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無線充電,對電動汽車來說有用麽?

前壹陣,國家發布了關於“電動 汽車 無線充電”的壹系列國家標準。

國家標準化管理委員在公告中發布: 《電動 汽車 無線充電系統 第1部分:通用要求》 (GB/T 38775.1)、 《電動 汽車 無線充電系統 第2部分:車載充電機與充電設備之間的通信協議》 (GB/T 38775.2)、 《電動 汽車 無線充電系統第3部分:特殊要求》 (GB/T 38775.3)、 《電動 汽車 無線充電系統第4部分:電磁環境限值與測試方法》 (GB/T 38775.4)***4項國家標準。

該標準體系規劃標準18 項,規範電動 汽車 無線充電系統在公***以及私人應用領域的技術要求、性能要求、功能要求、安全要求、通信協議、測試要求及試驗方法、互操作性要求及測試方法、施工驗收、運行維護等。 本次發布4項國家標準,還有4項國標正在編制過程中。

無線充電,在如今這個年代,並不是什麽新鮮玩意。

尤其對於諸位正在用手機的朋友們來說,可能剛剛把手機從無線充電板上拿起來。不過對於電動 汽車 來說,無線充電技術壹直都處在“只聞其聲,不見其人”的階段,盡管近幾年有不少車企展示過實車無線充電功能,但終究未能在量產車上搭載,更談不上普及了。

理論上說,電動 汽車 無線充電技術不僅僅能夠極大提高用戶用車的體驗,更是為未來自動駕駛使用場景無人化的最後壹環做好了鋪墊。而之所以遲遲未能真正走向市場,其中壹個重要原因就是各個國家對該技術未能盡早制定統壹標準,從而產生了壹系列的“連鎖反應”,導致難以規模化、市場化。只有相關標準確定後,行業有可能真正快速發展。

頗有意思的是,在此次發布的國標中,除了由中電聯、中國電力企業聯合會主導,以及電科院、中汽研兩個政府部門的參與,還有唯壹壹家外企參與了國標制定——WiTricity公司。其實WiTricity還曾參與過北美(SAE J2954)和歐洲(ISO 19363、IEC 61980)兩大市場的電動 汽車 無線充電標準的制定。

這家公司什麽來頭?這得從無線充電技術本身講起。

無線充電,起源於邁克爾·法拉第的電磁感應,由尼古拉斯·特斯拉發明,直到近10年才真正落地應用。目前主要有三種方式:電磁感應式、電磁***振式、無線電波式;不過其中 無線電波式 由於是通過將電磁波轉換為電能,所以功率與安全性的平衡問題棘手,目前應用較少,這裏暫且不提。

(尼古拉斯·特斯拉對全球無線充電的設想)

電磁感應式 ,簡單理解即是變壓器的原理,向初級線圈輸送電能,使得次級線圈耦合感應產生電流,從而實現將能量從壹端“無線”傳輸至另壹端。

(手機無線充電器原理示意圖,圖/Real Engineering)

這種方式的原理和硬件要求相對簡單,相關標準制定較早,例如我們熟知的Qi無線充電標準是由WPC(Wireless Power Consortium,無線充電聯盟)制定。所以這類充電技術已經實現了規模化,其生產成本較低,且經過了市場的考驗,較為普及。

缺點則是由於技術原理本身的限制,傳輸距離太短,隨著距離增加,無線充電的損耗會增大,效率降低。所以這也是為什麽當手機離開無線充電板稍遠壹點,就無法充電的原因。

電磁***振式 ,簡單理解即是電磁感應式的“升級版”,本質上是通過電磁***振的技術,在松耦合情況下,提高電磁感應傳輸效率,從而在保證效率的同時,實現較長的傳輸距離(充電距離、充電面積比電磁感應方式提升10倍以上)。

(2007年MIT教授Marin Solja?i?團隊展示的電磁***振無線充電技術)

