cookieOptions = {...}; ‧ 解決物聯網續航問題的剛需,無線充電技術為何一直不溫不火 - 3S Market「全球智慧科技應用」市場資訊網

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2016年6月15日 星期三

  來源:物聯網智庫


  
物聯網將會成為自互聯網誕生以來,最具革命性的進展,眾多的預測機構也都對物聯網的前景保持樂觀,它們認為:未來幾年後聯網的設備數量,將會達到百億級別甚至更多。

毫無疑問,以後普通消費者的日常生活中,將會充滿形形色色的聯網設備。由此,設備續航能力開始變得尤為重要,尤其是對於那些不方便連接電源的設備,例如可穿戴產品、交通工具等等。


相信那些智慧手環與手錶的使用者對此深有體會。近兩年,無線充電技術越來越受到關注與重視,因為它將能夠很好的解決設備續航能力的問題。

接下來小編就將目前的無線充電技術的具體情況,匯總整理給大家。

.應用現狀
隨著智慧手機和智慧硬體呈鋪天蓋地之勢來襲,充電已經成為比鑽石還硬的強烈需求。
 
現在有很多公司正致力於通過無線設備,讓手機時刻保持充電狀態。無線充電技術是對能量轉換方式的大革新,便攜設備無線充電的優勢遠遠不止於擺脫線纜的束縛。然而,從尼古拉.特斯拉首次傳輸電力至今已經超過100年,但我們依然未能釋放能量轉換的全部潛力。

2015年無線充電板等發射端設備呈現飆升態勢,穿戴式裝置是帶動2015年無線充電發射端裝置,出貨量成長最主要的動力來源。接下來幾年,可以想象筆記型電腦將開始支援無線充電接收功能,公共場所布建無線充電發送設備的需求,將出現快速成長,越來越多消費者在日常生活中,使用無線充電技術

.現有技術分析
100年前尼古拉.特斯拉發明瞭「特斯拉線圈」,通過空氣傳播電力,開啓了無線式電力傳播的時代。在無線充電技術尚未大面積普及的今天,我們不妨先將它粗暴地分為近場和遠場充電兩大類。

 

近場
近場無線傳輸的方式有很多,如電磁感應、磁共振、電容耦合、磁力耦合等等。前兩個應該是目前市場上最常用的技術。

電磁感應(電感性耦合)
它使用導線線圈之間建立的磁場,實現電能的無線傳輸。當電流流經發送線圈時,它會產生一個磁場,進而在接收線圈中感應出一個電壓。線圈耦合得越好,電能傳輸得就越好。

如應用於手機背部、牙刷底部和充電底座整合線圈,產生磁場,兩個線圈的相互作用能夠傳輸電流,從而實現無線充電

磁共振(共振感應耦合)
這種方法利用共振現象,在一定空間內無線傳輸電能,其原理與電磁感應是相同的。發送器和接收器線圈以相同的頻率振蕩(或共振),共振感應耦合可使能量以高強度進行傳輸。

消費領域的主要無線充電標準,大多依賴於上述兩種方法,不過這項技術的缺陷,在於傳輸距離較短,所以很多支持無線充電的手機,需要較為精確地擺放在無線充電底座上,才能正常充電,比起有線充電的穩定和用戶粘度,它並未在消費者群體中顯示出多大的優越性。

近場較為成熟的技術標準主要有:無線充電聯盟的Qi4AWP以及PMA三大標準。

Qi標準的創立者WPC聯盟一直致力於開發一種全球統一的無線充電技術標準。目前有200多家公司提供的800多種產品都支持Qi標準。聯盟管理成員包括LG、高通、三星、TI、東芝和Verizon

Airfuel聯盟是個全球性生態系統,是PMA聯盟和A4WP聯盟合併的結果。這一合併之舉加速了未來消費者無論到何處,設備充電將具有互操作性、便利性的願景實現。組成聯盟董事會的公司有AT&T、英特爾、安森美、Powermat、三星和WiTricity


遠距充電系統
相較於近場充電系統,遠距充電系統將能量從功率集線器,傳遞至特定設備的方法更為多元,藍牙、Wi-Fi、超音波和紅外線等都曾被試用過。

 

首先說說Wi-Fi,就在去年,美國華盛頓大學已經成功研發了利用WiFi網路,給硬體設備充電的技術。這個團隊在大約十米的WiFi覆蓋距離內給數位相機等設備完成充電,未來可應用於手機充電。據悉,這個團隊研發的是一個「WiFi供電系統」,這個系統由WiFi接入點(路由器)和訂製的充電傳感器組成。

這個充電傳感器安裝在硬體設備上,主要用來接收射頻信號(RF)中的電能,然後將射頻信號轉化為直流電進行充電。除了上述硬體外,該團隊還研發了一套軟體方案,該方案可讓路由器在傳輸數據的同時,為外部設備供電。

