电动汽车无线充电为什么没普及？
时至今日，无线充电技术对大众而言，已不再是一件新鲜事。在消费电子领域，iPhone等多款高端手机早已支持无线充电的功能。但在汽车领域，即便是新能源大潮如此汹涌，配备无线充电功能的汽车却依然寥寥无几，直到这两年，我们才看到宝马550e等乘用车才开始陆续支持无线充电功能。 那么这项技术是什么原理，发展现状如何，未来普及的难点在哪里？且听回答为大家简要道来。 无线充电技术可以上溯到赫兹和特斯拉，其奠基人正是著名发明家尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）。特斯拉先生在19世纪末的哥伦比亚世博会上，首次用无线电能传输的方式将一盏磷光灯点亮。而无线输电技术的早期发展，也充满了特斯拉的梦想与实践。 在特斯拉的宏伟设想中，利用地球作为内导体、电离层作为外导体，在二者之间利用电磁波实现远距离输送电力。直到1901年，被称为特斯拉最大梦想的——沃登克里弗塔（Wardenclyffe Tower），在银行家摩根的资助下开始建设，并开始无线输电实验。这座传奇之塔在之后与传说中通古斯大爆炸的关系已然成谜，特斯拉也因为这座塔停止运作后陷入了财政危机。 在这之后的100年里，无线输电技术虽然陆陆续续出现在各式各样的实验研究里，但从未开始过真正的商业化运营。毫无疑问，高效是这项技术应用的首要要求。 汽车无线输电则更为特殊——除了效率的需求之外，这更多是由于汽车的特性决定的： 而随着电动汽车的推广，电力电子和电池技术的进步，汽车无线充电也终于再次回到了舞台上，尽管只是主流舞台的小节目，但也逐渐引起了大众的关注。 那么，汽车无线充电技术是什么原理呢？它并不是什么天顶星科技，但是还是有一些门道可说的。 首先要说明的是，我们常用的无线电广播、Wifi等属于无线信息传输，不属于无线能量传输。而如果将无线电能传输，按传输距离远近进行分类，从远到近可以分为微波、激光、超声波、电场耦合和磁场耦合五类技术。有的研究者根据 2D^2/λ+λ （D是发射线圈最大直径，λ是电磁波波长）将这些技术区分为远场区与近场区两类。 远场区技术更适用于长距离、低效率需求的电能传输；而近场区技术的近距离高效的特征，则让它更适用于近距离无线输电，而在近场区技术中，电场耦合式功率较小，而磁场耦合技术则更为适合。 传统的磁场耦合技术仅适用于近距离，而2007年MIT教授Marin Soljacic团队的研究表明，在发射和接收端加入调谐网络后设计的磁耦合谐振无线输电，可以进一步提高传输距离，在两米距离点亮了60W功率的灯泡，并仍保持了40%的效率。这一研究重新点燃了无线输能领域的研究热情，后来的研发投入使得电动汽车无线输电的需求得到满足（距离15-50cm；效率大于85%；千瓦级大功率），使之商业化成为了可能。 而在磁耦合谐振无线输电的技术基础上，研究者和工程师们进行了广泛的研究，包括线圈设计、谐振网络构建等方面的工作。而如果将汽车无线充电分为两类，可以分为静态无线充电与动态无线充电两类。这样的分类很容易理解，可以认为分别是停车充电与开车充电的差别。 我恰好参加过相关无线充电示范运行的测试研究。并在两年前有机会到访其中一条无线充电客车线路，该充电系统的具体参数不作介绍，它的实车传输效率实际已经可以达到较高的程度，超过了87%。下面简单讲讲这个示范的无线充电案例。 那么阻碍无线充电在汽车领域推广的问题何在呢？ 第一点是技术本身优点不明显。 目前来看，如果停留在静态无线充电，和有线充电比较来看，其主要的优势就是方便，无线输电效率尽管已经达到较高水平，但却仍然低于有线充电。 静态无线充电还存在着一些小毛病有待解决，例如如何检测排除充电两端线圈中的异物？这就是一个值得研究的问题。要知道如果有任何金属部件，哪怕是回形针，落在了两个线圈中的落叶里，也有可能引起火灾。又或是有小猫小狗等活物，处于两个线圈中，大功率输电也会给动物带来很大的安全威胁。 而动态无线充电，虽然没有上述的小问题，优点很大，但是实施起来成本极高，需要改造的不仅仅是一个车位，而可能是一整条道路的大幅度改造与维护，成本极高。 第二点是缺少统一标准。 尽管SAE在两年前推出了电动汽车无线充电标准SAE TIR J2954，中兴、华为、高通的踊跃投入，也有机会成为该领域的标准制定者。但与此同时，缺少技术标准也恰恰限制了该技术的普及。更不用说，汽车无线充电技术标准的设立，不仅仅是汽车领域的工作，还需要修订国内外相关电磁管理的标准条例；此外还需要同时与国际电磁机构互相报备，以确保相关频段的无线电波不会受到影响。国内无线充电系统标准仍在草案阶段，其他各国也都需要克服该问题。 第三点是电磁辐射的公众疑虑。 尽管目前还没有确切的理论表明电磁辐射对人体的危害程度。辐射水平的评价，也只能参考各研究组织公布的限值。但是对于公众来说，电磁辐射本身就是一个“敏感词”，无线充电能不能被大众所接受，也同样有待观望。 相关研究也有很多，针对车内外的乘客进行了辐射值的测量，数据显示符合国际标准，但更加严格的国内标准却未必能够满足。 最后，关于无线充电未来的发展，研究者们非常欣喜地看到车企巨头如丰田、日产、本田、宝马；供应商如博世、高通、华为、中兴等等公司纷纷投入其中大力推广无线充电。而除了完善静态充电技术和标准，持续推广降低成本之外；动态无线充电也是一个极具潜力的方向。限于成本，动态无线充电即使是示范运营还不多，目前来看，固定线路的运行，如快速公交（BRT）、园区无人物流车、厂内AGV这些场景，或许将是动态无线充电的突破所在。  参考文献： Patil D, McDonough M K, Miller J M, et al. Wireless Power Transfer for Vehicular Applications: Overview and Challenges[J]. IEEE Transactions on Transportation Electrification, 2018, 4(1): 3-37. Kurs A, Karalis A, Moffatt R, et al. Wireless power transfer via strongly coupled magnetic resonances[J]. Science, 2007, 317(5834): 83-86. 高大威, 王硕, 杨福源. 电动汽车无线充电技术的研究进展[J]. 汽车安全与节能学报, 2015, 6(04): 314-327.