破解电动车充电难题，无线充电会成为未来趋势吗？

撰文 | Sueyl

编辑 | 郭郭

→这是《环球零碳》的第137篇原创

环球零碳

碳中和领域的《新青年》

目前电动车的充电效率与速度依然制约着纯电动汽车的普及发展，电动汽车仍面临许多亟待解决的问题，但也许最大的问题仍然是在哪里为电动汽车充电以及充电多长时间？

正因如此，超快速充电、换电、无线等充电方式正在逐渐普及。

最近，瑞典能源公司Vattenfall正在哥德堡的出租车上测试无线感应充电。该系统不需要汽车通过电缆连接到充电站，驾驶员只需将车停在充电垫上即可为汽车充电，而电能通过感应充电传输到电池组，方式与无线智能手机充电器相同。

图片来源网络

其实，电动车无线充电并不是一个新颖的概念。早在2017年，全球领先的无线技术公司高通（Qualcomm Technologies, Inc.）就展示了动态电动汽车充电 (DEVC)。它允许车辆在行驶时充电。基于无线电动汽车充电技术 (WEVC)，其构建的无线DEVC系统，能够在高速公路上为电动汽车 (EV) 动态充电。高通还展示了同步充电，即同一轨道上的两辆车可以同时动态充电。这些车辆可以沿轨道双向充电，也可以反向充电。

美国传统汽车巨头通用汽车2017年也开始研究无线电动汽车充电。当时，通用汽车与美国无线充电专家WiTricity建立了合作伙伴关系，对后者的Drive 11停车充电系统进行试点测试，用于未来的凯迪拉克、雪佛兰和通用电动汽车和插电式混合动力汽车。

英国最大的EV充电供应商Chargemaster的首席执行官 David Martell表示，“任何支持无线充电的电动汽车能够使用任何无线充电板——尤其是公共充电——绝对至关重要。”

“这种新的充电解决方案将意味着在不久的将来，那些无法通过车库、车道或其他路边停车位获得私人充电的人将能够高效地为他们的车辆充电，而且无需使用电缆。”

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什么是无线汽车充电，它是如何工作的？

如果你购买过高端智能手机，那么可能对无线充电很熟悉。

2017年10月，苹果发布的iPhone 8系列手机开始支持无线充电功能，为用户带来了很大便利。2021年上半年，小米发布了80W立式无线充电座，再次刷新了无线充电功率的新纪录。

就像听起来一样，这是一种无需电缆即可为手机充电的简单方法，而汽车无线充电技术本质上是手机的一个放大版本。

电动车无线充电技术可细分为以下三类：

（1）电磁感应。磁场是此类无线充电的主要媒介，通过线圈生成感应电流，并传给接收端，从而实现为负载供电的目标。

（2）耦合共振。此类无线充电以电磁谐振作为技术原理，通过谐振线圈来完成能量的传输。

（3）无线电波。此类无线充电以微波作为载体，可在自由空间内完成能量传输。由于微波能够穿透电离层，并且具有定向性，所以该类型的无线充电距离比较远。

来源：电车资源

以感应式的无线充电系统为例，它由两个线圈组成，一个是发射线圈-地面上固定的“充电垫”，通过产生震荡磁场，让另一个安装在可移动车辆的底部的接收线圈在法拉第电磁感应定律下产生交流电,从而达到充电的目的。现如今流行的手机无线充电功能正是电磁感应式，这种感应式充电的优势在于能量转化率高。

当精准倒车进入指定位置后才能实现无线充电。很显然，磁感应式的无线充电对位置提出更精准的要求，正因为如此，很多车企将无线充电技术和泊车系统紧密结合在一起。

除此之外，行驶中的电动车也可以实现无线充电。一种称为动态无线充电（Dynamic Wireless Charging）的技术即可实现。通过埋于地面下的供电导轨以高频交变磁场的形式将电能传输给运行在地面上一定范围内的车辆接收端，进而给车载储能设备供电，可使电动车搭载少量电池组，延长其续航里程，同时电能补给更加安全、便捷。

一家成立于2013年的以色列初创公司ElectReon，现已在以色列和瑞典铺设了6公里长的动态无线充电道路，并且正在德国和意大利开展类似的项目。ElectReon 使用 1.2 米长的线圈埋在道路深处，为车辆供电。为了测试这项技术，ElectReon在一辆巴士底盘下安装了三个接收器，利用无线感应为巴士充电。

