Безжична система за зареждане на електрически превозни средства (wevcs)

Понастоящем светът преминава към електрифицирана мобилност, за да намали емисиите на замърсители, причинени от невъзобновяеми превозни средства с изкопаеми горива, и да осигури алтернатива на скъпото гориво за транспорт. Но за електрическите превозни средства, обхватът на пътуване и процесът на зареждане са двата основни проблема, засягащи приемането му спрямо конвенционалните превозни средства.

С въвеждането на технологията за зареждане на проводници, без повече чакане на зарядни станции с часове, сега заредете автомобила си, като го паркирате на място за паркиране или паркирате в гаража си или дори по време на шофиране можете да зареждате електрическото си превозно средство. Към момента сме много добре запознати с безжичното предаване на данни, аудио и видео сигнали, така че защо не можем да прехвърляме властта по въздуха.

Благодаря на великия учен Никола Тесла за безкрайните му невероятни изобретения, при които безжичният трансфер на енергия е едно от тях. Той започва своя експеримент за безжично предаване на енергия през 1891 г. и разработва бобина на Tesla. През 1901 г. с основната цел да разработи нова система за безжично предаване на енергия Тесла започна да разработва кулата Wardenclyffe за голяма станция за безжично предаване на енергия с високо напрежение. Най-тъжното е да дългове, да отговарят на Тесла, кулата беше взривен и разрушена за скрап на 4 юли ^-ти 1917

Основният принцип на безжичното зареждане е същият като принципа на работа на трансформатора. При безжичното зареждане има предавател и приемник, 220V 50Hz AC захранване се преобразува във високочестотен променлив ток и този високочестотен променлив ток се подава към намотката на предавателя, след което създава променливо магнитно поле, което прерязва намотката на приемника и причинява произвеждането на променливотокова мощност в намотката на приемника. Но важното за ефективното безжично зареждане е да се поддържа резонансната честота между предавателя и приемника. За поддържане на резонансните честоти се добавят компенсационни мрежи от двете страни. След това най-накрая това променливотоково захранване от страната на приемника се коригира в постоянен ток и се подава към батерията чрез система за управление на батерията (BMS).

Статично и динамично безжично зареждане

Въз основа на приложението, системите за безжично зареждане за EV могат да бъдат разграничени в две категории,

Статично безжично зареждане
Динамично безжично зареждане

1. Статично безжично зареждане

Както показва името, превозното средство се зарежда, когато остане статично. Така че тук можем просто да паркираме EV на мястото за паркиране или в гараж, който е вграден в WCS. Предавателят е монтиран под земята, а приемникът е разположен отдолу на автомобила. За да заредите превозното средство, подравнете предавателя и приемника и го оставете за зареждане. Времето за зареждане зависи от нивото на променливотоково захранване, разстоянието между предавателя и приемника и техните размери на подложката.

Този SWCS е най-добре да се изгражда в райони, където EV се паркира за определен интервал от време.

2. Система за динамично безжично зареждане (DWCS):

Както името показва тук, превозното средство се зарежда, докато е в движение. Силата се предава по въздуха от неподвижен предавател към намотката на приемника в движещо се превозно средство. Чрез използването на DWCS EV обхватът на пътуване може да бъде подобрен с непрекъснатото зареждане на батерията по време на шофиране по пътища и магистрали. Намалява нуждата от голямо съхранение на енергия, което допълнително намалява теглото на автомобила.

Видове EVWCS

Въз основа на оперативните техники EVWCS могат да бъдат класифицирани в четири типа

Капацитивна безжична система за зареждане (CWCS)
Система за безжично зареждане с постоянна магнитна предавка (PMWC)
Индуктивна система за безжично зареждане (IWC)
Резонансна индуктивна система за безжично зареждане (RIWC)

1. Капацитивна система за безжично зареждане (CWCS)

Безжичният пренос на енергия между предавателя и приемника се осъществява чрез изместване на тока, причинено от промяната на електрическото поле. Вместо магнити или намотки като предавател и приемник, тук се използват свързващи кондензатори за безжично предаване на мощност. Променливотоковото напрежение първо се подава към веригата за корекция на фактора на мощността, за да се подобри ефективността и да се поддържа нивото на напрежението и да се намалят загубите при предаване на мощността. След това той се подава към H-мост за генериране на високочестотно променливо напрежение и този високочестотен променлив ток се прилага към предавателната плоча, което причинява развитието на трептящо електрическо поле, което причинява изместване на тока на приемната плоча посредством електростатична индукция.

Променливотоковото напрежение от страната на приемника се преобразува в DC, за да захранва батерията чрез BMS чрез токоизправител и филтърни вериги. Честотата, напрежението, размерът на свързващите кондензатори и въздушната междина между предавателя и приемника влияят върху количеството предадена мощност. Работната му честота е между 100 и 600 KHz.

