与武侠天下中相似的是,现实生活中的打仗式能量传输之效率同样远高于隔空传输,听到这就连水果铁粉都想把贵上天的Magsafe磁贴定义为百无一用的宗教圣器。
无线充电的探索1、起源
无线充电技能(Wireless Charging Technology)是一种电能隔空传输的技能,能量传输办法类似中国古典物理攻击中的“隔山打牛”。

将无线输电技能带到人间的先驱是塞尔维亚美籍物理学家尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)。
早在1891年,特斯拉发明了“特斯拉线圈”(Tesla Coil),能制造出特殊炫目的人工闪电。从某种意义上说,他成了雷神索尔的当代化身。
1893年芝加哥世博会,也即是哥伦比亚天下展览会(The World's Columbian Exposition)之上,特斯拉在电力馆中展示了他的特斯拉线圈,以及无线传输电能的磷光照明灯。
1901年,特斯拉在纽约长岛建了一座57米高的沃登克里弗塔(Wardenclyffe Tower),用作无线电能传输实验。
很多人都玩过《赤色鉴戒》,苏联阵营的高端防御塔叫“磁爆线圈”,别称便是“特斯拉线圈”,能用磁爆步兵增加威力的那款。游戏设定中的盟军光棱塔是爱因斯坦发明的,这在历史上纯粹算瞎说;但磁爆线圈的确是特斯拉发明的,这位隔空输电技能鼻祖如假包换。
可见,不能无线充电的特斯拉电动汽车并非正品。(误)
1903年7月的数个夜晚,雷神索尔,哦不,鬼才特斯拉利用沃登克里弗塔制造几百英里半径范围的人造闪电,点亮了天空。
不过由于沃登克里弗塔的电能传输指向性很差,以是无法像《红警》当中那样直接指向敌军单位进行物理攻击,更别谈通过磁爆步兵进行威力加强了。
据称沃登克里弗塔能将人工闪电打到40公里外,有一次还将某座小镇的电网给劈废了……
今后的1968年,卫星太阳能电站(SatelliteSolar Power Station)之观点在美国提出,不过实现难度太大。
1996年,日本任天国《宝可梦》主角比卡丘出身,将电能隔空传输技能带到动漫行业。
2、四大实现办法
虽然无线充电看起来都一样,但紧张分为4种实现办法,以下数据紧张来自“电子发热友网”的大神:
无线充电紧张事理
中文名
电磁感应式
磁共振式
无线电波式
电容耦合式
英文名
Magnetic Induction
Resonance
Radio Reception
Capacitive Coupling
事理
电磁感应
收/发两端同频共振
电磁波转电流
偶极子感应输电
传输功率
W级
kW级
0.1W级
10W级
传输间隔
mm-cm级
cm-km级
10m级
mm-cm级
事情频率
22kHz
13.56MHz
2.45GHz
560-700kHz
充电效率
80%
50%
38%
70-80%
优点
效率高
功率大间隔远
间隔长
发热少对准哀求低
缺陷
间隔短对准哀求高
效率低人体康健影响
功率小效率很低
间隔短体历年夜功率小
厂商
TiPowermatSplashpower等
MITIntel富士通等
Powercast等
Murata等
电磁感应式的无线充电事理在高中教材讲过,便是低级线圈给次级线圈“布道”传功,现在我们用的最多的手机无线充电便是用的这个事理,电能传输效率比较高,但传输间隔很近。
磁场共振式无线充电仪器会将收/发两套装置的频率调到一个固定频率上共振,进而彼此交流能量。
通过增加发射机和吸收机的线圈尺寸与数量,充电功率与间隔都可以不断增加。此前传输间隔只有cm级,现在逐渐迈向km级,不过传输效率比较低。2007年麻省理工学院物理学教授 Marin Marin Soljacic做了一个2m间隔的无线输能试验,结果效率只有40%。
无线电波式最好理解,便是wifi的意思。小米雷军之前就在微博放炮说要量产化隔空充电装置,不过大家听听就算了……这种无线充电办法的间隔很长,但能量转换效率很低,而且还得让发射器有主动定位功能(相控阵雷达理解一下),你猜本钱能降下来吗?
