丢进木杯里就充饱电,隔空取电

作者: 产品评测  发布:2019-07-25

电磁感应式的充电好像很久前就有听说,但一直没有真的打入主流市场,主要原因大概是因为目前市面上各种形形色色的充电电池,要为每一种都推出电磁感应充电的版本,工程太浩大了。不过日本 AAK 公司的这个新产品,却是只针对了常见的 AA 电池开发,反而有可能开启一片新天地。

前天下午抽空出去买咖啡续命,在咖啡馆里遇到了一个有点中二、又有点让人觉得好棒的东西 —— 魔法阵无线充电器!掏出我的 iPhone8 ,激动的把手机放上去后,心想这还是第一次给它开光...念过一句「以电系魔法师的契约,注入能量」!光路沿着复古魔法阵走一遍,等整个魔法阵发出耀眼光芒时,手机就开始充电了!(啊!眼睛,我的眼睛!)

充电对于电动汽车来说像是Bug一样的存在,如果有一天,电动汽车摆脱充电桩的束缚,不用到处找充电桩,充电比加油还方便那该有多好。

电池本身是1.2V 的 NiMH 电池,充饱电大约要 11 个小时之久,使用寿命大约是 500 个充电周期。整体的设计看起来不错,但有两个麻烦的问题:首先大概是因为周围的电圈不能离电池太远的关系,杯口看起来有点小,从上图的比例来看,能放得进去的东西恐怕不多。再则如果我没记错的话(高中物理都还给老师了 XD),电磁感应应该是用不断蛮化的强磁场来产生电流,先估且不说强磁场对现代的电子产品会有什么影响,光是在电路里产生电流就有可能会破坏东西了。

产品评测 1不用解开老是缠绕的线缆,也不用纠结充电头接触不良,手机一搁置就能充电,是不是听起来超级棒棒?!" style="width:60%;margin:1rem auto">

看到这里大家应该都明白今天要讨论的主题了,无线充电。不过不同于停在车位里的无线充电,我们今天要讨论的是边开车边充电的技术。当然了它还有一个非常学术的名称,叫做电动汽车动态充电技术。

当然,把电池拿出来丢进杯子里充的话,上面的两个问题就都解决了,但这样和普通的充电器又有什么差别呢?

{"type":1,"value":"作为一个科普博主,总是在这种时候要被迫面对朋友充满求知欲的眼神:「为什么没有线也可以充电?」好在我尚存的电磁学知识在此时勉强维护了我的尊严「这是利用了电磁感应原理,手机感应到了充电板的变化磁场,因此生了电流进行充电...」晚上回去查了查资料,发现这个伪装成魔法阵无线充电器,其实就是用的「电磁感应」的原理,技术较为成熟,电路也十分简单~真的简单啊!来看制造原理吧!

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[原文连接]

电磁感应

想象一下,电动汽车不用刻意充电,每天开在路上就能充电,带来的好处多多。首先可以给电池“减负”,因为可以随时随地给车充电,所以大容量的电池不那么必要了,车辆的载重也随之下降。

我知道说到这里可能会有小可爱问...你在说啥?!电磁感应是什么鬼啊??不要慌!我们先回顾一下以前的物理知识!手把手带教!今天一定能搞懂!

其次充电再也无需等待,现在电动汽车充电始终无法做到像汽油车加油一样方便,而无线充电可以边开边充,减少时间成本。最后解决了续航里程问题,电动汽车的续航里程被无线拉长,里程焦虑问题不存在了。

产品评测 3中学的时候,我们学过「法拉第电磁感应」,是说:磁通量的变化会有电流的产生。比如闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时,就会产生电流,看上图,简单说就是磁生电。而反过来,电也是可以生磁的!" style="width:60%;margin:1rem auto">

听起来挺天方夜谭的?其实从理论上来说,它实现起来并不难,我们先来了解一下它的原理。

{"type":1,"value":"电磁感应充电

一、无线充电是怎么回事?

