中國電動汽車無線充電產(chǎn)業(yè)格局

1 中國電動汽車無線充電設備制造商、車企及研究機構(gòu)

我國在無線充電技術(shù)商用探索中一直和世界保持著同步，主要是設備廠商直接與車企合作共同推動產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)主流車企如上汽集團、一汽紅旗、北汽新能源、長安汽車、東風汽車、廣汽集團、吉利汽車、長城汽車等均在無線充電領(lǐng)域進行了裝車嘗試和技術(shù)積累。以中國科學院電工所、中國電力科學研究院、清華大學、重慶大學、東南大學、哈爾濱工業(yè)大學為代表的國內(nèi)科研機構(gòu)和高校已經(jīng)在無線充電理論和樣機領(lǐng)域有十幾年的積累，培養(yǎng)了一批該領(lǐng)域?qū)Ｓ腥瞬拧Ｒ灾信d新能源汽車、華為等為代表的國內(nèi)企業(yè)，在產(chǎn)品化研發(fā)方面持續(xù)投入，為無線充電的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展積累了豐富的實踐經(jīng)驗。在上下游產(chǎn)業(yè)鏈共同推動下，電動汽車無線充電規(guī)模應用“蓄勢待發(fā)”。

1.1 中國電動汽車無線充電主要企業(yè)

1.1.1中興新能源汽車有限責任公司(ZXNE)

ZXNE是中興通訊集團旗下的全資子公司，于2014年獨立研發(fā)出自主知識產(chǎn)權(quán)的新能源汽車用大功率無線充電系列產(chǎn)品，涵蓋大功率無線充電、運營管理系統(tǒng)、停車/充電融合等全系列產(chǎn)品及完整解決方案，產(chǎn)品功率等級覆蓋3.3～60 kW。完成國內(nèi)最多的無線充電乘用車(7 kW)及商用車(30 kW)商業(yè)化運營示范，運營里程超過70萬km。2019年完成第3代電動汽車無線充電產(chǎn)品研制，具有互操作性，具備異物檢測、生物檢測及對齊引導等輔助功能。

ZXNE擁有專利150余項，是國內(nèi)電動汽車無線充電標準主要起草單位。在2019年初建設完成了符合車規(guī)IATF16949的無線充電生產(chǎn)線。

1.1.2華為技術(shù)有限公司

華為技術(shù)有限公司自主研發(fā)了四代無線充電系統(tǒng)，出具備異物檢測、生物檢測和位置檢測輔助功能。輸入功率等級有7.7 kW和11 kW，輸出電壓兼容高/低壓平臺。11 kW的地面端具備對9種不同功率和離地高度等級接收段的兼容能力。擁有無線充電相關(guān)專利70多個，其中核心技術(shù)專利30多個，是國內(nèi)電動汽車無線充電標準主要起草單位。

1.1.3萬安億創(chuàng)(Vie)

浙江萬安億創(chuàng)電子科技有限公司(以下簡稱萬安億創(chuàng))是萬安集團旗下萬安科技的全資子公司，專注電動汽車無線充電系統(tǒng)的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應用，已研發(fā)出覆蓋3/7/11 kW功率段的無線充電系統(tǒng)，集成異物檢測、生物檢測及自動導引等輔助功能。擁有授權(quán)專利20余項、受理專利20余項，是國內(nèi)電動汽車無線充電標準主要起草單位。

1.1.4中惠創(chuàng)智(Zonecharge)

成立于2015年7月，致力于無線供電技術(shù)的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化運營。擁有3.7、7.7、11、22、30 kW等多功率段雙模(有線+無線)智能充電樁產(chǎn)品。公司目前已申請200余項專利，授權(quán)專利100余項。是國內(nèi)電動汽車無線充電標準主要起草單位。

1.1.5北京有感科技有限責任公司(INVISPOWER)

有感科技(INVISPOWER)已基于自主核心技術(shù)開發(fā)了全新一代電動汽車無線充電系統(tǒng)，功率等級覆蓋3.3～30 kW，配備了高性價比的主動安全檢測裝置。公司目前已擁有150余項自主知識產(chǎn)權(quán)的核心專利技術(shù)。公司在江蘇南通建設了專業(yè)的新能源汽車無線充電制造基地，制造基地已通過IATF16949標準體系認證。

