七家電動(dòng)汽車無(wú)線充電技術(shù)大比拼

為了節(jié)約能源，減少環(huán)境污染，電動(dòng)汽車受到了世界各國(guó)的大力推廣。目前，由于電池容量及充電基礎(chǔ)設(shè)施等條件的限制，充電問題成為電動(dòng)汽車發(fā)展過程中而臨的最主要的瓶頸問題。由于無(wú)線充電技術(shù)可以解決傳統(tǒng)傳導(dǎo)式充電面臨的接口限制、安全問題等而逐漸發(fā)展成為電動(dòng)汽車充電的主要方式。然而，靜態(tài)無(wú)線充電與有線充電同樣存在著充電頻繁、續(xù)航里程短、電池用量大且成本高昂等問題。特別是對(duì)于電動(dòng)巴士一類的公交車輛，其連續(xù)續(xù)航能力格外重要。在這樣的背景下，電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)無(wú)線充電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，通過非接觸的方式為行駛中的電動(dòng)汽車實(shí)時(shí)地提供能量供給。

然而，隨著研究的深入，許多關(guān)鍵問題與瓶頸需要解決，例如高性能磁耦合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)問題、電磁兼容問題、能量傳輸魯棒控制問題等，這些問題的解決對(duì)于動(dòng)態(tài)無(wú)線供電技術(shù)的發(fā)展具有指導(dǎo)性作用。低碳經(jīng)濟(jì)核心是新能源技術(shù)與節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用，電動(dòng)汽車能夠較好地解決機(jī)動(dòng)車排放污染與能源短缺問題，是我國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。作為電動(dòng)汽車大規(guī)模推廣應(yīng)用的重要前提和基礎(chǔ)，電動(dòng)汽車充換電設(shè)施建設(shè)引起了各方廣泛關(guān)注。新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，尤其純電動(dòng)汽車的快速增長(zhǎng)，必然會(huì)對(duì)電動(dòng)汽車的充電方式多樣化和方便性提出更高的要求。無(wú)線充電技術(shù)作為一項(xiàng)新興技術(shù)，目前商業(yè)化運(yùn)作主要應(yīng)用于手機(jī)、電腦、隨身聽等小功率設(shè)備的充電上，在電動(dòng)汽車領(lǐng)域目前還是一個(gè)全新的概念。隨著無(wú)線充電技術(shù)的成熟，電動(dòng)汽車將是無(wú)線充電設(shè)備最具潛力的市場(chǎng)。

電動(dòng)汽車（BEV）是指以車載電源為動(dòng)力，用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項(xiàng)要求的車輛。由于對(duì)環(huán)境影響相對(duì)傳統(tǒng)汽車較小，其前景被廣泛看好，但當(dāng)前技術(shù)尚不成熟。

電動(dòng)汽車無(wú)線充電技術(shù)通過埋于地面下的供電導(dǎo)軌以高頻交變磁場(chǎng)的形式將電能傳輸給運(yùn)行在地而上一定范圍內(nèi)的車輛接收端電能拾取機(jī)構(gòu)，進(jìn)而給車載儲(chǔ)能設(shè)備供電，可使電動(dòng)汽車搭載少量電池組，延長(zhǎng)其續(xù)航里程，同時(shí)電能補(bǔ)給變更加安全、便捷。動(dòng)態(tài)無(wú)線供電技術(shù)的主要參數(shù)指標(biāo)有電能傳輸距離、功率、效率、藕合機(jī)構(gòu)側(cè)移適應(yīng)能力、電磁兼容性等。因而，開發(fā)大功率、高效率、強(qiáng)側(cè)移適應(yīng)能力、低電磁輻射、成本適中的動(dòng)態(tài)無(wú)線供電系統(tǒng)，成為國(guó)內(nèi)外各大研究機(jī)構(gòu)當(dāng)前的主要研究熱點(diǎn)。

無(wú)線充電方興未艾，覆蓋智能手機(jī)、消費(fèi)電子、智能家居、智能穿戴、醫(yī)療設(shè)備、交通運(yùn)輸?shù)任镱I(lǐng)域。近年來(lái)，隨著電動(dòng)汽車的大量普及，汽車無(wú)線充電也受到越來(lái)越多的關(guān)注。無(wú)線充電簡(jiǎn)單方便，即停即充，不需手動(dòng)操作，沒有線纜拖拽，大大提高了用戶體驗(yàn)。此外，無(wú)線充電不受氣候條件的影響，在雨雪天氣都可以安全充電。還有無(wú)人駕駛技術(shù)的飛速發(fā)展，使得無(wú)線充電成為剛需。那么，當(dāng)下電動(dòng)汽車無(wú)線充電現(xiàn)狀如何？哪些公司在進(jìn)行無(wú)線充電技術(shù)研究？它們的技術(shù)方案又有何不同呢？在此，跟大家分享一些個(gè)人的粗淺見解，拋磚引玉，希望跟大家多多交流！

