OFweek電源網：這篇文章主要是面對所有無線充電行業的從業人員，而不單純是技術研發人員，只要你對初高中物理有一些了解，相信基本能夠看懂。后續再陸續推出一些針對不同層次和不同階段的同行朋友的經典技術文章，希望對無線充電行業有一些積極的幫助。

　　文章主要解決下面幾個問題：

　　1>無線充電是怎么充電的？

　　2>無線充電為什么可以無線充電？

　　3>無線充電是基于什么原理？

　　4>無線充電器的構成是什么樣的？

　　5>無線充電有什么好處？

　　第一個問題：無線充電器是怎么充電的？

　　很多人其實對無線充電是怎么充電并沒有一個概念，很多人也希望它像WiFi一樣，只要有WiFi的地方，連接上就能用。

　　理想的情況簡單認為就是沒有線，到處都可以充電。無論是家里、辦公室、酒店、咖啡廳、地鐵、機場都能隨時連接無線充電網給手機充電。估計幾年以后無線充電將覆蓋每個領域，無處不在。

　　但現實的情況是無線充電還達不到上面理想的狀態，不僅僅是基礎設施的問題，而是技術的問題，我們現在的無線充電，充電器和手機的距離一般都在5mm以內（現階段的Qi標準的無線充電情況），未來的磁共振標準可以做到125px以內（A4WP標準的無線充電情況）。

　　現在階段的Qi標準的無線充電器需要緊貼且對位好充電位置，距離充電器位置越遠充電效率越低，具體10mm以上基本上不能充電，上下左右移動范圍一般一般只有10mm左右，且偏離中心位置遠大，充電效率越低。

　　無線充電的充電效率一般在70%左右，好的可以做到75%左右，差一點的只有65%左右。

　　隨著技術的進步，無線充電的距離和充電效率都將會有很大改善。

　　第二個問題：無線充電器為什么可以無線充電？

　　無線充電是發射端（充電器）和接收端（手機等）各有一個線圈，發射端把電能通過發射線圈轉換為磁場，發射線圈的磁場穿過接收端線圈，根據基礎物理的法拉第電磁感應定律，在接收線圈中將產生電場，最后通過接收端輸出電能給手機充電。

　　這是最基本的電場轉換為磁場，磁場再轉換為電場的電磁場原理。

　　發射端和接收端如下圖所示：

　　線圈也是無線充電的重點模塊，且接收和發射的線圈會有一些差異，Qi標準的發射和接收線圈如下圖：

　　第三個問題：無線充電是基于什么原理？

　　業內有主要兩個技術流派，一個是磁感應，一個是磁共振。

　　業內主要有三大充電標準，分別是WPC公司的Qi標準，PMA公司的Power2.0標準和A4WP公司的Rezence標準，其中WPC和PMA暫時是基于磁感應技術，A4WP是基于磁共振技術。

　　磁感應技術

　　基本原理是基于LC諧振原理和磁耦合原理。  

　　發射線圈的固有諧振頻率為：

　　接收線圈的固有諧振頻率為：

　　發射端線圈的信號頻率工作在fp0附近，接收端線圈信號頻率工作在fs0附近，且當兩個線圈靠的比較近的時候，兩個線圈的磁場耦合會比較好，耦合系數M會比較高，這樣充電效率就會比較高。Qi標準規定發射和接收之間的能量傳輸的信號頻率為110K~205KHz。

　　且發射器和接收器之間的通信的傳輸也是通過兩個線圈之間的耦合實現的，接收端把通信信號調制在功率信號上，發射器通過解調把通信信號解調出來，雙方通過約定好的協議實現通信的傳輸。Qi規定的通信信號頻率為2KHz。

　　磁共振技術

　　磁共振技術和磁感應技術在原理上有類似的地方，也是基于LC諧振原理和磁場耦合原理，只是磁共振往前再走了一步，就是發射端和接收端的功率信號的頻率要求會很高，要求接發射和接收端必須都工作在諧振點，且頻率相同，因此稱為共振。我們知道，在諧振點耦合時，整個效率是最好的，能量的浪費是最小的。

