据 DIGITIMES 报道,无线充电正在使电动汽车(EV)超越运输的定义。如果能够解决复杂的电缆和布线问题,未来的电动车将提供更多的功能和用途。
Solace Power 公司首席执行官 Neil Chaulk 表示,自去年 10 月以来,市场对无线充电的需求已经真正起飞。他还称," 从那时起,我们看到市场已经‘觉醒’了。”
报道称,用户已经习惯了移动设备的无线充电,而车载无线充电现在似乎更能被汽车制造商所接受。Chaulk 指出,汽车制造商现在 "对汽车的可配置内饰非常感兴趣同时,这项技术也将改善用户体验"。
无线充电可以在车内实现,并满足乘客对娱乐、通信等方面的需求。因此,一辆汽车将不仅仅是一辆车:当汽车切换到自驾模式时,它将成为一个移动办公室或移动影院。
Chaulk 表示,其中一个用例是智能座椅。座椅可以向前和向后移动,因为司机不一定需要开车。如果能在不连接电缆的情况下供电,每个乘客的座位都可以有一个小显示屏。
此外,无线充电为汽车制造商提供了更多创新汽车内饰的可能性,甚至提高能效和减少排放。具体做法是:带有可变色调的玻璃可以保护汽车内部免受加热和空调过度工作。由于可变色调只需要少量的电力,车载无线充电可以轻松完成这一任务。
Chaulk 补充道,不同的应用仍然需要不同类型的无线充电。在更广泛的基础设施方面,如果汽车制造商想建立无线充电基础设施,那将是另一回事。Solace Power 选择进入为车载应用提供动力的领域,以激发更多可能性并提高智能汽车的可制造性。
Chaulk 还称,他们现在主要与欧洲和美国的汽车制造商合作,同时一些客户则来自欧洲的国防领域以及亚洲。报道指出,目前这家位于加拿大的公司已经进入第一轮筹资阶段。
无线充电,对电动汽车来说有用么?
前一阵,国家发布了关于“电动 汽车 无线充电”的一系列国家标准。
国家标准化管理委员在公告中发布: 《电动 汽车 无线充电系统 第1部分:通用要求》 (GB/T 38775.1)、 《电动 汽车 无线充电系统 第2部分:车载充电机与充电设备之间的通信协议》 (GB/T 38775.2)、 《电动 汽车 无线充电系统第3部分:特殊要求》 (GB/T 38775.3)、 《电动 汽车 无线充电系统第4部分:电磁环境限值与测试方法》 (GB/T 38775.4)共4项国家标准。
该标准体系规划标准18 项,规范电动 汽车 无线充电系统在公共以及私人应用领域的技术要求、性能要求、功能要求、安全要求、通信协议、测试要求及试验方法、互操作性要求及测试方法、施工验收、运行维护等。 本次发布4项国家标准,还有4项国标正在编制过程中。
无线充电,在如今这个年代,并不是什么新鲜玩意。
尤其对于诸位正在用手机的朋友们来说,可能刚刚把手机从无线充电板上拿起来。不过对于电动 汽车 来说,无线充电技术一直都处在“只闻其声,不见其人”的阶段,尽管近几年有不少车企展示过实车无线充电功能,但终究未能在量产车上搭载,更谈不上普及了。
理论上说,电动 汽车 无线充电技术不仅仅能够极大提高用户用车的体验,更是为未来自动驾驶使用场景无人化的最后一环做好了铺垫。而之所以迟迟未能真正走向市场,其中一个重要原因就是各个国家对该技术未能尽早制定统一标准,从而产生了一系列的“连锁反应”,导致难以规模化、市场化。只有相关标准确定后,行业有可能真正快速发展。
颇有意思的是,在此次发布的国标中,除了由中电联、中国电力企业联合会主导,以及电科院、中汽研两个政府部门的参与,还有唯一一家外企参与了国标制定——WiTricity公司。其实WiTricity还曾参与过北美(SAE J2954)和欧洲(ISO 19363、IEC 61980)两大市场的电动 汽车 无线充电标准的制定。
