无线充电技术的研究与应用.doc

无线充电技术的研究与应用一、背景通常电能的传输主要是通过导线进行的。对电器设备中的蓄电池充电，一般是通过电流电压变换控制电路和插头、插座等接口的物理连来实现的。这种电能传输方式在进行大功率充电时存在高压触电的危险，且在水下，采矿，化工等对防水，防爆要求很高的环境下，这种连接容易受到腐蚀、水、灰尘和污物的影响，使得系统的安全性、可靠性及使用寿命较低，且极易引发事故，极大地限制了恶劣条件下电能的传输。无接触能量传输技术正是为了弥补这些不足而发明的一种基于高频逆变技术和磁耦合技术的新技术。近年来，无接触能量传输技术受到了国际上学术界和工程技术界的广泛瞩目，已经在集装箱起重机，传送设备，深海采油，地下采矿，水下机器人，医疗等领域得到了广泛的应用。二、国内外研究现状无线电能传输技术（Wireless Power Transfer Technology）又称无接触电能传输（Contactless Power Transmission，CPT）技术早在1890年，著名电气工程师（物理学家）尼古拉特斯拉(Nikola Tesla)就已提出。无线充电技术的研究应用涉及领域广泛，传输功率相差较大，小到用于生物移植的几十毫瓦、小型设备几十瓦的功率，大到电动汽车或运动机器人的上千瓦功率以及磁悬浮列车应用的上兆瓦功率。2007年，MIT(Massachusettes Institute of Technology 美国麻省理工学院）无线传能实验中发射谐振器和接收谐振器是半径为3mm的铜线缠绕5.25圈、线圈半径300mm、高度200mm，具备分布式电感和电容特性的线圈型谐振器，实验测得其谐振频率为9.90MHz。在谐振器距离2m传输时传输效率约为40，距离为1m时传输效率可高达90。用两米外的一个电源，“隔空”点亮了一盏60瓦的灯泡。如图1所示。2008年12月17日成立无线充电联盟（Wireless Power Consortium），2010年8月31日，无线充电联盟在北京正式将Qi无线充电技术引入中国。无线充电技术采用统一的工业标准，未来几年，手提电话、PMP/MP3播放器、数字照相机、手提电脑等产品都可以使用全新的低能耗、高兼容的相同的无线充电器。图1 MIT用无线传输点亮2m外的60W电灯2008年8月，Intel西雅图实验室的Joshua R.Smith研究小组基于磁谐振耦合无线能量传输技术开发出可为小型电器充电的无线传能装置能够实现在1m距离内给60W灯泡提供电能，效率可达75%。如图2所示。图2 Intel西雅图实验室现在1m距离内给60W灯泡无线供电图3 美国匹兹堡大学孙民贵教授的体内无线传能实验美国匹兹堡大学孙民贵教授所领导的课题组对体内植入电子器件的无线传能进行了深入研究，他们采用薄膜型螺旋线圈谐振器，实验中在20cm传输距离时传输效率可达50%。如图3所示。2009年，德州仪器（TI）和Fulton（eCoupled技术）公司合作开发电源芯片用于控制非接触式充电。Fulton公司与TI在CES2009上展示了一款专为iPhone打造的无线充电器，但前提是iPhone必须使用改装后的专用电池。如图4所示。WildCharge公司也已经开始销售一些无线充电设备。如图5所示。 图4 CES2009 Powermat展出的无线充电板2010年1月，在美国CES展览会上，海尔公司推出了“无尾电视”。如图6所示。 图5 正在为摩托罗拉的RAZR手机充电的WildCharge 图6海尔公司推出了“无尾电视”2010年，日本富士通公司利用磁谐振无线电能传输技术实现为一个以上的设备充电。实验结果显示无线传输距离大约在15厘米左右，而且对多个设备充电时，设备相对于充电器的位置没有任何限制。采用这项技术研制的充电系统所需要的充电时间只有当前的一百五十分之一。如图7所示。图7 日本富士通公司演示无线电能传输技术实现为一个以上的设备充电2010年中国CE创新设计盛典上，戴尔展示了一台无需电源的笔记本电脑LatitudeZ，据报道，这是全球第一台配有无线感应充电基座的笔记本电脑。如图7所示。