汽車無線充電將從中國開始普及嗎？

前幾天發(fā)生了關(guān)于EV（Electric Vehicle，電動汽車）充電基礎(chǔ)設(shè)施的重要事情。關(guān)于EV的無線充電，美國的風(fēng)險投資企業(yè)WiTricity和大型半導(dǎo)體公司Qualcomm（高通）一直在進行激烈的國際標(biāo)準(zhǔn)化的競爭。但是，WiTricity收購了Qualcomm的EV無線供電業(yè)務(wù)部――“Qualcomm Halo”。所以，關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)化的競爭終于畫上了休止符，應(yīng)該很快就會達到實用化吧。在汽車開發(fā)方面，筆者有一些無線充電方面的經(jīng)驗，所以想談?wù)劅o線充電的現(xiàn)狀和今后的發(fā)展。

要說無線充電和我的關(guān)系還要追溯到10年前。在汽車廠商進行EV開發(fā)的時候，說起當(dāng)時的充電方式，有普通充電和快速充兩種方式。快速充電是與其他企業(yè)共同開發(fā)，經(jīng)過許多實證測試，2010年命名為CHAdeMO并導(dǎo)入市場。在此之前都是普通充電，對于行駛距離較短的EV來說，快速充電是具有劃時代意義的技術(shù)。

但是，不論是普通充電還是快速充電，都需要把電纜插入到車輛里。下雨天的時候操作不方便，而且對很多女性駕駛員、年齡大的駕駛員也都是操作不方便。這和把手機放在家里充電這一操作方式完全不同。難道就沒有什么好的方法了嗎？

這時，聽說美國的風(fēng)險投資企業(yè)WiTricity開發(fā)了不用電纜也可以充電的技術(shù)，于是就和WiTricity的相關(guān)人員進行了面談。當(dāng)時還只有100W左右的供電能力，不用電纜的情況下，電火花甚至飛到了50cm～100cm的范圍，甚至可以點亮燈泡，這一點很令人震驚！雖然供電能力比較弱，但還是感到了其未來的潛力！到2011年左右，實現(xiàn)了1,000w左右的供電能力，幾乎接近了可以用于EV充電的水平。

另外，美國麻省理工大學(xué)（Massachusetts Institute of Technology，MIT）的著名物理團隊在2005年公布了一種原理為磁場共鳴式的無線供電技術(shù)，隨后，這一物理團隊獨立出來（Spin Out）并于2007年成立了風(fēng)險投資企業(yè)――WiTricity。WiTricity主要從事于獲得無線供電相關(guān)的專利，經(jīng)營Royalty Business（專利收費）業(yè)務(wù)。其自身并不制造和銷售無線充電設(shè)備，而是向其他制造廠商提供專利和技術(shù)。另一方面，Qualcomm也對無線充電很感興趣，做了很多研究。筆者接觸的時候，總的來說，Qualcomm對其自身的手機業(yè)務(wù)中的芯片業(yè)務(wù)頗感興趣，并說不會從事機器本身相關(guān)的業(yè)務(wù)。但是，從2013年收購新西蘭大學(xué)研究員開發(fā)的“Halo IPT”以來，Qualcomm似乎又調(diào)整了其商務(wù)的方向。

兩家公司關(guān)于無線充電的不同點

那么，我想在此整理一下關(guān)于無線充電的方法。關(guān)于無線充電，以前有采用電磁感應(yīng)方式和微波輸電的方式等，不過，磁場共鳴方式與其他方法有很大的不同在于它的送電距離和效率。為了確保汽車底部和地面之間的距離，大約需要20cm-30cm左右的高度。在這個距離內(nèi)進行送電，如果追求更高的效率的話，就可以讓磁場共鳴方式來發(fā)揮作用。迄今為止，雖然研究了很多種方式，對于EV充電，還是磁場共鳴方式比較占有優(yōu)勢。WiTricity和Qualcomm Halo雖然在線圈的形狀和共振器的位置上有差異，但可以說二者都是磁場共鳴方式的一種。

迄今為止兩家公司進行了激烈的關(guān)于國際標(biāo)準(zhǔn)化的斗爭，進入2019年，WiTricity接手了Qualcomm持有的技術(shù)、許可權(quán)、大約5,000個專利權(quán)。關(guān)于線圈卷起的方式，Qualcomm Halo一直力推的是Double D（DD）這一獨特方式，WiTricity正在把其主張的Circular Type（圓盤狀）方式和Halo的技術(shù)統(tǒng)合在一起。

另外，無線充電和快速充電也不一樣。當(dāng)前國際標(biāo)準(zhǔn)力求的無線充電不過是3kw-22kw的水平，而且輸送電力是以家庭用電網(wǎng)為前提的，也就是普通充電和中速充電。另一方面，這和以大電網(wǎng)為前提的快速充電50kw-400kw、或者中日共同開發(fā)的超高速充電900kw完全不一樣。

迄今為止日本、德國、中國等國家的汽車廠商、汽車零部件廠商分為兩個陣營進行研發(fā)，但是，通過此次收購，WiTricity具有了絕對的引領(lǐng)優(yōu)勢，可以實現(xiàn)技術(shù)一體化、促進國際化標(biāo)準(zhǔn)和線圈設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化。下圖展示了探討無線充電技術(shù)的企業(yè)（按照轎車類型來分）。

達到實用化的課題是什么？

如此來推進國際化標(biāo)準(zhǔn)是比較理想的，但是，這一切都會如期解決嗎？很多研究人員都在致力于解決課題，不過筆者認(rèn)為實用化的課題大致分為以下8個，其中我向列舉3個特別需要注意的方面。

