電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)距離我們有多遠(yuǎn)？

今年春節(jié)剛過，電動(dòng)汽車無線充電行業(yè)就傳來一件令人振奮的消息。

2月11日，已成立十多年的美國創(chuàng)新無線充電企業(yè)WiTricity宣布并購高通旗下電動(dòng)車無線充電平臺(tái)Halo，獲得了高通手上1500項(xiàng)相關(guān)專利、所有的客戶和授權(quán)。

兩個(gè)曾經(jīng)最強(qiáng)勁的競爭對手強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，業(yè)內(nèi)認(rèn)為這將重塑電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)的市場格局。

從行業(yè)發(fā)展規(guī)律來看，電池技術(shù)經(jīng)歷了從消費(fèi)電子產(chǎn)品到電動(dòng)汽車的應(yīng)用場景拓展的，無線充電技術(shù)的應(yīng)用也將經(jīng)歷一個(gè)類似的過程。不過，當(dāng)下無線充電技術(shù)即便是在消費(fèi)電子產(chǎn)品的領(lǐng)域應(yīng)用也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及預(yù)期，在電動(dòng)汽車領(lǐng)域的應(yīng)用可能將任重道遠(yuǎn)。

所謂電動(dòng)汽車的無線充電技術(shù)，即允許電動(dòng)汽車在不使用電線或電纜的情況下、通過嵌入在道路和停車位的無線充電源板自動(dòng)連入電網(wǎng)進(jìn)行充放電

根據(jù)研究機(jī)構(gòu)Research and Markets今年2月的最新報(bào)告預(yù)測，至2025年，電動(dòng)汽車無線充電市場規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)4.07億美元，2020-2025年期間的年復(fù)合增長率將到117.56％。

這份報(bào)告同樣指出，受益于中日韓三國電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)的發(fā)展，亞太地區(qū)預(yù)計(jì)是電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)的最大市場，其次是歐洲和北美。

無線充電的世紀(jì)構(gòu)想

無線充電并非新技術(shù)。

實(shí)際上，早在一百二十年多年之前的1891年，“交流電之父”尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）就取得了特斯拉線圈的專利，描繪了無線充電和無線傳輸?shù)乃{(lán)圖。

所謂無線充電原理就是電磁感應(yīng)原理。功率通過磁場在線圈之間傳輸，通過發(fā)射線圈的交流電根據(jù)安培定律產(chǎn)生震蕩磁場，磁場通過接收線圈又在法拉第感應(yīng)定律下產(chǎn)生交流電，進(jìn)而達(dá)到充電的目的。

從1891到1904年間，特斯拉展開了一系列試驗(yàn)，通過磁感應(yīng)耦合線圈將交流電無線傳輸一個(gè)很短的距離，通過無線電能傳輸?shù)姆绞近c(diǎn)亮了一只燈泡。

1901年，特斯拉開始在紐約長島建造大型高壓線圈——沃登克里弗塔，又叫做特斯拉塔，目標(biāo)是構(gòu)建全球輸電系統(tǒng)的原型，可惜到1904年，他的計(jì)劃被迫停止，至今也未完成。

在過去一個(gè)多世紀(jì)里，無數(shù)的科學(xué)家對特斯拉的這一構(gòu)想孜孜以求，不斷探索。

在103年之后，無線充電技術(shù)終于有了新的突破。2007年，麻省理工大學(xué)（MIT）的教授Marin Soljacic及其研究小組把共振運(yùn)用到電磁波的傳輸上而成功“抓住”了電磁波。

他們利用銅制線圈作為電磁共振器，一團(tuán)線圈附在傳送電力方，另一團(tuán)在接受電力方。傳送方送出某特定頻率的電磁波后，經(jīng)過電磁場擴(kuò)散到接受方，電力就實(shí)現(xiàn)了無線傳導(dǎo)。

這項(xiàng)被他們稱為“無線電力”的技術(shù)經(jīng)過多次試驗(yàn)，已經(jīng)能成功為一個(gè)兩米外的60瓦燈泡供電。這項(xiàng)的最遠(yuǎn)輸電距離還只能達(dá)到2.7米，但研究者相信，電源已經(jīng)可以在這范圍內(nèi)為電池充電。而且只需要安裝一個(gè)電源，就可以為整個(gè)屋里的電器供電。

利用兩個(gè)60厘米的線圈，點(diǎn)亮了間隔2米的60瓦燈泡。它的特殊之處在于，應(yīng)用的是磁共振原理，兩個(gè)線圈在頻率一致情況下，實(shí)現(xiàn)了無線電能傳輸。