图8 戴尔展示了一台无需电源的笔记本电脑LatitudeZ2010年11月，英国HaloIPT公司在伦敦宣布，利用其最新研发的感应式电能传输技术成功实现了为电动汽车无线充电。日本也在进行这方面的研究。英特尔计划在2013年下半年将自己的无线充电技术带入新的Ultrabook当中，并称该技术为WREL(Wireless Resonant Energy Link)。除了Ultrabook之外，英特尔还计划将这项技术用到基于英特尔芯片的智能手机上。该技术以超级本为充电源，配置了相关软件以及传输发射器。英特尔表示，这种方式可以降低功耗，当然对于用户来说，“方便”则是最大的吸引力。如图8所示。图8 英特尔推无线充电技术或成为超级本新标准香港城市大学电子工程学系许树源教授在早几年曾成功研制出“无线电池充电平台”，需要产品与充电器接触，它主要利用的是近场电磁耦合原理。哈尔滨工业大学朱春波教授采用直径50cm螺旋铜线圈串接电容的方式构成谐振器，实现在0.7m距离时传输23W的能量，在传输距离为55cm时负载电压获得最大值，其最高传输效率接近50%。如图9所示。 图9 哈尔滨工业大学的无线传能装置 图 10 重庆大学研制的6001000W无线电能传输装置重庆大学自动化学院孙跃教授带领的课题组，攻克了无线电能传输的关键技术难题，建立了完整的理论体系，研制出的无线电能传输装置能够输出600W至1000W的电能，传输效率为70%，并且能够向多个用电设备同时供电，即使用电设备频繁增减，也不会影响其供电的稳定性。如图10所示。香港理工大学傅为农教授带领的课题组对感应耦合无线电能传输技术和磁谐振耦合无线电能传输技术进行了深入的研究，并对两种无线电能传输方式进行了比较。他们采用平面薄膜谐振器，实验中，在发射谐振器和接收谐振器相距20cm时，传输效率为46%，谐振频率为5.5MHz。然而如果利用感应耦合无线电能传输方式实现相同的传输效率，传输距离在0.5cm之内。华南理工大学张波教授带领的课题组从电路角度分析谐振耦合无线电能传输系统传输效率与距离、线圈尺寸等之间的关系；设计制作了多组不同线圈参数的谐振耦合电能无线传输装置，进行比较实验，以实现谐振耦合无线电能传输系统优化的目标；设计频率跟踪系统，解决了谐振耦合电能无线传输中由于谐振频率失谐带来的传输效率低下问题。在2010中国消费电子展（CCEF）上，深圳市启欣科技有限公司展示的一款新型手机无线充电器，利用的也是电磁感应原理。该款无线充电器在接收端接入AD-DC转换电路，向对码成功的手机提供5V直流电压，能量传输效率达到70%，并用异物检测、过流保护等功能。据悉，参加中国电子展的多家手机厂商及运行商等，都对这一可以解决充电器接口不统一问题的无线充电平台表示出浓厚的兴趣。Powermat公司在2009年10月份发布了几款无线充电器系列产品，该系列产品主要由底座和无线能量接收器组成，其中底座部分采用了超薄型设计，而系统中的通用能量接收器则可与被充电设备连接在一起。除了通用接收器之外，Powermat公司还专门为iPhone，iPod，任天堂游戏掌机，黑莓手机等产品设计了专用的无线能量接收器的无线充电器。如图11所示。体内诊疗方面，主要有日本的东京大学、东北大学、武藏工业大学、美国的密苏里大学哥伦比亚分校等等，国内的重庆大学、上海交通大学、浙江大学等都在进行感应式无线能量传输技术的研究。国内南京航空航天大学航天电源实验室也对电动汽车的无线能量传输技术的几种模式进行了研究。无线充电技术被用于太空发电。太空发电站。该太阳能电站将电能通过无线传输方式传递给空间飞行器或地球表面用户。如图12所示。多方角逐无线充电标准无线充电联盟：据预测，到2016年，全球无线充电市场产值可能达到270美元，未来无线充电技术将会像蓝牙一样普及。 图11 Powermat公司为手机开发的无线充电器 图12 天空发电站三、无线充电的主要几种方式目前无线电力传输领域已经出现了几种相对成熟的技术方案。其一是电磁感应式，这也是目前最为常见的无线电力传输方式，通过发射端和接收端的线圈相互感应产生电流，从而实现电力传输；其二是电磁共振式，这是一种目前正在研究中的无线电力传输方式，其原理是将能量发送和接收装置调整到相同的频率或者特定的频率上实现共振，从而在它们之间实现能量的彼此交换；其三是无线电波式，这也是一种技术相对成熟的无线电力传输方式，其原理与早期使用的矿石收音机相类似，即利用微型高效接收电路捕捉从障碍物反射回来的无线电波，然后将之转化为稳定的直流电压。