隨著電動汽車無線充電技術(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，形成了不同應(yīng)用環(huán)境下矩形線圈的設(shè)計方法。

為提升矩形線圈不對準(zhǔn)情況下的系統(tǒng)性能，研究團(tuán)隊提出了具有單側(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，加之不同線圈對磁通的需求各異，不同線圈間難以實現(xiàn)互操作。如圖1所示，在實際情況中，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，阻礙電動汽車無線充電產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；l(fā)展。

圖1 不同線圈互操作性

為準(zhǔn)確評價不同技術(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”評價法

基于功率、效率進(jìn)行互操作性評價是最基本的方法。若系統(tǒng)輸出功率和傳輸效率滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，則認(rèn)為互操作性被驗證。有學(xué)者介紹了法國雷諾汽車公司對不同廠商生產(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)”評價法

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)互感值評價法

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價方法。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)果評價互操作性，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，提出了如圖2所示的量規(guī)設(shè)備（Gauge Device, GD）。量規(guī)設(shè)備由三個相互獨立的單匝量規(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。

圖2 量規(guī)設(shè)備結(jié)構(gòu)

表1 量規(guī)設(shè)備參數(shù)

綜上所述，阻抗和基礎(chǔ)互感值評價法是目前較先進(jìn)的互操作性評價方法。然而，其中用到的量規(guī)設(shè)備設(shè)計方法尚不明確，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SAE J2954標(biāo)準(zhǔn)中用于互操作性評價的量規(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)計方法，并得到以下結(jié)論：

圖3 互操作性測試平臺

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價判據(jù)。

2）基礎(chǔ)互感值在實際測試中不易準(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；線圈個數(shù)不應(yīng)低于3個；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》增刊2上，論文標(biāo)題為“用于電動汽車無線充電線圈互操作性評價的量規(guī)設(shè)備研究”，作者為楊光、宋凱 等。