无线充电市场发展以及困难详解

电动汽车、移动设备和工业应用正在重新关注无线充电技术。

众所周知，电在空气中传播的距离很长，但是，离开了电线，好像从来没有一种实用或者可靠的方式可以给电子设备供电。

实际上，无线供电已经出现很多年了。无线供电能否延长电池的寿命，目前尚不完全清楚。但是，终端设备处理能力和功能日益增强，相比之下，电池容量改善缓慢，为了缓解日益增长的功能和落后的电池之间的矛盾，以及应对电动汽车和连接性工业应用等新兴市场的持续增长，无线充电重新引起了人们更多的关注。

“我记得，10年前或15年前，医疗植入物就可以使用袖带或线圈进行充电，这样就不必回去做手术了。”西门子－Mentor公司的产品营销经理JeffMiller说。“或者在卡车上给轮胎压力监测系统充电时，因为轮胎上没有电线，没法进行有线充电，而且你肯定也不想把轮胎拆下来，所以必须采用不同的方法进行充电。”

大部分无线充电应用场景涉及工业、汽车或可充电电动牙刷等低端消费类产品，但是现在，智能手机也越来越多地集成了无线充电功能。智能手机主要基于Qi标准，该标准依靠发射器和接收器之间的磁感应完成能量传输，在充电过程中，发射端和接收端需要靠得很近，基本上都快接触上了。

除此之外，人们还在努力开发能在几英尺之外以同样的充电时间完成手机充电的方案，而且这种方案除了给手机充电，还有可能在同一时间利用磁场、超声波、激光或各种频率的射频信号给许多其它装置充电，除了充电之外，甚至还可以传输媒体数据。

“不通过电缆传输电力的基础物理学已经问世几十年了，难点不在于通过空气传输电力，而是能够在受限的场强范围内，不受干扰地传输电力，同时能够把成本降下来，使之成为大众化的产品。”无线充电联盟（WPC）主席MennoTreffers称。该联盟的目标是将之前两个竞争性的技术规范合并，统一到其用于近场手机充电的Qi标准中。

Treffers说，要让大多数无线充电产品产生并实际能够提供智能手机充电所需的5瓦或更高功率的电力，是一件非常困难的事情。

“做个看起来像是在15英尺之外给手机充电的演示很简单，真正重要的是数据。”他说。“如果你只是向一个需要5W功率的设备传输毫瓦级别的电力，那基本上毫无用处。使用磁感应技术，你可以得到5W的充电功率，但是有的电器的功耗是2．4千瓦，笔记本电脑和无人机功耗也在60瓦到100瓦之间。远处充电可以帮您实现永远不再需要充电的梦想，但是，理想很丰满，现实很骨感，我们远远没有到解决更高功率无线充电难题的程度。”

无线充电的优势

根据IHSMarkit2月份发布的一份报告，消费者希望摆脱充电插头带来的不便的欲望，帮助2017年支持无线充电功能的消费品出货量增长了40％，至大约5亿部。到2022年，配备无线充电功能的智能手机将达到9000万部。

2014年是智能手机搭载无线充电功能的元年。当时，星巴克安装了PowerMat的充电板，该充电板采用PMA标准（现由AirFuelAlliance管理），麦当劳在其位于英国的50家门店安装了支持竞争性的Qi标准的充电器。这也反应了无线充电标准的分化，三星和AT＆T支持PMA，飞利浦、高通和诺基亚支持无线充电联盟的Qi。

苹果去年新机支持Qi标准的决策打破了两种竞争标准的力量平衡，这场战斗最终以今年1月8日公布的整合两种标准的协议而告终。IHSMarkit的报告预测，三星和苹果手机采用统一的无线充电标准，将促使其它手机制造商加入进来，并进一步提升用户数量。

远距离充电

另外一条大新闻来自FCC，最近，它认证通过了两款支持远距离无线充电的产品－一个是3英尺，另一个是80英尺。现在为智能手机电池充电的商业产品中，还没有一个超过几英寸的。

