無線充電技術(shù)多層次生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)解析

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、可穿戴和便攜式設(shè)備的發(fā)展，消費者開始厭倦雜亂的電纜和需要頻繁充電的電池。無線充電的優(yōu)勢遠遠不止于擺脫線纜的束縛。當前市場上各種各樣的近場、遠場充電無線技術(shù)，其中包括感應(yīng)式、諧振式、RF、超聲及紅外線充電，這些技術(shù)都需要遵循不同的標準，也需要不同程度的折中。隨著人們對無線世界的向往，預(yù)計充電技術(shù)將出現(xiàn)急劇增長。

　　什么是無線充電？各項技術(shù)之間有何區(qū)別？我們首先從回答這些問題開始。

　　許多人將無線充電簡單理解為感應(yīng)式或短距離諧振充電。盡管兩者均為無線充電形式，但并不代表全部。“無線”意味著取消了電纜和適配器;而消費者真正想要的不但是擺脫電纜的束縛，而且要避免繁瑣的操作，保持不間斷的能源供給。

　　采用感應(yīng)和諧振的近場方法不能滿足消費者需求。無論是感應(yīng)式還是諧振式充電，僅僅是用“放好”代替了“插好”，值得慶幸的是新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，包括RF、超聲、WiFi及紅外等。

　　永不斷電聽起來很棒，前景一片光明，但道路曲折，需要多個實體通力協(xié)作，建立電源鏈的金字塔。

　　無線充電技術(shù)具有多層次生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　1. 設(shè)備制造商位于供應(yīng)鏈金字塔的頂端，因為我們?nèi)粘Ｊ褂眠@些設(shè)備，而且處于面對用戶體驗的最前沿。其中包括各種品牌的手機、運動手表/健康手環(huán)、智能家居和汽車等。據(jù)報道英國已經(jīng)發(fā)起了一項旨在建立“充電通道”的活動，以減少電動汽車電量耗盡的幾率。Intel也有望在2017年發(fā)布無線筆記本電腦。 Google及其他公司正在努力打造各種電動車無線充電系統(tǒng)。每家設(shè)備制造商都擁有自身的功率發(fā)送、接收器，例如充電墊和支架。設(shè)備制造商決定采用哪種充電方法，以優(yōu)化其用戶體驗并保證回報最大化。

　　2. 金字塔的中段包括標準機構(gòu)、技術(shù)推動者以及系統(tǒng)制造商。中間層對消費者是不可見的，但對于最終的成功和技術(shù)普及至關(guān)重要。這一層面臨的首要風險是過時，因為新技術(shù)和方法不斷推陳出新。

　　在過去十年間，已經(jīng)建立了各種不同的充電標準，試圖規(guī)范近場充電技術(shù)。Qi標準的推動者是無線充電共同體（WPC）（感應(yīng)式：短距離單個設(shè)備）;成立于2008年，目前自稱有超過200家會員公司。其傳輸功率大約5W，足以滿足智能手機要求。Rezence標準的推動者是A4WP （諧振充電：較大范圍內(nèi)的多設(shè)備充電）。PMA與Qi非常類似，區(qū)別在于工作頻率。

　　充電標準定義設(shè)備之間的兼容性，按照Qi標準設(shè)計的充電墊無法為按照PMA規(guī)范設(shè)計的手機充電。每種標準都定義了線圈耦合類型、配置，以及無線設(shè)備的通信協(xié)議。為了適應(yīng)采用不同充電標準的設(shè)備，基礎(chǔ)設(shè)施公司就必須同時支持兩者。

　　2015年6月，無線充電聯(lián)盟（Alliance for Wireless Power，A4WP）和電源事務(wù)聯(lián)盟（Power Matters Alliance，PMA）宣布戰(zhàn)略性合并，震動了整個無線充電行業(yè)。2015年11月，合并后的新機構(gòu)重新命名為AirFuel Alliance。這次合并是實現(xiàn)長期目標的重要一步：消費者無論走到哪里，無論是在飯店、汽車還是家中，設(shè)備充電將能實現(xiàn)互操作，非常便利。

　　RF、超聲和紅外技術(shù)已經(jīng)涉足遠場充電。無論基于何種技術(shù)，概念都類似，但具體的傳感器技術(shù)不同：RF使用天線到天線，傳輸?shù)?a href="http://ttokpm.com/tags/變送器/" target="_blank">變送器的光將光能轉(zhuǎn)換為電能，而超聲將超聲波壓力轉(zhuǎn)換為電能。每種技術(shù)都有一定的局限性：超聲和光不能穿透墻壁，RF功率隨距離衰減嚴重。

　　所有這些技術(shù)的目的都集中地將功率透射到位于特定位置的耦合設(shè)備上，而不是在空間上均勻傳播。這種定向透射可規(guī)避健康問題并提高傳輸效率。也正像近場充電一樣，支持某種技術(shù)的接收器不能使用通過不同介質(zhì)發(fā)送射束的功率發(fā)送器進行充電。基于RF的健康手表不能與超聲功率發(fā)送器通信。

　　這些標準定義每種設(shè)備溝通所用的語言。盡管標準機構(gòu)之間的競爭是好事，但需要將具體的應(yīng)用合并，以保證互操作性。

　　技術(shù)推動者是設(shè)計和制造IC以及變送器，并將其提供給設(shè)備制造商的公司。Maxim Integrated等半導(dǎo)體公司提供專門用于近場無線充電的各種電源產(chǎn)品、方案。這些公司既具有創(chuàng)新性，同時也遵守充電標準設(shè)定的規(guī)范，并具有引領(lǐng)市場的能力。例如，Energous和Ossia正竭力通過RF電源IC來引領(lǐng)近場充電的趨勢。

