電動汽車無線充電技術距離我們有多遠？
電動汽車無線充電技術距離我們有多遠？
今年春節剛過，電動汽車無線充電行業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新無線充電企業WiTricity宣佈併購高通旗下電動車無線充電平臺Halo，獲得了高通手上1500項相關專利、所有的客戶和授權。
兩個曾經最強勁的競爭對手強強聯合，業內認爲這將重塑電動汽車無線充電技術的市場格局。
從行業發展規律來看，電池技術經歷了從消費電子產品到電動汽車的應用場景拓展的，無線充電技術的應用也將經歷一個類似的過程。不過，當下無線充電技術即便是在消費電子產品的領域應用也遠遠不及預期，在電動汽車領域的應用可能將任重道遠。
所謂電動汽車的無線充電技術，即允許電動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連入電網進行充放電
根據研究機構Research and Markets今年2月的最新報告預測，至2025年，電動汽車無線充電市場規模預計達4.07億美元，2020-2025年期間的年複合增長率將到117.56％。
這份報告同樣指出，受益於中日韓三國電動汽車無線充電技術的發展，亞太地區預計是電動汽車無線充電技術的最大市場，其次是歐洲和北美。
無線充電的世紀構想
無線充電並非新技術。
實際上，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的藍圖。
所謂無線充電原理就是電磁感應原理。功率通過磁場在線圈之間傳輸，通過發射線圈的交流電根據安培定律產生震盪磁場，磁場通過接收線圈又在法拉第感應定律下產生交流電，進而達到充電的目的。
從1891到1904年間，特斯拉展開了一系列試驗，通過磁感應耦合線圈將交流電無線傳輸一個很短的距離，通過無線電能傳輸的方式點亮了一隻燈泡。
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，目標是構建全球輸電系統的原型，可惜到1904年，他的計劃被迫停止，至今也未完成。
在過去一個多世紀裏，無數的科學家對特斯拉的這一構想孜孜以求，不斷探索。
在103年之後，無線充電技術終於有了新的突破。2007年，麻省理工大學（MIT）的教授Marin Soljacic及其研究小組把共振運用到電磁波的傳輸上而成功“抓住”了電磁波。
他們利用銅製線圈作爲電磁共振器，一團線圈附在傳送電力方，另一團在接受電力方。傳送方送出某特定頻率的電磁波後，經過電磁場擴散到接受方，電力就實現了無線傳導。
這項被他們稱爲“無線電力”的技術經過多次試驗，已經能成功爲一個兩米外的60瓦燈泡供電。這項的最遠輸電距離還只能達到2.7米，但研究者相信，電源已經可以在這範圍內爲電池充電。而且只需要安裝一個電源，就可以爲整個屋裏的電器供電。
利用兩個60釐米的線圈，點亮了間隔2米的60瓦燈泡。它的特殊之處在於，應用的是磁共振原理，兩個線圈在頻率一致情況下，實現了無線電能傳輸。
無線充電技術發展到今天，按充電原理和技術路線劃分，可以分爲三種：電磁感應式、電磁共振式和無線電波式。
其中，電磁感應式和電磁共振式在中小距離場合的能量傳輸效率較高，更適用於小功率的消費電子產品充電和較大功率的電動汽車充電。
消費電子產品應用尚未普及
從應用場景來看，無線充電經歷了一個從消費電子產品到電動汽車的場景延展。
隨着電磁感應式無線充電技術的成熟，最早開始應用無線充電技術的的消費電子產品就是電動牙刷。
由於電動牙刷使用時難免與水接觸，所以從很早以前就引入了無線充電概念，從而使充電接觸點不暴露在外，極大增強了產品的防水性並實現整體水洗。
在電動牙刷之外，大規模應用無線充電技術的消費電子產品就是手機。最早使用無線充電技術的手機廠家是Palm公司，隨後，夏普、諾基亞、索愛等等手機廠商紛紛跟進。
早期的無線充電技術率不高。以電動牙刷爲例，有些型號內置700mAh的電池，全部充滿需要4個小時以上。而智能手機當年的電池容量普遍都在1500mAh以上，這意味着全部充滿要8個小時以上。
較低的充電效率，可能存在的各種兼容隱患，一直在制約着無線充電技術在智能手機領域大展拳腳，而這一局面直到全球第一個無線充電的國際標準“Qi”出臺纔有所改善
2008年12月17日，由飛利浦電子、德州儀器、國家半導體等幾大公司攜手組建了“無線充電聯盟”（Wireless Power Consortium，簡稱WPC），旨在提升無線充電技術的便捷性和通用性。截止2018年4月30日，無線充電聯盟（WPC）會員已增至534家。
