什么是無線充電？無線充電的原理是什么？電動(dòng)汽車能否實(shí)現(xiàn)無線充電？如何實(shí)現(xiàn)？

4月13日，中國電動(dòng)汽車百人會(huì)未來出行學(xué)院舉辦了關(guān)于“電動(dòng)汽車充電服務(wù)市場發(fā)展現(xiàn)狀及先進(jìn)技術(shù)”的課程培訓(xùn)，中興新能源汽車有限責(zé)任公司無線充電產(chǎn)品總經(jīng)理梁明分享了無線充電的相關(guān)內(nèi)容。

01

電動(dòng)無線充電原理及關(guān)鍵技術(shù)

無線充電原理其實(shí)就是對(duì)特斯拉多年前提出原理的實(shí)踐，原理為通過高頻交變電磁場實(shí)現(xiàn)電能的無線傳輸，發(fā)送端和接收端各有一個(gè)線圈，能量發(fā)射線圈上通數(shù)十k頻率的交流電，通過磁感應(yīng)在接收線圈產(chǎn)生高頻電流，從而將能量從傳輸端轉(zhuǎn)移到接收端。

從設(shè)備層面來講主要分成了三個(gè)部分：第一部分為壁掛部分，380V電壓輸入，壁掛設(shè)備會(huì)先把交流電變?yōu)橹绷麟姡ㄟ^PFC變成直流再變?yōu)楦哳l交流，即85K高頻交流至地面端，經(jīng)過汽車接收以及鎮(zhèn)流過程，再通過BMS最終被車輛接收。無線充電沒有任何觸點(diǎn)也成為這項(xiàng)充電技術(shù)的核心賣點(diǎn)。值得注意的是，地面和車載之間有一個(gè)非常緊密的通訊構(gòu)架構(gòu)成，需要WiFi來構(gòu)建整個(gè)信息和通訊系統(tǒng)。

相比無線充電技術(shù)，有線車載充電由四部分組成：電表接入系統(tǒng)通過通訊控制線，形成有線充電壁掛，同時(shí)延伸一根槍線。其中有線慢充樁由電表接入保護(hù)系統(tǒng)、通訊、控制，一塊顯示屏、一個(gè)充電樁保護(hù)罩，接上直流電就直接進(jìn)入車輛BMS。而在無線充電技術(shù)中，壁掛就把整個(gè)有線的物件都包括了，還多出一個(gè)直流變成一個(gè)85K赫茲高頻的交流信號(hào)，再經(jīng)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(shù)難點(diǎn)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(gè)過程中僅僅依靠能量接入遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，另外需要有一個(gè)條行電路。與之對(duì)應(yīng)的車載部件也一樣，需要線圈+磁芯用于接收能量，同時(shí)需要電路實(shí)現(xiàn)能量高效率接收。

以手機(jī)充電為例，目前充電效率整體較低，行業(yè)水平保持在70%—80%左右。汽車要想做到90%傳輸效率，以上兩個(gè)電路就是關(guān)鍵技術(shù)。

無線充電技術(shù)出現(xiàn)伊始意味著無線傳輸，但隨著技術(shù)推演其能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)充電，即在無人的情況下實(shí)現(xiàn)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(wù)檢測，通過兩個(gè)PTC之間磁場，如果充電區(qū)域有金屬器件就會(huì)發(fā)熱，甚至摩擦，從而實(shí)現(xiàn)檢測以及設(shè)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(huì)有部門泄漏，雖然目前沒有案例證明強(qiáng)大的磁場會(huì)對(duì)人造成傷害，但這會(huì)形成消費(fèi)者的顧慮。

此外，無線充電要在一定范圍內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)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(qū)域。這就需要引導(dǎo)車輛實(shí)現(xiàn)精確?？?。在WiFi通訊方面，就是要建立起來地面?zhèn)群蛙囕d側(cè)的通訊。

