Kablosuz elektrikli araç şarj sistemi (wevcs)

Günümüzde dünya, yenilenemeyen fosil yakıtlı araçların neden olduğu kirletici emisyonları azaltmak ve ulaşım için pahalı yakıta alternatif sağlamak için elektrikli mobiliteye doğru kayıyor. Ancak elektrikli araçlar için, seyahat menzili ve şarj süreci, geleneksel araçlara göre benimsenmesini etkileyen iki ana sorundur.

Telli şarj teknolojisinin piyasaya sürülmesiyle, artık şarj istasyonlarında saatlerce beklemenize gerek yok, artık aracınızı sadece park yerine park ederek veya garajınıza park ederek şarj edin ve hatta sürüş sırasında bile elektrikli aracınızı şarj edebilirsiniz. Şu an itibariyle, veri, ses ve video sinyallerinin kablosuz iletimine çok aşinayız, bu yüzden neden havadan güç aktaramıyoruz?

Kablosuz güç aktarımının bunlardan biri olduğu sınırsız şaşırtıcı icatları için büyük bilim adamı Nikola Tesla'ya teşekkürler. Deneyine 1891'de kablosuz güç aktarımı üzerine başladı ve Tesla bobini geliştirdi. 1901'de yeni bir kablosuz güç aktarım sistemi geliştirmek için birincil hedefi olan Tesla, büyük yüksek voltajlı kablosuz enerji iletim istasyonu için Wardenclyffe Kulesi'ni geliştirmeye başladı. En üzücü kısmı tatmin Tesla'nın borçları, kule dinamitle ve 4 Temmuz'da hurda yıkılmış olan ^inci 1917

Kablosuz şarjın temel prensibi, trafo çalışma prensibi ile aynıdır. Kablosuz şarjda verici ve alıcı vardır, 220V 50Hz AC beslemesi Yüksek frekanslı alternatif akıma çevrilir ve bu yüksek frekanslı AC verici bobinine verilir, ardından alıcı bobini kesen alternatif manyetik alan oluşturur ve AC güç çıkışı üretimine neden olur. alıcı bobin içinde. Ancak verimli kablosuz şarj için önemli olan, verici ve alıcı arasındaki rezonans frekansını korumaktır. Rezonans frekanslarını korumak için her iki tarafa kompanzasyon ağları eklenir. Son olarak, alıcı tarafındaki bu AC gücü DC'ye doğrultuldu ve Batarya Yönetim Sistemi (BMS) ile bataryaya beslendi.

Statik ve Dinamik Kablosuz Şarj

Uygulamaya bağlı olarak, EV için Kablosuz şarj sistemleri iki kategoriye ayrılabilir,

Statik Kablosuz Şarj
Dinamik Kablosuz Şarj

1. Statik Kablosuz Şarj

Adından da anlaşılacağı gibi, araç hareketsiz kaldığında şarj olur. Yani burada EV'yi park yerine veya WCS ile birleştirilmiş garaja kolayca park edebiliriz. Verici zeminin altına, alıcı ise aracın altına yerleştirilmiştir. Aracı şarj etmek için verici ve alıcıyı hizalayın ve şarj için bırakın. Şarj süresi, AC güç kaynağı seviyesine, verici ile alıcı arasındaki mesafeye ve bunların ped boyutlarına bağlıdır.

Bu SWCS, EV'nin belirli bir zaman aralığında park edildiği alanlarda inşa etmek için en iyisidir.

2. Dinamik Kablosuz Şarj Sistemi (DWCS):

Burada adından da anlaşılacağı gibi araç hareket halindeyken şarj olur. Güç, hareket eden bir araçtaki sabit bir vericiden alıcı bobine hava üzerinden aktarılır. DWCS EV'nin seyahat menzili, karayollarında ve otoyollarda sürerken bataryasının sürekli şarj edilmesiyle iyileştirilebilir. Aracın ağırlığını daha da azaltan büyük enerji depolama ihtiyacını azaltır.

