无线充电 拯救电动汽车？
无线充电对手机、电脑、相机等电子产品而言，只是个锦上添花的新功能，但对电动汽车产业的影响将是革命性的，有可能是启动整个电动汽车市场的关键。
电池续航能力一直是电动汽车产业快速发展的羁绊，在电池技术短时间无法突破时，改进充电模式就成为另一个突破方向。如果能够全面普及无线充电技术，就能够极大地提高电动汽车充电的便捷性，不管是充电时间、充电体验，还是续航能力方面，都将大大增加人们对于电动汽车的接受度。具有充电桩充电和换电模式不可比拟的优势。可以说，成熟发展的无线充电技术，将会是电动汽车未来占领市场的重要“法宝”。
从目前情况看，无线充电技术也有固定式充电和移动式充电之分，二者之间存在较大区别。无线充电垫的功能基本类似于普通充电桩，是在固定位置充电。与普通充电桩相比，电动汽车无线充电没有外露的连接器，它省去了插拔充电接口的环节，比较方便，也避免了充电接口老化所导致的漏电、跑电风险。但是，作为一种新生事物，它还需要经历一个消费者认知并接受的过程。
而无线充电技术最让人动心的，无疑是可以在汽车行驶过程中充电，即“无线充电、即停即充、边走边充”，如果这个美妙的梦想成为现实，并能够大范围推广，电动汽车续驶里程问题将不复存在。到那时，传统燃油汽车就会像内燃机火车一样基本退出历史舞台。
“无线充电将是电动汽车领域的下一个关键转变，提供一种更加自主、安全、高效和方便的充电体验，同时也是电气化公路的一个敲门砖”，美国能源部橡树岭国家实验室（ORNL）项目经理David Smith这样说。
无线充电的类型、原理和优势
从具体的技术原理及解决方案来说，目前无线充电技术主要有电磁感应式、磁共振式、无线电波式、电场耦合式四种基本方式。这几种技术分别适用于近程、中短程与远程电力传送。这几种方式的比较如下图所示。
1、电磁感应式。当前最成熟、最普遍的无线充电技术是电磁感应式。其基本原理是利用电磁感应原理，类似于变压器，在发送端和接收端各有一个线圈，初级线圈上通一定频率的交流电，由于电磁感应在次级线圈中产生一定的电流，从而将能量从传输端转移到接收端。
2、磁共振式。磁共振式也称为近场谐振式，由能量发送装置和能量接收装置组成，当两个装置调整到相同频率，或者说在一个特定的频率上共振时，它们就可以交换彼此的能量，其原理与声音的共振原理相同，排列在磁场中的相同振动频率的线圈，可从一个向另一个供电。
磁共振式是麻省理工目前在开发的一类充电技术，共振传输的距离比普通感应式更远一些。技术难点是小型化和高效率化，被认为是将来最有希望广泛应用于电动汽车无线充电的一种方式。
3、无线电波式。无线电波式，基本原理类似于早期使用的矿石收音机，主要有微波发射装置和微波接收装置组成。典型的是20世纪60年代布朗（William C. Brown）的微波输电系统。
整个传输系统包括微波源、发射天线、接收天线3部分。微波源内有磁控管，能控制源在2.45GHz频段输出一定的功率；发射天线是64个缝隙的天线阵；接收天线拥有25%的收集和转换效率。
无线电波式此前更多出现在科幻电影或者小说里面，实际上它也是无线电力传输的一个很好的方式，只不过受到发送功率等方面的限制，并未大规模应用。无线电波传输的最大好处就是传输距离远，甚至可以实现航天器与地面之间的能量传输，同时还可以实现定向传输（发射天线有方向性），未来前景值得期待。
4、电场耦合式。电场耦合式以日本村田制作所为代表。这类无线充电技术，发射器与接收器分别安装两个（或两组）独立的电容极板，当发射器与接收器靠近时，两组电容极板形成了两个电容。电容中通以高频、高压交变电流，便可实现电能从发射侧到接收侧的传输。
电场耦合和无线电波这两种方式的传输功率较小，目前还没有在电动汽车上应用。电动汽车用无线充电技术主要采用电磁感应式和磁场共振式。
电动汽车无线供电技术的优势在于：充电车道可在固定行驶的公交车路线、高速路、景区道路上推广使用。无线供电车道类似于加油站，当电动汽车电量不足时，就可以驶入铺设有无线供电系统的车道上，边走边充电，而且全过程不需要驾驶者下车操作。同时，驻停式电动汽车无线充电装置也可以建设在车库、停车场、公交车停靠站等，电动汽车停靠在站就可以直接充电，非常方便。此外，还可以通过系统随时远程调节充电时长、实时监控车辆状态，充满电后自动断电。