去年12月，FCC认证通过了一款名为WattUp的中场发射器，它是一个基于射频技术的一对多充电单元，可以在三英尺距离使用900MhZ和5．8Ghz为设备充电。

它还认证通过了Powermat公司的3瓦PowerSpot发射器，该发射器采用射频技术，最远充电距离可达80英尺。它使用通常为ISM保留的915MHz，频段也可以在850到950MHz之间，这是UHFRFID产品的更典型频段。根据编写这份IHSMarkit报告的VictoriaFodale的说法，众多的技术和监管问题使得我们很难估计何时我们可以看到远距离的无线充电商用产品。

Solis表示：“现在的远距离无线充电产品都没有商业价值，因为它们需要进行太多的权衡。尽管它不是一个完美的解决方案，但是，如果在几英尺范围之内还可以继续使用设备，即便只是涓流充电，帮助减缓电池电量的消耗，这也是很让人可喜的大事。”

无线充电应用中的能量水平下降很快，超过几英尺之后，很难继续保持信号强度。根据Teffer的说法，这还需要把信号的功率提高到很高水平，以至于会违反当地的广播规定甚至安全规定。很难在功率、安全性和效率之间找到一个很好的平衡点。

Powercast的首席运营官兼首席技术官CharlesGreene说，“支持远距离无线充电的手机是行业的圣杯。”Powercast是最近获得FCC批准销售支持对手机电池进行5到10英尺远距离充电的产品的两家公司之一。

“物理特性确实会造成一些限制，”Greene说。“当你离电源越来越远时，能量会逐渐下降。有一些方法可以解决这个问题，但是这些方法会缩小充电范围，并且更难以创建一个可以进行一对多充电的区域，这正是我们所关注的难点。”

Powercast在智能手机充电上采用了Qi标准，但是它并没有放弃自家的RF充电技术。相反，它正在开发一款支持Qi的手机充电器，并将之集成进自家的发射器中，该产品可能会在今年第三季度上市。

Greene说：“Qi标准确实非常成熟，但它也有其局限性。通常情况下，它是一对一而不是一对多的解决方案，而且它需要一个电源板。我们能够提供搭载了其他解决方案的组合。通过桌面上的发射器，我们可以在一夜之间（从远处）给手机提供10％至15％的电量，我们可以进一步改进，使之达到50％，这样一来，我可以把这个发射器放在我的床头柜或桌子上，它可以全天连续给手机充电，也许永远也不需要插上有线充电器。”

WiTricity的CTOMorrisKesler称，无线充电器肯定能够实现比当今更高的功率，并至少在短距离内实现一对多充电，WiTricity是2007年从麻省理工学院孵化出来的一家公司，旨在把MIT教授MarinSolja?i?的研究成果转化为商业化的磁共振无线传输。

WiTricity表示，它将在今年晚些时候提供可充电的停车垫，作为一家汽车制造商首款高端电动汽车的配件进行销售。根据汽车大小，该系统可提供3．6kw到11kw的功率，效率高达93％。它可以在几米的范围内传输电力，使得车主可以正常停车，而不是必须把汽车停在停车垫几公分之处。

“电力能够传输多远取决于发射器和接收器的大小以及你的功率水平，但磁共振的优点之一是能够进行一对多连接，”Kesler说。“人体对磁场没有太大反应，所以不需要担心磁共振对人体的影响。如果你试图在一个10米左右的房间内发送能量，你可能会想用天线，将信号发射到特定地点。”

他说，没有理由认为手机是唯一可使用无线充电的市场。虽然电动汽车（EV）市场刚刚起步，但是广义来讲，很多工厂和仓库都有自动化地面车辆、工业机械，几乎任何用电而且能移动的东西也都是无线充电的潜在市场，还包括医疗应用和植入物。

“你必须小心效率问题，”他说。“如果你打算以70％的效率使用一千瓦的电源，那么你将需要处理300瓦热量的消耗，这可是一个棘手的问题。”