Bezdrôtový systém nabíjania elektrických vozidiel (wevcs)

Teraz sa svet posúva smerom k elektrifikovanej mobilite, aby sa znížili emisie znečisťujúcich látok spôsobených neobnoviteľnými vozidlami na fosílny pohon a aby sa poskytla alternatíva k drahému palivu na prepravu. Pre elektrické vozidlá sú však dojazd a proces nabíjania dva hlavné problémy, ktoré ovplyvňujú jeho prijatie oproti konvenčným vozidlám.

Vďaka zavedeniu technológie nabíjania pomocou drôtu už nemusíte čakať na nabíjacích staniciach celé hodiny. Teraz môžete svoje vozidlo nabiť jednoduchým zaparkovaním na parkovacom mieste alebo parkovaním pri garáži alebo dokonca aj počas jazdy. Teraz už veľmi dobre poznáme bezdrôtový prenos dátových, zvukových a obrazových signálov, tak prečo by sme nemohli prenášať energiu vzduchom.

Ďakujeme skvelému vedcovi Nikolovi Teslovi za jeho neobmedzené úžasné vynálezy, v ktorých je bezdrôtový prenos energie jedným z nich. Pokus o bezdrôtový prenos energie začal v roku 1891 a vyvinul Teslovu cievku. V roku 1901 s hlavným cieľom vyvinúť nový bezdrôtový systém na prenos energie začala spoločnosť Tesla vyvíjať vežu Wardenclyffe Tower pre veľkú vysokonapäťovú bezdrôtovú prenosovú stanicu. Najsmutnejšie je, aby dlhy uspokojiť Tesla bola veža dynamitom a zbúrané šrotu 4. júla ^th 1917

Základný princíp bezdrôtového nabíjania je rovnaký ako princíp fungovania transformátora. Pri bezdrôtovom nabíjaní existuje vysielač a prijímač, napájanie striedavým prúdom 220 V 50 Hz sa prevádza na vysokofrekvenčný striedavý prúd a toto vysokofrekvenčné striedavé napätie sa dodáva do cievky vysielača, potom vytvára striedavé magnetické pole, ktoré prerušuje cievku prijímača a spôsobuje produkciu striedavého prúdu. v cievke prijímača. Dôležitou vecou pre efektívne bezdrôtové nabíjanie je však udržanie rezonančnej frekvencie medzi vysielačom a prijímačom. Pre zachovanie rezonančných frekvencií sú na oboch stranách pridané kompenzačné siete. Nakoniec sa táto sieťová energia na strane prijímača napravila na jednosmerný prúd a napájala sa do batérie prostredníctvom systému správy batérií (BMS).

Statické a dynamické bezdrôtové nabíjanie

Na základe aplikácie možno bezdrôtové nabíjacie systémy pre EV rozdeliť do dvoch kategórií,

1. Statické bezdrôtové nabíjanie
2. Dynamické bezdrôtové nabíjanie

1. Statické bezdrôtové nabíjanie

Ako naznačuje názov, vozidlo sa nabije, keď zostane statické. Takže tu by sme mohli jednoducho zaparkovať EV na parkovacom mieste alebo v garáži, ktorá je zabudovaná do WCS. Vysielač je namontovaný pod zemou a prijímač je umiestnený pod vozidlom. Na nabitie vozidla vyrovnajte vysielač a prijímač a nechajte ho na nabíjanie. Doba nabíjania závisí od úrovne napájacieho zdroja, vzdialenosti medzi vysielačom a prijímačom a veľkosti ich podložiek.

Najlepšie je vytvoriť tento SWCS v oblastiach, kde je EV zaparkovaný na určitý časový interval.

2. Systém dynamického bezdrôtového nabíjania (DWCS):

Ako naznačuje názov, vozidlo sa nabíja počas jazdy. Sila sa prenáša vzduchom zo stacionárneho vysielača na prijímaciu cievku v idúcom vozidle. Použitím dojazdu DWCS EV sa dá vylepšiť dojazd vďaka nepretržitému nabíjaniu jeho batérie počas jazdy na pozemných komunikáciách a diaľniciach. Znižuje potrebu veľkého ukladania energie, čo ešte viac znižuje hmotnosť vozidla.

