当待充电设备满足了某项互操作标准所定义的要求后才能被识别,充电器座才会开始传输电力。充电过程中,待充电设备通过控制误差信号调节接收功率的大小。电量充满或拔出负载后,充电器座转变为待机状态。
发射线圈和接收线圈是相互屏蔽的,这样能获得更好的耦合效果,也能减少漫辐射。一些充电器座的发射线圈是可以自由移动的,它能找到耦合效果最好的一个位置,而其他的充电器则是采用多个发射线圈,只有那些离目标物很近的线圈才能发挥作用。
WPC(无线充电联盟)将这种发射器称为TX控制器或者基站,将移动设备的接收器称为RX控制器或功率接收器。这种发射器和变压器的相似之处在于都有一个原线圈和二级线圈。
上图是一个Qi无线充电系统的操作过程
无线充电的利与弊
无线充电提供给用户基本的便利,在一个电火花就能导致爆炸的高危环境中,它也可以进行安全充电。甚至在油脂、灰尘和腐蚀介质等防电接触的环境中,它依然可以充电。此外。非接触还可以帮助医生给手术工具消毒。无线充电持久耐用并且不需要多端连线。
一辆电动车司机只需将车停到发射线圈旁就能进行充电,工程师们准备将充电线圈嵌入到高速公路上,以便在行驶和等信号灯时进行连续式充电,这个想法在技术上是可行的,但高功率传输时,在耗资、效率和场致发射等问题上仍是一个不可逾越的挑战。
对于家庭和商业用途,美国加州能源委员会提出五级要求,即交流充电器必须满足85%的最低效率,美国“能源之星”计划的五级要求为87%(欧洲标准以欧洲委员会作为制定基础)。如果把交流充电器的损耗加到无线充电器上,那么整体效率就会下降到只有感应充电传输效率的75%-80%。这样的损耗加起来相当于世界上约有十亿台手机充电器与交流插座相接。
最新型的无线电力传输 (WPT)结合了交流转直流和交流分流技术。这一结合相比“能源之星”的标准,效率大为提升。
能源损耗转化成热能,无线充电在充电过程中也会产生相当的热量,如果产热没有得到合理的控制,温度就会升高,充电电池将受压而减少使用寿命。应当注意的是,热量只在充电过程中产生,一旦电池充满,充电板就会冷却下来。
WPC(无线充电联盟)出台释放时非常谨慎,第一个版本设置了5瓦的功率极限,现在提升到120瓦的中等功率正在服役当中,但是在释放前必须符合严格的辐射标准。辐射会引发健康问题,而这些辐射往往都是从人们生活中手机基站和无线电台产生的。这可能是由于当前正处在制定中功率标准的延迟中心阶段,但具有互操作性和相容性的5W系统也起了一定作用。
无线电铁塔、移动手机、无线网和现在的无线充电,我们将它们辐射出的电磁能归为非电离辐射,而且认为是无害的。而另一方面,从X射线中发出的电离辐射已被证实是致癌的。随着非电离设备数量的增加,人们也开始质疑它的安全性了。监管当局正在调查评估健康风险,一旦认定有危险,将施加限制。
如果有的话,比较突出的危险就是随身携带的手机。该设备在待机模式时不断与信号塔传输信号,此时传输功率会调整到与信号塔相接近,并且在偏远地区传输功率会更高。
将无线充电站扩大25%,成本将提高,同时接收器的花费也将上涨到相似的水平。如果没有那么多的日常应用程序,这个价格应该会大幅降低。所以,目前通过电池与电线接触式的充电方式仍然是一个实用的选择。无线充电并不像无线通讯那样进行微小级别的电力传输,它在空气中传送电力,传导损耗还会造成更多的热能和辐射。