　　系統(tǒng)制造商為已有消費類產(chǎn)品設(shè)計配件，使其能夠進入無線充電領(lǐng)域。Powermat是中間技術(shù)的很好范例，用于不支持無線充電的手機。他們制造與充電墊配合使用的充電環(huán)，用于手機充電。uBeam則致力于提供蜂窩手機外殼，通過超聲充電。這兩家公司不是將無線充電技術(shù)嵌入到消費類設(shè)備，而是專注于制造配件，為現(xiàn)有產(chǎn)品提供完備的方案。

　　系統(tǒng)制造商的成功高度依賴于基礎(chǔ)設(shè)施。如果辦公室的辦公桌已經(jīng)嵌入了充電墊，或者會議室已經(jīng)安裝了超聲功率路由器，那么消費者更可能采用兼容的配件。

　　3. 安全性和基礎(chǔ)設(shè)施位于金字塔的底部，是加速無線充電普及過程中談及最少的部分。根據(jù)IHS在2014年的調(diào)研數(shù)據(jù)，70%的消費者每天至少為一個設(shè)備充電一次。家、辦公室和汽車是人們?yōu)槠湓O(shè)備充電的常見環(huán)境。無線充電部署是雙向的：設(shè)備不僅應(yīng)該支持無線充電技術(shù)，而且應(yīng)該有足夠的熱點供其充電。一旦基礎(chǔ)設(shè)施部署到位，其普及將會水到渠成。

　　安全性是無線充電的重要環(huán)節(jié)，特別是遠場功率發(fā)射束。射頻（RF）安全性取決于在不損害人類健康的情況下可施加的輻射量。美國聯(lián)邦通信委員會 （FCC）負責規(guī)范人類暴露在RF場的安全水平。安全水平是根據(jù)信號頻率及其承載的能量組合規(guī)定的。各種RF技術(shù)都盡量采用弱能量包，然后在接收端累計，將這些能量包轉(zhuǎn)換到可用的能量水平。吸收率（SAR）用來定義這些限值。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在某種頻率和功率水平下，人類皮膚的溫升高于相當功率水平下的其它頻率。SAR規(guī)定了可在人群附近使用的頻率范圍和功率水平，使溫升達到最小。ANSI在無線充電設(shè)計方面采用SAE J2954，在無線充電安全性方面采用UL 2750。J2954對保證不同供應(yīng)商的發(fā)送、接收器之間的互操作性至關(guān)重要。美國保險商實驗室協(xié)會（UL）也正在制定低能量近場能量傳輸方面的要求。 UL 2738適用于感應(yīng)式近場能量傳輸系統(tǒng)。UL也正在制定電動汽車無線充電系統(tǒng)的安全要求。這些規(guī)范強制要求最終產(chǎn)品必須實現(xiàn)安全工作才能投入市場共消費者使用。

　　IKEA是第一家宣布在家庭和辦公環(huán)境部署無線充電的公司，并且汽車也已經(jīng)開始包括無線充電控制臺。設(shè)備和系統(tǒng)制造商是否應(yīng)該與辦公設(shè)施公司協(xié)作，在每張桌子上安裝充電墊以及/或者在每個會議室安裝路由器？

　　“好也好，壞也好，美國是車輪上的國家。為了到達目的，90%的美國人自稱通常開車前往，據(jù)報告每天在汽車上的時間平均為87分鐘。”——美國廣播公司新聞?wù){(diào)查，美國的交通。

　　消費者接受任何創(chuàng)新技術(shù)都需要時間。無線技術(shù)公司需要積極尋求與現(xiàn)有設(shè)施建造者合作，以加速這一過程。隨著家居變得越來越智能，也許值得在已安裝到天花板的智能消防報警器中嵌入無線能量傳輸技術(shù)。隨著移動及IoT設(shè)備的爆發(fā)式增長，以及GM、Toyota和Fiat/Chrysler等公司均已開始提供用于智能電話的無線充電，預(yù)計車載、近場無線充電的普及將會進一步加快。

　　結(jié)論

　　無線充電不僅僅是省去電源線，而是關(guān)乎到電源管理和便利性;也不僅限于感應(yīng)式或諧振式充電。遠場充電是創(chuàng)新關(guān)鍵。我們的電子設(shè)備需要足夠智能，實現(xiàn)自身充電。然而，主要參與者擁有機會通過建立自身的充電技術(shù)來加快其普及。在無線充電商業(yè)化的早期階段，基礎(chǔ)設(shè)施公司面臨太早過時的風險。無線充電OEM 公司需要主動與已有的基礎(chǔ)設(shè)施建造者建立合作，利用當前標準，推動消費者的接受度。

　　無線充電技術(shù)的普及具有多層次的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。每種方法得到消費者最終接受需要多種實體之間的緊密合作：半導(dǎo)體、消費類設(shè)備、家具、零售、汽車以及公共設(shè)施。

　　在不斷變化的生態(tài)系統(tǒng)中獲得主導(dǎo)地位的無線充電技術(shù)才能夠生存并最終發(fā)展壯大。