無(wú)線充電技術(shù)及其在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用初探

　　1 引言

　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展， 國(guó)家相應(yīng)的優(yōu)惠政策、補(bǔ)貼政策、以舊換新政策等一系列政策的能源汽出臺(tái)， 進(jìn)一步促進(jìn)了私家汽車增加。國(guó)際上，能源與環(huán)境已成為當(dāng)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(hù)共同促使了環(huán)保新車的大力發(fā)展。

　　電動(dòng)汽車是首先發(fā)展起來(lái)的一種環(huán)保新能源汽車，包括蓄電池電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車和燃料電池電動(dòng)汽車。其中，燃料電池電動(dòng)汽車是作為未來(lái)主流發(fā)展的環(huán)保新能源汽車，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)汽車的電力補(bǔ)給主要來(lái)自內(nèi)燃機(jī)帶動(dòng)的發(fā)電機(jī)， 在能源危機(jī)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。

　　蓄電池電動(dòng)汽車技術(shù)已經(jīng)基本成熟，很多廠商已經(jīng)在大力生產(chǎn)， 各地也在進(jìn)行充電站的建設(shè)。但蓄電池電動(dòng)汽車的充電問(wèn)題一直令研究者頭疼， 根據(jù)現(xiàn)有的應(yīng)用成果， 一般的蓄電池充滿一半需要充電半小時(shí)， 完全充滿則要8 小時(shí)以上， 而且充滿電的汽車一般只能行駛100余公里。這顯然讓蓄電池電動(dòng)汽車無(wú)法與內(nèi)燃機(jī)汽車相提并論。因此， 充電技術(shù)的解決， 將極大推動(dòng)蓄電池電動(dòng)汽車的發(fā)展。

　　2 無(wú)線充電技術(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(guó)電氣工程師和物理學(xué)家已經(jīng)在夢(mèng)想著這樣一個(gè)不需要電線的世界，他在1891年發(fā)明“特斯拉線圈”，產(chǎn)生了頻率很高的無(wú)線高壓電流， 不過(guò)該高壓電的電流極小，無(wú)法應(yīng)用在實(shí)際使用中。在當(dāng)時(shí)， 特斯拉就利用這些線圈進(jìn)行一系列實(shí)驗(yàn)，開創(chuàng)了無(wú)線電力傳輸?shù)南群?。特斯拉曾?jīng)說(shuō)過(guò)， 無(wú)線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(zhǎng)島開始了他的研究，他的目標(biāo)是，讓電能像收音機(jī)電波一樣跨越大洋。但是因?yàn)橥顿Y巨大，這項(xiàng)技術(shù)“胎死腹中”。

　　3 無(wú)線充電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

　　雖然特斯拉線圈在當(dāng)時(shí)并沒有得到推行， 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(rèn)為進(jìn)行無(wú)線電力傳輸是可能的。無(wú)線電力傳輸是一種區(qū)別于有線傳輸?shù)奶厥夤╇姺绞?，目前它主要有電磁感?yīng)、電磁共振和無(wú)線電波等三種不同的方式。

　　3.1 電磁感應(yīng)

　　這是目前最為常見的傳輸方式， 通過(guò)發(fā)射端和接收端的線圈相互感應(yīng)產(chǎn)生電流，從而實(shí)現(xiàn)電力傳輸。2010年，某科技有限公司就展示的一款手機(jī)無(wú)線充電器，其利用的正是電磁感應(yīng)原理。該方式的功率可達(dá)幾百瓦，但兩個(gè)線圈的距離不能超過(guò)1厘米， 而且終端產(chǎn)品的線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(shí)別被充電產(chǎn)品的能力， 防止將能量傳輸給其他設(shè)備，造成能量浪費(fèi)。

　　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?cè)栽擁?xiàng)技術(shù)作為基礎(chǔ)，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(cè)算，該方式的功率可達(dá)幾千瓦，距離也可達(dá)3～4m,但由于目前的實(shí)驗(yàn)所需要的線圈直徑較大，還僅停留在實(shí)驗(yàn)階段，另外，必須對(duì)其相應(yīng)頻率進(jìn)行保護(hù)，防止相同頻率的電磁波進(jìn)行干擾， 降低效率。

