車用無線充電橫空出世?講解車用電子與無線充電的知識!

無線充電的起源

電力是推動人類文明發展的巨大要素，影響人們的生活甚劇。方便、快速、隨時的電力供應，是科技不斷發展的方向，從19世紀，尼古拉·特斯拉發明了特斯拉線圈後，便開啟了無線充電的科技大門，至今，無線充電技術已經大規模應用到了周遭的電子設備，例如手機、穿戴式設備、電動牙刷、車用電子。

打從第一支智慧型手機iPhone問世以來至今，智慧型手機的技術日新月異的發展，每年智慧型手機的效能都不斷的翻新，但相比智慧型手機發展的速度，電池的則緩慢許多，可以說是停滯不前。

當效能越強越耗電，但是電池技術跟不上時，造成了手機電量續航力不斷往下滑的窘境，於是智慧型手機廠尋求無線充電技術的發展，從方便充電的角度切入，緩解智慧型手機電力不耐用的問題。

因為智慧型手機具有普遍性，所以當智慧型手機開始搭載無線充電技術後，無線充電於普及性以及科技能力上也飛速的發展了起來。現今，約有將近10%，近10億手機配備無線充電，初期搭載僅有5瓦的傳輸效率也逐年提升至大功率千瓦等級的電動車。

 

無線充電的原理

生活常見的無線充電，主要透過「電流磁效應」跟「電磁感應」，來滿足人們方便充電的需求。

「電流磁效應」-1819年，丹麥科學家厄斯特觀察到一段導線上如果進行通電，擁有電流，導線的四周將會產生磁場，使指北針偏轉。之後的科學家進一步發現，如果將導線圍成環狀，甚至繞成線圈，將會產生更強的磁場將會更強、更集中，這稱為「電流磁效應」。

「電磁感應」-1831年，英國物理學家法拉第發現，當一塊磁鐵或其他的磁場來源靠近一段沒有電流的線圈，線圈就會產生「電磁感應」。電磁感應的成立條件為磁場要有變化，例如磁場調整遠近。若外部磁場若是一直保持不變，則不會產生感應電流。

綜合以上，透過電流在四周流動所產生磁場的「電流磁效應」，搭配不斷變化的外部磁場使線圈產生電力的「電磁感應」，簡單來說，就是「電生磁，磁生電」，同時運用這兩種物理現象，就可以進行無線充電。

因此，進行無線充電時，需要兩種對應，充電座與充電裝置。充電座裡面是緊密纏繞的線圈，當充電座的插座接上電時，線圈的周圍因為「電流磁效應」而產生磁場，此時需要充電的充電裝置(EX：手機、平板)，裡面也有緊密纏繞的線圈，當充電裝置靠近充電座時，充電座的磁場因為「電磁感應」，在充電裝置的線圈上產生感應電流，感應電流傳導到電池，隨即達成了無線充電的需求。

上面提到「電磁感應」的成立條件為磁場要有變化，例如磁場調整遠近，充電裝置靜放在充電座上，理當「電磁感應」應該無法成立。因為常見的用電方式為交流電，電流方向不斷的變化，使得「電流磁效應」所產生的磁場不斷的變化，進而符合了「電磁感應」的成立條件。

透過「電流磁效應」跟「電磁感應」而產生的無線充電，還是有需要突破的技術困境。

首先是充電距離，如同兩塊相吸的磁鐵，距離越遠，彼此的牽引越小，因此目前市面上符合規範的無線充電距離都很近，最新的技術只不過4~5公分左右，有些無線充電，隔著手機殼的厚度就無法充電，而需要裸機，違背了使用者的操作習慣。

為了提升無線充電的距離與效率，目前技術上嘗試透過「磁共振」的原理進行無線充電。

「共振」-物品有自己的發聲頻率，當物品振動發聲時，附近有相同發聲頻率的物品，在沒有受到敲擊的情況下，也會跟著振動，這樣的共振也完成了能量的傳遞。

「磁共振」透過「諧振電路」產生共振。當在電路中加入電容、電感等特殊的元件，適當的連接後將會形成「諧振電路」，對諧振電路進行通電，電路中也會產生持續的信號，當兩個振動頻率相同的諧振電路放在一起，其中一個開始因為通電而震盪時，另一個電路也會因為共振跟著震盪起來，進而產生電流，達到電能隔空傳送，可以讓充電距離提升到數公尺且提升充電效率。

接著是安全性，因為無線充電會有部分的能量耗損將會轉化為熱能，如果周遭有容易熱傳導的物質，例如金屬手機殼，則更容易有發熱發燙的問題，且金屬還有出色的電磁波遮蔽性，因此無線充電的手機背板多採用非金屬材質。

 

無線充電的適用性

「理想很豐滿，現實很骨感」，雖然無線充電以方便充電為出發點導入智慧型手機，但目前無線充電技術應用在智慧型手機時，還是有需要面對的現實。

一般用戶期待的無線充電，應該要像是wifi般，走到哪裡充電哪裡，而非需要置放在某個地方，加上充電效率低於有線充電，更需要長時間的置放等待。有線充電還能在線長的範圍內邊充電邊使用，但智慧型手機在進行無線充電時，範圍則限縮了許多，因此使用無線充電，更需要例如破碎的時間進行充電。

