?文|車百智庫 周霜降

編輯|阿峰

1894年，馬斯克的偶像尼古拉斯·特斯拉在紐約第五大道35號的實(shí)驗(yàn)室，用無線傳輸電能的方式，點(diǎn)亮了一盞白熾燈。隨后更加瘋狂的想法，在他腦海中生長，他計劃在紐約長島建造一座“沃登克里弗塔”——將地球的電離層與地表視為電容器的兩個極板，通過徑向電磁波振蕩在其間建立起頻率約為8Hz的低頻共振場。

簡而言之，就是要建立起一張覆蓋全球的無線電能傳輸網(wǎng)絡(luò)。這樣一來，人類將徹底擺脫電線，只需要安裝一個小設(shè)備，就可以取電用電?？上в捎谌狈Y金的支持，尼古拉斯·特斯拉的瘋狂之舉未能得以實(shí)現(xiàn)。

100多年之后，他的信徒馬斯克循著他的狂想，成立一家名為“特斯拉”的公司，將這個世界帶向了電動車的時代。

2021年，全球新能源汽車銷量達(dá)到675萬輛，國內(nèi)新能源車的滲透率已經(jīng)接近15%，電動車的爆發(fā)勢不可擋。然而，補(bǔ)能環(huán)節(jié)的矛盾卻日益突出。在這樣的背景之下，無線傳輸?shù)膲粝?，開始在很多人的心中復(fù)蘇，無線充電技術(shù)也正在試圖走出實(shí)驗(yàn)室，加入市場應(yīng)用大軍。

12月28日，德國巴林根市與 Electreon 公司合作，為電動公交車建設(shè)無線充電線。全球第二大汽車零部件供應(yīng)商電裝（Denso）公司也在與日本建筑公司合作開發(fā)用于電動車的無線充電路面技術(shù)。兩家公司已經(jīng)在東京啟動測試，并計劃2025年商用。圍繞此現(xiàn)象，本文試著回答以下問題：

1、無線充電技術(shù)在電動汽車領(lǐng)域的研究進(jìn)展如何？

2、為什么無線充電還沒有流行起來？

3、無線充電距離爆發(fā)還有多遠(yuǎn)？

一、新思路

無線充電對手機(jī)、電腦、相機(jī)等電子產(chǎn)品而言，只是個錦上添花的新功能，但對電動車產(chǎn)業(yè)，卻有可能是啟動整個市場的關(guān)鍵。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截至2021年底，我國公共充電樁共有114.7萬臺（直流快充樁47萬臺，交流充電樁67.7萬臺），若加上私人充電樁，總量達(dá)到261萬臺。然而，充電不便捷依然困擾著相當(dāng)多的電動汽車用戶。無線充電正是在這個行業(yè)背景下，涌現(xiàn)出的一種解決思路。

無線電力傳輸（即WP T）主要通過電磁感應(yīng)、電磁共振、射頻、微波和激光等方式實(shí)現(xiàn)無接觸式的電力傳輸。根據(jù)技術(shù)原理的不同，目前應(yīng)用于電動汽車無線充電的技術(shù)主要有電磁感應(yīng)式、電場耦合式和電磁共振式三種。

其中，電磁感應(yīng)式，簡而言之就是變壓器的原理，向初級線圈輸送電能，使得次級線圈耦合感應(yīng)產(chǎn)生電流，從而實(shí)現(xiàn)將能量從一端“無線”傳輸至另一端。這種方式的原理和硬件要求相對簡單，是目前WPT技術(shù)中最成熟、應(yīng)用最廣泛的無線充電技術(shù)。

電磁共振式，則是電磁感應(yīng)式的“升級版”，本質(zhì)上是通過電磁共振的技術(shù)，在松耦合情況下，提高電磁感應(yīng)傳輸效率，從而在保證效率的同時，實(shí)現(xiàn)較長的傳輸距離，充電距離、充電面積比電磁感應(yīng)方式提升10倍以上。相比于電磁感應(yīng)式，電磁共振式的特性更加符合電動汽車無線充電的需求。

眾多電動車廠商都在積極探索WPT技術(shù)商用的可能。比亞迪早在 2005 年 12 月就申請了非接觸感應(yīng)式充電器專利。2012年，他們在賣給猶他大學(xué)一輛 40 英尺的純電動巴士上，便裝配著最新的 WAVE 無線充電墊。只需將巴士停在充電墊上，經(jīng)歷數(shù)分鐘的等待就能充滿電。

WiTricity公司作為汽車無線充電技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，率先研發(fā)出了電磁共振無線充電技術(shù)。在技術(shù)展示公布不久，WiTricity就接到了奧迪、寶馬、克萊斯勒、捷豹、日產(chǎn)和豐田拋來的橄欖枝。

