无线充电技术（Wireless Charging Technology），作为一种创新的电能传输方式，指在不借助金属导线以及其他物理连接的情况下，以空气为介质进行电能传输，为设备充电。相较于传统有线充电方式，无线充电无需金属导电接触，充电器及用电装置无导电接点外露，大大提高了用电设备的灵活性与安全性。

发展历程

早期探索

无线充电技术的概念最早可追溯到19世纪。1891 - 1893年期间，克罗地亚物理学家尼古拉·特斯拉通过使用特斯拉线圈技术，基于电磁感应原理，实现了短距离内通过电磁波的无线电力传输。特斯拉设想以地球为内导体、地球电离层作为外导体，通过放大发射机以径向电磁波振荡模式，在地球与电离层之间建立起大约8Hz的低频共振，利用环绕地球的表面电磁波来远距离传输电力。然而，该设想最终因缺乏经费、危险系数过高等原因终止，但为后世留下了宝贵的理论依据。

中期发展

20世纪60年代，美国科学家William C. Brown开展了微波无线电力传输的高效实验研究，开发了基于磁控管的微波整流天线。不过，由于系统体积庞大等因素，该技术无商用可行性。

21世纪初期，磁耦合谐振技术的提出为无线充电技术带来新希望。该技术利用电磁共振效应，在接收器和发射器之间建立共振环境，实现高效传输。2007年6月，美国麻省理工学院研究团队利用电磁共振器和电源经过多次试验，成功为两米外的60瓦灯泡供电，最远输电距离达到2.7米，研究团队认为在此范围内能为电池充电。

近期突破

2010年，在美国国际消费类电子产品展览会（CES）上，海尔公司推出“无尾电视”，推动了磁耦合谐振技术在智能家电领域的应用。2013年，东南大学研发了磁耦合谐振式无线充电的电动汽车，单台充电功率可达3kW。2018年，宝马公司制造出世界上第一款无线充电的量产车型。该车型在车辆靠近无线充电设备时，系统会自动打开位于底部的摄像头，方便驾驶员定位。其搭配的无线充电设备充电效率可达85%，功率达到3.2kw，能在3.5小时内将容量为9.4kwh的高压电池组充满，同时该系统还具备物体探测和生物保护等功能。

2023年4月，无线充电联盟WPC推出最新无线充电Qi2标准。该标准采用磁功率分布图技术，能以磁吸锁定功能支持全新的产品外形，如AR / VR头显，还可在15W的功率输出下实现快速充电。

分类原理

电磁感应式充电

• 原理：基于迈克尔·法拉第于1831年发现的电磁感应现象，即磁通量变化产生感应电动势。当电流流过线圈时产生磁场，将另一未通电的线圈置入该磁场中，该线圈就会产生电流。
• 系统构成：典型的电磁感应式无线充电系统包括发射系统和接收系统。发射系统主要由充电座部件中的内置线圈组成，将充电座插入插座接通电源后，交流电通过发射线圈产生磁场。电子设备内内置的接收系统所包含的接收线圈接收到磁场后产生电磁感应，进而产生感应电动势，感应电流经过整流后为电子设备充电。
• 应用：手机无线充电应用最为广泛。例如，发送器由AC/DC电源转换、驱动器、发射线圈、电压与电流检测以及控制器组成；接收机由接收线圈、整流、电压调节（即稳压调节器）和一个控制器组成。发送端周期性发射脉冲信号检测可能存在的接收端，检测到后建立通信链路。在控制芯片的PWM控制下，通过AC/DC转换芯片将直流转为交流，经发射电感向接收端电力传输，接收端的接收电感由于电感耦合产生感应电动势，经过整流电路和稳压调节电路向负载提供电压。接收端实时监测负载电压电流变化，发送差错等数据包，发射端通过解调发射电感的幅度变化获取数据包，根据数据包信息增加或减少发射电感的频率以达到收发端能量匹配，完成无线充电功能。
• 特点：充电设备通常在充电底座和手机终端内部分别设置充电线圈。当两者接近时，发射线圈通过一定频率的交流电，利用电磁感应在手机接收线圈中产生电流，实现能量从发射端（充电底座）向接收端（手机）的转移。但该技术有效充电距离较短，通常约为10毫米，且需线圈对准，否则充电效率会显著降低，适用于几瓦到几百瓦的功率。

