無線充電市場發(fā)展以及困難詳解

電動汽車、移動設(shè)備和工業(yè)應(yīng)用正在重新關(guān)注無線充電技術(shù)。

眾所周知，電在空氣中傳播的距離很長，但是，離開了電線，好像從來沒有一種實(shí)用或者可靠的方式可以給電子設(shè)備供電。

實(shí)際上，無線供電已經(jīng)出現(xiàn)很多年了。無線供電能否延長電池的壽命，目前尚不完全清楚。但是，終端設(shè)備處理能力和功能日益增強(qiáng)，相比之下，電池容量改善緩慢，為了緩解日益增長的功能和落后的電池之間的矛盾，以及應(yīng)對電動汽車和連接性工業(yè)應(yīng)用等新興市場的持續(xù)增長，無線充電重新引起了人們更多的關(guān)注。

“我記得，10年前或15年前，醫(yī)療植入物就可以使用袖帶或線圈進(jìn)行充電，這樣就不必回去做手術(shù)了。”西門子－Mentor公司的產(chǎn)品營銷經(jīng)理JeffMiller說。“或者在卡車上給輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)充電時，因為輪胎上沒有電線，沒法進(jìn)行有線充電，而且你肯定也不想把輪胎拆下來，所以必須采用不同的方法進(jìn)行充電?！?/p>

大部分無線充電應(yīng)用場景涉及工業(yè)、汽車或可充電電動牙刷等低端消費(fèi)類產(chǎn)品，但是現(xiàn)在，智能手機(jī)也越來越多地集成了無線充電功能。智能手機(jī)主要基于Qi標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)依靠發(fā)射器和接收器之間的磁感應(yīng)完成能量傳輸，在充電過程中，發(fā)射端和接收端需要靠得很近，基本上都快接觸上了。

除此之外，人們還在努力開發(fā)能在幾英尺之外以同樣的充電時間完成手機(jī)充電的方案，而且這種方案除了給手機(jī)充電，還有可能在同一時間利用磁場、超聲波、激光或各種頻率的射頻信號給許多其它裝置充電，除了充電之外，甚至還可以傳輸媒體數(shù)據(jù)。

“不通過電纜傳輸電力的基礎(chǔ)物理學(xué)已經(jīng)問世幾十年了，難點(diǎn)不在于通過空氣傳輸電力，而是能夠在受限的場強(qiáng)范圍內(nèi)，不受干擾地傳輸電力，同時能夠把成本降下來，使之成為大眾化的產(chǎn)品?！睙o線充電聯(lián)盟（WPC）主席MennoTreffers稱。該聯(lián)盟的目標(biāo)是將之前兩個競爭性的技術(shù)規(guī)范合并，統(tǒng)一到其用于近場手機(jī)充電的Qi標(biāo)準(zhǔn)中。

Treffers說，要讓大多數(shù)無線充電產(chǎn)品產(chǎn)生并實(shí)際能夠提供智能手機(jī)充電所需的5瓦或更高功率的電力，是一件非常困難的事情。

“做個看起來像是在15英尺之外給手機(jī)充電的演示很簡單，真正重要的是數(shù)據(jù)。”他說。“如果你只是向一個需要5W功率的設(shè)備傳輸毫瓦級別的電力，那基本上毫無用處。使用磁感應(yīng)技術(shù)，你可以得到5W的充電功率，但是有的電器的功耗是2．4千瓦，筆記本電腦和無人機(jī)功耗也在60瓦到100瓦之間。遠(yuǎn)處充電可以幫您實(shí)現(xiàn)永遠(yuǎn)不再需要充電的夢想，但是，理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)很骨感，我們遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有到解決更高功率無線充電難題的程度?！?/p>

無線充電的優(yōu)勢

根據(jù)IHSMarkit2月份發(fā)布的一份報告，消費(fèi)者希望擺脫充電插頭帶來的不便的欲望，幫助2017年支持無線充電功能的消費(fèi)品出貨量增長了40％，至大約5億部。到2022年，配備無線充電功能的智能手機(jī)將達(dá)到9000萬部。

2014年是智能手機(jī)搭載無線充電功能的元年。當(dāng)時，星巴克安裝了PowerMat的充電板，該充電板采用PMA標(biāo)準(zhǔn)（現(xiàn)由AirFuelAlliance管理），麥當(dāng)勞在其位于英國的50家門店安裝了支持競爭性的Qi標(biāo)準(zhǔn)的充電器。這也反應(yīng)了無線充電標(biāo)準(zhǔn)的分化，三星和AT＆T支持PMA，飛利浦、高通和諾基亞支持無線充電聯(lián)盟的Qi。

蘋果去年新機(jī)支持Qi標(biāo)準(zhǔn)的決策打破了兩種競爭標(biāo)準(zhǔn)的力量平衡，這場戰(zhàn)斗最終以今年1月8日公布的整合兩種標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議而告終。IHSMarkit的報告預(yù)測，三星和蘋果手機(jī)采用統(tǒng)一的無線充電標(biāo)準(zhǔn)，將促使其它手機(jī)制造商加入進(jìn)來，并進(jìn)一步提升用戶數(shù)量。

遠(yuǎn)距離充電

另外一條大新聞來自FCC，最近，它認(rèn)證通過了兩款支持遠(yuǎn)距離無線充電的產(chǎn)品－一個是3英尺，另一個是80英尺。現(xiàn)在為智能手機(jī)電池充電的商業(yè)產(chǎn)品中，還沒有一個超過幾英寸的。

