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Lumen Freedom公司消除電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程焦慮

MATLAB ? 來(lái)源:MATLAB ? 作者:MATLAB ? 2021-06-18 10:52 ? 次閱讀
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摘要:Lumen Freedom 公司采用基于模型的設(shè)計(jì),加快了無(wú)線電動(dòng)汽車(chē)的充電系統(tǒng)設(shè)計(jì),消除了電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程焦慮,并推動(dòng)了綠色技術(shù)的發(fā)展。

邁凱倫 Speedtail Hyper-GT 是這家英國(guó)汽車(chē)制造商有史以來(lái)速度最快的公路用車(chē)。這款氣電混合動(dòng)力跑車(chē)的流線型外觀極富新銳動(dòng)感,在測(cè)試后期,其原型機(jī)在 NASA 位于佛羅里達(dá)州的 Johnny Bohmer 試驗(yàn)場(chǎng)上跑出了 403 公里(250 英里)的時(shí)速。2020 款的參數(shù)顯示,這款跑車(chē)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(wú)線電動(dòng)汽車(chē)充電 (WEVC) 系統(tǒng)納入設(shè)計(jì),讓這款三座空氣動(dòng)力汽車(chē)在待機(jī)過(guò)程中隨時(shí)為輕型電池充電。Speedtail 是全球第一款采用該系統(tǒng)的汽車(chē)。

“未來(lái)將有多種充電方式可供選擇。目前我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)充電,正向半動(dòng)態(tài)充電邁進(jìn)。最終目標(biāo)是全動(dòng)態(tài)充電,支持車(chē)輛在超過(guò) 100 公里的時(shí)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(duì)負(fù)責(zé)人 Radek Pesina 介紹,盡管感應(yīng)式無(wú)線充電手機(jī)、智能手表和其他小型設(shè)備上的應(yīng)用越來(lái)越普遍,但在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域,Lumen Freedom 為 Speedtail 提供的無(wú)線充電系統(tǒng)仍不失為一項(xiàng)新穎獨(dú)到的解決方案。

無(wú)線充電為電動(dòng)汽車(chē)用戶帶來(lái)便利,對(duì)殘障人士來(lái)說(shuō)更是如此。此外,無(wú)線充電系統(tǒng)減少了城市地區(qū)視覺(jué)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(wú)線系統(tǒng)能夠?yàn)榈却t綠燈和行駛在高速公路上的車(chē)輛充電,讓續(xù)航里程焦慮成為過(guò)去式。

“未來(lái)將有多種充電方式可供選擇?!盬ilson 表示,“目前我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)充電,正向半動(dòng)態(tài)充電邁進(jìn)。最終目標(biāo)是全動(dòng)態(tài)充電,支持車(chē)輛在超過(guò) 100 公里的時(shí)速下充電。”對(duì)于 Lumen Freedom 來(lái)說(shuō),Speedtail 項(xiàng)目只是開(kāi)始。他們的系統(tǒng)具備投產(chǎn)能力,或?qū)槠?chē)設(shè)計(jì)、交通運(yùn)輸乃至電網(wǎng)帶來(lái)巨大轉(zhuǎn)變。

充電性能接受實(shí)測(cè)考驗(yàn)

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(chē)輛下方地面上的發(fā)射板經(jīng)由氣隙傳入車(chē)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(chē)輛組件之間能夠無(wú)線通信。司機(jī)可以通過(guò) 10 英寸車(chē)載觸摸屏或智能設(shè)備上的應(yīng)用來(lái)監(jiān)控充電系統(tǒng)。該系統(tǒng)支持高底盤(pán),因此能兼容包括高性能跑車(chē)、家用轎車(chē)和 SUV 在內(nèi)的所有車(chē)型。

Lumen Freedom 自 2016 年成立以來(lái),完善了 WEVC 概念,并開(kāi)發(fā)了全球首個(gè)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(cè)試。他們將一個(gè)大型鋁制框架(稱(chēng)為龍門(mén)架)連接至 Regatron 高壓供電系統(tǒng),用于模擬真實(shí)的操作和電源需求?!拔覀冃枰?jì)算出有多少電能耗散到周?chē)h(huán)境中,又有多少電能實(shí)際完成耦合。”P(pán)esina 解釋。

