【導(dǎo)讀】在設(shè)備智能化的今天，電力能源是首要選擇，但伴隨的問(wèn)題是續(xù)航會(huì)受到影響。手機(jī)和電動(dòng)汽車行業(yè)都在絞盡腦汁解決這個(gè)問(wèn)題，有創(chuàng)業(yè)公司利用手機(jī)面板吸收太陽(yáng)能來(lái)增加續(xù)航，而對(duì)于電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)，除了在充電站插上充電線外，還有什么選擇？
現(xiàn)在大家手里的電子小玩意很多，時(shí)不時(shí)就有同事跑一圈借各種充電器的情況。對(duì)于電動(dòng)車這樣的大家伙，目前由于各家廠商標(biāo)準(zhǔn)不一，實(shí)際上也是各種接口并存，那么有沒(méi)有比同一接口標(biāo)準(zhǔn)更方便的方法來(lái)給多種電動(dòng)車充電呢？這就是我們今天說(shuō)到的無(wú)線充電技術(shù)。
Q1：無(wú)線充電有哪些方式？原理是什么？
A：常見(jiàn)的有感應(yīng)式，共振式和微波傳輸式等形式，都利用電磁感應(yīng)原理
實(shí)際上現(xiàn)在劃分的無(wú)線充電類型有好些種，比如感應(yīng)式、共振式、微波傳輸式等等，不過(guò)總體來(lái)說(shuō)，它們的基本原理都是一樣的，就是利用交變電磁場(chǎng)的電磁感應(yīng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)能量的無(wú)線傳輸。
感應(yīng)式的無(wú)線電能傳輸算是目前比較成熟的技術(shù)，很多手機(jī)無(wú)線充電、甚至我們常見(jiàn)的電磁爐就是利用的這種原理。由于數(shù)碼設(shè)備空間小，接收線圈也小，加上充電設(shè)備功率小，所以通常充電的距離近（甚至需要與充電座接觸），不過(guò)相對(duì)電磁輻射也小。
共振式則是著名的麻省理工目前在開(kāi)發(fā)的一類充電技術(shù)，說(shuō)起來(lái)也不復(fù)雜，他們利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象，加上共振的原理，能夠提升無(wú)線充電的效率，共振傳輸?shù)木嚯x比普通感應(yīng)式更遠(yuǎn)一些，而麻省理工目前正在進(jìn)行小型化的研究——對(duì)于車長(zhǎng)好幾米的電動(dòng)車來(lái)說(shuō)，這方面的技術(shù)壓力倒不是太大。
微波傳輸此前更多出現(xiàn)在科幻電影或者小說(shuō)里面，實(shí)際上它也是無(wú)線電力傳輸?shù)囊粋€(gè)很好的方式，只不過(guò)受到發(fā)送功率等方面的限制，并未大規(guī)模實(shí)用化。微波傳輸?shù)淖畲蠛锰幘褪莻鬏斁嚯x遠(yuǎn)，甚至可以實(shí)現(xiàn)航天器與地面之間的能量傳輸，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)定向傳輸（發(fā)射天線有方向性），未來(lái)前景值得期待。
Q2：無(wú)線充電的好處有哪些？
A：不需要攜帶電纜，利于多種接口標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一
無(wú)線充電的第一個(gè)好處就是，沒(méi)有線了，看起來(lái)像是廢話，但是想想那些到處找充電器或者數(shù)據(jù)線的同學(xué)們，這樣實(shí)實(shí)在在的好處一點(diǎn)都不是廢話。另外，無(wú)線充電在硬件方面的標(biāo)準(zhǔn)更容易統(tǒng)一，畢竟說(shuō)服各家廠商把有線充電的接口都統(tǒng)一并不容易——在手機(jī)這方面就比較明顯，各家的充電器都不太一樣，但是無(wú)線制式卻只有那么幾種。
Q3：有待解決的問(wèn)題有哪些？
