无线充电技术发展综述

无线充电技术发展综述（精选6篇）

无线充电技术发展综述 第1篇

无线充电技术, 又称为感应充电、非接触式充电, 是源于无线电力输送技术产生的一种新型充电技术。无线充电技术利用近场感应, 由无线充电器将能量传送至需充电设备, 该设备使用接受到的能量对电池进行充电, 且为设备本身的运作提供能量。由于无线充电器与充电设备之间通过电感耦合来传送能量, 因此无需电线连接, 可以做到无导电接点外露。无线充电分为电场耦合与磁场耦合两类。分别对应的能量传输器件为电容和电感。

电场耦合方式的无线充电技术, 发射器与接收器分别安装两个 (或两组) 独立的电容极板, 当发射器与接收器靠近时, 两组电容极板形成了两个电容。电容中通以高频、高压交变电流, 便可实现电能从发射侧到接收侧的传输。充电器或“发送器”和便携式设备或“接收器”用来有效地在组成电容的合适尺寸金属表面间实现纵向的准静电耦合。其中驱动电极或主动电极要比另外一个电极小, 上面施加的电压较高, 另外一个电极则是被动电极, 尺寸较长, 上面的电压较低。当然正常情况下, 电容传输的能量是很小的, 这与电极面积小有很大的关系。因此, 为了满足给消费设备充电所需的功率水平 (例如从5W至25W) , 需要增加电极尺寸和耦合的电压值, 具体取决于实际的配置。

为了实现耦合电极之间的无线收发、同时尽量减小对外的辐射量, 需要进行正确地设计。因此需要进一步理解和确定正确的电极尺寸、它们的设计、工作电压、功率值、最佳工作频率和总的尺寸约束条件。一般情况下, 理想的频率范围在200k Hz至1MHz之间, 有效耦合区的电压值在800V至1.52k V之间。

手机无线充电、电动汽车无线充电技术更多的采用磁场耦合原理设计, 其能量传输媒介为电感。在发射器与接收器上分别安装一个平面线圈电感。

磁场耦合原理的无线充电技术, 更接近于常规的谐振式开关电源。相对于电场耦合来讲, 技术难度较小, 优势比较明显, 发展速度较快。目前已经形成三个影响力较大的联盟组织WPC, A4WP以及PMA, 各自拥有会员多达几十甚至上百家公司。其中, WPC与PMA致力于近距离无线充电技术, 如我们比较熟悉的手机无线充电。而A4WP的技术定位在远距离无线能量传输, 希望能够实现几十厘米甚至几米等级的传输距离。

无线充电代表了充电技术上的一次重大变革。无线充电使用户摆脱线缆的束缚, 只需要把设备放在无线充电板 (charging pad) 上面就可以进行充电。无线充电技术已经广泛应用到了电动牙刷、电动剃须刀、无线电话、智能手机、电动汽车等领域。

比亚迪早在2005年12月就申请了非接触感应式充电器专利, 利用的就是电磁感应来进行无线充电。比亚迪卖给犹他大学一辆纯电动巴士, 这款巴士装配着最新的wave无线充电垫。司机将巴士停在充电垫上, 经历数分钟的等待就能充满电。德国、日本等国也十分积极。在德国慕尼黑, 早就开始进行家用无线充电的测试。日本丰桥技术科学大学在研究能够透过20厘米厚的混凝土砖块将电力传输给汽车的道路充电装置。2011年, 搭载了无线充电功能的诺基亚手机问世。

世界最大的家具制造商宜家宣布, 将生产销售支持无线充电功能的家具, 第一批可以给支持无线充电的智能手机或其他移动设备充电的家具预计也在2015年即将上市。三星手机2015年3月份公布的热门机型Galaxy S6支持无线充电。

无线充电技术近年发展迅速, 但也遇到了很多技术难题, 如提高充电效率、降低成本、有效充电距离太短。除了技术问题, 眼下最棘手的是不同生产商的标准不一致, 这就必须统一规范标准。否则, 各厂商的设备无法兼容, 会造成无线充电设备的浪费。目前主流的无线充电标准有三种:PMA标准、Qi标准、A4WP标准。

PMA标准全称Power Matters Alliance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。PMA偏向咖啡桌、家具等充电设备。其成员星巴克正在美国旧金山附近的200家店面、1500个点尝试提供无线充电服务。

