電動(dòng)汽車無(wú)線充電產(chǎn)業(yè)化當(dāng)前主要任務(wù)及長(zhǎng)期目標(biāo)

電動(dòng)汽車無(wú)線充電產(chǎn)業(yè)化當(dāng)前主要任務(wù)及長(zhǎng)期目標(biāo)

隨著國(guó)內(nèi)外各車企的量產(chǎn)規(guī)劃時(shí)間逐步臨近以及標(biāo)準(zhǔn)化程度的不斷完善，電動(dòng)汽車無(wú)線充電產(chǎn)業(yè)化將逐步實(shí)現(xiàn)。結(jié)合無(wú)線充電產(chǎn)業(yè)狀態(tài)及未來(lái)產(chǎn)業(yè)演進(jìn)過(guò)程，仍然存在一些問(wèn)題需要解決，包括當(dāng)前的系統(tǒng)充電頻率、標(biāo)準(zhǔn)體系、互聯(lián)互通等問(wèn)題，也存在一些長(zhǎng)期目標(biāo)需要不斷地完善，包括了系統(tǒng)效率、安全、成本以及商業(yè)模式等。

1 當(dāng)前主要任務(wù)

1.1 確定充電頻率

電動(dòng)汽車無(wú)線充電是通過(guò)原、副邊線圈產(chǎn)生的高頻交變電磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)電能的無(wú)線傳輸，因此，需要在原邊線圈施加高頻電流激勵(lì)，該電流的頻率即為充電頻率。根據(jù)ISO 19363、IEC 61980系列以及國(guó)內(nèi)開展的電動(dòng)汽車無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)化工作，電動(dòng)汽車無(wú)線充電行業(yè)內(nèi)達(dá)成共識(shí)，將79～90 kHz作為乘用車無(wú)線充電的充電頻率，該頻率段涉及到頻率劃分問(wèn)題。

頻率劃分一般是指把某個(gè)特定的頻帶列入頻率劃分表，規(guī)定該頻帶可在指定的條件下供一種或多種地面或空間無(wú)線電通信業(yè)務(wù)或射電天文業(yè)務(wù)使用的過(guò)程。一般情況下，頻率劃分是針對(duì)無(wú)線電業(yè)務(wù)展開，而按照ITU國(guó)際無(wú)線電規(guī)則頻率劃分，目前各種無(wú)線業(yè)務(wù)可以使用的頻率范圍為9 kHz～ 275 GHz。因此，電動(dòng)汽車無(wú)線充電的頻率也屬于頻率劃分的范圍。

頻率劃分作為管理的核心，是無(wú)線電頻率管理部門最重要和最基本的頻率管理政策文件，由此而形成的《中華人民共和國(guó)頻率劃分規(guī)定》是國(guó)家進(jìn)行中長(zhǎng)期頻率規(guī)劃的重要依據(jù)，是利用無(wú)線電頻率資源的基礎(chǔ)。為加速使中國(guó)無(wú)線電頻率劃分適應(yīng)國(guó)際、國(guó)內(nèi)電信新環(huán)境，與國(guó)際接軌，必須首先保證中國(guó)“無(wú)線電頻率劃分規(guī)定”與國(guó)際電聯(lián)(ITU)世界無(wú)線電通信大會(huì)(WRC)確定的國(guó)際無(wú)線電規(guī)則(Radio regulation)相接軌。頻率劃分的原則包括：

(1) 統(tǒng)籌考慮各類無(wú)線電業(yè)務(wù)的實(shí)際需求，在規(guī)劃新業(yè)務(wù)、新技術(shù)的頻譜需求時(shí)，充分考慮我國(guó)頻譜使用的現(xiàn)實(shí)狀況，盡力做到既鼓勵(lì)采用新技術(shù)又不脫離實(shí)際；

(2) 選擇技術(shù)成熟、先進(jìn)可靠的標(biāo)準(zhǔn)和體制，積極支持頻譜利用率高、協(xié)議開放的通信方式，既要保護(hù)民族工業(yè)又要鼓勵(lì)不同廠商、不同體制間的競(jìng)爭(zhēng)；

(3) 深入研究各類業(yè)務(wù)之間的電磁兼容特性及頻率共用的可能性，以提高頻譜利用率，同時(shí)還要兼顧長(zhǎng)遠(yuǎn)需求，使同一頻段上的新舊業(yè)務(wù)之間實(shí)現(xiàn)平滑過(guò)渡。

