不需要充電的自發(fā)電汽車可能實現(xiàn)嗎？

2021 年,新能源汽車站在了風(fēng)口上。華為、小米、大疆、滴滴,知名互聯(lián)網(wǎng)公司紛紛涉足新能源汽車產(chǎn)業(yè)。

純電動汽車、混合動力汽車、增程式電動汽車,各種新能源汽車解決方案層出不窮。不過,這些新能源汽車方案都不夠新奇,普遍采用鋰電池與汽油混動方式。

在汽車大廠之外,民間還有不少牛人,他們突破客觀規(guī)律,腦子充滿各種奇思妙想。比如不需要充電的自發(fā)電汽車,利用輪胎摩擦發(fā)電的汽車等等。千萬不要以為只是不切實際的妄想,確實有人將這些設(shè)想做了出來,甚至申請了專利。

電動車能量“循環(huán)”利用

不依靠外部能源,電動車自行發(fā)電,聽起來有些匪夷所思。然而小黑在某專利網(wǎng)站,確實看到有牛人申請了《新能源電動汽車自行發(fā)電方法》專利。其中涉及到電機、發(fā)電機、傳動軸等部件。

專利摘要顯示,該專利將電機傳動軸與發(fā)電機傳動軸由連接套連接,另一端直接伸入變速箱內(nèi),轉(zhuǎn)動變速箱內(nèi)的齒輪,發(fā)出的電儲存在汽車電池上供汽車使用。

簡單來說,這是一種能源重復(fù)利用方式,利用變速箱轉(zhuǎn)動提供的動能發(fā)電,儲存到汽車電池中重復(fù)利用。這種專利并非民間大神獨創(chuàng),豐田、特斯拉等廠商早就將這類技術(shù)用到汽車上了。

▲ 豐田制動能量回收裝置

不少豐田老司機,都知道豐田有一種制動能量回收裝置,其原理為利用汽車制動/剎車裝置。汽車在行駛過程中,總會需要剎車場景,這時會暫停發(fā)動機動力輸出,同時增加一個運行的阻力負(fù)荷消耗汽車前行的慣性,這種裝置就是制動器。

制動過程中,汽車慣性對制動器做功,使其變成摩擦片的熱能。豐田動能回收裝置正是通過一定的技術(shù)手段將這些能量回收利用,儲存到電池中,等需要的時候再利用。

與豐田類似,特斯拉也提供“動能回收”系統(tǒng),具體表現(xiàn)為車主在使用單踏板模式駕駛時,用戶松開油門踏板,“動能回收”系統(tǒng)開始工作。對比豐田,可以發(fā)現(xiàn)特斯拉甚至不用踩制動踏板就可以開啟“動能回收”系統(tǒng),使用起來更加簡便。當(dāng)然,單踏板也有缺點,近期特斯拉頻頻遭遇的“失控”事故,不少業(yè)內(nèi)人士猜測可能就是這個功能所致。

摩擦生電:輪胎發(fā)電法

汽車在行駛過程中,有很多零部件都在產(chǎn)生能量。我們的鄰國日本,就有一群工程師盯上了輪胎發(fā)電。住友橡膠工業(yè)株式會社與日本關(guān)西大學(xué)的團隊,一起開發(fā)了一種能量收集器,可以在輪胎轉(zhuǎn)動的時候發(fā)電,將輪胎靜電轉(zhuǎn)化為電能。

技術(shù)細(xì)節(jié)上,工程師們把電極安放在輪胎兩層橡膠之間,每層橡膠都覆蓋在一個電極上。當(dāng)輪胎滾動時,兩層橡膠之間產(chǎn)生的位移就會摩擦生電。

在國內(nèi),同樣有一群科學(xué)家盯上了綠色發(fā)電輪胎。中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林教授團隊與玲瓏輪胎合作,基于摩擦納米發(fā)電機,完成了發(fā)電輪胎研發(fā)。

與日本團隊不同,中科院團隊將導(dǎo)電層置于胎面層中間,使用輪胎胎面作為摩擦納米發(fā)電機的摩擦層。導(dǎo)電層在輪胎滾動的過程中,由于和地面的距離不斷地發(fā)生改變,進而發(fā)生電勢的變化。

雖然具體實現(xiàn)形式不一樣,但是中日兩國研發(fā)團隊都采用了摩擦生電這一基本原理。在技術(shù)上固然先進,但是缺點同樣明顯。在實驗室中,9cm? 該種輪胎胎面材料在實驗室就可以得到 21μA 的電流輸出和 150V 的電壓。由于發(fā)電量過低,因此科學(xué)家們目前只想到了胎壓監(jiān)測等用途。

腦洞大開:“永動汽車”

動能回收、輪胎摩擦生電,這些技術(shù)還處于正經(jīng)科研范疇。在民間,自然還有一群人,持之以恒地進行著永動機研究。

某貼吧大神就利用電瓶與電機建立了一個獨立的供、用電系統(tǒng)。據(jù)他所言:“隨著電機轉(zhuǎn)速的提高,發(fā)電機輸出的電流增大,當(dāng)發(fā)電機輸出電流大于電機消耗的電流時,開始給電瓶充電或向外輸出電功率?！?/p>

