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无线充电迎来新风口?未来会取代有线充电吗?
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无线充电迎来新风口?未来会取代有线充电吗?

2020-09-02 11:53:39 来源:新华网客户端 点击:530

【大比特导读】那么,无线充电的基本原理是什么?有线充电与无线充电对硬件的性能有什么不同的要求?随着无线充电技术的发展,未来有线充电会被完全取代吗?就此,科技日报记者采访了国内有关专家。

随着物联网、可穿戴和便携式设备的发展,人们对于智能电子产品的依赖性越来越高。然而杂乱的充电线时常会让消费者感到头疼,频繁插拔线材对充电接口也会造成一定损伤,于是人们开始寻求新的充电方式来改变这一状况。当下,越来越多的电子设备开始采用无线充电技术

日前,小米十周年发布会上发布了小米10“超大杯”系列,将无线充电的功率提升至50W,理论上通过无线充电花40分钟即可将手机电量充满。同时,小米还推出了两款无线充电配件产品,以配合手机的使用需求。利用无线充电技术强势吸引眼球的并非小米一家,在今年华为、三星等发布的新品中,也能不断看到无线充电技术的身影。

无线充电

那么,无线充电的基本原理是什么?有线充电与无线充电对硬件的性能有什么不同的要求?随着无线充电技术的发展,未来有线充电会被完全取代吗?就此,科技日报记者采访了国内有关专家。

通过电磁感应给手机无线充电

简单来看,无线充电技术是一种非物理接触的电能传输方式,对于充电器的位置没有限制,使用时只需将移动设备放置在充电板上即可完成充电。

当前,无线充电作为一种便携式的充电方式,已被应用到了生活中的诸多领域,适用范围主要包括各种小功率电子设备,例如手机、平板电脑、电动牙刷、手环、电子手表、电子眼镜等。

在公共区域,无线充电技术还常被用来提供公益性或租赁式充电服务,并将成为未来生活中重要的应用场景,例如让电动汽车摆脱粗重的充电线缆,实现随时随地充电。

那么,该技术究竟是如何完成充电的?“无线充电技术最早起源于1890年尼古拉·特斯拉的无线电力输送设想,主要理论基础是电磁感应,简单可以理解为‘电生磁、磁生电’原理。”厦门大学信息学院副院长洪学敏教授说。

洪学敏以手机无线充电器为例解释说,无线充电器中有一个磁芯,外面绕有线圈,充电器内部的电流通过线圈时会产生感应磁场,而电磁场能够进行空间传播。同时,手机中也有一个相应的接收线圈,在一定空间范围内,能够接收到充电器发出的电磁场,再经过一定的电路处理,就可以给手机充电了。

随着充电技术的不断发展,现在通过磁共振、电场耦合、无线电波传输等方式也可以实现无线充电,不过专家认为,当前主要的几种无线充电方式各有利弊,近乎完美的无线充电方式还没出现。

“电磁感应式是目前发展最为成熟、可以大规模普及的一种方式,它对于环境的适应能力比较强,而且已经实现了商业化和产业化。”华东师范大学通信与电子工程学院、上海市多维度信息处理重点实验室李庆利教授介绍说,这种方式采用的电磁波频率较低,远场区域仅存在少量电磁波,因而对其他设备不会造成太大的电磁干扰。但是,这种方式的充电效率较低,较难满足大功率电器的充电需求。

此外,磁共振无线充电方式具备传输距离远、可以一对多无线充电等优点,适合未来在新能源汽车无线充电、公共场所无线充电热点布置等应用场景中推广使用,但是技术发展还不够成熟。同时,无线电波式、电场耦合式的无线充电技术在未来的产业化应用场景,也需要进一步探索。

用电更安全、防水防潮性更好

据专家介绍,有线充电和无线充电的区别不仅仅在于充电方式的差异,二者对电子设备的硬件性能也有着不同的要求。

科技日报记者了解到,有线充电目前十分成熟,硬件上只需要相应的接口和电源管理接口电路。而无线充电相比有线充电对设备硬件性能要求更高,由于充电方式不同,其充电器和接收器都需要重新设计。

“比如手机、智能穿戴等电子设备一般包含中央处理器(CPU)、数字信号处理(DSP)等运

算处理芯片,无线充电的高频交变电场可能会对这些芯片产生一定程度的干扰,在设计上需要加强对交变电场的屏蔽措施,或采用具有更高抗干扰能力的芯片。”李庆利说。

洪学敏也指出,无线充电目前还存在功率损耗方面的问题,充电时容易产生不必要的热能,使得充电过程中电子设备的温度明显上升,因此设计无线充电类型的产品,需要选取耐热性能比较好的电池。

无线充电技术逐步走向成熟,也给电子产品带来了新的变化,使得新型电子产品具备了更多的新优势:首先,无线充电技术解决了当电子设备过多时,消费者手中线缆过多的问题;另外,免插拔设计的电子产品具有较高的用电安全性,可避免电源线腐蚀老化带来的漏电风险;设备密封性好,具有较好的防水防潮能力,在潮湿或易积水场合也能安全使用。

“无线充电技术极大地满足了人们对电子设备便携性、高效率等品质的追求,可以说无线充电技术是未来的主要趋势。”李庆利说。

完善用户体验是全面普及的关键

虽然与传统的有线充电方式相比,无线充电技术具有诸多优势,但是该技术诞生至今并没有全面普及,个中原因既包括当前技术上的限制,也不乏人们对无线充电技术存在认识误区。

“无线充电设备需要内置充电线圈,这造成便携式设备体积相对有线充电方式的要大,同时增加了产品的成本,用户接受度差。此外,实际使用过程中,无线充电的功率仍然较低,也使得用户体验较差。”洪学敏说。

同时,记者还了解到,人们对于无线充电依旧存在一些顾虑,例如电磁辐射等。对此,北京工业大学应用数理学院周洪直副教授曾在一次采访中指出,给手机无线充电会产生一定的辐射,但在产品有质量保证和正确使用的前提下,这种辐射对人体几乎没有危害。

“未来,要实现无线技术的完全普及,还需要学术界和工业界一起携手进行技术上的突破。”李庆利建议,从技术角度看,可以研究减小接收端线圈体积的方法,尝试设计新材料线圈;研究提高充电效率的方法,缩短充电时间,比如从充电波形、电路设计、线圈新材料选择、提高电池充电电流等方面考虑;鼓励厂商形成相关产业联盟,并严格按照国家标准进行设计和生产,严格控制产品质量,防止出现充电安全事故给用户造成损害。

洪学敏则认为应当进一步完善相应无线充电国家标准,建议国家给予更多政策支持,推动产学研相结合。同时,应大力宣传无线充电的安全性及优点,使用户逐渐消除对无线充电的误解。

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