無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)具有多層次生態(tài)系統結構

　　“(在自然的演化過(guò)程中)能夠生存下來(lái)的，不是那些最強壯的物種，也不是那些最聰明的物種，而是那些最能適應不斷變化的環(huán)境的物種。”

　　― Leon C. Megginson

　　隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、可穿戴和便攜式設備的發(fā)展，消費者開(kāi)始厭倦雜亂的電纜和需要頻繁充電的電池。無(wú)線(xiàn)充電的優(yōu)勢遠遠不止于擺脫線(xiàn)纜的束縛。當前市場(chǎng)上各種各樣的近場(chǎng)、遠場(chǎng)充電無(wú)線(xiàn)技術(shù)，其中包括感應式、諧振式、RF、超聲及紅外線(xiàn)充電，這些技術(shù)都需要遵循不同的標準，也需要不同程度的折中。隨著(zhù)人們對無(wú)線(xiàn)世界的向往，預計充電技術(shù)將出現急劇增長(cháng)。

　　什么是無(wú)線(xiàn)充電?各項技術(shù)之間有何區別?我們首先從回答這些問(wèn)題開(kāi)始。

　　許多人將無(wú)線(xiàn)充電簡(jiǎn)單理解為感應式或短距離諧振充電。盡管兩者均為無(wú)線(xiàn)充電形式，但并不代表全部。“無(wú)線(xiàn)”意味著(zhù)取消了電纜和適配器;而消費者真正想要的不但是擺脫電纜的束縛，而且要避免繁瑣的操作，保持不間斷的能源供給。

　　采用感應和諧振的近場(chǎng)方法不能滿(mǎn)足消費者需求。無(wú)論是感應式還是諧振式充電，僅僅是用“放好”代替了“插好”，值得慶幸的是新技術(shù)的不斷涌現，包括RF、超聲、WiFi及紅外等。

　　永不斷電聽(tīng)起來(lái)很棒，前景一片光明，但道路曲折，需要多個(gè)實(shí)體通力協(xié)作，建立電源鏈的金字塔。

　　1. 設備制造商位于供應鏈金字塔的頂端，因為我們日常使用這些設備，而且處于面對用戶(hù)體驗的最前沿。其中包括各種品牌的手機、運動(dòng)手表/健康手環(huán)、智能家居和汽車(chē)等。據報道英國已經(jīng)發(fā)起了一項旨在建立“充電通道”的活動(dòng)，以減少電動(dòng)汽車(chē)電量耗盡的幾率。Intel也有望在2017年發(fā)布無(wú)線(xiàn)筆記本電腦。 Google及其他公司正在努力打造各種電動(dòng)車(chē)無(wú)線(xiàn)充電系統。每家設備制造商都擁有自身的功率發(fā)送、接收器，例如充電墊和支架。設備制造商決定采用哪種充電方法，以?xún)?yōu)化其用戶(hù)體驗并保證回報最大化。

　　2. 金字塔的中段包括標準機構、技術(shù)推動(dòng)者以及系統制造商。中間層對消費者是不可見(jiàn)的，但對于最終的成功和技術(shù)普及至關(guān)重要。這一層面臨的首要風(fēng)險是過(guò)時(shí)，因為新技術(shù)和方法不斷推陳出新。

　　在過(guò)去十年間，已經(jīng)建立了各種不同的充電標準，試圖規范近場(chǎng)充電技術(shù)。Qi標準的推動(dòng)者是無(wú)線(xiàn)充電共同體(WPC)(感應式：短距離單個(gè)設備);成立于2008年，目前自稱(chēng)有超過(guò)200家會(huì )員公司。其傳輸功率大約5W，足以滿(mǎn)足智能手機要求。Rezence標準的推動(dòng)者是A4WP (諧振充電：較大范圍內的多設備充電)。PMA與Qi非常類(lèi)似，區別在于工作頻率。

