无线充电，对电动汽车来说有用么？

辛普利西奥

前一阵，国家发布了关于 " 电动汽车无线充电 " 的一系列国家标准。
国家标准化管理委员在公告中发布：《电动汽车无线充电系统 第 1 部分：通用要求》（GB/T 38775.1）、《电动汽车无线充电系统 第 2 部分：车载充电机与充电设备之间的通信协议》（GB/T 38775.2）、《电动汽车无线充电系统第 3 部分：特殊要求》（GB/T 38775.3）、《电动汽车无线充电系统第 4 部分：电磁环境限值与测试方法》（GB/T 38775.4）共 4 项国家标准。
该标准体系规划标准 18 项，规范电动汽车无线充电系统在公共以及私人应用领域的技术要求、性能要求、功能要求、安全要求、通信协议、测试要求及试验方法、互操作性要求及测试方法、施工验收、运行维护等。本次发布 4 项国家标准，还有 4 项国标正在编制过程中。
无线充电，在如今这个年代，并不是什么新鲜玩意。
尤其对于诸位正在用手机的朋友们来说，可能刚刚把手机从无线充电板上拿起来。不过对于电动汽车来说，无线充电技术一直都处在 " 只闻其声，不见其人 " 的阶段，尽管近几年有不少车企展示过实车无线充电功能，但终究未能在量产车上搭载，更谈不上普及了。


理论上说，电动汽车无线充电技术不仅仅能够极大提高用户用车的体验，更是为未来自动驾驶使用场景无人化的最后一环做好了铺垫。而之所以迟迟未能真正走向市场，其中一个重要原因就是各个国家对该技术未能尽早制定统一标准，从而产生了一系列的 " 连锁反应 "，导致难以规模化、市场化。只有相关标准确定后，行业有可能真正快速发展。
颇有意思的是，在此次发布的国标中，除了由中电联、中国电力企业联合会主导，以及电科院、中汽研两个政府部门的参与，还有唯一一家外企参与了国标制定—— WiTricity 公司。其实 WiTricity 还曾参与过北美（SAE J2954）和欧洲（ISO 19363、IEC 61980）两大市场的电动汽车无线充电标准的制定。


这家公司什么来头？这得从无线充电技术本身讲起。
无线充电，起源于迈克尔 · 法拉第的电磁感应，由尼古拉斯 · 特斯拉发明，直到近 10 年才真正落地应用。目前主要有三种方式：电磁感应式、电磁共振式、无线电波式；不过其中无线电波式由于是通过将电磁波转换为电能，所以功率与安全性的平衡问题棘手，目前应用较少，这里暂且不提。


（尼古拉斯 · 特斯拉对全球无线充电的设想）
电磁感应式，简单理解即是变压器的原理，向初级线圈输送电能，使得次级线圈耦合感应产生电流，从而实现将能量从一端 " 无线 " 传输至另一端。


（手机无线充电器原理示意图，图 /Real Engineering）
这种方式的原理和硬件要求相对简单，相关标准制定较早，例如我们熟知的 Qi 无线充电标准是由 WPC（Wireless Power Consortium，无线充电联盟）制定。所以这类充电技术已经实现了规模化，其生产成本较低，且经过了市场的考验，较为普及。


缺点则是由于技术原理本身的限制，传输距离太短，随着距离增加，无线充电的损耗会增大，效率降低。所以这也是为什么当手机离开无线充电板稍远一点，就无法充电的原因。
电磁共振式，简单理解即是电磁感应式的 " 升级版 "，本质上是通过电磁共振的技术，在松耦合情况下，提高电磁感应传输效率，从而在保证效率的同时，实现较长的传输距离（充电距离、充电面积比电磁感应方式提升 10 倍以上）。


