無線技術儘管日益普及於電動車、嵌入式醫療裝置以及室內無線傳能等應用領域,當前的無線充電卻仍面臨許多技術門檻。業界迫切需要「下一代無線充電技術」來實現無線充電技術「無線化、行動化的能源自由存取」之初衷。

在ASPENCORE旗下EET電子工程專輯、EDN電子技術設計、ESMC國際電子商情、機器人網主辦的《創源2019國際電子產業鏈資源對接大會》上,卡珀林智慧科技董事長李雲輝從能源、資訊、大數據、人工智慧(AI)演算法等角度分享下一代無線充電技術帶來的商機。

無線技術應用體驗局限大

一百多年前偉大的發明家、科學家特斯拉提了出無線充電自由能量概念,但初步應用是在2007年MIT的實驗,點燃了無線充電的新浪潮。直到2017年左右,蘋果(Apple)和BMW對無線充電技術的導入象徵該技術實現產業應用。

自此,無線技術開始應用於電動車、嵌入式醫療設備、室內無線傳能環境等領域。但另一方面,技術的發展還需要一定的週期,當前的無線充電還面臨許多的技術壁壘。

總結各領域的無線技術的使用實踐經驗發現,在當前的無線能量傳輸時,能量的獲取還是束縛非常大,即使當下市場上已經有小功率的手機無線充電產品面世,但其使用體驗仍不如人意。因此市場迫切需要「下一代無線充電技術」來實現無線充電技術「無線化、行動化的能源自由存取」之初衷。

wireless charging

三種無線充電技術比較

從現有的無線充電技術來看,雖然可以充電,但還是存在缺陷。為什麼大家都覺得無線充電好,但市場空間卻尚未開啟,還是有其技術原因存在。例如充電距離,使用距離非常短,位置的移動性非常差,包括局限性比較多,能不能為多個設備同時供電,可不可以在大範圍為多部手機同時供電,邊玩邊充等等。當前的無線充電技術還是有一定的局限性。

李雲輝按無線充電技術分為三種:磁感應耦合(QI標準)、磁共振耦合(Airfuel標準)、磁近場調控進行了比較。

磁感應耦合(QI標準):因其在安全性和穩定性,以及成本上的一定優勢,而成為當下商用最為廣泛的技術,但其使用的密繞線圈難以整合,熱耗散差,兩線圈之間無線電能傳輸效率會隨著增加和角度變化急劇衰減,而且位置的偏移也會對效率產生巨大影響,而所有這些不利因素都源於磁場的迅速發散。換言之,該技術存在傳輸效率低、傳輸距離短、位置固定的缺點。

磁共振耦合(Airfuel標準):利用兩線圈之間的共振增加磁場之間的耦合,而其共振率會嚴重依賴於兩個線圈之間的相對位置。同時,該技術缺乏對磁場空間分佈的調控能力。換言之,該技術雖然可以實現移動無線充電的目的,但可移動的同時也存在效率不穩定/待機功率高的問題,還存在電路及元件發熱問題。

磁近場調控:卡柏林創新研發的智慧無線充電技術,在磁共振耦合技術的基礎上,特別加入磁場分佈智慧調控技術來實現的磁場的精確控制。在無線充電的基本物理原理上,有些獨特的特點:具有磁場精確控制的能力,把原來空間中傾向於發散的磁場收攏至比較狹小的空間,這樣就可以使得接收端做到小型化,包括在大範圍中為小的負載進行供電、移動化等等都有可能性。此外,全pcb設計使其體積輕薄,能量傳輸效率高(~70%),可實現較遠充電距離,且移動式系統穩定、待機功率低(0.01w左右)。

經由上述三種技術的比較,李雲峰總結下一代無線充電技術應具備的四個特徵:

  • 超距輸電:小功率應滿足5-20cm的遠距充電,大功率應做到30cm以上的充電需求。
  • 多負載:一對多、小型化、多功率段
  • 動態充電:大自由度、快速回應、穩定保護
  • 超低待機功耗:待機功耗低,空載時接近零損耗,帶來增強的產品安全性及電磁相容性。

在技術上取得突破之後,其應用場景就有了無線的想像空間。那麼是不是可以從原來比較有限的市場應用,逐步拓展到多場景無線充電自由能量供應的應用?可能在較多場景中進行無線充電自由能量獲取的應用嗎?

李雲峰表示,下一代無線充電技術特徵的技術,可望引爆無線充電市場中的多種應用,包括行動智慧裝置、智慧裝置及小家電、廚衛家電、商業機器人,以及對於水下、礦下以及醫療應用等未知領域的探索。