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原创：电动汽车无线充电随想——王创社博士

2016-3-9 15:16:12 3240 无线电动自行车电动车

0 本文只是作者对电动汽车及无线充电按照自己的思路的定性大概描述，没有严格的定量计算，所有文中个人观点肯定不严谨也许有错误之处，希望批评指正共同探讨。电动汽车是什么？电动汽车中文名称本身就是一个矛盾，汽车在传统概念中是烧燃油的，电动汽车名称用于混合电动汽车或双模电动汽车更贴切，由于电动车名称先被电动自行车、电动摩托车等占有，所以不得不用电动汽车来区分，是指像汽车一样的但用电能驱动的车辆，但电能驱动的车辆有无轨、有轨电车，是不用电池的，现在常规的电动汽车应该是专指靠自带电池驱动的像汽车一样的车辆。电动汽车要靠自身的储存电能驱动，就需要电池，需要电池充电，电池的能量密度决定的电动汽车的续行里程，电池的功率密度决定了电动汽车的加速度和充电速度，而这两项都是电池的瓶颈，特别是能量密度。电动汽车很不幸的是有燃油车这个参照，电动汽车不是新近才出现的，早已经在和燃油车的竞争中败下阵来，为什么？电和油，电传输快而不好存储，油运输麻烦但能量密度高，相比较同样能量适合移动携带。电动汽车正是用电能自己不易储存、存储能量密度低的特性来和高功率密度的燃油比，所以发展艰难。汽车的功率、能量相比电池以前传统的移动应用是非常大的，电池能量密度低，决定了要接近燃油车的行驶里程，电动汽车就必须带有大量的电池才能满足已经习惯了燃油车的使用要求，目前电动汽车电能大概在20度电到80度电能，20度电大概能跑150公里左右，80度电不会超过500公里，因为电池很重。大巴电池更多，大概200度电左右，这个能量勉强满足和燃油车比较而来的续行里程的需要。汽车加油现在大概不到十分钟吧，20度电要十分钟充满，就需要120KW的充电功率，电池功率密度需要6C以上，对电池的要求太高，如果60度电，10分钟充满，就需要360KW功率，充电设备投入成本太高，电网也受不了，这决定了电动汽车充电的经济性很差，但从充电技术来说，没有任何问题。电动汽车充电，用充电枪插电式充电，由于受到电池能量密度、充电机功率的限制，无法经济的做到像加油一样快，于是，就想到了电动汽车能否边走边充电，这样，就引入了另外一个像提高电池功率密度一样不好搞的问题:无线能量传输。无线电能传输用于电动汽车充电，就是无线充电，现在比较现实的方案就是近距离电磁感应充电，距离一远，无论是效率，还是成本都已经很难做。无线充电能够解决电动汽车什么问题？ 1，定点无线充电自动方便，不用人去干涉。这不是电动汽车发展的瓶颈，燃油汽车实现自动加油，难度不会比电动汽车无线充电大的，但自动加油并没有在现实中大量使用而汽车照样得到了普及，弯弯腰插入充电枪并不比插入加油枪增加多大难度，只是大功率快速充电枪及线缆有点重。 2，无线自动充电在零碎时间短暂停留快速加电。快速充电得到的好处是可以少装电池，降低车辆初次投入成本。但总体成本降低了吗？要快速充电，就需要功率密度很大的电池，比如钛酸锂电池，甚至超级电容器，但其成本高，同样价格还不如加大能量密度，同样可以在不增加电池功率密度的情况下多装电池实现同等能量的快速加电；还有，少装电池大功率充电，车辆同样距离消耗的电能不变的话（少装电池车辆会轻点，耗电量会小点，我只是定性分析，没有定量），意味着电池100%DOD充放电次数寿命一样的话，就要消耗同样多的电池，无非是一次装车上还是分批装车上的问题，无线充电用于暂短停留加电只是解决了电池是一次投入还是分批投入的问题，但增加的成本远远高于一次投入电池，也没有优势。而且这是快速充电所带来的效果，与有线无线无关，无非是要不要插入的问题，但与简单的插入需要增加的成本完全不成比例。快速充电不但要求电池功率密度大，而且对电网的冲击不可忽视，设备的不饱和使用增加的成本也是成倍增加。（关于充电问题这里不谈，想说的一点就是任何想靠充电业务赚取更多利润的想法都是对电动汽车事业的无情扼杀，承诺的电动汽车使用成本低难道是骗人的？