然而，電動車充電站部署成本非常昂貴。Tesla認為，投資充電基礎設施是打開電動車市場，搶下市占率的關鍵所在，因此Tesla在這方面有相當大的著墨，但既有汽車品牌則從不為建立充電站網路而煩惱，他們主要仰仗商業機構部署充電基礎設施。但不論車廠採取何種策略，有線電動車充電站能否快速普及，跟電動車/充電設施互聯介面的標準化，會有很高的關聯性。因為，標準化才能讓充電設施為各品牌電動車提供充電服務，進而提高投資效益。
無線充電技術流派多 MCR將成EV最佳解
無線充電不必考慮實體連接器的限制，對實現汎用型充電設備能帶來很大的幫助，但由於一些不真實的迷思傳播，導致市場認為這種技術對於電動車不切實際，因此市場採用速度一直很慢。這些迷思包括：缺乏電動車無線充電行業標準、功率傳輸效率較低、充電時間長等。但由於無線充電技術流派眾多，各有不同的特性跟應用限制，因此，直接斷言無線充電不適合應用在EV上，是有些以偏概全的。
有幾種方式可以無線傳輸能量，每種方式具有不同實施標準、傳輸效率和傳輸距離。幾年前，智慧手機等一些消費性設備已經開始使用緊湊型的無線充電板。但是，為智慧手機充電的電氣要求與電動車有很大不同，因此，消費性產品跟電動車使用的無線充電技術，不宜混為一談。
消費性產品所使用的無線充電有兩種基本方法：電感式或電容式。電感式方法可以採用近場電磁技術，利用兩個線圈之間磁通量來傳輸能量。電容式方法則是令兩個板之間的電場產生耦合，基本上形成一個大電容器。兩種無線功率傳輸(WPT)相對效率都旗鼓相當，並且理論效率均可達到85~95%，接近有線充電效率。但是它們受到基本相同實際條件限制，即理想功率傳輸距離大概只有幾公分。
對EV充電應用而言，要使處在停車位表面上的線圈或充電板，與安裝在車輛底部類似線圈或充電板之間，距離如此貼近，是不切實際的。因為車輛懸吊系統從滿載到空載的垂直高度差，可能達數十公分。而且，EV停放的位置要非常精準，才能與充電板形成理想耦合，達到最佳充電效率，這使得系統必須額外設置停車感測器來引導駕駛員，除了添加成本，對車主而言也不方便。
對電動車而言，磁耦合共振(MCR)是遠比電感或電容式技術更理想的選擇。MCR技術透過磁場，在兩個諧振線圈之間傳遞能量，且發送和接收線圈都以相同諧振頻率操作，從而實現更高能量傳輸效率。電容器和電阻器等阻抗匹配元件用於補償各個諧振器架構物理差異，並調整電路以實現最佳功率傳輸(圖1)。最重要是，這種技術實際傳輸距離明顯優於近場方法。
MCR無線功率傳輸技術正在電動車行業得到業者廣泛採用，其中包括EVTricity等重要公司。與其他無線充電技術相較，這種技術具有許多優勢，見圖2。
寬能隙元件讓MCR充電器更具優勢
MCR無線功率傳輸系統示例功能方塊圖如圖3所示。功率放大器和逆變器驅動模組可以採用最新基於GaN或SiC制程寬能隙(WBG)功率半導體技術。寬能隙半導體比矽元件更耐高溫，具有高達10倍擊穿電壓特性，並且能夠以比同類矽半導體元件更高開關頻率操作。自從第一批寬能隙元件進入市場以來，服務於汽車市場的大多數半導體供應商，均已針對閘極驅動和功率轉換應用提供寬能隙功率電晶體。
相較矽MOSFET元件，寬能隙元件的導通阻抗低很多，可降低高達100倍，因此具有更低開關損耗特性。寬能帶隙元件通常體積較小，因此佔用PCB空間較小。由於它們可以在更高開關頻率下操作，因此能夠採用體積更小被動元件，從而進一步減小PCB整體尺寸。
而且，由於傳導損耗降低，轉換效率提高，並且散發廢熱減少，能夠進一步節省額外空間。適用于電動車功率轉換應用寬能帶組件包括UnitedSiC HYPERLINK的SiC FET和英飛凌(Infineon)的CoolFET系列SiC MOSFET元件。
在充電系統和車輛內部系統之間還需要建立藍牙通訊鏈路，以報告電動車充電狀態、充電電壓和電流等訊息，並回饋充電進度以便使特定充電板充電效率最大化。充電器和車輛之間訊號處理功能可使系統運作保持在所需諧振頻率和最大功率傳輸效率點。
MCR技術已有應用案例 標準化快速跟進
採用無線技術給電動車充電概念並不新奇。一些大學已經與領先汽車製造商進行合作，例如紐西蘭奧克蘭大學(University of Auckland, New Zealand)正在進行的項目展示了一個共振充電試驗，在2011年即能夠實現30公分距離、220W無線充電功率和95％傳輸效率。
該專案最初採用由高通(Qualcomm)開發的HaloIPT技術，這項技術之後於2019年出售給WiTricity。在2018年，BMW將WiTricity磁耦合諧振無線功率傳輸技術整合到客製版BMW530e車型(圖4)中，在8公分氣隙下實現了85％傳輸效率。無線充電板可提供3.2kW充電功率，可在大約3.5個小時內完成汽車9.2kWh電池充電。
伴隨人們對無線充電興趣不斷提高，而且MCR技術已被證明行之有效，汽車行業希望標準化機構SAE International來引導該技術未來發展。基於WiTricity磁共振耦合技術之標準制定已經於2012年開始。SAE J2954標準目前處於高階發展階段，該標準規定了電動車無線功率傳輸細則，並有望在2020年底之前最終確定。J2954規定了三種充電速度：WPT 1、2和3，最大充電功率分別為3.7kW、7.7kW和11kW。為了滿足卡車和公共交通等商用車輛對更高容量能量傳輸需求，標準J2954/2可容許500kW充電功率。
一些政府舉措也帶動了無線充電技術研發，以解決消費者對於續航里程和電動車更高價位點擔憂，從而推動電動車進一步普及。歐洲綠色車輛倡議(European Green Vehicles Initiativ，UNPLUGGED)始於2014年，一直在與行業夥伴進行合作，已經在歐洲建立了兩個測試和開發中心，並正在研究行駛途中充電可能性。
MCR技術即將改變EV充電方式
MCR技術看來將會極大改變電動車的充電方法。儘管業界廣泛使用術語「無線」，但磁共振只是一種無線充電方法，並未使用任何射頻技術來傳輸能量。透過在主要道路上特殊車道上為電動車充電，可以為電動車採用和開發帶來更顯著優勢，能夠減少車主對於續航里程焦慮，電動車製造商也可以降低電池容量，從而能夠節省成本，並減輕車身重量。
(本文作者任職於貿澤電子)
