破解充電難題：無(wú)線充電、超級(jí)電容引暢想

[摘要] 如今，電池性能尚未有質(zhì)的飛躍，能量傳輸技術(shù)是行駛里程限制和能量傳輸效率低等問(wèn)題的解決方案之一。

　　暢想未來(lái)交通的時(shí)候新能源是無(wú)法避免的，擺脫對(duì)化石燃料的依賴(lài)是人類(lèi)的夢(mèng)想，但是電動(dòng)車(chē)、燃料電池車(chē)、生化柴油等等概念已經(jīng)被各大媒體說(shuō)的無(wú)可再說(shuō)，所以今天我想討論的是在電池性能尚未有質(zhì)的飛躍時(shí)如何解決電動(dòng)車(chē)行駛里程限制和能量傳輸效率低的問(wèn)題。

　　首先了解一下目前電池技術(shù)的短板。傳統(tǒng)的汽油車(chē)在加油站5分鐘就能加滿(mǎn)油箱，一箱油可以跑800公里。而電動(dòng)車(chē)在充電樁充5個(gè)小時(shí)的電也只能跑100公里左右。這種補(bǔ)充能量效率的差距構(gòu)成了電動(dòng)車(chē)不方便的第一個(gè)原因。

　　如果將加油和充電的例子圖表化，那么向油箱注入燃料的效率是充電效率的50多倍。加油每分鐘可以注入115200千焦的能量，而充電每分鐘只能注入192千焦的能量。這種現(xiàn)象又引出了下面的一個(gè)問(wèn)題，能量密度。

　　每升燃料的能量密度要高于每立方厘米電池的能量密度，從圖表中可以看到，4.35公斤的燃油就足夠車(chē)輛行駛80公里，而電動(dòng)車(chē)要行駛80公里需要一個(gè)180公斤重的電池。這就是同樣體積和重量的汽油所包含的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電池所包含的能量。能量密度的差異就決定了電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)航里程短的現(xiàn)實(shí)。

　　在目前電池技術(shù)沒(méi)有突破的情況下，上面的問(wèn)題是無(wú)法得到解決的。那么只能通過(guò)其他的技術(shù)手段來(lái)解決續(xù)航里程和充電時(shí)間的問(wèn)題。

　　無(wú)線充電實(shí)現(xiàn)隨走隨充的愿望

　　如果電動(dòng)車(chē)不受到充電樁和電線的束縛，在行駛中就能完成充電，那么將是一種非常理想的狀態(tài)，電動(dòng)車(chē)的行駛里程將不再受限。

　　如今無(wú)線充電技術(shù)已經(jīng)沒(méi)什么神秘的了，在一些手機(jī)上已經(jīng)支持無(wú)線充電。無(wú)線充電的原理就是發(fā)射端將電能轉(zhuǎn)換成電磁波發(fā)射給接收段，在接收端再將電磁波攜帶的能量轉(zhuǎn)化成電能。

無(wú)線充電

　　無(wú)線充電技術(shù)在汽車(chē)上也已經(jīng)開(kāi)始實(shí)踐，不過(guò)仍然處于驗(yàn)證階段，尚未在量產(chǎn)車(chē)上普及。電能發(fā)射板放在地上，車(chē)輛底盤(pán)上的接收器可以接收它發(fā)射的電磁波。

　　那么大膽的設(shè)想一下，如果我們將這些充電發(fā)射板鋪在馬路上，整條馬路就成為了一個(gè)巨大的充電場(chǎng)，車(chē)輛在馬路上行駛的時(shí)候就可以實(shí)現(xiàn)充電。至于電費(fèi)，可以通過(guò)車(chē)輛內(nèi)置的計(jì)量表計(jì)算所攝取的電能收取，計(jì)量表可以?xún)?nèi)置電卡，和現(xiàn)在的家庭電卡一個(gè)道理。當(dāng)然這種馬路的成本比較高，所以適合像大城市道路這種車(chē)流密集的路段。其實(shí)在上一篇智能交通技術(shù)的中我們已經(jīng)提到了關(guān)于充電馬路的設(shè)想。

　　如果到了郊區(qū)道路利用率比較低的道路，內(nèi)置電能發(fā)射器的馬路利用率變得低下而顯得不劃算也難以收回建設(shè)成本。那么充電可以選用另外一種方法。