2012年，由衆多參與者共同制定的無線充電標準“Qi”誕生，它攻克了無線充電“通用性”的技術瓶頸，凡是通過Qi標準認證的產品（手機和無線充電底座），它們之間可以做到相互兼容。
儘管無線充電技術在以手機爲代表的消費電子產品得到了大規模應用，但是並未成爲手機充電的主流方式，這主要與其用戶體驗並不是很好有關。
無線充電的優點是既擺脫了線纜和充電插口的束縛，也不用再擔心USB接口反覆插拔的劃傷和壽命問題，其缺點是充電時長且不能隨便移動或者使用手機。
因爲無線充電的功率普遍只有5W到10W，充滿一部3000mAh電池的手機需要2.5小時到5個小時，而且在充電過程中，不能移動或者使用手機，因此充電使用場景只適合晚間睡覺時、全心上課/工作時，而這對非常依賴手機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，無線充電在消費電子領域目前只能作爲一種補充方式，而並沒有成爲主流充電方式。
豪華車的“奢飾品”
隨着全球電動汽車在2012年之後的正式量產，無線充電技術開始從消費電子產品領域拓展到電動汽車。
在電動汽車無線充電領域，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，高通就宣佈與Formular E 控股公司達成合作，將旗下的Halo無線充電技術應用於Formula E電動方程式賽車上。2015年，裝配有Qualcomm Halo 7.4kW無線充電系統的寶馬i8開始成爲全新的官方安全車。2017年5月，高通宣佈已經完成了電動汽車行駛中進行無線充電的試驗，即在路上增加感應式充電設備，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智等第三方技術公司。
在已經與高通強強聯合的WiTricity之外，Momentum Dynamic值得關注。
今年1月15日，沃爾沃集團的Venture Capital AB宣佈，將對Momentum Dynamics公司進行投資。該公司在電動汽車高功率無線充電技術領域佔據領先地位，並正利用車隊以及汽車製造商的汽車、公共汽車、卡車和火車等，在歐洲和北美進行其高功率無線充電技術的試點項目。
在第三方技術公司之外，主機廠也是開發無線充電技術的另外一派主力軍，如豐田、寶馬、奧迪、現代、沃爾沃、日產、起亞等。
其中，本田似乎快人一步。在2019 CES消費者電子展上，本田展出了最新研發的Wireless Vehicle-to-Grid無線充電技術，和傳統的無線充電技術相比，它增加了向電網回傳電力的功能，以達到儲能的目的。
儘管第三方技術公司與主機廠都在發力研發電動汽車無線充電技術，但無線充電技術的應用仍未正式開始。
儘管目前電動汽車無線充電技術實力最領先的WiTricity對外宣稱，已經和全球前10大汽車廠商中的9家建立了實質性合作關係，但真正應用無線充電技術的上市量產車目前只有寶馬530e，但從公開報道來看市場反饋並沒有預想的那麼驚豔。
我們看到，市面上在提供無線充電技術的銷售車型多爲豪華品牌的HEV車型，主要原因在於，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價格太貴。
根據WiTricity的介紹，無線充電解決方案的最大功率可以做到11kw，供應商可以定製爲3kw或者7kw等產品。這樣的功率並不比市場上常規的慢充樁快多少，無法解決電動汽車車主實現快速充電的核心訴求。
根據管理資訊公司Navigant的研究分析師Lisa Jerram介紹，一些高檔汽車製造商因爲無線充電這一功能，額外要價可以多達2000美元。這就導致因爲成本的原因，無線充電實際上目前只能是豪華車的“奢視品”。
在功率與成本之外，電動汽車的無線充電技術還面臨一些同樣重要的挑戰，如缺少電動汽車無線充電技術標準、在磁場環境下的安全問題、發射器和接收器之間氣隙的異物和活體的檢測與保護問題、車輛與充電板的定位問題等。
因此，電動汽車無線充電技術的商業化應用還十分遙遠，尚看不到明確的時間表。
中國作爲全球最大的電動汽車市場，中國政府已經在國家層面已明確提出將鼓勵無線充電技術的發展。
國家能源局監管總監李冶介紹，2019年國家能源局將會同相關部委督促車企深度參與充電運營服務，加強無線充電、智能充電等關鍵技術攻關，在重點領域開展充電設施與電網互動實驗示範，並在裝備研發上做好技術儲備。
這是否意味着電動汽車無線充電技術有望加速呢？讓我們拭目以待。
作者：大出行下半場
