Drahtloses Ladesystem für Elektrofahrzeuge (wevcs)

Jetzt verlagert sich die Welt der Tage in Richtung elektrifizierter Mobilität, um die Schadstoffemissionen nicht erneuerbarer Fahrzeuge mit fossilen Brennstoffen zu reduzieren und die Alternative zu teurem Kraftstoff für den Transport bereitzustellen. Bei Elektrofahrzeugen sind die Reichweite und der Ladevorgang die beiden Hauptprobleme, die sich auf die Übernahme gegenüber herkömmlichen Fahrzeugen auswirken.

Mit der Einführung der Drahtladetechnologie, die nicht mehr stundenlang an Ladestationen wartet, können Sie Ihr Fahrzeug jetzt aufladen, indem Sie es einfach auf dem Parkplatz oder in Ihrer Garage parken oder sogar während der Fahrt Ihr Elektrofahrzeug aufladen. Derzeit sind wir mit der drahtlosen Übertragung von Daten-, Audio- und Videosignalen bestens vertraut. Warum können wir also keine Stromübertragung über Funk durchführen?

Vielen Dank an den großartigen Wissenschaftler Nikola Tesla für seine grenzenlosen Erfindungen, bei denen die drahtlose Energieübertragung eine davon ist. Er begann sein Experiment zur drahtlosen Energieübertragung im Jahr 1891 und entwickelte eine Tesla-Spule. Mit dem Hauptziel, ein neues drahtloses Energieübertragungssystem zu entwickeln, begann Tesla 1901 mit der Entwicklung des Wardenclyffe Tower für eine große drahtlose Hochspannungs-Energieübertragungsstation. Der traurigste Teil ist gerecht zu werden Teslas Schulden wurde der Turm und am 4. Juli für Schrott abgerissen dynamited ^th 1917

Das Grundprinzip des drahtlosen Ladens entspricht dem Funktionsprinzip des Transformators. Beim kabellosen Laden gibt es Sender und Empfänger, eine 220-V-50-Hz-Wechselstromversorgung wird in hochfrequenten Wechselstrom umgewandelt, und dieser hochfrequente Wechselstrom wird der Sendespule zugeführt. Anschließend wird ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, das die Empfängerspule abschneidet und die Erzeugung von Wechselstrom verursacht in der Empfängerspule. Für ein effizientes kabelloses Laden ist es jedoch wichtig, die Resonanzfrequenz zwischen Sender und Empfänger aufrechtzuerhalten. Um die Resonanzfrequenzen aufrechtzuerhalten, werden auf beiden Seiten Kompensationsnetzwerke hinzugefügt. Schließlich wird diese Wechselstromversorgung auf der Empfängerseite auf Gleichstrom gleichgerichtet und über das Batteriemanagementsystem (BMS) der Batterie zugeführt.

Statisches und dynamisches kabelloses Laden

Basierend auf der Anwendung können drahtlose Ladesysteme für Elektrofahrzeuge in zwei Kategorien unterteilt werden:

Statisches kabelloses Laden
Dynamisches kabelloses Laden

1. Statisches kabelloses Laden

Wie der Name schon sagt, wird das Fahrzeug aufgeladen, wenn es statisch bleibt. Hier könnten wir den EV also einfach auf dem Parkplatz oder in einer Garage parken, die in WCS integriert ist. Der Sender ist unter der Erde angebracht und der Empfänger ist im Fahrzeug darunter angeordnet. Richten Sie zum Laden des Fahrzeugs Sender und Empfänger aus und lassen Sie es zum Laden. Die Ladezeit hängt von der Netzspannung, dem Abstand zwischen Sender und Empfänger und deren Pad-Größe ab.

Dieses SWCS eignet sich am besten für Bereiche, in denen EV für ein bestimmtes Zeitintervall geparkt wird.

2. Dynamisches drahtloses Ladesystem (DWCS):

Wie der Name schon sagt, wird das Fahrzeug während der Fahrt aufgeladen. Die Energieübertragung über die Luft von einem stationären Sender zur Empfängerspule in einem fahrenden Fahrzeug. Durch die Verwendung von DWCS EV könnte die Reichweite durch kontinuierliches Laden des Akkus während der Fahrt auf Straßen und Autobahnen verbessert werden. Es reduziert den Bedarf an großen Energiespeichern, wodurch das Gewicht des Fahrzeugs weiter reduziert wird.