EVWCS Türleri

Çalışma Tekniklerine göre EVWCS dört tipte sınıflandırılabilir

Kapasitif Kablosuz Şarj Sistemi (CWCS)
Kalıcı Manyetik Dişli Kablosuz Şarj Sistemi (PMWC)
Endüktif Kablosuz Şarj Sistemi (IWC)
Rezonant Endüktif Kablosuz Şarj Sistemi (RIWC)

1. Kapasitif Kablosuz Şarj Sistemi (CWCS)

Verici ve alıcı arasındaki kablosuz enerji aktarımı, elektrik alan değişiminin neden olduğu yer değiştirme akımı aracılığıyla gerçekleştirilir. Verici ve alıcı olarak mıknatıslar veya bobinler yerine, burada kablosuz güç iletimi için bağlantı kapasitörleri kullanılır. AC voltajı, verimliliği artırmak ve voltaj seviyelerini korumak ve gücü iletirken kayıpları azaltmak için önce güç faktörü düzeltme devresine verilir. Daha sonra, Yüksek frekanslı AC voltaj üretimi için bir H-köprüsüne verilir ve bu yüksek frekanslı AC, elektro statik indüksiyon vasıtasıyla alıcı plakada yer değiştirme akımına neden olan salınımlı elektrik alanının gelişmesine neden olan iletim plakasına uygulanır.

Alıcı tarafındaki AC Voltajı, redresör ve filtre devreleri ile aküyü BMS'den beslemek için DC'ye dönüştürülür. Verici ile alıcı arasındaki frekans, voltaj, bağlantı kapasitörlerinin boyutu ve hava boşluğu, aktarılan güç miktarını etkiler. Çalışma frekansı 100 ile 600 KHz arasındadır.

2. Kalıcı Mıknatıslı Dişli Kablosuz Şarj Sistemi (PMWC)

Burada verici ve alıcının her biri, sargı içinde armatür sarımı ve senkronize sabit mıknatıslardan oluşur. Verici tarafında çalışma, motor çalışmasına benzer. AC akımını verici sargısına uyguladığımızda, verici mıknatısı üzerinde mekanik tork indükler ve dönmesine neden olur. Vericideki manyetik etkileşim değişikliğinden dolayı, PM alanı alıcı PM'de torka neden olur ve bu da verici mıknatısı ile senkron olarak dönmesine neden olur. Şimdi, alıcı kalıcı manyetik alandaki değişiklik, sarımdaki AC akım üretimine neden olur, yani alıcı, alıcı sargısında elektrik çıkışına dönüştürülen PM alıcıya mekanik güç girişi olarak jeneratör görevi görür. Dönen sabit mıknatısların bağlantısı manyetik dişli olarak adlandırılır. Alıcı tarafında üretilen AC gücü, güç dönüştürücüler aracılığıyla düzeltilip filtrelendikten sonra aküye beslenir.

3. Endüktif Kablosuz Şarj Sistemi (IWC)

IWC'nin temel ilkesi, Faraday'ın indüksiyon yasasıdır. Burada kablosuz güç iletimi, verici ve alıcı bobin arasında karşılıklı manyetik alan indüksiyonu ile sağlanır. Verici bobine ana AC beslemesi uygulandığında alıcı bobinden geçen AC manyetik alan oluşturur ve bu manyetik alan alıcı bobin içindeki elektronları hareket ettirerek AC güç çıkışına neden olur. Bu AC çıkışı, EV'nin enerji depolama sistemini Şarj etmek için düzeltilmiş ve filtrelenmiştir. Aktarılan güç miktarı frekansa, karşılıklı endüktansa ve verici ile alıcı bobin arasındaki mesafeye bağlıdır. IWC'nin çalışma frekansı 19 ile 50 KHz arasındadır.

4. Rezonant Endüktif Kablosuz Şarj Sistemi (RIWC)

Temelde, yüksek Kalite faktörüne sahip rezonatörler, enerjiyi çok daha yüksek oranda iletirler, bu nedenle rezonansta çalışarak, daha zayıf manyetik alanlarda bile IWC'de olduğu gibi aynı miktarda gücü iletebiliriz. Güç, teller olmadan uzun mesafelere aktarılabilir. Hava üzerinden maksimum güç aktarımı, verici ve alıcı bobinleri ayarlandığında gerçekleşir, yani her iki bobin rezonans frekansı eşleştirilmelidir. Bu nedenle, iyi rezonans frekansları elde etmek için, verici ve alıcı bobinlerine seri ve paralel kombinasyonlardaki ek kompanzasyon ağları eklenir. Rezonans frekansındaki iyileşmenin yanı sıra bu ek kompanzasyon ağları, ek kayıpları da azaltır. RIWC'nin çalışma frekansı 10 ila 150 KHz arasındadır.

