隔空充電距離真正意義上的“無線”更近了

“如科幻電影一般，拿著手機(jī)進(jìn)入客廳，就能實現(xiàn)隔空充電?！?/p>

日前，小米科技有限公司（以下簡稱小米公司）董事長兼首席執(zhí)行官（CEO）雷軍正式推出該公司首套自主研發(fā)的隔空充電系統(tǒng)。

而在雷軍發(fā)布這一消息的兩個小時前，曾于2015年收購摩托羅拉手機(jī)業(yè)務(wù)的聯(lián)想集團(tuán)就發(fā)布演示視頻，介紹了摩托羅拉的隔空充電技術(shù)。

相比于以往的無線充電，隔空充電距離真正意義上的“無線”更近了。

但在南京大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系副教授戴海鵬看來，摩托羅拉和小米公司的隔空充電還是一個概念性產(chǎn)品，短時間內(nèi)難以面市。

“市場對無線充電需求巨大?！?/p>

華南理工大學(xué)電力學(xué)院教授張波在接受《中國科學(xué)報》采訪時預(yù)測，在相關(guān)技術(shù)及配套措施發(fā)展到一定程度時，“未來任何需要有線供電的產(chǎn)品，都有可能被無線充電技術(shù)全部或部分取代?！?/p>

隔空充電哪家強(qiáng)

“從目前公開的消息推測，這兩款隔空充電技術(shù)很相似，但相關(guān)細(xì)節(jié)目前還不得而知。”戴海鵬在接受《中國科學(xué)報》采訪時表示。

僅從摩托羅拉和小米公司公布的隔空充電技術(shù)宣傳視頻可以看出，兩家技術(shù)均支持在一米范圍外同時對多個設(shè)備充電以及邊充邊玩。

而在前者最初公布的演示視頻中，當(dāng)異物阻擋后，隔空充電就會停止；后者的技術(shù)不僅不怕異物阻擋，甚至還可在移動中邊走邊充電。

“一般認(rèn)為，隔空充電就是不使用有線方式連接的、充電器與接收器間隔一定距離的無線充電技術(shù)?！?/p>

戴海鵬介紹，簡單且便于理解的隔空充電技術(shù)劃分有三種：一是電磁耦合方式，如電磁感應(yīng)，代表有Qi標(biāo)準(zhǔn)，工作在數(shù)百千赫茲的低頻頻段，是目前的主流標(biāo)準(zhǔn)；二是磁場共振方式，代表有AirFuel標(biāo)準(zhǔn)，工作在數(shù)兆赫茲頻段，主要針對電動汽車領(lǐng)域；三是非耦合方式，通過無線進(jìn)行電力傳輸?shù)臒o線充電，包括射頻、激光、超聲、紅外等。

在戴海鵬看來，目前公開的隔空充電技術(shù)基本實現(xiàn)真正高效遠(yuǎn)距離隔空充電，多個設(shè)備同時充電，且能夠克服異物遮擋影響并支持移動充電。

這些年來，無線充電技術(shù)在家用電子設(shè)備、智能家居、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)、水下探測設(shè)備、交通和航空航天等領(lǐng)域的研究成果越來越多。

有學(xué)者統(tǒng)計，近十幾年，該領(lǐng)域發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)總體呈現(xiàn)增長趨勢，其中2015年出現(xiàn)快速增長。

并且，在全球范圍內(nèi)，我國發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)最多。

例如，在2017~2019年發(fā)表的無線充電技術(shù)相關(guān)的1070篇論文中，共有15篇高被引論文，中國研究成果達(dá)8篇。

研究人員在選取2017~2019年發(fā)表的1070篇文獻(xiàn)進(jìn)一步分析時發(fā)現(xiàn)，基于實際應(yīng)用場景研究成果總量有311篇，其中以傳感器、電子設(shè)備、電動汽車領(lǐng)域為主。

然而，自尼古拉·特斯拉開始，無線充電技術(shù)經(jīng)歷了一百多年的探索，至今仍然未能達(dá)到兼顧遠(yuǎn)距離、高功率、安全的實用要求。

“目前的無線充電技術(shù)很難同時兼顧傳輸功率與傳輸距離?！?/p>

同濟(jì)大學(xué)一位專家告訴《中國科學(xué)報》，磁感應(yīng)、磁共振充電技術(shù)發(fā)射端和接收端的能量轉(zhuǎn)換效率較高，但難以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離供電；射頻、激光無線充電技術(shù)，由于電磁輻射，大部分能量損耗在傳輸過程中，或因安全、移動等限制了輸出功率。

上述兩款隔空充電歸于戴海鵬所介紹的電磁感應(yīng)類型。

“但有別于傳統(tǒng)厘米甚至毫米距離的近場電感耦合無線充電技術(shù)，它們利用遠(yuǎn)場電磁耦合實現(xiàn)無線充電?！?/p>

戴海鵬進(jìn)一步介紹道，遠(yuǎn)場電磁耦合技術(shù)在充電器端使用天線將能量以較高頻率電磁波形式發(fā)送給終端設(shè)備，小米公司利用天線接收電磁波并進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化。

