标签: 无线充电技术

固态电池 　　在过去的几天里，我们讨论了一些有关于电池技术的问题，比如为什么智能手机和平板电脑的计算效能进步的如此之快，而电池技术却仿佛止步不前；以及手机续航差竟然是软件开发者的问题，因为他们的应用中含有大量无用的代码浪费了手机的能源和通讯资源。 　　我们明白了电池工业并非日新月异，但人们仍对未来怀有憧憬：至少，总有一天我的手机电池续航能超过一天吧！？ 　　在电池系列讨论的第三期里，我们将介绍一些当下以及未来的前沿电池/充电技术，当中也不乏有早就诞生、性能先进，但因为成本和安全性的考量未能大批量生产并进入千家万户的技术。因为，没准未来的某一天，手机待机超过 2 天，让您的特斯拉可以在京沪之间跑一个来回也说不定。 固态电池 大多数人都听说过固态硬盘，基本上可能没听说过固态电池吧？其实固态电池很好理解，因为现有的绝大多数电池都是"液态电池"，电解质为液态。  锂硫磺电池 　　密西根大学研究团队成立的一家名为 Sakti3 的公司正在研究一种新的固态电池，能量密度号称达到了每升容量 1100 瓦时，大约比现有的锂离子电池好 50% 左右——很可惜，固态电池的技术早已诞生，只是因为大批量生产成本/难度太高的原因被暂时搁置。还好，一直有研究人员在做出努力。 锂硫磺电池   氢燃料电池 使用纳米技术，将硫磺加入到现有的锂电池电解液化学成分当中，不仅能将其能量密度提升数倍，还可以延长使用寿命。一家名为 Sion Power 的公司过去获得了美国政府以及世界上最大的化学工业集团巴斯夫（BASF）的投资，该公司生产的锂硫磺电池号称可以达到每升容量 2600 瓦时的能量密度——很遗憾，锂硫磺电池技术和大多数其他高科技电池一样，想要以适宜市场的成本量产，还需要时日。 氢燃料电池 氢燃料充电宝 和化石燃料一样，氢燃料电池的放电方式也是化学反应，发生在氢燃料和氧化剂中间，而不采用燃烧的方式，直接将化学能转化为电能，因而提高了效率。氢燃料电池早在 1838 年就被发明出来，知道上世纪中叶美国航天局将其用于阿波罗飞船才算是正式商用。虽然燃料电池听上去感觉没那么安全，但看起来苹果未来没准会考虑将其放在自己的手机、电脑等计算设备当中，他们 2010 年曾经提交过一项燃料电池专利。 　　英国一家名为 UPP 的公司也已经在销售氢燃料充电宝，售价 149 英镑，但是不能重复充电，用完了之后只能更换新的电池，售价 6 英镑。 氢燃料充电宝  锂离子电池 看了这么多暂时用不上的电池技术，想必大家的心情一定是这样的：用不了的你跟我说有什么用？别着急，接下来这几种技术都已经比较成熟，有的你已经在使用，有的你很快就能体验到。 　锂离子电池   快充技术 从上世纪 70 年代第一块锂离子电池制成，到 20 年之后索尼将这种技术正式商用投产，再到现在日趋成熟，锂离子电池技术已经度过了快 50 年的时间——你没有看错，从制备到大规模生产就跨越了 20 年的时间。50 岁的高龄，对于锂离子电池来说可不算老。因为其他前沿的电池技术因为种种原因还无法大量生产和使用，锂离子电池在未来相当长的一段时间里仍然有用武之地。而且，从降低生产成本、提高能量密度的方面来看，锂离子电池仍有非常大的改进空间。 　　特斯拉的电动车就采用的是自家的锂离子电池，如果你拆解过或者看过别人拆解特斯拉的电池，会发现里面就是由一个个像五号电池一样的电芯组成的。为了供应自家电动车，特斯拉在内华达州建造了一座超级电池工厂（Gigafactory），造价高达 50 亿美元。因为高技术工具投入量巨大，生产规模庞大，这座超级工厂的生产成本比普通的锂离子电池制造厂要低 30% 左右——很明显，其他电池厂商的改进空间还是很大的。 快充技术  无线充电/远距离/定向无线充电 其实电池技术的进步有很多个可努力的方向，比如单位能量密度提高、生产成本下降、放电效率提高、充电速度加快……没错，如果别的都很难搞定，至少我们可以让充电速度快一点。简单来说，同样电流电压高一倍，或者同样电压电流高一倍，充满一块手机电池的时间就会减少一些；当然，快充技术并没这么简单，它需要手机的芯片、主板以及电池等多个元件的配合，但如果你看一下你手头支持快充技术的充电器，会发现上面的标定电压电流基本就是上面提到的样子，一般会有两到三种不同的电压电流组合，从而实现在电池低电量时高压/高电流快充，快到满的时候减慢充电速率。 　　现在，高通、三星等知名移动技术厂商都有自家的快充技术，而由于这两家的移动芯片的市场份额，快充技术基本已经成为市场销售手机的标配。2015 年打算买手机？