电动汽车的下一个挑战：动态无线充电技术

shuszhao · 发表于 2019-1-23 18:04:02

研究机构认为，到2025年，电动车无线充电市场规模将超4亿美元，亚太地区将是最大的市场，与苹果打的对电动汽车和插电式混合动力汽车不断增长的需求推动了无线电动汽车充电市场的整体增长。电动汽车无线充电系统制造商正在加大研发投资，同时，大型整车制造商与厂商之间的合作伙伴和合资企业数量也在不断增加。这为全球电动汽车无线充电系统创造了增长机会。难解难分的高通将是这一领域的龙头企业。
研究机构Research and Markets最新报告预测，至2025年，电动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％。

报告称，对电动汽车和插电式混合动力汽车不断增长的需求推动了无线电动汽车充电市场的整体增长。电动汽车无线充电系统制造商正在加大研发投资，同时，大型整车制造商与厂商之间的合作伙伴和合资企业数量也在不断增加。这为全球电动汽车无线充电系统创造了增长机会。

无线充电技术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，使用方便安全，可以有效利用汽车电池容量、减轻车体重量、增加车辆续航里程。

换句话说，无线充电技术发展成熟后，几乎可以解决传统电动车的所有痛点。

什么是无线充电技术
无线充电技术允许电动汽车在不使用电线或电缆的情况下自动连入电网进行充放电。

按充电原理划分，无线充电技术（WPT，wireless power transmission）可以分为三种：无线电波式、电磁感应式、电磁共振式。

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，更适用于电动车充电。

按照充电方式划分，无线充电技术可以分为动态充电和静态充电。

动态充电系统易于使用，并且可以为行驶状态下的车辆充电。目前市场上的主要技术开发公司多专注于动态无线充电系统，以满足日益增长的商用电动汽车需求。此外，中国和韩国主要开发的也是动态无线充电系统。

无线充电技术的缺点也很明显：设备成本高，需要大量的公共和私人投资，对充电环境要求严苛，维修费用大且远距离传输能耗较高等。Research and Markets报告也指出，升级到无线充电技术的高成本可能会抑制无线电动汽车充电市场的增长。无线充电器通过电磁感应和/或电磁共振的传输范围是有一定距离限制的。这种范围限制对制造商提出了严重的挑战，特别是在轻型商用车和SUV具有高地面间隙的情况下。

此外，据新浪科技，有科研人士指出，也许在无线充电技术得以全面投放的那天，纯电动汽车已经有了超大电池包、能实现上千公里续航，而且充电时间大大缩短。如果一个“充电五分钟，开车两三天”的技术先行诞生，那无线充电的痛点就会逐渐消失。

行业标准方面，目前市场上比较公认的标准是美国汽车工程师协会发布的无线供电汽车充电技术指南——SAE TIR J2954。去年，SAE宣布了一项新的无线和插电式电动汽车推荐规范，使无线充电走上了标准化的轨道。

无线充电技术开发公司WiTricity首席执行官Alex Gruzen称，预计该行业将于2019年批准新的SAE标准及其在中国的同等标准。

哪些车企在做？
目前已有多个国家提出了禁售燃油车的时间表，而其他国家也推出了更为严格的排放法规，这使得车企都在花大力气研发纯电动车或者混合动力汽车，如何为这些车的电池充电就成了大问题。无线充电作为充电桩的补充，能让汽车充电变得更方便、无缝，自然就受到了厂商的青睐。

目前正在生产的许多车型都具备无线充电功能：宝马530e、奔驰S550e、现代的Kona、保时捷的Mission E以及奥迪的E -tron SUV等。

1月15日，沃尔沃集团旗下风投公司Volvo Group 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。沃尔沃方面表示，沃尔沃集团正在加强在电力运输和能源供应的生态系统中充电和配电方面的能力和知识。

本田在刚刚开幕的CES展会上也带来名为Wireless Vehicle-to-Grid的无线充电技术。想要实现无线充电，仅需将车辆停放在专门用于充电的垫片上即可。除此之外，本田还计划打造一套停车场充电系统，这套系统计划在车辆底盘和停车场的地板上都加入充电模块，通过这种非接触式充电技术让车辆在放入停车场时就可以进行充电，这将充分利用车辆的闲置时间完成充电，大大缩减了车主为充电所耽误的时间。