因此，無(wú)線充電頻率劃分的核心課題為與其他無(wú)線電業(yè)務(wù)之間的共存問(wèn)題，現(xiàn)有的《中華人民共和國(guó)頻率劃分規(guī)定》中，與電動(dòng)汽車無(wú)線充電頻率接近的頻率段使用情況如下表所示。

電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)的頻率共存問(wèn)題可分為同頻共存、鄰頻共存以及倍頻共存3類情況。

對(duì)于同頻共存，在79～90 kHz，目前的主要業(yè)務(wù)為無(wú)線電導(dǎo)航和水上移動(dòng)業(yè)務(wù)，我國(guó)在79～90 kHz無(wú)具體業(yè)務(wù)，因此電動(dòng)汽車無(wú)線充電與同頻段業(yè)務(wù)不存在干擾問(wèn)題。

對(duì)于鄰頻共存，在90～120 kHz，存在LORAN C導(dǎo)航系統(tǒng)業(yè)務(wù)，經(jīng)測(cè)試驗(yàn)證，并在ITU會(huì)議上討論之后確認(rèn)，無(wú)線充電業(yè)務(wù)與LORAN C導(dǎo)航業(yè)務(wù)不存在干擾。

對(duì)于倍頻共存，電動(dòng)汽車無(wú)線充電的7～19次諧波與526.5～1 606.5 kHz的廣播業(yè)務(wù)頻率存在同頻或鄰頻情況，該頻率段的廣播主要為中波廣播業(yè)務(wù)，目前ITU正在組織開展電動(dòng)汽車無(wú)線充電與中波廣播業(yè)務(wù)的共存問(wèn)題研究。

在2015年召開的WRC大會(huì)中，明確將無(wú)線充電的頻率劃分作為一項(xiàng)重要的研究課題。最終，在2019年10月召開的WRC-19(世界無(wú)線電大會(huì)2019)上全球范圍內(nèi)就EV WPT的頻段達(dá)成一致意見，在國(guó)際電聯(lián)的建議書中明確提出EV WPT使用的兩段高功率候選頻段19～25、60 kHz頻段(55～57 kHz和63～65 kHz)，以及一個(gè)中功率候選頻段79～90 kHz，并指出只要EV WPT無(wú)用發(fā)射得到嚴(yán)格控制，在各頻段內(nèi)的操作與現(xiàn)有無(wú)線電通信業(yè)務(wù)，如固定、水上移動(dòng)、標(biāo)準(zhǔn)頻率和時(shí)間信號(hào)、無(wú)線電導(dǎo)航、無(wú)線電定位等是可以兼容的，但仍然需要通過(guò)進(jìn)一步研究來(lái)確定確切的限值和減緩技術(shù)以及潛在的其他問(wèn)題。WRC-19大會(huì)形成了須保護(hù)無(wú)線電通信業(yè)務(wù)不受EV WPT干擾，并在ITU-R 210/1議題繼續(xù)開展研究的一致結(jié)論。該議題的結(jié)論將指導(dǎo)ITU-R在EV WPT方面的研究工作，并促進(jìn)EV WPT產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步健康發(fā)展。

表1 中華人民共和國(guó)頻率劃分規(guī)定(部分)

2 完善行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)涉及到充電安全、互操作性、通信協(xié)議、功能規(guī)范以及系統(tǒng)性能指標(biāo)等多方面內(nèi)容。完善的標(biāo)準(zhǔn)體系是支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必要基準(zhǔn)，目前正在編制的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為8項(xiàng)，其中已報(bào)批的4項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)分別為：

通用要求：包括分類、測(cè)量原則、設(shè)備安裝方式、環(huán)境測(cè)試要求、安全要求、結(jié)構(gòu)要求等基礎(chǔ)需求類要求規(guī)范。

通信協(xié)議：包括充電流程(公共應(yīng)用、私人應(yīng)用2類)、接口消息定義、參數(shù)定義等充電過(guò)程中的架構(gòu)要求規(guī)范。

特殊要求：包括性能要求(效率、功率等級(jí)、離地間隙、偏移等)、功能要求(充電功能、待機(jī)喚醒、故障處理、人機(jī)交互等)、技術(shù)要求(電磁環(huán)境、電擊防護(hù)、絕緣強(qiáng)度、耐碾壓能力等)、測(cè)試方法等基礎(chǔ)需求類要求規(guī)范。

