如果能有一種高速公路，讓電動(dòng)汽車在上面一邊行駛一邊自動(dòng)充電，到達(dá)目的地后車上電池里的電比出發(fā)時(shí)還要多，該有多愜意！美國斯坦福大學(xué)一個(gè)研究小組正在設(shè)計(jì)開發(fā)這種高效充電系統(tǒng)，只要在路面下每隔幾英尺埋一段金屬線圈，就能利用磁場以無線方式傳輸大量電力。這一技術(shù)原理雖然簡單，卻有著巨大的潛力，能大大延長電動(dòng)汽車的駕駛里程，最終給高速交通帶來變革。
行駛里程無限
目前的電動(dòng)汽車行駛里程有限，比如全電動(dòng)的尼桑Leaf，一次充電行程不超過100英里，而電池完全充滿需要好幾個(gè)小時(shí)。如果能有一種駕駛中充電的系統(tǒng)，將克服這一限制。
“駕駛充電”這一概念令人興奮，這意味著你的車可以不必充電而無限地跑下去。”論文合著者、斯坦福全球氣候與能源項(xiàng)目（GCEP）常務(wù)董事理查德.沙遜說，“當(dāng)你到達(dá)目的地時(shí)，可能電池里的電比你出發(fā)時(shí)還要多。”
斯坦福大學(xué)正在設(shè)計(jì)的無線充電系統(tǒng)有望解決電動(dòng)汽車接線充電的難題，其長期目標(biāo)是開發(fā)出一種全電動(dòng)高速公路，能給行駛在路面上的汽車和貨車無線充電。電力工程副教授范汕洄說：“我們的設(shè)想是讓你能一邊跑在任何高速路上，一邊給自己的汽車充電。但大規(guī)模鋪設(shè)這種設(shè)施要翻新整個(gè)高速路系統(tǒng)，甚至超出交通領(lǐng)域。”
無線充電系統(tǒng)的技術(shù)原理
無線充電傳輸?shù)闹渭夹g(shù)稱為“磁共振耦合連接”。將兩個(gè)銅線圈調(diào)到相同的頻率以形成共振，每隔幾英尺放置一個(gè)。一個(gè)線圈接通電流后，會(huì)產(chǎn)生磁場使第二個(gè)線圈形成共振，這種磁共振使電能在空中無形地傳輸，從第一個(gè)線圈到磁感應(yīng)線圈。
早在2007年，麻省理工學(xué)院研究人員曾用磁共振點(diǎn)亮了一只60瓦的燈泡，證明了電力可以在兩個(gè)相距6英尺的靜止線圈之間傳輸，即使中間隔著人或其他障礙物。“這次實(shí)驗(yàn)還證明了磁場不會(huì)對(duì)站在線圈之間的人造成影響，從安全角度考慮，這一點(diǎn)非常重要。”范汕洄還指出，“無線充電傳輸只能在兩個(gè)共振線圈中傳輸，任何頻率不同的物體都不會(huì)受到影響。”麻省理工學(xué)院為此成立了分公司開發(fā)靜止充電系統(tǒng)，目前能以3千瓦的功率給停在車庫或大街上的汽車以無線傳輸方式充電。
充電系統(tǒng)的工作原理是將一系列接通電流的線圈埋入高速路面下，在汽車底部裝上感應(yīng)線圈，當(dāng)汽車通過該高速路時(shí)就會(huì)共振，產(chǎn)生磁場將電力持續(xù)不斷地傳輸給電池。
斯坦福研究小組正在對(duì)麻省理工的系統(tǒng)進(jìn)一步改進(jìn)，把功率提高到10千瓦，傳輸距離增加到6.5英尺，這樣就能給行駛在高速路上的汽車充電了。在加速或向上行駛時(shí)，汽車需要電池提供額外的動(dòng)力。
“路面瀝青可能會(huì)帶來些小影響，但給電磁場帶來巨大擾動(dòng)的卻是車體中的金屬元素。”范汕洄解釋說，“如何在大型金屬物體出現(xiàn)時(shí)，找出最優(yōu)化的電力傳輸方案，這才是我們研究的主要目標(biāo)。”為了尋找最佳方案，他們構(gòu)建了該系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模型。經(jīng)過大量運(yùn)算模擬，他們將線圈彎曲成90度角安裝在金屬板上，就能給相距6.5英尺遠(yuǎn)的共振線圈以10千瓦功率傳輸電力。“通過計(jì)算機(jī)模擬，我們能很明確地知道一個(gè)真實(shí)設(shè)備會(huì)發(fā)生怎樣的情況。”
范汕洄介紹說，這種無線傳輸方案的充電效率可達(dá)到97%，但要真正給汽車電池充電，還得在路面下埋入一系列線圈陣列。
未來道路光明
研究小組最近為這種無線系統(tǒng)提交了專利申請(qǐng)，下一步是實(shí)驗(yàn)室測試，最終將用在真實(shí)的駕駛環(huán)境中。在應(yīng)用之前，研究人員必須確保該系統(tǒng)不會(huì)影響司機(jī)、乘客和各種各樣的控制著駕駛、導(dǎo)航、空調(diào)及其他操作功能的儀器。
“我們要盡早確定系統(tǒng)對(duì)人、動(dòng)物、汽車電子儀器或錢包里的信用卡無害。”論文合著者、斯坦福汽車研究中心執(zhí)行董事斯文·貝克說，雖然97%的電力傳輸效率已經(jīng)極高，但他們還要研究這3%的損失是否變成了熱，如果是輻射將會(huì)產(chǎn)生潛在危害。
此外，將來的無線充電技術(shù)還可能輔助自動(dòng)駕駛汽車中的GPS導(dǎo)航。“GPS的基本精確度在30英尺到40英尺，它能告訴你汽車正處在地球上的哪個(gè)地方，但不能告訴你是否安全，因?yàn)槟惚仨毚_保汽車行駛在車道內(nèi)。”貝克解釋說。在他們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，磁場也能用于控制駕駛，因?yàn)榫€圈埋在車道中央，能幫汽車精確定位而無需額外成本。
目前，研究人員已開始研究路基傳輸?shù)淖罴巡季?，以及路面中的鋼筋或其他金屬?duì)輸電效率是否造成影響。
道路專家展望，未來的自動(dòng)化高速公路系統(tǒng)能利用太陽能電源或其他可再生能源，以無線方式給路上行駛的自動(dòng)駕駛電動(dòng)汽車充電。這不僅能降低交通事故，提高車流速度，還能降低溫室氣體排放。
過去人們認(rèn)為，輸電必須要靠電線、墻壁插座等等，而現(xiàn)在可以重新考慮怎樣給汽車、家庭和工廠供電。范汕洄說：“未來不用電線和插座，就能在真空中傳輸電力。我們的研究朝這個(gè)方向邁進(jìn)了一步。”