Sạc không dây xe điện là bước tiến công nghệ giúp loại bỏ hoàn toàn dây cáp, mang đến sự tiện lợi và an toàn khi nạp năng lượng. Kết hợp cùng những cải tiến trong kiểm soát khí thải như bầu lọc hạt DPF, ngành ô tô đang hướng tới một tương lai xanh và bền vững hơn.
1. Giới thiệu về sạc không dây
1.1 Khái niệm sạc không dây
Sạc EV không dây cho phép xe điện sạc mà không cần kết nối vật lý, nó sử dụng cảm ứng điện từ cộng hưởng để truyền dòng điện.
Công nghệ này còn được gọi là sạc cảm ứng, cả bộ sạc và xe đều chứa cuộn dây từ tính. Khi căn chỉnh, các cuộn dây này tạo ra từ trường truyền năng lượng không dây. Phương pháp sạc này hiệu quả và nhanh chóng như sử dụng phích cắm.
1.2 Các loại sạc không dây
- Sạc không dây tĩnh: Sạc không dây tĩnh xảy ra khi xe đứng yên. Xe được đỗ trên tấm sạc và quá trình sạc sẽ tự động bắt đầu. Phương pháp này tương tự như cách hầu hết các chủ xe điện sạc xe ngày nay, ngoại trừ việc không cần kết nối dây cáp.
- Sạc không dây động: Sạc không dây động xảy ra khi xe đang chuyển động. Phương pháp này liên quan đến việc gắn các tấm sạc vào lòng đường. Khi xe chạy qua những tấm sạc này, nó sẽ sạc liên tục. Công nghệ này có thể cho phép xe điện di chuyển quãng đường dài mà không cần dừng lại để sạc.
Mặc dù đầy hứa hẹn nhưng sạc không dây động vẫn đang ở giai đoạn đầu và đòi hỏi chi phí cơ sở hạ tầng cao.
2. Các bộ phận quan trọng trong hệ thống sạc không dây
Hệ thống sạc EV không dây hoạt động dựa trên nguyên lý ghép cảm ứng cộng hưởng, trong đó cuộn dây máy phát và máy thu được điều chỉnh về cùng tần số cộng hưởng để đạt hiệu suất truyền điện tối đa.
Hệ thống sạc EV không dây này bao gồm một số thành phần chính như:
- Wall box (Power Supply Unit) – Hộp cung cấp điện: Chứa các thiết bị điện tử công suất cao chuyển đổi nguồn điện lưới thành năng lượng tần số cao. Bao gồm MOSFET, bộ biến tần và mạch điều khiển. Cung cấp năng lượng tần số cao cho tấm sạc.
- Ground Assembly (Charging Pad) – Tấm sạc: được lắp đặt trên mặt đất, trên bề mặt hoặc trong lòng đất. Tấm này còn được gọi là tấm sạc chủ động. Tạo ra từ trường để truyền năng lượng tới xe. Chứa cuộn sơ cấp tạo ra từ trường để truyền tải điện. Chuyển đổi năng lượng tần số cao từ hộp treo tường thành từ trường.
- Vehicle Assembly (Receiver coil) – Cuộn dây nhận từ: được lắp đặt ở mặt dưới của EV. Tấm này còn được gọi là tấm sạc thụ động. Nhận từ trường từ tấm sạc chủ động. Chứa cuộn thứ cấp thu năng lượng từ từ trường. Cần phải căn chỉnh với cuộn dây máy phát để truyền tải điện năng hiệu quả. Chuyển đổi năng lượng nhận được thành dòng điện một chiều để sạc pin EV.
- Communication System – Hệ thống giao tiếp: Hệ thống giao tiếp cho phép xe và tấm sạc trao đổi thông tin. Giao tiếp này đảm bảo quá trình sạc bắt đầu và dừng vào đúng thời điểm. Nó còn giám sát quá trình sạc, đảm bảo an toàn và hiệu quả.