　　磁共振情況，能量的傳輸距離稍遠一點，但能量的傳輸頻率會高很多。

　　A4WP規定能量的傳輸頻率為6.78MHz，另外A4WP發送端和接收端的信號通信采用帶寬為2.4GHz的Smart Bluetooth通信協議。

　　關于磁感應和磁共振技術的詳細內容在后續的技術文章會有介紹

　　第四個問題：無線充電器的構成是什么樣的？

　　無線充電器主要由三個部分構成：外殼、主板和線圈。

　　主板是整個系統的核心模塊，一般包括主芯片，功率器件，其他電子器件等。

　　第五個問題：無線充電有什么好處？

　　無線充電相對于有線充電，有其獨特的優點：

　　1> 美觀，便利，沒有線的纏繞，也不需要經常帶充電線

　　2> 方便，兼容，不需要擔心充電接頭不兼容的問題，也不用擔心用的iPhone還是三星等手機

　　3> 安全、可靠，不存在充電過程中接打電話存在漏電而被高壓電擊的風險

　　4> 提高了電池使用壽命，方便持續給電池補充能量而不存在電池過放的情況，提高了電池的循環壽命

　　說明：有些圖片源自于網絡，可能是一些公司的產品宣傳圖片，在此借用，謝謝！

  　　無線充電存在的意義是為了給電池充電，如果對電池不懂，就不要談充電，更不要談無線充電，想了解無線充電，先了解電池，這里說的電池主要是指鋰電池。

　　這里只介紹電池的基礎知識，適合無線充電行業的所有從業人員。

　　太多的人對電池等的認識是有誤區的：

　　誤區一：電池是否需要激活，新電池是否需要反復充放3次，每次充12小時。

　　誤區二：電池盡量少充電，少使用壽命才長。

　　誤區三：電池充電充太久了會爆炸，充滿了就要拔掉電源。

　　誤區四：充電越快，電池越好。

　　誤區五：充電器充電電流越大，充電越快。

　　誤區六：無線充電沒有有線充電快。

　　我們先不討論這些誤區的原因在哪里，下面我們一起分析一下鋰電池的特性后自然都清楚了具體原因。

　　全文分三大塊介紹：電池基礎、電池保護、電池充電

　　（一）鋰電池基礎

　　鋰電池的組成

　　我們平時見的手機電池都是鋰電池，行業較電池PACK，鋰電池PACK主要由兩大塊構成：電芯和保護板。

　　電芯主要由五塊構成：正極材料、負極材料、電解液、隔膜和外殼。

　　保護板主要由保護芯片、MOS管、電阻電容和PCB板構成。

　　鋰電池的分類

　　鋰電池按照形狀分為圓柱型電池和方形電池。圓柱型如一些移動電源和電動工具用的18650電池，方形電池如手機電池。

　　按電解液分為鋰離子電池和聚合物電池。鋰離子電池電解液是液態的，外殼是一般是硬的，一般為鋁殼或鋼殼，如三星的傳統機器都是鋰離子電池。聚合物電池電解液為固態，如蘋果手機的電池。

　　鋰電池的常用術語

　　1>電池容量

　　電池的容量又叫電池的電量，單位為Ah(安時)或mAh(毫安時)。容量為1Ah的電池理想情況，在充滿電的情況下用1A的電流持續放電可以放1個小時。

　　2>充/放電倍率

　　充/放電倍率表示以多大電流充/放電，一般以電池的標稱容量的倍數來計算，一般稱為“多少C”。2500mAh的鋰電池，如果放電倍率為1C是指放電電流為2500mA，充電電流為0.2C是指充電電流為500mA。

　　3>標稱電壓

　　鋰電池的標稱電壓又稱為額定電壓，普通手機電池的標稱電壓一般為3.7V，電池充滿時的電壓一般為4.2V左右，電池剛放完時的電壓一般為2.5V左右。

　　4>標稱功率/標稱能量

　　根據物理教材，P=U*I，W=U*I*t，功率的單位為W(瓦)，能量的單位為Wh(瓦時)。容量為1500mAh的電池，標稱電壓為3.7V，標稱功率為5.55W，標稱能量為5.55Wh。

