《IEEE Electrification Magazine》：IEEE Transportation Electrification Council Student Design Competition: Empowering the next generation [TEC Students Competitions Column]
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学生活动是运输电气化委员会（Transportation Electrification Council, TEC）发展的重要支柱。过去十年中，研究人员基于“项目式竞赛可激发学生好奇心与创新能力”的理念，举办了六届电气化交通竞赛。该倡议同时面向本科生和研究生，
学生活动是运输电气化委员会（Transportation Electrification Council, TEC）发展的重要支柱。过去十年中，研究人员基于“项目式竞赛可激发学生好奇心与创新能力”的理念，举办了六届电气化交通竞赛。该倡议同时面向本科生和研究生，灵活的团队结构可容纳学生、导师或联合协作。历届竞赛收到了涵盖飞行器、船舶、道路车辆及单个系统组件的广泛设计投稿。参赛者凭借自信的展示和富有表现力的技术演示，时常令委员会印象深刻。本文精选了其中若干代表作品，用以说明学生在探索电气化出行领域时所展现的独特设计方法和全新视角。
**IEEE运输电气化委员会学生设计竞赛：十年创新育人实践解读**
电气化交通是二十一世纪发展最快的技术领域之一，其应用已覆盖电动汽车（electric vehicle, EV）、船舶、列车、飞行器、混合动力平台及多种先进运输系统。电力电子是实现这一革命的核心技术，在过去几十年中为绿色能源发电、EV驱动系统、功率变换、先进作动与现代超级电网等作出了重大贡献。为培养下一代工程人才，运输电气化委员会（Transportation Electrification Council, TEC）于2015年发起学生设计竞赛，此后于2017、2020、2022、2024及2025年相继成功举办，最新一届于2026年5月落幕。竞赛面向本科生和研究生，采用灵活团队结构，支持学生、导师或联合协作。当前主要问题包括：如何设计公平的评价体系以比较整车与关键部件的异质性设计方案，以及如何通过竞赛真正激发学生的创新潜力。本文基于十年竞赛历程，总结了竞赛模式的演变、评审标准以及优秀获奖作品的设计特色，以展示学生设计的独特方法。
研究人员回顾了竞赛发展历史，指出现代竞赛形式为参赛团队提交综合设计文档并配以视频演示，而早期则与学术会议结合进行现场答辩。评审由国际专家小组按照四个核心支柱进行，其中创新性权重最大，体现了委员会对首创性思维的重视。研究选取了七个代表性获奖项目，覆盖电池管理、电机设计、储能系统、车载充电控制、动态无线充电、车身集成超级电容与电动地效飞行器，展示了多样化的技术路线。该竞赛作为育人平台，其组织与评价体系可概括为：早期采用设计论文投稿加会议现场展示；现代采用综合设计文档与视频演示。评审框架依托四个核心支柱，创新权重更高。参赛作品涵盖完整车辆与关键部件两类。上述设计均来自历届竞赛真实投稿，无队列样本来源。
**Battery Management System**：该项目提出一种基于原位超声监测和扩展卡尔曼滤波（extended Kalman filtering, EKF）的电池健康监测系统，采用超声信号经验模态分解-扩展卡尔曼滤波（USED-EKF）算法，基于Biot理论处理超声回波幅值与飞行时间。系统首次实现同时完成高精度荷电状态（state of charge, SoC）估计与过充电池声强彩色映射直接诊断，实验表明其准确性和稳定性良好。
**Hairpin Winding Permanent Magnet Machine**：该设计提出用于乘用EV的n层发卡绕组永磁电机，采用48槽8极结构，最高转速18,000 r/min。七层设计示例经实验验证，峰值功率113 kW、峰值转矩138 Nm，绕组温度稳定在约85 °C，与理论预测一致。
**Energy Storage Using Retired Batteries**：针对退役EV电池健康状态不一致问题，提出动态可重构电池网络（dynamic reconfigurable battery network, DRBN），利用实时运行数据、能量数字化和面向时间的电池管理，优化SoC均衡、电压均衡与热管理。结果表明该系统显著提升模块一致性，实现退役电池高效再利用。
**Virtual Synchronous Machine Control for Onboard Chargers**：提出用于EV车载充电机的分布式架构和虚拟同步机（virtual synchronous machine, VSM）控制。该设计采用电池组多并联结构，每条并联路径配备独立变换器，通过VSM惯性特性稳定直流母线电压，抑制电网功率扰动，提高故障容错并减小并联支路环流。在630–770 V直流母线电压范围内得到验证。
**Dynamic Wireless Charging for Vehicles**：针对EV动态无线充电中的耦合跟踪与控制难题，提出三发射端对单接收端的简化补偿耦合器，采用串-串LC谐振补偿，通过实时输出电流电压提取互感。发射端50%物理重叠，20 kHz工作频率下实现20 cm动态充电距离，传输效率高，整体耦合性能提升5%。
**Super-Capacitor Body Interaction**：该概念将超级电容直接集成于车身结构面板，将储能与车辆物理封装融合，减小储能系统体积和质量，利用超级电容高功率密度实现快速充放电，支持瞬时功率峰值和快速加速，为EV底盘设计提供全新范式。
**Urban Air Transport**：该作品为电池电动气动运输地效飞行器（Battery-Electric Aerodynamic Transit Wing-in-Ground-effect, BATWinG），用于沿海高密度走廊的公共交通，具有15 m翼展、–10°前掠、51 m
2翼面积和双尾梁布局。利用高压气垫，标准条件下11 s可达到25 m/s起飞速度，并可泊入U形泊位快速换电，为未来城市沿海交通提供高效蓝图。
讨论指出，参赛作品展现出远超常规学术练习的工程成熟度与问题解决能力，体现了优化的设计、细致的参数提取和对实际部署的清晰愿景。竞赛旨在触发学生主动参与，让他们以自身方式诠释复杂电气系统。研究结论认为，竞赛为未来工程师与TEC之间架起关键桥梁，通过超越传统课堂的实践，使参与者获得电气化交通领域的动手经验，激发职业热情，并为社会培养高技能劳动力。未来，委员会计划扩大竞赛覆盖范围，吸引更多成员、学生和工程师，以应对智能城市、自主机器人、车到网（vehicle-to-grid, V2G）系统和互联车辆等新兴领域，持续推动包容、动态的创新环境与跨学科协作。
