Bezdrátový systém dobíjení elektrických vozidel (wevcs)

Nyní se svět posouvá směrem k elektrifikované mobilitě, aby se snížily emise znečišťujících látek způsobené neobnovitelnými vozidly na fosilní paliva a aby se poskytla alternativa k nákladnému palivu pro dopravu. U elektrických vozidel jsou však dojezd a proces nabíjení dva hlavní problémy, které ovlivňují jeho přijetí oproti konvenčním vozidlům.

Se zavedením technologie dobíjení Wire, žádné další čekání na nabíjecích stanicích po celé hodiny, nyní nechte své vozidlo nabít pouhým zaparkováním na parkovacím místě nebo zaparkováním v garáži nebo dokonce během jízdy můžete dobít své elektrické vozidlo. Od této chvíle jsme velmi dobře obeznámeni s bezdrátovým přenosem datových, zvukových a obrazových signálů, tak proč nemůžeme přenášet energii vzduchem.

Děkujeme skvělému vědci Nikolovi Teslovi za jeho neomezené úžasné vynálezy, ve kterých je bezdrátový přenos energie jedním z nich. V roce 1891 zahájil experiment s bezdrátovým přenosem energie a vyvinul Teslovu cívku. V roce 1901 s primárním cílem vyvinout nový bezdrátový systém přenosu energie Tesla začala vyvíjet věž Wardenclyffe Tower pro velkou vysokonapěťovou bezdrátovou přenosovou stanici energie. Nejsmutnější je, aby dluhy uspokojit Tesla byla věž dynamitem a zbourána šrotu dne 4. července ^th 1917

Základní princip bezdrátového nabíjení je stejný jako princip fungování transformátoru. V bezdrátovém nabíjení je vysílač a přijímač, střídavé napájení 220 V 50 Hz se převádí na vysokofrekvenční střídavý proud a toto vysokofrekvenční střídavé napětí se dodává do cívky vysílače, poté vytváří střídavé magnetické pole, které přerušuje cívku přijímače a způsobuje produkci střídavého výkonu v přijímací cívce. Důležité pro efektivní bezdrátové nabíjení je však udržení rezonanční frekvence mezi vysílačem a přijímačem. Pro zachování rezonančních frekvencí jsou na obou stranách přidány kompenzační sítě. Nakonec se tato střídavá energie na straně přijímače napravila na stejnosměrný proud a přiváděla do baterie prostřednictvím systému správy baterie (BMS).

Statické a dynamické bezdrátové nabíjení

Na základě aplikace lze bezdrátové nabíjecí systémy pro EV rozdělit do dvou kategorií,

Statické bezdrátové nabíjení
Dynamické bezdrátové nabíjení

1. Statické bezdrátové nabíjení

Jak název napovídá, vozidlo se nabije, když zůstane statické. Takže zde bychom mohli jednoduše zaparkovat EV na parkovacím místě nebo v garáži, která je součástí WCS. Vysílač je umístěn pod zemí a přijímač je umístěn pod vozidlem. Pro nabíjení vozidla vyrovnejte vysílač a přijímač a nechte jej nabíjet. Doba nabíjení závisí na úrovni napájecího napětí, vzdálenosti mezi vysílačem a přijímačem a velikosti jejich podložek.

Tento SWCS je nejlepší stavět v oblastech, kde je EV zaparkován po určitý časový interval.

2. Dynamický bezdrátový nabíjecí systém (DWCS):

Jak zde název napovídá, vozidlo se nabije, když je v pohybu. Síla se přenáší vzduchem ze stacionárního vysílače na přijímací cívku v jedoucím vozidle. Použitím dojezdu DWCS EV by se mohl zlepšit dojezd při nepřetržitém nabíjení baterie při jízdě po silnicích a dálnicích. Snižuje potřebu velkého skladování energie, což dále snižuje hmotnost vozidla.

