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不插电：电动汽车充电新方式

迈凯伦SpeedtailHyper－GT是这家英国汽车制造商有史以来速度最快的公路用车 。
这款气电混合动力跑车的流线型外观极富新锐动感，在测试后期，其原型机在NASA位于佛罗里达州的JohnnyBohmer试验场上跑出了403公里（250英里）的时速 。2020款的参数显示，这款跑车可以在13秒内从静止加速至时速300公里（186英里） 。
迈凯伦与LumenFreedom合作，将后者的无线电动汽车充电（WEVC）系统纳入设计，让这款三座空气动力汽车在待机过程中随时为轻型电池充电 。
Speedtail是全球第一款采用该系统的汽车 。
“未来将有多种充电方式可供选择 。目前我们已经实现了静态充电，正向半动态充电迈进 。最终目标是全动态充电，支持车辆在超过100公里的时速下充电 。”——RodWilson，LumenFreedom总经理
据LumenFreedom总经理RodWilson和软件团队负责人RadekPesina介绍，尽管感应式无线充电在手机、智能手表和其他小型设备上的应用越来越普遍，但在电动汽车领域，LumenFreedom为Speedtail提供的无线充电系统仍不失为一项新颖独到的解决方案 。
不插电：电动汽车充电新方式
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迈凯伦Speedtail靠近充电板 。（图片所有权：McLarenAutomotiveLtd．）
（企业供图，下同）
无线充电为电动汽车用户带来便利，对残障人士来说更是如此 。此外，无线充电系统减少了城市地区视觉上的杂乱感，也比现有的插电式充电站占用更少的空间 。
今后，无线系统能够为等待红绿灯和行驶在高速公路上的车辆充电，让续航里程焦虑成为过去式 。“未来将有多种充电方式可供选择 。”Wilson表示，“目前我们已经实现了静态充电，正向半动态充电迈进 。最终目标是全动态充电，支持车辆在超过100公里的时速下充电 。”
对于LumenFreedom来说，Speedtail项目只是开始 。他们的系统具备投产能力，或将为汽车设计、交通运输乃至电网带来巨大转变 。
充电性能接受实测考验
WEVC系统使用谐振感应磁耦合代替了电线、插头和笨重的充电站 。
电源产生电流，电流从车辆下方地面上的发射板经由气隙传入车辆内置的接收板 。电力传输效率可达92％甚至更高 。
地面组件和车辆组件之间能够无线通信 。司机可以通过10英寸车载触摸屏或智能设备上的应用来监控充电系统 。
该系统支持高底盘，因此能兼容包括高性能跑车、家用轿车和SUV在内的所有车型 。
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使用Lumen充电板为电动汽车充电 。（图片所有权：LumenFreedom）
LumenFreedom自2016年成立以来，完善了WEVC概念，并开发了全球首个单箱式11千瓦系统 。
LumenFreedom现已获得WiTricity全面技术许可 。
LumenFreedom采用多种方法进行物理测试 。
他们将一个大型铝制框架（称为龙门架）连接至Regatron高压供电系统，用于模拟真实的操作和电源需求 。“我们需要计算出有多少电能耗散到周围环境中，又有多少电能实际完成耦合 。”Pesina解释 。
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在充电板上检测到异物时，会向司机的手机发送警报 。（图片所有权：LumenFreedom）
在无线电动汽车充电过程中，由于系统采用了先进的混合定位技术，对齐车辆与充电板不是难题 。Lumen团队使用计算机控制的步进电机调整高度和水平方向位置，进行对齐测试和分析 。
借助仿真技术，团队在系统软件中纳入安全协议，一旦充电板传感器检测到极端偏差，整个充电系统就会自动关闭 。
WEVC系统集成了异物检测系统，能够检测出地面充电板上仅有回形针大小的金属物体 。然后，它会通过App向司机发出障碍物警报 。系统将关闭，直到异物被清除 。
基于模型的设计加快开发速度
Wilson明确指出，自动化安全控制是所有系统的标准配置，LumenFreedom的产品只是其中之一 。不过，基于模型的设计无疑加速了控制系统的开发过程 。
Pesina表示，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方面的组件，都是用MATLAB?和Simulink?设计的 。
