從無線充電,看見“無源”風口

時間:2022-03-04

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導語:接受端手機則通過接收天線接收電磁波,再經(jīng)過整流電路將其轉(zhuǎn)化為電能,從而達到充電的目的。雖然距離遠了,但是效率不高。這也是無源物聯(lián)網(wǎng)的通病,功耗和距離難兩全。

  近日,小米推出了“小感量 + 磁吸”無線充電預研技術(shù),磁吸無線充電功率最高可達 50W,損耗降低 50%,再次引人注目。其不同于傳統(tǒng)無線充電方案中接收端采用的大感量線圈,改為使用小感值線圈去感應發(fā)送端能量,感值只有傳統(tǒng)方案的三分之一左右,可以將損耗減小至傳統(tǒng)線圈的一半以上。2022年了,雷軍依然熱衷于無線充電技術(shù)。

  2009年,首款無線充電手機Palm Pre上市,這款手機為雷軍研發(fā)無線充電技術(shù)留下了一個契機。此前雷軍曾表示Palm Pre是他十多年前最喜歡的一部手機,支持無線充電技術(shù)的新奇讓小米下定決心投入研究無線充電技術(shù)領域。

  2018年,小米MIX 2S成為國內(nèi)首款支持無線充電的手機;2021年,小米發(fā)布的“隔空充電”能讓手機距離充電器1米甚至更遠的距離實現(xiàn)真·無線充電,一時引發(fā)熱議。畢竟大部分手機無線充電的距離都很短,隔空充電除了距離突破還有技術(shù)變革,沒有沿用傳統(tǒng)的無線充電技術(shù)。

  早在2012年諾基亞就首次推出了無線充電技術(shù),但是由于諾基亞手機的落幕,這項技術(shù)沒有被推廣商業(yè)化,這種早先的無線充電技術(shù),是采用電磁感應式的充電技術(shù),也是主流的無線充電技術(shù),其工作原理類似于變壓器,在手機和充電底座上安裝感應線圈,充電底座的主線圈通上交流電之后,會產(chǎn)生變化的磁場,手機的副線圈通過這些變化的磁場產(chǎn)生感應電流,從而完成無線充電的目的。這種技術(shù)充電效率可高達80%,但只能進行短距離的傳輸。

  而小米的隔空充電則是無線電波式的充電技術(shù),其原理是通過微波發(fā)射器向外發(fā)射電磁波,而接受端手機則通過接收天線接收電磁波,再經(jīng)過整流電路將其轉(zhuǎn)化為電能,從而達到充電的目的。雖然距離遠了,但是效率不高。這也是無源物聯(lián)網(wǎng)的通病,功耗和距離難兩全。

  此次小米新無線充電器采用的是傳統(tǒng)電磁感應式的充電技術(shù),損耗降低一半讓更多無線充電場景有了期待。

  無線充電,何止于手機?

  我們?nèi)粘I钪校畛R姷綗o線充電應用的就是手機。無線充電技術(shù)可謂是潛力股,此次冬奧上的專列高鐵也配備了無線充電設備,支持所有可無線充電功能的手機,讓乘客可以邊用邊充,解決了傳統(tǒng)充電接線插線的不便等問題。

  無線充電被冬奧推廣,主要是其具有更符合當下智慧場景應用的優(yōu)點:一是非接觸式的一對多充電模式,避免了接口插拔接觸和接口不適用等問題;二是其應用范圍廣,只要是同一種無線充電標準皆可使用;三是無線充電技術(shù)已經(jīng)具有其行業(yè)通用標準,大大減少了應用標準的繁雜性。

  目前主流的無線充電標準有:

  Qi標準:Qi標準是全球首個推動無線充電技術(shù)的標準化組織——無線充電聯(lián)盟(WPC,2008年成立)推出的無線充電標準,其采用了目前最為主流的電磁感應技術(shù),具備兼容性以及通用性兩大特點。只要是擁有Qi標識的產(chǎn)品,都可以用Qi無線充電器充電。2017年2月,蘋果加入WPC。

  PMA標準:PMA聯(lián)盟致力于為符合IEEE協(xié)會標準的手機和電子設備,打造無線供電標準,在無線充電領域中具有領導地位。PMA也是采用電磁感應原理實現(xiàn)無線充電。目前已經(jīng)有AT&T、Google和星巴克三家公司加盟了PMA聯(lián)盟。

