probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2022-24-5-74-83probener-2417Research ArticleЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫELECTROTECHNICAL COMPLEXES AND SYSTEMSОпределение параметров катушек индуктивности устройства индукционного зарядного для бесконтактного способа зарядки электротранспортаDetermination of inductor parameters of induction charging device for contactless method of charging electric transporthttps://orcid.org/0000-0003-1792-8780СафинА. Р.SafinA. R.

Сафин Альфред Робертович – профессор кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий»

г. Казань

Alfred R. Safin  

Kazan

sarkazan@bk.ruКозыревА. Б.KozyrevA. B.

Козырев Андрей Борисович – сотрудник

г. Москва

Andrey B.Kozyrev

Moscow

ПетровТ. И.PetrovT. I.

Петров Тимур Игоревич – ассистент кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» 

г. Казань

Timur I. Petrov 

Kazan

НизамиевМ. Ф.NizamievM. F.

Низамиев Марат Фирденатович – доцент кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий»

г. Казань

Marat F. Nizamiev

Kazan

БасенкоВ. Р.BasenkoV. R.

Басенко Василий Романович – ассистент кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий»

г. Казань

Vasily R. Basenko

Kazan

ЛямзинаД. Ю.LyamzinaD. Yu.

Лямзина Дарья Юрьевна – ассистент кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» 

г. Казань

Darya Yu. Lyamzina

Kazan

Казанский государственный энергетический университетРоссияKazan State Power Engineering UniversityRussian FederationОбщество с ограниченной ответственностью «Инзарус»РоссияLimited Liability Company "Inzarus"Russian Federation2022081220222457483Copyright © Сафин А.Р., Козырев А.Б., Петров Т.И., Низамиев М.Ф., Басенко В.Р., Лямзина Д.Ю., 20222022Сафин А.Р., Козырев А.Б., Петров Т.И., Низамиев М.Ф., Басенко В.Р., Лямзина Д.Ю.Safin A.R., Kozyrev A.B., Petrov T.I., Nizamiev M.F., Basenko V.R., Lyamzina D.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/2417

ЦЕЛЬ. Отсутствие зарядной инфраструктуры является одной из главных причин отказа от использования электромобилей в России. Решением может стать разработка мобильных установок заряда электротранспорта (МУЗЭ). Для реализации действительно конкурентоспособного продукта необходимо учесть все возможные типы зарядок электротранспорта, и не только стандартные, CHAdeMO, CCS и т.д., но и беспроводную зарядку на базе устройства индукционного зарядного (УИЗ). Поэтому цель данной работы –начальный этап разработки УИЗ, путем моделирования двух вариантов реализации блока согласования УИЗ, сравнение полученных результатов, и для выбранной схемы разработка устройства физического моделирования, разработка рабочей конструкторской документации (РКД) оснастки и инструмента для изготовления УИЗ. МАТЕРИАЛЫ. УИЗ основан на принципе магнитной индукции, поэтому моделирование производилось для двух вариантов реализации блока согласования бесконтактной зарядки, рассчитывались частота и значение индуктивностей связанных катушек, и на базе полученных результатов сделаны выводы о оптимальном расстоянии, при котором сохраняется необходимое значение КПД. Для физического моделирования процесса бесконтактной зарядки электротранспорта разработана модель калибратора, и рассчитаны и выбраны топологии и геометрия ферритовых пластин. РЕЗУЛЬТАТЫ. На основе моделирования выбрана схема реализации УИЗ с регулировкой емкости конденсатора и разработана конструкторская документация калибратора 6-осного для тестирования, на базе этих результатов разработана рабочая конструкторская документация оснастки и инструмента для изготовления МУЗЭ, где представлены топологии антенн и геометрия ферритовых пластин передатчика и приемника. НИОКТР выполнены в ООО «Инзарус» и ФГБОУ ВО «КГЭУ». ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Использование УИЗ дает большие возможности для развития мобильных зарядных станций, так как увеличивает количество возможных подключений. Однако для данного оборудования критично важен КПД и расстояние, на котором возможна передача электроэнергии, без больших потерь, поэтому уже на этапе моделирования необходимо максимально точно выбрать параметры катушек, и используемую схему. Для разрабатываемой МУЗЭ определены оптимальные решения в области моделирования и тестирования УИЗ.

