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电动汽车的一大步:专家研究“边行驶边充电”技术

在最近的一项研究中,斯坦福大学的科学家们使用无线充电方式给移动电灯泡充电。这一项研发技术也能够让电动汽车不再局限于有限的行驶里程,这也是电动汽车目前最大的缺点之一。如果电动汽车能在高速公路上行驶时充电,这几乎可以消除人们对其驾驶里程的担忧,也能节约花销,或许还能让电能成为汽车的标准燃料。

现在,斯坦福大学的科学家们已经攻克了一个巨大的难题,在未来我们可以用无线将电流传输到附近的移动物体上。科学家们把研究成果发布在了6月15日出版的自然杂志上。

斯坦福大学教授教授Shanhui Fan(左)和其研究生Assawaworrarit研发了一种装置,这种装置可以对近距离的物体进行无线充电。

这项技术可以用来在高速公路上给电动汽车充电,也可用于医疗移植,或者在你走路的时候给你的手机充电。

“除了对汽车和像手机这样的个人设备,发展无线充电之外,我们的新技术也可以让机器人不再受控于人,这一想法我们还在努力去实现。”斯坦福大学电气工程教授Shanhui Fan说道。

“我们仍然需要大幅增加为电动汽车充电所需的电量,但是我们并不需要把无线电传输的距离弄得太远。”

这个团队是在麻省理工2007年研发技术的基础上进行发展的,该研发技术是指通过无线电对几英尺外的静止物体进行充电。在这项新研究中,该研究团队给一个移动的LED灯泡进行了无线充电。

整个充电过程只需1毫瓦的电量,而驾驶电动汽车通常需要上万瓦的电量。目前斯坦福研究团队正致力于,大幅增加无线充电的电量,并调整系统以远程充电,提高充电效率。

汽车驾驶里程
无线充电将解决插电式电动汽车的一个主要缺点——有限的驾驶里程。特斯拉汽车公司预计,即将上市的Model 3充电一次,可行驶200英里以上,而已经上市的雪佛兰纯电动汽车Bolt的续航里程达到了238英里。但要想电池满电,电动汽车通常需要充电几个小时。一个可以边驾驶边充电的汽车系统可以克服这些阻碍。

特斯拉电动汽车Model 3Fan解释说:“理论上讲,这项技术可以让驾驶者不限时间的驾驶,不用特意停下来去给汽车充电。你在高速公路上开车的时候可以给你的电动汽车充电。”

电动汽车底部的线圈可以通过埋在道路中的一系列充电线圈来接通电流。

一些交通运输专家构想了一个自动化的高速公路系统,无人驾驶电动汽车可以通过太阳能或其他可再生能源进行无线充电。这一构想的目标是减少交通事故,大幅改善车流状况,同时降低温室气体排放。

无线技术还可以协助无人驾驶汽车的GPS导航。GPS定位可以精确到35英尺的范围。为了安全起见,无人驾驶汽车需要位于车道中心。在那里,有安装用于传输电流的线圈,这样可以为GPS卫星提供非常精准的汽车定位。

磁共振
由斯坦福大学和其他大学研发的中程无线电传输,其基本原理是磁感应技术。就像大型发电厂在磁铁之间的线圈中产生交流电一样,交变电流通过振荡电路会产生一个振荡磁场。这一磁场也会导致附近线圈中的电子振动,从而进行无线充电。如果两个线圈磁共振频率和方向匹配精确,那么无线充电的传输效率就会进一步提高。

然而,在汽车行驶时要人为操控让磁共振频率相同,这样才能保证源源不断的电流。因此,电量传输线圈和接收线圈的位置需保持不变,否则电路参数需持续调整,这是一个复杂的过程。

为了应对这一挑战,斯坦福大学研究团队用一种常见的电压放大器和反馈电阻器取代了电量变送器中的射频源。该系统会自动且精确计算出不同电量传输距离的磁共振频率,而且不需要人为干预。

该研究的主要参与者Assawaworrarit说:“安装电压放大器,可以使电量能有效地在三英尺范围的大部分区域内进行高效传输,尽管电量接收器的方向发生了改变。这就消除了人们对电路进行持续调整的要求。”

Assawaworrarit通过在接收线圈上放置一个LED灯泡测试了这种方法。在传统的不进行调谐的情况下,LED灯亮度会随着接收器距离变远而减小。在新装置中,当电量接收器离电量变送器距离约为3英尺时,LED灯的亮度保持不变。

Fan的团队最近提交了一份专利申请。该团队使用了一款通用放大器,其供电效率相对较低,约为10%。他们说可以设计出专门为无线充电而定制的放大器,可以将供电效率提高到90%。

他说:“我们不仅要对电动汽车进行无线充电,也要将这一技术运用在一些小型设备或者医疗设备上,让它尽其所长。这对于所有能从无线充电中获益的产品,都是至关重要的。”

选自:futurism.com 作者:Pixabay编译:网易见外智能编译平台 审校:宋雨菲

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