無線充電技術很有可能是啟動電動汽車市場的關鍵

    鋰電世界  隨著電動車時代逐漸被人熟悉，充電方式成了大家渴望突破的一個方向。特別是無線充電，它帶來的便捷誘惑，讓日系在內的廠家以及風險投資家們趨之若鶩。

    無線充電聽起來是個不錯的點子，現在已經有一些設備可以實現它，比如：電動牙刷，遙控器，還有一些智能手機。隨著無線充電技術研究與應用的不斷深入，各種型號的電源、充電器，亂成一團的電線，這些都可能成為歷史。而現在，你只需把電子設備放到一塊充電墊上，這款充電墊與前幾年出現的“Power Mat”(能量墊)類似。

    去年的諾基亞紐約發布會上，諾基亞Lumia920向外界展示了回家以后隨手把手機放上充電墊邊充電邊聽音樂的場景。其具體原理是，在發送和接收端各有一個線圈，發送端線圈連接有線電源產生電磁信號，接收端線圈感應發送端的電磁信號從而產生電流給電池充電。

    早在2008年末，電子業界同盟共同努力推動建立了無線充電聯盟，之后推出了國際無線充電的Qi標準，大大加速其商業化進程。該聯盟的成員包括諾基亞、三星、德州儀器、華為等公司，覆蓋無線充電解決方案各生產環節。

    標準的建立，讓無線充電技術加速了商用進程。這項被寄予厚望的技術，在不久的將來或許會像藍牙一樣被廣泛運用于各種設備。但就應用空間而言，無線充電對手機、電腦、相機等電子產品或多或少只是個錦上添花的新功能。但對于汽車，特別是電動車產業，卻有可能是啟動整個市場的關鍵。

    汽車無線充電技術的“階梯式演進”

    面向汽車用途的無線供電方式大致有三種：電磁感應方式、電波方式以及電磁共振方式。其中電磁感應方式利用的是線圈間產生的電磁感應。從19世紀開始就存在，是已經成熟的技術。特點是從微小電力到100kW以上的大電力均可高效傳輸，已經實際應用于多種設備。不但在汽車用途方面推進了開發，在輕軌等方面也有很多開發事例。早在2010年，加拿大龐巴迪(Bombardier)的Transportation部門便開發出了在供電線上一直供電的電車用無線供電系統，并開始在德國推進實用化。

    電磁感應方式有使一次線圈和二次線圈正相對的靜止式充電系統和配備移動一次線圈供電位置的軌道的移動式充電系統。而無線電波原理與早期使用的礦石收音機相類似，方式為接收微波等電波，與天線合為一體的整流電路直接將電波轉換為穩定的直流電壓。通過縮小電波的波束，可實現長距離大電力傳輸。早在2009年初，三菱重工業在新能源產業技術綜合開發機構(NEDO)的協助下，開發出了微波充電系統。采用與微波爐相同的2.45GHz電波發生裝置“磁控管”，可經由“整流天線”向車輛地板下方傳輸1kW的電力。但效率偏低。

    另外一種是電磁共振方式。其原理類似聲波共振，兩種介質具有相同的共振頻率，就可以用來傳遞能量。2007年6月美國麻省理工學院(MIT)發布了利用共振電路之間的共振現象，向2m遠的距離傳輸60W電力的無線供電系統。之后，眾多企業和研究機構等相繼進行了跟進及研究。其中傳輸效率是最引人關注的。美國WiTricity公司曾在輸出功率為3.3kW、傳輸距離為20cm的情況下使綜合效率達到了90%。此外，長野日本無線在輸出功率為1kW、傳輸距離為30cm的情況下，使功率放大器和電池間的效率實現了88%。

    2012年11月，日本村田制作所開發出了其稱為“直流共振方式”的無線供電技術。它也是通過相對線圈間的電磁共振來供電。不同之處在于不使用高頻交流源，而直接由直流電壓傳輸電力，可大幅提高整個系統電力傳輸效率。由直流電源經無線區間到達負載的電力效率比原來的技術提高了20～30個百分點。例如，從直流電源將功率約為75W的直流電供應到幾十厘米遠的負載時，最高能以70%以上的電力效率傳輸。村田制作所設想將直流無線供電技術應用于小型電子電路、便攜終端乃至EV等大功率用途。

    電磁感應VS磁場共振

    對于目前電動汽車市場而言，無線充電技術在開發與應用以及市場推廣上還有不小的深入及進步空間。

    在汽車無線充電技術的各種方法中，最被看好的是電磁感應方式和磁場共振方式兩種。從傳輸距離遠這一點來看，后者在技術上的優勢較為突出，有數據顯示，市場開拓方面，電磁感應方式處于領先地位，而在技術開發方面比較活躍的則是共振方式。

