中國儲能網(wǎng)訊：什么是無線充電？無線充電的原理是什么？電動汽車能否實現(xiàn)無線充電？如何實現(xiàn)？
4月13日，中國電動汽車百人會未來出行學院舉辦了關于“電動汽車充電服務市場發(fā)展現(xiàn)狀及先進技術(shù)”的課程培訓，中興新能源汽車有限責任公司無線充電產(chǎn)品總經(jīng)理梁明分享了無線充電的相關內(nèi)容。
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電動無線充電原理及關鍵技術(shù)
無線充電原理其實就是對特斯拉多年前提出原理的實踐，原理為通過高頻交變電磁場實現(xiàn)電能的無線傳輸，發(fā)送端和接收端各有一個線圈，能量發(fā)射線圈上通數(shù)十k頻率的交流電，通過磁感應在接收線圈產(chǎn)生高頻電流，從而將能量從傳輸端轉(zhuǎn)移到接收端。
從設備層面來講主要分成了三個部分：第一部分為壁掛部分，380V電壓輸入，壁掛設備會先把交流電變?yōu)橹绷麟姡ㄟ^PFC變成直流再變?yōu)楦哳l交流，即85K高頻交流至地面端，經(jīng)過汽車接收以及鎮(zhèn)流過程，再通過BMS最終被車輛接收。無線充電沒有任何觸點也成為這項充電技術(shù)的核心賣點。值得注意的是，地面和車載之間有一個非常緊密的通訊構(gòu)架構(gòu)成，需要WiFi來構(gòu)建整個信息和通訊系統(tǒng)。
相比無線充電技術(shù)，有線車載充電由四部分組成：電表接入系統(tǒng)通過通訊控制線，形成有線充電壁掛，同時延伸一根槍線。其中有線慢充樁由電表接入保護系統(tǒng)、通訊、控制，一塊顯示屏、一個充電樁保護罩，接上直流電就直接進入車輛BMS。而在無線充電技術(shù)中，壁掛就把整個有線的物件都包括了，還多出一個直流變成一個85K赫茲高頻的交流信號，再經(jīng)過包括線圈、磁芯組成的變壓器。不僅如此，核心部件還包括條形電路，而無線充電技術(shù)難點就在于，如何在偏移和高低的情況下來做到功率高效傳輸，這個過程中僅僅依靠能量接入遠遠不夠，另外需要有一個條行電路。與之對應的車載部件也一樣，需要線圈+磁芯用于接收能量，同時需要電路實現(xiàn)能量高效率接收。
以手機充電為例，目前充電效率整體較低，行業(yè)水平保持在70%—80%左右。汽車要想做到90%傳輸效率，以上兩個電路就是關鍵技術(shù)。
無線充電技術(shù)出現(xiàn)伊始意味著無線傳輸，但隨著技術(shù)推演其能夠?qū)崿F(xiàn)自動充電，即在無人的情況下實現(xiàn)充電。中興從2016年以后為此增加了部分輔助功能，其中包括義務檢測，通過兩個PTC之間磁場，如果充電區(qū)域有金屬器件就會發(fā)熱，甚至摩擦，從而實現(xiàn)檢測以及設備斷電；生物檢測，雖然無線充電大部分能量被車載部分接收，但一定會有部門泄漏，雖然目前沒有案例證明強大的磁場會對人造成傷害，但這會形成消費者的顧慮。
此外，無線充電要在一定范圍內(nèi)才能實現(xiàn)高效充電，目前乘用車前后7.5厘米、左右10厘米的范圍高效傳輸區(qū)域。這就需要引導車輛實現(xiàn)精確停靠。在WiFi通訊方面，就是要建立起來地面?zhèn)群蛙囕d側(cè)的通訊。
目前來看，無線充電技術(shù)廠家集中攻克幾大技術(shù)難點：第一，各種場合充電效率如何提升，即功率傳輸部分如何做好；第二，三大輔助功能如何實現(xiàn)車輛規(guī)級應用；第三，如何實現(xiàn)所有功能的集成，因為每個功能在強磁場情況下或者全天候情況下都能得到應用，這也是無線充電技術(shù)為什么在業(yè)界聽到很多年，但無法實現(xiàn)大規(guī)模批量商用的技術(shù)難點。
盡管如此，行業(yè)已然要推動無線充電技術(shù)，尤其是自動駕駛的特定需求。隨著自動泊車在2019-2020年逐步商用，實際場景中充電與人是分離的，這個時候自動充電技術(shù)的需求變得迫切。解決方案目前有兩種，一種是靠電力電池、空間磁場傳輸實現(xiàn)能量傳輸，即無線充電；另一種方式就是機械手代替人手實現(xiàn)自動充電。
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國內(nèi)加快制定標準 推動無線充電技術(shù)產(chǎn)業(yè)化
任何產(chǎn)業(yè)要發(fā)展標準化非常重要，特別是對充電來說，既涉及到基礎設施又涉及到車輛，標準化之后才能有產(chǎn)業(yè)化進程。在標準化這個領域或者相對技術(shù)成熟度這個領域，無線充電在一定功率等級走得還是比較快的。