我们用的市电其实是 220V/50Hz 的交流电。充电板插上电源后,初级线圈上通过这样以一定频率改变电流的交流电,就会产生一个变化的磁场。

还是从无线充电说起。我们知道无线充电靠的是电流和磁场,电和磁这对相爱相杀的CP,经常在一起搞事情。

产品评测 4次级线圈感受到不断变化的磁场,也就会产生一个交流电流,通过整流之后就变成直流电向电子设备的电池充电,也就将能量从传输端转移到接收端了。当然在这个过程中,能量损耗是比有线充电要大一些,毕竟有中间商赚差价..." style="width:60%;margin:1rem auto">

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1819年,丹麦科学家奥斯特观察到一段导线上如果通有电流,四周就会产生磁场。后来人们发现,将导线围成环状,甚至绕成线圈,产生的磁场将会更强、更集中,这称为电流磁效应。

{"type":1,"value":"手机充电

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上面找到的是电动牙刷的充电,我们把这个应用到手机上作为说明。首先我们来介绍一下无线充电的发送端 —— 充电板,和接收端 —— 手机。在充电板的内部和手机的背部呢,是分别有一个线圈的,发送端的「初级线圈」在充电板上,接收端的「次级线圈」就在手机上。

1831年法拉第发现,如果让一块磁铁或其他的磁场来源靠近一段没有电流的线圈,线圈上就会产生感应电流,这称为电磁感应。

产品评测 8错误演示" style="width:60%;margin:1rem auto">

那么如何让电和磁发生作用,稳定地给我们输出电流呢?

{"type":1,"value":"这两个线圈需要手机的背部靠近充电板的上部,以正确的方式进行充电,像下面这么随意放,是没法正常充电的,离得太远了,「隔空取电」也要遵守物理规则啊喂!

我们需要两个线圈,把一个线圈通上电,那么这个线圈周围就有了磁场;接着我们将另一个线圈靠过去,那么这个线圈就有了电流。电流引导到电池内,就可以完成无线充电了。

产品评测 9正确演示" style="width:60%;margin:1rem auto">

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{"type":1,"value":"充电板插上电源后,电路其实一直处于待机的状态。当把手机放在充电板上后,充电板受到压力(这是非常简单的机械设计了)就会唤醒电路,充电板上的线圈就会产生一个不断变化的磁场,而手机背面的线圈,就会感应到磁场的变化,就...产生了电流!这两个电流的方向则是相反的。

运用到汽车领域,这就是电磁感应式无线充电。

产品评测 11要守规矩" style="width:60%;margin:1rem auto">

我们给位于地面的线圈通上交流电,随着电流大小和方向的改变,线圈周围的磁场强弱和方向也不断改变,形成一个交互磁场。这时车辆底盘的线圈就处在一个不断变化的磁场中,线圈内部会产生一个交互电流,通过一系列电路整流后,实现给电池充电。

{"type":1,"value":"用过这种无线充电板的小可爱可能还会发现,这个无线充电还是比较受限制的...你插着线还能边充边玩儿,无线充的时候,可就没办法把玩了。因为电磁感应充电的传输距离短,只能在 10mm 以内传输能量,而且还受到挺大的摆放位置影响的。

二、被逼出强迫症的无线充电

产品评测 12所以你躺着的时候,用无线充电就不能再像以前插线一样随心所欲地...玩游戏、看视频、聊天了。(再次声明!这个是灵魂手绘躺着玩手机,不是蹲坑...)" style="width:60%;margin:1rem auto">

电磁感应式无线充电是各大汽车公司在研究无线充电初期比较喜欢采用的技术。

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{"type":1,"value":"教练...我想无线充

奔驰、奥迪、沃尔沃等汽车公司都曾经研究出一批电磁感应无线充电的车型。

可能有的小可爱会问,为什么我的手机不支持无线充电?这是因为,你的手机可能还没有通过 Qi 无线充电协议的认证(类似于蓝牙一样的协议)。

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苹果、三星、华为等新出的手机都已经加入了 Qi 豪华餐,拆开来看,背后会有这么一个多匝的线圈...(如果你是苹果用户,你就看你的手机背面是不是玻璃的,自从这一代改版后,就已经可以用了,之前的铝合金是万万不能的...)

在停车位上会有个长得像是垫子一样的东西,其实它是一个初级线圈,用来产生磁场。可用于无线充电的车辆底盘也会有一个线圈,我们称之为次级线圈,用来产生电流。

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不过电磁感应式无线充电有一个很大的弊端,那就是距离。这种技术想要产生电流,两个线圈必须“严丝合缝”地相对,一旦发生偏差,电流就不会产生。

而没有加入这个认证的怎么办?没关系!我们可以有扩展模块的!把这个 Qi 无线充电接收端模块连接到充电口上,那么电流就能沿着线圈,再冲入到手机的电池里啦~是不是非常的多此一举...