在無(wú)線電動(dòng)汽車(chē)充電過(guò)程中,由于系統(tǒng)采用了先進(jìn)的混合定位技術(shù),對(duì)齊車(chē)輛與充電板不是難題。Lumen 團(tuán)隊(duì)使用計(jì)算機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)調(diào)整高度和水平方向位置,進(jìn)行對(duì)齊測(cè)試和分析。借助仿真技術(shù),團(tuán)隊(duì)在系統(tǒng)軟件中納入安全協(xié)議,一旦充電板傳感器檢測(cè)到極端偏差,整個(gè)充電系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。WEVC 系統(tǒng)集成了異物檢測(cè)系統(tǒng),能夠檢測(cè)出地面充電板上僅有回形針大小的金屬物體。然后,它會(huì)通過(guò) App 向司機(jī)發(fā)出障礙物警報(bào)。系統(tǒng)將關(guān)閉,直到異物被清除。

基于模型的設(shè)計(jì)加快開(kāi)發(fā)速度

Wilson 明確指出,自動(dòng)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(guò),基于模型的設(shè)計(jì)無(wú)疑加速了控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程。Pesina 表示,整個(gè)系統(tǒng)的核心軟件模型和主要邏輯,包括地面組件和車(chē)輛方面的組件,都是用 MATLABSimulink 設(shè)計(jì)的。具體來(lái)說(shuō),在開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車(chē)通信控制器、用以管理車(chē)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(chē)輛充電板和車(chē)輛內(nèi)部電池管理系統(tǒng)發(fā)送重要消息。Pesina 解釋說(shuō),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(xiě) C 代碼,(使用 MATLAB 和 Simulink 對(duì)系統(tǒng)建模)可以說(shuō)是快了一個(gè)量級(jí)。當(dāng)然,仿真和測(cè)試也簡(jiǎn)單了許多?!薄?Radek Pesina, Lumen Freedom 軟件團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人

Lumen 的開(kāi)發(fā)人員能夠?qū)⒅鳡顟B(tài)機(jī)快速移入模型。“大約三到四天,初始模型就完成了?!盤(pán)esina 表示,“它功能齊全,執(zhí)行的操作與狀態(tài)機(jī)在 C 代碼中執(zhí)行的操作相同?!?/p>

新一輪的需求變更意味著對(duì)整個(gè)狀態(tài)機(jī)重新建模。開(kāi)發(fā)人員只用了一天就完成了這項(xiàng)任務(wù)?!跋啾染帉?xiě) C 代碼,可以說(shuō)是快了一個(gè)量級(jí)?!盤(pán)esina 補(bǔ)充道,“當(dāng)然,仿真和測(cè)試也簡(jiǎn)單了許多?!笔褂镁C合了通信模型、電力電子系統(tǒng)和狀態(tài)機(jī)的模型,可以更容易、更安全地仿真系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)行過(guò)程。開(kāi)發(fā)人員可以在他們的工作臺(tái)上運(yùn)行無(wú)線充電系統(tǒng)的整個(gè)周期,而不需要進(jìn)行電力傳輸。這樣就解放了龍門(mén)架和其他設(shè)備,可以使用高壓電流另行開(kāi)展受控測(cè)試。

供電變革

Lumen Freedom 團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì),WEVC 系統(tǒng)在 OEM 和基礎(chǔ)設(shè)施提供商中的普及將帶來(lái)徹底的變革。由此帶來(lái)的好處之一是電動(dòng)汽車(chē)的電池將變得更小。“隨著無(wú)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?yàn)槿藗儾辉傩枰S車(chē)攜帶那么多電能?!盬ilson 這樣說(shuō)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(chē)輛到家庭 (V2H)’和‘車(chē)輛到電網(wǎng) (V2G)’場(chǎng)景?!薄?Rod Wilson,Lumen Freedom 總經(jīng)理

