Sistem pengisian kendaraan listrik nirkabel (wevcs)

Saat ini dunia sedang beralih ke mobilitas berlistrik untuk mengurangi emisi polutan yang disebabkan oleh kendaraan berbahan bakar fosil yang tidak dapat diperbarui dan untuk menyediakan alternatif bahan bakar yang mahal untuk transportasi. Namun untuk kendaraan listrik, jarak tempuh dan proses pengisian daya adalah dua masalah utama yang memengaruhi adopsi dibandingkan kendaraan konvensional.

Dengan diperkenalkannya teknologi pengisian kabel, tidak perlu lagi menunggu di stasiun pengisian selama berjam-jam, sekarang isi daya kendaraan Anda hanya dengan memarkirnya di tempat parkir atau dengan memarkirnya di garasi Anda atau bahkan saat mengemudi Anda dapat mengisi daya kendaraan listrik Anda. Sampai sekarang, kami sangat akrab dengan transmisi data nirkabel, sinyal audio dan video jadi mengapa kami tidak dapat mentransfer daya melalui Udara.

Terima kasih kepada ilmuwan hebat Nikola Tesla atas penemuan menakjubkannya yang tak terbatas di mana transfer daya nirkabel adalah salah satunya. Dia memulai eksperimennya pada transmisi daya nirkabel pada tahun 1891 dan mengembangkan Tesla coil. Pada tahun 1901 dengan tujuan utama untuk mengembangkan sistem transmisi daya nirkabel baru, Tesla mulai mengembangkan Menara Wardenclyffe untuk stasiun transmisi energi nirkabel tegangan tinggi yang besar. Bagian yang paling menyedihkan adalah untuk utang memuaskan Tesla, menara ini dinamit dan dibongkar untuk memo pada 4 Juli ^th 1917

Prinsip dasar wireless charging sama dengan prinsip kerja transformator. Pada wireless charging terdapat transmitter dan receiver, supply AC 220V 50Hz diubah menjadi arus bolak-balik berfrekuensi tinggi dan AC berfrekuensi tinggi ini disuplai ke kumparan pemancar, kemudian tercipta medan magnet bolak-balik yang memotong kumparan penerima dan menyebabkan produksi keluaran daya AC di koil penerima. Tetapi hal penting untuk pengisian nirkabel yang efisien adalah menjaga frekuensi resonansi antara pemancar dan penerima. Untuk mempertahankan frekuensi resonansi, jaringan kompensasi ditambahkan di kedua sisi. Kemudian akhirnya, daya AC di sisi penerima ini diperbaiki ke DC dan diumpankan ke baterai melalui Battery Management System (BMS).

Pengisian Nirkabel Statis dan Dinamis

Berdasarkan aplikasinya, Sistem pengisian nirkabel untuk EV dapat dibedakan menjadi dua kategori,

Pengisian Nirkabel Statis
Pengisian Nirkabel Dinamis

1. Pengisian Nirkabel Statis

Seperti namanya, kendaraan akan diisi daya saat statis. Jadi disini kita bisa langsung memarkir EV di tempat parkir atau di garasi yang tergabung dengan WCS. Transmitter dipasang di bawah tanah dan penerima diatur di bawah kendaraan. Untuk mengisi daya kendaraan, sejajarkan pemancar dan penerima dan biarkan mengisi daya. Waktu pengisian daya tergantung pada tingkat daya suplai AC, jarak antara pemancar & penerima dan ukuran padnya.

SWCS ini paling baik dibangun di area tempat EV diparkir untuk interval waktu tertentu.

2. Sistem Pengisian Nirkabel Dinamis (DWCS):

Seperti namanya di sini, kendaraan dikenakan biaya saat sedang bergerak. Transfer daya melalui udara dari pemancar stasioner ke koil penerima dalam kendaraan yang bergerak. Dengan menggunakan DWCS EV, jarak tempuh dapat ditingkatkan dengan pengisian baterai yang terus menerus saat mengemudi di jalan raya dan jalan raya. Ini mengurangi kebutuhan penyimpanan energi yang besar yang selanjutnya mengurangi berat kendaraan.