近期媒體頻頻曝光的高通（Qualcomm）動(dòng)態(tài)充電技術(shù)（DEVC - Dynamic Electric Vehicle Charging）就是電動(dòng)汽車無(wú)線充電技術(shù)的代表。在車速100km/h時(shí)仍能給相向或反向行駛的兩輛電動(dòng)車同時(shí)充電，充電功率高達(dá)20kW。除高通外，國(guó)外廠商還有WiTricity、Evatran、Bombardier、Elix等，在國(guó)內(nèi)從事電動(dòng)汽車無(wú)線充電的有中興新能源（ZTEV）、中惠創(chuàng)智（Zonecharge）及其它技術(shù)公司及科研院所。

1. Qualcomm

高通（Qualcomm）是全球3G、4G與下一代無(wú)線技術(shù)的領(lǐng)軍企業(yè)，在汽車領(lǐng)域也有近30年歷史。Qualcomm HaloTM電動(dòng)汽車車無(wú)線充電技術(shù)起源于新西蘭的奧克蘭大學(xué)。早在1988年奧克蘭大學(xué)就開始從事無(wú)線充電技術(shù)研究，并在1996的成功開發(fā)出30kW的公交無(wú)線充電系統(tǒng)。Halo IPT是奧克蘭大學(xué)為將其技術(shù)資產(chǎn)用于電動(dòng)汽車非接觸充電而設(shè)立的部門。Qualcomm于2011年收購(gòu)Halo IPT公司之后，大力投資并推廣電動(dòng)汽車無(wú)線充電技術(shù)。2013年Qualcomm成為Formula E的官方技術(shù)合作伙伴，賽事中BMW i8安全車及BMW i3醫(yī)療車就配備了應(yīng)用Qualcomm HaloTM技術(shù)的無(wú)線充電系統(tǒng)，以保證緊急情況時(shí)能夠快速部署到現(xiàn)場(chǎng)。

高通無(wú)線充電業(yè)務(wù)全球員工近100人，分布于慕尼黑、蘇黎世、奧克蘭、圣地亞哥、倫敦、東京、上海等地，在上海有近10人的團(tuán)隊(duì)服務(wù)于本土客戶。

高通提供整套電動(dòng)汽車無(wú)線充電解決方案，不僅包括高效可靠的電磁部件、功率電子、系統(tǒng)集成等，還包括異物檢測(cè)（FOD - Foreign Object Detection）、活體保護(hù)（LOP - Living Object Protection）、及定位引導(dǎo)等重要的附屬功能。其參考設(shè)計(jì)涵蓋3.7kW、7.4kW、11kW、及22kW不同功率等級(jí)，在工作范圍內(nèi)均能達(dá)到90%以上的系統(tǒng)效率。除傳統(tǒng)的CR環(huán)形線圈外，高通主推DD形線圈結(jié)構(gòu)。相比CR結(jié)構(gòu)而言，DD形更小更輕、效率更高、對(duì)準(zhǔn)要求低、互操作性好、安全性更高。高通擁有一系列的專利技術(shù)及知識(shí)產(chǎn)權(quán)，積極參與了各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的制訂，包括SAE、IEC、ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)， 以及GB國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等。高通技術(shù)方案已在不同的車型平臺(tái)上集成并測(cè)試，包括Renault Fluence、 Nissan Leaf、BMW i3、BMW i8、及Honda Accord等。

不過，高通采用的是技術(shù)授權(quán)的業(yè)務(wù)模式，不直接生產(chǎn)和銷售產(chǎn)品。到目前為止，高通的授權(quán)廠商有10余家，包括Chargemaster、Efacec、Brusa、Ricardo、Lear、Lumen 和Preh等。高通也在積極拓展國(guó)內(nèi)業(yè)務(wù)，相信在不久的將來(lái)，高通授權(quán)的國(guó)內(nèi)零部件供應(yīng)商就能交付汽車無(wú)線充電產(chǎn)品了。

2、WiTricity

WiTricity是由美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）的助理教授Marin Soljacic研發(fā)的一種遠(yuǎn)距離無(wú)線電力傳輸技術(shù)，其成功實(shí)現(xiàn)從6英尺的距離對(duì)60W的燈泡進(jìn)行遠(yuǎn)程供電。2007年該技術(shù)團(tuán)隊(duì)從MIT獨(dú)立出來(lái)并成立了WiTricity公司。其總部位于波士頓，在奧斯汀有設(shè)計(jì)中心，另外在歐洲、日本、韓國(guó)、及大中華區(qū)都設(shè)有辦事處。

