科普向丨无线充电:是极客的玩具还是被忽视的黑科技?

科普向丨无线充电:是极客的玩具还是被忽视的黑科技?

1890 年,物理学家兼电气工程师 Nikola Tesla 发现,通过把地球作为内导体、地球电离层作为外导体,通过放大发射机以径向电磁波振荡模式,就可以进行无线传输电能。不过,这在当时仅仅只是在理论上解决了无线充电的问题。一百多年后,在 2007 年,麻省理工大学的一个团队经过多次试验,成功地实现向一个两米外的 60 瓦灯泡供电,不过试验中最远输电距离只达到 2.7 米。自此之后,无线充电技术开始从实验室里走出来,步入商业化的道路。

可惜的是,尽管距无线充电技术概念的提出已经超过了百年时间,它才仅仅在我们的电动牙刷、剃须刀等小家电上广泛应用。至于支持无线充电的手机,也是凤毛麟角——只有部分国际大厂的旗舰机型才会配备这项技术。

无线充电原理与标准

仔细观察我们身边的手机,我们也不难发现,即使手机支持无线充电,也鲜有用户给手机配备无线充电底座。在谈论为什么无线充电不能迅速普及开来的原因之前。首先让我们看看市面上,主流的几种无线充电技术:

无线充电解析图.jpg

其中最为消费者所熟悉的便是电磁感应式,有很多采用这个原理的用电器上都会标着「Qi」的字样。而 Qi 是全球首个推动无线充电技术的标准化组织——无线充电联盟(Wireless Power Consortium,简称 WPC)推出的「无线充电」标准,具备便捷性和通用性两大特征。首先,不同品牌的产品,只要有一个 Qi 的标识,都可以用 Qi 无线充电器充电。其次,它攻克了无线充电「通用性」的技术瓶颈,在不久的将来,手机、相机、电脑等产品都可以用 Qi 无线充电器充电,为无线充电的大规模应用提供可能。

市面上采用 Qi 标准的手机有:Galaxy S6 系列,Nexus 6,Lumia 930 等等。使用这些手机的时候,不需要安装任何配件,直接将它放在任何一款支持 Qi 标准的充电器上就能开始充电,目前市面上已经有了劲量、PowerMate 等品牌的大量不同款式的无线充电器可供选择。

nexus-4-slip.jpg

除了 Qi 标准之外,还有 A4WP(Alliance for Wireless Power)与 Power Matters Alliance 联合的新无线充电标准,其与 Qi 最大的不同在于,这个标准下的用电器是利用「磁共振」原理进行充电的。从上面的表格,我们可以看出,相对于电磁感应式,利用这种原理充电虽然充电效率要低些,但是发热量也降下来了,且充电距离稍微能远一点点。

为什么我们还要被充电线束缚住?

介绍完目前无线充电的几种主流技术以及两类标准之后,让我们回到最初的那个问题,无线充电为什么不能迅速普及?编者给出的答案是:充电效率太低,如果是采用 Qi 的充电标准,还得加上发热量太大这个缺点;并且最关键的是,目前主流的无线充电技术实用性太低,更多是「接触式」的充电,这仅仅是帮我们摆脱了充电线。

shutterstock_189544781.jpg

就拿只能无线充电的 Apple Watch 举例,它的电池容量仅 750mAh,充电时长却需要 2.5 小时。看看你手上的 iPhone 6s,电池容量是它的两倍多,充电时间却与它相当。这样的充电效率怎能在短时间内「喂饱」现在动辄 3000mAh 以上的手机?

WPTqwvk.jpg

当然,如果强行提高充电效率,手机充电时间确实是缩短了,但发热量又成了一个大问题,尤其是采用 Qi 标准的手机。曾经有 Galaxy S6 的用户表示,他们试过几次无线充电就不太想用了,他们表示,相对于快充来说,无线充电要耗费两倍以上的时间。最让他们担心的是,充电时「相当惊人」的热量。

无线充电确实让我们扔掉了充电线,但大多数的消费级无线充电技术依然还不能做到让用户「拿着手机充电」的地步——手机还是需要放在充电专用的板子上。苹果最近上线的一款无线充电器,外观虽然变了,手表能够侧躺着充电,但依然是需要手表与充电器「紧密结合」。尽管手表、手机无需被充电线束缚着了,但我们还是得被拴在插座附近。

怎样连充电底座也舍弃掉?

现在还真的有一项新技术能帮我们连充电底座都丢掉——只需要一块小小的芯片,搭配 Si-Ware 系统,就能让你的手机躺在衣兜里充电。

Si-Ware 系统是由 Ossia 公司研发出的 Cota 技术。这项技术能够给距离电源 30 英尺(约 9 米)范围内的八台设备充电。这个系统的工作原理有点类似于 Wi-Fi,一块芯片在电源附近,另一块芯片则需要安装在用电器上。既然工作原理类似于 Wi-Fi,那么 Cota 工作时,也能像 Wi-Fi 一样可以发射穿透墙面,地板和其他房屋内障碍物的电磁波。

没错,这项技术的原理正是「无线电波式」的充电原理。这种无线充电技术的最大挑战在于电磁波的转换率问题——大量的电磁波能量被浪费在了寻找接收器的过程中。那 Cota 是如何解决这个问题的呢?

cotaossia22.png

首先安装了芯片的接收端会向空间里发送大量的低能量无线电波,藉由这些电波确定电源的位置,然后接受到了低能量无线电波的电源再「按照原路」将高能量电波输送回去给发射器。这样双向传输电波的方式巧妙地解决了高能电波在寻找接收器过程中能量损耗的问题,提高了转化率。

samsung-galaxy-s6.jpg

这项新技术能够彻底地将我们从充电线的束缚中解放出来,对 IoT(万物互联)来说,更是具有重要意义的一步。今后不仅手机可以完全地无线充电,我们也无需任何电线就能给家中的各种感应器供电,「无线」地构建智能生活。

当然制造商仍然需要考察这项技术。在 2016 年第一季度,就会有给制造商测试的工程样本。根据技术开发公司 Ossia 的信息,这项技术属于即插即用型。只要将这套系统集成在电源管理系统中,就不需要任何额外的工程来确保输入电池的能量适当。

image00.jpg

自从无线充电技术商用以来,我们既目睹了 Palm Veer 这样的一代经典传承至今,也经历了各种无线充电标准的合并,眼下正在蓬勃发展的是类似于这样的充电技术还有将电能转换成超声波的 uBeam 充电技术,也有利用 Wi-Fi 给手机充电的技术,以及更极客地利用灯光进行无线充电的。也许不久以后的某一天,当你进入咖啡厅时,手机就会提醒你:「您已进入无线充电区域,手机开始充电……」


如果你想了解、试用更多新鲜有趣的硬件产品,欢迎关注「极客之选」微信帐号。查看历史文章请点击:传送门

栏目二维码
Galaxy S6无线充电Apple Watch
关注极客公园公众号
反馈