6　電動汽車能源供給模式選擇

能源供給是電動汽車產(chǎn)業(yè)鏈中的重要環(huán)節(jié)，能源供給模式與電動汽車的發(fā)展密切相關(guān)。當(dāng)前，電動汽車的能源供應(yīng)可分為插充、換電池和無線充電3種模式，其中插充可分為慢充（常規(guī)充電）和快充。電動汽車3種能源供給模式的比較見表1所列。

6.1　插充模式

插充模式可分為慢充（常規(guī)充電）和快充兩種模式。

6.1.1常規(guī)充電（慢充）模式

電池在放電終止后，應(yīng)立即充電（在特殊情況下也不應(yīng)超過24 h）。說起充電，一般人都認(rèn)為把插頭插上便可。實際上電動汽車也可以采用平時所習(xí)慣的直接插入家用電源的方法進(jìn)行充電，這就是常規(guī)充電（慢充）模式。常規(guī)充電便是采用隨車配備的便攜式充電設(shè)備或充電線（圖10）進(jìn)行充電，可使用家用電源（圖11）或?qū)Ｓ玫某潆姌峨娫矗▓D12），充電電流較小，一般在16 A～32 A，電流可直流或兩相交流和三相交流，充電速度較慢，根據(jù)電池容量的大小，充電時間一般為5 h～8 h，甚至長達(dá)10 h～20 h。電動汽車多數(shù)采用16 A（也有10 A）插頭的電源線，配合合適的插座和車載充電機(jī)即可在家為電動汽車充電。值得注意的是，一般家用電源插座為10 A的，16 A的插頭并不通用，需要使用電熱水器或空調(diào)的插座。

表1　電動汽車3種能源供給模式的比較

盡管常規(guī)充電模式的缺點(diǎn)非常明顯，其充電時間較長，有緊急運(yùn)行需求時難以滿足，但因為其所用功率和電流的額定值并不關(guān)鍵，因此常規(guī)充電的充電器和安裝成本比較低，可充分利用電力低谷時段進(jìn)行充電，降低充電成本；更為重要的優(yōu)點(diǎn)是可對電池進(jìn)行深度充電，對電池壽命百利無一害，能提高電池充放電效率，延長電池的使用壽命。

圖10　充電線

圖11　利用家用電源為電動汽車充電

圖12　使用專用充電樁電源為電動汽車充電

常規(guī)充電模式適用非常廣泛，可設(shè)立在家里、公共停車場與公共充電站等可長時間停放車輛的地方。因為充電時間較長，可大大滿足白天運(yùn)作、晚上休息的車輛。整車企業(yè)為家庭配置的充電樁就屬于常規(guī)充電模式。

常規(guī)充電模式主要采用定流充電和定壓充電兩種方式進(jìn)行充電。不過現(xiàn)在的常規(guī)充電模式基本都采用定流和定壓充電混合工作，充電前期采用定流充電，可保證電池深度充電，后期則采用定壓充電，可自動減少電流大小結(jié)束充電，避免過充電。車主無需選擇何種充電方式。

6.1.2快充模式

快充模式顧名思義為能快速為電池充滿電的充電方法，通過非車載充電機(jī)采用大電流給電池直接充電，使電池在短時間內(nèi)可充至80%左右的電量，大大減少充電時間?？焖俪潆娔Ｊ降拇頌樘厮估壋潆娬??？斐淠Ｊ降碾娏骱碗妷阂话阍?50 A～400 A和200 V～750 V，充電功率大于50 kW。此種方式多為直流供電方式，地面的充電機(jī)功率大，輸出電流和電壓變化范圍寬。特斯拉快速充電時，充電電流達(dá)到265 A，充電電壓接近380 V，充電功率可達(dá)120 kW，電池組75 min即可充滿電。雖然快速充電的充電速度非常高，其充電時間接近內(nèi)燃機(jī)注入燃油的時間，但是充電設(shè)備的安裝要求和成本非常高，并且快速充電的電流和電壓較高，短時間內(nèi)對電池的沖擊較大，容易導(dǎo)致電池的活性物質(zhì)脫落和電池發(fā)熱，因此對電池保護(hù)散熱方面的要求有所提高，并不是每款車型都可快速充電。無論電池多好，長期快速充電終究會影響電池的使用壽命。由于快速充電是采用脈沖快速充電，也就是在充電過程中不斷用反復(fù)放電充電的循環(huán)充電，首先給電池用0.8倍～1倍額定容量的大電流進(jìn)行定流充電，使蓄電池在短時間內(nèi)充至額定容量的50%～60%，然后由電路控制先停止充電25 ms～40 ms，接著再放電或反充電，使電池組反向通過一個較大的脈沖電流，然后再停止充電。之后的充電都按照正脈沖充電-前停充-負(fù)脈沖瞬間放電-后停充-再正脈沖充電的循環(huán)，直至將電池充滿電。脈沖充電的最大優(yōu)點(diǎn)是充電時間大為縮短，且可適當(dāng)增加電池容量，但是脈沖充電電流較大，對電池組壽命有一定影響。

快速充電模式實質(zhì)上為應(yīng)急充電模式，其目的是短時間內(nèi)給電動汽車充電，高功率高電壓的工作條件使得快速充電模式僅存在于大型充電站或公路旁作為應(yīng)急使用。從使用層面來說，并不建議常使用快速充電模式進(jìn)行充電?，F(xiàn)階段大多數(shù)電動汽車僅可使用常規(guī)充電模式，快速充電模式僅部分車型（如特斯拉、比亞迪戴姆勒騰勢、北汽新能源E150/200、啟辰晨風(fēng)和榮威E50等）支持。

快速充電充電時間短，在短時間內(nèi)（約為10 min～15 min）就能使電池儲電量達(dá)到80%～90%，與加油時間相仿，因此，建設(shè)相應(yīng)充電站時可不配備大面積停車場。但是，相對常規(guī)充電模式，快速充電也存在一定的缺點(diǎn)，充電器充電效率較低，且相應(yīng)的工作和安裝成本較高。由于采用快速充電，充電電流大，這就對充電技術(shù)方法以及充電的安全性提出了更高的要求，同時計量收費(fèi)設(shè)計也需特別考慮。

