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【編者按】本文作者為小鵬汽車團隊工程師。
無線充電的歷史要追溯到1901年。尼古拉·特斯拉在紐約長島建立了無線充電塔——沃登克里夫塔進行無線輸電試驗，雖然項目以失敗告終。
一個世紀之后，無線充電的研究迎來了新的源動力，應用范圍也非常廣泛——小到電動牙刷、遙控器、智能手機，大到電動汽車、石油鉆塔。行業巨頭豐田、日產、沃爾沃、英特爾和三星等，都紛紛加入到了研發行列。在國內，北京正在研究在部分微循環公交車上采用無線充電系統。鄭州、云南等地也即將引入無線充電技術，成都、襄陽等地已開通無線充電運營線路。
無線充電的原理
無線充電可以分為四種方式：
1、電場耦合式；2、電磁感應式；3、磁場共振式；4、無線電波式。
電場耦合方式和無線電波這種方式的傳輸功率較小，目前還沒有在電動汽車上應用。電動汽車用無線充電技術主要采用電磁感應式和磁場共振式。
電磁感應式，初級線圈一定頻率的交流電，通過電磁感應在次級線圈鐘產生一定的電流，從而將能量從傳輸端轉移到接收端。使用時要求兩個設備的距離必須很近，供電距離控制在0mm～10cm左右，而且充電只能對準線圈一對一進行。電磁感應式無線充電的能量轉換率高，傳輸功率范圍較大，能從幾瓦到幾千瓦。
磁場共振式，原理與聲波共振類似，只要兩個介質具有相同的共振頻率，就能夠傳遞能量。這種方式的充電距離在電磁感應式與無線電波式之間，優點是傳輸功率較大，能夠達到幾千瓦，可以同時對多個設備進行充電，不要求兩個設備之間線圈對應；缺點就是損耗很高，距離越遠，傳輸功率越大，損耗也就越大，最麻煩的是必須對使用的頻段進行保護。
電動汽車采用電磁感應式或磁場共振式其構型基本一致，將充電電纜和反射線圈埋設在停車位組成供電機構，當車輛駛入停車位，安裝在車輛底部的接收線圈與發射線圈重合，車輛與充電服務器建立通訊開始充電，發射線圈產生交變磁場，接收線圈產生電流通過逆變器將電能傳遞到電池。如下圖所示：
目前無線充電的方式采用電磁感應式的居多，以寶馬奔馳為代表，目前在部分車型上進行驗證，電磁感應式的結構相對簡單，傳輸功率較大。
但對接收線圈和發射線圈需要對齊，為了保證對齊準確一般與自動泊車相結合來保證正常充電。相比歐洲廠家，日系車輛更傾向于磁共振式無線充電，磁共振方式傳遞的效率更高，傳遞距離遠且對感應線圈可以不需要對齊要求不高，但技術復雜，且容易造成輻射可能帶來電磁傷害。
下表為國內外廠家無線充電的技術方向。
2014年7月，奔馳和寶馬聯合宣布要合作研發電動車無線充電技術。奔馳表示將基于全新S級進行測試，而寶馬則計劃率先應用在i8身上。雙方表示將在未來2-3年內實現商業化生產。奧迪無線充電跟奔馳寶馬的功能類似，但奧迪更高明之處在于這套設備可自動升降，以提高充電效率，因為傳輸電力的效率跟供電線圈和受電線圈的距離成反比，即線圈距離越近充電效率越高。
（BMW的無線充電技術）
（奧迪可伸降無線充電技術）
日系車輛方面， 豐田公司2014年也加入無線充電的行列，由于無線充電技術對位置要求高，豐田專門開發了一套泊車輔助功能，可在中控顯示屏上顯示發射線圈的位置，供司機停車時瞄準。本田的無線充電技術采用磁場共振式，當發射端和接收端有著相同的共振頻率，就能傳遞能量。據本田宣稱，只要有80%的面積重合，就可以為車輛充電。因此對于位置要求相對低，且支持一對多充電。
（豐田無線充電技術）
爭議中發展，前景無限
從無線電能傳輸被發明以來一直就爭議不斷，通古斯大爆炸很多人都懷疑是特斯拉進行無線輸電試驗導致的。同樣無線充電技術在電動車推廣也存在爭議，傳統汽車廠對無線充電大多充滿熱情，但Tesla Motors卻似乎對無線充電技術并不感冒，特別是CEO伊隆·馬斯克認為無線充電技術和超級充電站相比，無線充電屬于一種“低效且低能”的充電方式。
總結反對的原因主要出于3個方面：
1. 充電效率不高，峰值效率為90%左右，而傳統充電的效率在95%左右；
2. 傳遞功率不夠大，以目前的技術大多數傳遞功率一般在10kw以下，在電動車輛上無線充電一般為慢充，這個功率是滿足需求的，另外隨著技術發展這個功率也會不斷提升；
3. 安全性問題，車輛無線充電主要采用電磁方式，存在輻射泄漏的問題。
同樣，無線充電的優勢也十分明顯，尤其是公共場所停車場的應用優勢會非常明顯：
1. 充電設備占地小、充電便利性高；
2. 充電設施可無人值守、后期維護成本低等優勢；
3. 在相同的占地面積下，相比于傳統的充電樁充電，使用無線充電可以充電的電動車數量有所提升，增大了空間利用率。
從無線充電技術在消費電子領域日漸崛起的態勢來看，這項新技術在汽車產業對也會高速發展， 而電動汽車的走俏也為無線充電技術開辟了新的市場商機。汽車工程師協會SAE在咨詢了汽車制造商、無線充電技術公司以及電力供應商之后，確立了未來汽車無線充電服務的行業標準，即輸出功率≤20kW，運行頻率85kHz。
第一批搭載符合該標準無線充電器的車型預計將于2017或2018年面世。
結語
科技改變生活，無線充電技術作為一種炫酷、便捷的充電方式也會逐漸在電動汽車搭載應用，我們也會密切的關注無線充電的發展動態，期望無線充電技術能夠在的不久的將來能夠普及。
參考資料
1. http://www.d1ev.com/37970.html
2. http://news.bitauto.com/electron/20150314/1306515405-1.html
3. G.B.Joung, B.H.Cho. An energy transmission system for an artificial heart using leakage in -ductance compensation of transcutaneous tran -sformer[J].IEEE Trans.Power Electronics,1998, 13(6): 1013–1022 .
4. 王秩雄，王挺，喬斌．無線輸電技術與衛星太陽能電站的發展前景[J]．空間電子技術，2006，3(2)：6–12．
5. 王任，曲衛迎.無線充電技術及其在電動汽車 上的應用初探[J].科技創新導報，2010，（29）： 59
6. Fumiaki Nakao,Yoshio Matsuo,Mikio Kitaoka, et al. Ferrite core couplers for inductive cha -rgers[A].Proceeding of the Power Conversio -n Conference[C].Osaka,Japan,2002,2: 850–8 54.
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