　　5>內阻

　　電池可以等效為一個電壓源，帶有一定的內阻的電壓源。對電池來說，內阻越小越好，內阻越小也越貴。

　　電池的內阻的單位為Ω(歐姆)或mΩ(毫歐)。電池內阻主要受電池的材料和制造工藝的影響。

　　6>循環壽命

　　電池的循環壽命一般指充滿和放光一次的循環，電池到了循環壽命后，電池老化很厲害，電池的容量將下降很多，循環壽命也是衡量電池的重要指標。

　　IEC標準規定電池的循環壽命為500次后保持為初始容量的60%，國標規定循環300次后容量應保持為初始容量的70%。

　　7>剩余電量（SoC）

　　電池的剩余容量指電池當前的電量與總的可用電量的百分比，0%~100%，反映還有多少電量的情況。(SoC ： State of Charge)

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　　鋰電池為什么需要保護？

　　鋰電池由于其化學活性，結構等原因需要有保護系統，如果沒有保護系統，可能對電池的使用壽命影響很大，嚴重的情況可能存在爆炸或燃燒的危險。沒有帶保護板的鋰電池是禁止使用的。

　　鋰電池要避免深充深放，這樣會嚴重影響電池壽命，如果經常給電池補充電對電池的壽命有幫助。很多人要用到手機自動關機才開始給手機充電，這是嚴重不好的習慣，一個是電量低的時候RF發射功率大，輻射厲害，同時影響電池的使用壽命。

　　經常使用無線充電的朋友，由于不撥打電話的時候，手機放在無線充電器上，無線充電器會及時的給手機補充電量，對電池的壽命很有幫助。

　　因此電池最好的狀態是不要充太滿也不要放過量。

　　鋰電池保護系統如下圖：

　　鋰電池由于其特殊原因，需要至少以下保護措施：

　　1>過充保護

　　當電池快充滿時，一般電池電壓達到4.2V左右，需切斷充電通路，防止電池過充。

　　2>過放保護

　　當電池快放完時，一般電池電壓達到2.5V左右（不同廠家電壓會有一定差異），也需切斷放電通路，防止電池過放。

　　3>過溫保護

　　當電池由于過大電流充放電或異常時，電池溫度會急劇升高，一般電池溫度達到60~65°左右，一定要切斷充放電回路，確保系統安全。

　　電池溫度過高對電池的使用壽命也會有較大影響，如果電池長時間工作在高溫環境，如45°以上，會嚴重縮短電池的使用壽命。

　　很多無線充電的接收端是緊貼電池的，有些廠家的接收端設計的不合理，效率低，發熱嚴重，同時也會嚴重影響電池的壽命，做無線充電的朋友一定要注意這一塊。

　　另外有些保護系統還會對充電電流和放電電流做保護，防止系統過流或短路。

　　手機電池都帶有保護系統的，如果電池充滿，電池保護系統會自動關斷，切斷充電回路，不用擔心電池爆炸的危險。

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　　分析電池一定要分析電池的充電，同時結合無線充電分析。鋰電池由于其本身的特性，充電也是有要求的，如果電池嚴重過放，電壓很低的話，只能以小電流給電池充電，慢慢激活電池，否則對電池傷害會很大。

　　另外大電流、高倍率給電池充電或放電都對電池有傷害，會影響電池的使用壽命。

　　業內一般對電池的充電過程分為三段：涓流、恒流、恒壓。

　　電池電壓過低時采用先涓流充電，當電池電壓充到正常電壓后再恒流快速充電，當電池快充滿時又轉為小電流恒壓充電給電池慢慢補充電量。

　　舉個例子：

　　經常發生的事，很多朋友有時想簡單對比兩個無線充電器的充電速度，一般是兩個手機一個電量少（假如50%）左右，一個電量多（假如90%），放在上面同時充10分鐘再看結果，一個充了5%左右，一個只充了1%左右，問我差異怎么這么大，我只能說你這個對比的差異也太大了。

　　另外什么情況是充滿了，通過電池電壓判斷是不太準確的，業內有一個標準，一般認為恒壓充電時充電電流為恒流充電的0.1倍左右就認為充滿了。

　　鋰電池的充電電流與電壓的曲線圖如下：

　　對電池來說，充電快慢主要是由恒流充電階段的充電電流決定的，與你采用的是有線充電還是無線充電沒有直接關系。無論是有線充電還是無線充電，只要充電器提供的充電電流大，充電速度就快。