无线供电能否缓解“低电量焦虑”

作者：本站  来源：转载  浏览：748  发布时间：2016-07-20

来源标题：无线供电能否缓解“低电量焦虑”

日前，在俄罗斯彼尔姆城，一个叫小P的机器人竟然自作主张“逃出”实验室。最终，因为电池耗光而停留在街道中间，一度造成小范围的交通堵塞。

对于机器人来说，缺电会让其无法正常运行。而对于不少患上手机依赖症的人而言，“电池电量低”则会让心情变得焦躁烦闷。人们将这种现象统称为“低电量焦虑症”。

为缓解这一“现代病”，科学家尝试引入无线充电技术。这到底是个怎样的技术？它能否推广应用，真正缓解“低电量焦虑”呢？

传统电池技术续航偏弱

“再穷也要有WiFi，再苦不能没电量。”网络上流传的这则“新版马斯洛需求”，用戏谑的方法清晰地传递出这样一个信号：“低电量焦虑”已经影响到不少人的基本生活状态。

据报道，LG公司对超过2000名手机用户进行调查。结果发现，90%的人对手机电量的流失十分担忧；60%的被访者曾经历过因手机没电而无法与家人、朋友、同事等取得联系；41%的被访者因手机没电而感到恐慌。

近年来，智能手机的核心性能成倍增长，但受制于现有的锂电池技术和机身空间，续航偏弱成为一个无法逾越的行业障碍。为了解决这个问题，各大手机厂商绞尽脑汁，目前普遍的做法是应用快充技术。而对于消费者来说，随身携带移动电源是应急充电的主要方式。

不过，科学家们相信，随着无线充电技术的发展，消费者将可以随时随地充电，且能够摆脱插座、线缆的束缚。例如，我们在咖啡厅、办公室和家里，只需将手机安放在感应区域就可以直接充电；抑或走进公交车、地铁站乃至电影院里，就相当于走进了电磁场，随身携带的电器可以随意“补充能量”……

美国Energous公司正在将这个设想变为现实。这家企业的研究人员使用射频电波为4.5米内的设备，提供了点对点无线电力输送。其中，发送器放置在房间内的高处或角落，当连有接收器的设备进入发送范围时就会聚集射频电波为设备充电。接收器通过WiFi和低功耗蓝牙定位设备位置，与发送器连接。

实验证明，这样一个发送器可以在4.5米距离内，同时为4个待充设备提供2瓦特功率的电力传输，而耗时仅为传统接线充电的一半。

磁共振催生“隔空充电”

2014年，美国高通公司展示一款汽车无线充电系统。这个系统采用充电箱来驱动地面上的无线充电垫，在汽车开上来后开始电力传输。

实验表明，与充电桩等传统方式相比，电动汽车的无线充电可以解决火花、积尘、接触损耗及机械磨损等一系列问题，同时可以实现停车位自动充电和移动供电。由此，将降低对电池容量的要求，增强电动汽车续航能力。

无线充电技术不仅在消费电子领域有巨大需求，同时在新能源汽车产业中也有着良好的应用前景。那么，它到底是基于何种原理呢？

早在100多年前，科学家就发现电力可以转化为电磁波在空气中传播。当时有科学家制作了两个铜线圈，让其中一个连接电源，负责发出能量；另一个连接灯泡，负责接收能量，两个线圈中间没有任何电线连接。由于这两个线圈拥有相同的电磁振动频率，电能最终成功地在两个线圈之间进行传输。

所谓无线充电技术，就是利用磁共振、电磁感应等原理，实现电能在充电发射器与电子设备之间的传输。根据供电距离的不同，它可以分为短程、中程和远程传输三大类：

短程传输通常依靠电磁感应来实现。电磁感应电力传输主要以磁场为媒介，通过初级和次级线圈感应产生电流，可以隔着很多非金属材料进行传输，一般适用于小型便携式电子设备供电。短程传输距离上限是10厘米。

中程传输可以通过电磁波射频来实现，其传输距离能达10米，但传输功率较小，多为汽车配件、助听器及人体植入仪器等提供支持。

远程传输主要利用微波或激光技术。微波传输是将电能转化为微波，让微波经自由空间传送到目标位置，再转化成直流电能，提供给负载。激光电能传输则是利用激光方向性强、可以携带大量能量的优势，实现较远距离的输电。

传输距离和辐射限制应用

通常，科技公司提到的无线充电技术，指的是可以将手机放在充电垫上来充电，不需要充电线。例如，苹果、华为等品牌的手表，通过两线圈相互接触感应，可以进行电能转换。不过，很多人质疑，这和数据线充电有什么本质区别吗？

真正的无线充电技术，类似于“隔空充电”，像WiFi信号一样，通过空气等媒介来传输电能；其能量传输效率可以保持在70%左右，且都采用智能化控制，能自动识别负载是否完成充电，比不能识别是否充电完成的传统充电器更加环保，电能利用率更高。因此，推广前景值得期待。

但是，传输距离和辐射问题，也限制着无线充电技术的推广应用。无线电波的弥散、吸收与衰减，被认为是无线充电的难点。电磁波在自由空间传输能量的过程中，会向四方散发、不易集中、定向性差；能量在无线传输过程中，各种各样的干扰会造成能量传输损耗，特别是微波漫射在空间，能量衰竭更快。

此外，使用无线充电的产品工作频率设定的范围是50赫兹至60赫兹，理论上电磁辐射与普通小家电相当。但检测发现，无线充电的电磁辐射相较于无线通信要高很多。还有专家表示，产生辐射的不仅仅是无线充电器，电脑、手机、WiFi、电视、微波炉等同样有辐射，因而存在一个叠加辐射的问题。因此，应当在提高无线充电传输能力的同时，降低电磁辐射水平，将其下降到一个安全许可的范围内。这或许是无线充电技术发展应用的一大瓶颈。

对汽车无线充电系统的检测还显示，磁感应传输电能会产生轻微辐射。在人体各器官中，心肺受到的影响较为明显，需作为重点防护对象。不过，由于车身的屏蔽作用以及电磁参数随距离的急剧衰减，车外的电磁安全指标明显优于车内。因此，就个体而言，最好不要置于无线充电的中心场域。

脑洞大开的无线充电方案

WiFi充电　美国华盛顿大学正在开发“WiFi 电力系统”。这个技术可以通过WiFi信号为8.5米内的设备充电。传感器接收射频信号中的电能，并将其转化为直流电。

呼吸供电　巴西一名设计师设计了一款用呼吸为手机充电的新型装置——AIRE面罩，里面装有一个小型的风力涡轮机，能够把呼吸产生的风能转化成电能。

摩擦充电　这利用的是静电原理。一片指甲大小的纳米材料通过摩擦就能产生8毫瓦的电量，足够让心脏起搏器运行起来了；摩擦25平方厘米的材料足以点亮600盏LED灯。

声音供电　整个装置就像“三明治”，特定化合物把氧化锌纳米管线夹在中间。当外界声音传至表面时，声波震动会导致氧化锌纳米管线压缩和伸展，从而产生微量的电压。目前，这种装置能将100分贝左右的音量转换成50毫伏的电压。

家具充电　宜家公司推出一系列支持无线充电的家居用品。最引人关注的是支持无线充电的台灯、书桌、床头柜和落地灯等。这些家具自带无线充电模块，用户买回去连上电源就可使用。　　（部分资料引自新华社、《科技创新与应用》）

转载自：http://tech.qianlong.com