隨著電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)的發(fā)展，充電線圈的類型越來越多。然而，由于不同線圈對(duì)磁通分布的需求各異，不同種類產(chǎn)品的發(fā)射端和接收端之間難以實(shí)現(xiàn)互操作，阻礙了不同技術(shù)路線間的互聯(lián)互通。 為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)不同線圈間的互操作性，哈爾濱工業(yè)大學(xué)電氣工程及自動(dòng)化學(xué)院、中國電力科學(xué)研究院有限公司、國網(wǎng)河北省電力有限公司雄安新區(qū)供電公司的研究人員楊光、宋凱、黃曉華、李津、朱春波，在2020年《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》增刊2上撰文，提出一套量規(guī)設(shè)備參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，明確了不同參數(shù)的取值與設(shè)計(jì)原則；設(shè)計(jì)了一套用于矩形線圈互操作性評(píng)價(jià)的量規(guī)設(shè)備樣機(jī)，評(píng)價(jià)結(jié)果與功率測試結(jié)果相符，證明了提出的量規(guī)設(shè)備設(shè)計(jì)方法的有效性。
隨著電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了矩形、DD型線圈等不同的線圈類型，串聯(lián)、并聯(lián)和LCC等不同的補(bǔ)償拓?fù)�，以及不同的控制方法等多種技術(shù)路線并存的現(xiàn)狀。作為系統(tǒng)核心，線圈更吸引了研究者們的關(guān)注。自2011年開始，新西蘭奧克蘭大學(xué)對(duì)矩形線圈外形布局、圓盤尺寸、線圈寬度、磁芯尺寸和配置方式等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，形成了不同應(yīng)用環(huán)境下矩形線圈的設(shè)計(jì)方法。 為提升矩形線圈不對(duì)準(zhǔn)情況下的系統(tǒng)性能，研究團(tuán)隊(duì)提出了具有單側(cè)磁通特性的DD型線圈，它與矩形線圈不同之處在于發(fā)射磁通由豎直變?yōu)樗�。若接收線圈也采用DD型線圈，耦合系數(shù)能顯著增加，漏磁量減小，磁通正交方向的抗偏移能力也明顯提升。在此基礎(chǔ)上，又有研究者對(duì)DD型線圈進(jìn)行改進(jìn)，DDQ型和BP型線圈陸續(xù)問世。 上述線圈在耦合系數(shù)、抗偏移能力、電磁泄漏水平、制作工藝等方面各有優(yōu)勢，也被不同技術(shù)路線的產(chǎn)品分別使用。 然而，由于線圈結(jié)構(gòu)參數(shù)和電氣參數(shù)存在較大差別，加之不同線圈對(duì)磁通的需求各異，不同線圈間難以實(shí)現(xiàn)互操作。在實(shí)際情況中，不同廠家生產(chǎn)的無線充電系統(tǒng)線圈結(jié)構(gòu)存在多種組合方式，會(huì)造成電能發(fā)射與接收裝置不匹配，影響充電效率甚至不能充電，導(dǎo)致不同技術(shù)路線的產(chǎn)品間不能互聯(lián)互通，阻礙電動(dòng)汽車無線充電產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化發(fā)展。 為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)不同技術(shù)路線間的互操作性，國外學(xué)術(shù)和工業(yè)界近年來開展了電動(dòng)汽車無線充電產(chǎn)品間的互操作性測試，采用的方法通常有以下幾種： 1)“功率-效率”評(píng)價(jià)法 基于功率、效率進(jìn)行互操作性評(píng)價(jià)是最基本的方法。若系統(tǒng)輸出功率和傳輸效率滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，則認(rèn)為互操作性被驗(yàn)證。