• 感應充電

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    感應充電

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    感應充電(也稱為無線充電或無繩充電)是無線電力傳輸的一種。它使用電磁感應為便攜式設備供電。最常見的應用是針對智能手機智能手表平板電腦的Qi無線充電標準。感應充電還用于車輛、電動工具電動牙刷醫療設備中。便攜式設備可以放置在充電站或感應墊附近,而無需精確對準或與底座或插頭進行電接觸。

    能量通過感應耦合傳遞。一個交變電流通過一個運行感應線圈在充電站或墊(一次或傳輸線圈。)任何移動電荷產生磁場,如通過表示奧斯特定律。隨著交流電流不斷變化的幅度,磁場強度會發生波動。變化的磁場會產生電動勢,該電動勢也稱為法拉第感應定律。這在便攜式設備的第二個感應線圈(接收線圈或次級線圈)中產生交流電。然后將其轉換為直流用整流器并用于為電池充電或提供工作電源。

    當感應充電系統使用諧振感應耦合時,可以在發送線圈和接收線圈之間實現更大的距離,其中在每個感應線圈上添加一個電容器,以創建兩個具有特定諧振頻率的LC電路。交流電的頻率與諧振頻率匹配,并且根據峰值效率所需的距離選擇頻率。此諧振系統的最新改進包括使用可移動的傳輸線圈(即,安裝在升降平臺或臂上),以及使用其他材料作為接收器線圈,例如鍍銀銅或有時使用鋁以最小化重量和降低電阻,由于趨膚效應。

    感應充電

    感應充電的應用

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    感應充電的應用可分為兩大類:低功率和高功率:

    • 低功率應用通常支持小型消費電子設備,例如手機、手持設備,某些計算機以及通常以低于100瓦的功率充電的類似設備。
    • 高功率感應充電通常是指功率高于1千瓦的電池的感應充電。高功率感應充電最突出的應用領域是支持電動汽車,其中感應充電提供了插入式充電的自動和無線替代方案。這些設備的功率水平范圍從大約1千瓦到300千瓦或更高。所有大功率感應充電系統均使用諧振的初級和次級線圈。

    感應充電的優勢

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    • 受保護的連接–封閉電子設備時,沒有腐蝕,遠離大氣中的水或氧氣。絕緣故障導致的短路等電氣故障風險較小,尤其是在經常進行連接或斷開的情況下。
    • 低感染風險–對于嵌入式醫療設備,通過穿過皮膚的磁場進行電力傳輸可以避免導線穿透皮膚帶來的感染風險。
    • 耐用性–無需持續插拔設備,設備插座和連接電纜的磨損明顯減少。
    • 增加的便利性和美學品質–無需電纜。
    • 電動汽車的自動大功率感應充電允許更頻繁的充電事件,從而擴大了行駛里程。
    • 感應充電系統可以自動運行,而無需依靠人員來插拔電源。這導致更高的可靠性。
    • 感應充電的自動操作解決了這個問題,理論上使車輛可以無限期行駛。
    • 高功率水平的電動車輛的感應充電使得在行駛中的電動車輛能夠充電(也稱為動態充電)。

    感應充電的缺點

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    對于低功率(即,小于100瓦)的感應充電設備,存在以下缺點。這些缺點可能不適用于大功率(即大于5千瓦)的電動汽車感應充電系統。

    • 充電速度較慢–由于效率較低,因此當供電量相同時,設備的充電時間將延長15%。
    • 更昂貴–感應充電還需要驅動器和設備以及充電器中的線圈,這增加了制造的復雜性和成本。
    • 不便之處–將移動設備連接到電纜時,可以在充電時四處移動(盡管范圍有限)并可以操作。在感應充電的大多數實現中,移動設備必須留在墊上進行充電,因此在充電時不能四處移動或輕松操作。在某些標準下,可以保持一定距離的充電,但在發射器和接收器之間不存在任何電荷。
    • 兼容標準–并非所有設備都與不同的感應充電器兼容。但是,某些設備已開始支持多種標準。
    • 低效率–感應充電不如直接充電有效,與傳統充電相比,會產生更多的熱量。持續暴露在高溫下會導致電池損壞。能源使用分析發現,在經典電纜上為Pixel 4充電,從0%到100%使用14.26 Wh(瓦時),而使用無線充電器則為21.01 Wh,增加了47%。對于單個電話和單個充電器來說,這是非常少的能量,但在規模上可能會帶來嚴重的問題。如果35億在使用中的智能手機全部多花50%的電量來收取費用,那么影響將是巨大的。據估計,相當于一天運行73座50兆瓦燃煤電廠,即可為35億部智能手機充滿電,因此,在沒有明顯提高效率的情況下,無線充電的日益普及并不是為了獲得令人難以置信的溫和便利而進行的巨大折衷。

    較新的方法通過使用超薄線圈,更高的頻率和優化的驅動電子設備來減少傳輸損耗。這樣可以實現更高效,更緊湊的充電器和接收器,從而使它們集成到移動設備或電池中的所需費用最少。這些技術提供的充電時間可與有線方式媲美,并且正在迅速進入移動設備。

