Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал:
http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/33451| Назва: | Модернізація безпровідної зарядної станції для електричних транспортних засобів |
| Інші назви: | Modernization of a wireless charging station for electric vehicles |
| Автори: | Левчук, Петро Петрович Levchuk, Petro |
| Бібліографічний опис: | Левчук П. П. Модернізація безпровідної зарядної станції для електричних транспортних засобів : дипломна робота магістра за спеціальністю „141 — електроенергетика, електротехніка та електромеханіка“ / П. П. Левчук. — Тернопіль : ТНТУ, 2020. — 77 с. |
| Дата публікації: | 27-гру-2020 |
| Дата подання: | 24-гру-2020 |
| Дата внесення: | 24-гру-2020 |
| Видавництво: | Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, кафедра електричної інженерії,Тернопіль, Україна |
| Країна (код): | UA |
| Місце видання, проведення: | Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, кафедра електричної інженерії, Тернопіль, Україна |
| Науковий керівник: | Коваль, Вадим Петрович Koval, Vadym |
| Члени комітету: | Габрусєв, Григорій Валерійович |
| УДК: | 621.3 |
| Теми: | 141 електроенергетика, електротехніка та електромеханіка системи безпровідної передачі енергії котушка зарядка акумулятора транспортний засіб wireless power transmission system coil battery charger vehicle |
| Кількість сторінок: | 77 |
| Короткий огляд (реферат): | Незважаючи на незаперечні переваги, які приносить індуктивна передача потужності, дослідникам доводиться вирішувати кілька питань, щоб зробити цю технологію більш привабливою для ринку електромобілів.
У роботі розроблена система безпровідної передачі енергії для зарядки акумулятора на електричному транспортному засобі – E-Bike. Рівень потужності заряду коливається від 100 Вт до 250 Вт. Навантаженням служить акумулятор LiFePO4 на напругу 36 В та ємністю 10 А·год. Запропоновано алгоритм підвищення енергоефективності передачі енергії та продемонстровано результати моделювання, які збігаються із результатами розрахунків по запропонованій методиці. Досліджено альтернативні варіанти котушок побудованих за DD системою з метою встановлення найкращої конструкції з точки зору ефективності системи та стійкості до просторових зміщень між котушками. Проведено дослідження зміни взаємоіндукції, в залежності від взаємного розташування котушок та при різних повітряних зазорах, за допомогою спеціалізованого програмного забезпечення – 3D-магнітного симулятора. Встановлено, що найменш чутливі до цих змін котушки побудовані за DD системою Despite the undeniable benefits of inductive power transmission, researchers have to address several issues to make this technology more attractive to the electric vehicle market. The paper develops a system of wireless energy transfer for charging the battery on an electric vehicle - E-Bike. The charge power level ranges from 100 watts to 250 watts. The load is a LiFePO4 battery with a voltage of 36 V and a capacity of 10 A • h. An algorithm for increasing the energy efficiency of energy transmission is proposed and the simulation results are demonstrated, which coincide with the results of calculations according to the proposed method. Alternative variants of coils built on DD system are investigated in order to establish the best design in terms of system efficiency and resistance to spatial displacements between coils. A study of the change in mutual induction, depending on the relative position of the coils and at different air gaps, using specialized software - 3D-magnetic simulator. It is established that the least sensitive to these changes coils are built on the DD system. |
