正經電動車,誰還插線充電
一貼,一放,瀟灑轉身,充電開始。相信許多體驗過手機無線充電的人都對這套流程爛熟於心,也都對這種輕巧便捷,幾乎無感的補能方式欲罷不能。體驗過無線充電的人,就好像開過電動車的人一樣,再也回不去了。不信問問自己,還記得上一次給手機插線充電是什麼時候嗎?
想像一下,如果有公司能把手機無線充電的功能,平移到電動汽車上,那會對現有電動車補能方式——公共樁、家充樁和換電,產生多麼明顯的衝擊。
停好,下車,鎖門,開始充電。一覺醒來,滿電出發。這個場景下,充電真的像蔚來李斌所說的那樣,比加油方便了。那些擎等著國足踢進世界杯再買電動車的人,看了都直呼後悔。
但疑惑隨之而來,這項強到可以直接讓燃油車潤進歷史書的技術,為什麼直到今天,仍然是少數派才能體驗的嚐鮮產品,不能真正走入尋常百姓家的車位呢?
原因是,現階段的無線充電,和想像中的美好,一點關係也不搭。
特斯拉的招,騷斷腰
回望歷史,無線充電(Wireless Charging)這項技術,曠世奇才特斯拉(Nikola Tesla)早在100 多年前就玩過了,而且玩得比現在花俏多了。
1901 年夏天,這位因被愛迪生竊取直流發電機技術專利而鬱鬱不得志的科學家,得到了美國資本巨鱷、“世界債主”約翰·皮爾龐特·摩根的垂青。摩根判斷之後世界的主流是無線通訊,所以給了特斯拉15 萬美元和一大片空地,供他研究無線電。
有了錢和地的特斯拉,很快就平地起了一座高57 米,頂端還放了個直徑20 米半球的巨塔,這就是聞名於世的“沃登克里夫塔”。
沃登克里夫塔
天才特斯拉只花了一個月就鼓搗出了無線通訊的門道,但他並沒有馬上報告老闆。原因是放著如此豐沃的資金、土地和巨塔不去實現自己的超級計劃,多少顯得有點暴殄天物。
這項超級計劃就是:全球無線輸電。
無線輸電和無線廣播本質上是一樣的,都依賴於無線電波的發射和接收。實驗倘若成功,地球上凡是以電作為能源的設備,都可以無需攜帶電池,隨時進行無線傳輸充電。電筒、吸塵器、收音機、手機、電動車等。
這項技術如果成功,意味著“寧王”還沒降生就被提前宣判了死刑。
很遺憾,摩根不久後就發現了特斯拉不干正事的“小心思”,停止了對他的實驗資助。丟了金主的特斯拉,還遭遇實驗室突然起火的“水逆”事件,研究資料被一把火燒了個精光。
好在“無線輸電”的思維模型被保留了下來:地球作為輸電導體,通過地面的特斯拉線圈,交流電脈衝被輸送到地面和電離層的諧振空腔中形成電磁共振,電能在大氣內不斷傳播。地球上的任何一個地方,只要有諧振電容天線,就能接收到來自空中的交流電。
四個大字省流版就是:電磁感應。
但,看上去完美無瑕的無線輸電存在兩個明顯的技術缺陷:第一,電磁輻射,這事你可以看看高壓線旁樓盤的價格;第二,傳輸效率,電磁波傳輸中會向外擴散,導致效率迅速下降。如果設立一台100 萬瓦特的無線電能發射機,必須一直向它注入100 萬瓦特的電力,即便用電端的需求只是10 瓦特。
長距離、大功率無線輸電損耗過大,那我們不妨就從短距離、小功率開始。現在幾乎成為標配的手機無線充電,就是靠在兩個鐵圈的感應範圍內形成通路,來實現短距離無線電能傳輸,這項技術的官方名稱叫“磁感應耦合技術”。
這功率能有多小呢?按照去年2 月19 日工信部發布的《無線充電(電力傳輸)設備無線電管理暫行規定(徵求意見稿)》中的規定是:不能超過50 瓦。
50 瓦在手機和電動牙刷上是夠用了,但對電動車來說,實在是杯水車薪。要知道,電動汽車的慢充功率在7 到15 千瓦間,充滿一台車要6 到8 個小時。50 瓦這點功率,充電馬肯定跑不起來,電馬模型還差不多。
面對電動車上,長距離、大功率無法實現,短距離、小功率又沒有應用價值的兩難境地,工程師們絞盡腦汁想出了一個折中的法子:短距離、大功率。
曙光,似乎就在前方。
還得是科技公司
造電動車是汽車公司的事,但解決無線充電的事,還得靠科技公司。
2013 年法蘭克福車展前,高通(Qualcomm)宣布將在Formula E 電動方程式賽車錦標賽上率先應用Halo 無線充電技術。2 年後的第二賽季,一台可無線充電的寶馬i8 安全車進入公眾視野,高調宣告著“顛覆電動車世界”的技術來了。
