?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號的實驗室，用無線傳輸電能的方式，點亮了一盞白熾燈。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。可惜由于缺乏資金的支持，尼古拉斯·特斯拉的瘋狂之舉未能得以實現(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)也正在試圖走出實驗室，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？
一、新思路
無線充電對手機、電腦、相機等電子產(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，總量達到261萬臺。然而，充電不便捷依然困擾著相當多的電動汽車用戶。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)提供完全無人化運營。
一旦技術(shù)成熟，它有著巨大的應(yīng)用前景。市場研究機構(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？
對手機而言，小功率無線充電已經(jīng)通過電磁感應(yīng)實現(xiàn)。簡單來說，就是在無線充電器和手機上分別內(nèi)置線圈，當手機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)，在手機的接收線圈產(chǎn)生電流，從而為手機充電。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，“無線充電器和手機可以密切接觸，但很難將車輛準確定位在充電器上，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遠大于手機無線充電所需的距離。”
也就是說，無線充電的發(fā)射器與接收器，需要精準對齊。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。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)模運用的瓶頸主要是對于輻射的擔憂，因為無線充電會產(chǎn)生強大的磁場。當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到100萬套數(shù)量級，其費用依然高出傳統(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)實的問題，在過去都阻礙著電動車無線充電的夢想照進現(xiàn)實。
三、第二春
無線充電目前的處境有點國內(nèi)新能源車剛剛起步的階段：都知道是大趨勢，只是大家都擔心自己能不能等到大趨勢出現(xiàn)那一天。但當前無線充電發(fā)展發(fā)生幾個重要變化，確確實實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，都是標準先行的，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準的編制。電動汽車無線充電國家標準工作組成員、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準中的四項，填補了我國在這一技術(shù)領(lǐng)域國家標準的空白，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)化進程邁進，具有重要的現(xiàn)實意義?！?/p>
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，就因為沒有統(tǒng)一的標準，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)一標準，最終實現(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)合會標準化管理中心主任劉永東認為，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，一個多元的補能體系才會更好地填補補能的缺口，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，其終極目標都是消滅補能焦慮，最終實現(xiàn)電動車的里程自由。
未來，隨著無人駕駛汽車政策的進一步放開和完善，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 新能源汽車藍皮書）》，中國汽車技術(shù)研究中心
[4]《電動汽車無線充電兩強合體，充電無線化會加速嗎》，電動汽車觀察家，邱鍇俊