新知 | 我们离“充电自由”还有多远？

交汇点讯 行车路上，新能源汽车边开边充电，不需要再去寻找最近的充电桩。拿着手机发现电量低时，可像搜索WIFI信号一样寻找无线充电设备“接上电源”。家里不再因为插头的摆放、电线缠绕而烦恼……这样的生活场景令人向往。当无线充电普及，未来拥有无限可能。

无线充电技术，从理想到现实

何为无线充电？顾名思义。无线电能传输技术借助于磁场、电场、微波等空间无形软介质，实现电能完全意义上无线柔性传输的新技术，也就是说，各类需要充电的电子设备甩掉“大辫子”。

“其实，无线充电技术可以追溯到19世纪。”中国矿业大学电气与动力工程学院电气工程系副主任夏晨阳教授告诉《科技周刊》记者。1899年，在法拉第发现电磁感应定律近70年之后，“无线输电之父”特斯拉构想了一种无线输电方法——他在纽约建造了无线电能发射塔，把地球作为内导体、地球电离层作为外导体，希望通过放大发射机以径向电磁波振荡模式，在地球与电离层之间建立大约8Hz的低频共振，再利用环绕地球的表面电磁波来传输能量。然而，特斯拉的无线输电构想并没有得到实现。

直到21世纪，随着技术的发展，智能手机的大规模普及，无线充电开始在手机行业得到了大规模的应用。而如今人们熟知的电动汽车公司“特斯拉”，也是向多年前这位科技先驱致敬。

目前，我们使用的手机等无线充电设备一般使用的是磁耦合无线电能传输技术，它基于磁场耦合原理，实现电能从电源端到用电设备端的无电气连接传输。夏晨阳解释：“磁耦合无线电能传输技术的工作原理与变压器原理类似。在充电板和手机中各有一个线圈，分别为发射线圈和接收线圈。输入电能经过电能变换环节后变为高频交变电压（或电流），在磁耦合机构的发射线圈中形成高频交变电流，从而在该线圈附近激发出高频交变磁场；高频交变磁场使得一定空间范围内的接收线圈产生同频的交变电流，相应电能通过谐振电路后经电能变换电路输出给负载。”

未来已来，无线充电悄然改变生活

近年来，小米、华为、三星、苹果也已经相继推出无线充电手机。与此同时，无线充电电动汽车也已经逐渐从“试验田”走向市场。

“目前电动汽车领域的无线充电分为定点无线充电技术和在线无线供电技术。”夏晨阳介绍，定点无线充电技术指为电动汽车在停车位置上提供无需任何导线插拔的充电方式，而在线动态无线供电技术则为电动汽车在行驶过程中提供持续的电力供应。“简单来说，一种需要停车充电，一种可以边开边充电。在江苏，就可以体验到这两种无线充电方式。”

南通市市北高新区，是江苏有感科技无线充电产品制造中心的所在地。这个由 5名清华大学博士和近百名汽车电子行业及电源行业资深技术人士组成研发团队已深耕无线充电领域多年。江苏有感科技副总经理吴锐芳告诉记者，目前公司产品已经搭载在80多款热销车型上。“当新能源汽车停靠在固定位置后，即可进行充电。既不需要连接线缆，也不需要插入充电枪，和手机的无线充电一样便利。”

在距离南通100多公里之外的苏州，2018年，一条总长约500米，宽3.5米的“三合一”电子公路在同里新能源小镇正式亮相。这也是世界上首次实现路面光伏发电、动态无线充电以及无人驾驶三项技术融合应用的电子公路。

在这条电子公路上开车将是怎样的体验呢？国网苏州供电公司科技互联网部专职工程师姚晓君这样向《科技周刊》记者描述：“电子公路的承压和耐磨能力不低于二级公路水平。开车时，不知不觉中正在充电，能量转换悄然进行。”

原来，这条公路引入了目前国际最高级别的Level-4级无人驾驶车辆，经改装具备无线充电功能，且动态充电效率达到了国际领先水平。不仅如此，“三合一”电子公路的动态无线充电采用无缝切换技术，电磁辐射量远低于国际标准限值。且道路同时集成智能路侧设施、LED路面标识、电子斑马线等元素，体现了智慧交通理念。“这种全新的公路创造了能源即时生产和消费的新模式，开启了光伏发电、电动汽车、无人驾驶、人工智能等产业转型发展的新方向，为新技术研发、新材料研制、新标准研究提供了新路径，是未来建设新能源利用综合体和新型智慧城市的有益探索，也为现代生活带来了更安全、便利、舒适的新体验。”姚晓君表示。

无线连通时代，智能化将迈进一大步

“和传统有线充电方式相比，无线充电最显著的优势在于它的灵活性。当摆脱电线的束缚，电子产品将有无限可能。可以适当想象，未来的无线充电会像无线通信领域一样，从1G到5G……不断发展。”夏晨阳表示。

在手机、电动汽车、轨道交通领域，无线充电将给人们的生活带来巨大变化。而在工业互联网领域，无线连通将让智能化迈进一大步。夏晨阳介绍，当智能化设备在不停机状态无线充电时，就意味着其续航时间长、作业效率得到显著提高，真正做到24小时“永动”；“一边工作一边充电”，也意味着设备的电池体积和容量的减少。“值得关注的是，无线充电在一定程度上可有效克服裸露导体造成用电安全问题，能够避免潮湿、水下、易燃易爆等工作环境下，因接触式供电引起的触电、爆炸、火灾等事故。”

行业未来可期，现阶段还有很多的技术难点需要攻克。江苏智行未来汽车研究院院长华国栋表示，目前来看，传输效率是无线充电面临的普遍问题。特别是对于电动车这样充电功率更大的“电器”来说，电能首先转换为电磁能、之后再转换成电能，两次转换都会损失不少的能量。此外，电磁兼容也是无线充电需要解决的技术瓶颈之一。电磁能很容易产生泄露，当大功率的车用无线充电设备运行时，也会对周围的生物和电子设备产生影响，甚至会危害人体健康。

“总的来说，车辆无线充电是电动汽车的重要发展方向。开发大功率、高效率、强侧移适应能力、低电磁辐射、成本适中的动态无线供电系统，已成为国内外各大研究机构当前的主要研究热点。”华国栋认为。

那么，终有一天，无线充电会完全替代有线充电吗？夏晨阳表示，无线充电技术的定位是导线接触式供电技术的重要补充。无线供电在电动汽车、智能化无人装备等领域有着有线充电不可比拟的优势，该技术非常适合在“不可、不宜”等场合实现电能的灵活传输与转换。但在一些特定场合，有线充电依旧拥有优势。

交汇点记者 叶真

编辑: 谢诗涵