이제 세상은 재생 불가능한 화석 연료 차량으로 인한 오염 물질 배출을 줄이고 운송을위한 값 비싼 연료의 대안을 제공하기 위해 전기 화 된 이동성으로 전환하고 있습니다. 그러나 전기 자동차의 경우 주행 거리와 충전 프로세스는 기존 차량보다 채택에 영향을 미치는 두 가지 주요 문제입니다.
와이어 충전 기술의 도입으로 더 이상 충전소에서 몇 시간 동안 기다리지 않아도됩니다. 이제 주차 공간에 주차하거나 차고에 주차하거나 운전 중에도 전기 자동차를 충전 할 수 있습니다. 현재 우리는 데이터, 오디오 및 비디오 신호의 무선 전송에 매우 익숙하므로 왜 공중으로 전력을 전송할 수 없습니까?
무선 전력 전송이 그중 하나 인 무한한 놀라운 발명에 대해 위대한 과학자 Nikola Tesla에게 감사드립니다. 그는 1891 년에 무선 전력 전송에 대한 실험을 시작하고 테슬라 코일을 개발했습니다. 1901 년에 새로운 무선 전력 전송 시스템을 개발하려는 주요 목표를 가지고 Tesla는 대형 고전압 무선 에너지 전송 스테이션을위한 Wardenclyffe Tower를 개발하기 시작했습니다. 슬픈 부분은 충족 테슬라의 부채로, 탑이 폭파 된 7 월 4 일에 스크랩 철거 번째 1917
무선 충전의 기본 원리 는 변압기 작동 원리와 동일합니다. 무선 충전에는 송신기와 수신기가 있으며 220V 50Hz AC 공급은 고주파 교류로 변환되고이 고주파 AC는 송신기 코일에 공급 된 다음 교류 자기장을 생성하여 수신기 코일을 절단하여 AC 전원 출력을 생성합니다. 수신기 코일에서. 그러나 효율적인 무선 충전을 위해 중요한 것은 송신기와 수신기 사이의 공진 주파수를 유지하는 것입니다. 공진 주파수를 유지하기 위해 보상 네트워크가 양쪽에 추가됩니다. 마지막으로 수신기 측의이 AC 전원은 DC로 정류되어 BMS (Battery Management System)를 통해 배터리로 공급됩니다.
정적 및 동적 무선 충전
애플리케이션에 따라 EV 용 무선 충전 시스템은 두 가지 범주로 구분할 수 있습니다.
- 정적 무선 충전
- 동적 무선 충전
1. 정적 무선 충전
이름에서 알 수 있듯이 차량은 정지 상태 일 때 충전됩니다. 그래서 여기서 우리는 단순히 주차 장소 또는 WCS와 통합 된 차고에 EV를 주차 할 수 있습니다. 송신기는 지상 아래에 장착되고 수신기는 차량 아래에 배치됩니다. 차량을 충전하려면 송신기와 수신기를 정렬하고 충전을 위해 그대로 두십시오. 충전 시간은 AC 전원 수준, 송신기와 수신기 사이의 거리 및 패드 크기에 따라 다릅니다.
이 SWCS는 EV가 특정 시간 간격 동안 주차되는 지역에 구축하는 것이 가장 좋습니다.
2. 동적 무선 충전 시스템 (DWCS):
이름에서 알 수 있듯이 차량은 이동 중에 충전됩니다. 전력은 고정식 송신기에서 움직이는 차량의 수신기 코일로 공기를 통해 전달됩니다. DWCS EV를 사용하면 도로와 고속도로를 주행하는 동안 배터리를 지속적으로 충전하여 주행 거리를 개선 할 수 있습니다. 이는 차량의 무게를 더욱 줄여주는 대용량 에너지 저장의 필요성을 줄여줍니다.
EVWCS의 유형
운영 기법에 따라 EVWCS는 4 가지 유형으로 분류 할 수 있습니다.