　　充電標準定義設備之間的兼容性，按照Qi標準設計的充電墊無(wú)法為按照PMA規范設計的手機充電。每種標準都定義了線(xiàn)圈耦合類(lèi)型、配置，以及無(wú)線(xiàn)設備的通信協(xié)議。為了適應采用不同充電標準的設備，基礎設施公司就必須同時(shí)支持兩者。

　　2015年6月，無(wú)線(xiàn)充電聯(lián)盟(Alliance for Wireless Power，A4WP)和電源事務(wù)聯(lián)盟(Power Matters Alliance，PMA)宣布戰略性合并，震動(dòng)了整個(gè)無(wú)線(xiàn)充電行業(yè)。2015年11月，合并后的新機構重新命名為AirFuel Alliance。這次合并是實(shí)現長(cháng)期目標的重要一步：消費者無(wú)論走到哪里，無(wú)論是在飯店、汽車(chē)還是家中，設備充電將能實(shí)現互操作，非常便利。

　　RF、超聲和紅外技術(shù)已經(jīng)涉足遠場(chǎng)充電。無(wú)論基于何種技術(shù)，概念都類(lèi)似，但具體的傳感器技術(shù)不同：RF使用天線(xiàn)到天線(xiàn)，傳輸到變送器的光將光能轉換為電能，而超聲將超聲波壓力轉換為電能。每種技術(shù)都有一定的局限性：超聲和光不能穿透墻壁，RF功率隨距離衰減嚴重。

　　所有這些技術(shù)的目的都集中地將功率透射到位于特定位置的耦合設備上，而不是在空間上均勻傳播。這種定向透射可規避健康問(wèn)題并提高傳輸效率。也正像近場(chǎng)充電一樣，支持某種技術(shù)的接收器不能使用通過(guò)不同介質(zhì)發(fā)送射束的功率發(fā)送器進(jìn)行充電?；赗F的健康手表不能與超聲功率發(fā)送器通信。

　　這些標準定義每種設備溝通所用的語(yǔ)言。盡管標準機構之間的競爭是好事，但需要將具體的應用合并，以保證互操作性。

　　技術(shù)推動(dòng)者是設計和制造IC以及變送器，并將其提供給設備制造商的公司。Maxim Integrated等半導體公司提供專(zhuān)門(mén)用于近場(chǎng)無(wú)線(xiàn)充電的各種電源產(chǎn)品、方案。這些公司既具有創(chuàng )新性，同時(shí)也遵守充電標準設定的規范，并具有引領(lǐng)市場(chǎng)的能力。例如，Energous和Ossia正竭力通過(guò)RF電源IC來(lái)引領(lǐng)近場(chǎng)充電的趨勢。

　　系統制造商為已有消費類(lèi)產(chǎn)品設計配件，使其能夠進(jìn)入無(wú)線(xiàn)充電領(lǐng)域。Powermat是中間技術(shù)的很好范例，用于不支持無(wú)線(xiàn)充電的手機。他們制造與充電墊配合使用的充電環(huán)，用于手機充電。uBeam則致力于提供蜂窩手機外殼，通過(guò)超聲充電。這兩家公司不是將無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)嵌入到消費類(lèi)設備，而是專(zhuān)注于制造配件，為現有產(chǎn)品提供完備的方案。

　　系統制造商的成功高度依賴(lài)于基礎設施。如果辦公室的辦公桌已經(jīng)嵌入了充電墊，或者會(huì )議室已經(jīng)安裝了超聲功率路由器，那么消費者更可能采用兼容的配件。

　　3. 安全性和基礎設施位于金字塔的底部，是加速無(wú)線(xiàn)充電普及過(guò)程中談及最少的部分。根據IHS在2014年的調研數據，70%的消費者每天至少為一個(gè)設備充電一次。家、辦公室和汽車(chē)是人們?yōu)槠湓O備充電的常見(jiàn)環(huán)境。無(wú)線(xiàn)充電部署是雙向的：設備不僅應該支持無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)，而且應該有足夠的熱點(diǎn)供其充電。一旦基礎設施部署到位，其普及將會(huì )水到渠成。

