地面一個線圈，車底盤再裝一個線圈，倆線圈對準，按下“充電”按鈕，幾小時後，電動汽車就能吃飽喝足，重新上路。這樣聽上去，是不是有點兒像天方夜譚?來自中國科學院電工研究所的王麗芳研究員，帶領她的團隊，經過四年多的攻堅克難，讓電動汽車擺脫了對有線充電的依賴，為電動車開拓出“無限”的發展前景。今年下半年，這一技術將走出實驗室，在相關區域進行示範。更高的安全性，更低的維護成本，更小的佔地面積，王麗芳認為，無線充電技術的成熟完善，或將使電動汽車迎來大發展的“春天”。

　　利用電磁場原理髮電

　　“無線充電的原理，簡單用一句話來説，就是物理上的電磁場原理。”電可以生成磁，磁也能帶來電，變化的電場和變化的磁場構成了一個不可分離的統一場，這就是電磁場。

　　王麗芳介紹，電動汽車無線充電系統包含了兩個大的“模組”：一部分是在地面上的，另外一部分是裝在車上的。地面上的功率變化裝置與電網相連，將電能傳送到地面的線圈上；地面上的線圈與車載線圈發生耦合反應，實現了能量的傳遞和輸送；之後，車上的功率變化裝置將從車載線圈上接收到的交流電，轉化為電池所需的直流電。

　　上述的整個過程，將電網上的電轉移到了電動汽車裏的電池上。而如何在這個過程中，保證能量的高效傳遞、儘量減少損耗，是王麗芳團隊需要克服的一大問題。2011年接手這個項目之初，王麗芳聽到的反對和質疑聲中最響亮的也都齊齊針對充電效率。“當時大家覺得做無線充電根本沒有意義，最多能做到30%、40%的效率，而有線充電的效率已經能達到80%、90%。”但是王麗芳不信這個邪，她注意到國外的實驗室裏已經有相關的成功案例，“國外能做，我們也能做，起碼可以試一下。”

　　下半年將在北京試點

　　記者在中科院電工所的實驗室裏看到了電動汽車無線充電系統。約3釐米高、邊長60釐米的一個正方形“墊子”鋪設在地面上，與20cm×15cm×15cm的功率變化裝置相連。王麗芳説，“墊子”裏包裹的就是地面線圈，在未來推廣使用時，可以將其鑲嵌在地表上，裝完以後與地面保持平行，這一點與有線充電樁相比，不僅極大地節約了空間，而且降低了維護成本，設備損壞和觸電的風險也就基本降低為零。

　　在汽車內部，有一個小小的“導引終端”，能時時顯示車載線圈與地面線圈的距離，“兩個線圈位置對得越準越好。”根據導引終端的提示，將車停好後，按下充電按鈕，即可開始充電。

　　一提到電磁場，大家還是會對其産生的“輻射”有點兒擔憂。對此，王麗芳解釋，目前在無線充電方面，國家還沒有出臺相應的標準。其團隊測試結果顯示：在電動汽車內，由於車殼的遮罩作用，磁場強度較小；在電動車外，雖然磁場強度較大，但仍小于國際非電離輻射防護委員會（ICNRP）推薦的安全限制。此外，干擾磁場強度隨著距離的減少而迅速衰減。這就意味著在離開一段距離後，輻射干擾基本不存在影響。

　　王麗芳介紹，目前無線充電技術還不夠成熟，因此成本較高，距離市場化推廣還有一段路要走。但是隨著技術的成熟，批量化的推廣，未來的成本有望降低至與目前有線充電相當的水準。下半年，該技術將邁開走出實驗室的第一步：在亦莊或是京郊區縣已經有電動計程車的示範區域，開始進行無線充電的示範運作。目前，各方正在協調最後示範的地點。

　　未來有望邊開車邊充電

　　現在的無線充電技術，還需要倚賴電動汽車的停靠才能實現。未來有沒有可能像手機一樣，隨時可充電呢？目前，王麗芳正帶領團隊進行“邊開車邊充電”的技術研發，該項目已進行到實驗機的研發階段。王麗芳設想，如果該技術得以實現，未來可為電動汽車開闢專用的行駛充電路線，該項目在國際上也已經有了示範運作。

　　幕後故事

　　1.線圈裝進車也要防“排異反應”

　　從實驗室跨到示範這一步，其實並不容易。2013年上半年，王麗芳帶著自己的無線充電系統首次在北京科博會上亮相。實際上，當時亮相的只能算是個“半成品”：地面線圈鋪在地上，以裝有燈泡的小推車模擬電動汽車，小推車駛過地面線圈，燈泡就會變亮，整個過程直觀展示充電過程。

　　這次亮相受到了極大的關注，這給了王麗芳極大的信心，剛接手項目時的忐忑和不安稍稍得到了安慰。王麗芳和隊友們下一步的目標很明顯，就是完成系統的裝車匹配。而將車載線圈裝進車裏，不亞於是給汽車做了個器官移植手術。為了不出現排異反應，就得保證車載線圈跟車上的每個系統都能達到一種調和的狀態，顧此還要及彼。“我們的原則就是讓整車的改變最小，讓自己的系統盡可能適應整車原來介面的需求。”實驗室階段的系統通常做得比較大，而乘用車由於體積小，如何打造“縮小版”的車載系統本身已經夠難。然而在裝車時，王麗芳團隊發現，在汽車底盤上包著一層大的金屬片，而金屬片對於磁場的傳輸具有相當大的阻擋作用，由此會産生極大的能量損耗。攔路虎出現了。

　　“我們雖然是為了完成承接的這個項目，但是一方面也很想要達到國際同級別的水準。我總覺得，人家能做到，我們也能做到。一定是有哪些技術我們還沒有突破。”推倒重來，從系統、線圈到參數匹配，王麗芳和同事最終找到一種解決方案，使得金屬片對於整個系統的影響最小。

　　2.大冷天穿著棉衣堅持戶外調試

　　在這四年多的時間裏，加班熬夜對於團隊很多人來説已是家常便飯。但是王麗芳每每想起團隊大冬天裏戶外調試的場景還是會覺得心疼。2013年冬天，克服了種種障礙之後，團隊終於迎來了裝車實驗。然而，由於實驗室空間有限，實驗人員的調試工作只能在戶外進行。調試經常會是一個連續的過程，遇到問題就得當場解決，找到問題根源；因為過了這個節點之後，問題有時會很難復現。“夜晚零下十幾攝氏度的天氣裏，實驗人員穿著棉衣棉靴，一幹就是兩個星期。調試完成了，最冷的日子也熬過去了。”

　　目前，實驗人員正在對無線充電系統的可靠性和環境適應性進行調試和驗證。對於這樣一個精益求精的“修修補補”的過程，團隊裏最年輕的郭彥傑心裏既矛盾又享受。“看到自己做的東西出了問題，感覺總是不好的；但是又希望現在能儘早暴露一些問題，這樣大家使用的時候麻煩就會更小。”郭彥傑説，科研探索的是一個個新的領域，探索的過程中肯定會有困難，但是新發現的喜悅足以抵擋住這些困難。

　　牛偉坤 文並圖 J191