未來(lái)汽車(chē)電子發(fā)展 無(wú)線(xiàn)充電電子技術(shù)將是主流
索尼發(fā)布的卡片相機(jī)TX300V/TX200V,夏普發(fā)布的SH-13C手機(jī),均采用無(wú)線(xiàn)充電功能,其中SH-13C透過(guò)無(wú)線(xiàn)充電,將手機(jī)搭配的1230mAh電池充滿(mǎn)約需2至2.5個(gè)小時(shí)。美國(guó)高通(Qualcomm)則開(kāi)發(fā)出一款采用磁共振方式進(jìn)行無(wú)線(xiàn)供電的“eZone”,可以為搭配充電臺(tái)座的“iPhone”充電。據(jù)測(cè)試,如果為1000mAh容量的電池充電,2小時(shí)內(nèi)便可充滿(mǎn)。
除了這些國(guó)際廠(chǎng)商,在國(guó)內(nèi)相關(guān)的產(chǎn)品也不少。打開(kāi)淘寶,搜索“無(wú)線(xiàn)充電器”,可以看到上百種針對(duì)iPhone的無(wú)線(xiàn)充電板或手機(jī)套,價(jià)格從100多元到900多元不等。這種產(chǎn)品(類(lèi)似產(chǎn)品如“點(diǎn)金石”)一般分為兩個(gè)部分:一部分為充電板,另一部分為與手機(jī)連接的電源接收器,其實(shí)現(xiàn)原理依然是電磁感應(yīng),不過(guò)毛病也有不少。這些淘寶產(chǎn)品一方面存在發(fā)熱量大和電磁輻射的問(wèn)題;另一方面沒(méi)有對(duì)于錯(cuò)誤充電的ID認(rèn)證方法,容易釀成危險(xiǎn),同時(shí)在充電時(shí)也無(wú)法進(jìn)行上網(wǎng)等數(shù)據(jù)傳輸。此外,針對(duì)不同的電池,充電的要求也不盡相同。
WPC標(biāo)準(zhǔn)的建立
無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)的新方向
“汽車(chē)電子國(guó)際上的主流的無(wú)線(xiàn)充電研究,都是在向著大功率和遠(yuǎn)距離的方向發(fā)展,也許20年后會(huì)取得巨大的成功。但是我的著眼點(diǎn)是如何可以利用這個(gè)技術(shù)去減少一次性電池的使用量,減少充電器的種類(lèi)和數(shù)量。方向稍有不同。但我堅(jiān)信我的方向短期內(nèi)就能造福人類(lèi)。”
深圳市威特爾科技有限公司技術(shù)總監(jiān)趙志斌認(rèn)為,目前這些國(guó)際大廠(chǎng)在無(wú)線(xiàn)充電領(lǐng)域的發(fā)展方向是錯(cuò)誤的。他的想法是針對(duì)手機(jī)等產(chǎn)品,要直接把無(wú)線(xiàn)充電做進(jìn)電池,成本要降低到5塊甚至2塊。他的最終目標(biāo)是把小功率、微功率的無(wú)線(xiàn)充電的應(yīng)用范圍極大的擴(kuò)展:從手機(jī)的電池、MP4、MP3,一直到手電、小臺(tái)燈、狗牌、無(wú)線(xiàn)鼠標(biāo)、兒童玩具、遙控器這些目前還在使用一次性電池的領(lǐng)域里,用無(wú)線(xiàn)充電加二次電池的方法,減少一次電池用量。他總結(jié)了目前市面上主流的幾種產(chǎn)品,認(rèn)為目前這些產(chǎn)品在發(fā)熱量、產(chǎn)品厚度、所占體積方面都仍然不理想,無(wú)法大量的推廣使用。
“目前把無(wú)線(xiàn)充電放進(jìn)電池的,只有夏普,但是它的接收組件,占去了電池的40%的體積呀。也就是說(shuō)電池的容量只有60%了??墒俏覀兛梢宰龅竭€有90%的容量,只占去電池的10%的體積,或者是更少。”
