看到這里大家應(yīng)該都明白今天要討論的主題了,無(wú)線充電。不過(guò)不同于停在車(chē)位里的無(wú)線充電,我們今天要討論的是邊開(kāi)車(chē)邊充電的技術(shù)。當(dāng)然了它還有一個(gè)非常學(xué)術(shù)的名稱(chēng),叫做電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)態(tài)充電(DEVC)技術(shù)。
想象一下,電動(dòng)汽車(chē)不用刻意充電,每天開(kāi)在路上就能充電,帶來(lái)的好處多多。首先可以給電池“減負(fù)”,因?yàn)榭梢噪S時(shí)隨地給車(chē)充電,所以大容量的電池不那么必要了,車(chē)輛的載重也隨之下降。
其次充電再也無(wú)需等待,現(xiàn)在電動(dòng)汽車(chē)充電始終無(wú)法做到像汽油車(chē)加油一樣方便,而無(wú)線充電可以邊開(kāi)邊充,減少時(shí)間成本。最后解決了續(xù)航里程問(wèn)題,電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程被無(wú)線拉長(zhǎng),里程焦慮問(wèn)題不存在了。
聽(tīng)起來(lái)挺天方夜譚的?其實(shí)從理論上來(lái)說(shuō),它實(shí)現(xiàn)起來(lái)并不難,我們先來(lái)了解一下它的原理。
一、無(wú)線充電是怎么回事?
還是從無(wú)線充電說(shuō)起。我們知道無(wú)線充電靠的是電流和磁場(chǎng),電和磁這對(duì)相愛(ài)相殺的CP,經(jīng)常在一起搞事情。
1819年,丹麥科學(xué)家?jiàn)W斯特觀察到一段導(dǎo)線上如果通有電流,四周就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。后來(lái)人們發(fā)現(xiàn),將導(dǎo)線圍成環(huán)狀,甚至繞成線圈,產(chǎn)生的磁場(chǎng)將會(huì)更強(qiáng)、更集中,這稱(chēng)為電流磁效應(yīng)。
1831年法拉第發(fā)現(xiàn),如果讓一塊磁鐵或其他的磁場(chǎng)來(lái)源靠近一段沒(méi)有電流的線圈,線圈上就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,這稱(chēng)為電磁感應(yīng)。
那么如何讓電和磁發(fā)生作用,穩(wěn)定地給我們輸出電流呢?
我們需要兩個(gè)線圈,把一個(gè)線圈通上電,那么這個(gè)線圈周?chē)陀辛舜艌?chǎng);接著我們將另一個(gè)線圈靠過(guò)去,那么這個(gè)線圈就有了電流。電流引導(dǎo)到電池內(nèi),就可以完成無(wú)線充電了。
運(yùn)用到汽車(chē)領(lǐng)域,這就是電磁感應(yīng)式無(wú)線充電。
我們給位于地面的線圈通上交流電,隨著電流大小和方向的改變,線圈周?chē)拇艌?chǎng)強(qiáng)弱和方向也不斷改變,形成一個(gè)交互磁場(chǎng)。這時(shí)車(chē)輛底盤(pán)的線圈就處在一個(gè)不斷變化的磁場(chǎng)中,線圈內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交互電流,通過(guò)一系列電路整流后,實(shí)現(xiàn)給電池充電。
二、被逼出強(qiáng)迫癥的無(wú)線充電
電磁感應(yīng)式無(wú)線充電是各大汽車(chē)公司在研究無(wú)線充電初期比較喜歡采用的技術(shù)。
奔馳、奧迪、沃爾沃等汽車(chē)公司都曾經(jīng)研究出一批電磁感應(yīng)無(wú)線充電的車(chē)型。
在停車(chē)位上會(huì)有個(gè)長(zhǎng)得像是墊子一樣的東西,其實(shí)它是一個(gè)初級(jí)線圈,用來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)。可用于無(wú)線充電的車(chē)輛底盤(pán)也會(huì)有一個(gè)線圈,我們稱(chēng)之為次級(jí)線圈,用來(lái)產(chǎn)生電流。
不過(guò)電磁感應(yīng)式無(wú)線充電有一個(gè)很大的弊端,那就是距離。這種技術(shù)想要產(chǎn)生電流,兩個(gè)線圈必須“嚴(yán)絲合縫”地相對(duì),一旦發(fā)生偏差,電流就不會(huì)產(chǎn)生。
所以這樣的技術(shù)往往需要搭配精準(zhǔn)的自動(dòng)泊車(chē)技術(shù),要讓車(chē)輛正好停在無(wú)線充電的墊子上方。
聽(tīng)起來(lái)就覺(jué)得很麻煩是不是?這是要讓人人都練成處女座加強(qiáng)迫癥的節(jié)奏。
于是,科學(xué)家們就研究另一種無(wú)線充電技術(shù),那就是磁場(chǎng)共振無(wú)線充電。我們知道當(dāng)兩個(gè)物體采用相同的振動(dòng)頻率,或者說(shuō)在一個(gè)特定的頻率上共振,它們就可以交換彼此的能量。