電磁環(huán)境安全：包括電磁環(huán)境安全限值、電磁場(chǎng)曝露測(cè)試方法、電磁環(huán)境安全結(jié)果評(píng)定等安全要求規(guī)范。

另外，在2018—2019年啟動(dòng)了4項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的編制，分別為電磁兼容性要求及測(cè)試方法、互操作性要求及測(cè)試方法—地面端、互操作性要求及測(cè)試方法—車輛端、商用車應(yīng)用特殊要求。

結(jié)合產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進(jìn)程，目前正在制定的互操作要求及測(cè)試方法的地面端、車輛端2部分標(biāo)準(zhǔn)是保證無(wú)線充電在公共應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)用的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。而對(duì)于私人應(yīng)用場(chǎng)景，滿足通用要求、特殊要求、電磁環(huán)境安全、電磁兼容性等幾項(xiàng)安全類和性能類標(biāo)準(zhǔn)即可，無(wú)需進(jìn)行互操作性的測(cè)試。

《電動(dòng)汽車充換電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)體系(2019版)》中提出了關(guān)于無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)體系的規(guī)劃，結(jié)合目前已立項(xiàng)的標(biāo)準(zhǔn)，體系共包含19項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，涉及到系統(tǒng)與設(shè)備、接口、檢測(cè)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)、建設(shè)運(yùn)營(yíng)共5大類。我國(guó)無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)將按照4步走建設(shè)：一是優(yōu)先制定無(wú)線充電的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，為產(chǎn)業(yè)提供發(fā)展環(huán)境；二是加快制定無(wú)線充電互操作標(biāo)準(zhǔn)，為產(chǎn)業(yè)提供應(yīng)用條件；三是制定無(wú)線充電產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，為產(chǎn)業(yè)提供推廣基礎(chǔ)；四是制定無(wú)線充電運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)，為產(chǎn)業(yè)提供服務(wù)準(zhǔn)則。目前?；A(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)基本建立，正在建立互操作標(biāo)準(zhǔn)，試點(diǎn)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合無(wú)線充電產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，支撐和推動(dòng)無(wú)線充電技術(shù)的推廣和應(yīng)用。

完善的標(biāo)準(zhǔn)體系能夠有效指導(dǎo)無(wú)線充電產(chǎn)品的研制、完善產(chǎn)品設(shè)備的測(cè)試方法、形成產(chǎn)品建設(shè)及運(yùn)營(yíng)規(guī)范、支撐產(chǎn)品應(yīng)用推廣，因此標(biāo)準(zhǔn)體系的完善是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車無(wú)線充電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。

3 促進(jìn)互聯(lián)互通

電動(dòng)汽車無(wú)線充電產(chǎn)業(yè)的互聯(lián)互通包括2類，分別是無(wú)線充電系統(tǒng)原、副邊設(shè)備之間的互聯(lián)互通以及無(wú)線充電系統(tǒng)與現(xiàn)有充電運(yùn)營(yíng)體系之間的互聯(lián)互通。

系統(tǒng)原、副邊設(shè)備之間的互聯(lián)互通以互操作性相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)形成的規(guī)范為基準(zhǔn)，原、副邊設(shè)備產(chǎn)品研制和測(cè)試參照互操作性標(biāo)準(zhǔn)，可保證不同廠商、不同車型原、副邊設(shè)備的互聯(lián)互通。原、副邊設(shè)備之間的互操作性“接口”規(guī)范包括電氣“接口”、通信互操“接口”、磁場(chǎng)“接口”等，由于原、副邊設(shè)備之間無(wú)物理接觸，因此以上“接口”均為非接觸接口，需通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化約定“接口”定義，進(jìn)而保證原、副邊設(shè)備之間的互聯(lián)互通。

