无线供电：从智能手机到电动汽车——未来之路

当今世界越来越多地由无线接口供电——从耳机、电磁炉到蓬勃发展的电动汽车充电领域。问题依然存在：我们能否最终实现无需线缆为汽车供电，或无需铁塔和沟槽即可向偏远地区输送电网电力？

无线供电主要分两大类。第一类依赖发射端与接收端的紧密耦合，产生电场或磁场，在短距离内直接传递能量。许多家用电器——电磁炉、电动牙刷、大多数手机充电器——利用此原理在附近的接收线圈中感应电流。

第二类是辐射耦合，将能量波束——通常是高频无线电波——导向调谐以收集尽可能多功率的接收端。

发射端与接收端的对齐对高效能量传输至关重要。（图片来源：Molex Ventures）

效率和传输距离是两种方法的关键指标。紧密耦合要求精确对齐；例如，锅若偏离电磁环中心，电磁炉立即停止加热。智能手机利用嵌入磁铁使手机完美居中于充电垫，这一虽小但关键的工程改进大幅缩短了充电时间。

在更大规模上，电动汽车无线充电面临类似的对齐挑战。Molex 近期调查显示，36% 的汽车高管预计无线充电将在 2030 年成为标准配置。手机充电器通常功率为几十瓦，而电动汽车需要 50 kW 至 250 kW 才能使长途续航与燃油车竞争。即使只有几百分比的错位，在接口处也会转化为数百瓦的浪费热量。

电动汽车无线充电车道概念？（图片来源：Molex Ventures）

SAE International 的 J2954_202010 标准解决了许多此类问题，定义了固定式电动汽车充电的互操作性、电磁兼容性、电磁场限值、性能、安全性和测试。该规范目前覆盖地面安装充电垫，尚未涉及嵌入式安装，但为未来动态充电场景建立了框架。

该标准还规定了对齐协议，帮助驾驶员将车辆与充电垫对齐，并为未来的自动对齐奠定基础。尽管如此，该技术仍需强健的工程实践和规范的用户习惯，才能媲美插拔传统充电桩的便利性。

车内无线充电展示了当前局限：手机必须放在特定位置才能实现最佳线圈对齐。即使最先进的消费级充电器，仍实质上受限于固定地点。

各种充电垫形式：架式、垫式、杯架式（图片来源：Molex Ventures）

现代智能手机利用强力磁铁简化对齐，但体验仍局限于特定点。更流畅的用户体验应允许设备在一定体积内任意位置充电，无需精确耦合。Molex Ventures 投资的初创公司 Ossia 正是利用 MIMO 天线阵列，在接收端不在视距内时也能波束供电，追求这一愿景。

Ossia 系统从天线发射常规信号以与附近设备同步。每个接收端广播信标，报告其存在和功率需求。发射端测量各信标的相位，并利用该信息引导相干能量波束指向设备。多天线可解析各元件的相位差，实现高精度波束成形，甚至可利用墙壁反射到达接收端。

搭载 Ossia Cota 电力接收器的设备发送信标定位发射器，后者沿同一路径传输电力。（图片来源：Molex Ventures）

发射端可同时支持多设备。每个接收端发送功率请求信标，发射端按比例分配功率脉冲，确保体积内高效分配。

通过波束而非刚性线圈传输电力，这种方法重新定义了“无线充电”。天花板安装的烟雾报警器可永久运行，扫地机器人可无需回充。范式从充电转向供电，为无处不在的无线能源开启新可能。

正如智能手机让我们摆脱有线固话，真正的体积式无线供电系统可改变日常习惯。实现这一愿景的关键在于对齐传感器、热管理和高效波束成形的进步——这些领域的专业知识和针对性研究可加速迈向日益互联、无线的世界。

>> 本文原载于姊妹站点 EE Times Europe。

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