3. Nguyên lý hoạt động của sạc không dây
Sạc xe điện không dây (EV) hoạt động thông qua một quá trình gọi là sạc cảm ứng. Nó sử dụng trường điện từ để truyền năng lượng giữa hai cuộn dây – một ở tấm sạc trên mặt đất và một ở trong xe. Dưới đây là giải thích từng bước về cách thức hoạt động của công nghệ này:
Bước 1: Lắp đặt cơ sở hạ tầng:
- Thiết lập tấm sạc: Tấm sạc được đặt trên mặt đất, trong chỗ đỗ xe hoặc gắn trên đường. Tấm sạc này chứa một cuộn dây sơ cấp tạo ra từ trường khi được kích hoạt.
- Kết nối với nguồn điện: Tấm sạc kết nối với bộ nguồn. Bộ nguồn này chuyển đổi nguồn điện xoay chiều tiêu chuẩn từ lưới thành nguồn điện xoay chiều tần số cao, giúp sạc cảm ứng hiệu quả
Bước 2: Trang bị trên xe điện
- Tích hợp cuộn dây máy thu: EV có một cuộn dây thứ cấp (cuộn dây máy thu) được lắp ở mặt dưới của nó. Cuộn dây này thu giữ từ trường do tấm sạc tạo ra.
- Mô-đun điện tử: Xe còn có một mô-đun điện tử giúp chuyển đổi năng lượng thu được từ AC sang DC, để sạc pin cho xe.
Bước 3: Căn chỉnh xe và tấm sạc
- Đỗ xe trên tấm sạc: Người lái xe đỗ xe trên tấm sạc. Căn chỉnh phù hợp là chìa khóa để truyền năng lượng hiệu quả, nhưng hệ thống có thể xử lý những sai lệch nhỏ.
- Nhận dạng tự động: Một số hệ thống tự động phát hiện khi có xe đỗ trên tấm đệm và bắt đầu sạc mà không cần thao tác thủ công.
Bước 4: Bắt đầu truyền năng lượng
- Tạo từ trường: Khi xe được căn chỉnh chính xác, tấm sạc sẽ kích hoạt và tạo ra từ trường thông qua cuộn dây sơ cấp.
- Khớp nối cảm ứng: Từ trường này tạo ra dòng điện trong cuộn dây thu của xe. Quá trình này được gọi là khớp nối cảm ứng cộng hưởng, trong đó cả hai cuộn dây khớp với tần số để truyền năng lượng tối ưu.
Bước 5: Sạc vào trong xe
- Chuyển đổi năng lượng: Dòng điện cảm ứng trong cuộn dây máy thu được chuyển đổi từ AC sang DC bằng mô-đun điện tử của xe. Nguồn DC này sạc pin của EV.
- Giám sát và Điều khiển: Hệ thống liên tục giám sát quá trình sạc để đảm bảo hiệu quả và an toàn, điều chỉnh mức năng lượng dựa trên mức sạc của pin
Bước 6: Hoàn thành quá trình sạc
- Tự động ngắt: Sau khi pin được sạc đầy, hệ thống sẽ tự động dừng quá trình truyền năng lượng, ngăn ngừa tình trạng sạc quá mức.
- Thông báo cho người lái xe: Nhiều hệ thống thông báo cho người lái xe khi sạc xong và xe có thể di chuyển được.
4. Ưu điểm của sạc không dây so với sạc có dây
Phương pháp truyền tải điện có dây và không dây đã được sử dụng để sạc xe điện. Trong kỹ thuật sạc có dây, pin của xe điện được sạc tại trạm sạc thông qua dây hoặc phích cắm. Ngược lại, trong phương pháp sạc không dây, pin của xe điện (ô tô) được sạc bằng cách truyền điện không dây. Kỹ thuật sạc không dây vượt trội hơn so với sạc có dây ở một số điểm.
Đầu tiên, không cần phải mang theo và cất giữ dây, đây có thể coi là ưu điểm chính của việc sử dụng sạc không dây. Sử dụng phương pháp này sẽ tránh được khả năng dây bị mòn theo thời gian. Hệ thống sạc không dây cũng có thể giảm kích thước của pin xe điện thông thường bằng cách sử dụng sạc không dây động. Pin cỡ lớn hiện đang được sử dụng trong xe điện.
Tuy nhiên, người ta dự đoán rằng các loại pin ô tô tương tự sẽ nhẹ hơn và nhỏ hơn một khi công nghệ không dây được tích hợp. Do đó, hai yêu cầu này sẽ làm giảm chi phí chung của xe điện. Nhờ những lợi thế này, các nhà sản xuất ô tô lớn như Hyundai, Nissan và Tesla đã đầu tư rất nhiều vào công nghệ không dây, chủ yếu dành cho xe điện.
