电动汽车无线充电互操作效率测试评价方法简述

李 津， 李 川， 王朝晖， 赵凌霄

（中国汽车技术研究中心有限公司， 天津 300300）

近年来，随着电动汽车行业的快速发展，汽车智能化发展［1］，无人充电需求与日俱增，无线充电作为充电无人化的重要解决方案之一，技术发展快速。随着电动汽车的推广和充电基础设施的增加，电动汽车的用户更趋多元化，电动汽车无线充电技术和标准进展问题受到广泛关注。国内无线充电标准于2020年4月28日更新，并将于同年11月正式实施。包括其他已经立项的标准在内，无线充电标准体系已初步建立［2］。目前标准研究和互操作测试验证仍在进行中。研究建立统一的互操作测试方法可以规范化完成互操作测试内容，提高测试效率，为无线充电系统的发展和相关标准编写改进提供支持。

表1 电动汽车无线充电标准体系

1 无线充电相关标准简介

中国电动汽车无线充电标准体系如表1所示，包括了从通用要求到通信、EV限值、特殊要求等技术要求［3］。

2020年已发布的4份电动汽车无线充电系统国标GB/T 38775.1-2020、GB/T 38775.2-2020、GB/T 38775.3-2020、GB/T 38775.4-2020规定了电动汽车充电系统的主要技术指标和部分测试要求［4］。在此基础上，进行了无线充电系统初步互操作测试，实现了从技术标准到测试活动的转化，并根据试验结果逐步形成电动汽车无线充电互操作测试测评方法。

2 互操作测试方案

电动汽车的无线充电互操作测试，主要涉及无线充电系统中的原/副边设备和其他关键功率转换部件。基于无线充电通用要求和特殊要求的标准定义，互操作测试要求：①待测样品功率等级符合标准要求；②工作气隙相匹配；③采用相同的标称工作频率；④电路拓扑结构相兼容；⑤可调谐（可选）；⑥并能满足合理的系统效率和功率因数；⑦并符合EMC/EMF以及防护的相关要求，通信方式也相互兼容［5］。

对确定的待测无线充电原副边设备而言，电路拓扑结构和线圈参数固定，功率等级、标称工作频率范围确定，仅⑥系统效率、功率因数与⑦EMC/EMF以及防护的相关要求、通信方式兼容以上两部分需要在测试中实际测试并验证能否满足标准要求。

本论文仅针对系统频率、功率因数的效率测试系统和试验评价方式进行简述。

3 互操作测试系统

目前阶段已发布的国标中对测试系统未做详细要求，故可以参考SAE J2954标准中的相关要求。SAE J2954标准中对无线充电样品的功率传输性能测试提出了要求，并且对进行功率传输性能测试的设备也进行了配置预设和详细规定，试验使用的试验台可进行匹配和互操作测试，并兼容部件级和完整配置的车辆级测试［6］。SAE J2954试验台如图1所示。

图1 SAE J2954试验台

根据标准研究与设备调研结果，试验室为充分研究无线充电互操作过程中的样品效率与功率因数变化情况与性能，设计一套如图2所示的测试系统。

测试系统主要测量信息：交流输入侧电压值、电流值；直流输出侧电压值、电流值；车载端线圈与地面线圈相对坐标位置；车载线圈与地面线圈相对偏移角度、样品及异物表面温度等。

整个测试系统是通过自动化程控操作平台进行总控，通过各设备与平台进行RS232/485/WLAN等各种形式的通信，实时反馈当前信息，并根据测试要求变更状态，自动化操作平台控制整个测试的进展过程，并对电源/负载预设一定的保护，防止出现意外。

试验室共使用测试系统开展了多次无线充电互操作试验。试验能力可以覆盖当前国内所有无线充电标准的规定功能评价测试项目，同时也可以针对电动汽车充电过程中的各项关键参数和通信过程进行其他有针对性的测试。图3为试验设备与试验照片。

图2 设备结构图

图3 试验设备与试验照片

4 互操作测试测评方法

首先在样品完成对中后确定测试坐标系原点，并确定基于坐标轴的三轴方向偏移位移测试点。测试点确定后，使样品保持在额定输入、额定输出条件下，通过测试系统自动完成预设的位移，并记录数据，输出测试结果，再进行比较和判定。

4.1 坐标轴定义

描述原副边设备的三维坐标系如图4所示，X轴为车辆行驶方向，+X表示车辆前进行驶方向，Y轴为垂直于行驶方向，Z轴为高度。

4.2 互操作测试

额定输入、额定输出条件下，进行MF-WPT系统在对齐情况下以及X/Y轴方向偏移条件下的系统效率测试，X轴偏移-75mm至75mm范围 （每25mm调节一次），Y轴偏移-100mm至100mm范围（每25mm调节一次）。

图4 坐标系方向定义

无线充电系统分别运行在50%额定功率点、75%额定功率点、额定功率点下，测试偏移后系统的效率与功率因数。

判定要求参考GB/T 38775.3-2020电动汽车无线充电系统第3部分：特殊要求，系统效率在额定工作点上不低于85%，系统以额定功率输出时，在垂直方向和水平方向所有允许偏移条件下，系统效率应不低于80%［7］。

5 互操作测试结果

对不同生产厂家的样品A和样品B进行了互操作效率测试，样品参数见表2和表3，试验结果见图5。

表2 发射端样品参数

表3 接收端样品参数

效率范围82.59%～88.1%，满载效率最大值在传输距离175mm、输出电压320V测试中，Y偏移100mm、X偏移-50mm处；效率最小值在传输距离140mm、输出电压450V测试中，Y偏移0mm、X偏移0mm处。

相同传输距离下，输出电压等级越高，各偏移点效率越低，在标称电压等级下效率最高可达88.1%。

6 结论

无线充电标准体系初步建立［8］，进行互操作评价方法研究，有助于产业发展和行业进步，提升行业水平。在互操作效率测试中，测试样品可以完成偏移测试，效率可以满足标准要求。随着行业技术水平不断进步［9］，互操作测试内容不断完善，WPT产业发展即将迎来进一步发展。

图5 偏移效率测试