不“插”電 汽車無線充電技術(shù)盤點(diǎn)

搶戲CES

CES，顧名思義，應(yīng)該是消費(fèi)類電子產(chǎn)品的展會(huì)。可近些年，汽車的“戲份”越來越重，到今年甚至有轉(zhuǎn)型為車展的嫌疑：連奔馳、寶馬等老牌汽車大廠都拿出了不曾在正統(tǒng)車展上秀過的重磅新技術(shù)。單是演示汽車無線充電技術(shù)的，就至少有三家的解決方案很值得一說。

首先自然是大眾那輛名為Connected Golf Concept的e-Golf。這輛概念車實(shí)際上展示了大眾最新的車載信息系統(tǒng)、無線充電以及遠(yuǎn)程遙控等與車聯(lián)網(wǎng)有關(guān)的未來汽車技術(shù)。按照大眾的說法，未來車主可通過智能移動(dòng)終端的e-Station Guide軟件搜索到附近的充電站，只要把車輛靠近充電站內(nèi)的感應(yīng)充電板就能自動(dòng)充電。e-Station Guide會(huì)提示車主充電站的位置、充電狀態(tài)以及需支付的費(fèi)用，而車輛在電量充滿后則會(huì)亮起車燈示意。不過，大眾的推廣重心顯然還不是無線充電，在介紹Connected Golf Concept時(shí)，對(duì)于無線充電只是一筆帶過，所強(qiáng)調(diào)的是即將應(yīng)用于量產(chǎn)車的新一代車載信息系統(tǒng)和將來能快速普及的遠(yuǎn)程遙控技術(shù)。相比之下，奧迪對(duì)無線充電技術(shù)就重視多了。

跟大眾不同，奧迪帶來了無線充電板的實(shí)物模型。在奧迪的描述中，將來所有奧迪e-tron新能源車都可以選裝AWC奧迪無線充電系統(tǒng)，該系統(tǒng)由安置在停車位或嵌入地面的充電板和車上加裝的感應(yīng)受電部件組成，其中充電板集成了感應(yīng)電路的初級(jí)線圈與交流電轉(zhuǎn)換器，當(dāng)線圈被激活時(shí)，系統(tǒng)將以3.6kW的功率向車載電池充電（此處功率為充電功率，后邊講到無線充電系統(tǒng)的輸出功率或傳電功率時(shí)，均指向電池充電時(shí)的功率，而非電磁輻射的功率，切記）。與此同時(shí)，數(shù)英尺外準(zhǔn)備充電的奧迪e-tron新能源車會(huì)通過AWC系統(tǒng)引導(dǎo)駕駛員精確地駛向充電板，一旦車載感應(yīng)線圈接收到充電板的磁場輻射，儀表盤上的AWC系統(tǒng)指示燈將轉(zhuǎn)為綠色，并開始充電。只是目前車輛與充電板之間的空隙不能太大，所以AWC系統(tǒng)的那塊邊長9.8英寸（約25厘米）的正方形充電面板可自由升起，以便貼近SUV等高離地距車型。和手機(jī)一樣，使用AWC系統(tǒng)的奧迪e-tron電動(dòng)車或插電式混合動(dòng)力車亦能隨時(shí)暫停充電，駛離停車位，而不必坐等電池充滿。同樣，只要電池電量滿格，就自動(dòng)斷電保護(hù)，不會(huì)有過充的危險(xiǎn)。奧迪聲稱，AWC系統(tǒng)無線充電的效率已達(dá)90%，且不受天氣環(huán)境影響，連感應(yīng)生成的電磁場也對(duì)人畜無害。當(dāng)然，講電磁輻射對(duì)生物絕對(duì)沒有危害，這確實(shí)有些不嚴(yán)謹(jǐn)，還是寶馬的說法更妥當(dāng)：保持在安全范圍內(nèi)的最低水平。而寶馬的無線充電解決方案更在CES展會(huì)開幕前就已展示過，那跟奧迪的AWC系統(tǒng)大體相似，唯獨(dú)充電板不能升降。寶馬同樣使用3.6kW的充電功率，電流強(qiáng)度也跟奧迪一樣為16A，能在2小時(shí)內(nèi)完成對(duì)i8混合動(dòng)力車的充電，而在相同時(shí)間內(nèi)，3.7kW的BMW i充電盒只能為i8充足80%的電。不過，i8的鋰離子蓄電池只有7.1kWh，面對(duì)純電動(dòng)車i3的19kWh鋰離子蓄電池，寶馬稱正在研發(fā)7kW充電功率的無線充電系統(tǒng)。順便一提，用BMWi充電盒為i3充電，需要5.5～6小時(shí)。