A：傳輸效率，電磁兼容都是實(shí)現(xiàn)工程化需要解決的問(wèn)題
傳輸效率是所有無(wú)線充電都面臨的問(wèn)題，對(duì)于電動(dòng)車這樣充電功率更大的“電器”來(lái)說(shuō)更是如此——電能首先轉(zhuǎn)換為無(wú)線電波，再由無(wú)線電波轉(zhuǎn)換成電能，這兩次轉(zhuǎn)換都會(huì)損失不少的能量——這與本身就是綠色、環(huán)保的電動(dòng)車來(lái)說(shuō)，似乎顯得有些格格不入。
電磁兼容也是無(wú)線充電需要解決的技術(shù)瓶頸之一，眾所周知，電磁波很容易產(chǎn)生泄漏，當(dāng)大功率的車用無(wú)線充電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，也會(huì)對(duì)周圍的生物和電子設(shè)備產(chǎn)生影響，甚至?xí)：θ梭w健康，在大家談?shì)椛渖兊慕裉焓呛苊舾械脑掝}，所以這方面如何處理也是電動(dòng)車無(wú)線充電實(shí)現(xiàn)工程化需要解決的問(wèn)題。汽車產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，往往也會(huì)進(jìn)行電磁兼容方面的的測(cè)試，而無(wú)線充電技術(shù)顯然提出了更高的要求。利用封閉的自動(dòng)智能化車庫(kù)安裝無(wú)線充電設(shè)備是解決電磁兼容比較好的途徑，不過(guò)成本也確實(shí)不菲。
此外無(wú)線充電還是會(huì)面臨電氣標(biāo)準(zhǔn)等方面的問(wèn)題，也是需要工程師和汽車廠商需要去解決的，不過(guò)相信關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題解決之后，這些問(wèn)題在大趨勢(shì)下也會(huì)迎刃而解。
小結(jié)：盡管現(xiàn)在電動(dòng)車由于電池等關(guān)鍵部件的技術(shù)障礙距離普及還有一段時(shí)間，不過(guò)各國(guó)工程師對(duì)于相關(guān)的基礎(chǔ)技術(shù)也沒(méi)有放棄研究。前不久TDK剛和麻省理工（MIT）下屬的公司簽署合作協(xié)議，繼續(xù)推動(dòng)無(wú)線充電技術(shù)的研發(fā)，我們也會(huì)對(duì)于新能源技術(shù)的最新進(jìn)展繼續(xù)關(guān)注。
在設(shè)備智能化的今天，電力能源是首要選擇，但伴隨的問(wèn)題是續(xù)航會(huì)受到影響。手機(jī)和電動(dòng)汽車行業(yè)都在絞盡腦汁解決這個(gè)問(wèn)題，有創(chuàng)業(yè)公司利用手機(jī)面板吸收太陽(yáng)能來(lái)增加續(xù)航，而對(duì)于電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)，除了在充電站插上充電線外，還有什么選擇？從國(guó)外車企來(lái)看，特斯拉、沃爾沃、奧迪、寶馬、奔馳等傳統(tǒng)汽車都已經(jīng)開(kāi)始研發(fā)或測(cè)試旗下電動(dòng)車的無(wú)線充電系統(tǒng)。全球通訊以及IT界的新貴們也將“觸角”伸向了電動(dòng)車無(wú)線充電的新領(lǐng)域。在無(wú)線充電的規(guī)劃和靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)充電的選擇上，國(guó)內(nèi)外車企則各有不同。
一、沃爾沃
沃爾沃的答案是利用道路進(jìn)行無(wú)線充電。在瑞典，沃爾沃集團(tuán)、瑞典電力公司 Alstom、瑞典能源局正在共同合作測(cè)試?yán)霉方o電動(dòng)汽車充電，通過(guò)將兩個(gè)電源線鋪設(shè)在公路上，電動(dòng)車經(jīng)過(guò)時(shí)便可獲得電力供應(yīng)。這項(xiàng)技術(shù)的核心在于汽車得搭載集電器，集電器與公路上的電纜連接，利用直流電充電。汽車不必走在電纜的中央，但必須時(shí)速大于 60 公里。
