暢想未來交通的時候新能源是無法避免的，擺脫對化石燃料的依賴是人類的夢想，但是電動車、燃料電池車、生化柴油等等概念已經(jīng)被各大媒體說的無可再說，所以今天我想討論的是在電池性能尚未有質(zhì)的飛躍時如何解決電動車行駛里程限制和能量傳輸效率低的問題。
首先了解一下目前電池技術的短板。傳統(tǒng)的汽油車在加油站5分鐘就能加滿油箱，一箱油可以跑800公里。而電動車在充電樁充5個小時的電也只能跑100公里左右。這種補充能量效率的差距構成了電動車不方便的第一個原因。
如果將加油和充電的例子圖表化，那么向油箱注入燃料的效率是充電效率的50多倍。加油每分鐘可以注入115200千焦的能量，而充電每分鐘只能注入192千焦的能量。這種現(xiàn)象又引出了下面的一個問題，能量密度。
每升燃料的能量密度要高于每立方厘米電池的能量密度，從圖表中可以看到，4.35公斤的燃油就足夠車輛行駛80公里，而電動車要行駛80公里需要一個180公斤重的電池。這就是同樣體積和重量的汽油所包含的能量遠遠大于電池所包含的能量。能量密度的差異就決定了電動車續(xù)航里程短的現(xiàn)實。
在目前電池技術沒有突破的情況下，上面的問題是無法得到解決的。那么只能通過其他的技術手段來解決續(xù)航里程和充電時間的問題。
無線充電實現(xiàn)隨走隨充的愿望
如果電動車不受到充電樁和電線的束縛，在行駛中就能完成充電，那么將是一種非常理想的狀態(tài)，電動車的行駛里程將不再受限。
如今無線充電技術已經(jīng)沒什么神秘的了，在一些手機上已經(jīng)支持無線充電。無線充電的原理就是發(fā)射端將電能轉(zhuǎn)換成電磁波發(fā)射給接收段，在接收端再將電磁波攜帶的能量轉(zhuǎn)化成電能。
無線充電
無線充電技術在汽車上也已經(jīng)開始實踐，不過仍然處于驗證階段，尚未在量產(chǎn)車上普及。電能發(fā)射板放在地上，車輛底盤上的接收器可以接收它發(fā)射的電磁波。
那么大膽的設想一下，如果我們將這些充電發(fā)射板鋪在馬路上，整條馬路就成為了一個巨大的充電場，車輛在馬路上行駛的時候就可以實現(xiàn)充電。至于電費，可以通過車輛內(nèi)置的計量表計算所攝取的電能收取，計量表可以內(nèi)置電卡，和現(xiàn)在的家庭電卡一個道理。當然這種馬路的成本比較高，所以適合像大城市道路這種車流密集的路段。其實在上一篇智能交通技術的中我們已經(jīng)提到了關于充電馬路的設想。
如果到了郊區(qū)道路利用率比較低的道路，內(nèi)置電能發(fā)射器的馬路利用率變得低下而顯得不劃算也難以收回建設成本。那么充電可以選用另外一種方法。
目前一種高效利用太陽能的辦法正在成型，它就是空間太陽能發(fā)電站。當前我們使用的地面太陽能發(fā)電站由于大氣和云層的反射干擾，照射到地面的陽光能量已經(jīng)衰減很多。如果將太陽能電池板放置在大氣層外就可避免大氣對陽光的損耗，空間站產(chǎn)生的電能通過微波傳遞給地面接收站轉(zhuǎn)化成電能，微波在大氣中的損耗非常小，所以空間太陽能發(fā)電效率最高。此外還有在月球使用氦3發(fā)電通過微波傳回地球的構想。
在空間電站的設想中，一種核心技術就是遠距離微波電能傳遞。如果能將這種遠距離微波輸電技術用在電動車上，從空間太陽能電站傳回的微波能直接可以被電動車接收轉(zhuǎn)化，那么電動車將不存在行駛里程的限制，只要在地球表面就能接收到能量波實現(xiàn)充電，衛(wèi)星的輻射面覆蓋了整個地球表面，只有南北極會略少一些。
超級電容幾分鐘可以充滿電
為了解決充電時間的問題，我把目光放在了超級電容上。眾所周知，電容是一種快速儲電的設備，它的內(nèi)部不存在電池那樣的電能和化學能的轉(zhuǎn)換，只是電相不同的離子分別聚集在兩個極板上實現(xiàn)電位差。充放電都很快是電容的特點，而且它不存在使用壽命的問題，理論上使用壽命是無限的。
超級電容
超級電容簡單理解就是大號的電容，儲能更多。電池驅(qū)動的電動車受到電池放電效率和電池壽命的影響，往往功率比較低，缺乏爆發(fā)力。而且隨著電池使用時間的增加，電池的儲電能力逐漸衰弱，電動車的加速能力也會越來越差。而使用超級電容的電動車則不存在這種問題。據(jù)近期關于超級電容的報道透露，新的超級電容每公斤可以存儲0.3kwh的電量，是鋰電池的2.5倍。
具有如此優(yōu)勢的儲電設備應用到電動車領域?qū)⑹呛芎线m的，所以2006年開始，上海市已經(jīng)有超級電容公交車運營。早期的超級電容公交車只需要在進站時升起受電架充電2分鐘即可保證行駛3-8公里的距離，這種公交車擺脫了傳統(tǒng)電車架空輸電線的束縛。今年上海更新的新型的電容公交車增加了電容容量，充電一次可以跑一個線路單程。
由于公交車站間的距離往往不超過3公里，所以在車站設置電容充電設備就可實現(xiàn)公交車不間斷行駛，即沒有柴油公交車需要定時加油的需求也沒有電池公交車頻繁充電的需求，運營效率實現(xiàn)最大化。
動力系統(tǒng)體積小也是超級電容公交車的優(yōu)勢之一，沒有了龐大的柴油發(fā)動機，公交車可以在后部增加一排座椅，震動和噪音也同時消失。三、四個超級電容組就可以驅(qū)動公交車行駛，所占的空間不到柴油發(fā)動機的1/2。
目前超級電容存在成本高昂的缺點，而且項目缺少投資，發(fā)展支持不像鋰電池那樣充足，所以進展比較緩慢。從性能角度，超級電容不失為解決充電時間長，放電功率小的一種現(xiàn)實方法。
未來總是充滿可能性，我所說的只是可能性中的一些，并不全面?？萍嫉陌l(fā)展離不開人類的想象，所以各位網(wǎng)友不妨發(fā)揮想象力一同討論未來可能出現(xiàn)的交通科技，沒準今天的想象明天就成為了現(xiàn)實。
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