Chargement sans fil des véhicules électriques : fonctionnement, avantages et inconvénients

Trois modes de recharge sans fil pour les véhicules électriques

La transmission de l'énergie électrique du chargement sans fil des véhicules électriques comprend principalement le chargement électromagnétique, le chargement par résonance magnétique et le chargement par ondes radio.

Chargement électromagnétique
Le courant traverse la bobine, créant un champ magnétique qui induit une force électromotrice sur une bobine voisine, générant un courant électrique. La fréquence de travail est généralement de KHz, la puissance de sortie relative est importante et le rendement est élevé. Ce mode de recharge sans fil des véhicules électriques nécessite un emplacement spécifique pour une recharge précise, et la distance de recharge doit être contrôlée entre 0 et 10 cm.

Chargement magnétique
La fréquence de l'extrémité émettrice est la même que celle de l'extrémité réceptrice, et l'énergie électrique peut être transmise par l'effet de résonance pour réaliser une charge à longue distance. Le degré de liberté de la position de charge est élevé, mais l'efficacité de la charge n'est pas élevée.

Elle convient généralement à la transmission à moyenne distance, l'essentiel étant que la transmission d'énergie ne soit pas affectée par des obstacles non magnétiques dans l'espace, et les avantages sont plus évidents dans le cas de la recharge sans fil statique des véhicules électriques. En raison de sa bonne stabilité et de son efficacité élevée en matière de conversion d'énergie, la recharge par résonance magnétique est actuellement considérée comme la meilleure technologie de recharge sans fil des véhicules électriques.

Chargement par ondes radio
L'énergie électrique est ainsi transmise par des ondes électromagnétiques. Le chargement se fait à faible puissance et la position de chargement n'est pas fixe. Le temps de charge est long et l'efficacité est faible, mais la distance de transmission est plus longue.

Principes techniques de la recharge sans fil des véhicules électriques

La recharge sans fil des véhicules électriques est dérivée de la technologie de fourniture d'énergie sans fil. L'énergie est transmise à l'appareil électrique, qui utilise l'énergie reçue pour charger la batterie et en même temps pour son propre fonctionnement.

Comme l'énergie est transmise entre les chargeur de batterie et l'appareil électrique par couplage inductif, les deux n'étant pas reliés par des fils, le chargeur et l'appareil électrique peuvent être installés sans exposer de contacts conducteurs.

Les technologies de recharge sans fil des véhicules électriques se répartissent entre les quatre types suivants.

Induction électromagnétique
Cette technologie se caractérise par une courte distance de transmission et un emplacement relativement fixe, mais elle présente un rendement énergétique élevé et une technologie simple. L'induction électromagnétique induit un courant à travers des bobines primaires et secondaires, transférant ainsi l'énergie de l'extrémité émettrice à l'extrémité réceptrice. Cette mise en œuvre a été vigoureusement encouragée par le Wireless Power Consortium (WPC).

L'induction électromagnétique se compose principalement d'un noyau magnétique et de deux bobines.
Lorsqu'une tension alternative est appliquée aux deux extrémités de la bobine primaire, un champ magnétique alternatif est généré dans le noyau magnétique, induisant ainsi une tension alternative de même fréquence sur la bobine secondaire, et l'énergie électrique est transmise du circuit d'entrée au circuit de sortie.

Si la bobine à l'extrémité émettrice et la bobine à l'extrémité réceptrice sont placées dans deux dispositifs distincts, lorsque la bobine à l'extrémité émettrice est alimentée, un champ magnétique est généré, et le champ magnétique induit un courant dans la bobine à l'extrémité réceptrice, ce qui permet de construire un système de transmission d'énergie sans fil.

Lorsqu'on utilise la méthode de l'induction électromagnétique, les centres de la bobine émettrice et de la bobine réceptrice doivent coïncider exactement ou la batterie au lithium ne se charge pas peut se produire. Étant donné que le champ magnétique s'affaiblit rapidement avec l'augmentation de la distance et que l'énergie est déviée dans toutes les directions, un léger désalignement peut entraîner une chute brutale de l'efficacité de la transmission.

Par conséquent, l'utilisation réelle est limitée et il peut y avoir un gaspillage d'électricité, ce qui n'est pas propice à une promotion à grande échelle.

