我們?cè)絹?lái)越習(xí)慣于通過(guò)無(wú)線接口在耳塞充電器和電磁爐等各種應(yīng)用中提供能量，但這項(xiàng)技術(shù)能帶我們走多遠(yuǎn)呢？我們是否能夠在不插入電纜的情況下為汽車充電，或者在不種植塔架和挖溝的情況下將電網(wǎng)供電到偏遠(yuǎn)地區(qū)？

無(wú)線供電有兩種主要形式。第一種是通過(guò)在發(fā)射器和接收器之間形成電場(chǎng)或磁場(chǎng)來(lái)緊密耦合發(fā)射器和接收器，然后使用它將能量從一個(gè)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)。一些緊密耦合的電力傳輸方案使用電場(chǎng)來(lái)耦合兩個(gè)電極。還有更多，如電磁爐、電動(dòng)牙刷和無(wú)線電話充電器，在發(fā)射器中產(chǎn)生電磁場(chǎng)，然后使用該場(chǎng)在附近的接收器中感應(yīng)出電流，然后接收器可以采取行動(dòng)——比如給電池充電。

第二種主要方法是輻射耦合，它涉及將一束能量（通常以高頻無(wú)線電波的形式）引導(dǎo)到高度調(diào)諧的接收器，以捕獲盡可能多的能量。

發(fā)送器和接收器之間的對(duì)齊對(duì)于有效的能量傳輸非常重要。

每種方法都有優(yōu)點(diǎn)和局限性，能量傳輸效率和傳輸范圍是最重要的兩個(gè)衡量指標(biāo)。對(duì)于緊密耦合的方案，發(fā)送器和接收器之間的對(duì)齊對(duì)于有效的能量傳輸非常重要。如果您使用過(guò)電磁爐，您會(huì)本能地知道這一點(diǎn)，因?yàn)楫?dāng)平底鍋從標(biāo)記的圓環(huán)中心移開(kāi)時(shí)，它會(huì)立即停止加熱。您可能還注意到最新智能手機(jī)背面嵌入了大量磁鐵，以確保無(wú)線充電圓盤與手機(jī)的接收器線圈完美對(duì)齊。由于充電時(shí)間對(duì)于新手機(jī)的實(shí)用性如此重要，

隨著電動(dòng)汽車無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)的制定，我們?cè)诟蠓秶鷥?nèi)看到了類似的挑戰(zhàn)。Molex 最近對(duì)汽車公司進(jìn)行的一項(xiàng)調(diào)查顯示，36% 的受訪者認(rèn)為，到 2030 年，無(wú)線充電將成為標(biāo)準(zhǔn)功能。在手機(jī)中，充電速率以幾十瓦為單位。然而，電動(dòng)汽車 (EV) 需要 50KW 至 250KW 的充電率，才能成為內(nèi)燃機(jī)汽車長(zhǎng)途旅行的實(shí)用替代品。在地面上的傳輸線圈和汽車下方的拾取線圈之間正確對(duì)齊將非常重要。畢竟，

電動(dòng)汽車無(wú)線充電車道的概念？

SAE International已經(jīng)發(fā)布了一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)（J2954_202010），以解決與無(wú)線車輛充電有關(guān)的許多問(wèn)題。它為用于輕型插入式電動(dòng)汽車的無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)的互操作性、電磁兼容性、電動(dòng)勢(shì)、性能、安全性和測(cè)試建立了標(biāo)準(zhǔn)。本規(guī)范旨在用于固定充電應(yīng)用，但未來(lái)可能會(huì)考慮動(dòng)態(tài)應(yīng)用。目前的形式僅限于地上充電墊，不包括嵌入式安裝裝置。

SAE J2954標(biāo)準(zhǔn)還定義了一種校準(zhǔn)方法，該方法將幫助駕駛員將其車輛與充電板對(duì)齊，以確保有效的能量傳輸，并為汽車在未來(lái)自主完成這項(xiàng)工作提供基礎(chǔ)設(shè)施。但是需要良好的工程技術(shù)和大量的用戶紀(jì)律才能確保無(wú)線充電像需要的那樣簡(jiǎn)單快捷，以取代用戶的常規(guī)行為，即像在加油站一樣簡(jiǎn)單地將汽車插入。

