全电动汽车已经大量使用，下一个会是全电动飞机和火车吗？

毫无疑问，电动汽车的各个方面在过去几年中都得到了显着改善，从基本组件到系统级架构。既然全电动汽车 (EV) 如果没有被广泛用作标准消费者选择，那么它们的一些技术如何适用于其他交通方式是一个合乎逻辑的考虑。飞机，火车和汽车，有可能吗？

电动汽车驱动的进步为重新思考其他交通方式开辟了道路，因为这些进步可以被利用和调整。这是技术进步的正常连锁反应，它在相关领域，有时甚至是不相关领域开辟了新的机会。电动汽车在电池以及电池管理、电机和电机控制等领域的研发、评估、量产和道路测试，是其他交通方式电气化的技术推动力。

例如，人们对电动空中出租车重新产生了兴趣，这是一种用于短途旅行的垂直起降 (VTOL) 飞机。与通常具有单个主旋翼和尾旋翼以抵消主旋翼扭矩的传统直升机不同，现在可以使用类似于具有分布式推进系统的小型无人机的布置。在这个方案中，有四个、六个或更多的小型独立电机和螺旋桨安装在延伸臂上。电力允许传统直升机无法提供的电机布置、设计和控制自由。

当然，从来没有那么容易。如果发动机发生故障，传统的固定翼飞机可以在一定程度上滑翔，而传统的直升机可以自动旋转其叶片（一段时间）并产生足够的升力以在许多情况下进行可接受的着陆。然而，这些空中出租车没有这样的升降面，如果失去动力，它们会“像石头一样”滑行。因此，额外的可靠性和冗余尤其重要，因为断电很快就会造成灾难性的后果。

其中一些空中出租车使用倾转旋翼方法来融合固定翼和旋翼属性的优点。Joby Aviation的六电机 eVTOL采用了这种布置方式，它也用于军方的非电动 VTOL 波音 Bell V-22 Osprey。虽然鱼鹰的出生很困难，但主要是由于液体通过旋转接头泄漏；相比之下，将电力输送到转子电机的电缆更容易“扭转”，特别是因为它们只需旋转 90 度。

但为什么将电动飞机限制在空中出租车上呢？还有一些小型飞机的工作正在进行。两者都是为相对较短的距离和适度的容量而设计的。

当然，NASA 和其他人的想法更大。如果你能拥有一架全电动的小飞机，也许你可以朝着更大的方向努力？这就是事情变得非常困难的地方。虽然一些技术进步很好地扩大了规模，但飞机却没有。大型飞机（想想波音 787 梦幻客机）所需的电量远远超过电池所能提供的电量。

有一些基本数据需要承认：787 的大型煤油燃料涡扇发动机每公斤可提供约 12,000 瓦时，而顶级锂离子电池的功率约为 300 Wh/kg，相差 40 倍。即使电动飞机的电动机比喷气发动机效率更高，但仍有很长的路要走。此外，液体燃料飞机还有一个次要优势，因为它们在燃烧燃料时重量会减轻，这与电池驱动车辆的情况不同。

铁路呢？

空中的士和小型飞机可能会因其“酷”的因素而受到关注，但还有一个更平凡的地方，电力实际上可能更有意义并且更早这样做。美国的铁路承载了大量的货物——多少和多少百分比取决于你所看到的指标——它们比卡车更有效率。由于美国的距离和其他因素，这些货运列车不像某些国家那样采用悬链线驱动的全电动发动机。相反，它们由柴油电力机车提供动力，机载柴油发动机（通常为 5K 至 12K 马力）驱动交流发电机，交流发电机输出驱动轴装牵引电机。

与飞机相比，与铁路相关的技术问题更具有界限、更标准化、更明确，这是一件好事。由劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL/加利福尼亚州）的研究人员领导的团队最近在Nature Energy 上发表了一篇论文“将柴油列车转换为电池电力的经济、环境和电网弹性效益”，提供了详细的建议和分析，以充分利用使这些柴油电力机车通电。

该安排将在机车后面安装一辆装有电池的动力车，并连接到牵引电机动力子系统，以代替柴油发动机和交流发电机（可以保留在原位作为备用）。这种动力车可以是定制设计的小车，也可以是带有大型电池模块的平板车，可以根据需要打开/关闭，或在其他地方用作电池备份单元。

该论文从多个技术、成本和实用性的角度审视了该提案，并为节约成本和环境效益提供了强有力的理由。我当然无法找到他们的假设——而且有很多——可能过于乐观的领域。我确实喜欢他们甚至有一张图表，显示他们的结论对原始假设中的增量的敏感性。

他们的提议中有几个讽刺之处。当然，第一台机车是蒸汽动力的，而且几乎总是拉着一辆装满木材或煤炭作为燃料的招标车。因此，他们提出的安排有一些“回到未来”的方面。

此外，为机车提供电力的问题不仅适用于全尺寸、真实的火车——即使是模型铁路车也有这个问题。这些模型的动力，无论规模如何，都通过轨道（轨道）传递到车轮，并由微小的刷子拾取，这些刷子将电流输送到模型中的电动机。

虽然将铁轨用于双重目的似乎是一个很好的方案，而且几乎没有什么用处，但它存在一些与拾取刷、间歇连接、铁轨间隙和轨道循环的“反向循环”相关的实际问题回到自身，从而产生短路。为避免这种情况，模型的列车员必须在列车在环路中时手动切换轨道极性或添加自动极性反转模块。

现在，一些模型铁路产品供应商，例如 CVP USA 的AirWire900 电池供电的无线 DCC 控制系统，提供带有车载电池的系统，可在机车后面的招标中携带，运行时间为 20-30 分钟。通过车载电池组提供电机动力消除了使用轨道作为电力轨道的所有相关问题，除了它们最初作为铁路车辆轨道的作用。在某些方面，LBNL 论文中的提议和分析是对建模者试图做的事情的大规模再现。

您如何看待全电动空中出租车、小型飞机甚至中大型飞机的可行性？可取但不切实际？也许在十年左右？或者，在可预见的未来，电池能量密度数字和相关技术问题是否难以克服？那么电池供电的货运列车呢：它们会在飞机之前被采用吗？