【台北例會】無線充電新趨勢
紀錄者：鄔怡然/ 陳怡彣
【前情提要】
讓一條線消失能產生多大的商機？
自有電子產品以來，無論裝置大小，連接電器與插座的電線已不可或缺的存在，離不開「線」已經成了一種習慣。無線充電技術的願景是創造一個沒有電線的世界，這將是一項改變人類生活習慣的科技革命；當無線充電裝置被普遍使用，從產品設計、消費型態乃至全面性的服務將被徹底改變，這些改變處處充滿商機。
據IHS Technology研究報告估計，2018年「無線」商機將上看80億美金！從穿戴式裝置、物聯網、智慧環境、電動汽機車各產業都積極發展無線充電技術，目前全球的無線充電三大陣營WPC、PMA和A4WP正透過標準制定、大量佈建，積極拉攏各家電子、電信大廠，企圖在這個80億美元的市場占得一席之地。從行動通訊、家電用品、交通運輸等專業領域市場來看，離無線化聽起來似乎還有些距離。但星巴克及麥當勞已加入PMA的無線陣營，IKEA的家具設計也成為WPC陣營盟友，「無線設備」全面進入我們的生活還需多久呢？當技術面的問題被解決，應用性的服務商機將隨之而來。
【講者簡介】
黃國展Tank，曾歷經過多樣的工作型態，從電子零件的業務銷售人員、電子產品技術服務人員、韌體研發工程主管、專案經理、到成立電子產品設計服務公司。參與過無線通訊模組、電池系統、太陽能逆電器、系統控制模組、工廠生產線設計與規劃、電力線通訊等研發工作，利用控制器替客戶開發電子產品的設計服務，超過十年的時間。近年鑽研於無線充電系統開發已經四年有餘，今年於HTC在台北舉辦WPC大會中發表演講，講題：FOD Calibration in the Production Process。
Tank投入無線充电領域已四年有餘，言道：「今年是無線充電元年。」四年前他向客戶介紹無線充電無人聞問；三年前有些許客戶聽說過無線充電；直到去年客戶發現無線充電可能是未來趨勢，到今年則是客戶主動向Tank詢問無線充電相關技術與產品。無線充電的未來不僅在於手機產品和移動裝置，它將改變我們生活中使用東西的方式，包括消費型產品和工業型產品以及周邊環境，本次例會也許能夠打開我們對無線充電的想像力。
【現場實錄】Part1「無線充電最重要的切入點：防水」
無線充電帶來的改變在哪裡？Tank認為無線充電最重要的切入點就是所有的東西開始防水。未來智慧型家庭等場景的構想就是任何手持式設備可以在各種環境下使用，正如某熱水器廣告展示的那樣，在洗澡時隨時可以用遙控器調節溫度，達到最舒適的水溫，那麼遙控器就必須為防水型。而設備需要線與插口的兩個原因為：1.傳輸部分，未來會逐漸被雲端、藍芽等傳輸方式取代；2.充電部分，過去設備防水是用橡膠墊填充縫隙，但橡膠會隨時間推移而老化、膠化，以及在使用過程中出現問題，但若無限充電將充電孔、橡膠墊取代後，就能做到真正防水，屆時一邊泡浴池一邊使用電器產品亦無不可。
【現場實錄】Part2「無線充電三大關鍵：安全性、相容性、效率」
無線充電是可以快速充電的方式之一，但Tank又打比方說，以目前的技術，在房間上方安裝一個發射器，可以覆蓋房間內所有可無線充電設備，但導致的結果是居住在這個空間的人，因大量的無形輻射，將對人類的生理有巨大的影響，因此，「安全性」是無線充電發展首要關注與克服的問題。正如曾有人提出利用衛星將太陽能轉化發射給地球上的所有設備提供電能，但這既是能源但同時也成為了武器。所以，Tank認為除非有技術上的革新突破，否則目前想要實現突破空間限制的“邊移動邊充電”尚無法實現。
【現場實錄】Part3「無線充電三大標準：WPC/PMA/A4WP 」（註1）
WPC(Wireless Power Consortium)在2010年8月制定完成Qi无线充电国际标准，到目前為止有217家公司成為WPC的會員，745件WPC認證的產品。以Tank個人角度觀察，現在以及未來，以WPC標準勝出的機率會最高。A4WP(Alliance for Wireless Power)主要技術支持的廠商之一是Intel，A4WP的技術可以不考慮對位方式，即隨便放於發射器上即可充電，所以安全性上可能存在問題。還有一項標準為PMA(Power Matters Alliance)，其聯盟的金頂電池（Duracell）（註2）專注於佈局無線充電發射器。WPC從功率5W開始，到即將發佈的中功率可達120W，逐級制定規範，未來目標到高功率2000W，即為電動汽車的功率；A4WP目前可支持到50W。可以預見，無線充電的普及會取代某一些產業，各國110V、220V的電壓差別將不會對跨國商務、旅行造成困擾。另外，WPC規範要求發射器接收器可以向下相容，如20W的發射器，可以為5W的手機充電，反之20W的平板電腦，放在5W的發射器上亦能充電。
