文|能鏈研究院
馬斯克曾表示，與250千瓦、350千瓦功率的超級充電站比，電動汽車無線充電顯得“低效無能”。言外之意，短期不會布局無線充電。
但話音剛落不久，特斯拉就宣布收購德國無線充電公司W(wǎng)iferion，收購價格高達7600萬美元，約5.4億人民幣。這家公司成立于2016年，專注于工業(yè)環(huán)境的自動駕駛運輸系統(tǒng)和無線充電解決方案。據(jù)報道，該公司已在工業(yè)領(lǐng)域部署了8000多個充電器。
意料之外，也在意料之中。
在之前的投資者日上，特斯拉全球充電基礎(chǔ)設(shè)施負(fù)責(zé)人Rebecca Tinucci就提出了適用于家庭和工作場所的潛在無線充電解決方案的構(gòu)想。想一下也理解，無線充電是補能體系中不可或缺的一環(huán)，早晚會成熟，因此，特斯拉收購Wiferion，提前卡位合情合理。從公開信息來看，Wiferion技術(shù)更多應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備和機器人，后期可能被安裝在特斯拉的造車設(shè)備或者人形機器人“擎天柱”上。
法國擬建電動汽車無線充電道路
并非只有特斯拉，在電動汽車領(lǐng)域保持全球領(lǐng)先地位的中國，也在無線充電技術(shù)持續(xù)探索。2023年7月底，在吉林長春一條全長120米的高功率動態(tài)無線充電道路上，一輛無人駕駛的新能源汽車在有著特殊標(biāo)識的內(nèi)部道路上平穩(wěn)行駛，車內(nèi)儀表臺顯示“正在充電中”。據(jù)測算，新能源汽車行駛過之后所充的電量可以讓它繼續(xù)行駛1.3公里。去年1月，成都也開通了中國首條無線充電公交線路。
在新能源行業(yè)里，特斯拉具有示范效應(yīng)，從一體化壓鑄技術(shù)到4680大圓柱電池電芯，無論是技術(shù)，還是技術(shù)、產(chǎn)品創(chuàng)新方向，往往一舉一動被奉為圭臬。此次布局電動汽車無線充電技術(shù)，能不能催熟這一領(lǐng)域，推動無線充電技術(shù)走入尋常百姓家？
電磁感應(yīng)VS磁場共振，無線充電技術(shù)哪家強？
其實，無線充電技術(shù)并不新鮮，也不存在較高的技術(shù)門檻。
從原理上看，無線充電多為電磁感應(yīng)電力傳輸、磁諧振電力傳輸和微波電力傳輸、電場耦合式無線電能傳輸。用于汽車場景下的一般為電磁感應(yīng)式和磁場共振式，分為靜態(tài)無線充電與動態(tài)無線充電兩種。首先是電磁感應(yīng)式，通常包括供電線圈和受電線圈兩個部分，前者安裝在路面，后者則集成在汽車底盤上，當(dāng)電動汽車行駛至指定位置時，就可以對電池進行充電。由于是通過磁場傳送能量，不用電線連接，可以做到無導(dǎo)電接點外露。
目前，上面這種技術(shù)已廣泛用于手機無線充電，但弊端是傳輸距離短、位置要求嚴(yán)格，能量損失也較大，并不一定適用于未來的汽車。甚至是，距離從1CM拉開到10CM，能量的傳輸效率就會從80%降至60%，存在電能浪費現(xiàn)象。而磁場共振式無線充電技術(shù)則由電源、發(fā)射面板、車載接收面板和控制器組成，當(dāng)電源發(fā)送端電能感應(yīng)到相同共振頻率的汽車接收端時，通過磁場同頻共振來隔空轉(zhuǎn)移能量。
