Draadloos laadsysteem voor elektrische voertuigen (WEVCS)

Tegenwoordig verschuift de wereld naar geëlektrificeerde mobiliteit om de uitstoot van vervuilende stoffen veroorzaakt door niet-hernieuwbare fossiele brandstoffen te verminderen en om het alternatief te bieden voor dure brandstof voor transport. Maar voor elektrische voertuigen zijn de actieradius en het laadproces de twee belangrijkste problemen die de acceptatie ervan ten opzichte van conventionele voertuigen beïnvloeden.

Met de introductie van Wire-oplaadtechnologie, hoeft u niet langer urenlang te wachten bij laadstations, maar laadt u uw auto op door hem gewoon op de parkeerplaats of door te parkeren in uw garage of zelfs tijdens het rijden kunt u uw elektrische auto opladen. Vanaf nu zijn we erg bekend met draadloze overdracht van gegevens, audio- en videosignalen, dus waarom kunnen we geen macht over de lucht overbrengen?

Met dank aan de grote wetenschapper Nikola Tesla voor zijn grenzeloze verbazingwekkende uitvindingen waarin draadloze krachtoverdracht er een van is. Hij begon zijn experiment met draadloze krachtoverbrenging in 1891 en ontwikkelde een Tesla-spoel. In 1901 begon Tesla met de ontwikkeling van een nieuw draadloos krachtoverbrengingssysteem in 1901 met de ontwikkeling van de Wardenclyffe-toren voor een groot draadloos hoogspanningsstation voor energieoverdracht. Het meest trieste is om schulden te voldoen Tesla, werd de toren opgeblazen en gesloopt voor schroot op 4 juli ^th 1917

Het basisprincipe van draadloos opladen is hetzelfde als het werkingsprincipe van de transformator. Bij draadloos opladen zijn er zender en ontvanger, 220 V 50 Hz wisselstroom wordt omgezet in hoogfrequente wisselstroom en deze hoogfrequente wisselstroom wordt geleverd aan de zenderspoel, waarna het een wisselend magnetisch veld creëert dat de ontvangerspoel afsnijdt en de productie van wisselstroom veroorzaakt in ontvangerspoel. Maar het belangrijkste voor efficiënt draadloos opladen is om de resonantiefrequentie tussen zender en ontvanger te behouden. Om de resonantiefrequenties te behouden, worden aan beide zijden compensatienetwerken toegevoegd. Ten slotte wordt deze wisselstroom aan de ontvangerzijde gelijkgericht naar gelijkstroom en via het batterijbeheersysteem (BMS) naar de batterij gevoerd.

Statisch en dynamisch draadloos opladen

Op basis van de toepassing kunnen draadloze oplaadsystemen voor elektrische voertuigen worden onderscheiden in twee categorieën,

Statisch draadloos opladen
Dynamisch draadloos opladen

1. Statisch draadloos opladen

Zoals de naam al aangeeft, wordt het voertuig opgeladen als het stilstaat. Dus hier konden we de EV gewoon parkeren op de parkeerplaats of in een garage die is geïntegreerd met WCS. De zender zit onder de grond en de ontvanger zit eronder in het voertuig. Om het voertuig op te laden, lijnt u de zender en ontvanger uit en laat u ze opladen. De oplaadtijd is afhankelijk van het stroomniveau van de AC-voeding, de afstand tussen de zender en ontvanger en hun afmetingen van de kussens.

Deze SWCS kan het beste worden gebouwd in gebieden waar EV gedurende een bepaald tijdsinterval wordt geparkeerd.

2. Dynamisch draadloos oplaadsysteem (DWCS):

Zoals de naam hier aangeeft, wordt het voertuig tijdens het rijden opgeladen. Het vermogen wordt via de lucht overgedragen van een stationaire zender naar de ontvangerspoel in een bewegend voertuig. Door gebruik te maken van DWCS EV kon het rijbereik worden verbeterd door de batterij continu op te laden tijdens het rijden op (snel) wegen. Het vermindert de behoefte aan grote energieopslag, waardoor het gewicht van het voertuig verder wordt verminderd.