根據(jù)這套原理,他甚至組裝了一套“自發(fā)電循環(huán)裝置”,電瓶與電機建立了一個獨立的供、用電系統(tǒng),發(fā)電機與電瓶又建立一個發(fā)電、儲存能量的系統(tǒng),從而實現(xiàn)能量自循環(huán)利用。

永動機老哥的實驗裝置,在視頻中實現(xiàn)了一分鐘“自循環(huán)”。當(dāng)然,這位“奇人”的實驗并不能當(dāng)真。從物理角度來講,將一種能量形式轉(zhuǎn)換成另一種能量同時,還會產(chǎn)生其他形式的能量,永動循環(huán)發(fā)電的技術(shù)永遠(yuǎn)不可能實現(xiàn)。

此外,能量傳輸過程中也會產(chǎn)生損耗,比如充電器工作時,控制器工作時,其本身也會消耗一部分電能。理論上,不依靠外部能量,自發(fā)電的電動汽車根本不可能實現(xiàn)。

風(fēng)能、太陽能,自發(fā)電汽車新方向?

能量守恒定律是自然界普遍的基本定律,永動機暢想都是不切實際的瞎想。在永動機之外,依然有新的自發(fā)電想法萌發(fā)。

小黑在網(wǎng)上看各種自駕游視頻,發(fā)現(xiàn)不少驢友已經(jīng)將風(fēng)能、太陽能用到汽車上。有的驢友將小型風(fēng)力發(fā)電機帶在車上,駐車休息的時候就將其置于車頂,利用風(fēng)力發(fā)電為汽車供能;有的驢友直接在房車頂上安放一大塊太陽能電池板,利用太陽能發(fā)電。

風(fēng)能與太陽能都屬于清潔能源,屬于真正意義上的環(huán)保汽車。若是風(fēng)能汽車與太陽能汽車真的可以實現(xiàn),那么鋰電池汽車甚至有可能被取代。

當(dāng)然,現(xiàn)實遠(yuǎn)比理想殘酷。提供的風(fēng)力超過小型風(fēng)力發(fā)電需要克服風(fēng)阻做功,風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)換得到的能量,很大一部分就來自于汽車本身消耗的能量。此外,汽車在行駛過程中速度過快,車頂上的風(fēng)力發(fā)電機并不符合安全駕駛規(guī)范。因此,風(fēng)力發(fā)電機只能在駐車的時候使用,車輛行駛過程中并不允許安放風(fēng)力發(fā)電機。

▲ 小型風(fēng)力發(fā)電機參數(shù)

最后,風(fēng)能的轉(zhuǎn)化與汽車實際消耗的能量相差太大。根據(jù)驢友體驗,一臺 600W 功率小型風(fēng)力發(fā)電機,在三級風(fēng)條件下,可以得到四分之一額定輸出電量。也就是說每小時發(fā)電 0．15 度電。駐車 12 小時也就能產(chǎn)生 1．8 度電。

純電動汽車百公里消耗電量在 13 度到 18 度之間。經(jīng)過簡單換算,可以得出 1．8 度電可以讓新能源汽車行駛 10 到 13 公里。由此可見,風(fēng)力發(fā)電機根本不足以為新能源汽車供電。

太陽能發(fā)電的情況比風(fēng)力發(fā)電稍好。德國公司 Dethleffs e．home 開發(fā)了一款太陽能房車,全車由 3000 個太陽能電池板堆砌而成,提供 3KW 電力。根據(jù)碳銀光伏提供的數(shù)據(jù),1KW 組件有效日照 6 小時,不考慮損耗 1 天可以發(fā) 6 度電。

由此推算,該房車太陽能電池板一天產(chǎn)生的電能,跑上一百多公里完全沒問題。不過考慮到房車需要冰箱、微波爐等電器,日常使用起來還是有些難度?，F(xiàn)階段這款太陽能房車還在概念階段,并沒有正式發(fā)售。太陽能電池板有發(fā)熱高、保養(yǎng)維修困難等難題,且全車包裹太陽能電池板也不符合房車設(shè)計,因此發(fā)電效率超高的房車基本不會實現(xiàn)。

不管是風(fēng)能、太陽能、輪胎摩擦動能還是制動能量,都不足以為新能源汽車提供長久續(xù)航的能力。因此,主流新能源汽車廠商并沒有一家采用這些技術(shù)作為主要動力。不過,這些清潔能源可以作為新能源汽車的補充,在動力電池之外,為汽車提供額外能量。在電動汽車一直為續(xù)航焦慮的時代,增加風(fēng)能、太陽能發(fā)電組件,關(guān)鍵時刻或許可以有奇效!

圖源:B站、微博、谷歌、pixabay、貼吧