【現場實錄】Part4「安全性的核心：FOD」
所謂FOD(Foreign Object Detection，異物偵測)功能，是指當使用者不小心在無線充電板的發射器與接收器中間有硬幣、戒指等金屬物品時，發射器能偵測到並停止送電，避免引發系統發熱或過載的情況。由於不同的標準運用的技術不同，WPC對應得的異物為硬幣、金屬首飾等金屬，A4WP對應的異物為金融磁卡、悠遊卡等。目前Tank的公司做了一個20W發射兼接收模組（註3）的實驗：20W的充電效率可達85.7%（未優化情況下），而目前5W規格的充電效率為70%，原理是在功耗一定時，在功率越大的系統裡，功耗所佔比例越低，而充電效率越高。
Tank做了一項實驗，把硬幣放在20W發射器和接收器之間，一分鐘內硬幣的溫度就不斷上升，在一分零三秒時達到100℃。所以，如果不考慮異物偵測，將存在很大的安全隱患。目前一般而言，無線充電的樣品均為實驗室完成後調整FOD的參數到最佳結果，但無法實現量產。如Tank展示的另一項實驗所示，一輛通過QI認證可提供手機無線充電的汽車上，將一枚硬幣放置在發射器接收器之間，理論上應該發射器能偵測到並停止送電，但實際上卻沒有，硬幣溫度持續升高。
FOD的方法很多，最簡單的一種是計算發射器與接收器的功率差，接收器將接收到的功率反饋給發射器，發射器以此判斷與接收器之間是否存在異物，發射器本身存在的偏移量也會影響偵測的結果，各個公司如何調整模組的參數就成為各個公司機密，Tank公司目前生產的模組就利用Components Database Analysis方法，可在一分鐘內校正一個模組的參數（有人提問一分鐘是否時間太長，Tank回答在量產時，可多個模組並行校正，達到量產的效率）。再利用QR code標示已校正模組，客戶可以掃描QR code並登錄帳戶和密碼在公司網站上查詢模組相關參數，以確保購買到正品。
【現場實錄】Part5「無線充電的現在與未來」
近年來，車上提供無線充電比想像中發展快速。Tank認為原因在於過去iPhone一家獨大時，汽車提供iPhone充電接頭即可，而現在智慧型裝置市場有了變化，因此車載無線充電則可提供不同裝置可以隨時在車上充電。
Tank公司也設計了定頻控制模組，確保按鈕型車用鑰匙與模組開啟的頻率之間有一定差距。目前，除了Apple，每個品牌推出過設計無線充電的手機，Samsung S6手機、Apple Watch、Moto 360等都實現無線充電內建。IKEA在北美已經推出無線充電的產品，無線充電可作為電源管制，導入付費模式，在日本的機場、法國網球公開賽也開始提供無線充電設備。
Tank與我們分享開展一幅豐富的無線充電藍圖：
（1）在美國，星巴克和麥當勞計畫加入PMA，在店內設置無線充電板，提供顧客在店內充電，可以通過使用者在門店的消費，如在收銀台付費後，手機感應充電ID，即可在享用咖啡時為手機充電。
（2）也有客戶希望電視基座裏放置無線充電發射器。
（3）筆記型電腦與平板電腦二合一的下一代產品，將結合物聯網，顯示屏幕部分可以取下成為平板電腦，娛樂休閒或成為控制家電的工具，當電量不足時，鍵盤部分可以提供快速無線充電。
（4）德國製造出第一台無線充電的工具機，30-40分鐘即可充滿電池。
（5）果汁機、麵包機、廚房爐台等等智能家電與物聯網結合，既可成為充電平台，又可智能控制。
（7）發熱衣（註4）如果可以無線充電，就可在水下使用。
（8）4G與無線充電是互動式教育的最後兩塊拼圖，平板電腦如何確保能夠使用6年甚至更久，接口插拔的損耗是一方面。
（9）如果我們有可穿戴式的安全設備，當災難發生時受困者可發出求援訊號和定位，以便施救。