Qi标准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。市场上支持无线充电的智能手机和充电器大部分都符合“Qi”标准。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。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采用了目前最为主流的电磁感应技术。203个WPC成员都支持Qi标准, Qi有超过5000万个安装基地, 认证过684个产品。Qi的无线充电方案已经安装在包括三星、诺基亚、谷歌、中兴品牌在内的超过72款移动设备里。作为唯一提供汽车无线充电的标准, Qi还支持了15款已上市车型。在一些公共场所出现。阿姆斯特丹的德勤办公大楼里, 每个工作区的桌子上都安装了Qi。1月7日, 麦当劳刚刚宣布要在英国50个门店中, 增加采用Qi标准的600个无线充电热点。

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。该无线充电联盟将重点引入“电磁谐振无线充电”技术, 与Qi的“电磁感应技术”有所区别, 这两种技术各有千秋。前者传输效率可能较低, 但可以实现稍远距离的无线充电。后者需要近距离接触, 例如将手机放在一个底座上, 不用接线就可以通过感应充电, 但这样充电效率较高。

A4WP标准组成联盟希望让无线充电迅速普及, 让用户在任何地方都可进行无线充电。或者说, A4WP想要让无线充电便宜一些, 并且在不增加手机、平板或者笔记本电脑体积的情况下增加充电接口, 这意味着将有越来越多的制造商默认选择无线充电器。

在这三大标准中, A4WP采用的是非接触式充电的磁共振技术, WPC的“Qi”和PMA采用的是磁感应技术。磁感应技术比较成熟, 但应用场景受限;磁共振技术比较新, 还未成熟, 但是它将来应用的场景更广泛。

无线充电技术的发展历路 第2篇

2015年6月,无线充电联盟(Alliance for Wireless Power,A4WP)和电源事务联盟(Power Matters Alliance,PMA)合并,组成Air Fuel联盟(Air Fuel Alliance)。这一合并举措加速了未来愿景的实现:消费者无论到何处,设备充电将具有互操作性和便利性。人们正在尝试各种不同的技术。

近场感应充电

尼古拉•特斯拉早在19世纪80年代证明了通过振荡磁场传递能量,从而可以通过近场或磁共振充电,如图1所示。

从发射器传递到接收器的电流和电压必须是交流的。通过将交流电网电压进行降压并转换为直流,为发射器的驱动器和控制器电路提供偏置。驱动器和控制器产生开关信号,并可调节开关频率,将直流电转变为交流电,输入到原边线圈。在接收器侧,对交流信号进行整流,然后通过同步转换进行调节,用于对电池充电。根据接收器所需的功率大小,线圈中的频率发生变化。通信信号叠加在功率信号上,所以两者均知道设备已经放在了充电垫上。感应充电效率较高,但对于线圈是否对准非常敏感。需要将耦合线圈调节到略微偏离谐振频率,以优化功率传输。近场感应充电系统如图2所示。

近场共振充电

共振充电是另一种近场充电形式,与电磁场工作原理相同,但需要共振器前端。该标准由Air Fuel Resonant主导,允许发射器和接收器之间的距离较短。单个6.78 MHz发射器可支持多个接收器,无需物理对准。然而,接收器和发射器之间要求严格的频率匹配,从而在特定线圈尺寸下最大程度地延长功率传输距离。随着连接设备数量增多和距离延长,传输功率将会下降。该标准要求发射器和每个接收器之间具有独立的双向通信通道(蓝牙)。

近场充电标准之一是无线充电共同体(Wireless Power Consortium,WPC)制定的Qi,该共同体包括200多家公司。Air Fuel Inductive则是另一种标准,而Powermat是桥接技术的很好例子,该技术提供通用环,可以配合充电垫使用,为便携设备充电。由于存在两种标准,通用汽车(GM)公司宣布其汽车将同时支持Air Fuel Inductive和Qi标准。三星公司也决定其手机将支持两种标准[2]。近场充电标准相关技术指标比较如表1所示。

远场充电——系统概览

无论感应充电还是共振充电都对发射器和接收器之间的距离有要求。在远场充电中,能量需要从功率集线器传递至特定设备。蓝牙、Wi Fi、超声波和红外线等都曾经被探索使用过。