無線充電技術(shù)發(fā)展到今天，按充電原理和技術(shù)路線劃分，可以分為三種：電磁感應(yīng)式、電磁共振式和無線電波式。

其中，電磁感應(yīng)式和電磁共振式在中小距離場合的能量傳輸效率較高，更適用于小功率的消費(fèi)電子產(chǎn)品充電和較大功率的電動(dòng)汽車充電。

消費(fèi)電子產(chǎn)品應(yīng)用尚未普及

從應(yīng)用場景來看，無線充電經(jīng)歷了一個(gè)從消費(fèi)電子產(chǎn)品到電動(dòng)汽車的場景延展。

隨著電磁感應(yīng)式無線充電技術(shù)的成熟，最早開始應(yīng)用無線充電技術(shù)的的消費(fèi)電子產(chǎn)品就是電動(dòng)牙刷。

由于電動(dòng)牙刷使用時(shí)難免與水接觸，所以從很早以前就引入了無線充電概念，從而使充電接觸點(diǎn)不暴露在外，極大增強(qiáng)了產(chǎn)品的防水性并實(shí)現(xiàn)整體水洗。

在電動(dòng)牙刷之外，大規(guī)模應(yīng)用無線充電技術(shù)的消費(fèi)電子產(chǎn)品就是手機(jī)。最早使用無線充電技術(shù)的手機(jī)廠家是Palm公司，隨后，夏普、諾基亞、索愛等等手機(jī)廠商紛紛跟進(jìn)。

早期的無線充電技術(shù)率不高。以電動(dòng)牙刷為例，有些型號(hào)內(nèi)置700mAh的電池，全部充滿需要4個(gè)小時(shí)以上。而智能手機(jī)當(dāng)年的電池容量普遍都在1500mAh以上，這意味著全部充滿要8個(gè)小時(shí)以上。

較低的充電效率，可能存在的各種兼容隱患，一直在制約著無線充電技術(shù)在智能手機(jī)領(lǐng)域大展拳腳，而這一局面直到全球第一個(gè)無線充電的國際標(biāo)準(zhǔn)“Qi”出臺(tái)才有所改善

2008年12月17日，由飛利浦電子、德州儀器、國家半導(dǎo)體等幾大公司攜手組建了“無線充電聯(lián)盟”（Wireless Power Consortium，簡稱WPC），旨在提升無線充電技術(shù)的便捷性和通用性。截止2018年4月30日，無線充電聯(lián)盟（WPC）會(huì)員已增至534家。

2012年，由眾多參與者共同制定的無線充電標(biāo)準(zhǔn)“Qi”誕生，它攻克了無線充電“通用性”的技術(shù)瓶頸，凡是通過Qi標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的產(chǎn)品（手機(jī)和無線充電底座），它們之間可以做到相互兼容。

盡管無線充電技術(shù)在以手機(jī)為代表的消費(fèi)電子產(chǎn)品得到了大規(guī)模應(yīng)用，但是并未成為手機(jī)充電的主流方式，這主要與其用戶體驗(yàn)并不是很好有關(guān)。

無線充電的優(yōu)點(diǎn)是既擺脫了線纜和充電插口的束縛，也不用再擔(dān)心USB接口反復(fù)插拔的劃傷和壽命問題，其缺點(diǎn)是充電時(shí)長且不能隨便移動(dòng)或者使用手機(jī)。

因?yàn)闊o線充電的功率普遍只有5W到10W，充滿一部3000mAh電池的手機(jī)需要2.5小時(shí)到5個(gè)小時(shí)，而且在充電過程中，不能移動(dòng)或者使用手機(jī)，因此充電使用場景只適合晚間睡覺時(shí)、全心上課/工作時(shí)，而這對非常依賴手機(jī)工作或者娛樂的用戶非常不友好。

因此，正如我們看到的那樣，無線充電在消費(fèi)電子領(lǐng)域目前只能作為一種補(bǔ)充方式，而并沒有成為主流充電方式。

豪華車的“奢飾品”

隨著全球電動(dòng)汽車在2012年之后的正式量產(chǎn)，無線充電技術(shù)開始從消費(fèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域拓展到電動(dòng)汽車。