1.1.6廈門新頁科技有限公司(NewLeaf)

廈門新頁科技有限公司(NewLeaf)于2014年10月創(chuàng)立，在電動汽車無線充電領(lǐng)域已經(jīng)申請專利146項，獲得授權(quán)專利109項。已研發(fā)出2、3.3、6.6、30 kW的電動汽車無線充電系統(tǒng)，研制出智能充電機(有線+無線)并示范運行。牽頭起草中電聯(lián)《純電動場(廠)內(nèi)車輛無線充電系統(tǒng)技術(shù)條件》團體標準。

1.1.7安潔無線科技(蘇州)有限公司

安潔無線科技(蘇州)有限公司于2018年3月成立，是安潔科技的控股子公司。公司專注于7～11 kW無線充電系統(tǒng)的應用化、量產(chǎn)化。公司已經(jīng)提交專利申請34項，獲得實用新型授權(quán)6項。

1.2 國內(nèi)電動汽車主要研究機構(gòu)

1.2.1中國電力科學研究院有限公司

中國電力科學研究院有限公司(以下簡稱中國電科院)是能源行業(yè)電動汽車充電設施標準化技術(shù)委員會無線充電標準化工作組秘書處單位，也是全國電磁兼容標準化技術(shù)委員會(IEC/ TC77國內(nèi)歸口)及其A分會與C分會的秘書處單位。在“十二五”期間先后承擔了國家電網(wǎng)公司“中短程無線電力傳輸技術(shù)及安全標準研究”、“在線監(jiān)測設備共振磁耦合無線供電技術(shù)研究及電源研制”等項目的研究工作，設計并構(gòu)建了六組百瓦級電磁共振式無線充電試驗系統(tǒng)，其諧振頻率分別為150 MHz、250 MHz、500 MHz、1 MHz、2 MHz和4 MHz，深入研究了不同頻率不同距離無線充電的電磁、功率及效率特性。

無線電能傳輸技術(shù)實驗室構(gòu)建了完善的無線充電試驗平臺，包括磁傳輸特性分析和實驗平臺、大功率高頻逆變電源研究測試平臺、電磁環(huán)境測試平臺等，擁有矢量網(wǎng)絡分析儀、高頻和標準電源、信號發(fā)生器、瞬態(tài)功率分析儀、相放大器、三軸高斯計、電磁輻射分析儀等研究和測試設備。同時，無線電能傳輸技術(shù)實驗室是國內(nèi)首家具備電動汽車無線充電系統(tǒng)CNAS檢測資質(zhì)的實驗室。實驗室配備的六軸可程控測試平臺針對無線充電標準要求，能夠模擬不同偏移、旋轉(zhuǎn)等場景下的測試環(huán)境。

圖1 中國電科院無線充電實驗條件

電磁兼容實驗室擁有1座10 m法半電波暗室、1座3 m法全電波暗室和5間屏蔽室。其中，10 m法半電波暗室歸一化場地衰減(NSA)達到±2.0 dB以內(nèi)，場地電壓駐波比(SVSWR)達到±4.0 dB實驗室。

1.2.2中國科學院電工研究所

中國科學院電工研究所車用能源系統(tǒng)與控制技術(shù)研究部成立于2003年，主要從事電動汽車無線充電技術(shù)的理論研究與工程研發(fā)，同時也開展電動汽車智能化技術(shù)、動力電池管理技術(shù)等方面的研究工作。

研制了輸出功率為3.3 kW、6.6 kW、30 kW等的系列化電動汽車無線充電系統(tǒng)，應用于北汽EV150、EV200、EU260等多款車型。其中研發(fā)的3.3 kW電動乘用車無線充電系統(tǒng)開展了小規(guī)模示范運行，進行6個多月的實車跟蹤測試，實現(xiàn)了無線充電系統(tǒng)在不同季節(jié)、不同環(huán)境下的可靠運行。

1.2.3清華大學

清華大學電機系大容量與新型電力傳輸研究團隊自2010年起開始無線電能傳輸領(lǐng)域的研究，其研究涵蓋了基本傳輸理論、高頻電磁場分析、磁耦合機構(gòu)設計、高頻變換器、系統(tǒng)控制等方面，并開展了面向電動汽車等電氣化交通領(lǐng)域的無線充電應用研究和產(chǎn)業(yè)推廣，至今已成功研發(fā)從5 kW到30 kW的多套電動汽車無線充電裝置，其中部分已順利進行裝車實驗。