高通Halo 無線充電套裝由電源、發射面板、車載接收面板和控制器組成,當中不通過任何線纜鏈接,技術路線選擇了大功率場景下適配度最高的磁場共振式,即發送端能量遇到共振頻率相同的接收端,由共振效應傳輸電能。
磁場共振無線充電技術的最大亮點是對接精準度的要求沒那麼高,發射面板與接收面板間允許一定的位置誤差,但這個誤差不能太誇張。同時,在車輛入位與充電面板結合時,手機APP 會對車輛位置進行提醒,停好後自動開啟無線充電模式,高度貼合自動駕駛場景。
這台寶馬i8 安全車的無線充電功率達到7.2 千瓦,是上一年實驗室產品3.6 千瓦的兩倍,可在1 個小時內讓i8 滿電複活。同時,高通把無線充電的效率拉升到了90%,幾乎和線纜充電效率打個平手。
安全車駕駛員曾表示,他最滿意的地方是停好車就可以拍屁股走人,不用在一天的辛苦工作後再去和臟兮兮的粗重電纜打交道。
高通工程師曾透露, Halo 可以根據用戶訴求來調整充電功率,當時支持的範圍是6.6 千瓦到20 千瓦,這意味著充滿85 度電池包特斯拉Model S P85 只要4 小時25 分鐘。
至於為什麼選擇寶馬i8 作為實驗對象,高通給出的理由很簡單,因為它是一台底盤離地間隙低的跑車,與充電面板距離更近,充電傳輸效率更高。在第二代Halo 上,高通將無線充電的感應距離區間調整到了15 毫米到200 毫米,這意味著跑車和SUV 都能使用。
那麼問題也來了,底槃無法和充電面板零距離貼合,總有間隙存在,最大200 毫米的空隙不容小覷。倘若蜈蚣類的小動物爬進去,或是一張隨風而來的餐巾紙,一個塑料袋,一片孤葉被吹進去,豈不是很快就燒起來了?
高通早就想到了這一點,解決方法是加裝一套異物偵測和生物體保護系統,一旦充電途中出現上述現象,會自動停止充電作業,並即刻通過APP推送提醒車主。
對於無線充電,除了安全外,人們還有另一個擔憂:電磁輻射,其中“電磁輻射會不會對我的身體造成傷害”是問得最多的。
2016 年的高通給出的答案是,Halo 工作時的磁感應強度,約為100μT(微泰斯拉),國際非電離輻射保護委員會(ICNIRP)組織給出的國際通用磁感應強度參考值為200μT,手機通話時的磁感應強度為220μT。所以,如果擔心無線充電帶來的電磁輻射,那應該先把手機扔了,能扔多遠扔多遠。
雖然從2013 年開始,無線充電就進入了人們的視野,但直到今天具備無線充電功能量產車也極為有限。2017 年,奔馳為S550e 混動轎車提供無線充電套裝,充電功率3.6 千瓦,不過這台車的電池容量也只有8 度;2018 年,寶馬在530e iPerformance 混動轎車上適配無線充電,功率為3.3 千瓦,只有慢充樁的一半,充滿9.2 度的電池,也要3 個小時。
較為遺憾的是,在2019 年時,高通將Halo 部門整體出售給了初創公司WiTricity,後者在今年6 月得到了西門子公司2500 萬美元的投資,目前交付的無線充電套裝支持最高11 千瓦的功率,每小時可為電動車增加56 公里續航。
沃爾沃今年將無線充電的峰值功率推高到了40 千瓦,速度堪比50 千瓦直流快速充電樁,比11 千瓦的交流充電樁快四倍左右,將XC40 電池電量從0 充至100% 的時間大約是100 分鐘。
XC40 正在無線充電
投資了WiTricity 公司的西門子認為到2028 年,歐洲和北美兩個市場的無線充電規模將達到20 億美元。WiTricity 則在調查中發現,有無線充電的情況下,消費者對電動車的購買意向從35% 提高到59%。
WiTricity 公司首席執行官Alex Gruzen 將無線充電定義為一種用於日常充電,而非公路旅行的特殊場景技術,這個定義精準地展現了無線充電的高度局限性,但自覺失語的他很快又找補了一句:
最終,你會感覺擁有了一輛無限里程的汽車。除了開車、停車,沒有額外的工作需要做。
中國人買賬嗎?
