受今年的氣候變化影響，世界范圍內(nèi)的加速推動(dòng)CO2 減排，已實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保。在節(jié)能減排的政策推動(dòng)下，電動(dòng)汽車（EV）和插電式混合動(dòng)力汽車（PHEV）等，作為2050年汽車電動(dòng)化已被至于汽車工業(yè)發(fā)展的重要地位。國(guó)內(nèi)提出二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，爭(zhēng)取在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，EV和PHEV需要加速普及。目前作為 EV和PHEV普及面臨的主要需要解決問(wèn)題包括3個(gè)方面，降低汽車成本、提升續(xù)航里程、改善充電便利性。在減低成本方面，EV、PHEV的成本中半數(shù)以上來(lái)自于電池，排除創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展的影響，降低電池成本無(wú)疑會(huì)對(duì)電池容量產(chǎn)生或多或少的影響。所以，為了延長(zhǎng)EV續(xù)航里程，從電機(jī)逆變器效率提升，電池能量密度提升，搭載電池容量增加等方面，持續(xù)性的進(jìn)行探索和測(cè)試。如果EV在行駛路途中可以進(jìn)行充電，EV搭載的電池容量就可以很好的得到控制，整車成本也就能得到控制，與此同時(shí)續(xù)航里程的延長(zhǎng)也得到了解決。因此，高速公路服務(wù)區(qū)內(nèi)的快速充電服務(wù)的需求非常迫切。

為了提高充電便利性實(shí)現(xiàn)快速充電，如果充電過(guò)程中不使用充電插頭和充電線纜，充電操作將變得非常簡(jiǎn)單。實(shí)現(xiàn)這種充電方式的方案之一，就是利用無(wú)線充電技術(shù)（WPT）來(lái)實(shí)現(xiàn)。無(wú)線充電技術(shù)目前在手機(jī)產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟，在車輛領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)也在不斷發(fā)展。在不久的將來(lái)，我們把車停在車位上就能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)充電，甚至在車輛行駛過(guò)程中也能通過(guò)路面下的無(wú)線充電設(shè)備進(jìn)行充電，這些都將是可以實(shí)現(xiàn)的。新能源汽車的WPT，主要采用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)線圈進(jìn)行能量耦合實(shí)現(xiàn)能量的傳遞。

圖 1  EV無(wú)線充電示意圖

針對(duì)應(yīng)用電磁感應(yīng)原理WPT系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)測(cè)試規(guī)范IEC 61980已經(jīng)發(fā)布，面向?qū)嵱眯缘臏y(cè)試驗(yàn)證環(huán)境也在逐漸被構(gòu)建?；谏鲜鰬?yīng)用背景，下面給大家介紹一下WPT測(cè)試驗(yàn)證環(huán)境的構(gòu)建。

WPT測(cè)試驗(yàn)證設(shè)備包括主要互換性安全性測(cè)評(píng)價(jià)裝置、行駛中充電模擬試驗(yàn)裝置?；Q性安全性測(cè)評(píng)價(jià)裝置是主要針對(duì)車輛駐車狀態(tài)下WPT的測(cè)試環(huán)境，行駛中充電模擬試驗(yàn)裝置是主要針對(duì)車輛行駛狀態(tài)下WPT的測(cè)試環(huán)境。由于WPT的基本原理是基于電磁場(chǎng)感應(yīng)實(shí)現(xiàn)的，測(cè)試過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生電磁波，為了避免外界環(huán)境引入電磁波噪聲對(duì)電磁波的干擾，所有測(cè)試裝置都需要安置于大型的電磁波屏蔽暗室內(nèi)，同時(shí)為了對(duì)電磁波進(jìn)行數(shù)據(jù)化測(cè)量，系統(tǒng)中還配置了電磁波探測(cè)儀。

1. 電磁波屏蔽暗室

在WPT工作過(guò)程中，會(huì)發(fā)生一部分電能量以電磁波的形式被放射到空間內(nèi)。參考IEC 61980作為基準(zhǔn)，WPT系統(tǒng)使用85kHz的頻率進(jìn)行電能量傳輸，輸出功率在50w以上的時(shí)候，不能發(fā)生超出電波法的規(guī)制值的情況。WPT過(guò)程中的放射的電磁波，也需要考慮因電磁感應(yīng)線圈的形狀和車輛搭載位置而產(chǎn)生差異。綜合考慮，作為WPT的測(cè)試系統(tǒng)組件，可以滿足車輛停放的大型電磁波屏蔽暗室構(gòu)建環(huán)境的基礎(chǔ)。尺寸方面建議使用長(zhǎng)寬高為10m*10m*5m的空間，為了便于車輛進(jìn)出，門(mén)的寬高尺寸不小于2.8m*2.8m，這樣一些輕卡車型也能進(jìn)入環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試。電磁波屏蔽暗室內(nèi)部地面b需要采用無(wú)鋼筋的混凝土澆筑，地面以下深度25cm的位置進(jìn)行屏蔽層的鋪設(shè)。這樣的布置即便WPT系統(tǒng)的地面上的電磁感應(yīng)線圈裝置，直接配置于電磁波屏蔽暗室內(nèi)部地面表面，也可以避免線圈和屏蔽層發(fā)生相互作用。同時(shí)室內(nèi)需布置排煙設(shè)備，用于PHEV車輛的尾氣收集排放。

