行驶中供电的新技术是怎么在日本诞生的?
来源:爱集微 发布时间:2015-05-14 分享至微信
其实,该车是从地板获得电力的。为行驶中的电动车辆开发出充电系统的是日本丰桥技术科学大学电气电子信息工程系波动工程研究室教授大平孝等人的研究小组。大平等人于2011年首次公开了研究内容。尽管当时电动车辆行驶中供电领域已有多项候选技术,但大平等人的研究小组提出的经由轮胎来传输电力的新方法(参阅本站报道)还是令人耳目一新。
该研究小组采用了名为电场耦合方式的技术。在路上铺设金属板,使金属板与轮胎钢丝带束层(Steel Belt)之间形成电容,让位移电流(高频电流)通过,由此来传输电力。
这是一项诞生于日本的电动车辆行驶中供电新技术。在这项备受关注的技术中主导开发的大平在接受记者采访时,介绍了研发背景、进度情况以及今后的使用推广前景。(采访人:久米 秀尚)
——为何致力于电动车辆行驶中供电系统的开发?
大平:我们认为继煤炭(固体)、石油(液体)、氢气(气体)之后的第4代汽车要“在行驶中供电”。让高速公路实现“电化”,从路面供电来驱动电动汽车(EV)的马达旋转。这种汽车不需要携带能源(存储能源的部件),从这一点来说,该创意与传统思维大为不同。
丰桥技术科学大学电气电子信息工程系波动工程研究室教授大平孝(点击放大)
仔细想想,这种创意与电车的原理相同。不过,我们打算为力争实现实用化的EV配备小容量二次电池。这样的话,就能在(支持行驶中供电的)电化道路以外的路面上进行短距离行驶了。也就是说,理念是“可行驶到家中车库的电车”。行驶中供电的EV与汽油车相比,能量效率高出很多,可望成为低碳社会的移动工具和主流。
——主流的行驶中供电技术采用电磁感应方式。也有很多人力推磁场共振方式。在这种形势下,您的研究小组提出了采用电场耦合方式的新技术。并自主开发出了经由轮胎的无线供电技术,这项创意的背景是什么?该技术与其他方式相比,存在哪些优势?
大平:2007年美国麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology,MIT)提出了磁场共振方式,并证实可以采用两个线圈进行非接触电力传输。自那以后,日本国内外的企业和研究机构纷纷运用MIT提出的设计理论,开始开发用来为EV无线供电的技术。
虽然磁场共振方式可以向空间上相隔一定距离的位置传输电力,但相隔的距离越远,电力传输效率就越低。很多研究人员一直致力于在保持效率的基础上延长传输距离的技术开发。
在这种情况下,我们选择了逆向思维。也就是说,考虑的并不是延长传输距离,而是如何缩短距离。我们把目光投向了汽车中距离路面最近的“轮胎”。轮胎一直接地,与道路面之间没有空隙。我们进行了一个假设:如果巧妙地利用轮胎,就能高效地传输电力。
而且,能量传输介质方面,我们想到了使用电场而不是磁场的方式。电场耦合按照电容器的原理来发挥作用,因此用两块电极板就能轻松构成。与采用铜线线圈和磁性体的磁场共振方式相比,可以大幅降低为道路埋入行驶中供电系统的建设成本。
——以采用小型模型的原理验证为开端,这项技术的开发获得了长足进步,2014年甚至在展会“CEATEC2014”上运用该技术驱动了单人电动助行车。在开发过程中遇到的难题是什么?
大平:开发过程中的难题是确立设计。关于磁场共振方式,MIT于2007年在学术杂志《Science》上发表了基本设计。而电场耦合方式的设计并未确立,我们是在摸着石头过河的状态下开始研发的。
我们运用在无线通信研究方面长期积累的高频电路理论,成功导出了支配耦合器电力效率的kQ乘积(k:耦合系数,Q:品质因数)的一般化公式。这样一来,即便是属于绝缘体的橡胶轮胎,也能以高效率进行无线供电,让电动助行车能够载人行驶。
开发中的另一个难题是从日本总务省得到的高频率使用许可。要使用高频率,必须遵守总务省制定的电磁场人体防护规定。我们与大成建设公司反复进行共同实验,通过改进电化道路的构造,达到了该规定的要求。由此获得了可在日本全境的任何地方使用电动助行车动态展示系统的许可。
——请介绍一下最近的开发成果和今后的使用推广前景。
大平:我们在大学里的实验室设置了全长约20m的环形道,让CEATEC2014上展示的单座电动助行车在载人状态下成功进行了连续行驶。而且,还成功实施了以单座电动汽车(EV)“COMS”(由丰田车体生产)为原型的试制车的头灯亮灯测试。
以“COMS”为原型的试制车头灯亮灯测试成功(点击放大)
今后的目标是与大成建设共同在大学校园内建设电化道路,让单座EV以40km的时速行驶。我们打算2015年内实现这一目标。
——打算何时让这项技术实现实用化,设想用于什么用途?
大平:设想最初在建筑物内使用该技术,比如工厂内的无人搬运车等。技术方面有望在2年左右(2017年前后)的时间内实现实用化。户外用途因需要确认天气等的影响,估计需要的时间稍长一些。 ■日文原文
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