不插电:电动汽车充电的新方法

无线充电迈凯轮有史以来最快的公路车

迈凯轮Speedtail Hyper-GT是英国汽车制造商有史以来最快的公路车。在测试接近尾声时，这款时髦的油电混合动力跑车的原型车在美国宇航局位于佛罗里达州的约翰尼·伯默试验场(Johnny Bohmer Proving Grounds)达到了403公里的时速(250英里/小时)。2020年量产车型的规格显示，它可以在13秒内从0加速到每小时300公里(186英里)。

为了在气动三座车不使用的时候为轻型电池充电，迈凯轮与腔的自由使用他们的无线电动车充电(WEVC)系统。Speedtail是世界上第一款采用这种技术的汽车。

“未来将提供多种不同的充电方式。目前我们是静态的，然后是半动态的。最后一步是完全动态充电，你将能够以超过每小时100公里的速度充电。”
Rod Wilson, Lumen Freedom的总经理

据Lumen Freedom总经理Rod Wilson和软件团队负责人Radek Pesina介绍，虽然感应式或无线充电在手机、智能手表和其他小型设备中越来越普遍，但Lumen Freedom为Speedtail设计的无线系统为电动汽车提供了独特的解决方案。

迈凯轮的快尾赛车正在接近底盘。(图片来源:迈凯轮汽车有限公司)

无线充电对电动汽车用户来说更容易，尤其是对残疾人来说。此外，这种系统减少了城市地区的视觉混乱，并且比现有的插入式充电站需要更少的空间。

最终，无线系统可以通过为停在红绿灯前和在高速公路上行驶的车辆充电来消除里程焦虑。“未来将提供多种不同的收费方式，”威尔逊说。“目前，我们有静态，然后我们转向半动态。最后一步是完全动态充电，你将能够以超过每小时100公里的速度充电。”

对于Lumen Freedom来说，Speedtail项目只是一个开始。他们的量产系统有可能改变汽车设计、交通运输，甚至我们所知道的电网。

充电性能测试

WEVC系统没有电线、插头和笨重的充电站，而是使用谐振感应磁耦合。来自电源的电流从车辆下方地面上的发射垫通过气隙移动到内置在车辆内的接收垫。动力传动效率92%以上。

地面组件和车辆组件之间进行无线通信。司机可以使用10英寸的车载触摸屏或智能设备上的应用程序监控充电系统。高间隙容量使系统兼容所有车型，从高性能跑车到家庭轿车和suv。

使用Lumen充电板为电动汽车充电。(视频来源:Lumen Freedom)

自2016年成立以来，Lumen Freedom完善了WEVC的概念，并开发了世界上第一个单箱11千瓦系统。流明自由现在是一个完全认可的许可Witricity公司。

Lumen Freedom为物理测试使用了许多机制。一个巨大的铝制框架，被称为龙门，连接到高压Regatron电源系统，以辅助模拟现实生活中的操作和电力需求。Pesina说:“你需要能够计算出你的能量有多少被周围的环境消耗掉了，有多少是实际耦合的。”

当充电板上检测到异物时，就会向司机的手机发送警报。(图片来源:Lumen Freedom)

在无线电动汽车充电中，由于该系统采用了先进的混合动力定位技术，因此车辆在底座上的错位不是问题。Lumen团队使用计算机控制的步进电机测试校准，以调整高度和X和Y位置进行校准研究。

模拟帮助该团队在系统软件中构建了安全协议，这样pad传感器检测到的任何极端偏差都会自动关闭整个充电系统。WEVC系统集成了一个外来物体检测系统，可以检测到地面垫上的回形针大小的金属物体。然后，它会通过应用程序提醒司机障碍物。系统将关闭，直到异物被清除。

基于模型的设计加速了开发

Wilson很快指出，自动化安全控制是所有系统的标准，而不仅仅是Lumen Freedom产品。但是采用基于模型的设计加速了控件的开发过程。

利用MATLAB软件设计了整个系统的核心软件模型和主要逻辑，包括地面组件和车辆侧面^®和仿真软万博1manbetx件^®佩西纳说。

具体来说，MATLAB和Simulink在开发电动万博1manbetx汽车通信控制器(用于管理车辆和地面组件之间的通信)方面发挥了重要作用。该控制器向车辆充电板和车辆内部电池管理系统发送关键信息。这种通信必须从硬连线控制器转移到基于wi - fi的控制器，Pesina解释道。

