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无线充电技术是否能对电动车产生革命性改变?

2020-07-13 | 浏览: 4478
无线充电技术是否能对电动车产生革命性改变?

无线充电的概念已经盛行很久,且被视为未来即将改变人类生活的技术,苹果、三星等手机製造商甚至是晶片巨擘高通,都积极研发可提高充电效率的无线充电技术。但是目前研发仍集中于家中的私人无线充电设备,例如使用无线充电来为手机及笔电充电等。如果试图将无线充电的概念和技术延伸到电动汽车上,未来是否可以在等红绿灯时,就让你的电动车立即充电?

电动车瓶颈:电池的容量及充电站的不足

过去 5 年来,电动车的进展可谓一日千里。儘管特斯拉(Tesla)和 Nissan 的电动车都配备了高效能大容量的电池设备,但仍需要频繁的充电,Nissan 的电动车大约每 100 英里(约 161 公里)就需充电,特斯拉 S 系列(Model S)则可撑久一点,每 265 英里(约 426 公里)才充电。为了提高电池的容量进而减少充电频率,各种类型的电池技术陆续开发出或测试中,目前为止锂离子电池被视为最适合大容量储存及快速充电的电池类型。

儘管大容量电池已可提供长距离的驾驶,但是当电池没电时,寻找充电站的问题依然存在,当开着电动车出门时,除了查天气、地图之外,电动车的驾驶还需要根据电池充电站的位置来决定驾驶的路线。因此将无线充电技术延伸到电动车充电,或许可大幅改善充电的问题;让车子能更频繁地充电,不需要大容量的电池,也可进一步降低电动车的成本​​。除了美、日的电动车厂及研究机构对此技术有极大兴趣外,欧盟也相当关注利用无线充电技术来提升电动车充电的方便性。

边等红绿灯边充电?把公共场所变成无线充电站

由欧洲各国共组的研究团队(注)提出于公共场所架设无线充电站的想法,并积极研发相关技术。目前欧洲各国架设的充电站,无论是在基础设施的分布或数目都差别甚大,例如法国目前有超过 2,000 个充电站,但是波兰只有 60 个充电站。因此若在公共场所架设无线充电站,可因应传统充电站数量不足的问题,使电动汽车可以有更长的驾驶距离。

但为了达到此目的,需要克服数个技术上的挑战。首先,如何使电动车的无线充电设备和无线充电站可以互相连接及传输电力。第二,如何让汽车可以在高达 5 万瓦的充电站旁充电。最后,最困难的挑战是,如何让驾驶员将车精準停在无线充电站的线圈旁,因为充电时需要将充电站的感应线圈和车辆内部的感应线圈对齐,利用磁场转变成电流,进而对电池进行充电,如果车子无法精确的停在充电站线圈旁,充电效率将大幅降低。

为了解决上述问题,研究团队除了架设无线充电站,还开发有摄影镜头和 RFID 的车辆导引系统,并考量公共场所充电的两种模式:1. 电动车停靠时间较长,充电时间可以拉长,例如在超市停车。2. 电动车停车时间只有短短几分钟,例如计程车停靠站、公车站甚至等待红绿灯的时候。除此之外,另一个技术挑战,是让相同的充电站可以让不同规格及厂牌的电动车充电。目前欧盟当局也对此概念及研究成果相当感兴趣,特别是应用在未来城市规划时,可以依照需求预先布置无线充电站设施。

研究团队之ㄧ的义大利电力公司 Enel 已和义大利政府合作,在米兰、罗马、比萨、西西里岛等主要城市架设充电站,同时 Enel 的西班牙子公司 Endesa 宣布已开发 15 分钟内将车子的电力充到 80% 的 50K 瓦无线充电系统,除此之外,并在西班牙马拉加装设 200 公尺长的电感充电系统,让行驶中的公车可以立即无线充电。

边开车边充电?无线充电道路的可行性

英国政府则更进一步,大量投入资金和人力研发「无线充电专用道路」,希望能达到边开车边充电的最终境界。该计画将于 2015 年下半开始,工程师将在高速公路下埋入充电设备,道路上的感测器会侦测车子即将通过而开始产生磁场。所以当有车经过时,车上的无线充电接收器便可直接接收及转化成电力。

虽然现阶段手机、笔电等无线充电技术尚未普及和成熟,无线充电在电动车上的开发可能还要一段时间,但可以确定的是,无线充电技术在未来将大幅改善人类的生活。

注:研究团队成员包括德国(亚琛 Aachen 汽车工业协会、马牌 Continental、海拉 Hella)、西班牙(工程研发公司 ENIDE、汽车测试及认证公司 IDIADA、电力公司 Endesa、西班牙能源资源及消耗研究中心 CIRCE)、义大利(飞雅特 FIAT、佛罗伦斯大学、电力公司 Enel、Torino 理工大学)、瑞典(VOLVO)、比利时(布鲁塞尔自由大学)、英国(运输解决方案公司 TRL、伦敦运输、英国航太系统公司 BAE system)及法国(替代能源和原子能委员会 cea)
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