Sistema de carregamento de veículos elétricos sem fio (wevcs)

Hoje em dia, o mundo está mudando para a mobilidade eletrificada para reduzir as emissões de poluentes causadas por veículos movidos a combustível fóssil não renováveis e para fornecer a alternativa ao combustível caro para o transporte. Mas para veículos elétricos, o alcance de viagem e o processo de carregamento são os dois principais problemas que afetam sua adoção em relação aos veículos convencionais.

Com a introdução da tecnologia de carregamento por fio, sem esperar horas nas estações de carregamento, agora carregue seu veículo apenas estacionando em uma vaga ou em sua garagem ou mesmo enquanto dirige, você pode carregar seu veículo elétrico. No momento, estamos muito familiarizados com a transmissão sem fio de sinais de dados, áudio e vídeo, então por que não podemos transferir energia pelo ar?

Obrigado ao grande cientista Nikola Tesla por suas incríveis invenções ilimitadas, nas quais a transferência de energia sem fio é uma delas. Ele começou seu experimento com transmissão de energia sem fio em 1891 e desenvolveu a bobina de Tesla. Em 1901, com o objetivo principal de desenvolver um novo sistema de transmissão de energia sem fio, a Tesla começou a desenvolver a Torre Wardenclyffe para uma grande estação de transmissão de energia sem fio de alta tensão. A parte mais triste é que as dívidas de satisfazer Tesla, a torre foi dinamitada e demolida para a sucata em 4 de Julho ^th 1917

O princípio básico do carregamento sem fio é o mesmo que o princípio de funcionamento do transformador. No carregamento sem fio, há transmissor e receptor, o fornecimento de 220 V 50 Hz AC é convertido em corrente alternada de alta frequência e este CA de alta frequência é fornecido para a bobina do transmissor, então cria um campo magnético alternado que corta a bobina do receptor e causa a produção de saída de energia AC na bobina do receptor. Mas o importante para um carregamento sem fio eficiente é manter a frequência de ressonância entre o transmissor e o receptor. Para manter as frequências ressonantes, redes de compensação são adicionadas em ambos os lados. Então, finalmente, esta alimentação CA no lado do receptor foi retificada para CC e alimentada para a bateria por meio do Sistema de Gerenciamento de Bateria (BMS).

Carregamento sem fio estático e dinâmico

Com base no aplicativo, os sistemas de carregamento sem fio para EV podem ser diferenciados em duas categorias,

Carregamento Estático Sem Fio
Carregamento sem fio dinâmico

1. Carregamento sem fio estático

Como o nome indica, o veículo é carregado quando permanece estático. Portanto, aqui poderíamos simplesmente estacionar o EV no local de estacionamento ou na garagem que está incorporada com WCS. O transmissor é instalado embaixo do solo e o receptor é instalado embaixo do veículo. Para carregar o veículo, alinhe o transmissor e o receptor e deixe-os carregando. O tempo de carregamento depende do nível de energia da fonte CA, distância entre o transmissor e o receptor e os tamanhos dos blocos.

Este SWCS é melhor para construir em áreas onde EV está sendo estacionado por um determinado intervalo de tempo.

2. Sistema de carregamento sem fio dinâmico (DWCS):

Como o nome indica aqui, o veículo é carregado enquanto está em movimento. A energia é transferida pelo ar de um transmissor estacionário para a bobina receptora em um veículo em movimento. Usando o DWCS EV, a autonomia pode ser melhorada com o carregamento contínuo de sua bateria ao dirigir em estradas e rodovias. Ele reduz a necessidade de grande armazenamento de energia, o que reduz ainda mais o peso do veículo.

Tipos de EVWCS

Com base nas técnicas operacionais, EVWCS pode ser classificado em quatro tipos

Sistema capacitivo de carregamento sem fio (CWCS)
Sistema de carregamento sem fio de engrenagem magnética permanente (PMWC)
Sistema de carregamento indutivo sem fio (IWC)
Sistema de carregamento indutivo ressonante sem fio (RIWC)

1. Sistema de carregamento sem fio capacitivo (CWCS)

A transferência sem fio de energia entre o transmissor e o receptor é realizada por meio do deslocamento da corrente causada pela variação do campo elétrico. Em vez de ímãs ou bobinas como transmissor e receptor, os capacitores de acoplamento são usados aqui para transmissão sem fio de energia. A tensão CA fornecida primeiro ao circuito de correção do fator de potência para melhorar a eficiência e manter os níveis de tensão e reduzir as perdas durante a transmissão da energia. Em seguida, é fornecida a uma ponte H para geração de tensão CA de alta frequência e esta CA de alta frequência é aplicada na placa transmissora que provoca o desenvolvimento de um campo elétrico oscilante que causa deslocamento de corrente na placa receptora por meio de indução eletrostática.

A tensão AC no lado do receptor é convertida em DC para alimentar a bateria através do BMS por circuitos retificadores e filtros. Frequência, tensão, tamanho dos capacitores de acoplamento e entreferro entre o transmissor e o receptor afetam a quantidade de energia transferida. Sua freqüência de operação está entre 100 a 600 KHz.

