顛覆想象的無線充電汽車

姚虹聿

特斯拉電動汽車自燃事件備受關(guān)注，高密度電池被認(rèn)為是引發(fā)事故的一個(gè)因素。近日，日本Minna-Denryoku公司公布了顛覆人們想象的電動汽車充電技術(shù)：車輛不必配備高密度電池，可以在電能無線傳輸網(wǎng)絡(luò)中邊行駛邊充電，從而徹底解決了電動汽車行業(yè)的痛點(diǎn)。

“激進(jìn)的電池技術(shù)”存隱患

特斯拉電動汽車自燃事件之所以引起廣泛的關(guān)注，并不是因?yàn)樵斐闪硕啻蟮呢?cái)產(chǎn)損失，而是因?yàn)槭虑榉浅ｕ柢E——一輛非工作狀態(tài)的電動汽車，在未經(jīng)歷高溫、高壓以及碰撞的情況下突然自燃，再加上堪稱“恐怖”的火勢蔓延速度，一時(shí)間震動了整個(gè)新能源汽車行業(yè)。

通常人們認(rèn)為，動力電池決定了電動車的續(xù)航里程。那么，是不是可以通過增加電池來解決續(xù)航里程不足的問題呢？事實(shí)上這是不可行的，因?yàn)殡姵卦黾泳鸵馕吨囍亓吭黾?，不僅會影響車輛的性能，還要耗費(fèi)更多電力去運(yùn)輸電池，從而抵消電池增加帶來的動能增加。這就好比一個(gè)人徒步旅行，路上沒有補(bǔ)給，帶500克干糧可以走20公里，但是帶50千克干糧不可能走2000公里。

電池增加還會提高電動車電池管理系統(tǒng)的工作難度，導(dǎo)致電能利用效率降低，達(dá)不到預(yù)期的續(xù)航里程。另外，電池越大意味著充電時(shí)間越長，續(xù)航里程與充電時(shí)間之間難以實(shí)現(xiàn)平衡。

特斯拉設(shè)計(jì)的電動汽車原本被視為行業(yè)標(biāo)桿，因?yàn)樗捎玫膭恿﹄姵卮蟠髤^(qū)別于其他廠商的產(chǎn)品。首先，電池的能量密度大，這意味著同樣重量和體積的電池，特斯拉車的續(xù)航里程更長;其次，特斯拉采用快速充電技術(shù)，電池能量密度更大，充電時(shí)間卻更短。

特斯拉的目標(biāo)是用超高密度電池支持上千公里的續(xù)航，而且充電時(shí)間大大縮短，最終實(shí)現(xiàn)“充電5分鐘，開車兩三天”。但是，優(yōu)異的性能背后有安全隱患。爆燃事件后，許多專家和業(yè)內(nèi)人士都將矛頭指向特斯拉“激進(jìn)的電池技術(shù)”。

“電力傳輸領(lǐng)域的5G”

就在特斯拉電動汽車自燃事件備受消費(fèi)者關(guān)注之際，日本Minna-Denryoku公司公布了一項(xiàng)顛覆人們想象的電動汽車移動充電技術(shù)。

Minna-Denryoku公司技術(shù)研發(fā)部負(fù)責(zé)人池田久正表示，該公司基本上實(shí)現(xiàn)了一種能夠無線收發(fā)電能的技術(shù)，其核心是：立足一個(gè)能源中心，把電能隔空投送給目標(biāo)電器，還能實(shí)現(xiàn)反向傳輸，即電器也可以把自身的電能回傳給能源中心。

池田久正表示：“雖然聽上去像是天方夜譚，但這就是前沿技術(shù)的魅力所在——把不可能變?yōu)榭赡??！?/p>

Minna-Denryoku公司與日本京都大學(xué)合作，共同申請了相關(guān)專利，并開發(fā)了一套模擬測試系統(tǒng)，本田公司的電動汽車參與了測試。測試結(jié)果表明，能源中心可以把電能無線傳輸給位于一定范圍內(nèi)的電動汽車、無人機(jī)和電動艦船等，即使電動汽車正在行駛，電能傳輸也可以實(shí)現(xiàn)。

池田久正打了個(gè)比方：這種電能傳輸系統(tǒng)與移動通信網(wǎng)絡(luò)相似。移動通信網(wǎng)絡(luò)通過布設(shè)大量的通信基站，讓人們的手機(jī)隨時(shí)都能接收以及發(fā)送信號。通信設(shè)備在移動中也可以順暢地收發(fā)信息——我們可以邊走路邊打電話。一般情況下，我們遠(yuǎn)離一座基站時(shí)，就會接近另一座基站，從而繼續(xù)實(shí)現(xiàn)通信。想象一下，把手機(jī)換成電動汽車，把通信信號換成電能，這就是電力無線傳輸技術(shù)。

Minna-Denryoku公司和京都大學(xué)計(jì)劃在日本推廣這項(xiàng)新技術(shù)。這是一個(gè)新能源領(lǐng)域的宏大計(jì)劃，日本各地興建的太陽能發(fā)電廠將成為能源中心，太陽能轉(zhuǎn)化為電能，然后隔空無線傳輸給附近經(jīng)過的電動汽車、無人機(jī)和其他移動的用電設(shè)備。能源中心設(shè)置電能發(fā)射器，用電設(shè)備上裝備電能接收器，這樣就可以實(shí)現(xiàn)無縫連接，實(shí)時(shí)供電。