THE PURPOSE. The lack of charging infrastructure is one of the main reasons for the refusal to use electric vehicles in Russia. The solution could be the development of mobile electric vehicle charge units (MCSEU). To implement a truly competitive product, it is necessary to take into account all possible types of electric vehicle charging, and not only standard ones, CHAdeMO, CCS, etc., but also wireless charging based on an induction charger (IC). Therefore, the purpose of this work is to model the two main types of IC implementation, compare the results obtained, and develop a physical modeling model for the selected scheme.MATERIALS. IC is based on the principle of magnetic induction, so the simulation was carried out for two options for implementing contactless charging, the frequency and value of the inductances of the coupled coils were calculated, and based on the results obtained, conclusions were drawn about the optimal distance at which the required efficiency value is maintained. For physical modeling of the process of non-contact charging of electric vehicles, a calibrator model has been developed, and ferrite plates have been calculated.RESULTS. Based on the simulation, a scheme for the implementation of the IC with adjustable capacitor capacitance was chosen, the topologies of antennas and the geometry of ferrite plates and a design documentation of a 6-axis calibrator for testing were developed. R&D was carried out at the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "KSPEU".CONCLUSION. The use of IC provides great opportunities for the development of mobile charging stations, as it increases the number of possible connections. However, efficiency and charging distance are critical for this equipment, therefore, already at the modeling stage, it is necessary to select the parameters of the coils as accurately as possible, and the circuit used. For the developed MCSEU, within the framework of Resolution 218, optimal solutions were identified in the field of modeling and testing of IC.

