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目前，電動汽車無線充電技術(shù)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(shù)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(tǒng)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(guān)規(guī)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?shù)哪芰Α?/p>

在電動汽車無線充電系統(tǒng)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(chǎn)品之間等。互操作性是電動汽車無線充電實用化、規(guī)模化應用最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，需要經(jīng)過大量嚴謹?shù)难芯考皽y試數(shù)據(jù)，以保證國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)產(chǎn)品的技術(shù)路線能夠相互兼容、互聯(lián)互通，形成標準化規(guī)定，進而推動我國電動汽車無線充電產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化應用進程。

據(jù)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(xiàn)無線充電商業(yè)化的關(guān)鍵問題之一。首先，電動汽車無線充電系統(tǒng)自身存在較多的分類，對于不同線圈、參數(shù)、拓撲的無線充電系統(tǒng)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(yè)化，使得該領域存在多個廠家的產(chǎn)品，但用戶關(guān)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(wěn)定的無線充電，因此推動電動汽車無線充電系統(tǒng)互操作性的實現(xiàn)至關(guān)重要。

國內(nèi)外研究學者針對電動汽車無線充電系統(tǒng)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(shù)與偏移、原副邊形狀、尺寸有關(guān)的結(jié)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(tǒng)，該系統(tǒng)使用LCL和CL諧振補償網(wǎng)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(tài)無線充電；哈爾濱工業(yè)大學的朱春波教授團隊提出了一種自適應相位控制發(fā)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(tǒng)中相同電路補償拓撲、不同線圈結(jié)構(gòu)之間的互操作性問題，天津工業(yè)大學電工電能新技術(shù)天津市重點實驗室的研究人員，通過分析影響系統(tǒng)傳輸功率和效率的關(guān)鍵參數(shù)，將系統(tǒng)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(tǒng)不同線圈結(jié)構(gòu)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(tǒng)

據(jù)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(qū)域，這樣不同無線充電汽車廠家產(chǎn)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(chǎn)生的阻抗區(qū)域是否全部落在參考區(qū)域內(nèi)，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(lián)諧振式無線充電系統(tǒng)，方形-方形線圈組合作為參考地面端設備，根據(jù)理論推導得出參考阻抗區(qū)域ZGA，然后分別將相同規(guī)格的圓形、DD型線圈與該方形線圈耦合得到相應的阻抗區(qū)域，并將這兩個阻抗區(qū)域與參考阻抗區(qū)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(tǒng)間互操作性的參數(shù)，該參數(shù)將重合區(qū)域的點數(shù)作為標準來評價不同結(jié)構(gòu)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(jié)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(jié)構(gòu)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(gòu)建了電動汽車無線充電系統(tǒng)互操作性實驗平臺，為電動汽車無線充電系統(tǒng)不同結(jié)構(gòu)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(shù)學報》，論文標題為“電動汽車無線充電系統(tǒng)不同結(jié)構(gòu)線圈間互操作性評價方法研究”，作者為張獻、白雪寧 等。