在電動(dòng)汽車無線充電領(lǐng)域，最早涉足且成績斐然的是全球通訊巨頭高通。

在2013年法蘭克福車展前夕，高通就宣布與Formular E 控股公司達(dá)成合作，將旗下的Halo無線充電技術(shù)應(yīng)用于Formula E電動(dòng)方程式賽車上。2015年，裝配有Qualcomm Halo 7.4kW無線充電系統(tǒng)的寶馬i8開始成為全新的官方安全車。2017年5月，高通宣布已經(jīng)完成了電動(dòng)汽車行駛中進(jìn)行無線充電的試驗(yàn)，即在路上增加感應(yīng)式充電設(shè)備，這樣汽車就可以邊開車邊充電。

在高通之外，市場上還有WiTricity、Evatran Group（Plugless）、Momentum Dynamics和Bombardier等國際公司以及中國的中興通訊和中惠創(chuàng)智等第三方技術(shù)公司。

在已經(jīng)與高通強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合的WiTricity之外，Momentum Dynamic值得關(guān)注。

今年1月15日，沃爾沃集團(tuán)的Venture Capital AB宣布，將對Momentum Dynamics公司進(jìn)行投資。該公司在電動(dòng)汽車高功率無線充電技術(shù)領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先地位，并正利用車隊(duì)以及汽車制造商的汽車、公共汽車、卡車和火車等，在歐洲和北美進(jìn)行其高功率無線充電技術(shù)的試點(diǎn)項(xiàng)目。

在第三方技術(shù)公司之外，主機(jī)廠也是開發(fā)無線充電技術(shù)的另外一派主力軍，如豐田、寶馬、奧迪、現(xiàn)代、沃爾沃、日產(chǎn)、起亞等。

其中，本田似乎快人一步。在2019 CES消費(fèi)者電子展上，本田展出了最新研發(fā)的Wireless Vehicle-to-Grid無線充電技術(shù)，和傳統(tǒng)的無線充電技術(shù)相比，它增加了向電網(wǎng)回傳電力的功能，以達(dá)到儲(chǔ)能的目的。

盡管第三方技術(shù)公司與主機(jī)廠都在發(fā)力研發(fā)電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)，但無線充電技術(shù)的應(yīng)用仍未正式開始。

盡管目前電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)實(shí)力最領(lǐng)先的WiTricity對外宣稱，已經(jīng)和全球前10大汽車廠商中的9家建立了實(shí)質(zhì)性合作關(guān)系，但真正應(yīng)用無線充電技術(shù)的上市量產(chǎn)車目前只有寶馬530e，但從公開報(bào)道來看市場反饋并沒有預(yù)想的那么驚艷。

我們看到，市面上在提供無線充電技術(shù)的銷售車型多為豪華品牌的HEV車型，主要原因在于，一方面無線充電相對其他充電方式充電功率不夠大、充電效率不夠高，另外一方面無線充電系統(tǒng)價(jià)格太貴。

根據(jù)WiTricity的介紹，無線充電解決方案的最大功率可以做到11kw，供應(yīng)商可以定制為3kw或者7kw等產(chǎn)品。這樣的功率并不比市場上常規(guī)的慢充樁快多少，無法解決電動(dòng)汽車車主實(shí)現(xiàn)快速充電的核心訴求。

根據(jù)管理資訊公司Navigant的研究分析師Lisa Jerram介紹，一些高檔汽車制造商因?yàn)闊o線充電這一功能，額外要價(jià)可以多達(dá)2000美元。這就導(dǎo)致因?yàn)槌杀镜脑?，無線充電實(shí)際上目前只能是豪華車的“奢視品”。

在功率與成本之外，電動(dòng)汽車的無線充電技術(shù)還面臨一些同樣重要的挑戰(zhàn)，如缺少電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、在磁場環(huán)境下的安全問題、發(fā)射器和接收器之間氣隙的異物和活體的檢測與保護(hù)問題、車輛與充電板的定位問題等。

因此，電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用還十分遙遠(yuǎn)，尚看不到明確的時(shí)間表。

中國作為全球最大的電動(dòng)汽車市場，中國政府已經(jīng)在國家層面已明確提出將鼓勵(lì)無線充電技術(shù)的發(fā)展。

國家能源局監(jiān)管總監(jiān)李冶介紹，2019年國家能源局將會(huì)同相關(guān)部委督促車企深度參與充電運(yùn)營服務(wù)，加強(qiáng)無線充電、智能充電等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，在重點(diǎn)領(lǐng)域開展充電設(shè)施與電網(wǎng)互動(dòng)實(shí)驗(yàn)示范，并在裝備研發(fā)上做好技術(shù)儲(chǔ)備。

這是否意味著電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)有望加速呢？讓我們拭目以待。

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