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我,尼古拉 · 特斯拉,怀着一颗不甘平凡的心,立志改变世界。我渴望让能量像风一样自由流动,让人们在任何地方都能无拘无束地为设备充电。我披星戴月,日夜颠倒地在实验室里探索,终于找到了一个传递能量的方法。我运用电磁感应原理,让电能在两个线圈之间流动。可惜,当时的技术水平有限,我的实验遇到了重重难关。- e$ q+ L" Y: p0 A# m& U& O5 N g
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Ai 绘画 - 在实验室中的尼古拉 · 特斯拉$ b2 _$ ?; {) J! P' D3 b
首先,我为了实验而捉襟见肘。购买昂贵的材料和设备让我陷入了困境,这使得我的实验进展缓慢。此外,我的实验涉及高压和高频电磁波,这让我如履薄冰,生怕带来安全隐患。为了确保自己和周围人的安全,我不得不严加防范,小心翼翼地进行实验。5 n! |0 W f2 D+ n
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& K; U. h& Z( xAi 绘画 - 面对失败实验的尼古拉 · 特斯拉3 n9 P0 y7 d3 x1 m4 L7 Z) Q, K3 o+ K
在历经千辛万苦,屡战屡败之后,我意识到要实现这个梦想还需要攻克更多技术难题。最终,我含泪割舍了这个心愿,将这项拯救世界的使命寄托在了后人身上。我坚信,总有一天,真理的光辉将驱散黑暗,能量传递的奥秘将为世人所掌握。而那时,我虽已长眠于九泉之下,也会在天之灵处为后来者的成功喝彩," 家祭无忘告乃翁 "。$ }% g( H2 F* f+ I3 Y+ @
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, J( J: K& T; M4 wAi 绘画 - 尼古拉 · 特斯拉' H) k v0 x6 }( U7 j! t
在现代电力之父离世的 65 年之后,2008 一家名为 WiTricity 的公司成功进行了一次无线能量传输实验,这一实验被认为是现代无线充电技术的起点。
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WiTricity 公司目前正在从事 " 电动车无线充电技术研发 "+ P+ _* E+ S7 y
无线充电技术基于电磁感应原理,通过发射端线圈产生的变化磁场,使得设备端线圈产生感应电流以实现充电。这一技术克服了传统有线充电的局限性,让充电过程更加便捷、安全和灵活。然而,无线充电技术仍面临一些难点。提高能量传输效率和扩大有效充电距离是关键挑战,以及确保多种设备和标准之间的兼容性。同时,安全性也是一个重要因素,需确保充电过程中不对人体健康和其他电子设备产生负面影响。
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: s( B6 U7 w6 v$ V; K图片源自网络
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Ai 绘画
- T. U4 i" j- T2 S+ L6 k/ `2008 年 12 月 17 日,无线充电联盟(Wireless Power Consortium, WPC)成立由来自中国、美国、日本、荷兰等国的 9 家企业创立,以制定所有电子设备都能兼容的无线低功率充电国际标准为使命。截至 2018 年 11 月,该联盟成员已有超过 638 家公司,包括诺基亚、HTC、三星、意法半导体、苹果、华为、索尼等等。熟悉的 Qi 标准就是该联盟为无线充电行业所制定的一个规范。8 c& R3 D( ^) n, e4 N: B2 R3 f
Qi 1.0(2010 年). n, L& g; I. U, Q& l7 U
Qi 1.0 是无线充电联盟(Wireless Power Consortium, WPC)于 2010 年发布的第一个无线充电标准。这个标准定义了基于电磁感应的无线充电技术,包括充电器与接收器之间的通信协议、功率传输参数等。初始版本的 Qi 标准主要支持低功率应用,充电功率上限为 5W。Qi 1.0 标准关注了充电效率、安全性和互操作性等方面的问题,为后续标准的发展奠定了基础。/ [, ]( B* E) M: n; i
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! I! [# x& i- W$ g. _图片来源于网络
# R0 q1 b1 `4 Z" }3 n& M经典的 Nokia Lumia 920 支持 Qi 1.0 无线充电,发布于 2012 年 9 月9 s: \( c, t4 l& \
Qi 1.1(2012 年)
5 E/ B, e, l i: F8 m v7 BQi 1.1 版本在 2012 年发布,相对于 1.0 版本,主要有以下更新:引入了基本功率协议(Basic Power Profile, BPP),允许充电器与接收器之间进行简单的功率调整。通过 BPP,充电器可以根据接收器的实际需求提供恰当的充电功率,从而避免过充或充电不足的问题。优化了一些安全和性能要求,如温度控制、电池保护等,提高了充电效率和稳定性。
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6 k1 E% m4 P; o% {Samsung Galaxy S6 支持 Qi 1.1 无线充电并引入了自家的无线充电协议,发布于 2015 年
% m+ M' c. ?* g% bQi 1.2(2014 年)
