Бездротова система зарядки електромобілів (wevcs)

Зараз світ переходить до електрифікованої мобільності, щоб зменшити викиди забруднюючих речовин, спричинених транспортними засобами, що не відновлюються на викопному паливі, та запропонувати альтернативу дорогому паливі для транспортування. Але для електричних транспортних засобів, пробіг і процес зарядки є двома основними проблемами, що впливають на його прийняття серед звичайних транспортних засобів.

Завдяки впровадженню технології дротової зарядки, ви більше не чекаєте на зарядних станціях годинами, тепер заряджайте свій автомобіль, просто припаркувавши його на місці для паркування або припаркувавшись у гаражі, або навіть під час руху ви можете зарядити свій електромобіль. На сьогоднішній день ми дуже добре знайомі з бездротовою передачею даних, аудіо- та відеосигналів, тож чому ми не можемо передавати потужність по повітрю.

Подяка великому вченому Ніколі Теслі за його безмежні дивовижні винаходи, в яких бездротова передача енергії є одним із них. Він розпочав свій експеримент з бездротової передачі енергії в 1891 році і розробив котушку Тесла. У 1901 році з основною метою розробити нову бездротову систему передачі енергії Тесла розпочав розробку вежі Варденкліф для великої високовольтної станції бездротової передачі енергії. Найсумніше полягає в борги Satisfy Тесла, вежа була підірвана і знесли на металобрухт 4 липня - ^го 1917

Основний принцип бездротової зарядки такий же, як і принцип роботи трансформатора. У бездротовій зарядці є передавач і приймач, живлення змінного струму 220 В 50 Гц перетворюється на змінний струм високої частоти, і це джерело змінного струму високої частоти подається на котушку передавача, тоді воно створює змінне магнітне поле, яке розрізає котушку приймача і спричинює отримання вихідної потужності змінного струму в котушці приймача. Але найголовнішим для ефективної бездротової зарядки є підтримка резонансної частоти між передавачем і приймачем. Для підтримки резонансних частот з обох сторін додаються компенсаційні мережі. Потім, нарешті, це джерело змінного струму на стороні приймача випрямляється в постійний струм і подається на акумулятор через систему управління батареями (BMS).

Статична та динамічна бездротова зарядка

Залежно від програми, системи бездротової зарядки для електромобілів можна розділити на дві категорії,

1. Статична бездротова зарядка
2. Динамічна бездротова зарядка

1. Статична бездротова зарядка

Як випливає з назви, автомобіль заряджається, коли він залишається статичним. Отже, тут ми могли б просто припаркувати EV на місці для паркування або в гаражі, який поєднаний з WCS. Передавач встановлений під землею, а приймач розміщений внизу транспортного засобу. Щоб зарядити транспортний засіб, вирівняйте передавач і приймач і залиште його для зарядки. Час заряджання залежить від рівня потужності змінного струму, відстані між передавачем і приймачем та їх розмірів колодки.

Цей SWCS найкраще будувати в районах, де EV стоять протягом певного інтервалу часу.

2. Динамічна система бездротової зарядки (DWCS):

Як вказує назва, транспортний засіб заряджається під час руху. Потужність передається по повітрю від стаціонарного передавача до котушки приймача в транспортному засобі, що рухається. Завдяки використанню DWCS EV діапазон подорожей можна покращити завдяки безперервному заряджанню акумулятора під час руху по дорогах та шосе. Це зменшує потребу у великому накопиченні енергії, що ще більше зменшує вагу автомобіля.

Види EVWCS

На основі техніки експлуатації EVWCS можна класифікувати на чотири типи

1. Ємнісна система бездротової зарядки (CWCS)
2. Система бездротового заряджання з постійною магнітною передачею (PMWC)
3. Індуктивна бездротова система зарядки (IWC)
4. Резонансна індуктивна бездротова система зарядки (RIWC)

1. Ємнісна система бездротової зарядки (CWCS)

Бездротова передача енергії між передавачем і приймачем здійснюється за допомогою струму зміщення, спричиненого зміною електричного поля. Замість магнітів або котушок як передавача та приймача тут використовуються з’єднувальні конденсатори для бездротової передачі потужності. Спершу напруга змінного струму подається на схему корекції коефіцієнта потужності для підвищення ефективності та підтримки рівнів напруги та зменшення втрат при передачі потужності. Потім він подається на H-міст для генерації високочастотної напруги змінного струму, і цей високочастотний змінний струм подається на передавальну пластину, що спричиняє розвиток коливального електричного поля, яке викликає струм зміщення на пластині приймача за допомогою електростатичної індукції.

Напруга змінного струму на стороні приймача перетворюється в постійний струм для живлення акумулятора через BMS за допомогою випрямних і фільтруючих ланцюгів. Частота, напруга, розмір з'єднувальних конденсаторів та повітряний зазор між передавачем та приймачем впливають на кількість переданої потужності. Його робоча частота становить від 100 до 600 кГц.

2. Система бездротового заряджання з постійним магнітом (PMWC)

Тут передавач і приймач складаються з обмотки якоря та синхронізованих постійних магнітів всередині обмотки. На стороні передавача робота на бік подібна до роботи двигуна. Коли ми застосовуємо змінний струм до обмотки передавача, він індукує механічний крутний момент на магніті передавача і викликає його обертання. Внаслідок зміни магнітної взаємодії передавача, поле ПМ викликає крутний момент на приймачі ПМ, що призводить до його обертання синхронно з магнітом передавача. Тепер зміна постійного магнітного поля приймача спричиняє виробництво змінного струму в обмотці, тобто приймач виступає в ролі генератора як механічне введення потужності в приймач ПМ, перетворене в електричний вихід на обмотці приймача. Муфта обертових постійних магнітів називається магнітною передачею. Генерована потужність змінного струму на стороні приймача подається на батарею після випрямлення та фільтрації через перетворювачі потужності.