电磁共振式充电

• 原理：共振是一种高效的能量传输方式，电磁共振方式利用电流通过线圈产生同频率的磁场共振来实现无线供电，传输距离和效率由磁场的强弱决定。
• 系统构成：典型的电磁共振式无线充电系统包括能量发送装置和接收装置。通过使能量发送装置和接收装置内的线圈具有相同振动频率，将线圈调校为磁共振系统并排列在磁场中。发送端与电源连接，发送端产生的振荡磁场频率与接收端线圈的固有振动频率相同，从而在接收端产生共振，实现能量的传播。
• 特点：理论上可以传输大功率设备，传输距离一般为几米范围。但该项技术要求以特定频率进行能量传输，需要设定特定频率进行保护，并且对线圈尺寸有要求，如果线圈尺寸过小，接收端接收到的功率将大幅减小。

无线电波式充电

• 原理：主要采用微波进行电能传输，微波指频率在30MHz到300MHz之间的电磁波。电磁波俗称无线电波，除传输信号外，还可传输电能，其中微波的能量传输能力最强。其基本原理类似于早期使用的矿石收音机，通过接收空间传输的微波进行充电。
• 系统构成：典型的微波辐射式充电系统包括微波发射装置和微波接收装置。微波发射装置为直接插入市电插座的电子设备，微型接收端嵌入被充电电子设备内，对发送器发出的安全的低频电磁波进行捕捉。
• 特点：传输距离最远，但由于微波辐射式传输存在巨大的空间路径损耗，传输功率小，仅能传输小于100毫瓦的功率，仅适用于功率非常小的电子设备。

电场耦合式

• 原理：又称电容式无线电能传输（Capacitive Power Transfer，简称CPT），主要通过金属极板构成耦合电容来进行无线能量的传输，不使用线圈进行电磁感应，可直接通过充电座和电器之间形成高频电场。利用沿垂直方向耦合两组非对称偶极子而产生的感应电场来传输电力。
• 工作过程：输入端提供的直流电经过高频逆变转换为交流电，再经过发射端的补偿结构电路进一步提升，得到高频、高压交流电并作用在耦合极板上。在此激励电压作用下，发射极板激发高频电场，并与接收极板形成互电场，产生位移电流，将电能从发射端传递到接收端。经过接收端补偿结构的电压调节和整流滤波电路的变换，最终将交流电转换为直流电提供给负载。
• 特点：适合远距离小微功率充电，可以自动随时随地充电，能量转换效率低，电磁辐射泄露风险低。

充电标准

Qi标准

• 推出时间与机构：由无线充电联盟WPC在2008年推出，是截至2022年底使用最为广泛的无线充电标准。
• 成员：包括三星、华为等多家主要手机、手机配件供应商。
• 技术基础：主要基于电磁感应式充电技术进行输电。
• 规范内容：为无线充电提供了统一的技术规范，包括性能、接口和法规三方面内容。现阶段该标准对装置的要求为5W以下（手机产品正好处于这个标准范围内），符合该标准认证的产品可以在任何一个符合该标准的充电器上充电，提高了不同品牌不同产品之间的兼容性。

