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手机产品-無線充電技術開始從消費電子產品領域拓展到電動汽車

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【黄山现佛光奇观】

儘管第三方技術公司與主機廠都在發力研發電動汽車無線充電技術,但無線充電技術的商業化應用仍未正式開始。

2008年12月17日,由飛利浦電子、德州儀器、國家半導體等幾大公司攜手組建了“無線充電聯盟”(Wireless Power Consortium,簡稱WPC),旨在提升無線充電技術的便捷性和通用性。截至2019年1月31日,無線充電聯盟(WPC)會員已增至661家。

格魯森表示,WiTricity正在和國內企業接洽,2019年在中國授權生產的設備生產商數量將“增加一至二倍”。在他看來,雖然特斯拉提出的電離層無線輸電離我們還很遠,但電動汽車無線充電已經可以聽到商業化的腳步,真正的時點“可能只需要2〜3年,到2020年或者2021年就可以看到曙光”。

電動汽車無線充電行業似乎正在迎來屬於自己的春天。

除電動牙刷以外,大規模應用無線充電技術的消費電子產品就是手機。最早使用無線充電技術的手機廠家是Palm公司,隨後,夏普、諾基亞、索愛等等手機廠商紛紛跟進。

消費電子率先應用無線充電並不是新技術。早在1891年, “交流電之父” 尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)就取得了特斯拉線圈的專利,描繪了無線充電和無線傳輸的藍圖。

早期的無線充電技術效率不高。以電動牙刷為例,有些型號內置700毫安時的電池,全部充滿需要4個小時以上。而智能手機當年的電池容量普遍都在1500毫安時以上,這意味著全部充滿電需要8個小時以上。

無線充電的優點是既擺脫了線纜和充電插口的束縛,也不用再擔心USB接口反覆插拔的劃傷和壽命問題,但其缺點在於,因為充電功率普遍只有5W到10W,充滿一部3000毫安時電池的手機需要2.5小時至5個小時,而且在充電過程中,不能移動或者使用手機,因此充電使用場景只適合晚間睡覺、全心上課或者工作時,而這對於非常依賴手機工作或者娛樂的用戶非常不友好。因此,殘酷的現實是,無線充電在消費電子領域目前只能作為一種補充方式,並未成為主流充電方式。

儘管無線充電技術在以手機為代表的消費電子產品得到了大規模應用,但是並未成為手機充電的主流方式,這主要與其用戶體驗不是很好有關。

根據WiTricity介紹,無線充電解決方案的最大功率可以做到11千瓦,供應商可以定製為3千瓦或者7千瓦等產品。這樣的功率並不比市場上常規的慢充樁快多少,無法解決電動車主快速充電的核心訴求。

較低的充電效率,可能存在的各種兼容隱患,一直制約著無線充電技術在智能手機領域大展拳腳,而這一局面直到全球第一個無線充電的國際標準“Qi”出台才有所改善。

兩個曾經最強勁的競爭對手強強聯合,業內認為此舉將重塑電動汽車無線充電技術的市場格局。不過,當下無線充電技術即便是在消費電子產品領域的應用也遠遠不及預期,在電動汽車領域的應用必將任重道遠。

此外,在功率與成本之外,電動汽車的無線充電技術還面臨一些挑戰,如缺少電動汽車無線充電技術標準、在磁場環境下的安全問題、發射器和接收器之間氣隙的異物通信問題、車輛與充電板的定位問題等。

從世紀夢想走進現實隨著全球電動汽車在2012年之後正式量產,無線充電技術開始從消費電子產品領域拓展到電動汽車。

根據研究機構Research and Markets發佈的最新報告預測,至2025年,電動汽車無線充電市場規模預計達4.07億美元,2020〜2025年期間的年複合增長率將達到117.56%。這份報告同時指出,受益於中日韓三國電動汽車無線充電技術的發展,預計亞太地區將是電動汽車無線充電技術的最大市場,其次是歐洲和北美。

除第三方技術公司外,主機廠也是開發無線充電技術的另外一派主力軍,如豐田、寶馬、奧迪、現代、起亞等。其中,本田似乎快人一步。在2019 CES消費者電子展上,本田展出了最新研發的Wireless Vehicle-to-Grid無線充電技術,和傳統的無線充電技術相比,它增加了向電網回傳電力的功能,從而增加了儲能的功能。

