圖片來源@視覺中國

文｜根新未來，作者｜陳根

信息技術的不斷躍升，讓人們的生活中出現了越來越多的電子設備，隨處可見的電子設備也帶來了隨時需要充電的難題。在需求的推動下，能夠滿足隨時充電的無線充電順勢而生。

實際上，早在100多年前，人們就設想能夠像現在我們連接Wi-Fi信號一樣來搜索電源信號，然后實現隔空取電。一直以來，人類在這方面的努力都停止過，現在，這種隔空取電的設想已經成為現實，并越來越多地在生活中為人們所用。如今，世界逐漸成為了無線的世界，無線充電技術更大程度地賦予了人們想要的靈活，并且越來越成為一種便宜和可靠的技術。

特斯拉和無線充電

其實，無線充電并不是最近才有的技術。早在1890年，塞爾維亞裔美籍物理學家兼電氣工程師尼古拉·特斯拉就提出了無線輸電的構想，發明了“特斯拉線圈”，開啟了無線式電力傳播時代的大門。

無線充電的過程其實并不復雜，簡單地說，就是電流在流過線圈的時候，會產生磁場；而靠近磁場的線圈，就會產生感應電流，從而實現了電流的無線傳遞?？梢哉f，任何使用電力的地方都有采用無線傳輸的潛在可能，只是受制于轉化效率低和成本高而在過去難以實現。

基于無線輸電的構想，1891年，在J.P.摩根的資助下，特斯拉開始了試驗無線輸電技術，通過磁感應耦合原理成功用無線傳輸方式點亮了一只燈泡，并在紐約長島建造了大型高壓線圈——沃登克里弗塔，又稱特斯拉塔。特斯拉塔的目標就是構建全球輸電系統原型，不過后來，特斯拉塔也因資金問題項目被迫停止。

無線輸電技術真正取得實質性進展是在21世紀以后，由于無線通信應用領域取得的跨越式進展，對輸電充電技術提出了實際應用的迫切需求，從而也推動了無線輸電技術和應用方面的重大突破。

2007年6月，美國麻省理工學院馬林·索爾賈?？藶槭椎难芯繄F隊試制出的無線充電裝置，則可以點亮相隔7英尺（約2.1米）遠的60瓦電燈泡。當時，這一研究成果在無線輸電領域引發了極大關注。

2010年以后，無線輸電技術進入實質性應用階段，在消費電子、電動汽車、智能家居、智能穿戴等應用領域取得實質性進展。

比如，2014年4月，美國Ossia公司的Cota技術取得了新突破，可在12米外給智能手機實現全方向充電。2014年11月，美國WiTricity公司的磁共振技術的充電距離達到2.4米，可同時為多個設備遠距離充電。2015年11月，美國Energous公司發表RF to DC整流器IC概念樣本，供應小型穿戴式裝置和物聯網裝置的電力，可支持10瓦、4.57米距離的無線充電。2016年3月，美國華盛頓大學研發出“Passive Wi-Fi”技術，可連接到30米外的Wi-Fi設備上，這一技術也被《麻省理工科技評論》評為“2016十大科技突破”。

2016年4月，特斯拉無線充電裝置“免插充電系統”開始發售。該裝置可用于所有特斯拉品牌車型。充電效率相當于7.2千瓦二級線圈式充電樁，每充電一小時可支持電動車續航20英里（32千米左右）。

2017年，蘋果公司實現了手機無線充電。值得一提的是，推動無線輸電技術發展最強勁的動力正是來自智能手機、iPad、MP3、數字照相機以及筆記本電腦等便攜通信產品領域。盡管蘋果公司的無線充電并非隔空輸電，但在無線充電的商業化之下，卻也讓手機充電進入了新篇章。如今，手機的無線充電已經常見于我們的生活，手機的有線充電正在被無線充電代替。

另外，2019年，特斯拉推出了一款專門為手機充電的車載配件產品。該設備可嵌入Model 3中控屏幕正下方，通過USB接口接通電源后可同時為兩部手機進行無線充電。2021年1月，小米發布隔空充電技術，可以實現對數米半徑內的5瓦遠距離內的設備進行充電，而且可以支持多部手機同時使用。除手機外，無線充電樁還支持智能手表、手環等設備的充電需求。

汽車無線充電還會遠嗎？

如果說無線充電對手機、電腦、相機等電子產品的影響，是改變了電子產品充電的靈活性，給人們帶來了更多便捷，那么，無線充電對電動汽車產業，就是一場新的震動，甚至是啟動電動汽車整個市場的關鍵——電動汽車無線充電沒有外露的連接器，不僅徹底避免了漏電、跑電等安全隱患，采用無線充電，更是可以將電源和變壓器隱蔽在地下，讓汽車在停車處或街邊特殊的充電點充電。

當前，“里程焦慮”依然是電動汽車未能解決的痛點。尤其是在冬季續航里程縮水，或是在需要出遠門的情況下，電動汽車車主們的“里程焦慮”則會更加嚴重。節假日高速服務區充電排隊、凌晨四點起床搶充電樁等討論也在互聯網備受爭議。這種焦慮就像我們總怕手機沒電一樣，但和手機的電量焦慮不同，如果家里、單位都有充電器，包里有充電寶，附近商場餐廳還有共享充電寶，我們對手機的這種電量焦慮就會減弱甚至消失。而對于電動汽車來說，車主的焦慮如此普遍，正是因為汽車補能并沒有手機充電這么方便。

然而，如果能在道路上實現電動汽車的無線充電，一直困擾電動汽車發展的里程焦慮或許就將迎刃而解。其中，最典型的解決方案是在路面上安裝電能發射裝置，車輛底盤配備接收器，這樣一來，當車輛開到相應路面的時候，就可以接收發射裝置發射的電磁波，完成充電。根據這一原理，如果將高速公路或城市主干道全部鋪設這種電能發射裝置，那么車輛在行進中就可以完成充電。

