高功率无线充电「真正的无线充电技术」

今天带来高功率无线充电「真正的无线充电技术」，关于高功率无线充电「真正的无线充电技术」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

在2019年西雅图港的一次演示中，PowerLight技术公司开发的一个动力发射系统输送了数百瓦的动力。

你经常为使用有线的电线充电而感到苦恼吗？这也许是世界上所有人的烦恼吧。一个世纪后，尼古拉·特斯拉的梦想实现了。

当涉及到移动电力时，电线有很多好处，但它们也有其缺点。毕竟，谁。没有厌倦插入和拔出他们的手机和其他可充电的小工具？这真的是个麻烦事。

电线也是对电力公司的挑战。这些公司必须煞费苦心地将他们应用于传输电缆的电压提高到非常高的数值，以避免沿途耗散大部分的电力。当涉及到为公共交通供电时，包括电动火车和电车，电线需要与滚动或滑动触点一起使用，这些触点维护起来很麻烦，可能会产生火花，而且在某些情况下会产生有问题的污染物。

许多人渴望解决这些问题。在过去十年中，无线充电被广泛采用，主要用于便携式消费电子产品，但也用于车辆。虽然无线充电器使你不必反复连接和断开电线，但这种方式可以传递能量的距离是相当短的。的确，当空气间隙只有几厘米，更不用说几米时，很难给设备充电或供电。难道真的没有实用的方法可以在更远的距离上不通过使用电线来传送能量吗？

对一些人来说，无线电力传输的整个概念让人联想到尼古拉·特斯拉的高压线圈喷出的微型闪电。这并不是一种幼稚的联系。特斯拉确实曾追求过以某种方式利用地面和大气作为长距离电力传输的管道的想法，这个计划最终还是没有结果。但他不使用电线远距离输送电力的这一梦想一直在坚持。

为了强调这个系统有多么安全，BBC科学节目 "砰砰理论 "的主持人把他的脸完全伸进了一个电力光束。

与特斯拉同时代的古列尔莫·马可尼（Guglielmo Marconi）想出了如何使用 "赫兹波"，即我们今天所说的电磁波，用来远距离发送信号。而这一进展带来了使用同类波将能量从一个地方带到另一个地方的可能性。毕竟，所有储存在木材、煤炭、石油和天然气中的能量最初就是这样来的。太阳光它作为电磁波在太空中传输了1.5亿公里，其中大部分是在数百万年前。

今天，同样的基本物理学可以被利用来取代电线吗？在美国华盛顿特区的美国海军研究实验室的研究人员们认为可以，这里有以下一些原因。

在过去的一个世纪里，已经有零星的努力使用电磁波作为无线电力传输的手段，但这些尝试产生了不同的结果。也许无线电力传输研究的黄金年是1975年，当时为美国军事公司雷神公司工作的威廉·布朗和美国宇航局喷气推进实验室的理查德·迪金森使用微波在实验室内传输电力，端到端效率超过50%。在一个单独的演示中，他们能够在大约1.6公里的距离内提供超过30千瓦的功率。

这些演示是美国宇航局和美国能源部一项更大的研究的一部分，该研究旨在探索太阳能卫星的可行性。根据建议，有一天这些卫星将在太空中收集阳光，并将能量以微波的形式传送到地球。但是，由于这一研究方向在很大程度上是由20世纪70年代的能源危机推动的，在随后的几十年里，至少在美国，人们对太阳能卫星的兴趣逐渐减弱。

尽管研究人员经常重新审视太阳能卫星的想法，但那些进行实际的动力传输演示的人一直在努力超越1975年达到的效率、距离和功率水平的高水平。但是，由于最近在传输和接收技术方面取得的各种进展，这种情况正在开始改变。

在这张图片中，一束狭窄的紫色光束照亮了一个黑暗的房间。在2019年位于马里兰州贝塞斯达的海军水面作战中心的一次演示中，这束激光在325米的距离上安全地输送了400瓦的能量。

