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摘要

隨著無線電能傳輸（WPT）技術的發展與成熟，在人工智能、物聯網等技術的推動下，其應用場景已從單一的能量供給，向滿足智能無人系統、車網互動等新興需求的智慧交互方向轉變。該轉變對能源系統提出了超越傳統能量供給的智慧化與網絡化要求。然而，以供電為中心的傳統WPT系統（WPT 1.0），因其感知盲目、交互缺失等固有局限，已難以支撐新一代智慧能源協同的需求。為此，該文提出并系統地定義了“智慧交互式無線電能傳輸（I2WPT）”的核心概念框架，以探索WPT技術范式從以供電為中心向以交互為核心的演進路徑。I2WPT將傳統的單向能量供給系統，升級為具備“感知-通信-計算-控制”全鏈路閉環能力的新一代信息物理系統。該文將從概念內涵與價值、系統構建的關鍵挑戰、分步實現的技術路徑以及廣闊應用前景四個維度，對I2WPT進行系統性闡述。

引言

當前全球正經歷系統性變革，以“碳達峰、碳中和”為目標的能源革命與以“萬物互聯”為核心的數字革命相互融合，正重構未來技術體系與產業生態。該變革要求能源體系向著更靈活、高效且與信息流深度耦合的方向演進，新型供能模式與技術路徑亟待探索。在此趨勢下，具備非接觸、高靈活性與易于部署等特性的無線電能傳輸（Wireless Power Transfer, WPT）技術應運而生，并因其在未來動態、智能化用能場景中的潛力而備受關注。

為突破現階段WPT 1.0的系統性架構限制，本文提出“智慧交互式無線電能傳輸（Intelligent & Interactive Wireless Power Transfer, I2WPT）”概念。 I2WPT并非對前者技術路線的線性延伸，而是系統性架構的演進，其核心是將以單向能量傳輸為主的供電系統，演進為融合感知、通信、計算與控制能力于一體的智慧化信息物理系統。此智慧化演進的本質在于，將系統從單向、被動的能量流拓展為雙向的能量與信息流，并具備實時響應、主動優化、自主決策與協同控制能力的智慧閉環系統。換言之，該智慧化演進要求WPT系統不僅是被動供能終端，而是具備認知與響應能力的“智慧體”。

本文中“智慧”一詞代表著更深層次的認知和決策能力，以表達 I2WPT 系統在復雜環境中的自主決策與優化能力。“智慧交互”不僅指系統的基本感知與反饋能力，還特別強調系統在面對復雜環境時，能夠通過自主決策與優化并不斷提升性能，達到類似生物體的智慧特征。本文選擇“智慧”而非“智能”，是希望突出I2WPT系統在信息流與能量流的雙向交互中，所展現出的高度自適應性與自主決策能力。

圍繞I2WPT的系統架構，本文將構建相對完整的研究框架，重點討論以下四個方面：①從概念層面厘清其提出的背景與技術價值；②分析構建過程中面臨的關鍵科學與工程挑戰；③根據技術儲備提出分階段實現的技術路徑；④探討其在未來交通、低空經濟、智慧醫療等復雜應用環境中的潛力。本文旨在為WPT技術范式向以交互為核心演進提供一種理論視角與實現藍圖。

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智慧交互式無線電能傳輸系統

1.1 I2WPT系統的定義

WPT 1.0階段的技術體系局限于單向能量傳輸，常見的應用場景包括消費電子設備供能和電動汽車靜態充電。該階段系統雖然可實現穩定的能量傳輸，但缺乏感知與自適應調節能力，難以適應動態環境和多設備協同的需求。與之相比，I2WPT提出“智慧交互”架構，融合感知、通信、計算與控制等技術手段，賦予系統自主決策與自適應優化的能力，使其在復雜應用場景中仍能保持高效運行。通過雙向能量流與信息流的交互，I2WPT不僅突破了WPT 1.0在動態環境中的技術瓶頸，并使系統能夠根據實時變化靈活調整，從而支持更加復雜的任務需求，如無人機集群充電管理、自動駕駛電動汽車的動靜態無線充放電等。