9 P8 O) f' H: Q8 l" sQi 1.2 版本于 2014 年发布,是一个重要的更新,主要包括以下内容:引入了中功率规范,将最大充电功率提升至 15W。这一改进使得 Qi 标准可以支持更多高功率的应用,如平板电脑、笔记本电脑等。支持磁共振技术,使得充电距离得到扩展。磁共振技术相对于电磁感应技术,可以在更远的距离传输能量。对一些技术细节进行了优化,如充电器与接收器之间的通信协议、测试方法等,以提高产品的性能和兼容性。. \' c6 t7 a P6 i% [& L
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苹果推出的第一款支持无线充电的手机是 iPhone 8 和 iPhone 8 Plus,同时还发布了 iPhone X,使用 Qi1.2 系列标准,这三款手机都在 2017 年发布,为了实现无线充电功能,这三款手机采用了玻璃背面设计。) _# k: @# v' r* H
Qi 1.2.2(2015 年)
+ e; i+ \! k$ L r. VQi 1.2.2 版本于 2015 年发布,主要针对一些技术细节进行优化,包括:FOD(Foreign Object Detection,异物检测)技术的优化,使得充电器可以更准确地检测到金属异物。FOD 技术可以避免金属异物在充电过程中引发过热或火灾等安全隐患。对温度测试、输出功率测试等进行了调整,以满足更严格的技术要求。
; F2 Y& | T+ \9 ]/ o9 OQi 1.2.3(2016 年)
- U: B# x0 h- }* W/ F7 w1 }Qi 1.2.3 版本于 2016 年发布,主要包括以下更新:进一步优化了 FOD 技术,使得充电器可以更准确地检测到金属异物。这一改进有助于提高无线充电的安全性和稳定性。引入了一些新的测试方法和性能要求,以确保产品的性能和兼容性。例如,新增了关于磁共振技术的测试方法,以满足不同应用场景的需求。
0 Q8 x, ~) p' d# ]Qi 1.2.4(2017 年). O& q K' Y5 x6 @9 ~$ \# W
Qi 1.2.4 版本于 2017 年发布,主要针对一些技术细节进行了调整和优化,包括:充电器与接收器之间的通信协议进行了优化,以提高数据传输的可靠性和效率。对充电器的输出功率测试、接收器的输入功率测试等进行了调整,以满足更严格的技术要求。
C% G4 C3 N4 o! xQi 1.3(2021 年)
: `8 T: t4 e8 [! l7 HQi 1.3 版本于 2021 年发布,具有以下重要更新:引入了多设备充电功能,支持一个充电器同时为多个设备充电。这一功能可以大大提高充电器的使用效率,为用户带来更便捷的充电体验。并且优化了充电器与接收器之间的通信协议,提高了充电效率和兼容性。例如,支持更高级的功率控制策略,以实现更智能、更高效的充电过程。
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2022 年发布的 iPhone 14 Pro 使用 Qi 标准最高支持 7.5W 的充电功率
* z3 _4 c7 S& e/ y1 F$ _* e! Z; L# C最新的 Qi2 于今年的 1 月发布,Qi2 标准借鉴了 Apple 的 MagSafe 技术,进一步突出磁性对接的重要性,确保设备与充电器实现精确对齐,从而提升充电效率及缩短充电时间。Qi2 标准有望在全球范围内替代现有的 Qi 标准。预计到 2023 年,全球无线充电设备(包括发射器和接收器)的销量将达到约 10 亿部。Qi2 标准的优势在于其更加快速的充电效率和易上手、无感操作属性,能为部分设备实现更快的充电速度。预计 2023 年夏季,市场将迎来首批 Qi2 认证的手机和充电器。
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a/ x9 T% E( E" `4 u0 Y( \在未来,不仅是智能手机、电脑、穿戴式设备将彻底实现无线化(无线充电、无线内容传输),电动汽车、中大型无人机等搭载动力电池的器械也将迈进无线充电的时代,以电动汽车无线充电为例,采用电磁感应原理,将电能无线地从地面充电器传输到汽车底部的接收器,从而为汽车电池充电。这一技术不仅可以在固定停车场地提供无线充电服务,还有望在道路行驶过程中实现动态充电,进一步拓展电动汽车的续航能力。
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1 t. H- x4 z1 v0 C* }5 e6 O1 C图片来源于 WiTricity 官网
+ N, r) x1 {5 d E z, ^$ T以上述提到的第一家实现无线能量传输公司 WiTricity 为例子,在其开发白皮书中表示,电动汽车的无线充电是通过使用无线电磁场来传输能量,这种技术使用了一种称为感应耦合的过程,其中一个线圈产生一个磁场,而另一个线圈则接收该磁场并将其转换为电能。可以在室内或室外安装,并且可以在所有温度下安全运行,在雨雪天气下也可以正常工作。
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图片来源于 WiTricity 白皮书7 n5 ~9 ^3 Y$ z8 c+ Y( r/ U" D3 j
在充电功率与传输效率上,WiTricity 表示可以做到对电动汽车充电提供 3KW、6KW、11KW 的系统,最大预计以传输高达 450KW 的充电功率,在能量损耗上,从电网到电池的充电效率达到 90%-93%。常规的桩式充电站可以达到 150KW 的功率,无线充电的功率还是有些低的。
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