而除了完善靜態(tài)充電技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，持續(xù)推廣降低成本之外；動(dòng)態(tài)無線充電也是一個(gè)極具潛力的方向。

時(shí)至今日，無線充電技術(shù)對(duì)大眾而言，已不再是一件新鮮事。在消費(fèi)電子領(lǐng)域，iPhone等多款高端手機(jī)早已支持無線充電的功能。但在汽車領(lǐng)域，即便是新能源大潮如此洶涌，擁有無線充電功能的汽車卻依然寥寥無幾，直到這兩年，我們才看到寶馬550e、榮威Marvel X等乘用車開始陸續(xù)支持無線充電功能。

那么這項(xiàng)技術(shù)是什么原理，發(fā)展現(xiàn)狀如何，未來何去何從？且聽這篇文章為大家簡要道來。

支持無線充電的蘋果與寶馬

一、 車用無線充電技術(shù)溯源

無線充電技術(shù)可以上溯到赫茲和特斯拉，其奠基人正是著名發(fā)明家尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）。特斯拉先生在19世紀(jì)末的哥倫比亞世博會(huì)上，首次用無線電能傳輸?shù)姆绞綄⒁槐K磷光燈點(diǎn)亮。而無線輸電技術(shù)的早期發(fā)展，也充滿了特斯拉的夢想與實(shí)踐。

特斯拉與沃登克里弗塔?

在特斯拉的宏偉設(shè)想中，利用地球作為內(nèi)導(dǎo)體、電離層作為外導(dǎo)體，在二者之間利用電磁波實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離輸送電力。直到1901年，被稱為特斯拉最大夢想的“沃登克里弗塔（Wardenclyffe Tower）”，在銀行家摩根的資助下建成，并開始進(jìn)行無線輸電實(shí)驗(yàn)。這座傳奇之塔在之后與傳說中通古斯大爆炸的關(guān)系已然成謎，特斯拉也因?yàn)檫@座塔停止運(yùn)作后陷入了財(cái)政危機(jī)。

無線輸電技術(shù)發(fā)展?

在這之后的100年里，無線輸電技術(shù)雖然陸陸續(xù)續(xù)出現(xiàn)在各式各樣的實(shí)驗(yàn)研究里，但從未開始過真正的商業(yè)化運(yùn)營。毫無疑問，高效是這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用的首要要求。

汽車無線輸電則更為特殊——除了效率的需求之外，這更多是由于汽車的特性決定的：

功率需求：汽車無線充電功率等級(jí)較高，由于電動(dòng)汽車電池大，充電時(shí)間要求盡量短，因此需要充電系統(tǒng)有幾千瓦乃至幾十千瓦的功率；

間距與尺寸：汽車無線充電的間距是由汽車離地間距決定的，根據(jù)SAE輕型車無線輸電的標(biāo)準(zhǔn)中，距離等級(jí)分為10-15/14-21/17-25cm，這與手機(jī)無線充電也大為不同，與此同時(shí)，充電線圈的大小也要盡量匹配汽車，盡可能輕；

效率：由于有線充電效率極高，因此無線充電就務(wù)必要達(dá)到至少85%的效率，才具有商業(yè)化的意義；

數(shù)據(jù)通訊：對(duì)于汽車來說，這套系統(tǒng)需要駕駛員遙控操作，此外該充電系統(tǒng)的開啟與信息傳導(dǎo)也是必需的——車端電池的需求充電電流、安全狀態(tài)等信息要傳回到地面端。

而隨著電動(dòng)汽車的推廣，電力電子和電池技術(shù)的進(jìn)步，汽車無線充電也終于再次回到了舞臺(tái)上，盡管只是主流舞臺(tái)的小節(jié)目，但也逐漸引起了大眾的關(guān)注。

二， 無線充電技術(shù)原理

那么，汽車無線充電技術(shù)是什么原理呢？它并不是什么天頂星科技，但是還是有一些門道可說的。

首先要說明的是，我們常用的無線電廣播、Wifi等屬于無線信息傳輸，不屬于無線能量傳輸。而如果將無線電能傳輸，按傳輸距離遠(yuǎn)近進(jìn)行分類，從遠(yuǎn)到近可以分為微波、激光、超聲波、電場耦合和磁場耦合五類技術(shù)。有的研究者根據(jù) （D是發(fā)射線圈最大直徑，λ是電磁波波長）將這些技術(shù)區(qū)分為遠(yuǎn)場區(qū)與近場區(qū)兩類。