Typy EVWCS

Na základe prevádzkových postupov možno EVWCS rozdeliť do štyroch typov

1. Kapacitný bezdrôtový nabíjací systém (CWCS)
2. Bezdrôtový nabíjací systém s permanentným magnetom (PMWC)
3. Induktívny bezdrôtový nabíjací systém (IWC)
4. Rezonančný indukčný bezdrôtový nabíjací systém (RIWC)

1. Kapacitný bezdrôtový nabíjací systém (CWCS)

Bezdrôtový prenos energie medzi vysielačom a prijímačom sa dosahuje pomocou posuvného prúdu spôsobeného zmenami elektrického poľa. Namiesto magnetov alebo cievok ako vysielač a prijímač sa tu na bezdrôtový prenos energie používajú spojovacie kondenzátory. Striedavé napätie sa najskôr dodávalo do obvodu na korekciu účinníka, aby sa zlepšila účinnosť a udržali sa úrovne napätia a znížili sa straty pri prenose energie. Potom sa dodáva do H-mostíka na generovanie vysokofrekvenčného striedavého napätia a tento vysokofrekvenčný striedavý prúd sa aplikuje na vysielaciu dosku, ktorá vyvoláva vývoj kmitavého elektrického poľa, ktoré spôsobuje posunovací prúd na doske prijímača pomocou elektrostatickej indukcie.

Striedavé napätie na strane prijímača sa prevádza na jednosmerné napätie, aby sa batéria napájala cez BMS usmerňovacími a filtračnými obvodmi. Frekvencia, napätie, veľkosť spojovacích kondenzátorov a vzduchová medzera medzi vysielačom a prijímačom ovplyvňujú množstvo prenášaného výkonu. Jeho pracovná frekvencia je medzi 100 až 600 KHz.

2. Bezdrôtový nabíjací systém s permanentným magnetom (PMWC)

Tu každý vysielač a prijímač pozostávajú z vinutia kotvy a synchronizovaných permanentných magnetov vo vnútri vinutia. Prevádzka na strane vysielača je podobná prevádzke motora. Keď na vinutie vysielača použijeme striedavý prúd, indukuje to mechanický krútiaci moment na magnetu vysielača, ktorý spôsobí jeho rotáciu. Vďaka zmene magnetickej interakcie vo vysielači spôsobuje pole PM krútiaci moment na prijímači PM, čo vedie k jeho synchrónnej rotácii s magnetom vysielača. Teraz zmena permanentného magnetického poľa prijímača spôsobuje produkciu striedavého prúdu vo vinutí, tj. Prijímač funguje ako generátor ako mechanický príkon do prijímača PM prevedený na elektrický výstup pri vinutí prijímača. Spojenie rotujúcich permanentných magnetov sa označuje ako magnetické ozubené koleso. Generovaná striedavá energia na strane prijímača sa napája na batériu po usmernení a filtrovaní cez výkonové meniče.

3. Indukčný bezdrôtový nabíjací systém (IWC)

Základným princípom IWC je Faradayov zákon indukcie. Tu sa bezdrôtový prenos energie dosahuje vzájomnou indukciou magnetického poľa medzi vysielačom a prijímacou cievkou. Keď sa na cievku vysielača aplikuje hlavný zdroj striedavého prúdu, vytvára magnetické pole striedavého prúdu, ktoré prechádza cez cievku prijímača, a toto magnetické pole pohybuje elektrónmi v cievke prijímača a vyvoláva striedavý prúd. Tento striedavý výstup je usmernený a filtrovaný, aby sa nabil systém akumulácie energie EV. Množstvo prenášaného výkonu závisí od frekvencie, vzájomnej indukčnosti a vzdialenosti medzi cievkou vysielača a prijímača. Prevádzková frekvencia IWC je medzi 19 a 50 KHz.

