在歐洲和美國的一些工業環境中，正在測試通過嵌入路面的電力源進行車輛充電。愛好者們認為這是解決續航焦慮和充電站煩惱的終極良方。假設全球標準出現，使道路和車輛廣泛兼容，那么新車和改裝車的設計都面臨一些普遍挑戰。

以下是一些實用的概念，以應對主要的設計挑戰。

車輛和充電系統如何保持同步？

隨著電動汽車逐漸接近無線路邊充電，工程師們面臨一個出人意料的現實問題：如何讓一切保持整齊。即使在停車時充電，路面上的充電線圈與車底線圈之間的細微錯位也會降低效率、浪費能量并引發不必要的熱量積累。稍微往前或偏一邊幾英寸，會大幅影響動力傳遞。

左右方向（橫向）和縱向（前后）的錯位主要有兩個方向，可能會帶來不同的后果。在這兩者中，后者對人類司機來說更難控制。位置不佳意味著磁耦合較弱，效率降低，有時線圈內部會產生過熱。

當然，汽車制造商和研究人員正在測試能夠將汽車幾乎完美地停在充電板上方的自動停車系統，而另一些則開發基于視覺的檢測系統，利用攝像頭或傳感器自動引導車輛或充電板進行定位。

與此同時，線圈工程師正在嘗試新的形狀和幾何形狀。矩形線圈對前后錯位的容忍度更高，而圓形線圈則更優雅地處理旋轉位移。

在動態充電時，問題更復雜——即汽車在充電時行駛——因為線圈必須在車輛行駛時保持對齊。這項任務要求嚴格同步、快速定位，以及司機幾乎不可能實現的精確度。

當然，一般來說，功率傳輸取決于線圈尺寸、間隙和對準。這些問題在任何設計選擇中都必須優先考慮。此外，目前看來，典型系統運行頻率接近85 kHz，名義氣隙為~120到200毫米。車輛的離地高度、制動時的傾斜和輪胎磨損都會影響線圈運動，因此任何設計都需要設想磁性“孔徑”和控制系統，以容忍錯位而不產生大幅效率下降。

屏蔽、電磁干擾/電磁干擾和熱管理

對準問題隨后引出對感應安全的擔憂。雜射場必須達到人體暴露限制，不能加熱附近的金屬。這通常需要考慮和評估鐵氧體瓦片、鋁/銅屏蔽，可能還要進行主動磁場整形，同時還要嚴格的電磁兼容（EMC），以避免擾亂ABS、TPMS、無鑰匙進入、磁力計或低頻ADAS傳感器。

線圈、鐵氧體、匹配網絡和整流器的損耗會產生熱量，帶來新的熱管理挑戰。車輛充電墊通常需要導通到底盤，有時還需要液體微回路，功率更高。與此同時，路面模塊在防風雨和減少熱量擴散到路面方面也存在自身問題。

感應系統的機械封裝挑戰

原則上，感應充電看起來很簡單。但實際上，即使是機械安裝和安裝也帶來了一長串挑戰。例如，墊子必須能進入底盤壓碎區。千斤頂點必須被考慮并做到“愚蠢防范”，因為選錯千斤頂點可能比單純變形鈑金更嚴重。剎車墊需要與空氣動力托盤集成，且最低限度降低離地間隙。

當然，新車輛設計可能會在底盤中設計淺腔，以容納充電板和高壓導體的布線。然而，改裝可能需要配備低矮的附加“雪橇”，配備堅固的附件系統和故障保護。

電力電子設備和控制設備需要如何適應感應充電？

直流鏈路集成是另一個大話題，包含接觸器策略等子類別。接觸器對于管理充電基礎設施與車輛之間的連接至關重要。它們可以設計成支持不同的充電標準和電壓。

這也引出了BMS的協調，如預充電和隔離監測，以確保外部且可能不穩定的外部充電帶來的變量不會對單個電池單元或整個電池組造成過大影響。

為了支持這些流程，你還需要無線充電通信，如ISO-15118-20，這是電動車與充電站之間通信的國際標準。該標準規定了網絡層和應用層的需求，并支持無線充電和雙向電力傳輸。它可用于支持身份驗證、計費和功率級協商，以及諸如異物檢測（FOD）等安全功能。

