汽车无线充电现状与今后发展

前几天发生了关于EV（Electric Vehicle，电动汽车）充电基础设施的重要事情。关于EV的无线充电，美国的风险投资企业WiTricity和大型半导体公司Qualcomm（高通）一直在进行激烈的国际标准化的竞争。但是，WiTricity收购了Qualcomm的EV无线供电业务部――“Qualcomm Halo”。所以，关于标准化的竞争终于画上了休止符，应该很快就会达到实用化吧。在汽车开发方面，笔者有一些无线充电方面的经验，所以想谈谈无线充电的现状和今后的发展。

要说无线充电和我的关系还要追溯到10年前。在汽车厂商进行EV开发的时候，说起当时的充电方式，有普通充电和快速充两种方式。快速充电是与其他企业共同开发，经过许多实证测试，2010年命名为CHAdeMO并导入市场。在此之前都是普通充电，对于行驶距离较短的EV来说，快速充电是具有划时代意义的技术。

但是，不论是普通充电还是快速充电，都需要把电缆插入到车辆里。下雨天的时候操作不方便，而且对很多女性驾驶员、年龄大的驾驶员也都是操作不方便。这和把手机放在家里充电这一操作方式完全不同。难道就没有什么好的方法了吗？

这时，听说美国的风险投资企业WiTricity开发了不用电缆也可以充电的技术，于是就和WiTricity的相关人员进行了面谈。当时还只有100W左右的供电能力，不用电缆的情况下，电火花甚至飞到了50cm～100cm的范围，甚至可以点亮灯泡，这一点很令人震惊！虽然供电能力比较弱，但还是感到了其未来的潜力！到2011年左右，实现了1,000w左右的供电能力，几乎接近了可以用于EV充电的水平。

另外，美国麻省理工大学（Massachusetts Institute of Technology，MIT）的著名物理团队在2005年公布了一种原理为磁场共鸣式的无线供电技术，随后，这一物理团队独立出来（Spin Out）并于2007年成立了风险投资企业――WiTricity。WiTricity主要从事于获得无线供电相关的专利，经营Royalty Business（专利收费）业务。其自身并不制造和销售无线充电设备，而是向其他制造厂商提供专利和技术。另一方面，Qualcomm也对无线充电很感兴趣，做了很多研究。笔者接触的时候，总的来说，Qualcomm对其自身的手机业务中的芯片业务颇感兴趣，并说不会从事机器本身相关的业务。但是，从2013年收购新西兰大学研究员开发的“Halo IPT”以来，Qualcomm似乎又调整了其商务的方向。

统一无线充电规格

图1：WiTricity收购的“Qualcomm Halo”。（图片出自：日本电动化研究所）

两家公司关于无线充电的不同点

那么，我想在此整理一下关于无线充电的方法。关于无线充电，以前有采用电磁感应方式和微波输电的方式等，不过，磁场共鸣方式与其他方法有很大的不同在于它的送电距离和效率。为了确保汽车底部和地面之间的距离，大约需要20cm-30cm左右的高度。在这个距离内进行送电，如果追求更高的效率的话，就可以让磁场共鸣方式来发挥作用。迄今为止，虽然研究了很多种方式，对于EV充电，还是磁场共鸣方式比较占有优势。WiTricity和Qualcomm Halo虽然在线圈的形状和共振器的位置上有差异，但可以说二者都是磁场共鸣方式的一种。

迄今为止两家公司进行了激烈的关于国际标准化的斗争，进入2019年，WiTricity接手了Qualcomm持有的技术、许可权、大约5,000个专利权。关于线圈卷起的方式，Qualcomm Halo一直力推的是Double D（DD）这一独特方式，WiTricity正在把其主张的Circular Type（圆盘状）方式和Halo的技术统合在一起。

另外，无线充电和快速充电也不一样。当前国际标准力求的无线充电不过是3kw-22kw的水平，而且输送电力是以家庭用电网为前提的，也就是普通充电和中速充电。另一方面，这和以大电网为前提的快速充电50kw-400kw、或者中日共同开发的超高速充电900kw完全不一样。

迄今为止日本、德国、中国等国家的汽车厂商、汽车零部件厂商分为两个阵营进行研发，但是，通过此次收购，WiTricity具有了绝对的引领优势，可以实现技术一体化、促进国际化标准和线圈设计的标准化。下图展示了探讨无线充电技术的企业（按照轿车类型来分）。