    例如,Magne Charge車輛充電系統采用高頻感應以86%的效率提供高功率(從7.68 kW的功耗中獲得6.6 kW的功率)。

    在現代智能手機中

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    許多智能手機制造商已開始將這種技術添加到其設備中,其中大多數采用Qi無線充電標準。蘋果和三星等主要制造商大量生產具有Qi功能的手機。Qi標準的普及促使其他制造商將其用作自己的標準。智能手機已成為該技術進入消費者家庭的驅動力,在那里開發了許多家用技術來利用該技術。

    三星和其他公司已經開始探索“表面充電”的概念,將感應充電站建在諸如桌子或桌子的整個表面上。相反,Apple和Anker正在推動基于塢站的充電平臺。這包括占地小得多的充電板和磁盤。這些產品適用于希望將較小的充電器放在公共區域并與當前房屋裝飾融合在一起的消費者。由于采用了Qi的無線充電標準,因此只要手機支持Qi功能,這些充電器中的任何一種都可以與任何手機配合使用。

    另一個發展是反向無線充電,它允許移動電話將自己的電池無線放電到另一個設備中。

    例子

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    • 口服-B可再充電牙刷由布勞恩公司自90年代初已經使用感應充電。
    • 在2007年1月的美國消費電子展(CES)上,偉世通推出了其用于車載的感應充電系統,該系統僅能向兼容接收器的MP3播放器充電特制手機。
    • 2009年4月28日:IGN報道了Wii遙控器的勁量感應充電站。
    • 在2009年1月的CES上,Palm公司宣布其新的Pre智能手機將配備可選的感應充電器配件“ Touchstone”。充電器帶有必需的特殊背板,該背板成為CES 2010上宣布的后續Pre Plus型號的標準配置。后來的Pixi,Pixi Plus和Veer 4G智能手機也采用了該充電器。命運不佳的HP Touchpad平板電腦(在HP收購Palm Inc.之后)于2011年推出后,內置了一塊試金石線圈,可作為其類似NFC的“觸摸共享”功能的天線使用。
    • 2013年3月24日:三星發布了Galaxy S3,該Galaxy S3支持可選的可改裝后蓋配件,該配件包含在其單獨的“無線充電套件”中。
    • 諾基亞于2012年9月5日宣布推出Lumia 920和Lumia 820,分別支持將感應充電和感應充電與配件后蓋集成在一起。
    • 2013年3月15日,三星發布了Galaxy S4,該手機支持帶有后蓋的感應充電。
    • 2013年7月26日,Google和ASUS推出了帶有集成感應充電功能的Nexus 7 2013版。
    • 2014年9月9日,Apple宣布使用無線感應充電的Apple Watch(于2015年4月24日發布)。
    • 2017年9月12日,蘋果發布了AirPower無線充電墊。它旨在能夠同時為iPhone,Apple Watch和AirPods充電;但是該產品從未發布過。蘋果于2018年9月12日從其網站上刪除了大多數提及AirPower的內容,并于2019年3月29日完全取消了該產品。
    • 比利時技術創新者iN?2?POWER于2017年推出了1.1至16 kW(可組合高達48 kW)的“即插即用”無線充電系統,該系統基于用于AGV,無人機,醫療(潔凈室)和海軍應用的高密度感應。這些系統可為電池(無論類型如何)從30A到750A充電,效率最低為95%。到2019年底,AGV集成了1500多個單位。
    • 德國Wiferion公司于2018年?推出了3KW無線充電系統,用于AGV充電等工業應用,該系統聲稱在整體傳輸效率> 92%方面是同類產品中效率最高的。

    氣器

    • 諾基亞于2012年9月5日推出了兩款具有Qi感應充電功能的智能手機(Lumia 820和Lumia 920)。
    • Google和LG于2012年10月推出了Nexus 4,它支持使用Qi標準的感應充電。
    • 摩托羅拉移動推出了Droid 3和Droid 4,它們都可選地支持Qi標準。
    • 2012年11月21日,HTC推出了Droid DNA,它也支持Qi標準。
    • 2013年10月31日,Google和LG推出了Nexus 5,它支持Qi感應充電。
    • 2014年4月14日,三星發布了Galaxy S5,它支持通過無線充電或接收器進行Qi無線充電。
    • 2015年11月20日,Microsoft推出了支持Qi標準充電的Lumia 950 XL和Lumia 950。
    • 2016年2月22日,三星宣布其新旗艦Galaxy S7和S7 Edge使用與Qi幾乎相同的界面。2017年發布的三星Galaxy S8和三星Galaxy Note 8還具有Qi無線充電技術。
    • 2017年9月12日,蘋果宣布iPhone 8和iPhone X將采用無線Qi標準充電功能。

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    詞條目錄
    1. 感應充電
    2. 感應充電的應用
    3. 感應充電的優勢
    4. 感應充電的缺點
    5. 在現代智能手機中
    6. 例子
    7. 氣器

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