論無線充電優勢

蘇曉軍+杜宇

摘 要：隨著社會科學技術的發展，現在已經是一個電子產品的時代，各種電子產品如數碼照相機、手機、筆記本電腦，平板電腦等便攜式電子產品越來越多，而這些電子產品都要有與之相匹配的充電器才能安全充電。這樣就無形中給使用者帶來了極大的不便。究其原因就是充電的不通用性。和有線充電相比無線充電具有的最大的優勢就是可以多機共用。這就有效解決了這個問題。

關鍵詞：無線充電；無線能量傳輸

1引言

隨著信息時代的到來，電能作為清潔能源越來越被人看中，而與之伴隨的電子產品同樣也越來越多，比如手機、筆記本電腦、數碼相機、平板電腦汽車導航儀等，現在成為了我們生活中不可缺少的日常用品。當然現如今更是追求大屏幕、高性能，這就使得這些電子產品的耗能越來越多。而當今的電池技術并沒有隨之有很大的變化，一方面是增大電池的容量也就是增大電池的體積，甚至還另外配置充電寶，但是這樣同樣也帶來了很大的問題，比如不方便攜帶、浪費資源、造成很大的污染等。另一方面是電池的規格不同需要不同的充電裝置，這樣同樣會造成攜帶不方便，資源浪費。

在這樣的背景下人們就更加急迫的需要一種通用的體積更加小，也就是輕巧便攜的電池，這樣的背景下無線充電鋰電池就呼之欲出了，經過數年的演進后無線充電的技術已經有一些雛形產品的開始出現在市場了，可以說無線充電技術已經受到年輕一代人的關注。無線充電技術的出現除了解決現今電池技術跟不上產品的進展，滿足人們的用電需求外還將所有用電的電子產品的電池規格統一化，解決電池的通用問題。除此之外鋰電池無線充電系統還有一些優點比如：滿足了某些特殊場合下的使用、使電子產品在設計上省去充電口，這樣使得避免灰塵的進入和防水的功能。

2國內外研究現狀

相對來說國外對無線能量傳輸技術的研究很早。大功率（幾千到上千千瓦）的無線充電產品一般用于電動汽車和軌道交通等領域。中小功率（幾十毫瓦到上千瓦）的無線充電技術一般用于醫療設備、家庭電器、便攜設備等領域。

最早在1890年時，克羅地亞的物理學家、發明家—尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）就大膽的提出了一個想法：把地球當做一個導體，在地球的電離層和地球的地面之間建立起一個低頻共振系統，利用電磁波進行遠距離的電力傳輸，并且他準備把這一個想法付諸實踐?？上ё罱K因為這個研究的危險系數過高而撤消了研究經費從而導致這項研究無法進行下去，但是卻激起了人們對無線充電技術的渴望。在此之后的幾十年里各個國家的研究員都開始對無線能量傳輸技術進行了一些的研究，并且在這個領域也取得一些很不錯的收獲。

在2007年以麻省理工為代表的研究團隊利用電磁共振技術相隔兩米的距離點亮了一個60瓦的燈泡。功率傳輸的效率達到了40%～50%，當線圈的距離被減小成一米時效率達到了90%左右。

二十世紀九十年代奧克蘭大學的Boys教授最先提出了感應耦合電能傳輸（Iductive Power Transfer）這一個技術，并將它在大功率軌道交通供電領域開始應用。其中一個應用在公路的發光分道貓眼系統，這個系統已經在新西蘭惠靈頓大隧道中正常運行了。另一個也在Rotorua國家的地熱公園的30kW載人電動列車上獲得了應用，并且獲得了成功，列車軌道全長是400m，軌道與列車的氣隙是120mm，功率傳輸效率在85%左右，這個載人電動列車是世界上到目前為止建造的最大的無線供電系統之一。并且據了解這種無線供電技術也應用在了電動游船的驅動裝置。

日本大阪DAIFUKU公司的無線充電技術在自動運貨車和單軌道運行貨車上也同樣獲得了成功。特別是一些環境惡劣的地方，比如水下和礦井。

美國通用汽車的子公司Delco Electronics所研制的Magne-ChargeTM是世界上最先實現無線供電技術的商業化電動汽車之一，擁有很好的應用前景。

相對來說中國的無線充電技術起步要比國外晚的多，可以說才剛剛開始。目前主要還集中在理論研究上，中國科學院、重慶大學、西安交通大學、南京航空航天大學等中國高校也開始著手于對無線充電技術的研究，并且也已經發表了一些相應的學術型文章，取得了一些成就，但是主要還是研究原副邊的電路拓撲、可分離變壓器性能分析、補償網絡的分析、系統穩定性的分析等。在實驗方面，重慶大學研究團隊與新西蘭研究機構通過密切合作，在實驗室中成功實現了能量數百瓦的無線能量傳遞，這是我國在無線供電的研究中對輸出功率的一大突破，并且該裝置還實現了1對n的供電模式。但是市場上還沒有成熟的產品出現。