汽車中的手機(jī)無(wú)線充電可能是迄今為止無(wú)線能量傳輸前景不確定的最好例證。一句話：只有當(dāng)手機(jī)放置在特定位置以確保發(fā)射器和接收器線圈之間的牢固對(duì)齊時(shí)，它才起作用。

各種形式的充電墊。從左到右：無(wú)線充電架、無(wú)線充電墊和無(wú)線充電杯座

手機(jī)用戶并沒(méi)有那么寬容，這就是為什么最新的智能手機(jī)外殼后面有這么強(qiáng)的磁鐵，可以快速對(duì)齊。但這種無(wú)線充電仍然是一種部分受限的體驗(yàn)——你必須去充電板所在的地方。更好的用戶體驗(yàn)包括能夠在指定體積內(nèi)的任何位置為設(shè)備充電，而無(wú)需與充電線圈緊密耦合和精確對(duì)準(zhǔn)。Molex Ventures資助的一家名為Ossia的初創(chuàng)公司正是這樣做的，它使用了一種類似于先進(jìn)WiFi和5G系統(tǒng)中使用的MIMO天線陣列的策略，使能量能夠被發(fā)送到設(shè)備，即使它不在發(fā)射器的視線內(nèi)。

在Ossia的方法中，功率發(fā)射器從其天線發(fā)出常規(guī)信號(hào)，以使其與附近的任何兼容設(shè)備同步。然后，每個(gè)接收器發(fā)回一個(gè)信標(biāo)信號(hào)，宣布其存在和功率需求。功率發(fā)射器測(cè)量每個(gè)信標(biāo)信號(hào)的相位，并利用該相位確定其應(yīng)發(fā)送功率的方向，以實(shí)現(xiàn)最有效的能量傳輸。

這種方法適用于單天線發(fā)射器，但具有多個(gè)天線的功率發(fā)射器可以測(cè)量到達(dá)其中每個(gè)天線的信標(biāo)信號(hào)的稍有不同的相位，以更準(zhǔn)確地建立最有效的傳輸路徑。然后，功率發(fā)射器可以調(diào)整其每個(gè)天線的相位和功率輸出，以將相干能量波束引導(dǎo)到接收器。而且該路徑不必在視線內(nèi)——如果功率接收器發(fā)送的信標(biāo)信號(hào)在到達(dá)發(fā)射器的路上從墻上反彈，功率發(fā)射器將沿著同一路徑將其波束引導(dǎo)回來(lái)。

啟用Ossia Cota功率接收器的設(shè)備發(fā)送信標(biāo)信號(hào)以定位Cota功率發(fā)射器，然后該發(fā)射器通過(guò)相同路徑無(wú)線傳輸功率。

發(fā)射器還可以支持一個(gè)卷內(nèi)的多個(gè)設(shè)備。該音量?jī)?nèi)的每個(gè)接收器測(cè)量其需要的功率，并將此信息作為請(qǐng)求發(fā)送給發(fā)射器。然后，發(fā)射器比較來(lái)自其服務(wù)的接收器的所有請(qǐng)求，并根據(jù)每個(gè)接收器的需要將無(wú)線功率脈沖分配給每個(gè)接收器。

該公司認(rèn)為，這種方法的前景是，一旦能以這種方式輸送能量，就可以重新思考關(guān)于設(shè)備在環(huán)境中如何供電的各種假設(shè)。這種模式從無(wú)線充電轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)線供電。例如，天花板煙霧報(bào)警器永遠(yuǎn)不需要新電池，機(jī)器人真空吸塵器將在不需要返回笨重的塢站的情況下履行職責(zé)。

手機(jī)告訴我們，我們可以從手持設(shè)備訪問(wèn)任何東西，這種設(shè)備僅受訪問(wèn)帶寬和合適的電池電量水平的限制。無(wú)線能量傳輸似乎是一種避免插入手機(jī)或汽車的有用方法——但最終，它仍然被束縛在充電器的位置。如果在定義的體積內(nèi)為設(shè)備無(wú)線供電變得可行，我們可能會(huì)看到我們的機(jī)會(huì)和行為發(fā)生變化，就像我們從固定電話轉(zhuǎn)移到智能手機(jī)時(shí)一樣。

最終，這種變化將伴隨著支持技術(shù)的發(fā)展——例如幫助解決對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題的傳感器，或促進(jìn)大功率充電的熱管理解決方案。這需要專業(yè)知識(shí)，以提供通往日益互聯(lián)但不受束縛的世界的途徑。

審核編輯 黃昊宇