Sistema di ricarica wireless per veicoli elettrici (wevcs)

Ora un giorno il mondo si sta spostando verso la mobilità elettrificata per ridurre le emissioni inquinanti causate dai veicoli a combustibili fossili non rinnovabili e per fornire l'alternativa al costoso carburante per il trasporto. Ma per i veicoli elettrici, l'autonomia di viaggio e il processo di ricarica sono i due principali problemi che ne influenzano l'adozione rispetto ai veicoli convenzionali.

Con l'introduzione della tecnologia di ricarica Wire, niente più attese alle stazioni di ricarica per ore, ora carica il tuo veicolo semplicemente parcheggiandolo nel parcheggio o parcheggiando nel tuo garage o anche durante la guida puoi caricare il tuo veicolo elettrico. Al momento, abbiamo molta familiarità con la trasmissione wireless di dati, segnali audio e video, quindi perché non possiamo trasferire il potere via etere.

Grazie al grande scienziato Nikola Tesla per le sue incredibili invenzioni illimitate in cui il trasferimento di potenza wireless è una di queste. Ha iniziato il suo esperimento sulla trasmissione di potenza wireless nel 1891 e ha sviluppato la bobina di Tesla. Nel 1901, con l'obiettivo principale di sviluppare un nuovo sistema di trasmissione di potenza wireless, Tesla iniziò a sviluppare la Torre Wardenclyffe per una grande stazione di trasmissione di energia wireless ad alta tensione. La parte più triste è quello di soddisfare i debiti di Tesla, la torre è stata dinamite e demolita per il rottame, il 4 luglio ^° 1917

Il principio di base della ricarica wireless è lo stesso del principio di funzionamento del trasformatore. Nella ricarica wireless ci sono trasmettitore e ricevitore, l'alimentazione 220V 50Hz AC viene convertita in corrente alternata ad alta frequenza e questa AC ad alta frequenza viene fornita alla bobina del trasmettitore, quindi crea un campo magnetico alternato che taglia la bobina del ricevitore e provoca la produzione di potenza AC in uscita nella bobina del ricevitore. Ma la cosa importante per una ricarica wireless efficiente è mantenere la frequenza di risonanza tra trasmettitore e ricevitore. Per mantenere le frequenze di risonanza, vengono aggiunte reti di compensazione su entrambi i lati. Quindi, infine, questa alimentazione CA sul lato del ricevitore è stata raddrizzata in CC e alimentata alla batteria tramite il sistema di gestione della batteria (BMS).

Ricarica wireless statica e dinamica

In base all'applicazione, i sistemi di ricarica wireless per veicoli elettrici possono essere distinti in due categorie,

1. Ricarica wireless statica
2. Ricarica wireless dinamica

1. Ricarica wireless statica

Come indica il nome, il veicolo si carica quando rimane statico. Quindi qui potremmo semplicemente parcheggiare l'EV nel parcheggio o nel garage che è incorporato con WCS. Il trasmettitore è montato sotto il suolo e il ricevitore è sistemato nella parte inferiore del veicolo. Per caricare il veicolo allineare il trasmettitore e il ricevitore e lasciarlo per la ricarica. Il tempo di ricarica dipende dal livello di alimentazione CA, dalla distanza tra trasmettitore e ricevitore e dalle dimensioni delle piastre.

Questo SWCS è il migliore da costruire in aree in cui i veicoli elettrici vengono parcheggiati per un certo intervallo di tempo.

2. Sistema di ricarica wireless dinamico (DWCS):

Come indica il nome qui, il veicolo viene caricato mentre è in movimento. La potenza viene trasferita via aria da un trasmettitore stazionario alla bobina del ricevitore in un veicolo in movimento. Utilizzando DWCS EV l'autonomia di viaggio potrebbe essere migliorata con la ricarica continua della sua batteria durante la guida su strade e autostrade. Riduce la necessità di un grande accumulo di energia che riduce ulteriormente il peso del veicolo.

