Bezvadu elektriskā transportlīdzekļa uzlādes sistēma (wevcs)

Tagad dienu pasaule virzās uz elektrificētu mobilitāti, lai samazinātu piesārņojošo vielu emisijas, ko rada ar atjaunojamo enerģiju nesaistīti fosilie transportlīdzekļi, un lai nodrošinātu alternatīvu dārgai transportēšanai paredzētai degvielai. Bet elektriskajiem transportlīdzekļiem braukšanas diapazons un uzlādes process ir divi galvenie jautājumi, kas ietekmē tā pieņemšanu salīdzinājumā ar parastajiem transportlīdzekļiem.

Ieviešot Wire uzlādes tehnoloģiju, vairs nevajadzētu stundām ilgi gaidīt uzlādes stacijās. Tagad uzlādējiet savu transportlīdzekli, vienkārši novietojot to stāvvietā vai stāvot pie garāžas vai pat braucot, varat uzlādēt elektrisko transportlīdzekli. Pašlaik mēs ļoti labi pārzinām datu, audio un video signālu bezvadu pārraidi, tad kāpēc mēs nevaram pārsūtīt enerģiju pa gaisu.

Paldies izcilajam zinātniekam Nikolam Teslam par viņa neierobežotajiem pārsteidzošajiem izgudrojumiem, kuros bezvadu enerģijas pārraide ir viens no tiem. Savu eksperimentu par bezvadu enerģijas pārraidi viņš uzsāka 1891. gadā un izstrādāja Tesla spoli. 1901. gadā ar galveno mērķi izstrādāt jaunu bezvadu enerģijas pārvades sistēmu Tesla sāka attīstīt Wardenclyffe torni lielai augstsprieguma bezvadu enerģijas pārraides stacijai. Visskumjākais ir tas, lai apmierinātu Teslas parādiem, tornis tika dynamited un jānojauc metāllūžņos gada 4. jūlijā ^th 1917

Bezvadu uzlādes pamatprincips ir tāds pats kā transformatora darbības princips. Bezvadu uzlādē ir raidītājs un uztvērējs, 220V 50Hz maiņstrāvas padeve tiek pārveidota par augstas frekvences maiņstrāvu, un šī augstfrekvences maiņstrāva tiek piegādāta raidītāja spolei, pēc tam tas rada mainīgu magnētisko lauku, kas sagriež uztvērēja spoli un izraisa maiņstrāvas jaudas izvadi uztvērēja spolē. Bet efektīvai bezvadu uzlādei ir svarīgi saglabāt rezonanses frekvenci starp raidītāju un uztvērēju. Lai saglabātu rezonanses frekvences, abās pusēs tiek pievienoti kompensācijas tīkli. Tad visbeidzot, šī maiņstrāva uztvērēja pusē tika izlīdzināta līdz DC un tiek ievadīta akumulatorā, izmantojot Battery Management System (BMS).

Statiskā un dinamiskā bezvadu uzlāde

Pamatojoties uz lietojumu, bezvadu uzlādes sistēmas EV var iedalīt divās kategorijās:

Statiskā bezvadu uzlāde
Dinamiska bezvadu uzlāde

1. Statiskā bezvadu uzlāde

Kā norāda nosaukums, transportlīdzeklis tiek uzlādēts, kad tas paliek statisks. Tātad šeit mēs varētu vienkārši novietot EV pie stāvvietas vai garāžā, kas ir apvienota ar WCS. Raidītājs ir uzstādīts zem zemes, un uztvērējs ir izvietots transportlīdzekļa apakšā. Lai uzlādētu transportlīdzekli, izlīdziniet raidītāju un uztvērēju un atstājiet to uzlādēšanai. Uzlādes laiks ir atkarīgs no maiņstrāvas padeves jaudas līmeņa, attāluma starp raidītāju un uztvērēju un to spilventiņu izmēriem.

Šo SWCS vislabāk ir būvēt vietās, kur EV tiek novietota uz noteiktu laika intervālu.

2. Dinamiskā bezvadu uzlādes sistēma (DWCS):

Kā norāda nosaukums, transportlīdzeklis tiek uzlādēts kustības laikā. Jauda pāriet pa gaisu no stacionāra raidītāja uz uztvērēja spoli kustīgā transportlīdzeklī. Izmantojot DWCS EV, braukšanas diapazonu varētu uzlabot, nepārtraukti uzlādējot akumulatoru, braucot pa brauktuvēm un šosejām. Tas samazina nepieciešamību pēc lielas enerģijas uzkrāšanas, kas vēl vairāk samazina transportlīdzekļa svaru.