據(jù)日本《東京新聞》報(bào)道，這項(xiàng)計(jì)劃付諸實(shí)施后，一個(gè)個(gè)太陽能發(fā)電廠就成為一座座充電站，在這個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)中，電動汽車可以不受時(shí)間、行駛距離和速度的限制，隨時(shí)隨地充電。這實(shí)際上可以完全突破電動汽車的技術(shù)瓶頸——車載電池不需要很大，充電速度也不是特別重要，因?yàn)檐囎硬⒉恍枰Ｔ谀抢锏戎姵爻錆M。

Minna-Denryoku公司還計(jì)劃開發(fā)一套軟件，以便實(shí)現(xiàn)無線充電網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)運(yùn)營。太陽能發(fā)電廠的中央計(jì)算機(jī)相當(dāng)于數(shù)據(jù)處理中心，每輛電動汽車都內(nèi)置芯片，與數(shù)據(jù)中心連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。在電能傳輸?shù)倪^程中，供電單元、接收單元、供電量和交易價(jià)格等數(shù)據(jù)都被記錄下來。當(dāng)供電量達(dá)到一定額度時(shí)，車主的賬戶可以向太陽能發(fā)電廠支付費(fèi)用。

該系統(tǒng)具有雙向傳輸?shù)奶匦?，也就是說，如果車主覺得“下載”的電能過多，短時(shí)間內(nèi)用不掉，那么還可以將電能“上傳”，交還給基站，這樣就可以少付一些費(fèi)用。另外，每輛車內(nèi)置的芯片都有獨(dú)特的代碼，便于基站一對一提供電能傳輸，防止錯(cuò)誤傳輸及車輛之間出現(xiàn)干擾。

日本的兩大經(jīng)濟(jì)圈——大東京地區(qū)和阪（大阪）神（神戶）經(jīng)濟(jì)圈，已經(jīng)建成了一定數(shù)量的太陽能發(fā)電廠。按照Minna-Denryoku公司的遠(yuǎn)期規(guī)劃，這些發(fā)電廠經(jīng)過技術(shù)升級，都可以作為電能無線傳輸網(wǎng)絡(luò)中的基站。

池田久正表示，Minna-Denryoku公司的這項(xiàng)技術(shù)解決了電動汽車行業(yè)的兩大痛點(diǎn)：續(xù)航里程不足和充電時(shí)間太長。在移動通信領(lǐng)域，5G技術(shù)方興未艾。Minna-Denryoku公司把他們的移動無線充電技術(shù)稱為“電力傳輸領(lǐng)域的5G”。

更具發(fā)展前景

據(jù)美國《大眾科學(xué)》報(bào)道，電動汽車的移動無線充電技術(shù)其實(shí)并不是新生事物。2017年5月，美國高通公司宣布，率先完成了電動汽車行駛中進(jìn)行無線充電的試驗(yàn)。然而，高通公司的方案與 Minna-Denryoku公司不同，前者是在道路上每隔一段距離設(shè)置一個(gè)感應(yīng)式充電設(shè)備，從而給路上行駛的電動汽車充電。

該技術(shù)一經(jīng)問世就引起許多技術(shù)公司的關(guān)注，這種動態(tài)無線充電技術(shù)被認(rèn)為可以滿足商用電動汽車市場的需求。寶馬、奧迪等車企相繼建立了移動無線充電技術(shù)研發(fā)中心，韓國的現(xiàn)代、起亞等企業(yè)也進(jìn)行了相關(guān)研究，這些車企的研發(fā)都基于高通的技術(shù)方案。

然而，兩年過去了，這方面的技術(shù)發(fā)展一直比較緩慢，究其原因，一是設(shè)備成本較高，需要大量公共和私人投資，才能在主要公路沿線布設(shè)足夠數(shù)量的感應(yīng)式充電設(shè)備;二是這種充電方式要求電能傳輸?shù)木嚯x非常短，車體要盡可能地貼近地面，這使得底盤較高的SUV等車型難以實(shí)現(xiàn)有效的移動充電。

據(jù)日本《東京新聞》報(bào)道，根據(jù)充電原理，無線充電技術(shù)可以劃分為三類：電磁感應(yīng)式、電磁共振式和無線電波式。高通公司的技術(shù)基于電磁感應(yīng)和電磁共振原理，要求在較短的距離上實(shí)現(xiàn)電能無線傳輸。而Minna-Denryoku公司開發(fā)的是基于無線電波原理的長距離無線傳輸技術(shù)，基站可以在較遠(yuǎn)的距離上給電動汽車充電。另外，該技術(shù)與太陽能應(yīng)用技術(shù)結(jié)合，不需要沿著公路建設(shè)充電裝置，只要對太陽能發(fā)電廠進(jìn)行技術(shù)升級即可，因此更具發(fā)展前景。

報(bào)道指出，在全球范圍內(nèi)，亞太地區(qū)是電動汽車無線充電技術(shù)最大的市場，其次是歐洲和北美地區(qū)。亞太地區(qū)市場需求的增長主要?dú)w功于中國、日本和韓國電動汽車行業(yè)的發(fā)展，以及無線充電技術(shù)的開發(fā)。在這方面，日本已經(jīng)稍稍領(lǐng)先。

不過，《東京新聞》指出，Minna-Denryoku公司的移動充電技術(shù)還存在著不確定性，其未來的發(fā)展需要突破一些障礙。首先，由于傳輸距離較遠(yuǎn)，通過電波傳送電能會出現(xiàn)一定程度的能量衰減，能耗可能比較高;其次，這種電能傳輸方式是否存在電磁波輻射？對人體健康是否會產(chǎn)生影響？這些問題都有待進(jìn)一步研究和解決。

編輯：姚志剛 winter-yao@163.com