Système de recharge de véhicule électrique sans fil (WEVCS)

Aujourd'hui, le monde passe à la mobilité électrifiée pour réduire les émissions de polluants causées par les véhicules à combustibles fossiles non renouvelables et pour fournir une alternative au carburant coûteux pour le transport. Mais pour les véhicules électriques, l'autonomie et le processus de charge sont les deux principaux problèmes qui affectent son adoption par rapport aux véhicules conventionnels.

Avec l'introduction de la technologie de charge Wire, plus besoin d'attendre des heures aux bornes de recharge, rechargez maintenant votre véhicule en le garant simplement sur une place de parking ou en vous garant dans votre garage ou même en conduisant, vous pouvez recharger votre véhicule électrique. À partir de maintenant, nous sommes très familiers avec la transmission sans fil de données, de signaux audio et vidéo, alors pourquoi ne pouvons-nous pas transférer de l'énergie par voie aérienne.

Merci au grand scientifique Nikola Tesla pour ses inventions incroyables et illimitées dans lesquelles le transfert d'énergie sans fil en fait partie. Il a commencé son expérience sur la transmission d'énergie sans fil en 1891 et a développé la bobine Tesla. En 1901, avec pour objectif principal de développer un nouveau système de transmission d'énergie sans fil, Tesla a commencé à développer la tour Wardenclyffe pour une grande station de transmission d'énergie sans fil à haute tension. Le plus triste est aux dettes de Tesla satisfaire, la tour a été dynamitée et démoli pour la ferraille, le 4 Juillet ^e 1917

Le principe de base de la charge sans fil est le même que celui du transformateur. Dans la charge sans fil, il y a un émetteur et un récepteur, l'alimentation CA 220V 50Hz est convertie en courant alternatif haute fréquence et ce courant alternatif haute fréquence est fourni à la bobine de l'émetteur, puis il crée un champ magnétique alternatif qui coupe la bobine du récepteur et provoque la production de puissance de sortie CA dans la bobine réceptrice. Mais la chose importante pour une charge sans fil efficace est de maintenir la fréquence de résonance entre l'émetteur et le récepteur. Pour maintenir les fréquences de résonance, des réseaux de compensation sont ajoutés des deux côtés. Puis finalement, cette alimentation CA côté récepteur a été redressée en CC et fournie à la batterie via le système de gestion de batterie (BMS).

Chargement sans fil statique et dynamique

En fonction de l'application, les systèmes de charge sans fil pour EV peuvent être distingués en deux catégories,

Charge sans fil statique
Chargement sans fil dynamique

1. Chargement sans fil statique

Comme son nom l'indique, le véhicule se recharge lorsqu'il reste statique. Donc, ici, nous pourrions simplement garer l'EV sur la place de parking ou dans le garage qui est intégré avec WCS. L'émetteur est installé sous le sol et le récepteur est disposé dans le dessous du véhicule. Pour charger le véhicule, alignez l'émetteur et le récepteur et laissez-le se charger. Le temps de charge dépend du niveau de puissance de l'alimentation CA, de la distance entre l'émetteur et le récepteur et de la taille de leurs pads.

Ce SWCS est préférable de construire dans des zones où le VE est stationné pendant un certain intervalle de temps.

2. Système de charge sans fil dynamique (DWCS):

Comme son nom l'indique, le véhicule se recharge lorsqu'il est en mouvement. La puissance est transférée par voie aérienne d'un émetteur stationnaire à la bobine réceptrice d'un véhicule en mouvement. En utilisant l'autonomie de DWCS EV, il est possible d'améliorer la charge continue de sa batterie lors de la conduite sur routes et autoroutes. Cela réduit le besoin de stockage d'énergie important, ce qui réduit encore le poids du véhicule.

