無線充電技術

1890年，物理學家兼電氣工程師尼古拉·特斯拉（NikolaTesla）就已經做了無線輸電試驗。磁感應強度的國際單位制也是以他的名字命名的。特斯拉構想的無線輸電方法，是把地球作為內導體、地球電離層作為外導體，通過放大發射機以徑向電磁波振盪模式，在地球與電離層之間建立起大約8Hz的低頻共振，再利用環繞地球的表面電磁波來傳輸能量。但因財力不足，特斯拉的大膽構想並沒有得到實現。後人雖然從理論上完全證實了這種方案的可行性，但世界還沒有實現大同，想要在世界範圍內進行能量廣播和免費獲取也是不可能的。因此，一個偉大的科學設想就這樣胎死腹中。

2007年6月7日，麻省理工學院的研究團隊在美國《科學》雜誌的網站上發表了研究成果。研究小組把共振運用到電磁波的傳輸上而成功“抓住”了電磁波，利用銅製線圈作為電磁共振器，一團線圈附在傳送電力方，另一團在接受電力方。傳送方送出某特定頻率的電磁波後，經過電磁場擴散到接受方，電力就實現了無線傳導。這項被他們稱為“無線電力”的技術經過多次試驗，已經能成功為一個兩米外的60瓦燈泡供電。這項技術的最遠輸電距離還只能達到2.7米，但研究者相信，電源已經可以在這範圍內為電池充電。而且只需要安裝一個電源，就可以為整個屋裏的電器供電。

2014年2月，電腦廠商戴爾加盟了A4WP陣營，當時，陣營相關高層就表示，會對技術進行升級，支持戴爾等電腦廠商的超極本進行無線充電。市面上的傳統筆記本電腦，大部分電源功率超過了50瓦，不過超極本使用了英特爾的低功耗處理器，將成為第一批用上無線充電的筆記本電腦。在此之前，無線充電技術，一直只和智能手機、小尺寸平板等“小”移動設備有關。不過，無線充電三大陣營之一的A4WP（“無線充電聯盟”）日前宣佈，其技術標準已經升級，所支持的充電功率增加到50瓦，意味着筆記本電腦、平板等大功率設備，也可以實現無線充電。

2017年10月，支持無線充電功能的手機大家庭，又迎來了3名新成員：iPhone 8、iPhone 8 Plus和iPhone X——它們都支持Qi無線充電標準，目的是給用户帶來更大方便，手機本身看起來也更酷。

初級線圈一定頻率的交流電，通過電磁感應在次級線圈中產生一定的電流，從而將能量從傳輸端轉移到接收端。目前最為常見的充電解決方案就採用了電磁感應，事實上，電磁感應解決方案在技術實現上並無太多神秘感，中國本土的比亞迪公司，早在2005年12月申請的非接觸感應式充電器專利，就使用了電磁感應技術 ^[2]  。

由能量發送裝置，和能量接收裝置組成，當兩個裝置調整到相同頻率，或者説在一個特定的頻率上共振，它們就可以交換彼此的能量，是目前正在研究的一種技術，由麻省理工學院(MIT)物理教授Marin Soljacic帶領的研究團隊利用該技術點亮了兩米外的一盞60瓦燈泡，並將其取名為WiTricity。該實驗中使用的線圈直徑達到50cm，還無法實現商用化，如果要縮小線圈尺寸，接收功率自然也會下降。

這是發展較為成熟的技術，類似於早期使用的礦石收音機，主要有微波發射裝置和微波接收裝置組成，可以捕捉到從牆壁彈回的無線電波能量，在隨負載作出調整的同時保持穩定的直流電壓。此種方式只需一個安裝在牆身插頭的發送器，以及可以安裝在任何低電壓產品的“蚊型”接收器。

主流的無線充電標準有五種：Qi標準、Power Matters Alliance(PMA)標準、Alliance for Wireless Power(A4WP)標準、iNPOFi技術、Wi-Po技術。