沃爾沃已經(jīng)在瑞典的 H llered 測(cè)試中心建立了一條 1/4 英里長(zhǎng)的軌道，用一輛卡車進(jìn)行測(cè)試。未來(lái)，當(dāng)電動(dòng)汽車需要充電時(shí)，必須安裝無(wú)線發(fā)射器讓道路感知，然后經(jīng)過(guò)加密信號(hào)激活充電功能。由于對(duì)速度有要求，沃爾沃的這一充電系統(tǒng)適合在高速路上實(shí)行，如果未來(lái)成真，人們出遠(yuǎn)門的時(shí)候就不用擔(dān)心電力問(wèn)題。
利用公路地表進(jìn)行無(wú)線充電很可能是未來(lái)的發(fā)展方向，相比地面上的設(shè)施，它的好處是不需要占用地面空間，可減少建設(shè)、維護(hù)成本。汽車不需要停下來(lái)進(jìn)行充電，可持續(xù)駕駛。和 Tesla 大力推動(dòng)超級(jí)充電網(wǎng)絡(luò)一樣，沃爾沃的這一舉措同樣是為了給電動(dòng)汽車打造一個(gè)良好的充電網(wǎng)絡(luò)。目前的公用充電站還做不到高效、便利，廠商建立自己的充電設(shè)施，有利于推動(dòng)自家電動(dòng)汽車的銷售。不過(guò)它需要面對(duì)很多普及的問(wèn)題，比如公路建設(shè)、設(shè)計(jì)問(wèn)題、集電器、電動(dòng)汽車的支持等。就像無(wú)人駕駛一樣，這是一個(gè)浩大的工程，短期內(nèi)還難以實(shí)現(xiàn)。
據(jù)瑞典日?qǐng)?bào)5月6日?qǐng)?bào)道，瑞典成為歐洲首個(gè)大規(guī)模試驗(yàn)電動(dòng)汽車無(wú)線充電技術(shù)的國(guó)家。參與測(cè)試的電動(dòng)汽車將達(dá)20輛，并主要用于市政活動(dòng)。所測(cè)試的電動(dòng)汽車無(wú)線充電技術(shù)為電磁感應(yīng)式技術(shù)。目前關(guān)于電動(dòng)汽車無(wú)線充電技術(shù)無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。該測(cè)試項(xiàng)目受瑞典能源署資助，以期早日制定統(tǒng)一的歐洲標(biāo)準(zhǔn)。想必這也會(huì)給電動(dòng)汽車無(wú)線充電技術(shù)帶來(lái)一定的推動(dòng)作用。
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二、高通
在2015年4月22日的Formula E電動(dòng)方程式錦標(biāo)賽上，高通就展示了自己研發(fā)的Halo無(wú)線汽車充電技術(shù)。以下是科技網(wǎng)站ArsTechnica所進(jìn)行的體驗(yàn)。高通用作技術(shù)展示的車型是一對(duì)略有改裝的寶馬i8混合動(dòng)力汽車。i8是Formula E錦標(biāo)賽的安全車（當(dāng)賽道出現(xiàn)事故或異常時(shí)用以引導(dǎo)賽車和限制車速），在3月份的邁阿密站上首次亮相。
高通Halo部門高級(jí)副總裁Graeme Davison表示，公司對(duì)于感應(yīng)式充電的興趣原本集中在個(gè)人電子應(yīng)用上。他們位于瑞士的研究部門開(kāi)發(fā)了一種高功率的感應(yīng)充電技術(shù)，但研究人員卻找不到它的用武之地。而如今被電動(dòng)汽車所采用之后，Halo所面臨的問(wèn)題是這種原本為智能手機(jī)所構(gòu)想的技術(shù)能否在提高強(qiáng)度之后為汽車服務(wù)。
