“沒有電池的電動汽車”如何行駛？ _日經能源環境網:
【日經能源環境網】從減排二氧化碳、保護環境的角度出發，汽車行業正在進行從汽油向電力的巨大轉變。不過，電動汽車具備汽油車無法模仿的各種特技。通過充分發揮這些特技，我們的生活方式或許會發生巨大變化。本文介紹東京大學新領域創建學研究科尖端能源工學專業教授堀洋一正在努力研發的沒有電池、以無線方式補充能源的電動汽車（EV）。
“爺爺年輕的時候，有一種叫加油站的地方，汽車必須三、四天到那裡加一次油，否則便不能行駛。”—— 十 幾年後，或者幾十年後，人們或許會忘記加油站的存在。在加油站逐漸減少的同時，目前以東京都內為中心，開始設置電動汽車充電樁及電池更換站。不再需要充電樁了！？
“不過，在市中心或許連這些裝置也無需設置。” 這樣說的，是東京大學新領域創建學研究科尖端能源工學專業教授堀洋一。堀教授目前正在致力於研發“沒有電池的電動汽車”。而且，這是一種以無線方式供應能量的獨特方式。 目前，從通過減排二氧化碳保護環境的角度出發，汽車行業開始進行從汽油向電力的巨大轉換。因此，世界各國在開發優異的蓄電池方面展開了激烈競爭。主角是“能量密度”較高的鋰離子電池。能量密度表示相對放電電壓和蓄電裝置體積的蓄能容量。例如，三菱汽車公司的電動汽車“i-MiEV”目前也已配備了總重量為200kg的鋰離子電池。 i-MiEV備有兩種系統，分別為利用車輛配備的車載充電器，通過普通家用交流200伏特或100伏特的插座進行充電的普通充電系統，和利用今後將在各處建設完善的快速充電器的快速充電系統。充分利用超級電容器
磁共振方式最大的特點在於，線圈位置即使相距1米之遙，也能夠進行高效率無線供電。也就是說，在位置方面不需要高精度。而且，還可進行選擇性供電，僅為特定設備輸送電力。 “採用這種方式，便能夠以無線方式頻繁為電動汽車充電！” 產生這種直覺的堀教授也開始進行無線供電研究。目前已成功實現在相距50厘米～1米的線圈間輸送電力，傳輸效率也達到了95％。今年，堀教授計劃在超級 電容器電動汽車C-COMS上配備無線供電系統，開始進行實驗。
如果無線供電系統能夠實用化，超級電容器電動汽車的可能性將進一步擴大。 例如，如果將充電裝置設置於十字路口的路面上，便可在等待信號燈的時候進行充電。或者把路邊作為充電處，僅用不到一分鐘即可“充滿電”。由於可在行駛過程中充電，因此還考慮設置幾百米的“充電車道”，使車輛在此處緩慢行駛充電。 堀教授說“採用'自動檢票'方式，自動向進入供電系統的車輛收費的方法不知是否可行。如果能夠得以實現，就會變成'能源版自動交費系統（Electronic Toll Collection System，簡稱ETC ）'。
（《日經商務在線》特約撰稿人：山田久美）【日經能源環境網】
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“沒有電池的電動汽車”如何行駛？
2012/05/24
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“爺爺年輕的時候，有一種叫加油站的地方，汽車必須三、四天到那裡加一次油，否則便不能行駛。”—— 十 幾年後，或者幾十年後，人們或許會忘記加油站的存在。在加油站逐漸減少的同時，目前以東京都內為中心，開始設置電動汽車充電樁及電池更換站。不再需要充電樁了！？
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| 目前正在研發無電池電動汽車的東京大學新領域創建學研究科尖端能源工學專業教授堀洋一 |
充分利用超級電容器
不過，充電時間是一個問題。最高時速為130公里，每充電一次的續航距離最長為160公里（不使用車載導航儀和空調時）。汽油車加滿油的續航距離為400～500公里，這樣算來，必須以3倍以上的頻率供電。然而，如果想充滿電，普通家用電源需要充電8小時以上，即使使用快速充電器，也需要花費30分鐘時間。 因此，為了減少供電次數，只能開發能量密度更高的蓄電池，或者配備大量蓄電池。前者只能寄希望於開發，而採用第二個方法，會使得車身變重，能源效率下降。 要普及電動汽車，重中之重在於怎樣才能簡單迅速地供電。其中一個解決方法，就是堀教授提出的電動汽車。 與原有電動汽車相比，很大的不同之處在於儲存電力的蓄電裝置不使用電池，而是使用名為“超級電容器（Capacitor）”的電氣部件。 超級電容器是用於多種電氣產品的電子部件“電容器（Condenser）”的一種。正負電極成對，通過使電荷滯留於此來儲蓄電能。其中採用“雙電層”結構的超級電容器具有容量大的特點。可進行100萬～200萬次充放電
