摘 要: 无线电力传输是一种传输电力的新技术,它将电力通过电磁耦合、射频微波、激光等载体进行传输。这种技术解除了对于导线的依赖,从而得到更加方便和广阔的应用。本文就无线电力传输的发展历史和基本原理做了一些介绍,并对其未来可能的应用做了一些探讨。 关键词: 无线电力传输技术 电磁感应 射频 原理与应用前景 1.引言 自17世纪人类发现如何发电后就用金属电线来四处传输电力。时至今日,供电网、高压线已遍布全球的角角落落。在工作和生活中,越来越多的电器给我们带来极大便捷的同时,不知不觉各种“理不清”的电源线、数据线带来的困扰也与日俱增。不过,这些年的科技发展表明,在无线数据传输技术日益普及之时,科学家对无线电力传输(Wireless Power Transmission,WPT)的研究也有了很大突破,从某种意义上来讲,无线电力传输也不再是幻想——在未来的生活中摆脱那些纷乱的电源线已成为可能。 2.无线电力传输的发展历史 19世纪末被誉为“迎来电力时代的天才”的名尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla,1856—1943)在电气与无线电技术方面作出了突出贡献。他1881年发现了旋转磁场原理,并用于制造感应电动机;1888年发明多相交流传输及配电系统;1889—1890年制成赫兹振荡器;1891年发明高频变压器(特斯拉线圈),现仍广泛用于无线电、电视机及其他电子设备。他曾致力于研究无线传输信号及能量的可能性,并在1899年演示了不用导线采用高频电流的电动机,但由于效率低和对安全方面的担忧,无线电力传输的技术无突破性进展[1]。1901—1905年在纽约附近的长岛建造Wardenclyffe塔,是一座复杂的电磁振荡器,设想它将能够把电力输送到世界上任何一个角落,特斯拉利用此塔实现地球与电离层共振。 2001年5月,法国国家科学研究中心的皮格努莱特,利用微波无线传输电能点亮40m外一个200W的灯泡。其后,2003年在岛上建造的10kW试验型微波输电装置,已开始以频率向接近1km的格朗巴桑村进行点对点无线供电。 2005年,香港城市大学电子工程学系教授许树源成功研制出“无线电池充电平台”,但其使用时仍然要将产品与充电器接触。 2006年10月,日本展出了无线电力传输系统。此系统输出端电力为7V、400mA,收发线圈间距为4mm时,输电效率最大为50%,用于手机快速充电。 2007年6月,美国麻省理工学院的物理学助理教授马林·索尔贾希克研究团队实现了在短距离内的无线电力传输。他们给一个直径60厘米的线圈通电,6英尺(约米)之外连接在另一个线圈上的60瓦的灯泡被点亮了。这种马林称之为“WiTricity”技术的原理是“磁耦合共振”。 2008年9月,北美电力研讨会发布的论文显示,他们已经在美国内华达州的雷电实验室成功地将800W电力用无线的方式传输到5m远的距离。 2009年10月,日本奈良市针对充电式混合动力巴士进行了无线充电实验。供电线圈埋入充电台的混凝土中,汽车驶上充电台,将车载线圈对准供电线圈就能开始充电。 3.无线电力传输的基本原理 电磁感应——短程传输 电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一,它显示了电、磁现象之间的相互联系与转化。电磁感应是电磁学中的基本原理,变压器就是利用电磁感应的基本原理进行工作的。利用电磁感应进行短程电力传输的基本原理如图1所示,发射线圈L1和接收线圈L2之间利用磁耦合来传递能量。若线圈L1中通已交变电流,该电流将在周围介质中形成一个交变磁场,线圈L2中产生的感应电势可供电给移动设备或者给电池充电。 电磁耦合共振——中程传输 中程无线电力传输方式是以电磁波“射频”或者非辐射性谐振“磁耦合”等形式将电能进行传输。它基于电磁共振耦合原理,利用非辐射磁场实现电力高效传输。在电子学的理论中,当交变电流通过导体,导体的周围会形成交变的电磁场,称为电磁波。在电磁波的频率低于100khz时,电磁波就会被地表吸收,不能形成有效的传输,当电磁波频率高于100khz时,电磁波便可以在空气中传播,并且经大气层外缘的电离层反射,形成较远距离传输能力,人们把具有较远距离传输能力的高频电磁波称为射频(即:RF)。将电信息源(模拟或者数字)用高频电流进行调制(调幅或者调频),形成射频信号后,经过天线发射到空中;较远的距离将射频信号接收后需要进行反调制,再还原成电信息源,这一过程称为无线传输。中程传输是利用电磁波损失小的天线技术,并借助二极管、非接触IC卡、无线电子标签,等等,实现效率较高的无线电力传输。 具体来说,整个装置包含两个线圈,每一个线圈都是一个自振系统。其中一个是发射装置,与能量相连,它并不向外发射电磁波,而是利用振荡器产生高频振荡电流,通过发射线圈向外发射电磁波,在周围形成一个非辐射磁场,即将电能转化为磁场。当接收装置的固有频率与收到的电磁波频率相同时,接收电路中产生的振荡电流最强,完成磁场到电能的转换,从而实现电能的高效传输。图2是一个典型的利用电磁共振来实现无线电力传输的系统方案。电磁波的频率越高其向空间辐射的能量就越大,传输效率就越高。 微波/激光——远程传输 理论上讲,无线电波的波长越短,其定向性越好,弥散就越小。所以,可以利用微波或激光形式来实现电能的远程传输,这对于新能源的开发利用、解决未来能源短缺问题也有着重要意义。1968年,美国工程师彼得格拉提出了空间太阳能发电(Space Solar Power,SSP)的概念。其构想是在地球外层空间建立太能能发电基地,通过微波将电能送回地球。 4.无线电力技术的应用前景 无线电力传输作为一种先进的技术一般应用于特殊的场合,具有广泛的应用前景。 给一些难以架设线路或危险的地区供应电能 高山、森林、沙漠、海岛等地的台站经常遇到架设电力线路困难的问题,而工作在这些地方的边防哨所、无线电导航台、卫星监控站、天文观测点等需要生活和工作用电,无线输电可补充电力不足。此外,无线输电技术还可以给游牧等分散区村落无变压器供电和给用于开采放射性矿物、伐木的机器人供电。 解决地面太阳能电站、水电站、风力电站、原子能电站的电能输送问题 我国的新疆、西藏、青海等地降雨量少、日照充足且存在大片荒芜土地,南方部分地区水力、风力资源丰富,这些地区有利于建造地面太阳能发电站或水电站、风力电站。可是,这些地区人烟稀少、地形复杂,在崇山峻岭之中难以架设线路,这时无线输电技术就有了用武之地。采用无线输电技术,还可以把核电站建在沙漠、荒岛等地。这样一方面便于埋葬核废料,另一方面当电站运行发生故障时也可以避免对周围动植物的大量伤害和耕地的污染。 传送卫星太阳能电站的电能 所谓卫星太阳能电站,就是用运载火箭或航天飞机将太阳能电池板或太阳能聚光镜等材料发送到赤道上空35800km的地球静止同步轨道上。在太空的太阳光线没有地球大气层的影响,辐射能量十分稳定,是“取之不尽”的洁净能源。并且一年中有99%的时间是白天,其利用效率比地面上要高出6—15倍[3]。在那里利用太阳能电池板把阳光直接转变为电能,或者用太阳能聚光镜把阳光汇聚起来作为热源,像地面热电厂一样发电。这样产生的电能供给微波源或激光器,然后采用无线输电技术将大功率电磁射束发送至地面,接收到的微波能量经整流器后变成直流电,由变、配电设施供给用户。 无接点充电插座 随着无线电力技术的发展,一些小型用电设备已经实现了无线供电。如:电动牙刷、“免电池”无线鼠标、无线供电“膜片”/“垫”等。无线供电“膜片”/“垫”是一种家用电器无线供电方式,用一片图书大小的柔软塑料膜片就可对家电进行无线供电,可为圣诞树上的LED、装饰灯、鱼缸水中的灯泡、小型电机、手机、MP3、随身听、温度传感器、助听器、汽车零部件、甚至是植入式医疗器件等供电。 给以微波发动机推进的交通运输工具供电 现在大部分交通运输工具燃烧石油产品,其发动机叫做柴油发动机、汽油发动机等。与此类比,以微波作为能源推进的发动机叫做微波发动机。微波是工作频率在—300GHz的电磁波,不能直接用它来驱动电动机,因为要设计出在如此高的频率下工作的发动机非常困难。如果思路加以改变,把微波能量转变为直流电流的整流器,那么微波就可以直接作为交通工具的能源了。煤、石油、天然气的存储量有限,而日消耗量巨大,总有耗尽之日,到那时卫星太阳能电站可望成为能源供给的主干,通过无线输电技术就可以直接把微波能量输给交通运输工具。 在月球和地球之间架起能量之桥 世界人口的不断增长和地球资源的日益耗尽,太阳系中其他星球的开发利用是人类一直以来的夙愿。月球是地球的天然卫星,其上资源丰富,地域辽阔,是首先要开发的星体。未来人类对月球的利用主要是移民和资源获取。月球的土壤里富含SiO2,是制造太阳能电池的原料。如果先在月球上建立起工厂,然后把太阳能电站直接建在月球上,比起建在地球静止同步轨道上要容易些,借助于微波束或激光束把电能发送到地球。 5.结语 随着无线电力传输技术的不断发展与成熟,不但使人们未来的生活有望摆脱手机、相机、 笔记本 电脑等移动设备电源线的束缚,享受在机场、车站、酒店多种场所提供的无线电力,而且可用于一些特殊场合,如人体植入仪器如心脏起搏器等的输电问题、新能源(电动)汽车、低轨道军用卫星、太阳能卫星发电站等。在世界经济迅速发展的今天,节能和新的、可再生能源的开发是摆在能源工作者面前的首要问题。太阳能是取之不尽、用之不竭的干净能源。除核能、地热能和潮汐能之外,地球上的所有能源都来自太阳,建造卫星太阳能电站是解决人类能源危机的重要途径。要将相对地球静止的同步轨道上的电能输送的地面,无线输电技术将发挥至关重要的作用。从长远来看,该技术具有潜在的广泛应用前景。但是,每一种无线传输方式,都有一系列问题需要解决,如电能传输效率问题,电力公司如何收费和计费,能量传输所产生的电磁波是否对人体健康带来危害,等等。不管怎样,一旦这项技术能够普及,就会给人们的生活带来巨大的便利。 参考文献: [1]白明侠,黄昭.无线电力传输的历史发展及应用[J].湘南学院学报,2010,31,(5):51-53. [2]刘永军.无线电力传输技术:创造未来空间神话[J].中国电子商情(基础电子),2008,11:70-75.