Tuy nhiên, hiện nay rất ít công ty tích hợp công nghệ không dây vào mô hình của họ.
Thách thức và cơ hội hệ thống sạc không dây:
- Chi phí lắp đặt cho hệ thống sạc không dây:
Để truyền tải điện bằng thiết bị điều khiển công suất (PCU), công nghệ sạc không dây cho ô tô điện cần có cuộn dây phát và thu. Cuộn dây máy phát nằm trong tấm sạc ở mặt đất (BCP), trong khi cuộn dây máy thu nằm trong tấm sạc xe (VCP).
Toàn bộ chi phí trung bình của một hệ thống sạc không dây thương mại được trang bị cho một gia đình là từ 2500 USD đến 3000 USD. Chi phí của một chiếc xe điện sẽ tăng lên khi công nghệ sạc không dây được sử dụng trên xe.
Do đó, điều này làm tăng chi phí sạc xe điện không dây. Công nghệ sạc không dây sẽ trở nên hợp lý hơn để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng và việc sản xuất xe điện rộng rãi, ngành công nghiệp xe điện vẫn đang trong giai đoạn sơ khai về công nghệ sạc không dây.
Tuy nhiên, người ta dự đoán rằng hầu hết các OEM xe sẽ triển khai công nghệ này vào các mẫu xe của họ trong tương lai. Do đó, có thể kết luận rằng, với tình trạng hiện tại của nền kinh tế và tính kinh tế theo quy mô do quy mô gây ra, chi phí nâng cấp hoặc làm giàu cho công nghệ sạc không dây rất cao vẫn là một hạn chế đáng kể.
Tham khảo thêm: Khóa học Kỹ thuật sửa chữa xe ô tô Điện – xe ô tô Hybrid
- Thách thức: Phải tăng được hiệu suất sạc
Xe điện (EV) có thể được sạc không dây bằng cách đỗ ở phía trên tấm sạc, tức là không có bất kỳ kết nối thủ công nào. So với việc truyền tải điện thông thường, tổn thất điện năng khi sạc không dây cao hơn khoảng 7–12%. Ngoài ra, khoảng cách mà bộ sạc không dây có thể truyền tải bằng cách sử dụng cảm ứng điện từ và cộng hưởng từ bị hạn chế. Đây là một trở ngại lớn cho các nhà sản xuất, đặc biệt trong trường hợp xe SUV và LCV có khoảng sáng gầm xe cao.
Tỷ lệ giữa hiệu suất năng lượng và khoảng cách giữa máy phát và máy thu tỷ lệ nghịch. Một khó khăn khác mà sạc không dây phải đối mặt vì sinh từ mạnh có thể gây tổn hại con người. Vì vậy, mối quan tâm về hiệu quả và an toàn đã trở thành rào cản đối với các nhà sản xuất trong lĩnh vực này.
Hệ thống truyền động điện EV chỉ gây ra tổn thất năng lượng 15–20%, so với 64–75% của động cơ xăng. Xe điện cũng sử dụng phanh tái tạo để thu hồi và tái sử dụng năng lượng thường bị mất trong phanh và không lãng phí năng lượng khi chạy không tải.
Các loại sạc theo phân khúc (theo công suất sạc điện) được dự đoán sẽ tăng với tốc độ nhanh nhất. Dành cho pin cỡ vừa và nhỏ xe điện (EV), thiết bị sạc không dây 3–11 kW thường được sử dụng. Nissan Leaf và Chevrolet Volt giờ đây có quyền truy cập vào bộ sạc không dây 3,3 kW từ Plugless Power.
Inc WiTricity và Prodrive Technologies đã giới thiệu một hệ thống sạc không dây vào năm 2016 có thể sạc một chiếc xe điện có công suất lên tới 11 kW hiệu quả hơn so với các giải pháp sạc có dây. Do nó khả năng ứng dụng tại nơi làm việc và trong các tình huống sạc tại nhà không có khả năng sạc nhanh theo yêu cầu, loại 3–11 kW được dự đoán sẽ chiếm lĩnh thị trường.
