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相关标准即将发布,无线充电市场一触即发?

作者:赵建国 来源:中国汽车报 时间:2019-08-05 浏览:

停车、插线、刷卡、充电……这是目前电动汽车普遍采用的直流充电的大致步骤,也是目前最主要的充电方式,但也存在不少问题。如充电时间一般需要数小时,赶上充电高峰时充电桩数量明显不足,排队充电比燃油汽车加油等待时间更长;加油站只需有车辆通道就能开设,而充电站的占地面积更大……

上海交通大学电气工程系教授、博士生导师唐厚君在接受《中国汽车报》记者采访时表示,正是因为有线充电的局限性,所以业界把目光盯向了无线充电技术。“电动汽车无线充电技术前景广阔,国内科研机构、高校、企业都在进行研究,整体处于研究和试用阶段。”

国内:起步晚进展快

目前国内正在开发的电动汽车无线充电技术,大都是利用电磁感应原理,通过非接触的方式为电动汽车进行充电。该项技术的应用,通常是在地面端与车载端各安装两个耦合线圈,利用两线圈之间的磁场耦合,实现电能从发射端到接收端的传输。电动汽车的无线充电,省掉了充电线,具有易操作性、高安全性、强环境适应性等特点。

“无线充电相比有线充电,虽然目前成本相对高一些,但由于不需要插拔充电插头,无线充电设施可以埋设在水泥路面之下,损坏几率远低于有线充电桩,因此维护成本可大幅降低。”在国内推出第一代无线充电产品且已开始试用的浙江万安亿创电子科技有限公司(简称“万安亿创”)首席研发工程师姚辰告诉记者,电动汽车的无线充电技术不仅能让充电更便捷,还能创造一些新的应用场景和商业模式。

近年来,汽车特别是电动汽车结合自动驾驶技术的研发在全球范围内如火如荼,如果自动驾驶技术能够在实现自动泊车的情况下,再配合无线充电技术可体现电动汽车独特的优越性。更清洁、更便捷是无线充电技术的核心竞争力所在。在不远的将来,无线充电技术将有望改变人们用车的习惯,随停随充,省去排队等待时间。

记者在采访中了解到,国内已经有数家企业在研发电动汽车无线充电产品,如中兴通讯、比亚迪、万安亿创等。其中,中兴通讯在2012年就推出了应用于电动公交车的实验产品,如今与其开展试点合作的主要车企有东风汽车、蜀都客车、宇通、北汽、长安、奇瑞等,无线充电设施试点城市包括成都、襄阳、张家口、大理、丽江、贵阳等。

“国内研究起步虽然比国外要晚,但与国外的技术差距不大,目前面临的技术难点,是如何设计电磁场和线圈系统提高无线充电的效率,以及降低成本。” 中国科学院电工研究所(简称“中科院电工所”)研究员、博士生导师王丽芳介绍,中科院电工所正在开展试用的无线充电系统设计功率等级3.3kW,与当前大多数电动汽车的车载充电机功率吻合。

国外:强研发重标准

目前,美、欧、日等多个国家和地区的研究机构与企业都在发力电动汽车的无线充电技术。英特尔、苹果、美国无线电力公司(WiTricity)在这方面具备技术优势,同时,宝马、奔驰、奥迪、沃尔沃、丰田、现代等车企也都在无线充电方面开展了研发布局。

近日,苹果公司结合开发自动驾驶技术,申请了电动汽车无线充电技术专利。该专利名为“无线充电校准系统”,通过与电动汽车自动驾驶中的自动泊车相结合、以实现无线充电。宝马于去年7月,在其插电式混合动力汽车BMW 530e iPerformance PHEV车型上市的同时,向市场投放了电动汽车无线充电系统。电动汽车只需停放于充电底座正上方,按下启动按钮,无需电缆线即可开始充电,充电完成系统也将自动关闭,此系统支持安装在私人车库中,功率3.2kW在3.5小时内可将电池充满。

无线技术领军者之一的高通(Qualcomm)多年前就开始研究电动汽车的无线充电技术。其研究从1988年开始,并在1996年成功开发出30KW的电动公交无线充电系统。高通于2013年成为国际汽联电动方程式比赛(Formula E)的官方技术合作伙伴,赛事中BMW i8安全车及BMW i3医疗车就配备了高通的无线充电系统,以保证紧急情况时能够快速部署到现场。发展至今,高通相关技术具备先进的异物检测、活体保护及定位引导等特有技术,并且设计涵盖3.7kW、7.4kW、11kW、22kW等不同功率等级,充电效率达到90%以上。不过,高通更多的是采取技术授权的业务模式,不直接生产和销售产品。

