边开车边充电?简析电动车动态充电技术

2020-07-30 18:30

  充电对于电动汽车来说像是Bug一样的存在,如果有一天,电动汽车摆脱充电桩的束缚,不用到处找充电桩,充电比加油还方便那该有多好。

  看到这里大家应该都明白今天要讨论的主题了,无线充电。不过不同于停在车位里的无线充电,我们今天要讨论的是边开车边充电的技术。当然了它还有一个非常学术的名称,叫做电动汽车动态充电(DEVC)技术。

  想象一下,电动汽车不用刻意充电,每天开在路上就能充电,带来的好处多多。首先可以给电池“减负”,因为可以随时随地给车充电,所以大容量的电池不那么必要了,车辆的载重也随之下降。

  其次充电再也无需等待,现在电动汽车充电始终无法做到像汽油车加油一样方便,而无线充电可以边开边充,减少时间成本。最后解决了续航里程问题,电动汽车的续航里程被无线拉长,里程焦虑问题不存在了。

  还是从无线充电说起。我们知道无线充电靠的是电流和磁场,电和磁这对相爱相杀的CP,经常在一起搞事情。

  1819年,丹麦科学家奥斯特观察到一段导线上如果通有电流,四周就会产生磁场。后来人们发现,将导线围成环状,甚至绕成线圈,产生的磁场将会更强、更集中,这称为电流磁效应。

  1831年法拉第发现,如果让一块磁铁或其他的磁场来源靠近一段没有电流的线圈,线圈上就会产生感应电流,这称为电磁感应。

  我们需要两个线圈,把一个线圈通上电,那么这个线圈周围就有了磁场;接着我们将另一个线圈靠过去,那么这个线圈就有了电流。电流引导到电池内,就可以完成无线充电了。

  我们给位于地面的线圈通上交流电,随着电流大小和方向的改变,线圈周围的磁场强弱和方向也不断改变,形成一个交互磁场。这时车辆底盘的线圈就处在一个不断变化的磁场中,线圈内部会产生一个交互电流,通过一系列电路整流后,实现给电池充电。

  在停车位上会有个长得像是垫子一样的东西,其实它是一个初级线圈,用来产生磁场。可用于无线充电的车辆底盘也会有一个线圈,我们称之为次级线圈,用来产生电流。

  不过电磁感应式无线充电有一个很大的弊端,那就是距离。这种技术想要产生电流,两个线圈必须“严丝合缝”地相对,一旦发生偏差,电流就不会产生。

  于是,科学家们就研究另一种无线充电技术,那就是磁场共振无线充电。我们知道当两个物体采用相同的振动频率,或者说在一个特定的频率上共振,它们就可以交换彼此的能量。

  磁场共振,就是初级线圈产生一个以固定频率振动的磁场即谐振磁场,然后让次级线圈磁场的振动频率与之相同,产生共振,最终实现能量转移。

  在汽车领域,丰田在2012年就做过实验,在一辆插电式混合动力的普锐斯上,增加了一个可按照一定频率振动的次级线圈。停车位上有一个谐振磁场,当它们都按照相同的频率振动时,次级线圈就能将谐振磁场的电流转换过来。

  在这个验证实验中,地面的谐振磁场与车辆底部的次级线cm左右。水平错位的最大允许范围是一条轮胎的宽度(20cm左右)。

  采用磁共振效应实现地面充电垫与电动车充电板之间的能量传输,这套充电系统功率可达20kW,充满85kWh的) P85的电池组大约需要5h。

  在今年5月份的时候,高通在巴黎使用一台雷诺全电动的Kangoo)厢式货车完成了动态无线充电道路测试。

  两辆电动汽车按照不同速度,行驶在这条100m长的道路上,同时完成了充电。测试中,Kango测试车的时速达到100km/h,最大充电功率能达到20kW。

  高通建设的这条长100m的道路测试包含4块能量供给单元,每个单元负责25m道路的电量供应。同时,每25m长的能量段拥有与14个子模块,内含线圈和能量转换电路。

  至于成本问题,雷诺、法国电力公司和法国北部高速公路公司的一项研究指出,建设动态充电道路的成本为400万欧元/km(双车道),价格可以说是相当昂贵了。

  如此“金贵”的道路看来只能先在公交道上普及了。在韩国,韩国科学技术院(KAIST)就在南部龟尾市的火车站建设了一条12km长的动态充电道路,跑在上面的电动公交车就是利用磁场共振实现无线充电。

  说完了国外,我们国家在无线动态充电上的研究也不落人后。比较知名的有中兴通讯,目前已经在重庆、湖北等地展开无线充电示范线的测试。

  无线动态充电目前还处在研究状态中,离大面积普及还有很长的一段距离。随便一想就有一大堆问题还没有解决,比如车辆的兼容性能否一致,道路是开放的还是封闭的,公路的电流能否负荷多辆车进行充电?另外还有道路的监测和养护。这些都是无线动态充电的拦路虎,不过科技总是在不断发展的,相信科技的力量,充电的难题总会解决。电动汽车边开边充电绝对不是痴人说梦。

  编辑点评:以目前的技术,要想实现边开车边给电动汽车充电,需要对道路进行改造,有很多人认为造价太贵,得不偿失。不过任何先进的科技,都是伴随着争议发展起来的。让科学家们的脑洞再大一点吧,也许有一天充电可以真的可以像WIFI一样方便、快捷。

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