    其中，豐田公司較有代表性。早在2011年4月，豐田便宣布開發出了采用磁共振方式的EV無線供電系統。豐田選擇的開發合作伙伴是美國WiTricity公司。WiTricity是由發明磁共振方式的MIT研究人員于2006年創建的風險公司。除豐田外，WiTricity還與美國德爾福(Delphi)和IHI等公司有合作，存在感非常強。麻省理工學院和該大學教授組建的WiTricity公司在磁場共振方式方面掌握著100多項關鍵專利。計劃開發EV充電基礎設施的IHI表示，“我們認為與WiTricity合作是開發產品的捷徑。希望在2～3年內實現量產”，該公司打算向汽車廠商銷售產品。磁共振方式的優點是可供電的范圍廣。除了可向一定距離的產品供電外，還能輕松應對送受電線圈的位置偏移現象。

    前段時間，豐田及日本汽車研究所(JARI)在汽車技術會議“2013年春季大會”上就汽車無線供電技術的動向分別發表了演講。致力于插電式混合動力車(PHEV)開發的豐田認為，“與純電動汽車(EV)相比，無線供電技術對PHEV更為重要”，并表示將在各國大力開展標準化活動。

    在這之前的2012年，豐田還探討在該公司開發的無線供電技術中使用方形線圈。方形線圈采用在方形平板上纏繞銅線制造而成。據悉，豐田已經試制了配備方形線圈的車輛，并正在評測性能。方形線圈存在的課題是如何將電磁波的泄漏降至日本電波法要求的水平。就試制車而言，豐田已經獲得了達到日本電波法要求的標準。

    汽車無線供電技術的線圈形狀主要有圓形和方形兩種。線圈的形狀決定磁路，因此供電側與受電側形狀不統一的話，兩個線圈之間就不能高效通過磁通量。圓形和方形線圈之間相互不兼容且各具優缺點。因此，目前全球的汽車廠商也基本分為圓形線圈和方形線圈兩派。很顯然，豐田公司屬于后者。而在其2013款亞洲龍(Avalon)轎車的頂配型號上，搭載了無線充電器，成為全球第一款擁有手機無線充電功能的汽車。

    最大瓶頸：“標準統一難”

    作為豐田同門最大的競爭對手，在無線充電技術領域，日產公司也并沒閑著。它去年4月曾宣布“要在兩年內上市的EV上采用無線供電技術”，這在全球汽車廠商中是第一個制定明確時間表的。而前不久，日本成立了“無線電力傳輸實用化共同體”，日產公司為其成員日本東亞公司開發的“電動汽車行駛中地面充電技術”提供了試驗電動汽車。

    不過也有分析指出，日產對于無線充電技術積極動作的真正的意圖是“不管怎樣先早日確立標準”。日產率先公布無線充電技術實用化方針的目的就是想讓其他公司認為自己采用的技術有可能會成為事實標準，同時打破混沌狀態。但現實情況是，無線充電技術有多種方式，而且難分優劣，此外還存在專利問題。公定標準并不是那么簡單就能確定。

    2012年7月24日，美國高通公司和法國雷諾公司就開發純電動汽車(EV)用無線充電技術簽署了備忘錄，將把高通正在開發的技術用于雷諾的EV，展開驗證試驗。早前，高通宣布將在2012年下半年在英國倫敦市啟動非接觸供電驗證試驗，雷諾加盟了該試驗的運營委員會。高通的無線充電裝置將會搭載給雷諾的EV，提供給倫敦市內的用戶使用。高通于2011年收購了新西蘭HaloIPT公司，獲得了EV無線充電相關技術。

    除此之外，以無線充電技術為切入，還有觀點提出將無線供電用于汽車的自動停車。據日經新聞報道，目前已經在研究利用一級線圈和二級線圈的磁場強度變化來推測位置，以實現自動停車的系統。由于一級線圈和二級線圈的位置也能準確吻合，因此有助于提高效率。

    另一方面，有行業專家指出，要使無線供電技術實用化，國際標準化非常重要。公共基礎設施設置供電設備的情況居多，這時必須采用標準技術，這樣才能夠用一個供電設備為多家廠商的車輛供電。據悉，目前主要由國際電工委員會“IEC61980”與美國的“SAE J2954”推進標準化工作。計劃2014～2015年前后大體制定出標準規格。不過，這些團體推進的工作主要是供電裝置的標準化。基本上沒有針對車輛配備的裝置進行標準化。

    目前，阻礙無線感應式充電技術大規模運用的瓶頸主要還有對于輻射的擔憂。因為無線充電會產生強大的磁場。當人或動物位于電動車和充電裝置之間時，有可能帶來電磁傷害。所以確保無線充電系統的安全性也是一個關節點，在這方面，各家公司還需要大量的測試和改進相關技術。