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薛偉傑:激光「真無線充電」可行嗎?

【明報專訊】據媒體報道,華為在9月底透露,它已經申請了一種激光無線充電技術的專利。簡單來說,這就是好像在手機上安裝一片光伏板,而充電器則發出一束低能量激光(相信是紅外波段),射到手機,由光伏板將光能轉化為電力,導入手機電池。

華為表示,目前還不肯定這項技術可以實現的最大充電功率以及同時充電的最多設備數量。它估計,這技術將會在兩至三代之後的手機上實現。一時間,又再次引起所謂「真無線充電」技術的討論。

為什麼說「真」無線充電技術呢?因為市場上現有的無線充電技術,令人覺得有點名不副實。現時市面的無線充電設備,絕大多數都是運用「電磁感應」原理,尤其在智能手機方面。但其缺點包括:充電距離極短(不超過幾厘米)、充電功率低,以及只能支持一對一的無線充電(一個送電線圈對一個受電線圈)。

因此,在實際運用上,用戶都需要將設備完全平放在無線充電板上才能充電,和消費者理想中可以隨意移動的「真無線充電」技術相比,仍有很大差距。

此外,由於金屬會屏蔽電磁,所以金屬機背的手機都無法加入電磁感應無線充電功能。現時具有無線充電功能的手機的機背,只能用塑料、陶瓷或玻璃來製造。最令人不滿的相信是充電速度問題。現時的無線充電板的輸出功率大多數仍然只是10W,最多也只是15W。反觀有線快速充電器的輸出功率,至少也有18W(QC 3.0制式),這還只是說單接口。

近大半年以氮化鎵(GaN)製造、採用Power Delivery(PD)制式的有線快速充電器,總輸出功率由65W至120W都有,可以同時為3至4部設備快速充電。而單個接口(USB Type-C)的輸出功率也隨時達到45W至65W,主要為手提電腦快充。即是說,現時的無線充電技術產品不論在用戶體驗還是充電速度方面,都和消費者的期望有很大落差。

光束傳送能量效率低

其實,近5年,已經有多家公司試驗過激光無線充電技術。這些方案全部都包括追蹤受電設備的功能,還有安全功能(包括華為的方案),可以探測到激光路徑被遮斷而迅速暫停,以保護人類或寵物。但大多數方案不是沒有透露充電功率,就是充電功率只有2W至3W,往往還沒有下文。

例如,2018年2月,美國華盛頓大學的研究團隊曾表示,成功在4.3米長的距離進行了激光無線充電實驗,但接收端收到的功率卻只有2W。

以色列Wi-Charge公司曾經多次向外公布同名的紅外激光無線充電技術。到2017年8月,每個激光發射器可以和10米內的3件設備配對,但每件設備的充電功率亦只有3W至4W。

2016年10月,俄羅斯的「能源」火箭航天集團公司,更曾經在莫斯科市郊的兩棟大樓之間成功進行實驗,利用激光為1.5公里之外的手機充電1小時,但卻沒有透露功率。

坦白說,筆者相當懷疑,這些透過光束傳送的「真無線充電」技術,是否真的能夠同時兼顧到安全性和高功率。

因為不論是激光束還是LED光束,即使是高度聚焦,都會隨着傳送距離而出現能量衰減。而以「真無線充電」的訴求來說,至少也要有數米的有效傳送距離,才算有意義。此外,還有接收端的光電轉換效率問題。這就難免要用相當高的功率來產生光束。

但另一方面,要避免傷及人類和寵物的眼睛和皮膚,光束又不能太強。這兩個矛盾的要求實在很難調和。這還未計算產品價格(包括發射器及接收端),實際充電和耗電的功率差距是否合理,以及光線只能直射,容易有死角或者被遮擋等其他問題。

沒有快充 消費者未必接受

筆者估計,這些透過光束傳送的「真無線充電」技術產品即使最終真的能夠投產面世,其實際充電功率(接收端)也相當有限,未必能夠超越現時無線充電板,只是在受電設備的移動性方面較為優勝。

最大的疑問是,若激光充電技術只是「真無線充電」,但沒有快充,消費者是否願意接受?

或許,應用於耳機、智能手表、藍牙音箱等還可以,但成本價格也有疑問。要應用於智能手機甚或手提電腦,相信市場很難受落。

如果好像俄羅斯的能源火箭航天集團公司般,計劃應用於無人機、太空船和軍事等用途,那或許可以毋須考慮安全限制和成本效益問題。

據悉,業界正在研究的無線充電技術大約有6種,當中較多人看好的是「磁共振」技術。因為相對「電磁感應」技術來說,「磁共振」的有效充電距離較長、充電功率較高,還可以支援一對多的無線充電。但暫時來說,似乎還沒有很多支援這技術的產品推出。

薛偉傑

[薛偉傑 科技觀潮]

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