Qi是全球首個推動無線充電技術的標準化組織--無線充電聯盟(Wireless Power Consortium,簡稱WPC)推出的“無線充電”標準，具備便捷性和通用性兩大特徵。首先，不同品牌的產品，只要有一個Qi的標識，都可以用Qi無線充電器充電。其次，它攻克了無線充電“通用性”的技術瓶頸，在不久的將來，手機、相機、電腦等產品都可以用Qi無線充電器充電，為無線充電的大規模應用提供可能。

市場比較主流的無線充電技術主要通過三種方式，即電磁感應、無線電波、以及共振作用，而Qi採用了最為主流的電磁感應技術。在技術應用方面，中國公司已經站在了無線充電行業的最前沿。據悉，Qi在中國的應用產品主要是手機，這是第一個階段，以後將發展運用到不同類別或更高功率的數碼產品中。

Power Matters Alliance標準是由Duracell Powermat公司發起的，而該公司則是由寶潔與無線充電技術公司Powermat合資經營，擁有比較出色的綜合實力。除此以外，Powermat還是Alliance for Wireless Power(A4WP)標準的支持成員之一。

已經有AT&T、Google和星巴克三家公司加盟了PMA聯盟(Power Matters Alliance縮寫)。PMA聯盟致力於為符合IEEE協會標準的手機和電子設備，打造無線供電標準，在無線充電領域中具有領導地位。

Duracell Powermat公司推出過一款WiCC充電卡採用的就是Power Matters Alliance標準。WiCC比SD卡大一圈，內部嵌入了用於電磁感應式非接觸充電的線圈和電極等組件，卡片的厚度較薄，插入現有智能手機電池旁邊即可利用，利用該卡片可使很多便攜終端輕鬆支持非接觸充電。

3、A4WP標準

A4WP是Alliance for Wireless Power標準的簡稱，由美國高通公司、韓國三星公司以及前面提到的Powermat公司共同創建的無線充電聯盟創建。該聯盟還包括Ever Win Industries、Gill Industries、Peiker Acustic和SK Telecom等成員，目標是為包括便攜式電子產品和電動汽車等在內的電子產品無線充電設備設立技術標準和行業對話機制。

4、iNPOFi技術

iNPOFi（“invisible power field”，即“不可見的能量場”）無線充電是一種新的無線充電技術。其無線充電系列產品採用智能電傳輸無線充電技術，具備無輻射、高電能轉化效率、熱效應微弱等特性。

iNPOFi智能無輻射技術與現有其他的無線充電技術相比，iNPOFi沒有輻射，採用電場脈衝模式，不產生任何輻射，中國泰爾實驗室測試結果顯示，輻射增加值近乎零。 在高效方面，泰爾試驗室還測定，該技術的產品，充電傳輸效率高達90%以上，徹底改變了傳統無線充電最高70%以下電轉換低效率問題。

在智能管理方面，採用芯片適配管理技術，其中包括：自動開啓、關閉充電過程；自動適配需要的電壓、電流，管理充電過程，以確保較高的充電效率；並可以使用一個統一的充電板，為任何品牌、型號的電子產品，進行安全、便利、高效的充電。 在安全性方面，同時考慮到了各種弱電充電中的安全性問題，如靜電ESD保護、防過充、防衝擊等等，甚至若受電設備自身電源管理出現問題時，可以通過inpofi芯片自動熔斷保護電子設備不被損壞。

值得一提的是，對於智能設備廠商而言，inpofi以一顆極小的芯片為核心，實現了超微化設計，僅有1/4個五毛硬幣大小，可以方便的集成到任何設備中，也可以集成到各種形態的可穿戴設備中。這是傳統電磁原理的產品無法達到的。

iNPOFi技術作為新一代無線充電技術標準，高效、綠色、便捷、經濟。採用該技術的充電設備包含電源發射裝置和電源接收裝置兩部分，發射裝置大小、薄厚與普通手機相當，接收裝置嵌入手機保護套中，將手機套上保護套，平放在發射裝置上進行充電。充電過程中，手機不需要插上任何連接線。相關檢測顯示，充電過程中電磁輻射為零，電能效率轉換達94．7%，接近有線充電。充電設備支持低電壓供電，兼容普通USB供電；實現低温充電，有效保障設備及電池的使用安全及壽命。

