论无线充电优势

苏晓军+杜宇

摘 要：随着社会科学技术的发展，现在已经是一个电子产品的时代，各种电子产品如数码照相机、手机、笔记本电脑，平板电脑等便携式电子产品越来越多，而这些电子产品都要有与之相匹配的充电器才能安全充电。这样就无形中给使用者带来了极大的不便。究其原因就是充电的不通用性。和有线充电相比无线充电具有的最大的优势就是可以多机共用。这就有效解决了这个问题。

关键词：无线充电；无线能量传输

1引言

随着信息时代的到来，电能作为清洁能源越来越被人看中，而与之伴随的电子产品同样也越来越多，比如手机、笔记本电脑、数码相机、平板电脑汽车导航仪等，现在成为了我们生活中不可缺少的日常用品。当然现如今更是追求大屏幕、高性能，这就使得这些电子产品的耗能越来越多。而当今的电池技术并没有随之有很大的变化，一方面是增大电池的容量也就是增大电池的体积，甚至还另外配置充电宝，但是这样同样也带来了很大的问题，比如不方便携带、浪费资源、造成很大的污染等。另一方面是电池的规格不同需要不同的充电装置，这样同样会造成携带不方便，资源浪费。

在这样的背景下人们就更加急迫的需要一种通用的体积更加小，也就是轻巧便携的电池，这样的背景下无线充电锂电池就呼之欲出了，经过数年的演进后无线充电的技术已经有一些雏形产品的开始出现在市场了，可以说无线充电技术已经受到年轻一代人的关注。无线充电技术的出现除了解决现今电池技术跟不上产品的进展，满足人们的用电需求外还将所有用电的电子产品的电池规格统一化，解决电池的通用问题。除此之外锂电池无线充电系统还有一些优点比如：满足了某些特殊场合下的使用、使电子产品在设计上省去充电口，这样使得避免灰尘的进入和防水的功能。

2国内外研究现状

相对来说国外对无线能量传输技术的研究很早。大功率（几千到上千千瓦）的无线充电产品一般用于电动汽车和轨道交通等领域。中小功率（几十毫瓦到上千瓦）的无线充电技术一般用于医疗设备、家庭电器、便携设备等领域。

最早在1890年时，克罗地亚的物理学家、发明家—尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）就大胆的提出了一个想法：把地球当做一个导体，在地球的电离层和地球的地面之间建立起一个低频共振系统，利用电磁波进行远距离的电力传输，并且他准备把这一个想法付诸实践。可惜最终因为这个研究的危险系数过高而撤消了研究经费从而导致这项研究无法进行下去，但是却激起了人们对无线充电技术的渴望。在此之后的几十年里各个国家的研究员都开始对无线能量传输技术进行了一些的研究，并且在这个领域也取得一些很不错的收获。

在2007年以麻省理工为代表的研究团队利用电磁共振技术相隔两米的距离点亮了一个60瓦的灯泡。功率传输的效率达到了40%～50%，当线圈的距离被减小成一米时效率达到了90%左右。

二十世纪九十年代奥克兰大学的Boys教授最先提出了感应耦合电能传输（Iductive Power Transfer）这一个技术，并将它在大功率轨道交通供电领域开始应用。其中一个应用在公路的发光分道猫眼系统，这个系统已经在新西兰惠灵顿大隧道中正常运行了。另一个也在Rotorua国家的地热公园的30kW载人电动列车上获得了应用，并且获得了成功，列车轨道全长是400m，轨道与列车的气隙是120mm，功率传输效率在85%左右，这个载人电动列车是世界上到目前为止建造的最大的无线供电系统之一。并且据了解这种无线供电技术也应用在了电动游船的驱动装置。

日本大阪DAIFUKU公司的无线充电技术在自动运货车和单轨道运行货车上也同样获得了成功。特别是一些环境恶劣的地方，比如水下和矿井。

美国通用汽车的子公司Delco Electronics所研制的Magne-ChargeTM是世界上最先实现无线供电技术的商业化电动汽车之一，拥有很好的应用前景。

相对来说中国的无线充电技术起步要比国外晚的多，可以说才刚刚开始。目前主要还集中在理论研究上，中国科学院、重庆大学、西安交通大学、南京航空航天大学等中国高校也开始着手于对无线充电技术的研究，并且也已经发表了一些相应的学术型文章，取得了一些成就，但是主要还是研究原副边的电路拓扑、可分离变压器性能分析、补偿网络的分析、系统稳定性的分析等。在实验方面，重庆大学研究团队与新西兰研究机构通过密切合作，在实验室中成功实现了能量数百瓦的无线能量传递，这是我国在无线供电的研究中对输出功率的一大突破，并且该装置还实现了1对n的供电模式。但是市场上还没有成熟的产品出现。