基于射频(RF)的系统(例如Watt UpTM和CotaTM)使用一个或多个天线广播能量并进行通信。2015年10月,Energous公司宣布可提供首款射频功率接收器IC,该器件将射频整流为直流信号。该整合技术——CotaTM,实际上使用现有的Wi Fi和蓝牙天线实现数据通信和无线功率接收,然后将这些微信号增加到电池的充电电流。以无线方式将接收设备的应答以及特定电池充电特征数据传输回电源路由器。建立了持续链路后,电源路由器将向接收器位置发射能量束。

以u Beam为代表的超声系统中,路由器中的信号发生器产生电信号,发送到放大器。然后将经过放大的信号连接至变送器,产生超声波,经过聚焦并发送到接收器。超声波对压电传感器施加应力,从而产生充电电流,如图5所示。系统两侧使用的传感器需要支持高效率和高功率。

另一家创业公司,Wi-Charge,专注于将视线光转换为能量。发射器使用激光二极管向接收器准确传输红外束。然后接收器中的光伏电池将光转换回电能。该公司于2015年2月在旧金山对系统进行了功能演示[3]。红外技术的一项明显优势是无EMI辐射。

设计注意事项

1.移动性

定位和跟踪多个移动接收器的能力对于无线充电至关重要。近场充电中,发射器和接收器的相对位置不变,而在远场充电中,用户可能不断移动。用户应该在不丢失信号的情况下漫游。

2.安全性

射频(RF)安全性取决于在不损害人类健康的情况下可施加的照射量。吸收率(SAR)用来定义这些限值。消费类产品的安全性远比通过安全规范本身重要得多,它关乎建立消费者的安全感和信任,不容许一次差劲的用户体验。同时,超声的安全性可能是消费者非常关心的问题,他们会感觉房间内充满射线。一种担心是超声是否会影响动物。采用即使动物也不敏感的较高工作频率,可能会解决这一问题。

3.系统干扰

无线充电系统基于高频开关信号,必须预测噪声源,包括充电系统的输入和输出侧。

4.成本

需要考虑的两项成本因素是电源成本和传输效率。

5.耗尽电池充电

无线充电器能够对完全耗尽的电池进行充电吗?远场充电系统面临着近场充电不存在的一个难题:接收侧的控制电路需要上电才能连接到电源路由器。

6.生态系统和基础设施

移动设备从不断电的愿望是可以实现的,但成功之路要靠多种实体之间的协作来铺设。

总结

根据调研机构IHS在2014年的数据,70%的消费者每天至少为一个设备充电一次。设备不仅应该支持无线充电技术,而且应该有足够的热点供其充电。一旦基础设施部署到位,其普及将会水到渠成。从尼古拉•特斯拉首次传输电力至今已经超过100年,但我们依然远远未释放能量转换的全部潜力。我们的电子设备需要足够智能,实现自身充电。

摘要：本文介绍了近场充电和远场充电的技术原理,并提出了无线充电的注意事项。

关键词：近场充电,远场充电,移动设备

参考文献

[1]“System Description Wireless Power Transfer,Vol.1,Part 1”Version 1.0 Wireless Power Consortium http://www.wirelesspowerconsortium.com/

[2]“Dual wireless charging on the Samsung Galaxy S6,and why it matters”http://www.androidcentral.com/dual-wireless-charging-samsung-galaxy-s6-and-why-it-matters

[3]“Charge all your devices at once,using infrared light(hands-on)”http://www.cnet.com/news/wi-charge-willcharge-all-your-devices-at-once-using-infrared-light-hands-on/

[4]Product Overview http://www.energous.com

[5]“Cota System Transmits Power Wirelessly at Up To 30 Feet”http://www.gizmag.com/cota-ossia-wireless-charging-microwave-phased-array/29217/

[6]“uBeam Finally Reveals The Secret Of How Its Wireless Charging Phone Case Works Safely”http://techcrunch.com/2015/10/08/how-ubeam-works/

[7]“Wi-Charge FAQs”http://www.wi-charge.com/technology.php?ID=29

[8]“Charging the i Phone 6 costs just 47 cents a year”http://money.cnn.com/2014/09/25/technology/mobile/iphone-6-charger/