因為快充對配套設(shè)備、電網(wǎng)負(fù)荷和電池技術(shù)要求較高，成本較大而無法普及，因此目前純電動汽車的充電方式還是以慢充為主、快充為輔。在插充模式下，制約電動汽車發(fā)展的電池問題尤為突出：一方面是購買電池的初期投資成本太大，一般占到電動汽車本體費(fèi)用的50%以上，昂貴的電池成本在很大程度上阻礙了電動汽車的推廣；另一方面是充電時間太長，慢充一般要4 h～5 h，即使快充也需要0.5 h，與當(dāng)前傳統(tǒng)能源汽車的加油或者加氣相比其獲取能源的便捷性遠(yuǎn)不能滿足人們的需要。同時快充對電池有較大損傷，會造成電池壽命急劇衰減，因此實際上也進(jìn)一步增加了電動汽車的電池成本。此外，在插充模式下，電動汽車充電負(fù)荷具有顯著的時空隨機(jī)性，對電網(wǎng)的運(yùn)行和規(guī)劃會帶來不利的影響。

6.2　換電模式

6.2.1換電模式的概念及優(yōu)勢

電動汽車換電模式（Electric vehicle switching mode）是指通過集中型充電站對大量電池集中存儲、集中充電、統(tǒng)一配送，并在電池配送站內(nèi)對電動汽車進(jìn)行電池更換服務(wù)或者集電池的充電、物流調(diào)配及換電服務(wù)于一體。此模式可以省去車主大筆購買電池的費(fèi)用，并可解決充電時間過長的問題，但因電池重量極大則必須使用機(jī)械方式操作，且要求整車企業(yè)必須統(tǒng)一電池標(biāo)準(zhǔn)，對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)要求高。

6.2.2換電模式的分類

（1）集中充電模式。集中充電模式是指通過集中型充電站對大量電池集中存儲、集中充電、統(tǒng)一配送，并在電池配送站內(nèi)對電動汽車進(jìn)行電池更換服務(wù)。這是國家電網(wǎng)公司于2011 年提出的建設(shè)模式。在該運(yùn)營模式中至少有 2 種類型的工作站，其中集中型充電站實現(xiàn)對電池的大規(guī)模集中充電，而配送站則不具備充電功能，只是作為用戶獲得更換電池服務(wù)的場所。相對于采用充換電模式的電池更換站，這樣的運(yùn)營模式具有更多的優(yōu)點(diǎn)：配送站不承擔(dān)充電功能，沒有電網(wǎng)接入的問題，站址選擇靈活，以方便用戶更換電池為主要規(guī)劃目標(biāo)；集中型充電站充電功率大，且可集中控制充電功率，有利于制定電網(wǎng)友好的充電方案，在時空隨機(jī)性方面，充電具有優(yōu)越性。集中充電統(tǒng)一配送方式的主要缺點(diǎn)是：充電站所需供電容量很大，一般需依托變電站建設(shè)，投資成本很高；需解決電池箱在集中充電站與配送站之間的物流配送問題。

（2）充換電模式。充換電模式是以換電站為載體，這種電池?fù)Q電站同時具備電池充電及電池更換功能，站內(nèi)包括供電系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、電池更換系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、電池檢測與維護(hù)管理系統(tǒng)等部分。根據(jù)所服務(wù)車輛類型的不同，換電站主要可以分為綜合型換電站、商用車電池更換站和乘用車電池更換站3類。目前，國內(nèi)在北京、上海、杭州等城市已建設(shè)有商用車和乘用車電池更換站。在國際上，以色列較早采用了這種充換電模式，其業(yè)務(wù)模式主要是通過建設(shè)充換電設(shè)施網(wǎng)絡(luò)為電動汽車用戶提供基礎(chǔ)設(shè)施及能源供給服務(wù)。這種充換電模式在加拿大、澳大利亞、丹麥等國也已經(jīng)有了現(xiàn)實的應(yīng)用和推廣。采用這種充換電模式無需考慮電池的物流配送問題，充滿電的電池可以立即用來滿足車輛的換電需求。其主要缺點(diǎn)有：換電站的建設(shè)既要考慮地價因素及交通便利性，又要顧及電網(wǎng)接入的問題，站址選擇不夠靈活；每座換電站均需配置充電機(jī)、電池箱換電設(shè)備等，投資大且需要專業(yè)維護(hù)，日常運(yùn)營成本高。

6.2.3換電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營模式及網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)

換電網(wǎng)絡(luò)集電池的充電、物流調(diào)配及換電服務(wù)于一體，這種一體化的運(yùn)營結(jié)構(gòu)有利于電池企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，有利于能源供給企業(yè)的集約化管理，能夠顯著降低運(yùn)營成本。以國家電網(wǎng)公司頒布的《基于物聯(lián)網(wǎng)的電動汽車智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》為例，換電網(wǎng)絡(luò)中包含集中型充電站、換電站、配送站等3類，其中集中型充電站承擔(dān)大規(guī)模的電池充電功能，滿電池將被配送至具有小規(guī)模充電能力和換電池功能的換電站及僅具備換電池功能的配送站，從而實現(xiàn)對用戶的電池能量供應(yīng)。圖13所示為換電網(wǎng)絡(luò)基本運(yùn)行結(jié)構(gòu)，其中具有小規(guī)模充電能力的換電站因可分解為配送站和額外的電池供應(yīng)量而未納入其中。

電動汽車換電網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)可保證電動汽車運(yùn)營高效有序，提升電動汽車能源供給網(wǎng)絡(luò)的智能化水平，是電動汽車大規(guī)模推廣的前提和保障。電動汽車示范運(yùn)行期間，由于有較為固定的行駛路線，因此無須對換電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制也可保證車輛的正常運(yùn)行。但車輛大規(guī)模運(yùn)行時，交通狀況等原因會使得充電電池和換電車輛在換電網(wǎng)絡(luò)中的分配具有較強(qiáng)的隨機(jī)性，可能會造成一部分充電站及配送站較為擁擠，而另一部分充電站和配送站較為清閑。因此，有必要而且急需解決換電網(wǎng)絡(luò)這樣一個規(guī)模龐大、動態(tài)性高的分布式系統(tǒng)的優(yōu)化控制問題。如國家電網(wǎng)公司頒布的《基于物聯(lián)網(wǎng)的電動汽車智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》一樣，上述幾種系統(tǒng)均僅針對換電管理進(jìn)行了功能性設(shè)計，卻沒有涉及有關(guān)運(yùn)行階段如何優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行，因此還有待進(jìn)一步研究。

