(News.oto-hui.com) – Sạc không dây đã rất phổ biến trên các thiết bị điện tử di động ngày nay, do tính tiện lợi của chúng khi sạc điện mà không cần đầu nối. Công nghệ trạm sạc không dây cho ô tô điện (Wireless Electric Vehicle Charging Stations – WEVCS) là công nghệ sạc xe ô tô điện mà chúng ta không cần dùng đến nhưng dây dẫn hay đầu cáp điện. Vị trí đặt của sạc không dây được gọi là trạm sạc ô tô điện không dây tương tự như sạc trong trạm sạc tiêu chuẩn.
Công nghệ sạc điện không dây cho ô tô điện là một bước phát triển trong quá trình sạc pin ô tô điện. Nguyên lý cơ bản của hệ thống sạc điện trên ô tô hay bộ sạc không dây cũng tương tự như nguyên lý làm việc của máy biến áp. Một trong những ưu điểm của sạc không dây là việc sạc điện cho ô tô điện trở nên an toàn và tiện lợi hơn cho người sử dụng.
1. Trạm sạc không dây cho ô tô điện hoạt động như thế nào?
Nếu máy biến áp có một bên sơ cấp và thứ cấp, thì hệ thống sạc không dây trên ô tô điện có một bộ phát là trạm sạc và một bộ thu trên ô tô điện. Nếu máy biến áp có cuộn dây sơ cấp và cuộn dây thứ cấp, thì sạc không dây của ô tô điện cũng bao gồm cuộn dây máy phát và cuộn dây máy thu.
Tuy nhiên, sạc không dây trên ô tô điện làm thay đổi các thông số của dòng điện xoay chiều (AC) từ tần số thấp 50Hz sang tần số cao, việc mà không xảy ra trong máy biến áp. Nguồn điện xoay chiều cao tần được cung cấp cho cuộn dây máy phát. Cuộn dây máy phát khi đó hình thành từ trường xoay chiều. Dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, từ trường này đi qua cuộn dây máy thu để trên cuộn dây máy thu xuất hiện một điện áp nhất định. Chính điện áp này được sử dụng để sạc pin cho xe.
Hãy tham khảo thêm: Tìm hiểu về bộ chuyển đổi năng lượng trên xe Hybrid và ô tô điện
Điều quan trọng nhất trong trạm sạc không dây hoặc sạc không dây là việc duy trì tần số cộng hưởng giữa bộ phát và bộ thu một cách hiệu quả. Để tần số cộng hưởng được duy trì, các mạch điện giúp bù và giữ mức tần số cao áp được thêm vào ở cả hai phía bộ phát và bộ thu.
2. Phân loại hệ thống trạm sạc không dây cho ô tô điện
Dựa trên hoạt động của nó, chúng ta có thể phân trạm sạc không dây cho ô tô điện có thể được phân thành ba loại:
- Trạm sạc ô tô điện không dây điện dung (Wireless Charging Capacitive – CWCS).
- Trạm sạc ô tô điện không dây sử dụng bánh răng nam châm vĩnh cửu (Wireless Charging Permanent Magnetic Gear – PMWC).
- Trạm sạc ô tô điện không dây cảm ứng (Inductive Wireless Charging – IWC).
a. Trạm sạc ô tô điện không dây điện dung:
Sạc không dây hoặc sạc không dây kiểu ô tô điện CWCS được thực hiện bằng cách sử dụng dòng dịch chuyển do sự biến thiên của điện trường. Thay vì nam châm hoặc cuộn dây làm máy phát và máy thu, các tụ điện ghép nối được sử dụng trên bộ phát và bộ thu làm truyền tải điện không dây.
Đầu tiên, điện áp xoay chiều được cung cấp cho mạch hiệu chỉnh công suất nhằm mục đích tăng hiệu suất hoạt động, duy trì mức điện áp và giảm tổn thất trong quá trình truyền tải. Sau đó, nó được cung cấp cho mạch cầu H để tạo ra điện áp xoay chiều tần số cao. Điện áp xoay chiều tần số cao này đặt vào tấm truyền dẫn gây ra sự khuếch tán của điện trường dao động, sau đó gây ra dòng chuyển dời trên tấm nhận thông qua cảm ứng tĩnh điện.