然而，這三套看起來不錯(cuò)的無線充電解決方案都不確定何時(shí)投入量產(chǎn)。夢想不能照進(jìn)現(xiàn)實(shí)，那豈不是水中月、鏡中花？好在，已有別的廠商開始在真實(shí)環(huán)境中試驗(yàn)汽車無線充電技術(shù)，并取得了一定的成就。

汽車廠商的試水

真要追溯起來，其實(shí)早在19世紀(jì)末就已出現(xiàn)實(shí)用型無線充電裝置——特斯拉線圈，正是它讓世人確信交流電可以通過無線的方式傳輸。而近十年，隨著電動(dòng)產(chǎn)品全面滲入人類日常生活，對(duì)無線充電設(shè)備的需求呈幾何級(jí)增長，廠家們因此紛紛積極地研發(fā)無線充電技術(shù)。在IT領(lǐng)域，英特爾率先于2008年展示了采用非接觸方式充電的數(shù)碼產(chǎn)品；而在汽車領(lǐng)域，日產(chǎn)與昭和飛機(jī)工業(yè)在2009年公開的電磁感應(yīng)式非接觸充電系統(tǒng)，則是較早應(yīng)用于當(dāng)代汽車的無線充電技術(shù)之一。

其實(shí)，1947年即研發(fā)出自家第一輛電動(dòng)車的日產(chǎn)，很早就開始打造電動(dòng)車的配套生態(tài)鏈，比如2007年與NEC合資成立的AESC公司，如今就專為聆風(fēng)生產(chǎn)鋰離子電池；同昭和飛機(jī)工業(yè)聯(lián)合開發(fā)的非接觸式充電系統(tǒng)，后來也應(yīng)用在聆風(fēng)身上，也正因?yàn)槿债a(chǎn)曾用聆風(fēng)成功試驗(yàn)過無線充電技術(shù)，后來博世（BOSCH）才會(huì)優(yōu)先選擇聆風(fēng)來演示它的無線充電系統(tǒng)。

不過，車輛通過日產(chǎn)的電磁感應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行無線充電時(shí)，必須精確地停在充電板的正上方，并保持底盤與充電板之間有100mm左右的空隙，否則會(huì)嚴(yán)重影響傳電效率。毫無疑問，如此高精度的泊車標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)普通人而言是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，最后日產(chǎn)也沒有如約在2013年將無線充電系統(tǒng)列為聆風(fēng)的選裝件。相比之下，使用磁共振無線充電方式的沃爾沃解決方案，反而有望更早投入市場。

簡單來講，相比磁感應(yīng)式無線充電，磁共振式無線充電的最大好處就是輸電端與受電端不需要精確對(duì)位，且可傳輸較大的距離，并能讓一套充電板同時(shí)為多輛汽車充電。故在沃爾沃的解決方案中，只要建設(shè)一條“非接觸充電專用車道”，把無線充電系統(tǒng)的輸電端埋入普通路面之下，車輛就能在低速通行的同時(shí)完成無線充電。根據(jù)沃爾沃以C30純電動(dòng)車試驗(yàn)的結(jié)果，只需2.5小時(shí)即能使電池恢復(fù)到滿電狀態(tài)。要知道，插電版沃爾沃C30電動(dòng)車通過16A的專用充電設(shè)備，最快也得6小時(shí)才可完成充電。然而，沃爾沃目前僅能確定這套系統(tǒng)“很快”會(huì)投入市場。

盡管諸多汽車廠商尚在努力地將無線充電技術(shù)量產(chǎn)化，可對(duì)汽車無線充電產(chǎn)品市場虎視眈眈的遠(yuǎn)不止汽車廠商。因?yàn)椋裟芘鋫鋵?shí)用型無線充電系統(tǒng)，就意味著電動(dòng)車可以拋掉沉重的電池堆，并且極大地延伸續(xù)航里程，同時(shí)還能省去可觀的充電線纜生產(chǎn)成本。換句話說，無線充電很可能成為未來電動(dòng)車跟插電式混合動(dòng)力車的主要充電方式，而電動(dòng)車又是將來的主流車型，所以，這是一個(gè)利益豐厚的大“蛋糕”。故而，從汽車供應(yīng)商博世，到半導(dǎo)體生產(chǎn)商高通，都高調(diào)進(jìn)軍汽車無線充電產(chǎn)品市場，進(jìn)而極力拉攏汽車廠商加入己方聯(lián)盟，共同研發(fā)無線充電系統(tǒng)。

