無線充電技術發展現狀與發展趨勢

顧祥語

（鳳城市第一中學，遼寧鳳城，118100）

0 引言

無線充電技術（英文全稱為wireless charging techn ology）就是在沒有使用任何金屬導線或者物理介質，采用電磁感應、電磁共振、射頻、激光發射、微波輻射等方式以空氣為介質來進行電能傳輸的先進技術。與傳統的有線充電方式相比，無線充電并不需要安裝充電端子以及線路布置，無論是在充電的安全性或者便捷性方面都有良好的表現。隨著我國科學技術的進步與發展，無線充電技術在電能轉化效率以及輻射量上都取得了重大的技術突破。現階段無線充電技術已經在生活小家電（電動剃須刀、電動牙刷、智能手機等）方面實用化，并將范圍擴大到電動摩托車、電動汽車、以及列車，預計在不遠的將來無線充電技術將覆蓋到醫療、航空、節能等更多領域中。

1 無線充電技術的發展歷史與現狀

■1.1 無線充電技術的發展歷史

無線充電技術是由17世紀末由世界著名的物理學家尼古拉–特斯拉（Nikola Tesla）所提出的偉大構想：把整個地球當成導體，在電離層與地球表面進行低頻共振，再將地球表面的電磁波作為載體進行超遠距離電力傳輸，而且他將這一偉大的構想付諸行動。遺憾的是由于經費以及施行難度大、危險性高等等原因而終止。雖然這一構想并未徹底實現，但是卻給后人留下了打開無線充電技術大門的鑰匙。在之后相當長的一段時間里，許多科研人員都踩在特斯拉的肩膀上對無線充電技術進行研究，并取得了大量的成就。

■1.2 國內無線充電技術的發展現狀

與國外相比，我國的無線充電技術起步較晚，時至今日仍然處在初級研究階段中。但是在國外市場的沖擊下，我國無線充電技術在近十多年來也取得了一定的成績。在2008年7月分，著名的電腦外設公司雙飛燕推出了第一款由我國自主研發的無線充電鼠標。該款無線充電鼠標的信號發射器利用計算機USB接口對鼠標進行供電。在2010年，比亞迪公司申請了基于電磁感應的非接觸感應式充電器專利。同年的10月分，我國的香港城市大學也攻破了技術難關，研制出ICPT的手機以及便捷式視頻音樂播放器等無線充電平臺。在2011年初，安利家用凈水器引進了福爾頓無線充電技術，開創了凈水器無線充電的先河。在2012年10月，全球無線充電聯盟將無線充電國際標準QI引入到中國。2013年的英國電子展會上，美國推出了首臺“無尾電視”，該款電視機并不需要電源連接線、網線和信號線就能夠接收到大量的電視信號并自由觀看互聯網上的節目。在2015年的3月分，哈工大（哈爾濱工業大學）研制出2m之外的無線充電技術。現階段國內的一些著名移動終端生產商（華為、小米、OPPO、VIVO等等）也紛紛加入到了無線充電技術領域中，并推出了各自的無線充電手機，如圖1所示。

圖1

2 無線充電技術的發展趨勢

■2.1 領域擴大化

為了能夠適應當前市場的發展需求，國內的無線充電技術也開始呈現出四散擴大的發展趨勢。在最初的時候，無線充電技術的主要使用對象是各種功耗低的便攜式電子產品，也取得了良好的市場效應。時至今日，無線充電技術開始逐漸地向著成熟化、市場化、專業化、多元化方向前進。（1）在醫療器械領域當中，無線充電設備的運用給醫療器械改革起到了決定性的推動作用。通過無線充電技術，醫療電子產品的供電方式也開始變得更加簡單、安全，同時還避免因為更換電池的原因給病患帶來痛苦。比如說在心臟起搏器、心臟調節器以及內窺鏡等方面的運用。（2）國家政府部門以及企業也投入了大量的人力、物力資源將無線充電技術運用到交通運輸之中。電動汽車、動車、礦車等交通工具都成為了無線充電技術的重點研究對象。在2015年9月中旬，東京的豐橋科大在東京舉辦的貿易展覽會上就對外展示出可在行駛中無線充電的汽車。除此之外，在生活家電方面無線充電技術也受到了人們的關注，空氣凈化器、凈水器、吸塵器、洗衣機、電視等等也都成為了無線充電技術的重要載體。有些無線充電技術專家提出了將無線充電技術帶進太空領域，將宇宙中的太陽能轉化為微波并發往地球，再經由地球上的接收轉換站轉換為電能。

■2.2 發展動力多重化

任何一項技術的進步與發展，往往離不開身后強大的助力，無線充電技術更是如此。無線充電技術作為一門復雜性、交叉性強的學科，從一開始的小眾發展到當今令世界各國所重視的技術競賽。而無線充電技術快速發展的主要原因就是市場的需求強烈，但這種動力只是多重化發展動力的其中之一：（1）電子產品無論是在產品的外觀以及性能安全方面都有了長足的進步。電子產品在設計中不僅要保障技術的先進性與精確性，而且產品的外觀與整體設計也相當重要。運用無線充電技術，電子產品就省去了充電電線以及充電接口，而且產品的體積更小，攜帶更加方便，而且還節省了成本。電子產品省去了充電接口，也減少了裸露的金屬接口，對于提高電子產品的安全性更加有利。（2）充電端口統一化。統一化充電端口是充電技術發展過程中的必經之路，通過無線充電技術的普及與推廣能夠加快充電端口統一化的發展腳步。比如說只需要一套無線充電設備，就能夠對所有的便攜式數碼產品或者移動終端設備進行即時充電（智能手機、數碼相機、筆記本電腦等等），省去了充電器重復設計。（3）加大環境保護概念的推廣力度。隨著社會的進步，人們對于綠色環保的生活理念越來越重視，而無線充電技術也與環保理念的發展步調相一致。第一，能夠實現無線充電端口的共享，并節省了大量的材料與成本。通過構建公共無線充電設備，電池的使用量會急劇減少，同時還能夠減少大量的固體廢棄物的產生，對環境起到保護作用。第二，無線充電技術所使用的能耗比有線充電設備的能耗更低而且更加環保，特別是在電動汽車方面。

■2.3 多樣化、智能化發展

（1）實現方式多樣化。無線充電技術常用的有四種方式，最初人們的研究對象是電磁感應式的無線充電，而經過長期的發展電磁感應式的無線充電技術較為成熟，比如說智能手機、平板電腦等電子設備的無線充電器。隨著技術的進步，電磁共振式無線充電技術也獲得了實質性的發展。在2014年6月英特爾公司和IDT公司達成共識后，雙方利用共振技術研發出了無線充電芯片。光電轉換技術也有了新的進展，利用激光為主要載體，將能量發射到目的接收端后轉為電能。（2）實現方式智能化。從早期的單一硬件發展到微型處理器，無線充電技術也獲得了新的發展空間。相比較于普通充電器，無線充電設備更加安全、方便，還能夠智能識別不同設備，不但起到了節能的效果，而且也給人們的工作與生活帶來了極大的便利。

3 結語

綜上所述，無線充電技術作為當前重要的技術之一，不但是科學技術發展的重要基礎，也匯聚了無數科研人員的心血與智慧。依據無線充電技術的發展現狀，未來最為主要的阻力就是如何克服標準問題、提高傳輸能效、減少成本投入等等。雖然無線充電技術仍然存在諸多未解決的困難，但是我們有理由相信在廣大科研人員的研究與思考下，無線充電技術也會變得更加光明。