1.电磁感应方式无线充电是一种有关生活方式的科技成就，就像蓝牙和Wi-Fi无线上网，它将会从根本上改变人们的生活方式。图13 电磁感应无线充电原理框图无线充电的基本原理：利用电磁感应原理进行充电的设备，类似于变压器，在发送和接收端各有一个线圈，发送端线圈连接有线电源产生电磁波信号，接收端线圈感受发送端的电磁信号从而产生电流给用电设备。如图13所示，无线充电技术需要两个设备：RX(接收装置，就是需要充电的产品)，TX（发射装置）。电流流过线圈会产生磁场。其他未通电的线圈靠近该磁场就会产生电流。无线充电应用了这种称为“电磁感应”的物理现象（左）。将可与磁场振动共振的线圈排列起来，可以延长供电距离（右）。如图14所示。图14 “电磁感应”的物理现象示意图图15 电磁感应无线充电产品示意图图16 无线充电的应用事例电磁感应方式，送电线圈与受电线圈的中心必须完全吻合。稍有错位的话，传输效率就会急剧下降。如图17、18所示靠移动送电线圈对准位置来提高效率。图17 松下的无线充电板图18 日立的无线充电板目前，市场上支持无线充电的智能手机和充电器大部分都符合总部位于美国的业界团体“无线充电联盟（WPC）”所制定的“Qi”规格。Qi源自汉语“气功”中的“气”，无线充电方式包括“磁共振”及“电波接收”等多种方式，Qi采用的是“电磁感应方式”。通过实现标准化，只要是带有Qi标志的产品，无论是哪家厂商的哪款机型均可充电。如图19所示。图19 “无线充电联盟（WPC）”产品展示英国HaloIPT公司在伦敦利用其最新研发的感应式电能传输技术成功实现为电动汽车无线充电。在展示过程中，该公司将电能接收垫安装于雪铁龙电动汽车车身下侧，这样电池就可以通过无线充电系统进行无线充电。如图20所示。图20 英国HaloIPT公司在伦敦展示的电动汽车无线充电器如图21所示，是无线充电电动牙刷产品和原理示意图。如图22所示，是一种无线充电器发送和接收原理电路图。 图21 电动牙刷无线充电示意图2.磁共振方式磁共振方式的原理与声音的共振原理相同。排列好振动频率相同的音叉，一个发声的话，其他的也会共振发声。同样，排列在磁场中的相同振动频率的线圈，也可从一个向另一个供电。当两个装置调整到相同频率，或者说在一个特定的频率上共振，它们就可以交换彼此的能量。相比电磁感应方式，利用共振可延长传输距离。磁共振方式不同于电磁感应方式，无需使线圈间的位置完全吻合。如图14和图22所示。2010年9月报道，富士通的无线充电技术利用磁共振在充电器与设备之间的空气中传输电荷，线圈和电容器则在充电器与设备之间形成共振。富士通表示这一系统可以在未来得到广泛应用，例如针对电动汽车的充电区以及针对电脑芯片的电量传输。采用这项技术研制的充电系统所需要的充电时间只有当前的一百五十分之一。目前，日本计划在2012年设置充电网点。图22 磁共振方式无线充电技术应用示意图2010年9月报道，富士通的无线充电技术利用磁共振在充电器与设备之间的空气中传输电荷，线圈和电容器则在充电器与设备之间形成共振。富士通表示这一系统可以在未来得到广泛应用，例如针对电动汽车的充电区以及针对电脑芯片的电量传输。采用这项技术研制的充电系统所需要的充电时间只有当前的一百五十分之一。目前，日本计划在2012年设置充电网点。3.无线电波方式无线电波发射原理无线电波是由开放电路发射出去的。在实际应用中常把开放电路的下端跟地连接，常叫做地线，线圈上部接到比较高的导线上，叫做天线。天线和地线形成了一个敞开的电容器，电磁波就是由这样的开放电路发射出去的。电视发射塔要建得很高，是为了使电磁波发射得较远。实际发射无线电波的装置中还需要在开放电路旁加一个振荡器图23 无线电波发射示意图电路与之耦合，如图23所示。振荡器电路产生的高频率振荡电流通过L2和L1的互感作用，使L1也产生同频率的振荡电流，振荡电流在开放回路中激发出无线电波，向四周自由空间辐射。