  A4WP:Alliance for Wireless Power標準,2012年推出,目標是為包括便攜式電子產(chǎn)品和電動汽車等在內(nèi)的電子產(chǎn)品無線充電設備設立技術(shù)標準和行業(yè)對話機制。A4WP采用電磁共振原理來實現(xiàn)無線充電。

  前面也提到過,無線充電技術(shù)的缺點之一就是功耗高,工作距離短,因而它在其他應用場景的使用也受到技術(shù)性限制。但現(xiàn)在無線充電已經(jīng)在電動汽車、智能家居、智慧醫(yī)療、智能穿戴等場景種嶄露頭角,無線充電市場正處于爆發(fā)的前奏。

  千億級無源傳輸風口

  目前除了手機,電動汽車是無線充電的第二大關注領域,2020年上半年,國家標準化管理委員會發(fā)布了《電動汽車無線充電系統(tǒng)第1部分:通用要求》等4項國家標準,規(guī)范了電動汽車無線充電系統(tǒng)在公共及私人應用領域的技術(shù)、性能、功能、安全等多方面的要求,共同構(gòu)成了電動汽車無線充電標準體系的重要通用標準。上述標準并在2020年11月1日開始實施。

  同時,也已經(jīng)有許多汽車廠商已經(jīng)瞄準無線充電領域,2013年高通跟電子方程式Formula E賽事主辦方達成合作,將旗下的Halo無線充電技術(shù)首先應用到了部分電動方程式賽車上。2018年寶馬量產(chǎn)了兩款支持整車無線充電的車型,但目前這個領域大規(guī)模量產(chǎn)的車企是智己。

  那電動車無線充電為什么沒有被普及?一是應用環(huán)境影響因素多,戶外停車天氣會影響到無線發(fā)射端工作,室內(nèi)停車也需要考慮車輪碾壓等受重情況等;二是泊車精度要求高,無線充電對距離的限制也要求了發(fā)射端和接收端位置的精準度,確保每次泊車都能以最佳的效率充電;三是安全防護問題,整車充電除了功耗嚴重,還有安全防護工作量也巨大,需要確保發(fā)射端的充電環(huán)境安全等。

  未來技術(shù)性的突破或許可以讓電動車無線充電走進日常生活,目前,已經(jīng)有部分智能家居也開始使用無線充電技術(shù),比如臺燈、電動牙刷等。

  而在連接方面,其中就包含了2021年大火的無源物聯(lián)網(wǎng),比如應用比較成熟的RFID,就是應用標簽接收閱讀器發(fā)射的射頻信號,產(chǎn)生電流,從而獲取能量實現(xiàn)兩者之間的通信。

  RFID技術(shù)獲取能量的原理包括了兩種,低頻(125kHz-134kHz)與高頻(13.56MHz)傳輸能量的原理也是通過兩個線圈的近距離耦合,這與目前的無線充電技術(shù)類似。

  而超高頻RFID(800MHz-1000MHz)的獲取能量方式就是遠場傳遞,跟藍牙與WiFi甚至4G、5G類似,使用輻射場便能完成無源傳輸。

  無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以讓千億級甚至更多的IoT節(jié)點擺脫電池的限制,可以做到極致的低成本,這樣才能讓生活中大量的物品聯(lián)網(wǎng),實現(xiàn)真正的萬物互聯(lián)。

  根據(jù)Machina Research 統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,2010-2018 年間全球物聯(lián)網(wǎng)設備連接數(shù)高速增長,由 2010 年的 20 億個增長至 2018 年的 91 億個,復合增長率達 20.9%,2025年全球物聯(lián)網(wǎng)設備(包括蜂窩及非蜂窩)聯(lián)網(wǎng)數(shù)量將達到 251 億個,萬物互聯(lián)成為全球網(wǎng)絡未來發(fā)展的重要方向。

  上面的數(shù)據(jù)也僅僅只是有源IoT節(jié)點的數(shù)量,這就足以令人興奮,而事實上,以RFID為代表的無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)有了更大的出貨量,根據(jù)AIoT星圖研究院最新調(diào)研的數(shù)據(jù),2021年全球UHF RFID的出貨量已經(jīng)達到了230億的量,而加上HF與LF等不同頻段的產(chǎn)品,無源物聯(lián)網(wǎng)的年出貨量已經(jīng)超過了300億,并且還在快速的增長。


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