устройство индукционное зарядноебеспроводная передачаплатформаконденсаторзарядка электротранспортапередатчикприемникinduction chargerwireless transmissionplatformcapacitorelectric vehicle chargingtransmitterreceiverПубликация статьи осуществлена в рамках проекта «Организация высокотехнологичного производства мобильных установок заряда электротранспорта высокой мощностью с интегрированной системой накопления электроэнергии», Соглашение №075-11-2021-048 с Минобрнауки РФ от 25 июня 2021 г.The publication of the article was carried out within the framework of the project «Organization of high-tech production of mobile high-power electric transport charge units with an integrated energy storage system», Agreement No. 075-11-2021-048 with the Ministry of Education and Science of the Russian Federation dated June 25, 2021.ReferencesСафин А.Р., Ившин И.В., Цветков А.Н. и др. Развитие технологии мобильных зарядных станций для электромобилей // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2021. – Т. 23. – № 5. – С. 100-114.Safin AR, Ivshin IV, Tsvetkov AN, et.al. Development of technology of mobile charging stations for electric vehicles. Energy problems. 2021;23(5);100-114.Y. Shin, J. Park, H. Kim, S. Woo, B. Park, S. Huh, et al. Design Considerations for Adding Series Inductors to Reduce Electromagnetic Field Interference in an Over-Coupled WPT System. Energies. 14 (2021), p. 2791.Shin Y, Park J, Kim H, et al. Design Considerations for Adding Series Inductors to Reduce Electromagnetic Field Interference in an Over-Coupled WPT System. Energies. 2021;14;2791.J. Dai, D.C. Ludois. «Capacitive Power Transfer Through a Conformal Bumper for Electric Vehicle Charging». IEEE J Emerg Sel Top Power Electron, 4 (2016), pp. 1015-1025.Dai J, Ludois DC. Capacitive Power Transfer Through a Conformal Bumper for Electric Vehicle Charging. IEEE J Emerg Sel Top Power Electron. 2016;4;1015-1025.F. Musavi, W. Eberle. Overview of wireless power transfer technologies for electric vehicle battery charging. IET Power Electron, 7 (2014), pp. 60-66.Musavi F, Eberle W. Overview of wireless power transfer technologies for electric vehicle battery charging. IET Power Electron. 2014;7;60-66.Y. Yang, M. El Baghdadi, U. Lan, Y. Benomar, J. Van Mierlo, and O. Hegazy, Design methodology, modeling, and comparative study of wireless power transfer systems for electric vehicles, Energies. 2018. V. 11. no. 7. p. 1716.Y. Yang, M. El Baghdadi, U. Lan, Y. Benomar, J. Van Mierlo, and O. Hegazy, «Design methodology, modeling, and comparative study of wireless power transfer systems for electric vehicles» Energies. 2018;11(7):1716.Z. Younes, I. Alhamrouni, S. Mekhilef, M. Reyasudin, A memory-based gravitational search algorithm for solving economic dispatch problem in micro-grid. Ain Shams Eng J, 12 (2021), pp. 1985-1994.Younes Z, Alhamrouni I, Mekhilef S, et.al. A memory-based gravitational search algorithm for solving economic dispatch problem in micro-grid. Ain Shams Eng J. 2021;12;1985-1994.A.M. Hussien, H.M. Hasanien, S.F. Mekhamer, Sunflower optimization algorithmbased optimal PI control for enhancing the performance of an autonomous operation of a microgrid, Ain Shams Eng J. 12 (2021), pp. 1883-1893.Hussien AM, Hasanien HM, Mekhamer SF. Sunflower optimization algorithm-based optimal PI control for enhancing the performance of an autonomous operation of a microgrid. Ain Shams Eng J. 2021;12;1883-1893.R. Godoy, E. Maddalena, G. Lima, L. Ferrari, V. Pinto, and J. Pinto. Wireless charging system with a non-conventional compensation topology for electric vehicles and other applications, Eletrônica de Potência. 2016. V. 21, no. 1. pp. 42–51.Godoy R, Maddalena E, Lima G, et.al. ‘Wireless charging system with a nonconventional compensation topology for electric vehicles and other applications. Eletrônica de Potência. 2016;21;1;42-51.D. Baros, N. Rigogiannis, P. Drougas, D. Voglitsis, and N. P. Papanikolaou, «Transmitter side control of a wireless EV charger employing IoT,» IEEE Access. V. 8, pp. 227834–227846, 2020.Baros D, Rigogiannis N, Drougas P, et.al. Transmitter side control of a wireless EV charger employing IoT. IEEE Access. 2020;8;227834–227846.Сафин А.Р., Ившин И.В., Цветков А.Н и др. Изучение конструктивных особенностей мобильных установок заряда электротранспорта для разработки эскизной конструкторской документации // Вестник Казанского государственного энергетического университета. – 2021. – Т. 13. – № 3(51). – С. 15-24.Safin AR, Ivshin IV, Tsvetkov AN, et.al. The study of the design features of mobile electric transport charge installations for the development of draft design documentation. Vestnik KSPEU. 2021;13;3(51);15-24.D. Niculae, M. Iordache, M. Stanculescu, M. L. Bobaru and S. Deleanu, "A Review of Electric Vehicles Charging Technologies Stationary and Dynamic," 2019 11th International Symposium on Advanced Topics in Electrical Engineering (ATEE), 2019, pp. 1-4Niculae D, Iordache M, Stanculescu M, et.al. A Review of Electric Vehicles Charging Technologies Stationary and Dynamic. 2019 11th International Symposium on Advanced Topics in Electrical Engineering (ATEE). 2019;1-4.Mehrjerdi H., Hemmati R. Stochastic model for electric vehicle charging station integrated with wind energy // Sustainable Energy Technologies and Assessments. - 2020. - № 37. - P. 157-177.Mehrjerdi H, Hemmati R. Stochastic model for electric vehicle charging station integrated with wind energy. Sustainable Energy Technologies and Assessments. 2020;37;157- 177.Добровольская Л.А. Передача энергии в системе из двух контуров для беспроводной зарядки технических устройств // The Scientific Heritage. 2020. №44-1 (44).Dobrovolskaya LA. Power transfer in a two-loop system for wireless charging of technical devices. The Scientific Heritage. 2020;44-1;44.Z. Danping, L. juan, C. Yuchun, L. Yuhang and C. Zhongjian, "Research on Electric Energy Metering and Charging System for Dynamic Wireless Charging of Electric Vehicle," 2019 4th International Conference on Intelligent Transportation Engineering (ICITE), 2019, pp. 252-255.Danping Z, Juan L, Yuchun C, et.al. Research on Electric Energy Metering and Charging System for Dynamic Wireless Charging of Electric Vehicle. 2019 4th International Conference on Intelligent Transportation Engineering (ICITE). 2019;252-255.R. Yuan, Z. Jiang, Z. Yi, S. Zhao, S. Wang and K. Song, «Research on electric energy metering key technology of electric vehicle wireless charging», Electrical Measurement & Instrumentation, Vol. 55, pp. 11-16, Aug. 2018.Yuan R, Jiang Z, Yi Z, et.al. Research on electric energy metering key technology of electric vehicle wireless charging. Electrical Measurement & Instrumentation. 2018;55;11- 16.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.