4. Rezonančný indukčný bezdrôtový nabíjací systém (RIWC)

V zásade rezonátory s vysokým faktorom kvality prenášajú energiu oveľa vyššou rýchlosťou, takže pri rezonančnej prevádzke môžeme aj pri slabších magnetických poliach prenášať rovnaké množstvo energie ako v IWC. Energiu je možné prenášať na veľké vzdialenosti aj bez káblov. K maximálnemu prenosu energie vzduchom dôjde, keď sú naladené vysielacie a prijímacie cievky, tj. Obidve rezonančné frekvencie cievok by sa mali zhodovať. Aby sa dosiahli dobré rezonančné frekvencie, k cievkam vysielača a prijímača sa pridávajú ďalšie kompenzačné siete v sérii a paralelné kombinácie. Tieto ďalšie kompenzačné siete spolu so zlepšením rezonančnej frekvencie tiež znižujú ďalšie straty. Prevádzková frekvencia RIWC je medzi 10 a 150 KHz.

Bezdrôtové nabíjanie elektrických vozidiel

Vďaka bezdrôtovému nabíjaniu sa EV môže nabíjať bez potreby zapojenia. Ak každá spoločnosť vytvorí vlastné štandardy pre bezdrôtové nabíjacie systémy, ktoré nebudú kompatibilné s inými systémami, nebude to dobrá vec. Aby bolo bezdrôtové nabíjanie EV užívateľsky prívetivejšie Mnoho medzinárodných organizácií, ako je Medzinárodná elektrotechnická komisia (IEC), Spoločnosť automobilových inžinierov

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

• SAE J2954 definuje WPT pre Light-Duty Plug-In EV a metodiku zarovnania. Podľa tohto štandardu úroveň 1 ponúka maximálny príkon 3,7 Kw, úroveň2 ponúka 7,7Kw, úroveň 3 ponúka 11Kw a úroveň4 22Kw. A minimálna cieľová účinnosť musí byť pri zarovnaní vyššia ako 85%. Prípustná svetlá výška by mala byť až 10 palcov a tolerancia zo strany na stranu až 4 palce. Najvýhodnejšou metódou zarovnania je magnetická triangulácia, ktorá pomáha zostať v dosahu nabíjania pri manuálnom parkovaní a pomáha nájsť parkovacie miesta pre autonómne vozidlá.

• Norma SAE J1772 definuje spojku EV / PHEV pre vodivé nabíjanie.
• Norma SAE J2847 / 6 definuje komunikáciu medzi vozidlami nabíjanými bezdrôtovo a bezdrôtovými nabíjačkami EV.
• Norma SAE J1773 definuje indukčne spojené nabíjanie EV.
• Norma SAE J2836 / 6 definuje prípady použitia pre komunikáciu bezdrôtového nabíjania pre PEV.
• Subjekt UL 2750 definuje osnovu vyšetrovania pre WEVCS.
• IEC 61980-1 Cor.1 Ed.1.0 definuje všeobecné požiadavky na systémy EV WPT.
• IEC 62827-2 Ed.1.0 definuje správu WPT: Správa riadenia viacerých zariadení.
• IEC 63028 Ed.1.0 definuje špecifikáciu rezonančného základného systému WPT-Air Fuel Alliance.

Spoločnosti, ktoré sú v súčasnosti vyvíjané a pracujú na WCS

• Skupina Evatran vyrába Plugless Charging pre osobné automobily ako Tesla Model S, BMW i3, Nissan Leaf, Gen 1 Chevrolet Volt.
• WiTricy Corporation vyrába WCS pre osobné automobily a SUV až doposiaľ spolupracuje so spoločnosťami Honda Motor Co. Ltd, Nissan, GM, Hyundai, Furukawa Electric.
• Qualcomm Halo vyrába WCS pre osobné, športové a závodné vozidlá a získava ho spoločnosť Witricity.
• Spoločnosť Hevo Power vyrába WCS pre osobné vozidlá
• Spoločnosť Bombardier Primove vyrába WCS pre osobné vozidlá až SUV.
• Spoločnosti Siemens a BMW vyrábajú WCS pre osobné vozidlá.
• Momentum Dynamic robí z WCS Corporation komerčnú flotilu a autobus.
• Spoločnosť Conductix-Wampfler vyrába WCS pre priemyselnú flotilu a autobusy.

Výzvy, ktorým čelí WEVCS

• Na inštaláciu statických a dynamických bezdrôtových nabíjacích staníc na cestách je potrebný nový rozvoj infraštruktúry, pretože súčasné usporiadanie nie je pre tieto inštalácie vhodné.
• Potreba udržiavať EMC, EMI a frekvencie podľa štandardov týkajúcich sa zdravia a bezpečnosti ľudí.