文 祝毓 楊帆

總體看來(lái)，我國(guó)無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)在發(fā)展階段上基本與國(guó)際同步。

隨著各項(xiàng)技術(shù)的成熟以及對(duì)無(wú)線(xiàn)充電需求的增加，無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)（Wireless Charging Technology）領(lǐng)域的發(fā)展日益引起各方關(guān)注。本文基于上海市軟科學(xué)研究基地——前沿技術(shù)發(fā)展研究中心的有關(guān)成果，研究分析無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)的技術(shù)原理、標(biāo)準(zhǔn)和發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢(shì)。

無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)是指不通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)而是通過(guò)電磁感應(yīng)、電磁共振、射頻、微波、激光等方式經(jīng)由空氣介質(zhì)實(shí)現(xiàn)非接觸式電能傳輸?shù)募夹g(shù)。相較于傳統(tǒng)的電力傳輸，無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)無(wú)需布線(xiàn)和充電端子，具備較高的便捷性。隨著電力電子器件、功率變換和控制技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)在轉(zhuǎn)換率、低輻射等方面逐漸取得突破，目前無(wú)線(xiàn)充電已經(jīng)在電動(dòng)牙刷、電動(dòng)剃須刀、無(wú)繩電話(huà)等部分家電產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)實(shí)用化，現(xiàn)在其應(yīng)用范圍又?jǐn)U大到了智能手機(jī)領(lǐng)域及電動(dòng)汽車(chē)和列車(chē)領(lǐng)域，未來(lái)無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)將不斷擴(kuò)展到醫(yī)療、電力、航空航天、節(jié)能環(huán)保等更多領(lǐng)域。

無(wú)線(xiàn)充電關(guān)鍵技術(shù)取得突破，高效率是未來(lái)主攻方向

四類(lèi)技術(shù)基本成熟，磁共振方式應(yīng)用前景看好。按可供電范圍的差異，可將目前無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)分成電磁感應(yīng)方式、電場(chǎng)耦合方式、磁共振方式和電波接收方式（如表1所示）。其他新技術(shù)也在不斷涌現(xiàn)，如日本村田制作所提出的借助開(kāi)關(guān)技術(shù)大幅提高無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)整體電力傳輸效率的技術(shù)——“直流共振方式”，目前尚在研發(fā)中。

表1 主要的無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)

當(dāng)前最成熟、最普遍的是電磁感應(yīng)方式，近幾年必定它是無(wú)線(xiàn)充電的主流模式。磁共振方式因其具有自由度較大、無(wú)輻射和無(wú)電磁干擾的優(yōu)點(diǎn)，未來(lái)應(yīng)用前景最好，被認(rèn)為是最有希望廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)的一種無(wú)線(xiàn)充電方式。業(yè)內(nèi)已在探討采用即使供受電器方向不一致也能供電的磁共振方式，利用十字路口路旁縱向設(shè)置的供電器向汽車(chē)下方設(shè)置的受電器充電；或是在高速公路的中央分離帶設(shè)置供電器，為行駛在高速公路上的汽車(chē)進(jìn)行“行駛供電”，由此將帶來(lái)公路等社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的巨大變革。但是磁共振方式的充電距離與其線(xiàn)圈本身的Q值相關(guān)，因此對(duì)材料具有較高要求。

高效率是未來(lái)主要突破方向。四類(lèi)技術(shù)均面臨隨著距離增加而電力利用效率下降的問(wèn)題。電磁感應(yīng)方式從微小電力到100kW以上的大電力均可實(shí)現(xiàn)傳輸，充電效率在70%左右；磁共振方式可實(shí)現(xiàn)向數(shù)十厘米至數(shù)米距離的無(wú)線(xiàn)傳輸電力，在遠(yuǎn)離供電底座的垂直方向上擁有較高的自由度，但距離增加會(huì)降低充電效率，約為40%～60%；電場(chǎng)耦合方式的傳輸距離較短，充電效率為70%左右；電波接收方式適用于大范圍且不易受環(huán)境影響的電能傳輸，傳輸效率也較低。因此提高無(wú)線(xiàn)充電的效率成為未來(lái)主要的突破方向。

