Bezprzewodowy system ładowania pojazdów elektrycznych (wevcs)

Obecnie świat zmierza w kierunku zelektryfikowanej mobilności, aby zmniejszyć emisje zanieczyszczeń powodowane przez nieodnawialne pojazdy napędzane paliwami kopalnymi i zapewnić alternatywę dla drogiego paliwa do transportu. Ale w przypadku pojazdów elektrycznych zasięg podróżowania i proces ładowania to dwa główne problemy wpływające na jego przyjęcie w stosunku do konwencjonalnych pojazdów.

Dzięki wprowadzeniu technologii ładowania przewodowego, nie musisz już czekać godzinami na stacjach ładowania, teraz ładuj swój pojazd, po prostu parkując go na miejscu parkingowym lub w garażu, a nawet podczas jazdy możesz naładować pojazd elektryczny. W tej chwili bardzo dobrze znamy bezprzewodową transmisję danych, sygnałów audio i wideo, więc dlaczego nie możemy przesyłać energii drogą powietrzną.

Podziękowania dla wielkiego naukowca Nikoli Tesli za jego nieograniczone niesamowite wynalazki, w których bezprzewodowy transfer mocy jest jednym z nich. Rozpoczął swój eksperyment z bezprzewodową transmisją mocy w 1891 roku i opracował cewkę Tesli. W 1901 roku, głównym celem było opracowanie nowego bezprzewodowego systemu przesyłu energii, Tesla rozpoczął prace nad Wardenclyffe Tower dla dużej bezprzewodowej stacji przesyłu energii wysokiego napięcia. Najsmutniejsze jest do zaspokojenia wierzytelności Tesli, wieża została zburzona i wysadzili na złom 4 lipca ^th 1917

Podstawowa zasada ładowania bezprzewodowego jest taka sama jak zasada działania transformatora. W ładowaniu bezprzewodowym są nadajnik i odbiornik, zasilanie 220V 50Hz AC jest konwertowane na prąd przemienny o wysokiej częstotliwości i ten prąd zmienny o wysokiej częstotliwości jest dostarczany do cewki nadajnika, a następnie wytwarza zmienne pole magnetyczne, które przecina cewkę odbiornika i powoduje wytwarzanie mocy wyjściowej AC w cewce odbiorczej. Jednak ważne dla wydajnego ładowania bezprzewodowego jest utrzymanie częstotliwości rezonansowej między nadajnikiem a odbiornikiem. Aby utrzymać częstotliwości rezonansowe, po obu stronach dodano sieci kompensacyjne. Wreszcie, to napięcie prądu przemiennego po stronie odbiornika wyprostowane na prąd stały i doprowadzone do akumulatora przez system zarządzania akumulatorem (BMS).

Statyczne i dynamiczne ładowanie bezprzewodowe

Na podstawie aplikacji systemy bezprzewodowego ładowania pojazdów elektrycznych można podzielić na dwie kategorie,

Statyczne ładowanie bezprzewodowe
Dynamiczne ładowanie bezprzewodowe

1. Statyczne ładowanie bezprzewodowe

Jak nazwa wskazuje, pojazd ładuje się, gdy pozostaje statyczny. Więc tutaj moglibyśmy po prostu zaparkować pojazd elektryczny na miejscu parkingowym lub w garażu, który jest połączony z WCS. Nadajnik umieszczony jest pod ziemią, a odbiornik pod pojazdem. Aby naładować pojazd, ustaw nadajnik i odbiornik i pozostaw je do naładowania. Czas ładowania zależy od poziomu zasilania AC, odległości między nadajnikiem i odbiornikiem oraz wielkości ich padów.

Ten SWCS najlepiej jest budować na obszarach, w których EV jest zaparkowany przez określony czas.

2. Dynamiczny bezprzewodowy system ładowania (DWCS):

Jak sama nazwa wskazuje, pojazd jest ładowany w ruchu. Moc przenosi się drogą powietrzną ze stacjonarnego nadajnika na cewkę odbiornika w poruszającym się pojeździe. Wykorzystując DWCS EV, można zwiększyć zasięg podróżowania dzięki ciągłemu ładowaniu akumulatora podczas jazdy po drogach i autostradach. Zmniejsza potrzebę magazynowania dużej ilości energii, co dodatkowo zmniejsza wagę pojazdu.

