مدل عدم هم‌ترازی سیم پیچ در سیستم انتقال توان بی‌سیم در ایستگاه شارژ خودرو برقی

علیزاده پهلوانی, محمد رضا; سلطانی, ایمان

مدل عدم هم‌ترازی سیم پیچ در سیستم انتقال توان بی‌سیم در ایستگاه شارژ خودرو برقی

نویسندگان

صنعتی مالک اشتر

چکیده

امروزه جایگزینی خودروهای بنزینسوز با خودروهای برقی و اتصال آنها به منبع انرژی الکتریکی، باعث شده است تا برنامهریزی برای استفاده بهینه از این منبع ذخیرهساز انرژی، بیش از پیش احساس شود. لذا شارژ باتری اینگونه خودروها امری ضروری بهنظر میرسد. در این مقاله بهینه‌سازی بازده سامانه انتقال توان بی‌سیم القایی، برای شارژ خودروهای الکتریکی ارائه شده است. در این سامانه معمولاً سیم‌پیچ گیرنده انرژی بهصورت انتقالی و وضعی با سیم‌پیچ فرستنده، عدم هم‌ترازی دارد که این عدم همترازی در بازده انتقال تاثیرگذار است. از اینرو، در این مقاله اندوکتانس متقابل بین دو سیم‌پیچ فرستنده و گیرنده در شرایط مختلف فیزیکی با روش عددی گوس سه نقطهای تعمیمیاقته ارائه شده و شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهد که یک راه‌حل بهینه نسبی برای حالت‌های عدم هم‌ترازی انتقالی و وضعی جهت بیشنه نمودن انتقال توان به بار وجود دارد و هرچه اندوکتانس متقابل بزرگ‌تر باشد، بازده انتقال توان نیز بیشتر خواهد بود. نشان داده میشود که تغییر وضعی در شرایط عدم هم‌ترازی انتقالی، می‌تواند بازده انتقال را بیشینه نماید.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.26455153.1394.3.4.2.3

عنوان مقاله [English]

Wireless Power Transfer in Coupled Links: Coil Misalignment Model for Electric Cars

چکیده [English]

A design procedure is established to maximize coil coupling for a given configuration to reduce the effects of
misalignment on transmission efficiency. Formulas are derived for the mutual inductance between all possible
coil configurations including the coils of the cross section, thin solenoids, Pancakes and filamentary circular
coils whose axes are laterally and angularly displaced. Coils are in air. In this approach we use the filament
method and the mutual inductance between filamentary circular coils placed in any desired positions. We
completely describe all mathematical procedures to define coil positions that lead to a relatively easy method for
calculating the mutual inductance between previously mentioned coils. The practical coils in implantable
devices fall into two categories: disk coils and solenoid coils. From the general approach for calculating the
mutual inductance between coils of the rectangular cross section with lateral and angular misalignments, the
mutual inductance between misalignment solenoids and disks will be calculated easily and accurately.

کلیدواژه‌ها [English]

Wireless Power Transfer
Coil Misalignment
Smart Grid

مراجع

[1] V. C. Gungor, D. Sahin, T. Kocak, S. Ergut, C. Buccella, C. Cecati, and G. P. Hancke, “Smart Grid Technologies: Communication Technologies and Standards,” IEEE Transactions on Industrial Informatics, vol. 7, no. 4, pp. 529 –539, Nov. 2011.##

[2] Jang,Y.and M. M. Jovanovic, “A contactless electrical energy transmission system for portable-telephone battery chargers”, IEEE Trans. Industrial Electro., Vol. 50, No. 3, 520-527, 2003.##

[3] V. C. Gungor and D. Sahin, “Cognitive Radio Net works for Smart Grid Applications: A Promi sing Technology to Overcome Spectrum Inefficiency,” IEEE Vehicular Technology Magazine, vol. 7, no. 2, pp. 41 –46, Jun. 2012.##

[4] Jung, K. H., Y. H. Kim, J. Kim, and Y. J. Kim, “Wireless power transmission for implantable devices using inductive component of closed magnetic circuit”, Electro. Letters, Vol. 45, No. 1, 21-22, 2009.##

[5] S. Y. R. Hui, Wenxing Zhong, and C. K. Lee. “A Critical Review of Recent Progress in Mid-Range Wireless Power Transfer, ” IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 29, No. 9, September 2014.##

[6] Yu, C. L., R. G. Lu, Y. H. Mao, L. T. Ren, and C. B. Zhu, “Research on the model of magnetic-resonance based wireless energy transfer system”, IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, 414-418, Dearborn, MI, Sep. 2009.##

[7] A. Kurs, A. Karalis, R. Moffatt, J.D. Joannopoulos, P. Fisher, M. Soljačić, “Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances,” Science,Vol. 317 , pp. 83-86, 2007.##

[8] W. Kempton., J. Tomic., “Vehicle-to-grid power implementation: From stabilizing the grid to supporting large-scale renewable energy,” Journal of Power Sources, Vol. 144, Issue 1, pp. 280-294,Jun. 2005.##

[9] M. Ferdowsi, “Plug-in electric drive vehicles: experiences in research and education,” in Proc. IEEE Power Engineering Society General Meeting, Pittsburgh, PA, July 2008.##

[10] Siqi Li, and Chunting Chris Mi, “Wireless Power Transfer for Electric Vehicle Applications”, IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, Vol. 3, No. 1, March 2015.##

[11] C. Gao and M. A. Redfern, “A Review of Voltage Control in Smart Grid and Smart Metering Technologies on Distribution Networks,” Universities’ Power Engineering Conference (UPEC), Proceedings of 2011 46th International, pp. 1 –5, Sep. 2011.##

[12] Wenxing Zhong, Chi Kwan Lee, S. Y. Ron Hui. “General Analysis on the Use of Tesla’s Resonators in Domino Forms for Wireless Power Transfer”. IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 60, No. 1, January 2013.##

[13] J. Meins, “Contactless inductive power supply,” Magnetically Levitated Systems and Linear Drives, Proc. MAGLEV, 2006, pp.1-9, 2006.##

[14] Tan, L. L., X. L. Huang, H. Huang, Y. W. Zou, and H. Li, “Transfer efficiency optimal control of magnetic resonance coupled system of wireless power transfer based on frequency control”, Sci. China Tech. Sci., Vol. 54, No. 6, 1428-1434, 2011.##

[15] Fu, W. Z., B. Zhang, D. Y. Qiu, and W. Wang, “Maximum efficiency analysis and design of self-resonance coupling coils for wireless power transmission system”, Proceedings of the CSEE, Vol. 19, No. 18, 21-26, 2009.##

[16] Fotopoulou, K. and B. W. Flynn, “Wireless power transfer in loosely coupled links: Coil misalignment model”, IEEE Trans. Magn., Vol. 47, No. 2, 416-430, 2011.##

[17] Tremblay O, Dessaint L-“A Experimental validation of a battery dynamic model for EV applications. In: EVS24 international battery, hybrid and fuel cell electric vehicle”, symposium,Stavanger, Norway, 13–16 May 2009.##