Bežični sustav za punjenje električnih vozila (wevcs)

Sada se svijet kreće prema elektrificiranoj mobilnosti kako bi se smanjile emisije onečišćujućih tvari uzrokovana neobnovljivim vozilima na fosilna goriva i pružila alternativa skupom gorivu za prijevoz. No za električna vozila dva su glavna problema koja utječu na njegovo usvajanje u odnosu na konvencionalna vozila.

Uvođenjem tehnologije žičnog punjenja, nema više čekanja na stanicama za punjenje satima, sada napunite svoje vozilo parkiranjem na parkiralištu ili parkiranjem u garaži ili čak tijekom vožnje možete napuniti električno vozilo. Od sada smo itekako upoznati s bežičnim prijenosom podataka, audio i video signala, pa zašto ne bismo mogli prenositi snagu putem zraka.

Hvala velikom znanstveniku Nikoli Tesli na njegovim neograničenim nevjerojatnim izumima u kojima je bežični prijenos snage jedan od njih. Započeo je svoj eksperiment s bežičnim prijenosom snage 1891. godine i razvio Teslinu zavojnicu. 1901. godine, s primarnim ciljem razvoja novog bežičnog sustava za prijenos energije, Tesla je započeo razvoj Wardenclyffeova tornja za veliku visokonaponsku stanicu za bežični prijenos energije. Najtužnije je podmiriti Tesline dugove, toranj je dinamiziran i srušen za otpad 4. ^srpnja 1917

Osnovni princip bežičnog punjenja jednak je principu rada transformatora. U bežičnom punjenju postoje odašiljač i prijamnik, napajanje izmjeničnom strujom od 220 V od 50 Hz pretvara se u visokofrekventnu izmjeničnu struju i ta se visokofrekventna izmjenična struja dovodi u zavojnicu odašiljača, a zatim stvara naizmjenično magnetsko polje koje presiječe zavojnicu prijemnika i uzrokuje proizvodnju izmjenične snage u zavojnici prijemnika. Ali najvažnija stvar za učinkovito bežično punjenje je održavanje rezonantne frekvencije između odašiljača i prijemnika. Kako bi se održale rezonantne frekvencije, kompenzacijske mreže dodane su s obje strane. Zatim napokon, ovo izmjenično napajanje na strani prijemnika ispravljeno je na istosmjernu struju i napaja se u bateriju putem sustava za upravljanje baterijama (BMS).

Statičko i dinamičko bežično punjenje

Na temelju aplikacije, bežični sustavi punjenja za EV mogu se podijeliti u dvije kategorije,

1. Statično bežično punjenje
2. Dinamično bežično punjenje

1. Statično bežično punjenje

Kao što i samo ime govori, vozilo se puni kad ostane statično. Dakle, ovdje bismo jednostavno mogli parkirati EV na parkiralištu ili u garaži koja je spojena s WCS-om. Odašiljač je postavljen ispod zemlje, a prijemnik je smješten ispod vozila. Za punjenje vozila poravnajte odašiljač i prijemnik i ostavite ga za punjenje. Vrijeme punjenja ovisi o razini napajanja izmjeničnom strujom, udaljenosti između odašiljača i prijemnika i njihovim veličinama jastučića.

Ovaj SWCS najbolje je graditi u područjima gdje se EV parkira na određeni vremenski interval.

2. Dinamički sustav bežičnog punjenja (DWCS):

Kao što naziv ovdje navodi, vozilo se puni dok je u pokretu. Snaga se prenosi zrakom iz nepokretnog odašiljača u zavojnicu prijemnika u vozilu u pokretu. Korištenjem DWCS EV-a putni domet mogao bi se poboljšati kontinuiranim punjenjem baterije tijekom vožnje po cestama i autocestama. Smanjuje potrebu za velikim skladištenjem energije što dodatno smanjuje težinu vozila.

