可充電池的充電原理介紹

　　1 引言

　　隨著我國經(jīng)濟迅速發(fā)展， 國家相應的優(yōu)惠政策、補貼政策、以舊換新政策等一系列政策的能源汽出臺， 進一步促進了私家汽車增加。國際上，能源與環(huán)境已成為當前全球最為關(guān)注的問題，能源的緊缺與替代、環(huán)境的污染與保護共同促使了環(huán)保新車的大力發(fā)展。

　　電動汽車是首先發(fā)展起來的一種環(huán)保新能源汽車，包括蓄電池電動汽車、混合動力電動汽車和燃料電池電動汽車。其中，燃料電池電動汽車是作為未來主流發(fā)展的環(huán)保新能源汽車，但其技術(shù)尚處于研發(fā)階段，成本過高；混合動力電動汽車的電力補給主要來自內(nèi)燃機帶動的發(fā)電機， 在能源危機下只能是一個過渡產(chǎn)品。而本文主要研究的是純蓄電池電動汽車。

　　蓄電池電動汽車技術(shù)已經(jīng)基本成熟，很多廠商已經(jīng)在大力生產(chǎn)， 各地也在進行充電站的建設(shè)。但蓄電池電動汽車的充電問題一直令研究者頭疼， 根據(jù)現(xiàn)有的應用成果， 一般的蓄電池充滿一半需要充電半小時， 完全充滿則要8 小時以上， 而且充滿電的汽車一般只能行駛100余公里。這顯然讓蓄電池電動汽車無法與內(nèi)燃機汽車相提并論。因此， 充電技術(shù)的解決， 將極大推動蓄電池電動汽車的發(fā)展。

　　2 無線充電技術(shù)的歷史

　　在100多年以前， 有一個名叫Nikola Tesla的塞爾維亞裔美國電氣工程師和物理學家已經(jīng)在夢想著這樣一個不需要電線的世界，他在1891年發(fā)明“特斯拉線圈”，產(chǎn)生了頻率很高的無線高壓電流， 不過該高壓電的電流極小，無法應用在實際使用中。在當時， 特斯拉就利用這些線圈進行一系列實驗，開創(chuàng)了無線電力傳輸?shù)南群?。特斯拉曾?jīng)說過， 無線充電將是能讓電力事業(yè)繁榮的最終出路。1901年，特斯拉在紐約長島開始了他的研究，他的目標是，讓電能像收音機電波一樣跨越大洋。但是因為投資巨大，這項技術(shù)“胎死腹中”。

　　3 無線充電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

　　雖然特斯拉線圈在當時并沒有得到推行， 但后人從理論上完全證實了這種方案的可行性，經(jīng)過多年研究，科學家們認為進行無線電力傳輸是可能的。無線電力傳輸是一種區(qū)別于有線傳輸?shù)奶厥夤╇姺绞?，目前它主要有電磁感應、電磁共振和無線電波等三種不同的方式。

　　3.1 電磁感應

　　這是目前最為常見的傳輸方式， 通過發(fā)射端和接收端的線圈相互感應產(chǎn)生電流，從而實現(xiàn)電力傳輸。2010年，某科技有限公司就展示的一款手機無線充電器，其利用的正是電磁感應原理。該方式的功率可達幾百瓦，但兩個線圈的距離不能超過1厘米， 而且終端產(chǎn)品的線圈與電路之間必須屏蔽以防止干擾，另外，發(fā)射端必須具有智能識別被充電產(chǎn)品的能力， 防止將能量傳輸給其他設(shè)備，造成能量浪費。

　　3.2 電磁共振

　　電磁共振是目前正在研究的一種電力傳輸方式。2008年，英特爾公司的工程師們曾以該項技術(shù)作為基礎(chǔ)，在距電源3英尺的地方點讓一個6 0 W的燈泡發(fā)光。經(jīng)過有關(guān)科學家測算，該方式的功率可達幾千瓦，距離也可達3～4m,但由于目前的實驗所需要的線圈直徑較大，還僅停留在實驗階段，另外，必須對其相應頻率進行保護，防止相同頻率的電磁波進行干擾， 降低效率。