無線輸電技術(shù)按功率與距離分類，圖中Resonant inductive coupling即是所謂磁耦合諧振無線充電，原圖：Wireless Power Transfer for Vehicular Applications: Overview and Challenges

遠(yuǎn)場區(qū)技術(shù)更適用于長距離、低效率需求的電能傳輸；而近場區(qū)技術(shù)的近距離高效的特征，則讓它更適用于近距離無線輸電，而在近場區(qū)技術(shù)中，電場耦合式功率較小，而磁場耦合技術(shù)則更為適合。

傳統(tǒng)的磁場耦合技術(shù)僅適用于近距離，而2007年MIT教授Marin Soljacic團(tuán)隊(duì)的研究表明，在發(fā)射和接收端加入調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)后設(shè)計(jì)的磁耦合諧振無線輸電，可以進(jìn)一步提高傳輸距離，在兩米距離點(diǎn)亮了60W功率的燈泡，并仍保持了40%的效率。這一研究重新點(diǎn)燃了無線輸能領(lǐng)域的研究熱情，后來的研發(fā)投入使得電動(dòng)汽車無線輸電的需求得到滿足（距離15-50cm；效率大于85%；千瓦級(jí)大功率），使之商業(yè)化成為了可能。

MIT團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)的磁耦合諧振式無線充電，讓相距二米的燈泡持續(xù)發(fā)亮，是一項(xiàng)里程碑式的研究

而在磁耦合諧振無線輸電的技術(shù)基礎(chǔ)上，研究者和工程師們進(jìn)行了廣泛的研究，包括線圈設(shè)計(jì)、諧振網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建等方面的工作。而如果將汽車無線充電分為兩類，可以分為靜態(tài)無線充電與動(dòng)態(tài)無線充電兩類。這樣的分類很容易理解，可以認(rèn)為分別是停車充電與開車充電的差別。

豐田無線充電示意圖，屬于靜態(tài)無線充電

英國無線充電公路概念圖，屬于動(dòng)態(tài)無線充電

三， 實(shí)地案例與發(fā)展難題

我恰好參加過相關(guān)無線充電示范運(yùn)行的測試研究。并在兩年前有機(jī)會(huì)到訪其中一條無線充電客車線路，該充電系統(tǒng)的具體參數(shù)不作介紹，它的實(shí)車傳輸效率實(shí)際已經(jīng)可以達(dá)到較高的程度，超過了87%。下面簡單講講這個(gè)示范的無線充電案例。

無線充電客車充電位，實(shí)地拍攝

在這條運(yùn)營線路中，有兩個(gè)充電位布置在公交始發(fā)站，有四輛無線充電公交車與四輛燃油車交替運(yùn)行。下圖中停車位鋪設(shè)的長方形充電位即埋設(shè)的兩組充電原邊線圈，在客車車底安裝了副邊線圈，當(dāng)客車停放入位后，對(duì)準(zhǔn)充電位，則可以由司機(jī)開啟無線充電。

總體來看，無線充電相對(duì)于有線充電的優(yōu)勢是得到發(fā)揮的，那就是司機(jī)不需要插拔充電頭，避免有線充電插頭的損耗，可靠性高；司機(jī)在駕駛位上停完車一鍵即可充電，操作簡單，無需專業(yè)人員；無線充電技術(shù)的效率足夠，可以達(dá)到87%以上；無線充電線圈的設(shè)計(jì)功率為單個(gè)30kW，兩組線圈即使限功率運(yùn)行，也可以達(dá)到40kW以上的充電功率。此外，大家比較關(guān)心的電磁輻射問題，在充電過程中的實(shí)地的電磁輻射水平符合ICNIRP 2010的輻射標(biāo)準(zhǔn)。

但與此同時(shí)，實(shí)際運(yùn)營中也存在著一些問題：

一， 由于對(duì)充電線圈對(duì)正要求還較為嚴(yán)苛，停入停車位后，司機(jī)需要反復(fù)進(jìn)行車輛位置的調(diào)整以確保對(duì)齊，這對(duì)于大公交車來說非?？简?yàn)司機(jī)停車技術(shù)，平均大約需要花費(fèi)一分鐘的時(shí)間來調(diào)整停車位置；

