電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析

       極星輸配電網(wǎng)訊:在政府的大力扶持下，近年來新能源汽車發(fā)展迅速，越來越多的人開始選擇接受電動(dòng)汽車這種環(huán)保的出行方式。同時(shí)也被許多汽車廠家認(rèn)為是未來汽車發(fā)展的方向，而且都投入了大筆資金進(jìn)行研發(fā)。不過，由于充電問題的現(xiàn)實(shí)阻礙，一直以來還沒有得到充分推廣。
     我們知道電動(dòng)車最重要的部分莫過于電池和充電樁，由于技術(shù)瓶頸，短時(shí)間內(nèi)它們只能使用鋰電池，所以無線感應(yīng)充電樁變成了另一個(gè)研發(fā)重點(diǎn)。與有線充電樁相比，無線充電有多種優(yōu)勢(shì)，能夠順應(yīng)新能源汽車未來的發(fā)展趨勢(shì)。

　　Q1：無線充電有哪些方式？原理是什么？

　　A：常見的有感應(yīng)式，共振式和微波傳輸式等形式，都利用電磁感應(yīng)原理實(shí)際上現(xiàn)在劃分的無線充電類型有好些種，比如感應(yīng)式、共振式、微波傳輸式等等，不過總體來說，它們的基本原理都是一樣的，就是利用交變電磁場(chǎng)的電磁感應(yīng)，來實(shí)現(xiàn)能量的無線傳輸。

　　（1）感應(yīng)式的無線電能傳輸算是目前比較成熟的技術(shù)，很多手機(jī)無線充電、甚至我們常見的電磁爐就是利用的這種原理。由于數(shù)碼設(shè)備空間小，接收線圈也小，加上充電設(shè)備功率小，所以通常充電的距離近（甚至需要與充電座接觸），不過相對(duì)電磁輻射也小。

　?。?/span>2）共振式則是著名的麻省理工目前在開發(fā)的一類充電技術(shù)，說起來也不復(fù)雜，他們利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象，加上共振的原理，能夠提升無線充電的效率，共振傳輸?shù)木嚯x比普通感應(yīng)式更遠(yuǎn)一些，而麻省理工目前正在進(jìn)行小型化的研究——對(duì)于車長(zhǎng)好幾米的電動(dòng)車來說，這方面的技術(shù)壓力倒不是太大。

　?。?/span>3）微波傳輸此前更多出現(xiàn)在科幻電影或者小說里面，實(shí)際上它也是無線電力傳輸?shù)囊粋€(gè)很好的方式，只不過受到發(fā)送功率等方面的限制，并未大規(guī)模實(shí)用化。微波傳輸?shù)淖畲蠛锰幘褪莻鬏斁嚯x遠(yuǎn)，甚至可以實(shí)現(xiàn)航天器與地面之間的能量傳輸，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)定向傳輸（發(fā)射天線有方向性），未來前景值得期待。

　　Q2：無線充電的好處有哪些？

　　盡管無線充電樁的普及尚需時(shí)日，但是早已顯現(xiàn)出了眾多優(yōu)勢(shì)，比如安全性高、使用便捷、易于安裝等優(yōu)點(diǎn)。由于無線充電樁可采取分散布局的安裝方式，既可以減小對(duì)電網(wǎng)造成的壓力，也可以讓電動(dòng)汽車充電無需去固定的場(chǎng)所，自由度更高。

　　另外，無線充電在硬件方面的標(biāo)準(zhǔn)更容易統(tǒng)一，畢竟說服各家廠商把有線充電的接口都統(tǒng)一并不容易——在手機(jī)這方面就比較明顯，各家的充電器都不太一樣，但是無線制式卻只有那么幾種。

　　Q3：有待解決的問題有哪些？

　　A：傳輸效率，電磁兼容都是實(shí)現(xiàn)工程化需要解決的問題

　　傳輸效率是所有無線充電都面臨的問題，對(duì)于電動(dòng)車這樣充電功率更大的“電器”來說更是如此——電能首先轉(zhuǎn)換為無線電波，再由無線電波轉(zhuǎn)換成電能，這兩次轉(zhuǎn)換都會(huì)損失不少的能量——這與本身就是綠色、環(huán)保的電動(dòng)車來說，似乎顯得有些格格不入。