<<被埋没了的天才:科学发明家特斯拉传记>>
科学界有一个普遍共识,人类历史上曾经存在过两个公认的旷世天才:达·芬奇、尼古拉·特斯拉。特斯拉的成就几乎是爱因斯坦、爱迪生的总和。他是“科技狂人”伊隆·马斯克的精神偶像,现在风靡全球的特斯拉电动车就是以他的名字命名的!
特斯拉是谁?
尼古拉·特斯拉
一个单靠想象,完全不需要任何模型、图纸和实验,就可以在脑海中把所有细节完美地描绘出来,和实际做出的物件没有丝毫差别的发明天才。
他是爱迪生最强大的对手,也是一个一生独立开发并取得专利700种,合作开发达1000种以上的科学狂人。
没错,特斯拉除了是一个高端电动汽车品牌,除了是一个物理学单位:1 特斯拉(TESLA)=10000高斯(GAUSS),还是一个值得被所有人记住的人的名字。
下面引用“老烟斗鬼故事”为纪念尼古拉·特斯拉的诞生专门制作的一个视频,没有wifi的小伙伴可以跳过直接读文章,不过视频更具有观赏性。
一起来看看视频介绍吧——
电气时代的开创者
当你开着灯,吹着空调、躺在沙发上看着电视,可曾想过,支撑这些生活电器的电是怎么来的吗?
100多年前,在大部分人都还在使用蜡烛照明的时代,一种叫做交流电的电力系统被发明了出来,并且沿用至今。
而它的发明者,就是尼古拉·特斯拉。他的交流电,将人类带入了第二次工业革命。
如果你问,“电气时代之父”不是爱迪生吗?
那么下面这个故事,会给你一番新的认知。
1884年,一个年轻人带着前雇主的介绍信,匆匆登上了开往美国淘金圣地的轮船。他要去找他的偶像——托马斯·爱迪生,希望他能帮助自己完成交流电系统的发明。
托马斯·爱迪生
信上写着:
“亲爱的爱迪生:我认识两个伟人,一个是你,另外一个就是这位年轻人。”
当时,爱迪生正在向全世界推销自己的直流电系统,根本不看好交流电。但凭借这封信,特斯拉还是如愿进入了爱迪生的团队。爱迪生承诺,如果他解决了“直流发电机与电动机问题”,就付给他相当于今天的一百万美元的奖金。
但当特斯拉把爱迪生的机器修好,并问“说好的一百万呢?”
爱迪生竟笑了,他说:“特斯拉,你不懂我们的美国式幽默。”
心中偶像人设崩塌,被戏弄的特斯拉愤而出走,独立门户,从此,专心致志地做他的交流电系统。
特斯拉与交流电机
当时,爱迪生的直流电系统要求每一平方英里内就要有一个发电站,并且因为传输过程中的损耗过大,传输距离也十分受限,而特斯拉的交流电系统用的导线更细,电压更高,传输损耗小,传输距离远。很明显,交流电更有优势。
那处于劣势的爱迪生做了什么?
为了“黑”交流电,爱迪生脑洞大开。贿赂 *** 官员,把死刑由绞刑改为交流电电刑。
交流电电刑椅
甚至雇用小学生,用交流电将流浪猫狗电死,以此宣传交流电“是十分危险”的。
好在特斯拉笃定“你黑不黑,交流电就在那里”的信念,通过哥伦比亚博览会的照明工程,展示了交流电的可靠性和安全性,最终赢得了“电流之战”,也还了自己清白。
哥伦比亚世界博览会鸟瞰图
从此,交流电被认可,取代了直流电,成了供电主流。
要知道,那个时候,人们每使用一匹电力,特斯拉能获得美元的专利使用费。有人统计过,这至少可以给特斯拉带来3000亿美元的收入!特斯拉早就可以富可敌国了。
但万万没想到,他撕毁了专利合同,把这项发明免费供全世界使用。(如果他没这么做,我们现在还要给他交钱)
所以,称特斯拉为“电气时代之父”,当之无愧。
一个会让你质疑诺贝尔奖的人
问:X射线是谁发现的?
答:威廉·康拉德·伦琴?
不!是
历史记载,伦琴于1895年11月8日发现了X射线,为开创医疗影像技术铺平了道路,1901年被授予首次诺贝尔物理学奖。
但事实上,特斯拉先于伦琴发现X射线,并警告说这个东西很危险,拒绝实施医学实验。
特斯拉用自己的身体试验X射线
这是他拍摄的脚部影像图
问:无线电是谁发明的?
答:伽利尔摩·马可尼?
不!是
至今还有很多人认为无线电发明者是马可尼,他还因此获得了1909年的诺贝尔物理学奖,被称作“无线电之父”。
但其实,特斯拉1897年就已经获得了无线电技术的专利。是在爱迪生的干预下,美国专利局才撤销了特斯拉的专利权,转而授予马可尼。
1943年,美国最高法院重新认定尼古拉·特斯拉的专利有效,宣布马可尼的无线电专利无效。
在特斯拉75岁寿辰时,共收到八位诺贝尔物理学奖得主的感谢函。
1943年,特斯拉的葬礼,同样是由三位诺贝尔物理学奖获得者代表诺贝尔团队致辞。历年来,一直都有诺贝尔物理学奖获得者对尼古拉·特斯拉表示感谢与敬意。
据说,研究特斯拉的发明,从而直接得到启发并获得诺贝尔物理学奖的占27%,间接得到启发的更是超过65%。
而特斯拉自己,11次被提名诺贝尔奖,9次让贤,2次拒领。
他的每一次预言,
都能让世界快进至少100年
在“电流之战”中,特斯拉曾说过:“交流电是未来潮流”。百年后的今天,他发明的交流电仍在照亮整个世界。
他在一次实验中,从接收器里听到一个奇怪而有节奏的声音,当时就相信,人类可以接收到来自另外一个世界的讯息。1899年,他就发现了宇宙无线电波,直到1932年才被科学家证实。而今天,特斯拉曾接收到的信号,我们通过射电望远镜也能收到了。
被誉为“中国天眼”的FAST射电望远镜
另外,“远程自动化”也是特斯拉发明的。我们最近才流行的极具未来感的无人驾驶,他在100多年前就能做到了。
特斯拉的无线遥控船只示意原图
就连现在某些手机的“无线充电技术”,其实也是特斯拉玩剩下的。
特斯拉无线输电点亮灯泡
特斯拉线圈,是特斯拉最超前,也是他一生中最受争议的发明,同时也是他对人类做出最大贡献的发明。因为这是一项能够无 *** 供电的免费能源科技。
100多年后,当我们听到“免费能源”“用之不竭的电力”或是“电费皆免费”等,还会以为是天方夜谭。但100多年前,特斯拉线圈就已经可以实现这些。
特斯拉线圈
这样的科学巨匠,
为什么我们不知道?
特斯拉有1000多项发明专利。当今世界的科学发明体系,仍然建立在特斯拉留下的遗产之上。
但现在我们能够认知和采用的发明,还只是他40岁以前的发明。他在40岁以后的发明,一律已被封锁。
据说,特斯拉去世前,仍然在做超能粒子武器的研究,还提出了“光束武器”的概念。但直到1983 年3 月,里根总统提出了“星球大战计划”。为了应对毁灭性的核威胁,特斯拉的光束武器概念,才终于被美国 *** 正眼看待了。
特斯拉在其自己的手稿中这样描述过——自己的特制粒子发射器,可以在最后产生极大的能量,简单的来说它们(指自己的发明)可以作为优良的防控装备,可在200里之外,轻松快速的将10000架敌机迫降甚至坠毁!
