文|能鏈研究院
馬斯克曾表示，與250千瓦、350千瓦功率的超級(jí)充電站比，電動(dòng)汽車無(wú)線充電顯得“低效無(wú)能”。言外之意，短期不會(huì)布局無(wú)線充電。
但話音剛落不久，特斯拉就宣布收購(gòu)德國(guó)無(wú)線充電公司W(wǎng)iferion，收購(gòu)價(jià)格高達(dá)7600萬(wàn)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(dòng)駕駛運(yùn)輸系統(tǒng)和無(wú)線充電解決方案。據(jù)報(bào)道，該公司已在工業(yè)領(lǐng)域部署了8000多個(gè)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(chǎng)所的潛在無(wú)線充電解決方案的構(gòu)想。想一下也理解，無(wú)線充電是補(bǔ)能體系中不可或缺的一環(huán)，早晚會(huì)成熟，因此，特斯拉收購(gòu)Wiferion，提前卡位合情合理。從公開(kāi)信息來(lái)看，Wiferion技術(shù)更多應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備和機(jī)器人，后期可能被安裝在特斯拉的造車設(shè)備或者人形機(jī)器人“擎天柱”上。
法國(guó)擬建電動(dòng)汽車無(wú)線充電道路
并非只有特斯拉，在電動(dòng)汽車領(lǐng)域保持全球領(lǐng)先地位的中國(guó)，也在無(wú)線充電技術(shù)持續(xù)探索。2023年7月底，在吉林長(zhǎng)春一條全長(zhǎng)120米的高功率動(dòng)態(tài)無(wú)線充電道路上，一輛無(wú)人駕駛的新能源汽車在有著特殊標(biāo)識(shí)的內(nèi)部道路上平穩(wěn)行駛，車內(nèi)儀表臺(tái)顯示“正在充電中”。據(jù)測(cè)算，新能源汽車行駛過(guò)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(kāi)通了中國(guó)首條無(wú)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(wú)論是技術(shù)，還是技術(shù)、產(chǎn)品創(chuàng)新方向，往往一舉一動(dòng)被奉為圭臬。此次布局電動(dòng)汽車無(wú)線充電技術(shù)，能不能催熟這一領(lǐng)域，推動(dòng)無(wú)線充電技術(shù)走入尋常百姓家？
電磁感應(yīng)VS磁場(chǎng)共振，無(wú)線充電技術(shù)哪家強(qiáng)？
其實(shí)，無(wú)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(wú)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(chǎng)耦合式無(wú)線電能傳輸。用于汽車場(chǎng)景下的一般為電磁感應(yīng)式和磁場(chǎng)共振式，分為靜態(tài)無(wú)線充電與動(dòng)態(tài)無(wú)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(gè)部分，前者安裝在路面，后者則集成在汽車底盤上，當(dāng)電動(dòng)汽車行駛至指定位置時(shí)，就可以對(duì)電池進(jìn)行充電。由于是通過(guò)磁場(chǎng)傳送能量，不用電線連接，可以做到無(wú)導(dǎo)電接點(diǎn)外露。
目前，上面這種技術(shù)已廣泛用于手機(jī)無(wú)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(lái)的汽車。甚至是，距離從1CM拉開(kāi)到10CM，能量的傳輸效率就會(huì)從80%降至60%，存在電能浪費(fèi)現(xiàn)象。而磁場(chǎng)共振式無(wú)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(shí)，通過(guò)磁場(chǎng)同頻共振來(lái)隔空轉(zhuǎn)移能量。
更專業(yè)的表述是，當(dāng)我們用一個(gè)射頻能量來(lái)激勵(lì)發(fā)射端時(shí)，會(huì)在發(fā)射端周圍產(chǎn)生無(wú)功率場(chǎng)，在這個(gè)場(chǎng)中任意位置、任意時(shí)刻的磁場(chǎng)和電場(chǎng)之間呈正交關(guān)系，并且在相位上相差1/2pi, 而且磁場(chǎng)強(qiáng)度遠(yuǎn)高于電場(chǎng)強(qiáng)度，它可以儲(chǔ)存能量，但合成的電磁波功率流密度為零，不會(huì)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(gè)場(chǎng)內(nèi)時(shí)，收發(fā)端之間就會(huì)出現(xiàn)同頻磁場(chǎng)諧振，能量從發(fā)射端以磁場(chǎng)的形式耦合到接收端，從而實(shí)現(xiàn)能量的空間轉(zhuǎn)移。
相比電磁感應(yīng)式，磁場(chǎng)共振方式的能量損失小，效率能達(dá)到90%以上，且不受位置的嚴(yán)苛限制，有更長(zhǎng)的傳輸距離，只要收發(fā)頻率相同，距離10米也沒(méi)問(wèn)題，還能實(shí)現(xiàn)一對(duì)多充電。目前已經(jīng)有不少主機(jī)廠在探索磁場(chǎng)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(qiáng)的太空中的太陽(yáng)能，以微波的形式傳輸?shù)降孛妫恍枰魏坞娎|連接。這是人類幾百年來(lái)的夢(mèng)想，但進(jìn)展緩慢。1968年，捷克裔美國(guó)科學(xué)家、NASA工程師彼得·格拉澤（Peter Glazer）就暢想過(guò)，將太陽(yáng)能電池板發(fā)射到距離地面3.6萬(wàn)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(guò)，這一無(wú)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(dòng)，無(wú)線充電技術(shù)的“悸動(dòng)”
對(duì)電動(dòng)汽車無(wú)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(gòu)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(wú)線充電技術(shù)更性感的是動(dòng)態(tài)方式。近日，法國(guó)為電動(dòng)汽車鋪設(shè)了一條長(zhǎng)達(dá)2公里的無(wú)線充電道路，車輛在行駛的過(guò)程，電池就能自動(dòng)充電。