Soorten EVWCS

Op basis van bedrijfstechnieken kan EVWCS worden ingedeeld in vier typen

Capacitief draadloos oplaadsysteem (CWCS)
Permanent Magnetic Gear Wireless Charging System (PMWC)
Inductief draadloos oplaadsysteem (IWC)
Resonant inductief draadloos oplaadsysteem (RIWC)

1. Capacitief draadloos oplaadsysteem (CWCS)

Draadloze overdracht van energie tussen zender en ontvanger wordt bewerkstelligd door middel van verplaatsingsstroom veroorzaakt door de variatie van elektrisch veld. In plaats van magneten of spoelen als zender en ontvanger worden hier koppelcondensatoren gebruikt voor draadloze overdracht van vermogen. De wisselspanning wordt eerst geleverd aan het stroomfactorcorrectiecircuit om de efficiëntie te verbeteren en de spanningsniveaus te handhaven en de verliezen te verminderen tijdens het overbrengen van het vermogen. Vervolgens wordt het geleverd aan een H-brug voor het genereren van hoogfrequente wisselspanning en deze hoogfrequente wisselstroom wordt toegepast op de zendplaat die de ontwikkeling van een oscillerend elektrisch veld veroorzaakt dat door middel van elektrostatische inductie een verplaatsingsstroom op de ontvangerplaat veroorzaakt.

De wisselspanning aan de ontvangerzijde wordt omgezet in gelijkstroom om de batterij door BMS te voeden door gelijkrichter- en filtercircuits. Frequentie, spanning, grootte van koppelcondensatoren en luchtspleet tussen zender en ontvanger beïnvloeden de hoeveelheid overgedragen vermogen. De werkfrequentie ligt tussen 100 en 600 KHz.

2. Permanent Magnet Gear Wireless Charging System (PMWC)

Hier bestaan zender en ontvanger elk uit ankerwikkeling en gesynchroniseerde permanente magneten in de wikkeling. Aan de zenderzijde is de werking vergelijkbaar met de werking van de motor. Wanneer we de wisselstroom toepassen op de zenderwikkeling, veroorzaakt deze een mechanisch koppel op de zendermagneet waardoor deze roteert. Vanwege de verandering van de magnetische interactie in de zender, veroorzaakt het PM-veld koppel op de PM van de ontvanger, wat resulteert in rotatie synchroon met de zendermagneet. Verandering in het permanente magnetische veld van de ontvanger veroorzaakt nu de AC-stroomproductie in de wikkeling, dwz de ontvanger fungeert als generator als mechanische stroomtoevoer naar de ontvanger PM omgezet in elektrische uitvoer bij de ontvangerwikkeling. De koppeling van roterende permanente magneten wordt magnetische versnelling genoemd. De gegenereerde wisselstroom aan de ontvangerzijde wordt naar de batterij gevoerd na rectificatie en filtering door stroomomzetters.

3. Inductief draadloos oplaadsysteem (IWC)

Het basisprincipe van IWC is de inductiewet van Faraday. Hier wordt draadloze overdracht van vermogen bereikt door wederzijdse inductie van magnetisch veld tussen zender en ontvangerspoel. Wanneer de belangrijkste AC-voeding wordt toegepast op de zenderspoel, wordt een wisselstroom magnetisch veld gecreëerd dat door de ontvangerspoel gaat en dit magnetische veld beweegt elektronen in de ontvangerspoel en veroorzaakt wisselstroom. Deze AC-uitgang wordt gerectificeerd en gefilterd om het energieopslagsysteem van de EV op te laden. De hoeveelheid overgedragen vermogen is afhankelijk van de frequentie, de wederzijdse inductie en de afstand tussen zender en ontvangerspoel. De werkfrequentie van IWC ligt tussen 19 en 50 KHz.

