汽車(chē)無(wú)線(xiàn)供電悄然起步

　　無(wú)線(xiàn)供電技術(shù)在智能手機等便攜終端領(lǐng)域實(shí)現產(chǎn)品化后，在汽車(chē)領(lǐng)域也即將實(shí)用化。關(guān)于國際標準的探討也進(jìn)入尾聲，2015年5～6月將敲定方向。屆時(shí)，為市售汽車(chē)配備靜態(tài)無(wú)線(xiàn)充電(定點(diǎn)充電)功能的環(huán)境將準備就緒。????

　　無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)的源起、標準化與車(chē)企實(shí)踐

　　2013年11月，電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線(xiàn)供電向實(shí)用化邁進(jìn)了一大步。美國汽車(chē)工程師協(xié)會(huì )(SAE)宣布就電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線(xiàn)供電使用85kHz頻帶(81.38k～90.00kHz)達成一致(圖1)。而在此之前，有關(guān)無(wú)線(xiàn)供電頻帶的爭論一直呈膠著(zhù)狀態(tài)，成為阻礙實(shí)用化進(jìn)程的壁壘。

　　圖1：美國汽車(chē)工程師協(xié)會(huì )(SAE)宣布電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線(xiàn)供電采用85kHz頻帶(81.38k～90.00kHz)的資料

　　達成一致的85kHz頻帶是日本各汽車(chē)企業(yè)與美國高通公司等主張的頻帶。SAE制定的無(wú)線(xiàn)供電標準“SAE J2954”計劃包含最大輸出功率為3.7kW(一般家庭)、7.7kW(公共)、22kW(快速充電)、200kW(大型車(chē)輛)的4種標準。

　　圖2：日產(chǎn)汽車(chē)2012年公開(kāi)的EV轎車(chē)“LE概念車(chē)”

　　“2年內投入實(shí)用”——日產(chǎn)汽車(chē)在2012年4月召開(kāi)的“紐約車(chē)展”上宣布將為2年內上市的EV采用無(wú)線(xiàn)供電技術(shù)。在全球首次公開(kāi)展示了預定以“英菲尼迪”品牌上市的純電動(dòng)(EV)轎車(chē)“LE概念車(chē)”(圖2)。這將成為世界上第一輛標配電磁感應方式無(wú)線(xiàn)供電系統的量產(chǎn)車(chē)。

　　日產(chǎn)汽車(chē)2011年宣布將與合作伙伴法國雷諾聯(lián)手，在2016財年之前，累計銷(xiāo)售150萬(wàn)輛EV。但截至2014年3月底，日產(chǎn)汽車(chē)的EV累計銷(xiāo)量為11萬(wàn)輛，雷諾為4萬(wàn)輛，相加僅為15萬(wàn)輛。由于EV的銷(xiāo)量遠低于計劃，該公司推遲了以英菲尼迪品牌推出新款EV，以及無(wú)線(xiàn)供電系統實(shí)用化的時(shí)間。但私底下并沒(méi)有停下開(kāi)發(fā)的腳步。

　　??已利用EV“LEAF”等車(chē)型完成試制??

　　圖3：已利用EV“LEAF”等車(chē)型完成試制

　　日產(chǎn)汽車(chē)曾向新聞媒體公開(kāi)展示了“HYPER mini”和“LEAF(聆風(fēng))”的無(wú)線(xiàn)供電系統實(shí)驗。展示車(chē)輛設想采用的系統最大輸出功率為3.3kW。以240V的電壓充滿(mǎn)需要8小時(shí)。地面線(xiàn)圈設置在車(chē)主自家的停車(chē)場(chǎng)，而非公共場(chǎng)所。

　　為防止地面線(xiàn)圈與車(chē)輛線(xiàn)圈錯位，車(chē)輛配備有基于環(huán)視監視器的自動(dòng)泊車(chē)系統，只要在導航儀系統中預留泊車(chē)車(chē)庫的位置，進(jìn)入車(chē)庫后，自動(dòng)泊車(chē)系統就會(huì )自動(dòng)啟動(dòng)。