Jenis EVWCS

Berdasarkan Teknik pengoperasiannya EVWCS dapat diklasifikasikan menjadi empat jenis

Sistem Pengisian Nirkabel Kapasitif (CWCS)
Sistem Pengisian Nirkabel Permanen Magnetic Gear (PMWC)
Sistem Pengisian Nirkabel Induktif (IWC)
Sistem Pengisian Nirkabel Induktif Resonan (RIWC)

1.Sistem Pengisian Nirkabel Kapasitif (CWCS)

Transfer energi nirkabel antara pemancar dan penerima dilakukan melalui perpindahan arus yang disebabkan oleh variasi medan listrik. Alih-alih magnet atau kumparan sebagai pemancar dan penerima, kapasitor kopling digunakan di sini untuk transmisi daya nirkabel. Tegangan AC pertama-tama disuplai ke sirkuit koreksi faktor daya untuk meningkatkan efisiensi dan untuk menjaga level tegangan dan untuk mengurangi kerugian saat transmisi daya. Kemudian disuplai ke H-bridge untuk pembangkitan tegangan AC frekuensi tinggi dan AC frekuensi tinggi ini diterapkan pada pelat pemancar yang menyebabkan berkembangnya medan listrik berosilasi yang menyebabkan arus perpindahan pada pelat penerima melalui induksi elektrostatis.

Tegangan AC di sisi penerima diubah menjadi DC untuk memberi makan baterai melalui BMS dengan penyearah dan sirkuit filter. Frekuensi, voltase, ukuran kapasitor kopling dan celah udara antara pemancar dan penerima mempengaruhi jumlah daya yang ditransfer. Frekuensi operasinya antara 100 hingga 600 KHz.

2. Sistem Pengisian Nirkabel Permanen Magnet Gear (PMWC)

Di sini pemancar dan penerima masing-masing terdiri dari belitan dinamo dan magnet permanen tersinkronisasi di dalam belitan. Pada operasi sisi pemancar mirip dengan operasi motor. Ketika kita menerapkan arus AC ke belitan pemancar, itu menginduksi torsi mekanis pada magnet pemancar yang menyebabkan putarannya. Akibat perubahan interaksi magnet pada transmitter, medan PM menyebabkan torsi pada PM receiver yang mengakibatkan putarannya sinkron dengan magnet pemancar. Sekarang perubahan medan magnet permanen penerima menyebabkan produksi arus AC dalam belitan yaitu, penerima bertindak sebagai generator sebagai masukan daya mekanik ke penerima PM diubah menjadi keluaran listrik pada belitan penerima. Kopling magnet permanen yang berputar disebut sebagai roda gigi magnet. Daya AC yang dihasilkan di sisi penerima diumpankan ke baterai setelah diperbaiki dan disaring melalui konverter daya.

3. Sistem Pengisian Nirkabel Induktif (IWC)

Prinsip dasar IWC adalah hukum induksi Faraday. Di sini transmisi daya nirkabel dicapai dengan induksi timbal balik medan magnet antara kumparan pemancar dan penerima. Ketika suplai AC utama diaplikasikan pada koil pemancar, maka akan tercipta medan magnet AC yang melewati koil penerima dan medan magnet ini menggerakkan elektron-elektron pada koil penerima menyebabkan keluaran daya AC. Output AC ini diperbaiki dan disaring ke Mengisi sistem penyimpanan energi EV. Besarnya daya yang ditransfer tergantung pada frekuensi, induktansi timbal balik dan jarak antara koil pemancar dan penerima. Frekuensi pengoperasian IWC adalah antara 19 hingga 50 KHz.

4. Sistem Pengisian Nirkabel Induktif Resonan (RIWC)

Pada dasarnya resonator yang memiliki faktor Kualitas tinggi memancarkan energi pada kecepatan yang jauh lebih tinggi, jadi dengan beroperasi pada resonansi, bahkan dengan medan magnet yang lebih lemah kita dapat mengirimkan jumlah daya yang sama seperti pada IWC. Daya dapat ditransfer ke jarak jauh tanpa kabel. Perpindahan daya maksimum melalui udara terjadi ketika kumparan pemancar dan penerima disetel, yaitu, kedua frekuensi resonansi kumparan harus disesuaikan. Jadi untuk mendapatkan frekuensi resonansi yang baik, jaringan kompensasi tambahan dalam rangkaian seri dan paralel ditambahkan ke koil pemancar dan penerima. Jaringan kompensasi tambahan ini bersama dengan peningkatan frekuensi resonansi juga mengurangi kerugian tambahan. Frekuensi pengoperasian RIWC adalah antara 10 hingga 150 KHz.

