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)從靜止加速至時速 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。最終目標是全動態(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 和軟件團隊負責人 Radek Pesina 介紹，盡管感應式無線充電在手機、智能手表和其他小型設備上的應用越來越普遍，但在電動汽車領域，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：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。最終目標是全動態(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計、交通運輸乃至電網(wǎng)帶來巨大轉變。

充電性能接受實測考驗

WEVC 系統(tǒng)使用諧振感應磁耦合代替了電線、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 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備上的應用來監(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：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 全面技術許可。

Lumen Freedom 采用多種方法進行物理測試。

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?！拔覀冃枰嬎愠鲇卸嗌匐娔芎纳⒌街車h(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：Lumen Freedom）

在無線電動汽車充電過程中，由于系統(tǒng)采用了先進的混合定位技術，對齊車輛與充電板不是難題。Lumen 團隊使用計算機控制的步進電機調(diào)整高度和水平方向位置，進行對齊測試和分析。

借助仿真技術，團隊在系統(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)將關閉，直到異物被清除。

基于模型的設計加快開發(fā)速度

Wilson 明確指出，自動化安全控制是所有系統(tǒng)的標準配置，Lumen Freedom 的產(chǎn)品只是其中之一。不過，基于模型的設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。當然，仿真和測試也簡單了許多?！薄?Radek Pesina， Lumen Freedom 軟件團隊負責人

Lumen 的開發(fā)人員能夠?qū)⒅鳡顟B(tài)機快速移入模型。“大約三到四天，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?！?/p>

電動汽車通信控制器管理的生物體通知。（圖片所有權：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?！跋啾染帉?C 代碼，可以說是快了一個量級?！?Pesina 補充道，“當然，仿真和測試也簡單了許多。”

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，而不需要進行電力傳輸。這樣就解放了龍門架和其他設備，可以使用高壓電流另行開展受控測試。

供電變革

Lumen Freedom 團隊預計，WEVC 系統(tǒng)在 OEM 和基礎設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。

“隨著無線充電技術和設施日益普及，我們認為，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一步邁向“車輛到家庭 （V2H）”和“車輛到電網(wǎng) （V2G）”場景。Wilson 預計，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，就能輕松轉型。”

Pesina 預計，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，用于部署到容易發(fā)生停電的地區(qū)。

“車輛到電網(wǎng)”可以促進可再生能源的應用。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?！叭绻麑⒊潆姲迓裨O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：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)充電無需停車和駛入充電位。該系統(tǒng)能為攬客隊列中行駛的出租車充電，每當車輛移至等候位，就會進行少量充電。

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)設想，這條公路將首先面向共享車輛，而后擴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。”