國際上將標準分為兩大類：第一大類——SAE，類似于美國的行業(yè)組織，它對于無線充電抽不了一個標準J2954，目前是世界標準化進程最快的；第二大類是IEC和ISO，歐洲的標準化組織，這個組織分工跟國內(nèi)非常類似，IEC負責地面車輛段的標準制定，包括地面設備和壁掛設備。
目前國內(nèi)由中電聯(lián)制定電網(wǎng)側(cè)標準，國內(nèi)車載側(cè)是由中汽研進行制定，國際上對應的是ISO，由ISO來制定相關車載側(cè)無線充電標準。所以國內(nèi)標準由中電聯(lián)+中汽研兩個單位牽頭，四個相關標準已經(jīng)頒布，今年還有主要四個標準將要發(fā)布。此外還有幾個地方標準，包括廣東、深圳、上海等地，是由中興通訊參與完成，當然中興新能源也是國內(nèi)無線充電技術(shù)標準制定的主要參與單位。
此外，SAE由于是行業(yè)組織，其制定標準相對不夠嚴謹，IEC和ISO兩大標準則相對規(guī)范。前面已經(jīng)提到，IEC做地面?zhèn)仍O備，其中包括61980-1這樣的通用要求。無論無線充電怎么定義、如何架構(gòu)，61980-2都是通訊系統(tǒng)，這部分國內(nèi)注定與國外有所不同。原因很簡單，國外標準基于PTC進行標準匯編，國內(nèi)則是基于CAN。61980—3則是特殊要求，它會把需要進行互操作設備的詳細設計進行定義。
因此以上幾個標準，包括ISO標準，應該會成為今年9-10月份發(fā)布標準中的核心參數(shù)、指標、模型。盡快征求企業(yè)意見并發(fā)布技術(shù)標準，無線充電技術(shù)商業(yè)化進程已經(jīng)是市場期盼已久的。
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如何實現(xiàn)車輛與地面互操作測試或通過做一個地面線圈，可以對所有車載線圈進行互操作。不過車載部分情況相對復雜，大致可分為三種場景：第一功率為3千瓦、7千瓦、11千瓦三個功率等級，我們稱之為WPT1、WPT2、WPT3，車型則包括跑車、轎車、SUV，由于各類車型離地間隙不一樣，我們又對應三種隔離地間隙，包括Z1對應對跑車，離地間隙11-15厘米；Z2針對轎車，離地間隙是14-21厘米；Z3離地間隙是17-25厘米。這兩個組合就有9種線圈的可能性。
所謂互操作的要求就是設計一個線圈，線圈可以是11或者7千瓦，這樣需要給這9個不同線圈來進行滿功率不同氣息以及偏移情況下進行高效率輸出，目前設備輸出效率達到88%以上，標準要求則可能是85%。此外標準化測試意味著9個標準線圈進行互操作后，能夠在任一場景下達到85%以上輸出效率，則認定產(chǎn)品符合要求，是符合互操作標準的。至于線圈如何設計、大小、散熱問題都不會過多要求，因此也保留了部分技術(shù)演進空間。
異物檢測標準中，主要設備全部在地面?zhèn)韧瓿?，不會進互操作標準，標準會定義一些典型的物體，比如硬幣、酸奶罐、煙盒，如果能夠通過設備檢測出來，也就意味著產(chǎn)品測試通過。
生物檢測也就是對場景中生物物體進行識別檢測，不過目前國際對于這一標準上已經(jīng)比較抽象。一個典型的場景就是小孩伸手進去，場景檢測出來就達到通過標準。目前進一步抽象為一個5厘米的水球能夠在一定范圍內(nèi)運動被檢測出來，就認定設備具備生物檢測功能。
國際上對于無線充電也定了一個安裝的位置，就是因為它要進行運營，我只有把這個未指定下來以后后面的很多運營才能做，因為國際上他們的需求比較統(tǒng)一，基本上裝在這個車的前側(cè)，為什么呢？國際上特別是歐美，基本上車都是扎進去的，同時在車的前部，整個一輛車的Z軸的變動范圍是比較小的，而且離開地區(qū)間隙也是比較小的，車的屁股后邊的離地間隙是比較大的，而且你的車重載和后備箱有沒有東西，變化范圍比較大，所以現(xiàn)在國際上的車企基本上非常一致的都是裝在車前面，而且是一頭扎進去的，所以國際上很好定，他們已經(jīng)把位置定下來了，這么一個位置。國內(nèi)我們很多車企都做交流，意見很不統(tǒng)一，因為國內(nèi)的車都是車尾倒進去的，如果裝在車前面，就意味著無線充電PAD在前面了，這樣的車位意味著每次停車都要碾壓。而且不但設備碾壓能力增強，設備要用10年啊，同時還意味著他有一個起來、掉下去，這個時候自動泊車能力是不是會受到影響也是一個問題，一直爭議很大，國內(nèi)一直沒有標準化出來。
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無線充電定位用于自動能量補給技術(shù)