相对来说香港和台湾地区就更加偏重于无线能量传输的实用性，比如，香港城市大学的许树源教授领导的研究小组所研究的“非接触电池充电平台”可以同时对数个不同类型的电子产品充电。香港理工大学的王军华博士对电磁谐振耦合无线能量传输和感应耦合无线能量传输进行了研究，他设计并制作出了对称平面谐振器，并且对其进行了实验研究。

总的来说，当今国内学者更多是将研究领域定在如何提高无线供电的传输效率和如何增大传输功率上。而相应的产品基本上没有涉及。有的仅仅是个别企业就自己擅长的领域做出了一些概念型产品。

3无线充电的优势与现存缺点

与现在的有线充电技术相比，无线充电技术在满足用户对电子产品续航的需求上更有竞争力，能带给用户更多的的现代化体验。但是不能只凭这方面就说明无线充电就比有线充电更好。其实两种充电方式各有应用场合，有线充电和无线充电的优缺点有以下说明：

有线充电技术的优点：①电能的传输效率高，并且对环境没有危害。②能直接将交流电转换成直流电，并且是在低频条件下完成，对外没有辐射。③电压，电流，功率转化容易实现多种场合的使用。④技术要求低，成本低，容易培养相关技术人员。

有线充电技术的缺点：①产品与充电器要匹配，多种电子产品往往要用多个充电器这样会造成资源浪费。②电子产品要预留充电口，从而会造成进灰进水等安全隐患。③多种充电器也会使用户的体验感下降。

无线充电技术的优点：①产品的充电器可以通用，一块充电板就可以对所有种类的无线充电设备进行充电。②用户所有设备只用一个充电器，大大提高了用户体验。③可以设计出寿命长的电子产品，因为电子产品外壳可以做到全封闭，此时电子产品不会受到空气中水，氧气以及灰尘的腐蚀。④对嵌入式医疗设备而言更加安全，对嵌入人体的医疗设备来说，通过皮肤充电比电缆穿过人体充电减少了感染的风险。⑤方便，不必连接充电线直接放到充电板上充电。⑥耐用，与有线充电相比无线充电不用频繁的拔插设备，从而使拥有无线充电技术的设备更加耐用。

无线充电技术的缺点：①成本较高，市场推广较为困难。②效率偏低，会产生废热。③充电缓慢，由于充电效率偏低所以无线充电的充电速度相对而言较为缓慢。④不方便，当移动设备使用有线技术充电时，使用者可以随意的移动设备，而使用无线充电技术时设备只能放在充电板上不能随意移动，充电时不能随意使用。⑤技术要求高，相关技术人才不易培养，同时维修问题也比较麻烦。⑥有辐射污染，无线充电需要将交流电转直流电再转高频交流电、最后才能转化成所用的直流电，这就造成了高频辐射的问题。

从以上的对比来看，无线充电技术能带给人们很大的便利。①使用无线充电技术后出行时不用携带一堆各种各样的充电器，只需要带一个充电板即可。②在某些特殊场合下无线充电技术就显得尤为重要。比如某些埋在地下，植在墙壁中，沉在水里的传感器，更甚至有一些植在人体中的医疗设备（如心脏起搏器等）。为了给他们供电必须取出传感器、心脏起搏器等这样就造成很大的不方便，甚至对于病人更有很大危险，而无线充电技术就能很好的解决这些问题。③由国外的一些在交通方面的实际应用说明了在解决城市交通方面来说，无线充电也有很大的发展空间。④正如上面说的无线充电优点中第三点所说，无线充电技术可以解决电子设备插口的安全隐患。比如手机掉进水里进水后手机肯定不能用，除此外，手机长期使用也会使空气中水蒸气、灰尘、氧气进入手机使手机的工作状态不稳定，生命周期减短有的甚至使手机短路烧坏手机，甚至发生爆炸。

综上所述，无线充电技术对人们生活是极为重要的，是值得研究与开发的。