王丽芳：《电动汽车无线充电关键技术研发》

5月23日，「社区充电」专场论坛探讨物联网、大数据、人工智能等技术在社区充电领域的应用，提高充电设施的智能化水平，提升用户体验。中国科学院电工研究所研究员、中国电工技术学会电动车辆专委会秘书长 王丽芳以《电动汽车无线充电关键技术研发》为主题进行演讲。

演讲全文

王丽芳表示，随着汽车的发展，电动化已经成为主流趋势。二十年前，电动化的概念还备受质疑，但现在普遍认为电动化是不可逆转的。过去对汽车发展的“三化”包括电动化、智能化、轻量化，现在则提倡“新四化”，即电动化、智能化、共享化和网联化。

1. 电动化：指车辆能源从化石燃料转变为电能。

2. 智能化：无论是燃油车还是电动车，智能程度都在逐渐提高。

3. 共享化：共享单车是最常见的交通工具共享形式，将来汽车也会朝这个方向发展。

4. 网联化：车与车之间、车与外界的网络连接将越来越紧密。

电动汽车的发展按照智能驾驶分级，从完全人工驾驶的L0级逐步发展到全自动无人驾驶的L5级。目前，L2级已经普遍应用于许多车辆上，尤其是电动车。新势力车企今年推出了许多智能化程度高的电动车型，不仅在电动化和行驶里程方面表现突出，智能化程度也备受关注。尽管目前大多数车还是有人驾驶，最高级别为L3级，L4和L5级无人驾驶技术仍在发展中，一些电动出租车也在进行无人驾驶的示范运行。

随着智能驾驶的发展，特别是无人驾驶阶段的到来，自动充电将成为必要。除了无线充电，有线自动充电也是其中一种方式。

无线充电的优势在于无需接触，避免磨损，并在恶劣天气下更为安全。无线充电技术的原理是通过磁耦合谐振实现能量传输，尽管成本较高，但在用户体验和安全性上具有明显优势。

她指出，电动汽车的无线充电是中短距离，因为车辆具有特殊性，并且离地间隙有国家标准，实际车辆在行驶过程中对路面也有特定要求。基于这些使用场景和要求，电动汽车通常采用磁耦合谐振式的无线充电技术。人们目前熟悉的无线充电应用于手机、电动牙刷等小型家电，但这些设备的功率级别非常低，特别是手机，通常在出差时可以在酒店房间使用小端口充电，简便易行。

与手机不同，汽车要求更高的功率，并对效率有更高的要求，充电距离通常不是简单的0或1厘米，而是至少几厘米，甚至高达十几厘米，具体取决于车辆的离地间隙。这是汽车无线充电的特点。

无线充电技术原理是原边输入电之后，由原边发送单元，经过中间的无线能量传输单元，到达副边接收单元。与有线充电不同的是，无线充电主要体现在能量传输单元的部分，即通过线圈间的电磁耦合来实现能量传输，无需直接连接。

正因为如此，无线充电的原理、技术和成本都相对于有线充电更高，这也解释了为什么电动汽车无线充电的产业化进程仍然相对缓慢，尽管市面上有许多公司提供相关产品。

原边是在地面上，而副边则位于汽车上，属于接收单元。有时人们会讨论无线充电的适用场景及其功率等级达到多大才适合批量生产。当前，各行各业的用户都在追求高功率充电，希望实现快速充电，从而让车辆在短暂的停留时间内充电300公里或400公里。

技术上讲无线充电完全可以这一目标，但需要综合考虑成本和经济性，是否适合这一应用场景就需要认真权衡了。

无线充电的核心部分是无线能量传输环节，通过电磁耦合实现能量传输，这一环节尤为重要，因为它直接决定了整个系统的效率。通过设计不同结构的线圈，可以改善系统的抗偏移能力、评估性能、线圈损耗以及效率。损耗越小，效率就越高。

目前，无线充电系统的价格较高，应用规模较小。尽管使用电动车的人越来越多，但真正使用无线充电的电动汽车却寥寥无几。这主要因为系统中需要实现异物检测和活物保护功能，这些功能要求会增加成本，并可能导致系统停机，从而降低整体可用性。

在讨论无线充电标准时，她也提到了这一问题。她指出，如果用户晚上设置好充电计划而不小心让异物进入充电区域，系统可能无法充电，这会给用户带来很大不便。虽然异物检测保护了系统，但对于实际的汽车用户而言，这会影响实际的使用。。

目前，一些整车企业如上汽荣威、上汽智己以及一汽红旗的E-HS9都提供无线充电系统作为选配项，但销量并不十分可观。广汽和北汽也提供类似选配，但销量较低。

日产也推出了相关的无线充电系统，包括静止式和移动式，尽管移动式目前还处于示范阶段，并未真正产业化。不过，不同国家也在小范围示范无线充电的应用。

总结来看，国内外的科研机构和企业已经开发出一些符合上市要求的无线充电产品，主要整车企业已经涉足这一领域。无线充电的标准问题一直是业界关注的焦点，截至2023年，已经发布了8个标准，其中包括4个国家标准，这些标准由中国电力行业联合会牵头，中国电科院作为秘书单位负责推动。

最后，王丽芳简要介绍了她的团队在过去几年中在无线充电领域的工作。自2011年起，团队专注于电动汽车的无线充电技术研究，开始时与北汽新能源合作，进行了3.3kW和6.6kW功率级别的演示和测试。随后，团队推出了10kW、30kW、60kW和100kW的无线充电系统，不断在技术和应用场景上取得突破。

团队在无线充电领域的深海和深渊应用也取得了显著进展，包括在万米深的国际公海进行了一个多月的测试验证。这些成就得益于国家和科学院的多个项目支撑。

团队的首个无线充电项目是由北京市科委在全国进行招标，并成功中标，因此开始了电动汽车无线充电项目。此后，还参与了多个国家级项目，包括目前进行的深海和深渊项目，这些都是由国家支持的。