　　電磁兼容也是無線充電需要解決的技術(shù)瓶頸之一，眾所周知，電磁波很容易產(chǎn)生泄漏，當(dāng)大功率的車用無線充電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，也會(huì)對(duì)周圍的生物和電子設(shè)備產(chǎn)生影響，甚至?xí)：θ梭w健康，在大家談?shì)椛渖兊慕裉焓呛苊舾械脑掝}，所以這方面如何處理也是電動(dòng)車無線充電實(shí)現(xiàn)工程化需要解決的問題。汽車產(chǎn)品開發(fā)過程中，往往也會(huì)進(jìn)行電磁兼容方面的的測(cè)試，而無線充電技術(shù)顯然提出了更高的要求。利用封閉的自動(dòng)智能化車庫安裝無線充電設(shè)備是解決電磁兼容比較好的途徑，不過成本也確實(shí)不菲。

　　B：面臨電氣標(biāo)準(zhǔn)、輻射等方面問題

　　此外無線充電還是會(huì)面臨電氣標(biāo)準(zhǔn)等方面的問題，也有很多人對(duì)無線充電的無線充電輻射持懷疑態(tài)度，據(jù)悉，其實(shí)相關(guān)企業(yè)的無線充電設(shè)施早已通過EMF電磁輻射檢測(cè)，車內(nèi)、車前、車頭位置測(cè)試結(jié)果比世界衛(wèi)生組織所推薦的國(guó)際非電離輻射保護(hù)委員會(huì)ICNIRP1998和ICNIRP2010標(biāo)準(zhǔn)給出的安全限值27μT分別低409倍、138倍和3.8倍，對(duì)人體沒有任何危害。這些都需要工程師和汽車廠商需要去解決的，不過相信關(guān)鍵技術(shù)問題解決之后，這些問題在大趨勢(shì)下也會(huì)迎刃而解。

　　電動(dòng)車無線充電發(fā)展現(xiàn)狀

　　今年5月底，SAE發(fā)布電動(dòng)汽車無線充電標(biāo)準(zhǔn)后，在國(guó)內(nèi)外新能源汽車業(yè)界引起廣泛熱議。在做了充分的準(zhǔn)備和基礎(chǔ)技術(shù)研究后，中國(guó)自己的電動(dòng)汽車無線充電標(biāo)準(zhǔn)也正式起航。中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)8月24日召開《電動(dòng)汽車無線充電國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定啟動(dòng)會(huì)》，此次會(huì)議邀請(qǐng)了中興新能源等多家無線充電技術(shù)領(lǐng)域領(lǐng)先者共同參與，一同進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)編制。而這次國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定將為電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)提供導(dǎo)向作用，并加強(qiáng)行業(yè)管理與指導(dǎo)，進(jìn)一步推動(dòng)無線充電樁的普及和應(yīng)用，助力新能源汽車步入無線充電的時(shí)代。

　　從國(guó)外車企來看，特斯拉、沃爾沃、奧迪、寶馬、奔馳等傳統(tǒng)汽車都已經(jīng)開始研發(fā)或測(cè)試旗下電動(dòng)車的無線充電系統(tǒng)。全球通訊以及IT界的新貴們也將“觸角”伸向了電動(dòng)車無線充電的新領(lǐng)域。在無線充電的規(guī)劃和靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)充電的選擇上，國(guó)內(nèi)外車企則各有不同。

　　一、特斯拉——ModleS無線充電系統(tǒng)PluglessPower

　　特斯拉作為當(dāng)今電動(dòng)汽車廠商中的佼佼者，不僅旗下車型在續(xù)航里程與性能上走在了行業(yè)前列，更在車輛智能輔助駕駛、快速充電等科技、配套設(shè)施方面為其他廠商樹立了榜樣。在特斯拉發(fā)布MdoleSP100D、ModelXP100D兩款高性能車型之際，又有消息傳出特斯拉為ModleS推出了一套專屬的無線充電系統(tǒng)PluglessPower。

　　據(jù)了解，特斯拉與一家名為Evatran的無線充電供應(yīng)技術(shù)公司展開合作，研發(fā)出了一套專屬特斯拉ModelS的無線充電技術(shù)，這套無線充電系統(tǒng)的充電功率可達(dá)7.2千瓦，每小時(shí)為ModelS充入的電量可以提供32公里的續(xù)航里程，PluglessPower用的是電磁感應(yīng)式。

　　Evatran的無線充電系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成了類似掃地機(jī)器人的模塊形狀，使用時(shí)車主需將車輛停在該模塊上，此時(shí)固定在地面的充電模塊和車內(nèi)加裝的越16公斤的接收模塊便可以開始工作，為ModelS充入電能。