耦合的英文是Coupling,换个盛行的脑残简写便是CP……
电容耦合便是让低级和次级电路中的电容进行无线关联,利用磁场感应让电能在不同结点之间传输,上风是发热量很小,而且对准哀求比较低,非强制症用户绝对会点赞。
3、无线充电的硬件配置
无线充电设备的构造并不繁芜,恰好太平洋汽车网的隔壁便是太平洋电脑网,我们兄弟部门有一组无线充电器的图片可以直不雅观给到大家理解。
平时手机用的无线充电器/无线充电宝基本都是这种构造,属于电能的发射端,下图是主控芯片,这里提到的Qi标准会在后文再次提起。
下图是低级线圈,发射电能旗子暗记用的,绕组尺寸很小,标称的无线输出功率只有5W,用来看高清视频的话可能充电速率低于放电速率……
接下来便是无线充电宝的四颗18650电芯(直流电),去掉电芯便是更纯粹的充电板(互换电变直流电),价格便宜些。
无线充电设备的构造简化理解,便是下面的教材配图,电能经由发射电路到达吸收电路。
目前无线充电家当链已经被智好手机逐渐培养起来了,因此汽车的无线充电不再是海市蜃楼而已,不是伪需求,未来依然有机会。
4、无线充电的效率
无线充电的效率被有线充电吊打是正常操作,毕竟前者涉及的元器件更多,可以损耗能量的地方更多:
a、构造耗能:通过发射与吸收两组元器件。
b、芯片耗能:发射端和吸收真个芯片。
c、线圈耗能:发射与吸收线圈本身有内阻,大功率输电时发热明显。
d、传输丢失:隔空传输,跑掉的散兵游勇太多。
e、设计丢失:比如发射端开始了,吸收端还没开始,能量就跑了。
目前,理论上最高的无线充电传输效率在80%旁边,实际上根本达不到。
无线充电的实用化场景
1、电动牙刷
如今电动牙刷该当是性价比最高的无线充电设备了,100-200元就可以买到个主流品牌的入门款。
由于要做到全身防水,常常拆装机身的话比较随意马虎毁坏防水构造,以是多数电动牙刷都做成了无线充电的样式。电池一样平常是17500或者18650之类的,直径太大的话不好握,直径太小的话又要常常充电。
由于牙刷的利用频率是一天两次,中间隔着十几个小时,无论你是睡前刷完牙放到底座上充电,还是起床后刷完牙放到底座上充电,都能担保基本充满,孱弱的充电效率根本不是问题。
2、智好手机
智好手机的无线充电功能被消费者逼着做出来的。进入智好手机时期之后,巨大的手机屏幕与运算效率惊人的芯片,让现在手机的耗电量远远高于九宫格板砖,结果锂离子电池跟不上了……
由于苹果的不可换电设计开了一个坏头,一天一充,乃至一天两充,是目前智好手机用户的常态。为了提升充电功率缩短充电韶光,我就比较喜好用电脑的65W Type-C充电器给智好手机充电……
无线充电装置目前已经变得非常便宜,二三线副牌随便几十块就能买到一个。此前只有7-10W,目前量产化、实用化的无线充电功率已经到达20W旁边了。
3、苹果MagSafe磁性充电
办理了无线充电时不能玩手机的问题。对了,为什么要花这329多块呢?(这还没算149元的20W充电头)况且还得端着这么大个圆盘,直接用祖传五福一安也差不了太多……
实际充电功率只有10-15W旁边,跟三年前买的废旧小米充电宝差不多。如果利用第三方保护壳会影响充电功率,又回到五福一安的石器时期。
往后iPhone是不是要取消充电插口了……(又能赚到一大笔独家外设用度)
4、条记本
2017年7月,戴尔发布了Latitude 7285无线充电条记本,无线充电办法为WiTricity供应的磁共振式,技能源头是麻省理工学院(MIT),最高充电功率可以去到30W。
这家位于马萨诸塞州的WiTricity公司同时研发着汽车无线充电技能,是AirFuel同盟的成员。
5、合营L4级别自动停车的汽车无线充电
终于回到汽车动力电池的无线充电这个紧张话题上面来。
由于动力电池的容量实在太大了,无线充电设备的传输功率实在太低,这是一对天生的抵牾,因此是无线充电行业的终极话题。
比较当前有线方案,无线充电本身的上风并不明显,除非合营自动停车技能,还得是L4级别的才行。之前Marvel X吹过要做自动停车+无线充电的方案,结果牛吹出去了过了三年还没实现。
L4自动驾驶技能的上风在于人可以到车外,让车子自己去找车位和无线充电板,这样子可以节省驾驶者的韶光,相称于古时候长途骑马之后,把马放到草地上吃草补充续航。
另一种方案则是在固定路线预埋无线充电板,对商用车辆进行无线充电,这样子可以提升资源利用效率,才有可能在商业上得到良性循环。问题是,既然是固定线路,直接用有线不更便宜更快速吗?又是脱裤子XX。
无线充电的行业标准在3C电子领域,无线充电标准一共有4个巨子,最出名的是无线充电同盟WPC推出的Qi标准(刚刚那个无线充电宝为例);此外Alliance for Wireless Power(A4WP)与Power Matters Alliance(PMA)在2017年合并为一家无线充电行业同盟(AirFuel Alliance),翻译跟前者基本同等;末了一家便是什么外设钱都想自己赚的苹果。