Druhy EVWCS

Na základě provozních technik lze EVWCS rozdělit do čtyř typů

Kapacitní systém bezdrátového nabíjení (CWCS)
Bezdrátový nabíjecí systém s permanentním magnetickým převodem (PMWC)
Induktivní bezdrátový nabíjecí systém (IWC)
Rezonanční indukční bezdrátový nabíjecí systém (RIWC)

1. Kapacitní systém bezdrátového nabíjení (CWCS)

Bezdrátový přenos energie mezi vysílačem a přijímačem se provádí pomocí výtlačného proudu způsobeného změnou elektrického pole. Namísto magnetů nebo cívek jako vysílače a přijímače se zde pro bezdrátový přenos energie používají spojovací kondenzátory. Střídavé napětí bylo nejprve přiváděno do obvodu pro korekci účiníku, aby se zlepšila účinnost a udrželi napěťové úrovně a snížily se ztráty při přenosu energie. Poté je dodáván do H-můstku pro generování vysokofrekvenčního střídavého napětí a tento vysokofrekvenční střídavý proud je aplikován na vysílací desku, která způsobuje rozvoj kmitavého elektrického pole, které způsobuje posunovací proud na desce přijímače pomocí elektrostatické indukce.

Střídavé napětí na straně přijímače se převádí na stejnosměrné pro napájení baterie přes BMS pomocí obvodů usměrňovače a filtru. Frekvence, napětí, velikost vazebních kondenzátorů a vzduchová mezera mezi vysílačem a přijímačem ovlivňují množství přenášeného výkonu. Jeho provozní frekvence je mezi 100 až 600 KHz.

2. Bezdrátový nabíjecí systém s permanentním magnetem (PMWC)

Zde se vysílač i přijímač skládají z vinutí kotvy a synchronizovaných permanentních magnetů uvnitř vinutí. Provoz na straně vysílače je podobný provozu motoru. Když aplikujeme střídavý proud na vinutí vysílače, indukuje mechanický točivý moment na magnetu vysílače, což způsobí jeho rotaci. Vzhledem ke změně magnetické interakce ve vysílači způsobuje pole PM točivý moment na přijímači PM, což vede k jeho synchronní rotaci s magnetem vysílače. Nyní změna permanentního magnetického pole přijímače způsobí produkci střídavého proudu ve vinutí, tj. Přijímač funguje jako generátor jako mechanický příkon do přijímače PM převedený na elektrický výstup při vinutí přijímače. Spojení rotujících permanentních magnetů se označuje jako magnetické ozubené kolo. Generovaná střídavá energie na straně přijímače se přivádí do baterie po usměrnění a filtrování přes výkonové měniče.

3. Indukční bezdrátový nabíjecí systém (IWC)

Základním principem IWC je Faradayův zákon indukce. Zde je bezdrátový přenos energie dosažen vzájemnou indukcí magnetického pole mezi cívkou vysílače a přijímače. Když hlavní zdroj střídavého proudu aplikovaný na cívku vysílače, vytváří střídavé magnetické pole, které prochází cívkou přijímače, a toto magnetické pole pohybuje elektrony v cívce přijímače a způsobuje střídavý výkon. Tento střídavý výstup je usměrněn a filtrován, aby se dobil systém akumulace energie EV. Množství přeneseného výkonu závisí na frekvenci, vzájemné indukčnosti a vzdálenosti mezi cívkou vysílače a přijímače. Pracovní frekvence IWC je mezi 19 a 50 KHz.