只要汽车不离开车道，即使没有车载电池，车道也可以为汽车供电行驶。车道不存在裸露的插头和接口，没有冗长的电缆，雨雪和潮湿等恶劣天气也可以正常使用。对于大家最关心的安全问题，南方电网广西电网公司电力科学研究院女博士祝文姬表示，电能传输过程中没有导线的直接接触，不存在电力安全隐患；至于电磁辐射，在系统设计之初就进行了考虑，经过第三方检测机构测试后不但满足国际辐射标准，还比标准低一半，不会危害驾驶人身体健康。
国内外无线充电技术研发进展
无线充电的历史可追溯到1901年。尼古拉·特斯拉在纽约长岛建立了无线充电塔——沃登克里夫塔进行无线输电试验，但项目以失败而告终。
一个世纪之后，无线充电的研究迎来了新的源动力，应用范围也非常广泛。小到电动牙刷、遥控器、智能手机，大到电动汽车、石油钻塔。行业巨头特斯拉、奥迪、宝马、沃尔沃、奔驰、丰田、高通、西门子、日产、英特尔、三星等，都纷纷加入到了研发行列。5月31日，美国汽车工程师协会（SAEInternational）正式发布了关于新能源汽车无线充电技术的J2954规范，并得到了通用、福特、丰田等近30家主机厂及零部件企业的支持。
4月初，美国能源署网站上公布了一项新型无线充电技术，可实现20KW的充电功率，是目前充电桩的3倍左右，有望替代传统充电桩成为电动汽车的基础充电设施，而车主需要做的只是将汽车停在上面。
美国能源部橡树岭国家实验室（ORNL）日前在田纳西州与丰田、思科系统、Evatran及克莱姆森大学国际汽车研究中心合作展示了新型无线汽车充电技术，测试车型为丰田RAV4（10KW小时电池），充满80%电量仅为18分钟，100%电量则为30分钟，令人惊叹。ORNL表示，目前已经开始50KW系统的研发，如果成功，一般电动汽车的快速充电操作仅需 7分钟。
在国内，中兴通讯、比亚迪、科陆电子等企业和高校近年来也在研究无线充电技术。中兴通讯于2013年启动电动汽车无线充电技术开发，2014年9月推出了具体的产品和方案。充电过程简单，可靠性高，维护成本低；充电设施埋于地下，对建设场地要求低，而且不惧水淹、积雪、泥泞、砂石和粉尘等。
其合作伙伴主要为宇通、东风、蜀都等客车企业，产品主要应用于公交车，目前已在成都、襄阳等城市实现商用。例如在襄阳启动了全球首条无线充电公交示范线，2015年1月，成都1058路微循环无线充电公交正式投运。
6月17日，中兴通讯提供技术支持的郑州公交大功率无线充电商业运营正式启动。中兴无线充电桩主要是为纯电能源车辆进行无线充电，一辆车充满电量需要5~6个小时，一次充电车辆可以运营200多公里。据介绍，截至2015年年底，郑州公交拥有新能源车辆4017辆，占公交车辆总数的64.57%，新能源公交车辆比例全国领先。下一步，郑州市将全面推广无线充电技术在公交上的推广应用。
比亚迪早在2005年12月就申请了非接触感应式充电器专利，在其2014年7月卖给犹他大学的一辆纯电动客车上，就装配有无线充电垫。
今年1月份，广西电网公司宣布，其“面向智能电网的无线电能传输关键技术研究”项目已通过验收。南方电网广西电力科学研究院年轻女博士祝文姬和她的科研团队成功拿下了电动汽车无线供电技术，开发了无线电能传输系统工程设计平台，研制了驻停式电动车无线充电装置，成功建成了国内第一条电动汽车无线供电小型试验车道，成为电动汽车无线供电划时代的革新。
无线充电技术市场推广路漫漫
尽管众多车企与电子巨头都对无线充电充满热情，但外界对于该项技术的可行性仍有诸多质疑。
“首先，外界消费者对于无线充电技术并不是非常信任。” 交通行业研究员张薇表示，由于无线充电技术不管是采用电磁感应式还是磁场共振式，都有发射能量和接受能量的过程，因此，充电过程的安全性饱受质疑，人们都在担忧是否会造成辐射。
尽管麻省理工学院和沃尔沃的研究团队都表明电磁共振使用的磁场与地球磁场类似，对于人类的健康并无影响，但是取得消费者的信任依然是个漫长的过程。
与此同时，标准化也是阻碍无线充电技术发展的障碍之一。电磁感应和磁场共振两种方式孰优孰劣还未产生定论，单就其中一种方式而言，不同的企业和研究组织也使用了不同的标准。
