CN110988754B - 基于磁表征参量的电动汽车无线充电***磁传输部件互操作性测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了基于磁表征参量的电动汽车无线充电***磁传输部件互操作性测试方法，用于评价产品TA的磁互操作性。任意产品的测试均使用唯一的量规设备，避免了不同产品间盲目的交叉测试。评判指标是通过量规设备的磁表征参量即磁通量。测试对象是量规设备的开路电压。在输出功率达标的前提下，当被测产品与量规设备磁通量满足参考取值区域，则认为被测产品TA通过互操作性评判，满足互操作性标准。相比于现有方法，不仅可以大大减少测试工作量，还可以提出产品优化指标。

Description

基于磁表征参量的电动汽车无线充电***磁传输部件互操作 性测试方法

技术领域

本发明属于电动汽车无线充电技术领域，特别是涉及基于磁表征参量的电动汽车无线充电***磁传输部件互操作性测试方法。

背景技术

近年来，由于安全、便捷、自动化程度高等特点，无线充电技术在电动汽车充电领域获得广泛应用。电动汽车无线充电设备的结构及工作过程如下：地面侧——整流器通过AC-DC转换将工频交流电转换为直流电，逆变器通过DC-AC转换将直流电逆变为高频交流电，逆变器输出的交流电流通入安装在地面或地下的发射线圈中，在充电区域内产生高频电磁场；车辆侧——安装在汽车底盘的接收线圈接收到发射线圈的高频电磁场，产生高频电压，再经过整流电路转化为直流电，用以给车载电池充电。

电动汽车无线充电***磁传输部件的互操作性是指不同厂家的发射端(transmitting assembly，TA，包括发射线圈和原边补偿网络)和接收端(receivingassembly，RA，包括接收线圈和副边补偿网络)产品相互使用时，***传输功率、传输效率不出现下降的性能。由于无线充电设备自身存在较多的技术路线分支，在功率等级、传输距离、线圈类型及结构、工作频率、补偿网络拓扑等结构和参数上有较大区别。在无线充电技术普及后，必然会存在多厂家、多产品、多技术路线并存的局面。如果不同厂家的无线充电设备之间不能满足互操作性要求，一方面可能造成极大的电力资源浪费(充电效率低下)，甚至完全无法充电；另一方面则可能造成安全隐患(鉴权与计费失误、保护失效、电磁泄漏等)，甚至造成设备与人身危害。因此，确保无线充电设备的互操作性是产业发展壮大的关键因素之一。

电动汽车无线充电***磁传输部件互操作性的物理核心是线圈类型与补偿网络拓扑之间的兼容性。线圈方面，目前电动汽车无线充电设备相关产品普遍采用两种线圈结构：美国WiTricity公司使用的圆形线圈和美国高通公司使用的DD型线圈。补偿网络拓扑方面：目前串联、并联、LCL、LCC等补偿拓扑都被广泛应用。当发射端(线圈和补偿网络)和接收端(线圈和补偿网络)结构不同时，可能造成无线充电设备无法正常工作，无法保证不同厂家产品间的互操作性(不同类型线圈、不同补偿网络拓扑间的兼容性)。一旦电动汽车无线充电产品被推向市场，具备互操作性将成为产品的竞争优势。为满足互操作性，实现与其他产品间的互联互通，在产品推向市场前需经过具备资质的测试机构对其与现有产品间的互操作性进行测试，满足标准后方可进入市场。

由于互操作性涉及到不同产品间交叉性能测试，互操作性测试本质上与以输出功率、效率、电磁兼容水平等为对象的传统测试不同。然而，现有电动汽车无线充电***磁传输部件互操作性测试及通过性评判方法存在严重缺陷，主要有：

1、现有测试方法是基于产品间交叉测试，测试工作量大。为全面测试所有产品间互操作性，需要对所有产品发射端和接收端互操作时的功率和效率进行交叉测试。一方面，测试过程对测试机构提出了苛刻的要求，遍历所有产品将带来极大的工作量，同时存在很大一部分重复测试，显然不适合产品互操作性通过评判；另一方面，由于缺乏量规设备，无法对测试结果进行溯源，即无法指导产品优化设计；

2、现有通过性评判方法是通过传输功率和效率直接评价互操作性，无法指导产品优化设计。一方面，交叉测试只能形成相应产品功率和效率是否达标的测试表格，无法给出是否满足互操作性的测试集合或参考取值区域；另一方面，功率效率只能描述二端口网络的整体特性，无法对产品不满足互操作性的原因做出分析和解释，即无法给出哪些因素影响了互操作性；