4. Rezonanční indukční bezdrátový nabíjecí systém (RIWC)

V zásadě rezonátory s vysokým faktorem kvality přenášejí energii mnohem vyšší rychlostí, takže při provozu na rezonanci můžeme i při slabších magnetických polích přenášet stejné množství energie jako v IWC. Síla může být přenesena na dlouhé vzdálenosti bez kabelů. K maximálnímu přenosu energie vzduchem dochází, když jsou vyladěny cívky vysílače a přijímače, tj. Obě rezonanční frekvence cívek by měly být spárovány. Aby se získaly dobré rezonanční frekvence, jsou k cívkám vysílače a přijímače přidány další kompenzační sítě v sérii a paralelní kombinace. Tato další kompenzační síť spolu se zlepšením rezonanční frekvence také snižuje další ztráty. Pracovní frekvence RIWC je mezi 10 a 150 KHz.

Bezdrátové nabíjení elektrických vozidel

Díky bezdrátovému nabíjení se EV může nabíjet bez nutnosti připojení. Pokud každá společnost vytvoří vlastní standardy pro bezdrátové nabíjecí systémy, které nebudou kompatibilní s jinými systémy, nebude to dobrá věc. Aby bylo bezdrátové nabíjení EV uživatelsky přívětivější Mnoho mezinárodních organizací, jako je Mezinárodní elektrotechnická komise (IEC), Společnost automobilových inženýrů

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

SAE J2954 definuje WPT pro Light-Duty Plug-In EV a metodiku zarovnání. Podle tohoto standardu nabízí úroveň 1 maximální vstupní výkon 3,7 Kw, úroveň 2 nabízí 7,7 Kw, úroveň 3 nabízí 11 Kw a úroveň 4 nabízí 22 Kw. A minimální cílová účinnost musí být při zarovnání větší než 85%. Přípustná světlá výška by měla být až 10 palců a tolerance ze strany na stranu je až 4 palce. Nejvýhodnější metodou zarovnání je magnetická triangulace, která pomáhá zůstat v dosahu nabíjení při ručním parkování a pomáhá najít parkovací místa pro autonomní vozidla.

Standard SAE J1772 definuje spojku EV / PHEV Conductive Charge Coupler.
Standard SAE J2847 / 6 definuje komunikaci mezi bezdrátově nabitými vozidly a bezdrátovými nabíječkami EV.
Standard SAE J1773 definuje indukční nabíjení EV.
Standard SAE J2836 / 6 definuje Pouzdra pro bezdrátovou komunikaci nabíjení pro PEV.
Subjekt UL 2750 definuje osnovu vyšetřování pro WEVCS.
IEC 61980-1 Cor.1 Ed.1.0 definuje všeobecné požadavky na systémy EV WPT.
IEC 62827-2 Ed.1.0 definuje WPT-Management: Multiple Device Control Management.
IEC 63028 Ed.1.0 definuje specifikaci rezonančního základního systému WPT-Air Fuel Alliance.

Společnosti, které jsou v současné době vyvíjeny a pracují na WCS

Skupina Evatran vyrábí Plugless Charging pro osobní automobily jako Tesla Model S, BMW i3, Nissan Leaf, Gen 1 Chevrolet Volt.
WiTricy Corporation vyrábí WCS pro osobní automobily a SUV až dosud spolupracuje se společnostmi Honda Motor Co. Ltd, Nissan, GM, Hyundai, Furukawa Electric.
Qualcomm Halo vyrábí WCS pro osobní, sportovní a závodní vozy a je získáván společností Witricity.
Hevo Power vyrábí WCS pro osobní automobil
Společnost Bombardier Primove vyrábí WCS pro osobní automobily a SUV.
Siemens a BMW vyrábějí WCS pro osobní automobil.
Momentum Dynamic dělá z WCS Corporation komerční flotilu a autobus.
Conductix-Wampfler vyrábí WCS pro průmyslovou flotilu a autobusy.

Výzvy, kterým čelí WEVCS

Pro instalaci statických a dynamických bezdrátových nabíjecích stanic na silnicích je nutný nový rozvoj infrastruktury, protože současné uspořádání není pro tyto instalace vhodné.
Potřeba udržovat EMC, EMI a frekvence podle norem pro obavy o lidské zdraví a bezpečnost.