邁凱倫 Speedtail Hyper－GT 是這家英國汽車制造商有史以來速度最快的公路用車。
這款氣電混合動力跑車的流線型外觀極富新銳動感,，在測試后期,，其原型機在 NASA 位于佛羅里達(dá)州的 Johnny Bohmer 試驗場上跑出了 403 公里（250 英里）的時速。2020 款的參數(shù)顯示,，這款跑車可以在 13 秒內(nèi)從靜止加速至?xí)r速 300 公里（186 英里）,。
邁凱倫與 Lumen Freedom 合作，將后者的無線電動汽車充電 （WEVC） 系統(tǒng)納入設(shè)計,，讓這款三座空氣動力汽車在待機過程中隨時為輕型電池充電,。
Speedtail 是全球第一款采用該系統(tǒng)的汽車。
“未來將有多種充電方式可供選擇,。目前我們已經(jīng)實現(xiàn)了靜態(tài)充電,，正向半動態(tài)充電邁進(jìn)。最終目標(biāo)是全動態(tài)充電,，支持車輛在超過 100 公里的時速下充電,。” —— Rod Wilson,，Lumen Freedom 總經(jīng)理
據(jù) Lumen Freedom 總經(jīng)理 Rod Wilson 和軟件團(tuán)隊負(fù)責(zé)人 Radek Pesina 介紹,，盡管感應(yīng)式無線充電在手機,、智能手表和其他小型設(shè)備上的應(yīng)用越來越普遍，但在電動汽車領(lǐng)域,，Lumen Freedom 為 Speedtail 提供的無線充電系統(tǒng)仍不失為一項新穎獨到的解決方案,。
邁凱倫 Speedtail 靠近充電板。（圖片所有權(quán)：McLaren Automotive Ltd．）
（企業(yè)供圖,，下同）
無線充電為電動汽車用戶帶來便利,，對殘障人士來說更是如此。此外,，無線充電系統(tǒng)減少了城市地區(qū)視覺上的雜亂感,，也比現(xiàn)有的插電式充電站占用更少的空間。
今后,，無線系統(tǒng)能夠為等待紅綠燈和行駛在高速公路上的車輛充電,，讓續(xù)航里程焦慮成為過去式?！拔磥韺⒂卸喾N充電方式可供選擇,。”Wilson 表示,，“目前我們已經(jīng)實現(xiàn)了靜態(tài)充電,，正向半動態(tài)充電邁進(jìn)。最終目標(biāo)是全動態(tài)充電,，支持車輛在超過 100 公里的時速下充電,。”
對于 Lumen Freedom 來說,，Speedtail 項目只是開始,。他們的系統(tǒng)具備投產(chǎn)能力，或?qū)槠囋O(shè)計,、交通運輸乃至電網(wǎng)帶來巨大轉(zhuǎn)變,。
充電性能接受實測考驗
WEVC 系統(tǒng)使用諧振感應(yīng)磁耦合代替了電線、插頭和笨重的充電站,。
電源產(chǎn)生電流,，電流從車輛下方地面上的發(fā)射板經(jīng)由氣隙傳入車輛內(nèi)置的接收板。電力傳輸效率可達(dá) 92％ 甚至更高,。
地面組件和車輛組件之間能夠無線通信,。司機可以通過 10 英寸車載觸摸屏或智能設(shè)備上的應(yīng)用來監(jiān)控充電系統(tǒng)。
該系統(tǒng)支持高底盤,，因此能兼容包括高性能跑車,、家用轎車和 SUV 在內(nèi)的所有車型。
使用 Lumen 充電板為電動汽車充電。（圖片所有權(quán)：Lumen Freedom）
Lumen Freedom 自 2016 年成立以來,，完善了 WEVC 概念,，并開發(fā)了全球首個單箱式 11 千瓦系統(tǒng)。
Lumen Freedom 現(xiàn)已獲得 WiTricity 全面技術(shù)許可,。
Lumen Freedom 采用多種方法進(jìn)行物理測試,。
