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EV無線充電全球商用化今年上路 成效待考驗

  • 楊智家

挪威2018年電動車銷量年成長40%,每售出3輛車就有1輛是電動車。法新社

電動車無線充電技術商用化不再只是空中樓閣,挪威首都奧斯陸2019年8月就要正式落實在計程車充電服務上,將成為全球首個推出電動車無線充電服務案例。

即使現階段電動車無線充電技術比現行插電式充電技術來得便利,因駕駛無需下車操作充電樁就能為電動車充電,但無線充電技術在充電效率及功率上仍較低,意謂會較浪費電、增加用電成本及充電時間較長。因此,隨著當前全球電動車充電基礎設施布建需求增溫,電動車無線充電技術能否在未來成為固定式充電基礎設施以外的強有力解決方案,也成為電動車產業觀察重點之一。

電動計程車率先開跑

根據Clean Technica、Electrek、Inverse、儲能網及華爾街見聞報導,挪威奧斯陸正積極推動零碳排放政策,要求市內營運計程車到了2023年都只能採用電動車,為此奧斯陸市政府與芬蘭充電技術業者Fortum合作,將在市內幾個計程車招呼站的地面上,安裝只有計程車可使用的無線充電設施,初期將先改裝20~25輛電動計程車為可進行無線充電車輛,當計程車停進招呼站,就可透過地面無線充電板進行充電,該充電板充電功率最高為75kW。

該無線充電技術由Fortum與美國感應式無線充電系統開發商Momentum Dynamics共同開發,透過感應技術讓電動車上裝設的接收器與充電板能進行隔空充電。基於計程車招呼站計程車會一直列排隊依序等候乘客叫車的特性,該充電板便設置在計程車排隊等候乘客的行駛路面下,當計程車駛近該等候排隊的道路時,就能在排隊等候乘客的時間內進行無線充電,無需駕駛走出車外操作任何充電設施。Fortum挪威公共充電網負責人Ole Hempel指出,這樣的設置降低了使用者過渡到開電動車的障礙。

至於技術上如何達成,Hempel解釋,這類無線充電設備不會佔用電動車太多空間,因此任何電動車都適用改裝支援無線充電,甚至Tesla電動車也行。在準備進行充電前,電動車必須與充電板進行校準,確保停在可進行充電的位置,但也不必停得完全剛好,容許有約20%誤差。

這項無線充電專案計劃以開放性電動車充電標準(OCPP),協助透過開放標準讓無線充電基礎設施與後端系統進行溝通,並運用近場無線通訊(NFC)技術進行付費驗證及車輛配對工作,將部分由Fortum的系統進行、部分採其他專有技術。該充電設施將自動辨識每輛準備充電的電動車,並自動計算費用,將可能以每kW為基準進行收費計算。

目前奧斯陸官方正在看哪家汽車製造商有意願參與該市的無線充電計畫,願意開發支援Fortum無線充電設備的電動車。據稱可能只會選擇一家汽車製造商合作,但如果有意願參與計畫的車廠數量眾多,也可能開放讓更多業者參與。

耐用度考驗業者 導入自駕車具潛力

外界分析,電動車無線充電技術比起插電式充電技術在能源效率多半仍較低,充電功率也沒有現行電動車公共快充站的直流(DC)快充技術來得高,只有在便利性上較高,奧斯陸市府這項計畫讓世人首次見識到可以在公共運輸車輛等待乘客的同時,進行無線充電的可能性,這雖然是全新的電動車充電概念,但在成本、能源效率以及便利性上是否真的比現行電動車一般固定式充電站都來得佳,仍待正式上路後再觀察,但這不失為電動車另一充電選擇方案。

不過,當前國際標準的無線充電技術充電功率僅在3~22kW,且輸送電力是以家庭用電電網為前提,亦即只是普通或中速充電,這與以大電網為前提的50~400kW快速充電規格完全不同。即使無線充電技術因充電功率不高,導致必須花費更久時間等待電動車充電,但無線充電仍有導入市場的部分優勢。

如美國麻州無線輸電技術開發商WiTricity執行長Alex Gruzen指出,未來隨著有更多電動車普及上路,直流快充樁在市場上的建置速度將永遠跟不上電動車普及速度,WiTricity的目標是讓電動車不論在哪裡停車都能得到充電,如此就不會讓電動車必須排隊等待在公共充電站進行充電。

至於在無線充電不同技術效率上,Fortum宣稱其感應式無線充電技術能源效率達96%,比有線充電技術還高出3個百分點。Gruzen則表示,WiTricity的磁共振(magnetic resonance)無線充電技術為90~93%,和傳統插電式充電技術無太大差異。

由於無線充電技術無需人類駕駛下車操作充電設施,等於是能夠無人完成,因此如目前正在發展的自駕車也是無人操作,採用無線自動充電技術也可能是一個可行趨勢。而在2019年美國CES大展中,南韓現代汽車(Hyundai)曾展示自動停車結合無線充電的功能,同樣採WiTricity技術,顯示可能在自駕車技術成熟前,自動停車技術會先實現。

對於未來可能會有自駕車載客服務的推出,這類無線充電技術的導入便成為一種可能性,因可在全無人操作下自動完成,進而或有助降低提供這類服務業者的營運成本,成為協助業者創造利潤的關鍵技術之一。

但這類技術提供長時間營運的可靠性及穩定性也成為能否大量商用化採用的關鍵之一,畢竟這類自駕載客服務一天營運時間可能長達12、15小時甚至全天候不停歇,對於充電設施的需求自然是高且持續性。

另外,地面無線充電板與電動車底盤配置的無線電力接收零組件間,也必須相隔約20~30公分的距離,以達到更高充電效率,這意謂在車體設計上,車廠必須讓具備無線充電功能的車型提高底盤與地面的高度,這也會增加車廠在採用無線充電技術上的考量複雜度,加上車輛行駛時可能會遭遇飛石或硬物撞擊底盤的風險,如何強化底盤無線充電零組件抵擋高速硬物撞擊的設計,也都是導入無線充電零組件須考量課題。

標準統一助成本下降與推廣

值得注意的是,如WiTricity和高通(Qualcomm)此前曾在彼此相近的磁共振充電技術標準化上競爭,隨著WiTricity在2月買下高通旗下電動車無線充電事業Halo,預期更易於推動無線充電標準統一化,有助加速在汽車製造商之間建立統一的無線充電設備互通性。藉由這項收購,WiTricity接手高通持有共約5,000個專利權、技術和許可權。

鑑於成本也是電動車無線充電技術推廣一大阻礙,Gruzen也表示,買下Halo另一因素就是為了降低成本,因買下Halo有助擴大WiTricity規模,零組件也能共通採用,預期在標準和產品規則確立後,成本下降將可期。即使如此,對電動車充電而言,佔成本最高的仍是從電網供電到停車位這塊領域。

歐洲大陸之外,在亞洲最大電動車市場的中國大陸,也持續見到電動車無線充電技術的萌芽發展,如近期WiTricity表示,已與中國大陸一線汽車製造產業供應商浙江萬安科技旗下子公司簽署共享其智慧財產(IP)的新協議,將基於WiTricity磁共振技術等,協助浙江萬安科技開發及商用化高效率無線電動車充電系統。

據市場研究公司Markets and Markets研究數據預估,至2020年全球電動車無線充電市場規模約800萬美元,但至2025年預估將快速成長至4.07億美元,2020~2025年的年複合成長率(CAGR)預估高達117.56%。