和A4WP》，iPhone中文網(wǎng)，2012年11月15日。 [2] 《近場無線供電技術(shù)研究》，中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會課題報告，2011年11月。 [3] 國際電信聯(lián)盟第一研究組WP1A工作組課題計劃書。

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