Блог

Dec 18, 2023

Новый полый соленоидный приемник, совместимый с глобальным двойником.

Scientific Reports, том 13, номер статьи: 11925 (2023) Цитировать эту статью 292 Доступ Метрика Подробности Технология индуктивной передачи энергии (IPT) является многообещающим решением для зарядки электрических

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 11925 (2023) Цитировать эту статью

292 доступа

Подробности о метриках

Технология индуктивной передачи энергии (IPT) является многообещающим решением для зарядки электромобилей (EV), позволяя электромобилю заряжать свою систему хранения энергии (аккумулятор) без каких-либо соединительных проводов посредством магнитной муфты. В этом документе предлагается новая конструкция приемника под названием «Приемник с полым соленоидом», совместимая со стандартным передатчиком Double-D, определенным стандартом SAE J2954. Представлен глубокий анализ конструкции предлагаемого приемника с полым соленоидом для определения оптимальных конструктивных параметров катушки (индуктивности, количество витков, размеры, провода и т. д.) и ферритового сердечника (размеры, количество, расположение и т. д.). Были представлены и проанализированы несколько конструкций соленоидных приемников (SR) WPT3 (11,1 кВА) на основе эффективности, веса, размера, объема и стоимости. Характеристики предлагаемого SR сравнивались с глобальным приемником Double-D (DDR), представленным стандартом SAE J2954, при различных условиях поперечного и вращательного выравнивания и нагрузки с учетом коэффициента связи, мощности и эффективности передачи, а также паразитных электромагнитных полей (ЭМП). Вся система IPT, включая катушки, компенсационную сеть, силовые преобразователи, элементы управления и нагрузку батареи, была смоделирована и проанализирована как для катушек SR, так и для DDR. Результаты показывают, что предлагаемый SR совместим с глобальным передатчиком DD при различных условиях выравнивания и нагрузки и способен передавать желаемую мощность (11 кВт) с эффективностью > 85%. Полая конструкция SR демонстрирует высочайшую эффективность и минимальные размеры, вес и стоимость по сравнению с DDR и другими конструкциями.

Транспортный сектор представляет собой основной источник вредных выбросов (самый высокий в США), поскольку он в основном зависит от ископаемого топлива, которое не является постоянным источником энергии и, вероятно, со временем истощается. Поэтому существует острая необходимость использования электромобилей (EV) для снижения зависимости от ископаемого топлива и сокращения выбросов парниковых газов (ПГ). Масштабное внедрение электромобилей может быть затруднено, если соответствующая инфраструктура зарядки недоступна или недоступна. Технология индуктивной передачи энергии (IPT) демонстрирует многообещающие возможности, которые позволяют заряжать электромобили во время длительной парковки, а также во время движения. IPT — это метод зарядки аккумуляторов электромобилей на большом расстоянии (100–400 мм) без физического контакта. Оно имеет ряд преимуществ перед зарядными устройствами с возможностью подключения к сети с точки зрения автоматизации, гибкости, безопасности, обслуживания и удобства. Он также подходит для суровых условий окружающей среды, таких как дождь, снег, пыль и т. д.1. Система IPT состоит из двух изолированных сторон; сторона заземления (передатчик), содержащая первичную площадку, резонансный контур, высокочастотный (ВЧ) инвертор и сетевой выпрямитель. Сторона автомобиля (приемник), содержащая вторичную площадку, резонансный контур и диодный выпрямитель, питающий аккумулятор электромобиля, как показано на рис. 1. Источник питания подает низкочастотную мощность на инвертор, который преобразует ее в высокочастотную мощность и подает передающая (первичная) катушка. Электромагнитные поля, генерируемые первичной катушкой, связаны со вторичной катушкой для передачи мощности на той же частоте питания. Вторичный высокочастотный источник питания повторно сертифицирован для зарядки аккумулятора электромобиля. Первичная и вторичная стороны общаются друг с другом через канал беспроводной связи для обеспечения согласования, аутентификации, контроля и оплаты счетов.

Примеры слабосвязанных компонентов системы IPT.

Магнитно-индукционная муфта (первичная и вторичная контактные площадки) является жизненно важным компонентом системы IPT, который отвечает за передачу энергии от источника к нагрузке. Многие конструкции и конструкции подушек были представлены и обсуждены в литературе на основе формы генерируемых электромагнитных полей. Эти конструкции делятся на три типа: поляризационные структуры, в которых компоненты магнитного потока движутся горизонтально, такие как площадка с двойным D (DD) и площадка соленоида2. Структуры с вертикальными компонентами потока называются неполяризованными, например, прямоугольные и круглые площадки3. Третья структура состоит из нескольких перекрывающихся катушек, которые взаимно развязаны и могут генерировать как вертикальный, так и горизонтальный поток, например, биполярные и триполярные площадки4. Прямоугольные площадки и площадки DD для передатчика и приемника представлены в стандарте SAE J2954 для зарядки электромобилей малой мощности. Эти пэды демонстрируют хорошие преимущества с точки зрения простоты и производительности, что делает их подходящими для пэдов передатчиков. Однако из-за большого количества многожильных проводов и феррита, используемых в этих колодках, они имеют большой вес, большие размеры и высокую стоимость, что делает их непригодными для автомобильных колодок, где пространство и вес имеют решающее значение. Соленоидная катушка представляет собой многообещающую магнитную конструкцию для автомобильных подушек с очень хорошими характеристиками (высокий коэффициент связи, высокая удельная мощность и небольшой размер) и низкой стоимостью. Он также обеспечивает большую допуск на несоосность при средних и больших воздушных зазорах из-за отсутствия положения нулевой связи, поскольку он представляет собой двустороннюю структуру и генерирует сильное неионизирующее излучение5,6. Авторы in7 разработали систему беспроводной зарядки, состоящую из плоской соленоидной катушки и чередующегося повышающего преобразователя. Для практических исследований был построен прототип, который передает мощность 500 Вт через воздушный зазор 170 мм. Параметры соленоидной катушки были оптимизированы, и был получен КПД передачи постоянного тока 90,1%. В работе 8 исследователи объединили соленоидную катушку с прямоугольной катушкой, чтобы сформировать площадку передатчика. С другой стороны, круглые и прямоугольные колодки использовались отдельно. Сравнение проводилось между ними по изменению индуктивности катушек, степени несоответствия рассогласования, а также коэффициенту связи. Установлено, что при совмещении соленоида и размещении его в середине прямоугольной катушки коэффициент связи значительно увеличивается. В5 система IPT спроектирована на основе соленоидной конфигурации для передачи желаемой мощности через воздушный зазор 200 мм. Для увеличения коэффициента связи были предложены магнитопроводящие ферритовые сердечники, а для устранения рассеяния электромагнитных полей использован металлический алюминиевый экран. Исследователи предложили систему IPT, основанную главным образом на конфигурации соленоида в9. Эта система состоит из плоского соленоида на стороне передатчика и двух соленоидов на стороне приемника. Был проведен системный анализ для получения максимального коэффициента связи и проверен принцип взаимодействия предлагаемой системы с DD и биполярной конфигурациями. Передача мощности 6 кВт достигается через воздушный зазор 50 мм с допуском горизонтального смещения 125 мм.