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地面一个线圈,车底盘再装一个线圈,两线圈对准,按下“充电”按钮,几小时后,电动汽车就能吃饱喝足,重新上路。这样听上去,是不是有点儿像天方夜谭?来自中国科学院电工研究所的王丽芳研究员,带领她的团队,经过四年多的攻坚克难,让电动汽车摆脱了对有线充电的依赖,为电动车开拓出“无限”的发展前景。今年下半年,这一技术将走出实验室,在相关区域进行示范。更高的安全性,更低的维护成本,更小的占地面积,王丽芳认为,无线充电技术的成熟完善,或将使电动汽车迎来大发展的“春天”。
利用电磁场原理发电
“无线充电的原理,简单用一句话来说,就是物理上的电磁场原理。”电可以生成磁,磁也能带来电,变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场,这就是电磁场。
王丽芳介绍,电动汽车无线充电系统包含了两个大的“模块”:一部分是在地面上的,另外一部分是装在车上的。地面上的功率变化装置与电网相连,将电能传送到地面的线圈上;地面上的线圈与车载线圈发生耦合反应,实现了能量的传递和输送;之后,车上的功率变化装置将从车载线圈上接收到的交流电,转化为电池所需的直流电。
上述的整个过程,将电网上的电转移到了电动汽车里的电池上。而如何在这个过程中,保证能量的高效传递、尽量减少损耗,是王丽芳团队需要克服的一大问题。2011年接手这个项目之初,王丽芳听到的反对和质疑声中最响亮的也都齐齐针对充电效率。“当时大家觉得做无线充电根本没有意义,最多能做到30%、40%的效率,而有线充电的效率已经能达到80%、90%。”但是王丽芳不信这个邪,她注意到国外的实验室里已经有相关的成功案例,“国外能做,我们也能做,起码可以试一下。”
下半年将在北京试点
记者在中科院电工所的实验室里看到了电动汽车无线充电系统。约3厘米高、边长60厘米的一个正方形“垫子”铺设在地面上,与20cm*15cm*15cm的功率变化装置相连。王丽芳说,“垫子”里包裹的就是地面线圈,在未来推广使用时,可以将其镶嵌在地表上,装完以后与地面保持平行,这一点与有线充电桩相比,不仅极大地节约了空间,而且降低了维护成本,设备损坏和触电的风险也就基本降低为零。
在汽车内部,有一个小小的“导引终端”,能时时显示车载线圈与地面线圈的距离,“两个线圈位置对得越准越好。”根据导引终端的提示,将车停好后,按下充电按钮,即可开始充电。
一提到电磁场,大家还是会对其产生的“辐射”有点儿担忧。对此,王丽芳解释,目前在无线充电方面,国家还没有出台相应的标准。其团队测试结果显示:在电动汽车内,由于车壳的屏蔽作用,磁场强度较小;在电动车外,虽然磁场强度较大,但仍小于国际非电离辐射防护委员会(ICNRP)推荐的安全限制。此外,干扰磁场强度随着距离的减少而迅速衰减。这就意味着在离开一段距离后,辐射干扰基本不存在影响。
王丽芳介绍,目前无线充电技术还不够成熟,因此成本较高,距离市场化推广还有一段路要走。但是随着技术的成熟,批量化的推广,未来的成本有望降低至与目前有线充电相当的水平。下半年,该技术将迈开走出实验室的第一步:在亦庄或是京郊区县已经有电动出租车的示范区域,开始进行无线充电的示范运行。目前,各方正在协调最后示范的地点。
未来有望边开车边充电
现在的无线充电技术,还需要倚赖电动汽车的停靠才能实现。未来有没有可能像手机一样,随时可充呢?目前,王丽芳正带领团队进行”边开车边充电“的技术研发,该项目已进行到实验机的研发阶段。王丽芳设想,如果该技术得以实现,未来可为电动汽车开辟专用的行驶充电路线,该项目在国际上也已经有了示范运行。
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