Rodzaje EVWCS

Na podstawie technik operacyjnych EVWCS można podzielić na cztery typy

Pojemnościowy bezprzewodowy system ładowania (CWCS)
Stały system bezprzewodowego ładowania magnetycznego (PMWC)
Indukcyjny bezprzewodowy system ładowania (IWC)
Rezonansowy indukcyjny bezprzewodowy system ładowania (RIWC)

1. Pojemnościowy bezprzewodowy system ładowania (CWCS)

Bezprzewodowy transfer energii między nadajnikiem a odbiornikiem odbywa się za pomocą prądu przesunięcia wywołanego zmianami pola elektrycznego. Zamiast magnesów lub cewek jako nadajnika i odbiornika zastosowano tutaj kondensatory sprzęgające do bezprzewodowego przesyłania mocy. Napięcie prądu przemiennego było najpierw dostarczane do obwodu korekcji współczynnika mocy, aby poprawić wydajność i utrzymać poziomy napięcia oraz zmniejszyć straty podczas przesyłania mocy. Następnie jest doprowadzany do mostka H w celu wytworzenia napięcia przemiennego o wysokiej częstotliwości, a ten prąd przemienny o wysokiej częstotliwości jest doprowadzany do płytki nadawczej, co powoduje powstanie oscylacyjnego pola elektrycznego, które powoduje przemieszczenie prądu na płytce odbiornika za pomocą indukcji elektrostatycznej.

Napięcie AC po stronie odbiornika jest konwertowane na prąd stały, aby zasilać baterię przez BMS przez obwody prostownika i filtra. Częstotliwość, napięcie, rozmiar kondensatorów sprzęgających i szczelina powietrzna między nadajnikiem a odbiornikiem wpływają na ilość przesyłanej mocy. Jego częstotliwość robocza wynosi od 100 do 600 kHz.

2. System bezprzewodowego ładowania z magnesami trwałymi (PMWC)

Tutaj nadajnik i odbiornik składają się z uzwojenia twornika i zsynchronizowanych magnesów trwałych wewnątrz uzwojenia. Po stronie przetwornika działanie jest podobne do działania silnika. Kiedy przykładamy prąd zmienny do uzwojenia nadajnika, indukuje on mechaniczny moment obrotowy na magnesie nadajnika, powodując jego obrót. Ze względu na zmianę oddziaływania magnetycznego w nadajniku, pole PM wywołuje moment obrotowy na odbiorniku PM, co powoduje jego synchroniczny obrót z magnesem nadajnika. Teraz zmiana stałego pola magnetycznego odbiornika powoduje wytwarzanie prądu przemiennego w uzwojeniu, tj. Odbiornik działa jako generator jako mechaniczna moc wejściowa PM odbiornika przekształcana na wyjście elektryczne na uzwojeniu odbiornika. Sprzężenie obracających się magnesów trwałych nazywa się przekładnią magnetyczną. Wytworzona moc prądu przemiennego po stronie odbiornika podawana jest do akumulatora po wyprostowaniu i przefiltrowaniu przez przetworniki mocy.

3. Indukcyjny bezprzewodowy system ładowania (IWC)

Podstawową zasadą IWC jest prawo indukcji Faradaya. Tutaj bezprzewodową transmisję mocy uzyskuje się poprzez wzajemną indukcję pola magnetycznego między nadajnikiem i cewką odbiornika. Kiedy główne źródło zasilania prądem przemiennym jest doprowadzane do cewki nadajnika, wytwarza pole magnetyczne prądu przemiennego, które przechodzi przez cewkę odbiornika, a to pole magnetyczne przenosi elektrony w cewce odbiornika, powodując wyjście prądu przemiennego. To wyjście prądu przemiennego jest prostowane i filtrowane w celu naładowania systemu magazynowania energii EV. Ilość przekazywanej mocy zależy od częstotliwości, wzajemnej indukcyjności i odległości między cewką nadajnika i odbiornika. Częstotliwość robocza IWC wynosi od 19 do 50 kHz.

