李 津， 李 川， 王朝暉， 趙凌霄

（中國汽車技術(shù)研究中心有限公司， 天津 300300）

近年來，隨著電動汽車行業(yè)的快速發(fā)展，汽車智能化發(fā)展［1］，無人充電需求與日俱增，無線充電作為充電無人化的重要解決方案之一，技術(shù)發(fā)展快速。隨著電動汽車的推廣和充電基礎(chǔ)設(shè)施的增加，電動汽車的用戶更趨多元化，電動汽車無線充電技術(shù)和標準進展問題受到廣泛關(guān)注。國內(nèi)無線充電標準于2020年4月28日更新，并將于同年11月正式實施。包括其他已經(jīng)立項的標準在內(nèi)，無線充電標準體系已初步建立［2］。目前標準研究和互操作測試驗證仍在進行中。研究建立統(tǒng)一的互操作測試方法可以規(guī)范化完成互操作測試內(nèi)容，提高測試效率，為無線充電系統(tǒng)的發(fā)展和相關(guān)標準編寫改進提供支持。

表1 電動汽車無線充電標準體系

1 無線充電相關(guān)標準簡介

中國電動汽車無線充電標準體系如表1所示，包括了從通用要求到通信、EV限值、特殊要求等技術(shù)要求［3］。

2020年已發(fā)布的4份電動汽車無線充電系統(tǒng)國標GB/T 38775.1-2020、GB/T 38775.2-2020、GB/T 38775.3-2020、GB/T 38775.4-2020規(guī)定了電動汽車充電系統(tǒng)的主要技術(shù)指標和部分測試要求［4］。在此基礎(chǔ)上，進行了無線充電系統(tǒng)初步互操作測試，實現(xiàn)了從技術(shù)標準到測試活動的轉(zhuǎn)化，并根據(jù)試驗結(jié)果逐步形成電動汽車無線充電互操作測試測評方法。

2 互操作測試方案

電動汽車的無線充電互操作測試，主要涉及無線充電系統(tǒng)中的原/副邊設(shè)備和其他關(guān)鍵功率轉(zhuǎn)換部件?；跓o線充電通用要求和特殊要求的標準定義，互操作測試要求：①待測樣品功率等級符合標準要求；②工作氣隙相匹配；③采用相同的標稱工作頻率；④電路拓撲結(jié)構(gòu)相兼容；⑤可調(diào)諧（可選）；⑥并能滿足合理的系統(tǒng)效率和功率因數(shù)；⑦并符合EMC/EMF以及防護的相關(guān)要求，通信方式也相互兼容［5］。

對確定的待測無線充電原副邊設(shè)備而言，電路拓撲結(jié)構(gòu)和線圈參數(shù)固定，功率等級、標稱工作頻率范圍確定，僅⑥系統(tǒng)效率、功率因數(shù)與⑦EMC/EMF以及防護的相關(guān)要求、通信方式兼容以上兩部分需要在測試中實際測試并驗證能否滿足標準要求。

本論文僅針對系統(tǒng)頻率、功率因數(shù)的效率測試系統(tǒng)和試驗評價方式進行簡述。

3 互操作測試系統(tǒng)

目前階段已發(fā)布的國標中對測試系統(tǒng)未做詳細要求，故可以參考SAE J2954標準中的相關(guān)要求。SAE J2954標準中對無線充電樣品的功率傳輸性能測試提出了要求，并且對進行功率傳輸性能測試的設(shè)備也進行了配置預(yù)設(shè)和詳細規(guī)定，試驗使用的試驗臺可進行匹配和互操作測試，并兼容部件級和完整配置的車輛級測試［6］。SAE J2954試驗臺如圖1所示。

圖1 SAE J2954試驗臺

根據(jù)標準研究與設(shè)備調(diào)研結(jié)果，試驗室為充分研究無線充電互操作過程中的樣品效率與功率因數(shù)變化情況與性能，設(shè)計一套如圖2所示的測試系統(tǒng)。

