美开发电动汽车无线充电技术 感受

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美开发电动汽车无线充电技术 感受“飞车”
充电的惬意
2012年02月11日 12:23:05

如果能有一种高速公路,让电动汽车在上面一边行驶一边自动充电,到达目的地
后车上电池里的电比出发时还要多,该有多惬意!美国斯坦福大学一个研究小组
正在设计开发这种高效充电系统,只要在路面下每隔几英尺埋一段金属线圈,就
能利用磁场以无线方式传输大量电力。这一技术原理虽然简单,却有着巨大的潜
力,能大大延长电动汽车的驾驶里程,最终给高速交通带来变革。近期《应用快
报》上的一篇论文对该技术及应用前景进行了详细介绍。行驶里程无
限,4/18/2012目前的电动汽车行驶里程有限,比如全电动的尼桑Leaf,一次充
电行程不超过100英里,而电池完全充满需要好几个小时。如果能有一种驾驶中
充电的系统,将克服这一限制。“驾驶充电”这一概念令人兴奋,这意味着你的
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车可以不必充电而无限地跑下去。”论文合著者、斯坦福全球气候与能源项目
(GCEP)常务董事理查德·沙逊说,“当你到达目的地时,可能电池里的电比你
出发时还要多。”斯坦福大学正在设计的无线充电系统有望解决电动汽车接线充
电的难题,其长期目标是开发出一种全电动高速公路,能给行驶在路面上的汽车
和货车无线充电。电力工程副教授范汕洄(音译)说:“我们的设想是让你能一
边跑在任何高速路上,一边给自己的汽车充电。但大规模铺设这种设施要翻新整
个高速路系统至超出交通领域。”无线充电系统的技术原理无线充电传输的支撑
技术称为“磁共振耦合连接”。将两个铜线圈调到相同的频率以形成共振,每隔
几英尺放置一个。一个线圈接通电流后,会产生磁场使第二个线圈形成共振,这
种磁共振使电能在空中无形地传输,从第一个线圈到磁感应线圈。早在2007年,
麻省理工学院研究人员曾用磁共振点亮了一只60瓦的灯泡,证明了电力可以在
两个相距6英尺的静止线圈之间传输,即使中间隔着人或其他障碍物。“这次实
验还证明了磁场不会对站在线圈之间的人造成影响,从安全角度考虑,这一点非
常重要。”范汕洄还指出,“无线充电传输只能在两个共振线圈中传输,任何频
率不同的物体都不会受到影响。”麻省理工学院为此成立了分公司开发静止充电
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系统,目前能以3千瓦的功率给停在车库或大街上的汽车以无线传输方式充电。
充电系统的工作原理是将一系列接通电流的线圈埋入高速路面下,在汽车底部装
上感应线圈,当汽车通过该高速路时就会共振,产生磁场将电力持续不断地传输
给电池。斯坦福研究小组正在对麻省理工的系统进一步改进,把功率提高到10
千瓦,传输距离增加到6.5英尺,这样就能给行驶在高速路上的汽车充电了。在
加速或向上行驶时,车需要电池提供额外的动力。“路面沥青可能会带来些小影
响,但给电磁场带来巨大扰动的却是车体中的金属元素。”范汕洄解释说,“如
何在大型金属物体出现时,找出最优化的电力传输方案,这才是我们研究的主要
目标。”为了寻找最佳方案,他们构建了该系统的计算机模型。经过大量运算模
拟,他们将线圈弯曲成90度角安装在金属板上,就能给相距6.5英尺远的共振
线圈以10千瓦功率传输电力。“通过计算机模拟,我们能很明确地知道一个真
实设备会发生怎样的情况。”范汕洄介绍说,这种无线传输方案的充电效率可达
到97%,但要真正给汽车电池充电,还得在路面下埋入一系列线圈阵列。未来道
路光明 研究小组最近为这种无线系统提交了专利申请,下一步是实验室测试,
最终将用在真实的驾驶环境中。在应用之前,研究人员必须确保该系统不会影响
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司机、乘客和各种各样的控制着驾驶、导航、空调及其他操作功能的仪器。“我
们要尽早确定系统对人、动物、汽车电子仪器或钱包里的信用卡无害。”论文合
著者、斯坦福汽车研究中心执行董事斯文·贝克说,虽然97%的电力传输效率已
经极高,但他们还要研究这3%的损失是否变成了热,如果是辐射将会产生潜在
危害。此外,将来的无线充电技术还可能辅助自动驾驶汽车中的GPS导航。“GPS
的基本精确度在30英尺到40英尺,它能告诉你汽车正处在地球上的哪个地方,
但不能告诉你是否安全,因为你必须确保汽车行驶在车道内。”贝克解释说。在
他们设计的系统中,磁场也能用于控制驾驶,因为线圈埋在车道中央,能帮汽车
精确定位而无需额外成本。目前,研究人员已开始研究路基传输的最佳布局,以
及路面中的钢筋或其他金属对输电效率是否造成影响。道路专家展望,未来的自
动化高速公路系统能利用太阳能电源或其他可再生能源,以无线方式给路上行驶
的自动驾驶电动汽车充电。这不仅能降低交通事故,提高车流速度,还能降低温
室气体排放。过去人们认为,输电必须要靠电线、墙壁插座等等,而现在可以重
新考虑怎样给汽车、家庭和工厂供电。范汕洄说:“未来不用电线和插座,就能
在真空中传输电力。我们的研究朝这个方向迈进了一步。”