WiTricity高效率的3.6-11kW電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)，基于廣泛應(yīng)用的CR環(huán)形線圈架構(gòu)，經(jīng)過美國(guó)能源署的測(cè)試，為OEM、Tier1、及EVSE提供了靈活的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

DRIVE11評(píng)估系統(tǒng)是WiTricity應(yīng)“停車即充”電動(dòng)汽車無(wú)線充電而開發(fā)的一套參考設(shè)計(jì)，功率11kW，效率最高可達(dá)94%。還包括異物檢測(cè)（FOD），活體檢測(cè)（LOD）和位置檢測(cè)（PD）功能，適用于不同底盤高度的車輛，包括乘用車、越野車、和輕型卡車等。

類似于高通，WiTricity采用的也是技術(shù)授權(quán)的業(yè)務(wù)模式。其合作伙伴有Brusa、Delphi、Toyota、TDK、IHI等。

3、Evatran

Evatran 于2009年成立，位于弗吉尼亞州里士滿，員工30余人。Evatran是將電動(dòng)車無(wú)線感應(yīng)式充電技術(shù)推向市場(chǎng)的先導(dǎo)者。2014年，Evatran所研發(fā)的電動(dòng)車無(wú)線充電系統(tǒng)獲得美國(guó)第三方安全機(jī)構(gòu)ETL認(rèn)證。最近，Evatran宣布旗下Plugless產(chǎn)品已累計(jì)為電動(dòng)汽車充電100萬(wàn)小時(shí)。

Plugless無(wú)線充電系統(tǒng)，采用電磁感應(yīng)技術(shù)為車輛進(jìn)行無(wú)線充電。當(dāng)安裝在車輛底盤上的車用轉(zhuǎn)接器Vehicle Adaptor與安裝在地面的平臺(tái)Parking Pad對(duì)準(zhǔn)時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)被喚醒，并透過氣隙傳送能量。據(jù)第三方測(cè)評(píng)，其3.3kW系統(tǒng)效率在82.5%左右。目前，Evatran產(chǎn)品均為交流輸出，主要針對(duì)后裝市場(chǎng)，其官網(wǎng)報(bào)價(jià)如下。

2016年7月，萬(wàn)安科技（002590.SZ）出資75%與Evatran在中國(guó)設(shè)立合資公司——浙江萬(wàn)安億創(chuàng)電子科技有限公司，主要聚焦于無(wú)線充電業(yè)務(wù)，其市場(chǎng)空間值得期待。

4、Bombardier

龐巴迪（Bombardier）總部位于加拿大的蒙特利爾，是全球唯一一家同時(shí)生產(chǎn)飛機(jī)和火車的制造商。龐巴迪運(yùn)輸（集團(tuán)）的全球總部設(shè)在德國(guó)柏林，在曼海姆開設(shè)了專用的技術(shù)中心，為飛速發(fā)展的電動(dòng)交通領(lǐng)域內(nèi)的合作伙伴、項(xiàng)目和機(jī)會(huì)提供支持。

龐巴迪創(chuàng)新的PRIMOVE技術(shù)使電動(dòng)車輛可以在行駛中（動(dòng)態(tài)充電）或靜止時(shí)（靜態(tài)充電）進(jìn)行充電，該系統(tǒng)可以非常高效地傳送能量并保持車輛的原有性能，其22kW用于電動(dòng)轎車或公交巴士的PRIMOVE系統(tǒng)最高達(dá)90%的效率。

從2008年至2009年，第一臺(tái)樣車在龐巴迪位于德國(guó)包岑的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了大量測(cè)試，裝配有PRIMOVE部件的一輛低地板有軌電車和一條測(cè)試軌道，用來(lái)測(cè)試在所有典型運(yùn)行條件下系統(tǒng)的性能。2010年9月，龐巴迪運(yùn)輸集團(tuán)與奧格斯堡交通管理局合作，在一段線路上為有軌電車安裝了非接觸式無(wú)接觸網(wǎng)的PRIMOVE系統(tǒng)。2011年以來(lái)，龐巴迪攜手合作伙伴在比利時(shí)洛梅爾市內(nèi)一段125米長(zhǎng)的公共道路上和一輛公交巴士上裝備了PRIMOVE技術(shù)。2012年，龐巴迪與布倫瑞克市和當(dāng)?shù)亟煌ㄟ\(yùn)營(yíng)商合作，將公交網(wǎng)絡(luò)的一部分改造成一條生態(tài)友好型電動(dòng)線路，將兩輛裝備有PRIMOVE技術(shù)的公交巴士投放在一條12公里長(zhǎng)的線路上運(yùn)營(yíng)。

5、Elix

Elix公司成立于2013年1月，注冊(cè)地位于加拿大大不列顛哥倫比亞省基洛納市，員工10余人。Elix擁有動(dòng)態(tài)磁性耦合（MDC - Magneto Dynamic Coupling）技術(shù)，其無(wú)線充電系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于客運(yùn)、采礦、倉(cāng)儲(chǔ)、油氣和其他工業(yè)領(lǐng)域。

