利用电磁波、超声波、太阳能,无线充电时代要来临了吗?

摘要: 钛度要点:各种无线充电设施就能像加油站一样无处不在,这对于任何电子设备而言都是极具意义的事情。

10-01 17:58 首页 钛媒体

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各种无线充电设施就能像加油站一样无处不在,这对于任何电子设备而言都是极具意义的事情。


钛媒体记者  ︳唐植潇


当我们谈到无线充电的时候,第一反应是苹果——最近新发布的 iPhone 全系列搭载了无线充电功能,支持 Qi 无线充电协议(详见钛媒体文章《iPhone X 华丽蜕变:我们溯源了一下这些“黑科技”的演变史》,有关于无线充电协议的介绍)。


尽管新 iPhone 依然附赠的是 5V1A 的“慢充头”,但事实上 iPhone 已经支持 5V2A 的快速充了。在实际使用中,很多用户一定使用过 iPad 充电头给手机充电——充电速度要比原装充电器快上不少。在今年新的 iPad Pro 发布的时候,其实就已经宣布了 iPad Pro 支持更高功率的电流输入。



iPhone 祖传的 1A 充电器


在苹果官网中,也附注到 iPhone 8 能在半小时内充满一半的电——前提是使用苹果的 29W 以上的充电器。由于 iPhone 8 在外观设计上并无太大改观,其电池容量也不会有太大波动。


以去年的 iPhone 7 为例,其电池容量为1960mAh,相当于半小时充入了 980mAh 的电量。这个成绩相较于一众安卓手机而言,实在是惨不忍睹。


在安卓阵营里,以搭载 Dash 闪充技术的一加手机 5 为例,半小时内能充入 60% 左右的电量(一加手机 5 电池容量为 3300mAh),即半小时内几乎能充满一台 iPhone 7。为何同样是快充差距如此之大呢?这就需要从不同芯片厂商的解决方案说起了。


QC 并不是快充的唯一方案


细心的读者在使用移动电源的时候会发现,大部分移动电源是无法给蓝牙耳机充电的。因为蓝牙耳机自身电池容量比较小,在充电的时候所需要的电流相对较小,所以市面上大部分移动电源是无法为之持续输出电流的。


而现在的蓝牙耳机也可以接上任何充电头进行充电。这一切都离不开 IC 芯片(电源管理芯片)的功劳。它主要用于控制设备输入或者输出电流的大小,以确保输入的电流不至于毁坏电子设备。


Quick Charge 2.0 就已经提升很多充电速度


有了这颗芯片作为基础,芯片厂商如高通、联发科设计出了属于自己的快充技术。


提升手机的充电效率的方案无非是两种,提高电流或者提高电压。使用过高通手机的用户对于 QC(Quick Charge)技术都不陌生,这一技术方案是高电压派的代表。截止到目前,QC 技术已经迭代至 QC4.0 了。


QC1.0 时代:电压电流提升到 5V2A,相比老的传统充电器,充电时间缩短 40%;


QC2.0 时代:QC2.0 划时代的改变了充电电压,从保持了多年的常规的 5V 提升至 9V/12V/20V,与 QC1.0 保持相同 2A 电流下实现了 18W 大功率电力传输,并且线材不需要特殊处理旧有线材都能够通用;


QC3.0 时代:在 QC2.0 9V/12V 两档电压基础上,进一步细分电压档,采用独特的 INOV 算法,以 200mV 为一档设定电压,最低可下探至 3.6V 最高电压 20V,并且向下兼容 QC2.0。由于全面使用了 Type-c 接口取代原来的 MicroUSB 接口,最大电流也提升到了 3A,因为电压更低所以效率提升最高达 38%,充电速度提升 27%,发热降低 45%;


QC4.0 时代:提升功率至 28W,并且加入 USB PD 支持。取消了 12V 电压档,5V 最大可输出 5.6A,9V 最大可输出 3A,并且电压档继续细分。


MTK(联发科)的 Pump Express 技术与高通 QC2.0 虽在实现方式上有所不同,却有异曲同工之妙。高通 QC2.0 是通过 USB 端口的 D+和 D-来个信号实现调压,而联发科的 Pump Express 快充技术,是通过 USB 端口的 VBUS 来向充电器通讯并申请相应的输出电压的。QC2.0 是通过配置 D+和 D-电压的方式来通讯,Pump Express 是通过 VBUS 上的电流脉冲来通讯,但最终的目的是提升充电器的电压到 5V,7V,9V。


联发科 Pump Express 3.0 是全球首款采用了 USB Type-C 接口直接充电的快充方案,电源的电流直接传送至电池,省去了普通快充方案所需的充电线路,这样做将直接降低手机充电时的温度,联发科官方消息称,Pump Express 3.0 比 Pump Express 2.0 的功率减少 50%。


VOOC 闪充


有高电压方案,自然有高电流方案。这一方案出自我们熟悉的“充电五分钟,通话两小时”的 OPPO,也就是上文提到的VOOC 闪充技术(一加上使用的 Dash 闪充技术本质上也是源于 VOOC 闪充),充电时适配器的输出电流能达到 5A。


与上述两家方案不同的是,VOOC 闪充技术将充电控制电路移植到了适配器端,也就是将最大的发热源移植到了适配器。这样控制电路在适配器,而被充电的电池在手机端,充电时手机发热得以很好的解决。


