無線充電技術(shù)市場

需要電源接口才能轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆珶o線的環(huán)境，而無線充電有可能最大限度地減少物理電氣連接。

Wired & Wireless Technologies （WAWT） 的思想領(lǐng)袖網(wǎng)絡(luò)研討會系列展示了無線電能行業(yè)的第一個聯(lián)合行業(yè)面板式網(wǎng)絡(luò)研討會，討論新興的“遠程無線充電技術(shù)”。

WAWT 創(chuàng)始人兼首席分析師 Dinesh Kithany 主持了會議，并主持了行業(yè)思想領(lǐng)袖、Airfuel Alliance 總裁 Sanjay Gupta；TransferFi 聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官 Aashish Mehta；Energous 營銷和業(yè)務(wù)發(fā)展高級副總裁 Neeraj Sahejpal；Ossia Inc 創(chuàng)始人、總裁兼首席技術(shù)官 Hatem Zeine；和 Wi-Charge 首席商務(wù)官 Ori Mor。

在90分鐘的電源包裝研討會討論關(guān)于這一發(fā)展中的技術(shù)，已鏈接到無線供電的范圍廣泛的產(chǎn)品未來的最重要的事實。這是一個涉及為傳感器、電池、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和其他設(shè)備供電的無線技術(shù)的全球性問題。

討論的主題涵蓋了與無線電力技術(shù)當(dāng)前狀態(tài)相關(guān)的各種問題，并概述了各種遠距離無線電力解決方案。在接下來的 5 到 10 年內(nèi)，技術(shù)的預(yù)測和前景將得到完善，以確定所提供的解決方案是否能夠涵蓋任何應(yīng)用程序，以及它們能夠做到的功率有多大。特別是“遠距離無線電力技術(shù)是夢想還是現(xiàn)實？”這個問題的切實解決方案。將會給予。

航空燃料聯(lián)盟

圖 1：AirFuel 的特性（來源：AirFuel）

該技術(shù)提供的最大功率目前在 1 瓦左右的范圍內(nèi)，可以在 900Mhz 頻率的三維域中同時為多個設(shè)備供電和充電。

傳輸網(wǎng)絡(luò)

Aashish Mehta 是 TransferFi 的首席執(zhí)行官，該公司希望在電氣連接方面改變世界并允許輕松獲得電力（見圖 2）。它預(yù)示著電氣連接的新革命。Mehta 說：“我們創(chuàng)辦公司的初衷是希望能夠隨時為每個人提供能源。有了這個愿景，我們可以以更簡單、更輕松的方式在電氣連接方面改變世界。但本質(zhì)上，該公司目前的使命是創(chuàng)建一種安全高效的遠程無線電力網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使用無線電頻率進行數(shù)據(jù)傳輸?！薄?主要問題與大范圍的無線電力傳輸有關(guān)。不幸的是，目前，與物聯(lián)網(wǎng)工業(yè)相關(guān)的成本的 60% 以上都與布線和安裝有關(guān)。

因此，無線電源解決方案的主要目的是完全消除電纜。這將減少 50% 的布線成本和 80% 的工作時間。這對每個人來說都是很大的節(jié)省。技術(shù)挑戰(zhàn)不僅涉及電能在空氣中的傳輸，還涉及能量共享自動校準、載波波形優(yōu)化以及數(shù)據(jù)和管理等領(lǐng)域。使用 360° 全向天線，您可以傳輸信號并創(chuàng)建一個自動校準系統(tǒng)，該系統(tǒng)被簡化并且能夠為多達 32 個設(shè)備找到正確的路徑。該公司正在優(yōu)化光束的方向，還包括距離、反射、功率和干擾。

圖 2：TransferFi 項目（來源：TransferFi）

TransferFi 正在開發(fā)第一個沒有電源線和數(shù)據(jù)線的商業(yè)系統(tǒng)，其中一項專利已經(jīng)獲得，另外兩項專利正在申請中。該系統(tǒng)提供多設(shè)備充電架構(gòu)，用于大容量能源，例如消費電子、先進汽車、醫(yī)療設(shè)備和企業(yè)解決方案。

