簡(jiǎn)析電動(dòng)車(chē)動(dòng)態(tài)充電技術(shù)

充電對于電動(dòng)汽車(chē)來(lái)說(shuō)像是Bug一樣的存在，如果有一天，電動(dòng)汽車(chē)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。

看到這里大家應該都明白今天要討論的主題了，無(wú)線(xiàn)充電。不過(guò)不同于停在車(chē)位里的無(wú)線(xiàn)充電，我們今天要討論的是邊開(kāi)車(chē)邊充電的技術(shù)。當然了它還有一個(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”，因為可以隨時(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(xiàn)充電可以邊開(kāi)邊充，減少時(shí)間成本。最后解決了續航里程問(wèn)題，電動(dòng)汽車(chē)的續航里程被無(wú)線(xiàn)拉長(cháng)，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)現起來(lái)并不難，我們先來(lái)了解一下它的原理。

一、無(wú)線(xiàn)充電是怎么回事?

還是從無(wú)線(xiàn)充電說(shuō)起。我們知道無(wú)線(xiàn)充電靠的是電流和磁場(chǎng)，電和磁這對相愛(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(guān)察到一段導線(xiàn)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，將導線(xiàn)圍成環(huán)狀，甚至繞成線(xiàn)圈，產(chǎn)生的磁場(chǎng)將會(huì )更強、更集中，這稱(chēng)為電流磁效應。

1831年法拉第發(fā)現，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(xiàn)圈，線(xiàn)圈上就會(huì )產(chǎn)生感應電流，這稱(chēng)為電磁感應。

那么如何讓電和磁發(fā)生作用，穩定地給我們輸出電流呢?

我們需要兩個(gè)線(xiàn)圈，把一個(gè)線(xiàn)圈通上電，那么這個(gè)線(xiàn)圈周?chē)陀辛舜艌?chǎng);接著(zhù)我們將另一個(gè)線(xiàn)圈靠過(guò)去，那么這個(gè)線(xiàn)圈就有了電流。電流引導到電池內，就可以完成無(wú)線(xiàn)充電了。

運用到汽車(chē)領(lǐng)域，這就是電磁感應式無(wú)線(xiàn)充電。

我們給位于地面的線(xiàn)圈通上交流電，隨著(zhù)電流大小和方向的改變，線(xiàn)圈周?chē)拇艌?chǎng)強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(xiàn)圈就處在一個(gè)不斷變化的磁場(chǎng)中，線(xiàn)圈內部會(huì )產(chǎn)生一個(gè)交互電流，通過(guò)一系列電路整流后，實(shí)現給電池充電。

二、被逼出強迫癥的無(wú)線(xiàn)充電

電磁感應式無(wú)線(xiàn)充電是各大汽車(chē)公司在研究無(wú)線(xiàn)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無(wú)線(xiàn)充電的車(chē)型。

在停車(chē)位上會(huì )有個(gè)長(cháng)得像是墊子一樣的東西，其實(shí)它是一個(gè)初級線(xiàn)圈，用來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)?？捎糜跓o(wú)線(xiàn)充電的車(chē)輛底盤(pán)也會(huì )有一個(gè)線(xiàn)圈，我們稱(chēng)之為次級線(xiàn)圈，用來(lái)產(chǎn)生電流。

不過(guò)電磁感應式無(wú)線(xiàn)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(xiàn)圈必須“嚴絲合縫”地相對，一旦發(fā)生偏差，電流就不會(huì )產(chǎn)生。

所以這樣的技術(shù)往往需要搭配精準的自動(dòng)泊車(chē)技術(shù)，要讓車(chē)輛正好停在無(wú)線(xiàn)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迫癥的節奏。

于是，科學(xué)家們就研究另一種無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)，那就是磁場(chǎng)共振無(wú)線(xiàn)充電。我們知道當兩個(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，就是初級線(xiàn)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)，然后讓次級線(xiàn)圈磁場(chǎng)的振動(dòng)頻率與之相同，產(chǎn)生共振，最終實(shí)現能量轉移。

2007年，麻省理工學(xué)院的研究團隊通過(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，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)的次級線(xiàn)圈。停車(chē)位上有一個(gè)諧振磁場(chǎng)，當它們都按照相同的頻率振動(dòng)時(shí)，次級線(xiàn)圈就能將諧振磁場(chǎng)的電流轉換過(guò)來(lái)。

這個(gè)無(wú)線(xiàn)供電系統的輸出功率為2kW。使用頻帶是在國際上取得共識的85kHz，電力傳輸效率約為80%。

在這個(gè)驗證實(shí)驗中，地面的諧振磁場(chǎng)與車(chē)輛底部的次級線(xiàn)圈的距離約為15cm左右。水平錯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(xiàn)充電系統，名為Halo，不過(guò)也停留在靜態(tài)無(wú)線(xiàn)充電。

采用磁共振效應實(shí)現地面充電墊與電動(dòng)車(chē)充電板之間的能量傳輸，這套充電系統功率可達20kW，充滿(mǎn)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雷諾全電動(dòng)的Kangoo廂式貨車(chē)完成了動(dòng)態(tài)無(wú)線(xiàn)充電道路測試。

兩輛電動(dòng)汽車(chē)按照不同速度，行駛在這條100m長(cháng)的道路上，同時(shí)完成了充電。測試中，Kango測試車(chē)的時(shí)速達到100km/h，最大充電功率能達到20kW。

高通建設的這條長(cháng)100m的道路測試包含4塊能量供給單元，每個(gè)單元負責25m道路的電量供應。同時(shí)，每25m長(cháng)的能量段擁有與14個(gè)子模塊，內含線(xiàn)圈和能量轉換電路。

至于成本問(wèn)題，雷諾、法國電力公司和法國北部高速公路公司的一項研究指出，建設動(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，韓國科學(xué)技術(shù)院(KAIST)就在南部龜尾市的火車(chē)站建設了一條12km長(cháng)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)現無(wú)線(xiàn)充電。

說(shuō)完了國外，我們國家在無(wú)線(xiàn)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(xiàn)充電示范線(xiàn)的測試。

無(wú)線(xiàn)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(cháng)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，公路的電流能否負荷多輛車(chē)進(jìn)行充電?另外還有道路的監測和養護。這些都是無(wú)線(xiàn)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)邊充電絕對不是癡人說(shuō)夢(mèng)。

編輯點(diǎn)評：以目前的技術(shù)，要想實(shí)現邊開(kāi)車(chē)邊給電動(dòng)汽車(chē)充電，需要對道路進(jìn)行改造，有很多人認為造價(jià)太貴，得不償失。不過(guò)任何先進(jìn)的科技，都是伴隨著(zhù)爭議發(fā)展起來(lái)的。讓科學(xué)家們的腦洞再大一點(diǎn)吧，也許有一天充電可以真的可以像WIFI一樣方便、快捷。