从其自己的描述中,可以轻易的知道,他的这个武器有多厉害。但是,不幸的是一直由于缺少支持者,没有一定的基础物质,有些事只能被搁置,最后直到特斯拉去世才有些许进展!
如若将这项技术从那时研究至今,达到高精尖的水平,您敢说核武器就是武器界的绝对霸主?
特斯拉去世后,战争部联系了FBI,FBI将他的设计图纸与实验作品全部没收,并将其列入高级机密,美国军方对他的论文研究至今也没有停止。
有一份文件记载:“ (他) 有80 个分布在不同地方的手提箱,里面有他的研究手稿以及试验计划……”
当然,特斯拉被遗忘,除了 *** 的“封杀”,还有别的原因:
特斯拉是走在时代前面的人,他看得太远,他的发明太超前,在当时经常被当作科学异端、甚至被认为是火星人。
特斯拉在超高压人工闪电下写日记
伟大的发明是一回事,让人们承认这些发明又是另一回事。那个时代,有远见的人太少,对创新的包容太小。
不过,对这位11次提名诺贝尔奖,9次让贤,2次拒领的科学巨匠来说,被世界遗忘又算什么?
就像矗立在硅谷的特斯拉铜像下他的这句名言所说的:“当下是他们的,而我致力于研究的未来,是我的。”
具体百度百科搜
车东西
文?| Bear
2月18日,路透社的一则独家报道,揭露了特斯拉正在与宁德时代商议无钴电池的合作事项,商谈已进行到了最后阶段,双方基本达成采购意向。
在这篇报道中,路透社有意无意地将无钴电池指向了磷酸铁锂电池,且有消息人士称,特斯拉已经就该合作与中国厂商进行了为期一年的商讨。
▲路透社报道特斯拉正在与宁德时代就无钴电池达成合作
一时间,特斯拉转向磷酸铁锂的声音甚嚣尘上。特斯拉作为全球电动汽车销量最大的车企,其动力电池选择的转向,很可能意味着磷酸铁锂技术路线的重新崛起。
这一事件也刺激了敏感的资本市场,两天之内,比亚迪、国轩高科等磷酸铁锂相关概念股大幅上涨。
但这股磷酸铁锂的狂欢并没有持续太久,2月21日,特斯拉上海超级工厂官方账号转发一条抖音视频时称“无钴,不代表一定是磷酸铁锂”,意指无钴电池背后有可能是其他电池产品。前两日股价拉升的磷酸铁锂概念股在21号出现回落。
风波尚未结束,特斯拉与宁德时代的合作的“无钴电池”项目依然疑点重重。特斯拉使用的是否真的是磷酸铁锂电池?特斯拉与宁德时代合作的无钴电池意指何物?炒热磷酸铁锂背后的推手是谁?
此次磷酸铁锂狂欢也引出了动力电池产业的诸多疑问,磷酸铁锂是否有可能重回主流路线?与三元锂电池在电动乘用车领域的竞争中,磷酸铁锂是否有胜算?这一技术路线的未来将走向何方?
车东西回顾事件始末,对特斯拉选用的“无钴电池”,以及磷酸铁锂当前的玩家、市场、技术现状进行了梳理,整理出了此次锂电狂欢背后的十大真相。
这次“磷酸铁锂的狂欢”,其实只是一场自嗨,在技术、市场、玩家等多个方面,三元锂仍然是,也将继续是主流。
一、一个签约引发的磷酸铁锂狂欢
2020年2月18日,路透社发布了一条名为《独家:特斯拉将在中国生产的汽车中使用宁德时代的无钴电池》的新闻。
新闻指出,特斯拉与宁德时代关于无钴电池的商谈已经进入最终阶段。特斯拉将首次在其产品阵容中使用磷酸铁锂电池,以求在中国电动汽车市场增长放缓的时期,最大限度降低成本。
路透社引用一位直接介入该项目的人士的话语称:“特斯拉已经与中国(动力电池)制造商商议了一年多的时间,以引入比现有电池价格便宜’两位数’的磷酸铁锂电池。”
▲路透社报道
知情人士称,为提升磷酸铁锂电池的安全性与能量密度,宁德时代还在研究CTP技术与磷酸铁锂电池结合的可能性。
这条新闻直接与当今电动汽车的三大关键话题相关,分别是全球最大的电动汽车公司特斯拉、全球最大动力电池企业宁德时代、以及动力电池产业的两大关键技术路线——磷酸铁锂与三元锂。
如果事实如新闻所言,那么全球最大的电动汽车公司与动力电池公司将从主流的三元锂电池倒向磷酸铁锂电池,这意味着整个产业链都将发生转向。
锂电产业媒体高呼磷酸铁锂将翻身,宁德时代的CTP技术与刀片电池技术将带领磷酸铁锂电池向三元锂电池发起冲击。媒体鼓吹之下,大批资本涌向磷酸铁锂概念股。
在新闻发出的两天后,国内磷酸铁锂概念股全线飘红,2月19日开盘,比亚迪股价上涨,国轩高科上涨;2月20日,比亚迪股价上涨10%,国轩高科上涨。石大胜华、合纵科技等磷酸铁锂电池材料公司也出现涨停。
▲比亚迪2月20日股价上涨10%
▲国轩高科2月19日股价上涨
但狂欢并未持续多久,2月21日,特斯拉上海超级工厂官方账号在抖音上转发了一条汽车自媒体评述“特斯拉将使用宁德时代的磷酸铁锂电池”的视频时回复道:“无钴,不代表一定是磷酸铁锂。”
不久后,特斯拉上海超级工厂在其主页删除了转发的视频及评论,但言辞之中的风向被业界敏锐地捕捉到,特斯拉与宁德时代合作的无钴电池很可能意指其他电池产品。
特斯拉转发视频当日,磷酸铁锂狂欢热潮背后的风向出现了些许变化,以比亚迪、国轩高科为代表的磷酸铁锂概念股股价出现波动,石大胜华、合纵科技等材料股迅速下跌。
尽管特斯拉没有明确否定磷酸铁锂电池的采用,但其态度已经很说明问题,这场为期四天的磷酸铁锂狂欢最终在特斯拉模棱两可的“澄清”中画上了休止符。
不过,在这场狂欢过后,诸多疑点却浮现了出来。车东西通过对特斯拉在动力电池产业的布局、无钴电池技术的发展、动力电池市场的变化进行研究,在本文中解答了这场狂欢背后的十大真相。
二、特斯拉“无钴电池”是何物?
1、真相一:特斯拉使用磷酸铁锂电池的可能性并不大
先说结论,特斯拉是否会使用磷酸铁锂电池,从目前的情况来看可能性并不大。
日前,有媒体称,特斯拉将在上海工厂生产的Model 3基础版上使用磷酸铁锂电池电池方案,而在长续航版上采用三元锂方案。
但从技术与成本的角度上来看,这样的说法都不一定站得住脚。
首先,从特斯拉自身的产品研发历史来看,其已上市的四款车型Roadster、Model S、Model X与Model 3均未使用过磷酸铁锂电池,从松下采购的动力电池也一直是NCA圆柱形三元锂电池。也就是说,特斯拉自身没有过为车型配套磷酸铁锂电池的经验。
其次,负责为特斯拉研发动力电池的Jeff·Dahn团队官网显示,该团队研究的电池正极材料主要是以镍钴锰酸锂(Li-Mn-Ni-O)正极材料与镍锰酸锂(Li-Mn-O)正极材料为基础的单相或多相成分,同时也会研究这些材料加入铝、镁等其它金属后的掺杂变体。
▲Jeff·Dahn团队正极材料研究范围
Jeff·Dahn本人更是因为推动了三元锂电池的产业化商用,而被业界公认为三元锂电池的开创者与先驱人物。
日前,该团队还为特斯拉贡献了寿命达到100万英里(约合160万公里)的电池专利,该专利技术同样也是以三元锂电池为基础进行研发的。
特斯拉自身电池研发团队甚至没有考虑过磷酸铁锂电池的可能性,在这一基础上,特斯拉的动力电池,很难朝着磷酸铁锂技术路线进行转型。
更有消息称,特斯拉日前与全球矿业巨头Glencore达成合作协议,确保了上海工厂的钴矿供应,进而保证了上海工厂(合作伙伴)的三元锂电池产能。
一方面,特斯拉积极解决钴矿供应,保障上海工厂(合作伙伴)的三元锂电池产能;另一方面,却要使用磷酸铁锂电池,这样的做法也不合逻辑。
还有一点值得注意的是,宁德时代近些年为乘用车装配磷酸铁锂电池的案例极少,也就是说宁德时代很难保证其提供的磷酸铁锂电池为乘用车进行过充分验证。
国家863电动车重大专项动力电池测试中心主任王子冬在接受媒体采访时指出,动力电池的验证周期至少需要三年时间,如果验证时间不足,车辆动力电池与车辆适配之间必然会存在一定程度的安全隐患。
而如果宁德时代从现在开始为特斯拉进行为期1-2年(算上此前特斯拉与中国厂商商议的一年时间)的安全性验证。那么两年之后,三元锂电池能量密度接近500Wh/kg,成本大幅下降,磷酸铁锂的竞争力将会更弱。
因此,从这一逻辑来看,特斯拉几乎不可能为其车型换装磷酸铁锂电池。即使使用,也很可能是用于对能量密度要求不高,且磷酸铁锂电池验证时间较长的商用车上,特斯拉旗下仅有Semi一款半挂卡车符合这一条件。
▲特斯拉Semi半挂车
2、真相二:特斯拉与宁德时代合作的无钴电池很可能是镍锰酸锂电
正如特斯拉上海超级工厂官方账号转发抖音视频时附上的评论:“无钴,不代表一定是磷酸铁锂。”
从目前的技术路线来看,“无钴电池”代表的动力电池产品着实不少,铅酸动力电池、镍氢动力电池、锰酸锂动力电池、磷酸铁锂动力电池、“无钴三元锂”动力电池、无钴固态电池。
利用排除法,铅酸电池、镍氢电池、锰酸锂电池从市场占比来看,几乎已经退出历史舞台;而无钴固态电池的应用又过于遥远,按照目前有量产时间表的雷诺的说法,他们会在2025年将无钴固态电池投入应用。
纵使特斯拉足够超前,但在并非其强项的动力电池领域超出其它厂商五年,可能性并不大。
那么唯二的两项就只剩下磷酸铁锂电池与“无钴三元锂”电池了,前者我们在上一个问题中给出了“特斯拉应用磷酸铁锂电池站不住脚”的推断,那么后者是否就是特斯拉与宁德时代正在商议的“无钴”电池呢?
