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展望未來，無論人們身處何處，都應(yīng)該能夠簡(jiǎn)單而快捷地為電動(dòng)汽車充電。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，西門子研究人員開展了多個(gè)大型項(xiàng)目，以評(píng)估充電技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

2013年，德國(guó)某地。在連接慕尼黑與萊比錫的A9高速公路上，一輛電動(dòng)寶馬汽車駛下公路，緩緩開進(jìn)加油站。司機(jī)下車，打開油箱蓋。不過她并沒有去拿加油槍，而是拉出了充電電纜。通過這條充電電纜能對(duì)鋰離子電池進(jìn)行50千瓦快速充電。20分鐘后，也就是喝一杯咖啡稍事休息的功夫，這位司機(jī)就為愛車充滿了電，足夠再行駛100到150公里。

盡管尚未確定充電站點(diǎn)具體分布位置，但充電站肯定會(huì)出現(xiàn)在不久前啟動(dòng)的“巴伐利亞-薩克森電動(dòng)交通線”示范項(xiàng)目中。德國(guó)將開展四個(gè)這樣的示范項(xiàng)目，其初衷在于評(píng)估用戶在日常生活中對(duì)電動(dòng)汽車的接受度。

“當(dāng)我們能看到我們的充電技術(shù)非常有效，并且得到廣泛應(yīng)用時(shí)，心情一定會(huì)格外激動(dòng)。”該項(xiàng)目中西門子方面的協(xié)調(diào)員Matthias Felten表示。西門子計(jì)劃在400公里長(zhǎng)的A9高速公路路段上建起9座充電站，屆時(shí)這個(gè)路段將成為歐洲首條全電動(dòng)化高速公路。

西門子工程師在測(cè)試高速直流汽車充電站。一塊鋰離子電池只需充電20分鐘，就可以儲(chǔ)足行駛150公里所需的電能。

多年來，西門子一直在進(jìn)行快速充電系統(tǒng)的研究，目前也找到了針對(duì)某些問題的解決方案。比如，在汽車充電領(lǐng)域，需要通過整流器將來自電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，然后才能充入汽車的鋰離子電池。雖然此過程可以利用車載裝置完成，但西門子仍然研發(fā)了直流充電站，以提供適用形式的電能。

插頭研發(fā)方面也取得了進(jìn)展。目前德國(guó)幾乎所有的汽車制造商均支持“Combo”插頭（IEC 62196-3），顯然這種插頭已經(jīng)成為歐洲的標(biāo)準(zhǔn)插頭。此插頭又稱多功能充電系統(tǒng)，它既可以供快速充電站用來進(jìn)行直流充電，也可以供私人車庫(kù)的230伏交流充電之用。由于這個(gè)系統(tǒng)極其簡(jiǎn)單，即便是不懂任何技術(shù)知識(shí)的人來使用，也絕不會(huì)出現(xiàn)操作錯(cuò)誤。

用戶只需插入充電插頭，就可以開始充電。在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)，專家們?cè)鴤涫茌旊姺绞降睦_。充電速度固然要快，然而電池變熱則會(huì)加快電池的老化。同時(shí)僅就安全考慮，也需要在鋰離子電池上配備溫度傳感器。如此便可以根據(jù)電池的溫度來調(diào)節(jié)充電電流：電池溫度高時(shí)，便相應(yīng)減小充電電流量。此解決方案在防止老化與充電速度之間實(shí)現(xiàn)了良好平衡。

電池若要與充電站互相溝通，二者就必須有共通的“語言”。這也是示范項(xiàng)目中要實(shí)現(xiàn)的一點(diǎn)，充電系統(tǒng)采用了電力線通信技術(shù)，數(shù)據(jù)通過充電線纜進(jìn)行傳輸。通過利用額外的高頻信號(hào)，電池隨時(shí)可以向充電站表明自己的電流量承受能力。不過，并非在所有情況下都需要以最快的速度、最大的電量向電池充電。這是因?yàn)檎鐐鹘y(tǒng)動(dòng)力車輛一樣，電動(dòng)汽車平均每天有22小時(shí)會(huì)處于停泊狀態(tài)。對(duì)于在私人車庫(kù)中充電的車輛而言，3.6千瓦的家庭充電速度仍將是主流。因此，在家中為汽車充滿電將需要六到八個(gè)小時(shí)，具體取決于電池的規(guī)格。Dieter Barnard博士是西門子基礎(chǔ)設(shè)施與城市業(yè)務(wù)領(lǐng)域的充電基礎(chǔ)設(shè)施生命周期管理負(fù)責(zé)人，據(jù)他介紹，公共停車場(chǎng)充電站的充電速度將為中等速度，即20千瓦，電池充滿電所需的時(shí)長(zhǎng)為一小時(shí)。

漫游車輛充電。由于續(xù)航里程有限，電動(dòng)車在長(zhǎng)途行駛方面面臨著一個(gè)難題。如果目的地是國(guó)外，則此問題會(huì)更突出。目前仍有待解答的問題包括汽車的導(dǎo)航系統(tǒng)能否可靠地探測(cè)到充電站的位置，以及充電站能否與車輛的電池可靠地通信。

