無線充電聽起來是個(gè)不錯(cuò)的點(diǎn)子，現(xiàn)在已經(jīng)有一些設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)它，比如：電動(dòng)牙刷，遙控器，還有一些智能手機(jī)。隨著無線充電技術(shù)研究與應(yīng)用的不斷深入，各種型號(hào)的電源、充電器，亂成一團(tuán)的電線，這些都可能成為歷史。而現(xiàn)在，你只需把電子設(shè)備放到一塊充電墊上，這款充電墊與前幾年出現(xiàn)的“Power Mat”(能量墊)類似。
去年的諾基亞紐約發(fā)布會(huì)上，諾基亞Lumia920向外界展示了回家以后隨手把手機(jī)放上充電墊邊充電邊聽音樂的場(chǎng)景。其具體原理是，在發(fā)送和接收端各有一個(gè)線圈，發(fā)送端線圈連接有線電源產(chǎn)生電磁信號(hào)，接收端線圈感應(yīng)發(fā)送端的電磁信號(hào)從而產(chǎn)生電流給電池充電。
早在2008年末，電子業(yè)界同盟共同努力推動(dòng)建立了無線充電聯(lián)盟，之后推出了國際無線充電的Qi標(biāo)準(zhǔn)，大大加速其商業(yè)化進(jìn)程。該聯(lián)盟的成員包括諾基亞、三星、德州儀器、華為等公司，覆蓋無線充電解決方案各生產(chǎn)環(huán)節(jié)。
標(biāo)準(zhǔn)的建立，讓無線充電技術(shù)加速了商用進(jìn)程。這項(xiàng)被寄予厚望的技術(shù)，在不久的將來或許會(huì)像藍(lán)牙一樣被廣泛運(yùn)用于各種設(shè)備。但就應(yīng)用空間而言，無線充電對(duì)手機(jī)、電腦、相機(jī)等電子產(chǎn)品或多或少只是個(gè)錦上添花的新功能。但對(duì)于汽車，特別是電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)，卻有可能是啟動(dòng)整個(gè)市場(chǎng)的關(guān)鍵。
汽車無線充電技術(shù)的“階梯式演進(jìn)”
面向汽車用途的無線供電方式大致有三種：電磁感應(yīng)方式、電波方式以及電磁共振方式。其中電磁感應(yīng)方式利用的是線圈間產(chǎn)生的電磁感應(yīng)。從19世紀(jì)開始就存在，是已經(jīng)成熟的技術(shù)。特點(diǎn)是從微小電力到100kW以上的大電力均可高效傳輸，已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用于多種設(shè)備。不但在汽車用途方面推進(jìn)了開發(fā)，在輕軌等方面也有很多開發(fā)事例。早在2010年，加拿大龐巴迪(Bombardier)的Transportation部門便開發(fā)出了在供電線上一直供電的電車用無線供電系統(tǒng)，并開始在德國推進(jìn)實(shí)用化。
電磁感應(yīng)方式有使一次線圈和二次線圈正相對(duì)的靜止式充電系統(tǒng)和配備移動(dòng)一次線圈供電位置的軌道的移動(dòng)式充電系統(tǒng)。而無線電波原理與早期使用的礦石收音機(jī)相類似，方式為接收微波等電波，與天線合為一體的整流電路直接將電波轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓。通過縮小電波的波束，可實(shí)現(xiàn)長距離大電力傳輸。早在2009年初，三菱重工業(yè)在新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)的協(xié)助下，開發(fā)出了微波充電系統(tǒng)。采用與微波爐相同的2.45GHz電波發(fā)生裝置“磁控管”，可經(jīng)由“整流天線”向車輛地板下方傳輸1kW的電力。但效率偏低。
另外一種是電磁共振方式。其原理類似聲波共振，兩種介質(zhì)具有相同的共振頻率，就可以用來傳遞能量。2007年6月美國麻省理工學(xué)院(MIT)發(fā)布了利用共振電路之間的共振現(xiàn)象，向2m遠(yuǎn)的距離傳輸60W電力的無線供電系統(tǒng)。之后，眾多企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)等相繼進(jìn)行了跟進(jìn)及研究。其中傳輸效率是最引人關(guān)注的。美國WiTricity公司曾在輸出功率為3.3kW、傳輸距離為20cm的情況下使綜合效率達(dá)到了90%。此外，長野日本無線在輸出功率為1kW、傳輸距離為30cm的情況下，使功率放大器和電池間的效率實(shí)現(xiàn)了88%。
