Lading på farten

Hver dag kjører busser tusenvis av kilometer på gatene i byer og tettsteder rundt om i verden. Det virker ikke da bemerkelsesverdig for en flåte med busser å ha gått totalt en halv million kilometer i januar. Men dette er ikke vanlige busser...

Teknologien bak PRIMOVEs trådløse bussteknologi

Teknologien bak PRIMOVEs trådløse bussteknologi

IEC

Ikke vanlige busser

Bussene er trådløst ladede elektriske kjøretøy (EK) som opererer på ruter i de tyske byene Berlin, Braunschweig og Mannheim, så vel som i Brugge (Belgia) og Södertälje (Sverige). De bruker  PRIMOVE-teknologi fra produsenten Bombardier, og deres kombinerte drift har resultert i en reduksjon i CO2-utslipp med mer enn 527 tonn.

Som med andre trådløse ladeteknologier, er PRIMOVE basert på kraftig induktiv energioverføring. Overføringen foregår mellom komponenter som er begravet under vegflaten og mottakerutstyr som er installert under kjøretøyet. Enheter som er installert langs veikanten starter den trådløse ladeprosessen så snart kjøretøyet dekker ladesegmentet.

Trådløse ladestasjoner ligger i depotet, ved endestasjoner og langs ruten ved utvalgte stopp slik at oppladning kan finne sted selv når passasjerer går av og på.

Trådløs teknologi

I hovedsak bruker trådløs strømoverføring magnetisk resonanskobling av luftkjernetransformatorer. Denne teknologien kan gi en praktisk, sikker og fleksibel måte å lade elektriske kjøretøy både mens de er stoppet og i bevegelse.

Strømoverføringssystemet består av en senderspole og en mottakerspole. Disse spolene danner et system med magnetisk koblede induktorer. Under drift genererer en vekselstrøm i senderspolen et magnetfelt. Dette gir igjen spenning i mottakerspolen. Spenningen kan brukes til å drive en mobil enhet eller lade et batteri i en bil, buss, lastebil eller trikk.

En annen EK-ladeteknologi, den som man som oftest møter på i dag, er plug-in biler. Ulempene med denne teknologien er dets behov for store og dyre kabel-og-plugg ladere samt store og tunge batterier. Den store tyngden på batteriene kan begrense hvor langt et elektrisk kjøretøy avhengig av denne ladingsteknologien kan reise, noe som kan føre til at noen bilister lider av tilstanden kjent som «rekkeviddeangst».

De vanligste EK- eller hybrid EK-kraftoverføringssystemene belastes vanligvis ved mellom 3 og 50 kW mens kjøretøyet er slått av. Denne teknologien fungerer bra når du lader hjemme eller i parkeringshus.

Til sammenligning vil induktiv kraftoverføring – også kjent som dynamisk trådløs kraftoverføring – adressere rekkeviddeangst og tillate opplading mens et kjøretøy beveger seg langs en gate.

Konseptet bak trådløs ladning er velkjent. På slutten av 1800-tallet ble Nikola Tesla gitt et patent for en resonansinduktiv kobling for å levere elektrisk strøm til sporvognmotorer fra en stasjonær kilde.

Mer nylig ble det i 2016 demonstrert et 20 kW trådløst ladesystem for biler på US Department of Energy Oak Ridge National Laboratory (ORNL) i Tennessee hvor det ble oppnådd 90% effektivitet. Ladingen gikk også tre ganger fortere enn et vanlig plug-in system. Industripartnere fra Toyota, Cisco Systems, Evatran og Clemson University International Center for Automotive Research bidro til teknologiutviklingen.

Kraftelektronikkteamet fra ORNL utviklet ladesystemet for personbiler. Den inkluderte en inverter, isolasjonstransformator, bilelektronikk- og koblingsteknologien. For demonstrasjonen integrerte forskerne enkeltomformersystemet i en elektrisk Toyota RAV4 utstyrt med et ekstra 10 kWh batteri.

IEC-standarder sentrale

Lading av elektriske kjøretøy uten bruk av ledninger har potensial til å erstatte ledende ladere på grunn av sin fleksibilitet og bekvemmelighet. Bruken av privat og sikker radiokommunikasjon og standardisering innebærer at et hvilket som helst kjøretøy vil kunne lade hvor som helst.

En rekke tekniske komiteer i IEC, underkomiteer og arbeidsgrupper er involvert i utviklingen av de internasjonale standarder som er nødvendige for innføringen av trådløs induktiv lading . Den internasjonale organisasjonen for standardisering (ISO) er også involvert i utviklingen av trådløs lading gjennom en av sine TCer, som knytter sammen med den tilsvarende IEC TC.

