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那福忠,網路作者。
   
  西海岸數位隨筆
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  September 23, 2018  無線充電與電動車
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   美國第一輛電動車的出現,是 2008 年的特斯拉 Roadster,那年到 9 月僅賣出了 27 輛,打頭陣的買主都得冒著風險,電池壽命是問題,充電定點更是挑戰,當時全美共有 430 個充電點,隔年也不過增加到 465 個。經以後的十年發展,現在有 25 種電池電動車、26 種插電式油電車,可供消費者選購,而充電點的數量也隨著增加,到 2017 年底,全美公共場所、與工作場所,共有 4 萬 7 千多個充電點,其中有 6,270 個快速充電點。

   據 InsideEV 統計,今年到 7 月為止,全美一共售出 15 萬多輛電動車,與十年前的 27 輛自然不能同日而語,但電動車的發展並沒有預期的快,僅占全球 1% 的市場。電動車有很多優點,不用化石燃料污染環境,行車安靜沒有噪音,確實很吸引人,但充電是一大負數。雖然可以在家裡充電,外面的充電器也設計的跟加油槍類似,使用並不麻煩,但充電比加油慢,家裡以外的「充電槍」數量,也遠比加油的幫浦少得多,行車電力不足不是隨處可以加電。

   電動車充電需要多少時間,依電池的大小與充電設備的速度,可從 30 分鐘到 12 小時。以 Nissan LEAF 30kWh 為例,用家裡 7kW 充電器,從空電池到加滿約 4 小時。充電也用小時里數計算,例如 3.7kW 每小時 15 哩(24 公里),7kW 每小時 30 哩(48 公里),22kW 每小時 80 哩(128 公里)。另外有 50kW 快速充電,30 分鐘可充滿 80%。3.5 與 7kW 可在家裡使用,22kW 需用三相電源,多用在公用場所,50kW 就只能用在加電服務站。

   聽起來雖然有點麻煩,但習以為常、把加電作為生活的一部份,並不覺得有什麼不便。但一家新創公司 WiTricity,發展一種無線充電的技術,不需插線、不需用加電槍,只要把車停在固定的位置,駕駛人不必做任何動作,就可以自動充電。


把車開到充電板上就自動充電。圖片:WiTricity

   上圖的電動車停在一塊小版子的上面,這小板子連接牆上的電源,車就可以不接觸的自動充電。這塊小板子可以說是電源傳遞器,據 WiTricity 的解釋,電源可以是 3.5、7.7、11、22kW,效率與傳統充電方式相同。停車對小板子位置,允許左右 10 公分、前後 7.5 公分偏差,對底盤高度不同的車輛,像是小客車、休旅車、跑車,也有 10-25 公分的寬容高度。埋在地下,可穿透瀝青、水泥、積雪,車裡的電池可以反向回流電能,供給家用、或補充附近電網的不足。


裝有粗銅線線圈的無線充電板。圖片:WiTricity

   這塊小板子只是運作的一半,另一半在車上,電能是用磁共振的原理傳遞。一個線圈通上電流產生磁場,引發磁場範圍內另一個線圈共振,產生電流。這不是新技術,運作有如現在的手機無線充電。但 WiTricity 把這項技術提高到電動車的能量,而且效率不打折扣,與傳統充電相同。如下圖所示,小板子就是左邊的線圈,用粗銅線繞成,右邊同樣的線圈就裝在車上,連接到車上的電池,兩個線圈最遠可以相隔 2 米。


磁共振電能傳遞示意圖。圖片:WiTricity

   無線充電板可以放在車庫地上,或埋在地下,大型停車場可裝在每一車位的下面,甚至可以修一條加電路,車輛一邊走一篇充電。對駕駛人來說省了一些動作,自然覺得方便,但 WiTrickty 把更遠的目標放在無人車上。

   目前的自駕無人車,仍需一名安全駕駛坐在方向盤後面,但很快就會變成真的無人車,不再需要安全駕駛。另一方面,化石燃料的內燃機漸漸開始淘汰,汽車會越來越多變成電車,而即將出現的「無人電動計程車隊」,成為便捷的大眾交通網。那時候無障礙自動充電,無疑成為重要的一環。

   下面是一段 WiTricity 展示的影片,汽車入庫,車內屏幕指示充電板位置,車停之後開始充電,屏幕顯示充電量。



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