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Double coupling dynamic inductive power transfer systems for electric vehicles charging applications
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 11.67 MB | Adobe PDF |
Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
Electric vehicles (EV)s are growing in popularity, but frequent recharging is inconve-
nient. Wireless power transfer (WPT) technology offers a solution, allowing EVs to
be charged without contact. A WPT technology that has been widely used for static
charging of EVs is inductive power transfer (IPT). In order to charge EVs in motion,
a dynamic IPT (DIPT) technology is required, therefore this technology uses special-
ized charging infrastructure, including coils implemented in the road, to transfer en-
ergy to the moving EV. In DIPT, inherent displacements in the travel direction, as well
as the already expected misalignments (vertical and lateral) lead to different coupling
conditions (no-coupling to full-coupling). A double coupling in-Wheel IPT (inWIPT)
system is used for transferring energy from the off-board to the on-board side of EV
using the wheel as an intermediary. The proposed system incorporates two magnetic
couplers (MC) for the energy transfer between the off-board side to the wheel and
another from the wheel to the on-board side, keeping the air gap to a minimum and
almost independent of the vehicle type. The S-S-S resonant compensation, already
analysed for the static inWIPT application, does not present a viable solution for DIPT.
This master’s work presents the study of adopted strategies to assess the applicabil-
ity and performance of the inWIPT system in DIPT. Therefore, a mathematical anal-
ysis of resonant compensations such as S-S-S, LCL-S-S and LCC-S-S is carried out in
DIPT operation to identify their intrinsic characteristics for enabling the limitation of
currents and voltages on the transmitter side to acceptable values. Additionally, it in-
cludes experimental measurements and analysis of self/mutual inductance and cou-
pling profiles for different geometries of the proposed system to assess their tolerance
under specific DIPT conditions. The experimental prototype using LCL-S-S topology
and the MATLAB/Simulink simulations validate the full range of coupling and load
conditions, from full to no-coupling.
Os veículos elétricos (EV)s estão a crescer em popularidade, mas o carregamento frequente é inconveniente. A tecnologia de transferência de energia sem fios (WPT) oferece uma solução, permitindo que os EVs sejam carregados sem contacto. Uma tecnologia WPT que tem sido muito utilizada para o carregamento estático de EVs é a transferência de energia indutiva (IPT).Para carregar EVs em movimento, é necessária uma tecnologia IPT dinâmica (DIPT), pelo que esta tecnologia utiliza infraestruturas de carregamento especializadas, incluindo bobinas implementadas na estrada, para transferir energia para o EV em movimento. No DIPT, as deslocações inerentes ao sentido de marcha, bem como os desalinhamentos já esperados (verticais e laterais), originam diferentes condições de acoplamento (sem acoplamento a acoplamento total).É utilizado um sistema IPT na roda (inWIPT) de acoplamento duplo para transferir energia do lado de fora para o lado de bordo do EV, utilizando a roda como intermediário. O sistema proposto incorpora dois acopladores magnéticos (MC) para a transferência de energia entre o lado de fora do veículo e a roda e outro da roda para o lado de bordo, mantendo o entreferro a um nível mínimo e quase independente do tipo de veículo. A compensação ressonante S-S-S, já analisada para a aplicação estática inWIPT, não apresenta uma solução viável para o DIPT.Este trabalho de mestrado apresenta o estudo das estratégias adoptadas para avaliar a aplicabilidade e o desempenho do sistema inWIPT em DIPT. Para tal, é efetuada uma análise matemática de compensações ressonantes como S-S-S, LCL-S-S e LCC-S-S em operação DIPT para identificar as suas características intrínsecas e permitir a limitação de correntes e tensões no lado do transmissor a valores aceitáveis. Também incluí medições experimentais e análise da indutância própria/mútua e dos perfis de acoplamento para diferentes geometrias do sistema proposto, a fim de avaliar a sua tolerância em condições DIPT específicas.O protótipo experimental utilizando a topologia LCL-S-S e as simulações MATLAB/Simulink validam toda a gama de condições de acoplamento e de carga, desde o acoplamento total até ao desacoplamento.
Os veículos elétricos (EV)s estão a crescer em popularidade, mas o carregamento frequente é inconveniente. A tecnologia de transferência de energia sem fios (WPT) oferece uma solução, permitindo que os EVs sejam carregados sem contacto. Uma tecnologia WPT que tem sido muito utilizada para o carregamento estático de EVs é a transferência de energia indutiva (IPT).Para carregar EVs em movimento, é necessária uma tecnologia IPT dinâmica (DIPT), pelo que esta tecnologia utiliza infraestruturas de carregamento especializadas, incluindo bobinas implementadas na estrada, para transferir energia para o EV em movimento. No DIPT, as deslocações inerentes ao sentido de marcha, bem como os desalinhamentos já esperados (verticais e laterais), originam diferentes condições de acoplamento (sem acoplamento a acoplamento total).É utilizado um sistema IPT na roda (inWIPT) de acoplamento duplo para transferir energia do lado de fora para o lado de bordo do EV, utilizando a roda como intermediário. O sistema proposto incorpora dois acopladores magnéticos (MC) para a transferência de energia entre o lado de fora do veículo e a roda e outro da roda para o lado de bordo, mantendo o entreferro a um nível mínimo e quase independente do tipo de veículo. A compensação ressonante S-S-S, já analisada para a aplicação estática inWIPT, não apresenta uma solução viável para o DIPT.Este trabalho de mestrado apresenta o estudo das estratégias adoptadas para avaliar a aplicabilidade e o desempenho do sistema inWIPT em DIPT. Para tal, é efetuada uma análise matemática de compensações ressonantes como S-S-S, LCL-S-S e LCC-S-S em operação DIPT para identificar as suas características intrínsecas e permitir a limitação de correntes e tensões no lado do transmissor a valores aceitáveis. Também incluí medições experimentais e análise da indutância própria/mútua e dos perfis de acoplamento para diferentes geometrias do sistema proposto, a fim de avaliar a sua tolerância em condições DIPT específicas.O protótipo experimental utilizando a topologia LCL-S-S e as simulações MATLAB/Simulink validam toda a gama de condições de acoplamento e de carga, desde o acoplamento total até ao desacoplamento.
Description
Keywords
Transferência de Energia Indutiva em modo Dinâmico (DIPT) Veículo Elétrico (EV) In-wheel Sistema de Duplo Acoplamento Conversor Ressonante