汽车无线充电技术的时代悄然来临

时间:2019-3-18 分享到:

前几天发生了关于EV(Electric Vehicle,电动汽车)充电基础设施的重要事情。关于EV的无线充电,美国的风险投资企业WiTricity和大型半导体公司Qualcomm(高通)一直在进行激烈的国际标准化的竞争。但是,WiTricity收购了Qualcomm的EV无线供电业务部――“Qualcomm Halo”。所以,关于标准化的竞争终于画上了休止符,应该很快就会达到实用化吧。在汽车开发方面,笔者有一些无线充电方面的经验,所以想谈谈无线充电的现状和今后的发展。

要说无线充电和我的关系还要追溯到10年前。在汽车厂商进行EV开发的时候,说起当时的充电方式,有普通充电和快速充两种方式。快速充电是与其他企业共同开发,经过许多实证测试,2010年命名为CHAdeMO并导入市场。在此之前都是普通充电,对于行驶距离较短的EV来说,快速充电是具有划时代意义的技术。

但是,不论是普通充电还是快速充电,都需要把电缆插入到车辆里。下雨天的时候操作不方便,而且对很多女性驾驶员、年龄大的驾驶员也都是操作不方便。这和把手机放在家里充电这一操作方式完全不同。难道就没有什么好的方法了吗?

这时,听说美国的风险投资企业WiTricity开发了不用电缆也可以充电的技术,于是就和WiTricity的相关人员进行了面谈。当时还只有100W左右的供电能力,不用电缆的情况下,电火花甚至飞到了50cm~100cm的范围,甚至可以点亮灯泡,这一点很令人震惊!虽然供电能力比较弱,但还是感到了其未来的潜力!到2011年左右,实现了1,000w左右的供电能力,几乎接近了可以用于EV充电的水平。

另外,美国麻省理工大学(Massachusetts Institute of Technology,MIT)的著名物理团队在2005年公布了一种原理为磁场共鸣式的无线供电技术,随后,这一物理团队独立出来(Spin Out)并于2007年成立了风险投资企业――WiTricity。WiTricity主要从事于获得无线供电相关的专利,经营Royalty Business(专利收费)业务。其自身并不制造和销售无线充电设备,而是向其他制造厂商提供专利和技术。另一方面,Qualcomm也对无线充电很感兴趣,做了很多研究。笔者接触的时候,总的来说,Qualcomm对其自身的手机业务中的芯片业务颇感兴趣,并说不会从事机器本身相关的业务。但是,从2013年收购新西兰大学研究员开发的“Halo IPT”以来,Qualcomm似乎又调整了其商务的方向。

统一无线充电规格

汽车无线充电技术的时代悄然来临

图1:WiTricity收购的“Qualcomm Halo”。(图片出自:日本电动化研究所)

两家公司关于无线充电的不同点

那么,我想在此整理一下关于无线充电的方法。关于无线充电,以前有采用电磁感应方式和微波输电的方式等,不过,磁场共鸣方式与其他方法有很大的不同在于它的送电距离和效率。为了确保汽车底部和地面之间的距离,大约需要20cm-30cm左右的高度。在这个距离内进行送电,如果追求更高的效率的话,就可以让磁场共鸣方式来发挥作用。迄今为止,虽然研究了很多种方式,对于EV充电,还是磁场共鸣方式比较占有优势。WiTricity和Qualcomm Halo虽然在线圈的形状和共振器的位置上有差异,但可以说二者都是磁场共鸣方式的一种。

迄今为止两家公司进行了激烈的关于国际标准化的斗争,进入2019年,WiTricity接手了Qualcomm持有的技术、许可权、大约5,000个专利权。关于线圈卷起的方式,Qualcomm Halo一直力推的是Double D(DD)这一独特方式,WiTricity正在把其主张的Circular Type(圆盘状)方式和Halo的技术统合在一起。

另外,无线充电和快速充电也不一样。当前国际标准力求的无线充电不过是3kw-22kw的水平,而且输送电力是以家庭用电网为前提的,也就是普通充电和中速充电。另一方面,这和以大电网为前提的快速充电50kw-400kw、或者中日共同开发的超高速充电900kw完全不一样。

迄今为止日本、德国、中国等国家的汽车厂商、汽车零部件厂商分为两个阵营进行研发,但是,通过此次收购,WiTricity具有了绝对的引领优势,可以实现技术一体化、促进国际化标准和线圈设计的标准化。下图展示了探讨无线充电技术的企业(按照轿车类型来分)。

汽车无线充电技术的时代悄然来临

图2:探讨无线充电的企业(按照轿车类型来分。)图片出自:日本电动化研究所

达到实用化的课题是什么?

如此来推进国际化标准是比较理想的,但是,这一切都会如期解决吗?很多研究人员都在致力于解决课题,不过笔者认为实用化的课题大致分为以下8个,其中我向列举3个特别需要注意的方面。

1.汽车的车体布局(Layout)

对汽车厂商来说,这是令人头疼的问题,无线充电设备并不是安装在了所有的车型上,汽车厂商应该是选择性地安装在了一部分车型上。今后根据需求的高涨应该会成为标配。但是,如果只安装在一部分车型上的话,车辆下侧就要安装被称为Resonator(共振器)的无线接收电的设备,而车身和地面的间距就会增大,对于如何在设计方面区分标准车和无线供电车,汽车厂商应该会很苦恼吧。另外,汽车在行驶过程中可能会遇到很多飞石、如何设计防御结构,这些都是关于汽车底部的设计方面需要考虑的课题。当然汽车重量的增加也会影响冲撞时的安全性。

2.互换性(兼容性)

有时也被称为Interoperability(相互作用性、互换性、兼容性),车辆本身和地面输送电力设备之间的兼容性也是必须考虑的问题。无论什么车辆进来,地面装置都需要没有任何问题地进行顺利地充电。但是,现实中却相当困难。

以快速充电的例子来说,以日本的CHAdeMO协会为中心,正在制定担保运用兼容性的认证制度。也就是说,快速充电厂商会在这个协会指定的认证机构进行认证试验,随后,这个协会会审核来自认证机构的书面内容,再发行认证,确保兼容性。在无线充电方面,不是也需要某种认证机构吗?

3.降低成本

虽说EV现在已经很便宜了,电池和其他动力总成(Powertrain)零件价格还是很高,所以比汽油车价格高。无线充电设备最初将由车辆和地面设施一起捆绑销售吧。而且,地面设施也需要安装吧。为此,如果对初期的销售台数不怎么抱有希望的话,估计会抬高销售价格吧。初始阶段是不是可以考虑补贴等支援方式呢?

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