斯坦福大学的研究人员离实现电动汽车在驾驶时无线充电又近了一步

斯坦福大学的工程师们在使电动汽车充电成为现实的道路上迈出了一大步,他们在未来的高速公路上快速行驶,这些高速公路是通过无线方式为汽车“加油”的。

斯坦福大学的一项新技术有一天可能会使电动汽车在高速公路上快速行驶时自动充电成为可能。高速公路是为了无线给汽车“加油”而修建的。(图片来源:Unsplash/Kimi Lee)

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,这项技术有一天可以推广到为公路上行驶的汽车提供动力。从近期来看,该系统很快就可以为在仓库和工厂车间移动的机器人进行无线充电,从而消除停机时间,使机器人几乎可以24小时工作。

“对于汽车和机器人的无线充电来说,这是迈向实用和高效系统的重要一步,即使它们的移动速度很快。”“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。”对于充电机器人,我们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工作,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。范说,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。他说,这个系统的速度足以为一辆超速行驶的汽车提供补给。无线传输只需几毫秒——与一辆以每小时70英里的速度行驶的汽车穿过一个4英尺长的充电区所需的时间相比,这只是九牛一毛。唯一的限制因素,范说,将是多快的汽车电池可以吸收所有的电力。

Assawaworrarit说,无线充电器不应该构成健康风险,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。范说,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。

谁知道呢?也许无人机真的可以用来送披萨。

这项工作是由美国国防部的Vannevar Bush教员奖学金支持的。

要阅读关于斯坦福科学的所有故事,请订阅《斯坦福科学文摘》。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.stanford.edu/2020/05/04/wirelessly-charging-electric-cars-drive/

https://petbyus.com/28378/