Cơ sở hạ tầng 3–11 kW trên thị trường sạc xe điện không dây được dự đoán sẽ phát triển với tốc độ cao nhất ở châu Âu trong thời gian nghiên cứu. Nhu cầu về hệ thống sạc tại nhà ngày càng tăng, do doanh số bán ô tô điện chạy bằng pin ngày càng tăng, đã được ghi nhận với việc thúc đẩy tăng trưởng thị trường ở châu Âu.
Các OEM lớn đã thực hiện các bước để đưa mạng không dây vào sạc trong ô tô của họ, bao gồm BMW, Audi và Mercedes.
Điều này có thể khuyến khích mở rộng thị trường ở Châu Âu. Trong dòng thời gian dự báo, BEV đã được dự kiến để trải nghiệm sự tăng trưởng nhanh nhất. Trong BEV, trái ngược với Plug-in Hybrid Xe điện (PHEV), việc áp dụng hệ thống sạc không dây đã cao hơn.
Trong BEV, pin là nguồn năng lượng duy nhất và phải được sạc thường xuyên. Các quốc gia này bao gồm Thụy Điển, Đức, Ý và Hoa Kỳ, trong số những người khác. Tesla Model S, Nissan Leaf và Jaguar I-Pace là những chiếc BEV nổi tiếng hỗ trợ sạc không dây. Kết quả là, người ta dự đoán rằng, trong giai đoạn dự kiến, phân khúc BEV sẽ lớn hơn phân khúc PHEV.
Thị trường xe điện ở khu vực Châu Á – Thái Bình Dương được dự đoán sẽ trải qua giai đoạn tăng trưởng nhanh nhất. Khu vực Châu Á – Thái Bình Dương bao gồm cả các nước phát triển và các nước đang phát triển như Hàn Quốc và Nhật Bản và các nền kinh tế mới nổi như Ấn Độ và Trung Quốc. Khu vực này đã trở thành trung tâm sản xuất ô tô trong thời gian gần đây.
Khu vực Châu Á – Thái Bình Dương có nhu cầu ngày càng tăng về xe điện do trước những lo ngại về môi trường ngày càng tăng và sức mua ngày càng tăng của người dân. Cả hai chính quyền thành phố và liên bang đã thể hiện sự quan tâm đến việc giảm lượng khí thải carbon thông qua vận chuyển điện khí hóa. Kết quả là việc sử dụng xe điện đã có được sự quen thuộc trong khu vực.
Chính phủ đã tập trung vào việc xây dựng vững chắc cơ sở hạ tầng sạc để khuyến khích việc sử dụng xe điện. Công nghệ nhanh chóng sự phát triển ở các trung tâm sản xuất thiết bị điện tử của Hàn Quốc và Nhật Bản đang dự kiến sẽ giảm giá công nghệ sạc không dây được sử dụng trong xe điện. Tiết kiệm chi phí sau đó được dự đoán sẽ thúc đẩy việc mở rộng thị trường sạc EV không dây trong khu vực.
Người ta cũng dự đoán rằng sự hiện diện của một số công ty hàng đầu trong Thị trường xu hướng sạc EV không dây sẽ hỗ trợ mở rộng ở khu vực Châu Á – Thái Bình Dương. Toshiba Corporation, ZTE Corporation, Mitsubishi Electric và Toyota Motor Corporation là một rất ít công ty hoạt động trong lĩnh vực này.
- Cơ hội: Tăng nguồn tài trợ của Chính phủ cho công nghệ sạc không dây
Ở nhiều quốc gia, sự tiến bộ của sạc không dây hiện được hỗ trợ bởi các ưu đãi của chính phủ và hỗ trợ cho xe điện. Những lợi ích chính của sạc không dây bao gồm quyền tự chủ hoàn toàn, không có trạm sạc, giảm nguy cơ bị điện giật tới bộ điều khiển và các bộ pin nhỏ hơn.
Dân số nói chung sẽ có thể làm việc trong thời gian dài mà không cần phải đợi xe sạc. Sự gia tăng này giờ làm việc hiệu quả cũng sẽ góp phần vào sự tăng trưởng GDP của một quốc gia. Sự vắng mặt hoặc giảm yêu cầu về trạm sạc để sạc di động là một yếu tố quan trọng khác hỗ trợ triển khai sạc không dây ở các khu vực thành thị còn thiếu không gian.