PMA标准

• 发起与发布时间：由宝洁与Powermat公司合资经营的Duracell Powermat公司发起，于2012年正式发布。
• 主要成员：包括AT&T、Google和星巴克等公司，截至2022年底，许多主流手机生产厂商，如三星、华为等也是PMA标准成员。
• 技术基础：同样主要基于电磁感应式充电技术进行输电。
• 目标：为符合IEEE协会标准的手机和电子设备打造无线供电标准，在无线充电领域中具有领导地位。
• 充电方式：支持在设备内建无线充电芯片和采用WiCC无线充电卡两种方式进行充电。其中WiCC方式的无线充电卡片比SD卡大一圈，厚度较薄，内部嵌入了用于电磁感应式非接触充电的线圈和电极等组件，只需将其安装放置在手机的电池旁即可让没有内置无线充电晶片的智能手机完成升级实现无线充电。

A4WP标准

• 全称与创建联盟：A4WP是Alliance for Wireless Power标准的简称，由美国高通公司、韩国三星公司、无线充电技术公司Powermat公司以及Ever Win Industries、Gill Industries、Peiker Acustic和SK Telecom等企业成立联盟创建。
• 推出时间：发布于2012年。
• 技术基础：主要基于电磁共振式充电技术进行输电。
• 目标：为电子产品无线充电设备设立技术标准和行业对话机制。
• 特点：由于采用电磁共振式充电技术，可以实现略远距离的无线充电，产品范围更为广泛，包括从便携式电子产品到电动汽车的多个领域。在充电时可提供更大的自由度，不需要将设备摆放在充电基座上。2014年2月，电脑厂商戴尔加盟A4WP阵营，当时相关高层表示会对技术进行升级，支持戴尔等电脑厂商的超极本进行无线充电。市面上的传统笔记本电脑大部分电源功率超过了50瓦，不过超极本使用了英特尔的低功耗处理器，将成为第一批用上无线充电的笔记本电脑。

iNPOFi标准

• 全称与研发背景：iNPOFi（“invisible power field”，即“不可见的能量场”）智能无辐射无线充电技术为中国自主研发，2013年发布。其核心技术拥有者硅展科技有限公司是2014年CES展中唯一获得该领域殊荣的中国大陆企业。
• 技术原理：摒弃了常见的无线电波和电磁感应等无线充电技术原理，以脉冲信号检测、阶梯电流脉冲启动、超低频脉冲电场传输和缓坡脉冲关闭为基本工作原理实现无线充电。
• 特点：具备无辐射、高效率、低损耗、兼容性高、热效应微弱等诸多特点。中国泰尔实验室测试结果显示，其辐射增加值近乎零，从根本上解决了市场上较为流行的以电磁转换和电磁共振原理实现无线充电而带来的能源浪费、辐射污染、电转换率低、兼容性差等问题。

Qi2充电标准

• 推出机构与含义：同Qi标准一样，由无线充电联盟WPC推出，为第二代Qi充电标准，是2023年4月发布的最新无线充电标准。
• 技术特点：采用磁功率分布图技术，可确保设备与充电器完美匹配，提高能效。不要求平面对平面的连接，能以磁吸锁定功能支持全新的产品外形，如AR / VR头显。支持新型手机后盖磁吸式配件，如外接电池。
• 性能提升：与早期版本相比，提供了更快的充电速率和更高的功率输出。根据WPC官方数据，QI2标准可以在15W的功率输出下实现快速充电，相比之下，QI1标准仅支持5W的功率输出。

此外，还有一些其他的无线充电技术标准，比如AirFuel和Magnetic Field Communication等。

关键技术

电源芯片

• 构成：无线充电设备中的芯片包括发射端（无线充电发送器）芯片和接收端（无线充电接收器）芯片。
• 功能：发射端芯片负责将输入电源按照特定频段的无线电信号（Qi、PMA、A4WP均规定了不同的频段）发送给对方，接收端芯片负责将无线电信号转换为电能，完成充电过程。
• 市场现状：电源芯片行业技术门槛较高，中国无线充电行业芯片（覆盖接收端与发射端）市场多以高通、德州仪器、英特尔、IDT等海外巨头为主。未来电源芯片行业将持续向高集成度、高充电效率、低功耗发展。

