Определение параметров катушек индуктивности устройства индукционного зарядного для бесконтактного способа зарядки электротранспорта

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.

1. Сафин 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.

2. 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.

3. 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.

4. F. Musavi, W. Eberle. Overview of wireless power transfer technologies for electric vehicle battery charging. IET Power Electron, 7 (2014), pp. 60-66.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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. 1-4

12. 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.

13. Добровольская Л.А. Передача энергии в системе из двух контуров для беспроводной зарядки технических устройств // The Scientific Heritage. 2020. №44-1 (44).

14. 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.

15. 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.