Vezeték nélküli elektromos jármű töltőrendszer (wevcs)

Napjainkban a villamosított mobilitás felé mozdul el a világ, hogy csökkentse a megújulhatatlan fosszilis üzemű járművek által okozott szennyezőanyag-kibocsátást, és alternatívát kínáljon a drága üzemanyag számára. De az elektromos járművek esetében az utazási távolság és a töltési folyamat jelenti a két fő kérdést, amely befolyásolja az elfogadását a hagyományos járműveknél.

A vezetékes töltési technológia bevezetésével már nem kell több órán át várakozni a töltőállomásokon, és töltse fel a járművet úgy, hogy csak a parkolóban parkol, vagy a garázsban parkol, vagy akár vezetés közben is feltöltheti elektromos járművét. Mostanáig nagyon jól ismerjük az adat-, hang- és videojelek vezeték nélküli továbbítását, miért nem adhatjuk át az energiát az levegőn.

Köszönet Nikola Tesla nagy tudósnak a határtalan elképesztő találmányaiért, amelyekben a vezeték nélküli áramátadás az egyik. 1891-ben kezdte meg a vezeték nélküli áramátvitel kísérletét, és kifejlesztette a Tesla tekercset. 1901-ben az új vezeték nélküli erőátviteli rendszer fejlesztésének elsődleges céljával a Tesla megkezdte a Wardenclyffe torony fejlesztését nagy nagyfeszültségű vezeték nélküli energiaátviteli állomás számára. A legszomorúbb a Tesla adósságainak kielégítése, a tornyot 1917. július 4- ^én dinamikussá és lerombolás céljából lebontották .

A vezeték nélküli töltés alapelve megegyezik a transzformátor működési elvével. A vezeték nélküli töltésnél vannak adó és vevő, a 220V 50Hz váltakozó áramú tápfeszültséget nagyfrekvenciás váltakozó árammá alakítják, és ezt a nagyfrekvenciás váltakozó áramot az adótekercsbe táplálják, majd váltakozó mágneses teret hoz létre, amely elvágja a vevőtekercset és váltakozó áramú kimenetet eredményez vevőtekercsben. De a hatékony vezeték nélküli töltés szempontjából fontos az adó és a vevő közötti rezonancia frekvencia fenntartása. A rezonáns frekvenciák fenntartása érdekében mindkét oldalon kompenzációs hálózatokat adnak hozzá. Ezután végül ez a váltóáram a vevő oldalán egyenárammá változik és az akkumulátorhoz vezethető az Battery Management System (BMS) révén.

Statikus és dinamikus vezeték nélküli töltés

Az alkalmazás alapján az EV-hez való vezeték nélküli töltési rendszerek két kategóriába sorolhatók,

Statikus vezeték nélküli töltés
Dinamikus vezeték nélküli töltés

1. Statikus vezeték nélküli töltés

Ahogy a neve is jelzi, a jármű statikus állapotban töltődik fel. Tehát itt egyszerűen leállíthatjuk az EV-t a WCS-hez tartozó parkolóhelyen vagy garázsban. Az adó a föld alá van felszerelve, és a vevő a jármű alatt van elrendezve. A jármű feltöltéséhez állítsa be az adót és a vevőt, és hagyja töltésre. A töltési idő függ a váltakozó áramú tápellátás szintjétől, az adó és a vevő közötti távolságtól és a pad méretétől.

Ez az SWCS a legjobb, ha olyan területeken építenek, ahol az EV egy bizonyos időintervallumig parkol.

2. Dinamikus vezeték nélküli töltőrendszer (DWCS):

Amint a neve itt jelzi, a jármű mozgás közben töltődik fel. Az áram egy álló adóról a levegőre száll egy mozgó jármű vevőtekercsére. A DWCS EV használatával az akkumulátor folyamatos töltése az úttesteken és autópályákon történő vezetés közben javítható. Csökkenti a nagy energiatárolás szükségességét, ami tovább csökkenti a jármű súlyát.