一定要看下手机是否支持快充，对生活质量有很大改善哦。 无线充电/远距离/定向无线充电 跟快充技术相比，无线充电技术更常见了。通过一个线圈接收一定功率的电波，将其转化为电流输入电池，各大智能手机厂商的旗舰手机大多已经支持或者可以通过更换配件来支持无线充电。然而，和无线充电相比还有更激进的做法，微软亚洲研究院的一个团队研究的方向就是超远距离的无线充电。场景：当用户携带手机进入充电范围内，识别器将会识别该设备，然后发射一道聚焦的可见光波，让支持无线充电的手机接收到并开始充电。为了保证安全，手机和充电设备之间通过发出不同颜色光的 LED 进行沟通，并且在有障碍物挡住的时候（比如有人穿过光波）就会立刻停止发光。 　　除了这种听上去更高科技的定向无线充电之外，更简单的方法就是更轻薄同时功率更高的无线充电板，未来将可以直接作为建筑装修材料安装在墙上、地面或者天花板上，当设备进入充电范围内将可以自动开始充电。

    无线充电存在的意义是为了给电池充电，如果对电池不懂，就不要谈充电，更不要谈无线充电，想了解无线充电，先了解电池，这里说的电池主要是指 锂电池 。 这里只介绍电池的基础知识，适合无线充电行业的所有从业人员。   太多的人对电池等的认识是有误区的： 误区一：电池是否需要激活，新电池是否需要反复充放3次，每次充12小时。 误区二：电池尽量少充电，少使用寿命才长。 误区三：电池充电充太久了会爆炸，充满了就要拔掉电源。 误区四：充电越快，电池越好。 误区五：充电器充电电流越大，充电越快。 误区六：无线充电没有有线充电快。 我们先不讨论这些误区的原因在哪里，下面我们一起分析一下锂电池的特性后自然都清楚了具体原因。   全文分三大块介绍： 电池基础、电池保护、电池充电   （一） 锂电池基础   锂电池的组成 我们平时见的手机电池都是锂电池，行业较电池PACK，锂电池PACK主要由两大块构成：电芯和保护板。 电芯主要由五块构成：正极材料、负极材料、电解液、隔膜和外壳。 保护板主要由保护芯片、MOS管、电阻电容和PCB板构成。   锂电池的分类 锂电池按照形状分为圆柱型电池和方形电池。圆柱型如一些移动电源和电动工具用的18650电池，方形电池如手机电池。 按电解液分为锂离子电池和聚合物电池。锂离子电池电解液是液态的，外壳是一般是硬的，一般为铝壳或钢壳，如三星的传统机器都是锂离子电池。聚合物电池电解液为固态，如苹果手机的电池。   锂电池的常用术语 1电池容量 电池的容量又叫电池的电量，单位为Ah(安时)或mAh(毫安时)。容量为1Ah的电池理想情况，在充满电的情况下用1A的电流持续放电可以放1个小时。   2充/放电倍率 充/放电倍率表示以多大电流充/放电，一般以电池的标称容量的倍数来计算，一般称为“多少C”。2500mAh的锂电池，如果放电倍率为1C是指放电电流为2500mA，充电电流为0.2C是指充电电流为500mA。   3标称电压 锂电池的标称电压又称为额定电压，普通手机电池的标称电压一般为3.7V，电池充满时的电压一般为4.2V左右，电池刚放完时的电压一般为2.5V左右。   4标称功率/标称能量 根据物理教材，P=U*I，W=U*I*t，功率的单位为W(瓦)，能量的单位为Wh(瓦时)。容量为1500mAh的电池，标称电压为3.7V，标称功率为5.55W，标称能量为5.55Wh。   5内阻 电池可以等效为一个电压源，带有一定的内阻的电压源。对电池来说，内阻越小越好，内阻越小也越贵。 电池的内阻的单位为Ω(欧姆)或mΩ(毫欧)。电池内阻主要受电池的材料和制造工艺的影响。   6循环寿命 电池的循环寿命一般指充满和放光一次的循环，电池到了循环寿命后，电池老化很厉害，电池的容量将下降很多，循环寿命也是衡量电池的重要指标。 IEC标准规定电池的循环寿命为500次后保持为初始容量的60%，国标规定循环300次后容量应保持为初始容量的70%。   7剩余电量（SoC） 电池的剩余容量指电池当前的电量与总的可用电量的百分比，0%~100%，反映还有多少电量的情况。(SoC : State of Charge)     （二） 电池保护   锂电池为什么需要保护？ 锂电池由于其化学活性，结构等原因需要有保护系统，如果没有保护系统，可能对电池的使用寿命影响很大，严重的情况可能存在爆炸或燃烧的危险。没有带保护板的锂电池是禁止使用的。   锂电池要避免深充深放，这样会严重影响电池寿命，如果经常给电池补充电对电池的寿命有帮助。很多人要用到手机自动关机才开始给手机充电，这是严重不好的习惯，一个是电量低的时候RF发射功率大，辐射厉害，同时影响电池的使用寿命。   