無(wú)線充電與現(xiàn)有傳導(dǎo)充電運(yùn)營(yíng)管理之間的互聯(lián)互通需區(qū)分無(wú)線充電與傳導(dǎo)充電的運(yùn)營(yíng)管理之間的異同，基于現(xiàn)有的傳導(dǎo)充電運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)及規(guī)則，兼容無(wú)線充電運(yùn)營(yíng)管理的相同的功能，包括設(shè)備監(jiān)控、計(jì)量計(jì)費(fèi)、用戶權(quán)限、日志管理、數(shù)據(jù)庫(kù)等，增加無(wú)線充電運(yùn)營(yíng)管理中特有的因素，包括告警信息管理、人機(jī)界面管理、系統(tǒng)性能管理、設(shè)備配置管理、設(shè)備認(rèn)證鑒權(quán)管理等。目前，《電動(dòng)汽車充換電服務(wù)信息交換》中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)系列標(biāo)準(zhǔn)包含10個(gè)部分，規(guī)定了充電設(shè)施備、充電服務(wù)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)以及不同運(yùn)營(yíng)商間的接口及通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，是實(shí)現(xiàn)充電漫游的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)線充電與傳導(dǎo)充電的運(yùn)營(yíng)管理之間的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)可在《電動(dòng)汽車充換電服務(wù)信息交換第6部分：充換電設(shè)備接入服務(wù)平臺(tái)接口規(guī)范》進(jìn)行完善，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電與傳導(dǎo)充電都能滿足充電服務(wù)互聯(lián)互通目標(biāo)。

互聯(lián)互通是無(wú)線充電產(chǎn)業(yè)能夠在公共應(yīng)用領(lǐng)域銷售、運(yùn)行、經(jīng)營(yíng)以及維保的關(guān)鍵，是推動(dòng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模化應(yīng)用的核心環(huán)節(jié)。

4 長(zhǎng)期目標(biāo)

4.1 降低設(shè)備成本

不同品牌的不同車型，對(duì)無(wú)線充電設(shè)備的最低成本要求不同，對(duì)于售價(jià)越低的車型，其對(duì)無(wú)線充電設(shè)備成本要求越高，因此，為擴(kuò)大無(wú)線充電設(shè)備的車型配置范圍，持續(xù)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模增長(zhǎng)式發(fā)展，在保證產(chǎn)品質(zhì)量和安全性的前提下，降低設(shè)備成本是整個(gè)行業(yè)發(fā)展過(guò)程中需要持續(xù)關(guān)注的重點(diǎn)。

無(wú)線充電設(shè)備的降成本可分為圖1所示的三個(gè)大階段。

圖1 無(wú)線充電設(shè)備成本趨勢(shì)

在行業(yè)初期，電動(dòng)汽車無(wú)線充電出貨量較少，且自動(dòng)泊車以及自動(dòng)駕駛技術(shù)未在電動(dòng)汽車普及應(yīng)用，無(wú)線充電系統(tǒng)設(shè)備成本較高，較大地限制了無(wú)線充電系統(tǒng)裝車對(duì)象，僅適用于中高端車型。但隨著無(wú)線充電設(shè)備應(yīng)用的出現(xiàn)，且出貨量到達(dá)萬(wàn)級(jí)別，無(wú)線充電設(shè)備的部分成本(如結(jié)構(gòu)件開模成本等)均攤壓力減小，且隨出貨量不斷增加，無(wú)線充電設(shè)備本將快速下降。

隨著行業(yè)不斷發(fā)展，無(wú)線充電設(shè)備成本將出現(xiàn)一定幅度的降低，且產(chǎn)業(yè)鏈開始逐漸出現(xiàn)規(guī)?；唵危瑢⒊霈F(xiàn)較多無(wú)線充電設(shè)備的器件及模塊供應(yīng)商，設(shè)備物料將出現(xiàn)一次較大幅度的降低，且設(shè)備生產(chǎn)工藝逐漸成熟，生產(chǎn)成本也將出現(xiàn)較大幅度降低，無(wú)線充電將適用于部分中端車輛和固定應(yīng)用場(chǎng)景車輛應(yīng)用，如AVP、共享汽車等車輛的應(yīng)用。

在行業(yè)穩(wěn)定階段，隨著無(wú)線充電設(shè)備的物料和生產(chǎn)成本降低，無(wú)線充電系統(tǒng)設(shè)備的成本將覆蓋大部分市場(chǎng)中的電動(dòng)車輛的成本需求，且無(wú)線充電行業(yè)上下游產(chǎn)業(yè)鏈逐漸成熟，設(shè)備成本將比較小的幅度下降至趨于穩(wěn)定。

具體的，無(wú)線充電系統(tǒng)設(shè)備主要分為生產(chǎn)成本和物料成本，生產(chǎn)成本隨著規(guī)模化的展開將逐漸降低，對(duì)于物料成本目前系統(tǒng)設(shè)備的成本主要集中在以下幾方面。