2012年11月，日本村田制作所開發(fā)出了其稱為“直流共振方式”的無線供電技術(shù)。它也是通過相對(duì)線圈間的電磁共振來供電。不同之處在于不使用高頻交流源，而直接由直流電壓傳輸電力，可大幅提高整個(gè)系統(tǒng)電力傳輸效率。由直流電源經(jīng)無線區(qū)間到達(dá)負(fù)載的電力效率比原來的技術(shù)提高了20～30個(gè)百分點(diǎn)。例如，從直流電源將功率約為75W的直流電供應(yīng)到幾十厘米遠(yuǎn)的負(fù)載時(shí)，最高能以70%以上的電力效率傳輸。村田制作所設(shè)想將直流無線供電技術(shù)應(yīng)用于小型電子電路、便攜終端乃至EV等大功率用途。
電磁感應(yīng)VS磁場(chǎng)共振
對(duì)于目前電動(dòng)汽車市場(chǎng)而言，無線充電技術(shù)在開發(fā)與應(yīng)用以及市場(chǎng)推廣上還有不小的深入及進(jìn)步空間。
在汽車無線充電技術(shù)的各種方法中，最被看好的是電磁感應(yīng)方式和磁場(chǎng)共振方式兩種。從傳輸距離遠(yuǎn)這一點(diǎn)來看，后者在技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)較為突出，有數(shù)據(jù)顯示，市場(chǎng)開拓方面，電磁感應(yīng)方式處于領(lǐng)先地位，而在技術(shù)開發(fā)方面比較活躍的則是共振方式。
其中，豐田公司較有代表性。早在2011年4月，豐田便宣布開發(fā)出了采用磁共振方式的EV無線供電系統(tǒng)。 豐田選擇的開發(fā)合作伙伴是美國WiTricity公司。WiTricity是由發(fā)明磁共振方式的MIT研究人員于2006年創(chuàng)建的風(fēng)險(xiǎn)公司。除豐田外，WiTricity還與美國德爾福(Delphi)和IHI等公司有合作，存在感非常強(qiáng)。麻省理工學(xué)院和該大學(xué)教授組建的WiTricity公司在磁場(chǎng)共振方式方面掌握著100多項(xiàng)關(guān)鍵專利。計(jì)劃開發(fā)EV充電基礎(chǔ)設(shè)施的IHI表示，“我們認(rèn)為與WiTricity合作是開發(fā)產(chǎn)品的捷徑。希望在2～3年內(nèi)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)”，該公司打算向汽車廠商銷售產(chǎn)品。磁共振方式的優(yōu)點(diǎn)是可供電的范圍廣。除了可向一定距離的產(chǎn)品供電外，還能輕松應(yīng)對(duì)送受電線圈的位置偏移現(xiàn)象。
前段時(shí)間，豐田及日本汽車研究所(JARI)在汽車技術(shù)會(huì)議“2013年春季大會(huì)”上就汽車無線供電技術(shù)的動(dòng)向分別發(fā)表了演講。致力于插電式混合動(dòng)力車(PHEV)開發(fā)的豐田認(rèn)為，“與純電動(dòng)汽車(EV)相比，無線供電技術(shù)對(duì)PHEV更為重要”，并表示將在各國大力開展標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)。
在這之前的2012年，豐田還探討在該公司開發(fā)的無線供電技術(shù)中使用方形線圈。方形線圈采用在方形平板上纏繞銅線制造而成。據(jù)悉，豐田已經(jīng)試制了配備方形線圈的車輛，并正在評(píng)測(cè)性能。方形線圈存在的課題是如何將電磁波的泄漏降至日本電波法要求的水平。就試制車而言，豐田已經(jīng)獲得了達(dá)到日本電波法要求的標(biāo)準(zhǔn)。
汽車無線供電技術(shù)的線圈形狀主要有圓形和方形兩種。線圈的形狀決定磁路，因此供電側(cè)與受電側(cè)形狀不統(tǒng)一的話，兩個(gè)線圈之間就不能高效通過磁通量。圓形和方形線圈之間相互不兼容且各具優(yōu)缺點(diǎn)。因此，目前全球的汽車廠商也基本分為圓形線圈和方形線圈兩派。很顯然，豐田公司屬于后者。而在其2013款亞洲龍(Avalon)轎車的頂配型號(hào)上，搭載了無線充電器，成為全球第一款擁有手機(jī)無線充電功能的汽車。
最大瓶頸：“標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一難”
