鉅大LARGE | 點擊量：802次 | 2019年04月23日
無線充電技術的發展趨勢
什么是無線充電？無線充電的原理是什么？電動汽車能否實現無線充電？如何實現？
4月13日，中國電動汽車百人會未來出行學院舉辦了關于“電動汽車充電服務市場發展現狀及先進技術”的課程培訓，中興新能源汽車有限責任公司無線充電產品總經理梁明分享了無線充電的相關內容。
01
電動無線充電原理及關鍵技術
無線充電原理其實就是對特斯拉多年前提出原理的實踐，原理為通過高頻交變電磁場實現電能的無線傳輸，發送端和接收端各有一個線圈，能量發射線圈上通數十k頻率的交流電，通過磁感應在接收線圈產生高頻電流，從而將能量從傳輸端轉移到接收端。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
從設備層面來講主要分成了三個部分：第一部分為壁掛部分，380V電壓輸入，壁掛設備會先把交流電變為直流電，通過PFC變成直流再變為高頻交流，即85K高頻交流至地面端，經過汽車接收以及鎮流過程，再通過BMS最終被車輛接收。無線充電沒有任何觸點也成為這項充電技術的核心賣點。值得注意的是，地面和車載之間有一個非常緊密的通訊構架構成，需要WiFi來構建整個信息和通訊系統。
相比無線充電技術，有線車載充電由四部分組成：電表接入系統通過通訊控制線，形成有線充電壁掛，同時延伸一根槍線。其中有線慢充樁由電表接入保護系統、通訊、控制，一塊顯示屏、一個充電樁保護罩，接上直流電就直接進入車輛BMS。而在無線充電技術中，壁掛就把整個有線的物件都包括了，還多出一個直流變成一個85K赫茲高頻的交流信號，再經過包括線圈、磁芯組成的變壓器。不僅如此，核心部件還包括條形電路，而無線充電技術難點就在于，如何在偏移和高低的情況下來做到功率高效傳輸，這個過程中僅僅依靠能量接入遠遠不夠，另外需要有一個條行電路。與之對應的車載部件也一樣，需要線圈+磁芯用于接收能量，同時需要電路實現能量高效率接收。
以手機充電為例，目前充電效率整體較低，行業水平保持在70%—80%左右。汽車要想做到90%傳輸效率，以上兩個電路就是關鍵技術。
無線充電技術出現伊始意味著無線傳輸，但隨著技術推演其能夠實現自動充電，即在無人的情況下實現充電。中興從2016年以后為此增加了部分輔助功能，其中包括義務檢測，通過兩個PTC之間磁場，如果充電區域有金屬器件就會發熱，甚至摩擦，從而實現檢測以及設備斷電；生物檢測，雖然無線充電大部分能量被車載部分接收，但一定會有部門泄漏，雖然目前沒有案例證明強大的磁場會對人造成傷害，但這會形成消費者的顧慮。
此外，無線充電要在一定范圍內才能實現高效充電，目前乘用車前后7.5厘米、左右10厘米的范圍高效傳輸區域。這就需要引導車輛實現精確停靠。在WiFi通訊方面，就是要建立起來地面側和車載側的通訊。
目前來看，無線充電技術廠家集中攻克幾大技術難點：第一，各種場合充電效率如何提升，即功率傳輸部分如何做好；第二，三大輔助功能如何實現車輛規級應用；第三，如何實現所有功能的集成，因為每個功能在強磁場情況下或者全天候情況下都能得到應用，這也是無線充電技術為什么在業界聽到很多年，但無法實現大規模批量商用的技術難點。
盡管如此，行業已然要推動無線充電技術，尤其是自動駕駛的特定需求。隨著自動泊車在2019-2020年逐步商用，實際場景中充電與人是分離的，這個時候自動充電技術的需求變得迫切。解決方案目前有兩種，一種是靠電力電池、空間磁場傳輸實現能量傳輸，即無線充電；另一種方式就是機械手代替人手實現自動充電。
02
國內加快制定標準推動無線充電技術產業化
任何產業要發展標準化非常重要，特別是對充電來說，既涉及到基礎設施又涉及到車輛，標準化之后才能有產業化進程。在標準化這個領域或者相對技術成熟度這個領域，無線充電在一定功率等級走得還是比較快的。