投入技术研发较早的还有美国无线电力公司,其具有高效率的3.6kW~11kW电动汽车无线充电系统,充电效率最高可达94%,还适用于不同底盘高度的电动车辆,包括电动乘用车、越野车和轻型卡车等。

总部位于加拿大蒙特利尔的庞巴迪公司,虽然是飞机和火车制造商,但其研发的无线充电技术可以对行驶中(动态)或静止时(静态)的电动车辆进行无线充电,效率同样高达90%以上。

今年4月,瑞典宣布将建设动态无线充电示范道路。该项目将花费1.16亿瑞典克朗(约合人民币8520万元),在1.6公里道路下埋设无线充电设施,使电动汽车和电动卡车、公共汽车都能够在行驶中实现动态无线充电。

“国外尤其是欧美,在电动汽车无线充电技术研发上比国内起步早一些,而且,国外更重视相关技术标准的制定。”哈尔滨工业大学电气工程学院教授、博士生导师朱春波在接受《中国汽车报》记者采访时表示。重视技术标准制定,已经成为把握市场竞争主动权的关键。如高通不仅拥有一系列的技术专利,还积极参与了电动汽车无线充电技术相关标准的制定,包括SAE、IEC、ISO等国际标准。其中,SAE主导汽车无线充电发展,已经发布了针对电动(EV)与混动(PHEV)的国际无线充电标准J2954、无线充电通讯标准J2847-6等。此外,德国推出的STILLE计划、日本的JSAE等标准也都提出了适合本国国情的电动汽车无线充电标准。

未来:低成本大市场

数据显示,2018年,全球电动汽车销量为201.8万辆,而我国纯电动汽车销量达到98.4万辆,接近50%。不仅如此,我国纯电动汽车销量已经连续4年位居世界第一,成为了新能源汽车大国。

最新发布的市场研究数据显示,到2020年,全球电动汽车无线充电市场收益将达到800万美元(约合人民币5500万元),2025年将增至4.07亿美元(约合人民币28亿元),年复合增长率高达117.56%。

“要加快技术研发和标准制定步伐,实现对国外技术的追赶和超越,我们才有希望在未来电动汽车无线充电市场拥有主动权。”唐厚君表示,目前,还有一些技术难点需要解决:

一是静态无线充电技术需要停车入位,要求车辆上的接收端线圈和地面发射端信圈圆心重合偏移不超过10厘米,车主需倒车精准进入指定位置后才能实现无线充电,这对于车主来说体验不够方便;

二是关于异物检测,主要是指金属物检测,如果在无线充电的能量通路中存在金属异物,就会引起发热,甚至有引发火灾的风险,目前除国外少数企业掌握这一技术外,大多数国内外研究者都在致力于解决这个问题;

三是要把无线充电做成完全车规级的产品门槛较高,这意味着绝对不能出现任何安全隐患,产品要符合数百项测试标准要求。

根据国际技术发展趋势,我国电动汽车无线充电技术研发也在全面向国际看齐。去年8月,国家电网公司的重点科技项目“电动汽车路段移动式无线充电系统关键技术及设备研制”暨“电动汽车移动式无线充电实验路段”顺利通过验收。实验路段长度181米,移动式无线充电功率为20kW,转化率达到80%,行驶速度可超过60km/h,可以为电动公交车移动无线充电,这也是国内首条百米级电动汽车移动式无线充电实验路段。

电动汽车无线充电技术无疑是面向未来的发展趋势。就成本而言,无线充电技术少不了发射端和接收端,这确实会给主机厂增加一定成本。但如果产量达到3万套以上,成本就会下降,出货价格如果能控制在1万元以内,将有利于这项技术的普及。

对于很多用户担心的无线充电的电磁泄漏问题,接受记者采访的几位专家都认为,因为设备的耦合系数比较高,意味着发射能量几乎都被接收端接收了,空气中的辐射很少,电磁兼容性检测发现,还不如一个手机的辐射量大。

目前,无线充电的优势,特别在安全性上见长,因为没有外露线缆,杜绝了高压线缆带来的安全隐患,同时设备的使用寿命较长。2020年,电动车无线充电技术产品很可能会大批量上市,因此,有关专家预计今年下半年,国内有望发布电动车无线充电标准。

“电动汽车无线充电技术的发展前景极其广阔。”朱春波强调,随着标准、技术和产品的逐步成熟,电动汽车无线充电市场将会逐步拓展,前景无限。  

关键字:电动汽车

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