迎來春天前無線充電還有這些事要解決

文／謝開飛

隨著物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴和便攜式設(shè)備的發(fā)展，人們對于智能電子產(chǎn)品的依賴性越來越高。然而雜亂的充電線時(shí)常會讓消費(fèi)者感到頭疼，頻繁插拔線材對充電接口也會造成一定損傷，于是人們開始尋求新的充電方式來改變這一狀況。當(dāng)下，越來越多的電子設(shè)備開始采用無線充電技術(shù)。

日前，小米十周年發(fā)布會上發(fā)布了小米10“超大杯”系列，將無線充電的功率提升至50W，理論上通過無線充電花40分鐘即可將手機(jī)電量充滿。同時(shí)，小米還推出了兩款無線充電配件產(chǎn)品，以配合手機(jī)的使用需求。利用無線充電技術(shù)強(qiáng)勢吸引眼球的并非小米一家，在今年華為、三星等發(fā)布的新品中，也能不斷看到無線充電技術(shù)的身影。

那么，無線充電的基本原理是什么？有線充電與無線充電對硬件的性能有什么不同的要求？隨著無線充電技術(shù)的發(fā)展，未來有線充電會被完全取代嗎？就此，科技日報(bào)記者采訪了國內(nèi)有關(guān)專家。

通過電磁感應(yīng)給手機(jī)無線充電

簡單來看，無線充電技術(shù)是一種非物理接觸的電能傳輸方式，對于充電器的位置沒有限制，使用時(shí)只需將移動設(shè)備放置在充電板上即可完成充電。

當(dāng)前，無線充電作為一種便攜式的充電方式，已被應(yīng)用到了生活中的諸多領(lǐng)域，適用范圍主要包括各種小功率電子設(shè)備，例如手機(jī)、平板電腦、電動牙刷、手環(huán)、電子手表、電子眼鏡等。

在公共區(qū)域，無線充電技術(shù)還常被用來提供公益性或租賃式充電服務(wù)，并將成為未來生活中重要的應(yīng)用場景，例如讓電動汽車擺脫粗重的充電線纜，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地充電。

那么，該技術(shù)究竟是如何完成充電的？“無線充電技術(shù)最早起源于1890年尼古拉·特斯拉的無線電力輸送設(shè)想，主要理論基礎(chǔ)是電磁感應(yīng)，簡單可以理解為‘電生磁、磁生電’原理?！睆B門大學(xué)信息學(xué)院副院長洪學(xué)敏教授說。

洪學(xué)敏以手機(jī)無線充電器為例解釋說，無線充電器中有一個(gè)磁芯，外面繞有線圈，充電器內(nèi)部的電流通過線圈時(shí)會產(chǎn)生感應(yīng)磁場，而電磁場能夠進(jìn)行空間傳播。同時(shí)，手機(jī)中也有一個(gè)相應(yīng)的接收線圈，在一定空間范圍內(nèi)，能夠接收到充電器發(fā)出的電磁場，再經(jīng)過一定的電路處理，就可以給手機(jī)充電了。

隨著充電技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在通過磁共振、電場耦合、無線電波傳輸?shù)确绞揭部梢詫?shí)現(xiàn)無線充電，不過專家認(rèn)為，當(dāng)前主要的幾種無線充電方式各有利弊，近乎完美的無線充電方式還沒出現(xiàn)。

“電磁感應(yīng)式是目前發(fā)展最為成熟、可以大規(guī)模普及的一種方式，它對于環(huán)境的適應(yīng)能力比較強(qiáng)，而且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化?！比A東師范大學(xué)通信與電子工程學(xué)院、上海市多維度信息處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李慶利教授介紹說，這種方式采用的電磁波頻率較低，遠(yuǎn)場區(qū)域僅存在少量電磁波，因而對其他設(shè)備不會造成太大的電磁干擾。但是，這種方式的充電效率較低，較難滿足大功率電器的充電需求。

此外，磁共振無線充電方式具備傳輸距離遠(yuǎn)、可以一對多無線充電等優(yōu)點(diǎn)，適合未來在新能源汽車無線充電、公共場所無線充電熱點(diǎn)布置等應(yīng)用場景中推廣使用，但是技術(shù)發(fā)展還不夠成熟。同時(shí)，無線電波式、電場耦合式的無線充電技術(shù)在未來的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用場景，也需要進(jìn)一步探索。