Az EVWCS típusai

A működési technikák alapján az EVWCS négy típusba sorolható

Kapacitív vezeték nélküli töltőrendszer (CWCS)
Állandó mágneses hajtóműves vezeték nélküli töltőrendszer (PMWC)
Induktív vezeték nélküli töltőrendszer (IWC)
Rezonáns induktív vezeték nélküli töltőrendszer (RIWC)

1. Kapacitív vezeték nélküli töltőrendszer (CWCS)

Az adó és a vevő közötti vezeték nélküli energiaátvitel az elektromos tér változása által okozott elmozdulási áram segítségével valósul meg. Adóként és vevőként mágnesek vagy tekercsek helyett itt kapcsoló kondenzátorokat használnak az energia vezeték nélküli átviteléhez. A váltakozó feszültséget először a teljesítménytényező-korrekciós áramkörbe juttatták a hatékonyság javítása és a feszültségszint fenntartása, valamint a veszteségek csökkentése érdekében az energia továbbítása közben. Ezután egy H-hídhoz juttatják a nagyfrekvenciás váltakozó áramú feszültség előállításához, és ezt a nagyfrekvenciás váltakozó áramot alkalmazzák az adó lemezre, amely olyan oszcilláló elektromos mező kialakulását idézi elő, amely elektrosztatikus indukcióval elmozdulási áramot okoz a vevőlemezen.

A váltóáramú feszültséget a vevő oldalán egyenárammá alakítják, hogy egyenirányító és szűrő áramkörök révén táplálja az akkumulátort a BMS-en keresztül. A kapcsoló kondenzátorok frekvenciája, feszültsége, mérete és az adó és a vevő közötti légrés befolyásolja az átvitt teljesítmény mennyiségét. Működési frekvenciája 100-600 KHz között van.

2. Állandó mágneses fogaskerék vezeték nélküli töltőrendszer (PMWC)

Az adó és a vevő mindegyike armatúra tekercselésből és a tekercs belsejében lévő szinkronizált állandó mágnesekből áll. Az adó oldalán a működés hasonló a motor működéséhez. Amikor a váltóáramot alkalmazzuk az adó tekercselésére, az mechanikus forgatónyomatékot vált ki az adó mágnesén, ami elfordul. Az adó mágneses kölcsönhatásának változása miatt a PM mező a PM vevő nyomatékát okozza, ami az adó mágnesével szinkronban forog. Most a vevő állandó mágneses mezőjének változása okozza az AC áramtermelését a tekercselésben, azaz a vevő generátorként működik, mint a vevő PM mechanikus bemeneti teljesítménye a vevő tekercselésénél elektromos kimenetté alakítva. A forgó állandó mágnesek összekapcsolását mágneses fogaskeréknek nevezzük. A generált váltóáramú energia a vevő oldalán az akkumulátorba táplálkozik, miután egyenirányítót és szűrőt hajt végre az áramátalakítókon.

3. Induktív vezeték nélküli töltőrendszer (IWC)

Az IWC alapelve Faraday indukciós törvénye. Itt a teljesítmény vezeték nélküli átvitelét az adó és a vevőtekercs közötti mágneses mező kölcsönös indukciójával érjük el. Amikor az adótekercsre táplált fő váltakozó áramú tápellátás váltakozó áramú mágneses teret hoz létre, amely áthalad a vevőtekercsen, és ez a mágneses tér mozgatja az elektronokat a vevőtekercsben váltakozó áramú kimenetet eredményez. Ezt a váltakozó áramú kimenetet kijavítják és szűrik, hogy feltöltsék az EV energiatároló rendszerét. Az átvitt teljesítmény mennyisége a frekvenciától, a kölcsönös induktivitástól és az adó és a vevő tekercs közötti távolságtól függ. Az IWC működési frekvenciája 19 és 50 KHz között van.

4. Rezonáns induktív vezeték nélküli töltőrendszer (RIWC)

Alapvetően a magas minõségi tényezõvel rendelkező rezonátorok sokkal nagyobb sebességgel továbbítják az energiát, így rezonancián mûködve még gyengébb mágneses mezõk esetén is ugyanannyi erõt tudunk továbbítani, mint az IWC-ben. Az áram vezetékek nélkül nagy távolságokra átvihető. A levegő maximális energiaátadása akkor történik, amikor az adó és a vevő tekercsét hangolják, azaz mindkét tekercs rezonáns frekvenciáját meg kell egyezni. Tehát a jó rezonancia frekvenciák elérése érdekében további soros kompenzációs hálózatokat és párhuzamos kombinációkat adnak az adó és a vevő tekercséhez. Ez a kiegészítő kompenzációs hálózat a rezonáns frekvencia javulásával együtt csökkenti a további veszteségeket is. Az RIWC üzemi frekvenciája 10 és 150 KHz között van.

