我,尼古拉 · 特斯拉,懷著一顆不甘平凡的心,立志改變世界。我渴望讓能量像風一樣自由流動,讓人們在任何地方都能無拘無束地為設備充電。我披星戴月,日夜顛倒地在實驗室里探索,終于找到了一個傳遞能量的方法。我運用電磁感應原理,讓電能在兩個線圈之間流動。可惜,當時的技術水平有限,我的實驗遇到了重重難關。
Ai 繪畫 - 在實驗室中的尼古拉 · 特斯拉
【資料圖】
首先,我為了實驗而捉襟見肘。購買昂貴的材料和設備讓我陷入了困境,這使得我的實驗進展緩慢。此外,我的實驗涉及高壓和高頻電磁波,這讓我如履薄冰,生怕帶來安全隱患。為了確保自己和周圍人的安全,我不得不嚴加防范,小心翼翼地進行實驗。
Ai 繪畫 - 面對失敗實驗的尼古拉 · 特斯拉
在歷經千辛萬苦,屢戰屢敗之后,我意識到要實現這個夢想還需要攻克更多技術難題。最終,我含淚割舍了這個心愿,將這項拯救世界的使命寄托在了后人身上。我堅信,總有一天,真理的光輝將驅散黑暗,能量傳遞的奧秘將為世人所掌握。而那時,我雖已長眠于九泉之下,也會在天之靈處為后來者的成功喝彩," 家祭無忘告乃翁 "。
Ai 繪畫 - 尼古拉 · 特斯拉
在現代電力之父離世的 65 年之后,2008 一家名為 WiTricity 的公司成功進行了一次無線能量傳輸實驗,這一實驗被認為是現代無線充電技術的起點。
WiTricity 公司目前正在從事 " 電動車無線充電技術研發 "
無線充電技術基于電磁感應原理,通過發射端線圈產生的變化磁場,使得設備端線圈產生感應電流以實現充電。這一技術克服了傳統有線充電的局限性,讓充電過程更加便捷、安全和靈活。然而,無線充電技術仍面臨一些難點。提高能量傳輸效率和擴大有效充電距離是關鍵挑戰,以及確保多種設備和標準之間的兼容性。同時,安全性也是一個重要因素,需確保充電過程中不對人體健康和其他電子設備產生負面影響。
圖片源自網絡
Ai 繪畫
2008 年 12 月 17 日,無線充電聯盟(Wireless Power Consortium, WPC)成立由來自中國、美國、日本、荷蘭等國的 9 家企業創立,以制定所有電子設備都能兼容的無線低功率充電國際標準為使命。截至 2018 年 11 月,該聯盟成員已有超過 638 家公司,包括諾基亞、HTC、三星、意法半導體、蘋果、華為、索尼等等。熟悉的 Qi 標準就是該聯盟為無線充電行業所制定的一個規范。
Qi 1.0(2010 年)
Qi 1.0 是無線充電聯盟(Wireless Power Consortium, WPC)于 2010 年發布的第一個無線充電標準。這個標準定義了基于電磁感應的無線充電技術,包括充電器與接收器之間的通信協議、功率傳輸參數等。初始版本的 Qi 標準主要支持低功率應用,充電功率上限為 5W。Qi 1.0 標準關注了充電效率、安全性和互操作性等方面的問題,為后續標準的發展奠定了基礎。
圖片來源于網絡
經典的 Nokia Lumia 920 支持 Qi 1.0 無線充電,發布于 2012 年 9 月
Qi 1.1(2012 年)
Qi 1.1 版本在 2012 年發布,相對于 1.0 版本,主要有以下更新:引入了基本功率協議(Basic Power Profile, BPP),允許充電器與接收器之間進行簡單的功率調整。通過 BPP,充電器可以根據接收器的實際需求提供恰當的充電功率,從而避免過充或充電不足的問題。優化了一些安全和性能要求,如溫度控制、電池保護等,提高了充電效率和穩定性。
Samsung Galaxy S6 支持 Qi 1.1 無線充電并引入了自家的無線充電協議,發布于 2015 年
Qi 1.2(2014 年)
Qi 1.2 版本于 2014 年發布,是一個重要的更新,主要包括以下內容:引入了中功率規范,將最大充電功率提升至 15W。這一改進使得 Qi 標準可以支持更多高功率的應用,如平板電腦、筆記本電腦等。支持磁共振技術,使得充電距離得到擴展。磁共振技術相對于電磁感應技術,可以在更遠的距離傳輸能量。對一些技術細節進行了優化,如充電器與接收器之間的通信協議、測試方法等,以提高產品的性能和兼容性。
