可充電池的充電原理介紹

　　1 引言

　　隨著(zhù)我國經(jīng)濟迅速發(fā)展， 國家相應的優(yōu)惠政策、補貼政策、以舊換新政策等一系列政策的能源汽出臺， 進(jìn)一步促進(jìn)了私家汽車(chē)增加。國際上，能源與環(huán)境已成為當前全球最為關(guān)注的問(wèn)題，能源的緊缺與替代、環(huán)境的污染與保護共同促使了環(huán)保新車(chē)的大力發(fā)展。

　　電動(dòng)汽車(chē)是首先發(fā)展起來(lái)的一種環(huán)保新能源汽車(chē)，包括蓄電池電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)和燃料電池電動(dòng)汽車(chē)。其中，燃料電池電動(dòng)汽車(chē)是作為未來(lái)主流發(fā)展的環(huán)保新能源汽車(chē)，但其技術(shù)尚處于研發(fā)階段，成本過(guò)高；混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的電力補給主要來(lái)自?xún)热紮C帶動(dòng)的發(fā)電機， 在能源危機下只能是一個(gè)過(guò)渡產(chǎn)品。而本文主要研究的是純蓄電池電動(dòng)汽車(chē)。

　　蓄電池電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)已經(jīng)基本成熟，很多廠(chǎng)商已經(jīng)在大力生產(chǎn)， 各地也在進(jìn)行充電站的建設。但蓄電池電動(dòng)汽車(chē)的充電問(wèn)題一直令研究者頭疼， 根據現有的應用成果， 一般的蓄電池充滿(mǎn)一半需要充電半小時(shí)， 完全充滿(mǎn)則要8 小時(shí)以上， 而且充滿(mǎn)電的汽車(chē)一般只能行駛100余公里。這顯然讓蓄電池電動(dòng)汽車(chē)無(wú)法與內燃機汽車(chē)相提并論。因此， 充電技術(shù)的解決， 將極大推動(dòng)蓄電池電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展。

　　2 無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)的歷史

　　在100多年以前， 有一個(gè)名叫Nikola Tesla的塞爾維亞裔美國電氣工程師和物理學(xué)家已經(jīng)在夢(mèng)想著(zhù)這樣一個(gè)不需要電線(xiàn)的世界，他在1891年發(fā)明“特斯拉線(xiàn)圈”，產(chǎn)生了頻率很高的無(wú)線(xiàn)高壓電流， 不過(guò)該高壓電的電流極小，無(wú)法應用在實(shí)際使用中。在當時(shí)， 特斯拉就利用這些線(xiàn)圈進(jìn)行一系列實(shí)驗，開(kāi)創(chuàng )了無(wú)線(xiàn)電力傳輸的先河。特斯拉曾經(jīng)說(shuō)過(guò)， 無(wú)線(xiàn)充電將是能讓電力事業(yè)繁榮的最終出路。1901年，特斯拉在紐約長(cháng)島開(kāi)始了他的研究，他的目標是，讓電能像收音機電波一樣跨越大洋。但是因為投資巨大，這項技術(shù)“胎死腹中”。

　　3 無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)的發(fā)展現狀

　　雖然特斯拉線(xiàn)圈在當時(shí)并沒(méi)有得到推行， 但后人從理論上完全證實(shí)了這種方案的可行性，經(jīng)過(guò)多年研究，科學(xué)家們認為進(jìn)行無(wú)線(xiàn)電力傳輸是可能的。無(wú)線(xiàn)電力傳輸是一種區別于有線(xiàn)傳輸的特殊供電方式，目前它主要有電磁感應、電磁共振和無(wú)線(xiàn)電波等三種不同的方式。

　　3.1 電磁感應

　　這是目前最為常見(jiàn)的傳輸方式， 通過(guò)發(fā)射端和接收端的線(xiàn)圈相互感應產(chǎn)生電流，從而實(shí)現電力傳輸。2010年，某科技有限公司就展示的一款手機無(wú)線(xiàn)充電器，其利用的正是電磁感應原理。該方式的功率可達幾百瓦，但兩個(gè)線(xiàn)圈的距離不能超過(guò)1厘米， 而且終端產(chǎn)品的線(xiàn)圈與電路之間必須屏蔽以防止干擾，另外，發(fā)射端必須具有智能識別被充電產(chǎn)品的能力， 防止將能量傳輸給其他設備，造成能量浪費。

　　3.2 電磁共振

　　電磁共振是目前正在研究的一種電力傳輸方式。2008年，英特爾公司的工程師們曾以該項技術(shù)作為基礎，在距電源3英尺的地方點(diǎn)讓一個(gè)6 0 W的燈泡發(fā)光。經(jīng)過(guò)有關(guān)科學(xué)家測算，該方式的功率可達幾千瓦，距離也可達3～4m,但由于目前的實(shí)驗所需要的線(xiàn)圈直徑較大，還僅停留在實(shí)驗階段，另外，必須對其相應頻率進(jìn)行保護，防止相同頻率的電磁波進(jìn)行干擾， 降低效率。

