无线功率传输（WPT）及相关标准（包括Qi）

1. 无线功率传输原理

WPT的工作原理与电源变压器相似，但有一些区别，例如变压器有两个非常靠近的线圈，通常每个线圈都缠绕在铁氧体材料上以增加磁耦合，但在WPT的情况下，磁芯是露天。

实现 WPT 的基本要素有两个，发射器和接收器。
第一个是有一个发射器，它需要电路将 50 Hz 转换为最佳 WPT 频率以提高效率并减少对人体的影响，该频率低于 10 MHz。该发射器连接到产生变化磁场的线圈。

第二个元件是接收器，另一个线圈用于捕获磁场并在其端子之间产生 EMF，还需要一些电路来改变接收功率的频率。下图显示了基本元素：

2. 基础技术及概念

电感耦合
该技术用于小距离 WPT 并且仅基于两个线圈。用于移动充电和电动汽车充电，在电动汽车行业非常有效，因为汽车不需要停下来充电。

谐振电感耦合
用于小距离无线电力传输。通过使用包括电容器和电感器的谐振电路，WPT 可以通过更好的磁耦合来提高效率。尼古拉特斯拉在他的第一个实验中使用了这种方法。

微波功率传输 (MPT)
将交流转换为直流，然后将直流转换为通常为千兆赫兹的高频微波并传输到太空。接收设备称为 Rectenna，它接收微波并将其再次转换为直流。
激光功率传输
激光可以高度定向，因此功率损耗低，但它会通过大气衰减，这里的接收器很简单，就像太阳能电池一样。

3. Qi Charging，无线充电的开放标准

虽然一些承诺 WPT 的公司仍在努力交付产品，但 Qi（发音为“chee”）充电已标准化，并且设备目前可用。成立于 2008 年的无线充电联盟(WPC) 制定了用于电池充电的 Qi 标准。该标准支持感应和谐振充电技术。

感应充电使能量在近距离在发射器和接收器线圈之间传递。电感系统要求线圈彼此靠近并对齐；通常设备与充电板直接接触。谐振充电不需要仔细对准，充电器可以检测到距离最远 45mm 的设备并为其充电；因此，谐振充电器可以嵌入家具中或安装在架子上。

（Qimini无线充电板上显示的Qi标志）

Qi 标志的存在意味着该设备已通过无线电力联盟注册和认证。

最初推出时，Qi 充电是低功率的，大约 5W。第一批使用 Qi 充电的智能手机于 2011 年推出。 2015 年，Qi 扩展到包括 15W，允许快速充电。

下图显示了 Qi 标准所涵盖的内容：

只有在Qi 注册数据库中列出的设备才能保证提供 Qi 兼容性。目前有超过7000种产品上市。重要的是要认识到带有 Qi 标志的产品已经过测试和认证；他们使用的磁场不会对手机或电子护照等敏感设备造成问题。已注册的设备保证可与所有已注册的充电器一起使用。

4. 无线电力传输的限制

磁场强度与发射器和接收器之间距离的立方成反比，因此远距离功率效率非常低。
人员安全是一个很大的限制，因为始终暴露在磁场中会对您的身体造成许多伤害。如果暴露在高功率磁场范围内，您可能会被解雇。
除非磁场精确地指向每个接收器，否则每个负载都需要过流保护作为限流器。由于无向场会在其范围内的每个设备中感应电流。
磁场会为其范围内的任何金属提供能量，从而对人类造成危害。
电站的一个主要问题是，在 WPT 的情况下，由于电站将充当发射器，因此负载控制将非常困难，因此任何接收器都能够接收电力，而减载和保护又不是那么容易。

5. 标准（可点击下载）

1. WPC Qi

2018 Qi Product Registration Manual( Qi产品注册手册)
WPC Qi Wireless Power Specification V1.2.3 - Qi V1.2.3 英文完整标准（包含全部4份文件）
WPC Qi Wireless Power Specification V1.2.4 - 最新Qi V1.2.4英文完整标准（包含全部5份文件)）
WPC Qi-v1.3-candidate-2-review - 正在审阅的最新Qi V1.3标准（Candidate-2）全部共13个文件

2. IEC

IEC 61980-1：2020 Electric vehicle wireless power transfer (WPT) systems - Part 1：General requirements（电动汽车无线电力传输（WPT）系统 - 第1部分：一般要求）
IEC TS 61980-2：2019 Electric vehicle wireless power transfer (WPT) systems - Part 2：Specific requirements for communication between electric road vehicle (EV) and infrastructure（电动汽车无线电力传输（WPT）系统–第2部分：电动汽车（EV）与基础设施之间通信的具体要求）
IEC TS 61980-3：2019 Electric vehicle wireless power transfer (WPT) systems - Part 3：Specific requirements for the magnetic field wireless power transfer systems（电动汽车无线电力传输（WPT）系统 - 第3部分：磁场无线电力传输系统的具体要求
IEC 63006：2019 Wireless power transfer (WPT) - Glossary of terms（无线电力传输（WPT） - 术语表）
IEC 63028：2017 Wireless power transfer - Airfuel alliance resonant baseline system specification(BSS) - 无线电力传输 - Airfuel Alliance 谐振基线系统规范 (BSS)
IEC PAS 63095-1：2017 Qi无线电源传输系统电源等级0规范的接口定义
IEC PAS 63095-2：2017 Qi无线电源传输系统–电源等级0规范–第2部分参考设计版本 Version.1.1.2
IEC 63245-1：2021 Spatial wireless power transfer based on multiple magnetic resonances - Part 1：Requirements(基于多磁共振的空间无线功率传输 - 第一部分：要求)
IEC 62827-1：2016 Wireless power transfer – Management – Part 1 ：Common components （无线电力传输–管理–第一部分：常用组件）
IEC 62827-2：2017 Wireless power transfer – Management – Part 2：Multiple device control management （无线电力传输 - 管理 - 第二部分：多设备控制管理）
IEC TR 62869：2013 Activities and considerations related to wireless power transfer (WPT) for audio,video and multimedia systems and equipment（与音频、视频和多媒体系统及设备的无线电力传输（WPT）有关的活动和考虑因素）
IEC TR 62905：2018 Exposure assessment methods for wireless power transfer systems (无线电力传输系统的暴露评估方法)
IEC TR 63231：2019 Consideration of energy efficiency in wireless power transfer technology(无线电力传输技术中能量效率的考虑)
IEC TR 63239：2020 Radio frequency beam wireless power transfer (WPT) for mobile devices（用于移动设备的射频波束无线电力传输 (WPT)

3. IEEE

Wireless Power Transfer for Electric Vehicles and Mobile Device（电动汽车和移动设备的无线电力传输）

4. UL

UL 2738：2018 Induction Power Transmitters and Receivers for use with Low Energy Products（用于低能耗产品的感应式功率发射器和接收器）

5. ISO

ISO 19363：2020 Electrically propelled road vehicles - Magnetic field wireless power transfer - Safety and interoperability requirements（电动道路车辆 - 磁场无线电力传输 - 安全和互操作性要求）

6. BS/EN

BS EN 62827-1：2016 Wireless Power Transfer — Management Part 1：Common Components（无线电力传输–管理第一部分：常见的组件）
BS EN 62827-3：2017 Wireless power transfer - Management Part 3：Multiple source control management (无线电力传输 - 管理第 3 部分：多源控制管理)