Trådlöst laddningssystem för elektriska fordon (wevcs)

Nu om dagen går världen mot elektrifierad rörlighet för att minska utsläppen av föroreningar som orsakas av icke förnybara fossildrivna fordon och för att tillhandahålla alternativet till dyrt bränsle för transport. Men för elfordon är räckvidd och laddningsprocess de två viktigaste frågorna som påverkar antagandet av konventionella fordon.

Med introduktionen av Wire-laddningsteknik, inte längre vänta på laddstationer i timmar, ladda nu ditt fordon genom att bara parkera det på parkeringsplatsen eller genom att parkera i ditt garage eller till och med under körning kan du ladda ditt elfordon. Från och med nu är vi mycket bekanta med trådlös överföring av data, ljud och videosignaler, så varför kan vi inte överföra ström via luften.

Tack till den fantastiska forskaren Nikola Tesla för hans oändliga fantastiska uppfinningar där trådlös kraftöverföring är en av dem. Han började sitt experiment med trådlös kraftöverföring 1891 och utvecklade Tesla-spolen. År 1901 med det primära målet att utveckla ett nytt trådlöst kraftöverföringssystem började Tesla utveckla Wardenclyffe Tower för en stor högspännings trådlös energitransmissionsstation. Den sorgligaste delen är att tillgodose Tesla skulder, var tornet sprängde och revs för skrot den 4 juli ^th 1917

Grundprincipen för trådlös laddning är samma som transformatorns arbetsprincip. Vid trådlös laddning finns sändare och mottagare, 220V 50Hz växelströmsförsörjning omvandlas till högfrekvent växelström och denna högfrekventa växelström levereras till sändarspolen, då skapas växlande magnetfält som skär mottagarspolen och orsakar produktion av växelström i mottagarspolen. Men det viktiga för effektiv trådlös laddning är att bibehålla resonansfrekvensen mellan sändare och mottagare. För att upprätthålla resonansfrekvenserna läggs kompensationsnät på båda sidor. Till sist rättades denna växelström på mottagarsidan till DC och matades till batteriet via Battery Management System (BMS).

Statisk och dynamisk trådlös laddning

Baserat på applikationen kan trådlösa laddningssystem för EV särskiljas i två kategorier,

Statisk trådlös laddning
Dynamisk trådlös laddning

1. Statisk trådlös laddning

Som namnet antyder laddas fordonet när det förblir statiskt. Så här kan vi helt enkelt parkera EV på parkeringsplatsen eller i garaget som är integrerat med WCS. Sändaren är monterad under marken och mottagaren är placerad i fordonets undersida. Att ladda fordonet rikta in sändaren och mottagaren och lämna den för laddning. Laddningstiden beror på strömförsörjningsnivån, avståndet mellan sändaren och mottagaren och deras padstorlekar.

Denna SWCS är bäst att bygga i områden där EV parkeras under ett visst tidsintervall.

2. Dynamiskt trådlöst laddningssystem (DWCS):

Som namnet antyder här laddas fordonet i rörelse. Kraften överförs över luften från en stationär sändare till mottagarspolen i ett fordon i rörelse. Genom att använda DWCS EV: s reseområde kan förbättras med kontinuerlig laddning av batteriet vid körning på vägar och motorvägar. Det minskar behovet av stor energilagring vilket ytterligare minskar fordonets vikt.

Typer av EVWCS

Baserat på driftstekniker kan EVWCS klassificeras i fyra typer

Kapacitivt trådlöst laddningssystem (CWCS)
Permanent trådlöst laddningssystem med magnetisk utrustning (PMWC)
Induktivt trådlöst laddningssystem (IWC)
Resonant induktivt trådlöst laddningssystem (RIWC)

1. Kapacitivt trådlöst laddningssystem (CWCS)

Trådlös överföring av energi mellan sändare och mottagare åstadkommes med hjälp av förskjutningsström orsakad av variationen i det elektriska fältet. I stället för magneter eller spolar som sändare och mottagare används kopplingskondensatorer här för trådlös överföring av kraft. Växelspänningen tillfördes först till effektfaktorkorrigeringskretsen för att förbättra effektiviteten och för att upprätthålla spänningsnivåerna och för att minska förlusterna medan strömmen överförs. Därefter matas den till en H-brygga för högfrekvent växelspänningsgenerering och denna högfrekventa växelström appliceras på sändningsplattan som orsakar utvecklingen av oscillerande elektriskt fält som orsakar förskjutningsström vid mottagarplattan med hjälp av elektrostatisk induktion.

Växelspänningen på mottagarsidan omvandlas till DC för att mata batteriet genom BMS med likriktare och filterkretsar. Frekvens, spänning, storlek på kopplingskondensatorer och luftspalt mellan sändare och mottagare påverkar mängden överförd effekt. Driftfrekvensen är mellan 100 och 600 kHz.

