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新技術展望:為行駛中的電動汽車進行無線充電

2020/5/7 8:59:05??????點擊:

盡管智能手機(ji)上(shang)已經有無(wu)線充(chong)電(dian)(dian)板,但它們只有在手機(ji)靜(jing)止不(bu)(bu)動(dong)的情況下才(cai)能工作。對于(yu)汽車來說,這(zhe)和目前在充(chong)電(dian)(dian)站充(chong)電(dian)(dian)一兩個小時一樣不(bu)(bu)方便。

三年前(qian),斯坦(tan)福大(da)學的電氣(qi)工程(cheng)師Shanhui Fan和(he)他實驗室(shi)的研究生Sid Assawaworrarit建立了(le)第一個(ge)可以無線為(wei)運動中的物(wu)體(ti)充電的系統。然而,這項技(ji)術(shu)的效率太低,在實驗室(shi)之外沒有用(yong)處。

現在(zai),在(zai)《自然電(dian)子》雜志上,兩(liang)位工(gong)程師展示(shi)了(le)一項技(ji)術,這項技(ji)術將(jiang)來(lai)可(ke)(ke)以推(tui)廣到為(wei)公路上行駛的汽車提供(gong)動(dong)力。從近期來(lai)看(kan),該系統可(ke)(ke)能很(hen)快就(jiu)能實現在(zai)機(ji)器人在(zai)倉庫和工(gong)廠地板上移動(dong)時為(wei)它(ta)們無(wu)線充電(dian),從而消除停機(ji)時間,使機(ji)器人幾(ji)乎可(ke)(ke)以全天候工(gong)作。

他說:“這是朝著一個(ge)實用(yong)、高效的(de)汽(qi)車和機(ji)器人無線(xian)充電(dian)系統邁出的(de)重要一步(bu),我們將(jiang)不(bu)得不(bu)加大給行(xing)駛中的(de)汽(qi)車充電(dian)的(de)功(gong)率,但我不(bu)認為這是一個(ge)嚴重的(de)障礙。對于給機(ji)器人進行(xing)無線(xian)充電(dian),這已經在實用(yong)范圍(wei)內了。”

無線充電(dian)器(qi)通過產(chan)生一個磁(ci)場來傳(chuan)輸電(dian)能,這個磁(ci)場以一定(ding)的頻率(lv)(lv)振(zhen)蕩,在(zai)接收設備的線圈中產(chan)生共振(zhen)振(zhen)動。問題是,如果光源和接收器(qi)之(zhi)間的距離變(bian)化很(hen)小(xiao),諧(xie)振(zhen)頻率(lv)(lv)就會改變(bian)。

三年前,研(yan)究人員取(qu)得了第一個突破(po),他們開發了一種無線(xian)充電(dian)器,即(ji)使與接收器的(de)(de)距(ju)離(li)改變,它也能傳輸電(dian)流(liu)(liu)。他們通過集成(cheng)放(fang)大器和反饋(kui)電(dian)阻來(lai)實(shi)(shi)現(xian)這一點,當充電(dian)器和移動物(wu)體(ti)之間(jian)的(de)(de)距(ju)離(li)改變時(shi),反饋(kui)電(dian)阻允許系統自動調(diao)整其工作頻(pin)率(lv)。但是,最初的(de)(de)系統沒有足(zu)夠的(de)(de)效率(lv)來(lai)實(shi)(shi)現(xian)。放(fang)大器內部使用如(ru)此多(duo)的(de)(de)電(dian)來(lai)產生所(suo)需的(de)(de)放(fang)大效果,以至于系統只(zhi)傳輸了流(liu)(liu)經系統的(de)(de)10%的(de)(de)功率(lv)。

在他們的新論文中,研究(jiu)人員展示了如(ru)何將(jiang)系統的無線傳輸效(xiao)(xiao)(xiao)率提高(gao)(gao)到(dao)92%。Assawaworrarit解(jie)釋說,關鍵是用一個更高(gao)(gao)效(xiao)(xiao)(xiao)的“開關模式”放(fang)大(da)器取代原來(lai)的放(fang)大(da)器。這種放(fang)大(da)器并不新鮮(xian),但它(ta)們非常挑剔(ti),而且只能在非常精確的條件下(xia)才能產(chan)生高(gao)(gao)效(xiao)(xiao)(xiao)率的放(fang)大(da)效(xiao)(xiao)(xiao)果(guo)。經過多年的修(xiu)修(xiu)補補和額外的理論研究(jiu),我們才設計出(chu)了有(you)效(xiao)(xiao)(xiao)的電路結構。

這個新的(de)(de)實(shi)驗室原型可(ke)以在2到3英尺(chi)的(de)(de)距離內無線(xian)傳輸10瓦的(de)(de)電(dian)力。研究人員說(shuo),擴大一(yi)個系(xi)統來(lai)傳輸一(yi)輛(liang)汽(qi)(qi)車(che)所(suo)需(xu)的(de)(de)數十或數百千瓦電(dian)力,沒有(you)任何根本的(de)(de)障礙。這個系(xi)統的(de)(de)速度足以為一(yi)輛(liang)超(chao)速行駛的(de)(de)汽(qi)(qi)車(che)提供補(bu)給。無線(xian)傳輸只需(xu)要(yao)幾毫秒(miao)——這只是以每小時70英里(li)的(de)(de)速度行駛的(de)(de)汽(qi)(qi)車(che)穿過4英尺(chi)充電(dian)區所(suo)需(xu)時間的(de)(de)一(yi)小部分。唯(wei)一(yi)的(de)(de)限制因素,將是汽(qi)(qi)車(che)電(dian)池需(xu)要(yao)吸收所(suo)有(you)的(de)(de)電(dian)力需(xu)要(yao)多久。

Assawaworrarit說,無線充電器(qi)(qi)不(bu)會(hui)構成健康風險,因為即使是功率足夠大的汽車充電器(qi)(qi)也會(hui)產生完全在(zai)現有安(an)全準則范圍內的磁場(chang)。的確(que),磁場(chang)可以在(zai)人們沒有任何感覺的情況下把電傳導給他們。

盡管(guan)無(wu)線充(chong)(chong)電器(qi)要(yao)(yao)在高(gao)(gao)速(su)公(gong)路(lu)上嵌(qian)入可(ke)能還需要(yao)(yao)很(hen)多年,但機器(qi)人(ren)甚至(zhi)無(wu)人(ren)機的(de)機遇更為緊迫。與(yu)長時間的(de)高(gao)(gao)速(su)公(gong)路(lu)相(xiang)比,在地(di)面或屋(wu)頂(ding)(ding)安裝(zhuang)充(chong)(chong)電器(qi)的(de)成本要(yao)(yao)低得多。研究人(ren)員(yuan)說,想象(xiang)一下一架無(wu)人(ren)機,它可(ke)以(yi)偶爾俯沖下來,在屋(wu)頂(ding)(ding)上盤旋(xuan),快速(su)充(chong)(chong)電,就能飛一整天。

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