電動(dòng)汽車無線充電設(shè)備管理現(xiàn)狀和射頻指標(biāo)研究

張榮蜀，杜 昊，陳 珂，耿 云

（國(guó)家無線電監(jiān)測(cè)中心檢測(cè)中心，北京 100041）

0 引言

根據(jù)公安部發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2020年底，我國(guó)新能源汽車保有量達(dá)492萬輛，其中純電動(dòng)車保有量為400萬輛。新能源汽車增量連續(xù)3年超過100萬輛，呈持續(xù)高速增長(zhǎng)趨勢(shì)。隨著新能源電動(dòng)車的逐步推廣，傳統(tǒng)充電樁已經(jīng)無法滿足電動(dòng)汽車的實(shí)際應(yīng)用需求，其存在外露導(dǎo)電點(diǎn)、安全性低、且自動(dòng)化、智能化水平低的缺陷。而基于線圈磁耦合方式的無線充電，理論上可以做到完全絕緣，充電靈活，且能夠?qū)崿F(xiàn)全程自動(dòng)化、智能化充電，將給電動(dòng)汽車充電產(chǎn)業(yè)帶來極大變革[1]。2021年工信部發(fā)布《無線充電（電力傳輸）設(shè)備無線電管理暫行規(guī)定》（征求意見稿）（下稱意見稿），規(guī)范了WPT-EV設(shè)備的工作頻段、技術(shù)要求，以引導(dǎo)無線充電產(chǎn)業(yè)有序發(fā)展，引起行業(yè)內(nèi)廣泛討論。

本文針對(duì)適用于電動(dòng)汽車的非波束無線充電設(shè)備的射頻指標(biāo)，開展國(guó)內(nèi)外管理法規(guī)及限值情況、我國(guó)WPT-EV技術(shù)及產(chǎn)業(yè)等方面的研究，同時(shí)結(jié)合相關(guān)企業(yè)研發(fā)和產(chǎn)品實(shí)際，開展WPT-EV射頻指標(biāo)測(cè)試，并和我國(guó)及其他國(guó)家地區(qū)此類設(shè)備的射頻指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，為此類設(shè)備的無線電管理提供參考。

1 國(guó)內(nèi)外法規(guī)及管理現(xiàn)狀

目前，國(guó)際電信聯(lián)盟已發(fā)布與WPT-EV相關(guān)的SM.2110建議書、SM.2303報(bào)告、SM.2451報(bào)告等。上述建議書及報(bào)告闡述了對(duì)WPT-EV設(shè)備頻段的規(guī)劃建議及具體考慮，其中將19～21 kHz、55～57 kHz（不用于基頻）、63～65 kHz（不用于基頻）、79～90 kHz頻段規(guī)劃用于WPT-EV[2]。同時(shí)，對(duì)工作在規(guī)劃頻段的WPT設(shè)備的產(chǎn)業(yè)發(fā)展、技術(shù)要求及對(duì)同鄰頻的無線電業(yè)務(wù)的兼容性情況等進(jìn)行分析和說明。

歐盟按短距離設(shè)備（Short Range Device，SRD）對(duì)WPT設(shè)備進(jìn)行管理。根據(jù)歐盟委員會(huì)2014/53/EU指令，設(shè)備制造商需對(duì)WPT設(shè)備執(zhí)行相關(guān)的合格評(píng)定程序，并進(jìn)行CE認(rèn)證，相關(guān)射頻指標(biāo)需遵守EN 300 330標(biāo)準(zhǔn)文件。2017年6月，歐盟為WPT設(shè)備制定了專門的標(biāo)準(zhǔn)EN 303 417，將WPT設(shè)備作為單獨(dú)的一類設(shè)備管理。EN 303 417為使用19～21 kHz、59～61 kHz、79～90 kHz、100～300 kHz、6765～6795 kHz等范圍的非波束無線充電系統(tǒng)規(guī)定了技術(shù)特性和測(cè)量方法[3]。但EN 303 417尚未被歐盟RED指令采納。

在美國(guó)，根據(jù)《電信法》Part 15和Part 18，WPT設(shè)備可按照“有意發(fā)射”設(shè)備、“工科醫(yī)（Industrial,Scientific, and Medical Equipment，ISM）”設(shè)備進(jìn)行管理，具體適用規(guī)則部分取決于設(shè)備如何運(yùn)行，以及充電器和被充電設(shè)備之間是否存在通信。僅產(chǎn)生和使用射頻能量或者信號(hào)僅用于負(fù)載調(diào)制而無數(shù)據(jù)傳輸功能的設(shè)備，按Part 18進(jìn)行管理；如果設(shè)備滿足相應(yīng)的Part 15部分規(guī)則的所有要求，則可以根據(jù)Part 15進(jìn)行管理；如果設(shè)備即包含無線充電功能又具有數(shù)據(jù)傳輸功能，則需同時(shí)滿足Part 15和Part 18相關(guān)規(guī)定。同時(shí)，需按照Part 2中J部分的要求取得相關(guān)認(rèn)證，相關(guān)射頻指標(biāo)需滿足Part 15和Part 18中的限值要求。

韓國(guó)將WPT設(shè)備納入“工科醫(yī)”類設(shè)備進(jìn)行管理。在射頻指標(biāo)方面，按照“無線電應(yīng)用設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”中所要求的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行管理。此外，若WPT設(shè)備滿足“無須報(bào)告即可打開的無線電臺(tái)無線電設(shè)備的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”中的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，則無須取得許可。