大多数早期的功率传输努力都局限于微波频率，也就是今天充斥着Wi-Fi、蓝牙和其他各种无线信号的电磁频谱的同一部分。这种选择在一定程度上是由一个简单的事实驱动的，即高效的微波发射和接收设备是现成的。

但是，这种传输研究在效率方面已经有了改进，在更高频率下工作的设备也越来越多。由于大气层对电磁波谱某些部分的有效能量传输的限制，研究人员将重点放在微波、毫米波和光学频率上。虽然微波频率在效率方面略有优势，但它们需要更大的天线。因此，对于许多应用来说，毫米波或光链路的效果更好。

对于使用微波和毫米波的系统，发射器通常采用固态电子放大器和相控阵、抛物线或超常材料天线。微波或毫米波的接收器使用一个称为矩形天线的元素阵列。这个词是整流器和天线的谐音，反映了每个元件如何将电磁波转换为直流电。

任何为光功率传输而设计的系统都可能使用激光：这是一种具有紧密束缚的激光，如光纤激光。光电传输的接收器是专门的光伏电池，旨在以非常高的效率将单一波长的光转换成电能。事实上，效率可以超过70%，是典型太阳能电池的两倍多。

在美国海军研究实验室，研究人员在过去15年的大部分时间里都在研究不同的电力传输方案并调查潜在的应用。其中包括延长无人机的飞行时间和有效载荷能力，在黑暗中为轨道上的卫星供电，为在月球永久阴影区域运行的漫游车供电，从太空向地球表面发送能量，以及向战场上的部队分配能量。

你可能会认为，一个在空气中以狭窄光束发送大量能量的装置听起来像死亡射线。这就涉及到了一个关键的考虑因素：功率密度。不同的功率密度在技术上是可能的，从太低到有用到高到危险。但也有可能在这两个极端之间找到一个适当的媒介。而且还有一些巧妙的方法允许安全地使用高功率密度的光束。这正是这个研究机构所在的一个团队在2019年所做的事情，而且从那时起这个研究团队已经成功地扩展了这项工作。

该团队的行业合作伙伴之一，功率激光技术公司（PowerLight Technologies），以前被称为激光动力（LaserMotive），十多年来一直在开发基于激光的功率光束系统。该公司因在2009年赢得美国国家航空航天局（NASA）的动力传输挑战赛而闻名，它不仅在为机器人系绳攀爬器、四旋翼飞机和固定翼无人机提供动力方面取得了成功，而且还深入研究了用激光安全传输动力的挑战。这些成功很关键，因为多年来许多研究小组已经展示了激光动力传输，包括海军研究实验室、金德大学、北京理工大学、科罗拉多大学博尔德分校、日本宇宙航空研究开发机构、空中客车公司和其他机构的团队，但只有少数人以在各种合理情况下真正安全的方式完成了这项工作。

多年来，已经有许多使用微波[蓝色]或激光[红色]的功率传输演示，峰值功率记录是在1975年创造的[顶部]。2021年，作者和他的同事在此类实验中取得了峰值功率水平的第二和第三名，他们使用小得多的天线，在超过一公里的距离上发射了超过一千瓦的功率。

在这个研究团队的努力之前，也许最引人注目的安全激光功率传输演示是由光屋开发（Lighthouse Dev）公司在2012年进行的。为了强调该系统的安全性，BBC科学节目《理论大爆炸》的主持人将他的脸完全贴在马里兰大学的建筑物之间发出的能量束上。这个特别的演示利用了这样一个事实：一些红外波长对你的眼睛来说比红外光谱的其他部分要安全一个数量级。

这一策略对相对较低的功率系统有效。但是，当你把级别推高时，你很快就会发现，无论使用什么波长，其功率密度都会引起安全问题。那怎么办？这就是美国海军研究实验室的研究人员们所展示的系统与众不同的地方。在超过300米的距离上发送超过400瓦的光束时，光束被包含在一个虚拟的外壳内，这个外壳可以感应到撞击它的物体，并在造成任何损害之前触发设备来切断主光束的电源。其他测试表明，传输距离可以超过一公里。