3. Індуктивна бездротова система зарядки (IWC)

Основним принципом IWC є закон Індукції Фарадея. Тут бездротова передача потужності досягається взаємною індукцією магнітного поля між котушкою передавача і приймача. Коли основне живлення змінного струму подається на котушку передавача, воно створює магнітне поле змінного струму, яке проходить через котушку приймача, і це магнітне поле переміщує електрони в котушці приймача, викликаючи вихідну потужність змінного струму. Цей вихід змінного струму виправлений і відфільтрований, щоб зарядити систему накопичення енергії EV. Величина переданої потужності залежить від частоти, взаємної індуктивності та відстані між котушкою передавача та приймача. Робоча частота IWC становить від 19 до 50 кГц.

4. Резонансна індуктивна бездротова система зарядки (RIWC)

В основному резонатори, що мають високий коефіцієнт якості, передають енергію набагато вищою швидкістю, тому, працюючи в резонансі, навіть із слабшими магнітними полями ми можемо передавати таку ж кількість потужності, як в IWC. Потужність може передаватися на великі відстані без проводів. Максимальна передача потужності по повітрю відбувається, коли налаштовані котушки передавача і приймача, тобто обидві котушки мають резонансні частоти. Отже, щоб отримати хороші резонансні частоти, додаткові компенсаційні мережі послідовно та паралельні комбінації додаються до котушок передавача та приймача. Ця додаткова компенсаційна мережа разом із покращенням резонансної частоти також зменшує додаткові втрати. Робоча частота RIWC становить від 10 до 150 кГц.

Бездротова зарядка електромобіля

Бездротова зарядка змушує EV заряджатись без необхідності підключення. Якщо кожна компанія розробляє свої власні стандарти для бездротових систем зарядки, які не сумісні з іншими системами, це не буде добре. Отже, щоб зробити бездротову електрозарядку зручнішою для користувача, багато міжнародних організацій, таких як Міжнародна електротехнічна комісія (IEC), Товариство автомобільних інженерів

(SAE), Лабораторії андеррайтерів (UL) Інститут інженерів електрики та електроніки (IEEE) працює над стандартами.

• SAE J2954 визначає WPT для легких електромобілів, що підключаються, та методологію вирівнювання. Відповідно до цього стандарту рівень 1 пропонує максимальну вхідну потужність 3,7 кВт, рівень 2 - 7,7 кВт, рівень 3 - 11 кВт, а рівень 4 - 22 кВт. І мінімальна цільова ефективність повинна бути більше 85% при вирівнюванні. Допустимий кліренс повинен бути до 10 дюймів, а допуск з боку в сторону - до 4 дюймів. Найбільш кращим методом вирівнювання є магнітна тріангуляція, яка допомагає залишатися в межах заряду при ручному паркуванні та допомагає знаходити місця для паркування автономних транспортних засобів.

• Стандарт SAE J1772 визначає провідну зарядну муфту EV / PHEV.
• Стандарт SAE J2847 / 6 визначає зв'язок між бездротовими транспортними засобами, що заряджаються, та бездротовими зарядними пристроями EV.
• Стандарт SAE J1773 визначає зарядку з індуктивною зв’язкою EV.
• Стандарт SAE J2836 / 6 визначає випадки використання для бездротового зарядного зв'язку для PEV.
• Тема 2750 UL визначає структуру розслідування для WEVCS.
• IEC 61980-1 Cor.1 Ed.1.0 визначає загальні вимоги до систем EV WPT.
• IEC 62827-2 Ed.1.0 визначає управління WPT: управління кількома пристроями.
• IEC 63028 Ed.1.0 визначає специфікацію базової лінії резонансної системи WPT-Air Fuel Alliance.

Компанії, які зараз розроблені та працюють над WCS

• Група Evatran здійснює бездротову зарядку для пасажирських електромобілів, таких як Tesla Model S, BMW i3, Nissan Leaf, Chevrolet Volt 1-го покоління.
• Корпорація WiTricy виробляє WCS для легкових автомобілів та позашляховиків до цього часу вона працює з Honda Motor Co. Ltd, Nissan, GM, Hyundai, Furukawa Electric.
• Qualcomm Halo робить WCS для пасажирських, спортивних та гоночних автомобілів, і його придбала корпорація Witricity.
• Hevo Power робить WCS для легкових автомобілів
• Bombardier Primove робить WCS для легкових автомобілів для позашляховиків.
• Siemens і BMW виробляють WCS для легкових автомобілів.
• Momentum Dynamic робить комерційний парк та автобуси корпорації WCS.
• Conductix-Wampfler робить WCS для промислового парку та автобусів.

Виклики, з якими стикається WEVCS

• Щоб встановити статичні та динамічні бездротові зарядні станції на дорогах, необхідна розробка нової інфраструктури, оскільки поточні механізми не підходять для установок.
• Потрібно підтримувати ЕМС, ЕМІ та частоти відповідно до стандартів, що стосуються питань охорони здоров'я та безпеки людини.