Arten von EVWCS

Basierend auf den Betriebstechniken kann EVWCS in vier Typen eingeteilt werden

Kapazitives drahtloses Ladesystem (CWCS)
Permanent Magnetic Gear Wireless Ladesystem (PMWC)
Induktives drahtloses Ladesystem (IWC)
Resonantes induktives drahtloses Ladesystem (RIWC)

1. Kapazitives drahtloses Ladesystem (CWCS)

Die drahtlose Energieübertragung zwischen Sender und Empfänger erfolgt mittels Verschiebungsstrom, der durch die Änderung des elektrischen Feldes verursacht wird. Anstelle von Magneten oder Spulen als Sender und Empfänger werden hier Koppelkondensatoren zur drahtlosen Energieübertragung eingesetzt. Die Wechselspannung wird zuerst der Leistungsfaktorkorrekturschaltung zugeführt, um den Wirkungsgrad zu verbessern und die Spannungspegel aufrechtzuerhalten und die Verluste während der Übertragung der Leistung zu verringern. Dann wird es einer H-Brücke zur Erzeugung von Hochfrequenz-Wechselspannung zugeführt, und dieser Hochfrequenz-Wechselstrom wird an eine Sendeplatte angelegt, die die Entwicklung eines oszillierenden elektrischen Feldes verursacht, das mittels elektrostatischer Induktion einen Verschiebungsstrom an der Empfängerplatte verursacht.

Die Empfängerspannung auf der Empfängerseite wird in Gleichspannung umgewandelt, um die Batterie durch Gleichrichter- und Filterkreise durch BMS zu speisen. Frequenz, Spannung, Größe der Koppelkondensatoren und der Luftspalt zwischen Sender und Empfänger beeinflussen die übertragene Leistung. Die Betriebsfrequenz liegt zwischen 100 und 600 kHz.

2. Permanentmagnetzahnrad-Ladesystem (PMWC)

Hier bestehen Sender und Empfänger jeweils aus Ankerwicklung und synchronisierten Permanentmagneten innerhalb der Wicklung. Auf der Senderseite ähnelt der Betrieb dem Motorbetrieb. Wenn wir den Wechselstrom an die Senderwicklung anlegen, induziert er ein mechanisches Drehmoment am Sendermagneten und bewirkt dessen Drehung. Aufgrund der Änderung der magnetischen Wechselwirkung im Sender verursacht das PM-Feld ein Drehmoment am Empfänger-PM, was dazu führt, dass es sich synchron mit dem Sendermagneten dreht. Eine Änderung des permanenten Magnetfelds des Empfängers bewirkt nun die Erzeugung von Wechselstrom in der Wicklung, dh der Empfänger wirkt als Generator als mechanische Leistungsaufnahme des Empfängers PM, die an der Empfängerwicklung in eine elektrische Leistung umgewandelt wird. Die Kopplung rotierender Permanentmagnete wird als Magnetgetriebe bezeichnet. Der auf der Empfängerseite erzeugte Wechselstrom wird der Batterie nach Gleichrichtung und Filterung durch Stromrichter zugeführt.

3. Induktives drahtloses Ladesystem (IWC)

Das Grundprinzip der IWC ist das Faradaysche Induktionsgesetz. Hier wird die drahtlose Energieübertragung durch gegenseitige Induktion eines Magnetfeldes zwischen Sender- und Empfängerspule erreicht. Wenn die Hauptwechselstromversorgung an die Sendespule angelegt wird, erzeugt sie ein Wechselstrommagnetfeld, das durch die Empfängerspule verläuft, und dieses Magnetfeld bewegt Elektronen in der Empfängerspule und verursacht eine Wechselstromausgabe. Dieser Wechselstromausgang wird gleichgerichtet und gefiltert, um das Energiespeichersystem des Elektrofahrzeugs aufzuladen. Die übertragene Leistung hängt von der Frequenz, der Gegeninduktivität und dem Abstand zwischen Sender- und Empfängerspule ab. Die Betriebsfrequenz von IWC liegt zwischen 19 und 50 kHz.