最直白的解释就是，无线充电技术中所使用的线圈形状就是个问题。目前业内使用的主要有圆形和方形两种，然而形状不同，磁路不同，线圈之间就无法高效地传递能量。圆形和方形线圈也各有优劣，厂商的选择也不尽相同。互不兼容的方式和设备，让没有统一标准的无线充电技术，难言发展和普及。
但是，电动汽车的无线充电仍然处于一个刚刚发展的阶段，关于技术的标准化工作正在进行。如果通过一个市场竞争阶段，最后会体现出整合的趋势。而且，无线充电技术普及后，成本问题也是关键。
“众所周知，这还是一项新技术，处于研发测试的阶段，一旦被普及，其成本问题就会被放在台面上。如果成本昂贵的话，这些费用是否会由消费者来支付？在消费者的眼里，要付多少钱，如何付钱，才是他们关心的。”张薇说。
此外，无线充电技术还不够成熟，有待进一步完善。比如充电效率不高，峰值效率为90%左右，而传统充电的效率在95%左右；传递功率不够大，以目前的技术大多数传递功率一般在10kw以下。
不过，任何一项新技术都有其发展过程，也不可能十全十美，关键看能否解决电动汽车的“痛点”和性价比问题。有人说，无线充电技术的出现，必然会引爆电动汽车市场——电动汽车已经推出将近十年，始终不温不火，核心原因就在于电池成本高、充电难。如果无线充电技术被推广，不仅可以解决汽车充电问题，还可大大推动清洁能源进程。
“无线充电技术确实击中了电动汽车充电的一些痛点，但它要走出大客车市场，进入民用轿车领域，取决于电动汽车整体行业发展状况。”一位电动汽车行业人士指出。
经合组织（OECD）和国际能源机构（IEA）6月12日发布的“国际电动汽车展望2016”报告显示，2015年，全球电动汽车销售量达55万辆，较2014年的32.4万辆增加70%。其中，纯电动汽车销量为32.8万辆、插电式混合动力车（PHEV）为22.2万辆。值得关注的是，中国（21万辆）首次超过美国（11万辆）成为全球最大的电动车市场。截至去年底，全球电动汽车累计销量达到126万辆。
与电动汽车的爆发相比，充电基础设施建设远远落后。截至2015年底，国内已建成的充换电站3600座，公共充电桩4.9万个，车桩比大约为9：1，按照新能源汽车与充电桩1：1的标准配来看，充电基础设施建设缺口巨大。
在张薇看来，这是一个很让人纠结的问题。“我们都清楚，无线充电技术的广泛应用首先是建立在电动汽车普及的基础上。如今，电动汽车明显不温不火，导致无线充电市场未来潜能虽然巨大，但是引爆电动汽车市场的不应该是无线充电技术，而是社会价值观的认知程度的提升。”
在张薇看来，电动汽车的成本、使用的方便程度、相应的补贴、充电基础设施以及用户体验同样起着至关重要的作用。
不过，还是有专家乐观地表示，中国电动汽车市场在未来一两年内会有爆发式增长，此时部署无线充电网络正当其时。无线充电如果进入私家电动车市场，就可反向带动电动车市场的快速增长。
无线充电道路弥补了静态无线充电停车充电的弊端。当车主在行驶时，享受道路供给的电量，而在停车时，又可以使用固定的充电板进行补电，二者相辅相成，可谓实现了“自由充电”。
虽然无线充电道路看起来是一张完美的蓝图，但在成本上，却显得有些难以实现。据国外专家计算，无线充电道路的建设报价，大约每英里（1.6公里）100万英镑，和轻轨价格相当，但运营成本却远高于轻轨，如果大范围铺设，其实用性还不如充电桩或高架电缆。卡迪夫大学商学院教授保罗·尼乌文赫伊斯也不赞成政府花费这么多资金用来建设无线充电道路。“随着未来电池技术的发展，这种道路也许就不需要了。”他说。此外，无线充电道路的普及还要面对很多问题，公路的建设、设计，电动汽车的技术支持等，就像无人驾驶一样，这是一个浩大的工程，短期内还难以实现。
作为一个新技术，至少在短期内，无线充电市场要实现真正大规模商业化挑战不少。一位车联网研究者曾经指出，如果整个城市的路面下方都埋设无线充电装置，就需要整个城市乃至国家层面的城市基础设施战略规划和改造，工程浩大，周期漫长。
目前较为可行的做法是，在规划建设城市新区或新城的交通主干道上建设无线充电车道，为将来推广无线充电汽车打好基础。比如正在高标准规划设计建设的北京城市副中心可以在这方面先行先试，建设若干条无线充电车道，既节能环保，又可以提高空间利用率，还有利于便捷出行，缓解交通拥堵。
