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无线充电是个好技术,但为何至今都难以普及?

对于无线充电相信大家都并不陌生,这项技术很早就有,此前众多的厂商都有力推过,比如谷歌、英特尔、三星等,但是到目前为止,无线充电都始终没有得到广泛应用,甚至英特尔都放弃了,去年英特尔还卖掉了其无线充电业务部门。那么影响无线充电技术普及的障碍有哪些?

短距离无线充电存在诸多限制

对于无线充电,大家了解得最多的应该是无线充电联盟推动的Qi标准,另外还有来自A4WP和PMA的相关标准,然而这几大联盟虽然能够实现无线充电,但由于都是采用电磁感应技术来实现电力传输,因此有着各种各样的制肘。

就拿应用最广的Qi标准来说,其在实施无线充电的时候,不但对手机的摆放距离有严格要求,同时在手机的摆放位置上要求都比较苛刻。就方便应用来说,这种短距离的无线充电方式未免能够吸引更多的消费者的兴趣。

无线充电联盟(Wireless Power Consortium)主席门诺·特里夫斯(Menno Treffers)说:“当我们开发无线充电标准时,最重要的因素就是安全、效率以及成本。而当你想要开始远距离传输电力时,上述因素就会变得更为困难。”

无线充电市场拥有巨大潜力,市场研究机构IHS Markit预计,即使真正的无线充电技术正在涌现,老式笨重的充电技术将继续占据主导地位,比如无线充电联盟推出的Qi无线充电器或星巴克中的Powermat。

自从2013年以来,星巴克就开始为顾客提供通过Powermat为手机充电的能力

IHS Markit分析师维姬·尤素福(Vicky Yussuff)预测,到今年年底,无线充电接收器的出货量将达到3.25亿部,而去年为1.4亿部,到2025年可达到20亿部。但是短距离的垫式无线充电器将继续占据主流。

确切地说,将当前这些垫式无线充电设备称之为“无线充电”其实并不准确。你可以将三星旗舰智能手机Galaxy S8放在“无线”充电座、充电垫或支架上,但这些充电设备本身与附近插座相连。的确,这样充电很方便,但这不是真正的无线充电。

三星Galaxy S6 Edge与无线充电垫

总部位于旧金山的无线充电技术开发商Energous首席执行官史蒂芬·里佐内(Stephen Rizzone)表示:“从消费者的角度来看,我们认为这些方案还不够好。如果必须要将移动设备放在充电设备上,那么它们就不能称之为真正的移动设备了!

无线充电技术开发面临的挑战比比皆是:这种方案必须实用、廉价,能够同时为多个设备充电,并位于电源发送器的合理范围内。电源发送器(特别是在家中)通常很难看到,事实上,在某些情况下它可能被设置在家具或墙壁内。

在理想情况下,即使在电源发送器和接收器之间没有直接可见的线路,充电也可进行。这样,你就可以为口袋中的手机充电。

美国贝尔维尤无线充电技术公司Ossia创始人、首席科学家哈特姆·扎因(Hatem Zeine)也称:“我们认为,无线电源应该像WiFi那样。当你进入家门时,你口袋中的手机就可以自动充电。不需要将手机放在某个地方或定位于某处,甚至不必知道电源发送器在哪里。”

此外,无线充电还应拥有更广泛的用途,它不仅可为随身携带的手机或电脑充电,也可为助听器和其他可穿戴设备、家里和公司联网设备中的传感器甚至电动汽车充电。不需要使用电缆、电线或充电座。

但是传统的电磁感应式的无线充电根本无法做到这些。

中远距离的无线充电技术更具优势?

正是由于短距离的无线充电技术存在诸多掣肘,于是中远距离的无线充电技术开始兴起。比如有科学家尝试藉由激光光的光能来充电,另外还有前段时间炒的挺热的“WiFi充电”,即将电能透过家用的WiFi网络相近的电波频段来传送。不过目前最为主流的还是磁共振式无线充电。

我们都知道,音叉具有“共振”这种有趣的物理性质。每支音叉都有自己的发声频率,当一支音叉振动发声时,若附近有另一支发声频率相同的音叉,即使它没有直接受到敲击,也会跟着振动。音叉的共振可以说达成了能量的传递。同样,磁共振式无线充电就是利用了两个振动频率相同的谐振电路放在一起,其中一个开始因为通电而振荡时,另一个电路也会跟着振荡起来,“自动”产生电流,电能就这样被隔空传送了。这样的现象称为“磁共振”,用来进行无线充电,可以让充电距离达到数公尺,效率也有所提升。唯一的困难就是,要将两个电路调整到一模一样的频率,并且维持一段时间,并不是容易的事。

总部位于美国马萨诸塞州沃特顿的无线充电公司WiTricity很早就推出了磁共振的无线充电技术,它允许手机离开充电器的一段距离充电,同时对位置要求要没那么严格,同时还可以同时为多款设备充电。

加州圣莫妮卡的初创企业uBeam也在开发磁共振式无线充电技术。uBeam首席执行官梅瑞狄斯·佩里(Meredith Perry)表示:“我们正在做的绝对属于前沿科学,无线充电的创意在硅谷已经疯传了很长时间。”

匹兹堡Disney Research的科学家们的无线充电技术今年年初也受到关注,他们建造了4.8米×4.8米的原型房间,其墙壁、顶棚以及地面都用铝板建造。里面有个铜极电容器,它可向房间中任意位置传输电力。研究人员为手机、玩具以及台灯充电,但Disney Research短期内还没有商业计划。