當(dāng)前針對換電網(wǎng)絡(luò)的實際優(yōu)化運(yùn)行及相應(yīng)的充電站、換電站的規(guī)劃的研究還較少，這與當(dāng)前我國已投入了大量的人力、物力進(jìn)行換電模式的試點(diǎn)工作是極不相稱的，換電網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和運(yùn)行存在大量的基礎(chǔ)理論問題亟待解決。從圖14可以看出，換電網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃包括集中型充電站規(guī)劃、配送站規(guī)劃、電池的數(shù)量規(guī)劃等。目前國內(nèi)一些省市在進(jìn)行所在區(qū)域換電網(wǎng)絡(luò)長遠(yuǎn)規(guī)劃時，即使明確了未來數(shù)年采用換電模式的電動汽車數(shù)量，但是對于集中式充電站的規(guī)模選址，電池數(shù)量配比的計算均缺乏科學(xué)合理的建模方法，無法做出合理的描述。換電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行包括充電優(yōu)化管理、物流優(yōu)化（運(yùn)力優(yōu)化與路徑優(yōu)化）、電池需求優(yōu)化等，以及建立在這三者之上的綜合優(yōu)化，既要考慮對用戶需求的滿足和對電網(wǎng)的影響，又要考慮各單元的約束。在換電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營時，換電站的電池需求、物流優(yōu)化調(diào)度和充電負(fù)荷三者密切相關(guān)、相互牽制，對充電站而言，換電站的電池需求為間歇性的電量需求，而該需求受物流能力限制，最終到充電站須轉(zhuǎn)化為對電網(wǎng)的功率需求，在此基礎(chǔ)上還要考慮電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行的需求，因涉及變量眾多，其優(yōu)化運(yùn)行極為復(fù)雜。

圖13　換電網(wǎng)絡(luò)基本運(yùn)行結(jié)構(gòu)

圖14　換電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃運(yùn)行研究對象和研究內(nèi)容

電池是電動汽車運(yùn)行的能量來源，其本質(zhì)是電量的聚合，即一段時間內(nèi)充電功率的累積。電動汽車的換電需求能否滿足與電池儲備數(shù)量密切相關(guān)。在進(jìn)行電池組需求規(guī)劃時，除了考慮車輛自身攜帶的電池組，還需設(shè)置一定的冗余度以滿足車輛在電池耗盡時的換電需求。由于電池購置費(fèi)用昂貴，冗余度太高會導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)性下降，而冗余度過低則無法滿足車輛正常的換電服務(wù)。因此，有必要針對換電模式下的電池數(shù)量規(guī)劃問題展開研究。

換電站作為一種特殊的電網(wǎng)負(fù)荷，其規(guī)模和選址要權(quán)衡電網(wǎng)投資的經(jīng)濟(jì)性與安全性，一方面要滿足市場的換電需求，另一方面也要顧及電網(wǎng)要求。將其納入電源電網(wǎng)規(guī)劃中進(jìn)行綜合優(yōu)化，是迫切需要解決的問題，而當(dāng)前的試點(diǎn)工作對這些內(nèi)容大都未能予以涉及。

在整個充電站網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，可配送的電池數(shù)量是十分龐大的，所以及時、準(zhǔn)確地配送數(shù)量龐大的可更換電池，不僅能夠保證整個充電站網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，還將大大降低配送過程中的人力、物力成本。關(guān)于換電網(wǎng)絡(luò)的電池配送問題，目前鮮有文獻(xiàn)論述。而研究發(fā)現(xiàn)，電池物流調(diào)配屬于典型的旅行推銷員（travelling salesman problem，TSP）問題。因此，可以借助解決TSP問題的智能算法（如遺傳算法）來解決。

在換電模式下，通過對集中型充電站或換電站進(jìn)行充電管理，可實現(xiàn)電池的統(tǒng)一調(diào)度和監(jiān)控。規(guī)?；碾姵乜勺鳛榫薮蟮膬δ軉卧?，有效地參與負(fù)荷管理和系統(tǒng)調(diào)峰，提高電網(wǎng)負(fù)荷率，最大限度地減少諧波污染等對電網(wǎng)的不利影響，從而提高系統(tǒng)整體運(yùn)行的效益。

6.2.4換電模式的應(yīng)用探索

在國際上，換電模式在以色列、加拿大、澳大利亞、丹麥等國已經(jīng)有了一定的應(yīng)用和推廣。加拿大多個地區(qū)引入電動交通體系，建設(shè)充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。在亞洲，東京推出充換電結(jié)合的電動出租車運(yùn)營服務(wù)?？傮w而言，國外電動汽車在能源供給模式的選擇方面充電與換電均占據(jù)一定的市場，但目前充電仍是主導(dǎo)，換電模式發(fā)展相對滯后。換電模式曾經(jīng)因以色列電動汽車生產(chǎn)商Better Place而一度成為了電動汽車界的熱點(diǎn)話題。Better Place的模式類似于現(xiàn)在的電信運(yùn)營商，不管電動汽車使用什么品牌的電動汽車，Better Place希望對所有電動汽車提供電池維護(hù)、更換和充電服務(wù)，而Better Place的主要業(yè)務(wù)則是換電模式，電動汽車進(jìn)入Better Place換電站后通過機(jī)械手可以在3 min內(nèi)完成自動換電池業(yè)務(wù)。但是和燃油汽車的油箱不同，電動汽車的動力電池和對應(yīng)的電池管理系統(tǒng)（BMS）是各大整車企業(yè)的核心技術(shù)，動力電池高昂的造價是整車企業(yè)的核心利潤來源，是電動汽車費(fèi)用的大頭，顯然，將電動汽車動力電池這塊蛋糕從整車?yán)锩鎰冸x出來不符合汽車整車企業(yè)的核心利益，因此只有某些非主流的電動汽車會配合Better Place的換電池設(shè)計。2013年5月26日，入不敷出的Better Place最終宣告停止運(yùn)營，給換電模式蒙上可一層陰影。如果說Better Place的曇花一現(xiàn)很大程度上敗在公司盲目擴(kuò)張而用戶寥寥無幾上的話，同一時期發(fā)生在國內(nèi)的換電池大潮可能會帶來另一個不同角度的解讀。

