قسمت شانزدهم دوره آنلاین
ویدیو قسمت شانزدهم دوره آنلاین
شارژ بی سیم خودروهای برقی
اخیرا شارژ بیسیم تلفن‌های همراه ممکن شده است که بدون نیاز به وصل کردن کابل شارژ به گوشی آن را شارژ می‌کند. این تکنولوژی همچنین میتواند برای شارژ بیسیم خودروهای الکتریکی توسعه یابد. در این ارائه می‌خواهیم با مزایا و معایب شارژ بیسیم، اجزای سیستم شارژ القایی بیسیم و اینکه سیستم انتقال قدرت القایی چگونه کار می‌کند آشنا شویم.
حین شارژ بیسیم، قدرت از یک منبع بدون نیاز به کابل انتقا‌ل‌دهنده منتقل میشود. انواع مختلفی از روش‌های انتقال قدرت بیسیم بر اساس واسطه حامل انرژی ممکن است. آن‌ها به طور کلی می‌توانند به دسته‌های القایی، خازنی، مایکرویو، لیزر و انتقال صوتی طبقه‌بندی شوند.
شارژ بی سیم القایی
انتقال قدرت القایی یا IPT یک شکل انتقال قدرت بیسیم است که بر اساس میدان مغناطیسی فرکانس بالا می‌باشد. به طور معمول وسایل از فرکانسی در محدوده kHz تا MHz استفاده می‌کنند و محدوده قدرت میتواند از میکرووات تا هزاران کیلووات متغیر باشد. بازدهی انتقال قدرت میتواند بین ۷۵ تا ۹۲ درصد باشد. از طرف دیگر انتقال قدرت خازنی به فرکانس‌های نوسانی میدانی الکتریکی در فرکانس‌هایی بین kHz۱۰۰ تا مگاهرتز متکی است. به طور معمول کاربردهایی که شامل قدرت پایین از ۱ تا ۵۰ وات هستند بازدهی بین ۵۰ تا ۸۰ درصد دارند. سایر روش‌های شارژ بیسیم شامل مواردی هستند که از امواج مایکروویو در محدوده فرکانسی بین MHz ۳۰۰ تا GHz ۳ استفاده می‌کنند، به طور مثال میتوان به ماهواره‌های فضایی اشاره کرد. در نهایت انتقال قدرت با لیزر است که از تابش الکترومغناطیس در فرکانس‌های بالا و انتقال صوتی که در محدوده بین ۲۰ تا ۱۰۰ کیلوهرتز استفاده می‌کنند. قدرت القایی محبوب‌ترین روش انتقال قدرت بیسیم است که برای شارژ باتری خودروهای الکتریکی استفاده میشود که در این ارائه روی آن تمرکز خواهیم کرد.
سیستم IPT مزایا و معایبی نسبت به شارژ رسانایی دارد. سه مزیت چنین سیستم‌هایی این است که نیاز نداریم دکل‌های شارژ را به خیابان‌ها اضافه کنیم و از این رو از نظر زیبایی شناسی به ویژه برای شهرهای سنتی سازگارتر هستند. علاوه بر این پدهای شارژ بیسیم را میتوان در زمین دفن کرد. همچنین آن‌ها ایمن و راحت هستند زیرا خودروهای الکتریکی می‌توانند در پارکینگ‌های راحت و بدون نیاز به اتصال هیچ کابلی به سیستم شارژ شوند. شارژ بیسیم خودروهای الکتریکی در حال حاضر در دسترس است و انتظار می‌رود در آینده گسترش یابد. معایب اصلی سیستم IPT اتلاف بالا در سیستم است. قیمت سیستم با توجه به نیاز به مبدلهای اضافی و دو پد شارژ که مورد نیاز است بالاتر می‌باشد. اگرچه بازدهی قدرت این سیستم‌ها در حال پیشرفت است و با بازدهی شارژ رسانایی رقابت خواهد کرد.
