電動汽車無線充電互操作效率測試評價方法簡述

李 津， 李 川， 王朝暉， 趙凌霄

（中國汽車技術研究中心有限公司， 天津 300300）

近年來，隨著電動汽車行業的快速發展，汽車智能化發展［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，技術發展快速。隨著電動汽車的推廣和充電基礎設施的增加，電動汽車的用戶更趨多元化，電動汽車無線充電技術和標準進展問題受到廣泛關注。國內無線充電標準于2020年4月28日更新，并將于同年11月正式實施。包括其他已經立項的標準在內，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。研究建立統一的互操作測試方法可以規范化完成互操作測試內容，提高測試效率，為無線充電系統的發展和相關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、特殊要求等技術要求［3］。

2020年已發布的4份電動汽車無線充電系統國標GB/T 38775.1-2020、GB/T 38775.2-2020、GB/T 38775.3-2020、GB/T 38775.4-2020規定了電動汽車充電系統的主要技術指標和部分測試要求［4］。在此基礎上，進行了無線充電系統初步互操作測試，實現了從技術標準到測試活動的轉化，并根據試驗結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中的原/副邊設備和其他關鍵功率轉換部件?；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電路拓撲結構相兼容；⑤可調諧（可選）；⑥并能滿足合理的系統效率和功率因數；⑦并符合EMC/EMF以及防護的相關要求，通信方式也相互兼容［5］。

對確定的待測無線充電原副邊設備而言，電路拓撲結構和線圈參數固定，功率等級、標稱工作頻率范圍確定，僅⑥系統效率、功率因數與⑦EMC/EMF以及防護的相關要求、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。

本論文僅針對系統頻率、功率因數的效率測試系統和試驗評價方式進行簡述。

3 互操作測試系統

目前階段已發布的國標中對測試系統未做詳細要求，故可以參考SAE J2954標準中的相關要求。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備也進行了配置預設和詳細規定，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

根據標準研究與設備調研結果，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變化情況與性能，設計一套如圖2所示的測試系統。

測試系統主要測量信息：交流輸入側電壓值、電流值；直流輸出側電壓值、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。

整個測試系統是通過自動化程控操作平臺進行總控，通過各設備與平臺進行RS232/485/WLAN等各種形式的通信，實時反饋當前信息，并根據測試要求變更狀態，自動化操作平臺控制整個測試的進展過程，并對電源/負載預設一定的保護，防止出現意外。

試驗室共使用測試系統開展了多次無線充電互操作試驗。試驗能力可以覆蓋當前國內所有無線充電標準的規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鍵參數和通信過程進行其他有針對性的測試。圖3為試驗設備與試驗照片。

圖2 設備結構圖

圖3 試驗設備與試驗照片

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，通過測試系統自動完成預設的位移，并記錄數據，輸出測試結果，再進行比較和判定。

4.1 坐標軸定義

描述原副邊設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系統在對齊情況下以及X/Y軸方向偏移條件下的系統效率測試，X軸偏移-75mm至75mm范圍 （每25mm調節一次），Y軸偏移-100mm至100mm范圍（每25mm調節一次）。

圖4 坐標系方向定義

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

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

5 互操作測試結果

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

表2 發射端樣品參數

表3 接收端樣品參數

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，有助于產業發展和行業進步，提升行業水平。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。隨著行業技術水平不斷進步［9］，互操作測試內容不斷完善，WPT產業發展即將迎來進一步發展。

圖5 偏移效率測試