2009年初，科技部、財政部、發(fā)改委、工業(yè)和信息化部啟動“十城千輛節(jié)能與新能源汽車示范推廣應(yīng)用工程”，計劃用3年時間，每年發(fā)展10個城市，每個城市推出1 000輛新能源汽車開展示范運(yùn)行，從此電動汽車便以出租車、公交車、公務(wù)車等形式出現(xiàn)在人們的視野。2011年國家電網(wǎng)公司發(fā)布了《基于物聯(lián)網(wǎng)的電動汽車智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》和《國家電網(wǎng)公司“十二五”電動汽車充電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展規(guī)劃》，提出了“換電為主、插充為輔、集中充電、統(tǒng)一配送”的商業(yè)運(yùn)營模式，統(tǒng)一進(jìn)行了有關(guān)智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行管理系統(tǒng)的開發(fā)，并開展充換電網(wǎng)絡(luò)的示范運(yùn)營和電池租賃試點(diǎn)。北京、蘇滬杭、青島等城市已經(jīng)建成了一批電動汽車充換電示范工程，同時將在環(huán)渤海和長三角2個區(qū)域建設(shè)跨城際的智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。2011年4月，南方電網(wǎng)公司也推進(jìn)電動汽車換電池技術(shù)及商業(yè)模式。截至2011年底，除西藏以外，全國絕大部分省市均進(jìn)行了有關(guān)電動汽車換電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的規(guī)劃。但由于在電池控制權(quán)、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)等方面仍存在較大爭議，國家電網(wǎng)公司與南方電網(wǎng)公司并未真正大規(guī)模推進(jìn)換電池站建設(shè)。這里比較有代表性的就是國家電網(wǎng)公司和眾泰汽車在杭州主導(dǎo)的換電模式。和私家車不一樣，公交系統(tǒng)或者特殊工作車輛的工作時間直接與價值創(chuàng)造成正相關(guān)，行駛距離、能量消耗相對容易預(yù)測。而出租車更是要進(jìn)行24 h無休運(yùn)轉(zhuǎn)的駕駛?cè)说拱噙\(yùn)轉(zhuǎn)，時間對于電動出租車而言真的就是金錢，因此在出租車行業(yè)應(yīng)用換電模式雖然需要更高的成本進(jìn)行換電站設(shè)置，但在有出租車的體量保證和穩(wěn)定而迫切的能量補(bǔ)給需求下，換電模式顯現(xiàn)出比充電模式具有更強(qiáng)的盈利能力，動態(tài)投資回收期比充電模式更短。加上利用算法控制，在保證換電服務(wù)不受影響的情況下，對換下來的電池盡可能使用夜間低谷電價充電，動態(tài)投資回收期會更短。另外，南方電網(wǎng)公司、中國普天和比亞迪在深圳主導(dǎo)的充電模式中，由于大部分出租車駕駛?cè)硕紩x擇在固定的一些時間段（比如午休、交班前等）和一些特定的充電站（如市中心或交通便利處的充電站）進(jìn)行充電，這樣便會出現(xiàn)充電站突然爆滿的情況，再加上部分充電樁的損壞或充電位不足，爭搶充電樁的情況便會發(fā)生。由此可見，換電模式似乎在出租車領(lǐng)域更具有競爭力。但是，雖然換電模式具有更強(qiáng)的盈利能力，但這份利潤卻被換電服務(wù)商拿走了，傳統(tǒng)整車企業(yè)不但失去了銷售電池這一大塊蛋糕，連后續(xù)的換電服務(wù)營收都失去了，還要配合國家電網(wǎng)安全性、便準(zhǔn)不明的電池系統(tǒng)，自然是非常不愿意配合。因此在國家電網(wǎng)公司發(fā)布以換電模式為主的路線時，曾一度引發(fā)不少整車企業(yè)的反對，國家電網(wǎng)公司最終也只好選擇相對不太強(qiáng)勢的眾泰汽車作為合作伙伴。

2012年，國務(wù)院印發(fā)《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020年）》，確立了以充電為主的電動汽車發(fā)展方向。提出完善的充電設(shè)施是發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè)的重要保障，要科學(xué)規(guī)劃，加強(qiáng)技術(shù)開發(fā)，探索有效的商業(yè)運(yùn)營模式，積極推進(jìn)充電設(shè)施建設(shè)，適應(yīng)新能源汽車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的需要。迫于各方的壓力，國家電網(wǎng)公司也漸漸開始妥協(xié)。2015年1月10日，國家電網(wǎng)公司發(fā)起電動汽車“京滬行”活動，帶領(lǐng)北汽新能源、比亞迪公司、比亞迪-戴姆勒公司、東風(fēng)日產(chǎn)公司等4家整車企業(yè)組建由北汽EV200、比亞迪e6、騰勢、啟辰晨風(fēng)等純電動汽車組成的車隊，從上海嘉定安亭快充站出發(fā)，途徑上海、江蘇、山東、河北、天津、北京等6省（市），歷時4天，行程1 262 km，全程都使用充電樁，這預(yù)示著國家電網(wǎng)公司從換電模式的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)向充電模式，也意味著國家電網(wǎng)公司和整車企業(yè)轉(zhuǎn)為合作關(guān)系。而國內(nèi)首個高速公路跨城際快充網(wǎng)絡(luò)——京滬高速公路快充網(wǎng)絡(luò)也隨著這次活動的結(jié)束被證明已經(jīng)全線貫通。至此，曾經(jīng)在國家戰(zhàn)略上與充電模式平起平坐的換電模式也從戰(zhàn)略到執(zhí)行上全面退居充電模式之后，換電模式的發(fā)展暫時進(jìn)入低谷期。但在國家層面上，推行的電動汽車能源供給方式仍將采用充換電相結(jié)合的模式，換電模式作為一種重要的電動汽車發(fā)展的探索模式，依然受到國家的重視，國務(wù)院于2012年5月頒布的《節(jié)能與新能源汽車發(fā)展規(guī)劃2012-2020年》中，明確提出要探索新能源汽車及電池租賃、充換電服務(wù)等多種商業(yè)模式，并鼓勵成立獨(dú)立運(yùn)營的充換電企業(yè)，逐步實現(xiàn)充換電設(shè)施建設(shè)和管理的市場化、社會化。

從Better Place和國家電網(wǎng)公司這兩個例子可以看出，換電模式除了需要龐大的市場基礎(chǔ)和成熟的技術(shù)以外，還需要強(qiáng)大的整車整合能力才能不受整車企業(yè)的制約。那么是否打通上述瓶頸后，換電模式就可以順利突圍了呢？較之Better Place和國家電網(wǎng)公司，擁有核心技術(shù)、用戶群體、基礎(chǔ)設(shè)施和整車生產(chǎn)能力的特斯拉在2013年6月推出了換電池技術(shù)，其實特斯拉對換電池技術(shù)早已有鋪墊，從一開始設(shè)計和生產(chǎn)Model S時就考慮了換電池的功能。但是，較之特斯拉成熟的充電服務(wù)而言，換電模式的用戶體驗似乎非常不友好。一次換電服務(wù)的價格在60美元～80美元，比汽油車加油還貴，就更不要說面向已經(jīng)習(xí)慣了完全免費(fèi)的超級充電站服務(wù)的車主了。而用戶體驗更加不友好的是，還需要車主返回?fù)Q電站換回電池，如果不返回?fù)Q電站換回電池，就需要通過付費(fèi)郵寄的方式換回電池，如果不換回電池，則需要補(bǔ)上新舊電池的差價。而完全免費(fèi)的超級充電站服務(wù)的用戶體驗則要友好的多，大多數(shù)超級充電站設(shè)在高速公路的出入口和購物中心的邊上，非常方便。擁有核心技術(shù)、用戶群體、基礎(chǔ)設(shè)施和整車生產(chǎn)能力的特斯拉換電模式于是便敗在了糟糕的用戶體驗和應(yīng)用場景上。