| Опис: | Запропоновано систему безпровідної передачі енергії для бездротової зарядки акумулятора електричного велосипеда, і особливу увагу приділено магнітним та електричним колам. Проведено аналітичне дослідження типової двонаправленої системи безпровідної передачі енергії. Запропоновано алгоритм керування для максимізації ефективності передачі потужності. Досліджено різне конструктивне виконання котушок за допомогою програмного забезпечення: 3D-магнітного симулятора. |
| Зміст: | ВСТУП 1 АНАЛІТИЧНИЙ РОЗДІЛ ...9 1.1 Бездротова зарядка для транспортних засобів малої потужності ...9 1.1.1 Бездротові сенсорні мережі ...9 1.1.2 Побутові електронні пристрої та побутова техніка ...10 1.2 Бездротова зарядка для електромобілів ...11 1.2.1 Бездротова передача потужності для електричного велосипеда ...12 1.2.2 БПЕ для електромобілів ...13 1.2.3 БПЕ для електричних автобусів та залізнодорожного транспорту ...16 1.3 БПЕ. Опис системи ...17 1.3.1 Компенсаційна ланка ...18 1.3.2 Перетворювачі потужності ...19 1.3.2.1 Перетворення DC-AC в первинному колі ...20 1.3.2.2 AC-DC перетворювач у вторинному колі ...21 1.3.3 Акумулятор ...23 1.4 Висновки до розділу ...24 2 ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСЬКИЙ РОЗДІЛ ...26 2.1 Аналіз та вибір конструкції БПЕ для зарядки акумуляторів електричних транспортних засобів ...26 2.1.1 Системи БПЕ ...26 2.1.2 Аналіз та вибір моделей котушок БПЕ ...27 2.1.3 Аналіз систем керування та контролю...31 2.1.4 Безпека людини при перебуванні біля БПЕ ...34 2.2 Конструкція котушок системи БПЕ ...35 2.3 Висновки до розділу ...38 3 РОЗРАХУНКОВО-ДОСЛІДНИЦЬКИЙ РОЗДІЛ ...39 3.1 Розрахунок електричних характеристик ...39 3.2 Двонаправлена безпровідна передача енергії ...42 3.3 Аналіз потужності, яка передається у системі ДБПЕ ...43 3.4 Дослідження систем БПЕ з прямокутними котушками ...47 3.5 Особливості системи керування ...58 3.6 Алгоритм підвищення енергоефективності ...59 3.7 Висновки до розділу ...62 4 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ ...64 4.1 Можливість виникнення статичної електрики та заходи боротьби з нею ...64 4.2 Фізичні основи електробезпеки ...66 4.3 Надзвичайні ситуації природного характеру ...67 ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ ...70 ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ ...71 |
| URI (Уніфікований ідентифікатор ресурсу): | http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/33451 |
| Власник авторського права: | © Левчук П. П., 2020 |
| Перелік літератури: | ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 1. Актуальні задачі сучасних технологій : зб. тез доповідей міжнар. наук.-техн. конф. Молодих учених та студентів, (Тернопіль, 25–26 листоп. 2020.) / М-во освіти і науки України, Терн. націон. техн. ун-т ім. І. Пулюя [та ін]. – Тернопіль : ТНТУ, 2020. – С. 111. 2. V. Boscaino, F. Pellitteri, L. R. R., and C. G., ―Wireless battery chargers for portable applications: design and test of a high-efficiency power receiver,‖ IET Power Electronics, vol. 6, pp. 20–29, 2013. 3. S. Segan. (2015) First Look at Intel‘s Laptop Wireless Charging. [Online]. Available: http://www.pcmag.com/article2/0,2817,2490600,00.asp. 4. H. Z. Z. Beh, G. A. Covic, and J. T. Boys, ―Wireless Fleet Charging System for Electric Bicycles,‖ Emerging and Selected Topics in Power Electronics, IEEE Journal of, vol. 3, no. 1, pp. 75–86, Mar. 2015. 