　　二、沃爾沃——利用道路進(jìn)行無線充電

　　沃爾沃的答案是利用道路進(jìn)行無線充電。在瑞典，沃爾沃集團(tuán)、瑞典電力公司Alstom、瑞典能源局正在共同合作測(cè)試?yán)霉方o電動(dòng)汽車充電，通過將兩個(gè)電源線鋪設(shè)在公路上，電動(dòng)車經(jīng)過時(shí)便可獲得電力供應(yīng)。這項(xiàng)技術(shù)的核心在于汽車得搭載集電器，集電器與公路上的電纜連接，利用直流電充電。汽車不必走在電纜的中央，但必須時(shí)速大于60公里。

　　沃爾沃已經(jīng)在瑞典的Hllered測(cè)試中心建立了一條1/4英里長(zhǎng)的軌道，用一輛卡車進(jìn)行測(cè)試。未來，當(dāng)電動(dòng)汽車需要充電時(shí)，必須安裝無線發(fā)射器讓道路感知，然后經(jīng)過加密信號(hào)激活充電功能。由于對(duì)速度有要求，沃爾沃的這一充電系統(tǒng)適合在高速路上實(shí)行，如果未來成真，人們出遠(yuǎn)門的時(shí)候就不用擔(dān)心電力問題。

　　瑞典也是歐洲首個(gè)大規(guī)模試驗(yàn)電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)的國(guó)家。參與測(cè)試的電動(dòng)汽車將達(dá)20輛，并主要用于市政活動(dòng)。所測(cè)試的電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)為電磁感應(yīng)式技術(shù)。目前關(guān)于電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。該測(cè)試項(xiàng)目受瑞典能源署資助，以期早日制定統(tǒng)一的歐洲標(biāo)準(zhǔn)。這也會(huì)給電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)帶來一定的推動(dòng)作用。

　　三、高通——Halo電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)

　　在2015年4月22日的FormulaE電動(dòng)方程式錦標(biāo)賽上，高通就展示了自己研發(fā)的Halo無線汽車充電技術(shù)。高通用作技術(shù)展示的車型是一對(duì)略有改裝的寶馬i8混合動(dòng)力汽車。

　　高通Halo部門高級(jí)副總裁GraemeDavison表示，公司對(duì)于感應(yīng)式充電的興趣原本集中在個(gè)人電子應(yīng)用上。他們位于瑞士的研究部門開發(fā)了一種高功率的感應(yīng)充電技術(shù)，但研究人員卻找不到它的用武之地。而如今被電動(dòng)汽車所采用之后，Halo所面臨的問題是這種原本為智能手機(jī)所構(gòu)想的技術(shù)能否在提高強(qiáng)度之后為汽車服務(wù)。

　　高通Halo的感應(yīng)充電系統(tǒng)工作原理

　　高通Halo的感應(yīng)充電系統(tǒng)實(shí)際上是個(gè)相對(duì)直接明了的構(gòu)想。想要了解它的工作方式，你首先可以想象出一個(gè)變壓器：它由兩個(gè)鐵氧體組成，兩者的旁邊還各有一個(gè)電線線圈。一般來講，這兩個(gè)部分是連接在一起的。交流電會(huì)在第一個(gè)線圈中被轉(zhuǎn)換成磁場(chǎng)，隨后再被第二個(gè)線圈轉(zhuǎn)換成直流電。而高通Halo卻將兩個(gè)鐵氧體分離開來，并讓系統(tǒng)跨越空氣間隔實(shí)現(xiàn)最大功率傳輸。

　　和智能手機(jī)一樣，汽車獲得無線充電的方式非常簡(jiǎn)單。你只要將車開到充電墊的正上方，當(dāng)充電線圈對(duì)齊之后，電流便會(huì)開始輸送到汽車當(dāng)中。如果汽車和墊子之間存在外來物體，系統(tǒng)還可自動(dòng)暫停充電。

　　我們都知道，手機(jī)無線充電的充電速度非常慢，那換到電池容量大得多的電動(dòng)汽車身上，充電速度會(huì)不會(huì)更慢呢？讓人意外的是，情況并非如此。實(shí)際上，傳導(dǎo)充電的效率和有線充電差不多。“由于交流電到直流電的轉(zhuǎn)換和充電接口的低效率等因素，傳統(tǒng)充電的充電效率大約是95%，”Davison說，“而無線充電目前是90%。”在使用這種技術(shù)時(shí)，充電速度的限制實(shí)際在于汽車能夠接受多少電能，而這套系統(tǒng)可兼容3.3kW（13A，220V）和6.6kW（20A，220V）兩種電源供應(yīng)。