Kablosuz Elektrikli Araç Şarjı

Kablosuz şarj, EV'nin herhangi bir fişe ihtiyaç duymadan şarj etmesini sağlar. Her şirket, diğer sistemlerle uyumlu olmayan kablosuz şarj sistemleri için kendi standartlarını belirlerse, bu iyi bir şey olmayacaktır. Bu nedenle, kablosuz EV şarjını daha kullanıcı dostu hale getirmek için Uluslararası Elektro Teknik Komisyonu (IEC), Otomotiv Mühendisleri Derneği gibi birçok uluslararası kuruluş

(SAE), Underwriters Laboratories (UL) Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) standartlar üzerinde çalışıyor.

SAE J2954, Hafif Hizmet Tipi Plug-In EV'ler ve Hizalama Metodolojisi için WPT'yi tanımlar. Bu standarda göre, 1. seviye 3.7 Kw, 2. seviye 7.7Kw, 3. seviye 11Kw ve 4. seviye 22Kw giriş gücü sunar. Ve minimum hedef verimlilik, hizalandığında% 85'ten fazla olmalıdır. İzin verilen yerden yükseklik 10 inç'e kadar ve yan yana tolerans 4 inç'e kadar olmalıdır. En çok tercih edilen hizalama yöntemi, manuel parkta şarj aralığı içinde kalmaya yardımcı olan ve otonom araçlar için park yerleri bulmaya yardımcı olan manyetik üçgenlemedir.

SAE J1772 standardı, EV / PHEV İletken Şarj Bağlayıcıyı tanımlar.
SAE J2847 / 6 standardı, Kablosuz Şarjlı Araçlar ve Kablosuz EV Şarj Cihazları Arasındaki İletişimi tanımlar.
SAE J1773 standardı, EV Endüktif Olarak Birleştirilmiş Şarjı tanımlar.
SAE J2836 / 6 standardı, PEV için Kablosuz Şarj İletişimi için Kullanım Durumlarını tanımlar.
UL subject 2750, WEVCS için Outline of Investigation'ı tanımlar.
IEC 61980-1 Cor.1 Ed.1.0, EV WPT Sistemleri Genel Gereksinimlerini tanımlar.
IEC 62827-2 Ed.1.0, WPT Yönetimini tanımlar: Çoklu Cihaz Kontrol Yönetimi.
IEC 63028 Ed.1.0, WPT-Air Fuel Alliance Rezonant Temel Sistem Spesifikasyonunu tanımlar.

Halihazırda Geliştirilmiş ve WCS Üzerinde Çalışan Şirketler

Evatran grubu Tesla Model S, BMW i3, Nissan Leaf, Gen 1 Chevrolet Volt gibi yolcu EV'leri için Taksız Şarj yapıyor.
WiTricy Corporation, şimdiye kadar Binek araçlar ve SUV'lar için WCS yapıyor ve Honda Motor Co. Ltd, Nissan, GM, Hyundai, Furukawa Electric ile çalışıyor.
Qualcomm Halo, Yolcu, spor ve yarış arabası için WCS yapıyor ve Witricity şirketi tarafından satın alındı.
Hevo Power, Binek araç için WCS yapıyor
Bombardier Primove, Binek otomobillerinden SUV'lara WCS yapıyor.
Siemens ve BMW, Binek araç için WCS yapıyor.
Momentum Dynamic, WCS Corporation'ı Ticari filo ve Otobüs yapıyor.
Conductix-Wampfler, Endüstri filosu ve Otobüs için WCS yapıyor.

WEVCS'nin Karşılaştığı Zorluklar

Yollara statik ve dinamik kablosuz şarj istasyonları kurmak için, mevcut düzenleme kurulumlara uygun olmadığından yeni altyapı geliştirilmesine ihtiyaç vardır.
EMC, EMI ve frekansları insan sağlığı ve güvenliği endişesi standartlarına göre sürdürmeniz gerekir.