目前，國內(nèi)采用換電模式的主要有3家企業(yè)——北汽新能源、浙江時空電動、重慶力帆。

北汽的換電模式是底盤換電，主要應(yīng)用在出租車上。電動汽車停在換電站后，工作人員操控按鈕，電動汽車底盤下方的升降機(jī)隨即升起，將位于車底部的舊電池取下并送入后臺，接著運(yùn)出一塊新電池并安裝好，整個過程大約只需3 min。2017年末，北汽新能源將建成充換電站200座，支撐3萬臺純電動汽車換電需求的規(guī)模；到2022年，北汽新能源的“擎天柱計劃”預(yù)計將投資100億元人民幣，在全國范圍內(nèi)建成3 000座光儲換電站，累計投放換電車輛50萬臺，梯次儲能電池利用超過5 GWh?！扒嫣熘媱潯本唧w將分為3個階段實施：第一階段（2016年～2017年），由北汽新能源、奧動新能源、出租車公司三方聯(lián)合共建換電站，初步組建公共出行運(yùn)營平臺和梯次儲能運(yùn)維平臺，組建以光儲能換電站為中心的城市級能源互聯(lián)網(wǎng)，建成換電站100座，運(yùn)營車輛超過4 000臺，實現(xiàn)梯次儲能電池綜合利用100 MWh（10萬度電）。第二階段（2018年～2020年），以北京、廈門、廣州、深圳、蘭州、西安、昆明、鄭州等城市輻射展開，組建各城市公共出行運(yùn)營平臺和梯次儲能運(yùn)維平臺，組建以光儲能換電站為中心的區(qū)域級能源互聯(lián)網(wǎng)，建成換電站1 000座，運(yùn)營車輛10萬臺，梯次儲能電池綜合利用1 GWh（100萬度電）。第三階段（2021年～2022年），在全國范圍內(nèi)開展，覆蓋全國主要城市及重點(diǎn)城鄉(xiāng)區(qū)域，組建以光儲能換電站為中心的全國范圍能源互聯(lián)網(wǎng)，建成光儲換電站3 000座，運(yùn)營車輛50萬臺，梯次儲能電池利用5 GWh。未來，換電模式還將進(jìn)化到3.0時代，將移動換電站升級為分布式可再生能源能量采集器，引入可再生能源企業(yè)，并依托互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)能量的最優(yōu)化利用。

浙江時空電動是側(cè)方換電，主要采用“網(wǎng)約車+換電站”模式，主要運(yùn)用在網(wǎng)約車、出租車、物流車上。“時空超級移動電網(wǎng)”換電站能做到輻射城區(qū)半徑5 km，為每天20 h跑在路上的車輛提供能源支持。目前分為手工換電站和半自動換電站兩種。半自動化換電站的場景很具未來感：從電動汽車進(jìn)入換電位置，工人通過操作半自動化的機(jī)械臂，從汽車電池倉位取出電池，再由機(jī)械臂將滿電電池插入汽車，全程只需3 min～5 min。

重慶力帆采用的分箱換電模式，主要用在分時租賃車上。力帆旗下控股品牌盼達(dá)用車的盼達(dá)換電模式具體運(yùn)行起來有2種：第一種場景是用戶把車開到能源站，由專業(yè)人員操作換電；第二種是電量低于40%之后，通過前裝的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)會自動生成訂單并派移動服務(wù)車前往。力帆主要采用的是分箱換電技術(shù)，“移峰填谷”是實現(xiàn)換電模式的關(guān)鍵之一。分箱換電的優(yōu)點(diǎn)有采用分布式電池溫控系統(tǒng)；具有多個充電接口；不改底盤結(jié)構(gòu)；封裝工藝簡單；封裝能量比高；標(biāo)準(zhǔn)化容易；可以即換即修。缺點(diǎn)是存在一定的安全隱患。2020年計劃興建500座能源站，服務(wù)100萬車主，盼達(dá)用車投放30萬輛新能源汽車，新推出21款新能源汽車。

除了北汽、力帆、時空電動正在如火如荼地開展換電模式外，蔚來汽車也將發(fā)布充換電新模式。此外，早在2008年，河南新鄉(xiāng)市就提出了“車電分離、換電為主”的電動汽車商業(yè)運(yùn)營模式，制定了國內(nèi)第一個“換電模式”的電動出租車商業(yè)運(yùn)營方案。2010年，通過整合科隆集團(tuán)、環(huán)宇集團(tuán)等本地電池企業(yè)和新能電動汽車公司成立新能出租車公司，按照“車電分離、裸車銷售、電池租賃”思路開展商業(yè)運(yùn)營，即“裸車”銷售、電池租賃；集中充電、分散配送；底部換電、自動快捷。

6.2.5換電模式面臨的難題

換電模式可以解決電動汽車目前所面臨的幾乎所有問題——續(xù)駛里程太短、充電時間太長、電池壽命短、整車價格太貴等等。換電模式還有一個好處，那就是可以隨著電池技術(shù)更新，電池容量會上升，就好像人們購買寬帶一樣，今年1 M包月100元，明年2 M包月100元，5年后運(yùn)營商說，所有寬帶免費(fèi)升級成光纖，這期間，對于用戶來說，升級成本接近于0。電動汽車換電池同理，購買電動汽車的用戶，可以免費(fèi)享受電池技術(shù)發(fā)展的紅利，剛購買的電動汽車可能只能跑120 km，5年后就能跑240 km了。而基于電池租賃的換電模式配合大規(guī)模集中型充電被認(rèn)為是當(dāng)前電動汽車發(fā)展具有競爭力的商業(yè)技術(shù)模式。這是由于首先采用電池租賃方式，由電網(wǎng)公司承擔(dān)電池的初期投資成本，可顯著降低用戶的初始購車費(fèi)用；其次對電池進(jìn)行集中充電可采取慢充方式，避免快充而引起的電池壽命縮短問題；第三，采用換電方式一般可在幾分鐘內(nèi)完成換電過程，即使與常規(guī)能源汽車相比，其便捷性也毫不遜色；第四對電池進(jìn)行集中充電管理可避免大規(guī)模電動汽車隨機(jī)充電對電網(wǎng)運(yùn)行帶來的不利影響，甚至可以根據(jù)電網(wǎng)需要，在統(tǒng)一管理的框架下進(jìn)行電池充電的優(yōu)化運(yùn)行。此外還可避免綠色能源損失，減少可再生能源發(fā)電成本。因此，雖然換電模式存在著要求電池等標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的問題，但是這并不妨礙其成為未來電動汽車可能的重要發(fā)展模式之一。