EVWCS veidi

Pamatojoties uz darbības metodēm, EVWCS var iedalīt četros veidos

Kapasitīva bezvadu uzlādes sistēma (CWCS)
Pastāvīgā magnētiskā pārnesuma bezvadu uzlādes sistēma (PMWC)
Induktīvā bezvadu uzlādes sistēma (IWC)
Rezonanses induktīvā bezvadu uzlādes sistēma (RIWC)

1. Kapasitīva bezvadu uzlādes sistēma (CWCS)

Bezvadu enerģijas pārsūtīšana starp raidītāju un uztvērēju tiek panākta ar pārvietošanas strāvu, ko izraisa elektriskā lauka izmaiņas. Magnētu vai spoles kā raidītāja un uztvērēja vietā jaudas bezvadu pārraidei šeit tiek izmantoti sakabes kondensatori. Maiņstrāvas spriegums vispirms tiek piegādāts jaudas koeficienta korekcijas ķēdei, lai uzlabotu efektivitāti un saglabātu sprieguma līmeni un samazinātu zudumus, pārraidot jaudu. Tad tas tiek piegādāts H tiltam augstfrekvences maiņstrāvas sprieguma ģenerēšanai, un šī augstfrekvences maiņstrāva tiek uzklāta uz raidošo plāksni, kas izraisa oscilējoša elektriskā lauka attīstību, kas ar elektrostatiskās indukcijas palīdzību uztvērēja plāksnē rada pārvietošanās strāvu.

Maiņstrāvas spriegums uztvērēja pusē tiek pārveidots par līdzstrāvu, lai ar taisngrieža un filtru ķēdēm barotu akumulatoru caur BMS. Frekvence, spriegums, sakabes kondensatoru lielums un gaisa sprauga starp raidītāju un uztvērēju ietekmē nodotās enerģijas daudzumu. Tā darbības frekvence ir no 100 līdz 600 KHz.

2. Pastāvīgā magnēta ātruma bezvadu uzlādes sistēma (PMWC)

Šeit katrs raidītājs un uztvērējs sastāv no armatūras tinuma un sinhronizētiem pastāvīgajiem magnētiem tinuma iekšpusē. Raidītāja pusē darbība ir līdzīga motora darbībai. Kad mēs lietojam maiņstrāvu raidītāja tinumam, tas izraisa raidītāja magnēta mehānisko griezes momentu, kas izraisa tā rotāciju. Sakarā ar magnētiskās mijiedarbības izmaiņām raidītājā, PM lauks rada uztvērēja PM griezes momentu, kā rezultātā tas rotē sinhroni ar raidītāja magnētu. Tagad uztvērēja pastāvīgā magnētiskā lauka maiņa izraisa maiņstrāvas veidošanos tinumā, ti, uztvērējs darbojas kā ģenerators kā uztvērēja PM mehāniskā jauda, kas pārveidota par elektrisko izeju uztvērēja tinumā. Rotējošu pastāvīgo magnētu savienošanu sauc par magnētisko pārnesumu. Izveidotā maiņstrāva uztvērēja pusē tiek padota akumulatoram pēc rektifikācijas un filtrēšanas caur strāvas pārveidotājiem.

3. Induktīvā bezvadu uzlādes sistēma (IWC)

IWC pamatprincips ir Faradeja indukcijas likums. Šeit bezvadu jaudas pārraide tiek panākta, savstarpēji inducējot magnētisko lauku starp raidītāju un uztvērēja spoli. Kad galvenā maiņstrāvas padeve tiek piemērota raidītāja spolei, tā rada maiņstrāvas magnētisko lauku, kas iet caur uztvērēja spoli, un šis magnētiskais lauks pārvieto elektronus uztvērēja spolē, tādējādi radot maiņstrāvas jaudu. Šī maiņstrāvas izeja tiek iztaisnota un filtrēta, lai uzlādētu EV enerģijas uzkrāšanas sistēmu. Pārnestās jaudas daudzums ir atkarīgs no frekvences, savstarpējās induktivitātes un attāluma starp raidītāja un uztvērēja spoli. IWC darbības frekvence ir no 19 līdz 50 KHz.