那麼問題來了,用於WiFi傳輸的數據和充電的信號,會不會存在干擾呢?研究團隊表示,他們已經有特定的解決方案,來防止兩個信號之間的干擾。例如在路由器和傳感器上,做出相應的優化,兩大信號的傳輸可以互不影響。


而基於射頻(RF)的系統如WattUpCota,均使用一個或多個天線廣播能量,並進行通訊。例如,Cota無線充電技術,實際上是使用現有的Wi-Fi和藍牙天線,來實現數據通訊和接收無線功率,然後將這些微訊號,挹注到電池的充電電流。

uBeam為代表的超音波系統中,路由器中的訊號產生器負責產生電訊號,經過處理產生超音波,經過聚焦便會產生充電電流。然而這對系統和設備的要求比較高:必須具備高效率,並且能承受大能量訊號。

Wi-Charge則專注於將紅外線轉換為電力。發射端透過雷射二極管向接收器,準確地射出紅外線光束,接收器中的太陽能電池,則負責將紅外線光轉換回電能。

最近的突破當屬Energous,做到了無線充電距離目前最遠。它利用射頻電波將無線電波,轉化成蓄電池電力,配有特殊接收器的無線裝置,就可以將電力從空氣中抽離出來,為放在錢包、口袋或任何地方的手機充電。這種技術目前還存在局限性,因為它只能為嵌入晶片的小型設備充電,而且這些設備需要與Miniature WattUp發射機直接接觸。

 

無線充電系統實作應注意五大重點
相較於有線充電,無線充電系統在先天上有許多變數,若突破不成反成絆腳,那實在遺憾。所以一些改變必須取捨有度:

1.     移動性 在無線充電系統的實作中,定位和跟蹤多個移動接收器的能力至關重要。必須考慮用戶應能隨意移動而不會丟失訊號。

2.輻射安全 射頻安全性取決於在不損害人類健康的前提下,人體可以承受的照射量,通常是以吸收率(SAR)用來定義這個極限值。消費類產品的安全性要求其實相當嚴格,因為它關乎能否讓消費者建立安全感,不能只以通過安全規範為目標來設計。

3.系統干擾 無線充電系統基於高頻率開關訊號,必須具備預測噪訊來源的能力,包括充電系統本身的噪訊和系統外部的噪訊。

4.成本 在成本方面,需要考慮的兩項因素是電源成本和傳輸效率。美國每年的電池使用量高達29億顆,若無線充電普及,將具有避免數百萬顆電池被投入垃圾掩埋場的潛力。

5.非接觸喚醒 如何為完全沒電的設備,進行無線充電?是否要用到有線和無線兩種技術的融合?這是原理設計不能跳過的問題。


.落實困難
無線充電技術的落地困境和智能家居遇到的窘迫簡直是異曲同工,惺惺相惜。一個字,亂。

雖然無線充電技術在近年來被廣泛關注,但至今仍未真正在消費電子領域普及。雖有巨頭大佬們對無線充電技術的佈局和研發,市場的冷淡卻表明,從嘗試到大規模商用還有幾段坎坷。

一是市場產業鏈混亂,二是技術標準紛雜,有待統一。

快速發展的無線充電市場,迫切要求製造商和開發商為設備間,互操作性制訂全球統一的無線充電標準。顯然,標準不統一是目前無線充電技術,難以進一步普及的一大瓶頸,供應商在他們的產品中,採用這些技術的步伐非常緩慢。畢竟大部分消費者並不喜歡繁瑣和零碎的操作體驗。不過,許多廠家都已推出支持雙模無線充電標準的產品,多一個選擇同時也可能是最好的解決方案。

一旦在這場無線標準之爭中明確勝者,那麼這個市場將很快形成數十億美元的通用無線充電器業務。

.未來展望
2016年也將是無線充電應用多元化的關鍵年。可客觀預測,支援無線充電功能的筆記型電腦將在2016下半年問世,並帶動相關充電設備需求。 
  
未來,整個行業希望看到類似Wi-Fi那樣,擁有超遠傳輸距離、穩定性更好的無線充電技術,但仍面臨一些技術障礙,以及通信頻道的監管問題。所以,無線充電在短時間內,仍是消費電子領域的配角,發展壯大尚需時日。

無線充電技術既方便又好用,而且打破了空間上的限制,因此用戶們可以利用一台發射器,同時給多台設備充電,而且對充電設備所處的位置,也沒有特別的要求,這將會給接下來的生活帶來更多的便利。


可以看到,雖然目前這項技術還存在有諸多的問題,但是,相信在物聯網的需求刺激之下,這項技術將會與人們的日常生活走得越來越近。

                                                                                                                                                                                                                            

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