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产品评测 18等等!话还没说完" style="width:60%;margin:1rem auto">

所以这样的技术往往需要搭配精准的自动泊车技术,要让车辆正好停在无线充电的垫子上方。

{"type":1,"value":"《三体 · 黑暗森林》里罗辑醒来时,发现飞车没有用燃油或电池,还以为人类已经发明了永动机...其实是把无线电波传输技术完全应用了,在一定的空间范围形成供电场,这个范围内的任何用电设备都可以用天线或电磁共振线圈来接收电能。

听起来就觉得很麻烦是不是?这是要让人人都练成处女座加强迫症的节奏。

讲这个故事的意思是,想随心所欲的玩手机的小可爱们别急!现在广泛应用多的无线充电技术是比较初级的,而「走进一家咖啡馆就手机自动充着电了」其实已经发明了,只是到商业化的大规模应用还需要一些时间啦~

于是,科学家们就研究另一种无线充电技术,那就是磁场共振无线充电。我们知道当两个物体采用相同的振动频率,或者说在一个特定的频率上共振,它们就可以交换彼此的能量。

校对:Cast 江小丧

磁场共振,就是初级线圈产生一个以固定频率振动的磁场即谐振磁场,然后让次级线圈磁场的振动频率与之相同,产生共振,最终实现能量转移。

文中 Gif 截取自YouTube 博主Tech insider 的《Everything Wrong With Wireless Chargers | Untangled》、technigeek 的《How it works - Wireless charger》、kandan84 的《How Wireless Energy Transfer Works》、DD ElectroTech 的 《Turn any Phone into Wireless Charging Phone》

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来源:有趣的制造

2007年,麻省理工学院的研究团队通过一个电磁共振器成功点亮了一个2m开外的60W灯泡。

编辑:Major Tom

在汽车领域,丰田在2012年就做过实验,在一辆插电式混合动力的普锐斯上,增加了一个可按照一定频率振动的次级线圈。停车位上有一个谐振磁场,当它们都按照相同的频率振动时,次级线圈就能将谐振磁场的电流转换过来。

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这个无线供电系统的输出功率为2kW。使用频带是在国际上取得共识的85kHz,电力传输效率约为80%。

在这个验证实验中,地面的谐振磁场与车辆底部的次级线圈的距离约为15cm左右。水平错位的最大允许范围是一条轮胎的宽度。

产品评测,高通也曾经推出过无线充电系统,名为Halo,不过也停留在静态无线充电。

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采用磁共振效应实现地面充电垫与电动车充电板之间的能量传输,这套充电系统功率可达20kW,充满85kWh的特斯拉MODEL SP85的电池组大约需要5h。

三、让电动汽车动起来

如果将充电垫或者说是谐振磁场放到道路里,那么车辆就可以实现边跑边充电了,从此告别充电桩。

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在今年5月份的时候,高通在巴黎使用一台雷诺全电动的Kangoo厢式货车完成了动态无线充电道路测试。

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两辆电动汽车按照不同速度,行驶在这条100m长的道路上,同时完成了充电。测试中,Kango测试车的时速达到100km/h,最大充电功率能达到20kW。

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高通建设的这条长100m的道路测试包含4块能量供给单元,每个单元负责25m道路的电量供应。同时,每25m长的能量段拥有与14个子模块,内含线圈和能量转换电路。

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至于成本问题,雷诺、法国电力公司和法国北部高速公路公司的一项研究指出,建设动态充电道路的成本为400万欧元/km,价格可以说是相当昂贵了。

如此“金贵”的道路看来只能先在公交道上普及了。在韩国,韩国科学技术院就在南部龟尾市的火车站建设了一条12km长的动态充电道路,跑在上面的电动公交车就是利用磁场共振实现无线充电。

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说完了国外,我们国家在无线动态充电上的研究也不落人后。比较知名的有中兴通讯,目前已经在重庆、湖北等地展开无线充电示范线的测试。

无线动态充电目前还处在研究状态中,离大面积普及还有很长的一段距离。随便一想就有一大堆问题还没有解决,比如车辆的兼容性能否一致,道路是开放的还是封闭的,公路的电流能否负荷多辆车进行充电?另外还有道路的监测和养护。这些都是无线动态充电的拦路虎,不过科技总是在不断发展的,相信科技的力量,充电的难题总会解决。电动汽车边开边充电绝对不是痴人说梦。

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