Elix公司所專注的MDC技術(shù)，最早是由加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)（University of British Columbia，簡(jiǎn)稱UBC）的Lorne Whitehead教授在2012年發(fā)明的，基于一種“遠(yuǎn)程磁性齒輪”來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電磁線圈實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電。其實(shí)就是一對(duì)不斷旋轉(zhuǎn)的磁鐵，一只被安裝在充電器內(nèi)，一只被安裝在車上接收裝置。充電器內(nèi)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)磁鐵旋轉(zhuǎn)，接收裝置內(nèi)對(duì)應(yīng)的磁鐵在磁場(chǎng)的作用下也會(huì)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，由轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，從而對(duì)動(dòng)力電池充電?？筛爬殡娔堋?jiǎng)幽堋獎(jiǎng)幽堋娔?。?jù)稱Elix系統(tǒng)效率最高超過90%。由于MDC技術(shù)通過70-400Hz磁場(chǎng)來(lái)傳遞動(dòng)能，不涉及高頻電磁波，因而有更高的安全性能，可在諸如油氣、采礦、海下、化工品處理等危險(xiǎn)環(huán)境下運(yùn)行。其缺點(diǎn)在于，MDC運(yùn)動(dòng)部件從設(shè)計(jì)和組裝上會(huì)比固定狀態(tài)的線圈復(fù)雜，磁鐵的設(shè)計(jì)、安裝、組合、配比困難，設(shè)備維修也會(huì)比較麻煩。

2016年9月，宗申動(dòng)力出資360萬(wàn)美元投資Elix公司成為第一大股東。2017年4月，Elix上海工程中心隆重開業(yè)。

6、中興新能源（ZTEV）

中興新能源（ZTEV）成立于2014年6月，是中興通訊（ZTE）旗下的控股子公司。ZTEV研發(fā)出具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電動(dòng)汽車3-60kW大功率無(wú)線充電系列產(chǎn)品，為新能源智能網(wǎng)聯(lián)汽車提供自動(dòng)、自在、自由的汽車充電整體解決方案。

早在2012年6月，ZTE就研制出無(wú)線充電第一代樣機(jī)。2014年ZTEV推出“智慧無(wú)線充電”，重點(diǎn)應(yīng)用到城市公交大巴。無(wú)線充電具有“站不用地、路不白跑、車不增重、充不動(dòng)手、電不過放”五大優(yōu)勢(shì)，有效解決在都市核心地帶大量建設(shè)充電設(shè)施的“老大難”問題。ZTEV在全國(guó)30多個(gè)城市包括成都、襄陽(yáng)、張家口、大理、麗江、貴陽(yáng)、長(zhǎng)春、惠東等地開通了無(wú)線充電公交線路。

除公交大巴外，ZTEV也積極投入乘用車無(wú)線充電系統(tǒng)開發(fā)。分別于2015年7月及2016年12月完成乘用車分體式及一體式無(wú)線充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，同國(guó)內(nèi)大部分OEM廠家都展開了交流合作。另外，ZTEV積極參與電動(dòng)汽車無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的制定，牽頭立項(xiàng)1項(xiàng)電動(dòng)汽車無(wú)線充電國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并起草了多項(xiàng)地方標(biāo)準(zhǔn)。

7、中惠創(chuàng)智（Zonecharge）

中惠創(chuàng)智（Zonecharge）成立于2015年7月，致力于無(wú)線供電技術(shù)的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化運(yùn)營(yíng)。公司現(xiàn)有核心技術(shù)研發(fā)人員60余人，在煙臺(tái)總部建有無(wú)線電能傳輸技術(shù)研發(fā)中心，在深圳公司建有電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)室。目前，公司旗下有專注低功率無(wú)線供電芯片研發(fā)生產(chǎn)的“泰沃”品牌，和專注高功率新能源汽車充電樁研發(fā)生產(chǎn)的“能度”品牌。

2016年3月在廣州國(guó)際新能源汽車充電樁博覽會(huì)上，Zonecharge首次實(shí)車展示新能源汽車無(wú)線充電樁。這套基于磁耦合諧振技術(shù)的6.6kW無(wú)線充電樁，傳輸距離達(dá)到20cm，傳輸效率最高達(dá)90%。同時(shí)展示的另一套30kW的無(wú)線供電產(chǎn)品，傳輸距離最大可達(dá)60cm，而且具有相當(dāng)程度上的水平和垂直自由度，主要應(yīng)用在大巴車和城市公交上。

2017年5月4日，Zonecharge在煙臺(tái)承辦了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)通用要求》工作組2017年第一次會(huì)議。