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(dòng)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(dòng)汽車的推廣和充電基礎(chǔ)設(shè)施的增加，電動(dòng)汽車的用戶更趨多元化，電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展問題受到廣泛關(guān)注。國內(nèi)無線充電標(biāo)準(zhǔn)于2020年4月28日更新，并將于同年11月正式實(shí)施。包括其他已經(jīng)立項(xiàng)的標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)，無線充電標(biāo)準(zhǔn)體系已初步建立［2］。目前標(biāo)準(zhǔn)研究和互操作測試驗(yàn)證仍在進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)編寫改進(jìn)提供支持。

表1 電動(dòng)汽車無線充電標(biāo)準(zhǔn)體系

1 無線充電相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)簡介

中國電動(dòng)汽車無線充電標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)國標(biāo)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(dòng)汽車充電系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)和部分測試要求［4］。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了無線充電系統(tǒng)初步互操作測試，實(shí)現(xiàn)了從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)到測試活動(dòng)的轉(zhuǎn)化，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果逐步形成電動(dòng)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(dòng)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(biāo)準(zhǔn)定義，互操作測試要求：①待測樣品功率等級符合標(biāo)準(zhǔn)要求；②工作氣隙相匹配；③采用相同的標(biāo)稱工作頻率；④電路拓?fù)浣Y(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(hù)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)和線圈參數(shù)固定，功率等級、標(biāo)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(hù)的相關(guān)要求、通信方式兼容以上兩部分需要在測試中實(shí)際測試并驗(yàn)證能否滿足標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)評價(jià)方式進(jìn)行簡述。

3 互操作測試系統(tǒng)

目前階段已發(fā)布的國標(biāo)中對測試系統(tǒng)未做詳細(xì)要求，故可以參考SAE J2954標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)要求。SAE J2954標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行功率傳輸性能測試的設(shè)備也進(jìn)行了配置預(yù)設(shè)和詳細(xì)規(guī)定，試驗(yàn)使用的試驗(yàn)臺(tái)可進(jìn)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(yàn)臺(tái)如圖1所示。

圖1 SAE J2954試驗(yàn)臺(tái)

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)研究與設(shè)備調(diào)研結(jié)果，試驗(yàn)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(jì)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(biāo)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(gè)測試系統(tǒng)是通過自動(dòng)化程控操作平臺(tái)進(jìn)行總控，通過各設(shè)備與平臺(tái)進(jìn)行RS232/485/WLAN等各種形式的通信，實(shí)時(shí)反饋當(dāng)前信息，并根據(jù)測試要求變更狀態(tài)，自動(dòng)化操作平臺(tái)控制整個(gè)測試的進(jìn)展過程，并對電源/負(fù)載預(yù)設(shè)一定的保護(hù)，防止出現(xiàn)意外。

試驗(yàn)室共使用測試系統(tǒng)開展了多次無線充電互操作試驗(yàn)。試驗(yàn)?zāi)芰梢愿采w當(dāng)前國內(nèi)所有無線充電標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定功能評價(jià)測試項(xiàng)目，同時(shí)也可以針對電動(dòng)汽車充電過程中的各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)和通信過程進(jìn)行其他有針對性的測試。圖3為試驗(yàn)設(shè)備與試驗(yàn)照片。

圖2 設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

圖3 試驗(yàn)設(shè)備與試驗(yàn)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(biāo)系原點(diǎn)，并確定基于坐標(biāo)軸的三軸方向偏移位移測試點(diǎn)。測試點(diǎn)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(dòng)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(jìn)行比較和判定。

4.1 坐標(biāo)軸定義

描述原副邊設(shè)備的三維坐標(biāo)系如圖4所示，X軸為車輛行駛方向，+X表示車輛前進(jìn)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(jìn)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(biāo)系方向定義

無線充電系統(tǒng)分別運(yùn)行在50%額定功率點(diǎn)、75%額定功率點(diǎn)、額定功率點(diǎn)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(dòng)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(diǎn)上不低于85%，系統(tǒng)以額定功率輸出時(shí)，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(jìn)行了互操作效率測試，樣品參數(shù)見表2和表3，試驗(yàn)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(diǎn)效率越低，在標(biāo)稱電壓等級下效率最高可達(dá)88.1%。

6 結(jié)論

無線充電標(biāo)準(zhǔn)體系初步建立［8］，進(jìn)行互操作評價(jià)方法研究，有助于產(chǎn)業(yè)發(fā)展和行業(yè)進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)要求。隨著行業(yè)技術(shù)水平不斷進(jìn)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(jìn)一步發(fā)展。

圖5 偏移效率測試