5、Wi-Po技術

Wi-Po技術，為Wi-Po磁共振無線充電技術，利用高頻恆定幅值交變磁場發生裝置，產生6.78MHz的諧振磁場，實現更遠的發射距離。

該技術通過藍牙4.0實現通訊控制，安全可靠，並且可以支持一對多同步通信，同時還具有過温、過壓、過流保護和異物檢測功能。該技術由於使用的載體為空間磁場，能量不會像電磁波那般發射出去，所以不會對人體造成輻射傷害。

Wi-Po磁共振無線充電可應用於手機、電腦、智能穿戴、智能家居、醫療設備、電動汽車等各種場景。

目前在國際上，汽車廠商如奧迪、寶馬、奔馳、沃爾沃、豐田等，通信公司如高通等都已經開始研究電動汽車無線充電技術。其中奧迪的無線充電技術方案主要是針對傳輸過程中效率流失的問題，該方案通過一種可升降的無線充電系統，使得電纜端的發射線圈更靠近電動汽車底部的接收線圈，從而提高電力傳輸效率 ^[2]  。寶馬與奔馳合作研發的無線充電技術已經經過了測試，並應用到了寶馬i8車系上。至於沃爾沃則已經完成了電動汽車車載無線充電系統測試，據説整個充電過程用時3個小時都不到。由於無線充電技術相對較成熟，目前在國外有些地方已經開始投入使用，2014年韓國鋪設了一條長達12公里的無線充電路段，車輛行駛在路上可邊開車邊充電。

相比較於國外眾多廠商參與的盛況，國內研究無線充電技術的機構並不多，其中以中興、比亞迪、重慶大學等為代表 ^[3]  。其中中興於2013年就開始研發無線充電技術，2014年推出了成熟具體的產品和方案。目前中興的無線充電方案已經開始在部分城市正式投入使用。不同於中興的廣為人知，比亞迪據説在2005年就申請了非接觸感應式充電器的專利，並在2014年賣給猶他大學的一輛純電動巴士上配備了WAVE無線充電墊。至於科研機構的代表重慶大學，據説在2002年開始研究給汽車充電的“大功率無線電能充電傳輸裝置”。

目前在國內，雖然無線充電技術沒有國外成熟，但也已經開始在部分城市、地方投入運營使用，據瞭解北京已經在研究推廣無線充電微循環公交車，並將於今年下半年在亦莊或是京郊區縣已經有電動出租車的示範區域，開始進行無線充電的示範運行。

無線供電入選廈門市第八批“雙百計劃”，這也是無線充電高新技術項目首次進入福建和廈門，標誌着無線供電產業已成為廈門高新產業羣的重要組成部分。

2014年我國新能源汽車銷量達7.5萬輛，2015年一季度達2.72萬輛。我國新能源汽車產業的高速增長使得市場對充電樁的需求越來越大，解決充電難題已經刻不容緩。雖然已有車企和充電公司投入興建充電樁，但市場遠遠未達到飽和程度。而且相比較於充電樁，無線充電的建設成本更低，據瞭解中興的一套無線充電設施建設下來成本大概2萬元左右，並且還不受場地限制等因素的影響。在巨大的市場蛋糕誘惑面前，無線充電此時不分一杯羹還待何時？也許步入商業化還需要時間，但機會永遠是給有準備的人，此時切入並不晚。

2023年8月，南芯半導體近日宣佈已成功實現手機80W無線快充。 ^[6] 

無線充電產業鏈分為接收和發射兩個部分，接收端上下游產業鏈分為芯片、磁性材料、傳輸線圈、模組製造、系統集成。而發射端分為：芯片、線圈模組、方案設計。

接收端芯片與系統集成設計環節技術壁壘高、利潤高（大概各佔無線充電產業鏈利潤的30%），主要客户是手機終端。發展狀態與三年前指紋識別非常類似，只有IDT一家有過出貨經驗，博通是給蘋果公司官方定製，而其他包括TI、高通在內都沒能抓住產業的第一波爆發機會，未能打入任何一家手機廠商的供應鏈 ^[4]  。相反，國內一批掌握高尖端技術的創業公司和上市公司提前佈局，在手機接收端市場初現端倪，搭載國產芯片的品牌手機已有面市金立手機M7 Plus選用的便是國產品牌的無線充電方案。

