Induktiivisen langattoman tehonsiirron laskennallinen analyysi kevyiden sähköautojen lataamista varten

Wireless chargers can help make electric vehicles more comfortable, which would make electric cars more attractive to consumers, thereby increasing the number of electric cars and helping to reduce greenhouse gases and other emissions locally. Therefore, this study aimed to investigate and improve the performance and efficiency of the wireless charger. The research focused on a racetrack-shaped, inductive, wireless charger for electric vehicles that is capable of 20 kW charging power. The study utilized numerical FEM computation to simulate the charger. In the study, the operation of the charger was simulated using COMSOL Multiphys-ics 5.4 software, and MATLAB software was used to analyze and present the results. The study found that the vehicle's driving speed during wireless charging does not affect the mutual inductance of the charger. It was also found that it is possible to improve the charging device developed in the previous study by reforming the ferrite cores of the charging device. Remodeling of the ferrite core provided the same mutual inductance with a lower mass than the original structure. Also, the study compared two different ways to calculate the efficiency of the charger and evaluated sufficient mesh density for the FEM calculation. The study also addressed the selection criteria and material choices of the wireless charger. Based on the research results, it was concluded that wireless chargers are a practical and effective means for charging electric cars. Chargers are capable of both high power (20 kW) and high efficiency (over 90%), and enable charging during vehicle movement without breakable cables and contacts. It was also concluded that computer-based FEM programs such as COMSOL could improve the performance of wireless chargers and provide new innovative solutions.Langattomat latauslaitteet voivat osaltaan parantaa sähköautojen käyttömukavuutta, mikä lisäisi sähköautojen houkuttelevuutta kuluttajien silmissä, ja siten lisäisi sähköautojen lukumäärää ja auttaisi vähentämään kasvihuonekaasuja sekä muita päästöjä paikallisesti. Tästä syystä tutkimuksen tavoitteena oli selvittää sekä parantaa langattoman latauslaitteen toimintaa ja suorituskykyä. Tutkimus keskittyi aiemmassa tutkimuksessa kehitettyyn kilparadan muotoiseen, induktiiviseen, langattomaan latauslaitteeseen sähköautoille, joka pystyy 20 kW lataustehoon. Tutkimus hyödynsi numeerista FEM laskentaa latauslaitteen simuloimisessa. Tutkimuksessa latauslaitteen toimintaa analysoitiin käyttäen COMSOL Multiphysics 5.4 ohjelmistoa ja MATLAB ohjelmaa käytettiin tulosten analysoimiseen sekä esittämiseen. Tutkimuksessa saatiin selville, että ajoneuvon ajonopeus langattoman latauksen aikana ei vaikuta latauslaitteen yhteisinduktanssiin. Myös havaittiin, että aiemmassa tutkimuksessa kehitettyä latauslaitetta on mahdollista parantaa muovaamalla latauslaitteen ferriitti ytimet uudelleen. Ferriitti ytimen uudelleen muovaaminen tarjosi saman yhteisinduktanssin pienemmällä massalla kuin alkuperäinen rakenne. Lisäksi tutkimuksessa vertailtiin kahta erilaista tapaa laskea latauslaitteen hyötysuhde, sekä arvioitiin riittävän verkotuksen tiheyttä FEM laskentaa varten. Tutkimuksessa otetaan myös kantaa langattoman latauslaitteen materiaalien valintaperusteisiin sekä materiaalivalintoihin. Tutkimustulosten perusteella pääteltiin, että langattomat latauslaitteet ovat käytännöllisiä ja tehokkaita välineitä sähköautojen lataamista varten. Latauslaitteet kykenevät sekä korkeaan tehoon (20 kW) että korkeaan hyötysuhteeseen (yli 90 %), lisäksi ne mahdollistavat latauksen ajoneuvon liikkeen aikana ilman rikkoutuvia kaapeleita ja kontaktipintoja. Myös voitiin päätellä, että tietokonepohjaiset FEM ohjelmat, kuten COMSOL, voivat parantaa latauslaitteiden suorituskykyä ja tarjota uusia innovatiivisia ratkaisuja