不過，充電時間是一個問題。最高時速為130公里，每充電一次的續航距離最長為160公里（不使用車載導航儀和空調時）。汽油車加滿油的續航距離為400～500公里，這樣算來，必須以3倍以上的頻率供電。然而，如果想充滿電，普通家用電源需要充電8小時以上，即使使用快速充電器，也需要花費30分鐘時間。 因此，為了減少供電次數，只能開發能量密度更高的蓄電池，或者配備大量蓄電池。前者只能寄希望於開發，而採用第二個方法，會使得車身變重，能源效率下降。 要普及電動汽車，重中之重在於怎樣才能簡單迅速地供電。其中一個解決方法，就是堀教授提出的電動汽車。 與原有電動汽車相比，很大的不同之處在於儲存電力的蓄電裝置不使用電池，而是使用名為“超級電容器（Capacitor）”的電氣部件。 超級電容器是用於多種電氣產品的電子部件“電容器（Condenser）”的一種。正負電極成對，通過使電荷滯留於此來儲蓄電能。其中採用“雙電層”結構的超級電容器具有容量大的特點。可進行100萬～200萬次充放電
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| 右側銀色的為雙層電容器。將多個雙層電容器組合起來放入左側的白色容器中，構成蓄電裝置。 |
超級電容器可在幾十秒之內完成充電，而且反复充放電也不會出現劣化。這很有可能在很大程度上改變電動汽車常識。 在電池內部發生化學反應的同時進行充放電的鋰離子電池除了充電時間較長之外，隨著充放電次數的增加，會逐漸劣化。充放電次數的極限是1000～2000次。如果現在投入實用的電動汽車鋰離子電池每天都反復進行充放電，據計算使用壽命只有3年左右。 但不發生化學反應的超級電容器可反复充放電100萬～200萬次，所以可以半永久性使用。而且，與鋰離子電池不同，超級電容器還具有可通過端子間的電壓正確測量剩餘能量的優點。 堀教授主張：“由於每天需要反复充電多次，因此具有較長的使用壽命、可進行快速充電是非常重要的。從這一點來看，不發生化學變化的超級電容器可以說是最合適的。” 鋰屬於與鐵和鋁等相比產出量較少的“稀有金屬”。而且，原料依賴進口，將來有可能無法確保穩定供應。電容器中，依賴這種稀有金屬的部材較少，可以說是很適合“資源小國”日本的蓄電裝置。像電車一樣的能源供應方法
像電車一樣的能源供應方法
不過，超級電容器也有致命的弱點。那就是，能量密度較小。 以現在的技術，超級電容器的能量密度僅為鋰離子電池的十分之一左右。例如，堀教授開發的超級電容器電動汽車“C-COMS”，如果充滿電之後以時速40公里的速度行駛，10～20分左右電便會被用光。 可用於蓄電裝置的超級電容器未能成為電動汽車領域的主角，原因就在於此。 不過，堀教授認為：“拋棄之前的固定觀念，便能發現超級電容器的巨大潛力。”這裡所說的固定觀念，是指“電動汽車應盡可能多配備能源，延長續航距離，以不輸於汽油車”的想法。 堀教授以電車為例進行了說明：“幾乎所有電車的續航距離都是零。之所以能夠行駛，是因為電車能夠通過架設的電線持續取得能量。汽油車配備有油箱，必須經常加油，但電動汽車可以像電車一樣供給能量。”
雖然在道路上架設電線不太現實，但如果能夠在沒有供電的情況下行駛10～20分鐘，便可退而求其次，這就是“頻繁充電”。 堀教授說：“100伏特、10～15安培左右的電源，市內隨處可見。可以將其用做電動汽車的基礎設施。” 利用“磁共振方式”，即使相距1米也可高效供電 當然，每行駛10分鐘就停下車充電並不現實。所以堀教授比較看好“無線供電”。正如其名稱一樣，也就是供電時無需電源線和接點。只需將汽車停在供電裝置附近，即可為超級電容器充電。 實際上，無線供電在我們生活中已經得到一定程度的應用。大家應該都很熟悉沒有接點的充電式小家電。比如電動牙刷、電動剃須刀及遊戲機遙控器等。 不過，由於這些利用的都是“電磁感應”原理，因此不適合像電動汽車一樣的大容量裝置。 這是因為，該方式必須將充電器與家電的兩個線圈靠得非常近才能進行充電。例如，應用於手機時，要使直徑為幾厘米的兩個線圈接近到1厘米之內。而且，如果偏離規定位置幾毫米，傳輸效率便會大幅下降。 不過，2006年到2007年有了一個重大發現。美國麻省理工學院（MIT）公開了名為“磁共振方式”的新無線供電技術理論。可在等待信號燈的時候進行充電
不過，超級電容器也有致命的弱點。那就是，能量密度較小。 以現在的技術，超級電容器的能量密度僅為鋰離子電池的十分之一左右。例如，堀教授開發的超級電容器電動汽車“C-COMS”，如果充滿電之後以時速40公里的速度行駛，10～20分左右電便會被用光。 可用於蓄電裝置的超級電容器未能成為電動汽車領域的主角，原因就在於此。 不過，堀教授認為：“拋棄之前的固定觀念，便能發現超級電容器的巨大潛力。”這裡所說的固定觀念，是指“電動汽車應盡可能多配備能源，延長續航距離，以不輸於汽油車”的想法。 堀教授以電車為例進行了說明：“幾乎所有電車的續航距離都是零。之所以能夠行駛，是因為電車能夠通過架設的電線持續取得能量。汽油車配備有油箱，必須經常加油，但電動汽車可以像電車一樣供給能量。”
