隔空充电真要来了?无线充电技术现状解读

等死的咸鱼 发表于2021-02-03 09:54
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2009年,首款无线充电手机上市;2011年,脱离5V1A有线慢速充电的手机也开始出现。随后,每一年都会有新技术试图冲击手机充电体验的新高度。2021年1月29日,充电再次成为了热议话题。因为小米摩托罗拉在同一天公布了“隔空充电”。它们都能让手机在距充电器1米或更远的距离下实现“真”无线充电。

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小米隔空充电演示

不过,双方并没有透露隔空充电器的量产时间,吊足了大家的胃口。“在哪里能买到呢”成为了最大的疑问之一。要想知道答案,咱们还是得从无线充电的技术原理和发展现状入手。

01 无线充电:使用方式分为三大类,原理分为两大类

虽然“隔空充电”听起来非常“黑科技”,但它其实就是无线充电的一种。从使用方式来看,无线充电有三个大类:电磁感应无线充电、电磁谐振无线充电和射频(RF)无线充电。

按实现原理区分,无线充电有两大类,原理相同的电磁感应和电磁谐振无线充电被统称为“电磁耦合无线充电”,原理独立的射频无线充电单独为一类。

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电磁耦合无线充电工作示意

目前市面上支持无线充电的手机、耳机用的基本都是电磁感应无线充电。这些设备会通过磁场的无线磁路代替有线电线,实现电力的传输。充电时,充电器和被充电设备都得有线圈,而且两者的线圈必须对齐,并在极近的距离下(触碰)才能正常工作。

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正在通过电磁感应无线充电充电的手机

电磁谐振无线充电也需要线圈,不过该技术的工作距离更远(最远25厘米左右)。电磁谐振无线充电比较受大型设备欢迎,比如汽车和工业机器人。

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电磁谐振无线充电

射频无线充电直接通过充电器内置的天线发射无线信号,被充电设备的天线接收无线信号后,会把无线信号转换成电力,实现充电。射频无线充电的工作距离最远,可以达到数米。

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摩托罗拉的隔空充电演示

射频传输本身不是什么新东西,蓝牙、Wi-Fi和对讲机之类的无线产品都是基于射频工作。射频无线充电只不过会把无线信号转换为电力罢了,真正的难点在于提高转换效率。

02 电磁谐振取代电磁感应?

电磁感应无线充电已经相当普及,大部分高端手机都支持这种无线充电方式,50W级别的快速无线充电已经在4000元的手机中出现。能够作为充电器给其它设备进行低功率无线充电的手机也不再是稀罕事物。

不过,需要对齐线圈、距离太近、同时充电设备数量少这三大短板限制了电磁感应无线充电的发展。苹果曾经尝试通过内部布满多个线圈的AirPower解决这一问题,但由于无法控制发热而放弃了该产品。

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被放弃的AirPower

其实从技术特性上来讲,电磁谐振无线充电更有机会解决充电位置和同时充电设备数的问题,因为该技术对位置和距离要求更低。有公司就做出过“充电筐”,筐里的多个设备都能在没有接触充电器的情况下被同时充电。虽然充电距离不如“隔空充电”,但电磁谐振无线充电的便利性还是比电磁感应无线充电强。

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给多设备充电的“充电筐”

再把视线转移到电动汽车领域,电磁谐振无线充电已经能够满足电动汽车的日常使用。WiTricity公司的电磁谐振充电底座能够在10到25厘米的距离内实现90%到93%的端到端充电效率,充电功率达到11kW以上。目前有线充电桩功率小的有7kW,大的有200多kW。作为无线充电方式,11kW功率还是可以的。

另外,电磁谐振无线充电底座可以穿过沥青、水泥、冰和雪实现充电。也就是说,停车场不会有妨碍驾驶、凸出于地面的充电底座。甚至有厂商正在尝试在路面下或半空中铺设无线充电板(类似有轨电车),实现边走边充。

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Witricity充电板

全球范围内,采用电磁谐振无线充电的市售车型有两款,分别来自宝马和迈凯轮。国内也已经在2020年5月发布了基于WiTricity公司电磁谐振技术的《电动汽车无线充电国家标准》。

不论是在电子产品还是电动汽车领域,相对于电磁感应无线充电,电磁谐振无线充电都更能解决当下消费者的痛点。

03 隔空充电产品已市售快2年了

射频无线充电的应用非常少见,但涉水这项技术的公司不少。不仅仅是小米和摩托罗拉,Ossia、Energous和humavox等公司也展示过可以工作的射频无线充电产品。比如,Ossia在2017年展示的Ossia Cota系统可以给9米范围内、最多32台设备同时充电,而且还通过了美国FCC认证。

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Ossia Cota

Energous公司涉及的领域更多,该公司正在尝试把射频无线充电推入家庭、汽车、办公、医疗和军事领域。旗下的WattUp无线充电系统最高支持4.5米的充电距离。2019年8月份,采用WattUp无线充电技术的助听器就已上市。

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支持射频无线充电的助听器

04 加速向隔空充电过渡

从原理上来讲,手机无线充电采用的电磁感应式技术相对“落后”。但之所以被厂商广泛使用,还是因为门槛低。然而这种低门槛牺牲的是用户体验,这也是为什么在科技爱好者之外,手机无线充电并没有很高的普及度,大部分用户丝毫不介意使用有线充电。成熟的、低成本的电磁谐振和射频无线充电器出现后,无线充电才能真正实现大家想象中的那种远高于插线充电的便利性。

不过,从业界这些专注“隔空充电”技术公司的产品,和小米、摩托罗拉对新技术的自信来看,隔空充电可能已经不再需要长时间的过渡。如果事实真是如此,那么在消费电子领域(电动汽车前景依旧很好),电磁谐振无线充电应该是没机会取代电磁感应无线充电了,因为大家很可能会从现有的电磁感应无线充电直接过渡到隔空充电。

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图片来源:网络

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