ระบบชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าแบบไร้สาย (wevcs)

ปัจจุบันโลกกำลังเปลี่ยนไปสู่การขับเคลื่อนด้วยพลังงานไฟฟ้าเพื่อลดการปล่อยมลพิษที่เกิดจากยานพาหนะที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลที่ใช้ไม่ได้และเพื่อเป็นทางเลือกให้กับเชื้อเพลิงราคาแพงสำหรับการขนส่ง แต่สำหรับรถยนต์ไฟฟ้าระยะการเดินทางและกระบวนการชาร์จเป็นสองประเด็นหลักที่ส่งผลต่อการนำไปใช้กับรถยนต์ทั่วไป

ด้วยการแนะนำเทคโนโลยีการชาร์จด้วยสายไม่ต้องรอที่สถานีชาร์จเป็นเวลาหลายชั่วโมงตอนนี้คุณสามารถชาร์จรถของคุณได้โดยเพียงแค่จอดรถไว้ที่จุดจอดรถหรือจอดที่โรงรถของคุณหรือแม้กระทั่งขณะขับรถคุณก็สามารถชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าของคุณได้ ณ ตอนนี้เราคุ้นเคยกับการส่งข้อมูลสัญญาณเสียงและวิดีโอแบบไร้สายเป็นอย่างมากเหตุใดเราจึงไม่สามารถถ่ายโอนพลังงานผ่านอากาศได้

ต้องขอบคุณนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ Nikola Tesla สำหรับสิ่งประดิษฐ์ที่น่าทึ่งไร้ขีด จำกัด ซึ่งการถ่ายโอนพลังงานแบบไร้สายเป็นหนึ่งในนั้น เขาเริ่มทดลองเกี่ยวกับระบบส่งกำลังแบบไร้สายในปี พ.ศ. 2434 และพัฒนาขดลวดเทสลา ในปีพ. ศ. 2444 โดยมีเป้าหมายหลักเพื่อพัฒนาระบบส่งกำลังแบบไร้สายใหม่ Tesla เริ่มพัฒนา Wardenclyffe Tower สำหรับสถานีส่งพลังงานไร้สายแรงดันสูงขนาดใหญ่ ส่วนที่เศร้าที่สุดคือการตอบสนองความหนี้ของเทสลาหอคอย dynamited และพังยับเยินเป็นเศษเหล็ก 4 กรกฏาคม^TH 1917

หลักการพื้นฐานของการชาร์จแบบไร้สายเหมือนกับหลักการทำงานของหม้อแปลง ในการชาร์จแบบไร้สายมีตัวส่งและตัวรับแหล่งจ่ายไฟ AC 220V 50Hz จะถูกแปลงเป็นกระแสสลับความถี่สูงและ AC ความถี่สูงนี้จะจ่ายให้กับขดลวดของเครื่องส่งสัญญาณจากนั้นจะสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสลับที่ตัดขดลวดตัวรับและทำให้เกิดการผลิตไฟฟ้ากระแสสลับ ในขดลวดรับ แต่สิ่งสำคัญสำหรับการชาร์จแบบไร้สายที่มีประสิทธิภาพคือการรักษาความถี่เรโซแนนซ์ระหว่างเครื่องส่งและเครื่องรับ เพื่อรักษาความถี่เรโซแนนซ์เครือข่ายชดเชยจะถูกเพิ่มทั้งสองด้าน จากนั้นในที่สุดไฟ AC ที่ด้านตัวรับจะถูกปรับให้เป็น DC และป้อนเข้าแบตเตอรี่ผ่าน Battery Management System (BMS)

การชาร์จแบบไร้สายแบบคงที่และแบบไดนามิก

ขึ้นอยู่กับการประยุกต์ใช้ระบบชาร์จแบบไร้สายสำหรับ EV สามารถโดดเด่นเป็นสองประเภท,

การชาร์จแบบไร้สายแบบคงที่
การชาร์จแบบไร้สายแบบไดนามิก

1. การชาร์จแบบไร้สายแบบคงที่

ตามชื่อระบุยานพาหนะจะถูกชาร์จเมื่ออยู่นิ่ง ดังนั้นที่นี่เราสามารถจอด EV ได้ที่จุดจอดรถหรือในโรงรถซึ่งรวมกับ WCS เครื่องส่งติดตั้งอยู่ใต้พื้นดินและเครื่องรับจะถูกจัดให้อยู่ด้านล่างของรถ ในการชาร์จรถให้จัดแนวเครื่องส่งและตัวรับและปล่อยให้ชาร์จ เวลาในการชาร์จขึ้นอยู่กับระดับพลังงานของแหล่งจ่ายไฟ AC ระยะห่างระหว่างตัวส่งและตัวรับและขนาดแผ่นรอง

