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研究團(tuán)隊(duì)帶頭人、中科院王麗芳研究員
無(wú)線充電示意圖
地面一個(gè)線圈，車(chē)底盤(pán)再裝一個(gè)線圈，倆線圈對(duì)準(zhǔn)，按下“充電”按鈕，幾小時(shí)后，電動(dòng)汽車(chē)就能吃飽喝足，重新上路。這樣聽(tīng)上去，是不是有點(diǎn)兒像天方夜譚？來(lái)自中國(guó)科學(xué)院電工研究所的王麗芳研究員，帶領(lǐng)她的團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過(guò)四年多的攻堅(jiān)克難，讓電動(dòng)汽車(chē)擺脫了對(duì)有線充電的依賴(lài)，為電動(dòng)車(chē)開(kāi)拓出“無(wú)限”的發(fā)展前景。今年下半年，這一技術(shù)將走出實(shí)驗(yàn)室，在相關(guān)區(qū)域進(jìn)行示范。更高的安全性，更低的維護(hù)成本，更小的占地面積，王麗芳認(rèn)為，無(wú)線充電技術(shù)的成熟完善，或?qū)⑹闺妱?dòng)汽車(chē)迎來(lái)大發(fā)展的“春天”。
利用電磁場(chǎng)原理發(fā)電
“無(wú)線充電的原理，簡(jiǎn)單用一句話來(lái)說(shuō)，就是物理上的電磁場(chǎng)原理?！彪娍梢陨纱?，磁也能帶來(lái)電，變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)構(gòu)成了一個(gè)不可分離的統(tǒng)一場(chǎng)，這就是電磁場(chǎng)。
王麗芳介紹，電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電系統(tǒng)包含了兩個(gè)大的“模塊”：一部分是在地面上的，另外一部分是裝在車(chē)上的。地面上的功率變化裝置與電網(wǎng)相連，將電能傳送到地面的線圈上；地面上的線圈與車(chē)載線圈發(fā)生耦合反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了能量的傳遞和輸送；之后，車(chē)上的功率變化裝置將從車(chē)載線圈上接收到的交流電，轉(zhuǎn)化為電池所需的直流電。
上述的整個(gè)過(guò)程，將電網(wǎng)上的電轉(zhuǎn)移到了電動(dòng)汽車(chē)?yán)锏碾姵厣稀６绾卧谶@個(gè)過(guò)程中，保證能量的高效傳遞、盡量減少損耗，是王麗芳團(tuán)隊(duì)需要克服的一大問(wèn)題。2011年接手這個(gè)項(xiàng)目之初，王麗芳聽(tīng)到的反對(duì)和質(zhì)疑聲中最響亮的也都齊齊針對(duì)充電效率。“當(dāng)時(shí)大家覺(jué)得做無(wú)線充電根本沒(méi)有意義，最多能做到30%、40%的效率，而有線充電的效率已經(jīng)能達(dá)到80%、90%。”但是王麗芳不信這個(gè)邪，她注意到國(guó)外的實(shí)驗(yàn)室里已經(jīng)有相關(guān)的成功案例，“國(guó)外能做，我們也能做，起碼可以試一下?！?/span>
下半年將在北京試點(diǎn)
記者在中科院電工所的實(shí)驗(yàn)室里看到了電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電系統(tǒng)。約3厘米高、邊長(zhǎng)60厘米的一個(gè)正方形“墊子”鋪設(shè)在地面上，與20cm×15cm×15cm的功率變化裝置相連。王麗芳說(shuō)，“墊子”里包裹的就是地面線圈，在未來(lái)推廣使用時(shí)，可以將其鑲嵌在地表上，裝完以后與地面保持平行，這一點(diǎn)與有線充電樁相比，不僅極大地節(jié)約了空間，而且降低了維護(hù)成本，設(shè)備損壞和觸電的風(fēng)險(xiǎn)也就基本降低為零。
在汽車(chē)內(nèi)部，有一個(gè)小小的“導(dǎo)引終端”，能時(shí)時(shí)顯示車(chē)載線圈與地面線圈的距離，“兩個(gè)線圈位置對(duì)得越準(zhǔn)越好。”根據(jù)導(dǎo)引終端的提示，將車(chē)停好后，按下充電按鈕，即可開(kāi)始充電。
一提到電磁場(chǎng)，大家還是會(huì)對(duì)其產(chǎn)生的“輻射”有點(diǎn)兒擔(dān)憂。對(duì)此，王麗芳解釋?zhuān)壳霸跓o(wú)線充電方面，國(guó)家還沒(méi)有出臺(tái)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。其團(tuán)隊(duì)測(cè)試結(jié)果顯示：在電動(dòng)汽車(chē)內(nèi)，由于車(chē)殼的屏蔽作用，磁場(chǎng)強(qiáng)度較??；在電動(dòng)車(chē)外，雖然磁場(chǎng)強(qiáng)度較大，但仍小于國(guó)際非電離輻射防護(hù)委員會(huì)（ICNRP）推薦的安全限制。此外，干擾磁場(chǎng)強(qiáng)度隨著距離的減少而迅速衰減。這就意味著在離開(kāi)一段距離后，輻射干擾基本不存在影響。
王麗芳介紹，目前無(wú)線充電技術(shù)還不夠成熟，因此成本較高，距離市場(chǎng)化推廣還有一段路要走。但是隨著技術(shù)的成熟，批量化的推廣，未來(lái)的成本有望降低至與目前有線充電相當(dāng)?shù)乃?。下半年，該技術(shù)將邁開(kāi)走出實(shí)驗(yàn)室的第一步：在亦莊或是京郊區(qū)縣已經(jīng)有電動(dòng)出租車(chē)的示范區(qū)域，開(kāi)始進(jìn)行無(wú)線充電的示范運(yùn)行。目前，各方正在協(xié)調(diào)最后示范的地點(diǎn)。