I2WPT被定義為一種智慧化信息物理系統，面向動態化、復雜化、網絡化應用場景，以能量流與信息流的并行協同與深度交互為核心特征，如圖1所示。其核心特征是“感知-通信-計算-控制”完整全鏈路閉環。其名稱中“I2”并非兩種基礎核心：“智慧”（Intelligent）與“交互”（Interactive）的簡單加和（1+1），而是通過兩者之間的深度融合與相互賦能，實現系統能力的指數級提升。其中，“智慧”體現為系統對外部輸入的感知，并基于歷史數據進行用戶行為分析，以及預測與自主決策的能力；“交互”體現為系統與設備、環境、云端進行雙向信息與能量交換的能力。

圖1 智慧交互式無線電能傳輸系統

與WPT 1.0階段的系統架構相比，I2WPT的本質進化在于，其系統架構從單一的物理能量系統，轉變為融合信息流與物理實體的智慧系統。在該新架構下，能量的傳輸不再是被動或預設的，而是由實時感知信息驅動的主動規劃與動態調度過程。相應地，信息通道的地位也從簡單的功率協商輔助鏈路，轉變為驅動系統實現感知、決策與控制的核心要素，與能量通道形成緊密的耦合關系。

1.2 I2WPT系統的核心特征

I2WPT系統的智慧化能力具有以下核心特征：

1）自適應功率調節：I2WPT系統通過集成傳感器與狀態感知模塊實時采集用電設備的荷電狀態、工作溫度、位置變化等關鍵指標，并據此動態調整輸出功率與工作頻率等關鍵參數。在保障充電安全的同時優化系統效率，并有效延長設備電池壽命。

2）多設備協同管理：面向自動化倉儲、無人機集群等典型多設備無人值守場景，I2WPT系統具備識別異構設備標簽，并解析設備的運行狀態與賦權任務優先級。通過并行供能、輪轉調度或分時分配等運行策略，系統動態分配功率資源與按需分發能量，實現穩定高效的多設備無線電能傳輸，提升系統自治水平和作業效率。

3）能量及信息雙向交互：I2WPT系統通過能量與信息協同傳輸機制，實現能量流與信息流深度耦合的智慧交互體系。在此范式下，能量與信息不再是主從關系，而是對等的協同伙伴：雙向的能量通道支持靈活的充放電管理，而雙向的信息通道則負責實時交換感知數據與控制指令。通過能量與信息的“同頻共振”，建立從數據輸入到能量輸出的全流程閉環，使系統實現基于實時狀態的自主決策與精準執行。

4）數據驅動的預測優化：I2WPT系統通過整合歷史充電記錄、設備運行日志等多源異構數據，并借助人工智能算法構建基于用戶行為的功率需求預測模型。通過識別用戶行為模式預測功率需求趨勢，實現從被動響應到主動規劃的轉變，提前規劃調度，規避高負載沖突。

5）全周期狀態監控與安全保障：I2WPT系統通過多重監控機制實時感知溫升異常、位置偏移、異物介入等異常狀態，并引入金屬異物檢測、活體檢測等運行策略，融合先進算法，實現全周期風險防控、故障預警與策略修正，保障系統運行的魯棒性與安全性。

1.3 I2WPT系統的關鍵技術

I2WPT作為一種新型的無線電能傳輸系統架構，涉及多個復雜技術領域，其實現依賴跨學科的技術集成，特別是在感知能力、數據處理與決策控制等方面，面臨諸多挑戰。以下是I2WPT系統的關鍵技術：

1）多傳感器融合與系統感知能力：為提升I2WPT系統的感知能力，需要對多類型傳感器數據進行處理。為確保數據的高精度與可靠性，需要解決不同類型傳感器的輸出格式差異問題，確保信息的有效融合。此外，如何避免冗余信息、提升數據準確性以及確保系統能夠在復雜環境中穩定運行，是I2WPT系統的關鍵挑戰之一。可引入冗余設計與自適應算法，通過提高傳感器網絡的魯棒性和實時性，進一步優化系統的感知能力和運行穩定性。