Types d'EVWCS

Basé sur les techniques d'exploitation, EVWCS peut être classé en quatre types

Système de charge sans fil capacitif (CWCS)
Système de charge sans fil à engrenage magnétique permanent (PMWC)
Système de charge sans fil inductif (IWC)
Système de charge sans fil inductif résonant (RIWC)

1. Système de charge sans fil capacitif (CWCS)

Le transfert d'énergie sans fil entre l'émetteur et le récepteur est réalisé au moyen d'un courant de déplacement causé par la variation du champ électrique. Au lieu d'aimants ou de bobines comme émetteur et récepteur, des condensateurs de couplage sont utilisés ici pour la transmission de puissance sans fil. La tension alternative est d'abord fournie au circuit de correction de facteur de puissance pour améliorer le rendement et maintenir les niveaux de tension et réduire les pertes tout en transmettant la puissance. Ensuite, il est fourni à un pont en H pour la génération de tension alternative haute fréquence et ce courant alternatif haute fréquence est appliqué à la plaque émettrice, ce qui provoque le développement d'un champ électrique oscillant qui provoque un courant de déplacement au niveau de la plaque réceptrice au moyen d'une induction électrostatique.

La tension alternative côté récepteur est convertie en courant continu pour alimenter la batterie à travers le BMS par des circuits de redressement et de filtre. La fréquence, la tension, la taille des condensateurs de couplage et l'entrefer entre l'émetteur et le récepteur affectent la quantité de puissance transférée. Sa fréquence de fonctionnement est comprise entre 100 et 600 KHz.

2. Système de charge sans fil à aimant permanent (PMWC)

Ici, l'émetteur et le récepteur se composent chacun d'un enroulement d'induit et d'aimants permanents synchronisés à l'intérieur de l'enroulement. Au niveau de l'émetteur, le fonctionnement est similaire au fonctionnement du moteur. Lorsque nous appliquons le courant alternatif à l'enroulement de l'émetteur, il induit un couple mécanique sur l'aimant de l'émetteur provoque sa rotation. En raison du changement d'interaction magnétique dans l'émetteur, le champ PM provoque un couple sur le récepteur PM, ce qui entraîne sa rotation synchrone avec l'aimant de l'émetteur. Maintenant, le changement du champ magnétique permanent du récepteur provoque la production de courant alternatif dans l'enroulement, c'est-à-dire que le récepteur agit comme générateur en tant qu'entrée de puissance mécanique vers le récepteur PM convertie en sortie électrique au niveau de l'enroulement du récepteur. Le couplage d'aimants permanents rotatifs est appelé engrenage magnétique. La puissance CA générée côté récepteur est fournie à la batterie après redressement et filtrage via des convertisseurs de puissance.

3. Système de charge inductif sans fil (IWC)

Le principe de base d'IWC est la loi d'induction de Faraday. Ici, la transmission de puissance sans fil est obtenue par induction mutuelle du champ magnétique entre l'émetteur et la bobine du récepteur. Lorsque l'alimentation CA principale appliquée à la bobine de l'émetteur, elle crée un champ magnétique CA qui passe à travers la bobine du récepteur et ce champ magnétique déplace les électrons dans la bobine du récepteur provoque une sortie d'alimentation CA. Cette sortie CA est redressée et filtrée pour charger le système de stockage d'énergie du VE. La quantité de puissance transférée dépend de la fréquence, de l'inductance mutuelle et de la distance entre l'émetteur et la bobine du récepteur. La fréquence de fonctionnement de l'IWC est comprise entre 19 et 50 KHz.

4. Système de charge sans fil inductif résonnant (RIWC)

Fondamentalement, les résonateurs ayant un facteur de qualité élevé transmettent de l'énergie à un taux beaucoup plus élevé, donc en fonctionnant à la résonance, même avec des champs magnétiques plus faibles, nous pouvons transmettre la même quantité de puissance que dans IWC. La puissance peut être transférée sur de longues distances sans fil. Le transfert maximal de puissance sur l'air se produit lorsque les bobines de l'émetteur et du récepteur sont accordées, c'est-à-dire que les fréquences de résonance des deux bobines doivent être adaptées. Ainsi, pour obtenir de bonnes fréquences de résonance, des réseaux de compensation supplémentaires en série et des combinaisons parallèles sont ajoutés aux bobines d'émetteur et de récepteur. Ces réseaux de compensation supplémentaires ainsi que l'amélioration de la fréquence de résonance réduisent également les pertes supplémentaires. La fréquence de fonctionnement du RIWC est comprise entre 10 et 150 KHz.

