問題起源 是這樣，前段時間某次Google的Doodle推廣了一款計算個人環境足跡（Environmental footprint）的工具，於是題主就好奇的測了測，發現我個人對環境的消耗主要是交通、出行方面的需求，而非吃飯、穿衣等。所以，不由得對可替代能源汽車的發展有了切身的期盼。但是現階段，與傳統的燃油汽車相比，純電動汽車的實際應用（注意我說的是應用，而非這類產品本身）還是有十分明顯的短板，比如續航里程、充電時間等等。那麼，有什麼潛在的突破口，可以改善純電動汽車（或者其它可替代能源汽車）的應用現狀，從而降低人們的交通需求對不可再生能源的需求呢？
既然說到“潛在的突破口”，那麼能否“突破”暫且不論，就借圓桌的機會聊一聊2016年裡殺進汽車行業的幾家新公司所選擇的技術突破口吧！
他們是：中興ZTE——純電動車無線充電技術；Aquarius Engines——自由活塞發動機增程器；Techrules——燃氣輪機增程電動汽車。
這些技術其實都不是新概念，更不是黑科技，但是同ppt slides技術比較起來，這幾家的確各自找到了一項切入新能源汽車領域的技術。需要聲明的是，本人無意替上述任何一家背書，只談談技術本身，至於公司造車目的為何、成敗與否，真真假假不作討論。
1. 無線充電技術
今年的大新聞之一是中興在2016年12月入股了廣通客車全面進入了新能源汽車領域。而實際上中興新能源汽車有限責任公司已成立了兩年之久，其主要經營業務就是
新能源汽車無線充電系統的製造與銷售。中興與客車廠商合作，在襄陽、鄭州、長沙等十一個城市的公交線路上試運營了無線充電客車。我恰有機會到訪其中一條無線充電運營線路，出於保密的原因，該充電系統的具體參數不作介紹，只聊一聊公開的情況。在這條運營線路中，有兩個充電位佈置在公交始發站，有四輛無線充電公交車與四輛燃油車交替運行。下圖中停車位鋪設的長方形充電位即埋設的兩組充電原邊線圈，在客車車底安裝了副邊線圈，當客車停放入位後，對準充電位，則可以由司機開啟無線充電。
（無線充電客車充電位，實地拍攝）
總體來看，無線充電相對於有線充電的優勢是得到發揮的，那就是司機不需要插拔充電頭，避免有線充電插頭的損耗，可靠性高；司機在駕駛位上停完車一鍵即可充電，操作傻瓜，無需專業人員；無線充電技術的效率足夠，可以達到85%以上；無線充電線圈的設計功率為單個30kW，兩組線圈即使限功率運行，也可以達到40kW以上的充電功率。
但與此同時，實際運營中也存在著一些問題：一，充電線圈需要完全對正，停入停車位後，司機需要反覆進行車的姿態的調整以確保對齊，這對於大公交車來說非常考驗司機停車技術，平均大約需要花費一分鐘的時間來調整停車位置；二，未能實現快速啟動，在實際的充電過程中，司機開啟充電後，充電系統需要約一分鐘左右的時間才能夠全負荷運行，這意味著在公交站臺設置充電位，隨時停車隨時充電的設想，以目前的技術水平還難以實現。此外，大家比較關心的電磁輻射問題，在充電過程中的實地的電磁輻射水平符合ICNIRP 2010的輻射標準。
無線充電技術其實並不新鮮，寶馬、豐田、日產等各家汽車公司早有試驗。它的實現手段主要有三種：無線電波；電磁感應；磁場共振。具體的技術原理知乎已有優秀的答案闡釋，推薦參考：無線充電是個好東西嗎？怎樣評價現階段的無線充電技術？三星的手機無線充電好用嗎？ - 微鵝-餘峰的回答 - 知乎以及電動汽車無線充電是如何實現的？ - 嚴同-PowerChina 的回答 - 知乎。而中興目前採用的技術是基於電磁感應式的，這種方式技術原理相對簡單，結構可靠，成本相對較低，但與此同時在空間距離上有較大的限制：原副邊線圈的相對位置要求嚴格，這也就產生了上文提到的需要反覆調整車輛姿態對正充電位的問題。
豐田無線充電示意圖，採用磁共振式無線充電技術