應(yīng)用研發(fā)與商業(yè)化是各研發(fā)主體布局的熱點(diǎn)。目前各研發(fā)主體均已在無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)領(lǐng)域展開(kāi)布局，加速其應(yīng)用研發(fā)和商業(yè)化。發(fā)展最為成熟的電磁感應(yīng)方式已進(jìn)入市場(chǎng)開(kāi)拓階段，Powermat、三洋電機(jī)、精工愛(ài)普生、昭和飛機(jī)工業(yè)、Fulton Innovation等眾多企業(yè)在汽車(chē)、輕軌等方面進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)。高通、WiTricity、索尼、長(zhǎng)野日本無(wú)線(xiàn)、TDK等企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)正在推進(jìn)汽車(chē)等多領(lǐng)域的磁共振充電技術(shù)研發(fā)。村田制作所則用約3年時(shí)間進(jìn)行電場(chǎng)耦合方式的技術(shù)開(kāi)發(fā)和提高，構(gòu)筑了以基本專(zhuān)利為中心的專(zhuān)利網(wǎng)，試制完成了為平板終端及電子書(shū)等便攜式終端提供無(wú)線(xiàn)充電的充電臺(tái)。電波接收方式較為領(lǐng)先的有英特爾、日本電業(yè)工作、Powercast等，Powercast研制的微型高效接收電路可以捕捉從墻壁彈回的無(wú)線(xiàn)電波能量，在隨負(fù)載做出調(diào)整的同時(shí)保持穩(wěn)定的直流電壓，其已與飛利浦公司簽署合作協(xié)議，進(jìn)一步推進(jìn)商業(yè)化。

無(wú)線(xiàn)充電產(chǎn)業(yè)剛剛起步，各大企業(yè)布局加速

無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)產(chǎn)業(yè)及市場(chǎng)情況。無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)現(xiàn)已在包括智能手機(jī)、PC電視、電動(dòng)汽車(chē)等多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用，無(wú)線(xiàn)充電方案已基本成熟，現(xiàn)在重點(diǎn)關(guān)注的是成本和兼容性。據(jù)市場(chǎng)研究公司IHS iSuppli數(shù)據(jù)分析，2011年全球無(wú)線(xiàn)充電設(shè)備銷(xiāo)售收入達(dá)8.858億美元，比2010年增長(zhǎng)616%，隨后幾年呈急劇增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)；預(yù)計(jì)2014年配備無(wú)線(xiàn)充電功能的設(shè)備出貨量將由2010年的360萬(wàn)臺(tái)增長(zhǎng)65倍，增至2.35億臺(tái)，市場(chǎng)規(guī)模將增至180億美元；2015年將達(dá)到240億美元左右。

主要優(yōu)勢(shì)企業(yè)。隨著無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)的成熟和應(yīng)用范圍的擴(kuò)展，各大企業(yè)紛紛開(kāi)展研究并取得成果。在電磁感應(yīng)技術(shù)方面，高通公司在收購(gòu)新西蘭奧克蘭大學(xué)創(chuàng)建的風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)HaloIPT后，基于這一領(lǐng)域的大量專(zhuān)利進(jìn)行“感應(yīng)電力傳輸”技術(shù)開(kāi)發(fā)，2012年與法國(guó)雷諾公司就開(kāi)發(fā)純電動(dòng)車(chē)用無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)簽署備忘錄，在倫敦使用雷諾公司和英國(guó)Delta Motorsport公司的50輛電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)展電磁感應(yīng)方式無(wú)線(xiàn)充電實(shí)證試驗(yàn)。在磁共振技術(shù)方面，由MIT研究小組成立的WiTricity擁有175個(gè)磁共振相關(guān)專(zhuān)利，其開(kāi)發(fā)的無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)在輸出功率為3.3千瓦、傳輸距離為20厘米的情況下，綜合效率達(dá)90%；同時(shí)與Delphi、三菱汽車(chē)、IHI、豐田等皆有合作開(kāi)發(fā)，并向半導(dǎo)體公司聯(lián)發(fā)科（MediaTek）授權(quán)提供磁共振技術(shù)。在電場(chǎng)耦合技術(shù)方面，這一領(lǐng)域較為領(lǐng)先的包括日本竹中工務(wù)店、村田制作所等，其中竹中工務(wù)店基于電場(chǎng)耦合開(kāi)發(fā)的無(wú)線(xiàn)電力傳輸技術(shù)支持水平方向的錯(cuò)位，并且不使用鐵氧體及利茲線(xiàn)圈，由此可降低產(chǎn)品的重量及成本。