4. Rezonanses induktīvā bezvadu uzlādes sistēma (RIWC)

Būtībā rezonatori ar augstu kvalitātes koeficientu pārraida enerģiju daudz lielākā ātrumā, tāpēc, darbojoties ar rezonansi, pat ar vājākiem magnētiskajiem laukiem mēs varam pārraidīt tādu pašu enerģijas daudzumu kā IWC. Jaudu var pārnest uz lieliem attālumiem bez vadiem. Maksimālā jaudas pārnešana gaisā notiek, kad raidītāja un uztvērēja spoles ir noregulētas, ti, jāsaskaņo abas spoles rezonanses frekvences. Tātad, lai iegūtu labas rezonanses frekvences, raidītāja un uztvērēja spolēm tiek pievienoti papildu kompensācijas tīkli virknē un paralēlas kombinācijas. Šis papildu kompensācijas tīkls kopā ar rezonanses frekvences uzlabošanos samazina arī papildu zaudējumus. RIWC darbības frekvence ir no 10 līdz 150 KHz.

Bezvadu elektrisko transportlīdzekļu uzlāde

Bezvadu uzlāde liek EV uzlādēt bez spraudņa. Ja katrs uzņēmums izveido savus standartus bezvadu uzlādes sistēmām, kas nav saderīgas ar citām sistēmām, tā nebūs laba lieta. Lai padarītu bezvadu EV uzlādi lietotājam draudzīgāku Daudzas starptautiskas organizācijas, piemēram, Starptautiskā elektrotehniskā komisija (IEC), Automobiļu inženieru biedrība

(SAE), Apdrošinātāju laboratorijas (LU) Elektrisko un elektronisko inženieru institūts (IEEE) strādā pie standartiem.

SAE J2954 definē WPT mazjaudas spraudņu EV un izlīdzināšanas metodikai. Saskaņā ar šo standartu 1. līmenis piedāvā maksimālo ieejas jaudu 3,7 Kw, 2. līmenis - 7,7 kW, 3. līmenis - 11 kW un 4. līmenis - 22 kW. Minimālajai mērķa efektivitātei jāsaskaņo, ja tā ir lielāka par 85%. Pieļaujamajam klīrensam jābūt līdz 10 collām, un sānu pielaide ir līdz 4 collām. Vispiemērotākā izlīdzināšanas metode ir magnētiskā triangulācija, kas palīdz noturēties uzlādes diapazonā manuālajā stāvvietā un palīdz atrast stāvvietas autonomiem transportlīdzekļiem.

SAE J1772 standarts nosaka EV / PHEV vadošu uzlādes savienotāju.
SAE J2847 / 6 standarts nosaka sakarus starp bezvadu uzlādētiem transportlīdzekļiem un bezvadu EV lādētājiem.
SAE J1773 standarts nosaka EV induktīvi saistīto lādēšanu.
SAE J2836 / 6 standarts nosaka lietojuma gadījumus bezvadu uzlādes sakariem PEV.
UL priekšmets 2750 nosaka WEVCS izmeklēšanas shēmu.
IEC 61980-1 Cor.1 Ed.1.0 nosaka EV WPT sistēmu vispārīgās prasības.
IEC 62827-2 Ed.1.0 definē WPT pārvaldību: vairāku ierīču vadības pārvaldība.
IEC 63028 Ed.1.0 definē WPT-Air Fuel Alliance Resonant Baseline System Specification.

Uzņēmumi, kurus pašlaik izstrādā un strādā pie WCS

Evatran grupa ražo bezkontakta uzlādi pasažieru EV, piemēram, Tesla Model S, BMW i3, Nissan Leaf, Gen 1 Chevrolet Volt.
WiTricy Corporation līdz šim ražo WCS vieglajām automašīnām un apvidus automašīnām, līdz šim tā strādā ar Honda Motor Co. Ltd, Nissan, GM, Hyundai, Furukawa Electric.
Qualcomm Halo ražo WCS pasažieru, sporta un sacīkšu automašīnām, un to iegādājas Witricity Corporation.
Hevo Power ražo WCS pasažieru automašīnām
Bombardier Primove ražo WCS pasažieru automašīnām apvidus automašīnām.
Siemens un BMW ražo WCS pasažieru automašīnām.
Momentum Dynamic veido WCS Corporation komerciālo parku un autobusu.
Conductix-Wampfler ražo WCS rūpniecības flotei un autobusiem.

Izaicinājumi, ar kuriem saskaras WEVCS

Lai uz ceļiem uzstādītu statiskas un dinamiskas bezvadu uzlādes stacijas, ir nepieciešama jauna infrastruktūras attīstība, jo pašreizējā kārtība nav piemērota instalācijām.
Nepieciešamība uzturēt EMC, EMI un frekvences atbilstoši standartiem, kas attiecas uz cilvēku veselību un drošību.