功率器件：包括SiC開關(guān)器件、整流二極管、濾波電感等；

磁芯：包括原、副邊線圈的磁芯；

線圈繞組：包括原、副邊線圈的利茲線繞組；

補(bǔ)償電容：包括原、副邊補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中的補(bǔ)償電容；

結(jié)構(gòu)件相關(guān)：包括設(shè)備殼體、接插件、灌膠膠水等。

在規(guī)模化應(yīng)用之前，結(jié)構(gòu)件相關(guān)材料、線圈繞組、磁芯、補(bǔ)償電容以及SiC器件等幾部分材料的成本較高，隨著設(shè)備的規(guī)?；N售，這幾部分設(shè)備材料的成本將呈現(xiàn)較大幅度的降低。

4.2 提高充電效率

作為系統(tǒng)的核心指標(biāo)，系統(tǒng)充電效率的提升是無(wú)線充電理論技術(shù)研究和工程技術(shù)研究不斷追求的目標(biāo)。足夠高的系統(tǒng)效率將具備以下優(yōu)勢(shì)：

用戶充電成本低；

系統(tǒng)熱損低，部件體積降低；

漏磁減小，電磁環(huán)境污染降低。

電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)的充電效率是指系統(tǒng)輸出側(cè)(一般是指車輛動(dòng)力電池或電氣設(shè)備)的輸出功率與系統(tǒng)輸入側(cè)(一般是指AV 50 Hz的電網(wǎng)輸出)輸入功率的比值。

在設(shè)定系統(tǒng)效率指標(biāo)時(shí)，一般會(huì)分為兩類場(chǎng)景，一類為私人應(yīng)用場(chǎng)景，即同一個(gè)設(shè)備廠商提供的固定功率等級(jí)、離地間隙的地面設(shè)備和車載設(shè)備；另一類為公共應(yīng)用場(chǎng)景，即不同設(shè)備廠商提供的不固定功率等級(jí)、離地間隙的地面設(shè)備和車載設(shè)備。在相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的系統(tǒng)效率為公共應(yīng)用場(chǎng)景下的系統(tǒng)效率，即需考慮互操作性的系統(tǒng)效率。

2019年6月，在中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)的組織下，由中國(guó)電力科學(xué)研究院牽頭完成了國(guó)內(nèi)兩個(gè)設(shè)備廠商之間互操作性測(cè)試，即地面設(shè)備、車載設(shè)備為兩個(gè)不同廠商生產(chǎn)。本次測(cè)試的結(jié)論是，在任意偏移條件下，輸出功率為滿載、50%載、75%載的情況下，系統(tǒng)效率均在89%～93%，且在滿載輸出狀態(tài)下，任意偏移條件下，系統(tǒng)效率平穩(wěn)，可保持在90%以上。以上測(cè)試說(shuō)明，在公共應(yīng)用場(chǎng)景下，無(wú)線充電系統(tǒng)的效率可最大可達(dá)到93%，正常充電狀態(tài)下的效率可超過(guò)90%，效率逼近傳導(dǎo)充電。

無(wú)線充電系統(tǒng)效率的提升需關(guān)乎系統(tǒng)各個(gè)層面設(shè)計(jì)，具體如圖2所示。

圖2 與系統(tǒng)效率提升的相關(guān)技術(shù)

4.3 確保充電安全

無(wú)線充電系統(tǒng)安全包括圖3所示的6個(gè)部分。

圖3 無(wú)線充電安全分類

(1) 熱安全

熱安全是電動(dòng)汽車充電設(shè)施的核心安全問(wèn)題，相對(duì)于傳導(dǎo)充電，無(wú)線充電在供電電源和用電設(shè)備直接無(wú)直接的物理連接，因此，無(wú)線充電充電接口的熱安全問(wèn)題相對(duì)更能夠得到有效保障。

無(wú)線充電的熱安全問(wèn)題主要在于解決各個(gè)功率環(huán)節(jié)的溫升問(wèn)題，主要包括功率轉(zhuǎn)換部件和電磁耦合機(jī)構(gòu)部件，通過(guò)系統(tǒng)參數(shù)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)置各部件的輸入輸出電流大小限值，并在地面設(shè)備附加風(fēng)冷和自然冷、在車載設(shè)備附加液冷或自然冷的散熱措施，能夠有效保證無(wú)線充電的熱安全。