國際上將標準分為兩大類：第一大類——SAE，類似于美國的行業組織，它對于無線充電抽不了一個標準J2954，目前是世界標準化進程最快的；第二大類是IEC和ISO，歐洲的標準化組織，這個組織分工跟國內非常類似，IEC負責地面車輛段的標準制定，包括地面設備和壁掛設備。
目前國內由中電聯制定電網側標準，國內車載側是由中汽研進行制定，國際上對應的是ISO，由ISO來制定相關車載側無線充電標準。所以國內標準由中電聯+中汽研兩個單位牽頭，四個相關標準已經頒布，今年還有主要四個標準將要發布。此外還有幾個地方標準，包括廣東、深圳、上海等地，是由中興通訊參與完成，當然中興新能源也是國內無線充電技術標準制定的主要參與單位。
此外，SAE由于是行業組織，其制定標準相對不夠嚴謹，IEC和ISO兩大標準則相對規范。前面已經提到，IEC做地面側設備，其中包括61980-1這樣的通用要求。無論無線充電怎么定義、如何架構，61980-2都是通訊系統，這部分國內注定與國外有所不同。原因很簡單，國外標準基于PTC進行標準匯編，國內則是基于CAN。61980—3則是特殊要求，它會把需要進行互操作設備的詳細設計進行定義。
因此以上幾個標準，包括ISO標準，應該會成為今年9-10月份發布標準中的核心參數、指標、模型。盡快征求企業意見并發布技術標準，無線充電技術商業化進程已經是市場期盼已久的。
03
如何實現車輛與地面互操作測試或通過做一個地面線圈，可以對所有車載線圈進行互操作。不過車載部分情況相對復雜，大致可分為三種場景：第一功率為3千瓦、7千瓦、11千瓦三個功率等級，我們稱之為WPT1、WPT2、WPT3，車型則包括跑車、轎車、SUV，由于各類車型離地間隙不一樣，我們又對應三種隔離地間隙，包括Z1對應對跑車，離地間隙11-15厘米；Z2針對轎車，離地間隙是14-21厘米；Z3離地間隙是17-25厘米。這兩個組合就有9種線圈的可能性。
所謂互操作的要求就是設計一個線圈，線圈可以是11或者7千瓦，這樣需要給這9個不同線圈來進行滿功率不同氣息以及偏移情況下進行高效率輸出，目前設備輸出效率達到88%以上，標準要求則可能是85%。此外標準化測試意味著9個標準線圈進行互操作后，能夠在任一場景下達到85%以上輸出效率，則認定產品符合要求，是符合互操作標準的。至于線圈如何設計、大小、散熱問題都不會過多要求，因此也保留了部分技術演進空間。
異物檢測標準中，主要設備全部在地面側完成，不會進互操作標準，標準會定義一些典型的物體，比如硬幣、酸奶罐、煙盒，如果能夠通過設備檢測出來，也就意味著產品測試通過。
生物檢測也就是對場景中生物物體進行識別檢測，不過目前國際對于這一標準上已經比較抽象。一個典型的場景就是小孩伸手進去，場景檢測出來就達到通過標準。目前進一步抽象為一個5厘米的水球能夠在一定范圍內運動被檢測出來，就認定設備具備生物檢測功能。
國際上對于無線充電也定了一個安裝的位置，就是因為它要進行運營，我只有把這個未指定下來以后后面的很多運營才能做，因為國際上他們的需求比較統一，基本上裝在這個車的前側，為什么呢？國際上特別是歐美，基本上車都是扎進去的，同時在車的前部，整個一輛車的Z軸的變動范圍是比較小的，而且離開地區間隙也是比較小的，車的屁股后邊的離地間隙是比較大的，而且你的車重載和后備箱有沒有東西，變化范圍比較大，所以現在國際上的車企基本上非常一致的都是裝在車前面，而且是一頭扎進去的，所以國際上很好定，他們已經把位置定下來了，這么一個位置。國內我們很多車企都做交流，意見很不統一，因為國內的車都是車尾倒進去的，如果裝在車前面，就意味著無線充電PAD在前面了，這樣的車位意味著每次停車都要碾壓。而且不但設備碾壓能力增強，設備要用10年啊，同時還意味著他有一個起來、掉下去，這個時候自動泊車能力是不是會受到影響也是一個問題，一直爭議很大，國內一直沒有標準化出來。
04
無線充電定位用于自動能量補給技術
