無(wú)線(xiàn)接口能量傳輸變得越來(lái)越普及，例如無(wú)線(xiàn)耳機和電磁爐等。然而，這項技術(shù)究竟還能給我們帶來(lái)多少便利？我們能否在不插電的情況下為汽車(chē)充電，或者如何實(shí)現在不通過(guò)電塔和溝渠就把電力傳輸到偏遠地區?
無(wú)線(xiàn)供電的主要形式有兩種
1. 通過(guò)在發(fā)射器和接收器之間形成電場(chǎng)或磁場(chǎng)來(lái)實(shí)現緊密耦合，將能量從一邊傳遞到另一邊。某些緊密耦合的功率傳輸方案使用電場(chǎng)耦合兩個(gè)電極。但在更普遍的情況下，比如電磁爐、電動(dòng)牙刷和手機充電器及其他產(chǎn)品會(huì )在發(fā)射器中產(chǎn)生電磁場(chǎng)，然后利用這個(gè)電磁場(chǎng)在附近的接收器中生成感應電流，從而為電池充電等等。
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2. 輻射耦合，它涉及將能量束(通常以高頻無(wú)線(xiàn)電波的形式)引導傳送到接收器，接收器捕獲盡可能多的能量。
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對準發(fā)射器和接收器，才能高效傳輸能量
汽車(chē)無(wú)線(xiàn)充電應用
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隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線(xiàn)充電標準的制定，我們看到了更大的挑戰。Molex莫仕最近針對汽車(chē)企業(yè)的一項調研顯示，有36%的受訪(fǎng)者認為到2030年無(wú)線(xiàn)充電將成為標準功能。在手機中充電速率以數十瓦為單位。然而，電動(dòng)汽車(chē)(EV)需要達到50KW至250KW充電速率，才有可能替代內燃機汽車(chē)進(jìn)行長(cháng)途行駛。確保地面上的傳輸線(xiàn)圈與汽車(chē)下方的拾波線(xiàn)圈之間的對準非常重要。由于對準不良而造成的傳輸損耗有百分之幾，這就意味著(zhù)數百瓦的功率會(huì )損耗，成為充電器的傳輸線(xiàn)圈與車(chē)輛的接收器之間接口中的無(wú)用熱量。
電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線(xiàn)充電車(chē)道的概念
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SAE International國際自動(dòng)機工程師學(xué)會(huì )已經(jīng)發(fā)布了一項標準“J2954_202010”，以解決汽車(chē)無(wú)線(xiàn)充電的諸多問(wèn)題。它建立了用于輕型插入式EV汽車(chē)的無(wú)線(xiàn)電力傳送系統的互操作性、電磁兼容性、EMF、性能、安全性和測試標準。該規范旨在用于固定式充電應用，將來(lái)可能會(huì )考慮動(dòng)態(tài)應用。以目前的形式，它僅限于地面上的充電墊，不包括嵌入式安裝的充電設備。?SAE J2954標準還定義了一種對齊方法，該方法將幫助駕駛員將其車(chē)輛與充電板對齊，以確保實(shí)現高效的能量傳送，以及建造相關(guān)設施用于未來(lái)有可能的自動(dòng)充電操作。但是，如要要實(shí)現簡(jiǎn)單快速的無(wú)線(xiàn)充電，以取代將汽車(chē)插入汽油泵一樣的常規用戶(hù)行為，就需要精良的工程設計和大量用戶(hù)規范操作。
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迄今為止，在汽車(chē)中為手機進(jìn)行無(wú)線(xiàn)充電可能是無(wú)線(xiàn)電力傳送發(fā)展前景不明朗的最好例證。僅當手機準確放在特定位置時(shí)才能使用無(wú)線(xiàn)充電，以確保發(fā)射器和接收器線(xiàn)圈之間的穩固對準。
各種形式的充電墊，從左到右：無(wú)線(xiàn)充電架，無(wú)線(xiàn)充電墊和無(wú)線(xiàn)充電杯架
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手機無(wú)線(xiàn)充電應用
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手機用戶(hù)是比較挑剔的，這就是為什么最新的智能手機的外殼后部具有如此強的磁鐵，以便輕松快速地對齊。但是，這種無(wú)線(xiàn)充電仍然不足。用戶(hù)更希望能夠在指定空間的任何位置為設備充電，而無(wú)需緊貼精確對準充電線(xiàn)圈。由Molex Ventures投資的初創(chuàng )企業(yè)Ossia通過(guò)使用類(lèi)似高級WiFi和5G系統中使用的MIMO天線(xiàn)陣列的方法來(lái)做到這一點(diǎn)，即使設備不在發(fā)射器的視線(xiàn)內，也可以將能量發(fā)射到設備上。
?在Ossia的方法中，電力發(fā)射器會(huì )從天線(xiàn)發(fā)射出常規信號，以使其與附近的任何兼容設備同步。然后，每個(gè)接收器都發(fā)回一個(gè)信標信號，表明其存在和需求。功率發(fā)送器測量每個(gè)信標信號的相位，并使用該信號確定功率發(fā)送方向，以實(shí)現最有效的能量傳輸。
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這種方法適用于單天線(xiàn)發(fā)送器，但具有多個(gè)天線(xiàn)的功率發(fā)送器可以測量到達每根天線(xiàn)的信標信號的略有差別的相位，從而更準確地建立最有效的傳輸路徑。然后，功率發(fā)送器可以調整每個(gè)天線(xiàn)的相位和功率輸出，將相干的能量束導引傳送到接收器。而且這條路徑不必在視線(xiàn)范圍內——如果受電設備發(fā)送的信標信號在通往發(fā)射器的途中被墻壁彈回，則功率發(fā)射器會(huì )導引其能量束沿著(zhù)相同的路徑回來(lái)。
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啟用Ossia Cota電力接收器的設備發(fā)送信標信號以定位Cota電力發(fā)射器
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功率發(fā)送器還可以為一個(gè)空間內多個(gè)設備進(jìn)行無(wú)線(xiàn)充電，該空間中的每個(gè)接收器都測量其需要的功率，并將此信息作為請求發(fā)送給功率發(fā)送器。然后，功率發(fā)送器比較來(lái)自它正在服務(wù)的接收器的所有請求，并且根據需求向每個(gè)接收器分配無(wú)線(xiàn)電力脈沖。Molex Ventures公司認為這種方法前景光明，一旦能以這種方式傳送能量，人們就可以重新考慮如何在環(huán)境中為設備供電。充電方式從無(wú)線(xiàn)充電變?yōu)闊o(wú)線(xiàn)供電。例如，天花板煙霧報警器將永遠不需要新電池了，而掃地機器人也無(wú)需返回充電站，也可繼續執行清掃任務(wù)。
如果可以在限定范圍內的任何地方以無(wú)線(xiàn)方式為設備供電，那么我們可能會(huì )看到人們的行為發(fā)生變化，新的機型也會(huì )涌現，就像從固定電話(huà)發(fā)展到智能手機時(shí)的情形一樣。
最終，這一變化將伴隨著(zhù)配套技術(shù)的發(fā)展，例如支持對準的傳感器，或有助于大功率充電的熱管理解決方案。為通往一個(gè)聯(lián)系日益緊密但不受束縛的世界提供一條道路。