他們將一個大型鋁制框架（稱為龍門架）連接至 Regatron 高壓供電系統(tǒng),，用于模擬真實的操作和電源需求,。“我們需要計算出有多少電能耗散到周圍環(huán)境中,，又有多少電能實際完成耦合,。” Pesina 解釋,。
在充電板上檢測到異物時,，會向司機的手機發(fā)送警報。（圖片所有權(quán)：Lumen Freedom）
在無線電動汽車充電過程中,，由于系統(tǒng)采用了先進(jìn)的混合定位技術(shù),，對齊車輛與充電板不是難題。Lumen 團(tuán)隊使用計算機控制的步進(jìn)電機調(diào)整高度和水平方向位置,，進(jìn)行對齊測試和分析,。
借助仿真技術(shù)，團(tuán)隊在系統(tǒng)軟件中納入安全協(xié)議,，一旦充電板傳感器檢測到極端偏差,，整個充電系統(tǒng)就會自動關(guān)閉。
WEVC 系統(tǒng)集成了異物檢測系統(tǒng),，能夠檢測出地面充電板上僅有回形針大小的金屬物體,。然后，它會通過 App 向司機發(fā)出障礙物警報,。系統(tǒng)將關(guān)閉,，直到異物被清除。
基于模型的設(shè)計加快開發(fā)速度
Wilson 明確指出,，自動化安全控制是所有系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置,，Lumen Freedom 的產(chǎn)品只是其中之一。不過,，基于模型的設(shè)計無疑加速了控制系統(tǒng)的開發(fā)過程,。
Pesina 表示，整個系統(tǒng)的核心軟件模型和主要邏輯,，包括地面組件和車輛方面的組件,，都是用MATLAB? 和 Simulink? 設(shè)計的。
具體來說，在開發(fā)電動汽車通信控制器,、用以管理車輛與地面組件之間通信方面,，MATLAB 和 Simulink 發(fā)揮了重要作用。該控制器向車輛充電板和車輛內(nèi)部電池管理系統(tǒng)發(fā)送重要消息,。Pesina 解釋說,，這種通信必須從硬連線控制器轉(zhuǎn)移到基于 Wi－Fi 的控制器。
“相比編寫 C 代碼,，（使用 MATLAB 和 Simulink 對系統(tǒng)建模）可以說是快了一個量級,。當(dāng)然，仿真和測試也簡單了許多,?！薄?Radek Pesina， Lumen Freedom 軟件團(tuán)隊負(fù)責(zé)人
Lumen 的開發(fā)人員能夠?qū)⒅鳡顟B(tài)機快速移入模型,?！按蠹s三到四天，初始模型就完成了,?！盤esina 表示，“它功能齊全,，執(zhí)行的操作與狀態(tài)機在 C 代碼中執(zhí)行的操作相同,。”
電動汽車通信控制器管理的生物體通知,。（圖片所有權(quán)：Lumen Freedom）
新一輪的需求變更意味著對整個狀態(tài)機重新建模,。開發(fā)人員只用了一天就完成了這項任務(wù)?！跋啾染帉?C 代碼,，可以說是快了一個量級?！?Pesina 補充道,，“當(dāng)然，仿真和測試也簡單了許多,?！?/p>
使用綜合了通信模型、電力電子系統(tǒng)和狀態(tài)機的模型,，可以更容易,、更安全地仿真系統(tǒng)的整個運行過程。開發(fā)人員可以在他們的工作臺上運行無線充電系統(tǒng)的整個周期,，而不需要進(jìn)行電力傳輸,。這樣就解放了龍門架和其他設(shè)備,，可以使用高壓電流另行開展受控測試。
供電變革
Lumen Freedom 團(tuán)隊預(yù)計,，WEVC 系統(tǒng)在 OEM 和基礎(chǔ)設(shè)施提供商中的普及將帶來徹底的變革,。
由此帶來的好處之一是電動汽車的電池將變得更小。