無線充電主要定位用于自動能量補給技術，所以它跟車聯網、L2自動駕駛應用融合度是非常高的或者要求融合度非常高。目前有幾大階段：先是車輛在幾公里以外，無線充電通過上網引導車輛去尋找某一個充電設施的位置，第一部分在公里級別；第二部分，車輛進入停車場，涉及到充電位分配，車輛會自動連入到停車場網絡，通過自動泊車系統來到車位旁邊，車輛離設備大概在5-6米的位置；最終車輛停好后做偏移檢測判斷，在前后7.5-10厘米左右范圍內才能夠進行比較高效充電。
無線充電跟定位的檢測是密切相關的，會分一個公里級別的引導，怎么引導到這個停車場，進入停車場以后要連入到停車場的網絡當中去，引導到你的充電位上，最后5米內會用一個標準的流程幫你引導到實際的地面側的PAD之上。
無線充電，隨著自動泊車階段性應用或者大家對于便利性提升應用，很多車企和廠家已經做了大量工作。2018年國際一批聯合我們做1.0階段無線充電商用車，這些項目都做了五六年以上。不僅如此，還是存在不支持互操作的問題，地面車和車載車必須是一家廠家提供。從2017年開始，很多車企都在進行2.0產品階段開發。充電功率等級達到7千瓦，同時支持互操作，就是做到A廠家的地面跟B廠家的車載能夠通用起來，這樣才能夠實現產業繁榮。
Q&A
現場交流答疑
Q：關于市場預測，無線充電將來會成為電動汽車充電主流技術嗎？能否替代有線充電？
A：應該說很長時間內不會，百人會歐陽明高老師對充電技術有過體系化歸納。充電技術從發展來看有兩個方向，一是小功率充電，向便利性方向發展，即無線充電；二是向快充方向發展，即大功率HPC。以此來看，無線充電并非替代性技術，起碼在十年以內不能以替代性技術去定義。無線充電要在自動駕駛技術或者L4級別車也出來以后，它就是最后能量補給階段人車分離以后的能量補給方式，但有些車其實最后人一直是分離的，無線充電就是一個基本的配置。就是一個豪華車的配置方式的時候，它一定是快充口、無線口都會配，甚至他出去到郊外還需要有一個線充的方式也得有，充電一定是多樣性的，不存在替代性的技術，十年以內不能以這樣的情況來定義。
Q：無線充電的優勢到底在哪里？
A：自動能量補給就兩種技術，有線、無線，得選一種。首先它是既純電動也用、混動也用。BBA規劃非常統一，混動車型用7千瓦，純電動車型用11千瓦。在車輛不是頻繁使用的情況下，這樣的充電效率是可以滿足需求的，同時如果連同自動泊車一起實現，車主隨時停車充電，這種情況下無線充電功率是遠遠達到能量補充速度需求的。
Q：這種情況下，是不是也可以用交流樁，畢竟交流樁成本更低、技術更成熟？
A：完全可以，無線充電不是替代性技術。
Q：對于無線充電規模化時間預期，以及產品價格預期？
A：首先無線充電標準制定到目前這一階段，從技術架構來講成本可以認為是不可變，所以后續發展降成本途徑主要就是規模化。2014年充電樁模塊成本降低了4-5倍，就是靠量。
Q：無線充電如果落地的話可能會存在什么現實問題？
A：充電樁其實是一個“地產生意”，得有地才能建樁，不僅是地產生意，還得有電進來。實際在很多情況下無線充電會是在有線已經布好的點上去疊加，因為它對地的要求是一模一樣的，所以在我還是有線充電一個子集的情況下，這個倒不會是無線充電初期面臨的很大的問題。
Q：未來無線充電的定位是慢充還是快充，如果定位在快充的話，以現在有線充電350千瓦為例，無線充電將來會發展到多大？
A：無線充電就是一個慢充便利化的技術，不追求快充，快充你說到350千瓦我覺得肯定比不過有線。
Q：運營公交車上的無線充電，美國包括德國做了一些示范，對于這個場景您是怎么看的？無線充電肯定在更好的電量有可能是它綜合成本更低？
A：相對來講從現有成本分析，如果能夠降低一定成本，在乘用車領域，它的優勢是很大的。而且各個車企比較認可全天候的自動能量補給。在4、5年以內他們能夠看到可以規模應用的還真就是這樣一個技術。
上一篇：新型催化劑或可降低燃料電池造價
