نظام الشحن اللاسلكي للسيارات الكهربائية (WEVCS)

في أيامنا هذه ، يتحول العالم نحو التنقل الكهربائي لتقليل انبعاثات الملوثات التي تسببها المركبات التي تعمل بالوقود الأحفوري غير المتجدد ولتوفير بديل للوقود الثمين للنقل. ولكن بالنسبة للسيارات الكهربائية ، فإن نطاق السفر وعملية الشحن هما المسألتان الرئيسيتان اللتان تؤثران على اعتمادها على المركبات التقليدية.

مع إدخال تقنية الشحن السلكي ، لا مزيد من الانتظار في محطات الشحن لساعات ، يمكنك الآن شحن سيارتك بمجرد إيقافها في مكان وقوف السيارات أو وقوف السيارات في مرآبك أو حتى أثناء القيادة يمكنك شحن سيارتك الكهربائية اعتبارًا من الآن ، نحن على دراية كبيرة بالنقل اللاسلكي للبيانات والصوت وإشارات الفيديو ، فلماذا لا يمكننا نقل الطاقة عبر الأثير.

بفضل العالم العظيم نيكولا تيسلا لاختراعاته المذهلة التي لا حدود لها والتي يعد نقل الطاقة اللاسلكي أحدها. بدأ تجربته في نقل الطاقة اللاسلكية في عام 1891 وطور ملف تسلا. في عام 1901 بهدف أساسي هو تطوير نظام جديد لنقل الطاقة اللاسلكية ، بدأت تسلا في تطوير برج Wardenclyffe لمحطة نقل الطاقة اللاسلكية الكبيرة ذات الجهد العالي. الجزء الأكثر حزنا هو إرضاء الديون تسلا، تم نسف البرج وهدم للخردة في 4 تموز ^عشر 1917

المبدأ الأساسي للشحن اللاسلكي هو نفس مبدأ عمل المحولات. في الشحن اللاسلكي ، يوجد جهاز إرسال واستقبال ، يتم تحويل مصدر التيار المتردد 220 فولت 50 هرتز إلى تيار متردد عالي التردد ويتم توفير هذا التيار المتردد عالي التردد لملف جهاز الإرسال ، ثم يخلق مجالًا مغناطيسيًا متناوبًا يقطع ملف المستقبل ويسبب إنتاج طاقة التيار المتردد في ملف الاستقبال. لكن الشيء المهم بالنسبة للشحن اللاسلكي الفعال هو الحفاظ على تردد الرنين بين المرسل والمستقبل. للحفاظ على ترددات الرنين ، تتم إضافة شبكات التعويض على كلا الجانبين. ثم أخيرًا ، تم تصحيح طاقة التيار المتردد الموجودة في جانب المستقبِل إلى التيار المستمر وتغذيتها بالبطارية من خلال نظام إدارة البطارية (BMS).

شحن لاسلكي ثابت وديناميكي

بناءً على التطبيق ، يمكن تمييز أنظمة الشحن اللاسلكي للمركبات الكهربائية إلى فئتين ،

شحن لاسلكي ثابت
شحن لاسلكي ديناميكي

1. الشحن اللاسلكي الثابت

كما يشير الاسم ، يتم شحن السيارة عندما تظل ثابتة. لذلك يمكننا هنا ببساطة إيقاف السيارة الكهربائية في مكان وقوف السيارات أو في المرآب المدمج مع WCS. تم تركيب جهاز الإرسال أسفل الأرض ويتم ترتيب جهاز الاستقبال في أسفل السيارة. لشحن السيارة ، قم بمحاذاة جهاز الإرسال والاستقبال واتركه للشحن. يعتمد وقت الشحن على مستوى طاقة إمداد التيار المتردد والمسافة بين المرسل والمستقبل وأحجام الوسادة.

من الأفضل إنشاء SWCS في المناطق التي يتم فيها إيقاف المركبات الكهربائية لفترة زمنية معينة.

2. نظام الشحن اللاسلكي الديناميكي (DWCS):

كما يشير الاسم هنا ، يتم شحن السيارة أثناء الحركة. تنتقل الطاقة عبر الهواء من جهاز إرسال ثابت إلى ملف جهاز الاستقبال في مركبة متحركة. باستخدام نطاق السفر DWCS EV يمكن تحسينه من خلال الشحن المستمر لبطاريته أثناء القيادة على الطرق والطرق السريعة يقلل من الحاجة إلى تخزين كبير للطاقة مما يقلل من وزن السيارة.

