對于物聯(lián)網(wǎng)無線充電技術(shù)你了解多少

近年來隨著物聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，各式各樣的電子裝置應(yīng)運而生，并標榜著智能化的功能，可以無線傳輸數(shù)據(jù)，亦可以作超強的功能運算，但卻也都面臨了電力持續(xù)供應(yīng)的問題，因此，打造物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的無線充電技術(shù)，實為健全物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展不可忽視之一環(huán)。

一、物聯(lián)網(wǎng)加速無線充電技術(shù)發(fā)展

近年來隨著物聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，各式各樣的電子裝置應(yīng)運而生，應(yīng)用場域包含智能家居、智能穿載裝置、智能車載系統(tǒng)、智能制造工廠、智能城市與醫(yī)院…，但眾多的電子裝置，都標榜著智能化的功能，可以無線傳輸數(shù)據(jù)，亦可以作超強的功能運算，但卻也都面臨了電力持續(xù)供應(yīng)的問題，例如，當要使用Fitbit時，卻發(fā)現(xiàn)電力幾乎快沒了，手機沒電要充電時，一堆打結(jié)的充電線中卻不知道哪一條才是對的，放在高處的網(wǎng)絡(luò)攝影機不曉得還有沒有電…等等(如圖一)，因此，打造物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的無線充電技術(shù)，實為健全物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展不可忽視之一環(huán)。

圖一 電子裝置之無線充電應(yīng)用環(huán)境

二、各種無線充電技術(shù)蓬勃發(fā)展

根據(jù)市場調(diào)查機構(gòu)IHS表示，全球無線充電市場規(guī)模將由2015年的17億美元，快速成長至2020年的126億美元(如圖二)，顯示出無線充電市場驚人的成長潛力。2015年以Qualcomm、intel為首之A4WP與AT&T、Duracell為首之PMA合并為AirFuel Alliance無線充電標準組織，與WPC形成兩大標準組織分庭抗禮之狀態(tài)，而無線充電產(chǎn)業(yè)標準的日漸統(tǒng)合，亦有助于整體產(chǎn)業(yè)之健全發(fā)展，盡管目前無限充電技術(shù)主要仍以電磁感應(yīng)式為主，如Samsung Note 6的充電盤、Apple Watch充電座，都是利用此磁感應(yīng)(Magnetic Induction)方式來充電，其主要優(yōu)點是成本低廉，電力使用率高(約70%)，但缺點是充電有效距離短、充電角度與方向限制多、無法多裝置同時充電，因此，目前磁感應(yīng)充電方式之裝置，多使用在極短距離之充電環(huán)境下，無法真正做到隨時隨地無線充電的境界，隨著物聯(lián)網(wǎng)各種電子裝置的不同電力需求，適合搭配的充電技術(shù)也不同，以下介紹其主要技術(shù)及發(fā)展廠商。

圖二 全球無線充電裝置市場與出貨量規(guī)模預(yù)估

(一)磁共振(Magnetic Resonance)方式

利用發(fā)送端與接收端達到特定頻率，讓雙方形成磁場共振現(xiàn)象，透過這種方式達到能量傳輸?shù)哪康?，相較于磁感應(yīng)，磁共振效率較好，約可達到75%傳輸效率，應(yīng)用距離也較遠，因此，磁共振技術(shù)成為WPC與AirFuel Alliance兩大聯(lián)盟積極發(fā)展之技術(shù)，磁共振技術(shù)的主要優(yōu)點在于傳輸功率較高，終端電子產(chǎn)品可達50~100W輸出，商用領(lǐng)域亦可達到1,000W以上的輸出功率，但缺點是成本較高，且共振頻率會影響傳輸效率。磁共振無線充電方式采用之廠商包含Qualcomm、WiTricity、Sony…等等，正由于磁共振方式可達到較高功率應(yīng)用之特性，因此積極發(fā)展磁共振無線充電技術(shù)的Qualcomm，更以Qualcomm Halo?作為進軍車用無線供電系統(tǒng)的商標，而另一來自MIT技術(shù)之WiTricity公司，其技術(shù)授權(quán)客戶包括intel、MediaTek以及Toyota，而Toyota在Plug-in Hybrid采用無線充電模塊，即是采用磁共振技術(shù)。

(二)無線電波(Radio Frequency)方式

該技術(shù)是透過RF射頻原理，將電力透過無線電波的方式傳導，接收端則透過天線接收無線電波，并將其轉(zhuǎn)換為電力。該技術(shù)優(yōu)點是成本低，且可讓射頻范圍內(nèi)的多個裝置同時充電，但缺點是無線射頻傳輸若無方向性傳輸效率比較差，加上傳輸功率較低，只適合用于耗電量較低的電子裝置，目前主要發(fā)展此技術(shù)之廠商有Energous、Ossia與Powercast。

