受今年的氣候變化影響，世界范圍內(nèi)的加速推動CO2 減排，已實現(xiàn)低碳環(huán)保。在節(jié)能減排的政策推動下，電動汽車（EV）和插電式混合動力汽車（PHEV）等，作為2050年汽車電動化已被至于汽車工業(yè)發(fā)展的重要地位。國內(nèi)提出二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，爭取在2060年前實現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，為了實現(xiàn)這個目標(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題包括3個方面，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，降低電池成本無疑會對電池容量產(chǎn)生或多或少的影響。所以，為了延長EV續(xù)航里程，從電機逆變器效率提升，電池能量密度提升，搭載電池容量增加等方面，持續(xù)性的進行探索和測試。如果EV在行駛路途中可以進行充電，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，與此同時續(xù)航里程的延長也得到了解決。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現(xiàn)快速充電，如果充電過程中不使用充電插頭和充電線纜，充電操作將變得非常簡單。實現(xiàn)這種充電方式的方案之一，就是利用無線充電技術(shù)（WPT）來實現(xiàn)。無線充電技術(shù)目前在手機產(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，我們把車停在車位上就能實現(xiàn)自動充電，甚至在車輛行駛過程中也能通過路面下的無線充電設(shè)備進行充電，這些都將是可以實現(xiàn)的。新能源汽車的WPT，主要采用電磁感應(yīng)原理進行開發(fā)實現(xiàn)的，通過線圈進行能量耦合實現(xiàn)能量的傳遞。

圖 1  EV無線充電示意圖

針對應(yīng)用電磁感應(yīng)原理WPT系統(tǒng)，實驗測試規(guī)范IEC 61980已經(jīng)發(fā)布，面向?qū)嵱眯缘臏y試驗證環(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測試驗證環(huán)境的構(gòu)建。

WPT測試驗證設(shè)備包括主要互換性安全性測評價裝置、行駛中充電模擬試驗裝置?；Q性安全性測評價裝置是主要針對車輛駐車狀態(tài)下WPT的測試環(huán)境，行駛中充電模擬試驗裝置是主要針對車輛行駛狀態(tài)下WPT的測試環(huán)境。由于WPT的基本原理是基于電磁場感應(yīng)實現(xiàn)的，測試過程中會產(chǎn)生電磁波，為了避免外界環(huán)境引入電磁波噪聲對電磁波的干擾，所有測試裝置都需要安置于大型的電磁波屏蔽暗室內(nèi)，同時為了對電磁波進行數(shù)據(jù)化測量，系統(tǒng)中還配置了電磁波探測儀。

1. 電磁波屏蔽暗室

在WPT工作過程中，會發(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的頻率進行電能量傳輸，輸出功率在50w以上的時候，不能發(fā)生超出電波法的規(guī)制值的情況。WPT過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寬高為10m*10m*5m的空間，為了便于車輛進出，門的寬高尺寸不小于2.8m*2.8m，這樣一些輕卡車型也能進入環(huán)境中進行測試。電磁波屏蔽暗室內(nèi)部地面b需要采用無鋼筋的混凝土澆筑，地面以下深度25cm的位置進行屏蔽層的鋪設(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. 互換性安全性評價裝置

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）進行分級，在此基礎(chǔ)上對水平方向（x、y方向）的位置偏差對電力傳輸效率的影響進行測試評價?？梢钥闯?，標(biāo)準(zhǔn)針對電力傳輸效率對設(shè)備相對位置的依存性的測試評價非常重視。互換性安全性評價裝置是，通過模擬地面?zhèn)群蛙囕v側(cè)電磁感應(yīng)線圈裝置之間的相對位置變化，對駐車WPT系統(tǒng)的結(jié)合系數(shù)和傳輸電量進行測定的測試評價設(shè)備。互換性安全性評價裝置由三部分組成，分別是搭載電磁感應(yīng)線圈的載臺單元、搭載測量設(shè)備的測量單元、用于控制測量部分和載臺部分的系統(tǒng)控制單元。

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

測量單元主要由測試測量設(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、磁場測量儀、電磁場測量儀、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載臺示意圖

控制單元主要由系統(tǒng)工控機和測試數(shù)據(jù)顯示監(jiān)控組成，工控機可以控制測量單元的各種測試設(shè)備，可以通過對xyz載臺的控制，實現(xiàn)x、y、z坐標(biāo)方向的變化，也可以通過z軸保持，xy坐標(biāo)變換實現(xiàn)磁感應(yīng)線圈結(jié)合系數(shù)的測試評價。

3. 電磁波探測儀

WPT是基于電磁感應(yīng)進行電量傳輸?shù)?，電磁場也是在感?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，需要符合國際非電離輻射防護委員會（ICNIRP）要求的最低限值。利用電磁波探測儀可以進行電磁波密度的探測，可以對感應(yīng)線圈之間、車輛正面、側(cè)面、背面的電磁場強度進行量化測試。

圖 4   電磁波探測儀示意圖

4. 行駛中充電模擬試驗裝置

根據(jù)車輛行駛過程中的WPT和車輛駐車時WPT存在差異，車兩側(cè)的磁感線圈需要在地面上的多個磁感線圈上連續(xù)移動，測試設(shè)備的短周期時間控制，以及設(shè)備中需要布置多個地面上的磁感線圈，這些相關(guān)的設(shè)計是測試系統(tǒng)需要重點開發(fā)的部分。因此，行駛中WPT系統(tǒng)的測試研究開發(fā)是，高再現(xiàn)性的電池感應(yīng)線圈走行狀態(tài)模擬測試系統(tǒng)中必備的測試環(huán)境。這個裝置由兩部分組成，地面?zhèn)鹊碾姶鸥袘?yīng)線圈放置在一個基臺上，車輛側(cè)的電磁感應(yīng)線圈固定在夾具上，吊裝在一個滑軌上。車輛側(cè)電磁感應(yīng)線圈可以沿滑軌進行運動，從而實現(xiàn)行駛過程中無線充電的狀態(tài)。因為這個環(huán)境屬于半實物仿真構(gòu)造，所以空間越大，模擬仿真效果越接近真實場景。

圖 5   行駛中充電模擬試驗裝置示意圖

總結(jié)：駐車和行車的無線充電都可以應(yīng)用無線充電功能測試系統(tǒng)進行測試評價，完整的系統(tǒng)配置在擁有電磁波探測儀的電磁波屏蔽暗室內(nèi)部。同時電磁波屏蔽暗室具備很高的屏蔽性，也可進行更多的無線充電相關(guān)實驗驗證工作。此次介紹的無線充電測試系統(tǒng)構(gòu)建方法作為一種基礎(chǔ)測試系統(tǒng)平臺，可以應(yīng)用到機構(gòu)技術(shù)研究、供應(yīng)商產(chǎn)品開發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)制定驗證等多個領(lǐng)域，同時助力無線充電技術(shù)的進一步發(fā)展。