1.汽車的車體布局（Layout）

對汽車廠商來說，這是令人頭疼的問題，無線充電設(shè)備并不是安裝在了所有的車型上，汽車廠商應(yīng)該是選擇性地安裝在了一部分車型上。今后根據(jù)需求的高漲應(yīng)該會成為標(biāo)配。但是，如果只安裝在一部分車型上的話，車輛下側(cè)就要安裝被稱為Resonator（共振器）的無線接收電的設(shè)備，而車身和地面的間距就會增大，對于如何在設(shè)計方面區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)車和無線供電車，汽車廠商應(yīng)該會很苦惱吧。另外，汽車在行駛過程中可能會遇到很多飛石、如何設(shè)計防御結(jié)構(gòu)，這些都是關(guān)于汽車底部的設(shè)計方面需要考慮的課題。當(dāng)然汽車重量的增加也會影響沖撞時的安全性。

2.互換性（兼容性）

有時也被稱為Interoperability（相互作用性、互換性、兼容性），車輛本身和地面輸送電力設(shè)備之間的兼容性也是必須考慮的問題。無論什么車輛進來，地面裝置都需要沒有任何問題地進行順利地充電。但是，現(xiàn)實中卻相當(dāng)困難。

以快速充電的例子來說，以日本的CHAdeMO協(xié)會為中心，正在制定擔(dān)保運用兼容性的認(rèn)證制度。也就是說，快速充電廠商會在這個協(xié)會指定的認(rèn)證機構(gòu)進行認(rèn)證試驗，隨后，這個協(xié)會會審核來自認(rèn)證機構(gòu)的書面內(nèi)容，再發(fā)行認(rèn)證，確保兼容性。在無線充電方面，不是也需要某種認(rèn)證機構(gòu)嗎?

3.降低成本

雖說EV現(xiàn)在已經(jīng)很便宜了，電池和其他動力總成（Powertrain）零件價格還是很高，所以比汽油車價格高。無線充電設(shè)備最初將由車輛和地面設(shè)施一起捆綁銷售吧。而且，地面設(shè)施也需要安裝吧。為此，如果對初期的銷售臺數(shù)不怎么抱有希望的話，估計會抬高銷售價格吧。初始階段是不是可以考慮補貼等支援方式呢？

從中國的雄安新區(qū)開始普及？

那么，無線充電將會從哪里開始普及呢？最有可能的地方是不是新能源汽車銷售急速增長的中國呢？2018年中國的汽車銷售臺數(shù)為2,808萬輛，與2017年相比減少2.8%,新能源汽車的銷售反而增加了62%，增加到126萬輛。而且，中國國家能源局于2015年公布了《電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南》，并在第13個5年計劃（2016年-2020年）中設(shè)定了普通充電和快速充電的各個區(qū)域的目標(biāo)。預(yù)計無線充電的目標(biāo)數(shù)值也將包括在接下來的第14個5年計劃（2021年-2025年）中吧。

更值得關(guān)注的是中國新城市雄安新區(qū),雄安新區(qū)位于北京西南105km的地方，是分散首都功能和創(chuàng)新發(fā)展的示范城市。為此，區(qū)域內(nèi)有可能計劃全部只行駛無人駕駛車輛，與無人駕駛車輛（包括轎車、公交車）具有良好兼容性的無線充電技術(shù)將會在雄安新區(qū)驗證，而且預(yù)計是世界級的試驗場地。至于公共汽車，用于輸送電力的Resonator（共振器）肯定不是在地面，而是像路燈一樣從公共汽車的上方對公共汽車進行輸送電力。

那么，日本又是怎么樣呢？由于日本的EV銷售數(shù)量還比較少，日系汽車廠商應(yīng)該也在面向中國市場進行開發(fā)。在日本市場，應(yīng)該先從家用汽車開始吧。也就是說，房地產(chǎn)商會逐漸推進太陽能發(fā)電、家用蓄電池、V2H功率調(diào)節(jié)器（Power Conditioner）等關(guān)于充電和放電的機器的設(shè)施問題，通過房地產(chǎn)商的推薦、汽車廠商的介紹等一步一步進行完善設(shè)施吧。但是，對于日本的零部件廠商來說，銷售量不會太多，截止到2030年左右都要“忍耐”……或者可以考慮進入頗有前景的中國市場。

此外，還有其他值得期待的領(lǐng)域。其一是雙向供電。既可以從地面設(shè)施向車體供電，反過來也可以。通過開發(fā)新機器，也可以靈活運用作為V2X的雙向供電機器。但是，并不是一下子就得以實現(xiàn)，一般認(rèn)為首先開發(fā)的是從地面設(shè)施向車體進行無線充電的單一功能。

日本的大學(xué)和很多相關(guān)人士都比較關(guān)心的是行駛中的無線充電技術(shù)。這是一種一邊供電、一邊可以行駛的系統(tǒng)，已經(jīng)在英國和韓國的實際道路上開始進行試驗了。這樣，無線充電終于向?qū)嵱没_始邁出了一大步，也期待今后可以開發(fā)新的技術(shù)，這是值得期待的領(lǐng)域。

我想起了訪問WiTricity時的場景，他們掛的不是愛迪生的肖像、而是確立電磁學(xué)的理論物理學(xué)家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋(James Clerk Maxwell)的肖像。去世140年后會以這一的形式為社會做貢獻，恐怕本人也沒有想到吧。