无线充电功能已大举导入消费电子市场,如今搭载无线充电功能的智能手机已非新鲜事。接下来,该市场将会把经营重心设定在较为精致的中高端设备市场,而中大功率标准制定与新兴应用的进展,将为产业创造更多的商机。整个市场需求将会逐渐上升,65~120W的高功率需求也将在2018下半年逐渐上升。
目前而言,汽车无线充电主要还存在价格昂贵、标准化不足等问题,而这些对大规模部署无线充电至关重要。
效率达标 标准不统一
近几年来,汽车无线充电概念被多次提出,却仍然极少商用案例。有人分析,由于电动汽车电池大、充电时间限制、对充电系统高达几千瓦乃至几十千瓦的功率要求、汽车离地间距等多种原因,导致汽车无线充电远不及有线充电效率高,因此无线充电就务必要达到至少85%的效率,才具有商业化意义。基础建设趋于完善,人们才逐渐有机会去享受这些无线充电带来的便利。
随着无线充电商用价值凸显,特斯拉、宝马、福特、大众等众多汽车厂商早已研发自家的无线充电。然而,种类繁多的无线充电标准让其难以在汽车行业普及。由于大功率充电的因素,相关标准的设立,不仅仅是汽车领域的工作,还涉及国内外相关电磁管理的标准条例,如此一来,加大了汽车无线充电技术标准的确立以及普及的难度。目前来说都在于起步阶段,离商用还存在一个统一标准的距离,所以说现在基本上还是百家争鸣局面。
实现电动汽车无线充电系统间的互联互通,满足电动汽车无线充电系统互操作性是电动汽车无线充电技术普及应用的关键,而这方面,目前世界各国都在全力推动。比如,德国启动了STILLE项目,美国汽车工程协会也开展了类似项目,为了制定中国的无线充电互操作标准,中国电力企业联合会依托能源行业电动汽车充电设施标准化技术委员会无线充电标准工作组组织开展了电动汽车无线充电产品及互操作性测试活动。
价格成为拦路虎
价格是商用化的另一个重要考虑因素。相比汽车与家电市场,手机更多存在成本考虑。而汽车、智能家居等中高端的市场,成本的压力低于手机。
HEVO创始人Jeremy McCool表示:“汽车无线充电设备比现有的插入式充电设备更便宜、重量更轻,轻5至10倍。近期该设备最有可能用于公交车中途驾驶时充电。”
尽管如此,目前Qi规格的Tx加上Rx一套小功率无线充电模组成本约6~9美元不等,然而,中功率一组成本则甚至会高达100美元。虽然磁共振技术为无线充电应用带来许多好处,但以目前的成本价格来看仍然偏高。普遍来说,一个接收器与发射器的模块加起来预估约50美金左右,将可能成为厂商投入的绊脚石。在最初阶段电动车的无线充电技术可能会很昂贵。预计随着时间的推移,此项技术将更具成本效益,并最终与今天的插入式充电技术成本相同。
磁共振更具潜力
消费体验是影响无线充电技术在汽车和家居等领域应用的更为直接因素。从技术的角度,磁感应(MI)设计从低功率提升至高功率有几个挑战,包含成本、效率、对位、金属异物干扰和专利等问题。从用户体验角度,Qi存在的问题包括充电慢、发热严重、TX和RX位置要对得很准、需要贴得很近等。
因此,相较于低功率的无线充电系统主要采用 WPC 的 Qi 标准,以磁感应技术为主,汽车等中大功率领域则多采用磁共振技术。主要原因是磁共振技术支持较高功率与较远传输距离。磁共振可在一定距离内穿透各种材质,且能以一个充电器同时为多个装置充电,这些都是磁共振技术潜力看好的原因所在。
磁共振技术适合远距大功率充电,目前主要应用在新能源汽车充电桩解决方案中,同时在医疗设备、工业设备和汽车系统的电源连接领域有较好的发展前景。国内的新页、中兴已经推出了无线充电桩产品,目前正在示范推广,尚没有大范围商业应用。
业界人士认为磁共振无线充电若要进一步普及,则需提高转换效率,以降低相对产生的热能。不过随着各解决方案提供商积极投入高效率天线设计、高效能电力转换技术等,目前采用磁共振技术的汽车无线充电方案皆可达到85~90%的充电效率,与磁感应技术90%传输效率相比,已相当具有竞争力。
近日,美国能源部橡树岭国家实验室(ORNL)的研究人员展示了一款用于车辆的120千瓦无线充电系统,系统功率是之前推出的6倍,未来ORNL研究人员将继续探索创新技术,将该充电系统功率传输提高至200千瓦、甚至350千瓦,同时改进动态无线充电技术,最大限度降低动态充电的成本和复杂性。
无线充电市场做得比较大,要求也会逐渐严格。除了成本、参数、磁导率的控制,无线充电应用功率从小到大的发展,可能对整个的生产工艺、技术也会带来更多不一样的要求,在生产过程中,磁件厂商更需要自身做一些调整,比如同行以及高阶的调整。
尽管中大功率无线充电技术存在很多的问题,但综观机器人产业来看,较属于创新型市场,对于高单价的无线充电技术导入意愿较高,据了解目前已有厂商默默耕耘相关市场。
无线充电技术的市场前景毋庸置疑,在未来将会备受关注。