　　強化無(wú)線(xiàn)供電的不只是日產(chǎn)汽車(chē)。豐田為實(shí)現電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線(xiàn)供電的實(shí)用化，已于2014年2月開(kāi)始在愛(ài)知縣豐田市開(kāi)展驗證實(shí)驗。該公司以插電式混合動(dòng)力車(chē)(PHEV)“普銳斯PHV”為原型，開(kāi)發(fā)出了配備磁共振式無(wú)線(xiàn)供電系統的汽車(chē)。無(wú)線(xiàn)供電系統的輸出功率為2kW。使用頻帶是已經(jīng)基本作為國際標準取得共識的85kHz頻帶。電力傳輸效率約為80%。

　　圖4：配備無(wú)線(xiàn)供電功能的豐田“普銳斯PHV”

　　豐田表示，“在驗證實(shí)驗中，(地面上設置的)供電線(xiàn)圈與(車(chē)輛底部設置的)受電線(xiàn)圈的距離(線(xiàn)圈間距)約為15cm左右。水平錯位的最大允許范圍是一條輪胎的寬度(20cm左右)。前后方向利用車(chē)載導航儀的輔助，基本不出現錯位”。

　　本田結合自動(dòng)泊車(chē)

　　本田也在進(jìn)行開(kāi)發(fā)。該公司于2014年6月16日公開(kāi)了配備無(wú)線(xiàn)供電系統的“飛度EV”實(shí)驗車(chē)輛。該車(chē)是正在埼玉縣埼玉市實(shí)施驗證的智能住宅(新一代節能住宅)項目的一環(huán)。實(shí)用化將力爭于2016年實(shí)現。

　　飛度EV的特點(diǎn)是結合了自動(dòng)泊車(chē)系統。通過(guò)采用基于自動(dòng)駕駛的精確泊車(chē)系統，“可使車(chē)輛以縱向±5cm，橫向±10cm的精度，在供電線(xiàn)圈上方自動(dòng)泊車(chē)”(本田)。能夠使電力傳輸效率保持在80～90%。

　　電子界卷入開(kāi)發(fā)競爭

　　致力于無(wú)線(xiàn)供電系統開(kāi)發(fā)的不僅僅是開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車(chē)(EV)及插電混合動(dòng)力車(chē)的汽車(chē)廠(chǎng)商(圖5)。除了汽車(chē)行業(yè)的眾多企業(yè)之外，電子企業(yè)也也被卷入相關(guān)開(kāi)發(fā)競爭。

　　圖5：奧迪開(kāi)發(fā)的電動(dòng)車(chē)輛用無(wú)線(xiàn)供電系統

　　在電子企業(yè)中，對無(wú)線(xiàn)供電系統的研發(fā)尤其下力氣的是美國高通(Qualcomm Technologies)。該公司2011年11月宣布，從擁有眾多電磁感應式無(wú)線(xiàn)供電技術(shù)專(zhuān)利的新西蘭奧克蘭大學(xué)(University of Auckland)收購了無(wú)線(xiàn)供電技術(shù)相關(guān)資產(chǎn)。

　　高通以收購獲得的技術(shù)為基礎，開(kāi)發(fā)了用于電動(dòng)車(chē)輛的無(wú)線(xiàn)供電系統“Qualcomm Halo”。最近，該公司又與梅賽德斯AMG馬來(lái)西亞石油F1車(chē)隊展開(kāi)了共同研發(fā)。

　　圖6：高通開(kāi)發(fā)的、支持3.3k～20kW功率范圍的無(wú)線(xiàn)供電系統

　　高通無(wú)線(xiàn)供電系統的特點(diǎn)之一是支持多功率。受電圈有3.3kW、6.6kW、20kW產(chǎn)品，送電圈支持最大20kW的全部功率(圖6)。如果只是在家中利用夜間8小時(shí)來(lái)緩慢充電，有3.3kW就足夠了。而外出時(shí)想要充電的話(huà)，則可選擇支持20kW的無(wú)線(xiàn)供電系統。