（1）通用性問題。一是電池的布置方案為題。各家整車企業(yè)的電池布置方案不一致，甚至一個企業(yè)的不同產(chǎn)品的電池布置方案都不一致，這導(dǎo)致實際換電電池的種類繁多，在實際操作過程中，僅能是某種車型在某些特性使用環(huán)境下進(jìn)行換電，所以企業(yè)或者集團(tuán)用戶是換電的首選客戶，但是僅限于區(qū)域運(yùn)營。二是通信及功能問題。各家整車企業(yè)電池的具體功能可能會有差異，而且通信協(xié)議由于是車輛內(nèi)部的CAN總線通信，各家整車企業(yè)的通信協(xié)議一致的可能性極低，除非國家出臺相關(guān)法律法規(guī)統(tǒng)一相關(guān)內(nèi)容。三是電池重量分配問題。電池包內(nèi)部布置方案不同可能會影響到整車的重量分配，可能會影響到車輛駕駛體驗。四是電池的安全性問題。相同的電池功能，不同的廠家可能在工藝及內(nèi)部控制方面不可能做到完全一致，質(zhì)量控制做得好的電池包自然成本會略高，但是涉及到用戶的安全，不是兒戲，后期的責(zé)任分擔(dān)可能是車企和電池企業(yè)扯皮的焦點(diǎn)。不同充放、不同規(guī)格、不同原理、不同廠家的不同質(zhì)量電池使換電服務(wù)提供商風(fēng)險驟增。

（2）換電需要對整車設(shè)計提出更高的要求。從電池包接插件的耐久性，到冷卻管路的處理，甚至換電時的車輛定位問題，目前都還沒有特別完美的解決方案。特別是連接器問題?；趽Q電技術(shù)的連接器往往都是定制（通用性做到后，那就是標(biāo)準(zhǔn)連接器），常見的連接器設(shè)計插拔次數(shù)的要求相對較低，一般汽車上的連接器大概是500次插拔的設(shè)計壽命，但電動汽車換電的話，一般設(shè)計壽命都要超過1萬次以上，加上一般電動汽車的設(shè)計工作電流往往都在100 A～200 A，這樣連接器的端子就會比較粗壯（為了保證端子之間的接觸面積，保證安全長時間通過電流）。一是端子接觸面積的問題。從宏觀角度來看，連接器插合后端子就可靠連接了，但如果仔細(xì)觀察大電流連接器的端子，可以看到母端端子實際接觸的主要是簧片，而端子之間可靠接觸與簧片和公端子之間的接觸面積相關(guān)，這主要可以通過接觸電阻進(jìn)行判斷，而接觸電阻受簧片形式、材料、鍍層等影響，接觸電阻會影響到端子發(fā)熱，如果溫度快速上升且熱量無法得到有效的散熱（一般連接器都要保證IP67的密封），端子殼體就有可能出現(xiàn)變形或其他安全隱患。不過一般在使用前期，該風(fēng)險是相對可控的，但長期使用后其風(fēng)險相對會較大，這要通過更換連接器去解決。二是端子的磨損及公差問題。對于頻繁插拔的連接器，插拔的磨損是不可忽略的，往往會影響到端子和簧片的鍍層，長期使用風(fēng)險大增大。連接器通用后，連接器就有可能是多個廠家生產(chǎn)的，但是各家的材質(zhì)、工藝不一樣，不同廠家的公差控制也會是一個相對難以控制的因素。三是帶電插拔問題。一般在設(shè)計快換插件的過程中，高壓端子相對信號類的端子都較長，在低壓信號中斷時，高壓接口便會切斷供電，這樣可有效防止用戶誤動作時（如車輛上電進(jìn)行快換）高壓端子出現(xiàn)電弧，對端子表面產(chǎn)生較大的破壞。不過該問題一般廠家都會考慮，因此風(fēng)險相對可控。

（3）車電分離問題。換電模式必須做到車電分離，但這不符合整車企業(yè)的利益。電池和傳統(tǒng)汽車的油箱不同，電池是占據(jù)了電動汽車成本50%左右的重要部件，更是電動汽車的核心部件，整車企業(yè)自然不肯放手電池的控制權(quán)。“車電分離”，要做到的不是技術(shù)上的分離，而是商業(yè)上的分離。用戶在購買電動汽車時，只購買裸車，不購買電池，這樣價格就會降低50%左右。那電池哪兒來呢？從運(yùn)營商那里租電池，租的電池只需要滿足行駛里程的需求即可，無論新舊，無論品牌，無論壽命，無論材質(zhì)。

（4）大量電池的統(tǒng)一集中充電，不符合電網(wǎng)利益。在傳統(tǒng)情況中，大規(guī)模用電必然是在線在網(wǎng)的，但電動汽車卻創(chuàng)造出了一個巨大的離網(wǎng)電能源應(yīng)用場景，必然對傳統(tǒng)電能源產(chǎn)業(yè)造成一定的沖擊。大家想想看，如果一個地方集中了幾百、上千的動力電池進(jìn)行統(tǒng)一充電，那么當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的壓力有多大，而電網(wǎng)在這種大規(guī)模的行業(yè)變動中，卻沒有任何利益可言，還要適應(yīng)環(huán)境投入建設(shè)和研發(fā)，純虧本生意。電網(wǎng)曾經(jīng)支持換電模式，是因為想把控電池。公交車換電模式大多是電網(wǎng)搞的，但電動汽車又是汽車行業(yè)的事情，乘用車是看市場不看行政的，第一次交鋒，在乘用車領(lǐng)域電網(wǎng)慘敗。

（5）電池技術(shù)與投資成本?，F(xiàn)階段電池產(chǎn)業(yè)處于發(fā)展初期，電池能量密度低，續(xù)航里程短，壽命周期短。在現(xiàn)有電池技術(shù)水平下推行換電方式，電池投資高，將會給能源供給企業(yè)帶來很大負(fù)擔(dān)。其實換電站推廣最困難的地方在于無法承受巨大的電池折舊成本。如果真正運(yùn)營起來，每個換電站至少配備1.2倍～1.5倍服務(wù)車次的電池數(shù)量。由于動力電池循環(huán)壽命低，換電站集中購買的一大批電池折舊成本過高，高頻次的換電池，電池使用3年～5年便無法繼續(xù)使用，換電模式相當(dāng)于把大批次電池折舊的巨大成本和衰減風(fēng)險都轉(zhuǎn)嫁給換電站，如果不是國家積極推，在目前的電池技術(shù)水平下，恐怕哪個企業(yè)都無法承受巨大的電池折舊成本。前面說特斯拉的換電服務(wù)不友好，價格比較貴，大家想想，建換電站的電池折舊成本如此之高，而且需要配備更多的電池以滿足使用，服務(wù)價格怎么能不貴呢？為什么Better Place最后失敗，而且Tesla僅僅將換電作為應(yīng)急手段，相信大家已經(jīng)有了答案。

