前一陣,國家發(fā)布了關于“電動汽車無線充電”的一系列國家標準。
國家標準化管理委員在公告中發(fā)布:《電動汽車無線充電系統(tǒng) 第1部分:通用要求》(GB/T 38775.1)、《電動汽車無線充電系統(tǒng) 第2部分:車載充電機與充電設備之間的通信協(xié)議》(GB/T 38775.2)、《電動汽車無線充電系統(tǒng)第3部分:特殊要求》(GB/T 38775.3)、《電動汽車無線充電系統(tǒng)第4部分:電磁環(huán)境限值與測試方法》(GB/T 38775.4)共4項國家標準。
該標準體系規(guī)劃標準18 項,規(guī)范電動汽車無線充電系統(tǒng)在公共以及私人應用領域的技術要求、性能要求、功能要求、安全要求、通信協(xié)議、測試要求及試驗方法、互操作性要求及測試方法、施工驗收、運行維護等。本次發(fā)布4項國家標準,還有4項國標正在編制過程中。
無線充電,在如今這個年代,并不是什么新鮮玩意。
尤其對于諸位正在用手機的朋友們來說,可能剛剛把手機從無線充電板上拿起來。不過對于電動汽車來說,無線充電技術一直都處在“只聞其聲,不見其人”的階段,盡管近幾年有不少車企展示過實車無線充電功能,但終究未能在量產(chǎn)車上搭載,更談不上普及了。
理論上說,電動汽車無線充電技術不僅僅能夠極大提高用戶用車的體驗,更是為未來自動駕駛使用場景無人化的最后一環(huán)做好了鋪墊。而之所以遲遲未能真正走向市場,其中一個重要原因就是各個國家對該技術未能盡早制定統(tǒng)一標準,從而產(chǎn)生了一系列的“連鎖反應”,導致難以規(guī)?;?、市場化。只有相關標準確定后,行業(yè)有可能真正快速發(fā)展。
頗有意思的是,在此次發(fā)布的國標中,除了由中電聯(lián)、中國電力企業(yè)聯(lián)合會主導,以及電科院、中汽研兩個政府部門的參與,還有唯一一家外企參與了國標制定——WiTricity公司。其實WiTricity還曾參與過北美(SAE J2954)和歐洲(ISO 19363、IEC 61980)兩大市場的電動汽車無線充電標準的制定。
這家公司什么來頭?這得從無線充電技術本身講起。
無線充電,起源于邁克爾·法拉第的電磁感應,由尼古拉斯·特斯拉發(fā)明,直到近10年才真正落地應用。目前主要有三種方式:電磁感應式、電磁共振式、無線電波式;不過其中無線電波式由于是通過將電磁波轉換為電能,所以功率與安全性的平衡問題棘手,目前應用較少,這里暫且不提。
尼古拉斯·特斯拉對全球無線充電的設想
電磁感應式,簡單理解即是變壓器的原理,向初級線圈輸送電能,使得次級線圈耦合感應產(chǎn)生電流,從而實現(xiàn)將能量從一端“無線”傳輸至另一端。
手機無線充電器原理示意圖,圖/Real Engineering
這種方式的原理和硬件要求相對簡單,相關標準制定較早,例如我們熟知的Qi無線充電標準是由WPC(Wireless Power Consortium,無線充電聯(lián)盟)制定。所以這類充電技術已經(jīng)實現(xiàn)了規(guī)?;?,其生產(chǎn)成本較低,且經(jīng)過了市場的考驗,較為普及。
缺點則是由于技術原理本身的限制,傳輸距離太短,隨著距離增加,無線充電的損耗會增大,效率降低。所以這也是為什么當手機離開無線充電板稍遠一點,就無法充電的原因。
2007年MIT教授Marin Soljai團隊展示的電磁共振無線充電技術
電磁共振式,簡單理解即是電磁感應式的“升級版”,本質上是通過電磁共振的技術,在松耦合情況下,提高電磁感應傳輸效率,從而在保證效率的同時,實現(xiàn)較長的傳輸距離(充電距離、充電面積比電磁感應方式提升10倍以上)。