“隨著無線充電技術(shù)和設(shè)施日益普及,，我們認(rèn)為,，電池尺寸也將縮小，因為人們不再需要隨車攜帶那么多電能,?！?Wilson 這樣說道。
“我們的系統(tǒng)已經(jīng)就緒,，只要出現(xiàn)需求,，就能轉(zhuǎn)向‘車輛到家庭 （V2H）’和‘車輛到電網(wǎng) （V2G）’場景,?！?—— Rod Wilson，Lumen Freedom 總經(jīng)理
無線充電也有助于我們進(jìn)一步邁向“車輛到家庭 （V2H）”和“車輛到電網(wǎng) （V2G）”場景,。Wilson 預(yù)計,，電動汽車有望為房屋供電，也可能成為向電網(wǎng)回售電力的管道,。用戶只需將電池儲量設(shè)置為所需的保留水平,，然后在車內(nèi)或者房間輕點按鈕，就能進(jìn)行電能傳輸,。
充滿電的車輛可以為照明系統(tǒng),、電視和小家電供電。對于大功率家用電器,，系統(tǒng)將改回電網(wǎng)供電,。
“測試和概念驗證已經(jīng)全部完成，實際上,，在許多采用插電式系統(tǒng)的國家和地區(qū),，這套系統(tǒng)已經(jīng)得到應(yīng)用?！?Wilson 表示,，“我們的系統(tǒng)已經(jīng)就緒，只要出現(xiàn)需求,，就能輕松轉(zhuǎn)型,。”
Pesina 預(yù)計,，這一系統(tǒng)有助于穩(wěn)定電網(wǎng),，并能為能源公司提供額外的能源供應(yīng),，用于部署到容易發(fā)生停電的地區(qū)。
“車輛到電網(wǎng)”可以促進(jìn)可再生能源的應(yīng)用,。Pesina 舉例,，即使斷電，特斯拉 Powerwall 也能為一戶人家供電,。類似地,，當(dāng)本地電網(wǎng)停電時，電動汽車可以為家用光伏系統(tǒng)充電,。
WEVC 系統(tǒng)本身也在發(fā)展,。“如果將充電板埋設(shè)在室外的柏油路面下,，即使路面被雪或冰雹覆蓋,，充電板也能繼續(xù)向車輛傳輸電能?！?Wilson 這樣說道,。
Lumen 系統(tǒng)可以為靜止或等待紅綠燈的車輛充電，只要車道配備了系統(tǒng),，甚至還能為行駛的車輛充電,。（圖片所有權(quán)：Lumen Freedom）
Lumen Freedom 正在為英國的零排放出租車和小型商用車開發(fā)半動態(tài)充電。
半動態(tài)充電無需停車和駛?cè)氤潆娢?。該系統(tǒng)能為攬客隊列中行駛的出租車充電,，每當(dāng)車輛移至等候位，就會進(jìn)行少量充電,。
全動態(tài)充電也即將成為現(xiàn)實,。
歐洲一個名為 Fabric 的項目歷時數(shù)年，分析了電動汽車在典型行駛速度下的動態(tài)無線電能傳輸,。該項目選擇了法國一處 100 米長的試驗場地,，于 2018 年完成了該系統(tǒng)的測試。
項目顯示可在中期實現(xiàn)動態(tài)無線傳輸,，包括城市公交和長途貨運線路,，當(dāng)然也包括家用汽車。
在州際高速公路上長途行駛時,，動態(tài)充電將消除續(xù)航里程焦慮,，并提供無縫的不間斷充電。
隨著自動駕駛汽車測試日益火熱,，無線電動汽車充電正在興起,。
2020 年 8 月，密歇根州宣布計劃在安娜堡和底特律之間修建一條 64 公里（40 英里）的自動駕駛汽車專用公路,。幾家知名車廠已計劃參與其中,。
根據(jù)設(shè)想,，這條公路將首先面向共享車輛，而后擴(kuò)展到個人和貨運車輛,。
據(jù) Wilson 展望,，世界各地的城市都將為自動駕駛電動汽車設(shè)置這樣的區(qū)域，以便其行駛途中充電,?！盁o線充電勢不可擋?！彼硎?，“我們期待無線未來、無限精彩,?！?/p>