（2007 年 MIT 教授 Marin Solja i 团队展示的电磁共振无线充电技术）
2007 年 MIT 教授 Marin Solja i 团队撰写论文，并展示了电磁共振无线充电技术，用两个 5 匝铜线圈作为两端，在两米的距离点亮了 60W 功率的灯泡，效率约为 45%。随后该研究团队就采用项目的名字，成立了一家私人公司，即 WiTricity，并以此技术申请了相关专利。


相比于电磁感应式，电磁共振式的特性显然更加符合电动汽车无线充电的需求。所以在技术展示公布不久，WiTricity 就接到了奥迪、宝马、克莱斯勒、捷豹、日产和丰田抛来的橄榄枝，纷纷表示愿意与其合作。
然而得到资金支持后，应用于电动汽车的无线充电技术发展，并没有如预期般美好。真正落地的车型寥寥无几，例如 2018 年宝马展示的 530e iPerformance，能够以 3.2kW 的功率无线输送电能。


在此期间，与之竞争的高通公司曾收购 Halo 无线充电公司，同样大力发展电磁共振式无线充电技术，也曾宣布将在 2018 年将无线充电技术搭载于奔驰 S550e 车型上。然而经过多年发展，高通可能认为消费电子市场更为重要，于是在 2019 年将关于电动汽车无线充电部门和所有技术专利出售给了 WiTricity。


此后，WiTricity 包揽了大量电动汽车无线充电的专利，并凭借此优势开始在各个地区推进相关标准的制定。


其实专注于电动汽车无线充电技术的公司有不少，但是最终或者沦为实验阶段，或是经过市场考察调研，发现这项技术似乎并没有前景，最终放弃，转而奔向消费电子领域无线充电技术。早起就入场的各大车企最后也大多保留着不温不火的态度。


（WattUp 公司展示的电磁共振多设备同时充电技术，在一定范围内皆可为设备充电，无须接触式靠近充电源）
无线充电，表面上似乎只解决了 " 懒 " 的问题，省去了拿起充电枪插入充电口的过程；但实际上无线充电解决的问题并不止于次，通过无线充电可以将充电规范和接口完全统一化、比之有线充电布局要节省空间、能够解决很多存在充电桩安全问题、可以为自动驾驶出行业务提供完全无人化运营。


（特斯拉测试的充电机器人）
当然，无线充电从功率角度讲，样品产品最高也就 22kW，与超充动辄 100 多 kW 相比的确慢很多；但这并不妨碍在很多场景下的实用便利，例如车辆放在停车场时和回到家停入车库时，无线充电带来的无感化能够真正让车辆 " 无时无刻 " 地在充电，丝毫不被 " 补能 " 问题担忧。
不过话又说回来，如此多的 " 先驱 " 一个个最终放弃，他们并非不知道这些优势，而是要相对完善地实现这一切并非那么容易。
除了充电速度无优势之外，电动汽车无线充电的安全问题一直是阻碍市场接受的重要原因之一。尽管从科学论证的角度，电磁共振技术所采用的 6.78MHz 频段的波长大约在 30 米，对人体是无害的，但是这些问题的论证还需要大量实验和时间来论证。
不仅如此，之前缺乏的标准制定，导致整个产业无法达到规模化，导致硬件设备的成本相比有线充电要贵很多，这样一来，无论对于个人用户还是公共设施建设，都不划算，也就很难推进。其实即便现在中国制定了相关标准，也需要较长的时间来逐步完善整个产业，从而循序渐进地降低成本，进而真正被市场接受。
也就是说，对于电动汽车的无线充电技术，目前的处境非常像特斯拉刚刚起步的阶段，相关产业的不成熟，就一定意味着在初期阶段步履维艰。说来也巧，无线充电技术与电动汽车的 " 坎坷 " 经历十分相似，都是具有百年历史的东西，并非什么新技术。然而受到各种大环境因素的影响，导致迟迟得不到真正的发展；但这些技术一旦得到助力，就会快速释放能量，显露出极强的发展潜力。
量变到质变，电动汽车充电技术的 " 春天 " 或许真的要来了。