更專業(yè)的表述是，當(dāng)我們用一個射頻能量來激勵發(fā)射端時，會在發(fā)射端周圍產(chǎn)生無功率場，在這個場中任意位置、任意時刻的磁場和電場之間呈正交關(guān)系，并且在相位上相差1/2pi, 而且磁場強度遠(yuǎn)高于電場強度，它可以儲存能量，但合成的電磁波功率流密度為零，不會傳輸任何能量。當(dāng)我們將具有同樣諧振頻率的接收端放置于這個場內(nèi)時，收發(fā)端之間就會出現(xiàn)同頻磁場諧振，能量從發(fā)射端以磁場的形式耦合到接收端，從而實現(xiàn)能量的空間轉(zhuǎn)移。
相比電磁感應(yīng)式，磁場共振方式的能量損失小，效率能達到90%以上，且不受位置的嚴(yán)苛限制，有更長的傳輸距離，只要收發(fā)頻率相同，距離10米也沒問題，還能實現(xiàn)一對多充電。目前已經(jīng)有不少主機廠在探索磁場共振的技術(shù)路線。
微波電力傳輸就更神奇了，適合于遠(yuǎn)距離傳輸電能。比如將輻射能量更強的太空中的太陽能，以微波的形式傳輸?shù)降孛?，不需要任何電纜連接。這是人類幾百年來的夢想，但進展緩慢。1968年，捷克裔美國科學(xué)家、NASA工程師彼得·格拉澤（Peter Glazer）就暢想過，將太陽能電池板發(fā)射到距離地面3.6萬公里的地球同步軌道上，產(chǎn)生的電力轉(zhuǎn)換成微波，由地面接收站轉(zhuǎn)換成電能。
只不過，這一無線電力傳輸技術(shù)還面臨著復(fù)雜的技術(shù)和應(yīng)用挑戰(zhàn)。
暗潮涌動，無線充電技術(shù)的“悸動”
對電動汽車無線充電技術(shù)感興趣的，除了特斯拉，還有很多同行。目前，被特斯拉收購的Wiferion公司走的是電磁感應(yīng)的技術(shù)路線，可以將充電效率提升到93%，如果將車輛放置在充電器上，最多可允許40毫米內(nèi)的位置誤差。
比靜態(tài)無線充電技術(shù)更性感的是動態(tài)方式。近日，法國為電動汽車鋪設(shè)了一條長達2公里的無線充電道路，車輛在行駛的過程，電池就能自動充電。
有同樣奇思妙想的還有瑞典，他們在建設(shè)世界上第一條永久的電氣化道路，位于首都斯德哥爾摩、哥德堡和馬爾默之間三個重要城市的樞紐干線上，沿著歐洲 E20 路線在哈爾斯貝里和厄勒布魯之間延伸21公里，是法國的10倍，預(yù)計2025年開通。屆時，不僅是通勤車輛可以充電，往返這條道路上的商用車也能實時補能。瑞典還宣稱，未來要將90%、3000公里的道路電氣化。
動態(tài)無線充電的探索既有電磁感應(yīng)式，也有磁場共振技術(shù)路線，可以為行駛在道路上的多臺車輛同時充電。特別是對于戈壁、沙漠等環(huán)境下的補能需求，如果道路兩旁安裝上太陽能光伏板，并配建一定容量的儲能系統(tǒng)，可離網(wǎng)可并網(wǎng)，就成為一個自治的微電網(wǎng)，可以實現(xiàn)自發(fā)自用，既能解決偏遠(yuǎn)地區(qū)補能的需求，還能大大緩解數(shù)億電動汽車給電網(wǎng)帶來沖擊。
除了充電服務(wù)商在嘗試突破外，主機廠對無線充電技術(shù)的興趣度同樣很高。
目前，全球試點無線充電技術(shù)的車輛已經(jīng)出現(xiàn)，國外的大眾、寶馬、沃爾沃、現(xiàn)代、本田、豐田、通用等都在研發(fā)無線充電技術(shù)。2014年，寶馬與戴姆勒簽署合作協(xié)議，共同研發(fā)電動汽車無線充電技術(shù)。2018年7月，寶馬在美國首次推出具備無線充電功能的量產(chǎn)車型530Le插混汽車，充電功率為3.2kW，系統(tǒng)效率85%，可在3.5小時內(nèi)完成9.4kWh電池的充電。
沃爾沃也在測試無線充電技術(shù)，瑞典本地銷售的XC40電動版本，最大充電功率可達40kW，充電30分鐘可行駛100公里。但很顯然，這是一個相當(dāng)理想的目標(biāo)值；同樣，現(xiàn)代汽車給旗下的高端品牌捷尼賽思GV60安裝了WiTricity無線充電硬件，號稱無線模式下可在6小時內(nèi)充滿；本田汽車則選擇了磁場共振路線。
