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2019-04-08
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盖世汽车
电动汽车无线充电技术距离我们有多远？
今年春节刚过，电动汽车无线充电行业就传来一件令人振奋的消息。
2月11日，已成立十多年的美国创新无线充电企业WiTricity宣布并购高通旗下电动车无线充电平台Halo，获得了高通手上1500项相关专利、所有的客户和授权。
两个曾经最强劲的竞争对手强强联合，业内认为这将重塑电动汽车无线充电技术的市场格局。
从行业发展规律来看，电池技术经历了从消费电子产品到电动汽车的应用场景拓展的，无线充电技术的应用也将经历一个类似的过程。不过，当下无线充电技术即便是在消费电子产品的领域应用也远远不及预期，在电动汽车领域的应用可能将任重道远。
所谓电动汽车的无线充电技术，即允许电动汽车在不使用电线或电缆的情况下、通过嵌入在道路和停车位的无线充电源板自动连入电网进行充放电
根据研究机构Research and Markets今年2月的最新报告预测，至2025年，电动汽车无线充电市场规模预计达4.07亿美元，2020-2025年期间的年复合增长率将到117.56％。
这份报告同样指出，受益于中日韩三国电动汽车无线充电技术的发展，亚太地区预计是电动汽车无线充电技术的最大市场，其次是欧洲和北美。
无线充电的世纪构想
无线充电并非新技术。
实际上，早在一百二十年多年之前的1891年，“交流电之父”尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）就取得了特斯拉线圈的专利，描绘了无线充电和无线传输的蓝图。
所谓无线充电原理就是电磁感应原理。功率通过磁场在线圈之间传输，通过发射线圈的交流电根据安培定律产生震荡磁场，磁场通过接收线圈又在法拉第感应定律下产生交流电，进而达到充电的目的。
从1891到1904年间，特斯拉展开了一系列试验，通过磁感应耦合线圈将交流电无线传输一个很短的距离，通过无线电能传输的方式点亮了一只灯泡。
1901年，特斯拉开始在纽约长岛建造大型高压线圈——沃登克里弗塔，又叫做特斯拉塔，目标是构建全球输电系统的原型，可惜到1904年，他的计划被迫停止，至今也未完成。
在过去一个多世纪里，无数的科学家对特斯拉的这一构想孜孜以求，不断探索。
在103年之后，无线充电技术终于有了新的突破。2007年，麻省理工大学（MIT）的教授Marin Soljacic及其研究小组把共振运用到电磁波的传输上而成功“抓住”了电磁波。
他们利用铜制线圈作为电磁共振器，一团线圈附在传送电力方，另一团在接受电力方。传送方送出某特定频率的电磁波后，经过电磁场扩散到接受方，电力就实现了无线传导。
这项被他们称为“无线电力”的技术经过多次试验，已经能成功为一个两米外的60瓦灯泡供电。这项的最远输电距离还只能达到2.7米，但研究者相信，电源已经可以在这范围内为电池充电。而且只需要安装一个电源，就可以为整个屋里的电器供电。
利用两个60厘米的线圈，点亮了间隔2米的60瓦灯泡。它的特殊之处在于，应用的是磁共振原理，两个线圈在频率一致情况下，实现了无线电能传输。
无线充电技术发展到今天，按充电原理和技术路线划分，可以分为三种：电磁感应式、电磁共振式和无线电波式。
其中，电磁感应式和电磁共振式在中小距离场合的能量传输效率较高，更适用于小功率的消费电子产品充电和较大功率的电动汽车充电。
消费电子产品应用尚未普及
从应用场景来看，无线充电经历了一个从消费电子产品到电动汽车的场景延展。
随着电磁感应式无线充电技术的成熟，最早开始应用无线充电技术的的消费电子产品就是电动牙刷。
由于电动牙刷使用时难免与水接触，所以从很早以前就引入了无线充电概念，从而使充电接触点不暴露在外，极大增强了产品的防水性并实现整体水洗。
在电动牙刷之外，大规模应用无线充电技术的消费电子产品就是手机。最早使用无线充电技术的手机厂家是Palm公司，随后，夏普、诺基亚、索爱等等手机厂商纷纷跟进。
早期的无线充电技术率不高。以电动牙刷为例，有些型号内置700mAh的电池，全部充满需要4个小时以上。而智能手机当年的电池容量普遍都在1500mAh以上，这意味着全部充满要8个小时以上。
较低的充电效率，可能存在的各种兼容隐患，一直在制约着无线充电技术在智能手机领域大展拳脚，而这一局面直到全球第一个无线充电的国际标准“Qi”出台才有所改善
2008年12月17日，由飞利浦电子、德州仪器、国家半导体等几大公司携手组建了“无线充电联盟”（Wireless Power Consortium，简称WPC），旨在提升无线充电技术的便捷性和通用性。截止2018年4月30日，无线充电联盟（WPC）会员已增至534家。