要弄清楚这个问题,我们首先需要知道“无钴三元锂”电池是什么?
无论是NCM还是NCA三元锂电池,钴元素在其正极材料中都起着稳定材料层状结构,提高循环次数与倍率性能的作用。
但钴的作用并非不可被替代,去年7月,蜂巢能源举办发布会,称其完成了无钴电池(正极为Li-Ni-Mn-O材料)的研发。其技术原理是在电极中掺杂未成对的电子自旋元素,这种方式也能够提升电池充放电的可逆性与结构的稳定性。
在蜂巢能源的描述中,其无钴电池能够实现与当前NCM811动力电池相同的能量密度,材料成本却能够下降10%-15%。
有意思的是,这项技术非常接近量产,蜂巢能源表示能够在今年第二季度完成SOP,行业内的产品量产进度时间差距应该不大。
另一个不太引人注意的线索是,特斯拉的电池研发团队,也在很早之前就开始研究镍锰酸锂正极材料,也就是上文所说的无钴正极材料,对于特斯拉而言,新型电池的适配很可能早已完成。
如果蜂巢能源所言非虚,那么有理由相信,在研发能力更强、技术储备更足的宁德时代,这项技术也在稳步推进之中。特斯拉与宁德时代合作的“无钴”电池,很可能是这种无钴电池。
三、是谁在帮磷酸铁锂电池起死回生?
真相三:四方势力进场炒作磷酸铁锂电
说磷酸铁锂电池已死为时过早,业内对于磷酸铁锂电池与三元锂电池的一致看法是:各有所长,不同车型、不同场景会选用不同类型的电池作为储能工具。
例如国内的商用车与专用车领域,绝大多数车型使用的动力电池都是磷酸铁锂电池。
根据中国动力电池创新联盟发布的数据,2019年,国内动力电池总装机量,三元锂电池装机量为,同比增长,市场占比;磷酸铁锂电池装机量为,同比下降,市场占比,磷酸铁锂仍然占有超过三成市场。
但如果将视线放到电动乘用车领域,情况就大不一样。根据高工研究院的数据,2019年,国内三元锂电池在电动乘用车领域的市场占比超过了95%,磷酸铁锂占比不足5%,磷酸铁锂电池在乘用车领域的装机量已经从2016年的4GWh,下滑至。
在大趋势上,三元锂电池市场份额高速增长,磷酸铁锂电池市场份额占比下滑,三元锂电池稳坐“C”位,磷酸铁锂电池开始开辟储能、48V、电动自行车等边缘市场。
可以说,从磷酸铁锂到三元锂的过渡,是市场的自然选择。
但在最近这一波鼓吹磷酸铁锂回归的浪潮中,明显有人在炒热磷酸铁锂的概念。
首当其冲的便是特斯拉,路透社报道中,“无钴”LFP电池的来源极有可能是与特斯拉接近的消息人士,甚至是特斯拉本身。
特斯拉的下一步动作是进一步降本增效,以推动自身盈利能力的增长,其2019年Q3以来的股价暴涨,正是由于特斯拉连续两个季度实现盈利,并且保持了相当高的毛利率。
如果特斯拉此时放出,将使用低成本磷酸铁锂电池的消息,投资者有理由相信其盈利能力将会进一步增强,有助于其股价进一步上升。
至于上海超级工厂的辟谣,则有可能是在炒作特斯拉将使用新型“无钴”电池的概念,对比使用技术已经成熟的磷酸铁锂电池,这样的消息释放进一步抬升了特斯拉的技术力。
另一波主推磷酸铁锂浪潮的,是一大波支持三元锂电池与磷酸铁锂电池“二元论”的媒体,借助特斯拉有可能使用磷酸铁锂电池的消息,进一步推导出“磷酸铁锂卷土重来,三元锂电池没有未来”这样的“暴论”。
反转论诚然吸引眼球,但在三元锂电池产业链发展至今,各项配套成熟的产业基础上,这样的观点丝毫经不起推敲。产值已达到数千亿的三元锂电产业,不会因为特斯拉一家的选择而坍塌。
中国动力电池创新联盟认为,磷酸铁锂与三元锂电池从来都不是非此即彼,各自都有不同的应用场景。“二元论”的故事只能说给资本市场听,行业中对于磷酸铁锂与三元锂的未来自有看法。
魔幻的是,投资市场对于“二元论”的故事不仅接受了,甚至也在其中推波助澜,比亚迪、国轩高科等磷酸铁锂电池概念股在资本的推力下,2月19日、2月20日均出现了大幅增长,更造成了磷酸铁锂即将归来的假象。
事实上,磷酸铁锂电池还是那个磷酸铁锂电池,只是有心人为其套上了“无钴电池”的概念。
最后,宁德时代的模棱两可,也为其与特斯拉合作的“无钴”电池是否是磷酸铁锂电池蒙上了一层疑云。或许是与特斯拉的保密协议限制了其透露合作的具体内容,或许是双方的合作中真的涉及了磷酸铁锂电池。
但这波操作中,宁德时代无疑是处于不利地位的,重研发的宁德时代在行业领先的前沿技术上(其他人都做不了)实现产业化,才能够继续巩固其龙头地位。
如果宁德时代与特斯拉的合作涉及了磷酸铁锂电池,并且份额还不小,那么无疑是将其拉回与比亚迪、国轩高科等厂商的同一战场中。
近期宁德时代的股价也反映了这一点,该公司的股价已经从高点的169元下降至目前的154元,跌幅接近10%。
特斯拉造概念、媒体鼓吹、资本推动与宁德时代的模棱两可,最终掀起了这场磷酸铁锂的狂欢。
四、三元锂电池仍是主流 磷酸铁锂乘用车市场份额不足5%
磷酸铁锂的狂欢过后,市场仍然会按照既定的规律前进,磷酸铁锂动力电池在乘用车领域终究难以翻身,目前位于磷酸铁锂产业头部的宁德时代、国轩高科与比亚迪也均在向三元锂电池方向持续转型。
但这并不代表磷酸铁锂将被彻底淘汰,随着这类动力电池技术的持续发展,磷酸铁锂电池正在开辟新的市场,这一部分将会讲述磷酸铁锂电池在市场表现方面的四个真相。
1、真相四:乘用车动力电池市场,磷酸铁锂市占率仅为5%
在乘用车动力电池市场,如今的磷酸铁锂几乎不具备一战之力。
根据高工研究院数据,2019年国内磷酸铁锂电池乘用车装机量约为,市场占比小于5%。这一数据还是在2019年补贴退坡严重,磷酸铁锂动力电池略有回暖的市场前提下统计的。
但在动力电池技术演进的过程中,磷酸铁锂电池一度是动力电池市场的“主旋律”。
▲2016年-2019年国内磷酸铁锂电池与三元锂电池发展情况对比
2013年-2016年期间,国内动力电池产业三元锂技术仍处于发展期,磷酸铁锂技术却接近成熟。在此期间,磷酸铁锂电池的装机量大幅增长,并在2016年达到了,市场占比69%。
但2016年后,新能源汽车补贴政策逐年抬升的能量密度标准与三元锂电池技术的进步将磷酸铁锂逼近了死胡同。
2017年,磷酸铁锂动力电池在乘用车市场受到三元锂电池挤压,装机总电量为,市场占比;三元锂电池的市场占比则从2016年的27%迅速上升至44%,装机总电量为。
2018年,由于电动乘用车的大量出货,磷酸铁锂动力电池装机量被三元锂电池反超,装机总电量为,市场占比;三元锂电池的装机总电量为,市场占比。
而到了2019年,二者间差距进一步扩大,磷酸铁锂电池装机总电量约为,市场占比;三元锂电池装机总电量约为,市场占比。
磷酸铁锂电池能取得这样的成绩,背后靠的是政策兜底。2016年,工信部曾出台规定,禁止新能源商用车使用三元锂电池,因此,这类车型目前只能装配磷酸铁锂电池。
2019年,国内新能源客车与专用车动力电池装配磷酸铁锂电池的装机量约为,乘用车磷酸铁锂电池装机量仅为,市场占比小于5%。
这样的市场变化,说明磷酸铁锂电池已经不适合作为新能源乘用车的主流电池进行使用。
2、真相五:磷酸铁锂头部玩家情况纷纷转型三元锂
2019年,磷酸铁锂装机量排名前三的动力电池公司分别是宁德时代、国轩高科、比亚迪。
根据高工研究院数据,三家公司磷酸铁锂动力电池的装机量分别为、、。
宁德时代、比亚迪近年来都在积极布局三元锂电池,其三元锂电池的装机量分别为、,远超自身磷酸铁锂的出货量。
▲汽车动力电
而在2017年,宁德时代磷酸铁锂电池的装机量占自身出货量比例还在50%左右,比亚迪此前更是从磷酸铁锂起家。
就连一直“All in”磷酸铁锂的国轩高科,其董事长李缜也在媒体采访中透露,未来规划的20GWh动力电池产能中,将会有4GWh三元锂电池产能。
这一现象说明磷酸铁锂电池产业的头部玩家均在向三元锂电池转型。
可以认为,比亚迪推出的“刀片电池”只是在发挥磷酸铁锂电池的余温,而宁德时代的CTP电池包技术更是同样可用于NCM 811三元锂电池。
磷酸铁锂产品正在从这些头部玩家的产品矩阵中逐渐边缘化。
3、真相六:磷酸铁锂剩余30%的市场主要靠政策兜底
2019年,磷酸铁锂电池装机量约为,市场占比。此前我们讨论过,磷酸铁锂电池已经从动力电池市场逐渐边缘化,那么这超过30%的市场占比从哪儿来?