　　3.2 無線電波

　　無線電波是另一種較為成熟的無線充電方式， 其原理與早期使用的礦石收音機相類似， 即利用微型高效接收電路捕捉從障礙物反射回來的無線電波， 然后將之轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的直流電壓。PowercaST公司早在2007年便宣稱，可利用RF廣播在最多幾米以外的地方對小于蜂窩電話的消費電子設(shè)備進行充電。但該方式的功率低： 不超過100mW；距離短：不超過10m；效率低；充電時間長。

　　4 無線充電在電動汽車方面的應用

　　無線充電如何應用到電動汽車方面呢？下面， 我們將通過對充電地點、充電方式、充電電池的簡單研究分析，最終提出無線充電在電動汽車上的具體應用方法。

　　首先，充電地點的選擇。無線充電技術(shù)對充電器、被充電設(shè)備的距離和狀態(tài)有關(guān)，也就是說，二者之間的距離不能太大，且二者之間沒有相對運動， 否則就無法穩(wěn)定和有效的傳輸電力。因此充電的位置只能是汽車停留的地點， 即車庫、停車場、路口等位置， 公交車的充電裝置還可以設(shè)置在公交站點。當然，條件允許的地方或高速公路旁還可以專門設(shè)置充電站， 方便車輛的充電。

　　其次，充電方式的選擇。從三種充電方式中可以看出， 電磁感應充電所需要的距離太小，無線電波充電的效率太低，而電磁共振充電的距離、效率都能滿足蓄電池汽車的需要。

　　最后，對充電電池的選擇。電動汽車在城市中隨時都會進行充電， 因此必須要選擇無污染且沒有記憶效應的蓄電池進行充電。

　　經(jīng)過比選， 我們對無線充電在電動汽車的應用上有了比較清晰的思路： 一方面在道路及建筑工程建設(shè)中， 由電力供應單位根據(jù)規(guī)劃圖事先在路口、公共停車場的車位、單位或小區(qū)的停車位和車庫下面預埋無線充電的充電器， 并做好充電器與電網(wǎng)或太陽能電池板連接；另一方面，汽車生產(chǎn)廠家要在汽車底部安裝無線充電的接收裝置， 并與蓄電池等設(shè)備連接；另外， 國家相關(guān)部門要統(tǒng)一發(fā)射、接收信號的頻率，使其能夠通用。

　　5 無線充電技術(shù)在應用發(fā)展中應注意的問題

　?。?）國家要出臺相應的政策，鼓勵、扶持并規(guī)范無線充電汽車的發(fā)展和充電設(shè)施的建設(shè)。一個行業(yè)或企業(yè)，尤其是利國利民的行業(yè)或企業(yè)的發(fā)展，離不開國家的扶持。無線充電是一個剛剛起步的領(lǐng)域， 其有效的發(fā)展可以很大程度上解決電動汽車發(fā)展的一個瓶頸，但由于對其研發(fā)的投資巨大，這就更需要國家進行鼓勵和扶持， 以加快其研發(fā)進程，使其盡早得以應用。

　?。?）無論最終采用何種方式充電、采用何種蓄電池， 國家及各地方有關(guān)部門都要對其頻率、安全、環(huán)保、節(jié)能等方面進行研究，避免浪費、避免對人體健康產(chǎn)生不良影響、避免對環(huán)境造成新的污染，同時要宣傳到位， 避免人們對電磁的恐懼心理。

　?。?）在實際中，由于發(fā)射端置于地下，要注意對其的保護。

　?。?）在雨水較多的地區(qū)，除對地下設(shè)施的防水外， 車輛接收端的防水處理也是一個需要考慮的問題。

　　6 結(jié)語

　　無線充電技術(shù)目前還處于研發(fā)階段，但有許多國家已經(jīng)將其應用到手機、電腦、隨身聽等設(shè)備的充電上， 其中美國、韓國、日本等國家也開始了無線充電汽車的研究。隨著該技術(shù)的不斷完善，必將推動蓄電池汽車的發(fā)展，減少我們對石油的依賴，保護環(huán)境， 造福人類。