前一陣,國(guó)家發(fā)布了關(guān)于“電動(dòng)汽車無(wú)線充電”的一系列國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員在公告中發(fā)布:《電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng) 第1部分:通用要求》(GB/T 38775.1)、《電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng) 第2部分:車載充電機(jī)與充電設(shè)備之間的通信協(xié)議》(GB/T 38775.2)、《電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)第3部分:特殊要求》(GB/T 38775.3)、《電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)第4部分:電磁環(huán)境限值與測(cè)試方法》(GB/T 38775.4)共4項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
該標(biāo)準(zhǔn)體系規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)18 項(xiàng),規(guī)范電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)在公共以及私人應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)要求、性能要求、功能要求、安全要求、通信協(xié)議、測(cè)試要求及試驗(yàn)方法、互操作性要求及測(cè)試方法、施工驗(yàn)收、運(yùn)行維護(hù)等。本次發(fā)布4項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),還有4項(xiàng)國(guó)標(biāo)正在編制過(guò)程中。
無(wú)線充電,在如今這個(gè)年代,并不是什么新鮮玩意。
尤其對(duì)于諸位正在用手機(jī)的朋友們來(lái)說(shuō),可能剛剛把手機(jī)從無(wú)線充電板上拿起來(lái)。不過(guò)對(duì)于電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō),無(wú)線充電技術(shù)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(guò)實(shí)車無(wú)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(shuō),電動(dòng)汽車無(wú)線充電技術(shù)不僅僅能夠極大提高用戶用車的體驗(yàn),更是為未來(lái)自動(dòng)駕駛使用場(chǎng)景無(wú)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(chǎng),其中一個(gè)重要原因就是各個(gè)國(guó)家對(duì)該技術(shù)未能盡早制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),從而產(chǎn)生了一系列的“連鎖反應(yīng)”,導(dǎo)致難以規(guī)?;⑹袌?chǎng)化。只有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)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(guó)標(biāo)中,除了由中電聯(lián)、中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)主導(dǎo),以及電科院、中汽研兩個(gè)政府部門的參與,還有唯一一家外企參與了國(guó)標(biāo)制定——WiTricity公司。其實(shí)WiTricity還曾參與過(guò)北美(SAE J2954)和歐洲(ISO 19363、IEC 61980)兩大市場(chǎng)的電動(dòng)汽車無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)的制定。
這家公司什么來(lái)頭?這得從無(wú)線充電技術(shù)本身講起。
無(wú)線充電,起源于邁克爾·法拉第的電磁感應(yīng),由尼古拉斯·特斯拉發(fā)明,直到近10年才真正落地應(yīng)用。目前主要有三種方式:電磁感應(yīng)式、電磁共振式、無(wú)線電波式;不過(guò)其中無(wú)線電波式由于是通過(guò)將電磁波轉(zhuǎn)換為電能,所以功率與安全性的平衡問(wèn)題棘手,目前應(yīng)用較少,這里暫且不提。
尼古拉斯·特斯拉對(duì)全球無(wú)線充電的設(shè)想
電磁感應(yīng)式,簡(jiǎn)單理解即是變壓器的原理,向初級(jí)線圈輸送電能,使得次級(jí)線圈耦合感應(yīng)產(chǎn)生電流,從而實(shí)現(xiàn)將能量從一端“無(wú)線”傳輸至另一端。
手機(jī)無(wú)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(duì)簡(jiǎn)單,相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定較早,例如我們熟知的Qi無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)是由WPC(Wireless Power Consortium,無(wú)線充電聯(lián)盟)制定。所以這類充電技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了規(guī)?;?,其生產(chǎn)成本較低,且經(jīng)過(guò)了市場(chǎng)的考驗(yàn),較為普及。
缺點(diǎn)則是由于技術(shù)原理本身的限制,傳輸距離太短,隨著距離增加,無(wú)線充電的損耗會(huì)增大,效率降低。所以這也是為什么當(dāng)手機(jī)離開無(wú)線充電板稍遠(yuǎn)一點(diǎn),就無(wú)法充電的原因。
2007年MIT教授Marin Soljai團(tuán)隊(duì)展示的電磁共振無(wú)線充電技術(shù)