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| C-COMS的行駛實驗 點擊圖像即可觀看視頻（WMV形式） | 充滿200伏特僅需幾十秒。儀表數值迅速上升。（實驗車輛利用的是充電插頭）。 點擊圖像即可觀看視頻。（WMV形式） |
雖然在道路上架設電線不太現實，但如果能夠在沒有供電的情況下行駛10～20分鐘，便可退而求其次，這就是“頻繁充電”。 堀教授說：“100伏特、10～15安培左右的電源，市內隨處可見。可以將其用做電動汽車的基礎設施。” 利用“磁共振方式”，即使相距1米也可高效供電 當然，每行駛10分鐘就停下車充電並不現實。所以堀教授比較看好“無線供電”。正如其名稱一樣，也就是供電時無需電源線和接點。只需將汽車停在供電裝置附近，即可為超級電容器充電。 實際上，無線供電在我們生活中已經得到一定程度的應用。大家應該都很熟悉沒有接點的充電式小家電。比如電動牙刷、電動剃須刀及遊戲機遙控器等。 不過，由於這些利用的都是“電磁感應”原理，因此不適合像電動汽車一樣的大容量裝置。 這是因為，該方式必須將充電器與家電的兩個線圈靠得非常近才能進行充電。例如，應用於手機時，要使直徑為幾厘米的兩個線圈接近到1厘米之內。而且，如果偏離規定位置幾毫米，傳輸效率便會大幅下降。 不過，2006年到2007年有了一個重大發現。美國麻省理工學院（MIT）公開了名為“磁共振方式”的新無線供電技術理論。可在等待信號燈的時候進行充電
磁共振方式最大的特點在於，線圈位置即使相距1米之遙，也能夠進行高效率無線供電。也就是說，在位置方面不需要高精度。而且，還可進行選擇性供電，僅為特定設備輸送電力。 “採用這種方式，便能夠以無線方式頻繁為電動汽車充電！” 產生這種直覺的堀教授也開始進行無線供電研究。目前已成功實現在相距50厘米～1米的線圈間輸送電力，傳輸效率也達到了95％。今年，堀教授計劃在超級 電容器電動汽車C-COMS上配備無線供電系統，開始進行實驗。
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| 採用磁共振原理的無線供電。即使收發天線偏離50厘米～1米的距離也可進行供電。如果中間放入線圈，還可進一步延長距離。線圈也可縱置。 | 無線供電演示 點擊圖像即可觀看視頻。（WMV形式） |
如果無線供電系統能夠實用化，超級電容器電動汽車的可能性將進一步擴大。 例如，如果將充電裝置設置於十字路口的路面上，便可在等待信號燈的時候進行充電。或者把路邊作為充電處，僅用不到一分鐘即可“充滿電”。由於可在行駛過程中充電，因此還考慮設置幾百米的“充電車道”，使車輛在此處緩慢行駛充電。 堀教授說“採用'自動檢票'方式，自動向進入供電系統的車輛收費的方法不知是否可行。如果能夠得以實現，就會變成'能源版自動交費系統（Electronic Toll Collection System，簡稱ETC ）'。
” 無需跑完撒哈拉沙漠
在考慮使超級電容器電動汽車實現實用化時，需要大幅改變原先對汽車所持的印象。這是因為，有些人看到這種電動汽車，會說“這不能用於農村和沙漠”。 堀教授笑著稱：“不可能開著這種車去撒哈拉沙漠。”他表示：“以往汽車廠商要開發的汽車，是不管是城市或沙漠，力爭具備在 任何地方都能行駛的性能。不過目前已經到了改變這一想法的時候。” 堀教授的意思絕不是把現有的所有汽車全部換成超級電容器電動汽車。他設想的是用於市內移動用途。這是因為，電容器電動汽車無法以時速100公里的高速行駛，而且還需要進行基礎設施建設。 關於這一點，堀教授也對照指出了電車和汽車的不同之處。 看一下“阿爾卑斯登山鐵路”及“東方快車”就能明白，鐵路本來就是極具地方特色的交通工具，並不是全球共通的。也就是說，如果在沙漠中行駛，續航距離較長、最高時速在100公里以上的汽油車比較合適，但如果每天行駛20公里、時速為幾十公里左右，應該有更合適的選擇。我們將進入根據用途及目的分別選擇合適車輛的時代。 最後，堀教授又談了汽車的未來： “電動汽車的精髓，實際上是馬達。因此，繼'超級電容器'和'無線供電'之後，'控制'問題也將隨之而來。也就是說，馬達、超級電容器和無線供電這三者今後將使汽車世界發生巨大變化。” 關於堀教授所闡述的電動汽車的精髓——馬達控制，將在下章進行詳細介紹。
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| 堀研究室成員。雖然是三連休期間，但依然放棄休息時間為筆者提供了莫大的幫助！ |
（《日經商務在線》特約撰稿人：山田久美）【日經能源環境網】
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