充電對(duì)于電動(dòng)汽車來說像是Bug一樣的存在,如果有一天,電動(dòng)汽車擺脫充電樁的束縛,不用到處找充電樁,充電比加油還方便那該有多好。

  看到這里大家應(yīng)該都明白今天要討論的主題了,無線充電。不過不同于停在車位里的無線充電,我們今天要討論的是邊開車邊充電的技術(shù)。當(dāng)然了它還有一個(gè)非常學(xué)術(shù)的名稱,叫做電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)充電(DEVC)技術(shù)。

  想象一下,電動(dòng)汽車不用刻意充電,每天開在路上就能充電,帶來的好處多多。首先可以給電池“減負(fù)”,因?yàn)榭梢噪S時(shí)隨地給車充電,所以大容量的電池不那么必要了,車輛的載重也隨之下降。

  其次充電再也無需等待,現(xiàn)在電動(dòng)汽車充電始終無法做到像汽油車加油一樣方便,而無線充電可以邊開邊充,減少時(shí)間成本。最后解決了續(xù)航里程問題,電動(dòng)汽車的續(xù)航里程被無線拉長(zhǎng),里程焦慮問題不存在了。

  聽起來挺天方夜譚的?其實(shí)從理論上來說,它實(shí)現(xiàn)起來并不難,我們先來了解一下它的原理。

  一、無線充電是怎么回事?

  還是從無線充電說起。我們知道無線充電靠的是電流和磁場(chǎng),電和磁這對(duì)相愛相殺的CP,經(jīng)常在一起搞事情。

  1819年,丹麥科學(xué)家奧斯特觀察到一段導(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)來源靠近一段沒有電流的線圈,線圈上就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,這稱為電磁感應(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)線圈周圍就有了磁場(chǎng);接著我們將另一個(gè)線圈靠過去,那么這個(gè)線圈就有了電流。電流引導(dǎo)到電池內(nèi),就可以完成無線充電了。

  運(yùn)用到汽車領(lǐng)域,這就是電磁感應(yīng)式無線充電。

  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,線圈周圍的磁場(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)車輛底盤的線圈就處在一個(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)迫癥的無線充電

  電磁感應(yīng)式無線充電是各大汽車公司在研究無線充電初期比較喜歡采用的技術(shù)。

  奔馳、奧迪、沃爾沃等汽車公司都曾經(jīng)研究出一批電磁感應(yīng)無線充電的車型。

  在停車位上會(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,用來產(chǎn)生磁場(chǎng)?？捎糜跓o線充電的車輛底盤也會(huì)有一個(gè)線圈,我們稱之為次級(jí)線圈,用來產(chǎn)生電流。

  不過電磁感應(yīng)式無線充電有一個(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)泊車技術(shù),要讓車輛正好停在無線充電的墊子上方。

  聽起來就覺得很麻煩是不是?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線充電技術(shù),那就是磁場(chǎng)共振無線充電。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)通過一個(gè)電磁共振器成功點(diǎn)亮了一個(gè)2m開外的60W燈泡。

  在汽車領(lǐng)域,豐田在2012年就做過實(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)換過來。

  這個(gè)無線供電系統(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)推出過無線充電系統(tǒng),名為Halo,不過也停留在靜態(tài)無線充電。

  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)汽車動(dòng)起來

  如果將充電墊或者說是諧振磁場(chǎng)放到道路里,那么車輛就可以實(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廂式貨車完成了動(dòng)態(tài)無線充電道路測(cè)試。

  兩輛電動(dòng)汽車按照不同速度,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400萬歐元/km(雙車道),價(jià)格可以說是相當(dāng)昂貴了。

  如此“金貴”的道路看來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)公交車就是利用磁場(chǎng)共振實(shí)現(xiàn)無線充電。

  說完了國(guó)外,我們國(guó)家在無線動(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、湖北等地展開無線充電示范線的測(cè)試。

  無線動(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題還沒有解決,比如車輛的兼容性能否一致,道路是開放的還是封閉的,公路的電流能否負(fù)荷多輛車進(jìn)行充電?另外還有道路的監(jiān)測(cè)和養(yǎng)護(hù)。這些都是無線動(dòng)態(tài)充電的攔路虎,不過科技總是在不斷發(fā)展的,相信科技的力量,充電的難題總會(huì)解決。電動(dòng)汽車邊開邊充電絕對(duì)不是癡人說夢(mèng)。