根據(jù)《中華人民共和國(guó)無線電管理?xiàng)l例》，WPT設(shè)備屬于輻射無線電波的非無線電設(shè)備，無須獲得無線電頻率、無線電臺(tái)（站）許可以及型號(hào)核準(zhǔn)，但無線充電設(shè)備應(yīng)當(dāng)遵守國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家無線電管理有關(guān)規(guī)定。2019年，我國(guó)發(fā)布《中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部公告2019年第52號(hào)》（以下簡(jiǎn)稱52號(hào)公告），明確了微功率短距離無線電發(fā)射設(shè)備管理方式，國(guó)內(nèi)WPT設(shè)備多數(shù)遵照此規(guī)定。目前工信部已發(fā)布意見稿，滿足意見稿規(guī)定技術(shù)要求的無線充電設(shè)備無須獲得無線電頻率、無線電臺(tái)（站）許可且無需進(jìn)行型號(hào)核準(zhǔn)。

2 產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

WPT-EV設(shè)備形態(tài)較大，充電額定功率通常為千瓦級(jí)。雖然我國(guó)在電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)領(lǐng)域一直處于世界先進(jìn)水平，但在實(shí)際生產(chǎn)過程中仍面臨許多問題。由于WPT-EV設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜，部分元器件需定制，系統(tǒng)設(shè)備成本偏高，尚未實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，產(chǎn)業(yè)鏈仍不完善。目前，WPT-EV設(shè)備主要是由設(shè)備廠商直接與車企合作共同推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，中興通訊、萬安科技、上汽集團(tuán)、一汽紅旗、北汽新能源等國(guó)內(nèi)企業(yè)均在無線充電領(lǐng)域進(jìn)行了嘗試。此外，電動(dòng)汽車無線充電的國(guó)際國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)尚在制訂完善當(dāng)中，在充電解決方案、電源芯片、傳輸線圈等方面尚未統(tǒng)一。近年來，寶馬、特斯拉、比亞迪等大型汽車制造商，以及中興通訊、中惠創(chuàng)智等主流無線電充電技術(shù)公司，已積極投入到電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)的研發(fā)中，并擁有了成熟的市場(chǎng)產(chǎn)品。

3 設(shè)備測(cè)試

3.1 方案設(shè)計(jì)

本次測(cè)試參考國(guó)際電聯(lián)報(bào)告ITU M2303[4]，場(chǎng)地為10米法半電波暗室。對(duì)電動(dòng)汽車WPT系統(tǒng)輻射特性進(jìn)行測(cè)試，其測(cè)量方法如圖1所示。其中，WPT地面端設(shè)備（原邊線圈）放置在轉(zhuǎn)臺(tái)中心，其下表面與轉(zhuǎn)臺(tái)平面放置10 cm厚的絕緣板，地面端設(shè)備、車載端設(shè)備（副邊線圈）間距15 cm，副邊線圈初始時(shí)未偏移（后期根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，X軸偏移7.5 cm，Y軸偏移10 cm）；副邊設(shè)備上放置金屬板模擬車輛底盤，長(zhǎng)1.5 m、寬1.5 m、厚0.7～1 mm。

圖2表示W(wǎng)PT系統(tǒng)的雜散測(cè)試方法。將WPT設(shè)備放置在桌面上，并置于轉(zhuǎn)臺(tái)中心位置；對(duì)數(shù)周期天線距離待測(cè)的WPT設(shè)備3 m，天線與WPT設(shè)備中心等高，天線與設(shè)備之間放置吸波材料減少地面反射；接收天線連接頻譜分析儀，天線可以被調(diào)整成水平極化和垂直極化。

圖2 WPT系統(tǒng)的雜散測(cè)試方法

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

3.2.1 輻射水平測(cè)試

經(jīng)測(cè)試，在原、副線圈處于最大偏置位置、被測(cè)設(shè)備朝后，且接收天線Y方向極化時(shí)，10 m處的場(chǎng)強(qiáng)輻射水平最大，為62.184 dBμA/m，與各國(guó)限值對(duì)比如表1所示。

表1 測(cè)量結(jié)果同各國(guó)限值對(duì)比（頻率：85.5 kHz，單位：dBμA/m@10m）

3.2.2 雜散水平測(cè)試

本測(cè)試僅考慮0～1 MHz頻段內(nèi)設(shè)備的雜散水平。經(jīng)測(cè)試，當(dāng)頻率為855.38 kHz（10次諧波），原、副線圈處于最大偏置位置且設(shè)備朝左放置時(shí)，在垂直極化方向上雜散水平達(dá)到最大，為6.793 dBμA/m。表2選取雜散輻射測(cè)試中2次、3次、10次諧波最大值，與相關(guān)限值標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比。

表2 被測(cè)產(chǎn)品雜散水平

3.3 小結(jié)

根據(jù)上述電動(dòng)汽車WPT設(shè)備的輻射特性測(cè)量結(jié)果，其在正常工作時(shí)滿足我國(guó)微功率短距離設(shè)備射頻技術(shù)要求。根據(jù)上述測(cè)量結(jié)果，在設(shè)備正常工作時(shí)，該設(shè)備的雜散水平較高，其2、3、10次諧波雜散水平滿足52號(hào)公告及意見稿。

4 結(jié)束語

當(dāng)前，無線充電技術(shù)還處在不斷發(fā)展的階段，國(guó)內(nèi)外對(duì)無線充電技術(shù)的各項(xiàng)研究也在不斷進(jìn)行中，我國(guó)根據(jù)國(guó)情與現(xiàn)有技術(shù)特性出臺(tái)明確的管理規(guī)定，對(duì)維護(hù)我國(guó)無線電波秩序、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展有著重要的意義和必要性。同時(shí)，我們也需要進(jìn)一步跟蹤國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)研究成果，不斷完善對(duì)電動(dòng)汽車無線充電設(shè)備的管理?！?/p>