2. Permanent Magnet Gear Wireless Charging System (PMWC)

Här består sändare och mottagare vardera av ankarlindning och synkroniserade permanentmagneter inuti lindningen. Vid sändarsidan är driften liknande motordrift. När vi applicerar växelströmmen på sändarens lindning inducerar det mekaniskt vridmoment på sändarmagneten och orsakar att den roterar. På grund av den magnetiska interaktionsförändringen i sändaren orsakar PM-fältet vridmoment på mottagarens PM vilket resulterar i att det roterar synkront med sändarmagneten. Förändring i mottagarens permanenta magnetfält orsakar växelströmsproduktionen vid lindning, dvs mottagaren fungerar som generator som mekanisk effektingång till mottagaren PM omvandlad till elektrisk utgång vid mottagarlindning. Kopplingen av roterande permanentmagneter kallas magnetväxel. Den genererade växelströmmen på mottagarsidan matas till batteriet efter korrigering och filtrering genom kraftomvandlare.

3. Induktivt trådlöst laddningssystem (IWC)

Den grundläggande principen för IWC är Faradays induktionslag. Här uppnås trådlös kraftöverföring genom ömsesidig induktion av magnetfält mellan sändare och mottagarspole. När huvudströmförsörjningen appliceras på sändarspiralen skapar den växelströmsmagnetfält som passerar genom mottagarspolen och detta magnetfält förflyttar elektroner i mottagarspolen och orsakar växelströmseffekt. Denna AC-uteffekt korrigeras och filtreras för att ladda EV: s energilagringssystem. Mängden överförd effekt beror på frekvens, ömsesidig induktans och avstånd mellan sändare och mottagarspole. Driftfrekvensen för IWC är mellan 19 och 50 KHz.

4. Resonant induktivt trådlöst laddningssystem (RIWC)

I grund och botten överför resonatorer med hög kvalitetsfaktor energi i mycket högre takt, så genom att arbeta med resonans, även med svagare magnetfält, kan vi överföra samma mängd effekt som i IWC. Kraften kan överföras till långa avstånd utan ledningar. Max överföring av kraft över luften sker när sändar- och mottagarspolarna är inställda, dvs båda resonansfrekvensernas spolar bör matchas. Så för att få bra resonansfrekvenser läggs ytterligare kompensationsnätverk i serien och parallella kombinationer till sändar- och mottagarspolarna. Dessa ytterligare kompensationsnätverk tillsammans med förbättring av resonansfrekvensen minskar också ytterligare förluster. Driftfrekvensen för RIWC är mellan 10 och 150 KHz.

Trådlös laddning av elfordon

Trådlös laddning gör att EV laddas utan att behöva plugga in. Om varje företag gör sina egna standarder för trådlösa laddningssystem som inte är kompatibla med andra system så är det inte bra. Så för att göra trådlös EV-laddning mer användarvänlig Många internationella organisationer som International Electro Technical Commission (IEC), Society of Automotive Engineers

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

SAE J2954 definierar WPT för Light-Duty Plug-In EVs och Alignment Methodology. Enligt denna standard erbjuder nivå 1 maximal ingångseffekt på 3,7 Kw, nivå 2 erbjuder 7,7 kW, nivå 3 erbjuder 11 kW och nivå 4 erbjuder 22 kW. Och den minsta måleffektiviteten måste vara större än 85% när den är inriktad. Tillåtet markfrigång bör vara upp till 10 tum och tolerans från sida till sida är upp till 4 tum. Den mest föredragna inriktningsmetoden är magnetisk triangulering som hjälper till att hålla sig inom laddningsområdet vid manuell parkering och hjälper till att hitta parkeringsplatser för autonoma fordon.

SAE J1772-standarden definierar EV / PHEV konduktiv laddningskopplare.
SAE J2847 / 6 standard definierar kommunikation mellan trådlösa laddade fordon och trådlösa EV-laddare.
SAE J1773 standard definierar EV induktivt kopplad laddning.
SAE J2836 / 6 standard definierar användningsfall för trådlös laddningskommunikation för PEV.
UL-ämne 2750 definierar kontur för utredning för WEVCS.
IEC 61980-1 Cor.1 Ed.1.0 definierar allmänna krav för EV WPT-system.
IEC 62827-2 Ed.1.0 definierar WPT-Management: Multiple Device Control Management.
IEC 63028 Ed.1.0 definierar WPT-Air Fuel Alliance Resonant Baseline System Specification.

Företag som för närvarande är utvecklade och arbetar med WCS

Evatran-gruppens tillverkning av Plugless Charging för personbilar som Tesla Model S, BMW i3, Nissan Leaf, Gen 1 Chevrolet Volt.
WiTricy Corporation tillverkar WCS för personbilar och stadsjeepar tills nu arbetar de med Honda Motor Co. Ltd, Nissan, GM, Hyundai, Furukawa Electric.
Qualcomm Halo tillverkar WCS för passagerare, sport och racerbil och förvärvas av Witricity Corporation.
Hevo Power tillverkar WCS för personbil
Bombardier Primove tillverkar WCS för personbil till stadsjeepar.
Siemens och BMW tillverkar WCS för personbil.
Momentum Dynamic tillverkar WCS Corporation kommersiell flotta och buss.
Conductix-Wampfler tillverkar WCS för industrins flotta och buss.

Utmaningar inför WEVCS

För att installera statiska och dynamiska trådlösa laddstationer på vägarna krävs ny infrastrukturutveckling eftersom nuvarande arrangemang inte är lämpligt för installationen.
Behöver underhålla EMC, EMI och frekvenser enligt standarder för människors hälsa och säkerhet.