Résonance magnétique
Transmettant l'énergie électrique sous forme d'ondes électromagnétiques "radiofréquence" ou "résonance magnétique", il possède un rendement élevé et une très bonne flexibilité. Bien que la distance de transmission effective puisse atteindre quelques mètres, en raison de la dispersion de l'énergie, la distance de transmission effective actuellement utilisée est inférieure à 20 cm. Et seul un transfert d'énergie univoque est possible.

Le principe de la technologie de la résonance magnétique est le même que celui du son. Alignez des diapasons qui vibrent à la même fréquence, et si l'un d'eux émet un son, les autres entreront en résonance et émettront un son. De même, des bobines de même fréquence de vibration disposées dans un champ magnétique peuvent être alimentées de l'une à l'autre. Par rapport à la méthode de l'induction électromagnétique, la distance de transmission peut être augmentée par l'utilisation de la résonance.

La technologie de la résonance magnétique est différente de la technologie de l'induction électromagnétique, et il n'est pas nécessaire de faire correspondre complètement les positions des bobines. La résonance magnétique s'applique également à deux bobines dont les spécifications sont parfaitement adaptées. Une bobine génère un champ magnétique après avoir été alimentée, et l'autre bobine résonne et génère du courant pour charger l'appareil.

Outre la longue distance sur laquelle elle peut être appliquée, la méthode de résonance magnétique permet également de charger plusieurs appareils en même temps, et il n'y a pas de restrictions strictes quant à l'emplacement des appareils, ce qui rend son utilisation flexible.

La technologie de la résonance magnétique se compose d'un dispositif d'émission d'énergie et d'un dispositif de réception d'énergie. Lorsque les deux appareils sont réglés sur la même fréquence ou résonnent à une fréquence spécifique, ils peuvent échanger de l'énergie l'un avec l'autre.

Accouplement
La technologie d'alimentation sans fil de la méthode de couplage est différente des deux technologies mentionnées ci-dessus. La technologie de couplage utilise le champ électrique induit généré par le couplage de deux ensembles de dipôles asymétriques dans la direction verticale pour transmettre l'énergie, et présente une résistance relativement élevée au désalignement horizontal.

À l'heure actuelle, l'énergie électrique peut être efficacement limitée et la transmission de l'énergie est relativement concentrée. En même temps, elle présente les caractéristiques d'une petite taille et d'une faible production de chaleur.

Toutefois, en raison de la nécessité de coupler deux tableaux électriques, un alignement plus précis est requis en termes de position horizontale et d'angle relatif. À l'heure actuelle, la distance de transmission effective atteint 30 cm. Par ailleurs, cette technologie a une forte capacité à résister aux interférences des champs magnétiques et peut facilement pénétrer dans d'autres équipements tels que les métaux, ce qui lui confère une grande applicabilité.

Les caractéristiques de la technologie de couplage sont à peu près les suivantes :

1) La position libre peut être réalisée lors du chargement ;

2) L'électrode peut être très fine et il n'y a pas d'exigences strictes quant au matériau et à la forme ;

3) La température de la partie électrode n'augmente pas. Par conséquent, non seulement la commodité peut être assurée, mais le coût du système peut également être réduit.

Micro-ondes à radiofréquence
L'énergie électrique est transmise sans fil sous forme de micro-ondes et transmise à l'antenne réceptrice située à l'autre extrémité. Bien que cette méthode soit peu efficace sur le plan énergétique, elle est pratique à utiliser.

Les ondes radio sont similaires aux radios minérales utilisées dans les premiers temps. Elles sont principalement composées de dispositifs de transmission et de réception des micro-ondes. Le circuit de réception peut capter l'énergie des ondes radio qui rebondit sur le mur et maintenir une tension continue stable tout en effectuant des ajustements avec la charge.

Comment fonctionne la recharge sans fil des véhicules électriques

Le principe de fonctionnement de la recharge sans fil pour les véhicules électriques consiste à transmettre l'énergie électrique vers l'extérieur par le biais d'une transmission sans fil et à convertir l'énergie reçue à l'extrémité réceptrice en énergie électrique, réalisant ainsi une transmission sans fil de l'énergie électrique et stockant l'énergie électrique dans la batterie pour la recharger.

Le cœur de la recharge sans fil pour les véhicules électriques réside dans la bobine de couplage. La bobine émettrice et la bobine réceptrice sont couplées pour le transfert d'énergie. La bobine transmet l'énergie sans fil. L'extrémité de la bobine émettrice est composée d'un circuit de conversion de puissance primaire et d'un circuit de compensation. Le circuit de conversion est composé et le dispositif de stockage d'énergie est chargé une fois la conversion terminée.