- 용량 성 무선 충전 시스템 (CWCS)
- 영구 마그네틱 기어 무선 충전 시스템 (PMWC)
- 유도 성 무선 충전 시스템 (IWC)
- 공진 유도 무선 충전 시스템 (RIWC)
1. 용량 성 무선 충전 시스템 (CWCS)
송신기와 수신기 사이의 무선 에너지 전송은 전기장의 변화로 인한 변위 전류를 통해 이루어집니다. 송신기와 수신기로서 자석이나 코일 대신 여기에서 커플 링 커패시터가 전력의 무선 전송에 사용됩니다. AC 전압은 효율을 개선하고 전압 레벨을 유지하며 전력을 전송하는 동안 손실을 줄이기 위해 역률 보정 회로에 먼저 공급됩니다. 그런 다음 고주파 교류 전압 생성을 위해 H-bridge에 공급하고이 고주파 교류를 송신 판에인가하여 정전기 유도에 의해 수신 판에서 변위 전류를 일으키는 발진 전계를 발생시킵니다.
수신기 측의 AC 전압은 정류기 및 필터 회로에 의해 BMS를 통해 배터리를 공급하기 위해 DC로 변환됩니다. 주파수, 전압, 커플 링 커패시터의 크기 및 송신기와 수신기 사이의 공극은 전송되는 전력량에 영향을 미칩니다. 작동 주파수는 100 ~ 600KHz입니다.
2. 영구 자석 기어 무선 충전 시스템 (PMWC)
여기서 송신기와 수신기는 각각 전기자 권선과 권선 내부의 동기화 된 영구 자석으로 구성됩니다. 송신기 측에서 작동은 모터 작동과 유사합니다. 트랜스미터 권선에 AC 전류를 적용하면 트랜스미터 자석에 기계적 토크가 발생하여 회전합니다. 송신기의 자기 상호 작용 변화로 인해 PM 필드는 수신기 PM에 토크를 발생시켜 송신기 자석과 동기식으로 회전합니다. 이제 수신기 영구 자기장의 변화는 권선에서 AC 전류 생성을 유발합니다. 즉, 수신기는 수신기 권선에서 전기 출력으로 변환 된 수신기 PM에 대한 기계적 전원 입력으로서 발전기 역할을합니다. 회전하는 영구 자석의 결합을 자기 기어 라고합니다.. 수신기 측에서 생성 된 AC 전력은 전력 변환기를 통해 정류 및 필터링 한 후 배터리로 공급됩니다.
3. 유도 무선 충전 시스템 (IWC)
IWC의 기본 원리는 패러데이의 귀납 법칙입니다. 여기서 무선 전력 전송은 송신기와 수신기 코일 사이의 자기장 상호 유도에 의해 달성됩니다. 송신기 코일에 주 AC 전원이 공급되면 수신기 코일을 통과하는 AC 자기장을 생성하고이 자기장은 수신기 코일에서 전자를 이동시켜 AC 전원을 출력합니다. 이 AC 출력은 정류되고 필터링되어 EV의 에너지 저장 시스템을 충전합니다. 전송되는 전력량은 주파수, 상호 인덕턴스 및 송신기와 수신기 코일 사이의 거리에 따라 다릅니다. IWC의 작동 주파수는 19 ~ 50KHz입니다.
4. 공진 유도 무선 충전 시스템 (RIWC)
기본적으로 높은 품질 계수를 갖는 공진기는 훨씬 더 높은 속도로 에너지를 전송하므로 공진 상태에서 작동하여 약한 자기장에서도 IWC에서와 동일한 양의 전력을 전송할 수 있습니다. 전선없이 장거리로 전력을 전송할 수 있습니다. 공기를 통한 최대 전력 전송은 송신기와 수신기 코일이 조정될 때 발생합니다. 즉, 두 코일 공진 주파수가 일치해야합니다. 따라서 우수한 공진 주파수를 얻기 위해 직렬 및 병렬 조합의 추가 보상 네트워크가 송신기 및 수신기 코일에 추가됩니다. 이 추가 보상 네트워크는 공진 주파수 개선과 함께 추가 손실도 줄여줍니다. RIWC의 작동 주파수는 10 ~ 150KHz입니다.