在新能源汽车领域,目前无线充电标准比较繁杂,我们举两大巨子的例子:一个是美国汽车工程师学会SAE发布的TIR J2954,据称能量传输效率最高可达85%(目前技能条件下是空中楼阁),设有四个功率级别,分别是3.7kW (WPT1)、7.7kW (WPT2)、11kW (WPT3)、22kW (WPT4)。目前正在玩的是WPT1和WPT2。
另一个是中国电力科学研究院(CEPRI),中国汽车技能与研究中央(CATARC)、中国电力企业联合会(CEC)与前文提到的WiTricity公司互助之成果,中国国标GB/T 38775《电动汽车无线充电系统》。
国标的前4种功率跟SAE标准是同等的,后面还有WPT5-7,个中WPT7的充电功率大于66kW,对付有线充电而言都算得上快充。
车企的无线充电研发操持回应“手机无线充电如此遍及,为什么汽车无线充电无法实现?”这个灵魂拷问时,我们就可以用一句神回答——抛开剂量谈毒性都是耍泼皮。
新能源汽车的电池容量太高了,成为了这项技能量产之路上的最大难题。
1、沃尔沃
早在2013年,沃尔沃就对外公布了一下无线充电技能,但这个项目并未持续下去。
一方面是由于无线充电太慢,动力电池容量太大,他们的测试车是一台电动版的沃尔沃C30;另一方面则是沃尔沃的电动汽车项目太缓慢了,他们当时的把稳力在Drive-E模块化动力总成之上。
2、丰田
2014年轮到丰田发力无线充电技能,他们还针对性地优化了自动驾驶技能,让两种鸡肋的玩意合体变成可用的。
3、Evatran & 特斯拉
2016年,一家叫Evatran的公司专门给特斯拉Model S设计了一款无线充电系统,卖当时的2500美元,也便是1.6万公民币旁边。
据称最大充电功率可以达到7.2kW,问题是他们并未详细先容如何改装特斯拉车载充电机来接管能量。
目前Evatran官方上对他们产品的描述依然有点虚……
4、梅赛德斯-奔驰
2016年,戴姆勒集团就曾透露要在当时的梅赛德斯-奔驰S550e plug-in hybrid插电式稠浊动力版(W222)上面配备一套无线充电系统。(问题来了:无线充电版本的S级是否还叫“plug-in”呢?)
当时笔者写的新闻是这样的:如无插队的黑马,奔驰S级将成为环球首个可选装无线充电系统的车系。
结果到现在来看,S级都换W223世代了,还没有插队的黑马涌现……
戴姆勒集团当时准备在S级的底盘下安装一组大大的次级线圈,吸收埋藏于地底下的低级线圈中的能量,据称能量转化率超过90%。
于此同时,奔驰S550e plug-in hybrid的电池组容量将增加55%至13.5kWh,以得到更长的纯电续航里程。
奔驰正准备列装的无线充电技能,利用了SAE TIR J2954无线功率传输标准,至于奔驰将采取哪种充电功率的版本,至今仍未见分晓……
5、日产
日产2017年对外公布了一项无线充电技能,跟WiTricity一起玩的。本来操持用在第二代;聆风(Leaf)之上,不过终极没玩成。
6、奥迪
D5世代(第四代)的奥迪A8e-tron,在2017年就展示了无线充电技能,不过这款无线充电技能在今年还没真正量产化。
奥迪称之为AWC (Audiwireless charging),第一代系统的充电功率只有3.6kW(也便是现在家用挂壁桩的一半),还没量产的第二代已经能做到11kW,据称电能传输效率高达效率是90%,当前
先来看一下Audi A8 L e-tron无线充电的炫酷宣扬视频,这是奥迪第一款无线充电车,无线充电的功率为3.6KW, 当然条件是车辆充电机与无线充电装置得靠得足够近,这就哀求充电装置主动抬升到指定位置了。
7、宝马
宝马此前在2018款530e插混车型上展示了自家的BMWWireless Charging 无线充电技能,而宝马与奔驰在技能上是有通用性的,由于此前这两家巨子合伙(众筹)开展了无线充电干系的技能研发事情。(嘿,每次都没奥迪份儿)
SAE的TIR J2954标准方向于给插混车供电,由于功率实在太低了,知足不了纯电动车的大胃口。
这台搭载无线重点技能的530e只有9.4kWh的动力电池,有线充电时长3.0小时,3.2kW下的无线充电时长3.5小时,也算是很争气。
8、保时捷
保时捷2018年发布的Mission ECross Turismo观点车上就有无线充电技能的干系描述,不过在量产车Taycan之上并未得到呈现。
功率参数?只有中心扶手箱里头的手机无线充电设备功率公布了……
9、其他
除了上面8家紧张车企,还有刚刚我们提到的荣威,以及只放了风声的当代企业。
除了汽车厂商,还有相称一部分供应商也在研发车用无线充电装置,比如高通、复兴、西门子等等。华为和小米?我猜他们要进军汽车领域的话,没点革命性的技能可玩不成。
接种理解一下案例和质疑
1、特斯拉蛇形充电枪
这是我们见过最诡异的充电枪了,像一条蛇,高下扭动,自动找到充电口插进去……
何止是猥琐,切实其实是猥琐!