2. Sistema de carregamento sem fio de engrenagem magnética permanente (PMWC)

Aqui, o transmissor e o receptor consistem em enrolamento de armadura e ímãs permanentes sincronizados dentro do enrolamento. No lado do transmissor, a operação é semelhante à operação do motor. Quando aplicamos a corrente CA ao enrolamento do transmissor, ela induz um torque mecânico no ímã do transmissor que causa sua rotação. Devido à mudança de interação magnética no transmissor, o campo PM causa torque no receptor PM, o que resulta em sua rotação em sincronia com o ímã do transmissor. Agora, a mudança no campo magnético permanente do receptor faz com que a produção de corrente AC no enrolamento, ou seja, o receptor atua como gerador como entrada de energia mecânica para o receptor PM convertida em saída elétrica no enrolamento do receptor. O acoplamento de ímãs permanentes rotativos é referido como engrenagem magnética. A energia CA gerada no lado do receptor alimenta a bateria após retificar e filtrar por meio de conversores de energia.

3. Sistema de carregamento indutivo sem fio (IWC)

O princípio básico da IWC é a lei da indução de Faraday. Aqui, a transmissão sem fio de energia é obtida por indução mútua de campo magnético entre o transmissor e a bobina receptora. Quando a alimentação CA principal é aplicada à bobina transmissora, ela cria um campo magnético CA que passa pela bobina receptora e esse campo magnético move os elétrons na bobina receptora, causando a saída de energia CA. Esta saída CA é retificada e filtrada para carregar o sistema de armazenamento de energia do EV. A quantidade de energia transferida depende da frequência, indutância mútua e distância entre o transmissor e a bobina receptora. A frequência de operação do IWC está entre 19 a 50 KHz.

4. Sistema de carregamento indutivo ressonante sem fio (RIWC)

Basicamente, os ressonadores com fator de alta qualidade transmitem energia a uma taxa muito mais alta, portanto, operando em ressonância, mesmo com campos magnéticos mais fracos, podemos transmitir a mesma quantidade de energia que em IWC. O poder pode ser transferido para longas distâncias sem fios. A transferência máxima de potência pelo ar acontece quando as bobinas transmissora e receptora são sintonizadas, ou seja, as frequências ressonantes de ambas as bobinas devem ser combinadas. Portanto, para obter boas frequências ressonantes, redes de compensação adicionais nas combinações em série e paralelas são adicionadas às bobinas do transmissor e do receptor. Essas redes de compensação adicionais, juntamente com a melhoria na frequência de ressonância, também reduzem as perdas adicionais. A frequência de operação do RIWC está entre 10 e 150 KHz.

Carregamento de veículos elétricos sem fio

O carregamento sem fio faz com que o EV carregue sem a necessidade de plug-in. Se cada empresa fizer seus próprios padrões para sistemas de carregamento sem fio que não sejam compatíveis com outros sistemas, isso não será bom. Então, para tornar o carregamento de EV sem fio mais amigável ao usuário Muitas organizações internacionais como a International Electro Technical Commission (IEC), a Society of Automotive Engineers

(SAE), o Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos (IEEE) do Underwriters Laboratories (UL) está trabalhando em padrões.

SAE J2954 define WPT para EVs Plug-In Light-Duty e Metodologia de Alinhamento. De acordo com este padrão, o nível 1 oferece potência máxima de entrada de 3,7 Kw, o nível 2 oferece 7,7 Kw, o nível 3 oferece 11Kw e o nível 4 oferece 22Kw. E a meta de eficiência mínima deve ser maior que 85% quando alinhada. A distância ao solo permitida deve ser de até 10 polegadas e a tolerância lateral é de até 4 polegadas. O método de alinhamento mais preferível é a triangulação magnética que ajuda a permanecer dentro da faixa de carga no estacionamento manual e ajuda a encontrar vagas para veículos autônomos.

O padrão SAE J1772 define o acoplador de carga condutiva EV / PHEV.
O padrão SAE J2847 / 6 define a comunicação entre veículos carregados sem fio e carregadores EV sem fio.
O padrão SAE J1773 define o carregamento acoplado por indução EV.
O padrão SAE J2836 / 6 define casos de uso para comunicação de carregamento sem fio para PEV.
UL assunto 2750 define Outline of Investigation, para WEVCS.
IEC 61980-1 Cor.1 Ed.1.0 define os Requisitos Gerais dos Sistemas EV WPT.
IEC 62827-2 Ed.1.0 define WPT-Management: Multiple Device Control Management.
IEC 63028 Ed.1.0 define a especificação do sistema de linha de base ressonante da WPT-Air Fuel Alliance.

Empresas atualmente desenvolvidas e trabalhando no WCS

O grupo Evatran está fazendo carregamento sem plug para veículos elétricos de passageiros como Tesla Model S, BMW i3, Nissan Leaf, Gen 1 Chevrolet Volt.
WiTricy Corporation está fazendo WCS para carros de passageiros e SUVs até agora está trabalhando com Honda Motor Co. Ltd, Nissan, GM, Hyundai, Furukawa Electric.
Qualcomm Halo está fazendo WCS para passageiros, carros esportivos e de corrida e é adquirida pela Witricity Corporation.
Hevo Power está fazendo WCS para automóveis de passageiros
A Bombardier Primove está fazendo WCS para automóveis de passageiros para SUVs.
A Siemens e a BMW estão fazendo WCS para automóveis de passageiros.
A Momentum Dynamic está tornando a frota comercial e de ônibus da WCS Corporation.
Conductix-Wampfler está fazendo WCS para frota da indústria e ônibus.

Desafios enfrentados por WEVCS

Para instalar estações de carregamento sem fio estáticas e dinâmicas nas estradas, é necessário o desenvolvimento de uma nova infraestrutura, pois o arranjo atual não é adequado para as instalações.
Necessidade de manter EMC, EMI e frequências de acordo com os padrões de saúde e segurança humana.