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新技术展望:为行驶中的电动汽车进行无线充电

2020/5/7 8:59:05??????点击:

尽管智能手机上已经有无线充电板,但它们只有在手机静止不动的情况下才能工作。对于汽车来说,这和目前在充电站充电一两个小时一样不方便。

三年前,斯坦福大学的电气工程师Shanhui Fan和他实验室的研究生Sid Assawaworrarit建立了第一个可以无线为运动中的物体充电的系统。然而,这项技术的效率太低,在实验室之外没有用处。

现在,在《自然电子》杂志上,两位工程师展示了一项技术,这项技术将来可以推广到为公路上行驶的汽车提供动力。从近期来看,该系统可能很快就能实现在机器人在仓库和工厂地板上移动时为它们无线充电,从而消除停机时间,使机器人几乎可以全天候工作。

他说:“这是朝着一个实用、高效的汽车和机器人无线充电系统迈出的重要一步,我们将不得不加大给行驶中的汽车充电的功率,但我不认为这是一个严重的障碍。对于给机器人进行无线充电,这已经在实用范围内了。”

无线充电器通过产生一个磁场来传输电能,这个磁场以一定的频率振荡,在接收设备的线圈中产生共振振动。问题是,如果光源和接收器之间的距离变化很小,谐振频率就会改变。

三年前,研究人员取得了第一个突破,他们开发了一种无线充电器,即使与接收器的距离改变,它也能传输电流。他们通过集成放大器和反馈电阻来实现这一点,当充电器和移动物体之间的距离改变时,反馈电阻允许系统自动调整其工作频率。但是,最初的系统没有足够的效率来实现。放大器内部使用如此多的电来产生所需的放大效果,以至于系统只传输了流经系统的10%的功率。

在他们的新论文中,研究人员展示了如何将系统的无线传输效率提高到92%。Assawaworrarit解释说,关键是用一个更高效的“开关模式”放大器取代原来的放大器。这种放大器并不新鲜,但它们非常挑剔,而且只能在非常精确的条件下才能产生高效率的放大效果。经过多年的修修补补和额外的理论研究,我们才设计出了有效的电路结构。

这个新的实验室原型可以在2到3英尺的距离内无线传输10瓦的电力。研究人员说,扩大一个系统来传输一辆汽车所需的数十或数百千瓦电力,没有任何根本的障碍。这个系统的速度足以为一辆超速行驶的汽车提供补给。无线传输只需要几毫秒——这只是以每小时70英里的速度行驶的汽车穿过4英尺充电区所需时间的一小部分。唯一的限制因素,将是汽车电池需要吸收所有的电力需要多久。

Assawaworrarit说,无线充电器不会构成健康风险,因为即使是功率足够大的汽车充电器也会产生完全在现有安全准则范围内的磁场。的确,磁场可以在人们没有任何感觉的情况下把电传导给他们。

尽管无线充电器要在高速公路上嵌入可能还需要很多年,但机器人甚至无人机的机遇更为紧迫。与长时间的高速公路相比,在地面或屋顶安装充电器的成本要低得多。研究人员说,想象一下一架无人机,它可以偶尔俯冲下来,在屋顶上盘旋,快速充电,就能飞一整天。

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