Sistema de recàrrega de vehicles elèctrics sense fils (wevcs)

Actualment, el món s'està orientant cap a la mobilitat electrificada per reduir les emissions contaminants causades pels vehicles amb combustibles fòssils no renovables i proporcionar l'alternativa al combustible car per al transport. Però per als vehicles elèctrics, el recorregut i el procés de càrrega són els dos problemes principals que afecten la seva adopció respecte als vehicles convencionals.

Amb la introducció de la tecnologia de càrrega de cable, sense esperar a les estacions de recàrrega durant hores, ara carregueu el vehicle només estacionant-lo al lloc d’estacionament o aparcant al garatge o fins i tot mentre conduïu, podeu carregar el vehicle elèctric. A hores d’ara, estem molt familiaritzats amb la transmissió sense fils de senyals de dades, àudio i vídeo, per què no podem transferir energia a l’aire.

Gràcies al gran científic Nikola Tesla pels seus il·limitats invents sorprenents en què la transferència d’energia sense fils és un d’ells. Va començar el seu experiment sobre transmissió d'energia sense fils el 1891 i va desenvolupar la bobina Tesla. El 1901, amb l'objectiu principal de desenvolupar un nou sistema de transmissió d'energia sense fils, Tesla va començar a desenvolupar la torre Wardenclyffe per a una gran estació de transmissió d'energia sense fils d'alta tensió. La part més trist és que els deutes de satisfer Tesla, la torre va ser dinamitat i demolit per la ferralla el 4 de juliol ^º 1917

El principi bàsic de la càrrega sense fils és el mateix que el principi de funcionament del transformador. En la càrrega sense fils hi ha transmissor i receptor, el subministrament de CA de 220V 50Hz es converteix en corrent altern d’alta freqüència i aquest subministrament de CA d’alta freqüència a la bobina del transmissor, crea un camp magnètic altern que talla la bobina del receptor i provoca la producció de potència de CA en bobina receptora. Però l’important per a una càrrega sense fils eficient és mantenir la freqüència de ressonància entre el transmissor i el receptor. Per mantenir les freqüències de ressonància, s’afegeixen xarxes de compensació a banda i banda. Finalment, aquesta alimentació de CA al costat del receptor es va rectificar a CC i va alimentar-la a la bateria mitjançant el sistema de gestió de bateries (BMS).

Càrrega sense fils estàtica i dinàmica

En funció de l’aplicació, els sistemes de càrrega sense fils per EV es poden distingir en dues categories,

Càrrega sense fils estàtica
Càrrega dinàmica sense fils

1. Càrrega sense fils estàtica

Com el seu nom indica, el vehicle es carrega quan es manté estàtic. Així doncs, aquí podríem aparcar el vehicle elèctric al lloc d’aparcament o al garatge que s’incorpora amb WCS. El transmissor s’instal·la a sota del terra i el receptor es col·loca al vehicle per sota. Per carregar el vehicle, alineeu el transmissor i el receptor i deixeu-lo per carregar. El temps de càrrega depèn del nivell d’alimentació de CA, de la distància entre el transmissor i el receptor i les mides dels seus coixinets.

Aquest SWCS és el millor per construir en zones on s’està estacionant EV durant un interval de temps determinat.

2. Sistema dinàmic de càrrega sense fils (DWCS):

Com el seu nom indica, el vehicle es carrega mentre està en moviment. La potència es transmet per l'aire des d'un transmissor estacionari a la bobina del receptor en un vehicle en moviment. Mitjançant l’ús del rang de desplaçament de DWCS EV es podria millorar amb la càrrega contínua de la bateria mentre es condueix per carreteres i autopistes. Redueix la necessitat d’un gran emmagatzematge d’energia que redueixi encara més el pes del vehicle.

