簡(jiǎn)析電動(dòng)車動(dòng)態(tài)充電技術(shù)

充電對(duì)于電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)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(wú)線充電。不過(guò)不同于停在車位里的無(wú)線充電，我們今天要討論的是邊開(kāi)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(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(wú)需等待，現(xiàn)在電動(dòng)汽車充電始終無(wú)法做到像汽油車加油一樣方便，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(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(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、沃爾沃等汽車公司都曾經(jīng)研究出一批電磁感應(yīng)無(wú)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(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)?？捎糜跓o(wú)線充電的車輛底盤(pán)也會(huì)有一個(gè)線圈，我們稱之為次級(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)泊車技術(shù)，要讓車輛正好停在無(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(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(wú)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(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(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)汽車邊開(kāi)邊充電絕對(duì)不是癡人說(shuō)夢(mèng)。

編輯點(diǎn)評(píng)：以目前的技術(shù)，要想實(shí)現(xiàn)邊開(kāi)車邊給電動(dòng)汽車充電，需要對(duì)道路進(jìn)行改造，有很多人認(rèn)為造價(jià)太貴，得不償失。不過(guò)任何先進(jìn)的科技，都是伴隨著爭(zhēng)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。