高通Halo的感應(yīng)充電系統(tǒng)實(shí)際上是個(gè)相對(duì)直接明了的構(gòu)想。想要了解它的工作方式，你首先可以想象出一個(gè)變壓器：它由兩個(gè)鐵氧體組成，兩者的旁邊還各有一個(gè)電線線圈。一般來(lái)講，這兩個(gè)部分是連接在一起的。交流電會(huì)在第一個(gè)線圈中被轉(zhuǎn)換成磁場(chǎng)，隨后再被第二個(gè)線圈轉(zhuǎn)換成直流電。而高通Halo卻將兩個(gè)鐵氧體分離開(kāi)來(lái)，并讓系統(tǒng)跨越空氣間隔實(shí)現(xiàn)最大功率傳輸。
和智能手機(jī)一樣，汽車獲得無(wú)線充電的方式非常簡(jiǎn)單。你只要將車開(kāi)到充電墊的正上方，當(dāng)充電線圈對(duì)齊之后，電流便會(huì)開(kāi)始輸送到汽車當(dāng)中。如果汽車和墊子之間存在外來(lái)物體，系統(tǒng)還可自動(dòng)暫停充電。
我們都知道，手機(jī)無(wú)線充電的充電速度非常慢，那換到電池容量大得多的電動(dòng)汽車身上，充電速度會(huì)不會(huì)更慢呢？讓人意外的是，情況并非如此。實(shí)際上，傳導(dǎo)充電的效率和有線充電差不多。“由于交流電到直流電的轉(zhuǎn)換和充電接口的低效率等因素，傳統(tǒng)充電的充電效率大約是95%，”Davison說(shuō)，“而無(wú)線充電目前是 90%。”在使用這種技術(shù)時(shí)，充電速度的限制實(shí)際在于汽車能夠接受多少電能，而這套系統(tǒng)可兼容3.3kW（13A ，220V）和6.6kW（20A，220V）兩種電源供應(yīng)。
Halo的無(wú)線充電器被放置在了車尾的位置，它看上去是一個(gè)比機(jī)頂盒稍大一些的金屬盒子，并連接著幾條橙色的電線。至于另一半的充電器，自然就在汽車的下方。感應(yīng)充電其實(shí)是可以作用于移動(dòng)中的車輛的，之前就有工廠使用這種技術(shù)來(lái)對(duì)機(jī)器人和貨車進(jìn)行充電。Davison表示，Halo目前已經(jīng)具備了半動(dòng)態(tài)充電的能力，可在最高30mph的速度下進(jìn)行電能傳輸。他將出租車看作是這種技術(shù)的理想受眾，當(dāng)排隊(duì)等客時(shí)，這些車輛同時(shí)還能獲得充電。
三、日產(chǎn)無(wú)線充電汽車
日產(chǎn)魔方電動(dòng)車：采用了可在供電線圈和受電線圈之間提供電力的電磁感應(yīng)方式。即將一個(gè)受電線圈裝置安裝在汽車的底盤上，將另一個(gè)供電線圈裝置安裝在地面，當(dāng)電動(dòng)汽車駛到供電線圈裝置上，受電線圈即可接受到供電線圈的電流，從而對(duì)電池進(jìn)行充電。目前，這套裝置的額定輸出功率為 10kW，一般的電動(dòng)汽車可在7-8小時(shí)內(nèi)完成充電。
日本無(wú)線充電式混合動(dòng)力巴士：電磁感應(yīng)式，供電線圈是埋入充電臺(tái)的混凝土中的。車開(kāi)上充電臺(tái)后，當(dāng)車載線圈對(duì)準(zhǔn)供電線圈后（重合），車內(nèi)的儀表板上有一個(gè)指示燈會(huì)亮，司機(jī)按一下充電按鈕，就開(kāi)始充電。
三、中興
中興通訊的無(wú)線供電系統(tǒng)是通過(guò)非接觸的電磁感應(yīng)方式進(jìn)行電力傳輸。當(dāng)充電車輛在充電停車位停泊后，就能自動(dòng)通過(guò)無(wú)線接入充電場(chǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)，建立起地面系統(tǒng)和車載系統(tǒng)的通信鏈路，并完成車輛鑒權(quán)和其他相關(guān)信息交換。充電位也可以通過(guò)有線或者無(wú)線的方式和云服務(wù)中心進(jìn)行互聯(lián)。一旦出現(xiàn)充電和受電的任何隱患，地面充電模塊將立即停止充電并報(bào)警，確保充電過(guò)程安全可靠。最重要的是，無(wú)線充電系統(tǒng)在車輛運(yùn)行時(shí)完全不工作，即使車輛在上面駛過(guò)，或者在雷雨等惡劣天氣情況下，也能確保安全。