　　3.2 無(wú)線(xiàn)電波

　　無(wú)線(xiàn)電波是另一種較為成熟的無(wú)線(xiàn)充電方式， 其原理與早期使用的礦石收音機相類(lèi)似， 即利用微型高效接收電路捕捉從障礙物反射回來(lái)的無(wú)線(xiàn)電波， 然后將之轉化為穩定的直流電壓。PowercaST公司早在2007年便宣稱(chēng)，可利用RF廣播在最多幾米以外的地方對小于蜂窩電話(huà)的消費電子設備進(jìn)行充電。但該方式的功率低： 不超過(guò)100mW；距離短：不超過(guò)10m；效率低；充電時(shí)間長(cháng)。

　　4 無(wú)線(xiàn)充電在電動(dòng)汽車(chē)方面的應用

　　無(wú)線(xiàn)充電如何應用到電動(dòng)汽車(chē)方面呢？下面， 我們將通過(guò)對充電地點(diǎn)、充電方式、充電電池的簡(jiǎn)單研究分析，最終提出無(wú)線(xiàn)充電在電動(dòng)汽車(chē)上的具體應用方法。

　　首先，充電地點(diǎn)的選擇。無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)對充電器、被充電設備的距離和狀態(tài)有關(guān)，也就是說(shuō)，二者之間的距離不能太大，且二者之間沒(méi)有相對運動(dòng)， 否則就無(wú)法穩定和有效的傳輸電力。因此充電的位置只能是汽車(chē)停留的地點(diǎn)， 即車(chē)庫、停車(chē)場(chǎng)、路口等位置， 公交車(chē)的充電裝置還可以設置在公交站點(diǎn)。當然，條件允許的地方或高速公路旁還可以專(zhuān)門(mén)設置充電站， 方便車(chē)輛的充電。

　　其次，充電方式的選擇。從三種充電方式中可以看出， 電磁感應充電所需要的距離太小，無(wú)線(xiàn)電波充電的效率太低，而電磁共振充電的距離、效率都能滿(mǎn)足蓄電池汽車(chē)的需要。

　　最后，對充電電池的選擇。電動(dòng)汽車(chē)在城市中隨時(shí)都會(huì )進(jìn)行充電， 因此必須要選擇無(wú)污染且沒(méi)有記憶效應的蓄電池進(jìn)行充電。

　　經(jīng)過(guò)比選， 我們對無(wú)線(xiàn)充電在電動(dòng)汽車(chē)的應用上有了比較清晰的思路： 一方面在道路及建筑工程建設中， 由電力供應單位根據規劃圖事先在路口、公共停車(chē)場(chǎng)的車(chē)位、單位或小區的停車(chē)位和車(chē)庫下面預埋無(wú)線(xiàn)充電的充電器， 并做好充電器與電網(wǎng)或太陽(yáng)能電池板連接；另一方面，汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)家要在汽車(chē)底部安裝無(wú)線(xiàn)充電的接收裝置， 并與蓄電池等設備連接；另外， 國家相關(guān)部門(mén)要統一發(fā)射、接收信號的頻率，使其能夠通用。

　　5 無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)在應用發(fā)展中應注意的問(wèn)題

　?。?）國家要出臺相應的政策，鼓勵、扶持并規范無(wú)線(xiàn)充電汽車(chē)的發(fā)展和充電設施的建設。一個(gè)行業(yè)或企業(yè)，尤其是利國利民的行業(yè)或企業(yè)的發(fā)展，離不開(kāi)國家的扶持。無(wú)線(xiàn)充電是一個(gè)剛剛起步的領(lǐng)域， 其有效的發(fā)展可以很大程度上解決電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的一個(gè)瓶頸，但由于對其研發(fā)的投資巨大，這就更需要國家進(jìn)行鼓勵和扶持， 以加快其研發(fā)進(jìn)程，使其盡早得以應用。

　?。?）無(wú)論最終采用何種方式充電、采用何種蓄電池， 國家及各地方有關(guān)部門(mén)都要對其頻率、安全、環(huán)保、節能等方面進(jìn)行研究，避免浪費、避免對人體健康產(chǎn)生不良影響、避免對環(huán)境造成新的污染，同時(shí)要宣傳到位， 避免人們對電磁的恐懼心理。

　?。?）在實(shí)際中，由于發(fā)射端置于地下，要注意對其的保護。

　?。?）在雨水較多的地區，除對地下設施的防水外， 車(chē)輛接收端的防水處理也是一個(gè)需要考慮的問(wèn)題。

　　6 結語(yǔ)

　　無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)目前還處于研發(fā)階段，但有許多國家已經(jīng)將其應用到手機、電腦、隨身聽(tīng)等設備的充電上， 其中美國、韓國、日本等國家也開(kāi)始了無(wú)線(xiàn)充電汽車(chē)的研究。隨著(zhù)該技術(shù)的不斷完善，必將推動(dòng)蓄電池汽車(chē)的發(fā)展，減少我們對石油的依賴(lài)，保護環(huán)境， 造福人類(lèi)。