无线充电器

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该条目由“科学普及”科学百科全书条目的准备和应用工作项目进行审核.

随着电源设备对电源质量，安全性，可靠性，便利性，即时性，特殊场合和特殊地理环境的要求不断提高，接触式电力传输方法越来越无法满足实际需求. [1]

无线充电器是一种使用电磁感应原理进行充电的设备. 它的原理类似于变压器. 通过在发送和接收端放置一个线圈，发送线圈在电源的作用下将电磁信号发送到外界. 接收线圈接收电磁信号并将电磁信号转换为电流，以达到无线充电的目的. 无线充电技术是一种特殊的供电方式，它不需要电源线，而是依靠电磁波的传播，然后将电磁波能量转换为电能，最终实现无线充电. [2]

中文名称

无线充电器

外语名称

无线充电器

功能

没有传统的充电电源线

原理

电磁感应等

发展

智能

标准

Qi标准

新的电子产品，尤其是电子产品，例如数码相机，手机，平板电脑等，在人们的工作和生活中越来越多地使用，并且配套的充电器也使用传统的有线充电器. 有线充电器的兼容性和通用性相对较差，并且给用户带来携带和充电的不便. 同时，处置后处理会增加环境污染. 因此，迫切需要为用户提供更可靠，方便，方便，及时的充电设备. 无线技术的发展使功率的传输成为可能，无线充电器的研发也将满足用户的需求. [3]

图1无线充电系统模型

未来的电池充电将具有三种主要形式: 视觉充电，智能充电和无线充电. 2016年，国际无线充电联盟（WPC）仅有138个成员，但今年有200多家WPC技术公司，例如苹果，三星，HTC，华为，联想，小米，诺基亚，索尼等. 主流手机厂商. 通常，Qi无线充电器的表面平坦，称为充电板，可以在其上放置移动设备进行充电. Qi为线圈校准指定了三种不同的方法，即: 引导定位（磁引力）（如图1（a）所示），自由定位（移动线圈）（如图1（b）所示）和自由定位（线圈阵列） ）（如图1（c）所示），简要说明以下三种方法. [4]

首先，进行引导定位（磁引力）: 即使用的固定位置充电来引导放置的充电设备并实现准确的校准. 该校准方法的优点很简单，但是它需要一系列被磁体吸引的材料，因此，与涡流相关的功率损耗（从而导致温度升高）将被磁吸引子吸引. 第二，自由定位（带有可移动的初级线圈）: 也是的充电设备，可以定位充电. 该方法需要机械地可移动的初级线圈，该初级线圈被调谐成耦合至充电装置的位置，但是，可移动的机械部件往往会降低系统的可靠性. 另外，用于多个被充电设备的初级线圈电动机的控制是复杂且昂贵的. 第三，自由定位（线圈阵列）: 允许多个设备充电而无需考虑其位置. 与上述两种方法相比，该校准方法基于更昂贵s4无线充电器，更复杂的绕组结构和控制电子元件. 价格提供了更多的用户友好性. [4]

无线充电打破了电力传输只能依靠电线直接接触传输的方式，属于非接触传输，可以避免可能引起的接触火花，滑动磨损和爆炸性电击的问题. 通过接触动力传输. 无线能量传输主要有三种方法: 电磁感应，电磁共振和电磁辐射. 电磁感应是当前最常用的无线能量传输方法. 其技术已量产，其生产成本低于其他技术，并已通过安全和市场验证. 当前，有三个主要联盟致力于无线充电技术的开发和标准化. 这三个联盟是源联盟（A4WP），电源事项联盟（PAM）和源联盟（WPC）. Qi标准是WPC推出的“无线充电”标准，它使用最主流的电磁感应充电技术. Qi标准主要针对电子产品，例如相机，视频和音乐播放器，玩具，个人护理和手机. 当前，低功率无线充电器的研究和设计主要针对手机的无线充电. 它们都基于TI的BQ500211专用芯片. 在某些低功率终端中，还使用了特殊的集成芯片，这些芯片是在初期使用特殊的集成芯片开发的. 它可以节省开发时间，但从长远来看，不利于降低成本以及以后的扩展和升级. [5]

尽管无线充电技术已得到一定程度的发展，但在开发过程中仍存在一些困难的技术问题. 首先，充电效率不高. 一旦距离稍远，充电效率将急剧下降，并且浪费大量的时间和资源来完成充电，因此使用没有意义. 第二，充电过程中的安全问题. 大功率无线充电设备会产生大量的电磁辐射，这会对身体健康产生一定的不利影响，并且还会对飞机和通信产生干扰影响. 第三，实践方面. 当前的无线充电技术只能通过固定在某个固定位置来实现，这是不便的，因此不实用. 第四，价格昂贵. 由于无线充电技术还仅处于初期的研发阶段，并且研究成本较高，因此其研发产品的价格较高. [6]