未來(lái)有望邊開(kāi)車(chē)邊充電
現(xiàn)在的無(wú)線充電技術(shù)，還需要倚賴(lài)電動(dòng)汽車(chē)的?？坎拍軐?shí)現(xiàn)。未來(lái)有沒(méi)有可能像手機(jī)一樣，隨時(shí)可充電呢？目前，王麗芳正帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行“邊開(kāi)車(chē)邊充電”的技術(shù)研發(fā)，該項(xiàng)目已進(jìn)行到實(shí)驗(yàn)機(jī)的研發(fā)階段。王麗芳設(shè)想，如果該技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，未來(lái)可為電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)辟專(zhuān)用的行駛充電路線，該項(xiàng)目在國(guó)際上也已經(jīng)有了示范運(yùn)行。
幕后故事
1.線圈裝進(jìn)車(chē)也要防“排異反應(yīng)”
從實(shí)驗(yàn)室跨到示范這一步，其實(shí)并不容易。2013年上半年，王麗芳帶著自己的無(wú)線充電系統(tǒng)首次在北京科博會(huì)上亮相。實(shí)際上，當(dāng)時(shí)亮相的只能算是個(gè)“半成品”：地面線圈鋪在地上，以裝有燈泡的小推車(chē)模擬電動(dòng)汽車(chē)，小推車(chē)駛過(guò)地面線圈，燈泡就會(huì)變亮，整個(gè)過(guò)程直觀展示充電過(guò)程。
這次亮相受到了極大的關(guān)注，這給了王麗芳極大的信心，剛接手項(xiàng)目時(shí)的忐忑和不安稍稍得到了安慰。王麗芳和隊(duì)友們下一步的目標(biāo)很明顯，就是完成系統(tǒng)的裝車(chē)匹配。而將車(chē)載線圈裝進(jìn)車(chē)?yán)?，不亞于是給汽車(chē)做了個(gè)器官移植手術(shù)。為了不出現(xiàn)排異反應(yīng)，就得保證車(chē)載線圈跟車(chē)上的每個(gè)系統(tǒng)都能達(dá)到一種調(diào)和的狀態(tài)，顧此還要及彼。“我們的原則就是讓整車(chē)的改變最小，讓自己的系統(tǒng)盡可能適應(yīng)整車(chē)原來(lái)接口的需求?！睂?shí)驗(yàn)室階段的系統(tǒng)通常做得比較大，而乘用車(chē)由于體積小，如何打造“縮小版”的車(chē)載系統(tǒng)本身已經(jīng)夠難。然而在裝車(chē)時(shí)，王麗芳團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在汽車(chē)底盤(pán)上包著一層大的金屬片，而金屬片對(duì)于磁場(chǎng)的傳輸具有相當(dāng)大的阻擋作用，由此會(huì)產(chǎn)生極大的能量損耗。攔路虎出現(xiàn)了。
“我們雖然是為了完成承接的這個(gè)項(xiàng)目，但是一方面也很想要達(dá)到國(guó)際同級(jí)別的水平。我總覺(jué)得，人家能做到，我們也能做到。一定是有哪些技術(shù)我們還沒(méi)有突破。”推倒重來(lái)，從系統(tǒng)、線圈到參數(shù)匹配，王麗芳和同事最終找到一種解決方案，使得金屬片對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的影響最小。
2.大冷天穿著棉衣堅(jiān)持戶(hù)外調(diào)試
在這四年多的時(shí)間里，加班熬夜對(duì)于團(tuán)隊(duì)很多人來(lái)說(shuō)已是家常便飯。但是王麗芳每每想起團(tuán)隊(duì)大冬天里戶(hù)外調(diào)試的場(chǎng)景還是會(huì)覺(jué)得心疼。2013年冬天，克服了種種障礙之后，團(tuán)隊(duì)終于迎來(lái)了裝車(chē)實(shí)驗(yàn)。然而，由于實(shí)驗(yàn)室空間有限，實(shí)驗(yàn)人員的調(diào)試工作只能在戶(hù)外進(jìn)行。調(diào)試經(jīng)常會(huì)是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程，遇到問(wèn)題就得當(dāng)場(chǎng)解決，找到問(wèn)題根源；因?yàn)檫^(guò)了這個(gè)節(jié)點(diǎn)之后，問(wèn)題有時(shí)會(huì)很難復(fù)現(xiàn)?！耙雇砹阆率畮讛z氏度的天氣里，實(shí)驗(yàn)人員穿著棉衣棉靴，一干就是兩個(gè)星期。調(diào)試完成了，最冷的日子也熬過(guò)去了。”
目前，實(shí)驗(yàn)人員正在對(duì)無(wú)線充電系統(tǒng)的可靠性和環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行調(diào)試和驗(yàn)證。對(duì)于這樣一個(gè)精益求精的“修修補(bǔ)補(bǔ)”的過(guò)程，團(tuán)隊(duì)里最年輕的郭彥杰心里既矛盾又享受?！翱吹阶约鹤龅臇|西出了問(wèn)題，感覺(jué)總是不好的；但是又希望現(xiàn)在能盡早暴露一些問(wèn)題，這樣大家使用的時(shí)候麻煩就會(huì)更小?！惫鶑┙苷f(shuō)，科研探索的是一個(gè)個(gè)新的領(lǐng)域，探索的過(guò)程中肯定會(huì)有困難，但是新發(fā)現(xiàn)的喜悅足以抵擋住這些困難。