2012年，由众多参与者共同制定的无线充电标准“Qi”诞生，它攻克了无线充电“通用性”的技术瓶颈，凡是通过Qi标准认证的产品（手机和无线充电底座），它们之间可以做到相互兼容。
尽管无线充电技术在以手机为代表的消费电子产品得到了大规模应用，但是并未成为手机充电的主流方式，这主要与其用户体验并不是很好有关。
无线充电的优点是既摆脱了线缆和充电插口的束缚，也不用再担心USB接口反复插拔的划伤和寿命问题，其缺点是充电时长且不能随便移动或者使用手机。
因为无线充电的功率普遍只有5W到10W，充满一部3000mAh电池的手机需要2.5小时到5个小时，而且在充电过程中，不能移动或者使用手机，因此充电使用场景只适合晚间睡觉时、全心上课/工作时，而这对非常依赖手机工作或者娱乐的用户非常不友好。
因此，正如我们看到的那样，无线充电在消费电子领域目前只能作为一种补充方式，而并没有成为主流充电方式。
豪华车的“奢饰品”
随着全球电动汽车在2012年之后的正式量产，无线充电技术开始从消费电子产品领域拓展到电动汽车。
在电动汽车无线充电领域，最早涉足且成绩斐然的是全球通讯巨头高通。
在2013年法兰克福车展前夕，高通就宣布与Formular E 控股公司达成合作，将旗下的Halo无线充电技术应用于Formula E电动方程式赛车上。2015年，装配有 Qualcomm Halo 7.4kW无线充电系统的宝马i8开始成为全新的官方安全车。2017年5月，高通宣布已经完成了电动汽车行驶中进行无线充电的试验，即在路上增加感应式充电设备，这样汽车就可以边开车边充电。
在高通之外，市场上还有WiTricity、Evatran Group（Plugless）、Momentum Dynamics和Bombardier等国际公司以及中国的中兴通讯和中惠创智等第三方技术公司。
在已经与高通强强联合的WiTricity之外，Momentum Dynamic值得关注。
今年1月15日，沃尔沃集团的 Venture Capital AB宣布，将对Momentum Dynamics公司进行投资。该公司在电动汽车高功率无线充电技术领域占据领先地位，并正利用车队以及汽车制造商的汽车、公共汽车、卡车和火车等，在欧洲和北美进行其高功率无线充电技术的试点项目。
在第三方技术公司之外，主机厂也是开发无线充电技术的另外一派主力军，如丰田、宝马、奥迪、现代、沃尔沃、日产、起亚等。
其中，本田似乎快人一步。在2019 CES消费者电子展上，本田展出了最新研发的Wireless Vehicle-to-Grid无线充电技术，和传统的无线充电技术相比，它增加了向电网回传电力的功能，以达到储能的目的。
尽管第三方技术公司与主机厂都在发力研发电动汽车无线充电技术，但无线充电技术的应用仍未正式开始。
尽管目前电动汽车无线充电技术实力最领先的WiTricity对外宣称，已经和全球前10大汽车厂商中的9家建立了实质性合作关系，但真正应用无线充电技术的上市量产车目前只有宝马530e，但从公开报道来看市场反馈并没有预想的那么惊艳。
我们看到，市面上在提供无线充电技术的销售车型多为豪华品牌的HEV车型，主要原因在于，一方面无线充电相对其他充电方式充电功率不够大、充电效率不够高，另外一方面无线充电系统价格太贵。
根据WiTricity的介绍，无线充电解决方案的最大功率可以做到11kw，供应商可以定制为3kw或者7kw等产品。这样的功率并不比市场上常规的慢充桩快多少，无法解决电动汽车车主实现快速充电的核心诉求。
根据管理资讯公司Navigant的研究分析师Lisa Jerram介绍，一些高档汽车制造商因为无线充电这一功能，额外要价可以多达2000美元。这就导致因为成本的原因，无线充电实际上目前只能是豪华车的“奢视品”。
在功率与成本之外，电动汽车的无线充电技术还面临一些同样重要的挑战，如缺少电动汽车无线充电技术标准、在磁场环境下的安全问题、发射器和接收器之间气隙的异物和活体的检测与保护问题、车辆与充电板的定位问题等。
因此，电动汽车无线充电技术的商业化应用还十分遥远，尚看不到明确的时间表。
中国作为全球最大的电动汽车市场，中国政府已经在国家层面已明确提出将鼓励无线充电技术的发展。
国家能源局监管总监李冶介绍，2019年国家能源局将会同相关部委督促车企深度参与充电运营服务，加强无线充电、智能充电等关键技术攻关，在重点领域开展充电设施与电网互动实验示范，并在装备研发上做好技术储备。
这是否意味着电动汽车无线充电技术有望加速呢？让我们拭目以待。
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