为了更好的对充电流程进行控制 (比如控制电路需要实时监测电池电压、温度等),OPPO 特别在适配器端加入了智能控制芯片 MCU,适配器端实现了充电控制电路,智能控制充电的整个流程。在实际使用过程中,由于最大的发热源被转移到了适配器上,所以手机机身的整体温度要比以上两种方案低很多。


这一点尤其是在使用手机进行游戏的时候,对于体验影响十分显著——手机游戏是发热大户,在这种情况下,为了让手机温度维持在一定可控范围内,电源管理系统会降低充电器输入功率,手机充电速度。而使用VOOC 闪充技术则有效地规避了这一点,但它付出的代价是必须使用配套的充电器和充电线,否则无法达到快充所要求的输入电流。这意味着,采用该技术的手机基本告别了移动电源快充了。



苹果无线充电枕


而新一代 iPhone 的快充技术,从技术参数上来看,它应该采取的是高电压的充电技术(29W 充电器的输出电压能达到 14.5V,输入电流为 2A)。按适配器输出功率而言,其充电效率应该远高于“半小时充满 50%”。由此我们可以推断 iPhone 8 输入功率可能仅有 5V2A 左右,与初代 QC 方案相近——实际上,iPhone 7 就已经支持 10W 左右快速充电。


至于为什么在实际宣传中并没有提及这一功能,钛媒体猜想是因为 iPhone 的充电速度相较于其他的手机不值得一晒。在这种情况下 iPhone “祖传的”5V1A 充电器实在是一个笑话。


无线充电时代终于来临了吗?


无线充电技术不算是新技术,不仅是手机,还有电动牙刷,剃须刀等等。不过,这里所谓的无线充电更多指的是无需将线缆插入到设备中,而非很多人想象中的“拿着手机就能充电”。


这是其充电原理所限制的:电流通过线圈,线圈产生磁场,对附近线圈产生感应电动势,产生电流。囿于技术的限制,同时为了达到较高的充电效率和相对较低的发热量,用电器必须将接收器以特定的姿态贴近充电适配器,否则无法实现充电。


虽然免去了我们找充电线的痛苦,但我们的手机依然被捆绑在充电适配器上。如果要想真正摆脱电源适配器,那么我们也许需要换个思路,比如我们可以利用电磁波:


AirVolt 无线充(已经可以购买)


AirVolt 由 TechNovator 公司开发,需要充电时只要将接收器插进手机,再将充电头插上插座就能进行远程无线充电。最佳充电距离是 9 米之内,而最远距离可达 12 米。


AirVolt 充电头通电后可以将电能转化为电磁波,接收器获取后会将电磁波又转化为电能为手机充电。目前这一款产品已经上市,相较于现有的方案,其优势在于可充电范围大,但充电效率只有线缆充电的 38%。


或者我们可以使用超声波:一家名叫 uBeam 的公司发明了一种全新的无线充电模式,可以利用超声波将电力隔空输送到 15 英尺(约合 4.6 米)外的地方。有了这样的产品,只要使用专用的无线充电套,你就可以在充电的同时拿着手机在屋里走动。


利用超声波充电的 uBeam


uBeam 已获得 170 万美元的种子轮融资,其投资人包括 Yahoo CEO Marissa Mayer、Founders Fund 以及 Andreessen Horowitz 等。该公司已经申请了 18 项与无线充电和超声波有关的专利。


甚至是利用太阳能:微软研究院已经制定出了一个潜在的解决方案:AutoCharge。微软研究人员们描述 AutoCharge 是一种自动定位桌子上的智能手机,并为它们充电的技术。他们制造的原型充电器可以被安装在天花板上,有两个工作模块:一个监测模块,其采用的是微软的 Kinect 摄像头,可以扫描像智能手机样子的物体;另一个是充电模式,采用了 UltraFire CREE XM-L T6 来聚焦 LED 光线。


AutoCharge 系统采用了基于图像处理来监测和追踪桌上的智能手机,并自动为智能手机充电。充电器会不断地旋转,直到它检测到一个看起来像智能手机的物体,之后将使用太阳能发电技术所产生的光束为智能手机远程充电。


AutoCharge 原理


无论是采用哪种解决方案,目前面临的最大问题在于如何在保证安全的情况下,保证充电效率。为了脱离电源适配器,这些新兴技术在寻找充电设备的过程中,耗费了大量的能量,这才导致了较低的充电效率。


如果提高充电功率,那么发热量以及安全性又会出现问题,同时也会造成巨大的能源浪费。得到最广泛应用的 Qi 标准的无线充电,虽然不能让手机完全脱离充电板,但充电转换率已经达到了 80% 左右。


仅需一张贴片,你的 iPhone 也能无线充电


而上述方案中有些已经有成型的产品了,还有一些尚处于实验室阶段。如果要这一种技术应用到手机上来,需要考虑的因素有很多,比如体积和成本。当然,解决了这些问题之后,这个新技术会被运用在更大的用电设备上,比如电视,空调,甚至是电动汽车。


快充方案本质上而言,还是电池技术无法实现突破的无奈之举。在保证电池容量最大化的时候,还要尽可能保证安全性,无线充电如果不仅仅是让用户摆脱线缆束缚,而是让手机能实现中距离充电,并且效率不至于太差。


那么各种无线充电设施就能像加油站一样无处不在,这对于任何电子设备而言都是极具意义的事情。在新一轮能源革命出现之前,安全而高效的无线充电技术或许才是各种电子设备最大的救星。(本文首发钛媒体,记者/糖直销

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