本文来自微信公众号：与非网eefocus（ID：ee-focus），作者：刘洪，题图来自：视觉中国
2022年8月底，媒体爆出比亚迪与华为将联手制造无线充电新车“星际”，有望成为第一个“无线充电的”新能源汽车。内部人士爆料说，该车定位高端越野SUV，定价估计在80～150万之间，如果研发顺利，最快将在2023年上半年问世。分析表明，这款车还是需要基础设施的配合，也就是以下要讲的技术和应用现状。
根据IDTechEx最新报告《电动汽车无线充电市场2023-2033年技术、参与者和预测》预测，涵盖无线电源传输、静态和动态无线充电、低功率和高功率电平、地面组件（GA）和车辆组件（VA）的全球电动汽车无线充电市场，到2033年将达到64亿美元。
要说电动汽车无线充电，先来看看当初被捧上天的手机无线充电，为什么很少看到有人用呢？原因主要有三：一是无线充电器价格太贵；二是无线充电不如有线充电快；三是无线充电应用场景受限，不能随意移动。
事实上，为了解决电动汽车充电的一些问题，不少厂商，包括车企已经开发一些解决方案，并已进入试验阶段。我们来看看这个市场发展到了什么地步？
无线充解决“充电焦虑”？
插电式电动汽车充电的局限性，可能为无线充电器创造机会：
从“充电焦虑”转变为“充电时间损失”：充电期间的停机时间通常与运营收入直接相关；
最终用户体验有待改善：包括处理笨重的电缆、肮脏的连接器、错误的接口；
有限的可扩展性：插头充电不容易随着预计的全球电动汽车采用率而扩展，也不适合自主电动汽车；
视觉污染：充电站电缆裸露，城市景观将不得不拥挤不堪。
电动汽车的主要成本就是电池，沃尔沃投资的无线充电公司Momentum Dynamics的商业总监John Holland说：“无线充电是经常性给车辆充电，这样我们可以保持45%到75%的充电状态（SOC），因此电池的使用方法要温和得多。根据我们的研究和一些学术研究，有证据表明，与深循环充电方法相比，它可以使电池的预期寿命延长4.5倍。”
电池缩小的确可以节约成本，延长续航里程。IDTechEx研究发现，将电池缩小138 kWh（约为原始重量的一半），可以使每辆公交车的成本节约约55000美元，与上述案例的数据如出一辙。
“机会充电”的另一个好处是，当公交车以较高的电量状态返回时，车场的高峰期充电会降低。另外，研究表明，白天为电动汽车补充电池电量可以避免电池在深度耗尽状态下充电，从而延长电池寿命。众所周知，浅次频繁充电比深次不频繁充电更能延长电池寿命。
锂离子电池在使用过程中会退化。通宵或深循环放电会损坏电池，高C（充电倍率）速率会因产生的温度而使电池性能下降。
使用多个安装的地面充电板进行无线充电，可以采用浅层、频繁的充电方案对电池充电，使电池在运行期间保持在45%～75%的最佳SOC。不过，更多的地面充电板显然需要更多的初始投资。
电动汽车无线充电原理
无线充电的基本原理是电磁感应，特别是谐振感应耦合，即当两组线圈频率相同时，就会发生耦合现象，能够实现高效率的电力传输，现在的手机无线充电也是这个原理。
麻省理工学院（MIT）的研究人员提出的这种方法可以在谐振频率（由线圈的分布电容、电阻和电感决定）相同的线圈之间传输功率。专利的“磁谐振”技术仍然是“感应式”的，因为初级线圈产生的振荡磁场在次级线圈中感应电流，但它利用了谐振线圈之间发生的强耦合，距离可达几十厘米。
当感应充电系统使用谐振感应耦合时，发送器线圈和接收器线圈之间的距离可以更大，在每个感应线圈中添加一个电容器，可以创建具有特定谐振频率的两个谐振电路（LC电路）。在发射线圈中以该谐振频率工作的交流电会产生波动磁场，该磁场在接收线圈中感应电流。通过这种方式，能量传输可以无线完成。
谐振无线充电解决了感应无线充电的主要缺点：需要紧密耦合线圈，用户使用时要精准对齐。由于这些原因，使用磁谐振的充电解决方案将主导无线充电行业。
几种基准无线线圈设计/MIT
无线电动汽车充电市场现状
发展了十多年之后，2020年，无线充电标准最终确定。随着SAE J2954标准被认可用于消费型电动汽车，为该技术的广泛采用带来了潜力。该标准侧重于相对低功率的充电系统，功率为3.3kW至11kW，最高使用22kW。这是为了给家里或办公室的汽车，或在仓库过夜充电的轻型卡车进行静态充电。
然而，安装无线充电系统给车辆设计增加了额外成本，因为插入式充电头已经是一个先决条件。安装嵌入道路的无线充电板也会带来额外成本，包括与电网的连接。行业分析认为，发展将继续分为两部分：一是关注低成本、低功率（低于22kW）充电器，以方便消费者使用；二是关注更强大的设备，以提供“机会充电”。
