買台電動車就是買了個爹?
的確,時至今天,假如您家裏或公司沒有充電條件,教授是不建議您購買純電動車的,畢竟純電動車的能源補充速度相較汽油車慢。
此外,充電樁的可用情況不如加油站,目前幾乎所有能找到的油站都是有專門人員運營,所以不用擔心油站的情況。
但充電樁則不同,大部分情況下都是無人監管,很多充電樁即便損壞了,也無法發現,假如在不熟悉的地方遇上這種充電樁,相信你的內心會崩潰的。
電動車的續航短也是其中一個問題,在日常通勤的情況下還算可以,到了長途出行,就成為了純電動車的軟肋。
這是由於電動機天生結構決定的,這時候本來就捉襟見肘的續航里程就會放大。目前來説,在高速佈置充電樁還是少數,而且一遇上節假日,排上三五個小時去充電,不僅浪費時間,還拖延了假期出行的行程。
可以完美解決以上問題的,當屬無線充電技術。當然並不是説車輛停止在服務區充電,而是車輛行駛過程中就能夠無線充電,這樣既能夠降低由於充電而浪費掉的時間,又可以不影響旅途的同時幫車輛充電,聽起來似乎一舉多得?
傳統的充電設施還無例外地都擁有電線,電線是傳輸信號、電力等一切交流的通道。隨着科技的進步,除了主流電器之外,電子技術的發展方向也是朝着無線技術,從最開始的有線電話到無線數碼信號,並開始使用無線充電為手機、智能化設備充電。
隨着汽車逐漸開始普及電動化,幾乎可以斷定無線充電是必經之路,想象一下,未來無論是停車場還是等紅綠燈期間,又或者行駛在高速公路上,純電動車都能充電,這將會終結續航焦慮,而電磁效應則讓其成為可能。
電磁感應設計兩個電磁線圈,也就是兩根電線,通常是銅線,它們纏繞磁芯並通電;其中一個線圈是發射器,未來會出現在停車場、車道的充電板中,另外一個位於車身底部,作為接收器。
當發射器通電,它就會產生磁場,並向接受線圈傳遞能量,為車輛充電。
因此,產業專家相信無線充電將分為四個階段實施,第一階段應用於住宅,第二階段應用於停車場,第三階段應用於道路停車位,第四階段更加未來化,埋在高速路路面下。
第一階段已經出現,國外至少有兩家公司開發出家用無線充電系統,分別是Evatran和Witricity。
Evatran位於弗吉尼亞州,它的無線充電系統可以應用於特斯拉Model 3和寶馬i3和日產聆風,在3.3-7.2kW之間的一般家用額定功率範圍有各種輸出功率。Witircity在馬塞諸薩州,他們的系統最高輸出可達11kW。
此外,自動汽車製造商自己也開發專屬無線充電系統,其中包括日產和寶馬。無線充電應用第一階段看起來進展順利,但第二到第四部將需要政府支持。
在英國,2018年7月英國計劃投入4000萬英鎊應用於研究無線充電技術,包括投資解決無停車位道路充電的無線充電技術,同時也在研究商用車的無線充電技術,比如共享汽車和大型運輸車。
美國能源部資助的橡樹嶺國家實驗室最近展示了輸出功率120kW的無線充電系統,這種功率跟特斯拉超充功率相同,
但實驗室沒有止步於此,其長期目標是研發350kW的無線充電系統,這樣的充電功率讓電車的充電時間低於15分鐘。
為了讓動態無線充電系統在經濟上可行,實現350kW目標的條件相當苛刻,隨着輸出功率的提升,埋在錄下的線圈體積和成本都要降低是大規模使用的前提。
同時,高通開發的動態無線充電示範項目也已經啓動,高通在法國建了100米實驗軌道,鋪了20kW無線充電系統,雖然20kW的充電功率不高,對於鋪設過長的線路成本效益比也不佳,但看起來是實現無線充電的基礎。
它證明了隨着技術進步,動態無線充電終將成為現實,也證明了終結續航焦慮只是時間上的問題。
不要太天真,根據無線充電聯盟在2015年的研究(無線充電聯盟是Qi無線充電標準的制定者),他們發現在現實工況,Qi標準無線充電的效率是59.4%,其競品的效率僅為39.6%。