同時，購買智慧型手機鮮少贈送無線充電裝置，用戶需要額外購買，如果將辦公室、客廳、臥房..等多個可能的充電場景都思考進去，則需要購買多個無線充電裝置，但無線充電可以減少充電頭插拔的消耗，也算是降低了些許的隱形成本。

現今生活上，手機無線充電除了以充電方便為導向之外，無線充電的使用，也提供了科技貴族、時尚的身分匹配，無線充電裝置多樣、科技感的造型，吸引了不少時下追求潮流的年輕人使用。

無線充電技術應用在智慧型手機上時適用性還在進步，但在智慧型手機走入無線充電領域之前，其他的3C產品早已經導入了無線充電技術，因為無線充電在其他3C產品，擁有更高的適用性。

例如電動牙刷， 因為長期處在潮濕的環境中，需要具備防水防潮的特性，無線充電技術使得這些經常接觸水的3C產品在設計上，可以達到高強度一體化的密封，提升產品外觀的美感、精品化與防水防塵等級，延長的產品的耐用度。低使用頻率，高置放充電時間的產品特性，也切合的無線充電的特性。

雖然無線充電應用在智慧型手機時，看似缺點多多，但當使用場景從居家、辦公轉移到車駕，當無線充電變為車用無線充電，無線充電與車用電子的適用性則大幅飛躍。

 

車用無線充電 vs 生活用無線充電

汽車較3C消費性電子產品，需要面臨較複雜且極端的使用環境，除了炎熱的赤道到寒冷的俄羅斯，還要面臨車輛行駛過程中，來自於顛頗、加速、急煞等機械衝擊..等長時間的振動和衝擊。

同時，車用無線充電的使用年限，也較生活用無線充電長壽許多。因為汽車的使用時期長，且原廠配備的車用無線充電，也包含在全車保固內，所以車用無線充電的耐用性，也在汽車製造商的考量範圍內。

因此，車用無線充電的可靠性測試，包含功能試驗、環境試驗、機械試驗，針對高低溫等極端環境和電氣性能試驗，比起生活用無線充電，還要嚴格許多。

生活中的無線充電情境，多處於安定平穩的狀態，所以不需要太大的充電範圍，多採單線圈技術，但汽車行駛的過程中晃動且搖擺，且駕駛也未必能分心的精準置放，所以車用無線充電使用考量上，除了採用多線圈的大充電範圍的規格外，夾式、凹槽、杯架…等，也是常見的工業設計，搭配LED等外觀，更能提升車內整體內裝的質感。

車用無線充電，可能會讓車內部分搭載的科技運作受到影響，像是智慧鎖(Keyless)這項技術就會和無線充電互相衝突，導致智慧鎖(Keyless)受干擾而無法啟動車輛，可在無線充電板加入智慧鎖(Keyless)防干擾技術，兼容原車設計。

車用無線充電除了更耐用、安全，具備人因設計之外，透過車駕過程無法使用手機的特性，符合無線充電低使用頻率，高置放充電時間的產品特性，即使想要使用手機進行導航，也可以透過相關的車用電子技術，讓手機同時處於無線充電與導航的兩種狀態。


(UniMax的車用無線充電板，WPC Qi標準、FOD、Keyless防干擾功能。)

現今車用大廠的配備趨勢，走向提供充電無線化的方向前進，除了可以讓用戶減少車上的線材，給予用戶更好的車駕環境之外，降低充電孔拔插之間的硬體消耗，也能減輕車廠與用戶後續的維護成本。

無線充電與車用電子的適用性可說是相當高。

 

車用無線充電相關應用

比起生活用的無線充電，車用的無線充電因為與汽車的加持，更能與高科技技術整合，像是公司將CAN bus、NFC連結與識別等高科技技術整合至無線充電板，透過CAN bus的連結，可將充電狀態顯示於儀表板、車機當中，讓駕駛車駕的過程，就能輕鬆掌握充電狀態；串聯NFC連結與識別讓，讓用戶能夠透過手機的NFC感應，達到多種應用。

過往汽車與手機藍芽進行配對，需要多道步驟才能完成，但當手機進行無線充電時，透過NFC的感應技術，可以讓駕駛開始無線充電的同時，手機將自動與汽車完成藍芽對接，屆時將可透過汽車音響，收聽手機音樂、廣播、接收來電訊息。

車駕途中最重要的導航，也可透過NFC的感應技術，將手機的導航內容投放到車用主機上，獲得更大的導航畫面。也可投放至抬頭顯示器上，進行turn-by-turn的導航，讓駕駛不需分心視線觀看導航，在駕駛的車駕水平視線上，就能得到導航訊息，給予駕駛安全、舒適又高科技的車駕環境。

NFC感應的同時透過手機串碼，識別駕駛員，喚醒無線充電或是個人車用設定。