清華大學汽車安全與節(jié)能國家重點實驗室是我國汽車行業(yè)國家重點實驗室。在電動汽車無線充電方面，圍繞無線充電最優(yōu)構(gòu)型、磁場設計、補償電路、相位控制、動態(tài)充電、異物檢測、互換性等關(guān)鍵技術(shù)開展研究工作，申請發(fā)明專利9項。

1.2.4重慶大學

重慶大學無線電能傳輸技術(shù)研究所組建于2002年，團隊一直從事無線電能傳輸技術(shù)的研究，研究方向涵蓋了系統(tǒng)建模及優(yōu)化、電磁熱綜合、系統(tǒng)控制、動態(tài)無線充電等技術(shù)領(lǐng)域。擁有“無線電能傳輸技術(shù)國際聯(lián)合研究中心(國家級)”、“中國—新西蘭無線電能傳輸技術(shù)國際聯(lián)合研究中心”(市級)?！盁o線電能傳輸技術(shù)重慶市工程研究中心”等科研基地。在國際國內(nèi)重要刊物上發(fā)表高水平論文200余篇，受理與授權(quán)國家專利近200余項，出版“無線電能傳輸技術(shù)與應用”專著1部。

1.2.5東南大學

東南大學無線電能傳輸技術(shù)團隊自2006年來一直從事電動汽車無線充電領(lǐng)域的研究工作，在電動汽車無線充電技術(shù)的傳輸理論與建模、無線充電系統(tǒng)空間電磁場分析與優(yōu)化、無線充電系統(tǒng)電磁屏蔽分析、高效磁場聚能分析、電磁兼容能力與可靠性技術(shù)、高性能電力電子變換器、高效磁耦合機構(gòu)優(yōu)化設計技術(shù)、電動汽車無線充電技術(shù)的工程應用等方面研究。申請發(fā)明專利80余項。2012年研制出磁諧振式無線充電的純電動汽車，2018年在蘇州同里參與設計、建設了世界首條具備電動汽車動態(tài)無線充電功能的“三合一”電子公路。

1.2.6哈爾濱工業(yè)大學

哈爾濱工業(yè)大學無線電能傳輸技術(shù)研究所自2006年開始無線電能傳輸技術(shù)領(lǐng)域研究，目前重點在電動汽車移動式動態(tài)無線供電技術(shù)，以及非移動式靜態(tài)無線充電技術(shù)。

1.2.7天津工業(yè)大學

天津工業(yè)大學無線電能傳輸技術(shù)中心自2006年開始，以無線電能傳輸系統(tǒng)電磁場建模、計算、設計與優(yōu)化為特色，重點開展大功率無線充電、高距徑比輸電、動態(tài)充電等技術(shù)問題與應用技術(shù)研究。

2 中國電動汽車無線充電商業(yè)化應用與市場發(fā)展情況

我國高度重視電動汽車無線充電技術(shù)商業(yè)化應用，大部分主流車廠對無線充電系統(tǒng)進行了前瞻研究，并進行了技術(shù)應用示范。從2014年開始，全國共部署了十幾條商用車無線充電示范線。2016年初建立了首條乘用車移動式無線充電示范道路。

2.1 商用車無線充電應用發(fā)展情況

2012年6月，中興新能源就研制出無線充電第一代樣機。2014年推出“智慧無線充電”，重點應用到城市公交大巴。先后在鄭州、成都、襄陽、張家口、大理、麗江、貴陽、長春、惠東等全國30多個城市開通了無線充電公交線路。

2014年9月17日，中興與東風合作的國內(nèi)首條大功率無線充電公交商用示范線在湖北襄陽啟動。

2.2 乘用車無線充電應用發(fā)展情況

2018年4月23日，上汽榮威在北京發(fā)布了電動SUV Marvel X，搭載AR導航+無人泊車+無線充電，是世界上第一臺搭載無線充電系統(tǒng)的純電動量產(chǎn)車。

