无线充电万般好,但为什么无线充电桩难普及?

2020-06-04

        今年初,深圳机场300个电动汽车智慧充电站投入运营,首次全方位覆盖了无线充电、有线快充和有线慢充等多种电动汽车充电方式,这意味着无线充电技术在量上获得较大突破。

        无感充电,让开车的人忘记充电这件事。开电动汽车,一摁开关就走,平时基本不需要保养,省钱是一方面,方便是另一方面,但是现阶段还不到最方便的时候。那么问题来了,什么是最方便?

       “让开车的人忘记充电这件事。”中兴新能源汽车公司副总经理田锋设想,如果未来无线充电普及之后,新能源汽车与电网之间将实现无障碍能源交换,每台车停泊时将可以自动充电,甚至可以反向馈电,即在某些情况下,车辆可以把电池的电反向输送给电网。

      “如果不能方便地推广使用,就不算最好。”一位汽车业内人士评价。

         对此,中兴通讯副总裁孙枕戈打了个比方,就像马车时代,马总是在目的地补充草料。电网就像新能源汽车的“草料”,能不能在公司、家庭、商场、酒店、餐厅的停车位上一停,就能充电呢?

      “ 酷酷的”的无线充电设想,颠覆了模仿燃油汽车加油站的充电桩模式。

        前景美好,为什么普及困难

        我们先八一八国内外无线充电的发展情况,看看到底是什么原因阻碍了无线充电的发展呢?

        国外:

       07年麻省理工学院隔空点亮2米以外60W灯泡

       12年诺基亚推出无线充电手机

       12年日本展出可在运行过程中通过道路充电的汽车

       13年荷兰首都机场提供无线充电器

       14年荷兰开通世界首条太阳能公路,长230英尺

       国内:

       04年双飞燕公司出无线鼠标

       05年比亚迪申请非接触感应式充电专利

       10年无线充电联盟将Qi无线充电国际标准引入中国

       11年海尔推概念性“无尾电视”

       12年华为加入无线充电联盟称其随时都可开发无线充电产品

       13年哈尔滨工业大学发布一米以外的磁共振式无线充电技术

        回归正题,既然无线充电一直在发展,那汽车行业的无线充电什么时候才会应用普及?

        至今未被使用是因为政府?车企?技术提供商?还是基础设施还是无利可图还是?

        政府方面

        国务院办公厅关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见国办发〔2015〕73号

        车企方面

         两个代表企业奔驰和宝马,2014年7月,奔驰和宝马联合宣布要合作研发电动车无线充电技术。奔驰表示将基于全新S级进行测试,而宝马则计划率先应用在i8身上。双方表示将在未来2-3年内实现商业化生产。

        技术提供商

        凌力尔特公司是一家面向高端应用的高性能电源和模拟芯片供应商,该公司设计经理Trevor Barcelo表示,目前的无线充电标准主要集中在消费类应用(如手机、平板电脑等),但这并不是凌力尔特所关注的领域。它现有的400mA无线电源接收器LTC4120可覆盖许多应用,而且将来的重点是汽车、工业、医疗、和军事应用。

        IDT公司最早从事无线充电技术研究的厂商之一,营销副总裁Graham Robertson表示,IDT在推进无线充电标准的发展中一直非常积极。IDT支持Qi和PMA标准。

        还有Active-Semi 、ROHM等知名与无线充电相关的公司都表示对无线充电的关注和支持

政府、车企、技术提供商都对这个事情不反对,那是因为什么?

        继续八

       ①充电桩标准刚刚统一,无线充电技术出现后标准依旧需统一

       ②无线充电基础设施投放,谁来建谁买单?

       ③充电效率,如果无线跟有限的充电效率想等,无线设备造价高昂,我们消费者为什么要买单

       继续八

        短期内很难实现无线充电的原因:

        ①空间损耗太大。磁场是辐射状的,即使是谐振式,也会产生很大比例的能量损失。只有距离贴的很近很近,比如手机或者牙刷那种虽然没有导体接触,但空间上几乎挨在一起才能保证一定的转化效率。因此,实现无线充电很容易,实现远程无线充电就相当相当困难了。

        ②二次转换损耗大。无线输电需要把220V的家用电先整流为直流电,在利用高频电路逆变为很高频率的交流电,经过无线传输后,由汽车接收再一次整流为直流,这其中多次能量转换的损失非常大。

        ③功率不足。2014年,A4WP能够实现的无线输电功率是5W,而我们习惯的慢充桩是多少呢?7000W。

        ④设备尺寸大。如果安装高频无线接收设备,这么大的功率设备尺寸会非常大,占据很大空间,估计后排座位和后备箱不一定够用。

        ⑤线圈体积大,重量沉。同4一样,金属线圈除了个头大,重量还特别重,特别重,特别重。

        ⑥停车场线圈建设。LZ提到的无线充电公路,无线充电停车场这些,一个重要前提都是要在建设之前在地下埋好线圈。新建的还好,已经存在的停车场都挖开装线圈,这个成本可相当高。

        ⑦电磁辐射。没错,对于目前的充电桩,辐射影响完全可以忽略不计,我们生活在Wifi、手机、信号塔、微波炉的环境中,辐射对人体的影响主要都是体现在心理上,而不是身体上。但是换成无线充电,由于频率远高于日常的50hz,产生的辐射可能就不可同日而语了。

