بخشی از مقاله
چکیده
در دنیای امروز با گسترش آلودگی هوا استفاده از وسایل نقلیه با سوخت فسیلی کاهش یافته و لزوم استفاده از امکانات الکتریکی بیش از پیش حس می شود . استفاده از وسایل نقلیه الکتریکی نیازمند شارژ سریع و بدون محدودیت می باشد که این امر در صورت شارژ بیسیم در انواع حالتهای وسایل نقلیه از جمله توقف و حرکت ، محقق خواهد شد . در این مقاله بررسی جامع و کامل از تمامی فن آوری های شارژ بیسیم برای وسیله نقلیه الکتریکی ، ویژگی ها و استانداردهای شارژ بیسیم استاتیک، شارژ بیسیم دینامیک و شارژ بیسیم شبه دینامیکی در کنار موارد استفاده از هر روش بررسی می شود.
کلید واژه- شارژ بیسیم، شارژ وسایل نقیله الکتریکی، انتقال بیسیم توان
مقدمه
وسایل نقلیه الکتریکی 1در صورت ایجاد زیر ساختهای مناسب و شرایط شارژ، با توجه به عدم استفاده از سوختهای فسیلی ، جایگزین مناسبی برای وسایل نقلیه بنزینی محسوب میشود ؛ تا به کاهش گازهای گلخانه ای و کاهش آلودگی هوا کمک کند. ولی در حال حاضر، عدم دسترسی به زیرساختهای شارژ موثرEV ، از جمله عوامل محدود کننده استفاده سریع ازEV است. وسایل نقلیه الکتریکی با دو حالت شارژر هدایت شونده و شارژ بیسیم قابلیت استفاده دارند؛ در حالیکه از جمله چالشهای اصلی در روشهای شارژ هدایت شونده زمان، مکان، ترافیک احتمالی و زمان صف در ایستگاه شارژ است. شارژ بیسیم ضمن ایمنی و راحتی شارژ حتی در حالت حرکت نیز قابلیت خدمات دارد.
از جمله مزیت شارژ وسایل نقلیه الکتریکی بر شارژ هدایت شونده راحتی شارژ در حالیکه در خانه یا محل کار پارک شده و یا در ترافیک بدون هیچ کابل و سیم است. در مقایسه با شارژ هدایت شونده، شارژ بیسیم از بازده، چگالی توان، هزینه و اندازه کمتری برخوردار است و برای انتقال توان بطور موثر چالش هایی دارد.شارژ بیسیم وسایل نقلیه از طریق سه حالت مختلف، - 1 شارژ استاتیک - 2 2 شارژ شبه دینامیکی3 و - 3 شارژ دینامیکی4 امکان پذیر است .
هرسه روش شارژ بیسیم وسایل نقلیه الکتریکی، شارژ استاتیک، دینامیک و شبه دینامیک، با توجه به نیاز و زیر ساختهای موجود میتواند موثر باشد. مزایای شارژ استاتیک عبارتند از: عدم وجود خطر شوک اتصال سیم و قابلیت نصب در مکانهای مناسب مانند گاراژ خانه یا پارکینگ . شارژ بیسیم شبه دینامیک همچنین به عنوان شارژ ایستا در مسیر نامیده میشود، اساسا برای وسایل نقلیهای است که در فواصل زمانی منظمی در حالت سکون هستند ؛ از قبیل چراغ راهنمایی، ایستگاههای اتوبوس یا ایستگاههای تاکسی، سودمند است.
به عنوان مثال، اتوبوس در حالت توقف در ایستگاه از طریق تکنولوژی زیرزمینی به صورت بیسیم شارژ میشود . سیستم شارژ بیسیم دینامیک به طور مداوم EV را از طریق خطوط مشخص شارژ در جاده ، شارژ کرده و افزایش محدوده رانندگی و کاهش اندازه باتریEV را به همراه دارد. به عنوان نمونه ، پروژه ویکتوریا، شارژ بیسیم در اتوبوسهای برق در شهر مالاگا - اسپانیا - را گسترش داد. نگرانیهای فنی مربوط به زیرساختهای شارژ شامل طراحی، ساخت و ساز، عملیات و نگهداری آن است . در WPT برای شارژ وسیله نقلیه الکتریکی بیسیم از طریق میدانهای الکترومغناطیسی حالتهای SWC، QDC و DWC مورد بحث قرار گرفته است.
شارژ بیسیم استاتیک
در برنامههای شارژ بیسیم استاتیک بررسی و سرانجام منجر به شروع بلوغ SWC شد. با افزایش هم ترازی بازده، انتقال توان در SWC مؤثرتر است. توزیع و بازده یک سیستم شارژ بیسیم را نشان میدهد. برای رسیدن به حداکثر بازده، هر مرحله تبدیل نیز باید بهبود یابد . سیستم شارژ بیسیم شامل مراحل مختلف است و هر مرحله دارای بازده و پیچیدگی است. اگر منبع توان AC باشد باید به DC تبدیل شود. IPT نیاز به فرکانس بالای AC برای انتقال توان به طور موثر دارد از این رو توان DC با استفاده از مبدل به AC فرکانس بالا تبدیل میشود. ترانسفورماتور ایزوله فرکانس بالا بین مبدل و سیم پیچ اولیه برای محافظت از ایزوله بودن سیم پیچ اولیه قرار میگیرد.