SWCS นี้ดีที่สุดในการสร้างในพื้นที่ที่ EV กำลังจอดอยู่ในช่วงเวลาหนึ่ง

2. ระบบชาร์จไร้สายแบบไดนามิก (DWCS):

ตามชื่อที่ระบุไว้ที่นี่รถจะถูกชาร์จขณะเคลื่อนที่ พลังงานจะถ่ายเทผ่านอากาศจากเครื่องส่งสัญญาณนิ่งไปยังคอยล์ตัวรับในยานพาหนะที่เคลื่อนที่ ด้วยการใช้ช่วงการเดินทางของ DWCS EV สามารถปรับปรุงได้ด้วยการชาร์จแบตเตอรี่อย่างต่อเนื่องขณะขับขี่บนถนนและทางหลวง ช่วยลดความจำเป็นในการจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่ซึ่งจะช่วยลดน้ำหนักของยานพาหนะ

ประเภทของ EVWCS

ขึ้นอยู่กับเทคนิคการดำเนินงาน EVWCS สามารถแบ่งออกเป็นสี่ประเภท

ระบบชาร์จไร้สายแบบ Capacitive (CWCS)
ระบบชาร์จไร้สายเกียร์แม่เหล็กถาวร (PMWC)
ระบบชาร์จไร้สายอุปนัย (IWC)
ระบบการชาร์จแบบไร้สายอุปนัยเรโซแนนซ์ (RIWC)

1. ระบบชาร์จไร้สายแบบ Capacitive (CWCS)

การถ่ายโอนพลังงานแบบไร้สายระหว่างเครื่องส่งและเครื่องรับทำได้โดยวิธีการกระจัดของกระแสไฟฟ้าที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของสนามไฟฟ้า แทนที่จะใช้แม่เหล็กหรือขดลวดเป็นตัวส่งและตัวรับตัวเก็บประจุแบบมีเพศสัมพันธ์จะถูกใช้ที่นี่สำหรับการส่งกำลังแบบไร้สาย แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจะจ่ายให้กับวงจรแก้ไขตัวประกอบกำลังเป็นครั้งแรกเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและเพื่อรักษาระดับแรงดันไฟฟ้าและเพื่อลดการสูญเสียในขณะส่งกำลัง จากนั้นจะจ่ายให้กับสะพาน H สำหรับการสร้างแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับความถี่สูงและ AC ความถี่สูงนี้ถูกนำไปใช้กับแผ่นส่งซึ่งทำให้เกิดการพัฒนาสนามไฟฟ้าสั่นที่ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้ากระจัดที่แผ่นรับโดยการเหนี่ยวนำไฟฟ้าสถิตย์

แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่ด้านรับจะถูกแปลงเป็น DC เพื่อป้อนแบตเตอรี่ผ่าน BMS โดยวงจรเรียงกระแสและวงจรกรอง ความถี่แรงดันไฟฟ้าขนาดของตัวเก็บประจุแบบมีเพศสัมพันธ์และช่องว่างระหว่างเครื่องส่งและตัวรับมีผลต่อปริมาณพลังงานที่ถ่ายโอน ความถี่ในการทำงานอยู่ระหว่าง 100 ถึง 600 KHz

2. แม่เหล็กถาวรเกียร์ระบบชาร์จไร้สาย (PMWC)