Vrste EVWCS-a

Na temelju radnih tehnika EVWCS se mogu klasificirati u četiri vrste

1. Kapacitivni sustav bežičnog punjenja (CWCS)
2. Sustav bežičnog punjenja s trajnim magnetskim prijenosnikom (PMWC)
3. Induktivni sustav bežičnog punjenja (IWC)
4. Rezonantni induktivni sustav bežičnog punjenja (RIWC)

1. Kapacitivni sustav bežičnog punjenja (CWCS)

Bežični prijenos energije između odašiljača i prijamnika ostvaruje se pomoću pomicne struje uzrokovane promjenom električnog polja. Umjesto magneta ili zavojnica kao odašiljača i prijamnika, ovdje se za bežični prijenos snage koriste kondenzatori za spajanje. AC napon prvo se isporučuje u krug za korekciju faktora snage radi poboljšanja učinkovitosti i održavanja razine napona i smanjenja gubitaka tijekom prijenosa snage. Zatim se dovodi na H most za stvaranje visokofrekventnog izmjeničnog napona i taj se visokofrekventni izmjenični nanosi na prijenosnu ploču što uzrokuje razvoj oscilirajućeg električnog polja koje uzrokuje pomicanje struje na prijemnoj ploči pomoću elektrostatičke indukcije.

Izmjenični napon na strani prijemnika pretvara se u istosmjerni izvor za napajanje baterije putem BMS-a pomoću krugova ispravljača i filtra. Frekvencija, napon, veličina spojnih kondenzatora i zračni razmak između odašiljača i prijemnika utječu na količinu prenesene snage. Njegova radna frekvencija je između 100 i 600 KHz.

2. Sustav bežičnog punjenja s trajnim magnetom (PMWC)

Ovdje se svaki odašiljač i prijemnik sastoji od namotaja armature i sinkroniziranih trajnih magneta unutar namota. Na bočnoj strani odašiljača rad je sličan radu motora. Kada primijenimo izmjeničnu struju na namot odašiljača, on uzrokuje mehanički moment na magnetu odašiljača i uzrokuje njegovo okretanje. Zbog promjene magnetske interakcije na odašiljaču, PM polje uzrokuje moment na PM prijemniku što rezultira njegovom rotacijom sinkrono s magnetom odašiljača. Sada promjena u stalnom magnetskom polju prijemnika uzrokuje stvaranje izmjenične struje u namotu, tj. Prijemnik djeluje kao generator kao mehanički ulaz snage u prijemnik PM pretvoren u električni izlaz na namotu prijemnika. Spojka rotirajućih trajnih magneta naziva se magnetski zupčanik. Stvorena izmjenična struja na strani prijemnika napaja se u bateriju nakon ispravljanja i filtriranja kroz pretvarače napajanja.

3. Induktivni sustav bežičnog punjenja (IWC)

Osnovno načelo IWC-a je Faradayev zakon indukcije. Ovdje se bežični prijenos snage postiže međusobnom indukcijom magnetskog polja između zavojnice odašiljača i prijemnika. Kada se glavna izmjenična opskrba primijeni na zavojnicu odašiljača, ona stvara magnetsko polje izmjeničnog napona koje prolazi kroz zavojnicu prijemnika i to magnetsko polje pomiče elektrone u zavojnici prijemnika i uzrokuje izlaznu snagu izmjenične struje. Ovaj izmjenični izlaz ispravlja se i filtrira kako bi se napunio EV-ov sustav za pohranu energije. Količina prenesene snage ovisi o frekvenciji, međusobnoj induktivnosti i udaljenosti između zavojnice odašiljača i prijemnika. Radna frekvencija IWC-a je između 19 i 50 KHz.

