無線充電是否是將節能環保電動車變成現實的缺失要素？

將環境和經濟雙重利益融為一體的電動車（EVs）正在迅速推動汽車產業走向電動化的未來。 國際能源總署（International Energy Agency）的調查預計在2030年將有1.3億輛電動車在道路上運行¹。 同時，無線電動汽車充電系統市值也很有可能在2027年將達到8.25億美元²。 毫不奇怪，這些革命性的交通方式已受到了巨大的關注和支持，例如在美國，對新購和二手電動車分別提供高達7500美元和4000美元的稅收抵免³。 但是，電動車工程師是否真的能夠克服能源效率和製造排放等無線充電技術的限制，以實現大眾所預料的電動車大規模普及呢？

電動車在不充電的情況下能行駛多遠？

到目前為止，電動車一直透過連接到固定充電站的笨重電纜來供電。 平均而言，電動車能使用單次充電行駛110到300英里。 這對一般的通勤來說已經足夠，但電動車仍然在充電的30分鐘至20小時期間無法行駛⁴。 這也成為了電動車普及的重大障礙。 雪上加霜的是，安裝足夠數量的充電站以保障城市運作也並非是每個政府或管轄區都有能力或願意負擔的代價。

來源: Energy5

透過動態無線充電進一步推動電動車

大多城市目前所具備的設施水準並不足以緩解駕駛和乘客的「續航焦慮」⁵。 雖然使用50kW 的快速充電器在35分鐘內可以增加約100英里的續航里程⁶，但工程師和城市規劃者正在研究更便利的動態無線充電解決方案，以消除了需要繞道的情況。

在2022年，汽車工程師成功地在瑞典哥特蘭島的一段長約1.6公里的道路上實現了銅線圈和車輛接收器之間的充電誘導，這些銅線圈嵌入在瀝青路面中。 日本柏葉市智慧城市的城市規劃者⁷目前也正在觀察嵌入在路面的供電線圈在長時間內的耐久性，以進一步發展動態無線充電。

大多數無線充電系統因充電墊和發射器等組成持續地從電網中吸取能量，導致能源消耗大。 為了在道路空曠時減少能源浪費，柏葉市的供電線圈將處於待機狀態。 如果測試曾公，千葉縣柏市的官員預計在2030年之前在室內的道路上實現自動駕駛班車的充電。 這不僅讓電動車在更低的電池容量下運行，同時也減少汽車的重量，製造複雜性，以及充電需求。

電動車使用什麼類型的無線充電？

雖然無線充電技術通常被一般比有線充電技術慢，但高耦合電感器的近場系統能防止輻射造成的能量損失，甚至可以將無線感應充電系統的效率提高到比直流(DC) 快1-2 %⁸。 讓我們仔細看看以下無線充電方法，以了解電動車目前及未來的充電方式。

感應充電

感應充電是無線電動汽車充電的普遍方法。 它依靠磁性線圈在發射器和接收器之間傳輸能量。 發射器線圈內產生的交變磁場在接收器線圈內感應出交變電流，發射的能量與兩個線圈之間的距離的平方成正比。 這種充電方法於 2012 年 9 月由 Nokia 920 首次普及，成為首款具有基於 Qi 規範無線充電功能的商用智慧型手機⁹。

儘管人們對感應充電可能帶來的電離效應存在著健康方面的擔憂，但瑞士聯邦能源辦公室迅速澄清了這些疑慮。 他們發現，感應充電產品的比吸收率（SAR）遠低於允許限值的1,000倍¹⁰。 然而，儘管如此，感應充電仍然存在著一些限制。 其有效距離較短，不足10毫米，且對線圈的準確對準要求較高。

磁振造影

基於感應技術原理，磁共振充電是透過在發射器線圈內產生特定頻率的振盪磁場來實現。 這些磁場頻率與接收器線圈的磁場頻率相匹配，從而能夠在約32至50毫米的更遠距離上傳輸電力，同時也消除了線圈對準的限制，使電荷能夠從一個發射器傳輸到多個接收器¹¹。 迄今為止，磁共振充電已成功應用於桌面和桌子等領域，並且保持著安全的SAR水平。

射頻 (RF)

射頻充電不同於磁共振充電，它透過電磁波傳輸電力，有效距離可達15英尺。 這種充電方法因其充電接收方式而得名，其中電子接收器將射頻波轉換為直流電壓。 在各種無線充電技術中，射頻技術提供了最大的尺寸和形狀自由度，並且允許單一發射器同時為多個裝置供電。

儘管射頻無線充電方法尚未廣泛應用，但未來的發展可能會將射頻技術整合到遊戲控制器、煙霧偵測器、安全攝影機、醫療設備、庫存掃描器以及車載和辦公室充電中。

電動車的類型及其對環境的影響

然而，充電並不是電動車需要克服的唯一障礙。 儘管號稱環保，但與傳統汽車相比，中型電動車¹²在製造過程中仍會多排放 2-3 噸二氧化碳¹³，其中大部分排放來自充電電池的製造。