那麼，在未來無線充電技術有沒有可能成為新能源汽車的突破口呢？
在我看來目前至少有以下幾點問題將制約無線充電發展：
一是缺少標準，在未來隨著新能源汽車的推廣，無線充電會與快充、換電同時發展，在無線充電技術發展的過程中，大量的標準需要被擬定，今年SAE推出了電動汽車無線充電標準SAE TIR J2954，Login - SAE Mobilus，中興發力無線充電無疑也是希望成為這一領域的標準制定者。但是與此同時，缺少技術標準也恰恰限制了無線充電技術的普及。
二，需要大量基建投入，推廣無線充電首先就需要建設無線充電站。至於要實現“行進中無線充電”，那就更需要對道路進行大規模的改造與持續的維護，這個成本恐怕比造電車來得高得多。
三，無線充電技術本身如何克服上文提到的缺陷：空間限制、啟動慢等問題，並有效降低成本，技術本身的問題會嚴重製約無線充電技術應用場景。
四，公眾的疑慮，目前還沒有確切的理論表明電磁輻射對人體的危害程度。輻射水平的評價，也只能參考各研究組織公佈的限值。但是對於公眾來說，電磁輻射本身就是一個“敏感詞”，無線充電能不能被大眾所接受，也同樣有待觀望。
p.s. 值得一提的是，傳聞中興在收購廣通客車之前更加想進入的公司是珠海銀隆，但是被董小姐搶佔先機。這兩天又有部分媒體稱“鈦酸鋰電池和無線充電是絕配”（鈦酸鋰乘用車和無線充電將成絕配-搜狐）該說法是否靠譜需要劉老師
弗雷劉
來鑑定，只是聯想到之前中興收購銀隆的傳聞，倒是挺有意思的。
2. 自由活塞式發動機
上個月一則科技新聞標題煞是吸人眼球顛覆特斯拉模式，這家以色列公司開發出超級燃油發動機，文中稱一家以色列創業公司Aquarius Engines發明了一臺超高效發動機，在FEV的臺架測試中達到傳統發動機兩倍的熱效率，此外這臺發動機的體積還非常小，有極高的比重率（power-to-weight ratio）。
（Aquarius Engines聯合創始人Gal Fridman和他的機器，
那麼這是一臺什麼樣機器呢？
Aquarius Engines發佈的這一臺機器實際是一臺自由活塞式發動機，Aquarius Engines的設想，是使用這一臺“高效”發動機作為電動汽車的增程器（Range extender），即帶動發電機發電，類似於串聯混合動力構型。
其實自由活塞式發動機早在20世紀30年代就被提出，與傳統的發動機不同的是，自由活塞式發動機沒有曲軸，這意味著活塞可以在汽缸中自由運動，且不受固定的壓縮比限制，結構上的靈活性意味著它可以廣泛適用於不同的燃料與新概念的燃燒模式（關於內燃機燃料與燃燒技術，詳見為什麼汽油發動機不斷追求更高的壓縮比，柴油發動機不斷地降低壓縮比？未來是否會接近一致的壓縮比？ - 姚昌晟的回答 - 知乎）；與此同時更簡潔的機械結構意味著更少的機械損失和更緊湊的佈局。
但是多出的自由度對控制提出了更高的要求，如何對發動機實現精確的控制，是這一類發動機存在的問題之一。自由活塞式發動機的活塞在線性運動中，可以轉化為以下的不同形式的功：一，可以直接對氣體進行壓縮（最早的應用就是空氣壓縮機）；二，壓縮氣體推動渦輪進行發電；三，往復運動轉為旋轉運動直接輸出機械功；四，活塞作為轉子，通過線性運動由直流發電機發電。
（Aquarius Engines發動機結構示意圖
除了Aquarius Engines，英國創業公司Libertine（http://www.libertine.co.uk/）和豐田R&D同樣在自由活塞式發動機增程器上有所研發。豐田發佈的FPEG（Free Piston Engine