Tipi di EVWCS

Sulla base delle tecniche operative EVWCS può essere classificato in quattro tipi

1. Sistema di ricarica wireless capacitivo (CWCS)
2. Sistema di ricarica wireless a ingranaggi magnetici permanenti (PMWC)
3. Sistema di ricarica wireless induttivo (IWC)
4. Sistema di ricarica wireless induttivo risonante (RIWC)

1. Sistema di ricarica wireless capacitivo (CWCS)

Il trasferimento senza fili di energia tra trasmettitore e ricevitore avviene tramite corrente di spostamento causata dalla variazione del campo elettrico. Invece di magneti o bobine come trasmettitore e ricevitore, qui vengono utilizzati condensatori di accoppiamento per la trasmissione wireless di potenza. La tensione CA fornita per la prima volta al circuito di correzione del fattore di potenza per migliorare l'efficienza e mantenere i livelli di tensione e ridurre le perdite durante la trasmissione della potenza. Quindi viene alimentato ad un ponte ad H per la generazione di tensione AC ad alta frequenza e questa AC ad alta frequenza viene applicata alla piastra di trasmissione che provoca lo sviluppo di un campo elettrico oscillante che causa lo spostamento di corrente sulla piastra del ricevitore mediante induzione elettrostatica.

La tensione CA sul lato ricevitore viene convertita in CC per alimentare la batteria attraverso BMS dai circuiti di raddrizzatore e filtro. La frequenza, la tensione, le dimensioni dei condensatori di accoppiamento e il traferro tra trasmettitore e ricevitore influiscono sulla quantità di potenza trasferita. La sua frequenza operativa è compresa tra 100 e 600 KHz.

2. Sistema di ricarica wireless a magneti permanenti (PMWC)

In questo caso trasmettitore e ricevitore sono costituiti ciascuno da avvolgimento di armatura e magneti permanenti sincronizzati all'interno dell'avvolgimento. Sul lato trasmettitore il funzionamento è simile al funzionamento del motore. Quando applichiamo la corrente CA all'avvolgimento del trasmettitore, induce una coppia meccanica sul magnete del trasmettitore che ne causa la rotazione. A causa della variazione dell'interazione magnetica nel trasmettitore, il campo PM causa una coppia sul ricevitore PM che ne risulta la rotazione in sincronia con il magnete del trasmettitore. Ora la variazione del campo magnetico permanente del ricevitore provoca la produzione di corrente alternata nell'avvolgimento, cioè il ricevitore funge da generatore come input di potenza meccanica al ricevitore PM convertito in uscita elettrica all'avvolgimento del ricevitore. L'accoppiamento di magneti permanenti rotanti è indicato come ingranaggio magnetico. L'alimentazione CA generata sul lato del ricevitore viene alimentata alla batteria dopo la rettifica e il filtraggio attraverso i convertitori di potenza.

3. Sistema di ricarica wireless induttivo (IWC)

Il principio di base di IWC è la legge di induzione di Faraday. Qui la trasmissione wireless della potenza è ottenuta mediante induzione reciproca del campo magnetico tra il trasmettitore e la bobina del ricevitore. Quando l'alimentazione CA principale applicata alla bobina del trasmettitore, crea un campo magnetico CA che passa attraverso la bobina del ricevitore e questo campo magnetico muove gli elettroni nella bobina del ricevitore causando l'uscita di potenza CA. Questa uscita CA viene rettificata e filtrata per caricare il sistema di accumulo di energia del veicolo elettrico. La quantità di potenza trasferita dipende dalla frequenza, dalla mutua induttanza e dalla distanza tra il trasmettitore e la bobina del ricevitore. La frequenza operativa dell'IWC è compresa tra 19 e 50 KHz.

