从无线充电,看见无源物联网风口
作者 | 物联传媒2022-03-02

近日,小米推出了“小感量 + 磁吸”无线充电预研技术,磁吸无线充电功率最高可达 50W,损耗降低 50%,再次引人注目。其不同于传统无线充电方案中接收端采用的大感量线圈,改为使用小感值线圈去感应发送端能量,感值只有传统方案的三分之一左右,可以将损耗减小至传统线圈的一半以上。2022年了,雷军依然热衷于无线充电技术。

从无线充电,看见“无源”风口

2009年,首款无线充电手机Palm Pre上市,这款手机为雷军研发无线充电技术留下了一个契机。此前雷军曾表示Palm Pre是他十多年前最喜欢的一部手机,支持无线充电技术的新奇让小米下定决心投入研究无线充电技术领域。

从无线充电,看见“无源”风口

图源:网络

2018年,小米MIX 2S成为国内首款支持无线充电的手机;2021年,小米发布的“隔空充电”能让手机距离充电器1米甚至更远的距离实现真·无线充电,一时引发热议。毕竟大部分手机无线充电的距离都很短,隔空充电除了距离突破还有技术变革,没有沿用传统的无线充电技术。

早在2012年诺基亚就首次推出了无线充电技术,但是由于诺基亚手机的落幕,这项技术没有被推广商业化,这种早先的无线充电技术,是采用电磁感应式的充电技术,也是主流的无线充电技术,其工作原理类似于变压器,在手机和充电底座上安装感应线圈,充电底座的主线圈通上交流电之后,会产生变化的磁场,手机的副线圈通过这些变化的磁场产生感应电流,从而完成无线充电的目的。这种技术充电效率可高达80%,但只能进行短距离的传输。

而小米的隔空充电则是无线电波式的充电技术,其原理是通过微波发射器向外发射电磁波,而接收端手机则通过接收天线接收电磁波,再经过整流电路将其转化为电能,从而达到充电的目的。虽然距离远了,但是效率不高。这也是无源物联网的通病,功耗和距离难两全。

此次小米新无线充电器采用的是传统电磁感应式的充电技术,损耗降低一半让更多无线充电场景有了期待。

无线充电,何止于手机?

我们日常生活中,最常见到无线充电应用的就是手机。无线充电技术可谓是潜力股,此次冬奥上的专列高铁也配备了无线充电设备,支持所有可无线充电功能的手机,让乘客可以边用边充,解决了传统充电接线插线的不便等问题。

从无线充电,看见“无源”风口

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无线充电被冬奥推广,主要是其具有更符合当下智慧场景应用的优点:一是非接触式的一对多充电模式,避免了接口插拔接触和接口不适用等问题;二是其应用范围广,只要是同一种无线充电标准皆可使用;三是无线充电技术已经具有其行业通用标准,大大减少了应用标准的繁杂性。

目前主流的无线充电标准有:

Qi标准:Qi标准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(WPC,2008年成立)推出的无线充电标准,其采用了目前最为主流的电磁感应技术,具备兼容性以及通用性两大特点。只要是拥有Qi标识的产品,都可以用Qi无线充电器充电。2017年2月,苹果加入WPC。

PMA标准:PMA联盟致力于为符合IEEE协会标准的手机和电子设备,打造无线供电标准,在无线充电领域中具有领导地位。PMA也是采用电磁感应原理实现无线充电。目前已经有AT&T、Google和星巴克三家公司加盟了PMA联盟。

A4WP:Alliance for Wireless Power标准,2012年推出,目标是为包括便携式电子产品和电动汽车等在内的电子产品无线充电设备设立技术标准和行业对话机制。A4WP采用电磁共振原理来实现无线充电。

前面也提到过,无线充电技术的缺点之一就是功耗高,工作距离短,因而它在其他应用场景的使用也受到技术性限制。但现在无线充电已经在电动汽车、智能家居、智慧医疗、智能穿戴等场景中崭露头角,无线充电市场正处于爆发的前奏。

千亿级无源传输风口

目前除了手机,电动汽车是无线充电的第二大关注领域,2020年上半年,国家标准化管理委员会发布了《电动汽车无线充电系统第1部分:通用要求》等4项国家标准,规范了电动汽车无线充电系统在公共及私人应用领域的技术、性能、功能、安全等多方面的要求,共同构成了电动汽车无线充电标准体系的重要通用标准。上述标准并在2020年11月1日开始实施。

同时,也已经有许多汽车厂商已经瞄准无线充电领域,2013年高通跟电子方程式Formula E赛事主办方达成合作,将旗下的Halo无线充电技术首先应用到了部分电动方程式赛车上。2018年宝马量产了两款支持整车无线充电的车型,但目前这个领域大规模量产的车企是智己。

电动车无线充电技术结构示意图

图:电动车无线充电技术结构示意图

那电动车无线充电为什么没有被普及?一是应用环境影响因素多,户外停车天气会影响到无线发射端工作,室内停车也需要考虑车轮碾压等受重情况等;二是泊车精度要求高,无线充电对距离的限制也要求了发射端和接收端位置的精准度,确保每次泊车都能以最佳的效率充电;三是安全防护问题,整车充电除了功耗严重,还有安全防护工作量也巨大,需要确保发射端的充电环境安全等。

未来技术性的突破或许可以让电动车无线充电走进日常生活,目前,已经有部分智能家居也开始使用无线充电技术,比如台灯、电动牙刷等。

从无线充电,看见“无源”风口

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而在连接方面,其中就包含了2021年大火的无源物联网,比如应用比较成熟的RFID,就是应用标签接收阅读器发射的射频信号,产生电流,从而获取能量实现两者之间的通信。

RFID技术获取能量的原理包括了两种,低频(125kHz-134kHz)与高频(13.56MHz)传输能量的原理也是通过两个线圈的近距离耦合,这与目前的无线充电技术类似。

超高频RFID(800MHz-1000MHz)的获取能量方式就是远场传递,跟蓝牙与WiFi甚至4G、5G类似,使用辐射场便能完成无源传输。

无源物联网技术可以让千亿级甚至更多的IoT节点摆脱电池的限制,可以做到极致的低成本,这样才能让生活中大量的物品联网,实现真正的万物互联。

根据Machina Research 统计数据显示,2010-2018 年间全球物联网设备连接数高速增长,由 2010 年的 20 亿个增长至 2018 年的 91 亿个,复合增长率达 20.9%,2025年全球物联网设备(包括蜂窝及非蜂窝)联网数量将达到 251 亿个,万物互联成为全球网络未来发展的重要方向。

上面的数据也仅仅只是有源IoT节点的数量,这就足以令人兴奋,而事实上,以RFID为代表的无源物联网技术已经有了更大的出货量,根据AIoT星图研究院最新调研的数据,2021年全球UHF RFID的出货量已经达到了230亿的量,而加上HF与LF等不同频段的产品,无源物联网的年出货量已经超过了300亿,并且还在快速的增长。

无源物联网风口已至,千亿级IoT节点近在眼前!


参考资料:

Will的大食堂:揭秘小米隔空充电技术

小智学长:无线充电技术方案分析&总结


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2022-03-02