Vào tháng 7 năm 2019, chính phủ Anh đã phân bổ hơn 48,5 triệu USD cho 12 sáng kiến nhằm cải thiện trải nghiệm của chủ sở hữu và người lái xe điện. Trong đó, công ty Chargen nhận được 3,01 triệu USD để triển khai công nghệ sạc không dây tại các tòa nhà ngoại ô.
Dự án thử nghiệm sạc không dây đầu tiên đã được hoàn thành tại Marlow, Buckinghamshire vào tháng 12 năm 2021. Cùng năm 2021, Thụy Điển đã thành công trong việc thử nghiệm đường sạc không dây như một phần trong nỗ lực hiện đại hóa hệ thống vận tải và thúc đẩy quá trình chuyển đổi sang phương tiện di chuyển bằng điện.
Công ty Electron của Israel đã lắp đặt hệ thống sạc không dây động trên quãng đường dài 1,65 km tại Gotland, Thụy Điển, nơi một xe tải chạy hoàn toàn bằng điện được sạc trong khi di chuyển trên con đường thông minh này. Tại Hoa Kỳ, bang Michigan đã ký kết thỏa thuận xây dựng cơ sở hạ tầng đường sạc không dây đầu tiên trên thế giới tại Detroit. Công ty Electron sẽ triển khai công nghệ sạc động để cung cấp khả năng sạc trong khi xe đang di chuyển, với mục tiêu hoàn thành dự án vào năm 2023.
5. Các công nghệ sạc không dây
5.1. Inductive Power Transmission Method – Truyền tải điện cảm ứng
Năm 1914, Nikola Tesla đã phát triển công nghệ truyền năng lượng không dây IPT (Inductive Power Transfer) truyền thống. Sơ đồ khối cơ bản của hệ thống IPT thông thường được minh họa trong hình dưới đây. Công nghệ này đã được áp dụng vào một số hệ thống sạc xe điện (EV), với khả năng truyền tải năng lượng không tiếp xúc từ nguồn đến máy thu, ở mức từ miliwatt (mW) đến kilowatt (kW).
Năm 1996, hãng sản xuất ô tô General Motors (GM) đã giới thiệu Chevrolet S10 EV. Xe sử dụng hệ thống sạc IPT dựa trên cảm ứng nam châm (J1773), cung cấp cả chế độ sạc chậm cấp 2 (6,6 kW) và sạc nhanh cấp 3 (50 kW). Hệ thống này hoạt động nhờ một cuộn dây từ tính được tích hợp vào bộ ghép cảm ứng tại cổng sạc của xe. Cuộn dây thứ cấp của hệ thống nhận năng lượng và thực hiện việc sạc.
Đại học Georgia đã phát triển bộ sạc EV giai đoạn 2 với công suất 6,6 kW, hoạt động ở tần số 77 kHz và điện áp 240 V. Hệ thống này sử dụng một máy biến áp cuộn dây đồng trục có công suất 10 kVA. Nguyên lý cốt lõi của hệ thống IPT là cảm ứng điện từ dựa trên định luật Faraday.
Nguồn điện không dây được truyền qua tương tác cảm ứng giữa cuộn dây máy phát và cuộn dây máy thu. Khi nguồn điện xoay chiều (AC) được cung cấp cho cuộn dây máy phát, một trường từ biến thiên sẽ được tạo ra, di chuyển các electron và sinh ra dòng điện xoay chiều.
Năng lượng truyền từ cuộn dây máy phát sang thiết bị lưu trữ của xe điện được chỉnh lưu và lọc trước khi sử dụng để sạc pin. Hiệu quả truyền tải phụ thuộc vào các yếu tố như tần số hoạt động, độ tự cảm lẫn nhau, và khoảng cách giữa cuộn dây máy phát và máy thu. Công nghệ IPT thường hoạt động trong dải tần số từ 19 đến 50 kHz.
5.2. Capacitor Wireless Power Transfer – Truyền năng lượng không dây bằng tụ điện
Đối với các ứng dụng yêu cầu công suất trung bình và thấp, như máy kéo sợi, thiết bị di động, thiết bị điện tử và bộ sạc điện thoại, công nghệ khung CWPT mang lại hiệu quả cao và dễ sử dụng. Công nghệ này tận dụng các cấu hình cơ học cải tiến cùng với thiết kế hình học giống như tụ điện ghép, đem lại nhiều lợi ích đáng kể.