能源公司

Neeraj Sahejpal是高級副總裁，市場營銷和業(yè)務(wù)發(fā)展Energous. 該公司堅信無線充電技術(shù)在所有不同的應(yīng)用中都代表著巨大的機遇。與無線通信發(fā)生的情況類似，沒有單一的技術(shù)可以解決無線電力傳輸問題。需要的是一系列技術(shù)，因為每個應(yīng)用程序和需求都有特定的解決方案。監(jiān)管機構(gòu)目前可能不允許全功率傳輸。這在受控環(huán)境中可能是可能的，但目前在消費者環(huán)境中這是不可能的。無線電力傳輸系統(tǒng)將很快以不同的額定功率和不同的距離范圍提供。要分析的另一點與傳輸和接收解決方案的效率有關(guān)。公司將市場劃分為三個區(qū)域，如圖3所示。 Sahejpal 表示：“我們將市場劃分為三個區(qū)域：近場范圍約為 5 厘米，然后是中場范圍，最長可達 1 米，用于桌面應(yīng)用。然后是遠場，其范圍可以超過 15 米。目前，我們看到遠場市場出現(xiàn)了顯著的擴散。投資于該領(lǐng)域的公司眾多”?？梢钥紤]將不同的基于區(qū)域的技術(shù)用于廣泛的不同應(yīng)用，如下所述：

近場（可達 0.5 厘米）：適用于可穿戴、耳戴式設(shè)備、醫(yī)療傳感器、智能眼鏡等應(yīng)用；

中場（最多 1 米）：適用于家庭物聯(lián)網(wǎng)（智能家居）、游戲設(shè)備、智能眼鏡、智能手機、耳戴式設(shè)備、可穿戴設(shè)備、筆記本電腦和計算機外圍設(shè)備。

遠場（最遠 15 米）：適用于軍事、公共、安全、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、智能建筑、傳感器和零售應(yīng)用。

圖 3：不同類型的能量傳輸（來源：Energous）

能量收集套件由一個非常小的發(fā)射器和一個接收器組成，很快就會生產(chǎn)出許多具有不同功率水平的模型。該解決方案將消除為設(shè)備供電和為電池充電的障礙。不再需要電線，不再需要笨重和危險的連接?；?a href="http://ttokpm.com/v/tag/105/" target="_blank">射頻的無線充電技術(shù)具有諸多優(yōu)勢，此類解決方案的市場也在不斷增長。該解決方案涉及同時為多個設(shè)備充電和供電，而無需注意它們的位置。公司也在開發(fā)系統(tǒng)，即使沒有光學(xué)范圍也能以類似于 WiFi 的方式遠程發(fā)送能量。涉及的應(yīng)用程序很多，實際上涵蓋了所有行業(yè)領(lǐng)域。