　　而長(cháng)期以來(lái)的技術(shù)課題，也就是送電圈與受電圈的錯位問(wèn)題，則可通過(guò)組合自動(dòng)泊車(chē)技術(shù)來(lái)解決。除了前篇中介紹的本田之外，電裝也開(kāi)發(fā)了自動(dòng)泊車(chē)與無(wú)線(xiàn)供電功能相組合的系統。該公司在2013年10月舉行的“第20屆智能交通世界會(huì )議”上做了相關(guān)演示。

　　在此次會(huì )議上，電裝將能夠自動(dòng)泊車(chē)和自動(dòng)充電的系統命名為“Smart Charge”，提出了相關(guān)解決方案。進(jìn)行了根據控制中心的指示使停車(chē)場(chǎng)內的車(chē)輛自動(dòng)行駛，以及使車(chē)輛在指定時(shí)間自動(dòng)向指定場(chǎng)所移動(dòng)的演示(圖7)。

　　自動(dòng)行駛時(shí)使用監視前后左右的4個(gè)攝像頭、檢測前方物體的激光雷達、提高位置精度的準天頂衛星定位技術(shù)，以及內置的地圖數據。

　　圖7：電裝演示可自動(dòng)泊車(chē)和自動(dòng)充電的系統“Smart Charge”。

　　在自動(dòng)泊車(chē)方面，德國博世(Robert Bosch)正在推動(dòng)實(shí)用化進(jìn)程。使用該公司開(kāi)發(fā)的系統時(shí)，在車(chē)輛進(jìn)入停車(chē)場(chǎng)后，駕駛員可下車(chē)用智能手機等發(fā)送“開(kāi)始自動(dòng)泊車(chē)”的指示。為安全考慮，可在駕駛員現場(chǎng)守護的情況下使用。在掌握周?chē)闆r時(shí)，主要使用歐洲廣泛使用的超聲波傳感器(聲納)。

　　另外，在解決錯位問(wèn)題時(shí)，研究送電圈及受電圈的構造也是有效手段。無(wú)線(xiàn)供電用線(xiàn)圈的形狀可大致分為圓形和方形兩類(lèi)。歷史長(cháng)的圓形產(chǎn)品在成本等方面具有優(yōu)勢。而方形產(chǎn)品的優(yōu)勢則是對水平向錯位的容許量較大。

　　在行駛中實(shí)現為車(chē)充電

　　在停車(chē)狀態(tài)下用無(wú)線(xiàn)供電技術(shù)為車(chē)輛充電(定點(diǎn)充電)的功能將在不久后邁向實(shí)用化。以推出首款產(chǎn)品為目標的技術(shù)開(kāi)發(fā)很可能已有了眉目，但這并不意味著(zhù)開(kāi)發(fā)就由此結束。

　　這是因為，要想使電動(dòng)車(chē)輛及其無(wú)線(xiàn)充電系統進(jìn)入普及期，還必須要進(jìn)一步提高電力傳輸效率并降低成本(圖8)。

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　　圖8：大眾EV“e-up!”在前蓋下的發(fā)動(dòng)機室中配置普通充電口。要想插入充電電線(xiàn)，必須要先從后備箱中拿出充電電線(xiàn)，然后打開(kāi)前蓋，易用性稍差。??

