文档介绍：无线充电技术的研究与应用
一、背景
通常电能的传输主要是通过导线进行的。对电器设备中的蓄电池充电,一般是通过电流电压变换控制电路和插头、插座等接口的物理连来实现的。这种电能传输方式在进行大功率充电时存在高压触电的危险,且在水下,采矿,化工等对防水,防爆要求很高的环境下,这种连接容易受到腐蚀、水、灰尘和污物的影响,使得系统的安全性、可靠性及使用寿命较低,且极易引发事故,极大地限制了恶劣条件下电能的传输。无接触能量传输技术正是为了弥补这些不足而发明的一种基于高频逆变技术和磁耦合技术的新技术。
近年来,无接触能量传输技术受到了国际上学术界和工程技术界的广泛瞩目,已经在集装箱起重机,传送设备,深海采油,地下采矿,水下机器人,医疗等领域得到了广泛的应用。
二、国内外研究现状
无线电能传输技术(Wireless Power Transfer Technology)又称无接触电能传输(Contactless Power Transmission,CPT)技术早在1890年,著名电气工程师(物理学家)尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)就已提出。
无线充电技术的研究应用涉及领域广泛,传输功率相差较大,小到用于生物移植的几十毫瓦、小型设备几十瓦的功率,大到电动汽车或运动机器人的上千瓦功率以及磁悬浮列车应用的上兆瓦功率。
2007年,MIT(Massachusettes Institute of Technology 美国麻省理工学院)、线圈半径300mm、高度200mm,具备分布式电感和电容特性的线圈型谐振器,。在谐振器距离2m传输时传输效率约为40%,距离为1m时传输效率可高达90%。用两米外的一个电源,“隔空”点亮了一盏60瓦的灯泡。如图1所示。
2008年12月17日成立无线充电联盟(Wireless Power Consortium),2010年8月31日,无线充电联盟在北京正式将Qi无线充电技术引入中国。无线充电技术采用统一的工业标准,未来几年,手提电话、PMP/MP3播放器、数字照相机、手提电脑等产品都可以使用全新的低能耗、高兼容的相同的无线充电器。
图1 MIT用无线传输点亮2m外的60W电灯
2008年8月,Intel西雅图实验室的Joshua ,效率可达75%。如图2所示。
图2 Intel西雅图实验室现在1m距离内给60W灯泡无线供电
图3 美国匹兹堡大学孙民贵教授的体内无线传能实验
美国匹兹堡大学孙民贵教授所领导的课题组对体内植入电子器件的无线传能进行了深入研究,他们采用薄膜型螺旋线圈谐振器,实验中在20cm传输距离时传输效率可达50%。如图3所示。
2009年,德州仪器(TI)和Fulton(eCoupled技术)公司合作开发电源芯片用于控制非接触式充电。Fulton公司与TI在CES2009上展示了一款专为iPhone打造的无线充电器,但前提是iPhone必须使用改装后的专用电池。如图4所示。
WildCharge公司也已经开始销售一些无线充电设备。如图5所示。

图4 CES2009 Powermat展出的无线充电板
2010年1月,在美国CES展览会上,海尔公司推出了“无尾电视”。如图6所示。

图5 正在为摩托罗拉的RAZR手机充电的WildCharge 图6海尔公司推出了“无尾电视”
2010年,日本富士通公司利用磁谐振无线电能传输技术实现为一个以上的设备充电。实验结果显示无线传输距离大约在15厘米左右,而且对多个设备充电时,设备相对于充电器的位置没有任何限制。采用这项技术研制的充电系统所需要的充电时间只有当前的一百五十分之一。如图7所示。
图7 日本富士通公司演示无线电能传输技术实现为一个以上的设备充电
2010年中国CE创新设计盛典上,戴尔展示了一台无需电源的笔记本电脑LatitudeZ,据报道,这是全球第一台配有无线感应充电基座的笔记本电脑。如图7所示。
图8 戴尔展示了一台无需电源的笔记本电脑LatitudeZ
2010年11月,英国HaloIPT公司在伦敦宣布,利用其最新研发的感应式电能传输技术成功实现了为电动汽车无线充电。日本也在进行这方面的研究。
英特尔计划在2013年下半年将自己的无线充电技术带入新的Ultrabook当中,并称该技术为WREL(Wireless Resonant Energy Link)。
除了Ultrabook之外,英特尔还计划将这项技术用到基于英特尔芯片的智能手机上。该技术以超级本为