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。各類(lèi)無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)競(jìng)爭(zhēng)激烈，目前全球無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要有Qi標(biāo)準(zhǔn)、A4WP標(biāo)準(zhǔn)和PM A 標(biāo)準(zhǔn)三種?；陔姶鸥袘?yīng)方式的Qi標(biāo)準(zhǔn)，由無(wú)線(xiàn)充電聯(lián)盟WPC（Wireless Power Consortium）制定，是唯一向所有廠商都開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)。Qi采用較小的感應(yīng)線(xiàn)圈，能夠較容易地在較高頻率下傳輸能量；但是由于充電距離較短，因此在實(shí)際使用中不夠靈活。目前，Qi標(biāo)準(zhǔn)從移動(dòng)終端向高功率的數(shù)碼產(chǎn)品，甚至基礎(chǔ)設(shè)施無(wú)線(xiàn)充電設(shè)備領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，全球市場(chǎng)上已有562款Qi認(rèn)證產(chǎn)品，包括產(chǎn)品和組建。WPC聯(lián)盟成員已達(dá)200多家，包括Convenient Power、Fulton Innovation、美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體、奧林巴斯、飛利浦、高通等，涵蓋電池、消費(fèi)電子、設(shè)備制造、基礎(chǔ)設(shè)施等眾多領(lǐng)域?；诖殴舱穹绞降腁4WP標(biāo)準(zhǔn)，全稱(chēng)Alliance for Wireless Power，由高通、三星以及Powermat共同創(chuàng)建，為包括便攜式電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車(chē)在內(nèi)的電子產(chǎn)品無(wú)線(xiàn)充電設(shè)備設(shè)立技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)對(duì)話(huà)機(jī)制，推進(jìn)磁共振方式無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化。由于該聯(lián)盟成立較晚，目前采用A4WP技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品不多。為提高傳輸效率，A4WP采用了更大的輸出線(xiàn)圈，能同時(shí)為多臺(tái)設(shè)備充電；同時(shí)由于設(shè)定了精確的共振頻率，使得微弱的感應(yīng)磁場(chǎng)也能為設(shè)備充電，從而擴(kuò)大了充電范圍；A4WP還可以根據(jù)充電設(shè)備的數(shù)量和缺電狀況自動(dòng)調(diào)整能量分配方案，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。目前A4WP聯(lián)盟已有超過(guò)40個(gè)成員，包括三星、Qualcomm、Broadcom、Gill Industries、英特爾和SK Telecom等?；陔姶鸥袘?yīng)方式的PMA標(biāo)準(zhǔn)，全稱(chēng)Power Matters Alliance，2012年由Duracell Powermat公司（寶潔與無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)公司Powermat合資經(jīng)營(yíng)）發(fā)起制定，致力于為符合IEEE協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)的手機(jī)和電子設(shè)備打造無(wú)線(xiàn)充電標(biāo)準(zhǔn)。PMA標(biāo)準(zhǔn)充電方式有兩種：一是內(nèi)建無(wú)線(xiàn)充電芯片，二是采用WiCC無(wú)線(xiàn)充電卡，充電卡只需安裝在移動(dòng)設(shè)備的電池上，缺點(diǎn)是不能直接用在無(wú)法拆卸電池的設(shè)備上。PMA聯(lián)盟目前包括美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)（FCC）、AT&T、Starbucks、三星、Broadcom、LG、華為、Google等100多家企業(yè)，涉及通信、消費(fèi)設(shè)備、汽車(chē)、零售等多行業(yè)領(lǐng)域。2013年10月高通也加入PMA聯(lián)盟，協(xié)助開(kāi)發(fā)能同時(shí)支持低頻電磁感應(yīng)及高頻電磁諧振兩種無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)的新規(guī)格產(chǎn)品。

除企業(yè)聯(lián)盟外，美國(guó)、歐洲和日本等標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)或相關(guān)協(xié)會(huì)團(tuán)體也抓緊推進(jìn)無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，探索在多領(lǐng)域的實(shí)用化。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的共同工作組“PT61980”正在推進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化；日本總務(wù)省、JARI（日本汽車(chē)研究所）、JSAE （日本汽車(chē)技術(shù)會(huì)）、JEITA（日本電子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)）等都在進(jìn)行無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)的研究和標(biāo)準(zhǔn)制定工作。

我國(guó)無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

總體看來(lái)，國(guó)內(nèi)無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)雖然起步較晚，但在發(fā)展階段上基本與國(guó)際同步，即快速成長(zhǎng)期。

