从手机到电动车 无线充电扩大应用领域

2019/08/01 - DIGITIMES企划

无线充电技术与时俱进，且相关应用愈来愈多，毕竟大家都希望能摆脱线缆的牵绊。无线充电是指不需透过电线或电缆传输电力的技术，此技术由发射器和接收器两个部分组成。

在无线充电技术的进展过程中，标准之争始终是热门议题，Qi标准和AirFuel联盟内的其他各种规格彼此竞争主流且互不兼容，这个问题不彻底解决，无线充电的进一步普及就有待商榷。

自由及线上，无线充电追求目标

另一个无线充电技术的重要发展方向，是希望无线充电能更为「自由」。也就是说，现在的无线充电多是基于线圈的电感和电容充电，充电距离约几毫米，许多系统要求发送器和接收器上的充电线圈须要对准，如此才能获得最快速充电，而为了提升使用便利性，现在许多研究的目标，是要让无线充电能够在自由空间，以更线上离充电。

例如，位于美国加州圣荷西的WattUp，该公司开发的线上离无线充电系统采用AirFuel RF规范，已获得美国联邦通讯委员会(FCC)认证。WattUp中场(Midfield)发送器可以为距离为1米的装置提供射频功率，支持基于接触式和非接触式的无线充电，并可为多个装置充电。

另一家业者Powercast则开发出可在距离最远25米处为多个消费性电子产品充电的发送器PowerSpot。PowerSpot发送器能够创造一个无线充电空间，当支持PowerSpot的装置进入特定范围内，就能获得自动充电。PowerSpot发送器采用915MHz ISM频段，透过无线方式发送RF能量至装置中嵌入的PowerHarvester接收器芯片，然后将RF能量转换为直流电(DC)以补充电池。

不须人为干预，自动启动充电

此外，以色列业者Wi-Charge开发的无线充电发射器，则会自动检查电量低的电子装置，并且自动对其进行充电。Wi-Charge的作法是在天花板上安装一个红外线发射器，发射器连接到标准电源，并以红外线为附近的接收器供电，其应用场所包括家庭、办公室、餐厅、饭店大厅和其他公共场所等。

Wi-Charge无线充电装置能在10米范围内提供最高3瓦功率的电力；发射器只要找到已经启用的装置，就会为其供电，无需人为干预，另一特性是覆盖范围极广，单个发射器就能覆盖250平方英尺。值得一提的，Wi-Charge产品已取得美国FDA(美国食品药品监督管理局)的批准，也符合国际安全标准，因此，Wi-Charge发射器所发出的带电红外线并不会影响人体健康。

此外，东京大学川原圭博教授带领团队，也正在开发可将房间变成无线充电环境的技术，当用户携带手机等电子装置进入房间时，无线充电将自动进行。该研究团队已改装一间3平方米的房间做为示范。这个房间的地板和墙壁都内嵌产生磁场的板子，智能手机进入房间就会无线取得电力，电池开始充电。这项新技术遵循国际磁场使用安全指引，确保不会对用户健康造成影响。团队接下来将持续改善充电效率并降低成本，为商品化做准备。

产业研究机构Yole Développement的研究报告指出，到2024年，无线智能手机充电系统市场规模预计每年将超过12亿台。另根据IHS预计，全球无线充电市场规模将从2015年的17亿美元增长至2024年的150亿美元，年复合成长率达到27%。市调机构MarketWatch研究则指出，在未来5年内，无线充电IC市场收入的年复合成长率将达到19.1%，2019年将达到21亿美元，至2024年全球市场规模将达到52亿美元。

车厂支持，电动车充电无线化

不只是手机无线充电愈来愈热，电动车无线充电也是相关单位积极投入研发的领域，例如，美国能源部隶属的橡树岭国家实验室，多年来一直都在研发车用无线充电技术，其开发的无线充电系统是自电网取得电力，转换为高频率的交流电，通过线圈产生磁场，磁场变化使得6英寸距离外的车上充电线圈产生交流电力，再经由整流器转为直流电，供电给车子的电池组储存。

目前此研究的充电功率已从两年前的20千瓦(kilowatt)提升到120千瓦。为了达到120千瓦大功率，同时又不至于大幅增加系统设备体积重量，此研究采用最新的碳化矽电子元件。

此技术的其他特性还包括：充电效率提升到97%，与当前有线快速充电装置相当；无线充电速度已不输Tesla的充电桩。橡树岭国家实验室研究合作夥伴包括丰田、思科(Cisco)、大功率无线充电设备商Evatran，以及美国南卡罗莱纳州克莱门森大学的国际汽车研究中心。接下来的目标是发展350~400千瓦的充电装置，能在15分钟内充饱汽车电池。

民间业者方面，新创公司Hevo已经在进行从原型进入量产的阶段，计划生产数千具产品，在未来18个月内供应签约的电力公司和车厂。麻州车用无线充电公司WiTricity已向Qualcomm收购汽车无线充电技术Halo，并与丰田、Aptiv(前Delphi)、Mahle、TDK、IHI、Shindengen、Daihen、BRUSA和安洁无线签订技术授权合约，其中，安洁无线将供应无线充电产品给国内大陆车厂。

WiTricity是利用其专利磁共振技术来实现突破距离的无线电力传输解决方案，该公司的Drive 11充电技术，充电功率为11千瓦，充电效率为93%。此前，本田(Honda)和WiTricity联手展示WiTricity DRIVE 11「车到网」双向无线充电系统；BMW也推出了采用WiTricity无线充电技术的插电式混合动力汽车。

电动车需求增，带动无线充电成长

电动车无线充电技术商业化后将带来极佳的便利性。车辆无论是停在家里、车库或公共停车场，只需停在无线充电地垫上方，就能够免连结开始充电，无需任何笨重的缆线，几乎消除了插电的需要。

随着全球愈发重视全球暖化议题，以及国内大陆电动车需求快速冲高，加上所有主要汽车制造商有计划地逐步淘汰内燃机汽车，全球电动汽车市场持续成长。预计2030年全球将有超过1.2亿辆电动汽车上路，投资于充电公共基础设施的金额超500亿美元。至2040年，仅国内大陆就将有2亿辆电动汽车上路，占全球所有汽车总量的三分之一(5.59亿辆)。随着电动车市场的成长，无线充电技术的发挥空间将愈来愈大，商机备受期待。

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图说：Powercast开发出可线上为多个消费性电子产品充电的发送器。(Powercast)


图说：以色列业者Wi-Charge开发的无线充电发射器，以红外线为附近的接收器供电。(Wi-Charge)