作為新能源汽車的代表，電動汽車最大的優(yōu)勢就是節(jié)能環(huán)保?？墒?，充電問題和續(xù)航里程，一直是大眾關注的焦點，也是市場的關鍵痛點。目前，電動汽車主流的充電方式有：便攜式充電線充電、家用充電樁充電、快速充電樁充電、慢速充電樁充電、超級電站充電等，而這些都屬于需要插入充電線的有線充電方式。

如今，無線充電技術方興未艾，已覆蓋智能手機、消費電子、智能家居、智能穿戴、醫(yī)療設備、交通運輸?shù)戎T多領域。電動汽車的無線充電也越來越受到重視，特斯拉、VOLVO、奧迪和寶馬等車企都已開始研發(fā)或測試電動汽車的無線充電系統(tǒng)。電動汽車的無線充電技術優(yōu)勢明顯、潛力巨大，例如：占地面積小、充電便利性高、無需人工值守、維護成本低等。

如今，主流的電動汽車無線充電技術都是停車時充電。然而，去年高通（Qualcomm）發(fā)布的一項具有革命性意義的“動態(tài)”無線充電技術，讓汽車可以在路上邊跑邊充電。Qualcomm 已經(jīng)在巴黎使用一臺雷諾旗下的全電動Kangoo廂式貨車完成了一段100米長的動態(tài)無線充電道路測試。

然而，今天筆者要介紹的技術與高通的動態(tài)無線充電技術有“異曲同工之妙”。近日，美國科羅拉多大學波爾得分校（University of Colorado Boulder ）的工程師們開發(fā)出一種讓電動汽車未來實現(xiàn)行駛中無線充電的新方案。這項研究由科羅拉多大學波爾得分校電氣工程系計算機和能源工程專業(yè)的助理教授 Khurram Afridi 主導。過去兩年，Afridi 以其同事開發(fā)出一個處于概念驗證階段的無線電力傳輸裝置，在非常高的頻率下，通過電場傳輸電能。

目前，大多數(shù)電動汽車一次充電，能夠行駛的距離在100英里到250英里之間，具體的行駛距離取決于汽車的型號和款式。但是，大多數(shù)國家的充電站較少且相隔遙遠，因此駕駛員需要事先規(guī)劃好行程。Afridi 表示，這項技術可以解決這個問題。

然而，要將這種功能復制到正在行駛的汽車上，困難要大得多。從公路到汽車的物理距離更遠，需要的能量將多得多。高速公路上行駛的汽車，在任何一塊充電板上，逗留不會超過一秒鐘，因此每隔幾米就要安放一個充電板，保證持續(xù)充電。此外，為一部智能手機充電僅需5瓦的功率，而筆記本電腦則需100瓦。但是，行駛中的電動汽車將需要幾萬瓦的功率，比筆記本電腦高兩個數(shù)量級。

迄今為止，大多數(shù)的無線充電技術研究都是通過磁場傳輸能量，也稱為“感應法”。強度水平適合大量能量傳輸?shù)拇艌?，比等效的電場更容易生成。磁場以類似圓圈型的圖案往外傳輸，因此需要使用脆弱且有損耗的磁性材料，保持場和能的定向，結果會帶來一個昂貴的系統(tǒng)。相比而言，電場本身就是以較直的線傳輸。在他的創(chuàng)新研究中，Afridi 想要利用電場定向更好的天性，并相應地降低成本。

采用電場進行無線電力傳輸（電容方案）的挑戰(zhàn)在于：高速公路與電動汽車之間的大空隙，會使得能量傳輸所通過的電容變得非常小。Afridi 表示：“大家都認為，通過如此小的電容無法傳遞那么多的能量。但是我們認為，要是我們增加電場頻率，結果又會怎樣呢？”

在他的實驗中，Afridi 和他的學生們安裝了相互平行的金屬板，之間相隔12厘米。底部的兩個板代表了高速公路中的發(fā)射板，而頂部的兩個板代表了汽車內(nèi)的接收板。Afridi 撥一下開關，能量便從底部發(fā)射出來，頂層板上的燈泡即刻亮了起來（電力的傳輸是無線的）。設備已經(jīng)穩(wěn)步提升至這樣的效果：在兆赫的頻率下，傳輸功率達幾千瓦。

Afridi 表示：“當我們傳輸能量跨越12厘米，突破了千瓦的藩籬時，我們感到很興奮，那一天我們拍手相慶?！蔽磥?，通過這種低成本充電板，可以跨越很遠的物理距離，向正在移動的平臺發(fā)送大量電能。這種能力將使得這項技術可以拓展應用于小型消費電子產(chǎn)品例如手機，并能為汽車等體積更大的物體充電。

通過將行駛中的無線充電技術應用于電動汽車領域，有望打破傳統(tǒng)充電樁的限制，讓充電變得更便捷，節(jié)省時間和資源，最終將有利于電動汽車進一步的推廣和普及。

Afridi 計劃繼續(xù)開發(fā)這一原型，并且拓展它用于潛在的真實世界應用。他已經(jīng)得到了美國能源部 ARPA-E 部門和美國國家科學基金會 CAREER 獎金的資助。近期，來自美國科羅拉多州科羅拉多能源研究合作實驗室的種子基金的支持，讓Afridi 能與科羅拉多州立大學和美國國家能源部可再生能源實驗室（NREL）展開合作，使他可以探索可行性并優(yōu)化這個行駛中的無線系統(tǒng)。

在短期內(nèi)，Afridi 希望這一技術將應用于倉庫。例如，自動化倉庫機器人和叉車，將可以在具有無線充電的區(qū)域移動，不再需要插入式充電，從而減少了停工期并提高了產(chǎn)量。這項技術也可用于新一代交通運輸項目，例如Hyperloop 項目，它將使得從洛杉磯到舊金山的時間縮短至30分鐘。

這種行駛中的無線充電技術，最大的難度在于道路建設和系統(tǒng)部署，將需要為電動汽車留出一條專用充電車道，并配備相應的無線充電設施。因此，除了技術問題，經(jīng)濟相關的問題也不容忽視。