　　Halo的無線充電器被放置在了車尾的位置，它看上去是一個(gè)比機(jī)頂盒稍大一些的金屬盒子，并連接著幾條橙色的電線。至于另一半的充電器，自然就在汽車的下方。感應(yīng)充電其實(shí)是可以作用于移動(dòng)中的車輛的，之前就有工廠使用這種技術(shù)來對(duì)機(jī)器人和貨車進(jìn)行充電。Davison表示，Halo目前已經(jīng)具備了半動(dòng)態(tài)充電的能力，可在最高30mph的速度下進(jìn)行電能傳輸。

　　近期，高通和全球領(lǐng)先的汽車座椅與電氣系統(tǒng)供應(yīng)商LearCorporation宣布，雙方已簽訂電動(dòng)汽車無線充電許可協(xié)議。Lear將在其產(chǎn)品組合中納入高通Halo電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)，支持插電式混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車制造商及無線充電基礎(chǔ)設(shè)施企業(yè)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)的商用。

　　四、不斷改進(jìn)的日系無線充電巴士

　　日本無線充電式混合動(dòng)力巴士：電磁感應(yīng)式，供電線圈是埋入充電臺(tái)的混凝土中的。車開上充電臺(tái)后，當(dāng)車載線圈對(duì)準(zhǔn)供電線圈后（重合），車內(nèi)的儀表板上有一個(gè)指示燈會(huì)亮，司機(jī)按一下充電按鈕，就開始充電。早在08年這種無需插頭與電源線且不直接接觸電源就能充電的新型混合動(dòng)力巴士15日在日本投入試運(yùn)行，它被用于東京羽田機(jī)場(chǎng)航站樓之間的旅客運(yùn)輸。

　　2016年2月2日，早稻田大學(xué)與東芝的研發(fā)小組宣布開發(fā)出了高級(jí)電動(dòng)公交車“WEB-3Advanced”，配備了無需連接電源線等即可遠(yuǎn)程供電的無線充電裝置和鋰離子電池。已從2月1日開始在川崎市殿町KingSkyFront地區(qū)和羽田機(jī)場(chǎng)周邊地區(qū)實(shí)施公路驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。

　　為了在“短時(shí)間、安全、不麻煩”的前提下完成高頻率充電作業(yè)，配備了東芝新開發(fā)的磁共振型無線充電裝置，還做了以下改進(jìn)：削減了空車重量和車輛初期成本、確保車輛空間、只需在駕駛席操作按鈕即可充電。

　　另外，本田的無線充電技術(shù)采用磁場(chǎng)共振式，當(dāng)發(fā)射端和接收端有著相同的共振頻率，就能傳遞能量。據(jù)本田宣稱，只要有80%的面積重合，就可以為車輛充電。因此對(duì)于位置要求相對(duì)低，且支持一對(duì)多充電。

　　五、中興——非接觸的電磁感應(yīng)方式

　　中興通訊的無線供電系統(tǒng)是通過非接觸的電磁感應(yīng)方式進(jìn)行電力傳輸。當(dāng)充電車輛在充電停車位停泊后，就能自動(dòng)通過無線接入充電場(chǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)，建立起地面系統(tǒng)和車載系統(tǒng)的通信鏈路，并完成車輛鑒權(quán)和其他相關(guān)信息交換。充電位也可以通過有線或者無線的方式和云服務(wù)中心進(jìn)行互聯(lián)。一旦出現(xiàn)充電和受電的任何隱患，地面充電模塊將立即停止充電并報(bào)警，確保充電過程安全可靠。最重要的是，無線充電系統(tǒng)在車輛運(yùn)行時(shí)完全不工作，即使車輛在上面駛過，或者在雷雨等惡劣天氣情況下，也能確保安全。

　　資料顯示，中興無線充電技術(shù)有四個(gè)方面優(yōu)勢(shì)：充電不占場(chǎng)地，全自動(dòng)無人值守，不增加車輛自身重量，良好的電池保護(hù)功能。一輛車充滿電量需要5～6個(gè)小時(shí)，一次充電車輛可以運(yùn)營(yíng)200多公里。

　　2015年2月12日消息，據(jù)路透社報(bào)道，中國(guó)智能手機(jī)制造商中興通訊的一名高管透露，公司計(jì)劃在今明兩年各投資15億元和20億元，共35億元研發(fā)汽車無線充電技術(shù)。中興通訊企業(yè)戰(zhàn)略部門主管GeorgeSun表示，公司已在國(guó)內(nèi)同20多個(gè)城市簽署協(xié)議，將為公共交通運(yùn)輸提供無線充電技術(shù)。Sun稱：“到目前為止，我們獲得了非常積極的回應(yīng)。公司為當(dāng)?shù)卣鉀Q了電動(dòng)汽車最為頭疼的充電問題?！?/span>