　　目前一種高效利用太陽(yáng)能的辦法正在成型，它就是空間太陽(yáng)能發(fā)電站。當(dāng)前我們使用的地面太陽(yáng)能發(fā)電站由于大氣和云層的反射干擾，照射到地面的陽(yáng)光能量已經(jīng)衰減很多。如果將太陽(yáng)能電池板放置在大氣層外就可避免大氣對(duì)陽(yáng)光的損耗，空間站產(chǎn)生的電能通過(guò)微波傳遞給地面接收站轉(zhuǎn)化成電能，微波在大氣中的損耗非常小，所以空間太陽(yáng)能發(fā)電效率最高。此外還有在月球使用氦3發(fā)電通過(guò)微波傳回地球的構(gòu)想。

　　在空間電站的設(shè)想中，一種核心技術(shù)就是遠(yuǎn)距離微波電能傳遞。如果能將這種遠(yuǎn)距離微波輸電技術(shù)用在電動(dòng)車(chē)上，從空間太陽(yáng)能電站傳回的微波能直接可以被電動(dòng)車(chē)接收轉(zhuǎn)化，那么電動(dòng)車(chē)將不存在行駛里程的限制，只要在地球表面就能接收到能量波實(shí)現(xiàn)充電，衛(wèi)星的輻射面覆蓋了整個(gè)地球表面，只有南北極會(huì)略少一些。

　　超級(jí)電容幾分鐘可以充滿(mǎn)電

　　為了解決充電時(shí)間的問(wèn)題，我把目光放在了超級(jí)電容上。眾所周知，電容是一種快速儲(chǔ)電的設(shè)備，它的內(nèi)部不存在電池那樣的電能和化學(xué)能的轉(zhuǎn)換，只是電相不同的離子分別聚集在兩個(gè)極板上實(shí)現(xiàn)電位差。充放電都很快是電容的特點(diǎn)，而且它不存在使用壽命的問(wèn)題，理論上使用壽命是無(wú)限的。

超級(jí)電容

　　超級(jí)電容簡(jiǎn)單理解就是大號(hào)的電容，儲(chǔ)能更多。電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車(chē)受到電池放電效率和電池壽命的影響，往往功率比較低，缺乏爆發(fā)力。而且隨著電池使用時(shí)間的增加，電池的儲(chǔ)電能力逐漸衰弱，電動(dòng)車(chē)的加速能力也會(huì)越來(lái)越差。而使用超級(jí)電容的電動(dòng)車(chē)則不存在這種問(wèn)題。據(jù)近期關(guān)于超級(jí)電容的報(bào)道透露，新的超級(jí)電容每公斤可以存儲(chǔ)0.3kwh的電量，是鋰電池的2.5倍。

　　具有如此優(yōu)勢(shì)的儲(chǔ)電設(shè)備應(yīng)用到電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域?qū)⑹呛芎线m的，所以2006年開(kāi)始，上海市已經(jīng)有超級(jí)電容公交車(chē)運(yùn)營(yíng)。早期的超級(jí)電容公交車(chē)只需要在進(jìn)站時(shí)升起受電架充電2分鐘即可保證行駛3-8公里的距離，這種公交車(chē)擺脫了傳統(tǒng)電車(chē)架空輸電線的束縛。今年上海更新的新型的電容公交車(chē)增加了電容容量，充電一次可以跑一個(gè)線路單程。

　　由于公交車(chē)站間的距離往往不超過(guò)3公里，所以在車(chē)站設(shè)置電容充電設(shè)備就可實(shí)現(xiàn)公交車(chē)不間斷行駛，即沒(méi)有柴油公交車(chē)需要定時(shí)加油的需求也沒(méi)有電池公交車(chē)頻繁充電的需求，運(yùn)營(yíng)效率實(shí)現(xiàn)最大化。

　　動(dòng)力系統(tǒng)體積小也是超級(jí)電容公交車(chē)的優(yōu)勢(shì)之一，沒(méi)有了龐大的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，公交車(chē)可以在后部增加一排座椅，震動(dòng)和噪音也同時(shí)消失。三、四個(gè)超級(jí)電容組就可以驅(qū)動(dòng)公交車(chē)行駛，所占的空間不到柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的1/2。

　　目前超級(jí)電容存在成本高昂的缺點(diǎn)，而且項(xiàng)目缺少投資，發(fā)展支持不像鋰電池那樣充足，所以進(jìn)展比較緩慢。從性能角度，超級(jí)電容不失為解決充電時(shí)間長(zhǎng)，放電功率小的一種現(xiàn)實(shí)方法。

　　未來(lái)總是充滿(mǎn)可能性，我所說(shuō)的只是可能性中的一些，并不全面。科技的發(fā)展離不開(kāi)人類(lèi)的想象，所以各位網(wǎng)友不妨發(fā)揮想象力一同討論未來(lái)可能出現(xiàn)的交通科技，沒(méi)準(zhǔn)今天的想象明天就成為了現(xiàn)實(shí)。

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