Tipus d'EVWCS

Basat en tècniques operatives, EVWCS es pot classificar en quatre tipus

Sistema de càrrega sense fils capacitiu (CWCS)
Sistema de càrrega sense fils d'engranatges magnètics permanents (PMWC)
Sistema de càrrega inductiva sense fils (IWC)
Sistema de càrrega sense fils inductiu ressonant (RIWC)

1. Sistema capacitiu de càrrega sense fils (CWCS)

La transferència sense fils d’energia entre el transmissor i el receptor s’aconsegueix mitjançant un corrent de desplaçament causat per la variació del camp elèctric. En lloc d’imants o bobines com a transmissor i receptor, els condensadors d’acoblament s’utilitzen aquí per a la transmissió sense fils d’energia. El voltatge de CA subministrat primer al circuit de correcció del factor de potència per millorar l’eficiència i mantenir els nivells de tensió i reduir les pèrdues mentre es transmet la potència. A continuació, es subministra a un pont H per a la generació de voltatge de CA d’alta freqüència i aquesta CA d’alta freqüència s’aplica a la placa transmissora que provoca el desenvolupament d’un camp elèctric oscil·lant que provoca un corrent de desplaçament a la placa receptora mitjançant una inducció electroestàtica.

El voltatge de corrent altern del receptor es converteix en corrent continu per alimentar la bateria a través de BMS mitjançant circuits rectificadors i de filtre. La freqüència, la tensió, la mida dels condensadors d’acoblament i el buit d’aire entre el transmissor i el receptor afecten la quantitat de potència transferida. La seva freqüència de funcionament és d'entre 100 i 600 KHz.

2. Sistema de càrrega sense fils d'engranatges d'imant permanent (PMWC)

Aquí, el transmissor i el receptor consisteixen en bobinatge d'armadura i imants permanents sincronitzats a l'interior del bobinatge. Al costat del transmissor, el funcionament és similar al funcionament del motor. Quan apliquem el corrent altern a l’enrotllament del transmissor, aquest indueix un parell mecànic a l’imant del transmissor que fa que la seva rotació. A causa del canvi d’interacció magnètica del transmissor, el camp PM provoca un parell de torsió al receptor PM, la qual cosa fa que la seva rotació sigui sincrònica amb l’imant del transmissor. Ara, el canvi en el camp magnètic permanent del receptor provoca la producció de corrent altern en el bobinatge, és a dir, el receptor actua com a generador com a entrada de potència mecànica al receptor PM convertida en sortida elèctrica al bobinatge del receptor. L’acoblament d’imants permanents rotatius s’anomena engranatge magnètic. La potència de CA generada al costat del receptor s’alimenta a la bateria després de rectificar i filtrar mitjançant convertidors de potència.

3. Sistema de càrrega sense fils inductiu (IWC)

El principi bàsic d’IWC és la llei d’inducció de Faraday. Aquí la transmissió sense fils de potència s’aconsegueix mitjançant la inducció mútua del camp magnètic entre la bobina del transmissor i el receptor. Quan el subministrament principal de CA s'aplica a la bobina del transmissor, crea un camp magnètic de CA que passa a través de la bobina del receptor i aquest camp magnètic mou els electrons que hi ha a la bobina del receptor i provoca una sortida d'alimentació de CA. Aquesta sortida de corrent altern es corregeix i es filtra per carregar el sistema d’emmagatzematge d’energia del EV. La quantitat de potència transferida depèn de la freqüència, la inductància mútua i la distància entre la bobina del transmissor i el receptor. La freqüència de funcionament de l'IWC és d'entre 19 i 50 KHz.

4. Sistema de càrrega sense fils inductiu ressonant (RIWC)

Bàsicament, els ressonadors amb un factor de qualitat elevat transmeten energia a un ritme molt més elevat, de manera que, funcionant a ressonància, fins i tot amb camps magnètics més febles, podem transmetre la mateixa quantitat de potència que a IWC. La potència es pot transferir a llargues distàncies sense cables. La transferència màxima de potència a l'aire es produeix quan les bobines del transmissor i del receptor estan sintonitzades, és a dir, s'han d'adequar les freqüències de ressonància de les dues bobines. Així, per obtenir bones freqüències de ressonància, s’afegeixen xarxes de compensació addicionals a la sèrie i combinacions paral·leles a les bobines del transmissor i del receptor. Aquesta xarxa de compensació addicional juntament amb la millora de la freqüència de ressonància també redueixen les pèrdues addicionals. La freqüència de funcionament del RIWC és d'entre 10 i 150 KHz.