從全球範圍看,無線充電似乎是一門穩賺不賠的朝陽產業:資本面青睞,消費面向好,技術面重視,環保面支持,除了稍微貴點(後裝價格3500 美元左右),沒什麼大瑕疵。
但,過去沒火的無線充電,未來能不能火,還得看中國市場臉色。
發動機技術是靠歐洲人、美國人買賬進步的,那電動車技術進步背後最大的金元宿主,毫無疑問是中國人。
我們來看兩個案例。
第一個是上汽智己,它旗下的L7 自稱是首款支持大功率無線充電的量產車型,最高功率11 千瓦,最高效率90% 以上。
想使用智己無線充電,需要三個條件:第一,有室內固定車位(地下或雨棚);第二,徵得物業同意;第三,安裝380V 三相電錶。
除這三個硬性條件外,還要付出一筆不菲的費用:6000 元的車端智能無線充電模組,18999 元的無線充電樁,抵扣7 千瓦家充樁後的價格為12000 元,合計18000 元。
一位等待提車的智己L7 用戶告訴虎嗅,他個人對無線充電非常感興趣,當時也被這個點強烈吸引。“問題是我老婆還沒同意”,這位用戶表示,“她總覺得有輻射,對生三胎不好。”
另一個是華為。
都說世界電動車看中國,中國電動車看華為。在無線充電上,去年5 月25 日,華為公開了“一種無線充電車位泊車推薦方法及系統”專利,簡單來說是將停車場自動泊車與無線充電進行功能匹配,實現無感自動停入無線充電車位。
相比智己L7 針對家用場景,華為的解決方案擴大了無線充電技術應用的場景外延。但難題也不少,比如隨著華為加持的車企越來越多,問界、極狐、阿維塔、埃安,是否能通過後裝享受該技術;再比如其它品牌具備該功能的車型,能否享受華為服務,萬一充電的時候燒起來了,責任又該如何劃分……
雖然艱難,但中國汽車公司普遍認為無線充電是一條正確的道路。截至目前,一汽、長安、吉利、上汽、北汽、廣汽、比亞迪等,都對無線充電進行了技術佈局。
《新能源汽車產業發展規劃(2021~2035年)》也在“加快充換電基礎設施建設”內容中重點提及,加強智能有序充電、大功率充電、無線充電等新型充電技術研發。
看起來,中國人不僅買賬無線充電,還要大買特買。
寫在最後
續航不足是電動車的最大痛點,在電池技術突飛猛進前,人們只能將希望寄託於盡可能完善的補能方式上,畢竟燃油車日行千里,星羅棋布的加油站功不可沒。
在現有補能方式裡,速度最快,效率最高的是換電。缺點是不同汽車品牌電池不通用、換電站需要儲備大量電池、建設維護成本高、單次補能費用高;
速度和效率相對平衡的是有線充電,缺點是頻繁插拔易造成電纜磨損老化,線路破損帶來漏電等安全隱患,對惡劣天氣的適應性有待提高;
無線充電佔地面積小、操作方便、機械連接少、損壞率低,沉浸式補能。顯型缺點是前置成本高,充電效率低。隱型缺點是公眾對電磁輻射的疑慮,從bp機時代就開始了,直到今日也未見改觀。
當然,現在的無線充電還處於最初級的靜態階段,技術的盡頭是動態無線充電,邊開邊充,只要人不停,電動車永遠有電,解決續航焦慮,一把乾掉燃油車。
到那時,或許電動車才能成為一台正兒八經的交通工具。
參考資料:
《為什麼無線充電對電動汽車很重要》,汽車商業評論
《電動汽車無線充電技術研究綜述》,電工技術學報
來源:虎嗅網