[导读] 现如今,电子设备比比皆是。据不完全统计,未来平均每户家庭需要充电的电子设备数量将高于10台,包括智能手机、平板电脑、智能手表等。随着联网设备的增加,预计这一数据还将不断增长,而电池续航能力几乎成为所有电子设备的短板。受限于家庭装修的物理材料和高新技术,人们对无线充电的需求越来迫切,无线充电技术将电子设备从线缆中释放出来,既增加了使用安全性又节省电力。
无线充电主流的无线充电标准有三种:Qi标准、Power Matters Alliance(PMA)标准、Alliance for Wireless Power(A4WP)标准。
1.Qi标准
Qi是全球首个推动无线充电技术的标准化组织–无线充电联盟(Wireless Power Consortium,简称WPC)推出的“无线充电”标准,具备便捷性和通用性两大特征。首先,不同品牌的产品,只要有一个Qi的标识,都可以用Qi无线充电器充电。其次,它攻克了无线充电“通用性”的技术瓶颈,在不久的将来,手机、相机、电脑等产品都可以用Qi无线充电器充电,为无线充电的大规模应用提供可能。Qi采用了场比较主流的电磁感应充电技术。在技术应用方面,中国公司已经站在了无线充电行业的最前沿。据悉,Qi在中国的应用产品主要是手机,这是第一个阶段,以后将发展运用到不同类别或更高功率的数码产品中。
2.Power Matters Alliance标准
Power Matters Alliance标准是由Duracell Powermat公司发起的,而该公司则是由宝洁与无线充电技术公司Powermat合资经营,拥有比较出色的综合实力。除此以外,Powermat还是Alliance for Wireless Power(A4WP)标准的支持成员之一。目前,已经有AT&T、Google和星巴克三家公司加盟了PMA联盟(Power Matters Alliance缩写)。PMA联盟致力于为符合IEEE协会标准的手机和电子设备,打造无线供电标准,在无线充电领域中具有领导地位。
Duracell Powermat公司推出过一款WiCC充电卡采用的就是Power Matters Alliance标准。WiCC比SD卡大一圈,内部嵌入了用于电磁感应式非接触充电的线圈和电极等组件,卡片的厚度较薄,插入现有智能手机电池旁边即可利用,利用该卡片可使很多便携终端轻松支持非接触充电。
3.A4WP标准
A4WP是Alliance for Wireless Power标准的简称,由美国高通公司、韩国三星公司以及前面提到的Powermat公司共同创建的无线充电联盟创建。该联盟还包括Ever Win Industries、Gill Industries、Peiker Acustic和SK Telecom等成员,目标是为包括便携式电子产品和电动汽车等在内的电子产品无线充电设备设立技术标准和行业对话机制。
无线充电技术市场应用前景
无线充电技术发展至今,应用场景广泛。可为电动牙刷、电动剃须刀和无绳电话等小家电无线充电,并已实用化;可为便携式消费类电子,如手机、PDA和笔记本电脑等充电;也可为电动汽车无线充电。
无线充电是一种有关生活方式的科技成就,将影响整个日常生活。然而,目前无线充电还存在着各种各样的缺点、问题,面临着很多挑战:效率低,能量存送效率不及真实接触。充电速度慢,由于效率低,在同样的输入功率下,充电速度较慢。成本高,在充电器需要有推动无线线圈的电子线路,而在用电装置需要有电力换换的电子装置,两者也需要有无线线圈,因此成本比直接接触为高。不能在移动时充电,这个问题只在移动装置上发生,例如电须刨在充电时就不能移离充电器,若电须刨内的电池刚完全用尽,这时电须刨就不能使用,反而传统以电线连接的设计反而可以以电线连接上充电器的情况下继续使用。兼容性低,不同品牌的无线充电装置因为无统一标准,因此不能通换使用。目前,业界有PMA、WPC、A4WP三大联盟,各自执行不同的标准,拥有会员数最多的WPC执行的QI标准目前已经全球拥有了众多的产品追随,希望能达至标准统一。
总的说来,无线充电产品在消费电子市场并没有带来实质性的革命,还没有大规模的使用,并未真正在市场上形成气候。但在一些特殊的领域具有特殊的用途,仍具有很重要的应用前景。
医用植入设备
医疗植入式装置在疾病治疗中发挥着越来越重要的作用。胶囊内窥镜、植入式医用胶囊可以窥探人体消化道或肠道的溃疡、异常的增长以及出血等健康状况,帮助医生对病人进行诊断,心脏起搏器可在必要时候用电信号激活心脏复苏与维持正常。但医用植入设备的供电电池容量往往是一定的,一般可供使用几年,如电池耗完,则需要手术更换植入设备。目前,心脏起搏器植入人体之后,8-10年左右就需要更换电池。也就是说,虽然安装了心脏起搏器,但每隔8-10年还需要再动一次手术来更换起搏器的电池。如果病人体内的医用植入设备可以进行充电,会方便很多,不用再通过手术来更换电池,一次手术即可解决问题,不会有手术失败、胸腔感染等风险。
Thoratec 和Witricity公司在2011年已合作研制成功植入式心脏起搏器,采用谐振式无线充电方式,无线充电距离超过10英寸。另外,美国Purdue大学的Albert Kim、Teimour Maleki和Ziaie等人提出了用音乐为植入式装置供电的概念,他们研制了一个固有频率为 435 Hz的PZT悬臂梁,放置于长度为40mm,直径为8mm的玻璃胶囊里,通过外部频率为200-500Hz的音乐,如RAP、布鲁斯、爵士和摇滚乐等,来激励悬臂梁产生振动,并转换成电能,从而为植入式装置供电。
无线传感网
无线充电可以实现为低功耗无线传感器网络充电,如可为安置在动物身上的无线定位、监测装置补充电能。ADInstruments 公司的无线动物监测系统,可以无线监测和采集动物的压力值(如动脉、动脉、膀胱和子宫等)、生物电动势(ECG心电)和体温等。采用小型传感器可以采集高质量的数据,并可以扩大移动范围,系统应用灵活,可长期监控、记录动物的状况。电池可在线充电,不需要停止工作,也不用花费昂贵的代价去更换电池。
防水密封电子产品
便携式的移动产品, 都要不定期地进行充电, 因此不得不留下各种插口和连接电缆,这就很难实现具有防水性能的密封工艺。采用无线充电后,由于设备外壳上没有金属接点或者开口,可以增强电子产品的防水性,易于实现产品的防水和密封。如最早出现的采用无线充电的电动牙刷,解决了潮湿环境下的用电安全问题。现在很多特殊的产品,在特殊的运用场合和环境下,如水下工作的自动检测系统,需要密封和防水,不希望产品外壳上留下任何插孔(充电口,开关机键,显示灯等),在这种情形下,如能采用无线充电就能解决其密封和防水问题。