無線充電技術與生活應用

科技始終來自於人性。當周遭的家庭電器或電子產品不需連接電線就可充電或供電,使用起來是否會更便利?近年來無線電力傳輸技術早已融入日常生中,舉凡電動牙刷、刮鬍刀、家用無線電話等,都可見到無線充電應用的蹤跡。無線充電(又稱感應充電、非接觸式感應充電)是一種不經由電導體將電力能量從發電裝置或供電端轉送到電力接收裝置的技術,再利用該裝置接收到的能量對電池充電,來提供其本身運作之用。無線能量傳送是一個通稱,當中可使用多種不同技術達成,包括電場、磁場及電磁波。發射器把電能轉換成相對應場的能量狀態,傳輸經過一空間後由一個或多個接收器接收並轉換回為電能。

■無線充電方塊圖如下:

目前無線充電技術大致可分為磁耦共振、電磁感應、微電波轉換、鐳射光感應、電壓效應、電導式….等,前四項為現階段主要發展技術主流,其中又以電磁感應較為成熟。
■上述4種主流發展技術比較差異如下:

技術

磁耦共振

電磁感應

微電波轉換

鐳射光感應

原理

用同一共振頻率的收發端傳送能量  

法拉第電磁感應定律

將電磁波轉換成電流

利用鐳射及太陽能板傳送能量

傳輸功率

數W~數百KW   

數W~數百KW

>100mW

數百KW

傳輸距離

5m  

<10cm

>10m

>100m

轉換效率

50%

70%

1.6%

25%

優點

充電遠距,無角度限制 

轉換效率高

無線電波傳送,自動且隨時隨地充電

技術成熟,充電距離遠

缺點

1.引發同樣頻率的金屬產生共振而發熱,造成安全上的危害。


2.調頻技術難。

1.有擺設的限制,且距離短。
2.會對任何的金屬有感應而發熱,需加裝辨識系統。

1.充電時間長,因大量能量被浪費掉。
2.轉換效率差。

1.光線容易被障礙物遮蔽。
2.高強度雷射光具有高度的危險性。

著名廠商

Witricity

Powermat

Powercast

LaserMotive

應用領域

電動公車

電動牙刷等小型電器產品

手機

軍事及特殊用途


■無線電力傳輸技術示意圖如下:


■充電標準化
目前常見的無線充電標準有:無線充電聯盟(WirelessPower Consortium, WPC)、無線電力聯盟(Alliance for Wireless Power, A4WP)與電力事業聯盟(Power Matters Alliance,PMA)3 種規範。在2015年,無線電力聯盟和電力事業聯盟合併更名為AirFuel Alliance,並同步整合雙方的磁場共振與電磁感應技術以建立一致性的充電標準。

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