作為豐田同門最大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，在無線充電技術(shù)領(lǐng)域，日產(chǎn)公司也并沒閑著。它去年4月曾宣布“要在兩年內(nèi)上市的EV上采用無線供電技術(shù)”，這在全球汽車廠商中是第一個(gè)制定明確時(shí)間表的。而前不久，日本成立了“無線電力傳輸實(shí)用化共同體”，日產(chǎn)公司為其成員日本東亞公司開發(fā)的“電動(dòng)汽車行駛中地面充電技術(shù)”提供了試驗(yàn)電動(dòng)汽車。
不過也有分析指出，日產(chǎn)對(duì)于無線充電技術(shù)積極動(dòng)作的真正的意圖是“不管怎樣先早日確立標(biāo)準(zhǔn)”。日產(chǎn)率先公布無線充電技術(shù)實(shí)用化方針的目的就是想讓其他公司認(rèn)為自己采用的技術(shù)有可能會(huì)成為事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)打破混沌狀態(tài)。但現(xiàn)實(shí)情況是，無線充電技術(shù)有多種方式，而且難分優(yōu)劣，此外還存在專利問題。公定標(biāo)準(zhǔn)并不是那么簡(jiǎn)單就能確定。
2012年7月24日，美國高通公司和法國雷諾公司就開發(fā)純電動(dòng)汽車(EV)用無線充電技術(shù)簽署了備忘錄，將把高通正在開發(fā)的技術(shù)用于雷諾的EV，展開驗(yàn)證試驗(yàn)。早前，高通宣布將在2012年下半年在英國倫敦市啟動(dòng)非接觸供電驗(yàn)證試驗(yàn)，雷諾加盟了該試驗(yàn)的運(yùn)營委員會(huì)。高通的無線充電裝置將會(huì)搭載給雷諾的EV，提供給倫敦市內(nèi)的用戶使用。 高通于2011年收購了新西蘭HaloIPT公司，獲得了EV無線充電相關(guān)技術(shù)。
除此之外，以無線充電技術(shù)為切入，還有觀點(diǎn)提出將無線供電用于汽車的自動(dòng)停車。據(jù)日經(jīng)新聞報(bào)道，目前已經(jīng)在研究利用一級(jí)線圈和二級(jí)線圈的磁場(chǎng)強(qiáng)度變化來推測(cè)位置，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停車的系統(tǒng)。由于一級(jí)線圈和二級(jí)線圈的位置也能準(zhǔn)確吻合，因此有助于提高效率。
另一方面，有行業(yè)專家指出，要使無線供電技術(shù)實(shí)用化，國際標(biāo)準(zhǔn)化非常重要。公共基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)置供電設(shè)備的情況居多，這時(shí)必須采用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，這樣才能夠用一個(gè)供電設(shè)備為多家廠商的車輛供電。據(jù)悉，目前主要由國際電工委員會(huì)“IEC 61980”與美國的“SAE J2954”推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作。計(jì)劃2014～2015年前后大體制定出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。不過，這些團(tuán)體推進(jìn)的工作主要是供電裝置的標(biāo)準(zhǔn)化?；旧蠜]有針對(duì)車輛配備的裝置進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。
目前，阻礙無線感應(yīng)式充電技術(shù)大規(guī)模運(yùn)用的瓶頸主要還有對(duì)于輻射的擔(dān)憂。因?yàn)闊o線充電會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng)。當(dāng)人或動(dòng)物位于電動(dòng)車和充電裝置之間時(shí)，有可能帶來電磁傷害。所以確保無線充電系統(tǒng)的安全性也是一個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)，在這方面，各家公司還需要大量的測(cè)試和改進(jìn)相關(guān)技術(shù)。
