汽车无线互联(什么是电动汽车无线充电互操作性？)

随着电动汽车的普及，无线充电（Wireless Power Transfer, WPT）技术带来的便利性是显而易见的，其灵活性、可靠性、无接触式充电等特点使无线充电成为未来电动汽车主流充电方式之一。

在国内外专家学者以及科研院所、汽车企业对无线充电技术深入研究的过程中，出现了多厂家、多标准、多技术路线的情况，导致不同厂家、相同厂家不同型号的车辆端设备和地面端设备之间难以实现互联互通。设备间互操作性较差使电动汽车的充电效率低、安全性能差等问题也很凸显，成为制约电动汽车无线充电设施推广的一个重要因素。

电动汽车无线充电互操作性是指：相同或不同型号、版本的无线充电系统地面设备与车辆设备通过信息交互和过程控制，实现电动汽车无线充电互联互通的能力。

根据电动汽车无线充电系统的组成结构，其互操作性主要分为以下三个部分：耦合线圈互操作性、补偿网络互操作性和通信互操作性。无线充电互操作性示意图如图1所示，图中Li、Ci（i=1, 2, ···, n）表示系统不同补偿网络中的电感、电容。

图1 电动汽车无线充电互操作性示意图

通信互操作性是指通信设备可以保证电动汽车无线充电系统的地面端和车辆端设备之间具备无线信息交互能力，通过信令实现无线充电过程的控制以及相关必要信息的交互，以确保电动汽车无线充电系统的安全、可靠运行。对于通信控制方式而言，当前国内主要采用双边控制策略，国外主要采用单边控制方式，其特点见表1。

表1 单边、双边控制方式比较

耦合线圈互操作性是指在规定的偏移范围内，地面端线圈可以产生足够磁通，同时车辆端线圈可以捕获到足够磁通。常见的用于电动汽车无线充电的三种线圈结构及特点见表2和图2。

表2 三种常见耦合线圈结构

图2 三种主流线圈类型

补偿网络互操作性是指地面端与车辆端设备匹配工作时，一方面是要保证系统产生的无功分量尽可能小，以满足效率要求；另一方面需要保证输出功率能达到电动汽车的用电需求。根据补偿网络中电容C、电感L的数量以及连接方式的不同，分为串联补偿和并联补偿两种基本补偿网络，以及如LLC、LCC、LCL等高阶复合补偿网络。其中GB/T 38775推荐的为LCC-LCC型补偿网络，SAE J2954推荐的为TMN型补偿网络，其拓扑结构分别如图3a、图3b所示。

图3 电动汽车无线充电主流补偿拓扑

图中，US为系统等效电压，RL为等效负载，L1与LP为地面端线圈，XGA与Lf1为地面端补偿电感，XVA与Lf2为车辆端补偿电感，L2与Lb为车辆端线圈，C1a、C1b、Cp、Cf1均为地面端补偿电容，C2a、C2b、Cs、Cf2均为车辆端补偿电容，其中XVA可调节。

图3所示的LCC-LCC型补偿网络具有抗偏移能力强、参数设计灵活、大功率下谐振电容电压较低、地面端电流恒流等特点，对电动汽车无线充电的应用场景具有较高的技术契合度；TMN(tunable matching networks)型补偿网络通过在地面端与车辆端添加可调电抗XGA、XVA的方式来适应不同补偿参数或线圈变化带来的不利影响，通过对其电路进行化简分析其本质依然是LCC-LCC型补偿结构。

本文选编自2023年第5期《电工技术学报》，论文标题为“基于频率调节的电动汽车无线充电互操作性提升方法研究”。