从商用车与专用车中来。
2016年1月24日,工信部时任装备工业司司长张相木在中国电动汽车百人会“动力电池发展与突破”主题峰会中表示,出于对动力电池安全为你的考虑,目前暂停三元锂电动客车列入《新能源汽车推广应用推荐车型目录》。
这一规定延续至今,并且在该政策的推动下,诸多新能源专用车、商用车开始采用磷酸铁锂电池。
背后主要有成本与安全两大因素,在成本方面,磷酸铁锂电池的成本更低,每kWh价格对比三元锂电池要低100-300元左右。对于不追求能量密度的商用车与专用车,选择成本更低的磷酸铁锂电池不是为一种好的选择。
在安全性方面,三元锂电池在高于65℃的情况下已经进入了自发热状态,而磷酸铁锂的自发热温度普遍需要达到200℃。由于目前新能源商用车和专用车的电池热管理系统无法保证电池时刻处于合适的工作温度,因此选择热失控温度更高的磷酸铁锂电池更为妥当。
此外,商用车多为自重很大的车型,磷酸铁锂电池增加的重量对其自重比例增加不大,不会过度影响车辆的续航性能。
4、真相七:新能源商用车、专用车还在使用磷酸铁锂电
2019年8月,车东西针对工信部发布的323批新车目录中的新能源商用车、专用车做过一期盘点内容《你没见过的15种电动车神器!个个有神功》。
文章中统计的15类车型(如上表)包括了货车、客车、清洁用车与其他场景用车四大类15小类,在15类车型中,仅有检修车使用的是NCM三元锂电池,其余车型使用的均是磷酸铁锂电池,涉及整车厂包括金龙、申龙、比亚迪、宇通、中通、江淮等。
综合来看,磷酸铁锂电池基本已经成为了乘用车市场的“边缘角色”,磷酸铁锂电池产业的头部玩家纷纷转型三元锂电池。
但这并不意味着磷酸铁锂就此退出历史舞台,在商用车领域,磷酸铁锂仍然拥有不小的市场。据了解,2019年新能源客车动力电池装机量为,占比;新能源专用车动力电池装机量为,占比,其中绝大多数装配的是磷酸铁锂电池。
与此同时,电动自行车、48V混动系统、储能设备也在成为磷酸铁锂电池新的市场。
五、三元锂与磷酸铁锂技术PK 磷酸铁锂仅剩成本优势
近来支持磷酸铁锂电池回归热潮的声音中,有不少认为比亚迪的“刀片电池”,宁德时代的“CTP”电池技术已经使磷酸铁锂能够与三元锂电池在技术参数上正面抗衡。
这一部分将会主要从技术、成本和发展趋势三个角度,解答磷酸铁锂技术力的三个真相。
1、真相八:磷酸铁锂PK三元锂,技术上被全面超越
答案是不能,在过去3年的竞争中,磷酸铁锂电池输给三元锂电池最主要的原因就是在技术参数上被全面“完爆”。
以磷酸铁锂和三元锂电池最新的技术参数进行对比:
在能量密度方面,国轩高科近日宣布其磷酸铁锂电池单体能量密度接近200Wh/kg,系统能量密度为150Wh/kg,比亚迪刀片电池单体能量密度超过180Wh/kg,系统能量密度为140Wh/kg。
而特斯拉目前采用的NCA811三元锂电池单体能量密度超过300Wh/kg,电池组能量密度也超过180Wh/kg。
在循环次数方面,磷酸铁锂电池循环次数通常为2000次-2500次;特斯拉的电池研究小组去年发表的论文中显示,其基于NCM正极材料研究出的新型电池在5000次的循环测试后仍然保持了85%以上的电池容量。
在发展空间方面,三元锂电池目前已探明的单体能量密度上限为500Wh/kg,而磷酸铁锂业界最高能量密度为200Wh/kg,上升空间非常有限。
在自发热(达到这一温度后,电池材料会自发升温)与热失控温度(达到这一温度后,电池温度会急剧上升并发生燃烧现象)方面,三元锂电池的自发热温度一般为65℃,磷酸铁锂电池的自发热温度为最高可达到500℃;三元锂电池的热失控温度一般低于200℃,磷酸铁锂电池的热失控温度高达800℃。
但在热失控方面,随着电池热管理系统的发展,电池包的温度通常会被控制在20℃到40℃的合理工作区间,出现热失控的概率非常小。
此外高工研究所还指出,从电芯的角度来多看,正极材料的升温通常不会是电池发生燃烧的主要现象。
当温度上升至130℃时,即使是磷酸铁锂电池,其负极的SEI(负极钝化层)会出现分解,高活性锂碳负极会暴露于电解液中中发生剧烈反应导致电池处于高危状态。此时,无论磷酸铁锂正极稳定性多强,电池都会进入热失控状态。
从能量密度、循环次数、发展空间等方面来看,三元锂电池的性能显然是要优于磷酸铁锂电池的。磷酸铁锂电池在热失控温度上的优势也并不明显,得益于越发成熟的电池管理系统,三元锂电池整体的热稳定性正在提升。因此,从性能的角度来看,不存在磷酸铁锂能够与三元锂电池正面PK的情况。
2、真相九:磷酸铁锂的成本优势很难转化成市场优势
以2019年12月的电池市场价格为准,目前三元锂电池系统不含税价格为元/元/Wh,磷酸铁锂电池系统不含税价格为元/元/Wh。
从价格层面来看,磷酸铁锂每度电的价格大约会比三元锂电池便宜100-300元。
但对于乘用车市场而言,车辆的续航性能被摆上台面作为竞争的资本,动力电池的能量密度也就成了下游整车厂关注的核心指标之一。
除了拥有刀片电池的比亚迪,很少有车企会在主力车型上使用能量密度更低的磷酸铁锂电池。大部分乘用车企即使使用,也只会在自家的低端车型上使用,如北汽集团宣布会在绅宝车型上使用磷酸铁锂电池。
从当下的市场格局与消费者的接受程度来看,磷酸铁锂的成本优势转化为市场优势的可能性并不大。
3、真相十:乘用车使用三元锂已成未来趋势,磷酸铁锂边缘化
这一问题可以从技术与市场两个角度回答。
在技术方面,三元锂电池将会继续走高能量密度路线,同时利用无钴电池技术、四元材料技术来提升电池的稳定性,结合电池管理系统,未来可实现可靠性与高能量密度共存的特性。
而磷酸铁锂电池能量密度上限较低,因此厂商在从材料方面探索电芯更高能量密度的同时,也会从电池包结构、电芯形状等方面下手,寻找改进空间,以提升电池系统的能量密度。
在市场方面,三元锂电池将会更广泛地应用在乘用车,尤其是综合续航500公里以上的乘用车,将会全面使用三元锂电池。
而磷酸铁锂电池有可能会应用于综合续航500公里以下的乘用车、商用车以及各类专用车,这部分车型普遍对续航要求较低,而对成本把控较为严格。
同时,有分析报告指出,磷酸铁锂电池在电动自行车、48V微混、储能设备等市场中,也有着不错的市场潜力。
因此,磷酸铁锂电池与三元锂电池最终可能实现长期并存,二者应用场景不同,但三元锂电池将在乘用车领域继续占据主流地位。
结语:磷酸铁锂的狂欢只是一场闹剧
特斯拉与宁德时代在无钴电池上的暧昧态度,使得磷酸铁锂电池在国内市场掀起一场狂欢,从资本市场、产业媒体到电池业界,对这件事都保持着“十二分”的关注。
这场狂欢背后的四大推手分别是特斯拉、产业媒体、相关资本方以及宁德时代,前三方造概念、追热度、砸资本让这场狂欢兴起,宁德时代在其中的暧昧态度又对该事件有推波助澜的作用。
但从结果来看,特斯拉与宁德时代合作的无钴电池大概率不是磷酸铁锂电池,而是以镍锰酸锂为正极的无钴电池。无论是从特斯拉自身的研究成果,还是从近些年的产业趋势来看,镍锰酸锂电池已经非常接近量产。
所谓磷酸铁锂的反扑,终究只是一场闹剧。
本文来源于汽车之家车家号作者,不代表汽车之家的观点立场。
因为特斯拉的手稿里面可能有他不想被外人知道的东西,所以他才会这么做。
因为特斯拉不想要自己好不容易研究出来的东西被别人剽窃使用,所以要销毁自己的手稿。
因为特斯拉的手稿的价值非常的高,尤其是对于军方来说,毕竟特斯拉的科学思维非常的超前,特斯拉的发现与推测很有可能有着巨大的隐患,所以特斯拉才会在死前销毁手稿。