無(wú)線充電也有助于我們進(jìn)一步邁向“車(chē)輛到家庭 (V2H)”和“車(chē)輛到電網(wǎng) (V2G)”場(chǎng)景。Wilson 預(yù)計(jì),電動(dòng)汽車(chē)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(chǔ)量設(shè)置為所需的保留水平,然后在車(chē)內(nèi)或者房間輕點(diǎn)按鈕,就能進(jìn)行電能傳輸。

充滿電的車(chē)輛可以為照明系統(tǒng)、電視和小家電供電。對(duì)于大功率家用電器,系統(tǒng)將改回電網(wǎng)供電。“測(cè)試和概念驗(yàn)證已經(jīng)全部完成,實(shí)際上,在許多采用插電式系統(tǒng)的國(guó)家和地區(qū),這套系統(tǒng)已經(jīng)得到應(yīng)用?!盬ilson 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?!盤(pán)esina 預(yù)計(jì),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)?!败?chē)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(lèi)似地,當(dāng)本地電網(wǎng)停電時(shí),電動(dòng)汽車(chē)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(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(chē)輛傳輸電能。”Wilson 這樣說(shuō)道。

Lumen Freedom 正在為英國(guó)的零排放出租車(chē)和小型商用車(chē)開(kāi)發(fā)半動(dòng)態(tài)充電。半動(dòng)態(tài)充電無(wú)需停車(chē)和駛?cè)氤潆娢?。該系統(tǒng)能為攬客隊(duì)列中行駛的出租車(chē)充電,每當(dāng)車(chē)輛移至等候位,就會(huì)進(jìn)行少量充電。全動(dòng)態(tài)充電也即將成為現(xiàn)實(shí)。歐洲一個(gè)名為 Fabric 的項(xiàng)目歷時(shí)數(shù)年,分析了電動(dòng)汽車(chē)在典型行駛速度下的動(dòng)態(tài)無(wú)線電能傳輸。

該項(xiàng)目選擇了法國(guó)一處 100 米長(zhǎng)的試驗(yàn)場(chǎng)地,于 2018 年完成了該系統(tǒng)的測(cè)試。項(xiàng)目顯示可在中期實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)線傳輸,包括城市公交和長(zhǎng)途貨運(yùn)線路,當(dāng)然也包括家用汽車(chē)。在州際高速公路上長(zhǎng)途行駛時(shí),動(dòng)態(tài)充電將消除續(xù)航里程焦慮,并提供無(wú)縫的不間斷充電。隨著自動(dòng)駕駛汽車(chē)測(cè)試日益火熱,無(wú)線電動(dòng)汽車(chē)充電正在興起。2020 年 8 月,密歇根州宣布計(jì)劃在安娜堡和底特律之間修建一條 64 公里(40 英里)的自動(dòng)駕駛汽車(chē)專(zhuān)用公路。幾家知名車(chē)廠已計(jì)劃參與其中。根據(jù)設(shè)想,這條公路將首先面向共享車(chē)輛,而后擴(kuò)展到個(gè)人和貨運(yùn)車(chē)輛。據(jù) Wilson 展望,世界各地的城市都將為自動(dòng)駕駛電動(dòng)汽車(chē)設(shè)置這樣的區(qū)域,以便其行駛途中充電。

“無(wú)線充電勢(shì)不可擋?!彼硎?,“我們期待無(wú)線未來(lái)、無(wú)限精彩?!?/p>

原文標(biāo)題:不插電:電動(dòng)汽車(chē)充電新方式

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    發(fā)布于 :2024年08月20日 07:14:36

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    電動(dòng)汽車(chē)儲(chǔ)能系統(tǒng),作為電動(dòng)汽車(chē)的核心組成部分,對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)的性能、續(xù)航里程以及能源利用效率具有至關(guān)重要的影響。以下將詳細(xì)闡述
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    電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)

    電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為電動(dòng)汽車(chē)的核心組成部分,承擔(dān)著將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,進(jìn)而驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛的重要任務(wù)。其設(shè)計(jì)、性能與效率直接影響到電動(dòng)汽車(chē)的行駛性能、續(xù)航
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