无线充电技术发展综述 第3篇

无线电力传输的构想早在19世纪90年代就被尼古拉·特斯拉提出, 至2005年无线充电概念被上升到了一个新的高度, 香港城市大学的许树源教授成功研制出“无线电池充电平台”, 可将数个电子产品放在充电平台上, 无需连接电源线和电源进行无线充电, 通过低频道电磁场自动充电。自此无线充电技术渐渐被搬上了舞台进入人们的视线, 但是由于其技术并没有达到成熟阶段, 充电效率低, 充电发热高等问题成为了人们接受它的绊脚石。

2 手机充电进入无线充电次时代

目前手机厂商正纷纷将新推出的手机产品加入无线充电技术, 因此一些手机周边的厂商也开始寻求新的商机, 一大批第三方解决方案横空出世为我们解决了燃眉之急, 但却始终摆脱不了数据线的牵绊, 我们的活动范围不得不被数据线长度限制。目前市场上新兴的无线充电座以及闪充技术在没有插座的情况下更毫无用武之地, 显得颇为鸡肋。因而融合了两种充电方式的新一代产品, Himoe M1无线移动电源问世了。它具有无线充电器的优点, 可以摆脱数据线的束缚, 又兼具移动电源的功能, 可以在外出手机没电时解燃眉之急。这意味着你可以扔掉家中的累赘的充电器和数据线了。目前新兴的无线移动电源产品比较著名的有亿品、美创、Himoe M1、Rubix等品牌, 在手机伴侣的新兴战场上各领风骚。

3 具体案例分析———Himoe M1不只靠颜值, 更要用实力说话

如图1和图2所示, Himoe M1手机无线充电器既可以作为手机无线充电座, 同时内部配置4200mah聚合物电芯, 满足无线移动充电需求 (机器连接电源线智能优先手机充电) 。

如图3所示。从外观上看, Himoe M1十分注重细节打造, 沉稳中不乏亮点。该产品底、侧面使用全金属材质一体成型, 并采用180精度阳极氧化磨砂工艺, 在彰显时尚简约风格的前提下确保良好的握持感和安全性能;配合顶面使用磨砂橡胶漆工艺的塑料材质充电面板, 防止充电器在手中不慎甩脱。仅有13mm的超薄机身, 使得便携性大大提高。充电面板四角设有硬硅胶材质呼吸灯, 在增加表面吸附力的同时也与机身整体完美融合, 显得更有质感。呼吸灯共有红黄蓝绿四种不同颜色, 分别表示不同的电量状态和充电状况。同时, Himoe M1共有玉兰白、星空黑、梦幻粉三种颜色供不同审美需求消费者选购, 青春活泼和成熟稳重兼备。

配置方面, Himoe M1采用CV90312智能芯片, 其板端电量转化率高达91%, 拥有短路保护、过温保护、过流过压保护及电池过充过放保护等多重保护措施。特别定制的超粗磁转化充电圈提供更加高效稳定的充电方案, 使得充电过程高效安全, 全方位呵护手机电池健康。Himoe M1除了内置接受线圈的手机可以直接使用外, 还提供与之配套的其他机型无线接受贴, 操作简单便捷。

4 未来手机充电领域的发展和走向

目前手机充电领域呈两个趋势发展, 一是快充技术领域, 国内的一些手机品牌例如VIVO、华为都发布了其加载快充技术的手机产品, 快充技术确实提高了手机的充电效率为使用者带来了愉悦的充电体验, 但快充技术对于电池质量的要求也十分严格, 加之仍需要使用数据线作为电流传导的媒介, 可以说快充技术还有很多空间需要提高。二是无线充电领域, 越来越多的手机厂商及手机周边产品都开始涉足于无线充电领域, 无线充电解决了线缠绕的问题, 让充电变得简单轻松, 消费者不用为在各种线之中找出手机充电线的问题而烦恼。但是无线充电技术也存在一定的弊病, 比如说需要接收端的配合才能实现无线充。

手机充电技术的革新迫在眉睫, 未来, 也许搭载快充和无线充电结合的新一代手机充电解决方案会占据手机充电产品的市场。毋庸置疑, 手机充电方式的新纪元将会离我们越来越近!

摘要：近两年来一些手机制造商例如三星、诺基亚、华为都纷纷进入了无线充电市场, 将其手机 (三星S6, 诺基亚Lumia) 加入无线充电接收模块, 支持无线充电。这一举动势必会将无线充电技术和随之而来的无线充电产品重新引入人们的视线。

关键词：无线充电技术,手机无线充电器,科技产品

参考文献

[1]江缉光, 刘秀成.电路原理 (第二版) [M].清华大学出版社, 2007, 3.