Trong hệ thống CWPT, tụ điện ghép được sử dụng để truyền công suất từ nguồn đến máy thu, thay vì sử dụng cuộn dây hoặc nam châm. Bộ chuyển đổi bán kỳ của hệ thống đảm nhận nhiệm vụ nhận điện áp AC chính thông qua mạch kiểm soát chất lượng điện năng. Sơ đồ minh họa kỹ thuật truyền tải năng lượng không dây dựa trên nguyên lý điện dung được trình bày trong hình bên dưới.
Các tụ điện ghép ở phía máy thu truyền dòng điện xoay chiều được tạo ra bởi cầu H hoạt động ở tần số cao. Khác với công nghệ IPT, CWPT vận hành với dòng điện tối thiểu và tối đa.
Để giảm phạm vi giá trị trở kháng giữa bên phát và bên nhận, trong cấu hình cộng hưởng, chỉ nên ghép thêm các cuộn cảm phụ kết hợp với các tụ điện ghép nối. Sự sắp xếp này cho phép mạch điện tích hợp khả năng chuyển mạch mềm. Mạch chỉnh lưu và mạch lọc được sử dụng để chuyển đổi nguồn điện xoay chiều (AC) thành điện một chiều (DC) để cấp nguồn cho tải hoặc sạc pin.
Hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả truyền tải điện là kích thước của tụ điện ghép và khoảng cách giữa các bản tụ. CWPT mang lại hiệu suất cao và khả năng kiểm soát trường điện tốt hơn khi khe hở không khí giữa hai bản tụ nhỏ.
Tuy nhiên, kể từ khi được giới thiệu, CWPT chỉ được áp dụng hạn chế trong lĩnh vực xe điện (EV) do yêu cầu công suất cao và khoảng cách lớn giữa các bản tụ. Một nguyên mẫu nghiên cứu tĩnh với công suất đầu ra trên 1 kW và hiệu suất khoảng 83% (từ nguồn điện một chiều đến pin) đã được chứng minh tại tần số hoạt động 540 kHz.
Quá trình truyền năng lượng không dây giữa máy phát và máy thu dựa trên dòng điện dịch chuyển, được tạo ra bởi sự thay đổi của trường điện. Trong hệ thống này, tụ điện ghép được sử dụng như bộ phát và bộ thu, thay thế cho cuộn dây hoặc nam châm.
Điện áp xoay chiều được đưa vào mạch điều chỉnh hệ số công suất để cải thiện hiệu suất, duy trì mức điện áp ổn định và giảm tổn thất truyền tải. Nguồn điện xoay chiều tần số cao sau đó được cung cấp cho tấm phát, tạo ra điện trường dao động.
Qua cảm ứng tĩnh điện, dòng điện dịch chuyển được tạo ra ở tấm nhận và truyền tới nửa cầu để tối ưu hóa điện áp xoay chiều. Điện áp này sau đó được chuyển đổi thành dòng điện một chiều (DC) thông qua mạch lọc và chỉnh lưu để cấp nguồn hoặc sạc pin thông qua hệ thống quản lý pin (BMS).
Các yếu tố như điện áp, tần số, kích thước tụ điện ghép, cùng với khoảng cách không khí giữa bộ phát và bộ thu, đều ảnh hưởng trực tiếp đến lượng năng lượng truyền tải. Hệ thống CWPT hoạt động hiệu quả trong dải tần số từ 100 đến 600 kHz..
5.3. Magnetic Gear Wireless Power Transmission Method – Truyền năng lượng bằng bánh răng từ tính
Thiết bị truyền năng lượng không dây từ tính (MGWPT) khác biệt đáng kể so với các công nghệ CWPT và IPT, như được minh họa trong hình dưới đây. Phương pháp này sử dụng hai nam châm vĩnh cửu (PM) được đồng bộ hóa cạnh nhau, thay vì dựa vào cáp đồng trục như các hệ thống WEVCS trước đó.