《A New System of Alternate Current Motors and Transformers》1888年《Phenomena of Alternating Currents of Very High Frequency》1891年《The Tesla Effects With High Frequency and High Potential Currents》《Experiments with Alternate Currents of Very High Frequency and Their Application to Methods of Artificial Illumination》1891年《Experiments with Alternate Currents of High Potential and High Frequency》1892年《On Light and Other High Frequency Phenomena》1893年《On the Dissipation of the Electrical Energy of the Hertz Resonator》1892年《Tesla's Oscillator and Other Inventions》1895年《Earth Electricity to Kill Monopoly》1896年《On Electricity》1897年《High Frequency Oscillators for Electro-therapeutic and Other Purposes》1898年《Plans to Dispense With Artillery of the Present Type》1898年《Tesla Describes His Efforts in Various Fields of Work》1898年《On Current Interrupters》1899年《The Problem of Increasing Human Energy》1900年《Tesla's New Discovery》1901年《Talking With Planets》1901年《Inventor Tesla's Plant Nearing Completion》1902年《The Transmission of Electrical Energy Without Wires》1904年《Electric Autos》1904年《The Transmission of Electrical Energy Without Wires as a Means for Furthering Peace》1905年《Tuned Lightning》1907年《Tesla's Wireless Torpedo》1907年《Possibilities ofWireless》1907年《The Future of the Wireless Art》1908年《Mr. Tesla's Vision》1908年《Nikola Tesla's New Wireless》1909年《Dr. Tesla Talks of Gas Turbines》1911年《Tesla's New Monarch of Machines》1911年《The Disturbing Influence of Solar Radiation On the Wireless Transmission of Energy》1912年《How Cosmic Forces Shape Our Destinies》1915年《Some Personal Recollections》1915年《The Wonder World To Be Created By Electricity》1915年《Nikola Tesla Sees a Wireless Vision》1915年《Tesla's New Device Like Bolts of Thor》1915年《Wonders of the Future》1916年《Electric Drive for Battle Ships》1917年《Presentation of the Edison Medal to Nikola Tesla》1917年《Tesla's Views on Electricity and the War》1917年《Famous Scientific Illusions》1919年《The True Wireless》1919年《Electrical Oscillators》1919年《Rain Can Be Controlled and Hydraulic Force Provided》1920年《When Woman is Boss》1926年《World System of Wireless Transmission of Energy》1927年《Nikola Tesla Tells of New Radio Theories》1929年《Our Future Motive Power》1931年《Tesla Cosmic Ray Motor May Transmit Power 'Round Earth》1932年《Pioneer Radio Engineer Gives Views On Power》1932年《The Eternal Source of Energy of the Universe, Origin and Intensity of Cosmic Rays》1932年《Tesla 'Harnesses' Cosmic Energy》1933年《Tesla Invents Peace Ray》1934年《Tesla on Power Development and Future Marvels》1934年《Dr. Tesla Visions the End of Aircraft In War》1934年《The New Art of Projecting Concentrated Non-dispersive Energy Through Natural Media》1935年《A Machine to End War》1935年《Tesla Predicts Ships Powered by Shore Beam》1935年《Tesla Tries to Prevent World War II》1944年《Mechanical Therapy》 《My Inventions》是特斯拉在63岁时完成的自传,1917年8月~1919年7月,在《Electrical Experimenter》发表,共分为6篇文章,里面回忆了他60余年来的部分生活和经历。1、My Early Life(我的少年生活)2、My First Efforts At Invention(我早期的发明努力)3、My Later Endeavors(我是如何构想旋转磁场的)4、The Discovery of the Tesla Coil and Transformer(发明特斯拉线圈和变压器)5、The Magnifying Transmitter(放大发射机)6、The Art of Telautomatics(自动遥控的艺术) 早在1894年,特斯拉就在《纽约时报》上首次论述他的关于光、物质、以太和宇宙的理论。1931年,特斯拉在75岁生日之际接受记者采访时说,他正试图驳斥爱因斯坦的广义相对论,证明那是错误的。特斯拉说,他的解释没有爱因斯坦的那么复杂,一旦准备完毕可以完全公诸于世时,大家将会看到他的结论是有根有据的。1936年,80岁寿辰之际,特斯拉发表了一份共计10页的论文。这份论文从未全文出版过,它是特斯拉的大统一场理论。他说,这一理论“对天体在其影响下的运行,给予了如此令人满意的说明,以致那些毫无根据的推测和错误的概念,诸如弯曲空间,可以就此终结”。然而,在他的关于天体物理学和天体力学的众多论著中,这一引力理论从未被阐明过。在论文中特斯拉阐述道,弯曲空间是完全不会发生的,因为作用和反作用是共存的,一个弯曲会被拉直所抵消。不承认以太的存在以及它必不可少的作用,想解释任何关于宇宙的现象都将是不可能的。尽管爱因斯坦带来了一场革命,但特斯拉仍然确信,“物质当中没有能量,能量是从周围环境中获得的”。他认为,这既适用于最庞大的天体,也严格适用于分子和原子。然而,这一次,他错的离谱。这份论文题为《The Dynamic Theory of Gravity》,就是所谓的《引力的动态理论》,其实正确译法应为《引力的动力学理论》,这个理论被誉为是大统一场理论的先驱。另外,特斯拉在81岁时发表了一份声明《Prepared Statement by Nikola Tesla》来宣传《引力的动态理论》。 与爱因斯坦的理论不同的是:特斯拉的理论是一个基于牛顿的万有引力延伸出来的理论。这个理论从没被正式出版过,而在特斯拉逝世后美国政府将他的研究报告列入绝密档案。虽然我们仍然能够找到少量曾引用过这篇论文的内容,但其整体内容还是未知。特斯拉这个理论的中心思想,认为以太是存在的,而且是引力的存导介质,而不是引力场;而透过电磁场的高速转动,可以带动以太旋转,从而改变引力的大小与方向。
因为特斯拉不想要自己好不容易研究出来的东西被别人剽窃使用,所以要销毁自己的手稿。
我觉得他应该是不想违背自然规律。反重力飞船、人造地震、死光武器,我觉得这些都违背了自然,如果这些被研究出来,很容易会造成世界混乱的,容易引起世界大战。
卓越的远见性,是很多伟大科学家都具有的一个独到技能。当然,科学家之所以有着卓越的远见性,这是因为他所具备的深厚学识在辅助他的眼光。一般的科学家只能预见几十年之内的社会发展,而一些极其伟大的科学家能预见一两百年的社会发展趋势。其中,有一些科学家因为研究领域的不同,所以导致了普通人无法理解他们所提出的一些言论。