2008年，Powercast公司表示，其研制的微型高效接收电路，可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波能量，在随负载作出调整的同时保持稳定的直流电压。只需一个安装在墙身插头的发送器，以及可以安装在任何低电压产品的“蚊型”接收器，Powercast解决方案就可以将无线电波转化成直流电，在约1米范围内为不同电子装置的电池充电。如图24所示。 图24 Powercast的无线充电平台 图25 日本的龙谷大学的无线充演示模型4.微波和激光的无线能量传输技术微波无线能量传输技术目前尚处于研发阶段，其技术优点是成本较低，技术瓶颈是效率太低，而且容易发热，损坏设备。日本的龙谷大学发布了一项技术成果：移动式无线充电系统，使用的频率为2.45GHz的微波。但是实验并不是用实车进行的，而是用的一个警车模型，通过微波送电，点亮了行驶中的模型警车的警灯。如图25所示。2009年，Lasermotive使用激光二极管，在数百米的距离传输了1千瓦以上的功率，打破了多项世界纪录，并赢得了美国航空航天局（NASA）的大奖。4、 无线充电技术对比分析现在研究较多，技术较为成熟的充电方法主要包括电磁感应方式、无线电波方式和点磁共振方式，这几种方法工作原理、传输功率大小、传输距离、传输效率和适用条件相差很大，如表1所示，对几种方法做了一个对比分析。所以科研人员在开发实用电子产品时，必须根据产品的具体工作条件和环境等进行折中，选择合适的无线传输方法，方能设计工作可靠、高效、低成本电子产品。表1 几种无线充电技术的对比技术种类传输功率传输距离特点电磁感应几瓦几百千瓦1cm被充电线圈必须置于充电器附近，终端产品中的次级线圈和电路之间必须进行屏蔽，充电电器必须具备对充电产品进行识别的能力，否则会向周围任何金属产品产生能量传输，导致发热产生危险无线电波上百毫瓦约10m传输功率小，无法在短时间内完成手机等电子产品的充电任务；效率低，发射器发射的大量功率以无线电波的形式被浪费掉电磁共振几千瓦34m必须对所用频率进行保护五、基于射频能量收集无线充电器的研究与应用1.项目需求为确保110kV高压输电线路的安全运行，需要在水电线路使用寻线机器人，各种状态检测的传感器，需要从110kV高压输电线路获取小功率供给寻线机器人、智能传感器系统。要求必须建立无线传能、充电系统，以提供控制系统必须的能量。2.方案论证在电力传输中，为了保证输电线路的安全与畅通，必须定期检查输电线路。电力线路由于是野外，远距离、环境复杂多变，受四季气候、雨雪天气影响，高电压环境，人工定时检查不仅耗时、费力，维护人员更加不安全，这些因素大大增加了维护成本。运用寻线机器人自动巡检输电线路，清除线路冰雪或异物，不仅安全而且效率高。与此同时，可以在高压输电线路上适当的位置安置特殊的传感器，将反映高压输电线路的状态、物理姿态等物理量随时传输到电力指挥、监测中心，可以快速、及时发现电力系统的故障、或潜在的因素，确保输电线路的运行安全更加有保障。输电线路寻线机器人、传感器都需要能量供给。由于传感器量大面广，寻线机器人分布在高电压的输电线路上，若要人为定期给它们充电或者更换电池耗时、费力耗资巨大。若能从高压输电线上获取电能为它们供电，意义非常重大。通电线圈周围能产生磁场，通过电磁感应原理，就可以在单根高压传线上获取电能，将此电能经过变换、稳压后给寻线机器人供电。由于传感器所需能量非常小，又不能直接运用电磁感的方法给它供电，但是若将电磁感应产生的部分电能，通过整流变换成直流稳定电压，然后再定向发射射频给远处（几米或几十米外）的传感器，在传感器上集成射频能量接收器，从而将射频能量转换成电能，为传感器提供微能量，以便于传感器获取与传输数据。将高压线路上获得的电能经过变换，通过电磁感应或电磁辐射从而从根源上解决了无线传感器的供能问题。通过上述的分析，几种无线电能传送技术中，无线电波式，适用于较远距离的应用，且更加适合于无线传感器等微功耗器件。3. 射频能量收集应用框图如图26所示，是高压输电线路自动监测系统原理框图。两根红色金属导线是110KV/50Hz高压交流电力传输线，正常工作时其上有交流电流流动，利用电流互感器可以从电力传输线中获得电能。