（6）換電站需要的基礎(chǔ)設(shè)施比充電樁要求高。為了支持換電，需要對單個電池包而不是整車進(jìn)行快充，需要的電網(wǎng)功率大不說，如何存放這些電池包都是個問題，放不好就是炸彈。

（7）安全性與責(zé)任界定。換電模式的發(fā)展有可能徹底改變傳統(tǒng)汽車企業(yè)、能源企業(yè)和消費(fèi)者的三方結(jié)構(gòu)，而出現(xiàn)電池制造商和充電運(yùn)營商等參與方。在這種新興格局下，電池的日常維護(hù)工作由誰來承擔(dān)，當(dāng)出現(xiàn)安全問題時責(zé)任如何界定等都是有待解決的難題。

（8）換電模式標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)。不同廠家生產(chǎn)的電池和電動汽車都有所不同，包括尺寸、接口和布置方式等，這給換電模式的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化操作帶來了很大的困難，因此，亟需制定與換電模式相配套的標(biāo)準(zhǔn)體系。

（9）如何評價換好電池包的能量并按照電池包的能量來收費(fèi)。電池存儲的能量不像加油油量那樣可以很容易測得，但電量完全沒有一種公平的方法來測，或者說客戶沒有辦法去評估。而且可用電量和電池衰減、溫度有很大關(guān)系，尤其是電池衰減很難估測，可能只能等大數(shù)據(jù)分析成氣候了才能精確估計，但無論估測都有主觀嫌疑，不像油箱跳槍那么直觀。

在宋代的詞中，具有同樣效果的還有歐陽修的《踏莎行》：“寸寸柔腸，盈盈粉淚，樓高莫近危闌倚。平蕪盡處是春山，行人更在春山外。”倚欄而望，來排遣自己的閨怨愁苦之情。

（10）換電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。對于用戶而言，換電模式的主要優(yōu)勢在于其能源更新的便利性，但是在現(xiàn)實中其便利性更有賴于密集布點(diǎn)的規(guī)模化換電網(wǎng)絡(luò)，這也意味著超大規(guī)模的投資要求，在目前其商業(yè)模式可行性仍存疑的環(huán)境下，其規(guī)?；ㄔO(shè)也面臨著巨大的資金瓶頸。

（11）成本及費(fèi)用。動力電池包基本上都是以萬元為單位的。換電不無償?shù)?，電池壽命折損、充電費(fèi)用、充電設(shè)備使用費(fèi)、充電設(shè)備維護(hù)與維修費(fèi)用、換電設(shè)備費(fèi)用、換電人員人工費(fèi)、換電站適當(dāng)?shù)睦麧櫟鹊?，大概算算，一塊20 kWh的電池，按照按15 kWh/100 km計算，續(xù)航里程約為130 km，換電的費(fèi)用大約是41元/100 km。

（12）補(bǔ)貼分配問題。由于電動汽車和電池的成本很高，為促進(jìn)電動汽車的發(fā)展，國家將會提供一定形式的補(bǔ)貼。換電模式下，該補(bǔ)貼在汽車生產(chǎn)商、電池制造商及能源供給企業(yè)中如何分配，目前沒有明確的劃分方法。

換電模式雖然因為對外部環(huán)境要求高而擁有不少硬傷，但換電模式還是具有非常多充電模式所不具備吸引力的優(yōu)勢，譬如可以用來做儲能電站、削峰填谷、減少電網(wǎng)諧波、提高電網(wǎng)負(fù)荷率、可對電池進(jìn)行慢充延長電池使用壽命、可使用谷底電價進(jìn)行充電降低成本等。其實換電模式能很好地對充電模式的一些缺陷進(jìn)行補(bǔ)充，充換電并無孰優(yōu)孰劣之分，兩者更像是相輔相成的2套技術(shù)體系，各自的優(yōu)勢也決定了各自適用于不同的使用場景，只有找到適合的使用場景，便可以揚(yáng)長避短，充分發(fā)揮其優(yōu)勢。換電模式適合有固定里程的應(yīng)用場景，可以完美解決工具車輛運(yùn)營受限的問題。換電模式的潛在市場需求主要存在于以營運(yùn)為主的商用車輛（電動出租車、電動客車、電動物流車、電動公交車、電動通勤/專用車等），以營運(yùn)為主的車輛迫切需要極短的充/換電時間，因為時間就是金錢，因此，一旦運(yùn)營類公司能夠在車輛運(yùn)營時間方面獲得成本優(yōu)勢，換電模式就會存在優(yōu)勢，就具有潛在需求。除傳統(tǒng)的電池數(shù)據(jù)跟蹤外，換電模式可為電池服務(wù)帶來更多的可能性，如在區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)電池共享，通過統(tǒng)一充電管理，延長電池壽命；緩解里程焦慮，減少對電池容量的要求；可對電池進(jìn)行統(tǒng)一回收和梯次利用，為后續(xù)進(jìn)一步商業(yè)創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。在電動汽車發(fā)展初期，建議建立以分散停車位慢充為主的充電網(wǎng)絡(luò)，對公交、出租、環(huán)衛(wèi)等行駛習(xí)慣相對固定的用戶采用換電模式。換電模式的真正實施方式應(yīng)該是電池租賃模式，也可叫功能租賃模式，就是車主拿著一組電瓶使用后，總共花掉了多少瓦的功率，按功率數(shù)據(jù)算錢，當(dāng)然要有協(xié)議方式保證不能超放電。就要求電池上有自動記錄所執(zhí)行的功率數(shù)量，當(dāng)然，如果是快速放電或超放電情況出現(xiàn)時，電池要有自我保護(hù)系統(tǒng)。在產(chǎn)業(yè)發(fā)展成熟階段，適時推出換電為主、充電服務(wù)并存的能源供給模式。

6.3　無線充電模式（未來充電模式）

無論是使用16 A、10 A電流的傳統(tǒng)充電方式，還是使用高充電電流的快速充電，其都會受到“線的羈絆”，充電裝置及充電時使用的線路令其多少會受到場地制約，無線充電則在一定程度上解決了這個問題。

