Trådløst opladningssystem til elektriske køretøjer (wevcs)

Nu om dagen skifter verden mod elektrificeret mobilitet for at reducere de forurenende emissioner forårsaget af ikke-fornyelige fossile køretøjer og for at give alternativet til pebret brændstof til transport. Men for elektriske køretøjer er rækkevidde og opladningsprocessen de to største problemer, der påvirker dens anvendelse i forhold til konventionelle køretøjer.

Med introduktionen af Wire-opladningsteknologi, venter ikke mere på ladestationer i timevis, lad dit køretøj nu oplades ved bare at parkere det på parkeringspladsen eller ved at parkere i din garage eller endda under kørsel kan du oplade dit elektriske køretøj. Fra nu af er vi meget fortrolige med trådløs transmission af data-, lyd- og videosignaler, så hvorfor kan vi ikke overføre strøm via luften.

Tak til den store videnskabsmand Nikola Tesla for hans ubegrænsede fantastiske opfindelser, hvor trådløs strømoverførsel er en af dem. Han startede sit eksperiment med trådløs kraftoverførsel i 1891 og udviklede Tesla-spole. I 1901 med det primære mål om at udvikle et nyt trådløst kraftoverførselssystem startede Tesla udviklingen af Wardenclyffe Tower til en stor højspændings trådløs energitransmissionsstation. Det sørgeligste del er at tilfredsstille Tesla gæld, blev tårnet sprængt og revet ned til skrot den 4. juli ^th 1917

Grundprincippet om trådløs opladning er det samme som transformatorens arbejdsprincip. Ved trådløs opladning er der sender og modtager, 220V 50Hz vekselstrømforsyning konverteres til højfrekvent vekselstrøm, og denne højfrekvente vekselstrøm leveres til senderspolen, så skaber det skiftende magnetfelt, der skærer modtagerspolen og forårsager produktion af vekselstrømsoutput i modtagerspole. Men det vigtige ved effektiv trådløs opladning er at opretholde resonansfrekvensen mellem sender og modtager. For at opretholde resonansfrekvenserne tilføjes kompensationsnetværk på begge sider. Så endelig blev denne vekselstrøm på modtagersiden rettet til jævnstrøm og ført til batteriet via Battery Management System (BMS).

Statisk og dynamisk trådløs opladning

Baseret på applikationen kan trådløse opladningssystemer til EV skelnes i to kategorier,

Statisk trådløs opladning
Dynamisk trådløs opladning

1. Statisk trådløs opladning

Som navnet antyder, bliver køretøjet ladet, når det forbliver statisk. Så her kunne vi simpelthen parkere EV på parkeringspladsen eller i garagen, der er indbygget i WCS. Senderen er monteret under jorden, og modtageren er arrangeret i køretøjets nedenunder. For at oplade køretøjet skal du justere senderen og modtageren og lade den blive opladet. Opladningstiden afhænger af vekselstrømsforsyningsniveauet, afstanden mellem transmitteren og modtageren og deres padstørrelse.

Denne SWCS er bedst at bygge i områder, hvor EV parkeres i et bestemt tidsinterval.

2. Dynamisk trådløst opladningssystem (DWCS):

Som navnet angiver her, bliver køretøjet ladet, mens det er i bevægelse. Effekten overføres over luften fra en stationær sender til modtagerspolen i et køretøj i bevægelse. Ved at bruge DWCS EV's rækkevidde kunne forbedres med kontinuerlig opladning af batteriet under kørsel på veje og motorveje. Det reducerer behovet for stor energilagring, hvilket yderligere reducerer køretøjets vægt.

Typer af EVWCS

Baseret på driftsteknikker kan EVWCS klassificeres i fire typer

Kapacitivt trådløst opladningssystem (CWCS)
Permanent magnetisk gear trådløst opladningssystem (PMWC)
Induktivt trådløst opladningssystem (IWC)
Resonant induktivt trådløst opladningssystem (RIWC)

1. Kapacitivt trådløst opladningssystem (CWCS)

Trådløs overførsel af energi mellem sender og modtager opnås ved hjælp af forskydningsstrøm forårsaget af variationen i det elektriske felt. I stedet for magneter eller spoler som sender og modtager bruges koblingskondensatorer her til trådløs transmission af strøm. AC-spændingen leveres først til effektfaktorkorrektionskredsløb for at forbedre effektiviteten og opretholde spændingsniveauerne og reducere tabene under transmission af strømmen. Derefter leveres det til en H-bro til højfrekvent vekselstrømsgenerering, og denne højfrekvente vekselstrøm påføres transmitterende plade, som forårsager udviklingen af et oscillerende elektrisk felt, der forårsager forskydningsstrøm ved modtagerpladen ved hjælp af elektrostatisk induktion.

AC-spændingen på modtagersiden konverteres til DC for at føre batteriet gennem BMS af ensretter og filterkredsløb. Frekvens, spænding, størrelse på koblingskondensatorer og luftspalte mellem sender og modtager påvirker mængden af overført effekt. Driftsfrekvensen er mellem 100 og 600 KHz.

