【硬體編年史Vol.7】無限未來,未來無線—Qi無線充電技術發展史

2023-04-16     太平洋電腦網

原標題:【硬體編年史Vol.7】無限未來,未來無線—Qi無線充電技術發展史

我,尼古拉·特斯拉,懷著一顆不甘平凡的心,立志改變世界。我渴望讓能量像風一樣自由流動,讓人們在任何地方都能無拘無束地為設備充電。我披星戴月,日夜顛倒地在實驗室里探索,終於找到了一個傳遞能量的方法。我運用電磁感應原理,讓電能在兩個線圈之間流動。可惜,當時的技術水平有限,我的實驗遇到了重重難關。

Ai繪畫 - 在實驗室中的尼古拉·特斯拉

首先,我為了實驗而捉襟見肘。購買昂貴的材料和設備讓我陷入了困境,這使得我的實驗進展緩慢。此外,我的實驗涉及高壓和高頻電磁波,這讓我如履薄冰,生怕帶來安全隱患。為了確保自己和周圍人的安全,我不得不嚴加防範,小心翼翼地進行實驗。

Ai繪畫 - 面對失敗實驗的尼古拉·特斯拉

在歷經千辛萬苦,屢戰屢敗之後,我意識到要實現這個夢想還需要攻克更多技術難題。最終,我含淚割捨了這個心愿,將這項拯救世界的使命寄托在了後人身上。我堅信,總有一天,真理的光輝將驅散黑暗,能量傳遞的奧秘將為世人所掌握。而那時,我雖已長眠於九泉之下,也會在天之靈處為後來者的成功喝彩,「家祭無忘告乃翁」。

Ai繪畫 - 尼古拉·特斯拉

在現代電力之父離世的65年之後,2008一家名為WiTricity的公司成功進行了一次無線能量傳輸實驗,這一實驗被認為是現代無線充電技術的起點。

WiTricity公司目前正在從事「電動車無線充電技術研發」

無線充電技術基於電磁感應原理,通過發射端線圈產生的變化磁場,使得設備端線圈產生感應電流以實現充電。這一技術克服了傳統有線充電的局限性,讓充電過程更加便捷、安全和靈活。然而,無線充電技術仍面臨一些難點。提高能量傳輸效率和擴大有效充電距離是關鍵挑戰,以及確保多種設備和標準之間的兼容性。同時,安全性也是一個重要因素,需確保充電過程中不對人體健康和其他電子設備產生負面影響。

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Ai繪畫

2008年12月17日,無線充電聯盟(Wireless Power Consortium, WPC)成立由來自中國、美國、日本、荷蘭等國的9家企業創立,以制定所有電子設備都能兼容的無線低功率充電國際標準為使命。截至2018年11月,該聯盟成員已有超過638家公司,包括諾基亞、HTC、三星、意法半導體、蘋果、華為、索尼等等。熟悉的Qi標準就是該聯盟為無線充電行業所制定的一個規範。

Qi 1.0(2010年)

Qi 1.0 是無線充電聯盟(Wireless Power Consortium, WPC)於 2010年發布的第一個無線充電標準。這個標準定義了基於電磁感應的無線充電技術,包括充電器與接收器之間的通信協議、功率傳輸參數等。初始版本的 Qi 標準主要支持低功率應用,充電功率上限為 5W。Qi 1.0 標準關注了充電效率、安全性和互操作性等方面的問題,為後續標準的發展奠定了基礎。

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經典的Nokia Lumia 920支持Qi 1.0無線充電,發布於2012年9月

Qi 1.1(2012年)

Qi 1.1 版本在 2012 年發布,相對於 1.0 版本,主要有以下更新:引入了基本功率協議(Basic Power Profile, BPP),允許充電器與接收器之間進行簡單的功率調整。通過 BPP,充電器可以根據接收器的實際需求提供恰當的充電功率,從而避免過充或充電不足的問題。優化了一些安全和性能要求,如溫度控制、電池保護等,提高了充電效率和穩定性。

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Samsung Galaxy S6支持Qi 1.1無線充電並引入了自家的無線充電協議,發布於2015年

Qi 1.2(2014年)

Qi 1.2 版本於 2014 年發布,是一個重要的更新,主要包括以下內容:引入了中功率規範,將最大充電功率提升至 15W。這一改進使得 Qi 標準可以支持更多高功率的應用,如平板電腦、筆記本電腦等。支持磁共振技術,使得充電距離得到擴展。磁共振技術相對於電磁感應技術,可以在更遠的距離傳輸能量。對一些技術細節進行了優化,如充電器與接收器之間的通信協議、測試方法等,以提高產品的性能和兼容性。