Vezeték nélküli elektromos jármű töltése

A vezeték nélküli töltésnek köszönhetően az EV töltés nélkül csatlakoztatható. Ha minden vállalat megalkotja a vezeték nélküli töltési rendszerek saját szabványait, amelyek nem kompatibilisek más rendszerekkel, akkor az nem lesz jó dolog. Tehát a vezeték nélküli EV-töltés felhasználóbarátabbá tétele Számos nemzetközi szervezet, például a Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság (IEC), az Autómérnökök Társasága

(SAE), az Underwriters Laboratories (UL) Elektromos és Elektronikai Mérnökök Intézete (IEEE) szabványokon dolgozik.

A SAE J2954 meghatározza a WPT-t a könnyű használatos plug-in EV-khez és az igazítási módszertanhoz. E szabvány szerint az 1. szint maximális bemeneti teljesítménye 3,7 Kw, a 2. szint 7,7 kW, a 3. szint 11 kW, a 4. szint pedig 22 kW. És a minimális célhatékonyságnak igazodva 85% -nál nagyobbnak kell lennie. A megengedett hasmagasság legfeljebb 10 hüvelyk lehet, az oldalirányú tűrés pedig legfeljebb 4 hüvelyk. A legelőnyösebb beállítási módszer a mágneses háromszögelés, amely segít a kézi parkolásban a töltési tartományon belül maradni, és segít megtalálni az önálló járművek parkolóhelyeit.

A SAE J1772 szabvány meghatározza az EV / PHEV vezetőképes töltőcsatolót.
A SAE J2847 / 6 szabvány meghatározza a vezeték nélküli töltésű járművek és a vezeték nélküli EV töltők közötti kommunikációt.
A SAE J1773 szabvány meghatározza az EV induktív kapcsolt töltést.
A SAE J2836 / 6 szabvány meghatározza a PEV vezeték nélküli töltési kommunikációhoz szükséges használati eseteket.
Az UL 2750 tárgy meghatározza a WEVCS vizsgálatának körvonalát.
Az IEC 61980-1 Cor.1 Ed.1.0 meghatározza az EV WPT rendszerek általános követelményeit.
Az IEC 62827-2 Ed.1.0 meghatározza a WPT-menedzsmentet: Több eszközvezérlés.
Az IEC 63028 Ed.1.0 meghatározza a WPT-Air Fuel Alliance Resonant Baseline System Specifikációt.

Jelenleg a WCS-t fejlesztő vállalatok dolgoznak

Az Evatran csoport Plugless Charging töltést készít olyan személygépjárművekhez, mint a Tesla Model S, a BMW i3, a Nissan Leaf, a Gen 1 Chevrolet Volt.
A WiTricy Corporation személygépkocsikhoz és terepjárókhoz gyárt WCS-t, és a Honda Motor Co. Ltd., a Nissan, a GM, a Hyundai, a Furukawa Electric társaságokkal dolgozik együtt.
A Qualcomm Halo WCS-t gyárt utas-, sport- és versenyautók számára, amelyet a Witricity Corporation vásárolt meg.
A Hevo Power WCS-t készít a személygépkocsik számára
A Bombardier Primove WCS-t készít a személygépkocsik és a terepjárók számára.
A Siemens és a BMW WCS-t készít a személygépkocsik számára.
A Momentum Dynamic a WCS Corporation kereskedelmi flottáját és buszát gyártja.
A Conductix-Wampfler gyárt WCS-t az ipari flottához és buszokhoz.

A WEVCS előtt álló kihívások

A statikus és dinamikus vezeték nélküli töltőállomások telepítéséhez új infrastruktúrára van szükség, mivel a jelenlegi elrendezés nem megfelelő a létesítmények számára.
Fenn kell tartani az EMC-t, az EMI-t és a frekvenciákat az emberi egészségre és biztonságra vonatkozó előírásoknak megfelelően.