仔细的测试（没有使用BBC的科学程序主机）验证了海军实验室研究人员对这一功能的满意程度，它也通过了海军激光安全审查委员会的审查。在该团队的演示过程中，该系统进一步证明了自己，有几次，鸟儿飞向光束，关闭了这簇光束，但只是瞬间。该系统监测光束所占据的体积，以及它周围的环境，当路径再次清晰时，该系统允许电源链接自动重新建立。可以把它看作是车库门安全传感器的一个更复杂的版本，在那里，防护梁的中断会触发驱动门的马达关闭。

诚然能够传输的400瓦并不是一个巨大的能量，但它足以为研究人员冲泡一些咖啡。

在这次的演示中，在场的观察员能够在发射器和接收器之间走动，而不需要佩戴激光安全眼镜或采取任何其他预防措施。这是因为，除了设计该系统使其能够自动关闭外，研究人员还注意考虑了接收器的反射或光束路径上悬浮在空气中的颗粒的散射可能产生的影响。

2021年5月，研究人员在美国华盛顿特区南部的美国陆军Blossom Point测试设施进行了一次演示。他们使用9.7千兆赫的微波从一个装有5.4米直径抛物面天线的发射器[顶部图片]发送1649瓦特（峰值功率），距离1046米，到达一个安装在塔架上的2乘2米的 "矩形天线"[中间图片]，将光束转化为可用的电力

诚然，美国海军研究实验室的研究人员们能够发射的400瓦并不是一个巨大的数量，但它足以冲泡一些咖啡，继续这一行实验中的常规做法：制作热饮。(在2015年开始这一传统的日本研究人员为自己准备了一些茶）。

这个团队的下一个目标是将具有完全集成的安全措施的功率波束应用于移动平台。为此，研究人员们期望增加覆盖的距离和输送的功率量。

该研究团队并不孤单。世界各地的其他政府、成熟的公司和初创企业正在努力开发他们自己的功率光束系统。日本长期以来一直是微波和激光功率波束的领导者，而中国已经缩小了差距，如果不是领先的话，韩国也是如此。

在消费电子层面，有许多参与者。其中包括Powercast、Ossia、Energous、GuRu和Wi-Charge。跨国技术巨头华为预计在 "两到三代手机"内将电力波束用于智能手机充电。

在工业应用方面，Reach Labs、TransferFi、MH GoPower和MetaPower等公司正在利用电力波束解决棘手的问题，即在仓库和其他地方保持机器人和传感器的电池充足并随时可以使用。在电网层面，Emrod和其他公司正试图将电力传输扩展到新的高度。

在研发方面，该海军实验室的团队在去年展示了1.6千瓦的安全微波无线电力传输，距离达一公里。像II-VI航空航天和防御公司、Peraton实验室、光屋开发（Lighthouse Dev）和其他公司最近也取得了令人印象深刻的进展。今天，像Solar Space Technologies、Solaren、Virtus Solis等雄心勃勃的初创公司正在努力成为第一个实现从太空向地球发射实用电力的公司。

随着这些公司在安全方面建立起成熟的记录，并为其系统的效用提出令人信服的论据，我们可能会看到出现全新的架构，将电力从一个地方发送到另一个地方。想象一下，可以无限期飞行的无人机和永远不需要插电的电气设备，在飓风或其他自然灾害蹂躏当地电网时，能够为世界上任何地方的人们提供能源。减少对运输燃料、电池或其他形式的储存能源的需求将产生深远的影响。这并不是在你没有电线时的唯一选择，但我和我的同事们预计，在向遥远的地方提供电力的一系列可能的技术中，电力传输将在相当程度上放出耀眼的光芒。