Recharge de véhicule électrique sans fil

La recharge sans fil permet à l'EV de se recharger sans avoir besoin de brancher. Si chaque entreprise établit ses propres normes pour les systèmes de recharge sans fil qui ne sont pas compatibles avec d'autres systèmes, ce ne sera pas une bonne chose. Donc, pour rendre la recharge sans fil des véhicules électriques plus conviviale De nombreuses organisations internationales telles que la Commission électrotechnique internationale (CEI), la Society of Automotive Engineers

(SAE), l'Institut des ingénieurs électriciens et électroniciens (IEEE) des Underwriters Laboratories (UL) travaillent sur des normes.

SAE J2954 définit le WPT pour les véhicules électriques enfichables légers et la méthodologie d'alignement. Selon cette norme, le niveau 1 offre une puissance d'entrée maximale de 3,7 Kw, le niveau 2 offre 7,7 Kw, le niveau 3 offre 11 Kw et le niveau 4 offre 22 Kw. Et l'efficacité cible minimale doit être supérieure à 85% une fois alignée. La garde au sol autorisée doit atteindre 10 pouces et la tolérance d'un côté à l'autre jusqu'à 4 pouces. La méthode d'alignement la plus préférable est la triangulation magnétique qui aide à rester dans la plage de charge dans le stationnement manuel et aide à trouver des places de stationnement pour les véhicules autonomes.

La norme SAE J1772 définit le coupleur de charge conducteur EV / PHEV.
La norme SAE J2847 / 6 définit la communication entre les véhicules chargés sans fil et les chargeurs EV sans fil.
La norme SAE J1773 définit la charge à couplage inductif EV.
La norme SAE J2836 / 6 définit des cas d'utilisation pour la communication de charge sans fil pour PEV.
Le sujet UL 2750 définit le Outline of Investigation, pour WEVCS.
La CEI 61980-1 Cor.1 Ed.1.0 définit les exigences générales des systèmes EV WPT.
La CEI 62827-2 Ed.1.0 définit WPT-Management: Multiple Device Control Management.
La CEI 63028 Ed.1.0 définit la spécification du système de ligne de base résonante WPT-Air Fuel Alliance.

Entreprises actuellement développées et travaillant sur WCS

Le groupe Evatran fabrique Plugless Charging pour les véhicules électriques de passagers tels que Tesla Model S, BMW i3, Nissan Leaf, Chevrolet Volt de première génération.
WiTricy Corporation fabrique des WCS pour les voitures de tourisme et les SUV jusqu'à présent, elle travaille avec Honda Motor Co. Ltd, Nissan, GM, Hyundai, Furukawa Electric.
Qualcomm Halo fabrique WCS pour les voitures de tourisme, de sport et de course et il est acquis par la société Witricity.
Hevo Power fabrique des WCS pour les voitures particulières
Bombardier Primove fabrique des WCS pour les voitures particulières aux SUV.
Siemens et BMW fabriquent des WCS pour les voitures particulières.
Momentum Dynamic crée la flotte commerciale et le bus de WCS Corporation.
Conductix-Wampfler fabrique des WCS pour la flotte industrielle et les bus.

Défis rencontrés par WEVCS

Pour installer des bornes de recharge sans fil statiques et dynamiques sur les routes, de nouvelles infrastructures sont nécessaires car la disposition actuelle ne convient pas aux installations.
Besoin de maintenir la CEM, l'EMI et les fréquences conformément aux normes pour la santé humaine et la sécurité.