　　日本經(jīng)產(chǎn)省負責人表示：“要想使電動(dòng)汽車(chē)(EV)及插電混合動(dòng)力車(chē)(PHEV)普及，就必須要擴充充電基礎設施。在這方面，無(wú)線(xiàn)供電技術(shù)被寄予厚望?！?/p>

　　在汽車(chē)無(wú)線(xiàn)充電方面，還有一個(gè)市場(chǎng)將來(lái)有望實(shí)現大幅增長(cháng)。這就是為行駛中的車(chē)輛充電(走行中充電)的系統。在行駛中實(shí)現充電，便可減小電動(dòng)車(chē)輛配備的二次電池的容量，降低車(chē)輛成本，同時(shí)還可延長(cháng)續航距離。

　　“100年后的汽車(chē)恐怕將不再依附于‘發(fā)動(dòng)機’、‘電池’及‘快速充電’，而是要靠‘電機’、‘電容器’及‘無(wú)線(xiàn)’技術(shù)來(lái)行駛。行駛中的無(wú)線(xiàn)充電系統需要新的技術(shù)”——東京大學(xué)研究生院新領(lǐng)域創(chuàng )成科學(xué)研究科教授、日本汽車(chē)技術(shù)協(xié)會(huì )技術(shù)擔當理事堀洋一指出了為行駛中的無(wú)線(xiàn)充電系統實(shí)施新技術(shù)開(kāi)發(fā)的重要性。

　　至于汽車(chē)無(wú)線(xiàn)充電系統的實(shí)用化，有很多日本研究人員在描述前景時(shí)表示：“目前還為時(shí)尚早，將在2020年?yáng)|京奧運會(huì )時(shí)開(kāi)始宣傳技術(shù)，力爭2030年前后實(shí)現普及?！币簿褪钦f(shuō)，日本業(yè)界很可能會(huì )依據開(kāi)發(fā)出來(lái)的技術(shù)在市場(chǎng)上確立優(yōu)勢地位。

　　但現在時(shí)間已經(jīng)不充裕了。日本汽車(chē)技術(shù)協(xié)會(huì )無(wú)線(xiàn)供電系統技術(shù)部門(mén)委員會(huì )干事橫井行雄警告稱(chēng)：“日本起步較晚，眼巴巴地看著(zhù)別人不是回事兒?！?。

　　對日本構成威脅的是韓國政府研究機構韓國科學(xué)技術(shù)院(KAIST)。據橫井介紹，KAIST“正以今后5年內為目標全力開(kāi)發(fā)1MW級別的行駛中充電技術(shù)”。

　　圖9：KAIST于2009年2月發(fā)表的、作為第一代OLEV的高爾夫球車(chē)。

　　KAIST早在6年多以前就已開(kāi)始開(kāi)發(fā)可在行駛中充電的系統“OLEV：On-Line Electrical Vehicle”。2009年2月在KAIST設施內進(jìn)行了高爾夫球車(chē)的實(shí)車(chē)行駛實(shí)驗，然后同年6月對大型巴士、同年7月對SUV(多功能運動(dòng)車(chē))進(jìn)行了實(shí)車(chē)行駛實(shí)驗(圖9)。同年12月制造了4輛大型巴士，開(kāi)始在研究所內運行。

　　另外，KAIST還于2010年3月在首爾大公園內的行駛線(xiàn)路上啟動(dòng)了園內移動(dòng)用列車(chē)型EV的運營(yíng)項目。在連接3輛，對合計19噸的“列車(chē)”進(jìn)行牽引的EV上，配備了最大輸出功率為240kW的電機。配備鋰聚合物二次電池，容量為24.8kWh。最高時(shí)速為40km/h。在道路下面鋪滿(mǎn)了供電用的線(xiàn)圈，在總長(cháng)2.2km的區間內設置了400m左右的供電區間，可將“二次電池的配備量減少至通常的20%左右”(KAIST)。

　　KAIST仍在推進(jìn)開(kāi)發(fā)。在2015年3月20日研討會(huì )上，KASIT核能與量子工程學(xué)教授Chun T. Rim自信地表示：“目前正在開(kāi)發(fā)第五代OLEV。輸出功率達到100kW。即使道路內配置的送電軌(線(xiàn)圈)與車(chē)輛的受電圈離開(kāi)有20cm，也可實(shí)現超過(guò)80%的電力傳輸效率?！?/p>