在發射端芯片環節，參與廠商眾多，分化出不同的層級。一線的無線充電器廠商，如Mophie、Belkin、澤寶等一般更看重定頻、FOD異物檢測功能，以及快充等性能，品牌NXP、IDT和國內少數主打高端市場的芯片廠商往往成為其首選。在主打性價比的品牌中，國外的芯片因為其居高不下的價格很難佔據一席之地，反而國內的一批芯片廠商市場佔有率很高，當然這一市場的競爭也非常激烈。

接收端產業鏈相關企業：

▲手機無線充電供應鏈相關企業

發射端產業鏈相關企業：

▲發射端無線充電供應鏈相關企業

無線充電市場的爆發，對於上下游企業而言，無疑意味着巨大的商機，不僅在智能手機中，而且在智能家居、汽車等市場依然具有大空間。此外，對於第三方的無線充電供應商來説，這也意味着巨大的商機。這些廠商提供的無線充電器不僅僅是針對三星或蘋果的配套，而是兼容性很高的產品，以實現為不同品牌的手機充電。不過，無線充電產業尚處於發展的初期，市場上湧現的無線充電器產品已是數不勝數，只有那些保證品質的產品才能在市場中脱穎而出。

據環球網報道，美國蘋果預定在2017年發售的最新款“iPhone”可能會使用無線充電模塊。有人説，普通手機的輻射尚且要防，更不用説無線充電的手機了！更有人擔心，無線充電產生的輻射會不會致癌？為此，記者採訪了北京工業大學應用數理學院副教授周洪直 ^[5]  。

1.給手機無線充電是怎麼回事？

無線充電技術的原理其實很簡單，周洪直介紹説，“所謂的無線充電技術，其基本原理和變壓器的原理一樣，就是我們中學物理課上學過的‘電生磁、磁生電’的原理。以手機為例，手機的充電器中有一個磁芯，外面繞有線圈，能將電轉換為電磁場，而電磁場能夠在空間傳播，同時，手機中也有一個相應的接收線圈，這個接收線圈接觸到充電器發出的電磁場後，經過一定的電路進行處理，就可以給手機充電了 ^[5]  。”

2.給手機無線充電產生的輻射會致癌嗎？

周洪直表示，“給手機無線充電會產生一定的輻射，但在有質量保證和使用正確的前提下，這種輻射對人體幾乎沒有危害，更不會致癌。一方面，在無線充電時，磁場是封閉的，對外界輻射很小；另一方面，只要是經過國家3C認證的產品，都會經過嚴格的檢查，其產生的輻射也必須符合一定的標準，不會對人體產生危害 ^[5]  。”

3.各種電子產品產生的輻射會疊加嗎？

隨着科技的發展，人們接觸到的電子產品越來越多：電腦、手機、平板等。有人擔心，電子產品會不會都有輻射？這些輻射會不會疊加到一起，而產生“1+1=2”甚至“1+1>2”的效果呢？

周洪直表示，“電子產品都有輻射，但只要符合國家3C認證的標準，就不會對人體產生危害。至於輻射疊加，需要符合很嚴格的條件，在日常生活中，‘1+1=2’或者‘1+1>2’的情況幾乎沒有，各種電子產品產生的輻射會相互干涉，但並不會相互疊加，在很多情況下甚至會相互抵消。就比如説有很多人同時向湖面扔石子，每一顆石子都會形成水波，但這些水波並不會疊加成巨浪，輻射不會疊加也是這個道理 ^[5]  。”

4.給手機無線充電的技術為什麼沒有普及？

給手機無線充電的技術一直被人們期待，但至今沒有普及，難道是因為其成本過高，或者在技術上難以實現嗎？

周洪直説，“從技術上講，給手機無線充電可以實現，其成本也並不高。這種技術之所以沒有普及，主要是標準和要求上的問題，比如説充電器該採用哪一種規格，磁場該怎麼封閉等，現在這些標準還沒有正式發佈出來。”不過，周洪直表示，一旦相關的標準正式發佈出來，給手機無線充電的技術會很快普及的 ^[5]  。