今年6月，全球汽車和車輛供應(yīng)商西門子對WiTricity進(jìn)行了2500萬美元的投資，用于家庭、停車場、工作場所或車隊的解決方案。

就像WiTricity首席執(zhí)行官阿歷克謝·格魯岑（Alex Gruzen）說的：“最終，你會感覺擁有了一輛無限里程的汽車。除了開車、停車，沒有額外的工作需要做?！睙o線充電，看上去只是省去了拿起充電槍插入充電口的過程，但實(shí)際上通過無線充電可以將充電規(guī)范和接口完全統(tǒng)一化、比之有線充電布局要節(jié)省空間、能夠解決很多存在充電樁安全問題、可以為自動駕駛出行業(yè)務(wù)提供完全無人化運(yùn)營。

一旦技術(shù)成熟，它有著巨大的應(yīng)用前景。市場研究機(jī)構(gòu)Allied Market Research (AMR）對未來市場發(fā)展給出了積極的預(yù)測：全球電動汽車無線充電市場規(guī)模從2017年2.2千萬美元，預(yù)計到2025年增長至14億美元。

二、現(xiàn)實(shí)阻礙

上一次無線充電技術(shù)這么熱鬧，還得追溯到我國推廣新能源汽車的初期階段。2014年10月，中興通訊在成都“西博會”上展示了與蜀都客車攜手研發(fā)的全球首款無線充電微循環(huán)電動客車。

但后來應(yīng)用于電動汽車的無線充電技術(shù)發(fā)展，并沒有如預(yù)期般美好。反倒是充電樁和換電模式逐漸成為補(bǔ)能的主力軍。無線充電在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的過程中，都遇到了哪些障礙？

對手機(jī)而言，小功率無線充電已經(jīng)通過電磁感應(yīng)實(shí)現(xiàn)。簡單來說，就是在無線充電器和手機(jī)上分別內(nèi)置線圈，當(dāng)手機(jī)和充電器靠近的時候，無線充電器中一定頻率的交流電通過電磁感應(yīng)，在手機(jī)的接收線圈產(chǎn)生電流，從而為手機(jī)充電。但將這種技術(shù)用在電動汽車上，難度陡然增加。

1、充電功率不足，無法代替慢速充電器：最初的技術(shù)限制在于充電速度和電能轉(zhuǎn)換效率。通過磁場來傳遞電能的效率始終比不上有線充電直接通過導(dǎo)線傳輸。另外，充電功率越大，能量損失和設(shè)備發(fā)熱也會越大。

2、泊車精度要求高：約爾（Yole）發(fā)展公司電力電子和電池首席分析師米蘭·羅西納博士表示，“無線充電器和手機(jī)可以密切接觸，但很難將車輛準(zhǔn)確定位在充電器上，而且充電器（能量發(fā)射器）和安裝在車輛上的接收器之間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于手機(jī)無線充電所需的距離?！?/p>

也就是說，無線充電的發(fā)射器與接收器，需要精準(zhǔn)對齊。為了克服上述問題，解決方案是通過車載攝像頭畫面給駕駛員停車提供指導(dǎo)，將車底部的感應(yīng)板和車庫地板上的充電板對準(zhǔn)。但這樣的操作，和手動插插頭比，顯然后者還要方便一些。

3、充電安全性不穩(wěn)定：阻礙無線感應(yīng)式充電技術(shù)大規(guī)模運(yùn)用的瓶頸主要是對于輻射的擔(dān)憂，因?yàn)闊o線充電會產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場。當(dāng)人或動物位于電動車和充電裝置之間時，有可能帶來電磁傷害。因此，電磁感應(yīng)式的無線充電，在充電發(fā)射端和接收端之間不能有金屬異物或動物的存在。

4、成本高：對絕大多數(shù)新技術(shù)而言，其普及過程中最大的難點(diǎn)并不是技術(shù)的突破，而是使用成本的降低。無線充電所需的關(guān)鍵元器件都未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，例如線圈、電容等價格昂貴。據(jù)中惠創(chuàng)智產(chǎn)品經(jīng)理周德勇預(yù)估，7.7kw的私人無線充電售價在1.2萬元左右，即便未來無線充電達(dá)到100萬套數(shù)量級，其費(fèi)用依然高出傳統(tǒng)充電樁30%左右。因此，無線充電將主要配置在中高端車型上，前期銷量會有一個“爬坡”的過程。

這些現(xiàn)實(shí)的問題，在過去都阻礙著電動車無線充電的夢想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。

三、第二春

無線充電目前的處境有點(diǎn)國內(nèi)新能源車剛剛起步的階段：都知道是大趨勢，只是大家都擔(dān)心自己能不能等到大趨勢出現(xiàn)那一天。但當(dāng)前無線充電發(fā)展發(fā)生幾個重要變化，確確實(shí)實(shí)為無線充電迎來了第二春。