图2：探讨无线充电的企业（按照轿车类型来分。）图片出自：日本电动化研究所

达到实用化的课题是什么？

如此来推进国际化标准是比较理想的，但是，这一切都会如期解决吗？很多研究人员都在致力于解决课题，不过笔者认为实用化的课题大致分为以下8个，其中我向列举3个特别需要注意的方面。

1.汽车的车体布局（Layout）

对汽车厂商来说，这是令人头疼的问题，无线充电设备并不是安装在了所有的车型上，汽车厂商应该是选择性地安装在了一部分车型上。今后根据需求的高涨应该会成为标配。但是，如果只安装在一部分车型上的话，车辆下侧就要安装被称为Resonator（共振器）的无线接收电的设备，而车身和地面的间距就会增大，对于如何在设计方面区分标准车和无线供电车，汽车厂商应该会很苦恼吧。另外，汽车在行驶过程中可能会遇到很多飞石、如何设计防御结构，这些都是关于汽车底部的设计方面需要考虑的课题。当然汽车重量的增加也会影响冲撞时的安全性。

2.互换性（兼容性）

有时也被称为Interoperability（相互作用性、互换性、兼容性），车辆本身和地面输送电力设备之间的兼容性也是必须考虑的问题。无论什么车辆进来，地面装置都需要没有任何问题地进行顺利地充电。但是，现实中却相当困难。

以快速充电的例子来说，以日本的CHAdeMO协会为中心，正在制定担保运用兼容性的认证制度。也就是说，快速充电厂商会在这个协会指定的认证机构进行认证试验，随后，这个协会会审核来自认证机构的书面内容，再发行认证，确保兼容性。在无线充电方面，不是也需要某种认证机构吗?

3.降低成本

虽说EV现在已经很便宜了，电池和其他动力总成（Powertrain）零件价格还是很高，所以比汽油车价格高。无线充电设备最初将由车辆和地面设施一起捆绑销售吧。而且，地面设施也需要安装吧。为此，如果对初期的销售台数不怎么抱有希望的话，估计会抬高销售价格吧。初始阶段是不是可以考虑补贴等支援方式呢？

图标3：关于无线充电的课题。（图片出自：日本电动化研究所）

从中国的雄安新区开始普及？

那么，无线充电将会从哪里开始普及呢？最有可能的地方是不是新能源汽车销售急速增长的中国呢？2018年中国的汽车销售台数为2,808万辆，与2017年相比减少2.8%,新能源汽车的销售反而增加了62%，增加到126万辆。而且，中国国家能源局于2015年公布了《电动汽车充电基础设施发展指南》，并在第13个5年计划（2016年-2020年）中设定了普通充电和快速充电的各个区域的目标。预计无线充电的目标数值也将包括在接下来的第14个5年计划（2021年-2025年）中吧。

更值得关注的是中国新城市雄安新区,雄安新区位于北京西南105km的地方，是分散首都功能和创新发展的示范城市。为此，区域内有可能计划全部只行驶无人驾驶车辆，与无人驾驶车辆（包括轿车、公交车）具有良好兼容性的无线充电技术将会在雄安新区验证，而且预计是世界级的试验场地。至于公共汽车，用于输送电力的Resonator（共振器）肯定不是在地面，而是像路灯一样从公共汽车的上方对公共汽车进行输送电力。

那么，日本又是怎么样呢？由于日本的EV销售数量还比较少，日系汽车厂商应该也在面向中国市场进行开发。在日本市场，应该先从家用汽车开始吧。也就是说，房地产商会逐渐推进太阳能发电、家用蓄电池、V2H功率调节器（Power Conditioner）等关于充电和放电的机器的设施问题，通过房地产商的推荐、汽车厂商的介绍等一步一步进行完善设施吧。但是，对于日本的零部件厂商来说，销售量不会太多，截止到2030年左右都要“忍耐”……或者可以考虑进入颇有前景的中国市场。

此外，还有其他值得期待的领域。其一是双向供电。既可以从地面设施向车体供电，反过来也可以。通过开发新机器，也可以灵活运用作为V2X的双向供电机器。但是，并不是一下子就得以实现，一般认为首先开发的是从地面设施向车体进行无线充电的单一功能。

日本的大学和很多相关人士都比较关心的是行驶中的无线充电技术。这是一种一边供电、一边可以行驶的系统，已经在英国和韩国的实际道路上开始进行试验了。这样，无线充电终于向实用化开始迈出了一大步，也期待今后可以开发新的技术，这是值得期待的领域。

我想起了访问WiTricity时的场景，他们挂的不是爱迪生的肖像、而是确立电磁学的理论物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)的肖像。去世140年后会以这一的形式为社会做贡献，恐怕本人也没有想到吧。