眾多電動車廠商也都在積極探索這項技術商用的可能。比亞迪早在2005年12月就申請了非接觸感應式充電器專利。2012年7月，比亞迪成功賣給猶他大學一輛純電動巴士，這款巴士裝配著最新的無線充電墊。這是一位猶他州州立大學能源動力學實驗室的領導者研究出來的。司機將巴士停在充電墊上，經歷數分鐘的等待就能充滿電。

研究下一代無線充電技術的兩家公司WiTricity和富爾頓科技也都贏得了不少主流電動廠商合作伙伴。其中，WiTricity公司成立于2007年，致力于將無線充電技術商業化，WiTricity公司研發了能夠隔空充電的電動汽車充電器，那是個放置在車庫地上的半米寬的板子，汽車開上去，就可以實現充電。

目前，WiTricity已經與豐田簽訂了價值數百萬的合同來開發靠電池供電的汽車充電器，并宣布與中國臺灣的電子產品制造商聯發科技（Mediatek）合作來開發為可移動設備充電的產品。

另一家新創公司富爾頓科技公司的技術則表示可以穿透幾厘米厚的大理石或車庫地板給電動車無線充電。這些技術都比現在已有的感應充電更實用——現在已有的技術能夠讓你在自家車庫為汽車無線充電，但你必須剛好停在特定的位置上，與充電線圈校準。

富爾頓已經被美國芯片設計公司高通收購。從2012年年初開始，高通聯合法國雷諾及英國德爾塔汽車公司在倫敦東區科技城進行了街頭無線充電的商用測試。高通設想在購物中心的停車場和公共道路停車點建設無線充電設施，采用半動態充電，比如在交通警示燈處、十字路口、出租車?？奎c和公交車站都可以設立充電點。每次充電沒必要充滿，保持40%~80%的電量即可。

德國、日本等國也十分積極。在德國慕尼黑，很早就開始進行家用無線充電的測試。日本豐橋技術科學大學則在研究能夠透過20厘米厚的混凝土磚塊將電力傳輸給汽車的道路充電裝置。在橫濱舉辦的貿易展上，日本豐橋技術科學大學展示了它們的道路無線充電技術，通過這種技術，車輛可以邊行走邊充電。研究人員給這種道路充電裝置取名“永遠”（EVER），是“電動汽車在帶電道路上”的英文首字母縮寫。他們認為，“道路充電”的成本低于建設專門的電動汽車充電站。

一個無線的世界

當前，無線充電正在快速發展，并展現出兩方面的趨勢。

一方面，是無線充電成本的降低。如今，無線充電模組約占智能手機整機價格的比例接近15%，各環節成本有望快速下降：5瓦的無線充電Qi標準的單模裝置整體成本在2.2美元左右，單個線圈的成本價格已經低于0.8美元。

雖然電動汽車無線充電模塊成本依然高昂——無線充電停車點前期建設成本是有線電樁的4～5倍；電動汽車加裝無線充電模塊的費用在1.5萬元以上，而商用車的費用高達10萬元，但相比于有線充電樁，無線充電停車點具有后期維護成本低、安全、空間利用率高的優點。

另一方面，無線充電的轉化效率正在快速提升?，F階段，有線充電的效率約為93%，而無線充電設備的效率則在75%～90%；充電距離、角度、環境溫度都會影響轉換效率。2014年，高通推出了基礎電磁共振的無線充電技術，實現了90%的充電效率；以色列Powermat公司稱其非接觸式充電系統的電力傳輸效率可達93%。日本伊東健治教授通過集成的方式，把微波轉換為直流電流的天線與整流電路，將微波無線供電技術的轉換效率提升到了93%。

在無線充電成本降低和轉化效率提升之下，無線充電也展現了其巨大的市場潛力。根據調研機構Knowledge Sourcing Intelligence的一份報告顯示，全球無線輸電市場預計將以年均15.56%的速度增長，從2019年的92.46億美元增長到2025年的220.17億美元。

可以預見，從電子產品的無線充電到電動汽車的無線充電，數字社會下，無線充電還將在更多方面影響我們的生活。

比如，在智能家居方面，試想一下，如果家中遍布著蜘蛛網一樣的電線，不僅影響美觀，而且暗藏安全隱患。在這樣的背景下，無線充電將是解決智能家居的一個關鍵要素，“無尾”設備將成為家用智能設備的主流。目前，美國Powercast公司已經開發出能夠把無線電波轉變為直流電的接收設備，能夠在近1米距離內給多個電子設備供電。

另外，醫療器械供電是無線輸電的又一重要領域，比如，對植入人體的醫療器械如心臟起搏器充電，對下肢麻痹的人進行肌肉刺激，以及神經系統的醫療刺激、鎮痛，等等。醫療器械無線充電主要通過ICPT（Inductively coupled Power Transfer，感應電能傳輸技術）和RFPT（Radio Frequency Power Transmission，射頻功率傳輸技術）方式。首先在人體外設置一個線圈，其次在人體內再植入一個對應的小微線圈，兩者之間形成感應耦合效應，從而實現電力傳輸。

總的來看，現在，無線輸電技術已經在某些領域投入了實際應用，并且，在未來，在無線充電技術的發展下，人們終將迎來一個無線的世界：小到電動牙刷、剃須刀、心臟起搏器和智能卡，大到公共汽車和火車之類的電動交通工具，甚至包括磁懸浮列車都將通過無線充電實現供電。無線充電世界的到來，賦予了人們想要的靈活，也為數字世界的發展開辟了新的篇章。