IEC TC 69: Elektriske kjøretøy og elektriske industrielle lastebiler, er ansvarlig for å utarbeide internasjonale standarder for «kjøretøy, helt eller delvis elektrisk drevne fra selvforsynte kraftkilder og for elektriske industrielle lastebiler».

IEC TC 69 har 4 arbeidsgrupper. En av disse, IEC TC 69 / WG 7, fungerer spesielt på «WPT (Wireless Power Transfer)-systemer for elektrisk kjøretøy trådløst kraftoverføring».

IEC TC 69 / WG 7 arbeider med IEC 61980, en tredelt serie av internasjonale standarder som gjelder utstyr som brukes i WPT «fra forsyningsnettverket til elektriske kjøretøyer». Denne serien gjelder også for WPT-utstyr som leveres fra lagringssystemer on-site (for eksempel bufferbatterier og så videre).

IEC 61980-1:2015, den første standarden som er publisert i serien, dekker generelle krav til EK WPT-systemer, inkludert generell bakgrunn og definisjoner, for eksempel effektivitet, elektrisk sikkerhet, elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) og beskyttelse mot elektromagnetisk felt (EMF).

IEC 61980-2, del 2 av serien som skal publiseres senere, vil dekke spesifikke krav til kommunikasjon mellom elektriske kjøretøy og WPT-systemer, inkludert generell bakgrunn og definisjoner.

Når det gjelder den tredje delen i serien, vil IEC 61980-3, som også er planlagt å bli publisert senere, dekke spesifikke krav til MF-WPT-systemer for magnetisk feltoverføring.

I tillegg arbeider en SC i den internasjonale spesialkomiteen for radiointerferens (CISPR)på standarder relatert til WPT. CISPR/B (CIS/B): Forstyrrelser knyttet til industrielle, vitenskapelige og medisinske radiofrekvensapparater, til annet (tungt) industrielt utstyr, til overheadledninger, til høyspenningsutstyr og til elektrisk traksjon, er involvert i arbeidet med endring 2 Fragment 1 til CISPR 11:2015 Industrielt, vitenskapelig og medisinsk utstyr – Radiofrekvensforstyrrelser – Grenser og målemetoder – Krav til luftgap WPT.

Følgende IEC tekniske komiteer opprettholder også tilknytninger med IEC TC 69 / WG7:

IEC TC 64: Elektriske installasjoner og beskyttelse mot elektrisk støt, og IEC TC 77: Elektromagnetisk kompatibilitet.

ISO/TC 22/SC 37: Elektrisk fremdrevne kjøretøy, en undergruppe ISO / TC 22: Kjøretøy, er også involvert i WPT og opprettholder tilknytning til IEC TC 69.

WPTs verdensomspennende utvikling

Trådløse ladingsteknologier er i bruk flere steder rundt om i verden.

I Sør-Korea har Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) utviklet en WPT-teknologi kalt OLEV, kort for On-Line Electric Vehicles.

I byen Gumi er det bygget en rute som gjør det mulig for busser å lade opp mens de er i bevegelse. Teknologien leverer 60 kHz og 180 kW strøm trådløst til transportkjøretøyene. Ruten går i totalt 35 km og lengden på delen med trådløs lading er 144 m, består av fire WPT-seksjoner.

I utgangspunktet var to busser utstyrt for å lade opp under kjøring over denne veibanen; OLEV-bussene har spoler på undersiden for å hente strøm gjennom det elektromagnetiske feltet på veien. WPT-systemet gjør at bussene kan redusere størrelsen på reservebatteriet som brukes til en femtedel av batteriet ombord på en typisk elektrisk bil.

Det britiske regjeringsbyrået, Highways England, utfører testsporforsøk av en trådløs, innebygd EK-ladeteknologi. Analyse har vist at under ulike trafikkforhold kan gjennomsnittlig etterspørsel være så høy som 500 kVA (0,5 MVA) per kilometer.

Highways England betraktet tre typer veibygging, inkludert grøftbaserte konstruksjoner, rekonstruksjon av kjørefelt. og prefabrikkert konstruksjon av kjørefelt. De to første metodene ble funnet å være levedyktige, men analysen konkluderte med at den ferdig fremstilte metoden for kjørefelt trolig ville være uoverkommelig dyr.

Uansett hvilket system som skal brukes vil internasjonale standarder utviklet av en rekke IEC TCer og SCer være sentrale for introduksjonen av WPT for å lade elektriske kjøretøy.

Original artikkel: http://iecetech.org/Technology-Focus/2017-03/Charging-on-the-og