2007年MIT教授Marin Soljai團隊撰寫論文,并展示了電磁共振無線充電技術,用兩個5匝銅線圈作為兩端,在兩米的距離點亮了60W功率的燈泡,效率約為45%。隨后該研究團隊就采用項目的名字,成立了一家私人公司,即WiTricity,并以此技術申請了相關專利。
相比于電磁感應式,電磁共振式的特性顯然更加符合電動汽車無線充電的需求。所以在技術展示公布不久,WiTricity就接到了奧迪、寶馬、克萊斯勒、捷豹、日產(chǎn)和豐田拋來的橄欖枝,紛紛表示愿意與其合作。
然而得到資金支持后,應用于電動汽車的無線充電技術發(fā)展,并沒有如預期般美好。真正落地的車型寥寥無幾,例如2018年寶馬展示的530e iPerformance,能夠以3.2kW的功率無線輸送電能。
在此期間,與之競爭的高通公司曾收購Halo無線充電公司,同樣大力發(fā)展電磁共振式無線充電技術,也曾宣布將在2018年將無線充電技術搭載于奔馳S550e車型上。然而經(jīng)過多年發(fā)展,高通可能認為消費電子市場更為重要,于是在2019年將關于電動汽車無線充電部門和所有技術專利出售給了WiTricity。
此后,WiTricity包攬了大量電動汽車無線充電的專利,并憑借此優(yōu)勢開始在各個地區(qū)推進相關標準的制定。
其實專注于電動汽車無線充電技術的公司有不少,但是最終或者淪為實驗階段,或是經(jīng)過市場考察調(diào)研,發(fā)現(xiàn)這項技術似乎并沒有前景,最終放棄,轉而奔向消費電子領域無線充電技術。早起就入場的各大車企最后也大多保留著不溫不火的態(tài)度。
WattUp公司展示的電磁共振多設備同時充電技術,在一定范圍內(nèi)皆可為設備充電,無須接觸式靠近充電源
無線充電,表面上似乎只解決了“懶”的問題,省去了拿起充電槍插入充電口的過程;但實際上無線充電解決的問題并不止于次,通過無線充電可以將充電規(guī)范和接口完全統(tǒng)一化、比之有線充電布局要節(jié)省空間、能夠解決很多存在充電樁安全問題、可以為自動駕駛出行業(yè)務提供完全無人化運營。
特斯拉測試的充電機器人
當然,無線充電從功率角度講,樣品產(chǎn)品最高也就22kW,與超充動輒100多kW相比的確慢很多;但這并不妨礙在很多場景下的實用便利,例如車輛放在停車場時和回到家停入車庫時,無線充電帶來的無感化能夠真正讓車輛“無時無刻”地在充電,絲毫不被“補能”問題擔憂。不過話又說回來,如此多的“先驅”一個個最終放棄,他們并非不知道這些優(yōu)勢,而是要相對完善地實現(xiàn)這一切并非那么容易。除了充電速度無優(yōu)勢之外,電動汽車無線充電的安全問題一直是阻礙市場接受的重要原因之一。盡管從科學論證的角度,電磁共振技術所采用的6.78MHz頻段的波長大約在30米,對人體是無害的,但是這些問題的論證還需要大量實驗和時間來論證。
不僅如此,之前缺乏的標準制定,導致整個產(chǎn)業(yè)無法達到規(guī)?;?,導致硬件設備的成本相比有線充電要貴很多,這樣一來,無論對于個人用戶還是公共設施建設,都不劃算,也就很難推進。其實即便現(xiàn)在中國制定了相關標準,也需要較長的時間來逐步完善整個產(chǎn)業(yè),從而循序漸進地降低成本,進而真正被市場接受。
也就是說,對于電動汽車的無線充電技術,目前的處境非常像特斯拉剛剛起步的階段,相關產(chǎn)業(yè)的不成熟,就一定意味著在初期階段步履維艱。說來也巧,無線充電技術與電動汽車的“坎坷”經(jīng)歷十分相似,都是具有百年歷史的東西,并非什么新技術。然而受到各種大環(huán)境因素的影響,導致遲遲得不到真正的發(fā)展;但這些技術一旦得到助力,就會快速釋放能量,顯露出極強的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
量變到質變,電動汽車充電技術的“春天”或許真的要來了。