磁場(chǎng)共振,就是初級(jí)線圈產(chǎn)生一個(gè)以固定頻率振動(dòng)的磁場(chǎng)即諧振磁場(chǎng),然后讓次級(jí)線圈磁場(chǎng)的振動(dòng)頻率與之相同,產(chǎn)生共振,最終實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移。
2007年,麻省理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)一個(gè)電磁共振器成功點(diǎn)亮了一個(gè)2m開(kāi)外的60W燈泡。
在汽車(chē)領(lǐng)域,豐田在2012年就做過(guò)實(shí)驗(yàn),在一輛插電式混合動(dòng)力的普銳斯上,增加了一個(gè)可按照一定頻率振動(dòng)的次級(jí)線圈。停車(chē)位上有一個(gè)諧振磁場(chǎng),當(dāng)它們都按照相同的頻率振動(dòng)時(shí),次級(jí)線圈就能將諧振磁場(chǎng)的電流轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)。
這個(gè)無(wú)線供電系統(tǒng)的輸出功率為2kW。使用頻帶是在國(guó)際上取得共識(shí)的85kHz,電力傳輸效率約為80%。
在這個(gè)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中,地面的諧振磁場(chǎng)與車(chē)輛底部的次級(jí)線圈的距離約為15cm左右。水平錯(cuò)位的最大允許范圍是一條輪胎的寬度(20cm左右)。
高通也曾經(jīng)推出過(guò)無(wú)線充電系統(tǒng),名為Halo,不過(guò)也停留在靜態(tài)無(wú)線充電。
采用磁共振效應(yīng)實(shí)現(xiàn)地面充電墊與電動(dòng)車(chē)充電板之間的能量傳輸,這套充電系統(tǒng)功率可達(dá)20kW,充滿85kWh的特斯拉MODEL S P85的電池組大約需要5h。
三、讓電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)起來(lái)
如果將充電墊或者說(shuō)是諧振磁場(chǎng)放到道路里,那么車(chē)輛就可以實(shí)現(xiàn)邊跑邊充電了,從此告別充電樁。
在今年5月份的時(shí)候,高通在巴黎使用一臺(tái)雷諾全電動(dòng)的Kangoo廂式貨車(chē)完成了動(dòng)態(tài)無(wú)線充電道路測(cè)試。
兩輛電動(dòng)汽車(chē)按照不同速度,行駛在這條100m長(zhǎng)的道路上,同時(shí)完成了充電。測(cè)試中,Kango測(cè)試車(chē)的時(shí)速達(dá)到100km/h,最大充電功率能達(dá)到20kW。
高通建設(shè)的這條長(zhǎng)100m的道路測(cè)試包含4塊能量供給單元,每個(gè)單元負(fù)責(zé)25m道路的電量供應(yīng)。同時(shí),每25m長(zhǎng)的能量段擁有與14個(gè)子模塊,內(nèi)含線圈和能量轉(zhuǎn)換電路。
至于成本問(wèn)題,雷諾、法國(guó)電力公司和法國(guó)北部高速公路公司的一項(xiàng)研究指出,建設(shè)動(dòng)態(tài)充電道路的成本為400萬(wàn)歐元/km(雙車(chē)道),價(jià)格可以說(shuō)是相當(dāng)昂貴了。
如此“金貴”的道路看來(lái)只能先在公交道上普及了。在韓國(guó),韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院(KAIST)就在南部龜尾市的火車(chē)站建設(shè)了一條12km長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)充電道路,跑在上面的電動(dòng)公交車(chē)就是利用磁場(chǎng)共振實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電。
說(shuō)完了國(guó)外,我們國(guó)家在無(wú)線動(dòng)態(tài)充電上的研究也不落人后。比較知名的有中興通訊,目前已經(jīng)在重慶、湖北等地展開(kāi)無(wú)線充電示范線的測(cè)試。
無(wú)線動(dòng)態(tài)充電目前還處在研究狀態(tài)中,離大面積普及還有很長(zhǎng)的一段距離。隨便一想就有一大堆問(wèn)題還沒(méi)有解決,比如車(chē)輛的兼容性能否一致,道路是開(kāi)放的還是封閉的,公路的電流能否負(fù)荷多輛車(chē)進(jìn)行充電?另外還有道路的監(jiān)測(cè)和養(yǎng)護(hù)。
這些都是無(wú)線動(dòng)態(tài)充電的攔路虎,不過(guò)科技總是在不斷發(fā)展的,相信科技的力量,充電的難題總會(huì)解決。電動(dòng)汽車(chē)邊開(kāi)邊充電絕對(duì)不是癡人說(shuō)夢(mèng)。