能源分配的重點正在轉(zhuǎn)移。將不再有單一電源為單個設(shè)備充電，而是有一個較大面積的有源能量傳輸系統(tǒng)。能量的收集和分配是由一個非常小的發(fā)射器和一個接收器組成的套件進行的。我們不是在談?wù)摮潆?，而是在談?wù)摽梢栽诒镜貫殡姵毓╇娫O(shè)備充電的無線供電設(shè)備。因此，無線電能是同時遠程向各種設(shè)備供電的能力。通過這種方式，可以持續(xù)為低功耗和更強大的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備供電。積極收集和使用能源將成為所有部門的現(xiàn)實。如上所述，即使距離超過 5 米，它也可以為設(shè)備供電。使用智能編程可以輕松地同時為多個設(shè)備充電。此外，多發(fā)射機 （Tx） 拓撲可以增加活動區(qū)域的覆蓋范圍。該系統(tǒng)將非常容易使用。無論是涉及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳感器、商業(yè)標簽或智能購物車，還是電子貨架標簽 （ESL），此過程都將觸手可及。此外，無需更換傳感器的電池，因為安裝方式簡單、成本最低且無需維護。涉及無線能量收集的開發(fā)工具包之一由 Energous Corporation 制造。這包括：該系統(tǒng)將非常容易使用。無論是涉及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳感器、商業(yè)標簽或智能購物車，還是電子貨架標簽 （ESL），此過程都將觸手可及。此外，無需更換傳感器的電池，因為安裝方式簡單、成本最低且無需維護。涉及無線能量收集的開發(fā)工具包之一由 Energous Corporation 制造。這包括：該系統(tǒng)將非常容易使用。無論是涉及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳感器、商業(yè)標簽或智能購物車，還是電子貨架標簽 （ESL），此過程都將觸手可及。此外，無需更換傳感器的電池，因為安裝方式簡單、成本最低且無需維護。涉及無線能量收集的開發(fā)工具包之一由 Energous Corporation 制造。這包括：成本最低，無需維護。涉及無線能量收集的開發(fā)工具包之一由 Energous Corporation 制造。這包括：成本最低，無需維護。涉及無線能量收集的開發(fā)工具包之一由 Energous Corporation 制造。這包括：

發(fā)送硬件；

接收硬件；

用于監(jiān)視和控制 Tx 和 Rx 的移動應(yīng)用程序；

Tx 和 Rx 圖表和布局文件；

Tx 和 Rx 天線設(shè)計文檔；

Tx/Rx 機械文件；

為客戶設(shè)計的工程天線仿真研究；

評估天線設(shè)計的技術(shù)支持，具有 HW/FW 集成；

用于優(yōu)化覆蓋范圍和功率的 Tx 天線（可選）；

固件 SDK（可選）。

具有單天線或雙天線、功率為 200 mW 的物聯(lián)網(wǎng)跟蹤器設(shè)備，或用于在 15 cm 距離內(nèi)多次充電且功率為 5.5 W 的 WattUp PowerHub，將是有趣的應(yīng)用。

奧西亞公司

Hatem Zeine 是 Ossia Inc 的創(chuàng)始人、總裁兼首席技術(shù)官，該公司旨在將無線電能技術(shù)推向世界。Hatem Zeine 表示：“我們在這項技術(shù)上擁有多項專利。我們不是在談?wù)摮潆?，而是在談?wù)摽赡軙蚩赡懿粫诒镜貫殡姵爻潆姷臒o線設(shè)備。無線電力是為設(shè)備供電的能力，尤其是構(gòu)成當(dāng)今市場大部分的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。如今，技術(shù)承諾向小型設(shè)備提供無線電源，并且很快將適用于最強大的設(shè)備。分析物聯(lián)網(wǎng)市場及其增長，到 2030 年將有大約 5000 億臺設(shè)備（思科估計），其他估計表明有數(shù)萬億臺設(shè)備。因此，未來大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都將是無電池的。這些設(shè)備不會位于充電域內(nèi)，而是位于充滿能量的三維區(qū)域，由特殊發(fā)射器提供?！?目前有類似 WiFi 的技術(shù)可以保證無線供電距離長達 10 米，具體取決于設(shè)施的設(shè)計。無線電力分配還允許控制設(shè)備及其分類。事實上，并非所有設(shè)備的供電需求都相同，您可以決定為哪些設(shè)備供電以及向每個元件分配多少能量。因此，無需更換難以觸及的傳感器中的電池。此外，安裝程序簡單且具有成本效益，無需維護。為了實現(xiàn)這一點，Ossia 有一項專利技術(shù)，叫做 Cota，它類似于 Wi-Fi，具有相同的 Wi-Fi 場景。距離范圍為 10 米，具體取決于系統(tǒng)的設(shè)計。Ossia 已獲得其專有無線電能技術(shù) Cota Real Wireless Power 的許可（參見圖 4 ） 以實現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用程序的更廣泛部署。就像 WiFi 一樣，Cota Real Wireless Power 允許從遠處、在移動中而不是在多個設(shè)備的視線范圍內(nèi)進行操作。這項技術(shù)使物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備得以普及，消除了對電池和電源線的依賴。無線技術(shù)提供：