據國家能源局監管總監李冶介紹,2019年國家能源局將會同相關部委督促車企深度參與充電運營服務,加強無線充電、智能充電等關鍵技術攻關,在重點領域開展充電設施與電網互動實驗示範,併在裝備研發上做好技術儲備。

從應用場景來看,無線充電經歷了一個從消費電子產品到電動汽車的場景延展。

好消息是,中國作為全球最大的電動汽車市場,已經在國家層面明確提出將鼓勵無線充電技術的發展。

今年2月,成立十餘年的美國無線充電企業WiTricity宣佈,併購通信巨頭高通旗下電動車無線充電平臺Halo,獲得高通1500項相關專利、所有的客戶和授權。WiTricity公司CEO 亞歷克斯·格魯森近日對《能源評論》表示,將以開放的心態,通過與TIER1、主機廠合作的方式進入中國市場,在中國設立製造基地等事宜也在籌劃中。

在目前感應式、共振式和耦合式這三種主流技術路線中,共振式無線充電技術優勢在於安全性高、功率較大,傳輸距離更遠,最遠傳輸距離超過2米,同時可以為多個設備充電,也無需精準對位,還可以穿過牆體、木材等對充電設備進行充電,因此得到汽車企業的青睞。

文/ 本刊記者   王偉   特約撰稿人   袁素

從電動汽車產業生態看,無線充電產業具有強烈的面向企業特性,技術方將方案提供給Tier1或者與主機廠捆綁,成為當下可行的路徑。除高通外,市場上還有龐巴迪、WiTricity、Evatran Group(Plugless)、Momentum Dynamics等國際公司,以及中國的中興新能源、中慧創智等第三方技術公司。

過去一個多世紀里,科學家們對特斯拉的這一構想孜孜以求,不斷探索。2007年,無線充電技術終於有了新的突破,麻省理工大學(MIT)教授Marin Soljacic及其研究小組通過共振技術實現了“無線電力”傳輸,雖然只能為距離2.7米的一個60瓦燈泡供電,但研究者相信這一技術終將走向普及。

在電動汽車無線充電領域,最早涉足且成績斐然的是通訊巨頭高通。在2013年法蘭克福車展前夕,高通就宣佈與Formular E 控股公司合作,將旗下的Halo無線充電技術應用於Formula E電動方程式賽車上。2015年,裝配有Halo 7.4千瓦無線充電系統的寶馬i8開始成為全新的官方安全車。2017年5月,高通宣佈已經完成了電動汽車行駛中進行無線充電的試驗,即在路上增加感應式充電設備,這樣汽車就可以邊行駛邊充電。

隨著電磁感應式無線充電技術的成熟,最早開始應用無線充電技術的消費電子產品就是電動牙刷。由於電動牙刷使用時難免與水接觸,所以從很早以前就引入了無線充電概念,從而使充電接觸點不暴露在外,極大增強了產品的防水性並實現整體水洗。

市面上提供無線充電技術的在售車型多為豪華品牌的混合動力車型,主要原因在於,一方面無線充電相對其他充電方式充電功率不夠大、充電效率不夠高,另一方面無線充電系統價格太貴。

除了與高通強強聯合的WiTricity,Momentum Dynamic也值得關註。今年1月15日, 沃爾沃集團的 Venture Capital AB宣佈,將對Momentum Dynamics公司進行投資。該公司在電動汽車高功率無線充電技術領域占據領先地位,並且正在利用車隊以及汽車製造商的汽車、公共汽車、卡車和火車等,在歐洲和北美進行其高功率無線充電技術的試點項目。

2012年,由眾多參與者共同制定的無線充電標準“Qi”誕生,它攻剋了無線充電“通用性”的技術瓶頸,凡是通過Qi標準認證的產品(手機和無線充電底座),它們之間可以做到相互兼容。

管理咨詢公司Navigant分析師Lisa Jerram認為,一些高檔汽車製造商因為無線充電這一功能,額外要價可以多達2000美元。這就導致因為成本的原因使無線充電目前只能是豪華車的“奢視品”。

雖然WiTricity對外宣稱,已經和全球前10大汽車廠商中的9家建立了實質性合作關係,但真正應用無線充電技術的上市量產車目前只有寶馬530e,從公開報道來看市場反饋並沒有預想的那麼驚艷。