Linear Generator，Free Piston Engine Linear Generator "FPEG"）如下圖所示，機器右側的為燃燒室，燃油在燃燒室內燃燒推動活塞，該活塞即線性發電機的轉子，在左側的定子中往復運動，進而產生電能。FPEG功率達到10kW，豐田設想的使用場景是一輛車搭載兩臺FPEG同時發電。這一技術方案的難點仍在在於控制，除了活塞位置的控制，如何有效抑制發動機活塞即電機轉子的徑向振動同樣依賴於控制水平。為了解決控制的問題，豐田R&D採用的方案是Resonant Pendulum control，有機會會再寫一篇文章詳細介紹（推薦參考Development of Free Piston Engine Linear Generator System Part3 -Novel Control Method of Linear Generator for to Improve Efficiency and Stability）。
FPEG結構示意圖
還是再聊一聊自由活塞式發動機作為增程器有沒有可能成為新能源汽車的突破口吧。
對於它，我的態度是看好的，但仍有兩點疑慮：
一，它所提升的熱效率有多大的價值。自由活塞式發動機的熱效率會比傳統發動機高，但是能不能達到Aquarius Engines聲稱的傳統發動機的兩倍（對標對象熱效率也許只有20%左右，但其實現在最牛的商用車柴油機在部分工作點已經可以達到50%以上的有效熱效率……），或是Libertine聲稱的40-50%，這可能還要打上一個問號。即便可以達到聲稱的效率，如果作為增程器為電動汽車發電，傳統的發動機同樣可以保持在高熱效率的工作區域進行運行，那麼更昂貴的Aquarius Engines所具有的優勢也許就並不明顯了。
二，技術難題尚待解決。除了上文提到的控制難題（這對於傳統的發動機來說已經完全解決），自由活塞式發動機沒有曲軸，這意味著油泵、發電機、空氣系統等等附件都要依賴於電動化驅動，這無疑增加了技術難度，也添加了額外的成本。
3. 燃氣輪機增程式汽車
Techrules，這家推出燃氣輪機增程式汽車的公司背後的技術來源是中國航天科工三院，它的中文名字叫做泰格魯斯·騰風，我是很不喜歡這個名字的，也許除了B公司，全國再也沒有任何一家汽車廠會這麼不認真對待自己的名字了。所以我乾脆就叫它騰風吧，來聊一聊它的燃氣輪機增程式汽車技術。
泰格魯斯·騰風TREV AT96概念圖與動力系統
首先，這一技術是可行的，甚至僅從技術上來看是很有意義的。儘管將燃氣輪機應用於汽車並不新鮮。克萊斯勒在1962年推出了Turbine Car是第一輛量產的燃氣輪機汽車。但這輛車的問題是：油耗過高。究其原因，是燃氣輪機在怠速時的燃油消耗極大（實際上燃氣輪機在高負荷穩定輸出時的效率是相對較高的，燃氣輪機在聯合循環作業中可以達到60%的有效熱效率，遠高於柴油活塞式壓燃發動機）。於是這輛車無奈遭遇了收回、銷燬的命運。
Chrysler Turbine Car
然而如果讓燃氣輪機扮演增程器的角色（與上文中自由活塞式發動機類似），則燃氣輪機可以保持在高效率運行，恰好避免了Turbine Car曾遭遇的問題。騰風所發佈的TREV概念超跑就是基於這一理念，但是這也不是新鮮事物，捷豹曾在2013年發佈了概念版C-X75超跑，搭載兩臺燃氣輪機作為增程器，每個車輪均連接一臺145kW/400Nm的輪轂電機，能夠達到的暴力輸出與騰風的概念車相比不遑多讓。只可惜，這輛車只停留於樣車，早早地流產了。
說回騰風TREV，如果這一臺微型燃氣輪機能夠達到聲稱的性能參數（4.8L/100km，根據知友
鐵木辛柯的扭轉
測算，使用航空煤油，效率達到65%以上），那麼無疑是非常值得肯定的。在這個前提下，我認為量不量產都不重要了。
以上是三家公司的三項技術，算是新能源汽車的“潛在突破口”。至於誰能“突破”，這個問題就要交給時間來回答了。