        陈端是新能源汽车创业者,算是最早实现车用无线充电的几个研究组之一的项目负责人,作为裁判委员会委员还参加         了2015年的IEEE Future Energy Challenge,那一届IFEC在底特律,topic就是48V,500W输出用于低速电动车的无线充电装置。他说,车用无线充电最初方向的探索和样机的实现,都是由大学完成的,刚开始的时候大家都在拼效率,第一阶段做的好的可以上90%,差不多的也有85%。但是,车用无线充电从诞生起,就充满了分歧:有的强调充电效率,有的注重建设成本;有的主张停车充,有的认为行进中感应更好...... 根本没有一个确定的方向,无法形成推广的合力,无论是学术上、产业上、政策上还是经济上。

        这是前期,那么现在无线充电发展到什么阶段了?

        无线充电的标准之争

        无线充电近几年市场竞争开始越发激烈,标准之争也分几个阵营,按充电原理划分,无线充电技术可以分为:无线电波式、电磁感应式、电磁共振式。

        在目前这三种主流技术路线中,电磁共振式无线充电技术优势在于安全性高、功率较大,传输距离更远,最远传输距离超过2米,同时可以为多个设备充电,也无需精准对位,还可以穿过墙体、木材等对充电设备进行充电,因此得到汽车企业的青睐。

        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。

        无线充电市场最终的赢家会是谁?

        目前电动汽车市场的无线充电技术的主要玩家有:WiTricity Corporation(美国),高通Qualcomm(美国),Momentum Dynamics(美国),Robert Bosch GmbH(德国),Continental AG(德国),中兴通讯(中国)和HELLA KGaA Hueck&Co.(德国)等。

        作为通信行业的独角兽,高通也是发展下一代无线技术的领军企业之一,高通还拥有着超过1500个与无线充电相关专利及专利申请的拥有权或控制权,并积极参与制订了,SAE、ISO等国际无线充电技术标准,并且高通的无线充电技术方案,已经在不同的车型平台上进行了测试。

        2015年第二赛季的电动方程式锦标赛中采用的高通Qualcomm宝马i8安全车,通过功率达到7.2kW的Qualcomm Halo无线充电系统,在一个小时内将i8充满电,大大提升了充电功率,充电效率达到90%,已经与线缆充电效率相差无几。

         目前多家主流公司已在布局这一技术市场。 三菱已与IHI和WiTricity合作开发了一个易于部署的电动汽车无线充电系统,消除了对插头和电线的需求。据悉,WiTricity已经为市场带来了一个磁共振无线充电系统,在20厘米(8英寸)的距离内提供高达3.3千瓦的功率,效率超过90%。三菱进入电动汽车基础设施发展的新阶段。

        除此之外,奔驰、奥迪、宝马、沃尔沃等汽车厂商也已经汽车无线充电展开了研究,甚至该技术已宝马530e等车型中实现量产。

        国内,无线充电技术整体虽稍落后于国外。但近两年对这一技术的热衷也日渐明显增多。 传统车企中,广汽新能源、比亚迪、东风日产、长安、吉利、北汽等已有30余家车企均对无线充电技术跃跃欲试。

        2012年6月,中兴新能源研制出了无线充电技术样机。并在2014年将该技术应用到城市公交大巴上,于2015年7月及2016年12月完成了乘用车分体式及一体式无线充电系统设计,同时中兴也是电动汽车无线充电技术标准的制定者之一。

尽管有这么多行业巨头科技公司在无线充电领域不断发力,但是目前无线充电技术还是有许多问题亟待解决。

        1、现在可实现的无线充电技术,充电功率都很小,能量转换效率比有线方式低,随着车载动力电池容量的不断增大,无线充电技术的充电时长方面面临挑战。

       2、设备成本相对高昂,一个3kW的无线充电系统一般在1万元左右,传统的充电桩只需要不到2000元。

       3、对充电环境要求严苛,无线充电器传输范围有一定距离限制。面对高底盘车辆,充电效果不是十分理想。

       由于以上限制,无线充电现阶段只能作为传统充电桩的补充。不过,随着越来越多的科技公司和汽车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,无线充电有朝一日会成为电动车主要的充电方式。

        最后说一点,尽管有上述这样那样的问题和缺点,我们仍然相信在并不遥远的未来,大功率、远距离无线输电是可以实现的。

        还记的固话和大哥大吗?其实无线充电和当年的大哥大很像:一开始固定电话也是在信号的稳定度/价格/通话清晰度上碾压大哥大。但是,后来大哥大演化成了现在的手机,而固话还是固话。现在的手机,无论在体积/通话质量/信号稳定度都都不会比固话差,甚至单纯功能机而论,价格也已经差不多。而且,手机现在已经不仅仅是手机了,彻底的改变了人们的生活。所以无线充电应该也会有那么一天的。

        但从电动汽车的角度,也有人认为,到那个时候,电化学技术的突破导致电池的能量密度极大提升。届时,用户只要在超市随便买上一块砖头大小的电池,就足够爱车跑个500公里,比加油还方便,那时候,我们还需要无线充电吗?