Carga inalámbrica de vehículos eléctricos: cómo funciona y ventajas e inconvenientes

Tres formas de recarga inalámbrica de vehículos eléctricos

La transmisión de energía eléctrica de la carga inalámbrica de vehículos eléctricos incluye principalmente la carga electromagnética, la carga por resonancia magnética y la carga por ondas de radio.

Carga electromagnética
La corriente pasa a través de la bobina, creando un campo magnético que induce una fuerza electromotriz inducida en una bobina cercana, generando una corriente eléctrica. El nivel de frecuencia de trabajo suele ser de KHz, y la potencia de salida relativa es grande y la eficiencia alta. Esta forma de carga inalámbrica de vehículos eléctricos requiere una ubicación específica para cargar con precisión, y la distancia de carga debe controlarse entre 0 y 10 cm.

Carga magnética
La frecuencia del extremo emisor es la misma que la del extremo receptor, y la energía eléctrica puede transmitirse a través del efecto de resonancia para realizar la carga a larga distancia. El grado de libertad de la posición de carga es elevado, pero la eficacia de carga no es alta.

Generalmente es adecuada para la transmisión a media distancia, la clave es que la transmisión de energía no se ve afectada por obstáculos no magnéticos en el espacio, y las ventajas son más evidentes en la carga inalámbrica estática de vehículos eléctricos. Debido a su buena estabilidad y alta eficiencia de conversión de energía, la carga por resonancia magnética se considera actualmente la mejor tecnología de carga inalámbrica de vehículos eléctricos.

Carga por ondas de radio
De este modo, la energía eléctrica se transmite a través de ondas electromagnéticas. Se carga a baja potencia, y la posición de carga no es fija. El tiempo de carga es largo y la eficiencia es baja, pero la distancia de transmisión es mayor.

Principios técnicos de la recarga inalámbrica de vehículos eléctricos

La carga inalámbrica de vehículos eléctricos se deriva de la tecnología de suministro inalámbrico de energía. La energía se transmite al dispositivo eléctrico, que utiliza la energía recibida para cargar la batería y al mismo tiempo para su propio funcionamiento.

Dado que la energía se transmite entre los cargador de batería y el dispositivo eléctrico por acoplamiento inductivo, los dos no están conectados por cables, por lo que el cargador y el dispositivo eléctrico se pueden instalar sin exponer contactos conductores.

Las tecnologías de recarga inalámbrica de vehículos eléctricos se dividen en los cuatro tipos siguientes.

Inducción electromagnética
Esta tecnología se caracteriza por una distancia de transmisión corta y una ubicación relativamente fija, pero tiene una alta eficiencia energética y una tecnología sencilla. La inducción electromagnética induce corriente a través de bobinas primarias y secundarias, transfiriendo así energía del extremo transmisor al receptor. Esta aplicación ha sido promovida enérgicamente por el Wireless Power Consortium (WPC).

La inducción electromagnética consta principalmente de un núcleo magnético y dos bobinas.
Cuando se aplica una tensión alterna a ambos extremos de la bobina primaria, se genera un campo magnético alterno en el núcleo magnético, induciendo así una tensión alterna de la misma frecuencia en la bobina secundaria, y la energía eléctrica se transmite del circuito de entrada al circuito de salida.

Si la bobina en el extremo transmisor y la bobina en el extremo receptor se colocan en dos dispositivos separados, cuando la energía se introduce en la bobina en el extremo transmisor, se generará un campo magnético, y el campo magnético inducirá una corriente a la bobina en el extremo receptor, construyendo así un sistema inalámbrico de transmisión de energía.

Cuando se utiliza el método de inducción electromagnética, los centros de la bobina emisora y de la bobina receptora deben coincidir exactamente o la batería de litio no se carga puede producirse. Dado que el campo magnético se debilita rápidamente con el aumento de la distancia y la energía se desvía en todas las direcciones, si se produce un ligero desajuste, la eficacia de la transmisión disminuirá bruscamente.

Por lo tanto, hay ciertas limitaciones en el uso real, y puede haber un desperdicio de electricidad, lo que no es propicio para la promoción a gran escala.

