■吴博峰
如果在几年前,有人说充电可以不用线,大家一定觉得是天方夜谭。
最近,一条某手机厂商的无线充电广告,使人们对无线充电的未来抱有了更多的幻想。
一直困扰纯电动车的充电问题,随着无线充电技术的诞生,让人们看到了突破瓶颈的希望。 据了解,目前,奥迪、宝马、沃尔沃、奔驰、丰田等车企已开始研究电动汽车无线充电技术。丰田的技术尚处于实验室阶段,而奥迪、宝马技术已相对成熟。
无线充电如何实现
多年以来,我们的常识是,有线才可充电,无线充电的出现多少有些费解。
那么,它是如何实现的?“无线充电技术,源于无线电力输送技术,又称作感应充电、非接触式感应充电,是利用近场感应,也就是电感耦合,由供电设备将能量传送至用电的装置。该装置使用接收到的能量对电池充电,并同时供其本身运作之用。”北京电力工程公司技术员孙友杰对本报介绍说。
由于充电器与用电装置之间以电感耦合传送能量,两者之间不用电线连接,因此充电器及用电的装置都可以做到无导电接点外露。
孙友杰介绍,现在划分的无线充电类型虽然有许多种,不过它们的基本原理都十分相似,利用交变电磁场的电磁感应,来实现能量的无线传输。无线充电主要分为三种形式:电磁感应、磁场共振和无线电波式。
电磁感应式充电依靠初级线圈一定频率的交流电,通过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。
据本报了解,目前最为常见的充电解决方案就采用了电磁感应,事实上,电磁感应解决方案在技术实现上并无太大难度,比亚迪早在十年前申请的非接触感应式充电器专利,使用的正是电磁感应技术。“磁场共振充电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,它们就可以交换彼此的能量,是目前正在研究的一种技术,但目前还无法实现商用化。”谈到磁场共振充电的发展现状时,孙友杰说道。
除此之外,无线电波式充电是目前发展较为成熟的技术。它类似于早期使用的矿石收音机,主要由微波发射装置和微波接收装置组成,可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波能量,在随负载做出调整的同时保持稳定的直流电压。
单就车辆充电来说,充电车位地面下安装有发送线圈,车辆底盘处安装有接收线圈,车辆驶入充电区域后,车载控制模块扫描到地面充电设备后进行匹配通信,然后通过操作控制模块进行一键充电。
泰高集团新能源汽车发展事业部市场总监于海飞对本报说,无线充电将是电动汽车充电技术路线的下一个里程碑,其便捷的充电方式和充电设备建在地下的特点,可大大提升使用者的体验。此技术目前仅在手机充电等小功率充电领域中有一定使用,在电动汽车领域,还处于实验室或试验线路阶段。
突破有线充电瓶颈
电动汽车不但充电时间长,更换电池或利用充电桩等通过电缆充电的模式,也存在操作上的不便。
相比而言,非接触充电装置不需要用电缆将车辆与供电系统连接,便可以直接对其进行快速充电。加之非接触快速充电能够布置在停车场、住宅、路边等多种场所,又可以为各种类型的电动汽车 (包括插电式混合动力汽车)提供充电服务,使电动汽车随时随地充电变为可能。
众所周知,电动汽车已推出多年,市场表现始终没有达到预期,离2015年要完成50万辆的新能源汽车销量目标更是相去甚远,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,还可大大推动新能源汽车推广进程。
今年年初,中兴通讯与国家电网宣布在成都组建合资公司,为电动汽车提供无线充电服务。此后,中兴通讯与东风汽车建设了中国第一条公交无线充电示范线,预计今年底前,中兴通讯将完成对全国所有省市的公交无线充电示范线铺设。
不难看出,如此大规模的“试水”绝非脑门一热,而是为大规模商用做好准备,一旦技术成熟,打开国内私家车市场大门指日可待。
“中兴通讯无线充电技术原理为通过非接触的电磁感应方式进行电力传输,和传统的电动汽车充电桩、充电站不同,无线充电装置被埋入停车位或者路面的地下,整个系统只有充电器、发射垫,以及车辆底盘上的接收端。车辆仅需开到发射垫上方,无线充电即可开始。”中兴官方如是说。
于海飞认为,随时补电模式的好处诸多:电动汽车可以不用安装自重巨大的电池,以致电动汽车减少自身重量,还可因此有效降低电动汽车成本。
无线充电能否标准先行
“无线充电看上去很美,但问题也不容忽视。”于海飞告诉笔者,目前无线充电技术发展还不成熟,全球电动汽车行业对无线充电设备的技术标准也未做出规范,不同电动汽车生产厂商生产的车辆之间的兼容性问题也成为阻碍这种技术在短时间内普及使用的一大障碍。
笔者了解到,目前市场上有多种无线充电标准,却互不兼容。许多汽车厂商都有自己的标准,奥迪、宝马、奔驰、丰田、沃尔沃等知名汽车厂商也在各自为战,这将给充电标准之争带来更多的变数。
“比如无线充电技术中所使用的充电线圈形状,目前业内使用的主要有圆形和方形两种,形状不同,磁路不同,线圈之间就无法高效地传递能量。如果技术标准不统一,就会出现每家汽车厂商的充电设备互不兼容的问题,这在一定程度上制约了无线充电技术的发展。”孙友杰说道。
那么,无线充电设备是否有辐射,对人体健康是否存在威胁?
孙友杰认为,目前在无线充电领域,国家还没有出台相应的标准。当无线充电装置为用电设备供电时,由于发射线圈和接受线圈实际上是摆放在两个屏蔽装置之间完成电力传输,经过屏蔽装置泄露出来的辐射功率,基本不会对人体造成太大影响。
假如在不久的将来,一款充电方便且价格便宜的电动车投入市场,打开国内庞大的新能源汽车市场,是毫无疑问的。
虽然无线充电技术使电动汽车发展看到了希望,但从目前来看,无线充电车位建造成本预计不会太低,如果将成本转嫁到消费者身上,使用成本如果高过现有充电费用的话,电动车也就丧失了无线充电的优势。