Càrrega de vehicles elèctrics sense fils

La càrrega sense fils fa que EV es carregui sense necessitat de connectar-lo. Si totes les empreses fabriquen els seus propis estàndards per a sistemes de càrrega sense fils que no siguin compatibles amb altres sistemes, no serà bo. Així, per fer més fàcil l’ús de la càrrega EV sense fils Moltes organitzacions internacionals com la International Electro Technical Commission (IEC), la Society of Automotive Engineers

(SAE), Underwriters Laboratories (UL) Institut d’enginyers elèctrics i electrònics (IEEE) estan treballant en estàndards.

SAE J2954 defineix WPT per a vehicles elèctrics de connexió lleugera i metodologia d’alineació. Segons aquesta norma, el nivell 1 ofereix una potència d’entrada màxima de 3,7 Kw, el nivell 2 ofereix 7,7 kW, el nivell 3 ofereix 11 kW i el nivell 4 ofereix 22 kW. I l’eficiència mínima objectiu ha de ser superior al 85% quan estigui alineada. La distància al sòl permesa ha de ser de fins a 10 polzades i la tolerància d’un costat a l’altre és de fins a 4 polzades. El mètode d'alineació més preferible és la triangulació magnètica que ajuda a mantenir-se dins del rang de càrrega a l'estacionament manual i ajuda a trobar places d'aparcament per a vehicles autònoms.

L’estàndard SAE J1772 defineix l’acoblador de càrrega conductiva EV / PHEV.
La norma SAE J2847 / 6 defineix la comunicació entre vehicles amb càrrega sense fils i carregadors EV sense fils.
La norma SAE J1773 defineix la càrrega acoblada inductivament EV.
La norma SAE J2836 / 6 defineix casos d’ús per a comunicacions de càrrega sense fils per PEV.
L’assumpte UL 2750 defineix l’esquema d’investigació per a WEVCS.
IEC 61980-1 Cor.1 Ed.1.0 defineix els requisits generals dels sistemes EV WPT.
IEC 62827-2 Ed.1.0 defineix WPT-Management: Gestió de control de dispositius múltiples.
L'IEC 63028 Ed.1.0 defineix l'especificació del sistema de referència ressonant de l'Aliança de combustible WPT-Air Fuel.

Empreses desenvolupades actualment i treballant a WCS

El grup Evatran fabrica càrrega sense connexió per a vehicles elèctrics de passatgers com Tesla Model S, BMW i3, Nissan Leaf, Chevrolet Volt de generació 1.
WiTricy Corporation fabrica WCS per a turismes i vehicles tot terreny fins ara treballa amb Honda Motor Co. Ltd, Nissan, GM, Hyundai, Furukawa Electric.
Qualcomm Halo fabrica WCS per a vehicles de passatgers, esportius i de carreres i l’adquireix Witricity Corporation.
Hevo Power fabrica WCS per a turismes
Bombardier Primove està fabricant WCS per a turismes a SUV.
Siemens i BMW fabriquen WCS per a turismes.
Momentum Dynamic està fabricant la flota comercial i l’autobús de WCS Corporation.
Conductix-Wampfler fabrica WCS per a flotes industrials i autobusos.

Reptes enfrontats per WEVCS

Per instal·lar estacions de càrrega sense fils estàtiques i dinàmiques a les carreteres, cal desenvolupar una nova infraestructura, ja que l’arranjament actual no és adequat per a les instal·lacions.
Cal mantenir el CEM, l’EMI i les freqüències segons els estàndards per a la salut i la seguretat de les persones.