Resonancia magnética
Transmite energía eléctrica en forma de ondas electromagnéticas de "radiofrecuencia" o "resonancia magnética", por lo que tiene una gran eficacia y muy buena flexibilidad. Aunque la distancia de transmisión efectiva puede alcanzar hasta unos metros, debido a su energía dispersa, la distancia de transmisión efectiva real que se utiliza actualmente es inferior a 20 cm. Y sólo es posible la transferencia de energía de uno a uno.

El principio de la tecnología de resonancia magnética es el mismo que el del sonido. Alinee diapasones que vibren a la misma frecuencia y, si uno emite un sonido, los demás resonarán y emitirán un sonido. Del mismo modo, las bobinas de la misma frecuencia de vibración dispuestas en un campo magnético pueden alimentarse unas a otras. En comparación con el método de inducción electromagnética, la distancia de transmisión puede ampliarse utilizando la resonancia.

La tecnología de resonancia magnética es diferente de la tecnología de inducción electromagnética, y no es necesario hacer coincidir completamente las posiciones de las bobinas. La resonancia magnética también es aplicable a dos bobinas con especificaciones completamente coincidentes. Una bobina genera un campo magnético después de ser energizada, y la otra bobina resuena y genera corriente para cargar el dispositivo.

Además de la gran distancia que se puede aplicar, el método de resonancia magnética también puede cargar varios dispositivos al mismo tiempo, y no hay restricciones estrictas en cuanto a la ubicación de los dispositivos, por lo que su uso es flexible.

La tecnología de resonancia magnética se compone de un dispositivo emisor de energía y un dispositivo receptor de energía. Cuando los dos dispositivos se ajustan a la misma frecuencia, o resuenan a una frecuencia específica, pueden intercambiar energía entre sí.

Acoplamiento
La tecnología de alimentación inalámbrica del método de acoplamiento es diferente de las dos tecnologías mencionadas anteriormente. La tecnología de acoplamiento utiliza el campo eléctrico inducido generado por el acoplamiento de dos conjuntos de dipolos asimétricos en dirección vertical para transmitir energía, y tiene una resistencia relativamente alta a la desalineación horizontal.

En la actualidad, la energía eléctrica se puede contener de forma eficaz, y la transmisión de energía está relativamente concentrada. Al mismo tiempo, tiene las características de pequeño tamaño y baja generación de calor.

Sin embargo, debido a la necesidad de acoplar dos cuadros eléctricos, se requiere una alineación más precisa en términos de posición horizontal y ángulo relativo. En la actualidad, la distancia de transmisión efectiva alcanza los 30 cm. Al mismo tiempo, esta tecnología tiene una gran capacidad para resistir las interferencias del campo magnético y puede penetrar fácilmente en otros equipos, como los metales, por lo que tiene una gran aplicabilidad.

Las características de la tecnología de acoplamiento son aproximadamente las siguientes:

1) La posición libre puede realizarse durante la carga;

2) El electrodo puede hacerse muy fino y no hay requisitos estrictos en cuanto al material y la forma;

3) La temperatura de la parte del electrodo no aumentará. Por lo tanto, no sólo se puede proporcionar comodidad, sino también reducir el coste del sistema.

Microondas de radiofrecuencia
La energía eléctrica se transmite de forma inalámbrica en forma de microondas y llega a la antena receptora situada en el extremo más alejado. Aunque este método es ineficiente desde el punto de vista energético, resulta cómodo de utilizar.

Las ondas de radio son similares a las radios de mineral utilizadas en los primeros tiempos. Se componen principalmente de dispositivos transmisores de microondas y dispositivos receptores de microondas. El circuito receptor puede captar la energía de las ondas de radio rebotadas en la pared y mantener una tensión continua estable mientras realiza ajustes con la carga.

Cómo funciona la recarga inalámbrica de vehículos eléctricos

El principio de funcionamiento de la carga inalámbrica para vehículos eléctricos consiste en transmitir energía eléctrica al exterior mediante transmisión inalámbrica, y convertir la energía recibida en el extremo receptor en energía eléctrica, realizando así la transmisión inalámbrica de energía eléctrica, y almacenando energía eléctrica en la batería para su carga.

El núcleo de la carga inalámbrica para vehículos eléctricos reside en la bobina de acoplamiento. La bobina transmisora y la receptora se acoplan para transferir energía. La bobina transmite energía de forma inalámbrica. El extremo de la bobina transmisora está compuesto por un circuito primario de conversión de energía y un circuito de compensación. El circuito de conversión está compuesto, y el dispositivo de almacenamiento de energía se carga una vez completada la conversión.

