1894年，馬斯克的偶像尼古拉斯·特斯拉在紐約第道35號(hào)的實(shí)驗(yàn)室，用無(wú)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(zhǎng)，他計(jì)劃在紐約長(zhǎng)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(gè)極板，通過(guò)徑向電磁波振蕩在其間建立起頻率約為8Hz的低頻共振場(chǎng)。
簡(jiǎn)而言之，就是要建立起一張覆蓋全球的無(wú)線電能傳輸網(wǎng)絡(luò)。這樣一來(lái)，人類將徹底擺脫電線，只需要安裝一個(gè)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(gè)世界帶向了電動(dòng)車的時(shí)代。
2021年，全球新能源汽車銷量達(dá)到675萬(wàn)輛，國(guó)內(nèi)新能源車的滲透率已經(jīng)接近15%，電動(dòng)車的爆發(fā)勢(shì)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(wú)線傳輸?shù)膲?mèng)想，開(kāi)始在很多人的心中復(fù)蘇，無(wú)線充電技術(shù)也正在試圖走出實(shí)驗(yàn)室，加入市場(chǎng)應(yīng)用大軍。
12月28日，德國(guó)巴林根市與 Electreon 公司合作，為電動(dòng)公交車建設(shè)無(wú)線充電線。全球第汽車零部件供應(yīng)商電裝（Denso）公司也在與日本建筑公司合作開(kāi)發(fā)用于電動(dòng)車的無(wú)線充電路面技術(shù)。兩家公司已經(jīng)在東京啟動(dòng)測(cè)試，并計(jì)劃2025年商用。圍繞此現(xiàn)象，本文試著回答以下問(wèn)題：
1、無(wú)線充電技術(shù)在電動(dòng)汽車領(lǐng)域的研究進(jìn)展如何？
2、為什么無(wú)線充電還沒(méi)有流行起來(lái)？
3、無(wú)線充電距離爆發(fā)還有多遠(yuǎn)？
1ONE
新思路
無(wú)線充電對(duì)手機(jī)、電腦、相機(jī)等電子產(chǎn)品而言，只是個(gè)錦上添花的新功能，但對(duì)電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)，卻有可能是啟動(dòng)整個(gè)市場(chǎng)的關(guān)鍵。
統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2021年底，我國(guó)公共充電樁共有114.7萬(wàn)臺(tái)（直流快充樁47萬(wàn)臺(tái)，交流充電樁67.7萬(wàn)臺(tái)），若加上私人充電樁，總量達(dá)到261萬(wàn)臺(tái)。然而，充電不便捷依然困擾著相當(dāng)多的電動(dòng)汽車用戶。無(wú)線充電正是在這個(gè)行業(yè)背景下，涌現(xiàn)出的一種解決思路。
無(wú)線電力傳輸（即WP T）主要通過(guò)電磁感應(yīng)、電磁共振、射頻、微波和激光等方式實(shí)現(xiàn)無(wú)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(dòng)汽車無(wú)線充電的技術(shù)主要有電磁感應(yīng)式、電場(chǎng)耦合式和電磁共振式三種。
其中，電磁感應(yīng)式，簡(jiǎn)而言之就是變壓器的原理，向初級(jí)線圈輸送電能，使得次級(jí)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(wú)線”傳輸至另一端。這種方式的原理和硬件要求相對(duì)簡(jiǎn)單，是目前WPT技術(shù)中最成熟、應(yīng)用最廣泛的無(wú)線充電技術(shù)。
電磁共振式，則是電磁感應(yīng)式的“升級(jí)版”，本質(zhì)上是通過(guò)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(shí)，實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)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(dòng)汽車無(wú)線充電的需求。
眾多電動(dòng)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(qǐng)了非接觸感應(yīng)式充電器專利。2012年，他們?cè)谫u給猶他大學(xué)一輛 40 英尺的純電動(dòng)巴士上，便裝配著最新的 WAVE 無(wú)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(wú)線充電技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，率先研發(fā)出了電磁共振無(wú)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(lái)的橄欖枝。
今年6月，全球汽車和車輛供應(yīng)商西門(mén)子對(duì)WiTricity進(jìn)行了2500萬(wàn)美元的投資，用于家庭、停車場(chǎng)、工作場(chǎng)所或車隊(duì)的解決方案。
就像WiTricity首席執(zhí)行官阿歷克謝·格魯岑（Alex Gruzen）說(shuō)的：“最終，你會(huì)感覺(jué)擁有了一輛無(wú)限里程的汽車。除了開(kāi)車、停車，沒(méi)有額外的工作需要做。”無(wú)線充電，看上去只是省去了拿起充電槍插入充電口的過(guò)程，但實(shí)際上通過(guò)無(wú)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(wèn)題、可以為自動(dòng)駕駛出行業(yè)務(wù)提供完全無(wú)人化運(yùn)營(yíng)。
