Transferência de energia sem fios dinâmica

Abstract

Num mundo tecnológico em constante evolução, os veículos elétricos têm sido um foco de grande investigação e desenvolvimento. As suas baterias são um dos principais alvos de estudo, dado que são o componente mais dispendioso do veículo. Para além de serem pesadas, têm, também, uma autonomia bastante limitada. Com o intuito de contribuir para ultrapassar estas barreiras tecnológicas, este trabalho pretende ser um contributo para o uso de campos eletromagnéticos com a finalidade de permitir o carregamento de veículos elétricos (em movimento). Neste estudo, apresenta-se uma comparação entre a Tecnologia Indutive Power Transmission (Transmissão de energia indutiva) (IPT), que utiliza campos magnéticos para transferir energia, e a Tecnologia Capacitive Power Transmission (Transmissão de energia capacitiva) (CPT), que utiliza campos elétricos para a transferência da mesma. São, ainda, expostas as diversas vantagens, desvantagens e aplicações destes sistemas no quotidiano. Uma vez que a distância entre o veículo e a estrada é considerável, o transmissor (colocado no solo) e o recetor (colocado no veículo) têm de permitir uma transferência de energia suficiente à carga. Uma possível estratégia é a implementação de circuitos de compensação (constituídos por bobinas e condensadores), assim como diferentes tipos de estrutura de acoplador, permitindo superar este obstáculo. Apresenta-se uma proposta de implementação de um sistema Dinâmico de transferência de energia sem fios Capacitiva (dWPT). O transmissor é constituído por um par de placas de cobre, suportadas num dielétrico do tipo FR4, que permitirá transferir energia para o recetor, através de campos elétricos. Por sua vez, o recetor, também constituído por um par de placas de cobre, suportadas no mesmo tipo de dielétrico, mas de menor comprimento, deslocar-se-ão ao longo do transmissor, permitindo fornecer energia à bateria do veículo elétrico. Desenvolveu-se, ainda, um protótipo de simulação do sistema, assim como um retificador e inversor de alta frequência. No futuro, será necessário reunir todas as condições de segurança necessárias que permitam testar este projeto num meio laboratorial, assim como uma otimização do mesmo, permitindo, desta forma, reduzir a tensão das placas, mantendo altas transferências de energia.

In an ever-evolving technologic world electric cars have been subject to major investigation and development. Car batteries are one of the biggest matter of study because of their expensive cost. To help overcome obstacles such as batteries weight and low autonomy, this paper aims to better understand the use of electromagnetic fields as a source of energy for vehicle charging. In this study we compare two technologies - Inductive Power Transmission, which uses magnetic fields for energy transfer and Capacitive Power Transmission which uses electric fields for energy transfer. We analyze vantages, disadvantages and applications of this system in everyday life. Given that the distance between vehicle and the road is significant, the soil transmitter and the car receptor must allow enough energy transfer. One possible answer for this problem is the use of compensation circuits (build of coils and capacitors) as well as different types of coupling structures. A proposal for the implementation of a "Dynamic Wireless Power Transmission Capacitive (dWPT)" is presented. The transmitter consists of a pair of copper plates, supported with a type FR4 dielectric, that will allow the transfer of energy to the receiver through electric fields. In turn, the receiver, consisting of a shorter length pair of copper plates, supported with the same dielectric, will move along the transmitter, allowing power to be supplied to the battery of the electric vehicle. A prototype simulation of the system was developed, as well as a high frequency inverter and rectifier. In the future, it will be essencial to meet all the necessary safety conditions that allow to test this project in a laboratory environment as well as an improvement of the system granting the reduction of the voltage across the plates while maintaining high transfers of energy.