國內(nèi)自主汽車品牌也有所“動作”。早在2018年，上汽榮威就推出了全球首臺實現(xiàn)無線充電的純電動車型；2020年， 一汽紅旗推出了可無線充電的紅旗E-HS9；2023年3月，上汽智己落地了旗下首個11kW大功率整車智能無線充電方案。吉利、長城、比亞迪等均涉足無線充電技術(shù)的研發(fā)和布局。
功率小、成本高，大功率無線充電應(yīng)用尚早
針對無線充電技術(shù)，政策層面也暖風(fēng)頻吹。
2020年12月，國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃 ( 2021-2035 年 ) 》。2022 年，國家發(fā)改委等十部門推出《關(guān)于進一步提升電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)保障能力的實施意見》，明確提出要加強和推進無線充電等新型充電技術(shù)研發(fā)。2023年5月工信部工信部印發(fā)了《無線充電（電力傳輸）設(shè)備無線電管理暫行規(guī)定》，其中對于汽車無線充電的工作頻率提出了明確要求。
相對于日常使用的有線充電樁，無線充電確實方便得多，沒有線纜、充電槍和接口的束縛，也要安全許多。而且無線充電一旦普及，就不需要搭載那么大容量和體積的車載電池，電動汽車會更省電，更低碳。
即便如此，電動汽車無線充電技術(shù)進入大規(guī)模應(yīng)用還為時尚早。
充電功率小，充電速度慢是一大阻礙。能鏈研究院認(rèn)為，7kW、11kW是當(dāng)前無線充電研發(fā)的主流，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也圍繞11kW的功率等級展開，22Kw及以上的進展比較緩慢。以電池能量80千瓦時計算，采用功率為11kW 的無線充電系統(tǒng)，充滿電需要接近8小時，與動輒120kW的大功率充電樁比，相當(dāng)于家用AC交流慢充樁的水平。除了炫酷外，無線充電技術(shù)如果不能在功率上得到極大提升，很難得到車主認(rèn)可。
其次是成本高昂，在地面上安裝無線充電設(shè)施的費用是充電樁的好幾倍，11kW的無線充電樁價格在2萬-3萬元，鋪設(shè)動態(tài)無線充電道路的投入更是高得嚇人，每公里的造價高達100萬美元，后期的維護費用也遠(yuǎn)比有線充電樁高太多。比如智己推出的11kW無線充電樁，需要車主另外購買安裝，統(tǒng)一售價18999元，但同樣的私人充電樁約2000元。
此外，無線充電的技術(shù)原理是通過電磁波來傳送能量，用戶自然會擔(dān)心電磁輻射問題，雖然專家解釋，無線充電的頻率主要為低頻，輻射范圍有限，不會對人體健康產(chǎn)生危害，但被大眾所接受則需要一個過程。
雖然無線充電技術(shù)應(yīng)用還不夠盡善盡美，但隨著自動駕駛時代的到來，無感自動充電機器人、無線充電技術(shù)方案將成為標(biāo)配。充電運營商、服務(wù)商也有所布局，國家電網(wǎng)、能鏈智電等推出自動充電機器人，未來智能化的充電方案與自動駕駛的適配性更好。
據(jù)預(yù)測，全球電動汽車無線充電市場規(guī)模將從2020年的1600萬美元（1美元約合人民幣7.29元）增至2027年的2.34億美元，年復(fù)合增長率將達46.8％。這也是特斯拉提前布局無線充電技術(shù)的原因，但特斯拉能加速大功率無線充電、“邊走邊充”落地嗎？可能短期也做不到。