物联网无线充电技术发展概况

来源：物联之家网（iothome.com）作者：林松耀

近年来随着物联网的蓬勃发展，各式各样的电子装置应运而生，并标榜着智能化的功能，可以无线传输数据，亦可以作超强的功能运算，但却也都面临了电力持续供应的问题，因此，打造物联网环境的无线充电技术，实为健全物联网产业发展不可忽视之一环。

一、物联网加速无线充电技术发展

近年来随着物联网的蓬勃发展，各式各样的电子装置应运而生，应用场域包含智能家居、智能穿载装置、智能车载系统、智能制造工厂、智能城市与医院…，但众多的电子装置，都标榜着智能化的功能，可以无线传输数据，亦可以作超强的功能运算，但却也都面临了电力持续供应的问题，例如，当要使用Fitbit时，却发现电力几乎快没了，手机没电要充电时，一堆打结的充电线中却不知道哪一条才是对的，放在高处的网络摄影机不晓得还有没有电…等等(如图一)，因此，打造物联网环境的无线充电技术，实为健全物联网产业发展不可忽视之一环。

图一 电子装置之无线充电应用环境

二、各种无线充电技术蓬勃发展

根据市场调查机构IHS表示，全球无线充电市场规模将由2015年的17亿美元，快速成长至2020年的126亿美元(如图二)，显示出无线充电市场惊人的成长潜力。2015年以Qualcomm、intel为首之A4WP与AT&T、Duracell为首之PMA合并为AirFuel Alliance无线充电标准组织，与WPC形成两大标准组织分庭抗礼之状态，而无线充电产业标准的日渐统合，亦有助于整体产业之健全发展，尽管目前无限充电技术主要仍以电磁感应式为主，如Samsung Note 6的充电盘、Apple Watch充电座，都是利用此磁感应(Magnetic Induction)方式来充电，其主要优点是成本低廉，电力使用率高(约70%)，但缺点是充电有效距离短、充电角度与方向限制多、无法多装置同时充电，因此，目前磁感应充电方式之装置，多使用在极短距离之充电环境下，无法真正做到随时随地无线充电的境界，随着物联网各种电子装置的不同电力需求，适合搭配的充电技术也不同，以下介绍其主要技术及发展厂商。

图二 全球无线充电装置市场与出货量规模预估

(一)磁共振(Magnetic Resonance)方式

利用发送端与接收端达到特定频率，让双方形成磁场共振现象，透过这种方式达到能量传输的目的，相较于磁感应，磁共振效率较好，约可达到75%传输效率，应用距离也较远，因此，磁共振技术成为WPC与AirFuel Alliance两大联盟积极发展之技术，磁共振技术的主要优点在于传输功率较高，终端电子产品可达50~100W输出，商用领域亦可达到1,000W以上的输出功率，但缺点是成本较高，且共振频率会影响传输效率。磁共振无线充电方式采用之厂商包含Qualcomm、WiTricity、Sony…等等，正由于磁共振方式可达到较高功率应用之特性，因此积极发展磁共振无线充电技术的Qualcomm，更以Qualcomm Halo™作为进军车用无线供电系统的商标，而另一来自MIT技术之WiTricity公司，其技术授权客户包括intel、MediaTek以及Toyota，而Toyota在Plug-in Hybrid采用无线充电模块，即是采用磁共振技术。

(二)无线电波(Radio Frequency)方式

该技术是透过RF射频原理，将电力透过无线电波的方式传导，接收端则透过天线接收无线电波，并将其转换为电力。该技术优点是成本低，且可让射频范围内的多个装置同时充电，但缺点是无线射频传输若无方向性传输效率比较差，加上传输功率较低，只适合用于耗电量较低的电子装置，目前主要发展此技术之厂商有Energous、Ossia与Powercast。