1、Energous

2016年9月，Apple宣布與Energous無線充電技術(shù)公司合作，發(fā)展不同于一般磁感應(yīng)式之無線充電技術(shù)，Energous旗下產(chǎn)品WattUp基于一系列的混合調(diào)頻、藍牙和其他專利技術(shù)(2.4/5.8 GHz)，其發(fā)射器能夠通過低功耗藍牙和周邊兼容設(shè)備通訊和定位，一旦連接，發(fā)射器就可以發(fā)射頻率和 Wi-Fi 信號一致的集中射頻訊號，發(fā)射器借助把電流轉(zhuǎn)換成無線電波在空間中傳輸，接收器通過Wi-Fi和低功耗藍牙(Bluetooth LE)定位設(shè)備位置并與發(fā)送器連接，再將無線電波轉(zhuǎn)換成直流電能，隨時隨地為移動裝置充電，WattUp充電范圍最廣可達到約4.5公尺，而一個發(fā)送器可以同時在4.5米距離內(nèi)為四個待充設(shè)備提供2瓦特功率的電力傳輸，而耗時僅為傳統(tǒng)接線充電的一半。

2、Ossia

Ossia是intel創(chuàng)投旗下的無線充電公司，其產(chǎn)品Cota內(nèi)裝有2.4 GHz RF radio接收器與傳送器(如圖三)，在30尺的有效范圍內(nèi)，可自動追蹤發(fā)射器之位置，提供靜止或移動的電子裝置任意方向式的充電功能(1W)，并可提供多裝置同時充電之功能，其最新產(chǎn)品更訴求無需另外加裝天線，利用已存在之Wi-Fi或Bluetooth天線，即可進行充電，以及如同程序設(shè)定般控制與管理各充電裝置，目前廣泛使用于電子卷標、穿戴與物聯(lián)網(wǎng)裝置等。

(三)光能量方式(Light Energy)

1、Laser Motive

其產(chǎn)品的工作原理很像太陽能發(fā)電，太陽光照射在太陽能電池(PV)而發(fā)電，而Laser Motive則使用Laser激光器通過空氣或光纖電纜，將集中光束發(fā)送到將光轉(zhuǎn)換成電的遠程接收器，將雷射光轉(zhuǎn)換成電能，與太陽能的主要區(qū)別在于，Laser Motive是使用高強度Laser而雷射光能量比太陽強得多，它可以瞄準任何地方，并且可以操作24 hr /天。Laser Motive利用雷射光來傳遞能量，其最遠可達10KM之距離，目前主要用于點對點的能量傳輸，如山上的通訊中繼塔、海水底下之傳感器、無人機用途、軍式地區(qū)或油田之電子裝備、火箭航天飛機之電力供給…等等特殊環(huán)境之狀況，以達到具備經(jīng)濟性、安全性的電力供給方式。

2、Wi Charge

Wi Charge利用紅外線(Infrared Ray，IR)方式提供充電功能，其充電功率可達10W、有效距離為15呎，由于非利用電磁效應(yīng)原理，故沒有電磁輻射波之危害，可保障人員之健康安全。目前，Wi-Charge的發(fā)射器模塊尺寸約為17x17(mm)，未來將致力于將尺寸縮減至10x10(mm)以下，并將可充電距離延伸至30呎(約9公尺)，使其能涵蓋一般室內(nèi)空間的所有范圍，以搶攻智能家居商機。目前其目標市場包含Beacon、電子卷標、穿戴裝置、網(wǎng)絡(luò)攝影機、煙霧偵測器、溫控器、電子儀表…等等。

三、結(jié)論

未來數(shù)年，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，愈來愈多的電子裝置應(yīng)用出現(xiàn)在我們生活周圍的各個地方，而電力的維持與監(jiān)控一直困擾著我們，尤其最近SAMSUNG Note 7 電池爆炸事件，讓人們更加重視電子裝置電力使用的安全性問題，而無線充電相關(guān)技術(shù)中，包含磁場效應(yīng)、RF射頻等對人體的影響程度為何，以及充電時的安全問題，都將影響著人們對于無線電產(chǎn)品的接受程度。物聯(lián)網(wǎng)電子裝置通常不像電動車需要特別大的功率要求，因此借助各種無線充電技術(shù)的發(fā)展，可達到擺脫有形充電線路的束縛，但以目前而言，為兼顧到價格與效率因素考慮，磁感應(yīng)式無線充電，仍是目前最主要之無線充電技術(shù)，未來亦將可提供磁感應(yīng)與磁共振雙模充電方式，提供使用者更加多元、完整與便利的充電方式，其它充電方式，包含RF射頻與光能量則是扮演互補技術(shù)的角色，可以滿足物聯(lián)網(wǎng)不同使用情境的需求，未來，當使用者對充電距離與充電管理要求愈來愈高時，亦將刺激其它充電方式更多的發(fā)展空間。