2. Permanent magnetudstyr trådløst opladningssystem (PMWC)

Her består sender og modtager hver af ankervikling og synkroniserede permanente magneter inde i viklingen. På sendersiden svarer driften til motordrift. Når vi anvender vekselstrømmen til transmitterviklingen, inducerer den mekanisk drejningsmoment på transmittermagneten, hvilket får den til at rotere. På grund af den magnetiske interaktionsændring i transmitteren forårsager PM-felt drejningsmoment på modtagerens PM, hvilket resulterer i, at den roterer synkront med transmittermagneten. Ændring i modtagerens permanente magnetfelt forårsager nu produktion af vekselstrøm i vikling, dvs. at modtageren fungerer som generator som mekanisk strømindgang til modtageren PM omdannet til elektrisk udgang ved modtagervikling. Koblingen af roterende permanente magneter kaldes magnetisk gear. Den genererede vekselstrøm på modtagersiden tilføres batteriet efter udbedring og filtrering gennem strømomformere.

3. Induktivt trådløst opladningssystem (IWC)

Det grundlæggende princip i IWC er Faradays lov om induktion. Her opnås trådløs transmission af kraft ved gensidig induktion af magnetfelt mellem sender og modtagerspole. Når den primære vekselstrømsforsyning påføres transmitterens spole, skaber den vekselstrømsmagnetfelt, der passerer gennem modtagerspolen, og dette magnetfelt bevæger elektroner i modtagerspolen, der forårsager vekselstrømseffekt. Denne AC-udgang rettes og filtreres for at oplade EV's energilagringssystem. Mængden af overført effekt afhænger af frekvens, gensidig induktans og afstand mellem sender og modtagerspole. IWC's driftsfrekvens er mellem 19 og 50 KHz.

4. Resonant induktivt trådløst opladningssystem (RIWC)

Dybest set resonatorer med høj kvalitetsfaktor transmitterer energi med meget højere hastighed, så ved at operere ved resonans, selv med svagere magnetfelter, kan vi transmittere den samme mængde strøm som i IWC. Strømmen kan overføres til lange afstande uden ledninger. Maks. Overførsel af strøm over luften sker, når sender- og modtagerspolerne er indstillet, dvs. begge resonansfrekvenser skal matches. Så for at få gode resonansfrekvenser tilføjes yderligere kompensationsnetværk i serien og parallelle kombinationer til sender- og modtagerspolerne. Dette ekstra kompensationsnetværk sammen med forbedring af resonansfrekvensen reducerer også de yderligere tab. Driftsfrekvensen for RIWC er mellem 10 og 150 KHz.

Trådløs opladning af elbiler

Trådløs opladning gør, at EV kan oplades uden behov for tilslutning. Hvis hver virksomhed laver sine egne standarder for trådløse opladningssystemer, der ikke er kompatible med andre systemer, er det ikke en god ting. Så for at gøre trådløs EV-opladning mere brugervenlig Mange internationale organisationer som International Electro Technical Commission (IEC), Society of Automotive Engineers

(SAE), Underwriters Laboratories (UL) Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) arbejder på standarder.

SAE J2954 definerer WPT til Light-Duty Plug-In EV'er og Alignment Methodology. I henhold til denne standard tilbyder niveau 1 maksimal inputeffekt på 3,7 Kw, niveau2 tilbyder 7,7 kW, niveau 3 tilbyder 11 kW og niveau 4 tilbyder 22 kW. Og den minimale måleffektivitet skal være større end 85%, når den er justeret. Tilladelig frihøjde til jorden skal være op til 10 inches og tolerance fra side til side er op til 4 inches. Den mest foretrukne justeringsmetode er magnetisk triangulering, der hjælper med at holde sig inden for ladningsområdet ved manuel parkering og hjælper med at finde parkeringspladser til autonome køretøjer.

SAE J1772 standard definerer EV / PHEV ledende ladekobling.
SAE J2847 / 6 standard definerer kommunikation mellem trådløse ladede køretøjer og trådløse EV-opladere.
SAE J1773-standarden definerer EV induktivt koblet opladning.
SAE J2836 / 6 standard definerer brugstilfælde til trådløs opladningskommunikation til PEV.
UL-emne 2750 definerer oversigt over undersøgelser til WEVCS.
IEC 61980-1 Cor.1 Ed.1.0 definerer EV WPT Systems generelle krav.
IEC 62827-2 Ed.1.0 definerer WPT-Management: Multiple Device Control Management.
IEC 63028 Ed.1.0 definerer WPT-Air Fuel Alliance Resonant Baseline System Specification.

Virksomheder, der i øjeblikket er udviklet og arbejder på WCS

Evatran-gruppens fremstiller Plugless Charging til passager-elbiler som Tesla Model S, BMW i3, Nissan Leaf, Gen 1 Chevrolet Volt.
WiTricy Corporation fremstiller WCS til personbiler og SUV'er indtil nu arbejder det med Honda Motor Co. Ltd, Nissan, GM, Hyundai, Furukawa Electric.
Qualcomm Halo fremstiller WCS til passager-, sport- og racerbil, og den erhverves af Witricity Corporation.
Hevo Power fremstiller WCS til personbil
Bombardier Primove fremstiller WCS til personbil til SUV'er.
Siemens og BMW fremstiller WCS til personbil.
Momentum Dynamic fremstiller WCS Corporation kommerciel flåde og bus.
Conductix-Wampfler fremstiller WCS til industriflåde og bus.

Udfordringer med WEVCS

For at installere statiske og dynamiske trådløse ladestationer på vejene er der behov for ny infrastrukturudvikling, da det nuværende arrangement ikke er egnet til installationerne.
Behov for at vedligeholde EMC, EMI og frekvenser i henhold til standarder for menneskers sundhed og sikkerhed.