劉勝芬，石清，沈國杰

（重慶大學(xué)城市科技學(xué)院，重慶 402167）

現(xiàn)在電動(dòng)汽車作為一種環(huán)保、便捷的出行方式得到廣大消費(fèi)者的青睞。電動(dòng)汽車作為將來可以替代傳統(tǒng)汽車的產(chǎn)物得益于它使用的動(dòng)力是電而非汽油，不會(huì)產(chǎn)生污染排放物。同樣也恰恰是因?yàn)樗褂玫氖请娔?，其行駛的距離長短也就與電能的儲(chǔ)存量有著密切的關(guān)系。且現(xiàn)在的電動(dòng)汽車因增大了簧下質(zhì)量和輪轂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，使得電動(dòng)汽車的操作受到了影響。持續(xù)維持電動(dòng)汽車的制動(dòng)系統(tǒng)需要大量的電能作為支撐，因此電動(dòng)汽車的電池存儲(chǔ)量必須得到解決，輪轂電機(jī)需要考慮散熱的問題也要得到解決。

1 續(xù)航時(shí)間問題

電動(dòng)汽車的電瓶是有容量的，目前，最大容量的電瓶能支持電動(dòng)汽車跑300多公里，當(dāng)電瓶中儲(chǔ)存的電能耗盡，電動(dòng)汽車就不能行駛了。這也是為什么建起了越來越多的電動(dòng)汽車充電站的原因。不僅僅如此，電動(dòng)汽車在充電站充電也是需要消耗時(shí)間的，目前，最快的充電方式也需要十幾分鐘，這樣一來就會(huì)花很多時(shí)間停在那里，若只是一輛、兩輛在排隊(duì)還好，但隨著電動(dòng)汽車的繼續(xù)普及，一旦在同一時(shí)間有多輛電動(dòng)汽車需要充電勢(shì)必會(huì)耗費(fèi)開電動(dòng)汽車人員的大量時(shí)間。電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航最遠(yuǎn)的是比亞迪生產(chǎn)的車型充一次電續(xù)航300多公里，換算下來也就是可以在高速上連續(xù)開3個(gè)來小時(shí)。這樣的續(xù)航能力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

超導(dǎo)技術(shù)的主要特性是電阻幾乎為零。相較于其他材料的導(dǎo)體，超導(dǎo)材料以幾乎沒有內(nèi)耗的優(yōu)勢(shì)使得成為潛力極大的研究領(lǐng)域。電動(dòng)汽車的內(nèi)阻是一定的，若是將超導(dǎo)技術(shù)中阻抗為零的特性加在電動(dòng)汽車上，就可以在不改變電源的情況下使電動(dòng)汽車內(nèi)電池的供電時(shí)間變長，使得浪費(fèi)在傳導(dǎo)上的電能得以利用，增加電能的使用效率。

超導(dǎo)磁體中存儲(chǔ)的能量（W）與功率（P）的公式為：

LSMES為磁體電感值；ISMES為磁體中電流值。

因此它可以幫助電動(dòng)汽車儲(chǔ)存更多的能量，使之可以擺脫續(xù)航時(shí)間短的問題。這項(xiàng)技術(shù)會(huì)使電動(dòng)汽車從普通的代步工具推向遠(yuǎn)距離的運(yùn)輸，使電動(dòng)汽車可以走上高速公路，不必為續(xù)航問題所困擾，那么電動(dòng)汽車電池?zé)o法解決的問題就會(huì)迎刃而解。

磁儲(chǔ)能系統(tǒng)中磁場(chǎng)的特性，根據(jù)給定邊界條件解麥克斯韋方程：

D為電位移；B為磁感應(yīng)強(qiáng)度；J為總電流密度；?為散度運(yùn)算符；x為旋度運(yùn)算符；E為磁感應(yīng)強(qiáng)度；H為磁場(chǎng)強(qiáng)度。

超導(dǎo)磁體主要呈現(xiàn)為單一的電磁場(chǎng)效應(yīng)可表示為：

這一特性加以法拉第提出的電磁感應(yīng)原理（E=nΔΦ/Δt法拉第電磁感應(yīng)定律，E：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(V)；n：感應(yīng)線圈匝數(shù)；ΔΦ/Δt：磁通量的變化率），即讓閉合電路中的導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)來產(chǎn)生電能。公式為：

由電磁感應(yīng)定律來提供電能，超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)將處于充電狀態(tài)，電路圖如圖1。

圖1 含理想直流斬波器的能量雙向性模型[1]

其核心元件包括直流電源U，直流鏈電容器C，線路電阻Rline,負(fù)載電阻Rload及直流斬波器。其負(fù)載回路電壓方程為：

老年肺炎是呼吸系統(tǒng)多發(fā)而嚴(yán)重威脅人類健康的疾病，在我國其發(fā)病率及死亡率較高，是65歲以上老年患者住院和死亡的主要原因之一［4］。由于老年肺炎病原學(xué)檢查陽性率低，費(fèi)用高，對(duì)于早期診斷意義不大，易錯(cuò)過臨床最佳治療時(shí)期，是導(dǎo)致老年肺炎患者死亡率較高的重要原因［4］。如何快速準(zhǔn)確的診斷老年肺炎，指導(dǎo)抗生素合理應(yīng)用，在臨床工作中有著重要意義。