4. Sistema di ricarica wireless induttivo risonante (RIWC)

Fondamentalmente i risonatori con un fattore di qualità elevato trasmettono energia a una velocità molto più elevata, quindi operando in risonanza, anche con campi magnetici più deboli, possiamo trasmettere la stessa quantità di potenza dell'IWC. La potenza può essere trasferita a lunghe distanze senza fili. Il trasferimento massimo di potenza via aria avviene quando le bobine del trasmettitore e del ricevitore sono sintonizzate, ovvero le frequenze di risonanza di entrambe le bobine devono essere abbinate. Quindi, per ottenere buone frequenze di risonanza, vengono aggiunte reti di compensazione aggiuntive nelle combinazioni in serie e in parallelo alle bobine del trasmettitore e del ricevitore. Questa rete di compensazione aggiuntiva insieme al miglioramento della frequenza di risonanza riduce anche le perdite aggiuntive. La frequenza operativa di RIWC è compresa tra 10 e 150 KHz.

Ricarica wireless per veicoli elettrici

La ricarica wireless consente di ricaricare i veicoli elettrici senza bisogno di plug-in. Se ogni azienda crea i propri standard per i sistemi di ricarica wireless che non sono compatibili con altri sistemi, allora non sarà una buona cosa. Quindi, per rendere la ricarica wireless di veicoli elettrici più facile da usare Molte organizzazioni internazionali come la International Electro Technical Commission (IEC), la Society of Automotive Engineers

(SAE), Underwriters Laboratories (UL) Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) stanno lavorando sugli standard.

• SAE J2954 definisce WPT per veicoli elettrici plug-in leggeri e metodologia di allineamento. Secondo questo standard, il livello 1 offre una potenza di ingresso massima di 3,7 Kw, il livello 2 offre 7,7 Kw, il livello 3 offre 11 Kw e il livello 4 offre 22 Kw. E l'efficienza target minima deve essere maggiore dell'85% quando allineato. L'altezza da terra consentita dovrebbe essere fino a 10 pollici e la tolleranza da lato a lato è fino a 4 pollici. Il metodo di allineamento più preferibile è la triangolazione magnetica che aiuta a rimanere entro il raggio di carica nel parcheggio manuale e aiuta a trovare parcheggi per veicoli autonomi.

• Lo standard SAE J1772 definisce l'accoppiatore di carica conduttivo EV / PHEV.
• Lo standard SAE J2847 / 6 definisce la comunicazione tra veicoli caricati wireless e caricabatterie EV wireless.
• Lo standard SAE J1773 definisce la ricarica ad accoppiamento induttivo EV.
• Lo standard SAE J2836 / 6 definisce i casi d'uso per la comunicazione di ricarica wireless per PEV.
• Il soggetto UL 2750 definisce lo schema di indagine, per WEVCS.
• La norma IEC 61980-1 Cor.1 Ed. 1.0 definisce i requisiti generali dei sistemi EV WPT.
• L'IEC 62827-2 Ed. 1.0 definisce WPT-Management: Multiple Device Control Management.
• La norma IEC 63028 Ed. 1.0 definisce le specifiche del sistema di riferimento risonante WPT-Air Fuel Alliance.

Aziende attualmente sviluppate e che lavorano su WCS

• Il gruppo Evatran sta realizzando la ricarica senza spina per veicoli elettrici passeggeri come Tesla Model S, BMW i3, Nissan Leaf, Gen 1 Chevrolet Volt.
• WiTricy Corporation sta producendo WCS per autovetture e SUV fino ad ora sta lavorando con Honda Motor Co.Ltd, Nissan, GM, Hyundai, Furukawa Electric.
• Qualcomm Halo sta realizzando WCS per passeggeri, auto sportive e da corsa e viene acquisito da Witricity corporation.
• Hevo Power sta realizzando WCS per autovetture
• Bombardier Primove sta realizzando WCS per autovetture per SUV.
• Siemens e BMW stanno realizzando WCS per autovetture.
• Momentum Dynamic sta realizzando la flotta commerciale e gli autobus di WCS Corporation.
• Conductix-Wampfler sta producendo WCS per flotte industriali e autobus.

Sfide affrontate da WEVCS

• Per installare stazioni di ricarica wireless statiche e dinamiche sulle strade, è necessario lo sviluppo di nuove infrastrutture poiché l'attuale disposizione non è adatta alle installazioni.
• Necessità di mantenere l'EMC, l'EMI e le frequenze secondo gli standard per la salute umana e la sicurezza.