為解答上述問題，歐洲推出了一個(gè)名為“綠色電動(dòng)”（Green eMotion）的聯(lián)合研究項(xiàng)目。該項(xiàng)目的預(yù)算為4200萬歐元，它是有史以來最大規(guī)模的電動(dòng)交通類項(xiàng)目之一。與前文所述的其他項(xiàng)目如出一撤，“綠色電動(dòng)”項(xiàng)目也將對(duì)道路上的實(shí)際交通環(huán)境開展研究。項(xiàng)目合作方包括來自八個(gè)國(guó)家的十個(gè)城市和地區(qū)，其中有丹麥的波爾霍爾姆島及柏林、都柏林、羅馬和馬拉加等城市。目前參與項(xiàng)目的地區(qū)總計(jì)已有2000輛電動(dòng)汽車投入使用，按計(jì)劃到2015年該項(xiàng)目結(jié)束時(shí)，投入使用的電動(dòng)汽車將達(dá)到7萬輛。在此期間，充電站的數(shù)量將從2500個(gè)增加到8萬個(gè)。

“綠色電動(dòng)”項(xiàng)目由西門子基礎(chǔ)設(shè)施與城市業(yè)務(wù)領(lǐng)域的研究員Heike Barlag博士負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)。Barlag希望通過協(xié)調(diào)相關(guān)信息，將各類孤立的解決方案加以整合。例如，如果能采用標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)格式，組織者就可以在整個(gè)歐洲范圍內(nèi)提供服務(wù)，其方式可以借鑒移動(dòng)通信領(lǐng)域的漫游服務(wù)。“現(xiàn)在我們所考慮的遠(yuǎn)遠(yuǎn)不只是充電和付費(fèi)的問題。這些操作使用或手機(jī)也可以完成。”Barlag介紹道。更重要的是保證以續(xù)航里程為基礎(chǔ)的路線計(jì)劃服務(wù)到國(guó)外也能正常使用，并且始終能夠可靠地引導(dǎo)駕駛者找到充電站。在可能的情況下，電動(dòng)車應(yīng)該在可再生發(fā)電能源（如太陽能、風(fēng)能）充沛的地方進(jìn)行充電。若要滿足后一個(gè)要求，就需要具備智能化的區(qū)際電池充電管理系統(tǒng)。

人們?cè)诠飞蠈?duì)充電基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行著廣泛的測(cè)試，但是車輛連接電網(wǎng)（V2G）技術(shù)的研究則仍未走出實(shí)驗(yàn)室。此類系統(tǒng)面世以后，電力供應(yīng)商將可以用電動(dòng)汽車中的電池作為儲(chǔ)蓄過量風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電電能的緩沖器。這樣在需要時(shí)就可以將先前充到車輛電池中的電能回送到電網(wǎng)中，車主通過這種方式可以賺取收入。研究人員已經(jīng)研發(fā)出面向上述車輛充放電系統(tǒng)的部分技術(shù)。此外，鑒于很多人擔(dān)心這種充電方式會(huì)致使電池過早老化，研究人員也找到了相應(yīng)解決方案。這個(gè)兩全的辦法就是在將電能饋回電網(wǎng)時(shí)，確保電池的電量不至于過低，并且保證電池的工作溫度始終在特定范圍內(nèi)（通常為30℃到40℃之間）。如果能實(shí)現(xiàn)這種方式，那么在3000到4000個(gè)完整充電周期后，電池的容量損耗也只有20%。

與此同時(shí)，研究人員也在努力促成通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化，通過這些協(xié)議，電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商可以掌握所有車輛的充電狀態(tài)信息。結(jié)果值得期待。不過，若要使“V2G”不再只是紙上談兵，走出實(shí)驗(yàn)室，走進(jìn)現(xiàn)實(shí)，仍需要有更多的電動(dòng)汽車上路。

作者：Johannes Winterhagen

無線充電：汽車也可以

對(duì)于電熱水壺和電動(dòng)牙刷等用品，無線充電早已是一項(xiàng)稀疏平常的功能，但是要為汽車開發(fā)一種類似的系統(tǒng)，則令研發(fā)人員煞費(fèi)苦心。若要保證無線輸電能順利進(jìn)行，首先必須精確定義路面電磁線圈和車載電磁線圈的位置。二者間的空隙越大，傳輸一定量電能所需的電磁場(chǎng)就越強(qiáng)。2010年和2011年間，BMW和西門子在攜手推出的IndiOn項(xiàng)目中向世人展示了汽車無線充電不是夢(mèng)。兩家公司利用一輛電動(dòng)汽車展開了研究，只要地面電磁線圈與車載電磁線圈之間的錯(cuò)位不超過14厘米，這輛車就能實(shí)現(xiàn)90%以上的輸電效率。研究人員利用BMW研發(fā)的一款定位助理并參考儀表顯示器中的信號(hào)，便可以將車停在處于容差范圍以內(nèi)的位置。研究人員在IndiOn項(xiàng)目期間研發(fā)的解決方案使用傳統(tǒng)的家庭用電網(wǎng)絡(luò)，電源的輸出功率為3.6千瓦。這意味著停車充電所需的時(shí)間將進(jìn)一步縮短。相應(yīng)系統(tǒng)生成的磁場(chǎng)覆蓋電磁線圈之間精確定義的區(qū)域，無論是駕駛者，還是乘客，都無法進(jìn)入這個(gè)區(qū)域。