(2) 電氣安全

無(wú)線充電的電氣安全主要包括電擊防護(hù)、安規(guī)等方面，具體包括直接接觸防護(hù)、能量存儲(chǔ)(電容)、保護(hù)導(dǎo)體、漏電流、絕緣電阻、絕緣強(qiáng)度、防雷擊等方面。無(wú)線充電該部分安全要求與常用的充電設(shè)備相同，遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)即可保障。

(3) 機(jī)械安全

無(wú)線充電的機(jī)械安全主要包括設(shè)備的IP等級(jí)、原邊設(shè)備耐碾壓、車載設(shè)備耐振動(dòng)耐沖擊等方面。

對(duì)于原邊的非車載功率組件(壁掛設(shè)備)，其IP等級(jí)要求不低于IP54，原邊設(shè)備(線圈部分)IP等級(jí)要求不低于IP67(公共路段不低于IP68)，車載設(shè)備的IP等級(jí)要求不低于IP68。

原邊設(shè)備(含線纜)的耐碾壓按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范設(shè)計(jì)，可保證設(shè)備在車輛的碾壓下仍不影響整車使用。

車載設(shè)備一般安裝在車輛底盤，因此需安裝車輛部件的標(biāo)準(zhǔn)要求，具備防振動(dòng)、防沖擊以及防濺射等功能。

(4) 通信安全

無(wú)線充電的通信安全主要包括設(shè)備可信認(rèn)證、數(shù)據(jù)交互安全等幾部分。

設(shè)備可信認(rèn)證是保證無(wú)線充電系統(tǒng)各部件設(shè)備“身份可信”的核心方法，在公共應(yīng)用場(chǎng)合，由于無(wú)線充電系統(tǒng)原副邊設(shè)備無(wú)物理接口，因此需要原副邊設(shè)備均為通過(guò)互操作性測(cè)試的設(shè)備，才可保證系統(tǒng)充電安全。在充電流程過(guò)程中，需從原副邊設(shè)備認(rèn)證流程、兼容性檢測(cè)流程兩方面，從運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備兩個(gè)層面，以密鑰的方式進(jìn)行可信認(rèn)證確保設(shè)備身份可信。

無(wú)線充電數(shù)據(jù)交互安全包括原副邊充電流程數(shù)據(jù)交互、車載設(shè)備與車輛數(shù)據(jù)交互以及地面設(shè)備與運(yùn)營(yíng)平臺(tái)數(shù)據(jù)交互安全三個(gè)層面，進(jìn)而避免數(shù)據(jù)交互過(guò)程中被偽造、竊聽、拒絕服務(wù)以及重放等攻擊。其中原副邊充電的通信通過(guò)WIFI進(jìn)行，車載設(shè)備與車輛的通信通過(guò)CAN進(jìn)行，地面設(shè)備與運(yùn)營(yíng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)可通過(guò)WIFI或4G/5G進(jìn)行。對(duì)于原副邊設(shè)備通信以及地面設(shè)備與運(yùn)營(yíng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)交互，一般可采用傳輸層安全協(xié)議(TLS)保證數(shù)據(jù)交互的安全性。

(5) 電磁安全

電磁安全主要包括EMC和EMF(電磁場(chǎng)曝露)兩部分。

對(duì)于EMC，在傳導(dǎo)和高頻輻射要求部分依照現(xiàn)有的充電設(shè)備的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置的限值進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)及測(cè)試即可，此外也需考慮本章節(jié)的充電頻率中與現(xiàn)有業(yè)務(wù)之間的共存問(wèn)題。對(duì)于9～50 kHz的低頻段輻射要求，目前CISPR 11正在制定相關(guān)的限值要求以及測(cè)試方法，無(wú)線充電系統(tǒng)在低頻段的輻射要求需滿足該標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置的限值。

對(duì)于EMF，目的是保證人或者內(nèi)置醫(yī)療器械曝露在電磁環(huán)境中的安全，具體EMF防護(hù)區(qū)域分類如圖4所示。

圖4 EMF防護(hù)區(qū)域分類

其中保護(hù)區(qū)域1、2，制造商宜采取合理措施，可以采取的措施包括：

(1) 控制主動(dòng)或被動(dòng)進(jìn)入保護(hù)區(qū)域；

(2) 在進(jìn)入可能發(fā)生這種曝露的區(qū)域之前進(jìn)行檢測(cè)和關(guān)閉；

(3) 使曝露符合保護(hù)區(qū)域3a的電磁場(chǎng)限值。

保護(hù)區(qū)域3、保護(hù)區(qū)域4和非車載功率組件：電磁場(chǎng)應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置的限值。對(duì)于人曝露的限值為27 μT，內(nèi)置醫(yī)療器械的曝露限值為15 μT。