圖 2   電磁波屏蔽暗室示意圖

2. 互換性安全性評(píng)價(jià)裝置

IEC 61980中規(guī)定根據(jù)WPT地面到車輛側(cè)電磁感應(yīng)線圈的高度（垂直z方向）進(jìn)行分級(jí)，在此基礎(chǔ)上對(duì)水平方向（x、y方向）的位置偏差對(duì)電力傳輸效率的影響進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)。可以看出，標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)電力傳輸效率對(duì)設(shè)備相對(duì)位置的依存性的測(cè)試評(píng)價(jià)非常重視?；Q性安全性評(píng)價(jià)裝置是，通過(guò)模擬地面?zhèn)群蛙囕v側(cè)電磁感應(yīng)線圈裝置之間的相對(duì)位置變化，對(duì)駐車WPT系統(tǒng)的結(jié)合系數(shù)和傳輸電量進(jìn)行測(cè)定的測(cè)試評(píng)價(jià)設(shè)備?；Q性安全性評(píng)價(jià)裝置由三部分組成，分別是搭載電磁感應(yīng)線圈的載臺(tái)單元、搭載測(cè)量設(shè)備的測(cè)量單元、用于控制測(cè)量部分和載臺(tái)部分的系統(tǒng)控制單元。

載臺(tái)單元中，地面?zhèn)入姶鸥袘?yīng)線圈裝置固定在xyz載臺(tái)上，車輛側(cè)電磁感應(yīng)線圈裝置固定在xyz載臺(tái)上方位置的框架上。這樣地面?zhèn)入姶鸥袘?yīng)線圈裝置在xyz載臺(tái)的帶動(dòng)下，可以完成XYZ三方向的位置變化，從而實(shí)現(xiàn)電磁感應(yīng)線圈之間的相對(duì)位置變化。

測(cè)量單元主要由測(cè)試測(cè)量設(shè)備組成，主要包括電流表、電壓表、數(shù)據(jù)記錄儀、紅外熱成像攝像頭、光纖溫度計(jì)、磁場(chǎng)測(cè)量?jī)x、電磁場(chǎng)測(cè)量?jī)x、示波器、LCR表、CAN通信板塊等組件。除此之外，大容量交流/直流穩(wěn)定電壓與高電壓大容量直流電子負(fù)載裝置，支持了WPT系統(tǒng)供電電源和電子負(fù)載的設(shè)備基礎(chǔ)。

圖 3   xyz載臺(tái)示意圖

控制單元主要由系統(tǒng)工控機(jī)和測(cè)試數(shù)據(jù)顯示監(jiān)控組成，工控機(jī)可以控制測(cè)量單元的各種測(cè)試設(shè)備，可以通過(guò)對(duì)xyz載臺(tái)的控制，實(shí)現(xiàn)x、y、z坐標(biāo)方向的變化，也可以通過(guò)z軸保持，xy坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)磁感應(yīng)線圈結(jié)合系數(shù)的測(cè)試評(píng)價(jià)。

3. 電磁波探測(cè)儀

WPT是基于電磁感應(yīng)進(jìn)行電量傳輸?shù)?，電磁?chǎng)也是在感應(yīng)線圈附近存在。IEC 61980中要求，感應(yīng)線圈之間、車輛正面、側(cè)面、背面的電磁場(chǎng)，需要符合國(guó)際非電離輻射防護(hù)委員會(huì)（ICNIRP）要求的最低限值。利用電磁波探測(cè)儀可以進(jìn)行電磁波密度的探測(cè)，可以對(duì)感應(yīng)線圈之間、車輛正面、側(cè)面、背面的電磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行量化測(cè)試。

圖 4   電磁波探測(cè)儀示意圖

4. 行駛中充電模擬試驗(yàn)裝置

根據(jù)車輛行駛過(guò)程中的WPT和車輛駐車時(shí)WPT存在差異，車兩側(cè)的磁感線圈需要在地面上的多個(gè)磁感線圈上連續(xù)移動(dòng)，測(cè)試設(shè)備的短周期時(shí)間控制，以及設(shè)備中需要布置多個(gè)地面上的磁感線圈，這些相關(guān)的設(shè)計(jì)是測(cè)試系統(tǒng)需要重點(diǎn)開(kāi)發(fā)的部分。因此，行駛中WPT系統(tǒng)的測(cè)試研究開(kāi)發(fā)是，高再現(xiàn)性的電池感應(yīng)線圈走行狀態(tài)模擬測(cè)試系統(tǒng)中必備的測(cè)試環(huán)境。這個(gè)裝置由兩部分組成，地面?zhèn)鹊碾姶鸥袘?yīng)線圈放置在一個(gè)基臺(tái)上，車輛側(cè)的電磁感應(yīng)線圈固定在夾具上，吊裝在一個(gè)滑軌上。車輛側(cè)電磁感應(yīng)線圈可以沿滑軌進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)行駛過(guò)程中無(wú)線充電的狀態(tài)。因?yàn)檫@個(gè)環(huán)境屬于半實(shí)物仿真構(gòu)造，所以空間越大，模擬仿真效果越接近真實(shí)場(chǎng)景。

圖 5   行駛中充電模擬試驗(yàn)裝置示意圖

總結(jié)：駐車和行車的無(wú)線充電都可以應(yīng)用無(wú)線充電功能測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)，完整的系統(tǒng)配置在擁有電磁波探測(cè)儀的電磁波屏蔽暗室內(nèi)部。同時(shí)電磁波屏蔽暗室具備很高的屏蔽性，也可進(jìn)行更多的無(wú)線充電相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工作。此次介紹的無(wú)線充電測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)建方法作為一種基礎(chǔ)測(cè)試系統(tǒng)平臺(tái)，可以應(yīng)用到機(jī)構(gòu)技術(shù)研究、供應(yīng)商產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)制定驗(yàn)證等多個(gè)領(lǐng)域，同時(shí)助力無(wú)線充電技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。