无线充电技术及其特殊应用前景

特点^[7]。

各种无线充电方式都有各自的特点，具体比较如表1所示。

4 无线充电标准

目前无线充电标准有Qi标准、PMA(Power Matters Alliance)标准和A4WP(Alliance for Wireless Power)标准三种，标准尚未统一，各标准比较如表2。其中Qi标准应用最为广泛，是无线充电联盟(Wireless Power Consortium， WPC)推出的国际标准;采用近距离电磁感应技术作为低功耗便携式电子设备充电，为所有电子厂商提供统一的通用标准。PMA标准及联盟由Powermat公司发起，致力于为符合IEEE协会标准的手机和电子设备进行无线供电。A4WP标准由美国高通公司、韩国三星公司以及Powermat公司共同创建的无线充电联盟推出，采用磁共振式无线充电，目标是为便携式电子产品和电动汽车等提供无线充电。

5 无线充电的应用前景

5.1 机遇与挑战

无线充电技术发展至今，应用场景广泛。可为电动牙刷、电动剃须刀和无绳电话等小家电无线充电，并已实用化;可为便携式消费类电子，如手机、PDA和笔记本电脑等充电;也可为电动汽车无线充电。

无线充电是一种有关生活方式的科技成就，将影响整个日常生活。然而，目前无线充电还存在着各种各样的缺点、问题，面临着很多挑战。首先是效率问题：充电效率不高，长时间下能源浪费严重，远距离大功率无线设备的耗能会更高，浪费更大;其次是安全性问题：大功率无线充电设备的电磁辐射会对环境和生物(如鸟类、居民等)造成很多不利的影响，可能会干扰日常通信，可能对飞机等交通工具产生不良影响;第三是方便性和实用性问题：充电时不能随意动，位置还必须固定，从使用角度来看，并不比有线充电方便太多;最后是成本较高，价格不菲。

总的说来，无线充电产品在消费电子市场并不是非常有吸引力的功能，未能成为消费者关注的重点，并没有带来实质性的革命;还没有大规模的使用，并未真正在市场上形成气候，无线充电只是一个小噱头，还未被广泛接受，叫好不叫座，只是一场曲高和寡的技术游戏。

无线充电技术虽然面临着很多挑战，目前也富有很多机遇，个人认为前景巨大，在一些特殊的领域具有特殊的用途，具有很重要的应用，如医用植入设备，无线传感网，防水密封电子产品等等。

5.2 医用植入设备

医疗植入式装置在疾病治疗中发挥着越来越重要的作用。胶囊内窥镜、植入式医用胶囊可以窥探人体消化道或肠道的溃疡、异常的增长以及出血等健康状况，帮助医生对病人进行诊断;心脏起搏器可在必要时候用电信号激活心脏复苏与维持正常。但医用植入设备的供电电池容量往往是一定的，一般可供使用几年，如电池耗完，则需要手术更换植入设备。目前，心脏起搏器植入人体之后，8-10年左右就需要更换电池。也就是说，虽然安装了心脏起搏器，但每隔8-10年还需要再动一次手术来更换起搏器的电池。如果病人体内的医用植入设备可以进行充电，会方便很多，不用再通过手术来更换电池，一次手术即可解决问题，不会有手术失败、胸腔感染等风险。

Thoratec 和Witricity公司在2011年已合作研制成功植入式心脏起搏器，采用谐振式无线充电方式，无线充电距离超过10英寸^[8]，如图4所示。另外，美国Purdue大学的Albert Kim、Teimour Maleki和Ziaie等人提出了用音乐为植入式装置供电的概念^[9]，他们研制了一个固有频率为 435 Hz的PZT悬臂梁，放置于长度为40mm，直径为8mm的玻璃胶囊里，通过外部频率为200-500Hz的音乐，如RAP、布鲁斯、爵士和摇滚乐等，来激励悬臂梁产生振动，并转换成电能，从而为植入式装置供电。

5.3 无线传感网

无线充电可以实现为低功耗无线传感器网络充电，如可为安置在动物身上的无线定位、监测装置补充电能。ADInstruments 公司的无线动物监测系统^[10]，如图5，可以无线监测和采集动物的压力值(如动脉、动脉、膀胱和子宫等)、生物电动势(ECG心电)和体温等。采用小型传感器可以采集高质量的数据，并可以扩大移动范围，系统应用灵活，可长期监控、记录动物的状况。电池可在线充电，不需要停止工作，也不用花费昂贵的代价去更换电池。

5.4 防水密封电子产品

便携式的移动产品, 都要不定期地进行充电, 因此不得不留下各种插口和连接电缆，这就很难实现具有防水性能的密封工艺。采用无线充电后，由于设备外壳上没有金属接点或者开口，可以增强电子产品的防水性，易于实现产品的防水和密封。如最早出现的采用无线充电的电动牙刷，解决了潮湿环境下的用电安全问题。现在很多特殊的产品，在特殊的运用场合和环境下，如水下工作的自动检测系统，需要密封和防水，不希望产品外壳上留下任何插孔(充电