路面的沥青层可将路人触电的可能性降为零，因此安全不是问题。该公司在以色列特拉维夫北部一条2公里长的公路上铺设了这种线圈，每段充电线圈有100米长，相距200米进行铺设。巴士在这条路段上形式可以自动充电，不需要到专门的充电桩充电了。

与传统的有线充电技术相比，无线充电技术的整个充电过程是在不接触的条件下完成，所以很难避免能量损耗。不仅如此，随着线圈的加入，其本身的内阻也会造成一定的功耗，无线充电系统模型的复杂程度随之提升。

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无线充电障碍在哪里？为何还未商业化？

尽管重要汽车制造商进行了大量测试和改进，但无线电动汽车充电技术仍处于早期开发阶段。

商业化无线充电需要解决几个棘手的问题：

（1）充电效率。当发射器和接收器之间的距离尽可能近时，无线充电器的效率更高，而在需要足够离地间隙的车辆上实现这一点很棘手。目前无论哪种无线充电技术，其充电功率都很小，一般主流的无线充电系统输出功率不超过10kW，这与普通的交流慢充桩相差无几，且能量转换效率还比有线方式低，天然不利于快速充电。

（2）成本。挖掘现有道路，然后在这些道路下方铺设电气化是一项艰巨的任务，需要数年甚至数十年才能完成，并花费巨大。电池技术的进步很可能会扩大电动汽车的范围和更广泛的可用性，高速充电技术发展可能将扼杀无线充电的想法。除此外，日后埋在地下的发射器出了问题，后期维护成本也是不得不考虑的因素。

图片来源于网络

（3）环境的适应性。由于外界环境不可控性，在公共场所使用无线充电，稍微有一些异物出现在电磁场范围内，都会影响充电。因为在充电过程中，发射线圈和接收线圈之间不能有障碍物，不然会导致充电停止，因此无线充电设备的安装位置最理想的是在相对密闭的空间，比如室内停车场。

（4）材料需求。有评论指出，世界上的铜矿已经无法满足需求，因此铺设数英里长的充电板会消耗大量铜来完成这一项尚未成熟的工作。

为进一步扩大无线充电技术在电动车领域中的应用前景，要不断加大快速充电的研究力度。

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无线充电的未来

据研究机构 Research and Markets报告预测，至2025年，电动车无线充电市场规模预计达 4.07 亿美元，2020-2025 年期间的年复合增长率将达到 117.56％。

电动汽车无线充电系统制造商正在加大研发投资，同时，大型整车制造商与厂商之间的合作伙伴和合资企业数量也在不断增加。这为全球电动汽车无线充电系统创造了增长机会。

换言之，无线充电技术发展成熟后，几乎可以解决传统电动车的所有痛点。

研究报告认为，亚太地区预计是电动汽车无线充电技术的最大市场，其次是欧洲和北美。

亚太地区市场的增长归功于中国、日本和韩国电动汽车无线充电技术的巨大发展。

无线充电技术在电动车领域具有良好的应用前景。为使无线充电技术在电动车领域中得到更加广泛的应用，除了要不提升充电速度、续航能力和充电效率之外，还应进一步降低无线充电对电网运行稳定性的影响,同时，要确保无线充电的安全性。

以中国科学院电工所、中国电力科学研究院、清华大学、哈尔滨工业大学等为代表的国内科研机构和高校已经在无线充电理论和样机领域有十几年的积累。以中兴新能源汽车、华为等为代表的国内企业，在产品化研发方面持续投入，为无线充电的产业化发展积累了丰富的实践经验。 

在该技术产业化成熟之前，立体车库、专用场站、示范试点等无线充电项目可得以发展。实现电动汽车无线充电系统间的互联互通，满足电动汽车无线充电系统互操作性，是电动汽车无线充电技术在公共领域普及应用的关键。

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参考资料：

[1]https://www.carmagazine.co.uk/electric/what-is-electric-car-wireless-charging-wevc-and-how-does-it-work-/

[2]https://m.evpartner.com/news/detail-55602.html

[3]莫贵富,黄新.无线充电技术在电动车领域的应用前景阐释[J].中国新通信,2020,22(06):88-89.

[4]2025年电动车无线充电市场规模预计将超4亿美元[J].农业装备与车辆工程,2019,57(01):13.

[5]https://www.slashgear.com/791589/how-does-wireless-ev-charging-work/

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