标准的发布是一个非常重要的催化剂，许多车企一直在与其供应商合作，评估、开发和改进无线充电技术。早在2005年比亚迪就申请了非接触感应式充电器专利，现代、一汽等公司已经开始为部分车型安装无线充电硬件。
现代未来旗舰电动车型Ioniq 7将基于现代和起亚共同开发的e-GMP模块化平台打造，其电气系统将提供800V快充电压，充电设备功率高达350kW，还可配备无线充电功能。
一汽从2014年开始研发无线充电技术，开发了3.3kW功能样机、2021年底量产首发6.6kW整车装车，下一步将开发22kW无线充电，计划2024年量产。红旗的下一步目标是打造国际领先、高功率、高安全、高智能无线充电车型。2022年，一汽实现了11kW无线充电投产，2023年将完成22kW无线充电的研发，2025年完成30kW的研发。
主流无线充电器厂商和产品
WiTricity和Momentum Dynamics是参与电动汽车行业无线充电解决方案开发和部署的主要厂商，其线圈拓扑之间有一些主要差异。
另外，从功率方面看，以下无线充电厂商各有侧重。
从厂商的基准测试来看，无线充电硬件供应商一直在推动以下趋势。
在TCO成本比较方面，主要考虑两个指标：一是前期成本——设备成本+安装成本；二是运行成本——维护成本+电费。在目前的小批量生产中，无线设备成本很高，维护成本可以忽略不计。如果未来需求量更大，设备成本将下降，但仍然是比较昂贵的选择。
TCO比较显示，无线充电设备的前期成本较高，由于效率损失，能源成本略高；车辆侧增加了额外重量，对行驶里程和能源需求有一定影响。因此，在车辆寿命期内，此类低功率无线充电器的投资回报率不高。不过，制造商称长期看设备价格会下降，有助于提高采用率。
在组件成本方面，平均而言，一个家庭使用的2级充电器价格不到1000美元；在工作或公共场所使用的DCFC价格在3000到5000美元。根据功率容量不同，DCFC价格从25000美元到200000美元不等。
虽然无线充电设备单位地面组件价格略高，但车辆成本也会增加，例如需要二次OBC和车上的额外线圈。据估计，根据功率水平，非车载充电器的成本在300美元至1000美元之间。
额外的设备成本意味着相应的服务最初将针对高端细分市场。然而，在某些场景和车辆细分市场中，也有可能抵消成本。
无线动态充电技术已在欧洲的特定、有限路段道路基础设施上进行了试验，但没有一个地方将其作为“正常营业”系统来实施。
在北美，国家实验室和学术机构正在研究和探索WPT，美国的几个州已经启动了电动汽车无线充电试点项目，并希望将其应用于实际环境。密歇根州交通部（MDOT）正在利用其中央创新区和最近选定的Electron产品来设计、评估、迭代、测试和实施试点项目，在底特律一英里长的公共道路路段上构建无线充电系统。
在车企方面，改装沃尔沃XC40是动态充电项目之一，这家车企将无线技术集成到车辆平台中。
在行业研发方面，目前已有高达11kW的固定充电设备，提供标准参考设计。更高功率和动态充电产品正在开发中。
写在最后
IDTechEx预计，无线充电的最大发展目标是提高功率和效率，同时降低总体系统成本。目前，与无线充电相比，插入式系统成本更低，充电速度更快。
电动汽车无线充电对于实现自主性也至关重要。大众和现代展示了停车场安装无线充电垫的概念。自动代客泊车可以让汽车找到最近的停车点，并开始充电，无需任何人工干预。随着2025年后生产量的增加，预计静态无线充电装置的成本也将降低。
以色列初创公司ElectReon正在开发和测试嵌入道路的无线充电，使车辆能够在行驶中充电。该公司声称，这样电池就可以更小，从而降低车辆的总体重量和成本。然而，电气化道路的基础设施非常昂贵，将其扩大到几公里已是挑战，目前只有一小部分道路上的车辆能够受益。然而，随着瑞典、德国、法国和意大利等欧洲国家雄心勃勃地将数千公里的公路电气化，全球各地也在学习这些国家的做法。
无线充电为无物理接触的电动汽车提供充电解决方案，去掉充电头会带来一定的便利。但是，它的动力和效率是否足以为所有类型的车辆充电？需要哪些附加组件？商业化状态如何？操作安全吗？这些问题都还有待探索。
如何快速充电，一直是车企发展电动汽车最棘手的问题。不管怎样，无线电动汽车充电网络是插入式充电解决方案的有益补充，有助于电动汽车的推广。特斯拉、沃尔沃、奥迪、宝马、奔驰等车企都已纷纷开始研发或测试无线充电系统，相信不久的将来，汽车无线充电将逐渐走入我们的生活。
最后，有一点很重要，汽车无线充电将用到大量半导体器件、传感器、大容量电容，特别是大功率半导体器件，也不排除碳化硅和氮化镓。
本文来自微信公众号：与非网eefocus（ID：ee-focus），作者：刘洪