（10）現在的電動車為集中式充電，即電量將用完後才充電；未來可以分散式充電，電動公車可以在乘客上下車時充電，這樣可以使現有電動公車上裝載的電池少1/3，電動機車可以在購物、吃飯等時候充電，也可預約充電。
無線充電在未來的應用，不只是無線充電領域的人創造出來，而是各行各業的人在他們的領域中思考聯想產生。
【現場實錄】Part6「Tank創業的經歷和故事」
Tank最後與大家分享了他的創業經歷和心得。他具有電子工程背景，先後從事電子零件銷售、技術支援、工程師等工作，累積了與客戶做技術溝通、產品生產與控制等經驗，之後進入無線通訊模組領域的創業。
Tank「把自己當品牌經營！」在每段職涯中累積實力、誠信待人，回過頭看他發現十年前認識的客戶，是他進入無線充電市場的貴人之一。找到自己的優勢與商業的模式，有多少本事就做多少事；學會包容領域間的不同思維，與之溝通；並用正向積極的心態看待創業，Tank笑說：「只要賺錢的行業就一定會有競爭，但也因為競爭，所以要想辦法做到頂尖、無可取代。」
創業是跟自己的馬拉松，比的不是曇花一現的爆發力，而是源源流長的恆心與毅力。
【Q&A】（T代表Tank回答）
1.調參數是指什麼參數？
T：在WPC架構下，未來是接收器與發射器能夠雙向溝通，目前為接收器向發射器報告接收到多少功率，所以主要是調接收器的received power參數，發射也要調整相關參數。
2.由於現在無線充電的環境對於半導體（IC）廠商還不成熟，所以他們還沒有太多關注於此，那麼當他們進入此領域後，你公司的優勢如何保持？
T：要做參數調整首先需要數據庫，IC廠無法提供，所以模組廠商需要知道如何設定，才能建立數據庫。另外無線充電需要考慮的兼容性更多，不同廠牌的元件、線圈，所需要調整的參數也要改變。IC廠其實對元件內部的具體參數是不熟悉的。
3.關於內部安放磁鐵存在什麼問題？
T：在WPC早期的架構中需要中間放置磁鐵來解決對位的問題，但從前年開始要求中間不能發磁鐵，因為會產生磁化作用並且降低無線充電的效率。
4.充電過程中中間沒有硬幣也會加熱嗎？功率損耗來自哪裏？
T：硬幣沒有在發射器與接收器中間便不會加熱，共振式變壓器其實在低功率時，如電動牙刷，金屬的影響很小，但隨著功率增大，異物影響成為一個安全問題。損耗三方面，線圈與線圈耦合效率為90%，能量轉換效率為90%，能量源頭輸入效率為90%，三者相乘約為70%。
5.對於機器本身為金屬材質的話，無線充電將如何突破？
T：Apple手機中間logo並不是金屬，重點是中間需要預留多少空間，因為金屬件是可以與內部無線充電組件共存，而金屬漆只要不造成渦流損就不會發熱。
6.半導體產商對線圈內部並未不夠瞭解，這會成為他們進入無線充電困難之一，是否如此？
T：WPC 很聰明，直接固定了線圈的架構，包括內徑、板邊、繞法、圈數等，全部定義好，標準化，這樣線圈的成本從2美金到今天的0.9美金，還在往下走。
7.防水部分，建議往什麼方向發展？
T：未來電子產品沒有防水不能生存，沒有插口之後就可以密封，產品耐用性可以提高很多。借鑑藍牙的經驗，無線充電接收器可做成內建。
8.發射器的線圈為定義好的，那麼接收器的線圈也是嗎？
T：WPC（QI）有各方面參數建議，但不像發射器的線圈為強制定義，考慮自己設計線圈成本較高，廠商會設計好，告訴你參數，使用就好。
9.為什麼說無線充電可以增加設備使用壽命？
T：充電插口的插拔是一種損耗，而周邊元件損壞的機率可以通過防水防撞降低。
10.不考慮無線充電，現有電動車充電的最大功率為多少？
T：大功率為2000W，因為要考慮供電的電力負載的問題。
註釋：
1.無線充電原理：一般而言，無線充電的充電器內有一線圈，並以交流電推動而產生交流電磁場，在用電裝置內有另一線圈接收交流電磁場，並轉化為電能，收到的電能被用作對裝置內的電池充電給對該裝置供電。目前的主要技術有兩種，一是通過磁共振原理（magnetic resonance）來傳輸能量，A4WP採用用該技術。另一是通過磁感應（magnetic induction）來分享電力，WPC與PMA基於此技術。
2.金頂電池，大陸稱為金霸王電池。
3.模組，指由數個具基礎功能的組件構成具完整功能的系统、設備或程序，廣泛用於各軟硬件。
4.發熱衣，一種救災時通過衣服所帶電能發熱保暖的衣服。