圖3 國內(nèi)首條商用車無線充電示范線

圖4 上汽榮威MARVEL X發(fā)布會中無線充電介紹

2019上海國際車展上，廣汽新能源推出的全新AION S展車，AION S可以選配無線充電裝置，充電功率達到11 kW。

圖5 廣汽AION S無線充電展示車

2019年上海車展上，北汽展示了一款配置了無線充電的樣車，輸出功率為6.6 kW。

圖6 北汽無線充電后裝樣機

2.3 動態(tài)無線充電應用發(fā)展情況

廣西電力科學研究院于2012年開始研究無線充電，與重慶大學合作于2016年5月建成了一條33 m的電動汽車移動式無線充電實驗路段。該路段可以實現(xiàn)一輛移動中的模型電動車輛無線充電。其供電端采用長直導軌結(jié)構(gòu)。

圖7 國內(nèi)首條動態(tài)無線充電示范線

2016年1月，中國電力科學研究院建設了電動汽車無線充電示范線。實驗路段長度181 m，移動式無線充電功率為20 kW，轉(zhuǎn)化率達80%，磁場強度遠低于國際標準27 μT，行駛速度可超過60 km/h。

圖8 中國電科院動態(tài)無線充電示范線

2018年，江蘇省電力公司牽頭，東南大學、重慶大學等單位參與研發(fā)的集光伏公路、無線充電和無人駕駛?cè)椉夹g(shù)融合應用的“三合一”電子公路在蘇州市建成?！叭弦弧彪娮庸啡L約500 m，寬3.5 m，動態(tài)無線充電系統(tǒng)采用了磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)，動態(tài)充電效率達85%。

3 中國電動汽車無線充電產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀小結(jié)

目前，國內(nèi)無線充電的基礎標準已經(jīng)建立，初步確定了無線充電系統(tǒng)技術(shù)體系，無線充電技術(shù)已經(jīng)在電動汽車上實現(xiàn)產(chǎn)品化，產(chǎn)業(yè)化進程已經(jīng)邁過積累期，正處于市場探索期。無線充電互操作標準和產(chǎn)品性能要求將逐步完善，無線充電系統(tǒng)產(chǎn)品化正在逐漸成熟，將率先在電動汽車中高端車型和私人場所中得到應有，同時，在場(廠)內(nèi)電動汽車無線充電、立體停車庫等領(lǐng)域已經(jīng)開始推廣。

在技術(shù)體系方面，國內(nèi)相對國際有一定的差距。從系統(tǒng)功能細分來看，技術(shù)方面差距主要體現(xiàn)在輔助功能的原始技術(shù)方案層面，主要原因是在異物檢測、活物檢測以及引導對齊的技術(shù)研究起步相對較晚。而在功率傳輸、通信及控制等方面，國內(nèi)外技術(shù)基本同步，在技術(shù)方案存在較大差異化的情況下，能夠在系統(tǒng)關(guān)鍵指標(系統(tǒng)效率、功率因數(shù)、滿功率充電范圍、EMF等)方面保持與國際基本一致。

在標準體系建設方面，國內(nèi)相對國外有6～9個月的滯后，這是由于關(guān)鍵的互操作性涉及的系統(tǒng)技術(shù)方案層面存在較大的差異化，需要在行業(yè)內(nèi)進行大量的測試及驗證工作。在中國電力企業(yè)聯(lián)合會以及中國汽車技術(shù)研究中心的組織下，國內(nèi)的設備制造商、車企以及研究機構(gòu)正在積極推動相關(guān)測試驗證工作，以支持標準體系的不斷完善。

在產(chǎn)業(yè)化進程方面，國內(nèi)也相對滯后一年左右時間。但根據(jù)目前國內(nèi)車企的規(guī)劃，在2022年以后將有相關(guān)車型投入市場，在量產(chǎn)時間點方面與國外基本同步。

作為未來靈活的充電方式，我國針對電動汽車無線充電產(chǎn)業(yè)進行前期探索很有必要。隨著該技術(shù)的不斷完善，同時結(jié)合中國智能電網(wǎng)的建設，其在電動汽車智能充換電服務網(wǎng)絡方而的應用必將大大推動電動汽車的大規(guī)模應用。產(chǎn)業(yè)化成熟之前，立體車庫、專用場站、示范試點等無線充電項目可得以發(fā)展。實現(xiàn)電動汽車無線充電系統(tǒng)間的互聯(lián)互通，滿足電動汽車無線充電系統(tǒng)互操作性，是電動汽車無線充電技術(shù)在公共領(lǐng)域普及應用的關(guān)鍵。