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电动汽车的无线充电技术或将迎来春天

2019年07月09日 16:37 次阅读

无线充电并不是新技术。早在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。

过去一个多世纪里,科学家们对特斯拉的这一构想孜孜以求,不断探索。2007年,无线充电技术终于有了新的突破,麻省理工大学(MIT)教授Marin Soljacic及其研究小组通过共振技术实现了“无线电力”传输,虽然只能为距离2.7米的一个60瓦灯泡供电,但研究者相信这一技术终将走向普及。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。

除电动牙刷以外,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效率不高。以电动牙刷为例,有些型号内置700毫安时的电池,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1500毫安时以上,这意味着全部充满电需要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。截至2019年1月31日,无线充电联盟(WPC)会员已增至661家。

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不是很好有关。

电动汽车的无线充电技术或将迎来春天

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,但其缺点在于,因为充电功率普遍只有5W到10W,充满一部3000毫安时电池的手机需要2.5小时至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、全心上课或者工作时,而这对于非常依赖手机工作或者娱乐的用户非常不友好。因此,残酷的现实是,无线充电在消费电子领域目前只能作为一种补充方式,并未成为主流充电方式。

随着全球电动汽车在2012年之后正式量产,无线充电技术开始从消费电子产品领域拓展到电动汽车。在目前感应式、共振式和耦合式这三种主流技术路线中,共振式无线充电技术优势在于安全性高、功率较大,传输距离更远,最远传输距离超过2米,同时可以为多个设备充电,也无需精准对位,还可以穿过墙体、木材等对充电设备进行充电,因此得到汽车企业的青睐。

在电动汽车无线充电领域,最早涉足且成绩斐然的是通讯巨头高通。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Halo 7.4千瓦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,这样汽车就可以边行驶边充电。

从电动汽车产业生态看,无线充电产业具有强烈的面向企业特性,技术方将方案提供给TIer1或者与主机厂捆绑,成为当下可行的路径。除高通外,市场上还有庞巴迪、WiTricity、Evatran Group(Plugless)、Momentum Dynamics等国际公司,以及中国的中兴新能源、中慧创智等第三方技术公司。

除第三方技术公司外,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、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,从而增加了储能的功能。

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,但无线充电技术的商业化应用仍未正式开始。虽然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,从公开报道来看市场反馈并没有预想的那么惊艳。

市面上提供无线充电技术的在售车型多为豪华品牌的混合动力车型,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,另一方面无线充电系统价格太贵。根据WiTricity介绍,无线充电解决方案的最大功率可以做到11千瓦,供应商可以定制为3千瓦或者7千瓦等产品。这样的功率并不比市场上常规的慢充桩快多少,无法解决电动车主快速充电的核心诉求。

好消息是,中国作为全球最大的电动汽车市场,已经在国家层面明确提出将鼓励无线充电技术的发展。据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。

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