这家公司什么来头?这得从无线充电技术本身讲起。
无线充电,起源于迈克尔·法拉第的电磁感应,由尼古拉斯·特斯拉发明,直到近10年才真正落地应用。目前主要有三种方式:电磁感应式、电磁共振式、无线电波式;不过其中 无线电波式 由于是通过将电磁波转换为电能,所以功率与安全性的平衡问题棘手,目前应用较少,这里暂且不提。
(尼古拉斯·特斯拉对全球无线充电的设想)
电磁感应式 ,简单理解即是变压器的原理,向初级线圈输送电能,使得次级线圈耦合感应产生电流,从而实现将能量从一端“无线”传输至另一端。
(手机无线充电器原理示意图,图/Real Engineering)
这种方式的原理和硬件要求相对简单,相关标准制定较早,例如我们熟知的Qi无线充电标准是由WPC(Wireless Power Consortium,无线充电联盟)制定。所以这类充电技术已经实现了规模化,其生产成本较低,且经过了市场的考验,较为普及。
缺点则是由于技术原理本身的限制,传输距离太短,随着距离增加,无线充电的损耗会增大,效率降低。所以这也是为什么当手机离开无线充电板稍远一点,就无法充电的原因。
电磁共振式 ,简单理解即是电磁感应式的“升级版”,本质上是通过电磁共振的技术,在松耦合情况下,提高电磁感应传输效率,从而在保证效率的同时,实现较长的传输距离(充电距离、充电面积比电磁感应方式提升10倍以上)。
(2007年MIT教授Marin Soljačić团队展示的电磁共振无线充电技术)
2007年MIT教授Marin Soljačić团队撰写论文,并展示了电磁共振无线充电技术,用两个5匝铜线圈作为两端,在两米的距离点亮了60W功率的灯泡,效率约为45%。随后该研究团队就采用项目的名字,成立了一家私人公司,即WiTricity,并以此技术申请了相关专利。
相比于电磁感应式,电磁共振式的特性显然更加符合电动 汽车 无线充电的需求。所以在技术展示公布不久,WiTricity就接到了奥迪、宝马、克莱斯勒、捷豹、日产和丰田抛来的橄榄枝,纷纷表示愿意与其合作。
然而得到资金支持后,应用于电动 汽车 的无线充电技术发展,并没有如预期般美好。真正落地的车型寥寥无几,例如2018年宝马展示的530e iPerformance,能够以3.2kW的功率无线输送电能。
在此期间,与之竞争的高通公司曾收购Halo无线充电公司,同样大力发展电磁共振式无线充电技术,也曾宣布将在2018年将无线充电技术搭载于奔驰S550e车型上。然而经过多年发展,高通可能认为消费电子市场更为重要,于是在2019年将关于电动 汽车 无线充电部门和所有技术专利出售给了WiTricity。
此后,WiTricity包揽了大量电动 汽车 无线充电的专利,并凭借此优势开始在各个地区推进相关标准的制定。
其实专注于电动 汽车 无线充电技术的公司有不少,但是最终或者沦为实验阶段,或是经过市场考察调研,发现这项技术似乎并没有前景,最终放弃,转而奔向消费电子领域无线充电技术。早起就入场的各大车企最后也大多保留着不温不火的态度。
(WattUp公司展示的电磁共振多设备同时充电技术,在一定范围内皆可为设备充电,无须接触式靠近充电源)
无线充电,表面上似乎只解决了“懒”的问题,省去了拿起充电枪插入充电口的过程;但实际上无线充电解决的问题并不止于次,通过无线充电可以将充电规范和接口完全统一化、比之有线充电布局要节省空间、能够解决很多存在充电桩安全问题、可以为自动驾驶出行业务提供完全无人化运营。