有學(xué)者介紹了法國雷諾汽車公司對(duì)不同廠商生產(chǎn)的車輛側(cè)設(shè)備進(jìn)行的互操作測試結(jié)果，但缺點(diǎn)很明顯：不同產(chǎn)品的發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的交叉測試工作量較大;測試結(jié)果無法表明系統(tǒng)參數(shù)對(duì)互操作性的影響;電壓與電流相位差難以準(zhǔn)確測量，可能導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確等。 2)“耦合系數(shù)-品質(zhì)因數(shù)”評(píng)價(jià)法 耦合系數(shù)和線圈品質(zhì)因數(shù)決定了線圈間傳輸功率和效率，二者是否達(dá)標(biāo)是判斷互操作性的重要依據(jù)，但該方法不適用于存在復(fù)雜補(bǔ)償拓?fù)浠蜃儞Q器的情況。另外，耦合系數(shù)和品質(zhì)因數(shù)難以準(zhǔn)確測量，不利于推廣應(yīng)用。 3)阻抗和基礎(chǔ)互感值評(píng)價(jià)法 有學(xué)者提出一種基于阻抗和基礎(chǔ)互感值的互操作性評(píng)價(jià)方法。一方面，該方法首次引入了參考線圈，通過參考線圈相應(yīng)端口阻抗的測量結(jié)果評(píng)價(jià)互操作性，不需進(jìn)行產(chǎn)品車輛側(cè)和地面?zhèn)仍O(shè)備的交叉測試。 另一方面，提出了量規(guī)設(shè)備(Gauge Device, GD)。量規(guī)設(shè)備由三個(gè)相互獨(dú)立的單匝量規(guī)線圈、磁芯和鋁板構(gòu)成。將量規(guī)設(shè)備與地面?zhèn)染�圈間的基礎(chǔ)互感值是否達(dá)標(biāo)作為地面?zhèn)葏⒖季�圈的選取依據(jù)。該方法具有測試工作量小、測試結(jié)果可視化程度高等優(yōu)點(diǎn)。 綜上所述，阻抗和基礎(chǔ)互感值評(píng)價(jià)法是目前較先進(jìn)的互操作性評(píng)價(jià)方法。然而，其中用到的量規(guī)設(shè)備設(shè)計(jì)方法尚不明確，只能按照固定的一套標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行制作，缺乏各參數(shù)的最優(yōu)化考慮和自主設(shè)計(jì)方案，不利于在國內(nèi)大規(guī)模推廣。 因此，哈爾濱工業(yè)大學(xué)等單位的研究人員針對(duì)SAE J2954標(biāo)準(zhǔn)中用于互操作性評(píng)價(jià)的量規(guī)設(shè)備參數(shù)選取方法不明的問題，研究了量規(guī)設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，并得到以下結(jié)論： 1)相比于傳統(tǒng)研究中關(guān)注的線圈間互感，基礎(chǔ)互感值與匝數(shù)無關(guān)，僅與線圈結(jié)構(gòu)和相對(duì)位置有關(guān)，可以反映系統(tǒng)輸出功率和傳輸效率等指標(biāo)，更適合作為互操作性評(píng)價(jià)判據(jù)。 2)基礎(chǔ)互感值在實(shí)際測試中不易準(zhǔn)確測得，但其直接體現(xiàn)為接收線圈感應(yīng)電壓這一電氣參量，可保證較高的測量精度，故采用量規(guī)設(shè)備開路電壓可準(zhǔn)確測得基礎(chǔ)互感值 3)量規(guī)設(shè)備尺寸、線圈個(gè)數(shù)和磁芯結(jié)構(gòu)影響基礎(chǔ)互感測量結(jié)果。為達(dá)到較高的測量精度，量規(guī)設(shè)備尺寸應(yīng)接近標(biāo)準(zhǔn)接收線圈;線圈個(gè)數(shù)不應(yīng)低于3個(gè)；磁芯可采用基本平鋪式結(jié)構(gòu)。 以上研究成果發(fā)表在2020年《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》增刊2上，論文標(biāo)題為“用于電動(dòng)汽車無線充電線圈互操作性評(píng)價(jià)的量規(guī)設(shè)備研究”，作者為楊光、宋凱等。
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