進(jìn)擊的解決方案供應(yīng)商

在眾多爭奪汽車無線充電市場的外圍廠商里頭，博世是唯一給解決方案明碼標(biāo)價(jià)的，我們也因此得以確認(rèn)，眼下商品化的無線充電套裝絕不便宜。博世與美國電動(dòng)車充電方案供應(yīng)商Evatran聯(lián)手打造的家用無線充電解決方案，是由Evatran的Plugless無線充電系統(tǒng)與博世的Power Max Level 2家用充電站組成。Plugless無線充電系統(tǒng)包括：安裝在電動(dòng)車或混合動(dòng)力車底盤的車載適配器（無線充電受電端與交/直流轉(zhuǎn)換電路）以及布置在車庫地面的“停車墊”（無線充電輸電端）。而Power Max Level 2壁掛式家用充電站除常規(guī)的插電式充電接口外，還有用來引導(dǎo)車輛定位并進(jìn)行系統(tǒng)診斷的控制面板。Plugless無線充電系統(tǒng)具有3.3kW的輸出功率，輸出電壓240V，并能在車輛與停車墊之間距離為110mm時(shí)達(dá)到最高的89.2%傳電效率。博世專門為日產(chǎn)聆風(fēng)和雪佛蘭第一代沃藍(lán)達(dá)定制了無線充電套裝，沃藍(lán)達(dá)的無線充電套裝標(biāo)價(jià)2998美元，聆風(fēng)的則為3098美元，這只是車載組件的安裝費(fèi)用，“停車墊”跟家用充電站的安裝、運(yùn)費(fèi)都另算，而且這價(jià)格還不含稅。更麻煩的是，博世的方案為磁感應(yīng)式無線充電，輸電端要跟受電端完全對(duì)齊方可有效傳電，駕駛員就必須依靠控制面板的引導(dǎo)才能對(duì)準(zhǔn)充電位置。顯然這不是一個(gè)易于普及的方案。還好，半導(dǎo)體制造商高通在世界電動(dòng)方程式競標(biāo)賽上為我們展示了更實(shí)用的Halo電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)。

高通Halo是一套磁共振式無線充電系統(tǒng)，包括四個(gè)部分：供電組件、充電板、車載接收板和車載控制器。就目前而言，對(duì)比其他競爭對(duì)手，高通Halo最引以為傲的就是其出色的充電效率。Halo的充電輸出功率可高達(dá)6.6～20kW，傳電效率亦有90%，假如特斯拉Model S P85用20kW的Halo無線充電系統(tǒng)進(jìn)行充電，不需5小時(shí)就能充滿電。當(dāng)然，若使用價(jià)值6700元人民幣的特斯拉選購配件——壁掛式充電器，同樣只要5小時(shí)，電量也會(huì)從0增加到100%，但在此期間，Model S必須插著電纜，靜靜地待著，而它那使用Halo的小伙伴卻能來去自由。此外，Halo的充電板只要在50～200mm的范圍內(nèi)感應(yīng)到車輛，即可啟動(dòng)充電程序。至于何時(shí)投入市場，高通表示，技術(shù)上不存在障礙，但它希望能以汽車制造商原廠預(yù)裝的方式為私人購車者提供Halo無線充電系統(tǒng)。假如你覺得高通的解決方案還不夠接地氣，那不妨了解一下豐田同WiTricity美國無線電力公司合作開發(fā)的無線充電系統(tǒng)，豐田正用普銳斯在測試該系統(tǒng)。

WiTricity只有一套名為WiT-3300的車用無線充電系統(tǒng)，因此豐田正在測試的無線充電系統(tǒng)很可能引用了WiT-3300的核心技術(shù)。而WiT-3300磁共振式車用無線充電系統(tǒng)，由帶電磁信號(hào)放大器的電源箱、安置在地面用來傳輸電磁輻射的標(biāo)準(zhǔn)源諧振器、裝于車輛底盤的小型磁場感應(yīng)捕獲模塊、車內(nèi)的遠(yuǎn)程磁場感應(yīng)捕獲模塊和整流器組成。WiT-3300的輸出功率可達(dá)3.3kW，最高充電效率也有90%。標(biāo)準(zhǔn)型WiT-3300的磁場感應(yīng)諧振器適用于離地距100～200mm的車輛，但WiTricity聲稱可依車型的離地距來定制磁場感應(yīng)諧振器。另外，根據(jù)WiTricity的資料，WiT-3300無線傳輸?shù)碾姶泡椛淠艽┩溉魏畏墙饘俨牧希虼嗽摕o線充電系統(tǒng)的磁場感應(yīng)諧振器理論上可以安裝在地板下面，使充電過程更為隱蔽、安全。當(dāng)然，WiTricity使用的磁共振式無線充電技術(shù)也允許輸電端與受電端的對(duì)應(yīng)位置存在位移，但豐田為避免感應(yīng)線圈生成的電磁輻射因隨空氣逃逸而造成浪費(fèi)，故優(yōu)化了普銳斯的自動(dòng)泊車功能，在停車后還能微調(diào)車輛的位置，以確保輸電端與受電端嚴(yán)密對(duì)齊。不愧為日本車企。