蘋果推出的第一款支持無線充電的手機是 iPhone 8 和 iPhone 8 Plus,同時還發布了 iPhone X,使用 Qi1.2 系列標準,這三款手機都在 2017 年發布,為了實現無線充電功能,這三款手機采用了玻璃背面設計。
Qi 1.2.2(2015 年)
Qi 1.2.2 版本于 2015 年發布,主要針對一些技術細節進行優化,包括:FOD(Foreign Object Detection,異物檢測)技術的優化,使得充電器可以更準確地檢測到金屬異物。FOD 技術可以避免金屬異物在充電過程中引發過熱或火災等安全隱患。對溫度測試、輸出功率測試等進行了調整,以滿足更嚴格的技術要求。
Qi 1.2.3(2016 年)
Qi 1.2.3 版本于 2016 年發布,主要包括以下更新:進一步優化了 FOD 技術,使得充電器可以更準確地檢測到金屬異物。這一改進有助于提高無線充電的安全性和穩定性。引入了一些新的測試方法和性能要求,以確保產品的性能和兼容性。例如,新增了關于磁共振技術的測試方法,以滿足不同應用場景的需求。
Qi 1.2.4(2017 年)
Qi 1.2.4 版本于 2017 年發布,主要針對一些技術細節進行了調整和優化,包括:充電器與接收器之間的通信協議進行了優化,以提高數據傳輸的可靠性和效率。對充電器的輸出功率測試、接收器的輸入功率測試等進行了調整,以滿足更嚴格的技術要求。
Qi 1.3(2021 年)
Qi 1.3 版本于 2021 年發布,具有以下重要更新:引入了多設備充電功能,支持一個充電器同時為多個設備充電。這一功能可以大大提高充電器的使用效率,為用戶帶來更便捷的充電體驗。并且優化了充電器與接收器之間的通信協議,提高了充電效率和兼容性。例如,支持更高級的功率控制策略,以實現更智能、更高效的充電過程。
2022 年發布的 iPhone 14 Pro 使用 Qi 標準最高支持 7.5W 的充電功率
最新的 Qi2 于今年的 1 月發布,Qi2 標準借鑒了 Apple 的 MagSafe 技術,進一步突出磁性對接的重要性,確保設備與充電器實現精確對齊,從而提升充電效率及縮短充電時間。Qi2 標準有望在全球范圍內替代現有的 Qi 標準。預計到 2023 年,全球無線充電設備(包括發射器和接收器)的銷量將達到約 10 億部。Qi2 標準的優勢在于其更加快速的充電效率和易上手、無感操作屬性,能為部分設備實現更快的充電速度。預計 2023 年夏季,市場將迎來首批 Qi2 認證的手機和充電器。
在未來,不僅是智能手機、電腦、穿戴式設備將徹底實現無線化(無線充電、無線內容傳輸),電動汽車、中大型無人機等搭載動力電池的器械也將邁進無線充電的時代,以電動汽車無線充電為例,采用電磁感應原理,將電能無線地從地面充電器傳輸到汽車底部的接收器,從而為汽車電池充電。這一技術不僅可以在固定停車場地提供無線充電服務,還有望在道路行駛過程中實現動態充電,進一步拓展電動汽車的續航能力。
圖片來源于 WiTricity 官網
以上述提到的第一家實現無線能量傳輸公司 WiTricity 為例子,在其開發白皮書中表示,電動汽車的無線充電是通過使用無線電磁場來傳輸能量,這種技術使用了一種稱為感應耦合的過程,其中一個線圈產生一個磁場,而另一個線圈則接收該磁場并將其轉換為電能。可以在室內或室外安裝,并且可以在所有溫度下安全運行,在雨雪天氣下也可以正常工作。
圖片來源于 WiTricity 白皮書
在充電功率與傳輸效率上,WiTricity 表示可以做到對電動汽車充電提供 3KW、6KW、11KW 的系統,最大預計以傳輸高達 450KW 的充電功率,在能量損耗上,從電網到電池的充電效率達到 90%-93%。常規的樁式充電站可以達到 150KW 的功率,無線充電的功率還是有些低的。
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