北极星智能电网在线讯:如果能有一种高速公路，让电动汽车在上面一边行驶一边自动充电，到达目的地后车上电池里的电比出发时还要多，该有多惬意！美国斯坦福大学一个研究小组正在设计开发这种高效充电系统，只要在路面下每隔几英尺埋一段金属线圈，就能利用磁场以无线方式传输大量电力。这一技术原理虽然简单，却有着巨大的潜力，能大大延长电动汽车的驾驶里程，最终给高速交通带来变革。近期《应用物理快报》上的一篇论文对该技术及应用前景进行了详细介绍。
行驶里程无限
目前的电动汽车行驶里程有限，比如全电动的尼桑Leaf，一次充电行程不超过100英里，而电池完全充满需要好几个小时。如果能有一种驾驶中充电的系统，将克服这一限制。
“驾驶充电”这一概念令人兴奋，这意味着你的车可以不必充电而无限地跑下去。”论文合著者、斯坦福全球气候与能源项目（GCEP）常务董事理查德·沙逊说，“当你到达目的地时，可能电池里的电比你出发时还要多。”
斯坦福大学正在设计的无线充电系统有望解决电动汽车接线充电的难题，其长期目标是开发出一种全电动高速公路，能给行驶在路面上的汽车和货车无线充电。电力工程副教授范汕洄（音译）说：“我们的设想是让你能一边跑在任何高速路上，一边给自己的汽车充电。但大规模铺设这种设施要翻新整个高速路系统，甚至超出交通领域。”
无线充电系统的技术原理
无线充电传输的支撑技术称为“磁共振耦合连接”。将两个铜线圈调到相同的频率以形成共振，每隔几英尺放置一个。一个线圈接通电流后，会产生磁场使第二个线圈形成共振，这种磁共振使电能在空中无形地传输，从第一个线圈到磁感应线圈。
早在2007年，麻省理工学院研究人员曾用磁共振点亮了一只60瓦的灯泡，证明了电力可以在两个相距6英尺的静止线圈之间传输，即使中间隔着人或其他障碍物。“这次实验还证明了磁场不会对站在线圈之间的人造成影响，从安全角度考虑，这一点非常重要。”范汕洄还指出，“无线充电传输只能在两个共振线圈中传输，任何频率不同的物体都不会受到影响。”麻省理工学院为此成立了分公司开发静止充电系统，目前能以3千瓦的功率给停在车库或大街上的汽车以无线传输方式充电。
充电系统的工作原理是将一系列接通电流的线圈埋入高速路面下，在汽车底部装上感应线圈，当汽车通过该高速路时就会共振，产生磁场将电力持续不断地传输给电池。
斯坦福研究小组正在对麻省理工的系统进一步改进，把功率提高到10千瓦，传输距离增加到6.5英尺，这样就能给行驶在高速路上的汽车充电了。在加速或向上行驶时，汽车需要电池提供额外的动力。
“路面沥青可能会带来些小影响，但给电磁场带来巨大扰动的却是车体中的金属元素。”范汕洄解释说，“如何在大型金属物体出现时，找出最优化的电力传输方案，这才是我们研究的主要目标。”为了寻找最佳方案，他们构建了该系统的计算机模型。经过大量运算模拟，他们将线圈弯曲成90度角安装在金属板上，就能给相距6.5英尺远的共振线圈以10千瓦功率传输电力。“通过计算机模拟，我们能很明确地知道一个真实设备会发生怎样的情况。”
范汕洄介绍说，这种无线传输方案的充电效率可达到97%，但要真正给汽车电池充电，还得在路面下埋入一系列线圈阵列。
未来道路光明
研究小组最近为这种无线系统提交了专利申请，下一步是实验室测试，最终将用在真实的驾驶环境中。在应用之前，研究人员必须确保该系统不会影响司机、乘客和各种各样的控制着驾驶、导航、空调及其他操作功能的仪器。
“我们要尽早确定系统对人、动物、汽车电子仪器或钱包里的信用卡无害。”论文合著者、斯坦福汽车研究中心执行董事斯文·贝克说，虽然97%的电力传输效率已经极高，但他们还要研究这3%的损失是否变成了热，如果是辐射将会产生潜在危害。
此外，将来的无线充电技术还可能辅助自动驾驶汽车中的GPS导航。“GPS的基本精确度在30英尺到40英尺，它能告诉你汽车正处在地球上的哪个地方，但不能告诉你是否安全，因为你必须确保汽车行驶在车道内。”贝克解释说。在他们设计的系统中，磁场也能用于控制驾驶，因为线圈埋在车道中央，能帮汽车精确定位而无需额外成本。
目前，研究人员已开始研究路基传输的最佳布局，以及路面中的钢筋或其他金属对输电效率是否造成影响。
道路专家展望，未来的自动化高速公路系统能利用太阳能电源或其他可再生能源，以无线方式给路上行驶的自动驾驶电动汽车充电。这不仅能降低交通事故，提高车流速度，还能降低温室气体排放。
过去人们认为，输电必须要靠电线、墙壁插座等等，而现在可以重新考虑怎样给汽车、家庭和工厂供电。范汕洄说：“未来不用电线和插座，就能在真空中传输电力。我们的研究朝这个方向迈进了一步。”