无线充电技术发展综述 第4篇

从理论上说, 这一系统对处在充电场的人完全无害, 因为电量只在以同一频率共振的线圈之间传输。但对于这种无线充电技术, 很多人可能产生担忧, 就像当初对Wi-Fi和手机天线杆一样。

富士通的无线充电技术利用磁共振在充电器与设备之间的空气中传输电荷, 线圈和电容器则在充电器与设备之间形成共振。富士通表示这一系统可以在未来得到广泛应用, 例如针对电动汽车的充电区以及针对电脑芯片的电量传输。采用这项技术研制的充电系统所需要的充电时间只有当前的一百五十分之一。

最近几年, 随着iPhone、iPad等对电量充满“饥渴”的设备迅速兴起, 研发无线充电等突破性充电技术的需求日益提高。富士通在一份声明中说:“这项技术将为手机集合紧凑型无线充电功能以及同时为多个便携式设备充电铺平道路。对多个设备充电时, 设备相对于充电器的位置没有任何限制。”

当前的很多无线充电系统依靠线圈之间的电磁感应, 这种方式工作距离太短, 设备需要放置在充电座上, 同时也会消耗大量电量。富士通的充电系统立基于磁共振, 电量可以在以同样频率发生共振的线圈之间进行无线传输。

浅析谐振耦合式无线充电技术 第5篇

所谓无线充电技术通常指的是电能的无线传输技术, 通俗的说, 就是不借助实物连线实现电能的无线传达。这样做的好处是方便、快捷, 减少在苛刻条件下使用电缆带来的危险性等。关于无线充电技术的研究开始较早, 早在1900年, 尼古拉特拉斯就开始无线电能传输的实验, 经过一百多年的发展, 关于无线传电的方法多种多样, 但是基本原理大概可以分为以下三种:电磁感应式、无线电波式、谐振耦合式, 通过非辐射磁场内两线圈的共振效应实现中距离的无线供电。

从表1对比可知, 谐振耦合式无线充电技术的非辐射性、高效率等优点是其它无线充电技术无法相比的。所谓谐振耦合式就是利用接收线圈的电感和并联的电容形成共振回路, 在接收端也组成同样共振频率的接收回路, 利用谐振形成的强磁耦合来实现高效率的无线电能传输。该技术的出现引起了国内外学术界与工业界的巨大兴趣, 被公认为目前最具发展前景的一种无线能量传输技术方案。

但是目前基于谐振耦合式的无线充电技术的研究偏向理论化, 缺乏对实际应用有定量指导意义的研究成果, 同时此技术传输功率较小远远不能完成大功率能量传输, 也存在着能量损失较高等缺陷。但毋庸置疑, 谐振耦合式无线充电技术对充电设备位置的灵活性以及充电设备的高效匹配性具有重要的实用价值。

二、国内外研究现状

无线能量传输的构想最早可以追溯到19世纪80年代, 由著名电气工程师 (物理学家) 尼古拉特斯拉 (Nikola Tesla) 提出。为证实这一构想, 特斯拉建造了巨大的线圈用于实验使用。由于实验耗资巨大, 最终因财力不足没有得到实现, 随后也一直被技术发展水平所限制。

国外对无线充电技术的研究开展的比较早。1968年, 美国著名电气工程师P.E.Glaser在W.C.Brown提出的微波无线能量传输 (WPT) 概念的基础上提出了卫星太阳能电站 (SSPS) 的概念。随后美国, 日本和欧洲等国都试图把这项技术作为获取新能源的手段, 但由于该方案在技术上要求很高, 故在实际使用上存在一定的局限性。随后, 一家名为Powercast的公司推出了一款利用无线电波充电的充电装置, 实现了距离为1米左右的低功率无线充电。

另一方面, 在20世纪70年代, 美国出现了电磁感应能量传输原理的无线电动牙刷。这项应用的传输功率和传输距离都不是很理想, 但其无线的特征却恰好满足了其特殊条件下的应用要求。近年来, 美国、日本、新西兰、德国等国家相继在这项技术上继续深入研究, 目前已经研发了很多实用的产品:美国通用汽车公司研制出的EV1型电车;日本大阪幅库公司研制出的单轨型车和无电瓶自动货车;2013年10月, 瑞典汽车制造商沃尔沃声称成功地研制出电磁感应式无线充电汽车。

