无线充电为什么普及那么慢？这里面有你不明白的原因

相信看到这篇文章的朋友都在拿着智能手机，并且每天都为手机电量不足而烦恼。如果我们平时不用带着充电线、充电头和充电宝，又能很方便的给手机充电该多好。

人手一机

随着电动汽车的普及和电子生物医学设备的发展，一个在一百多年前就有的技术也开始慢慢发展起来，据说这会显著改善我们给设备供电的方式。这就是无线充电，它是从电源向电子设备输送电量而不需要有线连接。感应充电是移动设备最流行的无线充电形式，在这方面做得比较领先的是美国的初创公司，他们有自己的Qi开放界面标准。

支持无线充电的iPhone8

要了解感应充电的历史，我们需要回到19世纪中叶法拉第发现电磁感应基本原理的时候。他发现，在存在交变磁场的情况下，将会在电导体上产生电动势。

1831年8月法拉第发现电磁感应现象

到了19世纪末，特斯拉利用了这个想法，并演示了谐振电感耦合现象通过无线感应来点亮白炽灯。通过调整电流以匹配线圈的谐振频率，两个线圈将耦合，提供更高效率的功率传输。

特斯拉

然而，现实总是落后于科学理论。在那个年代，基本没有什么电子产品会从特斯拉的技术中受益，并且由于电路板设计和尺寸的限制，直到上世纪末，该技术才在消费电子上变得可行。感应充电器组成很简单：交流电，一个振荡器电路，还有传输线圈。传输线圈是紧密缠绕的铜线，当交流电通过时，会产生交变磁场。接收方的组成也是类似的，相同类型的线圈被嵌入到充电电路中。接收线圈受交变磁场的影响产生交流电。交流电再通过整流器和稳压器转换成直流电用来给电池充电。

手机感应充电原理图

发射器和接收器都有相同的谐振频率才能正常充电。对于近距离充电，例如充电板上的手机，由于热量产生，实际上充电效率就很低。对于稍远一点的距离，例如停放在充电器上的汽车，以谐振频率工作引起电感耦合会抵消一些与距离有关的传输损耗。实际上影响传输性能的因素还有很多，比如目前在手机端还没有标准化的设计，充电器需要检测其充电设备的类型，再切换充电模式。初创公司正在使用Qi无线标准来创建诸如Pi充电器，它可以在一英尺的范围内给四台设备以10W的功率充电。完全可以想像未来的办公家具将内置感应充电功能为笔记本电脑，手机和无线鼠标充电。

初创公司的Pi充电器

消费者需要关心它，硬件制造商需要看到价值。但是有一个行业的感应充电会产生有意义的影响，而这又恰好间接地牵涉到特斯拉。电动汽车去加油站不方便，找特斯拉充电站更不方便。这就是为什么初创公司和很多企业都开始转移他们的注意力到这个有利可图的机会。类似于手机充电，在停车位安装一个无线发射器，在汽车底部配一个接收器就可以给汽车充电了。

电动车感应充电

如果这些行业能够使这种技术方便，人们想要使用它的机会很大。但这是一件好事吗？根据初创公司在2015年进行的一项调查， Qi无线充电设备的最高效率约为59.4%，其他公司的约为39.6%。这么低的效率，如果都普及的话，这要浪费多少电能。但事实上不可能一直这样。美国橡树岭国家实验室最近演示了一个20 KWh的感应充电系统以90％的效率运作，功率传输速度比传统有线充电快3倍。

橡树岭感应充电系统

尽管现在说感应充电的效率会是什么样子还为时过早，它仍然很有希望看到能源领域的一些尖端工程师深入挖掘技术及其他方面。理论上，可以通过电磁波在更远的距离上传输能量。下图是美国国家航空航天局拨款90万美元给一个公司研制的激光攀登机器人。机器人本身没有电源，用高功率激光为其底盘上的太阳能电池提供足够的能量，它可以在四分钟内从一架直升机悬挂起来的缆绳上爬900米。

激光攀登机器人

这是一项可能具有巨大潜力的迷人技术。我们可以在太空中用巨大的太阳能电池照到地球或其他卫星上，但现在传输中的功率损失太大而无法使用。无线充电面临的问题很多，我们还有很长的路要走。

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