無線充電主要定位用于自動能量補給技術(shù)，所以它跟車聯(lián)網(wǎng)、L2自動駕駛應用融合度是非常高的或者要求融合度非常高。目前有幾大階段：先是車輛在幾公里以外，無線充電通過上網(wǎng)引導車輛去尋找某一個充電設施的位置，第一部分在公里級別；第二部分，車輛進入停車場，涉及到充電位分配，車輛會自動連入到停車場網(wǎng)絡，通過自動泊車系統(tǒng)來到車位旁邊，車輛離設備大概在5-6米的位置；最終車輛停好后做偏移檢測判斷，在前后7.5-10厘米左右范圍內(nèi)才能夠進行比較高效充電。
無線充電跟定位的檢測是密切相關的，會分一個公里級別的引導，怎么引導到這個停車場，進入停車場以后要連入到停車場的網(wǎng)絡當中去，引導到你的充電位上，最后5米內(nèi)會用一個標準的流程幫你引導到實際的地面?zhèn)鹊腜AD之上。
無線充電，隨著自動泊車階段性應用或者大家對于便利性提升應用，很多車企和廠家已經(jīng)做了大量工作。2018年國際一批聯(lián)合我們做1.0階段無線充電商用車，這些項目都做了五六年以上。不僅如此，還是存在不支持互操作的問題，地面車和車載車必須是一家廠家提供。從2017年開始，很多車企都在進行2.0產(chǎn)品階段開發(fā)。充電功率等級達到7千瓦，同時支持互操作，就是做到A廠家的地面跟B廠家的車載能夠通用起來，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)繁榮。
Q&A
現(xiàn)場交流答疑
Q：關于市場預測，無線充電將來會成為電動汽車充電主流技術(shù)嗎？能否替代有線充電？
A：應該說很長時間內(nèi)不會，百人會歐陽明高老師對充電技術(shù)有過體系化歸納。充電技術(shù)從發(fā)展來看有兩個方向，一是小功率充電，向便利性方向發(fā)展，即無線充電；二是向快充方向發(fā)展，即大功率HPC。以此來看，無線充電并非替代性技術(shù)，起碼在十年以內(nèi)不能以替代性技術(shù)去定義。無線充電要在自動駕駛技術(shù)或者L4級別車也出來以后，它就是最后能量補給階段人車分離以后的能量補給方式，但有些車其實最后人一直是分離的，無線充電就是一個基本的配置。就是一個豪華車的配置方式的時候，它一定是快充口、無線口都會配，甚至他出去到郊外還需要有一個線充的方式也得有，充電一定是多樣性的，不存在替代性的技術(shù)，十年以內(nèi)不能以這樣的情況來定義。
Q：無線充電的優(yōu)勢到底在哪里？
A：自動能量補給就兩種技術(shù)，有線、無線，得選一種。首先它是既純電動也用、混動也用。BBA規(guī)劃非常統(tǒng)一，混動車型用7千瓦，純電動車型用11千瓦。在車輛不是頻繁使用的情況下，這樣的充電效率是可以滿足需求的，同時如果連同自動泊車一起實現(xiàn)，車主隨時停車充電，這種情況下無線充電功率是遠遠達到能量補充速度需求的。
Q：這種情況下，是不是也可以用交流樁，畢竟交流樁成本更低、技術(shù)更成熟？
A：完全可以，無線充電不是替代性技術(shù)。
Q：對于無線充電規(guī)模化時間預期，以及產(chǎn)品價格預期？
A：首先無線充電標準制定到目前這一階段，從技術(shù)架構(gòu)來講成本可以認為是不可變，所以后續(xù)發(fā)展降成本途徑主要就是規(guī)?；?014年充電樁模塊成本降低了4-5倍，就是靠量。
Q：無線充電如果落地的話可能會存在什么現(xiàn)實問題？
A：充電樁其實是一個“地產(chǎn)生意”，得有地才能建樁，不僅是地產(chǎn)生意，還得有電進來。實際在很多情況下無線充電會是在有線已經(jīng)布好的點上去疊加，因為它對地的要求是一模一樣的，所以在我還是有線充電一個子集的情況下，這個倒不會是無線充電初期面臨的很大的問題。
Q：未來無線充電的定位是慢充還是快充，如果定位在快充的話，以現(xiàn)在有線充電350千瓦為例，無線充電將來會發(fā)展到多大？
A：無線充電就是一個慢充便利化的技術(shù)，不追求快充，快充你說到350千瓦我覺得肯定比不過有線。
Q：運營公交車上的無線充電，美國包括德國做了一些示范，對于這個場景您是怎么看的？無線充電肯定在更好的電量有可能是它綜合成本更低？
A：相對來講從現(xiàn)有成本分析，如果能夠降低一定成本，在乘用車領域，它的優(yōu)勢是很大的。而且各個車企比較認可全天候的自動能量補給。在4、5年以內(nèi)他們能夠看到可以規(guī)模應用的還真就是這樣一個技術(shù)。