أنواع EVWCS

بناءً على تقنيات التشغيل ، يمكن تصنيف EVWCS إلى أربعة أنواع

نظام الشحن اللاسلكي بالسعة (CWCS)
نظام الشحن اللاسلكي للعتاد المغناطيسي الدائم (PMWC)
نظام الشحن اللاسلكي الاستقرائي (IWC)
نظام الشحن اللاسلكي الحثي الرنيني (RIWC)

1. نظام الشحن اللاسلكي بالسعة (CWCS)

يتم النقل اللاسلكي للطاقة بين المرسل والمستقبل عن طريق إزاحة التيار الناتج عن تباين المجال الكهربائي. بدلاً من المغناطيس أو الملفات كجهاز إرسال ومستقبل ، تُستخدم مكثفات اقتران هنا لنقل الطاقة لاسلكيًا. يتم تزويد جهد التيار المتردد أولاً بدائرة تصحيح عامل القدرة لتحسين الكفاءة والحفاظ على مستويات الجهد وتقليل الفاقد أثناء نقل الطاقة. ثم يتم توفيره إلى جسر H لتوليد جهد التيار المتردد عالي التردد ويتم تطبيق هذا التيار المتردد عالي التردد على لوحة الإرسال التي تتسبب في تطور المجال الكهربائي المتذبذب الذي يتسبب في إزاحة التيار في لوحة الاستقبال عن طريق الحث الكهربائي الساكن.

يتم تحويل جهد التيار المتردد في جانب المستقبِل إلى تيار مستمر لتغذية البطارية من خلال BMS بواسطة دارات المعدل والتصفية. يؤثر التردد والجهد وحجم مكثفات الاقتران والفجوة الهوائية بين المرسل والمستقبل على مقدار الطاقة المنقولة. تردد التشغيل يتراوح بين 100 إلى 600 كيلو هرتز.

2. نظام الشحن اللاسلكي بمعدات مغناطيسية دائمة (PMWC)

يتكون كل من المرسل والمستقبل هنا من لف المحرك ومغناطيس دائم متزامن داخل الملف. في عملية جانب المرسل يشبه تشغيل المحرك. عندما نطبق تيار التيار المتردد على ملف الإرسال ، فإنه يؤدي إلى عزم ميكانيكي على مغناطيس جهاز الإرسال مما يؤدي إلى دورانه. نظرًا لتغير التفاعل المغناطيسي في جهاز الإرسال ، يتسبب حقل PM في عزم الدوران على جهاز الاستقبال PM مما يؤدي إلى دورانه بالتزامن مع مغناطيس جهاز الإرسال. يؤدي التغيير الآن في المجال المغناطيسي الدائم للمستقبل إلى إنتاج التيار المتردد في الملف ، أي أن المستقبل يعمل كمولد كمدخل طاقة ميكانيكية إلى جهاز الاستقبال PM المحول إلى خرج كهربائي عند لف المستقبل. يشار إلى اقتران المغناطيس الدائم الدوار باسم الترس المغناطيسي. يتم تغذية طاقة التيار المتردد المتولدة في جانب المستقبِل إلى البطارية بعد التصحيح والتصفية من خلال محولات الطاقة.

3. نظام الشحن اللاسلكي الاستقرائي (IWC)

المبدأ الأساسي لـ IWC هو قانون Faraday للاستقراء. هنا يتم تحقيق النقل اللاسلكي للطاقة عن طريق الحث المتبادل للمجال المغناطيسي بين ملف المرسل والمستقبل. عندما يتم تطبيق مصدر التيار المتردد الرئيسي على ملف الإرسال ، فإنه يخلق مجالًا مغناطيسيًا متناوبًا يمر عبر ملف المستقبل وهذا المجال المغناطيسي يحرك الإلكترونات في ملف المستقبل مما يؤدي إلى إخراج طاقة التيار المتردد. يتم تصحيح خرج التيار المتردد هذا وتصفيته لشحن نظام تخزين الطاقة في EV. تعتمد كمية الطاقة المنقولة على التردد والحث المتبادل والمسافة بين ملف المرسل والمستقبل. تردد تشغيل IWC بين 19 إلى 50 كيلو هرتز.

4. نظام الشحن اللاسلكي الحثي الرنيني (RIWC)

تنقل الرنانات ذات عامل الجودة العالي الطاقة بمعدل أعلى بكثير ، لذلك من خلال التشغيل بالرنين ، حتى مع الحقول المغناطيسية الأضعف ، يمكننا نقل نفس مقدار الطاقة كما في IWC. يمكن نقل الطاقة لمسافات طويلة بدون أسلاك. يحدث أقصى نقل للطاقة عبر الهواء عندما يتم ضبط ملفي المرسل والمستقبل ، أي يجب مطابقة ترددات رنين الملفين. لذلك للحصول على ترددات طنين جيدة ، تتم إضافة شبكات تعويض إضافية في السلسلة ومجموعات متوازية إلى ملفات الإرسال والاستقبال. شبكات التعويض الإضافية هذه جنبًا إلى جنب مع تحسين تردد الرنين تقلل أيضًا من الخسائر الإضافية. تردد تشغيل RIWC بين 10 إلى 150 كيلو هرتز.

