- 頭條互操作性評價新方法，加速電動汽車無線充電規模化應用2021-09-04 作者：張獻、白雪寧 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語針對電動汽車無線充電系統中相同電路補償拓撲、不同線圈結構之間的互操作性問題，天津工業大學電工電能新技術天津市重點實驗室的研究人員，通過分析影響系統傳輸功率和效率的關鍵參數，將系統間互操作性分為電氣互操作性和磁場互操作性，并從電氣互操作性的角度，定義了二端口電路阻抗接口，推導出阻抗接口ZGA和ZVA的表達式，提出了一種基于電路二端口阻抗來評價電動汽車無線充電系統不同線圈結構之間互操作性的新方法。
目前，電動汽車無線充電技術是電氣工程領域前沿熱點問題之一。電動汽車無線充電技術存在多方面問題，隨著研究的不斷深入，電動汽車無線充電系統間的互操作性問題日益突出。電動汽車無線充電互操作性是指任意供電設備和電動汽車之間可以在符合相關規范的基礎上，通過磁場以安全、高效的方式進行無線電力傳輸的能力。
在電動汽車無線充電系統中，存在多個方面的互操作性問題：不同電路拓撲之間、不同線圈類型之間、不同功率等級之間、不同距離等級之間、不同廠家產品之間等。互操作性是電動汽車無線充電實用化、規模化應用最為關鍵的環節，需要經過大量嚴謹的研究及測試數據，以保證國內外相關行業產品的技術路線能夠相互兼容、互聯互通，形成標準化規定，進而推動我國電動汽車無線充電產業的規模化應用進程。
據了解，不同廠家地面端設備和車載端設備的互操作性是實現無線充電商業化的關鍵問題之一。首先，電動汽車無線充電系統自身存在較多的分類，對于不同線圈、參數、拓撲的無線充電系統需提出互操作性要求，只有滿足了這些要求，地面設備才能夠給電動汽車進行無線充電；其次，電動汽車無線充電的商業化，使得該領域存在多個廠家的產品，但用戶關心的是否有合適的充電位為電動汽車進行無線充電，而不是哪個供應廠商的設備。
互操作性標準化是保證符合要求的任意地面設備可給任意車載設備提供安全、穩定的無線充電，因此推動電動汽車無線充電系統互操作性的實現至關重要。
國內外研究學者針對電動汽車無線充電系統的互操作性問題做了大量的研究工作：密歇根大學的J. C.White等研究了單極線圈和DD線圈之間的互操作性，他們得出單線圈與DD線圈之間的耦合系數與偏移、原副邊形狀、尺寸有關的結論；新西蘭奧克蘭大學的D. Thrimawithana提出了一種增大線圈偏移的混合系統，該系統使用LCL和CL諧振補償網絡，有效克服了線圈之間未對準所造成的不利影響，適用于靜止和動態無線充電；哈爾濱工業大學的朱春波教授團隊提出了一種自適應相位控制發射機，它可與不同的接收線圈互操作，可用于電動汽車無線充電。
針對電動汽車無線充電系統中相同電路補償拓撲、不同線圈結構之間的互操作性問題，天津工業大學電工電能新技術天津市重點實驗室的研究人員，通過分析影響系統傳輸功率和效率的關鍵參數，將系統間互操作性分為電氣互操作性和磁場互操作性，并從電氣互操作性的角度，定義了二端口電路阻抗接口，推導出阻抗接口ZGA和ZVA的表達式，提出了一種基于電路二端口阻抗來評價電動汽車無線充電系統不同線圈結構之間互操作性的新方法。
圖1 電動汽車無線充電互操作性實驗系統
據介紹，該方法需要設計參考的地面端和車載端設備，并給出參考的阻抗區域，這樣不同無線充電汽車廠家產品之間的互操作性問題就變成了不同車載端設備與參考地面端設備之間的互操作性問題。檢測該車載端設備與參考地面端設備耦合后產生的阻抗區域是否全部落在參考區域內，如果是，便驗證了兩者之間的互操作能力。
具體實施方法：雙邊串聯諧振式無線充電系統，方形-方形線圈組合作為參考地面端設備，根據理論推導得出參考阻抗區域ZGA，然后分別將相同規格的圓形、DD型線圈與該方形線圈耦合得到相應的阻抗區域，并將這兩個阻抗區域與參考阻抗區域進行對比，得出兩者之間的公共部分，基于兩者的公共部分定義了一個用于評價系統間互操作性的參數，該參數將重合區域的點數作為標準來評價不同結構耦合線圈之間的互操作性。
在此基礎上，他們對比了方形、圓形、DD型線圈之間的互操作性，通過仿真和實驗相結合的方法，驗證了所提出的用于評價相同電路補償拓撲不同結構耦合線圈間互操作性方法的正確性，為互操作性研究工作的推進提供了參考。
值得注意的是，該方法構建了電動汽車無線充電系統互操作性實驗平臺，為電動汽車無線充電系統不同結構線圈間互操作的研究提供了參考。
本文編自2020年第19期《電工技術學報》，論文標題為“電動汽車無線充電系統不同結構線圈間互操作性評價方法研究”，作者為張獻、白雪寧 等。
