实现真正的无线电力技术的承诺

我们越来越习惯于通过无线接口在耳塞充电器和电磁炉等各种应用中提供能量，但这项技术能带我们走多远呢？我们是否能够在不插入电缆的情况下为汽车充电，或者在不种植塔架和挖沟的情况下将电网供电到偏远地区？

无线供电有两种主要形式。第一种是通过在发射器和接收器之间形成电场或磁场来紧密耦合发射器和接收器，然后使用它将能量从一个传输到另一个。一些紧密耦合的电力传输方案使用电场来耦合两个电极。还有更多，如电磁炉、电动牙刷和无线电话充电器，在发射器中产生电磁场，然后使用该场在附近的接收器中感应出电流，然后接收器可以采取行动——比如给电池充电。

第二种主要方法是辐射耦合，它涉及将一束能量（通常以高频无线电波的形式）引导到高度调谐的接收器，以捕获尽可能多的能量。

发送器和接收器之间的对齐对于有效的能量传输非常重要。

每种方法都有优点和局限性，能量传输效率和传输范围是最重要的两个衡量指标。对于紧密耦合的方案，发送器和接收器之间的对齐对于有效的能量传输非常重要。如果您使用过电磁炉，您会本能地知道这一点，因为当平底锅从标记的圆环中心移开时，它会立即停止加热。您可能还注意到最新智能手机背面嵌入了大量磁铁，以确保无线充电圆盘与手机的接收器线圈完美对齐。由于充电时间对于新手机的实用性如此重要，

随着电动汽车无线充电标准的制定，我们在更大范围内看到了类似的挑战。Molex 最近对汽车公司进行的一项调查显示，36% 的受访者认为，到 2030 年，无线充电将成为标准功能。在手机中，充电速率以几十瓦为单位。然而，电动汽车 (EV) 需要 50KW 至 250KW 的充电率，才能成为内燃机汽车长途旅行的实用替代品。在地面上的传输线圈和汽车下方的拾取线圈之间正确对齐将非常重要。毕竟，

电动汽车无线充电车道的概念？

SAE International已经发布了一项标准（J2954_202010），以解决与无线车辆充电有关的许多问题。它为用于轻型插入式电动汽车的无线电力传输系统的互操作性、电磁兼容性、电动势、性能、安全性和测试建立了标准。本规范旨在用于固定充电应用，但未来可能会考虑动态应用。目前的形式仅限于地上充电垫，不包括嵌入式安装装置。

SAE J2954标准还定义了一种校准方法，该方法将帮助驾驶员将其车辆与充电板对齐，以确保有效的能量传输，并为汽车在未来自主完成这项工作提供基础设施。但是需要良好的工程技术和大量的用户纪律才能确保无线充电像需要的那样简单快捷，以取代用户的常规行为，即像在加油站一样简单地将汽车插入。

汽车中的手机无线充电可能是迄今为止无线能量传输前景不确定的最好例证。一句话：只有当手机放置在特定位置以确保发射器和接收器线圈之间的牢固对齐时，它才起作用。

各种形式的充电垫。从左到右：无线充电架、无线充电垫和无线充电杯座

手机用户并没有那么宽容，这就是为什么最新的智能手机外壳后面有这么强的磁铁，可以快速对齐。但这种无线充电仍然是一种部分受限的体验——你必须去充电板所在的地方。更好的用户体验包括能够在指定体积内的任何位置为设备充电，而无需与充电线圈紧密耦合和精确对准。Molex Ventures资助的一家名为Ossia的初创公司正是这样做的，它使用了一种类似于先进WiFi和5G系统中使用的MIMO天线阵列的策略，使能量能够被发送到设备，即使它不在发射器的视线内。

在Ossia的方法中，功率发射器从其天线发出常规信号，以使其与附近的任何兼容设备同步。然后，每个接收器发回一个信标信号，宣布其存在和功率需求。功率发射器测量每个信标信号的相位，并利用该相位确定其应发送功率的方向，以实现最有效的能量传输。

这种方法适用于单天线发射器，但具有多个天线的功率发射器可以测量到达其中每个天线的信标信号的稍有不同的相位，以更准确地建立最有效的传输路径。然后，功率发射器可以调整其每个天线的相位和功率输出，以将相干能量波束引导到接收器。而且该路径不必在视线内——如果功率接收器发送的信标信号在到达发射器的路上从墙上反弹，功率发射器将沿着同一路径将其波束引导回来。

启用Ossia Cota功率接收器的设备发送信标信号以定位Cota功率发射器，然后该发射器通过相同路径无线传输功率。

发射器还可以支持一个卷内的多个设备。该音量内的每个接收器测量其需要的功率，并将此信息作为请求发送给发射器。然后，发射器比较来自其服务的接收器的所有请求，并根据每个接收器的需要将无线功率脉冲分配给每个接收器。

该公司认为，这种方法的前景是，一旦能以这种方式输送能量，就可以重新思考关于设备在环境中如何供电的各种假设。这种模式从无线充电转变为无线供电。例如，天花板烟雾报警器永远不需要新电池，机器人真空吸尘器将在不需要返回笨重的坞站的情况下履行职责。

手机告诉我们，我们可以从手持设备访问任何东西，这种设备仅受访问带宽和合适的电池电量水平的限制。无线能量传输似乎是一种避免插入手机或汽车的有用方法——但最终，它仍然被束缚在充电器的位置。如果在定义的体积内为设备无线供电变得可行，我们可能会看到我们的机会和行为发生变化，就像我们从固定电话转移到智能手机时一样。

最终，这种变化将伴随着支持技术的发展——例如帮助解决对准问题的传感器，或促进大功率充电的热管理解决方案。这需要专业知识，以提供通往日益互联但不受束缚的世界的途径。

审核编辑 黄昊宇