2）高效的通信與計算架構：I2WPT系統需要滿足低延遲、高帶寬的通信要求，以實現各傳輸節點之間快速的數據傳輸和能量流動。如何在資源有限的邊緣節點上實現高效的計算與數據處理，是I2WPT系統的關鍵挑戰之一。為應對多設備協同工作時海量數據處理壓力，可通過優化通信鏈路和采用邊緣計算以滿足高效的實時數據處理需求。同時通過將復雜的計算任務分配給云端，在邊緣節點上進行基礎數據處理和初步分析，可有效減輕單一節點的負擔，提升整個系統的響應速度和計算能力。

3）自主決策與自適應控制：I2WPT系統需具備自主決策與自適應控制能力。通過集成先進的控制算法，使得系統能夠根據實時環境與任務需求進行動態調整。系統根據傳感器提供的實時數據，做出關于功率調節、頻率選擇、負載適配等方面的自主決策。該自主決策過程要求系統不僅要實時評估不同設備的需求，還要協調多設備之間的能量分配與調度，以確保各個設備在合適的時機獲得適配的能量。如何設計高效的多節點協同控制算法，避免系統的計算瓶頸，是I2WPT系統的關鍵挑戰之一。

4）系統的魯棒性與抗干擾能力：當I2WPT系統面臨例如電磁干擾、設備偏移、負載波動等干擾源時，如何確保系統輸出特性穩定，是I2WPT系統的關鍵挑戰之一。通過引入自適應補償技術和多傳感器融合技術，I2WPT具備在環境變化時及時調整控制策略的能力，避免系統性能的顯著下降。此外，引入多通道反饋機制，使系統在面對干擾時具備自我修正能力，是提升系統抗干擾能力的重要途徑。

5）硬件架構與成本控制：隨著系統復雜度的提升，I2WPT的硬件組成涉及多種傳感器、計算模塊和通信模塊等。如何在保證系統性能的前提下，降低硬件的成本和部署復雜性，是I2WPT系統的關鍵挑戰之一。通過模塊化設計與標準化接口，可有效解決上述問題。通過開發可復用、可維護的模塊化系統組件，可顯著降低硬件成本，減少系統部署和維護的難度。同時，采用低功耗、高效率的硬件設計，可以進一步控制系統的部署成本。

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I2WPT系統的關鍵問題

I2WPT的工程化落地，其核心挑戰在于如何在保障技術先進性的同時，實現系統在真實復雜環境中的可靠性、經濟性與安全性，如圖2所示。其不僅要求在物理層攻克動態環境下的抗干擾與魯棒性技術瓶頸，還需要在系統層解決由新增的感知、通信、計算模塊所帶來的成本控制、數據管理和信息安全等一系列新問題。更進一步，技術的最終成功還有賴于可持續的商業模式探索、開放統一的標準建立以及多學科融合的產業生態培育。

圖2 I2WPT的關鍵問題

I2WPT技術的推廣應用面臨多個非技術因素的影響。首先，政策導向和政府支持在推動該技術商業化方面具有重要作用，尤其是在能源政策和智能制造等領域的支持。其次，用戶的接受度和市場需求直接影響I2WPT的市場滲透率。為推動該技術的普及，須加大教育與推廣力度，特別是在家庭和商業領域的應用。與此同時，市場競爭和商業模式也是決定該技術能否大規模應用的關鍵因素。最后，相關標準和設備間的互操作性問題，亟須政府和行業共同努力推動標準化進程，確保技術的無縫連接與廣泛應用。

2.1 系統的抗干擾能力及魯棒性

在電動汽車動態充電、無人機自主補能等復雜且動態變化的應用場景中，I2WPT系統須具備強抗干擾能力及魯棒性。當前WPT 1.0階段的系統由于缺乏有效的自適應反饋能力與多通道反饋機制，當面臨設備偏移、負載突變、異物介入、外部電磁干擾等擾動因素時，系統的傳輸效率和功率穩定性易出現大幅度波動甚至中斷，并制約了其在對可靠性要求較高的作業任務中的應用。因此，需重點研究基于人工智能的魯棒控制理論與自適應補償拓撲，并引入基于多傳感器融合的實時監控機制，以實現對系統異常狀態的早期識別和響應。同時，結合自主故障診斷與快速恢復策略，確保系統在動態、非理想條件下的高可靠性運行。