图26 高压输电线路自动监测系统原理框图图中标1的部分是自动寻线机器人，寻线机器人正常工作时所需直流电能只能来自输电线。互感器从电力传输线中获得的电能通过变换电路将其变为机器人工作时需要的功率和稳定的直流电压值。寻线机器人可以在电力上的线上行走，所以必须保证电磁耦合器在连续正常获取电能的同时，还能在电力输电线上灵活移动。图中标2的部分是无线电能发射器。图中标3的部分是无线传感器，传感器工作和传输数据时所需直流电能也来自电力输电线路。无线电能发射器首先通过电磁互感器从电力传输线中获得电能，通过变换电路将其变为一定功率和某稳定电压值的直流，再通过高频振荡电路变换成微波向10m外的传感器定向发射电磁波。无线传感器中包含一个微波接收部分，定向接收无线电能发射器从空中传过来的电能，并将其整流转换成稳定的整流电压储存到传感器的储能器中，器中还应包含微能量的收集、储存和管理电路。本系统的关键技术就在于耦合器和远距离无线电能传输电路的设计。六、射频能量收集技术能量采集是实现低功耗电子器件(如无线传感器)长期免维护工作的一项关键技术。通过捕获环境中的多余能量(如照明、温差、振动和无线电波(射频能量)，完全可以让低功耗电子器件正常工作。在这些微功率能源中，来自射频发射器的能量具有独特的优势，包括随距离变化可预测和一致的功率，从而允许能量采集器远离能源的束缚。环境射频能量如今可以从全球数十亿个无线发射器获得，包括移动电话、手持无线电设备、移动基站以及电视/无线广播台等。捕获这类能量的能力有助于创建新的无电池设备，并允许电池供电设备通过无线方式实现点滴式充电。除了环境射频能量外，还有一种方式是使用专门的发射器发送功率，这能使无线电源系统提供更多能量和更高性能的微能量电源。在许多应用中这是首选的解决方案，但是，系统成本比较高。政府法规一般将使用免许可频带的无线电设备输出功率限制为4W有效全向辐射功率(EIRP)，就像射频标签(RFID)询问器那样。作为对比，基于模拟技术的早期移动电话的最大发射功率为3.6W，而Powercast公司的新款TX91501发射器功率也为3W。环境射频(RF)能量采集有个明显吸引人的地方，即收集的是完全“免费的”能量。虽然具有这种能力的设备在充电时可以移动，但许多射频能量采集方案要求使用指向已知能源(如移动基站)的定向天线。在移动电话领域的应用前景是能够收集足够多的环境射频能量来与移动手机的待机功耗相匹配。如果可能的话，那么移动电话将具有连续的待机能力，而不仅仅是几天时间。虽然这种特殊应用目前还不现实，但许多系统级要素的汇集正在推动适合其它应用的环境射频能量采集方案。这些要素包括低功耗元件不断普及、有更多的发射器作为能源、无源射频采集器的射频灵敏度提升以及低等效串联电阻(ESR)双层电容(也称为超级电容)的推广。诸如微控制器等低功耗电子元件的制造商正在不遗余力地降低元件功耗，同时提高性能。来自这些公司的数据手册和其它行销广告都在有意宣传几个纳安级的待机电流，以及能够从电压不到1V的电池进行升压的片上DC/DC转换器。其它元件(如传感器等)被越来越多地设计成有助于降低总体系统功耗的无源器件。这对无电池设备来说尤其重要。通过实时能量采集，无电池设备可以连续运转，但如果能量太低，就必须先储存起来，直到足够维持一次工作周期。随着元件功率水平的降低，由能量采集技术供电的系统可以工作得更加频繁。无线电发射器的数量，特别是用于移动基站和手机的发射器数量正在不断增加。据ABI Research公司和iSupply公司估计，移动手机用户数量近期已经超过50亿，ITU估计其中有10亿多是移动宽带用户。此外还有众多的Wi-Fi路由器以及诸如笔记本电脑等无线终端设备。在一些城市环境中，有可能检测到数百个Wi-Fi接入点。在短距离范围内，比如同一房间内，可以从发射功率为50mW至100mW的典型Wi-Fi路由器中收集到微小的能量。在更长距离的情况下，需要使用具有更高增益的更长天线才能真正收集到来自移动基站和无线广播塔的射频能量。2005年，Powercast公司在距一个小型5kW AM广播电台1.5英里(大约2.4公里)的地方成功演示了环境能量采集的实现。