感应式路用电动车充电来了——你准备好了吗？
在欧洲和美国的一些工业环境中，正在测试通过嵌入路面的电力源进行车辆充电。爱好者们认为这是解决续航焦虑和充电站烦恼的终极良方。假设全球标准出现，使道路和车辆广泛兼容，那么新车和改装车的设计都面临一些普遍挑战。
以下是一些实用的概念，以应对主要的设计挑战。
车辆和充电系统如何保持同步？
随着电动汽车逐渐接近无线路边充电，工程师们面临一个出人意料的现实问题：如何让一切保持整齐。即使在停车时充电，路面上的充电线圈与车底线圈之间的细微错位也会降低效率、浪费能量并引发不必要的热量积累。稍微往前或偏一边几英寸，会大幅影响动力传递。
左右方向（横向）和纵向（前后）的错位主要有两个方向，可能会带来不同的后果。在这两者中，后者对人类司机来说更难控制。位置不佳意味着磁耦合较弱，效率降低，有时线圈内部会产生过热。
当然，汽车制造商和研究人员正在测试能够将汽车几乎完美地停在充电板上方的自动停车系统，而另一些则开发基于视觉的检测系统，利用摄像头或传感器自动引导车辆或充电板进行定位。
与此同时，线圈工程师正在尝试新的形状和几何形状。矩形线圈对前后错位的容忍度更高，而圆形线圈则更优雅地处理旋转位移。
在动态充电时，问题更复杂——即汽车在充电时行驶——因为线圈必须在车辆行驶时保持对齐。这项任务要求严格同步、快速定位，以及司机几乎不可能实现的精确度。
当然，一般来说，功率传输取决于线圈尺寸、间隙和对准。这些问题在任何设计选择中都必须优先考虑。此外，目前看来，典型系统运行频率接近85 kHz，名义气隙为~120到200毫米。车辆的离地高度、制动时的倾斜和轮胎磨损都会影响线圈运动，因此任何设计都需要设想磁性“孔径”和控制系统，以容忍错位而不产生大幅效率下降。
屏蔽、电磁干扰/电磁干扰和热管理
对准问题随后引出对感应安全的担忧。杂射场必须达到人体暴露限制，不能加热附近的金属。这通常需要考虑和评估铁氧体瓦片、铝/铜屏蔽，可能还要进行主动磁场整形，同时还要严格的电磁兼容（EMC），以避免扰乱ABS、TPMS、无钥匙进入、磁力计或低频ADAS传感器。
线圈、铁氧体、匹配网络和整流器的损耗会产生热量，带来新的热管理挑战。车辆充电垫通常需要导通到底盘，有时还需要液体微回路，功率更高。与此同时，路面模块在防风雨和减少热量扩散到路面方面也存在自身问题。
感应系统的机械封装挑战
原则上，感应充电看起来很简单。但实际上，即使是机械安装和安装也带来了一长串挑战。例如，垫子必须能进入底盘压碎区。千斤顶点必须被考虑并做到“愚蠢防范”，因为选错千斤顶点可能比单纯变形鈑金更严重。刹车垫需要与空气动力托盘集成，且最低限度降低离地间隙。
当然，新车辆设计可能会在底盘中设计浅腔，以容纳充电板和高压导体的布线。然而，改装可能需要配备低矮的附加“雪橇”，配备坚固的附件系统和故障保护。
电力电子设备和控制设备需要如何适应感应充电？
直流链路集成是另一个大话题，包含接触器策略等子类别。接触器对于管理充电基础设施与车辆之间的连接至关重要。它们可以设计成支持不同的充电标准和电压。
这也引出了BMS的协调，如预充电和隔离监测，以确保外部且可能不稳定的外部充电带来的变量不会对单个电池单元或整个电池组造成过大影响。
为了支持这些流程，你还需要无线充电通信，如ISO-15118-20，这是电动车与充电站之间通信的国际标准。该标准规定了网络层和应用层的需求，并支持无线充电和双向电力传输。它可用于支持身份验证、计费和功率级协商，以及诸如异物检测（FOD）等安全功能。