相對來說香港和臺灣地區就更加偏重于無線能量傳輸的實用性，比如，香港城市大學的許樹源教授領導的研究小組所研究的“非接觸電池充電平臺”可以同時對數個不同類型的電子產品充電。香港理工大學的王軍華博士對電磁諧振耦合無線能量傳輸和感應耦合無線能量傳輸進行了研究，他設計并制作出了對稱平面諧振器，并且對其進行了實驗研究。

總的來說，當今國內學者更多是將研究領域定在如何提高無線供電的傳輸效率和如何增大傳輸功率上。而相應的產品基本上沒有涉及。有的僅僅是個別企業就自己擅長的領域做出了一些概念型產品。

3無線充電的優勢與現存缺點

與現在的有線充電技術相比，無線充電技術在滿足用戶對電子產品續航的需求上更有競爭力，能帶給用戶更多的的現代化體驗。但是不能只憑這方面就說明無線充電就比有線充電更好。其實兩種充電方式各有應用場合，有線充電和無線充電的優缺點有以下說明：

有線充電技術的優點：①電能的傳輸效率高，并且對環境沒有危害。②能直接將交流電轉換成直流電，并且是在低頻條件下完成，對外沒有輻射。③電壓，電流，功率轉化容易實現多種場合的使用。④技術要求低，成本低，容易培養相關技術人員。

有線充電技術的缺點：①產品與充電器要匹配，多種電子產品往往要用多個充電器這樣會造成資源浪費。②電子產品要預留充電口，從而會造成進灰進水等安全隱患。③多種充電器也會使用戶的體驗感下降。

無線充電技術的優點：①產品的充電器可以通用，一塊充電板就可以對所有種類的無線充電設備進行充電。②用戶所有設備只用一個充電器，大大提高了用戶體驗。③可以設計出壽命長的電子產品，因為電子產品外殼可以做到全封閉，此時電子產品不會受到空氣中水，氧氣以及灰塵的腐蝕。④對嵌入式醫療設備而言更加安全，對嵌入人體的醫療設備來說，通過皮膚充電比電纜穿過人體充電減少了感染的風險。⑤方便，不必連接充電線直接放到充電板上充電。⑥耐用，與有線充電相比無線充電不用頻繁的拔插設備，從而使擁有無線充電技術的設備更加耐用。

無線充電技術的缺點：①成本較高，市場推廣較為困難。②效率偏低，會產生廢熱。③充電緩慢，由于充電效率偏低所以無線充電的充電速度相對而言較為緩慢。④不方便，當移動設備使用有線技術充電時，使用者可以隨意的移動設備，而使用無線充電技術時設備只能放在充電板上不能隨意移動，充電時不能隨意使用。⑤技術要求高，相關技術人才不易培養，同時維修問題也比較麻煩。⑥有輻射污染，無線充電需要將交流電轉直流電再轉高頻交流電、最后才能轉化成所用的直流電，這就造成了高頻輻射的問題。

從以上的對比來看，無線充電技術能帶給人們很大的便利。①使用無線充電技術后出行時不用攜帶一堆各種各樣的充電器，只需要帶一個充電板即可。②在某些特殊場合下無線充電技術就顯得尤為重要。比如某些埋在地下，植在墻壁中，沉在水里的傳感器，更甚至有一些植在人體中的醫療設備（如心臟起搏器等）。為了給他們供電必須取出傳感器、心臟起搏器等這樣就造成很大的不方便，甚至對于病人更有很大危險，而無線充電技術就能很好的解決這些問題。③由國外的一些在交通方面的實際應用說明了在解決城市交通方面來說，無線充電也有很大的發展空間。④正如上面說的無線充電優點中第三點所說，無線充電技術可以解決電子設備插口的安全隱患。比如手機掉進水里進水后手機肯定不能用，除此外，手機長期使用也會使空氣中水蒸氣、灰塵、氧氣進入手機使手機的工作狀態不穩定，生命周期減短有的甚至使手機短路燒壞手機，甚至發生爆炸。

綜上所述，無線充電技術對人們生活是極為重要的，是值得研究與開發的。