舉個例子,iPhone X第一季度銷量3000萬,帶來的影響是每日用電量增加415MWh,這還是每台手機每天只充滿一次的數據。以60%的效率計算,結果是電網每日增加負載278MWh,這等同於家庭年均用電量的25倍(當然,這是海外統計的數據,並非中國數據)。
這僅僅是計算了數碼產品市場,電網想要為新增負載採用清潔能源的話,就需要新建1400個風力發電機。
以電動車來計算,根據駕駛習慣,特斯拉Model 3每公里電耗為4.5-5.5kWh(理想情況下)以每天通勤35公里計算,特斯拉每日電耗7kWh,幾乎等同於一個小家庭的日均用量。
所以電動車上路,相當於電網新增一個家庭用户,如果使用無線充電,幾乎等於新增兩個家庭用户,因為這種充電的功效率不高。國家電網也許能承受這種增長,但當地設施是否能承受就很難説了。
效率低
電網增加的壓力主要原因是無線充電效率低,橡樹嶺國家實驗室演示了20kWh無線充電系統已90%效率運行,功率輸出比傳統有線慢充快3倍左右,現在還不知道現實條件下充電效率是多少。
而目前有線充電的效率普遍在95%以上,所以效率低是影響無線充電普及的其中一個因素。
從圖中可以看到,縱座標為充電效率,橫座標為接收器和發射器之間的距離和發射器直徑比,不同嚴格的線條代表不同尺寸的接收器。
通過圖中的曲線,可以發現當接收器和發射器距離到達臨界值時,充電效率會大幅下降。
對於一個既定的無線充電系統來講,發射器和接收器位置的偏差講述決定充電效率的重要,50cm直徑的發射器和25cm的接收器最大偏差是7.5cm。
對於一輛四五米長,近兩米寬的汽車來説,187.5px這個停車精度已經不低,也正是如此,車廠會將無線充電技術和自動泊車緊密結合在一起。
一般用三角測量法和磁矢量法,然後將定位信息傳達給汽車的停車系統,汽車將自己準確的定位在地墊的頂部,位置越好,效率越高。
便利性
車輛的高低不同、停車位置不同、地面雜物等會引起變化,這種變化的直接體現就是導致我們停入車位後無法充電。
教授曾經遇到過使用充電樁也無法為車輛充電的情況,充電樁一直顯示識別失敗,結果需要更換幾個充電樁才能充電成功,就連普通充電樁的成功率都如此低下,那麼無線充電的便利程度又能達到多高?
而且,由於外界環境不可控性,在公共場所使用無線充電,稍微有一些異物出現在電磁場範圍內,都會影響充電。例如一直小貓站在充電板上,一個垃圾被風吹到充電板上等。
成本
想要建設一個無線充電站,在體積和複雜程度上就跟普通充電樁不是一個量級,首先需要在地面挖個地坑,用於埋下充電線圈等必要部件,隨後還需要重新回蓋。如果想要充電功率足夠大,那麼這個坑也需要更大。
如果想要建一個無線充電站,甚至需要把整個原來的停車場都挖開,還需要佈線等工序。而目前的充電樁只需要通過增加線路隨後在地面上安裝充電樁即可,幾乎無損的安裝,無疑有利於充電樁的普及。
更有科研人士指出,也許在無線充電技術得以全面投放的那天,純電動汽車已經有了超大電池包、能實現上千公里的續航,而且充電時間大大縮短,那麼無線充電也就沒有存在的必要性。
的確,假如無線充電技術無法追進或超越電池包發展技術,那麼無線充電技術也就無用武之地。
標準化
無線充電標準化是重要是起步,國內外標準不一,就需要自己“摸着石頭過河”。
沒有標準化意味着通用性降低,想象一下,一個停車位只能服務一個品牌的車輛,市面上的品牌多如牛毛,難以保證使用便利性。
此時,標準的重要性就體現出來了,統一標準後所有的車輛到達停車場後都能使用同一個充電車位。
雖然無線充電技術在實驗室條件下能做到不錯的表現,但是實際普及還有一段很長的路要走,無論是電磁屏蔽問題還是充電效率問題又或者説成本,都是限制無線充電技術發展的重要因素。
如果需要大力推廣,少不了國家層面的支持,就像當初純電動車發展一樣,國家補貼推動才會高速發展。
但我們從有線上網到WIFI普及,人們並沒有等待太長時間,相信在未來技術升級和普及推廣將帶來無線充電設備成本的進一步降低,電動汽車無線充電技術或許會進入千家萬户,甚至高速公路。