2.2 規劃與部署及成本控制

相較于WPT 1.0，I2WPT系統因集成感知、通信與計算模塊，其架構復雜度和建設成本顯著增加。尤其在城市交通、工業物流等大規模應用中，高昂的顯性成本（硬件、安裝）與隱性成本（運維、升級）成為制約其商業化落地的關鍵障礙。因此，如何精細權衡系統性能、可靠性與全生命周期成本，是實現其可持續工程應用的核心。建立標準化的成本效益評估模型，并發展可復用、可維護的模塊化設計與部署體系，是推動I2WPT規模化應用的重要前提。

2.3 數據管理與信息安全

作為以數據驅動的智慧系統，I2WPT的運行依賴對海量、異構數據的實時處理，以實現精準的功率控制、健康管理與故障預測。數據密集型特性導致了算力需求與安全防護的雙重挑戰。一方面，它對資源受限的邊緣節點算力構成嚴峻考驗，亟須輕量化人工智能算法及“終端-邊緣-云端”協同計算架構予以應對；另一方面，系統交互涉及充電行為、位置軌跡等高度敏感信息，必須構建覆蓋“終端-邊緣-云端”的多層級安全體系，集成加密通信、細粒度訪問控制與隱私保護等機制，以抵御潛在的數據泄露、篡改及網絡攻擊風險。

2.4 商業模式與可持續運營

I2WPT的規模化應用，不僅是技術問題，更是商業模式的創新問題。當前，高昂的前期投入與不確定的投資回報是其商業化面臨的主要矛盾。化解該矛盾的關鍵在于，推動運營理念從傳統的銷售硬件設備向提供能源服務轉型。例如，在公共服務領域，運營商可通過收取充電服務費、參與電網輔助服務或提供數據增值服務來構建多元化盈利模式。在工業領域，則可通過服務訂閱式運維的打包方案，降低用戶初次投入門檻并創造持續性收入。

2.5 統一標準和互操作性

雖然現有的WPT標準已覆蓋基礎電氣特性，但它們遠不能滿足I2WPT在復雜信息交互與智能控制層面的需求。然而，智慧層標準的缺失，導致不同廠商的設備在感知、通信與協同等高階功能上無法互聯，形成事實上的信息孤島，嚴重阻礙產業生態的健康發展。因此，亟須構建一套開放、統一的智慧化協議體系，該體系需全面覆蓋感知數據格式、雙向通信協議、協同控制接口及網絡安全機制。推動產業鏈上下游協同制定該標準體系，是打破軟硬件接口壁壘，實現高階互操作性、系統安全性與部署效率的基礎。

2.6 多學科融合與產業生態

I2WPT的實現是典型的系統工程，其成功取決于電氣、通信、計算、人工智能及材料科學等多學科的深度融合。然而，不同學科間固有的技術目標、評價體系的差異會形成學科壁壘，導致在系統架構設計與接口標準制定上難以協同對齊。該壁壘阻礙了系統架構設計與接口標準的協同優化，導致研發資源集中于局部技術突破，難以實現系統全局最優。因此，推動產業從單點突破向系統性創新的轉變至關重要，其關鍵在于建立支持跨領域協同的通用技術框架與開放產業生態，以促進知識共享與技術融合，為I2WPT的持續演進提供土壤。

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I2WPT的可實現路徑與未來應用前景

3.1 I2WPT的可實現路徑

構建完整的I2WPT技術體系并非孤立技術的簡單疊加，而是遵循嚴謹的系統工程邏輯，即在系統內部構建完整感知、認知與決策的智能控制閉環，該路徑可分三階段遞進實現，如圖3所示。

圖3 I2WPT的實現路徑

階段一為物理狀態感知層構建，旨在實現物理世界的數據化。此階段通過向WPT系統部署溫度、位置及電流多模態傳感器，并集成邊緣計算模塊，構建高精度物理狀態感知層，其目標是為上層智慧決策提供可靠、高保真度的數據輸入，構成I2WPT智慧化實現的物理基礎。