靠骗人的产品无法长久获得用户，在电动汽车购买电池维护更换成本不低的情况下，充电必须是低价格的，必须找到一种低价充电运营方式才有助于电动汽车产业的发展） 3，运动中无线充电，听起来很美，如果能够运动中无线充电，那么还要电池干嘛？可以装很少电池或不装电池，这已经不是充电问题了，这个车还是靠自带电池驱动的像汽车一样的电动汽车吗？用简单成熟的有轨无轨电车就可以实现的方式，而且不需要电池，方案技术成熟，为什么要用无线充电？ 4，那么，非要用无线电能传输在电动汽车上，高速路上铺满无线充电装置，这样的高速路还是传统的高速路吗？成本是多少？与其这样，还不如采用直线电机原理，直接将整个高速路做成一个直线电机算了，要不，就是特斯拉马斯克的超级高铁，或者真空隧道，其实都不是理论上的技术难题，只是工程成本实现问题，无非是电能转化为动能的问题，把电机做得足够大，将动子和定子分离，我不是电机专业，我想电机专业的人设计一个足够大的电机应该没有理论难点，只是工程实现难点和成本投入而已。电能无线传输，像提高电池能量密度一样，是一个技术难题，电池能量密度的提高，并不符合摩尔定律，电池是一个古老的产品，就拿锂电池来时，其能量密度近年来的提高最大来自于振实密度，简单的说，就是想办法同样体积重量多填充有效成分，当然，配方等对能量密度的提高也有，但没有根本性的改变；锂是最轻的金属，电池行业研究人员早就把元素周期表翻了几遍，没有革命性的创新，电池能量密度还是很难提高。电动汽车发展，遇到了电池能量密度瓶颈（先不考虑成本），如果为了电动汽车发展，再引入一个电能无线传输，如果花费用于电动汽车的资源，当然对电动汽车发展来说是极其不利的，但如果无线电能传输不用花费电动汽车资源，倒也是一个和电动汽车、动力电池一样的科研课题。将电能无线传输用于电动汽车无线充电，是因为电动汽车电能转移出现挫折后想避重就轻的想当然了，高功率电能一定距离无线传输并不是一个容易解决的问题，解决电动汽车的问题没有其他办法，遇到什么问题解决什么问题，无法回避，无线充电解决不了电动汽车遇到的问题，即使在电动汽车中能够应用，也只能在特定场合下使用，当然，要付出特定场合下使用的额外特定成本。无线能量传输，想起来很美好，但实现并不容易，小功率的手机无线充电，至今也没有多少应用，更何况一辆电动汽车能量大过数千倍，快速充电时功率超过手机上万倍。千万别认为一定距离的无线能量传输容易做，认为很简单易实现。现在无线充电目前能做到的功率较大的就是电磁感应方式，这种无线充电简单的说就是将变压器原付边分成两半，付边装车上，原边放地面，或者就是电磁炉，电动汽车就是电磁炉的铁锅，都是距离很近的无线能量传递。电磁波能量强度与距离的平方成反比，所以距离加大，电磁能量传输效率会急剧减小，当然可以采用技术方法让电磁能量定向，但从根本上无法解决电磁感应能量较远距离低损耗传输问题，至于其他的无线充电方式，目前都处于试验阶段，即使的实验室，也无法远距离传输较大功率。世界是由物质、能量、信息组成的，能量在某些方面像信息，在某些方面像物质，电能的固化存储，外部特性完全物质化，是一个体力活，仅仅想靠像传递信息一样传递能量在目前来说是做不到的，而且如果能量能够像信息一样传递转移，那么是否就能够隔墙取物？结论：电动汽车中遇到的电池能量密度问题和电能无线传输问题，都是两个需要科学研究探索的问题，电能无线传输能够在特定应用方面实现电动汽车无线充电，对电动汽车是一种特定场合应用的辅助，但并不是电动汽车发展所要解决的问题，是有别于电动汽车，和电动汽车同样性质的科研问题。作者为深圳市强能电气有限公司总经理王创社，西安交通大学电力电子博士 0
2016-3-9 15:16:12　　评论淘帖0 举报相关推荐 • [原创]电动汽车的充电器 2205 • 电动汽车的无线充电技术 5386 • 电动汽车无线充电原理_电动汽车无线充电设计案例 22235 • 电动汽车无线充电面临哪些挑战？ 2742 • 电动汽车无线充电 1608 • 电动汽车的充电模式 2742 • 电动汽车充电枪问题 2981 • 电动汽车的充电模式 2966 • 电动汽车无线充电的好处有哪些？电动汽车无线充电原理 3021 • 电动汽车无线充电优化匹配研究 2543