還必須支持不同充電系統之間的互作性和切換。隨著車輛行駛，各段必須無縫傳遞動力。這正是用戶的期望，也是確保運行順暢、減少零件負擔的必要條件。

為此，車輛必須預測、鎖定并跟蹤充電線圈，同時調節電流，以避免直流連桿紋動或傳動系統扭矩干擾。不用說，所有這些目標和系統相互作用，增加了工程上的挑戰。

新建和感應改造有什么區別？

設計和制造一款用于路邊充電的電動車，尤其是在行駛中高速時，對工程師來說無疑是最好的選擇。這為將線圈集成到底盤、設計負載硬點、安全布線高壓線路，以及與全車團隊共同設計氣動防護罩和熱路徑提供了機會。額外的好處包括可以考慮“調?！睉覓爝\動學和目標車身高度，以實現最佳聯結。

毫不意外，改裝是一個更具挑戰性的問題。在中心線附近找到空間可能比較困難，因為那里是放置線圈的絕佳空間。改裝還意味著在安裝甚至加固車輛部件以承受不同或新機械載荷時面臨挑戰。

該框圖展示了基于福特最近獲得的一項專利[美國專利號11,999,252 B2]，用于優化感應充電的車輛組件。該圖很好地展示了感應充電的復雜性。

其他挑戰包括如何重新布線高壓（HV）電纜、加固、布線高壓電纜、認證抗撞能力、應用并符合IP67/69K入侵防護指導、耐腐蝕性以及對電磁干擾的影響。尤其是改裝設計的后果是，邊走充電可能會帶來重量上的損失。

由于航行中充電將逐步引入，現有充電生態系統需要持續維護和維護。車輛可能仍需使用直流快線和交流/NACS端口，感應端口則僅作為第三條路徑。但BMS和帶有可更新軟件的充電ECU需要能夠仲裁源。

加裝時還需要考慮一些：

• 車輛動力學：額外的質量通常應放置在車輛較低且居中的位置，以減少撞擊。

• 服務性：考慮更換可拆卸充電板和可接觸的連接器;提供異物檢測（FOD）的診斷。

選擇充電板時的一些注意事項

輕型焊盤通常重約10–25公斤，包括線圈、鐵氧體、屏蔽、外殼、線束），而功率更高的版本則趨于較重。將煙囪保持在腹盤下方<25至35毫米，通常能保留必要的間隙，并對空氣動力學影響最小。

適用標準通常要求外來物體檢測、活體保護、自動減額/關閉以及嚴格的雜散場限制。這不能最后加上，必須融入所有決策中。因此，墊片必須能承受石塊撞擊、水/鹽霧和振動。封槽和墊圈設計需要特別注意。即使是路面污垢也會破壞耦合器，因此可能需要自我測試和自適應匹配來幫助保持效率。

有哪些適用的標準？

許多相關領域正在形成或存在標準。例如，在無線電力傳輸（WPT）領域，SAE J2954標準規定了不同車輛和充電板應如何通信和對齊。這為跨品牌兼容性和更可預測的充電體驗鋪平了道路。

國際標準化組織（ISO）和國際電工委員會（IEC）也合作制定WPT標準。例如，ISO 5474-4：2025 專門定義了車載設備的安全和互作性要求。

IEC 61980系列標準涵蓋了電動汽車中WPT系統的一般要求，包括電氣安全、效率、通信和電磁兼容性（EMC）。標準的不同部分針對特定組件或應用。

• 高功率WPT的IEC 61980-4

• IEC 61980-5 關于動態 WPT（移動充電）

雖然SAE J3068標準專注于使用三相耦合器的導電充電，但它定義了能夠影響更廣泛電動汽車充電基礎設施（包括電源管理系統）的數字通信和控制協議。

關于感應充電的最終思考

感應式路面充電現已可行，但成功依賴于包裝、屏蔽、散熱和控制的協同設計。新型電動車平臺可以干凈利落地整合，同時可以進行改裝，但可能要做出更多妥協。車輛剎車片雖不算過重，但需要嚴格的安全性、密封和EMC工程，才能真正實現工藝級的“裝配即忘”。