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蘋果推出的第一款支持無線充電的手機是iPhone 8和iPhone 8 Plus,同時還發布了iPhone X,使用Qi1.2系列標準,這三款手機都在2017年發布,為了實現無線充電功能,這三款手機採用了玻璃背面設計。

Qi 1.2.2(2015年)

Qi 1.2.2 版本於 2015 年發布,主要針對一些技術細節進行優化,包括:FOD(Foreign Object Detection,異物檢測)技術的優化,使得充電器可以更準確地檢測到金屬異物。FOD 技術可以避免金屬異物在充電過程中引發過熱或火災等安全隱患。對溫度測試、輸出功率測試等進行了調整,以滿足更嚴格的技術要求。

Qi 1.2.3(2016年)

Qi 1.2.3 版本於 2016 年發布,主要包括以下更新:進一步優化了 FOD 技術,使得充電器可以更準確地檢測到金屬異物。這一改進有助於提高無線充電的安全性和穩定性。引入了一些新的測試方法和性能要求,以確保產品的性能和兼容性。例如,新增了關於磁共振技術的測試方法,以滿足不同應用場景的需求。

Qi 1.2.4(2017年)

Qi 1.2.4 版本於 2017 年發布,主要針對一些技術細節進行了調整和優化,包括:充電器與接收器之間的通信協議進行了優化,以提高數據傳輸的可靠性和效率。對充電器的輸出功率測試、接收器的輸入功率測試等進行了調整,以滿足更嚴格的技術要求。

Qi 1.3(2021年)

Qi 1.3 版本於 2021 年發布,具有以下重要更新:引入了多設備充電功能,支持一個充電器同時為多個設備充電。這一功能可以大大提高充電器的使用效率,為用戶帶來更便捷的充電體驗。並且優化了充電器與接收器之間的通信協議,提高了充電效率和兼容性。例如,支持更高級的功率控制策略,以實現更智能、更高效的充電過程。

2022年發布的iPhone 14 Pro使用Qi標準最高支持7.5W的充電功率

最新的Qi2於今年的1月發布,Qi2標準借鑑了Apple的MagSafe技術,進一步突出磁性對接的重要性,確保設備與充電器實現精確對齊,從而提升充電效率及縮短充電時間。Qi2 標準有望在全球範圍內替代現有的 Qi 標準。預計到 2023 年,全球無線充電設備(包括發射器和接收器)的銷量將達到約 10 億部。Qi2 標準的優勢在於其更加快速的充電效率和易上手、無感操作屬性,能為部分設備實現更快的充電速度。預計 2023 年夏季,市場將迎來首批 Qi2 認證的手機和充電器。

圖片來源於網絡

在未來,不僅是智慧型手機、電腦、穿戴式設備將徹底實現無線化(無線充電、無線內容傳輸),電動汽車、中大型無人機等搭載動力電池的器械也將邁進無線充電的時代,以電動汽車無線充電為例,採用電磁感應原理,將電能無線地從地面充電器傳輸到汽車底部的接收器,從而為汽車電池充電。這一技術不僅可以在固定停車場地提供無線充電服務,還有望在道路行駛過程中實現動態充電,進一步拓展電動汽車的續航能力。

Ai繪畫

圖片來源於WiTricity官網

以上述提到的第一家實現無線能量傳輸公司WiTricity為例子,在其開發白皮書中表示,電動汽車的無線充電是通過使用無線電磁場來傳輸能量,這種技術使用了一種稱為感應耦合的過程,其中一個線圈產生一個磁場,而另一個線圈則接收該磁場並將其轉換為電能。可以在室內或室外安裝,並且可以在所有溫度下安全運行,在雨雪天氣下也可以正常工作。

圖片來源於WiTricity白皮書

在充電功率與傳輸效率上,WiTricity表示可以做到對電動汽車充電提供3KW、6KW、11KW的系統,最大預計可以傳輸高達450KW的充電功率,在能量損耗上,從電網到電池的充電效率達到90%-93%。常規的樁式充電站可以達到150KW的功率,無線充電的功率還是有些低的。

圖片來源於WiTricity官網

文章來源: https://twgreatdaily.com/a68824c6c8c6af8eb31c5a553d3c8774.html