国内对无线充电技术的研究相对较晚。目前在无线电波和电磁感应无线能量传输方面取得的主要成果有:2005年8月, 香港城市大学电子工程学系教授许树源教授宣布成功研制出“无线电池充电平台”;中科院严陆光院士带领的研究小组从高速轨道交通的角度对运动型应用进行了性能分析;2007年2月, 重庆大学自动化学院非接触电能传输技术研发课题组突破技术难点, 设计的无线电能传输装置实现了600至1000W的电能输出, 传输效率达到70%。

谐振耦合式方案是2006年由美国麻省理工学院物理系助理教授Marin Soljacic所带领的研究团队提出来的。并于2007年7月6日在科学杂志《Science》上发表成果文献。团队利用该方案, 成功的点亮了距离为2米外的一个60瓦的灯泡, 传输效率为40%左右。此项称为“Witricity”技术, 该技术树立了无线充电技术发展史的里程碑。一年后, Marin Soljacic团队声称已将传输效率提高至90%。

由于该技术极具前景和市场, 世界各国的相关机构和公司也不约而同的进行深入研究。2010年1月, 海尔在美国拉斯维加斯举行的国际消费电子展 (CES) 上展出了最新概念产品无尾电视。一方面, 产品运用无线通信技术传输视频信号;另一方面, 又使用谐振耦合式充电技术供电, 真正实现了无线化。

三、发展疑难点及解决方案

3.1如何克服干扰源的影响

无线能量传输系统工作在包含各种用电设备的电磁环境中, 易受到外界电磁源的干扰。一方面, 磁耦合谐振无线能量传输系统以磁场为能量传输介质, 任何能感应到磁场的元件都可能成为负载, 这种情况为无源干扰源, 称为负载类干扰, 干扰源称为负载类干扰体;另一方面, 外磁场也会影响能量传输系统的磁场, 这种情况为有源干扰, 其干扰源为干扰场源。这些干扰都会降低系统的传输效率。根据无线输电原理, 本文提出以下两个解决方案: (1) 选择隔磁的充电空间。为了避免干扰源对能量传输系统的影响, 可以把能力传输系统与干扰源隔离, 故可以利用电磁屏蔽技术, 使系统不受外界干扰源影响。电磁屏蔽的工作原理是利用反射和衰减来隔离电磁场的耦合, 所以可以制作屏蔽体, 来保护系统免受外界电磁波干扰。如屏蔽导电漆就是能用于喷涂的一种油漆, 干燥形成漆膜后能起到导电的作用, 从而屏蔽电磁波干扰。 (2) 控制能量传输系统的谐振频率。由磁耦合谐振式无线能量传输机理的研究知, 能量传输系统对干扰源的频率十分敏感。在实际应用中, 0.5~25MHz尚属于空白应用频率段, 因此可以在设计能量传输系统的时候, 使系统的谐振频率满足电磁耦合的同时尽量处于0.5~25MHz之间, 这样有可能降低实际应用中的电子设备对无线能量传输系统的影响。

3.2如何提高传输距离

美国麻省理工学院物理系助理教授Marin Soljacic所带领的研究团队成功地点亮了距离为2米外的一个60瓦的灯泡。但目前这种技术的最远充电距离只能达到2.7m, 传输距离较近严重限制了它的应用。由于传输距离的远近与能量传输系统的电路结构密切相关, 现提出如下解决思路:改变电路参数角度来提高传输距离。研究表明, 传输距离受到频率、线圈参数等的影响。线圈的谐振频率越高, 传输的距离越远;线圈的线径越大, 传输的距离越远;线圈的直径越大, 传输的距离越远;线圈的匝数越多, 近距离传输效果强于远距离传输效果。因而可以综合频率、线圈参数等因素, 选定合适的电路器件, 使系统传输距离较远。

3.3是否存在有害电磁辐射

磁耦合谐振式无线充电技术的原理告诉我们, 由于电感线圈的存在, 必然会产生磁力线辐射, 那么这样的磁场会不会造成电磁辐射危害人们的身心健康呢?在电流的辐射方面, 目前无线充电器基本上将交流电整流后转换为直流电, 且功率极小, 业内人士也一直在强调理论上对人的健康不构成威胁。但是辐射的问题, 现在也只是停留在理论分析上, 到底会不会, 依旧是需要更进一步的理论分析和实验研究, 只能让时间来证明。