La carga inalámbrica de vehículos eléctricos transmite energía eléctrica al equipo de carga en tierra a través de la red eléctrica, y el equipo de carga en tierra y el equipo de carga en el extremo del vehículo se acoplan a través de bobinas para transmitir energía eléctrica y lograr la carga inalámbrica de vehículos eléctricos.

La corriente alterna de la red eléctrica se filtra, rectifica, PFC, y el circuito inversor pasa a través de la bobina de acoplamiento, rectificado y DCDC corriente impulsada en el vehículo eléctrico dispositivo de carga inalámbrica, y se convierte en la energía de la batería de energía.

El controlador del extremo del vehículo tiene funciones como la comunicación, la detección y el posicionamiento, y el controlador del equipo del extremo del suelo tiene funciones como el posicionamiento, la detección de objetos extraños y la detección de objetos vivos. Las señales se transmiten entre los controladores a través de wifi o bluetooth, y el controlador del extremo del vehículo controla y muestra el proceso de carga con VCU, BMS e instrumentación.

Después de que el terminal de tierra y el terminal del vehículo se conecten por wifi, se lleva a cabo la identificación del vehículo y del dispositivo de carga inalámbrica, y se completa la conexión del apretón de manos de carga.

Plataforma actual y otra información, e iniciar la detección de objetos extraños, posicionamiento, cuerpo vivo, confirmar el entorno antes de la carga, completar el estado de inicio de carga, llevar a cabo la transmisión de carga, y detener la carga cuando se alcanza la condición de corte de carga y la condición de fallo.

En la actualidad, la potencia de la carga inalámbrica de vehículos eléctricos se divide en 3,7 kW, 7,4 kW, 11 kW y 22 kW según los distintos niveles de potencia, y la eficiencia del sistema puede alcanzar más de 90% dentro del rango de trabajo.

Ventajas e inconvenientes de la recarga inalámbrica de vehículos eléctricos

Pros:

Con el rápido desarrollo de la tecnología de conducción autónoma, la carga inalámbrica de vehículos eléctricos se ha convertido en una necesidad. La integración de la tecnología de carga inalámbrica de vehículos eléctricos y la tecnología de conducción autónoma L3.

Cuando el vehículo está aparcado en la entrada del aparcamiento, se activa el modo de conducción automática para encontrar una plaza de aparcamiento, y después de encontrar una plaza de aparcamiento, se realiza la carga inalámbrica del vehículo eléctrico a través del mando a distancia, y después de estar completamente cargado, espera a que el conductor llame.

La carga inalámbrica de vehículos eléctricos es sencilla y cómoda, es decir, se detiene y carga sin necesidad de operación manual ni de arrastrar ningún cable, lo que mejora enormemente la experiencia del usuario y ofrece una experiencia segura, fiable y cómoda.

Contras:

1. Coste elevado, superior al de la pila tradicional de CC;
2. La pérdida de energía eléctrica es mayor que la pila de carga;
3. No se sabe si las radiaciones electromagnéticas son nocivas;
4. Baja potencia, es una forma de carga lenta.

Diseño del hardware de la tecnología de recarga inalámbrica de vehículos eléctricos

La bobina de acoplamiento divide el sistema de carga inalámbrica en GA (antena de tierra) y VA (antena de vehículo), sin conexión física eléctrica entre ambas partes. Ambas disponen de circuitos de control digital independientes, incluidas unidades de comunicación inalámbrica de datos, que se denominan unidad de tierra y unidad de comunicación con el vehículo, respectivamente.

Las unidades de comunicación de tierra y vehículo intercambian datos a través de Wi-Fi, Bluetooth y otras comunicaciones inalámbricas. Tanto la parte de tierra como la del vehículo incluyen circuitos monofásicos de inversor de puente completo/rectificación PWM.

Cuando la batería de alimentación se está cargando, el circuito inversor de puente completo monofásico/rectificador PWM de la parte de tierra puede funcionar en el estado inversor utilizando el "control de cambio de fase", mientras que el circuito inversor de puente completo monofásico/rectificador PWM de la parte del vehículo funciona en el estado de rectificación. Cuando la batería de alimentación está descargada, ocurre lo contrario.