階段二為數字孿生與狀態感知，旨在實現從數據到信息的轉變。基于底層感知數據，通過在線監測與參數辨識算法，構建與物理實體實時同步、模型參數動態更新的數字孿生體。此階段的核心是實現從原始數據到系統狀態感知的轉換，為后續的精準控制與優化決策提供精確的模型支撐。

階段三為通信交互與閉環控制，旨在實現從信息到行動的閉環。此階段致力于建立統一、安全、高效的通信協議，打通終端、邊緣、云端之間的信息鏈路。在此基礎上，云端或邊緣側人工智能模型的全局優化決策通過低延遲控制鏈路下達，最終形成從物理世界感知、數字世界認知到最優決策并反作用于物理世界的全流程智慧閉環。

由于本文為前瞻性研究，尚未開展具體實驗，采用假設性模擬數據來支持技術分析。根據現有文獻和技術推演，設定了以下假設數據：

1）在靜態工作場景下，I2WPT系統的功率傳輸效率大于或等于95%。

2）在動態工作場景下，I2WPT系統的功率傳輸效率大于或等于90%。

3）在系統響應時間方面，I2WPT系統能夠在負載變化、設備位置偏移或其他因素的影響下，通過調整逆變器的頻率和占空比，保持穩定的輸出特性，響應時間小于或等于200 ms。

4）作為進入5G+甚至6G時代的技術，在復雜電磁環境下，I2WPT系統的信號丟包率應與通信標準一致，即小于或等于0.01%。

3.2 智慧化驅動下的場景拓展應用

構建I2WPT系統的意義不僅限于技術層面的創新，更旨在推動WPT技術的范式革新，即從單一的能量傳輸工具，向綜合性的能量信息智慧平臺轉變。該演進有望突破WPT 1.0的應用邊界，使無線充電的應用形態從終端接入的離散模式，向區域覆蓋的網絡化服務轉變，從而為一系列戰略性新興產業提供關鍵技術支撐。

3.2.1 技術目的

當前無人飛行器商業化部署的核心瓶頸在于其有限的續航能力，頻繁地人工介入進行充電或更換電池，嚴重制約了作業的連續性與自主性，并導致運營成本高昂。針對此瓶頸，I2WPT可通過在城市樓宇、路燈桿等基礎設施上部署分布式補能節點，構建無人飛行器自主運營網絡。其關鍵優勢在于，I2WPT不僅是充電設施，更是能量與信息交互的關鍵樞紐。無人飛行器在補能的同時，可通過高帶寬信道回傳高清視頻等載荷數據，并接收動態任務指令，從而實現無人系統從獨立飛行器向網絡化運行節點的根本性轉變，構建高效自主的低空經濟體系。

3.2.2 驅動超級高鐵：實現千公里時速下的連續供能

以超級高鐵為代表的超高速軌道交通旨在實現超越民航客機的地面運行速度，是未來交通的顛覆性技術。然而，在超千公里時速的極端工況下，傳統接觸式或常規非接觸式供電方案均面臨效率、穩定性與安全性的嚴峻挑戰。I2WPT的大功率動態供電方案為此提供可行方案，通過沿線部署可分段、分時激活的MW級供電模塊，為列車提供不間斷的動力。此場景的實現極度依賴I2WPT超前的感知預測與μs級的快速響應能力，系統需實時預判列車位置，并瞬時完成通道切換與功率調節，以匹配極端速度下的動態耦合與負載變化。因此，具備預測性控制能力的I2WPT系統是保障此類顛覆性交通方式安全運行的核心使能技術。

3.2.3 重塑智慧醫療：構建智慧的生命數據總線

新一代主動式植入醫療器件（如腦機接口、神經刺激器）正向智能化、復雜化發展，導致其功耗顯著增加，如果傳統植入醫療器件依賴電池更換，不僅限制設備壽命，更迫使患者接受周期性創傷手術，增加風險與負擔。I2WPT不僅可為植入器件提供安全、無創的長期能量支持，更能利用其高可靠性的信息傳輸能力，在患者和醫療機構間構建一條無形的生命數據總線。海量高保真的生理數據（如神經元信號）可被實時采集與回傳，為精準診斷和個性化治療提供依據。此外，I2WPT還能為可吞服式體內微型機器人（如可吞服醫療機器人）提供精準定位、無線供電與雙向通信，保障其在消化道等復雜環境中的高效運行，為微創診療、遠程監護等前沿方向提供新技術方案。