4. Resonant inductief draadloos oplaadsysteem (RIWC)

In feite zenden resonatoren met een hoge kwaliteitsfactor energie met een veel hogere snelheid uit, dus door op resonantie te werken, kunnen we zelfs met zwakkere magnetische velden dezelfde hoeveelheid vermogen verzenden als in IWC. Het vermogen kan draadloos over grote afstanden worden overgebracht. Maximale overdracht van vermogen via de lucht vindt plaats wanneer de zend- en ontvangerspoelen zijn afgestemd, dwz de resonantiefrequenties van beide spoelen moeten op elkaar zijn afgestemd. Om dus goede resonantiefrequenties te krijgen, worden extra compensatienetwerken in de serie en parallelle combinaties toegevoegd aan de zender- en ontvangerspoelen. Deze extra compensatienetwerken samen met de verbetering van de resonantiefrequentie verminderen ook de extra verliezen. De werkfrequentie van RIWC ligt tussen 10 en 150 kHz.

Draadloos opladen van elektrische voertuigen

Draadloos opladen zorgt ervoor dat EV kan opladen zonder dat er een stekker nodig is. Als elk bedrijf zijn eigen standaarden maakt voor draadloze oplaadsystemen die niet compatibel zijn met andere systemen, dan is dat geen goede zaak. Dus om draadloos EV-opladen gebruiksvriendelijker te maken Veel internationale organisaties zoals International Electro Technical Commission (IEC), de Society of Automotive Engineers

(SAE), Underwriters Laboratories (UL) Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) werken aan standaarden.

SAE J2954 definieert WPT voor Light-Duty Plug-In EV's en Alignment Methodology. Volgens deze norm biedt niveau 1 een maximaal ingangsvermogen van 3,7 kW, niveau2 biedt 7,7 kW, niveau 3 biedt 11 kW en niveau4 biedt 22 kW. En de minimale doelefficiëntie moet groter zijn dan 85% wanneer deze is uitgelijnd. De toegestane bodemvrijheid moet maximaal 10 inch zijn en de tolerantie van links naar rechts is maximaal 4 inch. De uitlijningsmethode die de meeste voorkeur heeft, is magnetische triangulatie die helpt om binnen het laadbereik te blijven bij handmatig parkeren en helpt bij het vinden van parkeerplaatsen voor autonome voertuigen.

SAE J1772-norm definieert EV / PHEV geleidende laadkoppeling.
SAE J2847 / 6-standaard definieert de communicatie tussen draadloos opgeladen voertuigen en draadloze EV-laders.
SAE J1773-standaard definieert EV inductief gekoppeld opladen.
SAE J2836 / 6-standaard definieert use cases voor draadloze oplaadcommunicatie voor PEV.
UL-onderwerp 2750 definieert de hoofdlijnen van onderzoek voor WEVCS.
IEC 61980-1 Cor.1 Ed.1.0 definieert EV WPT Systems General Requirements.
IEC 62827-2 Ed.1.0 definieert WPT-Management: Multiple Device Control Management.
IEC 63028 Ed.1.0 definieert de WPT-Air Fuel Alliance Resonant Baseline System Specification.

Bedrijven die momenteel worden ontwikkeld en werken aan WCS

De Evatran-groep maakt Plugless Charging voor elektrische personenauto's zoals Tesla Model S, BMW i3, Nissan Leaf, Gen 1 Chevrolet Volt.
WiTricy Corporation maakt WCS voor personenauto's en SUV's tot nu toe en werkt het samen met Honda Motor Co. Ltd, Nissan, GM, Hyundai, Furukawa Electric.
Qualcomm Halo maakt WCS voor passagiers-, sport- en raceauto's en wordt overgenomen door Witricity Corporation.
Hevo Power maakt WCS voor personenauto's
Bombardier Primove maakt WCS voor personenauto's tot SUV's.
Siemens en BMW maken WCS voor personenauto's.
Momentum Dynamic maakt van WCS Corporation een commerciële vloot en bus.
Conductix-Wampfler maakt WCS voor industrievloot en bus.

Uitdagingen waarmee WEVCS wordt geconfronteerd

Om statische en dynamische draadloze laadstations op de wegen te installeren, is nieuwe infrastructuurontwikkeling nodig omdat de huidige opstelling niet geschikt is voor de installaties.
De EMC, EMI en frequenties moeten worden gehandhaafd volgens de normen voor de bezorgdheid over de gezondheid en veiligheid van de mens.