一旦技術(shù)成熟，它有著巨大的應(yīng)用前景。市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Allied Market Research (AMR）對(duì)未來(lái)市場(chǎng)發(fā)展給出了積極的預(yù)測(cè)：全球電動(dòng)汽車無(wú)線充電市場(chǎng)規(guī)模從2017年2.2千萬(wàn)美元，預(yù)計(jì)到2025年增長(zhǎng)至14億美元。
2TWO
現(xiàn)實(shí)阻礙
上一次無(wú)線充電技術(shù)這么熱鬧，還得追溯到我國(guó)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(huì)”上展示了與蜀都客車攜手研發(fā)的全球首款無(wú)線充電微循環(huán)電動(dòng)客車。
但后來(lái)應(yīng)用于電動(dòng)汽車的無(wú)線充電技術(shù)發(fā)展，并沒(méi)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(wú)線充電在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的過(guò)程中，都遇到了哪些障礙？
對(duì)手機(jī)而言，小功率無(wú)線充電已經(jīng)通過(guò)電磁感應(yīng)實(shí)現(xiàn)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是在無(wú)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(shí)候，無(wú)線充電器中一定頻率的交流電通過(guò)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(dòng)汽車上，難度陡然增加。
1、充電功率不足，無(wú)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(guò)磁場(chǎng)來(lái)傳遞電能的效率始終比不上有線充電直接通過(guò)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(huì)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(wú)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(wú)線充電所需的距離。”
也就是說(shuō)，無(wú)線充電的發(fā)射器與接收器，需要精準(zhǔn)對(duì)齊。為了克服上述問(wèn)題，解決方案是通過(guò)車載攝像頭畫(huà)面給駕駛員停車提供指導(dǎo)，將車底部的感應(yīng)板和車庫(kù)地板上的充電板對(duì)準(zhǔn)。但這樣的操作，和手動(dòng)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(wú)線感應(yīng)式充電技術(shù)大規(guī)模運(yùn)用的瓶頸主要是對(duì)于輻射的擔(dān)憂，因?yàn)闊o(wú)線充電會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng)。當(dāng)人或動(dòng)物位于電動(dòng)車和充電裝置之間時(shí)，有可能帶來(lái)電磁傷害。因此，電磁感應(yīng)式的無(wú)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(dòng)物的存在。
4、成本高：對(duì)絕大多數(shù)新技術(shù)而言，其普及過(guò)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(wú)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(jià)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(wú)線充電售價(jià)在1.2萬(wàn)元左右，即便未來(lái)無(wú)線充電達(dá)到100萬(wàn)套數(shù)量級(jí)，其費(fèi)用依然高出傳統(tǒng)充電樁30%左右。因此，無(wú)線充電將主要配置在中高端車型上，前期銷量會(huì)有一個(gè)“爬坡”的過(guò)程。
這些現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題，在過(guò)去都阻礙著電動(dòng)車無(wú)線充電的夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。
3THREE
第二春
無(wú)線充電目前的處境有點(diǎn)國(guó)內(nèi)新能源車剛剛起步的階段：都知道是大趨勢(shì)，只是大家都擔(dān)心自己能不能等到大趨勢(shì)出現(xiàn)那一天。但當(dāng)前無(wú)線充電發(fā)展發(fā)生幾個(gè)重要變化，確確實(shí)實(shí)為無(wú)線充電迎來(lái)了第二春。
技術(shù)新突破：行業(yè)一直沒(méi)有停下對(duì)無(wú)線充電的追求腳步，現(xiàn)階段無(wú)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(wú)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(pán)距離地面高度的限制也放寬了。無(wú)線充電配置供應(yīng)商宣稱能覆蓋各類車型，包括底盤(pán)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(shí)，會(huì)有措施防止過(guò)熱事件的發(fā)生。