3、现有测试方法是基于功率分析仪测试，准确性较低。根据磁传输部件效率的计算表达式，可知效率测试涉及发射端和接收端的电压、电流有效值以及二者相位差。一方面，由于功率分析仪测试使用不同精度等级的电流电压传感器\模块，测试设备的精度对最终结果可能造成严重影响；另一方面，目前对于高频相位的测量难以做到完全精确，即便使用高精度功率分析仪，也会引入测量误差。

发明内容

本发明为了解决现有的技术问题，提出基于磁表征参量的电动汽车无线充电***磁传输部件互操作性测试方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：基于磁表征参量的电动汽车无线充电***磁传输部件互操作性测试方法，包括以下步骤：

步骤一：确定量规设备，参数设计参照电动汽车无线充电国际标准中不同功率等级、不同气隙的发射和接收线圈及补偿网络拓扑参数；

步骤二：计算并确定车辆侧磁表征参量参考取值区域；将参考TA和量规设备分别作为发射和接收端；设定参考TA电流值I_p恒定，设定XYZ方向均无偏移时参考TA与量规设备的相对位置，将量规设备放置于该位置，测量量规设备开路平均电压U_oc2，并换算得到相对应的磁表征参量，改变XYZ方向的位移，对所有位置点重复上述步骤，获取车辆侧磁表征参量参考取值区域；

步骤三：对产品进行测试；将产品TA与量规设备配对，设定测试产品TA电流为恒定值I_p，设定XYZ方向均无偏移时量规设备与产品TA的相对位置，测量量规设备开路平均电压U_oc2，并换算得到对应的磁表征参量；

步骤四：上电后测试输出功率是否满足要求，若不满足功率要求，则终止测试并判定产品TA不满足互操作性要求；若满足功率要求，改变XYZ方向的位移，对所有位置点重复上述步骤；所有位置点磁表征参量测试结果均满足参考取值区域是判定产品TA满足互操作性要求的充要条件；

步骤五：根据测试结果形成产品TA通过互操作性评判结论。

进一步地，每个量规设备均由n个相互独立的绕组嵌套组成，每个绕组的匝数为N₂。

进一步地，测量副边量规设备开路电压U_i2，据公式(1)计算得到开路平均电压U_oc2，改变线圈位置得到测试结果；

式中，n为单个量规设备绕组数；

根据公式(2)计算得到对应的磁表征参量，并形成磁表征参量标准区域；

式中N₂表示量规设备线圈匝数，ω表示工作角频率。

附图说明

图1是测量开路电压图；其中R为电阻，L₂为接收线圈电感；

图2是产品TA的测试图；

图3是单极型量规设备图；

图4是双极型量规设备图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明选择现有电动汽车无线充电国际标准(如SAE、IEC和ISO等标准)中推荐使用的量规设备，作为副边测试线圈。本方法用于评价产品TA的磁互操作性。任意产品的测试均使用唯一的量规设备，避免了不同产品间盲目的交叉测试。评判指标是通过量规设备的磁通量。测试对象是量规设备的开路电压。在输出功率达标的前提下，当被测产品与量规设备磁通量满足参考取值区域，则认为被测产品TA通过互操作性评判，满足互操作性标准。

本发明提出基于磁表征参量的电动汽车无线充电***磁传输部件互操作性测试方法，包括以下步骤：

步骤一：确定量规设备，参数设计参照电动汽车无线充电国际标准中不同功率等级、不同气隙的发射和接收线圈及补偿网络拓扑参数；

步骤二：计算并确定车辆侧磁表征参量(即磁通量)参考取值区域；将参考TA和量规设备分别作为发射和接收端；设定参考TA电流值I_p恒定，设定XYZ方向均无偏移时参考TA与量规设备的相对位置，将量规设备放置于该位置，测量量规设备开路平均电压U_oc2，并换算得到相对应的磁通量，改变XYZ方向的位移，对所有位置点重复上述步骤，获取车辆侧磁通量参考取值区域；

步骤三：结合图2，对产品进行测试；将产品TA与量规设备配对，设定测试产品TA电流为恒定值I_p，设定XYZ方向均无偏移时量规设备与产品TA的相对位置，测量量规设备开路平均电压U_oc2，并换算得到对应的磁通量；