目前來看，無線充電技術(shù)廠家集中攻克幾大技術(shù)難點(diǎn)：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(shí)現(xiàn)車輛規(guī)級(jí)應(yīng)用；第三，如何實(shí)現(xiàn)所有功能的集成，因?yàn)槊總€(gè)功能在強(qiáng)磁場情況下或者全天候情況下都能得到應(yīng)用，這也是無線充電技術(shù)為什么在業(yè)界聽到很多年，但無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模批量商用的技術(shù)難點(diǎn)。

盡管如此，行業(yè)已然要推動(dòng)無線充電技術(shù)，尤其是自動(dòng)駕駛的特定需求。隨著自動(dòng)泊車在2019-2020年逐步商用，實(shí)際場景中充電與人是分離的，這個(gè)時(shí)候自動(dòng)充電技術(shù)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(shí)現(xiàn)能量傳輸，即無線充電；另一種方式就是機(jī)械手代替人手實(shí)現(xiàn)自動(dòng)充電。

02

國內(nèi)加快制定標(biāo)準(zhǔn)推動(dòng)無線充電技術(shù)產(chǎn)業(yè)化

任何產(chǎn)業(yè)要發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化非常重要，特別是對(duì)充電來說，既涉及到基礎(chǔ)設(shè)施又涉及到車輛，標(biāo)準(zhǔn)化之后才能有產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。在標(biāo)準(zhǔn)化這個(gè)領(lǐng)域或者相對(duì)技術(shù)成熟度這個(gè)領(lǐng)域，無線充電在一定功率等級(jí)走得還是比較快的。

國際上將標(biāo)準(zhǔn)分為兩大類：第一大類——SAE，類似于美國的行業(yè)組織，它對(duì)于無線充電抽不了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)J2954，目前是世界標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程最快的；第二大類是IEC和ISO，歐洲的標(biāo)準(zhǔn)化組織，這個(gè)組織分工跟國內(nèi)非常類似，IEC負(fù)責(zé)地面車輛段的標(biāo)準(zhǔn)制定，包括地面設(shè)備和壁掛設(shè)備。

目前國內(nèi)由中電聯(lián)制定電網(wǎng)側(cè)標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)車載側(cè)是由中汽研進(jìn)行制定，國際上對(duì)應(yīng)的是ISO，由ISO來制定相關(guān)車載側(cè)無線充電標(biāo)準(zhǔn)。所以國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)由中電聯(lián)+中汽研兩個(gè)單位牽頭，四個(gè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)頒布，今年還有主要四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)將要發(fā)布。此外還有幾個(gè)地方標(biāo)準(zhǔn)，包括廣東、深圳、上海等地，是由中興通訊參與完成，當(dāng)然中興新能源也是國內(nèi)無線充電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定的主要參與單位。

此外，SAE由于是行業(yè)組織，其制定標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)不夠嚴(yán)謹(jǐn)，IEC和ISO兩大標(biāo)準(zhǔn)則相對(duì)規(guī)范。前面已經(jīng)提到，IEC做地面?zhèn)仍O(shè)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(gòu)，61980-2都是通訊系統(tǒng)，這部分國內(nèi)注定與國外有所不同。原因很簡單，國外標(biāo)準(zhǔn)基于PTC進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)匯編，國內(nèi)則是基于CAN。61980—3則是特殊要求，它會(huì)把需要進(jìn)行互操作設(shè)備的詳細(xì)設(shè)計(jì)進(jìn)行定義。

因此以上幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，包括ISO標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該會(huì)成為今年9-10月份發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)中的核心參數(shù)、指標(biāo)、模型。盡快征求企業(yè)意見并發(fā)布技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，無線充電技術(shù)商業(yè)化進(jìn)程已經(jīng)是市場期盼已久的。

03

如何實(shí)現(xiàn)車輛與地面互操作測試或通過做一個(gè)地面線圈，可以對(duì)所有車載線圈進(jìn)行互操作。不過車載部分情況相對(duì)復(fù)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(gè)功率等級(jí)，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(duì)應(yīng)三種隔離地間隙，包括Z1對(duì)應(yīng)對(duì)跑車，離地間隙11-15厘米；Z2針對(duì)轎車，離地間隙是14-21厘米；Z3離地間隙是17-25厘米。這兩個(gè)組合就有9種線圈的可能性。