也就是說，由於其無碳推進系統，電動車在行駛約15,000至20,000英里後預計將在碳排放方面實現盈虧平衡¹⁴，並且隨著人工智慧整合和可再生能源迅速融入能源網，這一門檻預計 會進一步降低。

人們也擔心新無線充電標準的引入可能會導致電子垃圾增加。 廣受讚譽的 Qi 無線充電標準已應用於 600 多種設備¹⁵，包括智慧型手機、共享公共充電器和車載充電器。 為了防止通常與電池相關的土地和水污染，研究人員正在探索電動車電池回收流程。 如果利用回收材料生產新型電動車電池取得成功，可能會減少高達 28% 的生產排放量¹⁶。

為了全面了解電動車對環境的影響和環保特性，讓我們仔細看看這些車輛是如何產生和防止排放的。

純電動車 (BEV)

純電動車，又稱為插電式或純電動車，依靠電動馬達並完全依賴電池供電。 這意味著純電動車在行駛過程中零排放。 此外，一些純電動車配備了再生煞車系統，能夠將煞車時產生的動能轉化為電能，為汽車充電。

混合動力電動車 (HEV)

混合動力汽車結合了傳統燃料和電池動力，利用傳統內燃機（ICE）和電動馬達的動力。 與純電動車不同，混合動力車的電池無法透過插座充電。 相反，用戶可以依靠相同的再生煞車系統為電池充電，從而透過汽油引擎獲得更多里程。 因此，雖然混合動力汽車確實會產生排放，但它們對環境的影響通常比傳統汽車小。

插電式混合動力電動車 (PHEV)

插電式混合動力汽車（PHEV）的運作方式與混合動力汽車（HEV）非常相似，主要區別在於PHEV的電池可以透過電源插座和公共充電站進行充電。 更重要的是，插電式混合動力汽車僅依靠電池電力即可行駛更遠的距離。 只有當電池電量低於某個閾值時，才會啟動內燃機。 換句話說，插電式混合動力車的運作方式類似於您期望的電動車，但具備內燃機作為備用能源，以應對特殊情況。

氫或燃料電池電動車 (FCEV)

FCEV是澳大利亚目前正在研究的新兴技术。它们依靠氢和氧之间的电化学反应来为电动机提供动力。虽然燃料电池汽车尚未用于日常使用，但未来可能被证明是一种高效的清洁交通形式。与传统汽车一样，FCEV可在5分钟内充满氢气，并提供超过300英里的行驶里程¹⁷。

FCEV是澳洲目前正在研究的新興技術。 它們依靠氫和氧之間的電化學反應來為電動馬達提供動力。 雖然燃料電池汽車尚未用於日常使用，但未來可能被證明是一種高效的清潔交通形式。 與傳統汽車一樣，FCEV可在5分鐘內充滿氫氣，並提供超過300英里的行駛里程¹⁸。

對於收到的所有媒體報道，重要的是要認識到電動車產業仍在不斷發展。 目前，更多的組件，例如太陽能發電站的可再生能源和雷射 LiDAR 感測器的人工智慧輔助導航，正在不斷充實。 無論電動車產業的發展如何，很明顯，世界各地的組織和政府已經為其進步投入了大量資金。 希望電動車能讓汽車變得更乾淨、更方便、更經濟。

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References

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2. EV Charging Summit. Everything You Need to Know About Wireless EV Charging.
3. Courtney Lindwall. Nov 17 2023. Electric vs. Gas Cars: IsIt Cheaper to Drive an EV? NRDC.
4. Energy5 Your Way. 14 Nov 2023. The Cost of Electric Car Charging Stations: Are They Worth the Investment?
5. U.S. Department of Energy. At a Glance: Electric Vehicles.
6. Pod Point. 16 Nov 2023. How Long Does It Take to Charge an Electric Car?
7. Dan Robinson. 17 Oct 2023. Japan cruises ahead with drive-thru EV charging trial. The Register.
8. Florian Nägele and Shivika Sahdev. April 3 2023. Perspectives on wireless and automated charging for electric vehicles. McKinsey & Company.
9. Lucas Mearian. Mar 18 2018. Wireless charging explained: What is it and how does it work? ComputerWorld.
10. Electronics Devices & Networks Annex (EDNA). July 2019. Global Forecast of Energy Use for Wireless Charging.
11. invisQi. Wireless Charging at a Distance - How Long Is Too Long?
12. PTI. 23 Nov 2023. Wireless EV charging? Here’s how e-transport will look like in 10 years. The Economic Times.
13. Russell Campbell. 17 Aug 2022. Car pollution facts: from production to disposal, what impact do our cars have on the planet? Auto Express.
14. James Morris. 18 Jun 2022. We Need To Measure Total Lifecycle Emissions For Cars — But EVs Still Win. Forbes.
15. Zens. Qi enabled phones with wireless charging-compatible devices.
16. McKinsey & Company. 13 Mar 2023. Battery recycling takes the driver’s seat.
17. U.S. Department of Energy. Alternative Fuels Data Center.
18. Beth P. 15 Jan 2024. Wireless Charger for Car: Tesla Confirms Development of Groundbreaking Charging Technology. Energy Matters.