作為新能源汽車的代表，電動(dòng)汽車最大的優(yōu)勢(shì)就是節(jié)能環(huán)保?？墒牵潆妴?wèn)題和續(xù)航里程，一直是大眾關(guān)注的焦點(diǎn)，也是市場(chǎng)的關(guān)鍵痛點(diǎn)。目前，電動(dòng)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(jí)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(wú)線充電技術(shù)方興未艾，已覆蓋智能手機(jī)、消費(fèi)電子、智能家居、智能穿戴、醫(yī)療設(shè)備、交通運(yùn)輸?shù)戎T多領(lǐng)域。電動(dòng)汽車的無(wú)線充電也越來(lái)越受到重視，特斯拉、VOLVO、奧迪和寶馬等車企都已開(kāi)始研發(fā)或測(cè)試電動(dòng)汽車的無(wú)線充電系統(tǒng)。電動(dòng)汽車的無(wú)線充電技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯、潛力巨大，例如：占地面積小、充電便利性高、無(wú)需人工值守、維護(hù)成本低等。

如今，主流的電動(dòng)汽車無(wú)線充電技術(shù)都是停車時(shí)充電。然而，去年高通（Qualcomm）發(fā)布的一項(xiàng)具有革命性意義的“動(dòng)態(tài)”無(wú)線充電技術(shù)，讓汽車可以在路上邊跑邊充電。Qualcomm 已經(jīng)在巴黎使用一臺(tái)雷諾旗下的全電動(dòng)Kangoo廂式貨車完成了一段100米長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)無(wú)線充電道路測(cè)試。

然而，今天筆者要介紹的技術(shù)與高通的動(dòng)態(tài)無(wú)線充電技術(shù)有“異曲同工之妙”。近日，美國(guó)科羅拉多大學(xué)波爾得分校（University of Colorado Boulder ）的工程師們開(kāi)發(fā)出一種讓電動(dòng)汽車未來(lái)實(shí)現(xiàn)行駛中無(wú)線充電的新方案。這項(xiàng)研究由科羅拉多大學(xué)波爾得分校電氣工程系計(jì)算機(jī)和能源工程專業(yè)的助理教授 Khurram Afridi 主導(dǎo)。過(guò)去兩年，Afridi 以其同事開(kāi)發(fā)出一個(gè)處于概念驗(yàn)證階段的無(wú)線電力傳輸裝置，在非常高的頻率下，通過(guò)電場(chǎng)傳輸電能。

目前，大多數(shù)電動(dòng)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(hào)和款式。但是，大多數(shù)國(guó)家的充電站較少且相隔遙遠(yuǎn)，因此駕駛員需要事先規(guī)劃好行程。Afridi 表示，這項(xiàng)技術(shù)可以解決這個(gè)問(wèn)題。

然而，要將這種功能復(fù)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(yuǎn)，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(huì)超過(guò)一秒鐘，因此每隔幾米就要安放一個(gè)充電板，保證持續(xù)充電。此外，為一部智能手機(jī)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(dòng)汽車將需要幾萬(wàn)瓦的功率，比筆記本電腦高兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

迄今為止，大多數(shù)的無(wú)線充電技術(shù)研究都是通過(guò)磁場(chǎng)傳輸能量，也稱為“感應(yīng)法”。強(qiáng)度水平適合大量能量傳輸?shù)拇艌?chǎng)，比等效的電場(chǎng)更容易生成。磁場(chǎng)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(chǎng)和能的定向，結(jié)果會(huì)帶來(lái)一個(gè)昂貴的系統(tǒng)。相比而言，電場(chǎng)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(chǎng)定向更好的天性，并相應(yīng)地降低成本。

采用電場(chǎng)進(jìn)行無(wú)線電力傳輸（電容方案）的挑戰(zhàn)在于：高速公路與電動(dòng)汽車之間的大空隙，會(huì)使得能量傳輸所通過(guò)的電容變得非常小。Afridi 表示：“大家都認(rèn)為，通過(guò)如此小的電容無(wú)法傳遞那么多的能量。但是我們認(rèn)為，要是我們?cè)黾与妶?chǎng)頻率，結(jié)果又會(huì)怎樣呢？”

在他的實(shí)驗(yàn)中，Afridi 和他的學(xué)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(gè)板代表了高速公路中的發(fā)射板，而頂部的兩個(gè)板代表了汽車內(nèi)的接收板。Afridi 撥一下開(kāi)關(guān)，能量便從底部發(fā)射出來(lái)，頂層板上的燈泡即刻亮了起來(lái)（電力的傳輸是無(wú)線的）。設(shè)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(dá)幾千瓦。

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

通過(guò)將行駛中的無(wú)線充電技術(shù)應(yīng)用于電動(dòng)汽車領(lǐng)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(shí)間和資源，最終將有利于電動(dòng)汽車進(jìn)一步的推廣和普及。

Afridi 計(jì)劃繼續(xù)開(kāi)發(fā)這一原型，并且拓展它用于潛在的真實(shí)世界應(yīng)用。他已經(jīng)得到了美國(guó)能源部 ARPA-E 部門和美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì) CAREER 獎(jiǎng)金的資助。近期，來(lái)自美國(guó)科羅拉多州科羅拉多能源研究合作實(shí)驗(yàn)室的種子基金的支持，讓Afridi 能與科羅拉多州立大學(xué)和美國(guó)國(guó)家能源部可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）展開(kāi)合作，使他可以探索可行性并優(yōu)化這個(gè)行駛中的無(wú)線系統(tǒng)。

在短期內(nèi)，Afridi 希望這一技術(shù)將應(yīng)用于倉(cāng)庫(kù)。例如，自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)機(jī)器人和叉車，將可以在具有無(wú)線充電的區(qū)域移動(dòng)，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(xiàng)技術(shù)也可用于新一代交通運(yùn)輸項(xiàng)目，例如Hyperloop 項(xiàng)目，它將使得從洛杉磯到舊金山的時(shí)間縮短至30分鐘。

這種行駛中的無(wú)線充電技術(shù)，最大的難度在于道路建設(shè)和系統(tǒng)部署，將需要為電動(dòng)汽車留出一條專用充電車道，并配備相應(yīng)的無(wú)線充電設(shè)施。因此，除了技術(shù)問(wèn)題，經(jīng)濟(jì)相關(guān)的問(wèn)題也不容忽視。