　　安全性是無(wú)線(xiàn)充電的重要環(huán)節，特別是遠場(chǎng)功率發(fā)射束。射頻(RF)安全性取決于在不損害人類(lèi)健康的情況下可施加的輻射量。美國聯(lián)邦通信委員會(huì ) (FCC)負責規范人類(lèi)暴露在RF場(chǎng)的安全水平。安全水平是根據信號頻率及其承載的能量組合規定的。各種RF技術(shù)都盡量采用弱能量包，然后在接收端累計，將這些能量包轉換到可用的能量水平。吸收率(SAR)用來(lái)定義這些限值。已經(jīng)發(fā)現，在某種頻率和功率水平下，人類(lèi)皮膚的溫升高于相當功率水平下的其它頻率。SAR規定了可在人群附近使用的頻率范圍和功率水平，使溫升達到最小。ANSI在無(wú)線(xiàn)充電設計方面采用SAE J2954，在無(wú)線(xiàn)充電安全性方面采用UL 2750。J2954對保證不同供應商的發(fā)送、接收器之間的互操作性至關(guān)重要。美國保險商實(shí)驗室協(xié)會(huì )(UL)也正在制定低能量近場(chǎng)能量傳輸方面的要求。 UL 2738適用于感應式近場(chǎng)能量傳輸系統。UL也正在制定電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線(xiàn)充電系統的安全要求。這些規范強制要求最終產(chǎn)品必須實(shí)現安全工作才能投入市場(chǎng)共消費者使用。

　　IKEA是第一家宣布在家庭和辦公環(huán)境部署無(wú)線(xiàn)充電的公司，并且汽車(chē)也已經(jīng)開(kāi)始包括無(wú)線(xiàn)充電控制臺。設備和系統制造商是否應該與辦公設施公司協(xié)作，在每張桌子上安裝充電墊以及/或者在每個(gè)會(huì )議室安裝路由器?

　　“好也好，壞也好，美國是車(chē)輪上的國家。為了到達目的，90%的美國人自稱(chēng)通常開(kāi)車(chē)前往，據報告每天在汽車(chē)上的時(shí)間平均為87分鐘。”——美國廣播公司新聞?wù){查，美國的交通。

　　消費者接受任何創(chuàng )新技術(shù)都需要時(shí)間。無(wú)線(xiàn)技術(shù)公司需要積極尋求與現有設施建造者合作，以加速這一過(guò)程。隨著(zhù)家居變得越來(lái)越智能，也許值得在已安裝到天花板的智能消防報警器中嵌入無(wú)線(xiàn)能量傳輸技術(shù)。隨著(zhù)移動(dòng)及IoT設備的爆發(fā)式增長(cháng)，以及GM、Toyota和Fiat/Chrysler等公司均已開(kāi)始提供用于智能電話(huà)的無(wú)線(xiàn)充電，預計車(chē)載、近場(chǎng)無(wú)線(xiàn)充電的普及將會(huì )進(jìn)一步加快。

　　結論

　　無(wú)線(xiàn)充電不僅僅是省去電源線(xiàn)，而是關(guān)乎到電源管理和便利性;也不僅限于感應式或諧振式充電。遠場(chǎng)充電是創(chuàng )新關(guān)鍵。我們的電子設備需要足夠智能，實(shí)現自身充電。然而，主要參與者擁有機會(huì )通過(guò)建立自身的充電技術(shù)來(lái)加快其普及。在無(wú)線(xiàn)充電商業(yè)化的早期階段，基礎設施公司面臨太早過(guò)時(shí)的風(fēng)險。無(wú)線(xiàn)充電OEM 公司需要主動(dòng)與已有的基礎設施建造者建立合作，利用當前標準，推動(dòng)消費者的接受度。

　　無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)的普及具有多層次的生態(tài)系統結構。每種方法得到消費者最終接受需要多種實(shí)體之間的緊密合作：半導體、消費類(lèi)設備、家具、零售、汽車(chē)以及公共設施。

　　在不斷變化的生態(tài)系統中獲得主導地位的無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)才能夠生存并最終發(fā)展壯大。