用電更安全、防水防潮性更好

據(jù)專家介紹，有線充電和無線充電的區(qū)別不僅僅在于充電方式的差異，二者對電子設(shè)備的硬件性能也有著不同的要求。

科技日報(bào)記者了解到，有線充電目前十分成熟，硬件上只需要相應(yīng)的接口和電源管理接口電路。而無線充電相比有線充電對設(shè)備硬件性能要求更高，由于充電方式不同，其充電器和接收器都需要重新設(shè)計(jì)。

“比如手機(jī)、智能穿戴等電子設(shè)備一般包含中央處理器（CPU）、數(shù)字信號處理（DSP）等運(yùn)算處理芯片，無線充電的高頻交變電場可能會對這些芯片產(chǎn)生一定程度的干擾，在設(shè)計(jì)上需要加強(qiáng)對交變電場的屏蔽措施，或采用具有更高抗干擾能力的芯片?！崩顟c利說。

洪學(xué)敏也指出，無線充電目前還存在功率損耗方面的問題，充電時(shí)容易產(chǎn)生不必要的熱能，使得充電過程中電子設(shè)備的溫度明顯上升，因此設(shè)計(jì)無線充電類型的產(chǎn)品，需要選取耐熱性能比較好的電池。

無線充電技術(shù)逐步走向成熟，也給電子產(chǎn)品帶來了新的變化，使得新型電子產(chǎn)品具備了更多的新優(yōu)勢：首先，無線充電技術(shù)解決了當(dāng)電子設(shè)備過多時(shí)，消費(fèi)者手中線纜過多的問題；另外，免插拔設(shè)計(jì)的電子產(chǎn)品具有較高的用電安全性，可避免電源線腐蝕老化帶來的漏電風(fēng)險(xiǎn)；設(shè)備密封性好，具有較好的防水防潮能力，在潮濕或易積水場合也能安全使用。

“無線充電技術(shù)極大地滿足了人們對電子設(shè)備便攜性、高效率等品質(zhì)的追求，可以說無線充電技術(shù)是未來的主要趨勢。”李慶利說。

完善用戶體驗(yàn)是全面普及的關(guān)鍵

雖然與傳統(tǒng)的有線充電方式相比，無線充電技術(shù)具有諸多優(yōu)勢，但是該技術(shù)誕生至今并沒有全面普及，個(gè)中原因既包括當(dāng)前技術(shù)上的限制，也不乏人們對無線充電技術(shù)存在認(rèn)識誤區(qū)。

“無線充電設(shè)備需要內(nèi)置充電線圈，這造成便攜式設(shè)備體積相對有線充電方式的要大，同時(shí)增加了產(chǎn)品的成本，用戶接受度差。此外，實(shí)際使用過程中，無線充電的功率仍然較低，也使得用戶體驗(yàn)較差?！焙閷W(xué)敏說。

同時(shí)，記者還了解到，人們對于無線充電依舊存在一些顧慮，例如電磁輻射等。對此，北京工業(yè)大學(xué)應(yīng)用數(shù)理學(xué)院周洪直副教授曾在一次采訪中指出，給手機(jī)無線充電會產(chǎn)生一定的輻射，但在產(chǎn)品有質(zhì)量保證和正確使用的前提下，這種輻射對人體幾乎沒有危害。

“未來，要實(shí)現(xiàn)無線技術(shù)的完全普及，還需要學(xué)術(shù)界和工業(yè)界一起攜手進(jìn)行技術(shù)上的突破。”李慶利建議，從技術(shù)角度看，可以研究減小接收端線圈體積的方法，嘗試設(shè)計(jì)新材料線圈；研究提高充電效率的方法，縮短充電時(shí)間，比如從充電波形、電路設(shè)計(jì)、線圈新材料選擇、提高電池充電電流等方面考慮；鼓勵(lì)廠商形成相關(guān)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，并嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，嚴(yán)格控制產(chǎn)品質(zhì)量，防止出現(xiàn)充電安全事故給用戶造成損害。

洪學(xué)敏則認(rèn)為應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步完善相應(yīng)無線充電國家標(biāo)準(zhǔn)，建議國家給予更多政策支持，推動產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合。同時(shí)，應(yīng)大力宣傳無線充電的安全性及優(yōu)點(diǎn)，使用戶逐漸消除對無線充電的誤解。