所謂互操作的要求就是設(shè)計(jì)一個(gè)線圈，線圈可以是11或者7千瓦，這樣需要給這9個(gè)不同線圈來進(jìn)行滿功率不同氣息以及偏移情況下進(jìn)行高效率輸出，目前設(shè)備輸出效率達(dá)到88%以上，標(biāo)準(zhǔn)要求則可能是85%。此外標(biāo)準(zhǔn)化測試意味著9個(gè)標(biāo)準(zhǔn)線圈進(jìn)行互操作后，能夠在任一場景下達(dá)到85%以上輸出效率，則認(rèn)定產(chǎn)品符合要求，是符合互操作標(biāo)準(zhǔn)的。至于線圈如何設(shè)計(jì)、大小、散熱問題都不會(huì)過多要求，因此也保留了部分技術(shù)演進(jìn)空間。

異物檢測標(biāo)準(zhǔn)中，主要設(shè)備全部在地面?zhèn)韧瓿?，不?huì)進(jìn)互操作標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)會(huì)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(shè)備檢測出來，也就意味著產(chǎn)品測試通過。

生物檢測也就是對(duì)場景中生物物體進(jìn)行識(shí)別檢測，不過目前國際對(duì)于這一標(biāo)準(zhǔn)上已經(jīng)比較抽象。一個(gè)典型的場景就是小孩伸手進(jìn)去，場景檢測出來就達(dá)到通過標(biāo)準(zhǔn)。目前進(jìn)一步抽象為一個(gè)5厘米的水球能夠在一定范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)被檢測出來，就認(rèn)定設(shè)備具備生物檢測功能。

國際上對(duì)于無線充電也定了一個(gè)安裝的位置，就是因?yàn)樗M(jìn)行運(yùn)營，我只有把這個(gè)未指定下來以后后面的很多運(yùn)營才能做，因?yàn)閲H上他們的需求比較統(tǒng)一，基本上裝在這個(gè)車的前側(cè)，為什么呢？國際上特別是歐美，基本上車都是扎進(jìn)去的，同時(shí)在車的前部，整個(gè)一輛車的Z軸的變動(dòng)范圍是比較小的，而且離開地區(qū)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(xiàn)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(jìn)去的，所以國際上很好定，他們已經(jīng)把位置定下來了，這么一個(gè)位置。國內(nèi)我們很多車企都做交流，意見很不統(tǒng)一，因?yàn)閲鴥?nèi)的車都是車尾倒進(jìn)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(shè)備碾壓能力增強(qiáng)，設(shè)備要用10年啊，同時(shí)還意味著他有一個(gè)起來、掉下去，這個(gè)時(shí)候自動(dòng)泊車能力是不是會(huì)受到影響也是一個(gè)問題，一直爭議很大，國內(nèi)一直沒有標(biāo)準(zhǔn)化出來。

04

無線充電定位用于自動(dòng)能量補(bǔ)給技術(shù)

無線充電主要定位用于自動(dòng)能量補(bǔ)給技術(shù)，所以它跟車聯(lián)網(wǎng)、L2自動(dòng)駕駛應(yīng)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(wǎng)引導(dǎo)車輛去尋找某一個(gè)充電設(shè)施的位置，第一部分在公里級(jí)別；第二部分，車輛進(jìn)入停車場，涉及到充電位分配，車輛會(huì)自動(dòng)連入到停車場網(wǎng)絡(luò)，通過自動(dòng)泊車系統(tǒng)來到車位旁邊，車輛離設(shè)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(nèi)才能夠進(jìn)行比較高效充電。

無線充電跟定位的檢測是密切相關(guān)的，會(huì)分一個(gè)公里級(jí)別的引導(dǎo)，怎么引導(dǎo)到這個(gè)停車場，進(jìn)入停車場以后要連入到停車場的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中去，引導(dǎo)到你的充電位上，最后5米內(nèi)會(huì)用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的流程幫你引導(dǎo)到實(shí)際的地面?zhèn)鹊腜AD之上。