5. S. Asheer, A. Al-Marawani, T. Khattab, and A. Massoud, ―Inductive power transfer with wireless communication system for electric vehicles,‖ in GCC Conference and Exhibition (GCC), 2013 7th IEEE, 2013, pp. 517–522. 6. G. Jung, B. Song, S. Shin, S. Lee, J. Shin, Y. Kim, C. Lee, and S. Jung, ―Wireless charging system for On-Line Electric Bus(OLEB) with series-connected road-embedded segment,‖ in Environment and Electrical Engineering (EEEIC), 2013 12th International Conference on, 2013, pp. 485– 488. 7. Y. Shi, L. Xie, Y. T. Hou, and H. D. Sherali, ―On renewable sensor networks with wireless energy transfer,‖ in INFOCOM, 2011 Proceedings IEEE, 2011, pp. 1350–1358. 8. J. Li, P. Li, H. Liu, D. Li, and J. Tang, ―A contactless battery charging and monitoring system for wireless sensor network nodes,‖ in Computer 72 Science and Network Technology (ICCSNT), 2011 International Conference on, 2011, vol. 3, pp. 1923–1926. 9. R. W. Porto, V. J. Brusamarello, I. Muller, and F. R. de Sousa, ―Design and characterization of a power transfer inductive link for wireless sensor network nodes,‖ in Instrumentation and Measurement Technology Conference (I2MTC), 2015 IEEE International, 2015, pp. 1261–1266. 10. C. Park and P. H. Chou, ―AmbiMax: Autonomous Energy Harvesting Platform for Multi-Supply Wireless Sensor Nodes,‖ in Sensor and Ad Hoc Communications and Networks, 2006. SECON ‘06. 2006 3rd Annual IEEE Communications Society on, 2006, vol. 1, pp. 168–177. 11. J. G. Taiber (2014). Advances in wireless charging of electrified vehicles and need for standardization. [Online]. Available: http://sites.ieee.org/isgt2014/files/2014/03/Day3_Panel3B2_Taiber.pdf. 12. H. Z. Z. Beh, G. A. Covic, and J. T. Boys, ―Investigation of Magnetic Couplers in Bicycle Kickstands for Wireless Charging of Electric Bicycles,‖ Emerging and Selected Topics in Power Electronics, IEEE Journal of, vol. 3, no. 1, pp. 87–100, Mar. 2015. 13. J.-I. Itoh, K. Noguchi, and K. Orikawa, ―System design of electric assisted bicycle using EDLCs and wireless charger,‖ in Power Electronics Conference (IPEC-Hiroshima 2014 – ECCE-ASIA), 2014 International, 2014, pp. 2277–2284. 14. S. Raabe, G. A. Covic, J. T. Boys, C. Pennalligen, and P. Shekar, ―Practical considerations in the design of multiphase pick-ups for contactless power transfer systems,‖ in Industrial Electronics, 2009. IECON ‘09. 35th Annual Conference of IEEE, 2009, pp. 753–758. 15. G. A. Covic, M. L. G. Kissin, D. Kacprzak, N. Clausen, and H. Hao, ―A bipolar primary pad topology for EV stationary charging and highway power by inductive coupling,‖ in Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2011 IEEE, 2011, pp. 1832–1838. 73 16. U. K. Madawala, M. Neath, and D. J. Thrimawithana, ―A Power Frequency Controller for Bidirectional Inductive Power Transfer Systems,‖ Industrial Electronics, IEEE Transactions on, vol. 60, no. 1, pp. 310–317, Jan. 2013. 17. D. J. Thrimawithana, U. K. Madawala, and M. Neath, ―A steady-state analysis of bi-directional inductive power transfer systems,‖ in Industrial Technology (ICIT), 2013 IEEE International Conference on, 2013, pp. 1618–1623. 18. X. Xie, K. Zhou, L. Gao, X. Dai, Z.-H. Wang, and J. Gao, ―Study on dynamical control of bi-directional Inductive Power Transfer system,‖ in Industrial Electronics and Applications (ICIEA), 2013 8th IEEE Conference on, 2013, pp. 1244–1247. 19. Y. J. Jang, Y. D. Ko, and S. Jeong, ―Optimal design of the wireless charging electric vehicle,‖ in Electric Vehicle Conference (IEVC), 2012 IEEE International, 2012, pp. 1–5. 