　　3.2 無(wú)線電波

　　無(wú)線電波是另一種較為成熟的無(wú)線充電方式， 其原理與早期使用的礦石收音機(jī)相類似， 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)線電波， 然后將之轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的直流電壓。Powercast公司早在2007年便宣稱，可利用RF廣播在最多幾米以外的地方對(duì)小于蜂窩電話的消費(fèi)電子設(shè)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(zhǎng)。

　　4 無(wú)線充電在電動(dòng)汽車方面的應(yīng)用

　　無(wú)線充電如何應(yīng)用到電動(dòng)汽車方面呢？下面， 我們將通過(guò)對(duì)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)線充電在電動(dòng)汽車上的具體應(yīng)用方法。

　　首先，充電地點(diǎn)的選擇。無(wú)線充電技術(shù)對(duì)充電器、被充電設(shè)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，且二者之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)， 否則就無(wú)法穩(wěn)定和有效的傳輸電力。因此充電的位置只能是汽車停留的地點(diǎn)， 即車庫(kù)、停車場(chǎng)、路口等位置， 公交車的充電裝置還可以設(shè)置在公交站點(diǎn)。當(dāng)然，條件允許的地方或高速公路旁還可以專門設(shè)置充電站， 方便車輛的充電。

　　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(yīng)充電所需要的距離太小，無(wú)線電波充電的效率太低，而電磁共振充電的距離、效率都能滿足蓄電池汽車的需要。

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

　　經(jīng)過(guò)比選， 我們對(duì)無(wú)線充電在電動(dòng)汽車的應(yīng)用上有了比較清晰的思路： 一方面在道路及建筑工程建設(shè)中， 由電力供應(yīng)單位根據(jù)規(guī)劃圖事先在路口、公共停車場(chǎng)的車位、單位或小區(qū)的停車位和車庫(kù)下面預(yù)埋無(wú)線充電的充電器， 并做好充電器與電網(wǎng)或太陽(yáng)能電池板連接；另一方面，汽車生產(chǎn)廠家要在汽車底部安裝無(wú)線充電的接收裝置， 并與蓄電池等設(shè)備連接；另外， 國(guó)家相關(guān)部門要統(tǒng)一發(fā)射、接收信號(hào)的頻率，使其能夠通用。

　　5 無(wú)線充電技術(shù)在應(yīng)用發(fā)展中應(yīng)注意的問(wèn)題

　?。?）國(guó)家要出臺(tái)相應(yīng)的政策，鼓勵(lì)、扶持并規(guī)范無(wú)線充電汽車的發(fā)展和充電設(shè)施的建設(shè)。一個(gè)行業(yè)或企業(yè)，尤其是利國(guó)利民的行業(yè)或企業(yè)的發(fā)展，離不開國(guó)家的扶持。無(wú)線充電是一個(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)汽車發(fā)展的一個(gè)瓶頸，但由于對(duì)其研發(fā)的投資巨大，這就更需要國(guó)家進(jìn)行鼓勵(lì)和扶持， 以加快其研發(fā)進(jìn)程，使其盡早得以應(yīng)用。

　?。?）無(wú)論最終采用何種方式充電、采用何種蓄電池， 國(guó)家及各地方有關(guān)部門都要對(duì)其頻率、安全、環(huán)保、節(jié)能等方面進(jìn)行研究，避免浪費(fèi)、避免對(duì)人體健康產(chǎn)生不良影響、避免對(duì)環(huán)境造成新的污染，同時(shí)要宣傳到位， 避免人們對(duì)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(duì)其的保護(hù)。

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

　　6 結(jié)語(yǔ)

　　無(wú)線充電技術(shù)目前還處于研發(fā)階段，但有許多國(guó)家已經(jīng)將其應(yīng)用到手機(jī)、電腦、隨身聽等設(shè)備的充電上， 其中美國(guó)、韓國(guó)、日本等國(guó)家也開始了無(wú)線充電汽車的研究。隨著該技術(shù)的不斷完善，必將推動(dòng)蓄電池汽車的發(fā)展，減少我們對(duì)石油的依賴，保護(hù)環(huán)境， 造福人類。