4. Resonantes induktives drahtloses Ladesystem (RIWC)

Grundsätzlich übertragen Resonatoren mit einem hohen Qualitätsfaktor Energie mit einer viel höheren Rate. Wenn wir also mit Resonanz arbeiten, können wir auch bei schwächeren Magnetfeldern die gleiche Leistung wie bei IWC übertragen. Die Energie kann ohne Kabel auf große Entfernungen übertragen werden. Die maximale Kraftübertragung über die Luft erfolgt, wenn die Sender- und Empfängerspulen abgestimmt sind, dh die Resonanzfrequenzen beider Spulen sollten angepasst werden. Um gute Resonanzfrequenzen zu erhalten, werden den Sender- und Empfängerspulen zusätzliche Kompensationsnetzwerke in Reihen- und Parallelkombinationen hinzugefügt. Diese zusätzlichen Kompensationsnetzwerke reduzieren zusammen mit der Verbesserung der Resonanzfrequenz auch die zusätzlichen Verluste. Die Betriebsfrequenz von RIWC liegt zwischen 10 und 150 kHz.

Drahtloses Laden von Elektrofahrzeugen

Durch das kabellose Laden kann EV ohne Plug-In aufgeladen werden. Wenn jedes Unternehmen seine eigenen Standards für kabellose Ladesysteme festlegt, die nicht mit anderen Systemen kompatibel sind, ist dies keine gute Sache. Um das kabellose Laden von Elektrofahrzeugen benutzerfreundlicher zu gestalten Viele internationale Organisationen wie die International Electro Technical Commission (IEC), die Society of Automotive Engineers

(SAE), Underwriters Laboratories (UL) Institut für Elektro- und Elektronikingenieure (IEEE) arbeiten an Standards.

SAE J2954 definiert WPT für leichte Plug-In-Elektrofahrzeuge und Ausrichtungsmethoden. Gemäß diesem Standard bietet Stufe 1 eine maximale Eingangsleistung von 3,7 kW, Stufe 2 7,7 kW, Stufe 3 11 kW und Stufe 4 22 kW. Und die minimale Zieleffizienz muss bei der Ausrichtung größer als 85% sein. Die zulässige Bodenfreiheit sollte bis zu 10 Zoll betragen und die Toleranz von Seite zu Seite beträgt bis zu 4 Zoll. Die am meisten bevorzugte Ausrichtungsmethode ist die magnetische Triangulation, die hilft, beim manuellen Parken innerhalb des Ladebereichs zu bleiben und Parkplätze für autonome Fahrzeuge zu finden.

Der Standard SAE J1772 definiert den leitfähigen EV / PHEV-Ladungskoppler.
Der Standard SAE J2847 / 6 definiert die Kommunikation zwischen drahtlos geladenen Fahrzeugen und drahtlosen EV-Ladegeräten.
Der Standard SAE J1773 definiert das induktiv gekoppelte Laden von Elektrofahrzeugen.
Der Standard SAE J2836 / 6 definiert Anwendungsfälle für die drahtlose Ladekommunikation für PEV.
Das UL-Subjekt 2750 definiert die Untersuchungsskizze für WEVCS.
IEC 61980-1 Cor.1 Ed.1.0 definiert die allgemeinen Anforderungen für EV WPT-Systeme.
IEC 62827-2 Ed.1.0 definiert WPT-Management: Multiple Device Control Management.
IEC 63028 Ed.1.0 definiert die Resonanz-Basissystemspezifikation der WPT-Air Fuel Alliance.

Derzeit entwickelte und an WCS arbeitende Unternehmen

Evatran Group stellt Plugless Charging für Elektrofahrzeuge wie Tesla Model S, BMW i3, Nissan Leaf und Gen 1 Chevrolet Volt her.
Die WiTricy Corporation stellt WCS für Personenkraftwagen und SUVs her und arbeitet bisher mit Honda Motor Co. Ltd., Nissan, GM, Hyundai und Furukawa Electric zusammen.
Qualcomm Halo stellt WCS für Passagier-, Sport- und Rennwagen her und wird von der Witricity Corporation übernommen.
Hevo Power stellt WCS für Pkw her
Bombardier Primove stellt WCS für Pkw zu SUV her.
Siemens und BMW stellen WCS für Pkw her.
Momentum Dynamic stellt die kommerzielle Flotte und den Bus der WCS Corporation her.
Conductix-Wampfler stellt WCS für Industrieflotte und Bus her.

Herausforderungen für WEVCS

Um statische und dynamische drahtlose Ladestationen auf den Straßen zu installieren, ist eine neue Infrastrukturentwicklung erforderlich, da die derzeitige Anordnung für die Installationen nicht geeignet ist.
Notwendigkeit, die EMV, EMI und Frequenzen gemäß den Standards für die Gesundheit und Sicherheit des Menschen aufrechtzuerhalten.