19世纪末20世纪初,就这么有一位奇特的科学家。喜欢这位科学家的人们会说:倘若没有他,社会的发展可能会延迟几十年;而不喜欢这位科学家的人会说:他就是一个普通的电气工程师。而这个他,就是我们所熟悉的尼古拉·特斯拉。
一开始,人们把目光瞄准了美国CIA。因为在特斯拉死亡的时候,美国CIA把特斯拉所在房间给封锁了,他们不止把特斯拉的尸体给搬走了,还把几个装着许多资料的皮箱给带走了。可是在后面的声明中,CIA却说尼古拉·特斯拉没有留下什么有价值的资料或是手稿。这是怎么回事呢?难道说特斯拉在死之前就把自己的资料销毁了吗?特斯拉自身的手稿去了哪里呢?真的是毁掉了吗?那他为什么要毁掉自己亲手写出来的一些资料呢?人们对此各有各的说法。
1911年,特斯拉公开发表了好几篇论文,这几篇论文都是关于反重力飞行器的描述。特斯拉说,他已经研究出了一种不需要化学能就可以推进的反重力飞行器,而且这种飞行器还能在大风的空中控制自身保持稳定静止。在这篇论文中,特斯拉只是大概说了一下这一飞行器的外貌,没有说出具体的设计方法和原理。
也因为这个原因,所以当时的人们都觉得特斯拉是在空口说大话。但在后来的研究中,科学家们发现特斯拉所说的飞行器还真的有可能做到,那就是超导体飞行器。此类超导体飞行器可以在空中保持静止的状态,也被称为是“量子悬浮”。
很多的人猜测,特斯拉可能是担心如此先进的技术落入到一些为人不善的人群手中,所以就毁掉了这些手稿。当然,除了这个原因之外,还有其他的原因。
特斯拉现在的潜力可以说是很大的。因为特斯拉现在的价格和质量都是让人非常喜欢的,而且特斯拉现在要发展的方向也有很多,选择也就有很多,所以就是有挺大潜力的。
01.特斯拉要准备推出拼车的APP。
特斯拉经过研究拼车领域的现状和发展潜力,就选择了对拼车领域进行进入。特斯拉决定要发展开发拼车软件是对拼车人员的一个好的现象,拼车人员也会很赞同特斯拉开发这个拼车软件,毕竟特斯拉的品牌是很有名的,如果价钱能够亲民一些,特斯拉的拼车领域就会能够发展很快的。特斯拉就会是拼车领域的领头羊,因为特斯拉真的是很有名的汽车品牌,在价格和质量方面的甄选,很多人就会选择特斯拉。
02.特斯拉开发新能源汽车。
现在的新能源汽车的开发是很有发展前景的,因为现在的环境问题以及资源有限的问题,新能源汽车就会是以后的必要选择的汽车。现在的新能源汽车的研究是全汽车行业的热门研究,而特斯拉在这一研究领域就非常的擅长了,他推出了很多新能源汽车,为节省能源保护环境做出了很大的贡献。
当然现在新能源汽车的使用还是不够普及,但是在不久的将来,新能源汽车的应用和普及就会非常的广泛了。所以特斯拉在未来就会有很大的发展潜力,在大的环境背景下,新能源领域谁研究的好谁的发展潜力就是很大的。所以说特斯拉的发展潜力还是很大的,不管是新能源方面还是其他领域方面。
特斯拉的潜力还是很强大的,首先他是第一个专攻于电力方向的汽车,所以我感觉作为一个领头羊,他肯定有一定的经济基础去坚持下去
其实《重力动态理论》这本书谁都没见过,据说是被美国列为国家最高机密,由军方保管,就是说除了美国军方的军事科学家,其他人都是无法知道的,根据有关说法,这本书最重要的是阐述了如何摆脱引力(地球重力),也就是制造飞碟之类的吧,据说是特斯拉在这本书了详细论述了人类摆脱引力的方法,也就是说人类星际旅行不再是遥不可及的,如果你想知道这本书的全部内容那就等到下一个世纪大揭秘吧,也有可能永远都是个迷。
特斯拉财报显示业绩良好,有部分巨头看好,况且它正在建造一条试制电池生产线,并正在设计电池生产设备,这是特斯拉第一次生产自己的电池,所以它的电池成本将低于同行,算是优势吧。
爱因斯坦爱因斯坦的贡献物质不灭定律,说的是物质的质量不灭;能量守恒定律,说的是物质的能量守恒。 虽然这两条伟大的定律相继被人们发现了,但是人们以为这是两个风马牛不相关的定律,各自说明了不同的自然规律。甚至有人以为,物质不灭定律是一条化学定律,能量守恒定律是一条物理定律,它们分属于不同的科学范畴。爱因斯坦认为,物质的质量是惯性的量度,能量是运动的量度;能量与质量并不是彼此孤立的,而是互相联系的,不可分割的。物体质量的改变,会使能量发生相应的改变;而物体能量的改变,也会使质量发生相应的改变。 在狭义相对论中,爱因斯坦提出了著名的质能公式:E=mc^2 (这里的E代表物体的能量,m代表物体的质量,c代表光的速度,即每秒30万公里。)按照爱因斯坦的理论,如果把1克温度为0℃的水,加热到100℃水吸收了100卡的热量,这时水的质量也相应增加了。按照质能关系公式计算,1克水的质量增加了克。爱因斯坦的理论,最初受到许多人的反对,就连当时一些著名物理学家也对这位年青人的论文表示怀疑。然而,随着科学的发展,大量的科学实验证明爱因斯坦的理论是正确的,爱因斯坦才一跃而成为世界著名的科学家,成为20世纪世界最伟大的科学家之一。 爱因斯坦的质能关系公式,正确地解释了各种原子核反应:就拿氦4来说,它的原子核是由2个质子和2个中子组成的。照理,氦4原子核的质量就等于2个质子和2个中子质量之和。实际上,这样的算术并不成立,氦核的质量比2个质子、2个中子质量之和少了原子质量单位[57]!这是为什么呢?因为当2个氘[dao]核(每个氘核都含有1个质子、1个中子)聚合成1个氦4原子核时,释放出大量的原子能。生成1克氦4原子时,大约放出2700000000000焦耳的原子能。正因为这样,氦4原子核的质量减少了。 这个例子生动地说明:在2个氘原子核聚合成1个氦4原子核时,似乎质量并不守恒,也就是氦4原子核的质量并不等于2个氘核质量之和。然而,用质能关系公式计算,氦4原子核失去的质量,恰巧等于因反应时释放出原子能而减少的质量!这样一来,爱因斯坦就从更新的高度,阐明了物质不灭定律和能量守恒定律的实质,指出了这两条定律之间的密切关系,使人类对大自然的认识又深化了一步。没有什么大自然的奥秘,是人类所不能认识的;但是,大自然的奥秘又是无穷无尽的。人类永远没有一天完全认识得了大自然,没有一天可以完全知道它的奥秘。只有永不知足,才能不断前进。物质不灭定律和能量守恒定律,是自然界的伟大定律。它来自客观实际,又在客观实际中久经考验。多少年来,这两条定律经受了千万次考验,象经得起风吹雨打的宝石一样,闪耀着夺目的光芒。 物质不灭定律和能量守恒定律,已经成为现代自然科学的基石,同时,它也从根本上给宗教的唯心主义观点以致命的打击,因为物质是不能凭空创造的,也不能凭空消灭,所以谁也不再相信什么上帝创造万物,上帝创造世界的反科学的谬论了。另外,它还雄辩地说明,世界上永远不会有“永动机”。想不花费劳动就从大自然中获取能源,是不可能的。 定律是客观存在着的。人,虽然不能去“创造”定律,“改造”定律,但是,人可以去发现定律,掌握定律,利用定律。现在,物质不灭宣告和能量守恒守律已经被千百万人所掌握。人们正在利用物质不灭定律和能量守恒定律,去征服自然,改造自然,揭开大自然的秘密!可以说他是近代科学的奠基人。
首先,需要了解的是特斯拉车辆的修理费用通常比传统汽车高。这主要因为特斯拉采用了一种不同于传统汽车的设计和部件,其维护和修理可能需要更多的技术和工具。然而,车辆因压到石子而需要 14 万的修理费用似乎有点不合理。因此,我们需要进一步了解情况。可能导致修理费用这么高的原因包括:1. 损坏的部件压到石子可能导致车辆下部受损。特斯拉车辆的下部通常包括电池组、电机、转向系统等比较昂贵的部件。如果这些部件中的任何一个受损,维修费用可能非常高昂。2. 特斯拉车的设计特斯拉的设计比较复杂,拥有许多高科技的部件。这也导致了特斯拉维修技术经验相对较少,因此需要更专业的维修人员来进行修理。这进一步推高了修理费用。3. 维修成本特斯拉车辆的维修成本很高,部分原因是这些车辆的零部件价格相对高昂,并且需要较长时间的工作才能进行修理。此外,特斯拉车辆仍然在保修期内,因此修理可能不会被覆盖在保修范围内,这使维修费用更加昂贵。总的来说,特斯拉因压到石子而需要 14 万的修理费用可能有其原因存在。然而,为了确定是否是特斯拉车辆质量问题,我们需要进一步了解修理的具体部件和成本。如果是特斯拉车辆的质量问题导致维修费用高昂,那么特斯拉公司可能会为这些问题提供保修或召回服务。