3.2.4 適用于極端環境：部署無人系統的能源綠洲

對于地外、深海、核禁區等人類難以直接到達的極端環境，無人探測器的長周期、高強度作業能力受限于其機載電池容量，同時，物理充電接口在宇宙塵埃、高壓、強輻射等條件下存在失效風險。I2WPT的無物理接觸特性可應對上述挑戰，通過預先部署由太陽能電池供電的I2WPT，可構建能長期自持運行的能源綠洲網絡。無人探測器能根據任務需求和自身電量，自主規劃路徑并前往補能，從而擺脫電池容量的物理束縛，實現長期駐留和連續作業，有效擴展人類科學探索邊界。

3.2.5 革新未來出行：構筑智慧無線電能傳輸云網

隨著電動汽車的大規模推廣，充電便利性與電網可承載能力成為制約其可持續發展的關鍵瓶頸。同時，隨著無人駕駛出行場景的興起，對電動汽車充電過程提出全流程自動化的要求，通過在停車位、道路交叉口與高速公路行車道上分布部署I2WPT充電節點，并將其接入統一的云端管理平臺，以構建可感知、可通信、可調度的“智慧無線電能傳輸云網”。該網絡可實時識別目標車輛的身份、位置、電量和運行意圖，并結合電網負荷、電價、交通路況等多維信息以及調度算法，為電動汽車動態規劃最優的充電節點與時機，提供無感、高效、個性化的能量補給服務。依托I2WPT的雙向能量和信息傳輸能力，該云網具備組織海量電動汽車參與電網的輔助服務能力，實現車網能量互動。通過I2WPT將規模化電動汽車集群轉化為分布式儲能系統，支撐區域級供電優化與可再生能源消納，推動出行系統與能源系統的深度融合與協同進化。

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發展趨勢與展望

I2WPT作為傳統WPT技術的范式革新，其未來發展不僅是技術層面的單點突破，更標志著系統架構設計與認知模型構建的根本性轉型。其功能定位將不再局限于單一的能量傳輸，而是成為未來智慧社會運行體系中的關鍵賦能節點。

4.1 從單點供電向遠距區域覆蓋演進

當前WPT技術的工程化應用主要集中于基于近場磁耦合的中短距離點對點場景，其傳輸距離與耦合機構直徑的比值即距徑比通常較小（＜1:2），此約束構成應用范圍的核心物理限制。然而，在電動汽車動態充電或無人機跨區域作業等新興場景中，設備與供能線圈間存在顯著的位置偏移與距離變化。現有近場技術方案難以在此類遠距離或弱耦合條件下維持高效率、大功率的能量傳輸，無法滿足工程需求。因此，未來首要的技術趨勢是突破傳統的路徑依賴，探索多樣化的物理機制以攻克超高距徑比下（＞5:1）的高效能量傳輸難題，將WPT的有效作用范圍從近場向中遠場拓展。

為實現上述目標，需通過多技術路徑協同突破。其一，在基礎物理層面，利用超材料透鏡等新型磁場調控技術，實現能量的定向聚束與投射；其二，在能量載波層面，探索毫米波或激光等新型傳輸方式，通過波束成形技術構建遠程方向性高的能量傳輸鏈路，并克服能量衰減與生物安全限值等技術瓶頸；其三，在接收與轉換層面，開發面向微弱能量的寬帶、多頻段能量捕獲技術，以確保在動態、寬頻、弱耦合的復雜條件下完成高效能量轉換。上述技術趨勢的最終目標是在特定空間內構建可控能量覆蓋區域，顯著緩解設備在續航方面的約束，使I2WPT節點成為能源互聯網中按需供給的關鍵基礎設施。