(特斯拉测试的充电机器人)
当然,无线充电从功率角度讲,样品产品最高也就22kW,与超充动辄100多kW相比的确慢很多;但这并不妨碍在很多场景下的实用便利,例如车辆放在停车场时和回到家停入车库时,无线充电带来的无感化能够真正让车辆“无时无刻”地在充电,丝毫不被“补能”问题担忧。
不过话又说回来,如此多的“先驱”一个个最终放弃,他们并非不知道这些优势,而是要相对完善地实现这一切并非那么容易。
除了充电速度无优势之外,电动 汽车 无线充电的安全问题一直是阻碍市场接受的重要原因之一。尽管从科学论证的角度,电磁共振技术所采用的6.78MHz频段的波长大约在30米,对人体是无害的,但是这些问题的论证还需要大量实验和时间来论证。
不仅如此,之前缺乏的标准制定,导致整个产业无法达到规模化,导致硬件设备的成本相比有线充电要贵很多,这样一来,无论对于个人用户还是公共设施建设,都不划算,也就很难推进。其实即便现在中国制定了相关标准,也需要较长的时间来逐步完善整个产业,从而循序渐进地降低成本,进而真正被市场接受。
也就是说,对于电动 汽车 的无线充电技术,目前的处境非常像特斯拉刚刚起步的阶段,相关产业的不成熟,就一定意味着在初期阶段步履维艰。说来也巧,无线充电技术与电动 汽车 的“坎坷”经历十分相似,都是具有百年 历史 的东西,并非什么新技术。然而受到各种大环境因素的影响,导致迟迟得不到真正的发展;但这些技术一旦得到助力,就会快速释放能量,显露出极强的发展潜力。
量变到质变,电动 汽车 充电技术的“春天”或许真的要来了。
无线充电技术能否推动新能源汽车产业的发展呢?
随着全球汽车产业逐渐转向电动化,电动汽车在我们生活中也已经越来越常见了。与燃油汽车相比,电动汽车充电过程较为麻烦,必须使用专门的充电桩才能够进行充电,因此充电设施不足也成为了限制电动汽车发展的一个瓶颈。那么如果能够将无线充电技术应用到电动汽车行业,能否提高电动汽车的充电效率,又是否能够推动新能源汽车产业的发展呢?
首先,无线充电技术的市场前景还是非常广阔的。一方面可以减少充电桩和充电站的建造成本,另一方面可以将充电电源以及变压器隐藏在地面下,让汽车的充电变得更加方便快捷。目前全球已经有多家企业开始在这一领域进行研究,其中包括万安科技,中兴等不少公司。如果无线充电技术能够普及,汽车只需要停在充电车位就可以实现快速充电了,不仅可以减少人工服务的成本,而且还可以极大地提高充电的安全性。
其次,无线充电技术想要真正的普及,对于车辆的精确定位与智能化也有着较高的要求。车辆只有精确地停在充电车位,地面系统才能够和汽车的车载系统建立通路并且实现充电。在精准定位的情况下,占地面积相同,使用无线充电的电动车数量与传统的充电桩充电相比就会大幅提升,极大地提高了空间利用率和充电效率。
最后,虽然电动汽车的无线充电技术有很多优势,但目前还很难应用在实际生活中,最大的问题之一就在于无线充电效率较低。传统的线路充电效率大概能够达到95%左右,而无线充电的效率则仅为90%左右。不过目前已经有多家公司正在研发磁场共振式无线充电技术,这种充电技术充电效率可以达到95%,几乎与线路充电效率持平。
综上来看,无线充电技术的普及除了会给我们的日常生活带来影响之外,也给电动汽车产业带来了新的市场商机。即便目前无线充电技术的充电效率相对低下,但随着技术的不断发展以及一对多充电方式的普及,在充电效率方面很有可能比有线充电要更快一些。
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