　　中興計(jì)劃在50-100個(gè)中國(guó)城市進(jìn)行無線充電技術(shù)的預(yù)商用嘗試。并且Sun表示，中興通訊正與幾家中外汽車制造商就無線充電技術(shù)車輛洽談合作，但拒絕進(jìn)行詳細(xì)說明。截至目前，在鄭州之外，中興新能源汽車在全國(guó)深圳、貴陽、襄陽等11個(gè)城市參與投資建設(shè)無線充電項(xiàng)目。

　　六、比亞迪——WAVE無線充電墊

　　比亞迪早在2005年12月就申請(qǐng)了非接觸感應(yīng)式充電器專利。在2014年7月賣給猶他大學(xué)一輛40英尺的純電動(dòng)巴士，這款巴士就裝配著最新的WAVE無線充電墊。

　　七、奧迪——可升降的無線充電系統(tǒng)

　　針對(duì)無線充電中存在的傳輸效率問題，奧迪提出了一個(gè)不同的解決方案，他們開發(fā)出了一種可升降的無線充電系統(tǒng)，其最大的特點(diǎn)就是可以讓供電線圈更靠近車輛底部的受電線圈，實(shí)現(xiàn)了超過90%的電力傳輸效率，這種方式能夠讓一些高底盤的SUV在充電時(shí)保證更好的充電效率。奧迪的無線充電技術(shù)僅需要用戶將停車位上安置一塊配置線圈和逆變器（AC/AC）充電板，并連接至電網(wǎng)，當(dāng)車輛停在電板上時(shí)，充電過程會(huì)自動(dòng)開啟。

　　這種充電的原理是充電板內(nèi)的交變磁場(chǎng)將3.3千瓦的交變電流感應(yīng)至集成在車內(nèi)次級(jí)線圈的空氣層中，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電流逆向并輸入到車輛的充電系統(tǒng)中。當(dāng)電池組充滿電時(shí)，充電將自動(dòng)中止。感應(yīng)式無線充電所需的充電時(shí)間與電纜充電所需的充電時(shí)間大致相同，而且用戶可以隨時(shí)中斷充電并使用車輛。

　　奧迪的無線充電技術(shù)效率超過90%，不受譬如雨雪或結(jié)冰等天氣因素的影響。同時(shí)，交變磁場(chǎng)只有當(dāng)車輛在充電板上方時(shí)才會(huì)產(chǎn)生，并且不對(duì)人體或動(dòng)物構(gòu)成傷害。未來利用感應(yīng)線圈的充電原理，奧迪電動(dòng)汽車不僅可以在駛?cè)胲囄缓笞詣?dòng)開始充電，甚至可以在設(shè)有感應(yīng)線圈的公路上，一邊行駛一邊充電。

　　總結(jié)

　　IT大鱷谷歌也正為無人駕駛汽車開發(fā)無線充電技術(shù)，在加州總部，谷歌已經(jīng)開始為原型電動(dòng)無人駕駛汽車測(cè)試兩套無線充電系統(tǒng)。

　　商業(yè)模式方面，中興通訊采取的主要策略是獲得地方特許經(jīng)營(yíng)權(quán)，再與整車企業(yè)合作開展無線充電業(yè)務(wù)。目前，中興通訊與東風(fēng)汽車聯(lián)合發(fā)布了三款無線充電新能源商用汽車，并在湖北襄陽啟動(dòng)新能源汽車大功率無線充電系統(tǒng)的公交商用示范線。

　　無線充電技術(shù)作為一種炫酷、便捷的充電方式會(huì)逐漸在電動(dòng)汽車搭載應(yīng)用，而電動(dòng)汽車的走俏也為無線充電技術(shù)開辟了新的市場(chǎng)商機(jī)，我們期待著無線充電技術(shù)在將來能夠大放異彩。

　　從短期來看，電動(dòng)汽車無線充電模式還需要消除消費(fèi)者在輻射安全方面的顧慮，同時(shí)，在商業(yè)模式方面，需要經(jīng)過一個(gè)探索的過程；但從長(zhǎng)期來看，無線充電具有明顯的便捷性，是有益的探索。對(duì)重資產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的充換電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的企業(yè)而言，做出重大決策時(shí)，務(wù)必要放眼長(zhǎng)遠(yuǎn)。