宝马作为豪华品牌中较早推出电动化车型的公司，在无线充电方面同样有所建树。宝马无线充电选件包含一个感应式充电基座，可安装在车库或户外，以及一个固定在车辆底部的辅助充电部件。当基座上有匹配充电部件的车辆时便会产生磁场，车上的充电设备内部可感应电流，然后给电池充电。充电设备靠WIFI和车辆之间建立充电协议即可开始充电，一旦电池充满电，系统则会自动关闭，当然充电过程也可以人工控制。

作为和宝马齐名的豪华品牌，奥迪同样建立起了自家的无线充电系统。车辆在使用无线充电时，其充电效率会低于有线充电，而奥迪的无线充电技术方案就针对无线充电传输过程中效率问题，设计了一种可升降的无线充电系统。在充电时，发射线圈的线圈会向上升，使其更接近电动汽车底部的接收线圈，从而提高电力传输效率。

除了车企之外，不少科技企业和研究机构同样也进行着车用无线充电的研究。美国能源部橡树岭国家实验室（ORNL）就展示了一款车用无线充电系统，其充电功率高达120千瓦，充电效率为97%，这与特斯拉的超级充电在效率上相差无几。未来该机构还将进一步开发充电功率达300千瓦的无线充电系统，如果能够研制成功，可将电动车的充电时间缩短至二十分钟。

无线充电技术的普及有点难
虽然无线充电会简化用户给车辆充电的步骤，但这一技术离大规模的推行还有着不小的差距。目前，在手机领域使用无线充电还会因为摆放位置不对或者距离过远而导致充电无法正常进行，而汽车相比于手机来说体积要大了不少，想要实现车用无线充电，可以说是相当考验车技，有来回挪车的时间还不如直接给车辆插上充电头来的省事。

此外，无线充电对于充电环境的要求还是比较苛刻。如果在充电过程中有异物，尤其是金属物质，就极有可能打断充电过程。因而，公共空间设置无线充电装置并不现实，类似于私人车库这样比较密闭的空间才能让车用无线充电装置更好的工作。

除了上述两点，无线充电的充电功率还远不及有线充电，这也使得无线充电现阶段只能作为传统充电桩的补充。

动态无线充电或是最佳选择
如果将充电垫或者说是谐振磁场放到道路里，那么车辆就可以实现边跑边充电了，从此告别充电桩。在去年5月份的时候，高通在巴黎使用一台雷诺全电动的Kangoo厢式货车完成了动态无线充电道路测试。两辆电动汽车按照不同速度，行驶在这条100m长的道路上，同时完成了充电。测试中，Kango测试车的时速达到100km/h，最大充电功率能达到20kW。高通建设的这条长100m的道路测试包含4块能量供给单元，每个单元负责25m道路的电量供应。同时，每25m长的能量段拥有与14个子模块，内含线圈和能量转换电路。至于成本问题，雷诺、法国电力公司和法国北部高速公路公司的一项研究指出，建设动态充电道路的成本为400万欧元/km(双车道)，价格可以说是相当昂贵了。如此“金贵”的道路看来只能先在公交道上普及了。

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在动态无线充电领域，高通已成为龙头公司之一，并在核心技术方面拥有多项专利。

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。与大多数感应充电不同，高通Halo技术可隔空提供高能量传输，并适用于多种车型。它采用多线圈设计，即使充电板未对准车辆也仍然可以进行高效的能量传输。

去年5月，高通副总裁表示，高通正在研发的汽车无线充电技术预计会在24个月内投入市场。

除了高通之外，电动车无线充电领域的主要玩家还包括WiTricity、Evatran Group（Plugless）、Momentum Dynamics和Bombardier等公司。

Momentum Dynamics和高通均已通过构建嵌入无线充电系统的100米测试道路来演示动态无线充电技术。

小结：
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。该地区市场的增长归功于中国、日本和韩国电动汽车无线充电技术的巨大发展。

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。

随着越来越多的厂商加入到无线充电的队伍里来，这项技术必然会进入快速发展期，我们有理由相信，无线充电有朝一日会成为电动车主要的充电方式。