还必须支持不同充电系统之间的互作性和切换。随着车辆行驶，各段必须无缝传递动力。这正是用户的期望，也是确保运行顺畅、减少零件负担的必要条件。
为此，车辆必须预测、锁定并跟踪充电线圈，同时调节电流，以避免直流连杆纹动或传动系统扭矩干扰。不用说，所有这些目标和系统相互作用，增加了工程上的挑战。
新建和感应改造有什么区别？
设计和制造一款用于路边充电的电动车，尤其是在行驶中高速时，对工程师来说无疑是最好的选择。这为将线圈集成到底盘、设计负载硬点、安全布线高压线路，以及与全车团队共同设计气动防护罩和热路径提供了机会。额外的好处包括可以考虑“调校”悬挂运动学和目标车身高度，以实现最佳联结。
毫不意外，改装是一个更具挑战性的问题。在中心线附近找到空间可能比较困难，因为那里是放置线圈的绝佳空间。改装还意味着在安装甚至加固车辆部件以承受不同或新机械载荷时面临挑战。
该框图展示了基于福特最近获得的一项专利[美国专利号11,999,252 B2]，用于优化感应充电的车辆组件。该图很好地展示了感应充电的复杂性。
其他挑战包括如何重新布线高压（HV）电缆、加固、布线高压电缆、认证抗撞能力、应用并符合IP67/69K入侵防护指导、耐腐蚀性以及对电磁干扰的影响。尤其是改装设计的后果是，边走充电可能会带来重量上的损失。
由于航行中充电将逐步引入，现有充电生态系统需要持续维护和维护。车辆可能仍需使用直流快线和交流/NACS端口，感应端口则仅作为第三条路径。但BMS和带有可更新软件的充电ECU需要能够仲裁源。
加装时还需要考虑一些：
车辆动力学：额外的质量通常应放置在车辆较低且居中的位置，以减少撞击。
服务性：考虑更换可拆卸充电板和可接触的连接器;提供异物检测（FOD）的诊断。
选择充电板时的一些注意事项
轻型焊盘通常重约10–25公斤，包括线圈、铁氧体、屏蔽、外壳、线束），而功率更高的版本则趋于较重。将烟囱保持在腹盘下方<25至35毫米，通常能保留必要的间隙，并对空气动力学影响最小。
适用标准通常要求外来物体检测、活体保护、自动减额/关闭以及严格的杂散场限制。这不能最后加上，必须融入所有决策中。因此，垫片必须能承受石块撞击、水/盐雾和振动。封槽和垫圈设计需要特别注意。即使是路面污垢也会破坏耦合器，因此可能需要自我测试和自适应匹配来帮助保持效率。
有哪些适用的标准？
许多相关领域正在形成或存在标准。例如，在无线电力传输（WPT）领域，SAE J2954标准规定了不同车辆和充电板应如何通信和对齐。这为跨品牌兼容性和更可预测的充电体验铺平了道路。
国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）也合作制定WPT标准。例如，ISO 5474-4：2025 专门定义了车载设备的安全和互作性要求。
IEC 61980系列标准涵盖了电动汽车中WPT系统的一般要求，包括电气安全、效率、通信和电磁兼容性（EMC）。标准的不同部分针对特定组件或应用。
高功率WPT的IEC 61980-4
IEC 61980-5 关于动态 WPT（移动充电）
虽然SAE J3068标准专注于使用三相耦合器的导电充电，但它定义了能够影响更广泛电动汽车充电基础设施（包括电源管理系统）的数字通信和控制协议。
关于感应充电的最终思考
感应式路面充电现已可行，但成功依赖于包装、屏蔽、散热和控制的协同设计。新型电动车平台可以干净利落地整合，同时可以进行改装，但可能要做出更多妥协。车辆刹车片虽不算过重，但需要严格的安全性、密封和EMC工程，才能真正实现工艺级的“装配即忘”。
加入微信
获取电子行业最新资讯
搜索微信公众号：EEPW
或用微信扫描左侧二维码