无源射频接收器或射频能量采集器件(如Powercast公司的P2110 Powerharvester接收器)工作时的射频输入电平要大于等于-11dBm。提高射频灵敏度允许在距射频能量源更远的距离范围内实现射频至直流(RF/DC)电源转换，但随着距离的增加，可用功率将降低，充电时间将延长。低漏电流的能量存储技术非常重要，特别是在输入功率非常低时，这样才能最大限度地减小采集到能量的损失，使能量采集过程尽可能高效。射频能量采集器的一个重要性能是在宽范围的条件下正常工作的能力，包括输入功率和输出负载电阻的变化。例如，Powercast的射频能量采集元件无需额外的耗能电路来实现最大功率点跟踪(MPPT)，Powercast元件可以在很宽的工作范围内保持较高的射频至直流转换效率，因而具有跨应用和OEM设备的扩展性。能够适应多频带或宽带频率范围并且支持自动频率调谐的射频能量采集电路可以进一步提高输出电能，也因此能扩展移动性，简化安装。Powercast元件采用标准50输入阻抗设计，不仅有利于缩短设计时间，而且支持使用现成的天线。图27显示了Powercast P2110 Powerharvester接收器在多个频段的性能，包括中心频率为915MHz的工业-科学-医疗(ISM)频段。图27 P2110 Powerharvester模块在三种ISM频段工作时射频输入功率与转换效率的关系能量采集技术捕获到的能量有几种存储方式，包括传统的可再充电电池、新兴的薄膜电池和超级电容。在过去20年中，锂(锂离子)电池、镍氢电池(NiMH)和薄膜电池都有了长足的发展。随着能量密度的提高和封装尺寸的缩小，这些产品已被成功地用于长时间地维持微功率传感器设备运转。这些产品的缺点是，就像一次性电池那样，可再充电电池也有有限的寿命和充电次数，最终必须要更换。这正是许多行业需要考虑和研究能量采集与替代性能量存储方案(如超级电容)的原因。在过去10年中业界开发出了低ESR的EDLC（电化学双层电容器）电容。这种电容能够在高脉冲功率应用中的接近5V电压条件下提供数安的电流。这种EDLC电容体积小，ESR值低(2Om至50m)，容量大(6.8mF至1F)，额定工作电压范围是2.5V至20V。这些电容可以提供许多应用要求的数安培的高电流脉冲，比如无线条码扫描机、智能抄表系统以及许多类型的GSM/GPRS蜂窝应用。这些低ESR元件现在还设计用于微功率能量采集系统等新兴应用，因为它们具有两种独特性能：低漏电流和低ESR。现在这些电容已经代替其它电容或其它小型电池成为这类应用的首选。例如AVX公司的BestCap元件就具有低ESR、低漏电流和高电流脉冲特性，非常适合环境能量采集使用。它们不仅具有很小的ESR值，而且具有不到几个微安的低漏电流。图28是EDLC电容的横截面图。从图中可以看到两个由电解液包围着的纳米颗粒活性碳层，电解液中间则有一个“隔离”层。这两个碳层与集电极相接触，并由集电极将电流输送到外部。这两个碳层由两个串联电容组成，因此命名为双层电容或DLC。由于电容内的电荷载体实际上处于离子态，因此使用了术语电化学DLC(或EDLC)。这张图也显示了简单的原理，其中电荷主要集中在集电极-碳接口。电容(C)直接正比于有效面积(A)，并反比于这些电荷(或C a A/d)之间的隔离距离(d)。双层电容的正负电荷之间的间距在纳米范围，这正是EDLC电容容量如此大的原因(因为这个间距要比静电电容的电荷间距小好几个数量级)。图28 电化学双层电容(EDLC)的横截面图基于含水电解液的BestCap器件使用质子(一种最小的离子)作为电荷载体。与使用较大离子的其它超级电容技术相比，这种电容设计方法可实现每单位有效面积更低的ESR。由于其自身设计实现了更小的漏电流，BestCap架构也具有更高的可靠性。这种技术还可以在相同封装内构建不同的电容，最终能够在同一封装尺寸下灵活地实现不同的额定电压。这种封装内部不需要外部平衡。环境中的无线电波数量非常庞大，特别是在人口稠密的城市内，而且频率范围越来越大，功率水平越来越高。如果这种自由流动的射频能量能够被有效和高效地采集，那么这些无线电波就能够成为一种独特且广泛可用的