步骤四：上电后测试输出功率是否满足要求，若不满足功率要求，则终止测试并判定产品TA不满足互操作性要求；若满足功率要求，改变XYZ方向的位移，对所有位置点重复上述步骤；所有位置点磁通量测试结果均满足参考取值区域是判定产品TA满足互操作性要求的充要条件；

步骤五：根据测试结果形成产品TA通过互操作性评判结论。

由于厂商生产的TA设备线圈大小不同，为全面衡量线圈的互操作性，量规设备设计为单极型(图3)、双极型(图4)等多种结构，每个量规设备的由n个相互独立的绕组嵌套组成，每个绕组的匝数为N₂。

测量副边量规设备开路电压U_i2，据公式(1)计算得到开路平均电压U_oc2，改变线圈位置(XYZ方向)得到测试结果；

式中，n为单个量规设备绕组数；

根据公式(2)计算得到对应的磁通量，并形成磁通量标准区域；

式中N₂表示量规设备线圈匝数，ω表示工作角频率。

如图1，测试副边线圈开路电压

计算得到平均值为

此时对应的磁通量

式中ω为***工作角频率，M_TA、M_RA为原副边线圈互感系数，I₁、I₂为原副边线圈电流，N₁、N₂为原副边线圈匝数，β为校正值，由厂商提供。

根据上式，当被测产品和量规设备磁通量满足标准磁通量取值区域，产品TA通过互操作性测试，反之则不具有互操作性。

与现有技术相比，本发明具有以下有益成果：

1、相比于现有基于产品间交叉测试的测试方法，本发明提出的基于磁表征参量的电动汽车无线充电***磁传输部件互操作性测试方法引入了参考TA，将产品间多次的重复交叉遍历测试转变为产品TA与量规设备之间的测试，极大程度上缩减了测试工作量。

2、本发明提出的方法引入了量规设备，解决现有测试方法缺乏量规设备和测试基准，难以推广至测试机构的问题。进一步，产品将以量规设备为目标优化互操作性设计，可指导产品开发。

3、本发明提出的方法，在测试产品TA时只要测量量规设备的开路电压，传统方法需要测量发射和接收端两组数据，本方法减少了测量不确定度对最终结果带来的影响，因此提升了测试准确性。

4、本发明提出的方法可视化程度强，可将互操作性测试结果用磁通量图的方式直观给出。传统的测试方法只能得到是否具备互操作性的结论，无法具体解释原因。

以上对本发明所提供的基于磁表征参量的电动汽车无线充电***磁传输部件互操作性测试方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.基于磁表征参量的电动汽车无线充电***磁传输部件互操作性测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：确定量规设备，参数设计参照电动汽车无线充电国际标准中不同功率等级、不同气隙的发射和接收线圈及补偿网络拓扑参数；

步骤二：计算并确定车辆侧磁表征参量参考取值区域；将参考地面侧设备和量规设备分别作为发射和接收端；设定参考地面侧设备电流值I_p恒定，设定XYZ方向均无偏移时参考地面侧设备与量规设备的相对位置，将量规设备放置于该位置，测量量规设备开路平均电压U_oc2，并换算得到相对应的磁表征参量，改变XYZ方向的位移，对所有位置点重复步骤二所述的步骤，即，计算并确定车辆侧磁表征参量参考取值区域；

步骤三：对产品进行测试；将产品地面侧设备与量规设备配对，设定测试产品地面侧设备电流为恒定值I_p，设定XYZ方向均无偏移时量规设备与产品地面侧设备的相对位置，测量量规设备开路平均电压U_oc2，并换算得到对应的磁表征参量；

步骤四：上电后测试输出功率是否满足要求，若不满足功率要求，则终止测试并判定产品地面侧设备不满足互操作性要求；若满足功率要求，改变XYZ方向的位移，对所有位置点重复步骤三所述的步骤；所有位置点磁表征参量测试结果均满足参考取值区域是判定产品地面侧设备满足互操作性要求的充要条件；

步骤五：根据测试结果形成产品地面侧设备通过互操作性评判结论。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：每个量规设备均由n个相互独立的绕组嵌套组成，每个绕组的匝数为N₂。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：测量副边量规设备开路电压U_i2，据公式(1)计算得到开路平均电压U_oc2，改变线圈位置得到测试结果；

式中，n为单个量规设备绕组数；

根据公式(2)计算得到对应的磁表征参量，并形成磁表征参量标准区域；

式中N₂表示量规设备线圈匝数，ω表示工作角频率。

Images