2007年MIT教授Marin Solja?i?團隊撰寫論文,並展示了電磁***振無線充電技術,用兩個5匝銅線圈作為兩端,在兩米的距離點亮了60W功率的燈泡,效率約為45%。隨後該研究團隊就采用項目的名字,成立了壹家私人公司,即WiTricity,並以此技術申請了相關專利。

相比於電磁感應式,電磁***振式的特性顯然更加符合電動 汽車 無線充電的需求。所以在技術展示公布不久,WiTricity就接到了奧迪、寶馬、克萊斯勒、捷豹、日產和豐田拋來的橄欖枝,紛紛表示願意與其合作。

然而得到資金支持後,應用於電動 汽車 的無線充電技術發展,並沒有如預期般美好。真正落地的車型寥寥無幾,例如2018年寶馬展示的530e iPerformance,能夠以3.2kW的功率無線輸送電能。

在此期間,與之競爭的高通公司曾收購Halo無線充電公司,同樣大力發展電磁***振式無線充電技術,也曾宣布將在2018年將無線充電技術搭載於奔馳S550e車型上。然而經過多年發展,高通可能認為消費電子市場更為重要,於是在2019年將關於電動 汽車 無線充電部門和所有技術專利出售給了WiTricity。

此後,WiTricity包攬了大量電動 汽車 無線充電的專利,並憑借此優勢開始在各個地區推進相關標準的制定。

其實專註於電動 汽車 無線充電技術的公司有不少,但是最終或者淪為實驗階段,或是經過市場考察調研,發現這項技術似乎並沒有前景,最終放棄,轉而奔向消費電子領域無線充電技術。早起就入場的各大車企最後也大多保留著不溫不火的態度。

(WattUp公司展示的電磁***振多設備同時充電技術,在壹定範圍內皆可為設備充電,無須接觸式靠近充電源)

無線充電,表面上似乎只解決了“懶”的問題,省去了拿起充電槍插入充電口的過程;但實際上無線充電解決的問題並不止於次,通過無線充電可以將充電規範和接口完全統壹化、比之有線充電布局要節省空間、能夠解決很多存在充電樁安全問題、可以為自動駕駛出行業務提供完全無人化運營。

(特斯拉測試的充電機器人)

當然,無線充電從功率角度講,樣品產品最高也就22kW,與超充動輒100多kW相比的確慢很多;但這並不妨礙在很多場景下的實用便利,例如車輛放在停車場時和回到家停入車庫時,無線充電帶來的無感化能夠真正讓車輛“無時無刻”地在充電,絲毫不被“補能”問題擔憂。

不過話又說回來,如此多的“先驅”壹個個最終放棄,他們並非不知道這些優勢,而是要相對完善地實現這壹切並非那麽容易。

除了充電速度無優勢之外,電動 汽車 無線充電的安全問題壹直是阻礙市場接受的重要原因之壹。盡管從科學論證的角度,電磁***振技術所采用的6.78MHz頻段的波長大約在30米,對人體是無害的,但是這些問題的論證還需要大量實驗和時間來論證。

不僅如此,之前缺乏的標準制定,導致整個產業無法達到規模化,導致硬件設備的成本相比有線充電要貴很多,這樣壹來,無論對於個人用戶還是公***設施建設,都不劃算,也就很難推進。其實即便現在中國制定了相關標準,也需要較長的時間來逐步完善整個產業,從而循序漸進地降低成本,進而真正被市場接受。

也就是說,對於電動 汽車 的無線充電技術,目前的處境非常像特斯拉剛剛起步的階段,相關產業的不成熟,就壹定意味著在初期階段步履維艱。說來也巧,無線充電技術與電動 汽車 的“坎坷”經歷十分相似,都是具有百年 歷史 的東西,並非什麽新技術。然而受到各種大環境因素的影響,導致遲遲得不到真正的發展;但這些技術壹旦得到助力,就會快速釋放能量,顯露出極強的發展潛力。

量變到質變,電動 汽車 充電技術的“春天”或許真的要來了。

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