電動汽車無線充電技術(shù)興起？高通、龐巴迪、中興等悄悄布局

相比于消費(fèi)電子市場，電動汽車領(lǐng)域的無線無線充電技術(shù)擁有更高的附加值，具備更廣闊的發(fā)展前景。當(dāng)前的電動汽車無線充電技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程在不斷推進(jìn)，國內(nèi)外涌現(xiàn)了一大批致力于車用無線充電應(yīng)用研究的公司，正在搶占下一個科技爆發(fā)點。

如美國高通公司的Qualcomm Halo磁耦合諧振式車用無線充電來源于其于2011年收購的由新西蘭奧克蘭大學(xué)創(chuàng)建的Halo IPT公司。高通提供整套的電動汽車無線充電解決方案，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（Foreign Object Detection, FOD）、活體保護(hù)（Living Object Protection, LOP）以及定位引導(dǎo)等重要輔助功能。其參考方案涵蓋了3.7kW-22kW不同功率等級，傳輸效率達(dá)90%以上。Halo無線充電系統(tǒng)主要由四部分組成：供電組件、充電板、車載接收板、車載控制器；其充電板和接收板為高通主推的DD型線圈，相比于傳統(tǒng)CR環(huán)形線圈，這種線圈體積更小質(zhì)量更輕、效率更高、對準(zhǔn)要求更低、互操作性更好、安全性更高。

Halo系統(tǒng)工作時的磁場輻射強(qiáng)度為100μT，相當(dāng)于手機(jī)通話狀態(tài)的二分之一。Halo系統(tǒng)已應(yīng)用于寶馬I3、寶馬I8、日產(chǎn)LEAF、雷諾ZOE等車型。在高通的規(guī)劃中，未來的車用無線充電技術(shù)的適用場景將更加廣泛，將充電線圈埋設(shè)在道路表面下從而實現(xiàn)電動車輛的動態(tài)充電（Dynamic Electric Vehicle Charging, DEVC）。德國Conductix-Wampfler公司開發(fā)的感應(yīng)式動力及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)IPT Rail（具有軌道式布置的初級線圈電纜，由E型集電器從軌道式電纜的多個側(cè)面感應(yīng)拾取電能，該系統(tǒng)主要用于軌道式應(yīng)用）、IPT Floor（初級電纜嵌入在地面下，由F型集電器從地下線纜感應(yīng)拾取電能，該系統(tǒng)主要用于地面運(yùn)行車輛，如自動化車間的AGV小車）、IPT Charge（用于電動車輛智能充電的自動感應(yīng)耦合充電系統(tǒng)）。

(a) IPT系統(tǒng)

(b) IPT Rail系統(tǒng)

(c) IPT Floor系統(tǒng)

(d) IPT Charge系統(tǒng)
Wampfler公司的感應(yīng)式動力及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)IPT示意圖

美國WiTricity公司的磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)，是基于廣泛應(yīng)用的CR環(huán)形線圈的3.6-11kW車用無線充電系統(tǒng)。其DRIVE11評估系統(tǒng)采用具有專利保護(hù)的可調(diào)整匹配網(wǎng)絡(luò)（Adjustable Matching Network, TMN），最高功率11kW，傳輸效率高達(dá)94%，還包括FOD、LOP、位置檢測（Position Detection, PD）等功能，符合J2954標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的車輛離地間隙等級和容許位置偏差。

美國Evatran公司的Plugless感應(yīng)式無線充電系統(tǒng)于2014年獲得美國第三方安全機(jī)構(gòu)ETL認(rèn)證，根據(jù)第三方測評，其3.3kW系統(tǒng)在110mm間距平均傳輸效能達(dá)88.1%；且該公司已推出應(yīng)用于特斯拉MODEL S、寶馬I3、日產(chǎn)LEAF、第1代雪佛蘭Volt的車用無線充電系統(tǒng)，其Plugless產(chǎn)品已累計為電動汽車充電100+萬小時。

來自加拿大的龐巴迪（Bombardier）公司開發(fā)的PRIMOVE磁感應(yīng)耦合式無接觸供電系統(tǒng)，可以對電動車輛進(jìn)行靜態(tài)充電或動態(tài)充電。其用于電動轎車或電動巴士的22kW系統(tǒng)效率最高達(dá)90%，并已研發(fā)生產(chǎn)出200-400kW無線充電系統(tǒng)。其獨(dú)特的線圈設(shè)計將實現(xiàn)磁場定向傳輸，使車內(nèi)幾乎檢測不到磁場，車外電磁場強(qiáng)度也只有國際標(biāo)準(zhǔn)ICNIRP2010的四分之一。目前龐巴迪PRIMOVE系統(tǒng)已在德國曼海姆、柏林、奧格斯堡，比利時布魯日、隆梅爾等城市進(jìn)行商業(yè)化運(yùn)作。龐巴迪PRIMOVE與青島中德生態(tài)園合作的亞洲首條無線快充公交示范線也在推進(jìn)過程中。同樣來自加拿大的Elix公司基于UBC的MDC-WPT技術(shù)開發(fā)的無線充電系統(tǒng)可廣泛用于電動汽車等多個領(lǐng)域，實現(xiàn)90%的傳輸效率，并具有更高的安全性。

國內(nèi)的中興新能源研發(fā)出具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的MCI式3-60kW車用大功率無線充電系列產(chǎn)品，為新能源電動汽車提供自動、自在、自由的汽車充電整體解決方案，并在全國30多個城市包括成都、張家口、大理、麗江等地開通了無線充電公交線路。總部位于煙臺的中惠創(chuàng)智開發(fā)了MCR式車用無線充電系統(tǒng)，具有雙模式（有線+無線）運(yùn)行能力，產(chǎn)品覆蓋3.7kW、7.7kW、22kW功率等級，系統(tǒng)最佳效率達(dá)92%，垂直自由度±40mm，水平自由度±100mm，接收有效距離250mm。

上海威泊新能源科技公司細(xì)化了車用無線充電應(yīng)用場景并推出相應(yīng)無線充電系統(tǒng)，可實現(xiàn)靜態(tài)充電和動態(tài)充電。此外，重慶大學(xué)自動化學(xué)院CPT團(tuán)隊在進(jìn)行基礎(chǔ)理論研究的同時，積極致力于WPT技術(shù)的應(yīng)用推廣。該團(tuán)隊早在2006年就完成了工業(yè)移動電氣設(shè)備的移動供電裝置，并于2013年開發(fā)了電動小轎車的停車定點無線充電示范系統(tǒng)，系統(tǒng)整體效率大于90%。2015年完成電動汽車不停車無線供電示范系統(tǒng)，動態(tài)充電效率75-90%。2017年12月28日，具有我國完全自主知識產(chǎn)權(quán)的世界首條高速公路光伏路面試驗段在濟(jì)南正式通車。

這條全長1120米的“光伏高速”可將光能轉(zhuǎn)換成電能，同時路面下預(yù)留了電磁感應(yīng)線圈，未來可實現(xiàn)電動汽車行駛中動態(tài)充電。這是世界首次將承載式光伏路面技術(shù)應(yīng)用到通行要求最為嚴(yán)格的高速公路上，將有效利用清潔能源延長電動汽車?yán)m(xù)駛里程并將剩余電能并入電網(wǎng)。

眾多企業(yè)正著眼于高性能耦合機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，控制策略設(shè)計，電磁安全問題；致力于增加無線電能傳輸距離，提高傳輸效率及輸出功率，從而實現(xiàn)該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，加快占領(lǐng)市場份額。