正是由于使用天線發(fā)射和接收電磁波，此項技術(shù)得以突破傳統(tǒng)距離的限制。

場景和功率是關(guān)鍵

隔空充電技術(shù)雖然有市場需求，但關(guān)鍵還要看應(yīng)用場景和充電功率。

根據(jù)小米公司公布的視頻信息，其隔空充電功率為5瓦。

“相比手機(jī)動輒數(shù)十瓦的充電功率，還是略顯不足?！贝骱ｙi表示。

在他看來，其最大的潛在應(yīng)用場景可能是智能家居領(lǐng)域，為一些智能門鎖等小功率產(chǎn)品進(jìn)行供電，特別是一些家用小型傳感器。

“這些傳感器目前普遍功耗較低，因此導(dǎo)致測量范圍、靈敏度等性能受到較大制約，提供的數(shù)據(jù)不夠精確?！?/p>

小米公司隨后公布了一些補(bǔ)充信息，表示其自主研發(fā)的隔空充電技術(shù)還可以為智能手表、手環(huán)等穿戴設(shè)備隔空充電，未來音箱、臺燈等小型智能家居產(chǎn)品也可實現(xiàn)無線供電，擺脫線材的束縛。

而目前市場上在售的部分品牌智能手機(jī)無線充電的功率已達(dá)到50瓦，同時有進(jìn)一步向高功率發(fā)展的趨勢。

例如，小米公司在2020年10月曾宣布其無線充電首次跨過80瓦大關(guān)，打破全球手機(jī)無線充電紀(jì)錄。

不過，2月19日，工業(yè)和信息化部發(fā)布了《無線充電（電力傳輸）設(shè)備無線電管理暫行規(guī)定（征求意見稿）》（以下簡稱征求意見稿），規(guī)定適用于移動、便攜式以及電動汽車（含摩托車）的無線設(shè)備，并要求移動和便攜式無線充電設(shè)備應(yīng)當(dāng)工作在100~148.5kHz、6765~6795kHz、13553~13567kHz 頻段，且額定傳輸功率不超過50瓦，輻射參數(shù)應(yīng)當(dāng)滿足《無線充電（電力傳輸）設(shè)備技術(shù)要求》。

如果上述文件在正式發(fā)布前保留這一要求，就意味著智能手機(jī)無線充電“功率競賽”將于2022年1月1日終止。

除要考慮場景、功率外，隔空充電的成本也是問題，如小米公司的隔空充電技術(shù)所需要的充電樁的造價。

戴海鵬表示，考慮到隔空充電涉及毫米波、調(diào)制、發(fā)射、相控陣天線等技術(shù)，整個系統(tǒng)的實現(xiàn)需要借助一系列高成本的元器件和技術(shù)專利。

“即使產(chǎn)品面世，價格可能也在上千元乃至上萬元級別，當(dāng)前階段難以真正將產(chǎn)品落地進(jìn)入民用市場?！?/p>

電磁輻射不容忽視

值得一提的是，摩托羅拉最初公布的視頻中，當(dāng)用手遮擋發(fā)射器時，隔空充電立刻停止。

“這是專門為用戶健康開發(fā)的安全設(shè)置。”聯(lián)想中國區(qū)手機(jī)業(yè)務(wù)部總經(jīng)理陳勁對此解釋道，“是工程設(shè)計的人機(jī)保護(hù)常識。”

隨后，摩托羅拉再次更新了自家隔空充電技術(shù)視頻。

從視頻中可以看出，在放置多種異物進(jìn)行阻擋后，手機(jī)依然可以正常充電。

類似于隔空充電這種攜帶能量的高頻電波對人體有害，是業(yè)界共識。

早在2014年，南京大學(xué)先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)科學(xué)研究組（LANDS）就開始關(guān)注無線充電過程中的電磁輻射安全問題，也是在我國率先提出并研究電磁輻射安全問題的科研團(tuán)隊。

戴海鵬介紹道，已有眾多學(xué)者致力于研究電磁輻射對人體生理健康的影響，并證實暴露的高電磁輻射對人體健康會產(chǎn)生危害，有可能導(dǎo)致精神疾病、組織損傷和腦腫瘤。

除此之外，相關(guān)研究也表明，孕婦和兒童更易受到電磁輻射的影響，且發(fā)現(xiàn)兒童的頭部對電磁輻射的吸收能力超過成年人的兩倍、顱骨骨髓的吸收能力超過成年人十倍。

《電磁環(huán)境控制限值》是我國現(xiàn)行的電磁輻射環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，其對公眾暴露控制限制、評價方法等均有要求。

“對照世界上大部分國家都遵循的國際非電離輻射防護(hù)委員會推薦限值標(biāo)準(zhǔn)，我國執(zhí)行的限值標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格?！贝骱ｙi說。

隨著電動汽車的發(fā)展和流行，我國在2020年發(fā)布了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在對電動汽車進(jìn)行無線充電時，電動汽車內(nèi)外的電磁環(huán)境限值和測試方法。

“不同的電器，電磁波的頻率可能并不相同，但其輻射總量還是會疊加?！贝骱ｙi表示，這也是需要關(guān)注的問題。

不過，“國內(nèi)外電磁輻射標(biāo)準(zhǔn)都對不同頻率電磁波輻射疊加影響有相應(yīng)的衡量方法和閾值限制”。

原文標(biāo)題：隔空充電哪家強(qiáng)？先過安全這道關(guān)

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