2. Система за безжично зареждане с постоянен магнит (PMWC)

Тук предавателят и приемникът се състоят от намотка на котвата и синхронизирани постоянни магнити вътре в намотката. На страната на предавателя работата е подобна на работата на двигателя. Когато прилагаме променлив ток към намотката на предавателя, той предизвиква механичен въртящ момент върху магнита на предавателя, което води до неговото въртене. Поради промяната на магнитното взаимодействие в предавателя, PM полето предизвиква въртящ момент на приемника PM, което води до въртенето му синхронно с магнита на предавателя. Сега промяната в постоянното магнитно поле на приемника причинява произвеждането на променлив ток в намотката, т.е. приемникът действа като генератор като механична входна мощност към приемника PM, преобразувана в електрическа мощност при намотката на приемника. Съединението на въртящи се постоянни магнити се нарича магнитно зъбно колело. Генерираното променливо захранване от страната на приемника се подава към батерията след коригиране и филтриране през преобразуватели на мощност.

3. Индуктивна система за безжично зареждане (IWC)

Основният принцип на IWC е законът на Фарадей за индукцията. Тук безжичното предаване на мощност се постига чрез взаимна индукция на магнитно поле между намотката на предавателя и приемника. Когато основното захранване с променлив ток, приложено към намотката на предавателя, създава променливо магнитно поле, което преминава през намотката на приемника и това магнитно поле движи електрони в намотката на приемника, което води до изходна мощност на променлив ток. Този AC изход се коригира и филтрира, за да зареди системата за съхранение на енергия на EV. Количеството на прехвърлената мощност зависи от честотата, взаимната индуктивност и разстоянието между намотката на предавателя и приемника. Работната честота на IWC е между 19 и 50 KHz.

4. Резонансна индуктивна система за безжично зареждане (RIWC)

По същество резонаторите с висок коефициент на качество предават енергия с много по-висока скорост, така че като работим в резонанс, дори при по-слаби магнитни полета можем да предаваме същото количество мощност, както в IWC. Мощността може да се прехвърля на големи разстояния без жици. Максимален трансфер на мощност по въздуха се случва, когато намотките на предавателя и приемника са настроени, т.е. и двете намотки резонансните честоти трябва да бъдат съпоставени. Така че, за да се получат добри резонансни честоти, към намотките на предавателя и приемника се добавят допълнителни компенсационни мрежи в серията и успоредни комбинации. Тази допълнителна компенсационна мрежа заедно с подобряването на резонансната честота също намалява допълнителните загуби. Работната честота на RIWC е между 10 и 150 KHz.

Безжично зареждане на електрически превозни средства

Безжичното зареждане кара EV да се зарежда без нужда от включване. Ако всяка компания създаде свои собствени стандарти за системи за безжично зареждане, които не са съвместими с други системи, това няма да е добро нещо. Така че, за да направим безжичното EV зареждане по-удобно за потребителя Много международни организации като Международната електротехническа комисия (IEC), Обществото на автомобилните инженери

(SAE), Underwriters Laboratories (UL) Институт на инженерите по електротехника и електроника (IEEE) работят по стандарти.

SAE J2954 дефинира WPT за леки електрически приставки и методология за подравняване. Според този стандарт, ниво 1 предлага максимална входна мощност от 3,7 Kw, ниво 2 предлага 7,7Kw, ниво 3 предлага 11Kw и ниво4 предлага 22Kw. И минималната целева ефективност трябва да бъде по-голяма от 85%, когато е подравнена. Допустимият пътен просвет трябва да бъде до 10 инча, а толерансът от страна до страна е до 4 инча. Най-предпочитаният метод за подравняване е магнитната триангулация, която помага да останете в обхвата на заряда при ръчно паркиране и помага да се намерят места за паркиране на автономни превозни средства.

Стандартът SAE J1772 дефинира EV / PHEV съединител за проводно зареждане.
Стандартът SAE J2847 / 6 определя комуникацията между безжични заредени превозни средства и безжични EV зарядни устройства.
Стандартът SAE J1773 определя EV индуктивно свързано зареждане.
Стандартът SAE J2836 / 6 определя случаи на използване за комуникация за безжично зареждане за PEV.
Тема 2750 на UL дефинира очертанията на разследването за WEVCS.
IEC 61980-1 Cor.1 Ed.1.0 определя общите изисквания на EV WPT системите.
IEC 62827-2 Ed.1.0 определя WPT-управление: Управление на множество устройства.
IEC 63028 Ed.1.0 определя WPT-Air Fuel Alliance Resonant Baseline System Specification.

Понастоящем разработени и работещи по WCS компании

Групата Evatran прави безпроблемно зареждане за пътнически EV като Tesla Model S, BMW i3, Nissan Leaf, Gen 1 Chevrolet Volt.
WiTricy Corporation произвежда WCS за леки автомобили и джипове досега работи с Honda Motor Co. Ltd, Nissan, GM, Hyundai, Furukawa Electric.
Qualcomm Halo произвежда WCS за пътнически, спортни и състезателни автомобили и е придобита от корпорация Witricity.
Hevo Power произвежда WCS за лек автомобил
Bombardier Primove прави WCS за Пътнически автомобили до SUV.
Siemens и BMW правят WCS за леки автомобили.
Momentum Dynamic прави WCS Corporation търговски флот и автобуси.
Conductix-Wampfler прави WCS за индустриален флот и автобуси.

Предизвикателства пред WEVCS

За да се инсталират статични и динамични станции за безжично зареждане по пътищата, е необходимо развитие на нова инфраструктура, тъй като настоящата подредба не е подходяща за инсталациите.
Необходимо е да се поддържат EMC, EMI и честотите според стандартите за опазване на човешкото здраве и безопасност.