无线充电跨入新纪元,未来会取代有线充电吗?

1894年,马斯克的偶像尼古拉斯·特斯拉在纽约第五大道35号的实验室,用无线传输电能的方式,点亮了一盏白炽灯。随后更加疯狂的想法,在他脑海中生长,他计划在纽约长岛建造一座“沃登克里弗塔”——将地球的电离层与地表视为电容器的两个极板,通过径向电磁波振荡在其间建立起频率约为8Hz的低频共振场。
简而言之,就是要建立起一张覆盖全球的无线电能传输网络。这样一来,人类将彻底摆脱电线,只需要安装一个小设备,就可以取电用电。可惜由于缺乏资金的支持,尼古拉斯·特斯拉的疯狂之举未能得以实现。

100多年之后,无线充电技术随着iPhone的加入,正迎来“第二春”,今年的安卓旗舰基本上都选择跟进。第一阵营的集体背书,让无线充电真正成为了行业趋势。
随着物联网、可穿戴和便携式设备的发展,人们对于智能电子产品的依赖性越来越高。然而杂乱的充电线时常会让消费者感到头疼,频繁插拔线材对充电接口也会造成一定损伤,于是人们开始寻求新的充电方式来改变这一状况。当下,越来越多的电子设备开始采用无线充电技术。
无线代表着先进和方便
如果回顾一下移动电话、笔记本电脑、无线耳机、无线音箱……这些改变人们生活方式和习惯的产品,你就愿意相信无线代表着先进和方便。
具体到手机无线充电,它更好地利用了人们的碎片时间——随拿随充,避免了频繁插拔的麻烦,同时也避免了数据线的损坏。
在取消3.5mm耳机接口渐成共识的当下,无线充电可以解决无法同时兼顾听歌和充电的缺憾。
无线充电代表着未来
就像安卓手机刚出现的时候,用起来又卡又慢,但现在它却彻底改变了世界。代表先进生产力的新生事物,刚出生的时候总是站不稳的,但却充满想象力。
无线充电的理想化场景是无感充电——不知不觉就充上电了,比如Wi-Fi充电?
微波谐振方式就是采用微波作为能量的传递信号,接收方接到能量波以后,再经过共振电路和整流电路将其还原为设备可用的直流电。
这种方式就相当于我们常用的Wi-Fi无线网络,发收双方都各自拥有一个专门的天线。不同的是,这一次传递的不是信号而是电能。

由于微波谐振方式的能量是发散的,导致其能量利用效率很低,但胜在位置高度灵活。比如,英特尔的方案是将超极本设计为无线充电的发送端,手机作为接收端。你上班的时候,只要手机放在超极本旁边,就能在不知不觉中、连续不断地充电。带给你的直观体验就是,手机电力永不衰竭。
如果微波谐振方式能突破技术瓶颈,在发送端实现普及,或者在充电效率上实现实质性提高,那么未来手机将无时无刻不在充电,续航什么的就再也没人关心了。
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,但对电动车产业,却有可能是启动整个市场的关键。在这样的背景之下,无线传输的梦想,开始在很多人的心中复苏,无线充电技术也正在试图走出实验室,加入市场应用大军。
技术新突破:行业一直没有停下对无线充电的追求脚步,现阶段无线充电技术的系统性能、充电速度、电能转换效率已经和插电慢充差不多。在转化率上,插电慢充的电能转换效率是95%左右,无线充电也能做到90%的水平。在充电功率上,也逐渐从3kW水平,提高到7kW、11kW、22kW水平。
车辆停放的位置、车底盘距离地面高度的限制也放宽了。无线充电配置供应商宣称能覆盖各类车型,包括底盘较高的SUV。控制技术也不断优化,当有异物出现在WPT充电系统的线圈之间时,会有措施防止过热事件的发生。
新政策推动:任何一个产业的发展,都是标准先行的,电动车无线充电产业,同样如此。早在2020年,我国便完成了电动汽车无线充电四个标准的编制。电动汽车无线充电国家标准工作组成员、华南理工大学电力学院教授张波表示,“这是我国第一部电动汽车无线充电系列国家标准中的四项,填补了我国在这一技术领域国家标准的空白,将助力我国电动汽车无线充电从技术研发、工程示范向产业化进程迈进,具有重要的现实意义。”
去年,国务院办公厅印发的《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》更是明确提出,要“加强智能有序充电、大功率充电、无线充电等新型充电技术研发”。这对于电动汽车动力电池大功率无线充电的研发企业而言,又是一个重大利好。

过去充电桩行业的发展,就因为没有统一的标准,不同的充电桩接口各行其道,互不兼容。目前来看,无线充电非常有潜力在产业发展的初期就统一标准,最终实现互联互通。
打开新场景:智能化和无人驾驶已成为电动汽车的重要发展方向,无线充电将成为未来自动驾驶的关键一环。中国电力企业联合会标准化管理中心主任刘永东认为,电动汽车无线充电技术正处于产业化的前沿,有两大优势:第一,与自动驾驶天然结合,“我们很难想象车辆能自动驾驶、自动泊车了,人还要到车位完成最后一个充电动作”;第二,可以通过APP远程操作,使电动汽车跟电网很好地连接。
在中兴新能源副总经理胡超看来,电动汽车无线充电则有两大清晰的商业应用场景:一是电动汽车自动化充电,如自动驾驶场景,未来会逐步普及;二是立体车库场景下的无线充电。由于国家对停车场地的充电车位占比有一定要求,如果是高层立体停车场,传导式充电电线很难拉上去,就需要装配无线充电。
毋庸置疑,无线充电作为新能源车补能方式的新突破,即将迎来大规模的推广。但无线充电的发展也不是一蹴而就的过程,无线充电技术真正大规模落地还需要一些时间。据行业乐观预计,无线充电行业2025年后会进入成熟期,届时无线充电设施会大规模生产和落地。

尾声
国内新能源汽车产业发展历程中,有个普遍的现象:路线选择常呈现一边倒的态势,不是三元力压铁锂,就是充电压倒换电。实际上在复杂多元的中国,很难有单一的方案能够满足所有需求。
在电动车保有量高速增长的眼下,一个多元的补能体系才会更好地填补补能的缺口,充电与换电、有线充电和无线充电不会是非此即彼的替代品,其终极目标都是消灭补能焦虑,最终实现电动车的里程自由。
未来,随着无人驾驶汽车政策的进一步放开和完善,无线充电和无人驾驶一样,都将会迎来自己的春天。