I(t)為電源的輸出電流。

充電狀態(tài)電壓方程式為：

Ron為導(dǎo)通電阻；IL(t)為超導(dǎo)磁體工作電流；U0為初始時(shí)刻工作電壓；C為電容值；L為超導(dǎo)自感。

超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)自身可以完成充電、儲(chǔ)存、放電的過程，故而可以完成放電工作的過程。

利用電磁感應(yīng)原理來產(chǎn)生電能再用超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)存電能，那么電動(dòng)汽車就可以實(shí)現(xiàn)自主產(chǎn)能，電動(dòng)汽車就不會(huì)再有續(xù)航時(shí)間的問題，電動(dòng)汽車電池?zé)o法解決的問題也會(huì)迎刃而解。

2 時(shí)速問題

純電動(dòng)汽車的最大時(shí)速為150km/h，但這樣的速度會(huì)使其續(xù)航里程降低。而通過增強(qiáng)電動(dòng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)的性能就可以使電動(dòng)汽車在高速下不必?fù)?dān)心續(xù)航問題。

超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)具有快供電的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，P（功率）=U（電壓）2/R（電阻）根據(jù)超導(dǎo)技術(shù)的快供電性，短時(shí)間增大的電壓可以給發(fā)動(dòng)機(jī)足夠大的扭力，那么電動(dòng)汽車就會(huì)在速度上超越傳統(tǒng)汽車。另外，還有超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)繞組由實(shí)用超導(dǎo)線繞制成的電機(jī)也可以解決這一問題。超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)主要用于大型艦船的電力推進(jìn)系統(tǒng)，這也證明了它有足夠大的馬力，且其過載能力強(qiáng)，有益于無功補(bǔ)償，同步電抗小，重量輕體積小。這些特點(diǎn)證明了由超導(dǎo)電機(jī)提供的電能質(zhì)量更高、穩(wěn)定性更強(qiáng)。這可以使得電動(dòng)汽車的速度達(dá)到甚至超過傳統(tǒng)能源汽車。

3 安全性的提升

傳統(tǒng)汽車很多都利用了渦流制動(dòng)原理（即電阻制動(dòng)），但電動(dòng)汽車采用的是電制動(dòng)，而一直維持制動(dòng)的電能是極大的，且輪轂電機(jī)的制動(dòng)容量小，不足以滿足全車的需求。

超導(dǎo)電機(jī)就不同了，它具有良好的電力傳出性能，用超導(dǎo)電機(jī)提供的電能及扭力（交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩）可表示為：

M為電機(jī)轉(zhuǎn)矩；C為與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)；I為轉(zhuǎn)子電流；?為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每極端磁通；?2—轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù)角）。

再結(jié)合超導(dǎo)限流器一種有效的短路電流限制裝置可以實(shí)現(xiàn)集檢測(cè)、觸發(fā)、限流為一體，正常時(shí)阻抗為零，非正常時(shí)瞬時(shí)產(chǎn)生極大的阻抗，且具有快速響應(yīng)的特性，故而超導(dǎo)限流器可以在電動(dòng)汽車使用者做出制動(dòng)動(dòng)作的瞬間進(jìn)行制動(dòng)并具有一定的穩(wěn)定性，制動(dòng)效果會(huì)比現(xiàn)有的電動(dòng)汽車好很多。在電動(dòng)汽車的核心電路板中應(yīng)用這一技術(shù)，會(huì)使電動(dòng)汽車的反應(yīng)能力得到顯著的提高，將會(huì)使電動(dòng)汽車的行駛更加精準(zhǔn)、安全。

由于現(xiàn)在電動(dòng)汽車因增大了簧下質(zhì)量和輪轂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，使得電動(dòng)汽車的操控性能受到了影響。所以，將傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)改為重量更輕、體積更小的超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)，再將原有的銅絲導(dǎo)電改為體積更小、損耗更小、重量更輕的超導(dǎo)電纜，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的輕量化，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車車身結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化。

超導(dǎo)體還具有快速響應(yīng)的特性，因此如果在電動(dòng)汽車的核心電路板中應(yīng)用這一技術(shù)，會(huì)使電動(dòng)汽車的反應(yīng)能力得到顯著的提高，且超導(dǎo)體制成的集成電路可以大幅度提高集成電路的性能，并且不發(fā)熱。采用超導(dǎo)材料制成的電路在純電動(dòng)汽車中，電池轉(zhuǎn)換器到電動(dòng)機(jī)的電能傳輸過程中會(huì)比傳統(tǒng)電路有著更快速高效的工作特性，這會(huì)使電動(dòng)汽車的使用性能更加貼合使用者的理想效果。

4 結(jié)語

綜上所述，超導(dǎo)技術(shù)如果在電動(dòng)汽車上得到應(yīng)用，電動(dòng)汽車就會(huì)有一個(gè)根本性飛躍，從而取代傳統(tǒng)汽車，被廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)今超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用還是比較昂貴的，但電動(dòng)汽車可以永久的節(jié)省下用戶的燃油費(fèi)用。但隨著超導(dǎo)技術(shù)的不斷深入研究，相信超導(dǎo)技術(shù)會(huì)得到普及。屆時(shí)超導(dǎo)汽車的時(shí)代也會(huì)如期而至。