电动汽车因无尾气污染、噪音低、性能高等特点成为汽车行业未来发展的重要方向,目前大多传统汽车制造商也已纷纷开始推出电动汽车车型,而要说电动汽车行业的领头羊,自然非特斯拉莫属。在特斯拉的数款车型中,Model S是目前最受欢迎豪华车型,同时也世界上加速度最快的量产电动汽车,今年1月份马斯克曾在Twitter透露,Model S P100D在疯狂模式下0-60英里加速已经可以达到秒。下面的视频LearnEngineering制作的动画,讲解的是电动汽车的工作原理,介绍了特斯拉Model S所采用的技术,从感应电动机、逆变器、离子电池以及整车协同四个方面解析Model S是如何获得超高性能的。动画做的很棒,完全可以当作一个小教学片了。。。感应电动机特斯拉汽车由感应电动机驱动,感应电动机是尼古拉˙特斯拉在一个世纪前发明的,特斯拉汽车的名字也是为了纪念尼古拉˙特斯拉而取的。感应电动机有两个主要的部件,定子和转子。转子由横着的多根导电杆,两端的导电圆盘,以及夹在导电圆盘之间的多个硅钢片组成。定子连接到三相交流电上,线圈中的三相交流电产生旋转的磁场,从而在电机中产生具有4个磁极的磁场,旋转的磁场在转子的导电杆中产生感应电流。因为导电杆中有电流,所以导电杆在磁场中转动。在感应电动机中,转子的转速始终小于磁场的旋转速度,感应电动机中没有电刷,也没有永磁体,但动力强劲。感应电动机的优点是:感应电动机的转速取决于交流电的频率,所以,只要控制交流电的频率,就可以控制电机的转速,从而控制汽车驱动轮的转速。控制了驱动轮的转速,就控制了电动汽车的车速,这种控制方式简单可靠。电机具有变频驱动模块,用以控制电机的转速,电机的转速范围为0到18000转/分钟,这个转速指标大大优于采用汽油或柴油发动机的汽车。对于汽油和柴油发动机来说,扭矩符合要求时,转速不一定符合要求,因此,发动机不能直接连接到驱动轮上,发动机必须与变速器配合,才能使驱动轮达到所需要的转速。而感应电动机在输出所需的扭矩的同时,还能输出所需的转速,能在转速范围内一直保持较高的效率,所以,电动汽车就不需要变速器。另外,发动机无法直接产生旋转运动,而是将活塞的上下直线运动转换成旋转运动,而将直线运动转换为旋转运动时,会出现机械平衡方面的问题。发动机还有两个问题,一个问题是,发动机不能像感应电动机那样自己启动,而是需要启动电机进行启动,另一个问题是,发动机无法均匀地输出动力。为了解决这两个问题,发动机要配备发电机给蓄电池充电,而蓄电池可以为启动电机提供电力,发动机还要配备飞轮,从而尽量均匀地输出动力。而感应电动机不仅可以直接产生旋转运动,而且可以均匀地输出动力,所以感应电动机可以省去发动机上的很多部件。因此,感应电动机重量比发动机轻,响应速度比发动机快,动力比发动机强,使得电动汽车具有超强的性能。逆变器感应电动机的动力从哪儿来呢?来自电池组。但感应电动机需要的是交流电,所以,需要逆变器把电池组输出直流电,变成感应电动机所需要的交流电。逆变器同时控制其所输出的交流电的频率,从而控制电机的转速。另外,逆变器甚至能控制交流电的电压,从而控制电机的动力。因此,逆变器就像电动汽车的CEO,执行着对电动汽车的控制。▌锂离子电池我们现在研究一下电池组。你可能会惊奇地发现,电池组是由许多节日常生活中使用18650充电电池组成,“18”表示电池直径为18毫米,“65”表示电池长度为65毫米,“0”表示电池是圆柱形。这些电池通过串联和并联,为电动车提供动力。电池之间有扁平的金属管,内装冷却液,用于给电池进行冷却。特斯拉的一个创新之举是采用大量的小电池,而不是几个大的电池块,从而确保能对电池进行有效冷却,使得发热点尽量地小,温度分布均匀,从而延长电池组的使用寿命。多节电池构成这种可拆卸的电池模块,整个电池组共有16个这样的可拆卸电池模块,共包含大约7000节电池,位于车头的散热器用于对电池组中的冷却液进行冷却。另外,因为电池组安装在车身较低的位置,从而降低了汽车的重心,汽车重心降低则大大提高了汽车行驶时的稳定性。电池组分布于汽车的整个底部,电池组坚固的结构有助于汽车抵抗侧面的撞击。动力传动系统现在我们继续研究特斯拉的动力传动系统。电机产生的动力通过齿轮箱传输到驱动轴,因为电机本身的有效转速范围比较宽,所以,特斯拉使用的是简单的单速变速器。电机输出的速度通过齿轮,进行了2次降速。电动汽车的倒车也含简单,只需要改变电源相位的顺序就可以了。电动汽车采用变速器的唯一目的,就是通过牺牲转速来获得更大的扭矩。齿轮箱中的另一个重要的部件是差速器,动力通过齿轮输送到差速器。这是一个简单的开放式的差速器,但开放式的差速器在牵引控制方面有缺陷。这么先进的电动汽车为什么要使用开放式差速器,而不使用限滑差速器?原因是开放式差速器更结实,能够传输更大的扭矩。有2个方法可以消除开放式差速器的缺陷,一是选择性制动,另一个是切断电源供应。对于汽油和柴油发动机,通过切断油路来切断动力见效慢,而对于感应电动机,切断电源的效果立竿见影,从而可以有效地进行牵引控制。特斯拉可以利用最先进的算法,结合传感器、控制器进行牵引控制,简而言之,特斯拉汽车利用智能软件取代了复杂的机械硬件系统。你是否知道,即使只使用油门踏板,也能高效地控制行驶中的电动汽车,这归功于特斯拉强大的动力回收系统。也就是说,制动时,汽车巨大的动能被转换为电能,而不是被转换为刹车片上的热能被浪费掉。行驶时,“油门”踏板一旦被松开,电动汽车便启动动力回收系统,在动力回收系统工作时,感应电动机变成了发电机。此时,车轮驱动感应电动机的转子,在转子的转速小于磁场的旋转速度时,感应电动机作为电机输出动力,当转子的转速大于磁场的旋转速度时,感应电动机就变成了发电机。此时逆变器起到关键的作用,逆变器降低输入到电机的电流的频率,从而降低磁场的旋转速度,使得转子的转速高于磁场的旋转速度。从而使电动机变成了发电机,产生的电流是交流电,转换为直流电后,就可以存储到电池组中,发电的同时,转子受到反向的电磁力,从而给驱动轮施加了阻力,从而降低了驱动轮的转速和车速。这样,行驶中,仅仅通过油门踏板就可以精确地控制车速,而刹车踏板用于将汽车完全停下来。由于动力回收系统和刹车踏板的共同作用,使得电动汽车比汽油和柴油汽车更安全,电动汽车的保养和使用比汽油和柴油汽车便宜很多,随着技术的不断进步,电动汽车现有的缺点会逐渐被克服,未来将是电动汽车的天下来源:机械前言整理 材料源:42号车库 百科 机械教授
《被世界遗忘的天才》([美] 尼古拉·特斯拉)电子书网盘下载免费在线阅读
链接:
书名:被世界遗忘的天才
作者:[美] 尼古拉·特斯拉
译者:王晓佳
豆瓣评分:
出版社:法律出版社
出版年份:
页数:124
内容简介:
在科学史上,只有达•芬奇和爱因斯坦可以和他并列。
特斯拉被视为“创造出二十世纪的人”。
特斯拉死后,美国FBI将他的所有设计图纸与实验作品全部没收,被列入高级机密,美国军方对他的论文研究至今也没有停止。
这本自传将填补与他有关的历史信息“黑洞”。
特斯拉一生取得约 1000 项专利发明,没有他,以下影响人类生活的工具可能不会出现,或是延迟出现:交流电发电机、交流电传输、水电站、无线电、自动点火、电话、收音机、电视机、传真机、雷达、无线制导导弹、无人机、X光摄像、霓虹灯、太阳能发电、无叶涡轮……
尼古拉•特斯拉是电气时代的真正先知!
但是,他的生活经历和历史成就已很大程度上为世人所淡忘。
我们出版特斯拉的自传,是为了鼓励科学实验研究,反对“唯论文论”,因为我们的时代不能再充斥取科研经费的办公室研究了,我们的时代呼唤特斯拉式的回归真实世界的科学研究精神。
作者简介:
尼古拉•特斯拉(Nikola Tesla)
著名的发明家、物理学家、机械工程师和电机工程师,电力应用的最重要贡献者之一,在电磁学领域做出了革命性贡献,磁感应强度单位即以他的名字命名。
特斯拉于1856年7月9日出生于克罗地亚(当时属于奥匈帝国),1943年1月7日去世。特斯拉在格拉茨理工大学开始从事物理学和数学研究,然后又在布拉格大学进修哲学。他曾作为电机工程师在匈牙利首都布达佩斯工作,后来又去了法国和德国。1888年,特斯拉发现,如果两个呈直角的线圈通以相位差为90°的交流电,磁场就会发生旋转。这一发现使交流电发电机的出现成为可能。在当时,很多人认为这是不可能实现的。
1884年,特斯拉移居美国,为托马斯•爱迪生工作,并很快成为他的竞争对手,1912年由于特斯拉和爱迪生在电力方面的贡献,两人被同时授予诺贝尔物理学奖,但是两人都拒绝领奖,理由是无法忍受和对方一起分享这一荣誉。在此期间,特斯拉接受委托,为尼亚加拉大瀑布水电站设计交流电发电机。他的电机专利技术,至今仍是现代电力工业的基础。
此外,特斯拉还在高压电和无线通讯领域做出了杰出贡献,并曾制造了一场地震试验,使他纽约实验室周围方圆几英里内的地面都产生了震感。据推测,神秘的通古斯大爆炸是他的一次实验。同时,他还设计了一个系统,直接影响了日后的无线通信、传真机、雷达、无线电制导导弹及飞机等方面的发展。