Electric vehicles battery charging systems analysis

Darbo tikslas – pagal apskaičiuotus parametrus parinkti miesto elektromobiliui bevielę krovimo sistemą, parinkti tinkamą žingsninį elektros variklį įrenginiui veikti, suprojektuoti bevielės krovimo sistemos imtuvo priartinimo prie siųstuvo įrenginį. Darbe apžvelgti bevielės krovimo sistemos privalumai ir trūkumai, išnagrinėtas bevielės krovimo sistemos veikimo principas ir palyginti elektromobilių bevielės krovimo sistemos standartai su įprastos krovimo sistemos standartais. Apžvelgtas vidutiniškai transporto priemonių nuvažiuojamas atstumas Europoje. Išnagrinėta elektromobilių baterijos iškrovimo lygio įtaka jos ilgaamžiškumui, nustatytas elektromobilių suvartojamas energijos kiekis bei įvairių miesto elektromobilių prošvaisos dydis. Išanalizuoti duomenys panaudoti parenkant bevielę krovimo sistemą ir projektuojant bevielės krovimo sistemos apvijų priartinimo įrenginį. Pagal SAE J2954 standartą, bevielės elektromobilio krovimo sistemos naudingumas negali būti mažesnis nei 85 %. Pasirinktos bevielės krovimo sistemos naudingumas siekia iki 93 %. Ši sistema naudoja lėtą, iki 0,5 C krovimo tempą, todėl pasiekiamas iki 10 % didesnis pačios baterijos pasikrovimo naudingumo koeficientas, nei kraunant 5 C krovimo tempu. Tam, kad pasirinkta bevielė elektromobilio krovimo sistema veiktų tinkamai, reikia palaikyti pastovų 15 – 40 mm tarpą tarp imtuvo ir siųstuvo. Šiam tarpui pasiekti ir jį palaikyti suprojektuotas apvijų priartinimo įrenginys. Mechanizmas suprojektuotas su savistabde slydimo sraigto – veržlės pavara. Apskaičiuotos sraigtą ir veržles veikiančios jėgos neviršija leistinų. Suprojektuoto įrenginio rėmui ir variklio jungei atliekamos simuliacijos, tikrinama ar suprojektuotos detalės atlaikys eksploatavimo metu atsirandančias apkrovas be liekamų pažeidimų ar deformacijų. Parinkta bevielio krovimo sistema „etaLINK 3000“ turinti 3 kW galią bei 93 % naudingumą. Apskaičiuotas reikiamas sukimo momentas žingsniniam elektros varikliui sukti sraigtą – 0,26 N·m, esant 642 apsisukimams per minutę. Parinktas variklis „Neva 23“ kuris esant tokiems sūkiams išvysto 0,8 N·m sukimo momentą.The aim of the thesis is to calculate actual needed battery capacity for electric city vehicle and select wireless charging system for electric city vehicle. To design a primary and secondary coil distance reduction device for wireless charging system. The document examines electric vehicle wireless battery charging systems benefits and drawbacks, investigates wireless battery charging working principle. This paper compares electric vehicle wireless charging system standards against regular electric vehicle charging system standards. Examines average traveled distance by car in Europe. The document investigates discharge depth impact on battery lifespan for electric vehicle, estimates electric vehicles energy consumption and different city cars ground clearance values. All analyzed data is used to choose wireless charging system and is used to design a primary and secondary coil distance reduction device for wireless charging system. According to SAE J2954 standard, a wireless charging system in electric vehicle has to be at least 85 % efficient. The selected wireless charging system has 93 % efficiency and uses slow, under 0,5 C charging rate, therefore the battery itself charging efficiency is increased by 10 % compared with 5 C fast charge. To work properly, the selected wireless charging system needs to be maintained at 15 to 40 mm air gap between primary and secondary coils. To achieve and maintain this distance the reduction device is designed. The mechanism is designed with self locking lead screw drive system. The calculated acting forces on lead and screw does not exceed the allowed values. Simulation is performed for device body and electric motor flange and checked if parts can withstand those forces and tensions without any deformation. The selected wireless charging system „etaLINK 3000“ with 3 kW of power and 93 % efficiency. The required torque at 642 revolutions per minute is calculated – 0,26 N·m. The electric stepper motor is selected „Neva 23“ and it’s parameters are above the set values. Selected motor has 0,8 N·m torque at 642 revolutions per minute.Žemės ūkio inžinerijos fakultetasJėgos ir transporto mašinų inžinerijos instituta