20. M. Li, Q. Chen, J. Hou, W. Chen, and X. Ruan, ―8-Type contactless transformer applied in railway inductive power transfer system,‖ in Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2013 IEEE, 2013, pp. 2233–2238. 21. S. B. Lee, S. Ahn, J. H. Lee, and I. G. Jang, ―Optimization of the wireless power transfer system in an electric railway,‖ in Wireless Power Transfer Conference (WPTC), 2014 IEEE, 2014, pp. 158-161. 22. http://primove.bombardier.com/. 23. T. Diekhans and R. W. De Doncker, ―A dual-side controlled inductive power transfer system optimized for large coupling factor variations,‖ in Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2014 IEEE, 2014, pp. 652659 24. U. K. Madawala and D. J. Thrimawithana, ―A ring inductive power transfer system,‖ in Industrial Technology (ICIT), 2010 IEEE International Conference on, 2010, pp. 667-672. 74 25. L. Gao, S. Liu, and R. A. Dougal, ―Dynamic lithium-ion battery model for system simulation,‖ Components and Packaging Technologies, IEEE Transactions on, vol. 25, no. 3, pp. 495-505, Sep. 2002. 26. M. Chen and G. A. Rincon-Mora, ―Accurate electrical battery model capable of predicting runtime and I-V performance,‖ Energy Conversion, IEEE Transactions on, vol. 21, no. 2, pp. 504-511, Jun. 2006. 27. L. W. Yao and J. A. Aziz, ―High capacity lifepo4 battery model with consideration of nonlinear capacity effects,‖ in Power Electronics and Motion Control Conference (IPEMC), 2012 7th International, 2012, vol. 1, pp. 182187/ 28. E. Kamal, A. El Hajjaji, and A. M. Mabwe, ―State of charge estimation based on extened Kalman filter algorithm for Lithium-Ion battery,‖ in Control and Automation (MED), 2015 23th Mediterranean Conference on, 2015, pp. 734739. 29. Z. Zhu, J. Sun, and D. Liu, ―Online state of charge EKF estimation for LiFePO4 battery management systems,‖ in Intelligent Signal Processing and Communications Systems (ISPACS), 2012 International Symposium on, 2012, pp.609-614. 30. T. Imura and Y. Hori, ―Maximizing Air Gap and Efficiency of Magnetic Resonant Coupling for Wireless Power Transfer Using Equivalent Circuit and Neumann Formula,‖ Industrial Electronics, IEEE Transactions on, vol. 58, no. 10, pp. 4746-4752, Oct. 2011. 31. S. Valtchev, B. Borges, K. Brandisky, and J. B. Klaassens, ―Resonant Contactless Energy Transfer With Improved Efficiency,‖ Power Electronics, IEEE Transactions on, vol. 24, no. 3, pp. 685-699, Mar. 2009. 32. S. Kong, M. Kim, K. Koo, S. Ahn, B. Bae, and J. Kim, ―Analytical expressions for maximum transferred power in wireless power transfer systems,‖ in Electromagnetic Compatibility (EMC), 2011 IEEE International Symposium on, 2011, pp. 379-383. 75 33. N. Inagaki, ―Theory of Image Impedance Matching for Inductively Coupled Power Transfer Systems,‖ Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on, vol. 62, no. 4, pp. 901-908, Apr. 2014. 34. C.-S. Wang, G. A. Covic, and O. H. Stielau, ―Power transfer capability and bifurcation phenomena of loosely coupled inductive power transfer systems,‖ Industrial Electronics, IEEE Transactions on, vol. 51, no. 1, pp. 148-157, 2004. 35. C.-B. Park and H.-W. Lee, ―Study on the Optimal Switching Frequency for Maximum Wireless Power Transfer in a Variable Airgap System,‖ Emerging and Selected Topics in Power Electronics, IEEE Journal of, vol. 3, no. 1, pp. 201-204, Mar. 2015. 36. M. Budhia, G. A. Covic, and J. T. Boys, ―Design and Optimization of Circular Magnetic Structures for Lumped Inductive Power Transfer Systems,‖ Power Electronics, IEEE Transactions on, vol. 26, no. 11, pp. 3096-3108, Nov. 2011. 