有同樣奇思妙想的還有瑞典，他們?cè)诮ㄔO(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(gè)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(guó)的10倍，預(yù)計(jì)2025年開(kāi)通。屆時(shí)，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(shí)時(shí)補(bǔ)能。瑞典還宣稱，未來(lái)要將90%、3000公里的道路電氣化。
動(dòng)態(tài)無(wú)線充電的探索既有電磁感應(yīng)式，也有磁場(chǎng)共振技術(shù)路線，可以為行駛在道路上的多臺(tái)車輛同時(shí)充電。特別是對(duì)于戈壁、沙漠等環(huán)境下的補(bǔ)能需求，如果道路兩旁安裝上太陽(yáng)能光伏板，并配建一定容量的儲(chǔ)能系統(tǒng)，可離網(wǎng)可并網(wǎng)，就成為一個(gè)自治的微電網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)自發(fā)自用，既能解決偏遠(yuǎn)地區(qū)補(bǔ)能的需求，還能大大緩解數(shù)億電動(dòng)汽車給電網(wǎng)帶來(lái)沖擊。
除了充電服務(wù)商在嘗試突破外，主機(jī)廠對(duì)無(wú)線充電技術(shù)的興趣度同樣很高。
目前，全球試點(diǎn)無(wú)線充電技術(shù)的車輛已經(jīng)出現(xiàn)，國(guó)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(wú)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(dòng)汽車無(wú)線充電技術(shù)。2018年7月，寶馬在美國(guó)首次推出具備無(wú)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(shí)內(nèi)完成9.4kWh電池的充電。
沃爾沃也在測(cè)試無(wú)線充電技術(shù)，瑞典本地銷售的XC40電動(dòng)版本，最大充電功率可達(dá)40kW，充電30分鐘可行駛100公里。但很顯然，這是一個(gè)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(wú)線充電硬件，號(hào)稱無(wú)線模式下可在6小時(shí)內(nèi)充滿；本田汽車則選擇了磁場(chǎng)共振路線。
國(guó)內(nèi)自主汽車品牌也有所“動(dòng)作”。早在2018年，上汽榮威就推出了全球首臺(tái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電的純電動(dòng)車型；2020年， 一汽紅旗推出了可無(wú)線充電的紅旗E-HS9；2023年3月，上汽智己落地了旗下首個(gè)11kW大功率整車智能無(wú)線充電方案。吉利、長(zhǎng)城、比亞迪等均涉足無(wú)線充電技術(shù)的研發(fā)和布局。
功率小、成本高，大功率無(wú)線充電應(yīng)用尚早
針對(duì)無(wú)線充電技術(shù)，政策層面也暖風(fēng)頻吹。
2020年12月，國(guó)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(guó)家發(fā)改委等十部門推出《關(guān)于進(jìn)一步提升電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)保障能力的實(shí)施意見(jiàn)》，明確提出要加強(qiáng)和推進(jìn)無(wú)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(wú)線充電（電力傳輸）設(shè)備無(wú)線電管理暫行規(guī)定》，其中對(duì)于汽車無(wú)線充電的工作頻率提出了明確要求。
相對(duì)于日常使用的有線充電樁，無(wú)線充電確實(shí)方便得多，沒(méi)有線纜、充電槍和接口的束縛，也要安全許多。而且無(wú)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(dòng)汽車會(huì)更省電，更低碳。
即便如此，電動(dòng)汽車無(wú)線充電技術(shù)進(jìn)入大規(guī)模應(yīng)用還為時(shí)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(wú)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(jí)展開(kāi)，22Kw及以上的進(jìn)展比較緩慢。以電池能量80千瓦時(shí)計(jì)算，采用功率為11kW 的無(wú)線充電系統(tǒng)，充滿電需要接近8小時(shí)，與動(dòng)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(wú)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(wú)線充電設(shè)施的費(fèi)用是充電樁的好幾倍，11kW的無(wú)線充電樁價(jià)格在2萬(wàn)-3萬(wàn)元，鋪設(shè)動(dòng)態(tài)無(wú)線充電道路的投入更是高得嚇人，每公里的造價(jià)高達(dá)100萬(wàn)美元，后期的維護(hù)費(fèi)用也遠(yuǎn)比有線充電樁高太多。比如智己推出的11kW無(wú)線充電樁，需要車主另外購(gòu)買安裝，統(tǒng)一售價(jià)18999元，但同樣的私人充電樁約2000元。
此外，無(wú)線充電的技術(shù)原理是通過(guò)電磁波來(lái)傳送能量，用戶自然會(huì)擔(dān)心電磁輻射問(wèn)題，雖然專家解釋，無(wú)線充電的頻率主要為低頻，輻射范圍有限，不會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生危害，但被大眾所接受則需要一個(gè)過(guò)程。
雖然無(wú)線充電技術(shù)應(yīng)用還不夠盡善盡美，但隨著自動(dòng)駕駛時(shí)代的到來(lái)，無(wú)感自動(dòng)充電機(jī)器人、無(wú)線充電技術(shù)方案將成為標(biāo)配。充電運(yùn)營(yíng)商、服務(wù)商也有所布局，國(guó)家電網(wǎng)、能鏈智電等推出自動(dòng)充電機(jī)器人，未來(lái)智能化的充電方案與自動(dòng)駕駛的適配性更好。
據(jù)預(yù)測(cè)，全球電動(dòng)汽車無(wú)線充電市場(chǎng)規(guī)模將從2020年的1600萬(wàn)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(zhǎng)率將達(dá)46.8％。這也是特斯拉提前布局無(wú)線充電技術(shù)的原因，但特斯拉能加速大功率無(wú)線充電、“邊走邊充”落地嗎？可能短期也做不到。