حال می‌خواهیم نگاهی به اجزای اصلی سیستم IPT و درک نحوه‌ی کار آن بیندازیم. در قدم اول سیستم IPT قدرتش را از جریان برق ۵۰ هرتز می‌گیرد که میتواند تکفاز یا سه فاز باشد و با استفاده از مبدل DC به DC یکسو میشود. همچنین میتوان به طور مستقیم از منبع DC استفاده کرد. این ورودی DC سپس با استفاده از مبدل DC به AC به جریان AC فرکانس بالا تبدیل میشود. استاندارد SAE J2954 برای شارژ خودرو الکتریکی پهنای کوچکی بین ۸۰ تا ۹۰ کیلوهرتز برای شارژ بیسیم اختصاص می‌دهد که مرکز محدوده فرکانسی ۸۵ کیلوهرتز است. مبدل ولتاژ تعدیل شده یا ولتاژ PWM را با عرض پالس ۸۵ کیلوهرتز تولید می‌کند که به پد شارژ بیسیم تغذیه میشود. پد شارژ از سیم‌پیچ‌های هادی که با شکلی خاص تمام سطح را فراگرفته‌اند و ممکن است مواد مغناطیسی داشته باشند تشکیل شده است. یک پد شارژ روی زمین قرار گرفته است و پد اولیه یا پد پایه نامیده میشود و پد دوم زیر خودرو قرار گرفته و پد ثانویه یا پد خودرو نامیده میشود. زمانی که دو پد در مجاورت و نزدیک هم قرار دارند به صورت الکترومغناطیسی به هم وصل می‌شوند که انتقال قدرت بین آن‌ها را ممکن می‌سازد. مبدل ولتاژ PWM یک جریان سینوسی فرکانس بالا و ولتاژ روی پد پایه به وسیله رزونانس یا هم‌نوایی با مدار جبرانی که شامل خازن‌ها است تولید می‌کند. جریان AC سینوسی از سیم‌پیچ‌های اولیه به دلیل اتصال الکترومغناطیسی به سیم‌پیچ ثانویه منتقل میشود. مدار جبرانی به کاهش توان واکنشی که باید توسط منبع تامین شود کمک می‌کند بنابراین بازدهی سیستم را افزایش می‌دهد. در خودرو، جریان AC سیم‌پیچ‌های ثانویه توسط یک مبدل AC به DC یکسو و با استفاده از مبدل DC به DC برای شارژ خودرو الکتریکی تنظیم میشود.
پد شارژی که به خوبی طراحی شده باشد سه جزء مهم دارد، اول مواد هادی جریان است. به طور معمول سیم‌های مسی با مقاومت پایین و طراحی شده برای عملکردهای فرکانس بالا ترجیح داده می‌شوند. سیم litz نوع مخصوصی از سیم‌های مسی است که به طور گسترده برای طراحی و ساخت پدهای شارز به کار گرفته میشود که یک قرقره از سیم‌های نازک است که رشته‌های سیم نسبت به یکدیگر عایق شده‌اند. میتوان از هادی‌های فویل که از فویل‌های نازک تشکیل شده‌اند برای کاهش اتلاف فرکانس بالا در پدهای شارژ استفاده کرد. دوم به موادی نیاز داریم که شار مغناظیسی را جهت‌دهی کنند. نمونه‌ای از این مواد فریت‌ها هستند که از نفوذپذیری مغناطیسی نسبتا بالایی برخوردارند و همچنین یک هادی خوب برای میدان مغناطیسی هستند. در نهایت مواد محافظت کننده شار مغناطیسی است. مثالی از این مواد لایه آلومینیم در زیر نوار فریت است. کاربرد مواد محافظت‌کننده این است که مانع نفوذ شار مغناظیسی به زمین میشود بنابراین تنها اجازه‌ی حرکت شار مغناطیسی در یک جهت از پد پایه به پد خودرو را می‌دهد.
در عمل دو پد شارژ می‌توانند اشکال و ابعاد مختلفی داشته باشند همانطور که در شکل با رنگ قرمز مشخص شده است. در بعضی از موارد هر پد میتواند از مواد مغناطیسی مثل فریت تشکیل شود که در شکل با رنگ آبی نشان داده شده است. یک کاربرد جالب شارژ بیسیم قابلیت شارژ خودرو هنگام رانندگی است. که به شارژ دینامیک یا شارژ جادهای خودرو الکتریکی برمی‌گردد. در اینجا یک پد پایه بزرگ یا چندین پد کوچک می‌توانند زیر سطح جاده با یا بدون مواد مغناطیسی مثل فریت قرار گیرند. مبدلهای الکتریکی برق که به این پدها متصل‌اند می‌توانند به تولید میدان مغناطیسی کمک کنند که این میدان سپس توسط پد خودرو دریافت میشود. بنابراین خودرو هنگام رانندگی توان و قدرت را به صورت بیسیم دریافت می‌کند که هم برای تامین قدرت رانندگی و هم شارژ باتری به کار گرفته میشود. نتیجه مفید این امر این است که خودروها به باتری‌های کوچک‌تری احتیاج دارند. به علاوه قابلیت شارژ هنگام رانندگی نگرانی از بابت مسافت قابل حرکت را از بین می‌برد و برای راننده راحتی به همراه خواهد داشت.
از طرف دیگر شارژ جادهای معایبی هم دارد. یک اینکه هزینه نسبتا بالاتری دارد. دیگر اینکه بازدهی این سیستم زمانی که پد پایه و پد خودرو در یک راستا قرار نگیرند کاهش می‌یابد. همچنین کارهای عمرانی برای نصب این سیستم در جاده زیاد است و این سیستم نیاز به استانداردسازی خودروهای الکتریکی نیز دارد.
برای دیدن قسمت‌های بعدی دوره اینجا کلیک کنید
برای دیدن قسمت‌های قبلی دوره اینجا کلیک کنید
