Dynaaminen langaton tehonsiirto sähköajoneuvoille

Abstract

Sähköajoneuvojen määrän kasvu ja tarve vähäpäästöiselle liikenteelle asettavat suuria vaatimuksia nykyisille latausjärjestelmille. Perinteiset johdolliset latausratkaisut rajoittavat muun muassa sähköajoneuvojen käytettävyyttä, toimintasädettä ja akkujen kapasiteettia. Tämän työn tavoitteena on selvittää, miten dynaaminen langaton tehonsiirto (DWPT) voi toimia vaihtoehtoisena tehonsiirtoratkaisuna perinteisille latausmenetelmille. DWPT mahdollistaa sähköenergian siirron ajoneuvoon sen liikkuessa, mikä tekee siitä merkittävän teknologian tulevaisuuden älykkäässä liikenteessä.

Työ alkaa DWPT-teknologian taustan esittelystä, keskittyen erityisesti kahteen päämenetelmään: resonanssi-induktiiviseen tehonsiirtoon (RIPT) ja kapasitiiviseen tehonsiirtoon (CPT). Molempien toimintaperiaatteet, vahvuudet ja rajoitteet käydään läpi, jotta ymmärretään, miten ne soveltuvat liikkuvalle ajoneuvolle tarkoitettuun tehonsiirtoon. Tämän jälkeen tarkastellaan kompensointimenetelmiä, ohjausjärjestelmiä ja tehonsiirtoalustojen rakenteita. Eri kompensointitopologiat, kuten SS- ja LCCL-mallit, vaikuttavat järjestelmän hyötysuhteeseen ja vakauteen. Myös ohjauksen ja viestinnän merkitys korostuu, sillä segmentointi, nollajännitekytkentäohjaus ja kommunikaatioviiveiden hallinta vaikuttavat merkittävästi DWPT-järjestelmän toimintaan.

Työ käsittelee myös järjestelmän hyötyjä ja haasteita. Hyötyihin kuuluvat muun muassa akkujen koon pienentyminen, laajempi toimintasäde, latausprosessin automatisointi ja parempi ajoneuvon käytettävyys. Haasteita sen sijaan ovat korkeat investointikustannukset, infrastruktuurin muutosvaatimukset, sähköverkon kuormitus ja turvallisuusnäkökulmat. Lisäksi järjestelmien yhteensopivuus eri valmistajien välillä edellyttää kansainvälisiä standardeja.

Vaikka DWPT-teknologia on vielä kehitys- ja pilotointivaiheessa, useat kansainväliset kokeilut osoittavat sen toimivuuden ja potentiaalin. Hyötysuhteet ovat nousseet yli 90 prosenttiin, ja järjestelmää on testattu menestyksekkäästi muun muassa linja-autoissa ja junissa. Työn perusteella DWPT voi tulevaisuudessa olla olennainen osa kestävää liikenneinfrastruktuuria, mikäli teknologiset, taloudelliset ja sääntelyyn liittyvät esteet saadaan ratkaistua.