無線充電，隨著自動(dòng)泊車階段性應(yīng)用或者大家對(duì)于便利性提升應(yīng)用，很多車企和廠家已經(jīng)做了大量工作。2018年國際一批聯(lián)合我們做1.0階段無線充電商用車，這些項(xiàng)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(jìn)行2.0產(chǎn)品階段開發(fā)。充電功率等級(jí)達(dá)到7千瓦，同時(shí)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?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)繁榮。

Q&A

現(xiàn)場交流答疑

Q：關(guān)于市場預(yù)測，無線充電將來會(huì)成為電動(dòng)汽車充電主流技術(shù)嗎？能否替代有線充電？

A：應(yīng)該說很長時(shí)間內(nèi)不會(huì)，百人會(huì)歐陽明高老師對(duì)充電技術(shù)有過體系化歸納。充電技術(shù)從發(fā)展來看有兩個(gè)方向，一是小功率充電，向便利性方向發(fā)展，即無線充電；二是向快充方向發(fā)展，即大功率HPC。以此來看，無線充電并非替代性技術(shù)，起碼在十年以內(nèi)不能以替代性技術(shù)去定義。無線充電要在自動(dòng)駕駛技術(shù)或者L4級(jí)別車也出來以后，它就是最后能量補(bǔ)給階段人車分離以后的能量補(bǔ)給方式，但有些車其實(shí)最后人一直是分離的，無線充電就是一個(gè)基本的配置。就是一個(gè)豪華車的配置方式的時(shí)候，它一定是快充口、無線口都會(huì)配，甚至他出去到郊外還需要有一個(gè)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(shù)，十年以內(nèi)不能以這樣的情況來定義。

Q：無線充電的優(yōu)勢到底在哪里？

A：自動(dòng)能量補(bǔ)給就兩種技術(shù)，有線、無線，得選一種。首先它是既純電動(dòng)也用、混動(dòng)也用。BBA規(guī)劃非常統(tǒng)一，混動(dòng)車型用7千瓦，純電動(dòng)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(shí)如果連同自動(dòng)泊車一起實(shí)現(xiàn)，車主隨時(shí)停車充電，這種情況下無線充電功率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)到能量補(bǔ)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(shù)更成熟？

A：完全可以，無線充電不是替代性技術(shù)。

Q：對(duì)于無線充電規(guī)模化時(shí)間預(yù)期，以及產(chǎn)品價(jià)格預(yù)期？

A：首先無線充電標(biāo)準(zhǔn)制定到目前這一階段，從技術(shù)架構(gòu)來講成本可以認(rèn)為是不可變，所以后續(xù)發(fā)展降成本途徑主要就是規(guī)?；?。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(huì)存在什么現(xiàn)實(shí)問題？

A：充電樁其實(shí)是一個(gè)“地產(chǎn)生意”，得有地才能建樁，不僅是地產(chǎn)生意，還得有電進(jìn)來。實(shí)際在很多情況下無線充電會(huì)是在有線已經(jīng)布好的點(diǎn)上去疊加，因?yàn)樗鼘?duì)地的要求是一模一樣的，所以在我還是有線充電一個(gè)子集的情況下，這個(gè)倒不會(huì)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(xiàn)在有線充電350千瓦為例，無線充電將來會(huì)發(fā)展到多大？

A：無線充電就是一個(gè)慢充便利化的技術(shù)，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(yùn)營公交車上的無線充電，美國包括德國做了一些示范，對(duì)于這個(gè)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(duì)來講從現(xiàn)有成本分析，如果能夠降低一定成本，在乘用車領(lǐng)域，它的優(yōu)勢是很大的。而且各個(gè)車企比較認(rèn)可全天候的自動(dòng)能量補(bǔ)給。在4、5年以內(nèi)他們能夠看到可以規(guī)模應(yīng)用的還真就是這樣一個(gè)技術(shù)。