新政策推動(dòng)：任何一個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，都是標(biāo)準(zhǔn)先行的，電動(dòng)車無(wú)線充電產(chǎn)業(yè)，同樣如此。早在2020年，我國(guó)便完成了電動(dòng)汽車無(wú)線充電四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的編制。電動(dòng)汽車無(wú)線充電國(guó)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(guó)第一部電動(dòng)汽車無(wú)線充電系列國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的四項(xiàng)，填補(bǔ)了我國(guó)在這一技術(shù)領(lǐng)域國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的空白，將助力我國(guó)電動(dòng)汽車無(wú)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(guó)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(wú)線充電等新型充電技術(shù)研發(fā)”。這對(duì)于電動(dòng)汽車動(dòng)力電池大功率無(wú)線充電的研發(fā)企業(yè)而言，又是一個(gè)重大利好。
過(guò)去充電樁行業(yè)的發(fā)展，就因?yàn)闆](méi)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(lái)看，無(wú)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(kāi)新場(chǎng)景：智能化和無(wú)人駕駛已成為電動(dòng)汽車的重要發(fā)展方向，無(wú)線充電將成為未來(lái)自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵一環(huán)。中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化管理中心主任劉永東認(rèn)為，電動(dòng)汽車無(wú)線充電技術(shù)正處于產(chǎn)業(yè)化的前沿，有兩大優(yōu)勢(shì)：第一，與自動(dòng)駕駛天然結(jié)合，“我們很難想象車輛能自動(dòng)駕駛、自動(dòng)泊車了，人還要到車位完成最后一個(gè)充電動(dòng)作”；第二，可以通過(guò)APP遠(yuǎn)程操作，使電動(dòng)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(lái)，電動(dòng)汽車無(wú)線充電則有兩大清晰的商業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景：一是電動(dòng)汽車自動(dòng)化充電，如自動(dòng)駕駛場(chǎng)景，未來(lái)會(huì)逐步普及；二是立體車庫(kù)場(chǎng)景下的無(wú)線充電。由于國(guó)家對(duì)停車場(chǎng)地的充電車位占比有一定要求，如果是高層立體停車場(chǎng)，傳導(dǎo)式充電電線很難拉上去，就需要裝配無(wú)線充電。
毋庸置疑，無(wú)線充電作為新能源車補(bǔ)能方式的新突破，即將迎來(lái)大規(guī)模的推廣。但無(wú)線充電的發(fā)展也不是一蹴而就的過(guò)程，無(wú)線充電技術(shù)真正大規(guī)模落地還需要一些時(shí)間。據(jù)行業(yè)樂(lè)觀預(yù)計(jì)，無(wú)線充電行業(yè)2025年后會(huì)進(jìn)入成熟期，屆時(shí)無(wú)線充電設(shè)施會(huì)大規(guī)模生產(chǎn)和落地。
4FOUR
尾聲
國(guó)內(nèi)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程中，有個(gè)普遍的現(xiàn)象：路線選擇常呈現(xiàn)一邊倒的態(tài)勢(shì)，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(guó)，很難有單一的方案能夠滿足所有需求。
在電動(dòng)車保有量高速增長(zhǎng)的眼下，一個(gè)多元的補(bǔ)能體系才會(huì)更好地填補(bǔ)補(bǔ)能的缺口，充電與換電、有線充電和無(wú)線充電不會(huì)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(dòng)車的里程自由。
未來(lái)，隨著無(wú)人駕駛汽車政策的進(jìn)一步放開(kāi)和完善，無(wú)線充電和無(wú)人駕駛一樣，都將會(huì)迎來(lái)自己的春天。
【全文參考】
[1]《無(wú)線充電會(huì)引爆電動(dòng)車市場(chǎng)嗎》，財(cái)經(jīng)，謝麗容
[2]《首部國(guó)標(biāo)出爐 無(wú)線充電前景無(wú)限》， 中國(guó)汽車報(bào)，趙建國(guó)
[3]《中國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告（2020 新能源汽車藍(lán)皮書(shū)）》，中國(guó)汽車技術(shù)研究中心
[4]《電動(dòng)汽車無(wú)線充電兩強(qiáng)合體，充電無(wú)線化會(huì)加速嗎》，電動(dòng)汽車觀察家，邱鍇俊