“[在MATLAB和Simulink中建模系统]比用C代码编写要快几个数万博1manbetx量级。更不用说模拟和测试更简单了。”
Radek Pesina, Lumen Freedom软件团队负责人

Lumen的开发人员能够快速地将主状态机移到模型中。“在大约三、四天的时间里，初稿就完成了，”佩西纳说。“它完全正常工作，执行状态机在C代码中执行的相同操作。”

电动汽车通信控制器管理活体物体通知。(图片来源:Lumen Freedom)

新一轮的需求变更意味着完全重构状态机。开发者在一天内完成了这一任务。“它的完成速度比用C代码编写要快得多，”Pesina继续说道。“更不用说模拟和测试要简单得多。”

将通信模型、电力电子和状态机放到模型中，可以更容易、更安全地模拟系统的整个操作。开发人员可以让无线充电系统在他们的工作台上运行一个完整的周期，而不进行电力传输。这解放了龙门架和其他设备，使用高压和带电电流水平进行单独的受控测试。

剪断绳索

Lumen Freedom团队设想原始设备制造商和基础设施提供商采用WEVC系统，从而带来彻底的变化。其中一个好处是电动汽车电池的尺寸最终会缩小。威尔逊说:“随着无线充电和无线充电的普及越来越普遍，未来的预测是电池的尺寸将会减小，因为你不需要携带那么多的能量。”

“当有需求时，我们的系统将为向车到家和车到电网的过渡做好准备。”
Rod Wilson, Lumen Freedom的总经理

无线充电也可能让我们更接近车到家和车到电网的场景。威尔逊预测，电动汽车将帮助家庭供电，或成为将电力卖回电网的管道。用户只需将电池存储设置为所需的保留水平，并在汽车或家中按下按钮，即可进行能量转移。充满电的汽车可以开灯、看电视和其他小家电。对于大功率家用电器，该系统将恢复从电网供电。

Wilson说:“测试和概念验证已经完成，许多国家的外挂式系统已经投入使用。”“当有需求时，我们的系统将为这种过渡做好准备。”

佩西纳预计，这样一个系统将稳定电网，并为能源公司提供额外的能源供应，以便部署到容易停电的地区。

汽车上网可以鼓励可再生能源的使用。佩西纳指出，特斯拉Powerwall能够在电源关闭的情况下为家庭供电。电动汽车的工作原理可能与此类似，当当地停电时，它可以为家庭光伏系统充电。

WEVC系统本身正在走向成功。威尔逊说:“当充电板嵌入室外沥青下时，即使被雪或冰雹覆盖，也会继续传输到车辆上。”

Lumen的系统可以为静止的车辆、在红绿灯前等待的车辆，甚至是在配备了设备的车道上行驶的车辆充电。(视频来源:Lumen Freedom)

Lumen Freedom正在英国为零排放的出租车和小型商用车开发半动态充电技术。半动态充电免去了停车和充电的需要。取而代之的是，该系统在出租车穿过出租车队列时给它充电，当它在接车队列中移动到每个位置时再充电一点。

全动态充电也更接近现实。一个名为Fabric的欧洲多年项目分析了电动汽车在典型行驶速度下的动态无线功率传输。在2018年结束的测试中，法国的一个100米长的试验场被用来测试该系统。该项目表明，从中期来看，动态无线传输在城市公交车和长途货运走廊以及国内汽车上似乎是可行的。动态充电将消除里程焦虑，并在州际高速公路上长途行驶时提供无缝的不间断充电。

随着自动驾驶汽车测试的增加，无线电动汽车充电正在兴起。2020年8月，密歇根州宣布计划探索在安阿伯和底特律之间修建一条64公里(40英里)的道路，仅供自动驾驶汽车使用。几家主要汽车制造商同意提供投入。他们的想法是从共享车辆开始，然后扩展到个人和货运车辆。

威尔逊预计，世界各地的城市将为自动驾驶电动汽车指定这样的区域，可以边走边充电。“它来得太快了，”他说。“我们期待一个广阔、光明、无线的未来。”