四、发展前景及创新

4.1RFID与无线充电技术的融合

射频识别技术是利用射频信号通过空间耦合 (交变磁场或电磁场) 传播来实现无接触式信息传递并通过所传递信息达到自动识别自标的一种技术, 将RFID技术与无线充电技术相结合, 对每个无线充电设备嵌入RFID电子标签, 读写器通过射频信号同电子标签进行通信, 保证被充电设备与充电系统的完全分离, 实现能量的高效率无线传输。

4.2智能家居与无线充电技术融合

智能家居是物联化的一个体现, 最终发展方向之一是终端无线化。应用无线充电技术, 可以使各家电系统自动获取电能, 进一步实现智能家居的自动控制化。但在无线输电过程中产生的磁场是否会影响到各级系统装置的正常工作有待进一步考证。如果相互影响问题得到有效的解决, 无线充电设备与常规家电设备能有效共存, 则是智能家居与无线充电两大领域的完美结合, 势必进一步改变人类生活。

4.3电动汽车与无线充电技术融合

无线充电技术对手机等小型电子产品而言, 是个锦上添花的新功能, 对电动车产业而言, 则可能是启动整个市场的关键。对电动汽车进行无线充电, 没有外露的连接器, 可以彻底避免漏电、跑电等安全隐患。同时采用电磁共振式无线充电技术, 可以将电源和变压器等设备隐蔽在地下, 让汽车在停车处或街边特殊的充电点充电。若能将无线充电技术应用于电动车产业, 将是电动车行业的一大改革。

五、结束语

谐振耦合式无线充电技术是目前最被看好的无线充电技术之一, 从长远来看具有广泛发展空间及应用前景。但是每一种无线输电方式都有一系列的关键问题需要解决, 如何实现电磁共振式无线充电技术应用的大型化、高效化与距离化, 是各国科学家探索研究的重点。随着技术水平的提升, 无线充电技术发展迅速, 应用逐渐成熟, 技术普及逐步实现, 在未来的各种场合, 无线充电技术无疑将扮演重要角色, 服务全人类。

摘要：谐耦耦合式能量无线传输技术是一种新型的电能传输技术, 具有重要的研究价值和实用价值, 因而受到了学术界和工业界广泛关注。本文介绍了谐振耦合式无线充电技术的国内外研究现状, 并针对该技术在电能传输上存在的部分疑难问题提出了相应的解决方向, 然后阐述了该技术与RFID、智能家居、电动车等领域的创新结合, 最后展望了其发展前景。

关键词：谐振耦合,无线充电,RFID,智能家居

参考文献

[1]曲立楠, 磁耦合谐振式无线能量传输机理的研究, 哈尔滨工业大学硕士论文, 2010

[2]范明, 谐振耦合式电能无线传输系统研究, 太原理工大学硕士论文, 2012

[3][德]Klaus finkenzeller著.射频识别 (RFID) 技术——无线电感应的应答器和非接触IC卡的原理与应用 (第二版)

动态无线充电引领电动汽车发展方向 第6篇

在全球城市化进程加速推进的过程中, 人们的汽车保有量不断攀升, 导致空气污染持续加剧, 电动汽车的出现则为解决这一问题提供了新的思路, 其以环保无污染的优势赢得了广大消费者的青睐, 成为理想的出行选择。

充电不便饱受诟病

我国政府为扶持电动汽车发展出台了一系列政策。例如, 为鼓励消费者购买新能源汽车, 2012年出台了新能源补贴政策, 从2013年开始执行到2015年结束。根据政策, 补贴标准将逐年降低, 2014年和2015年的标准分别比2013年降低10%和20%。2014年2月8日, 发改委发布通知, 将降低幅度从原来的10%和20%缩减至5%和10%, 以继续鼓励消费者购买新能源汽车。

电动汽车, 是新一代能源解决方案, 代表着未来的发展方向。然而, “电动汽车的设计面临着安全和技术方面的挑战, 尤其是电池和充电面临挑战。”电动方程式控股公司总经理Juan Carlos坦言。同时, 对电动汽车车主而言, 还面临着如何在短时间内找到空闲充电站, 以及如何用极其便捷的方式进行高效充电的现实困难。为此, 电动汽车蓄电能力低下、充电不便等问题一直备受诟病。无线充电技术的出现则在一定程度上减少了充电站的资金、场地投入, 也可以让司机“停车即充电”, 无疑会缓解上述难题, 从而推动电动汽车步入发展的快车道。