4. Rezonantni induktivni sustav bežičnog punjenja (RIWC)

U osnovi rezonatori s visokim faktorom kvalitete emitiraju energiju mnogo većom brzinom, pa radeći u rezonanciji, čak i sa slabijim magnetskim poljima, možemo prenijeti jednaku količinu snage kao u IWC. Snaga se može prenositi na velike udaljenosti bez žica. Maksimalni prijenos snage zrakom događa se kada se namotaju zavojnice odašiljača i prijemnika, tj. Treba podudarati rezonantne frekvencije obje zavojnice. Dakle, da bi se dobile dobre rezonantne frekvencije, dodatne zavojne mreže u nizu i paralelne kombinacije dodaju se na zavojnice odašiljača i prijemnika. Ova dodatna mreža za kompenzaciju, zajedno s poboljšanjem rezonantne frekvencije, također smanjuje dodatne gubitke. Radna frekvencija RIWC-a je između 10 i 150 KHz.

Bežično punjenje električnih vozila

Bežično punjenje čini da se EV puni bez potrebe za uključivanjem. Ako svaka tvrtka izradi vlastite standarde za bežične sustave punjenja koji se neće kompatibilno s drugim sustavima, to neće biti dobro. Dakle, kako bi bežično EV punjenje učinilo korisnijim Mnoge međunarodne organizacije poput Međunarodne elektrotehničke komisije (IEC), Društva automobilskih inženjera

(SAE), Underwriters Laboratories (UL) Institut inženjera elektrotehnike i elektronike (IEEE) rade na standardima.

• SAE J2954 definira WPT za lagane plug-in EV-ove i metodologiju poravnanja. Prema ovom standardu, razina 1 nudi maksimalnu ulaznu snagu od 3,7 Kw, razina 2 nudi 7,7Kw, razina 3 nudi 11Kw, a razina 4 nudi 22Kw. A minimalna ciljna učinkovitost mora biti veća od 85% kada se poravna. Dopušteni razmak od tla trebao bi biti do 10 inča, a bočno tolerancija do 4 inča. Najpoželjnija metoda poravnavanja je magnetska triangulacija koja pomaže zadržavanju unutar dometa punjenja pri ručnom parkiranju i pomaže u pronalaženju parkirnih mjesta za autonomna vozila.

• Standard SAE J1772 definira EV / PHEV provodnu spojnicu za punjenje.
• Standard SAE J2847 / 6 definira komunikaciju između bežičnih napunjenih vozila i bežičnih EV punjača.
• Standard SAE J1773 definira EV induktivno spojeno punjenje.
• Standard SAE J2836 / 6 definira slučajeve korištenja za bežičnu komunikaciju punjenja za PEV.
• Predmet UL 2750 definira strukturu istrage za WEVCS.
• IEC 61980-1 Cor.1 Ed.1.0 definira opće zahtjeve EV WPT sustava.
• IEC 62827-2 Ed.1.0 definira WPT-upravljanje: upravljanje višestrukim uređajima.
• IEC 63028 Ed.1.0 definira specifikaciju rezonantnog osnovnog sustava WPT-Air Fuel Alliance.

Tvrtke koje su trenutno razvijene i rade na WCS-u

• Grupa Evatran pravi punjenje bez punjenja za putničke EV-ove poput Tesle Model S, BMW-a i3, Nissan Leafa, Chevrolet Volta prve generacije.
• WiTricy Corporation izrađuje WCS za osobna vozila i SUV vozila, a do sada surađuje s Honda Motor Co. Ltd, Nissan, GM, Hyundai i Furukawa Electric.
• Qualcomm Halo izrađuje WCS za putničke, sportske i trkaće automobile, a nabavila ga je korporacija Witricity.
• Hevo Power izrađuje WCS za osobni automobil
• Bombardier Primove izrađuje WCS za osobna i terenska vozila.
• Siemens i BMW izrađuju WCS za osobna vozila.
• Momentum Dynamic izrađuje komercijalni vozni park i autobuse WCS Corporation.
• Conductix-Wampfler izrađuje WCS za industrijsku flotu i autobuse.

Izazovi s kojima se suočava WEVCS

• Za postavljanje statičkih i dinamičkih bežičnih stanica za punjenje na cestama potreban je novi infrastrukturni razvoj jer trenutni aranžmani nisu prikladni za instalacije.
• Potrebno je održavati EMC, EMI i frekvencije prema standardima za brigu o zdravlju i sigurnosti ljudi.