技術(shù)新突破：行業(yè)一直沒有停下對無線充電的追求腳步，現(xiàn)階段無線充電技術(shù)的系統(tǒng)性能、充電速度、電能轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)和插電慢充差不多。在轉(zhuǎn)化率上，插電慢充的電能轉(zhuǎn)換效率是95%左右，無線充電也能做到90%的水平。在充電功率上，也逐漸從3kW水平，提高到7kW、11kW、 22kW水平。

車輛停放的位置、車底盤距離地面高度的限制也放寬了。無線充電配置供應(yīng)商宣稱能覆蓋各類車型，包括底盤較高的SUV?？刂萍夹g(shù)也不斷優(yōu)化，當(dāng)有異物出現(xiàn)在WPT充電系統(tǒng)的線圈之間時，會有措施防止過熱事件的發(fā)生。

新政策推動：任何一個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，都是標(biāo)準(zhǔn)先行的，電動車無線充電產(chǎn)業(yè)，同樣如此。早在2020年，我國便完成了電動汽車無線充電四個標(biāo)準(zhǔn)的編制。電動汽車無線充電國家標(biāo)準(zhǔn)工作組成員、華南理工大學(xué)電力學(xué)院教授張波表示，“這是我國第一部電動汽車無線充電系列國家標(biāo)準(zhǔn)中的四項，填補(bǔ)了我國在這一技術(shù)領(lǐng)域國家標(biāo)準(zhǔn)的空白，將助力我國電動汽車無線充電從技術(shù)研發(fā)、工程示范向產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程邁進(jìn)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。”

去年，國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》更是明確提出，要“加強(qiáng)智能有序充電、大功率充電、無線充電等新型充電技術(shù)研發(fā)”。這對于電動汽車動力電池大功率無線充電的研發(fā)企業(yè)而言，又是一個重大利好。

過去充電樁行業(yè)的發(fā)展，就因?yàn)闆]有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不同的充電樁接口各行其道，互不兼容。目前來看，無線充電非常有潛力在產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初期就統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，最終實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。

打開新場景：智能化和無人駕駛已成為電動汽車的重要發(fā)展方向，無線充電將成為未來自動駕駛的關(guān)鍵一環(huán)。中國電力企業(yè)聯(lián)合會標(biāo)準(zhǔn)化管理中心主任劉永東認(rèn)為，電動汽車無線充電技術(shù)正處于產(chǎn)業(yè)化的前沿，有兩大優(yōu)勢：第一，與自動駕駛天然結(jié)合，“我們很難想象車輛能自動駕駛、自動泊車了，人還要到車位完成最后一個充電動作”；第二，可以通過APP遠(yuǎn)程操作，使電動汽車跟電網(wǎng)很好地連接。

在中興新能源副總經(jīng)理胡超看來，電動汽車無線充電則有兩大清晰的商業(yè)應(yīng)用場景：一是電動汽車自動化充電，如自動駕駛場景，未來會逐步普及；二是立體車庫場景下的無線充電。由于國家對停車場地的充電車位占比有一定要求，如果是高層立體停車場，傳導(dǎo)式充電電線很難拉上去，就需要裝配無線充電。

毋庸置疑，無線充電作為新能源車補(bǔ)能方式的新突破，即將迎來大規(guī)模的推廣。但無線充電的發(fā)展也不是一蹴而就的過程，無線充電技術(shù)真正大規(guī)模落地還需要一些時間。據(jù)行業(yè)樂觀預(yù)計，無線充電行業(yè)2025年后會進(jìn)入成熟期，屆時無線充電設(shè)施會大規(guī)模生產(chǎn)和落地。

四、尾聲

國內(nèi)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程中，有個普遍的現(xiàn)象：路線選擇常呈現(xiàn)一邊倒的態(tài)勢，不是三元力壓鐵鋰，就是充電壓倒換電。實(shí)際上在復(fù)雜多元的中國，很難有單一的方案能夠滿足所有需求。

在電動車保有量高速增長的眼下，一個多元的補(bǔ)能體系才會更好地填補(bǔ)補(bǔ)能的缺口，充電與換電、有線充電和無線充電不會是非此即彼的替代品，其終極目標(biāo)都是消滅補(bǔ)能焦慮，最終實(shí)現(xiàn)電動車的里程自由。

未來，隨著無人駕駛汽車政策的進(jìn)一步放開和完善，無線充電和無人駕駛一樣，都將會迎來自己的春天。

【全文參考】

[1]《無線充電會引爆電動車市場嗎》，財經(jīng)，謝麗容

[2]《首部國標(biāo)出爐 無線充電前景無限》， 中國汽車報，趙建國

[3]《中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告（2020 新能源汽車藍(lán)皮書）》，中國汽車技術(shù)研究中心

[4]《電動汽車無線充電兩強(qiáng)合體，充電無線化會加速嗎》，電動汽車觀察家，邱鍇俊