无线充电器是什么

无线充电打破了电能传输只能依靠导线直接接触传输的方式，属于非接触传输，可以避免接触电能传输带来的接触火花、滑动磨损、爆炸、触电等问题。

随着供电质量、安全可靠、方便快捷、特殊场合、特殊地理环境等对电气设备要求的不断提高，接触式输电方式越来越不能满足实际需要。

无线充电器是一种基于电磁感应原理的充电装置。其原理与变压器相似。通过在发送端和接收端放置线圈，发送线圈在电力的作用下向外界发送电磁信号，接收线圈接收电磁信号并将其转换成电流，从而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，不需要电源线，依靠电磁波传播，然后将电磁波能量转化为电能，最终实现无线充电。

简介

新的电子产品，尤其是便携式电子产品，如数码相机、手机、平板电脑等，在人们的工作生活中越来越多地被使用，与之配套的充电器也使用传统的有线充电器。但是有线充电器的兼容性和通用性较差，给用户携带和充电带来不便。同时，废物后处理增加了环境污染。因此，为用户提供更加可靠、方便、方便、及时的充电设备迫在眉睫。随着无线技术的发展，无线功率传输成为可能，无线充电器的研发也将满足用户的需求。

未来电池充电主要有三种形式:可视充电、智能充电和无线充电。2016年，国际无线电力联盟(WPC)只有138个成员，但今年有200多家WPC技术企业，如苹果、三星、HTC、华为、联想、小米、诺基亚、索尼等众多主流手机厂商。一般来说，齐无线充电器有一个平面，叫做充电板，可以给移动设备充电。Qi规定了三种不同的线圈校准方法，即导向定位(磁引力)(如图1(a))、自由定位(动圈)(如图1(b))和自由定位(线圈阵列)(如图1(c))。这三种方法简述如下。

一、导向定位(磁吸引):即在一对一的固定位置充电，对放置的充电设备进行导向，实现精确校准。这种校准方法具有简单的优点，但它需要充电设备中的磁体吸引一系列材料，因此与涡流(从而温度上升)相关的功率损耗将被吸引到磁性吸引子上。二、自由定位(带活动初级线圈):可通过定位充电的充电设备。这种方法需要一个可机械移动的初级线圈，该线圈被调谐为与充电设备耦合。然而，可移动的机械部件经常降低系统的可靠性。此外，对于给多个设备充电，初级线圈的电机控制复杂且昂贵。三、自由定位(线圈阵列):允许多个器件充电，不考虑其位置。与上述两种方法相比，这种校准方法以更昂贵和复杂的绕组结构和控制电子元件为代价，提供了更多的用户友好性。

研究现状

无线充电打破了电能传输只能依靠导线直接接触传输的方式，属于非接触传输，可以避免接触电能传输带来的接触火花、滑动磨损、爆炸、触电等问题。无线电力传输方式主要有三种:电磁感应、电磁共振和电磁辐射。电磁感应是目前最常用的无线输电方式。其技术已批量生产，生产成本低于其他技术，并通过了安全和市场验证。目前，有三大联盟致力于无线充电技术的开发和标准制定，它们是无线电力联盟(A4WP)、电力事务联盟(PAM)和无线电力联盟(WPC)。Qi标准是WPC推出的“无线充电”标准，采用了目前最主流的电磁感应充电技术。Qi标准主要针对便携式电子产品，如相机、视频和音乐播放器、玩具、个人护理和手机。目前小功率无线充电器的研究和设计主要是针对手机的无线充电，都是基于TI公司的BQ500211专用芯片，部分小功率终端也使用专用集成芯片。使用专用集成芯片在初期开发时可以节省开发时间，但长期来看不利于降低成本和后期的扩展升级。

虽然无线充电技术有所发展，但在发展过程中仍存在一些棘手的技术问题。第一，充电效率不高。一旦距离稍微远一点，充电效率就会急剧下降，完成充电需要耗费大量的时间和资源，所以使用意义不大。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，对健康会产生一定的不良影响，对飞机和通信也会产生干扰作用。第三，实用。目前无线充电技术只能通过定点固定来实现，不方便，不实用。第四，价格高。由于无线充电技术还处于研发初期，研究成本较高，所以其开发的产品价格相对较高。

