PCB之電動汽車的無線充電技術或將迎來春天
無線充電并不是新技術。早在1891年,“交流電之父” 尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)就取得了特斯拉線圈的專利,描繪了無線充電和無線傳輸的藍圖。
過去一個多世紀里,科學家們對特斯拉的這一構想孜孜以求,不斷探索。2007年,無線充電技術終于有了新的突破,麻省理工大學(MIT)教授Marin Soljacic及其研究小組通過共振技術實現了“無線電力”傳輸,雖然只能為距離2.7米的一個60瓦燈泡供電,但研究者相信這一技術終將走向普及。從應用場景來看,無線充電經歷了一個從消費電子產品到電動汽車的場景延展。
隨著電磁感應式無線充電技術的成熟,最早開始應用無線充電技術的消費電子產品就是電動牙刷。由于電動牙刷使用時難免與水接觸,所以從很早以前就引入了無線充電概念,從而使充電接觸點不暴露在外,極大增強了產品的防水性并實現整體水洗。
除電動牙刷以外,大規模應用無線充電技術的消費電子產品就是手機。最早使用無線充電技術的手機廠家是Palm公司,隨后,夏普、諾基亞、索愛等等手機廠商紛紛跟進。早期的無線充電技術效率不高。以電動牙刷為例,有些型號內置700毫安時的電池,全部充滿需要4個小時以上。而智能手機當年的電池容量普遍都在1500毫安時以上,這意味著全部充滿電需要8個小時以上。
較低的充電效率,可能存在的各種兼容隱患,一直制約著無線充電技術在智能手機領域大展拳腳,而這一局面直到全球第一個無線充電的國際標準“Qi”出臺才有所改善。2008年12月17日,由飛利浦電子、德州儀器、國家半導體等幾大公司攜手組建了“無線充電聯盟”(Wireless Power Consortium,簡稱WPC),旨在提升無線充電技術的便捷性和通用性。截至2019年1月31日,無線充電聯盟(WPC)會員已增至661家。
盡管無線充電技術在以手機為代表的消費電子產品得到了大規模應用,但是并未成為手機充電的主流方式,這主要與其PCB用戶體驗不是很好有關。

無線充電的優點是既擺脫了線纜和充電插口的束縛,也不用再擔心USB接口反復插拔的劃傷和壽命問題,電路板小編發現,其缺點在于,因為充電功率普遍只有5W到10W,充滿一部3000毫安時電池的手機需要2.5小時至5個小時,而且在充電過程中,不能移動或者使用手機,因此充電使用場景只適合晚間睡覺、全心上課或者工作時,而這對于非常依賴手機工作或者娛樂的用戶非常不友好。因此,殘酷的現實是,無線充電在消費電子領域目前只能作為一種補充方式,并未成為主流充電方式。
隨著全球電動汽車在2012年之后正式量產,無線充電技術開始從消費電子產品領域拓展到電動汽車。在目前感應式、共振式和耦合式這三種主流技術路線中,共振式無線充電技術優勢在于安全性高、功率較大,傳輸距離更遠,最遠傳輸距離超過2米,同時可以為多個設備充電,也無需精準對位,還可以穿過墻體、木材等對充電設備進行充電,因此得到汽車企業的青睞。
除第三方技術公司外,主機廠也是開發無線充電技術的另外一派主力軍,如豐田、寶馬、奧迪、現代、起亞等。其中,本田似乎快人一步。在2019 CES消費者電子展上,本田展出了最新研發的Wireless Vehicle-to-Grid無線充電技術,和傳統的無線充電技術相比,它增加了向電網回傳電力的功能,從而增加了儲能的功能。
盡管第三方技術公司與主機廠都在發力研發電動汽車無線充電技術,但無線充電技術的商業化應用仍未正式開始。雖然WiTricity對外宣稱,已經和全球前10大汽車廠商中的9家建立了實質性合作關系,但真正應用無線充電技術的上市量產車目前只有寶馬530e,從公開報道來看市場反饋并沒有預想的那么驚艷。
市面上提供無線充電技術的在售車型多為豪華品牌的混合動力車型,主要原因在于,一方面無線充電相對其他充電方式充電功率不夠大、充電效率不夠高,另一方面無線充電系統價格太貴。PCB廠小編得知,根據WiTricity介紹,無線充電解決方案的最大功率可以做到11千瓦,供應商可以定制為3千瓦或者7千瓦等產品。這樣的功率并不比市場上常規的慢充樁快多少,無法解決電動車主快速充電的核心訴求。
好消息是,中國作為全球最大的電動汽車市場,已經在國家層面明確提出將鼓勵無線充電技術的發展。據國家能源局監管總監李冶介紹,2019年國家能源局將會同相關部委督促車企深度參與充電運營服務,加強無線充電、智能充電等關鍵技術攻關,在重點領域開展充電設施與電網互動實驗示范,并在裝備研發上做好技術儲備。
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