遠程能源分配系統(tǒng)；

僅為所需設(shè)備供電；

設(shè)備運動時持續(xù)供電；

即使設(shè)備不在光學(xué)范圍內(nèi)也能供電；

安全性，例如 Wi-Fi 和藍牙。

其運作程序包括以下幾個階段：

Rx發(fā)送信標信號，Tx檢測輸入信號的相位；

Tx 發(fā)出時間反轉(zhuǎn)信號給 Rx 供電；

Rx 發(fā)出信號，可以從墻壁和其他物體上反彈；

Tx 像以前一樣輸出反相信號，僅使用可用路徑。

Cota 保證技術(shù)標準以確保兼容性和互操作性。它還提供參考設(shè)計套件 （RDK）、發(fā)射器 （Tx）、接收器 （Rx）、軟件、包含操作理論和建議電路設(shè)計的完整文檔，以及監(jiān)管批準小組（FCC、MIC 等）。

圖 4：Cota 項目（來源：Ossia）

無線充電

Ori Mor 是 Wi-Charge 的首席商務(wù)官。他說：“我們公司的研究基于充電電池限制設(shè)備使用的事實。無論是物聯(lián)網(wǎng)傳感器、工業(yè)傳感器、iPhone還是電動汽車，使用時間總是短小不足。這是所有用戶都面臨的問題。每個人都認為為他們的設(shè)備充電是一場噩夢。電池續(xù)航能力的降低也限制了計算能力”。要為智能手機充電，您需要 10 瓦的功率。將此值乘以 100 億臺設(shè)備，即可實現(xiàn)所需的大量能源。該公司面臨的挑戰(zhàn)正是集中在為許多設(shè)備充電，即使距離約 10 米。移動設(shè)備的供電也是一個巨大的挑戰(zhàn)，因為設(shè)備上的能量集中必須始終保持穩(wěn)定，不斷跟隨物體的位置，這不是很容易。也可能發(fā)生設(shè)備保持靜止但人將自己定位在發(fā)射器前面，從而中斷能量束的光學(xué)范圍的情況。因此，接收器必須能夠適應(yīng)。幸運的是，大多數(shù)應(yīng)用程序不會移動并設(shè)置在同一個位置。這些是使無線電能技術(shù)采用相對較慢的一些困難情況。無線電源應(yīng)該像 WiFi 一樣工作，在有限的范圍內(nèi)并且沒有光學(xué)覆蓋（參見 接收者必須能夠適應(yīng)。幸運的是，大多數(shù)應(yīng)用程序不會移動并設(shè)置在同一個位置。這些是使無線電能技術(shù)采用相對較慢的一些困難情況。無線電源應(yīng)該像 WiFi 一樣工作，在有限的范圍內(nèi)并且沒有光學(xué)覆蓋（參見 接收者必須能夠適應(yīng)。幸運的是，大多數(shù)應(yīng)用程序不會移動并設(shè)置在同一個位置。這些是使無線電能技術(shù)采用相對較慢的一些困難情況。無線電源應(yīng)該像 WiFi 一樣工作，在有限的范圍內(nèi)并且沒有光學(xué)覆蓋（參見圖5）。正是由于這個原因，用于生成和管理載波和傳輸?shù)姆椒ū仨毞浅?fù)雜。在這種情況下，信號可以遵循不在視線范圍內(nèi)的替代路徑。它在幾微秒內(nèi)立即到達目的地。在該系統(tǒng)中，接收器開始向各個方向發(fā)送確認信號。該信號到達發(fā)送器，發(fā)送器重新發(fā)送到接收器。因此，建立了類似于信標的功能。后者將帶有信息的信號發(fā)回。這樣，如果它移動，它將在新位置被跟蹤和啟用。傳輸還包含接收器的類型和特性，以便發(fā)送器可以了解有關(guān)其供電設(shè)備的大量信息。信標在一秒鐘內(nèi)多次通電，甚至超過100次。這確保能量總是到達它。使用無線電源，電池壽命無限，智能處理功能更強大。