4.2 從單一功能向智慧節點融合

WPT 1.0階段的系統本質上是功能單一的能量傳輸裝置，其通信能力通常僅限于低速率的功率協商，無法支撐復雜的協同任務。在物聯網、大數據與新一代通信基礎設施日益普及的背景下，I2WPT必須從能量孤島向智慧城市和工業4.0等體系融合。演進的核心在于將I2WPT單元從被動的供能末端重塑為具備原生能量信息融合能力的智慧節點，實現從被動響應到主動服務的躍遷。

為實現上述轉變，需要在硬件和軟件層面進行系統性升級。硬件層面需集成支持多協議棧的多模通信模塊，并配備相應的傳感與計算單元；軟件層面則需建立統一的能量與信息協同傳輸協議，并內嵌任務導向的人工智能算法，實現對網絡中能量流與信息流的全局規劃和動態調度。I2WPT智慧節點將徹底改變用戶體驗和應用模式：在消費電子領域，設備可基于用戶習慣和場景需求，無感、智能地按需補能；在電動汽車領域，車輛能依據路況、電價、電網負荷等多維信息，自主決策最優充電策略；在工業與醫療場景，智慧化的能量節點將支撐高密度的設備部署與靈活的服務調度。

4.3 從孤立設備向能量服務網絡轉變

當前已部署的WPT產品多為零散的孤立設備，彼此缺乏邏輯關聯與系統級協調。上述孤島式的部署模式無法進行全局資源優化，在智能倉儲中智能推搬運機器人（Automated Guided Vehicle, AGV）集群運行、城市級充電網絡等動態高密度場景中，易造成資源瓶頸與效率損失。因此，推動I2WPT從孤立設備向能量服務網絡轉變，是其規模化應用的必然趨勢，該網絡化演進旨在將分散的智慧節點互聯，形成可管控、可優化的整體。

實現以上轉變需要多項關鍵網絡技術的支撐，首先是面向大規模節點動態接入的低延遲網絡路由協議，以確保網絡的穩定性與可擴展性。其次是分布式多智能體協同控制算法，使網絡中各節點能自主協商并優化面向多移動目標的能量供給任務，避免單點故障和決策瓶頸。最后是建立云邊端協同的體系架構，由云端負責長周期、全局性的策略優化，邊緣節點負責區域內、ms級的實時調度，終端負責本地執行，形成高效的分布式服務機制。該趨勢將WPT的服務模式從設備對設備的靜態服務，徹底轉變為網絡對全域的動態服務，用戶或設備只需接入該網絡即可按需獲取能源，其關注點將從能量的物理來源轉變為服務的可獲得性，為用電即服務的落地和未來能源系統的形態重塑奠定基礎。

4.4 由供能工具向智慧基礎設施轉變

長期以來，WPT系統僅被視為被動性的供電裝置，其功能局限于能量供給本身，不具備主動判斷或任務參與能力，該定位使其在新應用場景中僅能扮演輔助性的外圍部件。未來的核心演進之一，是推動I2WPT從供能工具到智慧基礎設施的根本性角色轉變，即從單純的能量供給者，變為任務的參與者和協作者。

技術上，上述轉變要求I2WPT節點嵌入邊緣計算能力與任務導向的人工智能算法，使其具備數據處理、任務識別與策略執行等智能體能力。此類嵌入式智能體不再局限于優化充電行為本身，而是服務于其所在的更高階系統。例如，在智慧物流場景中，充電節點在為機器人供能的同時，還能通過集成視覺或無線射頻識別傳感器識別貨物狀態，并與倉儲管理系統實時交互；在智慧醫療場景中，體外供能設備在為植入體供能時，還能初步分析回傳的生理信號，進行異常事件的早期預警。通過上述方式，I2WPT融入智能任務鏈，成為連接物理世界與數字空間的關鍵橋梁，是構筑未來智慧城市與數字社會關鍵支撐的新型基礎設施。