具体来说，在开发电动汽车通信控制器、用以管理车辆与地面组件之间通信方面，MATLAB和Simulink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重要消息 。Pesina解释说，这种通信必须从硬连线控制器转移到基于Wi－Fi的控制器 。
“相比编写C代码，（使用MATLAB和Simulink对系统建模）可以说是快了一个量级 。当然，仿真和测试也简单了许多 。”——RadekPesina，LumenFreedom软件团队负责人
Lumen的开发人员能够将主状态机快速移入模型 。“大约三到四天，初始模型就完成了 。”Pesina表示，“它功能齐全，执行的操作与状态机在C代码中执行的操作相同 。”
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电动汽车通信控制器管理的生物体通知 。（图片所有权：LumenFreedom）
新一轮的需求变更意味着对整个状态机重新建模 。开发人员只用了一天就完成了这项任务 。“相比编写C代码，可以说是快了一个量级 。”Pesina补充道，“当然，仿真和测试也简单了许多 。”
使用综合了通信模型、电力电子系统和状态机的模型，可以更容易、更安全地仿真系统的整个运行过程 。开发人员可以在他们的工作台上运行无线充电系统的整个周期，而不需要进行电力传输 。这样就解放了龙门架和其他设备，可以使用高压电流另行开展受控测试 。
供电变革
LumenFreedom团队预计，WEVC系统在OEM和基础设施提供商中的普及将带来彻底的变革 。
由此带来的好处之一是电动汽车的电池将变得更小 。
“随着无线充电技术和设施日益普及，我们认为，电池尺寸也将缩小，因为人们不再需要随车携带那么多电能 。”Wilson这样说道 。
“我们的系统已经就绪，只要出现需求，就能转向‘车辆到家庭（V2H）’和‘车辆到电网（V2G）’场景 。”——RodWilson，LumenFreedom总经理
无线充电也有助于我们进一步迈向“车辆到家庭（V2H）”和“车辆到电网（V2G）”场景 。Wilson预计，电动汽车有望为房屋供电，也可能成为向电网回售电力的管道 。用户只需将电池储量设置为所需的保留水平，然后在车内或者房间轻点按钮，就能进行电能传输 。
充满电的车辆可以为照明系统、电视和小家电供电 。对于大功率家用电器，系统将改回电网供电 。
“测试和概念验证已经全部完成，实际上，在许多采用插电式系统的国家和地区，这套系统已经得到应用 。”Wilson表示，“我们的系统已经就绪，只要出现需求，就能轻松转型 。”
Pesina预计，这一系统有助于稳定电网，并能为能源公司提供额外的能源供应，用于部署到容易发生停电的地区 。
“车辆到电网”可以促进可再生能源的应用 。Pesina举例，即使断电，特斯拉Powerwall也能为一户人家供电 。类似地，当本地电网停电时，电动汽车可以为家用光伏系统充电 。
WEVC系统本身也在发展 。“如果将充电板埋设在室外的柏油路面下，即使路面被雪或冰雹覆盖，充电板也能继续向车辆传输电能 。”Wilson这样说道 。
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Lumen系统可以为静止或等待红绿灯的车辆充电，只要车道配备了系统，甚至还能为行驶的车辆充电 。（图片所有权：LumenFreedom）
LumenFreedom正在为英国的零排放出租车和小型商用车开发半动态充电 。
半动态充电无需停车和驶入充电位 。该系统能为揽客队列中行驶的出租车充电，每当车辆移至等候位，就会进行少量充电 。
全动态充电也即将成为现实 。
欧洲一个名为Fabric的项目历时数年，分析了电动汽车在典型行驶速度下的动态无线电能传输 。该项目选择了法国一处100米长的试验场地，于2018年完成了该系统的测试 。
项目显示可在中期实现动态无线传输，包括城市公交和长途货运线路，当然也包括家用汽车 。
在州际高速公路上长途行驶时，动态充电将消除续航里程焦虑，并提供无缝的不间断充电 。
随着自动驾驶汽车测试日益火热，无线电动汽车充电正在兴起 。
2020年8月，密歇根州宣布计划在安娜堡和底特律之间修建一条64公里（40英里）的自动驾驶汽车专用公路 。几家知名车厂已计划参与其中 。
根据设想，这条公路将首先面向共享车辆，而后扩展到个人和货运车辆 。
据Wilson展望，世界各地的城市都将为自动驾驶电动汽车设置这样的区域，以便其行驶途中充电 。“无线充电势不可挡 。”他表示，“我们期待无线未来、无限精彩 。”






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