圖 5：Wi Charge 項目（來源：Wi-Charge）

有線和無線技術(shù) （WAWT）

網(wǎng)絡(luò)研討會以戰(zhàn)略技術(shù)分析師和咨詢公司 WAWT 創(chuàng)始人兼首席分析師 Dinesh Kithany 的演講結(jié)束。他說：“我很自豪能夠接待來自遠程無線電能技術(shù)領(lǐng)域的主要參與者。我們的研究服務(wù)專注于關(guān)鍵領(lǐng)域：無線電能、電源、電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)，我們在這些行業(yè)提供關(guān)鍵市場數(shù)據(jù)（當(dāng)前市場規(guī)模估計以及短期和長期預(yù)測）、市場情報、洞察以及對公司的戰(zhàn)略建議整個價值鏈。我們對無線電能行業(yè)擁有最全面的研究，廣泛覆蓋 30 多個應(yīng)用，包括汽車、移動、醫(yī)療、消費、工業(yè)、零售和基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)應(yīng)用。我們還涵蓋廣泛的無線電力技術(shù)，是基于低頻的“感應(yīng)和諧振解決方案”，允許為耦合設(shè)備供電；基于高頻的解決方案，涵蓋“共振和NFC無線充電解決方案”；以及基于超高頻的解決方案，包括用于遠程充電的‘基于射頻、紅外和超聲波的’技術(shù)”。

圖 6 中的表格突出顯示了無線電力技術(shù)的當(dāng)前狀態(tài)，按頻率、技術(shù)類型、功率等級和應(yīng)用組進行了細分，其中簡要介紹了每種技術(shù)類型和各自的行業(yè)標準。

圖 6：技術(shù)進步導(dǎo)致出現(xiàn)了不同功率和頻率等級的新無線充電標準，為廣泛的應(yīng)用/設(shè)備供電。（來源：WAWT）

WAWT 的分析強調(diào)，無線電源接收器和發(fā)射器 （Rx+Tx） 市場總量預(yù)計將從 2020 年的 7.5 億臺增長到 2025 年的 24 億臺，到 2030 年將超過 65 億臺。累積起來，WAWT 預(yù)計大約未來 5 年（2021 年至 2025 年）將出貨 80 億臺無線電源 Rx+Tx。預(yù)計從 2021 年到 2030 年的未來 10 年內(nèi)，使用“非耦合”距離無線充電類型解決方案的總出貨量將達到約 32.5 億臺 （Rx+Tx）。

結(jié)論

未來，無線充電將不再是一種選擇，而是一種不可或缺的標準方法，可為設(shè)備供電或充電。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量每天都在增加，而這種供電系統(tǒng)可能是確保完全覆蓋的唯一解決方案。醫(yī)院、工廠、零售店和基礎(chǔ)設(shè)施將擁有自己的電源點。目前，一個很大的限制與電池充電和低自主性有關(guān)，這限制了任何設(shè)備的使用，無論是物聯(lián)網(wǎng)傳感器、工業(yè)傳感器、手機還是電動汽車。擁有 20 臺設(shè)備的人無法單獨為所有設(shè)備充電?，F(xiàn)在技術(shù)研究的重點是如何增加作用范圍和范圍，這將導(dǎo)致供電設(shè)備放置在幾十米處。未來幾年，在遠距離、大功率無線充電方面，肯定會有驚喜等著我們。超高頻肯定會起到舉足輕重的作用?！　?/p>