经常使用无线充电的朋友，由于不拨打电话的时候，手机放在无线充电器上，无线充电器会及时的给手机补充电量，对电池的寿命很有帮助。 因此电池最好的状态是不要充太满也不要放过量。       锂电池保护系统如下图：   锂电池由于其特殊原因，需要至少以下保护措施： 1过充保护 当电池快充满时，一般电池电压达到4.2V左右，需切断充电通路，防止电池过充。   2过放保护 当电池快放完时，一般电池电压达到2.5V左右（不同厂家电压会有一定差异），也需切断放电通路，防止电池过放。   3过温保护 当电池由于过大电流充放电或异常时，电池温度会急剧升高，一般电池温度达到60~65°左右，一定要切断充放电回路，确保系统安全。 电池温度过高对电池的使用寿命也会有较大影响，如果电池长时间工作在高温环境，如45°以上，会严重缩短电池的使用寿命。   很多无线充电的接收端是紧贴电池的，有些厂家的接收端设计的不合理，效率低，发热严重，同时也会严重影响电池的寿命，做无线充电的朋友一定要注意这一块。 另外有些保护系统还会对充电电流和放电电流做保护，防止系统过流或短路。       手机电池都带有保护系统的，如果电池充满，电池保护系统会自动关断，切断充电回路，不用担心电池爆炸的危险。     （三） 电池充电   分析电池一定要分析电池的充电，同时结合无线充电分析。锂电池由于其本身的特性，充电也是有要求的，如果电池严重过放，电压很低的话，只能以小电流给电池充电，慢慢激活电池，否则对电池伤害会很大。   另外大电流、高倍率给电池充电或放电都对电池有伤害，会影响电池的使用寿命。   业内一般对电池的充电过程分为三段： 涓流、恒流、恒压 。   电池电压过低时采用先涓流充电，当电池电压充到正常电压后再恒流快速充电，当电池快充满时又转为小电流恒压充电给电池慢慢补充电量。   举个例子： 经常发生的事，很多朋友有时想简单对比两个无线充电器的充电速度，一般是两个手机一个电量少（假如50%）左右，一个电量多（假如90%），放在上面同时充10分钟再看结果，一个充了5%左右，一个只充了1%左右，问我差异怎么这么大，我只能说你这个对比的差异也太大了。   另外什么情况是充满了，通过电池电压判断是不太准确的，业内有一个标准，一般认为恒压充电时充电电流为恒流充电的0.1倍左右就认为充满了。   锂电池的充电电流与电压的曲线图如下：   对电池来说，充电快慢主要是由恒流充电阶段的充电电流决定的，与你采用的是有线充电还是无线充电没有直接关系。无论是有线充电还是无线充电，只要充电器提供的充电电流大，充电速度就快。   无线充电技术就不在这里分析了，另外更多无线充电经典技术介绍，敬请关注无线充电圈官方微信（ WXCDQ360 ）。  

摘要：本周二美国专利和商标局（USPTO）通过了一项苹果在2011年申请的“基于设备方向的基座功能”专利，这份专利描述了根据便携式设备方向的不同，基座会提供不同功能的技术。 专利中提到的基座是支持无线感应充电的面板，而便携式设备可以是iPhone或iPad。 点击图片上方的“无线充电圈”，关注无线充电行业。 苹果目前的基座只是一个支架，并支持Lightning连接线。专利中的基座是拥有处理器的智能产品，包含各种输入/输出接口和集成的电源。此外，这种基座还是有传感器确定充电设备的方向。这些收集的数据可以用来改变基座的功能。根据专利文件，设备在充电板上的方向决定系统会开启特有的功能，可以侦测的包括设备的方向、设备的正面或反面、另一台设备的相对位置等等。 在专利中的实例中，但用户设备正面朝下时，系统可以为设备提供无线感应充电。当设备正面朝上时，可以在无线充电的同时完成数据同步。在数据传输过程中，屏幕上会有图标提示用户目前正在进行的操作。此外，基座还能作为便携式设备和电脑的通信媒介，比如当设备放在面板上时，数据可以通过无线或有线的通信方式上传或者下载至电脑，有趣的是，专利中还提到了充电表面可以集成在笔记本电脑上。这种技术可能会在iPhone和传言中的iWatch共同使用时发挥很大作用。 几天之前，有报道称苹果正在为iWatch智能腕表积极研发无线充电技术。这份专利中提到的智能基座可以根据软件设置开启同步功能，就像用户现在可以在iTunes和iPhoto中选择是否自动同步一样。 来源：网易数码   对专利原文感兴趣的朋友可以给【无线充电圈】发Email: wxcdq360@163.com，索取专利文档。 更多无线充电相关内容，请关注微信/公众号： WXCDQ360(无线充电圈)