这种办法如果能实现量产的话,实在也就没无线充电什么事了。
2、充电高速公路
动态无线充电(Dynamic Wireless Charging)是一种更高阶的无线充电办法,比“对准哀求”特殊高的静态无线充电办法要难很多。
大略阐明便是,路面下方铺设有非常多的初次线圈,车子一起跑一起充,不断对接下一个线圈。
鉴于汽车移动速率这么快,估计充电效率会低到恐怖,白白向空中发射这么多电能。
3、小米隔空充电
小米不久前发布了隔空充电技能,用144个天线构成的相位掌握阵列(相控阵雷达),将电能通过毫米波发射给手机充电。
考虑到功率只有5W,能量传输效率这么低,而且还会被障碍物遮挡,再大功率的隔空充电则会对人体产生侵害,因此笔者并不看好这项技能。
4、无线有线一起充会炸吗?
那个……
实际上系统会自动找最高充电功率的那个用着,也便是利用有线充电,无线屏蔽事情。
5、无线充电伤电池吗?
电池紧张怕几样东西,我们一个个数:
a、怕热:如果散热不佳,的确会有锂枝晶成长加速、电池短路自燃的风险。
b、怕冷:充电不会使电池变冷,这条过。
c、怕穿刺:说好了无线,没穿刺,这条过。
d、怕振动:说好了无线,没振动,这条过。
e、怕挤压:说好了无线,没挤压,这条过。
f、怕快充:目前无线充电功率不佳,没过分担心了,这条过。
g、拍改装:你有能力改无线充电设备?有的话可以直接去特斯拉投简历。
h、拍过充过放:随放随充,功率还小,反而没那么随意马虎过充过放,锂枝晶天生/电池容量丢失的可能性降落。
6、辐射对人体有害吗?
国标GB/38775对无线充电的电磁场强度进行了规范,确保对人体没有侵害,条件是消费者必须买到符合国标的认证产品。
P.S.
职业曝露:个人因从事固定或指定的职业活动而受到的所有电磁场曝露。在接管适当的指示和培训的条件下,事情者已知且志愿经历电磁场的影响。
"大众年夜众曝露:"大众年夜众受到的所有电磁场曝露,不包括职业曝露和医疗曝露。一样平常情形下,公众年夜众是在不知情的状况下曝露于电磁场。
7、发射装置会泄电吗?
国标进行了保护区域的划定,此外还对充电板的强度进行了规范,免得一些低质量充电板被车轮碾压多几次就破坏泄电,毕竟无线充电设备发射端最高的输出电压可以达到1500V AC这么恐怖。
充电板(发射装置)的安装办法分为两种,地埋式抗损能力强一些,下方的地上安装办法就得更多地考虑机器构造的稳固程度了。
总结1、无线充电的上风
a、不用抬那根去世重的充电线缆,机器损耗也少了(无机器连接)。
b、充电场景更灵巧,合营自动停车技能利用更佳。
c、更少过充过放的可能性,提升电池循环寿命。
2、无线充电的劣势
a、能量损耗,造成摧残浪费蹂躏。
b、充电速率慢。
c、本钱太高,车载充电机、自动驾驶技能、充电地坑、无线充电板(还得可升降)四者叠加得是多恐怖的本钱。
d、配备无线充电配套举动步伐之后,车重增加,续航降落。
e、对准哀求高
(图/文/摄:太平洋汽车网 黄恒乐)