為了解決以上的難題,專(zhuān)門(mén)針對(duì)于無(wú)線(xiàn)電源的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組織——無(wú)線(xiàn)充電聯(lián)盟(WPC)成立了。該組織成立于2008年,由亞洲、歐洲和美國(guó)的各行業(yè)公司組成,其中包括電子設(shè)備制造廠(chǎng)商和原始設(shè)備制造商(OEM)。WPC標(biāo)準(zhǔn)定義了電感耦合(線(xiàn)圈結(jié)構(gòu))的類(lèi)型,以及低功耗無(wú)線(xiàn)設(shè)備所用的通信協(xié)議。在這種標(biāo)準(zhǔn)下工作的任何設(shè)備都可以與任何其他WPC兼容設(shè)備配對(duì)。獲得WPC聯(lián)盟的認(rèn)證的產(chǎn)品,將被標(biāo)識(shí)“Qi”字樣的LOGO,具有“Qi”的終端,可以在所有標(biāo)有該LOGO的充電板上充電。并且,獲得Qi標(biāo)識(shí)后,不用向WPC聯(lián)盟付費(fèi)。
這種方法的一個(gè)重要的好處是其利用這些線(xiàn)圈來(lái)實(shí)現(xiàn)電力發(fā)送器和電力接收器之間的通信。WPC標(biāo)準(zhǔn)定義了系統(tǒng)的三個(gè)主要方面——提供電力的電力發(fā)送器、使用電力的電力接收器以及這兩種設(shè)備之間的通信協(xié)議。在WPC標(biāo)準(zhǔn)下,無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)?ldquo;功耗”設(shè)定為5W以下,達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)范圍的系統(tǒng)在兩個(gè)平面線(xiàn)圈之間使用電感耦合來(lái)將電力從電力發(fā)送器傳輸給電力接收器。兩個(gè)線(xiàn)圈之間的距離一般為5mm。
趙志斌認(rèn)為,薄型化對(duì)于小功率無(wú)線(xiàn)充電的應(yīng)用范圍的影響非常大,只有把體積做到10%以?xún)?nèi)才有意義。他同時(shí)表示,阻礙著無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)應(yīng)用的最核心的技術(shù),不是電子技術(shù),恰好就是關(guān)于如何在電池旁邊可以放置接收線(xiàn)圈并有很薄的厚度的實(shí)現(xiàn)方法。“在這個(gè)領(lǐng)域上,我們公司無(wú)疑走在了世界的前列,可以較好的解決有效隔離磁場(chǎng)和減少屏蔽物質(zhì)厚度之間的矛盾。”
一家本土公司的技術(shù)總監(jiān)表示,“國(guó)際上的主流的無(wú)線(xiàn)充電研究,都是在向著大功率和遠(yuǎn)距離的方向發(fā)展,也許20年后會(huì)取得巨大的成功。但是我的著眼點(diǎn)是如何可以利用這個(gè)技術(shù)去減少一次性電池的使用量,減少充電器的種類(lèi)和數(shù)量。方向稍有不同。但我堅(jiān)信我的方向短期內(nèi)就能造福人類(lèi)。”他認(rèn)為,目前這些國(guó)際大廠(chǎng)在無(wú)線(xiàn)充電領(lǐng)域的發(fā)展方向是錯(cuò)誤的。那么該公司的無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)思路又是如何?