看到這里，相信你也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，無論是汽車廠商自己研發(fā)的無線充電系統(tǒng)，還是其他跨界推出車用無線充電解決方案的制造商，其實(shí)已掌握成熟的汽車無線充電技術(shù)，可除了博世曾把產(chǎn)品投入市場之外，別家都是按兵不動(dòng)，他們究竟在等什么？

眾口難調(diào)

有時(shí)候，多樣化也意味著眾口難調(diào)。雖然搞車用無線充電產(chǎn)品的廠家很多，卻基本上都各行其是，當(dāng)要全面普及以便降低生產(chǎn)、研發(fā)成本的時(shí)候，問題就來了：以誰的標(biāo)準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)？就拿無線充電技術(shù)中最基本的電磁感應(yīng)來說，究竟該以哪個(gè)頻率向外輻射電磁波，就已在業(yè)界討論了很久。據(jù)日本汽車技術(shù)協(xié)會(huì)無線供電系統(tǒng)技術(shù)部門委員會(huì)干事橫井行熊介紹，因?yàn)闊o線供電屬于近距離輸電，使用近區(qū)電磁場，這就必須避免對(duì)其他無線用戶造成影響。原先認(rèn)為選擇開放給工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)機(jī)構(gòu)的ISM頻段中的13.56MHz會(huì)很適合，可以避開如今無線局域網(wǎng)廣泛使用的2.4GHz，但發(fā)現(xiàn)對(duì)于某些系統(tǒng)來說，或許并非最佳方案，例如跟豐田合作的WiTricity就選擇10MHz，而高通更使用6.78MHz的低頻率。輻射頻率過高，對(duì)人體有害；頻率過低，磁電轉(zhuǎn)換變慢，影響傳電效率。要選一個(gè)大家都適用的頻率確實(shí)很難，但又必須統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，才能降低使用成本，進(jìn)而有利于推廣無線充電技術(shù)，隨后才有望分?jǐn)偲髽I(yè)的生產(chǎn)成本。在解決頻率的問題后，接下來就要考慮到底是采用磁感應(yīng)式無線充電，還是磁共振式無線充電。磁感應(yīng)式就是利用電磁感應(yīng)的原理，在地面輸電端與車載受電端內(nèi)分別布置線圈，通過二者之間的磁場耦合傳輸能量，再由車內(nèi)的整流器將感應(yīng)生成的交流電轉(zhuǎn)為直流電為車載蓄電池充電，因?yàn)樵砗唵危灾谱鞒杀疽蚕鄬?duì)較低，但充電距離短，需要精確對(duì)位；磁共振式則在磁感應(yīng)式的基礎(chǔ)上，讓兩個(gè)線圈以相同的固定諧振頻率振動(dòng)，通過磁場共鳴提高能量的傳輸效率，可傳輸較遠(yuǎn)的距離，輸電端與受電端亦無需精確對(duì)位，能同時(shí)為多臺(tái)設(shè)備充電，缺點(diǎn)是控制系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，系統(tǒng)成本較高。目前，汽車廠商明顯偏向于使用磁共振式，這樣電動(dòng)車可以更自由地充電，消費(fèi)者也樂于使用，畢竟要駕車精確地對(duì)準(zhǔn)兩塊一平方米不到的面板，難度太大。問題在于，支持磁共振式無線充電模式的Rezence標(biāo)準(zhǔn)于2013年才由A4WP無線充電標(biāo)準(zhǔn)組織確立并發(fā)布，而市面上手機(jī)等IT產(chǎn)品廣泛應(yīng)用的是WPC無線充電聯(lián)盟在2010年制定的Qi標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)最初只支持磁感應(yīng)式充電模式。也就是說，如果充電標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，很可能出現(xiàn)在外面無法充電的電動(dòng)車。幸而，隨著A4WP的創(chuàng)立者高通、三星先后加入WPC，Qi標(biāo)準(zhǔn)從2014年開始可兼容磁共振式無線充電模式。未來則多半會(huì)統(tǒng)一使用Qi標(biāo)準(zhǔn)。

至此，可以說汽車無線充電技術(shù)的量產(chǎn)化已是萬事俱備，只欠東風(fēng)。可這“東風(fēng)”要來卻難：君不見，那已普遍應(yīng)用的智能手機(jī)，都還有人質(zhì)疑它的輻射安全性？而無線充電技術(shù)恰恰依靠電磁輻射來實(shí)現(xiàn)基本功能。那么，車用無線充電技術(shù)的電磁輻射到底有多強(qiáng)？至今也就高通說過其只有手機(jī)輻射的一半，可這并沒有被權(quán)威機(jī)構(gòu)驗(yàn)證過。事實(shí)上，關(guān)于汽車無線充電技術(shù)，還有很多未知領(lǐng)域，比如，中國的汽車制造商將如何發(fā)展無線充電技術(shù)？諸位不妨隨我們一起繼續(xù)關(guān)注。