無線充電各種原理方案的比較

無線充電技術(shù)，即Wireless charging technology，是指具有電池的裝置不需要借助于電導(dǎo)線，利用電磁波感應(yīng)原理或者其他相關(guān)的交流感應(yīng)技術(shù)，在發(fā)送端和接收端用相應(yīng)的設(shè)備來發(fā)送和接收產(chǎn)生感應(yīng)的交流信號來進(jìn)行充電的一項(xiàng)技術(shù)，源于無線電力輸送技術(shù)。

無線充電技術(shù)的研究，源于19世紀(jì)30年代，邁克爾-法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，即磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而在電線中產(chǎn)生電流。但最早的無線電力傳輸思想是尼古拉-特斯拉(Nikola Tesla)在19世紀(jì)90年代提出的無線電力傳輸構(gòu)想和無線輸電試驗(yàn)，因而有人稱之為無線電能傳輸之父。

技術(shù)原理

從具體的技術(shù)原理及解決方案來說，目前無線充電技術(shù)主要有電磁感應(yīng)式、磁共振式、無線電波式、電場耦合式四種基本方式。這幾種技術(shù)分別適用于近程、中短程與遠(yuǎn)程電力傳送。

各種無線充電方式都有各自的特點(diǎn)，具體比較如表1所示。

表1無線充電各種原理方案的比較

當(dāng)前最成熟、最普遍的是電磁感應(yīng)式。其根本原理是利用電磁感應(yīng)原理，類似于變壓器，在發(fā)送端和接收端各有一個(gè)線圈，初級線圈上通一定頻率的交流電，由于電磁感應(yīng)在次級線圈中產(chǎn)生一定的電流，從而將能量從傳輸端轉(zhuǎn)移到接收端，如圖1所示。PWC聯(lián)盟發(fā)起者Powermat公司用電磁感應(yīng)式推出過一款WiCC充電卡，與SD卡差不多大，內(nèi)部嵌有線圈和電極等組件，插入現(xiàn)有智能手機(jī)電池旁邊即可使用。

圖1電磁感應(yīng)式無線充電原理

磁共振式也稱為近場諧振式，由能量發(fā)送裝置，和能量接收裝置組成，當(dāng)兩個(gè)裝置調(diào)整到相同頻率，或者說在一個(gè)特定的頻率上共振，它們就可以交換彼此的能量，其原理與聲音的共振原理相同，排列在磁場中的相同振動頻率的線圈，可從一個(gè)向另一個(gè)供電，如圖2.技術(shù)難點(diǎn)是小型化和高效率化，被認(rèn)為是將來最有希望廣泛應(yīng)用于電動汽車無線充電的一種方式。

圖2磁共振式無線充電示意圖

無線電波式，基本原理類似于早期使用的礦石收音機(jī)，主要有微波發(fā)射裝置和微波接收裝置組成。典型的是20世紀(jì)60年代布朗(William C. Brown)的微波輸電系統(tǒng)，其示意圖如圖3.整個(gè)傳輸系統(tǒng)包括微波源、發(fā)射天線、接收天線3部分;微波源內(nèi)有磁控管，能控制源在2. 45 GHz頻段輸出一定的功率;發(fā)射天線是64個(gè)縫隙的天線陣，接收天線擁有25%的收集和轉(zhuǎn)換效率。日本龍谷大學(xué)的移動式無線充電系統(tǒng)，也是通過頻率為2.45GHz的微波送電，點(diǎn)亮了行駛中的模型警車的警燈。

圖3無線電波式電能傳輸

電場耦合式利用通過沿垂直方向耦合的兩組非對稱偶極子而產(chǎn)生的感應(yīng)電場來傳輸電能，其基本原理是通過電場將電能從發(fā)送端轉(zhuǎn)移到接收端。這種方式主要是村田制作所采用，具有抗水平錯位能力較強(qiáng)的特點(diǎn)。