1、Energous

2016年9月，Apple宣布与Energous无线充电技术公司合作，发展不同于一般磁感应式之无线充电技术，Energous旗下产品WattUp基于一系列的混合调频、蓝牙和其他专利技术(2.4/5.8 GHz)，其发射器能够通过低功耗蓝牙和周边兼容设备通讯和定位，一旦连接，发射器就可以发射频率和 Wi-Fi 信号一致的集中射频讯号，发射器借助把电流转换成无线电波在空间中传输，接收器通过Wi-Fi和低功耗蓝牙（Bluetooth LE）定位设备位置并与发送器连接，再将无线电波转换成直流电能，随时随地为移动装置充电，WattUp充电范围最广可达到约4.5公尺，而一个发送器可以同时在4.5米距离内为四个待充设备提供2瓦特功率的电力传输，而耗时仅为传统接线充电的一半。

2、Ossia

图三 Cota无线充电电池与产品应用

Ossia是intel创投旗下的无线充电公司，其产品Cota内装有2.4 GHz RF radio接收器与传送器(如图三)，在30尺的有效范围内，可自动追踪发射器之位置，提供静止或移动的电子装置任意方向式的充电功能(1W)，并可提供多装置同时充电之功能，其最新产品更诉求无需另外加装天线，利用已存在之Wi-Fi或Bluetooth天线，即可进行充电，以及如同程序设定般控制与管理各充电装置，目前广泛使用于电子卷标、穿戴与物联网装置等。

(三)光能量方式(Light Energy)

1、Laser Motive

其产品的工作原理很像太阳能发电，太阳光照射在太阳能电池(PV)而发电，而Laser Motive则使用Laser激光器通过空气或光纤电缆，将集中光束发送到将光转换成电的远程接收器，将雷射光转换成电能，与太阳能的主要区别在于，Laser Motive是使用高强度Laser而雷射光能量比太阳强得多，它可以瞄准任何地方，并且可以操作24 hr /天。Laser Motive利用雷射光来传递能量，其最远可达10KM之距离，目前主要用于点对点的能量传输，如山上的通讯中继塔、海水底下之传感器、无人机用途、军式地区或油田之电子装备、火箭航天飞机之电力供给…等等特殊环境之状况，以达到具备经济性、安全性的电力供给方式。

2、Wi Charge

Wi Charge利用红外线(Infrared Ray，IR)方式提供充电功能，其充电功率可达10W、有效距离为15呎，由于非利用电磁效应原理，故没有电磁辐射波之危害，可保障人员之健康安全。目前，Wi-Charge的发射器模块尺寸约为17x17(mm)，未来将致力于将尺寸缩减至10x10(mm)以下，并将可充电距离延伸至30呎(约9公尺)，使其能涵盖一般室内空间的所有范围，以抢攻智能家居商机。目前其目标市场包含Beacon、电子卷标、穿戴装置、网络摄影机、烟雾侦测器、温控器、电子仪表…等等。

三、结论

未来数年，随着物联网技术的发展，愈来愈多的电子装置应用出现在我们生活周围的各个地方，而电力的维持与监控一直困扰着我们，尤其最近SAMSUNG Note 7 电池爆炸事件，让人们更加重视电子装置电力使用的安全性问题，而无线充电相关技术中，包含磁场效应、RF射频等对人体的影响程度为何，以及充电时的安全问题，都将影响着人们对于无线电产品的接受程度。物联网电子装置通常不像电动车需要特别大的功率要求，因此借助各种无线充电技术的发展，可达到摆脱有形充电线路的束缚，但以目前而言，为兼顾到价格与效率因素考虑，磁感应式无线充电，仍是目前最主要之无线充电技术，未来亦将可提供磁感应与磁共振双模充电方式，提供使用者更加多元、完整与便利的充电方式，其它充电方式，包含RF射频与光能量则是扮演互补技术的角色，可以满足物联网不同使用情境的需求，未来，当使用者对充电距离与充电管理要求愈来愈高时，亦将刺激其它充电方式更多的发展空间。

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