Le chargement sans fil des véhicules électriques transmet l'énergie électrique à l'équipement de chargement au sol par l'intermédiaire du réseau électrique, et l'équipement de chargement au sol et l'équipement de chargement en bout de véhicule sont couplés par des bobines pour transmettre l'énergie électrique afin de réaliser le chargement sans fil des véhicules électriques.

Le courant alternatif du réseau électrique est filtré, redressé, PFC, et le circuit onduleur passe par la bobine de couplage, redressé et le courant DCDC amplifié dans le dispositif de charge sans fil du véhicule électrique, et converti en énergie de la batterie d'alimentation.

Le contrôleur du véhicule a des fonctions telles que la communication, la détection et le positionnement, et le contrôleur de l'équipement au sol a des fonctions telles que le positionnement, la détection d'objets étrangers et la détection d'objets vivants. Les signaux sont transmis entre les contrôleurs par wifi ou bluetooth, et le contrôleur du véhicule contrôle et affiche le processus de charge avec le VCU, le BMS et l'instrumentation.

Une fois que la borne de terre et la borne du véhicule sont connectées par wifi, l'identification du véhicule et du dispositif de charge sans fil est effectuée, et la connexion de la poignée de main de charge est achevée.

La plate-forme actuelle et d'autres informations, la détection de corps étrangers, de positionnement et de corps vivants, la confirmation de l'environnement avant la charge, l'achèvement de l'état de démarrage de la charge, la transmission de la charge et l'arrêt de la charge lorsque la condition de coupure de la charge et la condition d'erreur sont atteintes.

Actuellement, la puissance de recharge sans fil des véhicules électriques est divisée en 3,7 kW, 7,4 kW, 11 kW et 22 kW en fonction des différents niveaux de puissance, et l'efficacité du système peut atteindre plus de 90% dans la plage de fonctionnement.

Avantages et inconvénients de la recharge sans fil des véhicules électriques

Pour :

Avec le développement rapide de la technologie sans conducteur, la recharge sans fil des véhicules électriques est devenue une nécessité. L'intégration de la technologie de recharge sans fil des véhicules électriques et de la technologie de conduite autonome L3.

Lorsque le véhicule est garé à l'entrée du parking, le mode de conduite automatique est activé pour trouver une place de stationnement. Après avoir trouvé une place de stationnement, la recharge sans fil du véhicule électrique est réalisée à l'aide d'une télécommande et, une fois la recharge terminée, le véhicule attend que le conducteur l'appelle.

La recharge sans fil des véhicules électriques est simple et pratique, c'est-à-dire qu'elle s'arrête et se recharge sans opération manuelle ni câble, ce qui améliore considérablement l'expérience de l'utilisateur et offre une expérience sûre, fiable et pratique.

Cons :

1. Coût élevé, supérieur à celui des piles à courant continu traditionnelles ;
2. La perte d'énergie électrique est supérieure à la pile de chargement ;
3. Il n'est pas certain que les rayonnements électromagnétiques soient nocifs ;
4. Faible puissance, c'est une forme de charge lente.

Conception matérielle de la technologie de recharge sans fil des véhicules électriques

La bobine de couplage divise le système de recharge sans fil en GA (Ground Antenna) et VA (Vehicle Antenna), sans connexion électrique physique entre les deux parties. Les deux ont des circuits de contrôle numériques indépendants, y compris des unités de communication de données sans fil, appelées respectivement unité de communication au sol et unité de communication au véhicule.

Les unités de communication au sol et dans le véhicule échangent des données par Wi-Fi, Bluetooth et autres communications sans fil. Les parties au sol et dans le véhicule comprennent toutes deux des circuits d'onduleur en pont complet monophasé/de redressement PWM.

Lorsque la batterie d'alimentation est en charge, le circuit inverseur pont complet monophasé/redresseur PWM de la partie terrestre peut fonctionner à l'état d'inverseur en utilisant la "commande de déphasage", tandis que le circuit inverseur pont complet monophasé/redresseur PWM de la partie véhicule fonctionne à l'état de redressement. Lorsque la batterie d'alimentation est déchargée, c'est l'inverse qui se produit.