去年12月，F(xiàn)CC認(rèn)證通過了一款名為WattUp的中場發(fā)射器，它是一個基于射頻技術(shù)的一對多充電單元，可以在三英尺距離使用900MhZ和5．8Ghz為設(shè)備充電。

它還認(rèn)證通過了Powermat公司的3瓦PowerSpot發(fā)射器，該發(fā)射器采用射頻技術(shù)，最遠(yuǎn)充電距離可達(dá)80英尺。它使用通常為ISM保留的915MHz，頻段也可以在850到950MHz之間，這是UHFRFID產(chǎn)品的更典型頻段。根據(jù)編寫這份IHSMarkit報告的VictoriaFodale的說法，眾多的技術(shù)和監(jiān)管問題使得我們很難估計何時我們可以看到遠(yuǎn)距離的無線充電商用產(chǎn)品。

Solis表示：“現(xiàn)在的遠(yuǎn)距離無線充電產(chǎn)品都沒有商業(yè)價值，因為它們需要進(jìn)行太多的權(quán)衡。盡管它不是一個完美的解決方案，但是，如果在幾英尺范圍之內(nèi)還可以繼續(xù)使用設(shè)備，即便只是涓流充電，幫助減緩電池電量的消耗，這也是很讓人可喜的大事?！?/p>

無線充電應(yīng)用中的能量水平下降很快，超過幾英尺之后，很難繼續(xù)保持信號強(qiáng)度。根據(jù)Teffer的說法，這還需要把信號的功率提高到很高水平，以至于會違反當(dāng)?shù)氐膹V播規(guī)定甚至安全規(guī)定。很難在功率、安全性和效率之間找到一個很好的平衡點(diǎn)。

Powercast的首席運(yùn)營官兼首席技術(shù)官CharlesGreene說，“支持遠(yuǎn)距離無線充電的手機(jī)是行業(yè)的圣杯?！盤owercast是最近獲得FCC批準(zhǔn)銷售支持對手機(jī)電池進(jìn)行5到10英尺遠(yuǎn)距離充電的產(chǎn)品的兩家公司之一。

“物理特性確實(shí)會造成一些限制，”Greene說?！爱?dāng)你離電源越來越遠(yuǎn)時，能量會逐漸下降。有一些方法可以解決這個問題，但是這些方法會縮小充電范圍，并且更難以創(chuàng)建一個可以進(jìn)行一對多充電的區(qū)域，這正是我們所關(guān)注的難點(diǎn)?！?/p>

Powercast在智能手機(jī)充電上采用了Qi標(biāo)準(zhǔn)，但是它并沒有放棄自家的RF充電技術(shù)。相反，它正在開發(fā)一款支持Qi的手機(jī)充電器，并將之集成進(jìn)自家的發(fā)射器中，該產(chǎn)品可能會在今年第三季度上市。

Greene說：“Qi標(biāo)準(zhǔn)確實(shí)非常成熟，但它也有其局限性。通常情況下，它是一對一而不是一對多的解決方案，而且它需要一個電源板。我們能夠提供搭載了其他解決方案的組合。通過桌面上的發(fā)射器，我們可以在一夜之間（從遠(yuǎn)處）給手機(jī)提供10％至15％的電量，我們可以進(jìn)一步改進(jìn)，使之達(dá)到50％，這樣一來，我可以把這個發(fā)射器放在我的床頭柜或桌子上，它可以全天連續(xù)給手機(jī)充電，也許永遠(yuǎn)也不需要插上有線充電器。”

WiTricity的CTOMorrisKesler稱，無線充電器肯定能夠?qū)崿F(xiàn)比當(dāng)今更高的功率，并至少在短距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)一對多充電，WiTricity是2007年從麻省理工學(xué)院孵化出來的一家公司，旨在把MIT教授MarinSolja?i?的研究成果轉(zhuǎn)化為商業(yè)化的磁共振無線傳輸。

WiTricity表示，它將在今年晚些時候提供可充電的停車墊，作為一家汽車制造商首款高端電動汽車的配件進(jìn)行銷售。根據(jù)汽車大小，該系統(tǒng)可提供3．6kw到11kw的功率，效率高達(dá)93％。它可以在幾米的范圍內(nèi)傳輸電力，使得車主可以正常停車，而不是必須把汽車停在停車墊幾公分之處。

“電力能夠傳輸多遠(yuǎn)取決于發(fā)射器和接收器的大小以及你的功率水平，但磁共振的優(yōu)點(diǎn)之一是能夠進(jìn)行一對多連接，”Kesler說?！叭梭w對磁場沒有太大反應(yīng)，所以不需要擔(dān)心磁共振對人體的影響。如果你試圖在一個10米左右的房間內(nèi)發(fā)送能量，你可能會想用天線，將信號發(fā)射到特定地點(diǎn)。”

他說，沒有理由認(rèn)為手機(jī)是唯一可使用無線充電的市場。雖然電動汽車（EV）市場剛剛起步，但是廣義來講，很多工廠和倉庫都有自動化地面車輛、工業(yè)機(jī)械，幾乎任何用電而且能移動的東西也都是無線充電的潛在市場，還包括醫(yī)療應(yīng)用和植入物。

“你必須小心效率問題，”他說?！叭绻愦蛩阋?0％的效率使用一千瓦的電源，那么你將需要處理300瓦熱量的消耗，這可是一個棘手的問題?！?/p>