4.5 從單一標準向智慧標準體系與綠色生態演進

目前，WPT的標準體系主要集中在基礎的電氣特性與物理層互操作性，但對于智慧化所必需的高層通信協議、感知數據結構、協同控制接口和網絡安全機制等關鍵要素，尚缺乏統一規范。智慧化標準的缺失導致技術孤島和廠商鎖定問題，嚴重阻礙產業生態的健康發展和規模化推廣。因此，未來的發展必須優先解決標準的統一問題，推動產業界、學術界與監管部門協同，建立開放、統一的全球化I2WPT標準體系。

該標準體系應具備分層架構設計，不僅兼容現有物理層標準，更需清晰定義應用層和控制層的智慧交互協議，通過標準化接口與數據規范，確保不同廠商、不同場景下的設備實現無縫的智慧互聯與協同工作。統一的智慧化標準將促進產業協作，降低研發制造成本，并加速WPT節點的網絡化部署，最終形成的立體化、廣域化的能源網絡，可與新型電力系統高效智慧互動，通過引導海量移動儲能單元在電價低谷或綠電富余時充電，在高峰時段反向饋能，實現城市級的負荷調節與可再生能源消納，從而顯著提升能源系統的可持續性，為可持續發展的智慧能源生態和綠色城市建設提供堅實的支撐。

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結論

本文系統地探討了WPT技術向智慧化演進的方向與可能的技術路徑。研究表明，以功率和效率為核心的WPT 1.0架構，因其在感知、交互與動態適應性方面的固有局限，已難以滿足未來智能系統對能源供給網絡化、智慧化的新興需求。為應對上述挑戰，本文嘗試構建了“智慧交互式無線電能傳輸”（I2WPT）的核心概念框架。該框架旨在為WPT技術從單一的能量傳輸工具，向具備感知、通信、計算與控制閉環能力的新一代信息物理系統的演進提供一種可行的思路。通過對關鍵挑戰的梳理與漸進式實現路徑的探討，本文旨在為I2WPT的后續研究與工程探索提供初步的路線參考。

展望未來，I2WPT所展現的價值遠不止技術自身的迭代，它所代表的能量與信息深度融合的范式，有望成為連接能源革命與數字革命的關鍵橋梁。在未來出行、低空經濟、智慧醫療及極端環境探索等前沿領域，I2WPT有望從單純的供能設備，發展為參與任務協同的智慧基礎設施，為支撐下一代能源互聯網與智能社會扮演關鍵角色。當然，I2WPT從概念走向現實仍面臨諸多挑戰，本文提出的框架僅為初步探索，未來研究仍需在核心器件、協同控制算法、網絡安全及統一標準等方向持續深入地攻關。隨著多學科交叉研究的深入與產業生態的成熟，智慧交互式無線電能傳輸技術能夠在構筑可持續與智慧化未來的進程中，發揮其重要作用。

致謝：感謝團隊成員燕雷雷、候墨楚、張世欣、公昊等的協助以及審稿專家對本文提出的寶貴建議。

作者簡介

• 楊慶新，教授,博士生導師,研究方向為工程電磁場與磁技術。

  E-mail：qxyang@tjut.edu.cn

• 王奉獻 ，博士研究生，研究方向為無線電能傳輸技術。
  

  E-mail：fx-wang@outlook.com

• 張 獻，教授,博士生導師,研究方向為無線電能傳輸技術,工程電磁場與磁技術。

  E-mail：zhangxian@hebut.edu.cn

• 章鵬程，講師，研究方向為無線電能傳輸技術。

  E-mail：pczhang@tsinghua.edu.cn

本工作成果發表在2026年第9期《電工技術學報》，論文標題為“ 無線電能傳輸的智慧化演進 ”。本課題得到國家自然科學基金、河北省中央引導地方科技發展資金、河北省高等學校科學研究項目合作專項、河北省燕趙青年科學家項目和河北省省級科技計劃的支持。

引用本文

楊慶新, 王奉獻, 張獻, 章鵬程. 無線電能傳輸的智慧化演進[J]. 電工技術學報, 2026, 41(9): 2879-2889. Yang Qingxin, Wang Fengxian, Zhang Xian, Zhang Pengcheng. Intelligent Evolution of Wireless Power Transfer. Transactions of China Electrotechnical Society, 2026, 41(9): 2879-2889.

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