무선 전기 자동차 충전
무선 충전을 사용하면 플러그를 꽂지 않고도 EV를 충전 할 수 있습니다. 모든 회사가 다른 시스템과 호환되지 않는 무선 충전 시스템에 대한 자체 표준을 만들면 좋지 않을 것입니다. 따라서 무선 EV 충전을보다 사용자 친화적으로 만들기 위해 IEC (International Electro Technical Commission), Society of Automotive Engineers와 같은 많은 국제 조직
(SAE), Underwriters Laboratories (UL) Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)는 표준 작업을하고 있습니다.
- SAE J2954는 Light-Duty 플러그인 EV 및 정렬 방법론에 대한 WPT를 정의합니다. 이 표준에 따르면 레벨 1은 3.7Kw, 레벨 2는 7.7Kw, 레벨 3은 11Kw, 레벨 4는 22Kw를 제공합니다. 그리고 정렬시 최소 목표 효율은 85 % 이상이어야합니다. 허용 지상고는 최대 10 인치이고 좌우 공차는 최대 4 인치입니다. 가장 바람직한 정렬 방법은 수동 주차시 충전 범위 내에서 유지하고 자율 주행 차량의 주차 공간을 찾는 데 도움이되는 자기 삼각 측량입니다.
- SAE J1772 표준은 EV / PHEV 전도성 전하 커플러를 정의합니다.
- SAE J2847 / 6 표준은 무선 충전 차량과 무선 EV 충전기 간의 통신을 정의합니다.
- SAE J1773 표준은 EV 유도 결합 충전을 정의합니다.
- SAE J2836 / 6 표준은 PEV 용 무선 충전 통신에 대한 사용 사례를 정의합니다.
- UL 주제 2750은 WEVCS에 대한 조사 개요를 정의합니다.
- IEC 61980-1 Cor.1 Ed.1.0은 EV WPT 시스템 일반 요구 사항을 정의합니다.
- IEC 62827-2 Ed.1.0은 WPT 관리: 다중 장치 제어 관리를 정의합니다.
- IEC 63028 Ed.1.0은 WPT-Air Fuel Alliance Resonant Baseline System 사양을 정의합니다.
현재 WCS에서 개발 및 작업중인 회사
- Evatran 그룹 은 Tesla Model S, BMW i3, Nissan Leaf, Gen 1 Chevrolet Volt와 같은 승용차 EV 용 플러그리스 충전을 만들고 있습니다.
- WiTricy Corporation 은 지금까지 승용차 및 SUV 용 WCS를 제작하고 있으며, Honda Motor Co. Ltd, Nissan, GM, Hyundai, Furukawa Electric과 협력하고 있습니다.
- Qualcomm Halo 는 승객 용, 스포츠 용 및 경주 용 자동차 용 WCS를 만들고 있으며 Witricity Corporation에 인수되었습니다.
- Hevo Power 는 승용차 용 WCS를 만들고 있습니다.
- Bombardier Primove 는 승용차 용 WCS를 SUV로 만들고 있습니다.
- 지멘스와 BMW 는 승용차 용 WCS를 만들고 있습니다.
- Momentum Dynamic 은 WCS Corporation 상용 차량과 버스를 만들고 있습니다.
- Conductix-Wampfler 는 산업 차량 및 버스 용 WCS를 만들고 있습니다.
WEVCS가 직면 한 과제
- 도로에 정적 및 동적 무선 충전소를 설치하려면 현재 배치가 설치에 적합하지 않기 때문에 새로운 인프라 개발이 필요합니다.
- 인체 건강 및 안전 문제에 대한 표준에 따라 EMC, EMI 및 주파수를 유지해야합니다.