Điện áp AC của máy thu bên trong xe được chuyển đổi thành dòng điện DC sau đó sạc cho pin ô tô điện thông qua hệ thống kiểm soát pin ô tô điện BMS bằng mạch chỉnh lưu và bộ lọc. Các yếu tố như tần số, điện áp, kích thước của tụ và khe hở không khí giữa máy phát và máy thu ảnh hưởng đến lượng năng lượng truyền. Tần số hoạt động khoảng từ 100 đến 600 kHz.
b. Trạm sạc ô tô điện không dây sử dụng bánh răng nam châm vĩnh viễn:
Trong công nghệ sạc không dây cho ô tô điện này, mỗi bộ phát và bộ thu cũng bao gồm các cuộn dây phần ứng và nam châm vĩnh cửu được đồng bộ hóa bên trong cuộn dây. Nguyên lý hoạt động của phía máy phát tương tự như hoạt động của động cơ điện thông thường.
Khi ta cho dòng điện xoay chiều vào bộ phát sẽ tạo ra mômen quay trên nam châm roto của bộ phát. Do những thay đổi trong từ trường của bộ phát, gây ra mô-men xoắn trên roto – cũng là nam châm vĩnh cửu của bộ thu, dẫn đến chuyển động quay đồng bộ của cả nam châm trên bộ phát và bộ thu.
Bây giờ, sự thay đổi trong từ trường của roto bộ thu trên ô tô điện gây ra việc tạo ra dòng điện xoay chiều trong cuộn dây. Điều này có nghĩa là bộ thu trên xe hoạt động như một máy phát điện và sự quay của roto là nam châm vĩnh cửu trên bộ thu được chuyển đổi từ quá trình quay của roto thành đầu ra điện tại cuộn dây của bộ thu thu.
Sự quay của roto bộ thu còn được gọi là bánh răng từ tính. Nguồn điện xoay chiều được tạo ra ở phía máy thu được cấp cho pin sau khi sửa chữa và lọc qua bộ chuyển đổi điện áp.
c. Trạm sạc ô tô điện không dây cảm ứng:
Nguyên tắc cơ bản của sạc không dây hoặc sạc không dây của ô tô điện là luật cảm ứng Faraday. Ở đây, truyền dẫn không dây đạt được bằng cách tạo ra một từ trường giữa cuộn dây máy phát và máy thu. Khi nguồn điện xoay chiều chính cấp vào cuộn dây máy phát, nó sẽ tạo ra từ trường xoay chiều đi qua cuộn dây máy phát và từ trường này làm di chuyển các electron trong cuộn dây máy thu gây ra công suất điện xoay chiều.
Đầu ra điện áp xoay chiều AC được chỉnh lưu và lọc, sau đó sạc đầy hệ thống pin của ô tô điện. Năng lượng truyền đến bộ sạc ô tô điện phụ thuộc vào tần số, độ tự cảm và khoảng cách giữa bộ phát và bộ dây thu. Tần số hoạt động của sạc không dây ô tô điện này là từ 19 đến 50 kHz.
Có một biến thể khác của sạc không dây cảm ứng là loại sạc không dây cảm ứng cộng hưởng. ô tô điện hoặc trạm sạc ô tô điện không dây này về cơ bản là một bộ cộng hưởng với yếu tố chất lượng cao truyền năng lượng với tốc độ cao hơn nhiều so với sạc không dây cảm ứng bình thường. Bởi vì nó hoạt động cộng hưởng, ngay cả với mức từ trường yếu hơn chúng ta vẫn có thể truyền năng lượng bằng khả năng truyền tải như ở sạc không dây thông thường.
Sự truyền công suất cực đại trong không khí xảy ra khi cuộn dây của bộ phát và bộ thu được điều chỉnh sao cho tần số của hai cuộn dây cộng hưởng phải trùng nhau.
Vì vậy để có được tần số cộng hưởng tốt, người ta mắc thêm một mạch bù kết hợp, song song hay nối tiếp vào các cuộn dây của cả bộ phát và bộ thu. Mạch bù bổ sung trên bộ sạc ô tô điện này phải điều chỉnh được việc tăng tần số cộng hưởng đồng thời giảm tổn thất về mạch công suất truyền tải của trạm sạc. Tần số hoạt động sạc không dây cảm ứng cộng hưởng từ 10 đến 150 kHz.
Bài viết liên quan:
- Sạc không dây cho ô tô điện: Liệu có khả thi?
- Tìm hiểu về bộ chuyển đổi DC-DC trên ô tô điện
- Tìm hiểu về xe pin nhiên liệu hydro