工作

电磁感应

这是无线充电器最常见的工作模式，利用电磁感应原理，通过一次线圈和二次线圈之间的电磁感应产生电流，从而实现空范围内的能量传递；这款无线充电器已经在无线电力联盟推广。

无线电波

目前，无线电波是一种成熟的无线充电器无线充电方式。其工作原理是利用微型高效接收电路捕获空中的无线电波，然后将电磁能转化为稳定的电能。目前，一些公司声称，他们可以对几米外小于手机的电子设备进行无线充电。

磁共振

这是一项仍处于研发阶段的无线充电技术。这项技术主要由麻省理工学院物理学教授领导的团队研究。基于这项技术，英特尔工程师已经实现了在距离电源1米左右的地方点亮一个60瓦的灯泡，传输效率为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改装后的笔记本电脑充电。但是为了达到这个目的，需要解决电磁场对计算机中其他部件的干扰和影响。

使用标准

为了使不同品牌的产品共享同一个充电器，提高无线充电器的普及性，世界上第一个推广无线充电技术的标准化组织——无线电源联盟(以下简称“联盟”)推出了“无线充电”标准。在无线电力联盟(WPC)标准下，无线传输的功耗仅为0 ~ 5 W..达到该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发射器传输到功率接收器。初级线圈和次级线圈之间的距离一般为5毫米，输出电压的调节由一个全局数字控制回路负责。此时，电力接收器将与电力发送器通信并产生电力消耗。这种通信是通过反向散射调制从功率接收器到功率发射器的单向通信。在反向散射调制中，功率接收器调整负载，从而改变功率发射器的电流消耗。这些电流变化受到监控，并被解调为两台设备协同工作所需的信息。通信协议包括模拟、数字声音脉冲(ping)、识别、配置和功率传输。

当功率接收器放置在功率发射器上时，典型的启动顺序如下:

(1)来自电力发送器的模拟ping检测到物体的存在。

(2)来自电力发送器的数字查验是模拟查验的扩展版本，并且给电力接收器时间来回复信号强度分组。如果信号强度包有效，功率发送器将保持线圈通电并继续下一步。

(3)在识别和配置阶段，电力接收器将发送一些数据包来识别它们，并向电力发送器提供配置和设置信息。

(4)在功率传输阶段，功率接收器向功率发送器发送控制错误包以增加或减少功率。正常运行时，控制错误包每250ms发送一次，大信号变化时每32ms发送一次。此外，在正常运行期间，电力发送器每5s发送一次电力包。

(5)为了终止送电，受电方发出“停止充电”信息或在1.25秒内不通信，使送电方进入低功耗状态。在Qi标准下，手机、相机、电脑等产品都可以用Qi无线充电器充电，大规模无线充电将成为可能。

部署策略

现有文献已经解决了无线充电器在四种不同情况下的部署策略:

(1)点配置处理静态充电器的部署，以无线能量支持静态设备。如Chiu通过理论分析和数值模拟，最小化充电器数量，采用两种集中式贪婪算法解决网络充电覆盖需求；

(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对廖等移动设备(如可穿戴或可植入传感器)进行充电，最大化存活率，通过理论分析和系统级仿真解决充电器数量的限制。

(3)多跳配置决定了静态充电器在静态网络中的放置位置，其中的设备也可以具有无线能量传输功能，互相共享能量，如Rault等。通过数值模拟，采用基于混合ILP的集中式方案，使充电器数量最小化，解决网络覆盖要求，使能量传输路径数量最大化；

(4)地标配置包括两个步骤:依次为移动充电器选择要访问的地标，将地标分组部署移动充电器。地标的位置是停放的充电器为附近的多个静态设备提供并发充电。例如，Erol-Kantarci将地标配置最小化，并将传输到高优先级节点的能量最大化。通过数值仿真，采用基于ILP的集中式方案，解决了充电器能量补充充分、容量有限的问题，以及最大化高优先级、充电器容量有限的节点的界标数量、有限的传输范围和有限的功率需求。