Pengisian Kendaraan Listrik Nirkabel

Pengisian daya nirkabel membuat EV mengisi daya tanpa perlu dicolokkan. Jika setiap perusahaan membuat standar sendiri untuk sistem pengisian daya nirkabel yang tidak kompatibel dengan sistem lain, maka itu bukan hal yang baik. Jadi untuk membuat pengisian daya EV nirkabel lebih mudah digunakan Banyak organisasi internasional seperti International Electro Technical Commission (IEC), Society of Automotive Engineers

(SAE), Underwriters Laboratories (UL) Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) sedang mengerjakan standar.

SAE J2954 mendefinisikan WPT untuk Light-Duty Plug-In EVs dan Metodologi Alignment. Menurut standar ini, level 1 menawarkan daya input maksimum 3,7 Kw, level2 menawarkan 7,7Kw, level 3 menawarkan 11Kw dan level4 menawarkan 22Kw. Dan efisiensi target minimum harus lebih besar dari 85% jika diselaraskan. Jarak bebas ke tanah yang diperbolehkan harus hingga 10 inci dan toleransi sisi ke sisi hingga 4 inci. Metode penyelarasan yang paling disukai adalah triangulasi magnetik yang membantu untuk tetap berada dalam kisaran biaya di parkir manual dan membantu menemukan tempat parkir untuk kendaraan otonom.

Standar SAE J1772 mendefinisikan EV / PHEV Conductive Charge Coupler.
Standar SAE J2847 / 6 mendefinisikan Komunikasi Antara Kendaraan yang Dibebankan Nirkabel dan Pengisi Daya EV Nirkabel.
Standar SAE J1773 mendefinisikan EV Inducively Coupled Charging.
Standar SAE J2836 / 6 mendefinisikan Kasus Penggunaan untuk Komunikasi Pengisian Nirkabel untuk PEV.
Subjek UL 2750 menjelaskan Garis Besar Investigasi, untuk WEVCS.
IEC 61980-1 Cor.1 Ed.1.0 mendefinisikan Persyaratan Umum Sistem EV WPT.
IEC 62827-2 Ed.1.0 mendefinisikan WPT-Management: Multiple Device Control Management.
IEC 63028 Ed.1.0 mendefinisikan Spesifikasi Sistem Dasar Resonansi WPT-Air Fuel Alliance.

Perusahaan Saat Ini Berkembang dan Bekerja di WCS

Grup Evatran membuat Pengisian Tanpa Kabel untuk kendaraan listrik penumpang seperti Tesla Model S, BMW i3, Nissan Leaf, Gen 1 Chevrolet Volt.
WiTricy Corporation membuat WCS untuk mobil Penumpang dan SUV hingga saat ini bekerja sama dengan Honda Motor Co. Ltd, Nissan, GM, Hyundai, Furukawa Electric.
Qualcomm Halo membuat WCS untuk Penumpang, mobil sport dan balap dan diakuisisi oleh perusahaan Witricity.
Hevo Power membuat WCS untuk mobil Penumpang
Bombardier Primove membuat WCS untuk mobil Penumpang hingga SUV.
Siemens dan BMW sedang membuat WCS untuk mobil Penumpang.
Momentum Dynamic membuat armada dan Bus Komersial WCS Corporation.
Conductix-Wampfler membuat WCS untuk armada Industri dan Bus.

Tantangan yang Dihadapi WEVCS

Untuk memasang stasiun pengisian nirkabel statis dan dinamis di jalan raya, pembangunan infrastruktur baru diperlukan karena pengaturan saat ini tidak sesuai untuk pemasangan.
Perlu menjaga EMC, EMI dan frekuensi sesuai standar untuk kesehatan dan keselamatan manusia.