无线充电的四大技术与面临的难题

2013-05-04来源: 互联网关键字:无线充电  技术  面临
无线充电,顾名思义,就是不借助金属导线,以空气为介质实现电能传输的技术。如今,无线充电已从智能手机、MP3等一些低功率低耗电量的电子产品开始,逐步向大功率用电设备发展。在民用领域,富尔顿、劲量、苹果、诺基亚、三星等国际知名厂商都投入大量资金研发无线充电技术。国际无线充电联盟的成员企业由最初的十几家增加到现在的一百多家。有专家预计,到2015年,全球支持无线充电功能的设备将增至1亿部以上。可以预见,一个无线充电的时代即将来临。

  

  题图:两部手机正在利用无线充电板进行充电

  在军事领域,以美国为首的各军事强国也在争先恐后地研发无线充电技术。据称,美国防部高级研究计划局已投入五六百万美元,用于研发无线充电技术,初步设定无线充电距离为50英尺(约15米)。可以想象,随着技术的成熟和距离的延长,战场上的武器装备将摆脱电线的束缚和距离的限制,机动能力和持续作战能力将大大提升。战士们外出执勤或作战,再也不用携带一堆的充电器和数据线,更不用担心GPS设备、电台等因为没有电能而无法工作。他们只需随身携带无线充电电池,不管在基地或战场的任何角落都可以随时充电。

  新奇技术已有百年历史

  直到今天,我们当中的许多人在第一次听说无线充电技术时,都认为这是一项新奇的技术,甚至感到有点匪夷所思。其实,早在一百多年前,就已经出现了无线充电技术。19世纪末20世纪初的科学天才尼古拉·特斯拉,曾制作了一个后来被称为传奇的“特斯拉线圈”。这个由黄铜线圈缠绕的电流传输器,可产生超高电压、低电流和高频率的电力,在一定区域内实现电能的无线传输。虽然这项原本可能改变世界的伟大发明,最终因传输效率太低、危险系数过高等原因而胎死腹中,但却为世人打开了梦想的大门。

  无线充电四“马”并行

  随着科技进步,科学家们最终验证了无线充电的可行性,并在技术上取得重大突破。目前,相对成熟的无线充电技术主要有4种:电磁感应、无线电波、电磁共振和光电转换。

  电磁感应技术:电磁感应技术是目前最为常见的无线电力传输方式。它通过发射端和接收端的线圈相互感应产生电流,从而将能量从发射端转移到接收端。但由于磁场向四面八方辐射导致能量大量散失,因此传输效率较低,通常只适合相互“贴着”的小功率电子产品,例如电动牙刷、智能手机、相机等。

  无线电波技术:传统观点认为,无线电波只适合传送信息,不适合传送能量。实际上,无线电波作为一种电磁波,其本身也能够传递能量,同时还可以穿透空气。无线电波技术主要是利用电源发送器发送搭载有能量的无线电波,通过微型高效接收器捕捉空中的无线电波,将无线电波能量转化成直流电并为不同电子装置的电池充电。

  

  图①:利用电磁共振技术成功实现为灯泡供电

  电磁共振技术:主要是利用物理学的“共振”原理,即两个振动频率相同的物体能高效传输能量。它通常利用铜制线圈作为电磁共振器,当充电器送出某特定频率的电磁波后,电能发送方的线圈和接收方感应器线圈之间就会形成磁场共振,实现电能的高效传输。这也就是当一位歌手用与杯子相同频率的声音歌唱时,杯子会破裂的原因。2007年,麻省理工学院的研究小组就曾利用电磁共振技术成功“抓住”了电磁波,实现了为一个两米外的60瓦灯泡供电。

  光电转换技术:主要是以激光等为载体,将能量传递到目的地再转化为电能,进而实现能量的远距无线传输。近日,美国洛克希德·马丁公司与激光动力公司联合研发的一种新型激光充电系统就是利用了这一原理。据称,这项技术已对美特种部队使用的一款名为“阔步者”的小型无人机进行了风洞飞行测试。测试显示,该无人机的电池蓄电量得到有效提高,飞行时间可达48小时以上,飞行续航能力提高24倍,大大增加其执行任务的时间。

四大诱惑无法抵挡

  与传统有线充电技术相比,无线充电具有4大优势:一是方便。可以想象,电线、插线板、充电器等都可以消失了,你再也不必为寻找适配的电源线而四处问人,也不必为各种手机线、PC线、Pad线、音箱线绞缠一起而焦头烂额。所有的用电设备都可无拘无束地随意移动,外出活动或出差再也不必随身携带充电器和电源线。二是可进行一对多充电。将来,人们只需要一个发射设备就可以给覆盖范围内的所有用电设备进行充电,无论在家、办公室还是街道上,你随时都可以进行无线充电,只不过这些设备采用的标准和协议必须是一致的。三是智能。无线充电设备比普通充电器“聪明”很多,对于不同的电子产品,电源接口能自动对应,需要充电时,发射器和接收芯片会同时自动开始工作,充满电时,两方就会自动关闭。它还能自动识别不同的设备和能量需求进行“个性化工作”,有效保证了能量供应的源源不断,提高设备使用的连续性。四是安全。没有了外露的连接器,漏电、跑电等安全隐患都彻底避免了。

  

  图②:无线充电示意图

  四大障碍难以克服

  既然无线充电技术早已有之,那为什么直到今天还没有广泛应用到日常生活中?因为在当前科学技术条件下,还有许多难题需要解决。

  一是充电距离短。无线充电的发送装置和接收装置相隔不能太远,在1~2米的距离内还能起到较为满意的效果,但一旦距离拉长,能量的衰减将十分严重。二是电能转换功率低。无线充电能量的损耗较大,传输效率不高,极易造成电能的浪费。无线充电器的转化率目前最高只能达到85%,而且随着距离的增大,损耗将更大。三是易遭干扰。平时我们都有这样的经历,手机放在电视旁边时,如果有短信或者电话进来,电视屏幕就会受到干扰。传输电能的无线电波同样易遭干扰。电磁共振技术也容易出现干扰和互扰,不仅寄生电容和外部磁场,甚至连接受设备都能干扰到充电磁场,从而影响充电效率。四是有辐射。虽然有关专家认为电磁辐射对健康不构成威胁。但是电磁波对人体的影响很复杂,需要长期的数据积累,这个过程就好比人们花了几十年时间才确认二手烟会致癌一样。此外,无线充电由于技术含量高,经济成本投入较大,造价远高于目前广泛使用的有线充电和万能充电器,所以,无线充电技术要想“飞入寻常百姓家”还需要很长的路要走。

  远景畅想风光无限

  将来,无线充电技术一旦广泛应用,那我们的四周不仅有传递信息的电磁波,还有传输电能的电磁波。它如同蓝牙、WIFI一样,弥漫在空气中,无论你身处何方都感受不到它的存在,但却能手到擒来。我们所谓的“电磁环境”的涵义也将被拓展,变得更加复杂和神秘莫测。战场上决定胜负的较量已不再是火力对抗,而是搭载信息和电能的电磁对抗。

  畅想未来,随着越来越多的飞机、卫星、军舰都将通过无线传输的方式实现能量的补充,整个陆、海、空、天装备的电源接口将自动对应,电能传输将跨越时间和距离的限制。可以说,只要武器装备没有故障,它就能永久地战斗下去,真正实现智能化持续作战。未来,谁能实现对整个战场电能的补充和控制,那胜利的天平必然会倾向哪一方。到那时,一场新的军事变革必然到来。


 

关键字:无线充电  技术  面临

编辑:神话 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/mndz/2013/0504/article_18291.html
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