二， 在實(shí)際的充電過程中，司機(jī)開啟充電后，充電系統(tǒng)需要約一分鐘左右的時(shí)間才能夠全負(fù)荷運(yùn)行，這意味著在公交站臺(tái)設(shè)置充電位，隨時(shí)停車隨時(shí)充電的設(shè)想，以目前的技術(shù)水平還難以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，這是2016年的技術(shù)水平了，該問題也可能是為了保證電路安全特意設(shè)計(jì)的，或許存在優(yōu)化空間。

那么阻礙無線充電在汽車領(lǐng)域推廣的問題有哪些呢？

第一點(diǎn)是技術(shù)本身優(yōu)點(diǎn)不明顯。

目前來看，如果停留在靜態(tài)無線充電，和有線充電比較來看，其主要的優(yōu)勢就是方便，無線輸電效率盡管已經(jīng)達(dá)到較高水平，但卻仍然低于有線充電。

靜態(tài)無線充電還存在著一些小毛病有待解決，例如如何檢測、排除充電兩端線圈中的異物？這就是一個(gè)值得研究的問題。要知道如果有任何金屬部件，哪怕是回形針，一旦落在了兩個(gè)線圈中的落葉里也有可能引起火災(zāi)。又或是有小貓小狗等活物，處于兩個(gè)線圈中，大功率輸電也會(huì)給動(dòng)物帶來很大的安全威脅。

而動(dòng)態(tài)無線充電，雖然沒有上述的小問題，優(yōu)點(diǎn)很大，但是實(shí)施起來成本極高，需要改造的不僅僅是一個(gè)車位，而可能是一整條道路的大幅度改造與維護(hù)，成本極高。

第二點(diǎn)是缺少統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

盡管SAE在兩年前推出了電動(dòng)汽車無線充電標(biāo)準(zhǔn)SAE TIR J2954，中興、華為、高通的踴躍投入，也有機(jī)會(huì)成為該領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)制定者。但與此同時(shí)，缺少技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也恰恰限制了該技術(shù)的普及。更不用說，汽車無線充電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)立，不僅僅是汽車領(lǐng)域的工作，還需要修訂國內(nèi)外相關(guān)電磁管理的標(biāo)準(zhǔn)條例；此外還需要同時(shí)與國際電磁機(jī)構(gòu)互相報(bào)備，以確保相關(guān)頻段的無線電波不會(huì)受到影響。目前國內(nèi)無線充電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)仍在草案階段，其他各國也都需要克服該問題。

第三點(diǎn)是電磁輻射的公眾疑慮。

盡管目前還沒有確切的理論表明電磁輻射對(duì)人體的危害程度，而輻射水平的評(píng)價(jià)，也只能參考各研究組織公布的限值。但是對(duì)于公眾來說，電磁輻射本身就是一個(gè)“敏感詞”，無線充電能不能被大眾所接受，也同樣有待觀望。

目前某無線充電系統(tǒng)EMF水平滿足ICNIRP(2010), 但很可能超出GB 8702限值

相關(guān)研究也有很多，針對(duì)車內(nèi)外的乘客進(jìn)行了輻射值的測量，數(shù)據(jù)顯示符合國際標(biāo)準(zhǔn)，但更加嚴(yán)格的國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)卻未必能夠滿足。

結(jié)語：

最后，關(guān)于無線充電未來的發(fā)展，研究者們非常欣喜地看到車企巨頭如豐田、日產(chǎn)、本田、寶馬；供應(yīng)商如博世、高通、華為、中興等等公司紛紛投入其中大力推廣無線充電。而除了完善靜態(tài)充電技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，持續(xù)推廣降低成本之外；動(dòng)態(tài)無線充電也是一個(gè)極具潛力的方向。限于成本，動(dòng)態(tài)無線充電即使是示范運(yùn)營還不多，目前來看，固定線路的運(yùn)行，如快速公交（BRT）、園區(qū)無人物流車、廠內(nèi)AGV這些場景，或許將是動(dòng)態(tài)無線充電的突破所在。