技術(shù)研發(fā)快速發(fā)展。2011年山東省青島市科技發(fā)展戰(zhàn)略研究所、山東科技大學(xué)、青島科技大學(xué)、海爾集團(tuán)超前技術(shù)研究中心共同繪制完成了“無(wú)線(xiàn)電力傳輸產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線(xiàn)圖”，從資源基礎(chǔ)、研發(fā)需求、技術(shù)壁壘、行業(yè)需求、產(chǎn)業(yè)目標(biāo)等方面描繪了無(wú)線(xiàn)電力傳輸產(chǎn)業(yè)發(fā)展的路徑。同時(shí)，一些企業(yè)通過(guò)獨(dú)立或是合作研發(fā)，在無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)上取得重要突破并已投入使用。2013年硅展科技公司研發(fā)并擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“INPOFI智能無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)”在美國(guó)國(guó)際消費(fèi)電子展上獲得零售商熱門(mén)獎(jiǎng)，這項(xiàng)技術(shù)具備無(wú)輻射、高電能轉(zhuǎn)化效率、熱效應(yīng)微弱等特性，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)方面的空白。比亞迪取得了應(yīng)用電磁感應(yīng)技術(shù)的非接觸感應(yīng)式充電器專(zhuān)利。中興通訊與東風(fēng)汽車(chē)開(kāi)展合作，并于2014年正式啟動(dòng)我國(guó)第一條投入商用的無(wú)線(xiàn)充電公交示范線(xiàn)，其中大功率無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)完全使用我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，率先實(shí)現(xiàn)新能源汽車(chē)無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。

標(biāo)準(zhǔn)起草加快推進(jìn)。中國(guó)有著全球最大的消費(fèi)電子市場(chǎng)，但國(guó)內(nèi)尚無(wú)規(guī)范的無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，目前國(guó)家和企業(yè)層面都在加快推進(jìn)無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定。從國(guó)家層面來(lái)看，2011年，中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)啟動(dòng)了有關(guān)無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的研究，其《近場(chǎng)無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)研究》已獲報(bào)批，已完成《無(wú)線(xiàn)電源設(shè)備電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)性要求和測(cè)量方法》、 《短距離及類(lèi)似設(shè)備電磁照射符合性要求和評(píng)估方法》、《無(wú)線(xiàn)電源設(shè)備技術(shù)要求和測(cè)試方法 第1部分：通用要求》報(bào)批稿。2012年，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)批準(zhǔn)了第一個(gè)無(wú)線(xiàn)充電國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃——電子信息產(chǎn)品低功率無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)規(guī)范。全國(guó)信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)也啟動(dòng)相關(guān)工作，由中國(guó)電子、桑菲通信、電信研究院、海爾等9家企業(yè)和機(jī)構(gòu)組成標(biāo)準(zhǔn)起草小組，進(jìn)行頻率、協(xié)議方面的研究以及標(biāo)準(zhǔn)草案的起草。從企業(yè)層面來(lái)看，“INPOFI無(wú)線(xiàn)充電聯(lián)盟”接納了包括手機(jī)、平板電腦、相機(jī)等企業(yè)通過(guò)戰(zhàn)略合作協(xié)議方式加入，共享INPOFI智能技術(shù)方案。但硅展科技公司要想在國(guó)際上推廣自己的INPOFI智能無(wú)輻射充電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，勢(shì)必受到多方阻擊。因此政府對(duì)推動(dòng)自主無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、打破國(guó)外技術(shù)壟斷具有至關(guān)重要的作用。

參與國(guó)際競(jìng)合能力亟待增強(qiáng)。從關(guān)鍵領(lǐng)域看，國(guó)外無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)最主要的領(lǐng)域是充配電及電能存儲(chǔ)、磁體材料、電動(dòng)汽車(chē)；國(guó)內(nèi)有將近一半比例集中于充配電及電能存儲(chǔ)，其他領(lǐng)域分散而零碎，特別是電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域較少。從區(qū)域發(fā)展來(lái)看，目前中國(guó)市場(chǎng)上有25%左右的無(wú)線(xiàn)充電專(zhuān)利來(lái)自日本、中國(guó)臺(tái)灣、美國(guó)、韓國(guó)、德國(guó)等地區(qū)。此外，廣東、江蘇、北京、浙江、上海、山東等六個(gè)地區(qū)無(wú)線(xiàn)充電專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量占據(jù)中國(guó)本土申請(qǐng)總量的80%左右。從競(jìng)爭(zhēng)機(jī)構(gòu)看，國(guó)內(nèi)前20強(qiáng)中，有國(guó)外企業(yè)9個(gè)、國(guó)內(nèi)企業(yè)5個(gè)（國(guó)家電網(wǎng)、海爾、中興通訊、奇瑞汽車(chē)等）、大學(xué)6個(gè)（天津工業(yè)大學(xué)、東南大學(xué)、浙江大學(xué)、重慶大學(xué)、華南理工大學(xué)、清華大學(xué)）。相比較而言，國(guó)內(nèi)企業(yè)的實(shí)力較弱。