無線充電模式即無需通過電纜來傳遞能量。無線充電技術(shù)，即Wireless charging technology，是指具有電池的裝置不需要借助于電導(dǎo)線，利用電磁波感應(yīng)原理或者其他相關(guān)的交流感應(yīng)技術(shù)，在發(fā)送端和接收端用相應(yīng)的設(shè)備來發(fā)送和接收產(chǎn)生感應(yīng)的交流信號來進(jìn)行充電的一項技術(shù)，源于無線電力輸送技術(shù)。采用無線充電模式首先要在電動汽車上安裝車載感應(yīng)充電機(jī)，利用車載感應(yīng)充電機(jī)接收電能給電池充電，車輛的受電部分與供電部分沒有機(jī)械連接，但是需要受電體與供電體對接較為準(zhǔn)確。無線充電模式主要有電場感應(yīng)、電場耦合、磁共振和無線電波4種電能傳送模式。各種無線充電方式都有各自的特點(diǎn)，具體比較見表2所列。

當(dāng)前最成熟、最普遍的是電磁感應(yīng)式無線充電。其根本原理是利用電磁感應(yīng)原理，類似于變壓器，在發(fā)送端和接收端各有一個線圈，初級線圈上通一定頻率的交流電，由于電磁感應(yīng)在次級線圈中產(chǎn)生一定的電流，從而將能量從傳輸端轉(zhuǎn)移到接收端（圖15）。在電動汽車上無線方式傳輸電能主要是通過2個線圈（嵌入地面的發(fā)射線圈和置于車內(nèi)的接收線圈）之間產(chǎn)生的電感耦合進(jìn)行的，發(fā)送線圈內(nèi)的交流電形成電磁場，處于該磁場輻射范圍內(nèi)的接收線圈發(fā)生電磁感應(yīng)，產(chǎn)生電流 。

磁共振式無線充電也稱為近場諧振式無線充電，由能量發(fā)送裝置和能量接收裝置組成，當(dāng)2個裝置調(diào)整到相同頻率，或者說在一個特定的頻率上共振，它們就可以交換彼此的能量，其原理與聲音的共振原理相同，排列在磁場中的相同振動頻率的線圈，可從一個向另一個供電（圖16）。技術(shù)難點(diǎn)是小型化和高效率化，被認(rèn)為是將來最有希望廣泛應(yīng)用于電動汽車無線充電的一種方式。高通擬推出的無線充電技術(shù)Halo（圖17）就是采用磁共振原理，通過讓地面充電板的接受線圈與電動車充電板的發(fā)射線圈處于一個相同的頻率來傳輸能量。如圖18所示，磁共振無線充電技術(shù)主要由電源、發(fā)射面板、車載接收面板及控制器組成，無需任何的線纜鏈接，可確保更高的耦合系數(shù)，降低系統(tǒng)電流，實現(xiàn)更高效率和更高功率無線充電，現(xiàn)在Halo無線充電技術(shù)可達(dá)到90%以上的充電效率。這種利用電磁波進(jìn)行電力傳輸?shù)募夹g(shù)可以在一定程度上減少充電站的資金、場地投入，由于不需要充電電纜，而且支持各種類型的電池，車主充電也可以更加靈活方便。此外，磁共振的能量損失低，充電效率可達(dá)到90%，這個效率甚至高于線纜充電。從上述可見，Halo技術(shù)的推廣顯然需要2個條件，一是有充足的充電站提供地面充電板，二是電動車要配置接受充電板。對于第一點(diǎn)，高通已經(jīng)有了動作。2017年3月，高通宣布注資英國最大的電動汽車充電服務(wù)商——Chargemaster。這家充電服務(wù)商目前已在英國及歐洲等地相繼建成超過1萬個同時可兼容無線充電的網(wǎng)點(diǎn)，有了這些網(wǎng)點(diǎn)的支持，高通的目標(biāo)就實現(xiàn)了50%。高通與Brusa的交易則有助高通實現(xiàn)第二點(diǎn)。此前高通已經(jīng)與梅賽德斯奔馳的母公司戴姆勒集團(tuán)簽署戰(zhàn)略協(xié)作關(guān)系，將Halo系統(tǒng)引入其電動汽車內(nèi)。但畢竟這只是一個廠商，而Brusa是全球首款車載電動汽車充電器的制造商，通過與Brusa的合作，高通可以讓更多的廠商車型支持自己的技術(shù)。Brusa表示，目前已與若干領(lǐng)先汽車制造商商談，準(zhǔn)備在不久的未來引入無線充電技術(shù)。

表2　各種無線充電方式的特點(diǎn)

圖15　電磁感應(yīng)式無線充電原理

圖16　磁共振式無線充電示意圖

圖17　高通的磁共振無線充電裝置Halo

圖18　磁共振無線充電技術(shù)的組成

無線電波式無線充電的基本原理類似于早期使用的礦石收音機(jī)，主要有微波發(fā)射裝置和微波接收裝置組成。典型的是20世紀(jì)60年代布朗（William C. Brown）的微波輸電系統(tǒng)，整個傳輸系統(tǒng)包括微波源、發(fā)射天線、接收天線3部分；微波源內(nèi)有磁控管，能控制源在2. 45 GHz頻段輸出一定的功率；發(fā)射天線是64個縫隙的天線陣，接收天線擁有25%的收集和轉(zhuǎn)換效率。

電場耦合式無線充電則是利用通過沿垂直方向耦合的兩組非對稱偶極子而產(chǎn)生的感應(yīng)電場來傳輸電能，其基本原理是通過電場將電能從發(fā)送端轉(zhuǎn)移到接收端，具有抗水平錯位能力較強(qiáng)的特點(diǎn)。

現(xiàn)在無奈受制于技術(shù)成熟度和基礎(chǔ)設(shè)備的限制，無線充電技術(shù)暫時沒有大批量產(chǎn)應(yīng)用。業(yè)內(nèi)主流的無線充電技術(shù)主要采用電磁感應(yīng)和磁共振方式傳遞電能，但磁共振方式充電效率更高，而且磁場輻射強(qiáng)度更低，更重要的一點(diǎn)是其送電線圈與受電線圈無需對得非常齊，這一點(diǎn)是電磁感應(yīng)所不及的。

無線充電模式未來應(yīng)用的前景無法估量，肯定的是不再是現(xiàn)階段“偽”無線充電那樣需要停在固定位置進(jìn)行充電，電能可能來自于路面鋪裝的供電系統(tǒng)，或者來自于汽車上接受的電磁波能量。未來電動汽車充電的發(fā)展必定會脫離線束的捆綁，實現(xiàn)邊行駛邊充電，充電便不會再是電動汽車發(fā)展的絆腳石。