(4) 功能安全

功能安全功能安全是依賴于系統(tǒng)或設(shè)備對(duì)輸入的正確操作，它是全部安全的一部分。當(dāng)每一個(gè)特定的安全功能獲得實(shí)現(xiàn)，并且每一個(gè)安全功能必需的性能等級(jí)被滿足的時(shí)候，功能安全目標(biāo)就達(dá)到了。無(wú)線充電的功能安全主要包括故障防護(hù)、FOD、LOD三個(gè)方面。其中故障防護(hù)與其他充電基礎(chǔ)設(shè)施類似，包括短路、開路、空載、過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)溫等方面。FOD和LOD屬于無(wú)線充電特有的功能防護(hù)安全類型。

FOD是防止在高頻電磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生溫升甚至燃火的物體在傳能區(qū)域內(nèi)發(fā)生溫升、燃火的風(fēng)險(xiǎn)。典型的異物類型在SAE J2954和IEC 61980-3中已經(jīng)規(guī)定，F(xiàn)OD功能是無(wú)線充電系統(tǒng)必須具備的功能，當(dāng)檢測(cè)到由溫升或者燃火物體在傳能區(qū)域內(nèi)，應(yīng)采取停機(jī)或者降低功率傳輸?shù)拇胧?/p>

LOD是防止活物特別是人進(jìn)入EMF保護(hù)區(qū)域1、2的功能，是無(wú)線充電推廣過(guò)程中宜具備的功能，但建議系統(tǒng)需具備的功能。當(dāng)檢測(cè)到有活物進(jìn)入EMF超過(guò)限值的區(qū)域，應(yīng)采取停機(jī)或者降低功率傳輸?shù)拇胧?/p>

另一個(gè)方面，對(duì)于車載設(shè)備，應(yīng)由設(shè)備制造商和車企共同協(xié)商，基于ISO 26262《道路車輛功能安全》的規(guī)范，開展功能安全設(shè)計(jì)相關(guān)工作。

5 探索商業(yè)模式

在行業(yè)初期，無(wú)線充電系統(tǒng)的成本較高，需探索合適的商業(yè)模式推動(dòng)無(wú)線充電的市場(chǎng)推動(dòng)。

在電動(dòng)汽車無(wú)線充電產(chǎn)業(yè)化逐漸完善，形成規(guī)模之后，可能存在的商業(yè)模式包括以下幾個(gè)方面：

(1) 無(wú)線充電設(shè)備銷售

在行業(yè)初期可能存在兩類設(shè)備銷售模式，第一類為私人應(yīng)用場(chǎng)景下地面設(shè)備和車載設(shè)備綁定銷售，另一類為公共應(yīng)用場(chǎng)景下地面設(shè)備和車載設(shè)備分別銷售。對(duì)于設(shè)備銷售模式，參與者為設(shè)備制造商、車廠、4S店以及用戶，瓶頸在于產(chǎn)業(yè)化前期設(shè)備成本較高。

(2) 無(wú)線充電設(shè)備運(yùn)營(yíng)

對(duì)于公共應(yīng)用場(chǎng)景，地面設(shè)備需進(jìn)行局部統(tǒng)一運(yùn)營(yíng)。而在行業(yè)初期，無(wú)線充電地面設(shè)備成本較高，且充電功率較小，該模式的盈利方法需要進(jìn)一步探索。

(3) 專用場(chǎng)合定制

在AVP、共享汽車等車輛運(yùn)營(yíng)領(lǐng)域，對(duì)無(wú)線充電的需求較為明確，且存在運(yùn)營(yíng)統(tǒng)一、需求一致、車型相對(duì)統(tǒng)一、充電集中等特征，可對(duì)無(wú)線充電進(jìn)行定制，部分無(wú)線充電系統(tǒng)功能可簡(jiǎn)化，無(wú)線充電設(shè)備的成本可降低，是無(wú)線充電行業(yè)初期能夠規(guī)模推動(dòng)的一種模式。

