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电动汽车无线充电技术今年北京将试点
日期: 2015-05-29
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来源: 新华网 

  研究团队带头人、中科院王丽芳研究员


  无线充电示意图


  地面一个线圈,车底盘再装一个线圈,俩线圈对准,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,随时可充电呢?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。


  幕后故事


  1.线圈装进车也要防“排异反应”


  从实验室跨到示范这一步,其实并不容易。2013年上半年,王丽芳带着自己的无线充电系统首次在北京科博会上亮相。实际上,当时亮相的只能算是个“半成品”:地面线圈铺在地上,以装有灯泡的小推车模拟电动汽车,小推车驶过地面线圈,灯泡就会变亮,整个过程直观展示充电过程。


  这次亮相受到了极大的关注,这给了王丽芳极大的信心,刚接手项目时的忐忑和不安稍稍得到了安慰。王丽芳和队友们下一步的目标很明显,就是完成系统的装车匹配。而将车载线圈装进车里,不亚于是给汽车做了个器官移植手术。为了不出现排异反应,就得保证车载线圈跟车上的每个系统都能达到一种调和的状态,顾此还要及彼。“我们的原则就是让整车的改变最小,让自己的系统尽可能适应整车原来接口的需求。”实验室阶段的系统通常做得比较大,而乘用车由于体积小,如何打造“缩小版”的车载系统本身已经够难。然而在装车时,王丽芳团队发现,在汽车底盘上包着一层大的金属片,而金属片对于磁场的传输具有相当大的阻挡作用,由此会产生极大的能量损耗。拦路虎出现了。


  “我们虽然是为了完成承接的这个项目,但是一方面也很想要达到国际同级别的水平。我总觉得,人家能做到,我们也能做到。一定是有哪些技术我们还没有突破。”推倒重来,从系统、线圈到参数匹配,王丽芳和同事最终找到一种乐鱼官网app的解决方案,使得金属片对于整个系统的影响最小。


  2.大冷天穿着棉衣坚持户外调试


  在这四年多的时间里,加班熬夜对于团队很多人来说已是家常便饭。但是王丽芳每每想起团队大冬天里户外调试的场景还是会觉得心疼。2013年冬天,克服了种种障碍之后,团队终于迎来了装车实验。然而,由于实验室空间有限,实验人员的调试工作只能在户外进行。调试经常会是一个连续的过程,遇到问题就得当场解决,找到问题根源;因为过了这个节点之后,问题有时会很难复现。“夜晚零下十几摄氏度的天气里,实验人员穿着棉衣棉靴,一干就是两个星期。调试完成了,最冷的日子也熬过去了。”


  目前,实验人员正在对无线充电系统的可靠性和环境适应性进行调试和验证。对于这样一个精益求精的“修修补补”的过程,团队里最年轻的郭彦杰心里既矛盾又享受。“看到自己做的东西出了问题,感觉总是不好的;但是又希望现在能尽早暴露一些问题,这样大家使用的时候麻烦就会更小。”郭彦杰说,科研探索的是一个个新的领域,探索的过程中肯定会有困难,但是新发现的喜悦足以抵挡住这些困难。


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