เครื่องส่งและตัวรับที่นี่แต่ละเครื่องประกอบด้วยขดลวดกระดองและแม่เหล็กถาวรที่ซิงโครไนซ์ภายในขดลวด การทำงานของเครื่องส่งสัญญาณจะคล้ายกับการทำงานของมอเตอร์ เมื่อเราใช้กระแสไฟฟ้ากระแสสลับกับขดลวดของเครื่องส่งสัญญาณจะทำให้เกิดแรงบิดเชิงกลบนแม่เหล็กของเครื่องส่งทำให้เกิดการหมุน เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงปฏิสัมพันธ์ของแม่เหล็กในเครื่องส่งสนาม PM ทำให้เกิดแรงบิดบนตัวรับ PM ซึ่งส่งผลให้เกิดการหมุนแบบซิงโครนัสกับแม่เหล็กของเครื่องส่ง ตอนนี้การเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กถาวรของตัวรับทำให้เกิดการผลิตกระแสไฟฟ้ากระแสสลับในขดลวดกล่าวคือตัวรับทำหน้าที่เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเป็นอินพุตพลังงานกลไปยังตัวรับ PM ที่แปลงเป็นเอาต์พุตไฟฟ้าที่ขดลวดตัวรับ การเชื่อมต่อของแม่เหล็กถาวรแบบหมุนเรียกว่าเฟืองแม่เหล็ก. ไฟฟ้ากระแสสลับที่สร้างขึ้นที่ด้านตัวรับป้อนเข้าสู่แบตเตอรี่หลังจากแก้ไขและกรองผ่านตัวแปลงไฟ

3. ระบบชาร์จไร้สายอุปนัย (IWC)

หลักการพื้นฐานของ IWC คือกฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์ ที่นี่การส่งกำลังแบบไร้สายทำได้โดยการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กร่วมกันระหว่างขดลวดตัวส่งและตัวรับ เมื่อแหล่งจ่ายไฟ AC หลักนำไปใช้กับขดลวดของเครื่องส่งสัญญาณจะสร้างสนามแม่เหล็ก AC ที่ผ่านขดลวดตัวรับและสนามแม่เหล็กนี้จะเคลื่อนอิเล็กตรอนในขดลวดตัวรับทำให้เกิดกำลังไฟ AC เอาต์พุต AC นี้ได้รับการแก้ไขและกรองเพื่อชาร์จระบบจัดเก็บพลังงานของ EV ปริมาณพลังงานที่ถ่ายโอนขึ้นอยู่กับความถี่การเหนี่ยวนำซึ่งกันและกันและระยะห่างระหว่างตัวส่งและขดลวดตัวรับ ความถี่ในการทำงานของ IWC อยู่ระหว่าง 19 ถึง 50 KHz

4. ระบบการชาร์จแบบไร้สายอุปนัยเรโซแนนซ์ (RIWC)

โดยทั่วไปแล้วเรโซเนเตอร์ที่มีปัจจัยคุณภาพสูงจะส่งพลังงานในอัตราที่สูงกว่ามากดังนั้นด้วยการทำงานที่เรโซแนนซ์แม้จะมีสนามแม่เหล็กที่อ่อนกว่าเราก็สามารถส่งพลังงานได้ในปริมาณเดียวกันกับใน IWC สามารถถ่ายโอนพลังงานไปยังระยะทางไกลได้โดยไม่ต้องใช้สายไฟ การถ่ายโอนกำลังสูงสุดผ่านอากาศเกิดขึ้นเมื่อมีการปรับจูนขดลวดตัวส่งและตัวรับกล่าวคือความถี่เรโซแนนซ์ของขดลวดทั้งสองควรตรงกัน ดังนั้นเพื่อให้ได้ความถี่เรโซแนนซ์ที่ดีเครือข่ายการชดเชยเพิ่มเติมในชุดและชุดค่าผสมแบบขนานจะถูกเพิ่มเข้าไปในขดลวดตัวส่งและตัวรับ เครือข่ายการชดเชยเพิ่มเติมนี้พร้อมกับการปรับปรุงความถี่เรโซแนนซ์ยังช่วยลดการสูญเสียเพิ่มเติม ความถี่ในการทำงานของ RIWC อยู่ระหว่าง 10 ถึง 150 KHz

การชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าแบบไร้สาย

การชาร์จแบบไร้สายทำให้ EV สามารถชาร์จได้โดยไม่ต้องเสียบปลั๊กหากทุก บริษัท สร้างมาตรฐานของตัวเองสำหรับระบบชาร์จไร้สายที่ไม่สามารถใช้ร่วมกับระบบอื่นได้ก็จะไม่ใช่เรื่องดี ดังนั้นเพื่อให้การชาร์จ EV แบบไร้สายเป็นมิตรกับผู้ใช้มากขึ้นองค์กรระหว่างประเทศหลายแห่งเช่น International Electro Technical Commission (IEC), Society of Automotive Engineers

