Системы беспроводной зарядки электромобилей

Системы беспроводной зарядки электромобилей

Беспроводная передача энергии — одно из будущих технологичных применений автомобильной сферы, конкретно сферы электромобилей. Теперь исследования и разработки на системы беспроводной зарядки электромобилей являются актуальными действиями человека. Основная цель – научиться передавать мощность посредством резонансной связи и построить удобные современные рабочие технические порталы.

Зачем нужны системы беспроводной зарядки электромобилей?

Традиционные автомобили работают от двигателя внутреннего сгорания. Ежегодное увеличение числа транспортных средств усиливает загрязнение окружающей среды отработанными продуктами сгорания. Кроме того, отмечается обеднение запасов ископаемого топлива.

Последние инновации в области автомобильной промышленности обещают повысить топливную эффективность и сократить выбросы. Одним из технологичных достижений являются гибридные транспортные средства. Гибридные машины работают с учётом применения моторов ДВС и электрических моторов одновременно. Такой конструкторский подход даёт снижение вредных выбросов и сохраняет рабочие характеристики машин.

Однако на будущее основное внимание уделяется чистой энергии с нулевым уровнем выбросов. Поэтому разработка и производство электромобилей вызывают значительный интерес машиностроительной отрасли. Однако электромобиль работает от аккумулятора. Соответственно, главными недостатками такого аппарата являются:

  • высокая стоимость,
  • небольшое покрытие расстояния,
  • длительное время зарядки АКБ.

Потребители техники на колёсах постоянно находятся в поисках лучших решений в плане повышения эффективности поездок. Поэтому проводные системы зарядки приходится устраивать на каждой заправочной станции.

Проводную зарядку, между тем, также сопровождают некоторые ограничения:

  • подготовка точек розеток,
  • выделение места под зарядную станцию,
  • ограниченный диапазон сечений проводов.

Что такое системы беспроводной зарядки электромобилей?

Речь идёт о технологичных электрических (электронных) конструкциях, где используются:

  • источник переменного тока,
  • передающая индуктивность,
  • приёмная индуктивность,
  • преобразователь,
  • электрическая нагрузка (аккумулятор).

Практически все отмеченные выше недостатки проводных схем решаются с помощью системы беспроводной зарядки электромобилей. Конструкция такого типа обеспечивает гибкий удобный сервис. Зарядные системы без проводов доступны под инсталляцию в жилых домах, на парковках, в гаражах и других местах. На картинке ниже показана упрощённая схема: машина + беспроводная система зарядки, которую допустимо применять в электромобильной сфере.

Системы беспроводной зарядки электромобилей - структурная схема
Системы беспроводной зарядки электромобилей – практическая схема: 1 – приёмная индуктивность; 2 – электронный токоприёмник; 3 – передающая индуктивность; 4 – электронный передатчик тока; 5 – энергетическая линия

Для реализации технологии используются разные методы беспроводной передачи энергии. В данном случае передача мощности происходит через катушки индуктивности. Катушкой индуктивности создаётся магнитное поле ближнего действия. Если в зоне действия поля оказывается вторая катушка индуктивности, через проводники контура течёт электрический ток.

Свойствами магнитного поля осуществляется передача мощности от одного контура к другому. Подобный эффект физики называют индукция. Логичным видится анализ существующих методов с целью получения оптимальных результатов и эффективной работы системы. Поэтому таблица ниже описывает различные методики и относимые к методам преимущества и недостатки.

Методы Преимущества Недостатки
Индуктивная связь Простой, безопасный и эффективный перенос мощности на коротких расстояниях. Короткое расстояние передачи и необходимость точного центрирования.
Магнитно-резонансная связь Большое расстояние передачи, без наличия излучения. Сложно настроить резонансную частоту для нескольких устройств.
Электромагнитное излучение Очень высокая эффективность передачи на большие расстояния. Генерация излучения, необходимость прямой видимости.

Рассмотрим методы резонансной связи для достижения эффективной передачи энергии. Система настроена на разумный воздушный зазор в зависимости от дорожного просвета электромобиля. Этого воздушного зазора достаточно для обеспечения хорошего коэффициента связи. Конструкция катушек играет важную роль, такие факторы, как геометрия, частота и расположение катушек, для обеспечения максимальной мощности с равномерным распределением поля.

Архитектура системы беспроводной зарядки электромобиля

Система, показанная в качестве примера на картинке ниже, состоит из различных компонентов функционала заряда. Источник переменного тока используется в качестве энергетика, которым питается высокочастотный преобразователь низкочастотной энергии в энергию высокой частоты.

Выходящий потенциал преобразователя подаётся на передающую индуктивность (TX). Приемная индуктивность (RX), в свою очередь, связана с передающей катушкой по принципу резонансной связи. Выходной сигнал контура индуктивностей подаётся на схему преобразователя, где переменный ток преобразуется в постоянный ток.

Системы беспроводной зарядки электромобиля - базовая архитектура
Архитектура системы беспроводной зарядки электромобилей: 1 – вход электроэнергии; 2 – высокочастотный инвертор; 3 – сеть усиления и компенсации тока; 4 – электроника передачи мощности; 5 – дорожная часть; 6 – электроника приёма мощности; 7 – электромобильная часть; 8 – сеть усиления и компенсации напряжения; 9 – высокочастотный приёмник; 10 – выходная энергия под заряд АКБ

Полученный выпрямленный постоянный ток, пригодный под заряд аккумуляторной батареи электромобиля, является нагрузкой системы беспроводной зарядки электромобиля. Индуктивности, используемые в этом проекте, являющиеся связывающими цепями беспроводной передачи энергии, называются магнитными резонаторами.

Базовая схемная модель системы беспроводной зарядки электромобилей, топология, включаемая сегодня от серии к серии, выстраивается по единому принципу. Учитывая комплексную составляющую системы, достаточно легко проанализировать и построить упрощенную эквивалентную модель сети.

Схема обычно выстраивается на базе первичной и вторичной обмоток катушек L1 и L2 соответственно. Цепи компенсации R1 и C1 подключены на первичной стороне, R2 и C2 на вторичной стороне. Эти компоненты являются линейными и пассивными по своей природе. Схеме RLC характерно проявление свойства резонанса.

Значения LC схемы допустимо отрегулировать таким образом, чтобы получить резонансную частоту в диапазоне 10 — 30 кГц. Ток через первичную катушку определяется входным напряжением и общим сопротивлением вторичной катушки.

Решающую роль конструкции играет схема питания в системе беспроводной зарядки. Основная задача заключается в том, чтобы получить высокую частоту (кГц) и выходную мощность (кВт) для возбуждения катушек и зарядки нагрузки соответственно.


При помощи информации: SAE