2015年2月12日消息，據(jù)路透社報(bào)道，中國(guó)智能手機(jī)制造商中興通訊的一名高管透露，公司計(jì)劃在今明兩年各投資15億元和20億元，共35億元研發(fā)汽車無(wú)線充 電技術(shù)。中興通訊企業(yè)戰(zhàn)略部門主管George Sun表示，公司已在國(guó)內(nèi)同20多個(gè)城市簽署協(xié)議，將為公共交通運(yùn)輸提供無(wú)線充電技術(shù)。Sun稱：“到目前為止，我們獲得了非常積極的回應(yīng)。公司為當(dāng)?shù)卣?府解決了電動(dòng)汽車最為頭疼的充電問(wèn)題。”2015年，中興計(jì)劃在50-100個(gè)中國(guó)城市進(jìn)行無(wú)線充電技術(shù)的預(yù)商用嘗試。并且，Sun表示，中興通訊正與幾 家中外汽車制造商就無(wú)線充電技術(shù)車輛洽談合作，但拒絕進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
四、比亞迪
比亞迪早在2005年12月就申請(qǐng)了非接觸感應(yīng)式充電器專利。在2014年7月賣給猶他大學(xué)一輛40英尺的純電動(dòng)巴士，這款巴士就裝配著最新的WAVE無(wú)線充電墊。
五、奧迪
針對(duì)無(wú)線充電中存在的傳輸效率問(wèn)題，奧迪提出了一個(gè)不同的解決方案，他們開(kāi)發(fā)出了一種可升降的無(wú)線充電系統(tǒng)，其最大的特點(diǎn)就是可以讓供電線圈更靠近車輛底部的受電線圈，實(shí)現(xiàn)了超過(guò)90%的電力傳輸效率，這種方式能夠讓一些高底盤的SUV在充電時(shí)保證更好的充電效率。奧迪的無(wú)線充電技術(shù)僅需要用戶將停車位上安置一塊配置線圈和逆變器（AC/AC）充電板，并連接至電網(wǎng)，當(dāng)車輛停在電板上時(shí)，充電過(guò)程會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟。
這種充電的原理是充電板內(nèi)的交變磁場(chǎng)將3.3千瓦的交變電流感應(yīng)至集成在車內(nèi)次級(jí)線圈的空氣層中，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電流逆向并輸入到車輛的充電系統(tǒng)中。當(dāng)電池組充滿電時(shí)，充電將自動(dòng)中止。感應(yīng)式無(wú)線充電所需的充電時(shí)間與電纜充電所需的充電時(shí)間大致相同，而且用戶可以隨時(shí)中斷充電并使用車輛。奧迪的無(wú)線充電技術(shù)效率超過(guò)90%，不受譬如雨雪或結(jié)冰等天氣因素的影響。同時(shí)，交變磁場(chǎng)只有當(dāng)車輛在充電板上方時(shí)才會(huì)產(chǎn)生，并且不對(duì)人體或動(dòng)物構(gòu)成傷害。未來(lái)利用感應(yīng)線圈的充電原理，奧迪電動(dòng)汽車不僅可以在駛?cè)胲囄缓笞詣?dòng)開(kāi)始充電，甚至可以在設(shè)有感應(yīng)線圈的公路上，一邊行駛一邊充電。
六、特斯拉
在19世紀(jì)90年代，尼古拉·特斯拉發(fā)明了“特斯拉線圈”，能夠通過(guò)空氣傳播電力，開(kāi)啟了無(wú)線式電力傳播的時(shí)代。在“2011年國(guó)際消費(fèi)電子展”上，美國(guó)安利公司旗下子公司富爾頓創(chuàng)新公司展示了無(wú)線充電技術(shù)，并推出了世界上第一輛無(wú)線充電的特斯拉汽車。目前，特斯拉希望能在各個(gè)大城市中建立起一張張相互連接的充電網(wǎng)，以解決電動(dòng)車很容易出現(xiàn)的電力不足問(wèn)題。