(SAE), Underwriters Laboratories (UL) Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) กำลังดำเนินการตามมาตรฐาน

SAE J2954 กำหนด WPT สำหรับ Light-Duty Plug-In EVs และ Alignment Methodology ตามมาตรฐานนี้ระดับ 1 ให้กำลังอินพุตสูงสุด 3.7 Kw ระดับ 2 เสนอ 7.7Kw ระดับ 3 เสนอ 11Kw และระดับ 4 เสนอ 22Kw และประสิทธิภาพเป้าหมายขั้นต่ำต้องมากกว่า 85% เมื่อจัดแนว ระยะห่างจากพื้นดินที่อนุญาตควรสูงถึง 10 นิ้วและค่าเผื่อจากด้านหนึ่งไปอีกด้านไม่เกิน 4 นิ้ว วิธีการจัดตำแหน่งที่ได้รับความนิยมมากที่สุดคือรูปสามเหลี่ยมแม่เหล็กที่ช่วยให้อยู่ในระยะการชาร์จไฟในการจอดรถด้วยตนเองและช่วยในการค้นหาจุดจอดรถสำหรับยานพาหนะที่เป็นอิสระ

มาตรฐาน SAE J1772 กำหนด EV / PHEV Conductive Charge Coupler
มาตรฐาน SAE J2847 / 6 กำหนดการสื่อสารระหว่างยานพาหนะที่ชาร์จแบบไร้สายและเครื่องชาร์จ EV แบบไร้สาย
มาตรฐาน SAE J1773 กำหนด EV Inductively Coupled Charging
มาตรฐาน SAE J2836 / 6 กำหนด Use Cases for Wireless Charging Communication for PEV
UL subject 2750 กำหนดโครงร่างการสอบสวนสำหรับ WEVCS
IEC 61980-1 Cor.1 Ed.1.0 กำหนดข้อกำหนดทั่วไปของระบบ EV WPT
IEC 62827-2 Ed.1.0 กำหนด WPT-Management: Multiple Device Control Management
IEC 63028 Ed.1.0 กำหนดข้อกำหนดของระบบพื้นฐานเรโซแนนซ์ของพันธมิตรเชื้อเพลิง WPT-Air

บริษัท ที่พัฒนาและทำงานเกี่ยวกับ WCS ในปัจจุบัน

กลุ่ม Evatran กำลังสร้าง Plugless Charging สำหรับผู้โดยสาร EV เช่น Tesla Model S, BMW i3, Nissan Leaf, Gen 1 Chevrolet Volt
WiTricy Corporationกำลังสร้าง WCS สำหรับรถยนต์นั่งส่วนบุคคลและ SUV จนถึงขณะนี้ได้ทำงานร่วมกับ Honda Motor Co. Ltd, Nissan, GM, Hyundai, Furukawa Electric
Qualcomm Haloกำลังสร้าง WCS สำหรับผู้โดยสารรถสปอร์ตและรถแข่งและ บริษัท Witricity ได้เข้าซื้อกิจการ
Hevo Powerกำลังสร้าง WCS สำหรับรถยนต์นั่งส่วนบุคคล
Bombardier Primoveกำลังสร้าง WCS สำหรับรถยนต์นั่งไปจนถึง SUV
Siemens และ BMWกำลังสร้าง WCS สำหรับรถยนต์นั่งส่วนบุคคล
Momentum Dynamicกำลังสร้างกองเรือพาณิชย์และรถบัสของ WCS Corporation
Conductix-Wampflerกำลังสร้าง WCS สำหรับกลุ่มอุตสาหกรรมและรถบัส

ความท้าทายที่ WEVCS ต้องเผชิญ

ในการติดตั้งแท่นชาร์จไร้สายแบบคงที่และแบบไดนามิกบนถนนจำเป็นต้องมีการพัฒนาโครงสร้างพื้นฐานใหม่เนื่องจากการจัดเรียงในปัจจุบันไม่เหมาะสมสำหรับการติดตั้ง
จำเป็นต้องรักษา EMC, EMI และความถี่ตามมาตรฐานสำหรับความกังวลด้านสุขภาพและความปลอดภัยของมนุษย์