Cuộn dây phía máy phát nhận nguồn điện chính, tạo ra dòng điện khiến nam châm vĩnh cửu sơ cấp chịu tác động của mô-men xoắn cơ học. Nam châm sơ cấp quay và truyền mô-men xoắn cơ học này đến nam châm thứ cấp thông qua tương tác cơ học. Nam châm sơ cấp hoạt động trong vai trò của một máy phát điện, tạo ra năng lượng thông qua tổ hợp các nam châm vĩnh cửu được đồng bộ hóa.
Ngược lại, nam châm thứ cấp thu nhận năng lượng từ mô-men xoắn và chuyển nó tới pin thông qua bộ chuyển đổi nguồn và hệ thống quản lý pin (BMS). Một nguyên mẫu MGWPT công suất 1,6 kW đã được phát triển trong phòng thí nghiệm, có khả năng cung cấp và truyền tải năng lượng qua khoảng cách khe hở không khí lên đến 150 mm.
Cuộn dây phần ứng và nam châm vĩnh cửu đồng bộ lần lượt đóng vai trò như máy phát và máy thu trong hệ thống. Hoạt động của máy phát tương tự như nguyên lý hoạt động của động cơ. Nam châm vĩnh cửu của máy phát quay nhờ lực căng cơ học tác động lên cuộn dây phần ứng khi nguồn điện xoay chiều (AC) được cấp vào.
Ở phía máy thu, nam châm vĩnh cửu chịu tác động của mô-men xoắn, được tạo ra bởi tương tác từ trường với máy phát, khiến nam châm của máy thu quay đồng bộ với máy phát. Khi đó, máy thu hoạt động như một máy phát điện, chuyển đổi năng lượng cơ học thành điện năng. Điều này xảy ra do sự thay đổi từ trường của nam châm vĩnh cửu trong máy thu, tạo ra dòng điện trong cuộn dây phần ứng của máy thu.
Nam châm vĩnh cửu ở cả hai phía được kết nối với nhau thông qua một cơ cấu bánh răng từ tính, giúp duy trì sự đồng bộ giữa máy phát và máy thu. Nguồn điện xoay chiều được tạo ra ở phía máy thu sau đó được điều chỉnh và lọc thông qua bộ chuyển đổi nguồn, đảm bảo dòng điện đầu ra ổn định trước khi cung cấp năng lượng cho pin..
5.4. Resonant Inductive Wireless Charging System (Cảm ứng cộng hưởng)
Mặc dù từ trường yếu hơn, hoạt động cộng hưởng vẫn có khả năng truyền tải một lượng điện tương đương với hệ thống IWC.
Điều này là do các bộ cộng hưởng được thiết kế với thành phần cộng hưởng tối ưu, cho phép truyền năng lượng ở mức điện tích cao hơn đáng kể. Nhờ đó, nguồn điện có thể được truyền qua khoảng cách xa mà không cần sử dụng dây cáp. Hệ thống sạc không dây dựa trên cảm ứng cộng hưởng được minh họa trong hình dưới đây.
Công suất truyền qua không khí đạt hiệu quả cao nhất khi tần số cộng hưởng của cuộn dây máy phát và máy thu khớp với nhau hoặc khi cả hai cuộn dây được điều chỉnh chính xác.
Để đạt được tần số cộng hưởng tối ưu, các thiết bị bổ sung được lắp đặt nối tiếp và song song với cuộn dây của máy phát và máy thu. Những thiết bị này không chỉ giúp điều chỉnh tần số cộng hưởng mà còn góp phần giảm thiểu tổn thất năng lượng.
Hệ thống cảm ứng cộng hưởng không dây (RIWC) hoạt động trong dải tần số từ 10 đến 150 kHz, cho phép truyền tải năng lượng hiệu quả hơn và giảm thiểu các tổn thất bổ sung nhờ sự điều chỉnh phù hợp của thiết bị hỗ trợ.
Trên đây là toàn bộ thông tin về sạc không dây xe điện mà trung tâm VATC muốn gửi đến bạn. Hy vọng bạn đã có thêm cho mình kiến thức hay trong ngày.
Nếu bạn có đang đam mê hoặc muốn tìm hiểu về các khóa học trong ngành ô tô thì liên hệ ngay với trung tâm VATC theo thông tin dưới đây để được tư vấn chi tiết nhất nhé!