(4) 知識(shí)產(chǎn)權(quán)運(yùn)營(yíng)

該商業(yè)模式僅對(duì)于行業(yè)內(nèi)少數(shù)基礎(chǔ)知識(shí)產(chǎn)權(quán)積累豐富的公司適用，該模式下，有兩種盈利模式，第一類為技術(shù)方案的銷售，第二類為設(shè)備銷售時(shí)收取專利費(fèi)用。

技術(shù)方案銷售模式的成立，這是由電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)較龐大且技術(shù)門檻較高決定的。對(duì)于一個(gè)需要快速進(jìn)入無(wú)線充電行業(yè)，且沒(méi)有無(wú)線充電技術(shù)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的公司，為降低技術(shù)開發(fā)周期，提高產(chǎn)業(yè)開發(fā)成熟度，將對(duì)成熟的無(wú)線充電技術(shù)方案形成較大的需求，因此行業(yè)內(nèi)可形成技術(shù)方案銷售商的公司模式。

對(duì)于第二類專利費(fèi)用收取的盈利模式，需要運(yùn)營(yíng)主體具備強(qiáng)大的專利積累，且運(yùn)營(yíng)主體的專利技術(shù)是市場(chǎng)中銷售的產(chǎn)品必然會(huì)用到的技術(shù)。此外運(yùn)營(yíng)主體還需要強(qiáng)大的技術(shù)支撐團(tuán)隊(duì)以及法規(guī)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的持續(xù)運(yùn)營(yíng)。

(5) 充電設(shè)備租賃及共享

對(duì)于車載設(shè)備和地面設(shè)備分開銷售的場(chǎng)景，由于地面設(shè)備的成本較高，用戶可通過(guò)地面設(shè)備租賃或共享的方式進(jìn)行使用。

在地面設(shè)備租賃模式下，用戶可分期承擔(dān)部分設(shè)備費(fèi)用，也可通過(guò)充電量抵扣設(shè)備租賃費(fèi)用的模式降低用戶的租賃費(fèi)用。而對(duì)于地面設(shè)備租賃和充電運(yùn)營(yíng)企業(yè)，可通過(guò)以上模式增加車輛采用無(wú)線充電的充電量，可將地面設(shè)備部分費(fèi)用壓力向用戶轉(zhuǎn)移，且設(shè)備所有權(quán)仍保留。

在地面設(shè)備共享模式下，多個(gè)用戶共同承擔(dān)地面設(shè)備的購(gòu)買費(fèi)用，共同享有設(shè)備所有權(quán)，對(duì)于地面設(shè)備銷售及運(yùn)營(yíng)企業(yè)，需做好共享人群的規(guī)劃(如按地域規(guī)劃、按工作場(chǎng)所規(guī)劃等)，并做好設(shè)備的運(yùn)營(yíng)。

(6) 發(fā)展支撐領(lǐng)域

電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)是電網(wǎng)、整車緊關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)，其系統(tǒng)較龐大，涉及功能較多，產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)較長(zhǎng)。除設(shè)備整機(jī)的生產(chǎn)、銷售之外，還存在標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的功能產(chǎn)品支撐的應(yīng)用，如引導(dǎo)對(duì)齊功能可與自動(dòng)泊車功能模塊相互支撐，異物/生物檢測(cè)模塊可形成標(biāo)準(zhǔn)化模塊生產(chǎn)銷售等。

此外，系統(tǒng)的測(cè)試也需要較多的支撐設(shè)備，如互操作性測(cè)試需要自動(dòng)化數(shù)字化的測(cè)試臺(tái)架、線圈損耗部分需特定頻率段的高精度功率分析儀、異物/生物檢測(cè)需要智能測(cè)試臺(tái)架等，以上的支撐設(shè)備也具有較大的市場(chǎng)需求。

在電動(dòng)汽車無(wú)線充電產(chǎn)業(yè)化前期，車輛、地面設(shè)備布局完善需要較長(zhǎng)的周期、系統(tǒng)設(shè)備成本較高等問(wèn)題，需要探索更多的商業(yè)模式，保障消費(fèi)者的利益，降低設(shè)備生產(chǎn)、銷售及運(yùn)營(yíng)商的投資風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步推動(dòng)消費(fèi)者購(gòu)買無(wú)線充電車輛的意愿，促進(jìn)更多企業(yè)加入無(wú)線充電行業(yè)，有效加速產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。