我們生活在一個(gè)由線(xiàn)纜環(huán)繞的世界,但是這太麻煩了,不但影響美觀(guān)而且不環(huán)保。布線(xiàn)需要使用大量的銅、塑料以及人力等資源,同時(shí)你在進(jìn)行家居裝修或建筑設(shè)計(jì)的時(shí)候總是要給線(xiàn)纜預(yù)留位置。因此,我們一直在尋找一種有效的、安全的、可以無(wú)線(xiàn)傳輸供電的設(shè)備,其中誕生的一個(gè)副產(chǎn)品就是微波爐。
無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)在消費(fèi)類(lèi)市場(chǎng)表現(xiàn)出巨大的潛力。在不使用連線(xiàn)的情況下給電子設(shè)備充電不但可為便攜式設(shè)備用戶(hù)提供一種便利的解決方案,而且還讓廣大設(shè)計(jì)人員能夠?qū)ふ业礁邉?chuàng)新性的問(wèn)題解決方法。許多電池供電型便攜式設(shè)備均能受益于這種技術(shù),從手機(jī)到電動(dòng)汽車(chē)不一而足。
科學(xué)家和工程師們?cè)诮鼉蓚€(gè)世紀(jì)前就已經(jīng)知道,傳遞電力并不需要電線(xiàn)始終保持物理接觸。電動(dòng)機(jī)和電力變壓器中含有線(xiàn)圈,這些線(xiàn)圈可以通過(guò)電磁感應(yīng)現(xiàn)象相互傳輸能量。發(fā)射線(xiàn)圈中的電流可以通過(guò)電磁感應(yīng)使另一個(gè)接收線(xiàn)圈產(chǎn)生電流;兩個(gè)線(xiàn)圈離得很近,但并沒(méi)有發(fā)生接觸。但是科學(xué)家也發(fā)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)電波中帶有電磁輻射,但是通過(guò)傳統(tǒng)的電磁輻射把能量從一個(gè)點(diǎn)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)點(diǎn)的效率是非常低的,因?yàn)殡姶挪ㄍǔ?huì)向四周擴(kuò)散,大部分能量都會(huì)在傳播過(guò)程中丟失。此外,這種做法也很危險(xiǎn),尤其是當(dāng)電磁輻射的量級(jí)超出人體可以承受的范圍。
無(wú)線(xiàn)供電技術(shù)現(xiàn)狀
從目前來(lái)看,電力無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)主要有三種:電磁感應(yīng)型(利用電流通過(guò)線(xiàn)圈產(chǎn)生磁力實(shí)現(xiàn)近程無(wú)線(xiàn)供電)、電波接受型(電力轉(zhuǎn)換成電波近程無(wú)線(xiàn)供電)、磁場(chǎng)共鳴型(利用磁場(chǎng)等共鳴效應(yīng)近程無(wú)線(xiàn)供電),以上幾種技術(shù)的發(fā)展方向始終集中在對(duì)電力發(fā)送裝置和接受裝置的改進(jìn)上。電波接受型技術(shù)的方向主要在于如何提高電流的Q值以及保持傳輸效率,這對(duì)于低功率的消費(fèi)電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)意義不大,相對(duì)來(lái)書(shū)磁共振和電磁感應(yīng)技術(shù)更有商用推廣的價(jià)值。
美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)于2007年6月、美國(guó)英特爾公司于2008年8月分別發(fā)表了使用磁場(chǎng)耦合共鳴的技術(shù),使用該技術(shù)有望給行駛中的汽車(chē)進(jìn)行充電,盡管其傳輸效率只有40%左右?;诖艌?chǎng)耦合共鳴技術(shù),日本索尼公司開(kāi)發(fā)了延長(zhǎng)無(wú)線(xiàn)傳輸距離的技術(shù)“Repeater Device”,使用該技術(shù)可以不用電源線(xiàn)向遠(yuǎn)至50cm的電視機(jī)傳輸60W電力。相關(guān)的技術(shù)也被中國(guó)的海爾在2010年美國(guó)舉行的CES展上展示其“無(wú)尾電視”。
電感耦合是另一種高效和通用的無(wú)線(xiàn)充電方式,主要是分別在供電部分和接收部分設(shè)置電極,利用電極間產(chǎn)生的電場(chǎng)來(lái)供電的方式。由于在電極之間會(huì)產(chǎn)生電容耦合效應(yīng),因此電場(chǎng)耦合方式也被稱(chēng)為電容耦合方式。在去年深圳舉行的高交會(huì)電子展上,村田就展出了一款支持移動(dòng)設(shè)備充電的電場(chǎng)耦合式無(wú)線(xiàn)電力傳輸模塊,通過(guò)內(nèi)置入移動(dòng)設(shè)備的RFIC以及植入充電模塊的充電板,就可以實(shí)現(xiàn)“無(wú)線(xiàn)充電”功能。