高通公司Halo无线充电技术走进Formula E赛车

在无线充电领域, 美国高通公司是最早的探索者之一。据悉, 早在2011年高通公司就收购了新西兰奥克兰大学电动汽车非接触充电部门Halo IPT, 以拓展其在电动汽车无线充电技术领域的实力。此外, 高通还与奥克兰大学旗下的商业化公司Auckland Uni Services签署长期研发合作协议, 以推动在无线电动汽车充电领域的进一步研发。

在2014年首届电动方程式锦标赛 (Formula E) 中, 高通公司推出Halo车用无线充电系统。“Halo无线充电技术为Formula E的领航车 (宝马i8) 和医疗车、服务车 (宝马i3) 实现了无线充电。”高通全球副总裁沈劲介绍。Halo无线充电系统包含四个部分:供电组件、充电板、车载接收板和车载控制器。它的原理是利用磁共振效应实现地面充电板与电动车充电板之间的能量传输, 从而对电动或混动车辆的动力电池组进行非接触式充电。这个充电过程无需使用传统的电缆即可进行, 车主仅需要将车辆停放在Halo的充电板上方即可实现方便、省时充电。

“Halo无线充电系统的充电效率高达90%, 超过线缆充电效率。其功率可达20k W, 在这样的功率下, 充满85k Wh的特斯拉MODEL S P85的电池组所需时间不到5个小时。”高通无线充电总经理Steve Pazol介绍, “并且Halo无线充电系统的充电距离范围很大, 一般在50mm~200mm之间。”

在杜绝危险隐患方面, Halo设定了防护程序, 支持异物侦测和生物体保护, 一旦处于工作状态的充电板上有异物或生物体出现, Halo无线充电系统将自动停止充电作业, 以避免危险。Halo无线充电系统还与车主智能手机相连接, 会将相关信息发送至手机客户端, 譬如充电如果中断会向车主智能手机发送通知。

Halo无线充电系统灵活度较高, 能够为各种各样的车辆充电, 对电池的类型并没有选择性, 可支持各种型号电池, “目前市面上的电动以及混动车型所采用的镍氢电池、锂离子电池, 甚至铅酸电池等都可以通过Halo无线充电系统进行充电。”Steve Pazol介绍。此外, Halo无线充电系统支持接触式和埋入式等充电板, 从而增强不同厂商充电板的互操作性。

边行驶边充电将成现实

中国电动汽车市场要想取得突破性进展, 除了需要国家宏观政策的支持、OEM厂商的继续努力外, 还需要发展方向上的不断创新。从这一点来看, 无线充电技术的进步无疑推动了电动汽车的发展, 面向未来, 该技术还需要不断创新。

无线充电虽然已有明显进步, 但仍需不断突破, 尤其是阻碍无线充电技术发展的标准统一问题亟待解决。目前主流的无线充电标准有三种:Power Matters Alliance (PMA) 标准、Qi标准、Alliance for Wireless Power (A4WP) 标准。上述三大标准目前仍然各自为政, 建立统一的无线充电标准可实现更多融合, 取得良好用户体验, 进而促进无线充电技术的进步。

纵观无线充电的思路, 可以发现无线充电的发展历程为静态无线充电向半动态无线充电发展, 未来将过渡到任何时间任何地点无需插入式电缆即可实现高速无线充电, 比如电动方程式锦标赛赛道两旁的接收板可在电动赛车疾驰而过的瞬间为其充电。高通表示, 未来将实验把无线充电发射器埋在部分路面之下, 届时电动车可以在这些路段实现边行驶、边充电。这项技术有望在未来的Formula E中先行得到验证。同时, 无线充电技术将逐步推向乘用车。

无线充电技术与车联网密不可分。“预计到2017年, 60%的新车将通过移动技术实现互联, 2018年, 道路上1/5的汽车能够实现对周围路况的自我感知。”高通技术产品管理副总裁Nakul Duggal表示, “由于Halo系统可以调节充电功率, 在车联网环境下, 电动车可以将电池数据发送至无线充电系统, 无线充电装置进而可以自行调节充电方式。”Steve Pazol透露, 无线充电技术和车联网将相得益彰。