شحن لاسلكي للمركبة الكهربائية

يجعل الشحن اللاسلكي EV تشحن دون الحاجة إلى توصيل. إذا وضعت كل شركة معاييرها الخاصة لأنظمة الشحن اللاسلكي التي لا تتوافق مع الأنظمة الأخرى ، فلن يكون ذلك شيئًا جيدًا. لجعل شحن السيارات الكهربائية أكثر سهولة في الاستخدام ، العديد من المنظمات الدولية مثل اللجنة الفنية الكهربائية الدولية (IEC) ، وجمعية مهندسي السيارات

(SAE) ، تعمل مختبرات Underwriters (UL) ومعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) على المعايير.

تحدد SAE J2954 WPT للمركبات الكهربائية ذات المهام الخفيفة ومنهجية المحاذاة. وفقًا لهذا المعيار ، يوفر المستوى 1 أقصى طاقة إدخال تبلغ 3.7 كيلو وات ، ويقدم المستوى 2 7.7 كيلو وات ، ويقدم المستوى 3 11 كيلو وات والمستوى 4 يوفر 22 كيلو وات. ويجب أن يكون الحد الأدنى من الكفاءة المستهدفة أكبر من 85٪ عند المحاذاة. يجب أن يصل الخلوص الأرضي المسموح به إلى 10 بوصات والتسامح من جانب إلى جانب يصل إلى 4 بوصات. أفضل طريقة للمحاذاة هي التثليث المغناطيسي الذي يساعد على البقاء ضمن نطاق الشحن في الركن اليدوي ويساعد في العثور على أماكن وقوف السيارات ذاتية القيادة.

يحدد معيار SAE J1772 قارنة الشحن الموصلة EV / PHEV.
يحدد معيار SAE J2847 / 6 الاتصال بين المركبات المشحونة لاسلكيًا وشواحن EV اللاسلكية.
يحدد معيار SAE J1773 الشحن المقترن بالحث للمركبات الكهربائية.
يحدد معيار SAE J2836 / 6 حالات الاستخدام لاتصالات الشحن اللاسلكي لسيارة PEV.
يعرّف موضوع UL 2750 مخطط التحقيق من أجل WEVCS.
تحدد المواصفة القياسية IEC 61980-1 Cor.1 Ed.1.0 المتطلبات العامة لأنظمة WPT.
تحدد المواصفة القياسية IEC 62827-2 Ed.1.0 إدارة WPT: إدارة التحكم في الأجهزة المتعددة.
تحدد المواصفة القياسية IEC 63028 Ed.1.0 مواصفات نظام خط الأساس الرنان لاتحاد وقود الهواء WPT.

الشركات المطورة حاليًا وتعمل على WCS

مجموعة Evatran تصنع الشحن بدون توصيل للمركبات الكهربائية للركاب مثل Tesla Model S و BMW i3 و Nissan Leaf و Gen 1 Chevrolet Volt.
تقوم شركة WiTricy بتصنيع WCS لسيارات الركاب وسيارات الدفع الرباعي حتى الآن وهي تعمل مع Honda Motor Co. Ltd و Nissan و GM و Hyundai و Furukawa Electric.
تقوم شركة Qualcomm Halo بتصنيع WCS لسيارات الركاب والرياضة وسباق السيارات وتم الاستحواذ عليها من قبل شركة Witricity.
Hevo Power تصنع WCS لسيارة الركاب
بومباردييه بريموف تصنع WCS لسيارات الركاب إلى سيارات الدفع الرباعي.
تقوم شركتا Siemens و BMW بصنع WCS لسيارة الركاب.
تقوم شركة Momentum Dynamic بصنع أسطول وحافلات WCS التجارية.
تقوم شركة Conductix-Wampfler بتصنيع WCS لأسطول وحافلات الصناعة.

التحديات التي تواجهها WEVCS

لتثبيت محطات شحن لاسلكية ثابتة وديناميكية على الطرق ، يلزم تطوير بنية تحتية جديدة لأن الترتيب الحالي غير مناسب للتركيبات.
تحتاج إلى الحفاظ على EMC و EMI والترددات وفقًا للمعايير المتعلقة بصحة الإنسان وسلامته.