这是使用无线充电器的最常用方法. 它利用电磁感应原理通过初级线圈和次级线圈之间的电磁感应产生电流，从而实现空间范围内的能量传输. 此无线充电器的实现已由无线充电联盟推动. [2]

在现阶段的无线充电器开发中，波是一种相对成熟的无线充电方法. 它的工作原理是使用微型高效接收电路捕获空间中的波，然后将电磁能转换为稳定的电能. 已经有公司声称它们可以为比几米外的手机小的电子设备进行无线充电. [2]

图2无线充电器

这是一种仍处于研发阶段的无线充电技术. 该技术主要由麻省理工学院物理学教授领导的团队进行. 英特尔的工程师以该技术为基础来实现. 一个60瓦的灯泡在距电源约1米的地方点亮，传输​​效率达到75％. 英特尔工程师表示，下一个目标将是使用这种无线充电技术为经过改装的笔记本电脑充电. 但是，要实现此目标，必须解决电磁场对计算机中其他组件的干扰和影响. [2]

为了使不同品牌的产品共享同一充电器并提高无线充电器的通用性，世界上第一个推广无线充电技术的标准化组织-源联盟（以下简称“联盟”）根据无线充电联盟（WPC）标准引入的“无线充电”标准，无线传输的功耗仅为0〜5W. 满足此标准范围的系统使用两个平面线圈之间的电感耦合将功率从功率传输到功率. 初级线圈和次级线圈之间的距离通常为5mm. 输出电压调节由全局数字控制回路处理. 此时，功率将与功率通信并产生功耗. 通信是通过反向散射调制从电力到电力发射器的单向通信. 在反向散射调制中，功率调整负载，从而改变功率的电流消耗. 监视这些当前更改并解调两个设备协同工作所需的信息. 通信协议包括模拟s4无线充电器，数字ping，识别，配置和功率传输. [3]

将电力放在电力发射器上时，典型的启动顺序如下: [3]

（1）来自电力的模拟ping检测到物体的存在.

（2）来自功率的数字ping是模拟ping的扩展版本，它使功率有时间回复信号强度数据包. 如果信号强度数据包有效，则功率将保持线圈通电并继续下一步.

图3无线充电器

（3）在识别和配置阶段，电力将发送一些数据包以对其进行识别，并向电力提供配置和设置信息.

（4）在电力传输阶段，电力将控制错误数据包发送到电力以增加或减少电力. 在正常操作期间，控制错误数据包每250毫秒发送一次，在大信号变化期间每32毫秒发送一次. 此外，在正常运行期间，功率每5秒发送一次功率包.

（5）为了终止电力传输，电力发送“结束充电”消息或在1.25秒内不通信，以使电力进入低功耗状态. 根据Qi标准，可以使用Qi无线充电器为手机，相机，计算机和其他产品充电，这将成为可能的无线充电.

现有文献解决了四种不同情况下的无线充电器部署策略问题:

（1）点配置涉及部署静态充电器以支持具有无线能量的静态设备，例如Chiu [7]等. 通过使用两种集中式贪婪算法的理论分析和数值模拟方法，将充电器的数量减至最少解决网络收费覆盖的需求；

（2）路径配置的目标是在移动设备的行进路径中部署静态充电器，以对移动设备（例如，人类可穿戴式或可植入传感器）（例如廖[8]等）充电. 通过理论分析和系统级仿真（使用集中式启发式贪婪算法）来最大程度地提高成活率，以解决充电器数量的局限性；

（3）多跳配置确定了静态充电器在静态网络中的位置，该设备还可以具有无线能量传输功能并可以彼此共享能量，例如Rault [9]，以最大程度地减少静态充电器的位置. 数值模拟方法利用基于混合ILP的集中式解决方案来解决网络覆盖要求和能量传输路径数的最大限制；

（4）地标配置涉及两个步骤: 依次为移动充电器选择地标，并将地标聚为一组以部署移动充电器. 地标的位置是，停放的充电器可为附近的多个静态设备同时提供充电. 例如，Erol-Kantarci [10]最小化了地标的配置，并最大化了传输给具有高优先级的节点的能量. 该仿真方法利用基于ILP的集中式解决方案来解决需要完全补充能量和充电器容量有限以及地标的最大数量，传输范围有限且节点功率高的节点的功率需求的问题优先级，以及充电器容量不足的问题.

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解释条目背后的知识

参考

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https://www.pc-fly.com/a/dianqi/article-206001-1.html