4. Rezonansowy indukcyjny bezprzewodowy system ładowania (RIWC)

Zasadniczo rezonatory o wysokim współczynniku jakości przenoszą energię ze znacznie większą szybkością, więc działając w rezonansie, nawet przy słabszych polach magnetycznych możemy przesyłać taką samą ilość mocy, jak w IWC. Moc można przenosić na duże odległości bez przewodów. Maksymalny transfer mocy w powietrzu ma miejsce, gdy cewki nadajnika i odbiornika są dostrojone, tj. Częstotliwości rezonansowe obu cewek powinny być dopasowane. Aby więc uzyskać dobre częstotliwości rezonansowe, do cewek nadajnika i odbiornika dodaje się dodatkowe sieci kompensacji w kombinacjach szeregowych i równoległych. Ta dodatkowa sieć kompensacyjna wraz z poprawą częstotliwości rezonansowej zmniejsza również dodatkowe straty. Częstotliwość robocza RIWC wynosi od 10 do 150 KHz.

Bezprzewodowe ładowanie pojazdów elektrycznych

Bezprzewodowe ładowanie sprawia, że EV ładuje się bez konieczności podłączania. Jeśli każda firma tworzy własne standardy dla bezprzewodowych systemów ładowania, które nie będą kompatybilne z innymi systemami, to nie będzie to dobre. Aby bezprzewodowe ładowanie pojazdów elektrycznych było bardziej przyjazne dla użytkownika Wiele organizacji międzynarodowych, takich jak Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna (IEC), Stowarzyszenie Inżynierów Motoryzacji

(SAE), Underwriters Laboratories (UL) Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) pracuje nad standardami.

SAE J2954 definiuje WPT dla lekkich pojazdów elektrycznych typu plug-in oraz metodologię wyrównywania. Zgodnie z tym standardem, poziom 1 oferuje maksymalną moc wejściową 3,7 kW, poziom 2 oferuje 7,7 kW, poziom 3 oferuje 11 kW, a poziom 4 oferuje 22 kW. Minimalna docelowa wydajność musi być większa niż 85% po wyrównaniu. Dopuszczalny prześwit powinien wynosić do 10 cali, a tolerancja z boku na bok do 4 cali. Najkorzystniejszą metodą wyrównania jest triangulacja magnetyczna, która pomaga utrzymać ładunek w zasięgu podczas ręcznego parkowania i pomaga znaleźć miejsca parkingowe dla pojazdów autonomicznych.

Norma SAE J1772 definiuje łącznik ładunku przewodzącego EV / PHEV.
Standard SAE J2847 / 6 definiuje komunikację między bezprzewodowo ładowanymi pojazdami a bezprzewodowymi ładowarkami EV.
Norma SAE J1773 definiuje indukcyjnie sprzężone ładowanie EV.
Standard SAE J2836 / 6 definiuje przypadki użycia do bezprzewodowej komunikacji ładowania PEV.
Przedmiot UL 2750 definiuje zarys dochodzenia dla WEVCS.
Norma IEC 61980-1 Cor.1 Ed.1.0 definiuje ogólne wymagania systemów EV WPT.
Norma IEC 62827-2 Ed.1.0 definiuje zarządzanie WPT: zarządzanie wieloma urządzeniami.
Norma IEC 63028 Ed.1.0 definiuje specyfikację rezonansowego systemu bazowego WPT-Air Fuel Alliance.

Firmy obecnie rozwijane i pracujące nad WCS

Grupa Evatran produkuje bezproblemowe ładowanie samochodów elektrycznych osobowych, takich jak Tesla Model S, BMW i3, Nissan Leaf, Gen 1 Chevrolet Volt.
WiTricy Corporation produkuje WCS dla samochodów osobowych i SUV-ów do tej pory współpracuje z Honda Motor Co. Ltd, Nissan, GM, Hyundai, Furukawa Electric.
Qualcomm Halo produkuje WCS dla samochodów osobowych, sportowych i wyścigowych i zostało przejęte przez korporację Witricity.
Hevo Power produkuje WCS dla samochodów osobowych
Bombardier Primove produkuje WCS dla samochodów osobowych i SUV-ów.
Siemens i BMW robią WCS dla samochodów osobowych.
Momentum Dynamic tworzy flotę i autobusy WCS Corporation Commercial.
Conductix-Wampfler produkuje WCS dla przemysłu i autobusów.

Wyzwania stojące przed WEVCS

Aby zainstalować statyczne i dynamiczne bezprzewodowe stacje ładowania na drogach, niezbędny jest rozwój nowej infrastruktury, ponieważ obecny układ nie jest odpowiedni dla instalacji.
Konieczność utrzymania EMC, EMI i częstotliwości zgodnie ze standardami dotyczącymi zdrowia i bezpieczeństwa ludzi.