پیرو قانون آمپر این فرکانس بالا یک میدانمغناطیسی متناوب ایجاد میکند. پیرو قانون فارادی وجود این بلوک دیاگرام یک سیستم شارژ بیسیم میدان مغناطیسی در سیم پیچ ثانویه فرکانس بالاAC تولید میکند. برای بهبود بازده، شبکه جبران ثانویه برای مطابقت با شرایط رزونانس استفاده میشود. در نهایت، با استفاده از یک رگولاتور کارآمد برای شارژ باتری، برق AC یکسو میشود. قطعات اصلی برای سیستم شارژ بیسیم EV الف - سیم پیچ اولیه و ثانویه مجزا، - ب - شبکه جبرانساز و - ج - مبدلهای الکترونیک توان هستند.
اصل اساسی شارژ بیسیم
مبانی انتقال توان بیسیم ،شبیه یک ترانسفورماتور بوده و اتصال بین سیم پیچ اولیه و ثانویه از طریق هوا به عنوان هسته است. تجزیه و تحلیل ساده شارژ بیسیم با شبکه جبران جداگانهی سیم پیچها بدون توجه به مقاومت سیم پیچ و تلفات مغناطیسی است. تبادل توان از و را طبق معادلات زیر محاسبه کنیم. توان ظاهری مبادله شده از سمت اولیه به ثانویه سیم پیچ ها است نزدیک به 1 است، اگر جریان تحریک ایجاد شده با and باشد، هنگامی که مقدار x برابر 1 باشد، cos تقریبا برابر با 1 است. اختلاف فاز بین and و ،180 درجه است.
اگر جبرانساز رزونانس با بازده ترانسفورماتور القایی نشتی در حالت عادی کار کند ،افزایش مییابد، ولی در کل سیستم در شرایط رزونانس کار نمیکند. در اتصال باز ، یعنی شارژ بیسیم EV زمانی که <0 .5 در حالت رزونانس، خازن نیاز خودالقایی دارد به طوری که حداکثر توان منتقل شود. در اینجا، انرژی در فاصله هوایی بین فرستنده و گیرنده ذخیره میشود و تلفات مس متناسب با جذر جریان هدایتی میشود. برای انتقال حداکثر توان ، جریان تحریک در سیم پیچ ثانویه، باید به نسبت به جریان تحریک اولیه، 90 درجه پیش فاز باشد. باید در این فاز باشند، چراکه و نسبت به سیمپیچ گیرنده 90 درجه پیش فاز هستند.
بسیاری از نویسندگان، حداکثر بازده را برای انواع مختلف شبکههای جبرانساز بدست آوردهاند که نتایج مشابه است .برای شارژ بیسیم استاتیک، ضریب اتصال بین سیم پیچ ها حدود 0/1 تا 0/25 است، اگر هر دو سیم پیچ دارای ضریب کیفیت حدود 300 ، بازده با محاسبه نظری در حدود96/7 است. بازده DWC نیز بستگی دارد ؛که با تجزیه تحلیل مختصر این قضیه نشان داده خواهد شد.
شارژ بیسیم دینامیک
شارژ بیسیم دینامیک خودروهای الکتریکی را در حین رانندگی بدون نیاز به توقف شارژ میکند. توسعه شارژ بیسیم دینامیک از سال 2009 توسط یک تیم تحقیقاتی در KAIST انجام شد. بسیاری از چالشهای این روش از جمله انتقال توان پیوسته، عمده از جمله انتقال توان مداوم، اینورتر کنترل جریان با فرکانس بالا و پارامترهای مختلف EMF برطرف شد. شارژ بیسیم دینامیک با اتصال مغناطیسی سیم پیچ های نصب شده در زیر سطح جاده اغلب مشکلات وسیله نقلیه الکتریکی مانند اندازه و هزینه باتری ، محدوده شارژ و ... را برطرف میکند.
سیم پیچهای زیر سطح جاده مسیری را ایجاد میکنند که به طور پیوسته توان را به سیم پیچ گیرنده در EV منتقل میکنند. دو نوع مسیر برای سیستم های DWC وجود دارد: مسیر ممتد و مسیر فشرده که از لحاظ شکل متفاوت هستند. مسیر ممتد توسط یک سیم پیچ فرستنده ساخته شده است که ابعاد آن بطور قابل توجهی طولانی تر از سیم پیچ گیرنده است. در عوض، مسیر فشرده از یک رشته سیم پیچ قابل مقایسه با سیم پیچ گیرنده EV ساخته شده است .