线圈模组

• 构成：由防磁片和铜制线圈组成，该原料的制造成本占据无线充电模组制造成本的40%。
• 防磁片功能与成本：防磁片的功能为防范电磁干扰影响行动通讯芯片，通常采用常见的磁性元件，防磁原料成本占据线圈模组整体成本的70%。因此降低防磁片成本成为行业关注焦点，部分企业替换防磁原料以降低主要零部件制造成本，例如高创电子以纳米晶制成的新一代防磁片取代旧防磁片，截至2022年底，高创电子研发的新型防磁片已进入量产阶段。
• 铜制线圈作用：铜制线圈负责产生或接收电源能量，防磁片和铜制线圈的品质将影响无线充电设备的效率。

磁性材料

• 分类：无线充电涉及的磁性材料包括发射端磁材和接收端磁材，发射端磁材为永磁体（永磁铁氧体、稀土钕铁硼永磁体）和软磁铁氧体，接收端使用软磁铁氧体。
• 作用：可用于增强发射和接收线圈间磁通量，提高传输率，同时作为发射和接收之间的定位装置，便于终端设备快速准确定位。软磁铁氧体产品在无线充电中的主要作用是增高感应磁场和屏蔽线圈干扰。
• 市场布局：截至2022年底，布局磁性材料市场的海外企业包括TDK、村田等电子元器件企业，中国本土企业包括横店东磁、宁波韵升、天通股份、信维通信等。

模组制造

• 技术要求与利润率：模组的封装制造环节技术要求相对较低，行业利润率较低，模组制造厂商的利润占据无线充电行业上游整体利润的6%。
• 市场参与企业：模组制造行业主要由中国本土零组件厂商参与，代表性企业包括普瑞赛斯、立讯精密、信维通信等。普瑞赛斯是无线充电联盟（WPC）全球授权的14家测试中心之一，能够独立完成对无线充电产品的Qi认证。部分中国本土零组件厂商通过向其他电子企业提供产品电源解决方案拓展业务，如德赛电池向下游苹果、三星等国际一流客户提供移动产品电源的综合解决方案增强业务辐射范围。

优缺对比

应用领域

智能手机和平板电脑

在其最初针对的低功耗便携式电子产品领域已取得良好成果，包括苹果、诺基亚等著名生产厂商已推出多款针对手机等电子产品的无线充电产品。

电动汽车

无线充电技术在电动汽车充电方面潜力巨大。可以通过在道路上布设充电线圈或在车库内安装无线充电垫进行充电。

家庭电器

可应用于智能音响、电动牙刷等家庭电器，使这些设备不再需要使用充电线。

医疗设备

植入式医疗电子产品的无线充电日益成为研究热点，在心脏起搏器、内窥镜等应用方面得到积极发展。

工业设备

可应用于机器人、传感器等工业设备，在无需人工干预的情况下进行充电，提高设备的智能化和实用性。

未来展望

无线充电技术的应用范围必将更加广泛。截至2022年底，交变电流电产生的电压还较小，主要应用于手机、笔记本等较小物体。但经过科学家的反复实验，日后研发出可以产生更高电流电压的系统和电路设计后，就可能给电动车、汽车等更为庞大的物体充电，无线电技术将广泛应用于生活的各个方面，所有使用有线充电的器具都将可采用无线充电。

除了应用范围更广之外，成本、使用材料和设计的使用方式可能更加便捷。随着科学技术的发展，不仅线圈磁场可以进行发电，自然界的其他自然能量也可以进行发电，且发电量不亚于物理发电，如常见的太阳能发电、风能、水能发电等，都已应用于生产生活的各个方面。因此，无线充电技术也将会与这些技术结合起来，为人类谋福造利。

另外，随着高新技术以及AI技术的发展，传统的线圈电磁感应式无线电路设计已无法满足人们的需求。无线电技术通过机器人来实现也未尝不可，人工智能应用范围广且质量较高，在很多方面甚至超过人类，因此无线发电技术机器化、智能化也必将是时代发展的潮流及方向。