37. M. Budhia, G. A. Covic, and J. T. Boys, ―Design and optimisation of magnetic structures for lumped Inductive Power Transfer systems,‖ in Energy Conversion Congress and Exposition, 2009. ECCE 2009. IEEE, 2009, pp. 2081-2088. 38. M. Chigira, Y. Nagatsuka, Y. Kaneko, S. Abe, T. Yasuda, and A. Suzuki, ―Small-size light-weight transformer with new core structure for contactless electric vehicle power transfer system,‖ in Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2011 IEEE, 2011, pp. 260-266. 39. M. Budhia, J. T. Boys, G. A. Covic, and C.-Y. Huang, ―Development of a Single-Sided Flux Magnetic Coupler for Electric Vehicle IPT Charging Systems,‖ Industrial Electronics, IEEE Transactions on, vol. 60, no. 1, pp. 318-328, Jan. 2013 40. S. Hasanzadeh, S. Vaez-Zadeh, and A. H. Isfahani, ―Optimization of a Contactless Power Transfer System for Electric Vehicles,‖ Vehicular Technology, IEEE Transactions on, vol. 61, no. 8, pp. 3566-3573, 2012. 76 41. J. Sallan, J. L. Villa, A. Llombart, and J. F. Sanz, ―Optimal Design of ICPT Systems Applied to Electric Vehicle Battery Charge,‖ Industrial Electronics, IEEE Transactions on., vol. 56, no. 6, pp. 2140-2149, 2009. 42. J. T. Boys, G. A. Covic, and A. W. Green, ―Stability and control of inductively coupled power transfer systems,‖ Electric Power Applications, TEE Proceedings -, vol. 147, no. 1, pp. 37-43, Jan. 2000. 43. R. Bosshard, U. Badstubner, J. W. Kolar, and I. Stevanovic, ―Comparative evaluation of control methods for Inductive Power Transfer,‖ in Renewable Energy Research and Applications (ICRERA), 2012 International Conference on, 2012, pp. 1-6. 44. W. P. Choi, W. C. Ho, X. Liu, and S. Y. R. Hui, ―Comparative study on power conversion methods for wireless battery charging platform,‖ in Power Electronics and Motion Control Conference (EPE/PEMC), 2010 14th International, 2010, pp. S15—9—S15—16. 45. C. Zhao, Z. Wang, J. Du, J. Wu, S. Zong, and X. He, ―Active resonance wireless power transfer system using phase shift control strategy,‖ in Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), 2014 Twenty-Ninth Annual IEEE, 2014, pp. 1336-1341. 46. C.-Y. Huang, J. T. Boys, G. A. Covic, and M. Budhia, ―Practical considerations for designing IPT system for EV battery charging,‖ in Vehicle Power and Propulsion Conference, 2009. VPPC ‘09. IEEE, 2009, pp. 402407. 47. F. Pellitteri, V. Boscaino, A. O. Di Tommaso, R. Miceli, and G. Capponi, ―Experimental test on a Contactless Power Transfer system,‖ in Ecological Vehicles and Renewable Energies (EVER), 2014 Ninth International Conference on, 2014, pp. 1-6. 48. Open Source Software ‗Finite Element Method Magnetics‘, FEMM – Version 4.2, 2009. 49. Sofwtare ‗Powersim Studio‘, PSIM Studio – Version 9.1, Powersim Inc., 2012. 77 50. В. Ц. Жидецький, В. С. Джигирей, О. В. Мельников. Основи охорони праці. — Вид. 2-е, стериотипне. — Львів: Афіша, 2000. — 348 с. 51. Стеблюк М.І. Цивільна оборона. К.: Знання, 2006. – 487 с. |
| Тип вмісту: | Master Thesis |
| Розташовується у зібраннях: | 141 — електроенергетика, електротехніка та електромеханіка |
Файли цього матеріалу:
| Файл | Опис | Розмір | Формат | |
|---|---|---|---|---|
| Dyplom_Levchuk.pdf | 2,06 MB | Adobe PDF | Переглянути/відкрити | |
| Левчук_Avtorska.doc | 81 kB | Microsoft Word | Переглянути/відкрити |
Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищені авторським правом, всі права збережені.
Інструменти адміністратора