測試系統(tǒng)主要測量信息：交流輸入側(cè)電壓值、電流值；直流輸出側(cè)電壓值、電流值；車載端線圈與地面線圈相對坐標位置；車載線圈與地面線圈相對偏移角度、樣品及異物表面溫度等。

整個測試系統(tǒng)是通過自動化程控操作平臺進行總控，通過各設(shè)備與平臺進行RS232/485/WLAN等各種形式的通信，實時反饋當前信息，并根據(jù)測試要求變更狀態(tài)，自動化操作平臺控制整個測試的進展過程，并對電源/負載預(yù)設(shè)一定的保護，防止出現(xiàn)意外。

試驗室共使用測試系統(tǒng)開展了多次無線充電互操作試驗。試驗?zāi)芰梢愿采w當前國內(nèi)所有無線充電標準的規(guī)定功能評價測試項目，同時也可以針對電動汽車充電過程中的各項關(guān)鍵參數(shù)和通信過程進行其他有針對性的測試。圖3為試驗設(shè)備與試驗照片。

圖2 設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

圖3 試驗設(shè)備與試驗照片

4 互操作測試測評方法

首先在樣品完成對中后確定測試坐標系原點，并確定基于坐標軸的三軸方向偏移位移測試點。測試點確定后，使樣品保持在額定輸入、額定輸出條件下，通過測試系統(tǒng)自動完成預(yù)設(shè)的位移，并記錄數(shù)據(jù)，輸出測試結(jié)果，再進行比較和判定。

4.1 坐標軸定義

描述原副邊設(shè)備的三維坐標系如圖4所示，X軸為車輛行駛方向，+X表示車輛前進行駛方向，Y軸為垂直于行駛方向，Z軸為高度。

4.2 互操作測試

額定輸入、額定輸出條件下，進行MF-WPT系統(tǒng)在對齊情況下以及X/Y軸方向偏移條件下的系統(tǒng)效率測試，X軸偏移-75mm至75mm范圍 （每25mm調(diào)節(jié)一次），Y軸偏移-100mm至100mm范圍（每25mm調(diào)節(jié)一次）。

圖4 坐標系方向定義

無線充電系統(tǒng)分別運行在50%額定功率點、75%額定功率點、額定功率點下，測試偏移后系統(tǒng)的效率與功率因數(shù)。

判定要求參考GB/T 38775.3-2020電動汽車無線充電系統(tǒng)第3部分：特殊要求，系統(tǒng)效率在額定工作點上不低于85%，系統(tǒng)以額定功率輸出時，在垂直方向和水平方向所有允許偏移條件下，系統(tǒng)效率應(yīng)不低于80%［7］。

5 互操作測試結(jié)果

對不同生產(chǎn)廠家的樣品A和樣品B進行了互操作效率測試，樣品參數(shù)見表2和表3，試驗結(jié)果見圖5。

表2 發(fā)射端樣品參數(shù)

表3 接收端樣品參數(shù)

效率范圍82.59%～88.1%，滿載效率最大值在傳輸距離175mm、輸出電壓320V測試中，Y偏移100mm、X偏移-50mm處；效率最小值在傳輸距離140mm、輸出電壓450V測試中，Y偏移0mm、X偏移0mm處。

相同傳輸距離下，輸出電壓等級越高，各偏移點效率越低，在標稱電壓等級下效率最高可達88.1%。

6 結(jié)論

無線充電標準體系初步建立［8］，進行互操作評價方法研究，有助于產(chǎn)業(yè)發(fā)展和行業(yè)進步，提升行業(yè)水平。在互操作效率測試中，測試樣品可以完成偏移測試，效率可以滿足標準要求。隨著行業(yè)技術(shù)水平不斷進步［9］，互操作測試內(nèi)容不斷完善，WPT產(chǎn)業(yè)發(fā)展即將迎來進一步發(fā)展。

圖5 偏移效率測試