Disney Research首席研究科学家、实验室副主管阿兰森·萨姆普(Alanson Sample)说:“在某些方面,真正需要权衡的是设备在安全情况下可以获得多少电力,以及你可自由活动的范围有多大。”

此外,另外一家无线充电技术厂商Energous也在力推其中远距离无线充电技术WattUp。相较于传统的线圈技术,Energous的WattUp技术提供了独特、更加延伸的无线充电体验。

WattUp使用电波射频在空中安全传输能源,以类似Wi-Fi路由器的方式,提供了更智慧的可扩充电源。而且与感应或谐振无线充电系统不同,WattUp能从任何方向远距传输电力到多项装置。同时,WattUp采用的小型天线使用了装置既有的印刷电路板,可省去现今竞争解决方案所需要的更大更贵的线圈。而这将加速无线充电技术应用,扩散到范围更广的电池供电装置,包括智能手机、平板、物联网(IoT)装置、小型穿戴式装置及虚拟实境(VR)/扩增实境(AR)装置等等。

根据此前Energous透露的数据显示: 当发射器(发射器尺寸较小,且天线经过优化)和接收器直接接触的时候,其整体效率可以达到 50%。而在1.5-2.5米的范围内,其效率也可以达到 10% 到 15% 左右。

不过,Energous并没有自己开发终端设备,而是希望与消费电子和家居设备厂商合作,并将其技术整合进去。

去年,全球知名的电源管理芯片厂商Dialog还投资了Energous,并成为了其无线充电技术WattUp IC元件的独家供应商。据Dialog此前透露,目前Energous短距离的无线充电技术已经通过美国质量监管部门的认证,很快将会推向市场,Dialog是独家销售。

Energous首席执行官里佐内说:“在可预见的将来,我们认为将出现一款设备:它能够提供网络连接,同时让你摆脱有线电源的束缚。”

有些人认为,无线充电技术甚至可被应用于更大的房间或建筑中,甚至是整个城市。4月份,无线充电标准组织AirFuel Alliance宣布在深圳推出其首款共振型智能城市生态系统,可在不同公共场所提供中远距离无线充电服务,包括机场、地铁站、酒店、餐厅以及购物商场等。高通和Chargifi也都在参与这个项目。

可以看到这些公司都在研发“非电磁感应”式的可以实现中远距离无线充电的解决方案,这些技术可能成为智能手机的下一个重大创新点,目前智能手机的技术升级正处于停滞不前的状态。有些努力依然局限于实验室中。

先有“鸡”还是先有“蛋”的难题

除了无线充电技术上的问题之外,无线充电还面临着各种标准互不兼容的问题,各个无线充电标准各自为政,不同无线充电标准设备之间难以兼容。不过最难以解决的则是先有“鸡”还是先有“蛋”的难题。

美国风投公司Sorenson Capital董事总经理罗布·吕克特(Rob Reuckert)说:“即使你拥有路由器大小的无线电源发送器,它很漂亮,可以覆盖整栋房子,但你依然需要拥有被充电的设备。要想无线充电技术大规模普及,你必须寻求消费电子制造商(比如苹果、三星等)的合作,需要它们的设备愿意支持这种技术。”

事实上,苹果在这个领域正发挥自己的力量。虽然苹果还没有像三星和其他公司那样,为其iPhone提供无线充电功能。但据传闻称,苹果将在其十周年版iPhone上加入无线充电功能。值得注意的是,今年年初苹果加入了无线充电联盟。这也意味着,十周年版iPhone上加入无线充电功能的可能性很高,只是现在还无法确定其是否依然采用充电座设计。

而苹果一项被视为行业标杆,如果苹果来力推无线充电,其他手机厂商也必然会积极跟进。这也使得无线充电行业的关注度重新高涨了起来。

此外,戴尔公司也有望于7月中旬推出Latitude 7285笔记本电脑,它将是首款内置有无线充电功能的笔记本电脑。不过,它还需要充电垫。

不过,除了苹果、三星、戴尔这些电子设备厂商大力推动之外,无线充电要想普及还需酒店、餐厅、家居、办公设备厂商等诸多环节共同推动。比如咖啡厅的桌子、酒店的床头柜等内嵌无线充电板,或者直接部署中远距离的无线充电发射设备,实现对于各种支持无线充电的终端设备进行无线充电。但是目前这块几乎还是一片空白,很少有酒店、餐厅、家居、办公设备这类第三方的厂商会支持无线充电。而这也是为何很少有手机厂商来推动支持无线充电的手机。相比之下,快充技术显得更为实用,它并不需要第三方的支持,就可以实现提升续航能力。

Cota Tile展示Ossia的无线充电技术可被纳入标准办公室设计中

这有点类似于智能手机刚刚兴起的时候,WiFi热点和支持WiFi的手机的关系。有了WiFi热点,会促使更多的人使用手机的WiFi功能,而标配WiFi功能的智能手机越来越多,也促使了更多公共场所开始部署免费的WiFi热点。

而这种类似WiFi上网一样的“无感式”的无线充电体验可能才是消费者真正需要的。当然,目前在技术上还面临着很多的挑战,比如充电效率、无线充电设备的成本等多方面的问题需要解决。

作者:芯智讯-林子

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