電磁共振式,簡(jiǎn)單理解即是電磁感應(yīng)式的“升級(jí)版”,本質(zhì)上是通過(guò)電磁共振的技術(shù),在松耦合情況下,提高電磁感應(yīng)傳輸效率,從而在保證效率的同時(shí),實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)的傳輸距離(充電距離、充電面積比電磁感應(yīng)方式提升10倍以上)。
2007年MIT教授Marin Soljai團(tuán)隊(duì)撰寫論文,并展示了電磁共振無(wú)線充電技術(shù),用兩個(gè)5匝銅線圈作為兩端,在兩米的距離點(diǎn)亮了60W功率的燈泡,效率約為45%。隨后該研究團(tuán)隊(duì)就采用項(xiàng)目的名字,成立了一家私人公司,即WiTricity,并以此技術(shù)申請(qǐng)了相關(guān)專利。
相比于電磁感應(yīng)式,電磁共振式的特性顯然更加符合電動(dòng)汽車無(wú)線充電的需求。所以在技術(shù)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(lái)的橄欖枝,紛紛表示愿意與其合作。
然而得到資金支持后,應(yīng)用于電動(dòng)汽車的無(wú)線充電技術(shù)發(fā)展,并沒(méi)有如預(yù)期般美好。真正落地的車型寥寥無(wú)幾,例如2018年寶馬展示的530e iPerformance,能夠以3.2kW的功率無(wú)線輸送電能。
在此期間,與之競(jìng)爭(zhēng)的高通公司曾收購(gòu)Halo無(wú)線充電公司,同樣大力發(fā)展電磁共振式無(wú)線充電技術(shù),也曾宣布將在2018年將無(wú)線充電技術(shù)搭載于奔馳S550e車型上。然而經(jīng)過(guò)多年發(fā)展,高通可能認(rèn)為消費(fèi)電子市場(chǎng)更為重要,于是在2019年將關(guān)于電動(dòng)汽車無(wú)線充電部門和所有技術(shù)專利出售給了WiTricity。
此后,WiTricity包攬了大量電動(dòng)汽車無(wú)線充電的專利,并憑借此優(yōu)勢(shì)開始在各個(gè)地區(qū)推進(jìn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定。
其實(shí)專注于電動(dòng)汽車無(wú)線充電技術(shù)的公司有不少,但是最終或者淪為實(shí)驗(yàn)階段,或是經(jīng)過(guò)市場(chǎng)考察調(diào)研,發(fā)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)似乎并沒(méi)有前景,最終放棄,轉(zhuǎn)而奔向消費(fèi)電子領(lǐng)域無(wú)線充電技術(shù)。早起就入場(chǎng)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(shè)備同時(shí)充電技術(shù),在一定范圍內(nèi)皆可為設(shè)備充電,無(wú)須接觸式靠近充電源
無(wú)線充電,表面上似乎只解決了“懶”的問(wèn)題,省去了拿起充電槍插入充電口的過(guò)程;但實(shí)際上無(wú)線充電解決的問(wèn)題并不止于次,通過(guò)無(wú)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(wèn)題、可以為自動(dòng)駕駛出行業(yè)務(wù)提供完全無(wú)人化運(yùn)營(yíng)。
特斯拉測(cè)試的充電機(jī)器人
當(dāng)然,無(wú)線充電從功率角度講,樣品產(chǎn)品最高也就22kW,與超充動(dòng)輒100多kW相比的確慢很多;但這并不妨礙在很多場(chǎng)景下的實(shí)用便利,例如車輛放在停車場(chǎng)時(shí)和回到家停入車庫(kù)時(shí),無(wú)線充電帶來(lái)的無(wú)感化能夠真正讓車輛“無(wú)時(shí)無(wú)刻”地在充電,絲毫不被“補(bǔ)能”問(wèn)題擔(dān)憂。不過(guò)話又說(shuō)回來(lái),如此多的“先驅(qū)”一個(gè)個(gè)最終放棄,他們并非不知道這些優(yōu)勢(shì),而是要相對(duì)完善地實(shí)現(xiàn)這一切并非那么容易。除了充電速度無(wú)優(yōu)勢(shì)之外,電動(dòng)汽車無(wú)線充電的安全問(wèn)題一直是阻礙市場(chǎng)接受的重要原因之一。盡管從科學(xué)論證的角度,電磁共振技術(shù)所采用的6.78MHz頻段的波長(zhǎng)大約在30米,對(duì)人體是無(wú)害的,但是這些問(wèn)題的論證還需要大量實(shí)驗(yàn)和時(shí)間來(lái)論證。
不僅如此,之前缺乏的標(biāo)準(zhǔn)制定,導(dǎo)致整個(gè)產(chǎn)業(yè)無(wú)法達(dá)到規(guī)模化,導(dǎo)致硬件設(shè)備的成本相比有線充電要貴很多,這樣一來(lái),無(wú)論對(duì)于個(gè)人用戶還是公共設(shè)施建設(shè),都不劃算,也就很難推進(jìn)。其實(shí)即便現(xiàn)在中國(guó)制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),也需要較長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)逐步完善整個(gè)產(chǎn)業(yè),從而循序漸進(jìn)地降低成本,進(jìn)而真正被市場(chǎng)接受。
也就是說(shuō),對(duì)于電動(dòng)汽車的無(wú)線充電技術(shù),目前的處境非常像特斯拉剛剛起步的階段,相關(guān)產(chǎn)業(yè)的不成熟,就一定意味著在初期階段步履維艱。說(shuō)來(lái)也巧,無(wú)線充電技術(shù)與電動(dòng)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(shù)。然而受到各種大環(huán)境因素的影響,導(dǎo)致遲遲得不到真正的發(fā)展;但這些技術(shù)一旦得到助力,就會(huì)快速釋放能量,顯露出極強(qiáng)的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
量變到質(zhì)變,電動(dòng)汽車充電技術(shù)的“春天”或許真的要來(lái)了。